JP7098504B2

JP7098504B2 - Cold spray nozzle and cold spray device

Info

Publication number: JP7098504B2
Application number: JP2018196762A
Authority: JP
Inventors: 尚樹岡本; 秀信松山; 英爾塩谷; 良次熨斗; 博久柴山; 恒吉鎌田; 雅仁藤川; 淳一濱崎; 博隆深沼
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; PLASMA GIKEN CO Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; PLASMA GIKEN CO Ltd
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2022-07-11
Anticipated expiration: 2038-10-18
Also published as: JP2020062615A

Description

本発明は、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置に関するものである。 The present invention relates to a cold spray nozzle and a cold spray device.

原料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスを超音速流とし、作動ガス中に搬送ガスによって搬送された原料粉末を投入してノズル先端より噴出させ、固相状態のまま基材に衝突させて皮膜を形成するコールドスプレー法が知られている（特許文献１）。このコールドスプレー法で使用されるノズルは、先端に行くにしたがって径が小さくなる円錐状の圧縮部により作動ガスの圧力を高め、先端に行くにしたがって径が大きくなる円錐状の膨張部により作動ガスの圧力を開放することにより、作動ガスを超音速まで加速させる。 A working gas having a temperature lower than the melting point or softening point of the raw material powder is used as a supersonic flow, and the raw material powder conveyed by the conveyed gas is put into the working gas and ejected from the tip of the nozzle to form a substrate in a solid phase state. A cold spray method for forming a film by colliding with each other is known (Patent Document 1). The nozzle used in this cold spray method increases the pressure of the working gas by a conical compression part whose diameter decreases toward the tip, and the working gas by a conical expansion part whose diameter increases toward the tip. By releasing the pressure of, the working gas is accelerated to supersonic speed.

特開２００８－０９３６３５Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-09363

従来のノズルは、円筒状の一体部品により構成されているが、逆向きのテーパー形状を有する圧縮部と膨張部とを、金属製の円筒内に形成するのは難しく、必要な加工精度を確保するのは困難であるため、ノズルの製造コストが高くなり、リードタイムが長くなる、という問題があった。さらに、ノズルには、内部に付着した原料粉末を除去するために、洗浄などのメンテナンスが必要であるが、ノズルは数百ｍｍの長さに対し、内径が数ミリと小さいのでメンテナンス性が低い。 A conventional nozzle is composed of a cylindrical integral part, but it is difficult to form a compression part and an expansion part having a tapered shape in the opposite direction in a metal cylinder, and the required processing accuracy is ensured. Since it is difficult to do so, there is a problem that the manufacturing cost of the nozzle is high and the lead time is long. Furthermore, maintenance such as cleaning is required for the nozzle to remove the raw material powder adhering to the inside, but the nozzle has a length of several hundred mm and an inner diameter of several mm, so maintenance is low. ..

本発明が解決しようとする課題は、圧縮部と膨張部とが形成しやすく、かつメンテナンス性の高いコールドスプレー用ノズルと、それを備えたコールドスプレー装置とを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a cold spray nozzle in which a compressed portion and an expanded portion are easily formed and have high maintainability, and a cold spray device provided with the nozzle.

本発明は、筒状の本体部内に圧縮部を有する第１ノズル本体と、筒状の本体部内に膨張部を有する第２ノズル本体とによってコールドスプレー用ノズルを構成し、第１ノズル本体の先端側の外周に設けられた第１挿入部を、第２ノズル本体の後端側に設けられた第１凹部に挿入してインロー結合することにより上記課題を解決する。 In the present invention, a cold spray nozzle is configured by a first nozzle main body having a compression portion in a cylindrical main body portion and a second nozzle main body having an expansion portion in the tubular main body portion, and the tip of the first nozzle main body is formed. The above problem is solved by inserting the first insertion portion provided on the outer periphery of the side into the first recess provided on the rear end side of the second nozzle main body and in-row coupling.

本発明によれば、圧縮部及び膨張部の形成が容易になるので高い加工精度を得られるとともに、製造コストの低下と、リードタイムの短縮とが可能となる。また、インロー結合により、第１ノズル本体と第２ノズル本体との組み立て時のアライメント調整なども不要となる。さらに、原料粉末を吐出する際に第１ノズル本体が熱膨張することにより、第１挿入部と第１凹部とのインロー結合が締り嵌めになるので、作動ガスの漏れや、作動ガスの圧力による第１ノズル本体と第２ノズル本体との分離などを防ぐことができる。また、第１ノズル本体と第２ノズル本体とを分離することもできるので、メンテナンス性がより高まる。 According to the present invention, since the compression portion and the expansion portion can be easily formed, high processing accuracy can be obtained, manufacturing cost can be reduced, and lead time can be shortened. Further, the in-row coupling eliminates the need for alignment adjustment at the time of assembling the first nozzle main body and the second nozzle main body. Further, the thermal expansion of the first nozzle body when the raw material powder is discharged causes the in-row coupling between the first insertion portion and the first recess to be tightly fitted, so that due to leakage of the working gas or pressure of the working gas. Separation of the first nozzle main body and the second nozzle main body can be prevented. Further, since the first nozzle main body and the second nozzle main body can be separated, the maintainability is further improved.

本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置によりバルブシート膜が形成されたシリンダヘッドを備えるエンジンの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the engine which comprises the cylinder head which formed the valve seat film by the cold spray nozzle and the cold spray apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置によりバルブシート膜が形成されたシリンダヘッドのバルブ周辺の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure around the valve of the cylinder head which formed the valve seat film by the cold spray method, the nozzle for cold spray and the cold spray apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズルを備えたコールドスプレー装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the cold spray apparatus provided with the nozzle for cold spray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nozzle for cold spray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズルの断面の拡大図である。It is an enlarged view of the cross section of the nozzle for cold spray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置を利用してシリンダヘッドにバルブシート膜を形成するための工程図である。It is a process drawing for forming a valve seat film on a cylinder head by using the cold spray nozzle and the cold spray apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置によりバルブシート膜が形成されるシリンダヘッド粗材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the cylinder head rough material which forms the valve seat film by the cold spray nozzle and the cold spray apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う吸気ポートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the intake port along the line VIII-VIII of FIG. 図８Ａの吸気ポートに切削工程で環状バルブシート部を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which formed the annular valve seat part in the intake process of FIG. 8A in a cutting process. 図８Ｂの環状バルブシート部にバルブシート膜を形成する状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which forms the valve seat film in the annular valve seat part of FIG. 8B. 図８Ｂの環状バルブシート部にバルブシート膜が形成された吸気ポートを示す断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view showing an intake port in which a valve seat membrane is formed on the annular valve seat portion of FIG. 8B. 図６に示す仕上工程後の吸気ポートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the intake port after the finishing process shown in FIG. シリンダヘッド粗材の移動に使用されるワーク回転装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the work rotation apparatus used for moving a cylinder head rough material. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズルの別の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the nozzle for cold spray which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず初めに、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置の用途を用いて形成されたバルブシート膜を備えるエンジン１について説明する。図１は、エンジン１の断面図であり、主にシリンダヘッド周りの構成を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an engine 1 including a valve seat film formed by using the cold spray nozzle and the cold spray device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of the engine 1 and mainly shows a configuration around a cylinder head.

エンジン１は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に組み付けたシリンダヘッド１２とを備える。このエンジン１は、例えば、４気筒のガソリンエンジンであり、シリンダブロック１１は、図面奥行き方向に配列した４つのシリンダ１１ａを有する。各シリンダ１１ａは、図中の上下方向に往復移動するピストン１３を収容している。各ピストン１３は、コネクティングロッド１３ａを介して、図面奥行き方向に延びるクランクシャフト１４と連結している。 The engine 1 includes a cylinder block 11 and a cylinder head 12 assembled on the upper part of the cylinder block 11. The engine 1 is, for example, a 4-cylinder gasoline engine, and the cylinder block 11 has four cylinders 11a arranged in the depth direction of the drawing. Each cylinder 11a accommodates a piston 13 that reciprocates in the vertical direction in the drawing. Each piston 13 is connected to a crankshaft 14 extending in the depth direction of the drawing via a connecting rod 13a.

シリンダヘッド１２のシリンダブロック１１に対する取付面１２ａには、各シリンダ１１ａに対応する位置に、各気筒の燃焼室１５を構成する４つの燃焼室上壁部１２ｂが設けられている。燃焼室１５は、燃料と吸入空気との混合気を燃焼するための空間であり、シリンダヘッド１２の燃焼室上壁部１２ｂと、ピストン１３の頂面１３ｂと、シリンダ１１ａの内周面とで構成されている。 On the mounting surface 12a of the cylinder head 12 with respect to the cylinder block 11, four combustion chamber upper wall portions 12b constituting the combustion chamber 15 of each cylinder are provided at positions corresponding to the cylinders 11a. The combustion chamber 15 is a space for burning a mixture of fuel and intake air, and is formed by a combustion chamber upper wall portion 12b of a cylinder head 12, a top surface 13b of a piston 13, and an inner peripheral surface of a cylinder 11a. It is configured.

シリンダヘッド１２は、燃焼室１５と、シリンダヘッド１２の一方の側面１２ｃとを連通する吸気用のポート（以下、吸気ポートという）１６を備えている。吸気ポート１６は、屈曲した略円筒形状をしており、側面１２ｃに接続したインテークマニホールド（図示せず）からの吸入空気を燃焼室１５内へ供給する。燃焼室１５に供給された空気は、図示しないインジェクタから供給されたガソリンと混合されて混合気が生成される。 The cylinder head 12 includes an intake port (hereinafter referred to as an intake port) 16 that communicates the combustion chamber 15 with one side surface 12c of the cylinder head 12. The intake port 16 has a substantially cylindrical shape that is bent, and supplies intake air from an intake manifold (not shown) connected to the side surface 12c into the combustion chamber 15. The air supplied to the combustion chamber 15 is mixed with gasoline supplied from an injector (not shown) to generate an air-fuel mixture.

また、シリンダヘッド１２は、燃焼室１５と、シリンダヘッド１２の他方の側面１２ｄとを連通する排気用のポート（以下、排気ポートという）１７を備えている。排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に屈曲した略円筒形状をしており、燃焼室１５での混合気の燃焼によって生じた排気を、側面１２ｄに接続したエキゾーストマニホールド（図示せず）へ排出する。なお、本実施形態のエンジン１は、マルチバルブタイプのエンジンであり、１つのシリンダ１１ａに対し、吸気ポート１６と排気ポート１７とを２つずつ備えている。 Further, the cylinder head 12 includes an exhaust port (hereinafter referred to as an exhaust port) 17 that communicates the combustion chamber 15 with the other side surface 12d of the cylinder head 12. The exhaust port 17 has a substantially cylindrical shape that is bent like the intake port 16, and exhausts generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 15 is discharged to an exhaust manifold (not shown) connected to the side surface 12d. do. The engine 1 of the present embodiment is a multi-valve type engine, and is provided with two intake ports 16 and two exhaust ports 17 for one cylinder 11a.

シリンダヘッド１２は、燃焼室１５に対して吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ１８と、燃焼室１５に対して排気ポート１７を開閉する排気バルブ１９とを備える。吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、丸棒状のバルブステム１８ａ、１９ａと、バルブステム１８ａ、１９ａの先端に設けた円盤状のバルブヘッド１８ｂ、１９ｂとを備えている。バルブステム１８ａ、１９ａは、シリンダヘッド１２に組み付けた略円筒形状のバルブガイド１８ｃ、１９ｃにスライド自在に挿通されている。これにより、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、燃焼室１５に対し、バルブステム１８ａ、１９ａの軸方向に沿って移動自在とされている。 The cylinder head 12 includes an intake valve 18 that opens and closes the intake port 16 with respect to the combustion chamber 15, and an exhaust valve 19 that opens and closes the exhaust port 17 with respect to the combustion chamber 15. The intake valve 18 and the exhaust valve 19 include round bar-shaped valve stems 18a and 19a, and disk-shaped valve heads 18b and 19b provided at the tips of the valve stems 18a and 19a. The valve stems 18a and 19a are slidably inserted into the substantially cylindrical valve guides 18c and 19c assembled to the cylinder head 12. As a result, the intake valve 18 and the exhaust valve 19 are movable with respect to the combustion chamber 15 along the axial directions of the valve stems 18a and 19a.

図２に、燃焼室１５と、吸気ポート１６及び排気ポート１７との連通部分を拡大して示している。吸気ポート１６は、燃焼室１５との連通部分に略円形の開口部１６ａを備える。この開口部１６ａの環状縁部に、吸気バルブ１８のバルブヘッド１８ｂと当接する環状のバルブシート膜１６ｂを備える。吸気バルブ１８は、バルブステム１８ａの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド１８ｂの上面がバルブシート膜１６ｂに当接して吸気ポート１６を閉塞する。また、吸気バルブ１８は、バルブステム１８ａの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド１８ｂの上面とバルブシート膜１６ｂとの間に隙間を形成して吸気ポート１６を開放する。 FIG. 2 shows an enlarged view of the communication portion between the combustion chamber 15 and the intake port 16 and the exhaust port 17. The intake port 16 is provided with a substantially circular opening 16a in a portion communicating with the combustion chamber 15. An annular valve seat membrane 16b that abuts on the valve head 18b of the intake valve 18 is provided at the annular edge of the opening 16a. When the intake valve 18 moves upward along the axial direction of the valve stem 18a, the upper surface of the valve head 18b abuts on the valve seat film 16b and closes the intake port 16. Further, when the intake valve 18 moves downward along the axial direction of the valve stem 18a, a gap is formed between the upper surface of the valve head 18b and the valve seat film 16b to open the intake port 16.

排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に、燃焼室１５との連通部分に略円形の開口部１７ａを備えており、この開口部１７ａの環状縁部に、排気バルブ１９のバルブヘッド１９ｂと当接する環状のバルブシート膜１７ｂを備えている。排気バルブ１９は、バルブステム１９ａの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド１９ｂの上面がバルブシート膜１７ｂに当接して排気ポート１７を閉塞する。また、排気バルブ１９は、バルブステム１９ａの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド１９ｂの上面とバルブシート膜１７ｂとの間に隙間を形成して排気ポート１７を開放する。 Like the intake port 16, the exhaust port 17 is provided with a substantially circular opening 17a in a portion communicating with the combustion chamber 15, and the annular edge of the opening 17a is contacted with the valve head 19b of the exhaust valve 19. It is provided with an annular valve seat film 17b in contact with the valve seat. When the exhaust valve 19 moves upward along the axial direction of the valve stem 19a, the upper surface of the valve head 19b abuts on the valve seat film 17b and closes the exhaust port 17. Further, when the exhaust valve 19 moves downward along the axial direction of the valve stem 19a, a gap is formed between the upper surface of the valve head 19b and the valve seat membrane 17b to open the exhaust port 17.

たとえば、４サイクルのエンジン１は、ピストン１３の下降時に吸気バルブ１８のみが開き、吸気ポート１６からシリンダ１１ａ内に混合気が導入される。なお、筒内噴射方式、いわゆる、直噴方式のエンジンでは、インジェクタからシリンダ１１ａ内にガソリンが噴射され、吸気ポート１６からシリンダ１１ａ内に空気が導入されて混合気が生成される。続いて吸気バルブ１８および排気バルブ１９が閉じた状態でピストン１３が上昇してシリンダ１１ａ内の混合気を圧縮し、ピストン１３が略上死点に達したときに図示しない点火プラグにより点火して混合気が爆発する。この爆発によりピストン１３は下死点まで下降し、連結されたクランクシャフト１４を介して爆発を回転力に変換する。ピストン１３が下死点に達し、再び上昇を開始すると、排気バルブ１９のみが開き、シリンダ１１ａ内の排気を排気ポート１７へ排出する。エンジン１は、以上のサイクルを繰り返し行うことにより出力を発生する。 For example, in the four-stroke engine 1, only the intake valve 18 is opened when the piston 13 is lowered, and the air-fuel mixture is introduced into the cylinder 11a from the intake port 16. In the in-cylinder injection type, so-called direct injection type engine, gasoline is injected into the cylinder 11a from the injector, and air is introduced into the cylinder 11a from the intake port 16 to generate an air-fuel mixture. Subsequently, with the intake valve 18 and the exhaust valve 19 closed, the piston 13 rises to compress the air-fuel mixture in the cylinder 11a, and when the piston 13 reaches the substantially top dead center, it is ignited by a spark plug (not shown). The air-fuel mixture explodes. Due to this explosion, the piston 13 descends to the bottom dead center and converts the explosion into a rotational force via the connected crankshaft 14. When the piston 13 reaches the bottom dead center and starts to rise again, only the exhaust valve 19 opens and the exhaust in the cylinder 11a is discharged to the exhaust port 17. The engine 1 generates an output by repeating the above cycle.

バルブシート膜１６ｂ、１７ｂは、シリンダヘッド１２の開口部１６ａ、１７ａの環状縁部にコールドスプレー法によって直接形成されている。コールドスプレー法とは、原料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスを超音速流とし、作動ガス中に搬送ガスによって搬送された原料粉末を投入してノズル先端より吐出し、固相状態のまま基材に衝突させ、原料粉末の塑性変形により皮膜を形成するものである。このコールドスプレー法は、材料を溶融させて基材に付着させる溶射法に比べ、大気中で酸化のない緻密な皮膜が得られ、材料粒子への熱影響が少ないので熱変質が抑えられ、成膜速度が速く、厚膜化が可能であり、付着効率が高いといった特性を有する。特に成膜速度が速く、厚膜が可能なことから、エンジン１のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂのような構造材料としての用途に適している。 The valve seat films 16b and 17b are directly formed on the annular edges of the openings 16a and 17a of the cylinder head 12 by the cold spray method. In the cold spray method, a working gas having a temperature lower than the melting point or softening point of the raw material powder is used as a supersonic flow, and the raw material powder conveyed by the conveyed gas is charged into the working gas and discharged from the tip of the nozzle to form a solid phase. The film is formed by colliding with the base material in the state as it is and by plastic deformation of the raw material powder. Compared to the thermal spraying method in which the material is melted and adhered to the base material, this cold spray method can obtain a dense film without oxidation in the atmosphere and has less thermal effect on the material particles, so that thermal deterioration is suppressed and the result is formed. It has the characteristics that the film speed is high, the film can be thickened, and the adhesion efficiency is high. In particular, since the film formation speed is high and a thick film can be formed, it is suitable for use as a structural material such as valve seat films 16b and 17b of the engine 1.

バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの形成に用いる原料粉末としては、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属であることが好ましく、例えば、上述した析出硬化型銅合金を用いることが好ましい。また、析出硬化型銅合金としては、ニッケル及びケイ素を含むコルソン合金や、クロムを含むクロム銅、ジルコニウムを含むジルコニウム銅等を用いてもよい。さらに、例えば、ニッケル、ケイ素及びクロムを含む析出硬化型銅合金、ニッケル、ケイ素及びジルコニウムを含む析出硬化型銅合金、ニッケル、ケイ素、クロム及びジルコニウムを含む析出硬化型合金、クロム及びジルコニウムを含む析出硬化型銅合金等を適用することもできる。 The raw material powder used for forming the valve seat films 16b and 17b is preferably a metal that is harder than the aluminum alloy for casting and has the heat resistance, abrasion resistance and thermal conductivity required for the valve seat. For example, it is preferable to use the above-mentioned precipitation-curable copper alloy. Further, as the precipitation-curable copper alloy, a Corson alloy containing nickel and silicon, chromium copper containing chromium, zirconium copper containing zirconium, and the like may be used. Further, for example, a precipitation-curing copper alloy containing nickel, silicon and chromium, a precipitation-curing copper alloy containing nickel, silicon and zirconium, a precipitation-curing alloy containing nickel, silicon, chromium and zirconium, and precipitation containing chromium and zirconium. A hardened copper alloy or the like can also be applied.

また、複数種類の原料粉末、例えば、第１の原料粉末と第２の原料粉末とを混合してバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成してもよい。この場合、第１の原料粉末には、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属を用いることが好ましく、例えば、上述した析出硬化型銅合金を用いることが好ましい。また、第２の原料粉末としては、第１の原料粉末よりも硬質な金属を用いることが好ましい。この第２の原料粉末には、例えば、鉄基合金、コバルト基合金、クロム基合金、ニッケル基合金、モリブデン基合金等の合金や、セラミックス等を適用してもよい。また、これらの金属の１種を単独で、または２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。 Further, a plurality of types of raw material powders, for example, a first raw material powder and a second raw material powder may be mixed to form valve seat films 16b and 17b. In this case, it is preferable to use a metal as the first raw material powder, which is harder than the aluminum alloy for casting and which can obtain the heat resistance, abrasion resistance and thermal conductivity required for the valve seat, for example, as described above. It is preferable to use a precipitation hardening type copper alloy. Further, as the second raw material powder, it is preferable to use a metal that is harder than the first raw material powder. For example, an alloy such as an iron-based alloy, a cobalt-based alloy, a chromium-based alloy, a nickel-based alloy, or a molybdenum-based alloy, ceramics, or the like may be applied to the second raw material powder. In addition, one of these metals may be used alone, or two or more thereof may be used in combination as appropriate.

第１の原料粉末と、第１の原料粉末よりも硬質な第２の原料粉末とを混合して形成したバルブシート膜は、析出硬化型銅合金のみで形成したバルブシート膜よりも優れた耐熱性、耐磨耗性を得ることができる。このような効果が得られるのは、第２の原料粉末により、シリンダヘッド１２の表面に存在する酸化皮膜が除去されて新生界面が露出形成され、シリンダヘッド１２と金属皮膜との密着性が向上するためと考えられる。また、第２の原料粉末がシリンダヘッド１２にめり込むことによるアンカー効果により、シリンダヘッド１２と金属皮膜との密着性が向上するためとも考えられる。さらには、第１の原料粉末が第２の原料粉末に衝突したときに、その運動エネルギの一部が熱エネルギに変換され、あるいは第１の原料粉末の一部が塑性変形する過程で発生する熱により、第１の原料粉末として用いた析出硬化型銅合金の一部における析出硬化がより促進されるためとも考えられる。 The valve seat film formed by mixing the first raw material powder and the second raw material powder that is harder than the first raw material powder has superior heat resistance to the valve seat film formed only of precipitation hardening copper alloy. Properties and wear resistance can be obtained. Such an effect is obtained by removing the oxide film existing on the surface of the cylinder head 12 by the second raw material powder to form an exposed new interface, and improving the adhesion between the cylinder head 12 and the metal film. It is thought that this is to be done. It is also considered that the adhesion between the cylinder head 12 and the metal film is improved due to the anchor effect caused by the second raw material powder digging into the cylinder head 12. Furthermore, when the first raw material powder collides with the second raw material powder, a part of the kinetic energy is converted into thermal energy, or a part of the first raw material powder is plastically deformed. It is also considered that the heat promotes the precipitation hardening of a part of the precipitation hardening type copper alloy used as the first raw material powder.

次に、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置について説明する。図３は、本実施形態に係るコールドスプレー装置２の概略構成を示している。従来のコールドスプレー装置は、金属製の機械部品や構造部品の補修等に用いられ、比較的大きな面積への成膜に利用されることが多かった。これに対し、本実施形態のコールドスプレー装置２は、シリンダヘッド１２のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂのように、面積が比較的小さな部位への成膜に適用するために、従来のコールドスプレー装置よりも小型化したコールドスプレー用ノズルを備えている。 Next, the cold spray nozzle and the cold spray device according to the present embodiment will be described. FIG. 3 shows a schematic configuration of the cold spray device 2 according to the present embodiment. Conventional cold spray devices are used for repairing metal mechanical parts and structural parts, and are often used for film formation over a relatively large area. On the other hand, the cold spray device 2 of the present embodiment is more than the conventional cold spray device in order to be applied to film formation on a portion having a relatively small area such as the valve seat films 16b and 17b of the cylinder head 12. Also has a miniaturized cold spray nozzle.

本実施形態のコールドスプレー装置２は、作動ガス及び搬送ガスを供給するガス供給部２１と、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの原料粉末を供給する原料粉末供給部２２と、原料粉末をその融点以下の作動ガスを用いて超音速流として噴射するコールドスプレーガン２３とを備える。ガス供給部２１、原料粉末供給部２２及びコールドスプレーガン２３は、本発明に係るガス供給手段、原料粉末供給手段及び噴射手段に相当する。 In the cold spray device 2 of the present embodiment, the gas supply unit 21 for supplying the working gas and the transport gas, the raw material powder supply unit 22 for supplying the raw material powders of the valve seat films 16b and 17b, and the raw material powder having the raw material powder below the melting point thereof. It is provided with a cold spray gun 23 that injects as a supersonic flow using a working gas. The gas supply unit 21, the raw material powder supply unit 22, and the cold spray gun 23 correspond to the gas supply means, the raw material powder supply means, and the injection means according to the present invention.

ガス供給部２１は、圧縮ガスボンベ２１ａ、作動ガスライン２１ｂ及び搬送ガスライン２１ｃを備える。作動ガスライン２１ｂ及び搬送ガスライン２１ｃは、それぞれ圧力調整器２１ｄ、流量調節弁２１ｅ、流量計２１ｆ及び圧力ゲージ２１ｇを備えている。圧力調整器２１ｄ、流量調節弁２１ｅ、流量計２１ｆ及び圧力ゲージ２１ｇは、圧縮ガスボンベ２１ａからの作動ガス及び搬送ガスの圧力及び流量の調整に供される。 The gas supply unit 21 includes a compressed gas cylinder 21a, a working gas line 21b, and a transport gas line 21c. The working gas line 21b and the transport gas line 21c are provided with a pressure regulator 21d, a flow rate control valve 21e, a flow meter 21f, and a pressure gauge 21g, respectively. The pressure regulator 21d, the flow rate control valve 21e, the flow meter 21f, and the pressure gauge 21g are used to adjust the pressure and flow rate of the working gas and the transport gas from the compressed gas cylinder 21a.

作動ガスライン２１ｂには、電力源２１ｈにより加熱されるヒータ２１ｉを設置している。作動ガスは、ヒータ２１ｉによって原料粉末の融点又は軟化点より低い温度に加熱した後、コールドスプレーガン２３のチャンバ２３ａ内に導入される。チャンバ２３ａには、圧力計２３ｂと温度計２３ｃが設置され、圧力及び温度のフィードバック制御に供される。 A heater 21i heated by the electric power source 21h is installed in the working gas line 21b. The working gas is heated to a temperature lower than the melting point or softening point of the raw material powder by the heater 21i, and then introduced into the chamber 23a of the cold spray gun 23. A pressure gauge 23b and a thermometer 23c are installed in the chamber 23a and are used for pressure and temperature feedback control.

一方、原料粉末供給部２２は、原料粉末供給装置２２ａと、これに付設される計量器２２ｂ及び原料粉末供給ライン２２ｃを備えている。圧縮ガスボンベ２１ａからの搬送ガスは、搬送ガスライン２１ｃを通り、原料粉末供給装置２２ａに導入される。計量器２２ｂにより計量された所定量の原料粉末は、原料粉末供給ライン２２ｃを経て、チャンバ２３ａ内に搬送される。 On the other hand, the raw material powder supply unit 22 includes a raw material powder supply device 22a, a measuring instrument 22b attached thereto, and a raw material powder supply line 22c. The transport gas from the compressed gas cylinder 21a passes through the transport gas line 21c and is introduced into the raw material powder supply device 22a. The predetermined amount of raw material powder measured by the measuring instrument 22b is conveyed into the chamber 23a via the raw material powder supply line 22c.

コールドスプレーガン２３は、その先端部に本実施形態のコールドスプレー用ノズル２５を備える。コールドスプレーガン２３は、搬送ガスによりチャンバ２３ａ内に搬送された原料粉末Ｐを、作動ガスにより超音速流としてノズル２５の先端から吐出する吐出通路２５ａを備えている。コールドスプレーガン２３は、原料粉末Ｐを固相状態又は固液共存状態で基材２４に衝突させて皮膜２４ａを形成する。本実施形態では、基材２４としてシリンダヘッド１２を適用し、このシリンダヘッド１２の開口部１６ａ、１７ａの環状縁部にコールドスプレー法によって原料粉末Ｐを噴射することにより、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成している。 The cold spray gun 23 is provided with the cold spray nozzle 25 of the present embodiment at its tip. The cold spray gun 23 includes a discharge passage 25a that discharges the raw material powder P transported into the chamber 23a by the transport gas as a supersonic flow by the working gas from the tip of the nozzle 25. The cold spray gun 23 collides the raw material powder P with the base material 24 in a solid phase state or a solid-liquid coexistence state to form a film 24a. In the present embodiment, the cylinder head 12 is applied as the base material 24, and the raw material powder P is sprayed onto the annular edges of the openings 16a and 17a of the cylinder head 12 by the cold spray method to obtain the valve seat films 16b and 17b. Is forming.

次に、本実施形態のコールドスプレー用ノズル２５について説明する。本実施形態に係るノズル２５は、図４に示すように、コンバージェント部２５１と、ダイバージェント部２５２という２つの部品によって構成されている。コンバージェント部２５１及びダイバージェント部２５２は、本発明に係る第１ノズル本体及び第２ノズル本体に相当する。 Next, the cold spray nozzle 25 of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the nozzle 25 according to the present embodiment is composed of two parts, a convergent portion 251 and a divergent portion 252. The convergent portion 251 and the divergent portion 252 correspond to the first nozzle main body and the second nozzle main body according to the present invention.

コンバージェント部２５１は、略円筒形状をしており、ステンレス鋼、工具鋼及び超硬合金などの金属や、ガラス材などで形成されている。ガラス材としては、特に限定されず、ケイ酸ガラス、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラス等が例示されるが、耐摩耗性ガラス、具体的にはケイ酸ガラス又はケイ酸アルカリガラスが好ましく用いられる。 The convergent portion 251 has a substantially cylindrical shape, and is made of a metal such as stainless steel, tool steel, or cemented carbide, or a glass material. The glass material is not particularly limited, and examples thereof include silicate glass, alkali silicate glass, soda lime glass, potash lime glass, lead glass, barium glass, and borosilicate glass. A silicate glass or an alkali silicate glass is preferably used.

コンバージェント部２５１は、略円筒形状をした本体部内に、吐出通路２５ａを構成する圧縮部２５１ａが設けられている。圧縮部２５１ａは、先端側に向かうにしたがって内径が徐々に小さくなるように、内周面がテーパー状にされた円錐形状をしている。圧縮部２５１ａは、後端側から供給された作動ガスの圧力を高めるために設けられている。 The convergent portion 251 is provided with a compression portion 251a constituting a discharge passage 25a in a main body portion having a substantially cylindrical shape. The compression portion 251a has a conical shape with an inner peripheral surface tapered so that the inner diameter gradually decreases toward the tip side. The compression unit 251a is provided to increase the pressure of the working gas supplied from the rear end side.

コンバージェント部２５１の本体部の後端側には、チャンバ２３ａと接続されるフランジ部２５１ｂが設けられている。フランジ部２５１ｂは、本体部よりも大きな径を有する円筒形状をしている。詳しくは図示しないが、フランジ部２５１ｂは、外周を覆うジャケットによりチャンバ２３ａに取り付けられ、ジャケット内でチャンバ２３ａと圧接される。 A flange portion 251b connected to the chamber 23a is provided on the rear end side of the main body portion of the convergent portion 251. The flange portion 251b has a cylindrical shape having a diameter larger than that of the main body portion. Although not shown in detail, the flange portion 251b is attached to the chamber 23a by a jacket covering the outer circumference, and is pressed against the chamber 23a in the jacket.

コンバージェント部２５１の本体部の先端側の外周には、略円柱形状をした第１挿入部２５１ｃが設けられている。この第１挿入部２５１ｃは、コンバージェント部２５１と、ダイバージェント部２５２との結合に利用される。 A first insertion portion 251c having a substantially cylindrical shape is provided on the outer periphery of the front end side of the main body portion of the convergent portion 251. The first insertion portion 251c is used for coupling the convergent portion 251 and the divergent portion 252.

ダイバージェント部２５２は、略円筒形状をしており、コンバージェント部２５１と同様に、ステンレス鋼、工具鋼及び超硬合金などの金属や、ガラス材などで形成されている。ダイバージェント部２５２は、略円筒形状をした本体部内に、吐出通路２５ａを構成する膨張部２５２ａが設けられている。膨張部２５２ａは、先端側に向かうにしたがって内径が徐々に大きくなるように、内周面がテーパー状にされた円錐形状をしている。膨張部２５２ａは、コンバージェント部２５１の圧縮部２５１ａよりも先端側に配置されて、圧縮部２５１ａと連通し、圧縮部２５１ａにより高められた作動ガスの圧力を開放して、超音速まで加速させる。 The divergent portion 252 has a substantially cylindrical shape, and is made of a metal such as stainless steel, tool steel, or cemented carbide, or a glass material, like the convergent portion 251. The divergent portion 252 is provided with an expansion portion 252a constituting a discharge passage 25a in a main body portion having a substantially cylindrical shape. The expansion portion 252a has a conical shape with an inner peripheral surface tapered so that the inner diameter gradually increases toward the tip side. The expansion portion 252a is arranged on the tip side of the compression portion 251a of the convergent portion 251 and communicates with the compression portion 251a to release the pressure of the working gas increased by the compression portion 251a and accelerate to supersonic speed. ..

ダイバージェント部２５２の本体部の後端側には、略円柱形状をした第１凹部２５２ｂが設けられている。この第１凹部２５２ｂは、コンバージェント部２５１と、ダイバージェント部２５２との結合に利用される。 A first concave portion 252b having a substantially cylindrical shape is provided on the rear end side of the main body portion of the divergent portion 252. The first recess 252b is used for coupling the convergent portion 251 and the divergent portion 252.

コンバージェント部２５１と、ダイバージェント部２５２は、第１挿入部２５１ｃが第１凹部２５２ｂに挿入されることにより結合されている。また、第１挿入部２５１ｃと、第１凹部２５２ｂとは、インロー結合されている。ここで、インロー結合とは、凹部と凸部に代表されるように、２つの部材を隙間なく嵌合させることにより、互いの相対的な位置を規定し、嵌合後にガタを生じないような結合をいう。 The convergent portion 251 and the divergent portion 252 are connected by inserting the first insertion portion 251c into the first recess 252b. Further, the first insertion portion 251c and the first recess 252b are in-row coupled. Here, the in-row coupling defines the relative positions of the two members by fitting the two members without gaps, as typified by the concave portion and the convex portion, so that no play occurs after the fitting. Refers to a bond.

例えば、第１挿入部２５１ｃの外径Ｃ１はφ１１．２ｍｍ、その外径公差は＋０．０２～＋０．０４ｍｍとなっている。また、第１凹部２５２ｂの内径Ｄ１は、例えば、φ１１．３ｍｍ、その内径公差は－０．０１～－０．０３ｍｍとなっている。このような寸法及び公差でインロー結合することにより、第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂとの間に生じる隙間は、０．０１５～０．０３５ｍｍという非常に微小なものとなる。したがって、コンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２とを、互いに相対的に位置を規定しながら、嵌合後にガタが生じないように結合することができる。 For example, the outer diameter C1 of the first insertion portion 251c is φ11.2 mm, and the outer diameter tolerance thereof is +0.02 to +0.04 mm. Further, the inner diameter D1 of the first recess 252b is, for example, φ11.3 mm, and the inner diameter tolerance thereof is −0.01 to −0.03 mm. By in-row coupling with such dimensions and tolerances, the gap generated between the first insertion portion 251c and the first recess 252b becomes a very small gap of 0.015 to 0.035 mm. Therefore, the convergent portion 251 and the divergent portion 252 can be coupled so as not to cause play after fitting while defining the positions relative to each other.

また、ノズル２５を、コンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２という２部品で構成することにより、加工が困難な圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａと別々に形成することができるので、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとが一部品に設けられていた従来のノズルに比べて形成が容易である。したがって、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとの加工精度を向上させることができ、製造コストの低下と、リードタイムの短縮とを図ることも可能である。 Further, by forming the nozzle 25 with two parts, a convergent portion 251 and a divergent portion 252, the compression portion 251a and the expansion portion 252a, which are difficult to process, can be formed separately, so that the compression portion 251a and the expansion portion 251a can be formed separately. It is easier to form than the conventional nozzle in which the portion 252a is provided in one component. Therefore, it is possible to improve the processing accuracy of the compression portion 251a and the expansion portion 252a, and it is also possible to reduce the manufacturing cost and the lead time.

また、インロー結合により、コンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２との組み立て時のアライメント調整なども不要となるので、組立工程の簡略化が可能である。さらに、原料粉末Ｐを吐出する際にコンバージェント部２５１が熱膨張することにより、第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂとのインロー結合が締り嵌めになる。したがって、作動ガスの漏れや、作動ガスの圧力によるコンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２との分離などを防ぐことができる。また、上述したジャケット内で冷媒を流してノズル２５を冷却するような場合には、第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂとのインロー結合部から冷媒がノズル２５内に流れ込むような不具合は発生しない。 Further, the in-row coupling eliminates the need for alignment adjustment at the time of assembling the convergent portion 251 and the divergent portion 252, so that the assembly process can be simplified. Further, the convergent portion 251 thermally expands when the raw material powder P is discharged, so that the in-row coupling between the first insertion portion 251c and the first recess 252b is tightened and fitted. Therefore, it is possible to prevent leakage of the working gas and separation of the convergent portion 251 and the divergent portion 252 due to the pressure of the working gas. Further, when the refrigerant is flowed in the jacket described above to cool the nozzle 25, a problem occurs in which the refrigerant flows into the nozzle 25 from the in-row coupling portion between the first insertion portion 251c and the first recess 252b. do not do.

また、コンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２とを分離することもできるので、吐出通路２５ａ内に付着した原料粉末Ｐを除去する際のメンテナンス性がより高まる。さらに、吐出通路２５ａ内に対する原料粉末Ｐの付着がひどい場合には、例えば、ダイバージェント部２５２のみを新しい部品に交換することもできるので、従来よりも低コストにノズル２５の性能を維持することができる。 Further, since the convergent portion 251 and the divergent portion 252 can be separated, the maintainability when removing the raw material powder P adhering to the discharge passage 25a is further improved. Further, when the raw material powder P adheres severely to the discharge passage 25a, for example, only the divergent portion 252 can be replaced with a new part, so that the performance of the nozzle 25 can be maintained at a lower cost than before. Can be done.

また、図５に拡大して示すように、ダイバージェント部２５２の膨張部２５２ａの後端側の内径Ｄ２は、コンバージェント部２５１の圧縮部２５１ａの先端側の内径Ｃ２よりも大きくされている。これにより、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとの接続部に段差が生じないので、原料粉末Ｐが段差に当たって付着、堆積するのを防ぐことが可能である。 Further, as shown in an enlarged manner in FIG. 5, the inner diameter D2 on the rear end side of the expansion portion 252a of the divergent portion 252 is larger than the inner diameter C2 on the tip end side of the compression portion 251a of the divergent portion 251. As a result, there is no step at the connection portion between the compression portion 251a and the expansion portion 252a, so that it is possible to prevent the raw material powder P from hitting the step and adhering to and accumulating.

さらに、コンバージェント部２５１の第１挿入部２５１ｃの外径をＣ１（公差下限）、圧縮部２５１ａの先端側の内径をＣ２（公差上限）とし、ダイバージェント部２５２の第１凹部２５２ｂの内径をＤ１（公差上限）、膨張部２５２ａの後端側の内径をＤ２（公差下限）としたときに、圧縮部２５１ａの先端側の内径Ｃ２と、膨張部２５２ａの後端側の内径Ｄ２との関係は、下記式１を満たすようになっている。すなわち、第１挿入部２５１ｃの外径Ｃ１が公差下限で、第１凹部２５２ｂの内径Ｄ１が公差上限となり、第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂとの間の隙間が最大になったとしても、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとの接続部に段差が生じないように設定されている。
（Ｄ２－Ｃ２）＞（Ｄ１－Ｃ１）・・・（１） Further, the outer diameter of the first insertion portion 251c of the convergent portion 251 is C1 (tolerance lower limit), the inner diameter of the tip end side of the compression portion 251a is C2 (tolerance upper limit), and the inner diameter of the first recess 252b of the divergent portion 252 is set. Relationship between the inner diameter C2 on the tip end side of the compression portion 251a and the inner diameter D2 on the rear end side of the expansion portion 252a when the inner diameter on the rear end side of the expansion portion 252a is D2 (tolerance upper limit). Is adapted to satisfy the following equation 1. That is, even if the outer diameter C1 of the first insertion portion 251c is the lower limit of the tolerance, the inner diameter D1 of the first recess 252b is the upper limit of the tolerance, and the gap between the first insertion portion 251c and the first recess 252b is maximized. , The connection portion between the compression portion 251a and the expansion portion 252a is set so as not to have a step.
(D2-C2)> (D1-C1) ... (1)

なお、上述した第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂの寸法及び公差は、一例であり、コンバージェント部２５１及びダイバージェント部２５２の寸法に応じて、インロー結合となるような公差を適宜設定することが望ましい。 The dimensions and tolerances of the first insertion portion 251c and the first recess 252b described above are examples, and tolerances such as in-row coupling are appropriately set according to the dimensions of the convergent portion 251 and the divergent portion 252. Is desirable.

次に、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２を利用して、シリンダヘッド１２に対するバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する手順にについて説明する。図６は、本実施形態のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの形成方法における、シリンダヘッドの加工工程を示す工程図である。この図に示すように、本実施形態のシリンダヘッド１２の製造方法は、鋳造工程（ステップＳ１）と、切削工程（ステップＳ２）と、成膜工程（ステップＳ３）と、仕上工程（ステップＳ４）とを備える。 Next, a procedure for forming the valve seat films 16b and 17b for the cylinder head 12 by using the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a process diagram showing a processing process of a cylinder head in the method of forming the valve seat films 16b and 17b of the present embodiment. As shown in this figure, the manufacturing method of the cylinder head 12 of the present embodiment includes a casting step (step S1), a cutting step (step S2), a film forming step (step S3), and a finishing step (step S4). And prepare.

鋳造工程Ｓ１では、砂中子がセットされた金型に鋳物用アルミ合金を流し込み、本体部に吸気ポート１６や排気ポート１７等が形成されたシリンダヘッド粗材を鋳造成形する。吸気ポート１６及び排気ポート１７は砂中子で形成され、燃焼室上壁部１２ｂは金型で形成される。 In the casting step S1, an aluminum alloy for casting is poured into a mold in which a sand core is set, and a rough cylinder head material having an intake port 16 and an exhaust port 17 formed in a main body is cast and molded. The intake port 16 and the exhaust port 17 are formed of sand cores, and the upper wall portion 12b of the combustion chamber is formed of a mold.

図７は、鋳造工程Ｓ１で鋳造成形したシリンダヘッド粗材３を、シリンダブロック１１への取付面１２ａ側から見た斜視図である。シリンダヘッド粗材３は、４つの燃焼室上壁部１ｂと、各燃焼室上壁部１２ｂに２つずつ設けられた吸気ポート１６及び排気ポート１７等を備える。各燃焼室上壁部１２ｂの２つの吸気ポート１６、及び２つの排気ポート１７は、シリンダヘッド粗材３内で１本に集合され、シリンダヘッド粗材３の両側面に設けた開口にそれぞれ連通している。 FIG. 7 is a perspective view of the cylinder head rough material 3 cast and molded in the casting step S1 as viewed from the mounting surface 12a side to the cylinder block 11. The cylinder head rough material 3 includes four combustion chamber upper wall portions 1b, and two intake ports 16 and exhaust ports 17 provided in each combustion chamber upper wall portion 12b. The two intake ports 16 and the two exhaust ports 17 of the upper wall portion 12b of each combustion chamber are gathered together in the cylinder head rough material 3 and communicate with the openings provided on both side surfaces of the cylinder head rough material 3. is doing.

図８Ａは、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿うシリンダヘッド粗材３の断面図であり、吸気ポート１６を示している。吸気ポート１６には、シリンダヘッド粗材３の燃焼室上壁部１２ｂ内に露呈された円形の開口部１６ａが設けられている。 FIG. 8A is a cross-sectional view of the cylinder head rough material 3 along the line VIII-VIII of FIG. 7, showing the intake port 16. The intake port 16 is provided with a circular opening 16a exposed in the combustion chamber upper wall portion 12b of the cylinder head rough material 3.

次の切削工程Ｓ２では、シリンダヘッド粗材３にエンドミルやボールエンドミル等によるフライス加工を施し、図８Ｂに示すように、吸気ポート１６の開口部１６ａに環状バルブシート部１６ｃを形成する。環状バルブシート部１６ｃは、バルブシート膜１６ｂのベース形状となる環状溝であり、開口部１６ａの外周に形成される。本実施形態のシリンダヘッド１２の製造方法では、環状バルブシート部１６ｃにコールドスプレー法により原料粉末を吐出して皮膜を形成し、この皮膜を基にしてバルブシート膜１６ｂを形成する。そのため、環状バルブシート部１６ｃは、バルブシート膜１６ｂよりも一回り大きなサイズで形成されている。 In the next cutting step S2, the cylinder head rough material 3 is milled by an end mill, a ball end mill, or the like, and an annular valve seat portion 16c is formed in the opening 16a of the intake port 16 as shown in FIG. 8B. The annular valve seat portion 16c is an annular groove that forms the base shape of the valve seat membrane 16b, and is formed on the outer periphery of the opening 16a. In the method for manufacturing the cylinder head 12 of the present embodiment, the raw material powder is discharged to the annular valve seat portion 16c by a cold spray method to form a film, and the valve seat film 16b is formed based on this film. Therefore, the annular valve seat portion 16c is formed to be one size larger than the valve seat membrane 16b.

成膜工程Ｓ３では、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置を利用し、シリンダヘッド粗材３の環状バルブシート部１６ｃに原料粉末を吐出してバルブシート膜１６ｂを形成する。より具体的には、この成膜工程Ｓ３では、環状バルブシート部１６ｃと、コールドスプレー装置のコールドスプレー用ノズルとを同じ姿勢で一定距離に保ちながら、原料粉末が環状バルブシート部１６ｃの全周に吹き付けられるように、シリンダヘッド粗材３とコールドスプレー用ノズルとを一定速度で相対移動する。 In the film forming step S3, the cold spray nozzle and the cold spray device according to the present embodiment are used to discharge the raw material powder to the annular valve seat portion 16c of the cylinder head rough material 3 to form the valve seat film 16b. More specifically, in this film forming step S3, the raw material powder covers the entire circumference of the annular valve seat portion 16c while keeping the annular valve seat portion 16c and the cold spray nozzle of the cold spray device at a constant distance in the same posture. The cylinder head rough material 3 and the cold spray nozzle are relatively moved at a constant speed so as to be sprayed on.

この実施形態では、例えば、図９に示すワーク回転装置４を利用して、固定配置されたコールドスプレー装置のコールドスプレー用ノズル（以下、ノズルともいう）２５に対し、シリンダヘッド粗材３を移動する。ワーク回転装置４は、シリンダヘッド粗材３を保持するワークテーブル４１と、チルトステージ部４２と、ＸＹステージ部４３と、回転ステージ部４４とを備える。 In this embodiment, for example, the work rotating device 4 shown in FIG. 9 is used to move the cylinder head rough material 3 with respect to the cold spray nozzle (hereinafter, also referred to as a nozzle) 25 of the fixedly arranged cold spray device. do. The work rotating device 4 includes a work table 41 for holding the cylinder head rough material 3, a tilt stage portion 42, an XY stage portion 43, and a rotating stage portion 44.

チルトステージ部４２は、ワークテーブル４１を支持し、ワークテーブル４１を水平方向に配したＡ軸の周りで回動させて、シリンダヘッド粗材３を傾けるステージである。ＸＹステージ部４３は、チルトステージ部４２を支持するＹ軸ステージ４３ａと、Ｙ軸ステージ４３ａを支持するＸ軸ステージ４３ｂとを備える。Ｙ軸ステージ４３ａは、水平方向に配したＹ軸に沿ってチルトステージ部４２を移動する。Ｘ軸ステージ４３ｂは、水平面上においてＹ軸に直交するＸ軸に沿って、Ｙ軸ステージ４３ａを移動する。これにより、ＸＹステージ部４３は、シリンダヘッド粗材３をＸ軸及びＹ軸に沿って任意の位置に移動する。回転ステージ部４４は、その上面にＸＹステージ部４３を支持する回転テーブル４４ａを有し、この回転テーブル４４ａを回転することにより、シリンダヘッド粗材３を略垂直方向のＺ軸の周りで回転する。 The tilt stage portion 42 is a stage that supports the work table 41 and rotates the work table 41 around an A axis arranged in the horizontal direction to tilt the cylinder head rough material 3. The XY stage unit 43 includes a Y-axis stage 43a that supports the tilt stage unit 42 and an X-axis stage 43b that supports the Y-axis stage 43a. The Y-axis stage 43a moves the tilt stage portion 42 along the Y-axis arranged in the horizontal direction. The X-axis stage 43b moves the Y-axis stage 43a along the X-axis orthogonal to the Y-axis on the horizontal plane. As a result, the XY stage portion 43 moves the cylinder head rough material 3 to an arbitrary position along the X-axis and the Y-axis. The rotary stage portion 44 has a rotary table 44a on its upper surface that supports the XY stage portion 43, and by rotating the rotary table 44a, the cylinder head rough material 3 is rotated around a substantially vertical Z axis. ..

ノズル２５の先端は、チルトステージ部４２の上方で、回転ステージ部４４のＺ軸の近傍に固定配置されている。ワーク回転装置４は、図８Ｃに示すように、チルトステージ部４２により、バルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが垂直になるようにワークテーブル４１を傾ける。また、ワーク回転装置４は、ＸＹステージ部４３により、バルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが回転ステージ部４４のＺ軸に一致するようにシリンダヘッド粗材３を移動する。この状態で、ノズル２５から環状バルブシート部１６ｃに原料粉末Ｐを吐出しながら、回転ステージ部４４によりシリンダヘッド粗材３をＺ軸周りで回転することにより、環状バルブシート部１６ｃの全周に皮膜を形成する。 The tip of the nozzle 25 is fixedly arranged above the tilt stage portion 42 and in the vicinity of the Z axis of the rotary stage portion 44. As shown in FIG. 8C, the work rotating device 4 tilts the work table 41 so that the central axis C of the intake port 16 on which the valve seat film 16b is formed is vertical by the tilt stage portion 42. Further, the work rotating device 4 moves the cylinder head rough material 3 by the XY stage portion 43 so that the central axis C of the intake port 16 on which the valve seat film 16b is formed coincides with the Z axis of the rotating stage portion 44. .. In this state, while the raw material powder P is discharged from the nozzle 25 to the annular valve seat portion 16c, the cylinder head rough material 3 is rotated around the Z axis by the rotary stage portion 44, thereby forming the entire circumference of the annular valve seat portion 16c. Form a film.

ワーク回転装置４は、シリンダヘッド粗材３がＺ軸の周りで１回転してバルブシート膜１６ｂの形成が終了すると、回転ステージ部４４の回転を一旦停止する。この回転停止中に、ＸＹステージ部４３は、次にバルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが回転ステージ部４４のＺ軸に一致するように、シリンダヘッド粗材３を移動する。ワーク回転装置４は、ＸＹステージ部４３によるシリンダヘッド粗材３の移動終了後、回転ステージ部４４の回転を再開させ、次の吸気ポート１６にバルブシート膜１６ｂを形成する。以降、この動作を繰り返すことにより、シリンダヘッド粗材３の全ての吸気ポート１６及び排気ポート１７にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成される。なお、吸気ポート１６と排気ポート１７との間でバルブシート膜の形成対象が切り替わる際には、チルトステージ部４２によってシリンダヘッド粗材３の傾きが変更される。 When the cylinder head rough material 3 makes one rotation around the Z axis and the formation of the valve seat film 16b is completed, the work rotation device 4 temporarily stops the rotation of the rotation stage portion 44. During this rotation stop, the XY stage portion 43 moves the cylinder head rough material 3 so that the central axis C of the intake port 16 on which the valve seat film 16b is formed next coincides with the Z axis of the rotation stage portion 44. do. After the movement of the cylinder head rough material 3 by the XY stage portion 43 is completed, the work rotating device 4 restarts the rotation of the rotating stage portion 44 to form the valve seat film 16b at the next intake port 16. After that, by repeating this operation, valve seat films 16b and 17b are formed on all the intake ports 16 and the exhaust ports 17 of the cylinder head rough material 3. When the target for forming the valve seat film is switched between the intake port 16 and the exhaust port 17, the tilt stage portion 42 changes the inclination of the cylinder head rough material 3.

仕上工程Ｓ４では、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂと、吸気ポート１６及び排気ポート１７の仕上加工が行われる。バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの仕上加工では、ボールエンドミルを用いたフライス加工によりバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの表面を切削し、バルブシート膜１６ｂを所定形状に整える。 In the finishing step S4, the valve seat membranes 16b and 17b, and the intake port 16 and the exhaust port 17 are finished. In the finishing process of the valve seat films 16b and 17b, the surfaces of the valve seat films 16b and 17b are cut by milling using a ball end mill to shape the valve seat films 16b into a predetermined shape.

また、吸気ポート１６の仕上加工では、開口部１６ａから吸気ポート１６内にボールエンドミルを挿入し、図８Ｄに示す加工ラインＰＬに沿って吸気ポート１６の開口部１６ａ側の内周面を切削する。加工ラインＰＬは、吸気ポート１６内に原料粉末Ｐが飛散して付着した余剰皮膜ＳＦが比較的厚く形成される範囲、より具体的には、余剰皮膜ＳＦが吸気ポート１６の吸気性能に影響を及ぼす程度に厚く形成される範囲である。 Further, in the finishing process of the intake port 16, a ball end mill is inserted into the intake port 16 from the opening 16a, and the inner peripheral surface of the intake port 16 on the opening 16a side is cut along the processing line PL shown in FIG. 8D. .. The processing line PL has a range in which the raw material powder P is scattered and adhered to the intake port 16 to form a relatively thick excess film SF, and more specifically, the excess film SF affects the intake performance of the intake port 16. It is a range that is formed thick enough to exert.

このように、仕上工程Ｓ４により、鋳造成形による吸気ポート１６の表面荒れが解消されるとともに、被覆工程Ｓ３で形成された余剰皮膜ＳＦを除去することができる。図８Ｅに、仕上工程Ｓ４後の吸気ポート１６を示す。 In this way, the finishing step S4 eliminates the surface roughness of the intake port 16 due to casting and molding, and also removes the excess film SF formed in the coating step S3. FIG. 8E shows the intake port 16 after the finishing step S4.

なお、排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に、鋳造成形による排気ポート１７内への小径部の形成、切削加工による環状バルブシート部１７ｃの形成、環状バルブシート部１７ｃへのコールドスプレー、仕上加工を経てバルブシート膜１７ｂが形成される。そのため、排気ポート１７に対するバルブシート膜１７ｂの形成手順については、詳しい説明を省略する。 As with the intake port 16, the exhaust port 17 has a small diameter portion formed in the exhaust port 17 by casting, an annular valve seat portion 17c formed by cutting, cold spraying on the annular valve seat portion 17c, and finishing. The valve seat film 17b is formed through processing. Therefore, detailed description of the procedure for forming the valve seat membrane 17b for the exhaust port 17 will be omitted.

シリンダヘッド１２のバルブシートには、燃焼室１５内におけるバルブからの叩き入力に耐え得る高い耐熱性及び耐磨耗性と、燃焼室１５の冷却のための高い熱伝導性とが要求される。これらの要求に対し、例えば、析出硬化型銅合金の粉末により形成したバルブシート膜１６ｂ、１７ｂによれば、鋳物用アルミ合金で形成したシリンダヘッド１２よりも硬く、耐熱性及び耐磨耗性に優れたバルブシートを得ることができる。 The valve seat of the cylinder head 12 is required to have high heat resistance and wear resistance that can withstand the tapping input from the valve in the combustion chamber 15, and high thermal conductivity for cooling the combustion chamber 15. In response to these requirements, for example, according to the valve seat films 16b and 17b formed of the powder of the precipitation-curable copper alloy, the cylinder head 12 is harder than the cylinder head 12 formed of the aluminum alloy for casting, and has heat resistance and abrasion resistance. An excellent valve seat can be obtained.

また、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂは、シリンダヘッド１２に直接形成しているので、ポート開口部に別部品のシートリングを圧入して形成する従来のバルブシートに比べ、高い熱伝導性を得ることができる。さらには、別部品のシートリングを利用する場合に比べ、冷却用のウォータジャケットとの近接化を図ることができる他、吸気ポート１６及び排気ポート１７のスロート径の拡大、ポート形状の最適化によるタンブル流の促進などの副次的効果も得ることができる。 Further, since the valve seat films 16b and 17b are formed directly on the cylinder head 12, higher thermal conductivity can be obtained as compared with the conventional valve seat formed by press-fitting a seat ring of another component into the port opening. Can be done. Furthermore, compared to the case of using a separate seat ring, it is possible to make it closer to the water jacket for cooling, expand the throat diameter of the intake port 16 and exhaust port 17, and optimize the port shape. Secondary effects such as promotion of tumble flow can also be obtained.

なお、上記の実施形態では、ダイバージェント部２５２を１部品で構成したが、図１０に示すコールドスプレー用ノズル２５Ａのように、ダイバージェント部２５２Ａを、吐出通路２５ａの方向において連結された複数のサブノズル２５３、２５４により構成してもよい。サブノズル２５３とサブノズル２５４とは、サブノズル２５３の後端側に設けられた略円柱状の第２凹部２５３ａに、サブノズル２５４の先端側に設けられた略円柱状の第２挿入部２５４ａが挿入されてインロー結合している。また、サブノズル２５４と、コンバージェント部２５１は、サブノズル２５４の後端側に設けられた略円柱状の第２凹部２５４ｃに、コンバージェント部２５１の第１挿入部２５１ｃが挿入されてインロー結合している。 In the above embodiment, the divergent portion 252 is composed of one component, but as in the cold spray nozzle 25A shown in FIG. 10, a plurality of divergent portions 252A are connected in the direction of the discharge passage 25a. It may be configured by sub-nozzles 253 and 254. The sub-nozzle 253 and the sub-nozzle 254 have a substantially columnar second insertion portion 254a provided on the tip end side of the sub-nozzle 254 inserted into the substantially columnar second recess 253a provided on the rear end side of the sub-nozzle 253. It is in-row bonded. Further, the sub-nozzle 254 and the convergent portion 251 are in-row-coupled by inserting the first insertion portion 251c of the convergent portion 251 into the substantially cylindrical second recess 254c provided on the rear end side of the sub-nozzle 254. There is.

また、サブノズル２５３の膨張部２５３ｂの後端側の内径は、サブノズル２５４の膨張部２５４ｂの先端側の内径よりも大きくされている。さらに、サブノズル２５４の膨張部２５４ｂの後端側の内径は、コンバージェント部２５１の圧縮部２５１ａの先端側の内径よりも大きくされている。 Further, the inner diameter of the expansion portion 253b of the sub-nozzle 253 on the rear end side is larger than the inner diameter of the expansion portion 254b of the sub-nozzle 254 on the front end side. Further, the inner diameter of the sub-nozzle 254 on the rear end side of the expansion portion 254b is larger than the inner diameter of the compression portion 251a of the convergent portion 251 on the distal end side.

また、膨張部２５３ｂの後端側の内径と、膨張部２５４ｂの先端側の内径との関係は、第２挿入部２５４ａの外径が公差下限で、第２凹部２５３ａの内径が公差上限のときでも、膨張部２５３ｂと膨張部２５４ｂとの接続部に段差が生じないように設定されている。さらに、膨張部２５４ｂの後端側の内径と、圧縮部２５１ａの先端側の内径との関係は、第１挿入部２５１ｃの外径が公差下限で、第２凹部２５４ｃの内径が公差上限のときでも、膨張部２５４ｂと圧縮部２５１ａとの接続部に段差が生じないように設定されている。 The relationship between the inner diameter on the rear end side of the expansion portion 253b and the inner diameter on the tip end side of the expansion portion 254b is such that the outer diameter of the second insertion portion 254a is the lower limit of the tolerance and the inner diameter of the second recess 253a is the upper limit of the tolerance. However, it is set so that a step does not occur at the connection portion between the expansion portion 253b and the expansion portion 254b. Further, the relationship between the inner diameter on the rear end side of the expansion portion 254b and the inner diameter on the tip end side of the compression portion 251a is such that the outer diameter of the first insertion portion 251c is the lower limit of the tolerance and the inner diameter of the second recess 254c is the upper limit of the tolerance. However, it is set so that a step does not occur at the connection portion between the expansion portion 254b and the compression portion 251a.

このように、ダイバージェント部２５２Ａを複数のサブノズル２５３、２５４によって構成することにより、例えば、サブノズル２５３のみ、あるいはサブノズル２５４のみを新しい部品に交換することができるので、ダイバージェント部を一部品で構成する場合よりも低コストにノズル２５Ａの性能を維持することができる。なお、本実施形態では、サブノズルを２つにしたが、ノズル２５Ａの長さに応じて、３つ以上にしてもよい。 In this way, by configuring the divergent portion 252A with a plurality of sub-nozzles 253 and 254, for example, only the sub-nozzle 253 or only the sub-nozzle 254 can be replaced with new parts, so that the divergent portion can be configured with one component. The performance of the nozzle 25A can be maintained at a lower cost than the case where the nozzle 25A is used. In this embodiment, the number of sub-nozzles is two, but three or more may be used depending on the length of the nozzle 25A.

以上で説明したように、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、コールドスプレー用ノズル２５を、筒状の本体部内に圧縮部２５１ａを有し、本体部の先端側の外周に略円柱状の第１挿入部２５１ｃを有するコンバージェント部（第１ノズル本体）２５１と、筒状の本体部の後端側に略円柱状の第１凹部２５２ｂを有し、本体部内に膨張部２５２ａを有するダイバージェント部（第２ノズル本体）２５２とによって構成している。これにより、加工が困難な圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａと別々に形成することができるので、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとが一部品に設けられていた従来のノズルに比べ、ノズルの形成が容易になる。したがって、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとの加工精度を向上させることができ、製造コストの低下と、リードタイムの短縮とを図ることも可能である。 As described above, according to the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 according to the present embodiment, the cold spray nozzle 25 has a compression portion 251a in a cylindrical main body portion, and the tip of the main body portion is provided. A convergent portion (first nozzle main body) 251 having a substantially cylindrical first insertion portion 251c on the outer periphery of the side, and a substantially cylindrical first concave portion 252b on the rear end side of the tubular main body portion, the main body. It is composed of a divergent portion (second nozzle main body) 252 having an expansion portion 252a in the portion. As a result, the compression portion 251a and the expansion portion 252a, which are difficult to process, can be formed separately, so that the nozzle can be formed as compared with the conventional nozzle in which the compression portion 251a and the expansion portion 252a are provided in one component. It will be easier. Therefore, it is possible to improve the processing accuracy of the compression portion 251a and the expansion portion 252a, and it is also possible to reduce the manufacturing cost and the lead time.

また、第１挿入部２５１ｃと、第１凹部２５２ｂとをインロー結合しているので、コンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２との組み立て時のアライメント調整なども不要となり、組立工程の簡略化が可能である。さらに、原料粉末Ｐを吐出する際にコンバージェント部２５１が熱膨張することにより、第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂとのインロー結合が締り嵌めになる。したがって、作動ガスの漏れや、作動ガスの圧力によるコンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２との分離などを防ぐことができる。 Further, since the first insertion portion 251c and the first recess 252b are in-row coupled, it is not necessary to adjust the alignment at the time of assembling the convergent portion 251 and the divergent portion 252, and the assembly process can be simplified. Is. Further, when the raw material powder P is discharged, the convergent portion 251 thermally expands, so that the in-row coupling between the first insertion portion 251c and the first recess 252b is tightened and fitted. Therefore, it is possible to prevent leakage of the working gas and separation of the convergent portion 251 and the divergent portion 252 due to the pressure of the working gas.

また、コンバージェント部２５１とダイバージェント部２５２とをインロー結合することにより、必要時には分離することもできるので、吐出通路２５ａ内に付着した原料粉末Ｐを除去する際のメンテナンス性がより高まる。さらに、吐出通路２５ａ内に対する原料粉末Ｐの付着がひどい場合には、例えば、ダイバージェント部２５２のみを新しい部品に交換することもできるので、従来よりも低コストにノズル２５の性能を維持することができる。 Further, by in-row coupling the convergent portion 251 and the divergent portion 252, they can be separated when necessary, so that the maintainability when removing the raw material powder P adhering to the discharge passage 25a is further improved. Further, when the raw material powder P adheres severely to the discharge passage 25a, for example, only the divergent portion 252 can be replaced with a new part, so that the performance of the nozzle 25 can be maintained at a lower cost than before. Can be done.

また、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、膨張部２５２ａの後端側の内径が、圧縮部２５１ａの先端側の内径よりも大きくされているので、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとの接続部に、原料粉末Ｐが段差に当たって付着、堆積するような段差が生じることはない。 Further, according to the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 according to the present embodiment, the inner diameter of the rear end side of the expansion portion 252a is larger than the inner diameter of the front end side of the compression portion 251a. At the connection portion between the 251a and the expansion portion 252a, a step such that the raw material powder P hits the step and adheres to or accumulates does not occur.

さらに、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、コンバージェント部２５１の第１挿入部２５１ｃの外径をＣ１（公差下限）、圧縮部２５１ａの先端側の内径をＣ２（公差上限）とし、ダイバージェント部２５２の第１凹部２５２ｂの内径をＤ１（公差上限）、膨張部２５２ａの後端側の内径をＤ２（公差下限）としたときに、圧縮部２５１ａの先端側の内径Ｃ２と、膨張部２５２ａの後端側の内径Ｄ２との関係が、（Ｄ２－Ｃ２）＞（Ｄ１－Ｃ１）を満たすようになっている。すなわち、第１挿入部２５１ｃの外径Ｃ１が公差下限で、第１凹部２５２ｂの内径Ｄ１が公差上限となり、第１挿入部２５１ｃと第１凹部２５２ｂとの間の隙間が最大になったとしても、圧縮部２５１ａと膨張部２５２ａとの接続部に段差が生じることはない。 Further, according to the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 according to the present embodiment, the outer diameter of the first insertion portion 251c of the convergent portion 251 is C1 (the lower limit of the tolerance), and the inner diameter on the tip end side of the compression portion 251a is set. When C2 (upper limit of tolerance) is set, the inner diameter of the first recess 252b of the divergent portion 252 is D1 (upper limit of tolerance), and the inner diameter of the rear end side of the expansion portion 252a is D2 (lower limit of tolerance), the tip of the compression portion 251a is set. The relationship between the inner diameter C2 on the side and the inner diameter D2 on the rear end side of the expansion portion 252a satisfies (D2-C2)> (D1-C1). That is, even if the outer diameter C1 of the first insertion portion 251c is the lower limit of the tolerance, the inner diameter D1 of the first recess 252b is the upper limit of the tolerance, and the gap between the first insertion portion 251c and the first recess 252b is maximized. , There is no step in the connection portion between the compression portion 251a and the expansion portion 252a.

また、本実施形態に係るコールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、ダイバージェント部２５２Ａを、吐出通路２５ａの方向において連結された複数のサブノズル２５３、２５４により構成し、複数のサブノズル２５３、２５４は、略円柱状の第２挿入部２５４ａと、略円柱状の第２凹部２５３ａとのインロー結合により連結されているので、例えば、サブノズル２５３のみ、あるいはサブノズル２５４のみを新しい部品に交換することができ、ダイバージェント部を一部品で構成する場合よりも低コストにノズル２５Ａの性能を維持することができる。 Further, according to the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 according to the present embodiment, the divergent portion 252A is composed of a plurality of sub-nozzles 253 and 254 connected in the direction of the discharge passage 25a, and the plurality of sub-nozzles 253. Since 254 is connected by an in-row coupling between the substantially columnar second insertion portion 254a and the substantially columnar second recess 253a, for example, only the sub-nozzle 253 or only the sub-nozzle 254 is replaced with a new part. This makes it possible to maintain the performance of the nozzle 25A at a lower cost than when the divergent portion is composed of one component.

１…エンジン
１１…シリンダブロック
１２…シリンダヘッド
１６…吸気ポート
１６ａ…開口部
１６ｂ…バルブシート膜
１７…排気ポート
１７ａ…開口部
１７ｂ…バルブシート膜
１８…吸気バルブ
１９…排気バルブ
２…コールドスプレー装置
２５…コールドスプレー用ノズル
２５１…コンバージェント部
２５１ａ…圧縮部
２５１ｃ…第１挿入部
２５２…ダイバージェント部
２５２ａ…膨張部
２５２ｂ…第１凹部
２５３、２５４…サブノズル
２５３ａ…第２凹部
２５４ａ…第２挿入部 1 ... Engine 11 ... Cylinder block 12 ... Cylinder head 16 ... Intake port 16a ... Opening 16b ... Valve seat membrane 17 ... Exhaust port 17a ... Opening 17b ... Valve seat membrane 18 ... Intake valve 19 ... Exhaust valve 2 ... Cold spray device 25 ... Cold spray nozzle 251 ... Convergent part 251a ... Compression part 251c ... First insertion part 252 ... Divergent part 252a ... Expansion part 252b ... First recess 253, 254 ... Sub nozzle 253a ... Second recess 254a ... Second insertion Department

Claims

A cold spray nozzle provided with a discharge passage for accelerating the raw material powder supplied from the rear end side by the working gas supplied from the rear end side and discharging it from the front end side.
The discharge passage is formed in the tubular main body portion, and a conical compression portion whose inner diameter gradually decreases toward the tip side is provided, and a substantially cylindrical first outer circumference on the tip end side of the main body portion is provided. The first nozzle body having an insertion part and
A substantially cylindrical first recess into which the first insertion portion is inserted is provided on the rear end side of the tubular main body portion, and the discharge passage is formed in the main body portion by communicating with the compression portion. A second nozzle body having a conical expansion portion whose inner diameter gradually increases toward the tip side, and
Equipped with
The first insertion portion and the first recess are cold spray nozzles that are in-row coupled.

The cold spray nozzle according to claim 1, wherein the inner diameter on the rear end side of the expansion portion is larger than the inner diameter on the front end side of the compression portion.

The outer diameter of the first insertion portion of the first nozzle body is C1, the inner diameter of the tip end side of the compression portion is C2, the inner diameter of the first recess of the second nozzle body is D1, and the rear end of the expansion portion. When the inner diameter on the side is D2, the relationship between the inner diameter on the front end side of the compression portion and the inner diameter on the rear end side of the expansion portion is as follows.
(D2-C2)> (D1-C1)
The cold spray nozzle according to claim 2.

The outer diameter C1 of the first insertion portion and the inner diameter D2 on the rear end side of the expansion portion are the diameters of the upper limit of the tolerance, and the inner diameter D1 of the first recess and the inner diameter C2 on the tip end side of the compression portion are The cold spray nozzle according to claim 3, which has a diameter of the lower limit of the tolerance.

The second nozzle main body is composed of a plurality of sub-nozzles connected in the direction of the discharge passage, and the plurality of sub-nozzles have a substantially columnar second insertion portion and a substantially columnar second recess. The cold spray nozzle according to any one of claims 1 to 4, which is connected by an in-row coupling.

The cold spray nozzle according to any one of claims 1 to 5.
A gas supply unit that supplies the working gas to the cold spray nozzle,
A raw material powder supply unit that supplies the raw material powder to the cold spray nozzle,
A cold spray device equipped with.