JP7255291B2 - Deposition method - Google Patents

Deposition method Download PDF

Info

Publication number
JP7255291B2
JP7255291B2 JP2019067151A JP2019067151A JP7255291B2 JP 7255291 B2 JP7255291 B2 JP 7255291B2 JP 2019067151 A JP2019067151 A JP 2019067151A JP 2019067151 A JP2019067151 A JP 2019067151A JP 7255291 B2 JP7255291 B2 JP 7255291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
raw material
material powder
film formation
trajectory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019067151A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020164935A (en
Inventor
博久 柴山
恒吉 鎌田
直也 田井中
貴人 内海
秀信 松山
英爾 塩谷
俊夫 荻谷
晴彦 鈴木
雅敏 井野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2019067151A priority Critical patent/JP7255291B2/en
Publication of JP2020164935A publication Critical patent/JP2020164935A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7255291B2 publication Critical patent/JP7255291B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

本発明は、コールドスプレー法による成膜方法に関するものである。 The present invention relates to a film forming method using a cold spray method.

エンジンバルブの着座部に、コールドスプレー法により金属等の原料粉末を吹き付けることにより、優れた高温耐磨耗性を有するバルブシートを形成できるようにした摺動部材の製造方法が知られている(特許文献1)。 There is known a method for manufacturing a sliding member in which a valve seat having excellent high-temperature wear resistance is formed by spraying raw material powder such as metal on the seating portion of an engine valve by a cold spray method ( Patent document 1).

国際公開第2017/022505号パンフレットWO 2017/022505 pamphlet

自動車用エンジンは、マルチバルブ化により複数の吸気バルブ及び排気バルブを備える。そのため、複数のバルブの着座部に、コールドスプレー法によってバルブシートを形成する場合には、シリンダヘッドとコールドスプレー装置のノズルとを相対的に移動させて、複数の着座部とノズルとを順次に対向させるとともに、ノズルに対向された着座部にノズルから原料粉末を吐出して吹き付ける必要がある。 Automobile engines are equipped with a plurality of intake valves and exhaust valves due to multivalve. Therefore, when the valve seats are formed on the seating portions of a plurality of valves by the cold spray method, the cylinder head and the nozzle of the cold spray device are moved relative to each other, and the plurality of seating portions and the nozzles are sequentially moved. In addition to facing the nozzle, it is necessary to discharge and spray the raw material powder from the nozzle to the seat facing the nozzle.

コールドスプレー装置は、原料粉末の噴射を中断すると、再び原料粉末が安定して吹き付けられるようになるまでに数分間の待機時間を必要とする。そのため、原料粉末の噴射を中断することなくできる限り連続して行うようにすることが望ましい。しかしながら、一つのバルブシート膜を形成する場合、360°の円を描くようにノズルとシリンダヘッドとを相対移動させるが、円軌跡の成膜始点と成膜終点でラップ部分が生じたり、成膜始点又は成膜終点にノズルの移動速度がゼロになる折り返し点が生じたりする。 When the injection of raw material powder is interrupted, the cold spray apparatus requires a waiting time of several minutes until the raw material powder can be stably sprayed again. Therefore, it is desirable that the injection of the raw material powder is continued as much as possible without interruption. However, when forming one valve seat film, the nozzle and the cylinder head are moved relative to each other so as to draw a 360° circle. A turning point at which the moving speed of the nozzle becomes zero may occur at the start point or the film formation end point.

ここで、ラップ部分の1層目に折り返し点が生じる軌跡では、1層目の成膜始点の端部傾斜が急峻となり、ここに2層目を噴射すると原料粉末の偏平化が阻害され、疎な皮膜となる。 Here, in the trajectory where the turning point occurs in the first layer of the lap portion, the end slope of the film formation starting point of the first layer becomes steep, and when the second layer is injected here, the flattening of the raw material powder is hindered and the sparseness occurs. It becomes a thin film.

本発明が解決しようとする課題は、疎な皮膜が形成されるのを抑制することができるコールドスプレー式の成膜方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a cold spray film forming method capable of suppressing the formation of a sparse film.

本発明は、被成膜部とノズルとを成膜軌跡に沿って相対的に移動させ、原料粉末供給部から供給される原料粉末をノズルから噴射しながら、被成膜部に皮膜を形成する成膜方法において、原料粉末供給部を、原料粉末が投入されるホッパーと、ホッパーからの原料粉末を時間的に異なる体積に計量する計量部と、を備えるように構成し、計量部を、成膜軌跡に沿った膜体積に相関した形状とすることによって上記課題を解決する。 In the present invention, a coating is formed on a film-forming portion while a film-forming portion and a nozzle are relatively moved along a film-forming trajectory, and raw material powder supplied from a raw material powder supply portion is injected from the nozzle. In the film formation method, the raw material powder supply unit is configured to include a hopper into which the raw material powder is charged, and a weighing unit that weighs the raw material powder from the hopper into different volumes with respect to time, and the weighing unit is configured to be formed. The above problem is solved by making the shape correlated with the film volume along the film trajectory.

本発明によれば、計量部が成膜軌跡に沿った膜体積に相関した形状とされているので、ノズルの相対的移動速度の変動に応じて原料粉末の供給量が変動する。その結果、1層目の成膜始点に端部傾斜が急峻になるのが抑制されるので、疎な皮膜が形成されるのを抑制することができる。 According to the present invention, since the metering part has a shape that correlates with the film volume along the film formation locus, the supply amount of the raw material powder fluctuates according to fluctuations in the relative movement speed of the nozzle. As a result, it is possible to suppress the formation of a sparse film since the end slope is suppressed from becoming steep at the film formation start point of the first layer.

本発明に係るコールドスプレー装置を用いてバルブシート膜を形成するシリンダヘッドを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cylinder head forming valve seat membranes using the cold spray device according to the present invention; 図1のバルブ周辺の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the valve in FIG. 1; 本発明に係るコールドスプレー装置の一実施の形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an embodiment of a cold spray device according to the present invention; FIG. 本発明に係るコールドスプレー装置の一実施の形態のスプレーガンを示す正面図である。It is a front view showing a spray gun of one embodiment of a cold spray device according to the present invention. 図4のV-V線に沿う断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG. 4; 図4のスプレーガンをオフセットした状態を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing a state in which the spray gun of FIG. 4 is offset; 本発明に係るコールドスプレー装置を含む成膜工場を示す正面図である。It is a front view which shows the film-forming factory containing the cold spray apparatus which concerns on this invention. 図7の平面図である。FIG. 8 is a plan view of FIG. 7; 本発明に係るコールドスプレー装置を用いてシリンダヘッドを製造する手順を示す工程図である。It is process drawing which shows the procedure which manufactures a cylinder head using the cold spray apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るコールドスプレー装置を用いてバルブシート膜が形成されるシリンダヘッド粗材の斜視図である。1 is a perspective view of a crude cylinder head material on which a valve seat membrane is formed using the cold spray apparatus according to the present invention; FIG. 図10のXI-XI線に沿う吸気ポートを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an intake port taken along line XI-XI of FIG. 10; 図11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。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in which an annular valve seat portion is formed in the intake port of FIG. 11 by a cutting process; 図12の吸気ポートにバルブシート膜を形成する状態を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which a valve seat membrane is formed on the intake port of FIG. 12; 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. 4 is a cross-sectional view showing an intake port with a valve seat membrane formed thereon; 図9の仕上工程後の吸気ポートを示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the intake port after the finishing process of FIG. 9; 図3の原料粉末供給部を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a raw material powder supply unit of FIG. 3; 図16の計量部を示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing the weighing unit of FIG. 16; 図17のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view along line XVIII-XVIII of FIG. 17; 本発明に係る成膜方法において、コールドスプレー装置のノズルが吸気ポート及び排気ポートの開口部上を移動する際の移動軌跡の一例を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a cylinder head rough material showing an example of a movement locus when the nozzle of the cold spray device moves over the openings of the intake port and the exhaust port in the film forming method according to the present invention. 図19の一つの吸気ポートに対する移動軌跡を示す平面図である。FIG. 20 is a plan view showing a movement trajectory for one intake port of FIG. 19; 図20の移動軌跡に対応する計量部(ディスク)の形状を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing the shape of a weighing unit (disk) corresponding to the movement locus of FIG. 20; 図21のXXII-XXII線に沿う展開断面図である。FIG. 22 is a developed cross-sectional view along line XXII-XXII of FIG. 21;

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。初めに、本実施形態の成膜方法及びコールドスプレー装置を適用して好ましい、バルブシート膜を備える内燃機関1について説明する。図1は、内燃機関1の断面図であり、主にシリンダヘッド周りの構成を示す。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an internal combustion engine 1 having a valve seat membrane, which is preferably applied to the film forming method and the cold spray apparatus of the present embodiment, will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of the internal combustion engine 1, and mainly shows the configuration around the cylinder head.

内燃機関1は、シリンダブロック11と、シリンダブロック11の上部に組み付けられたシリンダヘッド12とを備える。この内燃機関1は、例えば、直列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された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、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 internal combustion engine 1 includes a cylinder block 11 and a cylinder head 12 mounted on the upper portion of the cylinder block 11 . The internal combustion engine 1 is, for example, an in-line four-cylinder gasoline engine, and a cylinder block 11 has four cylinders 11a arranged in the depth direction of the drawing. Each cylinder 11a accommodates a piston 13 that reciprocates vertically in the figure, and each piston 13 is connected to a crankshaft 14 extending in the depth direction of the figure via a connecting rod 13a.

シリンダヘッド12のシリンダブロック11への取付面12aであって、各シリンダ11aに対応する位置には、各気筒の燃焼室15を構成する4つの凹部12bが形成されている。燃焼室15は、燃料と吸入空気との混合気を燃焼させるための空間であり、シリンダヘッド12の凹部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る。 A mounting surface 12a of the cylinder head 12 to the cylinder block 11 has four recesses 12b forming combustion chambers 15 of the cylinders 11a 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 composed of a recess 12b of the cylinder head 12, a top surface 13b of the piston 13, and an inner peripheral surface of the cylinder 11a.

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とを連通する吸気ポート16を備える。吸気ポート16は、屈曲した略円筒形状とされ、側面12cに接続したインテークマニホールド(不図示)からの吸入空気を燃焼室15内へ案内する。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とを連通する排気ポート17を備える。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とされ、燃焼室15で生じた排気を、側面12dに接続したエキゾーストマニホールド(不図示)へ排出する。なお、本実施形態の内燃機関1は、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つずつ備える。 The cylinder head 12 includes an intake port 16 that communicates the combustion chamber 15 and one side surface 12 c of the cylinder head 12 . The intake port 16 has a bent, substantially cylindrical shape and guides intake air into the combustion chamber 15 from an intake manifold (not shown) connected to the side surface 12c. The cylinder head 12 also includes an exhaust port 17 that communicates the combustion chamber 15 with the other side surface 12 d of the cylinder head 12 . The exhaust port 17 has a substantially cylindrical bent shape similar to the intake port 16, and discharges the exhaust generated in the combustion chamber 15 to an exhaust manifold (not shown) connected to the side surface 12d. Note that the internal combustion engine 1 of this embodiment includes two intake ports 16 and two exhaust ports 17 for each 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のそれぞれは、丸棒状のバルブステム18a,19aと、バルブステム18a,19aの先端に設けられた円盤状のバルブヘッド18b,19bと、を備える。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のそれぞれは、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なる。 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 . Each of the intake valve 18 and the exhaust valve 19 includes round bar-shaped valve stems 18a, 19a and disk-shaped valve heads 18b, 19b provided at the tips of the valve stems 18a, 19a. The valve stems 18 a and 19 a are slidably inserted through substantially cylindrical valve guides 18 c and 19 c assembled to the cylinder head 12 . As a result, each of the intake valve 18 and the exhaust valve 19 becomes movable relative to the combustion chamber 15 along the axial direction 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す。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が形成されている。そして、吸気バルブ18が、バルブステム18aの軸方向に沿って上方に移動すると、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。逆に、吸気バルブ18が、バルブステム18aの軸方向に沿って下方に移動すると、バルブヘッド18bの上面とバルブシート膜16bとの間に隙間が形成されて吸気ポート16を開放する。 FIG. 2 shows an enlarged view of the communicating portion between the combustion chamber 15 and the intake port 16 and the exhaust port 17 . The intake port 16 has a substantially circular opening 16 a 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 formed on 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 contacts the valve seat membrane 16b to close the intake port 16. As shown in FIG. Conversely, 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 membrane 16b to open the intake port 16. As shown in FIG.

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、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が形成されている。そして、排気バルブ19が、バルブステム19aの軸方向に沿って上方に移動すると、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。逆に、排気バルブ19が、バルブステム19aの軸方向に沿って下方に移動すると、バルブヘッド19bの上面とバルブシート膜17bとの間に隙間が形成されて排気ポート17を開放する。なお、吸気ポート16の開口部16aの直径は、排気ポート17の開口部17aの直径より大きく設定されている。 Like the intake port 16, the exhaust port 17 has a substantially circular opening 17a in a portion that communicates with the combustion chamber 15. The annular edge of the opening 17a is provided with an annular shape that contacts the valve head 19b of the exhaust valve 19. A valve seat membrane 17b is formed. When the exhaust valve 19 moves upward along the axial direction of the valve stem 19a, the upper surface of the valve head 19b comes into contact with the valve seat membrane 17b to close the exhaust port 17. As shown in FIG. Conversely, 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. As shown in FIG. The diameter of the opening 16 a of the intake port 16 is set larger than the diameter of the opening 17 a of the exhaust port 17 .

4サイクルの内燃機関1においては、ピストン13の下降時に吸気バルブ18のみを開き、これにより吸気ポート16からシリンダ11a内に混合気を導入する(吸気行程)。続いて、吸気バルブ18および排気バルブ19を閉じた状態とし、ピストン13を略上死点まで上昇させてシリンダ11a内の混合気を圧縮する(圧縮行程)。そして、ピストン13が略上死点に達したときに、点火プラグにより圧縮した混合気に点火することで当該混合気が爆発する。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(燃焼・膨張行程)。最後に、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のみを開き、シリンダ11a内の排気を排気ポート17へ排出する(排気行程)。内燃機関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。 In the 4-cycle internal combustion engine 1, only the intake valve 18 is opened when the piston 13 descends, thereby introducing the air-fuel mixture from the intake port 16 into the cylinder 11a (intake stroke). Subsequently, the intake valve 18 and the exhaust valve 19 are closed, and the piston 13 is raised to substantially the top dead center to compress the air-fuel mixture in the cylinder 11a (compression stroke). Then, when the piston 13 reaches substantially the top dead center, the compressed air-fuel mixture is ignited by the ignition plug and the air-fuel mixture explodes. Due to this explosion, the piston 13 descends to the bottom dead center, and the explosion is converted into rotational force via the connected crankshaft 14 (combustion/expansion stroke). Finally, when the piston 13 reaches the bottom dead center and starts rising again, only the exhaust valve 19 is opened to discharge the exhaust in the cylinder 11a to the exhaust port 17 (exhaust stroke). The internal combustion 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したものである。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噴射し、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、内燃機関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 membranes 16b, 17b are formed directly on the annular edges of the openings 16a, 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 made into a supersonic flow. The raw material powder is made to collide with the base material as it is, and the film is formed 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, the cold spray method produces a dense film that is not oxidized in the atmosphere. It has characteristics such as high film speed, ability to form thick films, and high adhesion efficiency. In particular, it is suitable for use as a structural material such as the valve seat membranes 16b and 17b of the internal combustion engine 1 because the film formation speed is high and a thick film can be formed.

図3は、上記のバルブシート膜16b,17bの形成に用いられる本実施形態のコールドスプレー装置2を模式的に示した図である。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スプレーガン23と、ノズル23dを冷却する冷媒循環回路27と、を備える。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the cold spray device 2 of this embodiment used for forming the valve seat membranes 16b and 17b. The cold spray apparatus 2 of this embodiment includes a gas supply unit 21 that supplies a working gas and a carrier gas, a raw material powder supply unit 22 that supplies raw material powder for the valve seat membranes 16b and 17b, and a raw material powder that is heated below its melting point. A spray gun 23 that sprays a supersonic flow using a working gas, and a coolant circulation circuit 27 that cools the nozzle 23d are provided.

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それぞれ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 carrier gas line 21c. The working gas line 21b and the carrier gas line 21c are each provided with a pressure regulator 21d, a flow control valve 21e, a flow meter 21f and a pressure gauge 21g. A pressure regulator 21d, a flow control valve 21e, a flow meter 21f, and a pressure gauge 21g are used to regulate the pressure and flow rate of the working gas and carrier gas from the compressed gas cylinder 21a.

作動ガスライン21bには、テープヒータなどのヒータ21iが設置され、当該ヒータ21iは、電力源21hから電力供給線21j,21jを介して電力が供給されることにより、作動ガスライン21bを加熱する。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された後、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、それぞれの信号線23g,23gを介して検出された圧力値と温度値がコントローラ(不図示)に出力され、圧力及び温度のフィードバック制御に供される。 A heater 21i such as a tape heater is installed in the working gas line 21b, and the heater 21i heats the working gas line 21b by being supplied with power from a power source 21h through power supply lines 21j, 21j. . The working gas is introduced into the chamber 23a of the spray gun 23 after being heated to a temperature lower than the melting point or softening point of the raw material powder by the heater 21i. A pressure gauge 23b and a thermometer 23c are installed in the chamber 23a, and the pressure value and temperature value detected via respective signal lines 23g, 23g are output to a controller (not shown) for feedback control of pressure and temperature. served to

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部22b及び原料粉末供給ライン22cを備える。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。計量部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 weighing unit 22b attached thereto, and a raw material powder supply line 22c. The carrier gas from the compressed gas cylinder 21a passes through the carrier gas line 21c and is introduced into the raw material powder supply device 22a. A predetermined amount of raw material powder weighed by the weighing unit 22b is conveyed into the chamber 23a through the raw material powder supply line 22c.

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23dの先端から噴射し、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を形成する。 The spray gun 23 sprays the raw material powder P conveyed into the chamber 23a by the carrier gas as a supersonic flow by the working gas from the tip of the nozzle 23d, and causes it to collide with the substrate 24 in a solid phase state or a solid-liquid coexistence state. to form a film 24a. In this embodiment, the cylinder head 12 is used as the base material 24, and the valve seat membranes 16b, 17b are formed by spraying the raw material powder P onto the annular edges of the openings 16a, 17a of the cylinder head 12 by the cold spray method. to form

ノズル23dは、その内部に水などの冷媒が流れる流路(不図示)を備える。ノズル23dは、その先端に、流路へ冷媒を導入する冷媒導入部23eを備え、その基端に、流路内の冷媒を排出する冷媒排出部23fを備える。ノズル23dは、冷媒導入部23eから流路に冷媒を導入し、流路内に冷媒を流し、冷媒排出部23fから冷媒を排出することにより、ノズル23dを冷却する。 The nozzle 23d has a channel (not shown) through which a coolant such as water flows. The nozzle 23d has a coolant introduction portion 23e at its tip that introduces coolant into the flow path, and a coolant discharge portion 23f that discharges the coolant in the flow path at its base end. The nozzle 23d cools the nozzle 23d by introducing the coolant into the channel from the coolant introduction part 23e, flowing the coolant in the channel, and discharging the coolant from the coolant discharge part 23f.

ノズル23dの流路に冷媒を循環させる冷媒循環回路27は、冷媒を貯留するタンク271と、上述した冷媒導入部23eに接続された導入管274と、導入管274に接続され、タンク271とノズル23dとの間で冷媒を流動させるポンプ272と、冷媒を冷却する冷却器273と、冷媒排出部23fに接続された排出管275と、を備える。冷却器273は、例えば、熱交換機等からなり、ノズル23dを冷却して温度が上昇した冷媒を空気や水、ガスなどの冷媒との間で熱交換させて、冷媒を冷却する。 A refrigerant circulation circuit 27 that circulates the refrigerant in the flow path of the nozzle 23d includes a tank 271 that stores the refrigerant, an introduction pipe 274 connected to the above-described refrigerant introduction portion 23e, and an introduction pipe 274 that connects the tank 271 and the nozzle. 23d, a cooler 273 for cooling the coolant, and a discharge pipe 275 connected to the coolant discharge portion 23f. The cooler 273 is composed of, for example, a heat exchanger or the like, and cools the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant whose temperature is increased by cooling the nozzle 23d and the refrigerant such as air, water, or gas.

冷媒循環回路27は、ポンプ272によってタンク271に貯留された冷媒を吸引し、冷却器273を介して冷媒導入部23eに冷媒を供給する。冷媒導入部23eに供給された冷媒は、ノズル23d内の流路を先端側から後端側に向かって流動し、その間にノズル23dと熱交換することでノズル23dを冷却する。流路の後端側まで流れた冷媒は、冷媒排出部23fから排出管275に排出され、タンク271に戻る。このように、冷媒循環回路27は、冷媒を冷却しながら循環させてノズル23dを冷却するので、ノズル23dの噴射通路への原料粉末Pの付着を抑制することができる。 The refrigerant circulation circuit 27 sucks the refrigerant stored in the tank 271 by the pump 272 and supplies the refrigerant to the refrigerant introduction portion 23 e via the cooler 273 . The coolant supplied to the coolant introduction portion 23e flows through the flow path in the nozzle 23d from the front end side toward the rear end side, and during this time, it exchanges heat with the nozzle 23d to cool the nozzle 23d. The coolant that has flowed to the rear end side of the flow path is discharged from the coolant discharge portion 23 f to the discharge pipe 275 and returns to the tank 271 . In this manner, the refrigerant circulation circuit 27 cools the nozzle 23d by circulating the refrigerant while cooling it, so that the adhesion of the raw material powder P to the injection passage of the nozzle 23d can be suppressed.

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 seats of the cylinder head 12 are required to have high heat resistance and wear resistance to withstand impact input from valves in the combustion chamber 15 and high thermal conductivity for cooling the combustion chamber 15 . In response to these requirements, valve seat membranes 16b and 17b made of precipitation-hardened copper alloy powder, for example, are harder than the cylinder head 12 made of casting aluminum alloy, and have high heat resistance and wear resistance. Excellent valve seats 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。 In addition, since the valve seat membranes 16b and 17b are formed directly on the cylinder head 12, a higher thermal conductivity can be obtained compared to conventional valve seats formed by press-fitting separate seat rings into the port openings. can be done. Furthermore, compared to using a seat ring as a separate part, it is possible to make it closer to the cooling water jacket. Secondary effects such as promotion of tumble flow can also be obtained.

バルブシート膜16b,17bの形成に用いる原料粉末P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。 As the raw material powder P used for forming the valve seat membranes 16b and 17b, it is preferable to use a metal that is harder than the aluminum alloy for casting and that provides the heat resistance, abrasion resistance, and thermal conductivity required for the valve seat. For example, it is preferable to use the precipitation hardening copper alloy described above. As the precipitation hardening copper alloy, a Corson alloy containing nickel and silicon, a chromium copper containing chromium, a zirconium copper containing zirconium, or the like may be used. Further, for example, precipitation hardenable copper alloys containing nickel, silicon and chromium, precipitation hardenable copper alloys containing nickel, silicon and zirconium, precipitation hardenable alloys containing nickel, silicon, chromium and zirconium, precipitations containing chromium and zirconium. A hardening type 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。 Moreover, the valve seat membranes 16b and 17b may be formed by mixing a plurality of kinds of raw material powders, for example, a first raw material powder and a second raw material powder. In this case, for the first raw material powder, it is preferable to use a metal that is harder than the casting aluminum alloy and that provides the heat resistance, wear resistance, and thermal conductivity required for the valve seat. Precipitation hardening copper alloys are preferably used. Moreover, as the second raw material powder, it is preferable to use a metal harder than the first raw material powder. Alloys such as iron-based alloys, cobalt-based alloys, chromium-based alloys, nickel-based alloys, and molybdenum-based alloys, and ceramics may be applied to the second raw material powder. Also, one of these metals may be used alone, or two or more thereof may be used in appropriate combination.

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 membrane formed by mixing the first raw material powder and the second raw material powder harder than the first raw material powder has better heat resistance than the valve seat membrane formed only from the precipitation hardening copper alloy. durability and wear resistance can be obtained. Such an effect is obtained because the second raw material powder removes the oxide film existing on the surface of the cylinder head 12 to expose and form a new interface, thereby improving the adhesion between the cylinder head 12 and the metal film. It is considered to be for Further, it is also considered that the adhesion between the cylinder head 12 and the metal coating is improved due to the anchoring effect of the second raw material powder sinking into the cylinder head 12 . Furthermore, when the first raw material powder collides with the second raw material powder, part of the kinetic energy is converted into heat energy, or generated in the process of plastic deformation of part of the first raw material powder. It is also considered that the heat accelerates precipitation hardening in a part of the precipitation hardening copper alloy used as the first raw material powder.

本実施形態のコールドスプレー装置2は、バルブシート膜16b,17bが形成されるシリンダヘッド12を基台45に固定する一方、スプレーガン23のノズル23dの先端を、シリンダヘッド12の開口部16a,17aの環状縁部に沿って回転させることで原料粉末を噴射する。シリンダヘッド12は回転させないので、大きい占有スペースは不要になるとともに、シリンダヘッド12に比べてスプレーガン23の方が、慣性モーメントが小さいので、回転の過渡特性や応答性に優れる。ただし、スプレーガン23には、図3に示すように、作動ガスライン21bを構成する高圧配管(高圧ホース)が接続されるので、スプレーガン23を回転させたときの作動ガスライン21bのホースの捩れによる変形剛性が回転の過渡特性や応答性を阻害する可能性がある。そこで、本実施形態のコールドスプレー装置2は、図4~図8に示すように構成することで、回転の過渡特性や応答性を高めるようにしている。 In the cold spray device 2 of this embodiment, the cylinder head 12 on which the valve seat membranes 16b and 17b are formed is fixed to the base 45, while the tip of the nozzle 23d of the spray gun 23 is attached to the openings 16a and 16b of the cylinder head 12. The raw material powder is jetted by rotating along the annular edge of 17a. Since the cylinder head 12 is not rotated, it does not require a large occupied space, and since the inertia moment of the spray gun 23 is smaller than that of the cylinder head 12, it is excellent in rotational transient characteristics and responsiveness. However, as shown in FIG. 3, the spray gun 23 is connected to a high-pressure pipe (high-pressure hose) that constitutes the working gas line 21b. Deformation stiffness due to torsion may impede rotational transient characteristics and responsiveness. Therefore, the cold spray device 2 of the present embodiment is configured as shown in FIGS. 4 to 8 to enhance the transient characteristics and responsiveness of rotation.

図4は、本発明に係るコールドスプレー装置2の一実施の形態のスプレーガン23を示す正面図、図5は、図4のVI-VI線に沿う断面図、図6は、図4のスプレーガン23をオフセットした状態を示す正面図、図7は、本発明に係るコールドスプレー装置2を含む成膜工場を示す正面図、図8は、図7の平面図である。 4 is a front view showing a spray gun 23 of one embodiment of the cold spray device 2 according to the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view along line VI-VI in FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is a front view showing a state in which the gun 23 is offset, FIG. 7 is a front view showing a film forming factory including the cold spray device 2 according to the present invention, and FIG. 8 is a plan view of FIG.

ワークであるシリンダヘッド12は、図7~図8に示す成膜工場4の成膜ブース42の基台45に所定の姿勢で載置される。たとえば、図10に示すように、シリンダヘッド12の凹部12bが上面になるようにシリンダヘッド12を基台45に固定し、吸気ポート16の開口部16aの中心線又は排気ポート17の開口部17aの中心線が鉛直方向になるように基台45を傾斜させる。 The cylinder head 12, which is a workpiece, is mounted in a predetermined posture on a base 45 of a film forming booth 42 of the film forming factory 4 shown in FIGS. For example, as shown in FIG. 10, the cylinder head 12 is fixed to the base 45 so that the concave portion 12b of the cylinder head 12 faces upward, and the center line of the opening 16a of the intake port 16 or the opening 17a of the exhaust port 17 is measured. The base 45 is tilted so that the center line of is in the vertical direction.

なお、成膜工場4は、成膜処理を実行する成膜ブース42と、搬送ブース41とを備え、成膜ブース42に、シリンダヘッド12を載置する基台45と、スプレーガン23を保持する産業用ロボット25が設置されている。そして、成膜ブース42の前段に搬送ブース41を設け、外部とのシリンダヘッド12の搬入・搬出はドア43により行い、搬送ブース41と成膜ブース42との間のシリンダヘッド12の搬入・搬出はドア44により行う。たとえば、成膜ブース42において一つのシリンダヘッド12に対する成膜処理を行っている間に、その前に処理を終了したシリンダヘッド12を搬送ブース41から外部へ搬出する。コールドスプレー装置2による成膜処理は、超音速流の衝撃波による騒音が発生したり、原料粉末が飛散したりするため、搬送ブース41を設置して、ドア44を閉めて成膜処理を行うことで、処理後のシリンダヘッド12の搬出や、処理前のシリンダヘッド12の搬入など、成膜処理と同時に他の作業を行うことができる。 The film forming factory 4 includes a film forming booth 42 for performing film forming processing and a transport booth 41. The film forming booth 42 holds a base 45 on which the cylinder head 12 is mounted and a spray gun 23. An industrial robot 25 is installed. A transport booth 41 is provided in front of the film forming booth 42 , and the cylinder head 12 is carried in and out from the outside through a door 43 . is performed by the door 44. For example, while film-forming processing is being performed on one cylinder head 12 in the film-forming booth 42 , the cylinder head 12 that has completed the processing before that is carried out from the transport booth 41 to the outside. Since the film formation process by the cold spray device 2 generates noise due to the shock waves of the supersonic flow and the raw material powder scatters, the transport booth 41 is installed and the door 44 is closed to perform the film formation process. Other operations such as unloading of the cylinder head 12 after processing and loading of the cylinder head 12 before processing can be performed at the same time as the film formation processing.

スプレーガン23は、図7~図8に示す成膜工場4の成膜ブース42に設置された産業用ロボット25のハンド251に固定されたベースプレート26に回転可能に装着されている。以下、本実施形態のスプレーガン23の構成について、図4~図6を参照しながら説明する。まず図4に示すように、産業用ロボット25のハンド251にはブラケット252が固定され、当該ブラケット252に対して回転可能にベースプレート26が取り付けられ、当該ベースプレート26にスプレーガン23が固定されている。 The spray gun 23 is rotatably mounted on a base plate 26 fixed to a hand 251 of an industrial robot 25 installed in the film forming booth 42 of the film forming factory 4 shown in FIGS. The configuration of the spray gun 23 of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. First, as shown in FIG. 4, a bracket 252 is fixed to a hand 251 of an industrial robot 25, a base plate 26 is rotatably attached to the bracket 252, and a spray gun 23 is fixed to the base plate 26. .

より詳細には、図4及び図5に示すように、産業用ロボット25のハンド251にはブラケット252が固定され、このブラケット252にモータ29の本体が固定され、モータ29の駆動軸291は、図示しないプーリ及びベルトを介して第1ベースプレート261に接続され、当該第1ベースプレート261をブラケットに対して回転させる。モータ29は、たとえば最大360°の範囲を往復回転する。たとえば、一つの吸気ポート16の開口部16aに対して、時計回りに360°駆動軸291を回転させることで原料粉末を噴射したら、反時計回りに360°駆動軸291を回転させて元の位置に戻し、次の吸気ポート16の開口部16aに対しては、再び時計回りに360°駆動軸291を回転させることで原料粉末を噴射し、以降、これを繰り返す。 More specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, a bracket 252 is fixed to the hand 251 of the industrial robot 25, the main body of the motor 29 is fixed to this bracket 252, and the drive shaft 291 of the motor 29 is It is connected to the first base plate 261 via pulleys and belts (not shown) to rotate the first base plate 261 with respect to the bracket. The motor 29 reciprocates, for example, in a maximum range of 360°. For example, when the raw material powder is injected by rotating the driving shaft 291 clockwise 360 degrees with respect to the opening 16a of one intake port 16, the driving shaft 291 is rotated counterclockwise 360 degrees to return to the original position. Then, the raw material powder is injected into the next opening 16a of the intake port 16 by rotating the drive shaft 291 clockwise by 360°, and this is repeated thereafter.

ベースプレート26は、第1ベースプレート261と第2ベースプレート262からなり、これら第1ベースプレート261と第2ベースプレート262は、リニアガイド281を介して回転軸Cに直交する方向(図4の左右方向)にスライド可能に設けられている。そして、流体圧シリンダ282を駆動することにより、第1ベースプレート261に対する第2ベースプレート262のオフセット量を調節し、膜形成材料の噴射径Dを設定する。 The base plate 26 consists of a first base plate 261 and a second base plate 262. These first base plate 261 and second base plate 262 slide in a direction perpendicular to the rotation axis C (horizontal direction in FIG. 4) via a linear guide 281. provided as possible. By driving the fluid pressure cylinder 282, the offset amount of the second base plate 262 with respect to the first base plate 261 is adjusted, and the injection diameter D of the film forming material is set.

第2ベースプレート262には、カバー263が装着され、その下端部にスプレーガン23が固定されている。スプレーガン23は、ノズル23dの噴射方向が回転軸Cに向かうように、カバー263を介して第2ベースプレート262に固定されている。ただし、第2ベースプレート262は、上述したリニアガイド281及び流体圧シリンダ282により、第1ベースプレート261に対してオフセット可能であるため、スプレーガン23のノズル23dの先端の位置を、回転軸Cに対して水平方向に調節することができる。 A cover 263 is attached to the second base plate 262, and the spray gun 23 is fixed to its lower end. The spray gun 23 is fixed to the second base plate 262 via the cover 263 so that the spray direction of the nozzle 23d faces the rotation axis C. As shown in FIG. However, since the second base plate 262 can be offset with respect to the first base plate 261 by the linear guide 281 and the fluid pressure cylinder 282 described above, the position of the tip of the nozzle 23d of the spray gun 23 can be adjusted with respect to the rotation axis C. can be adjusted horizontally.

このように、ノズル23dの先端の位置を、図4に示す回転軸Cの線上から、図6に示すように回転軸Cから離れた位置に設定すると、ガン距離が同じである場合に、噴射径Dが小さくなる。吸気ポート16の開口部16aは、排気ポート17の開口部17aに比べて大径であるため、吸気ポート16の開口部16aにバルブシート膜16bを形成する場合には図4に示す回転軸C側の位置とし、排気ポート17の開口部17aにバルブシート膜17bを形成する場合には図6に示す回転軸Cから離れた位置とすればよい。 In this way, when the position of the tip of the nozzle 23d is set on the line of the rotation axis C shown in FIG. 4 to a position away from the rotation axis C as shown in FIG. The diameter D becomes smaller. Since the opening 16a of the intake port 16 has a larger diameter than the opening 17a of the exhaust port 17, when forming the valve seat membrane 16b in the opening 16a of the intake port 16, the rotation axis C shown in FIG. When the valve seat membrane 17b is formed in the opening 17a of the exhaust port 17, it may be positioned away from the rotation axis C shown in FIG.

図3に示す圧縮ガスボンベ21aから供給される3~10MPaの高圧ガスをスプレーガン23へ案内する作動ガスライン21bは、後述する他の配管類とともに一つの管束20とされ、図7に示すように産業用ロボット25のハンド251に装着されたベースプレート26の上部から垂下され、スプレーガン23に至る。その間のベースプレート26の近傍において、図4に示すように、スイベルジョイントなどの回転継手21kを介して分離接続され、その下部にヒータ21iが設けられている。図4に示す回転継手21kからチャンバ23aに至る作動ガスライン21bは、3~10MPaの高圧に耐え得る高圧ホースから構成され、同図に示すように、回転軸Cに沿ってこれを包囲するように配策されている。作動ガスライン21bは、回転軸Cを包囲するように、予め、たとえば螺旋状に成形加工してもよいが、3~10MPaの高圧に耐え得る高圧ホースは硬くて形状保持性を有するので、高圧ホースが螺旋形状に倣うように形状保持型を外周に設けてもよい。 A working gas line 21b for guiding a high-pressure gas of 3 to 10 MPa supplied from a compressed gas cylinder 21a shown in FIG. It hangs down from the top of the base plate 26 attached to the hand 251 of the industrial robot 25 and reaches the spray gun 23 . In the vicinity of the base plate 26 therebetween, as shown in FIG. 4, they are separated and connected via a rotary joint 21k such as a swivel joint, and a heater 21i is provided below it. The working gas line 21b extending from the rotary joint 21k to the chamber 23a shown in FIG. are routed to The working gas line 21b may be formed, for example, in a helical shape in advance so as to surround the rotation axis C. A shape-retaining mold may be provided on the outer circumference so that the hose follows the spiral shape.

図3に示す原料粉末供給装置22aから供給される原料粉末をスプレーガン23へ案内する原料粉末供給ライン22cは、図7に示す管束20として産業用ロボット25の周囲に配策され、ベースプレート26の上部から垂下され、スプレーガン23に至る。その間のベースプレート26の下方において、原料粉末供給ライン22cは、図4に示すように、金属管と金属継手を含む配管にて構成され、スプレーガン23のチャンバ23aに接続されている。 A raw material powder supply line 22c for guiding the raw material powder supplied from the raw material powder supply device 22a shown in FIG. It hangs down from the top and reaches the spray gun 23 . Below the base plate 26 therebetween, the raw material powder supply line 22c is composed of a pipe including a metal pipe and a metal joint, and is connected to the chamber 23a of the spray gun 23, as shown in FIG.

図3に示す電力源21hから供給される電力をヒータ21iへ導く電力供給線21j,21jは、図7に示す管束20として産業用ロボット25の周囲に配策され、ベースプレート26の上部から垂下され、ヒータ21iに接続されている。また、図3に示す圧力計23bからの検出信号をコントローラ(不図示)に出力する信号線23g及び温度計23cからの検出信号をコントローラ(不図示)に出力する信号線23hは、スプレーガン23のチャンバ23aから、金属管と金属継手を含む配管の中を挿通した状態で、スプレーガン23のチャンバ23aから第2ベースプレート262へ導かれ、他の作動ガスライン21b、原料粉末供給ライン22c、電力供給線21jなどとともに、ベースプレート26の上部から産業用ロボット25の周囲へ配策されている。 Power supply lines 21j, 21j for guiding the power supplied from the power source 21h shown in FIG. 3 to the heater 21i are routed around the industrial robot 25 as the tube bundle 20 shown in FIG. , is connected to the heater 21i. A signal line 23g for outputting a detection signal from the pressure gauge 23b shown in FIG. from the chamber 23a of the spray gun 23 in a state of being inserted through a pipe including a metal pipe and a metal joint, and is guided from the chamber 23a of the spray gun 23 to the second base plate 262, and another working gas line 21b, a raw material powder supply line 22c, an electric power It is wired around the industrial robot 25 from the top of the base plate 26 together with the supply line 21j.

図3に示す冷媒循環回路27から供給される冷媒をスプレーガン23のノズル23dに案内する導入管274及び排出管275は、図7に示す管束20として産業用ロボット25の周囲に配策され、ベースプレート26の上部から垂下され、ノズル23dの先端の冷媒導入部23eと、ノズル23dの基端の冷媒排出部23fに接続されている。その間のベースプレート26の下方において、導入管274及び排出管275は、図4に示すように、金属管と金属継手を含む配管にて構成され、スプレーガン23のノズル23dに接続されている。 An introduction pipe 274 and a discharge pipe 275 for guiding the refrigerant supplied from the refrigerant circulation circuit 27 shown in FIG. It hangs down from the top of the base plate 26 and is connected to a coolant introduction portion 23e at the tip of the nozzle 23d and a coolant discharge portion 23f at the base end of the nozzle 23d. Below the base plate 26 therebetween, the introduction pipe 274 and the discharge pipe 275 are composed of pipes including metal pipes and metal joints, and are connected to the nozzle 23d of the spray gun 23, as shown in FIG.

上述したように、硬くて変形剛性の高い高圧ホースで構成される作動ガスライン21bは、その回転継手21kが、図4に示すように回転軸Cの線上に配置され、回転継手21kより下方が回転軸Cに沿ってこれを包囲するように配策されている。また、作動ガスライン21b以外の、電力供給線21j,21j、原料粉末供給ライン22c、冷媒の導入管274及び排出管275、信号線23g,23hは、図5に示すように、回転軸Cの周りであって作動ガスライン21bを包囲する位置に配置されている。 As described above, the working gas line 21b composed of a high-pressure hose that is hard and has high deformation rigidity has its rotary joint 21k arranged on the line of the rotation axis C as shown in FIG. It is routed along the axis of rotation C to surround it. Besides the working gas line 21b, the power supply lines 21j, 21j, the raw material powder supply line 22c, the refrigerant introduction pipe 274 and discharge pipe 275, and the signal lines 23g, 23h are connected to the rotation axis C as shown in FIG. It is arranged at a position surrounding the working gas line 21b.

次に、バルブシート膜16b、17bを備えるシリンダヘッド12の製造方法を説明する。図9は、本実施形態のシリンダヘッド12の製造方法におけるバルブ部位の加工工程を示す工程図である。同図に示すように、本実施形態のシリンダヘッド12の製造方法は、鋳造工程S1と、切削工程S2と、被覆工程S3と、仕上工程S4とを備える。なお、バルブ部位以外の加工工程は、説明の簡略化のため省略する。 Next, a method of manufacturing the cylinder head 12 having the valve seat membranes 16b, 17b will be described. FIG. 9 is a process diagram showing the process of processing the valve portion in the method of manufacturing the cylinder head 12 of this embodiment. As shown in the figure, the method for manufacturing the cylinder head 12 of this embodiment includes a casting step S1, a cutting step S2, a coating step S3, and a finishing step S4. Processing steps other than the valve portion are omitted for simplification of explanation.

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、凹部12bは金型で形成される。図10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つの凹部12bと、各凹部12bに2つずつ設けた吸気ポート16及び排気ポート17を備える。各凹部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本に集合し、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。 In the casting step S1, an aluminum alloy for casting is poured into a mold in which a sand core is set, and a crude cylinder head material having intake ports 16, exhaust ports 17, etc. formed in the main body is cast. The intake port 16 and the exhaust port 17 are formed with a sand core, and the recess 12b is formed with a mold. FIG. 10 is a perspective view of the cylinder head rough material 3 cast and formed in the casting step S1, viewed from the side of the mounting surface 12a to the cylinder block 11. As shown in FIG. The cylinder head rough material 3 includes four recesses 12b and two intake ports 16 and two exhaust ports 17 provided in each recess 12b. The two intake ports 16 and the two exhaust ports 17 of each concave portion 12b are brought together in the cylinder head rough material 3 and communicate with openings provided on both side surfaces of the cylinder head rough material 3, respectively.

図11は、図10のXI-XI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を示す。吸気ポート16には、シリンダヘッド粗材3の凹部12b内に露呈された円形の開口部16aが設けられている。 FIG. 11 is a cross-sectional view of the cylinder head blank 3 taken along line XI-XI in FIG. 10, showing the intake port 16. FIG. The intake port 16 is provided with a circular opening 16a exposed in the recess 12b of the cylinder head rough material 3. As shown in FIG.

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12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って原料粉末Pを噴射して皮膜を形成し、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 to form an annular valve seat portion 16c in the opening 16a of the intake port 16, as shown in FIG. 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 of manufacturing the cylinder head 12 of the present embodiment, the raw material powder P is sprayed onto 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 in a size one size larger than the valve seat membrane 16b.

被覆工程S3では、シリンダヘッド粗材3の環状バルブシート部16cに、本実施形態のコールドスプレー装置2を利用して原料粉末Pを噴射し、バルブシート膜16bを形成する。より具体的には、この被覆工程S3では、図13に示すように、環状バルブシート部16cと、スプレーガン23のノズル23dとを同じ姿勢で一定距離に保ちながら、原料粉末P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を固定する一方で、スプレーガン23を一定速度で回転する。 In the covering step S3, the raw material powder P is sprayed onto the annular valve seat portion 16c of the crude cylinder head material 3 using the cold spray device 2 of the present embodiment to form the valve seat film 16b. More specifically, in this covering step S3, as shown in FIG. 13, the raw material powder P is placed on the annular valve seat while maintaining the annular valve seat portion 16c and the nozzle 23d of the spray gun 23 in the same posture and at a constant distance. The spray gun 23 is rotated at a constant speed while the cylinder head rough material 3 is fixed so that the entire circumference of the portion 16c can be sprayed.

スプレーガン23のノズル23dの先端は、基台45に固定されたシリンダヘッド12の上方で、産業用ロボット25のハンド251に保持されている。基台45又は産業用ロボット25は、図4に示すように、バルブシート膜16bが形成される吸気ポート16の中心軸Zが垂直になって、回転軸Cに重なるようにシリンダヘッド12又はスプレーガン23の位置を設定する。この状態でノズル23dから環状バルブシート部16cに原料粉末Pを吹き付けながら、モータ29によりスプレーガン23をC軸周りに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 23 d of the spray gun 23 is held by the hand 251 of the industrial robot 25 above the cylinder head 12 fixed to the base 45 . The base 45 or the industrial robot 25 is mounted on the cylinder head 12 or the spray so that the center axis Z of the intake port 16 on which the valve seat membrane 16b is formed is vertical and overlaps the rotation axis C, as shown in FIG. The position of the gun 23 is set. In this state, the spray gun 23 is rotated around the C-axis by the motor 29 while the raw material powder P is sprayed from the nozzle 23d onto the annular valve seat portion 16c, thereby forming a coating on the entire circumference of the annular valve seat portion 16c.

この被覆工程S3が実施されている間、ノズル23dは、冷媒循環回路27から供給された冷媒を、冷媒導入部23eから流路に導入する。冷媒は、ノズル23dの内部に形成された流路の先端側から後端側に向かって流れる間にノズル23dを冷却する。流路の後端側まで流れた冷媒は、冷媒排出部23fによって流路から排出されて回収される。 While the coating step S3 is being performed, the nozzle 23d introduces the coolant supplied from the coolant circulation circuit 27 into the flow channel through the coolant introduction portion 23e. The coolant cools the nozzle 23d while flowing from the front end side to the rear end side of the channel formed inside the nozzle 23d. The coolant that has flowed to the rear end side of the channel is discharged from the channel by the coolant discharge portion 23f and recovered.

スプレーガン23がC軸の周りに1回転してバルブシート膜16bの形成が終了すると、スプレーガン23の回転を一旦停止する。この回転停止中に、産業用ロボット25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Zが産業用ロボット25の基準軸に一致するように、スプレーガン23を移動する。モータ29は、産業用ロボット25によるスプレーガン23の移動終了後、スプレーガン23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、基台45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 spray gun 23 makes one rotation about the C axis and the formation of the valve seat membrane 16b is completed, the rotation of the spray gun 23 is temporarily stopped. During this stoppage of rotation, the industrial robot 25 moves the spray gun 23 so that the center axis Z of the intake port 16 where the valve seat membrane 16b is formed next coincides with the reference axis of the industrial robot 25 . After the industrial robot 25 finishes moving the spray gun 23 , the motor 29 restarts the rotation of the spray gun 23 to form the valve seat membrane 16 b in the next intake port 16 . Thereafter, by repeating this operation, the valve seat membranes 16b, 17b are formed on all the intake ports 16 and the exhaust ports 17 of the crude cylinder head material 3. As shown in FIG. When the target for forming the valve seat film is switched between the intake port 16 and the exhaust port 17 , the base 45 changes the inclination of the cylinder head rough material 3 .

さて、図19は、本発明に係る成膜方法において、コールドスプレー装置2のノズル23dが吸気ポート16及び排気ポート17の各開口部を移動する際の移動軌跡MTの一例を示すシリンダヘッド粗材3の平面図である。図19に示すシリンダヘッド粗材3の8つの吸気ポート16の開口部16a及び8つの排気ポート17の開口部17aに対し、矢印にて示す移動軌跡MTに沿ってノズル23dを相対移動させる。なお、以下においては、吸気ポート16に対する移動軌跡MTを説明するが、排気ポート17に対する移動軌跡も同様に設定される。 Now, FIG. 19 shows an example of a movement trajectory MT when the nozzle 23d of the cold spray device 2 moves through the openings of the intake port 16 and the exhaust port 17 in the film formation method according to the present invention. 3 is a plan view of FIG. The nozzle 23d is moved relative to the openings 16a of the eight intake ports 16 and the openings 17a of the eight exhaust ports 17 of the cylinder head rough material 3 shown in FIG. Although the movement locus MT with respect to the intake port 16 will be described below, the movement locus MT with respect to the exhaust port 17 is also set in the same manner.

上述したとおり、ノズル23dは、一つの吸気ポート16に対して時計回りに360°回転したら、次の吸気ポート16に移動するまでに反時計回りに360°回転して元の位置に戻り、次の吸気ポート16に対しても時計回りに360°回転する。そして、ノズル23dは、8つの吸気ポート16のそれぞれに対して、時計回りに360°回転しながら原料粉末を噴射する。この円形の軌跡を成膜軌跡Tという。なお、図示する成膜軌跡Tは時計回りに360°の軌跡であるが、反時計回りに360°の軌跡であってもよい。 As described above, when the nozzle 23d rotates 360° clockwise with respect to one intake port 16, it rotates 360° counterclockwise before moving to the next intake port 16, returns to its original position, and then also rotate clockwise 360° with respect to the intake port 16 of . The nozzle 23d injects the raw material powder into each of the eight intake ports 16 while rotating clockwise by 360°. This circular trajectory is called a deposition trajectory T. FIG. The illustrated film formation locus T is a locus of 360° clockwise, but may be a locus of 360° counterclockwise.

ここで、8つの吸気ポート16に対する移動軌跡MTは、各吸気ポート16の環状バルブシート部16cのそれぞれに対する円形の成膜軌跡Tと、隣接する円形の成膜軌跡T同士を接続する接続軌跡CTとから構成され、一連の連続した軌跡とされている。そして、ノズル23dから原料粉末を中断することなく連続して噴射しながら、ノズル23dを移動軌跡MTに沿って移動させる。なお、一つの環状バルブシート部16cに対する円形の成膜軌跡Tは、成膜始点から始まり、時計回り又は反時計回りに移動したのち、成膜始点にてラップし、このラップ部を成膜終点とする。 Here, the movement trajectory MT for the eight intake ports 16 includes a circular film formation trajectory T for each of the annular valve seat portions 16c of each intake port 16, and a connection trajectory CT connecting the adjacent circular film formation trajectories T. and is a series of continuous trajectories. Then, the nozzle 23d is moved along the movement trajectory MT while continuously injecting the raw material powder from the nozzle 23d without interruption. The circular film formation trajectory T for one annular valve seat portion 16c starts from the film formation start point, moves clockwise or counterclockwise, wraps at the film formation start point, and wraps around the film formation end point. and

図20は、図19の一つの吸気ポート16の開口部16a1~16a8に対する移動軌跡MTを拡大して示す平面図である。この吸気ポート16の開口部16aの環状バルブシート部16cに対しては、ノズル23dを時計回りに回転させるので、図20に示す移動軌跡MTは、同図の左から右に向かって、ノズル23dを環状バルブシート部16cまで直線状に移動させ(P1,接続軌跡CT)、ここを成膜始点P2として円形の成膜軌跡Tにてノズル23dを時計回りに回転させたのち(P3~P5)、成膜始点P2に重なる成膜終点P6において向きを変え、ノズル23dを図20の右方向に移動させる(P1,接続軌跡CT)ものである。このような移動軌跡MTでは、環状バルブシート部16cの成膜始点P2にてノズル23dの移動速度がゼロになる1回目の折り返し点が発生し、成膜終点P6にてノズル23dの移動速度がゼロになる2回目の折り返し点が発生する。なお、折り返し点とは、ノズル23dの移動速度がゼロになる移動軌跡MT上の点をいい、移動軌跡が直角又は鋭角(≦90°)に変化する点をいう。 FIG. 20 is an enlarged plan view showing the movement locus MT for the openings 16a1 to 16a8 of one intake port 16 in FIG. Since the nozzle 23d is rotated clockwise with respect to the annular valve seat portion 16c of the opening 16a of the intake port 16, the movement trajectory MT shown in FIG. is linearly moved to the annular valve seat portion 16c (P1, connection locus CT), and the nozzle 23d is rotated clockwise along the circular film formation locus T with this as the film formation start point P2 (P3 to P5). 20, the nozzle 23d is moved rightward in FIG. 20 (P1, connection locus CT). In such a movement trajectory MT, a first turning point at which the movement speed of the nozzle 23d becomes zero occurs at the film formation start point P2 of the annular valve seat portion 16c, and the movement speed of the nozzle 23d decreases at the film formation end point P6. A second turning point to zero occurs. Note that the turning point is a point on the movement trajectory MT at which the movement speed of the nozzle 23d becomes zero, and is a point at which the movement trajectory changes to a right angle or an acute angle (≦90°).

成膜始点P2に発生する1回目の折り返し点では、ノズル23dの速度が一時的にゼロになるが、原料粉末の噴射は継続されるため、1層目を構成するバルブシート膜16bの端部傾斜が急峻になる。コールドスプレー法は、原料粉末を固相状態のまま超音速で基材に衝突させて塑性変形させるものであるから、端部傾斜が急峻な1層目の面上に2層目を噴射すると、2層目の原料粉末が充分に偏平化せず、2層目のバルブシート膜の層内の空孔径が大きくなる。この種の偏平率不足による空孔率の増加不具合は、1層目を構成するバルブシート膜の端部傾斜が急峻になることが原因とされる。換言すれば、被成膜部である環状バルブシート部16cの円形の成膜軌跡Tのうち、成膜始点P2から成膜終点P6の範囲(端点を含む)であって1層目に折り返し点が含まれると、その点において端部傾斜が急峻になる。ただし、ラップ部の2層目の成膜軌跡に折り返し点が含まれても、1層目のバルブシート膜の端部傾斜が急峻でない限り、偏平率不足の問題は生じない。 At the first turnaround point occurring at the film formation start point P2, the velocity of the nozzle 23d temporarily becomes zero, but since the injection of the raw material powder is continued, the end portion of the valve seat film 16b forming the first layer. slope becomes steeper. In the cold spray method, the raw material powder in a solid state is collided with the base material at supersonic speed to plastically deform it. The raw material powder for the second layer is not sufficiently flattened, and the pore diameter within the layer of the valve seat membrane for the second layer increases. This type of problem of increased porosity due to insufficient flatness is attributed to the fact that the edge portion of the valve seat membrane constituting the first layer becomes steep. In other words, of the circular film formation trajectory T of the annular valve seat portion 16c, which is the film formation target portion, the range from the film formation start point P2 to the film formation end point P6 (including end points) is the turning point at the first layer. is included, the edge slope becomes steep at that point. However, even if the trajectory of film formation for the second layer in the wrap portion includes a turning point, the problem of insufficient flatness does not occur as long as the end slope of the valve seat film for the first layer is not steep.

そこで、本実施形態の成膜方法では、円形の成膜軌跡Tの1層目に折り返し点が含まれる場合には、少なくとも1層目の折り返し点を含む成膜軌跡Tの所定範囲に対する原料粉末の供給量を、他の成膜軌跡Tの範囲に対する原料粉末の供給量より少なく設定する。またこれに加えて、2層目に折り返し点が含まれる場合は、余剰皮膜の抑制の観点から、2層目の折り返し点を含む成膜軌跡Tの所定範囲に対する原料粉末の供給量を、他の成膜軌跡Tの範囲に対する原料粉末の供給量より少なく設定する。またこれに加えて、一の成膜軌跡Tと、これに隣接する成膜軌跡Tとを接続する接続軌跡CTに対する原料粉末の供給量を、余剰皮膜の抑制の観点から、他の成膜軌跡Tの範囲に対する原料粉末の供給量より少なく設定する。 Therefore, in the film forming method of the present embodiment, when the turning point is included in the first layer of the circular film forming trajectory T, the raw material powder for a predetermined range of the film forming trajectory T including at least the turning point of the first layer is set to be smaller than the supply amount of the raw material powder for the range of the other film formation trajectories T. In addition to this, when the second layer includes a turning point, from the viewpoint of suppressing the surplus film, the supply amount of the raw material powder for a predetermined range of the film formation trajectory T including the turning point of the second layer is is set to be smaller than the supply amount of the raw material powder for the range of the film formation locus T of . In addition to this, from the viewpoint of suppressing surplus coating, the supply amount of the raw material powder to the connection trajectory CT connecting one film formation trajectory T and the film formation trajectory T adjacent thereto is changed to another film formation trajectory. It is set to be less than the supply amount of raw material powder for the range of T.

すなわち、本実施形態のコールドスプレー装置2及びこれを用いた成膜方法では、環状バルブシート部16cのうち、成膜始点P2及び成膜終点P6を含む所定範囲については、その他の範囲に比べて原料粉末の供給量を少なく設定し、より好ましくは、成膜始点P2及び成膜終点P6において皮膜が重なる範囲については、重なった皮膜の厚さが、他の範囲の皮膜の厚さと等しくなるような原料粉末の供給量とする。また、接続軌跡CTとなる点P1から成膜始点P2までの範囲と、成膜終点P6から次の成膜始点P2までの範囲については、原料粉末の供給量が最も少なくなるように設定する。 That is, in the cold spray device 2 of the present embodiment and the film formation method using the same, the predetermined range including the film formation start point P2 and the film formation end point P6 of the annular valve seat portion 16c is larger than the other ranges. The supply amount of the raw material powder is set to be small, and more preferably, in the range where the films overlap at the film formation start point P2 and the film formation end point P6, the thickness of the overlapping film is made equal to the thickness of the film in the other ranges. The supply amount of the raw material powder shall be such that Also, the range from the point P1 to the film formation start point P2, which is the connection locus CT, and the range from the film formation end point P6 to the next film formation start point P2 are set so that the supply amount of the raw material powder is minimized.

図16~図22は、上述したとおり原料粉末の供給量を制御するための原料粉末供給部22の具体的構成を示す図であり、図16は、図3の原料粉末供給部22を示す断面図、図17は、図16の計量部22bを示す斜視図、図18は、図17のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。 16 to 22 are diagrams showing the specific configuration of the raw material powder supply section 22 for controlling the supply amount of the raw material powder as described above, and FIG. 16 is a cross section showing the raw material powder supply section 22 of FIG. 17 is a perspective view showing the weighing portion 22b of FIG. 16, and FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line XVIII--XVIII of FIG.

図16に示すように、原料粉末供給部22は、原料粉末が投入されるホッパー221と、ホッパー221からの原料粉末を時間的に異なる体積に計量する計量部22bと、を備える。計量部22bは、ディスク222と、原料粉末の供給時にディスク222を一定の回転速度で回転させる駆動部226と、ディスク222の上面に形成され、ホッパー221からの原料粉末を受容する環状溝部223と、を備える。ホッパー221には、その上部から原料粉末が投入され、原料粉末は、自重により計量部22bのディスク222の環状溝部223に受容される。 As shown in FIG. 16, the raw material powder supply unit 22 includes a hopper 221 into which the raw material powder is introduced, and a weighing unit 22b that measures the raw material powder from the hopper 221 into different volumes over time. The weighing unit 22b includes a disc 222, a driving unit 226 that rotates the disc 222 at a constant rotational speed when the raw material powder is supplied, and an annular groove 223 that is formed on the upper surface of the disc 222 and receives the raw material powder from the hopper 221. , provided. Raw material powder is put into the hopper 221 from the top, and the raw material powder is received by the annular groove 223 of the disc 222 of the weighing unit 22b by its own weight.

ホッパー221から自重によって原料粉末が供給される位置には、図17及び図18に示すように、ディスク222が回転した時に、環状溝部223の開口上縁を水平に均すことで、余剰の原料粉末を擦り切り除去する第1擦り切り材224が設けられている。また、ディスク222の環状溝部223に受容された原料粉末を原料粉末供給ライン22cへ吸引する位置にも、ディスク222が回転した時に、環状溝部223の開口上縁を水平に均すことで、余剰の原料粉末を擦り切り除去する第2擦り切り材225が設けられている。これら第1擦り切り材224及び第2擦り切り材225により、環状溝部223によって計量された原料粉末の供給量がより正確に計量され、原料粉末供給ライン22cを介して、スプレーガン23へ供給される。 17 and 18, when the disk 222 rotates, the upper edge of the opening of the annular groove 223 is leveled horizontally at the position where the raw material powder is supplied from the hopper 221 by its own weight. A first scraper 224 is provided to scrape away the powder. Also, when the disk 222 rotates, the upper edge of the opening of the annular groove 223 is leveled horizontally at the position where the raw material powder received in the annular groove 223 of the disk 222 is sucked into the raw material powder supply line 22c. A second scraping member 225 is provided for scraping off the raw material powder. The first scraping member 224 and the second scraping member 225 more accurately measure the supply amount of the raw material powder measured by the annular groove 223 and supply it to the spray gun 23 via the raw material powder supply line 22c.

ディスク222の回転動作と、ノズル23dの相対的移動動作は、コールドスプレー装置2の図示しないコントローラにより同期が採られている。たとえば、ノズル23dの移動軌跡MTの一単位と、ディスク222の一回転とが対応し、移動軌跡MTの一単位に沿ってノズル23dが移動するのに同期して、ディスク222が定速で回転する。ここで、ノズル23dの移動軌跡MTの一単位とは、これを繰り返すことで、図19に示す8つの吸気ポート16に対する成膜処理が完了する繰り返し単位をいう。ノズル23dが一単位の移動軌跡MTに沿って移動するのに同期してディスク222が一回転することで、ノズル23dの位置に対する原料粉末の供給量がディスク222の環状溝部223の体積により定まることになる。 The rotation of the disk 222 and the relative movement of the nozzle 23d are synchronized by a controller (not shown) of the cold spray device 2. FIG. For example, one unit of movement trajectory MT of nozzle 23d corresponds to one rotation of disk 222, and disk 222 rotates at a constant speed in synchronization with movement of nozzle 23d along one unit of movement trajectory MT. do. Here, one unit of the movement trajectory MT of the nozzle 23d is a repetition unit in which the film forming process for the eight intake ports 16 shown in FIG. 19 is completed by repeating this. The disk 222 rotates once in synchronism with the movement of the nozzle 23d along the movement locus MT of one unit. become.

すなわち、図17に示すように、ディスク222の環状溝部223は、全周に亘って幅が等しくされているが、環状溝部223の底面の深さは、環状バルブシート部16cの成膜軌跡Tの一単位に対応した深さとされている。たとえば、一つの環状バルブシート部16cに対する接続軌跡CTと成膜軌跡Tとが、ディスク222の一回転に対応するものとすると、環状溝部223の1周の底面の深さは、図22に示すように形成されている。、図21は、図20の移動軌跡MTに対応する計量部22b(ディスク)の形状を示す平面図、図22は、図21のXXII-XXII線に沿う展開断面図である。 That is, as shown in FIG. 17, the annular groove portion 223 of the disc 222 has the same width over the entire circumference, but the depth of the bottom surface of the annular groove portion 223 is equal to the film formation locus T of the annular valve seat portion 16c. The depth corresponds to one unit of . For example, assuming that the connection locus CT and the film formation locus T for one annular valve seat portion 16c correspond to one rotation of the disk 222, the bottom depth of one round of the annular groove portion 223 is shown in FIG. is formed as 21 is a plan view showing the shape of the weighing portion 22b (disk) corresponding to the movement locus MT of FIG. 20, and FIG. 22 is a developed cross-sectional view along line XXII--XXII of FIG.

図21にP2及びP6の符号で示すディスク222の環状溝部223の位置が、図20の移動軌跡MTの成膜始点P2及び成膜終点P6に対応し、ここから時計回りに移動したP3,P4及びP5の符号で示す環状溝部223の各位置が、図20の移動軌跡MTの各位置P3,P4及びP5に対応する。そして、接続軌跡CTのP1から成膜始点P2に向かってノズル23dを移動させると、成膜始点P2に近づくにつれてノズル23dの移動速度が0に近づき、成膜始点P2にて0になる。その後、ノズル23dは、徐々に速度を増し、位置P2´にて所定速度に達し、ここから位置P6s´までは所定速度を維持しながら移動する。最後に、成膜終点P6に近づくにつれてノズル23dの移動速度が0に近づき、成膜終点P6にて0になったのち、隣接する次の環状バルブシート部16cに向かって徐々に速度を増す。 The positions of the annular groove portion 223 of the disk 222 indicated by symbols P2 and P6 in FIG. 21 correspond to the film formation start point P2 and the film formation end point P6 of the movement locus MT in FIG. and P5 correspond to positions P3, P4 and P5 of the movement trajectory MT in FIG. When the nozzle 23d is moved from P1 of the connection locus CT toward the film formation start point P2, the movement speed of the nozzle 23d approaches 0 as the film formation start point P2 is approached, and becomes 0 at the film formation start point P2. Thereafter, the nozzle 23d gradually increases its speed, reaches a predetermined speed at position P2', and moves from there to position P6s' while maintaining the predetermined speed. Finally, the movement speed of the nozzle 23d approaches 0 as the film formation end point P6 is approached, and after reaching 0 at the film formation end point P6, the speed is gradually increased toward the next adjacent annular valve seat portion 16c.

このようにノズル23dを移動軌跡MTに沿って移動させると、位置によって移動速度が異なるので、移動速度が遅い範囲では皮膜の膜厚が相対的に厚くなる。具体的には、図21に示す成膜始点P2から位置P2´までの範囲と、位置P6´から成膜終点P6までの範囲のノズル23dの移動速度が相対的に遅いので、皮膜の膜厚が相対的に厚くなる。そこで、図22の展開断面図に示すように、位置P2´から時計回りに位置P6´までの範囲の環状溝部223の底面の深さD1を一定の深さとするのに対し、成膜始点P2及び成膜終点P6における環状溝部223の底面の深さD2を、深さD1よりも浅い値とする。また、成膜始点P2から位置P2´までの範囲の環状溝部223の底面の深さは、成膜始点P2における環状溝部223の底面(深さD2)から徐々に深さD1になるように傾斜する深さとし、同様に、成膜終点P6から反時計回りに位置P6´までの範囲の環状溝部223の底面の深さは、成膜終点P6における環状溝部223の底面(深さD2)から徐々に深さD1になるように傾斜する深さとする。 When the nozzle 23d is moved along the movement locus MT in this manner, the movement speed differs depending on the position, so the film thickness becomes relatively thick in the range where the movement speed is slow. Specifically, since the moving speed of the nozzle 23d in the range from the film formation start point P2 to the position P2' and the range from the position P6' to the film formation end point P6 shown in FIG. 21 is relatively slow, the film thickness becomes relatively thick. Therefore, as shown in the developed cross-sectional view of FIG. 22, the depth D1 of the bottom surface of the annular groove portion 223 in the range from position P2' to position P6' in the clockwise direction is assumed to be a constant depth, while the film formation start point P2 Also, the depth D2 of the bottom surface of the annular groove portion 223 at the film formation end point P6 is set to a value shallower than the depth D1. Further, the depth of the bottom surface of the annular groove portion 223 in the range from the film formation start point P2 to the position P2' is gradually inclined to the depth D1 from the bottom surface (depth D2) of the annular groove portion 223 at the film formation start point P2. Similarly, the depth of the bottom surface of the annular groove portion 223 in the range from the film formation end point P6 to the position P6' in the counterclockwise direction gradually increases from the bottom surface (depth D2) of the annular groove portion 223 at the film formation end point P6. , the depth of the slope is set to be the depth D1.

そして、好ましくは、成膜始点P2から位置P2´までの範囲の環状溝部223の体積で定まる原料粉末の供給量と、成膜終点P6から位置P6´までの範囲の環状溝部223の体積で定まる原料粉末の供給量との総和、すなわち皮膜のラップ部に供給される原料粉末の供給量が、同じ距離に相当する位置P2´から位置P6´までの範囲に対する原料粉末の供給量に等しい。これにより、ラップ部の皮膜の膜厚と、それ以外の皮膜の膜厚とが等しくなり、余剰皮膜の除去処理が容易になる。 Preferably, the supply amount of raw material powder is determined by the volume of the annular groove portion 223 in the range from the film formation start point P2 to the position P2′, and the volume of the annular groove portion 223 in the range from the film formation end point P6 to the position P6′. The total amount of raw material powder supplied, that is, the amount of raw material powder supplied to the lap portion of the film, is equal to the amount of raw material powder supplied to the range from position P2' to position P6' corresponding to the same distance. As a result, the film thickness of the film on the lap portion and the film thickness of the film on the other portions become equal, thereby facilitating the process of removing the surplus film.

ちなみに、移動軌跡MTのうち成膜軌跡T同士を接続する接続軌跡CTに沿ってノズル23dを相対移動させる場合の原料粉末の供給量は、図22に位置P1として示す如く最も少なくなるように、環状溝部223の底面の深さD3を最も浅く設定することが望ましい。こうすることで、シリンダヘッド粗材3の取付面12aに形成される余剰皮膜の膜厚が薄くなるので、仕上工程S4における余剰皮膜の除去深さを浅くすることができる。 Incidentally, when the nozzle 23d is relatively moved along the connection trajectory CT connecting the film formation trajectories T among the movement trajectories MT, the supply amount of the raw material powder is minimized as indicated by the position P1 in FIG. It is desirable to set the depth D3 of the bottom surface of the annular groove 223 to the shallowest. By doing so, the film thickness of the surplus film formed on the mounting surface 12a of the cylinder head rough material 3 is reduced, so that the removal depth of the surplus film in the finishing step S4 can be made shallow.

図9に戻り、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。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14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。 Returning to FIG. 9, in the finishing step S4, the valve seat membranes 16b and 17b, the intake port 16 and the exhaust port 17 are finished. In the finishing of the valve seat membranes 16b and 17b, the surfaces of the valve seat membranes 16b and 17b are cut by milling using a ball end mill to prepare the valve seat membrane 16b into a predetermined shape. Further, in finishing 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. . The processing line PL is a range in which the surplus film SF to which the raw material powder P is scattered and adhered inside the intake port 16 is formed relatively thick. It is a range that is formed thick enough to affect the thickness.

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15に、仕上工程S4後の吸気ポート16を示す。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の形成、環状バルブシート部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。 In this manner, the finishing step S4 can eliminate surface roughness of the intake port 16 due to casting and remove the surplus film SF formed in the covering step S3. FIG. 15 shows the intake port 16 after the finishing step S4. As with the intake port 16, the exhaust port 17 is formed by forming a small diameter portion in the exhaust port 17 by casting, forming an annular valve seat portion by cutting, cold spraying the annular valve seat portion, and finishing. After that, the valve seat membrane 17b is formed. Therefore, a detailed description of the procedure for forming the valve seat membrane 17b for the exhaust port 17 will be omitted.

以上のとおり、本実施形態のコールドスプレー装置2を用いた成膜方法は、環状バルブシート部16cを有するシリンダヘッド粗材3と、コールドスプレー装置2のノズル23dとを、成膜軌跡Tに沿って相対的に移動させ、原料粉末供給部22から供給される原料粉末をノズル23dから噴射しながら、環状バルブシート部16cに皮膜を形成する成膜方法において、原料粉末供給部22は、原料粉末が投入されるホッパー221と、ホッパー221からの原料粉末を時間的に異なる体積に計量する計量部22bと、を備えるように構成し、計量部22bは、成膜軌跡Tに沿った膜体積に相関した形状とする。これにより、バルブシート膜16bの上に成膜終点となる2層目のバルブシート膜16bが重なっても、衝突方向が1層目のバルブシート膜16bの表面に対して略垂直となるため、2層目の原料粉末が充分に扁平化し、バルブシート膜16bの層内の空孔径は充分小さくなる。 As described above, the film formation method using the cold spray device 2 of the present embodiment is to move the cylinder head rough material 3 having the annular valve seat portion 16c and the nozzle 23d of the cold spray device 2 along the film formation trajectory T. in a film formation method in which a film is formed on the annular valve seat portion 16c while the raw material powder supplied from the raw material powder supply unit 22 is ejected from the nozzle 23d. and a weighing unit 22b for weighing the raw material powder from the hopper 221 into different volumes with respect to time. Correlated shapes. As a result, even if the second valve seat film 16b, which is the end point of film formation, is superimposed on the valve seat film 16b, the collision direction is substantially perpendicular to the surface of the first valve seat film 16b. The raw material powder for the second layer is sufficiently flattened, and the pore diameter within the layer of the valve seat membrane 16b is sufficiently small.

また、本実施形態のコールドスプレー装置2を用いた成膜方法においては、計量部22bは、ディスク222と、ディスク222を一定の回転速度で回転させる駆動部226と、ディスク222の上面に形成され、環状バルブシート部16cの成膜軌跡Tの一単位に対応し、ホッパー221からの原料粉末を受容する環状溝部223と、を備えるので、ノズル23dの相対移動とディスク222の回転とを同期させれば、ディスク222を所定速度で回転させるだけで、計量部22bは、成膜軌跡Tに沿った膜体積に相関した形状となる。 Further, in the film forming method using the cold spray apparatus 2 of the present embodiment, the weighing unit 22b is formed on the disk 222, the drive unit 226 that rotates the disk 222 at a constant rotational speed, and the upper surface of the disk 222. , and an annular groove portion 223 corresponding to one unit of the film formation locus T of the annular valve seat portion 16c and receiving the raw material powder from the hopper 221, so that the relative movement of the nozzle 23d and the rotation of the disk 222 are synchronized. In this case, the metering portion 22b assumes a shape correlated with the film volume along the film formation trajectory T simply by rotating the disk 222 at a predetermined speed.

また、本実施形態のコールドスプレー装置2を用いた成膜方法においては、ディスク222の環状溝部223の底面が、成膜軌跡Tに沿った膜体積に相関する深さとされているので、簡単な構成で、計量部22bを、成膜軌跡Tに沿った膜体積に相関した形状とすることができる。 In addition, in the film formation method using the cold spray apparatus 2 of the present embodiment, since the bottom surface of the annular groove 223 of the disk 222 has a depth that correlates with the film volume along the film formation locus T, simple In the configuration, the measuring portion 22b can have a shape that correlates with the film volume along the film formation trajectory T. FIG.

また、本実施形態のコールドスプレー装置2を用いた成膜方法において、シリンダヘッド粗材3とノズル23dとの相対的な移動軌跡MTは、一の成膜軌跡Tと他の成膜軌跡Tとを接続する接続軌跡CTを含み、接続軌跡CTに対応する環状溝部223の体積は、他の成膜軌跡Tに対応する体積より小さく設定されているので、シリンダヘッド粗材3の取付面12aに形成される余剰皮膜の膜厚が薄くなる。その結果、仕上工程S4における余剰皮膜の除去深さを浅くすることができる。 Further, in the film formation method using the cold spray apparatus 2 of the present embodiment, the relative movement trajectory MT between the cylinder head rough material 3 and the nozzle 23d is divided into one film formation trajectory T and another film formation trajectory T. , and the volume of the annular groove portion 223 corresponding to the connection locus CT is set smaller than the volume corresponding to the other film formation locus T. The film thickness of the surplus film formed becomes thin. As a result, the depth of removal of the surplus film in the finishing step S4 can be made shallow.

また、本実施形態のコールドスプレー装置2を用いた成膜方法において、計量部22bは、環状溝部223の開口上縁を水平に均して余剰の原料粉末を擦り切り除去するので、ノズル23dに供給される原料粉末の供給量がより正確になる。 In addition, in the film formation method using the cold spray device 2 of the present embodiment, the weighing unit 22b horizontally smoothes the upper edge of the opening of the annular groove 223 to scrape off excess raw material powder. The amount of raw material powder to be supplied becomes more accurate.

また、本実施形態のコールドスプレー装置2を用いた成膜方法において、ワークがエンジンのシリンダヘッド粗材3、被成膜部が環状バルブシート部16cであり、成膜軌跡Tは、環状バルブシート部16cの上の所定位置を成膜始点P2及び成膜終点P6とする円形軌跡であり、成膜軌跡Tのうち、膜が重なる成膜始点P2及び成膜終点P6を含む所定距離の範囲P2~P2´,P6´~P6の計量部の体積の総和は、膜が重ならない範囲P2´~P6´のうち前記所定距離に相当する範囲の計量部の体積を目標体積とするように設定されているので、成膜軌跡T全体にわたって皮膜の厚さが均等になり、仕上工程S4における余剰皮膜の除去深さを浅くすることができる。 Further, in the film formation method using the cold spray device 2 of the present embodiment, the workpiece is the engine cylinder head rough material 3, the film formation portion is the annular valve seat portion 16c, and the film formation trajectory T is the annular valve seat A circular trajectory having predetermined positions on the portion 16c as a film formation start point P2 and a film formation end point P6. ∼ P2′ and P6′ to P6 are set so that the volume of the measuring parts in the range corresponding to the predetermined distance in the range P2′ to P6′ where the films do not overlap is set as the target volume. Therefore, the thickness of the coating becomes uniform over the entire deposition locus T, and the depth of removal of the surplus coating in the finishing step S4 can be made shallow.

上記環状バルブシート部16cは本発明に係る被成膜部に相当する。 The annular valve seat portion 16c corresponds to the film-forming portion according to the present invention.

1…内燃機関
11…シリンダブロック
11a…シリンダ
12…シリンダヘッド
12a…取付面
12b…凹部
12c,12d…側面
13…ピストン
13a…コネクティングロッド
13b…頂面
14…クランクシャフト
15…燃焼室
16…吸気ポート
16a…開口部
16b…バルブシート膜
16c…環状バルブシート部
17…排気ポート
17a…開口部
17b…バルブシート膜
18…吸気バルブ
18a…バルブステム
18b…バルブヘッド
18c…バルブガイド
19…排気バルブ
19a…バルブステム
19b…バルブヘッド
19c…バルブガイド
2…コールドスプレー装置
21…ガス供給部
21a…圧縮ガスボンベ
21b…作動ガスライン
21c…搬送ガスライン
21d…圧力調整器
21e…流量調節弁
21f…流量計
21g…圧力ゲージ
21h…電力源
21i…ヒータ
21j…電力供給線
21k…回転継手
22…原料粉末供給部
22a…原料粉末供給装置
22b…計量部
22c…原料粉末供給ライン
221…ホッパー
222…ディスク
223…環状溝部
224…第1擦り切り材
225…第2擦り切り材
226…駆動部
23…スプレーガン
23a…チャンバ
23b…圧力計
23c…温度計
23d…ノズル
23e…冷媒導入部
23f…冷媒排出部
23g…信号線
24…基材
24a…皮膜
25…産業用ロボット
251…ハンド
252…ブラケット
26…ベースプレート
261…第1ベースプレート
262…第2ベースプレート
263…カバー
27…冷媒循環回路
271…タンク
272…ポンプ
273…冷却器
274…導入管
275…排出管
28…オフセット機構
281…リニアガイド
282…流体圧シリンダ
29…モータ
291…駆動軸
3…シリンダヘッド粗材
4…成膜工場
41…搬送ブース
42…成膜ブース
43,44…ドア
45…基台
MT…移動軌跡
T…被成膜部の軌跡
CT…接続軌跡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Internal combustion engine 11... Cylinder block 11a... Cylinder 12... Cylinder head 12a... Mounting surface 12b... Recess 12c, 12d... Side surface 13... Piston 13a... Connecting rod 13b... Top surface 14... Crankshaft 15... Combustion chamber 16... Intake port 16a... Opening 16b... Valve seat membrane 16c... Annular valve seat portion 17... Exhaust port 17a... Opening 17b... Valve seat membrane 18... Intake valve 18a... Valve stem 18b... Valve head 18c... Valve guide 19... Exhaust valve 19a... Valve stem 19b Valve head 19c Valve guide 2 Cold spray device 21 Gas supply unit 21a Compressed gas cylinder 21b Working gas line 21c Carrier gas line 21d Pressure regulator 21e Flow control valve 21f Flow meter 21g Pressure gauge 21h Power source 21i Heater 21j Power supply line 21k Rotary joint 22 Raw material powder supply unit 22a Raw material powder supply device 22b Weighing unit 22c Raw material powder supply line 221 Hopper 222 Disk 223 Annular groove 224 First scraped material 225 Second scraped material 226 Actuator 23 Spray gun 23a Chamber 23b Pressure gauge 23c Thermometer 23d Nozzle 23e Refrigerant introduction part 23f Refrigerant discharge part 23g Signal line 24 Substrate 24a Film 25 Industrial robot 251 Hand 252 Bracket 26 Base plate 261 First base plate 262 Second base plate 263 Cover 27 Refrigerant circulation circuit 271 Tank 272 Pump 273 Cooler 274 Introduction Pipe 275... Discharge pipe 28... Offset mechanism 281... Linear guide 282... Fluid pressure cylinder 29... Motor 291... Drive shaft 3... Cylinder head rough material 4... Film formation factory 41... Transport booth 42... Film formation booth 43, 44... Door 45... Base MT... Movement trajectory T... Trajectory of film-forming portion CT... Connection trajectory

Claims (6)

被成膜部を有するワークとコールドスプレー装置のノズルとを、前記被成膜部に対する成膜軌跡に沿って相対的に移動させ、原料粉末供給部から供給される原料粉末を前記ノズルから噴射しながら、前記被成膜部に皮膜を形成する成膜方法において、
前記原料粉末供給部は、前記原料粉末が投入されるホッパーと、前記ホッパーからの前記原料粉末を時間的に異なる体積に計量する計量部と、を備え、
前記計量部は、前記成膜軌跡に沿った膜体積に相関した形状とされ
前記ワークがエンジンのシリンダヘッド粗材、前記被成膜部が環状バルブシート部であり、
前記成膜軌跡は、前記環状バルブシート部の上の所定位置を成膜始点及び成膜終点とする円形軌跡であり、
前記成膜軌跡のうち、膜が重なる成膜始点及び成膜終点を含む所定距離の範囲の前記計量部の体積の総和は、膜が重ならない範囲のうち前記所定距離に相当する範囲の前記計量部の体積を目標体積とするように設定されている成膜方法。
A workpiece having a film-forming portion and a nozzle of a cold spray device are relatively moved along a film-forming trajectory with respect to the film-forming portion, and raw material powder supplied from a raw material powder supply unit is sprayed from the nozzle. However, in the film forming method for forming a film on the film forming portion,
The raw material powder supply unit comprises a hopper into which the raw material powder is fed, and a weighing unit that weighs the raw material powder from the hopper into different volumes over time,
The measuring part has a shape correlated with the film volume along the film formation trajectory ,
wherein the workpiece is an engine cylinder head rough material, and the film-forming portion is an annular valve seat portion;
The film formation trajectory is a circular trajectory having a film formation start point and a film formation end point at predetermined positions on the annular valve seat portion,
In the film formation trajectory, the sum of the volumes of the measurement units in a range of a predetermined distance including the film formation start point and the film formation end point where the films overlap is the measurement of the range corresponding to the predetermined distance in the range where the films do not overlap. A film formation method that is set so that the volume of the part is the target volume .
前記計量部は、
ディスクと、
前記ディスクを一定の回転速度で回転させる駆動部と、
前記ディスクの上面に形成され、前記被成膜部の前記成膜軌跡の一単位に対応し、前記ホッパーからの前記原料粉末を受容する環状溝部と、を備える請求項1に記載の成膜方法。
The weighing unit
a disk;
a driving unit that rotates the disk at a constant rotational speed;
2. The film forming method according to claim 1, further comprising: an annular groove formed on the upper surface of the disk, corresponding to one unit of the film forming locus of the film forming portion, and receiving the raw material powder from the hopper. .
被成膜部を有するワークとコールドスプレー装置のノズルとを、前記被成膜部に対する成膜軌跡に沿って相対的に移動させ、原料粉末供給部から供給される原料粉末を前記ノズルから噴射しながら、前記被成膜部に皮膜を形成する成膜方法において、
前記原料粉末供給部は、前記原料粉末が投入されるホッパーと、前記ホッパーからの前記原料粉末を時間的に異なる体積に計量する計量部と、を備え、
前記計量部は、
ディスクと、
前記ディスクを一定の回転速度で回転させる駆動部と、
前記ディスクの上面に形成され、前記被成膜部の前記成膜軌跡の一単位に対応し、前記ホッパーからの前記原料粉末を受容する環状溝部と、を備え、
記成膜軌跡に沿った膜体積に相関した形状とされ、
前記ワークと前記ノズルとの相対的な移動軌跡は、一の前記成膜軌跡と他の前記成膜軌跡とを接続する接続軌跡を含み、
前記接続軌跡に対応する前記環状溝部の体積は、他の前記成膜軌跡に対応する体積より小さく設定されている成膜方法。
A workpiece having a film-forming portion and a nozzle of a cold spray device are relatively moved along a film-forming trajectory with respect to the film-forming portion, and raw material powder supplied from a raw material powder supply unit is sprayed from the nozzle. However, in the film forming method for forming a film on the film forming portion,
The raw material powder supply unit comprises a hopper into which the raw material powder is fed, and a weighing unit that weighs the raw material powder from the hopper into different volumes over time,
The weighing unit
a disk;
a driving unit that rotates the disk at a constant rotational speed;
an annular groove formed on the upper surface of the disk, corresponding to one unit of the film formation trajectory of the film formation target portion, and receiving the raw material powder from the hopper;
The shape is correlated with the film volume along the film formation trajectory ,
the relative movement trajectory between the workpiece and the nozzle includes a connection trajectory that connects one film formation trajectory and another film formation trajectory;
The film formation method , wherein the volume of the annular groove corresponding to the connection locus is set smaller than the volume corresponding to the other film formation loci .
前記環状溝部の底面が、前記成膜軌跡に沿った膜体積に相関する深さとされている請求項2又は3に記載の成膜方法。 4. The film forming method according to claim 2 , wherein the bottom surface of the annular groove has a depth that correlates with the film volume along the film forming trajectory. 前記ワークと前記ノズルとの相対的な移動軌跡は、一の前記成膜軌跡と他の前記成膜軌跡とを接続する接続軌跡を含み、
前記接続軌跡に対応する前記環状溝部の体積は、他の前記成膜軌跡に対応する体積より小さく設定されている請求項2に記載の成膜方法。
the relative movement trajectory between the workpiece and the nozzle includes a connection trajectory that connects one film formation trajectory and another film formation trajectory;
3. The film formation method according to claim 2 , wherein the volume of said annular groove corresponding to said connection locus is set smaller than the volume corresponding to said other film formation locus.
前記計量部は、前記環状溝部の開口上縁を水平に均して余剰の前記原料粉末を擦り切り除去する請求項2又は3に記載の成膜方法。 4. The film forming method according to claim 2 , wherein the weighing unit horizontally levels the upper edge of the opening of the annular groove to scrape and remove excess raw material powder.
JP2019067151A 2019-03-29 2019-03-29 Deposition method Active JP7255291B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019067151A JP7255291B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Deposition method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019067151A JP7255291B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Deposition method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020164935A JP2020164935A (en) 2020-10-08
JP7255291B2 true JP7255291B2 (en) 2023-04-11

Family

ID=72716749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019067151A Active JP7255291B2 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Deposition method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7255291B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004298863A (en) 2003-03-28 2004-10-28 United Technol Corp <Utc> Nozzle for use in cold spray technique and cold spray system
JP2006219764A (en) 2003-09-17 2006-08-24 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Aerosol generator, apparatus for forming composite structure, and method of forming composite structure
JP2009030119A (en) 2007-07-27 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Method and device for covering wear-resistant material
JP2015139725A (en) 2014-01-27 2015-08-03 兵神装備株式会社 Liquid coating system and liquid coating method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004298863A (en) 2003-03-28 2004-10-28 United Technol Corp <Utc> Nozzle for use in cold spray technique and cold spray system
JP2006219764A (en) 2003-09-17 2006-08-24 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Aerosol generator, apparatus for forming composite structure, and method of forming composite structure
JP2009030119A (en) 2007-07-27 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Method and device for covering wear-resistant material
JP2015139725A (en) 2014-01-27 2015-08-03 兵神装備株式会社 Liquid coating system and liquid coating method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020164935A (en) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6977892B2 (en) Film formation method
JP7375868B2 (en) Film forming method
JP7136338B2 (en) Deposition method
JP7255291B2 (en) Deposition method
JP7120451B2 (en) cold spray equipment
US20210164108A1 (en) Cold spray nozzle and cold spray device
JP7452238B2 (en) Film forming method
US11471937B2 (en) Method for manufacturing cylinder head, and semimanufactured cylinder head
JP7480660B2 (en) Film formation method
JP7098504B2 (en) Cold spray nozzle and cold spray device
WO2022085130A1 (en) Cylinder head blank and cylinder head manufacturing method
JP2022067932A (en) Metal film and method for depositing the same
WO2020059002A1 (en) Cold spray method, cold spray nozzle, and cold spray device
JP2022120458A (en) Cylinder head of internal combustion engine and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220113

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221101

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230228

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230313

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7255291

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151