高性能の動的吹き付けノズル
【課題】粉末粒子を被覆する動的吹き付けシステムのノズルアッセンブリを提供する。
【解決手段】動的吹き付けシステムのノズルアッセンブリは、先細部、スロート部及び末広部を備え、各々は、高圧加熱ガスの流れに浮遊した粉末粒子の混合物を通過させるための通路を画定するように協働する。ノズルアッセンブリは、末広部に取り付けられ、且つ、ノズルアッセンブリの末広部から所定の長さで末端部まで延在する延長部を更に備える。延長部は、高圧加熱ガスの流れにより粉末粒子に発揮された引きずり力が、より長い期間に亘って粉末粒子に作用することを可能にし、これによって粉末粒子を以前には達成できなかったより高速度にまで加速することを可能にする。
【解決手段】動的吹き付けシステムのノズルアッセンブリは、先細部、スロート部及び末広部を備え、各々は、高圧加熱ガスの流れに浮遊した粉末粒子の混合物を通過させるための通路を画定するように協働する。ノズルアッセンブリは、末広部に取り付けられ、且つ、ノズルアッセンブリの末広部から所定の長さで末端部まで延在する延長部を更に備える。延長部は、高圧加熱ガスの流れにより粉末粒子に発揮された引きずり力が、より長い期間に亘って粉末粒子に作用することを可能にし、これによって粉末粒子を以前には達成できなかったより高速度にまで加速することを可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年８月２３日に出願された米国特許出願シリアル番号１０／９２４２７０号の部分継続出願である。
本発明は、概して、動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリは、典型的には、正の圧力下で粉末粒子の流れを加熱ガスの流れと混合させるための混合チャンバーを備えている。混合チャンバーは、ラバール式の先細−末広超音波ノズルに接続されている。加熱ガスも、粉末粒子の流れの正の圧力よりも低く設定された正の圧力下で混合チャンバー内に導入される。混合チャンバー内では、加熱ガスの流れと、粉末粒子の流れとは、一緒に混合して、ガス／粉末混合物を形成する。ガス粉末混合物は、混合チャンバーから超音波ノズル内へと流れ込み、該粉末粒子は、毎秒２００ｍから１，３００ｍの範囲の間の速度へと加速される。
【０００３】
米国特許出願番号２００５／０２１４４７４Ａ２（以下では、「‘４７４」出願）は、動的吹き付けシステムのためのラバール式のノズルアッセンブリを開示している。ノズルアッセンブリは、入口及び出口を形成する先細部分を備える。当該出口は、当該入口に対して間隔を隔てた関係にある。末広部分は、入口及び出口を形成し、該出口は入口に対して間隔を隔てた関係にある。スロート部は、先細部の出口と、末広部の入口とを相互接続している。先細部、スロート部及び末広部は、これらを通過する通路を形成し、該通路は、先細部の入口及び出口の間で幅が狭くなり且つ末広部の入口及び出口の間で拡大する周辺部を有している。
【０００４】
‘４７４出願で開示されたノズルアッセンブリ等のノズルアッセンブリの作動中には、粒子は、臨界速度を超えた場合にノズルを出て、ノズルアッセンブリに対向して配置された基板に付着する。粉末粒子の臨界速度は、その材料組成とそのサイズに依存している。より高い密度の粒子は、基板に付着する上で一般により高い速度を必要としている。更には、より大きい粉末粒子を加速することはより困難となる。従って、コーティング密度及び粒子の堆積効率は、粉末粒子を吹き付けることがより難しくなる状況で、非常に低くなり得る。粉末粒子の速度は、ノズルアッセンブリを出たとき、粉末粒子のサイズ及び密度とは逆向きに変化する。加熱ガスの流れの速度を増大させることは、ノズルアッセンブリを出たとき粉末粒子の速度を増大させる。しかし、動的吹き付けシステム内で加熱ガスの流れの達成可能な速度に対して制限が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、高い密度及び大きいサイズを有する粉末粒子を吹き付けることが困難である基板への付着を改善するため粉末粒子の速度を増大させるようにノズルアッセンブリを改善することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリを提供する。ノズルアッセンブリは、入口及び出口を形成する先細部を備える。当該出口は当該入口に対して間隔を隔てた関係にある。末広部は、入口及び出口を形成し、当該出口は当該入口に対して間隔を隔てた関係にある。スロート部は、先細部の出口と末広部の入口とを相互接続する。先細部、スロート部及び末広部は、これらを通した通路を画定する。当該通路は、先細部の入口及び出口の間で狭くなり、末広部の入口及び出口の間で拡径する周辺部を備える。延長部は、通路を更に画定し、末広部の出口から、出口から所定の長さで隔てられた末端部まで延在する。延長部により画定された通路の周辺部は、末広部の出口により画定された通路の周辺部と少なくとも等しいか又は大きい。
【０００７】
本発明は、動的吹き付けシステムにより塗布された粉末で基板を被覆する方法を更に提供する。本方法は粉末を加熱ガスの流れで混合し、加熱ガスの流れを加速し、粉末を加速するため粉末に作用する引きずり力を提供するように、加熱ガスの流れをノズルアッセンブリの先細部、スロート部及び末広部を通して差し向け、加熱ガスの流れの引きずり力が粉末を臨界速度にまで更に加速するように該粉末に作用するための追加の時間を提供するように、加熱ガス及び粉末の加速した流れをノズルアッセンブリの延長部を通して通過させる、各工程を備える。
【０００８】
従って、本発明は、末広部を単に延長することによって発生する負の影響を回避するため、延長部の所定の長さに亘って通路の拡径比を制限しつつ、ノズルアッセンブリの長さ全体を増大させる。これは、粉末粒子が、ノズルアッセンブリを通して加熱ガスの流れにより形成された引きずり力にさらされる時間を増大させる。粉末粒子の引きずり力に対する流れのこの増大したさらしは、引きずり力のための時間をより多く提供し、粉末粒子を以前には達成することができなかった増大速度にまで加速する。粉末粒子の増大した速度は、高密度でより大きいサイズの粉末粒子など、吹き付けることが困難な材料を接着させるための動的吹き付けシステムの能力を改善する。
【０００９】
本発明は、添付図面と関連させたときの次の詳細な説明を参照することによってより理解されるようになるため、本発明の他の利点は容易に理解されよう。
【実施例】
【００１０】
本発明は、米国特許出願番号２００５／０２１４４７４Ａ１、米国特許番号６，１３９，９１３号及び６，２８３，３８６号、並びに、１９９９年１月１０日に発行された、「表面及びコーティング技術」の第３巻の６２から７２ページに公開された、「動的吹き付けコーティング」と題された、ヴァン・ステーンキステらによる論文に記載されているように、動的吹き付けシステム及びノズルアッセンブリ２０への改善点を備える。これらの文献の開示内容は全て、参照により本願に組み込まれる。
【００１１】
図面を参照すると、同様の参照番号は、幾つかの図面を通して対応する部品を示しており、動的吹き付けシステムは、概して、２０で示される。図１を参照すると、動的吹き付けシステム２０は、粉末粒子２２のコーティングを基板材料２４に適用する。加熱されたガスの流れは、粉末粒子２２を浮遊させており、該粉末粒子２２は、高速度で基板２４へと吹き付けられる。米国特許番号６，１３９，９１３号に開示されているように、基板材料２４は、金属、合金、プラスチック、ポリマー、セラミック、木、半導体、又は、これらの材料の任意の組み合わせ及び混合物を始めとした、幅広い範囲の材料のうち任意のものから構成することができる。動的吹き付けシステム２０で使用される粉末粒子２２は、他の既知の粉末粒子２２に加えて、米国特許番号６，１３９，９１３号及び６，２８３，３８６号に開示された材料のうち任意の材料から構成することができる。これらの粉末粒子２２は、一般に、金属、合金、セラミック、ポリマー、ダイアモンド、金属被覆セラミック、半導体、又は、これらの材料のうち任意の組み合わせ及び混合物を含んでいてもよい。好ましくは、当該粒子は、１ミクロンから２５０ミクロンまでの範囲の間の平均公称直径を有する。
【００１２】
動的吹き付けシステム２０は、支持テーブル２８又は他の支持装置が配置されているエンクロージャ２６を備えている。取り付けパネル３０は、支持テーブル２８に固定され、ワークホルダー３２を支持している。ワークホルダー３２は、３次元運動を可能にし、適切なワークピースを支持することができる。ワークピースは、被覆されるべき基板材料２４から形成される。エンクロージャ２６は、少なくとも１つの空気入口（図示せず）と、適切な排出導管３６によりダストコレクター（図示せず）に接続された少なくとも１つの空気出口３４とを形成する、周囲壁を備えている。動的吹き付けシステム２０の作動中に、ダストレコクターは、エンクロージャ２６内部から空気を連続的に引き出し、空気を排気する前に引き続く処理のため空気内に含まれるダスト又は粒子を収集する。
【００１３】
動的吹き付けシステム２０は、３．４Ｍｐａ（５００ｐｓｉ）までの圧力でガスの流れをバラストタンク４０に供給することができるガスコンプレッサ３８を更に備えている。空気、ヘリウム、アルゴン、窒素、又は、他の希ガスを始めとする多数の様々に異なるガスを、動的吹き付けシステム２０内で利用することができる。バラストタンク４０は、ライン４６のシステム２０を通して粉末供給器４２及びガス加熱器４４と流体連通している。ガス加熱器４４は、加熱ガス、後述する加熱された主要ガスの流れをノズルアッセンブリ４８に供給する。粉末供給器４２は、吹き付けられるべき粉末粒子２２を加熱されていないガスの流れへと混合し、ノズルアッセンブリ４８に粉末粒子２２を供給するため、加熱されていないガス及び粉末粒子２２の混合物を、増補の入口ライン５０に供給する。コンピュータ５２は、ガス加熱器４４及び粉末供給器４２に供給されるガスの圧力と、ガス加熱器４４から出る加熱された主要ガスの温度とを制御する。
【００１４】
図２を参照すると、主要ガス通路５４は、ガス加熱器４４をノズルアッセンブリ４８に接続する。使用前混合チャンバー５６は、主要ガス通路５４に接続され、流れ直線器５８を通して加熱された主要ガスを、混合チャンバー６０に差し向ける。混合チャンバー６０は、加熱された主要ガス内に粉末粒子２２を浮遊させるため、粉末粒子２２を、加熱された主要ガスの流れへと混合させる。好ましくは、混合チャンバー６０は、調整チャンバー６２（後述される）の上流に配置されている。加熱された主要ガスの温度は、主要ガス通路５４内の温度熱電対６４によって監視され、混合チャンバー６０に接続された圧力センサ６８は、加熱された主要ガスの圧力を監視する。
【００１５】
粉末インジェクタ管７０は、増補の入口ライン５０と流体連通し、混合チャンバー６０に粉末粒子２２を供給するため、ガス及び粉末粒子の混合物を混合チャンバー６０に差し向ける。粉末噴射管は、予備チャンバー５６及び流れ直線器５８を通って混合チャンバー６０へと延在する。好ましくは、噴射管は、０．３ミリメートルから３．０ミリメートルの間の内径を有し、ノズルアッセンブリ４８の中心軸Ｃと同一線上に整列している。
【００１６】
調整チャンバー６２は、粉末ガス混合チャンバー６０と、ノズルアッセンブリ４８の先細部７２（後述する）との間に配置されている。調整チャンバー６２は、粉末粒子２２を、ノズルアッセンブリ４８を通って流れる加熱された主要ガスと混合する前に、粉末粒子２２の温度を増大させる。好ましくは、図２に示されるように、調整チャンバー６２は、先細部７２の上流に配置されている。調整チャンバー６２は、好ましくはノズルアッセンブリ４８の中心軸Ｃと同一直線上に、長さ方向軸Ｂに沿った長さを有する。調整チャンバー６２の内部は、ノズルアッセンブリ４８の先細部７２の入口７７に等しい内径を有する円柱形状を有する。調整チャンバー６２は、ノズルアッセンブリ４８の先細部７２と粉末ガス混合チャンバー６０と解放可能に係合する。好ましくは、解放可能な係合は、交換チャンバー、先細部７２及び調整チャンバー６２の間で、各々、ねじ（図示せず）と対応して係合することによってなされる。しかし、解放可能な係合は、スナップ適合式接続、バヨネット式接続、又は、他の適切な種類の接続など他の装置を介してなすことができる。長さ方向軸Ｂに沿った長さは、好ましくは、少なくとも２０ミリメートル以上である。調整チャンバー６２の最適な長さは、吹き付けられる粒子と、基板材料２４とに依存している。最適な長さは、実験的に決定することができるが、２０ミリメートルから１０００ミリメートルの範囲であるのが好ましい。
【００１７】
図３に最も良く示されるように、ノズルアッセンブリ４８は、入口７７及び出口７４を形成する先細部７２を備えている。出口７４は、入口７７に対して間隔を隔てた関係にある。末広部７６は、入口７８及び出口８０を形成し、該出口８０は入口７８に対して間隔を隔てた関係にある。スロート部８２は、先細部７２の出口７４と、末広部７６の入口７８とを相互に接続する。先細部７２、スロート部８２及び末広部７６は、当該技術分野で知られているように、ラバール式先細−末広ノズルを形成し、協働して通路６６を形成する。通路６６は、周辺部８４を備え、該周辺部は、先細部７２の入口７７及び出口７４の間で狭くなり、末広部７６の入口７８及び出口８０の間で拡大する。延長部８６は、通路６６を更に形成し、末広部７６の出口８０から、該出口８０から所定の長さＬ間隔を隔てた末端部８８へと延在する。延長部８６の所定の長さＬは、２０ミリメートルから１０００ミリメートルの範囲にある。従って、ノズルアッセンブリ４８は、先細部７２、スロート部８２、末広部７６、及び、延長部８６に亘る全体長さとして１００ミリメートルから１５００ミリメートルの範囲となる。
【００１８】
空気力学に基づくと、引きずり力が、加熱された主要ガスの流れによって粉末粒子２２に適用される。引きずり力は、次式により表すことができる。
Ｄ＝１／２（Ｃｐ・ρｇ・（Ｖｇ−Ｖｐ）２・Ａｐ） （１）
ここでＣｐは引きずり係数、ρｇは加熱された主要ガスの密度、Ｖｇは加熱された主要ガスの速度、Ｖｐは粉末粒子２２の速度、Ａｐは粉末粒子２２の平均断面積である。引きずり力は、粉末粒子２２を臨界速度にまで加速する。引きずり力には浪費されたポテンシャルが存在することが発見された。粉末粒子２２は、十分に長い期間に亘って引きずり力にはさらされておらず、即ち、粉末粒子２２は、より長い期間に亘って引きずり力にさらされた場合には、より高い速度を達成し得るからである。従って、延長部８６をノズルアッセンブリ４８の末広部７６に追加することによって、粉末粒子２２は、より長い期間に亘って引きずり力にさらされ、これによって、浪費されるポテンシャルを最小にし、粉末粒子２２に適用される引きずり力を最大にする。
【００１９】
加熱された主要ガスは、先細部７２、スロート部８２を通って流れ、末広部７６へと至り、加熱された主要ガスは高速度にまで加速される。加熱された主要ガスの速度が増大するとき、加熱された主要ガスの密度は減少する。これは、次式により表されるノズルアッセンブリ４８内の質量の保存に関して明らかである。
【００２０】
ｆ＝Ａ・Ｖｇ・ρｇ （２）
ここで、ｆは、加熱された主要ガスの流量であり、Ａは通路６６内の任意の与えられた位置におけるノズルアッセンブリ４８の周辺部８４の断面積であり、Ｖｇは加熱された主要ガスの速度であり、ρｇは加熱された主要ガスの密度である。加熱された主要ガスの密度における減少は、引きずり力に負の影響を及ぼす。加えて、通路６６を通って延在する中心軸Ｃに沿った距離に亘って、通路６６の周辺部８４の変化の比率として定義された拡径比は、末広部７６で達成可能な速度における増大を制限する。加熱された主要ガスが末広部７６を通って流れるとき、ノズルアッセンブリ４８の外側壁近傍の境界層は発達し、分離する傾向となり、加熱された主要ガスの流れに衝撃波を形成する。衝撃波は、加熱された主要ガスの速度を有意に減少させる。従って、ノズルアッセンブリ４８の末広部７６を外側に単に延長することは有効ではない。従って、延長部８６により形成された通路６６の周辺部８４は、末広部７６の出口８０により形成された通路６６の周辺部８４と少なくとも同じであるか又はより大きくなる。通路６６の周辺部８４が断面形状を画定させることが理解されるべきである。図３及び図４に参照されるように、周辺部８４により画定された断面形状を、延長部８６の所定の長さＬを通して均一とすることができる。延長部８６の均一な断面形状は、ゼロに等しいか又は無視できるほど小さい拡径比を有することが理解されるべきである。代替例として、図５及び図６に参照されるように、延長部８６により形成された周辺部８４の断面形状は、延長部８６が末広部７６の出口８０から延長部８６の末端部８８にかけて延在するとき、末広部７６の出口８０に対して僅かに増大し得る。それにも関わらず、延長部８６により形成された僅かに増大した断面形状は、末広部７６の拡径比に対して有意に小さい拡径比を有する。延長部８６の周辺部８４により形成された、均一な断面形状やその代替の僅かに増大した断面形状は、加熱されたガスの密度を有意に減少させることなく、また加熱されたガスの流れ内に衝撃波を形成すること無く、より長い期間に亘って、粉末粒子２２に引きずり力を働かせることを可能にする。
【００２１】
上述されたように、末広部７６により形成された通路６６の拡径比は、延長部８６により形成された通路６６の拡径比よりも大きい。これは、加熱された主要ガスが、加熱された主要ガスの密度を減少させ続けることなく、加熱主要ガス内に衝撃波が発生することを回避するように、加熱された主要ガスが延長部８６を通って流れることを可能にしている。末広部７６は図３及び図５に示されるように一定の拡径比を有することが考慮されているが、末広部７６の拡径比は、図７に示されるように、入口７８から末広部７６の出口８０へと連続的に減少することが好ましい。これは、末広部７６の入口７８からの距離が末広部７６の出口８０に向かう方向に増大するとき連続的に減少する率で中心軸Ｃから連続的に発散する、放物又は曲面形状を有するものとして更に記載することができる。放物又は曲面に形成された末広部７６は、スロート部８２の直接下流側で最大の可能な拡径比を提供し、これによって、延長部８６の近傍よりもスロート部８２の近傍で加熱主要ガスの速度を急激に増大させ、加熱された主要ガスと粉末粒子２２との間の速度差を最大にして粉末粒子２２に適用された引きずり力を増大させる。従って、末広部７６は、スロート部８２の近傍で最大の拡径比を有し、末広部７６の出口８０で最小の拡径比を有する。その結果、末広部７６のガス圧力は、高い拡径比に起因して急激に降下する。図７に示されるように、これは、粉末粒子２２が、粉末インジェクタ管７０を通って低圧粉末供給器４２により噴射されることを可能にする。
【００２２】
末広部７６及び延長部８６により形成された周辺部８４の断面は、様々な形状を有し得るが、矩形形状を有するのが好ましい。末端部８８において延長部８６により形成された周辺部８４の矩形形状の断面は、６．０ミリメートルから２４．０ミリメートルの範囲の長辺寸法と、１．０ミリメートルから６．０ミリメートルの範囲の短辺寸法とを有する。代替例として、図９に示されるように、末広部７６と延長部８６とにより形成された通路６６の周辺部８４は、円形状を有する断面を画定させることができる。
【００２３】
好ましくは、図５に示されるように、延長部８６は、末広部７６に解放可能に取り付けられる。末広部７６と延長部８６との間で、ねじを螺号させることによって、或いは、スナップ適合接続、バヨネット式接続又は他の適切な接続方法を用いて、解放可能な取り付けを実行することができる。しかし、図３に示されるように、延長部８６は、単一ユニットとして末広部７６と一体に成形されてもよいと考えられる。
【００２４】
スロート部８２により形成された通路６６の周辺部８４は、断面を画定させる。図９に示されるように、断面は、円形形状であってもよい。スロートの円形形状の断面は、１．０ミリメートルから５．０ミリメートルの範囲の直径を有していてもよい。しかし、スロート部８２の断面は、他の形状を有していてもよいことが理解されるべきである。好ましくは、図４及び図６に参照されるように、スロート部８２の断面は楕円形を有する。スロート部８２に隣接した末広部７６の矩形形状の断面において過度の摩耗が顕著である。過度の摩耗は、ノズルアッセンブリ４８の性能に負の影響を及ぼす。過度の摩耗は、スロート部８２の円形形状の断面から出る、加熱主要ガス及び粉末粒子２２の急激な径方向の膨張に帰着される。この過度の摩耗は、スロート部８２の断面を細長くすることによって減少される。従って、スロート部８２の楕円形状の断面は、末広部７６の矩形形状断面において顕著となる過度の摩耗を最小にさせる。
【００２５】
図７及び図８を参照すると、ノズルアッセンブリ４８の代替実施例が示されている。代替実施例では、粒子インジェクタ管は、ノズルアッセンブリ４８の末広部７６に粉末粒子２２を供給するため、調整チャンバー６２及びノズルアッセンブリ４８の末広部７６を相互接続する。加熱主要ガスがスロート部８２から末広部７６に入ったとき、粉末粒子２２をノズルアッセンブリ４８の末広部７６内の加熱主要ガスの流れと混合するため、混合チャンバー６０が、スロート部８２に隣接して、末広部７６内に配置される。代替の実施例では、調整チャンバー６２の長さ方向軸Ｂは、中心軸Ｃと同一直線上にあり、実際、調整チャンバー６２はノズルアッセンブリ４８から分離されている。粒子インジェクタ管は、調整チャンバー６２及び末広部７６内の混合チャンバー６０を流体連通するように相互接続する。かくして、粉末粒子２２をスロート部８２を通して差し向ける代わりに粉末粒子２２をノズルアッセンブリ４８の末広部７６内に提供することによって、スロート部９２の粉末集積及び詰まりは、最小となる。代替の実施例では、末広部７６内のガス圧力は、高い拡径比に起因して急激に降下する。これは、粉末粒子２２をより高い圧力（典型的には３００ｐｓｉ）で噴射する、図２に示された好ましい実施例と比較して、粉末粒子２２をより低い圧力（１００ｐｓｉ未満）で噴射することを可能にする。更には、粉末粒子２２を上昇した温度（粉末粒子２２の溶解温度の８０％まで）まで加熱するため、外部の加熱源を使用する、取り外し式調整チャンバー６２を備えていてもよい。取り外し式調整チャンバー６２は、図７に示されるように、粉末インジェクタ管７０を通して末広部７６と流体連通している。代替例として、取り外し式調整チャンバー６２は、図２に示されるように、粉末インジェクタ管７０を通して、予備混合チャンバー５６と流体連通していてもよい。
【００２６】
前記した発明は、関連する法的標準に従って説明された。かくして、上記説明は、本質上、本発明を限定するものではなく、あくまでも例示である。開示された実施例に対する変形及び変更は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内でなすことができる。従って、提供された本発明の法的保護の範囲は、請求の範囲を研究することによってのみ決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、動的吹き付けシステムを示す概略レイアウトである。
【図２】図２は、動的吹き付けシステムで使用するためのノズルの断面図である。
【図３】図３は、ノズルの延長部分の拡大断面図である。
【図４】図４は、図３に示されたノズルの延長部分の端面図である。
【図５】図５は、ノズルの延長部分の代替実施例の拡大断面図である。
【図６】図６は、図５に示されたノズルの延長部分の代替実施例の端面図である。
【図７】図７は、ノズルのための調整チャンバーの代替実施例の断面図である。
【図８】図８は、ノズルを通って流れる高圧ガスへと粉末を噴射する代替方法を示す、ノズルの代替実施例の断面図である。
【図９】図９は、円形断面を示すノズルの延長部分の代替実施例の端面図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年８月２３日に出願された米国特許出願シリアル番号１０／９２４２７０号の部分継続出願である。
本発明は、概して、動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリは、典型的には、正の圧力下で粉末粒子の流れを加熱ガスの流れと混合させるための混合チャンバーを備えている。混合チャンバーは、ラバール式の先細−末広超音波ノズルに接続されている。加熱ガスも、粉末粒子の流れの正の圧力よりも低く設定された正の圧力下で混合チャンバー内に導入される。混合チャンバー内では、加熱ガスの流れと、粉末粒子の流れとは、一緒に混合して、ガス／粉末混合物を形成する。ガス粉末混合物は、混合チャンバーから超音波ノズル内へと流れ込み、該粉末粒子は、毎秒２００ｍから１，３００ｍの範囲の間の速度へと加速される。
【０００３】
米国特許出願番号２００５／０２１４４７４Ａ２（以下では、「‘４７４」出願）は、動的吹き付けシステムのためのラバール式のノズルアッセンブリを開示している。ノズルアッセンブリは、入口及び出口を形成する先細部分を備える。当該出口は、当該入口に対して間隔を隔てた関係にある。末広部分は、入口及び出口を形成し、該出口は入口に対して間隔を隔てた関係にある。スロート部は、先細部の出口と、末広部の入口とを相互接続している。先細部、スロート部及び末広部は、これらを通過する通路を形成し、該通路は、先細部の入口及び出口の間で幅が狭くなり且つ末広部の入口及び出口の間で拡大する周辺部を有している。
【０００４】
‘４７４出願で開示されたノズルアッセンブリ等のノズルアッセンブリの作動中には、粒子は、臨界速度を超えた場合にノズルを出て、ノズルアッセンブリに対向して配置された基板に付着する。粉末粒子の臨界速度は、その材料組成とそのサイズに依存している。より高い密度の粒子は、基板に付着する上で一般により高い速度を必要としている。更には、より大きい粉末粒子を加速することはより困難となる。従って、コーティング密度及び粒子の堆積効率は、粉末粒子を吹き付けることがより難しくなる状況で、非常に低くなり得る。粉末粒子の速度は、ノズルアッセンブリを出たとき、粉末粒子のサイズ及び密度とは逆向きに変化する。加熱ガスの流れの速度を増大させることは、ノズルアッセンブリを出たとき粉末粒子の速度を増大させる。しかし、動的吹き付けシステム内で加熱ガスの流れの達成可能な速度に対して制限が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、高い密度及び大きいサイズを有する粉末粒子を吹き付けることが困難である基板への付着を改善するため粉末粒子の速度を増大させるようにノズルアッセンブリを改善することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリを提供する。ノズルアッセンブリは、入口及び出口を形成する先細部を備える。当該出口は当該入口に対して間隔を隔てた関係にある。末広部は、入口及び出口を形成し、当該出口は当該入口に対して間隔を隔てた関係にある。スロート部は、先細部の出口と末広部の入口とを相互接続する。先細部、スロート部及び末広部は、これらを通した通路を画定する。当該通路は、先細部の入口及び出口の間で狭くなり、末広部の入口及び出口の間で拡径する周辺部を備える。延長部は、通路を更に画定し、末広部の出口から、出口から所定の長さで隔てられた末端部まで延在する。延長部により画定された通路の周辺部は、末広部の出口により画定された通路の周辺部と少なくとも等しいか又は大きい。
【０００７】
本発明は、動的吹き付けシステムにより塗布された粉末で基板を被覆する方法を更に提供する。本方法は粉末を加熱ガスの流れで混合し、加熱ガスの流れを加速し、粉末を加速するため粉末に作用する引きずり力を提供するように、加熱ガスの流れをノズルアッセンブリの先細部、スロート部及び末広部を通して差し向け、加熱ガスの流れの引きずり力が粉末を臨界速度にまで更に加速するように該粉末に作用するための追加の時間を提供するように、加熱ガス及び粉末の加速した流れをノズルアッセンブリの延長部を通して通過させる、各工程を備える。
【０００８】
従って、本発明は、末広部を単に延長することによって発生する負の影響を回避するため、延長部の所定の長さに亘って通路の拡径比を制限しつつ、ノズルアッセンブリの長さ全体を増大させる。これは、粉末粒子が、ノズルアッセンブリを通して加熱ガスの流れにより形成された引きずり力にさらされる時間を増大させる。粉末粒子の引きずり力に対する流れのこの増大したさらしは、引きずり力のための時間をより多く提供し、粉末粒子を以前には達成することができなかった増大速度にまで加速する。粉末粒子の増大した速度は、高密度でより大きいサイズの粉末粒子など、吹き付けることが困難な材料を接着させるための動的吹き付けシステムの能力を改善する。
【０００９】
本発明は、添付図面と関連させたときの次の詳細な説明を参照することによってより理解されるようになるため、本発明の他の利点は容易に理解されよう。
【実施例】
【００１０】
本発明は、米国特許出願番号２００５／０２１４４７４Ａ１、米国特許番号６，１３９，９１３号及び６，２８３，３８６号、並びに、１９９９年１月１０日に発行された、「表面及びコーティング技術」の第３巻の６２から７２ページに公開された、「動的吹き付けコーティング」と題された、ヴァン・ステーンキステらによる論文に記載されているように、動的吹き付けシステム及びノズルアッセンブリ２０への改善点を備える。これらの文献の開示内容は全て、参照により本願に組み込まれる。
【００１１】
図面を参照すると、同様の参照番号は、幾つかの図面を通して対応する部品を示しており、動的吹き付けシステムは、概して、２０で示される。図１を参照すると、動的吹き付けシステム２０は、粉末粒子２２のコーティングを基板材料２４に適用する。加熱されたガスの流れは、粉末粒子２２を浮遊させており、該粉末粒子２２は、高速度で基板２４へと吹き付けられる。米国特許番号６，１３９，９１３号に開示されているように、基板材料２４は、金属、合金、プラスチック、ポリマー、セラミック、木、半導体、又は、これらの材料の任意の組み合わせ及び混合物を始めとした、幅広い範囲の材料のうち任意のものから構成することができる。動的吹き付けシステム２０で使用される粉末粒子２２は、他の既知の粉末粒子２２に加えて、米国特許番号６，１３９，９１３号及び６，２８３，３８６号に開示された材料のうち任意の材料から構成することができる。これらの粉末粒子２２は、一般に、金属、合金、セラミック、ポリマー、ダイアモンド、金属被覆セラミック、半導体、又は、これらの材料のうち任意の組み合わせ及び混合物を含んでいてもよい。好ましくは、当該粒子は、１ミクロンから２５０ミクロンまでの範囲の間の平均公称直径を有する。
【００１２】
動的吹き付けシステム２０は、支持テーブル２８又は他の支持装置が配置されているエンクロージャ２６を備えている。取り付けパネル３０は、支持テーブル２８に固定され、ワークホルダー３２を支持している。ワークホルダー３２は、３次元運動を可能にし、適切なワークピースを支持することができる。ワークピースは、被覆されるべき基板材料２４から形成される。エンクロージャ２６は、少なくとも１つの空気入口（図示せず）と、適切な排出導管３６によりダストコレクター（図示せず）に接続された少なくとも１つの空気出口３４とを形成する、周囲壁を備えている。動的吹き付けシステム２０の作動中に、ダストレコクターは、エンクロージャ２６内部から空気を連続的に引き出し、空気を排気する前に引き続く処理のため空気内に含まれるダスト又は粒子を収集する。
【００１３】
動的吹き付けシステム２０は、３．４Ｍｐａ（５００ｐｓｉ）までの圧力でガスの流れをバラストタンク４０に供給することができるガスコンプレッサ３８を更に備えている。空気、ヘリウム、アルゴン、窒素、又は、他の希ガスを始めとする多数の様々に異なるガスを、動的吹き付けシステム２０内で利用することができる。バラストタンク４０は、ライン４６のシステム２０を通して粉末供給器４２及びガス加熱器４４と流体連通している。ガス加熱器４４は、加熱ガス、後述する加熱された主要ガスの流れをノズルアッセンブリ４８に供給する。粉末供給器４２は、吹き付けられるべき粉末粒子２２を加熱されていないガスの流れへと混合し、ノズルアッセンブリ４８に粉末粒子２２を供給するため、加熱されていないガス及び粉末粒子２２の混合物を、増補の入口ライン５０に供給する。コンピュータ５２は、ガス加熱器４４及び粉末供給器４２に供給されるガスの圧力と、ガス加熱器４４から出る加熱された主要ガスの温度とを制御する。
【００１４】
図２を参照すると、主要ガス通路５４は、ガス加熱器４４をノズルアッセンブリ４８に接続する。使用前混合チャンバー５６は、主要ガス通路５４に接続され、流れ直線器５８を通して加熱された主要ガスを、混合チャンバー６０に差し向ける。混合チャンバー６０は、加熱された主要ガス内に粉末粒子２２を浮遊させるため、粉末粒子２２を、加熱された主要ガスの流れへと混合させる。好ましくは、混合チャンバー６０は、調整チャンバー６２（後述される）の上流に配置されている。加熱された主要ガスの温度は、主要ガス通路５４内の温度熱電対６４によって監視され、混合チャンバー６０に接続された圧力センサ６８は、加熱された主要ガスの圧力を監視する。
【００１５】
粉末インジェクタ管７０は、増補の入口ライン５０と流体連通し、混合チャンバー６０に粉末粒子２２を供給するため、ガス及び粉末粒子の混合物を混合チャンバー６０に差し向ける。粉末噴射管は、予備チャンバー５６及び流れ直線器５８を通って混合チャンバー６０へと延在する。好ましくは、噴射管は、０．３ミリメートルから３．０ミリメートルの間の内径を有し、ノズルアッセンブリ４８の中心軸Ｃと同一線上に整列している。
【００１６】
調整チャンバー６２は、粉末ガス混合チャンバー６０と、ノズルアッセンブリ４８の先細部７２（後述する）との間に配置されている。調整チャンバー６２は、粉末粒子２２を、ノズルアッセンブリ４８を通って流れる加熱された主要ガスと混合する前に、粉末粒子２２の温度を増大させる。好ましくは、図２に示されるように、調整チャンバー６２は、先細部７２の上流に配置されている。調整チャンバー６２は、好ましくはノズルアッセンブリ４８の中心軸Ｃと同一直線上に、長さ方向軸Ｂに沿った長さを有する。調整チャンバー６２の内部は、ノズルアッセンブリ４８の先細部７２の入口７７に等しい内径を有する円柱形状を有する。調整チャンバー６２は、ノズルアッセンブリ４８の先細部７２と粉末ガス混合チャンバー６０と解放可能に係合する。好ましくは、解放可能な係合は、交換チャンバー、先細部７２及び調整チャンバー６２の間で、各々、ねじ（図示せず）と対応して係合することによってなされる。しかし、解放可能な係合は、スナップ適合式接続、バヨネット式接続、又は、他の適切な種類の接続など他の装置を介してなすことができる。長さ方向軸Ｂに沿った長さは、好ましくは、少なくとも２０ミリメートル以上である。調整チャンバー６２の最適な長さは、吹き付けられる粒子と、基板材料２４とに依存している。最適な長さは、実験的に決定することができるが、２０ミリメートルから１０００ミリメートルの範囲であるのが好ましい。
【００１７】
図３に最も良く示されるように、ノズルアッセンブリ４８は、入口７７及び出口７４を形成する先細部７２を備えている。出口７４は、入口７７に対して間隔を隔てた関係にある。末広部７６は、入口７８及び出口８０を形成し、該出口８０は入口７８に対して間隔を隔てた関係にある。スロート部８２は、先細部７２の出口７４と、末広部７６の入口７８とを相互に接続する。先細部７２、スロート部８２及び末広部７６は、当該技術分野で知られているように、ラバール式先細−末広ノズルを形成し、協働して通路６６を形成する。通路６６は、周辺部８４を備え、該周辺部は、先細部７２の入口７７及び出口７４の間で狭くなり、末広部７６の入口７８及び出口８０の間で拡大する。延長部８６は、通路６６を更に形成し、末広部７６の出口８０から、該出口８０から所定の長さＬ間隔を隔てた末端部８８へと延在する。延長部８６の所定の長さＬは、２０ミリメートルから１０００ミリメートルの範囲にある。従って、ノズルアッセンブリ４８は、先細部７２、スロート部８２、末広部７６、及び、延長部８６に亘る全体長さとして１００ミリメートルから１５００ミリメートルの範囲となる。
【００１８】
空気力学に基づくと、引きずり力が、加熱された主要ガスの流れによって粉末粒子２２に適用される。引きずり力は、次式により表すことができる。
Ｄ＝１／２（Ｃｐ・ρｇ・（Ｖｇ−Ｖｐ）２・Ａｐ） （１）
ここでＣｐは引きずり係数、ρｇは加熱された主要ガスの密度、Ｖｇは加熱された主要ガスの速度、Ｖｐは粉末粒子２２の速度、Ａｐは粉末粒子２２の平均断面積である。引きずり力は、粉末粒子２２を臨界速度にまで加速する。引きずり力には浪費されたポテンシャルが存在することが発見された。粉末粒子２２は、十分に長い期間に亘って引きずり力にはさらされておらず、即ち、粉末粒子２２は、より長い期間に亘って引きずり力にさらされた場合には、より高い速度を達成し得るからである。従って、延長部８６をノズルアッセンブリ４８の末広部７６に追加することによって、粉末粒子２２は、より長い期間に亘って引きずり力にさらされ、これによって、浪費されるポテンシャルを最小にし、粉末粒子２２に適用される引きずり力を最大にする。
【００１９】
加熱された主要ガスは、先細部７２、スロート部８２を通って流れ、末広部７６へと至り、加熱された主要ガスは高速度にまで加速される。加熱された主要ガスの速度が増大するとき、加熱された主要ガスの密度は減少する。これは、次式により表されるノズルアッセンブリ４８内の質量の保存に関して明らかである。
【００２０】
ｆ＝Ａ・Ｖｇ・ρｇ （２）
ここで、ｆは、加熱された主要ガスの流量であり、Ａは通路６６内の任意の与えられた位置におけるノズルアッセンブリ４８の周辺部８４の断面積であり、Ｖｇは加熱された主要ガスの速度であり、ρｇは加熱された主要ガスの密度である。加熱された主要ガスの密度における減少は、引きずり力に負の影響を及ぼす。加えて、通路６６を通って延在する中心軸Ｃに沿った距離に亘って、通路６６の周辺部８４の変化の比率として定義された拡径比は、末広部７６で達成可能な速度における増大を制限する。加熱された主要ガスが末広部７６を通って流れるとき、ノズルアッセンブリ４８の外側壁近傍の境界層は発達し、分離する傾向となり、加熱された主要ガスの流れに衝撃波を形成する。衝撃波は、加熱された主要ガスの速度を有意に減少させる。従って、ノズルアッセンブリ４８の末広部７６を外側に単に延長することは有効ではない。従って、延長部８６により形成された通路６６の周辺部８４は、末広部７６の出口８０により形成された通路６６の周辺部８４と少なくとも同じであるか又はより大きくなる。通路６６の周辺部８４が断面形状を画定させることが理解されるべきである。図３及び図４に参照されるように、周辺部８４により画定された断面形状を、延長部８６の所定の長さＬを通して均一とすることができる。延長部８６の均一な断面形状は、ゼロに等しいか又は無視できるほど小さい拡径比を有することが理解されるべきである。代替例として、図５及び図６に参照されるように、延長部８６により形成された周辺部８４の断面形状は、延長部８６が末広部７６の出口８０から延長部８６の末端部８８にかけて延在するとき、末広部７６の出口８０に対して僅かに増大し得る。それにも関わらず、延長部８６により形成された僅かに増大した断面形状は、末広部７６の拡径比に対して有意に小さい拡径比を有する。延長部８６の周辺部８４により形成された、均一な断面形状やその代替の僅かに増大した断面形状は、加熱されたガスの密度を有意に減少させることなく、また加熱されたガスの流れ内に衝撃波を形成すること無く、より長い期間に亘って、粉末粒子２２に引きずり力を働かせることを可能にする。
【００２１】
上述されたように、末広部７６により形成された通路６６の拡径比は、延長部８６により形成された通路６６の拡径比よりも大きい。これは、加熱された主要ガスが、加熱された主要ガスの密度を減少させ続けることなく、加熱主要ガス内に衝撃波が発生することを回避するように、加熱された主要ガスが延長部８６を通って流れることを可能にしている。末広部７６は図３及び図５に示されるように一定の拡径比を有することが考慮されているが、末広部７６の拡径比は、図７に示されるように、入口７８から末広部７６の出口８０へと連続的に減少することが好ましい。これは、末広部７６の入口７８からの距離が末広部７６の出口８０に向かう方向に増大するとき連続的に減少する率で中心軸Ｃから連続的に発散する、放物又は曲面形状を有するものとして更に記載することができる。放物又は曲面に形成された末広部７６は、スロート部８２の直接下流側で最大の可能な拡径比を提供し、これによって、延長部８６の近傍よりもスロート部８２の近傍で加熱主要ガスの速度を急激に増大させ、加熱された主要ガスと粉末粒子２２との間の速度差を最大にして粉末粒子２２に適用された引きずり力を増大させる。従って、末広部７６は、スロート部８２の近傍で最大の拡径比を有し、末広部７６の出口８０で最小の拡径比を有する。その結果、末広部７６のガス圧力は、高い拡径比に起因して急激に降下する。図７に示されるように、これは、粉末粒子２２が、粉末インジェクタ管７０を通って低圧粉末供給器４２により噴射されることを可能にする。
【００２２】
末広部７６及び延長部８６により形成された周辺部８４の断面は、様々な形状を有し得るが、矩形形状を有するのが好ましい。末端部８８において延長部８６により形成された周辺部８４の矩形形状の断面は、６．０ミリメートルから２４．０ミリメートルの範囲の長辺寸法と、１．０ミリメートルから６．０ミリメートルの範囲の短辺寸法とを有する。代替例として、図９に示されるように、末広部７６と延長部８６とにより形成された通路６６の周辺部８４は、円形状を有する断面を画定させることができる。
【００２３】
好ましくは、図５に示されるように、延長部８６は、末広部７６に解放可能に取り付けられる。末広部７６と延長部８６との間で、ねじを螺号させることによって、或いは、スナップ適合接続、バヨネット式接続又は他の適切な接続方法を用いて、解放可能な取り付けを実行することができる。しかし、図３に示されるように、延長部８６は、単一ユニットとして末広部７６と一体に成形されてもよいと考えられる。
【００２４】
スロート部８２により形成された通路６６の周辺部８４は、断面を画定させる。図９に示されるように、断面は、円形形状であってもよい。スロートの円形形状の断面は、１．０ミリメートルから５．０ミリメートルの範囲の直径を有していてもよい。しかし、スロート部８２の断面は、他の形状を有していてもよいことが理解されるべきである。好ましくは、図４及び図６に参照されるように、スロート部８２の断面は楕円形を有する。スロート部８２に隣接した末広部７６の矩形形状の断面において過度の摩耗が顕著である。過度の摩耗は、ノズルアッセンブリ４８の性能に負の影響を及ぼす。過度の摩耗は、スロート部８２の円形形状の断面から出る、加熱主要ガス及び粉末粒子２２の急激な径方向の膨張に帰着される。この過度の摩耗は、スロート部８２の断面を細長くすることによって減少される。従って、スロート部８２の楕円形状の断面は、末広部７６の矩形形状断面において顕著となる過度の摩耗を最小にさせる。
【００２５】
図７及び図８を参照すると、ノズルアッセンブリ４８の代替実施例が示されている。代替実施例では、粒子インジェクタ管は、ノズルアッセンブリ４８の末広部７６に粉末粒子２２を供給するため、調整チャンバー６２及びノズルアッセンブリ４８の末広部７６を相互接続する。加熱主要ガスがスロート部８２から末広部７６に入ったとき、粉末粒子２２をノズルアッセンブリ４８の末広部７６内の加熱主要ガスの流れと混合するため、混合チャンバー６０が、スロート部８２に隣接して、末広部７６内に配置される。代替の実施例では、調整チャンバー６２の長さ方向軸Ｂは、中心軸Ｃと同一直線上にあり、実際、調整チャンバー６２はノズルアッセンブリ４８から分離されている。粒子インジェクタ管は、調整チャンバー６２及び末広部７６内の混合チャンバー６０を流体連通するように相互接続する。かくして、粉末粒子２２をスロート部８２を通して差し向ける代わりに粉末粒子２２をノズルアッセンブリ４８の末広部７６内に提供することによって、スロート部９２の粉末集積及び詰まりは、最小となる。代替の実施例では、末広部７６内のガス圧力は、高い拡径比に起因して急激に降下する。これは、粉末粒子２２をより高い圧力（典型的には３００ｐｓｉ）で噴射する、図２に示された好ましい実施例と比較して、粉末粒子２２をより低い圧力（１００ｐｓｉ未満）で噴射することを可能にする。更には、粉末粒子２２を上昇した温度（粉末粒子２２の溶解温度の８０％まで）まで加熱するため、外部の加熱源を使用する、取り外し式調整チャンバー６２を備えていてもよい。取り外し式調整チャンバー６２は、図７に示されるように、粉末インジェクタ管７０を通して末広部７６と流体連通している。代替例として、取り外し式調整チャンバー６２は、図２に示されるように、粉末インジェクタ管７０を通して、予備混合チャンバー５６と流体連通していてもよい。
【００２６】
前記した発明は、関連する法的標準に従って説明された。かくして、上記説明は、本質上、本発明を限定するものではなく、あくまでも例示である。開示された実施例に対する変形及び変更は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内でなすことができる。従って、提供された本発明の法的保護の範囲は、請求の範囲を研究することによってのみ決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、動的吹き付けシステムを示す概略レイアウトである。
【図２】図２は、動的吹き付けシステムで使用するためのノズルの断面図である。
【図３】図３は、ノズルの延長部分の拡大断面図である。
【図４】図４は、図３に示されたノズルの延長部分の端面図である。
【図５】図５は、ノズルの延長部分の代替実施例の拡大断面図である。
【図６】図６は、図５に示されたノズルの延長部分の代替実施例の端面図である。
【図７】図７は、ノズルのための調整チャンバーの代替実施例の断面図である。
【図８】図８は、ノズルを通って流れる高圧ガスへと粉末を噴射する代替方法を示す、ノズルの代替実施例の断面図である。
【図９】図９は、円形断面を示すノズルの延長部分の代替実施例の端面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリであって、
入口及び該入口に対して間隔を隔てた出口を画定する先細部と、
入口及び該入口に対して間隔を隔てた出口を画定する末広部と、
前記先細部の前記出口と前記末広部の前記入口とを相互接続するスロート部であって、前記先細部、前記スロート部及び前記末広部は、前記先細部の入口及び出口の間で狭くなり、前記末広部の入口及び出口の間で拡径する周辺部を有する通路を画定する、前記スロート部と、
前記通路を更に形成し、前記末広部の出口から該出口から所定の長さだけ隔てられた末端部へと延在する延長部であって、該延長部により形成された前記通路の周辺部は、前記末広部の出口により形成された前記通路の前記周辺部に少なくとも等しいか又は大きい、前記延長部と、
を備える、ノズルアッセンブリ。
【請求項２】
前記通路を通って延在する中心軸を更に備え、該通路は、該中心軸に沿った長さに亘って前記通路の周辺部の変化の比率として定義された拡径比を有し、前記末広部により形成された前記通路の前記拡径比は、前記延長部により形成された該通路の拡径比よりも大きい、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項３】
前記末広部の拡径比は、該末広部の入口から出口にかけて連続的に減少する、請求項２に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項４】
前記延長部の前記所定の長さは、２０ミリメートルから１０００ミリメートルの範囲にある、請求項２に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項５】
前記末広部及び前記延長部により形成された前記通路の周辺部は、矩形形状を有する断面を画定させる、請求項４に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項６】
前記末端部で前記延長部により形成された前記周辺部の前記矩形形状の断面は、６ミリメートルから２４ミリメートルの範囲の長辺寸法と、１ミリメートルから６ミリメートルの範囲の短辺寸法と、を有する、請求項５に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項７】
前記末広部及び前記延長部により形成された前記通路の周辺部は、円形形状を有する断面を画定させる、請求項４に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項８】
前記延長部は、前記末広部に解放可能に取り付けられている、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項９】
前記延長部は、前記末広部と一体に成形されている、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１０】
前記スロート部により形成された前記通路の周辺部は、楕円形状を有する断面を画定させる、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１１】
前記ノズルは、８０ミリメートルから１５００ミリメートルの範囲に亘る、前記先細部、前記スロート部、前記末広部及び前記延長部に亘る全長を有する、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１２】
前記先細部、前記スロート部を通して前記末広部へと粉末を流す前に、該粉末の温度を上昇させるための調整チャンバーを更に備え、該調整チャンバーは前記先細部の上流に配置されている、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１３】
加熱されたガスの流れを前記粉末に混合するため前記調整チャンバーの上流に配置された混合チャンバーを更に備える、請求項１２に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１４】
前記混合チャンバーに前記粉末を供給するため少なくとも１つの粒子インジェクタ管を更に備える、請求項１３に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの粒子インジェクタ管は、前記中心軸と平行な長さ方向軸を備え、前記混合チャンバーと流体連通する、請求項１４に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１６】
前記末広部を通して粉末を流す前に該粉末の温度を上昇させるための調整チャンバーを更に備える、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１７】
加熱ガスの流れを前記粉末と混合するため、前記スロート部に隣接して、前記末広部内に配置された混合チャンバーを更に備える、請求項１６に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１８】
前記加熱されたガスが前記スロート部から前記末広部に入るとき、該加熱ガスの流れに前記粉末を混合するため該粉末を前記末広部内の前記混合チャンバーに供給するように前記調整チャンバーと前記末広部とを相互接続する少なくとも１つの粒子インジェクタ管を更に備える、請求項１７に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１９】
動的吹き付けシステムにより塗布された粉末で基板を被覆する方法であって、
前記動的吹き付けシステムは、先細部、スロート部、末広部及び延長部を有するノズルアッセンブリを備え、該ノズルアッセンブリは、該ノズルアッセンブリの中心軸に沿った所定の距離に亘って該ノズルアッセンブリにより形成された通路の周辺部の変化の比率として定義された拡径比を有し、前記拡散部の拡径比は前記延長部の拡径比よりも大きく、
前記方法は、
前記粉末を加熱ガスの流れに混合し、
加熱ガスの流れを加速し、前記粉末を加速するように前記粉末に作用するための引きずり力を提供するため、加熱ガスの前記流れを、前記ノズルアッセンブリの前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して差し向け、
加熱ガスの流れの引きずり力が前記粉末を臨界速度にまで更に加速するように前記粉末に作用するための追加の時間を提供するように、前記加熱ガス及び前記粉末の加速された流れを前記ノズルアッセンブリの前記延長部を通して通過させる、各工程を備える方法。
【請求項２０】
前記ノズルアッセンブリは、該ノズルアッセンブリの前記末広部を通して前記粉末を差し向ける前に、該粉末を加熱するための調整チャンバーを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱ガスは、前記スロート部から前記末広部へと流れ、前記末広部により画定された前記通路の拡径比は、前記延長部に隣接する部分よりも前記スロート部に隣接する部分がより大きくなり、前記加熱ガスの流れを前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して差し向ける前記工程は、前記延長部よりも前記スロート部の近傍でより速い速度に加熱ガスの流れの速度を増大させるため前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して加熱ガスの流れを差し向けるものとして更に画定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ノズルアッセンブリは、前記ノズルアッセンブリの調整チャンバーと前記末広部とを流体連通するように相互接続する少なくとも１つのインジェクタ管を更に備え、前記粉末を加熱ガスの流れと混合する前記工程は、前記ノズルアッセンブリの前記スロート部に隣接した前記末広部内の加熱ガスの流れで前記粉末を加熱するものとして更に画定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記スロート部により形成された前記通路の周辺部は、細長い形状を備え、前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して加熱ガスの流れを差し向ける前記工程は、前記先細部、前記スロート部の前記細長い周辺部及び前記末広部を通して加熱ガスの流れを差し向けるものとして更に画定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記スロート部により形成された前記通路の前記周辺部の細長い形状は、楕円形状として更に画定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項１】
動的吹き付けシステムのためのノズルアッセンブリであって、
入口及び該入口に対して間隔を隔てた出口を画定する先細部と、
入口及び該入口に対して間隔を隔てた出口を画定する末広部と、
前記先細部の前記出口と前記末広部の前記入口とを相互接続するスロート部であって、前記先細部、前記スロート部及び前記末広部は、前記先細部の入口及び出口の間で狭くなり、前記末広部の入口及び出口の間で拡径する周辺部を有する通路を画定する、前記スロート部と、
前記通路を更に形成し、前記末広部の出口から該出口から所定の長さだけ隔てられた末端部へと延在する延長部であって、該延長部により形成された前記通路の周辺部は、前記末広部の出口により形成された前記通路の前記周辺部に少なくとも等しいか又は大きい、前記延長部と、
を備える、ノズルアッセンブリ。
【請求項２】
前記通路を通って延在する中心軸を更に備え、該通路は、該中心軸に沿った長さに亘って前記通路の周辺部の変化の比率として定義された拡径比を有し、前記末広部により形成された前記通路の前記拡径比は、前記延長部により形成された該通路の拡径比よりも大きい、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項３】
前記末広部の拡径比は、該末広部の入口から出口にかけて連続的に減少する、請求項２に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項４】
前記延長部の前記所定の長さは、２０ミリメートルから１０００ミリメートルの範囲にある、請求項２に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項５】
前記末広部及び前記延長部により形成された前記通路の周辺部は、矩形形状を有する断面を画定させる、請求項４に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項６】
前記末端部で前記延長部により形成された前記周辺部の前記矩形形状の断面は、６ミリメートルから２４ミリメートルの範囲の長辺寸法と、１ミリメートルから６ミリメートルの範囲の短辺寸法と、を有する、請求項５に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項７】
前記末広部及び前記延長部により形成された前記通路の周辺部は、円形形状を有する断面を画定させる、請求項４に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項８】
前記延長部は、前記末広部に解放可能に取り付けられている、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項９】
前記延長部は、前記末広部と一体に成形されている、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１０】
前記スロート部により形成された前記通路の周辺部は、楕円形状を有する断面を画定させる、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１１】
前記ノズルは、８０ミリメートルから１５００ミリメートルの範囲に亘る、前記先細部、前記スロート部、前記末広部及び前記延長部に亘る全長を有する、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１２】
前記先細部、前記スロート部を通して前記末広部へと粉末を流す前に、該粉末の温度を上昇させるための調整チャンバーを更に備え、該調整チャンバーは前記先細部の上流に配置されている、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１３】
加熱されたガスの流れを前記粉末に混合するため前記調整チャンバーの上流に配置された混合チャンバーを更に備える、請求項１２に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１４】
前記混合チャンバーに前記粉末を供給するため少なくとも１つの粒子インジェクタ管を更に備える、請求項１３に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの粒子インジェクタ管は、前記中心軸と平行な長さ方向軸を備え、前記混合チャンバーと流体連通する、請求項１４に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１６】
前記末広部を通して粉末を流す前に該粉末の温度を上昇させるための調整チャンバーを更に備える、請求項１に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１７】
加熱ガスの流れを前記粉末と混合するため、前記スロート部に隣接して、前記末広部内に配置された混合チャンバーを更に備える、請求項１６に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１８】
前記加熱されたガスが前記スロート部から前記末広部に入るとき、該加熱ガスの流れに前記粉末を混合するため該粉末を前記末広部内の前記混合チャンバーに供給するように前記調整チャンバーと前記末広部とを相互接続する少なくとも１つの粒子インジェクタ管を更に備える、請求項１７に記載のノズルアッセンブリ。
【請求項１９】
動的吹き付けシステムにより塗布された粉末で基板を被覆する方法であって、
前記動的吹き付けシステムは、先細部、スロート部、末広部及び延長部を有するノズルアッセンブリを備え、該ノズルアッセンブリは、該ノズルアッセンブリの中心軸に沿った所定の距離に亘って該ノズルアッセンブリにより形成された通路の周辺部の変化の比率として定義された拡径比を有し、前記拡散部の拡径比は前記延長部の拡径比よりも大きく、
前記方法は、
前記粉末を加熱ガスの流れに混合し、
加熱ガスの流れを加速し、前記粉末を加速するように前記粉末に作用するための引きずり力を提供するため、加熱ガスの前記流れを、前記ノズルアッセンブリの前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して差し向け、
加熱ガスの流れの引きずり力が前記粉末を臨界速度にまで更に加速するように前記粉末に作用するための追加の時間を提供するように、前記加熱ガス及び前記粉末の加速された流れを前記ノズルアッセンブリの前記延長部を通して通過させる、各工程を備える方法。
【請求項２０】
前記ノズルアッセンブリは、該ノズルアッセンブリの前記末広部を通して前記粉末を差し向ける前に、該粉末を加熱するための調整チャンバーを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱ガスは、前記スロート部から前記末広部へと流れ、前記末広部により画定された前記通路の拡径比は、前記延長部に隣接する部分よりも前記スロート部に隣接する部分がより大きくなり、前記加熱ガスの流れを前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して差し向ける前記工程は、前記延長部よりも前記スロート部の近傍でより速い速度に加熱ガスの流れの速度を増大させるため前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して加熱ガスの流れを差し向けるものとして更に画定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ノズルアッセンブリは、前記ノズルアッセンブリの調整チャンバーと前記末広部とを流体連通するように相互接続する少なくとも１つのインジェクタ管を更に備え、前記粉末を加熱ガスの流れと混合する前記工程は、前記ノズルアッセンブリの前記スロート部に隣接した前記末広部内の加熱ガスの流れで前記粉末を加熱するものとして更に画定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記スロート部により形成された前記通路の周辺部は、細長い形状を備え、前記先細部、前記スロート部及び前記末広部を通して加熱ガスの流れを差し向ける前記工程は、前記先細部、前記スロート部の前記細長い周辺部及び前記末広部を通して加熱ガスの流れを差し向けるものとして更に画定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記スロート部により形成された前記通路の前記周辺部の細長い形状は、楕円形状として更に画定される、請求項２１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−７３６８５（Ｐ２００８−７３６８５Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−２０３７８７（Ｐ２００７−２０３７８７）
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【出願人】（５９９０２３９７８）デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (281)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０３７８７（Ｐ２００７−２０３７８７）
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【出願人】（５９９０２３９７８）デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (281)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]