(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマガン出口ノズルに対称的多ポート粉末噴射リングを設置する。【解決手段】対称的に配置した粉末噴射器７０をプラズマガンの出口ノズルに取り付ける。粉末噴射器は、プラズマガンの出口ノズルに取り付け可能なシュラウド５５を有し、シュラウド５５は滑らかで連続的な内壁をプラズマガン出口ノズルに形成する。【選択図】図３
2011005486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱噴霧装置の出口ノズルに取り付け可能なシュラウドを備え、前記シュラウドが、
前記熱噴霧装置のプルームが通過するボウルを画定する、十分に滑らかで連続的な内壁と、
粉末を前記プルーム内に噴射する粉末噴射ノズルを受けるように前記内壁内に構築され、配列された、少なくとも1つのポートとを備える、粉末噴射装置。
【請求項２】
前記少なくとも1つのポートが複数のポートを備える、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のポートが、
前記シュラウドの長手方向軸と、
前記出口ノズルの中心軸と、
前記プルームの長手方向軸と
のうちの少なくとも1つに対して放射状に配列される、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記複数のポートに対応する、複数の粉末噴射ノズルをさらに備える、請求項2に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の粉末噴射ノズルのうちの、それぞれ個別の1つの出口端が、前記内壁と実質的に同一平面を成す、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の粉末噴射ノズルのうちの、それぞれ個別の1つの出口端が、前記内壁を貫通し、前記シュラウドで画定される容積の中に延びる、請求項4に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の粉末噴射ノズルの前記出口端が、前記プルームで生成される渦流の下流の位置において、前記内壁を貫通して延びる、請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記シュラウドが、前記プルームで生成される渦流を、少なくとも部分的に包み込むように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記内壁の曲がりの直径、長さ、および半径のうちの少なくとも1つが、前記プルームで生成される所定の環状渦に対応して寸法が決められる、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱噴霧装置がプラズマガンであり、前記プルームがプラズマプルームである、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
プラズマプルームを放出するための出口ノズルと、
前記出口ノズルに取り外し可能に接続されるシュラウドを備える粉末噴射装置とを備え、前記シュラウドが、
前記プラズマプルームが通過するボウルを画定する、十分に滑らかで連続的な内壁と、
粉末を前記プラズマプルーム内に噴射する粉末噴射ノズルを受けるように、前記内壁内に構築され、配列された、少なくとも1つのポートとを備える、プラズマガン。
【請求項１２】
前記少なくとも1つのポートが複数のポートを備える、請求項11に記載のプラズマガン。
【請求項１３】
前記複数のポートに対応する、複数の粉末噴射ノズルをさらに備える、請求項12に記載のプラズマガン。
【請求項１４】
前記複数の粉末噴射ノズルのうちのそれぞれ個別の1つの出口端が、前記内壁と実質的に同一平面を成す、請求項13に記載のプラズマガン。
【請求項１５】
前記シュラウドが、前記プラズマプルームで生成される渦流を、少なくとも部分的に包み込むように構成される、請求項11に記載のプラズマガン。
【請求項１６】
前記内壁の曲がりの直径、長さ、および半径のうちの少なくとも1つが、前記プラズマプルームで生成される所定の環状渦に対応して寸法が決められる、請求項11に記載のプラズマガン。
【請求項１７】
熱噴霧装置の出口ノズルに取り付け可能なシュラウドを使用して、粉末をプルーム内に噴射するステップを含み、前記シュラウドが、
前記熱噴霧装置のプルームが通過するボウルを画定する、十分に滑らかで連続的な内壁と、
粉末を前記プルーム内に噴射する粉末噴射ノズルを受けるように、前記内壁内に構築され配列された、少なくとも1つのポートとを備える、方法。
【請求項１８】
熱噴霧装置の出口ノズルを出るプルームで生成される渦流を、シュラウドで覆うステップと、
前記出口ノズルの下流の前記プルーム内に、前記渦流を通して、粉末を噴射するステップとを含む、方法。
【請求項１９】
前記シュラウドで覆うステップが、前記プルームが移動する長手方向軸周りに実質的に対称であり、前記渦流の形状に対応する、ボウル形状を有するシュラウドで、前記渦流を取り囲むステップを含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記シュラウドで覆うステップが、シュラウドを前記出口ノズル周りに設置するステップを含み、
前記噴射するステップが、前記シュラウドを通して前記粉末を誘導するステップを含む、請求項18に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、粉末塗装のシステムおよび方法に関し、より詳細には、対称的多ポート粉末噴射リングに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な熱噴霧塗装が、様々な種類の部品を保護するために、一般的に使用される。塗装は、例えば、摩耗に耐えること、腐食を防止すること、隙間を制御すること、摩耗した部品を活用すること、高温に耐えること、電気的特性を高めることなど、様々な便益を提供することができる。これらの便益は、塗装材料の種類およびそれらの材料が塗布される方法によって異なる可能性がある。本発明の主題が特に関連する熱噴霧塗装の1群は、プラズマ噴霧プロセスにより塗布される塗装である。このプロセスは、非常に多くの産業において、多くの異なる種類の塗装を塗布するために、使用されてきた。
【０００３】
プラズマガンが、この基本的工具で達成されうる広範囲のパラメータにより、噴霧塗装産業において、プロセス工具として一般的に使用される。プラズマ熱噴霧プロセスは、塗装膜を形成するために、基板上に溶融された、または熱軟化された材料を噴霧することを、基本的に伴う。典型的には粉末形状である原材料が、プラズマプルームとしても知られる、高温のプラズマ火炎の中に噴射され、材料は、急速に加熱され、加速されて、次いで、塗装されることを意図される基板上に衝突する。
【０００４】
従来のプラズマガンにおいて、プラズマプルームはガンの内部にあり、内部チャンネルを通して出口ノズルまで誘導されるアークを使用して、生成される。基板上に塗装膜を形成するための粉末が、少なくとも1つの粉末噴射器で、プラズマプルームの中に噴射される。粉末噴射器は、内部、例えばノズルの出口より前に、または外部、例えばノズル出口の下流に設置されてよい。
【０００５】
従来の熱噴霧装置において、知られている非能率の源は、プラズマガンにより生み出された多量の運動エネルギーおよび熱エネルギーが、噴射された粉末に伝達されないという事実にある。噴射される粉末の量を単に増加させることにより、例えば、各粉末ポートにおける粉末供給量を増加させることにより、および/または噴射器の数を増加させることにより、このエネルギーを消費しようとする試みは、塗装の品質低下に加えて、ガンノズルおよび粉末噴射器の面上への粉末の集積をもたらす結果となっている。同様に、内部噴射を使用することで噴射の問題を解決しようとする試みは、ガンの内腔の内部、または粉末噴射器の内部への粉末の集積をもたらす結果となっている。
【０００６】
そのように、プラズマガンの表面上への粉末の集積は、粉末噴射器の内部にも外部にも関連する問題である。ハードウェアの表面、例えば粉末噴射器の表面、プラズマガンの表面などの上に集積される粉末は、プラズマガンが、洗浄のためにより高い頻度で稼働停止されることが必要となることによる非能率を引き起こす。さらに、粉末の集積は、全体的なプロセスの非能率を示す。というのは、プラズマガンおよび他のハードウェアの上に堆積される粉末は、塗装膜として対象の基板上に堆積されない粉末であるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、上記の欠陥を克服する必要性が、当業界に存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の例示的実施形態および利点は、本開示および添付の図面を精査することにより把握されうる。本発明の第1の態様によれば、熱噴霧装置の出口ノズルに取り付け可能なシュラウドを含む、粉末噴射装置が存在する。シュラウドは、熱噴霧装置のプルームが通過するボウルを画定する、十分に滑らかで連続的な内壁と、粉末をプルーム内に噴射する粉末噴射ノズルを受けるように、内壁内に構築され、配列された、少なくとも1つのポートとを有する。
【０００９】
一実施形態において、少なくとも1つのポートは、複数のポートを有する。複数のポートは、シュラウドの長手方向軸と、出口ノズルの中心軸と、プルームの長手方向軸とのうちの少なくとも1つに対して、放射状に配列されうる。
【００１０】
本発明の一実施態様において、この装置は、複数のポートに対応する複数の粉末噴射ノズルを含む。複数の粉末噴射ノズルのうちのそれぞれ個別の1つの出口端が、内壁と実質的に同一平面を成してよい。代替として、複数の粉末噴射ノズルのうちのそれぞれ個別の1つの出口端が、内壁を貫通してシュラウドで画定される容積の中に延びてよい。複数の粉末噴射ノズルの出口端が、内壁を貫通して延びる場合、出口端は、プルームで生成される渦流の下流の位置で、内壁を貫通して延びてよい。
【００１１】
特定の実施形態において、シュラウドは、プルームで生成される渦流を少なくとも部分的に包み込むように構成される。他の実施形態において、内壁の曲がりの直径、長さおよび半径のうちの少なくとも1つが、プルームで生成される所定の環状渦(toroidal vortex)に対応するように寸法が決められる。他の実施形態において、熱噴霧装置はプラズマガンであり、プルームはプラズマプルームである。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、プラズマプルームを放出する出口ノズルと、粉末噴射装置とを含むプラズマガンが存在する。粉末噴射装置は、出口ノズルに取り外し可能に接続されるシュラウドを有する。シュラウドは、プラズマプルームが通過するボウルを画定する、十分に滑らかで連続的な内壁と、粉末をプラズマプルーム内に噴射する粉末噴射ノズルを受けるように、内壁内に構築され、配列された、少なくとも1つのポートとを含む。
【００１３】
一実施形態において、少なくとも1つのポートは、複数のポートである。また、プラズマガンは、複数のポートに対応する複数の粉末噴射ノズルを含んでよい。複数の粉末噴射ノズルのうちのそれぞれ個別の1つの出口端が、内壁と実質的に同一平面を成してよい。
【００１４】
他の実施形態において、シュラウドは、プラズマプルームで生成される渦流を、少なくとも部分的に包み込むように構成される。他の実施形態において、内壁の曲がりの直径、長さ、および半径のうちの少なくとも1つが、プラズマプルームで生成される所定の環状渦に対応するように寸法を決められる。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、熱噴霧装置の出口ノズルに取り付け可能なシュラウドを使用して、粉末をプルームの中に噴射するステップを含む方法が存在する。シュラウドは、熱噴射装置のプルームが通過するボウルを画定する、十分に滑らかで連続的な内壁と、粉末をプルーム内に噴射する粉末噴射ノズルを受けるように、内壁内に構築され、配列された、少なくとも1つのポートとを有する。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、プルームで生成され、熱噴霧装置の出口ノズルを出る渦流をシュラウドで覆うステップと、渦流を通して出口ノズルの下流のプルームの中に粉末を噴射するステップとを含む方法が存在する。一実施態様において、シュラウドで覆うステップは、プルームが移動する長手方向軸周りに実質的に対称であり、渦流の形状に対応するボウル形を有するシュラウドで、渦流を取り囲むステップを含む。他の実施態様において、シュラウドで覆うステップは、シュラウドを出口ノズルの周りに設置するステップを含み、一方、噴射するステップは、粉末をシュラウドを通して誘導するステップを含む。
【００１７】
さらに、本発明は、いくつかの図面の図を通して同じ参照番号が同様の部品を示す、本発明の例示的実施形態の非制限的な例としての、言及された複数の図面を参照して、以下の詳細な説明の中で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の態様によるプラズマプルームの、コンピュータによる流れ図の概略的表現を示す図である。
【図２】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、概略的表現を示す図である。
【図３】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングを示す図である。
【図４】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、概略的表現を示す図である。
【図５】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングで生み出される、プラズマプルームのイメージを示す図である。
【図６】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングを使用して生み出された、摩耗性塗装膜の顕微鏡写真を示す図である。
【図７】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、一実施形態を示す図である。
【図８】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、一実施形態を示す図である。
【図９】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、一実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの、一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書に示す詳細は、例示的なものであり、本発明の実施形態の例示的な議論を目的とするものに過ぎず、本発明の原理および概念的態様の、最も有用で容易に理解される説明となると思われるものを提供するために、提示される。この件について、本発明を基本的に理解するために必要な程度以上に詳細に、本発明の構造的な細部を示す試みは、なされておらず、図面と共に行われる説明は、本発明のいくつかの形状が実際に具現されうる方法を、当業者に明らかにするものである。
【００２０】
本発明は、一般に、プラズマ噴霧粉末塗装のためのシステムおよび方法に関する。様々な実施形態において、対称的多ポート粉末噴射リングが、プラズマガンの出口ノズルにおいて、外側に配列される。粉末噴射リングは、出口ノズルの近傍における空気流に影響を与えるように、寸法および形状が決められるシュラウドを含む。特定の実施形態において、シュラウドは、プラズマガンの出口ノズル近傍において、渦流を含む可能性のある流れ場の乱れを、実質的に予防する。出口ノズルにおける流れ場を保護することにより、シュラウドは、粉末噴射ノズルからプラズマプルームへの粉末の送出を乱す可能性がある乱流条件を最小化する。このようにして、本発明の実施では、粉末がプラズマプルームに、より効率的に送出され、それにより、粉末の集積が最小化され、総合的プロセス効率が向上する。
【００２１】
本発明の実施形態が、プラズマガンシステムに関して、本明細書の中で説明される。しかし、本発明は、プラズマガンと共に使用することに限定されない。従って、本発明の実施は、粉末との燃焼火炎噴霧、高速酸素燃料(HVOF)噴霧プロセスなどを含むがそれらに限定されない。任意の熱噴霧システムと共に使用されうる。本発明の態様はまた、亜音速および超音速の両方のプラズマガンに適用可能である。
【００２２】
図1は、プラズマガン20の出口ノズル15を出るプラズマプルーム10の、コンピュータによる流れ図(CFD)の概略表現を示す。プラズマプルーム10がノズル15を出るときに、プラズマプルーム10は、矢印「A」の方向のその軸流速度および外への膨張を介して、周りの空気と相互に影響し合う。この相互影響が、出口ノズル15の近傍で、渦流、すなわち還流（back current）を生み出す。ノズル15における流れ場が乱されないままである場合、渦流25は、事実上一定で一様であり、渦輪(vortex ring)とも呼ばれる環状渦(toroidal vortex)の形状を取ることができる。
【００２３】
しかし、例えば、外部の粉末噴射器30および/または外部の粉末噴射器を保持する構造物により、不連続が流れ場の中に導かれると、一様な還流32が、乱されうる。高速イメージングを使用して、そのような乱れが、最初の渦流25を、少なくとも横に偏向させ、それにより、新しい渦流を形成するという結果をもたらすことを、示すことができる。結果として、渦流25は、粉末噴射器30およびプラズマプルーム10の近傍において、高い乱流条件に最終的につながる、多数の新しい個別の渦巻き模様に分散されうる。高度の乱流は、噴射器30からプラズマプルーム10への粉末34の意図された流れを乱し、それにより、プラズマプルーム10内に噴射され、その中で拡散される代わりに、粉末34は、新しい個別の渦巻き模様により、プラズマプルーム10から運び去られる。このことは、プロセス効率を不都合なほど減少させ、粉末噴射器30の上およびプラズマガン20の上など、様々な露出面上に、望ましくない粉末の集積をもたらす結果となる。
【００２４】
代替として、あるいは、外部の粉末噴射器30および付随する搭載ハードウェアなど、流れ場における前述の構造的不連続性に加えて、渦流25はまた、ノズル15の近傍における周囲の条件により、影響されうる。例えば、プラズマガンは、多くの場合、閉ざされた部屋またはブースの中で操作され、その場所を通して、周囲の空気が、例えば強制的な空気の環流（ａｉｒ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を使用して、絶えず循環している。周囲の空気の循環がまた、渦流25の乱れを引き起こす可能性があり、それにより、粉末噴射器30とプラズマプルーム10との間の乱流を増加させ、上述の不利点を、結果としてもたらす。
【００２５】
外部粉末噴射器30を通す粉末34の質量流量を単に増加させるだけでは、乱流により引き起こされる問題は軽減されないことが、実験に基づく試験によって確認されている。さらに、外部粉末噴射器30の数を単に増加させるだけでは、やはり、ノズル15に隣接する流れ場を乱すことに起因する乱流の望ましくない影響を小さくすることはできないことを、実験に基づく試験が明らかにしている。
【００２６】
従って、本発明の一実施形態において、渦流25を保護し、維持する、対称的多ポート粉末噴射リングが、プラズマガンの出口にもたらされる。図2に示すように、粉末噴射リング50は、プラズマガン20の出口ノズル15と実質的に同一平面を成して、適合するかまたは設置されうる第1の面57を有するシュラウド55を含む。シュラウド55は、プラズマガン20の出口ノズル15に、取り付けられるか、または取り外し可能に接続される。この実施形態において、シュラウド55は、渦流25がプラズマプルーム10で生成され、ノズル15を出る流れ場を包含するのに十分なように寸法を決められる、ボウル63または凹部を形成する、十分に滑らかで連続的な内壁60を有する。例えば、特定の一実施形態において、以下により詳細に説明するように、ボウル63は、円形の底の内面と、底面の外縁（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）においてある半径の曲がりを有する曲面で接続される円筒形の側面と、を有するが、本発明は、この特定の形状に限定されるものではない。ボウル63は、ノズル15の近傍における流れ場の乱れを最小化するために、プラズマプルーム10が移動する長手方向軸周りに実質的に対称であってよく、ノズル15と実質的に同一平面を成してよい。シュラウド55はまた、粉末を、ノズル15を出るプラズマプルームの中に噴射するように配列された、1つまたは複数の粉末噴射器70a、70b、...、70n(集合的に素子70と呼ばれる)を収容するために、内壁60を貫通する1つまたは複数のポート65a、65b、...、65n(集合的に素子65と呼ばれる)を含むことができる。
【００２７】
本発明の態様によれば、ボウル63は、所与のプラズマプルームに対して出口ノズル15において自然に発生するであろう渦流25を包含し、維持するように、寸法および形状が決められる。例えば、直径「d」、半径「r」および長さ「l」は、プラズマプルームの出口直径およびプルームのエネルギー状態に従って変化してよく、そのことが、渦流の寸法および形状に影響を与える。
【００２８】
この実施形態において、直径「d」、半径「r」および長さ「l」は、適所にシュラウド55を持たないプラズマガン20の流れ場を、渦流25を含めて観察することにより、実験に基づいて決定される。より詳細には、例えば環状渦として示される渦流25が、プラズマプルームの近傍に少量の粉末を導入しながら、レーザストローブおよび高速イメージング装置を使用して観察されうる。少量の粉末は、渦流を実質的に乱すことなく渦流の中に流入させられ、それにより、渦流の寸法および形状が、プラズマガン20の所与の動作状態に対して決定されうる。
【００２９】
本発明の他の実施形態によれば、長さ「l」は、約10mm〜約30mmで変動することができる。しかし、本発明は、これらの値に限定されるものではなく、任意の所望の長さ「l」が、渦流の寸法および形状に従って、使用されうる。出口ノズル15からさらに下流の、例えばポート65において粉末噴射器を収容するために、例えば、より長いボウルが、シュラウド55を延ばすことにより使用されうる。
【００３０】
他の実施形態において、直径「d」は、約15mm〜約25mmで変動することができる。しかし、本発明は、これらの値に限定されるものではなく、任意の所望の長さ「d」が、渦流の寸法および形状に従って、使用されうる。例えば、直径「d」は、自然な流れのパターンを妨げることなく、自然な渦流をノズル面の近傍に収容するのに十分に大きいが、強制的空気循環などの外部流れの条件が、渦流に悪影響を与えることを許容するほど大きくなることがないように、寸法を決めることができる。
【００３１】
他の実施形態によれば、半径「r」は、通常は、直径「d」の約半分の値である。例えば、半径「r」は、約6mm〜約15mmで変動することができるが、本発明は、これらの値に限定されるものではなく、任意の所望の半径「r」が、渦流の寸法および形状に従って、使用されうる。
【００３２】
直径「d」、半径「r」および長さ「l」を適切に選択することにより、また、滑らかな内壁60をもたらすことにより、ボウル63は、渦流25を乱すことなく、渦流25を取り囲むように構成され、例えば寸法および形状を決定される。このようにして、渦流25を乱す可能性のある障害が効果的に排除され、結果として、粉末噴射器70近傍の高度な乱流が、低減されるかまたは実質的に排除される。従って、本発明の実施は、粉末噴射器からプラズマプルームへの、より効率的な粉末の送出を提供し、そのことが、高められたプロセス効率およびハードウェアの表面上への低減された粉末の集積をもたらす結果となる。
【００３３】
図3は、本発明の一態様による、例示的な対称的多ポート粉末噴射リング50を示す。プラズマプルームの長手方向軸に実質的に相当する、シュラウド55の長手方向軸周りに、対称的に放射状に配列された6つのポート65を有する、噴射リング50が示される。他の実施形態において、ポート65は、個別の粉末噴射器70の、対応するねじを収容するために、ねじが切られている。しかし、本発明は、6つのポート65に限定されるものではなく、長手方向軸周りに対称的に配置される、任意の数、例えば、2、3、4、5、6などの数のポートが、本発明の範囲の中で使用されてよいことが理解される。さらに、本発明は、ねじ式ポート65に限定されるものではなく、任意の他の適切な種類の接続、例えば摩擦ばめ、迅速交換などが、粉末噴射器70をポート65に取り付けるために提供されてよいことを理解されたい。
【００３４】
他の実施形態において、各粉末噴射器70の出口端72が、図4に示すように、シュラウド55の内壁60と同一平面を成す。内壁60と同一平面を成すことにより、粉末噴射器70は、ボウル63で画定される容積の中に突き出ることはなく、それゆえ、渦流を乱すことはない。
【００３５】
しかし、プラズマガンの動作パラメータ、例えばプラズマプルームの直径などで、例えば図3に示すように、各粉末噴射器70の出口端72が、ボウル63で画定される容積の内部に存在することが必要となる可能性がある。各粉末噴射器70の出口とプラズマプルーム10との間の距離が、プラズマガン20の動作パラメータに従って、決定されうる。粉末噴射器70をボウル63の中で対称的に配列することにより、発生する何らかの乱れは、渦流の中に対称的に分散され、それにより、渦流の全体的な乱れが最小化される。
【００３６】
特定の実施形態において、ボウル63の中に延びる粉末噴射器70の部分は、十分に滑らかである。例えば、ねじ式接続が、粉末噴射器70をシュラウド55に接続するために使用されることができ、ボウル63の中に延びる粉末噴射器70の部分は、十分に滑らかな外部の表面を有することができる。好ましい実施形態において、ボウル63の中に延びる粉末噴射器70の部分は、実質的に円筒形であり、内径が約1.5mm〜約2.0mmで壁の厚さが約0.5mmで、滑らかな外壁を有する。
【００３７】
他の実施形態において、粉末噴射器70は、渦流25の下流に配列されてよい。例えば、シュラウド55は、渦流25を所定の容積の中に包含するように寸法を決められ、配列されてよく、粉末噴射器70は、この容積の下流に配列されてよく、下流は、プラズマプルーム10の流れの方向によって画定される。
【００３８】
他の実施形態において、シュラウド55は、イエローブラスから成る。しかし、本発明は、この材料に限定されるものではなく、他の材料が使用されてよい。例えば、シュラウドは、黄銅、ステンレススチール、合金、複合材料、セラミックなどを含むがこれらに限定されない、任意の適切な材料で構成されてよい。
【００３９】
他の実施形態において、シュラウド55は、水冷、強制空冷、および/または対流冷却されてよい。冷却の種類は、例えばプラズマガンの出力レベル、例えばシュラウド55において生成される熱、およびシュラウド55の形状によって決まる。例えば、内部のウォータージャケット(図示せず)を構成する少なくとも1つの通路が、例えば、シュラウド55を作製する間に、シュラウド55の固体材料の中に形成されうる。このようにして、プラズマガン20の動作中に、シュラウド55の温度を調節するために、冷却液が、ウォータージャケットを通して循環されうる。付加的に、または代替として、外部に配列されたヒートシンクが、シュラウド55と熱連通状態で接続されてよい。
【００４０】
本明細書で説明されるように、本発明の実施は、亜音速および超音速の両方のプラズマガン、粉末との燃焼火炎噴霧、ＨＶＯＦ噴霧プロセスなどを含むがこれらに限定されない、任意の適切な熱噴霧プロセスと共に使用されてよい。それぞれの場合において、シュラウド55の大きさが、プルームの寸法、渦流の寸法など、プロセスパラメータに基づいて、最適化されうる。
【００４１】
粉末噴射器70からプラズマプルーム10への粉末の移動/伝達を改良することにより、本発明を実施することで、他のプロセスパラメータ、例えば粒子温度、粒子速度などを相対的に一定に維持しながら、従来のプラズマガンを、より高い粉末供給量で動作させることが可能になる。このようにして、本発明を実施することが、プラズマガンの総合的プロセス効率を、著しく向上させるように作用する。
【００４２】
例えば、第1世代のプラズマガンは、典型的には、約10〜60グラム/分の粉末供給量、10%未満のプロセス効率、および約70%の付着率で、動作する。対照的に、例えば、ニューヨーク、ウェストベリーのSULZER METCO (US)社から市販されているTRIPLEXPROなどの、最新式プラズマガンは、典型的には、約100〜180グラム/分の粉末供給量、最高約12%までのプロセス効率、および約75%の付着率で、動作する。しかし、本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングを装備される場合、TRIPLEXPROは、約75%の同じ付着率において、約220〜400グラム/分の粉末供給量、約15%〜約28%のプロセス効率を、達成することができる。
【００４３】
特定の例において、図3に示す対称的多ポート粉末噴射リング50は、TRIPLEXPROプラズマガン上に取り付けられ、AlSiが40%のポリエステル粉末を使用して、そのプラズマガンで試験された。シュラウドを使用するプラズマガンの動作データが、Table 1(表1)に作表されている。180g/minの供給量を有する、Table 1(表1)の第１行目のデータは、従来の外部3ポート粉末噴射システムを使用して、すなわちシュラウドなしで、TRIPLEXPROプラズマガンで達成された動作データに、実質的に相当する。220〜400g/minの供給量を有する後続の行は、図3に示すように、本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リングの実施により動作する、TRIPLEXPROプラズマガンに対応する。すべての場合において、粉末供給量以外は、同一のガン動作パラメータが使用された。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
Table 1(表1)に見られるように、本発明の実施を利用する場合、測定された粒子速度、粒子温度、および粒子エネルギーは、従来の粉末噴射配列で普通に得られるであろうものと、実質的に同様である。また、図示はしないが、付着率、例えば、システムに投入された粉末に対する、対象基板上に堆積された粉末の割合は、従来のシステムに対して、および本発明の実施を使用するシステムに対して、実質的に同じである。しかし、本発明の実施を使用する場合、粉末供給量は、従来のシステムより十分に高い。従って、実質的に同じ量の入力エネルギーを使用しながら、より多量の粉末が、同じ付着率で供給されるので、プロセス効率が、向上する。
【００４６】
図5は、約300グラム/分の粉末流量における、図3に示すものと同様の、対称的多ポート粉末噴射リングを装備されたプラズマガンのプラズマプルーム100のイメージを示す。プラズマプルームの中に噴射された粉末は、プラズマプルームの中で完全には分散しないので、従来の外部粉末噴射器を装備されたプラズマガンは、通常、プラズマプルームの中に粉末の縞（streak of powder）を示す。しかし、図5に見られるように、本発明の実施が、縞状（streak）を示さない、完全なプラズマプルームを実質的に含む粉末プルームを提供する。そのように、本発明の実施形態を使用することにより、粉末は、プラズマプルームの中により良く分散し、従来のシステムと実質的に同じプラズマプルームを使用して、より多くの粉末が、対象基板に送付されうる。
【００４７】
図6は、本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リング、および約300グラム/分の粉末供給量を使用して生み出された、摩耗性塗装膜（abradable coating）の顕微鏡写真を示す。図6に示す摩耗性塗装膜の塗装特性は、この種類の塗装に対する航空宇宙仕様の範囲内に十分入る。
【００４８】
図7〜図11は、本発明の態様による対称的多ポート粉末噴射リング50の実施形態を示す。特に、図7は、本明細書で説明されるシュラウド55を備える粉末噴射リング50の正面図を示す。図8は、シュラウド55の側面図を示し、さらに、粉末噴射器（図示せず）を収容するポート65、およびプラズマガン（図示せず）と接続する第1の面57を示す。図9は、図7の線IX-IXに沿って取られた、シュラウドの切り欠き側面図を示す。ボウル63を形成する内壁60が、図9に示される。図10は、図8の矢印X-Xに沿って取られた、シュラウド55の背面図を示す。図11は、図10の線XIに沿って取られた、シュラウド55の部分切り欠き図を示す。
【００４９】
前述の例は、単に、説明の目的で提供されており、決して、本発明を限定することを意図するものではないことに、留意されたい。本発明は、例示的実施形態を参照して説明されてきたが、本明細書において使用された単語は、説明および例示の単語であり、限定の単語でないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲の中で、現在の言葉どおりに、およびその改正を含み、その態様における本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、変更が行われうる。本発明は、特定の手段、材料、および実施形態に関連して、本明細書の中で説明されてきたが、本発明が、本明細書で開示された詳細に限定されることは意図されておらず、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲の中にあるような、すべての機能的に同等の構造、方法および使用に及ぶ。
【符号の説明】
【００５０】
10  プラズマプルーム
15  出口ノズル
20  プラズマガン
25  渦流
30  粉末噴射器
32  一様な還流
34  粉末の流れ
50  粉末噴射リング
55  シュラウド
57  第１の面
60  内壁
63  ボウル
65、65a、65b、65n  ポート
70、70a、70b、70n  粉末噴射器
72  出口端
100  プラズマプルーム
【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【外国語明細書】
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