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技術 接着性の金属層を有するシリンダライナとシリンダライナの形成方法

出願人 テネコ・インコーポレイテッド
発明者 アハロノフ,ロバート・アール
出願日 2018年7月31日 (2年9ヶ月経過) 出願番号 2018-143523
公開日 2018年11月29日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2018-188737
状態 特許登録済
技術分野 ピストン、ピストンリング、シリンダ 内燃機関のシリンダブロック、ケーシング 物理蒸着 CVD
主要キーワード ピストン受け 耐摩耗性成分 封止ステップ DLCコーティング 耐摩耗性層 剥げ落ち 中間金属層 内カバー
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年11月29日)のものです。
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図面 (11)

課題

コーティングされたシリンダライナの製造方法の提供。

解決手段

第1の本体端部32から第2の本体端部34に延びる内面26を含む本体30と、ボアと前記第1の本体端部32における第1の開口部36と前記第2の本体端部34における第2の開口部38とを呈するように中心軸Aを囲む内面26とを提供するステップと、本体30のボア内に消耗可能な金属電極28を配置するステップとを備え、消耗可能な金属電極28は金属で形成され、内面26に沿って堆積チャンバ52を形成するために第1の開口部36および第2の開口部38を封止するステップと、消耗可能な金属電極28の金属を本体30の内面26にスパッタリングするステップとを備える、方法。

概要

背景

2.関連技術
内燃機関シリンダは、多くの場合、エンジンブロックに取り付けられたライナまたはスリーブを含む。シリンダライナは、円筒状の領域を囲む外面と内面とを含む。シリンダライナの内面は、ピストン側を向き、内燃機関の燃焼サイクルと動作中にピストンリングのための境界面または摺動面を提供する。したがって、シリンダライナは、例示的には、硬質耐摩耗性の材料で形成される。ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングのような耐摩耗性コーティングもまた、耐摩耗性を向上させるために内面に塗布されることができる。

概要

コーティングされたシリンダライナの製造方法の提供。第1の本体端部32から第2の本体端部34に延びる内面26を含む本体30と、ボアと前記第1の本体端部32における第1の開口部36と前記第2の本体端部34における第2の開口部38とを呈するように中心軸Aを囲む内面26とを提供するステップと、本体30のボア内に消耗可能な金属電極28を配置するステップとを備え、消耗可能な金属電極28は金属で形成され、内面26に沿って堆積チャンバ52を形成するために第1の開口部36および第2の開口部38を封止するステップと、消耗可能な金属電極28の金属を本体30の内面26にスパッタリングするステップとを備える、方法。

目的

シリンダライナの内面は、ピストン側を向き、内燃機関の燃焼サイクルと動作中にピストンリングのための境界面または摺動面を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

コーティングされたシリンダライナの製造方法であって、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を含む本体と、ボアと前記第1の本体端部における第1の開口部と前記第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む内面とを提供するステップと、前記本体の前記ボア内に消耗可能な金属電極を配置するステップとを備え、前記消耗可能な金属電極は金属で形成され、前記方法は、前記内面に沿って堆積チャンバを形成するために前記第1の開口部および前記第2の開口部を封止するステップと、前記消耗可能な金属電極の前記金属を前記本体の前記内面にスパッタリングするステップとをさらに備える、方法。

請求項2

前記消耗可能な金属電極の前記金属の少なくともいくらかを前記内面にスパッタリングした後に、炭化水素を含む耐摩耗性成分を前記内面上に堆積することを含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記消耗可能な金属電極の前記金属の少なくともいくらかを前記内面上にスパッタリングした後、かつ前記耐摩耗性成分を前記内面上に堆積する前に、副成分および前記消耗可能な金属電極の前記金属の混合物を前記内面にスパッタリングすることを含む、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記消耗可能な金属電極は固体であり、前記消耗可能な金属電極の前記金属はクロムおよびチタンから成るグループから選択される、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記消耗可能な金属電極は中空の開口部を呈する電極壁を含み、かつ前記電極壁を通って延びる複数のオリフィスを含み、キャリアガスを前記中空の開口部およびオリフィスを通って前記堆積チャンバ内に提供するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記本体は、前記内面に逆向きの外面を含み、前記第1の開口部および前記第2の開口部を前記封止するステップは、前記第1の本体端部上に第1のシールを配置することと、前記第1の開口部を封止するために前記第1のシール上に第1のカバーを配置することと、前記第2の本体端部に隣接する前記本体の前記外面の一部の周りに第2のシールを配置することと、前記第2の開口部を封止するために、前記第2のシールを前記本体の前記外面および前記第2の開口部に沿って延びる第2のカバーと係合することとを含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

前記堆積チャンバ内の圧力を低下させるために、前記第2のカバーを通って前記堆積チャンバ内に真空ポンプを提供することと、前記堆積チャンバ内でプラズマを形成するために前記消耗可能な金属電極に負の電圧印加することと、正に荷電されたイオンを含むキャリアガスを前記堆積チャンバに提供することと、を含む、請求項6に記載の方法。

請求項8

前記消耗可能な金属電極は、前記中心軸に沿う中空の開口部を呈する電極壁を含み、かつ前記電極壁を通って延びる複数のオリフィスを含み、前記キャリアガスを前記提供するステップは、前記中空の開口部および前記消耗可能な金属電極のオリフィスを通って前記堆積チャンバに前記キャリアガスを提供することを含む、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記消耗可能な金属電極の前記金属はクロムおよびチタンから成るグループから選択され、前記方法は、前記消耗可能な金属電極の前記金属の少なくともいくらかを前記内面上にスパッタリングした後に前記キャリアガス内の副成分を提供するステップを含み、前記副成分は窒素であり、前記方法は、前記副成分をスパッタリングした後に少なくとも1つの耐摩耗性成分を前記キャリアガス内に提供するステップをさらに含み、前記耐摩耗性成分は炭化水素を含む、請求項7に記載の方法。

請求項10

前記第2の本体端部および前記本体の前記外面の一部が前記堆積チャンバを提供するように、前記第2のカバーから前記第2の本体端部を離間させることを含む、請求項6に記載の方法。

請求項11

コーティングされたシリンダライナの製造方法であって、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を含む本体と、ボアと前記第1の本体端部における第1の開口部と前記第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む内面とを提供するステップと、前記本体の前記ボア内に消耗可能な金属電極を配置するステップとを備え、前記消耗可能な金属電極は金属で形成され、前記方法は、前記消耗可能な金属電極に沿って少なくとも1つの磁石を提供するステップと、前記本体の前記内面上に前記消耗可能な金属電極の前記金属を磁気スパッタリングするステップとをさらに含む、方法。

請求項12

前記消耗可能な金属電極は前記中心軸に沿う中空の開口部を呈する電極壁を含み、前記少なくとも1つの磁石は、前記電極壁に沿って前記中空の開口部内に配置される、請求項11に記載の方法。

請求項13

コーティングされたシリンダライナの製造方法であって、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を含む本体と、ボアと前記第1の本体端部における第1の開口部と前記第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む内面とを提供するステップと、前記本体の前記ボア内に消耗可能な金属電極を配置するステップとを備え、前記消耗可能な金属電極は、金属で形成されており、前記中心軸に沿って中空の開口部を呈する電極壁を含み、前記電極壁を通って延びる複数のオリフィスを含み、前記方法は、キャリアガスを前記中空の開口部およびオリフィスを通して提供するステップと、前記本体の前記内面上に前記消耗可能な金属電極の前記金属をスパッタリングするステップとをさらに含む、方法。

請求項14

シリンダライナであって、第1の本体端部から第2の本体端部へ延びる本体を備え、前記本体は、前記第1の本体端部から前記第2の本体へと延びる内面を含み、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部へと延びる内長を有し、前記内面はボアと前記第1の本体端部における第1の開口部と前記第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲み、前記シリンダライナは、前記内面上に配置された炭化水素を含む耐摩耗性層と、前記耐摩耗性層および前記内面の間に配置された金属の接着層とをさらに備え、前記金属の接着層は金属で形成され、前記金属の接着層は前記内面および前記中心軸の間に延びる厚さを有し、前記金属の接着層の厚さは前記内長の少なくとも70%に沿って5%以下だけ異なる、シリンダライナ。

請求項15

前記金属の接着層の厚さは、前記内長の少なくとも70%に沿って3%以内で異なる、請求項14に記載のシリンダライナ。

請求項16

前記金属で形成される消耗可能な金属電極を前記内面にスパッタリングすることによって、前記金属の接着層は前記内面上に配置され、前記本体は前記内面に逆向きの外面を含み、前記金属の接着層は前記第2の本体端部および前記外面の一部に沿って延びる、請求項14に記載のシリンダライナ。

請求項17

前記金属の接着層は前記第1の本体端部の一部に沿って延びる、請求項16に記載のシリンダライナ。

請求項18

前記金属の接着層の前記金属はクロムおよびチタンから成るグループから選択され、前記耐摩耗性層はダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングである、請求項14に記載のシリンダライナ。

請求項19

内燃機関ピストンを受けるシリンダライナを形成する方法であって、中心軸に沿って周方向に延び、第1の本体端部から第2の本体端部への間に縦方向に延びる金属材料で形成される本体を提供するステップを備え、前記本体は前記中心軸を向き、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に縦方向に延びる内面を含み、前記内面は、前記第1の本体端部および前記第2の本体端部の間に円筒形状を有するボアを呈し、前記内面は、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に延びる内長を有し、前記第1の本体端部は、前記中心軸を囲む第1の開口部を有し、かつ円形の形状を有し、前記第2の本体端部は、前記中心軸を囲む第2の開口部を有し、かつ円形の形状を有し、ピストンが前記内燃機関の動作中に前記シリンダライナ内往復運動を行い、前記内面に沿って滑ることができるように、前記ボアは、ピストンを受けることができる体積を有し、前記本体は前記内面に逆向きの外面を呈し、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に縦方向に延び、前記外面は前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に延びる外長を有し、前記本体の前記金属材料は、少なくとも20HRCの硬さおよび40〜50W/(m・K)の熱伝導率を有し、前記金属材料は、例示的な燃焼サイクル中極限伝導に耐え、前記本体の前記金属材料は、鋼または鋼合金からなり、前記方法は、消耗可能な金属電極を前記中心軸に沿って前記本体の前記ボア内に配置するステップをさらに備え、前記消耗可能な金属電極は第1の電極端部から第2の電極端部に前記中心軸に沿って縦方向に延び、前記消耗可能な金属電極は、その間に空間を呈するために、前記内面の前記直径より小さい直径を有し、前記消耗可能な金属電極は実質的に金属からなり、前記消耗可能な金属電極の前記金属はクロムおよびチタンの少なくともの1つを含み、前記方法は、前記本体の前記内面に沿って堆積チャンバを形成するために、前記本体の前記第1の開口部および前記第2の開口部を封止するステップをさらに含み、前記封止するステップは、前記堆積チャンバを形成するために、第1のカバーを前記第1の本体端部に沿って配置することと、第2のカバーを前記第2の本体端部に沿って配置することとを含み、前記カバーは鋼で形成され、前記第1のカバーはシートであり、前記第2のカバーは内カバー面を呈する開いた半円筒であり、前記封止するステップは、第1のシールを前記第1の本体端部上に配置することを含み、前記第1のシールはゴムで形成されるO−リングであり、前記封止するステップは、前記第1のカバーを前記第1のシール上に配置することをさらに含み、前記封止するステップは、前記開いた半円筒内に前記第2の本体端部を配置することと、前記第2の本体端部に隣接する前記本体の前記外面の周りに第2のシールを配置することとを備え、前記第2のシールはゴムで形成されるO−リングであり、前記封止するステップは、前記堆積チャンバを封止するために、前記第2のシールを前記第2のカバーの前記内カバー面に係合させることをさらに含み、前記第2のカバーは前記第2の開口部を横切って延び、前記方法はさらに、前記第2の本体端部および前記本体の前記外面の一部が前記堆積チャンバを提供するように、前記第2の本体端部を前記第2のカバーから離間するステップと、前記第1のカバーおよび前記本体を互いに対して所定の位置に固定するステップと、キャリアガスを前記堆積チャンバに提供するために、前記第1のカバーを通って前記堆積チャンバ内に延びるガス注入口を提供するステップと、前記堆積チャンバ内の前記圧力を低下させるために前記第2のカバーを通って前記堆積チャンバに延びる真空ポンプを提供するステップと、前記堆積チャンバ内の前記圧力を測定するために、前記第2のカバーを通って前記堆積チャンバに延びる真空計を提供するステップと、前記消耗可能な金属電極の前記第1の電極端部に負の電圧を印加するための電源を提供するステップと、電気的に絶縁したフィードスルーによって前記電源および前記第1の電極端部を相互接続するステップとをさらに備え、前記電気的に絶縁したフィードスルーは前記第1のカバーを通って延び、前記方法は、前記堆積チャンバ内でプラズマを提供するために、負の電圧を前記第1の電極端部に印加するステップをさらに備え、前記電圧は前記電源によって提供され、パルス化されており、前記電圧は高周波(RF)電圧または直流(DC)電圧であり、前記方法は、正に荷電されたイオンを含むキャリアガスを、前記封止された堆積チャンバに供給するステップをさらに備え、前記正に荷電されたイオンは少なくともアルゴン(Ar)および水素(H2)の1つを含み、前記方法は、前記消耗可能な金属電極の前記金属を前記本体の前記内面上にスパッタリングするステップをさらに備え、前記スパッタリングするステップは、前記消耗可能な金属電極の前記金属の金属の接着層を前記本体の前記内面上に形成することを含み、前記金属の接着層は前記内長の少なくとも70%に沿って5%以下で異なる厚さを有し、前記方法は、前記本体の前記内面上にスパッタされる前記金属の量を調整するために前記堆積チャンバの前記圧力を増加させるステップと、前記本体の前記内面にスパッタされる前記金属の量を調整するために、前記堆積チャンバに供給される前記キャリアガスの量を調整するステップとをさらに備え、前記スパッタリングするステップは、前記内面および前記第1のシールの間の前記第1の本体の少なくとも一部の上に前記金属の接着層を配置することと、前記金属の接着層を前記第2の本体端部上に前記第2の本体端部に隣接する前記外長の1から40%に沿って配置することとを含み、前記方法は、前記ガス注入口を通して前記堆積チャンバ内に少なくとも1つの耐摩耗性成分を提供し、耐摩耗性層を形成するために前記金属の接着層上に前記耐摩耗性成分を堆積するステップをさらに含み、前記少なくとも1つの耐摩耗性成分は炭化水素と、少なくともシリコンおよびゲルマニウムの1つを含み、前記耐摩耗性層は前記内長の少なくとも70%に沿って5%以下で異なる厚さを有する、方法。

請求項20

内燃機関のピストン受けるためのシリンダライナであって、前記シリンダライナは、中心軸に沿って周方向に延び、第1の本体端部から第2の本体端部への間に縦方向に延びる金属材料で形成される本体を備え、前記本体は前記中心軸を向き、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に縦方向に延びる内面を含み、前記内面は、前記中心軸を囲み、前記第1の本体端部および前記第2の本体端部の間に円筒形状を有するボアを呈し、前記内面は、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に延びる内長を有し、前記第1の本体端部は、前記中心軸を囲む第1の開口部を有し、かつ円形の形状を有し、前記第2の本体端部は、前記中心軸を囲む第2の開口部を有し、かつ円形の形状を有し、ピストンが前記内燃機関の動作中に前記シリンダライナ内で往復運動を行い、前記内面に沿って滑ることができるように前記ボアは、ピストンを受けることができる体積を有し、前記本体は前記内面に逆向きの外面を呈し、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に縦方向に延び、前記外面は前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に延びる外長を有し、前記本体の前記金属材料は、少なくとも20HRCの硬さおよび40〜50W/(m・K)の熱伝導率を有し、前記本体の前記金属材料は、鋼または鋼合金からなり、前記シリンダライナは、前記内面上に配置される耐摩耗性層をさらに備え、前記耐摩耗性層はスパッタリングプロセスによって生成され、前記耐摩耗性層は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングであり、前記DLCコーティングは、炭化水素および少なくともシリコンおよびゲルマニウムの1つを含み、前記耐摩耗性層は、前記第1の本体端部から前記第2の本体端部に連続的に延び、前記耐摩耗性層は、前記内面および前記中心軸の間に延びる厚さを有し、前記耐摩耗性層の厚さは、前記内長の少なくとも70%に沿って5%以下で異なり、前記シリンダライナは、前記耐摩耗性層および前記内面の間に配置される金属の接着層をさらに備え、前記金属の接着層は、前記内面に前記耐摩耗性層を接着し、前記金属の接着層は、実質的に金属からなり、前記金属の接着層の前記金属は、少なくともクロムおよびチタンの1つを含み、前記金属の接着層は、前記内面および前記中心軸の間に延びる厚さを有し、前記金属の接着層の厚さは、前記内長の少なくとも70%に沿って5%以下で異なり、前記金属の接着層は、前記第2の本体端部上に前記第2の本体端部に隣接する前記外長の1から40%に沿って配置される、シリンダライナ。

技術分野

0001

発明の背景
1.発明の属する技術分野
本発明は、コーティングされたシリンダライナとコーティングされたシリンダライナの製造方法に関する。

背景技術

0002

2.関連技術
内燃機関シリンダは、多くの場合、エンジンブロックに取り付けられたライナまたはスリーブを含む。シリンダライナは、円筒状の領域を囲む外面と内面とを含む。シリンダライナの内面は、ピストン側を向き、内燃機関の燃焼サイクルと動作中にピストンリングのための境界面または摺動面を提供する。したがって、シリンダライナは、例示的には、硬質耐摩耗性の材料で形成される。ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングのような耐摩耗性コーティングもまた、耐摩耗性を向上させるために内面に塗布されることができる。

課題を解決するための手段

0003

発明の概要
本発明の一態様は、コーティングされたシリンダライナの製造方法を提供する。この方法は、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を含む本体を提供することを含む。内面は、ボアと第1の本体端部における第1の開口部と第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む。方法は次に、本体のボア内に金属で形成された消耗可能な金属電極を配置することを含む。方法は、内面に沿って堆積チャンバを形成する第1の開口部および第2の開口部を封止し、本体の内面に消耗可能な金属電極の金属をスパッタリングすることを含む。

0004

コーティングされたシリンダライナを製造する別の方法は、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を含む本体を提供することを含む。内面は、ボアと第1の本体端部における第1の開口部と第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む。方法は次に、本体のボア内に金属で形成された消耗可能な金属電極を配置し、消耗可能な金属電極に沿って少なくとも1つの磁石を提供することを含む。方法は次に、本体の内面に消耗可能な金属電極の金属を磁気スパッタリングすることを含む。

0005

コーティングされたシリンダのさらに別の製造方法は、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を含む本体を提供することを含む。内面は、ボアと第1の本体端部における第1の開口部と第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む。方法は次に、本体のボア内に金属で形成された消耗可能な金属電極を配置することを含む。消耗可能な金属電極は、金属で形成され、中心軸に沿って中空の開口部を呈する電極壁および電極壁を通って延びる複数のオリフィスを含む。方法は、次に、中空の開口部およびオリフィスを介してキャリアガスを供給することと、本体の内面に消耗可能な金属電極の金属をスパッタリングすることとを含む。

0006

本発明のコーティングされたシリンダライナを提供するさらに別の態様は、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内面を有する本体を含む。内面は、第1の本体端部から第2の本体端部に延びる内長を有し、ボアと第1の本体端部における第1の開口部と第2の本体端部における第2の開口部とを呈するように中心軸を囲む。炭化水素を含む耐摩耗
性層は、内面上に配置され、金属の接着層は、耐摩耗性層と内面との間に配置される。金属の接着層は、金属から形成され、内面と中心軸との間に延在する厚さを有する。金属の接着層の厚さは、内長の少なくとも70%に沿って5%以下だけ異なる。

0007

本発明の方法は、シリンダライナの内面に沿ってほぼ一様な、厚い、耐摩耗性層と金属の接着層とを効率的に提供する。金属の接着層は、内燃機関におけるシリンダライナの使用中に層が剥げ落ちないように優れた接着性を提供する。

0008

図面の簡単な説明
本発明の他の利点は以下において理解され、以下の詳細な説明を参照し、添付図面と関連して考慮されるとき、さらに容易に理解されるであろう。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。
本発明の別の実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。
図2の消耗可能な金属電極の断面上面図を提供する。
本発明のさらに別の実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。
本発明のさらに別の実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。
図4の消耗可能な金属電極の断面上面図を提供する。
本発明の一実施形態による、コーティングされたシリンダライナの断面図である。
図5のコーティングされたシリンダライナの一部の拡大図である。
本発明の別の実施形態による、コーティングされたシリンダライナの一部分を示す図である。
本発明のさらに別の実施形態による、コーティングされたシリンダライナの一部分を示す図である。

実施例

0010

詳細な説明
本発明の一態様は、シリンダブロック内に配置され、内燃機関のピストンを受けるための、コーティングされたシリンダライナ20を形成する方法を提供する。コーティングされたシリンダライナ20を製造するために使用される例示的な装置は、図1−4に示される。また、本発明の方法に従って形成されるコーティングされたシリンダライナ20の例示的な実施形態は、図5に示される。方法は、優れた接着性を提供し、内燃機関におけるシリンダライナ20の使用中に防止するために、シリンダライナ20の内面26上に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングのような耐摩耗性層22、およびクロムまたはチタンコーティングのような金属の接着層24をスパッタリングすることを含む。金属の接着層24は、シリンダライナ20の内面26上に消耗可能な金属電極28をスパッタリングすることにより提供される。金属の接着層24の厚さtaは、実質的に均一であり、内面26の内長liに沿って5%以下だけ異なる。

0011

シリンダライナ20を形成する方法は第1に、中心軸Aに沿って周方向に、第1の本体端部32から第2の本体端部34への間に縦方向に延びる本体30を提供することを含む。本体30は、中心軸A側を向き、第1の本体端部32から第2の本体端部34に縦方向に延びる内面26を含む。内面26は、第1の本体端部32および第2の本体端部34の間に円筒形状を有するボアを呈する。ピストンが内燃機関の動作中にシリンダライナ20
内で往復運動を行い、内面26に沿って滑ることができるように、ボアは、ピストンを受けることができる容量を有する。内面26は、第1の本体端部32から第2の本体端部34に延びる内長liを呈する。第1の本体端部32は、中心軸Aを囲む第1の開口部36を呈し、第2の本体端部34は、中心軸Aを囲む第2の開口部38を呈し、両開口部36、38は、円形の形状を有する。本体30はまた、内面26と逆向きの、第1の本体端部32から第2の本体端部34に縦方向に延びる外面42を呈する。外面42は、第1の本体端部32から第2の本体端部34に延びる外長loを持つ。本体30の金属材料は、例示的な燃焼サイクル中極限伝導に耐えることができるように、少なくとも20HRCの硬度で40〜50W/(m・K)の熱伝導率を有する。本体30は、例示的には、鋼または鋼合金から成る。

0012

方法は次に、図1〜3に示すように、中心軸Aに沿って本体30のボア内に消耗可能な金属電極28を配置することを含む。消耗可能な金属電極28は、第1の電極の端部44から第2の電極端部46に中心軸Aに沿って縦方向に延びる。消耗可能な金属電極28は、その間に空間を呈するように、内面26の直径よりも小さい直径を有する。

0013

消耗可能な金属電極28は、金属で形成され、例示的には実質的に金属から構成され、または、消耗可能な金属電極28の合計重量に基づいて、少なくとも重量%の90%量の金属を含んでいる。一実施形態によれば、消耗可能な金属電極28は、クロムおよびチタンの少なくとも1つを含み、好ましくは実質的にクロムおよび/またはチタンから成る。

0014

図1に示す一実施形態では、消耗可能な金属電極28は第1の電極端部44から第2の電極端部46への固体である。図2〜4に示す、別の実施形態では、消耗可能な金属電極28は、中心軸Aを囲む電極壁48を含み、第1の電極の端部44から第2の電極の端部46に中空の開口40を呈する。図2および3の実施形態では、電極の壁48は、中空の開口40から堆積チャンバ52へ延びる複数のオリフィス50を含む。図4の実施形態では、消耗可能な金属電極28は中空の開口40を呈する電極壁48を含み、磁石54は、電極壁48に沿って中空の開口40内に配置され、これにより、金属の接着層24および耐摩耗性層22は、磁気スパッタリングによって塗布されることができる。図4Aは、図4の消耗可能な金属電極28の断面図を提供する。本実施形態では、消耗可能な金属電極28はオリフィス50を用いて、または用いずに形成されることができる。

0015

方法は次に、シリンダライナ20の内面26に耐摩耗性層22および金属の接着層24をスパッタリングするために十分に封止された堆積チャンバ52を提供することを含む。図1および図2に示す実施形態では、シリンダライナ20は、本体30の内面26に沿って堆積チャンバ52の一部を提供する。これは、本体30の第1の開口部36および第2の開口部38を凸状に封止することとによって実行される。封止ステップは、好ましくは、第1の本体端部32に沿って第1のカバー56を配置することと、第2の本体端部34に沿って第2のカバー58を配置することを含む。第1のカバー56は、例示的にシートであり、第2のカバー58は、例示的に内カバー面60を呈する開いた半円筒である。カバー56、58は、例示的には鋼から形成される。

0016

シリンダライナ20が堆積チャンバ52を提供する場合、方法はまた例示的に、第1の本体端部32上に第1のシール64を配置することと、第1のシール64上に第1のカバー56を配置することと、第2の本体端部34に隣接する本体30の外面42の周りに第2のシール66を配置することと、開いた半円筒内に第2の本体端部34を配置することと、堆積チャンバ52を封止するために第2のカバー58の内カバー面60に第2のシール66を係合させることとを含む。開いた半円筒34内に第2の本体端部を配置するステップは、第2の本体端部34および本体30の外面42の一部が堆積チャンバ52を提供するように、第2のカバー58から第2の本体端部34を離間することを例示的に含む。
第1および第2のシール64、66は、ゴムで形成されたOリングのような任意のタイプのガスケットを含んでもよい。方法は次に、たとえばクランプおよびボルトを使用して、第1のカバー56と本体30とを、互いに対して所定の位置に固定することを含む。

0017

図3および4の実施形態では、本体30および消耗可能な金属電極28は、第1のカバー56と、第2のカバー58とにより提供される別個の封止された堆積チャンバ52内に配置される。この場合、絶縁支持体62は、内カバー面60に配置され、第2の本体端部34は絶縁支持体62上に取り付けられる。絶縁支持体62は、リングまたは複数のパックであることができ、例示的には、セラミック材料から形成される。そして、第1のシール64は、第2のカバー58の上端部に配置され、第1のカバー56は、封止された堆積チャンバ52を提供するために、第1のシール64の上に配置される。この実施形態で第1のカバー56および第2のカバー58は、二重壁水冷堆積チャンバ52を提供されることができる。

0018

方法は次に、堆積チャンバ52内にキャリアガスを提供するために、ガス注入口68を設け、スパッタリング前に堆積チャンバ52内の圧力を減らすために、真空ポンプ70を提供することを含む。このステップは、第1のカバー56を通って堆積チャンバ52内にガス注入口68を延ばすことを含むことができ、また、第2のカバー58を通って堆積チャンバ52内に真空ポンプ70を延ばすことができる。真空計72は、圧力を測定するために設けられてもよく、それは例示的に第2のカバー58を通って堆積チャンバ52内に延びる。図2および3の実施形態において、消耗可能な金属電極28が中空の開口部40およびオリフィス50を提供するとき、第1のカバー56を通って中空の開口部40内に、ガス注入口68が延びる。図2Aは、中空の開口部40およびオリフィス50を有する消耗可能な金属電極28の断面図を提供する。本実施形態では、キャリアガスは、オリフィス50を通って流れ、図1および4の実施形態に比べて堆積チャンバ52を通してより均一に、分散される。

0019

また、図1〜4に示すように、方法は、消耗可能な金属電極28の第1の電極端部44に負の電圧印加するための電源74を提供することを含み、このことは、消耗可能な金属電極28を本体30の内面26にスパッタリングするために必要である。電源74および第1の電極の端部44は、第1のカバー56を通って延びる電気絶縁フィードスルー76によって相互接続されることができる。

0020

封止された堆積チャンバ52および装置が提供されると、方法は、内面26上に消耗可能な金属電極28の金属をスパッタリングするのに必要な環境を提供することを含む。これは、真空を形成するために堆積チャンバ52の圧力を減少させることと、例示的にグロープラズマまたはホローカソード放電プラズマといったプラズマを堆積チャンバ52内に提供するために、第1の電極端部44に負の電圧を印加することとを含む。電圧は、電源74によって提供され、例示的にパルス化された高周波(RF)電圧またはパルス直流(DC)電圧である。方法はまた、正に帯電したイオンを含むキャリアガスを封止された堆積チャンバ52に供給することを含む。金属を内面26上にスパッタリングするのに先立って、キャリアガスは、本体30の内面26を洗浄する時間の間、堆積チャンバ52に供給することができる。正に帯電したイオンは、例示的には、アルゴン(Ar)および水素(H2)の少なくとも一方を含む。図2および3の実施形態では、消耗可能な金属電極28が中空の開口部40およびオリフィス50を含むとき、キャリアガスを提供するステップは、消耗可能な金属電極28の中空の開口部40内にオリフィス50を通って堆積チャンバ52へキャリアガスを提供することを含む。

0021

低圧真空と、負の電圧と、キャリアガスの正イオンとの組み合わせは、本体30の内面26上に消耗可能な金属電極28の金属のスパッタリングを生じさせる。スパッタリング
するステップは、本体30の内面26上に消耗可能な金属電極28の金属から形成された金属の接着層24を提供する。方法は、本体30の内面26上にスパッタリングされる金属の量を調整するために、堆積チャンバ52の圧力を増加させること含むことができ、または、本体30の内面26上にスパッタリングされる金属の量を調整するために、堆積チャンバ52に供給されるキャリアガスの量を調整すること含むことができる。

0022

上述したように、本体30の内面26に形成された金属の接着層24の厚さtaは、実質的に均一である。厚さtaは、中心軸Aに対して垂直に延びており、内長liの少なくとも70%に沿って5%以下だけ、好ましくは内長liの少なくとも70%に沿って3%以下だけ、または内長liの少なくとも70%に沿って1%以下だけ異なる。厚さtaは第1の本体端部32および第2の本体端部34に隣接してわずかに減少してもよい。

0023

図1および2の実施形態では、第2の本体端部34が第2のカバー58から離間しているので、金属の接着層24は、第2の本体端部34上および外面42の少なくとも一部の上、第2の本体端部34および第2のシール66の間、に配置される。この実施形態では、金属の接着層24は、外面42に沿って第2の本体端部34から第1の本体端部32に向かって、また外長loの1から40%に沿って延びる。また、図1および2の実施形態において、シリンダライナ20は、堆積チャンバ52を提供し、金属の接着層24は、第1の電極端部44の少なくとも一部の上に、内面26および第1のシール64の間に、配置されている。図5は、本実施形態の金属の接着層24の位置を示す。

0024

本体30の内面26上に金属の接着層24を塗布した後、方法は、ガス注入口68を通って堆積チャンバ52内に少なくとも1つの耐摩耗性成分を提供することと、耐摩耗性層22を形成するために金属の接着層24上に耐摩耗性成分を堆積させることとを含む。少なくとも1つの耐摩耗性成分は、アセチレンまたはメタンなどの炭化水素を含む。耐摩耗性成分は、トリメチルシランから誘導されたシリコン、またはゲルマニウム含有ガス前駆物質からのゲルマニウムを含んでもよい。好ましい一実施形態では、抵抗成分から形成された耐摩耗性層22は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングである。シリンダライナ20が堆積チャンバ52を提供するとき、耐摩耗性層22は、第2の本体端部34に沿って、また外面42の一部に沿って延びる。

0025

本体30の内面26に形成される耐摩耗性層22の厚さtwは、実質的に均一である。厚さtwは、中心軸Aに対して垂直に延び、内長liの少なくとも70%に沿って5%以下だけ、好ましくは内長liの少なくとも70%に沿って3%以下だけ、または内長liの少なくとも70%に沿って1%だけ、異なる。

0026

この方法はまた、金属の接着層24と耐摩耗性層22との間に、少なくとも1つの中間金属層78を形成することを含んでもよい。中間金属層78は、消耗可能な金属電極28の金属および窒素のような少なくとも1つの副成分の混合物で、例示的に形成される。この実施形態では、方法は、内面26上に、消耗性金属電極28の金属の少なくともいくらかをスパッタリングした後、耐摩耗性成分を堆積させる前に、キャリアガス中に少なくとも1つの副成分を提供することを含む。副成分および消耗可能な金属電極28の金属の混合物は、金属の接着層の上に中間金属層78を提供するために、接着性の金属の層の上に、スパッタリングされる。一実施形態では、中間金属層78は、CrNやTiNから成る。

0027

方法はまた、複数の耐摩耗性層22および複数の中間金属層78を、提供することを含んでもよく、隣接する耐摩耗性層22は、中間金属層78によって互いに離間されることができる。耐摩耗性層22および中間金属層78は、それぞれ、同じ組成物または異なる組成物であることができる。別の実施形態において、方法は、複数の金属の接着層24お
よび複数の耐摩耗性層22を設けることを含み、隣接する耐摩耗性層22は金属の接着層24により互いに離間される。

0028

本発明の別の局面は、本発明の方法により形成されたシリンダライナ20を提供する。シリンダライナ20の例示的な実施形態は、図5に示される。シリンダライナ20は、中心軸Aに沿って周方向に、第1の本体端部32から第2の本体端部34に縦方向に延びる、金属材料から形成された本体30を含む。本体30は、中心軸Aを向きかつ第1の本体端部32から第2の本体端部34に縦方向に延びる内面26を含む。内面26は、中心軸Aを囲み、第1の本体端部32および第2の本体端部34の間に円筒形状を有するボアを呈する。内面26もまた、第1の本体端部32から第2の本体端部34に延びる内長liを有する。第1の本体端部32は、中心軸Aを囲み円形の形状を有する第1の開口部36を呈し、第2の本体端部34は、中心軸Aを囲み円形の形状を有する第2の開口部38を呈する。ボアは、内燃機関の運転中にピストンが内面26に沿ってシリンダライナ20内で往復運動し、かつ滑ることができるように、ピストンを受けることができる容積を有する。

0029

本体30はまた、内面26と逆向きの、第1の本体端部32から第2の本体端部34へ延びる外面42を呈する。外面42は、第1の本体端部32から第2の本体端部34に縦方向に延びる外長を有する。本体30の金属材料は、少なくとも20HRCの硬度、40〜50W/(m・K)の熱伝導率を有し、例示的な燃焼サイクル中も極限の伝導に耐えることができる。本体30の金属材料は、例示的には鋼または鋼合金である。

0030

耐摩耗性層22は、内面26上に配置され、上述したように、スパッタリング法により塗布される。一実施形態では、耐摩耗性層22は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングである。DLCコーティングは、例示的には、アセチレン、またはメタン、およびトリメチルシランまたはゲルマニウムのような少なくとも1つのシリコンといった、炭化水素ガスから得られる。耐摩耗性層22は、第1の本体端部32から第2の本体端部34に連続して延びる。例示的には、本体30の内面26に形成された耐摩耗性層22の厚さtwは実質的に均一である。耐摩耗性層22の厚さtwは、中心軸Aに対して垂直に延びており、内長liの少なくとも70%に沿って5%以下だけ、好ましくは内長liの少なくとも70%に沿って3%以下だけ、または内長liの少なくとも70%に沿って1%以下だけ異なる。

0031

金属の接着層24は、耐摩耗性層22および内面26の間に配置される。金属の接着層24は、内面26に耐摩耗性層22を接着する。一実施形態では、図5Aに示すように、金属の接着層24が内面26上に直接配置され、耐摩耗性層22が金属の接着層24の上に直接配置されるように、金属の接着層24は、耐摩耗性層22と内面26との間に挟まれる。金属の接着層24は、金属の接着層24の総重量に基づいて、少なくとも重量%の90%の量の金属を含み、好ましくは実質的に金属から成る。一実施形態では、金属の接着層24の金属は、クロムおよびチタンの少なくとも1つを含み、好ましくはクロムまたはチタンから成る。

0032

金属の接着層24を塗布するために使用される方法は、内面26と中心軸Aとの間に、中心軸Aに対して垂直に延びる、ほぼ均一な厚さtaを提供する。金属の接着層24の厚さtaは、内長liの少なくとも70%に沿って5%以下だけ、内長liの少なくとも70%に沿って好ましくは3%以下だけ、または内長li(li)の少なくとも70%に沿って1%以下だけ、異なる。

0033

図1および2に示すように、シリンダライナ20の本体30は、堆積チャンバ52を提供する場合、金属の接着層24は、外面42に隣接する第2の本体端部34の少なくとも
一部の上に配置されている。この場合、金属の接着層24は、外面42に沿って第2の本体端部34から第1の本体端部32に向かって、外長1oの1〜40%に沿って延びる。

0034

シリンダライナ20は、金属の接着層24および耐摩耗性層22との間の中間金属層78を含むことができる。中間金属層78は、金属の接着層24および窒素などの副成分の材料の混合物を含む。たとえば、中間金属層78は、CrNやTiNから形成されることができる。

0035

図5Bおよび5Cに示す特定の実施形態では、シリンダライナ20は、複数の耐摩耗性層22および複数の中間金属層78を含み、隣接する耐摩耗性層22は、中間金属層78により互いに離間される。耐摩耗性層22および中間金属層78は、それぞれ同じ組成または異なる組成を有することができる。別の実施形態では、シリンダライナ20は、複数の金属の接着層24および複数の耐摩耗性層22を含み、隣接する耐摩耗性層22は金属の接着層24によって互いに離間される。図5Bの実施形態では、シリンダライナ20は、2つの耐摩耗性層22と、本体30の内面26に耐摩耗性層22を結合する1つの金属の接着層24を含む。外側の耐摩耗性層22は、メタンを含むDLCコーティングであり、内側の耐摩耗性層22は、シリコンを含むDLCコーティングであり、金属の接着層24は、クロムで形成される。図5Cの実施形態では、シリンダライナ20は、3つの耐摩耗性層22と、それぞれ隣接する耐摩耗性層22を離間する2つの中間金属層78と、最も内側の耐摩耗性層22を本体30の内面26に結合する1つの金属の接着層24とを含む。耐摩耗性層22は、それぞれDLCコーティングであり、中間金属層78は、それぞれCrNから形成され、金属の接着層24は、クロムで形成される。

0036

明らかに、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、添付の特許請求の範囲内に具体的に説明された以外の方法で実施することができる。

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