JP2006052727A - Exhaust pipe for internal combustion engines - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust pipe for an internal combustion engine capable of preventing discoloration and oxidation occurring due to high temperature exhaust gas. <P>SOLUTION: The exhaust pipe for an internal combustion engine is provided with a metal tube 5 for surrounding a passage through which exhaust gas from a internal combustion engine 1 passes; and a ceramic membrane 10 which covers the outside of the metal tube 5 and whose content of a metallic element mainly contained in the surface of the metal pipe 5 is 0.5 atom% and less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関で発生した排気ガスを導く内燃機関用排気管に関し、特に、内燃機関を備えた車両において、少なくともその一部が車両の外観に表れる内燃機関用排気管に関する。   The present invention relates to an exhaust pipe for an internal combustion engine that guides exhaust gas generated in the internal combustion engine, and more particularly to an exhaust pipe for an internal combustion engine in which at least part of the exhaust pipe appears in the appearance of the vehicle in a vehicle equipped with the internal combustion engine.

内燃機関を備えた自動二輪車などでは、内燃機関を露出させて内燃機関の外観を自動二輪車の意匠に利用するものが多く、こうした自動二輪車では、内燃機関から排気ガスを導くための排気管も自動二輪車の意匠に重要な役割を果たしている。また、内燃機関がカウルなどで覆われる場合であっても、排気管が完全にカウルやプロテクタで覆われることはなく、排気管の少なくとも一部が外観に表れ、自動二輪車の意匠の一部を構成することが多い。   Many motorcycles equipped with an internal combustion engine expose the internal combustion engine and use the appearance of the internal combustion engine in the design of the motorcycle. In such a motorcycle, the exhaust pipe for leading the exhaust gas from the internal combustion engine is also automatic. It plays an important role in the design of motorcycles. Even when the internal combustion engine is covered with a cowl or the like, the exhaust pipe is not completely covered with a cowl or a protector, and at least a part of the exhaust pipe appears on the exterior, and a part of the design of the motorcycle is displayed. Often configured.

図11は、スポーツタイプの自動二輪車の一例を示す側面図である。図11に示す自動二輪車200は、V型エンジン201と、排気ガスを導くための排気管202とを備えている。排気管202は、V型エンジン201の2つのシリンダーのそれぞれから導かれて一本に集合され、車体後部から排気ガスを噴出させるように後輪側へ伸ばされている。本願明細書において、「排気管」とは、内燃機関からの排気ガスを導く流路を構成している部分全体をいい、消音器202aを構成している部分などを含む。   FIG. 11 is a side view showing an example of a sports type motorcycle. A motorcycle 200 shown in FIG. 11 includes a V-type engine 201 and an exhaust pipe 202 for guiding exhaust gas. The exhaust pipe 202 is led from each of the two cylinders of the V-type engine 201 and assembled into one, and is extended to the rear wheel side so as to eject exhaust gas from the rear part of the vehicle body. In the present specification, the “exhaust pipe” refers to the entire part constituting the flow path for guiding the exhaust gas from the internal combustion engine, and includes the part constituting the silencer 202a.

一般に、内燃機関201で発生した排気ガスを効率よく排出するために、排気管202は所定の太さを備えていることが必要である。また、消音器202aを構成している部分では、消音のための構造を収納するために直径が大きくなる。このため、自動二輪車全体の外観に占める排気管の割合は比較的大きく、排気管の形状や色が自動二輪車全体の意匠に及ぼす影響は大きい。   Generally, in order to efficiently exhaust the exhaust gas generated in the internal combustion engine 201, the exhaust pipe 202 needs to have a predetermined thickness. Moreover, in the part which comprises the silencer 202a, in order to accommodate the structure for silence, a diameter becomes large. For this reason, the proportion of the exhaust pipe in the overall appearance of the motorcycle is relatively large, and the influence of the shape and color of the exhaust pipe on the design of the entire motorcycle is great.

こうした理由から、排気管の形状や色は、自動二輪車全体の意匠を決定する上で重要な要素となる。このため、例えば、排気管を滑らかに曲げることによってボリュームのある力強い印象を創出したり、排気管の表面を光沢のある金属色で仕上げることによって他の構成部分との対比を強調したりしている。逆に、他の構成部分と類似した色調に仕上げることによって周囲の構造との一体性を持たせることも行われている。   For these reasons, the shape and color of the exhaust pipe are important factors in determining the design of the entire motorcycle. For this reason, for example, creating a strong and powerful impression by bending the exhaust pipe smoothly, or enhancing the contrast with other components by finishing the surface of the exhaust pipe with a shiny metallic color. Yes. On the other hand, it is also practiced to have a unity with the surrounding structure by finishing the color tone similar to that of the other components.

一般に、排気管は機械構造用炭素鋼(STKM)やステンレス(SUS)、チタンなどを用いて形成されている。前述したように排気管の外観性を高めるために、STKM材により排気管を形成する場合には排気管の表面にクロム(Cr)めっきを施している。   In general, the exhaust pipe is formed using carbon steel for mechanical structure (STKM), stainless steel (SUS), titanium, or the like. As described above, in order to improve the appearance of the exhaust pipe, when the exhaust pipe is formed of STKM material, the surface of the exhaust pipe is plated with chromium (Cr).

しかしながら、排気管を通る排気ガスは内燃機関から直接導かれるため、温度が高い。そのため、排気ガスが通過することによって排気管が高温となり、Crめっきが施された排気管の表面が変色あるいは酸化したり劣化したりする。特に、赤茶に変色した領域が現れる。また、Crめっきを施さないSUSやチタンにより形成された排気管でも高温により表面が赤茶けたり、生成した酸化膜が剥離したり、酸化膜の生成による色調の変化が生じたりする。   However, since the exhaust gas passing through the exhaust pipe is directly led from the internal combustion engine, the temperature is high. Therefore, when the exhaust gas passes, the exhaust pipe becomes hot, and the surface of the exhaust pipe subjected to Cr plating is discolored, oxidized, or deteriorated. In particular, a region discolored in red brown appears. Further, even in an exhaust pipe formed of SUS or titanium not subjected to Cr plating, the surface is reddish due to high temperature, the generated oxide film is peeled off, or the color tone is changed due to the generation of the oxide film.

このようにして、金属光沢のある排気管に赤茶けた変色や表面の劣化が生じることにより、自動二輪車全体の意匠の外観を損ねてしまうという問題が生じる。特に、近年、内燃機関の性能が向上することにより、排気ガスの温度が上昇し、このような問題が生じやすくなっている。   In this way, a reddish discoloration or surface deterioration occurs in the exhaust pipe having a metallic luster, thereby causing a problem of deteriorating the appearance of the design of the entire motorcycle. In particular, in recent years, the performance of internal combustion engines has improved, and the temperature of exhaust gas has risen, and such problems are likely to occur.

この問題に対して、排気管の表面が高温にならないよう、排気管を二重あるいは三重の筒状構造に形成することも考えられる。しかし、二重あるいは三重の筒状構造を採用しても、排気管表面の温度を十分に下げることはできず、熱による表面の酸化や劣化を完全には防止できない。また、この場合、排気管の外形が大きくなってしまうという別の課題が生じる。   In order to solve this problem, it is conceivable to form the exhaust pipe in a double or triple cylindrical structure so that the surface of the exhaust pipe does not reach a high temperature. However, even if a double or triple cylindrical structure is adopted, the temperature of the exhaust pipe surface cannot be lowered sufficiently, and oxidation and deterioration of the surface due to heat cannot be completely prevented. Further, in this case, another problem that the outer shape of the exhaust pipe becomes large arises.

排気管表面の変色や劣化に対して、排気管が外観に表れないようカウルやプロテクタで覆うことも考えられる。しかし、この場合、排気管が自動二輪車全体の意匠に現れないため、自動二輪車独特の美観を訴求しにくいものとなる可能性がある。   It may be possible to cover the exhaust pipe with a cowl or a protector so that the exhaust pipe does not appear on the appearance against discoloration or deterioration of the exhaust pipe surface. However, in this case, since the exhaust pipe does not appear in the design of the entire motorcycle, it may be difficult to appeal the unique aesthetics of the motorcycle.

こうした問題を解決するために、本願発明者は、内燃機関の排気管にシリコン酸化膜を形成し、排気管の変色を防止することを提案した(特許文献1)。特許文献1に開示するように、ゾルゲル法によるシリコン酸化膜を0.05μm以上の厚さで排気管に形成することにより、400℃程度の加熱によっても、変色の生じにくい排気管を得ることができる。
特開2002−332838号公報
In order to solve such problems, the present inventor has proposed that a silicon oxide film be formed on the exhaust pipe of the internal combustion engine to prevent discoloration of the exhaust pipe (Patent Document 1). As disclosed in Patent Document 1, by forming a silicon oxide film by a sol-gel method with a thickness of 0.05 μm or more on an exhaust pipe, it is possible to obtain an exhaust pipe that is not easily discolored even by heating at about 400 ° C. it can.
JP 2002-332838 A

しかし、特許文献1に開示される技術によって得られた排気管では、400℃を超える温度に曝されることによって、表面の変色が急激に生じることが分かった。また、特許文献1によって形成されるシリコン酸化膜は比較的柔らかく、衝撃に対する強度が十分ではないことが分かった。このため、前述したように排気ガスの温度が高くなる性能の高い内燃機関に特許文献1による排気管を用いた場合、十分に変色を防止できない場合があることが分かった。また、自動二輪車では、走行中、露出した排気管に石や砂が衝突し、排気管の表面に傷が生じ、その部分から変色が生じやすいことが分かった。   However, it has been found that the exhaust pipe obtained by the technique disclosed in Patent Document 1 undergoes rapid surface discoloration when exposed to temperatures exceeding 400 ° C. Further, it was found that the silicon oxide film formed by Patent Document 1 is relatively soft and does not have sufficient strength against impact. For this reason, when the exhaust pipe by patent document 1 was used for the internal combustion engine with the high performance in which the temperature of exhaust gas becomes high as mentioned above, it turned out that discoloration may not fully be prevented. It was also found that in motorcycles, stones and sand collide with the exposed exhaust pipe during running, causing scratches on the surface of the exhaust pipe and fading easily from that portion.

さらに、ゾルゲル法によるシリコン酸化膜では干渉縞が現れやすく、400℃を超える温度に曝されることによって生じる変色に顕著な干渉縞が現れることが分かった。   Furthermore, it has been found that interference fringes are likely to appear in the silicon oxide film formed by the sol-gel method, and remarkable interference fringes appear in discoloration caused by exposure to a temperature exceeding 400 ° C.

本発明はこのような従来技術の課題を解決し、硬度が高く、高温の排気ガスによる変色や酸化を防止することのできる内燃機関用排気管を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve such problems of the prior art and to provide an exhaust pipe for an internal combustion engine that has high hardness and can prevent discoloration and oxidation due to high-temperature exhaust gas.

本発明の内燃機関用排気管は、内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管と、前記金属管の外側を覆っており、前記金属管の表面に主として含まれる金属元素の含有率が0.5原子%以下であるセラミックス膜とを備える。   The exhaust pipe for an internal combustion engine of the present invention covers a metal pipe that surrounds a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes, and a content of a metal element that mainly covers the outside of the metal pipe and is mainly contained on the surface of the metal pipe With a ceramic film of 0.5 atomic% or less.

ある好ましい実施形態において、前記セラミックス膜は、前記金属管の表面に直接形成されている。   In a preferred embodiment, the ceramic film is directly formed on the surface of the metal tube.

ある好ましい実施形態において、前記セラミックス膜は5nmから300nmの範囲内の厚さを有する。   In a preferred embodiment, the ceramic film has a thickness in the range of 5 nm to 300 nm.

ある好ましい実施形態において、前記セラミックス膜は5nmから30nmの範囲内の厚さを有する。   In a preferred embodiment, the ceramic film has a thickness in the range of 5 nm to 30 nm.

ある好ましい実施形態において、前記金属管は0.4μmから3.2μmの範囲内の表面粗さRaを有する。   In a preferred embodiment, the metal tube has a surface roughness Ra in the range of 0.4 μm to 3.2 μm.

ある好ましい実施形態において、前記セラミックス膜は、Si、Ti、Al、Zr、Mo、Nb、W、Vの酸化物、窒化物、窒化酸化物およびホウ化物ならびにB4Cからなる群から選ばれる1つ以上を含む。 In a preferred embodiment, the ceramic film is selected from the group consisting of oxides, nitrides, nitride oxides and borides of Si, Ti, Al, Zr, Mo, Nb, W, and V, and B 4 C 1 Including one or more.

ある好ましい実施形態において、前記金属管は、チタン、チタン合金またはステンレス鋼からなる。   In a preferred embodiment, the metal tube is made of titanium, a titanium alloy or stainless steel.

ある好ましい実施形態において、前記金属管は、表面にクロムめっき層を有している。   In a preferred embodiment, the metal tube has a chromium plating layer on the surface.

ある好ましい実施形態において、前記金属管と前記セラミックス膜との間に前記金属管の表面に主として含まれる金属の酸化膜を実質的に含んでいない。   In a preferred embodiment, a metal oxide film mainly contained on the surface of the metal tube is not substantially included between the metal tube and the ceramic film.

ある好ましい実施形態において、前記セラミックス膜は蒸着法により形成された蒸着膜である。   In a preferred embodiment, the ceramic film is a deposited film formed by a deposition method.

ある好ましい実施形態において、前記セラミックス膜はスパッタ法またはイオンプレーティング法により形成された蒸着膜である。   In a preferred embodiment, the ceramic film is a deposited film formed by a sputtering method or an ion plating method.

ある好ましい実施形態において、前記金属管は、可視光による回折光が生じる表面の粗さの範囲よりも大きな表面粗さを有し、前記セラミックス膜は、可視光による干渉縞が生じる厚さの範囲よりも小さな厚さを有する。   In a preferred embodiment, the metal tube has a surface roughness larger than a surface roughness range in which diffracted light by visible light is generated, and the ceramic film has a thickness range in which interference fringes by visible light are generated. Have a smaller thickness.

また、本発明の内燃機関用排気管は、内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管と、前記金属管の外側を覆っており、前記金属管の表面に主として含まれる金属元素の含有率が0.5原子%以下であるダイヤモンド・ライク・カーボン膜とを備える。   An exhaust pipe for an internal combustion engine according to the present invention covers a metal pipe that surrounds a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes, and an outside of the metal pipe, and contains metal elements mainly contained on the surface of the metal pipe. A diamond-like carbon film having a content of 0.5 atomic% or less.

あるいは、本発明の内燃機関用排気管は、内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管と、前記金属管の外側を覆っており、蒸着法により形成された非晶質膜とを備える。   Alternatively, an exhaust pipe for an internal combustion engine of the present invention includes a metal pipe that surrounds a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes, and an amorphous film that covers the outside of the metal pipe and is formed by vapor deposition. Prepare.

本発明の内燃機関は、上記いずれかに規定される内燃機関用排気管を備える。   The internal combustion engine of the present invention includes the exhaust pipe for an internal combustion engine defined in any one of the above.

本発明の輸送機器は、上記内燃機関を備える。   The transport device of the present invention includes the internal combustion engine.

本発明の内燃機関用排気管の製造方法は、内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管を蒸着装置内に配置する工程と、前記金属管に5nmから300nmの厚さを有するセラミックス膜を堆積する工程とを包含する。   The method of manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine according to the present invention includes a step of arranging a metal pipe surrounding a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes in a vapor deposition apparatus, and a ceramic having a thickness of 5 nm to 300 nm on the metal pipe. Depositing a film.

ある好ましい実施形態において、前記方法は、前記配置工程と前記堆積工程との間に、前記金属管の表面をエッチングする工程とをさらに包含する。   In a preferred embodiment, the method further includes etching the surface of the metal tube between the placing step and the depositing step.

ある好ましい実施形態において、前記エッチング工程は、プラズマ粒子を前記金属管の表面に衝突させることにより行う。   In a preferred embodiment, the etching step is performed by causing plasma particles to collide with the surface of the metal tube.

ある好ましい実施形態において、前記堆積工程を蒸着法により行う。   In a preferred embodiment, the deposition step is performed by an evaporation method.

ある好ましい実施形態において、前記堆積工程をイオンプレーティング法またはスパッタ法により行う。   In a preferred embodiment, the deposition step is performed by an ion plating method or a sputtering method.

また、本発明の内燃機関用排気管の製造方法は、内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管を蒸着装置内に配置する工程と、前記金属管に5nmから300nmの厚さを有するダイヤモンド・ライク・カーボン膜を化学的気相成長法により堆積する工程とを包含する。   The method for manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine according to the present invention includes a step of disposing a metal pipe surrounding a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes in a vapor deposition apparatus, and a thickness of 5 to 300 nm on the metal pipe. And depositing the diamond-like carbon film having chemical vapor deposition.

本発明の排気管によれば、セラミックス膜には金属管の表面に主として含まれる金属が0.5原子%以下しか含まれていないため、この金属が高温において酸化することによって排気管の変色が生じたり、表面の劣化が生じたりすることがない。このため、排気管が高温の排気ガスにより変色することがなく、優れた外観を維持することができる。また、蒸着法により形成されたセラミックス膜は緻密であるため、バリア性が高い。そのため、外部の酸素が金属管に達したり、金属管に含まれた鉄が酸化して表面に析出したりするのを防止することができる。このため、排気管が高温の排気ガスにより変色することがなく、優れた外観を維持することができる。また、蒸着法により形成されたセラミックス膜は硬度が高いことから、衝撃にも強い。   According to the exhaust pipe of the present invention, the ceramic film contains only 0.5 atomic% or less of the metal mainly contained on the surface of the metal pipe. It does not occur or the surface is not deteriorated. For this reason, the exhaust pipe is not discolored by high-temperature exhaust gas, and an excellent appearance can be maintained. Moreover, since the ceramic film formed by the vapor deposition method is dense, the barrier property is high. For this reason, it is possible to prevent external oxygen from reaching the metal tube and iron contained in the metal tube from being oxidized and deposited on the surface. For this reason, the exhaust pipe is not discolored by high-temperature exhaust gas, and an excellent appearance can be maintained. Moreover, since the ceramic film formed by the vapor deposition method has high hardness, it is also resistant to impact.

本願発明者は、ゾルゲル法によるシリコン酸化膜を形成した排気管では表面における高温酸化や変色を十分には防止できない原因について詳細に検討した。その結果、ゾルゲル法によるシリコン酸化膜には、排気管の表面に主として含まれる金属が含まれており、この金属が高温において酸化することにより、排気管の変色が生じたり、表面の劣化が生じたりすることが分かった。また、ゾルゲル法では、焼成中にシリコンと結合していた有機系化合物の気化および分解が生じるため、得られるシリコン酸化膜には微細な空隙が生成し、ガスに対するバリア性が低下していると考えられる。このため、排気管が高温に曝されると、排気管表面の金属がシリコン酸化膜中へ拡散し、外部の酸素と結合して酸化したり、シリコン酸化膜を酸素が透過して排気管表面で金属の酸化を引き起こしたりするものと考えられる。このようにシリコン酸化膜中に金属が含まれていたり、シリコン酸化膜中に微細な空隙が生成したりしている場合、排気管を構成する金属中の鉄が表面に赤茶けた酸化物として析出し、排気管の外観を損なうことが分かった。   The inventor of the present application has studied in detail the cause of the high-temperature oxidation and discoloration of the surface that cannot be sufficiently prevented in the exhaust pipe formed with the silicon oxide film by the sol-gel method. As a result, the silicon oxide film formed by the sol-gel method contains a metal mainly contained in the surface of the exhaust pipe. When this metal is oxidized at a high temperature, the exhaust pipe is discolored or the surface is deteriorated. I found out that Further, in the sol-gel method, since the organic compound bonded to silicon is vaporized and decomposed during firing, fine voids are generated in the obtained silicon oxide film, and the gas barrier property is lowered. Conceivable. For this reason, when the exhaust pipe is exposed to high temperature, the metal on the exhaust pipe surface diffuses into the silicon oxide film and is combined with external oxygen to oxidize, or oxygen penetrates the silicon oxide film and the exhaust pipe surface It is thought to cause metal oxidation. When metal is contained in the silicon oxide film or fine voids are formed in the silicon oxide film, iron in the metal that constitutes the exhaust pipe is deposited as a reddish oxide on the surface. It was found that the appearance of the exhaust pipe was damaged.

本願発明者は、排気管表面の酸化防止膜として、蒸着法によるセラミックス膜に着目し、種々の実験を行った。その結果、蒸着法によるセラミックス膜がゾルゲル法によるシリコン酸化膜の課題を解決し、排気管の酸化防止膜として適していることが分かった。以下、本発明の実施形態を説明する。   The inventor of the present application paid attention to a ceramic film formed by vapor deposition as an antioxidant film on the surface of the exhaust pipe and conducted various experiments. As a result, it was found that the ceramic film formed by the evaporation method solved the problem of the silicon oxide film formed by the sol-gel method and was suitable as an antioxidant film for the exhaust pipe. Embodiments of the present invention will be described below.

図1は、本発明の内燃機関用排気管(以下単に排気管と略す場合がある)が用いられた自動二輪車100を示している。自動二輪車100は、内燃機関1と、内燃機関1に接続された排気管2とを備えている。   FIG. 1 shows a motorcycle 100 in which an exhaust pipe for an internal combustion engine of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as an exhaust pipe) is used. The motorcycle 100 includes an internal combustion engine 1 and an exhaust pipe 2 connected to the internal combustion engine 1.

排気管2は、内燃機関1で生じた排気ガスを車体後方から排出するために設けられている。この排気管2は、内燃機関1の前方から排出された排気ガスを後方へ導くように、大きく曲がった排気経路を構成している部分2aと、消音器2bとを含む。排気管2は、一体的に1つの部品によって構成されていてもよいし、複数の部品を接合することにより構成されていてもよい。   The exhaust pipe 2 is provided to exhaust exhaust gas generated in the internal combustion engine 1 from the rear of the vehicle body. The exhaust pipe 2 includes a portion 2a constituting a greatly bent exhaust path so as to guide exhaust gas discharged from the front of the internal combustion engine 1 to the rear, and a silencer 2b. The exhaust pipe 2 may be integrally configured by one component, or may be configured by joining a plurality of components.

本実施形態では、排気管2は自動二輪車100の外観に表れるよう全体が露出しており、自動二輪車100全体の意匠の一部を構成している。以下において詳細に説明するように、排気管2全体が露出しているほうが、長期にわたって排気管2の変色が生じず、新車のような外観を保つという本発明の効果が顕著に外観に表れる。しかし、排気管2の少なくとも一部が外観に表れる限り、自動二輪車の意匠によっては、排気管2の一部がカウルやプロテクタによって覆われていてもよい。また、本発明の内燃機関用排気管が用いられた自動二輪車の形状は図1に限られるわけではなく、例えば、図10に示すような構造を備えた自動二輪車に本発明の排気管を採用してもよい。   In the present embodiment, the entire exhaust pipe 2 is exposed so as to appear in the appearance of the motorcycle 100, and constitutes a part of the design of the entire motorcycle 100. As will be described in detail below, when the entire exhaust pipe 2 is exposed, discoloration of the exhaust pipe 2 does not occur over a long period of time, and the effect of the present invention that maintains the appearance of a new car appears remarkably. However, as long as at least a part of the exhaust pipe 2 appears on the exterior, a part of the exhaust pipe 2 may be covered with a cowl or a protector depending on the design of the motorcycle. Further, the shape of the motorcycle using the exhaust pipe for the internal combustion engine of the present invention is not limited to that shown in FIG. 1. For example, the exhaust pipe of the present invention is adopted for a motorcycle having a structure as shown in FIG. May be.

図2は、排気管2の一部(部分2a)を示す断面図である。排気管2は、排気ガスが通過する通路6を囲む金属管5と、金属管5の外側を覆うセラミックス膜10とを含む。言い換えると、金属管5の内側には排気ガスが流れ、金属管5の外側にはセラミックス膜10が設けられている。金属管5は、通路6を囲んでいればよく、通路6を直接囲む内管および内管の外側を囲むように保持された外管から構成される二重管構造を採用していてもよい。ただし、通路6を直接囲む一重管構造の方が、金属管5の外側が高温になりやすいため、本発明を用いる効果が高い。また、セラミックス膜10は、酸化防止が求められる部分において、金属管5の外側を覆って酸素などの外気が金属管5に接しないように配置されていればよく、金属管5とセラミックス膜10との間に他の膜や層が形成されていたり、セラミックス膜10の外側をさらに他の膜が覆っていたりしてもよい。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part (part 2 a) of the exhaust pipe 2. The exhaust pipe 2 includes a metal pipe 5 that surrounds the passage 6 through which the exhaust gas passes, and a ceramic film 10 that covers the outside of the metal pipe 5. In other words, exhaust gas flows inside the metal tube 5, and the ceramic film 10 is provided outside the metal tube 5. The metal tube 5 only needs to surround the passage 6 and may adopt a double tube structure including an inner tube that directly surrounds the passage 6 and an outer tube that is held so as to surround the outside of the inner tube. . However, the effect of using the present invention is higher in the single tube structure that directly surrounds the passage 6 because the outside of the metal tube 5 tends to be hot. Further, the ceramic film 10 may be disposed so as to cover the outside of the metal tube 5 and prevent outside air such as oxygen from coming into contact with the metal tube 5 in a portion where oxidation prevention is required. Another film or layer may be formed between the two, or another film may cover the outside of the ceramic film 10.

金属管5は、機械構造用炭素鋼(STKM)やステンレス鋼(SUS)、チタン、チタン合金、ニッケル合金、アルミ合金などからなる。表面の金属光沢や装飾性を高めるために、クロムめっき等のめっき層が形成されていてもよい。STKM材は装飾性の高い十分な金属光沢を有しないので、STKMからなる金属管5を用いる場合には、クロムめっきあるいはニッケルめっきおよびクロムめっきが施されていることが好ましい。また、SUSからなる金属管5を用いる場合には、表面が電解研磨されていてもよい。   The metal tube 5 is made of carbon steel for mechanical structure (STKM), stainless steel (SUS), titanium, a titanium alloy, a nickel alloy, an aluminum alloy, or the like. A plating layer such as chrome plating may be formed in order to enhance the surface metallic luster and decorativeness. Since the STKM material does not have a decorative and sufficient metallic luster, when the metal tube 5 made of STKM is used, it is preferable that chrome plating or nickel plating and chrome plating are applied. Moreover, when using the metal tube 5 which consists of SUS, the surface may be electropolished.

セラミックス膜10は、緻密であり、高温においても、酸化したり分解したりしにくい非晶質の材料からなる。具体的には、セラミックス膜10は、シリコン(Si)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、バナジウム(V)などの元素の酸化物、窒化物、窒化酸化物またはホウ化物から選ばれる少なくとも1種以上を含む。これらの材料は必ずしも化学量論比で元素を含んでいなくてもよい。セラミックス膜10は、B4C(炭化ホウ素)を含んでいてもよい。セラミックス膜10は、これらの材料からなる層を1層または複数層含んでいる。 The ceramic film 10 is made of an amorphous material that is dense and hardly oxidizes or decomposes even at high temperatures. Specifically, the ceramic film 10 includes silicon (Si), titanium (Ti), aluminum (Al), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), vanadium (V), and the like. And at least one selected from oxides, nitrides, nitride oxides or borides of the above elements. These materials do not necessarily contain elements in a stoichiometric ratio. The ceramic film 10 may contain B 4 C (boron carbide). The ceramic film 10 includes one or more layers made of these materials.

なお、「セラミックス」は、金属または非金属の酸化物、窒化物、窒化酸化物、ホウ化物、炭化物などの固体材料を広く指し、旧来よく用いられてきた焼成工程を含む手法によって形成されたものだけでなく、既に述べたように蒸着法によって形成されたものも勿論含む。   “Ceramics” widely refers to solid materials such as metal or non-metal oxides, nitrides, nitride oxides, borides, carbides, etc., and are formed by a technique that includes a firing process that has been often used in the past. As a matter of course, not only those formed by vapor deposition as already described, but also those included.

形成方法が容易であり、材料が容易に入手できるという観点ではSiの酸化物、窒化物、あるいは窒化酸化物を用いることが好ましい。つまり、セラミックス膜10は酸化シリコン、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンからなることが好ましい。なお、一般的には酸化物より窒化物のほうがより緻密で、硬度が高い。また、同様の観点から、Alの酸化物、窒化物、あるいは窒化酸化物を用いることも好ましい。つまり、セラミックス膜10は酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムからなることも好ましい。   In view of easy formation and easy availability of materials, it is preferable to use an oxide, nitride, or nitride oxide of Si. That is, the ceramic film 10 is preferably made of silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide. In general, nitrides are denser and harder than oxides. From the same viewpoint, it is also preferable to use an oxide, nitride or nitride oxide of Al. That is, the ceramic film 10 is preferably made of aluminum oxide, aluminum nitride, or aluminum nitride oxide.

セラミックス膜10には、金属管5の表面に主として(典型的には50%以上の比率で)含まれる金属が0.5原子%よりも多く含まれていないことが好ましい。金属管5の表面に主として含まれる(すなわち金属管5の表面を実質的に構成する)金属が0.5原子%よりも多く含まれる場合、高熱によって、セラミックス膜10の表面からこの金属が酸化され、排気管2の表面が変色する可能性がある。また、酸化した金属から金属管5内部へ酸化が進む可能性がある。セラミックス膜10に含まれる金属が酸化した場合の排気管の外観を考慮すると、金属管5の表面に主として含まれる金属のセラミックス膜10中の含有量は0.4原子%以下であることがより好ましく、0.3原子%以下であることがさらに好ましい。   It is preferable that the ceramic film 10 does not contain more than 0.5 atomic% of metal contained mainly (typically in a ratio of 50% or more) on the surface of the metal tube 5. When the metal contained mainly on the surface of the metal tube 5 (that is, substantially constituting the surface of the metal tube 5) is more than 0.5 atomic%, the metal is oxidized from the surface of the ceramic film 10 due to high heat. As a result, the surface of the exhaust pipe 2 may be discolored. Further, there is a possibility that the oxidation proceeds from the oxidized metal into the metal tube 5. Considering the appearance of the exhaust pipe when the metal contained in the ceramic film 10 is oxidized, the content of the metal contained mainly in the surface of the metal pipe 5 in the ceramic film 10 is more preferably 0.4 atomic% or less. Preferably, it is 0.3 atomic% or less.

なお、金属管5表面に主として含まれる金属の含有率は、セラミックス膜10内で局所的にばらつくことがあるが、少なくともセラミックス膜10の厚さ方向における中心部分において含有率が0.5原子%以下であることが好ましい。また、セラミックス膜10の内側(金属管5側)表面近傍および外側表面近傍(それぞれセラミックス膜10全体の厚さに対して10%の厚さを有する部分)を除いた部分(つまりセラミックス膜10全体の80%に相当する部分)において含有率が0.5原子%以下であることが好ましい。   The content of the metal mainly contained on the surface of the metal tube 5 may locally vary in the ceramic film 10, but the content is at least 0.5 atomic% at the central portion in the thickness direction of the ceramic film 10. The following is preferable. Further, the portion (that is, the entire ceramic film 10) excluding the vicinity of the inner surface (the metal tube 5 side) and the outer surface of the ceramic film 10 (each having a thickness of 10% with respect to the entire thickness of the ceramic film 10). The content is preferably 0.5 atomic% or less in a portion corresponding to 80% of the above.

セラミックス膜10を金属管5の外側に形成する際、金属管5の表面に主として含まれる金属が、形成するセラミックス膜10中に拡散して膜中に含有されない方法により、セラミックス膜10は形成されていることが好ましく、具体的には蒸着法により形成されていることが好ましい。本願明細書において、「蒸着法」とは、堆積すべき物質を気体状態で堆積させるCVD(化学気相堆積)法および物理的蒸着法をいう。本発明では蒸着法として物理的蒸着法を用いることがより好ましい。特に、イオンプレーティング法およびスパッタ法により形成される膜は一般に緻密であるため、セラミックス膜10はイオンプレーティング法またはスパッタリング法により形成されていることがより好ましい。   When the ceramic film 10 is formed outside the metal tube 5, the ceramic film 10 is formed by a method in which the metal mainly contained on the surface of the metal tube 5 diffuses into the formed ceramic film 10 and is not contained in the film. Specifically, it is preferably formed by a vapor deposition method. In this specification, “evaporation method” refers to a CVD (chemical vapor deposition) method and a physical vapor deposition method in which a substance to be deposited is deposited in a gaseous state. In the present invention, it is more preferable to use a physical vapor deposition method as the vapor deposition method. In particular, since the film formed by the ion plating method and the sputtering method is generally dense, the ceramic film 10 is more preferably formed by the ion plating method or the sputtering method.

スパッタ法を用いる場合には、DCスパッタ装置、RFスパッタ装置、マグネトロンスパッタ装置、イオンビームスパッタ装置などを用いることができる。また、これらの方法を用いる場合、セラミックス膜10を堆積する金属管5の表面にプラズマ粒子を衝突させ、金属管5の表面をエッチングすることができる。これを利用して、金属管5の表面に形成されている自然酸化膜を除去し、セラミックス膜10と金属管5との密着性を向上させることができる。プラズマを用いない堆積方法により、セラミックス膜10を形成する場合であっても、金属管5の表面に形成されている自然酸化膜を物理的あるいは化学的方法により、セラミックス膜10を形成する前に、除去しておくことが好ましい。   When the sputtering method is used, a DC sputtering apparatus, an RF sputtering apparatus, a magnetron sputtering apparatus, an ion beam sputtering apparatus, or the like can be used. When these methods are used, the surface of the metal tube 5 can be etched by causing plasma particles to collide with the surface of the metal tube 5 on which the ceramic film 10 is deposited. By utilizing this, the natural oxide film formed on the surface of the metal tube 5 can be removed, and the adhesion between the ceramic film 10 and the metal tube 5 can be improved. Even when the ceramic film 10 is formed by a deposition method that does not use plasma, the natural oxide film formed on the surface of the metal tube 5 is formed before the ceramic film 10 is formed by a physical or chemical method. It is preferable to remove it.

蒸着法により形成されたセラミックス膜は緻密であるため、500℃程度の温度においても、高いガスバリア性を備え、金属管5の表面が酸化するのを防止することができる。   Since the ceramic film formed by the vapor deposition method is dense, it has a high gas barrier property even at a temperature of about 500 ° C. and can prevent the surface of the metal tube 5 from being oxidized.

また、上記の説明において例示した材料を用いて蒸着法により形成されたセラミックス膜の多くは非晶質膜であり、エンジンの運転によって高温に加熱されても非晶質のままである。ここでいう非晶質膜とは、X線回折法により回折ピークとして観測されるような長周期構造を持たない膜をいう。なお、材料によっては、膜の一部が結晶化することもあるが、実用上ガスバリア性に問題はない。   In addition, most of the ceramic films formed by vapor deposition using the materials exemplified in the above description are amorphous films, and remain amorphous even when heated to a high temperature by the operation of the engine. The amorphous film here refers to a film that does not have a long-period structure as observed as a diffraction peak by X-ray diffraction. Depending on the material, a part of the film may be crystallized, but there is practically no problem in gas barrier properties.

図3は、排気管2の表面近傍を拡大して示す断面図である。図に示すように、金属管5の表面はセラミックス膜10の厚さに比べて大きな表面粗さを有している。具体的には、金属管5の表面の平均粗さRaは0.4μm以上であることが好ましい。0.4μmよりも平均粗さが小さい場合、可視光が金属管5の表面で反射する際、隣り合う溝から反射した波面間の光路差が波長の整数倍のときに強め合って回折光が見られるようになり、排気管2の外観の美観を損ねる可能性がある。また、平均粗さが小さくなり、金属管5の表面が平滑になると、セラミックス膜10の密着性が低下する可能性がある。   FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the surface of the exhaust pipe 2. As shown in the figure, the surface of the metal tube 5 has a larger surface roughness than the thickness of the ceramic film 10. Specifically, the average roughness Ra of the surface of the metal tube 5 is preferably 0.4 μm or more. When the average roughness is smaller than 0.4 μm, when visible light is reflected on the surface of the metal tube 5, diffracted light is strengthened when the optical path difference between wavefronts reflected from adjacent grooves is an integral multiple of the wavelength. As a result, the appearance of the exhaust pipe 2 may be impaired. In addition, when the average roughness is reduced and the surface of the metal tube 5 is smooth, the adhesion of the ceramic film 10 may be reduced.

これらの理由に関する限り、金属管5の表面の平均粗さRaの値に上限はない。しかし、金属管5の表面の平均粗さRaが3.2μm以上になると、光の反射率が低下し、商品性や美観を損なうので好ましくない。   As far as these reasons are concerned, there is no upper limit to the value of the average roughness Ra of the surface of the metal tube 5. However, when the average roughness Ra of the surface of the metal tube 5 is 3.2 μm or more, the light reflectance is lowered, and the merchantability and aesthetics are impaired.

セラミックス膜10の厚さは、5nmから300nmの範囲にあることが好ましい。5nmより薄い場合、金属管5を均一に覆うセラミックス膜10を形成することが難しくなる。また、十分なガスバリア性を確保することができないため、金属管5の表面の酸化や変色を完全に防ぐことが難しくなる。一方、300nmよりも厚くなると、セラミックス膜10を形成するために要する時間が長くなり、生産性が低下するため、好ましくない。また、300nmよりも厚い場合や、セラミックス膜10が完全に均一な厚さを有しない場合、干渉色が見られやすく、外観の装飾性が低下する。セラミックス膜10の生産性の観点からは、セラミックス膜10の厚さは、50nm以下であることが好ましく、40nm以下であることがより好ましい。   The thickness of the ceramic film 10 is preferably in the range of 5 nm to 300 nm. When the thickness is less than 5 nm, it is difficult to form the ceramic film 10 that uniformly covers the metal tube 5. Moreover, since sufficient gas barrier property cannot be ensured, it becomes difficult to completely prevent oxidation and discoloration of the surface of the metal tube 5. On the other hand, if it is thicker than 300 nm, it takes a long time to form the ceramic film 10 and the productivity is lowered, which is not preferable. Moreover, when it is thicker than 300 nm or when the ceramic film 10 does not have a completely uniform thickness, interference colors are likely to be seen, and the decorativeness of the appearance is deteriorated. From the viewpoint of productivity of the ceramic film 10, the thickness of the ceramic film 10 is preferably 50 nm or less, and more preferably 40 nm or less.

この範囲において、形成するセラミックス膜の屈折率を考慮し、厚さを適切に選択することにより、セラミックス膜10の色や透過性を任意に選択することができる。たとえば、セラミックス膜10の屈折率が1.7から2.0である場合、厚さが5nmから30nmの範囲において、セラミックス膜10は無色透明となる。また、厚さが30nmから120nmの範囲において、セラミックス膜10は有色透明となり、厚さが120nmから300nmの範囲において、有色で不透明となる。したがって、セラミックス膜10の厚さを5nmから30nmにすることによって、金属管5表面の色調を生かし、排気ガスによる酸化が生じない排気管を得ることができる。セラミックス膜10の厚さを30nmから120nmにすることによって、金属管5表面の色調にセラミックス膜10の色調を重ね合わせ、従来の排気管では得られない色彩を持つ排気管が得られる。この範囲では、厚さが増加するにつれて、セラミックス膜10自体の色は、金−赤−青−金の順で変化する。さらに、セラミックス膜10の厚さを120nmから300nmにすることによって、セラミックス膜10によって生じた色彩を持ち、耐磨耗性・耐衝撃性にすぐれた排気管を得ることができる。   In this range, the color and transparency of the ceramic film 10 can be arbitrarily selected by appropriately selecting the thickness in consideration of the refractive index of the ceramic film to be formed. For example, when the refractive index of the ceramic film 10 is 1.7 to 2.0, the ceramic film 10 is colorless and transparent in the thickness range of 5 nm to 30 nm. The ceramic film 10 is colored and transparent in the thickness range of 30 to 120 nm, and is colored and opaque in the thickness range of 120 to 300 nm. Therefore, by making the thickness of the ceramic film 10 from 5 nm to 30 nm, it is possible to obtain an exhaust pipe that takes advantage of the color tone of the surface of the metal pipe 5 and that is not oxidized by exhaust gas. By setting the thickness of the ceramic film 10 to 30 nm to 120 nm, the color tone of the ceramic film 10 is superimposed on the color tone of the surface of the metal tube 5, and an exhaust pipe having a color that cannot be obtained with a conventional exhaust pipe is obtained. In this range, as the thickness increases, the color of the ceramic film 10 itself changes in the order of gold-red-blue-gold. Furthermore, by setting the thickness of the ceramic film 10 to 120 nm to 300 nm, it is possible to obtain an exhaust pipe having the color generated by the ceramic film 10 and excellent in wear resistance and impact resistance.

なお、セラミックス膜10の厚さが5nmから30nmの範囲であれば、材料および屈折率の大きさにかかわらず、干渉色が発生しない無色透明なセラミックス膜10が得られる。つまり、可視光による回折光が生じる表面の粗さの範囲よりも大きな表面粗さを有する金属管の表面に可視光による干渉縞が生じる厚さの範囲よりも小さな厚さを有するセラミックス膜を形成することにより、高温の排気ガスが通過しても、表面の酸化、あるいは変色が生じることがなく、また、密着性に優れ、干渉縞の発生のない均一な金属光沢を有する排気管を得ることができる。   If the thickness of the ceramic film 10 is in the range of 5 nm to 30 nm, a colorless and transparent ceramic film 10 that does not generate interference color can be obtained regardless of the material and the refractive index. In other words, a ceramic film having a thickness smaller than the range in which the interference fringes are generated on the surface of the metal tube having a surface roughness larger than the range of the surface roughness in which the diffracted light by visible light is generated is formed. By doing so, even if high-temperature exhaust gas passes, surface oxidation or discoloration does not occur, and an exhaust pipe having a uniform metallic luster with excellent adhesion and no interference fringes is obtained. Can do.

次に排気管2の製造方法を説明する。以下の説明では、スパッタ法によりセラミックス膜10を形成する例を説明する。   Next, a method for manufacturing the exhaust pipe 2 will be described. In the following description, an example in which the ceramic film 10 is formed by sputtering will be described.

まず、金属管5を用意する。上述したようにSTKM材を用いて金属管5を形成する場合には、表面の金属光沢や装飾性を高めるために、クロムめっきを施しておく。次に、図4(a)および(b)に示すように、金属管5をスパッタ蒸着装置20のチャンバ21に導入する。スパッタ蒸着装置20は、多くの金属管5に対して同時に膜を形成することができるよう、例えば金属管5を上下に2つ懸架して保持することのできるホルダ24を複数備えている。各ホルダ24は、回転軸23を中心に自転しながらチャンバ21内で公転する。スパッタ蒸着装置20は、ホルダ24が回転する軌道の外側に複数のターゲット22を備えている。セラミックス膜10として窒化シリコン膜を形成する場合には、シリコンのターゲット22を用いる。窒化シリコンのターゲットを用いてもよい。チャンバ21の内径φ1はたとえば1200mmであり、膜の形成が可能な有効な領域は、たとえば、直径φ2が1080mmであり、高さ1800mmの円柱形状である。このような構造のスパッタ蒸着装置20を用いることにより、立体的な形状を有する金属管5の外側全体に均一な厚さのセラミックス膜10を形成することができる。また一回のバッチで多くの金属管5を処理できる。   First, a metal tube 5 is prepared. As described above, when the metal tube 5 is formed using the STKM material, chrome plating is applied in order to improve the metallic luster and decorativeness of the surface. Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the metal tube 5 is introduced into the chamber 21 of the sputter deposition apparatus 20. The sputter deposition apparatus 20 includes a plurality of holders 24 that can hold, for example, two metal tubes 5 suspended vertically so that a film can be formed on many metal tubes 5 simultaneously. Each holder 24 revolves in the chamber 21 while rotating around the rotation shaft 23. The sputter deposition apparatus 20 includes a plurality of targets 22 outside the track on which the holder 24 rotates. When a silicon nitride film is formed as the ceramic film 10, a silicon target 22 is used. A silicon nitride target may be used. The inner diameter φ1 of the chamber 21 is, for example, 1200 mm, and an effective region where a film can be formed is, for example, a cylindrical shape having a diameter φ2 of 1080 mm and a height of 1800 mm. By using the sputter deposition apparatus 20 having such a structure, the ceramic film 10 having a uniform thickness can be formed on the entire outside of the metal tube 5 having a three-dimensional shape. Moreover, many metal tubes 5 can be processed in one batch.

金属管5をホルダ24に配置し、チャンバ21内を図示しないポンプを用いて排気する。チャンバ21内の真空度が所定値に達したら、アルゴンをチャンバ21内に導入し、放電を開始する。ホルダ24を自転および公転させながら、放電により生成したプラズマ粒子が金属管5に衝突するようにバイアス電圧を印加し、逆スパッタにより金属管5の表面をエッチングする。逆スパッタは、金属管5の表面に形成されている自然酸化膜を完全に除去するまで行うことが好ましい。自然酸化膜の厚さは一般には2nmから3nmの範囲である。自然酸化膜を除去することによって金属管5とセラミックス膜10との密着性を高めることができる。   The metal tube 5 is placed in the holder 24, and the inside of the chamber 21 is evacuated using a pump (not shown). When the degree of vacuum in the chamber 21 reaches a predetermined value, argon is introduced into the chamber 21 and discharge is started. While rotating and revolving the holder 24, a bias voltage is applied so that plasma particles generated by discharge collide with the metal tube 5, and the surface of the metal tube 5 is etched by reverse sputtering. The reverse sputtering is preferably performed until the natural oxide film formed on the surface of the metal tube 5 is completely removed. The thickness of the natural oxide film is generally in the range of 2 nm to 3 nm. By removing the natural oxide film, the adhesion between the metal tube 5 and the ceramic film 10 can be enhanced.

自然酸化膜を除去した後、チャンバ21内にアルゴンおよび窒素ガスを導入し、放電を開始する。プラズマ粒子がターゲットに衝突するようにバイアス電圧を印加し、セラミックス膜10の堆積を開始する。本実施形態の場合、ターゲットから飛び出したシリコン粒子は窒素プラズマと反応し、窒化シリコン膜として、金属管5の表面に堆積する。堆積時間は、ターゲットの数や反応時の圧力、バイアス電圧などの条件を考慮した上で、生成するセラミックス膜の目標とする膜厚に応じて決定される。所定の時間、スパッタを行い、金属管5の外側に所定の厚さを有するセラミックス膜10を形成することによって、排気管2が得られる。   After removing the natural oxide film, argon and nitrogen gas are introduced into the chamber 21 to start discharge. A bias voltage is applied so that the plasma particles collide with the target, and deposition of the ceramic film 10 is started. In the case of this embodiment, the silicon particles jumping out of the target react with nitrogen plasma and are deposited on the surface of the metal tube 5 as a silicon nitride film. The deposition time is determined according to the target film thickness of the ceramic film to be generated, taking into account conditions such as the number of targets, the pressure during reaction, and the bias voltage. By performing sputtering for a predetermined time and forming the ceramic film 10 having a predetermined thickness outside the metal tube 5, the exhaust pipe 2 is obtained.

本発明の排気管によれば、セラミックス膜には金属管の表面に主として含まれる金属が0.5原子%以下しか含まれておらず、金属管の表面の主成分である金属が実質的に含まれていないと言ってよい。このため、この金属が高温において酸化することによって排気管の変色が生じたり、表面の劣化が生じたりすることがない。このため、排気管が高温の排気ガスにより変色することがなく、優れた外観を維持することができる。   According to the exhaust pipe of the present invention, the ceramic film contains only 0.5 atomic% or less of the metal mainly contained on the surface of the metal tube, and the metal that is the main component of the surface of the metal tube is substantially contained. It can be said that it is not included. For this reason, when this metal is oxidized at a high temperature, the exhaust pipe is not discolored or the surface is not deteriorated. For this reason, the exhaust pipe is not discolored by high-temperature exhaust gas, and an excellent appearance can be maintained.

また、特に、蒸着法により形成されたセラミックス膜は緻密であるため、バリア性が高く、外部の酸素が金属管に達したり、金属管に含まれた鉄が酸化して表面で析出したりするのを防止することができる。このため、排気管が高温の排気ガスにより変色することがなく、優れた外観を維持することができる。   In particular, since the ceramic film formed by the vapor deposition method is dense, it has a high barrier property, and external oxygen reaches the metal tube, or iron contained in the metal tube is oxidized and deposited on the surface. Can be prevented. For this reason, the exhaust pipe is not discolored by high-temperature exhaust gas, and an excellent appearance can be maintained.

なお、上述したように蒸着法により直接セラミックス膜を形成する手法は、スパッタ法やイオンプレーティング法により一旦金属膜を形成した後に熱処理によって金属酸化物膜を形成する手法よりも、緻密な膜を形成できるという点で優れている。一旦金属膜を形成した後で酸化を行う手法では、酸化によって膜の緻密さが低下するし、その後の使用中においても酸化がどんどん進行してしまう。これに対し、蒸着法により直接セラミックス膜を形成する手法では、既に酸化や窒化された膜が形成されるので、膜はそれ以上反応しない。そのため、成膜後の膜の劣化は発生せず、緻密な状態が維持される。   As described above, the method of directly forming the ceramic film by the vapor deposition method is more dense than the method of forming the metal oxide film by heat treatment after forming the metal film once by the sputtering method or the ion plating method. It is excellent in that it can be formed. In the technique of performing oxidation after forming a metal film once, the density of the film decreases due to oxidation, and oxidation proceeds more and more during subsequent use. On the other hand, in the method of directly forming the ceramic film by the vapor deposition method, a film that has already been oxidized or nitrided is formed. Therefore, the film does not deteriorate after film formation, and a dense state is maintained.

また、セラミックス膜の厚さを変えることによって、セラミックス膜の透明度や色調を任意に選択することができる。このため、従来の方法では得られなかった色調を有し、排気ガスの熱によって変化せず、その色調を長期にわたって維持することができる排気管を得ることができる。   Further, by changing the thickness of the ceramic film, the transparency and color tone of the ceramic film can be arbitrarily selected. For this reason, it is possible to obtain an exhaust pipe having a color tone that could not be obtained by the conventional method and that can maintain the color tone for a long time without being changed by the heat of the exhaust gas.

本発明の内燃機関用排気管は、内燃機関を備えた自動二輪車、全天候型四輪車両などの車両や、内燃機関を備えた船舶、飛行機などの輸送機器に幅広く用いることができる。   The exhaust pipe for an internal combustion engine of the present invention can be widely used in vehicles such as motorcycles and all-weather four-wheel vehicles equipped with an internal combustion engine, and transportation equipment such as ships and airplanes equipped with an internal combustion engine.

なお、上記の説明において例示したものに代えて、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)からなる膜を金属管5の外側を覆うように形成し、それによって排気管表面の酸化を防止してもよい。DLC膜はアモルファス状態の炭素からなり、熱伝導性およびガスバリア性に優れるので、例示した膜と同様に用いることができる。DLC膜を用いる場合には、CVD法(化学気相成長法)によりDLC膜を形成することが好ましい。   Note that, instead of the one exemplified in the above description, a film made of diamond-like carbon (DLC) may be formed so as to cover the outside of the metal tube 5, thereby preventing oxidation of the exhaust pipe surface. . Since the DLC film is made of amorphous carbon and is excellent in thermal conductivity and gas barrier properties, it can be used in the same manner as the exemplified film. When using a DLC film, it is preferable to form the DLC film by a CVD method (chemical vapor deposition method).

(分析および実験例)
まず、本発明の排気管および特許文献1の排気管における元素の深さ方向の分布を調べた。本発明の排気管として、STKM材からなる金属管の表面にニッケルめっきおよびクロムめっきが施されたものを用意し、セラミックス膜として、スパッタ法による酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜を形成するために、ニッケルめっきおよびクロムめっきが施された金属管を、マグネトロンスパッタ装置のチャンバに配置し、3×10-4Paの真空度に到達するまで排気を行った。その後、25sccmの流量でチャンバ内にアルゴンを導入し、0.4Paの圧力を保ちながら、500V、4A(2KW)のパワーを投入して1.5分間逆スパッタを行い、金属管表面の自然酸化膜を除去した。その後、シリコンをターゲットとし、チャンバにシリコンおよび酸素を導入し、0.2Paの圧力を保ちながら、700V、4A(4.9KW)のパワーを投入して1分間スパッタを行い、金属管表面に厚さ25nmのシリコン酸化膜を形成した。また、同様にスパッタ法を用い、成膜条件を変化させて金属管表面に厚さ250nmのシリコン酸化膜を形成した。
(Analysis and experimental examples)
First, the distribution in the depth direction of elements in the exhaust pipe of the present invention and the exhaust pipe of Patent Document 1 was examined. As the exhaust pipe of the present invention, a metal pipe made of STKM material with nickel plating and chromium plating was prepared, and a silicon oxide film was formed as a ceramic film by sputtering. In order to form a silicon oxide film, a nickel-plated and chromium-plated metal tube was placed in a magnetron sputtering apparatus chamber and evacuated until a vacuum degree of 3 × 10 −4 Pa was reached. After that, argon was introduced into the chamber at a flow rate of 25 sccm, and while maintaining a pressure of 0.4 Pa, 500 V, 4 A (2 KW) power was applied and reverse sputtering was performed for 1.5 minutes to naturally oxidize the metal tube surface. The membrane was removed. Then, using silicon as a target, silicon and oxygen are introduced into the chamber, and while maintaining a pressure of 0.2 Pa, 700 V, 4 A (4.9 kW) power is applied, and sputtering is performed for 1 minute. A silicon oxide film having a thickness of 25 nm was formed. Similarly, using a sputtering method, a silicon oxide film having a thickness of 250 nm was formed on the surface of the metal tube by changing the film forming conditions.

また、従来例として、上述と同様の金属管を用意し、ゾルゲル法によってセラミックス膜を形成した。得られた本発明の排気管および従来の排気管の深さ方向の元素分布をGDS法(グロー放電発光分光分析法)を用いて測定した。   As a conventional example, a metal tube similar to that described above was prepared, and a ceramic film was formed by a sol-gel method. The element distribution in the depth direction of the obtained exhaust pipe of the present invention and the conventional exhaust pipe was measured using a GDS method (glow discharge emission spectroscopy).

図5(a)および図6(a)は、本発明の排気管の深さ方向の元素分布を示している。図5(b)および図6(b)は、それぞれ図5(a)および図6(a)の表面近傍を拡大して示す図である。これらの図から明らかなように、本発明の排気管では、セラミックス膜である酸化シリコン膜中に金属管の表面の主成分金属であるクロムはほとんど含まれていない。具体的には、クロムの元素濃度は、0.5%以下(例えば図6(b)では0.1%)であり、酸化シリコン膜とクロムめっきとの境界においてクロムの濃度が急激に増加している。また、シリコンおよび酸素の濃度を示すプロファイルは、酸化シリコン膜とクロムめっきとの境界近傍において、ほぼ同じ勾配で減少している。このことは、クロムは酸化シリコン膜へは拡散しておらず、酸化シリコン膜とクロムめっきとの境界では酸素はシリコンと結合しており、クロムの酸化膜、つまり、クロムの自然酸化膜はほとんど存在していないことを示している。   FIG. 5A and FIG. 6A show the element distribution in the depth direction of the exhaust pipe of the present invention. 5 (b) and 6 (b) are enlarged views showing the vicinity of the surface of FIGS. 5 (a) and 6 (a), respectively. As is apparent from these drawings, in the exhaust pipe of the present invention, the silicon oxide film, which is a ceramic film, contains almost no chromium, which is the main component metal on the surface of the metal pipe. Specifically, the elemental concentration of chromium is 0.5% or less (for example, 0.1% in FIG. 6B), and the chromium concentration rapidly increases at the boundary between the silicon oxide film and the chromium plating. ing. Further, the profiles indicating the concentrations of silicon and oxygen decrease with substantially the same gradient in the vicinity of the boundary between the silicon oxide film and the chromium plating. This is because chromium is not diffused into the silicon oxide film, and oxygen is bonded to silicon at the boundary between the silicon oxide film and the chromium plating, and the chromium oxide film, that is, the natural oxide film of chromium is almost all. Indicates that it does not exist.

図7(a)は、従来の排気管の深さ方向の元素分布を示している。図7(b)は、図7(a)の表面近傍を拡大して示す図である。これらの図から明らかなように、従来の排気管では、ゾルゲル法で形成した酸化シリコン膜中に金属管の表面の主成分金属であるクロムが約4原子%の割合で含まれている。酸化シリコン膜とクロムめっきとの境界ではクロムの濃度がややなだらかに増加している。また、酸素の濃度を示すプロファイルは、シリコンに比べてより内部まで多い割合で存在している。これは、クロムが、ゾルゲル法により形成された酸化シリコン膜へ拡散していること、および、酸化シリコン膜とクロムめっきとの境界において、クロムと結合した酸素、つまりクロムの酸化物が存在していることを示していると考えられる。   FIG. 7A shows the element distribution in the depth direction of the conventional exhaust pipe. FIG. 7B is an enlarged view showing the vicinity of the surface of FIG. As is apparent from these figures, in the conventional exhaust pipe, the silicon oxide film formed by the sol-gel method contains chromium, which is the main component metal on the surface of the metal pipe, at a ratio of about 4 atomic%. At the boundary between the silicon oxide film and the chromium plating, the chromium concentration slightly increases. Further, the profile indicating the concentration of oxygen is present at a higher ratio to the inside than silicon. This is because chromium diffuses into the silicon oxide film formed by the sol-gel method, and there is oxygen bonded to chromium at the boundary between the silicon oxide film and chromium plating, that is, chromium oxide. This is considered to indicate that

従来の排気管における酸化シリコン膜とクロムめっきとの境界の様子を調べるため、従来の排気管における元素濃度の深さ方向のプロファイルをXPS法(X線光電子分光分析法)により、さらに測定を行った。まず、クロムめっきの自然酸化膜がどの程度の厚さを有しているかを調べるためにクロムめっきを行った試料を作製し、その深さ方向の元素濃度をXPS法を用いて調べた。図8に示すように、クロムの自然酸化膜はおよそ、スパッタ時間に換算して5分程度の厚さである。   In order to investigate the state of the boundary between the silicon oxide film and chromium plating in the conventional exhaust pipe, the depth profile of the element concentration in the conventional exhaust pipe is further measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). It was. First, a chrome-plated sample was prepared in order to examine the thickness of the chrome-plated natural oxide film, and the element concentration in the depth direction was examined using the XPS method. As shown in FIG. 8, the natural oxide film of chromium has a thickness of about 5 minutes in terms of sputtering time.

図9(a)はXPS法による従来の排気管の深さ方向の元素分布を示している。図から明らかなように、酸素(O1s)の濃度は、シリコン膜中では一定であるが、クロムめっきとの界面において、破線C1およびC2で囲むように、酸素濃度は2段階で減少している。このうち、クロムめっきとの界面に近い側の酸素濃度の変化(C2)は、その変化がスパッタ時間に換算して5分程度であることがら、クロムの自然酸化膜に含まれる酸素を示していると考えられる。   FIG. 9A shows the element distribution in the depth direction of a conventional exhaust pipe by the XPS method. As is clear from the figure, the concentration of oxygen (O1s) is constant in the silicon film, but at the interface with the chromium plating, the oxygen concentration decreases in two steps so as to be surrounded by broken lines C1 and C2. . Among these, the change (C2) in the oxygen concentration on the side close to the interface with the chromium plating indicates oxygen contained in the natural oxide film of chromium because the change is about 5 minutes in terms of sputtering time. It is thought that there is.

一方、C1で示す酸素濃度の変化が生じている領域におけるクロムの状態を調べるために、スパッタ時間T1およびT2におけるクロムの2p価電子の結合エネルギを測定した。測定結果を図9(b)に示す。スパッタ時間T2においては、クロム以外の元素は実質的に検出されておらず、スパッタ時間T2で示される深さではクロムのみが存在していると考えられる。したがって、図9(b)におけるT2のプロファイルは、クロム同士の(金属結合)結合エネルギを示している。これに対して、T1のプロファイルは、高エネルギ側にシフトしており、クロムが酸化された状態にあることを示している。このクロムの酸化物はゾルゲル法により酸化シリコン膜を形成する際に生成したものと考えられる。   On the other hand, in order to investigate the state of chromium in the region where the change in oxygen concentration indicated by C1 occurs, the binding energy of chromium 2p valence electrons at the sputtering times T1 and T2 was measured. The measurement results are shown in FIG. In the sputtering time T2, elements other than chromium are substantially not detected, and it is considered that only chromium exists at the depth indicated by the sputtering time T2. Therefore, the profile of T2 in FIG.9 (b) has shown the (metal bond) bond energy of chromium. On the other hand, the profile of T1 is shifted to the high energy side, indicating that chromium is in an oxidized state. This chromium oxide is considered to be generated when the silicon oxide film is formed by the sol-gel method.

このように、本発明の排気管では、従来の排気管に比べて、セラミックス膜中に金属管の表面に主として含まれる金属が実質的に含まれておらず、また、セラミックス膜と金属管との界面において金属管の表面を実質的に構成する金属の酸化物が介在していないことが分かった。   Thus, in the exhaust pipe of the present invention, compared to the conventional exhaust pipe, the ceramic film contains substantially no metal mainly contained on the surface of the metal pipe, and the ceramic film and the metal pipe It was found that the metal oxide that substantially constitutes the surface of the metal tube was not present at the interface.

なお、ここでは従来例としてゾルゲル法により形成したシリコン酸化膜を挙げたが、従来排気管のコーティングに用いられてきた他の手法、例えば、金属化合物を含む溶液を塗布法や浸漬法を用いて排気管表面に付与した後に焼成する手法によって形成された金属酸化物膜も、ゾルゲル法により形成したシリコン酸化膜と同様に緻密さに欠ける。例えば、金属化合物の溶液が有機系化合物を含む場合には、金属と結合していた有機系化合物の気化および分解が焼成中に生じて微細な空隙が生成され、そのことによって膜がポーラスな膜になってしまう。また、上述した手法は、一旦形成した膜中に含まれる金属を焼成によって後で酸化させる手法であるため、酸化によって膜の緻密さが低下するし、その後の使用中にも酸化がどんどん進行してしまう。   Here, as a conventional example, a silicon oxide film formed by a sol-gel method has been described. However, other methods conventionally used for coating exhaust pipes, for example, a solution containing a metal compound using a coating method or a dipping method are used. The metal oxide film formed by the method of firing after being applied to the surface of the exhaust pipe also lacks the denseness like the silicon oxide film formed by the sol-gel method. For example, when the solution of the metal compound contains an organic compound, vaporization and decomposition of the organic compound bonded to the metal occurs during firing, and fine voids are generated, whereby the film is porous. Become. In addition, since the technique described above is a technique in which the metal contained in the film once formed is oxidized later by firing, the density of the film decreases due to the oxidation, and the oxidation proceeds more and more during subsequent use. End up.

次に、本発明の排気管を種々の条件で作製し、高温加熱試験を行った。金属管としては、SUS304、チタン、STKM材にクロムめっきしたものからなる物を用いた。セラミックス膜として、窒化シリコン、酸化シリコンおよび窒化酸化シリコンの単層膜ならびに窒化シリコンと酸化シリコンとの二層膜を形成した。作製した排気管を500℃で24時間大気中に放置し、排気管表面の酸化状態および変色状態を調べた。結果を表1に示す。   Next, the exhaust pipe of the present invention was produced under various conditions and subjected to a high temperature heating test. As the metal tube, a material made of SUS304, titanium, STKM material plated with chromium was used. As the ceramic film, a single layer film of silicon nitride, silicon oxide and silicon nitride oxide, and a double layer film of silicon nitride and silicon oxide were formed. The produced exhaust pipe was left in the atmosphere at 500 ° C. for 24 hours, and the oxidation state and discoloration state of the exhaust pipe surface were examined. The results are shown in Table 1.

Figure 2006052727
Figure 2006052727

表1に示すように、セラミックス膜が形成される素地が、クロムめっき、ステンレスおよびチタンのいずれであっても、高温での表面の酸化や変色がなく、優れた外観を維持できることが分かった。また、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化酸化シリコン膜のいずれであっても酸化防止、変色防止の機能を果たすことが分かる。さらに、これらの膜は厚さが10nmから120nmの範囲においていずれも効果を発揮することが分かった。   As shown in Table 1, it was found that even if the substrate on which the ceramic film is formed is any one of chrome plating, stainless steel, and titanium, there is no oxidation or discoloration of the surface at a high temperature and an excellent appearance can be maintained. It can also be seen that any of the silicon nitride film, silicon oxide film, and silicon nitride oxide film functions to prevent oxidation and discoloration. Further, it has been found that these films are effective in the thickness range of 10 nm to 120 nm.

次に、表1に示す試料のいくつかについて耐食性の評価試験を行った。試験は、JIS−Z2371に基づいて行い、腐食の程度をRN(Rating Number)で評価した。RNは、腐食面積と有効面積との割合によって腐食の程度を示す評点であり、10〜0に区分される。数字が大きいほど、腐食面積率が小さく、腐食が少ないことを示す。結果を表2に示す。   Next, a corrosion resistance evaluation test was performed on some of the samples shown in Table 1. The test was performed based on JIS-Z2371, and the degree of corrosion was evaluated by RN (Rating Number). RN is a score indicating the degree of corrosion according to the ratio of the corrosion area and the effective area, and is classified into 10 to 0. The larger the number, the smaller the corrosion area ratio and the less the corrosion. The results are shown in Table 2.

Figure 2006052727
Figure 2006052727

表2に示すように、本発明によれば、加熱を行った試料および加熱を行わなかった試料のいずれも、優れた耐腐食性を示している。つまり、セラミックス膜によって表面が完全に保護されているため、腐食が生じない。これに対し、比較例である金属管の表面にセラミックス膜を形成しないものは、加熱を行わなければ、表面に形成したクロムにより、ある程度腐食を防止できる。しかし、加熱を行うことによって、下地であるSTKM材から鉄が析出し、酸化する。このため、耐腐食性が低下し、表面の広い面積にわたって腐食が生じるものと考えられる。   As shown in Table 2, according to the present invention, both the heated sample and the non-heated sample exhibit excellent corrosion resistance. That is, since the surface is completely protected by the ceramic film, corrosion does not occur. On the other hand, if a ceramic tube is not formed on the surface of the metal tube as a comparative example, corrosion can be prevented to some extent by chromium formed on the surface unless heating is performed. However, by heating, iron precipitates from the base STKM material and oxidizes. For this reason, it is thought that corrosion resistance falls and corrosion arises over a large area of the surface.

図10は、上述の方法によって形成した排気管の膜厚の分布の一例を示す模式図である。図10において、矢印で示す部分の厚さが目標値に対してどれくらいであったかを百分率で示している。図から明らかなように、複雑な形状に曲げられた3次元形状を有する排気管であっても±30%程度のばらつきでセラミックス膜10を形成することができる。このことから、物理的蒸着法により、均一なセラミックス膜を形成することができることが分かる。   FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the distribution of the thickness of the exhaust pipe formed by the above-described method. In FIG. 10, the percentage of the thickness indicated by the arrow relative to the target value is shown as a percentage. As is apparent from the figure, the ceramic film 10 can be formed with a variation of about ± 30% even in an exhaust pipe having a three-dimensional shape bent into a complicated shape. This shows that a uniform ceramic film can be formed by physical vapor deposition.

このように、本発明の排気管によれば、セラミックス膜が上述した膜厚の範囲にある場合に、高温での表面酸化や表面の変色を防止し、耐防食性にも優れていることが分かった。   As described above, according to the exhaust pipe of the present invention, when the ceramic film is in the above-described film thickness range, it prevents surface oxidation and discoloration of the surface at high temperature and has excellent corrosion resistance. I understood.

本発明は、内燃機関を備えた自動二輪車や全天候型四輪車両などの車両、内燃機関を備えた船舶、飛行機などの輸送機器に幅広く用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used in vehicles such as motorcycles equipped with an internal combustion engine and all-weather four-wheeled vehicles, ships such as ships equipped with an internal combustion engine, and airplanes.

本発明の内燃機関用排気管が用いられる自動二輪車の側面図である。1 is a side view of a motorcycle in which an exhaust pipe for an internal combustion engine of the present invention is used. 本発明の内燃機関用排気管の断面図である。It is sectional drawing of the exhaust pipe for internal combustion engines of this invention. 本発明の内燃機関用排気管の表面近傍の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the surface vicinity of the exhaust pipe for internal combustion engines of this invention. (a)および(b)は、本発明の内燃機関用排気管の製造に用いるスパッタ蒸着装置の構造を模式的に示す側断面図および上断面図である。(A) And (b) is the side sectional view and upper sectional view which show typically the structure of the sputter deposition apparatus used for manufacture of the exhaust pipe for internal-combustion engines of the present invention. (a)および(b)は、それぞれGDS分析による本発明の内燃機関用排気管の深さ方向における元素分布を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the element distribution in the depth direction of the exhaust pipe for internal combustion engines of this invention by GDS analysis, respectively. (a)および(b)は、それぞれGDS分析による本発明の内燃機関用排気管の深さ方向における元素分布を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the element distribution in the depth direction of the exhaust pipe for internal combustion engines of this invention by GDS analysis, respectively. (a)および(b)は、それぞれGDS分析による従来の内燃機関用排気管の深さ方向における元素分布を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the element distribution in the depth direction of the conventional exhaust pipe for internal combustion engines by GDS analysis, respectively. クロムめっき膜のXPS分析による深さ方向における元素分布を示す図である。It is a figure which shows element distribution in the depth direction by XPS analysis of a chromium plating film. (a)および(b)は、それぞれXPS分析による従来の内燃機関用排気管の深さ方向における元素分布および、(a)に示す2点におけるクロムの結合エネルギを示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the element distribution in the depth direction of the conventional exhaust pipe for internal combustion engines by XPS analysis, and the binding energy of chromium in two points shown to (a), respectively. 本発明の内燃機関用排気管のセラミックス膜の分布を説明する図である。It is a figure explaining distribution of the ceramic film of the exhaust pipe for internal-combustion engines of the present invention. 自動二輪車の外観を示す側面図である。1 is a side view showing the appearance of a motorcycle.

符号の説明Explanation of symbols

1、201 内燃機関
2、202 排気管
5 金属管
6 通路
10 セラミックス膜
20 スパッタ蒸着装置
21 チャンバ
22 ターゲット
23 軸
24 ホルダ
100、200自動二輪車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,201 Internal combustion engine 2,202 Exhaust pipe 5 Metal pipe 6 Passage 10 Ceramic film 20 Sputter deposition apparatus 21 Chamber 22 Target 23 Shaft 24 Holder 100, 200 Motorcycle

Claims (21)

内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管と、
前記金属管の外側を覆っており、前記金属管の表面に主として含まれる金属元素の含有率が0.5原子%以下であるセラミックス膜と、
を備えた内燃機関用排気管。
A metal tube surrounding a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes;
A ceramic film covering the outside of the metal tube and having a metal element content of 0.5 atomic% or less mainly contained on the surface of the metal tube;
An exhaust pipe for an internal combustion engine comprising:
前記セラミックス膜は、前記金属管の表面に直接形成されている請求項1に記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ceramic film is directly formed on a surface of the metal pipe. 前記セラミックス膜は5nmから300nmの範囲内の厚さを有する請求項1または2に記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the ceramic film has a thickness in a range of 5 nm to 300 nm. 前記セラミックス膜は5nmから30nmの範囲内の厚さを有する請求項1または2に記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the ceramic film has a thickness in a range of 5 nm to 30 nm. 前記金属管は0.4μmから3.2μmの範囲内の表面粗さRaを有する請求項3または4に記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 3 or 4, wherein the metal pipe has a surface roughness Ra within a range of 0.4 µm to 3.2 µm. 前記セラミックス膜は、Si、Ti、Al、Zr、Mo、Nb、W、Vの酸化物、窒化物、窒化酸化物およびホウ化物ならびにB4Cからなる群から選ばれる1つ以上を含む請求項1から5のいずれかに記載の内燃機関用排気管。 The ceramic film includes one or more selected from the group consisting of oxides, nitrides, nitride oxides and borides of Si, Ti, Al, Zr, Mo, Nb, W, and V, and B 4 C. The exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of 1 to 5. 前記金属管は、チタン、チタン合金またはステンレス鋼からなる請求項1から6のいずれかに記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal pipe is made of titanium, a titanium alloy, or stainless steel. 前記金属管は、表面にクロムめっき層を有している請求項1から6のいずれかに記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal pipe has a chromium plating layer on a surface thereof. 前記金属管と前記セラミックス膜との間に前記金属管の表面に主として含まれる金属の酸化膜を実質的に含んでいない請求項1から8のいずれかに記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, which does not substantially include a metal oxide film mainly contained on a surface of the metal pipe between the metal pipe and the ceramic film. 前記セラミックス膜は蒸着法により形成された蒸着膜である請求項1から9のいずれかに記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the ceramic film is a vapor deposition film formed by a vapor deposition method. 前記セラミックス膜はスパッタ法またはイオンプレーティング法により形成された蒸着膜である請求項10に記載の内燃機関用排気管。   The exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the ceramic film is a deposited film formed by a sputtering method or an ion plating method. 前記金属管は、可視光による回折光が生じる表面の粗さの範囲よりも大きな表面粗さを有し、前記セラミックス膜は、可視光による干渉縞が生じる厚さの範囲よりも小さな厚さを有する請求項1から4のいずれかに記載の内燃機関用排気管。   The metal tube has a surface roughness larger than a surface roughness range in which diffracted light by visible light is generated, and the ceramic film has a thickness smaller than a thickness range in which interference fringes by visible light are generated. An exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4. 内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管と、
前記金属管の外側を覆っており、前記金属管の表面に主として含まれる金属元素の含有率が0.5原子%以下であるダイヤモンド・ライク・カーボン膜と、
を備える内燃機関用排気管。
A metal tube surrounding a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes;
A diamond-like carbon film that covers the outside of the metal tube and has a metal element content of 0.5 atomic% or less mainly contained on the surface of the metal tube;
An exhaust pipe for an internal combustion engine.
請求項1から13のいずれかに規定される内燃機関用排気管を備えた内燃機関。   An internal combustion engine comprising an exhaust pipe for an internal combustion engine as defined in any one of claims 1 to 13. 請求項14に規定される内燃機関を備えた輸送機器。   A transportation device comprising an internal combustion engine as defined in claim 14. 内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管を蒸着装置内に配置する工程と、
前記金属管に5nmから300nmの厚さを有するセラミックス膜を堆積する工程と、
を包含する内燃機関用排気管の製造方法。
Arranging a metal tube surrounding a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes in the vapor deposition apparatus;
Depositing a ceramic film having a thickness of 5 nm to 300 nm on the metal tube;
Of manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine.
前記配置工程と前記堆積工程との間に、前記金属管の表面をエッチングする工程と、
をさらに包含する請求項16に記載の内燃機関用排気管の製造方法。
Etching the surface of the metal tube between the placing step and the depositing step;
The manufacturing method of the exhaust pipe for internal combustion engines of Claim 16 which further contains these.
前記エッチング工程は、プラズマ粒子を前記金属管の表面に衝突させることにより行う請求項17に記載の内燃機関用排気管の製造方法。   The method of manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 17, wherein the etching step is performed by causing plasma particles to collide with a surface of the metal pipe. 前記堆積工程を蒸着法により行う請求項16から18のいずれかに記載の内燃機関用排気管の製造方法。   The method for manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine according to any one of claims 16 to 18, wherein the deposition step is performed by an evaporation method. 前記堆積工程をイオンプレーティング法またはスパッタ法により行う請求項19に記載の内燃機関用排気管の製造方法。   The method for manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine according to claim 19, wherein the deposition step is performed by an ion plating method or a sputtering method. 内燃機関からの排気ガスが通過する通路を囲む金属管を蒸着装置内に配置する工程と、
前記金属管に5nmから300nmの厚さを有するダイヤモンド・ライク・カーボン膜を化学的気相成長法により堆積する工程と、
を包含する内燃機関用排気管の製造方法。
Arranging a metal tube surrounding a passage through which exhaust gas from the internal combustion engine passes in the vapor deposition apparatus;
Depositing a diamond-like carbon film having a thickness of 5 nm to 300 nm on the metal tube by chemical vapor deposition;
Of manufacturing an exhaust pipe for an internal combustion engine.
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