JP2016108660A - コーティング構造、熱交換器、および熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁膜の形成不良を抑制できるコーティング構造を提供する。【解決手段】金属製の基材１と、基材１上に形成される下地２と、下地２上に形成されるとともに、互いに異なる材質からなる複数のアモルファス膜３１および結晶質膜３２を交互に積層することで構成された絶縁膜３とを備え、下地２は、基材１上で起こる表面化学反応を用いたコーティング方法以外の方法により形成されており、下地２のうち、基材１と接触する部位は、アモルファスである。【選択図】図１

Description

本発明は、コーティング構造、熱交換器、および熱交換器の製造方法に関するものである。

従来、半導体基板の表面には、絶縁膜が形成されている（例えば、特許文献１参照）。このような半導体基板上に絶縁膜を形成する手法として、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）が知られている。

特開２０１１−１５５０３３号公報

ところで、車両の内燃機関から排出される排気が流通する排気流通部品（例えば、排気管等）には、耐食性を持たせる必要がある。このため、排気流通部品の基材の表面に、耐食性を有する（絶縁性を有する）絶縁膜を形成し、耐食性の向上を図ることが考えられる。

これに対し、本発明者は、排気流通部品の表面に、原子層堆積法によって絶縁膜を形成することを検討した。しかしながら、排気流通部品は金属製であるため、半導体基板と比較して表面が凸凹しており、また表面に異物が付着している可能性がある。また、排気流通部品への原子層堆積法による膜形成は、クリーンルームではなく通常の工場環境で行われる。このため、本発明者の検討によると、排気流通部品の表面に原子層堆積法によって絶縁膜を形成することには、次のような問題があることがわかった。

すなわち、原子層堆積法では、基材表面に水（水蒸気）を吸着させた後に原料ガスを流すことで、基材表面に吸着した水と原料との表面反応により、基材表面に非常に薄い膜を形成する。このため、基材表面の影響を非常に受けやすく、基材表面に異物が存在すると、その部位においては原子層堆積法における表面反応が阻害されてしまう。これにより、基材表面上に異物が存在する部位には膜が形成されず、絶縁膜の形成不良（欠陥）が生じるという問題がある。なお、異物としては、例えば、水の吸着を阻害する（撥水性を有する）油分、接着剤、カーボン等が挙げられる。

本発明は上記点に鑑みて、絶縁膜の形成不良を抑制できるコーティング構造を提供することを第１の目的とする。また、当該コーティング構造を備えた熱交換器を提供することを第２の目的とする。さらに、当該熱交換器の製造方法を提供することを第３の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、金属製の基材（１）と、基材（１）上に形成される下地（２）と、下地（２）上に形成されるとともに、互いに異なる材質からなる複数の膜（３１、３２）を交互に積層することで構成された絶縁膜（３）とを備え、下地（２）は、基材（１）上で起こる表面化学反応を用いたコーティング方法以外の方法により形成されており、下地（２）のうち、基材（１）と接触する部位は、アモルファスであることを特徴とする。

これによれば、基材（１）上に形成される下地（２）を設けるとともに、下地（２）を、基材（１）上で起こる表面化学反応を用いたコーティング方法以外の方法により形成することで、基材（１）上に異物（４）が付着していた場合でも、下地（２）により異物（４）を覆うことができる。そして、この下地（２）上に絶縁膜（３）を形成することで、異物（４）により絶縁膜（３）の形成不良が生じることを抑制できる。

請求項１０に記載の発明では、金属製の基材（１）と、基材（１）上に形成される下地（２）と、下地（２）上に形成されるとともに、互いに異なる材質からなる複数の膜（３１、３２）を交互に積層することで構成された絶縁膜（３）とを備えている。そして、下地（２）のうち、基材（１）と接触する部位は、シリコン化合物によって構成されていることを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明では、金属製の基材（１）を用意し、基材（１）の上に下地（２）を形成する。続いて、原子層堆積法によって、下地（２）の上に、互いに異なる材質からなる複数の膜（３１、３２）を交互に積層することで絶縁膜（３）を形成する。そして、下地（２）を形成する工程では、下地（２）のうち基材（１）と接触する部位がシリコン化合物となるように下地（２）を形成し、基材（１）の表面に異物（４）が付着している場合は異物（４）の表面全体を被覆可能な厚さになるように下地（２）を形成することを特徴とする。

これによると、シリコン化合物は異物（４）に対する被覆性および密着性が高いので、基材（１）に異物（４）が付着していた場合であっても下地（２）によって基材（１）および異物（４）が完全に覆われる。このため、下地（２）から異物（４）が露出しないので、下地（２）の表面の欠陥を無くすことができる。したがって、下地（２）の上に形成される絶縁膜（３）の形成不良を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における排気管の断面構成を示す図である。 第１実施形態における、基材がステンレスで構成されている排気管の断面構成を示す図である。 下地が形成された基材を硫酸に浸漬させる様子を示した図である。 下地の厚さＤと基材に錆が発生する時間との相関関係を示した図である。 第２実施形態における排気管の断面構成を示す図である。 第３実施形態におけるＥＧＲクーラの斜視図である。 図６に示されたＥＧＲクーラの分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。本実施形態では、本発明のコーティング構造を、内燃機関の排気が流通する排気管に適用した例を説明する。

図１に示すように、排気管は、金属製の基材１を有して構成されている。本実施形態では、基材１は、ステンレスまたはアルミニウムから形成されている。

基材１の上、すなわち基材１の表面には、下地２が形成されている。下地２の上、すなわち下地２における基材１と反対側の表面には、絶縁膜３が形成されている。

下地２は、基材１と絶縁膜３との密着性を向上させるものである。本実施形態の下地２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）のアモルファスからなる単層膜である。また、本実施形態における下地２の厚さＤ、すなわち膜積層方向（図１の上下方向）の長さは、１００ｎｍ以上である。

下地２は、基材１上で起こる表面化学反応を用いたコーティング方法（例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ））以外の方法により形成されている。本実施形態では、下地２は、化学気相成長法（ＣＶＤ）またはゾルゲル法により形成されている。

絶縁膜３は、互いに異なる材質からなる複数の膜３１、３２を交互に積層することで構成されている。本実施形態の絶縁膜３は、原子層堆積法により形成されている。一方の膜３１は、例えばＡｌ_２Ｏ_３膜である。他方の膜３２は、例えばＴｉＯ_２膜である。

本実施形態では、絶縁膜３は、アモルファスからなるアモルファス膜３１と、結晶質からなる結晶質膜３２とを交互に複数積層することで形成されている。アモルファス膜３１は、絶縁性を有している。

絶縁膜３を構成する複数の膜３１、３２のうち、下地２と接触する膜３１１は、アモルファス膜３１である。すなわち、絶縁膜３のうち、下地２と接触する部位は、アモルファスである。

絶縁膜３を構成する複数の膜３１、３２のうち、膜積層方向において下地２と反対側の最外側に配置される膜３１２は、アモルファス膜３１である。すなわち、絶縁膜３のうち、膜積層方向における下地２と反対側の最外側部位は、アモルファスであり、かつ、絶縁性を有する材質から構成されている。

このように、絶縁膜３を複数の膜３１、３２で構成することで、絶縁膜３の膜３１１側に発生した結晶欠陥を膜３１２側に引き継ぎにくくすることができる。すなわち、複数の膜３１、３２を交互に積層することで、欠陥のつながりを遮断することができる。特に、結晶質膜３２が欠陥をキャンセルする膜として機能する。これにより、結晶欠陥を基点として絶縁膜３が裂けてしまうことを抑制することができる。したがって、絶縁膜３を欠陥レスの膜とすることができる。

ところで、基材１がステンレスにより形成されている場合、図２に示すように、基材１の表面には、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）および酸素（Ｏ）の少なくとも１つを含有する表面層２０が形成されている。この表面層２０の厚さは、１０ｎｍ以上である。

具体的には、表面層２０は金属酸化物によって構成された層である。基材１がステンレスで構成されている場合、基材１は上記のクロムやマンガンの他に、ニオブ（Ｎｂ）、シリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等の金属を含んでいる。このように、表面層２０は、基材１に含まれる金属の少なくとも１つを含んだ酸化物層である。

なお、表面層２０は、図２のように異物４の一部を覆う形態に限られない。例えば、表面層２０の上に異物４が付着する形態もある。

以上説明したように、本実施形態では、基材１上に下地２を形成するとともに、この下地２を、基材１上で起こる表面化学反応を用いたコーティング方法（例えば、原子層堆積法）以外の方法により形成している。これによれば、基材１上にカーボン等の異物４が付着していた場合でも、下地２により異物４を覆うことができる。そして、この下地２上に絶縁膜３を形成することで、異物４により絶縁膜３の形成不良が生じることを抑制できる。

つまり、本実施形態では、絶縁膜３を原子層堆積法にて形成しているが、原子層堆積法は、基材１上で起こる表面化学反応により絶縁膜３を形成する方法であるため、基材１上に異物４が付着していると、異物４の上には絶縁膜３を形成することができない。これに対し、基材１上で起こる表面化学反応を利用しないコーティング方法（例えば、化学気相成長法またはゾルゲル法）にて下地２を形成することで、異物４の表面を下地２で覆うことができる。この下地２に原子層堆積法にて絶縁膜３を形成することで、下地２の全面に亘って絶縁膜３を形成することができる。したがって、絶縁膜３の形成不良を抑制することが可能となる。

ところで、本実施形態の基材１は金属製であるため、半導体基板等と比較して表面が凸凹している。このため、基材１に絶縁膜３を直接形成した場合、絶縁膜３の均一性を確保することが難しいという問題がある。

これに対し、本実施形態では、基材１の上に下地２を形成するとともに、この下地２の上に絶縁膜３を形成している。このため、絶縁膜３のコーティングの均一性を確保することができる。

また、本実施形態では、下地２をアモルファスからなる単層膜としている。これによれば、下地２のうち基材１と接触する部位、および、下地２のうち絶縁膜３と接触する部位の双方を、アモルファスとすることができる。

基材１は金属製であるため、基材１の表面には金属酸化物、すなわちアモルファスが形成される。このため、本実施形態のように、下地２のうち基材１と接触する部位をアモルファスとすることで、基材１と下地２との密着性を向上させることができる。

一方、下地２のうち絶縁膜３と接触する部位をアモルファスとすることで、下地２と絶縁膜３との密着性を向上させることができる。さらに、本実施形態にように、絶縁膜３のうち下地２と接触する部位をアモルファスとすることで、下地２と絶縁膜３との密着性をより向上させることができる。

ところで、下地２の厚さＤは、異物４の表面を覆うことができる厚さであればよく、異物４を下地２内に埋め込む程の厚さとしなくてもよい。ただし、異物４の形状は様々なため、本実施形態のように下地２の厚さＤを１００ｎｍ以上とすることで、異物４の表面全体を下地２で覆うことができる。

ここで、下地２の厚さＤを１００ｎｍ以上とした根拠について説明する。発明者らは、基材１に厚さＤの異なる下地２を形成するとともに、各下地２が異物４の表面全体を覆っているか否かを調べた。

具体的には、図３に示すように、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって下地２が形成された基材１をｐＨ＝１の硫酸５に浸漬させることで基材１に錆が発生するまでの時間を調べた。錆は、基材１の表面が硫酸５によって溶解することで発生する。その結果を図４に示す。

図４の横軸は下地２の厚さＤを示している。縦軸は基材１に錆が発生するまでの時間を示している。縦軸の値が大きいほど錆の発生が遅いので、下地２が異物４の表面全体を覆っていることを意味する。

図４に示すように、下地２の厚さＤが１００ｎｍ未満では、基材１を硫酸５に浸漬した後に短時間で基材１に錆が発生した。これは、下地２が異物４の表面全体を完全に覆うことができる厚さではないので、下地２から露出した異物４が硫酸５で溶かされてさらに異物４に覆われていた基材１が硫酸５で溶かされたためである。

一方、下地２の膜厚が１００ｎｍ以上では、錆の発生時間が飽和した。言い換えると、基材１に錆が発生しなかった。発明者らは、下地２の厚さＤを１００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、２０００ｎｍとしたものをそれぞれ硫酸５０に７２時間浸漬させたが、全ての基材１に錆が発生しなかった。したがって、下地２の厚さＤを１００ｎｍ以上とすることが好ましい。

なお、異物４のサイズや形状に関わらず、下地２の厚さＤは１００ｎｍ以上であればよい。例えば、異物４のサイズが１００ｎｍを超える場合、下地２のうち異物４に対応する部分の表面は他の面から突出する形態となる。しかしながら、下地２は異物４の表面全体を完全に覆っている。

また、絶縁膜３を構成する膜３１、３２のうち少なくとも１つをアモルファスであるアモルファス膜３１とすることで、絶縁膜３の絶縁性・耐食性を確保することができる。さらに、絶縁膜３のうち、膜積層方向における下地２と反対側の最外側部位を、アモルファスであり、かつ、絶縁性を有する材質から構成することで、絶縁膜３の絶縁性・耐食性をより向上させることができる。すなわち、絶縁膜３の絶縁性が確保されているので、絶縁膜３に電気が流れることで絶縁膜３が腐食することを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、下地２の構成が異なるものである。

図５に示すように、本実施形態の下地２は、アモルファスからなるアモルファス層２１と、結晶質からなる結晶質層２２とを交互に複数積層することで形成されている。下地２のうち、基材１と接触する部位および絶縁膜３と接触する部位には、それぞれ、アモルファス層２１が配置されている。すなわち、下地２のうち、基材１と接触する部位および絶縁膜３と接触する部位は、それぞれ、アモルファスである。

以上説明したように、下地２のうち、基材１と接触する部位をアモルファスとすることで、基材１と下地２との密着性を向上させることができる。また、下地２のうち、絶縁膜３と接触する部位をアモルファスとすることで、下地２と絶縁膜３との密着性を向上させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、耐食性が必要な製品として冷却系や空調装置の熱交換器に上述のコーティング構造を適用した例について説明する。

本実施形態では、熱交換器として、図示しないエンジン（内燃機関）での燃焼により発生した排気をエンジンに再循環させる際に、その排気をエンジンの冷却水（冷却媒体）によって冷却するＥＧＲクーラについて説明する。

図６および図７に示すように、ＥＧＲクーラ１００は、複数の排気チューブ１１０、水タンク１２０、入口ガスタンク１３０、出口ガスタンク１４０、入口水パイプ１５０、出口水パイプ１６０、およびフランジ１７０、１８０を有している。

図７に示すように、排気チューブ１１０は、排気流路１１１を構成する管である。排気チューブ１１０は、内部の排気流路１１１に排気が流れ、外部に冷却水が流れるようになっている。これにより、排気チューブ１１０を介して排気と冷却水とが熱交換される。

排気チューブ１１０は、排気流れ方向に直交する断面形状が長方形になっている。また、排気チューブ１１０は、排気流れ方向に直交する方向（図７の左右方向）に複数積層されている。そして、隣り合う排気チューブ１１０の外壁によって冷却水流路１１２が構成されている。これにより、隣り合う排気チューブ１１０間の冷却水流路１１２に冷却水が流れる。

さらに、排気チューブ１１０は、排気流路１１１に配置されたフィン１１３を有している。フィン１１３は、排気チューブ１１０の内表面にろう付け接合されている。フィン１１３は、排気と冷却水との間での熱交換を促進させるものである。フィン１１３は、各排気チューブ１１０内に配置されている。

排気チューブ１１０の基本面１１４には、凸部１１５および凹部１１６が設けられている。基本面１１４は、排気チューブ１１０の外表面のうち排気チューブ１１０の積層方向に直交する面である。凸部１１５は、基本面１１４の表面から外方に向けて突出するようにプレス加工された打出し部である。凸部１１５は、基本面１１４の外周部に堰のように形成されている。凹部１１６は、上記凸部１１５の突出頂点から基本面１１４側に凹むように形成されている。

凹部１１６が形成される位置は、基本面１１４における１つの対角の位置となる２箇所である。したがって、排気チューブ１１０は、基本面１１４に形成された凸部１１５が互いに当接するように複数積層されて、各凸部１１５同士が接合されている。

そして、凸部１１５のうち、各排気チューブ１１０の長手方向端部に形成された凸部１１５同士が接合される。これにより、複数積層された排気チューブ１１０の長手方向端部には、水タンク１２０の内部（冷却水流路１１２）と各ガスタンク１３０、１４０の内部とを区画する区画部１１５Ａが形成されている。

ここで、複数積層される排気チューブ１１０間において、凸部１１５の内側領域には空間が形成される。この空間が冷却水流路１１２となっている。また、基本面１１４で２箇所形成された凹部１１６のうち、排気チューブ１１０の長手方向の一方（図７中の左下側）の凹部１１６同士によって形成される開口部は、外部と冷却水流路１１２とが繋がって冷却水が流入する流入側開口部１１６ａとなっている。

また、基本面１１４で２箇所形成された凹部１１６のうち、排気チューブ１１０の長手方向の他方（図７中の右上側）の凹部１１６同士によって形成される開口部は、外部と冷却水流路１１２とが繋がって冷却水が流出する流出側開口部１１６ｂとなっている。排気チューブ１１０内の排気流路１１１においては、排気が流入する側が流入側開口部１１６ａに対応し、排気が流出する側が流出側開口部１１６ｂに対応している。

そして、排気チューブ１１０の基本面１１４のうちの流入側開口部１１６ａ側には、排気チューブ１１０の外表面における冷却水の温度境界層の温度を低下させる温度低下手段として、ディンプル１１７が形成されている。ディンプル１１７は、例えば円筒形の凸状部として形成されているとともに、碁盤目状に複数配置されている。ディンプル１１７の突出寸法は、排気チューブ１１０の外周部の凸部１１５の突出寸法と同一である。

また、排気チューブ１１０の基本面１１４には、冷却水の流れをできるだけ基本面１１４の全体に拡げ、流出側開口部１１６ｂへと向かうようにするための整流部１１８が設けられている。整流部１１８も上記ディンプル１１７と同様に基本面１１４から突出するように形成されている。

水タンク１２０は、複数積層された排気チューブ１１０を内部に収容する筒状の容器体である。図７に示すように、水タンク１２０は、第１水タンク１２０Ａと第２水タンク１２０Ｂとを備えて構成されている。

第１水タンク１２０Ａは、本体部１２１、上面部１２２、および下面部１２３を有して構成されている。本体部１２１は、排気チューブ１１０の基本面１１４に対向する部分である。上面部１２２は、本体部１２１の上側端部から排気チューブ１１０側に略９０度に折り曲げられた部分である。下面部１２３は、本体部１２１の下側端部から排気チューブ１１０側に略９０度に折り曲げられた部分である。これにより、第１水タンク１２０Ａは、横断面形状がコの字状を成している。

上面部１２２の長手方向における流出側開口部１１６ｂに対応する側の端部には、外側（上側）に膨出する膨出部１２２ａが形成されている。さらに、膨出部１２２ａの領域内には、バーリング部（縁立て部）が形成されているとともに、出口水パイプ１６０が接続されるパイプ孔１２２ｂが形成されている。また、下面部１２３の長手方向の両端部には、外側（下側）に膨出する膨出部１２３ａ、１２３ｂが形成されている。

第２水タンク１２０Ｂは、本体部１２４、上面部１２５、および下面部１２６を有して構成されている。本体部１２４は、排気チューブ１１０の基本面１１４に対向する部分である。上面部１２５は、本体部１２４の上側端部から排気チューブ１１０側に略９０度に折り曲げられた部分である。下面部１２６は、本体部１２１の下側端部から排気チューブ１１０側に略９０度に折り曲げられた部分である。これにより、第２水タンク１２０Ｂは、横断面形状が上記第１水タンク１２０Ａよりも浅いコの字状を成している。

上面部１２５の長手方向における流出側開口部１１６ｂに対応する側の端部には、第１水タンク１２０Ａと同様に、外側（上側）に膨出する膨出部１２５ａが形成されている。また、下面部１２６の長手方向の両端部には、第１水タンク１２０Ａと同様に、外側（下側）に膨出する膨出部１２６ａ、１２６ｂが形成されている。

第１水タンク１２０Ａと第２水タンク１２０Ｂとは、コの字状断面の開口側が互いに接合されて、断面四角形状を成す筒状の水タンク１２０を構成している。水タンク１２０の長手方向の両端部は、外部に開口する開口側端部１２０Ｃ、１２０Ｄとなっている。そして、両開口側端部１２０Ｃ、１２０Ｄのうち、入口ガスタンク１３０側となる開口側端部１２０Ｃには、水タンク膨出部としての膨出部１２３ｃが形成されている。

膨出部１２３ｃは、四角形状を成す開口側端部１２０Ｃの下側の辺の中央部で、この下側の辺よりも外側（下側）に膨出するとともに、膨出部１２３ａに繋がるように形成されている。

入口ガスタンク１３０は、外側ガスタンク１３０Ａと内側ガスタンク１３０Ｂとを備えた二重構造を成している。入口ガスタンク１３０は、排気管からの排気を複数の排気チューブ１１０に分配供給するための排気流路１３０Ｃを構成している。

外側ガスタンク１３０Ａは、外形形状が直方体状を成して、排気チューブ１１０側となる一方の面が開口する半容器体として形成されている。開口している部位は、開口部１３１となっている。開口部１３１は、四角形状を成している。外側ガスタンク１３０Ａは、開口部１３１と対向する側となる他方の面の下方にバーリング部が形成されているとともに、フランジ１７０の接続用となる円形のフランジ孔１３２が形成されている。また、外側ガスタンク１３０Ａの上側となる面には、入口水パイプ１５０の接続用のパイプ孔１３３が形成されている。

さらに、外側ガスタンク１３０Ａの下側となる外側壁部１３４には、図示しないガスタンク膨出部が形成されている。当該ガスタンク膨出部は、四角形状を成す開口部１３１の下側の辺の中央部で、この下側の辺よりも外側（下側）に膨出するとともに、フランジ孔１３２側に向けて順次膨出量が小さくなるように形成されている。ガスタンク膨出部は、外側ガスタンク１３０Ａにおいてパイプ孔１３３が形成された面に対向する面、すなわちパイプ孔１３３が形成された面の反対側となる面に設けられている。

内側ガスタンク１３０Ｂは、漏斗状を成して内部に排気流路１３０Ｃを形成するものである。内側ガスタンク１３０Ｂは、排気チューブ１１０側となる一方側に形成された四角形状を成す開口部１３５を有している。また、内側ガスタンク１３０Ｂは、他方側にバーリング部が形成されているとともに、フランジ１７０の接続用となる円形のフランジ孔１３６が形成されている。

内側ガスタンク１３０Ｂは、外側ガスタンク１３０Ａの内部に挿入されている。そして、開口部１３５の外周面と、ガスタンク膨出部を除く開口部１３１の内周面と、が互いに接合されている。また、フランジ孔１３６のバーリング部の外周面と、フランジ孔１３２のバーリング部の内周面と、が互いに接合されている。

このように、二重構造に構成された入口ガスタンク１３０は、内側ガスタンク１３０Ｂと外側ガスタンク１３０Ａとの間に図示しない外側空間を備えるタンクとなっている。外側空間は、入口ガスタンク１３０の外部に繋がっているとともに、ガスタンク膨出部を介して水タンク１３０の内部空間に繋がっている。

図６に示すように、入口ガスタンク１３０には、図示しない排気ガス再循環装置における相手側排気管との接続用のフランジ１７０が接合されている。フランジ１７０は、外形が菱形状を成す板部材である。フランジ１７０は、中心部に形成された連通孔１７１と、連通孔１７１の隣に形成されたボルト孔１７２と、を有している。ボルト孔１７２は、ボルトによる締結用の雌ねじである。

連通孔１７１と、入口ガスタンク１３０のフランジ孔１３２、１３６と、が繋がるようにして、フランジ１７０は、入口ガスタンク１３０に接合されている。そして、入口ガスタンク１３０の開口部１３５の内周面は、複数積層された排気チューブ１１０の区画部１１５Ａの外周面に接合されている。よって、内側ガスタンク１３０Ｂの排気流路１３０Ｃは、各排気チューブ１１０内の排気流路１１１に繋がっている。

出口ガスタンク１４０は、漏斗状を成して内部に排気流路を形成するものである。図７に示すように、出口ガスタンク１４０は、排気チューブ１１０側となる一方側に四角形状を成す開口部１４１が形成されている。また、出口ガスタンク１４０は、他方側にバーリング部が形成されているとともに、フランジ１８０の接続用となる円形のフランジ孔１４２が形成されている。図６に示すように、出口ガスタンク１４０には、排気ガス再循環装置における相手側排気管との接続用のフランジ１８０が接合されている。

フランジ１８０は、上記のフランジ１７０と同様に、外形が菱形状を成す板部材である。フランジ１８０は、中心部に図示しない連通孔が形成されているとともに、連通孔の隣にボルト孔１８１が形成されている。当該連通孔と、出口ガスタンク１４０のフランジ孔１４２と、が繋がるようにして、フランジ１８０は、出口ガスタンク１４０に接合されている。そして、出口ガスタンク１４０の開口部１４１の内周面は、複数積層された排気チューブ１１０の区画部１１５Ａの外周面に接合されている。よって、出口ガスタンク１４０の内部となる排気流路は、各排気チューブ１１０内の排気流路１１１に繋がっている。

そして、第１水タンク１２０Ａおよび第２水タンク１２０Ｂは、複数積層された排気チューブ１１０の外側を覆うように排気チューブ１１０の積層方向に組付けされている。これにより、排気チューブ１１０は水タンク１２０内に収容される。水タンク１２０の開口側端部１２０Ｃの内周面は、外側ガスタンク１３０Ａの開口部１３１の外周面に接合されている。また、水タンク１２０の開口側端部１２０Ｄの内周面は、出口ガスタンク１４０の開口部１４１の外周面に接合されている。

よって、水タンク１２０の膨出部１２３ａ、１２６ａによって形成される空間と、複数積層された排気チューブ１１０の側面部における流入側開口部１１６ａと、が繋がっている。水タンク１２０の膨出部１２２ａ、１２５ａによって形成される空間と、複数積層された排気チューブ１１０の側面部における流出側開口部１１６ｂと、が繋がっている。排気チューブ１１０の側面部と膨出部１２３ｂ、１２６ｂとの間には空間が形成されている。

また、最外方の排気チューブ１１０の基本面１１４と本体部１２１、１２４との間には、各排気チューブ１１０間に形成される冷却水流路１１２と同様の冷却水流路１１２が形成されている。さらに、排気チューブ１１０の上側の側面部と上面部１２２、１２５との間、および排気チューブ１１０の下側の側面部と下面部１２３、１２６との間には隙間が形成されている。水タンク１２０の内部で排気チューブ１１０の外側に形成される空間が水タンク１２０の内部空間となっている。

さらに、水タンク１２０の膨出部１２３ｃの内周面が、外側ガスタンク１３０Ａのガスタンク膨出部の外周面に接合され、膨出部１２３ｃと当該ガスタンク膨出部とが接続されている。膨出部１２３ｃおよび当該ガスタンク膨出部によって冷却水の流路が形成されている。そして、当該流路を介して、水タンク１２０の膨出部１２３ａ、１２６ａによって形成される空間と、入口ガスタンク１３０の外側空間と、が繋がっている。

入口水パイプ１５０は、エンジンから流出される冷却水が流入する管部材である。入口水パイプ１５０の先端部は、外側ガスタンク１３０Ａのパイプ孔１３３に挿入されて接合されている。入口水パイプ１５０は、入口ガスタンク１３０の外側空間と繋がっている。

出口水パイプ１６０は、排気チューブ１１０の冷却水流路１１２を流れた冷却水が流出する管部材である。出口水パイプ１６０の先端部は、水タンク１２０の膨出部１２２ａにおけるパイプ孔１２２ｂに挿入されて接合されている。出口水パイプ１６０は、水タンク１２０の膨出部１２２ａ、１２５ａによって形成される空間と繋がっている。

以上が、ＥＧＲクーラ１００の全体構成である。ＥＧＲクーラ１００を構成する各部材１１０〜１８０は、上述の基材１によって構成されている。各部材１１０〜１８０は、例えばステンレス、もしくは軽量で熱伝導性に優れ、かつ、安価なアルミニウム材、あるいはアルミニウム合金材から形成されている。各部材１１０〜１８０は当接部がろう付あるいは溶接により接合されている。言い換えると、基材１は、互いにろう付けされた複数の部材１１０〜１８０によって構成されている。

次に、各部材１１０〜１８０がろう付けされたＥＧＲクーラ１００に、上述のコーティング構造を形成する方法について説明する。このため、まず、金属製の基材１として上述のＥＧＲクーラ１００を用意する。

なお、ろう付けの工程では、高温の炉の中に基材１を配置する。このため、ＥＧＲクーラ１００を用意する工程では、基材１の表面に上述の表面層２０が形成されているか、もしくは表面層２０が形成されている可能性がある。

続いて、基材１の上に下地２を形成する。ここで、下地２のうち基材１と接触する部位がシリコン化合物となるように下地２を形成する。また、基材１の表面に異物４が付着している場合は異物４の表面全体を被覆可能な厚さになるように下地２を形成する。上述のように、下地２を１００ｎｍ以上の厚さＤで形成することで異物４の表面全体を覆うことができる。

この後、原子層堆積法によって、下地２の上に、互いに異なる材質からなる複数の膜３１、３２を交互に積層する。これにより、絶縁膜３を形成する。このようにして、コーティング構造を備えたＥＧＲクーラ１００を製造する。

したがって、本実施形態に係る下地２は、基材１と接触する部位がシリコン化合物によって構成されている。これによると、シリコン化合物は異物４に対する被覆性および密着性が高いので、基材１に異物４が付着していた場合であっても下地２によって基材１および異物４が完全に覆われる。このため、下地２から異物４が露出しないので、下地２の表面の欠陥を無くすことができる。したがって、下地２の上に形成される絶縁膜３の形成不良を抑制することができる。

なお、本実施形態では、下地２の全体がシリコン化合物で構成されている。もちろん、第２実施形態と同様に、下地２が複数の層で構成されていてもよい。

また、基材１のろう付け時に異物４としての炭化物が基材１の表面に残りやすい。このような状況においても下地２によって異物４を完全に覆うことができるので、下地２の全体に絶縁膜３を形成することができる。

さらに、ＥＧＲクーラ１００のような熱交換器をコーティングするためには、高温下での耐熱性、低温、耐冷熱、振動、圧力等に対する耐久性が必要である。しかしながら、シリコン化合物は、熱交換器の使用環境である高温下での耐熱性に優れているとともに、低温、耐冷熱、振動、圧力等に対する耐久性に優れている。したがって、基材１に対する下地２の密着性を確保することができる。

そして、本実施形態では、シリコン化合物は結晶の状態がアモルファスである。これによると、基材１に対する下地２の密着性を向上させることができる。このため、下地２におけるクラックの発生や、基材１からの剥がれを抑制することができる。

ここで、シリコン化合物は、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮのうちの少なくとも１つである。または、シリコン化合物は、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮのうちの複数を含んだ混合物である。このような物質によって下地２を構成することで、カーボンを主成分とする異物４に対する下地２の密着性を確保することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ＥＧＲクーラ１００を構成する各部材１１０〜１８０が特許請求の範囲の「複数の部材」に対応する。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、本発明のコーティング構造を、排気管に適用した例について説明したが、コーティング構造の適用はこれに限定されない。例えば、内燃機関の排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲ（排気再循環）装置に搭載されるＥＧＲバルブに、本発明のコーティング構造を適用してもよい。

（２）上記第３実施形態で示された下地２を、第１、第２実施形態で示されたコーティング構造に適用してもよい。すなわち、第１、第２実施形態で示された下地２のうち基材１と接触する部位をシリコン化合物で構成してもよい。また、シリコン化合物の結晶状態はアモルファスに限られず、多結晶でもよい。シリコン化合物の結晶状態が多結晶の場合、下地２の表面に凹凸が形成されるので、アンカー効果によって下地２に対する絶縁膜３の密着性を向上させることができる。

（３）第３実施形態では、熱交換器として排気ガス熱交換器について説明したが、これは一例である。熱交換器は排気系のものに限られず、他の用途に用いられるものでもよい。

１ 基材
２ 下地
３ 絶縁膜

Claims (14)

1. 金属製の基材（１）と、
   前記基材（１）上に形成される下地（２）と、
   前記下地（２）上に形成されるとともに、互いに異なる材質からなる複数の膜（３１、３２）を交互に積層することで構成された絶縁膜（３）とを備え、
   前記下地（２）は、前記基材（１）上で起こる表面化学反応を用いたコーティング方法以外の方法により形成されており、
   前記下地（２）のうち、前記基材（１）と接触する部位は、アモルファスであることを特徴とするコーティング構造。
2. 前記絶縁膜（３）を構成する前記複数の膜（３１、３２）のうち、少なくとも１つの膜（３１）は、アモルファスであることを特徴とする請求項１に記載のコーティング構造。
3. 前記下地（２）のうち、前記絶縁膜（３）と接触する部位は、アモルファスであることを特徴とする請求項１または２に記載のコーティング構造。
4. 前記絶縁膜（３）のうち、前記下地（２）と接触する部位は、アモルファスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のコーティング構造。
5. 前記下地（２）の厚さ（Ｄ）は、１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のコーティング構造。
6. 前記絶縁膜（３）のうち、前記下地（２）と反対側の最外側部位は、アモルファスであり、かつ、絶縁性を有する材質から構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のコーティング構造。
7. 前記基材（１）は、ステンレスまたはアルミニウムで形成されており、
   前記下地（２）は、炭化ケイ素または酸化アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のコーティング構造。
8. 前記基材（１）は、ステンレスで形成されており、
   前記基材（１）の表面には、クロム、マンガンおよび酸素の少なくとも１つを含有する表面層（２０）が形成されており、
   前記表面層（２０）の厚さは、１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のコーティング構造。
9. 前記絶縁膜（３）は、原子層堆積法によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のコーティング構造。
10. 金属製の基材（１）と、
    前記基材（１）上に形成される下地（２）と、
    前記下地（２）上に形成されるとともに、互いに異なる材質からなる複数の膜（３１、３２）を交互に積層することで構成された絶縁膜（３）とを備え、
    前記下地（２）のうち、前記基材（１）と接触する部位は、シリコン化合物によって構成されていることを特徴とする熱交換器。
11. 前記シリコン化合物は、アモルファスであることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記シリコン化合物は、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮのうちの少なくとも１つであるか、または、複数を含んだ混合物であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の熱交換器。
13. 前記基材（１）は、互いにろう付けされた複数の部材（１１０〜１８０）によって構成されていることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の熱交換器。
14. 金属製の基材（１）を用意する工程と、
    前記基材（１）の上に下地（２）を形成する工程と、
    原子層堆積法によって、前記下地（２）の上に、互いに異なる材質からなる複数の膜（３１、３２）を交互に積層することで絶縁膜（３）を形成する工程と、
    を含み、
    前記下地（２）を形成する工程では、前記下地（２）のうち前記基材（１）と接触する部位がシリコン化合物となるように前記下地（２）を形成し、前記基材（１）の表面に異物（４）が付着している場合は前記異物（４）の表面全体を被覆可能な厚さになるように前記下地（２）を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。

Images