JP4521382B2 - EXHAUST PIPE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE, INTERNAL COMBUSTION ENGINE EQUIPPED WITH THE SAME - Google Patents
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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その外観を自動二輪車の意匠に利用するものが多い。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少なく、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。 2. Description of the Related Art Many motorcycles equipped with an internal combustion engine expose the internal combustion engine and use the appearance of the motorcycle for the design of the motorcycle. In such a motorcycle, an exhaust pipe for leading exhaust gas from the internal combustion engine also plays an important role in the design of the motorcycle. Even when the internal combustion engine is covered with a cowl or the like, the exhaust pipe is rarely 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14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14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. 14 is a side view showing an example of a sports type motorcycle. A
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は所定の太さを有し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
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、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することが行われている。あるいは、排気管の表面を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, the exhaust pipe is smoothly bent to create a strong and powerful impression, and the exhaust pipe surface is finished with a glossy metallic color to emphasize contrast with other components. It has been broken. Alternatively, the surface of the exhaust pipe is finished with a color similar to that of the other constituent parts so as to be integrated with the surrounding structure.
一般に、排気管は機械構造用炭素鋼(STKM)やステンレス(SUS)、チタンなどから形成されている。STKM材から排気管を形成する場合には、美観を高めるために、排気管の表面にクロムめっきが施されることが多い。 In general, the exhaust pipe is made of carbon steel for mechanical structure (STKM), stainless steel (SUS), titanium or the like. When an exhaust pipe is formed from STKM material, chromium plating is often applied to the surface of the exhaust pipe in order to enhance aesthetics.
ところが、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、クロム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、青紫や赤茶に変色した領域が現れる。また、クロムめっきを施さない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青紫や赤茶がかったり、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 on which chrome plating has been applied is discolored, oxidized, or deteriorated. In particular, areas that are discolored blue-purple or red-brown appear. Further, even in an exhaust pipe made of SUS or titanium not subjected to chrome plating, the surface is bluish purple or reddish brown 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青紫や赤茶がかっ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, there is a problem that the appearance of the design of the entire motorcycle is impaired due to blue-purple or reddish-colored discoloration or surface deterioration in the exhaust pipe having a metallic luster. 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酸化、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, oxidation, 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、排気管の表面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に開示されているように、ゾルゲル法を用いて酸化シリコン膜を0.05μm以上の厚さで排気管の表面に形成することにより、400℃程度に加熱されても変色の生じにくい排気管を得ることができる。
しかしながら、特許文献1に開示されてい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。このため、上述したように排気ガスの温度が高くなりやすい性能の高い内燃機関に特許文献1に開示されている排気管を用いても、十分に変色を防止できない場合がある。 However, in the exhaust pipe obtained by the technique disclosed in Patent Document 1, it has been found that the surface discoloration suddenly occurs when exposed to a temperature exceeding 400 ° C. For this reason, even if the exhaust pipe disclosed in Patent Document 1 is used for a high-performance internal combustion engine in which the temperature of the exhaust gas tends to be high as described above, discoloration may not be sufficiently prevented.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温の排気ガスによる変色や酸化を防止することができる内燃機関用排気管を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an exhaust pipe for an internal combustion engine that can prevent discoloration and oxidation due to high-temperature exhaust gas.
本発明による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質量%以下であるセラミックス膜とを備え、前記セラミックス膜は、30質量%以下のOおよび10質量%以上のNを含むSiON膜であり、そのことによって上記目的が達成される。 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 the metal element content mainly contained on the surface of the metal pipe The ceramic film is a SiON film containing 30% by mass or less of O and 10% by mass or more of N, whereby the above object is achieved.
ある好適な実施形態において、前記セラミックス膜は、5質量%以下のOおよび40質量%以上のNを含む。 In a preferred embodiment, the ceramic film contains 5 mass% or less O and 40 mass% or more N.
ある好適な実施形態において、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.
ある好適な実施形態において、前記セラミックス膜は5nm以上300nm以下の厚さを有する。 In a preferred embodiment, the ceramic film has a thickness of 5 nm to 300 nm.
ある好適な実施形態において、前記セラミックス膜は5nm以上30nm以下の厚さを有する。 In a preferred embodiment, the ceramic film has a thickness of 5 nm to 30 nm.
ある好適な実施形態において、前記金属管は0.4μm以上3.2μm以下の表面粗さRaを有する。 In a preferred embodiment, the metal tube has a surface roughness Ra of 0.4 μm or more and 3.2 μm or less.
ある好適な実施形態において、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形成されている。 In a preferred embodiment, the metal tube is made of titanium, a titanium alloy or stainless steel.
ある好適な実施形態において、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.
ある好適な実施形態において、本発明による内燃機関用排気管は、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元素の酸化膜を実質的に含んでいない。 In a preferred embodiment, the exhaust pipe for an internal combustion engine according to the present invention does not substantially include an oxide film of a metal element mainly contained on the surface of the metal tube between the metal tube and the ceramic film. .
ある好適な実施形態において、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 vapor deposition film formed by a vapor deposition method.
ある好適な実施形態において、前記セラミックス膜はスパッタリング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.
ある好適な実施形態において、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 at which interference fringes by visible light are generated. Have a thickness less than the range.
本発明による内燃機関は、上記構成を有する内燃機関用排気管を備えており、そのことによって上記目的が達成される。 An internal combustion engine according to the present invention includes an exhaust pipe for an internal combustion engine having the above-described configuration, thereby achieving the above object.
本発明による輸送機器は、上記構成を有する内燃機関を備えており、そのことによって上記目的が達成される。 The transport device according to the present invention includes the internal combustion engine having the above-described configuration, and thereby the above-described object is achieved.
本発明による内燃機関用排気管が備える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元素が0.5質量%以下しか含まれておらず、実質的には含まれていないといえる。そのため、その金属元素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。それ故、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。さらに、このセラミックス膜は、30質量%以下のOおよび10質量%以上のNを含むSiON膜であるので、排気管の変色や劣化を防止する効果が高い。 The ceramic film provided in the exhaust pipe for an internal combustion engine according to the present invention contains only 0.5% by mass or less of the metal element mainly contained on the surface of the metal pipe, and it can be said that the ceramic film is not substantially contained. Therefore, the exhaust gas is not discolored or the surface is not deteriorated when the metal element is oxidized at a high temperature. Therefore, the exhaust pipe is not discolored by the high-temperature exhaust gas, and an excellent appearance can be maintained. Furthermore, since this ceramic film is a SiON film containing 30% by mass or less of O and 10% by mass or more of N, the effect of preventing discoloration and deterioration of the exhaust pipe is high.
本願発明者は、ゾルゲル法によって形成された酸化シリコン膜では排気管表面における酸化や変色を十分に防止できない原因について詳細に検討した。その結果、ゾルゲル法による酸化シリコン膜には、排気管の表面に主として含まれる金属元素が含まれており、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。 The inventor of the present application has examined in detail the cause that the silicon oxide film formed by the sol-gel method cannot sufficiently prevent oxidation and discoloration on the exhaust pipe surface. As a result, the silicon oxide film formed by the sol-gel method contains a metal element mainly contained on 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. It was found that it occurred.
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や分解が生じるため、得られる酸化シリコン膜には微細な空隙が形成されており、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酸化シリコン膜中へ拡散し、外部の酸素と結合して酸化したり、酸化シリコン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。このように酸化シリコン膜中に金属が含まれていたり、酸化シリコン膜中に微細な空隙が形成したりされている場合、排気管を構成する金属のうちの鉄が表面に赤茶けた酸化物として析出し、排気管の美観を損ねてしまう。 In addition, in the sol-gel method, since an organic compound bonded to silicon is vaporized and decomposed during firing, fine voids are formed in the obtained silicon oxide film, and the barrier property against gas is reduced. It is thought that there is. Therefore, when the exhaust pipe is exposed to high temperature, the metal on the exhaust pipe surface diffuses into the silicon oxide film and oxidizes by combining with external oxygen, or oxygen passes through 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 in this way, iron of the metal constituting the exhaust pipe is reddish oxide on the surface. It will deposit and damage the appearance of the exhaust pipe.
本発明による排気管が備えるセラミックス膜は、金属管の表面に主として含まれる金属元素(すなわち金属管の表面を実質的に構成する金属元素)の含有率が0.5質量%以下であるように形成されており、金属管表面の主成分元素が実質的に含まれていないといえる。そのため、後述するように金属管の表面の変色や酸化、劣化が防止される。 The ceramic film provided in the exhaust pipe according to the present invention is such that the content of the metal element mainly contained on the surface of the metal pipe (that is, the metal element that substantially constitutes the surface of the metal pipe) is 0.5% by mass or less. It is formed, and it can be said that the main component elements on the surface of the metal tube are not substantially contained. Therefore, as will be described later, discoloration, oxidation, and deterioration of the surface of the metal tube are prevented.
また、本願発明者が、このようなセラミックス膜のなかでも窒化酸化シリコン(SiON)膜に特に着目して様々な検討を行った結果、SiON膜の酸素含有率および窒素含有率を特定の範囲内とすることにより、変色を防止する効果を格段に向上できることがわかった。この予期しない効果は、具体的には、後述するようにSiON膜の酸素含有率を30質量%以下、窒素含有率を10質量%以上とすることによって得られる。 In addition, as a result of various studies by the inventor of the present application paying particular attention to a silicon nitride oxide (SiON) film among such ceramic films, the oxygen content and nitrogen content of the SiON film are within a specific range. It was found that the effect of preventing discoloration can be remarkably improved. Specifically, this unexpected effect can be obtained by setting the oxygen content of the SiON film to 30% by mass or less and the nitrogen content to 10% by mass or more as described later.
さらに、本願発明者は、上述したような変色防止効果に優れたセラミックス膜(SiON膜)の形成には、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの蒸着法が特に適していることを見出した。従来、スパッタリング法などの蒸着法を用いた薄膜形成は、半導体装置のようなスケールの小さなものに対しては行われていたが、排気管のようなスケールの大きなものに対しては、蒸着装置内の真空度を確保することの困難性などから工業的に行われることはなかった。本願発明者は、このような技術常識にとらわれることなく検討を積み重ねることによって上記知見を得た。 Furthermore, the inventor of the present application has found that a vapor deposition method such as a sputtering method or an ion plating method is particularly suitable for forming a ceramic film (SiON film) having an excellent discoloration prevention effect as described above. Conventionally, thin film formation using a vapor deposition method such as sputtering has been performed for a small scale material such as a semiconductor device, but for a large scale material such as an exhaust pipe, a vapor deposition device is used. It was not industrially performed because of the difficulty of securing the degree of vacuum inside. This inventor acquired the said knowledge by accumulating examination without being caught by such technical common sense.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の内燃機関用排気管(以下では単に排気管とも称する。)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
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
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る自動二輪車の形状は図1に示すものに限られるわけではない。例えば、図14に示した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
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part (
金属管5は、通路6を囲んでいればよく、通路6を直接囲む内管と内管の外側を囲むように保持された外管と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。
The
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形成される。表面の金属光沢や装飾性を高めるために、金属管5の表面にクロムめっき等を施してめっき層を形成してもよい。STKM材は装飾性の高い十分な金属光沢を有しないので、STKM材から形成された金属管5を用いる場合には、クロムめっきか、ニッケルめっきおよびクロムめっきの両方が金属管5の表面に施されていることが好ましい。また、SUSから形成された金属管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
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。なお、本願明細書における「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、後に詳述するように蒸着法によって形成されたものも勿論含む。
The
本実施形態におけるセラミックス膜10には、金属管5の表面に主として含まれる(典型的には50%以上の比率で含まれる)金属元素が0.5質量%よりも多く含まれていない。金属管5表面の主成分元素がセラミックス膜10に0.5質量%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元素が酸化され、排気管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もある。これに対し、本実施形態におけるセラミックス膜10は、金属管5表面の主成分元素の含有率が0.5質量%以下であるので、高熱による変色や酸化が防止される。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2の外観を考慮すると、金属管5表面の主成分元素の含有率は0.4質量%以下であることがより好ましく、0.3質量%以下であることがさらに好ましい。
The
なお、金属管5表面の主成分元素の含有率は、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0.5質量%以下であることが好ましい。また、金属管5表面の主成分元素の含有率は、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0.5質量%以下であることが好ましい。
The content of the main component element on the surface of the
金属管5表面の主成分元素の含有率を0.5質量%以下とするためには、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表面の主成分元素がセラミックス膜10中に拡散しにくい方法を用いることが好ましい。本願発明者は、種々検討を重ねた結果、セラミックス膜10の形成に蒸着法を用いると、金属管5表面の主成分元素がセラミックス膜10中に拡散しにくいことを見出した。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、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ことがわかった。
In order to make the content of the main component element on the surface of the
なお、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PVD(物理的蒸着)法をいう。また、蒸着法のなかでも、物理的蒸着法を用いることがより好ましく、特に、イオンプレーティング法およびスパッタリング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。
In the present specification, “vapor deposition” refers to a CVD (chemical vapor deposition) method and a PVD (physical vapor deposition) method in which a substance to be deposited is deposited in a gaseous state. Of the vapor deposition methods, it is more preferable to use the physical vapor deposition method. In particular, since the film formed by the ion plating method and the sputtering method is generally dense, the
スパッタリング法を用いる場合には、DCスパッタリング装置、RFスパッタリング装置、マグネトロンスパッタリング装置、イオンビームスパッタリング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。つまり、セラミックス膜10と金属管5との間には、金属管5の表面に主として含まれる金属元素の酸化膜が実質的に形成されていないことが好ましい。プラズマを用いない堆積方法によってセラミックス膜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
蒸着法により形成されたセラミックス膜10は基本的に非晶質膜であり、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、形成条件によっては、加熱された際に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。
The
本実施形態におけるセラミックス膜10は、具体的には、30質量%以下の酸素(O)および10質量%以上の窒素(N)を含む窒化酸化シリコン(SiON)膜である。本願発明者は、セラミックス膜のうち、特にSiON膜に着目してその特性を様々な観点から検証した。その結果、SiON膜の酸素および窒素の含有率を上記範囲内とすることによって、SiON膜の変色防止効果が飛躍的に高くなるということを見出し、本発明に想到した。酸素および窒素の含有率と変色防止効果との関係についての検証結果は後に詳しく説明するが、その前に、排気管2の製造方法を説明する。以下では、スパッタリング法によりセラミックス膜10を形成する例を説明する。
Specifically, the
まず、金属管5を用意する。金属管5の材料としてSTKM材を用いる場合には、金属光沢や装飾性を高めるために、金属管5の表面にクロムめっきを施しておくことが好ましい。
First, a
次に、図3(a)および(b)に示すように、金属管5をスパッタリング装置20のチャンバ21内に導入する。図3(a)および(b)に例示するスパッタリング装置20は、多くの金属管5に対して同時にセラミックス膜10を形成することができるように、金属管5を上下に2つ懸架して保持するホルダ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。ホルダ24が回転する軌道の外側には、複数のターゲット22が設けられている。本実施形態では、セラミックス膜10として窒化酸化シリコン膜を形成するので、シリコン(あるいは窒化シリコン)のターゲット22を用いる。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リング装置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。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
金属管5をホルダ24に配置した後、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的には2nm〜3nm程度である。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。
After the
自然酸化膜を除去した後、チャンバ21内に窒素ガスおよび酸素ガスを導入し、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。本実施形態では、ターゲットから飛び出したシリコン粒子が窒素プラズマや酸素プラズマと反応し、窒化酸化シリコン膜が金属管5の表面に堆積される。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, nitrogen gas and oxygen gas are introduced into the
上述したようにして形成されたセラミックス膜10には、金属管5の表面に主として含まれる金属元素が0.5質量%以下しか含まれておらず、金属管5表面の主成分元素が実質的に含まれていないと言ってよい。このため、この金属元素が高温において酸化することによって排気管5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5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。蒸着法により形成されたセラミックス膜10は緻密であるため、バリア性が高く、外部の酸素が金属管5に達したり、金属管5に含まれた鉄が酸化して表面で析出したりするのを効果的に防止することができる。
The
セラミックス膜10の厚さは、5nm以上300nm以下で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、虹色のような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。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。
The thickness of the
金属管5の表面は、図4に示すように、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ことが好ましい。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。平均粗さが0.4μmよりも小さい場合、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。金属管5表面の平均粗さRaの値に上限は特にないが、金属管5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 shown in FIG. 4, the surface of the
このように、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。それによって、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。 Thus, ceramics having a thickness smaller than the range of thickness where interference fringes due to visible light are generated on the surface of a metal tube having a surface roughness larger than the range of surface roughness where diffracted light due to visible light is generated A film is formed. As a result, even when hot exhaust gas passes, surface oxidation or discoloration does not occur, and it is possible to obtain an exhaust pipe having a uniform metallic luster with excellent adhesion and no occurrence of interference fringes. it can.
(分析および実験例)
まず、本発明による排気管および特許文献1に開示されている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、SUS304から形成された金属管を用意し、セラミックス膜として、スパッタリング法により窒化酸化シリコン膜を形成した。窒化酸化シリコン膜を形成するために、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リング装置のチャンバに配置し、3×10-3Paの真空度に到達するまで排気を行った。その後、100sccmの流量でチャンバ内にアルゴンを導入し、3×10-1Paの圧力を保ちながら、800V、5A(4KW)のパワーを投入して10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、チャンバに窒素および酸素を導入し、3×10-1Paの圧力を保ちながら、800V、5A(4KW)のパワーを投入して5分間スパッタを行い、金属管表面に厚さ50nmの窒化酸化シリコン膜を形成した。
(Analysis and experimental examples)
First, the distribution in the depth direction of elements in the exhaust pipe according to the present invention and the exhaust pipe disclosed in Patent Document 1 was examined. A metal tube formed of SUS304 was prepared as an exhaust pipe of the present invention, and a silicon nitride oxide film was formed as a ceramic film by a sputtering method. In order to form a silicon oxynitride film, a chromium-plated metal tube was placed in a chamber of a magnetron sputtering apparatus and evacuated until a vacuum degree of 3 × 10 −3 Pa was reached. Thereafter, argon was introduced into the chamber at a flow rate of 100 sccm, and while maintaining a pressure of 3 × 10 −1 Pa, 800 V, 5 A (4 KW) power was applied, and reverse sputtering was performed for 10 minutes, so that the natural surface of the metal tube The oxide film was removed. Then, using silicon as a target, nitrogen and oxygen are introduced into the chamber, and while maintaining a pressure of 3 × 10 −1 Pa, power of 800 V, 5 A (4 KW) is applied, and sputtering is performed for 5 minutes to form a metal tube surface. A silicon nitride oxide film having a thickness of 50 nm was formed.
また、従来例として、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、ゾルゲル法によってセラミックス膜として酸化シリコン膜を形成した。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。 Further, as a conventional example, a metal tube made of STKM material with nickel plating and chrome plating applied thereto was prepared, and a silicon oxide film was formed as a ceramic film 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)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)は、図5(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窒化酸化シリコン膜中に金属管表面の主成分元素である鉄はほとんど含まれていない。具体的には、窒化酸化シリコン膜中の鉄の元素濃度は、図5(b)に示すように約0.5%以下であり、窒化酸化シリコン膜と金属管との境界において鉄の濃度が急激に増加している。 Fig.5 (a) has shown the element distribution of the depth direction of the exhaust pipe of this invention. FIG. 5B is an enlarged view showing the vicinity of the surface of FIG. As is apparent from these drawings, in the exhaust pipe of the present invention, the silicon nitride oxide film, which is a ceramic film, contains almost no iron, which is the main component element on the surface of the metal pipe. Specifically, the elemental concentration of iron in the silicon nitride oxide film is about 0.5% or less as shown in FIG. 5B, and the iron concentration is at the boundary between the silicon nitride oxide film and the metal tube. It is increasing rapidly.
図6(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6(b)は、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、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表面の主成分金属であるクロムが比較的多く含まれている。具体的には、酸化シリコン膜中のクロムの元素濃度は、約4質量%であり、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. 6A shows an element distribution in the depth direction of a conventional exhaust pipe. FIG. 6B is an enlarged view showing the vicinity of the surface of FIG. As is apparent from these figures, in the conventional exhaust pipe, a silicon oxide film formed by the sol-gel method contains a relatively large amount of chromium, which is a main component metal on the surface of the metal pipe. Specifically, the elemental concentration of chromium in the silicon oxide film is about 4% by mass, and the chromium concentration slightly increases at the boundary between the silicon oxide film and the chromium plating. 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7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. 7, the natural oxide film of chromium has a thickness of about 5 minutes in terms of sputtering time.
図8(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、酸化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2段階で減少している。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分程度であることから、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. 8A shows the element distribution in the depth direction of a conventional exhaust pipe by the XPS method. As is apparent from the figure, the concentration of oxygen (O1s) is constant in the silicon oxide film, but decreases in two steps so as to be surrounded by broken lines C1 and C2 at the interface with the chromium plating. The oxygen concentration change (C2) on the side close to the interface with the chromium plating is considered to indicate oxygen contained in the natural oxide film of chromium because the change is about 5 minutes in terms of sputtering time. It is done.
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8(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。従って、図8(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.8 (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2では、セラミックス膜10中に金属管5の表面に主として含まれる金属元素が実質的に含まれていない(0.5質量%以下である)ことが分かった。
Thus, in the
図9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9では、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10を形成することができることが分かる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the distribution of the thickness of the exhaust pipe formed by the above-described method. FIG. 9 shows the percentage of the thickness indicated by the arrow relative to the target value. As is apparent from the figure, the
なお、ここでは従来例としてゾルゲル法により形成した酸化シリコン膜を挙げた。しかし、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酸化シリコン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 is mentioned. However, other methods conventionally used for coating exhaust pipes, for example, metal oxide films formed by a method of firing after applying a solution containing a metal compound to the exhaust pipe surface using a coating method or dipping method However, like a silicon oxide film formed by a sol-gel method, it is not dense. 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、窒化酸化シリコン膜(SiON膜)の窒素含有率および酸素含有率と変色防止効果との関係を検証するために、種々の条件でSiON膜を金属管5の表面に形成し、高温加熱試験を行った。SiON膜の窒素含有率および酸素含有率は、スパッタリング装置20のチャンバ21内に導入する窒素ガスと酸素ガスの流量比を調整することによって変化させた。金属管5としては、SUS304から形成されたものを用いた。高温加熱試験は、排気管2を500℃で24時間大気中に放置し、排気管2表面の変色を調べることによって行った。その結果を下記表1に示す。
Next, in order to verify the relationship between the nitrogen content and oxygen content of the silicon nitride oxide film (SiON film) and the anti-discoloration effect, a SiON film is formed on the surface of the
なお、加熱評価については、L*a*b*表色系における色差ΔE*を測定し、加熱前後で色差ΔE*が1以下の場合を「◎」、1を超え2以下の場合を「○」、2を超え3以下の場合を「△」、3を超える場合を「×」として4段階で変色の状態を評価した。また、表1中には、得られたSiON膜の化学組成を併せて示している。この化学組成とガス流量比との関係を図10に示す。図10に示されているように、窒素ガスの比率が高くなるほど、SiON膜の窒素含有率が高くなり、酸素含有率が低くなる。 For heating evaluation, the color difference ΔE * in the L * a * b * color system is measured, and “◎” indicates that the color difference ΔE * is 1 or less before and after heating. The case of exceeding 2 and 3 or less was evaluated as “Δ”, and the case of exceeding 3 was determined as “X”, and the state of discoloration was evaluated in 4 stages. Table 1 also shows the chemical composition of the obtained SiON film. The relationship between the chemical composition and the gas flow rate ratio is shown in FIG. As shown in FIG. 10, the higher the nitrogen gas ratio, the higher the nitrogen content of the SiON film and the lower the oxygen content.
表1から、窒素ガスの比率が高いほど、つまり、窒化酸化シリコン膜の窒素含有率が高く、酸素含有率が低いほど、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わかる。具体的には、表1および図10からわかるように、窒素の含有率が10質量%以上、酸素の含有率が30質量%以下であると、非常に優れた酸化防止効果が得られ、排気管2表面の変色や劣化が防止される。
From Table 1, the higher the ratio of nitrogen gas, that is, the higher the nitrogen content of the silicon nitride oxide film and the lower the oxygen content, the more the surface can be oxidized and not discolored at a high temperature and the excellent appearance can be maintained. Recognize. Specifically, as can be seen from Table 1 and FIG. 10, when the nitrogen content is 10% by mass or more and the oxygen content is 30% by mass or less, a very excellent antioxidant effect is obtained, and the exhaust gas is exhausted. Discoloration and deterioration of the
ここで、表1中の色差ΔE*に着目すると、窒素および酸素の含有率が上記の範囲を超えると、急激に色差ΔE*が大きくなっていることがわかる。図11に、窒素ガスおよび酸素ガスの濃度と色差ΔE*との関係を示す。図11に示すように、窒素ガスの濃度がある値を下回ると(つまり酸素ガスの濃度がある値を上回ると)、急激にΔE*が大きくなっている。このことは、窒化酸化シリコン膜の特性が臨界的に変化しており、窒素含有率および酸素含有率を上述した範囲内とすることによって、変色や酸化を防止する効果が格段に向上していることを示している。 Here, paying attention to the color difference ΔE * in Table 1, it can be seen that when the nitrogen and oxygen content exceeds the above range, the color difference ΔE * increases rapidly. FIG. 11 shows the relationship between the concentrations of nitrogen gas and oxygen gas and the color difference ΔE * . As shown in FIG. 11, when the concentration of nitrogen gas falls below a certain value (that is, when the concentration of oxygen gas exceeds a certain value), ΔE * suddenly increases. This is because the characteristics of the silicon nitride oxide film are critically changed, and the effect of preventing discoloration and oxidation is remarkably improved by setting the nitrogen content and the oxygen content within the above-described ranges. It is shown that.
また、図12にSiON膜の酸素含有率と色差ΔE*との関係を示し、図13にSiON膜の窒素含有率と色差ΔE*との関係を示す。図12および図13から、SiON膜の酸素含有率を30質量%以下、窒素含有率を10質量%以上とすることによって、加熱前後の色差ΔE*を十分に小さくすることができ、優れた酸化防止効果が得られることがわかる。 FIG. 12 shows the relationship between the oxygen content of the SiON film and the color difference ΔE *, and FIG. 13 shows the relationship between the nitrogen content of the SiON film and the color difference ΔE * . From FIG. 12 and FIG. 13, by setting the oxygen content of the SiON film to 30% by mass or less and the nitrogen content to 10% by mass or more, the color difference ΔE * before and after heating can be sufficiently reduced, and excellent oxidation is achieved . It turns out that the prevention effect is acquired.
このような予期しない効果が得られた理由は、明らかではない。だが、高温加熱の際、窒化酸化シリコン膜中のシリコンが外部の酸素と結合するとともに元々結合していた酸素を金属管側に放出するという現象が起こっており、酸素含有率が低いほど、つまり窒素含有率が高いほどこの現象が起こりにくいということが少なくともその一因であると推測される。 The reason why such an unexpected effect was obtained is not clear. However, during high-temperature heating, there is a phenomenon in which silicon in the silicon nitride oxide film binds to external oxygen and releases the oxygen that was originally bound to the metal tube side. It is speculated that this phenomenon is less likely to occur as the nitrogen content is higher.
変色防止効果を高くする観点からは、SiON膜の酸素含有率をできるだけ低くし、窒素含有率をできるだけ高くすることが好ましい。具体的には、酸素含有率を5質量%以下、窒素含有率を40質量%以上とすることがより好ましい。 From the viewpoint of increasing the effect of preventing discoloration, it is preferable to make the oxygen content of the SiON film as low as possible and the nitrogen content as high as possible. Specifically, it is more preferable that the oxygen content is 5% by mass or less and the nitrogen content is 40% by mass or more.
ただし、SiON膜の酸素含有率を十分に低くするためには、チャンバ21内を真空度が十分に高くなるように真空引きした上で、実質的に窒素ガスのみをチャンバ21内に導入してスパッタを行う必要がある。例えば、酸素含有率を5質量%以下とするためには、チャンバ21内の真空度を1×10-4Pa程度以下とする必要がある。排気管5のような大きな部品を収容できる大きなチャンバ21内の真空度を上述したような高い値に設定することは、生産に要する時間の増加を招くことになり、生産上不利な場合もある。また、高性能のポンプを用いて長時間真空引きを行っても、残留酸素や、ワーク、治具あるいは装置などからしみ出てくる酸素をゼロにすることはできないので、酸素含有率を1質量%未満とすることは、実際の生産上は極めて難しい。
However, in order to sufficiently reduce the oxygen content of the SiON film, the
これに対し、酸素含有率を5質量%を超え30質量%以下、窒素含有率を10質量%以上40質量%未満の範囲内にする場合には、チャンバ21内の真空度は1×10-3Pa程度であってよい。そのため、酸素および窒素の含有率をこのような範囲内に設定すると、生産に要する時間を短縮でき、生産上非常に有利である。なお、酸素および窒素の含有率をこのような範囲内に設定したとしても、表1に示したように色差ΔE*を十分に小さく(例えば1以下に)することができ、十分に高い酸化防止効果が得られる。本発明は、既に述べたように、酸素および窒素含有率を特定の範囲内とすることによって酸化防止効果が格段に向上するというSiON膜の特異な性質を利用するものだからである。
On the other hand, when the oxygen content is more than 5% by mass and 30% by mass or less and the nitrogen content is in the range of 10% by mass to less than 40% by mass, the degree of vacuum in the
本発明によると、高温の排気ガスによる変色や酸化を防止することができる内燃機関用排気管が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust pipe for internal combustion engines which can prevent discoloration and oxidation by high temperature exhaust gas is provided.
本発明による内燃機関用排気管は、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。 The exhaust pipe for an internal combustion engine according to 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.
1 内燃機関
2 排気管
5 金属管
6 通路
10 セラミックス膜
20 スパッタリング装置
21 チャンバ
22 ターゲット
23 軸
24 ホルダ
100 自動二輪車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (13)
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質量%以下であるセラミックス膜と、
を備え、
前記セラミックス膜は、30質量%以下のOおよび10質量%以上のNを含むSiON膜であり、
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% by mass or less mainly contained on the surface of the metal tube;
With
The ceramic film, Ri SiON Makudea containing 30 wt% or less of O and 10 mass% or more of N,
The exhaust pipe for an internal combustion engine , wherein the ceramic film is a vapor deposition film formed by a vapor deposition method .
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