特許 6381623 接着性の金属層を有するシリンダライナとシリンダライナの形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6381623

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】接着性の金属層を有するシリンダライナとシリンダライナの形成方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20180820BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20180820BHJP

   F02F 1/16 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 S

   C23C14/06 F

   F02F1/16 A

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-500445(P2016-500445)

(86)(22)【出願日】2014年2月27日

(65)【公表番号】特表2016-516134(P2016-516134A)

(43)【公表日】2016年6月2日

(86)【国際出願番号】US2014018818

(87)【国際公開番号】WO2014163911

(87)【国際公開日】20141009

【審査請求日】2017年2月22日

(31)【優先権主張番号】13/801,736

(32)【優先日】2013年3月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】599058372

【氏名又は名称】フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＦＥＤＥＲＡＬ−ＭＯＧＵＬ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アハロノフ，ロバート・アール

【審査官】 岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０８１９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２７９９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２２８１２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１００８４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００７６２３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コーティングされたシリンダライナの製造方法であって、
第１の本体端部から第２の本体端部に延びる内面と外面を含む本体と、ボアと前記第１の本体端部における第１の開口部と前記第２の本体端部における第２の開口部とを呈するように中心軸を囲む前記内面とを提供するステップと、
前記本体の前記ボア内に消耗可能な金属電極を配置するステップとを備え、前記消耗可能な金属電極は金属で形成され、前記方法は、
前記本体の前記内面が堆積チャンバに露出し、かつ前記外面の一部が前記堆積チャンバに露出するように前記堆積チャンバを形成するために前記第１の開口部および前記第２の開口部を封止するステップと、
前記消耗可能な金属電極の前記金属を前記本体の露出した前記内面と露出した前記外面の一部にスパッタリングするステップとをさらに備える、方法。

【請求項2】

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

【請求項3】

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

【請求項4】

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

【請求項5】

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

【請求項6】

コーティングされたシリンダライナの製造方法であって、
第１の本体端部から第２の本体端部に延びる内面を含む本体と、ボアと前記第１の本体端部における第１の開口部と前記第２の本体端部における第２の開口部とを呈するように中心軸を囲む内面とを提供するステップと、
前記本体の前記ボア内に消耗可能な金属電極を配置するステップとを備え、前記消耗可能な金属電極は金属で形成され、前記方法は、
前記内面に沿って堆積チャンバを形成するために前記第１の開口部および前記第２の開口部を封止するステップと、
前記消耗可能な金属電極の前記金属を前記本体の前記内面にスパッタリングするステップとをさらに備え、
前記本体は、前記内面に逆向きの外面を含み、
前記第１の開口部および前記第２の開口部を前記封止するステップは、前記第１の本体端部上に第１のシールを配置することと、前記第１の開口部を封止するために前記第１のシール上に第１のカバーを配置することと、前記第２の本体端部に隣接する前記本体の前記外面の一部の周りに第２のシールを配置することと、前記第２の開口部を封止するために、前記第２のシールを前記本体の前記外面および前記第２の開口部に沿って延びる第２のカバーと係合することとを含む、方法。

【請求項7】

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

【請求項8】

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

【請求項9】

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

【請求項10】

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

【請求項11】

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

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

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

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

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

【0004】

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

【0005】

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

【0006】

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

【0007】

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

【0008】

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

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。

【図2】本発明の別の実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。

【図2A】図２の消耗可能な金属電極の断面上面図を提供する。

【図3】本発明のさらに別の実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。

【図4】本発明のさらに別の実施形態に係るシリンダライナおよびシリンダライナをコーティングするために使用される装置の断面図である。

【図4A】図４の消耗可能な金属電極の断面上面図を提供する。

【図5】本発明の一実施形態による、コーティングされたシリンダライナの断面図である。

【図5A】図５のコーティングされたシリンダライナの一部の拡大図である。

【図5B】本発明の別の実施形態による、コーティングされたシリンダライナの一部分を示す図である。

【図5C】本発明のさらに別の実施形態による、コーティングされたシリンダライナの一部分を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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

【0011】

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

【0012】

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

【0013】

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

【0014】

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

【0015】

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

【0016】

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

【0017】

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

【0018】

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

【0019】

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

【0020】

封止された堆積チャンバ５２および装置が提供されると、方法は、内面２６上に消耗可能な金属電極２８の金属をスパッタリングするのに必要な環境を提供することを含む。これは、真空を形成するために堆積チャンバ５２の圧力を減少させることと、例示的にグロープラズマまたはホローカソード放電プラズマといったプラズマを堆積チャンバ５２内に提供するために、第１の電極端部４４に負の電圧を印加することとを含む。電圧は、電源７４によって提供され、例示的にパルス化された高周波（ＲＦ）電圧またはパルス直流（ＤＣ）電圧である。方法はまた、正に帯電したイオンを含むキャリアガスを封止された堆積チャンバ５２に供給することを含む。金属を内面２６上にスパッタリングするのに先立って、キャリアガスは、本体３０の内面２６を洗浄する時間の間、堆積チャンバ５２に供給することができる。正に帯電したイオンは、例示的には、アルゴン（Ａｒ）および水素（Ｈ_２）の少なくとも一方を含む。図２および３の実施形態では、消耗可能な金属電極２８が中空の開口部４０およびオリフィス５０を含むとき、キャリアガスを提供するステップは、消耗可能な金属電極２８の中空の開口部４０内にオリフィス５０を通って堆積チャンバ５２へキャリアガスを提供することを含む。

【0021】

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

【0022】

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

【0023】

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

【0024】

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

【0025】

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

【0026】

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

【0027】

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

【0028】

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

【0029】

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

【0030】

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

【0031】

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

【0032】

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

【0033】

図１および２に示すように、シリンダライナ２０の本体３０は、堆積チャンバ５２を提供する場合、金属の接着層２４は、外面４２に隣接する第２の本体端部３４の少なくとも一部の上に配置されている。この場合、金属の接着層２４は、外面４２に沿って第２の本体端部３４から第１の本体端部３２に向かって、外長１_ｏの１〜４０％に沿って延びる。

【0034】

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

【0035】

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

【0036】

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

【図1】

【図2】

【図2A】

【図3】

【図4】

【図4A】

【図5】

【図5A】

【図5B】

【図5C】