(57)【要約】【課題】エンジン部品の外壁から内部に向って形成された微小孔の全体に亘って薄膜を均一に形成することができ、その結果、微小孔の有する機能を低下させることなく、微小孔の腐食を防止できるエンジン部品及びエンジン部品の腐食防止方法を提供する。【解決手段】エンジン部品１の外壁から内部に向って形成された微小孔５の内周面の表面に、または、微小孔５に連通するとともに微小孔５より内部に形成された空間４を構成する壁４ａの内周面の表面に、原子層堆積により成膜１０を形成してコーティングすることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン部品の外壁から内部に向って形成された微小孔の内周面の表面に、または、前記微小孔に連通するとともに前記微小孔より内部に形成された空間を構成する壁の内周面の表面に、原子層堆積で形成された成膜によるコーティングをして構成されるエンジン部品。
【請求項２】
前記エンジン部品を燃料噴射装置として、前記微小孔を燃料噴射孔とするか、または、前記エンジン部品を尿素水噴射装置として、前記微小孔を尿素水噴射孔として構成される請求項１に記載のエンジン部品。
【請求項３】
エンジン部品の外壁から内部に向って形成された微小孔の内周面の表面に、または、前記微小孔に連通するとともに前記微小孔より内部に形成された空間を構成する壁の内周面の表面に、原子層堆積により成膜を形成してコーティングすることを特徴とするエンジン部品の腐食防止方法。
【請求項４】
前記エンジン部品を噴射装置とし、前記微小孔を噴射孔とするとともに、前記噴射孔より噴射する物質が液体であるか、または、気体であるかに応じて、前記噴射孔にコーティングする前記成膜の材料及び膜厚を設定することを特徴とする請求項３に記載のエンジン部品の腐食防止方法。
【請求項５】
前記エンジン部品を燃料噴射装置とし、前記微小孔を燃料噴射孔とするとともに、前記燃料噴射孔より噴射する燃料の種類に応じて前記燃料噴射孔にコーティングする前記成膜の材料及び膜厚を設定することを特徴とする請求項３に記載のエンジン部品の腐食防止方法。
【請求項６】
前記エンジン部品を尿素水噴射装置とし、前記微小孔を尿素水噴射孔とするとともに、前記尿素水噴射孔より噴射する尿素水の環境温度に応じて前記尿素水噴射孔にコーティングする前記成膜の材料及び膜厚を設定することを特徴とする請求項３に記載のエンジン部品の腐食防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン部品及びエンジン部品の腐食防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、燃料を噴射する燃料噴射装置や、排気ガス浄化処理装置の一つである選択還元型触媒装置に流入する排気ガスに向って尿素水を噴射する尿素水噴射装置が配設されている。
【０００３】
この燃料噴射装置においては、その外壁や噴射孔に、エンジンの停止時等に気筒内に滞留したガスが接触して結露水（凝縮水）が付着することがあり、この結露水により燃料噴射装置の外壁や噴射孔が腐食する虞がある。なお、燃料噴射装置の腐食要因は、燃料の劣化成分に因ることもあり、この結露水に限らない。また、尿素水噴射装置においては、その外壁や噴射孔に付着した尿素水の加水分解成分による化学反応により尿素水噴射装置の外壁や噴射孔が腐食する虞がある。したがって、この腐食を防止するために、従来、燃料噴射装置や尿素水噴射装置の外壁等に耐食性材料の選択やめっき層を形成することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５６４３１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／１１４７２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料噴射装置の燃料噴射孔や尿素水噴射装置の尿素水噴射孔等の孔の腐食を防止するためには、孔の内周面の表面の全体に亘って耐食性を有する均一な薄膜を形成してコーティングする必要がある。
【０００６】
しかしながら、これらの孔の径は微小（例えば、燃料噴射孔の直径は０．１ｍｍ程度）であるため、これらの孔にめっき層等でコーティングを行うと、めっき層の膜厚は孔径と比較して厚く、噴射孔の公差以上となり、しかも不均一となるため、各孔からの燃料または尿素水の噴射がめっき層に妨げられて、燃料噴射装置または尿素水噴射装置の噴射精度が悪化し噴射機能が低下する虞がある。
【０００７】
一方、これらの孔に物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着法（ＣＶＤ）等を用いてコーティングを行うと、これらの孔の一部に噴射孔の公差以下の膜厚の成膜（薄膜）を形成することはできるが、成膜の材料が上記孔の深い部分にまで入っていかず（付き回り性が悪く）、上記孔の全体に亘って薄膜を均一に形成してコーティングを行うことができない。
【０００８】
本発明の目的は、エンジン部品（燃料噴射装置等）の外壁から内部に向って形成された微小孔（燃料噴射孔等）の内周面の表面の全体に亘って耐食性の薄膜を均一に形成することができ、その結果、微小孔の有する機能を低下させることなく、微小孔の腐食を防止できるエンジン部品及びエンジン部品の腐食防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明のエンジン部品は、エンジン部品の外壁から内部に向って形成された微小孔の内周面の表面に、または、前記微小孔に連通するとともに前記微小孔より内部に形成された空間を構成する壁の内周面の表面に、原子層堆積で形成された成膜によるコーティングをして構成される。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明のエンジン部品の腐食防止方法は、エンジン部品の外壁から内部に向って形成された微小孔の内周面の表面に、または、前記微小孔に連通するとともに前記微小孔より内部に形成された空間を構成する壁の内周面の表面に、原子層堆積により成膜を形成してコーティングすることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエンジン部品及びエンジン部品の腐食防止方法によれば、原子層堆積を用いてコーティングを行うことで、エンジン部品の外壁から内部に向って形成された微小孔の内周面の表面に微小孔の径の公差以下の厚さの成膜（薄膜）を均一に形成することができる。その結果、この薄膜により、微小孔の有する機能（例えば、噴射機能）を低下させることなく、微小孔の腐食を防止できる。
【００１２】
また、原子層堆積を用いることで、微小孔に連通するとともに微小孔より内部に形成された空間を構成する壁の内周面の表面にも成膜の材料が入り込むことができるので、この壁への薄膜によるコーティングを行うことができる。その結果、微小孔だけでなく、この壁の腐食も防止できる。
【００１３】
さらに、原子層堆積に用いる材料（前駆体）として耐食性の良い材料を用いることで、この薄膜の耐食性を良化させることができるので、微小孔等の腐食をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のエンジン部品（燃料噴射装置）の構成を示す模式図である。
【図２】原子層堆積を行うための装置構成を示す模式図である。
【図３】原子層堆積の各ステップを示す模式図である。（ａ）は第１ステップを、（ｂ）は第２ステップを、（ｃ）は第３ステップを、（ｄ）は第４ステップを示す図である。
【図４】本発明のエンジン部品の腐食防止方法を行うための工程フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態のエンジン部品及びエンジン部品の腐食防止方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、エンジン部品の一例として燃料噴射装置を、微小孔の一例として燃料噴射孔を例として説明するが、エンジン部品を尿素水噴射装置として、微小孔を尿素水噴射孔としても本発明を適用することができる。
【００１６】
図１に示すように、本発明の燃料噴射装置１は、エンジン（図示しない）の気筒（シリンダ）内の燃焼室または排気通路（図示しない）に配置される装置で、燃料噴射装置１は、外壁２、ニードル３、サック（空間）４、燃料噴射孔５、及び内壁６を有して構成されている。
【００１７】
ニードル３は、内壁６の内側に配置されていて、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射装置１の上下方向（Ｚ方向）に摺動自在となるように配置される装置である。このニードル３の先端部は、燃料噴射装置１より燃料Ｆを噴射しないときには、ニードル３に接続される付勢バネ（図示しない）の下方向への付勢力により内壁６と当接した状態となる。一方、燃料噴射装置１より燃料Ｆを噴射するときには、ニードル３に接続されるソレノイド（図示しない）の励磁による上方向への電磁力が付勢バネの付勢力に抗することで、ニードル３の先端部３は内壁６より離間した状態となる。
【００１８】
サック４は、ニードル３の先端部が内壁６と当接した状態でこの先端部周辺に拡がっている燃料噴射孔５と連通する空間である。燃料噴射孔５は、燃料噴射装置１の外壁２から内部のサック４に向って形成される、０．１ｍｍ程度の直径の円筒状の孔である。この燃料噴射孔５は、燃料噴射装置１に複数個（７、８個程度、図１の断面図では２個）形成される。
【００１９】
燃料噴射装置１の動作について説明する。エンジンの運転状態に応じて、燃料噴射装置１より燃料Ｆを噴射する必要がない場合には、ニードル３の先端部は内壁６と当接した状態となり、ニードル３と内壁６の間の空間に滞留した燃料Ｆがサック４及び燃料噴射孔５に流れず、燃料噴射装置１より外部に燃料Ｆが噴射されない。一方、エンジンの運転状態に応じて、燃料噴射装置１より燃料Ｆを噴射する必要がある場合には、ニードル３の先端部は上方向に移動して、ニードル３と内壁６の間の空間に滞留した燃料Ｆがサック４に流れて、このサック４に流れた燃料Ｆが燃料噴射孔５を経由して外部に噴射される。
【００２０】
そして、本発明のエンジン部品は、燃料噴射装置１の外壁２から内部に向って形成された燃料噴射孔５の内周面の表面に、または、燃料噴射孔５に連通するとともに燃料噴射孔５より内部に形成されたサック４を構成する壁４ａの内周面の表面に、原子層堆積で形成された成膜１０によるコーティングをして構成する。この成膜１０は、燃料噴射孔５の公差（例えば、０．００５ｍｍ）以下の厚さ（例えば、０．００１ｍｍ以下）の薄膜である。好ましくは、燃料噴射孔５の公差の１％〜１０％の厚みとする。
【００２１】
ここで、原子層堆積で形成された成膜１０によるコーティングを行うための装置構成について図２を参照にしながら説明する。まず、原子層堆積装置のプロセス室（チャンバー）の内部の台座に燃料噴射装置１を配置する。このプロセス室には、第１材料投入部と、第２材料投入部と、加熱部と、排気部とが配置される。第１材料投入部は、原子層堆積の進行状況に応じて、第１材料（プリカーサー：前駆体）Ｍａを蒸気の状態で、キャリアガス（窒素（Ｎ2）等）とともに燃料噴射装置１の外壁２及び燃料噴射孔５に向けて投入する部位である。第２材料投入部は、原子層堆積の進行状況に応じて、第２材料（水蒸気（Ｈ2Ｏ）等）Ｍｂを蒸気の状態で、キャリアガスとともに外壁２及び燃料噴射孔５に向けて投入する部位である。加熱部は、原子層堆積を行うときに、プロセス室内の温度を原子層堆積が進行する温度域まで昇温及び維持する部位である。排気部は、投入された第１材料Ｍａ及び第２材料Ｍｂの内、原子層堆積に使用されずに残った材料を真空ポンプ等により外部へ排出する部位である。
【００２２】
ここで、第１材料Ｍａは、燃料噴射装置１の外壁２または燃料噴射孔５の内周面の表面に形成する成膜１０の種類に応じて設定される。例えば、成膜１０を酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）で構成する場合には、第１材料Ｍａをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：（ＣＨ3）7Ａｌ）またはトリエチルアミン（ＴＥＡ：（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ）に設定する。また、成膜１０を酸化チタン（ＴｉＯ2）で構成する場合には、第１材料Ｍａをテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4）またはテトラキスエチルメチルアミノチタニウム（ＴＥＭＡＴ：Ｔｉ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）（ＣＨ3）］4または四塩化チタン（Ｔｉｃｌ4）に設定する。また、成膜１０を酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）で構成する場合には、第１材料Ｍａをテトラキスメチルエチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨ：Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ3）（Ｃ2Ｈ5）］4）またはテトラキスジメチルアミノハフニウム（ＴＤＭＡＨ：Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ3）2］4）に設定する。また、成膜１０をジルコニアで構成する場合には、第１材料Ｍａをテトラキスジメチルアミノジルコニウム（ＴＤＭＡＺ：Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ3）2）4）またはテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ：Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ3）ＣＨ2ＣＨ3］4）に設定する。
【００２３】
また、燃料噴射装置１の外壁２または燃料噴射孔５の内周面の表面への原子層堆積による成膜１０の形成は以下の４つのステップを繰り返すことで行われる。図３（ａ）に示す最初のステップ（第１のステップ）では、第１材料投入部より第１材料Ｍａを蒸気の状態で、キャリアガスとともに外壁２、燃料噴射孔５またはサック４（図３では燃料噴射孔５）に投入する。このステップでは、外壁２、燃料噴射孔５またはサック４の表面の自然酸化膜に含まれる酸素原子と、第１材料Ｍａより熱分解して生成された原子とが次々に結合して、外壁２、燃料噴射孔５またはサック４の表面を覆う均一の膜が生成される。図３（ｂ）に示す第２のステップでは、第１のステップで膜の生成に使用されなかった第１材料Ｍａの原子が排気部により外部へ排出される。図３（ｃ）に示す第３のステップでは、第２材料投入部より第２材料Ｍｂを蒸気の状態で、キャリアガスとともに外壁２または燃料噴射孔５に投入する。このステップでは、第１のステップで生成された膜の表面に、第２材料Ｍｂより熱分解して生成された酸素原子を第１のステップで生成された膜の内部の原子と結合させながら配置することで、新たな均一の膜を生成する。図３（ｄ）に示す最後のステップ（第４のステップ）では、第３のステップでの膜の生成に使用されなかった第２材料Ｍｂの原子が排気部により外部へ排出される。以上の４つのステップを繰り返すことで、燃料噴射装置１の外壁２、燃料噴射孔５またはサック４の表面に原子層堆積による均一の膜が原子の自己制御性を利用して段階的に積層されていく。この積層された膜が成膜１０である。なお、成膜１０の膜厚は、上記の４つのステップを繰り返し行う回数に応じて変化させる。
【００２４】
次に、上記のエンジン部品１を基にした、本発明のエンジン部品の腐食防止方法について説明する。この腐食防止方法とは、エンジン部品１の外壁から内部に向って形成された微小孔５の内周面の表面に、または、微小孔５に連通するとともに微小孔５より内部に形成された空間４を構成する壁４ａの内周面の表面に、原子層堆積により成膜１０を形成してコーティングする方法である。
【００２５】
この方法の工程について、図４に示す工程フローを例にして説明する。図４の工程フローは、エンジン部品（ここでは燃料噴射装置）１の組み立てが完了し、エンジン部品１へのコーティングを行う際に実施されるフローである。
【００２６】
図４の工程フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、燃料噴射孔５より噴射する燃料Ｆの種類に応じて燃料噴射孔５またはサック（空間）４を構成する壁４ａにコーティングする成膜１０を構成する材料及び膜厚を設定する。ステップＳ１０の設定完了後、ステップＳ２０に進む。そして、ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で設定した材料を用いて、燃料噴射孔５またはサック４を構成する壁４ａにステップＳ１０で設定した膜厚の成膜１０がコーティングされるように原子層堆積を行う。ステップＳ２０の作業を完了次第、本工程フローは終了となる。
【００２７】
なお、エンジン部品１として燃料噴射装置ではなく、尿素水噴射装置を用いる場合は、ステップＳ１０では、尿素水の尿素濃度に応じて尿素水噴射孔５、または、尿素水噴射孔５に連通するとともに尿素水噴射孔５より内部に形成された空間４を構成する壁４ａにコーティングする成膜１０を構成する材料及び膜厚を設定する。そして、ステップＳ２０では、ステップＳ１０で設定した材料を用いて、尿素水噴射孔５または空間４を構成する壁４ａにステップＳ１０で設定した膜厚の成膜１０がコーティングされるように原子層堆積を行う。
【００２８】
また、エンジン部品１を燃料噴射装置や尿素水噴射装置のような噴射装置とし、微小孔５を燃料噴射孔や尿素水噴射孔のような噴射孔とした場合は、噴射孔５より噴射する物質が液体であるか、または、気体であるかに応じて、噴射孔５、または、噴射孔５に連通するとともに噴射孔５より内部に形成された空間４を構成する壁４ａにコーティングする成膜１０の材料及び膜厚を設定して、この設定した材料及び膜厚で噴射孔５、または、噴射孔５に連通するとともに噴射孔５より内部に形成された空間４を構成する壁４ａに原子層堆積による成膜１０を形成してコーティングするようにしてもよい。
【００２９】
以上より、本発明のエンジン部品１及びエンジン部品の腐食防止方法によれば、原子層堆積を用いてコーティングを行うことで、エンジン部品１の外壁２から内部に向って形成された微小孔５の内周面の表面の全体に対して微小孔５の公差以下の厚さの非常に薄い成膜（薄膜）１０を奥まで均一に形成することができる。その結果、この薄膜１０により、微小孔５の有する機能（例えば、噴射機能）を低下させることなく、微小孔５の腐食を防止できる。
【００３０】
また、原子層堆積を用いることで、微小孔５に連通するとともに微小孔５より内部に形成された空間４を構成する壁４ａの内周面の表面にも成膜１０の材料が入り込むことができるので、この壁４ａへの薄膜１０によるコーティングを行うことができる。その結果、微小孔５だけでなく、この壁４ａの腐食も防止できる。
【００３１】
さらに、原子層堆積に用いる材料（前駆体）として耐食性の良い材料を用いることで、この薄膜１０の耐食性を良化させることができるので、微小孔５等の腐食をより確実に防止することができる。
【００３２】
また、微小孔５を噴射孔とした場合に、噴射孔５より噴射する物質が液体であるか、または、気体であるかに応じて、噴射孔５にコーティングする成膜１０の材料及び膜厚を設定することで、噴射する物質の状態に応じた成膜１０を噴射孔５に形成してコーティングすることができるので、噴射孔５の腐食をより確実に防止することができる。
【００３３】
また、微小孔５を燃料噴射孔や尿素水噴射孔とした場合に、この微小孔５を通過する流体の種類や濃度や尿素水の環境温度等に応じて、微小孔５にコーティングする成膜１０の材料及び膜厚を設定することで、微小孔５を通過する流体に応じた成膜１０を微小孔５に形成してコーティングすることができるので、微小孔５の腐食をより確実に防止することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料噴射装置（エンジン部品）
４  サック（空間）
４ａ  壁
５  燃料噴射孔（微小孔）
１０  成膜（薄膜）
Ｆ  燃料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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