摩耗保護層構造、並びに摩耗保護層構造を備えた構成要素
本発明は、高い圧力及び高い温度にさらされる、特に燃料噴射システムの構成要素（Ｂ）のための摩耗保護層構造（２０）に関する。この摩耗保護層構造（２０）は、正方晶系に結合されたアモルファス炭素より形成されているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有する保護層（２１）を有しており、該保護層（２１）と前記構成要素（Ｂ）との間に、チタンを含有する接着促進剤層（２２）を有している。本発明によれば、前記接着促進剤層（２２）が、チタンの他に追加的に少なくとも１つの耐酸化性の元素を含有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、高い圧力及び高い温度にさらされる、特に燃料噴射システムの構成要素のための摩耗保護層構造、並びに請求項８の上位概念部に記載した構成要素に関する。
【０００２】
噴射技術の構成要素においては、本願出願人により、金属を含まない、水素を含むアモルファス炭素層（a-C:H-Schicht）が、摩擦及び摩耗を減少させるための摩耗保護層として標準装備されている。この場合、プラズマ技術的な方法により構成要素表面上に施された炭素層の厚さは、典型的には１μｍ〜３μｍである。
【０００３】
さらに、構成要素上に、水素を含まない正方晶系のアモルファス炭素層（ta-C-Schichten）が設けられる。この水素を含まないアモルファス炭素層（ta-C-Schicht）は、前記水素を含むアモルファス炭素層（a-C:H-Schicht）に対して、その特性が改善されている。「ta-C-Schicht」を構成要素上に堅固に被着することができるようにするために、「ta-C-Schicht」は摩耗保護層構造の構成部分として設けられる。この摩耗保護層構造は、「ta-C-Schicht」の他に追加的にプラズマ補助析出されたチタンより成る接着促進剤を有している。特に噴射技術において益々高くなる圧力及び温度を考慮して、構成要素表面上における「ta-C-Schicht」の接着強さを改善する必要がある。
【０００４】
［発明の開示］
本発明によれば、摩耗保護層構造は、比較的高い温度において不活性ガス雰囲気下又は酸化ガス雰囲気下でより高い接着強さを有するように、構成されている。本発明の基本的な考え方は、チタンより成る接着促進剤層に追加的に、耐酸化性の元素のうちの１つの元素を添加するという点にある。このような成分によって、チタンの高い化学反応性が減少されるか、若しくは接着促進剤層の耐酸化性が高められ、それによって、全体的に保護層の接着強さが高められる。
【０００５】
特に高い圧力及び高い温度にさらされる燃料噴射システムの構成要素のための、本発明による摩耗保護層の有利な実施態様は、従属請求項及び以下に記載されている。
【０００６】
耐酸化性の元素が、ニオブ、クロム、バナジウム、ケイ素、ニッケル、プラセオジム、モリブデン又はタンタルの元素グループの少なくとも１つの元素であれば有利である。
【０００７】
少なくとも１つの耐酸化性の元素の割合が、１％〜４０％、特に１０％〜２０％であれば、特に有利である。
【０００８】
接着促進剤層が、ＰＶＤ法（物理気相析出法）によって、有利には少なくとも、コーティングしようとする領域内の鋼より成る構成要素の表面上に直接施されていれば、有利である。
【０００９】
理想的には、保護層自体も、ＰＶＤ法によって有利には真空下で施される。
【００１０】
摩耗保護層構造の最適な接着強さを考慮した場合、接着促進剤層が、約５０ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲の層厚を有していることによって、得られる。特に有利には、摩耗保護層構造の全厚さは、約１μｍ乃至１０μｍの範囲より選択されている。
【００１１】
また本発明は、特に燃料噴射システムの構成要素に関する。特に有利には、構成要素は、少なくともコーティングしようとする領域が鋼より成っている。構成要素は、本発明の考え方に従って前述したような摩耗保護層構造を有することを特徴としている。特に有利には、構成要素は、燃料インジェクタの構成部分、特にノズルニードルの構成部分である。同様に、構成要素は、燃料高圧ポンプの構成部分であってよい。
【００１２】
本発明のその他の利点、特徴及び詳細は、以下に説明した実施例並びに図面に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術に基づく接着促進剤層による層構造の概略図である。
【図２】本発明による摩耗保護層構造の概略図である。
【００１４】
図１には、従来技術による摩耗保護層構造１０が示されている。摩耗保護層構造１０は保護層１１を有しており、該保護層１１は、正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有しているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有している。保護層１１は、接着促進剤層１２を介在させて構成要素（構成部分）Ｂ上に配置されている。接着促進剤層１２は、純粋なチタンより成っていて、約４０ｎｍ乃至１００ｎｍの層厚を有している。これに対して、保護層１１の層厚は、２μｍ乃至５μｍである。接着促進剤層１２は、構成要素Ｂの表面Ｏ上に直接施されている。
【００１５】
図２には、本発明による摩耗保護層構造２０が示されている。摩耗保護層構造２０は保護層２１を有しており、該保護層２１は、摩耗保護層構造１０の保護層１１と同様に構成されていてよい。つまり、保護層２１は、正方晶系に結合されたアモルファス炭素より成っているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有している。保護層２１は、接着促進剤層２２を介在させて構成要素Ｂの表面Ｏ上に直接施されている。
【００１６】
接着促進剤層２２は、本発明によればチタンより成っていて、耐酸化性の元素が添加されている。有利な形式で、耐酸化性の元素は、ニオブ（Niob）、クロム（Chrom）、バナジウム（Vanadium）、ケイ素（Silizium）、ニッケル（Nickel）、プラセオジム（Praseodym）、モリブデン（Molybdaen）又はタンタル（Tantal）の元素グループのうちの少なくとも１つの元素である。この場合、ケイ素又はニオブの元素、若しくはケイ素及びニオブの元素の組み合わせが、特に有利である。接着促進剤層２２の全体に対する少なくとも１つの耐酸化性の元素の割合は、１％乃至４０％、有利には１０％乃至２０％である。接着促進剤層２２は、ＰＶＤ（物理蒸着）法によって構成要素Ｂの表面Ｏ上に施される。
【００１７】
接着促進剤層２２を施した後で、保護層２１は有利にはやはりＰＶＤ法によって、特に真空下で接着促進剤層２２上に施される。この場合、保護層２１と接着促進剤層２２とから成る摩耗保護層構造２０の全厚さは、約１μｍ乃至１０μｍである。構成要素Ｂは、特に燃料噴射システムの構成要素Ｂであり、この構成要素Ｂは、該構成要素Ｂの少なくともコーティングしようとする領域が鋼より成っている。この場合、構成要素Ｂは、特に燃料インジェクタの構成部分、特にノズルニードル、又は燃料高圧ポンプの構成部分である。
【符号の説明】
【００１８】
１０ 摩耗保護層構造、 １１ 保護層、 １２ 接着促進剤層、 ２０ 摩耗保護層構造、 ２１ 保護層、 ２２ 接着促進剤層、 Ｂ 構成要素、 Ｏ 表面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、高い圧力及び高い温度にさらされる、特に燃料噴射システムの構成要素のための摩耗保護層構造、並びに請求項８の上位概念部に記載した構成要素に関する。
【０００２】
噴射技術の構成要素においては、本願出願人により、金属を含まない、水素を含むアモルファス炭素層（a-C:H-Schicht）が、摩擦及び摩耗を減少させるための摩耗保護層として標準装備されている。この場合、プラズマ技術的な方法により構成要素表面上に施された炭素層の厚さは、典型的には１μｍ〜３μｍである。
【０００３】
さらに、構成要素上に、水素を含まない正方晶系のアモルファス炭素層（ta-C-Schichten）が設けられる。この水素を含まないアモルファス炭素層（ta-C-Schicht）は、前記水素を含むアモルファス炭素層（a-C:H-Schicht）に対して、その特性が改善されている。「ta-C-Schicht」を構成要素上に堅固に被着することができるようにするために、「ta-C-Schicht」は摩耗保護層構造の構成部分として設けられる。この摩耗保護層構造は、「ta-C-Schicht」の他に追加的にプラズマ補助析出されたチタンより成る接着促進剤を有している。特に噴射技術において益々高くなる圧力及び温度を考慮して、構成要素表面上における「ta-C-Schicht」の接着強さを改善する必要がある。
【０００４】
［発明の開示］
本発明によれば、摩耗保護層構造は、比較的高い温度において不活性ガス雰囲気下又は酸化ガス雰囲気下でより高い接着強さを有するように、構成されている。本発明の基本的な考え方は、チタンより成る接着促進剤層に追加的に、耐酸化性の元素のうちの１つの元素を添加するという点にある。このような成分によって、チタンの高い化学反応性が減少されるか、若しくは接着促進剤層の耐酸化性が高められ、それによって、全体的に保護層の接着強さが高められる。
【０００５】
特に高い圧力及び高い温度にさらされる燃料噴射システムの構成要素のための、本発明による摩耗保護層の有利な実施態様は、従属請求項及び以下に記載されている。
【０００６】
耐酸化性の元素が、ニオブ、クロム、バナジウム、ケイ素、ニッケル、プラセオジム、モリブデン又はタンタルの元素グループの少なくとも１つの元素であれば有利である。
【０００７】
少なくとも１つの耐酸化性の元素の割合が、１％〜４０％、特に１０％〜２０％であれば、特に有利である。
【０００８】
接着促進剤層が、ＰＶＤ法（物理気相析出法）によって、有利には少なくとも、コーティングしようとする領域内の鋼より成る構成要素の表面上に直接施されていれば、有利である。
【０００９】
理想的には、保護層自体も、ＰＶＤ法によって有利には真空下で施される。
【００１０】
摩耗保護層構造の最適な接着強さを考慮した場合、接着促進剤層が、約５０ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲の層厚を有していることによって、得られる。特に有利には、摩耗保護層構造の全厚さは、約１μｍ乃至１０μｍの範囲より選択されている。
【００１１】
また本発明は、特に燃料噴射システムの構成要素に関する。特に有利には、構成要素は、少なくともコーティングしようとする領域が鋼より成っている。構成要素は、本発明の考え方に従って前述したような摩耗保護層構造を有することを特徴としている。特に有利には、構成要素は、燃料インジェクタの構成部分、特にノズルニードルの構成部分である。同様に、構成要素は、燃料高圧ポンプの構成部分であってよい。
【００１２】
本発明のその他の利点、特徴及び詳細は、以下に説明した実施例並びに図面に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術に基づく接着促進剤層による層構造の概略図である。
【図２】本発明による摩耗保護層構造の概略図である。
【００１４】
図１には、従来技術による摩耗保護層構造１０が示されている。摩耗保護層構造１０は保護層１１を有しており、該保護層１１は、正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有しているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有している。保護層１１は、接着促進剤層１２を介在させて構成要素（構成部分）Ｂ上に配置されている。接着促進剤層１２は、純粋なチタンより成っていて、約４０ｎｍ乃至１００ｎｍの層厚を有している。これに対して、保護層１１の層厚は、２μｍ乃至５μｍである。接着促進剤層１２は、構成要素Ｂの表面Ｏ上に直接施されている。
【００１５】
図２には、本発明による摩耗保護層構造２０が示されている。摩耗保護層構造２０は保護層２１を有しており、該保護層２１は、摩耗保護層構造１０の保護層１１と同様に構成されていてよい。つまり、保護層２１は、正方晶系に結合されたアモルファス炭素より成っているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有している。保護層２１は、接着促進剤層２２を介在させて構成要素Ｂの表面Ｏ上に直接施されている。
【００１６】
接着促進剤層２２は、本発明によればチタンより成っていて、耐酸化性の元素が添加されている。有利な形式で、耐酸化性の元素は、ニオブ（Niob）、クロム（Chrom）、バナジウム（Vanadium）、ケイ素（Silizium）、ニッケル（Nickel）、プラセオジム（Praseodym）、モリブデン（Molybdaen）又はタンタル（Tantal）の元素グループのうちの少なくとも１つの元素である。この場合、ケイ素又はニオブの元素、若しくはケイ素及びニオブの元素の組み合わせが、特に有利である。接着促進剤層２２の全体に対する少なくとも１つの耐酸化性の元素の割合は、１％乃至４０％、有利には１０％乃至２０％である。接着促進剤層２２は、ＰＶＤ（物理蒸着）法によって構成要素Ｂの表面Ｏ上に施される。
【００１７】
接着促進剤層２２を施した後で、保護層２１は有利にはやはりＰＶＤ法によって、特に真空下で接着促進剤層２２上に施される。この場合、保護層２１と接着促進剤層２２とから成る摩耗保護層構造２０の全厚さは、約１μｍ乃至１０μｍである。構成要素Ｂは、特に燃料噴射システムの構成要素Ｂであり、この構成要素Ｂは、該構成要素Ｂの少なくともコーティングしようとする領域が鋼より成っている。この場合、構成要素Ｂは、特に燃料インジェクタの構成部分、特にノズルニードル、又は燃料高圧ポンプの構成部分である。
【符号の説明】
【００１８】
１０ 摩耗保護層構造、 １１ 保護層、 １２ 接着促進剤層、 ２０ 摩耗保護層構造、 ２１ 保護層、 ２２ 接着促進剤層、 Ｂ 構成要素、 Ｏ 表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い圧力及び高い温度にさらされる、特に燃料噴射システムの構成要素（Ｂ）のための摩耗保護層構造（２０）であって、正方晶系に結合されたアモルファス炭素より形成されているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有する保護層（２１）を有しており、該保護層（２１）と前記構成要素（Ｂ）との間に、チタンを含有する接着促進剤層（２２）を有している形式のものにおいて、
前記接着促進剤層（２２）が、チタンの他に追加的に少なくとも１つの耐酸化性の元素を含有していることを特徴とする、摩耗保護層構造（２０）。
【請求項２】
少なくとも１つの耐酸化性の元素が、ニオブ、クロム、バナジウム、ケイ素、ニッケル、プラセオジム、モリブデン又はタンタルの元素グループの元素である、請求項１記載の摩耗保護層構造。
【請求項３】
少なくとも１つの耐酸化性の元素の割合が、１％〜４０％、特に１０％〜２０％である、請求項１又は２記載の摩耗保護層構造。
【請求項４】
前記接着促進剤層（２２）が、ＰＶＤ法によって構成要素（Ｂ）上に施されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造。
【請求項５】
前記保護層（２１）が、真空ＰＶＤ法によって接着促進剤層（２２）上に施されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造。
【請求項６】
前記接着促進剤層（２２）が、５０ｎｍ乃至３００ｎｍの層厚を有している、請求項４又は５記載の摩耗保護層構造。
【請求項７】
前記摩耗保護層構造（２０）の全厚さが、約１μｍ乃至１０μｍの範囲より選択されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造。
【請求項８】
特に燃料噴射システムの、有利には鋼より成る構成要素において、請求項１から７までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造（２０）を備えていることを特徴とする、構成要素。
【請求項９】
前記構成要素（Ｂ）が、燃料インジェクタの構成部分、特にノズルニードル、又は燃料高圧ポンプの構成部分である、請求項８記載の構成要素。
【請求項１】
高い圧力及び高い温度にさらされる、特に燃料噴射システムの構成要素（Ｂ）のための摩耗保護層構造（２０）であって、正方晶系に結合されたアモルファス炭素より形成されているか、又は一部が正方晶系に結合されたアモルファス炭素を有する保護層（２１）を有しており、該保護層（２１）と前記構成要素（Ｂ）との間に、チタンを含有する接着促進剤層（２２）を有している形式のものにおいて、
前記接着促進剤層（２２）が、チタンの他に追加的に少なくとも１つの耐酸化性の元素を含有していることを特徴とする、摩耗保護層構造（２０）。
【請求項２】
少なくとも１つの耐酸化性の元素が、ニオブ、クロム、バナジウム、ケイ素、ニッケル、プラセオジム、モリブデン又はタンタルの元素グループの元素である、請求項１記載の摩耗保護層構造。
【請求項３】
少なくとも１つの耐酸化性の元素の割合が、１％〜４０％、特に１０％〜２０％である、請求項１又は２記載の摩耗保護層構造。
【請求項４】
前記接着促進剤層（２２）が、ＰＶＤ法によって構成要素（Ｂ）上に施されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造。
【請求項５】
前記保護層（２１）が、真空ＰＶＤ法によって接着促進剤層（２２）上に施されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造。
【請求項６】
前記接着促進剤層（２２）が、５０ｎｍ乃至３００ｎｍの層厚を有している、請求項４又は５記載の摩耗保護層構造。
【請求項７】
前記摩耗保護層構造（２０）の全厚さが、約１μｍ乃至１０μｍの範囲より選択されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造。
【請求項８】
特に燃料噴射システムの、有利には鋼より成る構成要素において、請求項１から７までのいずれか１項記載の摩耗保護層構造（２０）を備えていることを特徴とする、構成要素。
【請求項９】
前記構成要素（Ｂ）が、燃料インジェクタの構成部分、特にノズルニードル、又は燃料高圧ポンプの構成部分である、請求項８記載の構成要素。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１２−５２７５２７（Ｐ２０１２−５２７５２７Ａ）
【公表日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１１２０８（Ｐ２０１２−５１１２０８）
【出願日】平成２２年３月２２日（２０１０．３．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５３７０１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３３３８８
【国際公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２２日（２０１０．３．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５３７０１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３３３８８
【国際公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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