特開 2023-16540 遮熱膜及び遮熱部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023016540

(43)【公開日】2023-02-02

(54)【発明の名称】遮熱膜及び遮熱部品

(51)【国際特許分類】

   B32B 9/00 20060101AFI20230126BHJP

   F02F 3/10 20060101ALI20230126BHJP

   B32B 7/027 20190101ALI20230126BHJP

   C23C 28/00 20060101ALI20230126BHJP

   F16J 9/26 20060101ALI20230126BHJP

【ＦＩ】

B32B9/00 A

F02F3/10 B

B32B7/027

C23C28/00 Z

F16J9/26 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021120920

(22)【出願日】2021-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】390008822

【氏名又は名称】アート金属工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(71)【出願人】

【識別番号】594143433

【氏名又は名称】アクロス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002398

【氏名又は名称】弁理士法人小倉特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山野井 亮子

(72)【発明者】

【氏名】山川 直樹

(72)【発明者】

【氏名】田口 陽介

(72)【発明者】

【氏名】宮本 圭資

【テーマコード（参考）】

3J044

4F100

4K044

【Ｆターム（参考）】

3J044AA08

3J044BA01

3J044BA04

3J044BB14

3J044BB27

3J044BB37

3J044BC01

3J044DA09

4F100AA01B

4F100AA03

4F100AA03B

4F100AA03C

4F100AA17D

4F100AA33B

4F100AA33C

4F100AB04

4F100AC05

4F100AK01C

4F100AT00A

4F100BA03

4F100BA04

4F100BA07

4F100DE02

4F100DE02B

4F100GB31

4F100GB51

4F100JD14

4F100JJ02

4F100JJ02B

4F100JJ02C

4F100JK10

4F100JK14

4F100JK14C

4F100YY00C

4K044AA06

4K044BA13

4K044BA14

4K044BA21

4K044BB04

4K044BC11

4K044BC12

4K044CA17

4K044CA53

(57)【要約】

【課題】無機化合物層を備えつつ，無機化合物層に空孔やマイクロクラックが発生することにより生じる各種の問題を解消した遮熱膜を提供する。
【解決手段】遮熱対象部品２の少なくとも表面の一部上に成膜される遮熱膜１０を，アルコキシドから形成された無機化合物２１中に鱗片状の無機粒子２２が分散されて成る無機化合物層２０と，前記無機化合物層２０上に形成された，厚さ０．５～３０μmで，かつ，金属アルコキシドと樹脂との混合体から成る有機－無機ハイブリッド材によって形成されたトップコート３０により形成する。このトップコート３０の形成により，無機化合物層２０の空孔２３やマイクロクラックに有機－無機ハイブリッド材が充填されると共に無機化合物層２０の表面が覆われることで，遮熱膜１０の遮熱性能が向上すると共に，このような遮熱膜１０をエンジンのピストン頂面に形成することで，エンジンの燃費が改善される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

遮熱対象部品の少なくとも表面の一部上に成膜される遮熱膜において，
アルコキシドから形成された無機化合物中に鱗片状の無機粒子が分散されて成る無機化合物層と，
前記無機化合物層上に形成された，厚さ０．５～３０μmで，かつ，金属アルコキシドと樹脂との混合体から成る有機－無機ハイブリッド材によって形成されたトップコートを備えることを特徴とする遮熱膜。

【請求項2】

前記トップコートの表面が，ＩＳＯ２５１７８に規定する面算術平均高さＳａで０．１～１．５μm，又は，界面の展開面積比Ｓｄｒで０．０１～１．５である，請求項１記載の遮熱膜。

【請求項3】

前記無機化合物層の下層に更に陽極酸化被膜層を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の遮熱膜。

【請求項4】

遮熱対象部品の表面の少なくとも一部を遮熱膜で覆って成る遮熱部品において，
前記遮熱膜が，
アルコキシドから形成された無機化合物中に鱗片状の無機粒子が分散されて成る無機化合物層と，
前記無機化合物層上に形成された，厚さ０．５～３０μmで，かつ，金属アルコキシドと樹脂の混合体から成る有機－無機ハイブリッド材から形成されたトップコートを備えることを特徴とする遮熱部品。

【請求項5】

前記トップコートの表面が，ＩＳＯ２５１７８に規定する面算術平均高さＳａで０．１～１．５μm，又は，界面の展開面積比Ｓｄｒで０．０１～１．５である，請求項４記載の遮熱部品。

【請求項6】

前記無機化合物層の下層に更に陽極酸化被膜層を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の遮熱部品。

【請求項7】

前記遮熱対象部品が，エンジン用ピストンである請求項４～６いずれか１項記載の遮熱部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，遮熱膜，及び，前記遮熱膜の形成によって遮熱された部品（本明細書において「遮熱部品」という。）に関し，例えばエンジンのピストンの頂面に形成する遮熱膜，及び，該遮熱膜が形成されたピストン等の遮熱部品に関する。

【背景技術】

【0002】

燃費の向上等を目的として，エンジンの燃焼室内で発生した熱がピストン等を伝って放出されることにより生じる熱損失を低減すべく，ピストンの頂面に遮熱膜を形成して，熱効率を改善することが行われている。

【0003】

このような遮熱膜として，後掲の特許文献１には，図１０に示すようにピストン１０２の頂面に中空粒子８０を埋設した樹脂から成る断熱層７１と，この断熱層７１の表面に形成された，中空粒子８０ａ，８０ｂを含むシリカ，ジルコニア，アルミナ，及びセリア等の無機材料から成る無機系被膜層７２（７２ａ，７２ｂ）から成る遮熱膜７０を形成する構成が提案されている（特許文献１の図４参照）。

【0004】

また，上記特許文献１に記載の遮熱膜に設けられた樹脂製の断熱層７１や，中空粒子８０ａ，８０ｂを含む無機系被膜層７２（７２ａ，７２ｂ）では，エンジンの燃焼室等の高温環境下での耐熱性が不十分であり，無機系被膜層７２（７２ａ，７２ｂ）にクラックが生じる等して剥離しやすいことに鑑み，後掲の特許文献２では，図１１に示すように，ピストン１０２の頂面に形成する断熱層をアルマイト層２４１によって形成すると共に，この断熱層（アルマイト層）２４１上に，保護層としてアルコキシドから形成された無機化合物中に鱗片状の無機粒子が分散されて成る無機化合物層２４３を形成し，前述のアルマイト層２４１と無機化合物層（保護層）２４３から成る遮熱膜２４０を形成することを提案している（特許文献２の図１０，図１１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６０６７７１２号公報

【特許文献2】特許第６３３９１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前掲の特許文献２に記載の遮熱膜２４０では，特許文献１において樹脂と中空粒子８０によって形成されていた断熱層７１をアルマイト層２４１に変更すると共に，特許文献１で中空粒子８０ａ，８０ｂと無機材料によって形成されていた無機系被膜層７２（７２ａ，７２ｂ）を，アルコキシドから形成された無機化合物中に鱗片状の無機粒子が分散された無機化合物層（保護層）２４３としたことで，特許文献１に記載の遮熱膜７０の弱点であった，耐熱性が低いという欠点を克服している。

【0007】

しかし，前掲の特許文献２に記載の遮熱膜２４０に設けられているアルコキシドから形成された無機化合物層２４３は，無機化合物層２４３となる液体塗料（無機粒子を含む金属アルコキシド溶液）をピストン１０２等の遮熱対象部品に塗布した後，焼成により化学反応を生じさせて形成していることから，成膜後の冷却による体積収縮によって無機化合物層２４３内に空孔が形成されると共に，マイクロクラック等の破壊が発生する。

【0008】

また，このようなマイクロクラック等の破壊の発生は，無機化合物層２４３の焼成時のみならず，成膜後，高温環境下での使用によって加熱と冷却が繰り返されることによっても生じ得る。

【0009】

このようにして無機化合物層２４３に発生した空孔や，マイクロクラックの発生は，無機化合物層２４３の剥離等の起点等となる。

【0010】

また，マイクロクラックの発生によって無機化合物層２４３の表面が凹凸になり表面積が増大すれば，受熱面積が増え，熱移動量が増えることにより無機化合物層２４３に熱が伝わりやすくなるため遮熱膜としての機能が低下する。

【0011】

特に，特許文献２の遮熱膜２４０をエンジンのピストン１０２の頂面に設ける構成では，無機化合物層２４３に空孔や，マイクロクラックが生じると，燃焼室内に噴射された燃料の一部が空孔やマイクロクラックに染み込んで，空孔やマイクロクラック内に保持される。

【0012】

また，無機化合物層２４３に分散されている鱗片状の無機粒子は液体吸収性を有することから，マイクロクラックに染み込んだ燃料は更に鱗片状の無機粒子にも染み込んで，無機粒子中に保持される。

【0013】

このようにして空孔やマイクロクラック，鱗片状の無機粒子等に保持された燃料は，エンジンの燃焼行程においても燃焼されず，未燃焼燃料として排気ガスと共に機外に排出されることで，燃料の損失（以下，このような未燃焼燃料の排出に伴う燃料損失を「未燃損失」という。）が増加する。

【0014】

また，マイクロクラックが発生して表面が凹凸となった無機化合物層２４３がピストン１０２の頂面に形成されることで，前述したように遮熱膜２４０の遮熱性が低下するだけでなく，ピストン頂面で異常爆発（ノッキング）が生じ易くなる。

【0015】

その結果，頂面に特許文献２に記載の遮熱膜２４０を形成したピストン１０２をエンジンに搭載して行った「実機エンジン試験」では，遮熱膜２４０の形成により熱損失が低減されているにも拘わらず，十分な燃費の改善を得ることができなかった。

【0016】

このように，無機化合物層２４３を備えた特許文献２の遮熱膜２４０は，高い遮熱性と耐熱性を有するものでありながら，空孔やマイクロクラックの発生によりその性能を十分に引き出すことができていない。

【0017】

そこで，本発明は上記従来技術の欠点を解消するために成されたものであり，前述したように遮熱性と耐熱性に優れた無機化合物層を備えつつ，この無機化合物層に空孔やマイクロクラックが発生することにより生じる，前記各種の問題を解消した遮熱膜，及び，該遮熱膜が形成された遮熱部品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と，発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。

【0019】

上記目的を達成するために，本発明の遮熱膜１０は，
遮熱対象部品２の少なくとも表面の一部上に成膜される遮熱膜１０において，
アルコキシドから形成された無機化合物２１中に鱗片状の無機粒子２２が分散されて成る無機化合物層２０と，
前記無機化合物層２０上に形成された，厚さ０．５～３０μmで，かつ，金属アルコキシドと樹脂との混合体から成る有機－無機ハイブリッド材によって形成されたトップコート３０を備えることを特徴とする（請求項１）。

【0020】

前記トップコート３０の表面は，ＩＳＯ２５１７８に規定する面算術平均高さＳａで０．１～１．５μm，又は，界面の展開面積比Ｓｄｒで０．０１～１．５とすることが好ましい（請求項２）。

【0021】

前記無機化合物層２０の下層には，更に陽極酸化被膜層４０を設けることができる（請求項３）。

【0022】

また，本発明の遮熱部品１は，遮熱対象部品２の表面の少なくとも一部を遮熱膜１０で覆って成り，
前記遮熱膜１０が，
アルコキシドから形成された無機化合物２１中に鱗片状の無機粒子２２が分散されて成る無機化合物層２０と，
前記無機化合物層２０上に形成された，厚さ０．５～３０μmで，かつ，金属アルコキシドと樹脂の混合体から成る有機－無機ハイブリッド材から形成されたトップコート３０を備えることを特徴とする（請求項４）。

【0023】

前記構成の遮熱部品１において，前記トップコート３０の表面は，ＩＳＯ２５１７８に規定する面算術平均高さＳａで０．１～１．５μm，又は，界面の展開面積比Ｓｄｒで０．０１～１．５であることが好ましい（請求項５）。

【0024】

また，前記無機化合物層２０の下層には，更に陽極酸化被膜層４０を設けることができる（請求項６）。

【0025】

なお，前記遮熱対象部品２は，これをエンジン用ピストン，好ましくはアルミ合金製のエンジン用ピストンとすることができる（請求項７）。

【発明の効果】

【0026】

以上で説明した本発明の構成により，本発明の遮熱膜１０及び該遮熱膜１０が形成された遮熱部品１では，以下の顕著な効果を得ることができた。

【0027】

成膜の際に空孔２３やマイクロクラックが生じた前記無機化合物層２０上に，金属アルコキシドと樹脂との混合体である有機－無機ハイブリッド材から形成されたトップコート３０を０．５～３０μmの膜厚で設けることにより，無機化合物層２０に生じた空孔２３やマイクロクラック内に有機－無機ハイブリッド材を含浸させた状態で無機化合物層２０をトップコート３０で覆うことができた。

【0028】

このトップコート３０は，ケイ素アルコキシド，ジルコニウムアルコキシド，チタンアルコキシド等の，無機成分である金属アルコキシドと，アルキルシリケート樹脂，シリコーン樹脂，フッ素系樹脂などの有機成分である樹脂の混合体から成る有機－無機ハイブリッド材によって形成されているため，無機成分である金属アルコキシドが有する高硬度，高耐熱という性質と，有機成分である樹脂が有する柔軟性を併せ持っており，加熱と冷却が繰り返し行われる高温環境下での使用によってもマイクロクラック等の破壊が生じ難いものとなっている。

【0029】

その結果，本発明の遮熱膜１０を設けた遮熱部品１を高温環境下で使用した場合であっても，トップコート３０の剥離等が生じ難く，空孔２３やマイクロクラックが生じた無機化合物層２０がトップコート３０で覆われていると共に，トップコート３０を構成する有機－無機ハイブリッド材がマイクロクラックや空孔２３内に染み込んで硬化することで，空孔２３やマイクロクラックを起点とした無機化合物層２０の剥離等を生じ難くすることができた。

【0030】

また，トップコート３０の形成によって遮熱膜１０の表面が平滑となることで，表面が凹凸形状となっている場合に比較して表面積が小さくなる結果，遮熱膜１０の表面での熱交換が起こり難くなり，遮熱膜１０の遮熱性を向上させることができた。

【0031】

特に，本発明の遮熱膜１０をエンジンのピストン頂面に形成した場合には，無機化合物層２０の表面がトップコート３０によって覆われることで，燃焼室内に噴射された燃料の一部が無機化合物層２０の空孔２３やマイクロクラック，鱗片状の無機粒子２２に染み込んで保持されることがないため，未燃損失を低減することができた。

【0032】

また，トップコート３０の形成によって，ピストンの頂面が平滑な面となることで，ピストン頂面における異常爆発（ノッキング）の発生についても抑制することができた。

【0033】

その結果，本発明の遮熱膜１０をエンジンのピストン頂面に形成することで，該ピストンを搭載したエンジンの燃費を改善することができた。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の遮熱膜の一構成例を示す断面説明図。

【図2】本発明の遮熱膜の別の構成例を示す断面説明図。

【図3】実施例１の遮熱膜表面のレーザ顕微鏡像（×５０）。

【図4】実施例２の遮熱膜表面のレーザ顕微鏡像（×５０）。

【図5】比較例１の遮熱膜表面のレーザ顕微鏡像（×５０）。

【図6】比較例２の遮熱膜の表面像（マイクロスコープによるデジタルカメラ画像）（×５０）。

【図7】比較例３の遮熱膜表面のレーザ顕微鏡像（×５０）。

【図8】実施例１の遮熱膜の断面ＳＥＭ像（×２０００）。

【図9】比較例１の遮熱膜の断面ＳＥＭ像（×２０００）。

【図10】従来の遮熱膜の断面説明図（特許文献１の図４に対応）。

【図11】従来の遮熱膜の断面説明図（特許文献２の図１０に対応）。

【発明を実施するための形態】

【0035】

次に，本発明の実施形態につき添付図面を参照しながら以下説明する。

【0036】

なお，以下の説明では，遮熱対象部品２をエンジンのピストンとし，このピストンの頂面に本発明の遮熱膜１０を形成して本発明の遮熱部品１を形成した例について説明するが，本発明の遮熱膜１０は，エンジンのピストンのみならず，高温環境下で使用される各種の機械部品等，遮熱を必要とする各種の物品に対し形成することができる。

【0037】

〔遮熱部品及び遮熱膜の全体構造〕
本発明の遮熱部品１は，図１及び図２に示すように，エンジンのピストンなどの金属製の部品である遮熱対象部品２と，この遮熱対象部品２の表面の少なくとも一部分，例えば前述のピストンにあってはその頂面形成された遮熱膜１０によって構成されている。

【0038】

この遮熱膜１０は，図１及び図２に示すように，遮熱対象部品２に対する熱伝導を遮断するために，遮熱対象部品２の表面に形成される膜であり，アルコキシドから形成された無機化合物２１中に，鱗片状の無機粒子２２が分散され成る無機化合物層２０と，金属アルコキシドと樹脂との混合体である有機－無機ハイブリッド材から形成されたトップコート３０を少なくとも含む。

【0039】

図１の遮熱膜１０は，前述した無機化合物層２０とトップコート３０で形成された二層構造の遮熱膜１０であり，図２は，無機化合物層２０とトップコート３０に加え，更に，無機化合物層２０の下層に形成された陽極酸化被膜層４０を有する，三層構造の遮熱膜１０である。

【0040】

図２に示すように，無機化合物層２０の下層に陽極酸化被膜層４０を設ける場合，遮熱対象部品２をアルミニウムやアルミニウム合金製とし，この遮熱対象部品２に対し予め陽極酸化処理を行って陽極酸化被膜層（アルマイト層）４０を形成しておくと共に，この陽極酸化被膜層（アルマイト層）４０上に前述の無機化合物層２０とトップコート３０を形成するものとしても良い。

【0041】

このようなアルマイト層４０は，硫酸，シュウ酸，リン酸などから成る酸性水溶液を使用してアルミニウムをアノード酸化させることにより形成することができ，その膜厚の範囲は１０～１００μmである。

【0042】

このように，無機化合物層２０の下層にアルマイト層４０を設けることで，無機化合物層２０と，アルミニウム合金製のピストンの母材との密着性を向上させることができる。

【0043】

なお，本発明の遮熱膜１０は，図１及び図２に示す構成に限定されず，図２に示す構成の遮熱膜１０において，アルマイト層４０に代えて，例えば中空粒子を分散させた無機材料から成る断熱層等の既知の断熱層を設ける構成や，図２におけるアルマイト層４０と無機化合物層２０の間に，前述した中空粒子を分散させた無機材料から成る断熱層等の既知の断熱層を設ける構成を採用するものとしても良く，少なくとも前述した無機化合物層２０とトップコート３０を備える構成であれば，各種構成が採用可能である。

【0044】

〔無機化合物層〕
本発明の遮熱膜１０を構成する層のうち，前述の無機化合物層２０は，前述したように，アルコキシドから形成された無機化合物２１中に，鱗片状の無機粒子２２が分散された構造を有するものであり，図１及び図２に示すように，長手方向を遮熱対象部品２の表面と平行に配置された鱗片状の無機粒子２２が，アルコキシドより形成された無機化合物２１をバインダとして結合された構造を備えている。

【0045】

無機化合物層２０を構成する無機化合物２１は，ケイ素アルコキシド，ジルコニウムアルコキシド，アルミニウムアルコキシド，セリウムアルコキシドのようなアルコキシドから形成された金属酸化物により構成されている。

【0046】

特に、ジルコニウムアルコキシドはじん性があり，アルミ合金製のピストンである遮熱対象部品２の伸びに追従しやすく好ましい。

【0047】

このように，無機化合物層２０の無機化合物２１は，アルコキシドから形成された金属酸化物によって構成されるため，アルコキシドを処理した際に副産物として水やアルコールが生じるものの，これらは熱処理により容易に除去することが可能である。

【0048】

これにより異物が残存することを抑制できるので，耐熱性を向上させることが可能である。

【0049】

無機化合物２１中には，アミノ基（－ＮＨ_２）を有する結合剤が分散されており，このような結合剤としては，アミノプロピルトリエトキシシランや，アミノプロピルトリメトキシシラン，アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアミノ系のカップリング剤を使用することができる。

【0050】

このようなアミノ系カップリング剤の添加は，金属アルコキシド溶液である塗料（鱗片状の無機粒子を含まない）１００mass％に対して０．１mass％～１０mass％添加する。

【0051】

以上のように構成された無機化合物層２０の厚さは，１０～５００μmであり，好ましくは，１０～２００μmである。

【0052】

前述の無機化合物２１中に分散される鱗片状の無機粒子２２としては，マイカ，タルク，及びウォラストナイトを挙げることができ，これらはいずれか一種を単独で使用しても良く，または，いずれか二種，又は三種全てを混ぜ合わせて使用するものとしても良い。

【0053】

マイカ，タルク，及びウォラストナイトは，いずれも１０００℃程度の高温下においても溶融等が生じず，十分な耐熱性を有している。

【0054】

ここで鱗片状とは，長さに対し厚みが十分に小さい形状を言い，板状や片状のものの他，長さに対し厚みが十分に小さな形状であれば，繊維状，針状のものも，ここでいう鱗片状に含まれる。

【0055】

無機化合物層２０に分散させる鱗片状の無機粒子２２のサイズは，平均粒径において好ましくは０．１～１００μm程度であり，より好ましくは１～２０μm程度である。

【0056】

このような鱗片状の無機粒子２２を，無機化合物層２０のうちの３５～７５vol％が無機粒子２２となるように無機化合物２１中に分散させる。

【0057】

このような鱗片状の無機粒子の添加により，無機化合物層２０の剥離を抑制することができ，高温環境下においても高い遮熱性を確保することができる。

【0058】

〔トップコート〕
上記無機化合物層２０上に形成されるトップコート３０は，ケイ素アルコキシド，ジルコニウムアルコキシド，チタンアルコキシド等の金属アルコキシドと，アルキルシリケート樹脂，シリコーン樹脂，フッ素系樹脂などの耐熱性に優れた樹脂の混合体から成る，有機－無機ハイブリッド材から形成されている。

【0059】

このトップコート３０は，膜厚０．５～３０μｍの範囲で形成することにより，無機化合物層２０に生じた空孔２３やマイクロクラックに有機－無機ハイブリッド材を染み込ませた状態で無機化合物層２０上を覆うことができる。

【0060】

これにより空孔２３やマイクロクラックが発生した無機化合物層２０を補強することができると共に，遮熱膜１０の表面が平坦化されることで，遮熱膜１０の遮熱性を向上させることができる。

【0061】

また，このようなトップコート３０を備えた遮熱膜１０をピストンの頂面に形成する場合には，無機化合物層２０の空孔２３やクラック，鱗片状の無機粒子２２に対して燃料が染み込むことを防止することができると共に，遮熱膜１０の表面が平滑となることで，ピストンの頂面における燃料の異常燃焼（ノッキング）の発生について防止することができる。

【0062】

このトップコート３０は，膜厚が薄くなるほど無機化合物層２０に対する燃料染み込みの効果が低くなり，また，膜厚が厚くなる程，内部応力が高まってクラックや剥離等が生じ易くなる等，トップコート３０を良好な状態に維持することが難しくなる。

【0063】

よって，トップコートの膜厚は，０．５～３０μmとすることが好ましく，より好ましくは０．５～１０μmである。

【0064】

なお，前述のようにトップコート３０の形成により遮熱膜１０の表面が平滑となることで，表面積の減少に伴う遮熱性能の向上や，ピストン頂面での異常燃焼（ノッキング）の発生を防止して，エンジンの燃費の改善が行われる。

【0065】

このような観点より，トップコート３０の表面粗さは，ＩＳＯ２５１７８で規定する面算術平均高さＳａで０．１～１．５μm，又は，界面の展開面積比Ｓｄｒで０．０１～１．５とすることが好ましい。

【0066】

〔遮熱対象部品〕
以上で説明した本発明の遮熱膜１０は，前述したようにエンジンのピストンを遮熱対象部品とし，このピストンの頂面に形成することで，従来の遮熱膜と同様，ピストンを介した燃焼室内の熱放出を抑制するという効果を維持しつつ，未燃損失を低減することができると共に，表面が平滑に形成された遮熱膜１０の形成は，表面が凹凸に形成されていたために表面積が広く熱交換を行い易く（従って，遮熱性が低く）なっていた従来の遮熱膜に比較して，遮熱性能を向上させることができ，また，ピストン頂面における異常燃焼（ノッキング）を抑制して，燃費を改善することができるものとなっている。

【0067】

このように，本発明の遮熱膜１０は，エンジンのピストン，特に，熱伝導性の良いアルミ合金製のピストンの頂面に形成するに適している。

【0068】

もっとも，本発明の遮熱膜１０の形成によって遮熱を行う部品（遮熱対象部品）２は，エンジンのピストンに限定されず，高温環境下で使用される機械部品，例えば、エキゾーストマニホールド等の排気系システム部品やEGR（exhaust gas recirculation：排気再循環）等，遮熱が必要とされる各種の機械部品に適用可能である。

【実施例0069】

１．評価試験
本発明の遮熱膜に対する評価試験結果について以下に説明する。
〔評価対象〕
SUS304製の試験片に，本発明の遮熱膜を形成した試料（実施例１，実施例２）と，比較例の遮熱膜を形成した試料（比較例１～３：但し，比較例１のみアルミ合金製の試験片を使用）について，それぞれ試験と評価を行った。

【0070】

実施例１，２及び比較例１～３の各試料に形成した遮熱膜は，下記の表１に示す通りである。

【0071】

【表1】

【0072】

〔試験・観察方法〕
（１）吸油試験
遮熱膜を形成した後，そのままの状態の各試料と，熱衝撃を加えた後の各試料をそれぞれ試験対象とした。

【0073】

前述の熱衝撃として，各試料を３５０℃の加熱状態に１０分間保持した後，常温の水に浸漬して冷却する処理を行った。

【0074】

吸油性の評価は，遮熱膜の表面にｎ－ヘキサデカン（燃料に見立てた低粘性のオイル）を滴下して３分間放置した後，紙製のウエスで拭き取り，オイルの滴下前と，オイルの滴下後，更にウエスで拭き取った後の各試料の重量変化を『吸油量（mg）』として測定した。

【0075】

測定した吸油量を，オイル滴下前の遮熱膜の重量で割って得た値（×１００）を『吸油率（％）』として求めた。

【0076】

（２）表面及び断面観察
熱衝撃を与えた後の，実施例１，２及び比較例１～３の各試料の遮熱膜の表面を観察すると共に，実施例１及び２と，比較例１の断面を観察した。

【0077】

表面観察はレーザ顕微鏡により，倍率５０倍の対物レンズによって行った。

【0078】

また，断面観察は，走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用し，倍率２０００倍として行った。

【0079】

（３）表面粗度の測定
遮熱膜を形成した後，熱衝撃を加える前の実施例１，２及び比較例１～３の試料の表面粗さを測定した。

【0080】

測定は，レーザ顕微鏡（倍率５０倍の対物レンズ）を使用して行い，粗さパラメータとして，ＩＳＯ２５１７８で規定する面算術平均高さＳａと，界面の展開面積比Ｓｄｒをそれぞれ測定した。

【0081】

〔試験・観察結果〕
前述した吸油試験，表面・断面観察，面粗度測定の各結果を下記の表２に示す。

【0082】

また，実施例１，２及び比較例１～３の各試料の遮熱膜表面の状態を図３～図７に，実施例１と比較例１の断面ＳＥＭ像を，図８及び図９にそれぞれ示す。

【0083】

【表2】

【0084】

〔考察〕
実施例１及び２の試料は，熱衝撃を加える前後のいずれの状態においても吸油率が低く，亀裂の発生等も確認できず，面粗度についても面算術平均高さＳａ，界面の展開面積比Ｓｄｒ共に，１．５を大きく下回るものとなっていた。

【0085】

また，図８に示すように，ＳＥＭによる断面観察の結果，有機－無機ハイブリッド材が染み込むことにより，無機化合物層内の空孔が埋められていることが確認された。

【0086】

なお，図８は実施例１の試料の断面ＳＥＭ像であり，実施例２の試料の断面ＳＥＭ像については掲載を省略するが，同様の結果が確認されている。

【0087】

一方，トップコートが設けられておらず，無機化合物層が表面に直接露出している比較例１の遮熱膜では，吸油率が熱衝撃前で１７．９％，熱衝撃後で１９．５％といずれも高く，また，表面及び断面観察の結果，無機化合物層にマイクロクラックの発生（図５参照）と，多数の空孔の発生（図９参照）が確認されていると共に，面粗度も，面算術平均高さＳａで１．６４μm，界面の展開面積比Ｓｄｒで４．２６と粗いものとなっていた。

【0088】

以上の結果から，無機化合物層上にトップコートを設けた本発明の遮熱膜の優位性が確認された。

【0089】

また，比較例２では，実施例１，２と同様，有機－無機ハイブリッド材によって形成したトップコートを設けており，熱衝撃前の吸油率は０．３％と，実施例１，２の遮熱膜よりも低くなっていると共に，面粗度も，面算術平均高さＳａで０．１２，界面の展開面積比Ｓｄｒで０．０３と，平滑な表面が得られていることが確認された。

【0090】

しかし，比較例２の試料に設けた遮熱膜では，熱衝撃を加えることでトップコートに剥離が生じ（図６参照），高温環境下での使用に耐え得ないものであることが確認された。

【0091】

比較例２の遮熱膜に形成したトップコートの膜厚は５０μmと，実施例１，２のトップコートの膜厚（実施例１で３μm，実施例２で３０μm）に比較して厚くなっており，トップコートの膜厚をこのように厚いものとしたことで膜内の残留応力が高まった結果，熱衝撃を加えることで剥離したものと考えられる。

【0092】

以上の結果から，本発明の遮熱膜におけるトップコートの膜厚を３０μm以下とすることの有効性が確認された。

【0093】

比較例３の遮熱膜は，トップコートの膜厚については５μmと本発明のトップコートの膜厚の範囲内であるが，トップコートが無機材料であるアルコキシド金属（Ｚｒアルコキシド）のみによって形成されている点で，本発明の遮熱膜の構成とは異なる。

【0094】

この構成では，熱衝撃前の吸油率において既に１６．２％と高く，面粗度については面算術平均高さＳａで１．３０μmであったが，界面の展開面積比Ｓｄｒは４．０７と高く，更に，熱衝撃を与えることでトップコートは剥離した。

【0095】

以上の結果から，トップコートの材質として，有機－無機ハイブリッド材を採用した本発明の遮熱膜の優位性が確認された。

【0096】

２．トップコートの膜厚の下限値の確認
トップコートの膜厚の下限値を求めるべく，前掲の試験例におけるトップコートの膜厚の最小値である３μm（実施例１）未満である膜厚０．５～２μmの範囲でトップコートの膜厚を変化させて，形成される遮熱膜の外観の変化と吸油率の変化を測定した。

【0097】

測定は熱負荷をかける前の試料と，熱負荷後の試料の双方に対して行い，外観の観察は，肉眼及び顕微鏡により遮熱膜（トップコート）の表面を観察し，顕微鏡を使用してもクラックが確認できないものを「○」，顕微鏡ではクラックが確認されたが肉眼ではクラックが確認できないものを「△」，肉眼でクラックが確認できたものを「×」とそれぞれ評価した。

【0098】

なお，トップコートの膜厚は断面観察に基づいて把握した。

【0099】

試験結果を，下記の表３に示す。

【0100】

【表3】

【0101】

以上の結果，トップコートの膜厚が０．５μm～２μmの範囲についてもクラックの発生がなく，かつ，吸油率の低い遮熱膜が得られており，遮熱膜に設けるトップコートの膜厚として，０．５μmの比較的薄い膜厚の形成であっても有効であることが確認された。

【符号の説明】

【0102】

１ 遮熱部品
２ 遮熱対象部品（ピストン）
１０ 遮熱膜
２０ 無機化合物層
２１ 無機化合物
２２ 鱗片状の無機粒子
２３ 空孔
３０ トップコート
４０ 陽極酸化被膜層（アルマイト層）
７０ 遮熱膜
７１ 断熱層
７２（７２ａ，７２ｂ） 無機系被膜層
８０，８０ａ，８０ｂ 中空粒子
１０２ ピストン
２４０ 遮熱膜
２４１ 断熱層（アルマイト層）
２４３ 無機化合物層（保護層）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】