(57)【要約】【課題】大きな温度変化が生じる環境に曝された際の遮熱層における亀裂の発生や基材と遮熱層との間での剥離の発生が最小限に抑制された遮熱部品を提供する。【解決手段】基材と、当該基材の上に配置された、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む遮熱層とを有する遮熱部品において、上記遮熱層の上記基材とは反対の側に開口した薄肉部を当該遮熱層に設ける。【選択図】図２
2020084861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の上に配置された、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む遮熱層と、
を有し、
前記遮熱層の前記基材とは反対の側に開口した薄肉部が前記遮熱層に設けられている、遮熱部品。
【請求項２】
前記薄肉部が、前記遮熱層の前記基材の側にも開口している、請求項１に記載の遮熱部品。
【請求項３】
前記薄肉部が前記遮熱層の面内方向に連通することにより、前記遮熱層が前記薄肉部によって複数の区画に分割されている、請求項１または２に記載の遮熱部品。
【請求項４】
前記区画の面積が１００ｍｍ２未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の遮熱部品。
【請求項５】
前記遮熱層の厚さが６０μｍ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の遮熱部品。
【請求項６】
前記基材と前記遮熱層との間に介在する中間層をさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の遮熱部品。
【請求項７】
前記中間層が、前記遮熱層と対向する面に凹凸構造を有する、請求項６に記載の遮熱部品。
【請求項８】
前記中間層が、前記基材に含まれる元素を少なくとも１種含む、請求項６または７に記載の遮熱部品。
【請求項９】
扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含むスラリーを基材の上に塗布して塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を１００℃未満の温度で乾燥させる工程と、
乾燥後の前記塗膜に、前記塗膜の前記基材とは反対の側に開口した薄肉部を形成する工程と、
前記薄肉部が形成された前記塗膜を加熱して硬化させる工程と、
を含む、遮熱部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮熱部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン等の内燃機関においては、燃焼によって生じた熱の一部が燃焼室内から壁面を通過して外部に排出され損失となる。内燃機関の熱効率を向上するためには、この冷却損失の低減が必要である。そこで、燃焼室壁面のうち比較的大きな面積を占めるピストンの表面に、低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱層を形成して、燃焼室の断熱性を高めつつ、ピストン表面の温度を少ない時間遅れで筒内燃焼ガス温度に追従させることでピストン表面の熱流束を低減する手法（いわゆる温度スイング遮熱）が知られている。
【０００３】
ところで、特許文献１には、自己造膜性を有し、常温においても強固なシリカ被膜を形成しうる鱗片状のシリカ粒子やこれを使用する硬化性組成物に関する技術が開示されている。具体的に、特許文献１には、鱗片状シリカの薄片１次粒子が互いに面間が平行的に配向し複数枚重なって形成され、かつ互いに独立して存在する葉状シリカ二次粒子を調製し、このシリカ二次粒子を含む硬化性組成物を使用して硬化体を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６３６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、温度スイング遮熱のための遮熱層として、特許文献１に開示されているような層状ポリケイ酸塩を含むスラリーを基材の上に塗布して得られる塗膜を利用することを試みた。
【０００６】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記のような手法によって基材上に遮熱層を形成すると、内燃機関等の冷機時と運転時のように大きな温度変化が生じる環境に曝されたときに遮熱層に亀裂が発生したり、基材と遮熱層との間で剥離が生じたりして、十分な遮熱性能を達成することができないという問題があることが判明した。
【０００７】
そこで本発明は、大きな温度変化が生じる環境に曝された際の遮熱層における亀裂の発生や基材と遮熱層との間での剥離の発生が最小限に抑制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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、基材と、当該基材の上に配置された、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む遮熱層とを有する遮熱部品において、上記遮熱層の上記基材とは反対の側に開口した薄肉部を当該遮熱層に設けることにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の一形態によれば、基材と、前記基材の上に配置された、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む遮熱層とを有する遮熱部品が提供される。ここで、前記遮熱層の前記基材とは反対の側に開口した薄肉部が前記遮熱層に設けられている点に特徴がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大きな温度変化が生じる環境に曝された際の基材の膨張や収縮に起因して遮熱層に生じる応力が薄肉部の存在によって緩和される。その結果、大きな温度変化が生じる環境に曝された際の遮熱層における亀裂の発生や基材と遮熱層との間での剥離の発生が最小限に抑制される。その結果、十分な遮熱性能を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る遮熱部品を遮熱層の側から見た平面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】層状ポリケイ酸塩の一次粒子が積層して二次粒子を形成し、さらにこの二次粒子が凝集して硬化体を形成する様子を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、上述した本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
本発明の一形態は、基材と、前記基材の上に配置された、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む遮熱層とを有し、前記遮熱層の前記基材とは反対の側に開口した薄肉部が前記遮熱層に設けられている、遮熱部品である。
【００１４】
［遮熱部品］
図１は、本発明の一実施形態に係る遮熱部品を遮熱層の側から見た平面図である。また、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００１５】
図１および図２に示す遮熱部品１０は、アルミニウム基材１００（以下、単に「基材１００」とも称する）を有する。基材１００の一方の表面（図２における基材１００の上面）の上には、遮熱層２００が形成されている。遮熱層２００には、薄肉部２１０が形成されている。
【００１６】
本実施形態において、薄肉部２１０は平面視したときの形状が碁盤目形状になるように形成されている。その結果、薄肉部２１０が遮熱層２００の面内方向に連通することにより、遮熱層２００は薄肉部２１０によって複数の区画に分割されている。なお、本実施形態において、薄肉部は平面視したときの形状が碁盤目形状になるように形成されているが、薄肉部を平面視したときの形状はこれに限定されない。ただし、平面視したときに碁盤目形状を有するように薄肉部を設けることは、製造が容易であるため、好ましい実施形態である。
【００１７】
この薄肉部２１０は、遮熱層２００の基材１００とは反対の側（図２における上方）に開口している。また、薄肉部２１０は、遮熱層２００の基材の側（図２における下方）にも開口している。これにより、遮熱層２００の下地を構成する層である中間層３００が露出している。中間層３００は、基材１００と遮熱層２００との間に介在している。本実施形態において、中間層３００は、基材に含まれる元素（ここではアルミニウム）を含む層である。また、本実施形態において、中間層３００は、多孔質構造を有するとともに、遮熱層２００と対向する面（遮熱層と接する面）に凹凸構造を有している。
【００１８】
以下、本形態に係る遮熱部品の具体的な構成について、詳細に説明する。
【００１９】
（基材）
本形態に係る遮熱部品１０を構成する基材の種類は特に制限されない。基材の種類としては、金属が挙げられる。なかでも、内燃機関のピストンの構成材料として従来よく用いられているアルミニウム、マグネシウム、鉄などの金属単体、またはその合金が好ましく用いられうる。基材の形状は、用途に応じて適宜決定することができる。
【００２０】
基材の厚さについても特に制限はなく、１〜５ｍｍ程度の厚さの基材が用いられうる。
【００２１】
（遮熱層）
本形態に係る遮熱部品において、遮熱層は、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む層である。本明細書において、「層状ポリケイ酸塩」とは、多数のＳｉＯ４四面体が互いの酸素原子を共有することで平面方向に六員環や八員環を形成しつつ連結することで構成された単位シートよりなる結晶構造を有する物質を意味する。また、上記単位シートは、ＳｉＯ４四面体の頂点が上向きのもの、下向きのもの、それぞれが２個ずつ、計４個よりなる基本ユニットより構成されている。そして、各単位シートの間は酸素原子により結合されて積層体となり、これら各積層体の間には種々の陽イオンが入って積層体間が結合される。この結合で、各積層体が多数積み重ねられて、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が構成されている。なお、層状ポリ珪酸塩としては、後述する実施例において用いられているシリカ一次粒子からなる二次粒子である鱗片状シリカのほか、カネマイト、マカタイト、アイラアイト、マカディアイト、ケニアイト等が挙げられる。
【００２２】
層状ポリケイ酸塩の一次粒子は扁平形状を有しているが、この一次粒子が、面間が互いに平行的に配向して複数枚積層することで二次粒子が形成される。本形態に係る遮熱層において、層状ポリケイ酸塩は、図３に示すように、扁平形状を有する一次粒子が平行的に積層することにより二次凝集して二次粒子を形成している。そして通常は、この二次粒子がさらに略同一方向に向かって凝集することにより硬化体を形成している。これにより、遮熱層の特に面直方向の熱伝導率を著しく低下させることが可能となることから、遮熱部品として好ましい。なお、本形態に係る遮熱層は、例えば、後述する好ましい製造方法によって製造される、遮熱層においてシラノール基の形成反応がほぼ終了する程度まで硬化が進行した形態でありうる。ただし、このような形態のみに制限されず、後述する製造方法の工程（３）までを行い、工程（４）を行っていない段階で得られる遮熱層もまた、本形態の範囲に包含されるものとする。
【００２３】
本形態に係る層状ポリケイ酸塩の二次粒子の平均粒子径は、好ましくは０．１〜１０μｍであり、より好ましくは０．５〜５μｍであり、さらに好ましくは１〜５μｍである。二次粒子の平均粒子径がこの範囲内の値であれば、遮熱層を形成した際に遮熱層の積層方向の熱伝導率を十分に低くすることができるため、好ましい。なお、層状ポリケイ酸塩の二次粒子の平均粒子径の値としては、ＴＥＭ像やＳＥＭ像からの計測値を用いることが可能である。
【００２４】
本形態に係る遮熱部品においては、遮熱層の基材とは反対の側に開口した薄肉部が、遮熱層に設けられている。本明細書において、「薄肉部」とは、遮熱層の厚さが遮熱層の他の部分よりも薄くなっている部分を意味する。薄肉部の形状は特に制限されないが、製造が容易であるという観点からは、図１および図２に示すような溝形状であることが好ましい。この場合、当該溝形状の薄肉部の幅は特に制限されないが、好ましくは２０〜１００μｍであり、より好ましくは４０〜８０μｍである。
【００２５】
薄肉部の厚さは特に制限されないが、本発明の作用効果を十分に発揮させるという観点からは、薄肉部の厚さはより小さいほど好ましい。すなわち、この観点から、薄肉部の厚さは、遮熱層における最大厚さに対して好ましくは９０％以下であり、より好ましくは７０％以下であり、さらに好ましくは５０％以下であり、いっそう好ましくは３０％以下であり、特に好ましくは１０％以下であり、最も好ましくは０％である。なお、「薄肉部の厚さが０％である」とは、図２に示すように、薄肉部が遮熱層の基材とは反対の側のみならず、遮熱層の基材の側にも開口していることを意味する。この場合には、上述したように、遮熱層の下地層（図２に示す中間層３００）は露出する。一方、上記とは別の観点で、遮熱性を十分に確保し、エンジン内でのガス流れへの悪影響や未燃燃料の増加に起因する悪影響などを低減するという観点からは、薄肉部の厚さは１０％以上であることが好ましく、より好ましくは３０％以上であり、さらに好ましくは５０％以上である。なお、エンジン内でのガス流れを特定の方向に誘導したい場合には、薄肉部により生じる溝の方向を特定方向に揃えることで、そのような誘導が可能となる。
【００２６】
遮熱層の厚さは特に制限されないが、遮熱性能を発揮させるという観点からは、好ましくは６０μｍ以上である。また、遮熱層の厚さが大きいほど、温度変化に起因する基材の膨張収縮によって遮熱層に生じる応力も大きくなる。このため、遮熱層の厚さが６０μｍ以上であれば、本発明の解決課題も顕在化しやすいといえることから、本発明に係る解決手段（薄肉部の配置）を採用することが特に有効な遮熱層の厚さであるということができる。さらに、上記と同様の理由から、遮熱層の厚さは、より好ましくは１００μｍ以上であり、さらに好ましくは１１５μｍ以上である。一方、遮熱層の厚さの上限値にも特に制限はないが、通常は３００μｍ以下であり、好ましくは２００μｍ以下である。
【００２７】
本形態に係る遮熱部品において、薄肉部は、図１に示すように、遮熱層の面内方向に連通していることが好ましい。このように薄肉部が遮熱層の面内方向に連通すると、遮熱層が薄肉部によって複数の区画に分割されることとなる。このような構成とすることによって、遮熱部品の温度変化に起因する基材の膨張や収縮によって遮熱層に生じる応力を効果的に緩和することができる。なお、遮熱層が薄肉部によって複数の区画に分割される実施形態において、遮熱層が薄肉部によって分割された区画の面積は、好ましくは１００ｍｍ２未満であり、より好ましくは７５ｍｍ２以下であり、さらに好ましくは５０ｍｍ２以下であり、特に好ましくは２５ｍｍ２以下である。
【００２８】
また、遮熱層が薄肉部によって複数の区画に分割される実施形態において、遮熱層を平面視したときの、面内方向に連通した薄肉部によって分割された区画に含まれる遮熱層の面積割合は、好ましくは１０％以上であり、より好ましくは３０％以上であり、さらに好ましくは５０％以上であり、いっそう好ましくは７０％以上であり、特に好ましくは９０％以上であり、最も好ましくは１００％である。
【００２９】
（中間層）
本形態に係る遮熱部品は、基材と遮熱層との間に介在する中間層をさらに有していてもよい。この中間層の具体的な形態について特に制限はなく、中間層に持たせたい機能に応じて中間層の構成を適宜決定することができる。例えば、中間層として弾性体からなる層を配置することで、本発明に係る応力緩和の作用効果がよりいっそう発現しやすくなるという利点がある。また、遮熱層の構成材料と物理的または化学的に結合可能な官能基（例えば、水酸基）を有する材料を含む中間層を配置することで、遮熱層の密着性を向上させることができ、この場合には亀裂や剥離が発生しにくくなるという利点がある。さらに、遮熱層と対向する面に凹凸構造（好ましくは、サブミクロン〜ミクロンオーダーの微細凹凸構造）を有する中間層を配置すると、アンカー効果によって遮熱層の密着性を向上させることができ、亀裂や剥離の発生を抑制できる場合もある。また、中間層は、基材に含まれる元素を少なくとも１種含む層であることが好ましい。一例として、基材がアルミニウムまたはその合金から構成されている場合には、中間層がアルミニウムを含む層として構成することができる。このような構成の中間層は、例えば、後述する実施例に記載するように、基材に対して湿式エッチング等の表面処理を施すことによって形成することが可能であるため、簡便な手法によって製造できるという利点がある。後述する実施例では、湿式エッチングとして大成プラス株式会社により提供されているＮＭＴ処理（ディンプル処理）（国際公開第２００４／０４１５３２号を参照）を採用しているが、このような形態のみに制限されるわけではない。なお、基材がアルミニウムである場合、ＮＭＴ処理（ディンプル処理）によって形成される微細凹凸構造からなる層の組成はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）となっているものと推定されている。
【００３０】
中間層の厚さについては特に制限されず、中間層に求める機能に応じて適宜設定することが可能である。
【００３１】
（トップコート層）
遮熱層が有する微視的および巨視的な開空孔の封孔や、遮熱層表面の機械的または化学的な保護、平滑性の改善などを目的として、薄肉部を含む遮熱層の表面にトップコート層を設けてもよい。このようなトップコート層としては、例えば、マイクロメートルオーダーのシリカ粒子を含む層などが用いられうる。
【００３２】
上述したように、本発明者らは、温度スイング遮熱のための遮熱層として、特許文献１に開示されているような層状ポリケイ酸塩を含むスラリーを基材の上に塗布して得られる塗膜を利用することを試みた。
【００３３】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記のような手法によって基材上に遮熱層を形成すると、内燃機関等の運転時のように大きな温度変化が生じる環境に曝されたときに遮熱層に亀裂が発生したり、基材と遮熱層との間で剥離が生じたりして、十分な遮熱性能を達成することができないという問題があることが判明した。
【００３４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、基材と、当該基材の上に配置された、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含む遮熱層とを有する遮熱部品において、上記遮熱層の上記基材とは反対の側に開口した薄肉部を当該遮熱層に設けることにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至ったのである。すなわち、本形態に係る遮熱部品によれば、大きな温度変化が生じる環境に曝された際の基材の膨張や収縮並びに膜の硬化に伴う収縮に起因して遮熱層に生じる応力が薄肉部の存在によって緩和される。その結果、大きな温度変化が生じる環境に曝された際の遮熱層における亀裂の発生や基材と遮熱層との間での剥離の発生が最小限に抑制される。その結果、十分な遮熱性能を達成することが可能となる。
【００３５】
ところで、特許文献１には、葉状シリカ（層状ポリケイ酸塩）は耐熱性に優れるため、断熱機能を有する材料と併用することで、断熱性塗料・コーティング剤に利用できることが開示されている。これに対して本発明者らは、層状ポリケイ酸塩を単独で使用した場合にであっても非常に優れた遮熱性を発揮することを見出した。これは、層状ポリケイ酸塩の二次粒子が基材面に平行的に配向した膜を形成する特徴を有していることで、基材面に平行的に配向した気孔が形成されることによるものと推測される。また、このように配向した気孔により、等方的な気孔と比較して、より小さな気孔率であっても遮熱層の面直方向の熱伝導が効率的に遮られることが優れた遮熱性に寄与していることも考えられる。
【００３６】
［遮熱部品の製造方法］
遮熱部品の製造方法は特に制限されない。一例として、基材上に必要に応じて中間層を形成し、さらに遮熱層を構成する塗膜を形成した後に、薄肉部を設ける形態が挙げられる。また、塗膜に薄肉部を設けた後に、当該塗膜を加熱して硬化させる工程を実施することが好ましい。すなわち、本発明の他の形態によれば、本形態に係る遮熱部品の好ましい製造方法もまた、提供される。具体的に、当該製造方法は、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含むスラリーを基材の上に塗布して塗膜を形成する工程（以下、「工程（１）」とも称する）と、前記塗膜を１００℃未満の温度で乾燥させる工程（以下、「工程（２）」とも称する）と、乾燥後の前記塗膜に、前記塗膜の前記基材とは反対の側に開口した薄肉部を形成する工程（以下、「工程（３）」とも称する）と、前記薄肉部が形成された前記塗膜を加熱して硬化させる工程（以下、「工程（４）」とも称する）とを含むものである。以下、この好ましい製造方法について、工程順に説明する。
【００３７】
（工程（１））
工程（１）は、扁平形状を有する層状ポリケイ酸塩の一次粒子が平行的に積層してなる二次粒子を含むスラリーを基材の上に塗布して塗膜を形成する工程である。ここで、基材としては、上述したようなアルミニウムまたはその合金からなる板が用いられうる。
【００３８】
上記スラリーは、上記層状ポリケイ酸塩が分散媒に分散してなる分散体である。当該分散媒として、典型的には水が用いられうる。ただし、その他の水性溶媒や、水とその他の水性溶媒との混合溶媒が分散媒として用いられてもよい。スラリー中の上記層状ポリケイ酸塩の濃度についても特に制限はないが、例えば１０〜２０質量％程度である。
【００３９】
上記スラリーを基材の上に塗布する手段について特に制限はないが、アプリケーターや各種コーターを用いる常法が採用されうる。この際、スラリーの濃度や塗布量を調整することによって、最終的に得られる遮熱層の厚さを制御することが可能である。
【００４０】
（工程（２））
工程（２）は、工程（１）で得られた塗膜を１００℃未満の温度で乾燥させる工程である。
【００４１】
本工程における乾燥は、コストの観点からは常温付近（例えば、２０〜３０℃）の温度で行うことが好ましい。乾燥時間については、塗膜中の溶媒の大部分が蒸発することによって除去されるのに十分な時間であればよく、一例としては２〜２４時間程度であり、好ましくは５〜２０時間である。なお、本工程において用いられる乾燥手段について特に制限はなく、必要に応じて恒温槽などの加熱手段を用いてもよいし、常温で乾燥するのであれば大気雰囲気下に静置するという手段も採用されうる。
【００４２】
本工程における乾燥温度を１００℃未満とすることにより、塗膜における亀裂の発生や、基材と塗膜との間での剥離の発生を防止しつつ、後述する薄肉部の形成が可能な程度に固化した状態の塗膜を得ることができる。
【００４３】
（工程（３））
工程（３）は、乾燥後の上記塗膜に、上記塗膜の基材とは反対の側に開口した薄肉部を形成する工程である。ここで、薄肉部の具体的な構成については上述した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４４】
本工程において、薄肉部を形成する手法としては、例えば、カッター等の切断手段を用いて、上記で形成された塗膜に切れ込みを入れるという手法が例示される。この際、切れ込みを入れる際のカッターの刃の荷重を調整することにより、薄肉部の厚さを制御することが可能である。また、カッターの刃の厚さを調整することにより、溝形状を有する薄肉部の幅を制御することも可能である。また、必要に応じて、工程（２）の時間内で工程（３）を組み合せて実施することも可能である。
【００４５】
（工程（４））
工程（４）は、上記薄肉部が形成された塗膜を加熱して硬化させる工程である。
【００４６】
本工程において、薄肉部が形成された塗膜を加熱する温度について特に制限はないが、好ましくは５０℃以上であり、より好ましくは遮熱部品が適用される部材の使用温度以上の温度である。「遮熱部品が適用される部材の使用温度」は、遮熱部品が適用される部材の種類に応じて変動するため、一義的に規定することは難しいが、一例として、好ましくは１５０℃以上であり、より好ましくは１８０℃以上であり、さらに好ましくは２１０℃以上であり、特に好ましくは２４０℃以上である。なお、本工程における加熱処理の時間は特に制限されないが、好ましくは１０分間〜２時間程度であり、より好ましくは２０分間〜１時間である。必要に応じて、複数の加熱温度を併用した多段階処理を行うことも可能である。本工程における加熱によれば、温度域にもよるが、遮熱層は非常に大きな比熱を示す。これは、吸着水の脱離に伴う水の潜熱が寄与しているものと考えられる。また、本工程における加熱により、遮熱層を構成する層状ポリケイ酸塩の二次粒子中の一次粒子同士の間や、二次粒子同士の間でシラノール結合の形成反応が促進される。その結果、遮熱層の硬化および収縮が進行するものと考えられる。なお、シラノール結合の形成反応について推定されている反応式は、下記化学式（１）の通りである。
【００４７】
【化１】
2020084861.tif 000003
【００４８】
本工程では、薄肉部が形成された塗膜に対して上述したような加熱処理を施すことにより、塗膜の硬化反応をほぼ終了させることができる。その結果、遮熱部品が適用される部材の使用時において、遮熱膜に亀裂や剥離といった問題が生じることが防止される。
【００４９】
［遮熱部品の用途］
本形態に係る遮熱部品の用途は特に制限されないが、好ましい用途として内燃機関が挙げられ、特に内燃機関の燃焼室内壁を本形態に係る遮熱部品により構成することが好ましい。上述したように、上記遮熱部品によれば、大きな温度変化が生じる環境に曝された際の遮熱層における亀裂の発生や基材と遮熱層との間での剥離の発生が最小限に抑制され、十分な遮熱性能を達成することが可能となる。このため、上記遮熱部品を内燃機関（特に、内燃機関の燃焼室内壁）に用いることで、燃費の向上が期待できる。上記遮熱部品は、内燃機関において、燃焼ガスに曝されて高温になる部材の表面に配置されることが好ましい。燃焼ガスに曝されて高温になる部材としては、例えば、燃焼室を構成するピストン、シリンダヘッド、バルブ、シリンダなどが挙げられる。上記遮熱部品は、必ずしもこれらの部材の全表面に配置する必要はなく、燃焼ガス温度に追従して壁面温度を変化させることが好ましい面に配置されていればよい。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【００５１】
［実施例１］
厚さ３ｍｍのアルミニウム板（株式会社ニラコ製、純度９９＋％）を５０ｍｍ角に切断後、アルカリ洗浄液で脱脂、水洗、乾燥することで基材を得た。この基材の一方の表面上に、扁平形状のシリカ一次粒子が平行的に積層することにより二次凝集してなる鱗片状シリカの水分散体（スラリー）（ＡＧＣエスアイテック株式会社製、サンラブリーＬＦＳ  ＨＮ−１５０）を供給し、アプリケーターで表面を平坦にならした後、常温で静置、乾燥することで、基材上に遮熱層を形成して積層体を得た。この際、基材の周囲を金属ブロックで囲み、基材の上面を金属ブロック上面に対して低く位置させることで、およそのスラリー供給量を調整した。なお、形成された遮熱層の厚さを渦電流式膜厚計を用いて測定したところ、１０５μｍであった。
【００５２】
続いて、このようにして得られた積層体の遮熱層に、カッターを用いて５ｍｍ間隔で碁盤目状に切れ込みを入れることにより薄肉部を形成した。この際、切れ込みを入れる際のカッターの刃の荷重を小さくすることで、薄肉部が遮熱層を貫かずに基材へ達しない範囲にとどめた。
【００５３】
このようにして薄肉部が形成された積層体に対し、内燃機関の使用環境を模擬した加熱処理（温度２５０℃にて１時間保持）を施して、本実施例の遮熱部品（基材と遮熱層との積層体）を作製した。
【００５４】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、亀裂や剥離の発生は認められなかった。
【００５５】
［実施例２］
遮熱層の厚さが１２０μｍとなるように基材の上面と金属ブロック上面との位置関係を調整し、かつ、薄肉部が遮熱層を貫いて基材へ達するように切れ込みを入れたこと以外は、上述した実施例１と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００５６】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、亀裂や剥離の発生は認められなかった。
【００５７】
［実施例３］
切れ込みを入れる際の碁盤目形状の間隔を１０ｍｍに変更したこと以外は、上述した実施例２と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００５８】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、碁盤目の１つにおいて剥離の発生が確認されたが実用上は問題のない範囲であった。
【００５９】
［実施例４］
切れ込みを入れる際の碁盤目形状の間隔を２０ｍｍに変更したこと以外は、上述した実施例２と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００６０】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、碁盤目のいくつかにおいて剥離の発生が確認されたが実用上は問題のない範囲であった。
【００６１】
［実施例５］
厚さ３ｍｍのアルミニウム板（株式会社ニラコ製、純度９９＋％）を５０ｍｍ角に切断後、一方の表面に微細なディンプル処理（大成プラス株式会社、ＮＭＴ処理）を施すことで、基材の一方の表面に微細凹凸構造を有する中間層が積層されてなる構成を有する基材を得た。
【００６２】
このようにして得られた基材を用い、かつ、遮熱層の厚さが１１１μｍとなるように基材の上面と金属ブロック上面との位置関係を調整したこと以外は、上述した実施例１と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００６３】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、亀裂や剥離の発生は認められなかった。
【００６４】
［実施例６］
遮熱層の厚さが１１９μｍとなるように基材の上面と金属ブロック上面との位置関係を調整し、かつ、薄肉部が遮熱層を貫いて基材へ達するように切れ込みを入れたこと以外は、上述した実施例５と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００６５】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、亀裂や剥離の発生は認められなかった。
【００６６】
［実施例７］
切れ込みを入れる際の碁盤目形状の間隔を１０ｍｍに変更したこと以外は、上述した実施例６と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００６７】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、亀裂や剥離の発生は認められなかった。
【００６８】
［実施例８］
切れ込みを入れる際の碁盤目形状の間隔を２０ｍｍに変更したこと以外は、上述した実施例２と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００６９】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、亀裂や剥離の発生は認められなかった。
【００７０】
［比較例１］
遮熱層の厚さが１２２μｍとなるように基材の上面と金属ブロック上面との位置関係を調整し、かつ、薄肉部（切れ込み）を形成しなかったこと以外は、上述した実施例１と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００７１】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、遮熱層の大部分において剥離の発生が確認された。
【００７２】
［比較例２］
遮熱層の厚さが１９８μｍとなるように基材の上面と金属ブロック上面との位置関係を調整し、かつ、薄肉部（切れ込み）を形成しなかったこと以外は、上述した実施例５と同様の手法により、本実施例の遮熱部品を作製した。
【００７３】
このようにして作製された遮熱部品について、遮熱層における亀裂や基材と遮熱層との間での剥離の有無を目視で確認した。その結果、遮熱層の大部分において剥離の発生が確認された。
【００７４】
【表１】
2020084861.tif 000004
【００７５】
表１に示すように、薄肉部を設けることなく均一な遮熱層を形成した比較例１では多数の亀裂や剥離の発生が見られた。また、比較例２では、たとえ中間層を設けたとしてもやはり多数の亀裂や剥離が発生した。これは、基材と遮熱層との間で線膨張係数等の機械的物性が大きく異なることに起因するものと考えられる。具体的には、室温での乾燥工程で既に硬化している遮熱層の部分については、その後の高温での加熱処理の際に基材の膨張に追従できず、引張応力に屈して亀裂や剥離を生じている可能性が考えられる。また、室温では硬化せずにその後の高温での加熱処理の際に硬化した遮熱層の部分については、その後の冷却の際に基材の収縮に追従できず、圧縮応力に屈して亀裂や剥離を生じている可能性が考えられる。
【００７６】
これに対し、本発明の一形態に係る遮熱部品の構成とすることで、内燃機関の使用環境に曝された場合であっても遮熱層における亀裂や剥離の発生を大幅に抑制することが可能であることがわかる。また、薄肉部の存在密度を高くすることで、亀裂や剥離の発生防止効果が向上することもわかる。さらに、微細凹凸構造を有する中間層を基材と遮熱層との間に配置することで、亀裂や剥離の発生防止効果が向上することもわかる。
【符号の説明】
【００７７】
１０    遮熱部品、
１００    アルミニウム基材、
２００    遮熱層、
２１０    薄肉部、
３００    中間層。
【図１】
2020084861.tif 000005
【図２】
2020084861.tif 000006
【図３】
2020084861.tif 000007