(57)【要約】【課題】本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、良好な断熱性及びスイング特性を有する陽極酸化皮膜が形成された内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態は、燃焼室に臨むアルミニウム系壁面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されている内燃機関であって、前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる複数のナノ孔と、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって延びる第１のミクロ孔と、該陽極酸化皮膜の内部に存在する第２のミクロ孔と、を有し、前記ナノ孔の前記陽極酸化皮膜の表面における表面開口径は、０ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、前記ナノ孔の内部における内部開口径は、前記表面開口径よりも大きく、前記陽極酸化皮膜の膜厚は、１５μｍ以上１３０μｍ以下であり、前記陽極酸化皮膜の気孔率は、２３％以上である、内燃機関である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に臨むアルミニウム系壁面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されている内燃機関であって、
前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる複数のナノ孔と、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって延びる第１のミクロ孔と、該陽極酸化皮膜の内部に存在する第２のミクロ孔と、を有し、
前記ナノ孔の前記陽極酸化皮膜の表面における表面開口径は、０ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、
前記ナノ孔の内部における内部開口径は、前記表面開口径よりも大きく、
前記陽極酸化皮膜の膜厚は、１５μｍ以上１３０μｍ以下であり、
前記陽極酸化皮膜の気孔率は、２３％以上である、内燃機関。
【請求項２】
前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、７ｎｍ以上である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ナノ孔が、前記陽極酸化皮膜の表面に開口していない、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、２０ｎｍ以上である、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記アルミニウム系壁面を形成するアルミニウム系材料が、Ｓｉ及びＣｕから選択される少なくとも１種の金属を含み、該金属の含有量が５質量％以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されていない、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記陽極酸化皮膜が、前記燃焼室に露出している、請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記内燃機関がピストンを備え、前記陽極酸化皮膜が少なくともピストン頂面に形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜が、膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部を含む、請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記薄膜部が、前記ピストン頂面のうちタンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に配置されている、請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記薄膜部以外の前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜の膜厚が、６０μｍ超１００μｍ以下である、請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記ピストン頂面がキャビティ部を含み、該キャビティ部に前記薄膜部が配置されている、請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記ピストン頂面がバルブリセス部をさらに含み、前記キャビティ部に加えて前記バルブリセス部にも前記薄膜部が配置されている、請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記ピストン頂面がスキッシュ部をさらに含み、前記スキッシュ部における陽極酸化皮膜の膜厚が６０μｍ超１００μｍ以下である、請求項１２又は１３に記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記ピストン頂面の中心を含む中央領域に前記薄膜部が配置され、前記中央領域の外側に位置する外側領域に配置された陽極酸化皮膜の膜厚が、６０μｍ超１００μｍ以下である、請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記中央領域の面積ＳＣと前記外側領域の面積ＳＯの比（ＳＣ：ＳＯ）が１：５〜５：１である、請求項１５に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関は、主にエンジンブロックやシリンダヘッド、ピストンから構成されている。その燃焼室は、シリンダブロックのボア面と、このボアに組み込まれたピストン頂面と、シリンダヘッドの底面と、シリンダヘッド内に配設された吸入及び排気バルブの頂面とから構成されている。昨今の内燃機関に要求される高出力化に伴い、その冷却損失を低減することが求められている。この冷却損失を低減する手段の一つとして、燃焼室の内壁に断熱皮膜を形成する方法が挙げられる。
【０００３】
燃焼室の壁面に形成される断熱皮膜は、耐熱性と断熱性は勿論のこと、低熱伝導率と低熱容量の素材から形成されることが望ましい。すなわち、定常的に壁温度を上げないように、吸気行程では、新気温度に追従して壁温度が下がるように、断熱皮膜は低熱容量であることが望ましい。さらに、この低熱伝導率及び低熱容量であることに加えて、燃焼室内での燃焼時の爆発圧や噴射圧、熱膨張と熱収縮の繰り返し応力に耐え得る皮膜であること、及びシリンダブロック等の母材への密着性が高い皮膜であることが望ましい。
【０００４】
このような断熱皮膜の例として、陽極酸化皮膜を使用することができる。内燃機関の燃焼室に臨む壁面に陽極酸化皮膜が形成されることにより、断熱性に優れ、さらには低熱伝導性であって低熱容量を有する内燃機関を作製することができる。そして、これらの性能に加えて、優れたスイング特性を有することもまた、陽極酸化皮膜に要求される重要な性能である。ここで、「スイング特性」とは、断熱性能を具備しながらも、燃焼室内のガス温度に陽極酸化皮膜の温度が追随する特性のことである。
【０００５】
燃焼室に臨む壁面に形成された陽極酸化皮膜を有する内燃機関を開示する文献として、例えば、下記特許文献１及び２が挙げられる。
【０００６】
特許文献１には、燃焼室に臨む壁面の一部もしくは全部に陽極酸化皮膜が形成されてなる内燃機関であって、前記陽極酸化皮膜はその内部に空隙と該空隙に比して微小なナノ孔を有し、該空隙の少なくとも一部は封止剤が転化してなる封止物で封止され、該ナノ孔の少なくとも一部は封止されていない構造を呈している内燃機関が開示されている。特許文献１では、陽極酸化皮膜の表面上に封止物が配置されている。
【０００７】
特許文献２には、燃焼室に臨むアルミニウム系壁面の一部もしくは全部に陽極酸化皮膜が形成されてなる内燃機関であって、前記陽極酸化皮膜は膜厚が30μm〜170μmの範囲にあり、前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって該陽極酸化皮膜の厚み方向もしくは略厚み方向に延びる、直径がミクロサイズの第１のミクロ孔及び直径がナノサイズのナノ孔と、該陽極酸化皮膜の内部にあって直径がミクロサイズの第２のミクロ孔と、を有しており、前記第１のミクロ孔及び前記ナノ孔の少なくとも一部は封止剤が転化してなる封止物で封止され、前記第２のミクロ孔の少なくとも一部は封止されていない構造を呈している内燃機関が開示されている。特許文献２でも、特許文献１と同様に、陽極酸化皮膜の表面上に封止物が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−６０６２０号公報
【特許文献２】特開２０１５−３１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び２では、陽極酸化皮膜の上に封止物を配置することにより、皮膜強度を向上させている。しかし、封止剤を用いると、陽極酸化皮膜に存在する孔が封止されるため、良好なスイング特性を得るために重要である気孔率が低下してしまう。また、封止剤の存在のために熱容量が増加し、良好なスイング特性が得られない場合がある。さらに、封止剤を配置する作業や材料等が必要となるため、コストが増加してしまう。
【００１０】
一方で、単純に封止剤をなくすと、ナノ孔への燃焼ガスの侵入が起こる。燃焼ガスのナノ孔への進入が起こると、ガスが進入した部分における断熱効果が減少するので、膜全体としての断熱効果が低下することになる。その結果、十分な断熱性を付与するためには、陽極酸化皮膜を厚くする必要がでてくる。しかし、陽極酸化皮膜を厚くすると、今度はスイング特性の低下に繋がってしまう。
【００１１】
そこで、本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、良好な断熱性及びスイング特性を有する陽極酸化皮膜が形成された内燃機関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】
【００１２】
本実施形態の態様例は、以下の通りである。
【００１３】
（１）燃焼室に臨むアルミニウム系壁面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されている内燃機関であって、
前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる複数のナノ孔と、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって延びる第１のミクロ孔と、該陽極酸化皮膜の内部に存在する第２のミクロ孔と、を有し、
前記ナノ孔の前記陽極酸化皮膜の表面における表面開口径は、０ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、
前記ナノ孔の内部における内部開口径は、前記表面開口径よりも大きく、
前記陽極酸化皮膜の膜厚は、１５μｍ以上１３０μｍ以下であり、
前記陽極酸化皮膜の気孔率は、２３％以上である、内燃機関。
（２）前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、７ｎｍ以上である、（１）に記載の内燃機関。
（３）前記ナノ孔が、前記陽極酸化皮膜の表面に開口していない、（１）に記載の内燃機関。
（４）前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、２０ｎｍ以上である、（３）に記載の内燃機関。
（５）前記アルミニウム系壁面を形成するアルミニウム系材料が、Ｓｉ及びＣｕから選択される少なくとも１種の金属を含み、該金属の含有量が５質量％以上である、（１）〜（４）のいずれか１に記載の内燃機関。
（６）前記陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されていない、（１）〜（５）のいずれか１に記載の内燃機関。
（７）前記陽極酸化皮膜が、前記燃焼室に露出している、（６）に記載の内燃機関。
（８）前記内燃機関がピストンを備え、前記陽極酸化皮膜が少なくともピストン頂面に形成されている、（１）〜（７）のいずれか１に記載の内燃機関。
（９）前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜が、膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部を含む、（８）に記載の内燃機関。
（１０）前記薄膜部が、前記ピストン頂面のうちタンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に配置されている、（９）に記載の内燃機関。
（１１）前記薄膜部以外の前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜の膜厚が、６０μｍ超１００μｍ以下である、（１０）に記載の内燃機関。
（１２）前記ピストン頂面がキャビティ部を含み、該キャビティ部に前記薄膜部が配置されている、（９）に記載の内燃機関。
（１３）前記ピストン頂面がバルブリセス部をさらに含み、前記キャビティ部に加えて前記バルブリセス部にも前記薄膜部が配置されている、（１２）に記載の内燃機関。
（１４）前記ピストン頂面がスキッシュ部をさらに含み、前記スキッシュ部における陽極酸化皮膜の膜厚が６０μｍ超１００μｍ以下である、（１２）又は（１３）に記載の内燃機関。
（１５）前記ピストン頂面の中心を含む中央領域に前記薄膜部が配置され、前記中央領域の外側に位置する外側領域に配置された陽極酸化皮膜の膜厚が、６０μｍ超１００μｍ以下である、（９）に記載の内燃機関。
（１６）前記中央領域の面積ＳＣと前記外側領域の面積ＳＯの比（ＳＣ：ＳＯ）が１：５〜５：１である、（１５）に記載の内燃機関。
【発明の効果】
【００１４】
本開示により、良好な断熱性及びスイング特性を有する陽極酸化皮膜が形成された内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の構成例を説明するための模式的断面図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関の燃焼室に臨むアルミニウム系壁面に形成された陽極酸化皮膜の構成例を説明するための模式的断面図である。
【図３】図２のＩ部の拡大図である。
【図４】（Ａ）は、実施例４で得られたテストピースＥ４の表面のＳＥＭ画像であり、（Ｂ）は、テストピースＥ４の内部のＳＥＭ画像である。
【図５】（Ａ）は、比較例２で得られたテストピースＣ２の表面のＳＥＭ画像であり、（Ｂ）は、テストピースＣ２の内部のＳＥＭ画像である。
【図６】ピストン頂面に形成される陽極酸化皮膜の膜厚を変えて吸気効率変化率をシミュレーションした結果である。
【図７】ピストン頂面に形成される陽極酸化皮膜の膜厚を変えて冷却損失改善率をシミュレーションした結果である。
【図８】ピストン頂面に形成される陽極酸化皮膜の膜厚を変えて筒内平均ガス温度差をシミュレーションした結果である。
【図９】本実施形態に係る内燃機関の構成例を示す概略断面図である。
【図１０】ピストン頂面の構成例を示す概略平面図である。
【図１１】ピストン頂面の構成例を示す概略平面図である。
【図１２】（ａ）は冷却試験の概要を説明した模式図であり、（ｂ）は冷却試験結果に基づく冷却曲線とこれから割り出される40℃降下時間を示した図である。
【図１３】燃費向上率と冷却試験における40℃降下時間の相関グラフを示した図である。
【図１４】４５ｍｓｅｃ達成気孔率と陽極酸化皮膜の膜厚の関係に関する実験結果を示した図である。
【図１５】陽極酸化皮膜を形成するための装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態は、燃焼室に臨むアルミニウム系壁面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されている内燃機関であって、前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる複数のナノ孔と、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって延びる第１のミクロ孔と、該陽極酸化皮膜の内部に存在する第２のミクロ孔と、を有し、前記ナノ孔の前記陽極酸化皮膜の表面における表面開口径は、０ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、前記ナノ孔の内部における内部開口径は、前記表面開口径よりも大きく、前記陽極酸化皮膜の膜厚は、１５μｍ以上１３０μｍ以下であり、前記陽極酸化皮膜の気孔率は、２３％以上である、内燃機関である。
【００１７】
本実施形態により、良好な断熱性及びスイング特性を有する陽極酸化皮膜が形成された内燃機関を提供することができる。より具体的には、本実施形態は、ナノ孔の表面開口径が狭くなっている。そのため、ナノ孔への燃焼ガスの侵入が抑制され、高い断熱性を有し得る。また、陽極酸化皮膜の膜厚を１５μｍ以上１３０μｍ以下と薄くすることにより、かつ気孔率を所定の範囲とすることにより、低熱容量化を図るとともに、優れたスイング特性を備えさせることができる。
【００１８】
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の構成について説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の構成例を説明するための模式的断面図である。図１において、燃焼室に臨む壁面の全部に陽極酸化皮膜１０が形成されている。図１において示す内燃機関Ｎは、ディーゼルエンジンを対象とするものであり、その内部に冷却水ジャケットＪが形成されたシリンダブロックＳＢと、シリンダブロックＳＢ上に配設されたシリンダヘッドＳＨと、シリンダヘッドＳＨ内に画成された吸気ポートＫＰ及び排気ポートＨＰとそれらが燃焼室ＮＳに臨む開口に昇降自在に装着された吸気バルブＫＶ及び排気バルブＨＶと、シリンダブロックＳＢの下方開口から昇降自在に形成されたピストンＰＳから大略構成されている。内燃機関Ｎの各構成部材で画成された燃焼室ＮＳ内には、それらが燃焼室ＮＳに臨む壁面（シリンダボア面ＳＢ’、シリンダヘッド底面ＳＨ’、ピストン頂面ＰＳ’、バルブ頂面ＫＶ’，ＨＶ’）に陽極酸化皮膜１０が形成されている。
【００２０】
本実施形態において、内燃機関は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのいずれを対象としたものであってもよい。内燃機関の構成は、既述するように、エンジンブロックやシリンダヘッド、ピストンから主として構成される。その燃焼室は、例えば、シリンダブロックのボア面と、このボアに組み込まれたピストン頂面と、シリンダヘッドの底面と、シリンダヘッド内に配設された吸入及び排気バルブの頂面とから構成されている。
【００２１】
本実施形態において、内燃機関を構成する各構成部材は、アルミニウム系材料から構成される。アルミニウム系壁面はアルミニウム系材料から構成される壁部材の壁面である。アルミニウム系材料としては、例えば、アルミニウムやその合金、又は鉄系材料にアルミメッキを施したもの等が挙げられる。アルミニウム系材料は、例えば、高強度アルミニウム合金を含む。アルミニウムやその合金を母材とする壁面に陽極酸化処理により形成される陽極酸化皮膜はアルマイトとなる。
【００２２】
図２は、本実施形態の内燃機関の燃焼室に臨むアルミニウム系壁面に形成された陽極酸化皮膜の構成例を示す概略断面図である。また、図３は、図２のＩ部の拡大図であり、ナノ孔の構造を説明するための概略断面図である。図２において、アルミニウム系壁面が陽極酸化処理され、陽極酸化皮膜１が形成されている。陽極酸化被膜１は、陽極酸化皮膜１の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜１の略厚み方向に延びる複数のナノ孔１ｃ（図３）と、陽極酸化皮膜１の表面から内部に向かって延びる第１のミクロ孔１ａと、陽極酸化皮膜の内部に存在する第２のミクロ孔１ｂと、を有する。図３に示すように、ナノ孔１ｃは、陽極酸化皮膜の表面に開口しており、ナノ孔の陽極酸化皮膜の表面における開口径は、ナノ孔の内部における開口径よりも小さくなっている。図２に示すように、燃焼室の壁面を構成するアルミニウム系壁面上に形成された陽極酸化皮膜１の表面には、陽極酸化皮膜１の略厚み方向に延びる第１のミクロ孔１ａ（亀裂）が存在している。また、陽極酸化皮膜１の内部には、第２のミクロ孔１ｂ（内部欠陥）が存在している。
【００２３】
本明細書において、「ナノ孔」とは、陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる、ナノサイズの孔を意味する。ナノサイズとは、ナノ孔の最大断面積（面積が最大となる水平断面での断面積）と同じ面積を有する円の直径（円相当直径とも称す）がｎｍオーダー（１ｎｍ以上１μｍ未満）であることを意味する。ナノ孔は、陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる構造を有するが、必ずしも陽極酸化皮膜の表面に開口を有する必要はなく、皮膜表面に開口していなくてもよい。なお、水平方向とは、アルミニウム系壁面の面方向を意味する。
【００２４】
本明細書において、「第１のミクロ孔」とは、陽極酸化皮膜の表面から内部に延びている孔（例えば亀裂）のことを意味する。第１のミクロ孔は、陽極酸化皮膜の表面に開口しており、その開口面積と同じ面積を有する円の直径（円相当直径）がμｍオーダー（１μｍ以上）である。第１のミクロ孔は、通常、陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びている。
【００２５】
本明細書において、「第２のミクロ孔」とは、陽極酸化皮膜の内部に存在している孔（例えば内部欠陥）のことを意味する。第２のミクロ孔は、陽極酸化皮膜の表面に臨んでおらず、すなわち、陽極酸化皮膜の表面に開口していない。第２のミクロ孔の最大断面積（面積が最大になる水平断面での断面積）と同じ面積を有する円の直径がμｍオーダー（１μｍ以上）である。例えば、第２のミクロ孔の円相当直径は、１〜１００μｍの範囲である。
【００２６】
ナノ孔や第１のミクロ孔は、陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びている。「略厚み方向」とは、厚み方向から傾斜した方向に延びる形態や、厚み方向からジグザグに蛇行して延びる形態等を含むことを意味する。第２のミクロ孔は、陽極酸化皮膜の内部において、陽極酸化皮膜の厚み方向に直交する方向に延びる形態や、厚み方向に直交する方向から傾斜した方向に延びる形態、厚み方向に直交する方向にジグザグに延びる形態等を含む。
【００２７】
なお、上記するナノ孔やミクロ孔の開口径の測定は、陽極酸化皮膜の断面のＳＥＭ画像写真データ、ＴＥＭ画像写真データに対して一定エリア内のミクロ孔やナノ孔をそれぞれ抽出して直径（円相当直径）を測定し、それぞれの平均値を求めることによって行うことができる。
【００２８】
本実施形態において、陽極酸化皮膜は、燃焼室に臨む壁面の全部に形成されてもよいし、その一部にのみ形成されてもよい。後者の実施形態として、例えば、ピストン頂面のみ、又はバルブ頂面のみに皮膜が形成される形態を挙げることができる。
【００２９】
本実施形態において、陽極酸化皮膜は、内燃機関の燃焼室に臨むアルミニウム系壁面に陽極酸化処理を行うことにより形成することができる。
【００３０】
本実施形態において、ナノ孔の陽極酸化皮膜の表面における開口径は、０ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。ナノ孔の表面における開口径が３０ｎｍ未満である場合、ナノ孔へのガスの侵入を効果的に抑制することができる。燃焼ガスの侵入を抑制できることにより、断熱効果の減少を抑制することができる。仮に燃焼ガスの皮膜内部への侵入を抑制できないとすると、ガスが侵入した部分の断熱効果が減少するので、膜全体としても断熱効果が低下することになる。ナノ孔の表面における開口径は、ガスの侵入をより効果的に抑制するという観点から、２０ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以下であることがさらに好ましく、５ｎｍ以下であることが特に好ましい。さらには、ナノ孔の表面における開口径は０ｎｍであることがより好ましく、すなわち、ナノ孔が陽極酸化皮膜の表面に開口していないことがより好ましい。ナノ孔が陽極酸化皮膜の表面に開口を有しない場合、ナノ孔へのガスの侵入が顕著に抑制される。
【００３１】
本実施形態において、ナノ孔の内部における開口径（内部開口径とも称す）は、上述の表面における開口径よりも大きくなっている。すなわち、ナノ孔はアルミニウム系壁面の陽極酸化処理時に形成されるが、ナノ孔は、皮膜表面の開口で径が小さくなっており、表面からある程度の深さまで（例えば開口から約１０μｍまで）徐々に径が広がり、その後はほぼ一定の断面積（水平断面積）を保ちながら表面から内部に伸びている。「ナノ孔の内部における開口径」とは、そのほぼ一定の断面積を保ちながら伸びている孔部分における開口径のことを指す。ナノ孔の内部開口径は、例えば、２５ｎｍ以上であり、３０ｎｍ以上であり、３５ｎｍ以上であり、４０ｎｍ以上であり、５０ｎｍ以上である。
【００３２】
ナノ孔の表面開口径は、陽極酸化皮膜の表面のＳＥＭ画像からナノ孔の円相当直径（平均値）を求めることにより得ることができる。ナノ孔の円相当直径は、ＳＥＭ画像から市販のソフトを使用して求めることができる。ソフトとしては、例えば、ＷｉｎＲＯＯＦ（三谷商事株式会社製）を挙げることができる。
【００３３】
ナノ孔の内部開口径は、クロスセクションポリッシャー等を用いて表面から所定の深さまで陽極酸化皮膜を削り、露出した表面をＳＥＭにより撮影して得られた画像からナノ孔の円相当直径を求めることにより得ることができる。円相当直径は、表面開口径と同様に、ＳＥＭ画像から市販のソフトを使用して求めることができる。「ナノ孔の内部開口径」は、例えば、陽極酸化皮膜の厚み方向の中央で測定することができる。
【００３４】
図４（Ａ）は、実施例４で得られたテストピースＥ４の表面のＳＥＭ画像であり、図４（Ｂ）は、テストピースＥ４の内部のＳＥＭ画像である。図４（Ａ）に示されるように、ナノ孔は皮膜表面に開口しておらず、燃焼ガスの侵入が抑制される構造を有する。また、図５（Ａ）は、比較例２で得られたテストピースＣ２の表面のＳＥＭ画像であり、図５（Ｂ）は、テストピースＣ２の内部のＳＥＭ画像である。図５（Ａ）に示されるように、ナノ孔は皮膜表面において大きいサイズで開口しており、燃焼ガスの侵入が生じ易い構造を有している。
【００３５】
本実施形態において、ナノ孔の表面開口径と内部開口径との差は、７ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましく、１５ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。ナノ孔の表面開口径と内部開口径との差が大きくなる程、気孔率を増加させることができる。具体的な実施形態において、ナノ孔は、皮膜表面において開口しておらず、内部開口径が２０ｎｍ以上であることが好ましく、２５ｎｍ以上であることがより好ましく、３０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３６】
本実施形態において、陽極酸化皮膜の膜厚（図２のｔ）は、１５μｍ以上１３０μｍ以下である。また、本実施形態において、陽極酸化皮膜の気孔率は、２３％以上である。陽極酸化皮膜の気孔率は、８０％以下であることが好ましい。本実施形態において、陽極酸化皮膜は、１５μｍ以上１３０μｍ以下という薄い厚さであるが、ナノ孔の表面開口径が内部開口径よりも小さくかつ所定の気孔率を有するため、薄層であるにもかかわらず断熱性に優れるとともにスイング特性に優れる。また、陽極酸化皮膜の膜厚が薄いため、陽極酸化皮膜の形成に要する時間は短くなり、これにより製造コストの削減を図ることもできる。
【００３７】
膜厚は、陽極酸化皮膜の断面において、膜厚を５箇所で測定してその平均値を求めることにより得ることができる。
【００３８】
気孔率は、以下の方法により測定することができる。陽極酸化皮膜の面積と膜厚から皮膜の体積を求め、また、皮膜の重量を皮膜除去前後の重量差から求め、皮膜のかさ密度を算出する。得られた皮膜のかさ密度とアルミナ密度（３．９ｇ／ｃｍ３）を用いて、以下の式により気孔率を算出する。
気孔率＝１−（皮膜のかさ密度／アルミナ密度）
【００３９】
本実施形態において、アルミニウム系壁面を有するアルミニウム系材料は、Ｓｉ及びＣｕから選択される少なくとも１種の金属を５質量％以上含むことが好ましい。Ｓｉ及びＣｕから選択される少なくとも１種の金属の含有量が５質量％以上である場合、ミクロ孔（特に第２のミクロ孔）の形成が促進され、これにより気孔率を効果的に向上させることができる。アルミニウム系材料中のＳｉの含有量は、５質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。また、アルミニウム系材料中のＣｕの含有量は、０．３質量％以上７質量％以下であることが好ましい。アルミニウム系材料中のＡｌの含有量は、例えば、７０質量％以上であり、７５質量％以上である。また、アルミニウム系材料中のＡｌの含有量は、例えば、９５質量％以下であり、９０質量％以下である。また、アルミニウム系材料中に含まれる金属としては、Ａｌ、Ｓｉ及びＣｕ以外にも、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ等が挙げられる。
【００４０】
陽極酸化皮膜のスイング特性は、冷却試験（急冷試験）によって評価することができる。冷却試験では、片面のみに陽極酸化皮膜を施したテストピースを用い、背面（陽極酸化皮膜を施していない面）を所定の高温噴流で加熱し続けながら、テストピースの正面（陽極酸化皮膜を形成した面）から所定温度の冷却エアーを噴射してテストピースの正面温度を低下させ、その正面温度を測定する。そして、皮膜表面温度と時間から冷却曲線を作成する。そして、この冷却曲線から温度降下速度を評価する。この温度降下速度は、例えば、皮膜表面温度が４０℃低下するのに要した時間（４０℃降下時間）をグラフから読み取ることにより評価する。
【００４１】
具体的には、複数のテストピースに対して急冷試験を実施し、それぞれのテストピースにおける４０℃降下時間を測定し、燃費向上率と４０℃降下時間で規定される複数のプロットに関して近似曲線を作成する。そして、上記する５％の燃費向上率に対応する４０℃降下時間の値を読み取る。これが４５ｍｓｅｃ以下である場合、優れた燃費向上効果を有することがわかる。なお、４０℃降下時間が短いほど、皮膜の熱伝導率及び熱容量が低く、燃費向上効果が高い。
【００４２】
本実施形態において、陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されていないことが好ましい。また、本実施形態において、陽極酸化皮膜が、前記燃焼室に露出していることが好ましい。陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されると、ナノ孔及び／又は第１のミクロ孔が封止物で封止され、気孔率が低下してしまう。また、封止物の存在により熱容量が大きくなってしまう。そのため、陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されないことが好ましい。
【００４３】
本実施形態の陽極酸化皮膜は、アルミニウム系材料を酸性電解液（例えば硫酸水溶液）に浸して電気を流すことにより行われる。具体的には、製膜装置において、電解液が注入された状態で電極の間に電圧を印加して電気分解を行うと、陽極としてのアルミニウム系材料の壁面（例えばピストン頂面）が酸化されて陽極酸化皮膜が形成される。本実施形態における陽極酸化皮膜を形成するために、陽極酸化処理の条件を適宜調整することができる。例えば、印加電圧により、陽極酸化皮膜の気孔率を調整することができる。また、印加時間により、陽極酸化皮膜の厚さを調整することができる。また、製膜処理中、冷却装置を用いて酸化反応熱を除去することが好ましい。また、材料壁面からの酸化反応熱を除去するため、成膜面に電解液流を流し当てながら陽極酸化処理を行うことが好ましい。具体的には、図１５に示すような構成を有する装置により、陽極酸化皮膜を形成することができる。図１５において、陽極２０１として機能するアルミニウム系材料（成膜サンプル）の成膜面２０１ａが電解液２０３中に浸かるように配置されている。符号２０２は陰極を示す。また、吐出部２０４が電解液２０３中に配置されており、該吐出部２０４は、電解液を吐出して電解液流を発生させる。図１５において、吐出部２０４は、生じる電解液流が成膜面２０１ａに当たるように、その吐出口を成膜面２０１ａに向けられて配置されている。このような構成を採用することにより、吐出口からの電解液の流量を調整することで、成膜面の酸化反応熱を効率的に除去することができる。成膜面の酸化反応熱を効率的に除去することにより、陽極酸化皮膜のナノ孔の表面開口径を小さくすることできる。また、ナノ孔の表面開口径と内部開口径との差を大きくすることができる。
【００４４】
電解液の温度は、例えば、０℃以上１０℃以下であり、好ましくは０℃以上４℃以下である。
【００４５】
電流密度は、例えば、０．１Ａ／ｃｍ２以上１．０ｍＡ／ｃｍ２以下である。
【００４６】
通電時間（成膜時間）は、例えば、５秒以上１８０秒以下である。
【００４７】
本実施形態において、陽極酸化皮膜は少なくともピストン頂面に形成されていることが好ましい。具体的には、内燃機関のピストン頂面全体に陽極酸化皮膜が形成されていることが好ましい。また、本実施形態において、ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜は、膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部を含むことが好ましい。
【００４８】
図６は、陽極酸化皮膜の膜厚を変えて吸気効率変化率をシミュレーションした結果である。図６に示されるように、陽極酸化皮膜の膜厚が６０μｍを超えると、吸気効率が低下することがわかる。そのため、本実施形態においては、吸気効率の観点から、ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜が、膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部を含むことが好ましい。
【００４９】
また、本実施形態において、上記薄膜部は、ピストン頂面のうちタンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に配置されていることが好ましい。タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分とは、タンブル流が積極的に接触する部分である。また、本実施形態において、薄膜部以外の陽極酸化皮膜の膜厚は、６０μｍ超１００μｍ以下であることが好ましい。以下、膜厚が６０μｍ超１００μｍ以下である陽極酸化皮膜部分を厚膜部と称す。図７は、陽極酸化皮膜の膜厚を変えて冷却損失改善率をシミュレーションした結果を示すグラフである。図７に示されるように、陽極酸化皮膜の膜厚が厚くなるほど、断熱性が向上するため、冷却損失が改善することがわかる。一方、図８に示されるように、陽極酸化皮膜が厚くなるほど、点火前の筒内平均ガス温度差が高くなることがわかる。筒内平均ガス温度差が高くなると、ノッキングが起こり易くなる。本実施形態においては、ピストン頂面のうちタンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部を配置する。タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分の陽極酸化皮膜を薄くすることにより、高回転域での吸気加熱を効果的に抑制できる（図６参照）。また一方で、本実施形態では、冷却損失及びノッキング抑制の観点から、タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に配置された薄膜部以外の陽極酸化皮膜の膜厚を６０μｍ超１００μｍ以下とする。これは、冷却損失の観点からは図７で示されるようになるべく陽極酸化皮膜が厚い方が好ましいが、陽極酸化皮膜が厚くなりすぎると、図８に示されるようにノッキングが起こり易くなる。そのため、陽極酸化皮膜の膜厚の上限を１００μｍとし、冷却損失とノッキング抑制のバランスをとったものである。陽極酸化皮膜の膜厚が１００μｍ以下である場合、図８から理解されるように筒内平均ガス温度差は１℃未満になり、ノッキングを効果的に抑制することができる。以上より、本実施形態では、ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜のうち、タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分を薄膜部とすることにより吸気加熱を効果的に抑制し、また、冷却損失の観点からその他の部分を膜厚部とするが、その際にノッキング抑制の観点から膜厚の上限を１００μｍとする。これにより、吸気加熱の抑制、冷却損失の低減、及びノッキングの抑制においてバランスのとれた内燃機関を得ることができる。
【００５０】
以下、上述の実施形態について具体的に説明する。
【００５１】
図９は、本実施形態に係る内燃機関の構成例を示す概略断面図である。内燃機関１００は、シリンダブロック１１２、これに締結されるシリンダヘッド１１４、及びシリンダブロック１１２に形成されたボア内を往復動するピストン１２０を備え、シリンダヘッド１１４の下面のペントルーフ型の筒内天井部１１６、シリンダブロック１１２の内壁１１２ａ、及びピストン１２０の頂面（ピストン頂面）によって燃焼室１３０が画成されている。シリンダヘッド１１４には、燃焼室１３０に連通する吸気ポート１４０と排気ポート１５０とが形成され、それぞれの燃焼室１３０側の開口端部に吸気バルブ１４２と排気バルブ１５２とを備えている。なお、図９には、吸気ポート１４０及び排気ポート１５０はそれぞれ１つのみが示されているが、これに限定されるものではない。一般的には、吸気ポート１４０及び排気ポート１５０はそれぞれ２つずつシリンダヘッド１１４に配置されている。また、燃焼室１３０のほぼ中央、換言すると、ペントルーフ型の筒内天井部１１６のほぼ中央に点火栓１６０が配置されている。
【００５２】
図１０は、ピストン頂面の構成例を示す概略平面図である。なお、図９で示されるピストン１２０は、図１０におけるＡＡ’線での断面図に相当する。図１０に示すように、ピストン頂面の中央領域には、シリンダヘッド１１４とは反対側（図９の下方向）に凹んだキャビティ部１７０が形成されている。キャビティ１７０を設けることにより、タンブル流Ａ（図９参照）の減衰を抑制することができる。キャビティ１７０によりタンブルを効率的に生成させることにより、混合気内に乱れが誘発され、燃焼速度を向上することができる。また、タンブル流は、給気層状化の手段として利用されることもある。インジェクタ（不図示）は、一般的に、その先端部がキャビティ部１７０の中央に臨む状態でシリンダヘッド１１４に配置される。
【００５３】
また、ピストン頂面には、吸気バルブ１４２及び排気バルブ１５２との干渉を回避するための吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂが形成されている。図１０において、吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂは点線で示されている。図１０に示す例では、吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂは、ピストン頂面の中心に対してキャビティ部１７０より外側に、部分的に形成されている。吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂの深さは、適宜設定されるものであある。例えば、バルブリセス面の位置は、キャビティ面の最下点の位置よりも高い位置に設定することができる。図１０に示す例では、２つの吸気バルブ及び２つの排気バルブに対応してそれぞれ２つの吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂがピストン頂面に形成され、シリンダ周方向に関して４つのバルブリセスが互いに間隔をおいて配置されている。
【００５４】
さらに、図１０において、ピストン頂面のキャビティ部１７０、吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂの外側には、筒内天井部１１６と協働してスキッシュ流を形成するスキッシュ部１９０が形成されている。スキッシュ部１９０の存在により、圧縮行程時（特に圧縮行程後期）においてスキッシュエリアのガスがピストンの上死点側への移動により押し出されてキャビティに流入する。これによりスキッシュ流を発生させることができる。
【００５５】
本実施形態において、図９に示すように、ピストン頂面がキャビティ部１７０を含み、該キャビティ部１７０に、上述した、膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部が形成されていることが好ましい。上述のように、キャビティ部は、タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に相当する。そのため、キャビティ部に陽極酸化皮膜を設けることにより、吸気加熱を効果的に抑制することができる。また、ピストン頂面が吸気バルブリセス部１８０ａ及び排気バルブリセス部１８０ｂからなるバルブリセス部をさらに含む場合、キャビティ部に加えて該バルブリセス部にも膜厚が１５μｍ以上６０μｍ以下である薄膜部が形成されていることが好ましい。バルブリセス部もタンブル流が積極的に接触する部分であり、タンブル流の形成に実質的に寄与する部分と考えられるため、この部分の陽極酸化皮膜も薄膜部とすることが好ましい。また、ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜のうち、薄膜部以外の陽極酸化皮膜の膜厚は６０μｍ超１００μｍ以下であることが好ましい。上述したように、タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分以外のピストン頂面においては、冷却損失の観点から陽極酸化皮膜の厚さがなるべく大きい方が好ましいが、ノッキング抑制の観点から膜厚の上限を１００μｍとする。これにより、吸気加熱の抑制、冷却損失の低減、及びノッキングの抑制においてバランスのとれた内燃機関を得ることができる。厚膜部が形成される部分としては、例えば、上述のスキッシュ部１９０が挙げられる。図９では、スキッシュ部１９０上に厚膜部が形成されている。
【００５６】
図９及び１０では、タンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分がキャビティ部である形態について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。本実施形態では、例えば図１１に示すように、ピストン頂面の平面図において、ピストン頂面の中心を含む中央領域２１０に薄膜部を配置し、該中央領域の外側を取り囲む外側領域２２０に厚膜部を配置してもよい。すなわち、本実施形態では、ピストン頂面の中心を含む中央領域に薄膜部が配置され、該中央領域の外側に位置する外側領域に配置された陽極酸化皮膜の膜厚が６０μｍ超１００μｍ以下である構成とすることができる。タンブル流は、ピストン頂面のうち中心を含む中央領域に積極的に接触する。そのため、上述の理由により、中央領域に薄膜部を設け、その外側領域に厚膜部を設けることが好ましい。これにより、吸気加熱の抑制、冷却損失の低減、及びノッキングの抑制においてバランスのとれた内燃機関を得ることができる。中央領域の面積ＳＣと外側領域の面積ＳＯの比（ＳＣ：ＳＯ）は、例えば、１：５〜５：１であり、１：４〜４：１であり、１：３〜３：１である。また、中央領域の形状は、特に制限されるものではないが、例えば、略円形又は略楕円形である。ピストン頂面の中心とは、例えば重心を意味する。
【００５７】
ピストン頂面において薄膜部及び厚膜部を設けるには、例えば、マスキングを利用することができる。また、一般的に、陽極酸化皮膜は、鋳肌面では膜厚が大きくなり、研磨面では膜厚が小さくなる。これを利用して薄膜部及び厚膜部を設けることができる。例えば、研磨面から構成されるキャビティ部及びバルブリセス部並びに鋳肌面から構成されるスキッシュ部を有するピストン頂面を陽極酸化処理することにより、一回の皮膜処理工程により薄膜部及び厚膜部を設けることができる。
【実施例】
【００５８】
以下、本実施形態を実施例を用いて説明するが、本実施形態は以下の実施例により制限されるものではない。
【００５９】
以下の表１で示す成分組成を有するアルミニウム系母材（母材Ａ及びＢ）を用意した。
【００６０】
【表１】
2020007929.tif 000003
【００６１】
（実施例１）
実施例において図１５に示すような構成を有する装置を用いて上記アルミニウム系母材Ａ及びＢに陽極酸化皮膜を形成した。具体的には、硫酸水溶液（電解液）中に母材Ａを浸漬させ、母材Ａを陽極とし、ＳＵＳを陰極として通電することにより実施した。この際、被処理面を除く母材表面をマスキングすることにより、被処理面と陰極の間で通電が起こるように構成した。また、電解液中の硫酸濃度は２０質量％であり、電解液の温度（浴温）は５℃とした。通電は、直流電源を用いて、電流密度を０．５Ａ／ｃｍ２で行った。成膜時間は４０秒とした。また、吐出部からの電解液の流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定した。通電終了後、各母材を電解液から取り出して蒸留水でよく洗浄し、圧縮空気を吹き付けて水分を除去した後、大気中で十分に乾燥させた。これにより、テストピースＥ１を作製した。
【００６２】
（実施例２）
吐出部からの電解液の流量を２５Ｌ／ｍｉｎに設定したこと以外は、実施例１と同様にしてテストピースＥ２を作製した。
【００６３】
（実施例３）
吐出部からの電解液の流量を３０Ｌ／ｍｉｎに設定したこと以外は、実施例１と同様にしてテストピースＥ３を作製した。
【００６４】
（比較例１）
母材Ａの代わりに母材Ｂを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてテストピースＣ１を作製した。
【００６５】
（比較例２）
吐出部からの電解液の流量を２５Ｌ／ｍｉｎに設定したこと以外は、比較例１と同様にしてテストピースＣ２を作製した。
【００６６】
（比較例３）
吐出部からの電解液の流量を５Ｌ／ｍｉｎに設定したこと以外は、実施例１と同様にしてテストピースＣ３を作製した。
【００６７】
（比較例４）
吐出部からの電解液の流量を１５Ｌ／ｍｉｎに設定したこと以外は、実施例１と同様にしてテストピースＣ４を作製した。
【００６８】
［陽極酸化皮膜の膜厚の測定］
得られたテストピースＥ１〜Ｅ３及びＣ１〜Ｃ４について、下記方法により陽極酸化皮膜の膜厚を測定したところ、いずれも１５ｎｍであった。陽極酸化皮膜の膜厚は、皮膜の断面をＳＥＭで観察し、膜厚を５箇所で測定してその平均値を求めることにより測定した。
【００６９】
［気孔率の測定］
得られたテストピースＥ１〜Ｅ３及びＣ１〜Ｃ４について、下記方法により気孔率を測定した。陽極酸化皮膜の面積と膜厚から皮膜の体積を求め、また、皮膜の重量を皮膜除去前後の重量差から求め、皮膜のかさ密度を算出する。得られた皮膜のかさ密度とアルミナ密度（３．９ｇ／ｃｍ３）を用いて、以下の式により気孔率を算出する。
気孔率＝１−（皮膜のかさ密度／アルミナ密度）
結果を表２に示す。
【００７０】
［ナノ孔の表面開口径の測定］
得られたテストピースＥ１〜Ｅ３及びＣ１〜Ｃ４について、下記方法により、ナノ孔の表面開口径を測定した。陽極酸化皮膜の表面をＳＥＭにより撮影してＳＥＭ画像を得た。得られたＳＥＭ画像からナノ孔の円相当直径を画像解析ソフトＷｉｎＲＯＯＦ（三谷商事株式会社製）を用いて求めた。
【００７１】
［ナノ孔の内部開口径の測定］
得られたテストピースＥ１〜Ｅ３及びＣ１〜Ｃ４について、下記方法により、ナノ孔の内部開口径を測定した。クロスセクションポリッシャー等を用いて陽極酸化皮膜を削り、露出した表面をＳＥＭにより撮影してＳＥＭ画像を得た。得られた画像からナノ孔の円相当直径を画像解析ソフトＷｉｎＲＯＯＦ（三谷商事株式会社製）を用いて求めた。
【００７２】
［４０℃降下時間の測定（スイング特性評価試験）］
得られたテストピースＥ１〜Ｅ３及びＣ１〜Ｃ４について、下記方法により陽極酸化皮膜のスイング特性を評価した。
【００７３】
図１２（ａ）に示すように、片面のみに陽極酸化皮膜を施した上述のテストピース（ＴＰ）を用い、背面（陽極酸化皮膜を施していない面）を７５０℃の高温噴射で加熱してテストピースの全体を２５０℃程度の一定の温度に維持する。次に、予め所定の流速で室温噴流を流しておいたノズルをテストピースの正面（陽極酸化皮膜を施している面）に移動させ、冷却を開始する。なお、ノズルからは、２５℃の冷却エアーが提供され、この際、背面の高温噴射は継続する。そして、テストピースの陽極酸化皮膜の表面の温度を放射温度計で測定し、その冷却時の温度低下を測定して、図１２（ｂ）で示す冷却曲線を作成する。この冷却試験は燃焼室内壁の吸気行程を模擬した試験方法であり、加熱された断熱皮膜表面の冷却速度を評価するものである。なお、低熱伝導率かつ低熱容量の断熱皮膜の場合には急冷速度が速くなる傾向を示す。作成された冷却曲線から４０℃低下するのに要する時間を読み取り、４０℃降下時間として皮膜の熱特性を評価した。
【００７４】
また、陽極酸化皮膜の性能によって達成する一つの目標値として、５％の燃費改善率が挙げられる。この５％の燃費改善率は、実験の際に計測誤差として埋もれることなく燃費向上率を明確に証明でき、かつ、排気ガス温度の上昇によってＮＯｘ低減触媒の暖気時間を短縮してＮＯｘの低減を実現できる値である。ここで、図１３は、本発明者等によって特定されている燃費向上率と冷却試験における４０℃降下時間の相関グラフを示している。この図１３より、５％の燃費改善率に相当する冷却試験における４０℃降下時間は４５ミリ秒と特定されており、４５ミリ秒以下を優れたスイング特性を示す一つの指標とすることができる。
【００７５】
気孔率の測定、スイング特性の評価結果を下記表２に示す。
【００７６】
【表２】
2020007929.tif 000004
【００７７】
表２より、実施例１〜３において、４５ミリ秒の４０℃降下時間が得られており、テストピースＥ１〜Ｅ３が優れたスイング特性を示すことがわかる。また、図１４に、４５ｍｓｅｃ達成気孔率と陽極酸化皮膜の膜厚の関係に関する実験結果を示した図を示す。図１４に示されるように、陽極酸化皮膜が厚くなると、４０℃降下時間として４５ミリ秒を満たすのに必要な陽極酸化皮膜の気孔率は低くなることがわかる。すなわち、本実施形態における陽極酸化皮膜の膜厚は１５μｍ以上であると規定されているため、気孔率が２３％以上であれば、４０℃降下時間として４５ミリ秒を満たすことになる。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７９】
Ｎ    内燃機関
Ｊ    冷却水ジャケット
ＳＢ    シリンダブロック
ＳＨ    シリンダヘッド
ＫＰ    吸気ポート
ＨＰ    排気ポート
ＮＳ    燃焼室
ＫＶ    吸気バルブ
ＨＶ    排気バルブ
ＰＳ    ピストン
ＳＢ’  シリンダボア面
ＳＨ’  シリンダヘッド底面
ＰＳ’  ピストン頂面
ＫＶ’  バルブ頂面
ＨＶ’  バルブ頂面
１０    陽極酸化皮膜
１    陽極酸化皮膜
１ａ    第１のミクロ孔（表面亀裂）
１ｂ    第２のミクロ孔（内部欠陥）
１ｃ    ナノ孔
１００    内燃機関
１１２    シリンダブロック
１１４    シリンダヘッド
１２０    ピストン
１１６    筒内天井部
１１２ａ  シリンダブロックの内壁
１３０    燃焼室
１４０    吸気ポート
１５０    排気ポート
１４２    吸気バルブ
１５２    排気バルブ
１６０    点火栓
１７０    キャビティ
１８０ａ  吸気バルブリセス部
１８０ｂ  排気バルブリセス部
１９０    スキッシュ部
２０１    成膜サンプル
２０１ａ  成膜面
２０２    陰極
２０３    電解液
２０４    吐出部
【図１】
2020007929.tif 000005
【図２】
2020007929.tif 000006
【図３】
2020007929.tif 000007
【図４】
2020007929.tif 000008
【図５】
2020007929.tif 000009
【図６】
2020007929.tif 000010
【図７】
2020007929.tif 000011
【図８】
2020007929.tif 000012
【図９】
2020007929.tif 000013
【図１０】
2020007929.tif 000014
【図１１】
2020007929.tif 000015
【図１２】
2020007929.tif 000016
【図１３】
2020007929.tif 000017
【図１４】
2020007929.tif 000018
【図１５】
2020007929.tif 000019