(57)【要約】【課題】放電表面処理を適用してワークの表面に低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜を効果的に形成できる遮熱膜の形成方法と、この形成方法で適用される電極部材を提供する。【解決手段】導電性のワークＷの表面Ｗａに遮熱膜１００を形成する遮熱膜の形成方法であって、非導電性中空粒子１の表面に導電性金属メッキ層２が形成されてなる導電性中空粒子１０とバインダとなる金属粒子２０を混ぜ合わせ、圧縮成形をおこない、焼成して電極部材３０を製造するステップ、ワークＷの表面Ｗａのうち、遮熱膜が形成される領域Ｏｂを電気絶縁油Ｌに接触させて一方の電極とし、電極部材３０を電気絶縁油Ｌに浸漬して他方の電極とし、双方の電極を外部回路Ｃで繋いで通電し、ワークＷの表面Ｗａと電極部材３０の間に放電を生ぜしめて電極部材３０の構成材料をワークＷの表面Ｗａに移動させ、堆積させて多孔質の遮熱膜１００をワークＷの表面Ｗａに形成するステップからなる。【選択図】図３
2014118581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のワークの表面に遮熱膜を形成する遮熱膜の形成方法であって、
非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子とバインダとなる金属粒子を混ぜ合わせ、圧縮成形をおこない、焼成して電極部材を製造する第１のステップ、
ワークの表面のうち、遮熱膜が形成される領域を電気絶縁油に接触させて一方の電極とし、前記電極部材を電気絶縁油に浸漬して他方の電極とし、双方の電極を外部回路で繋いで通電し、ワークの表面と電極部材の間に放電を生ぜしめて電極部材の構成材料をワークの表面に移動させ、堆積させて多孔質の遮熱膜をワークの表面に形成する第２のステップからなる遮熱膜の形成方法。
【請求項２】
導電性中空粒子に比して金属粒子の粒径が小さくなっている請求項１に記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項３】
ワークがエンジンの燃焼室を画成する構成部品である請求項１または２に記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項４】
導電性のワークの表面に放電表面処理にて遮熱膜を形成する際に適用される電極部材であって、
非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子とバインダとなる金属粒子が圧縮成形され、焼成されてなる電極部材であり、
放電表面処理によって電極部材の構成材料がワークの表面に堆積して遮熱膜を形成する電極部材。
【請求項５】
導電性中空粒子に比して金属粒子の粒径が小さくなっている請求項４に記載の電極部材。
【請求項６】
ワークがエンジンの燃焼室を画成する構成部品である請求項４または５に記載の電極部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮熱膜の形成方法と、この形成方法で適用される電極部材に関するものである。
【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とシリンダヘッド、およびピストンから構成されており、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の頂面と、シリンダヘッドの底面と、シリンダヘッドに開設された吸気ポートと排気ポートに配設された吸気バルブおよび排気バルブの底面から画成されている。昨今の内燃機関に要求される高出力化にともなってその冷却損失を低減することが重要になってくるが、この冷却損失を低減する方策の一つとして、燃焼室の内壁にセラミックスからなる遮熱膜を形成する方法を挙げることができる。
【０００３】
しかし、上記するセラミックスは一般に低い熱伝導率を有し、かつ高い熱容量を有することから、定常的な表面温度上昇による吸気効率の低下やノッキング（燃焼室内に熱が篭ることに起因する異常燃焼）が発生するために燃焼室の内壁への被膜素材として普及していないのが現状である。
【０００４】
このことから、燃焼室の壁面に形成される遮熱膜は、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のが望ましい。さらに、この低熱伝導率およ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素材から遮熱膜が形成されること、およびシリンダブロック等の母材への密着性が高い素材から遮熱膜が形成されることが望ましい。
【０００５】
このように低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜を備えたエンジン燃焼室構造が特許文献１，２に開示されている。ここで開示される遮熱膜は、低熱伝導率かつ低熱容量に加えて、壁面からの剥離や脱落がなく、耐久性や信頼性に優れたものとするべく、膜厚が20μmより大きくて500μm以下であり、かつ気孔率が20%以上の陽極酸化被膜となっている。
【０００６】
ところで、燃焼室内に送り込まれる燃料ガス（ガソリンエンジンの場合にはガソリンと空気の混合ガスであり、ディーゼルエンジンの場合には燃焼室内に別途のタイミングで送り込まれる空気とガソリン）は、1サイクルにおける燃焼工程（着火）や排気工程（膨張）の際には高温を保ち、吸気・圧縮工程の際には早期に冷却されることで燃費や出力効率が向上する。そのため、上記する燃焼室を構成する各種壁面の中には低熱伝導率でかつ低熱容量の遮熱膜が形成されているのが望ましい。
【０００７】
すなわち、燃焼室の壁面に低熱伝導率でかつ低熱容量の遮熱膜が形成されていることにより、車両の定常走行時には高燃費かつ高効率なエンジン性能が期待できる。なお、この「熱容量」は、体積比熱（密度×比熱）で示すこともでき、したがって、「低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜」が定常走行時に優れた効果を発揮すると言い換えることができる。
【０００８】
上記する低熱伝導率でかつ低熱容量の遮熱膜は、燃焼室の壁面の全面に必ずしも形成される必要はなく、特定の部位のみに形成された場合でもその効果を享受できることから、加工手間や材料費等も関連して特定の部位のみに形成したいとするニーズが存在しているのは事実である。
【０００９】
このように、任意のワークの表面の特定の部位にのみ遮熱膜を形成する方法として、局所的処理が可能な放電表面処理の適用が効果的である。
【００１０】
この放電表面処理を適用して遮熱膜を形成するに当たり、電極部材は導電性である必要があるが、導電性の電極部材ゆえに遮熱膜を形成する電極部材の熱伝導率が自ずと高くなり易く、上記するように低熱伝導率の遮熱膜が形成され難いという課題がある。
【００１１】
また、一般に電極部材が中実粒子から構成され、これをそのままワーク表面に転写することから、形成された遮熱膜内に空間が存在している場合でも気孔率が低くなり易く、結果として熱伝導率と体積比熱の双方が大きくなる傾向となり、低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜を形成し難いという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２４９００８号公報
【特許文献２】特開２００９−２４３３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、放電表面処理を適用してワークの表面に低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜を効果的に形成できる遮熱膜の形成方法と、この形成方法で適用される電極部材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】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明による遮熱膜の形成方法は、導電性のワークの表面に遮熱膜を形成する遮熱膜の形成方法であって、非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子とバインダとなる金属粒子を混ぜ合わせ、圧縮成形をおこない、焼成して電極部材を製造する第１のステップ、ワークの表面のうち、遮熱膜が形成される領域を電気絶縁油に接触させて一方の電極とし、前記電極部材を電気絶縁油に浸漬して他方の電極とし、双方の電極を外部回路で繋いで通電し、ワークの表面と電極部材の間に放電を生ぜしめて電極部材の構成材料をワークの表面に移動させ、堆積させて多孔質の遮熱膜をワークの表面に形成する第２のステップからなるものである。
【００１５】
本発明の遮熱膜の形成方法は、第２のステップにおける放電表面処理にてワークの表面に遮熱膜を形成するに当たり、第１のステップにおいて、非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子とバインダとなる金属粒子を混ぜ合わせ、圧縮成形をおこない、焼成して電極部材を製造するものであり、この電極部材を適用して放電表面処理をおこなうことによって、遮熱膜が中空粒子を具備することで遮熱膜の気孔率を高くすることができ、熱伝導率と体積比熱の双方がともに低い遮熱膜を形成できるものである。なお、放電にて成膜することから、導電性中空粒子の有する中空以外にも導電性中空粒子間に隙間を形成することができ、気孔率をより一層高めることができる。
【００１６】
非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子を適用することで放電表面処理が可能となり、このように、放電表面処理技術において電極部材を導電性中空粒子で構成し、この導電性中空粒子を放電にてワーク表面に堆積させるという技術はこれまでにない新規な技術思想である。
【００１７】
たとえばNi合金等からなる導電性金属メッキ層を非導電性中空粒子の表面に形成することで、遮熱膜を形成する導電性中空粒子は導電性金属メッキ層にて気孔の保護を図ることができ、強度の高い導電性中空粒子を形成することができる。また、導電性金属メッキ層が導電性中空粒子にクッション作用を齎し、放電時に導電性中空粒子に作用する衝撃緩和作用や、ワーク表面へ導電性中空粒子が衝突した際の導電性中空粒子の潰れ防止作用を奏するものである。なお、非導電性中空粒子としては、低熱伝導率かつ低体積比熱であるガラスやセラミックスから形成されるのがよい。
【００１８】
また、導電性中空粒子の耐熱性は、たとえばNiやその合金、Coやその合金等からなる導電性金属メッキ層にて保証することができる。
【００１９】
ここで、導電性金属メッキ層として適用される素材金属とバインダとなる金属粒子を同元素の金属、もしくは同元素の金属合金が適用されることで双方の濡れ性が向上する。たとえば、無電解Ni-Pメッキにて導電性金属メッキ層をニッケルメッキ層から構成し、バインダとしてNi粉末もしくはNi合金粉末を適用する実施の形態を挙げることができる。
【００２０】
なお、バインダとなる金属粒子を適用する理由は、バインダがなく、導電性中空粒子のみで遮熱膜を形成しようとした際に、導電性中空粒子同士の接着力不足に起因して、200〜500μm程度の層厚の遮熱膜を形成し難いためである。
【００２１】
ここで、導電性中空粒子に比してバインダとなる金属粒子の粒径が小さくなっているのが好ましい。
【００２２】
バインダとなる金属粒子の粒径が相対的に小さいことで電極部材の成形性が良好になるとともに、相対的に細かい金属粒子によってワーク表面への導電性中空粒子と金属粒子の付着性を向上させることができ、形成される遮熱膜とワークの密着性の向上を図ることができる。
【００２３】
また、上記するワークとしては、エンジンの燃焼室を画成する構成部品を実施の形態として挙げることができる。
【００２４】
このエンジンの燃焼室を画成する構成部品とは、内燃機関が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が、シリンダブロックやシリンダヘッドが主たる構成部品であり、より詳細には、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の頂面と、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気バルブや排気バルブの底面を挙げることができる。
【００２５】
このように遮熱膜が全体的に、もしくは局所的に形成されるワークとしてエンジンの燃焼室を画成する構成部品を取り上げた際には、形成される低熱伝導率で低体積比熱の遮熱膜によってスイング特性（断熱性能を具備しながらも、燃焼室内のガス温度に被膜の温度が追随する特性）も向上する。なお、本明細書において「低熱伝導率」とは、0.10(W/mK)以下の熱伝導率のことを意味しており、望ましくは0.02(W/mK)以下の熱伝導率のことである。また、同様に本明細書において「低体積比熱」とは、3.8×105(J/m3K)以下の体積比熱のことを意味している。
【００２６】
また、本発明は遮熱膜の形成方法で適用される電極部材にも及ぶものであり、この電極部材は、導電性のワークの表面に放電表面処理にて遮熱膜を形成する際に適用される電極部材であって、非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子とバインダとなる金属粒子が圧縮成形され、焼成されてなる電極部材であり、放電表面処理によって電極部材の構成材料がワークの表面に堆積して遮熱膜を形成するものである。
【００２７】
そして、この電極部材においては、既述するように導電性中空粒子に比して金属粒子の粒径が小さくなっているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明の遮熱膜の形成方法と電極部材によれば、ワークの表面に放電表面処理にて遮熱膜を形成するに当たり、非導電性中空粒子の表面に導電性金属メッキ層が形成されてなる導電性中空粒子とバインダとなる金属粒子が圧縮成形され、焼成されてなる電極部材を適用することで、低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜を効果的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は本発明の遮熱膜の形成方法の第１のステップを説明した模式図であり、（ｂ）は図１ａのｂ部の拡大図である。
【図２】遮熱膜の形成方法の第２のステップを説明した模式図である。
【図３】図２に続いて第２のステップを説明した模式図である。
【図４】図１〜３の形成方法で形成された遮熱膜を説明した模式図である。
【図５】内燃機関の燃焼室の壁面の一部に本発明の形成方法で形成された遮熱膜を適用した実施の形態の縦断面図である。
【図６】（ａ）は実験にて用いたテストピースの縦断面図であり、（ｂ）は図６ａのｂ−ｂ矢視図である。
【図７】非導電性中空粒子の粒径と導電性金属メッキ層の厚みを種々変化させて、非導電性中空粒子の外殻の破壊および非破壊の境界ラインを特定した実験結果を示した図である。
【図８】導電性中空粒子と金属粒子の混合比を種々変化させて、体積比熱と熱伝導率がともに好ましい領域を特定した実験結果を示した図である。
【図９】スイング幅を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の遮熱膜とその形成方法の実施の形態を説明する。
【００３１】
（遮熱膜とその形成方法、および形成方法で適用する電極部材の実施の形態）
図１〜図３はその順で本発明の遮熱膜の形成方法を説明したフロー図であり、より具体的には、図１ａは本発明の遮熱膜の形成方法の第１のステップを説明した模式図であり、図１ｂは図１ａのｂ部の拡大図であり、図２，３は順に第２のステップを説明した模式図である。また、図４は、図１〜３の形成方法で形成された遮熱膜を説明した模式図である。
【００３２】
遮熱膜の形成方法として、まず、図１で示すように、中空１ａを有する非導電性中空粒子１の表面に導電性金属メッキ層２が形成されてなる導電性中空粒子１０とバインダとなる金属粒子２０を混ぜ合わせ、不図示の成形型にて圧縮成形をおこない、焼成して電極部材３０を製造する（第１のステップ）。
【００３３】
ここで、非導電性中空粒子１としては、低熱伝導率かつ低体積比熱であるガラスやセラミックスから形成されるのがよく、たとえば、天然の火山ガラス質堆積物を原料とするシラスバルーン（商品名）を適用することができる。
【００３４】
一方、導電性金属メッキ層２は、Niやその合金、Coやその合金等から形成でき、たとえば、無電解Niメッキ処理（カニゼンメッキSE680等）をおこなってNiメッキ層２が形成できる。本発明の形成方法は後述する第２のステップにて放電表面処理を適用するものであるが、非導電性中空粒子１の表面に導電性金属メッキ層２が形成されてなる導電性中空粒子１０を適用することで放電表面処理が可能となる。
【００３５】
導電性金属メッキ層２をNiメッキ層から形成する際には、バインダとなる金属粒子２０もNi粉末から形成することで双方の濡れ性が向上する。
【００３６】
電極部材３０を導電性中空粒子１０とバインダとなる金属粒子２０から形成したことで、金属粒子２０が導電性中空粒子１０，１０同士の接着力不足を補い、200〜500μm程度の層厚の遮熱膜の形成を可能とする。
【００３７】
次に、図２で示すように、ワークＷの表面Ｗａのうち、遮熱膜が形成される領域Ｏｂを容器Ｙで包囲し、ここに電気絶縁油Ｌを収容して領域Ｏｂと接触させて一方の電極とする。次に、第１のステップで製造された電極部材３０を電気絶縁油Ｌに浸漬して他方の電極とし、双方の電極を外部回路Ｃで繋いで通電する。
【００３８】
この通電によってワークＷの表面Ｗａと電極部材３０の間に放電が生ぜしめられ、図３で示すように電極部材３０の構成材料である導電性中空粒子１０や金属粒子２０がワークＷの表面Ｗａに移動し（Ｘ方向）、堆積することで、図４で示すように多孔質の遮熱膜１００がワークＷの表面Ｗａの領域Ｏｂに形成される（第２のステップ）。
【００３９】
導電性金属メッキ層２によって遮熱膜を形成する非導電性中空粒子１の中空１ａの保護を図ることができ、強度の高い導電性中空粒子１０を形成することができる。さらに、導電性金属メッキ層２が導電性中空粒子１０にクッション作用を齎し、放電時に導電性中空粒子に作用する衝撃緩和作用や、ワーク表面へ導電性中空粒子が衝突した際の導電性中空粒子の潰れ防止作用を奏することができる。
【００４０】
また、図示例のように、導電性中空粒子１０に比してバインダとなる金属粒子２０の粒径が小さくなっているのが好ましい。金属粒子２０の粒径が相対的に小さいことで遮熱膜１００の成形性が良好になるとともに、相対的に細かい金属粒子２０によってワーク表面への導電性中空粒子１０と金属粒子２０の付着性を向上させることができ、形成される遮熱膜とワークの密着性の向上を図ることができる。
【００４１】
図示する形成方法によれば、ワークＷの表面Ｗａにおける所望の領域Ｏｂに低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜１００を容易に形成することができる。
【００４２】
また、図５は、内燃機関の燃焼室の壁面の一部に本発明の遮熱膜１００を適用した実施の形態を示したものである。
【００４３】
図示する内燃機関Ｅｎはガソリンエンジンをその対象としたものであり、その内部に不図示の冷却水ジャケットが形成されたシリンダブロックＣＢと、シリンダブロックＣＢ上に配設されたシリンダヘッドＣＨと、シリンダヘッドＣＨ内に画成された吸気ポートＭａと排気ポートＭｂにそれぞれ配設された吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂと、シリンダヘッドＣＨの底面ＣＨａの中央位置もしくは略中央位置で燃焼室ＮＳに臨む点火プラグＳｐと、シリンダブロックＣＢの下方開口から昇降自在に形成されたピストンＰとから大略構成されている。なお、本発明の内燃機関がディーゼルエンジンを対象としたものであってもよいことは勿論のことである。
【００４４】
内燃機関Ｅｎを構成する、シリンダブロックＣＢのボア面Ｂｏと、シリンダヘッドＣＨの底面ＣＨａと、ピストンＰの頂面Ｐａから燃焼室ＮＳが画成される。
【００４５】
同図で示す内燃機関Ｅｎにおいては、ピストンＰの頂面Ｐａと、シリンダヘッドＣＨの底面ＣＨａ、吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂの底面のそれぞれをワークとしてそれぞれの表面に本発明の形成方法が適用され、遮熱膜１００が形成されている。なお、これらのいずれかにのみ遮熱膜１００が形成されている形態や、これらに加えてボア面Ｂｏにも遮熱膜１００が形成されている形態などであってもよい。
【００４６】
遮熱膜１００がその内部に多数の中空１ａ（空隙）を具備することで、低熱伝導率かつ低熱容量を有し、さらに、スイング特性（断熱性能を具備しながらも、燃焼室内のガス温度に被膜の温度が追随する特性）を有する遮熱膜となる。
【００４７】
ここで、遮熱膜１００の厚みが100〜500μmの範囲であるのが好ましい。断熱性能を有する遮熱膜１００の厚みを100μm以上とすることで燃焼サイクル中の被膜表面の温度上昇が十分となって断熱性能も良好となり、十分な燃費改善効果を期待できるし、遮熱膜１００の厚みを500μm以下とすることで熱容量が大きくなるのを抑制でき、遮熱膜自体が熱を溜め易くなることを防止して良好なスイング特性を保証することができる。
【００４８】
このように、図示する内燃機関Ｅｎは、その構成要素であるピストンＰの頂面ＰａやシリンダヘッドＣＨの底面ＣＨａ等において低熱伝導率かつ低熱容量を有する遮熱膜１００を具備することにより、車両の定常走行時において高燃費かつ高効率なエンジン性能に寄与するものとなる。
【００４９】
[遮熱膜の厚膜化が可能な形成方法と要求項目を比較した検証結果について]
本発明者等は、種々ある遮熱膜の形成方法の中でも、特に厚膜化が可能な形成方法を取り上げ、各形成方法ごとに各種の要求項目をそれぞれ比較した。比較検証結果を以下の表１に示す。なお、表中、◎は優れている（厚みに関しては厚い膜成形可能）、○は好ましい、△は普通、×は不可、不良（コストに関しては高価）をそれぞれ意味している。
【００５０】
【表１】
2014118581.tif 000003
注記：(1)：粉塵、騒音、(2):加工液の廃液処理、(3):硫酸の廃液処理
【００５１】
表１より、鉄系、アルミ系の母材への処理可能性、パイプ内部への処理可能性、密着性、遮熱膜の高い厚み可能性、遮熱膜の断熱性、局所処理性、形成コスト、処理環境の全ての項目を総合勘案した際に、放電表面処理が望ましい遮熱膜の形成方法であることが分かった。
【００５２】
[非導電性中空粒子の粒径と導電性金属メッキ層の厚みを種々変化させて、非導電性中空粒子の外殻の破壊および非破壊の境界ラインを特定した実験とその結果]
本発明者等はさらに、非導電性中空粒子の粒径と導電性金属メッキ層の厚みを種々変化させて、非導電性中空粒子の外殻の破壊および非破壊の境界ラインを特定する実験をおこなった。
【００５３】
まず、実験で使用したテストピースの製作方法を図６を参照して説明する。ここで、図６ａは実験にて用いたテストピースの縦断面図であり、図６ｂは図６ａのｂ−ｂ矢視図である。
【００５４】
非導電性中空粒子としてシラスバルーンを使用し、無電解Niメッキ処理（カニゼンメッキSE680等）をおこなってその表面にNiメッキ層を形成して導電性中空粒子を得た。また、Ni粒子（東邦チタニウム社製  NF61 0.6μm: ヴァーレ・ジャパン  type.123 type.225）をバインダとなる金属粒子として使用し、導電性中空粒子と金属粒子を混ぜ合わせ（質量比で中空粒子：Ni粉末＝80:20）、圧縮成形をおこない、焼成して平面の直径20mm、高さ10mmの円柱形のペレット電極Ｔｅを得た。この電極Ｔｅを使用し、アルミ合金(AC4E)からなる平面が60mm×60mmで高さ1mmの直方体のワークＴｗの表面に放電表面処理にて厚さ0.2mmの遮熱膜Ｔｍを形成した。この放電表面処理においては、極間電圧を100〜200Vの範囲で設定し、放電電流を5〜20Aの範囲で設定した。なお、遮熱膜Ｔｍと電極Ｔｅの離間は20〜30μmであり、この離間は設定電圧に依存する。
【００５５】
本実験では、導電性中空粒子を構成する非導電性中空粒子の粒径とNiメッキ層の層みを種々変化させ、それぞれのテストピースにおいて非導電性中空粒子の外殻の破壊の有無を検証したものである。この破壊有無の検証においては、遮熱膜の断面を切断して0.2mm×0.2mmの範囲をSEM観察し、割れて形状保持ができていない導電性中空粒子が存在しているか否かを確認した。なお、割れがあっても非導電性中空粒子の外殻が割れていなければ問題ないものとした。実験結果を図７に示す。
【００５６】
同図において曲線Ｚ１は、非導電性中空粒子の破壊（外殻が割れ）の有無の境界ラインを実験結果から特定したものである。図より、Niメッキ層が薄すぎると放電時に受ける衝撃やスパーク熱で非導電性中空粒子の外殻が割れ、溶融して中空状態を維持できないことが分った。また、Niメッキ層が一定の厚さ以上であればこのNiメッキ層がバリアとなって中空状態を維持できることが分った。
【００５７】
本実験より、非導電性中空粒子の粒径とNiメッキ層の層みの関係においては、非導電性中空粒子の粒径に比してその10〜15%の厚みのNiメッキ層を形成することでNiメッキ層による衝撃緩和性能、優れたバリア性能が奏されることが分かった。
【００５８】
[導電性中空粒子と金属粒子の混合比を種々変化させて、体積比熱と熱伝導率がともに好ましい領域を特定した実験とその結果]
本発明者等はさらに、導電性中空粒子と金属粒子の混合比を種々変化させて、体積比熱と熱伝導率がともに好ましい領域を特定する実験をおこなった。
【００５９】
導電性中空粒子と金属粒子の混合比に関しては以下の表２で示す３種の水準で検証をおこなった。
【００６０】
【表２】
2014118581.tif 000004
【００６１】
本実験における熱物性測定方法に関し、遮熱膜テストピースＴｍの密度測定は図６で示すテストピース全体の重量、寸法からアルミ合金ワークの重量を差し引いて遮熱膜密度を算定した。また、熱拡散率測定に関し、測定法としてレーザフラッシュ法（NETZSCH社製  LFA457）を適用し、測定用試料として図６で示す遮熱膜テストピースＴｍの中からφ10mm×厚み2mmを加工切り出ししたものを使用し、測定条件は300K(27℃)とした。また、比熱容量に関し、測定法としてDSC法（NETZSCH社製  DSC404C）を適用し、測定用試料として図６で示す遮熱膜テストピースＴｍの中からφ6mm×厚み1mmを8個切り出し、アルミ合金を塩酸で溶解して遮熱膜のみを取り出し、測定条件は300K(27℃)とした。さらに、熱伝導率の算定においては、λ＝Ｃｐ・ρ・α（λ：熱伝導率、Ｃｐ：比熱容量、ρ：密度、α：熱拡散率）を適用し、体積比熱の算定においては、ρＣ＝ρ・Ｃ（ρ：密度、Ｃ：比熱）を適用した。実験結果を図８に示す。
【００６２】
同図において直線Ｚ２は、220℃のスイングラインを示したものである。ここで、図９を参照してスイング幅について説明すると、燃焼室の壁面をシリンダガス温度に追随するように変化させることで壁温とシリンダガス温度の温度差を小さくすることができ、熱損失の低減によって燃費改善に繋がる。この燃焼室の壁面温度の変動幅をスイング幅と定義することができ、このスイング幅が大きい方が燃費改善効果が高い。そして、このスイング幅を大きくするには、遮熱膜の熱物性を低熱伝導率かつ低体積比熱のものにする必要がある。
【００６３】
図８より、非導電性中空粒子の質量比を60質量%以上とすることでスイング幅220℃以上が期待でき、低熱伝導率かつ低体積比熱の遮熱膜となることが実証された。
【００６４】
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】
【００６５】
１…非導電性中空粒子、１ａ…中空、２…導電性金属メッキ層（Niメッキ層）、１０…導電性中空粒子、２０…金属粒子、３０…電極部材、１００…遮熱膜、Ｙ…容器、Ｌ…電気絶縁油、Ｗ…ワーク、Ｗａ…表面、Ｏｂ…遮熱膜が形成される領域、Ｃ…外部回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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