(57)【要約】【課題】低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜とシリンダブロック等の基材との密着力を高めることのできる遮熱膜の形成方法を提供する。【解決手段】中空粒子２とバインダ３を混合した混合材４を成形型Ｋの成形面に塗工し、混合材４のバインダ３に含まれる溶媒を除去して混合材４の表面４ａから表面４ｂへ向かうクラックＧを形成した遮熱膜中間体９を成形型Ｋの成形面に形成し、成形型Ｋに溶湯６を注入するとともに遮熱膜中間体９のクラックＧに溶湯６を含浸させ、その溶湯６を硬化させて溶湯６と遮熱膜中間体９を一体として脱型し、クラックＧに基材７の一部を含浸硬化させた遮熱膜５を基材７の表面に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に遮熱膜を形成する遮熱膜の形成方法であって、
前記基材よりも相対的に低い熱伝導率と熱容量を有する構成材とバインダを混合した混合材を成形型の成形面に塗工し、該混合材の前記バインダに含まれる溶媒を除去して前記混合材の前記成形面とは反対側の一方面から前記成形面側の他方面へ向かうクラックを形成した硬化状態の遮熱膜中間体を前記成形型の成形面に形成し、前記成形型に溶融状態の基材を注入するとともに前記遮熱膜中間体のクラックに該溶融状態の基材を含浸させ、該溶融状態の基材を硬化させて該基材と前記遮熱膜中間体を一体として脱型し、前記クラックに基材の一部を含浸硬化させた遮熱膜を基材の表面に形成する、遮熱膜の形成方法。
【請求項２】
前記混合材の前記一方面から前記他方面に亘って前記クラックを形成する、請求項１に記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項３】
前記成形型に前記溶融状態の基材を加圧しながら注入する、請求項１または２に記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項４】
前記混合材が塗工された前記成形型の成形面を昇温させて、該混合材の前記バインダに含まれる溶媒を気化させて除去する、請求項１から３のいずれかに記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項５】
前記成形型に離型材を予め塗工し、該離型材の表面から構成される前記成形面に前記混合材を塗工する、請求項１から４のいずれかに記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項６】
前記構成材が中空粒子からなる、請求項１から５のいずれかに記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項７】
前記構成材が、前記基材よりも相対的に低い熱膨張率を有している、請求項１から６のいずれかに記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項８】
前記基材が、内燃機関の燃焼室を画成する構成部品である、請求項１から７のいずれかに記載の遮熱膜の形成方法。
【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と、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伴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等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】
しかしながら、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しており、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）の要因となるため、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、この遮熱膜は、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力が高い素材から形成されることが望ましい。
【０００５】
このような低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜を備えた内燃機関の燃焼室構造が特許文献１に開示されている。ここで開示される遮熱膜は、母材よりも低い熱伝導率を有し且つ母材よりも低いまたは母材とほぼ同等の単位体積あたりの熱容量を有する材料の内部に気泡が多数形成された断熱材を含んで構成されており、その断熱膜は、ピストンが往復運動するシリンダ内壁面と、当該シリンダ内壁面以外の燃焼室内に臨む壁面と、に形成され、シリンダ内壁面に形成された断熱膜は、シリンダ内壁面以外の壁面に形成された断熱膜よりも気泡混入率が低くなっているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】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】
【０００７】
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サイクル中の燃焼工程（着火）や排気工程（膨張）では高温に保たれ、吸気・圧縮工程では早期に冷却されることで内燃機関の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には低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜が形成されているのが望ましい。
【０００８】
すなわち、燃焼室の壁面に低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜が形成されていることによって、車両の定常走行時に高燃費かつ高効率なエンジン性能が期待される。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。
【０００９】
特許文献１に開示される内燃機関の遮熱膜によれば、燃焼室壁面温度のシリンダ内ガス温度への追従性を向上させることによって内燃機関の熱効率を向上させることができるとともに、遮熱膜の耐久性を向上させることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示される遮熱膜においては、当該遮熱膜がシリンダブロック（母材）内壁面上にコーティングもしくは接合されており、低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜とシリンダブロック等の母材との熱膨張差等に起因して遮熱膜と母材の間に剪断応力が発生した際に、当該遮熱膜と母材の密着力が低下する可能性がある。また、遮熱膜は、耐熱性の要請からセラミックス（熱膨張率が3.0〜10×10-6/K程度）などの無機系素材から形成されており、たとえば母材がアルミニウムやアルミニウム合金（熱膨張率が19〜23×10-6/K程度）から形成される場合には、遮熱膜と母材の間に作用する剪断応力が大きくなり、当該遮熱膜と母材の密着力が大きく低下してしまうといった問題が生じ得る。
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、低熱伝導率かつ低熱容量の遮熱膜とシリンダブロック等の基材との密着力を高めることのできる遮熱膜の形成方法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】
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、基材の表面に遮熱膜を形成する遮熱膜の形成方法であって、前記基材よりも相対的に低い熱伝導率と熱容量を有する構成材とバインダを混合した混合材を成形型の成形面に塗工し、該混合材の前記バインダに含まれる溶媒を除去して前記混合材の前記成形面とは反対側の一方面から前記成形面側の他方面へ向かうクラックを形成した硬化状態の遮熱膜中間体を前記成形型の成形面に形成し、前記成形型に溶融状態の基材を注入するとともに前記遮熱膜中間体のクラックに該溶融状態の基材を含浸させ、該溶融状態の基材を硬化させて該基材と前記遮熱膜中間体を一体として脱型し、前記クラックに基材の一部を含浸硬化させた遮熱膜を基材の表面に形成する方法である。
【００１３】
上記する遮熱膜の形成方法によれば、混合材のバインダに含まれる溶媒を除去して混合材の一方面から他方面へ向かうクラックを形成した硬化状態の遮熱膜中間体を成形型の成形面に形成し、成形型に溶融状態の基材を注入してそのクラックに溶融状態の基材を含浸させ、溶融状態の基材を硬化させて基材と遮熱膜中間体を一体とすることによって、遮熱膜と基材のアンカー効果を高めることができ、遮熱膜と基材の密着力を効果的に高めることができる。また、たとえば遮熱膜と基材が異なる熱膨張率を有する場合であっても、遮熱膜と基材の熱変形量の差を低減することができるため、遮熱膜と基材の間に作用する剪断応力を低減することができ、遮熱膜と基材の密着力の低下を抑制することができる。
【００１４】
ここで、上記する遮熱膜の形成方法に適用される基材の形成素材としては、たとえばアルミニウムやその合金、鉄やその合金、もしくはセラミックスなどを挙げることができる。
【００１５】
なお、上記する遮熱膜の形成方法は、前記混合材を成形型の成形面に塗工した後、たとえば混合材が塗工された成形型の成形面を所定温度まで昇温させ、該混合材の前記バインダに含まれる溶媒を除去して前記混合材の前記一方面から前記他方面へ向かうクラックを形成してもよいし、たとえば所定温度まで昇温させた成形型の成形面に前記混合材を塗工し、該混合材の前記バインダに含まれる溶媒を順次除去して前記混合材の前記一方面から前記他方面へ向かうクラックを形成してもよい。
【００１６】
また、上記する遮熱膜の形成方法は、前記混合材の前記一方面から前記他方面へ向かうクラックを形成した硬化状態の遮熱膜中間体を前記成形型の成形面に形成した後、前記成形型に溶融状態の基材を注入して前記遮熱膜中間体のクラックに該溶融状態の基材を含浸させてもよいし、前記混合材の前記一方面から前記他方面へ向かうクラックを形成した硬化状態の遮熱膜中間体を前記成形型の成形面に形成しながら、前記成形型に溶融状態の基材を注入して該溶融状態の基材を前記遮熱膜中間体のクラックに順次含浸させてもよい。さらに、前記成形型に溶融状態の基材を注入するとともに前記遮熱膜中間体のクラックに該溶融状態の基材を含浸させた後、たとえば成形型を所定温度まで降温させて該溶融状態の基材を硬化させてもよいし、成形型の型温度を管理することによって、前記成形型に溶融状態の基材を注入するとともに前記遮熱膜中間体のクラックに該溶融状態の基材を含浸させながら、成形型内に注入された溶融状態の基材を順次硬化させてもよい。
【００１７】
また、上記する遮熱膜の形成方法は、前記混合材の前記一方面から前記他方面に亘って前記クラックを形成する方法である。
【００１８】
上記する遮熱膜の形成方法によれば、混合材の一方面から他方面に亘ってクラックを形成することによって、遮熱膜と基材のアンカー効果をより一層高めることができ、遮熱膜と基材の密着力をより効果的に高めることができる。また、遮熱膜と基材の熱変形量の差をより一層低減することができるため、遮熱膜と母材の間に作用する剪断応力を更に低減することができ、遮熱膜と基材の密着力の低下をより一層抑制することができる。
【００１９】
また、上記する遮熱膜の形成方法は、前記成形型に前記溶融状態の基材を加圧しながら注入する方法である。
【００２０】
上記する遮熱膜の形成方法によれば、溶融状態の基材を成形型に加圧しながら注入することによって、溶融状態の基材を混合材に形成されたクラックの内部へ確実に含浸させることができ、遮熱膜と基材の密着力を確実に高めることができる。
【００２１】
また、上記する遮熱膜の形成方法は、前記混合材が塗工された前記成形型の成形面を昇温させて、該混合材の前記バインダに含まれる溶媒を気化させて除去する方法である。
【００２２】
上記する遮熱膜の形成方法によれば、混合材が塗工された成形型の成形面を昇温させて混合材のバインダに含まれる溶媒を気化させて除去することによって、簡便な方法でかつ確実に混合材のバインダに含まれる溶媒を除去することができる。
【００２３】
また、上記する遮熱膜の形成方法は、前記成形型に離型材を予め塗工し、該離型材の表面から構成される前記成形面に前記混合材を塗工する方法である。
【００２４】
上記する遮熱膜の形成方法によれば、成形型に離型材を予め塗工し、その離型材の表面に混合材を塗工することによって、表面に遮熱膜が形成された基材の離型性を高めることができ、遮熱膜と基材の密着力をより一層高めることができる。
【００２５】
また、上記する遮熱膜の形成方法は、前記構成材が中空粒子からなる方法である。
【００２６】
上記する遮熱膜の形成方法によれば、基材表面に形成される遮熱膜が中空粒子（内部に中空を有する粒子）を有することによって、遮熱膜の気孔率を高くすることができるため、熱伝導率と熱容量の双方がともに低い遮熱膜を基材表面に形成することができる。
【００２７】
なお、上記する遮熱膜の形成方法に適用される基材としては、たとえば内燃機関の燃焼室を画成する構成部品を挙げることができる。この内燃機関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などを挙げることができる。
【００２８】
また、このように遮熱膜が形成される基材として内燃機関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かつ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、1.1W/mK以下の熱伝導率のことを意味しており、「低体積比熱」とは、3.8×105J/m3K以下の体積比熱のことを意味している。
【発明の効果】
【００２９】
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によれば、基材よりも相対的に低い熱伝導率と熱容量を有する構成材とバインダを混合した混合材のバインダに含まれる溶媒を除去してその混合材の一方面から他方面へ向かうクラックを形成し、そのクラックに溶融状態の基材を含浸させて硬化させることによって、たとえば基材の表面に形成される遮熱膜と基材が異なる熱膨張率を有する場合であっても、当該遮熱膜と基材の密着力を効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の遮熱膜の形成方法の実施の形態を説明したフロー図である。
【図２】図１で示す遮熱膜の形成方法の第１および第２の工程を模式的に説明した縦断面図である。
【図３】図２に続いて、遮熱膜の形成方法の第３の工程を模式的に説明した縦断面図である。
【図４】図３に続いて、遮熱膜の形成方法の第４の工程を模式的に説明した縦断面図である。
【図５】図４に続いて、遮熱膜の形成方法の第５の工程を模式的に説明した縦断面図である。
【図６】遮熱膜の体積比熱と熱伝導率、およびクラックに含浸させて硬化させた基材の密度の関係を示した図である。
【図７】内燃機関のスイング幅を説明した図である。
【図８】本発明の形成方法で形成された遮熱膜を内燃機関の燃焼室の壁面の一部に適用した実施の形態を示した縦断面図である。
【図９】実施例の検査用試料の遮熱膜の表面状態を撮像した結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の遮熱膜の形成方法の実施の形態を説明する。
【００３２】
［遮熱膜の形成方法の実施の形態］
図１は、本発明の遮熱膜の形成方法の実施の形態を説明したフロー図である。また、図２は、図１で示す遮熱膜の形成方法の第１および第２の工程を模式的に説明した縦断面図であり、図３は、図２に続いて、遮熱膜の形成方法の第３の工程を模式的に説明した縦断面図であり、図４は、図３に続いて、遮熱膜の形成方法の第４の工程を模式的に説明した縦断面図であり、図５は、図４に続いて、遮熱膜の形成方法の第５の工程を模式的に説明した縦断面図である。
【００３３】
図１で示すように、本実施の形態の遮熱膜の形成方法は、主に、成形型のキャビティ内壁面に離型材を塗工する第１の工程（Ｓ１）と、成形型のキャビティ内壁面に塗工された離型材の表面（成形面）に中空粒子（構成材）とバインダを混合した混合材を塗工する第２の工程（Ｓ２）と、混合材のバインダに含まれる溶媒を除去してクラックを形成した遮熱膜中間体を離型材の表面に形成する第３の工程（Ｓ３）と、成形型に溶融状態の基材を注入するとともに遮熱膜中間体のクラックに溶融状態の基材を含浸させる第４の工程（Ｓ４）と、溶融状態の基材を硬化させ、基材と遮熱膜中間体を一体として離型する第５の工程（Ｓ５）と、から構成されている。
【００３４】
具体的には、第１の工程（Ｓ１）では、図２で示すように、成形型Ｋのキャビティ内壁面Ｋａに離型材１を塗工する。次いで、第２の工程（Ｓ２）では、その離型材１の表面１ａ（成形面）の所望の箇所に、耐熱性を有する塗料等からなるバインダ３に中空粒子２を所定の混合比で混合した混合材４をスプレー塗布等にて塗工する。ここで、中空粒子２の形成素材としては、たとえば成形対象の基材よりも相対的に低い熱膨張率を有するガラスやセラミックスなどを挙げることができる。また、離型材１の表面１ａに塗工される混合剤４の厚さＤに応じて後述する遮熱膜中間体９のクラックＧの幅Ｗ（図３参照）が変化するため、混合材４の厚さＤは、40〜60μm程度であることが望ましい。なお、成形型Ｋのキャビティ内壁面Ｋａに塗工する離型材１を省略し、成形型Ｋのキャビティ内壁面Ｋａを成形型Ｋの成形面としてもよい。
【００３５】
次に、第３の工程（Ｓ３）では、図３で示すように、混合材４が塗工された成形型Ｋを所定温度（たとえば350度以上）まで昇温させ、混合材４のバインダ３に含まれる溶媒を気化させて除去し、溶媒が除去されたバインダ８と中空粒子２からなる硬化状態の遮熱膜中間体９を離型材１の表面１ａに形成する。ここで、混合材４のバインダ３に含まれる溶媒を除去することによってバインダ３が収縮し、混合材４の表面４ａ（離型材１の表面１ａとは反対側の面）から表面４ｂ（離型材１の表面１ａ側の面）へ向かって（図２参照）クラックが進展するため、遮熱膜中間体９の表面９ａ（離型材１の表面１ａとは反対側の面）から表面９ｂ（離型材１の表面１ａ側の面）へ向かうクラックＧが遮熱膜中間体９の内部に形成される。また、遮熱膜中間体９を構成するバインダ８と中空粒子２は、一般に無機系素材から形成され、ヤング率が低くて脆いため、混合材４の表面４ａから進展したクラックは表面４ｂへ到達し、混合材４の表面４ａから表面４ｂに亘って、すなわち遮熱膜中間体９の表面９ａから表面９ｂに亘って且つ遮熱膜中間体９の表面９ａに略垂直な方向のクラックＧが遮熱膜中間体９の内部に形成される。なお、遮熱膜中間体９のクラックＧの幅Ｗ、特に遮熱膜中間体９の表面９ａから表面９ｂに亘るクラックＧの最小幅は、後述する溶湯（溶融状態の基材）の含浸性を考慮して1μm以上であることが望ましい。また、クラックＧの遮熱膜中間体９の表面９ｂ側の密度は、たとえば後述する内燃機関のスイング特性を考慮して10%以下であることが望ましい。なお、クラックＧの遮熱膜中間体９の表面９ｂ側の密度とは、遮熱膜中間体９の表面９ｂ側の表面（たとえば1mm×1mmの表面）の表面積に対するクラックＧの総表面積の割合である。
【００３６】
次に、第４の工程（Ｓ４）では、図４で示すように、成形型Ｋのキャビティに溶湯（溶融状態の基材）６を所定圧（たとえば10〜20MPa）で加圧しながら注入するとともに、遮熱膜中間体９のクラックＧに溶湯６を含浸させる。ここで、溶湯６の形成素材としては、たとえばアルミニウムやその合金、鉄やその合金、もしくはセラミックスなどを挙げることができる。
【００３７】
そして、第５の工程（Ｓ５）では、図５で示すように、溶湯６が充填された成形型Ｋを所定温度（たとえば常温）まで降温させ、成形型Ｋのキャビティ内の溶湯６を硬化させ、硬化状態の基材７と遮熱膜中間体９を一体として成形型Ｋから脱型する。これにより、中空粒子２を含み且つクラックＧに基材７の一部が含浸硬化された所定の厚み（たとえば、40〜60μm程度）の遮熱膜５が基材７の表面７ａに形成された構造体１０を作製することができる。構造体１０の遮熱膜５が上記中空粒子２を含むことによって、遮熱膜５の気孔率を高くすることができ、遮熱膜５の熱伝導率と熱容量（体積比熱）を低減することができる。
【００３８】
なお、構造体１０の遮熱膜５の表面５ｂ側の基材７の密度、すなわち遮熱膜中間体９のクラックＧに含浸させて硬化させた基材７の密度は、たとえば遮熱膜５を形成する混合材４の熱伝導率が0.22W/mKかつ体積比熱が1100kJ/m3Kであり、基材７がアルミニウムからなる場合、図６で示すように、内燃機関のスイング幅が220度以上となるように10%以下であることが望ましい。なお、構造体１０の遮熱膜５の表面５ｂ側の基材７の密度とは、構造体１０の遮熱膜５の表面５ｂ側の表面（たとえば1mm×1mmの表面）の表面積に対する基材７の総表面積の割合である。
【００３９】
ここで、図７を参照して内燃機関のスイング幅について概説すると、内燃機関の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内燃機関の燃費改善に繋がる。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。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ことによって、このスイング幅を大きくすることができる。
【００４０】
図８は、本発明の形成方法で形成された遮熱膜５を内燃機関の燃焼室の壁面の一部に適用した実施の形態を示したものである。
【００４１】
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、主に、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および排気ポート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。
【００４２】
ここで、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と、から燃焼室ＮＳが画成される。
【００４３】
図示する内燃機関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と、吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂの底面のそれぞれを基材としてそれぞれの表面に本発明の形成方法が適用されて遮熱膜５が形成されている。なお、ピストンＰやシリンダヘッドＣＨ、吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂのいずれかにのみ遮熱膜５が形成されている形態や、これらに加えてシリンダブロックＣＢのボア面Ｂｏにも遮熱膜５が形成されている形態、ピストンＰの頂面ＰａやシリンダヘッドＣＨの底面ＣＨａ、吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂの底面の特定の部位にのみ遮熱膜５が形成されている形態などであってもよい。
【００４４】
遮熱膜５がその内部に多数の中空粒子２を具備することによって、基材となるピストンＰやシリンダヘッドＣＨ、吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂなどよりも相対的に低い熱伝導率と熱容量を有し、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５となっている。
【００４５】
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５を具備することによって、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。
【００４６】
また、ピストンＰやシリンダヘッドＣＨ等の基材は、一部が遮熱膜５の内部のクラックＧに含浸して遮熱膜５と結合している。これにより、遮熱膜５と基材が、アンカー効果によって高い密着力で密着される。また、遮熱膜５と基材（たとえばアルミニウム基材）の熱変形量の差が低減され、遮熱膜と基材の間に作用する剪断応力が低減され、たとえば熱膨張と熱収縮の繰り返し応力に起因する基材からの遮熱膜５の剥離が抑制されている。
【００４７】
［検査用試料による遮熱膜の密着性を評価した実験とその結果］
本発明者等は、異なる遮熱膜を形成した２種類の検査用試料（実施例と比較例）を作製し、各検査用試料に対して遮熱膜の密着性評価を実施した。
【００４８】
＜実施例の検査用試料の作製方法＞
まず、実施例の検査用試料の作製方法を概説すると、バインダとなるチラノ系耐熱塗料（オキツモ製）に中空粒子となるメチル基修飾の表面修飾がされたナノバルーン（グランデックス製）を混合（重量比で耐熱塗料：ナノバルーン＝80：20）して混合材を作製した。次いで、ステンレス鋼（SUS）からなる平板（以下、SUS板という）の表面に離型材を塗工し、その離型材の表面に混合材をスプレー塗布にて約60μmの厚さまで塗工した。次に、SUS板を400度（成形型の加熱温度に相当）まで昇温させ、混合材の耐熱塗料に含まれる溶媒を気化させて除去して硬化させ、混合材の表面からSUS板側の表面に亘って約5μmの幅のクラックを形成した遮熱膜中間体を離型材の表面に形成した。
【００４９】
次に、クラック付きの遮熱膜中間体が形成されたSUS板を成形型のキャビティ内にセットし、その成形型のキャビティに約720度のアルミニウム溶湯を10MPaの注入圧で注入するとともに、遮熱膜中間体のクラックにそのアルミニウム溶湯を含浸させた。そして、アルミニウム溶湯が充填された成形型を降温させてキャビティ内のアルミニウム溶湯を硬化させ、アルミニウム溶湯が硬化したアルミニウム基材と遮熱膜中間体を一体として成形型から脱型した。なお、脱型後の遮熱膜側の表面におけるアルミニウム基材の密度は約5%であった（図９参照）。
【００５０】
なお、本発明者等は、成形型のキャビティにアルミニウム溶湯を注入する際、アルミニウム溶湯の注入圧が5MPa以下である場合に、約5μmの幅のクラックにアルミニウム溶湯が十分に含浸せず、アルミニウム溶湯の注入圧が25MPa以上である場合には、離型材の表面に形成された遮熱膜中間体が押圧されて、膜厚が約5μm以上変化することを実験によって確認している。すなわち、本発明者等は、アルミニウム溶湯の注入圧が10〜20MPaである場合に、約5μmの幅のクラックにアルミニウム溶湯が十分に含浸されると共に、遮熱膜中間体の膜厚の変化が抑制されることを確認している。
【００５１】
＜比較例の検査用試料の作製方法＞
次に、比較例の検査用試料の作製方法を概説すると、バインダとなるチラノ系耐熱塗料（オキツモ製）に中空粒子となるメチル基修飾の表面修飾がされたナノバルーン（グランデックス製）を混合（重量比で耐熱塗料：ナノバルーン＝80：20）して混合材を作製した。次いで、SUS板の表面に離型材を塗工し、その離型材の表面に混合材をスプレー塗布にて約60μmの厚さまで塗工した。
【００５２】
次に、混合材が塗工されたSUS板を成形型のキャビティ内にセットし、その成形型のキャビティに720度のアルミニウム溶湯を10MPaの注入圧で注入した。そして、アルミニウム溶湯が充填された成形型を降温させてキャビティ内のアルミニウム溶湯を硬化させ、アルミニウム溶湯が硬化したアルミニウム基材と混合材が硬化した遮熱膜を一体として成形型から脱型した。
【００５３】
＜検査用試料による遮熱膜の密着性の評価方法＞
次に、検査用試料による遮熱膜の密着性の評価方法を概説すると、上記する作製方法によって作製した検査用試料（実施例と比較例）を冷熱衝撃試験槽に投入し、常温と200度の間で冷熱サイクル試験を実施した。そして、冷熱サイクル試験後の検査用試料を冷熱衝撃試験槽から取り出して裁断し、走査型電子顕微鏡（SEM : Scanning Electron Microscope）を使用してアルミニウム基材と遮熱膜の界面近傍、特に遮熱膜の端部から約1mmの範囲内（アルミニウム基材と遮熱膜の間に作用する剪断応力が最大となると考えられる箇所）のアルミニウム基材と遮熱膜の界面近傍を観察した。
【００５４】
＜検査用試料による遮熱膜の密着性を評価した結果＞
上記するSEMによる観察の結果、比較例の検査用試料では、遮熱膜の端部から約1mmの範囲内でアルミニウム基材と遮熱膜が破断し、アルミニウム基材から遮熱膜が剥離していることが確認された。一方で、実施例の検査用試料では、遮熱膜の端部から約1mmの範囲内でアルミニウム基材と遮熱膜が破断せず、アルミニウム基材から遮熱膜が剥離していないことが確認された。また、実施例の検査用試料では、遮熱膜の表面からアルミニウム基材側の表面に亘って当該遮滅膜に対して垂直方向へクラックが形成され、そのクラックにアルミニウム基材が十分に含浸されていることが確認された。
【００５５】
この実験結果より、中空粒子とバインダを混合した混合材のバインダに含まれる溶媒を除去してクラックを形成し、そのクラックに溶融状態の基材を含浸させて硬化させるという改良方法によって、基材の表面に形成される遮熱膜と基材が異なる熱膨張率を有する場合であっても、当該遮熱膜と基材の密着力を効果的に高めることができ、基材からの遮熱膜の剥離を効果的に抑制し得ることが実証された。
【００５６】
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】
【００５７】
１…離型材、２…中空粒子（構成材）、３…バインダ、４…混合材、５…遮熱膜、６…溶湯（溶融状態の基材）、７…硬化状態の基材、８…溶媒が除去されたバインダ、９…遮熱膜中間体、１０…構造体、Ｄ…混合材の厚さ、Ｇ…クラック、Ｋ…成形型、Ｗ…クラックの幅
【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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