(57)【要約】本発明の排気系部品は、金属からなる基材と、前記基材の表面上に形成された１層の表面被覆層とを備えた排気系部品であって、前記表面被覆層は、シリカを含む非晶性無機材の層と、前記非晶性無機材の層の内部に分散したジルコニアを含む結晶性無機材の粒子、前記結晶性無機材の粒子と前記非晶性無機材の層との反応により生成した反応生成粒子及び気孔とからなり、前記反応生成粒子は、破砕状又は針状の粒子であり、前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する前記気孔の平均気孔径の比（前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／前記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０であり、前記表面被覆層は、前記非晶性無機材、造孔材及び前記結晶性無機材の粒子を含む排気系部品用塗料を基材上に塗布、加熱することにより形成されていることを特徴とする。
2014034395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる基材に塗布するための排気系部品用塗料であって、
前記排気系部品用塗料は、シリカを含む非晶性無機材とジルコニアを含む結晶性無機材の粒子と造孔材の粒子とを含み、
前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１〜１５０μｍであって、
前記非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量は３０〜１８０重量部であり、
前記造孔材の粒子の平均粒子径は０．１〜２５μｍであって、
前記非晶性無機材１００重量部に対する前記造孔材の粒子の重量は０．００１〜１重量部であることを特徴とする排気系部品用塗料。
【請求項２】
前記造孔材として、カーボン、炭酸塩、又は、発泡剤が用いられている請求項１に記載の排気系部品用塗料。
【請求項３】
前記造孔材は、６００〜１０００℃で気体に変化する請求項１又は２に記載の排気系部品用塗料。
【請求項４】
前記結晶性無機材の粒子は、ジルコニアを２０重量％以上含有している請求項１〜３のいずれかに記載の排気系部品用塗料。
【請求項５】
前記非晶性無機材は、シリカを２０重量％以上含有している請求項１〜４のいずれかに記載の排気系部品用塗料。
【請求項６】
金属からなる基材と、
前記基材の表面上に形成された１層の表面被覆層とを備えた排気系部品であって、
前記表面被覆層は、シリカを含む非晶性無機材の層と、前記非晶性無機材の層の内部に分散したジルコニアを含む結晶性無機材の粒子、前記結晶性無機材の粒子と前記非晶性無機材の層との反応により生成した反応生成粒子及び気孔とからなり、
前記反応生成粒子は、破砕状又は針状の粒子であり、
前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する前記気孔の平均気孔径の比（前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／前記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０であり、
前記表面被覆層は、前記非晶性無機材、造孔材の粒子及び前記結晶性無機材の粒子を含む排気系部品用塗料を基材上に塗布、加熱することにより形成されていることを特徴とする排気系部品。
【請求項７】
前記結晶性無機材の粒子の５〜５０重量％は、気孔径が０．１〜５０μｍの前記気孔に接している請求項６に記載の排気系部品。
【請求項８】
前記結晶性無機材の粒子は、ジルコニアを２０重量％以上含有する請求項６又は７に記載の排気系部品。
【請求項９】
前記表面被覆材層の気孔率は、３０〜８０％である請求項６〜８のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１０】
前記気孔の平均気孔径は、０．１〜５０μｍである請求項６〜９のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１１】
前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径は、０.１〜１５０μｍである請求項６〜１０のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１２】
前記反応生成粒子の平均粒子径は、０．０１〜２５μｍである請求項６〜１１のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１３】
前記表面被覆層の厚さは、５０〜２０００μｍである請求項６〜１２のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１４】
前記表面被覆層の室温での熱伝導率は、０．０５〜２Ｗ／ｍＫである請求項６〜１３のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１５】
前記結晶性無機材の粒子は、ジルコニア、又は、ジルコニアとイットリア、カルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ハフニアのうち少なくとも一種とを含む複合酸化物からなる粒子である請求項６〜１４のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１６】
前記非晶性無機材は、軟化点が３００〜１０００℃の低融点ガラスからなる請求項６〜１５のいずれかに記載の排気系部品。
【請求項１７】
前記低融点ガラスは、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、及び、ソーダバリウムガラスのうち少なくとも一種を含むガラスである請求項１６に記載の排気系部品。
【請求項１８】
前記基材は、排気管であり、前記排気管の内側に表面被覆材層が形成されている請求項６〜１７のいずれかに記載の排気系部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系部品用塗料及び排気系部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出された排ガス中に含まれる有害物質を処理するため、排気管の経路には、触媒コンバータが設けられる。
触媒コンバータによる有害物質の浄化効率を高めるためには、排ガス及び排ガスが流通する排気管等の温度を触媒活性化に適した温度（以下、触媒活性化温度ともいう）に維持する必要がある。【０００３】
従来の排ガス浄化システムでは、エンジンの始動時における触媒コンバータの温度は、触媒活性化温度よりも低く、触媒が機能せず、エンジンの始動時に、有害物質の排出を完全に防止することが難しかった。
このため、エンジンに接続される排気管には、エンジンの始動時から短時間で触媒活性化温度まで昇温することが求められている。【０００４】
このような要請に対応するため、特許文献１〜３には、金属からなる基材と、結晶性及び非晶性無機材からなる無機材料表面層とから構成され、上記無機材料表面層の熱伝導率が上記基材の熱伝導率より低く、上記無機材料表面層の赤外線放射率が上記基材の赤外線放射率より高い構造体が提案されている。具体的には、例えば、結晶性無機材として二酸化マンガンや酸化銅等が用いられ、非晶性無機材としてバリウム−シリカガラス等が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６９３８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１３３２１３号公報
【特許文献３】特開２００９−１３３２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３で提案されている表面層は、基材表面にバリウム−シリカガラス等の熱伝導率の低い酸化物が用いられているので、一定の断熱性を有するものの、エンジンの始動時から短時間で触媒コンバータを触媒活性化温度まで昇温させるには、充分な断熱特性を有するものとは言えなかった。【０００７】
本発明者らは、表面被覆層の断熱性を改善するために、表面被覆層の内部に気孔を導入することを試み、これによりさらなる断熱性の向上を図ることができた。しかしながら、表面被覆層中に、単に気孔を導入したのみでは、基材が高温になった際に、非晶性無機材からなる表面被覆層が低粘度化するため、気孔の合体が発生し、大気孔化してしまうことが明らかになった。このような気孔の大気孔化が進むと、表面被覆層の強度が低下し、基材が急激に温度上昇等した際には、熱応力により破壊し易くなってしまうと言う問題が発生する。また、気孔に起因する対流伝熱や放射伝熱の増加により、熱伝導率が上昇し、断熱性能も劣化してしまうという問題がある。【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、表面被覆層内に分散している気孔が高温になっても合体しにくいため、基材表面に形成した表面被覆層が長期間充分な断熱性能を有し、低温時の保温性に優れた排気系部品を製造することが可能な排気系部品用塗料、及び、該排気系部品用塗料を用いた排気系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】
【０００９】
すなわち、本発明の排気系部品用塗料は、
金属からなる基材に塗布するための排気系部品用塗料であって、
上記排気系部品用塗料は、シリカを含む非晶性無機材とジルコニアを含む結晶性無機材の粒子と造孔材の粒子とを含み、
上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１〜１５０μｍであって、
上記非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量は３０〜１８０重量部であり、
上記造孔材の粒子の平均粒子径は０．１〜２５μｍであって、
上記非晶性無機材１００重量部に対する上記造孔材の粒子の重量は０．００１〜１重量部であることを特徴とする。【００１０】
本発明の排気系部品用塗料では、上記組成の塗料を金属からなる基材に塗布、焼成すると、基材表面に、表面被覆層として、内部に０．１〜１５０μｍの平均粒子径を有する結晶性無機材の粒子及び造孔材に起因する所定の気孔径を有する気孔が分散する非晶性無機材の層からなる表面被覆層が形成され、該表面被覆層中には、上記気孔が分散しているため、上記気孔が固体内部の熱伝導を妨げ、優れた断熱特性が得られる。
表面被覆層の内部に形成された気孔は、表面被覆層の厚さに比べて小さく、表面被覆層中に留まるため、表面被覆層の厚さを断熱性の機能を失わない適切な範囲に設定することが可能である。【００１１】
また、形成された表面被覆層中には、結晶性無機材の粒子が分散するため、表面被覆層が高温になった際にも結晶性無機材の粒子が気孔の移動の障害物となり、気孔の移動が妨げられ、気孔の合体により、断熱性能が低下するのを防止することができる。
さらに、結晶性無機材はジルコニアを含有しており、非晶性無機材はシリカを含有しているので、非晶性無機材と結晶性無機材との反応により結晶性無機材の粒子から反応により生成した反応生成粒子（例えば、ＢａαＺｒβＳｉγＯσ（ＢａＺｒＳｉ３Ｏ９、Ｂａ２Ｚｒ２Ｓｉ３Ｏ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４））の結晶が成長し、この結晶により気孔の移動がさらに阻害されるため、高い断熱性能を保つことができる。【００１２】
さらに、結晶性無機材の粒子は、耐熱性に優れ、かつ、表面被覆層を機械的に強化する役割を果たすので、表面被覆層の機械的強度の劣化によりクラック等が発生するのを防止することができる。さらに、反応生成粒子は非晶性無機材に複雑に食い込んでいるため、結晶性無機材をしっかりと表面被覆層内に固定させるスパイク効果を奏し、さらに表面被覆層の機械的強度を増加させる。【００１３】
本発明の排気系部品用塗料では、上記造孔材として、カーボン、炭酸塩、又は、発泡剤が用いられていることが望ましい。
上記造孔材が用いられていると、表面被覆層を形成した際には、上記造孔材が分解してガス化するか、気泡を発生することにより、表面被覆層の内部で気孔となり、表面被覆層は、断熱性能を発揮することができる。【００１４】
本発明の排気系部品用塗料では、上記造孔材は、６００〜１０００℃で気体に変化することが望ましい。
上記温度で造孔材が気体に変化すると、上記非晶性無機材が基材上で溶融して層を形成した後、その内部で気体となり、表面被覆層の内部に気孔を形成することができる。
表面被覆層を形成する方法としては、排気系部品用塗料を塗布した基材をオーブンなどの炉に入れて高温で焼成する方法を採用することができる。
また、排気系部品用塗料を基材上に塗布した後、低温乾燥させても良い。低温乾燥させた際には、その時点では、表面被覆層は形成されていないが、例えば、排気管を基材として排気系部品用塗料を塗布、乾燥した後、実際に排気管を車両等に配置すると、排気管に流れる高温の排ガスで排気系部品用塗料が焼成され、表面被覆層が形成される。このように焼成工程を排気ガスによる加熱、焼成で代替し、製造工程の簡略化を図ることも可能である。【００１５】
造孔材の気体に変化する温度が６００℃未満であると、上記非晶性無機材が溶融して膜が形成される前に分解等が発生するため、気孔がうまく形成されず、一方、造孔材の気体に変化する温度が１０００℃を超えると、非晶性無機材を高温まで加熱する必要が生じ、溶融した非晶性無機材の粘度が低下するため、非晶性無機材の層を形成することが難しくなる。【００１６】
本発明の排気系部品用塗料では、上記結晶性無機材の粒子は、ジルコニアを、２０重量％以上含有していることが望ましい。
結晶性無機材の粒子がジルコニアを２０重量％以上含有していると、強度等の機械的特性に優れるとともに耐熱性に優れる無機粒子を内部に包含することとなる。このため、形成される表面被覆層は、機械的特性、耐熱性に優れる。
また、ジルコニアは、耐腐食性に優れた結晶性無機材でもある。そのため、排気系部品の表面被覆層が高温の排ガスに直接曝される場合にも、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって、排気系部品の表面被覆層が腐食することを防止することができる。
結晶性無機材の粒子のジルコニアの含有量が２０重量％未満の場合、反応生成粒子の数が少なくなるか、又は、反応生成粒子が生成されない。【００１７】
本発明の排気系部品用塗料では、上記非晶性無機材は、シリカを２０重量％以上含有していることが望ましい。
非晶性無機材がシリカを２０重量％以上含有していると、結晶性無機材と非晶性無機材との反応がより容易に進行して反応生成粒子が析出し易くなり、結晶性無機材の表面より析出した反応生成粒子は、気孔の移動をより効果的に阻害する。さらに、結晶性無機材より成長した反応生成粒子が結晶性無機材をしっかりと表面被覆層内に固定させるスパイク効果を有するので、結晶性無機材の粒子が非晶性無機材の層にしっかりと固定されて、表面被覆層の機械的特性がさらに改善される。
非晶性無機材のシリカの含有量が２０重量％未満では、結晶性無機材の粒子と非晶性無機材との反応が進行しにくい。【００１８】
本発明の排気系部品は、
金属からなる基材と、
上記基材の表面上に形成された１層の表面被覆層とを備えた排気系部品であって、
上記表面被覆層は、シリカを含む非晶性無機材の層と、上記非晶性無機材の層の内部に分散したジルコニアを含む結晶性無機材の粒子、上記結晶性無機材の粒子と上記非晶性無機材の層との反応により生成した反応生成粒子及び気孔とからなり、
上記反応生成粒子は、破砕状又は針状の粒子であり、
上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する上記気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０であり、
上記表面被覆層は、上記非晶性無機材、造孔材の粒子及び上記結晶性無機材の粒子を含む排気系部品用塗料を基材上に塗布、加熱することにより形成されていることを特徴とする。【００１９】
本発明の排気系部品では、上記表面被覆層は、シリカを含む非晶性無機材の層と、上記非晶性無機材の層の内部に分散したジルコニアを含む結晶性無機材の粒子、上記結晶性無機材の粒子と上記非晶性無機材の層との反応により生成した反応生成粒子及び気孔とからなり、上記表面被覆層中には、気孔が存在するため、上記気孔が固体内部の熱伝導を妨げ、優れた断熱特性が得られる。【００２０】
また、上記表面被覆層中には、結晶性無機材の粒子が分散しており、結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０であるので、表面被覆層が高温になった際に、結晶性無機材の粒子が気孔の移動の障害物となり、気孔の移動が妨げられ、気孔の合体により、断熱性能が低下するのを防止することができる。【００２１】
結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）が０．１未満の場合、気孔に対して結晶性無機材が障害物になる機能を有さなくなるため、気孔の合体や移動が起こり、断熱性能の低下につながってしまう。【００２２】
一方、結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）が１０を超えると、結晶性無機材が気孔を押しつぶして破壊し易くなり、表面被覆層の機械的強度並びに断熱性能が低下し易くなる。
上記のように、気孔径に対して結晶性無機材の粒径が小さすぎるか、又は、大きすぎると、気孔の移動に対して結晶性無機物の物理的な抑制作用が小さいことから、結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０の範囲が好ましく、０．５〜５がより好ましい。断熱性と表面被覆層の機械的強度は基本的にトレードオフの関係であり、０．５〜５の範囲では、自動車部品等として使用する際、断熱性と強度の性能的なバランスが最も優れている。
なお、表面被覆層が高温になるとは、表面被覆層の温度が７５０℃以上の温度となった場合をいう。【００２３】
また、結晶性無機材の粒子は、表面被覆層を機械的に強化する役割を果たすとともに、耐熱性に優れるので、表面被覆層が耐熱性に優れるとともに、機械的強度の劣化によりクラック等が発生するのを防止することができる。【００２４】
さらに、上記表面被覆層は、上記結晶性無機材の粒子と上記非晶性無機材の層との反応により生成した破砕状又は針状の反応生成粒子を含有しているので、この反応生成粒子により気孔の移動が阻害され、表面被覆層は、高い断熱性能を維持することができる。ここで、破砕状とは、針状形状のものからさらに針状結晶が成長、分岐したもので、複数の針状結晶の集合体の形状をいう。【００２５】
本発明の排気系部品では、上記結晶性無機材の粒子の５〜５０重量％は、気孔径が０．１〜５０μｍの上記気孔に接していることが望ましい。
気孔が結晶性無機材の粒子に接触、付着していると、高温になった際にも、気孔が結晶性無機材の粒子から離れて移動しにくく、表面被覆層の高断熱性を維持することができる。
結晶性無機材の粒子が気孔に接しているか否かは、表面被覆層を切断した後、その表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより、判断することができる。【００２６】
上記気孔に接している結晶性無機材の粒子が５重量％未満では、結晶性無機材が気孔の移動抑制に寄与せず、気孔の合体が発生して断熱性能が低下してしまう。一方、上記気孔に接している結晶性無機材の粒子が５０重量％を超えると、表面被覆層中の結晶性粒子の含有量が多すぎるため、表面被覆層の機械的強度又は断熱性能が低下する。【００２７】
平均気孔径が０．１μｍ未満の気孔が結晶性無機材の粒子と接触する場合を想定すると、このような大きさの気孔を形成するのは技術的に難しく、このような気孔を形成するには、非常に小さいな造孔材を使用するなど特別な材料を使う必要があるため、材料コストが急激に増加してしまい、好ましくない。
一方、気孔径が５０μｍを超える気孔が結晶性無機材の粒子と接触している場合には、気孔はすでに移動で合体している場合が多い。このように、表面被覆層に大きな気孔径の気孔が形成されている場合、表面被覆層の固体部が少なくなり、表面被覆層の機械的特性が低下する。また、このように大きな気孔は、気孔内で対流熱伝達及び放射伝熱によって放熱効果が促進されるため、断熱性が低下する。【００２８】
本発明の排気系部品では、上記結晶性無機材の粒子は、ジルコニアを２０重量％以上含有していることが望ましい。
ジルコニアは、耐熱性に優れた結晶性無機材である。そのため、排気系部品の表面被覆層が高温に曝される場合であっても、排気系部品の表面被覆層に存在するジルコニアが軟化しにくいため、表面被覆層が金属からなる基材から剥離することを防止することができる。
また、ジルコニアは、耐腐食性に優れた結晶性無機材でもある。そのため、排気系部品の表面被覆層が高温の排ガスに直接曝される場合にも、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって、排気系部品の表面被覆層が腐食することを防止することができる。
結晶性無機材の粒子のジルコニアの含有量が２０重量％未満では、非晶性無機材との反応生成粒子が充分に成長することができず、反応生成粒子を含む結晶性無機材の粒子の気孔の移動を阻止する能力が低下するとともに、表面被覆層の機械的強度の低下を招いてしまう。【００２９】
本発明の排気系部品では、上記表面被覆材層の気孔率は、３０〜８０％であることが望ましい。
表面被覆材層の気孔率が３０〜８０％であると、断熱特性に寄与する気孔の量が充分であり、上記表面被覆材層は、良好な断熱性を維持することができる。
上記表面被覆材層の気孔率が３０％未満であると、気孔の存在により発生する断熱特性が充分とならず、一方、上記表面被覆材層の気孔率が８０％を超えると上記表面被覆層の固体部分が少なくなるために機械的強度が弱いものとなってしまう。【００３０】
本発明の排気系部品では、上記気孔の平均気孔径は、０．１〜５０μｍであることが望ましい。
気孔の平均気孔径が０．１〜５０μｍであると、上記気孔は、表面被覆層中に分散し易く、表面被覆層の高断熱性を維持することができる。
平均気孔径が０．１μｍ未満であると、このような大きさの気孔を形成するのは技術的に難しく、このような気孔を形成するには、非常に小さいな造孔材を使用するなど特別な材料を使う必要があるため、材料コストが急激に増加してしまい、好ましくない。
一方、平均気孔径が５０μｍを超えていると気孔はすでに移動で合体している場合が多い。このように、表面被覆層に大きな気孔径の気孔が形成されている場合、表面被覆層の固体部が少ないため、表面被覆層の機械的特性が低下する。また、このように大きな気孔は、気孔内で対流熱伝達及び放射伝熱によって放熱効果が促進されるため、断熱性能が低下する。【００３１】
本発明の排気系部品では、上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径は、０．１〜１５０μｍであることが望ましい。
結晶性無機材の粒子の平均粒子径が０．１〜１５０μｍであると、結晶性無機材の粒子は、気孔の大きさに比べて大きく、表面被覆層が高温になっても結晶性無機材の粒子により気孔の移動が阻害され、高断熱性を維持することができる。
上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満では、気孔の移動を阻止するのが難しくなり、さらにジルコニア分が少ないことから乾燥後に高耐熱性を維持することは困難になる。一方、上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径が１５０μｍ超えると、表面被覆層の表面と結晶性無機材の粒子との距離が短い箇所が多くなり、曲げなどの少しの応力でも表面にクラックが発生し易くなる。【００３２】
本発明の排気系部品では、上記反応生成粒子の平均粒子径は、０．０１〜２５μｍであることが望ましい。
結晶性無機材と非晶性無機材との反応により生成する反応生成粒子は、結晶性無機材の表面から結晶が伸びていくので、反応生成粒子の平均粒子径が０．０１〜２５μｍであると、結晶性無機材の粒子の長さが長くなるのと同じ効果を有し、気孔の移動阻止の効果が大きい。
反応生成粒子の平均粒子径が０．０１μｍ未満であると、気孔の移動阻止の効果が小さい。また、反応生成粒子の平均粒子径が２５μｍを超えると、表面被覆層中に存在する反応生成粒子の大きさが大きいため、必要以上に表面被覆層を厚くする必要性が生じ、それにより表面被覆層の曲げ応力が増加するためクラックが生じ易くなる。【００３３】
本発明の排気系部品では、上記表面被覆層の厚さは、５０〜２０００μｍであることが望ましい。
表面被覆層の厚さが上記した厚さであると、上記表面被覆層の厚さに対する気孔の大きさや結晶性無機材の粒子の大きさの比率が好適な範囲となり、断熱性能及び機械的特性をより良好に維持することができる。【００３４】
表面被覆層の厚さが５０μｍ未満であると、表面被覆層の厚さが薄すぎるため、排気系部品として使用した際に、充分な断熱性能を発揮できなくなる。一方、表面被覆層の厚さが２０００μｍを超えると、表面被覆層が厚すぎるため、熱衝撃を受けた際に、表面被覆層の基材との接合面と雰囲気に露出している表面との温度差が大きくなり易く、表面被覆層が破壊され易くなる。【００３５】
本発明の排気系部品では、上記表面被覆層の室温での熱伝導率は、０．０５〜２Ｗ／ｍＫであることが望ましい。【００３６】
本発明の排気系部品では、上記表面被覆層の室温での熱伝導率が０．０５〜２Ｗ／ｍＫであると、断熱性に優れており、高温においても、熱伝導率が上がりにくいので、排気ガス等の温度が低下するのを防止することができる。
上記表面被覆層の室温での熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍＫ未満の表面被覆層を実現するのは、技術的観点及び経済的観点の両者のバランスを考慮すると容易ではなく、一方、表面被覆層の室温での熱伝導率が２Ｗ／ｍＫを超えると、低温領域での排気管の保温性が不充分となり、例えば、排気管に用いた場合、触媒コンバータの温度が触媒活性化温度まで達するまでの時間が長くなってしまう。【００３７】
本発明の排気系部品では、上記結晶性無機材の粒子は、ジルコニア、又は、ジルコニアとイットリア、カルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ハフニアのうち少なくとも一種とからなる複合酸化物であることが望ましい。【００３８】
本発明の排気系部品で用いる上記材料からなる酸化物は、熱伝導率が低いので、上記材料からなる酸化物を結晶性無機材の粒子として用いることにより、表面被覆層の断熱性をより高めることができる。【００３９】
本発明の排気系部品では、上記非晶性無機材は、軟化点が３００〜１０００℃の低融点ガラスからなることが望ましい。【００４０】
本発明の排気系部品では、上記非晶性無機材が軟化点が３００〜１０００℃の低融点ガラスから構成されていると、塗布等の手段を用いて基材の表面に表面被覆層形成用原料組成物の層を形成した後、加熱することにより、比較的容易に表面被覆層を形成することができる。
上記低融点ガラスの軟化点が３００℃未満であると、軟化点の温度が低すぎるため、加熱処理の際に、表面被覆層となる層が溶融等により流れ易く、均一な厚さの層を形成することが難しくなり、一方、低融点ガラスの軟化点が１０００℃を超えると、逆に、加熱処理の温度を極めて高く設定する必要があるため、加熱により基材の機械的特性が劣化するおそれが生じる。また、基材の温度による熱膨張変化に非晶性無機材を含む表面被覆層が追従できず、表面被覆層にクラックを生じさせて欠落が発生するおそれがある。【００４１】
本発明の排気系部品では、上記低融点ガラスは、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、及び、ソーダバリウムガラスのうち少なくとも一種を含むガラスであることが望ましい。【００４２】
上記排気系部品で、上記材料からなる低融点ガラスを用いると、熱伝導率が低く、かつ、耐熱性、耐久性を有する表面被覆層を基材の表面に形成することができる。【００４３】
本発明の排気系部品では、上記基材は、排気管であり、上記排気管の内側に表面被覆材層が形成されていることが望ましい。【００４４】
上記排気系部品で、排気管の内側に本発明の表面被覆層が形成されていると、断熱性能に優れた排気管を製造することができる。従って、この排気管を用いることにより、エンジンの始動時から短時間で触媒活性化温度まで昇温することができ、触媒コンバータの性能をエンジン始動時から充分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の排気系部品を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る排気系部品を構成する表面被覆層の縦断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の排気系部品の別の一例をそれぞれ模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の排気系部品に関する自動車用エンジンと、自動車用エンジンに接続されたエキゾーストマニホールドとを模式的に示す分解斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、図４に示す自動車用エンジン及びエキゾーストマニホールドのＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すエキゾーストマニホールドのＢ−Ｂ線断面図である。
【００４６】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。【００４７】
以下、本発明の排気系部品、及び、排気系部品の製造に用いられる排気系部品用塗料について説明する。
まず、本発明の排気系部品について説明する。
図１は、本発明の排気系部品の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す排気系部品１０は、金属からなる基材１１と、基材１１の表面上に形成された１層の表面被覆層１２とを備えている。【００４８】
図１に示す排気系部品１０では、基材１１の表面に形成された表面被覆層１２は、シリカを含む非晶性無機材の層１３と、非晶性無機材の層１３の内部に分散するジルコニアを含む結晶性無機材の粒子１４、結晶性無機材の粒子１４と非晶性無機材の層１３との反応により生成した反応生成粒子１５及び気孔１６とからなる。
図１に示すように、反応生成粒子や気孔は表面被覆層内で複数のサイズで分散している。また、反応生成粒子も様々なサイズや形状で表面被覆層内に存在しており、似たような形状が同一方向に向いておらず、ランダムな方向性をもって存在している。【００４９】
排気系部品１０を構成する基材１１の材質としては、例えば、ステンレス、鋼、鉄、銅等の金属、又は、インコネル、ハステロイ、インバー等のニッケル合金等が挙げられる。これら金属材料からなる基材は、後述するように、表面被覆層１２を構成する非晶性無機材の層１３と熱膨張係数を近付けることにより、表面被覆層１２と金属からなる基材１１との密着力を向上させることができる。
また、表面被覆層との密着性を良好にするため、サンドブラスト処理や化学薬品等の粗化処理を基材の表面に施してもよい。【００５０】
上記粗化処理により形成される基材の表面の表面粗さＲｚＪＩＳは、１．５〜２０μｍが望ましい。上記した粗化面の表面粗さＲｚＪＩＳは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）で定義される十点平均粗さである。
排気系部品の基材の粗化面の表面粗さＲｚＪＩＳが１．５μｍ未満であると、基材の表面積が小さくなるため、基材と表面被覆層との密着性が充分に得られにくくなる。一方、排気系部品の基材の粗化面の表面粗さＲｚＪＩＳが２０μｍを超えると、基材の表面に表面被覆層が形成されにくくなる。これは、排気系部品の基材の粗化面の表面粗さＲｚＪＩＳが大きすぎると、基材の表面に形成された凹凸の谷の部分にスラリー（表面被覆層用の原料組成物）が入り込まず、この部分に空隙が形成されるためであると考えられる。
なお、排気系部品の基材の粗化面の表面粗さＲｚＪＩＳは、（株）東京精密製、ハンディサーフＥ−３５Ｂを用いてＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に準拠して測定することができる。【００５１】
基材の形状は、平板、半円筒、円筒状の他、その断面の外縁の形状は、楕円形、多角形等の任意の形状であってもよい。
排気系部品の基材が筒状体である場合、基材の径が長手方向に沿って一定でなくてもよく、また、長さ方向に垂直な断面形状が長手方向に沿って一定でなくてもよい。【００５２】
本発明の排気系部品において、基材の厚さの望ましい下限は０．２ｍｍ、より望ましい下限は０．４ｍｍであり、望ましい上限は１０ｍｍ、より望ましい上限は４ｍｍである。
排気系部品の基材の厚さが０．２ｍｍ未満であると、排気系部品の強度が不足する。また、排気系部品の基材の厚さが１０ｍｍを超えると、排気系部品の重量が大きくなり、例えば、自動車等の車輌に搭載することが難しくなり、実用に適しにくくなる。【００５３】
排気系部品の表面被覆層１２を構成する非晶性無機材は、シリカを含む非晶性無機材であることが好ましく、シリカを２０重量％以上含有していることが好ましい。
非晶性無機材は、シリカを含んでいるので、非晶性無機材の層１３の内部に分散するジルコニアを含む結晶性無機材の粒子１４と反応してシリカを含むジルコンが生成しやすく、特にシリカを３０重量％以上含有していると、よりジルコンを生成し易い。【００５４】
また、上記非晶性無機材は、軟化点が３００〜１０００℃である低融点ガラスであることが好ましい。
上記低融点ガラスの種類は特に限定されるものではないが、ソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、チタンクリスタルガラス、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス等が挙げられる。
これらのガラスは、単独で用いてもよいし、２種類以上が混合されていてもよい。【００５５】
上記のような低融点ガラスは、軟化点が３００〜１０００℃の範囲にあると、低融点ガラスを融解させて基材（金属材料）の表面に塗布（コート）した後、加熱、焼成処理を施すことにより、金属からなる基材の表面上に表面被覆層１２を容易にしかも基材との密着性に優れた表面被覆層を形成することができる。【００５６】
上記低融点ガラスの軟化点が３００℃未満であると、軟化点の温度が低すぎるため、加熱処理の際に、表面被覆層となる層が溶融等により流れ易く、均一な厚さの層を形成することが難しくなり、一方、上記低融点ガラスの軟化点が１０００℃を超えると、逆に、加熱処理の温度を極めて高く設定する必要があるため、加熱により基材の機械的特性が劣化するおそれが生じる。
なお、軟化点は、ＪＩＳ  Ｒ  ３１０３−１：２００１に規定される方法に基づき、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置（ＳＳＰＭ−３１）を用いて測定することができる。【００５７】
上記硼珪酸ガラスの種類は、特に限定されないが、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス等が挙げられる。上記クリスタルガラスは、ＰｂＯを含むガラスであり、その種類は特に限定されないが、ＳｉＯ２−ＰｂＯ系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系ガラス等が挙げられる。上記バリウムガラスの種類は、特に限定されないが、ＢａＯ−ＳｉＯ２系ガラス等が挙げられる。
また、非晶性無機材は、上述した低融点ガラスのうちの一種類の低融点ガラスのみからなるものであってもよいし、複数種類の低融点ガラスからなるものであってもよい。【００５８】
排気系部品の表面被覆層に含まれる結晶性無機材は、排気系部品の表面被覆層に含まれる非晶性無機材の軟化点よりも高い軟化点を有している。具体的には、排気系部品の表面被覆層に含まれる結晶性無機材は、９５０℃以上の軟化点を有していることが望ましい。【００５９】
表面被覆層１２を構成する非晶性無機材の層１３に分散する結晶性無機材の粒子１４は、ジルコニア、又は、ジルコニアを含む結晶性無機材の粒子である。
ジルコニアを含む無機材の具体的としては、例えば、ＣａＯ安定化ジルコニア（５ｗｔ％ＣａＯ−ＺｒＯ２、８ｗｔ％ＣａＯ−ＺｒＯ２、３１ｗｔ％ＣａＯ−ＺｒＯ２）、ＭｇＯ安定化ジルコニア（２０ｗｔ％ＭｇＯ−ＺｒＯ２、２４ｗｔ％ＭｇＯ−ＺｒＯ２）、Ｙ２Ｏ３安定化ジルコニア（６ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、７ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、８ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、１０ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、１２ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、２０ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、ジルコン（ＺｒＯ２−３３ｗｔ％ＳｉＯ２）、ＣｅＯ安定化ジルコニア等が挙げられる。
これらの中では、耐熱性及び耐腐食性に優れ、２５℃での熱伝導率が４Ｗ／ｍＫ以下であるＹ２Ｏ３安定化ジルコニア、ＣａＯ安定化ジルコニア、ＭｇＯ安定化ジルコニアが好ましい。【００６０】
結晶性無機材の粒子１４は、ジルコニアを２０重量％以上含有していることが望ましい。ジルコニアを２０重量％以上含有していると、耐熱性に優れるとともに、非晶性無機材中のシリカと反応して、結晶性無機材の粒子１４の表面からジルコニアとシリカとを含む反応生成粒子が析出し易いからである。【００６１】
ジルコニアの含有量が２０重量％未満であると、非晶性無機材の層１３との反応生成粒子１５が充分に成長することができず、気孔１６の移動を阻止する能力が低下するとともに、表面被覆層１２の機械的強度の低下を招いてしまう。
結晶性無機材の粒子１４は、ジルコニアを５０重量％以上含有していることがより望ましい。【００６２】
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径は、０．１〜１５０μｍであることが望ましい。結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径が０．１〜１５０μｍであると、結晶性無機材の粒子１４により表面被覆層１２が高温になっても結晶性無機材の粒子１４により気孔１６の移動が阻害され、高断熱性を維持することができる。【００６３】
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径が０．１μｍ未満では、気孔１６の移動を阻害するのが難しくなり、さらにジルコニア分が少ないことから乾燥後に高耐熱性を維持することは困難になる。一方、結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径が１５０μｍ超えると、表面被覆層１２の表面と粒子との距離が短い箇所が多くなり、曲げなどの少しの応力でも表面にクラックが発生し易くなる。
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径は、１〜５０μｍであることがより望ましく、この範囲では、高耐熱性やクラック予防に加え、反応生成粒子が外的負荷に強い形状となりやすい。すなわち、反応生成粒子の針形状が太くなりやすく、折れずに破壊されにくい。【００６４】
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径に対する気孔１６の平均気孔径の比（結晶性無機材の粒子の平均粒子径／気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０である。
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径に対する気孔１６の平均気孔径の比（結晶性無機材の粒子の平均粒子径／気孔の平均気孔径）が上記の範囲であると、表面被覆層１２が高温になった際に結晶性無機材の粒子１４が気孔１６の移動の障害物となり、気孔１６の移動が妨げられ、気孔１６の合体により、断熱性能が低下するのを防止することができる。【００６５】
上記の比（結晶性無機材の粒子の平均粒子径／気孔の平均気孔径）が０．１未満であると、気孔の平均気孔径に比べて結晶性無機材の粒子の平均粒子径の比が小さいため、高温になった際に、気孔の移動を阻害する効果が小さく、気孔の合体が進行し易くなり、高断熱性を維持するのが難しくなる。【００６６】
一方、上記の比（結晶性無機材の粒子の平均粒子径／気孔の平均気孔径）が１０を超えると、気孔の平均気孔径に比べて結晶性無機材の粒子の平均粒子径の比が大きくなりすぎる。すなわち、この場合、結晶性無機材の粒子１４が気孔１６を押しつぶして破壊してしまう可能性があり、表面被覆層１２の機械的強度ならびに断熱性能を低下させる可能性がある。
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径に対する気孔１６の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）は、０．５〜５が好ましい。【００６７】
また、結晶性無機材はジルコニアを含み、非晶性無機材はシリカを含むので、表面被覆層を形成する際に、非晶性無機材の層中で、非晶性無機材の層と結晶性無機材の粒子とが反応し、ジルコン等からなる反応生成粒子が生成し、析出する。【００６８】
図２は、本発明に係る排気系部品を構成する表面被覆層の縦断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。このＳＥＭ写真は、結晶性無機材と非晶性無機材との反応により生じた針状に伸びた反応生成粒子を示すＳＥＭ写真である。
図２に示すＳＥＭ写真では、結晶性無機材の粒子１４の表面から非晶性無機材の層１３中、針状に伸びる反応生成粒子１５を観察することができる。
図２に示す反応生成粒子１５の形状は、針状であるが、反応条件によっては、破砕状となる。反応生成粒子１５が生成すると、非晶性無機材の層１３中の粒子の大きさが結晶性無機材の粒子１４と反応生成粒子１５との合計の大きさになるので、高温になった際に、複数の気孔１６が合体するのを、より効果的に阻止することができる。【００６９】
本発明の排気系部品では、結晶性無機材の粒子１４の５〜５０重量％は、気孔径が０．１〜５０μｍの上記気孔に接していることが望ましい。
気孔１６が結晶性無機材の粒子１４に接触、付着していると、高温になった際にも、気孔が結晶性無機材の粒子１４から離れて移動しにくく、表面被覆層１２の高断熱性を維持することができる。本発明の排気系部品では、結晶性無機材の粒子１４の２０〜４０重量％は、気孔径が１〜５０μｍの上記気孔に接していることがより望ましい。【００７０】
気孔１６に接している結晶性無機材の粒子１４が５重量％未満では、結晶性無機材の粒子１４が気孔１６の移動抑制に寄与せず、気孔１６の合体が発生して断熱性能が低下してしまう。一方、気孔１６に接している結晶性無機材の粒子１４が５０重量％を超えると、表面被覆層１２中の結晶性無機材の粒子１４の含有量が多すぎるため、表面被覆層１２の機械的強度または断熱性能が低下する。【００７１】
０．１μｍ未満の気孔１６が結晶性無機材の粒子１４と接触する場合を想定すると、気孔が小さい分、それだけ接触する気孔の数が増える。気孔の数が増えるということは、表面被覆層内でのクラックなどの亀裂発生箇所が増えるということになり、品質の低下や機械的強度が低下するといった問題が発生する。一方、気孔径が５０μｍを超える気孔１６が結晶性無機材の粒子１４と接触している場合には、気孔１６はすでに移動で合体している場合が多い。このように、表面被覆層１２に大きな気孔径の気孔１６が形成されている場合、表面被覆層１２の固体部が少ないため、表面被覆層１２の機械的特性が低下する。また、このように大きな気孔１６は、気孔内で対流熱伝達および放射伝熱によって放熱効果が促進されるため、断熱性が低下する。【００７２】
この場合、上記したように、気孔１６が結晶性無機材の粒子１４から伸びている反応生成粒子１５を介して気孔１６と接触していてもよい。
反応生成粒子１５が生成した場合には、反応生成粒子１５が結晶性無機材の粒子１４の表面から、その周辺に向かって伸びているため、気孔１６に接触し易く、気孔１６との接触機会が多くなる。このため、気孔１６が移動しにくくなり、複数の気孔１６が合体するのをより効果的に防止することができる。【００７３】
反応生成粒子１５の平均粒子径は、０．０１〜２５μｍであることが望ましい。反応生成粒子１５の平均粒子径が０．０１〜２５μｍであると、表面被覆層１２が高温になった場合であっても、結晶性無機材の粒子１４から伸びる反応生成粒子１５が気孔の移動を阻害するので、気孔１６同士の合体を防止することができる。反応生成粒子１５の平均粒子径は、０．１〜１５μｍであることがより望ましく、この範囲では反応生成粒子１５の先端が太くなりやすくなり、機械的な強度が強い。
ここで、反応生成粒子の平均粒子径とは、一つの粒子から生成された反応生成粒子の先端から先端までの距離が最も大きい距離を反応生成粒子径とし、異なる反応生成粒子径を１００個計測し、それを平均化したものを反応生成粒子の平均粒子径とする。【００７４】
反応生成粒子１５の平均粒子径が０．０１μｍ未満であると、気孔１６の移動阻止の効果が小さい。また、反応生成粒子１５の平均粒子径が２５μｍを超えると、表面被覆層１２中に存在する反応生成粒子１５の大きさが大きいため、必要以上に表面被覆層１２を厚くする必要性が生じ、それにより表面被覆層１２の曲げ応力が増加するためクラックが生じ易くなる。【００７５】
上述したように、表面被覆層１２を構成する非晶性無機材の層１３には、原料である排気系部品用塗料中に含まれる造孔材に起因する気孔が分散しているが、表面被覆層１２の気孔率は、３０〜８０％であることが望ましい。
表面被覆層１２の気孔率が３０〜８０％であり、これら気孔１６が良好に分散していると、表面被覆層１２中の熱の伝達を気孔１６により効果的に遮断することができ、良好な断熱性を維持することができる。【００７６】
表面被覆層１２の気孔率が３０％未満であると、気孔１６の割合が少なすぎるため、断熱性が劣化してしまい、一方、表面被覆層１２の気孔率が８０％を超えると、気孔１６の割合が多くなりすぎるため、例えば、表面被覆層１２の表面に気孔１６が露出し易くなり、気孔率を保つのが難しくなるとともに、気孔１６同士の距離が近くなり、気孔１６同士が合体し易くなり、表面被覆層１２が高温になった際に、高断熱性を維持するのが難しくなる。【００７７】
表面被覆層１２中の気孔１６の平均気孔径は、０．１〜５０μｍであることが望ましい。表面被覆層１２中の気孔１６の平均気孔径が０．１〜５０μｍであると、表面被覆層１２中の熱伝達を気孔１６により有効に阻止することができ、表面被覆層１２の高断熱性を維持することができる。表面被覆層１２中の気孔１６の平均気孔径は、小さいほうが、気孔内の放射伝熱、対流伝熱による熱移動を低減することができるため、１μｍに近ければ近いほど望ましく、具体的には、１〜５０μｍがより望ましく、１〜５μｍがさらに望ましい。平均気孔径が１〜５μｍの範囲では、もっとも気孔内の熱移動を低減させることが可能である。【００７８】
気孔１６の平均気孔径が０．１μｍ未満であると、このような大きさの気孔１６を形成するのは技術的に難しく、このような気孔１６を形成するには、非常に小さい造孔材を使用するなど特別な材料を使う必要があるため、材料コストが急激に増加してしまい、好ましくない。
一方、気孔径５０μｍを超えていると気孔１６はすでに移動で合体している場合が多い。このように、表面被覆層１２に大きな気孔径の気孔１６が形成されている場合、表面被覆層１２の固体部分が少ないため、表面被覆層１２の機械的特性が低下する。また、１００μｍを超える径の気孔１６は、気孔内で対流熱伝達および放射伝熱のよって放熱効果が促進されるため、断熱性が低下する。【００７９】
表面被覆層１２の厚さは、５０〜２０００μｍであることが望ましく、２５０〜２０００μｍであることがより望ましい。
表面被覆層１２の厚さが５０μｍ未満であると、表面被覆層１２の厚さが薄すぎるため、排気系部品として使用した際に、充分な断熱性能を発揮できなくなる。一方、表面被覆層１２の厚さが２０００μｍを超えると、表面被覆層１２が厚すぎるため、熱衝撃を受けた際に、表面被覆層１２の基材１１との接合面と雰囲気に露出している表面との温度差が大きくなり易く、表面被覆層１２が破壊され易くなる。【００８０】
表面被覆層１２の室温での熱伝導率は、０．０５〜２Ｗ／ｍＫが望ましい。
表面被覆層１２の室温での熱伝導率が０．０５〜２Ｗ／ｍＫであると、本発明の排気系部品１０は、断熱性に優れており、高温においても、熱伝導率が上がりにくいので、排気ガス等の温度が低下するのを防止することができる。
表面被覆層１２の室温での熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍＫ未満の表面被覆層１２を実現するのは、技術的観点及び経済的観点の両者のバランスを考慮すると容易ではなく、一方、表面被覆層１２の室温での熱伝導率が２Ｗ／ｍＫを超えると、低温領域での排気管の保温性が不充分となり、例えば、排気管に用いた場合、触媒コンバータの温度が触媒活性化温度まで達するまでの時間が長くなってしまい、望ましくない。
排気系部品の表面被覆層の室温での熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。【００８１】
なお、本発明の排気系部品において、半円筒の基材又は円筒形状の基材を用いる場合にも、基材１１の表面には、図１に示す排気系部品１０における表面被覆層１２が形成されている。表面被覆層１２は基材１１の両面に形成されていてもよい。【００８２】
表面被覆層１２が基材１１の両面に形成されている場合であっても、表面被覆層１２の厚さは、５０〜２０００μｍであることが望ましい。【００８３】
次に、本発明の排気系部品の製造方法について説明する。
まず、本発明の排気系部品の製造において用いる排気系部品用塗料について説明する。上記排気系部品用塗料は、排気系部品の製造に用いられる原料組成物である。【００８４】
本発明の排気系部品用塗料は、シリカを含む非晶性無機材とジルコニアを含む結晶性無機材の粒子と造孔材の粒子とを含み、
上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１〜１５０μｍであって、
上記非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量は３０〜１８０重量部であり、
上記造孔材の粒子の平均粒子径は０．１〜２５μｍであって、
上記非晶性無機材１００重量部に対する上記造孔材の粒子の重量は０．００１〜１重量部であることを特徴とする。【００８５】
本発明の排気系部品用塗料を用いることにより、上記した本発明の排気系部品を製造することができるが、その用途は、上記排気系部品の製造に限られるものではなく、塗膜を形成するための他の用途に用いてもよい。
上述のように、上記排気系部品用塗料は、シリカを含む非晶性無機材と、ジルコニアを含む結晶性無機材の粒子と、造孔材の粒子とを含む。【００８６】
シリカを含む非晶性無機材の種類、材料、材質、その特性等については、本発明の排気系部品において説明したので、省略する。上述したように、本発明の排気系部品用塗料を調製する際には、上記非晶性無機材の粉末を用いる。本発明の排気系部品用塗料を調製する際には、各原料を調合した後、湿式粉砕を行うが、非晶性無機材の粉末は、最初に適当な粒径に調節したものを用い、原料の調合後、湿式粉砕により目的の粒子径のものを得る。
非晶性無機材は、基材表面に塗布、焼成後、溶融して塗膜（非晶性無機材の層）となるので、厳密に非晶性無機材の粒径をコントロールする必要はないが、排気系部品用塗料中に非晶性無機材の粒子が均一に分散している必要がある。
この点から、非晶性無機材の湿式粉砕後の最終的な平均粒径は、０．１〜１００μｍが好ましく、１〜２０μｍがより好ましい。１〜２０μｍの範囲では、粒子表面に帯電している電気による影響が少ないためと推測しているが、粒子が均一に分散しやすい。【００８７】
ジルコニアを含む結晶性無機材についても、その種類、材料、材質、その特性等については、本発明の排気系部品において説明したので、省略する。本発明の排気系部品用塗料を調製する際には、各原料を調合した後、湿式粉砕を行うが、結晶性無機材の場合も、最初に適当な粒径に調節したものを用い、湿式粉砕により、目的の粒子径のものを得る。
結晶性無機材の湿式粉砕後の最終的な平均粒径は、０．１〜１５０μｍが好ましい。【００８８】
湿式粉砕後の結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１〜１５０μｍであり、表面被覆層を形成した後に非晶性無機材の層に分散する結晶性無機材の粒子径は、非晶性無機材の層を形成する前の湿式粉砕後の結晶性無機材の粒子径とほぼ変わらないと考えられる。表面被覆層を形成した後の非晶性無機材の層に分散する結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１〜１５０μｍであり、表面被覆層１２が高温になっても結晶性無機材の粒子１４により気孔１６の移動が阻害され、高断熱性を維持することができる。湿式粉砕後の結晶性無機材の粒子の平均粒子径は１〜５０μｍであることがより望ましい。【００８９】
結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径が０．１μｍ未満では、気孔１６の移動を阻止するのが難しくなり、さらにジルコニア分が少ないことから乾燥後に高耐熱性を維持することは困難になる。一方、結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径が１５０μｍ超えると、表面被覆層１２の表面と結晶性無機材の粒子１４との距離が短い箇所が多くなり、曲げなどの少しの応力でも表面にクラックが発生し易くなる。特に、結晶性無機材の粒子１４の平均粒子径が５００μｍ超えるとその傾向が顕著になる。【００９０】
非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量は３０〜１８０重量部に設定されている。
非晶性無機材に対して、このような重量割合の結晶性無機材の粒子を使用することにより、製造された排気系部品を構成する非晶性無機材の層中に結晶性無機材の粒子が適切な割合で分散し、表面被覆層の耐熱性、断熱性を担保することができる。非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量は６０〜１５０重量部に設定されていることが望ましい。【００９１】
非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量が３０重量部未満であると、非晶性無機材の層中に分散する結晶性無機材の粒子の量が少ないため、高音域で内部に分散している気孔が移動し易くなり、断熱性が低下する。
一方、非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量が１８０重量部を超えると、相対的に非晶性無機材の量が少なくなり、塗膜の形成（表面被覆層の形成）が難しくなり、基材からの剥離が発生し易くなる。【００９２】
本発明の排気系部品用塗料における造孔材について説明する。
上記造孔材は、基材表面に上記排気系部品用塗料を用いて塗膜を形成した後、加熱、焼成により表面被覆層を形成した際、表面被覆層内に気孔を形成するために用いられている。【００９３】
上記造孔材としては、例えば、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーン、球状アクリル粒子、グラファイト等のカーボン、炭酸塩、発泡剤等を用いることができるが、本発明においては、形成された表面被覆層は、高い断熱性能を有することが望ましく、そのためには、気孔は、なるべく小さい径のものが均一に分散していることが望ましい。【００９４】
このような観点から、造孔材は、カーボン、炭酸塩、又は、発泡剤が望ましい。
炭酸塩、発泡剤としては、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、（ＮＨ４）２ＣＯ３等が挙げられる。
さらに、これらの造孔材のなかでは、グラファイト等のカーボンが好ましい。カーボンは、粉砕等の処理により、排気系部品用塗料中に細かい粒子として分散させることができ、加熱、焼成により分解し、好適な気孔径を有する気孔を形成することができるからである。【００９５】
上記観点から、造孔材の粒子の平均粒子径は０．１〜２５μｍに設定されている。
造孔材の粒子の平均粒子径が０．１〜２５μｍであるので、形成される非晶性無機材の層中の気孔の径を、０．１〜５０μｍにすることができる。造孔材の粒子の平均粒子径は０．５〜１０μｍに設定されていることが望ましい。【００９６】
造孔材の粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、排気系部品用塗料中に造孔材を良好に分散することが難しくなり、その結果、形成される非晶性無機材の層中の気孔の分散度合いが低下し、高温になった際、気孔が合体し易くなる。一方、造孔材の粒子の平均粒子径が２５μｍを超えた場合には、非晶性無機材の層中に形成される気孔の径が大きくなりすぎ、非晶性無機材の層の断熱性が低下する。【００９７】
非晶性無機材１００重量部に対する造孔材の粒子の重量は０．００１〜１重量部に設定されている。非晶性無機材１００重量部に対する造孔材の粒子の重量を、０．００１〜１重量部に設定しているので、排気系部品用塗料中に良好に分散し、基材の表面に塗膜を形成し、加熱、焼成により表面被覆層を形成した際に、気孔が良好に分散した表面被覆層を形成することができる。非晶性無機材１００重量部に対する造孔材の粒子の重量は０．００５〜０．５重量部に設定されていることが望ましい。【００９８】
非晶性無機材１００重量部に対する造孔材の粒子の重量が０．００１重量部未満であると、表面被覆層中の気孔の割合が少なすぎるため、表面被覆層が良好な断熱特性を発揮することができず、一方、非晶性無機材１００重量部に対する造孔材の粒子の重量が１重量部を超えると、造孔材の割合が多すぎるため、形成される表面被覆層中に気孔を良好に分散するのが困難となり、大きな気孔が形成され易くなり、表面被覆層が良好な断熱特性を発揮することができない。【００９９】
本発明の排気系部品用塗料では、非晶性無機材、結晶性無機材、造孔材のほかに、分散媒、有機結合材等を配合することができる。
上記分散媒としては、例えば、水や、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒等が挙げられる。排気系部品用塗料に含まれる混合粉末又は非晶性無機材の粉末と分散媒との配合比は、特に限定されるものでないが、例えば、非晶性無機材の粉末１００重量部に対して、分散媒が５０〜１５０重量部であることが望ましい。基材に塗布するのに適した粘度となるからである。
上記排気系部品用塗料に配合することのできる有機結合材としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、分散媒と有機結合材とを併用してもよい。【０１００】
次に、上記した排気系部品用塗料の調製とそれを用いた排気系部品の製造方法について説明する。【０１０１】
（１）金属からなる基材を準備する工程
金属からなる基材（以下、金属基材又は金属材料ともいう）を出発材料とし、まず、金属基材の表面の不純物を除去するために洗浄処理を行う。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理を用いることができ、具体的には、例えば、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。【０１０２】
また、上記洗浄処理後には、必要に応じて、金属基材の表面の比表面積を大きくしたり、金属基材の表面の粗さを調整したりするために、金属基材の表面に粗化処理を施してもよい。具体的には、例えば、サンドブラスト処理、エッチング処理、高温酸化処理等の粗化処理を施してもよい。これらは単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
この粗化処理後に、さらに洗浄処理を行ってもよい。【０１０３】
（２）表面被覆層を形成する工程
まず、結晶性無機材、非晶性無機材、造孔材等を混合し、排気系部品用塗料を調製する。
具体的には、例えば、結晶性無機材の粉末と、非晶性無機材の粉末とをそれぞれ所定の粒度、形状等になるように調製し、各粉末を所定の配合比率で乾式混合して混合粉末を調製し、さらに水を加えて、ボールミルで湿式混合することにより排気系部品用塗料を調製する。
ここで、混合粉末と水との配合比は、特に限定されるものでないが、混合粉末１００重量部に対して、水１００重量部程度が望ましい。金属基材に塗布するのに適した粘度となるからである。また、必要に応じて、上記排気系部品用塗料には、上記したように、有機溶剤等の分散媒及び有機結合材等を配合してもよい。【０１０４】
（３）次に、金属基材の表面に、排気系部品用塗料をコートする。
上記表面被覆層用の排気系部品用塗料をコートする方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、インクジェット、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り、又は、電着塗装等の方法を用いることができる。
また、排気系部品用塗料中に、上記金属基材を浸漬することにより、上記排気系部品用塗料をコートしてもよい。【０１０５】
（４）続いて、排気系部品用塗料をコートした金属基材に焼成処理を施す。
具体的には、排気系部品用塗料をコートした金属基材を乾燥後、加熱焼成することにより表面被覆層を形成する。この際、造孔材は、上記焼成により分解するか、発泡して気体に変化し、表面被覆層中に気孔が形成される。上記造孔材は、６００〜１０００℃で気体に変化することが望ましい。
上記焼成温度は、非晶性無機材の軟化点以上とすることが望ましく、配合した非晶性無機材の種類や造孔材の種類にもよるが７００℃〜１１００℃が望ましい。焼成温度を非晶性無機材の軟化点以上の温度とすることにより金属基材と非晶性無機材とを強固に密着させることができ、金属基材と強固に密着した表面被覆層を形成することができるからである。【０１０６】
上記手順により、本発明の排気系部品の一例である、図１に示した排気系部品１０を製造することができる。【０１０７】
図３（ａ）は、排気系部品を構成する基材の筒状体を半分に切断した部材（以下、半割部材という）を模式的に示した断面図であり、図３（ｂ）は、基材が筒状体である場合の排気系部品を模式的に示した断面図である。
図３（ｂ）に示す排気系部品３０では、排気管のように筒状体からなる基材３１の内側に図１に示した表面被覆層と同じ構成からなる表面被覆層３２が形成されている。
このため、排気管に表面被覆層を形成した際には、断熱性能に優れた排気管となる。従って、この排気管を用いることにより、エンジンの始動時から短時間で触媒活性化温度まで昇温することができ、触媒コンバータの性能をエンジン始動時から充分に発揮させることができる。【０１０８】
このような基材が筒状体であり、表面被覆層が筒状体の内面に形成された排気系部品を製造する方法の例を以下に示す。
図３（ｂ）に示した排気系部品（筒状体）３０が長い場合には、その内部全体に表面被覆層を形成することは、不可能ではないが、難しいので、通常は、排気系部品を構成する基材の筒状体を半分に切断した排気系部品（半割部材）２０（図３（ａ）参照）を使用する。
この場合、基材２１の表面に表面被覆層２２を構成する非晶性無機材の層２３を形成した後、２個の排気系部品（半割部材）２０を合体させて基材３１の内面に表面被覆層３２が形成された筒状体からなる排気系部品３０を作製する。【０１０９】
まず、金属基材として、筒状体を半分に切断した第１の半割部材及び第２の半割部材を準備する。次に、第１の半割部材及び第２の半割部材について、それぞれ、面積の小さい内側の表面に排気系部品用塗料をコートする。続いて、第１の半割部材及び第２の半割部材に焼成処理を施すことにより、第１の半割部材及び第２の半割部材の表面に表面被覆層を形成し、その後、第１の半割部材及び第２の半割部材を溶接等により接合して筒状体にする。
上記手順により、金属基材が筒状体であり、表面被覆層が筒状体の内面に形成された排気系部品を製造することができる。【０１１０】
また、金属基材が筒状体であり、表面被覆層が筒状体の外面に形成された排気系部品を製造してもよい。この場合には、金属基材として、筒状体の金属基材を用いてもよいし、上述したような第１の半割部材及び第２の半割部材を用いてもよい。【０１１１】
以下に、本発明の排気系部品、及び、排気系部品用塗料の作用効果について列挙する。
（１）本発明の排気系部品では、金属からなる基材の表面上に表面被覆層が形成されている。表面被覆層は、シリカを含む非晶性無機材の層と、上記非晶性無機材の層の内部に分散したジルコニアを含む結晶性無機材の粒子、上記結晶性無機材の粒子と上記非晶性無機材の層との反応により生成した反応生成粒子及び気孔とからなり、上記表面被覆層中には、気孔が存在するため、上記気孔が固体内部の熱伝導を妨げ、優れた断熱特性が得られる。【０１１２】
（２）本発明の排気系部品では、表面被覆層中に、結晶性無機材の粒子が分散しており、結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する上記気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０であるので、表面被覆層が高温になった際に、結晶性無機材の粒子が気孔の移動の障害物となり、気孔の移動が妨げられ、気孔の合体により、断熱性能が低下するのを防止することができる。そのため、長期間にわたって表面被覆層の高断熱性を維持することができる。【０１１３】
（３）本発明の排気系部品では、表面被覆層中の結晶性無機材の粒子は、表面被覆層を機械的に強化する役割を果たし、かつ、気孔の合体を防止することができるため、表面被覆層の機械的強度の劣化によりクラック等が発生するのを防止し、クラック等が発生してもクラックの伸展を防ぐことができる。【０１１４】
（４）本発明の排気系部品では、上記表面被覆層は、上記結晶性無機材の粒子と上記非晶性無機材の層との反応により生成した破砕状又は針状の反応生成粒子を含有しているので、この反応生成粒子により気孔の移動が阻害され、表面被覆層は、高い断熱性能を維持することができる。
このように、本発明の排気系部品は、断熱性かつ耐熱性に優れているため、例えば、排気管等の排気系部品として好適に使用することができる。【０１１５】
（５）本発明の排気系部品では、上記結晶性無機材の粒子の５〜５０重量％は、気孔径が０．１〜５０μｍの上記気孔に接しているので、高温になった際にも、気孔が結晶性無機材の粒子から離れて移動しにくく、その結果、気孔の合体を防止することができ、表面被覆層の高断熱性を維持することができる。【０１１６】
（６）本発明の排気系部品では、表面被覆層に含まれる結晶性無機材は、ジルコニアを２０重量％以上含有している。
ジルコニアは、耐熱性に優れた結晶性無機材である。そのため、排気系部品の表面被覆層が高温に曝される場合であっても、排気系部品の表面被覆層に存在するジルコニアが軟化しにくいため、表面被覆層が金属からなる基材から剥離することを防止することができる。
また、ジルコニアは、耐腐食性に優れた結晶性無機材でもある。そのため、排気系部品の表面被覆層が高温の排ガスに直接曝される場合には、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって、排気系部品の表面被覆層が腐食することを防止することができる。【０１１７】
（７）本発明の排気系部品では、表面被覆層の厚さは、５０〜２０００μｍである。
表面被覆層の厚さが上記した厚さであると、上記表面被覆層の厚さに対する孔の大きさや結晶性無機材の大きさとの比率が好適な範囲となり、断熱性能及び機械的特性をより良好に維持することができる。【０１１８】
（８）本発明の排気系部品では、表面被覆層の室温での熱伝導率は、０．０５〜２Ｗ／ｍＫである。
排気系部品の表面被覆層の室温での熱伝導率が０．０５〜２Ｗ／ｍＫであると、表面被覆層を経て排気系部品の外部に熱が伝導伝熱される速度を遅くすることができる。そのため、排気系部品の断熱性をより高くすることができる。【０１１９】
（９）本発明の排気系部品では、上記表面被覆材層の気孔率は、３０〜８０％であり、上記気孔の平均気孔径は、０．１〜５０μｍである。
表面被覆層中に含まれる気孔により、表面被覆層の断熱性を維持するには、気孔率及び気孔の平均気孔径は、適切な範囲であり、その結果、本発明の排気系部品の良好な断熱性を維持することができる。【０１２０】
（１０）本発明の排気系部品用塗料は、前記排気系部品用塗料は、シリカを含む非晶性無機材とジルコニアを含む結晶性無機材の粒子と造孔材の粒子とを含み、前記結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１〜１５０μｍであって、前記非晶性無機材１００重量部に対する結晶性無機材の粒子の重量は３０〜１８０重量部であり、前記造孔材の粒子の平均粒子径は０．１〜２５μｍであって、前記非晶性無機材１００重量部に対する前記造孔材の粒子の重量は０．００１〜１重量部であるので、上記した特性を有する排気系部品に用いられる塗料として好適に使用することができる。【０１２１】
（実施例）
以下、本発明の排気系部品、及び、排気系部品用塗料をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。【０１２２】
（実施例１）
（１）基材の準備
金属からなる基材として、長さ４０ｍｍ×幅４０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの平板状のステンレス基材（ＳＵＳ４３０製）を材料として、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行い、続いて、サンドブラスト処理を行って基材の表面（両面）を粗化した。サンドブラスト処理は、♯１００のＡｌ２Ｏ３砥粒を用いて１０分間行った。
表面粗さ測定機（（株）東京精密製  ハンディサーフＥ−３５Ｂ）を用いて、金属基材の表面粗さを測定したところ、金属基材の表面粗さは、ＲｚＪＩＳ＝８．８μｍであった。
上記処理により、平板状の基材を作製した。【０１２３】
（２）表面被覆層用の排気系部品用塗料の調製
非晶性無機材の粉末として、旭硝子株式会社製Ｋ４００６Ａ−１００Ｍ（Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス、軟化点７７０℃）３５重量部を準備した。なお、非晶性無機材の排気系部品用塗料全体に対する配合割合は、３４重量％である。上記配合割合とは、水等を含む排気系部品用塗料の全体の重量に対する割合を百分率で示したものである。また、上記非晶性無機材の粉末は、平均粒子径が１５μｍで、シリカを２５重量％含有していた。
また、結晶性無機材の粒子として、イットリアを８重量％含有するイットリア安定化ジルコニアを２０重量部を準備した。結晶性無機材の粒子の平均粒子径は、２５μｍであった。【０１２４】
さらに、有機結合材として、信越化学工業株式会社製のメチルセルロース（製品名：ＭＥＴＯＬＯＳＥ−６５ＳＨ）０．５重量部を準備した。
表面被覆層形成に用いる排気系部品用塗料の調製にあたっては、さらに水を４６重量部加えて、ボールミルで湿式混合することにより排気系部品用塗料を調製した。
なお、排気系部品用塗料の調製にあたっては、造孔材としてカーボンを０．００５重量部加えた。なお、造孔材の平均粒子径は、１μｍであった。
塗布対象、塗布面、結晶性無機材の種類と平均粒子径と配合割合、非晶性無機材の配合比、造孔材の平均粒子径と配合比とを表１に示す。【０１２５】
ここで結晶性無機材と非晶性無機材及び造孔材が粒子として形状を保てたまま取り出せる場合、レーザー回折法を用いた装置（（株）島津製作所製  ＳＡＬＤ−３００Ｖ）により、各粒子径を測定すればよく、平均粒子径は前記装置を使用して１００個の粒子を計測し、その粒子径の平均値を平均粒子径とすればよい。
また、排気管に表面被覆層を形成し、結晶性無機材や反応生成粒子を形状を保ったまま取り出せない場合、次のような３次元計測Ｘ線ＣＴ装置を使用することで粒子径を計測することができ、そのデータから平均粒子径を算出すればよい。
この場合、表面被覆層を３．１ｍｍサイズに切り抜いたサンプルを、三次元計測Ｘ線ＣＴ装置（ヤマト科学（株）製  ＴＤＭ１０００−ＩＳ／ＳＰ）で計測し、それを三次元ボリュームレンダリングソフト（ＮＶＳ（日本ビジュアルサイエンス（株））製  ＶＧ−Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ）で画像処理を施すことにより粒子径を計測することができる。ここで粒子径とは、１つの粒子表面を２点取り、その２点間の直線距離が最も大きい値を粒子径とする。上記計測方法により、表面被覆層から１００箇のサンプルを採取して、粒子径を測定し、その粒子径の平均値を平均粒子径とすればよい。【０１２６】
（３）排気系部品の製造
平板状の基材の片側表面に、調製した排気系部品用塗料を用いてスプレーコート法により塗布を行い、乾燥機内において７０℃で２０分乾燥した。続いて、空気中、８５０℃で９０分間、加熱焼成処理することにより、厚さ５００μｍの表面被覆層を形成した。【０１２７】
（実施例２〜５）
塗布対象となる基材の種類、用いる結晶性無機材の種類と平均粒子径、配合割合、非晶性無機材の配合割合、造孔材の平均粒子径と配合割合、形成する表面被覆層の厚さを、表１及び表２に示したように変更した他は、実施例１と略同様の方法により表面被覆層を形成した。塗布対象、塗布面、結晶性無機材の種類と平均粒子径と配合割合、非晶性無機材の配合割合、造孔材の平均粒子径と配合割合とを表１に示す。【０１２８】
（比較例１〜４及び参考例１）
塗布対象となる基材の種類、用いる結晶性無機材の種類と平均粒子径、配合割合、非晶性無機材の配合割合、造孔材の平均粒子径と配合割合、形成する表面被覆層の厚さを、表１及び表２に示したように変更した他は、実施例１と略同様の方法により表面被覆層を形成した。塗布対象、塗布面、結晶性無機材の種類と平均粒子径と配合割合、非晶性無機材の配合割合、造孔材の平均粒子径と配合割合とを表１に示す。【０１２９】
【表１】
2014034395.tif 000003
【０１３０】
実施例１〜５、比較例１〜４及び参考例１で製造された排気系部品について、表面被覆層の特性（気孔率、熱伝導率、膜厚、初期成膜性、連続高温試験結果、耐熱衝撃性試験結果、及び、総合判定結果）をまとめて表２に示した。
なお、上記表面被覆層の気孔率、熱伝導率、膜厚、初期成膜性、連続高温試験結果、耐熱衝撃性試験結果、及び、総合判定結果は、以下に示す方法により行った。【０１３１】
（表面被覆層の熱伝導率の測定）
実施例１〜５、比較例１〜４及び参考例１の各排気系部品の表面被覆層の熱伝導率（２５℃）をレーザーフラッシュ装置（熱定数測定装置：ＮＥＴＺＳＣＨ  ＬＦＡ４５７  Ｍｉｃｒｏｆｌａｓｈ）を用いて測定した。
なお、基材（ステンレス基材）の熱伝導率（２５℃）を同様に測定したところ、基材（ステンレス基材）の熱伝導率は２５Ｗ／ｍＫであった。【０１３２】
（表面被覆層の気孔率の測定）
表面被覆層を３．１ｍｍサイズに切り抜いたものを、三次元計測Ｘ線ＣＴ装置（ヤマト科学（株）製  ＴＤＭ１０００−ＩＳ／ＳＰ）で計測し、それを三次元ボリュームレンダリングソフト（ＮＶＳ（日本ビジュアルサイエンス（株））製  ＶＧ−Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ）で画像処理を施すことで気孔体積を計測することができるため、気孔率を算出することができる。上記計測方法により、実施例１〜５、比較例１〜４及び参考例１により製造した排気系部品の表面被覆層から１００箇のサンプルを採取して、その気孔率の平均値を排気系部品の表面被覆層の気孔率とした。【０１３３】
（膜厚の測定）
株式会社フィッシャー・インストルメンツ製のデュアルスポープＭＰ４０にて膜厚を測定した。【０１３４】
（初期成膜性の評価）
基材表面に形成する表面被覆層に関し、走査型電子顕微鏡（Ｈｉｔａｃｈｉ製、ＦＥ−ＳＥＭ  Ｓ−４８００）を用いて、基材と表面被覆層の界面に注目した１０枚のＳＥＭ写真を撮影し、それらのＳＥＭ写真に基材と表面被覆層との間に空隙が形成されており、剥離は発生していることが観察されたものを「×」とし、基材と表面被覆層との間に空隙が全く形成されていないものを「○」とした。【０１３５】
（連続高温試験）
実施例１〜５、比較例１〜４及び参考例１の各排気系部品について、連続高温試験を行って表面被覆層の耐熱性を評価した。
４０ｍｍ×４０ｍｍのテストピースを準備し、半分(４０ｍｍ×２０ｍｍ)に表面被覆層を形成させる。その状態で、表面被覆層を上側に向け、続いて水平方向から９０°傾斜させた状態で、焼成炉内に投入し、１０００℃で１５分間保持した。その後、各排気系部品の基材の表面において下部への垂れ、並びに、脱落又は変質について確認した。下部への垂れは、表面被覆層の形成部と未形成部との境界線が評価の前後で変化しているか確認することにより行った。表面被覆層の脱落又は変質については目視で確認した。
表２の「連続高温試験結果」の欄には、耐熱性試験で排気系部品の表面被覆層の膜厚変化（下部への垂れ）、脱落及び変質のいずれかが生じたものを「×」、排気系部品の表面被覆層の膜厚変化（下部への垂れ）、脱落及び変質のいずれも生じなかったものを「○」と示した。【０１３６】
（耐熱衝撃性試験結果）
以下の耐熱衝撃性試験を行い、実施例１〜５、比較例１〜４及び参考例１の各排気系部品の耐熱衝撃性を評価した。
各排気系部品を焼成炉で９００℃に加熱し、その後、９００℃の排気系部品を室温の炉外に取り出して、排気系部品を取り出した後から２分間の平均降温速度が２００〜２１０℃／ｍｉｎになるように、ファンにて強制冷却させることを１サイクルとして、これを５０サイクル行った。その後、各排気系部品の表面被覆層に剥離が存在しているかを目視で確認した。
表２の「耐熱衝撃性試験結果」の欄には、耐熱衝撃性試験で排気系部品の表面被覆層に剥離が存在したものを「×」、排気系部品の表面被覆層に剥離が存在しなかったものを「○」と示した。【０１３７】
（総合判定）
上記した初期成膜性、連続高温試験結果、耐熱衝撃性試験結果及び熱伝導率の測定結果に基づき、全てが○のものを合格、上記の特性に一つでも×のあるものを不合格とした。なお、熱伝導率については、０．６Ｗ／ｍＫ未満のものを良好、０．６Ｗ／ｍＫ以上のものを不良と評価した。【０１３８】
【表２】
2014034395.tif 000004
【０１３９】
実施例１〜５の排気系部品では、表面被覆層の気孔率は、３０〜７０％、熱伝導率は、０．１０〜０．４０Ｗ／ｍＫと低く、断熱性に優れており、膜厚が２５０〜２０００μｍと適切な範囲であり、初期成膜性の結果が良好で表面被覆層の剥離はなく、基材との密着性に優れていることがわかった。また、連続高温試験結果、耐熱衝撃性試験結果も良好で、高温になっても気孔の合体が生じにくく、耐熱性、耐熱衝撃性、耐久性に優れていることが判明した。
特に、実施例５に示しているように、基材表面に厚い表面被覆層を形成しても、初期の成膜性は、良好であり、熱伝導率が０．２０Ｗ／ｍＫと極めて断熱性に優れた表面被覆層を形成できることが判明した。【０１４０】
一方、比較例１の排気系部品では、表面被覆層中に結晶性無機材が配合されていないため、耐熱性に劣るとともに気孔が合体し易いと考えられ、連続高温試験結果、耐熱衝撃性試験結果が不良で、不合格であり、比較例２では、結晶性無機材の配合量が多すぎ、非晶性無機材の配合量が少なすぎるため、初期成膜性が不良で、基材との密着性に問題があった。
比較例３では、結晶性無機材の配合量が少ないため耐熱性が低下し、連続高温試験結果が不良となっている。比較例４では、結晶性無機材としてシリカを殆ど含まないアルミナを使用しており、反応生成粒子が生成しないため、熱伝導率が低く、不良となった。参考例１では、表面被覆層の厚さが３０００μｍと厚すぎるため、耐熱衝撃性の結果が不良となった。【０１４１】
以下、本発明の排気系部品の具体的な例について、図面を参照しながら説明する。
本発明の排気系部品は、自動車用エンジン等の内燃機関に接続される排気系を構成する部材として使用される排気管である。ここで説明する排気系部品の構成は、基材が筒状体であること以外は、上述した排気系部品と同じである。【０１４２】
具体的には、本発明の排気系部品は、例えば、エキゾーストマニホールド等として好適に使用することができる。
以下、自動車用エンジン等の内燃機関に接続されるエキゾーストマニホールドを例にして、本発明の排気系部品について説明する。【０１４３】
図４は、本発明の排気系部品に係る自動車用エンジンと、自動車用エンジンに接続されたエキゾーストマニホールドとを模式的に示す分解斜視図である。
また、図５（ａ）は、図４に示す自動車用エンジン及びエキゾーストマニホールドのＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すエキゾーストマニホールドのＢ−Ｂ線断面図である。【０１４４】
図４及び図５（ａ）に示すように、自動車用エンジン１００には、エキゾーストマニホールド１１０（図１及び図２に示した排気系部品）が接続されている。
自動車用エンジン１００のシリンダブロック１０１の頂部には、シリンダヘッド１０２が取り付けられている。そして、シリンダヘッド１０２の一方の側面には、エキゾーストマニホールド１１０が取り付けられている。【０１４５】
エキゾーストマニホールド１１０は、グローブ状の形状を有しており、各気筒の数に応じた分岐管１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄと、分岐管１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄを結合する集合部１１２とを備える。
このエキゾーストマニホールド１１０には、触媒担体を備えた触媒コンバータが接続される。エキゾーストマニホールド１１０は、各気筒からの排ガスを集合させ、さらに、触媒コンバータ等に排ガスを送る機能を有する。
そして、自動車用エンジン１００から排出された排ガスＧ（図５（ａ）中、排ガスをＧで示し、排ガスの流れる方向を矢印で示す）は、エキゾーストマニホールド１１０内を通って、触媒コンバータ内に流入し、触媒担体に担持された触媒により浄化され、出口から排出されることとなる。【０１４６】
図５（ｂ）に示すように、エキゾーストマニホールド１１０（本発明の排気系部品）は、金属からなる基材１２０と、基材１２０の表面上に形成された表面被覆層１３０とを備えている。
図５（ｂ）に示すエキゾーストマニホールド１１０（本発明の排気系部品）において、基材１２０は筒状体であり、表面被覆層１３０は、基材１２０の内面上に形成されている。【０１４７】
本発明の排気系部品（エキゾーストマニホールド）においては、表面被覆層の構成として、上述した排気系部品における表面被覆層と同様の構成を採用することができる。
図５（ｂ）に示すエキゾーストマニホールド１１０には、表面被覆層１３０として、図１に示した排気系部品１０における表面被覆層１２と同様の構成を有する例を示しており、非晶性無機材１３中に図示はしていないが、結晶性無機材の粒子と反応生成粒子と気孔とが分散している。【０１４８】
本発明の排気系部品（エキゾーストマニホールド）において、表面被覆層は、基材の内面上全体に形成されていることが望ましい。排ガスと接触する表面被覆層の面積が最大となり、耐熱性に特に優れるからである。しかしながら、表面被覆層は、基材の内面上の一部にのみ形成されていてもよい。
また、本発明の排気系部品において、表面被覆層は、基材の内面上に加えて外面上に形成されていてもよいし、基材の外面上のみに形成されていてもよい。【０１４９】
ここまでは、本発明の排気系部品として、エキゾーストマニホールドを例に説明してきたが、本発明の排気系部品は、エキゾーストマニホールドに限定されず、排気管、触媒コンバータを構成する管、又は、タービンハウジング等としても好適に使用することができる。
上記エキゾーストマニホールドを構成する分岐管の数は、エンジンの気筒数と同じであればよく、特に限定されない。なお、エンジンの気筒としては、例えば、単気筒、２気筒、４気筒、６気筒、８気筒等が挙げられる。【０１５０】
本発明の排気系部品を製造する場合には、基材の形状が異なる他は、図１を用いて説明した本発明の排気系部品と同様であり、上述した排気系部品と同様の方法により排気系部品を製造することができる。
なお、本発明の排気系部品において、基材の内面に表面被覆層を形成する場合、上述したように、第１の半割部材及び第２の半割部材からなる基材を用いることが望ましい。【０１５１】
ここで説明した本発明の排気系部品においても、図１を用いて説明した排気系部品及び排気系部品用塗料の効果（１）〜（１０）と同様の効果を発揮することができる。【０１５２】
本発明の排気系部品において、表面被覆層は、必ずしも基材の表面上全体に形成されている必要はない。
例えば、本発明の排気系部品を排気管として用いる場合において、表面被覆層を基材としての筒状体の内面に形成してもよいが、筒状体の内面に形成する場合には、基材としての筒状体の内面の表面全体に形成する必要はなく、少なくとも排ガスが直接接触する部分に表面被覆層を形成すればよい。【０１５３】
本発明の排気系部品は、上記基材の表面上に形成された１層の表面被覆層とを備えた排気系部品であって、上記表面被覆層は、シリカを含む非晶性無機材の層と、上記非晶性無機材の層の内部に分散したジルコニアを含む結晶性無機材の粒子、上記結晶性無機材の粒子と上記非晶性無機材の層との反応により生成した反応生成粒子及び気孔とからなり、上記反応生成粒子は、破砕状又は針状の粒子であり、上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径に対する上記気孔の平均気孔径の比（上記結晶性無機材の粒子の平均粒子径／上記気孔の平均気孔径）は、０．１〜１０であり、上記表面被覆層は、上記非晶性無機材、造孔材及び上記結晶性無機材の粒子を含む排気系部品用塗料を基材上に塗布、加熱することにより形成されていることが必須の構成要素である。
係る必須の構成要素に、上述した種々の構成（例えば、表面被覆層の構成、基材の形状、エキゾーストマニホールド等）を適宜組み合わせることにより所望の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０、２０、３０  排気系部品
１１０  エキゾーストマニホールド
１１、２１、３１、１２０  基材
１２、２２、３２、１３０  表面被覆層
１３  非晶性無機材の層
１４  結晶性無機材の粒子
１５  反応生成粒子
１６  気孔
【図１】
2014034395.tif 000005
【図３】
2014034395.tif 000006
【図４】
2014034395.tif 000007
【図５】
2014034395.tif 000008
【図２】
2014034395.tif 000009
【国際調査報告】
2014034395.tif 000010
2014034395.tif 000011
2014034395.tif 000012