(57)【要約】【課題】  皮膜焼けの発生を防ぎ、かつ内燃機関の熱効率を向上させるアルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法が提供される。【解決手段】  本発明に係るアルミニウム部材の表面処理方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材に陽極酸化処理を施すことにより、前記アルミニウム部材の表面に陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化皮膜形成工程を少なくとも含み、前記陽極酸化皮膜形成工程前のアルミニウム部材が、前記アルミニウム部材に対して８重量％以上３０重量％以下の範囲のＳｉを含有し、前記陽極酸化皮膜形成工程では、酸性の陽極酸化処理液中で平均粒径が１μｍ以上４０μｍ以下の気泡を混在させながら陽極酸化皮膜を形成する。【選択図】  図１
2019218587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材に陽極酸化処理を施すことにより、前記アルミニウム部材の表面に陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化皮膜形成工程を少なくとも含み、
前記陽極酸化皮膜形成工程前のアルミニウム部材が、前記アルミニウム部材に対して８重量％以上３０重量％以下の範囲のＳｉを含有し、
前記陽極酸化皮膜形成工程では、酸性の陽極酸化処理液中で平均粒径が１μｍ以上４０μｍ以下の気泡を混在させながら陽極酸化皮膜を形成する、アルミニウム部材の表面処理方法。
【請求項２】
前記陽極酸化処理液のｐＨ値をｐＨ４以下とする請求項１に記載のアルミニウム部材の表面処理方法。
【請求項３】
前記陽極酸化皮膜形成工程では、交直重畳電解を印加することにより陽極酸化皮膜を形成する請求項１又は２に記載のアルミニウム部材の表面処理方法。
【請求項４】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、
Ｓｉ粒塊を含有する、前記アルミニウム部材の表面の陽極酸化皮膜と、
前記陽極酸化皮膜内にて、前記Ｓｉ粒塊周囲の気孔及び前記Ｓｉ粒塊から離間した気孔と
を備え、
前記アルミニウム部材及び陽極酸化皮膜中のＳｉの量が、前記アルミニウム部材に対して８重量％以上３０重量％以下の範囲であり、
前記陽極酸化皮膜の密度が、１．００×１０3ｋｇ／ｍ3以下であるアルミニウム部材の表面構造。
【請求項５】
前記陽極酸化皮膜の熱伝導率が、０．６０Ｗ／(ｍ・ｋ)以下であり、前記陽極酸化皮膜の体積比熱容量が、０．９０×１０-3ｋＪ／(ｍ3・ｋ)以下の体積比熱容量である請求項４のアルミニウム部材。
【請求項６】
前記陽極酸化皮膜の密度が、０．９８×１０3ｋｇ／ｍ3以下であり、前記陽極酸化皮膜の熱伝導率が、０．５４Ｗ／(ｍ・ｋ)以下である請求項４又は５に記載のアルミニウム部材。
【請求項７】
前記Ｓｉ粒塊から離間した気孔が、ランダムに配向している請求項４〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等に使用されるアルミニウム又はその合金からなる部材（以下、アルミニウム部材ともいう。）は、陽極酸化皮膜を形成する表面処理を施すことにより、アルミニウム部材の性能を高めることが行われている。例えば、内燃機関のエンジンの燃焼室を形成する部品又は内燃機関用ピストンの一部（以下、燃焼室の一部ともいう。）に使用される陽極酸化皮膜には、内燃機関の熱効率を向上させることが要求されている。
【０００３】
このようなアルミニウム部材の表面処理方法として、２．２〜２．８重量％のＭｇを含有するアルミニウム合金（５０５２：ＪＩＳ  Ｈ４０００）を処理液に浸漬し、処理液中に無数の微細な気泡を形成しながら陽極酸化処理を行うことにより、アルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１１９１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記方法では、Ｓｉを多く含有するアルミニウム部材に陽極酸化処理を施すと、成膜される陽極酸化皮膜に局所的な焼けが発生するという問題がある。また、このようなＳｉが存在する陽極酸化皮膜では、内燃機関の熱効率を向上できないという問題がある。
【０００６】
前記課題に照らして、本発明は、皮膜焼けの発生を防ぎ、かつ内燃機関の熱効率を向上させるアルミニウム部材の表面構造及び表面処理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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は一態様にて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材に陽極酸化処理を施すことにより、前記アルミニウム部材の表面に陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化皮膜形成工程を少なくとも含み、前記陽極酸化皮膜形成工程前のアルミニウム部材は、前記アルミニウム部材に対して８重量％以上３０重量％以下の範囲のＳｉを含有し、前記陽極酸化皮膜形成工程では、酸性の陽極酸化処理液中で平均粒径が１μｍ以上４０μｍ以下の気泡を混在させながら陽極酸化皮膜を形成する、アルミニウム部材の表面処理方法である。
【０００８】
また、本発明は別の一態様にて、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、Ｓｉ粒塊を含有する、前記アルミニウム部材の表面の陽極酸化皮膜と、前記陽極酸化皮膜内にて、前記Ｓｉ粒塊周囲の気孔及び前記Ｓｉ粒塊から離間した気孔とを備え、前記アルミニウム部材及び陽極酸化皮膜中のＳｉの量は、前記アルミニウム部材に対して８重量％以上３０重量％以下の範囲であり、前記陽極酸化皮膜の密度は、１．００×１０3ｋｇ／ｍ3以下である、アルミニウム部材の表面構造である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、皮膜焼けの発生を防ぎ、かつ内燃機関の熱効率を向上させるアルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係るアルミニウム部材の表面構造の一実施の形態について、その構造を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係るアルミニウム部材の表面処理方法の一実施の形態について、表面処理を行う際に用いる装置を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るアルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法の一実施の形態について、実施例の解析結果を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明に係るアルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法の一実施の形態について、実施例の結果を示す断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るアルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態によって限定されない。また、添付図面は、本実施の形態の概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。
【００１２】
１．アルミニウム部材の表面構造
本発明に係るアルミニウム部材の表面構造の実施の形態について、図１を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施の形態のアルミニウム部材の表面構造は、アルミニウム部材１と、陽極酸化皮膜２と、Ｓｉ粒塊３と、気孔５を少なくとも備えている。
【００１３】
アルミニウム部材１は、その表面に陽極酸化皮膜を備えたアルミニウム又はアルミニウム合金である。アルミニウム部材１は、所定量の珪素(Ｓｉ)を含有している。このようなアルミニウム部材としては、日本工業規格（JISH5202、JISH5302、JISH4000）に準拠した、ＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂ等のアルミ鋳造材、ＡＤＣ１、ＡＣＤ３、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２、ＡＤＣ１４等のアルミダイカスト材、Ａ４０００等のアルミ展伸材等のアルミニウム合金が挙げられる。なお、前記日本工業規格は、国際規格（ISO3522、ISO/FDIS3522、ISO209、ISO6361-1〜4）に対応している。
【００１４】
陽極酸化皮膜２は、主に酸化アルミニウム(Ａｌ2Ｏ3)からなり、所定量のＳｉをＳｉ粒塊３として含有する皮膜である。陽極酸化皮膜２は、１．００×１０-3ｋｇ／ｍ3未満、好ましくは０．９８×１０-3ｋｇ／ｍ3以下の密度を有する皮膜である。また、陽極酸化皮膜の密度の下限値は、例えば０．９５×１０-3ｋｇ／ｍ3とすることができる。
【００１５】
また、陽極酸化皮膜２は、０．６０Ｗ／(ｍ・ｋ)以下の熱伝導率と、０．９０×１０-3ｋＪ／(ｍ3・ｋ)以下の体積比熱容量を有する。具体的には、陽極酸化皮膜の熱伝導率は、好ましくは０．５４×１０Ｗ／(ｍ・ｋ)以下である。また、陽極酸化皮膜の熱伝導率の下限値は、例えば０．４２×１０Ｗ／(ｍ・ｋ)とすることができる。
【００１６】
陽極酸化皮膜２の厚みは、例えば３０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であり、５０μｍ以上１４０μｍ以下の範囲が好ましく、５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲がより好ましい。このような範囲であれば、低い熱伝導率と低い体積熱容量を有する陽極酸化皮膜を短い陽極酸化処理時間で得ることができる。
【００１７】
Ｓｉ粒塊３は、Ｓｉの塊状体であり、丸状、四角状、針状等の様々な形状を有し、アルミニウム部材のＳｉに由来して陽極酸化皮膜２中に存在している。また、Ｓｉ粒塊３はアルミニウム部材１中にも存在している。本明細書にて、「アルミニウム部材のＳｉに由来する」とは、アルミニウム部材中のＳｉ粒塊又はＳｉが陽極酸化皮膜中に存在することを意図している。アルミニウム部材１及び陽極酸化皮膜２中に存在するＳｉの量は、例えば、アルミニウム部材１に対して８重量％以上３０重量％以下の範囲とすることができる。なお、本明細書にて「重量」との記載は、「質量」と読み替えることができる。
【００１８】
気孔５は、主に陽極酸化皮膜２に存在するマイクロレベルの気孔であり、Ｓｉ粒塊３の周囲の気孔とＳｉ粒塊３から離間した気孔とに区別される。Ｓｉ粒塊３の周囲の気孔は、主に陽極酸化処理の際のＳｉ粒塊の帯電に基づく気孔である。Ｓｉ粒塊３から離間した気孔は、主に陽極酸化処理の際の電解処理と前記帯電の軽減とに基づく気孔である。Ｓｉ粒塊３の周囲の気孔及びＳｉ粒塊３から離間した気孔は、陽極酸化皮膜中にて略均一な大きさを有しており、かつ一様に分散している。気孔の大きさは、例えば、気孔を球形と仮定した場合、数μｍ〜数百μｍの範囲とすることができる。なお、陽極酸化皮膜は、酸化皮膜処理の方法に応じて形成されたナノレベルの気孔を有してもよい。
【００１９】
Ｓｉ粒塊３から離間した気孔は、配向した又はランダム配向した気孔であり、ランダム配向した気孔を有することが好ましい。ランダム配向した気孔であれば、優れた遮熱性と優れた平滑性を有する陽極酸化皮膜を得ることができる。本明細書にて「ランダム配向した」とは、交直重畳電解により陽極酸化皮膜のセルがランダムに成長し、その気孔がランダムに配向した状態を意図している。本明細書にて「配向した」とは、直流電解により陽極酸化皮膜のセルが規則的に成長し、その気孔が配向した状態を意図している。また、本明細書にて「平滑性」とは、交直重畳電解により得られた陽極酸化皮膜表面の平滑状態を意図している。
【００２０】
また、陽極酸化皮膜は、アルミニウム系材料との間に、図示しないバリア層を更に備えることができる。本明細書にて、バリア層は、陽極酸化皮膜を成膜する際に初期の段階で形成される導電性の皮膜である。
【００２１】
２．アルミニウム部材の表面処理方法
以上の構成を備えるアルミニウム部材の表面構造を形成するための表面処理方法を説明することにより、アルミニウム部材の表面処理方法の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図２は、本実施の形態に使用される陽極酸化処理装置１０の概要を示す構成図である。図２に示すように、陽極酸化処理装置１０は、陽極酸化処理液を収容する電解浴槽１１と、陽極酸化処理液に浸漬した陽極１２及び一対の陰極１３、１３と、導電線１４と、電源１５と、ノズル１６と、ポンプ１７とを備えている。一対の陰極１３、１３は、陽極１２を中心にして、電解浴槽１１内で互いに対向するように配置されている。陽極１２及び一対の陰極１３、１３は、導電線１４を介して電源１５に連結している。陽極酸化処理装置１０は、陽極１２、一対の陰極１３、１３及び導電線１４を介して、電源１５により直流電解、交直重畳電解、短形波等を印加するように構成されている。また、陽極酸化処理装置１０は、ポンプ１７からの空気又は空気及び水流により、ノズル１６から気泡を発生するよう構成されている。陽極酸化処理装置１０は、陽極酸化処理液を攪拌可能な図示しない攪拌措置を備えてもよい。
【００２３】
陽極酸化皮膜形成工程では、所定量のＳｉを含有するアルミニウム部材を酸性の陽極酸化処理液に浸漬しながら電解処理を行うことによって、アルミニウム部材に陽極酸化処理を施す。陽極酸化処理によって、陽極酸化処理液中では、アルミニウム部材の溶解によりアルミニウムイオン(Ａｌ3+)が生じ、水の電気分解により酸素イオン(Ｏ2-)が生じる。このようなイオンの存在下で、アルミニウム部材の表面に、主に酸化アルミニウムから構成される陽極酸化皮膜が形成される。アルミニウム部材は、前述したアルミ鋳造材、アルミダイカスト材、アルミ展伸材等のアルミニウム合金を好適に採用できる。
【００２４】
Ｓｉは、本実施の形態に係る製造前の不可避的若しくは任意選択的な不純物又は添加物として、Ｓｉ又はＳｉ粒塊の形でアルミニウム部材に含有されている。アルミニウム部材中のＳｉ又はＳｉ粒塊は、陽極酸化処理によってアルミニウム部材から溶解し、Ｓｉ粒塊として陽極酸化皮膜に存在する。陽極酸化皮膜中のＳｉ粒塊の周囲にはマイクロレベルの気孔が形成されており、これによって陽極酸化皮膜は多孔質な皮膜となる。本発明はあらゆる理論に限定されないものの、Ｓｉ粒塊の周囲のマイクロレベルの気孔は、Ｓｉ粒塊に正の電荷が帯電することにより形成されると推測できる。
【００２５】
Ｓｉの量は、アルミニウム部材に対して８重量％以上３０重量％以下である。Ｓｉの量の下限値について、Ｓｉの量は、アルミニウム部材に対して８重量％以上であり、１０重量％以上が好ましく、１１重量％以上がより好ましい。このような範囲であれば、高い空隙率を有する多孔質の皮膜を得ることができる。また、Ｓｉの量の上限値について、Ｓｉの量は、アルミニウム部材に対して３０重量％以下であり、２５重量％以下が好ましく、２０重量％以下がより好ましい。このような範囲であれば、高い空隙率を有する多孔質の皮膜を得ることができ、かつアルミニウム部材の切削加工性を向上できる。
【００２６】
また、陽極酸化皮膜形成工程では、陽極酸化処理液中に所定の平均粒径を有したマイクロレベルの気泡を発生させることにより、陽極酸化処理液中に気泡を混在させながら、アルミニウム部材の表面に陽極酸化皮膜を形成する。気泡を発生させる方法は、均一な大きさのマイクロレベルの気泡が発生できる方法であればよく、例えば、二相流せん断方式、加圧溶解方式、多孔質体を利用した細孔方式等の方法を採用することができる。また、気泡は、正の電荷に帯電できる気泡であればよく、空気、二酸化炭素、水素等から形成される気泡を採用できる。
【００２７】
気泡は、陽極酸化処理の際に、酸性であることより陽極酸化処理液中で正の電荷を帯電する。このような帯電性は、気泡の平均粒径に依存する。例えば、前記所定の平均粒径を有したマイクロレベルの気泡は、収縮する特性を有している。気泡の粒径が小さくなるにつれて、気泡の表面の帯電量は大きくなる。気泡が正に帯電すれば、気泡の周囲に陰イオンが引きつけられ、帯電量が大きくなるにつれて、陰イオンが引きつけられやすくなる。このような陰イオンとしては、例えば酸素イオン(Ｏ2-)、硫酸イオン(ＳＯ42-)等が挙げられる。本発明はあらゆる理論に限定されないものの、このような気泡の存在によって、陽極酸化処理の溶解析出機構に乱れが生じ、均一な粒径のマイクロレベルの気孔が陽極酸化皮膜中に形成されやすくなることが推測できる。また、正の電解に帯電した気泡が陰イオンを引き付けることによって、陽極酸化処理の際のＳｉ粒塊に集中する電荷の偏りを平準化し、一様に分散された気孔を有する陽極酸化皮膜が形成されやすくなると推測できる。
【００２８】
気泡は、１μｍ以上４０μｍ以下の範囲の平均粒径を有する。このような範囲であれば、均一な大きさを有し、かつ一様に分散された気孔を有する陽極酸化皮膜を得ることができる。気泡の平均粒径が１μｍ未満であると、収縮により消滅する気泡が多くなる。また、気泡の平均粒径が４０μｍを超えると、気泡自体に浮力が作用することにより、アルミニウム部材及び／又は陽極酸化皮膜の表面に存在する気泡が少なくなる。
【００２９】
陽極酸化皮膜形成工程では、直流電解、交直重畳電解、短形波等を印加することにより、陽極酸化皮膜を形成する。これらのうち、交直重畳電解を印加することにより陽極酸化皮膜を形成することが好ましい。陽極酸化皮膜形成工程では、皮膜焼けの発生を防ぐことができるため、交直重畳電解による成膜速度を高めることができる。これにより、交直重畳電解による陽極酸化皮膜を、意図的に低密度の皮膜とすることができる。その結果、交直重畳電解による陽極酸化皮膜は、直流電解による陽極酸化皮膜と比較して、陽極酸化皮膜の空隙率が同様とした場合、優れた遮熱性を得ることができる。更に、交直重畳電解による陽極酸化皮膜であれば、優れた表面の平滑性を陽極酸化皮膜に付与できる。これによって、燃料の付着を防止及び未燃物の固着を防止することできる。
【００３０】
直流電解を印加する際、直流電流の電流密度は、例えば１Ａ／ｄｍ2以上８０Ａ／ｄｍ2以下の範囲とすることができ、４Ａ／ｄｍ2以上４０Ａ／ｄｍ2以下の範囲が好ましく、８Ａ／ｄｍ2以上１６Ａ／ｄｍ2以下の範囲が好ましい。このような範囲であれば、皮膜焼けを防ぎ、かつ成膜速度を向上できる。その結果、優れた遮熱性を有する陽極酸化皮膜を、短い処理時間で得ることができる。
【００３１】
交直重畳電解を印加する際、高周波電流の周波数は、５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下が好ましく、１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下がより好ましい。また、正極の電圧は１２Ｖ以上７０Ｖ以下が好ましく、負極の電圧は−１０Ｖ以上０Ｖ以下がより好ましい。このような範囲であれば、皮膜焼けを防ぎ、かつ成膜速度を向上できる。その結果、優れた遮熱性と優れた平滑性を有する陽極酸化皮膜を、短い処理時間で得ることができる。
【００３２】
陽極酸化処理液は、酸性の処理液であればよく、例えば、酸成分として硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、シュウ酸（Ｈ2Ｃ2Ｏ4）、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、クロム酸（Ｈ2ＣｒＯ4）等を用いた酸性浴である。これらのうち、硫酸浴が好ましい。硫酸浴であれば、正に帯電した気泡に、酸素イオン以外の硫酸イオンを引き付けやすくできる。その結果、陽極酸化皮膜中に、均一な粒径を有して一様に分散した気孔を形成し易くできる。
【００３３】
陽極酸処理液の酸成分の濃度は、陽極酸化皮膜が成膜できる濃度であればよく、例えば１ｍоｌ／Ｌ以上とすることができ、１ｍоｌ／Ｌ以上６ｍоｌ／Ｌ未満の範囲が好ましい。このような範囲内であれば、アルミニウム系材料の溶解速度を皮膜の形成速度を超えないように制御できる。これにより、陽極酸化皮膜の皮膜焼けの可能性を低減できる。
【００３４】
陽極酸化処理液のｐＨ値は、ｐＨ７未満であればよく、ｐＨ４以下の範囲が好ましい。また、ｐＨ値の下限値は、例えばｐＨ２とすることができる。陽極酸化処理液のｐＨ値がｐＨ４以下であれば、陽極酸化液中の気泡の表面電位が正となり易くし、気泡の周囲に陰イオンを引き付けやすくできる。
【００３５】
陽極酸化処理液の温度は、陽極酸化処理によりアルミニウム部材の表面に陽極酸化皮膜を成膜できる温度であればよく、０℃以上３０℃以下の範囲が好ましく、０℃以上２０℃以下の範囲がより好ましい。このような範囲であれば、好適な皮膜を得ることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、主に陽極酸化皮膜形成工程について例示した。本発明はこれに限定されない。陽極酸化皮膜形成工程前に、アルミニウム部材に対して、水洗浄、樹脂、電解エッチング等の前処理を行うことができる。更に、陽極酸化皮膜形成工程後に、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム部材に対して、水洗、乾燥等の後処理を行うことができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、所定量のＳｉが含有されているアルミニウム部材を例示した。本発明は、これに限定されない。所定量のＳｉがアルミニウム部材に含有されていない場合は、陽極酸化皮膜形成工程前又は前処理前に、任意選択的に、アルミニウム部材にＳｉを前記所定量となるまで添加するＳｉ添加処理を行うことができる。このようなアルミニウム部材としては、Ａ１０００等のアルミニウム、ＡＣ１Ａ、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ５Ａ、ＡＣ７Ａ、ＡＣ７Ｂ等のアルミ鋳造材、ＡＤＣ５、ＡＤＣ６等のアルミダイカスト材、Ａ２０００、Ａ３０００、Ａ５０００〜Ａ８０００等のアルミ展伸材等のアルミニウム合金が挙げられる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明に係るアルミニウム部材の表面構造及びアルミニウム部材の表面処理方法の実施例を説明することにより、その効果を明らかにする。本発明に係るアルミニウム部材の表面構造及びアルミニウム部材の表面処理方法は、以下の実施例によって限定されない。
【００３９】
１．熱効率の解析
先ず、陽極酸化皮膜の好適な物性について、ガソリンエンジン向けのシミュレーションＧＴ−ＰＯＷＥＲを用いて、熱伝導率と体積比熱容量に対する図示熱効率を解析した。ディーゼルエンジンについては、ノッキングがないため、ガソリンエンジンよりも熱効率の向上が得られることが考えられる。図３に、シミュレーション結果を示す。
【００４０】
図３に示すように、熱伝導率が０．６５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、体積比熱容量が１．００×１０3ｋＪ／(ｍ・Ｋ)以下である場合、熱効率の変化率が０．１％ｐｔを超えた。この場合、効果が表れやすくなることがわかった。熱効率の変化率が０．１％ｐｔ以下である場合、実機ベースで、他の要因により数値として表面に現れ難いため、０．１％ｐｔ超を基準とした。熱伝導率が０．７Ｗ／(ｍ・Ｋ)であり、体積比熱容量が１．００×１０3及び１．１０×１０3ｋＪ／(ｍ・Ｋ)である場合、熱効率の変化率は０．１％ｐｔであった。この場合、体積比熱容量の低減効果が表れなかった。
【００４１】
結果より、より明確な効果を得るために、熱伝導率が０．６５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、体積比熱容量が１．００×１０3ｋＪ／(ｍ・Ｋ)以下であることが好適であると判明した。また、熱伝導率が０．６０Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度以下であり、体積比熱容量が０．９０×１０3ｋＪ／(ｍ・Ｋ)以下であることがより好適であると判明した。
【００４２】
また、陽極酸化皮膜の比熱は、合金種により若干変動するものの、０．８３×１０3ｋＪ／(ｋｇ・Ｋ)程度であった。したがって、体積比熱容量を１．００×１０3ｋＪ／(ｍ・Ｋ)以下とするために、陽極酸化皮膜の密度を１．１×１０3ｋｇ／ｍ3以下とすることが好適であると判明した。また、体積比熱容量を０．９０×１０3ｋＪ／(ｍ・Ｋ)以下とするために、陽極酸化皮膜の密度を１．０×１０3ｋｇ／ｍ3以下とすることが好適であると判明した。
【００４３】
２．気泡径と陽極酸化皮膜の関係
次いで、平均気泡径と陽極酸化皮膜の好適な物性との関係性について、  酸性の陽極酸化処理液中に気泡を混在させながら陽極酸化皮膜を形成することによって、平均気泡径と陽極酸化皮膜の密度及び熱伝導率との関係性を解析した。解析は、平均気泡径を気孔の粒径と仮定して行った。下記表１に、解析結果を示す。なお、１μｍ未満又は４０μｍを超えた気泡が混ざる場合がある。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
３．気孔の確認
３．１．アルミニウム部材の成分分析
試験例１のアルミニウム部材として用いる、Ｓｉを含有するアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）を準備した。下記表２に、アルミニウム合金について成分分析の結果を示す。結果より、アルミニウム合金中のＳｉ量は、１１．３質量％であることを確認した。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
３．２．試験片の作製
次いで、アルミニウム合金の試験片（３５×１５×２ｍｍ）を準備した。この試験片を硫酸浴に浸漬し、気泡を発生しながら交直重畳電解法により陽極酸化処理を施すことにより、試験片の表面に陽極酸化皮膜を形成した。気泡の平均粒径について、陽極酸化皮膜処理の前に、レーザ回折式粒子径分布測定装置（島津製作所社製、ＳＡＬＤ２３００）を用いて気泡の平均粒径を確認した。水圧、流量、浴中に有機物又は無機物を混合することにより気泡の平均粒径を微調整し、気泡の平均粒径が２０〜２５μｍであることを確認した。陽極酸化処理の条件として、硫酸の濃度を、２ｍоｌ／ｌとし、浴温を１３℃とし、周波数を１０ｋＨｚとし、電圧を正極２０Ｖ、負極２Ｖとし、処理時間を１５分間とした。また、硫酸浴中の気泡は、気泡発生ノズルとポンプを用いて発生させた。水圧を０．１２ＭＰａとした。
【００４８】
３．３．陽極酸化皮膜の断面写真
次いで、陽極酸化皮膜を形成した試験片を樹脂で埋め込み、その表面を研磨した後、光学顕微鏡を用いて皮膜断面の組織を確認した。図４に、写真下方より順に、アルミニウム部材、陽極酸化皮膜、埋め込み樹脂の３層の断面が示されている。アルミニウム部材の表面は、陽極酸化処理により溶解して、凹凸形状を有していた。また、陽極酸化皮膜の表面は、交直重畳電解による陽極酸化処理により、優れた平滑性を有していた。
【００４９】
図４に示すように、陽極酸化皮膜中に、黒色の気孔（空隙）が観察された。陽極酸化皮膜中では、略同一の大きさを有する気孔（空隙）が一様に分散していた。このように気孔が一様に分散する理由の一つとして、所定の気泡の存在によりＳｉ粒塊に集中する電荷の偏りを平常化させたことが推測できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るアルミニウム部材の表面構造及び表面処理方法によれば、皮膜焼けの発生のないアルミニウム部材の表面構造を得ることができ、かつ内燃機関の熱効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  アルミニウム部材
２  陽極酸化皮膜
３  Ｓｉ粒塊
５  気孔（空隙）
１０  陽極酸化処理装置
１１  電解浴槽
１２  陽極
１３  陰極
１４  導電線
１５  電源
１６  ノズル
１７  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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