JP6170029B2 - 遮熱膜の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば内燃機関の燃焼室に臨む壁面に形成される遮熱膜の形成方法に関するものである。

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および排気バルブの頂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。

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遮熱膜の素材として普及していないのが現状である。

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。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を下げるために低熱容量とするのがよい。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。

ここで、従来の公開技術に目を転じるに、頂面にアルマイト層が形成され、アルマイト層の表面にセラミック層が形成されたピストンとその製造方法が特許文献１に開示されている。このピストンによれば、頂面にアルマイト層が形成されていることで耐熱性と断熱性に優れているとしている。

このように、内燃機関の燃焼室に臨む壁面にアルマイト層（陽極酸化被膜）が形成されることにより、断熱性に優れ、さらには低熱伝導で低熱容量を有した内燃機関を形成することができる。そして、これらの性能に加えて、さらに優れたスイング特性を有することもまた、陽極酸化被膜に要求される重要な性能となっている。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被膜の温度が追随する特性のことである。

上記する陽極酸化被膜をミクロ的に見ると、この陽極酸化被膜は多数のセルが隣接した構造を呈しており、その表面には多数の亀裂が存在し、亀裂の一部は内部に延びており（すなわち、陽極酸化被膜の厚み方向もしくは略厚み方向に延びている）、膜内には、厚み方向とは異なる方向（厚み方向に直交する水平方向もしくは略水平方向）に延びる内部欠陥も多数存在している。そして、これらの亀裂や内部欠陥は、1μm〜数十μmの範囲程度のミクロサイズの直径（もしくは断面寸法の最大径）のミクロ孔であることが分かっている。なお、この「亀裂」は、鋳造用アルミニウム合金の晶出物に由来するものである。

また、陽極酸化被膜の内部には、上記するミクロサイズの亀裂や内部欠陥のほかに、多数のナノサイズの直径の微小孔（ナノ孔）も存在しており、一般には、このナノ孔も陽極酸化被膜の表面からその厚み方向もしくは略厚み方向に延びた状態で存在している。なお、この「ナノ孔」は、陽極酸化処理に由来して規則的に配列したものである。

このように、形成される陽極酸化被膜は一般に、断面の直径もしくは最大寸法がミクロサイズの表面亀裂や内部欠陥等のミクロ孔と、ナノサイズの多数のナノ孔を内包している。

ところで、上記する陽極酸化被膜からなる遮熱膜の表面の粗さが粗いと、異常燃焼を招き易く、このことが燃費効率の低下に繋がる。そこで、陽極酸化被膜からなる遮熱膜の表面粗さを低減するべく、当該表面を研磨することが一般におこなわれている。この際、陽極酸化被膜は既述するようにその内部に多数のミクロ孔を有することから、研磨を繰り返しても内部のミクロ孔が表面に現れてしまい、遮熱膜表面の平滑度が一向に向上しないといった課題がある。このことを図１０，１１を参照して説明する。

図１０で示すように、内燃機関を構成するエンジンブロック等の壁面Ｗに陽極酸化被膜からなる遮熱膜Ｍを形成する。遮熱膜Ｍは直径ｄｍがミクロサイズの多数のミクロ孔Ｐｍと直径ｄｎがナノサイズの多数のナノ孔Ｐｎを有しており、その表面にミクロ孔Ｐｍやナノ孔Ｐｎが露出しているものの、特に直径ｄｍの大きなミクロ孔Ｐｍが露出していることで表面粗さが粗くなっている。そこで、表面を研磨して表面の平滑性を高めようとしても、図１１で示すように、遮熱膜Ｍの内部に存在するミクロ孔Ｐｍが露出してくるだけで表面の平滑性は一向に改善しないというものである。

ここで、特許文献２には、アルミ合金製母材の表面に陽極酸化処理によるポーラス層を形成し、ポーラス層の上に母材よりも熱伝導率の低い被覆層が設けられた断熱構造が開示されている。ポーラス層の有する表面の凹凸によるアンカー効果により、ポーラス層と被覆層の密着性が向上するとしている。しかしながら、ポーラス層（陽極酸化被膜）の表面が凹凸を有していることから、仮にその表面に被覆層を設けたとしても表面凹凸が被覆層の表面にも少なからず反映されてしまい、ポーラス層と被覆層からなる遮熱膜の表面粗さの改善には繋がらない。

特開昭５８−１９２９４９号公報 特開２０１２−７２７４５号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、多数のミクロ孔を具備する陽極酸化被膜からなる遮熱膜の表面粗さを効果的に小さくす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。

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、直径がミクロサイズのミクロ孔および直径がナノサイズのナノ孔を有した陽極酸化被膜をアルミニウム系壁面に形成する第１のステップ、前記陽極酸化被膜の表面を研磨粉を使用して研磨し、形成された研磨面に臨む前記ミクロ孔に研磨粉を入り込ませる第２のステップ、研磨面に保護膜を形成し、陽極酸化被膜と保護膜からなる遮熱膜を製造する第３のステップからなるものである。

本発明の遮熱膜の形成方法は、たとえば燃焼室を構成するピストン頂面やエンジンブロック等のアルミニウム系壁面に形成されるものであり、アルミニウム系壁面に陽極酸化被膜を形成した後、その表面を研磨する際に研磨粉を使用するとともに、研磨して形成された研磨面に臨むミクロ孔に研磨の際に使用した研磨粉を入り込ませることに主たる特徴のある形成方法である。研磨面に臨むミクロ孔に研磨粉を入り込ませることでミクロ孔が研磨粉によって閉塞されて研磨面の表面粗さが小さくなり、この状態で研磨面に保護膜が形成されることでミクロ孔からの研磨粉の脱落を防止しながら、表面粗さの小さな遮熱膜を形成することができる。

ここで、「ミクロ孔」とは、直径がミクロサイズで陽極酸化被膜の表面から内部に延びている亀裂や、陽極酸化被膜の表面に臨まずに被膜内部に存在している内部欠陥のことを総称する意味である。また、本明細書において、ミクロ孔やナノ孔等の「直径」とは、これらが円柱状の場合は文字通りの直径を意味するが、楕円柱状や角柱状の場合には断面における最大寸法の辺のことを意味するものとする。したがって、円柱状以外の形状の孔に対しては、「直径」を「同等面積相当の円の直径」と読み替えるものとする。

また、本発明者等によれば、内燃機関の燃焼室に臨む壁面に形成される陽極酸化被膜が具備するミクロサイズのミクロ孔の断面の直径もしくは最大寸法として、1〜数十μm程度の範囲が一般的であることが特定されており、ナノサイズの断面の直径もしくは最大寸法として、10〜100nm程度の範囲が一般的であることが特定されている。なお、上記する、1〜数十μmの範囲や10〜100nmの範囲の特定は、陽極酸化被膜の断面の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や最大寸法を測定し、それぞれの平均値を求めることによってサイズの特定をおこなうことができる。

研磨粉を使用して陽極酸化被膜の表面を研磨する場合、従来の研磨方法では、研磨面に臨むミクロ孔に入り込んだ研磨粉を洗浄して除去するのが一般的である。本発明の形成方法では、この研磨粉を洗浄除去するという従来の概念を見直し、ミクロ孔に入り込んだ研磨粉をそのまま維持させる、言い換えればミクロ孔に研磨粉を積極的に入り込ませる方法を適用して、研磨面に臨むミクロ孔を研磨粉にて閉塞し、研磨面の表面粗さを小さくするものである。

なお、第２のステップにおいて研磨面に臨むミクロ孔に研磨粉を入り込ませる方法としては、研磨粉を使用して研磨面を形成する過程でミクロ孔に研磨粉が自動的に入り込むことの他にも、研磨加工にて研磨面を形成した後に、研磨面に臨むミクロ孔に研磨粉を入り込ませる研磨粉充填加工をおこなう方法、すなわち研磨加工と別途に研磨粉充填加工をおこなう方法であってもよい。

研磨面に臨む多数のミクロ孔にそれぞれ研磨粉を入り込ませたら、ミクロ孔に入り込んだ研磨粉がミクロ孔から脱落しないように、第３のステップでは研磨面に保護膜を形成し、陽極酸化被膜と保護膜から構成される遮熱膜を形成する。

陽極酸化被膜の研磨面に保護膜を形成すると、研磨面に臨むミクロ孔には研磨粉が入り込んで孔を閉塞しているものの、たとえば液状の保護膜形成素材はこの研磨面に臨むミクロ孔内に浸透することができる。また、研磨面に臨んでいるものの研磨粉が入り込んでいないナノ孔にも保護膜形成素材が浸透し、ナノ孔の研磨面から一定深度までの範囲は保護膜形成素材で封止されることになる。さらに、研磨面に露出せずに陽極酸化被膜の内部に存在しているミクロ孔には保護膜形成素材が浸透せず、したがってその気孔を保持したままとなっている。

このように、形成された遮熱膜は、その構成要素である陽極酸化被膜の内部に存在しているミクロ孔の気孔が保持されていることで所定の気孔率を有するものとなり、したがって断熱性に優れ、かつ低熱容量の遮熱膜となる。また、保護膜の内側（アルミニウム系壁面側）にある陽極酸化被膜の研磨面の表面粗さが小さいことに起因して遮熱膜の表面粗さは小さくなり、平滑度の高い遮熱膜となる。

ここで、第２のステップで形成された研磨面に臨む前記ミクロ孔の深さが1〜10μmの範囲にあり、研磨粉の平均粒径が1μm以下の範囲にあるのが好ましい。

研磨面に臨むミクロ孔の深さの下限を1μmとし、研磨粉の平均粒径もミクロ孔の深さの下限の1μm以下とすることにより、ミクロ孔に入り込んだ研磨粉がミクロ孔から外部に張り出して研磨面の平滑性を逆に阻害するのを抑止できるとともに、双方のサイズ規定によってミクロ孔と研磨粉が相互に接触し合ってミクロ孔からの研磨粉の脱落を抑止することができる。また、ミクロ孔が大き過ぎると研磨粉で十分に埋めることができず、凹凸が残る可能性がある。

ここで、「研磨粉の平均粒径」とは、使用する研磨粉から所定量の研磨粉を選別し、各研磨粉の粒径もしくは最大寸法を測定し、測定結果の和をサンプル数で除して求められた粒径の平均値のことである。
また、研磨粉の平均粒径は100nm以上であるのが好ましい。

研磨面に臨む前記ミクロ孔の深さが1〜10μmの範囲にある場合に、研磨粉の平均粒径が100nm、すなわち0.1μm以上であることにより、この研磨粉はミクロ孔には入り込めるものの、一般に10〜100nmの粒径範囲のナノ孔に入りこむことが難しくなる。したがって、ナノ孔に研磨粉が入り込んで閉塞されることが解消され、たとえば液状の保護膜形成素材がナノ孔の所定深度まで浸透して、ナノ孔を封止することができる。

また、前記第３のステップにおいては、研磨面にSi含有ポリマーを塗工し、焼成してシリカに転化させて前記保護膜を形成するのが好ましい。

ここで、「Si含有ポリマー」としては、ポリシロキサンやポリシラザンなどを挙げることができる。これらを使用することにより、比較的スムーズに小さなナノサイズのナノ孔にSi含有ポリマーを浸透させることができ、比較的低温でシリカに転化することができ、硬化後には硬度の高い硬化体（たとえばシリカガラス）となって陽極酸化被膜の強度向上を図ることができる。

なお、ポリシロキサンやポリシラザンは研磨面の表面の保護膜を形成し、ナノ孔を封止することの他にも、研磨面に臨むミクロ孔にも浸透し、ミクロ孔に入り込んでいる研磨粉同士をバインドしたり、研磨粉の脱落を防止したりするバインダーとしての作用も奏することができる。

また、Si含有ポリマーを塗工する方法は特に限定されるものではないが、Si含有ポリマー内に陽極酸化被膜をディッピングする方法などを適用することができる。

本発明の形成方法にて形成される遮熱膜の形成対象であるアルミニウム系壁面を備えた内燃機関は、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く、そ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、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および排気バルブの頂面から画成されている。そして、形成される遮熱膜は、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く、後者の場合には、たとえばピストン頂面のみ、シリンダヘッドの底面のみ、もしくはバルブ頂面のみに被膜が形成される等の実施の形態を挙げることができる。

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、アルミニウム系壁面に陽極酸化被膜を形成し、その表面を研磨粉を使用して研磨するとともに、研磨して形成された研磨面に臨むミクロ孔に研磨粉を入り込ませることにより、ミクロ孔が研磨粉によって閉塞されて研磨面の表面粗さを小さくすることができ、このことに起因して表面粗さの小さな遮熱膜を形成することができる。

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る。 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２に続いて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のIV部の拡大図である。 遮熱膜の形成方法の第３のステップを説明した模式図である。 燃焼室に臨む壁面の全部に遮熱膜が形成されてなる内燃機関を模擬した縦断面図である。 遮熱膜の表面粗さを測定する実験結果を示した図である。 遮熱膜の断面のSEM写真図であって、（ａ）は実施例の写真図であり、（ｂ）は比較例1の写真図であり、（ｃ）は比較例2の写真図である。 遮熱膜の硬度を測定する実験結果を示した図である。 従来の遮熱膜の形成方法を説明した模式図である。 図１０に続いて、従来の遮熱膜の形成方法を説明した模式図である。

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。

（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第１のステップを説明した模式図であり、図２，３はその順に第２のステップを説明した模式図であり、図５は第３のステップを説明した模式図である。

まず、図１で示すように、アルミニウム系壁面Ｗの表面に陽極酸化被膜Ｍを形成する（第１のステップ）。アルミニウム系壁面Ｗは、アルミニウムやその合金、鉄系の材料にアルミメッキを施して陽極酸化処理されたものなどを挙げることができ、アルミニウムやその合金を母材とする壁面に形成される陽極酸化被膜Ｍはアルマイトとなる。

図１で示すように、アルミニウム系壁面Ｗの表面に形成された陽極酸化被膜Ｍをミクロ的に見ると、その表面には、陽極酸化被膜Ｍの厚み方向もしくは略厚み方向に延びて直径がミクロサイズのミクロ孔Ｐｍ（縦の亀裂）が存在しており、陽極酸化被膜Ｍの内部には、陽極酸化被膜Ｍの水平方向もしくは略水平方向に延びて直径がミクロサイズの別途のミクロ孔Ｐｍ（内部欠陥）が存在している。

そして、これらのミクロ孔Ｐｍは、ミクロ孔Ｐｍの断面の直径もしくは最大寸法が1〜数十μm程度の範囲となっている。なお、一般のアルミニウム合金のみならず、これに比してアルミニウム合金がSi、Cu、Mg、Ni、Feの少なくとも一種を含んでいる場合には、ミクロ孔Ｐｍの直径や断面寸法がさらに大きくなる傾向にある。

また、陽極酸化被膜Ｍの内部には、図１で示すように、ミクロサイズのミクロ孔Ｐｍのほかにも、多数のナノサイズの微小孔（ナノ孔Ｐｎ）も存在しており、このナノ孔Ｐｎもミクロ孔Ｐｍと同様、陽極酸化被膜Ｍの厚み方向もしくは略厚み方向に延びている。そして、このナノ孔Ｐｎの断面の直径もしくは最大寸法は、10〜100nm程度の範囲となっている。

次に、図２で示すように、陽極酸化被膜Ｍの表面を研磨粉Ｇを使用して研磨布Ｆにて研磨する（研磨方向Ｘ）。陽極酸化被膜Ｍの表面を所定深さまで研磨することにより、図３で示すように研磨面Ｓが形成されるとともに、この研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍに研磨粉Ｇを入り込ませる（第２のステップ）。ここで、ミクロ孔Ｐｍに研磨粉Ｇを入り込ませる方法としては、研磨粉Ｇを使用して研磨面Ｓを形成する過程でミクロ孔Ｐｍに研磨粉Ｇが自動的に入り込むことの他にも、研磨加工にて研磨面Ｓを形成した後に、研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍに研磨粉Ｇを入り込ませる研磨粉充填加工をおこなう方法、すなわち研磨加工と別途に研磨粉充填加工をおこなう方法がある。

ここで、使用する研磨粉Ｇは、500℃以上の耐熱性を有するものが好ましく、低熱伝導素材でかつ低熱容量素材であるのがより好ましく、その一例として中空のガラスビーズやアルミナなどを挙げることができる。

図３のIV部を拡大した図４で示すように、研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍの深さｈは、使用される研磨粉Ｇの平均粒径ｄよりも長くなっているのが望ましい。たとえば、過去の実験や経験則に基づき、陽極酸化被膜Ｍの表面を所定深度まで研磨して研磨面Ｓを形成した際にできるミクロ孔Ｐｍの深さに関する実績等から、この深さよりも小さな平均粒径の研磨粉Ｇを使用するようにする。

より詳細には、研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍの深さが1〜10μmの範囲にある場合に、研磨粉の平均粒径は100nm以上で1μm以下の範囲のものを使用するのが好ましい。

研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍの深さの下限を1μmとし、研磨粉Ｇの平均粒径もミクロ孔Ｐｍの深さの下限の1μm以下とすることにより、ミクロ孔Ｐｍに入り込んだ研磨粉Ｇがミクロ孔Ｐｍから外部に張り出して研磨面Ｓの平滑性を逆に阻害するのを抑止できるとともに、双方のサイズ規定によってミクロ孔Ｐｍと研磨粉Ｇが相互に接触し合ってミクロ孔Ｐｍからの研磨粉Ｇの脱落を抑止することができる。

さらに、研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍの深さが1〜10μmの範囲にある場合に、研磨粉Ｇの平均粒径が100nm、すなわち0.1μm以上であることにより、研磨粉Ｇはミクロ孔Ｐｍには入り込めるものの、一般に10〜100nmの粒径範囲のナノ孔Ｐｎに入りこむことは難しい。そのため、ナノ孔Ｐｎに研磨粉Ｇが入り込んで閉塞されることが解消され、後述するようにたとえば液状の保護膜形成素材（ポリシラザン等）が浸透してナノ孔をその所定深度まで封止することが可能になる。

第２のステップにて研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍに研磨粉Ｇを入り込ませることにより、研磨後の陽極酸化被膜Ｍの研磨面Ｓの表面粗さを小さくでき、高い平滑度の研磨面Ｓを形成できる。

次に、図５で示すように、研磨面ＳにSi含有ポリマーを塗工し、焼成してシリカに転化させることによって保護膜Ｃを形成し、陽極酸化被膜Ｍと保護膜Ｃから構成される遮熱膜ＨＢが形成される。

ここで、Si含有ポリマーとしては、ポリシロキサンやポリシラザンなどを挙げることができる。これらを使用することにより、比較的スムーズにナノ孔ＰｎにSi含有ポリマーを浸透させることができ、比較的低温でシリカに転化でき、硬化後には硬度の高いシリカガラス等の硬化体となって陽極酸化被膜Ｍの強度向上に寄与する保護膜Ｃを形成することができる。また、ポリシロキサンやポリシラザンは研磨面Ｓの表面の保護膜Ｃを形成し、ナノ孔Ｐｎを封止することの他にも、研磨面Ｓに臨むミクロ孔Ｐｍにも浸透し、ミクロ孔Ｐｍに入り込んでいる研磨粉Ｇ同士をバインドするバインダーとしての作用も奏することができる。

また、Si含有ポリマーの塗工方法としては、Si含有ポリマーが収容された容器内に陽極酸化被膜Ｍをディッピングする方法や、陽極酸化被膜Ｍの表面からSi含有ポリマーをスプレーする方法、ブレードコート法、スピンコート法、刷毛塗り法などを適用することができる。

図示する遮熱膜ＨＢは、陽極酸化被膜Ｍの表面の平滑度が高いことに起因して保護膜Ｃの表面、すなわち遮熱膜ＨＢの表面の平滑度が極めて高く、したがってこの遮熱膜ＨＢが内燃機関の構成部材の壁面に適用された際には高い燃費効率の実現に寄与する。また、遮熱膜ＨＢを構成する陽極酸化被膜Ｍの内部に存在しているミクロ孔Ｐｍの気孔が保持されていることにより、所定の気孔率を有する遮熱膜ＨＢとなっており、したがって断熱性に優れたものとなる。

次に、図示する遮熱膜の形成方法の適用例を図６を参照して説明する。ここで、図６は、燃焼室に臨む壁面の全部に遮熱膜ＨＢが形成されてなる内燃機関を模擬したものである。

図示する内燃機関Ｎは、ディーゼルエンジンをその対象としたものであり、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および排気ポート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および排気バルブ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。

この内燃機関Ｎを構成する各構成部材はともに、アルミニウムもしくはその合金（高強度アルミニウム合金を含む）から形成されている。そして、特にアルミニウム系材料が合金成分として、Si、Cu、Mg、Ni、Feの少なくとも一種を含んでいることにより、ミクロ孔Ｐｍの口径拡大が促進され、気孔率の向上が図られている。

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’）に対して図示する形成方法がそれぞれ適用され、それぞれの壁面に遮熱膜ＨＢが形成される。なお、図示を省略するが、内燃機関Ｎを構成する各構成部材の一部の表面にのみ本発明の遮熱膜の形成方法が適用されて遮熱膜ＨＢが形成されてもよいことは勿論のことである。

（遮熱膜の表面粗さ、断面観察、硬度に関する実験とそれらの結果）
本発明者等は、以下の表１の成膜条件の下で実施例、比較例1、比較例2の各遮熱膜をピストン表面に形成し、以下の実験手順を経て各遮熱膜の表面粗さを測定し、各遮熱膜の断面観察をおこない、さらに各遮熱膜の硬度を測定する実験をおこなった。

＜実験手順＞
（１）100μmの陽極酸化被膜が成膜された試験体を用意する。
（２）エメリー紙#1000にて約25μmの厚みを研磨する。
（３）バフ布を使用し、1μmのアルミナ研磨粉を用いて研磨する(約5μmの厚み)。
（４）実施例は表面を軽く拭き、そのまま乾燥炉にて乾燥させる。
（５）比較例2は水洗を行う。
（６）ポリシラザンをフデを用いて塗布する。塗布回数はナノ孔含浸時に発生する気泡が表面から見えなくなるまで行う(約5回)。
（７）炉にて200℃×8時間焼成する。
（８）実施例および比較例1、2の各表面粗さをJIS B 0601にて測定する。
（９）実施例および比較例1、2の各断面観察を行う。
（１０）実施例および比較例1、2の各硬度を測定する。

＜実験結果＞
表面粗さに関する測定結果を以下の表２と図７に示す。なお、成膜前のピストンの表面粗さRaは3μmである。

表２と図７より、比較例1、2を比較するに、表面粗さは表面の研磨によって多少の改善は見られるものの、研磨面にミクロ孔が露出することで凹部が研磨面に形成され、この結果、平滑度を大幅に改善できていない。これら比較例1、2に対し、研磨面に露出するミクロ孔に研磨粉を入り込ませた実施例では、表面粗さが大幅に改善されることが分かる(Raが1μm以下の0.6μm)。

次に、図８を参照して実施例および比較例1、2の各断面観察結果を考察する。ここで、図８は遮熱膜の断面のSEM写真図であって、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、実施例の写真図、比較例1の写真図、および比較例2の写真図である。

図８（ａ）より、実施例においては遮熱膜の表面の凹部（ミクロ孔）に研磨粉が堆積していることが確認できる。また、図８（ｂ）より、比較例1では遮熱膜の表面に亀裂が存在していることが確認でき、図８（ｃ）より、比較例2では遮熱膜の表面に凹部（ミクロ孔）が空隙のまま存在していることが確認できる。
次に、硬度に関する測定結果を以下の表３と図９に示す。

表３と図９より、実施例は研磨面に臨むミクロ孔に研磨粉が入り込んだ状態であっても、このミクロ孔へのポリシラザンの含浸が阻害されることはなく、したがって比較例1、2と同等の硬度を有することが実証されている。

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。

ＨＢ…遮熱膜、Ｍ…陽極酸化被膜、Ｃ…保護膜、Ｗ…アルミニウム系壁面（アルミニウム母材）、Ｇ…研磨粉、Ｓ…研磨面、Ｐｍ…ミクロ孔、Ｐｎ…ナノ孔、Ｆ…研磨布

Claims (4)

1. 直径がミクロサイズのミクロ孔および直径がナノサイズのナノ孔を有した陽極酸化被膜をアルミニウム系壁面に形成する第１のステップ、
   前記陽極酸化被膜の表面を研磨粉を使用して研磨し、形成された研磨面に臨む前記ミクロ孔に研磨粉を入り込ませる第２のステップ、
   研磨面に保護膜を形成し、陽極酸化被膜と研磨粉と保護膜からなる遮熱膜を形成する第３のステップからなる遮熱膜の形成方法。
2. 第２のステップで形成された研磨面に臨む前記ミクロ孔の深さが1〜10μmの範囲にあり、研磨粉の平均粒径が1μm以下の範囲にある請求項１に記載の遮熱膜の形成方法。
3. 研磨粉の平均粒径が100nm以上である請求項２に記載の遮熱膜の形成方法。
4. 前記第３のステップにおいて、研磨面にSi含有ポリマーを塗工し、焼成してシリカに転化させて前記保護膜を形成する請求項１〜３のいずれかに記載の遮熱膜の形成方法。

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