WO2019035163A1 - 遮熱部品 - Google Patents

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WO2019035163A1
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heat shield
heat
less
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ゆか 鈴木
馬渕　豊
鈴木　琢磨
健 筒治
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat shield component.
  • the present invention relates to a heat shield component which is highly effective in heat insulation and hydrocarbon emission reduction and can be used for internal combustion engines and the like.
  • Patent Document 1 describes a method of manufacturing an internal combustion engine in which a heat shielding film is formed on part or all of a wall surface facing the combustion chamber.
  • a thermal barrier film by spraying a metal material to be a material of the thermal barrier film on a wall surface to form the thermal barrier film
  • metal and metal oxidation can be performed by stepwise changing the concentration of inert gas at the time of thermal spraying. It is described to stack a plurality of layers formed of materials.
  • the heat shielding film is formed in which the content ratio of the metal oxide in each layer is the smallest in contact with the wall surface, and the content ratio of the metal oxide in the layer increases with distance from the wall surface. It is described.
  • hydrocarbons may be discharged due to incomplete combustion of fuel such as gasoline. Since hydrocarbon is a cause of photochemical smog due to the ultraviolet ray component of sunlight, reduction of emission is required.
  • Patent Document 1 when the heat shielding film is formed by thermal spraying a metal material on the wall surface, the effect of reducing hydrocarbons in the exhaust gas is not sufficient.
  • the present invention has been made in view of the problems that such prior art has. And the object of the present invention is to provide a heat shield part with high heat insulation and a high reduction effect of hydrocarbon discharge.
  • a heat shield component comprises a substrate and a heat shield film.
  • the heat shield film includes a first layer having a thermal conductivity and a volume specific heat equal to or less than predetermined values, and a second layer forming a closed pore between the first layer. And the surface roughness of the upper surface of the heat shield film is equal to or less than a predetermined value.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a heat shield component according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the heat shield component according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a graph obtained by approximating preferable minimum film thicknesses of various materials.
  • FIG. 4 is a graph obtained by approximating a preferable maximum film thickness of various materials.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a measurement method of the cooling response test.
  • the heat shield component 100 of the present embodiment includes a substrate 5 and a heat shield film 7 disposed on the substrate 5.
  • the heat shield film 7 includes the first layer 10 and the second layer 20.
  • the heat shield component 100 includes the heat shield film 7, so that the heat transmitted from the outside to the base material 5 can be blocked.
  • Each configuration will be described in detail below.
  • Base material 5 Although it does not specifically limit as a material which forms the base material 5, for example, metals, such as aluminum, magnesium, iron, are mentioned. Further, the shape, thickness, and the like of the substrate 5 are not particularly limited, and can be appropriately changed according to the application.
  • the first layer 10 is disposed on the substrate 5.
  • the first layer 10 may be in direct contact with the substrate 5 or may be disposed via another layer such as an adhesive layer. In the embodiment of FIG. 1, the first layer 10 is arranged in direct contact with the surface of the substrate 5.
  • the thermal decomposition temperature of the first layer 10 is preferably 350 ° C. or more. By setting the thermal decomposition temperature of the first layer 10 to 350 ° C. or higher, the heat resistance of the heat shield component 100 can be improved.
  • the thermal decomposition temperature can be a temperature at which the mass reduction rate becomes 5% by thermogravimetry (TG). Thermogravimetry can be measured, for example, by heating at 10 ° C./min with air flowing into the sample chamber at 100 mL / min.
  • the material for forming the first layer 10 is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, a resin such as polyimide, polyamide, or polyamideimide. These resins have lower heat conductivity and volume specific heat and higher heat resistance than metals and metal oxides. Among these resins, the material for forming the first layer 10 is more preferably at least one of polyimide and polyamideimide, and still more preferably polyimide. In particular, since polyimide is high in strength and heat resistance, it is suitable for use in places where heat insulation is required.
  • the method of forming the first layer 10 on the substrate 5 is not particularly limited.
  • the first layer 10 may be laminated on the substrate 5, or a solution obtained by adding a solvent to the material forming the first layer 10 may be applied on the substrate 5, dried and heated, etc.
  • One more layer 10 can be formed.
  • the method of laminating the first layer 10 on the substrate 5 is not particularly limited, and can be laminated by a known method using, for example, an extruder.
  • coating the 1st layer 10 to the base material 5 is not specifically limited, For example, the spray coat method, the roll coat method, the doctor blade method, the flow coat method, the dip coat method, the spin coat method, the screen printing method, Known methods such as an inkjet method can be used.
  • the solvent to be added to the material forming the first layer 10 is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), and N, N-dimethylacetamide (DMAc).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMF N-dimethylformamide
  • DMAc N, N-dimethylacetamide
  • An amide solvent, an ether solvent such as diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol, triethylene glycol and the like can be used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the solvent is preferably 40% by mass to 90% by mass, more preferably 60% by mass to 85% by mass, based on the entire solution in which the solvent is added to the material forming the first layer 10 .
  • the first layer 10 when the first layer is formed of 10 polyimide, the first layer 10 can be formed by applying, drying and heating a polyamic acid solution, which is a precursor of polyimide, on the surface of the substrate 5. Also, for example, when the first layer 10 is formed of polyamideimide, the first layer 10 is formed by applying, drying and heating a polyamideimide solution, which is a precursor of polyamideimide, on the surface of the substrate 5. Can.
  • the drying temperature can be, for example, 100 ° C. to 150 ° C.
  • the heating temperature can be, for example, 150 ° C. to 350 ° C.
  • the first layer 10 has pores 15.
  • the average particle diameter of the pores 15 is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 100 ⁇ m, and still more preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. By setting the size of the pores 15 in such a range, the strength and the heat insulation of the first layer 10 can be compatible. In addition, an average particle diameter can be made into the average value of the diameter in the dozens of pores 15 in the cross-sectional photograph of the 1st layer 10 observed by the scanning electron microscope (SEM) etc.
  • SEM scanning electron microscope
  • the method of forming the pores 15 of the first layer 10 is not particularly limited.
  • the hollow beads having the pores 15 inside the outer shell made of ceramic or the like can be added to the first layer 10 to form the pores 15.
  • a solution obtained by adding a solvent to the material forming the first layer 10 is applied on the substrate 5 and heated under the conditions that the pores 15 are formed to volatilize the solvent, thereby forming the pores 15 be able to.
  • the porosity of the first layer 10 is not particularly limited, but is preferably 30% or more, and more preferably 50% or more. By setting the porosity of the first layer 10 to 30% or more, since the number of pores is sufficient, the first layer 10 having sufficient thermal insulation can be formed.
  • the porosity of the first layer 10 is not particularly limited, but is preferably 90% or less, and more preferably 70% or less. By setting the porosity of the first layer 10 to 90% or less, the physical strength of the first layer 10 can be maintained.
  • the porosity of the first layer 10 can be measured by observing the cross section with an electron microscope or the like and calculating the ratio of the total area of the pores 15 in the first layer 10.
  • the method of controlling the size and porosity of the pores 15 of the first layer 10 is not particularly limited.
  • the size and content of the hollow beads can be appropriately changed to control the size and porosity of the pores 15.
  • the material containing the solvent is applied, dried and heated to form the pores 15 as described above, the type and content of the solvent, the drying temperature and the drying time of the solvent, and the like are appropriately changed to form the pores 15.
  • the size and porosity can be controlled.
  • the porosity of the imide polymer is controlled by the type and content of the solvent, the porosity can be controlled by controlling the mixing ratio of the above-mentioned amide solvent and ether solvent.
  • the porosity of the first layer 10 can be increased by increasing the mixing ratio of the ether solvent.
  • content of an ether solvent is 30 to 90 mass% with respect to the sum total of an amide solvent and an ether solvent.
  • the thermal conductivity of the first layer 10 is 0.3 W / (m ⁇ K) or less. By setting the thermal conductivity of the first layer 10 to 0.3 W / (m ⁇ K) or less, the heat insulation of the heat shield component 100 can be improved, and for example, the fuel efficiency can be improved when used in an internal combustion engine. be able to.
  • the thermal conductivity of the first layer 10 is more preferably 0.2 W / (m ⁇ K) or less, and still more preferably 0.1 W / (m ⁇ K) or less.
  • the lower limit of the first layer 10 is not particularly limited, and is, for example, 0.01 W / (m ⁇ K) or more.
  • the thermal conductivity of the first layer 10 can be calculated, for example, by multiplying the density, the specific heat capacity, and the thermal diffusion time.
  • the volume specific heat of the first layer 10 is 1200 kJ / (m 3 ⁇ K) or less.
  • the heat insulation of the heat shield component 100 can be improved, and for example, when it is used in an internal combustion engine, the fuel efficiency can be improved.
  • more preferably the volume specific heat of the first layer 10 is 1000kJ / (m 3 ⁇ K) or less, and more preferably 700kJ / (m 3 ⁇ K) or less.
  • the lower limit of the volumetric specific heat of the first layer 10 is not particularly limited, and is, for example, 100 kJ / (m 3 ⁇ K) or more. Further, the volume specific heat of the first layer 10 can be calculated by multiplying the density and the specific heat capacity.
  • the density of the first layer 10 is not particularly limited, but is preferably 500 kg ⁇ m 3 or more and 1300 kg ⁇ m 3 or less. By setting the density of the first layer 10 to 500 kg ⁇ m 3 or more, the strength of the first layer 10 tends to be improved. Further, by setting the density of the first layer 10 to 1300 kg ⁇ m 3 or less, the heat insulation of the first layer 10 tends to be improved.
  • the density of the first layer more preferably 600 kg ⁇ m 3 or more 990kg ⁇ m 3 or less. Also, the density of the first layer can be a bulk density.
  • the thermal conductivity of the first layer 10 is preferably 0.2 W / (m ⁇ K) or less, and the volume specific heat is more preferably 1000 kJ / (m 3 ⁇ K) or less.
  • the thermal conductivity of the first layer 10 is 0.1 W / (m ⁇ K) or less, and the volume specific heat of the first layer 10 is particularly preferably 1000 kJ / (m 3 ⁇ K) or less.
  • the specific heat capacity of the first layer 10 is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 kJ / (kg ⁇ K) or more and 3 kJ / (kg ⁇ K) or less.
  • the specific heat capacity of the first layer 10 may be 0.95 kJ / (kg ⁇ K) or more and 2 kJ / (kg ⁇ K) or less.
  • the specific heat capacity of the first layer 10 can be measured by a differential scanning calorimetry (DSC) method.
  • the film thickness of the first layer 10 is preferably 10 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less.
  • the heat insulation of the first layer 10 can be improved, and for example, when it is used in an internal combustion engine, the fuel consumption can be improved.
  • the film thickness of the first layer 10 to 250 ⁇ m or less, for example, when the heat shield component 100 is used for an internal combustion engine, excessive heating of the fuel gas in the cylinder is suppressed, and knocking occurs. Can be suppressed.
  • the second layer 20 is disposed on the first layer 10 and forms a closed pore 25 with the first layer 10.
  • the second layer 20 may be in direct contact with the first layer 10 or may be disposed via another layer such as an adhesive layer.
  • the second layer 20 is arranged to be in direct contact with the surface of the first layer 10. Since the second layer 20 can cover the unevenness of the surface formed by the pores of the first layer 10 with the second layer 20 by such an arrangement, the surface area of the upper surface 7 a of the heat shield film 7 can be The surface roughness can be reduced to a predetermined value or less.
  • the closed pores 25 formed between the first layer 10 and the second layer 20 as described above can block the heat directed to the base material 5. Therefore, the heat insulation property of the heat shield component 100 and the reduction effect of hydrocarbon discharge can be improved.
  • the porosity of the second layer 20 is not particularly limited, but is preferably 20% or less from the viewpoint of reducing the surface area of the upper surface 7 a of the heat shield film 7. By setting the porosity of the second layer 20 to 20% or less, the surface roughness of the heat shield component 100 can be reduced, and the heat insulation property of the heat shield component 100 and the reduction effect of hydrocarbon emission can be improved. Can.
  • the porosity of the second layer 20 is more preferably 10% or less, and still more preferably 5% or less. The porosity of the second layer 20 can be measured by observing the cross section with an electron microscope or the like and calculating the ratio of the total area of the pores in the second layer 20.
  • the thermal decomposition temperature of the second layer 20 is preferably 350 ° C. or more. By setting the thermal decomposition temperature of the second layer 20 to 350 ° C. or higher, the heat resistance of the heat shield component 100 can be improved.
  • the thermal decomposition temperature can be a temperature at which the mass reduction rate becomes 5% by thermogravimetry (TG). Thermogravimetry can be measured, for example, by heating at 10 ° C./min with air flowing into the sample chamber at 100 mL / min.
  • the thermal decomposition temperature of each of the first layer 10 and the second layer 20 is more preferably 350 ° C. or more.
  • the material which forms the 2nd layer 20 is not specifically limited, For example, it is preferable to use resin, such as a polyimide, a polyamide, a polyamide imide. These resins have lower heat conductivity and volume specific heat and higher heat resistance than metals and metal oxides.
  • the material for forming the second layer 20 is more preferably at least one of polyimide and polyamideimide, and still more preferably polyimide.
  • polyimide is high in strength and heat resistance, it is suitable for use in places where heat insulation is required.
  • the first layer 10 and the second layer 20 be formed of a material containing polyimide, respectively.
  • the method of forming the second layer 20 on the first layer 10 is not particularly limited. For example, laminating the second layer 20 on the first layer 10 or applying, drying and heating a solution obtained by adding a solvent to the material forming the second layer 20 on the first layer 10 Thus, the second layer 20 can be formed.
  • the method for laminating the second layer 20 to the first layer 10 is not particularly limited, and for example, it can be laminated by a known method using an extruder or the like. Further, the method of applying the second layer 20 to the first layer 10 is not particularly limited. For example, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a flow coating method, a dip coating method, a spin coating method, a screen printing method Known methods such as an inkjet method can be used.
  • the solvent to be added to the material forming the second layer 20 is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), etc.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMF N-dimethylformamide
  • DMAc N-dimethylacetamide
  • An amide type solvent etc. can be used. These solvents may be used alone or in combination.
  • the content of the solvent is preferably 40% by mass to 90% by mass, more preferably 60% by mass to 85% by mass, based on the entire solution obtained by adding the solvent to the material forming the second layer 20. .
  • the second layer 20 when the second layer 20 is formed of polyimide, the second layer 20 can be formed by applying a polyamic acid solution, which is a precursor of polyimide, on the surface of the first layer 10, drying, and heating.
  • a polyamic acid solution which is a precursor of polyimide
  • the second layer 20 is formed by applying a polyamideimide solution, which is a precursor of polyamideimide, on the surface of the first layer 10, drying and heating.
  • the drying temperature can be, for example, 100 ° C. to 150 ° C.
  • the heating temperature can be, for example, 150 ° C. to 350 ° C.
  • the film thickness of the second layer is preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the closed pores 25 can be effectively formed, and the heat insulation can be improved.
  • the film thickness of the second layer 20 can be formed uniformly.
  • the heat shield film 7 preferably further includes a third layer 30 disposed on the second layer 20 and having a thermal decomposition temperature of 500 ° C. or more.
  • the third layer 30 may be in direct contact with the second layer 20 or may be disposed via another layer such as an adhesive layer. In the embodiment of FIG. 2, the third layer 30 is disposed in direct contact with the surface of the second layer 20.
  • the thermal decomposition temperature can be a temperature at which the mass reduction rate becomes 5% by thermogravimetry (TG). Thermogravimetry can be measured, for example, by heating at 10 ° C./min with air flowing into the sample chamber at 100 mL / min.
  • the third layer 30 is preferably formed of an inorganic film containing silica as a main component.
  • An inorganic film containing silica as a main component is high in heat resistance and easy to make the surface smooth. Therefore, when the inorganic film which has silica as a main component is used as the third layer 30, the heat insulating property of the heat shield component 100 and the reduction effect of the hydrocarbon discharge amount can be further enhanced.
  • the inorganic film containing silica as a main component can be formed, for example, by applying and curing a solution containing polysilazane.
  • the inorganic film containing silica as a main component means that the inorganic film contains 50% by mass or more of silica.
  • the third layer 30 is preferably formed of an inorganic film containing 90% by mass or more of silica.
  • the third layer 30 is also preferably an amorphous carbon-based thin film.
  • the amorphous carbon-based thin film means that the thin film contains 50% by mass or more of amorphous carbon.
  • the third layer 30 preferably contains 90% by mass or more of amorphous carbon.
  • the amorphous carbon-based thin film is black and has high thermal insulation. Therefore, when the amorphous carbon-based thin film is used as the third layer 30, the heat insulation of the heat shield component 100 can be further improved.
  • the amorphous carbon-based thin film can be, for example, diamond like carbon (DLC).
  • the method of forming the amorphous carbon-based thin film is not particularly limited, but can be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, or the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • Examples of physical vapor deposition (PVD) methods include vacuum deposition and sputtering.
  • the thickness of the third layer 30 is not particularly limited, but is preferably 0.01 ⁇ m to 5 ⁇ m. By setting the film thickness of the third layer 30 to 0.01 ⁇ m or more, it is possible to improve the heat insulation and the like of the heat shield component. Further, by setting the film thickness of the third layer 30 to 5 ⁇ m or less, the occurrence of cracks in the third layer 30 can be suppressed.
  • the thickness of the third layer 30 is more preferably 0.05 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the surface roughness of the upper surface 7 a of the heat shield film 7 is 1.5 ⁇ m Ra or less. By setting the surface roughness of the upper surface 7 a of the heat shield film 7 to 1.5 ⁇ m or less, the heat insulation of the heat shield component 100 can be improved, and the amount of hydrocarbon discharge can be reduced.
  • the surface roughness of the upper surface 7 a of the heat shield film 7 is preferably 0.5 ⁇ m Ra or less, more preferably 0.1 ⁇ m Ra or less.
  • the upper limit of the surface roughness of the upper surface 7 a of the heat shield film 7 is not particularly limited, and is, for example, 0.01 ⁇ m Ra or more.
  • the surface roughness is arithmetic mean roughness, and according to JIS B0601: 2013 (Geometrical property specification (GPS) of the product-surface quality: contour curve method-term, definition and surface property parameter), stylus type surface roughness It can measure using a measuring machine.
  • the upper surface 7 a of the heat shield film 7 means the surface of the first layer 10 not on the side of the base 5 but on the side of the second layer 20. That is, when the heat shielding component 100 includes the base 5, the first layer 10 and the second layer 20, for example, the measurement point of the surface roughness is the surface of the second layer 20 opposite to the first layer 10. . In addition, the measurement point of the surface roughness is, for example, the opposite of the second layer 20 in the third layer 30 when the heat shield component 100 includes the substrate 5, the first layer 10, the second layer 20 and the third layer 30. It is the side of the side.
  • the gas adsorption area per unit projected area of the upper surface 7 a of the heat shield film 7 is preferably 20 m 2 / m 2 or less.
  • the gas adsorption area per unit projected area of the upper surface 7a of the heat shield film 7 is preferably 3 m 2 / m 2 or less, more preferably 1.5 m 2 / m 2 or less, 1.1 m It is particularly preferable to be 2 / m 2 or less.
  • the gas adsorption area (m 2 / m 2 ) per unit projected area of the top surface 7a of the heat shield film 7 is the outermost surface layer of the gas adsorption area of the top surface 7a of the heat shield film 7 measured based on the BET method. It can be calculated by dividing by the projected area.
  • the film thickness of the first layer 10 is preferably 6.7119e (0.0063 ⁇ heat conductivity ⁇ volume specific heat) ⁇ m to 67.119 e (0.0063 ⁇ heat conductivity ⁇ volume specific heat) .
  • 6.7119e 0.0063 ⁇ heat conductivity ⁇ volume specific heat
  • the heat insulating property of the heat shield component 100 can be improved.
  • the film thickness of the first layer 10 to 67.119e (0.0063 ⁇ thermal conductivity ⁇ volume specific heat) or less, for example, when a heat shield component is used for an internal combustion engine, the fuel gas is generated in the cylinder. Excessive heating can be suppressed, and knocking can be suppressed.
  • the internal combustion engine in which the base materials are coated with different materials is evaluated, and the fuel consumption is more than a predetermined amount compared with the case where the base is coated with an alumite layer.
  • the minimum film thickness of the first layer 10 was investigated. Then, as shown in FIG. 3, the investigation results are plotted on the coordinates where the X axis is ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Cp and the Y axis is the film thickness of the first layer 10, and the optimum minimum film thickness is obtained by exponential approximation. I asked for a relationship. In the graph of FIG.
  • ⁇ is the thermal conductivity of the first layer 10 (W / (m ⁇ K))
  • ⁇ is the density of the first layer 10 (kg / m 3 )
  • Cp is the first layer 10
  • the specific heat capacity (kJ / (kg ⁇ K)) is shown.
  • ⁇ is the thermal conductivity of the first layer 10 (W / (m ⁇ K))
  • ⁇ is the density of the first layer 10 (kg / m 3 )
  • Cp is the first layer 10
  • the specific heat capacity (kJ / (kg ⁇ K)) is shown.
  • the heat shield component of the present embodiment includes the substrate and the heat shield film disposed on the substrate.
  • the heat shielding film is disposed on the base material, has pores, the thermal conductivity is 0.3 W / (m ⁇ K) or less, and the volume specific heat is 1200 kJ / (m 3 ⁇ K) or less And a second layer disposed on the first layer and forming a closed pore between the first layer and the first layer.
  • the surface roughness of the upper surface of the heat shield film is 1.5 ⁇ m Ra or less.
  • the thermal conductivity and volume specific heat of the first layer are set to be equal to or less than predetermined values. Therefore, heat insulation can be improved compared with the case where an alumite layer is formed on the surface of a substrate. Therefore, when the heat shield component of the present embodiment is used in, for example, an internal combustion engine, the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved as compared with the case where an alumite layer is formed. In addition, when a metal oxide is formed on the surface of the base as in the prior art, the thermal conductivity and volume specific heat can not be made lower than predetermined values, and the fuel efficiency can be improved more than the alumite layer It is presumed to be difficult.
  • the second layer is provided on the first layer having pores. Therefore, since closed pores are formed between the first layer and the second layer, the closed pores function as a heat insulating material, and the heat insulating properties of the heat shield component can be improved.
  • the second layer covers the pores of the first layer and the surface roughness of the upper surface of the heat shield film is set to a predetermined value or less, the surface area of the upper surface of the heat shield film is reduced. The heat exchange between the surface of the air and the air layer can be suppressed. In addition, by reducing the surface area of the top surface of the heat shield film, it is possible to make it difficult for fuel gas and the like to adhere to the wall surface of the heat shield component.
  • the heat shield component of this embodiment the heat insulation and the reduction effect of the amount of hydrocarbon discharge can be made high.
  • the internal combustion engine of the present embodiment includes the above heat shield component.
  • the heat shielding component enhances the heat insulating property and the reduction effect of the hydrocarbon discharge amount, it is possible to expect improvement in fuel efficiency and reduction of the hydrocarbon discharge amount by using it for an internal combustion engine.
  • the heat shield component is preferably disposed on the surface of the member which is exposed to the combustion gas to become high temperature.
  • Examples of members that become hot when exposed to combustion gas include a piston, a cylinder head, a valve, and a cylinder that constitute a combustion chamber, and an exhaust system member such as a cylinder head exhaust port, an exhaust manifold, an exhaust pipe, and a turbocharger. Can be mentioned.
  • the heat shield parts do not necessarily have to be disposed on the entire surface of these members, and may be disposed on a surface which is exposed to the combustion gas to become high temperature.
  • Example 1 First, in order to improve adhesion, a substrate made of aluminum having a thickness of 9.5 mm was immersed in hot water at 100 ° C. for 10 minutes to wash the substrate.
  • the density [rho 1 is 2700 kg / m 3 of substrate
  • the thermal conductivity lambda 1 of the substrate is 236W / (m ⁇ K)
  • specific heat capacity C 1P is 910J / (kg ⁇ K)
  • the volume specific heat is 2457kJ / ( m 3 ⁇ K).
  • a polyamic acid solution (polyimide precursor) diluted with dimethylacetamide (DMAc) and tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGM) to prepare a solid content concentration of 26% by mass was prepared.
  • the content of TEGM was 50% by mass with respect to the total of DMAc and TEGM.
  • the polyamic acid solution was applied by a spin coater on the surface of the base material washed as described above so that the film thickness after solvent evaporation was 90 ⁇ m.
  • the base coated with the polyamic acid solution was dried at 130 ° C. for 30 minutes, and then heated at 200 ° C. for 60 minutes to form a first layer made of polyimide on the aluminum base.
  • a polyamic acid solution (polyimide precursor) diluted with dimethylacetamide (DMAc) was prepared so that the solid concentration would be 26% by mass.
  • a polyamic acid solution (polyimide precursor) was applied by a spin coater so that the film thickness after solvent evaporation was 10 ⁇ m.
  • the coated polyamic acid solution was dried at 130 ° C. for 30 minutes, and then heated at 200 ° C. for 60 minutes to form a second layer made of polyimide on the first layer to form a heat shield component.
  • Example 2 On the surface of the second layer, a polysilazane solution was applied and cured to form a third layer of 0.38 ⁇ m thick silica, thereby producing a heat shield component.
  • a heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 3 On the surface of the second layer, a third layer consisting of an amorphous carbon film (diamond-like carbon) having a thickness of 0.1 ⁇ m was formed by sputtering to produce a heat shield component.
  • a heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 4 The film thickness of the second layer was changed from 90 ⁇ m to 190 ⁇ m.
  • a polysilazane solution was applied and cured on the surface of the second layer to form a third layer of 0.38 ⁇ m thick silica, thereby producing a heat shield component.
  • a heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 5 In the polyamic acid solution used for the first layer, the content of TEGM was 30% by mass with respect to the total of DMAc and TEGM. A heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 6 A polyamideimide solution (polyamideimide precursor) diluted with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and tetraethylene glycol dimethylether (TEGM) was prepared so that the solid concentration would be 30% by mass. The content of TEGM was 40% by mass with respect to the total of NMP and TEGM. Then, a polyamideimide solution was applied by a spin coater on the surface of the base material washed as described above so that the film thickness after solvent evaporation was 190 ⁇ m.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • TEGM tetraethylene glycol dimethylether
  • the substrate coated with the polyamideimide solution was dried at 130 ° C. for 30 minutes and then heated at 200 ° C. for 60 minutes to form a first layer made of polyamideimide on the aluminum substrate.
  • a polyamideimide solution (polyamideimide precursor) diluted with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was prepared so that the solid concentration would be 30% by mass. Then, on the surface of the first layer, a polyamideimide solution was applied by a spin coater so that the film thickness after solvent evaporation was 10 ⁇ m.
  • the coated polyamideimide solution was dried at 130 ° C. for 30 minutes, and then heated at 200 ° C. for 60 minutes to form a second layer made of polyamideimide on the first layer to obtain a heat shield component.
  • a heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Comparative Example 1 The first layer was not formed on the aluminum base, and the cast base was used as it was.
  • the density ⁇ 1 of the aluminum base is 2740 kg / m 3
  • the thermal conductivity ⁇ 1 of the base is 126 W / (m ⁇ K)
  • the specific heat capacity C 1P is 869 J / (kg ⁇ K)
  • the volume specific heat is 2381 kJ / It was (m 3 ⁇ K).
  • Comparative Example 2 Instead of the aluminum base of Comparative Example 1, different aluminum bases were used. Except for that, as in Comparative Example 1, the first layer was not formed on the aluminum base, and the base was used as it was.
  • the density [rho 1 is 2700 kg / m 3 of substrate, the thermal conductivity lambda 1 of the substrate is 236W / (m ⁇ K), specific heat capacity C 1P is 910J / (kg ⁇ K), the volume specific heat is 2457kJ / ( m 3 ⁇ K). That is, the aluminum base used in Comparative Example 2 is the same as the aluminum base used in Example 1.
  • Comparative Example 3 instead of the first layer, the surface of the aluminum base was anodized to form an alumite layer having a thickness of 70.0 ⁇ m. Other than that was carried out similarly to Example 1, and produced the laminated body which consists of a base material and an alumite layer.
  • a polysilazane solution was applied to the surface of the alumite layer of the laminate and cured to form a 0.54 ⁇ m thick third layer of silica, thereby producing a heat shield component.
  • Comparative Example 5 A polyamic acid solution (polyimide precursor) diluted with dimethylacetamide (DMAc) was prepared so as to have a solid content concentration of 26% by mass. Then, on the surface of the substrate, a polyamic acid solution (polyimide precursor) was applied by a spin coater so that the film thickness after solvent evaporation was 50 ⁇ m. Next, the applied polyamic acid solution was dried at 130 ° C. for 30 minutes, and then heated at 200 ° C. for 60 minutes to form a first layer made of polyimide on a substrate to form a heat shield component. Also, the second layer was not formed on the surface of the first layer. A heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Comparative Example 6 The film thickness of the first layer was changed from 90 ⁇ m to 100 ⁇ m. Also, the second layer was not formed on the surface of the first layer. A heat shielding component was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • the porosity p (%) of the first layer was calculated by image analysis of a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the heat shield component. Specifically, first, the cross section of the cut first layer was photographed with a scanning electron microscope. Next, the above-mentioned electron micrograph was gray-scaled with a small-sized general-purpose image analyzer (LUZEX (registered trademark) AP manufactured by Nireco Co., Ltd.). Then, the percentage of the area of the pores with respect to the area of the entire first layer was calculated as the porosity from the binarized image in which the threshold value was set between the pores and the part other than the pores.
  • SEM scanning electron microscope
  • ⁇ 1 is the density of the substrate (kg / m 3 )
  • C 1p is the specific heat capacity of the substrate (J / (kg ⁇ K))
  • ⁇ 1 is the thermal diffusivity of the substrate (m 2 / s) Represent.
  • the measurement method of the density 1 1 of the substrate, the specific heat capacity C 1p of the substrate, and the thermal diffusivity ⁇ 1 of the substrate is as follows.
  • the density 1 1 (kg / m 3 ) of the substrate is calculated by cutting a disk with a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm from the substrate and measuring the weight of the disk in the air at room temperature (20 ° C.) did.
  • the specific heat capacity C 1P J / (kg ⁇ K) of the substrate was measured by a laser flash method at room temperature (20 ° C.) in the air at room temperature (20 ° C.) by cutting a disk with a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm.
  • the specific heat capacity of the substrate was measured using a thermal constant measurement device (TC-7000 manufactured by ULVAC-RIKO, Inc.).
  • the thermal diffusivity ⁇ 1 (m 2 / s) of the substrate was measured by a laser flash method in the air at room temperature (20 ° C.) by cutting a disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm from the substrate.
  • the thermal diffusivity alpha 1 of the substrate was measured using a thermal constant measurement apparatus (ULVAC-RIKO Inc., Ltd. TC-7000).
  • Thermal diffusivity alpha 2 of the first layer was calculated as follows. First, the surface on the substrate side in the heat shielding component of each of the examples and comparative examples obtained as described above was polished to 1 mm to prepare a two-layer laminated board. Next, a disc having a diameter of 10 mm is cut out from the laminate to obtain a test piece, and the area-temperature heat of the laminate is determined from the temperature-time curve standardized by the laser flash method at room temperature (20 ° C.) in the atmosphere. The diffusion time A was calculated. The laser flash method was measured using a thermal constant measurement apparatus (TC-7000 manufactured by ULVAC-RIKO, Inc.). Here, the area thermal diffusion time A can be expressed by the following equation (1).
  • d 1 the thickness of the substrate (m)
  • ⁇ 1 the density of the substrate (kg / m 3 )
  • C 1P the specific heat capacity of the substrate (J / (kg ⁇ K))
  • d 2 the second The thickness (m) of one layer
  • ⁇ 2 is the density of the first layer (kg / m 3 )
  • C 2 P is the specific heat capacity of the first layer (J / (kg ⁇ K)).
  • the method of measuring the density 1 1 of the substrate and the specific heat capacity C 1P of the substrate is as described above. Further, methods of measuring the density 2 2 of the first layer and the specific heat capacity C 2P of the first layer will be described later.
  • Equation (3) can be derived from the above equation (2), and the thermal diffusion time ⁇ 2 of the first layer can be calculated.
  • the thermal diffusion time ⁇ 2 of the first layer obtained by calculating the equation (3) is substituted into the following equation (4) to calculate the thermal diffusivity ⁇ 2 of the first layer.
  • the density 2 2 (kg / m 3 ) of the first layer was measured as follows. First, a first layer having a thickness of about 1 mm was formed on a substrate to obtain a laminate. Next, a test piece of 13 mm ⁇ 5 mm was cut out from the laminate, its weight was measured, and the density of the laminate was calculated. Then, the density of the first layer was calculated by subtracting the density of the substrate obtained as described above from the density of the laminate. The thickness of the first layer was calculated by subtracting the thickness of the base material from the thickness of the laminate. Moreover, the thickness of a laminated body and a base material was measured by the scanning electron microscope (SEM). In addition, in the scanning electron microscope (SEM), it is set as the average value which measured thickness of 5 points by high magnification, and 3 points by low magnification.
  • SEM scanning electron microscope
  • the specific heat capacity C 2p (J / (kg ⁇ K)) of the first layer was measured as follows. First, a Teflon (registered trademark) tape was attached to the first layer side of the heat shielding component obtained in each example, and the substrate was immersed in hydrochloric acid to completely dissolve the substrate. Next, the remaining first layer was immersed in acetone, and the Teflon (registered trademark) tape was peeled off from the first layer to obtain a powdery first layer sample. 12 mg of this sample was measured by differential scanning calorimetry (DSC) to obtain the specific heat capacity of the first layer. In differential scanning calorimetry (DSC), the measurement temperature was measured at 20 ° C. in an argon gas atmosphere. In addition, differential scanning calorimetry (DSC) was measured using DSC-7 type manufactured by PerkinElmer.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • ⁇ 2 is the density of the first layer
  • C 2 p is the specific heat capacity of the first layer
  • ⁇ 2 is the thermal diffusivity of the first layer.
  • the methods of measuring the density 2 2 of the first layer, the specific heat capacity C 2p of the first layer, and the thermal diffusivity ⁇ 2 of the first layer are as described above.
  • C 2p represents the specific heat capacity (J / (kg ⁇ K)) of the first layer
  • ⁇ 2 represents the density (kg / m 3 ) of the first layer.
  • the method of measuring the specific heat capacity C 2 p of the first layer and the density 2 2 of the first layer are as described above.
  • ⁇ 3 is the density of the third layer
  • C 3 p is the specific heat capacity of the third layer
  • ⁇ 3 is the thermal diffusivity of the third layer.
  • the measurement method of the density 3 3 of the third layer, the specific heat capacity C 3p of the third layer, and the thermal diffusivity ⁇ 3 of the third layer was measured by the same method as the first layer.
  • the gas adsorption area per unit projected area (m 2 / m 2 ) was calculated by dividing the gas adsorption area on the upper surface of the heat shield film of each example measured based on the BET method by the projected area of the outermost layer .
  • the gas adsorption area on the upper surface of the thermal barrier film in each example is a reduction in the gas adsorption area of the layer below the upper surface of the thermal barrier film from the total gas adsorption area of the thermal barrier component of each example measured based on the BET method. Calculated by The gas adsorption area of the layer below the top surface of the heat shield film is calculated, for example, in consideration of the gas adsorption area of the base material alone and the exposed surface area (projected area of the surface layer).
  • the gas adsorption area was measured according to JIS Z8830: 2013 (ISO 9277: 2010). Specifically, it was measured under the following conditions.
  • Measuring device Fully automatic gas adsorption amount measuring device Autosorb (registered trademark)-iQ (made by Quantachrome)
  • Sample A heat shield part of each example cut out in a strip shape of 5 mm wide and 25 mm long
  • Sample cell Thin film cell degassing treatment (sample pretreatment) with a stem outer diameter of 9 mm: vacuum state (1 Pa or less)
  • Measuring method Static capacity analysis item: Relative pressure of adsorbent gas measured by BET multiple points method: 13 points in 0.075 to 0.3 Measurement number of times: 2 times for the same sample
  • Thermal decomposition temperature is a thermogravimetry (TG), and the mass reduction rate is 5% when heated from 20 ° C. to 950 ° C. at 10 ° C./min with air flowing into the sample chamber at 100 mL / min. It evaluated as temperature when it became.
  • the sample amount was 5 mg, and the container was a platinum pan.
  • the heat shield component of each example was cut into a size of 50 mm long, 50 mm wide and 9.5 mm thick to make a test piece, and the base 5 side of the test piece was placed on the heater 51 . Then, after the substrate 5 side is heated by the heater 51 to set the temperature of the outermost surface of the heat shield component to 250 ° C., the air 52 of 20 ° C. is applied to the outermost surface of the heat shield component at a flow rate of 0.002 m 3 / s The temperature of the outermost surface of the blowing and heat shielding parts was measured. The temperature of the outermost surface of the heat shield component was measured by the image of the temperature distribution obtained by the infrared camera 53.
  • the reduction temperature difference of the outermost surface of the heat shield component 10 seconds after the air 52 is blown is shown in Table 2.
  • Example 1 in which the second layer 20 is the outermost layer is described in FIG. 5, when the third layer 30 is the outermost layer, the second layer 20 is the third layer 30 and the third layer 30. It is sufficient to carry out the cooling response test instead of reading.
  • the hydrocarbon (HC) concentration was evaluated by applying the heat shielding component produced as described above to the top surface of the cylinder head to produce an internal combustion engine, and measuring the concentration in the exhaust gas. The evaluation results show the decrease in concentration relative to Comparative Example 1. When the hydrocarbon concentration decreases relative to Comparative Example 1, the evaluation results become positive values, and the larger the value, the more the hydrocarbon emissions are reduced. It shows that the effect is excellent.
  • the heat shield component of the present invention comprises a substrate and a heat shield film.
  • the heat shield film includes a first layer having a thermal conductivity and a volume specific heat equal to or less than predetermined values, and a second layer forming a closed pore between the first layer.
  • the surface roughness of the upper surface of the heat shield film is equal to or less than a predetermined value. Therefore, according to the heat shield component of the present invention, for example, in an internal combustion engine or the like, the heat insulating property and the reduction effect of the hydrocarbon discharge amount can be enhanced.

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Abstract

遮熱部品（１００）は、基材（５）と、基材（５）の上に配置される遮熱膜（７）と、を備え、遮熱膜（７）は、基材（５）の上に配置され、気孔を有し、熱伝導率は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、容積比熱は１２００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である第一層（１０）と、第一層（１０）の上に配置され、第一層（１０）との間に閉気孔を形成する第二層（２０）と、を備え、遮熱膜（７）の上面（７ａ）の表面粗さは１．５μｍＲａ以下である。そのため、遮熱部品（１００）によれば、例えば内燃機関などにおいて、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果を高くすることができる。

Description

遮熱部品
　本発明は、遮熱部品に関する。詳細には、本発明は、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果が高く、内燃機関などに用いることができる遮熱部品に関する。
　例えば内燃機関などでは、燃焼室内の熱を逃がさないように、燃焼室の内壁面に断熱性を有する薄膜を形成し、熱効率を向上させることが検討されている。
　特許文献１には、燃焼室に臨む壁面の一部もしくは全部に遮熱膜が形成されてなる内燃機関の製造方法が記載されている。特許文献１には、遮熱膜の材料となる金属材料を壁面に溶射して遮熱膜を形成するに当たり、溶射の際の不活性ガス濃度を段階的に変化させることにより、金属と金属酸化物から形成された層を複数積層することが記載されている。そして、特許文献１には、各層における金属酸化物の含有割合が壁面に接する層が最も少なく、該壁面から離れるにつれて層中の金属酸化物の含有割合が多くなっている遮熱膜を形成することが記載されている。
特許第５６５５８１３号公報
　ところで、内燃機関では、ガソリンなどの燃料の不完全燃焼などにより、炭化水素（ＨＣ）が排出されることがある。炭化水素は、太陽光の紫外線成分により、光化学スモッグの原因になることから、排出量の低減が求められている。
　しかしながら、特許文献１のように、金属材料を壁面に溶射して遮熱膜が形成されている場合には、排気ガス中の炭化水素の低減効果が十分でなかった。
　また、例えば内燃機関などでは、熱効率の改善のため、燃焼室内壁の断熱性の更なる向上が求められている。
　本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果が高い遮熱部品を提供することにある。
　本発明の態様に係る遮熱部品は、基材と遮熱膜とを備える。遮熱膜は、熱伝導率及び容積比熱が所定の値以下である第一層と、第一層との間に閉気孔を形成する第二層と、を備える。そして、遮熱膜の上面の表面粗さが所定の値以下である。
図１は、本実施形態に係る遮熱部品の一例を示す断面図である。 図２は、本実施形態に係る遮熱部品の他の例を示す断面図である。 図３は、各種材料における好ましい最小膜厚を近似により求めたグラフである。 図４は、各種材料における好ましい最大膜厚を近似により求めたグラフである。 図５は、冷却応答性試験の測定方法を示す概略図である。
　以下、図面を用いて本実施形態に係る遮熱部品について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　［遮熱部品］
　図１に示すように、本実施形態の遮熱部品１００は、基材５と、基材５の上に配置される遮熱膜７と、を備える。そして、遮熱膜７は、第一層１０と、第二層２０と、を備える。本実施形態では、遮熱部品１００が遮熱膜７を備えることで、外部から基材５へ伝わる熱を遮ることができる。以下、各構成を詳細に説明する。
　（基材５）
　基材５を形成する材料としては特に限定されないが、例えばアルミニウム、マグネシウム、鉄などの金属が挙げられる。また、基材５の形状や厚みなどは特に限定されず、用途に応じて適宜変更することができる。
　（第一層１０）
　第一層１０は基材５の上に配置される。第一層１０は、基材５と直接接していてもよく、接着層などの他の層を介して配置されていてもよい。図１の実施形態では、第一層１０は基材５の表面上に直接接するように配置されている。
　第一層１０の熱分解温度は３５０℃以上であることが好ましい。第一層１０の熱分解温度を３５０℃以上とすることにより、遮熱部品１００の耐熱性を向上させることができる。なお、熱分解温度は、熱重量測定（ＴＧ）により、質量減少率が５％になる温度とすることができる。熱重量測定は、例えば、１００ｍＬ／分で空気を試料室に流入させた状態で、１０℃／分で加熱して測定することができる。
　第一層１０を形成する材料は特に限定されないが、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミドなどの樹脂を用いることが好ましい。これらのような樹脂は、金属や金属酸化物などと比較し、熱伝導率及び容積比熱が小さく、耐熱性が高いためである。なお、これらの樹脂の中でも、第一層１０を形成する材料は、ポリイミド及びポリアミドイミドの少なくともいずれか一方であることがより好ましく、ポリイミドであることがさらに好ましい。特に、ポリイミドは強度及び耐熱性が高いため、断熱性が求められている箇所に用いるのに適しているためである。
　基材５の上に第一層１０を形成する方法は特に限定されない。例えば、基材５の上に第一層１０をラミネートしたり、第一層１０を形成する材料に溶媒を加えた溶液を基材５の上に塗布、乾燥及び加熱などしたりすることにより第一層１０を形成することができる。
　基材５に第一層１０をラミネートする方法は特に限定されず、例えば押出機などを用い、公知の方法によりラミネートすることができる。また、基材５に第一層１０を塗布する方法は特に限定されず、例えば、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、フローコート法、ディップコート法、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法などの公知の方法を使用することができる。
　第一層１０を形成する材料に加える溶媒としては特に限定されないが、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などのアミド系溶媒、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのエーテル系溶媒などを用いることができる。これらの溶媒は１種又は２種以上を混合して用いることができる。溶媒の含有量は、第一層１０を形成する材料に溶媒を加えた溶液全体に対して４０質量％～９０質量％であることが好ましく、６０質量％～８５質量％であることがより好ましい。
　例えば、第一層を１０ポリイミドで形成する場合、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸溶液を、基材５の表面に塗布、乾燥及び加熱することで第一層１０を形成することができる。また、例えば、第一層１０をポリアミドイミドで形成する場合、ポリアミドイミドの前駆体であるポリアミドイミド溶液を、基材５の表面に塗布、乾燥及び加熱することで第一層１０を形成することができる。乾燥温度は例えば１００℃～１５０℃、加熱温度は例えば１５０℃～３５０℃とすることができる。
　第一層１０は気孔１５を有する。気孔１５の平均粒子径は特に限定されないが、１μｍ～２００μｍであることが好ましく、３μｍ～１００μｍであることがより好ましく、５μｍ～５０μｍであることがさらに好ましい。気孔１５の大きさをこのような範囲とすることにより、第一層１０の強度と断熱性を両立させることができる。なお、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などにより観察された第一層１０の断面写真において、数十個の気孔１５における直径の平均値とすることができる。
　第一層１０の気孔１５を形成する方法は特に限定されない。例えば、セラミックなどにより形成された外殻の内部に気孔１５を有する中空ビーズを第一層１０に添加して気孔１５を形成することができる。また、第一層１０を形成する材料に溶媒を加えた溶液を、基材５の上に塗布し、気孔１５が形成される条件で加熱して溶媒を揮発させることにより、気孔１５を形成することができる。
　第一層１０の気孔率は特に限定されないが、３０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。第一層１０の気孔率を３０％以上とすることにより、十分な気孔の数を有することから、十分な断熱性を有する第一層１０を形成することができる。なお、第一層１０の気孔率は特に限定されないが、９０％以下とすることが好ましく、７０％以下とすることがより好ましい。第一層１０の気孔率を９０％以下とすることにより、第一層１０の物理的強度を維持することができる。なお、第一層１０の気孔率は、断面を電子顕微鏡などで観察し、第一層１０における気孔１５の合計面積の割合を算出することにより測定することができる。
　第一層１０の気孔１５の大きさや気孔率を制御する方法は特に限定されない。例えば、上述のように中空ビーズを用いて気孔１５を形成する場合、中空ビーズの大きさや含有量を適宜変更して気孔１５の大きさや気孔率を制御することができる。また、上述のように溶媒を含む材料を塗布、乾燥及び加熱して気孔１５を形成する場合、溶媒の種類及び含有量、並びに、溶媒の乾燥温度及び乾燥時間などを適宜変更して気孔１５の大きさや気孔率を制御することができる。例えば、溶媒の種類及び含有量によりイミド系高分子の気孔率を制御する場合、上述したアミド系溶媒とエーテル系溶媒との混合比率を制御することで気孔率を制御することができる。すなわち、アミド系溶媒はイミド系高分子に対する溶解度が高く、エーテル系溶媒はイミド系高分子に対する溶解度が低い傾向にあるため、これらの溶解度の違いにより相分離が生じやすい。したがって、例えばエーテル系溶媒の混合比率を多くすることで、第一層１０の気孔率を高くすることができる。なお、エーテル系溶媒の含有量は、アミド系溶媒とエーテル系溶媒の合計に対し、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
　第一層１０の熱伝導率は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。第一層１０の熱伝導率を０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることにより、遮熱部品１００の断熱性を向上させることができ、例えば内燃機関に用いた場合に燃費を向上させることができる。なお、第一層１０の熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましく、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがさらに好ましい。第一層１０の下限は特に限定されないが、例えば０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。また、第一層１０の熱伝導率は、例えば、密度、比熱容量及び熱拡散時間を乗ずることにより算出することができる。
　第一層１０の容積比熱は１２００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である。遮熱部品１００の断熱性を向上させることができ、例えば内燃機関に用いた場合に燃費を向上させることができる。なお、第一層１０の容積比熱が１０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることがより好ましく、７００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることがさらに好ましい。第一層１０の容積比熱の下限は特に限定されないが、例えば１００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以上である。また、第一層１０の容積比熱は、密度及び比熱容量を乗ずることにより算出することができる。
　第一層１０の密度は特に限定されないが、５００ｋｇ・ｍ３以上１３００ｋｇ・ｍ３以下であることが好ましい。第一層１０の密度を５００ｋｇ・ｍ３以上とすることにより、第一層１０の強度が向上する傾向にある。また、第一層１０の密度を１３００ｋｇ・ｍ３以下とすることにより、第一層１０の断熱性が向上する傾向にある。なお、第一層の密度は、６００ｋｇ・ｍ３以上９９０ｋｇ・ｍ３以下であることがより好ましい。また、第一層の密度は、かさ密度とすることができる。
　また、第一層１０の熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、容積比熱は１０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることがさらに好ましい。また、第一層１０の熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、第一層１０の容積比熱は１０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることが特に好ましい。第一層１０の熱伝導率及び容積比熱をこのような範囲とすることにより、遮熱部品１００の断熱性をより向上させることができ、例えば内燃機関に用いた場合に燃費を向上させることができる。
　第一層１０の比熱容量は特に限定されないが、例えば０．１ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）以上３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）以下とすることができる。第一層１０の比熱容量は、０．９５ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）以上２ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）以下としてもよい。なお、第一層１０の比熱容量は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）法により測定することができる。
　第一層１０の膜厚は１０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。第一層１０の膜厚を１０μｍ以上とすることにより、第一層１０の断熱性を向上させることができ、例えば内燃機関に用いた場合に燃費を向上させることができる。また、第一層１０の膜厚を２５０μｍ以下とすることにより、例えば内燃機関に遮熱部品１００を用いた場合に、シリンダ内で燃料ガスが過度に加熱されるのを抑制し、ノッキングが発生するのを抑制することができる。
　（第二層２０）
　第二層２０は、第一層１０の上に配置され、第一層１０との間に閉気孔２５を形成する。第二層２０は、第一層１０と直接接していてもよく、接着層などの他の層を介して配置されていてもよい。図１の実施形態では、第二層２０は第一層１０の表面上に直接接するように配置されている。第二層２０は、このような配置とすることにより、第一層１０の気孔によって形成された表面の凹凸を第二層２０で覆うことができるため、遮熱膜７の上面７ａの表面積を低減させ、表面粗さを所定の値以下とすることができる。また、このような第一層１０と第二層２０との間に形成された閉気孔２５により、基材５へ向かう熱を遮ることができる。そのため、遮熱部品１００の断熱性及び炭化水素排出量の低減効果を向上させることができる。
　第二層２０の気孔率は特に限定されないが、遮熱膜７の上面７ａの表面積を低減させるという観点から、２０％以下であることが好ましい。第二層２０の気孔率を２０％以下とすることにより、遮熱部品１００の表面粗さを低減することができ、遮熱部品１００の断熱性及び炭化水素排出量の低減効果を向上させることができる。なお、第二層２０の気孔率は１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることがさらに好ましい。また、第二層２０の気孔率は、断面を電子顕微鏡などで観察し、第二層２０における気孔の合計面積の割合を算出することにより測定することができる。
　第二層２０の熱分解温度は３５０℃以上であることが好ましい。第二層２０の熱分解温度を３５０℃以上とすることにより、遮熱部品１００の耐熱性を向上させることができる。熱分解温度は、熱重量測定（ＴＧ）により、質量減少率が５％になる温度とすることができる。熱重量測定は、例えば、１００ｍＬ／分で空気を試料室に流入させた状態で、１０℃／分で加熱して測定することができる。なお、第一層１０及び第二層２０の熱分解温度はそれぞれ３５０℃以上であることがより好ましい。
　第二層２０を形成する材料は特に限定されないが、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミドなどの樹脂を用いることが好ましい。これらのような樹脂は、金属や金属酸化物などと比較し、熱伝導率及び容積比熱が小さく、耐熱性が高いためである。なお、これらの樹脂の中でも、第二層２０を形成する材料は、ポリイミド及びポリアミドイミドの少なくともいずれか一方であることがより好ましく、ポリイミドであることがさらに好ましい。特に、ポリイミドは強度及び耐熱性が高いため、断熱性が求められている箇所に用いるのに適しているためである。なお、第一層１０及び第二層２０はそれぞれポリイミドを含む材料で形成されていることがより好ましい。
　第一層１０の上に第二層２０を形成する方法は特に限定されない。例えば、第一層１０の上に第二層２０をラミネートしたり、第二層２０を形成する材料に溶媒を加えた溶液を第一層１０の上に塗布、乾燥及び加熱などしたりすることにより第二層２０を形成することができる。
　第一層１０に第二層２０をラミネートする方法は特に限定されず、例えば押出機などを用い、公知の方法によりラミネートすることができる。また、第一層１０に第二層２０を塗布する方法は特に限定されず、例えば、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、フローコート法、ディップコート法、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法などの公知の方法を使用することができる。
　第二層２０を形成する材料に加える溶媒としては特に限定されないが、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などのアミド系溶媒などを用いることができる。これらの溶媒は１種又は複数種を併せて用いてもよい。溶媒の含有量は、第二層２０を形成する材料に溶媒を加えた溶液全体に対して４０質量％～９０質量％であることが好ましく、６０質量％～８５質量％であることがより好ましい。
　例えば、第二層２０をポリイミドで形成する場合、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸溶液を、第一層１０の表面に塗布、乾燥及び加熱することで第二層２０を形成することができる。また、例えば、第二層２０をポリアミドイミドで形成する場合、ポリアミドイミドの前駆体であるポリアミドイミド溶液を、第一層１０の表面に塗布、乾燥及び加熱することで第二層２０を形成することができる。乾燥温度は例えば１００℃～１５０℃、加熱温度は例えば１５０℃～３５０℃とすることができる。
　第二層の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第二層２０の膜厚を１μｍ以上とすることにより、閉気孔２５を効果的に形成することができ、断熱性を向上させることができる。また、第二層２０の膜厚を１０μｍ以下とすることにより、第二層２０の膜厚を均一に形成することができる。
　（第三層）
　遮熱膜７は、第二層２０の上に配置され、５００℃以上の熱分解温度を有する第三層３０をさらに備えることが好ましい。第三層３０は、第二層２０と直接接していてもよく、接着層などの他の層を介して配置されていてもよい。図２の実施形態では、第三層３０は第二層２０の表面上に直接接するように配置されている。
　また、第三層３０の熱分解温度を５００℃以上とすることにより、遮熱部品１００の耐熱性を向上させることができる。熱分解温度は、熱重量測定（ＴＧ）により、質量減少率が５％になる温度とすることができる。熱重量測定は、例えば、１００ｍＬ／分で空気を試料室に流入させた状態で、１０℃／分で加熱して測定することができる。
　第三層３０はシリカを主成分とする無機膜により形成されていることが好ましい。シリカを主成分とする無機膜は、耐熱性が高く、表面を平滑にしやすい。そのため、シリカを主成分とする無機膜を第三層３０として用いた場合、遮熱部品１００の断熱性及び炭化水素排出量の低減効果をさらに高くすることができる。なお、シリカを主成分とする無機膜は、例えばポリシラザンを含む溶液を塗布して硬化させることにより形成することができる。なお、本実施形態において、シリカを主成分とする無機膜とは、シリカを５０質量％以上含む無機膜あることを示す。なお、第三層３０は、シリカを９０質量％以上含む無機膜により形成されていることが好ましい。
　また、第三層３０は非晶質炭素系薄膜であることも好ましい。非晶質炭素系薄膜とは、薄膜が非晶質炭素を５０質量％以上含むことを意味する。なお、第三層３０は、非晶質炭素を９０質量％以上含むことが好ましい。非晶質炭素系薄膜は、黒色であり、断熱性が高い。そのため、非晶質炭素系薄膜を第三層３０として用いた場合、遮熱部品１００の断熱性をさらに向上させることができる。非晶質炭素系薄膜は、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）とすることができる。
　非晶質炭素系薄膜を形成する方法は特に限定されないが、化学気相成長（ＣＶＤ）法や物理気相成長（ＰＶＤ）法などにより形成することができる。化学気相成長（ＣＶＤ）法としては、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などが挙げられる。物理気相成長（ＰＶＤ）法としては、真空蒸着やスパッタリングなどが挙げられる。
　第三層３０の膜厚は特に限定されないが、０．０１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。第三層３０の膜厚を０．０１μｍ以上とすることにより、遮熱部品の断熱性などを向上させることができる。また、第三層３０の膜厚を５μｍ以下とすることにより、第三層３０のクラックの発生を抑制することができる。なお、第三層３０の膜厚は０．０５μｍ以上１μｍ以下であることがより好ましい。
　遮熱膜７の上面７ａの表面粗さは１．５μｍＲａ以下である。遮熱膜７の上面７ａの表面粗さを１．５μｍ以下とすることにより、遮熱部品１００の断熱性を向上させると共に、炭化水素排出量を低減することができる。
　特に、多孔質の金属酸化物層などを溶射により形成した場合には、遮熱膜の上面の表面積が大きくなってしまう傾向にあり、遮熱膜の表面と空気層との熱交換も多くなることから、十分な断熱性を有する遮熱部品が得られにくい。また、遮熱膜の上面の表面積が大きい場合、ガソリンなどの燃料ガスが壁面に付着しやすいことから、炭化水素排出量を増大させる原因にもなりやすい。しかしながら、本実施形態では、遮熱膜７の上面７ａの表面粗さを所定の値以下とすることにより、遮熱部品１００の最表面と空気層との熱交換を抑制し、遮熱部品１００の壁面に燃料ガスなどが付着しにくくしている。そのため、遮熱部品１００の断熱性を向上させると共に、炭化水素排出量を低減させることができる。
　なお、遮熱膜７の上面７ａの表面粗さは０．５μｍＲａ以下であることが好ましく、０．１μｍＲａ以下であることがより好ましい。遮熱膜７の上面７ａの表面粗さの上限は特に限定されないが、例えば０．０１μｍＲａ以上である。また、表面粗さは、算術平均粗さであり、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２０１３（製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）－表面性状：輪郭曲線方式－用語，定義及び表面性状パラメータ）に従って触針式表面粗さ測定機を用いて測定することができる。
　なお、遮熱膜７の上面７ａとは、第一層１０に対し、基材５側ではなく、第二層２０側の表面を意味する。すなわち、表面粗さの測定箇所は、例えば遮熱部品１００が基材５と第一層１０と第二層２０とを備える場合、第二層２０における第一層１０の反対側の面である。また、表面粗さの測定箇所は、例えば遮熱部品１００が基材５と第一層１０と第二層２０と第三層３０とを備える場合、第三層３０における第二層２０の反対側の面である。
　また、本実施形態においては、遮熱膜７の上面７ａの単位投影面積当たりのガス吸着面積は２０ｍ２／ｍ２以下であることが好ましい。単位投影面積当たりのガス吸着面積を２０ｍ２／ｍ２以下とすることにより、表面粗さを小さくした場合と同様に遮熱部品１００の断熱性を向上させると共に、炭化水素排出量を低減することができる。なお、遮熱膜７の上面７ａの単位投影面積当たりのガス吸着面積は、３ｍ２／ｍ２以下であることが好ましく、１．５ｍ２／ｍ２以下であることがより好ましく、１．１ｍ２／ｍ２以下であることが特に好ましい。なお、遮熱膜７の上面７ａの単位投影面積当たりのガス吸着面積（ｍ２／ｍ２）は、ＢＥＴ法に基づき測定された遮熱膜７の上面７ａのガス吸着面積を、最表層の投影面積で除することにより算出することができる。
　第一層１０の膜厚は６．７１１９ｅ（０．００６３×熱伝導率×容積比熱）μｍ～６７．１１９ｅ（０．００６３×熱伝導率×容積比熱）であることが好ましい。第一層１０の膜厚を６．７１１９ｅ（０．００６３×熱伝導率×容積比熱）μｍ以上とすることにより、遮熱部品１００の断熱性を向上させることができる。また、第一層１０の膜厚を６７．１１９ｅ（０．００６３×熱伝導率×容積比熱）以下とすることにより、例えば内燃機関に遮熱部品を用いた場合に、シリンダ内で燃料ガスが過度に加熱されるのを抑制し、ノッキングが発生するのを抑制することができる。
　なお、６．７１１９ｅ（０．００６３×熱伝導率×容積比熱）μｍについては、基材にそれぞれ異なる材料を被覆した内燃機関を評価し、アルマイト層で被覆した場合と比較して所定以上の燃費となる第一層１０の最小膜厚を調査した。そして、その調査結果を、図３に示すように、Ｘ軸がλ×ρ×Ｃｐ、Ｙ軸が第一層１０の膜厚である座標にそれぞれプロットし、指数近似により最適な最小膜厚の関係を求めた。なお、図３のグラフ中、λは第一層１０の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ρは第一層１０の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃｐは第一層１０の比熱容量（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ)）を示す。
　同様に、６７．１１９ｅ（０．００６３×熱伝導率×容積比熱）μｍについては、基材にそれぞれ異なる材料を被覆した内燃機関について評価をし、ノッキングが発生しにくい最大膜厚を調査した。そして、その調査結果を、図４に示すように、Ｘ軸がλ×ρ×Ｃｐ、Ｙ軸が第一層１０の膜厚の座標にそれぞれプロットし、指数近似により最適な最小膜厚の関係を求めた。なお、図４のグラフ中、λは第一層１０の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ρは第一層１０の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃｐは第一層１０の比熱容量（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ)）を示す。
　以上の通り、本実施形態の遮熱部品は、基材と、基材の上に配置される遮熱膜と、を備える。遮熱膜は、基材の上に配置され、気孔を有し、熱伝導率は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、容積比熱は１２００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である第一層と、第一層の上に配置され、第一層との間に閉気孔を形成する第二層と、を備える。そして、遮熱膜の上面の表面粗さは１．５μｍＲａ以下である。
　本実施形態では、第一層の熱伝導率及び容積比熱を所定の値以下としている。そのため、基材の表面上にアルマイト層を形成した場合と比較して断熱性を向上させることができる。したがって、本実施形態の遮熱部品を例えば内燃機関に用いた場合に、アルマイト層を形成した場合と比較して内燃機関の燃費を向上させることができる。なお、従来のように、基材の表面上に金属酸化物を形成した場合は、熱伝導率及び容積比熱を所定の値以下とすることはできず、アルマイト層以上に燃費を向上させることは困難であると推定される。
　また、本実施形態では、気孔を有する第一層の上に、第二層を設けている。そのため、第一層と第二層との間に閉気孔が形成されることから、この閉気孔が断熱材の役割を果たし、遮熱部品の断熱性を向上させることができる。
　さらに、第二層によって、第一層の気孔を覆うと共に、遮熱膜の上面の表面粗さを所定の値以下としているため、遮熱膜の上面の表面積が小さくなることから、遮熱部品の表面と空気層との熱交換を抑制することができる。また、遮熱膜の上面の表面積を小さくすることにより、遮熱部品の壁面に燃料ガスなどを付着しにくくさせることができる。
　したがって、本実施形態の遮熱部品によれば、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果を高くすることができる。
　［内燃機関］
　次に、本実施形態の内燃機関について説明する。本実施形態の内燃機関は、上記遮熱部品を備える。上述の通り、上記遮熱部品は、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果を高くすることから、内燃機関に用いることで、燃費の向上や、炭化水素排出量の低減が期待できる。上記遮熱部品は、内燃機関において、燃焼ガスに曝されて高温になる部材の表面に配置されることが好ましい。燃焼ガスに曝されて高温になる部材としては、例えば、燃焼室を構成するピストン、シリンダヘッド、バルブ、シリンダの他、シリンダヘッド排気ポート、エキゾーストマニホールド、排気管、過給機等の排気系部材が挙げられる。上記遮熱部品は、必ずしもこれらの部材の全表面に配置する必要はなく、燃焼ガスに曝されて高温になる面に配置されていればよい。
　以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
　［実施例１］
　まず、密着性を向上させるため、厚みが９．５ｍｍのアルミニウム製の基材を１００℃のお湯に１０分浸漬させて基材を洗浄した。なお、基材の密度ρ１は２７００ｋｇ／ｍ３、基材の熱伝導率λ１は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱容量Ｃ１Ｐは９１０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、容積比熱は２４５７ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）であった。
　次に、固形分濃度が２６質量％となるように、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＭ）で希釈したポリアミック酸溶液（ポリイミド前駆体）を準備した。ＴＥＧＭの含有量は、ＤＭＡｃとＴＥＧＭの合計に対し、５０質量％とした。そして、上述のようにして洗浄した基材の表面上に、溶媒揮発後の膜厚が９０μｍとなるように、スピンコーターで上記ポリアミック酸溶液を塗布した。
　そして、ポリアミック酸溶液を塗布した基材を、１３０℃で３０分間乾燥させた後、２００℃で６０分間加熱し、アルミニウム基材上にポリイミドからなる第一層を形成した。
　次に、固形分濃度が２６質量％となるように、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）で希釈したポリアミック酸溶液（ポリイミド前駆体）を準備した。そして、第一層の表面上に、溶媒揮発後の膜厚が１０μｍとなるように、スピンコーターでポリアミック酸溶液（ポリイミド前駆体）を塗布した。
　塗布したポリアミック酸溶液を、１３０℃で３０分間乾燥させた後、２００℃で６０分間加熱し、第一層上にポリイミドからなる第二層を形成し、遮熱部品とした。
　［実施例２］
　第二層の表面上に、ポリシラザン溶液を塗布して硬化させ、０．３８μｍ厚のシリカからなる第三層を形成し、遮熱部品を作製した。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［実施例３］
　第二層の表面上に、スパッタリングにより、０．１μｍ厚の非晶質炭素皮膜（ダイヤモンドライクカーボン）からなる第三層を形成し、遮熱部品を作製した。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［実施例４］
　第二層の膜厚を９０μｍから１９０μｍに変更した。また、第二層の表面上に、ポリシラザン溶液を塗布して硬化させ、０．３８μｍ厚のシリカからなる第三層を形成し、遮熱部品を作製した。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［実施例５］
　第一層に用いたポリアミック酸溶液において、ＴＥＧＭの含有量は、ＤＭＡｃとＴＥＧＭの合計に対し、３０質量％とした。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［実施例６］
　固形分濃度が３０質量％となるように、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＭ）で希釈したポリアミドイミド溶液（ポリアミドイミド前駆体）を準備した。ＴＥＧＭの含有量は、ＮＭＰとＴＥＧＭの合計に対し、４０質量％とした。そして、上述のようにして洗浄した基材の表面上に、溶媒揮発後の膜厚が１９０μｍとなるように、スピンコーターでポリアミドイミド溶液を塗布した。
　そして、ポリアミドイミド溶液を塗布した基材を、１３０℃で３０分間乾燥させた後、２００℃で６０分間加熱し、アルミニウム基材上にポリアミドイミドからなる第一層を形成した。
　次に、固形分濃度が３０質量％となるように、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）で希釈したポリアミドイミド溶液（ポリアミドイミド前駆体）を準備した。そして、第一層の表面上に、溶媒揮発後の膜厚が１０μｍとなるように、スピンコーターでポリアミドイミド溶液を塗布した。
　そして、塗布したポリアミドイミド溶液を、１３０℃で３０分間乾燥させた後、２００℃で６０分間加熱し、第一層上にポリアミドイミドからなる第二層を形成し、遮熱部品とした。
　上記以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［比較例１］
　アルミニウム基材に第一層を形成せず、鋳肌の基材をそのまま用いた。なお、アルミニウム基材の密度ρ１は２７４０ｋｇ／ｍ３、基材の熱伝導率λ１は１２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱容量Ｃ１Ｐは８６９Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、容積比熱は２３８１ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）であった。
　［比較例２］
　比較例１のアルミニウム基材に代え、異なるアルミニウム基材を用いた。それ以外は、比較例１と同様に、アルミニウム基材に第一層を形成せず、基材をそのまま用いた。なお、基材の密度ρ１は２７００ｋｇ／ｍ３、基材の熱伝導率λ１は２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱容量Ｃ１Ｐは９１０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、容積比熱は２４５７ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）であった。すなわち、比較例２で用いたアルミニウム基材は、実施例１で用いたアルミニウム基材と同様である。
　［比較例３］
　第一層に代え、アルミニウム基材の表面を陽極酸化処理し、膜厚が７０．０μｍのアルマイト層を形成した。それ以外は、実施例１と同様にして基材とアルマイト層とからなる積層体を作製した。
　次に、この積層体のアルマイト層の表面に、ポリシラザン溶液を塗布して硬化させ、０．５４μｍ厚のシリカからなる第三層を形成し、遮熱部品を作製した。
　［比較例４］
　第一層に代え、部分安定化ジルコニア粒子（ＺｒＯ２－８Ｙ２Ｏ３、体積平均粒子径：５０μｍ～６０μｍ）を基材の表面に膜厚が５００．０μｍとなるように溶射してジルコニア溶射層を形成した。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［比較例５］
　固形分濃度が２６質量％となるように、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）で希釈したポリアミック酸溶液（ポリイミド前駆体）を準備した。そして、基材の表面上に、溶媒揮発後の膜厚が５０μｍとなるように、スピンコーターでポリアミック酸溶液（ポリイミド前駆体）を塗布した。次に、塗布したポリアミック酸溶液を、１３０℃で３０分間乾燥させた後、２００℃で６０分間加熱し、基材上にポリイミドからなる第一層を形成し、遮熱部品とした。また、第一層の表面に第二層を形成しなかった。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［比較例６］
　第一層の膜厚を９０μｍから１００μｍに変更した。また、第一層の表面に第二層を形成しなかった。それ以外は、実施例１と同様にして遮熱部品を作製した。
　［評価］
　実施例及び比較例の遮熱部品について、以下の評価を実施した。結果を表１及び表２に示す。
　（気孔率ｐ）
　第一層の気孔率ｐ（％）は、遮熱部品断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を画像解析することにより算出した。具体的には、まず、切断した第一層の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した。次に、小型汎用画像解析装置（株式会社ニレコ製　ＬＵＺＥＸ（登録商標）ＡＰ）で上記電子顕微鏡写真をグレースケール化した。そして、気孔と気孔以外の部分との間に閾値を設定した二値化処理画像より、第一層全体の面積に対する気孔の面積の百分率を算出して気孔率とした。
　（基材の熱伝導率λ１）
　基材の熱伝導率λ１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、λ１＝ρ１Ｃ１ｐα１の式に従い算出した。なお、ρ１は基材の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃ１ｐは基材の比熱容量（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、α１は基材の熱拡散率（ｍ２／ｓ）を表す。基材の密度ρ１、基材の比熱容量Ｃ１ｐ、基材の熱拡散率α１の測定方法は以下の通りである。
　（基材の密度ρ１）
　基材の密度ρ１（ｋｇ／ｍ３）は、直径１０ｍｍ及び厚さ１ｍｍの円板を基材から切り出し、大気中、室温（２０℃）において、当該円板の重量を測定することにより算出した。
　（基材の比熱容量Ｃ１Ｐ）
　基材の比熱容量Ｃ１Ｐ（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））は、直径１０ｍｍ及び厚さ１ｍｍの円板を基材から切り出し、大気中、室温（２０℃）において、レーザーフラッシュ法により測定した。なお、基材の比熱容量は、熱定数測定装置（アルバック理工株式会社製　ＴＣ－７０００）を用いて測定した。
　（基材の熱拡散率α１）
　基材の熱拡散率α１（ｍ２／ｓ）は、直径１０ｍｍ及び厚さ１ｍｍの円板を基材から切り出し、大気中、室温（２０℃）において、レーザーフラッシュ法により測定した。なお、基材の熱拡散率α１は、熱定数測定装置（アルバック理工株式会社製　ＴＣ－７０００）を用いて測定した。
　（第一層の熱拡散率α２）
　第一層の熱拡散率α２は以下のようにして算出した。まず、上述のようにして得られた各実施例及び比較例の遮熱部品における基材側の面を１ｍｍまで研磨し、２層の積層板を準備した。次に、この積層板から直径１０ｍｍの円板を切り出して試験片とし、大気中、室温（２０℃）において、レーザーフラッシュ法により、規格化された温度－時間曲線から、上記積層板の面積熱拡散時間Ａを算出した。レーザーフラッシュ法は、熱定数測定装置（アルバック理工株式会社製　ＴＣ－７０００）を用いて測定した。ここで、面積熱拡散時間Ａは下記の数式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｘ１＝ｄ１ρ１Ｃ１Ｐ、Ｘ２＝ｄ２ρ２Ｃ２Ｐとすると、上記数式（１）より、以下の数式（２）が導かれる。なお、ｄ１は基材の厚さ（ｍ）、ρ１は基材の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃ１Ｐは基材の比熱容量（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、ｄ２は第一層の厚さ（ｍ）、ρ２は第一層の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃ２Ｐは第一層の比熱容量（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））を表す。基材の密度ρ１、基材の比熱容量Ｃ１Ｐの測定方法は上述した通りである。また、第一層の密度ρ２、第一層の比熱容量Ｃ２Ｐの測定方法は後述する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　さらに、上記数式（２）より、以下の数式（３）を導くことができ、第一層の熱拡散時間τ２を算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　そして、以下の数式（４）に上記数式（３）を算出することにより得られた第一層の熱拡散時間τ２を代入し、第一層の熱拡散率α２を算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　（第一層の密度ρ２）
　第一層の密度ρ２（ｋｇ／ｍ３）は、以下のようにして測定した。まず、基材の上に厚さ約１ｍｍの第一層を形成し、積層体を得た。次に、上記積層体から１３ｍｍ×５ｍｍの試験片を切り出してその重量を測定し、積層体の密度を算出した。そして、積層体の密度から上述のようにして得られた基材の密度を差し引くことにより、第一層の密度を算出した。なお、第一層の厚さは、積層体の厚さから基材の厚さを差し引くことにより算出した。また、積層体及び基材の厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定した。なお、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、高倍率で５点、低倍率で３点の厚さを測定した平均値としている。
　（第一層の比熱容量Ｃ２ｐ）
　第一層の比熱容量Ｃ２ｐ（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））は、以下のようにして測定した。まず、各例で得られた遮熱部品の第一層側にテフロン（登録商標）テープを貼り、塩酸に浸漬させ、基材を完全に溶解させた。次に、残った第一層をアセトンに浸漬させ、テフロン（登録商標）テープを第一層から剥離させ、粉末状の第一層の試料を得た。この試料１２ｍｇを示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定し、第一層の比熱容量を得た。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）では、アルゴンガス雰囲気下、測定温度を２０℃で測定した。なお、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ製のＤＳＣ－７型を用いて測定した。
　（第一層の熱伝導率λ２）
　第一層の熱伝導率λ２（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、λ２＝ρ２Ｃ２ｐα２の式に従い算出した。なお、ρ２は第一層の密度、Ｃ２ｐは第一層の比熱容量、α２は第一層の熱拡散率を表す。第一層の密度ρ２、第一層の比熱容量Ｃ２ｐ、第一層の熱拡散率α２の測定方法は、それぞれ上述の通りである。
　（第一層の容積比熱Ｃ２Ｖ）
　第一層の容積比熱Ｃ２Ｖ（Ｊ／（ｍ３・Ｋ））は、Ｃ２Ｖ＝Ｃ２ｐρ２の数式に従い算出した。なお、上記数式中、Ｃ２ｐは第一層の比熱容量（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、ρ２は第一層の密度（ｋｇ／ｍ３）を表す。第一層の比熱容量Ｃ２ｐ及び第一層の密度ρ２の測定方法は上述の通りである。
　（第三層の熱伝導率λ２）
　第三層の熱伝導率λ３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、λ３＝ρ３Ｃ３ｐα３の式に従い算出した。なお、ρ３は第三層の密度、Ｃ３ｐは第三層の比熱容量、α３は第三層の熱拡散率を表す。第三層の密度ρ３、第三層の比熱容量Ｃ３ｐ、第三層の熱拡散率α３の測定方法は、それぞれ第一層と同様の方法により測定した。
　（表面粗さ）
　表面粗さは、接触式表面粗さ測定器を用い、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２０１３に従って、得られた試験サンプル表面の算術平均粗さを測定した。
　（単位投影面積当たりのガス吸着面積）
　単位投影面積当たりのガス吸着面積（ｍ２／ｍ２）は、ＢＥＴ法に基づき測定された各例の遮熱膜の上面におけるガス吸着面積を、最表層の投影面積で除することにより算出した。
　各例の遮熱膜の上面におけるガス吸着面積は、ＢＥＴ法に基づき測定された各例の遮熱部品の全ガス吸着面積から、遮熱膜の上面より下の層のガス吸着面積を減ずることにより算出した。なお、遮熱膜の上面より下の層のガス吸着面積については、例えば基材単独のガス吸着面積や露出している表面積（表層の投影面積）を考慮して算出している。
　ガス吸着面積は、ＪＩＳ　Ｚ８８３０：２０１３（ＩＳＯ　９２７７：２０１０）に準じて測定した。具体的には、以下の条件にて測定した。
測定装置 ：全自動ガス吸着量測定装置　Ａｕｔｏｓｏｒｂ（登録商標）－ｉＱ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ製）
試料：各例の遮熱部品を幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍの短冊状に切り抜いたもの
試料セル： ステム外径が直径９ｍｍの薄膜セル
脱ガス処理（試料前処理）：真空状態（１Ｐａ以下）、１００℃で１時間以上加熱
吸着質ガス ： クリプトン（Ｋｒ）ガス
測定温度 ： ７７．３５Ｋ（液体窒素下）
測定方法 ： 静的容量法
解析項目 ：ＢＥＴ多点法による比表面積
測定した吸着質ガスの相対圧：０．０７５～０．３の内の１３点
測定回数：同一試料にて２回
　（熱分解温度）
　熱分解温度は、熱重量測定（ＴＧ）により、１００ｍＬ／分で空気を試料室に流入させた状態で、２０℃から９５０℃まで１０℃／分で加熱したときに、質量減少率が５％になったときの温度として評価した。なお、試料量は５ｍｇ、容器は白金パンとした。
　（冷却応答性試験）
　図５に示すように、各例の遮熱部品を縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ９．５ｍｍの大きさに切り出して試験片とし、試験片の基材５側をヒータ５１の上に乗せた。そして、基材５側からヒータ５１で加熱して遮熱部品の最表面の温度を２５０℃にした後、２０℃の空気５２を０．００２ｍ３／秒の流量で遮熱部品の最表面に吹き付け、遮熱部品の最表面の温度を測定した。なお、遮熱部品の最表面の温度は赤外線カメラ５３により得られた温度分布の映像により測定した。空気５２を吹き付けてから１０秒後における遮熱部品の最表面の低下温度差を表２に示す。なお、図５では、第二層２０が最表層である実施例１の場合について説明しているが、第三層３０が最表層である場合には、第二層２０を第三層３０と読み替えて冷却応答性試験を実施すればよい。
　（炭化水素濃度）
　炭化水素（ＨＣ）濃度は、上述のように作製した遮熱部品をシリンダヘッドの頂面に施して内燃機関を作製し、排出ガス内の濃度を測定することにより評価した。なお、評価結果は比較例１に対する濃度の低下量を示しており、比較例１に対して炭化水素濃度が低下した場合、評価結果は正の値となり、値が大きい程炭化水素排出量の低減効果が優れていることを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表１及び表２の結果より、実施例１～実施例６では、冷却応答性試験の評価結果が２２．９℃以上、炭化水素濃度の低減量が３１７ｐｐｍ以上であり、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果に優れていた。
　一方、比較例１～比較例６では、冷却応答性試験の評価結果、又は、炭化水素濃度の低減量が実施例１～実施例６ほど良好ではなかった。これらの結果より、実施例の遮熱部品では、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果が高いことが分かる。
　以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
　本発明の遮熱部品は、基材と遮熱膜とを備える。遮熱膜は、熱伝導率及び容積比熱が所定の値以下である第一層と、第一層との間に閉気孔を形成する第二層と、を備える。そして、遮熱膜の上面の表面粗さが所定の値以下である。そのため、本発明の遮熱部品によれば、例えば内燃機関などにおいて、断熱性及び炭化水素排出量の低減効果を高くすることができる。
　　５　　基材
　　７　　遮熱膜
　　７ａ　上面
　１０　　第一層
　１５　　気孔
　２０　　第二層
　２５　　閉気孔
　３０　　第三層
１００　　遮熱部品

Claims (15)

  1. 　基材と、
    　前記基材の上に配置される遮熱膜と、
    　を備え、
    　前記遮熱膜は、
    　前記基材の上に配置され、気孔を有し、熱伝導率は０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、容積比熱は１２００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である第一層と、
    　前記第一層の上に配置され、第一層との間に閉気孔を形成する第二層と、
    　を備え、
    　前記遮熱膜の上面の表面粗さは１．５μｍＲａ以下である遮熱部品。
  2. 　前記遮熱膜の上面の単位投影面積当たりのガス吸着面積は２０ｍ２／ｍ２以下である請求項１に記載の遮熱部品。
  3. 　前記熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、前記容積比熱は１０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である請求項１又は２に記載の遮熱部品。
  4. 　前記熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、前記容積比熱は１０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  5. 　前記第一層の膜厚は６．７１１９ｅ（０．００６３×前記熱伝導率×前記容積比熱）μｍ～６７．１１９ｅ（０．００６３×前記熱伝導率×前記容積比熱）である請求項１～４のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  6. 　前記表面粗さは０．５μｍＲａ以下である請求項１～５のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  7. 　前記表面粗さは０．１μｍＲａ以下である請求項１～６のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  8. 　前記第二層の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１～７のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  9. 　前記遮熱膜は、前記第二層の上に配置され、５００℃以上の熱分解温度を有する第三層をさらに備える請求項１～８のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  10. 　前記第一層及び前記第二層の熱分解温度はそれぞれ３５０℃以上である請求項１～９のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  11. 　前記第一層及び前記第二層はそれぞれポリイミドを含む材料で形成されている請求項１～１０のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  12. 　前記第三層はシリカを主成分とする無機膜により形成されている請求項９に記載の遮熱部品。
  13. 　前記第三層は非晶質炭素系薄膜である請求項９に記載の遮熱部品。
  14. 　前記第一層の気孔率は３０％以上である請求項１～１３のいずれか１項に記載の遮熱部品。
  15. 　前記第一層の気孔率は５０％以上である請求項１～１４のいずれか１項に記載の遮熱部品。
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