薄膜の形成方法及び内燃機関の製造方法
【課題】薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐ。
【解決手段】ガス抜用加熱工程では、有機珪素化合物２２内に粒子２１が多数混入された薄膜２０を加熱して、各粒子２１内の樹脂２１ｄを熱分解させてガス化させるとともに、有機珪素化合物２２の熱分解により発生するガス２２ａを薄膜２０から抜く。焼成用加熱工程では、ガス抜用加熱工程後の薄膜２０をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、セラミック材料の層２１ｂを緻密化させるとともに、熱分解後の珪素化合物２２ｂを焼成する。
【解決手段】ガス抜用加熱工程では、有機珪素化合物２２内に粒子２１が多数混入された薄膜２０を加熱して、各粒子２１内の樹脂２１ｄを熱分解させてガス化させるとともに、有機珪素化合物２２の熱分解により発生するガス２２ａを薄膜２０から抜く。焼成用加熱工程では、ガス抜用加熱工程後の薄膜２０をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、セラミック材料の層２１ｂを緻密化させるとともに、熱分解後の珪素化合物２２ｂを焼成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の形成方法及び内燃機関の製造方法に関し、特に、基材上に薄膜を形成する方法、及び燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、薄膜が形成された内燃機関を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の熱効率を向上させるために、内燃機関の燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、断熱用薄膜を形成する技術が提案されている（例えば下記非特許文献１，２）。非特許文献１，２においては、熱伝導率の低いセラミック（ジルコニア）からなる単一材料の断熱用薄膜をピストンの頂面上に形成することで、燃焼室内の燃焼ガスからピストンへの熱伝達を低下させて熱効率の向上を図っている。
【０００３】
このような薄膜を形成する方法としては、基材上に薄膜材料を塗布して焼成する方法が一般的に行われている。薄膜材料の焼成方法としては、例えば下記特許文献１によるものが開示されており、薄膜材料の塗布方法としては、例えば下記特許文献２によるものが開示されている。特許文献１においては、低軟化点の材料基板上に薄膜形成材料を塗布し乾燥後、焼成して金属酸化物の薄膜を形成する際に、焼成温度が５００〜６００℃の時にはガス中の酸素濃度を７５Ｖｏｌ％以上の雰囲気で焼成し、焼成温度が６００〜７００℃の時にはガス中の酸素濃度を５０Ｖｏｌ％以上の雰囲気で焼成することで、焼成温度をできる限り低温にしている。また、特許文献２においては、回転式成膜装置（スピンコータ）を用いて、基材を回転させながら薄膜材料を滴下することで基材上に均一な厚さの薄膜を形成している。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８５６号公報
【特許文献２】特開平５−２１２３４０号公報
【特許文献３】特開昭５９−２１３６６５号公報
【特許文献４】国際公開第８９／０３９３０号パンフレット
【特許文献５】米国特許第４４９５９０７号明細書
【特許文献６】米国特許第５８２０９７６号明細書
【非特許文献１】Gerhard Woschni他,"Heat Insulation of Combustion Chamber Walls - A Measure to Decrease the Fuel Combustion of I.C. Engines?",SAE Paper 870339,Society of Automotive Engineers,1987
【非特許文献２】Victor W.Wong他,"Assessment of Thin Thermal Barrier Coatings for I.C. Engines",SAE Paper 950980,Society of Automotive Engineers,1995
【非特許文献３】志保浩司他、「有機無機複合粒子、中空無機粒子の合成」、ＪＳＲテクニカルレビュー No.109/2002、２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機珪素化合物等の有機化合物を含む薄膜を加熱して焼成する際には、有機化合物が熱分解することによるガスが発生する。このガスが焼成中に薄膜内から十分に抜けきらないと、焼成後の薄膜内に気泡として残存する。この気泡は薄膜の熱伝導率を低くする点ではメリットとなるが、薄膜の強度の点では強度低下の一因となるため、薄膜の実際の強度が設計強度よりも低下しやすくなる。
【０００６】
また、薄膜の熱伝導率を低くするためには、中空構造の粒子を薄膜内に多数混入させることが有効である。この中空構造の粒子については、例えば非特許文献３にも開示されているように、粒状の樹脂の周りをセラミック材料の層で覆った粒子を加熱して、樹脂をガス化させるとともにセラミック材料の層を焼成することで製造することが可能である。しかし、中空構造の粒子を製造してから薄膜内に多数混入させて薄膜を焼成する場合は、中空構造の粒子の製造時と薄膜の焼成時の２回焼成を行う必要があり、焼成に要するエネルギーが増加する。
【０００７】
また、基材上に薄膜を形成する際には、薄膜の形成される部品の面が平面でなく凹凸がある場合であっても、均一な厚さの薄膜を形成できることが望ましい。特許文献２の回転式成膜装置（スピンコータ）は、平面状のある程度の大きさの部品上に均一な厚さの薄膜を形成する際には有効であるが、薄膜の形成される部品の面が平面でなく凹凸がある場合には、均一な厚さの薄膜を形成することが困難となる。
【０００８】
また、薄膜が塗布された基材に対し、炉等で全体を加熱して焼成する際に、薄膜材料の焼成温度が基材の軟化温度よりも高い温度である場合は、基材の強度劣化や融解が生じやすくなる。
【０００９】
本発明は、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことを目的の１つとする。また、本発明は、内部に気泡が多数形成された薄膜をより少ない焼成エネルギーで形成することを目的の１つとする。また、本発明は、薄膜の形成される基材の面が平面でなく凹凸がある場合でも均一な厚さの薄膜を形成することを目的の１つとする。また、本発明は、薄膜の形成される基材が薄膜の焼成時に高温により変質するのを防ぐことを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る薄膜の形成方法及び内燃機関の製造方法は、上述した目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【００１１】
本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、粒状の樹脂の周りを無機化合物の層で覆った粒子を製造する粒子製造工程と、基材上に塗布された、有機化合物と多数の前記粒子とを含む薄膜を加熱して、該粒子内の樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、前記無機化合物の層を緻密化させるとともに、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、を含むことで、各粒子内に気泡が形成された薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１２】
本発明によれば、各粒子（無機化合物の層）の焼成と熱分解後の有機化合物の焼成とを同じ工程で行うため、各粒子内に気泡が形成された薄膜をより少ない焼成エネルギーで効率的に形成することができる。さらに、各粒子及び熱分解後の有機化合物が焼成される前に、各粒子内のガス化した樹脂、及び有機化合物の熱分解により生成されたガスを薄膜内から確実に抜くことができるので、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、基材上に塗布された、有機化合物と多数の粒状の樹脂とを含む薄膜を加熱して、該樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、を含むことで、内部に気泡が多数形成された薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、熱分解後の有機化合物が焼成される前に、ガス化した樹脂、及び有機化合物の熱分解により生成されたガスを薄膜内から確実に抜くことができるので、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、有機化合物を含む薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する塗布工程と、該塗布された薄膜を加熱して焼成する加熱工程とを、薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで交互に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１６】
本発明によれば、１回あたりに焼成される薄膜の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜内から抜けやすくすることができる。その結果、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００１７】
本発明の一態様では、前記塗布工程で塗布される薄膜は、断熱用材料をさらに含むことが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、断熱用材料を含む第１の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第１塗布工程と、該塗布された第１の薄膜を加熱して焼成する第１加熱工程と、有機化合物を含む第２の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第２塗布工程と、該塗布された第２の薄膜を加熱して焼成する第２加熱工程とを、薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで順に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１９】
本発明によれば、１回あたりに焼成される薄膜の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜内から抜けやすくすることができる。その結果、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、薄膜材料の溶液の表面を加熱して、薄膜材料が仮焼成された薄膜を溶液上に形成する仮焼成用加熱工程と、該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、を含むことを要旨とする。
【００２１】
本発明によれば、仮焼きされた、完全には固化していない薄膜の持つ濡れ性によって、基材の表面が平面でなく凹凸がある場合でも、均一な厚さの薄膜を基材の表面に密着させることができる。そして、基材の表面にくっつけられた薄膜を本焼成することで、均一な厚さの薄膜を基材上に形成することができる。
【００２２】
本発明の一態様では、前記仮焼成用加熱工程において加熱される薄膜材料の溶液には、粒子状の断熱材が混入されていることが好適である。
【００２３】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、フィルム上に薄膜材料を薄膜状に塗布する塗布工程と、該塗布された薄膜材料による薄膜を加熱して仮焼成する仮焼成用加熱工程と、該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、を含むことを要旨とする。
【００２４】
本発明によれば、仮焼きされた、完全には固化していない薄膜の持つ濡れ性によって、基材の表面が平面でなく凹凸がある場合でも、均一な厚さの薄膜を基材の表面に密着させることができる。そして、基材の表面にくっつけられた薄膜を本焼成することで、均一な厚さの薄膜を基材上に形成することができる。
【００２５】
本発明の一態様では、前記接着工程において、前記仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける場合に、該仮焼成された薄膜の表面に、濡れ性を向上させるための液体を噴霧することが好適である。
【００２６】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、導電プレート上に、焼成された薄膜を形成する薄膜形成工程と、該薄膜が形成された導電プレートと基材とを電磁誘導加熱により接合する接合用加熱工程と、を含み、導電プレートの軟化点が基材の軟化点よりも高く、導電プレートの電気抵抗が基材の電気抵抗よりも大きいことを要旨とする。
【００２７】
本発明によれば、導電プレートの軟化点が基材の軟化点よりも高いため、基材の軟化点以上の温度で導電プレート上の薄膜の焼成が可能となる。そして、電磁誘導加熱では、導電プレートの電気抵抗が基材の電気抵抗よりも大きいため、導電プレートが基材よりも高温となる。導電プレートを基材の軟化点以上の温度に加熱することで、基材は、導電プレートと接している面だけが溶融するため、基材全体の強度劣化や融解が生じることなく、焼成された薄膜が形成された導電プレートと基材とを接合することができる。したがって、薄膜の形成される基材が薄膜の焼成時に高温により変質するのを防ぐことができる。
【００２８】
本発明の一態様では、前記接合用加熱工程においては、前記薄膜が形成された導電プレートと基材とをロウ材を介して接合することが好適である。
【００２９】
また、本発明に係る内燃機関の製造方法は、燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、薄膜が形成された内燃機関を製造する方法であって、本発明に係る薄膜の形成方法により前記壁面に薄膜を形成する工程を含む、ことを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に係る製造方法により製造された内燃機関１の概略構成を示す図である。内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック９及びシリンダヘッド１０を備える。シリンダブロック９内には、その軸線方向に往復運動するピストン１２が収容されている。ピストン１２の頂面１２ａ、シリンダブロック９の内壁面９ａ、及びシリンダヘッド１０の下面１０ａに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。シリンダヘッド１０には、燃焼室１３に連通する吸気ポート１４、及び燃焼室１３に連通する排気ポート１５が形成されている。さらに、吸気ポート１４と燃焼室１３との境界を開閉する吸気弁１６、及び排気ポート１５と燃焼室１３との境界を開閉する排気弁１７が設けられている。シリンダブロック９には、冷却水ジャケット１８が形成されており、冷却水ジャケット１８に冷却水が供給されることで、内燃機関１の冷却が行われる。
【００３２】
なお、図１では、説明の便宜上、燃料噴射弁や点火栓等の構成の図示を省略しているが、本実施形態に係る内燃機関１は、ディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関であってもよいし、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であってもよい。圧縮自着火式内燃機関の場合は、例えばピストン１２が圧縮上死点付近に位置するときに燃料噴射弁から燃焼室１３内に燃料を噴射することで、燃焼室１３内の燃料が自着火して燃焼する。火花点火式内燃機関の場合は、点火時期にて点火栓の火花放電により燃焼室１３内の混合気に点火することで、燃焼室１３内の混合気を火炎伝播燃焼させる。燃焼室１３内の燃焼ガスは、排気行程にて排気ポート１５へ排出される。
【００３３】
本実施形態では、燃焼室１３を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室１３内に臨む（面する）壁面上には、燃焼室１３内の燃焼ガスから母材への伝熱を抑制するための断熱用薄膜２０が形成されている。ここでは、燃焼室１３を形成する母材として、シリンダブロック（シリンダライナ）９、シリンダヘッド１０、ピストン１２、吸気弁１６、及び排気弁１７を挙げることができる。そして、燃焼室１３内に臨む壁面として、シリンダブロック内壁面（シリンダライナ内壁面）９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面（傘部底面）１６ａ、及び排気弁底面（傘部底面）１７ａのいずれか１つ以上を挙げることができる。図１では、シリンダブロック内壁面９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面１６ａ、及び排気弁底面１７ａの各々に断熱用薄膜２０を形成した例を示している。ただし、必ずしもシリンダブロック内壁面９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面１６ａ、及び排気弁底面１７ａのすべてに断熱用薄膜２０を形成する必要はない。つまり、断熱用薄膜２０については、シリンダブロック内壁面９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面１６ａ、及び排気弁底面１７ａのいずれか１つ以上に形成することができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る内燃機関１の製造方法、特に、断熱用薄膜２０を形成する方法について説明する。なお、断熱用薄膜２０を形成する工程以外の内燃機関１の製造工程については、周知の工程で実現可能である。
【００３５】
「実施例１」
図２は、断熱用薄膜２０を形成する方法の一例を説明するフローチャートである。まずステップＳ１０１の粒子製造工程においては、図３に示すように、断熱用材料として、粒状の樹脂２１ｄの周りを無機化合物であるセラミック材料の層２１ｂで覆った粒子２１を多数製造する。ここでの樹脂２１ｄについては、高温で熱分解してガス化する樹脂を用い、例えばポリスチレンやポリイミド等の樹脂を用いることができる。また、ここでのセラミック材料（無機化合物）については、例えば耐熱性の高いジルコニア（ＺｒＯ2）を用いることができる。さらに、ジルコニア以外に、シリカ（二酸化珪素、ＳｉＯ2）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化珪素や炭化珪素やコージェライト等のセラミック材料を用いることも可能である。ただし、セラミック材料（例えばジルコニア）の層２１ｂは、まだ焼成されておらず、緻密化されていない。つまり、セラミック材料の層２１ｂは、粗な構造であり、その内外が遮断されていない。また、各粒子２１の外径は、例えば数十μｍ程度である。
【００３６】
次に、ステップＳ１０２の薄膜塗布工程では、有機化合物としての有機珪素化合物２２内に断熱用材料としての粒子２１を多数混入させることで、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２（バインダ）で固める。そして、図４に示すように、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２で固めたものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２と多数の粒子２１とを含む薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ここでの有機珪素化合物２２については、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。また、ここでの母材３０は、シリンダブロック（シリンダライナ）９であってもよいし、シリンダヘッド１０であってもよいし、ピストン１２であってもよいし、吸気弁１６であってもよいし、排気弁１７であってもよい。つまり、母材３０の壁面３０ａは、シリンダブロック内壁面（シリンダライナ内壁面）９ａであってもよいし、シリンダヘッド下面１０ａであってもよいし、ピストン頂面１２ａであってもよいし、吸気弁底面１６ａであってもよいし、排気弁底面１７ａであってもよい。また、薄膜２０の厚さは、例えば約１００μｍ程度である。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３のガス抜用加熱工程では、図５に示すように、有機珪素化合物２２内に粒子２１が多数混入された薄膜２０を加熱して、各粒子２１内の樹脂２１ｄを熱分解させてガス化させるとともに、有機珪素化合物２２の熱分解により発生するガス２２ａを薄膜２０から抜く。ここでの薄膜２０の加熱については、赤外線による加熱や、レーザによる加熱や、火炎（バーナ）による加熱を用いることが可能である。ポリスチレンが熱分解してガス化する温度は約３５０〜４００℃以上であり、有機珪素化合物２２（ポリメタロカルボシラン）が熱分解することでＣＨ4やＨ2等のガス２２ａが発生する温度は約６００〜８００℃以上である。また、ジルコニアが緻密化する温度は約１０００℃以上であり、有機珪素化合物２２の熱分解により生成される二酸化珪素（ＳｉＯ2）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の珪素化合物２２ｂが完全に焼結する温度は約１０００〜１２００℃以上である。そこで、薄膜２０の温度が約６００〜８００℃以上で且つ約１０００〜１２００℃よりも低くなるように薄膜２０を加熱することで、セラミック材料（ジルコニア）の層２１ｂを緻密化させずに（粗な構造のまま）、各粒子２１内の樹脂２１ｄ（ポリスチレン）を熱分解させてガス化させることができる。さらに、有機珪素化合物２２の熱分解により生成される珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを完全に焼結させずに、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを発生させることができる。そのため、ガス化した樹脂２１ｄ、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０外へ確実に放出させることができる。各粒子２１内の樹脂２１ｄがガス化して放出されることで、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内部に中空部（気泡）２１ａが形成される。また、有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂは、加熱されることで非晶質化（ガラス化）される。
【００３８】
次に、ステップＳ１０４の焼成用加熱工程では、図６に示すように、ガス抜用加熱工程後の薄膜２０を加熱して、セラミック材料の層２１ｂを緻密化させるとともに、熱分解後の珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを焼成する。ここでの薄膜２０の加熱についても、赤外線による加熱や、レーザによる加熱や、火炎（バーナ）による加熱を用いることが可能である。ここでは、薄膜２０の温度が約１０００〜１２００℃以上になるようにステップＳ１０３のガス抜用加熱工程よりも高い温度で薄膜２０を加熱することで、セラミック材料（ジルコニア）の層２１ｂが密な構造に変化し、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内外が遮断される。さらに、熱分解後のＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂが結晶化（セラミック化）することで高強度化される。加熱後に薄膜２０を常温に戻すと、各粒子２１内の中空部２１ａは減圧された状態となる。以上の工程により、各粒子２１内に気泡（中空部）２１ａが形成された断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００３９】
内燃機関のシリンダ内における熱損失Ｑ［Ｗ］については、シリンダ内の圧力やガス流に起因する熱伝達係数ｈ［Ｗ／(ｍ2・Ｋ)］、シリンダ内の表面積Ａ［ｍ2］、シリンダ内のガス温度Ｔｇ［Ｋ］、及びシリンダ内に面する（シリンダ内の燃焼ガスと接触する）壁面の温度Ｔｗａｌｌ［Ｋ］を用いて、以下の（１）式で表すことができる。
【００４０】
Ｑ＝Ａ×ｈ×（Ｔｇ−Ｔｗａｌｌ） （１）
【００４１】
内燃機関のサイクルにおいては、シリンダ内ガス温度Ｔｇが時々刻々変化するが、壁面温度Ｔｗａｌｌをシリンダ内ガス温度Ｔｇに追従させるよう時々刻々変化させることで、（１）式における（Ｔｇ−Ｔｗａｌｌ）の値を小さくすることができ、熱損失Ｑを低減することができる。壁面温度Ｔｗａｌｌをシリンダ内ガス温度Ｔｇに追従させるよう変化させるためには、燃焼室内に臨む壁面に形成する断熱用薄膜については、熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量が低いことが望ましい。本実施形態では、断熱用薄膜２０内に気泡２１ａが多数形成されることで、断熱用薄膜２０の熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量を低くすることができる。その結果、燃焼室壁面温度Ｔｗａｌｌのシリンダ内ガス温度Ｔｇへの追従性を向上させることができ、内燃機関１の熱効率を向上させることができる。さらに、各粒子２１内の中空部２１ａが減圧された状態となることで、断熱用薄膜２０の熱伝導率をさらに低くすることができる。
【００４２】
ただし、中空構造の粒子を製造してから薄膜内に多数混入させて薄膜を焼成する場合は、中空構造の粒子の製造時と薄膜の焼成時の２回焼成を行う必要があり、焼成に要するエネルギーが増加する。これに対して以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の焼成と珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの焼成とを同じ工程で行うため、各粒子２１内に気泡２１ａが形成された断熱用薄膜２０をより少ない焼成エネルギーで効率的に形成することができる。さらに、薄膜２０（各粒子２１及び珪素化合物２２ｂ）の本焼成を行う前に、本焼成よりも低い温度で薄膜２０を加熱することで、各粒子２１内のガス化した樹脂２１ｄ、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０内から確実に抜くことができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、各粒子２１内の気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００４３】
「実施例２」
図７は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例２の説明では、実施例１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１と同様である。
【００４４】
まずステップＳ２０１の粒子製造工程においては、図８に示すように、粒状の樹脂による粒子２１を多数製造する。ここでの樹脂についても、高温で熱分解してガス化する樹脂を用い、例えばポリスチレンやポリイミド等の樹脂を用いることができる。次に、ステップＳ２０２の薄膜塗布工程では、有機珪素化合物２２内に粒子２１を多数混入させることで、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２（バインダ）で固める。そして、図９に示すように、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２で固めたものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２と多数の粒子（樹脂）２１とを含む薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ここでの有機珪素化合物２２についても、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。
【００４５】
次に、ステップＳ２０３のガス抜用加熱工程では、図１０に示すように、有機珪素化合物２２内に粒子２１が多数混入された薄膜２０を加熱して、各粒子（樹脂）２１を熱分解させてガス化させるとともに、有機珪素化合物２２の熱分解により発生するガス２２ａを薄膜２０から抜く。ここでは、薄膜２０の温度が約６００〜８００℃以上で且つ約１０００〜１２００℃よりも低くなるように薄膜２０を加熱することで、有機珪素化合物２２の熱分解により生成される珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを完全に焼結させずに、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを発生させることができるとともに、各粒子（ポリスチレン）２１を熱分解させてガス化させることができる。そのため、ガス化した樹脂２１、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０外へ確実に放出させることができる。各樹脂２１がガス化して放出されることで、薄膜２０（珪素化合物２２ｂ）の内部に中空部（気泡）２１ａが多数形成される。また、有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂは、加熱されることで非晶質化（ガラス化）される。
【００４６】
次に、ステップＳ２０４の焼成用加熱工程では、図１１に示すように、ガス抜用加熱工程後の薄膜２０を加熱して、熱分解後の珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを焼成する。ここでは、薄膜２０の温度が約１０００〜１２００℃以上になるようにステップＳ２０３のガス抜用加熱工程よりも高い温度で薄膜２０を加熱することで、熱分解後のＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂが結晶化（セラミック化）して高強度化される。加熱後に薄膜２０を常温に戻すと、薄膜２０（珪素化合物２２ｂ）内の各中空部２１ａは減圧された状態となり、熱伝導率が低くなる。以上の工程により、内部に気泡（中空部）２１ａが多数形成された断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。その結果、断熱用薄膜２０の熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量を低くすることができる。
【００４７】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、薄膜２０（珪素化合物２２ｂ）の本焼成を行う前に、本焼成よりも低い温度で薄膜２０を加熱することで、ガス化した樹脂２１、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０内から確実に抜くことができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００４８】
「実施例３」
図１２は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例３の説明では、実施例１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１，２と同様である。
【００４９】
まずステップＳ３０１の薄膜塗布工程においては、有機珪素化合物２２内に粒子状の断熱材４１を多数混入させることで、多数の粒子状の断熱材４１を有機珪素化合物２２（バインダ）で固める。ここでの有機珪素化合物２２についても、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。また、ここでの断熱材４１については、例えば中空のセラミックビーズ（ジルコニアビーズ等）や中空のガラスビーズ等の中空構造のものを用いることができる。そして、図１３に示すように、多数の断熱材４１を有機珪素化合物２２で固めたものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２と多数の断熱材４１とを含む薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ただし、ここで塗布する薄膜２０の厚さについては目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／５程度とする。ここでの目標厚さは例えば１００μｍ程度の厚さである。なお、薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する際には、有機珪素化合物２２をキシレン等の有機溶剤（有機化合物）に溶解させた溶液を母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することも可能である。
【００５０】
次に、ステップＳ３０２の薄膜加熱工程では、図１４に示すように、ステップＳ３０１で塗布された薄膜２０を加熱して焼成する。薄膜２０の加熱により有機珪素化合物２２（ポリメタロカルボシラン）が熱分解すると、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａが発生する。さらに、塗布された薄膜２０がキシレン等の有機溶剤を含む場合は、有機溶剤が蒸発することによるガスも発生する。これらのガスは薄膜２０内から外部へ放出される。また、有機珪素化合物２２の熱分解によりＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂが生成され、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂが焼成されることで結晶化（セラミック化）されて高強度化される。
【００５１】
次に、ステップＳ３０３では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ３０３の判定結果がＮＯの場合）は、図１５に示すように、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ３０１の薄膜塗布工程とステップＳ３０２の薄膜加熱工程とを交互に繰り返す。一方、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ３０３の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０の塗布及び加熱（焼成）を終了する。以上の工程により、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの内部に断熱材４１が多数混入された、目標の厚さの断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００５２】
薄膜２０の焼成の際に発生するガスは、薄膜２０の厚さが厚すぎると、焼成中に薄膜２０内から十分に抜け切れずに焼成後も薄膜２０内に気泡として残存する。この気泡は薄膜２０の熱伝導率を低くする点ではメリットとなるが、薄膜２０の強度の点では強度低下の一因となる。これに対して以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、目標の厚さの薄膜２０を形成する際に、薄い薄膜２０の塗りと焼成とを交互に複数回繰り返して目標の厚さにしている。このように、薄い薄膜２０を何回かに分けて重ね塗りして焼成することで、１回あたりに焼成される薄膜２０の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜２０内から抜けやすくすることができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、断熱材４１の気泡以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００５３】
以上の実施例３の説明では、断熱材４１が多数混入された断熱用薄膜２０を形成する場合について説明した。ただし、実施例３による断熱用薄膜２０の形成方法は、断熱材４１が混入されていない断熱用薄膜２０に対しても適用可能である。
【００５４】
「実施例４」
図１６は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例４の説明では、実施例１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜３と同様である。
【００５５】
まずステップＳ４０１の第１薄膜塗布工程においては、図１７に示すように、断熱用材料として多数の粒子２１を結合したものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、多数の粒子２１を含む薄膜２０−１を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ただし、ここで塗布する薄膜２０−１の厚さについても目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／１０程度とする。実施例１と同様に、各粒子２１は、粒状の樹脂２１ｄの周りをセラミック材料の層２１ｂで覆った構造を有し、セラミック材料の層２１ｂは、まだ焼成されておらず、緻密化されていない。樹脂２１ｄ及びセラミック材料の具体例は実施例１と同様である。
【００５６】
次に、ステップＳ４０２の第１薄膜加熱工程においては、図１８に示すように、ステップＳ４０１で塗布された薄膜２０−１を加熱して焼成する。薄膜２０−１の加熱により各粒子２１内の樹脂２１ｄ（ポリスチレン）がガス化して薄膜２０−１外へ放出されることで、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内部に中空部（気泡）２１ａが形成される。さらに、セラミック材料（ジルコニア）の層２１ｂが焼成されることで緻密化されて密な構造に変化し、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内外が遮断される。加熱後に薄膜２０−１を常温に戻すと、各粒子２１内の中空部２１ａは減圧された状態となる。
【００５７】
次に、ステップＳ４０３の第２薄膜塗布工程においては、図１９に示すように、薄膜２０−１上に有機珪素化合物２２を薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２を含む薄膜２０−２を薄膜２０−１上に形成する。ただし、ここで塗布する薄膜２０−２の厚さについても目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／１０〜１／２０程度とする。ここでの有機珪素化合物２２についても、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。なお、薄膜２０−２を薄膜２０−１上に形成する際には、有機珪素化合物２２をキシレン等の有機溶剤（有機化合物）に溶解させた溶液を薄膜状に塗布することも可能である。
【００５８】
次に、ステップＳ４０４の第２薄膜加熱工程においては、図２０に示すように、ステップＳ４０３で塗布された薄膜２０−２を加熱して焼成する。薄膜２０−２の加熱により有機珪素化合物２２（ポリメタロカルボシラン）が熱分解すると、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａが発生する。さらに、塗布された薄膜２０−２がキシレン等の有機溶剤を含む場合は、有機溶剤が蒸発することによるガスも発生する。これらのガスは薄膜２０−２外へ放出される。また、有機珪素化合物２２の熱分解によりＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂが生成され、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂが焼成されることで結晶化（セラミック化）されて高強度化される。
【００５９】
次に、ステップＳ４０５では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ４０５の判定結果がＮＯの場合）は、図２１に示すように、薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ４０１の第１薄膜塗布工程とステップＳ４０２の第１薄膜加熱工程とステップＳ４０３の第２薄膜塗布工程とステップＳ４０４の第２薄膜加熱工程とを順に繰り返す。一方、薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ４０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０−１，２０−２の塗布及び加熱（焼成）を終了する。以上の工程により、多数の粒子２１による薄膜２０−１と珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂによる薄膜２０−２とが厚さ方向において交互に配置された、目標の厚さの断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００６０】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、目標の厚さの断熱用薄膜２０を形成する際に、薄い薄膜２０−１，２０−２の塗りと焼成とを交互に複数回繰り返して目標の厚さにすることで、１回あたりに焼成される薄膜２０−１，２０−２の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜２０−１，２０−２内から抜けやすくすることができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、各粒子２１内の気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。さらに、中空構造の粒子２１による層（薄膜２０−１）と珪素化合物２２ｂによる層（薄膜２０−２）とが交互に複数回積層されることで、断熱用薄膜２０の面内方向（厚さ方向と垂直方向）に関して中空構造の粒子２１が均一に分布し、中空構造の粒子２１が断熱用薄膜２０の面内方向に関して局所的に偏って存在するのを防ぐことができる。その結果、厚さ方向の熱伝導率がほぼ均一な断熱用薄膜２０を実現でき、局所的に熱が逃げやすい箇所や逃げにくい箇所の存在を抑制できる。したがって、均一な熱物性の断熱用薄膜２０を実現できる。
【００６１】
「実施例５」
図２２は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例５の説明では、実施例１〜４と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜４と同様である。
【００６２】
図２２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は実施例１と同様である。ただし、ステップＳ１０２の薄膜塗布工程で塗布する薄膜２０の厚さについては目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／５程度とする。ステップＳ１０５では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ１０５の判定結果がＮＯの場合）は、図２３に示すように、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ１０２の薄膜塗布工程とステップＳ１０３のガス抜用加熱工程とステップＳ１０４の焼成用加熱工程とを順に繰り返す。一方、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０の塗布及び加熱を終了する。以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法においても、薄膜２０の焼成時に発生するガスを薄膜２０内から確実に抜くことができるので、焼成後の断熱用薄膜２０内に、各粒子２１内の気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができ、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００６３】
「実施例６」
図２４は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例６の説明では、実施例１〜５と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜５と同様である。
【００６４】
図２４のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は実施例２と同様である。ただし、ステップＳ２０２の薄膜塗布工程で塗布する薄膜２０の厚さについては目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／５程度とする。ステップＳ２０５では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ２０５の判定結果がＮＯの場合）は、図２５に示すように、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ２０２の薄膜塗布工程とステップＳ２０３のガス抜用加熱工程とステップＳ２０４の焼成用加熱工程とを順に繰り返す。一方、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０の塗布及び加熱を終了する。以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法においても、薄膜２０の焼成時に発生するガスを薄膜２０内から確実に抜くことができるので、焼成後の断熱用薄膜２０内に、気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができ、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００６５】
以上の実施例１〜６の説明では、断熱用薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に直接形成する場合について説明した。ただし、実施例１〜６では、断熱用薄膜２０を母材３０と別の基材上に形成し、断熱用薄膜２０が形成された基材と母材３０の壁面３０ａとを接合することも可能である。
【００６６】
「実施例７」
図２６は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例７の説明では、実施例１〜６と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜６と同様である。
【００６７】
まずステップＳ５０１の仮焼成用加熱工程では、図２７に示すように、薄膜材料４２の溶液５２の表面を加熱することで、薄膜材料４２が仮焼成された薄膜２０を溶液５２上に形成する。ここでの溶液５２については、薄膜材料４２がキシレン等の有機溶剤（有機化合物）に溶解された溶液を用いることができ、薄膜材料４２については、例えばポリメタロカルボシラン等の有機珪素化合物を用いることができる。ここでは、薄膜材料４２が本焼成により完全に固化する温度よりも低い温度で溶液５２上部を加熱し、溶液５２上部の加熱される部分のみが仮焼きされることで、焼成の途中段階の完全には固化していない（半固化状態の）薄膜２０が溶液５２上に形成される。溶液５２の加熱については、赤外線による加熱や、レーザによる加熱や、火炎（バーナ）による加熱を用いることが可能であり、加熱強度を制御することで、薄膜２０の厚さを制御することもできる。
【００６８】
次に、ステップＳ５０２の接着工程では、図２８に示すように、ステップＳ５０１で仮焼成された薄膜２０の表面上にロウ材（接合材）５３を載せる。そして、図２９に示すように、ロウ材５３を塗布した面を固化していない薄膜２０の持つ濡れ性によって母材３０の壁面３０ａと密着させることで、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをロウ材５３を介してくっつける。そして、壁面３０ａ上に薄膜２０がくっつけられた母材３０を溶液５２から取り出す。なお、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをくっつける際には、図２８に示すように、薄膜２０の表面（ロウ材５３）上に、濡れ性を向上させるための液体５４を噴霧することもできる。ここでの液体については、例えば表面張力の低いエタノール（表面張力２２．６ｍＮ／ｍ）やアセトン（表面張力２３．３ｍＮ／ｍ）を用いることが好ましい。ただし、水（表面張力７２．８ｍＮ／ｍ）を用いることも可能である。
【００６９】
次に、ステップＳ５０３の本焼成用加熱工程では、図３０に示すように、母材３０の壁面３０ａ上にくっつけられた薄膜２０をステップＳ５０１の仮焼成用加熱工程よりも高い温度で加熱して本焼成する。ここでは、母材３０全体を炉等で加熱することもできるし、薄膜２０をレーザ照射により加熱することもできる。薄膜２０は本焼成により完全に固化し、薄膜材料４２（有機珪素化合物）の熱分解により生成されたＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂは結晶化（セラミック化）することで高強度化される。さらに、薄膜２０の加熱（本焼成）の際には、ロウ材５３が溶解することによる母材３０と薄膜２０との接合も行われる。以上の工程により、セラミック化された珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを含む断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００７０】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、仮焼きされた、完全には固化していない薄膜２０の持つ濡れ性によって、母材３０の壁面３０ａが平面でなく凹凸がある場合であっても、薄膜２０を母材３０の壁面３０ａに密着させることができる。そして、仮焼きにより予め均一な厚さの薄膜２０を作製して母材３０の壁面３０ａに接合することで、母材３０の壁面３０ａが複雑な形状の場合であっても、均一な厚さの薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成することができる。さらに、薄膜材料４２の溶液５２の表面上に予め薄膜２０を作製することで、薄膜２０の製作工程と母材３０への取り付け工程とを分けることができる。したがって、大量加工が可能となり、製造コストの低減が可能となる。
【００７１】
「実施例８」
図３１は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例８の説明では、実施例１〜７と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜７と同様である。
【００７２】
まずステップＳ６０１の粒子混合工程では、薄膜材料４２の溶液５２に多数の粒子状の断熱材４１を混合し、しばらく放置する。ここでの断熱材４１については、例えば中空のセラミックビーズ（ジルコニアビーズ等）や中空のガラスビーズを用いることができる。断熱材４１の比重を溶液５２の比重よりも軽くすることで、図３２に示すように、断熱材４１が溶液５２の上部に浮き出て溜まる。次に、ステップＳ６０２の仮焼成用加熱工程では、実施例７のステップＳ５０１と同様に、図３３に示すように、薄膜材料４２の溶液５２の表面を加熱することで、薄膜材料４２が仮焼成された薄膜２０を溶液５２上に形成する。その際には、加熱強度を制御することで、溶液５２上部の断熱材４１の存在する領域のみを仮焼成することができ、ステップＳ６０１で溶液５２に混入させる断熱材４１の密度や量を調整することで、薄膜２０の厚さや薄膜２０内の断熱材４１の混入割合を制御することができる。
【００７３】
次に、ステップＳ６０３の接着工程では、実施例７のステップＳ５０２と同様に、図３４に示すように、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをロウ材５３を介してくっつける。そして、ステップＳ６０４の本焼成用加熱工程では、実施例７のステップＳ５０３と同様に、図３５に示すように、母材３０の壁面３０ａ上にくっつけられた薄膜２０を加熱して本焼成する。以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、母材３０の壁面３０ａが複雑な形状の場合であっても、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの内部に断熱材４１が多数混入された、均一な厚さの薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成することができる。
【００７４】
「実施例９」
図３６は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例９の説明では、実施例１〜８と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜８と同様である。
【００７５】
まずステップＳ７０１の薄膜塗布工程では、図３７に示すように、樹脂フィルム５５上に薄膜材料４２の溶液を薄膜状に塗布することで、薄膜材料４２の溶液による薄膜２０を樹脂フィルム５５上に形成する。ここでの薄膜材料４２についても、例えばポリメタロカルボシラン等の有機珪素化合物を用いることができる。そして、ここでの樹脂フィルム５５については、高温で熱分解してガス化する樹脂を用い、例えばポリスチレンやポリイミド等の樹脂を用いることができる。また、ここでは、薄膜材料４２の溶液に多数の粒子状の断熱材４１を混合させることで、薄膜材料４２と多数の断熱材４１とを含む薄膜２０を樹脂フィルム５５上に形成することもできる。次に、ステップＳ７０２の仮焼成用加熱工程では、図３７に示すように、ステップＳ７０１で塗布された薄膜材料４２の溶液による薄膜２０を加熱して仮焼成する。ここでは、薄膜材料４２が本焼成により完全に固化する温度よりも低い温度で薄膜２０を加熱し、薄膜材料４２が仮焼きされることで焼成の途中段階の完全には固化していない（半固化状態の）薄膜２０が樹脂フィルム５５上に形成される。
【００７６】
次に、ステップＳ７０３の接着工程では、図３８に示すように、ステップＳ７０２で仮焼成された薄膜２０の表面上にロウ材（接合材）５３を載せる。そして、図３９に示すように、ロウ材５３を塗布した面を固化していない薄膜２０の持つ濡れ性によって母材３０の壁面３０ａと密着させることで、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをロウ材５３を介してくっつける。なお、実施例７と同様に、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをくっつける際には、図３８に示すように、薄膜２０の表面（ロウ材５３）上に、濡れ性を向上させるための液体５４を噴霧することもできる。
【００７７】
次に、ステップＳ７０４の本焼成用加熱工程では、図４０に示すように、母材３０の壁面３０ａ上にくっつけられた薄膜２０をステップＳ７０２の仮焼成用加熱工程よりも高い温度で加熱して本焼成する。薄膜２０は本焼成により完全に固化し、薄膜材料４２（有機珪素化合物）の熱分解により生成されたＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂは結晶化（セラミック化）することで高強度化される。薄膜２０の加熱（本焼成）の際には、樹脂フィルム５５は熱分解してガス化することで除去される。さらに、薄膜２０の加熱（本焼成）の際には、ロウ材５３が溶解することによる母材３０と薄膜２０との接合も行われる。以上の工程により、セラミック化された珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを含む断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００７８】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法においても、母材３０の壁面３０ａが複雑な形状の場合であっても、完全には固化していない薄膜２０の持つ濡れ性を利用して、均一な厚さの薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成することができる。さらに、樹脂フィルム５５上に予め薄膜２０を作製することで、薄膜２０の製作工程と母材３０への取り付け工程とを分けることができるので、大量加工が可能となり、製造コストの低減が可能となる。
【００７９】
「実施例１０」
図４１は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例１０の説明では、実施例１〜９と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜９と同様である。
【００８０】
まずステップＳ８０１の薄膜形成工程では、図４２に示すように、耐熱性の金属プレート（導電プレート）６３の表面６３ａ上に塗布された薄膜２０を焼成することで、焼成された断熱用薄膜２０を金属プレート６３の表面６３ａ上に形成する。ここでは、実施例１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の工程を適用して、各粒子２１内に気泡２１ａが形成された断熱用薄膜２０を金属プレート６３上に形成することもできるし、実施例２のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の工程を適用して、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの内部に気泡２１ａが多数形成された断熱用薄膜２０を金属プレート６３上に形成することもできる。また、実施例３のステップＳ３０１〜Ｓ３０３の工程や実施例４のステップＳ４０１〜Ｓ４０５の工程や実施例５のステップＳ１０１〜Ｓ１０５の工程や実施例６のステップＳ２０１〜Ｓ２０５の工程を適用して、薄膜２０の塗布と焼成とを繰り返すことで断熱用薄膜２０を金属プレート６３上に形成することもできる。金属プレート６３の軟化点は母材３０の軟化点よりも高く、導電性の金属プレート６３の電気抵抗は導電性の母材３０の電気抵抗よりも大きい。例えば母材３０がアルミニウムまたはアルミニウム系合金である場合は、金属プレート６３の材料を鉄または鉄系合金にすることで、金属プレート６３の軟化点を母材３０の軟化点よりも高くするとともに、金属プレート６３の電気抵抗を母材３０の電気抵抗よりも大きくすることが可能となる。
【００８１】
次に、ステップＳ８０２の接合用加熱工程では、図４３に示すように、焼成後の断熱用薄膜２０が形成された金属プレート６３を母材３０の壁面３０ａ上に載せる。その際には、図４３に示すように、接着性を向上させるために、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとの間にロウ材（接合材）５３を挟んでもよい。そして、断熱用薄膜２０が形成された金属プレート６３と母材３０とを電磁誘導加熱することで、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとを接合する。電磁誘導加熱の際には、金属プレート６３の電気抵抗が母材３０の電気抵抗よりも大きいため、金属プレート６３の方が母材３０よりも加熱されやすく、電磁誘導による温度上昇が大きくなる。電磁誘導加熱により、金属プレート６３の温度が母材３０の融点以上の温度になると、金属プレート６３の裏面６３ｂが母材３０の壁面３０ａを溶かして接合される。接合の際には、加熱された金属プレート６３の裏面６３ｂ及び母材３０の壁面３０ａの温度以下で溶融するロウ材５３を金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとの間に塗布しておき、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとを溶融したロウ材５３を介して接合することで、接合強度を向上させることができる。なお、金属プレート６３上の断熱用薄膜２０が例えば珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂ等のガラス・セラミック系の薄膜であれば、電磁誘導加熱により断熱用薄膜２０は加熱されない。
【００８２】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、耐熱性の金属プレート６３上で薄膜２０を焼成することで、低軟化点の母材３０の融点以上の温度で薄膜２０の焼成が可能となる。例えば珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂ等のガラス・セラミック系の薄膜２０を焼成するためには、約１０００〜１２００℃程度に温度を上げることが有効であるが、母材３０の材料がアルミニウムまたはアルミニウム系合金である場合は、そのような高温に母材３０が耐えることができず、母材３０の強度劣化や融解が生じやすくなる。これに対して、例えば鉄または鉄系合金等の耐熱性の金属プレート６３を、薄膜２０を焼成するためのプレートとして用いれば、約１２００℃程度の高温に耐えることができるため、金属プレート６３の強度劣化や融解が生じることなく薄膜２０の焼成が可能となる。そして、電磁誘導加熱では、電気抵抗の大きな材料がより加熱されやすい特性を有するため、金属プレート６３の電気抵抗を低軟化点の母材３０の電気抵抗よりも大きくすることで、金属プレート６３が母材３０よりも高温となる。金属プレート６３を母材３０の融点以上に加熱することで、低軟化点の母材３０は、金属プレート６３と接している壁面３０ａだけが高温となって溶融するため、母材３０全体の強度劣化や融解が生じることなく、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとを接合することができる。したがって、焼成された断熱用薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する場合に、母材３０全体が高温になって変質するのを防止することができる。
【００８３】
以上の説明では、内燃機関１の燃焼室１３を形成する母材３０の少なくとも一部の、燃焼室１３内に臨む壁面３０ａ上に、薄膜２０を形成する場合について説明した。ただし、実施例１〜１０で説明した薄膜２０の形成方法については、内燃機関１の燃焼室１３内に臨む壁面３０ａ以外であっても適用可能である。
【００８４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態に係る製造方法により製造された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明するフローチャートである。
【図３】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図４】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図５】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図６】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図１３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１４】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１５】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１６】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図１７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図２３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２４】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図２５】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２６】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図２７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図３２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３４】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３５】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３６】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図３７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図４０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図４１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図４２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図４３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 内燃機関、９ シリンダブロック、９ａ シリンダブロック内壁面、１０ シリンダヘッド、１０ａ シリンダヘッド下面、１２ ピストン、１２ａ ピストン頂面、１３ 燃焼室、１４ 吸気ポート、１５ 排気ポート、１６ 吸気弁、１６ａ 吸気弁底面、１７ 排気弁、１７ａ 排気弁底面、１８ 冷却水ジャケット、２０ 断熱用薄膜、２１ 粒子、２１ａ 中空部、２１ｂ セラミック材料の層、２１ｄ 樹脂、２２ 有機珪素化合物、２２ａ ガス、２２ｂ 珪素化合物、３０ 母材、３０ａ 壁面、４１ 断熱材、４２ 薄膜材料、５２ 溶液、５３ ロウ材、５４ 液体、５５ 樹脂フィルム、６３ 金属プレート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の形成方法及び内燃機関の製造方法に関し、特に、基材上に薄膜を形成する方法、及び燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、薄膜が形成された内燃機関を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の熱効率を向上させるために、内燃機関の燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、断熱用薄膜を形成する技術が提案されている（例えば下記非特許文献１，２）。非特許文献１，２においては、熱伝導率の低いセラミック（ジルコニア）からなる単一材料の断熱用薄膜をピストンの頂面上に形成することで、燃焼室内の燃焼ガスからピストンへの熱伝達を低下させて熱効率の向上を図っている。
【０００３】
このような薄膜を形成する方法としては、基材上に薄膜材料を塗布して焼成する方法が一般的に行われている。薄膜材料の焼成方法としては、例えば下記特許文献１によるものが開示されており、薄膜材料の塗布方法としては、例えば下記特許文献２によるものが開示されている。特許文献１においては、低軟化点の材料基板上に薄膜形成材料を塗布し乾燥後、焼成して金属酸化物の薄膜を形成する際に、焼成温度が５００〜６００℃の時にはガス中の酸素濃度を７５Ｖｏｌ％以上の雰囲気で焼成し、焼成温度が６００〜７００℃の時にはガス中の酸素濃度を５０Ｖｏｌ％以上の雰囲気で焼成することで、焼成温度をできる限り低温にしている。また、特許文献２においては、回転式成膜装置（スピンコータ）を用いて、基材を回転させながら薄膜材料を滴下することで基材上に均一な厚さの薄膜を形成している。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８５６号公報
【特許文献２】特開平５−２１２３４０号公報
【特許文献３】特開昭５９−２１３６６５号公報
【特許文献４】国際公開第８９／０３９３０号パンフレット
【特許文献５】米国特許第４４９５９０７号明細書
【特許文献６】米国特許第５８２０９７６号明細書
【非特許文献１】Gerhard Woschni他,"Heat Insulation of Combustion Chamber Walls - A Measure to Decrease the Fuel Combustion of I.C. Engines?",SAE Paper 870339,Society of Automotive Engineers,1987
【非特許文献２】Victor W.Wong他,"Assessment of Thin Thermal Barrier Coatings for I.C. Engines",SAE Paper 950980,Society of Automotive Engineers,1995
【非特許文献３】志保浩司他、「有機無機複合粒子、中空無機粒子の合成」、ＪＳＲテクニカルレビュー No.109/2002、２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機珪素化合物等の有機化合物を含む薄膜を加熱して焼成する際には、有機化合物が熱分解することによるガスが発生する。このガスが焼成中に薄膜内から十分に抜けきらないと、焼成後の薄膜内に気泡として残存する。この気泡は薄膜の熱伝導率を低くする点ではメリットとなるが、薄膜の強度の点では強度低下の一因となるため、薄膜の実際の強度が設計強度よりも低下しやすくなる。
【０００６】
また、薄膜の熱伝導率を低くするためには、中空構造の粒子を薄膜内に多数混入させることが有効である。この中空構造の粒子については、例えば非特許文献３にも開示されているように、粒状の樹脂の周りをセラミック材料の層で覆った粒子を加熱して、樹脂をガス化させるとともにセラミック材料の層を焼成することで製造することが可能である。しかし、中空構造の粒子を製造してから薄膜内に多数混入させて薄膜を焼成する場合は、中空構造の粒子の製造時と薄膜の焼成時の２回焼成を行う必要があり、焼成に要するエネルギーが増加する。
【０００７】
また、基材上に薄膜を形成する際には、薄膜の形成される部品の面が平面でなく凹凸がある場合であっても、均一な厚さの薄膜を形成できることが望ましい。特許文献２の回転式成膜装置（スピンコータ）は、平面状のある程度の大きさの部品上に均一な厚さの薄膜を形成する際には有効であるが、薄膜の形成される部品の面が平面でなく凹凸がある場合には、均一な厚さの薄膜を形成することが困難となる。
【０００８】
また、薄膜が塗布された基材に対し、炉等で全体を加熱して焼成する際に、薄膜材料の焼成温度が基材の軟化温度よりも高い温度である場合は、基材の強度劣化や融解が生じやすくなる。
【０００９】
本発明は、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことを目的の１つとする。また、本発明は、内部に気泡が多数形成された薄膜をより少ない焼成エネルギーで形成することを目的の１つとする。また、本発明は、薄膜の形成される基材の面が平面でなく凹凸がある場合でも均一な厚さの薄膜を形成することを目的の１つとする。また、本発明は、薄膜の形成される基材が薄膜の焼成時に高温により変質するのを防ぐことを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る薄膜の形成方法及び内燃機関の製造方法は、上述した目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【００１１】
本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、粒状の樹脂の周りを無機化合物の層で覆った粒子を製造する粒子製造工程と、基材上に塗布された、有機化合物と多数の前記粒子とを含む薄膜を加熱して、該粒子内の樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、前記無機化合物の層を緻密化させるとともに、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、を含むことで、各粒子内に気泡が形成された薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１２】
本発明によれば、各粒子（無機化合物の層）の焼成と熱分解後の有機化合物の焼成とを同じ工程で行うため、各粒子内に気泡が形成された薄膜をより少ない焼成エネルギーで効率的に形成することができる。さらに、各粒子及び熱分解後の有機化合物が焼成される前に、各粒子内のガス化した樹脂、及び有機化合物の熱分解により生成されたガスを薄膜内から確実に抜くことができるので、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、基材上に塗布された、有機化合物と多数の粒状の樹脂とを含む薄膜を加熱して、該樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、を含むことで、内部に気泡が多数形成された薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、熱分解後の有機化合物が焼成される前に、ガス化した樹脂、及び有機化合物の熱分解により生成されたガスを薄膜内から確実に抜くことができるので、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、有機化合物を含む薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する塗布工程と、該塗布された薄膜を加熱して焼成する加熱工程とを、薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで交互に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１６】
本発明によれば、１回あたりに焼成される薄膜の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜内から抜けやすくすることができる。その結果、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００１７】
本発明の一態様では、前記塗布工程で塗布される薄膜は、断熱用材料をさらに含むことが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、断熱用材料を含む第１の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第１塗布工程と、該塗布された第１の薄膜を加熱して焼成する第１加熱工程と、有機化合物を含む第２の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第２塗布工程と、該塗布された第２の薄膜を加熱して焼成する第２加熱工程とを、薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで順に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成することを要旨とする。
【００１９】
本発明によれば、１回あたりに焼成される薄膜の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜内から抜けやすくすることができる。その結果、薄膜の焼成時に発生するガスが薄膜内に残存して薄膜の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、薄膜材料の溶液の表面を加熱して、薄膜材料が仮焼成された薄膜を溶液上に形成する仮焼成用加熱工程と、該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、を含むことを要旨とする。
【００２１】
本発明によれば、仮焼きされた、完全には固化していない薄膜の持つ濡れ性によって、基材の表面が平面でなく凹凸がある場合でも、均一な厚さの薄膜を基材の表面に密着させることができる。そして、基材の表面にくっつけられた薄膜を本焼成することで、均一な厚さの薄膜を基材上に形成することができる。
【００２２】
本発明の一態様では、前記仮焼成用加熱工程において加熱される薄膜材料の溶液には、粒子状の断熱材が混入されていることが好適である。
【００２３】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、フィルム上に薄膜材料を薄膜状に塗布する塗布工程と、該塗布された薄膜材料による薄膜を加熱して仮焼成する仮焼成用加熱工程と、該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、を含むことを要旨とする。
【００２４】
本発明によれば、仮焼きされた、完全には固化していない薄膜の持つ濡れ性によって、基材の表面が平面でなく凹凸がある場合でも、均一な厚さの薄膜を基材の表面に密着させることができる。そして、基材の表面にくっつけられた薄膜を本焼成することで、均一な厚さの薄膜を基材上に形成することができる。
【００２５】
本発明の一態様では、前記接着工程において、前記仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける場合に、該仮焼成された薄膜の表面に、濡れ性を向上させるための液体を噴霧することが好適である。
【００２６】
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、基材上に薄膜を形成する方法であって、導電プレート上に、焼成された薄膜を形成する薄膜形成工程と、該薄膜が形成された導電プレートと基材とを電磁誘導加熱により接合する接合用加熱工程と、を含み、導電プレートの軟化点が基材の軟化点よりも高く、導電プレートの電気抵抗が基材の電気抵抗よりも大きいことを要旨とする。
【００２７】
本発明によれば、導電プレートの軟化点が基材の軟化点よりも高いため、基材の軟化点以上の温度で導電プレート上の薄膜の焼成が可能となる。そして、電磁誘導加熱では、導電プレートの電気抵抗が基材の電気抵抗よりも大きいため、導電プレートが基材よりも高温となる。導電プレートを基材の軟化点以上の温度に加熱することで、基材は、導電プレートと接している面だけが溶融するため、基材全体の強度劣化や融解が生じることなく、焼成された薄膜が形成された導電プレートと基材とを接合することができる。したがって、薄膜の形成される基材が薄膜の焼成時に高温により変質するのを防ぐことができる。
【００２８】
本発明の一態様では、前記接合用加熱工程においては、前記薄膜が形成された導電プレートと基材とをロウ材を介して接合することが好適である。
【００２９】
また、本発明に係る内燃機関の製造方法は、燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、薄膜が形成された内燃機関を製造する方法であって、本発明に係る薄膜の形成方法により前記壁面に薄膜を形成する工程を含む、ことを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に係る製造方法により製造された内燃機関１の概略構成を示す図である。内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック９及びシリンダヘッド１０を備える。シリンダブロック９内には、その軸線方向に往復運動するピストン１２が収容されている。ピストン１２の頂面１２ａ、シリンダブロック９の内壁面９ａ、及びシリンダヘッド１０の下面１０ａに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。シリンダヘッド１０には、燃焼室１３に連通する吸気ポート１４、及び燃焼室１３に連通する排気ポート１５が形成されている。さらに、吸気ポート１４と燃焼室１３との境界を開閉する吸気弁１６、及び排気ポート１５と燃焼室１３との境界を開閉する排気弁１７が設けられている。シリンダブロック９には、冷却水ジャケット１８が形成されており、冷却水ジャケット１８に冷却水が供給されることで、内燃機関１の冷却が行われる。
【００３２】
なお、図１では、説明の便宜上、燃料噴射弁や点火栓等の構成の図示を省略しているが、本実施形態に係る内燃機関１は、ディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関であってもよいし、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であってもよい。圧縮自着火式内燃機関の場合は、例えばピストン１２が圧縮上死点付近に位置するときに燃料噴射弁から燃焼室１３内に燃料を噴射することで、燃焼室１３内の燃料が自着火して燃焼する。火花点火式内燃機関の場合は、点火時期にて点火栓の火花放電により燃焼室１３内の混合気に点火することで、燃焼室１３内の混合気を火炎伝播燃焼させる。燃焼室１３内の燃焼ガスは、排気行程にて排気ポート１５へ排出される。
【００３３】
本実施形態では、燃焼室１３を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室１３内に臨む（面する）壁面上には、燃焼室１３内の燃焼ガスから母材への伝熱を抑制するための断熱用薄膜２０が形成されている。ここでは、燃焼室１３を形成する母材として、シリンダブロック（シリンダライナ）９、シリンダヘッド１０、ピストン１２、吸気弁１６、及び排気弁１７を挙げることができる。そして、燃焼室１３内に臨む壁面として、シリンダブロック内壁面（シリンダライナ内壁面）９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面（傘部底面）１６ａ、及び排気弁底面（傘部底面）１７ａのいずれか１つ以上を挙げることができる。図１では、シリンダブロック内壁面９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面１６ａ、及び排気弁底面１７ａの各々に断熱用薄膜２０を形成した例を示している。ただし、必ずしもシリンダブロック内壁面９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面１６ａ、及び排気弁底面１７ａのすべてに断熱用薄膜２０を形成する必要はない。つまり、断熱用薄膜２０については、シリンダブロック内壁面９ａ、シリンダヘッド下面１０ａ、ピストン頂面１２ａ、吸気弁底面１６ａ、及び排気弁底面１７ａのいずれか１つ以上に形成することができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る内燃機関１の製造方法、特に、断熱用薄膜２０を形成する方法について説明する。なお、断熱用薄膜２０を形成する工程以外の内燃機関１の製造工程については、周知の工程で実現可能である。
【００３５】
「実施例１」
図２は、断熱用薄膜２０を形成する方法の一例を説明するフローチャートである。まずステップＳ１０１の粒子製造工程においては、図３に示すように、断熱用材料として、粒状の樹脂２１ｄの周りを無機化合物であるセラミック材料の層２１ｂで覆った粒子２１を多数製造する。ここでの樹脂２１ｄについては、高温で熱分解してガス化する樹脂を用い、例えばポリスチレンやポリイミド等の樹脂を用いることができる。また、ここでのセラミック材料（無機化合物）については、例えば耐熱性の高いジルコニア（ＺｒＯ2）を用いることができる。さらに、ジルコニア以外に、シリカ（二酸化珪素、ＳｉＯ2）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化珪素や炭化珪素やコージェライト等のセラミック材料を用いることも可能である。ただし、セラミック材料（例えばジルコニア）の層２１ｂは、まだ焼成されておらず、緻密化されていない。つまり、セラミック材料の層２１ｂは、粗な構造であり、その内外が遮断されていない。また、各粒子２１の外径は、例えば数十μｍ程度である。
【００３６】
次に、ステップＳ１０２の薄膜塗布工程では、有機化合物としての有機珪素化合物２２内に断熱用材料としての粒子２１を多数混入させることで、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２（バインダ）で固める。そして、図４に示すように、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２で固めたものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２と多数の粒子２１とを含む薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ここでの有機珪素化合物２２については、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。また、ここでの母材３０は、シリンダブロック（シリンダライナ）９であってもよいし、シリンダヘッド１０であってもよいし、ピストン１２であってもよいし、吸気弁１６であってもよいし、排気弁１７であってもよい。つまり、母材３０の壁面３０ａは、シリンダブロック内壁面（シリンダライナ内壁面）９ａであってもよいし、シリンダヘッド下面１０ａであってもよいし、ピストン頂面１２ａであってもよいし、吸気弁底面１６ａであってもよいし、排気弁底面１７ａであってもよい。また、薄膜２０の厚さは、例えば約１００μｍ程度である。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３のガス抜用加熱工程では、図５に示すように、有機珪素化合物２２内に粒子２１が多数混入された薄膜２０を加熱して、各粒子２１内の樹脂２１ｄを熱分解させてガス化させるとともに、有機珪素化合物２２の熱分解により発生するガス２２ａを薄膜２０から抜く。ここでの薄膜２０の加熱については、赤外線による加熱や、レーザによる加熱や、火炎（バーナ）による加熱を用いることが可能である。ポリスチレンが熱分解してガス化する温度は約３５０〜４００℃以上であり、有機珪素化合物２２（ポリメタロカルボシラン）が熱分解することでＣＨ4やＨ2等のガス２２ａが発生する温度は約６００〜８００℃以上である。また、ジルコニアが緻密化する温度は約１０００℃以上であり、有機珪素化合物２２の熱分解により生成される二酸化珪素（ＳｉＯ2）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の珪素化合物２２ｂが完全に焼結する温度は約１０００〜１２００℃以上である。そこで、薄膜２０の温度が約６００〜８００℃以上で且つ約１０００〜１２００℃よりも低くなるように薄膜２０を加熱することで、セラミック材料（ジルコニア）の層２１ｂを緻密化させずに（粗な構造のまま）、各粒子２１内の樹脂２１ｄ（ポリスチレン）を熱分解させてガス化させることができる。さらに、有機珪素化合物２２の熱分解により生成される珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを完全に焼結させずに、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを発生させることができる。そのため、ガス化した樹脂２１ｄ、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０外へ確実に放出させることができる。各粒子２１内の樹脂２１ｄがガス化して放出されることで、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内部に中空部（気泡）２１ａが形成される。また、有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂは、加熱されることで非晶質化（ガラス化）される。
【００３８】
次に、ステップＳ１０４の焼成用加熱工程では、図６に示すように、ガス抜用加熱工程後の薄膜２０を加熱して、セラミック材料の層２１ｂを緻密化させるとともに、熱分解後の珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを焼成する。ここでの薄膜２０の加熱についても、赤外線による加熱や、レーザによる加熱や、火炎（バーナ）による加熱を用いることが可能である。ここでは、薄膜２０の温度が約１０００〜１２００℃以上になるようにステップＳ１０３のガス抜用加熱工程よりも高い温度で薄膜２０を加熱することで、セラミック材料（ジルコニア）の層２１ｂが密な構造に変化し、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内外が遮断される。さらに、熱分解後のＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂが結晶化（セラミック化）することで高強度化される。加熱後に薄膜２０を常温に戻すと、各粒子２１内の中空部２１ａは減圧された状態となる。以上の工程により、各粒子２１内に気泡（中空部）２１ａが形成された断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００３９】
内燃機関のシリンダ内における熱損失Ｑ［Ｗ］については、シリンダ内の圧力やガス流に起因する熱伝達係数ｈ［Ｗ／(ｍ2・Ｋ)］、シリンダ内の表面積Ａ［ｍ2］、シリンダ内のガス温度Ｔｇ［Ｋ］、及びシリンダ内に面する（シリンダ内の燃焼ガスと接触する）壁面の温度Ｔｗａｌｌ［Ｋ］を用いて、以下の（１）式で表すことができる。
【００４０】
Ｑ＝Ａ×ｈ×（Ｔｇ−Ｔｗａｌｌ） （１）
【００４１】
内燃機関のサイクルにおいては、シリンダ内ガス温度Ｔｇが時々刻々変化するが、壁面温度Ｔｗａｌｌをシリンダ内ガス温度Ｔｇに追従させるよう時々刻々変化させることで、（１）式における（Ｔｇ−Ｔｗａｌｌ）の値を小さくすることができ、熱損失Ｑを低減することができる。壁面温度Ｔｗａｌｌをシリンダ内ガス温度Ｔｇに追従させるよう変化させるためには、燃焼室内に臨む壁面に形成する断熱用薄膜については、熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量が低いことが望ましい。本実施形態では、断熱用薄膜２０内に気泡２１ａが多数形成されることで、断熱用薄膜２０の熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量を低くすることができる。その結果、燃焼室壁面温度Ｔｗａｌｌのシリンダ内ガス温度Ｔｇへの追従性を向上させることができ、内燃機関１の熱効率を向上させることができる。さらに、各粒子２１内の中空部２１ａが減圧された状態となることで、断熱用薄膜２０の熱伝導率をさらに低くすることができる。
【００４２】
ただし、中空構造の粒子を製造してから薄膜内に多数混入させて薄膜を焼成する場合は、中空構造の粒子の製造時と薄膜の焼成時の２回焼成を行う必要があり、焼成に要するエネルギーが増加する。これに対して以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の焼成と珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの焼成とを同じ工程で行うため、各粒子２１内に気泡２１ａが形成された断熱用薄膜２０をより少ない焼成エネルギーで効率的に形成することができる。さらに、薄膜２０（各粒子２１及び珪素化合物２２ｂ）の本焼成を行う前に、本焼成よりも低い温度で薄膜２０を加熱することで、各粒子２１内のガス化した樹脂２１ｄ、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０内から確実に抜くことができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、各粒子２１内の気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００４３】
「実施例２」
図７は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例２の説明では、実施例１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１と同様である。
【００４４】
まずステップＳ２０１の粒子製造工程においては、図８に示すように、粒状の樹脂による粒子２１を多数製造する。ここでの樹脂についても、高温で熱分解してガス化する樹脂を用い、例えばポリスチレンやポリイミド等の樹脂を用いることができる。次に、ステップＳ２０２の薄膜塗布工程では、有機珪素化合物２２内に粒子２１を多数混入させることで、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２（バインダ）で固める。そして、図９に示すように、多数の粒子２１を有機珪素化合物２２で固めたものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２と多数の粒子（樹脂）２１とを含む薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ここでの有機珪素化合物２２についても、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。
【００４５】
次に、ステップＳ２０３のガス抜用加熱工程では、図１０に示すように、有機珪素化合物２２内に粒子２１が多数混入された薄膜２０を加熱して、各粒子（樹脂）２１を熱分解させてガス化させるとともに、有機珪素化合物２２の熱分解により発生するガス２２ａを薄膜２０から抜く。ここでは、薄膜２０の温度が約６００〜８００℃以上で且つ約１０００〜１２００℃よりも低くなるように薄膜２０を加熱することで、有機珪素化合物２２の熱分解により生成される珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを完全に焼結させずに、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを発生させることができるとともに、各粒子（ポリスチレン）２１を熱分解させてガス化させることができる。そのため、ガス化した樹脂２１、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０外へ確実に放出させることができる。各樹脂２１がガス化して放出されることで、薄膜２０（珪素化合物２２ｂ）の内部に中空部（気泡）２１ａが多数形成される。また、有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂは、加熱されることで非晶質化（ガラス化）される。
【００４６】
次に、ステップＳ２０４の焼成用加熱工程では、図１１に示すように、ガス抜用加熱工程後の薄膜２０を加熱して、熱分解後の珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを焼成する。ここでは、薄膜２０の温度が約１０００〜１２００℃以上になるようにステップＳ２０３のガス抜用加熱工程よりも高い温度で薄膜２０を加熱することで、熱分解後のＳｉＯ2及びＳｉＣ２２ｂが結晶化（セラミック化）して高強度化される。加熱後に薄膜２０を常温に戻すと、薄膜２０（珪素化合物２２ｂ）内の各中空部２１ａは減圧された状態となり、熱伝導率が低くなる。以上の工程により、内部に気泡（中空部）２１ａが多数形成された断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。その結果、断熱用薄膜２０の熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量を低くすることができる。
【００４７】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、薄膜２０（珪素化合物２２ｂ）の本焼成を行う前に、本焼成よりも低い温度で薄膜２０を加熱することで、ガス化した樹脂２１、及び有機珪素化合物２２の熱分解により生成されたＣＨ4やＨ2等のガス２２ａを薄膜２０内から確実に抜くことができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００４８】
「実施例３」
図１２は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例３の説明では、実施例１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１，２と同様である。
【００４９】
まずステップＳ３０１の薄膜塗布工程においては、有機珪素化合物２２内に粒子状の断熱材４１を多数混入させることで、多数の粒子状の断熱材４１を有機珪素化合物２２（バインダ）で固める。ここでの有機珪素化合物２２についても、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。また、ここでの断熱材４１については、例えば中空のセラミックビーズ（ジルコニアビーズ等）や中空のガラスビーズ等の中空構造のものを用いることができる。そして、図１３に示すように、多数の断熱材４１を有機珪素化合物２２で固めたものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２と多数の断熱材４１とを含む薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ただし、ここで塗布する薄膜２０の厚さについては目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／５程度とする。ここでの目標厚さは例えば１００μｍ程度の厚さである。なお、薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する際には、有機珪素化合物２２をキシレン等の有機溶剤（有機化合物）に溶解させた溶液を母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することも可能である。
【００５０】
次に、ステップＳ３０２の薄膜加熱工程では、図１４に示すように、ステップＳ３０１で塗布された薄膜２０を加熱して焼成する。薄膜２０の加熱により有機珪素化合物２２（ポリメタロカルボシラン）が熱分解すると、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａが発生する。さらに、塗布された薄膜２０がキシレン等の有機溶剤を含む場合は、有機溶剤が蒸発することによるガスも発生する。これらのガスは薄膜２０内から外部へ放出される。また、有機珪素化合物２２の熱分解によりＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂが生成され、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂが焼成されることで結晶化（セラミック化）されて高強度化される。
【００５１】
次に、ステップＳ３０３では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ３０３の判定結果がＮＯの場合）は、図１５に示すように、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ３０１の薄膜塗布工程とステップＳ３０２の薄膜加熱工程とを交互に繰り返す。一方、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ３０３の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０の塗布及び加熱（焼成）を終了する。以上の工程により、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの内部に断熱材４１が多数混入された、目標の厚さの断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００５２】
薄膜２０の焼成の際に発生するガスは、薄膜２０の厚さが厚すぎると、焼成中に薄膜２０内から十分に抜け切れずに焼成後も薄膜２０内に気泡として残存する。この気泡は薄膜２０の熱伝導率を低くする点ではメリットとなるが、薄膜２０の強度の点では強度低下の一因となる。これに対して以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、目標の厚さの薄膜２０を形成する際に、薄い薄膜２０の塗りと焼成とを交互に複数回繰り返して目標の厚さにしている。このように、薄い薄膜２０を何回かに分けて重ね塗りして焼成することで、１回あたりに焼成される薄膜２０の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜２０内から抜けやすくすることができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、断熱材４１の気泡以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００５３】
以上の実施例３の説明では、断熱材４１が多数混入された断熱用薄膜２０を形成する場合について説明した。ただし、実施例３による断熱用薄膜２０の形成方法は、断熱材４１が混入されていない断熱用薄膜２０に対しても適用可能である。
【００５４】
「実施例４」
図１６は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例４の説明では、実施例１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜３と同様である。
【００５５】
まずステップＳ４０１の第１薄膜塗布工程においては、図１７に示すように、断熱用材料として多数の粒子２１を結合したものを母材３０の壁面３０ａ上に薄膜状に塗布することで、多数の粒子２１を含む薄膜２０−１を母材３０の壁面３０ａ上に形成する。ただし、ここで塗布する薄膜２０−１の厚さについても目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／１０程度とする。実施例１と同様に、各粒子２１は、粒状の樹脂２１ｄの周りをセラミック材料の層２１ｂで覆った構造を有し、セラミック材料の層２１ｂは、まだ焼成されておらず、緻密化されていない。樹脂２１ｄ及びセラミック材料の具体例は実施例１と同様である。
【００５６】
次に、ステップＳ４０２の第１薄膜加熱工程においては、図１８に示すように、ステップＳ４０１で塗布された薄膜２０−１を加熱して焼成する。薄膜２０−１の加熱により各粒子２１内の樹脂２１ｄ（ポリスチレン）がガス化して薄膜２０−１外へ放出されることで、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内部に中空部（気泡）２１ａが形成される。さらに、セラミック材料（ジルコニア）の層２１ｂが焼成されることで緻密化されて密な構造に変化し、各粒子２１（セラミック材料の層２１ｂ）の内外が遮断される。加熱後に薄膜２０−１を常温に戻すと、各粒子２１内の中空部２１ａは減圧された状態となる。
【００５７】
次に、ステップＳ４０３の第２薄膜塗布工程においては、図１９に示すように、薄膜２０−１上に有機珪素化合物２２を薄膜状に塗布することで、有機珪素化合物２２を含む薄膜２０−２を薄膜２０−１上に形成する。ただし、ここで塗布する薄膜２０−２の厚さについても目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／１０〜１／２０程度とする。ここでの有機珪素化合物２２についても、例えばポリメタロカルボシランを用いることができる。なお、薄膜２０−２を薄膜２０−１上に形成する際には、有機珪素化合物２２をキシレン等の有機溶剤（有機化合物）に溶解させた溶液を薄膜状に塗布することも可能である。
【００５８】
次に、ステップＳ４０４の第２薄膜加熱工程においては、図２０に示すように、ステップＳ４０３で塗布された薄膜２０−２を加熱して焼成する。薄膜２０−２の加熱により有機珪素化合物２２（ポリメタロカルボシラン）が熱分解すると、ＣＨ4やＨ2等のガス２２ａが発生する。さらに、塗布された薄膜２０−２がキシレン等の有機溶剤を含む場合は、有機溶剤が蒸発することによるガスも発生する。これらのガスは薄膜２０−２外へ放出される。また、有機珪素化合物２２の熱分解によりＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂが生成され、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂが焼成されることで結晶化（セラミック化）されて高強度化される。
【００５９】
次に、ステップＳ４０５では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ４０５の判定結果がＮＯの場合）は、図２１に示すように、薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ４０１の第１薄膜塗布工程とステップＳ４０２の第１薄膜加熱工程とステップＳ４０３の第２薄膜塗布工程とステップＳ４０４の第２薄膜加熱工程とを順に繰り返す。一方、薄膜２０−１，２０−２の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ４０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０−１，２０−２の塗布及び加熱（焼成）を終了する。以上の工程により、多数の粒子２１による薄膜２０−１と珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂによる薄膜２０−２とが厚さ方向において交互に配置された、目標の厚さの断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００６０】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、目標の厚さの断熱用薄膜２０を形成する際に、薄い薄膜２０−１，２０−２の塗りと焼成とを交互に複数回繰り返して目標の厚さにすることで、１回あたりに焼成される薄膜２０−１，２０−２の厚さを薄くすることができ、焼成時に発生するガスを薄膜２０−１，２０−２内から抜けやすくすることができる。そのため、焼成後の断熱用薄膜２０内に、各粒子２１内の気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができる。その結果、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。さらに、中空構造の粒子２１による層（薄膜２０−１）と珪素化合物２２ｂによる層（薄膜２０−２）とが交互に複数回積層されることで、断熱用薄膜２０の面内方向（厚さ方向と垂直方向）に関して中空構造の粒子２１が均一に分布し、中空構造の粒子２１が断熱用薄膜２０の面内方向に関して局所的に偏って存在するのを防ぐことができる。その結果、厚さ方向の熱伝導率がほぼ均一な断熱用薄膜２０を実現でき、局所的に熱が逃げやすい箇所や逃げにくい箇所の存在を抑制できる。したがって、均一な熱物性の断熱用薄膜２０を実現できる。
【００６１】
「実施例５」
図２２は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例５の説明では、実施例１〜４と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜４と同様である。
【００６２】
図２２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は実施例１と同様である。ただし、ステップＳ１０２の薄膜塗布工程で塗布する薄膜２０の厚さについては目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／５程度とする。ステップＳ１０５では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ１０５の判定結果がＮＯの場合）は、図２３に示すように、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ１０２の薄膜塗布工程とステップＳ１０３のガス抜用加熱工程とステップＳ１０４の焼成用加熱工程とを順に繰り返す。一方、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０の塗布及び加熱を終了する。以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法においても、薄膜２０の焼成時に発生するガスを薄膜２０内から確実に抜くことができるので、焼成後の断熱用薄膜２０内に、各粒子２１内の気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができ、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００６３】
「実施例６」
図２４は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例６の説明では、実施例１〜５と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜５と同様である。
【００６４】
図２４のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は実施例２と同様である。ただし、ステップＳ２０２の薄膜塗布工程で塗布する薄膜２０の厚さについては目標の厚さよりも薄くし、例えば目標厚さの１／２〜１／５程度とする。ステップＳ２０５では、母材３０の壁面３０ａ上に形成された薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達したか否かが判定される。薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達していない場合（ステップＳ２０５の判定結果がＮＯの場合）は、図２５に示すように、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達するまで、ステップＳ２０２の薄膜塗布工程とステップＳ２０３のガス抜用加熱工程とステップＳ２０４の焼成用加熱工程とを順に繰り返す。一方、薄膜２０の合計厚さが目標の厚さに達した場合（ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳの場合）は、薄膜２０の塗布及び加熱を終了する。以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法においても、薄膜２０の焼成時に発生するガスを薄膜２０内から確実に抜くことができるので、焼成後の断熱用薄膜２０内に、気泡２１ａ以外の、焼成時に発生するガスによる気泡が残存するのを防ぐことができ、断熱用薄膜２０の強度が設計強度よりも低下するのを防ぐことができる。
【００６５】
以上の実施例１〜６の説明では、断熱用薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に直接形成する場合について説明した。ただし、実施例１〜６では、断熱用薄膜２０を母材３０と別の基材上に形成し、断熱用薄膜２０が形成された基材と母材３０の壁面３０ａとを接合することも可能である。
【００６６】
「実施例７」
図２６は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例７の説明では、実施例１〜６と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜６と同様である。
【００６７】
まずステップＳ５０１の仮焼成用加熱工程では、図２７に示すように、薄膜材料４２の溶液５２の表面を加熱することで、薄膜材料４２が仮焼成された薄膜２０を溶液５２上に形成する。ここでの溶液５２については、薄膜材料４２がキシレン等の有機溶剤（有機化合物）に溶解された溶液を用いることができ、薄膜材料４２については、例えばポリメタロカルボシラン等の有機珪素化合物を用いることができる。ここでは、薄膜材料４２が本焼成により完全に固化する温度よりも低い温度で溶液５２上部を加熱し、溶液５２上部の加熱される部分のみが仮焼きされることで、焼成の途中段階の完全には固化していない（半固化状態の）薄膜２０が溶液５２上に形成される。溶液５２の加熱については、赤外線による加熱や、レーザによる加熱や、火炎（バーナ）による加熱を用いることが可能であり、加熱強度を制御することで、薄膜２０の厚さを制御することもできる。
【００６８】
次に、ステップＳ５０２の接着工程では、図２８に示すように、ステップＳ５０１で仮焼成された薄膜２０の表面上にロウ材（接合材）５３を載せる。そして、図２９に示すように、ロウ材５３を塗布した面を固化していない薄膜２０の持つ濡れ性によって母材３０の壁面３０ａと密着させることで、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをロウ材５３を介してくっつける。そして、壁面３０ａ上に薄膜２０がくっつけられた母材３０を溶液５２から取り出す。なお、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをくっつける際には、図２８に示すように、薄膜２０の表面（ロウ材５３）上に、濡れ性を向上させるための液体５４を噴霧することもできる。ここでの液体については、例えば表面張力の低いエタノール（表面張力２２．６ｍＮ／ｍ）やアセトン（表面張力２３．３ｍＮ／ｍ）を用いることが好ましい。ただし、水（表面張力７２．８ｍＮ／ｍ）を用いることも可能である。
【００６９】
次に、ステップＳ５０３の本焼成用加熱工程では、図３０に示すように、母材３０の壁面３０ａ上にくっつけられた薄膜２０をステップＳ５０１の仮焼成用加熱工程よりも高い温度で加熱して本焼成する。ここでは、母材３０全体を炉等で加熱することもできるし、薄膜２０をレーザ照射により加熱することもできる。薄膜２０は本焼成により完全に固化し、薄膜材料４２（有機珪素化合物）の熱分解により生成されたＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂは結晶化（セラミック化）することで高強度化される。さらに、薄膜２０の加熱（本焼成）の際には、ロウ材５３が溶解することによる母材３０と薄膜２０との接合も行われる。以上の工程により、セラミック化された珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを含む断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００７０】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、仮焼きされた、完全には固化していない薄膜２０の持つ濡れ性によって、母材３０の壁面３０ａが平面でなく凹凸がある場合であっても、薄膜２０を母材３０の壁面３０ａに密着させることができる。そして、仮焼きにより予め均一な厚さの薄膜２０を作製して母材３０の壁面３０ａに接合することで、母材３０の壁面３０ａが複雑な形状の場合であっても、均一な厚さの薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成することができる。さらに、薄膜材料４２の溶液５２の表面上に予め薄膜２０を作製することで、薄膜２０の製作工程と母材３０への取り付け工程とを分けることができる。したがって、大量加工が可能となり、製造コストの低減が可能となる。
【００７１】
「実施例８」
図３１は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例８の説明では、実施例１〜７と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜７と同様である。
【００７２】
まずステップＳ６０１の粒子混合工程では、薄膜材料４２の溶液５２に多数の粒子状の断熱材４１を混合し、しばらく放置する。ここでの断熱材４１については、例えば中空のセラミックビーズ（ジルコニアビーズ等）や中空のガラスビーズを用いることができる。断熱材４１の比重を溶液５２の比重よりも軽くすることで、図３２に示すように、断熱材４１が溶液５２の上部に浮き出て溜まる。次に、ステップＳ６０２の仮焼成用加熱工程では、実施例７のステップＳ５０１と同様に、図３３に示すように、薄膜材料４２の溶液５２の表面を加熱することで、薄膜材料４２が仮焼成された薄膜２０を溶液５２上に形成する。その際には、加熱強度を制御することで、溶液５２上部の断熱材４１の存在する領域のみを仮焼成することができ、ステップＳ６０１で溶液５２に混入させる断熱材４１の密度や量を調整することで、薄膜２０の厚さや薄膜２０内の断熱材４１の混入割合を制御することができる。
【００７３】
次に、ステップＳ６０３の接着工程では、実施例７のステップＳ５０２と同様に、図３４に示すように、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをロウ材５３を介してくっつける。そして、ステップＳ６０４の本焼成用加熱工程では、実施例７のステップＳ５０３と同様に、図３５に示すように、母材３０の壁面３０ａ上にくっつけられた薄膜２０を加熱して本焼成する。以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、母材３０の壁面３０ａが複雑な形状の場合であっても、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの内部に断熱材４１が多数混入された、均一な厚さの薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成することができる。
【００７４】
「実施例９」
図３６は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例９の説明では、実施例１〜８と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜８と同様である。
【００７５】
まずステップＳ７０１の薄膜塗布工程では、図３７に示すように、樹脂フィルム５５上に薄膜材料４２の溶液を薄膜状に塗布することで、薄膜材料４２の溶液による薄膜２０を樹脂フィルム５５上に形成する。ここでの薄膜材料４２についても、例えばポリメタロカルボシラン等の有機珪素化合物を用いることができる。そして、ここでの樹脂フィルム５５については、高温で熱分解してガス化する樹脂を用い、例えばポリスチレンやポリイミド等の樹脂を用いることができる。また、ここでは、薄膜材料４２の溶液に多数の粒子状の断熱材４１を混合させることで、薄膜材料４２と多数の断熱材４１とを含む薄膜２０を樹脂フィルム５５上に形成することもできる。次に、ステップＳ７０２の仮焼成用加熱工程では、図３７に示すように、ステップＳ７０１で塗布された薄膜材料４２の溶液による薄膜２０を加熱して仮焼成する。ここでは、薄膜材料４２が本焼成により完全に固化する温度よりも低い温度で薄膜２０を加熱し、薄膜材料４２が仮焼きされることで焼成の途中段階の完全には固化していない（半固化状態の）薄膜２０が樹脂フィルム５５上に形成される。
【００７６】
次に、ステップＳ７０３の接着工程では、図３８に示すように、ステップＳ７０２で仮焼成された薄膜２０の表面上にロウ材（接合材）５３を載せる。そして、図３９に示すように、ロウ材５３を塗布した面を固化していない薄膜２０の持つ濡れ性によって母材３０の壁面３０ａと密着させることで、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをロウ材５３を介してくっつける。なお、実施例７と同様に、仮焼成された薄膜２０の表面と母材３０の壁面３０ａとをくっつける際には、図３８に示すように、薄膜２０の表面（ロウ材５３）上に、濡れ性を向上させるための液体５４を噴霧することもできる。
【００７７】
次に、ステップＳ７０４の本焼成用加熱工程では、図４０に示すように、母材３０の壁面３０ａ上にくっつけられた薄膜２０をステップＳ７０２の仮焼成用加熱工程よりも高い温度で加熱して本焼成する。薄膜２０は本焼成により完全に固化し、薄膜材料４２（有機珪素化合物）の熱分解により生成されたＳｉＯ2やＳｉＣ等の珪素化合物２２ｂは結晶化（セラミック化）することで高強度化される。薄膜２０の加熱（本焼成）の際には、樹脂フィルム５５は熱分解してガス化することで除去される。さらに、薄膜２０の加熱（本焼成）の際には、ロウ材５３が溶解することによる母材３０と薄膜２０との接合も行われる。以上の工程により、セラミック化された珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂを含む断熱用薄膜２０が母材３０の壁面３０ａ上に形成される。
【００７８】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法においても、母材３０の壁面３０ａが複雑な形状の場合であっても、完全には固化していない薄膜２０の持つ濡れ性を利用して、均一な厚さの薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成することができる。さらに、樹脂フィルム５５上に予め薄膜２０を作製することで、薄膜２０の製作工程と母材３０への取り付け工程とを分けることができるので、大量加工が可能となり、製造コストの低減が可能となる。
【００７９】
「実施例１０」
図４１は、断熱用薄膜２０を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。以下の実施例１０の説明では、実施例１〜９と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施例１〜９と同様である。
【００８０】
まずステップＳ８０１の薄膜形成工程では、図４２に示すように、耐熱性の金属プレート（導電プレート）６３の表面６３ａ上に塗布された薄膜２０を焼成することで、焼成された断熱用薄膜２０を金属プレート６３の表面６３ａ上に形成する。ここでは、実施例１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の工程を適用して、各粒子２１内に気泡２１ａが形成された断熱用薄膜２０を金属プレート６３上に形成することもできるし、実施例２のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の工程を適用して、珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂの内部に気泡２１ａが多数形成された断熱用薄膜２０を金属プレート６３上に形成することもできる。また、実施例３のステップＳ３０１〜Ｓ３０３の工程や実施例４のステップＳ４０１〜Ｓ４０５の工程や実施例５のステップＳ１０１〜Ｓ１０５の工程や実施例６のステップＳ２０１〜Ｓ２０５の工程を適用して、薄膜２０の塗布と焼成とを繰り返すことで断熱用薄膜２０を金属プレート６３上に形成することもできる。金属プレート６３の軟化点は母材３０の軟化点よりも高く、導電性の金属プレート６３の電気抵抗は導電性の母材３０の電気抵抗よりも大きい。例えば母材３０がアルミニウムまたはアルミニウム系合金である場合は、金属プレート６３の材料を鉄または鉄系合金にすることで、金属プレート６３の軟化点を母材３０の軟化点よりも高くするとともに、金属プレート６３の電気抵抗を母材３０の電気抵抗よりも大きくすることが可能となる。
【００８１】
次に、ステップＳ８０２の接合用加熱工程では、図４３に示すように、焼成後の断熱用薄膜２０が形成された金属プレート６３を母材３０の壁面３０ａ上に載せる。その際には、図４３に示すように、接着性を向上させるために、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとの間にロウ材（接合材）５３を挟んでもよい。そして、断熱用薄膜２０が形成された金属プレート６３と母材３０とを電磁誘導加熱することで、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとを接合する。電磁誘導加熱の際には、金属プレート６３の電気抵抗が母材３０の電気抵抗よりも大きいため、金属プレート６３の方が母材３０よりも加熱されやすく、電磁誘導による温度上昇が大きくなる。電磁誘導加熱により、金属プレート６３の温度が母材３０の融点以上の温度になると、金属プレート６３の裏面６３ｂが母材３０の壁面３０ａを溶かして接合される。接合の際には、加熱された金属プレート６３の裏面６３ｂ及び母材３０の壁面３０ａの温度以下で溶融するロウ材５３を金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとの間に塗布しておき、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとを溶融したロウ材５３を介して接合することで、接合強度を向上させることができる。なお、金属プレート６３上の断熱用薄膜２０が例えば珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂ等のガラス・セラミック系の薄膜であれば、電磁誘導加熱により断熱用薄膜２０は加熱されない。
【００８２】
以上説明した断熱用薄膜２０の形成方法によれば、耐熱性の金属プレート６３上で薄膜２０を焼成することで、低軟化点の母材３０の融点以上の温度で薄膜２０の焼成が可能となる。例えば珪素化合物（ＳｉＯ2及びＳｉＣ）２２ｂ等のガラス・セラミック系の薄膜２０を焼成するためには、約１０００〜１２００℃程度に温度を上げることが有効であるが、母材３０の材料がアルミニウムまたはアルミニウム系合金である場合は、そのような高温に母材３０が耐えることができず、母材３０の強度劣化や融解が生じやすくなる。これに対して、例えば鉄または鉄系合金等の耐熱性の金属プレート６３を、薄膜２０を焼成するためのプレートとして用いれば、約１２００℃程度の高温に耐えることができるため、金属プレート６３の強度劣化や融解が生じることなく薄膜２０の焼成が可能となる。そして、電磁誘導加熱では、電気抵抗の大きな材料がより加熱されやすい特性を有するため、金属プレート６３の電気抵抗を低軟化点の母材３０の電気抵抗よりも大きくすることで、金属プレート６３が母材３０よりも高温となる。金属プレート６３を母材３０の融点以上に加熱することで、低軟化点の母材３０は、金属プレート６３と接している壁面３０ａだけが高温となって溶融するため、母材３０全体の強度劣化や融解が生じることなく、金属プレート６３の裏面６３ｂと母材３０の壁面３０ａとを接合することができる。したがって、焼成された断熱用薄膜２０を母材３０の壁面３０ａ上に形成する場合に、母材３０全体が高温になって変質するのを防止することができる。
【００８３】
以上の説明では、内燃機関１の燃焼室１３を形成する母材３０の少なくとも一部の、燃焼室１３内に臨む壁面３０ａ上に、薄膜２０を形成する場合について説明した。ただし、実施例１〜１０で説明した薄膜２０の形成方法については、内燃機関１の燃焼室１３内に臨む壁面３０ａ以外であっても適用可能である。
【００８４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態に係る製造方法により製造された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明するフローチャートである。
【図３】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図４】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図５】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図６】断熱用薄膜を形成する方法の一例を説明する図である。
【図７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図１３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１４】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１５】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１６】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図１７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図１９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図２３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２４】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図２５】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２６】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図２７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図２９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図３２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３４】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３５】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３６】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図３７】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３８】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図３９】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図４０】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図４１】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図４２】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【図４３】断熱用薄膜を形成する方法の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 内燃機関、９ シリンダブロック、９ａ シリンダブロック内壁面、１０ シリンダヘッド、１０ａ シリンダヘッド下面、１２ ピストン、１２ａ ピストン頂面、１３ 燃焼室、１４ 吸気ポート、１５ 排気ポート、１６ 吸気弁、１６ａ 吸気弁底面、１７ 排気弁、１７ａ 排気弁底面、１８ 冷却水ジャケット、２０ 断熱用薄膜、２１ 粒子、２１ａ 中空部、２１ｂ セラミック材料の層、２１ｄ 樹脂、２２ 有機珪素化合物、２２ａ ガス、２２ｂ 珪素化合物、３０ 母材、３０ａ 壁面、４１ 断熱材、４２ 薄膜材料、５２ 溶液、５３ ロウ材、５４ 液体、５５ 樹脂フィルム、６３ 金属プレート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
粒状の樹脂の周りを無機化合物の層で覆った粒子を製造する粒子製造工程と、
基材上に塗布された、有機化合物と多数の前記粒子とを含む薄膜を加熱して、該粒子内の樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、
ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、前記無機化合物の層を緻密化させるとともに、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、
を含むことで、各粒子内に気泡が形成された薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項２】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
基材上に塗布された、有機化合物と多数の粒状の樹脂とを含む薄膜を加熱して、該樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、
ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、
を含むことで、内部に気泡が多数形成された薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項３】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
有機化合物を含む薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する塗布工程と、
該塗布された薄膜を加熱して焼成する加熱工程とを、
薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで交互に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の薄膜の形成方法であって、
前記塗布工程で塗布される薄膜は、断熱用材料をさらに含む、薄膜の形成方法。
【請求項５】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
断熱用材料を含む第１の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第１塗布工程と、
該塗布された第１の薄膜を加熱して焼成する第１加熱工程と、
有機化合物を含む第２の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第２塗布工程と、
該塗布された第２の薄膜を加熱して焼成する第２加熱工程とを、
薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで順に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項６】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
薄膜材料の溶液の表面を加熱して、薄膜材料が仮焼成された薄膜を溶液上に形成する仮焼成用加熱工程と、
該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、
該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、
を含む、薄膜の形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の薄膜の形成方法であって、
前記仮焼成用加熱工程において加熱される薄膜材料の溶液には、粒子状の断熱材が混入されている、薄膜の形成方法。
【請求項８】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
フィルム上に薄膜材料を薄膜状に塗布する塗布工程と、
該塗布された薄膜材料による薄膜を加熱して仮焼成する仮焼成用加熱工程と、
該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、
該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、
を含む、薄膜の形成方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１に記載の薄膜の形成方法であって、
前記接着工程において、前記仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける場合に、該仮焼成された薄膜の表面に、濡れ性を向上させるための液体を噴霧する、薄膜の形成方法。
【請求項１０】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
導電プレート上に、焼成された薄膜を形成する薄膜形成工程と、
該薄膜が形成された導電プレートと基材とを電磁誘導加熱により接合する接合用加熱工程と、
を含み、
導電プレートの軟化点が基材の軟化点よりも高く、導電プレートの電気抵抗が基材の電気抵抗よりも大きい、薄膜の形成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄膜の形成方法であって、
前記接合用加熱工程においては、前記薄膜が形成された導電プレートと基材とをロウ材を介して接合する、薄膜の形成方法。
【請求項１２】
燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、薄膜が形成された内燃機関を製造する方法であって、
請求項１〜１１のいずれか１に記載の薄膜の形成方法により前記壁面に薄膜を形成する工程を含む、内燃機関の製造方法。
【請求項１】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
粒状の樹脂の周りを無機化合物の層で覆った粒子を製造する粒子製造工程と、
基材上に塗布された、有機化合物と多数の前記粒子とを含む薄膜を加熱して、該粒子内の樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、
ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、前記無機化合物の層を緻密化させるとともに、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、
を含むことで、各粒子内に気泡が形成された薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項２】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
基材上に塗布された、有機化合物と多数の粒状の樹脂とを含む薄膜を加熱して、該樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜くガス抜用加熱工程と、
ガス抜用加熱工程後の薄膜をガス抜用加熱工程よりも高い温度で加熱して、熱分解後の前記有機化合物を焼成する焼成用加熱工程と、
を含むことで、内部に気泡が多数形成された薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項３】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
有機化合物を含む薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する塗布工程と、
該塗布された薄膜を加熱して焼成する加熱工程とを、
薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで交互に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の薄膜の形成方法であって、
前記塗布工程で塗布される薄膜は、断熱用材料をさらに含む、薄膜の形成方法。
【請求項５】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
断熱用材料を含む第１の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第１塗布工程と、
該塗布された第１の薄膜を加熱して焼成する第１加熱工程と、
有機化合物を含む第２の薄膜を目標の厚さよりも薄い厚さで塗布する第２塗布工程と、
該塗布された第２の薄膜を加熱して焼成する第２加熱工程とを、
薄膜の合計厚さが目標の厚さに達するまで順に繰り返すことで、目標の厚さの薄膜を基材上に形成する、薄膜の形成方法。
【請求項６】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
薄膜材料の溶液の表面を加熱して、薄膜材料が仮焼成された薄膜を溶液上に形成する仮焼成用加熱工程と、
該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、
該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、
を含む、薄膜の形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の薄膜の形成方法であって、
前記仮焼成用加熱工程において加熱される薄膜材料の溶液には、粒子状の断熱材が混入されている、薄膜の形成方法。
【請求項８】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
フィルム上に薄膜材料を薄膜状に塗布する塗布工程と、
該塗布された薄膜材料による薄膜を加熱して仮焼成する仮焼成用加熱工程と、
該仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける接着工程と、
該基材の表面にくっつけられた薄膜を加熱して本焼成する本焼成用加熱工程と、
を含む、薄膜の形成方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１に記載の薄膜の形成方法であって、
前記接着工程において、前記仮焼成された薄膜の表面と基材の表面とをくっつける場合に、該仮焼成された薄膜の表面に、濡れ性を向上させるための液体を噴霧する、薄膜の形成方法。
【請求項１０】
基材上に薄膜を形成する方法であって、
導電プレート上に、焼成された薄膜を形成する薄膜形成工程と、
該薄膜が形成された導電プレートと基材とを電磁誘導加熱により接合する接合用加熱工程と、
を含み、
導電プレートの軟化点が基材の軟化点よりも高く、導電プレートの電気抵抗が基材の電気抵抗よりも大きい、薄膜の形成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄膜の形成方法であって、
前記接合用加熱工程においては、前記薄膜が形成された導電プレートと基材とをロウ材を介して接合する、薄膜の形成方法。
【請求項１２】
燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、薄膜が形成された内燃機関を製造する方法であって、
請求項１〜１１のいずれか１に記載の薄膜の形成方法により前記壁面に薄膜を形成する工程を含む、内燃機関の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【公開番号】特開２０１０−７０７９２（Ｐ２０１０−７０７９２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３８２２７（Ｐ２００８−２３８２２７）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]