(57)【要約】【課題】エンジンの燃焼室を形成する部品壁面に、より良好な断熱層を形成する。【解決手段】ピストン１の頂面にシリコーン樹脂２２を塗布することにより第１樹脂層１１を形成する第１樹脂塗布工程（ステップＳ２）と、第１樹脂層１１の表面に中空粒子２０を付着させる粒子付着工程（ステップＳ３）と、中空粒子２０上にシリコーン樹脂２２を塗布することにより中空粒子２０を含む第２樹脂層１２を形成する第２樹脂塗布工程（ステップＳ４）と、を含み、さらに粒子付着工程および第２樹脂塗布工程の後に、当該工程と同様の工程を２回繰り返し実施することにより、第３樹脂層１３および第４樹脂層を形成する（ステップＳ７）。これにより第１〜第４の樹脂層１１〜１４を含む断熱層１０を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室を形成する部品壁面に断熱層を形成する方法であって、
前記部品壁面に樹脂を塗布することにより樹脂層を形成する第１樹脂塗布工程と、
樹脂層の表面に中空粒子を付着させる粒子付着工程と、
中空粒子上に樹脂を塗布することにより前記中空粒子を含む樹脂層を形成する第２樹脂塗布工程と、を含み、
第１樹脂塗布工程を実施した後、粒子付着工程および第２樹脂塗布工程をこの順番で複数回繰り返し実施する、ことを特徴とする断熱層の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の断熱層の形成方法において、
前記樹脂層を加熱する加熱工程をさらに含み、
この加熱工程を、第１樹脂塗布工程後、粒子付着工程前、及び／又は粒子付着工程後、第２樹脂塗布工程前、及び／又は最終の第２樹脂塗布工程の後に実施する、ことを特徴とする断熱層の形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の断熱層の形成方法において、
少なくとも最終の第２樹脂塗布工程後に前記加熱工程を実施するものであり、
この加熱工程の後に、前記最終の第２樹脂塗布工程において形成された樹脂層上に金属層を形成する金属層形成工程をさらに含む、ことを特徴とする断熱層の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の断熱層の形成方法において、
前記樹脂は、シリコーン樹脂であることを特徴とする断熱層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室を形成する部品壁面に断熱層を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの高圧縮比と混合気のリーン化との組合せを前提として、極めて高い幾何学的圧縮比において冷却損失を低下させるべく、燃焼室の一部を断熱化する一方で、エンジンの高膨張比化（高圧縮比化）を図ることにより、エンジンの図示熱効率を向上させて燃費性能を大幅に改善する技術が検討されている。特許文献１には、燃焼室を断熱化するのに有用な技術が開示されている。具体的には、燃焼室を形成する壁面に対し、中空粒子を含む樹脂をコーティングすることにより、当該壁面の熱伝導率を低減させて燃焼室の断熱化を図るというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７２６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、コーティング方法（断熱層の形成方法）として一般的な方法、つまり、樹脂に中空粒子を混合、撹拌して塗料を作り、この塗料を燃焼室の壁面に塗布等して塗膜を形成した後、塗膜を焼き付ける、といった方法が開示されている。しかし、このような方法に従うだけでは、良好な断熱層を形成することは実際には難しい。すなわち、樹脂に中空粒子を混合、撹拌する過程で、中空粒子同士が衝突し、又は中空粒子と攪拌部材とが衝突して多くの中空粒子が破砕される。また、樹脂をスプレー塗布等する場合にも、中空粒子同士の衝突や、中空粒子と壁面との衝突により多くの中空粒子が破砕される。このような中空粒子の破砕は、断熱効果を低下させる原因の一つとなる。
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みて成されたものであり、エンジンの燃焼室を形成する部品壁面に対し、より良好な断熱層を形成する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンの燃焼室を形成する部品壁面に断熱層を形成する方法であって、前記部品壁面に樹脂を塗布することにより樹脂層を形成する第１樹脂塗布工程と、樹脂層の表面に中空粒子を付着させる粒子付着工程と、中空粒子上に樹脂を塗布することにより前記中空粒子を含む樹脂層を形成する第２樹脂塗布工程と、を含み、第１樹脂塗布工程を実施した後、粒子付着工程および第２樹脂塗布工程をこの順番で複数回繰り返し実施するようにしたものである。
【０００７】
この方法によれば、樹脂液に中空粒子を混合、撹拌する工程がないため、当該撹拌による中空粒子同士の衝突や、中空粒子と撹拌部材との衝突によって中空粒子が破砕されることが無い。そのため、最終的に形成される断熱層内により多くの良好な中空粒子を確保することが可能となる。
【０００８】
上記方法においては、前記樹脂層を加熱する加熱工程をさらに含み、この加熱工程を、第１樹脂塗布工程後、粒子付着工程前、及び／又は粒子付着工程後、第２樹脂塗布工程前、及び／又は最終の第２樹脂塗布工程の後に実施するのが好適である。
【０００９】
この方法によれば、樹脂を加熱（焼成）することで断熱層の耐ガソリン性や硬度を高めることが可能となる。しかも、樹脂層を個別に加熱するので、複数の樹脂層を形成した後（すなわち、最終の第２樹脂塗布工程が完了した後）、全体を一度に加熱する場合に比べると、溶剤が蒸散し易くなることによりトータル加熱時間を短縮することが可能となる。
【００１０】
この場合、少なくとも最終の第２樹脂塗布工程後に前記加熱工程を実施し、この加熱工程の後に、前記最終の第２樹脂塗布工程において形成された樹脂層上に金属層を形成する金属層形成工程をさらに含むのが好適である。
【００１１】
この方法によれば、断熱層（樹脂層）表面の耐ガソリン性や硬度をより一層高めることが可能となり、断熱層の耐久性向上に寄与する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、最終的に形成される断熱層内により多くの良好な中空粒子を確保することが可能となる。従って、熱伝導率の低い、より良好な断熱層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る断熱層の形成方法に基づき形成された断熱層を有するピストンの断面図である。
【図２】図１に示す断熱層の形成方法（本発明に係る断熱層の形成方法）を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
【００１５】
（断熱層の構造）
図１は、本発明に係る断熱層の形成方法に基づき形成された断熱層を有するピストンを断面図で示している。同図に示すように、ピストン１は、エンジンの燃焼室を形成する頂面（壁面）に断熱層１０を備えている。この断熱層１０は、ピストン１の金属製母材の頂面全体に亘って形成される第１樹脂層１１と、第１樹脂層１１の上面に順番に形成される第２樹脂層１２、第３樹脂層１３及び第４樹脂層１４とからなる。なお、当例では、ピストン１の前記金属製母材は、例えば鋳物用アルミニウム合金ＡＣ８Ａである。
【００１６】
第１樹脂層１１は、シリコーン樹脂のみにより形成されており、前記金属製母材の上面全体に略一定の厚みで形成されている。
【００１７】
第２〜第４の各樹脂層１２〜１４はそれぞれ、複数の中空粒子２０と当該中空粒子２０を保持するシリコーン樹脂２２とにより形成されている。各樹脂層１２〜１４の中空粒子２０は、同図に示すように、下位の樹脂層に沿って敷き詰められた状態でシリコーン樹脂２２により保持されている。なお、図１に示すように、第１樹脂層１１の上面とその上の第２の樹脂層１２におけるシリコーン樹脂２２の下面や、第２の樹脂層１２におけるシリコーン樹脂２２の上面とその上の第３の樹脂層におけるシリコーン樹脂２２の下面とは、部分的に非接触であってもよく、このような形態であれば非接触部分（Ａ部）は断熱空気層を形成することになり、断熱性確保の点で有利である。
【００１８】
ここで、各樹脂層１１〜１４のシリコーン樹脂は、例えば、メチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂に代表される、分岐度の高い３次元ポリマからなるシリコーン樹脂が好適である。具体的には、ポリアルキルフェニルシロキサンなどが好適である。
【００１９】
また、第２〜第４の各樹脂層１２〜１４に含まれる中空粒子２０は、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン、エアロゲルバルーン等のＳｉ系酸化物成分（例えばＳｉＯ２）を含有するセラミック系中空粒子が好適である。各々の材質および粒径は表１の通りである。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
例えば、フライアッシュバルーンの化学組成は、質量％で、ＳｉＯ２；４０．１〜７４．４％、ＡＩ２Ｏ３；１５．７〜３５．２％、Ｆｅ２Ｏ３；１．４〜１７．５％、ＭｇＯ；０．２〜７．４％、ＣａＯ；０．３〜１０．１％である。シラスバルーンの化学組成は、質量％で、ＳｉＯ２；７５〜７７％、ＡＩ２Ｏ３；１２〜１４％、Ｆｅ２Ｏ３；１〜２％、Ｎａ２Ｏ；３〜４％、Ｋ２Ｏ；２〜４％、ＩｇＬｏｓｓ；２〜５％である。
【００２２】
なお、中空粒子の平均粒子径は５μｍ以上３０μｍ以下であるのが好適であり、各樹脂層１２〜１４内における含有率は、２０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であるのが好適である。これは、この範囲内にすれば、中空粒子内に含まれる空気量をある程度大きくしながら、各樹脂層１２〜１４の厚さに対して含有できる粒子量を多くすることができ、これにより、必要な断熱特性を良好に得ることができるためである。
【００２３】
また、断熱層１０は、その厚さが６０μｍ以上２００μｍ以下となるように形成されている。これは、必要とする断熱特性を良好に確保しながら、エンジンの高温時における断熱層１０の収縮、および断熱層１０からのアウトガスの発生を抑制でき、断熱層１０の剥離を防ぐことができるためである。
【００２４】
（断熱層の形成方法）
上述した断熱層１０は、図２に示す方法に基づき形成することができる。
【００２５】
この方法では、基材であるピストン１と、シリコーン樹脂液（単にシリコーン樹脂２２という）と、中空粒子２０とを準備し（ステップＳ１）、まず、ピストン１の頂面にシリコーン樹脂２２を塗布することにより第１樹脂層１１を形成する（ステップＳ２）。シリコーン樹脂２２の塗布方法としては、スプレー塗布、浸漬塗装、スクリーン印刷等の塗布方法を適用することができる。なお、当例では、このステップＳ２の処理が本発明の第１樹脂塗布工程に相当する。
【００２６】
次に、ステップＳ２で形成された第１樹脂層１１を適度に加熱することにより、当該第１樹脂層１１を仮焼成し（ステップＳ３）、その後、この第１樹脂層１１の表面に中空粒子２０を付着させる（ステップＳ４）。中空粒子２０は、シリコーン樹脂２２（第１樹脂層１１）の粘性を利用して付着させる。従って、ステップＳ３の仮焼成は、第１樹脂層１１のシリコーン樹脂２２が中空粒子２０の付着を許容する粘性を保持する範囲内で行う。例えば１８０°Ｃで３〜５時間程度加熱するのが好適である。
【００２７】
次に、上記中空粒子２０上にシリコーン樹脂２２を塗布することにより当該中空粒子２０を内包する第２樹脂層１２を形成し（ステップＳ５）、さらに、この第２樹脂層１２を仮焼成する（ステップＳ６）。ステップＳ５のシリコーン樹脂２２の塗布方法、およびステップＳ６の仮焼成の方法は、上記ステップＳ２、Ｓ３と同様である。なお、当例では、ステップＳ４、Ｓ５の処理が各々、粒子付着工程、第２樹脂塗布工程に相当する。
【００２８】
第２樹脂層１２の仮焼成が完了すると、上記ステップＳ４〜Ｓ６の処理と同じ処理を２回繰り返すことにより、それぞれ、中空粒子２０をシリコーン樹脂２２に内包しかつ仮焼成された第３樹脂層１３および第４樹脂層１４を形成する（ステップＳ７）。なお、当例では、ステップＳ３、Ｓ６の処理が本発明の加熱工程に相当する。
【００２９】
こうしてピストン１の頂面に、各々仮焼成された第１〜第４の樹脂層１１〜１４が形成されると、つまり、全体が仮焼成された状態の断熱層１０が形成されると、最後にこの断熱層１０を加熱して本焼成する。このように断熱層１０を本焼成すると、当該断熱層１０におけるシリコーン樹脂２２の表面がＳｉ系酸化物に改質され、耐ガソリン性を有した断熱層１０が完成する。
【００３０】
このような断熱層１０の形成方法によれば、従来のように、中空粒子をシリコーン樹脂（樹脂液）に混合して撹拌するという工程が無いため、当該撹拌による中空粒子２０同士の衝突や、中空粒子２０と撹拌部材との衝突によって中空粒子２０が破砕することが無い。従って、最終的に形成される断熱層１０内に良好な中空粒子２０をより多く確保することができ、これによって、熱伝導率の低い、より良好な断熱層１０を形成することができる。
【００３１】
また、この方法によれば、断熱層１０の形成に要するトータル的な焼成時間を短くできるという利点もある。すなわち、上記方法によれば、比較的厚みの薄い各樹脂層１１〜１４に対してその都度仮焼成を行うので、個々の樹脂層１１〜１４の仮焼成に要する時間は短くてすむ。しかも、このように各樹脂層１１〜１４を事前に仮焼成していることで、最終的な本焼成に要する時間も短くてすむ。従って、全ての樹脂層１１〜１４を形成した後に全体を一度に焼成する場合に比べると、断熱層１０の形成に要するトータル焼成時間を短縮することが可能であり、断熱層１０を効率良く形成することができる。
【００３２】
また、このように樹脂層１１〜１４毎に仮焼成を行う方法によれば、前記樹脂層１１〜１４を形成した上で全体をまとめて一度に加熱して焼成する場合に比べて断熱層１０に生じる熱歪みを抑制することが可能となる。従って、熱歪みによる中空粒子２０の破砕を抑制することも可能であり、この点でも良好な中空粒子２０をより多く確保することができる。
【００３３】
また、上記のようにピストン１の頂面に樹脂層を順次形成しながら樹脂層毎に仮焼成を繰り返す方法によれば、中空粒子２０を下位の樹脂層に沿って敷き詰めた状態がある程度安定的に保持された状態で次（上位）の樹脂層が形成される。そのため、中空粒子２０が特定の位置に偏ることが抑制される。従って、上記方法によれば、断熱層１０内により均一な密度で中空粒子２０を配置することができ、これにより、断熱層１０全体において斑なく良好な断熱効果を得ることが期待できるという利点もある。
【００３４】
なお、上述した断熱層１０の形成方法においては、ピストン１の頂面に対して、シリコーン樹脂２２の密着性を向上させるため前処理を施すようにしてもよい。この前処理としては、例えばピストン１の頂面にアルマイト処理を施すことによりアルミナ層（酸化アルミニウム）を形成する、又は、ピストン１の頂面に化成処理（例えばリン酸亜鉛処理）を施すのが好適である。この方法によれば、ピストン１の頂面に対して第１樹脂層１１を安定的に形成することが可能となり、結果的に、断熱層１０の耐久性向上に寄与する。特に、アルマイト処理によるアルミナ層はポーラス状であり、かつその表面にＯＨ基が吸着したものとなり易く、シリコーン樹脂との密着力が高まる点で有利である。
【００３５】
（断熱層の変形例）
図１に示す断熱層１０においては、さらに、その表面にめっきなどの金属層が形成されていてもよい。この構成によれば、断熱層１０表面の耐ガソリン性や剛性の向上を図ることが可能となり、断熱層１０の耐久性向上に寄与する。
【００３６】
このような断熱層１０は、例えば、図２に示した方法のステップＳ８の処理の後に、以下のようなめっき処理（本発明の金属層形成工程に相当する）を実施する、具体的には、エッチング処理工程、触媒金属付与工程、および無電解めっき処理工程を実施することにより得ることができる。
【００３７】
・エッチング処理工程
この工程では、ピストン１の断熱層１０以外の非処理部分をマスキング剤によりマスキングし、断熱層１０のエッチング処理を行う。エッチング液としては、例えば、硝酸とフッ化水素酸の混酸（硝酸２００ｍＬ／Ｌ、フッ化水素酸２００ｍＬ／Ｌ）を用いることができ、処理時間は、室温で１分程度が好適である。このエッチング処理により断熱層１０の表面に微細突起を形成する。
【００３８】
・触媒金属付与工程
この工程では、ピストン１の断熱層１０の表面に無電解めっき用の触媒金属を付与する。より具体的には、Ｐｄ−Ｓｎ錯体を含むキャタリスト液にピストン１を浸漬した後、活性化促進処理を行う。キャタリスト液としては、例えば、酸性パラジウム・スズコロイドタイプの触媒処理剤（奥野製薬工業株式会社製商品ＣＲＰキャタリスト）５０ｍＬ／Ｌと３５％塩酸２５０ｍＬ／Ｌの混合液（Ｐｄ−Ｓｎコロイド触媒）を用いることができる。浴温は３５°Ｃで、浸漬時間は６分程度が好適である。これにより、Ｐｄ−Ｓｎ錯体が断熱層１０の表面のシリコーン樹脂２２由来のＳｉ系酸化物および中空粒子２０由来のＳｉ系酸化物に付着する。
【００３９】
活性化促進処理では、活性化浴として、濃硫酸１００ｍＬ、アクセレーター（奥野製薬工業株式会社製商品アクセレーターＸ）５ｇおよび水の混合液を用いることができる。浴温は３５°Ｃで、浸漬時間は３分程度が好適である。これにより、塩化錫が溶解し、酸化還元反応により金属Ｐｄよりなる触媒金属がＳｉ系酸化物上に生成される。すなわち、触媒金属がＳｉ系酸化物に担持された状態となる。
【００４０】
・無電解めっき処理工程
この工程では、断熱層１０に触媒金属が付与されたピストン１を水洗いして過剰に付着した硫酸等を除去した後、無電解Ｎｉめっき浴に浸漬する。めっき浴としては、例えば、無電解Ｎｉ−Ｐ合金めっき液（奥野製薬工業株式会社製商品トップニコロンＬＰＨ−ＬＦ）２５０ｍＬ／Ｌを用いることができる。浴温は９０°で、浸漬時間は１２分程度（めっき膜厚３μｍ狙い）が好適である。この場合、めっき金属の析出速度は１２〜１８μｍ／ｈである。この無電解めっき処理により、上記触媒金属Ｐｄを核としてＮｉ−Ｐ合金が析出し、断熱層１０の表面にめっき膜が形成される。この場合、上記の通り、エッチング処理により断熱層１０の表面に微細突起を形成されていることで、アンカー効果によりめっき膜が断熱層１０の表面に強固に固定されることとなる。
【００４１】
以上、断熱層１０とその形成方法について説明した、上述した断熱層１０およびその形成方法は、本発明に係る断熱層およびその形成方法の好ましい実施形態の例示であって、断熱層の具体的な構造や、断熱層の具体的な形成方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
例えば、上記実施形態では、エンジンの燃焼室を形成する部品としてピストン１の頂面に本発明に係る断熱層１０を形成した例について説明したが、本発明に係る断熱層１０は、ピストン１の頂面以外、具体的には、シリンダヘッド（燃焼室形成面）、吸気バルブ、排気バルブ、吸気ポート、および排気ポート等にも形成可能である。
【００４３】
また、上記実施形態では、樹脂層１１〜１４毎に仮焼成（ステップＳ３、Ｓ６）を行っているが、仮焼成はこれ以外のタイミングで行ってもよい。例えば、２つの樹脂層毎に仮焼成を行うようにしてもよい。但し、トータル焼成時間を短縮する観点からは、上記実施形態のように、樹脂層１１〜１４毎に仮焼成を行うのが好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ピストン
１０  断熱層
１１  第１樹脂層
１２  第２樹脂層
１３  第３樹脂層
１４  第４樹脂層
２０  中空粒子
２２  シリコーン樹脂
【図１】
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【図２】
2014222056.tif 000005