(57)【要約】【課題】断熱層の表面粗さが小さく、剥離が生じ難く、断熱性能が高い断熱層構造を得られるようにする。【解決手段】断熱層構造は、エンジン部材１を構成する基材の表面１ａに断熱層２１が形成された断熱層構造であって、基材の表面１ａには複数の凹部１９が設けられており、基材の表面１ａ上に、該基材よりも熱伝導率が低い断熱層２１が複数の凹部１９に跨がって設けられており、断熱層２１は、複数の凹部１９の開口を塞いで且つ複数の凹部１９内に空間部１９ａが形成されるように設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン部材を構成する基材の表面に断熱層が形成された断熱層構造であって、
前記基材の表面には複数の凹部が設けられており、
前記基材の表面上に、該基材よりも熱伝導率が低い断熱層が前記複数の凹部に跨がって設けられており、
前記断熱層は、前記複数の凹部の開口を塞いで且つ前記複数の凹部内に空間部が形成されるように設けられていることを特徴とする断熱層構造。
【請求項２】
前記空間部には、中空粒子が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の断熱層構造。
【請求項３】
前記断熱層は複数の層からなる部分を含み、
前記複数の層のうち最上層を除く少なくとも一つの層には中空粒子が含有されており、
前記複数の層のうち最上層には中空粒子が含有されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱層構造。
【請求項４】
エンジン部材を構成する基材の表面に断熱層が形成された断熱層構造の製造方法であって、
基材の表面に複数の凹部を設ける凹部形成工程と、
前記凹部内に熱分解消失性樹脂材及び中空粒子の少なくとも一方を配置する材料配置工程と、
前記基材の表面上に、前記基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導性材料を、前記複数の凹部を跨ぎ、前記凹部の開口を塞いで且つ前記凹部内に空間部が形成されるように設ける基材被覆工程と、
前記低熱伝導性材料が硬化可能な温度以上で焼成して断熱層を得る焼成工程とを備えていることを特徴とする断熱層構造の製造方法。
【請求項５】
前記材料配置工程において、前記凹部内に熱分解消失性樹脂材を配置し、
前記焼成工程において、前記熱分解消失性樹脂材が分解消失する温度以上で焼成することを特徴とする請求項４に記載の断熱層構造の製造方法。
【請求項６】
前記熱分解消失性樹脂材としてポリスチレンビーズを用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の断熱層構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱層構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの熱効率を向上するために熱損失を低減することが重要視されており、この熱損失の低減のためにエンジンの燃焼室を形成するシリンダヘッド、ピストン、バルブ等に断熱層を設けることが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、噴霧された燃料が衝突するピストン面に、燃料を特定の方向に導くための複数の溝が放射状に設けられ、それらの溝の表面に溝の窪みを保つように断熱層が設けられた構造が開示されている。具体的に、特許文献１の図２及び図３に示されているように、ピストン面に断面三角形状の複数の溝が隣り合って設けられており、また、断熱層の材料としてはアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等のセラミックが用いられている。特許文献１では、このような構造とすることで、上記溝の機能を維持しつつ、上記断熱層によって熱損失を低減でき、燃費の悪化を抑制できるとしている。
【０００４】
特許文献２には、断熱層が設けられる母材よりも低い熱伝導率及び母材よりも低い単位体積当たりの熱容量を有する中空状の材料である第１の断熱材と、母材以下の熱伝導率を有し、第１の断熱材を燃焼室内の燃焼ガスから保護するための第２の断熱材とを含む内燃機関の断熱層が開示されている。特許文献２では、第１の断熱材は、第２の断熱材よりも低い単位体積当たりの熱容量を有しており、その第１の断熱材として、中空のセラミックビーズ、ガラスビーズ、シリカを主成分とする微細多孔構造の断熱材、又はシリカエアロゾル等が例示されている。また、第２の断熱材としては、ジルコニア、シリコン、チタン若しくはジルコニウム等の中実のセラミックや、炭素、酸素、ケイ素等を含んだ有機ケイ素化合物、又は高強度且つ高耐熱性のセラミック繊維等が例示されている。特許文献２では、このようにすることで熱伝導率が低い断熱層を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７４３８９号公報
【特許文献２】再公表特許ＷＯ２００９／０２０２０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のような構造では、熱損失の低減のためにピストン面に形成された溝の表面に断熱層が設けられているものの、溝が形成されていない平坦なピストン面と比較すると受熱面積が大きく、その結果、熱損失を十分に低減することができないと考えられる。
【０００７】
また、上記特許文献２の断熱層では、内部に空気を含む中空粒子である第１断熱材を断熱層に含有させることで熱伝導率を低減できるが、断熱層の表面に中空粒子が露出する等の中空粒子に起因した断熱層の表面粗さの問題が生じるおそれがある。表面粗さが大きいと、断熱層の表面における局所的な温度上昇が生じるおそれがあって好ましくない。例えば、断熱層を設ける基材の表面側に中空粒子を塗布した後に、その上を覆うようにセラミックや樹脂等の材料を塗布することで上記表面粗さの問題を解決することも考えられる。しかしながら、このようにすると、主に中空粒子で構成された下層と、その上を覆うセラミックや樹脂からなる層との間における熱膨張率の差により生じる熱応力によってそれらの層間における剥離やクラックが生じるおそれがある。また、溝等が形成されていない平坦なピストン面等に断熱層を設ける場合、断熱層と基材との間で熱応力に起因した剥離が生じるおそれも考えられる。
【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、断熱層の表面粗さが小さく、剥離が生じ難く、断熱性能が高い断熱層構造を得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の断熱層構造では、基材に複数の凹部を設け、凹部の開口を塞いで且つ凹部内に空間部が生じるように基材表面に断熱層を形成した。
【００１０】
具体的に、本発明に係る断熱層構造は、エンジン部材を構成する基材の表面に断熱層が形成された断熱層構造であって、基材の表面には複数の凹部が設けられており、基材の表面上に、該基材よりも熱伝導率が低い断熱層が複数の凹部に跨がって設けられており、断熱層は、複数の凹部の開口を塞いで且つ複数の凹部内に空間部が形成されるように設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る断熱層構造によると、複数の凹部が設けられた基材の上に、凹部の開口を塞ぐように断熱層が形成されているので、上記特許文献１のような凹部の窪みを保って断熱層が形成された構造と比較して受熱面積を低減することができる。また、断熱層は凹部内に空間部が形成されるように設けられているため、凹部内の熱伝導率を極めて低くすることができ、また、断熱層を伝わる熱が空間部を避けるように伝導すると考えられるので基材までの熱伝導パスが長くなり、それらの結果、断熱性能が高い断熱層構造を得ることができる。さらに、上記のように凹部内に空間部を形成することで空気層による断熱効果を得ており、特許文献２のように断熱層に中空粒子を混合して断熱層内に空気層を含有した構成でないため、中空粒子に起因した断熱層の表面粗さの増大が生じることもない。また、断熱層は、基材表面の複数の凹部に跨がって形成されているので、アンカー効果によって、断熱層が基材から剥離することを防止することができる。
【００１２】
本発明に係る断熱層構造において、空間部には、中空粒子が含まれていることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、空間部上の断熱層を中空粒子が支持するため、燃焼荷重により空間部上の断熱層が沈むことを防止できる。また、空気を内部に含み、熱伝導率が低い中空粒子により断熱層を支持するため、凹部内の熱伝導率の増大幅を小さくすることができる。
【００１４】
本発明に係る断熱層構造において、断熱層は複数の層からなる部分を含み、該複数の層のうち最上層を除く少なくとも一つの層には中空粒子が含有されており、該複数の層のうち最上層には中空粒子が含有されていない構成としてもよい。
【００１５】
このようにすると、空間部のみならず断熱層にも中空粒子が含有されているため、断熱層自体の熱伝導率を低減することができ、その結果、断熱性能が高い断熱層構造を得ることができる。また、中空粒子は断熱層のうち最上層ではない層に含有されており、最上層に中空粒子を含有しない層が形成されているため、中空粒子が断熱層表面に露出することがなく、断熱層の表面粗さの増大を防止できる。その結果、断熱層における局所的な温度上昇が生じることを防止できる。
【００１６】
本発明に係る断熱層構造の製造方法は、エンジン部材を構成する基材の表面に断熱層が形成された断熱層構造の製造方法であって、基材の表面に複数の凹部を設ける凹部形成工程と、凹部内に熱分解消失性樹脂材及び中空粒子の少なくとも一方を配置する材料配置工程と、基材の表面上に、前記基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導性材料を、複数の凹部を跨ぎ、凹部の開口を塞いで且つ凹部内に空間部が形成されるように設ける基材被覆工程と、低熱伝導性材料が硬化可能な温度以上で焼成して断熱層を得る焼成工程とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る断熱層構造の製造方法によると、基材の上に複数の凹部を設け、凹部の開口を塞ぐように断熱層が形成するので、上記特許文献１のような凹部の窪みを保って断熱層が形成された構造と比較して受熱面積を低減することができる。また、凹部内に空間部が形成されるように断熱層を設けるため、凹部内の熱伝導率を極めて低くすることができる。その結果、断熱性能が高い断熱層構造を得ることができる。さらに、凹部内に空間部を形成することで空気層による断熱効果を得ており、断熱層に中空粒子を混合して断熱層内に空気層を含有した構成にしていないため、中空粒子に起因した断熱層の表面粗さの増大が生じることもない。また、基材表面の複数の凹部に跨がって断熱層を形成しているので、アンカー効果によって、断熱層が基材から剥離することを防止することができる。
【００１８】
本発明に係る断熱層構造の製造方法では、材料配置工程において凹部内に熱分解消失性樹脂材を配置する場合、焼成工程において熱分解消失性樹脂材が分解消失する温度以上で焼成することが好ましい。また、本発明に係る断熱層構造の製造方法において、熱分解消失性樹脂材としてポリスチレンビーズを用いることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る断熱層構造及びその製造方法によると、断熱層の表面粗さが小さく、剥離が生じ難く、断熱性能が高い断熱層構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエンジン構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るエンジン部材表面に設けられた断熱層を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の一変形例に係るエンジン部材表面に設けられた断熱層を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るエンジン部材表面に設けられた断熱層を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の一変形例に係るエンジン部材表面に設けられた断熱層を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものでない。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、断熱層構造を図１に示すエンジンの燃焼室を構成する部材に採用したものである。
【００２３】
＜エンジンの特徴＞
図１に示す直噴エンジンＥにおいて、符号１はピストン、符号３はシリンダブロック、符号５はシリンダヘッド、符号７はシリンダヘッド５の吸気ポート９を開閉する吸気バルブ、符号１１は排気ポート１３を開閉する排気バルブ、符号１５は燃料噴射弁である。エンジンの燃焼室は、ピストン１の頂面、シリンダブロック３、シリンダヘッド５、吸排気バルブ７，１１のバルブヘッド面で形成される。ピストン１の頂面には、キャビティ１７が形成されている。図１では、点火プラグ、及びシリンダライナの図示は省略している。
【００２４】
ところで、エンジンの熱効率は、理論的に幾何学的圧縮比を高めるほど、また、作動ガスの空気過剰率を大きくする（比熱比を高める）ほど、高くなることが知られている。しかし、実際には、圧縮比を大きくするほど、また、空気過剰率を大きくするほど、冷却損失が大きくなるため、圧縮比及び空気過剰率の増大による熱効率の改善は頭打ちになる。
【００２５】
すなわち、冷却損失は、作動ガスからエンジン燃焼室壁への熱伝達率、その伝熱面積、及びガス温と壁温との温度差に依存する。このため、エンジン燃焼室において、エンジン部品の金属製母材よりも熱伝導率が低い材料からなる断熱層が該金属製母材の表面に形成されている。
【００２６】
＜断熱層構造について＞
次に、エンジン部品の金属製母材（基材）表面に断熱層が形成されてなる本実施形態の断熱層構造について図２を参照しながら説明する。本実施形態においては、エンジン部品の金属製母材として、エンジン燃焼室に臨む部材である上記ピストンの頂面に断熱層が形成された構成について説明するが、シリンダブロック等の他のエンジン燃焼室に臨む部材表面に断熱層が形成された構成とすることもできる。また、エンジン燃焼室に臨む部材の他に、吸気ポート面又は排気ポート面に断熱層を形成した構成を採用することもできる。なお、本実施形態のピストンは、例えば１８０℃程度で熱処理をするＴ６処理を施してなるアルミ合金製である。
【００２７】
図２に示すように、エンジン部材としてのピストン（基材）１の頂面１ａには、複数の凹部１９が形成されている。凹部１９としては、例えば溝であってもよく、ピストン１の頂面１ａに互いに平行な複数の溝が形成されていてもよく、この他に、同心円状又は格子状に複数の溝が形成されていてもよい。また、本実施形態では、図２に示すようにピストン１の頂面１ａと垂直方向における凹部１９の断面形状を三角形状としているが、これに限られず、矩形状や円弧状、或いは頂面１ａと略平行な底面を有する台形状であっても構わない。凹部１９の深さ及び幅の大きさは、特に限定されないが、後に説明する中空粒子２３を収容できる大きさであればよく、例えば深さが７５μｍ〜２００μｍ程度であり、幅が７５μｍ〜２００μｍ程度であることが好ましい。
【００２８】
また、ピストン１の頂面１ａには、複数の凹部１９に跨がって断熱層２１が形成されている。断熱層２１は複数の凹部１９の開口を塞ぐように設けられており、また、断熱層２１は凹部１９内に空間部１９ａが形成されるように設けられている。本実施形態において、断熱層２１はシリコーン樹脂からなる。但し、これに限られず、断熱層２１は上記ピストン１の材料であるアルミ合金よりも熱伝導率が低い材料で構成されていればよく、例えばケイ酸ガラス等であってもよい。
【００２９】
空間部１９ａには、例えば無機酸化物を主体とする中空粒子２３が配設されている。中空粒子２３は、凹部１９内に収まる量が配設されており、すなわち、凹部１９が形成されていない領域のピストン１の頂面１ａの位置よりも上方に中空粒子２３が位置しない。また、空間部１９ａ内に配設された中空粒子２３のうちの一部が断熱層２１の下面に接触するように構成されており、中空粒子２３は空間部１９ａ上の断熱層２１を下方から支持している。これにより、空間部１９ａ上の断熱層２１が燃焼荷重によって沈むことを防止できる。
【００３０】
本実施形態において、無機酸化物を主体とする中空粒子２３としては、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、シリカ（ＳｉＯ２））又はＡｌ系酸化物成分（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３））を含有するセラミック系中空粒子を採用することが好ましい。各々の材質及び粒径は表１の通りである。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
例えば、フライアッシュバルーンの化学組成は、ＳｉＯ２；４０．１〜７４．４％、Ａｌ２Ｏ３；１５．７〜３５．２％、Ｆｅ２Ｏ３；１．４〜１７．５％、ＭｇＯ；０．２〜７．４％、ＣａＯ；０．３〜１０．１％（以上は質量％）である。シラスバルーンの化学組成は、ＳｉＯ２；７５〜７７％、Ａｌ２Ｏ３；１２〜１４％、Ｆｅ２Ｏ３；１〜２％、Ｎａ２Ｏ；３〜４％、Ｋ２Ｏ；２〜４％、IgLoss；２〜５％（以上は質量％）である。なお、中空粒子２３のメディアン径（Ｄ５０）は、上記凹部１９内に収まる大きさで且つ高い断熱性能を得るのに必要な空気量を含有できる大きさであればよく、例えば５μｍ以上５０μｍ以下程度であることが好ましい。そのため、表１のフライアッシュバルーンやシラスバルーンを用いる際には、分級操作によって、例えば５μｍ以上５０μｍ以下の粒径の粒子を得るようにする。
【００３３】
本実施形態では、上記の通り、凹部１９の空間部１９ａ内に中空粒子２３が収容された構成について説明したが、一変形例として図３に示すように空間部１９ａ内に中空粒子２３が収容されていなくてもよい。このようにすると、空間部１９ａにはガスのみが含まれることとなり、この空間部１９ａにおける熱伝導率を極めて低くすることができるため、低熱伝導性の断熱層構造を得ることができる。
【００３４】
第１の実施形態及びその一変形例に係る断熱層構造によると、複数の凹部１９が設けられたピストン１の頂面１ａに、凹部１９の開口を塞ぐように断熱層２１が形成されているので、受熱面積を低減することができる。さらに、断熱層２１は凹部１９内に空間部１９ａが形成されるように設けられているため、凹部１９内の熱伝導率を極めて低くすることができ、また、断熱層２１を伝わる熱が空間部１９ａを避けるように伝導すると考えられるのでピストン１までの熱伝導パスが長くなり、それらの結果、断熱性能が高い断熱層構造を得ることができる。さらに、中空粒子２３を混合して断熱層２１に含有させた構成でないため、中空粒子２３に起因した断熱層２１の表面粗さの増大が生じることもない。また、断熱層２１は、ピストン１の頂面１ａにおける複数の凹部１９に跨がって形成されているので、アンカー効果によって、断熱層２１がピストン１の頂面１ａから剥離することを防止することができる。
【００３５】
＜断熱層構造の製造方法＞
次に、第１の実施形態及びその一変形例に係る断熱層構造の製造方法について説明する。まず、Ｔ６処理されたアルミ合金からなるピストン（基材）１を準備し、その頂面１ａに複数の凹部１９を形成する。複数の凹部１９を形成することができれば、その方法は特に限定されず、例えば切削加工等の機械加工、又はフォトレジストを用いたエッチング等の方法を利用することができる。凹部１９としては、以下のものに限定されないが、例えば上記のように互いに平行な複数の溝、同心円状に形成された複数の溝又は格子状に形成された複数の溝を形成することができ、また、ピストン１の頂面１ａと垂直方向におけるその溝の断面形状としては、三角形状、矩形状又は円弧状等にすることができる。その凹部１９のサイズについても、上記のように中空粒子２３を収容できるサイズであればよく、例えば深さが７５μｍ〜２００μｍ程度、幅が７５μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。
【００３６】
次に、形成した複数の凹部１９のそれぞれに上記中空粒子２３及び熱分解消失性樹脂材を収容する。ここで、中空粒子２３を含まない上記変形例の構造を製造する場合は、熱分解消失性樹脂材のみを凹部１９に収容する。熱分解消失性樹脂材は、加熱することで分解消失する樹脂からなり、例えばスチレン樹脂からなるポリスチレンビーズである。中空粒子２３及び熱分解消失性樹脂材は、凹部１９が形成されていない領域におけるピストン１の頂面１ａの高さ位置よりも上方に位置しないように凹部１９内に収容する。
【００３７】
次に、ピストン１の材料であるアルミ合金よりも熱伝導率が低い低熱伝導性材料を用いて、複数の凹部１９を跨ぐようにピストン１の頂面１ａを被覆する。本実施形態では低熱伝導性材料としてシリコーン樹脂材を用いるが、これに限られない。また、低熱伝導性材料をピストン１の頂面１ａを被覆する方法は、特に限定されないが、例えばスプレーや刷毛を用いて低熱伝導性材料を塗布することができる。
【００３８】
次に、用いた熱分解消失性樹脂材が分解消失する温度以上で且つ上記低熱伝導性材料が硬化可能な温度以上で焼成する。本実施形態では、エンジン部材としてＴ６処理が施されたアルミ合金製のピストン１を用いており、Ｔ６処理はピストン１に対して１８０℃程度の熱処理を施すものである。このため、このピストン１に対して１８０℃を超える温度で熱処理をすると、ピストン１の硬さや強度が低減し、耐久性が低くなるおそれがある。このため、焼成温度は１８０℃以下であることが好ましい。よって、用いる熱分解消失性樹脂材としては、１８０℃以下で分解消失するものが好ましく、例えば上記ポリスチレンビーズのうち、特に分子量が約２００００以下であって１８０℃以下で分解消失するものを用いることが好ましい。また、用いる低熱伝導性材料も、１８０℃以下で硬化可能であることが好ましく、シリコーン樹脂としては例えばポリアルキルフェニルシロキサンを用いることができる。
【００３９】
上記焼成工程によって、熱分解消失樹脂材が分解消失してガスとなり、熱分解消失性樹脂材が存在した領域に空間部１９ａが形成されると共に、低熱伝導性材料が硬化して断熱層２１が形成される。これにより、図２又は図３に示すような第１の実施形態又はその一変形例に係る断熱層構造を形成することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る断熱層構造について図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一部材については同一の符号を付けてその詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００４１】
＜断熱層構造について＞
図４に示すように、本実施形態の断熱層構造は、第１の実施形態の断熱層構造と比較して、断熱層３１が二層構造となっている部分を含んでいることのみ異なる。具体的に、本実施形態の断熱層構造は、ピストン１の頂面１ａに形成された複数の凹部１９の空間部１９ａに中空粒子２３が配設され、凹部１９内における中空粒子２３が配設された領域の上に第１断熱層３１ａが設けられている。第１断熱層３１ａは、凹部１９が設けられていない領域におけるピストン１の頂面１ａとほぼ同一の高さ位置まで設けられている。第１断熱層３１ａはシリコーン樹脂からなる。但し、これに限られず、第１断熱層３１ａは上記ピストン１の材料であるアルミ合金よりも熱伝導率が低い材料で構成されていればよく、例えばケイ酸ガラス等であってもよい。さらに、第１断熱層３１ａは中空粒子を含んでおり、第１断熱層３１ａに含まれる中空粒子は、上記空間部１９ａに配設された中空粒子２３と同一であってもよく、また、異なるものを用いても構わない。
【００４２】
ピストン１の頂面１ａ、及び複数の第１断熱層３１ａを跨いでそれらを覆うように第２断熱層３１ｂが形成されている。これら第１断熱層３１ａと第２断熱層３１ｂとにより、ピストン１の頂面１ａにおける複数の凹部１９を跨ぐ断熱層３１が構成されている。断熱層３１は、凹部１９が形成された領域においては、第１断熱層３１ａと第２断熱層３１ｂの二層構造となり、凹部１９が形成されていない領域においては、第２断熱層３１ｂのみからなる一層構造となる。第２断熱層３１ｂは、第１断熱層３１ａと同一の材料で構成されているが、中空粒子は含まない。第１断熱層３１ａと第２断熱層３１ｂとを同一の材料で構成することにより、熱応力に起因した第１断熱層３１ａと第２断熱層３１ｂとの間の剥離の発生を抑制することができる。また、第１断熱層３１ａを覆う第２断熱層３１ｂは中空粒子を含まないため、中空粒子が断熱層３１の表面に露出することに起因する断熱層３１の表面粗さの増大を防止することができる。
【００４３】
また、上記第１の実施形態の一変形例と同様に、本実施形態においても、一変形例として図５に示すように空間部１９ａ内に中空粒子２３が収容されていない構成であってもよい。このようにすると、空間部１９ａにはガスのみが含まれることとなり、この空間部１９ａにおける熱伝導率を極めて低くすることができるため、低熱伝導性の断熱層構造を得ることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、断熱層３１が一層構造の部分と二層構造の部分とを有するように形成されているが、これに限られず、３層構造以上の層構造を含む構成であっても構わない。
【００４５】
＜断熱層構造の製造方法＞
次に、第２の実施形態及びその一変形例に係る断熱層構造の製造方法について説明する。本実施形態の断熱層構造の製造方法は、第１の実施形態と比較して、断熱層の形成方法のみが異なり、他の工程は同一である。ここでは、第１の実施形態に係る断熱層構造の製造方法と同一工程については詳細な説明を省略し、異なる工程についてのみ詳細に説明する。
【００４６】
まず、第１の実施形態と同様に、ピストン１の頂面１ａに複数の凹部１９を形成し、複数の凹部１９のそれぞれに上記中空粒子２３及び熱分解消失性樹脂材を収容する。このとき、中空粒子２３及び熱分解消失性樹脂材は、凹部１９が形成されていない領域におけるピストン１の頂面１ａの高さ位置よりも上方に位置しないように凹部１９内に収容する。なお、中空粒子２３を含まない上記変形例の構造を製造する場合は、熱分解消失性樹脂材のみを凹部１９に収容する。その後、シリコーン樹脂等の低熱伝導性材料と中空粒子とを混合し、その混合物を複数の凹部１９内における上記中空粒子２３及び熱分解消失性樹脂材の上にスプレー等を用いて配設する。このとき、その混合物の上面が、凹部１９が設けられていない領域におけるピストン１の頂面１ａとほぼ同一の高さ位置となるようにする。
【００４７】
次に、用いた熱分解消失性樹脂材が分解消失する温度以上で且つ上記低熱伝導性材料が硬化可能な温度以上で焼成する。これにより、熱分解消失樹脂材が分解消失してガスとなり、熱分解消失性樹脂材が存在した領域に空間部１９ａが形成されると共に、低熱伝導性材料が硬化して第１断熱層３１ａが形成される。ここで、第１の実施形態と同一の理由から、焼成温度は１８０℃以下であることが好ましく、用いる熱分解消失性樹脂材としては、１８０℃以下で分解消失するものが好ましく、例えば上記ポリスチレンビーズのうち、特に分子量が約２００００以下であって１８０℃以下で分解消失するものを用いることが好ましい。また、用いる低熱伝導性材料も、１８０℃以下で硬化可能であることが好ましく、シリコーン樹脂としては例えばポリアルキルフェニルシロキサンを用いることができる。
【００４８】
次に、ピストン１の頂面１ａ、及び第１断熱層３１ａを覆うように、上記低熱伝導性材料をスプレー又は刷毛等を用いて配設する。ここで用いる低熱伝導性材料は、上記第１断熱層３１ａの形成に用いた材料と同一であり、但し、中空粒子を含まないものを用いる。その後、上記低熱伝導性材料が硬化可能な温度以上で焼成して、第２断熱層３１ｂを形成する。ここでも、上記理由から、焼成温度は１８０℃以下であることが好ましい。これにより、図４又は図５に示すような第２の実施形態又はその一変形例に係る断熱層構造を形成することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ピストン
１ａ  頂面
３  シリンダブロック
５  シリンダヘッド
７  吸気バルブ
１１  排気バルブ
１９  凹部
１９ａ  空間部
２１，３１  断熱層
２３  中空粒子
３１ａ  第１断熱層
３１ｂ  第２断熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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