(57)【要約】【課題】圧力変動の大きい燃焼室に臨むエンジン部品に好適な、断熱性が良好で剛性が高くて信頼性が高い断熱構造体を提供する。【解決手段】複数枚の板材２２が積層されてなる断熱構造体２１であって、上記複数枚の板材２２は、相隣接する任意の２つの板材２２間に空気断熱層２５が形成されるように、該両板材２２の該空気断熱層２５を挟んで相対向する対向面のうち少なくとも一方の対向面に設けられた複数の突起部２３を介して該両板材２２同士が接合された状態で積層され、上記少なくとも一方の対向面に設けられた突起部２３は、当該突起部２３が設けられた対向面に対して空気断熱層２５を挟んで対向する対向面に接合される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の板材が積層されてなる断熱構造体であって、
上記複数枚の板材は、相隣接する任意の２つの板材間に空気断熱層が形成されるように、該両板材の該空気断熱層を挟んで相対向する対向面のうち少なくとも一方の対向面に設けられた複数の突起部を介して該両板材同士が接合された状態で積層され、
上記少なくとも一方の対向面に設けられた突起部は、当該突起部が設けられた対向面に対して上記空気断熱層を挟んで対向する対向面に接合されていることを特徴とする断熱構造体。
【請求項２】
請求項１記載の断熱構造体において、
３枚以上の上記板材の積層により、２層以上の上記空気断熱層が形成されていることを特徴とする断熱構造体。
【請求項３】
請求項２記載の断熱構造体において、
上記断熱構造体は、基材上に配置されるものであり、
上記基材直上の板材には、該板材を貫通する貫通孔が設けられており、
上記貫通孔が設けられた板材と該板材に隣接する板材との間の上記空気断熱層の一部に、上記貫通孔を介して上記基材が入り込んでいることを特徴とする断熱構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の断熱構造体において、
上記板材は、スチール製であることを特徴とする断熱構造体。
【請求項５】
請求項４記載の断熱構造体において、
上記基材は、アルミニウム合金鋳物からなることを特徴とする断熱構造体。
【請求項６】
複数枚の板材が積層されてなる断熱構造体の製造方法であって、
所定の形状を有する複数枚の板材であってそのうちの少なくとも一部の板材の面に複数の突起部が設けられた複数枚の板材を作製する工程と、
上記複数枚の板材を、相隣接する任意の２つの板材間に空気断熱層が形成されるように、該両板材の該空気断熱層を挟んで相対向する対向面のうち少なくとも一方の対向面に設けられた複数の突起部を介して該両板材同士が接合された状態で積層する工程と、を含み、
上記突起部を介した上記両板材の接合は、上記少なくとも一方の対向面に設けられた突起部を、当該突起部が設けられた対向面に対して上記空気断熱層を挟んで対向する対向面に当接させた状態で溶接することにより行うことを特徴とする断熱構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の断熱構造体の製造方法において、
上記複数枚の板材は、３枚以上の板材であり、
上記複数枚の板材を作製する工程において、上記複数枚の板材のうち１枚の板材に対し、該板材を貫通する貫通孔を設け、
上記複数枚の板材を積層する工程において、上記貫通孔が設けられた板材を、板材の積層方向一側の端に位置させ、
上記複数枚の板材を積層する工程後に、上記積層した板材を型にセットした状態で、該型内にアルミニウム合金溶湯を注湯して、上記貫通孔が設けられた板材と該板材に隣接する板材との間の上記空気断熱層の一部に、上記貫通孔を通して上記アルミニウム合金溶湯を流入させる工程を更に含むことを特徴とする断熱構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の板材が積層されてなる断熱構造体及びその製造方法に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代に、エンジンの熱効率を高める方法として、エンジン燃焼室に臨む部分に断熱層を設けることが提案され（例えば特許文献１参照）、その後も、セラミックス焼結体又は低熱伝導性を有するＺｒＯ２粒子を含む溶射層からなる断熱層が提案されている。
【０００３】
ところが、セラミックス焼結体は、熱応力や熱衝撃によるクラックの発生や割れという問題に直面し、特に、ピストン頂面、シリンダライナ、シリンダヘッド下面等のように、比較的大きな面積を有する部分へのセラミックス焼結体の適用は実用に至ったことがない。一方、溶射層は、シリンダライナやロータリエンジンのトロコイド面への採用で実績があるものの、これは、断熱のためではなく、耐摩耗性の向上を目的としたものである。溶射層を断熱層とするためには、上記のようにＺｒＯ２を主体とする低熱伝導材料を溶射することが好ましいが、このような溶射層は、サーメット系の層よりも粒子間の密着性が劣り、繰返し応力や熱応力に伴う疲労等によりクラックの発生が生じ易いという問題がある。
【０００４】
そのため、例えば特許文献２では、断熱層（断熱用薄膜）が、粒状に形成された多数の断熱材と、膜状に形成された断熱材とを含み、粒状の断熱材が、母材よりも低い熱伝導率及び単位体積当たりの熱容量を有し、さらに、膜状の断熱材よりも低い熱伝導率及び単位体積当たりの熱容量を有し、さらに、断熱用薄膜には、断熱用薄膜を補強するための補強用繊維材を混入した構造が提案されている。
【０００５】
また、別の断熱構造として、空気断熱層を用いることも知られている。例えば特許文献３によれば、排気ポートに、間に空気層を有する二重管を挿入することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第８９／０３９３０号パンフレット
【特許文献２】特開２００９−２４３３５２号公報
【特許文献３】特開２００７−２４７４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、エンジンの燃焼室に臨むエンジン部品としては、ピストンやシリンダヘッド、シリンダブロック、バルブ等があるが、これらのエンジン部品に、特許文献２や特許文献３の断熱構造を適用することが考えられる。
【０００８】
しかし、上記エンジン部品に特許文献２の断熱構造を適用した場合、燃焼圧力の変動や熱応力、熱疲労等により、特許文献２の断熱構造をもってしても十分な耐久性が確保できるかどうかは不明である。しかも、溶射等によって断熱層を形成した場合、所定寸法に仕上げるための研削加工を行う必要があり、そのような研削加工を行う際に、その加工自体によるクラックが発生する可能性がある。
【０００９】
また、特許文献３に示されているような空気断熱層を２枚の板材間に設けて断熱構造体を形成し、その断熱構造体をピストンやシリンダライナ等に適用した場合、燃焼圧力の変動に伴って、空気断熱層を挟む板材が変形し易く、熱疲労が生じる虞がある。
【００１０】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧力変動の大きい燃焼室に臨むエンジン部品に好適な、断熱性が良好で剛性が高くて信頼性が高い断熱構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明では、複数枚の板材が積層されてなる断熱構造体を対象として、上記複数枚の板材は、相隣接する任意の２つの板材間に空気断熱層が形成されるように、該両板材の該空気断熱層を挟んで相対向する対向面のうち少なくとも一方の対向面に設けられた複数の突起部を介して該両板材同士が接合された状態で積層され、上記少なくとも一方の対向面に設けられた突起部は、当該突起部が設けられた対向面に対して上記空気断熱層を挟んで対向する対向面に接合されている、という構成とした。
【００１２】
上記の構成により、相隣接する２つの板材間に空気断熱層が形成され、この空気断熱層により良好な断熱性が得られるようになる。そして、相隣接する２つの板材は、複数の突起部により支持されるので、突起部の数や複数の突起部間の間隔を調整することにより、板材がその積層方向に大きな力を受けても変形しないように（撓まないように）することができ、この結果、板材に熱疲労等が生じ難くなるとともに、断熱構造体の剛性を向上させることができる。しかも、突起部の板材対向面に対する接合面積を出来る限り小さくする（点接触に近付ける）ことにより、突起部を介して板材間を熱が伝達するのを抑制することができ、断熱性を良好に維持することができる。
【００１３】
上記断熱構造体において、３枚以上の上記板材の積層により、２層以上の上記空気断熱層が形成されている、ことが好ましい。
【００１４】
このことにより、２層以上の空気断熱層によって断熱性をより一層向上させることができる。
【００１５】
上記のように２層以上の空気断熱層が形成される場合、上記断熱構造体は、基材上に配置されるものであり、上記基材直上の板材には、該板材を貫通する貫通孔が設けられており、上記貫通孔が設けられた板材と該板材に隣接する板材との間の上記空気断熱層の一部に、上記貫通孔を介して上記基材が入り込んでいる、という構成としてもよい。
【００１６】
このことで、本発明の断熱構造体を、基材に固定した状態で該基材上に容易に設けることができるようになる。
【００１７】
上記断熱構造体において、上記板材は、スチール製である、ことが好ましい。また、上記板材がスチール製であることに加えて、上記基材は、アルミニウム合金鋳物からなる、ことが好ましい。
【００１８】
これにより、アルミニウム合金鋳物からなるエンジン部品基材のような基材上に、剛性及び耐熱性が良好な断熱構造体を容易に設けることができるようになる。
【００１９】
本発明の別の態様は、複数枚の板材が積層されてなる断熱構造体の製造方法の発明であり、この発明では、所定の形状を有する複数枚の板材であってそのうちの少なくとも一部の板材の面に複数の突起部が設けられた複数枚の板材を作製する工程と、上記複数枚の板材を、相隣接する任意の２つの板材間に空気断熱層が形成されるように、該両板材の該空気断熱層を挟んで相対向する対向面のうち少なくとも一方の対向面に設けられた複数の突起部を介して該両板材同士が接合された状態で積層する工程と、を含み、上記突起部を介した上記両板材の接合は、上記少なくとも一方の対向面に設けられた突起部を、当該突起部が設けられた対向面に対して上記空気断熱層を挟んで対向する対向面に当接させた状態で溶接することにより行うものとする。
【００２０】
この発明により、突起部が設けられた板材の該突起部を別の板材の面に当接させた状態で、プロジェクション溶接を行うことにより、本発明の断熱構造体を容易に製造することができる。
【００２１】
上記断熱構造体の製造方法において、上記複数枚の板材は、３枚以上の板材であり、上記複数枚の板材を作製する工程において、上記複数枚の板材のうち１枚の板材に対し、該板材を貫通する貫通孔を設け、上記複数枚の板材を積層する工程において、上記貫通孔が設けられた板材を、板材の積層方向一側の端に位置させ、上記複数枚の板材を積層する工程後に、上記積層した板材を型にセットした状態で、該型内にアルミニウム合金溶湯を注湯して、上記貫通孔が設けられた板材と該板材に隣接する板材との間の上記空気断熱層の一部に、上記貫通孔を通して上記アルミニウム合金溶湯を流入させる工程を更に含む、ことが好ましい。
【００２２】
こうすることで、本発明の断熱構造体を、アルミニウム合金鋳物からなるエンジン部品基材のような基材上に容易に設けることができるようになる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の断熱構造体及びその製造方法によると、断熱性が良好で剛性が高くて信頼性が高い断熱構造体が容易に得られ、圧力変動の大きい燃焼室に臨むエンジン部品に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る断熱構造体が適用されるエンジンを示す断面図である。
【図２】仕様が相異なるエンジンの幾何学的圧縮比と図示熱効率との関係を示すグラフである。
【図３】仕様が相異なるエンジンの空気過剰率と図示熱効率との関係を示すグラフである。
【図４】断熱構造体の第１例を示す、板材の積層方向から見た図（平面図）である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】断熱構造体の第２例を示す、板材の積層方向から見た図（平面図）である。
【図７】図６のVII−VII線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
本発明の実施形態に係る断熱構造体は、図１に示すエンジンに好適に適用することができる。図１において、１はピストン、１ａは該ピストン１に設けられたピストンリング、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッド３の吸気ポート５を開閉する吸気バルブ、６は排気ポート７を開閉する排気バルブ、８は燃料噴射弁である。尚、点火プラグの図示は省略している。
【００２７】
吸気バルブ４は、傘部４ａと、傘部４ａの裏側に設けられたステム部４ｂとを有する。また、吸気バルブ４の傘部４ａは、不図示の吸気バルブ駆動機構によりステム部４ｂを介して駆動されて、吸気ポート５を開閉する。傘部４ａにより吸気ポート５が閉じられているとき、傘部４ａの裏側表面（吸気ポート５に臨む面）の外周部が、吸気バルブシート１５に当接している。同様に、排気バルブ６は、傘部６ａと、傘部６ａの裏側に設けられたステム部６ｂとを有する。排気バルブ６の傘部６ａは、不図示の排気バルブ駆動機構によりステム部６ｂを介して駆動されて、排気ポート７を開閉する。傘部６ａにより排気ポート７が閉じられているとき、傘部６ａの裏側表面（排気ポート７に臨む面）の外周部が、排気バルブシート１６に当接している。
【００２８】
上記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２のシリンダボア２ａの内周面、シリンダヘッド３の下面、並びに、吸気及び排気バルブ４，６の傘部４ａ，６ａの表側表面（燃焼室に臨む面）で形成される。ピストン１の頂面には、キャビティ９が形成されている。
【００２９】
本実施形態では、ピストン１、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３は、アルミニウム合金鋳物で構成され、吸気及び排気バルブ４，６は、耐熱鋼で構成されている。
【００３０】
上記エンジンは、幾何学的圧縮比ε＝２０〜５０とされ、少なくとも部分負荷域での空気過剰率λ＝２．５〜６．０で運転されるリーンバーンエンジンである。このため、エンジンの冷却損失を大幅に低減させなければ、すなわち、エンジンの断熱性を高くしなければ、その幾何学的圧縮比ε及び空気過剰率λに見合う所期の熱効率を得ることができない。この点をモデル計算による図示熱効率に基づいて説明する。すなわち、幾何学的圧縮比εを増大させていったとき、燃焼室を断熱構造にするか否かで、また、空気過剰率λの大小で、エンジンの図示熱効率がどのように影響されるかをモデル計算した。
【００３１】
図２はその結果を示す。同図において、「断熱なし」は、燃焼室に断熱構造を採用していない従来のエンジンを意味し、「断熱あり」は、「断熱なし」の従来のエンジンよりも燃焼室の断熱率を５０％高めたエンジンを意味する。「200kPa」及び「500kPa」はエンジン負荷（正味平均有効圧力）の大きさを表す。
【００３２】
まず、「断熱なし 200kPa λ＝１」の場合、幾何学的圧縮比εの増大に伴って図示熱効率が増大しているが、幾何学的圧縮比ε＝５０を超えても図示熱効率は大きく改善せず、幾何学的圧縮比ε＝５０での理論効率は８０％程度であるから、当該エンジンの図示熱効率はかなり低い。この差の大部分は冷却損失及び排気損失である。
【００３３】
「断熱なし 200kPa λ＝２」の場合、空気過剰率の増加により比熱比が小さくなるため、図示熱効率が高くなっているが、それでも、理論効率からみれば低い。「断熱なし 200kPa λ＝４」及び「断熱なし 200kPa λ＝６」をみると、幾何学的圧縮比εが１５又は２５を超えると、該幾何学的圧縮比εが大きくなるほど図示熱効率が低下している。これは、空気過剰率λが大きい（混合気の空気密度が高い）ことから、高圧縮比になると燃焼時のガス圧が非常に高くなり、ガス圧及び温度の関数である熱伝達率が高くなって冷却損失が大きくなるためである。すなわち、空気過剰率λの増大（比熱比の増大）による熱効率の上昇を上回って冷却損失が大きくなるためである。
【００３４】
これに対して、「断熱あり 200kPa λ＝２．５」では、幾何学的圧縮比εの増大に伴って図示熱効率が増大している。空気過剰率λを高めた「断熱あり 200kPa λ＝６」では、幾何学的圧縮比εが４０を超えると、図示熱効率が若干下がり気味になるものの、図示熱効率は幾何学的圧縮比ε＝２０〜５０において非常に高い値になっている。エンジン負荷を高めた「断熱あり 500kPa λ＝２．５」でも、図示熱効率は幾何学的圧縮比ε＝２０〜５０において高い値になっている。
【００３５】
図３は空気過剰率λと図示熱効率との関係をみたグラフである。「断熱なし 200kPa ε＝１５」では、空気過剰率λ＝４．５付近で図示熱効率がピークになり、それよりも空気過剰率λが増大するほど図示熱効率が低下している。これに対して、「断熱あり 200kPa ε＝４０」では、空気過剰率λ＝６．０付近で図示熱効率がピークになっている。幾何学的圧縮比εが高いことと、断熱による冷却損失抑制の効果である。
【００３６】
上記リーンバーンエンジンの場合、少なくとも部分負荷域では空気過剰率λ＝２．５以上で運転するから、ＮＯｘ発生の抑制に有利になる。幾何学的圧縮比εが高くなると、燃焼温度が高くなるが、空気過剰率λをエンジン負荷が高くなるほど大きくなるように制御することにより、燃焼最高温度が１８００Ｋを超えないようにしてＮＯｘ発生を抑制することができる。
【００３７】
また、図示は省略するが、上記エンジンの吸気系には吸気を冷却するインタークーラーが設けられている。これにより、圧縮開始時の筒内ガス温度が低くなり、燃焼時のガス圧及び温度の上昇が抑えられ、冷却損失の低減（図示熱効率の改善）に有利になる。
【００３８】
そこで、上記幾何学的圧縮比ε＝２０〜５０及び空気過剰率λ＝２．５〜６．０で運転されるエンジンにおいて、冷却損失を低減して図示熱効率を高めるべく、燃焼室に臨む面（燃焼室を区画する面）に断熱層を設ける。以下、このようなエンジンの燃焼室に臨む面を有するエンジン部品に好適な、本発明の実施形態に係る断熱構造体について説明する。
【００３９】
図４及び図５は、本発明の実施形態に係る断熱構造体２１の第１例を示す。この断熱構造体２１は、複数枚（本例では、４枚）の板材２２が上下方向に積層されてなるものである。本例では、この断熱構造体２１は、鉄系金属からなる基材２０の面（平坦面）上に配置されている。以下、最下部の板材２２を第１板材２２Ａといい、その上側に積層される板材２２を、下から順に、第２板材２２Ｂ、第３板材２２Ｃ、及び第４板材２２Ｄという。また、それらを区別しない場合には、単に板材２２という。
【００４０】
上記各板材２２は、金属製の板材であって、本例では、厚さ１．０ｍｍのスチール製（例えばＳＵＳ３１６）の板材である。各板材２２の下面には、下側に突出する複数（図４では、６つ）の突起部２３が設けられている。これら突起部２３を含めて各板材２２は、プレス成形により形成されたものである。本例では、各板材２２の突起部２３は、板材２２の厚み方向（板材２２の積層方向と一致）から見て、互いに所定の間隔をあけて配列されている。具体的には、縦方向（図４の図面の上下方向）に一直線状に列をなすように複数（図４では、２つ）の突起部２３が並んで突起部列を形成し、このような突起部列が複数列（図４では、３列）、突起部列の直線とは垂直な横方向（図４の図面の左右方向）に間隔をあけて設けられている。各突起部列の相隣接する２つの突起部２３の間隔は、例えば１５ｍｍであり、相隣接する２つの突起部列の間隔も１５ｍｍである。各突起部２３の突出高さは、例えば１ｍｍである。各突起部２３は、本例では、円錐状をなしている。すなわち、後述の如く、板材２２の下面に設けられた突起部２３が、該板材２２の下側に隣接する板材２２の上面に接合されるが、その接合面積を出来る限り小さくする（点接触に近付ける）べく、先細り状にしている。
【００４１】
上記各板材２２の上面（突起部２３が設けられた面とは反対側の面）には、突起部２３のプレス成形に伴って、突起部２３に対応する凹部２４が形成されている（図４では、最上部に位置する第４板材２２Ｄの凹部２４が見えている）。
【００４２】
上記複数枚の板材２２は、相隣接する任意の２つの板材２２間に空気断熱層２５が形成されるように、該両板材２２の該空気断熱層２５を挟んで相対向する対向面（該両板材２２のうち上側の板材２２の下面及び下側の板材２２の上面）のうち少なくとも一方の対向面（本例では、上側の板材２２の下面）に設けられた複数の突起部２３を介して該両板材２２同士が接合された状態で積層されている。すなわち、上記両板材２２間には、突起部２３の突出高さと同じ間隔の隙間（空間）が生じ、この隙間（空間）が空気断熱層２５とされる。本例では、４枚の板材２２間に３層の空気断熱層２５が形成されることになる。また、第１板材２２Ａと基材２０との間にも空気断熱層２５を形成するようにして、全部で４層の空気断熱層２５を形成している。
【００４３】
上記少なくとも一方の対向面（本例では、上記両板材２２のうち上側の板材２２の下面）に設けられた突起部２３は、当該突起部２３が設けられた対向面（上側の板材２２の下面）に対して空気断熱層２５を挟んで対向する対向面（下側の板材２２の上面）にプロジェクション溶接（抵抗溶接）により接合されている。ここで、上記両板材２２のうち下側の板材２２の上面に凹部２４が存在する場合において、その凹部２４の位置（つまり下側の板材２２の突起部２３の位置）が、板材２２の積層方向から見て上側の板材２２の突起部２３と同じ位置に存するとすると、上記凹部２４により、上側の板材２２の突起部２３が下側の板材２２の上面に当接せず、このため、上側の板材２２の突起部２３が下側の板材２２の上面に接合できないことになる。そこで、板材２２の積層方向から見て、上側の板材２２の突起部２３の位置を下側の板材２２の突起部２３の位置（つまり凹部２４の位置）とは異ならせており、上側の板材２２の突起部２３が、下側の板材２２の上面における凹部２４が存在しない部分に接合されるようにしている。本例では、板材２２の積層方向から見て、上側の板材２２における各突起部列が、下側の板材２２における相隣接する２つの突起部列の間に位置するとともに、上側の板材２２における各突起部列の各突起部２３が、下側の板材２２における突起部列の相隣接する２つの突起部２３間に対応する位置に位置している（図４に実線で示す凹部２４の列と破線で示す凹部２４の列とを参照）。また、板材２２の積層方向から見て、第１板材２２Ａの突起部２３の位置と第３板材２２Ｃの突起部２３の位置とは同じであり、第２板材２２Ｂの突起部２３の位置と第４板材２２Ｄの突起部２３の位置とは同じである。
【００４４】
尚、相隣接する上記両板材２２が、該両板材２２の対向面（下側の板材２２の上面及び上側の板材２２の下面）に設けられた複数の突起部２３を介して接合されるようにしてもよい。この場合、上側の板材２２の下面における下側に突出する突起部２３（１つであってもよく複数であってもよい）が下側の板材２２の上面に接合され、下側の板材２２の上面における上側に突出する突起部２３（１つであってもよく複数であってもよい）が上側の板材２２の下面に接合されることになる。このような構成にするには、第１板材２２Ａ、第２板材２２Ｂ及び第３板材２２Ｃを、上面及び下面に突起部２３が形成されたものとすればよく、第４板材２２Ｄは、下面のみに突起部２３が形成されたものとすればよい。また、板材２２の積層方向から見て、相隣接する両板材２２のうち上側の板材２２の突起部２３（上側及び下側に突出する突起部２３を含む）の位置が、下側の板材２２の突起部２３（上側及び下側に突出する突起部２３を含む）の位置とは異なることになる。
【００４５】
第１板材２２Ａの突起部２３は、基材２０の上面に接合される。また、第４板材２２Ｄの周縁部には、全周に亘って下側に折り曲げられてなる折曲部２６が設けられており、この折曲部２６は、第１板材２２Ａ、第２板材２２Ｂ及び第３板材２２Ｃの端面全周を覆っている。尚、上記折曲部２６は必ずしも必要なものではなく、なくてもよいが、空気断熱層２５の断熱性確保の観点から、有る方が好ましい。特に、空気断熱層２５の断熱性を十分に確保させるためには、折曲部２６に代えて、第１板材２２Ａ、第２板材２２Ｂ、第３板材２２Ｃ及び第４板材２２Ｄの端面全周を覆うように帯状金属部材を溶接等で固定したり、或いは、各板材２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの間の端部全周に無機系又は樹脂系接着剤等を充填したりするのが好ましい。
【００４６】
本例では、第４板材２２Ｄの上面には凹部２４が存在することになるが、このような凹部２４を残したくない場合には、凹部２４内に、例えば、アルミナやシリカ等の無機物からなる充填剤を充填するようにすればよい（後述の第２例の図７における充填剤２８を参照）。或いは、第４板材２２Ｄは、突起部２３（凹部２４）がない平板としてもよい（但し、周縁部には折曲部２６が設けられる）。この場合、第４板材２２Ｄに突起部２３がないので、その直ぐ下側の第３板材２２Ｃの上面に、上側に突出する突起部２３を設ける必要がある。そこで、例えば、第３板材２２Ｃを、上面及び下面に突起部２３が設けられた板材とすればよい。
【００４７】
上記構成の断熱構造体２１を製造するには、まず、所定の形状を有する複数枚（４枚）の板材２２であってそのうちの少なくとも一部の板材２２の面に複数の突起部２３が設けられた複数枚の板材２２をプレス成形により作製する。本例では、全ての板材２２が、その厚み方向一側の面に複数の突起部２３が設けられたものとする。
【００４８】
続いて、基材２０の上面に、第１板材２２Ａを、その突起部２３が基材２０の上面に当接するように設置する。そして、この当接状態で、その突起部２３に対応する凹部２４に電極を押圧し、突起部２３と基材２０とをプロジェクション溶接（抵抗溶接）する。このときの溶接条件としては、例えば、加圧力を２ｋＮ以上５ｋＮ以下とし、電流値を７ｋＡとする。尚、１つの突起部２３毎にプロジェクション溶接を行ってもよいが、第１板材２２Ａの全突起部２３を一度に基材２０の上面にプロジェクション溶接することも可能であり、その方が好ましい。
【００４９】
次いで、上記第１板材２２Ａの上側に、第２板材２２Ｂを設置する。このとき、その第２板材２２Ｂの突起部２３が、第１板材２２Ａの上面における凹部２４が存在しない部分に当接させる。この当接状態で、上記と同様に、第２板材２２Ｂの突起部２３を第１板材２２Ａの上面にプロジェクション溶接する。そして、第３板材２２Ｃ及び第４板材２２Ｄについても、同様にプロジェクション溶接を順次行う。すなわち、上記複数枚の板材２２を、相隣接する任意の２つの板材２２間に空気断熱層２５が形成されるように、該両板材２２の該空気断熱層２５を挟んで相対向する対向面（該両板材２２のうち上側の板材２２の下面及び下側の板材２２の上面）のうち少なくとも一方の対向面（本例では、上側の板材２２の下面）に設けられた複数の突起部２３を介して該両板材２２同士が接合された状態で積層する。上記突起部２３を介した上記両板材２２の接合は、上記少なくとも一方の対向面（本例では、上記両板材２２のうち上側の板材２２の下面）に設けられた突起部２３を、当該突起部２３が設けられた対向面（上側の板材２２の下面）に対して空気断熱層２５を挟んで対向する対向面（下側の板材２２の上面）に当接させた状態で溶接することにより行う。こうして断熱構造体２１が完成する。
【００５０】
上記断熱構造体２１では、相隣接する２つの板材２２間に空気断熱層２５が形成され、この空気断熱層２５により良好な断熱性が得られるようになる。そして、相隣接する２つの板材２２は、複数の突起部２３により支持されるので、突起部２３の数や、相隣接する２つの突起部列の間隔、各突起部列の相隣接する２つの突起部２３の間隔を調整することにより、板材２２がその積層方向に大きな力を受けても変形しないように（撓まないように）することができ、この結果、板材２２に熱疲労等が生じ難くなるとともに、断熱構造体２１の剛性を向上させることができる。しかも、突起部２３の板材２２面に対する接合面積を出来る限り小さくする（点接触に近付ける）ことにより、突起部２３を介して板材２２間を熱が伝達するのを抑制することができ、断熱性を良好に維持することができる。
【００５１】
図６及び図７は、本発明の実施形態に係る断熱構造体２１の第２例を示し（尚、図４及び図５と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、第１板材２２Ａと第２板材２２Ｂとの間の空気断熱層２５の一部に基材２０が入り込んでいる点が第１例とは異なる。
【００５２】
すなわち、本例では、基材２０直上の板材２２である第１部材２２Ａには、突起部２３は設けられていないが、該第１板材２２Ａをその厚み方向に貫通する円形の複数の貫通孔２７が設けられている。これら貫通孔２７もプレス成形により形成される。本例では、第１部材２２Ａの厚み方向から見て、縦方向に一直線状に列をなすように複数（図６では、４つ）の貫通孔２７が並んで貫通孔列を形成し、このような貫通孔列が複数列（図６では、３列）、貫通孔列の直線とは垂直な横方向に間隔をあけて設けられている。相隣接する２つの貫通孔列の間隔は、突起部列の間隔と同じ１５ｍｍであるが、各貫通孔列の相隣接する２つの貫通孔２７の間隔は、その半分の７．５ｍｍとしている。尚、第１部材２２Ａに突起部２３と貫通孔２７とが設けられていてもよい。この第１部材２２Ａの突起部２３は、第２部材２２Ｂの対向面に接合されるものである。
【００５３】
第２部材２２Ｂの突起部２３が第１部材２２Ａの上面に接合されるようにするべく、第１部材２２Ａの貫通孔２７の位置は、板材２２の積層方向から見て、第２部材２２Ｂの突起部２３とは異なる位置である。本例では、板材２２の積層方向から見て、第１部材２２Ａの貫通孔列の直線が第３部材２２Ｃの突起部列の直線と同じ位置にあるとともに、第３部材２２Ｃの突起部列の突起部２３が、上記貫通孔列の１つおきの貫通孔２７と同じ位置にある。
【００５４】
第１板材２２Ａと第２板材２２Ｂとの間には、第２板材２２Ｂの突起部２３により空気断熱層２５が形成されているが、その空気断熱層２５の一部には、上記貫通孔２７を介して基材２０が入り込んでいる。本例では、基材２０は、アルミニウム合金鋳物からなり、断熱構造体２１を製造する際、上記空気断熱層２５の一部に、上記貫通孔２７を通してアルミニウム合金溶湯を流入させることで、上記のように基材２０が入り込んだ形態となる。各貫通孔２７を介して空気断熱層２５に入り込んだ基材２０は、板材２２の積層方向から見て、当該貫通孔２７を中心にその周囲全体に拡がるように入り込んでおり、これにより、基材２０に第１板材２２Ａが固定される。第１板材２２Ａの厚み及び材料は、第１例と同様である。
【００５５】
本例では、４枚の板材２２間に３層の空気断熱層２５が形成されるが、第１板材２２Ａと第２板材２２Ｂとの間の空気断熱層２５は、該空気断熱層２５への基材２０の入り込み量が多すぎると、空気断熱層２５の役割を有しなくなる。そこで、空気断熱層２５への基材２０の入り込み量は、基材２０に第１板材２２Ａを固定できる程度に出来る限り少なくするのが好ましい。
【００５６】
第２板材２２Ｂ、第３板材２２Ｃ及び第４板材２２Ｄは、上記第１例とそれぞれ同様であり、これらの積層形態も第１例と同様である。但し、本例では、第４板材２２Ｄ（最上部の板材２２）の上面に形成されている凹部２４内に、アルミナやシリカ等の無機物からなる充填剤２８を充填している。
【００５７】
上記構成の断熱構造体２１を製造するには、まず、第１例と同様に、所定の形状を有する複数枚（４枚）の板材２２をプレス成形により作製する。但し、本例では、複数枚（４枚）の板材２２のうち１枚の板材２２（第１板材２２Ａとなるもの）は、突起部２３を設けずに、該板材２２をその厚み方向に貫通する貫通孔２７を設けたものとし、残りの板材２２は、その厚み方向一側の面に複数の突起部２３を設けたものとする。また、本例では、第４板材２２Ｄとなる板材２２の凹部２４内に充填剤２８を充填する。尚、この充填剤２８の充填は、板材２２の積層後でかつ後述のアルミニウム合金溶湯の注湯前に行うことも可能であり、アルミニウム合金溶湯の注湯後に行うことも可能である。
【００５８】
続いて、第１板材２２Ａの上面に、第２板材２２Ｂを設置する。このとき、第２板材２２Ｂの突起部２３が、第１板材２２Ａの上面における貫通孔２７が存在しない部分に当接させる。この当接状態で、上記第１例と同様に、第２板材２２Ｂの突起部２３を第１板材２２Ａの上面にプロジェクション溶接する。そして、第３板材２２Ｃ及び第４板材２２Ｄについても、同様にプロジェクション溶接を順次行う。こうして、上記第１例と同様に、上記複数枚の板材２２を、相隣接する任意の２つの板材２２間に空気断熱層２５が形成されるように、該両板材２２の該空気断熱層２５を挟んで相対向する対向面（該両板材２２のうち上側の板材２２の下面及び下側の板材２２の上面）のうち少なくとも一方の対向面（本例では、上側の板材２２の下面）に設けられた複数の突起部２３を介して該両板材２２同士が接合された状態で積層する。このとき、上記貫通孔２７が設けられた板材２２（第１板材２２Ａ）を、板材２２の積層方向一側の端に位置させる。上記突起部２３を介した上記両板材２２の接合は、第１例と同様に、上記少なくとも一方の対向面（本例では、上記両板材２２のうち上側の板材２２の下面）に設けられた突起部２３を、当該突起部２３が設けられた対向面（上側の板材２２の下面）に対して空気断熱層２５を挟んで対向する対向面（下側の板材２２の上面）に当接させた状態で溶接することにより行う。
【００５９】
次いで、上記積層した板材２２を、基材２０を形成するための型にセットした状態で、該型内にアルミニウム合金溶湯を注湯して、上記貫通孔２７が設けられた第１板材２２Ａと該第１板材２２Ａに隣接する第２板材２２Ｂとの間の上記空気断熱層２５の一部に、上記貫通孔２７を通して上記アルミニウム合金溶湯を流入させる。この溶湯は、固化すれば、空気断熱層２５の一部に入り込んだ部分を有する基材２０となり、基材２０に第１板材２２Ａが固定された状態で、基材２０上に断熱構造体２１が配置されることになる。
【００６０】
第２例においては、第１例と同様に、断熱性が良好で剛性が高くて信頼性が高い断熱構造体２１が得られるとともに、基材２０をアルミニウム合金溶湯で鋳造しながら基材２０上に断熱構造体２１を配置固定することで、断熱構造体２１を、アルミニウム合金鋳物からなるエンジン部品基材のような基材２０上に容易に設けることができるようになる。こうして、断熱構造体２１を、エンジン部品における燃焼室に臨む面（ピストン１の頂面や、シリンダブロック２のシリンダボア２ａの内周面、エンジン部品におけるシリンダヘッド３の下面等）に設けることで、特に幾何学的圧縮比が高いエンジンの冷却損失を低減して図示熱効率を高めることができる。
【００６１】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、断熱構造体２１を４枚の板材２２で構成し、３層の空気断熱層２５を形成するようにしたが、少なくとも２枚の板材２２の積層により少なくとも１層の空気断熱層２５を形成するようにしてもよい。但し、断熱性の向上の観点からは、３枚以上の板材２２の積層により、２層以上の空気断熱層２５が形成されるようにするのがよい。
【００６３】
また、上記断熱構造体２１は、エンジン部品に限らず、断熱構造が必要なあらゆる部材に適用することができる。
【００６４】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、複数枚の板材が積層されてなる断熱構造体及びその製造方法に有用であり、圧力変動の大きい燃焼室に臨むエンジン部品（ピストン、シリンダブロック、シリンダヘッド等）に適用する場合に特に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
２０    基材
２１    断熱構造体
２２    板材
２３    突起部
２５    空気断熱層
２７    貫通孔
【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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【図６】
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【図７】
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