JP2015140703A - Heat insulation layer structure and manufacturing method for same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、断熱層構造及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat insulating layer structure and a manufacturing method thereof.
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。 In recent years, it has been important to reduce heat loss in order to improve the thermal efficiency of the engine, and in order to reduce this heat loss, a heat insulating layer is provided on the cylinder head, piston, valve, etc. that form the combustion chamber of the engine. It is being considered.
上記エンジンの燃焼室を形成する部品における断熱層構造ではないが、例えば特許文献1には、断熱層構造として、基材であるタービン翼の表面にボンドコーティング層を介して断熱層が設けられた構造が開示されている。この断熱層は、2種の材料が交互に配列されるように蒸着等によって形成されている。特許文献1では、このような構造により、向上した熱伝達抵抗路が提供されると共に、断熱層の歪許容度が損なわれないメリットがあるとしている。
Although it is not the heat insulation layer structure in the part which forms the combustion chamber of the said engine, for example, in
また、特許文献2には、中空粒子からなる第1の断熱材と、中実のセラミック等からなる第2の断熱材とを含む断熱層が形成された構造が開示されている。この断熱層の形成方法は、明確にされていないが、一般にスプレーによる塗布を用いることが簡便である。 Patent Document 2 discloses a structure in which a heat insulating layer including a first heat insulating material made of hollow particles and a second heat insulating material made of solid ceramic or the like is formed. Although the method for forming the heat insulating layer is not clarified, it is generally easy to use application by spraying.
特許文献1では、上記の通り、向上した熱伝達抵抗路を得ることができて、断熱層の断熱性能の向上に有利であるものの、2種の材料を交互に蒸着することで断熱層を形成しており、この方法を大量に生産する自動車用エンジン部品に適用するのは困難である。特に、排気ポートのような内部空間を形成する内壁部に適用することは極めて困難である。
In
また、特許文献2の断熱層を、スプレーを用いて基材に塗布すると、中空粒子のサイズの分布や配合量等の関係から断熱層の表面粗さが大きくなるおそれがある。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。さらに、例えばピストンのキャビティの傾斜面等に断熱層材料を塗布した場合、ダレが生じるおそれがあり、断熱層の厚さの制御も容易でない。 Moreover, when the heat insulation layer of patent document 2 is apply | coated to a base material using a spray, there exists a possibility that the surface roughness of a heat insulation layer may become large from relationships, such as size distribution of a hollow particle, a compounding quantity. When the surface roughness is large, there is a possibility that a local temperature rise on the surface of the heat insulating layer may occur, which is not preferable. Furthermore, for example, when the heat insulating layer material is applied to the inclined surface of the cavity of the piston, sagging may occur, and it is not easy to control the thickness of the heat insulating layer.
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、断熱性能が高い断熱層構造を簡便に得られるようにすることにあり、また、そのような断熱層構造における断熱層の厚さの制御を容易にできるようにすることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to make it possible to easily obtain a heat insulating layer structure having a small surface roughness of the heat insulating layer and high heat insulating performance, The object is to facilitate the control of the thickness of the heat insulating layer in such a heat insulating layer structure.
前記の目的を達成するために、本発明では、所定の位置に凹部を含む複数の薄膜を積層することによって得られた断熱層を基材に設けることにより断熱層構造を製造した。 In order to achieve the above object, in the present invention, a heat insulating layer structure is manufactured by providing a base material with a heat insulating layer obtained by laminating a plurality of thin films including concave portions at predetermined positions.
具体的に、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、基材よりも熱伝導率が低い材料からなる薄膜を作製する工程と、薄膜の表面の所定位置に複数の凹部を形成する工程と、複数の薄膜を積層して積層体を形成する工程と、積層体を前記基材上に配設する工程と、基材上に配設された積層体を焼成する工程とを備え、積層体を形成する工程において、複数の薄膜を、互いに直接に接触する薄膜同士の凹部が該薄膜表面の垂直方向に重ならないように積層することを特徴とする。 Specifically, the method for manufacturing a heat insulating layer structure according to the present invention is a method for manufacturing a heat insulating layer structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material constituting an engine member, and has a thermal conductivity higher than that of the base material. A step of forming a thin film made of a low material, a step of forming a plurality of recesses at predetermined positions on the surface of the thin film, a step of stacking a plurality of thin films to form a laminate, and the laminate on the substrate A step of arranging and a step of firing the laminate disposed on the substrate. In the step of forming the laminate, the plurality of thin films are in contact with each other, and the recesses between the thin films are in contact with each other. It is characterized by being laminated so as not to overlap in the vertical direction.
本発明に係る断熱層構造の製造方法によると、薄膜に複数の凹部を形成し、その薄膜を積層することで得た積層体を基材表面に設け、それを焼成することで断熱層を得ているため、薄膜の積層数又は薄膜自体の膜厚を調整することにより断熱層の厚さを容易に制御することができる。また、薄膜を積層した積層体により断熱層を構成しているため、上記特許文献2のようにスプレー塗布を用いた場合と比較して断熱層の表面粗さを低減することができる。さらに、凹部が設けられた薄膜を積層しているため、薄膜の積層により凹部は空気を含む空間部となって、この部分の熱伝導率は断熱層の他の部分よりも低くなる。このため、断熱層表面からの熱は、その空間部を避けるように伝導して基材にまで伝わるようになる。すなわち、熱伝導パスが長くなるので、上記断熱層の断熱性能に有利となる。 According to the method for manufacturing a heat insulating layer structure according to the present invention, a plurality of concave portions are formed in a thin film, a laminate obtained by laminating the thin film is provided on the surface of the base material, and a heat insulating layer is obtained by firing it. Therefore, the thickness of the heat insulating layer can be easily controlled by adjusting the number of laminated thin films or the thickness of the thin film itself. Moreover, since the heat insulation layer is comprised by the laminated body which laminated | stacked the thin film, the surface roughness of a heat insulation layer can be reduced compared with the case where spray coating is used like the said patent document 2. FIG. Furthermore, since the thin films provided with the recesses are stacked, the recesses become a space containing air due to the lamination of the thin films, and the thermal conductivity of this part is lower than the other part of the heat insulating layer. For this reason, the heat from the surface of the heat insulating layer is conducted so as to avoid the space and is transmitted to the base material. That is, since the heat conduction path becomes long, it is advantageous for the heat insulating performance of the heat insulating layer.
本発明に係る断熱層構造の製造方法では、凹部を形成する工程において、薄膜の表面に複数の凹部を、該凹部が三角格子状に配置するように形成し、積層体を形成する工程において、複数の薄膜を、凹部が面心立方格子状に配置するように積層することが好ましい。 In the method for manufacturing a heat insulating layer structure according to the present invention, in the step of forming the recess, a plurality of recesses are formed on the surface of the thin film so that the recesses are arranged in a triangular lattice shape, and in the step of forming the laminate, It is preferable to laminate a plurality of thin films so that the recesses are arranged in a face-centered cubic lattice.
このようにすると、断熱層における熱伝導率が特に低い空間部となる凹部を容易に熱伝導パスが長くなるような配置にすることができる。このため、断熱性能が高い断熱層を容易に得ることができる。 If it does in this way, the recessed part used as the space part with especially low thermal conductivity in a heat insulation layer can be arrange | positioned so that a heat conductive path may become long easily. For this reason, a heat insulation layer with high heat insulation performance can be obtained easily.
本発明に係る断熱層構造の製造方法では、積層体を形成する工程において、積層体の最上層に、基材よりも熱伝導率が低い材料からなり且つ凹部が形成されていない薄膜を配設することが好ましい。 In the method for manufacturing a heat insulating layer structure according to the present invention, in the step of forming the laminated body, a thin film made of a material having a lower thermal conductivity than the base material and having no recess is disposed in the uppermost layer of the laminated body. It is preferable to do.
このようにすると、積層体の最上層に凹部が露出しないため、凹部に起因した断熱層の表面粗さの増大を防止することができる。 If it does in this way, since a crevice is not exposed to the uppermost layer of a layered product, an increase in surface roughness of a heat insulation layer resulting from a crevice can be prevented.
本発明に係る断熱層構造の製造方法は、凹部内に中空粒子を配設する工程をさらに備えていてもよい。 The manufacturing method of the heat insulation layer structure which concerns on this invention may further be equipped with the process of arrange | positioning a hollow particle in a recessed part.
このようにすると、中空粒子が凹部上に積層された薄膜の部分を下方から支持するため、燃焼荷重により凹部上の薄膜が沈むことを防止できる。さらに、中空粒子は、内部に空気を含有している粒子であるため、凹部内に配設することで空間部における熱伝導率の増大幅を小さくすることができる。 If it does in this way, since the hollow particle supports the part of the thin film laminated | stacked on the recessed part from the downward direction, it can prevent that the thin film on a recessed part sinks by a combustion load. Furthermore, since the hollow particles are particles containing air inside, the increase in the thermal conductivity in the space can be reduced by disposing them in the recesses.
本発明に係る断熱層構造の製造方法は、薄膜を乾燥する工程をさらに備えていることが好ましい。 It is preferable that the manufacturing method of the heat insulation layer structure which concerns on this invention is further equipped with the process of drying a thin film.
このようにすると、凹部を形成する工程を良好に行うことができ、また薄膜の積層時における薄膜の扱いも容易となって作業効率を向上できる。 If it does in this way, the process of forming a crevice can be performed favorably, and handling of a thin film at the time of lamination of a thin film becomes easy, and work efficiency can be improved.
本発明に係る断熱層構造の製造方法では、凹部を形成する工程において、凹部を形成する薄膜の表面の所定位置に対応する位置に突起部を有する押し当て部材を薄膜に押し当てることにより薄膜に凹部を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a heat insulating layer structure according to the present invention, in the step of forming the recess, the pressing member having a protrusion at a position corresponding to a predetermined position on the surface of the thin film forming the recess is pressed against the thin film. It is preferable to form a recess.
このようにすると、複数の凹部を効率良く簡便に形成することが可能となる。 If it does in this way, it will become possible to form a plurality of crevice efficiently and simply.
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、基材よりも熱伝導率が低い第1熱伝導部と、第1熱伝導部よりも熱伝導率が低い第2熱伝導部とを備え、第2熱伝導部は、面心立方格子状に配置されていることを特徴とする。 The heat insulating layer structure according to the present invention is a heat insulating layer structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material constituting an engine member, and includes a first heat conducting portion having a lower thermal conductivity than the base material, And a second heat conduction part having a lower thermal conductivity than the heat conduction part, and the second heat conduction part is arranged in a face-centered cubic lattice shape.
本発明に係る断熱層構造によると、断熱層表面からの熱は、面心立方格子状に設けられた熱伝導率がより低い第2熱伝導部を避けるように伝導して基材にまで伝わるようになり、すなわち、熱伝導パスが長くなるので、上記断熱層の断熱性能に有利となる。 According to the heat insulating layer structure according to the present invention, heat from the surface of the heat insulating layer is conducted so as to avoid the second heat conductive portion having a lower thermal conductivity provided in a face-centered cubic lattice and is transmitted to the base material. In other words, since the heat conduction path becomes longer, it is advantageous for the heat insulating performance of the heat insulating layer.
本発明に係る断熱層構造において、第2熱伝導部は空気を含むことが好ましい。 In the heat insulating layer structure according to the present invention, it is preferable that the second heat conducting portion includes air.
このようにすると、第2熱伝導部の熱伝導率を極めて小さくすることができる。この場合、第2熱伝導部は中空粒子を含んでいてもよい。このようにしても、中空粒子は内部に空気を含んでいるので第2熱伝導率の熱伝導率を小さくできる。 If it does in this way, the thermal conductivity of the 2nd heat conduction part can be made very small. In this case, the 2nd heat conductive part may contain the hollow particle. Even in this case, since the hollow particles contain air inside, the thermal conductivity of the second thermal conductivity can be reduced.
本発明に係る断熱層構造において、第2熱伝導部は、断熱層の表面に露出していないことが好ましい。 In the heat insulating layer structure according to the present invention, it is preferable that the second heat conducting portion is not exposed on the surface of the heat insulating layer.
このようにすると、第2熱伝導部が空気を含む空間部である、又は中空粒子を含む場合、第2熱伝導部に起因した断熱層の表面粗さの増大を抑制することができる。 If it does in this way, when the 2nd heat conduction part is the space part containing air or it contains hollow particles, the increase in the surface roughness of the heat insulation layer resulting from the 2nd heat conduction part can be controlled.
本発明に係る断熱層構造の製造方法によると、断熱層構造における断熱層の表面粗さを小さくでき、断熱層の厚さの制御を容易にできる。また、本発明に係る断熱層構造は、断熱層に他の部分よりも熱伝導率が低い部分が面心立方格子状に配置されているため、熱伝導パスを長くすることができて、断熱層の断熱性能を向上することが可能となる。 According to the manufacturing method of the heat insulation layer structure which concerns on this invention, the surface roughness of the heat insulation layer in a heat insulation layer structure can be made small, and control of the thickness of a heat insulation layer can be made easy. In addition, the heat insulating layer structure according to the present invention has a portion having a lower thermal conductivity than the other portions arranged in a face-centered cubic lattice in the heat insulating layer. It becomes possible to improve the heat insulation performance of the layer.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its method of application, or its application.
本発発明の実施形態は、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。 In the embodiment of the present invention, the heat insulating layer structure is adopted as a member constituting the combustion chamber of the engine shown in FIG.
<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。
<Engine features>
In the direct injection engine E shown in FIG. 1,
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。 By the way, it is known that the thermal efficiency of an engine increases as the geometric compression ratio increases theoretically and the excess air ratio of the working gas increases (increases the specific heat ratio). However, in practice, as the compression ratio is increased and the excess air ratio is increased, the cooling loss increases. Therefore, the improvement of the thermal efficiency due to the increase in the compression ratio and the excess air ratio reaches its peak.
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を該金属製母材の表面に形成することが行われている。 That is, the cooling loss depends on the heat transfer rate from the working gas to the engine combustion chamber wall, the heat transfer area, and the temperature difference between the gas temperature and the wall temperature. For this reason, in the engine combustion chamber, a heat insulating layer made of a material having a lower thermal conductivity than the metal base material of the engine component is formed on the surface of the metal base material.
<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。
<About heat insulation layer structure>
Next, the heat insulation layer structure of this embodiment in which a heat insulation layer is formed on the surface of a metal base material (base material) of an engine component will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a configuration in which a heat insulating layer is formed on the top surface of the piston, which is a member facing the engine combustion chamber, as the metal base material of the engine component will be described. It can also be set as the structure by which the heat insulation layer was formed in the member surface which faces. Moreover, the structure which formed the heat insulation layer in the intake port surface or the exhaust port surface other than the member which faces an engine combustion chamber is also employable. Note that the piston of the present embodiment is made of an aluminum alloy that is subjected to a T6 treatment that is heat-treated at about 180 ° C., for example.
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、断熱層21が形成されている。断熱層21は、シリコーン樹脂からなる第1熱伝導部21a、及び該第1熱伝導部21aよりも熱伝導率が低い第2熱伝導部21bを有する。なお、第1熱伝導部21aの材料は、シリコーン樹脂に限られず、断熱層21が設けられるピストン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。
As shown in FIG. 2, a
また、第2熱伝導部21bには、第1熱伝導部21aよりも熱伝導率が低くなるように、内部に空気を含有する中空粒子が含有されている。中空粒子としては、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。
The second
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。
For example, the chemical composition of the fly ash balloons, SiO 2; 40.1~74.4%, Al 2
本実施形態において、第2熱伝導部21bは、中空粒子を含有して構成されているが、中空粒子のみよって構成されていてもよく、また、中空粒子と第1熱伝導部21aの材料となるシリコーン樹脂等との混合物により構成されていてもよい。さらに、第1熱伝導部21aよりも熱伝導率が低くなるように構成されていればそれらに限られず、例えば、空気のみが含まれた空間部としてもよい。
In the present embodiment, the second
また、本実施形態に係る断熱層21では、図2に示すような垂直方向に切断された断面において、第2熱伝導部21bは三角格子状に配置されている。すなわち、断熱層21において、三次元的には第2熱伝導部21bが面心立方格子状に配置されている。このような配置にすることで、図3に示すように、断熱層21の表面が受けた熱が、熱伝導率がより低い第2熱伝導部21bを避けるように伝導するため、第2熱伝導部が配置されていない場合よりも熱伝導パスが長くなる。すなわち、断熱層21の断熱性能が向上する。
Further, in the
また、第2熱伝導部は、断熱層21の表面に露出しないように構成されている。このため、第2熱伝導部21bを構成する中空粒子に起因した断熱層21の表面粗さの増大を抑制することができる。
Further, the second heat conducting part is configured not to be exposed on the surface of the
<断熱層構造の製造方法>
次に、本発明の実施形態に係る断熱層構造の製造方法について図4(a)及び(b)、並びに図5を参照しながら説明する。図4(a)は、断熱層構造を製造するためのコンベア装置を上方から見た図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A線における断面図である。図5は断熱層構造の製造方法の一工程を示す断面図である。
<Production method of heat insulation layer structure>
Next, the manufacturing method of the heat insulation layer structure which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring FIG. 4 (a) and (b) and FIG. Fig.4 (a) is the figure which looked at the conveyor apparatus for manufacturing a heat insulation layer structure from upper direction, FIG.4 (b) is sectional drawing in the AA line of Fig.4 (a). FIG. 5 is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the heat insulating layer structure.
本実施形態では、図4(a)及び(b)に示すようなコンベア装置50を用いて断熱層を製造する方法について説明する。コンベア装置50は、その上にベースシート51が配設されており、ベースシートを一方向(図4(a)及び(b)では左方向、以下コンベア流れ方向という。)に移動可能に構成されている。また、コンベア装置50の上方には、第1熱伝導部21aの材料となる樹脂材40aが充填され、樹脂材を吐出可能に構成された樹脂材吐出装置52と、該樹脂材吐出装置52から吐出された樹脂材40aをドクターブレード法により所定の厚みにするためのブレード53と、下方に向かって突出する複数の突起部54aを有して上下方向に移動可能なブロック状の押し当て部材であるスタンパ54と、中空粒子42が充填され、中空粒子を吐出可能に構成された中空粒子吐出装置55とがコンベア流れ方向に順次配設されている。
In the present embodiment, a method for manufacturing a heat insulation layer using a
本実施形態に係る断熱層構造の製造方法では、まず、コンベア装置50の上方に配設された樹脂材吐出装置52から樹脂材40aを吐出させて、ベースシート51の表面に樹脂材40aを設ける。樹脂材40aとしては、例えばシリコーン樹脂材、特にポリアルキルフェニルシロキサン等を用いることができる。ベースシート51上に配設した樹脂材40aをコンベア流れ方向に移動させて、ブレード53を用いたドクターブレード法により、樹脂材を所望の膜厚の薄膜40になるように成形する。そのために、ブレード53は、その下端部とベースシート51との間の距離が所望の膜厚分となるように配設されている。薄膜40の膜厚としては、例えば20μm〜60μm程度にする。
In the manufacturing method of the heat insulation layer structure according to the present embodiment, first, the
次に、薄膜40の表面に複数の突起部54aを有するスタンパ54を薄膜40に押し当てて、薄膜40の表面に複数の凹部41を形成する。ここで、複数の凹部41は、それぞれ所定の間隔を空けて設けることが好ましい。このため、スタンパ54には、所定の間隔で複数の突起部54aが設けられていることが好ましい。特に、複数の凹部41は三角格子状に配置するように設けることが好ましい。すなわち、スタンパ54の突起部54aが三角格子状に配置されていることが好ましい。
Next, a
また、凹部41の深さは、薄膜40の厚みの2分の1以上4分の3以下程度であることが好ましい。このようにすると、薄膜40の強度を維持しつつ、後に第2熱伝導部となる部分の大きさを十分に確保することができる。本実施形態では、突起部54aを有するブロック状のスタンパ54を用いて薄膜40に凹部41を形成したが、これに限られず、例えば突起部を有するローラを薄膜40に押し当てながら回転させることで凹部41を形成しても構わない。また、上記のような突起部を薄膜40に押し当てることで凹部41を設ける方法のみならず、例えばレーザやイオンビームを薄膜40に照射することで凹部41を形成しても構わない。
Moreover, it is preferable that the depth of the recessed
なお、この凹部41を形成する工程の前に、薄膜40を乾燥させる工程を追加してもよい。このようにすることで、薄膜40のスタンパ54による凹部41の成形を良好に行うことができる。乾燥の方法は、特に限定されないが、例えばブレード53とスタンパ54との間に、ヒータ等の加熱手段を設けて薄膜40を加熱することで乾燥することができる。この乾燥は焼成温度以下の温度で行うのが好ましく、各薄膜40のハンドリング性が向上できる程度に乾燥されればよい。
In addition, you may add the process of drying the
次に、形成した複数の凹部41に中空粒子42を収容する。本実施形態では、中空粒子42が充填された中空粒子吐出装置55から中空粒子42を凹部41に吐出させることで、中空粒子42を凹部41に収容させている。ここで、中空粒子吐出装置55において中空粒子42を吐出する吐出口は複数設けられており、それぞれ、複数の凹部41に対応するように配置されている、すなわち、スタンパ54の突起部54aの位置に対応するように配置されている。このため、一度の吐出動作により複数の凹部41に中空粒子42を収容することができる。また、中空粒子42は、溶剤やバインダ材と混合された状態で中空粒子吐出装置55に充填されて、その混合物の状態で凹部41に収容されても構わない。中空粒子42の粒径は、凹部41の深さや幅を考慮して選定する、或いは分級操作によって好ましい大きさに選別しておけばよい。
Next, the
凹部41に中空粒子42を収容した後に、薄膜40を所定のサイズに切断する。その後、図5に示すように、3枚の切断した薄膜40を積層する。ここでは、3枚の薄膜40を積層したが、所望の断熱層の厚さに従って積層する薄膜40の枚数を適宜決定することができる。薄膜40を積層する際、薄膜40における中空粒子42が収容された凹部41が、互いに直接に接触する上下の薄膜同士40における凹部41と、薄膜40の表面の垂直方向に重ならないように積層する。すなわち、図5のように3枚の薄膜40を積層する場合、中間膜の凹部41がその上下の膜の凹部41と垂直方向に重ならないように積層する。また、凹部41が上記のように三角格子状に配置されている場合、三次元的に凹部41が面心立方格子状に配置するように薄膜40を積層することができる。さらに、積層した複数の薄膜40の最上層の上に凹部41を有さない最上膜43を積層して積層体を得る。このようにすることで凹部41及びその中に収容された中空粒子42に起因した断熱層の表面粗さの増大を抑制することができる。なお、最上膜43の材料は、薄膜40と同一である。
After the
次に、上記の積層体をピストン等の基材の表面に貼着する。このとき、例えばシランカップリング剤を用いることで基材表面に積層体を良好に貼着することができる。その後、積層体を焼成することにより、積層体を構成する薄膜40同士及び最上膜43が一体となって第1熱伝導部となり、中空粒子を含む凹部41が第2熱伝導部となり、その結果、図2に示すような断熱性能が高い断熱層を得ることができる。
Next, said laminated body is stuck on the surface of base materials, such as a piston. At this time, the laminate can be satisfactorily adhered to the surface of the substrate by using, for example, a silane coupling agent. Thereafter, by firing the laminated body, the
本実施形態では、上記のようにコンベア装置50を用い、その上方にベースシート51、樹脂材吐出装置52、ブレード53、スタンパ54及び中空粒子吐出装置55を配設した装置を用いて断熱層構造を製造したが、複数の凹部を有する薄膜を形成できて、それらを積層し、焼成することができれば、上記装置を用いた製造方法に限られない。
In this embodiment, the
本実施形態に係る断熱層構造の製造方法によると、薄膜を積層して得られた積層体により断熱層を作製しているため、断熱層の厚みの制御を容易にすることができる。また、積層体の最上層には、凹部を有さない薄膜を設けているため、得られる断熱層の表面粗さはスプレー塗布により形成された断熱層の表面粗さと比較して小さくすることが可能である。また、傾斜面や縦面に対してスプレー塗布した場合のような塗膜のダレの発生がない。さらに、上記薄膜に凹部を設けており、積層体を形成する際に、互いに直接に接触する上下の薄膜同士における凹部と、薄膜の表面の垂直方向に重ならないように積層しているため、断熱層表面からの熱は、凹部が配置された部分を避けるように伝導して基材にまで伝わる。よって、熱伝導パスが長くなるので、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。 According to the manufacturing method of the heat insulation layer structure concerning this embodiment, since the heat insulation layer is produced with the laminated body obtained by laminating | stacking a thin film, control of the thickness of a heat insulation layer can be made easy. Moreover, since the thin film which does not have a recessed part is provided in the uppermost layer of a laminated body, the surface roughness of the heat insulation layer obtained can be made small compared with the surface roughness of the heat insulation layer formed by spray application. Is possible. Further, there is no occurrence of sagging of the coating film as in the case of spray coating on an inclined surface or a vertical surface. Furthermore, the thin film is provided with a recess, and when forming a laminate, the recesses in the upper and lower thin films that are in direct contact with each other are stacked so as not to overlap the vertical direction of the surface of the thin film. The heat from the surface of the layer is conducted so as to avoid the portion where the concave portion is disposed, and is transmitted to the base material. Therefore, since a heat conduction path becomes long, as a result, a heat insulation layer structure with high heat insulation performance can be obtained.
1 ピストン
1a 頂面
21 断熱層
21a 第1熱伝導部
21b 第2熱伝導部
40 薄膜
40a 樹脂材
41 凹部
42 中空粒子
43 最上膜
50 コンベア装置
51 ベースシート
52 樹脂材吐出装置
53 ブレード
54 スタンパ
55 中空粒子吐出装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基材よりも熱伝導率が低い材料からなる薄膜を作製する工程と、
前記薄膜の表面の所定位置に複数の凹部を形成する工程と、
複数の前記薄膜を積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を前記基材上に配設する工程と、
前記基材上に配設された積層体を焼成する工程とを備え、
前記積層体を形成する工程において、前記複数の薄膜を、互いに直接に接触する薄膜同士の凹部が該薄膜表面の垂直方向に重ならないように積層することを特徴とする断熱層構造の製造方法。 A method for manufacturing a heat insulating layer structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material constituting an engine member,
Producing a thin film made of a material having lower thermal conductivity than the substrate;
Forming a plurality of recesses at predetermined positions on the surface of the thin film;
Laminating a plurality of the thin films to form a laminate;
Disposing the laminate on the substrate;
And firing the laminate disposed on the substrate,
In the step of forming the laminated body, the plurality of thin films are laminated so that the concave portions of the thin films that are in direct contact with each other do not overlap each other in the vertical direction of the thin film surface.
前記積層体を形成する工程において、前記複数の薄膜を、前記複数の凹部が面心立方格子状に配置するように積層することを特徴とする請求項1に記載の断熱層構造の製造方法。 In the step of forming the recesses, the plurality of recesses are formed on the surface of the thin film so that the recesses are arranged in a triangular lattice shape,
2. The method for manufacturing a heat insulating layer structure according to claim 1, wherein in the step of forming the stacked body, the plurality of thin films are stacked such that the plurality of concave portions are arranged in a face-centered cubic lattice.
前記基材よりも熱伝導率が低い第1熱伝導部と、
前記第1熱伝導部よりも熱伝導率が低い第2熱伝導部とを備え、
前記第2熱伝導部は、面心立方格子状に配置されていることを特徴とする断熱層構造。 A heat insulating layer structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of the base material constituting the engine member,
A first thermal conduction part having a lower thermal conductivity than the base material;
A second thermal conduction part having a lower thermal conductivity than the first thermal conduction part,
The heat insulating layer structure characterized in that the second heat conducting part is arranged in a face-centered cubic lattice shape.
The heat insulation layer structure according to any one of claims 7 to 9, wherein the second heat conduction part is not exposed on a surface of the heat insulation layer.
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