JP2000160318A

JP2000160318A - 断熱部材の形成方法

Info

Publication number: JP2000160318A
Application number: JP10338049A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Mori; 和彦森; Kouta Kodama; 幸多児玉; Koji Nakanishi; 孝治中西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】断熱性を確保するのに有利な断熱部材の製造方
法を提供する。【解決手段】被処理面１０を備える基材１を用い、基材
１の被処理面１０の少なくとも一部に第１の材料層（例
えば低融点金属）を配置する。次に第２の材料層４を基
材１の被処理面１０に被覆することにより、第２の材料
層４で第１材料層に覆う。次に第１の材料層の少なくと
も一部を基材１の外に排出し、第２の材料層４と基材１
との間に空隙層５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は断熱部材の製造方法
に関する。本発明は例えばピストン、シリンダヘッド等
の高温雰囲気で使用される部品や装置に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】断熱部材の製造方法として、特開平８−
２２５９５８号公報には、セラミックスなどの断熱コー
ティングを基材の表面に多層に被覆する技術が開示され
ている。またピストンに関する技術として、特開平８−
６８３２８号公報には、頂部に凹部をもつピストンと、
ピストンに対して別部品をなすセラミックス製の構造体
とを用い、ピストンの凹部の底面とセラミックス製の構
造体との間に空隙層を形成するように、セラミックス製
の構造体を凹部に物理的に嵌合する技術が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平８−２２５９５８号公報に係る技術のように、
断熱コーテイングを基材の表面に多層に被覆する方式で
は、充分な断熱性を得るためには、厚膜化しなければな
らない。一方、断熱性能の確保という点では空隙層（空
気層）が好ましいと考えられる。空隙層を形成する場合
には、上記した特開平８−６８３２８号公報に係る技術
のように、別部品を嵌合する方式が必要とされる。この
場合には、厳しい嵌合精度、加工精度が要請され、コス
ト高を誘発しやすい。

【０００４】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、上記した技術とは異なる新規な方式で、断熱性
を確保するのに有利な断熱部材の製造方法を提供するこ
とを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る断熱部材の
形成方法は、被処理面を備える基材を用い、基材の被処
理面の少なくとも一部に第１の材料層を配置する第１工
程と、第２の材料層を基材の被処理面に被覆することに
より、第２の材料層で第１材料層を覆う第２工程と、第
１の材料層の少なくとも一部を基材の外部に排出し、第
２の材料層と基材との間に空隙層を形成する第３工程と
を実施することを特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明方法で用いる基材の材質と
しては金属系を採用できる。金属系としては、アルミニ
ウム合金、マグネシウム合金等の軽合金系、あるいは、
炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄系、銅合金系などを採用で
きるが、これらに限定されるものではない。基材は、空
隙層を形成するための被処理面を備えている。被処理面
は凹部をもつことができる。

【０００７】本発明方法に係る第１工程では、基材の被
処理面の少なくとも一部に第１の材料層を配置する。基
材の被処理面が凹部をもたない場合には、凹部をもたな
い被処理面に第１の材料層を配置できる。基材の被処理
面が凹部をもつ場合には、第１の材料層を凹部に配置で
きる。この場合には、凹部に第１の材料層を配置でき
る。凹部の平面形状、深さは適宜選択できる。凹部とし
ては浅底状の凹部を採用できる。凹部の深さとしては、
上限が例えば３ｍｍ,１ｍｍ,０．５ｍｍ等を採用でき、
下限が例えば１０μｍ,１００μｍ,２００μｍ,５００
μｍ等を採用できるが、これらに限定されるものではな
い。

【０００８】本発明方法に係る第２工程においては、第
２の材料層を基材の被処理面に被覆することにより、第
２の材料層で第１の材料層を覆う。本発明方法に係る第
３工程においては、基材の被処理面に配置した第１の材
料層の少なくとも一部を、基材の外部に排出する。これ
により第２の材料層と基材の間に、断熱性の高い空隙層
が形成される。第３工程においては、第１の材料層の一
部を排出し、残りを基材の被処理面に残留させる形態と
しても良い。あるいは、第１の材料層の全部を基材の外
部に排出する形態としても良い。

【０００９】本発明方法で形成する空隙層の平均厚み
は、特に限定されるものではないが、要請される断熱
性、空隙層の形成し易さ、コスト、断熱部材の用途など
の要因を考慮すると、上限としては、例えば１０ｍｍ,
３ｍｍ,１ｍｍ,０．５ｍｍ等を採用でき、下限として
は、例えば５μｍ、１０μｍ,１００μｍ,２００μｍ,
５００μｍ等を採用できる。

【００１０】内燃機関などの機関のピストンの頂部領域
に適用する場合には、空隙層の平均厚みは１０〜１００
０μｍ、殊に１００〜５００μｍにできる。但しこれに
限定されるものではない。本発明方法に係る第３工程に
おいては、第１の材料層が加熱により融液となる場合に
は、融液状として排出する形態、あるいは、第１の材料
層が水などの液状物に溶解する場合には、液状物に溶解
させて排出する形態、あるいは、第１の材料層がガス化
（焼失、気化または蒸散）する場合には、加熱によりガ
ス化させて排出する形態を採用することもできる。加熱
する方式としては、燃焼バーナによる加熱方式、加熱炉
に装入する加熱方式、誘導加熱方式などの公知の加熱方
式を採用できる。

【００１１】本発明方法に係る第３工程においては、第
１の材料層の排出性を一層促進させるために、吸引手段
を採用することもできる。吸引手段としては、基材を収
容する真空室をもつ真空装置、あるいは、基材を収容す
る真空加熱室をもつ真空加熱炉、あるいは、基材に被覆
された第２の材料層に接触または接近される吸引装置等
を採用できる。

【００１２】第１の材料層を融液として基材の外部に排
出する場合には、本発明方法で用いる第１の材料層とし
ては、基材や第２の材料層の融点よりも低い融点をもつ
材料を採用できる。故に、第１の材料層として例えば低
融点金属や熱可塑性樹脂などを採用できる。低融点金属
としては、スズ、スズ合金、鉛、鉛合金、インジウム、
インジウム合金などを採用できる。

【００１３】第１の材料層を液状物に溶解させて排出す
る場合には、本発明方法で用いる第１の材料層として
は、水溶性をもつ塩（ＮａＣｌ等）を採用することがで
きる。第１の材料層をガス化（焼失または蒸散等）させ
て排出する場合には、本発明方法で用いる第１の材料層
としては、高分子系材料、炭素系材料、木材などの焼失
物質、あるいは、ナフタリンやアントラセンなどの昇華
性物質を採用できる。

【００１４】本発明方法に係る第２工程おいては、第２
の材料層を基材の被処理面に被覆することにより、第２
の材料層で第１材料層を覆う。第２の材料層は基材の外
部へ連通可能な孔を備えていることが好ましい。この場
合には、第２の材料層の孔を介して、第１の材料層を排
出することができる。孔は、第２の材料層の形成過程で
自然と生成する形態でも良いし、あるいは、レーザビー
ムなどの高エネルギビームの照射、あるいは、ドリル穿
孔等で強制的に形成する形態でも良い。

【００１５】本発明方法においては、基材の外部に連通
する孔を第２の材料層がもつ場合には、第１の材料層を
排出する際には、第１の材料層の少なくとも一部を、第
２の材料層の孔に残留させ、第２の材料層の孔の少なく
とも一部を封孔することができる。封孔性が高ければ、
基材の外部の異物が空隙層に侵入しにくくなる。また、
第２の材料層の気孔率が低下して緻密化するため、第２
の材料層の強度確保の面でも有利となる。

【００１６】本発明方法で用いる第２の材料層として
は、溶射膜などを採用できる。溶射膜はポーラスであ
り、微細な空孔が分散されているため、この空孔を利用
して、第１の材料層を排出することができる。溶射層な
どで形成される第２の材料層の空孔を介して第１の材料
層を排出する場合には、第２の材料層の気孔率が過剰に
小さいと、排出性が制約される。また第２の材料層の気
孔率が過剰に大きいと、第２の材料層の強度が低下す
る。

【００１７】溶射膜等で形成される第２の材料層に対し
て、封孔処理するか否かでも、気孔率は相違してくる。
上記した実情を考慮し、一般的には、排出前の気孔率と
しては面積率で、下限で例えば０．５％,１％,３％にで
き、上限で例えば８％,１０％,１５％にできる。但しこ
れらに限定されるものではない。なお溶射の場合には、
溶射粒子が融液化した状態で、相手材に衝突するため、
溶射粒子が偏平化するといわれている。

【００１８】第２の材料層を構成する材質としては、金
属を採用できるが、場合によってはセラミックスでも良
い。金属としては、例えば、鉄、鉄合金、モリブデン、
モリブデン合金、ニッケル、ニッケル合金（Ｎｉ−Ｃｒ
系）などを採用できる。鉄合金としては、例えば、鉄−
炭素系合金、ステンレス鋼系（フェライト系,オーステ
ナイト系、マルテンサイト系）などを採用できる。

【００１９】鉄合金の場合には、マルテンサイト化を期
待できる。マルテンサイト化すれば、高硬度となり、高
強度化を期待できる。殊に溶射の場合には、溶射された
溶融粒子が急冷されやすく、組成によってはマルテンサ
イト化を期待できる。第２の合金層を構成する材質がセ
ラミックスの場合には、酸化物系（アルミナ系、ジルコ
ニア系など）、窒化物系、炭化物系、硼化物系などを採
用できる。

【００２０】第２の材料層の厚みは、第２の材料層の材
質、断熱部材の用途などに応じて適宜選択できるが、例
えば０．１〜１ｍｍ程度、殊に０．３〜０．６ｍｍ程度
にできる。但しこれに限定されるものではない。

【００２１】

【実施例】（実施例１）以下、実施例１を図面を参照し
て説明する。本実施例においては、図１に示すように、
被処理面１０をもつ基材１を用いる。基材１は軽合金つ
まりアルミ系合金（Ａｌ−Ｓｉ系,ＪＩＳＡＣ８Ａ合
金：重量％でＡｌ−１２％Ｓｉ−１．０％Ｃｕ−０．９
％Ｍｇ−１．５％Ｎｉ）で形成されている。被処理面１
０には、被処理面１０で開口する浅底状の凹部１１が形
成されている。凹部１１は、凹底面１１ａと凹側面１１
ｂとを有する。従って被処理面１０は、平坦且つ平滑な
露出面１０ａと、凹部１１の平坦且つ平滑な凹底面１１
ａとで構成されている。本実施例では、凹部１１の深さ
ｈ１は約０．３〜０．５ｍｍとされている。

【００２２】第１工程では、図２に示すように、低融点
金属（具体的にはスズ合金）で形成された第１の材料層
３を基材１の凹部１１に装填して配置する。すなわち、
低融点金属で形成された溶射材を溶射処理（ＨＶＯＦ溶
射法）により被覆して、第１の材料層３（厚み：約０．
３ｍｍ）を構成する。これにより第１の材料層３を凹部
１１内に配置する。

【００２３】そして第１の材料層３の上側の余剰の部分
を平坦化手段により除去する。これにより図３に示すよ
うに、第１の材料層３の上面３ａと基材１の露出面１０
ａとを実質的に面一状態とする。次に、ブラスト処理を
行い、基材１の露出面１０ａ、第１の材料層３の上面３
ａである被覆面を粗面化する。これにより後工程におけ
る第２の材料層４の密着性を高める。

【００２４】第２工程では溶射装置を用い、図４に示す
ように、基材１の凹部１１内の第１材料層３に溶射処理
（プラズマ溶射処理）により、ステンレス鋼系（Ｎｉ：
８重量％,Ｃｒ：１８重量％）の溶射材を溶射して溶射
膜を積層する。溶射直前時の基材１の予熱温度は約１５
０℃である。この溶射膜により第２の材料層４が構成さ
れる。溶射材は、粒径が実質的に３０〜１００μｍに収
まるステンレス鋼系（ＳＵＳ３０４系）の粉末を用い
る。

【００２５】図４から理解できるように、溶射膜で形成
された第２の材料層４は、基材１の露出面１０ａに一体
的に密着してこれを被覆している。溶射装置７５は、溶
射ガン７５ｒと、鉄合金の粉末状の溶射材を溶射ガン７
５ｒに供給する溶射材供給装置７５ｓと、燃焼ガス及び
酸素を溶射ガン７５ｒに供給するガス供給装置７５ｔと
をもつ。

【００２６】第２の材料層４を構成する溶射膜はポーラ
スであり、多数個の空孔を分散して備えている。多数個
の空孔により、溶射膜はこれの厚み方向に連通してい
る。画像処理により気孔率を測定したところ、第２の材
料層４を構成する溶射膜の気孔率（排出操作前の気孔
率）は、面積率で約７〜９％、殊に約８％であった。形
成された第２の材料層４の厚みｔ２は０．２〜０．５ｍ
ｍ程度、殊に０．３５ｍｍ程度である。第２の材料層４
は実質的に均等厚みである。

【００２７】第３工程では、図５に示すように、基材１
の第２の材料層４に燃焼バーナ６０の燃焼炎６１を当て
て加熱する。第２の材料層４の加熱目標温度は、３５０
℃とする。そのため基材１、第２の材料層４は溶融しな
いものの、凹部１１内の第１の材料層３である低融点金
属が溶融して溶融して融液状となる。この結果、第２の
材料層４に形成されている多数の空孔を介して、融液状
の低融点金属（本実施例ではスズ合金）は、凹部１１の
外部、つまり、基材１の外部に排出される。この結果、
図７に示すように、微小隙間である空隙層５を第２の材
料層４と基材１との間に形成する。空隙層５の空隙厚み
ｔ３は約０．１〜０．４ｍｍ、殊に０．２ｍｍである。

【００２８】本実施例では、融液状の低融点金属を重力
を利用して排出すべく、図５に示すように、第２の材料
層４を下向きとすることが好ましい。または図６に示す
ように、基材１の背面１ｒに燃焼バーナ６０の燃焼炎６
１を当てて基材１を加熱し、これにより基材１の凹部１
１内に配置されている第１の材料層３を構成している低
融点金属を融液化する。更に吸引装置６３を第２の材料
層４に接触または接近させ、吸引装置６３の吸引ポンプ
６８を作動させ、その融液を、第２の材料層４の空孔を
介して吸引装置６３に吸引して基材１の外部に排出する
排出操作を行う。

【００２９】この結果、第１の材料層３を構成する低融
点金属は、融液として、基材１の凹部１１の外部に排出
される。これにより、図７に示すように、微小隙間であ
る空隙層５は、第２の材料層４と基材１との間に形成さ
れる。また図８に示すように、真空室６５及びヒータ６
６を備えた真空加熱炉６７を用い、第１の材料層３及び
第２の材料層４を設けた基材１を真空室６５内に装入
し、吸引ポンプ６８で真空室６５を真空雰囲気または減
圧雰囲気にしつつ、基材１をヒータ６６で加熱する。こ
れにより第２の材料層４を構成している低融点金属（本
実施例ではスズ合金）を加熱して融液化し、第２の材料
層４の空孔を介して、基材１の外部に排出する排出操作
を行い、空隙層５を形成することにしても良い。この場
合においても、重力により排出性を高めるべく、第２の
材料層４を下向きとすることが好ましい。

【００３０】本実施例では、上記した排出操作により、
凹部１１内の第１の材料層３をすべて基材１の外部に排
出しても良い。あるいは、排出操作を適宜調整すること
により、図９に示すように、第１の材料層３の融液化し
た部分の一部３ｘを第２の材料層４の空孔４ｋに残留さ
せ、残留させたまま固化させることにより、第２の材料
層４の空孔４ｋを封孔処理することにしても良い。

【００３１】排出操作を行った後に、第２の材料層４の
気孔率を本発明者が測定したところ、気孔率は面積率で
１％以下に減少していた。封孔処理が進行したためと考
えられる。封孔処理により第２の材料層４の気孔率が低
減するため、第２の材料層４の強度増加を図り得る。更
に第２の材料層４は封孔されているため、基材１の外部
の異物が空隙層５へ侵入することを抑え得る効果が得ら
れる。

【００３２】以上説明したように本実施例においては、
空隙層５を基材１に形成できるため、基材１の断熱構造
を図り得る。従って、熱伝導率が高いアルミ合金で基材
１が形成されているにもかかわらず、基材１の熱伝導率
を低減することができる。殊に、本実施例に係る第２の
材料層４はステンレス鋼の溶射膜で形成されている。ス
テンレス鋼の溶射膜は金属溶射膜のなかでも熱伝導率が
比較的に低いため、断熱構造の確保に一層有利である。

【００３３】ところで本実施例においては、溶射により
セラミックス系の断熱層を基材１に被覆することも考え
られる。このようにセラミックス製の断熱層を用いた場
合には、材料コストが高いこと、セラミックス製の溶射
材の付着効率が高くないこと、空隙層５と同程度の断熱
性を得るには、断熱層のかなりの厚肉化が要請される等
の不具合がある。更に、アルミ合金系の基材１とセラミ
ックス製の断熱層との熱膨張率がかなり相違するといっ
た不具合もある。本実施例では、セラミックス製の断熱
層を用いずに、金属系の溶射膜、つまりステンレス鋼系
の溶射膜で第２の材料層４を形成しているため、上記し
た不具合を改善するのに有利となる。

【００３４】但し、本発明方法においては、第２の材料
層をセラミックスで形成しても良いことは勿論である。（評価）上記したように形成した空隙層５の断熱性を評
価する試験を行った。この試験においては、図１０に示
すように、基材１の第２の材料層４の中央域を燃焼バー
ナ６０で３００℃に加熱した。その後、基材１の背面１
ｒに水冷盤装置７０を当てて、第２の材料層４の中央部
が２００℃に冷却されるまでの必要時間を測定した。こ
れを断熱性の評価とした。

【００３５】上記した温度は、図１０,図１１に示すよ
うに、第２の材料層４の中央部に熱電対１００をつなぐ
ことにより測定した。水冷盤装置７０は、基材１の背面
１ｒが接触する冷却面７１ａをもつ冷却盤７１と、冷却
盤７１の内部に形成された通水路７２と、通水路７２に
冷却水を供給する給水装置７３とを有する。試験の際に
は通水路７２に通水しつつ行う。

【００３６】比較例として、凹部１１をもたない同材質
のアルミ合金の基材１に、部分安定化ジルコニアの溶射
層を種々の厚みで被覆し、同様に、断熱性を評価する試
験を行った。ジルコニアの溶射層の厚みは、それぞれ、
０．２ｍｍ,０．４ｍｍ,０．６ｍｍ,０．８ｍｍ,１．０
ｍｍ,１．２ｍｍとした。試験結果を図１２に示す。図
１２の縦軸は３００℃から２００℃に到達する必要とし
た時間を示す。図１２において、特性線Ｂは、上記した
実施例に係る空隙層５（空隙厚み：０．２ｍｍ）の場合
の試験結果を示し、×印はジルコニアの溶射層の厚みを
変化させた場合の試験結果を示す。図１２に示す試験結
果によれば、空隙層５の厚みが０．２ｍｍの場合には、
ジルコニアの溶射層の厚み１ｍｍから１．１ｍｍ程度の
ものに相当する優れた断熱性が得られた。

【００３７】（実施例２）実施例２を図１３に示す。本
実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成であ
り、基本的には同様の作用効果を奏する。本実施例に係
る基材１Ｂの被処理面１０には、凹部１１は形成されて
いない。基材１Ｂの平坦且つ平滑な被処理面１０に、高
分子系接着剤を塗布し、これを第１の材料層３Ｂ（厚
み:約０．５ｍｍ）とする。接着剤が乾燥した後に、そ
の上に、ステンレス鋼の溶射材をプラズマ溶射法で溶射
し、溶射膜で形成されている第２の材料層４Ｂ（平均厚
み：約０．３ｍｍ）を被覆する。

【００３８】用いた溶射材は、粒径が実質的に３０〜１
００μｍに収まるステンレス鋼の粉末を用いた。第２の
材料層４Ｂを構成する溶射膜の気孔率を測定したとこ
ろ、気孔率が面積率で約３％であった。次に、第２の材
料層４Ｂを上向きに配置した状態で、加熱炉の炉室に装
入し、基材１Ｂを約２００℃に加熱した。加熱炉の炉室
は不活性ガス雰囲気とされる。これにより第１の材料層
３Ｂを構成する高分子系接着剤を気化させつつ、第２の
材料層４Ｂの空孔を介して基材１Ｂの外部に排出する。
これにより空隙層を形成する。

【００３９】空隙層の厚みは約０．２ｍｍであった。高
分子系接着剤の塗布厚みである０．５ｍｍに対して、空
隙層５の厚みが約半分に減少していた。その理由は、第
２の材料層４を溶射で形成する際に、高分子系接着剤が
ある程度気化した影響であると推察される。断熱性を評
価する試験を前述同様に行った。試験結果によれば、３
００℃から２００℃に到達するのに必要な時間は８０秒
であり、良好な断熱性が得られた。

【００４０】（実施例３）実施例３を図１４に示す。本
実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成であ
り、基本的には同様の作用効果を奏する。本実施例で
は、第１の工程では、基材１Ｃの凹部１１Ｃに、水溶性
物質として機能する塩を装填し、これにより第１の材料
層３Ｃを配置する。その後、溶射膜からなる第２の材料
層４Ｃで、第１の材料層３Ｃ及び基材１Ｃの露出面１０
ａを被覆する。溶射膜は空孔をもつ。

【００４１】その後、図１４に示すように、基材１Ｃの
第２の材料層４Ｃを水槽８０の水８１に浸漬し、第１の
材料層３Ｃを構成する塩成分を水槽８０の水８１に溶解
する。これにより第２の材料層４Ｃの空孔を介して、第
１の材料層３Ｃを基材１Ｃの外部に排出する。水槽８０
には超音波振動子８３を装備し、超音波洗浄を利用して
塩成分の排出性を高めることができる。

【００４２】（実施例４）実施例４を図１５に示す。本
実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成であ
り、基本的には同様の作用効果を奏する。本実施例で
は、基材１Ｄの凹部１１Ｄには、凹底面１１ａから膨出
する膨出部１６が適数個形成されている。膨出部１６の
頂面１６ｘは平坦化されている。第２の材料層４Ｄは膨
出部１６に接触して支持されている。膨出部１６の高さ
は、基材１Ｄの露出面１０ａと実質的に同じ高さとされ
ている。

【００４３】本実施例においては、膨出部１６が形成さ
れているため、第２の材料層４Ｄを膨出部１６が支持し
てこれを強化する役割を果たすことができる。そのた
め、空隙層５Ｄの全体の長さＬＡが大きく広面積化して
いる場合であっても、空隙層５Ｄを覆っている第２の材
料層４の補強を図るのに有利となる。なお膨出部１６
は、凹部１１Ｄ内において散点状に分散していても良い
し、あるいは、凹部１１Ｄ内において基材１Ｄの中心軸
線ＰＤに対して同心円的に配置されていても良い。

【００４４】（実施例５）実施例５を図１６〜図１９に
示す。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の
構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。本実
施例においては、図１６に示すように、被処理面１０を
もつ基材１Ｅを用いる。基材１Ｅはアルミ系合金であ
る。被処理面１０には、被処理面１０で開口する浅底状
の凹部１１Ｅが形成されている。従って、被処理面１０
は、平坦且つ平滑な露出面１０ａと、凹部１１Ｅを区画
している平坦且つ平滑な凹底面１１ａとで構成されてい
る。

【００４５】第１工程では、図１７に示すように、低融
点金属を溶射し、溶射層を凹部１１Ｅに装填する。これ
により第１の材料層３Ｅを基材１Ｅの凹部１１Ｅに配置
する。凹部１１Ｅの深さをｈ４とし、第１の材料層３Ｅ
の厚みをｔ４としたとき、ｔ４をｈ４よりも小さくする
（ｔ４＜ｈ４）とする。この状態でブラスト処理を行
い、基材１Ｅの露出面１０ａ、第１の材料層３Ｅの上面
である被覆面を粗面化する。

【００４６】第２工程では、溶射装置を用い、図１８に
示すように、基材１Ｅの凹部１１Ｅ内の第１の材料層３
Ｅに溶射処理により、ステンレス鋼系のポーラスな溶射
膜で形成された第２の材料層４Ｅを被覆する。第２の材
料層４Ｅは基材１Ｅの露出面１０ａをも被覆している。
その後、第１の材料層３Ｅを排出し、図１９に示すよう
に空隙層５Ｅを形成する。

【００４７】図１９に示すように、第２の材料層４Ｅの
厚みは、基材１Ｅのうち空隙層５Ｅが形成されていない
露出面１０ａ側ではｍ４として示される。また空隙層５
Ｅの側ではｍ５として示される。厚みｍ５は厚みｍ４よ
りも大きい（ｍ５＞ｍ４）。（実施例６）実施例６を図２０〜図２２に示す。本実施
例は前記した実施例１と基本的には同様の構成であり、
基本的には同様の作用効果を奏する。本実施例において
は、低融点金属（スズ合金など）または樹脂などで形成
した薄箔やフィルムなどのシート材を用いる。シート材
の厚みは適宜選択でき、例えば０．１〜１ｍｍ程度,
０．２〜０．５ｍｍ程度にできるが、これらに限定され
るものではない。

【００４８】そして図２０に示すように、シート材を基
材１Ｆの被処理面１０に敷設し、第１の材料層３Ｆとす
る。敷設にあたっては、シート材を基材１Ｆの被処理面
１０に置くだけでも良いし、あるいは、有機系の接着剤
等を介してシート材を基材１Ｆの被処理面１０に貼り付
けても良い。この実施例では基材１Ｆには凹部を形成し
ていないが、凹部を形成することも可能である。

【００４９】その後、その第１の材料層３Ｆを含む基材
１Ｆの被処理面１０に、第２の材料層４Ｆを被覆する。
第２の材料層４Ｆはポーラスな溶射層で形成できる。次
に、加熱処理を行ない、第１の材料層３Ｆを溶融または
ガス化し、第１の材料層３Ｆを基材１Ｆの外部に排出す
る。これにより第２の材料層４Ｆと基材１Ｆとの間に、
空隙層５Ｆを形成する。

【００５０】（適用例）図２０は適用例を示す。この適
用例では、車両の内燃機関に搭載されるアルミ合金系の
ピストンの頂部領域に適用している。ピストンを構成す
る基材１Ｈの被処理面１０には、空隙層５Ｈと、空隙層
５を覆う第２の材料層４Ｈが設けられている。

【００５１】製造にあたり上記した方法で製造されてい
る。即ち、第１工程では、ピストンを構成する基材１Ｈ
に、低融点合金等の第１の材料層を配置する。第２工程
では、第２の材料層４Ｈ（鉄系またはアルミ合金系）
を、基材１Ｈの第１の材料層に被覆するとともに、基材
１Ｈの露出面１０ａに被覆する。第３工程では、基材１
Ｈの第１の材料層を基材１Ｈの外部に排出する。これに
より第２の材料層４Ｈと基材１Ｈとの間に、微小隙間で
ある空隙層５Ｈ（空隙厚み：０．０１〜０．５ｍｍ,殊
に０．１〜０．２ｍｍ）を形成する。空隙層５Ｈによ
り、ピストンの頂部の断熱化を図り得る。従って本発明
方法は、断熱性が向上したピストンの製造方法を提供で
きる。

【００５２】アルミ合金系ピストンは、軽量化を図り得
るものの、熱伝導率が高いため、燃焼室の高温化には限
界がある。上記したようにピストンの頂部領域に空隙層
５Ｈを形成すれば、ピストン頂部領域における断熱化を
図ることができ、熱伝導を制約できる。故に燃焼室に供
給された燃料の気化の促進に有利となる。（他の例）その他、本発明は上記し且つ図面に示した実
施例のみに限定されるものではなく、例えば寸法、材
質、適用例などは、上記したものに限定されるものでは
なく、要旨を逸脱しない範囲内で必要に応じて適宜選択
できるものである。

【００５３】

【発明の効果】本発明方法によれば、基材の被処理面に
配置した第１の材料層の少なくとも一部を基材の外部に
排出することにより、第２の材料層と基材との間に空隙
層を形成することができる。従って断熱性を高めた断熱
部材を提供できる。故に、熱伝導率が高い材質で基材が
形成されている場合であっても、断熱性を高めた基材を
もつ断熱部材を提供できる。

【００５４】このように本発明方法によれば、従来技術
とは異なる方式で、断熱性を確保するのに有利な断熱部
材の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】凹部をもつ基材を模式的に示す断面図である。

【図２】基材の凹部に第１の材料層を供給した状態を模
式的に示す断面図である。

【図３】基材の凹部に供給した第１の材料層を平坦化し
た状態を模式的に示す断面図である。

【図４】基材の凹部に供給した第１の材料層に第２の材
料層を被覆した状態を模式的に示す断面図である。

【図５】基材の凹部の第１の材料層を排出する形態を模
式的に示す断面図である。

【図６】基材の凹部の第１の材料層を排出する別の形態
に係る状態を模式的に示す断面図である。

【図７】空隙層をもつ基材を模式的に示す断面図であ
る。

【図８】基材の凹部の第１の材料層を排出する他の形態
を模式的に示す断面図である。

【図９】封孔した部分の概念を模式的に示す断面図であ
る。

【図１０】断熱性を評価する試験のために基材の第２の
材料層を加熱している状態を模式的に示す断面図であ
る。

【図１１】断熱性を評価する試験のために基材を冷却し
ている状態を模式的に示す断面図である。

【図１２】断熱性を評価する試験結果を示すグラフであ
る。

【図１３】別の実施例に係り、基材に供給した第１の材
料層に第２の材料層を被覆した状態を模式的に示す断面
図である。

【図１４】更に別の実施例に係り、基材の凹部に供給し
た第１の材料層に第２の材料層を被覆した状態で、第１
の材料層を排出している状態を模式的に示す断面図であ
る。

【図１５】更に異なる実施例に係り、空隙層をもつ基材
を模式的に示す断面図である。

【図１６】更にまた異なる実施例に係り、凹部をもつ基
材を模式的に示す断面図である。

【図１７】その実施例に係り、基材の凹部に第１の材料
層を配置した状態を模式的に示す断面図である。

【図１８】その実施例に係り、基材の凹部に供給した第
１の材料層に第２の材料層を被覆した状態を模式的に示
す断面図である。

【図１９】その実施例に係り、空隙層を形成した基材を
模式的に示す断面図である。

【図２０】異なる実施例に係り、基材の被処理面に第１
の材料層を配置した状態を模式的に示す断面図である。

【図２１】その実施例に係り、基材に配置した第１の材
料層に第２の材料層を被覆した状態を模式的に示す断面
図である。

【図２２】その実施例に係り、空隙層を形成した基材を
模式的に示す断面図である。

【図２３】適用例を示し、ピストンを模式的に示す断面
図である。

【符号の説明】

図中、１は基材、１０は被処理面、１１は凹部、３は第
１の材料層、４は第２の材料層、５は空隙層を示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｇ (72)発明者中西孝治愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3J044 AA08 BA01 BB14 DA09 EA10 4K031 AA02 AA08 AB03 AB08 BA01 BA05 BA08 CB21 CB22 CB28 CB34 CB39 CB41 FA02 FA06 FA10 FA13 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理面を備える基材を用い、前記基材の
被処理面の少なくとも一部に第１の材料層を配置する第
１工程と、第２の材料層を前記基材の被処理面に被覆することによ
り、前記第２の材料層で前記第１の材料層を覆う第２工
程と、前記第１の材料層の少なくとも一部を前記基材の外部に
排出し、前記第２の材料層と前記基材との間に空隙層を
形成する第３工程とを実施することを特徴とする断熱部
材の形成方法。
【請求項２】請求項１において、前記第２の材料層は前
記基材の外部へ連通可能な孔を備えており、前記孔を介
して、前記第１の材料層を排出することを特徴とする断
熱部材の形成方法。
【請求項３】請求項２において、前記第１の材料層を排
出する際には、前記第１の材料層の少なくとも一部を、
前記第２の材料層の孔に残留させ、前記第２の材料層の
孔の少なくとも一部を封孔することを特徴とする断熱部
材の形成方法。