JP2014040820A - エンジン燃焼室に臨む部材の断熱構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジン部材19の壁面19aに耐クラック性、耐剥離性、耐変形性及び耐ガソリン性に優れ且つ高い断熱性を有する断熱層を得る。
【解決手段】エンジン部材19の壁面19aにシリコーン系樹脂とSi系酸化物成分含有中空状粒子とを含む断熱材層を形成し、この断熱材層の表面を加熱することによりその表面の少なくとも一部にシリコーン系樹脂を酸化させてなるSi系酸化物を生成し、断熱材層表面のシリコーン系樹脂及び/又は中空状粒子由来のSi系酸化物に触媒金属を付与し、この触媒金属を核として無電解めっきを行なう。これにより、断熱膜27の表面がめっき膜29で覆われた断熱層21を得る。
【選択図】図3
【解決手段】エンジン部材19の壁面19aにシリコーン系樹脂とSi系酸化物成分含有中空状粒子とを含む断熱材層を形成し、この断熱材層の表面を加熱することによりその表面の少なくとも一部にシリコーン系樹脂を酸化させてなるSi系酸化物を生成し、断熱材層表面のシリコーン系樹脂及び/又は中空状粒子由来のSi系酸化物に触媒金属を付与し、この触媒金属を核として無電解めっきを行なう。これにより、断熱膜27の表面がめっき膜29で覆われた断熱層21を得る。
【選択図】図3
Description
本発明は、エンジン燃焼室に臨む部材の断熱構造体及びその製造方法に関する。
エンジンの熱効率を高める方法に関して、1980年代に、エンジンの燃焼室に臨む面に断熱層を設けることが提案され(例えば、特許文献1)、その後も、セラミックス焼結体からなる断熱層や、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。
しかしながら、セラミックス焼結体は、熱応力や熱衝撃によるクラックや剥離の発生といった問題に直面した。このため、特に、ピストンの頂面、シリンダライナの内周面、シリンダヘッドの下面といった比較的大きな面積を有する部分へ、セラミックス焼結体からなる断熱層が適用されたものは実用に至っていない。
一方、溶射層それ自体は、シリンダライナ及びロータリーエンジンのトロコイド面へ採用された実績があるが、これは耐摩耗性の向上を目的としたものであり、断熱性の向上を目的としたものではない。溶射層を断熱層とするためには、上記のようにZrO2(ジルコニア)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、ジルコニア系の層は、サーメット系の層よりも粒子間の密着性が劣り、熱応力や繰返しの応力による疲労等によってクラックが生じ易いという問題がある。
これに対して、特許文献2では、粒子状の第1の断熱材と膜状の第2の断熱材とよりなる断熱用薄膜をエンジンの燃焼室に臨む部材に設けることが提案されている。この特許文献2には、第2の断熱材が第1の断熱材を接着する機能を担うこと、第2の断熱材として、ジルコニア(ZrO2)、シリコン、チタン、またはジルコニウム等のセラミックや、炭素・酸素を主成分とするセラミック、または高強度且つ高耐熱性のセラミック繊維等を用いること、並びに第2の断熱材は母材に対してコーティング又は接合することが記載されている。
また、特許文献3には、エンジンの燃焼室に臨む部材に断熱用薄膜を形成するにあたり、その部材の燃焼室壁面に有機硅素化合物と多数の粒状樹脂との混合物を塗布して薄膜を形成し、この薄膜を加熱することによって、内部に多数の気泡を形成することが記載されている。すなわち、薄膜を600〜800℃以上の温度に加熱することによって、粒状樹脂をガス化させるとともに、前記有機化合物の熱分解により発生するガスを薄膜から抜き、ガス抜き後の薄膜をさらに高い温度(1000〜1200℃以上)に加熱するという方法である。よって、有機硅素化合物の上記熱分解によって生成する珪素化合物(SiO2及びSiC)が焼結することになる。
特許文献2では、第2の断熱材を母材にコーティング又は接合する記載されているだけで、その断熱用薄膜を得る方法について詳細には述べられていない。第2の断熱材としてセラミック材が用いられていることに鑑みれば、その断熱用薄膜はセラミックス焼結体に類すると推測される。特許文献2は、燃焼圧等による変形やクラックの発生の対策については開示しない。特許文献3に開示された方法においても、得られる断熱用薄膜はセラミックス焼結体に類するものであり、燃焼圧等による変形やクラックの発生の対策にはならないと考えられる。
特に、近年はエンジンの燃焼室に臨む一部の部材をアルミ合金製とすることが行なわれているが、セラミックス系の断熱用薄膜では、アルミ合金製部材と断熱用薄膜との熱膨張率差が大きいことから、上記クラックや剥離の問題が顕著になる。このクラックを生じた場合、断熱用薄膜の剥離に至らないケースでも、エンジンの燃料噴射弁から噴射された燃料の断熱用薄膜への浸み込みという問題が招く。すなわち、この燃料の浸み込みにより、燃料の損失が増大しエンジンの熱効率が低下するとともに、エンジンの空燃比が一時的に設定値からずれて燃焼性の悪化を招く懸念がある。
そこで、本発明者は、エンジンの燃焼室に臨む部材の燃焼室壁面に、シリコーン系樹脂を主体とし中空状粒子を含有する断熱膜を形成することを検討した。このような断熱膜であれば、シリコーン系樹脂と中空状粒子とが相俟って高い断熱性能が得られるとともに、シリコーン系樹脂がエンジン部材の熱膨張を吸収するから耐クラック性ないし耐剥離性にも有利になる。しかし、エンジンの燃焼室に噴射されるガソリン燃料との接触によってシリコーン系樹脂の溶解を招く懸念がある。
これに対して、断熱層の表面に金属めっき膜を施してシリコーン系樹脂をガソリンから保護することが考えられる。しかし、特開2009−30151号公報にも記載されているように、シリコーン系樹脂表面にはめっき金属が析出しないことから、所期のめっき膜を形成することが困難である。
ここに、本発明の課題は、シリコーン系樹脂を主体とする断熱膜へのめっき膜の形成が困難である問題を解決し、耐クラック性、耐剥離性、耐変形性及び耐ガソリン性に優れ且つ高い断熱性を有する断熱層を得ることにある。
本発明は、上記課題を解決するために、シリコーン系樹脂を主体とする断熱膜にSi系酸化物成分を含ませることによりめっき膜を形成することができるようにした。
すなわち、ここに提示するエンジン燃焼室の断熱構造体は、エンジンの燃焼室に臨む部材の燃焼室壁面にシリコーン系樹脂と中空状粒子とを含む断熱層が設けられており、上記中空状粒子がSi系酸化物成分を含有し、上記断熱層がその表面にめっき膜を備えていることを特徴とする。
この断熱構造体では、中空状粒子がSi系酸化物成分を含有し、このSi系酸化物成分を介してめっき膜を断熱層本体に結合させることで、シリコーン系樹脂へのめっき膜の形成が困難である問題を解決している。その断熱層本体は、熱伝導率が低いシリコーン系樹脂と空気断熱効果を発揮する中空状粒子とを含有するから、所期の断熱効果が得られ、エンジンの冷却損失の低減に有利になる。また、エンジン部材の熱膨張がシリコーン系樹脂によって吸収されるから、クラックの発生や剥離の防止に有利になる。
そうして、上記めっき膜が燃焼圧及び燃料からシリコーン系樹脂を保護する。すなわち、燃焼圧による断熱層の変形(シリコーン系樹脂部分の変形)がめっき膜によって防止される。また、シリコーン系樹脂への燃料の浸み込みやシリコーン系樹脂の溶解がめっき膜によって防止される。しかも、めっき膜は、シリコーン系樹脂に比べて比熱容量が小さい。このため、断熱層の表面温度が燃焼室ガス温の変化に応答性良く追従し、つまり、断熱層の表面温度と燃焼室ガス温との温度差が小さくなり易く、その結果、冷却損失が抑制される。さらに、断熱層の表面が局部的に高温になると、その部分が異常燃焼の着火源となり、或いはシリコーン系樹脂の熱損傷を招くおそれがあるが、めっき膜はシリコーン系樹脂に比べて熱伝導率が高く熱拡散性が良いため、断熱層の表面温度が局部的に高くなることが防止される。
上記断熱構造体の好ましい態様は、上記めっき膜下の断熱層本体部分に、上記シリコーン系樹脂の一部が酸化されてなるSi系酸化物及び/又は上記中空状粒子のSi系酸化物成分が存在し、このシリコーン系樹脂及び/又は中空状粒子由来のSi系酸化物に上記めっき膜析出用の核となる金属が担持されていることを特徴とする。
すなわち、シリコーン系樹脂及び/又は中空状粒子由来のSi系酸化物をめっき膜析出用核の担体としたものであり、これにより、めっき膜の析出が確実になる。
また、ここに提示する製造方法は、エンジンの燃焼室に臨む部材の燃焼室壁面にシリコーン系樹脂と中空状粒子とを含む断熱層が設けられているエンジン燃焼室の断熱構造体を得る方法であり、
上記中空状粒子はSi系酸化物成分を含有しており、
上記部材の燃焼室壁面に上記シリコーン系樹脂と上記中空状粒子とを含む断熱材層を形成する工程と、
上記断熱材層の表面を加熱することにより該断熱材層の表面の少なくとも一部に上記シリコーン系樹脂を酸化させてなるSi系酸化物を生成する工程と、
上記断熱材層表面の上記シリコーン系樹脂及び/又は上記中空状粒子由来の上記Si系酸化物に触媒金属を付与する工程と、
上記Si系酸化物に付与された触媒金属を核として無電解めっきにより上記断熱材層の表面にめっき金属を析出させる工程とを備えていることを特徴とする。
上記中空状粒子はSi系酸化物成分を含有しており、
上記部材の燃焼室壁面に上記シリコーン系樹脂と上記中空状粒子とを含む断熱材層を形成する工程と、
上記断熱材層の表面を加熱することにより該断熱材層の表面の少なくとも一部に上記シリコーン系樹脂を酸化させてなるSi系酸化物を生成する工程と、
上記断熱材層表面の上記シリコーン系樹脂及び/又は上記中空状粒子由来の上記Si系酸化物に触媒金属を付与する工程と、
上記Si系酸化物に付与された触媒金属を核として無電解めっきにより上記断熱材層の表面にめっき金属を析出させる工程とを備えていることを特徴とする。
すなわち、この製造方法では、断熱材層の表面を加熱することにより該断熱材層の表面の少なくとも一部にシリコーン系樹脂を酸化させてなるSi系酸化物を生成する。従って、このシリコーン系樹脂由来のSi系酸化物及び/又は上記中空状粒子由来のSi系酸化物が触媒金属の担体となる。これにより、無電解めっきにおいて、当該触媒金属を核としてめっき金属が断熱材層の表面に析出し、表面にめっき膜を有する断熱層が得られる。
上記製造方法の好ましい態様は、上記Si系酸化物を生成する工程と上記触媒金属を付与する工程との間に、上記断熱材層の表面をエッチングする工程を備えていることを特徴とする。このエッチングによる断熱材層表面の粗面化により、断熱材層表面に対するめっき膜の結合力が増大し、めっき膜の剥落防止に有利になる。
上記製造方法の好ましい態様は、上記触媒金属を付与する工程では、Pd−Sn錯体を上記断熱材層の表面に付着させ、Sn塩を溶解させ、酸化還元反応により金属Pdよりなる触媒を上記断熱材層の表面に生成することを特徴とする。従って、断熱材層表面のシリコーン系樹脂及び中空状粒子由来のSi系酸化物に担持された金属Pdが核となってめっき金属が析出することになる。
本発明に係るエンジン燃焼室の断熱構造体によれば、中空状粒子のSi系酸化物成分を介してめっき膜を断熱層本体部分に結合させているから、シリコーン系樹脂と中空状粒子とによって所期の断熱効果が得られ、且つクラックの発生や剥離の防止に有利になる一方、めっき膜によって、燃焼圧による断熱層の変形や、シリコーン系樹脂への燃料の浸み込み、シリコーン系樹脂の溶解を防止することができ、さらに、冷却損失の低減に有利になるとともに、エンジンの異常燃焼やシリコーン系樹脂の熱損の防止も図れる。
本発明に係るエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法によれば、エンジン部材の燃焼室壁面にシリコーン系樹脂とSi系酸化物成分含有の中空状粒子とを含む断熱材層を形成し、この断熱材層の表面の少なくとも一部にシリコーン系樹脂が酸化してなるSi系酸化物が生成されるように断熱材層の表面を加熱し、しかる後に断熱材層表面に触媒金属を付与するから、シリコーン系樹脂及び/又は中空状粒子由来のSi系酸化物が触媒金属の担体となり、無電解めっきにおいて、当該触媒金属を核としてめっき金属が断熱材層の表面に析出させることができ、表面にめっき膜を有する断熱層が得られる。
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、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
<エンジンの構成>
図1に示す直噴エンジンEにおいて、1はピストン、3はシリンダブロック、5はシリンダヘッド、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、11は排気ポート13を開閉する排気バルブ、15は燃料噴射弁である。ピストン1がシリンダブロック3のシリンダボア内を往復動する。
図1に示す直噴エンジンEにおいて、1はピストン、3はシリンダブロック、5はシリンダヘッド、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、11は排気ポート13を開閉する排気バルブ、15は燃料噴射弁である。ピストン1がシリンダブロック3のシリンダボア内を往復動する。
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の傘部前面(燃焼室に臨む面)で形成される。ピストン1の頂面には凹陥状のキャビティ17が形成されている。同図において、27はピストンリングである。なお、点火プラグの図示は省略している。
上記エンジンは、好ましくは、例えば、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。このようなエンジンでは、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ために、冷損を大幅に低減させること、すなわち、エンジンの断熱性を高くすることが求められる。
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、冷損低減(図示熱効率の改善)に有利になる。
<エンジン部材の断熱構造体>
エンジンの断熱性向上のために、図2に示すように、エンジン部材としてのピストン本体19の頂面(エンジン燃焼室に臨む面)に断熱層21が形成されている。図示は省略しているが、エンジン部材としての、シリンダブロック3、シリンダヘッド5、吸気バルブ7、及び排気バルブ11各々のエンジン燃焼室に臨む面にも、ピストン1の頂面と同様の断熱層が形成されている。
エンジンの断熱性向上のために、図2に示すように、エンジン部材としてのピストン本体19の頂面(エンジン燃焼室に臨む面)に断熱層21が形成されている。図示は省略しているが、エンジン部材としての、シリンダブロック3、シリンダヘッド5、吸気バルブ7、及び排気バルブ11各々のエンジン燃焼室に臨む面にも、ピストン1の頂面と同様の断熱層が形成されている。
ピストン本体19の頂面19aの中央には上記キャビティ17に対応する凹陥部が形成されている。断熱層21は、断熱層本体としての断熱膜27と、この断熱膜27を全面にわたって覆うめっき膜29とを備えている。断熱膜27は、ピストン本体19の頂面19aの全体を覆う低熱伝導性の基層23と、この基層23の表面を全面にわたって覆う高硬度の表面層25とを備えている。なお、説明の便宜上、図面は基層23と表面層25とが境界をもって接しているように描いているが、後述の説明から明らかになるように、表面層25は、シリコーン系樹脂の酸化度合いが表面から内部に向かって連続的に小さくなって基層23に続いており、実際には両層23,25に明瞭なる境界はない。この点は図3も同じである。
本例のピストン本体19はT7処理又はT6処理を施してなるアルミ合金製である。断熱膜27は、図3に示すように、無機酸化物の中空状粒子31を含む、シリコーン系樹脂を主体とする層である。
すなわち、断熱膜27の基層23は、三次元架橋構造のシリコーン系樹脂よりなる母材(マトリックス)33に多数の中空状粒子31が分散してなる。基層23は、母材33が熱伝導率の低いシリコーン系樹脂33で構成され、且つ中空状粒子31を含むことで熱伝導性の低い空気が多く存在することから、低熱伝導性の層になっている。
一方、表面層25は、母材35に同じく多数の中空状粒子31が分散してなるが、その母材35は、原材料はシリコーン系樹脂であるものの、その少なくとも一部が酸化してSi系酸化物(例えば、SiO2)になっている。特に母材35の表面ではシリコーン系樹脂の酸化度が高く、基層23に近づくほど酸化度が低くなっている。このように、表面層25は、母材35がSi系酸化物を主体とするから、耐熱性が高く且つ高硬度の層になっており、さらに、中空状粒子31を含むことから、熱伝導性も低い。
無機酸化物の中空状粒子31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、SiO2)を含有するセラミック系中空状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。
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、中空状粒子31の粒子径は平均で10(μm)、最大でも50(μm)以下が好ましく、その含有率は、信頼度という点から、50%以下が好ましい。
シリコーン系樹脂としては、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次元ポリマーからなるシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。シリコーン樹脂の具体例としては、例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。
めっき膜29は、めっき金属がNi又はNi基合金よりなる皮膜であり、本実施形態では無電解めっき法によって形成されている。すなわち、断熱膜27の表面層25の表面のシリコーン系樹脂が酸化してなるSi系酸化物、並びにこの表面層25の表面に露出している中空状粒子31のSi系酸化物成分に触媒金属が担持され、この触媒金属を核としてめっき金属が析出してめっき膜29が断熱膜27の表面に形成されている。従って、めっき膜29は、シリコーン系樹脂由来のSi系酸化物及び中空状粒子31由来のSi系酸化物を介して断熱膜27に結合しているということができる。
上述の如く、断熱層21は、耐熱性が高く、熱容量が小さく且つ熱伝導率が高いめっき膜29、並びにSi系酸化物を主体とする耐熱性が高く且つ高硬度の表面層25によって、シリコーン系樹脂を主体とする低熱伝導性の基層23が保護された構成になっている。そのため、断熱層21は、極めて厳しい熱と圧力環境に曝されても、めっき膜29及び硬度が増加した表面層25により、基層23の変形ないし損傷が防止され、低熱伝導率のシリコーン系樹脂と空気断熱効果を有する中空状粒子31とにより優れた断熱性能を発揮する。また、めっき膜29や表面層25とピストン本体19との熱膨張差が基層23の低硬度のシリコーン系樹脂によって吸収されるため、クラックの発生や剥離が防止される。
さらに、めっき膜29は、シリコーン系樹脂に比べて、比熱容量が小さいため、断熱層21の表面温度がエンジン燃焼室のガス温の変化に応答性良く追従することになる。これにより、断熱層21の表面温度と燃焼室ガス温との温度差が小さくなり易く、その結果、冷却損失が抑制される。また、めっき膜29はシリコーン系樹脂に比べて熱伝導率が高く熱拡散性が良いため、断熱層21の表面温度が局部的に高くなることが防止される。これにより、エンジンの異常燃焼が防止され、シリコーン系樹脂の熱損も防止される。
<エンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法>
図4はエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法の工程図である。エンジン部材及び断熱材の準備工程において、エンジン部材については、脱脂処理により、その断熱層を形成すべき表面に付着している油脂や指紋等の汚れを除去する。エンジン部材と断熱材、特にシリコーン系樹脂との付着力を高めるべく、必要に応じてサンドブラストを行なう。また、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを攪拌・混合してなる断熱材を準備する。必要に応じて、増粘剤や希釈溶剤を添加して断熱材の粘度を調整する。
図4はエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法の工程図である。エンジン部材及び断熱材の準備工程において、エンジン部材については、脱脂処理により、その断熱層を形成すべき表面に付着している油脂や指紋等の汚れを除去する。エンジン部材と断熱材、特にシリコーン系樹脂との付着力を高めるべく、必要に応じてサンドブラストを行なう。また、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを攪拌・混合してなる断熱材を準備する。必要に応じて、増粘剤や希釈溶剤を添加して断熱材の粘度を調整する。
以下では、ピストン本体19の頂面に断熱層21を形成する方法を説明するが、シリンダブロックなど他のエンジン部材においてもピストン本体19の場合と同様の方法で断熱層を形成することができる。
ステップS1(断熱材塗布工程)において、上記断熱材をピストン本体19の頂面にスプレーや刷毛を用いて塗布する。熱風乾燥、赤外線ヒータ等により、ピストン本体19の頂面の断熱材層の予備乾燥を行う。断熱材層の厚さが所望の厚さ(例えば、200μm)に至っていない場合には、所望の厚さに至るまで塗布→予備乾燥を繰り返し行なう(重ね塗り)。或いは、ピストン本体19の頂面に断熱材を載せ、ピストン頂面形状に倣った成形面を有する成形型によって断熱材をピストン本体19の頂面に押し付け、その頂面全体にわたって拡げることで、断熱材層を形成するようにしてもよい。
ステップS2(表面加熱処理工程)において、断熱材層の表面を、シリコーン系樹脂の酸化温度以上の温度(例えば、300℃以上400℃以下)に加熱する。このとき熱は断熱材層の表面から内部に伝わるため、断熱材層にはその表面から内部に向かって温度が漸次低くなる温度勾配ができる。断熱材層の表面はシリコーン系樹脂の酸化温度以上の温度に加熱されているため、この表面のシリコーン系樹脂は酸化されて、Si系酸化物が生成する。すなわち、断熱層21の表面側には、図3に示す上述のSi系酸化物を主体とする母材35に中空状粒子31が分散した表面層25が形成される。
当該加熱により、断熱材層内部のシリコーン系樹脂も架橋が進むものの、上記温度勾配により、シリコーン系樹脂が酸化するほどには温度が上がらず、図3に示す上述の三次元架橋構造のシリコーン系樹脂を母材33として中空状粒子31が分散した基層23が形成される。また、基層23はシリコーン系樹脂の架橋が進む過程で当該三次元架橋構造のシリコーン系樹脂を介してピストン本体19に結合した状態になる。
以上により、図3に示す基層23と表面層25とよりなる断熱膜27がピストン本体19の頂面に形成される。
断熱材層の表面を加熱する方法としては、塗布表面を直接火炎で加熱してもよいし、赤外線ヒータなどで加熱してもよい。また、上記成形型を用いる場合は、この成形型を成形面の温度がシリコーン系樹脂の酸化温度以上の温度になるように高周波誘導加熱方式により、或いは成形型内部ヒータにより加熱しておき、この成形型の成形面によって断熱材層をその表面から加熱するようにしてもよい。
断熱材層の表面のシリコーン系樹脂を酸化させつつ内部のシリコーン系樹脂の酸化を抑制するために、ピストン本体19をピストンスカートの内側から水冷又は空冷によって冷却するようにしてもよい。また、断熱材層の表面を加熱する前に、断熱材層全体をシリコーン系樹脂の酸化温度よりも低い温度に加熱して、上記シリコーン系樹脂の架橋を進めておくようにしてもよい。
ステップS3(エッチング処理工程)において、ピストン本体19の断熱膜27以外の非処理部をマスキング材の塗布によってマスキングし、断熱膜27のエッチング処理を行なう。本実施形態では、エッチング液として、硝酸とフッ化水素酸の混酸(硝酸200mL/L,フッ化水素酸200mL/L)を用いた。エッチング処理は室温で1分間とした。このエッチングにより、断熱膜27の表面に微細突起ができる。
ステップS4(触媒金属付与工程)において、ピストン本体19の断熱膜27の表面に無電解めっき用の触媒金属を付与する。すなわち、Pd−Sn錯体を含むキャタリスト液にピストン本体19を浸漬した後、活性化促進処理を行なう。
本実施形態では、キャタリスト液として、酸性パラジウム・スズコロイドタイプの触媒化処理剤(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、浴温は35℃とし、浸漬時間は6分間とした。これにより、Pd−Sn錯体が断熱膜27の表面のシリコーン系樹脂由来のSi系酸化物及び中空状粒子31由来のSi系酸化物に付着する。
活性化処理では、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及び水の混合液を用い、浴温は35℃とし、浸漬時間は3分間とした。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になる。
ステップS5(無電解めっき処理工程)において、断熱膜27に触媒金属が付与されたピストン本体19を水洗して過剰の硫酸等を除去した後、無電解Niめっき浴に浸漬する。本実施形態では、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を用いた。浴温は90℃とし、浸漬時間は12分間(めっき膜厚3μm狙い)とした。なお、このめっき浴の場合、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、断熱膜27の表面にめっき膜29が形成される。また、先のエッチング処理により、断熱膜27の表面に微細突起が形成されているため、めっき膜29は、微細突起のアンカー効果により断熱膜27の表面に強固に固定されることとなる。
<その他の実施形態>
本発明は、上記実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
上記実施形態では、シリコーン系樹脂に関して、ポリアルキルフェニルシロキサン等のシリコーン樹脂を例示したが、これに限らず、シロキサン結合の骨格を少なくとも一部に有する樹脂であればよい。
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許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。
1 ピストン
3 シリンダブロック(エンジン部材)
5 シリンダヘッド(エンジン部材)
7 吸気バルブ(エンジン部材)
11 排気バルブ(エンジン部材)
19 ピストン本体(エンジン部材)
19a 頂面
21 断熱層
23 基層
25 表面層
27 断熱膜
29 めっき膜
31 中空状粒子
33 基層の母材(シリコーン系樹脂)
35 表面層のSi系酸化物を有する母材
E エンジン
3 シリンダブロック(エンジン部材)
5 シリンダヘッド(エンジン部材)
7 吸気バルブ(エンジン部材)
11 排気バルブ(エンジン部材)
19 ピストン本体(エンジン部材)
19a 頂面
21 断熱層
23 基層
25 表面層
27 断熱膜
29 めっき膜
31 中空状粒子
33 基層の母材(シリコーン系樹脂)
35 表面層のSi系酸化物を有する母材
E エンジン
Claims (5)
- エンジンの燃焼室に臨む部材の燃焼室壁面にシリコーン系樹脂と中空状粒子とを含む断熱層が設けられているエンジン燃焼室の断熱構造体であって、
上記中空状粒子はSi系酸化物成分を含有し、
上記断熱層は、その表面にめっき膜を備えていることを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造体。 - 請求項1において、
上記シリコーン系樹脂の一部が酸化されてなるSi系酸化物及び/又は上記中空状粒子のSi系酸化物成分に上記めっき膜析出用の核となる金属が担持されていることを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造体。 - エンジンの燃焼室に臨む部材の燃焼室壁面にシリコーン系樹脂と中空状粒子とを含む断熱層が設けられているエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法であって、
上記中空状粒子はSi系酸化物成分を含有しており、
上記部材の燃焼室壁面に上記シリコーン系樹脂と上記中空状粒子とを含む断熱材層を形成する工程と、
上記断熱材層の表面を加熱することにより該断熱材層の表面の少なくとも一部に上記シリコーン系樹脂を酸化させてなるSi系酸化物を生成する工程と、
上記断熱材層表面の上記シリコーン系樹脂及び/又は上記中空状粒子由来の上記Si系酸化物に触媒金属を付与する工程と、
上記Si系酸化物に付与された触媒金属を核として無電解めっきにより上記断熱材層の表面にめっき金属を析出させる工程とを備えていることを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法。 - 請求項3において、
上記Si系酸化物を生成する工程と上記触媒金属を付与する工程との間に、上記断熱材層の表面をエッチングする工程を備えていることを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法。 - 請求項3又は請求項4において、
上記触媒金属を付与する工程では、Pd−Sn錯体を上記断熱材層の表面に付着させ、Sn塩を溶解させ、酸化還元反応により金属Pdよりなる触媒を上記断熱材層の表面に生成することを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造体の製造方法。
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