JP6036005B2 - Thermal insulation structure for engine combustion chamber member and method for manufacturing the same - Google Patents

Thermal insulation structure for engine combustion chamber member and method for manufacturing the same Download PDF

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本発明は、エンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に断熱層が形成された断熱構造体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a heat insulating structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material of a component constituting an engine combustion chamber, and a method for manufacturing the same.

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を参照。)、その後も、セラミックス焼結体からなる断熱層、又は低熱伝導性を有するジルコニア(ZrO)粒子を含む溶射層からなる断熱層が提案されている。 In the 1980s, as a method for increasing the thermal efficiency of the engine, it was proposed to provide a heat insulating layer in a portion facing the engine combustion chamber (see, for example, Patent Document 1), and thereafter, a heat insulating layer made of a ceramic sintered body, or zirconia insulation layer made of thermally sprayed layer containing a (ZrO 2) particles has been proposed to have a low thermal conductivity.

しかしながら、セラミックス焼結体を用いると、熱応力及び熱衝撃によるクラックの発生、並びに割れの発生といった問題が生じる。このため、特に、ピストンの頂面、シリンダライナの内周面及びシリンダヘッドの下面等の比較的に大きい面積を有する部分に、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。   However, the use of a ceramic sintered body causes problems such as generation of cracks due to thermal stress and thermal shock, and generation of cracks. For this reason, in particular, those in which a heat insulating layer made of a ceramic sintered body is applied to a portion having a relatively large area such as the top surface of the piston, the inner peripheral surface of the cylinder liner, and the lower surface of the cylinder head has reached practical use. Not in.

一方、溶射層自体は、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に採用された実績があるが、それは耐摩耗性の向上を目的としたものであり、耐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ZrO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るため、熱応力又は繰り返しの応力による疲労等によってクラックが生じやすいという問題がある。 On the other hand, the sprayed layer itself has been used for the trochoidal surfaces of cylinder liners and rotary engines, but it is intended to improve wear resistance and not to improve heat resistance. In order to use the thermal spray layer as a heat insulating layer, it is preferable to spray a low thermal conductive material mainly composed of ZrO 2 as described above. However, the zirconia-based layer has better adhesion between particles than the cermet-based layer. Since it is inferior, there exists a problem that it is easy to produce a crack by the fatigue etc. by a thermal stress or repeated stress.

このような問題を解決するために、例えば、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、補強用繊維材とを含む断熱薄膜が提案されている。特許文献2では、第2の断熱材は、第1の断熱材を接着する機能を担うことが記載され、上記粒子状の第1の断熱材として、中空のセラミックビーズ、中空のガラスビーズ、シリカ(二酸化珪素、SiO)を主成分とする微細多孔構造の断熱材、及びシリカエアロゲル等が例示されている。また、上記膜状の第2の断熱材として、ジルコニア(ZrO)、シリコン、チタン、ジルコニウム等のセラミックス、炭素及び酸素を主成分とするセラミックス、並びに高強度且つ高耐熱性のセラミックス繊維等が例示されている。また、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。 In order to solve such a problem, for example, Patent Document 2 proposes a heat insulating thin film including a particulate first heat insulating material, a film-shaped second heat insulating material, and a reinforcing fiber material. Yes. In Patent Document 2, it is described that the second heat insulating material has a function of bonding the first heat insulating material. As the particulate first heat insulating material, hollow ceramic beads, hollow glass beads, silica Examples thereof include a heat insulating material having a fine porous structure mainly composed of (silicon dioxide, SiO 2 ), silica airgel, and the like. The film-like second heat insulating material includes ceramics such as zirconia (ZrO 2 ), silicon, titanium, and zirconium, ceramics mainly composed of carbon and oxygen, and high-strength and high-heat-resistant ceramic fibers. Illustrated. Further, it is described that the second heat insulating material is coated or bonded to the base material.

その他に、特許文献3には、中空部を含むSiOセラミックス層が記載されている。具体的に、その中空部は、無機化合物により表面が被覆された球状樹脂を含む層を形成した後に、その層を加熱して球状樹脂を焼き飛ばすことにより形成された中空状の無機化合物粒子により構成されている。また、特許文献3では、このSiOセラミックス層を加熱することによって、上記の各粒子内の樹脂を熱分解させてガス化すると共に、有機珪素化合物の熱分解により発生するガスを膜内から抜くことでガスの残存による膜強度の低下を防いでいる。 In addition, Patent Document 3 describes a SiO 2 ceramic layer including a hollow portion. Specifically, the hollow portion is formed by hollow inorganic compound particles formed by forming a layer containing a spherical resin whose surface is coated with an inorganic compound and then heating the layer to burn off the spherical resin. It is configured. In Patent Document 3, by heating the SiO 2 ceramic layer, the resin in each particle is thermally decomposed and gasified, and the gas generated by the thermal decomposition of the organosilicon compound is extracted from the film. This prevents a decrease in film strength due to residual gas.

国際公開第89/03930号パンフレットInternational Publication No. 89/03930 Pamphlet 特開2009−243352号公報JP 2009-243352 A 特開2010−070792号公報JP 2010-077092 A

特許文献2には、第2の断熱材を母材にコーティング又は接合するとの記載があるのみで、その断熱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ス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。また、特許文献2は、燃焼圧力等による変形及びクラックの発生を効果的に抑制することについては開示していない。   Patent Document 2 only describes that the second heat insulating material is coated or bonded to the base material, but does not describe in detail how to obtain the heat insulating thin film. In view of the fact that a ceramic material is used as the second heat insulating material, it is estimated that the heat insulating thin film is similar to a ceramic sintered body. Moreover, patent document 2 is not disclosing about effectively suppressing the deformation | transformation by cracking pressure etc. and generation | occurrence | production of a crack.

一方、特許文献3のSiOセラミックス層の薄膜は、エンジン燃焼室の基材がアルミニウム合金である場合、それらの熱膨張率が大きく異なるため、薄膜にクラック及び剥離等が生じるおそれがある。また、ガス抜きされた部分は、表面と連通状態となっているため、燃料の浸み込みが生じる等の問題がある。 On the other hand, when the base material of the engine combustion chamber is made of an aluminum alloy, the SiO 2 ceramic layer thin film of Patent Document 3 has a large difference in thermal expansion coefficient, so that the thin film may be cracked or peeled off. Further, since the degassed portion is in communication with the surface, there is a problem such as fuel penetration.

そこで、断熱層全体をSiOセラミックス層とするのではなく、アルミニウム合金との熱膨張率の差が小さい材料として、中空状粒子を含むシリコーン樹脂を主体とすることが考えられる。しかしながら、一般に、シリコーン樹脂は低硬度であるため、エンジン燃焼室の壁面をシリコーン樹脂で被覆すると、圧縮行程から燃焼時までの圧力により断熱層が変形してしまうおそれがある。断熱層が変形すると、圧縮比が変わることためエンジン性能に大きな影響が生じる。さらに、特許文献3の薄膜は、中空状の無機化合物粒子がSiO2等によって物理的に覆われているだけの構造であるため、それらの結合力は弱く、その界面に隙間が生じるおそれがある。このような隙間は、長期に渡り、圧力変動のサイクル等に晒されることにより、クラックが生じる原因ともなり得る。 Therefore, it is conceivable that the entire heat insulating layer is not made of a SiO 2 ceramic layer, but is mainly made of a silicone resin containing hollow particles as a material having a small difference in thermal expansion coefficient from the aluminum alloy. However, since the silicone resin generally has a low hardness, if the wall surface of the engine combustion chamber is covered with the silicone resin, the heat insulating layer may be deformed by the pressure from the compression stroke to the time of combustion. When the heat insulating layer is deformed, the compression ratio is changed, so that the engine performance is greatly affected. Furthermore, since the thin film of Patent Document 3 has a structure in which hollow inorganic compound particles are only physically covered with SiO 2 or the like, their bonding strength is weak, and a gap may be formed at the interface. Such a gap can be a cause of cracks by being exposed to a pressure fluctuation cycle for a long period of time.

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、断熱層にエンジン部品の基材との熱膨張率の差が小さい材料を用いてクラック及び剥離の発生を防ぐと共に、断熱層の強度を高めることにより燃焼圧力等による変形を防ぎ、さらに、燃料の浸み込みを防ぐことにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to prevent the occurrence of cracks and peeling by using a material with a small difference in thermal expansion coefficient from the base material of the engine component for the heat insulating layer. By increasing the strength of the heat insulating layer, deformation due to combustion pressure or the like is prevented, and further, penetration of fuel is prevented.

前記の目的を達成するために、本発明は、エンジン燃焼室部材の断熱構造体に用いる断熱層の材料としてシリコーン系樹脂と中空状粒子を用い、これらを互いに結合できるようにした。   In order to achieve the above object, the present invention uses a silicone-based resin and hollow particles as a material of a heat insulating layer used for a heat insulating structure of an engine combustion chamber member, and these can be bonded to each other.

具体的に、本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体では、エンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に断熱層が形成されており、断熱層は、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを含み、中空状粒子の表面は、シリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理されており、シリコーン系樹脂と中空状粒子とは、前記共有結合可能な有機化合物により結合されており、前記断熱層は、フルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含むSpecifically, in the heat insulating structure of the engine combustion chamber member according to the present invention, a heat insulating layer is formed on the surface of the base material of the parts constituting the engine combustion chamber, and the heat insulating layer includes a silicone resin, hollow particles, and the like. The surface of the hollow particles is treated with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin, and the silicone resin and the hollow particles are bonded with the organic compound capable of covalent bonding, The heat insulating layer contains a chain siloxane having a fluoroalkyl group .

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体によると、シリコーン系樹脂により断熱層が構成されているため、例えばアルミニウム合金からなるエンジン燃焼室部材に当該断熱層を設けた場合、それぞれの熱膨張率の差を小さくすることができる。このため、それらの熱膨張率の差に起因して断熱層に剥離及びクラック等が生じることを防ぐことができる。また、当該断熱層は、中空状粒子を含むため、その熱伝導率をより低減することができる。さらに、中空状粒子の表面は、シリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理されているため、シリコーン系樹脂と当該有機化合物とが共有結合することにより、シリコーン系樹脂と中空状粒子とが間接的に結合される。その結果、中空状粒子とシリコーン系樹脂との結合が強固になることにより、強度が高い断熱層を得ることができるため、断熱層が燃焼圧力等により変形することを防ぎ、さらに、断熱層への燃料の浸み込みを防ぐ。また、断熱層が、撥油性及び耐油性を有するフルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含むため、断熱層の耐燃料性を向上することができる。 According to the heat insulation structure for an engine combustion chamber member according to the present invention, since the heat insulation layer is formed of a silicone-based resin, for example, when the heat insulation layer is provided on an engine combustion chamber member made of an aluminum alloy, each thermal expansion is performed. The difference in rate can be reduced. For this reason, it can prevent that a peeling, a crack, etc. arise in a heat insulation layer resulting from the difference of those thermal expansion coefficients. Moreover, since the said heat insulation layer contains a hollow particle, the heat conductivity can be reduced more. Furthermore, since the surface of the hollow particle is treated with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin, the silicone resin and the hollow particle are bonded to each other by covalent bonding of the silicone resin and the organic compound. Indirectly coupled. As a result, since the bond between the hollow particles and the silicone resin is strengthened, a heat-insulating layer having high strength can be obtained, so that the heat-insulating layer is prevented from being deformed due to combustion pressure or the like, and further to the heat-insulating layer. Prevent the infiltration of fuel. Moreover, since the heat insulation layer contains a chain siloxane having a fluoroalkyl group having oil repellency and oil resistance, the fuel resistance of the heat insulation layer can be improved.

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体において、有機化合物として、シラン化合物を用いることができる。   In the heat insulating structure of the engine combustion chamber member according to the present invention, a silane compound can be used as the organic compound.

このとき、シリコーン系樹脂のアルコキシル基とシラン化合物のアルキル基との反応、シリコーン系樹脂の主鎖のアルキル基とシラン化合物のアルコキシル基との反応、及びシリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基とシラン化合物のアルコキシル基との反応のうちの少なくとも1つにより形成された共有結合によって、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを間接的に結合していてもよい。   At this time, the reaction between the alkoxyl group of the silicone resin and the alkyl group of the silane compound, the reaction between the alkyl group of the main chain of the silicone resin and the alkoxyl group of the silane compound, and the alkoxyl group and silane of the main chain of the silicone resin The silicone resin and the hollow particles may be indirectly bonded by a covalent bond formed by at least one of the reactions with the alkoxyl group of the compound.

このようにすると、上記の通り、中空状粒子とシリコーン系樹脂との結合が強固になるため、より強度が高い断熱層を得ることができる。   If it does in this way, as above-mentioned, since the coupling | bonding of a hollow particle and silicone resin becomes strong, a heat insulation layer with higher intensity | strength can be obtained.

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体において、部品の基材表面と前記断熱層との間には、化成処理層及びアルマイト処理層の少なくとも1つが設けられていることが好ましい。   In the heat insulating structure for an engine combustion chamber member according to the present invention, it is preferable that at least one of a chemical conversion treatment layer and an alumite treatment layer is provided between the surface of the base material of the component and the heat insulation layer.

このようにすると、エンジン燃焼室部品の基材表面と断熱層との密着性を向上することができる。   If it does in this way, the adhesiveness of the base-material surface of an engine combustion chamber component and a heat insulation layer can be improved.

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体は、断熱層の表面にSiO層が形成されていてもよい。 In the heat insulating structure of the engine combustion chamber member according to the present invention, a SiO 2 layer may be formed on the surface of the heat insulating layer.

また、この他に、断熱層の表面にめっき層が形成されていてもよい。   In addition to this, a plating layer may be formed on the surface of the heat insulating layer.

それらによると、断熱層における燃料と接する表面が、SiO層又はめっき層により保護されるため、断熱層の耐燃料性を向上することができる。 According to them, since the surface in contact with the fuel in the heat insulation layer is protected by the SiO 2 layer or the plating layer, the fuel resistance of the heat insulation layer can be improved.

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体の製造方法は、エンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に断熱層が形成された断熱構造体の製造方法を対象とし、中空状粒子の表面をシリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理する工程と、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを混合してなる断熱材を得る工程と、断熱材をエンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に形成して、シリコーン系樹脂と有機化合物とが共有結合している断熱層を得る工程とを備え、前記断熱層は、フルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含んでいる。 The method for manufacturing a heat insulating structure for an engine combustion chamber member according to the present invention is directed to a method for manufacturing a heat insulating structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material of a component constituting the engine combustion chamber. A step of treating the substrate with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin, a step of obtaining a heat insulating material obtained by mixing the silicone resin and the hollow particles, and a base material for a component constituting the engine combustion chamber. Forming a heat insulating layer in which a silicone resin and an organic compound are covalently bonded to each other, and the heat insulating layer includes a chain siloxane having a fluoroalkyl group .

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体の製造方法によると、シリコーン系樹脂を用いて断熱層を作製するため、例えばアルミニウム合金からなるエンジン燃焼室部材に当該断熱層を設けた場合、それぞれの熱膨張率の差を小さくすることができる。このため、それらの熱膨張率の差に起因して断熱層に剥離及びクラック等が生じることを防ぐことができる。また、当該断熱層は、中空状粒子を含むため、その熱伝導率をより低減することができる。さらに、中空状粒子の表面を、シリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理しているため、シリコーン系樹脂と当該有機化合物とが共有結合することにより、シリコーン系樹脂と中空状粒子とが間接的に結合される。その結果、中空状粒子とシリコーン系樹脂との結合が強固になるため、より強度が高い断熱層を得ることができる。また、断熱層が、撥油性及び耐油性を有するフルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含むため、断熱層の耐燃料性を向上することができる。 According to the method for manufacturing a heat insulation structure for an engine combustion chamber member according to the present invention, in order to produce a heat insulation layer using a silicone-based resin, for example, when the heat insulation layer is provided on an engine combustion chamber member made of an aluminum alloy, The difference in coefficient of thermal expansion can be reduced. For this reason, it can prevent that a peeling, a crack, etc. arise in a heat insulation layer resulting from the difference of those thermal expansion coefficients. Moreover, since the said heat insulation layer contains a hollow particle, the heat conductivity can be reduced more. Furthermore, since the surface of the hollow particles is treated with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin, the silicone resin and the hollow organic particles are bonded to each other by covalent bonding of the silicone resin and the organic compound. Indirectly coupled. As a result, since the bond between the hollow particles and the silicone resin becomes strong, a heat insulating layer with higher strength can be obtained. Moreover, since the heat insulation layer contains a chain siloxane having a fluoroalkyl group having oil repellency and oil resistance, the fuel resistance of the heat insulation layer can be improved.

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体の製造方法では、有機化合物としてシラン化合物を用いることが好ましい。   In the method for manufacturing a heat insulating structure for an engine combustion chamber member according to the present invention, it is preferable to use a silane compound as the organic compound.

このようにすると、シラン化合物は、シリコーン系樹脂と共有結合可能であるため、中空状粒子とシリコーン系樹脂との結合を強固にでき、より強度が高い断熱層を得ることができる。   In this case, since the silane compound can be covalently bonded to the silicone resin, the bond between the hollow particles and the silicone resin can be strengthened, and a heat insulating layer with higher strength can be obtained.

この場合、シリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基とシラン化合物のアルキル基との反応、シリコーン系樹脂の主鎖のアルキル基とシラン化合物のアルコキシル基との反応、及びシリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基とシラン化合物のアルコキシル基との反応のうちの少なくとも1つにより共有結合を形成して、断熱層を得ることができる。   In this case, the reaction between the alkoxyl group of the main chain of the silicone resin and the alkyl group of the silane compound, the reaction of the alkyl group of the main chain of the silicone resin with the alkoxyl group of the silane compound, and the alkoxyl of the main chain of the silicone resin A thermal bond can be obtained by forming a covalent bond by at least one of the reaction between the group and the alkoxyl group of the silane compound.

本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体及びその製造方法によると、断熱層がエンジン部品の基材との熱膨張率の差が小さい材料で構成されるため、それらの熱膨張率差に起因するクラック及び剥離の発生を防止できる。また、断熱層内の中空状粒子とシリコーン系樹脂とを結合できるため、強度が高い断熱層を得ることができて、燃焼圧力等による変形が生じることを防止できると共に、断熱層にクラック及び剥離が発生することを防ぎ、さらに燃料の浸み込みをも防ぐことができる。また、断熱層が、撥油性及び耐油性を有するフルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含むため、断熱層の耐燃料性を向上することができる。 According to the heat insulating structure of the engine combustion chamber member and the manufacturing method thereof according to the present invention, the heat insulating layer is made of a material having a small difference in thermal expansion coefficient from the base material of the engine component. It is possible to prevent the occurrence of cracks and peeling. In addition, since the hollow particles in the heat insulating layer and the silicone resin can be combined, a heat insulating layer having high strength can be obtained, and deformation due to combustion pressure and the like can be prevented, and the heat insulating layer can be cracked and peeled off. Can be prevented, and further, the infiltration of fuel can be prevented. Moreover, since the heat insulation layer contains a chain siloxane having a fluoroalkyl group having oil repellency and oil resistance, the fuel resistance of the heat insulation layer can be improved.

本発明の実施形態に係るエンジン構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the engine structure which concerns on embodiment of this invention. 本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat insulation structure of the engine combustion chamber member which concerns on this invention.

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.

本実施形態は、エンジン燃焼室部材の断熱構造体を図1に示すエンジンに採用したものである。   In the present embodiment, the heat insulating structure of the engine combustion chamber member is employed in the engine shown in FIG.

<エンジンの特徴>
図1において、符号1はピストン、符号2はシリンダブロック、符号3はシリンダヘッド、符号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、符号6は排気ポート7を開閉する排気バルブ、符号8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2、シリンダヘッド3、吸排気バルブ4,6のバルブヘッド面(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。なお、点火プラグの図示は省略している。
<Engine features>
In FIG. 1, reference numeral 1 is a piston, reference numeral 2 is a cylinder block, reference numeral 3 is a cylinder head, reference numeral 4 is an intake valve that opens and closes an intake port 5 of the cylinder head 3, reference numeral 6 is an exhaust valve that opens and closes an exhaust port 7, and reference numeral 8 is a fuel injection valve. The combustion chamber of the engine is formed by the top surface of the piston 1, the cylinder block 2, the cylinder head 3, and the valve head surfaces of the intake and exhaust valves 4 and 6 (surfaces facing the combustion chamber). A cavity 9 is formed on the top surface of the piston 1. Note that the illustration of the spark plug is omitted.

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 the engine increases theoretically as the geometric compression ratio is increased and the excess air ratio of the working gas is increased. 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が用いられた断熱構造体が構成されている。   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 structure using a heat insulating layer made of a material having a lower thermal conductivity than the metal base material of the engine component is configured.

<断熱構造体>
そこで、以下では、本実施形態に係る断熱構造体について説明する。
<Insulation structure>
So, below, the heat insulation structure which concerns on this embodiment is demonstrated.

本実施形態に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体は、エンジン燃焼室を構成する部品であるピストンの頂面等に断熱層が形成されて構成されるものである。このようなエンジン燃焼室部材の断熱構造体について図2を参照しながら説明する。   The heat insulation structure of the engine combustion chamber member according to the present embodiment is configured by forming a heat insulation layer on the top surface of a piston, which is a component constituting the engine combustion chamber. Such a heat insulating structure of the engine combustion chamber member will be described with reference to FIG.

図2に示すように、エンジン燃焼室を構成するピストン1の頂面、及びピストン1の外周面におけるピストンリング溝10よりも頂面側に、シリコーン樹脂を含む断熱層11が形成されている。また、断熱層11は、その熱伝導率を低減するために、中空状粒子12を含んでいる。このような断熱層11が設けられていることにより、エンジン燃焼室における冷却損失を低減でき、エンジン性能を向上できる。   As shown in FIG. 2, a heat insulating layer 11 containing a silicone resin is formed on the top surface side of the piston ring groove 10 on the top surface of the piston 1 constituting the engine combustion chamber and the outer peripheral surface of the piston 1. The heat insulating layer 11 includes hollow particles 12 in order to reduce the thermal conductivity. By providing such a heat insulating layer 11, the cooling loss in the engine combustion chamber can be reduced, and the engine performance can be improved.

なお、断熱層11が形成された部位において、断熱層11とピストン1の基材表面との間には、化成処理層13が形成されていてもよい。化成処理層13は、例えばピストン1の基材表面にジルコン酸化成処理等を行うことにより形成できる。また、ピストン1の材料にアルミニウムが用いられている場合、化成処理層13の代わりに、ピストン1の基材表面をアルマイト処理することによって、アルマイト処理層を形成してもよい。これらの層を形成することにより、ピストン1の基材表面に対する断熱層11の密着性を向上できる。なお、化成処理層とアルマイト処理層との両方を形成しても構わない。   In addition, in the site | part in which the heat insulation layer 11 was formed, the chemical conversion treatment layer 13 may be formed between the heat insulation layer 11 and the base-material surface of piston 1. FIG. The chemical conversion treatment layer 13 can be formed by, for example, performing a zircon oxidation treatment on the surface of the base material of the piston 1. Further, when aluminum is used as the material of the piston 1, the anodized layer may be formed by anodizing the substrate surface of the piston 1 instead of the chemical conversion layer 13. By forming these layers, the adhesion of the heat insulating layer 11 to the substrate surface of the piston 1 can be improved. Note that both the chemical conversion treatment layer and the alumite treatment layer may be formed.

図2では、エンジン燃焼室部材をピストン1として説明したが、当然にこれに限られず、シリンダヘッド等の他のエンジン燃焼室を構成する部材に断熱層11を設けてもよい。   In FIG. 2, the engine combustion chamber member has been described as the piston 1. However, the invention is naturally not limited to this, and the heat insulating layer 11 may be provided on a member constituting another engine combustion chamber such as a cylinder head.

次に、本実施形態に係る断熱構造体に用いられる断熱層の材料等について説明する。   Next, the material etc. of the heat insulation layer used for the heat insulation structure which concerns on this embodiment are demonstrated.

本実施形態に係る断熱層は、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを含み、中空状粒子の表面は、シリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理されており、シリコーン系樹脂と中空状粒子とが間接的に結合していることに特徴がある。
本実施形態において、シリコーン系樹脂とは、下記の[化1]及び[化2]に示すポリシロキサン及びポリカルボシラン等を主成分として構成される高分子化合物を含む樹脂をいう。
The heat insulating layer according to this embodiment includes a silicone resin and hollow particles, and the surface of the hollow particles is treated with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin. Is characterized by being indirectly linked.
In the present embodiment, the silicone resin refers to a resin containing a polymer compound mainly composed of polysiloxane, polycarbosilane, and the like shown in the following [Chemical Formula 1] and [Chemical Formula 2].

Figure 0006036005
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Figure 0006036005
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[化1]及び[化2]に示す化学式において、R及びRは、例えば水素原子、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシル基、アクリロイル基、グリシジル基、ビニル基、ハロゲン原子、アリール基、有機チタン化合物又は有機ジルコン化合物の群から1種以上選択できる。 In the chemical formulas shown in [Chemical Formula 1] and [Chemical Formula 2], R 1 and R 2 are, for example, a hydrogen atom, alkyl group, hydroxyl group, alkoxyl group, acryloyl group, glycidyl group, vinyl group, halogen atom, aryl group, organic One or more can be selected from the group of titanium compounds or organic zircon compounds.

また、本実施形態に係る断熱層は、フルオロアルキル基を含む鎖状シロキサンを含。すなわち上記のR又はRとしてフルオロアルキル基を選択することもできる。断熱層が撥油性及び耐油性を有するフルオロアルキル基を含むことにより、断熱層の耐燃料性を向上できる。 Further, a heat insulating layer according to the present embodiment, including the chain siloxane containing fluoroalkyl groups. That is, a fluoroalkyl group can be selected as R 1 or R 2 described above. When the heat insulating layer contains a fluoroalkyl group having oil repellency and oil resistance, the fuel resistance of the heat insulating layer can be improved.

本実施形態の断熱層に用いられる中空状粒子は、その熱伝導率をより低減するために含まれており、無機酸化物の中空状粒子を用いることが好ましい。無機酸化物の中空状粒子として、例えばジルコニア含有酸化物、シリカ含有酸化物及びアルミナ等を材料に用いることができる。具体的に、中空状粒子としては、アルミナバブル、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セラミック系中空状粒子、その他の無機系中空状粒子を用いることができる。なお、各々の材質及び粒径は[表1]の通りである。   The hollow particles used in the heat insulating layer of the present embodiment are included in order to further reduce the thermal conductivity, and it is preferable to use inorganic oxide hollow particles. As the inorganic oxide hollow particles, for example, zirconia-containing oxide, silica-containing oxide, alumina and the like can be used as the material. Specifically, ceramic hollow particles such as alumina bubbles, fly ash balloons, shirasu balloons, silica balloons, airgel balloons, and other inorganic hollow particles can be used as the hollow particles. In addition, each material and particle size are as shown in [Table 1].

Figure 0006036005
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例えば、フライアッシュバルーンの化学組成は、SiO;40.1〜74.4%、Al;15.7〜35.2%、Fe;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、SiO;75〜77%、Al;12〜14%、Fe;1〜2%、NaO;3〜4%、KO;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 O 3; 15.7~35.2%, Fe 2 O 3; 1.4~17.5%, MgO; 0.2 to 7.4%, CaO; 0.3 to 10.1% (the above is mass%). The chemical composition of the Shirasu balloon, SiO 2; 75~77%, Al 2 O 3; 12~14%, Fe 2 O 3; 1~2%, Na 2 O; 3~4%, K 2 O; 2~ 4%, IgLoss; 2 to 5% (the above is mass%).

本実施形態では、上記のような中空状粒子の表面は、上記シリコーン樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理されている。そのような有機化合物は、中空状粒子の表面に存在するSi若しくはAl等の金属原子又は−OH基と結合できる官能基等を有し、例えばヒドロキシル基、アルコキシル基又はハロゲン原子を有している。さらに、その有機化合物は、シリコーン樹脂と共有結合可能であるために、アルキル基又はアルコキシル基を有していることが好ましいが、これらに限られない。   In the present embodiment, the surface of the hollow particles as described above is treated with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin. Such an organic compound has a metal atom such as Si or Al existing on the surface of the hollow particle or a functional group that can be bonded to an —OH group, and has, for example, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or a halogen atom. . Furthermore, the organic compound preferably has an alkyl group or an alkoxyl group because it can be covalently bonded to the silicone resin, but is not limited thereto.

本実施形態において、上記のような有機化合物は、特に、シラン化合物であることが好ましい。本実施形態のシラン化合物は、中空状粒子の表面に結合でき、シリコーン系樹脂と共有結合できる珪素化合物であり、XSiA (4−a−b)で示される化合物である。 In the present embodiment, the organic compound as described above is particularly preferably a silane compound. The silane compound of this embodiment is a silicon compound that can be bonded to the surface of the hollow particle and covalently bonded to the silicone resin, and is a compound represented by X a SiA b R 3 (4-ab) .

ここで、Rは、例えばヒドロキシル基、アルコキシル基又はハロゲン原子である。なお、シラン化合物と中空状粒子の表面との結合は、シラン化合物のRと中空状粒子の表面に存在するSi若しくはAl等の金属原子又は−OH基とが反応することにより起こる。このため、中空状粒子のRは、それらと反応が可能な官能基等であれば上記のものに限られない。また、Aは、例えば水素原子、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシル基又はハロゲン原子であり、Xは、例えばアクリロイル基、アルケニル基、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基又はアリール基である。なお、a及びbはa+bが1〜3の整数であることを満たし、且つ、aは0〜2であり、bは1〜3の整数であることを満たす。 Here, R 3 is, for example, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or a halogen atom. The bond between the silane compound and the surface of the hollow particle is caused by a reaction between R 3 of the silane compound and a metal atom such as Si or Al present on the surface of the hollow particle or an —OH group. For this reason, R 3 of the hollow particles is not limited to the above as long as it is a functional group capable of reacting with them. A is, for example, a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or a halogen atom, and X is, for example, an acryloyl group, an alkenyl group, a carboxyl group, a sulfo group, an amino group, or an aryl group. In addition, a and b satisfy | fill that a + b is an integer of 1-3, a satisfy | fills that it is 0-2 and b is an integer of 1-3.

このようなシラン化合物は、例えばそのアルキル基が上記シリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基(上記R又はR)と縮合反応して共有結合することにより、中空状粒子とシリコーン系樹脂とを間接的に結合できる。当然に、これに限られず、例えばシラン化合物のアルコキシル基とシリコーン系樹脂の主鎖のアルキル基(上記R又はR)とが縮合反応して共有結合していてもよく、また、それぞれのアルコキシル基同士が加水分解及び縮合反応して共有結合していてもよい。すなわち、シラン化合物とシリコーン系樹脂とが共有結合して、中空状粒子とシリコーン系樹脂とが間接的に結合された形態であればよい。 Such a silane compound is formed by, for example, condensing the alkyl group with the alkoxyl group (R 1 or R 2 ) of the main chain of the silicone resin to form a covalent bond, thereby forming the hollow particles and the silicone resin. Can be joined indirectly. Of course, the present invention is not limited to this. For example, the alkoxyl group of the silane compound and the alkyl group of the main chain of the silicone resin (the above R 1 or R 2 ) may be covalently bonded by a condensation reaction. Alkoxyl groups may be covalently bonded by hydrolysis and condensation reactions. That is, it is sufficient that the silane compound and the silicone resin are covalently bonded and the hollow particles and the silicone resin are indirectly bonded.

このようにすることで、より強度が高い断熱層を得ることができ、その結果、燃焼圧力等による変形が生じることを防止できると共に、断熱層にクラック及び剥離が発生することを防ぎ、さらに燃料の浸み込みをも防ぐことができる。   In this way, a heat insulating layer with higher strength can be obtained, and as a result, deformation due to combustion pressure and the like can be prevented, cracks and delamination can be prevented from occurring in the heat insulating layer, and fuel can be prevented. It is possible to prevent soaking in.

本実施形態の断熱層は、その表面にSiO層が形成されていてもよい。SiO層は、断熱層の表面に新たにSiOを含む材料を塗布又は溶射することにより形成されてもよく、断熱層の表面を加熱して断熱層に含まれるSiを積極的に酸化することにより形成されてもよい。このように断熱層の表面にSiO層を形成することにより、極めて厳しい熱及び圧力環境に晒される断熱層の表面の硬度、耐熱性及び耐燃料性を向上できる。 Thermal insulation layer of the present embodiment may be a SiO 2 layer is formed on the surface. The SiO 2 layer may be formed by newly applying or spraying a material containing SiO 2 on the surface of the heat insulating layer, and the surface of the heat insulating layer is heated to actively oxidize Si contained in the heat insulating layer. May be formed. Thus, by forming the SiO 2 layer on the surface of the heat insulating layer, the hardness, heat resistance and fuel resistance of the surface of the heat insulating layer exposed to extremely severe heat and pressure environments can be improved.

また、この他に断熱層の表面にめっき層が形成されていてもよい。このめっき層も上記のSiO層と同様の目的で形成され、例えばNiからなるめっき層を形成できる。なお、このとき、シリコーン系樹脂に直接にめっき層を形成することは、通常できないため、めっき層の核材(触媒金属)を担持することが可能なように、シリコーン系樹脂表面を加熱してSiOを生成する必要がある。触媒金属としては、例えばPd−Sn錯体を用いることができる。 In addition to this, a plating layer may be formed on the surface of the heat insulating layer. This plating layer is also formed for the same purpose as the above-mentioned SiO 2 layer, and for example, a plating layer made of Ni can be formed. At this time, since it is usually not possible to form a plating layer directly on the silicone resin, the surface of the silicone resin is heated so that the core material (catalyst metal) of the plating layer can be supported. it is necessary to generate the SiO 2. As the catalyst metal, for example, a Pd—Sn complex can be used.

以下に、本発明に係るエンジン燃焼室部材の断熱構造体について詳細に説明するための実施例を示す。本実施例では、断熱層をシリコーン系樹脂と、中空状粒子であるスーパーバルーン732C(昭和化学工業社製)をシラン化合物処理したものとを用いて生成した。これに対して、比較例として、シラン化合物処理をしていないスーパーバルーン732Cを用いて断熱層を形成した。   Below, the Example for demonstrating in detail about the heat insulation structure of the engine combustion chamber member which concerns on this invention is shown. In this example, the heat insulating layer was generated using a silicone resin and a super balloon 732C (manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.), which is a hollow particle, treated with a silane compound. On the other hand, as a comparative example, a heat insulation layer was formed using a super balloon 732C not treated with a silane compound.

以下に、実施例及び比較例の断熱層の製造方法について説明し、また、[表2]にそれらの組成を示す。なお、シリコーン系樹脂及び中空状粒子は、塗料固形分中(溶剤を除く)の重量比を示している。   Below, the manufacturing method of the heat insulation layer of an Example and a comparative example is demonstrated, and those compositions are shown in [Table 2]. Silicone resin and hollow particles indicate the weight ratio in the solid content of the paint (excluding the solvent).

Figure 0006036005
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参考例1)
まず、攪拌機、温度計及び冷却管を備えた反応容器に、70重量部のイソプロパノール、30重量部の中空状粒子(昭和化学工業社製、スーパーバルーン732C)、及びシラン化合物として7重量部の3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、SZ−6030)を入れて、撹拌しながら徐々に加熱した。その反応溶液の温度が68℃に到達した後、さらに5時間加熱をした。その後、撹拌を続けながら減圧濃縮することにより、中空状粒子の表面にシラン化合物処理をした。
( Reference Example 1)
First, in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, 70 parts by weight of isopropanol, 30 parts by weight of hollow particles (manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd., Super Balloon 732C), and 7 parts by weight of 3 as a silane compound. -Methacryloxypropyltrimethoxysilane (Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SZ-6030) was added and gradually heated with stirring. After the temperature of the reaction solution reached 68 ° C., the reaction solution was further heated for 5 hours. Then, the surface of the hollow particles was treated with a silane compound by concentration under reduced pressure while continuing stirring.

次に、攪拌機、温度計及び冷却管を備えた反応容器に、ポリチタノカルボシラン(47.4重量%)とポリシロキサン化合物であるメチルフェニルポリシロキサン(52.6重量%)との混合物の濃度が45.7重量%のキシレン/1−ブタノール溶液(チラノワニス:宇部興産社製、VN−100)70.0gを入れ、さらに、7.5gの1−ブタノール、及び上記の通りに得られた中空状粒子(スーパーバルーン732C:昭和化学工業社製)の固形分32.0gを入れて、室温で24時間撹拌することによってそれらを均一分散させた。これにより実施例1に係る断熱材である塗料を得た。   Next, in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, a mixture of polytitanocarbosilane (47.4 wt%) and methylsiloxane polysiloxane (52.6 wt%), which is a polysiloxane compound, was added. 70.0 g of a xylene / 1-butanol solution having a concentration of 45.7% by weight (Tyrannovaris: Ube Industries, VN-100) was added, and 7.5 g of 1-butanol was obtained as described above. 32.0 g of solid content of hollow particles (Super Balloon 732C: manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was uniformly dispersed by stirring at room temperature for 24 hours. This obtained the coating material which is a heat insulating material which concerns on Example 1. FIG.

次に、平面のサイズが40mm×40mmで、厚みが3mmのアルミニウム板をシンナーにより脱脂した後、320番のサンドペーパーを用いて一方向に向かって塗装する面のの全面を5回研磨することによって、その表面を洗浄化した。この後に、上記の塗料をスプレー(アネスト岩田社製、W−101)を用いて、アルミニウム板の洗浄化した側の面の全面に塗装した。塗装されたアルミニウム板を室温で3分間静置した後、再度、上記塗料を用いて塗装した。この塗装をさらに2回繰り返した。塗装が完了したアルミニウム板を30分間静置した。   Next, after degreasing an aluminum plate having a plane size of 40 mm × 40 mm and a thickness of 3 mm with thinner, the entire surface to be coated in one direction is polished five times using a number 320 sandpaper. The surface was cleaned by After that, the above-mentioned paint was applied to the entire surface of the cleaned side of the aluminum plate using a spray (W-101, manufactured by Anest Iwata Co., Ltd.). The painted aluminum plate was allowed to stand at room temperature for 3 minutes, and then painted again using the paint. This coating was repeated two more times. The finished aluminum plate was left for 30 minutes.

その後、熱風乾燥機(ヤマト科学社製、DK−400)を用いて、アルミニウム板の塗装面を、80℃で10分間乾燥した。続いて、同一の熱風乾燥機を用いて、アルミニウム板の塗装面を、180℃で30分間処理して塗装を定着及び硬化した。以上により、アルミニウム板の表面に実施例1に係る断熱層を形成できた。なお、該断熱層の膜厚は0.15mmであった。   Then, the coating surface of the aluminum plate was dried at 80 degreeC for 10 minutes using the hot air dryer (made by Yamato Scientific company, DK-400). Subsequently, using the same hot air dryer, the coated surface of the aluminum plate was treated at 180 ° C. for 30 minutes to fix and cure the coating. As described above, the heat insulating layer according to Example 1 was formed on the surface of the aluminum plate. The film thickness of the heat insulating layer was 0.15 mm.

参考例2)
参考例2は、上記参考例1と比較して、断熱層自体の組成は同一であり、塗装されるアルミニウム板の塗装面にアルマイト処理を施したことのみが異なる。このため、ここではアルマイト処理についてのみ説明し、他の工程の説明は省略する。
( Reference Example 2)
The reference example 2 is different from the reference example 1 in that the composition of the heat insulating layer itself is the same and only the alumite treatment is applied to the painted surface of the aluminum plate to be coated. For this reason, only the alumite process will be described here, and the description of the other steps will be omitted.

アルマイト処理として、被処理材であるアルミニウム板を、溶存アルミニウム濃度が5g/L以下の15%(w/v)硫酸水溶液の電解浴に入れ、浴温が20℃〜25℃、電流密度が60A/m〜130A/m、浴電圧が16V、処理時間が2分間の条件で処理した。アルマイト処理後の酸化皮膜の厚さは、1.5μmであった。 As an alumite treatment, an aluminum plate as a material to be treated is placed in an electrolytic bath of a 15% (w / v) sulfuric acid aqueous solution having a dissolved aluminum concentration of 5 g / L or less, a bath temperature of 20 ° C. to 25 ° C., and a current density of 60 A. / M 2 to 130 A / m 2 , the bath voltage was 16 V, and the treatment time was 2 minutes. The thickness of the oxide film after the alumite treatment was 1.5 μm.

参考例3)
参考例3は、上記参考例1と比較して、断熱層自体の組成は同一であり、塗装されるアルミニウム板の塗装面にジルコン酸化成処理を施したことのみが異なる。このため、ここではこの化成処理についてのみ説明し、他の工程の説明は省略する。
( Reference Example 3)
The reference example 3 is different from the reference example 1 in that the composition of the heat insulating layer itself is the same and only the zircon oxidation treatment is performed on the painted surface of the aluminum plate to be coated. For this reason, only this chemical conversion treatment will be described here, and description of other steps will be omitted.

まず、硝酸ジルコニウム(日本軽金属社製)、フッ化水素(和光純薬社製)、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM−603)、ビス(2−ヒロドキシエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン(GELEST社製、SIB1140.0)を用いて、ジルコニウム濃度が500ppm、フッ素濃度が420ppm、固形分としてアミノ基を含むアルコキシシラン濃度が200ppm、水酸基を含有するアルコキシシラン濃度が50ppmでである化成処理剤を調製した。水酸化ナトリウム水溶液を用いて、その化成処理剤のpHを2.8に調整した。化成処理剤の温度を40℃に調整した後、その中に被処理剤であるアルミニウム板を60秒間浸漬した。これにより化成処理がなされたアルミニウム板に対して、水道水で30秒間スプレー水洗処理を行った。続いて、イオン交換水により、そのアルミニウム板に10秒間のスプレー水洗処理を行った。   First, zirconium nitrate (manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.), hydrogen fluoride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-603), bis ( 2-hydroxyethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane (manufactured by GELEST, SIB1140.0), zirconium concentration is 500 ppm, fluorine concentration is 420 ppm, alkoxysilane concentration containing amino group as solid content is 200 ppm, hydroxyl group is A chemical conversion treatment agent having an alkoxysilane concentration of 50 ppm was prepared. The pH of the chemical conversion treatment agent was adjusted to 2.8 using an aqueous sodium hydroxide solution. After adjusting the temperature of a chemical conversion treatment agent to 40 degreeC, the aluminum plate which is a to-be-processed agent was immersed in it for 60 second. The aluminum plate which was subjected to the chemical conversion treatment was spray-washed with tap water for 30 seconds. Subsequently, the aluminum plate was subjected to a spray water washing treatment for 10 seconds with ion-exchanged water.

(実施例4)
実施例4は、参考例1と比較して、シリコーン系樹脂にフルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを加える点で異なる。このため、ここでは、参考例1と異なる工程についてのみ説明し、参考例1と同一の工程の説明は省略する。
Example 4
Example 4 differs from Reference Example 1 in that a linear siloxane having a fluoroalkyl group is added to the silicone resin. For this reason, only the process different from the reference example 1 is demonstrated here, and description of the process same as the reference example 1 is abbreviate | omitted.

まず、参考例1と同一の方法により、シラン化合物処理された中空状粒子を得た。 First, hollow particles treated with a silane compound were obtained by the same method as in Reference Example 1.

次に、攪拌機、温度計及び冷却管を備えた反応容器に、ポリチタノカルボシラン(47.4重量%)とメチルフェニルポリシロキサン(52.6重量%)との混合物の濃度が45.7重量%のキシレン/1−ブタノール溶液(チラノワニス:宇部興産社製、VN−100)70.0gを入れ、さらに、7.5gの1−ブタノール、及び上記の通りに得られた中空状粒子(スーパーバルーン732C:昭和化学工業社製)の固形分32.0gを入れと共に、フルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンとしてトリフルオロプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製)を1.7g入れて、室温で24時間撹拌することによってそれらを均一分散させた。これにより実施例4に係る断熱材である塗料を得た。その後のアルミニウム板への塗装は、実施例1と同様である。なお、実施例4で得られた断熱層の厚みは0.16mmであった。   Next, in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser, the concentration of a mixture of polytitanocarbosilane (47.4 wt%) and methylphenyl polysiloxane (52.6 wt%) was 45.7 70.0 g of a weight% xylene / 1-butanol solution (Tyrannovaris: Ube Industries, VN-100) was added, and 7.5 g of 1-butanol and hollow particles obtained as described above (super Balloon 732C: Showa Kagaku Kogyo Co., Ltd.) with a solid content of 32.0 g is added, and 1.7 g of trifluoropropyltrimethoxysilane (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is added as a chain siloxane having a fluoroalkyl group. They were uniformly dispersed by stirring for 24 hours. This obtained the coating material which is a heat insulating material which concerns on Example 4. FIG. The subsequent coating on the aluminum plate is the same as in Example 1. In addition, the thickness of the heat insulation layer obtained in Example 4 was 0.16 mm.

(比較例1)
比較例1では、上記の参考例1〜3及び実施例4と異なり、中空状粒子にシラン化合物処理を行っていない。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, unlike the above Reference Examples 1 to 3 and Example 4, the hollow particles were not treated with the silane compound.

具体的に、攪拌機、温度計及び冷却管を備えた反応容器に、ポリチタノカルボシラン(47.4重量%)とメチルフェニルポリシロキサン(52.6重量%)との混合物の濃度が45.7重量%のキシレン/1−ブタノール溶液(チラノワニス:宇部興産社製、VN−100)70.0gの中に、7.5gの1−ブタノール及び32.0gのシラン化合物処理を行っていない中空状粒子(スーパーバルーン732C:昭和化学工業社製)を入れて、室温で24時間撹拌することによってそれらを均一分散させた。これにより比較例1に係る断熱材である塗料を得た。その後のアルミニウム板への塗装は、実施例1と同様である。なお、比較例1で得られた断熱層の厚みは0.14mmであった。   Specifically, in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser, the concentration of a mixture of polytitanocarbosilane (47.4 wt%) and methylphenyl polysiloxane (52.6 wt%) is 45. 70.0 g of a 7% by weight xylene / 1-butanol solution (Tyranwanis: Ube Industries, Ltd., VN-100) in a hollow form not treated with 7.5 g of 1-butanol and 32.0 g of a silane compound Particles (Super Balloon 732C: manufactured by Showa Kagaku Kogyo Co., Ltd.) were placed and stirred at room temperature for 24 hours to uniformly disperse them. This obtained the coating material which is the heat insulating material which concerns on the comparative example 1. FIG. The subsequent coating on the aluminum plate is the same as in Example 1. In addition, the thickness of the heat insulation layer obtained by the comparative example 1 was 0.14 mm.

以上のようにして得られた参考例1〜3、実施例4及び比較例1の断熱層について、初期外観と耐油性を評価した。 For the heat insulating layers of Reference Examples 1 to 3, Example 4 and Comparative Example 1 obtained as described above, the initial appearance and oil resistance were evaluated.

具体的に、初期外観として、背景色はJIS Z 8721に規定するN5程度の無彩色とし、蛍光灯以外の光源のすりガラス透過光又は拡散昼光を用い、有効面に300lx以上の均一な照度を与え、約0.5m隔ててそれぞれの断熱層の外観を目視にて観察し、素地露出、膨れ、はがれ、割れ、透け、はじき、ピンホール及びゆずはだの有無を評価した。その結果、上記の[表2]に示すように、いずれの断熱層も欠陥は認められなかった。   Specifically, as the initial appearance, the background color is an achromatic color of about N5 as defined in JIS Z 8721, and the illuminance of 300 lx or more is applied to the effective surface using ground glass transmitted light or diffused daylight of a light source other than a fluorescent lamp. The appearance of each heat insulating layer was visually observed at a distance of about 0.5 m, and the presence or absence of substrate exposure, swelling, peeling, cracking, see-through, repellency, pinholes, and yuzu was evaluated. As a result, as shown in [Table 2] above, no defects were recognized in any of the heat insulating layers.

また、耐油性試験として、各断熱層を室温の合成ガソリンに60分間浸漬した後に、それぞれの膜厚の変化及び溶解の有無を測定した。その結果、上記の[表2]に示すように、参考例1〜3及び実施例4の断熱層では、それらの膜厚の変化及び溶解が見られなかった。一方、比較例1の断熱層では、その膜厚の変化及び溶解が認められた。これらの結果から、断熱層において、中空状粒子にシラン化合物処理を行い、中空状粒子とシリコーン系樹脂とを結合することにより、耐油性を向上できることが示唆された。 Moreover, as an oil resistance test, after each heat insulation layer was immersed in the synthetic gasoline of room temperature for 60 minutes, the change of each film thickness and the presence or absence of melt | dissolution were measured. As a result, as shown in [Table 2] above, in the heat insulating layers of Reference Examples 1 to 3 and Example 4, no change in the film thickness and dissolution were observed. On the other hand, in the heat insulating layer of Comparative Example 1, changes in the film thickness and dissolution were observed. From these results, it was suggested that the oil resistance can be improved by treating the hollow particles with a silane compound and bonding the hollow particles and the silicone resin in the heat insulating layer.

1 ピストン
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 吸気バルブ
5 吸気ポート
6 排気バルブ
7 排気ポート
8 燃料噴射弁
9 キャビティ
10 ピストンリング溝
11 断熱層
12 中空状粒子
13 化成処理層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Cylinder block 3 Cylinder head 4 Intake valve 5 Intake port 6 Exhaust valve 7 Exhaust port 8 Fuel injection valve 9 Cavity 10 Piston ring groove 11 Heat insulation layer 12 Hollow particle 13 Chemical conversion treatment layer

Claims (9)

エンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に断熱層が形成された断熱構造体であって、
前記断熱層は、シリコーン系樹脂と中空状粒子とを含み、
前記中空状粒子の表面は、前記シリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理されており、
前記シリコーン系樹脂と前記中空状粒子とは、前記共有結合可能な有機化合物により結合されおり、
前記断熱層は、フルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含む
ことを特徴とするエンジン燃焼室部材の断熱構造体。
A heat insulating structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material of a component constituting the engine combustion chamber,
The heat insulating layer includes a silicone resin and hollow particles,
The surface of the hollow particles is treated with an organic compound that can be covalently bonded to the silicone resin,
The silicone resin and the hollow particles are bound by the covalently bondable organic compound ,
The heat insulating structure for an engine combustion chamber member, wherein the heat insulating layer includes a chain siloxane having a fluoroalkyl group .
前記有機化合物は、シラン化合物であることを特徴とする請求項1に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体。   The heat insulation structure for an engine combustion chamber member according to claim 1, wherein the organic compound is a silane compound. 前記シリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基と前記シラン化合物のアルキル基との反応、前記シリコーン系樹脂の主鎖のアルキル基と前記シラン化合物のアルコキシル基との反応、及び前記シリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基と前記シラン化合物のアルコキシル基との反応のうちの少なくとも1つにより形成された共有結合によって、前記シリコーン系樹脂と前記中空状粒子とが間接的に結合していることを特徴とする請求項2に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体。   Reaction of alkoxyl group of main chain of silicone resin with alkyl group of silane compound, reaction of alkyl group of main chain of silicone resin with alkoxyl group of silane compound, and main chain of silicone resin The silicone resin and the hollow particles are indirectly bonded by a covalent bond formed by at least one of a reaction between the alkoxyl group of the silane compound and the alkoxyl group of the silane compound. The heat insulation structure of the engine combustion chamber member according to claim 2. 前記部品の基材表面と前記断熱層との間には、化成処理層及びアルマイト処理層の少なくとも1つが設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体。   The engine according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of a chemical conversion treatment layer and an alumite treatment layer is provided between a base material surface of the component and the heat insulating layer. A heat insulation structure for a combustion chamber member. 前記断熱層の表面にSiO層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体。 Insulating structure of the engine combustion chamber member according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the SiO 2 layer is formed on the surface of the heat insulating layer. 前記断熱層の表面にめっき層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体。   The heat insulation structure for an engine combustion chamber member according to any one of claims 1 to 4, wherein a plating layer is formed on a surface of the heat insulation layer. エンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に断熱層が形成された断熱構造体の製造方法であって、
中空状粒子の表面をシリコーン系樹脂と共有結合可能な有機化合物により処理する工程と、
前記シリコーン系樹脂と前記中空状粒子とを混合してなる断熱材を得る工程と、
前記断熱材をエンジン燃焼室を構成する部品の基材表面に形成して、前記シリコーン系樹脂と前記有機化合物とが共有結合している断熱層を得る工程と
を備え、
前記断熱層は、フルオロアルキル基を有する鎖状シロキサンを含む
ことを特徴とするエンジン燃焼室部材の断熱構造体の製造方法。
A method for manufacturing a heat insulating structure in which a heat insulating layer is formed on the surface of a base material of a component constituting an engine combustion chamber,
Treating the surface of the hollow particles with an organic compound capable of covalent bonding with a silicone resin;
Obtaining a heat insulating material obtained by mixing the silicone resin and the hollow particles;
Forming the heat insulating material on the surface of a base material of a component constituting the engine combustion chamber, and obtaining a heat insulating layer in which the silicone resin and the organic compound are covalently bonded;
With
The method for manufacturing a heat insulating structure for an engine combustion chamber member, wherein the heat insulating layer includes a chain siloxane having a fluoroalkyl group .
前記有機化合物としてシラン化合物を用いることを特徴とする請求項に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体の製造方法。 The method for manufacturing a heat insulation structure for an engine combustion chamber member according to claim 7 , wherein a silane compound is used as the organic compound. 前記シリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基と前記シラン化合物のアルキル基との反応、前記シリコーン系樹脂の主鎖のアルキル基と前記シラン化合物のアルコキシル基との反応、及び前記シリコーン系樹脂の主鎖のアルコキシル基と前記シラン化合物のアルコキシル基との反応のうちの少なくとも1つにより、共有結合を形成することを特徴とする請求項に記載のエンジン燃焼室部材の断熱構造体の製造方法。 Reaction of alkoxyl group of main chain of silicone resin with alkyl group of silane compound, reaction of alkyl group of main chain of silicone resin with alkoxyl group of silane compound, and main chain of silicone resin The method for producing a heat insulating structure for an engine combustion chamber member according to claim 8 , wherein a covalent bond is formed by at least one of a reaction between the alkoxyl group of the silane compound and the alkoxyl group of the silane compound.
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