(57)【要約】【課題】燃焼室構成面に設けられる二層構造の遮熱膜であって、その端部に亀裂や剥離が生じるのを抑えることのできる遮熱膜を提供すること、およびそのような遮熱膜の成膜方法を提供する。【解決手段】遮熱膜２２はシリンダヘッド基材であるアルミ側から順に、中間層２４および遮熱層２６を備えている。中間層２４と遮熱層２６は何れも溶射膜である。中間層２４は、密度（体積密度）が均一であるのに対し、遮熱層２６は、基準よりも密度の高い端部２６ａと、当該基準よりも密度の低い内側部２６ｂと、を備えている。高密度の端部２６ａと低密度の内側部２６ｂとによって遮熱層２６を構成することで、端部２６ａの強度（熱応力耐性）を高めつつ、内側部２６ｂにおいて遮熱性を確保することができる。【選択図】図３
2018013077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室の構成面に設けられる遮熱膜であって、
前記遮熱膜は、前記燃焼室に露出する遮熱層と、前記遮熱層と前記構成面の間に設けられる中間層であって前記燃焼室の構成部材の線膨張係数よりも小さく、尚且つ、前記遮熱層の線膨張係数よりも大きい中間層と、を備え、
前記遮熱層の外周部の密度が、前記外周部によって囲まれた前記遮熱層の内側部の密度よりも高いことを特徴とする遮熱膜。
【請求項２】
前記構成面がシリンダヘッドの底面であることを特徴とする請求項１に記載の遮熱膜。
【請求項３】
前記構成面がピストンの頂面であることを特徴とする請求項１に記載の遮熱膜。
【請求項４】
エンジンの燃焼室の構成面に遮熱膜を成膜する方法であって、
前記遮熱膜は、前記燃焼室に露出する遮熱層と、前記遮熱層と前記構成面の間に設けられる中間層であって前記燃焼室の構成部材の線膨張係数よりも小さく、尚且つ、前記遮熱層の線膨張係数よりも大きい中間層と、を備え、
前記遮熱層の外周部の密度を、前記外周部によって囲まれた前記遮熱層の内側部の密度よりも高くする工程を備えることを特徴とする遮熱膜の成膜方法。
【請求項５】
前記遮熱層の外周部の密度を前記遮熱層の内側部の密度よりも高くする工程が、
前記中間層の成膜時において、前記外周部を設ける部分に相当する前記中間層の外周部の熱伝導率を、前記内側部を設ける部分に相当する前記中間層の内側部の熱伝導率よりも低くする工程と、
前記中間層の成膜後、前記中間層の表面全体に同一種類の溶射材料を同一溶射条件下で溶射して前記遮熱層を成膜する工程と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の遮熱膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は遮熱膜およびその成膜方法に関し、詳細には、エンジンの燃焼室の構成面に設けられる遮熱膜およびその成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室は一般に、シリンダヘッドとシリンダブロックを合わせたときに、当該シリンダブロックのボア面と、当該ボア面に収容されるピストンの頂面と、当該シリンダヘッドの底面と、によって囲まれる空間として定義される。このような燃焼室の構成面、即ち、シリンダブロックのボア面、ピストンの頂面やシリンダヘッドの底面には、エンジンでの冷却損失の低減や、燃焼に伴い発生する熱からの保護を目的として、遮熱膜が設けられることがある。
【０００３】
特許文献１には、燃焼室構成面に遮熱膜としての溶射膜が設けられたシリンダヘッドが開示されている。この溶射膜は、シリンダヘッド基材側に設けられた第１溶射膜と、この第１溶射膜の表面に設けられた第２溶射膜と、から構成される二層構造の膜である。この二層構造の膜において、第１溶射膜には、シリンダヘッド基材の線膨張係数よりも小さく、第２溶射膜の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するものが採用されている。このような第１溶射膜を採用すれば、シリンダヘッド基材に直接的に第２溶射膜を設ける場合に比べて、溶射膜の熱応力耐性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−９８４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような二層構造の溶射膜であっても、熱応力が集中する端部において亀裂や剥離が生じる可能性があることは否めない。ここで仮に、上述した第２溶射膜との間の線膨張係数の大小関係を維持しつつ第２溶射膜の密度を高めれば、この第２溶射膜によって溶射膜全体の強度を高めることができる。しかし、溶射膜の密度を高めるということは、溶射膜を構成する粒子の間隔を狭めることに他ならない。従って、第２溶射膜の密度を単純に高めてしまうと、第２溶射膜の表面から内部に熱が伝わり易くなってしまうので、今度は第１溶射膜による遮熱性が損なわれてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼室構成面に設けられる二層構造の遮熱膜の端部での亀裂や剥離を抑えること、および、そのような二層構造の遮熱膜の成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するための、エンジンの燃焼室の構成面に設けられる遮熱膜である。前記遮熱膜は、前記燃焼室に露出する遮熱層と、前記遮熱層と前記構成面の間に設けられる中間層であって前記燃焼室の構成部材の線膨張係数よりも小さく、尚且つ、前記遮熱層の線膨張係数よりも大きい中間層と、を備えている。第１の発明は、前記遮熱層の外周部の密度が、前記外周部によって囲まれた前記遮熱層の内側部の密度よりも高いことを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記構成面がシリンダヘッドの底面であることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、前記構成面がピストンの頂面であることを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、上記の目的を達成するための、エンジンの燃焼室の構成面に遮熱膜を成膜する方法である。前記遮熱膜は、前記燃焼室に露出する遮熱層と、前記遮熱層と前記構成面の間に設けられる中間層であって前記燃焼室の構成部材の線膨張係数よりも小さく、尚且つ、前記遮熱層の線膨張係数よりも大きい中間層と、を備えている。第４の発明は、前記遮熱層の外周部の密度を、前記外周部によって囲まれた前記遮熱層の内側部の密度よりも高くする工程を備えることを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明において、前記遮熱層の外周部の密度を前記遮熱層の内側部の密度よりも高くする工程が、前記中間層の成膜時において、前記外周部を設ける部分に相当する前記中間層の外周部の熱伝導率を、前記内側部を設ける部分に相当する前記中間層の内側部の熱伝導率よりも低くする工程と、前記中間層の成膜後、前記中間層の表面全体に同一種類の溶射材料を同一溶射条件下で溶射して前記遮熱層を成膜する工程と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、燃焼室の構成部材よりも小さく遮熱層よりも大きい線膨張係数を有する中間層によって、溶射膜の熱応力耐性を高めることができる。また、第１の本発明によれば、遮熱層の外周部の密度が、外周部によって囲まれた遮熱層の内側部の密度よりも高いので、外周部において遮熱層の熱応力耐性を高めつつ、内側部において遮熱層による遮熱性を確保することが可能となる。
【００１３】
第２または第３の発明によれば、シリンダヘッドの底面またはピストンの頂面に遮熱膜を設ける場合において、遮熱層の外周部の熱応力耐性を高めつつ、内側部において遮熱層による遮熱性を確保することが可能となる。
【００１４】
第４の発明によれば、遮熱層の外周部の密度が、外周部によって囲まれた遮熱層の内側部の密度よりも高い遮熱膜を成膜することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、中間層の成膜時に、中間層の外周部の熱伝導率を中間層の内側部の熱伝導率よりも低くすることができる。そのため、その後の溶射の際に、中間層の外周部の表面において溶射材料を濡れ広がり易くして、ここに成膜される遮熱層の密度を、中間層の内側部の表面に成膜される遮熱層の密度よりも高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る遮熱膜が設けられたエンジンのシリンダヘッドの構成を説明する図である。
【図２】図１に示した底面１２のエンジン燃焼室の構成面を説明する図である。
【図３】図２の下段に示した遮熱膜２２の端部の周辺を拡大した図である。
【図４】図３に示した端部２６ａと内側部２６ｂの気孔率の一例を示す図である。
【図５】従来の遮熱膜の問題点を説明する図である。
【図６】従来の遮熱膜の問題点を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る遮熱膜の成膜方法を説明する図である。
【図８】図７に示したステップ０４０において、遮熱層の端部の密度を高くし、遮熱層の内側部の密度を低くする溶射手法の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る遮熱膜の端部の周辺を拡大した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る遮熱膜の成膜方法の特徴部分を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
［遮熱膜の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係る遮熱膜が設けられたエンジンのシリンダヘッドの構成を説明する図である。図１には、本実施の形態に係る遮熱膜が設けられるシリンダヘッドの一例として、直列４気筒型のディーゼルエンジンのシリンダヘッド１０が描かれている。シリンダヘッド１０の底面１２には、吸気バルブ（図示しない）によって開閉される吸気バルブ孔１４と、排気バルブ（図示しない）によって開閉される排気バルブ孔１６と、が１気筒当たり２つずつ形成されている。各気筒において、吸気バルブ孔１４と排気バルブ孔１６によって囲まれた中心部には、インジェクタ（図示しない）が挿入されるインジェクタ孔１８が形成されている。また、各気筒において、吸気バルブ孔１４の中間部には、グロープラグ（図示しない）が挿入されるグロープラグ孔２０が形成されている。
【００１９】
また、各気筒において、遮熱膜２２は、エンジン燃焼室の構成面に相当する領域に設けられている。図２は、図１に示した底面１２のエンジン燃焼室の構成面を説明する図である。図２の上段には、図１に示したエンジン燃焼室の構成面のうちの１つが描かれている。この上段に示すように、遮熱膜２２は、吸気バルブ孔１４、インジェクタ孔１８等の開口部を除いたエンジン燃焼室の構成面の全領域に設けられている。図２の下段には、図２の上段に示した吸気バルブ孔１４と排気バルブ孔１６の中間部と、インジェクタ孔１８の中心部とを通る線Ａ−Ａ’でのシリンダヘッド１０のイメージ断面が描かれている。この下段に示すように、遮熱膜２２は、エンジン燃焼室の構成面を覆うように設けられており、遮熱膜２２よりも外側の領域には、シリンダヘッド１０の底面が露出している。因みにこの露出領域は、シリンダブロックとの合わせ面を構成することになる。
【００２０】
図３は、図２の下段に示した遮熱膜２２の端部の周辺を拡大した図である。図３に示すように、遮熱膜２２はシリンダヘッド基材であるアルミ側から順に、中間層２４および遮熱層２６を備えている。中間層２４と遮熱層２６は何れも溶射膜である。中間層２４と遮熱層２６は、端部において層厚が減少するスロープ形状を有する点において共通している。中間層２４と遮熱層２６がスロープ形状を有する理由は、溶射時のマスキング治具の構成に因るものである。
【００２１】
中間層２４と遮熱層２６は、膜材料の点において異なる。遮熱層２６は、例えばＺｒＯ２−ＳｉＯ２系のセラミックスから構成される。このようなセラミックスから構成される溶射膜は、シリンダヘッド基材（一例としてアルミニウム合金）よりも熱伝導率と体積熱容量において低くなる。そのため、遮熱層２６を設けることで、エンジン燃焼室内の作動ガスの温度、即ち、吸気の温度や燃焼ガスの温度に、遮熱層２６の表面温度を追従させることが可能となる。よって、膨張行程での冷却損失を低減して燃費を向上でき、また、吸気行程での作動ガスの加熱による異常燃焼の発生を抑制することもできる。
【００２２】
中間層２４は、例えばベントナイトなどの劈開し易い材料を分散させたＮｉ基合金から構成される。このようなＮｉ基合金から構成される溶射層の線膨張係数は、シリンダヘッド基材の線膨張係数（一例としてアルミニウム合金の線膨張係数：２３Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも小さく、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系のセラミックスの線膨張係数（一例としてＺｒＯ２３３％ＳｉＯ２の線膨張係数：６Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも大きくなる。そのため、遮熱層２６とシリンダヘッド基材の間に中間層２４を設けることで、遮熱層２６のみから遮熱膜を構成する場合に比べて、当該溶射膜の熱応力耐性を高めることができる。
【００２３】
また、中間層２４と遮熱層２６は、密度分布の点において異なる。具体的に、中間層２４は、密度（体積密度）が均一であるのに対し、遮熱層２６は、基準よりも密度の高い端部２６ａと、当該基準よりも密度の低い内側部２６ｂ（端部２６ａを除いた部分）と、を備えている。図４は、図３に示した端部２６ａと内側部２６ｂの気孔率の一例を示す図である。例えば気孔率３％の密な部分を端部２６ａに採用し、気孔率１１％の疎な部分を内側部２６ｂに採用する。なお、図４に示すように、ＺｒＯ２−３３ｗｔ％ＳｉＯ２の場合は、気孔率５％〜８％が基準の気孔率となる。高密度の端部２６ａと低密度の内側部２６ｂとによって遮熱層２６を構成することで、端部２６ａの強度（熱応力耐性）を高めつつ、内側部２６ｂにおいて遮熱性を確保することができる。
【００２４】
上述した効果に関連し、従来の遮熱膜の問題点を図５乃至図６を参照しながら説明する。図５乃至図６に示す遮熱膜の膜材料は、何れも図３で説明した遮熱膜２２の膜材料と同一である。但し、図３で説明した遮熱膜２２と異なり、図５乃至図６に示す遮熱膜では、中間層のみならず遮熱層の密度も均一とされている。このような密度分布の場合、冷熱サイクル時の熱応力が集中する遮熱層の端部において、表面や内部に亀裂が生じ、または、当該端部において部分的な剥離が生じる可能性がある。そうすると、遮熱層を構成する粒子が脱落し、シリンダボア内へ噛み込むことでスカッフが生じてしまう。
【００２５】
仮に、遮熱層の密度を高めれば、当該遮熱層によって遮熱膜全体の強度を高めることができる。しかし、遮熱層の密度を高めるということは、遮熱層を構成する粒子の間隔を狭めて気孔率を小さくすることに他ならない。そのため、遮熱層の密度を単純に高めてしまうと、遮熱層の表面から内部に熱が伝わり易くなってしまうので、今度は遮熱層による遮熱性が損なわれてしまう。
【００２６】
この点、図３で説明した遮熱膜２２によれば、遮熱層２６のうちの端部２６ａの密度を高めているので、冷熱サイクル時の熱応力が集中する部分の強度を高めることができる。また、遮熱層２６のうちの残りの部分、即ち、内側部２６ｂによって、端部２６ａの密度を高めたことに伴う遮熱層２６の遮熱性の低下を補うことができる。例えば、遮熱層２６全体の目標密度（つまり、基準となる密度）よりも高くする端部２６ａの密度の分だけ内側部２６ｂの密度を低くすれば、端部２６ａの密度を高めたことに伴う遮熱層２６の遮熱性の低下を補うことが可能となる。
【００２７】
［遮熱膜の成膜方法］
図７は、本発明の実施の形態１に係る遮熱膜の成膜方法を説明する図である。図７では、本実施の形態に係る遮熱膜の成膜方法の一例として、直列４気筒型のディーゼルエンジンのシリンダヘッド３０の底面３２への成膜方法を説明する。図７に示す成膜方法では、先ず、仕上げ加工が済んだシリンダヘッド３０の底面３２（下地）の粗面化処理が行われる（ステップ０１０）。底面３２の粗面化処理を行う理由は、底面３２の表面粗さを意図的に悪化させて、ここに成膜する溶射膜の密着力をアンカー効果によって向上させるためである。本ステップの粗面化処理は、レーザーマーカー３４を使用したレーザーマーキングにより行われ、粗面化処理後の底面３２の表面粗さＲａは７μｍ程度となる。但し、レーザーマーキングの代わりに、機械加工、ショットブラストまたはウォータージェットにより本ステップの粗面化処理を行ってもよい。
【００２８】
ステップ０１０に続いて、マスキング治具３６のシリンダヘッド３０への取り付けが行われる（ステップ０２０）。マスキング治具３６は、底面３２のうち、溶射膜を成膜しない面をマスクするように載置される。マスキング治具３６によってマスクされる面には、底面３２のうちのシリンダブロックとの合わせ面と、吸気バルブ孔と、排気バルブ孔と、インジェクタ孔と、グロープラグ孔と、が少なくとも含まれている。
【００２９】
ステップ０２０に続いて、底面３２に対する溶射処理が行われる（ステップ０３０，０４０）。図７においては、溶射処理によって中間層（ステップ０３０）および遮熱層（ステップ０４０）を有する二層構造の遮熱膜３８が成膜される。ステップ０３０，０４０では、例えば、マスキング治具３６に対向配置した溶射ガン４０を底面３２の長手方向に往復させつつ、溶射ガン４０から噴射される高温のプラズマジェットを用いて粉末状の溶射材を底面３２に噴き付けるプラズマ溶射が行われる。但し、プラズマ溶射の代わりに、フレーム溶射、ＨＶＯＦ溶射等のその他の溶射プロセスにより本ステップの粗面化処理を行ってもよい。
【００３０】
図８は、図７に示したステップ０４０において、遮熱層の端部の密度を高くし、遮熱層の内側部の密度を低くする溶射手法の一例を示す図である。この図に示す手法では、先ず、実線矢印で示すような中間層の外周部に沿った溶射を行ってここに密度の高い層を形成する。次いで、この外周部で囲まれる内側の領域において、破線矢印で示すような直線的な溶射を行ってここに密度の低い層を形成する。
【００３１】
ステップ０３０，０４０で使用する溶射材料と、溶射条件は例えば次のとおりである。
１．溶射材料
＜中間層＞
Ｎｉ−５０Ｃｒ合金粉末（ガスアトマイズ粒子：粒径１０〜４５μｍ）と、ベントナイト粉末（スプレー造粒粉末：粒径４５μｍ以下）を使用。ベントナイト面積率６０％を得るために、Ｎｉ−５０Ｃｒとベントナイトの混合割合は重量比で６５：３５とした。
＜遮熱層＞
ＺｒＯ２−ＳｉＯ２粉末としてジルコンサンド（組成：ＺｒＯ２−３３ｗｔ％ＳｉＯ２−０．７ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３−０．１５ＴｉＯ２−０．１ｗｔ％Ｆｅ２Ｏ３）の粉砕粉を分級し、粒径１０〜４５μｍのものを使用。
２．溶射条件（ロボット走行。速度：直径に応じて変更、ピッチ：４ｍｍ）
＜中間層＞
プラズマガス：Ａｒ−Ｈ２，ガス流量：３０Ｌ／ｍｉｎ（Ａｒ），８Ｌ／ｍｉｎ（Ｈ２）
プラズマ電流：４５０Ａ，プラズマ電圧：６０Ｖ
粉末供給量：３０ｇ／ｍｉｎ
溶射距離：１５０ｍｍ
＜遮熱層（端部）＞
プラズマガス：Ａｒ−Ｈ２，ガス流量：４０Ｌ／ｍｉｎ（Ａｒ），１２Ｌ／ｍｉｎ（Ｈ２）
プラズマ電流：６００Ａ，プラズマ電圧：６０Ｖ
粉末供給量：５０ｇ／ｍｉｎ
溶射距離：１００ｍｍ
＜遮熱層（内側部）＞
プラズマガス：Ａｒ−Ｈ２，ガス流量：４０Ｌ／ｍｉｎ（Ａｒ），１２Ｌ／ｍｉｎ（Ｈ２）
プラズマ電流：６００Ａ，プラズマ電圧：６０Ｖ
粉末供給量：２０ｇ／ｍｉｎ
溶射距離：１００ｍｍ
【００３２】
ステップ０４０に続いて、マスキング治具３６が取り外され（ステップ０５０）、遮熱膜３８の表面の仕上げ処理が行われる（ステップ０６０）。本ステップでは例えば、砥石４２を用いた平面研削が行われる。
【００３３】
ステップ０６０に続いて、シリンダヘッド３０の最終洗浄が行われる（ステップ０７０）。本ステップでは例えば、底面３２に対向配置したノズル４４から底面３２に洗浄液を噴射して、ステップ０６０での仕上げ加工により発生した切削屑などの異物が除去される。最後に、シリンダヘッド３０の検査が行われる（ステップ０８０）。本ステップでは例えば、遮熱膜３８の表面の検査や、吸気バルブ孔、インジェクタ孔等の形状検査がコンピュータ４６を用いて行われる。以上の工程を経ることで、底面３２に遮熱膜３８（つまり、図３で説明した遮熱膜２２）が成膜される。
【００３４】
実施の形態２．
［遮熱膜の説明］
図９は、本発明の実施の形態２に係る遮熱膜の端部の周辺を拡大した図である。図９に示す遮熱膜５２は、図３に示した遮熱膜２２同様、シリンダヘッドの底面のうちのエンジン燃焼室の構成面を覆うように設けられる。なお、遮熱膜５２を設けるエンジン燃焼室の構成面は上記実施の形態１と共通することから、これに関しては図１乃至図２の説明を適宜参照されたい。
【００３５】
図９に示すように、遮熱膜５２は、シリンダヘッド基材であるアルミ側から順に、中間層５４および遮熱層５６を備えている。遮熱層５６の構成は、図３に示した遮熱層２６の構成と基本的に同じである。即ち、遮熱層５６は、基準よりも密度の高い端部５６ａと、当該基準よりも密度の低い内側部５６ｂ（端部５６ａを除いた部分）と、を備えている。一方、中間層５４の構成は、図３に示した中間層２４の構成と異なる。中間層５４は、具体的に、アルマイト膜から構成される端部５４ａと、当該アルマイト膜よりも内側の溶射膜（以下、「内側溶射膜」ともいう。）から構成される内側部５４ｂと、を備えている。
【００３６】
但し、内側部５４ｂを構成する内側溶射膜の線膨張係数は、シリンダヘッド基材の線膨張係数よりも小さく、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系のセラミックスの線膨張係数よりも大きい。また、内側溶射膜同様、端部５４ａを構成するアルマイト膜の線膨張係数（８．５Ｗ／ｍ・Ｋ）は、シリンダヘッド基材の線膨張係数よりも小さく、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系のセラミックスの線膨張係数よりも大きい。そのため、遮熱層５６とシリンダヘッド基材の間に端部５４ａと内側部５４ｂを備える中間層５４を設けることで、シリンダヘッド基材と遮熱層５６の間の線膨張係数の差を緩和することができる。
【００３７】
また、中間層５４において、端部５４ａを構成するアルマイト膜は、内側部５４ｂを構成する内側溶射膜の熱伝導率よりも小さい熱伝導率（６０Ｗ／ｍ・Ｋ）を有している。この熱伝導率の違いにより、遮熱層５６の生産性が向上する（詳細は後述）。
【００３８】
図９で説明した遮熱膜５２によれば、上記実施の形態１の遮熱膜２２と同様の効果を得ることができる。即ち、遮熱膜５２によれば、遮熱層５６のうちの端部５６ａの密度を高めているので、冷熱サイクル時の熱応力が集中する部分の強度を高めることができる。また、遮熱層５６のうちの残りの部分、即ち、内側部５６ｂによって、端部５６ａの密度を高めたことに伴う遮熱層の遮熱性の低下を補うことができる。
【００３９】
［遮熱膜の成膜方法］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る遮熱膜の成膜方法の特徴部分を説明する図である。なお、遮熱膜５２の基本的な成膜方法は上記実施の形態１と共通することから、これに関しては図７の説明を適宜参照されたい。
【００４０】
本実施の形態に係る成膜方法では、先ず、仕上げ加工が済んだシリンダヘッドの底面（下地）の粗面化処理（図７のステップ０１０参照）を行う前に、図９で説明した端部５６ａを設ける部分にアルマイト膜を成膜する。このアルマイト膜は、例えば、端部５６ａを設ける部分に、電解液としての硫酸を含ませたスポンジを載置して陽極酸化処理を行うことにより成膜する。成膜したアルマイト膜に対しては、砥石を用いた平面研削が適宜行われる。
【００４１】
続いて、アルマイト膜を成膜したシリンダヘッドの底面の粗面化処理（図７のステップ０１０参照）、マスキング治具３６のシリンダヘッド３０への取り付け（図７のステップ０２０参照）、および、溶射処理（図７のステップ０３０，０４０参照）が行われる。中間層を形成する溶射処理では、既に成膜したアルマイト膜で囲まれる内側の領域に対する直線的な溶射が行われる。これにより、図９で説明した端部５４ａと内側部５４ｂを備える中間層５４が形成される。中間層を形成する溶射処理で使用する溶射材料と溶射条件の例としては、上記実施の形態１で説明した溶射材料と溶射条件が挙げられる。
【００４２】
遮熱層を形成する溶射処理を説明するのが図１０である。図１０に示すように、本実施の形態に係る成膜方法では、遮熱層を形成する溶射処理が、中間層の表面全体に対する直線的な溶射によって行われる。上記実施の形態１では、基準よりも密度の高い端部２６ａと、当該基準よりも密度の低い内側部２６ｂとを備える遮熱層２６を成膜する際に、図８で説明したような端部２６ａ用の溶射と、内側部２６ｂ用の溶射とを行った。しかし、端部２６ａ用の溶射は中間層の外周部に沿った溶射であることから、溶射経路が複雑になり易い。
【００４３】
この点、本実施の形態に係る成膜方法では、アルマイト膜の熱伝導率が内側溶射膜の熱伝導率よりも小さいので、端部と内側部の間で溶射材料と溶射条件が同一であるにも関わらず、溶射材料の伝熱速度に違いが出ることになる。即ち、端部を構成するアルマイト膜への溶射材料の伝熱速度は、内側部を構成する内側溶射膜への溶射材料の伝熱速度よりも低くなる。溶射材料の伝熱速度が低くなるということは、溶射材料の温度が下がりにくいということを意味する。従って、アルマイト膜上では溶射材料が濡れ広がり易くなり、このアルマイト膜の表面に形成される溶射層（即ち、端部５４ａ）の密度が、内側溶射膜の表面に形成される溶射層（即ち、内側部５４ｂ）の密度に比べて高くなる。
【００４４】
本実施の形態に係る成膜方法では、続いて、マスキング治具の取り外し（図７のステップ０５０参照）、溶射膜の表面の仕上げ処理（図７のステップ０６０参照）、シリンダヘッドの最終洗浄（図７のステップ０７０参照）、および、シリンダヘッドの検査（図７のステップ０８０参照）が行われる。以上の工程を経ることで、シリンダヘッドの底面に、図９で説明した遮熱膜５２が成膜される。
【００４５】
［他の遮熱膜］
ところで、上述した実施の形態１，２では、遮熱膜を構成する中間層が溶射膜またはアルマイト膜で、遮熱層が溶射膜であることを前提とした。しかし、中間層と遮熱層の線膨張係数が上述した条件を満たし、尚且つ、遮熱層の端部と内側部の密度が上述した条件を満たす二層構造の膜となる限りにおいて、中間層と遮熱層の膜材料は特に限定されない。
例えば、上述した実施の形態２において、中間層を構成するアルマイト膜の代わりに、ベントナイトの混合割合を５０ｗｔ％以上まで高めた溶射膜を使用してもよい。ベントナイトの混合割合を５０ｗｔ％以上まで高めた溶射膜の熱伝導率は、内側溶射膜の熱伝導率よりも低くなるので、このような溶射膜の表面に形成される溶射層の密度を、内側溶射膜の表面に形成される溶射膜の密度に比べて高くできる。
また、例えば、上記実施の形態１や２において、遮熱層を構成する溶射膜の代わりに、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２系のセラミックス粉末を直接的にスプレーすることで成膜されるスプレー膜、または当該セラミックス粉末を塗布すること成膜される塗布膜を使用してもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１，２では、エンジン燃焼室の構成面がエンジンのシリンダヘッドの底面であることを前提とした。しかし、上述した遮熱膜の構成は、シリンダヘッドと共にエンジン燃焼室を構成する部材としてのピストンの頂面にも同様に適用できる。ピストンの頂面に上述した遮熱膜を設ける場合であっても、当該遮熱膜が上述した線膨張係数と密度の条件を満たせば、上述した実施の形態１，２で説明した遮熱膜と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０，３０  シリンダヘッド
１２，３２  底面
２２，３８，５２  遮熱膜
２４，５４  中間層
２６，５６  遮熱層
２６ａ，５４ａ，５６ａ  端部
２６ｂ，５４ｂ，５６ｂ  内側部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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