(57)【要約】【課題】遮熱膜が成膜されるシリンダヘッドの製造工程の簡素化と、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口の周辺領域の遮熱膜による保護とを両立させる。【解決手段】マスキング部材３０は、シリンダブロック合わせ面をマスクするマスク部３０ａと、２つの吸気ポートの開口をそれぞれマスクするマスク部３０ｂ，３０ｃと、２つの排気ポートの開口をそれぞれマスクする３０ｄ，３０ｅと、インジェクタ孔をマスクするマスク部３０ｆと、グロープラグ孔をマスクするマスク部３０ｇと、を備えている。マスク部３０ｃとマスク部３０ｆを繋ぐ連結マスク部３０ｈと、マスク部３０ｆとマスク部３０ｇを繋ぐ連結マスク部３０ｉも、マスキング部材３０の一部である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの吸気ポート、インジェクタ孔およびグロープラグ孔が形成されたエンジン燃焼室の壁面構成面と、シリンダブロック合わせ面と、を同一表面に有するシリンダヘッド素材を準備する工程と、
前記壁面構成面のうちの非成膜領域と、前記シリンダブロック合わせ面とをマスクするマスキング部材を前記シリンダヘッド素材に取り付ける工程と、
前記マスキング部材の取り付け後、前記壁面構成面に遮熱膜を成膜する工程と、
を備えるシリンダヘッドの製造方法であって、
前記壁面構成面において、中央部には前記インジェクタ孔が形成されると共に前記２つの吸気ポートの開口間には前記グロープラグ孔が形成され、尚且つ、前記グロープラグ孔の開口の外縁から前記２つの吸気ポート孔の開口の外縁までの距離は何れも、前記グロープラグ孔の開口の外縁から前記インジェクタ孔の開口の外縁までの距離よりも短く、
前記マスキング部材が、前記シリンダブロック合わせ面をマスクする合わせ面マスク部と、前記合わせ面マスク部と繋がって前記２つの吸気ポートの開口をマスクする２つのポートマスク部と、前記インジェクタ孔の開口をマスクするインジェクタマスク部であって、前記２つのポートマスク部の一方と繋がるインジェクタマスク部と、前記グロープラグ孔の開口をマスクするグロープラグマスク部であって、前記２つのポートマスク部のうちの前記インジェクタマスク部と繋がるポートマスク部に前記インジェクタマスク部を介して繋がり、前記インジェクタマスク部と繋がっていないポートマスク部には繋がっていないグロープラグマスク部と、を備えることを特徴とするシリンダヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はシリンダヘッドの製造方法に関し、より詳細には、表面に遮熱膜（断熱膜）が成膜されるシリンダヘッドの製造方法に関する。
【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、当該シリンダヘッドに形成される吸気ポートおよび排気ポートにそれぞれ配設される吸気バルブおよび排気バルブの傘部の底面と、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壁面を構成するピストンの頂面等には、エンジンでの冷却損失の低減や、燃料の燃焼に伴い発生する熱からの保護を目的として、遮熱膜が成膜されることがある。
【０００３】
例えば特開２０１２−１５９０５９号公報には、火花点火式エンジンの燃焼室の壁面を構成するシリンダヘッドの底面に、遮熱膜としての陽極酸化膜（具体的にはアルマイト膜）を成膜する技術が開示されている。この底面には、吸気ポートおよび排気ポートに相当する孔や、スパークプラグ用の孔が形成されており、同公報には、当該底面の陽極酸化処理に際し、これらの孔をマスキングしておくのがよいと記載されている。
【０００４】
特開２００２−０５４４４２号公報には、火花点火式エンジンのシリンダヘッドの底面のうちの燃焼室の壁面を構成する面（以下、「壁面構成面」ともいう。）の吸気バルブ側と、吸気バルブの傘部の底面とに、セラミックス、ステンレス、チタン等の遮熱層を設ける技術が開示されている。同公報には、シリンダヘッドの成型後の溶射により上記遮熱層を設けることができる旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５９０５９号公報
【特許文献２】特開２００２−０５４４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式エンジンのシリンダヘッドには、燃料を噴射するインジェクタが配設される。このインジェクタ配設用の孔は通常、シリンダヘッドの底面のうちの壁面構成面の中央部に形成される。また、圧縮自着火式エンジンのシリンダヘッドには、インジェクタからの燃料の着火促進等を目的として、グロープラグ（筒内圧センサを兼ねるグロープラグを含む。以下同じ。）が配設されることがある。シリンダヘッドに２つの吸気ポートが形成されている場合、グロープラグ配設用の孔（以下、「グロープラグ孔」ともいう。）は、当該２つの吸気ポートの間、かつ、インジェクタ配設用の孔（以下、「インジェクタ孔」ともいう。）の近傍の壁面構成面に形成される。
【０００７】
特開２０１２−１５９０５９号公報の火花点火式エンジンのシリンダヘッド同様、圧縮自着火式エンジンのシリンダヘッドの底面のうちの壁面構成面に遮熱膜を成膜する場合においても、インジェクタ孔、グロープラグ孔等をマスキングしておくことが望ましい。また、このマスキングを行う際には、単一のマスキング部材を使用すると製造工程を簡素化できるので望ましい。ここで、壁面構成面において、グロープラグ孔の開口の外縁から吸気ポートの開口の外縁までの距離は、グロープラグ孔の開口の外縁からインジェクタ孔の開口の外縁までの距離よりも短くなることが一般的である。また一般に、成膜領域が拡大するほど燃焼室の遮熱性が高まる。従って、燃焼室の遮熱性を高める観点からすると、単一のマスキング部材には、グロープラグ孔をマスクする部位と吸気ポートの開口をマスクする部位が繋がったものを使用することが望ましい。
【０００８】
しかし、グロープラグ孔をマスクする部位と吸気ポートの開口をマスクする部位が繋がったマスキング部材を使用すると、これらの部位の連結部でマスクされるグロープラグ孔の開口の周辺領域の一部には遮熱膜が成膜されず、シリンダヘッドの底面が露出することになる。グロープラグの使用時にはグロープラグが高温化し、グロープラグ孔の開口周辺がグロープラグからの熱に晒されて熱応力が発生することから、グロープラグ孔の開口の周辺領域の一部に遮熱膜が成膜されない場合は、当該周辺領域のグロープラグからの熱に対する遮熱膜による保護が不十分となるおそれがある。
【０００９】
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、遮熱膜が成膜されるシリンダヘッドの製造工程の簡素化と、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口の周辺領域の遮熱膜による保護とを両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るシリンダヘッドの製造方法は、２つの吸気ポート、インジェクタ孔およびグロープラグ孔が形成されたエンジン燃焼室の壁面構成面と、シリンダブロック合わせ面とを同一表面に有するシリンダヘッド素材を準備する工程と、前記壁面構成面のうちの非成膜領域と、前記シリンダブロック合わせ面とをマスクするマスキング部材を前記シリンダヘッド素材に取り付ける工程と、前記マスキング部材の取り付け後、前記壁面構成面に遮熱膜を成膜する工程と、を備えている。
前記インジェクタ孔は、前記壁面構成面の中央部に形成されており、前記グロープラグ孔は、前記壁面構成面の前記２つの吸気ポート孔の開口間に形成されている。また、前記グロープラグ孔の開口の外縁から前記２つの吸気ポート孔の開口の外縁までの距離は何れも、前記グロープラグ孔の開口の外縁から前記インジェクタ孔までの距離よりも短い。
前記マスキング部材は、前記シリンダブロック合わせ面をマスクする合わせ面マスク部と、前記２つの吸気ポートの開口をマスクする２つのポートマスク部と、前記インジェクタ孔をマスクするインジェクタマスク部と、前記グロープラグ孔をマスクするグロープラグマスク部と、を備えている。前記２つのポートマスク部は、前記合わせ面マスク部と繋がっている。前記インジェクタマスク部は、前記２つのポートマスク部の一方と繋がっている。前記グロープラグマスク部は、前記２つのポートマスク部のうちの前記インジェクタマスク部と繋がるポートマスク部に前記インジェクタマスク部を介して繋がり、前記インジェクタマスク部と繋がっていないポートマスク部には繋がっていない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、合わせ面マスク部、２つのポートマスク部、インジェクタマスク部およびグロープラグマスク部を備えるマスキング部材を使用することができるので、シリンダヘッドの製造工程を簡素化できる。また、このグロープラグマスク部は、２つのポートマスク部のうちの一方とインジェクタマスク部を介して繋がり、他方のポートマスク部とは繋がっていないので、グロープラグ孔の開口の周辺領域のうちのインジェクタ孔の開口に隣接する領域には遮熱膜を成膜できないものの、当該周辺領域のうちの２つのポートマスク部の開口に隣接する領域には遮熱膜を成膜できる。吸気ポート孔とインジェクタ孔の間で何れかを選択しなければならない場合、グロープラグ孔の開口の外縁からの距離がより短い吸気ポート孔側に遮熱膜を成膜する方が、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口周辺の耐久性を相対的に高めることができる。よって、本発明によれば、シリンダヘッドの製造工程の簡素化と、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口の周辺領域の保護とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダヘッドの製造方法の流れを説明するための図である。
【図２】ステップＳ１を経ることで得られるシリンダヘッド素材の斜視図である。
【図３】図２に示したシリンダヘッド素材の一部を示した図である。
【図４】図２に示したシリンダヘッド素材に取り付けられた状態のマスキング部材の一部を示した図である。
【図５】グロープラグ孔をマスクする部位と、吸気ポートをマスクする部位とが繋がったマスキング部材をシリンダヘッド素材に取り付けた状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［シリンダヘッドの製造方法］
図１は、本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド（具体的には、ディーゼルエンジンのシリンダヘッド）の製造方法の流れを説明するための図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る製造方法は、２つの吸気ポート、インジェクタ孔およびグロープラグ孔が形成された壁面構成面と、シリンダブロック合わせ面と、を同一表面に有するシリンダヘッド素材を準備する工程（ステップＳ１）と、壁面構成面のうちの非成膜領域と、シリンダブロック合わせ面とをマスクするマスキング部材をシリンダヘッド素材に取り付ける工程（ステップＳ２）と、マスキング部材の取り付け後、壁面構成面に遮熱膜を成膜する工程（ステップＳ３）と、を備えている。
【００１５】
図１のステップＳ１において、シリンダヘッド素材は、例えば次のように準備される。先ず、シリンダヘッドの外形を形成するための金型の所定位置に、吸気バルブを取り付けるための吸気ポート、排気バルブを取り付けるための排気ポート、冷却水通路であるウォータージャケットといった、シリンダヘッドの内部空間を形成するための複数の中子を組み付ける。続いて、当該金型内にシリンダヘッドの母材（例えばアルミニウム合金）の溶湯を流し込んで成型する。続いて、金型からシリンダヘッドの鋳造製品を取り外し、中子を粉砕等して除去する。続いて、シリンダヘッド素材の所定の位置に、インジェクタ孔、グロープラグ孔、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けるためのボルトを収容する孔（以下、「ボルト孔」と称す。）、上記吸気バルブや上記排気バルブのステム部を支持するためのバルブガイド等をドリル等により開設する。
【００１６】
図２には、ステップＳ１を経ることで得られるシリンダヘッド素材の斜視図が描かれている。この図に示すシリンダヘッド素材１０は、直列３気筒型エンジン用のシリンダヘッド素材である（但し、気筒数はこれに限らない）。シリンダヘッド素材１０のシリンダブロック（不図示）との合わせ面（以下、「シリンダブロック合わせ面」ともいう。）１０ａには、気筒毎に吸気ポート１２，１４、排気ポート１６，１８、インジェクタ孔２０、グロープラグ孔２２、吸気バルブガイド２４、および、排気バルブガイド２６が形成されている。シリンダブロック合わせ面１０ａにはボルト孔２８も形成されている。
【００１７】
図３は、図２に示したシリンダヘッド素材の一部を示した図であり、この図には、図２に示したボルト孔２８のうちの４つに囲まれる正方形の領域が描かれている。この図に示される吸気ポート１２，１４および排気ポート１６，１８の開口を含み、これらの開口の外縁と部分的に接する円形の領域が壁面構成面に相当する。つまり、吸気ポート１２，１４および排気ポート１６，１８は、壁面構成面に形成されている。また、壁面構成面には、これらのポートに加えて、インジェクタ孔２０とグロープラグ孔２２も形成されている。インジェクタ孔２０は壁面構成面の中央部に形成されており、グロープラグ孔２２は吸気ポート１２，１４の中間に形成されている。
【００１８】
壁面構成面におけるインジェクタ孔２０とグロープラグ孔２２の間の距離は近いが、吸気ポート１２または吸気ポート１４とグロープラグ孔２２の間の距離も近い。グロープラグ孔２２を基準としてインジェクタ孔２０と吸気ポート１２，１４を比較すると、次のような関係となる。即ち、グロープラグ孔２２の開口の外縁から吸気ポート１２，１４の開口の外縁までの距離ｄ１は、グロープラグ孔２２の開口の外縁からインジェクタ孔２０の開口の外縁までの距離ｄ２よりも短くなる。これらの距離ｄ１，ｄ２は、インジェクタ孔２０やグロープラグ孔２２の形成箇所、吸気ポート１２，１４の開口面積によって多少変わるものの、本実施の形態に係る製造方法によって得られるシリンダヘッドにおける距離ｄ１，ｄ２の関係は概ね上述した通りとなる。
【００１９】
図１のステップＳ２において、マスキング部材の取り付けは、図２に示したボルト孔２８への位置決めピン（不図示）の挿入により行われる。マスキング部材の所定位置には貫通孔が形成されており、この貫通孔と図２に示したボルト孔２８の両方を通るように位置決めピンを挿入することで、マスキング部材がシリンダヘッド素材１０の表面（より正確には、図２に示したシリンダブロック合わせ面１０ａ）の所定位置に位置決めされ、尚且つ、この表面に密着させられる。
【００２０】
図４は、図２に示したシリンダヘッド素材に取り付けられた状態のマスキング部材の一部を示した図である。図３同様、この図には、図２に示したボルト孔２８のうちの４つに囲まれる正方形の領域が描かれている。図４に示すように、マスキング部材３０は、シリンダブロック合わせ面をマスクするマスク部３０ａと、２つの吸気ポートの開口をそれぞれマスクするマスク部３０ｂ，３０ｃと、２つの排気ポートの開口をそれぞれマスクする３０ｄ，３０ｅと、インジェクタ孔をマスクするマスク部３０ｆと、グロープラグ孔をマスクするマスク部３０ｇと、を備えている。マスク部３０ｃとマスク部３０ｆを繋ぐ連結マスク部３０ｈと、マスク部３０ｆとマスク部３０ｇを繋ぐ連結マスク部３０ｉも、マスキング部材３０の一部である。
【００２１】
マスキング部材３０は単一のマスキング部材である。マスキング部材３０において、マスク部３０ａとマスク部３０ｆは直接的に繋がっておらず、連結マスク部３０ｈおよびマスク部３０ｃを介して繋がっている。また、マスク部３０ｃとマスク部３０ｇは直接的に繋がっておらず、連結マスク部３０ｈ，３０ｉとマスク部３０ｆを介して繋がっている。また、マスク部３０ａとマスク部３０ｇは直接的に繋がっておらず、連結マスク部３０ｈ，３０ｉとマスク部３０ｃ，３０ｆを介して繋がっている。
【００２２】
図１に戻り、ステップＳ３において、遮熱膜の成膜は、溶射法、コールドスプレー法によって行われる。具体的には、キャリア（例えば、プラズマジェット、圧縮空気、燃料ガス、不活性ガス等）に乗せた膜材料粒子（例えば、ニッケルクロム系のセラミックス粒子、ジルコニア粒子等）を、壁面構成面に向けて噴射することにより遮熱膜が成膜される。ステップＳ３を経ることで、熱物性に応じた所望の膜厚（例えば、５０〜２００μｍ）の遮熱膜が壁面構成面に成膜される。なお、遮熱膜の成膜を行う前に、壁面構成面を粗面化（例えば、ウォータージェット、サンドブラスト、レーザー加工等）を行うことが望ましい。壁面構成面を粗面化することで、ここに成膜する遮熱膜の密着力をアンカー効果によって向上できるからである。
【００２３】
［本実施の形態の製造方法による効果］
上述したように、単一のマスキング部材を使用すると製造工程を簡素化できることから、グロープラグ孔の開口をマスクする部位を、グロープラグ孔の開口の周辺に位置する開口をマスクする部位と繋げることが望ましい。この点、本実施の形態に係る製造方法では、図１のステップＳ３において図４に示した単一のマスキング部材３０を使用するので、シリンダヘッドの製造工程を簡素化できる。
【００２４】
但し、マスキング部材３０同様の単一のマスキング部材としては、グロープラグ孔をマスクする部位と、吸気ポートの開口をマスクする部位が繋がったものを使用することもできる。図５は、グロープラグ孔をマスクする部位と、吸気ポートをマスクする部位とが繋がったマスキング部材をシリンダヘッド素材に取り付けた状態を示した図である。図４と図５を比較すると分かるように、図５に示したマスキング部材４０は、図４に示した連結マスク部３０ｉの代わりに、マスク部３０ｃとマスク部３０ｇを繋ぐ連結マスク部３０ｊを備えている。図３で説明した距離ｄ１，ｄ２の関係からすると、このようなマスキング部材４０を使用する手法によれば、図４に示したマスキング部材３０を使用する手法に比べて成膜面積を拡大できることから、燃焼室の遮熱性を高める面で有利となる。
【００２５】
ところが、グロープラグ孔に収容されるグロープラグは、インジェクタからの燃料の着火促進等を目的としてシリンダヘッドに配設されるエンジン部品である。グロープラグの使用時にはグロープラグが高温化し、グロープラグ孔の開口周辺がグロープラグからの熱に晒されて熱応力が発生することから、この熱からの保護という観点からすると、グロープラグ孔の開口の周辺領域には遮熱膜を成膜することが望ましいことになるが、図５に示したマスキング部材４０では、連結マスク部３０ｊがあることで、相対的に距離の短いグロープラグ孔の開口と吸気ポートの開口の間に遮熱膜を成膜できない。故に、図５に示したマスキング部材４０を使用する手法によれば、シリンダヘッドの耐久性を高める面で不利となる。
【００２６】
この点、本実施の形態に係る製造方法では、図１のステップＳ３において図４に示したマスキング部材３０を使用するので、相対的に距離の長いグロープラグ孔の開口とインジェクタ孔の開口の間に遮熱膜を成膜できないものの、グロープラグ孔の開口と吸気ポートの開口の間に遮熱膜を成膜できる。吸気ポート孔とインジェクタ孔の間で何れかを選択しなければならない場合、グロープラグ孔の開口の外縁からの距離がより短い吸気ポート孔側に遮熱膜を成膜する方が、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口の周辺領域の保護性を相対的に高めることができる。故に、本実施の形態に係る製造方法によれば、図５に示したマスキング部材４０を使用する手法に比べ、燃焼室の遮熱性の面では多少劣るものの、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口の周辺領域の保護性を高めて耐久性の面で優れるシリンダヘッドを製造できる。
【００２７】
以上、本実施の形態に係る製造方法によれば、シリンダヘッドの製造工程の簡素化と、グロープラグからの熱に対するグロープラグ孔の開口の周辺領域の保護とを両立させることができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、図２に示したマスク部３０ａが本発明の「合わせ面マスク部」に、マスク部３０ｂ，３０ｃが本発明の「ポート孔マスク部」に、マスク部３０ｆが本発明の「インジェクタマスク部」に、マスク部３０ｇは本発明の「グロープラグマスク部」に、それぞれ相当している。
【符号の説明】
【００２９】
１０  シリンダヘッド素材
１０ａ  シリンダブロック合わせ面
１２，１４  吸気ポート
１６，１８  排気ポート
２０  インジェクタ孔
２２  グロープラグ孔
３０，４０  マスキング部材
３０ａ〜３０ｇ  マスク部
３０ｈ〜３０ｊ  連結マスク部
【図１】
2017141716.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017141716.tif 000005
【図４】
2017141716.tif 000006
【図５】
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