(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに連続しない複数の被成膜部を有する成膜対象部品と、コールドスプレー装置のノズルと、を相対的に移動させながら、前記複数の被成膜部のそれぞれと前記ノズルとを順次対向させ、
前記ノズルに対向した前記被成膜部に、コールドスプレー法により原料粉末を吹き付けて前記複数の被成膜部のそれぞれに皮膜を形成する成膜方法であって、
皮膜が形成された一の被成膜部から、次に皮膜が形成される他の被成膜部に至る前記ノズルのノズル移動経路においては、前記ノズルからの前記原料粉末の吐出を継続するとともに、前記成膜対象部品に対する前記ノズルの角度を、前記ノズルが前記被成膜部に皮膜を形成する際の角度よりも大きく若しくは小さくする成膜方法。
【請求項２】
本体部に、シリンダブロック取付面と、前記シリンダブロック取付面に設けられた燃焼室上壁部と、前記燃焼室上壁部に互いに連続しないように設けられた複数の吸気用又は排気用のポートの開口部と、を有するシリンダヘッド粗材と、コールドスプレー装置のノズルと、を相対的に移動させながら、前記複数の開口部のそれぞれと前記ノズルとを順次対向させ、
前記ノズルに対向した前記開口部の環状縁部に、コールドスプレー法により原料粉末を吹き付けて前記複数の開口部のそれぞれにバルブシート膜を形成する成膜方法であって、
前記バルブシート膜が形成された一の開口部から、次にバルブシート膜が形成される他の開口部に至る前記ノズルのノズル移動経路においては、前記ノズルからの前記原料粉末の吐出を継続する成膜方法。
【請求項３】
前記ノズル移動経路は、前記ノズルが前記開口部の上方を移動しないように設定されている請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記ノズル移動経路は、前記ノズルが前記シリンダブロック取付面の上方を移動するように設定されている請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記ノズル移動経路は、前記ノズルが前記燃焼室上壁部の上方を移動するように設定されている請求項３又は４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記ノズル移動経路は、前記複数の開口部が配列された配列方向に沿って直線状に設定されており、
前記ノズル移動経路には、前記開口部の環状縁部に前記ノズルによって前記原料粉末の吹き付けを開始する成膜開始位置と、前記開口部の環状縁部に対する前記ノズルによる前記原料粉末の吹き付けを終了する成膜終了位置とが設定されている請求項３〜５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記ノズル移動経路は、前記ノズルが、前記吸気用のポートの開口部と、前記排気用のポートの開口部との間を移動するように設定されている請求項３〜６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記吸気用のポートの開口部と、前記排気用のポートの開口部との間に前記原料粉末を吹き付けて、圧縮残留応力を付与する請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記ノズル移動経路は、前記ノズルが、前記燃焼室上壁部の縁部と、前記開口部との間を移動するように設定されている請求項３〜８のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記シリンダヘッド粗材が複数の前記燃焼室上壁部を有し、前記複数の燃焼室上壁部のそれぞれに複数の前記開口部を備える場合に、前記燃焼室上壁部ごとに前記複数の開口部の環状縁部に前記バルブシート膜を形成する請求項３〜９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記ノズル移動経路における前記ノズルの角度を、前記開口部の環状縁部における前記ノズルの角度よりも大きく若しくは小さくする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１２】
互いに連続しない複数の被成膜部を有する成膜対象部品と、コールドスプレー装置のノズルと、を相対的に移動させながら、前記複数の被成膜部のそれぞれと前記ノズルとを順次対向させ、
前記ノズルに対向した前記被成膜部に、コールドスプレー法により原料粉末を吹き付けて前記複数の被成膜部のそれぞれに皮膜を形成する成膜方法であって、
皮膜が形成された一の被成膜部から、次に皮膜が形成される他の被成膜部に至る前記ノズルのノズル移動経路においては、前記ノズルからの前記原料粉末の吐出を継続し、
前記ノズル移動経路を移動中に前記成膜対象部品に形成された余剰皮膜を除去する成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドスプレー法を用いる成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンバルブの着座部に、コールドスプレー法により金属等の原料粉末を吹き付けることにより、優れた高温耐磨耗性を有するバルブシートを形成できるようにした摺動部材の製造方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０２２５０５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車などのエンジンは、マルチバルブ化により複数の吸気用及び排気用のエンジンバルブを備えている。そのため、複数のエンジンバルブの着座部に、コールドスプレー法によってバルブシートを形成する場合には、シリンダヘッドとコールドスプレー装置のノズルとを相対的に移動させて、複数の着座部とノズルとを順次に対向させるとともに、ノズルに対向された着座部にノズルから原料粉末を吐出して吹き付ける必要がある。【０００５】
しかしながら、コールドスプレー装置は、原料粉末の吐出を中断すると、再び原料粉末が安定して吹き付けられるようになるまでに数分間の待機時間を必要とする。したがって、コールドスプレー法により、着座部などの複数の被成膜部に皮膜を形成する場合に、被成膜部毎に原料粉末の吹き付けと、吹き付けの停止とを繰り返すと、コールドスプレー装置の待機時間によりサイクルタイムが長くなる。【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、コールドスプレー法を用いて複数の被成膜部に皮膜を形成する際のサイクルタイムを、原料粉末の吹き付けと吹き付け停止とを繰り返して複数の被成膜部に皮膜を形成する場合よりも短くすることができる成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コールドスプレー装置のノズルが相対的移動する際に、皮膜が形成された一の被成膜部から、次に皮膜が形成される他の被成膜部に至るノズル移動経路においては、ノズルからの原料粉末の吐出を継続し、ノズル移動経路上で余剰皮膜を形成することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、原料粉末の吐出を停止せずに継続させながら、複数の被成膜部に順に皮膜を形成するので、原料粉末の吹き付けと吹き付け停止とを繰り返して複数の被成膜部に皮膜を形成する場合よりもサイクルタイムを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜方法によりバルブシート膜が形成されたシリンダヘッドを備えるエンジンの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜方法によりバルブシート膜が形成されたシリンダヘッドのバルブ周辺の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜方法に使用されるコールドスプレー装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成膜方法を利用してシリンダヘッドにバルブシート膜を形成するための工程図である。
【図５】本発明の実施形態に係る成膜方法によりバルブシート膜が形成されるシリンダヘッド粗材の構成を示す斜視図である。
【図６Ａ】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う吸気ポートを示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの吸気ポートに切削工程で環状バルブシート部を形成した状態を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの環状バルブシート部にバルブシート膜を形成する状態を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｂの環状バルブシート部にバルブシート膜が形成された吸気ポートを示す断面図である。
【図６Ｅ】図４に示す仕上工程後の吸気ポートを示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る成膜方法でシリンダヘッド粗材の移動に使用されるワーク回転装置の構成を示す斜視図である。
【図８Ａ】コールドスプレー装置のノズルがバルブの開口部上を移動する際のノズル移動経路を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図８Ｂ】コールドスプレー装置のノズルが図８Ａに示すノズル移動経路を移動することにより形成される余剰皮膜を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図９Ａ】本発明の第１実施形態に係る成膜方法により、吸気ポートと排気ポートとの間に設定されたノズル移動経路を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図９Ｂ】コールドスプレー装置のノズルが図９Ａに示すノズル移動経路を移動することにより形成される余剰皮膜を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１０】図９Ａに示すシリンダヘッド粗材とノズル移動経路との一部を拡大して示す平面図である。
【図１１】図９Ａに示すノズル移動経路の成膜開始位置と成膜終了位置とが重なる位置に形成されるバルブシート膜を示す断面図である。
【図１２】図９Ｂに示す余剰皮膜によりシリンダヘッド粗材のバルブの開口部の周囲に付与される圧縮残留応力の分布を示す断面図である。
【図１３Ａ】本発明の第２実施形態に係る成膜方法により、燃焼室上壁部と吸気ポート及び排気ポートとの間に設定されたノズル移動経路を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１３Ｂ】コールドスプレー装置のノズルが図１３Ａに示すノズル移動経路を移動することにより形成される余剰皮膜を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１４】図１３Ａに示すシリンダヘッド粗材とノズル移動経路との一部を拡大して示す平面図である。
【図１５】燃焼室上壁部の中央部にインジェクタ孔が設けられたシリンダヘッド粗材に、本発明の第２実施形態に係るノズル移動経路を設定した状態を示す平面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る成膜方法により、吸気ポートと排気ポートとの間と、燃焼室上壁部と排気ポートとの間に設定されたノズル移動経路を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る成膜方法により、吸気ポートと排気ポートとの間と、燃焼室上壁部と吸気ポートとの間に設定されたノズル移動経路を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１８Ａ】本発明の第４実施形態に係る成膜方法により、複数の燃焼室上壁部毎にバルブシート膜を形成するためのノズル移動経路を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１８Ｂ】コールドスプレー装置のノズルが図１８Ａに示すノズル移動経路を移動することにより形成される余剰皮膜を示すシリンダヘッド粗材の平面図である。
【図１９】図１８Ａに示すシリンダヘッド粗材とノズル移動経路との一部を拡大して示す平面図である。
【図２０Ａ】本発明の第１〜第４実施形態に係る成膜方法において、原料粉末の吹き付け角度を示す断面図であり、（Ａ）はバルブシート膜を形成する際の吹き付け角度を示し、（Ｂ）はノズル移動経路での吹き付け角度を示す。
【図２０Ｂ】本発明の第５実施形態に係る成膜方法において、原料粉末の吹き付け角度を示す断面図であり、（Ａ）はバルブシート膜を形成する際の吹き付け角度を示し、（Ｂ）はノズル移動経路での吹き付け角度を示す。
【図２０Ｃ】本発明の第５実施形態に係る成膜方法において、原料粉末の吹き付け角度を示す断面図であり、（Ａ）はバルブシート膜を形成する際の吹き付け角度を示し、（Ｂ）はノズル移動経路での吹き付け角度を示す。
【図２１】本発明の第１〜第５実施形態に係る成膜方法において、コールドスプレー装置のノズルが成膜経路を移動する際の移動方向の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず初めに、本実施形態に係る成膜方法を用いて形成されたバルブシート膜を備えるエンジン１について説明する。図１は、エンジン１の断面図であり、主にシリンダヘッド周りの構成を示している。
【００１１】
エンジン１は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に組み付けたシリンダヘッド１２とを備える。このエンジン１は、例えば、４気筒のガソリンエンジンであり、シリンダブロック１１は、図面奥行き方向に配列した４つのシリンダ１１ａを有する。各シリンダ１１ａは、図中の上下方向に往復移動するピストン１３を収容している。各ピストン１３は、コネクティングロッド１３ａを介して、図面奥行き方向に延びるクランクシャフト１４と連結している。
【００１２】
シリンダヘッド１２のシリンダブロック１１への取り付け面であるシリンダブロック取付面１２ａには、各シリンダ１１ａに対応する位置に、各気筒の燃焼室１５を構成する４つの燃焼室上壁部１２ｂが設けられている。燃焼室１５は、燃料と吸入空気との混合気を燃焼するための空間であり、シリンダヘッド１２の燃焼室上壁部１２ｂと、ピストン１３の頂面１３ｂと、シリンダ１１ａの内周面とで構成されている。
【００１３】
シリンダヘッド１２は、燃焼室１５と、シリンダヘッド１２の一方の側面１２ｃとを連通する吸気用のポート（以下、吸気ポートという）１６を備えている。吸気ポート１６は、屈曲した略円筒形状をしており、側面１２ｃに接続したインテークマニホールド（図示せず）からの吸入空気を燃焼室１５内へ供給する。燃焼室１５に供給された空気は、図示しないインジェクタから供給されたガソリンと混合されて混合気が生成される。
【００１４】
また、シリンダヘッド１２は、燃焼室１５と、シリンダヘッド１２の他方の側面１２ｄとを連通する排気用のポート（以下、排気ポートという）１７を備えている。排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に屈曲した略円筒形状をしており、燃焼室１５での混合気の燃焼によって生じた排気を、側面１２ｄに接続したエキゾーストマニホールド（図示せず）へ排出する。なお、本実施形態のエンジン１は、マルチバルブタイプのエンジンであり、１つのシリンダ１１ａに対し、吸気ポート１６と排気ポート１７とを２つずつ備えている。
【００１５】
シリンダヘッド１２は、燃焼室１５に対して吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ１８と、燃焼室１５に対して排気ポート１７を開閉する排気バルブ１９とを備える。吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、丸棒状のバルブステム１８ａ、１９ａと、バルブステム１８ａ、１９ａの先端に設けた円盤状のバルブヘッド１８ｂ、１９ｂとを備えている。バルブステム１８ａ、１９ａは、シリンダヘッド１２に組み付けた略円筒形状のバルブガイド１８ｃ、１９ｃにスライド自在に挿通されている。これにより、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、燃焼室１５に対し、バルブステム１８ａ、１９ａの軸方向に沿って移動自在とされている。
【００１６】
図２に、燃焼室１５と、吸気ポート１６及び排気ポート１７との連通部分を拡大して示している。吸気ポート１６は、燃焼室１５との連通部分に略円形の開口部１６ａを備える。この開口部１６ａの環状縁部に、吸気バルブ１８のバルブヘッド１８ｂと当接する環状のバルブシート膜１６ｂを備える。吸気バルブ１８は、バルブステム１８ａの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド１８ｂの上面がバルブシート膜１６ｂに当接して吸気ポート１６を閉塞する。また、吸気バルブ１８は、バルブステム１８ａの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド１８ｂの上面とバルブシート膜１６ｂとの間に隙間を形成して吸気ポート１６を開放する。
【００１７】
排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に、燃焼室１５との連通部分に略円形の開口部１７ａを備えており、この開口部１７ａの環状縁部に、排気バルブ１９のバルブヘッド１９ｂと当接する環状のバルブシート膜１７ｂを備えている。排気バルブ１９は、バルブステム１９ａの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド１９ｂの上面がバルブシート膜１７ｂに当接して排気ポート１７を閉塞する。また、排気バルブ１９は、バルブステム１９ａの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド１９ｂの上面とバルブシート膜１７ｂとの間に隙間を形成して排気ポート１７を開放する。
【００１８】
たとえば、４サイクルのエンジン１は、ピストン１３の下降時に吸気バルブ１８のみが開き、吸気ポート１６からシリンダ１１ａ内に混合気が導入される。なお、筒内噴射方式、いわゆる、直噴方式のエンジンでは、インジェクタからシリンダ１１ａ内にガソリンが噴射され、吸気ポート１６からシリンダ１１ａ内に空気が導入されて混合気が生成される。続いて吸気バルブ１８および排気バルブ１９が閉じた状態でピストン１３が上昇してシリンダ１１ａ内の混合気を圧縮し、ピストン１３が略上死点に達したときに図示しない点火プラグにより点火して混合気が爆発する。この爆発によりピストン１３は下死点まで下降し、連結されたクランクシャフト１４を介して爆発を回転力に変換する。ピストン１３が下死点に達し、再び上昇を開始すると、排気バルブ１９のみが開き、シリンダ１１ａ内の排気を排気ポート１７へ排出する。エンジン１は、以上のサイクルを繰り返し行うことにより出力を発生する。
【００１９】
バルブシート膜１６ｂ、１７ｂは、シリンダヘッド１２の開口部１６ａ、１７ａの環状縁部にコールドスプレー法によって直接形成したものである。コールドスプレー法とは、原料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスを超音速流とし、作動ガス中に搬送ガスによって搬送された原料粉末を投入してノズル先端より噴射し、固相状態のまま基材に衝突させ、原料粉末の塑性変形により皮膜を形成するものである。このコールドスプレー法は、材料を溶融させて基材に付着させる溶射法に比べ、大気中で酸化のない緻密な皮膜が得られ、材料粒子への熱影響が少ないので熱変質が抑えられ、成膜速度が速く、厚膜化が可能であり、付着効率が高いといった特性を有する。特に成膜速度が速く、厚膜が可能なことから、エンジン１のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂのような構造材料としての用途に適している。
【００２０】
図３は、コールドスプレー法に用いられるコールドスプレー装置の概略構成を示している。コールドスプレー装置２は、作動ガス及び搬送ガスを供給するガス供給部２１と、原料粉末を供給する原料粉末供給部２２と、原料粉末をその融点以下の作動ガスを用いて超音速流として噴射するコールドスプレーガン２３とを備える。
【００２１】
ガス供給部２１は、圧縮ガスボンベ２１ａ、作動ガスライン２１ｂ及び搬送ガスライン２１ｃを備える。作動ガスライン２１ｂ及び搬送ガスライン２１ｃは、それぞれ圧力調整器２１ｄ、流量調節弁２１ｅ、流量計２１ｆ及び圧力ゲージ２１ｇを備えている。圧力調整器２１ｄ、流量調節弁２１ｅ、流量計２１ｆ及び圧力ゲージ２１ｇは、圧縮ガスボンベ２１ａからの作動ガス及び搬送ガスの圧力及び流量の調整に供される。
【００２２】
作動ガスライン２１ｂには、電力源２１ｈにより加熱されるヒータ２１ｉを設置している。作動ガスは、ヒータ２１ｉによって原料の融点又は軟化点より低い温度に加熱した後、コールドスプレーガン２３中のチャンバ２３ａ内に導入される。チャンバ２３ａには、圧力計２３ｂと温度計２３ｃが設置され、圧力及び温度のフィードバック制御に供される。
【００２３】
一方、原料粉末供給部２２は、原料粉末供給装置２２ａと、これに付設される計量器２２ｂ及び原料粉末供給ライン２２ｃを備えている。圧縮ガスボンベ２１ａからの搬送ガスは、搬送ガスライン２１ｃを通り、原料粉末供給装置２２ａに導入される。計量器２２ｂにより計量された所定量の原料粉末は、原料粉末供給ライン２２ｃを経て、チャンバ２３ａ内に搬送される。
【００２４】
コールドスプレーガン２３は、搬送ガスによりチャンバ２３ａ内に搬送された原料粉末Ｐを、作動ガスにより超音速流としてノズル２３ｄの先端から噴射し、固相状態又は固液共存状態で基材２４に衝突させて皮膜２４ａを形成する。本実施形態では、基材２４としてシリンダヘッド１２を適用し、このシリンダヘッド１２の開口部１６ａ、１７ａの環状縁部にコールドスプレー法によって原料粉末Ｐを噴射することにより、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成している。
【００２５】
シリンダヘッド１２のバルブシートには、燃焼室１５内におけるバルブからの叩き入力に耐える高い耐熱性及び耐磨耗性と、燃焼室１５の冷却のための高い熱伝導性とが要求される。これらの要求に対し、例えば、析出硬化型銅合金の粉末により形成したバルブシート膜１６ｂ、１７ｂによれば、鋳物用アルミ合金で形成したシリンダヘッド１２よりも硬く、耐熱性及び耐磨耗性に優れたバルブシートを得ることができる。
【００２６】
また、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂは、シリンダヘッド１２に直接形成しているので、ポート開口部に別部品のシートリングを圧入して形成する従来のバルブシートに比べ、高い熱伝導性を得ることができる。さらには、別部品のシートリングを利用する場合に比べ、冷却用のウォータージャケットとの近接化を図ることができる他、吸気ポート１６及び排気ポート１７のスロート径の拡大、ポート形状の最適化によるタンブル流の促進などの副次的効果も得ることができる。
【００２７】
バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの形成に用いる原料粉末としては、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属であることが好ましく、例えば、上述した析出硬化型銅合金を用いることが好ましい。また、析出硬化型銅合金としては、ニッケル及びケイ素を含むコルソン合金や、クロムを含むクロム銅、ジルコニウムを含むジルコニウム銅等を用いてもよい。さらに、例えば、ニッケル、ケイ素及びクロムを含む析出硬化型銅合金、ニッケル、ケイ素及びジルコニウムを含む析出硬化型銅合金、ニッケル、ケイ素、クロム及びジルコニウムを含む析出硬化型合金、クロム及びジルコニウムを含む析出硬化型銅合金等を適用することもできる。
【００２８】
また、複数種類の原料粉末、例えば、第１の原料粉末と第２の原料粉末とを混合してバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成してもよい。この場合、第１の原料粉末には、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属を用いることが好ましく、例えば、上述した析出硬化型銅合金を用いることが好ましい。また、第２の原料粉末としては、第１の原料粉末よりも硬質な金属を用いることが好ましい。この第２の原料粉末には、例えば、鉄基合金、コバルト基合金、クロム基合金、ニッケル基合金、モリブデン基合金等の合金や、セラミックス等を適用してもよい。また、これらの金属の１種を単独で、または２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
第１の原料粉末と、第１の原料粉末よりも硬質な第２の原料粉末とを混合して形成したバルブシート膜は、析出硬化型銅合金のみで形成したバルブシート膜よりも優れた耐熱性、耐磨耗性を得ることができる。このような効果が得られるのは、第２の原料粉末により、シリンダヘッド１２の表面に存在する酸化皮膜が除去されて新生界面が露出形成され、シリンダヘッド１２と金属皮膜との密着性が向上するためと考えられる。また、第２の原料粉末がシリンダヘッド１２にめり込むことによるアンカー効果により、シリンダヘッド１２と原料皮膜との密着性が向上するためとも考えられる。さらには、第１の原料粉末が第２の原料粉末に衝突したときに、その運動エネルギの一部が熱エネルギに変換され、あるいは第１の原料粉末の一部が塑性変形する過程で発生する熱により、第１の原料粉末として用いた析出硬化型銅合金の一部における析出硬化がより促進されるためとも考えられる。
【００３０】
次に、本実施形態のシリンダヘッド１２の製造方法について説明する。図４は、シリンダヘッド１２の製造工程のうち、吸気ポート１６と排気ポート１７とにバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成するための手順を示す工程図である。この工程図に示すように、本実施形態のシリンダヘッド１２は、鋳造工程（ステップＳ１）と、切削工程（ステップＳ２）と、成膜工程（ステップＳ３）と、仕上工程（ステップＳ４）とによって、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成される。なお、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成するための工程以外の工程については、説明の簡略化のため詳しい説明は省略する。
【００３１】
鋳造工程Ｓ１では、砂中子がセットされた金型に鋳物用アルミ合金を流し込み、本体部に吸気ポート１６や排気ポート１７等が形成されたシリンダヘッド粗材３（図５参照）を鋳造成形する。吸気ポート１６及び排気ポート１７は砂中子により形成され、燃焼室上壁部１２ｂは金型で形成される。
【００３２】
図５は、鋳造工程Ｓ１で鋳造成形されたシリンダヘッド粗材３を、シリンダブロック取付面１２ａ側から見た斜視図である。シリンダヘッド粗材３は、４気筒ガソリンエンジンのシリンダヘッド粗材であり、シリンダブロック取付面１２ａには、その長手方向に沿って配列するように、４つの燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４が設けられている。シリンダブロック取付面１２ａには、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の周囲に、冷却水が流されるウォータージャケットの複数の開口部１２ｅが設けられている。ウォータージャケットの開口部１２ｅは、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に取り付けられた際に、シリンダブロック１１のウォータージャケットの開口部と連通する。
【００３３】
燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４は、略円形状をしており、シリンダブロック取付面１２ａに対して凹状に窪んでいる。燃焼室上壁部１２ｂ１には、吸気ポート１６の２つの開口部１６ａ１、１６ａ２と、排気ポート１７の２つの開口部１７ａ１、１７ａ２と、プラグ孔１２ｆ１と、インジェクタ孔１２ｇ１とが設けられている。同様に、燃焼室上壁部１２ｂ２には、吸気ポート１６の２つの開口部１６ａ３、１６ａ４と、排気ポート１７の２つの開口部１７ａ３、１７ａ４と、プラグ孔１２ｆ２と、インジェクタ孔１２ｇ２とが設けられている。また、燃焼室上壁部１２ｂ３には、吸気ポート１６の２つの開口部１６ａ５、１６ａ６と、排気ポート１７の２つの開口部１７ａ５、１７ａ６と、プラグ孔１２ｆ３と、インジェクタ孔１２ｇ３とが設けられている。燃焼室上壁部１２ｂ４には、吸気ポート１６の２つの開口部１６ａ７、１６ａ８と、排気ポート１７の２つの開口部１７ａ７、１７ａ８と、プラグ孔１２ｆ４と、インジェクタ孔１２ｇ４とが設けられている。
【００３４】
プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４は、点火プラグを取り付けるための孔であり、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の略中央に配置されている。したがって、シリンダヘッド粗材３に設けられている４つのプラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４は、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って配列されている。
【００３５】
吸気ポート１６の２つの開口部１６ａ１、１６ａ２は、燃焼室上壁部１２ｂ１の縁部に接する位置で、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿うように配列されている。また、開口部１６ａ３〜１６ａ８も同様に、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の縁部に接する位置で、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿うように配列されている。したがって、シリンダヘッド粗材３に設けられている８つの吸気用の開口部１６ａ１〜１６ａ８は、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って配列されている。各燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４にそれぞれ設けられた２本の吸気ポート１６は、シリンダヘッド粗材３内で１本に集合され、シリンダヘッド粗材３の側面まで連通されている。
【００３６】
また、排気ポート１７の２つの開口部１７ａ１、１７ａ２は、燃焼室上壁部１２ｂ１の開口部１６ａ１、１６ａ２に対し、プラグ孔１２ｆ１を挟んだ反対側の縁部に接する位置で、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿うように配列されている。また、開口部１７ａ１〜１７ａ８も同様に、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の縁部に接する位置で、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿うように配列されている。したがって、シリンダヘッド粗材３に設けられている８つの排気用の開口部１７ａ１〜１７ａ８は、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って配列されている。各燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４にそれぞれ設けられた２本の排気ポート１７は、シリンダヘッド粗材３内で１本に集合され、シリンダヘッド粗材３の側面まで連通されている。
【００３７】
インジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４は、燃料噴射用のインジェクタ装置を取り付けるための孔である。インジェクタ孔１２ｇ１は、２つの開口部１６ａ１、１６ａ２の間で、かつ、燃焼室上壁部１２ｂ１の縁部に接するように配置されている。また、インジェクタ孔１２ｇ１と同様に、インジェクタ孔１２ｇ２〜１２ｇ４も燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４に配置されている。したがって、シリンダヘッド粗材３に設けられた４つのインジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４は、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って配列されている。
【００３８】
次に、切削工程Ｓ２について説明する。図６Ａは、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿うシリンダヘッド粗材３の断面図であり、燃焼室上壁部１２ｂ１の吸気ポート１６の断面形状を示している。吸気ポート１６には、シリンダヘッド粗材３の燃焼室上壁部１２ｂ１内に露呈された円形の開口部１６ａ１が設けられている。切削工程Ｓ２では、シリンダヘッド粗材３にエンドミルやボールエンドミル等によるフライス加工を施し、図６Ｂに示すように、吸気ポート１６の開口部１６ａ１の環状縁部に環状バルブシート部１６ｃが形成される。環状バルブシート部１６ｃは、バルブシート膜１６ｂのベース形状となる環状溝であり、開口部１６ａ１の外周に形成される。
【００３９】
本実施形態のシリンダヘッド１２は、環状バルブシート部１６ｃにコールドスプレー法により原料粉末Ｐを吹き付けて皮膜を形成し、この皮膜を基にしてバルブシート膜１６ｂ（図６Ｄ参照）を形成する。そのため、環状バルブシート部１６ｃは、バルブシート膜１６ｂよりも一回り大きなサイズで形成されている。
【００４０】
成膜工程Ｓ３では、シリンダヘッド粗材３の開口部１６ａ１〜１６ａ８に、本実施形態のコールドスプレー装置２を利用して原料粉末Ｐを吹き付けて、バルブシート膜１６ｂが形成される。シリンダヘッド粗材３は、本発明の成膜対象部品に相当し、開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８は、本発明の被成膜部に相当する。成膜工程Ｓ３では、環状バルブシート部１６ｃと、コールドスプレーガン２３のノズル２３ｄとを同じ姿勢で一定距離に保ちながら、原料粉末Ｐが環状バルブシート部１６ｃの全周に吹き付けられるように、シリンダヘッド粗材３とノズル２３ｄとを一定速度で相対的に移動させる。
【００４１】
この実施形態では、例えば、図７に示すワーク回転装置４を利用し、シリンダヘッド粗材３を、固定配置されたコールドスプレーガン２３のノズル２３ｄに対して移動させる。ワーク回転装置４は、シリンダヘッド粗材３を保持するワークテーブル４１と、チルトステージ部４２と、ＸＹステージ部４３と、回転ステージ部４４と、コントローラ４５とを備える。
【００４２】
チルトステージ部４２は、ワークテーブル４１を支持し、ワークテーブル４１を水平方向に配したＡ軸の周りで回動させて、シリンダヘッド粗材３を傾けるステージである。ＸＹステージ部４３は、チルトステージ部４２を支持するＹ軸ステージ４３ａと、Ｙ軸ステージ４３ａを支持するＸ軸ステージ４３ｂとを備える。Ｙ軸ステージ４３ａは、水平方向に配したＹ軸に沿ってチルトステージ部４２を移動する。Ｘ軸ステージ４３ｂは、水平面上においてＹ軸に直交するＸ軸に沿って、Ｙ軸ステージ４３ａを移動する。これにより、ＸＹステージ部４３は、シリンダヘッド粗材３をＸ軸及びＹ軸に沿って任意の位置に移動する。回転ステージ部４４は、その上面にＸＹステージ部４３を支持する回転テーブル４４ａを有し、この回転テーブル４４ａを回転することにより、シリンダヘッド粗材３を略垂直方向のＺ軸の周りで回転する。
【００４３】
コントローラ４５は、チルトステージ部４２と、ＸＹステージ部４３と、回転ステージ部４４との移動を制御する制御装置である。コントローラ４５には、シリンダヘッド粗材３をコールドスプレー装置２のノズル２３ｄに対して移動させるティーチングプログラムがインストールされている。
【００４４】
コールドスプレーガン２３のノズル２３ｄの先端は、チルトステージ部４２の上方で、回転ステージ部４４のＺ軸の近傍に固定配置されている。コントローラ４５は、図６Ｃに示すように、チルトステージ部４２により、バルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが垂直になるようにワークテーブル４１を傾ける。また、コントローラ４５は、ＸＹステージ部４３により、バルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが、回転ステージ部４４のＺ軸に一致するようにシリンダヘッド粗材３を移動する。この状態で、ノズル２３ｄから環状バルブシート部１６ｃに原料粉末Ｐを吹き付け、回転ステージ部４４によりシリンダヘッド粗材３をＺ軸周りで回転させることにより、環状バルブシート部１６ｃの全周にバルブシート膜１６ｂを形成する。
【００４５】
コントローラ４５は、シリンダヘッド粗材３がＺ軸の周りで１回転して、開口部１６ａ１に対するバルブシート膜１６ｂの形成が終了すると、回転ステージ部４４の回転を一旦停止する。この回転停止中に、ＸＹステージ部４３は、次にバルブシート膜１６ｂが形成される開口部１６ａ２の中心軸Ｃが回転ステージ部４４のＺ軸に一致するように、シリンダヘッド粗材３を移動する。コントローラ４５は、ＸＹステージ部４３によるシリンダヘッド粗材３の移動終了後、回転ステージ部４４の回転を再開させ、次の開口部１６ａ２の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。以降、この動作を繰り返すことにより、シリンダヘッド粗材３の全ての開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成される。なお、吸気ポート１６と排気ポート１７との間でバルブシート膜の形成対象が切り替わる際には、排気ポート１７の中心軸が垂直になるように、チルトステージ部４２によってシリンダヘッド粗材３の傾きが変更される。
【００４６】
仕上工程Ｓ４では、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂと、吸気ポート１６及び排気ポート１７の仕上加工が行われる。バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの仕上加工では、ボールエンドミルを用いたフライス加工によりバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの表面を切削し、バルブシート膜１６ｂを所定形状に整える。
【００４７】
また、吸気ポート１６の仕上加工では、開口部１６ａ１から吸気ポート１６内にボールエンドミルを挿入し、図６Ｄに示す加工ラインＰＬに沿って吸気ポート１６の開口部１６ａ１側の内周面を切削する。加工ラインＰＬは、吸気ポート１６内に原料粉末Ｐが飛散して付着した余剰皮膜Ｓｆが比較的厚く形成される範囲、より具体的には、余剰皮膜Ｓｆが吸気ポート１６の吸気性能に影響を及ぼす程度に厚く形成される範囲である。
【００４８】
このように、仕上工程Ｓ４により、鋳造成形による吸気ポート１６の表面荒れが解消されるとともに、成膜工程Ｓ３で形成された余剰皮膜Ｓｆを除去することができる。図６Ｅに、仕上工程Ｓ４後の吸気ポート１６を示す。
【００４９】
なお、排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に、鋳造成形による排気ポート１７の形成、切削加工による環状バルブシート部１７ｃ（図２参照）の形成、コールドスプレー法によるバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの形成、仕上加工を経てバルブシート膜１７ｂが形成される。そのため、排気ポート１７に対するバルブシート膜１７ｂの形成手順については、詳しい説明を省略する。
【００５０】
《第１実施形態》
ところで、以上で説明した成膜工程Ｓ３には、（１）成膜工程のサイクルタイムが長くなる、（２）余剰皮膜が形成される、という２つの問題がある。問題（１）は、コールドスプレー装置２の特性によるものである。すなわち、コールドスプレー装置２は、原料粉末Ｐの吹き付けをいったん停止すると、再び原料粉末Ｐが安定して吹き付けられるようになるまでに数分間の待機時間を必要とする。そのため、複数の開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する場合に、開口部毎に原料粉末Ｐの吹き付けと、吹き付けの停止とを繰り返すと、成膜工程Ｓ３のサイクルタイムが長くなる。
【００５１】
問題（２）は、問題（１）を解決するために、本発明を適用することによって発生する問題である。すなわち、本発明の実施形態では、成膜工程Ｓ３のサイクルタイムに関する問題（１）を解決するために、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出を継続したまま、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の間で移動させるものである。これによれば、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出を停止しないので、待機時間は不要となり、成膜工程Ｓ３のサイクルタイムは短くなるが、シリンダヘッド粗材３の開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８以外の部分に原料粉末Ｐが付着して余剰皮膜が形成される、という問題（２）が発生する。特に、余剰皮膜が吸気ポート１６及び排気ポート１７の加工ラインＰＬよりも奥に形成されると、後加工で余剰皮膜を除去することができないので、エンジン性能に影響を及ぼす可能性がある。
【００５２】
図８Ａは、上述した問題（２）が発生する吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ、及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐを示している。吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐは、ノズル２３ｄにより吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８にバルブシート膜１６ｂを形成する際に、シリンダヘッド粗材３に対して移動されるノズル２３ｄの移動経路である。また、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐは、ノズル２３ｄにより排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１７ｂを形成する際に、シリンダヘッド粗材３に対して移動されるノズル２３ｄの移動経路である。吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ、及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐは、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿うように設定されている。
【００５３】
ノズル２３ｄは、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐに沿って移動する間に、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８に対し、順にバルブシート膜１６ｂを形成する。また、ノズル２３ｄは、バルブシート膜１６ｂの形成を終えた開口部（例えば、開口部１６ａ１）から、次にバルブシート膜１６ｂが形成される開口部（例えば、開口部１６ａ２）へ移動する際に、バルブシート膜１６ｂの形成を終えた開口部（例えば、開口部１６ａ１）の上方を移動する。同様に、ノズル２３ｄは、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐに沿って移動する間に、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８に対し、順にバルブシート膜１７ｂを形成する。また、ノズル２３ｄは、バルブシート膜１７ｂの形成を終えた開口部（例えば、開口部１７ａ１）から、次にバルブシート膜１７ｂが形成される開口部（例えば、開口部１７ａ２）へ移動する際に、バルブシート膜１７ｂの形成を終えた開口部（例えば、開口部１７ａ１）の上方を移動する。
【００５４】
図８Ｂは、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ、及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐに沿って移動されたノズル２３ｄにより、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成されたシリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示している。この図８Ｂに示すように、ノズル２３ｄが開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の上方を移動するので、吸気ポート１６及び排気ポート１７の加工ラインＰＬよりも奥には、除去できない余剰皮膜Ｓｆが形成されてしまう。
【００５５】
本実施形態に係る成膜工程Ｓ３は、本発明に係る成膜方法を実施する一実施の形態であり、上述した問題（１）、（２）を解決するために、図９Ａに示すように、図８Ａの吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ、及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐとは異なる吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１を設定している。ここで、ノズル移動経路とは、バルブシート膜が形成された開口部から、次にバルブシート膜が形成される開口部へと至るノズル２３ｄの移動経路である。このノズル移動経路には、ノズル２３ｄがシリンダヘッド粗材３の外部から、最初にバルブシート膜が形成される開口部（例えば、開口部１６ａ１）まで移動する経路と、最後にバルブシート膜が形成された開口部（例えば、開口部１６ａ８）から、シリンダヘッド粗材３の外部まで移動する経路とが含まれる。また、以下では、開口部にバルブシート膜を形成するために、ノズル２３ｄが開口部の上をなぞるように移動する経路を成膜経路と言う。
【００５６】
図９Ａは、シリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示す平面図であり、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８にバルブシート膜１６ｂを形成するための吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１７ｂを形成するための排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１とを示している。また、図１０は、図９Ａに示すシリンダヘッド粗材３のうち、左端の燃焼室上壁部１２ｂ１を拡大して示している。
【００５７】
吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１は、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間で、開口部１６ａ１〜１６ａ８に接するように、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されている。ノズル２３ｄは、図中左方から右方に向かって、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１上を移動する。この吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１により、ノズル２３ｄは、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との上方を移動せず、その代わりに、シリンダブロック取付面１２ａの上方と、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上方とを移動する。
【００５８】
このように設定された吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に対し、各開口部１６ａ１〜１６ａ８の環状バルブシート部１６ｃの上には、環状の吸気用成膜経路Ｉｄｐ１が吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に接するように設定されている。また、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１と吸気用成膜経路Ｉｄｐ１とが接する位置には、ノズル２３ｄにより、開口部１６ａ１〜１６ａ８の環状バルブシート部１６ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが開始される成膜開始位置Ｉｓ１と、環状バルブシート部１６ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが終了される成膜終了位置Ｉｅ１とが設定されている。
【００５９】
排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１は、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間で、開口部１７ａ１〜１７ａ８に接するように、開口部１７ａ１〜１７ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されている。ノズル２３ｄは、図中左方から右方に向かって、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１上を移動する。この排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１により、ノズル２３ｄは、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との上方を移動せず、その代わりに、シリンダブロック取付面１２ａの上方と、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上方とを移動する。
【００６０】
このように設定された排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１に対し、各開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状バルブシート部１７ｃの上には、環状の排気用成膜経路Ｅｄｐ１が排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１に接するように設定されている。また、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１と排気用成膜経路Ｅｄｐ１とが接する位置には、ノズル２３ｄにより、開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状バルブシート部１７ｃに原料粉末Ｐの吹き付けが開始される成膜開始位置Ｅｓ１と、環状バルブシート部１７ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが終了される成膜終了位置Ｅｅ１とが設定されている。
【００６１】
なお、図９Ａでは、吸気用成膜経路Ｉｄｐ１の成膜開始位置Ｉｓ１と、成膜終了位置Ｉｅ１とを離れた位置に描いているが、実際には、成膜開始位置Ｉｓ１の上に成膜終了位置Ｉｅ１が重なるように設定されている。図１１は、開口部１６ａ１の環状バルブシート部１６ｃに、バルブシート膜１６ｂを形成した直後の成膜開始位置Ｉｓ１と、成膜終了位置Ｉｅ１とを示す断面図である。この断面図に示すように、成膜開始位置Ｉｓ１と成膜終了位置Ｉｅ１は同じ位置に設定されており、成膜開始位置Ｉｓ１で形成されたバルブシート膜１６ｂの端部１６ｂ１の上に、成膜終了位置Ｉｅ１で形成されたバルブシート膜１６ｂの端部１６ｂ２が重なるように形成されている。したがって、バルブシート膜１６ｂは、開口部１６ａ１〜１６ａ８の全周に渡って隙間なく形成される。なお、成膜開始位置Ｉｓ１と成膜終了位置Ｉｅ１とが重なる位置では、他の部分よりも皮膜は厚くなるが、仕上工程Ｓ４で厚みが均一になるように切削される。また、排気用成膜経路Ｅｄｐ１における成膜開始位置Ｅｓ１と成膜終了位置Ｅｅ１との位置関係は、吸気用成膜経路Ｉｄｐ１の成膜開始位置Ｉｓ１と成膜終了位置Ｉｅ１との位置関係と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００６２】
ノズル２３ｄは、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び吸気用成膜経路Ｉｄｐ１を次のように移動する。なお、本実施形態では、実際にはノズル２３ｄが固定されて、シリンダヘッド粗材３が移動されているが、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び吸気用成膜経路Ｉｄｐ１におけるノズル２３ｄの動きを明確にするために、以下では、ノズル２３ｄが移動している状態として説明している。
【００６３】
ノズル２３ｄは、原料粉末Ｐの吹き付けを行いながら、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向、すなわち、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１上を直線的に移動する。ノズル２３ｄは、シリンダヘッド粗材３の外部からシリンダブロック取付面１２ａの上方に移動すると、シリンダブロック取付面１２ａの上方を通過して最初の開口部１６ａ１の上方まで移動する。ノズル２３ｄは、最初の成膜開始位置Ｉｓ１に到達すると、逆方向に折り返すようにして進行方向を転換し、吸気用成膜経路Ｉｄｐ１に沿って、環状バルブシート部１６ｃの上をなぞるように反時計周りに移動し、開口部１６ａ１の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【００６４】
ノズル２３ｄは、最初の成膜終了位置Ｉｅ１まで移動すると、逆方向に折り返すようにして進行方向を転換し、再び吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１６ａ２の成膜開始位置Ｉｓ１まで移動する。ノズル２３ｄは、開口部１６ａ２の成膜開始位置Ｉｓ１に到達すると、吸気用成膜経路Ｉｄｐ１に沿って、２つ目の開口部１６ａ２をなぞるように開口部１６ａ２の上方を図中反時計周りに移動し、開口部１６ａ２の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【００６５】
ノズル２３ｄは、開口部１６ａ２の成膜終了位置Ｉｅ１まで移動すると、再び吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、次の燃焼室上壁部１２ｂ２の開口部１６ａ３の成膜開始位置Ｉｓ１に移動する。以後、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の開口部１６ａ３〜１６ａ８に対し、開口部１６ａ１、１６ａ２と同様にバルブシート膜１６ｂを形成する。ノズル２３ｄは、最後の開口部１６ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成を終えた後、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に沿って燃焼室上壁部１２ｂ４の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、シリンダヘッド粗材３の外部に移動される。
【００６６】
吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成を終えると、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成が開始される。ノズル２３ｄは、原料粉末Ｐの吹き付けを行いながら、開口部１７ａ１〜１７ａ８の配列方向、すなわち、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１上を直線的に移動する。ノズル２３ｄは、シリンダヘッド粗材３の外部からシリンダブロック取付面１２ａの上方に移動すると、シリンダブロック取付面１２ａの上方を通過して最初の開口部１７ａ１の上方まで移動する。ノズル２３ｄは、最初の成膜開始位置Ｅｓ１に到達すると、逆方向に折り返すようにして進行方向を転換し、排気用成膜経路Ｅｄｐ１に沿って、環状バルブシート部の上をなぞるように時計周りに移動し、開口部１７ａ１の環状バルブシート部１７ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【００６７】
ノズル２３ｄは、開口部１７ａ１の成膜終了位置Ｅｅ１まで移動すると、再び、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１７ａ２の成膜開始位置Ｅｓ１まで移動する。ノズル２３ｄは、次の開口部１７ａ２の成膜開始位置Ｅｓ１に到達すると、排気用成膜経路Ｅｄｐ１に沿って、２つ目の開口部１７ａ２をなぞるように開口部１７ａ２の上方を図中時計周りに移動し、開口部１７ａ２の環状バルブシート部１７ｃにバルブシート膜１７ｂを形成する。
【００６８】
ノズル２３ｄは、開口部１７ａ２の成膜終了位置Ｅｅ１まで移動すると、再び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、次の燃焼室上壁部１２ｂ２の開口部１６ａ３の成膜開始位置Ｅｓ１に移動する。以後、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の開口部１７ａ３〜１７ａ８に対し、開口部１７ａ１、１７ａ２と同様にバルブシート膜１７ｂを形成する。ノズル２３ｄは、最後の開口部１７ａ８に対するバルブシート膜１７ｂの形成を終えた後、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１に沿って燃焼室上壁部１２ｂ４の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、シリンダヘッド粗材３の外部に移動される。
【００６９】
図９Ｂは、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成された後のシリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示す。この図９Ｂに示すように、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８にはバルブシート膜１６ｂが形成され、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にはバルブシート膜１７ｂが形成される。また、シリンダブロック取付面１２ａと、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４とに余剰皮膜Ｓｆが形成されるが、吸気ポート１６及び排気ポート１７の奥には余剰皮膜Ｓｆは形成されない。
【００７０】
このように、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吹き付けを継続しながら、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の間で移動させるので、原料粉末Ｐの吹き付けと、吹き付け停止とを繰り返して複数の開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する場合よりも、成膜工程Ｓ３のサイクルタイムを短くすることができる。
【００７１】
また、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１は、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との上方を移動せず、その代わりに、シリンダブロック取付面１２ａの上方と、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上方とを移動するように設定されているので、余剰皮膜Ｓｆが吸気ポート１６や排気ポート１７の奥の除去できない位置に形成されるのを防ぐことができる。
【００７２】
また、シリンダブロック取付面１２ａの上には余剰皮膜Ｓｆが形成されるが、シリンダブロック取付面１２ａは、平面度を高めるために従来からフライス盤などで後加工されているので、新たな工程を設けなくてもシリンダブロック取付面１２ａに形成された余剰皮膜Ｓｆは除去することが可能である。さらに、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４にも余剰皮膜Ｓｆは形成されるが、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４は外部に露呈されているので、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の余剰皮膜Ｓｆは比較的簡単に除去することができる。なお、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に形成された余剰皮膜Ｓｆは、エンジン１の燃焼性能に影響を及ぼさない場合には、除去せずに残しておいてもよい。
【００７３】
また、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１は、開口部１６ａ１〜１６ａ８に接するように、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されており、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１上に成膜開始位置Ｉｓ１と、成膜終了位置Ｉｅ１とが設定されている。同様に、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１は、開口部１７ａ１〜１７ａ８に接するように、開口部１７ａ１〜１７ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されており、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１上に成膜開始位置Ｅｓ１と、成膜終了位置Ｅｅ１とが設定されている。したがって、ノズル２３ｄから原料粉末Ｐが無駄に吐出する距離、すなわち、余剰皮膜Ｓｆが形成される距離を短くすることができる。これにより、原料粉末Ｐの無駄が抑えられるとともに、余剰皮膜Ｓｆを除去するための工数を削減することができる。
【００７４】
さらに、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１を設定して、原料粉末Ｐを吹き付けて余剰皮膜Ｓｆを形成することにより、吸気ポート１６と排気ポート１７との間に圧縮残留応力を付与し、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間の強度をより高めることが可能である。
【００７５】
シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１に取り付けられた拘束状態で高温の繰返し加熱を受けるので、熱疲労現象により、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に亀裂が発生する可能性がある。すなわち、シリンダヘッド１２のシリンダブロック取付面１２ａは、燃焼室１５からの熱を受けて加熱されることにより伸びようとするが、シリンダヘッド１２はシリンダブロック１１に拘束されているので、圧縮荷重を受けて降伏し、圧縮応力が発生する。このような状態で、エンジン１が停止されてシリンダヘッド１２が冷却されると、シリンダヘッド１２のシリンダブロック取付面１２ａは縮もうとするので、シリンダブロック取付面１２ａの降伏面には引張応力が発生する。この圧縮応力と引張応力との繰り返しにより、最も熱的に厳しい条件下にさらされる開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に、亀裂が発生する場合がある。
【００７６】
このような問題に対し、本実施形態では、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１を設定して余剰皮膜Ｓｆを形成することにより、ショットピーニング加工を行った場合と同様に、圧縮残留応力を付与することができる。図１２は、バルブシート膜１６ｂを形成した後の吸気ポート１６の開口部１６ａ１を示す断面図である。この図１２に示すように、開口部１６ａ１に形成されたバルブシート膜１６ｂには、圧縮残留応力Ｃｓ１（例えば、３５０〜４６７Ｍｐａ）が発生し、バルブシート膜１６ｂの外側には、圧縮残留応力Ｃｓ２（例えば、２３〜１１８Ｍｐａ）が発生する。これに対し、吸気ポート１６の開口部１６ａ１と排気ポート１７の開口部１７ａ１との間には、バルブシート膜１６ｂの外側よりも大きな、圧縮残留応力Ｃｓ３（例えば、３４〜２２３Ｍｐａ）が発生する。したがって、この圧縮残留応力により、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間の強度が向上するので、亀裂の発生を防ぐことができる。
【００７７】
また、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１は、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に設定されているので、インジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４内には余剰皮膜Ｓｆは形成されない。なお、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１を利用することにより、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４内に余剰皮膜Ｓｆが形成されるが、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４は、点火プラグ用のネジ孔を形成するために必ず後加工されるので、この後加工により余剰皮膜Ｓｆは除去することができる。
【００７８】
《第２実施形態》
次に、ノズル移動経路に関する第２実施形態について説明する。図１３Ａは、シリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示す平面図であり、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８にバルブシート膜１６ｂを形成するための吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１７ｂを形成するための排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２とを示している。また、図１４は、図１３Ａに示すシリンダヘッド粗材３のうち、左端の燃焼室上壁部１２ｂ１を拡大して示している。
【００７９】
吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２は、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部と、開口部１６ａ１〜１６ａ８との間で、開口部１６ａ１〜１６ａ８に接するように、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されている。ノズル２３ｄは、図中左方から右方に向かって、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２上を移動する。この吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２により、ノズル２３ｄは、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との上方を移動せず、その代わりに、シリンダブロック取付面１２ａの上方と、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上方とを移動する。
【００８０】
このように設定された吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２に対し、各開口部１６ａ１〜１６ａ８の環状バルブシート部１６ｃの上には、環状の吸気用成膜経路Ｉｄｐ２が吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２に接するように設定されている。また、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２と吸気用成膜経路Ｉｄｐ２とが接する位置には、ノズル２３ｄにより、開口部１６ａ１〜１６ａ８の環状バルブシート部１６ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが開始される成膜開始位置Ｉｓ２と、環状バルブシート部１６ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが終了される成膜終了位置Ｉｅ２とが設定されている。
【００８１】
排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２は、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部と、開口部１７ａ１〜１７ａ８との間で、開口部１７ａ１〜１７ａ８に接するように、開口部１７ａ１〜１７ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されている。ノズル２３ｄは、図中左方から右方に向かって、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２上を移動する。この排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２により、ノズル２３ｄは、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との上方を移動せず、その代わりに、シリンダブロック取付面１２ａの上方と、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上方とを移動する。
【００８２】
このように設定された排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２に対し、各開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状バルブシート部１７ｃの上には、環状の排気用成膜経路Ｅｄｐ２が排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２に接するように設定されている。また、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２と排気用成膜経路Ｅｄｐ２とが接する位置には、ノズル２３ｄにより、開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状バルブシート部１７ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが開始される成膜開始位置Ｅｓ２と、環状バルブシート部１７ｃに対する原料粉末Ｐの吹き付けが終了される成膜終了位置Ｅｅ２とが設定されている。
【００８３】
なお、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２の成膜開始位置Ｉｓ２と、成膜終了位置Ｉｅ２は、第１実施形態の成膜開始位置Ｉｓ１と成膜終了位置Ｉｅ１と同様に、皮膜が重なり合うように設定されている。したがって、バルブシート膜１６ｂは、開口部１６ａ１〜１６ａ８の全周に渡って隙間なく形成される。また、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２の成膜開始位置Ｅｓ２と、成膜終了位置Ｅｅ２は、第１実施形態の成膜開始位置Ｅｓ１と成膜終了位置Ｅｅ１と同様に、皮膜が重なり合うように設定されている。したがって、バルブシート膜１７ｂは、開口部１７ａ１〜１７ａ８の全周に渡って隙間なく形成される。
【００８４】
ノズル２３ｄは、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２及び吸気用成膜経路Ｉｄｐ２を次のように移動する。ノズル２３ｄは、原料粉末Ｐの吹き付けを行いながら、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向、すなわち、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２上を直線的に移動する。ノズル２３ｄは、シリンダヘッド粗材３の外部からシリンダブロック取付面１２ａの上方に移動すると、シリンダブロック取付面１２ａの上方を通過して最初の開口部１６ａ１の上方まで移動する。ノズル２３ｄは、最初の成膜開始位置Ｉｓ２に到達すると、逆方向に折り返すようにして進行方向を転換し、吸気用成膜経路Ｉｄｐ２に沿って、環状バルブシート部１６ｃの上をなぞるように時計周りに移動し、開口部１６ａ１の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【００８５】
ノズル２３ｄは、最初の成膜終了位置Ｉｅ２まで移動すると、再び、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１６ａ２の成膜開始位置Ｉｓ２まで移動する。ノズル２３ｄは、次の開口部１６ａ２の成膜開始位置Ｉｓ２に到達すると、吸気用成膜経路Ｉｄｐ２に沿って、２つ目の開口部１６ａ２をなぞるように開口部１６ａ２の上方を図中時計周りに移動し、開口部１６ａ２の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【００８６】
ノズル２３ｄは、開口部１６ａ２の成膜終了位置Ｉｅ２まで移動すると、再び吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、次の燃焼室上壁部１２ｂ２の開口部１６ａ３の成膜開始位置Ｉｓ２に移動する。以後、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の開口部１６ａ３〜１６ａ８に対し、開口部１６ａ１、１６ａ２と同様にバルブシート膜１６ｂを形成する。ノズル２３ｄは、最後の開口部１６ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成を終えた後、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２に沿って燃焼室上壁部１２ｂ４の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、シリンダヘッド粗材３の外部に移動される。
【００８７】
吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成を終えると、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成が開始される。ノズル２３ｄは、原料粉末Ｐの吹き付けを行いながら、開口部１７ａ１〜１７ａ８の配列方向、すなわち、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２上を直線的に移動する。ノズル２３ｄは、シリンダヘッド粗材３の外部からシリンダブロック取付面１２ａの上方に移動すると、シリンダブロック取付面１２ａの上方を通過して最初の開口部１７ａ１の上方まで移動する。ノズル２３ｄは、最初の成膜開始位置Ｅｓ２に到達すると、逆方向に折り返すようにして進行方向を転換し、排気用成膜経路Ｅｄｐ２に沿って、環状バルブシート部１７ｃの上をなぞるように反時計周りに移動し、開口部１７ａ１の環状バルブシート部１７ｃにバルブシート膜１７ｂを形成する。
【００８８】
ノズル２３ｄは、開口部１６ａ２の成膜終了位置Ｅｅ２まで移動すると、再び、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１７ａ２の成膜開始位置Ｅｓ２まで移動する。ノズル２３ｄは、次の開口部１７ａ２の成膜開始位置Ｅｓ２に到達すると、排気用成膜経路Ｅｄｐ２に沿って、２つ目の開口部１７ａ２をなぞるように開口部１７ａ２の上方を図中反時計周りに移動し、開口部１７ａ２の環状バルブシート部１７ｃにバルブシート膜１７ｂを形成する。
【００８９】
ノズル２３ｄは、開口部１７ａ２の成膜終了位置Ｅｅ２まで移動すると、再び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、次の燃焼室上壁部１２ｂ２の開口部１６ａ３の成膜開始位置Ｅｓ２に移動する。以後、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の開口部１７ａ３〜１７ａ８に対し、開口部１７ａ１、１７ａ２と同様にバルブシート膜１７ｂを形成する。ノズル２３ｄは、最後の開口部１７ａ８に対するバルブシート膜１７ｂの形成を終えた後、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２に沿って燃焼室上壁部１２ｂ４の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、シリンダヘッド粗材３の外部に移動される。
【００９０】
図１３Ｂは、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成された後のシリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示す。この図１３Ｂに示すように、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８にはバルブシート膜１６ｂが形成され、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にはバルブシート膜１７ｂが形成される。また、シリンダブロック取付面１２ａと、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４とに余剰皮膜Ｓｆが形成されるが、吸気ポート１６及び排気ポート１７の奥には余剰皮膜Ｓｆは形成されない。
【００９１】
このように、本実施形態は、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吹き付けを継続しながら、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の間で移動させるとともに、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の上方で移動させないようにしているので、第１実施形態と同様に問題（１）、（２）を解消することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、開口部１６ａ１〜１６ａ８と、開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に余剰皮膜Ｓｆは形成されないので、圧縮残留応力による強度の向上を図ることはできない。しかしながら、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２と、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２とを、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４を挟む離れた位置に設定しているので、コールドスプレー時に発生する熱を分散し、残留応力が溜まりにくいバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、成膜開始位置Ｉｓ２、Ｅｓ２と成膜終了位置Ｉｅ２、Ｅｅ２とを、エンジン１の稼働中の温度が高く、かつ熱負荷が大きくなる燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の中央部には配置せず、中央部よりも温度が低く、中央部よりも熱負荷が小さくなる燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部側に設定している。したがって、バルブシート膜１６ｂの成膜開始位置Ｉｓ２及び成膜終了位置Ｉｅ２と、バルブシート膜１７ｂの成膜開始位置Ｅｓ２及び成膜終了位置Ｅｅ２との強度が、予め設定していた所定の強度よりも低くなった場合でも、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの性能に影響は生じない。
【００９４】
さらに、本実施形態では、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２を燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部と、開口部１６ａ１〜１６ａ８との間に設定し、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２を、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に設定しているので、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４内には余剰皮膜Ｓｆは形成されない。
【００９５】
なお、筒内噴射方式のエンジンには、燃焼室の略中心上方から燃料室内に燃料を下向きに噴射するようにインジェクタを配置した、スプレーガイド式（センター噴射式）エンジンがある。このようなスプレーガイド式エンジンのシリンダヘッド粗材３Ａは、図１５に示すように、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の中央部に、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４と並んでインジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４が配置されている。本実施形態の吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２は、このようなスプレーガイド式エンジンのシリンダヘッド粗材３Ａに適用することにより、吸気ポート１６及び排気ポート１７内だけでなく、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４及びインジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４に対する余剰皮膜Ｓｆの形成を抑制することができる。
【００９６】
《第３実施形態》
次に、ノズル移動経路に関する第３実施形態について説明する。この実施形態は、第１実施形態で説明した吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１と、第２実施形態で説明した吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２とを組み合わせたものである。例えば、図１６に示すシリンダヘッド粗材３では、吸気ポート１６に第１実施形態の吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１を適用し、排気ポート１７に第２実施形態の排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２を適用している。また、図１７に示すシリンダヘッド粗材３では、吸気ポート１６に第２実施形態の吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２を適用し、排気ポート１７に第１実施形態の排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１を適用している。
【００９７】
この実施形態によれば、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吹き付けを継続しながら、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の間で移動させるとともに、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の上方で移動させないようにしているので、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、問題（１）、（２）を解消することができる。
【００９８】
また、図１６に示す実施形態では、第１実施形態の効果と、第２実施形態の効果とを組み合わせた効果を得ることができる。すなわち、開口部１６ａ１〜１６ａ８と、開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に原料粉末Ｐを吹き付けて余剰皮膜を形成することにより、圧縮残留応力を付与して、強度の向上を図ることができる。また、排気ポート１７においては、コールドスプレー時に発生する熱を分散し、残留応力が溜まりにくいバルブシート膜１７ｂを形成することができる。さらに、インジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４内への余剰皮膜Ｓｆの形成を防ぐことができる。
【００９９】
また、図１７に示す実施形態でも、第１実施形態の効果と、第２実施形態の効果とを組み合わせた効果を得ることができる。すなわち、開口部１６ａ１〜１６ａ８と、開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に原料粉末Ｐを吹き付けて余剰皮膜を形成することにより、圧縮残留応力を付与して、強度の向上を図ることができる。また、吸気ポート１６においては、コールドスプレー時に発生する熱を分散し、残留応力が溜まりにくいバルブシート膜１６ｂを形成することができる。さらに、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４内への余剰皮膜Ｓｆの形成を防ぐことができる。
【０１００】
《第４実施形態》
次に、ノズル移動経路に関する第４実施形態について説明する。図１８Ａは、シリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示す平面図であり、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８とに、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成するためのノズル移動経路Ｎｐを示している。また、図１９は、図１８Ａに示すシリンダヘッド粗材３のうち、左端の燃焼室上壁部１２ｂ１を拡大して示している。
【０１０１】
ノズル移動経路Ｎｐは、シリンダヘッド粗材３が複数の燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４を有し、複数の燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４のそれぞれに、複数の開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８をそれぞれ備える場合に、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４毎にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成するものである。ノズル移動経路Ｎｐには、開口部１６ａ１〜１６ａ８にバルブシート膜１６ｂを形成するための吸気用成膜経路Ｉｄｐ４と、開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１７ｂを形成するための排気用成膜経路Ｅｄｐ４とが接続されている。
【０１０２】
具体的には、ノズル２３ｄは、ノズル移動経路Ｎｐを次のように移動する。ノズル２３ｄは、原料粉末Ｐの吹き付けを行いながら、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向、すなわち、シリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って、ノズル移動経路Ｎｐ上を直線的に移動する。ノズル２３ｄは、シリンダヘッド粗材３の外部からシリンダブロック取付面１２ａの上方に移動すると、シリンダブロック取付面１２ａの上方を通過して最初の開口部１６ａ１の上方まで移動する。ノズル２３ｄは、ノズル移動経路Ｎｐと吸気用成膜経路Ｉｄｐ４とが接する最初の成膜開始位置Ｉｓ４に到達すると、吸気用成膜経路Ｉｄｐ４に沿って、開口部１６ａ１をなぞるように開口部１６ａ１の上方を図中時計周りに移動し、開口部１６ａ１の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【０１０３】
ノズル２３ｄは、開口部１６ａ１の成膜終了位置Ｉｅ４まで移動すると、シリンダヘッド粗材３の幅方向に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１７ａ１の成膜開始位置Ｅｓ４まで移動する。ノズル２３ｄは、開口部１７ａ１の成膜開始位置Ｅｓ４に到達すると、排気用成膜経路Ｅｄｐ４に沿って、開口部１７ａ１をなぞるように開口部１７ａ１の上方を図中時計周りに移動し、開口部１７ａ１の環状バルブシート部１７ｃにバルブシート膜１７ｂを形成する。
【０１０４】
ノズル２３ｄは、開口部１７ａ１の成膜終了位置Ｅｅ４まで移動すると、再びシリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１７ａ２の成膜開始位置Ｅｓ４に移動する。ノズル２３ｄは、開口部１７ａ２の成膜開始位置Ｅｓ４に到達すると、排気用成膜経路Ｅｄｐ４に沿って、開口部１７ａ２をなぞるように開口部１７ａ２の上方を図中時計周りに移動し、開口部１７ａ２の環状バルブシート部１７ｃにバルブシート膜１７ｂを形成する。
【０１０５】
ノズル２３ｄは、開口部１７ａ２の成膜終了位置Ｅｅ４まで移動すると、再びシリンダヘッド粗材３の幅方向に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方を移動し、次の開口部１６ａ２の成膜開始位置Ｉｓ４に移動する。ノズル２３ｄは、開口部１６ａ２の成膜開始位置Ｉｓ４に到達すると、吸気用成膜経路Ｉｄｐ４に沿って、開口部１６ａ２をなぞるように開口部１６ａ２の上方を図中反時計周りに移動し、開口部１６ａ２の環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する。
【０１０６】
ノズル２３ｄは、開口部１６ａ２の成膜終了位置Ｉｅ４まで移動すると、再びシリンダヘッド粗材３の長手方向に沿って燃焼室上壁部１２ａ１の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、次の燃焼室上壁部１２ａ２の開口部１６ａ３の成膜開始位置Ｉｓ４に移動する。以後、ノズル２３ｄは、燃焼室上壁部１２ｂ２〜１２ｂ４の開口部１６ａ３〜１６ａ８及び開口部１７ａ３〜１７ａ８に対し、開口部１６ａ１、１６ａ２、１７ａ１、１７ａ２と同様にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する。ノズル２３ｄは、最後の開口部１６ａ８に対するバルブシート膜１６ｂの形成を終えた後、ノズル移動経路Ｎｐに沿って燃焼室上壁部１２ｂ４の上方と、シリンダブロック取付面１２ａの上方とを移動し、シリンダヘッド粗材３の外部に移動される。
【０１０７】
図１８Ｂは、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成された後のシリンダヘッド粗材３のシリンダブロック取付面１２ａを示す。この図１８Ｂに示すように、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８にはバルブシート膜１６ｂが形成され、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にはバルブシート膜１７ｂが形成される。また、シリンダブロック取付面１２ａと、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４とに余剰皮膜Ｓｆが形成されるが、吸気ポート１６及び排気ポート１７の奥には余剰皮膜Ｓｆは形成されない。
【０１０８】
この実施形態によれば、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吹き付けを継続しながら、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の間で移動させるとともに、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の上方で移動させないようにしているので、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、問題（１）、（２）を解消することができる。また、吸気ポート１６及び排気ポート１７内だけでなく、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４及びインジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４に対する余剰皮膜Ｓｆの形成を抑制することができる。
【０１０９】
さらに、コールドシート法では、皮膜が形成される被成膜部の温度が高いほど被成膜部と原料粉末Ｐとが塑性変形しやすくなるので、皮膜が形成される被成膜部の温度が高いほど、原料粉末Ｐを強固に付着させることができる。本実施形態によれば、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４毎にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成することにより、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成されている燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の温度を高い状態で維持することができるので、原料粉末Ｐが強固に付着させて、優れた高温耐磨耗性を有するバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成することができる。
【０１１０】
さらに、本実施形態では、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４毎にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成するので、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４毎にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの補修を行うこともできる。
【０１１１】
《第５実施形態》
次に、ノズル移動経路に関する第５実施形態について説明する。この実施形態では、ノズル２３ｄがノズル移動経路を移動する際に、原料粉末Ｐが吐出される吐出面に対する原料粉末Ｐの吐出角度、すなわち、シリンダブロック取付面１２ａや燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に対する原料粉末Ｐの吐出角度を、被成膜部である開口部１６ａ１〜１６ａ８又は開口部１７ａ１〜１７ａ８に対する原料粉末Ｐの吐出角度θ１と異ならせることにより、シリンダブロック取付面１２ａや燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に形成される余剰皮膜の幅や厚さを変更するものである。以下では、ノズル移動経路において、シリンダブロック取付面１２ａや燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に対する原料粉末Ｐの吐出角度を略水平にするパターン（１）と、シリンダブロック取付面１２ａや燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に対する原料粉末Ｐの吹き付け角度を略垂直にするパターン（２）について説明する。
【０１１２】
まず、第１実施形態の原料粉末Ｐの吐出角度について説明する。第１実施形態では、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１上の吸気用成膜経路Ｉｄｐ１上で移動させ、環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する際に、図２０Ａ（Ａ）に示すように、環状バルブシート部１６ｃに対して略垂直な方向から原料粉末Ｐが吹き付けられるように、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出角度θ１を設定している。また、第１実施形態では、ノズル２３ｄを吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１上で移動させる際に、図２０Ａ（Ｂ）に示すように、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出角度θ１を変更しない。したがって、シリンダブロック取付面１２ａには、吐出角度θ１に応じた幅Ｗ１、厚みＴ１で余剰皮膜Ｓｆ１が形成される。
【０１１３】
これに対し、本実施形態のパターン（１）では、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１上の吸気用成膜経路Ｉｄｐ１上で移動させ、環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する際には、図２０Ｂ（Ａ）に示すように、第１〜第４実施形態と同様に、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出角度をθ１に設定している。しかしながら、本実施形態では、ノズル２３ｄを吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１上で移動させる際には、図２０Ｂ（Ｂ）に示すように、シリンダブロック取付面１２ａに対する原料粉末Ｐの吐出角度θ２を、吐出角度θ１よりも小さく、例えば、できるだけシリンダブロック取付面１２ａに対して平行に近くなるようにしている。これにより、シリンダブロック取付面１２ａに形成される余剰皮膜Ｓｆ２の幅Ｗ２は、第１〜第４実施形態の幅Ｗ１よりも広くなるが、厚みＴ２は、余剰皮膜Ｓｆ１の厚みＴ１よりも薄くなる。
【０１１４】
また、本実施形態のパターン（２）では、ノズル２３ｄを開口部１６ａ１上の吸気用成膜経路Ｉｄｐ１上で移動させ、環状バルブシート部１６ｃにバルブシート膜１６ｂを形成する際には、図２０Ｃ（Ａ）に示すように、パターン（１）と同様に、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出角度をθ１に設定している。しかしながら、本実施形態では、ノズル２３ｄを吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１上で移動させる際には、図２０Ｃ（Ｂ）に示すように、シリンダブロック取付面１２ａに対する原料粉末Ｐの吐出角度θ３を、吐出角度θ１よりも大きく、例えば、シリンダブロック取付面１２ａに対して略垂直にしている。これにより、シリンダブロック取付面１２ａに形成される余剰皮膜Ｓｆ３の幅Ｗ３は、第１〜第４実施形態の幅Ｗ１よりも狭くなるが、厚みＴ３は、余剰皮膜Ｓｆ１の厚みＴ１よりも厚くなる。
【０１１５】
本実施形態のパターン（１）によれば、余剰皮膜Ｓｆ２を除去するためにシリンダヘッド粗材３に施す後加工の面積は、余剰皮膜Ｓｆ２の幅Ｗ２が余剰皮膜Ｓｆ１の幅Ｗ１よりも広いので、第１実施形態よりも広くなる。しかしながら、余剰皮膜Ｓｆ２の厚みＴ２は、余剰皮膜Ｓｆ１の厚みＴ１よりも薄いので、後加工の深さは第１実施形態よりも浅くなる。したがって、仕上工程Ｓ４で全面が切削されるシリンダブロック取付面１２ａに余剰皮膜Ｓｆ２が形成されるようにすれば、第１実施形態よりも後加工が容易になる。
【０１１６】
また、本実施形態のパターン（２）によれば、余剰皮膜Ｓｆ３を除去するためにシリンダヘッド粗材３に施す後加工の深さは、余剰皮膜Ｓｆ３の厚みＴ３が余剰皮膜Ｓｆ１の厚みＴ１よりも厚いので、第１実施形態よりも深くなる。しかしながら、余剰皮膜Ｓｆ３の幅Ｗ３は、余剰皮膜Ｓｆ１の幅Ｗ１よりも狭いので、後加工の面積は第１実施形態よりも狭くなる。したがって、シリンダブロック取付面１２ａよりも面積が狭く、曲面や傾斜面を有する燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に余剰皮膜Ｓｆ３が形成されるようにすれば、第１実施形態よりも後加工が容易になる。
【０１１７】
なお、詳しくは図示しないが、本実施形態は、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１７ｂを形成する際にも適用される。また、第２〜第４実施形態でノズル２３ｄを移動させる際にも適用可能である。さらに、本実施形態は、シリンダブロック取付面１２ａと、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４との両方にパターン（１）を適用してもよいし、シリンダブロック取付面１２ａと、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４との両方にパターン（２）を適応してもよい。また、シリンダブロック取付面１２ａにパターン（１）を適用し、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４にパターン（２）を適用してもよい。
【０１１８】
上記の第５実施形態では、ノズル２３ｄがノズル移動経路を移動する際に、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出角度を変化させるようにしたが、例えば、ノズル２３ｄがノズル移動経路を移動する際に、ノズル２３ｄの移動速度をバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する際の移動速度よりも速くしてもよい。これによれば、シリンダブロック取付面１２ａと、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４とに形成される余剰皮膜の厚みを薄くすることができる。
【０１１９】
なお、上記の第１〜第５実施形態では、例えば、図１０に示すように、ノズル２３ｄが成膜開始位置ｉｓ１に到達した場合に、ノズル２３ｄの移動方向を略逆方向に切り換えて吸気用成膜経路Ｉｄｐ１に移動させ、吸気用成膜経路Ｉｄｐ１を移動したノズル２３ｄが成膜終了位置Ｉｅ１に到達した場合に、再びノズル２３ｄの移動方向を略逆方向に切り換えて吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に移動させている。これにより、ノズル２３ｄの移動方向を略逆方向に切り換えるタイミングを調整することで、バルブシート膜１６ｂが重なって厚く形成される幅を変化させることができる。しかしながら、図２１に示すように、ノズル２３ｄが成膜開始位置ｉｓ１に到達した場合に、そのままノズル２３ｄの移動方向を略逆方向に切り換えずに吸気用成膜経路Ｉｄｐ１に移動させ、ノズル２３ｄが成膜開始位置ｉｓ１に到達した場合に、ノズル２３ｄの移動方向を略逆方向に切り換えずに吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１に移動させてもよい。
【０１２０】
また、上記の第１〜第５実施形態では、成膜対象部品の複数の被成膜部として、シリンダヘッド粗材３の吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８、及び排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８を例に挙げて説明したが、本発明は、その他の成膜対象部品に対しても適用することが可能である。
【０１２１】
例えば、図１に示すシリンダブロック１１において、図面奥行き方向に配列されている４つのシリンダ１１ａの内周面に、コールドスプレー装置２を利用して皮膜を形成する際に、本発明を適用してもよい。具体的には、ノズル２３ｄで４つのシリンダ１１ａの内周面に皮膜を形成する際に、皮膜が形成されたシリンダ１１ａから、次に皮膜が形成される隣のシリンダ１１ａまでノズル２３ｄを移動させる際に、このノズル移動経路上でノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出を継続することにより、サイクルタイムの短縮を図ることが可能である。
【０１２２】
また、図１に示すクランクシャフト１４において、図面奥行き方向に設けられている複数のジャーナル部１４ａに、コールドスプレー装置２を利用して皮膜を形成する際に、本発明を適用してもよい。具体的には、ノズル２３ｄで複数のジャーナル部１４ａに皮膜を形成する際に、皮膜が形成されたジャーナル部１４ａから、次に皮膜が形成される隣のジャーナル部１４ａまでノズル２３ｄを移動させる際に、このノズル移動経路上でノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出を継続することにより、サイクルタイムの短縮を図ることが可能である。また、ジャーナル部１４ａの間に配置されているクランクピン１４ｂに余剰皮膜が形成されないように、ノズル移動経路と、クランクシャフト１４の回転位置とを調整しながら成膜を行うことが好ましい。
【０１２３】
以上で説明したように、本発明の実施形態に係る成膜方法は、シリンダヘッド粗材３やシリンダブロック１１、あるいはクランクシャフト１４などの成膜対象部品に設けられている、互いに連続しない複数の被成膜部のそれぞれに皮膜を形成するために、成膜対象部品とコールドスプレー装置２のノズル２３ｄとを相対的に移動させて、複数の被成膜部とノズル２３ｄとを順次対向させるとともに、ノズル２３ｄに対向した被成膜部にノズル２３ｄによって原料粉末Ｐを吹き付ける成膜方法であり、ノズル２３ｄが、皮膜が形成された被成膜部から、次に皮膜が形成される被成膜部へ相対的に移動されるノズル移動経路にあるときに、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出を継続するものである。これにより、原料粉末Ｐの吹き付けと、吹き付け停止とを繰り返して複数の被成膜部に皮膜を形成する場合に比べ、サイクルタイムを短くすることができる。
【０１２４】
また、本発明の第１〜第５実施形態に係る成膜方法によれば、成膜対象部品であるシリンダヘッド粗材３において、複数の被成膜部である開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状縁部にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する際に、シリンダヘッド粗材３とコールドスプレー装置２のノズル２３ｄとを相対的に移動させて、複数の開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状縁部とノズル２３ｄとを順次対向させるとともに、ノズル２３ｄに対向された開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８の環状縁部に、ノズル２３ｄによって原料粉末Ｐを吹き付けている。そして、ノズル２３ｄが、バルブシート膜が形成された開口部から、次にバルブシート膜が形成される開口部へ相対的に移動される吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２と、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２と、ノズル移動経路Ｎｐとにあるときに、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出を継続している。これにより、原料粉末Ｐの吹き付けと、吹き付け停止とを繰り返して複数の開口部１６ａ１〜１６ａ８及び開口部１７ａ１〜１７ａ８にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成する場合よりも、成膜工程Ｓ３のサイクルタイムを短くすることができる。
【０１２５】
また、第１〜第５実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２と、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２と、ノズル移動経路Ｎｐは、ノズル２３ｄが、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と、排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との上方を移動しないように設定されているので、余剰皮膜Ｓｆが吸気ポート１６や排気ポート１７の奥の除去できない位置に形成されるのを防ぐことができる。
【０１２６】
また、第１〜第５実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２と、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２と、ノズル移動経路Ｎｐは、ノズル２３ｄがシリンダブロック取付面１２ａの上方を移動するように設定されているので、シリンダブロック取付面１２ａの上には余剰皮膜Ｓｆが形成される。しかしながら、シリンダブロック取付面１２ａは、平面度を高めるために従来からフライス盤などで後加工されているので、新たな工程を設けなくてもシリンダブロック取付面１２ａに形成された余剰皮膜Ｓｆは除去することが可能である。
【０１２７】
また、第１〜第５実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２と、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２と、ノズル移動経路Ｎｐは、ノズル２３ｄが燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上方を移動するように設定されているので、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の上には余剰皮膜Ｓｆが形成される。しかしながら、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４は外部に露呈されているので、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の余剰皮膜Ｓｆは比較的簡単に除去することができ、エンジン１の燃焼性能に影響がなければ、除去する必要もないので、シリンダヘッド粗材３のサイクルタイムに対する影響は生じない。
【０１２８】
また、第１〜第５実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２は、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されており、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２上に成膜開始位置Ｉｓ１、Ｉｓ２と、成膜終了位置Ｉｅ１、Ｉｅ２とが設定されている。同様に、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２、は、開口部１７ａ１〜１７ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されており、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２上に成膜開始位置Ｅｓ１、Ｅｓ２と、成膜終了位置Ｅｅ１、Ｅｅ２とが設定されている。また、ノズル移動経路Ｎｐは、開口部１６ａ１〜１６ａ８の配列方向に沿って直線状に設定されており、ノズル移動経路Ｎｐ上に成膜開始位置Ｉｓ４と成膜終了位置Ｉｅ４とが設定されている。したがって、ノズル２３ｄから原料粉末Ｐが無駄に吐出る距離、すなわち、余剰皮膜Ｓｆが形成される距離を短くすることができる。これにより、原料粉末Ｐの無駄が抑えられるとともに、余剰皮膜Ｓｆを除去するための工数を削減することができる。
【０１２９】
また、第１実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１は、吸気ポート１６の開口部１６ａ１〜１６ａ８と排気ポート１７の開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に設定されているので、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に原料粉末を吹き付けて余剰皮膜Ｓｆを形成し、圧縮残留応力を付与することができる。これにより、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間の強度をより高めることが可能である。
【０１３０】
また、第１実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１は、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に設定されているので、インジェクタ孔１２ｇ１〜１２ｇ４内には余剰皮膜Ｓｆは形成されない。なお、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１を利用することにより、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４内に余剰皮膜Ｓｆが形成されるが、プラグ孔１２ｆ１〜１２ｆ４は、点火プラグ用のネジ孔を形成するために必ず後加工されるので、この後加工により余剰皮膜Ｓｆは除去することができる。
【０１３１】
また、第２実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２は、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部と、開口部１６ａ１〜１６ａ８との間に設定されている。同様に、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２は、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の縁部と、開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に設定されている。したがって、コールドスプレー時に発生する熱を分散し、残留応力が溜まりにくいバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成することができる。
【０１３２】
また、第３実施形態に係る成膜方法によれば、第１実施形態の吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１と、第２実施形態の吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ２及び排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ２とを適宜組み合わせることにより、第１実施形態により得られる効果と、第２実施形態により得られる効果とを組み合わせた効果を得ることができる。すなわち、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間に原料粉末を吹き付けて余剰皮膜Ｓｆを形成することにより、圧縮残留応力を付与して、開口部１６ａ１〜１６ａ８と開口部１７ａ１〜１７ａ８との間の強度をより高めるとともに、コールドスプレー時に発生する熱を分散し、残留応力が溜まりにくいバルブシート膜１６ｂまたはバルブシート膜１７ｂを形成することができる。
【０１３３】
また、第４実施形態に係る成膜方法によれば、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４毎にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成することにより、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成されている燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４の温度を高い状態で維持することができるので、原料粉末Ｐが強固に付着させて、優れた高温耐磨耗性を有するバルブシート膜１６ｂ、１７ｂを形成することができる。また、燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４毎にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの補修を行うこともできる。
【０１３４】
また、第５実施形態に係る成膜方法によれば、吸気用ノズル移動経路Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２と、排気用ノズル移動経路Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２と、ノズル移動経路Ｎｐにおける、ノズル２３ｄによる原料粉末Ｐの吐出角度θ２又はθ３を、被成膜部である開口部１６ａ１〜１６ａ８又は開口部１７ａ１〜１７ａ８に対する原料粉末Ｐの吐出角度θ１と異ならせることにより、シリンダブロック取付面１２ａや燃焼室上壁部１２ｂ１〜１２ｂ４に形成される余剰皮膜の幅や厚さを変更することができる。したがって、余剰皮膜が形成される面の形状や、後加工の有無等に応じて余剰皮膜の幅や厚さを変更することができるので、余剰皮膜の幅や厚さを適切に選択することで、余剰皮膜の除去が容易になる。
【符号の説明】
【０１３５】
１…エンジン
１１…シリンダブロック
１１ａ…シリンダ
１２…シリンダヘッド
１２ａ…シリンダブロック取付面
１２ｂ１〜１２ｂ４…燃焼室上壁部
１２ｆ１〜１２ｆ４…プラグ孔
１２ｇ１〜１２ｇ４…インジェクタ孔
１６…吸気ポート
１６ａ１〜１６ａ８…開口部
１６ｂ…バルブシート膜
１６ｃ…環状バルブシート部
１７…排気ポート
１７ａ１〜１７ａ８…開口部
１７ｂ…バルブシート膜
１７ｃ…環状バルブシート部
１８…吸気バルブ
１９…排気バルブ
２…コールドスプレー装置
２３ｄ…ノズル
Ｃｓ１〜Ｃｓ４…圧縮残留応力
Ｉｎｐ１、Ｉｎｐ２…吸気用ノズル移動経路
Ｉｄｐ１、Ｉｄｐ２、Ｉｄｐ４…吸気用成膜経路
Ｅｎｐ１、Ｅｎｐ２…排気用ノズル移動経路
Ｅｄｐ１、Ｅｄｐ２、Ｅｄｐ４…排気用成膜経路
Ｎｐ…ノズル移動経路
Ｐ…原料粉末
Ｓｆ、Ｓｆ１〜Ｓｆ３…余剰皮膜
θ１〜θ３…吐出角度
【図１】
0006977892.tif 000002
【図２】
0006977892.tif 000003
【図３】
0006977892.tif 000004
【図４】
0006977892.tif 000005
【図５】
0006977892.tif 000006
【図６Ａ】
0006977892.tif 000007
【図６Ｂ】
0006977892.tif 000008
【図６Ｃ】
0006977892.tif 000009
【図６Ｄ】
0006977892.tif 000010
【図６Ｅ】
0006977892.tif 000011
【図７】
0006977892.tif 000012
【図８Ａ】
0006977892.tif 000013
【図８Ｂ】
0006977892.tif 000014
【図９Ａ】
0006977892.tif 000015
【図９Ｂ】
0006977892.tif 000016
【図１０】
0006977892.tif 000017
【図１１】
0006977892.tif 000018
【図１２】
0006977892.tif 000019
【図１３Ａ】
0006977892.tif 000020
【図１３Ｂ】
0006977892.tif 000021
【図１４】
0006977892.tif 000022
【図１５】
0006977892.tif 000023
【図１６】
0006977892.tif 000024
【図１７】
0006977892.tif 000025
【図１８Ａ】
0006977892.tif 000026
【図１８Ｂ】
0006977892.tif 000027
【図１９】
0006977892.tif 000028
【図２０Ａ】
0006977892.tif 000029
【図２０Ｂ】
0006977892.tif 000030
【図２０Ｃ】
0006977892.tif 000031
【図２１】
0006977892.tif 000032