JP6384493B2

JP6384493B2 - シリンダヘッドの製造方法

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Application number: JP2016009950A
Authority: JP
Inventors: 洋希猪熊; 暁生川口; 英男山下; 和晃西尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2018-09-05
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Description

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）が形成されるシリンダヘッドの製造方法に関する。

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内壁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を目的として、遮熱膜が成膜されることがある。

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内壁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）を形成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。

特開２０１２−１５９０５９号公報

上記底面の孔のマスキングは、例えば、適当なマスキング部材を当該孔のそれぞれに挿入することにより行われる。このようなマスキング部材の挿入は、上記底面の酸化により遮熱膜を成長させる陽極酸化のような成膜法に限られず、溶射法やコールドスプレー法といった、上記底面への膜材料粒子の噴射により当該膜材料粒子を堆積させる成膜法においても行われる。

ところで、上記燃焼室には、上記吸気バルブ等に加えてエンジン関連部品が設けられる場合がある。このようなエンジン関連部品をシリンダヘッドに配設するときには、専用の孔が上記底面に形成されることになる。このような専用孔は、シリンダヘッド内のスペースの制約上、シリンダヘッドのシリンダブロックとの合わせ面に対して垂直な方向ではなく、当該方向から傾斜して形成されることがある。

上記陽極酸化処理では電解液が使用され、この電解液が上記底面と接触している限り当該底面が酸化され得ることから、当該底面の孔に挿入されるマスキング部材の形状に対する制約は少ない。そのため、陽極酸化処理による成膜法では、垂直孔用および傾斜孔用の両者ともに、幅広い形状のマスキング部材が使用できる。これに対し、上記膜材料粒子の噴射は、上記シリンダブロック合わせ面に対向する方向から行われる。そのため、上記膜材料粒子の噴射による成膜法では、傾斜孔用のマスキング部材の形状に対する制約が多くなるという難点がある。

具体的に、傾斜孔用のマスキング部材は、当該傾斜孔に挿入されて位置決めする位置決め部と、当該傾斜孔からの抜去に必要な握り部と、を備えていなければならない。また、マスキング部材の位置決めを確実にするためには、この位置決め部をある程度傾斜孔の内部まで挿入する必要があるが、そうするとマスキング部材をシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向に引き抜こうとしても傾斜孔の開口に位置決め部が引っ掛かってしまい、引き抜くことができない。このように、上記膜材料粒子の噴射による成膜法では、上記傾斜孔用のマスキング部材に難点があり、改善の余地がある。

本発明は、上述した課題の少なくとも１つに鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン関連部品配設用の孔がシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜して形成されたシリンダヘッドの表面に対向する方向から膜材料粒子を噴射して成膜する際に有用なマスキング手法を提供することにある。

本発明に係るシリンダヘッドの製造方法は、準備工程と、取り付け工程と、成膜工程と、取り外し工程と、を備えている。前記準備工程は、シリンダブロック合わせ面と、エンジン燃焼室の内壁構成面とを同一表面に有するシリンダヘッド素材であって、吸気ポートおよび排気ポートに相当するポート孔と、前記ポート孔とは異なるエンジン関連部品配設用の孔であって前記シリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜する傾斜孔と、が前記内壁構成面に形成されたシリンダヘッド素材を準備する工程である。前記取り付け工程は、前記内壁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である。前記成膜工程は、前記マスキング部材の取り付け後、前記シリンダブロック合わせ面に対向する方向から膜材料粒子を噴射して、遮熱膜を成膜する工程である。前記取り外し工程は、前記遮熱膜の成膜後、前記シリンダヘッド素材から前記マスキング部材を取り外す工程である。
前記マスキング部材は、合わせ面マスク部と、ポート孔マスク部と、傾斜孔マスク部と、を備えている。前記合わせ面マスク部は、前記シリンダブロック合わせ面をマスクする。前記ポート孔マスク部は、前記合わせ面マスク部に直接的に繋がって前記ポート孔の開口のそれぞれをマスクするものである。前記傾斜孔マスク部は、前記ポート孔マスク部のうちの何れかに直接的に繋がって前記傾斜孔の開口をマスクする。

本発明に係るシリンダヘッドの製造方法において、前記傾斜孔の開口中心が、前記ポート孔のうちの隣り合う２つのポート孔の開口間、且つ、当該２つのポート孔の開口の一方の近くに位置している場合、前記傾斜孔マスク部は、前記２つのポート孔の開口のうちの前記開口中心に近いポート孔の開口をマスクするポート孔マスク部に直接的に繋がっており、前記２つのポート孔の開口のうちの前記開口中心から遠いポート孔の開口をマスクするポート孔マスク部には直接的に繋がっていないことが好ましい。

本発明に係るシリンダヘッドの製造方法において、前記吸気ポートがタンジェンシャルポートとヘリカルポートの２つであり、前記傾斜孔の開口中心が、前記タンジェンシャルポートと前記ヘリカルポートの開口間に位置している場合、前記傾斜孔マスク部は、前記ポート孔マスク部のうちの前記タンジェンシャルポートの開口をマスクするポート孔マスク部に直接的に繋がっており、前記ポート孔マスク部のうちの前記ヘリカルポートの開口をマスクするポート孔マスク部には直接的に繋がっていないことが好ましい。

本発明に係るシリンダヘッドの製造方法において、前記吸気ポートがタンジェンシャルポートとヘリカルポートの２つであり、前記傾斜孔の開口中心が、前記傾斜孔の開口中心が、前記タンジェンシャルポートと前記ヘリカルポートの開口間に位置している場合、前記傾斜孔マスク部は、前記ポート孔マスク部のうちの前記ヘリカルポートの開口をマスクするポート孔マスク部に直接的に繋がっており、前記ポート孔マスク部のうちの前記タンジェンシャルポートの開口をマスクするポート孔マスク部には直接的に繋がっていないことが好ましい。

本発明によれば、上記取り付け工程において使用されるマスキング部材の傾斜孔マスク部がポート孔マスク部のうちの何れかに直接的に繋がっているので、上述した位置決め部を備えるマスキング部材を使用せずに済む。また、マスキング部材の取り外しの際に遮熱膜の縁に作用する力を、この取り外し方向の力だけに抑えることができる。従って、マスキング部材の取り外しの際に遮熱膜が剥がれるのを抑えて、高品質な遮熱膜を得ることができる。

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１のステップＳ２の機械加工の後のシリンダヘッドの鋳造製品の表面のうちの燃焼室の内壁構成面に相当する領域を模式的に示した図である。図１のステップＳ５を説明するための図である。図１のステップＳ５を説明するための図である。シリンダヘッドの鋳造製品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１のステップＳ５を説明するための図である。図１のステップＳ６を説明するための図である。図１のステップＳ７を説明するための図である。従来の問題点を説明するための図である。従来の問題点を説明するための図である。従来の問題点を説明するための図である。グロープラグ一体型の筒内圧センサを収容するための孔の位置の他の例を説明するための図である。スワール生成ポートが形成されたシリンダヘッドの上面側から燃焼室を透視した図である。図１３のシリンダヘッドの鋳造製品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１３のシリンダヘッドの鋳造製品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。

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。

［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、圧縮自着火式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。本実施の形態では、先ず、シリンダヘッドの鋳造が行われる（ステップＳ１）。本ステップＳ１では具体的に、シリンダヘッドの外形を形成するための複数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が組み付けられる。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）の浴湯が流し込まれて成型される。続いて、金型からシリンダヘッドの鋳造製品（以下単に「シリンダヘッド素材」と称す。）が取り外され、併せて、中子が粉砕等により除去される。

ステップＳ１に続いて、シリンダヘッド素材の機械加工が行われる（ステップＳ２）。具体的に本ステップＳ２では、ドリル等を用いてシリンダヘッド素材の所定の位置に、インジェクタを収容するための孔（以下「インジェクタ孔」と称す。）、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。）、グロープラグ一体型の筒内圧センサ（Cylinder Pressure Sensor）を収容するための孔（以下「ＣＰＳ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が開設される。ここで、インジェクタ孔とボルト孔は、シリンダブロック合わせ面に対して垂直に形成される。一方、ＣＰＳ孔はこのシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜して形成される。

図２は、ステップＳ２の機械加工の後のシリンダヘッド素材の表面のうちの燃焼室の内壁構成面に相当する領域を模式的に示した図である。図２に示すように、シリンダヘッド素材１０の表面の中央部（より正確には、シリンダヘッド素材１０の表面のうちの燃焼室の内壁構成面１０ａの中央部）に、インジェクタ孔２０が形成されている。このインジェクタ孔２０を取り囲むように吸気ポート１２，１４と、排気ポート１６，１８とが形成されている。吸気ポート１２と吸気ポート１４の間には、ＣＰＳ孔２２が形成されている。なお、ボルト孔は、図２に示した内壁構成面１０ａの外側に位置するシリンダブロック合わせ面に形成されている。

ステップＳ２に続いて、機械加工後のシリンダヘッド素材の洗浄が行われる（ステップＳ３）。洗浄を行う理由は、ステップＳ１で粉砕した中子の砂や、ステップＳ２の機械加工により発生した切削屑などの異物がシリンダヘッド素材の内部に残っていると、最終製品であるエンジンの品質を低下させるおそれがあるためである。また、後述するステップＳ６での成膜に影響を及ぼすおそれもあるためである。本ステップＳ３では、具体的に、図２に示した吸気ポート１２、インジェクタ孔２０等に洗浄液が噴射され、これらの孔から異物が除去される。

ステップＳ３に続いて、シリンダヘッド素材の表面（下地表面）のうちの所定領域が粗面化（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）される（ステップＳ４）。粗面化処理を行う理由は、この所定領域の表面粗度を意図的に悪化させて、ここに形成する遮熱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。なお、この所定領域は、成膜領域に相当する領域であり、具体的には図２に示した内壁構成面１０ａの全領域である。なお、成膜領域が内壁構成面１０ａの一部の領域（例えば、インジェクタ孔２０の周囲の一部の領域）であるような場合には、これに対応させて所定領域が縮小される。

ステップＳ４に続いて、マスキング部材の取り付けが行われる（ステップＳ５）。本ステップＳ５について、図３乃至図６を参照して説明する。なお、説明の便宜上、図３には簡略化したシリンダヘッド素材とマスキング部材が描かれている。図３に示すように、本ステップＳ５では、シリンダヘッド素材１０に板状のマスキング部材３０が取り付けられる。図４は、シリンダヘッド素材１０にマスキング部材３０が取り付けられた状態を示した図である。図４に示す複数のノックピン３２は、マスキング部材３０を貫通してボルト孔に挿入される位置決めピンであり、この位置決めピンによりマスキング部材３０がシリンダヘッド素材１０の表面（より正確には、図３に示したシリンダブロック合わせ面１０ｂ）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。

図５は、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り、この図には、図４に示したノックピン３２のうちの４つに囲まれた正方形領域が描かれている。図５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、吸気ポートおよび排気ポートの開口をそれぞれマスクするマスク部３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅと、ＣＰＳ孔の開口をマスクするマスク部３０ｆと、を備えている。

マスク部３０ａはマスク部３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅと段差なく直接的に繋がっており、マスク部３０ｃはマスク部３０ｆと段差なく直接的に繋がっている。ここで、「直接的に繋がる」とは、２つのマスク部が他のマスク部を介さずに繋がっていることを意味する。例えばマスク部３０ａは、マスク部３０ｃを介してマスク部３０ｆと繋がっているが、マスク部３０ａがマスク部３０ｆと「直接的に繋がる」と言うことはできない。なお、図５においてはインジェクタ孔２０が露出しているが、後述するステップＳ６の処理の前に、マスキング部材３０から独立した専用のマスキング部材がここに挿入される。

図６は、図５に示したＡ−Ａ線でシリンダヘッド素材とマスキング部材を切断したときの断面を示した図である。図６に示すように、マスク部３０ｄ，３０ｅの縁は面取り加工がなされており、マスク部３０ｄ，３０ｅの底面の縁が排気ポート１６，１８の開口縁とそれぞれ接触している。実際には、マスク部３０ｄ（またはマスク部３０ｅ）の底面の縁は、排気ポート１６（または排気ポート１８）の開口縁に沿うように接触している。また、図は省略するが、マスク部３０ｂ，３０ｃ，３０ｆの縁も、マスク部３０ｄ，３０ｅの縁と同様に面取り加工がなされている。また、マスク部３０ｂ，３０ｃの底面の縁は吸気ポート１２，１４の開口縁とそれぞれ接触し、マスク部３０ｆの底面の縁はＣＰＳ孔２２の開口縁と接触している。

ステップＳ５に続いて、遮熱膜の成膜が行われる（ステップＳ６）。本ステップＳ６について、図７を参照して説明する。なお、説明の便宜上、図７には簡略化したシリンダヘッド素材とマスキング部材が描かれている。図７に示すように、本ステップＳ６では、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３６（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）がノズル３４から噴射される。ノズル３４からの噴射に際しては、ノズル３４の先端がマスキング部材３０の表面（つまり、図３に示したシリンダブロック合わせ面１０ｂ）に対して垂直となる状態が保持され、シリンダヘッド素材１０の長手方向にノズル３４を往復させる。これにより、熱物性に応じた所望の膜厚（例えば、５０〜２００μｍ）の遮熱膜が内壁構成面１０ａに成膜される。但し、ノズル３４の先端がマスキング部材３０の表面に対して厳密に垂直である必要はなく、多少傾いていてもよい。なお、ノズル３４の先端を多少傾ける場合には、膜材料粒子３６の噴射方向が成膜領域に対して垂直となる状態が保持されることが好ましい。

ステップＳ６に続いて、マスキング部材３０の取り外しが行われる（ステップＳ７）。本ステップＳ７について、図８を参照して説明する。なお、説明の便宜上、図８には簡略化したシリンダヘッド素材とマスキング部材が描かれている。図８に示すように、本ステップＳ７では、遮熱膜３８が成膜されたシリンダヘッド素材１０からマスキング部材３０が取り外される。マスキング部材３０の取り外しは、シリンダブロック合わせ面１０ｂに対して垂直な方向にマスキング部材３０を移動させることにより行われる。但し、この移動方向は厳密に垂直である必要はなく、遮熱膜３８の剥がれが生じない範囲内において傾斜させてもよい。例えば、ＣＰＳ孔２２の傾斜方向にマスキング部材３０を移動させてマスキング部材３０を取り外してもよい。なお、この取り外しの前に、図４に示したノックピン３２がボルト孔から抜き去られる。また、マスキング部材３０の取り外しの前または後に、上述した専用のマスキング部材がインジェクタ孔から抜き去られる。

ここで、図９乃至図１１を参照して、上述した従来の問題点を具体的に説明する。図９には、ＣＰＳ孔２２の開口をマスクするマスキング部材４０が当該開口に位置決めされている状態が描かれている。このマスキング部材４０は、ＣＰＳ孔２２の開口の形状に対応した形状を有する位置決め部４０ａと、位置決め部４０ａの当該開口部への挿入および当該開口部からの抜去に必要な握り部４０ｂと、を備えている。図９に示すように、位置決め部４０ａは、内壁構成面１０ａの外側に位置するシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜している。一方、握り部４０ｂは、このシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向に延びている。また、握り部４０ｂのうちの位置決め部４０ａに近い部分は、位置決め部４０ａに近づくほど径が縮小するテーパ形状とされている。

図１０および図１１は、図９の破線Ｂで囲まれた部分の拡大図である。図９に示した姿勢のマスキング部材４０を、内壁構成面１０ａの外側に位置するシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向に持ち上げた場合が図１０に相当する。また、図９に示した姿勢のマスキング部材４０を、挿入方向とは真逆の方向に持ち上げた場合が図１１に相当する。図１０に示した場合では、遮熱膜３８の縁にシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向の力Ｆ_１（引張力）が作用する。一方、図１１に示した場合には、遮熱膜３８の縁にシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向の力Ｆ_１（引張力）と、持ち上げ方向の力Ｆ_２（せん断力）の合力が作用する。従って、両者を比べると、シリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向の力Ｆ_１のみが遮熱膜３８の縁に作用する図１０の手法の方が、遮熱膜の剥がれを抑制できると言える。

しかし、挿入時の姿勢がシリンダブロック合わせ面に対して垂直となるインジェクタ孔用のマスキング部材と異なり、挿入時の姿勢がシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜する位置決め部４０ａを、シリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向に移動させる図１０の手法は現実的に困難である。即ち、図９から分かるように、しっかりと位置決めをするためには位置決め部４０ａをある程度ＣＰＳ孔２２の内部まで挿入する必要があるが、そうすると位置決め部４０ａをシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向に引き抜こうとしてもＣＰＳ孔２２の開口に引っ掛かってしまい、引き抜くことができない。従って、ＣＰＳ孔２２の傾斜に合わせて、挿入方向とは逆方向に移動させる図１１の手法を選択せざるを得ない。これに加え、ＣＰＳ孔２２の開口縁と、吸気ポート１２または吸気ポート１４の開口縁との距離が短いことから、ＣＰＳ孔２２の開口の周囲における成膜領域の面積が狭くなる。故に、図１１の手法では、ＣＰＳ孔２２の開口の周囲の遮熱膜３８の縁に、内壁構成面１０ａとの密着力を上回る力が作用することで遮熱膜３８が剥がれてしまうおそれがある。

また、図９に示したマスキング部材４０は、成膜時に握り部４０ｂが位置決め部４０ａの軸Ａ_４０ａを中心として回転することがある。この場合は、マスキング部材４０が浮き上がってしまいＣＰＳ孔２２の開口縁のマスクが不十分になるという問題もある。更にこの成膜時には、握り部４０ｂの表面に図７で説明した膜材料粒子３６が付着する。マスキング部材４０の再利用のためにはこの付着粒子を除去する必要があるが、マスキング部材４０自体のサイズが小さいことから除去作業が困難であるという問題もある。

この点、図５等で説明したマスキング部材３０によれば、マスク部３０ｆがマスク部３０ｃと直接的に繋がっているので、図９に示した位置決め部４０ａと握り部４０ｂを備えるマスキング部材４０を使用せずに済む。加えて、マスク部３０ｆがマスク部３０ａと段差なく直接的に繋がっているので、ステップＳ６でのマスキング部材３０の取り外しの際に遮熱膜の縁に作用する力を、この取り外し方向の力だけに抑えることができる。従って、当該遮熱膜が剥がれるのを抑えて高品質な遮熱膜を得ることができる。

また、このマスキング部材３０によれば、マスク部３０ａ〜３０ｆが繋がって一体化されていることから、ステップＳ４での取り付けや、ステップＳ６での取り外しを簡略化することもできる。また、マスク部３０ａ〜３０ｆが一体化されていることで、マスク部３０ｆがマスク部３０ａ等と別体である場合に比べ、マスキング部材３０の表面に付着した膜材料粒子を除去する際の手間を軽減できる。従って、マスキング部材３０の再利用を促進することができ、シリンダヘッドの生産性を向上することもできる。

図１に戻り、ステップＳ７に続いて、遮熱膜の表面の仕上げ加工が行われる（ステップＳ８）。本ステップＳ８では、例えば、エンドミル等を用いた切削加工、または、砥石を用いた平面研削により、膜表面の平滑化や膜厚の調整が行われる。また、この仕上げ加工と平行して、ステップＳ２の機械加工において行わなかった吸気ポート等の機械加工、例えば、上記吸気バルブ等の傘部を着座させるためバルブ着座面の形成が行われる。

ステップＳ８に続いて、仕上げ加工後のシリンダヘッド素材の最終洗浄が行われる（ステップＳ９）。本ステップＳ９では具体的に、図２に示した吸気ポート１２、インジェクタ孔２０や、成膜面に洗浄液が噴射されて、ステップＳ６での仕上げ加工や機械加工により発生した切削屑などの異物が除去される。

ステップＳ９に続いて、シリンダヘッド素材の検査が行われる（ステップＳ１０）。本ステップＳ１０では、例えば、成膜面の検査や、吸気ポートや排気ポートの形状検査が行われる。ステップＳ１０を経ることで、図２に示した内壁構成面１０ａに遮熱膜が成膜されたシリンダヘッドを得ることができる。

なお、上記実施の形態では、図２に示した吸気ポート１２，１４および排気ポート１６，１８が本発明の「ポート孔」に、図２に示したＣＰＳ孔２２が本発明の「傾斜孔」に、マスク部３０ａが本発明の「合わせ面マスク部」に、マスク部３０ｂ〜３０ｅが本発明の「ポート孔マスク部」に、マスク部３０ｆが本発明の「傾斜孔マスク部」に、それぞれ相当している。
また、上記実施の形態では、図１のステップＳ１〜Ｓ４の一連の工程が本発明の「準備工程」に、図１のステップＳ５の工程が本発明の「取り付け工程」に、図１のステップＳ６の工程が本発明の「成膜工程」に、図１のステップＳ７の工程が本発明の「取り外し工程」に、それぞれ相当している。

［その他のシリンダヘッドの製造方法］
ところで、上記実施の形態では、２つの吸気ポートの中間に位置するＣＰＳ孔を例として説明した。しかしＣＰＳ孔は、必ずしもこの位置に形成されている必要はない。図１２は、ＣＰＳ孔の位置の他の例を説明するための図である。図１２に示す内壁構成面１０ａでは、ＣＰＳ孔２２の中心Ｃ_２２が、吸気ポート１２と吸気ポート１４の中間線Ｌ_{１２−１４}よりも吸気ポート１４の近くに位置している。この場合は、ＣＰＳ孔２２の開口をマスクするマスク部を、吸気ポート１４の開口をマスクするマスク部（図５のマスク部３０ｃ参照）と直接的に繋げる。これにより、ＣＰＳ孔２２の開口をマスクするマスク部の面積を、図５に示したマスク部３０ｆの面積よりも狭くできる。

上記実施の形態ではマスク部３０ｆがマスク部３０ｃと直接的に繋がっていることから、マスク部３０ｆに相当するマスク部を設けない場合に比べて成膜領域の面積が減少する。この点、図１２に示したＣＰＳ孔２２によれば、このＣＰＳ孔２２の開口をマスクするマスク部の面積を図５に示したマスク部３０ｆの面積よりも狭くできることから、成膜領域の面積の減少を最小限に抑えることができる。従って、上記実施の形態により得られる遮熱膜に比べて、最終製品であるエンジンの燃焼室の遮熱性を向上することができる。

また、図２や図１２に示した位置に限定されず、ＣＰＳ孔の位置は適宜変更できる。例えば、２つの排気ポートの中間にＣＰＳ孔を形成してもよいし、吸気ポートと排気ポートの間にＣＰＳ孔を形成してもよい。但しこれらの場合においては、マスク部３０ｆとマスク部３０ｂ〜３０ｅの何れかを直接的に繋げる必要があり、そうすると上述した成膜領域の面積の減少の問題が避けられないことから、マスク部３０ｆに直接的に繋げるマスク部（例えば、ＣＰＳ孔の最寄りのポートをマスクするマスク部）の縁からの距離が出来る限り小さくなるようにＣＰＳ孔の位置を変更してマスキング部材を設計することが望ましい。

また、上記実施の形態ではマスク部３０ｆをマスク部３０ｃと直接的に繋げたが、マスク部３０ｃだけでなくマスク部３０ｂとマスク部３０ｆを直接的に繋げてもよい。マスク部３０ｆの両側に位置するマスク部３０ｂ，３０ｃとマスク部３０ｆを直接的に繋げた場合には、マスク部３０ｂ，３０ｃのうちの一方とマスク部３０ｆを直接的に繋げた場合に比べて成膜領域の面積が減少するものの、シリンダヘッド素材からのマスキング部材の取り外しに伴うマスク部３０ｆの周辺の遮熱膜の剥がれを抑制できる。

また、上記実施の形態では、吸気ポート１２，１４の形状を特に限定しなかったが、吸気ポート１２，１４をスワール生成ポートで構成した場合においては、ＣＰＳ孔の周囲における成膜領域と、スワール方向との関係において、各種の効果が期待できる。この効果について、図１３乃至図１５を参照して説明する。図１３は、シリンダヘッドの上面側から燃焼室を透視した図であり、この図では、吸気ポート１２が燃焼室内にスワールを生成するためのタンジェンシャルポートとして形成され、吸気ポート１４が燃焼室内に流入する吸気の流量を確保するためのヘリカルポートとして形成されている。燃焼室内に生成するスワールは、図１３に示す方向（時計回りの方向）に流れる。そのため、スワール方向で見た場合、吸気ポート１２は当該スワール方向の下流に位置し、吸気ポート１４は当該スワール方向の上流に位置することになる。

図１４乃至図１５は、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。上記実施の形態と同様に、マスク部３０ｃにマスク部３０ｆを直接的に繋げたマスキング部材３０を使用した場合には（図１４参照）、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、ＣＰＳ孔２２の開口との間に遮熱膜が成膜されないことになる。つまり、スワール方向の上流に遮熱膜が成膜されないことになる。そのため、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、ＣＰＳ孔２２の開口との間に遮熱膜を形成する場合に比べて、遮熱膜による熱の影響を小さくして筒内圧センサによる計測精度を向上することができる。

反対に、マスク部３０ｂにマスク部３０ｆを直接的に繋げたマスキング部材３０を使用した場合には（図１５参照）、図１３に示した吸気ポート１４の開口とＣＰＳ孔２２の開口との間に遮熱膜が成膜されることになる。つまり、スワール方向の上流に遮熱膜が成膜されることになる。そのため、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、ＣＰＳ孔２２の開口との間に遮熱膜を形成しない場合に比べて、ＣＰＳ孔２２の周囲の温度を上げることができるので、ＣＰＳ孔２２の周囲に未燃燃料や煤に由来するデポジットが堆積するのを抑えることができる。また、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、ＣＰＳ孔２２の開口との間に遮熱膜を形成しない場合に比べて、ＣＰＳ孔２２の付近を通過する直前に混合ガスの温度が低下するのを防止することもできるので、グロープラグによる着火性を向上させることもできる。

また、上記実施の形態では、グロープラグ一体型の筒内圧センサを例として説明したが、筒内圧センサとグロープラグが別々にシリンダヘッドに配設されていてもよい。この場合は、当該シリンダヘッドの表面のうちの燃焼室の内壁構成面に、筒内圧センサを収容するための孔と、グロープラグを収容するための孔が、別々に形成されることになる。

また、上記実施の形態では、圧縮自着火式エンジンのシリンダヘッドを例として説明したが、シリンダヘッドが火花点火式エンジンのシリンダヘッドであってもよい。火花点火式エンジンでは、グロープラグの代わりにスパークプラグがシリンダヘッドに配設され、このスパークプラグは通常、燃焼室の内壁構成面の中央部（図２のインジェクタ孔２０の位置）に配設される。しかし、スパークプラグを２つ配設する場合には、上記実施の形態で説明した筒内圧センサのように、２つの吸気ポートの間に形成された孔に当該スパークプラグのうちの１つが収容されることがある。この場合は、図１３に示したＣＰＳ孔２２の位置に、上記スパークプラグのうちの１つが収容される。

そして、図１３で説明したスワール生成ポートを火花点火式エンジンに適用した場合には、このスワール生成ポートの間に形成されて上記スパークプラグのうちの１つを収容するための孔（以下「スパークプラグ孔」と称す。）の周囲における成膜領域と、スワール方向との関係において、各種の効果が期待できる。なお、以下の説明においては、インジェクタ孔が図１３のＣＰＳ孔２２の位置にあるものとする。

具体的に、マスク部３０ｃにマスク部３０ｆを直接的に繋げたマスキング部材３０を使用した場合には（図１４参照）、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、スパークプラグ孔の開口との間に遮熱膜が成膜されないことになる。つまり、スワール方向の上流に遮熱膜が成膜されないことになる。そのため、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、スパークプラグ孔の開口との間に遮熱膜を形成する場合に比べて、スパークプラグ孔を通過する混合ガスの温度を下げることができ、ノッキングの発生を抑えることができる。また、図１３に示した吸気ポート１２の開口と、スパークプラグ孔の開口との間に遮熱膜が成膜されることになる。つまり、スワール方向の下流に遮熱膜が成膜されることになる。そのため、図１３に示した吸気ポート１２の開口と、スパークプラグ孔の開口との間に遮熱膜を形成しない場合に比べて、スパークプラグによって着火してスワールによって流された火炎の温度が低下するのを抑えることもできる。

反対に、マスク部３０ｂにマスク部３０ｆを直接的に繋げたマスキング部材３０を使用した場合には（図１５参照）、図１３に示した吸気ポート１４の開口とスパークプラグ孔の開口との間に遮熱膜が成膜されることになる。つまり、スワール方向の上流に遮熱膜が成膜されることになる。そのため、図１３に示した吸気ポート１４の開口と、スパークプラグ孔の開口との間に遮熱膜を形成しない場合に比べて、当該スパークプラグ孔の付近を通過する直前に混合ガスの温度が低下するのを防止することもできるので、スパークプラグによる着火性を向上させることもできる。

上述した内容をまとめると、どの様なエンジン関連部品を収容するための孔であったとしても、シリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜していれば図９乃至図１１を参照して説明した剥がれの問題が発生する。仮に上記実施の形態において、インジェクタ孔がシリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜している場合も当然、この剥がれの問題が発生する。故に、この剥がれの問題を解決することのできる本発明は、シリンダヘッドに配設されるエンジン関連部品（但し、吸気バルブおよび排気バルブを除く。）を収容するための孔であって、シリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜する孔が燃焼室の内壁構成面に形成されているシリンダヘッドの製造方法に広く適用することができる。

１０シリンダヘッドの鋳造製品（シリンダヘッド素材）
１０ａ燃焼室の内壁構成面
１０ｂ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
２２ＣＰＳ孔
３０，４０マスキング部材
３０ａ〜３０ｆマスク部
３４ノズル
３６膜材料粒子
３８遮熱膜
４０ａ位置決め部
４０ｂ握り部

Claims

シリンダブロック合わせ面と、エンジン燃焼室の内壁構成面とを同一表面に有するシリンダヘッド素材であって、吸気ポートおよび排気ポートに相当するポート孔と、前記ポート孔とは異なるエンジン関連部品配設用の孔であって前記シリンダブロック合わせ面に対して垂直な方向から傾斜する傾斜孔と、が前記内壁構成面に形成されたシリンダヘッド素材を準備する準備工程と、
前記内壁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取り付け工程と、
前記マスキング部材の取り付け後、前記シリンダブロック合わせ面に対向する方向から膜材料粒子を噴射して、遮熱膜を成膜する成膜工程と、
前記遮熱膜の成膜後、前記シリンダヘッド素材から前記マスキング部材を取り外す取り外し工程と、を備え、
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に直接的に繋がって前記ポート孔の開口のそれぞれをマスクするポート孔マスク部と、前記ポート孔マスク部のうちの何れかに直接的に繋がって前記傾斜孔の開口をマスクする傾斜孔マスク部と、を備えることを特徴とするシリンダヘッドの製造方法。
前記傾斜孔の開口中心が、前記ポート孔のうちの隣り合う２つのポート孔の開口間、且つ、当該２つのポート孔の開口の一方の近くに位置しており、
前記傾斜孔マスク部が、前記２つのポート孔の開口のうちの前記開口中心に近いポート孔の開口をマスクするポート孔マスク部に直接的に繋がっており、前記２つのポート孔の開口のうちの前記開口中心から遠いポート孔の開口をマスクするポート孔マスク部には直接的に繋がっていないことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの製造方法。
前記吸気ポートがタンジェンシャルポートとヘリカルポートの２つであり、
前記傾斜孔の開口中心が、前記タンジェンシャルポートと前記ヘリカルポートの開口間に位置し、
前記傾斜孔マスク部が、前記ポート孔マスク部のうちの前記タンジェンシャルポートの開口をマスクするポート孔マスク部に直接的に繋がっており、前記ポート孔マスク部のうちの前記ヘリカルポートの開口をマスクするポート孔マスク部には直接的に繋がっていないことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの製造方法。
前記吸気ポートがタンジェンシャルポートとヘリカルポートの２つであり、
前記傾斜孔の開口中心が、前記タンジェンシャルポートと前記ヘリカルポートの開口間に位置し、
前記傾斜孔マスク部が、前記ポート孔マスク部のうちの前記ヘリカルポートの開口をマスクするポート孔マスク部に直接的に繋がっており、前記ポート孔マスク部のうちの前記タンジェンシャルポートの開口をマスクするポート孔マスク部には直接的に繋がっていないことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの製造方法。