气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法与流程

1.本发明涉及在内燃机使用的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法。


背景技术：

2.已知有以下的滑动构件的制造方法：利用冷喷涂法向发动机气门的落座部吹送金属等原料粉末，从而形成具有优异的高温耐磨性的气门座(专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2017/022505号小册子


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.然而，在发动机的气门座中，存在以下问题：由于吸排气气门的敲击输入所引起的冲击、反复碰撞所引起的磨耗，在利用冷喷涂法成膜的气门座膜产生龟裂或者剥离。
8.本发明要解决的问题在于，提供一种具备密合性优异且具有较高的强度的气门座膜的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法。
9.用于解决问题的方案
10.本发明通过以下方法来解决上述问题：将利用冷喷涂法喷射原料粉末而形成覆膜的被成膜部的沿着径向的截面形成为包含平坦的底面和与该底面相邻的一对侧面的槽形状。
11.发明的效果
12.根据本发明，利用冷喷涂法在被成膜部形成的金属膜的压缩残留应力作用于被成膜部的槽形状的一对侧面，因此，能够制造具备密合性优异且具有较高的强度的金属膜的气缸盖。
附图说明
13.图1是表示具备使用本发明的气缸盖毛坯且利用本发明的制造方法制造的气缸盖的内燃机的结构的剖视图。
14.图2是图1的气门周边的放大剖视图。
15.图3是使用于本发明的气缸盖的制造方法的冷喷涂装置的结构图。
16.图4是表示制造本发明的气缸盖的步骤的工序图。
17.图5是表示本发明的气缸盖毛坯的结构的立体图。
18.图6a是表示进气口的沿着图5的vi-vi线的剖视图。
19.图6b是表示在切削工序中在图6a的进气口形成环状气门座部的状态的剖视图。
20.图6c是表示在图6b的进气口形成气门座膜的状态的剖视图。
21.图6d是表示形成有气门座膜的进气口的剖视图。
22.图6e是表示图4的精加工工序后的进气口的剖视图。
23.图6f是图6c的气门座膜的放大俯视图。
24.图7a是表示环状气门座部的沿着图6f的vii-vii线的放大剖视图(其一)。
25.图7b是表示环状气门座部的沿着图6f的vii-vii线的放大剖视图(其二)。
26.图7c是表示环状气门座部的沿着图6f的vii-vii线的放大剖视图，且是说明环状气门座部的槽形状的二面角(槽角度)的剖视图。
27.图8是表示本发明的气缸盖毛坯的气门座膜的成膜状态的、表示图6e的viii部的放大剖视图。
28.图9是表示比较例的气缸盖毛坯的气门座膜的成膜状态的放大剖视图。
29.图10是表示作用于本发明的气缸盖毛坯的气门座膜的应力和环状气门座部的槽形状的二面角(槽角度)之间的关系的图表。
30.图11是表示本发明的气缸盖毛坯的气门座膜的膜厚和由燃烧压所产生的剪切力之间的关系的剖视图。
31.图12是表示比较例的气缸盖毛坯的气门座膜的膜厚和由燃烧压所产生的剪切力之间的关系的剖视图。
具体实施方式
32.以下，基于附图说明本发明的一实施方式。首先，对具备气缸盖的内燃机1进行说明，该气缸盖是使用本实施方式的气缸盖毛坯并利用本实施方式的制造方法制造成的。图1是内燃机1的剖视图，主要表示气缸盖周围的结构。
33.内燃机1具备缸体11和组装到缸体11的上部的气缸盖12。该内燃机1例如是直列4气缸的汽油发动机，缸体11具有在附图进深方向上排列的4个缸11a。各缸11a收纳有在图中的上下方向上往复移动的活塞13，各活塞13借助连杆13a与在附图进深方向上延伸的曲轴14连结。
34.在气缸盖12的安装于缸体11的安装面12a，在与各缸11a相对应的位置形成有构成各气缸的燃烧室15的4个凹部12b。燃烧室15是用于燃烧燃料与吸入空气的混合气体的空间，由气缸盖12的凹部12b、活塞13的顶面13b、缸11a的内周面构成。
35.气缸盖12具备连通燃烧室15和气缸盖12的一侧面12c的进气口16。进气口16呈弯曲的大致圆筒形状，向燃烧室15内引导来自与侧面12c连接起来的进气歧管(未图示)的吸入空气。此外，气缸盖12具备连通燃烧室15和气缸盖12的另一侧面12d的排气口17。排气口17与进气口16同样地呈弯曲的大致圆筒形状，将在燃烧室15产生的排气向与侧面12d连接起来的排气歧管(未图示)排出。另外，本实施方式的内燃机1针对一个缸11a各具备两个进气口16和两个排气口17。
36.气缸盖12具备使进气口16相对于燃烧室15开闭的进气门18和使排气口17相对于燃烧室15开闭的排气门19。进气门18和排气门19分别具备圆棒状的气门杆18a、19a和在气门杆18a、19a的顶端设置的圆盘状的气门头18b、19b。气门杆18a、19a滑动自如地贯穿已组装到气缸盖12的大致圆筒形状的气门导管18c、19c。由此，进气门18和排气门19分别相对于燃烧室15沿着气门杆18a、19a的轴向移动自如。
37.在图2中放大地表示燃烧室15与进气口16以及排气口17之间的连通部分。进气口
16在与燃烧室15之间的连通部分具备大致圆形的开口部16a。在该开口部16a的环状缘部(气门的落座部)形成有与进气门18的气门头18b抵接的环状的气门座膜16b。而且，在进气门18沿着气门杆18a的轴向移动到上方时，气门头18b的上表面与气门座膜16b抵接而封堵进气口16。相反地，在进气门18沿着气门杆18a的轴向移动到下方时，在气门头18b的上表面与气门座膜16b之间形成有间隙而使进气口16开放。
38.排气口17与进气口16同样地在与燃烧室15之间的连通部分具备大致圆形的开口部17a，在该开口部17a的环状缘部(气门的落座部)形成有与排气门19的气门头19b抵接的环状的气门座膜17b。而且，在排气门19沿着气门杆19a的轴向移动到上方时，气门头19b的上表面与气门座膜17b抵接而封堵排气口17。相反地，在排气门19沿着气门杆19a的轴向移动到下方时，在气门头19b的上表面和气门座膜17b之间形成有间隙而使排气口17开放。另外，进气口16的开口部16a的直径设定得比排气口17的开口部17a的直径大。
39.在4循环的内燃机1中，在活塞13下降时仅打开进气门18，由此，从进气口16向缸11a内导入混合气体(吸气冲程)。接下来，在使进气门18和排气门19关闭的状态下，使活塞13上升至大致上止点而压缩缸11a内的混合气体(压缩冲程)。然后，在活塞13到达了大致上止点时，利用火花塞对压缩了的混合气体进行点火，从而使该混合气体爆燃。由于该爆燃，活塞13下降至下止点，借助所连结的曲轴14将爆燃转换成旋转力(燃烧/膨胀冲程)。最后，若活塞13到达下止点、再次开始上升，则仅打开排气门19，向排气口17排出缸11a内的排气(排气冲程)。内燃机1反复进行以上的循环，从而产生输出。
40.气门座膜16b、17b是利用冷喷涂法在气缸盖12的开口部16a、17a的环状缘部即气门的落座部直接形成的。冷喷涂法是指，使比原料粉末的熔点或软化点低的温度的工作气体成为超音速流，向工作气体中投入由输送气体输送来的原料粉末并从喷嘴顶端喷射，以固相状态使该原料粉末与基材碰撞，通过原料粉末的塑性变形而形成覆膜。该冷喷涂法与使材料熔融并附着于基材的喷镀法相比，获得在大气中不氧化的致密的覆膜，对材料颗粒的热影响较少，因此，具有以下特性：热变质被抑制，成膜速度较快，能够厚膜化，附着效率较高。特别是成膜速度较快、能够形成厚膜，因此，适于作为内燃机1的气门座膜16b、17b这样的构造材料的用途。
41.图3是示意地表示用于上述的气门座膜16b、17b的形成的冷喷涂装置2的图。本例的冷喷涂装置2具备：气体供给部21，其供给工作气体和输送气体；原料粉末供给部22，其供给气门座膜16b、17b的原料粉末；喷枪23，其使用原料粉末的熔点以下的工作气体并设为超音速流来喷射该原料粉末；以及制冷剂循环回路27，其对喷嘴23d进行冷却。
42.气体供给部21具备压缩气瓶21a、工作气体管线21b以及输送气体管线21c。工作气体管线21b和输送气体管线21c分别具备压力调整器21d、流量调节阀21e、流量计21f以及压力计21g。压力调整器21d、流量调节阀21e、流量计21f以及压力计21g用于来自压缩气瓶21a的工作气体的压力和流量的调整以及输送气体的压力和流量的调整。
43.在工作气体管线21b设置有带式加热器等加热器21i，该加热器21i从电力源21h经由电力供给线21j、21j被供给电力，从而对工作气体管线21b进行加热。工作气体在利用加热器21i加热成比原料粉末的熔点或软化点低的温度之后，被导入于喷枪23的腔室23a内。在腔室23a设置有压力计23b和温度计23c，经由各自的信号线23g、23h向控制器(未图示)输出检测到的压力值和温度值，用于压力和温度的反馈控制。
44.另一方面，原料粉末供给部22具备原料粉末供给装置22a、附设于该原料粉末供给装置22a的计量器22b和原料粉末供给管线22c。来自压缩气瓶21a的输送气体通过输送气体管线21c导入于原料粉末供给装置22a。由计量器22b计量了的规定量的原料粉末经由原料粉末供给管线22c向腔室23a内输送。
45.喷枪23利用工作气体将由输送气体输送到腔室23a内的原料粉末p设为超音速流而从喷嘴23d的顶端喷射，以固相状态或固液共存状态使该原料粉末p与基材4碰撞而形成金属膜5。在本实施方式中，将气缸盖12用作基材4，利用冷喷涂法向该气缸盖12的开口部16a、17a的环状缘部喷射原料粉末p，从而形成气门座膜16b、17b作为金属膜5。
46.喷嘴23d在其内部具备供水等制冷剂流动的流路(未图示)。喷嘴23d在其顶端具备向流路导入制冷剂的制冷剂导入部23e，在其基端具备排出流路内的制冷剂的制冷剂排出部23f。喷嘴23d将制冷剂从制冷剂导入部23e向流路导入，使制冷剂在流路内流动，从制冷剂排出部23f排出制冷剂，从而对喷嘴23d进行冷却。
47.使制冷剂在喷嘴23d的流路循环的制冷剂循环回路27具备：罐271，其贮存制冷剂；导入管274，其与上述的制冷剂导入部23e连接；泵272，其与导入管274连接，使制冷剂在罐271和喷嘴23d之间流动；冷却器273，其对制冷剂进行冷却；以及排出管275，其与制冷剂排出部23f连接。冷却器273例如包括换热器等，在对喷嘴23d进行冷却而温度上升的制冷剂与空气、水、气体等制冷剂之间进行换热，而对制冷剂进行冷却。
48.制冷剂循环回路27利用泵272抽吸在罐271贮存的制冷剂，经由冷却器273将制冷剂向制冷剂导入部23e供给。向制冷剂导入部23e供给的制冷剂在喷嘴23d内的流路从顶端侧朝向后端侧流动，在此期间通过与喷嘴23d进行换热而对喷嘴23d进行冷却。流动至流路的后端侧的制冷剂从制冷剂排出部23f向排出管275排出，返回至罐271。如此，制冷剂循环回路27一边对制冷剂进行冷却一边使其循环而对喷嘴23d进行冷却，因此，能够抑制原料粉末p向喷嘴23d的喷射通路附着。
49.对气缸盖12的气门座要求经得住来自燃烧室15内的气门的敲击输入的较高的耐热性和耐磨性、燃烧室15的冷却用的较高的导热性。针对这些要求，例如，根据由析出硬化型铜合金的粉末形成的气门座膜16b、17b，能够获得比由铸件用铝合金形成的气缸盖12硬、且耐热性和耐磨性优异的气门座。
50.此外，气门座膜16b、17b直接形成于气缸盖12，因此，与将独立零部件的座圈压入端口开口部而形成的以往的气门座相比，能够获得较高的导热性。进而，与利用独立零部件的座圈的情况相比，除了能够谋求与冷却用的水套之间的接近化之外，也能够获得进气口16和排气口17的喉管径的扩大、由端口形状的最佳化带来的滚流的促进等次要的效果。
51.作为用于形成气门座膜16b、17b的原料粉末p，优选的是比铸件用铝合金硬质、获得气门座所需要的耐热性、耐磨性和导热性的金属，例如，优选的是使用上述的析出硬化型铜合金。此外，作为析出硬化型铜合金，也可以使用含有镍和硅的科森合金、含有铬的铬铜、含有锆的锆铜等。而且，例如，也能够适用含有镍、硅以及铬的析出硬化型铜合金、含有镍、硅以及锆的析出硬化型铜合金、含有镍、硅、铬以及锆的析出硬化型合金、含有铬和锆的析出硬化型铜合金等。
52.此外，也可以混合多种的原料粉末、例如第1原料粉末和第2原料粉末而形成气门座膜16b、17b。在该情况下，对于第1原料粉末，优选的是使用比铸件用铝合金硬质、且获得
气门座所需的耐热性、耐磨性以及导热性的金属，例如，优选的是使用上述的析出硬化型铜合金。此外，作为第2原料粉末，优选的是使用比第1原料粉末硬质的金属。对于该第2原料粉末，例如，也可以适用铁基合金、钴基合金、铬基合金、镍基合金、钼基合金等合金、陶瓷等。此外，也可以单独使用这些金属中的一种，或者适当组合使用两种以上。
53.混合第1原料粉末和比第1原料粉末硬质的第2原料粉末而形成的气门座膜能够获得比仅由析出硬化型铜合金形成的气门座膜优异的耐热性、耐磨性。认为获得这样的效果的原因在于，存在于气缸盖12的表面的氧化覆膜被第2原料粉末去除而暴露形成新生界面，气缸盖12与金属覆膜之间的密合性提高。此外，也认为其原因在于，由于第2原料粉末嵌入气缸盖12所带来的锚固效果，气缸盖12与金属覆膜之间的密合性提高。进而，还认为其原因在于，在第1原料粉末碰撞到第2原料粉末时，其动能的一部分转换成热能，或者由于第1原料粉末的一部分在塑性变形的过程中产生的热，用作第1原料粉末的析出硬化型铜合金的一部分中的析出硬化被更加促进。
54.对于本实施方式的冷喷涂装置2，将要形成气门座膜16b、17b的气缸盖12固定于基台45，另外，使喷枪23的喷嘴23d的顶端沿着气缸盖12的开口部16a、17a的环状缘部旋转，从而喷射原料粉末。由于不使气缸盖12旋转，因此，不需要大的占用空间，并且与气缸盖12相比，喷枪23的惯性矩较小，因此，旋转的瞬态特性、响应性优异。但是，在本发明的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法中，只要作为基材的气缸盖12和喷嘴23d相对地移动即可，因此，既可以是，固定喷枪23的喷嘴23d，另外，使气缸盖12旋转和摆动，也可以是，使气缸盖12与喷枪23的喷嘴23d一起旋转和摆动。
55.接着，说明具备气门座膜16b、17b的气缸盖12的制造方法。图4是表示本实施方式的气缸盖12的制造方法的气门部位的加工工序的工序图。如该图所示，本实施方式的气缸盖12的制造方法具备铸造工序s1、切削工序s2、覆盖工序s3以及精加工工序s4。另外，为了简化说明而省略除了气门部位以外的加工工序。
56.在铸造工序s1中，使铸件用铝合金流入已安放有砂芯的模具，铸造成形在主体部形成有进气口16、排气口17等的气缸盖毛坯3。在此，气缸盖毛坯3是指，加工为作为最终产品的气缸盖12之前的处于制造中途的半成品。进气口16和排气口17由砂芯形成，凹部12b由模具形成。图5是从安装于缸体11的安装面12a侧观察由铸造工序s1铸造成形的气缸盖毛坯3的立体图。气缸盖毛坯3具备4个凹部12b和在各凹部12b各设置的两个进气口16和两个排气口17。各凹部12b的两个进气口16和两个排气口17在气缸盖毛坯3内集合成一根，与在气缸盖毛坯3的两侧面设置的开口分别连通。
57.图6a是气缸盖毛坯3的沿着图5的vi-vi线的剖视图，表示进气口16。在进气口16设有在气缸盖毛坯3的凹部12b内暴露的圆形的开口部16a。
58.在接下来的切削工序s2中，对气缸盖毛坯3实施由端铣刀、球头端铣刀等进行的铣削加工，如图6b所示，在进气口16的开口部16a形成环状气门座部16c。图6b是表示在切削工序中在图6a的进气口形成环状气门座部的状态的剖视图。环状气门座部16c是成为气门座膜16b的基础形状的环状槽，形成于开口部16a的外周。在本实施方式中，作为被成膜部适用环状气门座部16c。
59.在本实施方式的气缸盖12的制造方法中，如图6c和图6f所示，利用冷喷涂法沿着环状气门座部16c喷射原料粉末p而形成覆膜，以该覆膜作为基础而加工为气门座膜16b。因
此，环状气门座部16c以比气门座膜16b大一圈的尺寸形成。
60.利用冷喷涂法形成的气门座具有耐热性和耐磨性优异且能够获得较高的导热性这样的优点，另一方面，要求经得住来自燃烧室15内的吸排气气门的敲击输入的密合性和较高的强度。因此，在本实施方式的气缸盖12的制造方法中，如图6c所示，与冷喷涂装置2的喷枪23的喷嘴23d相面对的环状气门座部16c的沿着径向的截面形成为槽形状。
61.图7a～图7c是环状气门座部16c的沿着径向的截面形状的放大剖视图。环状气门座部的径向是指，与沿着进气口16的开口部16a的圆周方向形成的环状气门座部16c的缘部正交的方向，沿着径向的截面形状具体是指沿着图6f所示的vii-vii线的截面形状。
62.如图7a所示，在本实施方式中，环状气门座部16c的沿着径向的截面形状被切削加工为相对于气缸盖毛坯3形成凹部。更具体地说，与冷喷涂装置2的喷枪23的喷嘴23d相面对的部位形成为由平坦的底面g1和相邻的一对侧面g2构成的槽形状。由此，由于利用冷喷涂法形成的金属膜5的压缩残留应力作用于槽形状的一对侧面g2，因此，能够制造具备密合性优异且具有较高的强度的气门座膜16b的气缸盖12。
63.例如，在如图9的比较例所示与冷喷涂装置2的喷枪23的喷嘴23d相面对的部位是形成为平坦状的环状气门座部16c的情况下，金属膜5的压缩残留应力(黑箭头)朝向金属膜5的底面作用。另一方面，由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷(空心箭头)集中在气门座膜16b的边缘部。因此，在气门座膜16b的边缘部附近产生龟裂，或者随着磨损的发展而剥离。
64.与此相对，如图8所示，根据本实施方式的形成为槽形状的环状气门座部16c，相对于集中在气门座膜16b的边缘部的来自气门的冲击载荷(空心箭头)，呈槽形状嵌入的金属膜5的压缩残留应力(黑箭头)作用于槽形状的侧面g2、g2。作用于环状气门座部16c的槽形状的侧面g2、g2的金属膜5的压缩残留应力与由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷对抗，因此，使集中在气门座膜16b的边缘部的冲击载荷减轻，能够抑制在气门座膜16b产生龟裂或者剥离。
65.图7b是表示环状气门座部16c的沿着径向的截面形状的其他实施方式的放大剖视图。在本实施方式中，环状气门座部16c的槽形状中的平坦的底面g1和相邻的侧面g2、g2的交界面gc形成为平缓的圆弧状。在平坦的底面g1和侧面g2、g2的交界面gc为尖锐的形状时，由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷集中在平坦的底面g1和侧面g2、g2的棱线上。与此相对，平坦的底面g1和侧面g2、g2的交界面gc成为平缓的圆弧状，从而使由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷在曲面上分散，缓和应力的集中，因此，能够形成具有更高的强度的气门座膜16b。
66.此外，环状气门座部16c的槽形状中的平坦的底面g1和侧面g2、g2的交界面gc成为平缓的圆弧状，从而使利用冷喷涂法喷射的原料粉末p均匀地附着于交界面gc的表面。由此，能够提高在环状气门座部16c形成的气门座膜16b的密合性。
67.图7c是表示环状气门座部16c的槽形状中的槽角度gθ的剖视图，图10是表示作用于气门座膜16b的应力和槽角度gθ之间的关系的图表。槽角度gθ是指，环状气门座部16c的槽形状中的平坦的底面g1和一侧的侧面g2所成的二面角的锐角侧。
68.如图10所示，环状气门座部16c的槽形状中的槽角度gθ越小，则集中在气门座膜16b的边缘部的由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷(图8的空心箭头)越大，槽角度gθ
越大，则集中在气门座膜16b的边缘部的冲击载荷越小。在此，在槽角度gθ＜30
°
的情况下，由于在气门座膜16b产生龟裂，因此，作为用于形成担保作为发动机完成品的性能的气门座的、环状气门座部16c的槽角度的阈值，优选的是槽角度gθ≥30
°
。
69.与此相对，环状气门座部16c的槽形状中的槽角度gθ越小，则作用于气门座膜16b的边缘部的压缩残留应力(图8的黑箭头)越小，槽角度gθ越大，则作用于气门座膜16b的边缘部的压缩残留应力越大。如此，槽角度gθ越大则气门座膜16b的密合性越优异。然而，在形成环状气门座部16c并利用冷喷涂法喷射原料粉末p而形成覆膜之后，在后述的精加工工序s4中，进行将球头端铣刀插入于进气口16内而切削开口部16a侧的内周面的精加工。此时，若槽角度gθ＞45
°
，则产生以下不良情况：球头端铣刀与气门座膜16b的边缘部干涉，无法进行机械加工。因而，作为不受到精加工的制约的环状气门座部16c的槽角度的值，优选的是槽角度gθ≤45
°
。
70.如此，通过使环状气门座部16c的槽形状中的槽角度gθ设为30
°
≤槽角度gθ≤45
°
，而能够不受到成膜后的制造工序中的制约，且抑制由气门座膜16b的边缘部的冲击载荷的集中所引起的龟裂的产生，能够形成具有更高的强度的气门座膜16b。
71.另外，需要将该槽形状中的槽角度gθ设为30
°
≤槽角度gθ≤45
°
的仅是刀具的半径方向上的单侧的边，其相反侧的边不受到加工时的制约，所以也可以在该范围外。
72.返回至图4，在覆盖工序s3中，利用本实施方式的冷喷涂装置2向气缸盖毛坯3的环状气门座部16c喷射原料粉末p，形成气门座膜16b。更具体地说，在该覆盖工序s3中，如图6c所示，固定气缸盖毛坯3，另一方面，使喷枪23旋转，以便一边将环状气门座部16c和喷枪23的喷嘴23d以相同姿势保持在一定距离，一边向环状气门座部16c的整周吹送原料粉末p。图6c是表示在图6b的进气口16形成气门座膜16b的状态的剖视图。
73.喷枪23的喷嘴23d的顶端在固定于基台的气缸盖12的上方被保持于产业用机器人的手部。基台或产业用机器人设定气缸盖12或喷枪23的位置，以便要形成气门座膜16b的进气口16的中心轴线z成为垂直，与喷枪23的旋转轴线重合。在该状态下，一边从喷嘴23d向环状气门座部16c吹送原料粉末p，一边使喷枪23绕旋转轴线旋转，从而在环状气门座部16c的整周形成覆膜。
74.在实施该覆盖工序s3的期间，喷嘴23d将从制冷剂循环回路27供给来的制冷剂自制冷剂导入部23e向流路导入。制冷剂在从在喷嘴23d的内部形成的流路的顶端侧朝向后端侧流动的期间对喷嘴23d进行冷却。流动到流路的后端侧的制冷剂自制冷剂排出部23f从流路排出并被回收。
75.在喷枪23绕旋转轴线旋转一圈而气门座膜16b的形成结束时，使喷枪23的旋转暂时停止。在该旋转停止过程中，安装有喷枪23的产业用机器人使喷枪23移动，以便接下来要形成气门座膜16b的其他进气口16的中心轴线z与产业用机器人的基准轴线一致。然后，在由产业用机器人进行的喷枪23的移动结束之后，使喷枪23的旋转再次开始，而在下一个进气口16形成气门座膜16b。以后，通过反复进行该动作，而在气缸盖毛坯3的所有的进气口16和排气口17形成气门座膜16b、17b。
76.图11是表示本发明的气缸盖12的气门座膜16b的膜厚和由发动机的燃烧压所产生的剪切力之间的关系的剖视图。由自燃烧室15产生的燃烧压(空心箭头)所产生的剪切力(斜线箭头)朝向气门座膜16b的外方作用，应力集中在边缘部。在此，如图11所示，在环状气
门座部16c成为槽形状，其结果，气门座膜16b的膜厚w较大的情况下，由燃烧压所产生的剪切力主要作用于环状气门座部16c的槽形状的侧面g2、g2。与此相对，如图12的比较例所示，在环状气门座部16c成为平坦状而气门座膜16b的膜厚w较小的情况下，由燃烧压(空心箭头)所产生的剪切力(斜线箭头)作用于气门座膜16b的整个底面。
77.根据由本实施方式的环状气门座部16c的槽形状形成的气门座膜16b，即使由于发动机的燃烧压对气门座膜16b作用有剪切力，也能够利用槽形状的侧面g2、g2承受该剪切力。气门座膜16b的膜厚w不特别限定，但作为适用于本实施方式的环状气门座部16c的槽形状的膜厚w，优选的是形成为300μm～1500μm。由此，能够利用槽形状的侧面g2、g2承受由欲集中在气门座膜16b的边缘部的燃烧压所产生的剪切力，因此，能够制造具备具有更高的强度的气门座膜16b的气缸盖。
78.返回至图4，在精加工工序s4中，进行气门座膜16b、17b、进气口16和排气口17的精加工。在气门座膜16b、17b的精加工中，通过使用了球头端铣刀的铣削加工切削气门座膜16b、17b的表面，将气门座膜16b调整为规定形状。此外，在进气口16的精加工中，将球头端铣刀从开口部16a插入于进气口16内，沿着图6d所示的加工线pl切削进气口16的开口部16a侧的内周面。图6d是表示形成有气门座膜16b的进气口的剖视图。加工线pl是原料粉末p在进气口16内飞散而附着的多余覆膜sf形成得比较厚的范围，更具体地说，是多余覆膜sf形成为厚到对进气口16的吸气性能带来影响的程度的范围。
79.如此，能够利用精加工工序s4消除由铸造成形导致的进气口16的表面粗糙，并且去除在覆盖工序s3中形成的多余覆膜sf。图6e是表示图4的精加工工序后的进气口16的剖视图。另外，排气口17与进气口16同样地，经由由铸造成形进行的小径部向排气口17内的形成、由切削加工进行的环状气门座部的形成、对环状气门座部进行的冷喷涂、精加工，而形成气门座膜17b。因此，对于气门座膜17b相对于排气口17的形成步骤，省略详细的说明。
80.如以上所述，根据本实施方式的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法，环状气门座部16c的沿着径向的截面形状形成为由平坦的底面g1和相邻的一对侧面g2构成的槽形状，金属膜5的压缩残留应力作用于槽形状的一对侧面g2，因此，能够制造具备密合性优异且具有较高的强度的气门座膜16b的气缸盖12。
81.此外，根据本实施方式的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法，作用于环状气门座部16c的槽形状的侧面g2、g2的金属膜5的压缩残留应力与由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷对抗，因此，使集中在气门座膜16b的边缘部的冲击载荷减轻，能够抑制在气门座膜16b产生龟裂或者剥离。
82.此外，根据本实施方式的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法，环状气门座部16c的槽形状中的平坦的底面g1和侧面g2、g2的交界面gc成为平缓的圆弧状，从而使由来自气门的敲击输入所引起的冲击载荷在曲面上分散，缓和应力的集中，因此，能够形成具有更高的强度的气门座膜16b。
83.此外，根据本实施方式的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法，环状气门座部16c的槽形状中的平坦的底面g1和侧面g2、g2的交界面gc成为平缓的圆弧状，从而利用冷喷涂法喷射的原料粉末p均匀地附着于交界面gc的表面，因此，能够提高在环状气门座部16c形成的气门座膜16b的密合性。
84.此外，根据本实施方式的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法，环状气门座部16c的槽
形状中的平坦的底面g1和一侧的侧面g2所成的二面角的锐角侧即槽角度gθ设为30
°
≤槽角度gθ≤45
°
，因此，能够不受到成膜后的制造工序中的制约，且抑制由气门座膜16b的边缘部的冲击载荷的集中所引起的龟裂的产生，能够形成具有更高的强度的气门座膜16b。
85.另外，需要将该槽形状中的槽角度gθ设为30
°
≤槽角度gθ≤45
°
的仅是刀具的半径方向上的单侧的边，其相反侧的边不受到加工时的制约，所以也可以在该范围外。
86.此外，根据本实施方式的气缸盖毛坯和气缸盖的制造方法，气门座膜16b的膜厚w形成为300μm～1500μm，能够利用槽形状的侧面g2、g2承受由欲集中在气门座膜16b的边缘部的燃烧压所产生的剪切力，因此，能够制造具备具有更高的强度的气门座膜16b的气缸盖。
87.附图标记说明
88.1、内燃机；11、缸体；11a、缸；12、气缸盖；12a、安装面；12b、凹部；12c、12d、侧面；13、活塞；13a、连杆；13b、顶面；14、曲轴；15、燃烧室；16、进气口；16a、开口部；16b、气门座膜；16c、环状气门座部；17、排气口；17a、开口部；17b、气门座膜；18、进气门；18a、气门杆；18b、气门头；18c、气门导管；19、排气门；19a、气门杆；19b、气门头；19c、气门导管；2、冷喷涂装置；21、气体供给部；21a、压缩气瓶；21b、工作气体管线；21c、输送气体管线；21d、压力调整器；21e、流量调节阀；21f、流量计；21g、压力计；21h、电力源；21i、加热器；22、原料粉末供给部；22a、221a、222a、原料粉末供给装置；22b、计量器；22c、221c、222c、原料粉末供给管线；22d、分隔件；23、喷枪；23a、腔室；23b、压力计；23c、温度计；23d、喷嘴；23e、制冷剂导入部；23f、制冷剂排出部；23g、23h、信号线；27、制冷剂循环回路；271、罐；272、泵；273、冷却器；274、导入管；275、排出管；3、气缸盖毛坯；4、基材；5、金属膜；g1、底面；g2、侧面；gc、交界面；gθ、槽角度；p、原料粉末；sf、多余覆膜。

技术特征：
1.一种气缸盖毛坯，其中，该气缸盖毛坯在主体部具有：吸气用或排气用的口，其具有开口部；被成膜部，其形成在沿着所述开口部的环状缘部；以及金属膜，其形成在所述被成膜部，所述被成膜部的沿着所述口的径向的截面设为包含平坦的底面和与该底面相邻的一对侧面的槽形状，所述金属膜的压缩残留应力作用于所述一对侧面。2.根据权利要求1所述的气缸盖毛坯，其中，所述被成膜部的沿着所述口的径向的截面的所述槽形状包含所述底面、所述一对侧面以及将所述底面和所述一对侧面连起来的圆弧状的交界面。3.根据权利要求1或2所述的气缸盖毛坯，其中，所述底面和所述一对侧面中的任一者所成的二面角的锐角侧即槽角度为30度～45度。4.根据权利要求1～3中任一项所述的气缸盖毛坯，其中，在所述被成膜部形成的所述金属膜的膜厚为300μm～1500μm。5.一种气缸盖的制造方法，其中，制造气缸盖毛坯，该气缸盖毛坯在主体部具有：吸气用或排气用的口，其具有开口部；和被成膜部，其形成在沿着所述开口部的环状缘部；将所述被成膜部的沿着所述口的径向的截面形成为包含平坦的底面和与该底面相邻的一对侧面的槽形状；利用冷喷涂法经由喷嘴向所述被成膜部喷射原料粉末而形成金属膜。6.根据权利要求5所述的气缸盖的制造方法，其中，将所述被成膜部的沿着所述口的径向的截面形成为包含所述底面、所述一对侧面以及将所述底面和所述一对侧面连起来的圆弧状的交界面的槽形状。7.根据权利要求5或6所述的气缸盖的制造方法，其中，将所述底面和所述一对侧面中的任一者所成的二面角的锐角侧即槽角度形成为30度～45度。8.根据权利要求5～7中任一项所述的气缸盖的制造方法，其中，在所述被成膜部形成膜厚为300μm～1500μm的所述金属膜。

技术总结
一种被成膜部，其形成在沿着进气口(16)的开口部(16a)或排气口(17)的开口部(17a)的环状缘部，将利用冷喷涂法喷射原料粉末而形成金属膜(5)的该被成膜部的沿着进气口(16)或排气口(17)的径向的截面形成为包含平坦的底面(G1)和与该底面相邻的一对侧面(G2)的槽形状。(G1)和与该底面相邻的一对侧面(G2)的槽形状。(G1)和与该底面相邻的一对侧面(G2)的槽形状。


技术研发人员：野上盛之 井野口雅敏 松山秀信 柴山博久 熨斗良次 镰田恒吉 田井中直也
受保护的技术使用者：日产自动车株式会社
技术研发日：2020.10.21
技术公布日：2023/6/26