(57)【要約】【課題】Ｔ５熱処理されたアルミニウムシリンダにおいて、強度と軽量化および低コスト化との両立を図ること。【解決手段】本アルミニウムシリンダヘッド１０は、Ｔ５熱処理により硬度分布が生じると共に複数の雌ねじ１２が形成されているものであって、硬度が低い箇所ほど雌ねじ１２と雄ねじ１４とのかかり代Ｌを長く設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理により硬度分布が生じると共に複数の雌ねじが形成されている、熱処理された構造体であって、
硬度が低い箇所ほど前記雌ねじと雄ねじとのかかり代が長く設定されていることを特徴とする、熱処理された構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理された構造体において、
前記熱処理は、Ｔ５熱処理であることを特徴とする、熱処理された構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理された構造体において、
前記かかり代は、前記雄ねじの長さで決定されていることを特徴とする、熱処理された構造体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱処理された構造体において、
前記構造体は、シリンダヘッドであることを特徴とする、熱処理された構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、シリンダヘッドなどの熱処理により硬度分布が生じると共に複数の雌ねじが形成されている、熱処理された構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アルミニウムシリンダヘッドは、軽量で熱伝導性が良いことから、乗用車のエンジンに多用されている。
【０００３】
このシリンダヘッドを製造する場合には、高い強度や良好な鋳造性が要求されるため、アルミニウム材の中でも、主にＪＩＳ  ＡＣ２Ａ，ＡＣ２Ｂ，ＡＣ４Ｂ，ＡＣ４Ｃ材などが用いられている。これらアルミニウム材は、シリンダヘッド形状の鋳型内に鋳造後、機械的性質を向上させるために、Ｔ６熱処理が行なうことが多い。
【０００４】
Ｔ６熱処理により、アルミニウムシリンダヘッドは、たとえば、引張強度が１５ｋｇ／ｍｍ2から２５ｋｇ／ｍｍ2に、プリネル硬度がＨＢ６０からＨＢ１００になり、その機械的性質は大幅に向上する。
【０００５】
この他にＴ６熱処理を行なう前に熱疲労起こしやすい部分に局部的に大気中で再溶融を施したり、あるいはＴ６熱処理後に上記局部再溶融を施したりしていた。
【０００６】
近年のエンジンの出力向上に伴い、シリンダヘッドの触火面のホットプラグ周りや、吸気ポートおよび排気ポートのシートインサート間などに、熱疲労亀裂が入るという問題があった。
【０００７】
この熱疲労亀裂は、ローサイクルの熱歪が繰り返しかかり破壊するものである。そのため、ローサイクル熱疲労には、熱負荷繰り返し時に発生する内部応力が少なく、かつ伸び特性に優れた材料の方が優位である。したがって、上記ローサイクルの熱疲労亀裂を防止するためには、Ｔ６熱処理を廃止する方が良い。
【０００８】
しかし、このＴ６熱処理を廃止すると、引張強度や硬度が低下するので、たとえば、シリンダヘッドの上側壁や内面壁などのハイサイクル熱疲労強度が低下するという問題があった。
【０００９】
上記ローサイクルの熱疲労亀裂の防止策として、上記Ｔ６熱処理の前後に上記局部再溶融を施していたが、この対策だと上記アルミニウム材にマグネシウムが０．１〜０．４重量％含有されているため、上記局部再溶融を施した部分に依然としてＴ６およびＴ５の効果が現われ、熱疲労亀裂が発生するという問題があった。
【００１０】
そこで、特許文献１では、ハイサイクルおよびローサイクル熱疲労に対して共に強度を有するアルミニウムシリンダヘッドが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−１２１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般に、シリンダヘッドの雌ねじと雄ねじ（ボルト）のかかり代は、雌ねじの形成部位にかかわらず一様の数値が用いられている。
【００１３】
たとえば、鉄および鋼に対する上記のねじかかり代Ｌは、雌ねじ径Ｄの１〜１．５倍に設定され、軽合金に対する上記のねじかかり代Ｌは、雌ねじ径Ｄの１．５〜２倍に設定される。
【００１４】
アルミニウムシリンダヘッドを鋳造成形した後に、Ｔ５熱処理を行ない硬化させた場合、図１に示すように、シリンダヘッドの部位によって硬度が異なる分布を持ってしまう。これは、Ｔ５熱処理ではＴ６熱処理と異なり溶体化処理がなく、またＴ５熱処理とＴ６熱処理とでは人工時硬化処理までの過程が違い、これらによってシリンダヘッドの部位ごとの冷却速度が異なることで硬度分布が生じるのである。
【００１５】
上記のような硬度分布が生じたシリンダヘッドなどの構造体に対し、上記のように一様にねじかかり代を設定すると、強度不足または冗長設計による質量およびコストの増加につながる。これは、硬度と強度とには、強い相関があるためである。
【００１６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、強度と軽量化および低コスト化との両立を図りうる、熱処理された構造体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明にかかる熱処理された構造体は、熱処理により硬度分布が生じると共に複数の雌ねじが形成されている、熱処理された構造体であって、硬度が低い箇所ほど前記雌ねじと雄ねじとのかかり代が長く設定されている。
【００１８】
硬度が低い箇所ほど雌ねじと雄ねじとのかかり代を長く設定することで、強度不足を防ぐことができる。また、部位ごとに合わせた一様な設計が可能となり、質量およびコストの増加を防ぐことができる。
【００１９】
上記熱処理された構造体において、前記熱処理は、Ｔ５熱処理である。
【００２０】
Ｔ５熱処理により硬度分布に差が生じやすい場合に、上記のように硬度の低い箇所ほどねじかかり代を長く設定することで、強度不足を防ぐことができる。
【００２１】
また、上記熱処理された構造体において、前記かかり代は、前記雄ねじの長さで決定されている。
【００２２】
雄ねじの長さを硬度が低いほど長く、硬度が高いほど短く設定することで、組立部品全体としての軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００２３】
さらに、上記熱処理された構造体において、前記構造体は、シリンダヘッドである。
【００２４】
シリンダヘッドに構成部品を締結する際の強度不足解消、ならびに軽量化および低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、強度と軽量化および低コスト化との両立を図ることができる、熱処理された構造体の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】アルミニウムシリンダヘッドを鋳造成形した後にＴ５熱処理を行なって硬化させた場合の硬度分布を示す図である。
【図２】図１の硬度測定点を示す図である。
【図３】アルミニウムシリンダヘッドにおける雌ねじと雄ねじとの締結状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
上述したように、アルミニウムシリンダヘッド１０を鋳造成形した後に、Ｔ５熱処理を行ない硬化させた場合には、図１に示すように、シリンダヘッド１０の部位によって硬度が異なる分布を持つ。図１に示した例では、シリンダヘッド１０の上面側（図２に示すＰ１）から下面側（図２に示すＰ１２）に向かうに従って硬度が高くなる分布を有している。
【００２９】
このよう硬度分布を有するのは、鋳造後のシリンダヘッド１０が熱処理される場合、テーブル側にカム軸側を向けて載せられているため、シリンダヘッド１０の燃焼室が上側となり、空気に良く触れることで、冷却速度がカム軸側に比べて速くなるために燃焼室側の硬度がカム軸側よりも高くなるからである。
【００３０】
本実施の形態では、上記のようなアルミニウムシリンダヘッド１０に対して、硬度が低い箇所ほど雌ねじ１２と雄ねじ（ボルト）１４とのかかり代Ｌ（図３参照）を長く設定するようにしている。こうすることで、強度不足を防ぐことができる。また、部位ごとに合わせた、ねじかかり代Ｌを設計することが可能となり、質量およびコストの増加を防ぐことができる。
【００３１】
上記のねじかかり代Ｌは、一般的には、下記の（１）式で求められる。
【００３２】
【数１】
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本実施の形態では、硬度と強度とには強い相関があることに着目し、図１および図２における各硬度測定点Ｐ１〜Ｐ１２の試験片と取り出し、各試験片の硬度と強度との関係を示す換算表を作成し、この換算表から雌ねじ強度τBNを求め、この求めた雌ねじ強度τBNを上記の（１）式に代入することにより、雌ねじ破壊を防ぐために必要なねじかかり代Ｌを求めるようにする。
【００３３】
こうして求められたねじかかり代Ｌは、雌ねじ１２の破壊を防ぐために必要な最小値である。そのため、本実施の形態では、ねじかかり代Ｌの最終的な値を雄ねじ１４の長さで決定するようにしている。すなわち、雄ねじ１４の長さを硬度が低いほど長く、硬度が高いほど短く設定するようにしている。こうすることで、組立部品全体としての軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によると、鋳造成形した後にＴ５熱処理を行ない硬化させた場合、部位によって異なる硬度分布を有する、アルミニウムシリンダヘッド１０に対して、強度と軽量化および低コスト化との両立を図れるようにすることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００３６】
上記実施の形態においては、鋳造後のシリンダヘッドの熱処理に際し、テーブル側にカム軸側を向けて載せられる場合について記載した。しかし、本発明はそのような構成には限定されない。上記とは異なり、鋳造形成後のシリンダヘッドの燃焼室側をテーブルに載せて製造する場合に、本発明を適用しても同様の作用・効果を奏する。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、本発明をアルミニウムシリンダヘッドに適用した例について記載した。しかし、本発明はそのような構成には限定されない。Ｔ５熱処理などの熱処理により硬度分布が生じると共に複数の雌ねじが形成されている構造体であれば、どのような構造体であっても本発明を適用することができる。
【００３８】
その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加えうることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  アルミニウムシリンダヘッド
１２  雌ねじ
１４  雄ねじ
Ｌ  ねじかかり代
【図１】
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【図２】
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【図３】
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