(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吸排気ポートを有するエンジンのシリンダヘッドの少なくとも上記吸排気ポート間の表面部分に、所定の回転工具を用いて摩擦攪拌処理を施すシリンダヘッドの表面処理方法であって、
鋳造した上記シリンダヘッドを所定温度に加熱する予熱工程と、
上記シリンダヘッドに対して予熱工程を行った後に、該シリンダヘッドの表面に押し当てた回転工具を回転させながら、該回転工具を上記吸排気ポート間に設定された処理経路に沿って移動させることにより、上記シリンダヘッドの表面部分に摩擦攪拌処理を施す表面処理工程と、を含み、
上記吸排気ポート間に設定された処理経路は、略平行にされた往路及び復路と、該往路の終了端と復路の開始端とを互いにつなぐ折り返し路とを有し、
上記折り返し路には、上記回転工具の移動方向を上記往路の移動方向から復路の移動方向に変換する変換点を一つ設定すると共に、該変換点を、上記処理経路に隣接する一対の吸排気ポートそれぞれと略等距離となる位置に設定する
ことを特徴とするシリンダヘッドの表面処理方法。
【請求項２】
請求項１において、
折り返し路における往路の終了端と変換点との間、及び該変換点と復路の開始端との間を、それぞれ略直線状の経路に設定する
ことを特徴とするシリンダヘッドの表面処理方法。
【請求項３】
請求項１において、
折り返し路における往路の終了端と変換点との間、及び該変換点と復路の開始端との間を、それぞれ略円弧状の経路に設定する
ことを特徴とするシリンダヘッドの表面処理方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
処理経路の往路と復路とを、回転工具の回転領域の一部が重複するように設定することを特徴とするシリンダヘッドの表面処理方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
エンジンは、各気筒毎に複数の吸排気ポートを有する多気筒エンジンであり、
処理経路を、各気筒毎にそれぞれ独立して設定し、
表面処理工程では、上記各気筒の処理経路における処理開始点から処理終了点に至るまで、連続的に処理を行う
ことを特徴とするシリンダヘッドの表面処理方法。
【請求項６】
請求項１において、
予熱工程では、シリンダヘッドを１５０℃以上１８０℃以下の温度で加熱する
ことを特徴とするシリンダヘッドの表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッドの表面処理方法に関し、特に、複数の吸排気ポートを有する気筒を備えたエンジンのシリンダヘッドの少なくとも上記吸排気ポート間の表面部分に、所定の回転工具を用いて摩擦攪拌処理を施すシリンダヘッドの表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、例えば自動車用等の車両用のエンジンのシリンダヘッドは、例えばアルミニウム（Ａｌ）若しくはその合金等の軽合金材料を用いた鋳造品を素材とするものが一般的で、かかるシリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けて使用される。
【０００３】
また、近年、車両用エンジンとしては、２気筒あるいは４気筒などの多気筒タイプで、しかも、各気筒毎に複数の吸排気ポートを有するものが多用されており、例えばディーゼルエンジンなどにおいては、シリンダヘッドの吸排気ポート間にグロープラグが取り付けられるものが一般的である。
【０００４】
このようなシリンダヘッドでは、所謂、「バルブブリッジ部」或いは「弁間部」と称せられる、吸排気ポートのポート穴間の領域は、エンジン駆動時の気筒での燃焼による体積膨張と停止時の冷却による体積収縮とを繰り返すことから、一般に、熱疲労によるクラックが発生し易い。この問題に対して、従来では、弁間部に所謂リメルト処理を施して熱疲労強度の向上を図ることが行われている。
【０００５】
しかしながら、弁間部の熱容量が限られることから、このリメルト処理では、シリンダヘッドヘの熱負荷増加に対応して処理深さを増すために入熱量を増やすと肩型だれが生じてしまう。このため、リメルト処理ではその処理深さに制約がある。また、入熱量を多くすると、処理部の凝固時間が長くなり、金属組織の微細化効果が低下すると共にピンホール欠陥も増加傾向となるため、処理深さ増加による表面改質効果が相殺され、狙いとする耐熱性向上効果を得ることは難しい。
【０００６】
更に、入熱量を増加させると、リメルト処理時の熱応力により部材にクラックが発生し易くなるため、部材の予熱処理が必要となる。その他、マグネシウムを含有する材料では、溶融時にマグネシウムが蒸発して減少し、リメルト処理後のＴ６熱処理（溶体化処理及び時効処理）で強度向上代が小さくなり、所要の機械的特性が得られなくなる、などの問題がある。
【０００７】
また、品質面においても、入熱量のバラツキや磁気吹きによる位置ずれなどにより、処理深さのバラツキが大きいことや、処理部のピンホール欠陥は、母材のガス含有量や鋳巣面積に影響を受けることなどから、処理部の品質安定性を確保することは、なかなかに難しい。
【０００８】
更に、生産性の面においても、処理部を溶融させることから、溶融部分の酸化防止のためにシールドガスが必要とされ、また、表面酸化物や不純物から発生するガスによるガス欠陥の発生防止のために、処理前に鋳肌部分を除去する工程が追加されることが多い。更に、処理部表面に発生する高い引張残留応力を解放するために、後熱処理が必要であるので、コスト高になるという問題もある。
【０００９】
ところで、Ａｌ又はその合金等の軽金属製部材の表面処理方法として、高速で回転する回転工具を部材表面に接触させ、表面への押圧状態を保ちながら回転工具を表面に沿って移動させることで、当該部材表面及びその近傍領域を改質し機械的特性の向上を図る、所謂、摩擦撹拌処理が知られている。
【００１０】
例えば、特開２０００−１５４２６号公報には、エンジンのＡｌ合金製シリンダヘッドのシリンダブロックに対するシール面（合わせ面）の表面処理に、かかる摩擦撹拌処理法を適用することが開示されている。
【００１１】
上記摩擦撹拌処理法では、高速で回転する回転工具を部材表面に当接させ押圧することで、その際に生じる摩擦熱と回転体の撹拌作用により、部材表面の回転工具当接部分及びその近傍領域を軟化させて塑性流動を生じせしめる。そして、この塑性状態の材料部分（塑性流動層）が非溶融状態で撹拌され、その後に塑性流動部分が冷却することにより、当該部材の表面及びその近傍領域が改質される。
【００１２】
Ａｌ合金等の軽金属製鋳造部材の表面に、この摩擦撹拌処理による表面改質処理を施すことにより、表面部分を溶融させて改質を図る所謂リメルト処理等による場合に比べて、鋳造部材の表面部分の金属組織をより緻密なものとし、また、鋳巣等による内部未充填欠陥を大幅に低減することができ、伸び及び靭性等の機械的特性並びに疲れ強さ（熱疲労強度）を向上させることができる。この場合において、リメルト処理等により表面部分を溶融させて改質を図る場合のように、鋳造部材内部のガス等によるブローホール或いはピンホールが形成される惧れもない。
【００１３】
そこで、本願出願人は、特願２０００−３９３３２８号において、かかる摩擦撹拌処理法を多気筒エンジンの軽合金製シリンダヘッドの吸排気ポート間（弁間部）の表面改質処理に適用することを提案した。
【００１４】
この先行技術では、各気筒毎に一対の吸気ポートと一対の排気ポートとを有する直列４気筒エンジンのＡｌ合金製シリンダヘッドについて、略十字状をなす各気筒の弁間部の表面部分に摩擦撹拌処理を施すに際し回転工具を移動させる経路としての処理経路を、各気筒毎に設けられシリンダヘッドの幅方向に延びる４本の比較的短い処理経路と、全気筒を縦断してシリンダヘッドの長手方向に延びる１本の長い処理経路とで構成している。
【００１５】
そして、これら処理経路に沿って４つの気筒の吸排気ポート弁間部の表面処理を一連の工程で処理するようにしている。この場合、各弁間部の表面部分をその全幅にわたってより有効に改質するために、より好ましくは、各処理経路には往復の経路が設定され、各弁間部に対し往路と復路の両方で摩擦攪拌処理による表面処理が繰り返して施される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、弁間部において略平行に往路と復路とを設定した場合に、この往路の終了端と復路の開始端とをそれぞれ、回転工具の移動方向を９０°変換する変換点として、上記往路の終了端と復路の開始端とを互いにつなぐ折り返し路を設けることが考えられる。こうすることで、回転工具を連続的に移動させて処理の効率化が図られる。
【００１７】
ところがこの場合、折り返し路の近辺では、往路での処理領域が冷却する前に復路での処理がほぼ重ねて行われることになるため、当該領域の温度は高くなる。また、上記変換点では、回転工具の移動が一時的に停止する一方で、この回転工具は回転し続けるため、変換点近辺の温度はさらに上昇してしまう。しかも、折り返し路の近辺では、こうした変換点が２つ存在するため、その近辺の温度はさらに高くなる。また特に、表面処理は、吸排気ポートのできるだけ近傍まで行うことが望まれるため、上記往路や復路は吸排気ポートの近傍に設定することが好ましいが、このようにした場合は、上記各変換点がポート近傍に位置するため、そのポート近傍の温度が上昇してしまうことになる。
【００１８】
その結果、折り返し路の近辺の領域では、必要以上に温度が上昇してしまい、近接するポート端部の肩部等に変形が生じる惧れがある。このようにポート端部が変形すると部材内部の摩擦攪拌に支障が生じ、処理領域の内部に未充填欠陥が発生する惧れがある。
【００１９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダヘッドの吸排気ポート間の表面部分に摩擦撹拌処理による表面処理を施すに際して、ポート端部の変形に伴う内部未充填欠陥の発生を抑制することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の吸排気ポートを有するエンジンのシリンダヘッドの少なくとも上記吸排気ポート間の表面部分に、所定の回転工具を用いて摩擦攪拌処理を施すシリンダヘッドの表面処理方法に係る。
【００２１】
そして、本発明に係る表面処理方法は、鋳造した上記シリンダヘッドを所定温度に加熱する予熱工程と、上記シリンダヘッドに対して予熱工程を行った後に、該上記シリンダヘッドの表面に押し当てた回転工具を回転させながら、該回転工具を上記吸排気ポート間に設定された処理経路に沿って移動させることにより、上記シリンダヘッドの表面部分に摩擦攪拌処理を施す表面処理工程と、を含み、上記吸排気ポート間に設定された処理経路を、略平行にされた往路及び復路と、該往路の終了端と復路の開始端とを互いにつなぐ折り返し路とを有するようにする。そして、上記折り返し路に、上記回転工具の移動方向を上記往路の移動方向から復路の移動方向に変換する変換点を一つ設定すると共に、該変換点を、上記処理経路に隣接する一対の吸排気ポートそれぞれと等距離となる位置に設定する。
【００２２】
これにより、表面処理工程では、シリンダヘッドの表面に押し当てた回転工具を回転させることにより、その部材表面の回転工具当接部分及びその近傍領域を軟化させて、シリンダヘッドの表面部分に塑性流動を生じせしめる。
【００２３】
そして、この塑性状態の材料部分（塑性流動層）が非溶融状態で撹拌され、その後に塑性流動部分が冷却されることにより、当該部材の表面及びその近傍領域が改質される。こうして、鋳造部材の表面部分の金属組織をより緻密なものとし、また、鋳巣等による内部未充填欠陥を大幅に低減することができ、伸び及び靭性等の機械的特性並びに疲れ強さ（熱疲労強度）を向上させることができる。
【００２４】
上記回転工具は、吸排気ポート間に設定された処理経路に沿って移動させるため、上述した表面処理が処理経路に沿って順次行われる。
【００２５】
このとき、上記処理経路は、吸排気ポート間で略平行にされた往路及び復路を有するため、上記吸排気ポート間の表面部分に対して、往路と復路との両方で繰り返し処理が施され、その全幅に亘ってより有効に表面処理をすることが可能になる。
【００２６】
さらに、上記往路の終了端と復路の開始端とを互いにつなぐ折り返し路を有することで、回転工具を往路から復路に連続的に移動させて、表面処理を効率的に行うことが可能になる。
【００２７】
そして、上記折り返し路には、回転工具の移動方向を上記往路の移動方向から復路の移動方向に変換する変換点が一つ設定されている。この変換点では、回転工具の移動が一時的に停止し、これによって、この変換点近傍は温度上昇を招くことになるが、折り返し路には変換点が一つだけであるため、この折り返し路近辺の温度上昇が抑制される。
【００２８】
また、上記変換点は、処理経路に隣接する一対の吸排気ポートそれぞれと等距離となる位置に設定されているため、変換点は、各吸排気ポートの端部から離れた位置に位置する。このため、温度上昇点は吸排気ポートの端部から離れることになる。
【００２９】
こうして、折り返し路の近辺の領域での温度上昇が抑制され、これにより、その近傍に位置するポートの端部の変形が防止される。その結果、処理領域内を十分に攪拌して、折り返し路の近辺の処理領域の内部に未充填欠陥が発生することが抑制される。
【００３０】
また、変換点を一つにすることで、この折り返し路の近辺の領域における温度のばらつきが抑制される。これにより、当該領域における処理深さ（塑性流動層の深さ）のばらつきが抑制される。
【００３１】
また、鋳造したシリンダヘッドを所定温度に加熱することにより、表面処理後のシリンダヘッドの残留応力が抑制される。
【００３２】
すなわち、シリンダヘッドに対する表面処理（摩擦攪拌処理）を行うと、回転工具によって軟化して塑性流動を生じた部分（塑性流動層）と、その周囲の部分との間の温度勾配が大きくなり、これによって、熱応力（ひずみ）が発生する。この発生した熱応力がシリンダヘッドの残留応力となり、その結果、熱疲労強度の低下を招くことになる。
【００３３】
これに対し、シリンダヘッドに対する予熱工程を行った後に、表面処理工程を行うと、シリンダヘッドの温度が予め高められているため、表面処理の際の塑性流動層とその周囲の部分との間の温度勾配が小さくなる。こうして、シリンダヘッドの残留応力が抑制される。
【００３４】
また、予熱工程を行うと、表面処理工程において回転工具によりシリンダヘッドを摩擦攪拌する際の抵抗が小さくなり、攪拌に要するエネルギの低減が図られると共に、未充填欠陥の発生が抑制される。さらに、抵抗が小さくなることで、回転工具の先端に付勢される曲げモーメントが小さくなり、回転工具の寿命延長が図られる。
【００３５】
ところが、予熱工程を行うと部材（材料）のヤング率が低下し、特に処理経路の折り返し路付近での温度上昇によって、近接するポートの端部が変形する惧れがある。
【００３６】
しかしながら、本発明では、上記折り返し路の変換点を一つにすると共に、その変換点を、隣接する各吸排気ポートの端部から離れた位置に位置させることによって、予熱工程を行った場合でもポートの端部の変形が抑制される。これにより、残留応力の発生と未充填欠陥の発生とが共に抑制されると共に、処理深さのばらつきが抑制される。
【００３７】
ここで、折り返し路における往路の終了端と変換点との間、及び該変換点と復路の開始端との間を、それぞれ略直線状の経路に設定してもよい。つまり、折り返し路を、変換点に向かって先細となった先細形状に設定してもよい。
【００３８】
また、これとは異なり、折り返し路における往路の終了端と変換点との間、及び該変換点と復路の開始端との間を、それぞれ略円弧状の経路に設定してもよい。つまり、折り返し路を全体として略半円形状に設定してもよい。
【００３９】
いずれの場合においても、吸排気ポート間の領域において、未充填欠陥の発生が抑制されると共に、処理深さのばらつきが抑制される。
【００４０】
処理経路の往路と復路とを、回転工具の回転領域の一部が重複するように設定してもよい。
【００４１】
こうすることで、往路と復路との間の領域は、重複した処理が施されるため、この領域については、より深くて効果的な表面処理を施すことが可能になる。
【００４２】
また、このように処理経路の往路と復路とを、回転工具の回転領域の一部が重複するように設定した場合、上述したように、吸排気ポート間の領域の温度が特に上昇して、ポート端部が変形する惧れがあるが、本発明では、折り返し路は変換点を一つのみ有しているため、温度上昇が抑制され、これにより、ポート端部の変形を抑制することが可能になる。
【００４３】
ここで、エンジンを、各気筒毎に複数の吸排気ポートを有する多気筒エンジンとして、上記処理経路を、各気筒毎にそれぞれ独立して設定し、表面処理工程では、上記各気筒の処理経路における処理開始点から処理終了点に至るまで、連続的に処理を行うようにしてもよい。
【００４４】
こうすることで、例えば、全気筒を縦断するように長い処理経路を設定した場合に比べて、表面処理工程の時間を短縮することが可能になり、処理効率が高まる。また、各気筒の処理経路における処理開始点から処理終了点に至るまで、連続的に処理を行うことにより、処理効率がさらに高まる。
【００４５】
ここで、予熱工程では、シリンダヘッドを１５０℃以上１８０℃以下の温度で加熱することが好ましい。
【００４６】
すなわち、１５０℃よりも加熱温度が低いときには、シリンダヘッドの残留応力の低減を図ることができるものの、この残留応力のばらつきが大きくなる可能性があるためである。一方、１８０℃よりも加熱温度が高いときには、過時効により部材が軟化するためである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明におけるシリンダヘッドの表面処理方法によれば、処理経路の折り返し路に、回転工具の移動方向を変換する変換点を一つ設定すると共に、この変換点を隣接する吸排気ポートそれぞれと等距離となる位置に設定することにより、折り返し路の近辺の領域での温度上昇を抑制することができる。その結果、ポート端部の変形を抑制して、処理領域の内部に未充填欠陥が発生することを抑制することができると共に、この領域における処理深さのばらつきを抑制することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明するが、本発明の実施の形態に係るシリンダヘッドの表面処理方法の説明に先立って、まず、かかる表面処理方法の基本をなす摩擦攪拌処理法について説明する。
【００４９】
図１及び図２は、上記摩擦攪拌処理による表面処理を説明するための表面処理対象部材及び摩擦攪拌処理装置の要部を概略的に示す斜視図および断面説明図である。これらの図に示すように、本実施の形態に係る表面処理方法では、表面処理の処理対象たる軽金属部材１を基台（不図示）上に載置し固定した状態で、上記軽金属部材１の表面１ｆに回転工具１０を接触させながら部材表面部１ｆに進入させることによって行われる。
【００５０】
本実施の形態に係る表面処理方法で用いる回転工具１０は、図３に示すように、摩擦攪拌処理装置のホルダ５１によって軸線回り回転自在に支持されるシャンク部１３と、所定直径の円柱体で成りかつ、部材表面部１ｆを押圧するショルダ部１１と、上記ショルダ部１１先端の中央部に一体的に固着された、所定長さで比較的（上記ショルダ部１１よりも）小径の円柱体で成るプローブ部１２とで構成されている。このプローブ部１２の外周には、回転工具１０の回転方向とは逆になる左ねじ部が形成されている。
【００５１】
上記回転工具１０は、上記ホルダ５１を工具駆動手段５によって回転駆動することにより、その軸線回りに回転させられる（図１の矢印参照）。
【００５２】
上記工具駆動手段５は、具体的には図示しなかったが、上記ホルダ５１を介して回転工具１０を高速で回転させるための駆動モータを備えるとともに、上記回転工具１０を軽金属部材１の表面１ｆと略直角方向に（つまり、図１及び図２における上下方向に）駆動し（同図の矢印参照）、また、部材表面ｌｆに略沿って移動させるための、駆動機構を備えている。
【００５３】
そして、該駆動手段５を駆動することにより、高速回転状態にある回転体工具１０を軽金属部材１に対し、その表面ｌｆと略直角方向に（つまり、部材１の深さ方向に）進入させ、また、部材表面１ｆに略沿って移動させることができるようになっている（同図の矢印参照）。
【００５４】
尚、このような回転工具１０を部材表面１ｆと略直角方向（略上下方向）に駆動し、また、部材表面１ｆに沿って（略水平方向に）移動させる機構は、例えば送りネジ機構やロボットアームなど、従来公知のものであるので、その構造について詳細な説明および図示は省略する。また、このように、回転工具１０を略上下方向に駆動し略水平方向に移動させる代わりに、処理対象部材１を固定した基台（不図示）側を駆動して、回転工具１０に対し相対的な挙動を行なわせるようにしても良い。
【００５５】
更に、上記回転工具１０は、図３に示されたように、ショルダ部１１の先端部（下端部）に小径のプローブ部１２を備えたものに限定されるものではなく、上記プローブ部１２が設けられていないフラットな（平坦な）下面のものを用いても良い。表面処理深さについて、ある程度の深さまで処理することが求められる場合には、上記プローブ部１２を備えたタイプの回転工具１０を用い、余り深くまで処理する必要が無い場合には、プローブ部１２が無いタイプの回転工具を用いて効率良く表面処理を行うようにすれば良い。
【００５６】
また、更に、ショルダ部ｌｌの先端に設けるプローブ部としては、図３に示したその外周にねじが形成された円柱形状のものに限定されることはなく、例えば、図４に示すように、先端部分が半球状等の曲面状に形成されたプローブ部１４を用いることができる。また、図５に示すように、外周にねじが形成されていない円柱形状のプローブ部１５を用いることもできる。
【００５７】
本実施の形態に係る摩擦攪拌処理による表面処理法では、上記軽金属部材１の表面ｌｆに対して高速で回転する回転工具１０の下面側（つまり、プローブ部１２及びショルダ部１１下面）を当接させ押圧しながら、該回転工具１０を部材表面部１ｆに対しその深さ方向へ所定深さに達するまで進入させる（図２参照）。
【００５８】
そして、その際に発生する摩擦熱と回転工具１０の撹拌作用により、上記部材表面部ｌｆの回転工具当接部分及びその近傍領域を軟化させて塑性流動を生じせしめる。この塑性状態の材料部分（塑性流動層ｌａ）が非溶融状態で撹拌され、その後に塑性流動部分ｌａが冷却することにより、当該部材の表面及びその近傍領域が改質され、周囲の基材１ｂに比して緻密で硬度の高い金属組織が得られる。
【００５９】
かかる摩擦撹拌処理による表面改質処理を、例えばＡｌ合金等の軽金属製鋳造部材の表面に施した場合には、表面部分を溶融させて改質を図る所謂リメルト処理等による場合に比べて、鋳造部材の表面部分の金属組織をより緻密なものとし、また、鋳巣等による内部未充填欠陥を大幅に低減することができ、伸び及び靱性等の機械的特性並びに疲れ強さ（熱疲労強度）を向上させることができる。この場合において、リメルト処理等により表面部分を溶融させて改質を図る場合のように、鋳造部材内部のガス等によるブローホール或いはピンホールが形成される惧れもない。
【００６０】
尚、軽金属部材１の表面部に、上記摩擦攪拌処理による表面処理を施す場合、回転工具１０の軸線を部材表面１ｆに対して完全に垂直に維持して工具１０を移動させると、プローブ部１２のサイズや形状によっては該ブローブ部１２の角部近傍の基材部分に未充填欠陥が生じる場合がある。かかる欠陥発生を防止するには、回転工具１０を、その軸線が完全垂直状態（傾け角が０度）から若干（例えば、傾け角５度以下程度）傾むくようにその姿勢を保持しながら、部材表面ｌｆに略沿って移動させることが好ましい。また、この場合、回転工具１０のショルダ部１１の下面について、その送り方向前側が後側に比して持ち上がるように、回転工具１０を傾けることが、生産性の向上を図る上でより好ましい。
【００６１】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッドの表面処理方法について図６を参照しながら説明する。
【００６２】
同図は、本実施の形態に係る表シリンダヘッドの表面処理方法の手順を示しており、まず、第１の工程Ｓ１では、吸排気ポートやウォータジャケット等の中空部を形成するためにシェル中子を用いて、シリンダヘッドを鋳造する。
【００６３】
図７は、上記第１の工程Ｓ１で作成するシリンダヘッド鋳造素材を示しており、同図においては、シリンダブロック（不図示）との合せ面を概略的に示している。
【００６４】
この図に示すように、上記シリンダヘッドＣＨ１は、直列４気筒タイプとされたディーゼルエンジン用のもので、長手方向に沿って一列に配置された各気筒毎に、一対の吸気ポートＫｃと一対の排気ポートＥｃとが設けられている。そして、各気筒毎にポート間の部材領域（つまり、弁間部）は略十字形を形成している。
【００６５】
上記表面処理を施すに際にしては、その前工程でシリンダブロックとの合せ面がフライス加工により荒加工される。図７は、この合せ面の荒加工状態を示すものである。従って、図７において実線で表示された上述の各吸気ポートＫｃ及び各排気ポートＥｃは、全て鋳抜き穴の状態を示しており、実際には、図８に拡大して示すように、弁間部の表面処理後にドリル加工等の機械加工によって仕仕上げられ、所定の形状・寸法及び表面粗さを有する吸気ポートＫｈ及び排気ポー卜Ｅｈが得られる（図７及び図８における破線参照）。ここで、鋳抜き穴の状態では、吸気ポートＫｃと排気ポートＥｃとの形状が互いに異なっており、吸気ポートＫｃは、略長円形状を有する一方、排気ポートＥｃは、略１／４円形状を有する。
【００６６】
また、上記シリンダヘッドＣＨ１には、表面処理後に、長手方向に沿って配列される複数のテンションボルト孔Ｈｔが、ドリル加工によって穿設される。これらテンションボルト孔Ｈｔは、仕上げ加工を終えた後のシリンダヘッドＣＨ１をシリンダブロックに組み付けて締結固定する際に、この締結固定用のテンションボルトを挿通させるもので、長手方向に配列された４つの気筒部分を挟むようにして、平行な一対の直線に沿って設けられる。これらテンションボルト孔Ｈｔは、各列毎に５箇所設けられ、長手方向における両端部の近傍および各気筒部分の間に位置設定されている。
【００６７】
尚、上記図７において、実線曲線で示された穴部は全て鋳造プロセスで形成された、所謂、鋳抜き穴を示している。一方、同図において破線曲線で示された穴部は、全て、鋳物状態では穴部ではないが、弁間部等に対する表面処理を施した後に、ドリル加工等の機械加工により、所定形状及びサイズ更には表面粗さに仕上げられた穴部として形成されるものを示している。
【００６８】
また、上記シリンダヘッドＣＨ１の軽合金材料としては、例えば、ＪＩＳ規格に規定されたＡｌ合金ＡＣ４Ｄを用いることができる。このＡＣ４Ｄの具体的な組成は以下のとおりである。
Ｃｕ：１．０〜１．５wt％、Ｓｉ：４．５〜５．５wt％、Ｍｇ：０．４〜０．６wt％、Ｚｎ：０．１０wt％以下、Ｆｅ：０．４０wt％以下、Ｍｎ：０．１０wt％以下、Ｎｉ：０．２０wt％以下、Ｔｉ：０．１０wt％以下、Ｐｂ：０．１０wt％以下、Ｓｎ：０．０５wt％以下、Ｃｒ：０．１５wt％以下、Ｃａ：０．００８wt％以下、Ａｌ：残部。
【００６９】
尚、上記シリンダヘッドＣＨ１の軽合金材料としては、ＡＣ４Ｄの代わりに、ＡＣ４Ｂ又はＡＣ２Ｂ更にはＡＣ８Ａ等も用いることができる。
【００７０】
図６に示すフローチャートの第２の工程Ｓ２では、中子砂を排出するための砂だし処理を行う。このとき、中子砂を加熱するため、上記の鋳造されたシリンダヘッドＣＨ１に対して、Ｔ６熱処理（溶体化処理及び時効処理）が施されることになる。
【００７１】
具体的には、先ず、溶体化処理として、上記シリンダヘッドＣＨ１を、５３５℃±５℃の温度で４〜１０時間加熱した後に、９０℃〜９９℃に急冷して溶体化する。次に、時効処理として、上記シリンダヘッドＣＨ１を、１８０℃±５℃の温度で４〜１０時間加熱する所謂人工時効（高温時効）を施し、これによって時効化を図る。中子砂の加熱温度は、シェル中子の結合剤であるレジンを加熱して炭化させる温度、約４００℃以上とする必要がある。こうしたＴ６熱処理により、シリンダヘッドＣＨ１の強度向上、硬さ向上を図ることができる。
【００７２】
続く第３の工程Ｓ３では、シリンダヘッドＣＨ１を電気加熱炉にて加熱する予熱処理を行う。
【００７３】
この予熱処理における加熱温度は、１５０℃〜１８０℃とするのが好ましく、また、加熱時間は、５〜１０分とするのが好ましい。
【００７４】
これは、加熱温度が１５０℃よりも低いときは、後述するように、シリンダヘッドＣＨ１の残留応力を低減させることができるものの、この残留応力のばらつきが大きくなる可能性があるためであり、逆に予熱温度が１８０℃を超える場合には、過時効によりシリンダヘッドが軟化するためである。
【００７５】
また、予熱時間は、消費エネルギの過大化を防止しながら、適切な予熱状態を確保することを目的として５〜１５分の範囲に設定する。すなわち、予熱時間が５分未満の場合には、充分な予熱が得られず、予熱時間が１５分を超過する場合は充分な予熱が得られるものの、予熱に要する消費エネルギが過大となるので、上述の範囲内に設定するものである。
【００７６】
こうして予熱処理を行ったシリンダヘッドＣＨ１に対して、第４の工程Ｓ４では、表面処理を行う。
【００７７】
本実施の形態では、図７に示すように、上記シリンダヘッドＣＨ１の少なくとも吸排気ポー卜間（弁間部）の表面部分に上述の摩擦攪拌処理法による表面処理を施すに際して、この摩擦攪拌処理の処理経路Ｒ１が各気筒毎に独立して設定されている。また、このように各気筒毎にそれぞれ独立して設定された上記処理経路Ｒ１のパターンが、全気筒にわたって実質的に同一のものとして設定されている。
【００７８】
この処理経路Ｒ１は、摩擦攪拌処理に用いる前述の回転工具１０のシリンダヘッド表面に略沿った移動の軌跡に対応するもので、図８に詳しく示すように、全体として略十字状をなす弁間部のうちで、比較的幅が狭く設定されている吸気ポートＫｃどうしの弁間部および排気ポートＥｃどうしの弁間部と、吸気ポートＫｃと排気ポートＥｃの弁間部でグロープラグ取付孔Ｈｇが設けられる領域の各表面部を処理するように、平面視で略Ｔ字形のパターン（図８における矢印を付した直線参照）に設定されている。
【００７９】
尚、上記グロープラグ取付孔Ｈｇは、弁間部への表面処理を行った後に、ドリル加工等の機械加工を行って形成されるもので、各気筒毎に１個設けられる。
【００８０】
本実施の形態では、吸気ポートＫｃどうしの弁間部および排気ポートＥｃどうしの弁間部の幅は共に約１０．０ｍｍに設定され、吸気ポートＫｃと排気ポ一トＥｃの弁間部の幅は約１１．３ｍｍに設定されている。特に、上記排気ポートＥｃどうしの弁間部は、エンジン駆動時には（吸気ボートＫｃ側に比して）高温に曝され、しかも幅が狭く設定されているので、表面処理を施して熱疲労強度等の機械的特性を高める必要がある。また、吸気ボートＫｃと排気ポートＥｃの弁間部でグロープラグ取付孔Ｈｇが設けられる側の弁間部については、グロープラグ取付孔Ｈｇが設けられる部分の弁間部の幅がかなり狭くなると共に弁間部の面積が小さくなるので、やはり表面処理を施して機械的特性の向上を図る必要がある。
【００８１】
また、図８において矢印を付した線分で示されるように、各気筒の吸排気ポート間（弁間部）の処理経路Ｒ１には往路と復路とが設定されている。特に、この弁間部の処理経路Ｒｌの往路と復路とは、図９からも良く分かるように、回転工具１０の回転領域の少なくとも一部が重複するように設定されている（重複領域Ｄｗ）。
【００８２】
また、吸気ポートＫｃどうしの弁間部、及び排気ポートＥｃどうしの弁間部には、往路の終了端と復路の開始端とを互いにつなぐ折り返し路が設定されている。この内、吸気ポートＫｃどうしの弁間部に設けられた折り返し路には、回転工具１０の移動方向を９０°変換する変換点が２つ設けられ、これら２つの変換点は、それぞれ往路の終了端位置、及び復路の開始端位置に設定されている。
【００８３】
これに対し、排気ポートＥｃどうしの弁間部に設けられた折り返し路には、回転工具１０の移動方向を、往路の移動方向から復路の移動方向に変換する変換点Ｒｔが一つ設けられ、この変換点Ｒｔは、一対の排気ポートＥｃ，Ｅｃそれぞれと等距離となる位置に設定されている。つまり、変換点Ｒｔは、一対の排気ポートＥｃ，Ｅｃの中間位置を通り、シリンダヘッドＣＨ１の略長手方向に延びる線上に設けられている。また、上記往路の終了端と変換点Ｒｔとの間、及びこの変換点Ｒｔと復路の開始端との間は、それぞれ直線状に経路が設定されている。これにより、上記折り返し路は上記変換点Ｒｔに向かって先細となった先細形状に設定されている。
【００８４】
こうして、各気筒毎に、処理経路Ｒ１のパターンにおける処理の開始部分Ｒｓから終了部分Ｒｅに至るまで連続的に処理が行われるようになっている。
【００８５】
尚、上記図８において、往路は矢印を付した１点鎖線の線分で示され、復路は矢印を付した実線の線分で示されている。また、処理経路Ｒ１上に描かれた小円は、回転工具１０のプローブ部の移動の様子を仮想的に示したものである。
【００８６】
そして、上記第４の工程Ｓ４における表面処理では、回転工具１０は、まず最初に処理の開始部分Ｒｓに位置設定され、処理の開始に伴い、１点鎖線に沿って進行する。つまり、吸気ポートＫｃと排気ポートＥｃの弁間部でグロープラグ取付孔Ｈｇが設けられる側の弁間部を処理（往路の処理）した後、９０°方向変換して吸気ポートＫｃどうしの弁間部を処理する。次に、該吸気ポートＫｃどうしの弁間部における２つの変換点でそれぞれ９０°方向変換して、今度は実線に沿って吸気ポートＫｃどうしの弁間部を再度処理（復路の処理）する。
【００８７】
更に、排気ポートＥｃどうしの弁間部に入り、１点鎖線に沿って当該弁間部を処理（往路の処理）し、移動方向を僅かに変換させて変換点Ｒｔに向かって移動をする。そして、上記変換点Ｒｔで移動方向を変換する。こうして、今度は実線に沿って進行し、排気ポートＥｃどうしの弁間部を再度処理（復路の処理）した後、９０°方向変換して吸気ポートＫｃと排気ポートＥｃの弁間部でグロープラグ取付孔Ｈｇが設けられる側の弁間部を再度処理（復路の処理）する。
【００８８】
そして、このように弁間部の表面処理を終えた後、終端穴処理として、回転工具１０を処理経路Ｒｌのパターンにおける処理の終了部分Ｒｅに至るまで移動させ、この終了部分Ｒｅで工具１０の回転を停止して上方へ引き上げられる。この表面処理の終了部分Ｒｅは、当該気筒部分の近傍に位置設定されたテンションボルト孔Ｈｔの穿設部の略中心に一致するように設定されている。
【００８９】
この部分は、上述のように弁間部の表面処理後に機械加工で孔加工されて除去されるので、摩擦撹拌処理の終端穴処理を行っても、その終端穴が最終製品に残ることはない。
【００９０】
尚、具体的には図示しなかったが、回転工具１０の工具駆動手段５は、より好ましくは、例えばマイクロコンピュータを主要部として構成された制御部を有する制御盤に対して信号授受可能に接続されており、所定の制御プログラムに基づいた制御盤からの命令信号に応じて、ワーク（処理対象部材）表面部に対する処理深さの設定およびワーク表面上での移動軌跡等が、自動的に設定されるようになっている。
【００９１】
以上のように、本実施の形態では、摩擦攪拌処理の処理経路Ｒ１が各気筒毎に独立して設定されていて、全気筒を縦断する長い処理経路を設けていないので、終端穴処理が各気筒毎に１箇所、つまり計４箇所で済み、また、気筒間の繋ぎ部分の不要な処理も行わなくて済む。この結果、摩擦撹拌処理の処理時間を大幅に短縮でき、処理効率を大いに高めることができる。また、気筒間で表面処理の処理深さにバラツキが生じる倶れもない。
【００９２】
特に、各気筒毎にそれぞれ独立して設定された処理経路Ｒ１のパターンが（つまり、回転工具１０の移動の仕方が）全気筒にわたって実質的に同一であるように設定したことにより、各気筒毎に処理経路パターンが異なって回転工具１０の移動の仕方を変えなければならない場合に比して、摩擦撹拌処理作業を容易で安定したものとすることができる。
【００９３】
また、各気筒の弁間部の処理経路Ｒ１に往路と復路とが設定されているので、各弁間部の表面部分に対し往路と復路の両方で繰り返した処理を施し、その全幅にわたってより有効に表面処理することができる。この場合において、各気筒毎に処理経路パターンＲ１における開始部分Ｒｓから終了部分Ｒｅに至るまで連続的に処理が行われるようにしたことにより、高い処理効率を維持することができる。
【００９４】
特に、弁間部の処理経路Ｒ１の往路と復路とは、回転工具１０の回転領域の少なくとも一部が重複するように設定されている（重複領域：Ｄｗ）ので、弁周部の幅方向における略中央領域については、往路と復路とで重複した処理が施され、ることになり、この領域Ｄｗについてより深くて効果的な表面処理を施すことが可能になる。
【００９５】
また、本実施の形態では、図８から良く分かるように、上記処理経路Ｒ１に沿って摩擦攪拌処理を施す際に、吸排気ポートＫｃ，Ｅｃが、回転工具１０の進行方向と同方向となる当該回転工具１０の進み側に近接した側に位置するように、処理経路Ｒｌのパターンが設定されている。
【００９６】
すなわち、図１０に模式的に示すように、例えば回転工具が平面視で中心軸に関して時計回り方向（図における右回り方向）に回転される場合、回転工具の進行方向に向かって左側では、回転の周速と工具進行速度とが同方向となるので、回転工具とワーク（処理対象部材）表面部との相対速度が大きくなる。これに対して、回転工具の進行方向に向かって右側では、回転の周速と工具進行速度とが反対方向となるので、回転工具とワーク表面部との相対速度は小さくなる。
【００９７】
このような場合、回転工具によるワーク処理領域の断面を見ると、上記相対速度が大きくなる側（図における進行方向左側）では、処理範囲は狭いが幅方向について同一位置での塑性流動が深くなり（処理領域：Ｂ１）、一方、相対速度が小さくなる側（図における進行方向右側）では、処理範囲は広いが幅方向について同一位置での塑性流動が浅くなる（処理領域：Ｂ２）。この両者Ｂ１，Ｂ２の違いは、上記相対速度が大きい場合にはワーク母材が早く狭く攪拌され、相対速度が小さい場合には比較的ゆっくりと広範囲で攪拌されることによるものと考えられる。
【００９８】
以上の特性を利用することにより、往路と復路とで回転工具の回転領域を重複（オーバラップ）させる際に、図１１に示すように、処理範囲が広い領域Ｂ２どうしをオーバラップさせ、処理深さができるだけ均一になるように設定することができる。また、これとは逆に、図１２に示すように、処理範囲が狭い（塑性流動が深い）領域Ｂｌどうしをオーバラップさせることにより、処理深さを抑えて素材の流出を抑制するように設定することもできる。
【００９９】
シリンダヘッドＣＨ１の弁間部を摩擦攪拌処理する場合、ポート端部のできるだけ近傍まで処理することが望まれるのであるが、例えば図１３に模式的に示すように、ポート端部の薄肉側に処理範囲が広い領域Ｂ２が来るように設定したのでは、ポート端部の肩部やその近傍に変形が生じ、ひいては処理領域の内部に未充填欠陥の発生を招く惧れがある。
【０１００】
そこで、本実施の形態では、吸排気ポートＫｃ，Ｅｃが、回転工具１０の進行方向と同方向となる当該回転工具１０の回転方向進み側に近接した側に位置するように、処理経路Ｒ１のパターンを設定することにより、つまり、工具１０の回転方向を右回りとした場合、近接するポートが常に左側に位置するように設定することにより、図１４に模式的に示すように、ポート端部の薄肉側に処理範囲が狭い領域Ｂｌが来るようにし、所要の処理深さを確保した上で、ポート端部の変形を抑えるようにした。
【０１０１】
上述の回転工具１０の進行方向と回転方向の組み合わせによる処理範囲及び塑性流動深さの違いは、回転工具１０のプローブ部１２の外周部に雄ネジ状のネジ溝が設けられたタイプの場合に、顕著に表れる（図３参照）。すなわち、プローブ部１２のネジ溝を左ネジとすることで、そのプローブ部１２を中心にしてワーク素材が内部に押し付けられるように撹拌され、上記特性の違いが顕著に表れる。
【０１０２】
尚、プローブ部の形状が半球状タイプ（図４参照）又は円柱タイプ（図５参照）の場合でも、程度に若干の差はあるものの、上記特性の違いについて同様の傾向が得られる。
【０１０３】
また、本実施の形態では、表面処理を行う前にシリンダヘッドＣＨ１を予熱することによって、表面処理後のシリンダヘッドＣＨ１の残留応力を抑制することができる。
【０１０４】
図１５は、シリンダヘッドＣＨ１に対する予熱処理を行った場合と、予熱処理を行わない場合とにおいて、表面処理後のシリンダヘッドＣＨ１の残留応力を実測した結果を示している。同図から、予熱処理を行わない場合（予熱温度が３０℃程度の常温）には、表面処理の際に回転工具１０によって軟化して塑性流動を生じた部分（塑性流動層）と、その周囲の部分との間の温度勾配が大きくなり、これによって、熱応力（ひずみ）が発生する。この発生した熱応力が、１２２〜１６７Ｎ／ｍｍ2程度の残留応力となる。
【０１０５】
これに対し、予熱処理を行った場合（予熱温度が１５０℃〜１８０℃程度）には、残留応力が２２〜７７Ｎ／ｍｍ2程度となって、残留応力を大幅に低減させることができる。つまり、予熱処理を行った場合は、表面処理の際に、塑性流動層とその周囲の部分との間の温度勾配が小さくなり、これによって、シリンダヘッドＣＨ１の残留応力が抑制されると考えられる。
【０１０６】
こうして、本実施の形態では、表面処理を行う前にシリンダヘッドＣＨ１を予熱することによってシリンダヘッドＣＨ１の残留応力が抑制され、これにより、熱疲労強度を向上させることができる。また、予熱工程を行うことで、表面処理時のシリンダヘッドＣＨ１の抵抗が小さくなるため、摩擦攪拌に要するエネルギを低減させることができると共に、回転工具１０の寿命延長を図ることができる。
【０１０７】
さらに、本実施の形態では、排気ポートＥｃどうしの弁間部において、折り返し路の変換点Ｒｔを一つのみにしていると共に、この変換点Ｒｔを排気ポートＥｃの端部から離れた位置に位置させているため、表面処理の最中に、この弁間部の領域における温度上昇を抑制して、この弁間部に近接する排気ポートＥｃの端部の変形を抑制することができる。特に本実施の形態では予熱処理を行うことで、部材のヤング率が低下してポート端部の変形を招きやすくなっているが、上述したように、折り返し路の形状を工夫することによって、ポート端部の変形が抑制される。こうして、処理領域の内部に未充填欠陥が発生することを抑制することができる。
【０１０８】
ここで、本実施の形態に係るシリンダヘッドの弁間部の表面処理方法について行った比較実験について説明する。
【０１０９】
尚、以下の説明において、上述の第１の実施の形態に係るシリンダヘッドＣＨ１における場合と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては、同一の符号を付し、それ以上の説明は省略する。
【０１１０】
図１６は、比較例に係るシリンダヘッドＣＨ３の鋳造素材の、シリンダブロックとの合せ面を概略的に示す平面説明図である。この図に示すように、比較例に係る処理経路Ｒ３では、排気ポートＥｃどうしの弁間部に設けられた折り返し路には、回転工具１０の移動方向を９０°変換する変換点が２つ設けられ、これら２つの変換点は、それぞれ往路の終了端位置、及び復路の開始端位置に設定されている。つまり、比較例では、排気ポートＥｃどうしの弁間部に設けられた折り返し路が、吸気ポートＫｃどうしの弁間部に設けられた折り返し路と同様の形状に設定されている。
【０１１１】
本比較試験においては、処理経路の違いによる処理結果の相違が明確になるように、回転工具やそのプローブ部の形状等を含めて同一の処理装置を用い、同一の摩擦攪拌処理条件で、両シリンダヘッドＣＨ１，ＣＨ３の弁間部に対する表面処理を施した。尚、プローブ部の形状は、図３に示したように、外周部に雄ねじが設けられたタイプとし、左ねじのねじ溝のプローブ部１２が右回りに回転されるように設定して処理を行った。また、回転工具１０の回転数は７００ｒｐｍとし、その移動速度は５００ｍｍ／分とした。さらに、回転工具１０のショルダ部１１を、０．７５ｍｍだけシリンダヘッドの表面部分に押し込むようにし、これにより回転工具１０全体の押し込み量を、５．５５ｍｍ（４．８ｍｍ（プローブ部１２の長さ）＋０．７５ｍｍ）とした。
【０１１２】
また、供試材として、同一の材料及び仕様で鋳造された直列４気筒タイプの直噴ディーゼルエンジン用シリンダヘッド鋳造部材を、複数個用意し、このうちの半分を、本発明の実施例として、図７に示す処理経路Ｒ１に沿って表面処理し、残りの半分を、比較例として、図１６に示す処理経路Ｒ３に沿って表面処理した。尚、各供試材には、その表面処理前に、上述したように予熱処理を施している。
【０１１３】
そして、表面処理終了後の各供試材について、各弁間部の摩擦攪拌処理深さ、及び未充填欠陥の発生率を調べて比較した。これらの調査は、実施例の供試材及び比較例の供試材からそれぞれ３個ずつをサンプリングする抜き取り調査とした。
【０１１４】
先ず、未充填欠陥の発生率の調査として、表面処理を終了した各抜取サンプルの処理表面を約２ｍｍ程度フライス加工した上で、摩擦攪拌処理部を切断し、その切断面を研磨した後に、その切断面について、金属顕微鏡を用いて５０倍の倍率でミクロ組織観察を行った。その結果を図１７に示す。
【０１１５】
これによると、比較例の処理方法では、吸気ポートＫｃどうしの弁間部、吸気ポートＫｃと排気ポートＥｃとの弁間部においては、未充填欠陥が認められなかったが、排気ポートＥｃどうしの弁間部においては、微小な未充填欠陥の発生が認められた。比較例の処理方法での未充填欠陥の発生率は約１１％であった。これに対し、実施例の処理方法では、いずれの弁間部においても未充填欠陥が認められず、未充填欠陥の発生率を０％にすることができた。これは、実施例の処理方法では、変換点Ｒｔを一つにすると共に、その変換点Ｒｔを、排気ポートＥｃから離れた位置に位置づけることで、この排気ポートＥｃ端部の変形が抑制されたためと考えられる。
【０１１６】
また、研磨した切断面について投影機を用いて２０倍の倍率で改質層深さ（処理深さ）を計測した。この改質層深さの計測は、各抜取サンプル毎に、排気ポートＥｃどうしの弁間部の４箇所で行った。その結果を図１８に示す。
【０１１７】
同図によると、実施例の処理方法を採用したときには、[平均値±４×偏差]の値（量産品の精度のばらつき管理を行う場合に、そのばらつきの大小を評価する値）の差が、比較例の処理方法に比して小さくなり、本発明の処理方法を採用することにより、改質層の深さのばらつきを抑制することができた。これは、実施例の処理方法では、折り返し路の変換点Ｒｔを一つにすることで、この折り返し路の近辺の領域における温度のばらつきが抑制され、これにって、当該領域における処理深さのばらつきが抑制されると考えられる。
【０１１８】
＜第２実施形態＞
図１９は、第２の実施の形態に係るシリンダヘッドＣＨ２の処理経路Ｒ２を示している。この第２の実施の形態に係る処理経路Ｒ２では、排気ポートＥｃどうしの弁間部に設けられた折り返し路に、変換点Ｒｔを一つ設けると共に、この変換点Ｒｔを一対の排気ポートＥｃ，Ｅｃそれぞれと等距離となる位置に設定している。これは、上記第１の実施の形態と同じである。一方、第２の実施の形態では、往路の終了端と変換点Ｒｔとの間、及びこの変換点Ｒｔと復路の開始端との間を、それぞれ円弧状に経路を設定しており、これにより、折り返し路は全体として、略半円形状に設定されている。
【０１１９】
この場合においても、図７及び図８に示した第１の実施の形態における場合と同様に、排気ポートＥｃ端部の変形を抑制して、処理領域の内部に未充填欠陥が発生することを抑制することができると共に、排気ポートＥｃどうしの弁間部において、処理深さのばらつきを抑制することができる。
【０１２０】
＜他の実施形態＞
尚、以上の各実施の形態では、排気ポートＥｃどうしの弁間部における折り返し路を、変換点Ｒｔを一つだけ有するようにしており、吸気ポートＫｃどうしの弁間部における折り返し路は、変換点（回転工具１０の移動方向を９０°変換させる変換点）を２つ有するようにしているが、これは、本実施の形態では、吸気ポートＫｃの形状が、排気ポートＥｃの形状と異なるためである。つまり、本実施の形態では、図８に示すように、吸気ポートＫｃの端部と変換点との間の距離が長く、このため、表面処理の際に変換点付近の温度が上昇しても、吸気ポートＫｃ端部の変形は生じ難い。このため、本実施の形態では、吸気ポートＫｃどうしの弁間部における折り返し路は、変換点を２つ有するようにしている。ただし、吸気ポートＫｃどうしの弁間部における折り返し路も、上記排気ポートＥｃどうしの弁間部における折り返し路と同様に、変換点Ｒｔを一つだけ有するように設定してもよい。
【０１２１】
尚、以上の各実施の形態は、Ａｌ合金を材料に用いたシリンダヘッドについてのものであったが、本発明は、例えばマグネシウム又はその合金など、他軽金属を材料に用いた場合でも、有効に適用することが可能である。
【０１２２】
また、シリンダヘッドは、直噴ディーゼルエンジン用のものに限らず、他の種類のエンジンに用いられるものでも良く、更に、直列４気筒タイプ用、或いは多気筒タイプ用のものに限られるものでもない。
【０１２３】
また更に、以上の実施の形態では、シリンダヘッドの弁間部のみを表面処理する場合についてのものであったが、本発明は、かかる場合に限らず、弁間部以外の他の所要の表面部についても、併せて摩擦撹拌処理による表面処理を施すようにしても良い。
【０１２４】
このように、本発明は、以上の実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌処理による表面処理方法を説明するための表面処理対象部材および摩擦撹拌処理装置の要部を概略的に示す斜視図である。
【図２】  表面処理対象部材および摩擦攪拌処理装置の要部を概略的に示す断面説明図である。
【図３】  本発明の実施の形態で用いられる回転工具を示す正面図である。
【図４】  プローブ部の変形例を示す回転工具の正面図である。
【図５】  プローブ部の他の変形例を示す回転工具の正面図である。
【図６】  本発明の実施の形態に係るシリンダヘッドの表面処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】  本発明の第１の実施の形態に係るシリンダヘッドの鋳造素材のシリンダブロックとの合せ面を概略的に示す平面説明図である。
【図８】  上記シリンダヘッドの気筒部分の一つを拡大して示す平面説明図である。
【図９】  図８のＹ９−Ｙ９線に沿った弁間部の断面説明図である。
【図１０】  回転工具の進行方向と回転方向の組み合わせとワークの処理領域断面との関係を模式的に示す説明図である。
【図１１】  回転工具の進行方向と回転方向の組み合わせパターンの一例に従ったワークの処理領域断面を模式的に示す説明図である。
【図１２】  回転工具の進行方向と回転方向の組み合わせパターンの他の例に従ったワークの処理領域断面を模式的に示す説明図である。
【図１３】  シリンダヘッド弁間部のポート端部を摩擦攪拌処理する際の比較例における弁間部断面を模式的に示す説明図である。
【図１４】  シリンダヘッド弁間部のポート端部を本発明方法に従って摩擦攪拌処理する場合における弁間部断面を模式的に示す説明図である。
【図１５】  予熱温度と、シリンダヘッドの残留応力との関係を示す図である。
【図１６】  比較例に係るシリンダヘッドの鋳造素材のシリンダブロックとの合せ面を概略的に示す平面説明図である。
【図１７】  実施例と比較例とについて、未充填欠陥発生率の比較した図である。
【図１８】  実施例と比較例とについて、改質層深さのばらつきを比較した図である。
【図１９】  本発明の第２の実施の形態に係るシリンダヘッドの気筒部分の一つを拡大して示す平面説明図である。
【符号の説明】
１０…回転工具
ＣＨ１，ＣＨ２…シリンダヘッド
Ｄｗ…（摩擦撹拌処理の）重複領域
Ｅｃ…排気ポート（鋳抜き穴）
Ｅｈ…排気ポート（仕上げ状態）
Ｋｃ…吸気ポート（鋳抜き穴）
Ｋｈ…吸気ポート（仕上げ状態）
Ｒ１，Ｒ２…摩擦攪拌処理の処理経路
Ｒｅ…処理経路の処理終了部分
Ｒｓ…処理経路の処理開始部分
Ｒｔ…折り返し路の変換点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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