(57)【要約】  本発明は、冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うシリンダヘッドの焼入れ方法において、上記シリンダヘッドの熱容量の小さい部分を中子を用いて鋳造を行い、その中子を保温部材として残したまま、上記焼き入れを行うようにしている。
2014027598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うシリンダヘッドの焼入れ方法において、
上記シリンダヘッドの熱容量の大きさに応じて区分けをし、熱容量が相対的に小さい部分を中子を用いて鋳造を行い、その中子を保温部材として残存させたまま、上記焼き入れを行うことを特徴とするシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項２】
熱容量が相対的に小さい部分は相対的に肉薄部分である請求項１に記載のシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項３】
肉薄部分は、アッパーデッキ、前壁及び後壁である請求項２に記載のシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼き入れ方法に用いる保温部材であって、上記シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分を被覆するための被覆材を有することを特徴とする保温部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロエンジン等のシリンダヘッドの焼入れ方法とこれに用いる保温部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、「金属鋳物の製造方法」とした名称において特許文献１に開示されたものがある。
上記特許文献１に開示された金属鋳物の製造方法は、熱処理可能な液体アルミニウム銅合金から形成され、溶体熱処理の利点を享受し得るものであり、前記液体合金で型を充填し該合金固化金属鋳物を形成する段階と、前記型から取り出す段階とを３５０℃ 以上から直接焼き入れし、前記型からの鋳物の取り出しと前記焼き入れとの間に熱処理を一切しない段階と、前記焼入れ金属鋳物を時効硬化させる段階とを有する内容のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許４０３５６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のものは、型内に溶湯を充填して３５０℃以上まで冷却し、型から取り出した後、３５０℃以上から焼き入れして人工時効を行うものであるが、シリンダヘッドは複雑な形状をしているために、焼き入れ時の冷却の仕方により残留応力が発生する。【０００５】
上記の残留応力を小さくするには、均一に冷却すること若しくはゆっくりと冷却することが必要であり、従ってまた、水による焼き入れよりも空気焼き入れの方が効果的であることが知られている。【０００６】
しかしながら、空気焼き入れの場合、金型から鋳物を取り出した後、焼き入れ開始までの搬送工程において、鋳物の温度が低下してしまうと材料特性の向上を望むことができない。
特にシリンダヘッドは、部分毎の肉厚の違い若しくは中子成形部と金型成形部といった抜熱の違いから金型内での凝固中の段階において温度分布が存在するうえ、金型から取り出した後は、外壁部と内部といった違いにより、温度低下速度の大きな部位、小さな部位が存在する。【０００７】
そこで本発明は、焼き入れに至るまでの熱容量の小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量の大きい部分との温度差を小さくすることにより材料特性の向上を図ることができるシリンダヘッドの焼入れ方法とこれに用いる保温部材の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係るシリンダヘッドの焼入れ方法は、冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うものであり、上記シリンダヘッドの熱容量の大きさに応じて区分けをし、熱容量が相対的に小さい部分を中子を用いて鋳造を行い、その中子を保温部材として残存させたまま、上記焼き入れを行うことを内容としている。【０００９】
この構成によれば、熱容量が相対的に小さい部分を保温部材としての中子によって被覆したまま焼き入れしているので、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくしている。【００１０】
同上の課題を解決するための本発明に係るシリンダヘッドの焼入れに用いる保温部材は、上記したシリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分を被覆するための被覆材を設けたものである。【００１１】
この構成によれば、熱容量が相対的に小さい部分を保温部材の被覆材によって被覆したまま焼き入れしているので、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくすることにより材料特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一例に係るシリンダヘッドの斜視図である。
【図２】図１に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】同上のシリンダヘッドの鋳造に用いる中子を示す斜視図である。
【図４】同上のシリンダヘッドを鋳造するための鋳造装置の概略断面図である。
【図５】同上のシリンダヘッドに保温部材を装着した様子を示す斜視図である。
【図６】一例に係る焼入れ装置の断面図である。
【図７】（Ａ）は、従来の焼入れ方法における代表部位の冷却速度を示すグラフ、（Ｂ）は、本発明に係る焼入れ方法における代表部位の冷却速度を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は、他例に係る保温部材の外観斜視図、（Ｂ）は、その他例に係る保温部材をシリンダヘッドに装着した様子を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、一例に係るシリンダヘッドの斜視図、図２は、図１に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。また、図３は、そのシリンダヘッドの鋳造に用いる中子を示す斜視図、図４は、鋳造装置の概略断面図である。
【００１５】
本発明の一例に係るシリンダヘッドＡは、シリンダヘッド形状部（ヘッドボルト）１０内にアッパーデッキ１１を形成しているとともに、下部に４つの湯口１２…（２つは図示していない）を配設したものであり、例えばアルミ合金を材質として低圧鋳造法により平面視において略直方体形にして一体に鋳造されている。
【００１６】
シリンダヘッド形状部１０は、両側壁１３，１４、前壁１５及び後壁１６により形成されており、そのうちの両側壁１３，１４には、気筒数に応じた吸気ポート（図示しない）と、これと同数の排気ポート１８とが互いに対向して形成されている。なお、１９はキャビティである。
【００１７】
上記アッパーデッキ１１、前壁１５、及び後壁１６は比較的薄肉にし、また、湯口１２、１２、燃焼室及び両側壁１３，１４を厚肉にして形成している。
本実施形態においては、比較的薄肉にして形成した部分及び熱源から遠い部分を熱容量が相対的に小さい部分ａとする一方、熱容量が相対的に大きい部分とは、体積と熱源からの距離が近いというそれぞれ２つの要素を勘案した部分をいう。
【００１８】
本実施形態において示す熱容量の小さい部分ａは、前壁１５、後壁１６及びアッパーデッキ１１である。
熱容量の大きい部分ｂは、アッパーデッキ１１下方の燃焼室及び両側壁１３，１４及び湯口１２としている。
燃焼室を有する下面も肉厚ではないが、保持炉に近い下型で形成され、かつ、常に湯口からの熱供給を受けるため熱容量が大きい。
【００１９】
上記の構成からなるシリンダヘッドＡの鋳造に用いる中子２０は、図３に示すように、ウォータージャケット中子２１の両側辺縁にポート中子２２，２３を一体に列設したものである。
【００２０】
鋳造装置３０は、図４に示すように、アルミ溶湯ｍを貯留する保持炉３１の上部開口に、金型３２を配設したものである。
金型３２は、上記した二つのシリンダヘッドＡ，Ａを同時に成形するためのものであり、下側金型３３、上側金型３４及びセンター型３５とからなる。
下側金型３３には、二つのシリンダヘッドＡ，Ａに対する位置に湯口３３ａ，３３ａが形成されている。
【００２１】
図５は、シリンダヘッドに保温部材を装着した様子を示す斜視図である。
本発明に係るシリンダヘッドＡの焼入れ方法は、冷却用気体をシリンダヘッドＡに流接させることにより焼き入れを行う内容のものであり、上記シリンダヘッドＡの熱容量の小さい部分ａを上記した中子２０及び後記する中子４０を用いた鋳造を行い、その中子２０，４０を保温部材として残存させたまま、上記焼き入れを行うことを内容としている。
以下、中子２０，４０を「保温部材２０，４０」という。
【００２２】
本実施形態において示す「冷却用気体」は空気であるが、その他アルゴン等を採用することができる。以下、「冷却用気体」として空気を例として説明する。
また、本実施形態における「流接」は、後述する冷却ノズル６０〜６２によって空気を各部分に吹き付けるものの他、例えば単一のファンによってシリンダヘッドＡ全体に空気を吹き付ける態様のものを含む。
【００２３】
本実施形態において示す保温部材４０は、焼き入れに至るまでの熱容量の小さい部分の温度低下速度を低くする機能を有するものであり、本実施形態においては中子材により形成している。
この保温部材４０は、図５に示すように、互いに独立して形成したフロント被覆材４１、サイド被覆材４２，４３、リア被覆材４４及び上記したアッパー被覆材４５からなり、そのうち、フロント被覆材４１とリア被覆材４４とは、上記した中子２０と一体に形成されている。
【００２４】
フロント被覆材４１は、上記した前壁１５全面を被覆する形状，大きさに形成した中子である。
サイド被覆材４２，４３は、前壁１５，後壁１６間に細長く延出した横長の中空体として形成したものであり、並列して突出形成されているポート中子２２，２３間に連成させたものである。
【００２５】
リア被覆材４４は、後壁１６全面を被覆する形状，大きさに形成したものである。
アッパー被覆材４５は、アッパーデッキ１１を被覆する大きさ，形状にした板状体である。
【００２６】
次に、一例に係る焼入れ装置Ｂについて、上記した図５とともに図６を参照して説明する。図６は、一例に係る焼入れ装置の断面図である。
一例に係る焼入れ装置Ｂは、図６に示すように、冷却ブース本体５０内に、複数の冷却ノズル６０〜６２と排気ファン６５とを適宜配設したものである。
【００２７】
冷却ブース本体５０は、上記した図５に示す保温部材４０（４１〜４５）を装着したシリンダヘッドＡを収容する容積に形成されており、平面視正方形にした底壁５１の辺縁に側璧５２〜５５を立設するとともに、それら側璧５２〜５５（５５は図示していない）上に上壁５６を配設したものである。
【００２８】
上壁５６の中央部分には、円筒形の排気筒５７が突設されており、その排気筒５７内に上記した排気ファン６５が配設されている。
底壁５１上には、保温部材４０を装着した上記シリンダヘッドＡを底壁５１から離間させて載置するための載置台５８が配設されている。
【００２９】
載置台５８の下部には、これに載置されたシリンダヘッドＡの湯口１２，１２に向けて空気を吹き付けるための冷却ノズル６２が配置されている。
載置台５８の側方には、これに載置されたシリンダヘッドＡの側面に向けて空気を吹き付けるための冷却ノズル６０，６１が配置されている。
【００３０】
上記冷却ノズル６０〜６２には、それぞれ空気を送給するための空気送給装置７０が送給パイプ７０ａ〜７０ｃを介して接続され、また、排気ファン６５には、給電装置（図示しない）が接続されて適宜回転駆動されるようになっている。
また、空気送給装置７０や排気ファン６５は、図示しないコントローラの出力側に接続されて、適宜制御されるようになっている。
【００３１】
すなわち、本発明に係るシリンダヘッドＡの焼入れ方法は、上記シリンダヘッドＡの熱容量が小さい部分ａを、保温部材２０とともに保温部材４０をなすフロント被覆材４１、サイド被覆材４２，４３、リア被覆材４４及び上記したアッパー被覆材４５を用いて鋳造を行い、それら保温部材２０及び被覆材４１〜４５をシリンダヘッドＡに装着したまま、焼入れ装置Ｂによって空気焼き入れしている。
【００３２】
上記したシリンダヘッドＡの焼入れ方法によれば、次の効果を得ることができる。
・シリンダヘッドＡの熱容量の小さい部分と外壁部位における金型から取り出した後の温度低下が、金型成形時よりも小さくなる。
・焼き入れ開始時におけるシリンダヘッドＡの温度を高温に保ちやすくなり、材料特性の向上を図ることができる。
・シリンダヘッドＡの部位毎の特性バラツキを小さくすることができる。
・鋳造装置廻りのラインレイアウトの自由度を高めることができる。
・全て砂型で鋳造するよりも操間材費用を安くすることができる。
【００３３】
上記の構成からなる焼入れ装置Ｂによれば、次の効果を得ることができる。
冷却ノズル６０〜６２から吹き出された空気は、熱容量の大きな部分ｂのみに吹き付けることができる一方、熱容量の小さな部分ａは保温部材４０によって被覆されているので、空気の流接をも防ぐことができる。
また、シリンダヘッドＡに流接して昇温した空気は、排気ファン６５によって外部に排出され、冷却ブース本体Ｂ内の空気の温度上昇を防いでいる。
【００３４】
図７（Ａ）は、従来の焼き入れ方法におけるシリンダヘッドＡの各部分における温度と時間の関係を示すグラフ、（Ｂ）は、本実施形態に係る焼き入れ方法におけるシリンダヘッドＡの各部分における温度と時間の関係を示すグラフである。
【００３５】
同図（Ａ）に示す従来の焼き入れ方法におけるシリンダヘッドＡの各部分における温度と時間の関係と、同図（Ｂ）に示す本実施形態に係る焼き入れ方法におけるシリンダヘッドＡの各部分における温度と時間の関係を比較して明らかなように、シリンダヘッドＡの各部位における温度低下速度が低下していることが確認できた。
【００３６】
次に、図８（Ａ），（Ｂ）を参照して他例に係る保温部材について説明する。図８（Ａ）は、他例に係る保温部材の外観斜視図、（Ｂ）は、その他例に係る保温部材をシリンダヘッドに装着した様子を示す外観斜視図である。
【００３７】
他例に係る保温部材８０は、上記したものと同じく、焼き入れに至るまでの熱容量の小さい部分の温度低下速度を低くする機能を有するものであり、それは、アッパー被覆材８１、サイド被覆材８３（一方は図示していない）、フロント被覆材８４及びリア被覆材８５を一体的に形成したものであり、シリンダヘッドＡとの対向面にイビウール（登録商標）を貼着している。
【００３８】
アッパー被覆材８１は、上記したシリンダヘッドＡのアッパーデッキ１１全面を覆う面積にした平面視長方形のものである。
フロント被覆材８４は、上記したシリンダヘッドＡの前壁１５の全面に対向する面積にした正面視横長方形のものであり、これの上辺縁８４ａをアッパー被覆材８１の前辺縁８１ａに連結している。
【００３９】
リア被覆材８５は、上記したシリンダヘッドＡの後壁１６の全面に対向する面積にした正面視横長方形のものであり、これの上辺縁８５ａをアッパー板８１の後辺縁８１ｂに連結している。
【００４０】
サイド被覆材８３は、上記したシリンダヘッドＡのポートに対向被覆する面積にした側面視横長方形のものであり、これの前後辺縁８３ａ，８３ｂをフロント板８４の側辺縁８４ｂと、リア板８５の側辺縁８５ｂに架設している。なお、図示しないサイド板も同様に構成されている。
【００４１】
上記した他例に係る保温部材８０によれば、上記した一例に係る保温部材４０によって得られる効果に加え、砂落としの後にシリンダヘッドＡの溶接手直しを行った後や、上記した焼入れ装置Ｂのトラブルにより、再熱処理するときの焼入れ時にも使用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上述した実施形態においては、熱容量の小さい部分の全部を、保温部材によって被覆している例について説明したが、必要に応じてその一部だけを被覆する構成にしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４３】
２０，４０，８０      保温部材
Ａ              シリンダヘッド
ａ              熱容量の小さい部分
ｂ              熱容量の大きい部分
【図１】
2014027598.tif 000003
【図２】
2014027598.tif 000004
【図３】
2014027598.tif 000005
【図４】
2014027598.tif 000006
【図５】
2014027598.tif 000007
【図６】
2014027598.tif 000008
【図７】
2014027598.tif 000009
【図８】
2014027598.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月9日(2014.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うシリンダヘッドの焼入れ方法において、
上記シリンダヘッドの熱容量の大きさに応じて区分けをし、熱容量が相対的に小さい部分に保温部材を用いて鋳造を行い、鋳造後のシリンダヘッドに保温部材を残存させたまま、上記焼き入れを行うことを特徴とするシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項２】
熱容量が相対的に小さい部分は相対的に肉薄部分である請求項１に記載のシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項３】
肉薄部分は、アッパーデッキ、前壁及び後壁である請求項２に記載のシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼き入れ方法に用いる保温部材であって、上記シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分を被覆するための被覆材を有することを特徴とする保温部材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［０００６］
しかしながら、空気焼き入れの場合、金型から鋳物を取り出した後、焼き入れ開始までの搬送工程において、鋳物の温度が低下してしまうと材料特性の向上を望むことができない。
特にシリンダヘッドは、部分毎の肉厚の違い若しくは中子成形部と金型成形部といった抜熱の違いから金型内での凝固中の段階において温度分布が存在するうえ、金型から取り出した後は、外壁部と内部といった違いにより、温度低下速度の大きな部位、小さな部位が存在する。
［０００７］
そこで本発明は、焼き入れに至るまでの熱容量の小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量の大きい部分との温度差を小さくすることにより材料特性の向上を図ることができるシリンダヘッドの焼入れ方法とこれに用いる保温部材の提供を目的としている。
課題を解決するための手段
［０００８］
上記課題を解決するための本発明に係るシリンダヘッドの焼入れ方法は、冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うものであり、上記シリンダヘッドの熱容量の大きさに応じて区分けをし、熱容量が相対的に小さい部分に保温部材を用いて鋳造を行い、鋳造後のシリンダヘッドに保温部材を残存させたまま、上記焼き入れを行うことを内容としている。
［０００９］
この構成によれば、熱容量が相対的に小さい部分を保温部材によって被覆したまま焼き入れしているので、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくしている。
［００１０］
同上の課題を解決するための本発明に係るシリンダヘッドの焼入れに用いる保温部材は、上記したシリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分を被覆するための被覆材を設けたものである。
［００１１］
この構成によれば、熱容量が相対的に小さい部分を保温部材の被覆材によって被覆したまま焼き入れしているので、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくできる。
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月30日(2015.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うシリンダヘッドの焼入れ方法において、
上記シリンダヘッドの熱容量の大きさに応じて区分けをし、熱容量が相対的に小さい部分に保温部材を用いて金型による鋳造を行い、鋳造後、金型から取り出したシリンダヘッドに保温部材を残存させたまま、上記焼き入れを行うこととし、
前記保温部材が、シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁をそれぞれ被覆するアッパー被覆材、フロント被覆材及びリア被覆材であることを特徴とするシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項２】
熱容量が相対的に小さい部分は相対的に肉薄部分である請求項１に記載のシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項３】
肉薄部分は、アッパーデッキ、前壁及び後壁である請求項２に記載のシリンダヘッドの焼入れ方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼き入れ方法に用いる保温部材であって、上記シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁をそれぞれ被覆するためのアッパー被覆材、フロント被覆材及びリア被覆材を有することを特徴とする保温部材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係るシリンダヘッドの焼入れ方法は、冷却用気体をシリンダヘッドに流接させることにより焼き入れを行うものであり、上記シリンダヘッドの熱容量の大きさに応じて区分けをし、熱容量が相対的に小さい部分に保温部材を用いて金型による鋳造を行い、鋳造後、金型から取り出したシリンダヘッドに保温部材を残存させたまま、上記焼き入れを行うこととし、前記保温部材が、シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁をそれぞれ被覆するアッパー被覆材、フロント被覆材及びリア被覆材であることを内容としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この構成によれば、シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁を、保温部材としてのアッパー被覆材、フロント被覆材及びリア被覆材によって被覆したまま焼き入れしているので、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくしている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
同上の課題を解決するための本発明に係るシリンダヘッドの焼入れに用いる保温部材は、上記したシリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁をそれぞれ被覆するためのアッパー被覆材、フロント被覆材及びリア被覆材を設けたものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この構成によれば、シリンダヘッドの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁を、保温部材としてのアッパー被覆材、フロント被覆材及びリア被覆材によって被覆したまま焼き入れしているので、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくできる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明によれば、焼き入れに至るまでの熱容量が相対的に小さい部分であるアッパーデッキ、前壁及び後壁の温度低下速度を低くし、従ってまた、熱容量が相対的に大きい部分との温度差を小さくすることにより材料特性の向上を図ることができる。
【国際調査報告】
2014027598.tif 000011
2014027598.tif 000012
2014027598.tif 000013
2014027598.tif 000014