(57)【要約】【課題】  中子の折れを正確に検出することが可能な、鋳造成形品の中子折れ検査方法を提供する。【解決手段】  鋳造成形品の中子折れ検査方法は、鋳造本体部１１と、肉厚が他の部位に比べて薄い薄肉部３１を含む中子３０を用いて鋳造本体部内に形成されるウォータジャケット１２（中空部）とを備えるエンジンシリンダヘッド１０（鋳造成形品）を準備するステップ、鋳造本体部とウォータジャケットとの間の境界面１３のうち検査対象となる検査面１４に向けて探触子２１から超音波を送信するステップ、検査面において反射した超音波を探触子により受信するステップ、受信した超音波に基づいて中子の折れを検出するステップ、を有する。エンジンシリンダヘッドを準備するステップにおいては、薄肉部の先端に断面平面形状を有する平坦部３２を設けた中子を使用し、検査面を平坦部によって平面形状に成形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造本体部と、肉厚が他の部位に比べて薄い薄肉部を含む中子を用いて前記鋳造本体部内に形成される中空部とを備える鋳造成形品を準備するステップと、
前記鋳造本体部と前記中空部との間の境界面のうち検査対象となる検査面に向けて送信探触子から超音波を送信するステップと、
前記検査面において反射した超音波を受信探触子により受信するステップと、
受信した超音波に基づいて前記中子の折れを検出するステップと、を有し、
前記鋳造成形品を準備するステップにおいて、前記薄肉部の先端に断面平面形状を有する平坦部を設けた中子を使用し、前記検査面を前記平坦部によって平面形状に成形してなる鋳造成形品の中子折れ検査方法。
【請求項２】
前記平坦部は、平面形状をなす前記検査面上の法線を前記受信探触子に向けるように、前記中子に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造成形品の中子折れ検査方法。
【請求項３】
前記鋳造成形品を準備するステップにおいて、前記平坦部の表面粗さを他の部位の表面粗さに比べて小さくした中子を使用することによって、平面形状をなす前記検査面の表面粗さを他の境界面の表面粗さに比べて小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋳造成形品の中子折れ検査方法。
【請求項４】
前記平坦部の表面に塗型を塗布することによって、前記中子における前記平坦部の表面粗さを他の部位の表面粗さに比べて小さくすることを特徴とする請求項３に記載の鋳造成形品の中子折れ検査方法。
【請求項５】
前記鋳造成形品はエンジンシリンダヘッドであり、前記中空部は冷却水を流すためのウォータジャケットである請求項１〜４のいずれか１つに記載の鋳造成形品の中子折れ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中子の折れを検出する、鋳造成形品の中子折れ検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用の鋳造成形品であるシリンダヘッドやギヤキャリアなどは、鋳造本体部と、当該鋳造本体部内に形成される中空部とを備えている。中空部を形成するに際しては、一般に、シェルモールド法あるいはコールドボックス法により造型した中子を使用している。搬送時や鋳造時において、中子に折れや割れが生じることがある。折れなどが生じた中子を使用して鋳造すると、当該中子によって成形されるべき流路が所定形状に成形されないという不具合が生じる。
【０００３】
鋳造成形品を製品として出荷する前には、流路が所定形状に成形されているか否かが検査される。流路の検査手法には、目視やファイバースコープによる官能検査のほか、特許文献１に示されるように、超音波センサを使用して検査する手法がある。特許文献１の検査手法では、流路に通じる一の開口より超音波を送信し、送信された超音波を流路に通じる他の開口で受信し、流路の閉塞度を検査している。
【特許文献１】特開２０００−３３８０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
中空部を形成するための中子には、要求される中空部の形状に対応して、肉厚が他の部位に比べて薄く形成された薄肉部を含むものがある。この種の中子は薄肉部が折れたり欠けたりしやすいため、鋳造成形品を製品として出荷する前には、特に、中子の折れの有無を検査する必要がある。
【０００５】
流路の閉塞度を検査するための特許文献１の検査手法にあっては、鋳造成形品の中子折れを検査することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、中子の折れを正確に検出することが可能な、鋳造成形品の中子折れ検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は下記の手段により達成される。
【０００８】
鋳造本体部と、肉厚が他の部位に比べて薄い薄肉部を含む中子を用いて前記鋳造本体部内に形成される中空部とを備える鋳造成形品を準備するステップと、
前記鋳造本体部と前記中空部との間の境界面のうち検査対象となる検査面に向けて送信探触子から超音波を送信するステップと、
前記検査面において反射した超音波を受信探触子により受信するステップと、
受信した超音波に基づいて前記中子の折れを検出するステップと、を有し、
前記鋳造成形品を準備するステップにおいて、前記薄肉部の先端に断面平面形状を有する平坦部を設けた中子を使用し、前記検査面を前記平坦部によって平面形状に成形してなる鋳造成形品の中子折れ検査方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反射源の形状を平面形状に設定することによって、検査面で反射する超音波の分散、減衰を低減し、反射効率を高めることができる。したがって、反射源から安定かつ明瞭なエコー信号を得ることができ、エコー信号の振幅を増大し、検出性能（Ｓ／Ｎ）を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る鋳造成形品１０の中子折れ検査方法を具現化した検査装置２０を示す概略構成図、図２（Ａ）は、同検査装置２０の要部を示す断面図、図２（Ｂ）は、鋳造成形品１０を準備する際に使用される中子３０を示す断面図、図３は、反射波の波形の一例を示す線図である。図４は、対比例における検査装置の要部を示す断面図である。
【００１２】
図１および図２を参照して、検査装置２０は、鋳造本体部１１と、中子３０を用いて鋳造本体部１１内に形成される中空部１２とを備える鋳造成形品１０に対して、中子３０の折れを検出するために用いられる。図示例において、鋳造成形品１０は、エンジンシリンダヘッドであり、中空部１２は、冷却水を流すためのウォータジャケットである。中子３０は、例えば砂中子であり、肉厚が他の部位に比べて薄い薄肉部３１を含んでいる。中子３０の薄肉部３１は折れたり欠けたりしやすいため、エンジンシリンダヘッド１０を製品として出荷する前に、検査装置２０により、薄肉部３１における中子３０の折れの有無を検査する。
【００１３】
検査装置２０は、周知の超音波探傷試験の原理を利用したものであり、超音波を送受信する探触子２１（送信探触子および受信探触子に相当する）と、探触子２１に接続されたパルス発生機２４と、探触子２１に接続された受信機２５と、受信機２５に接続された画像化処理装置２６と、画像化処理装置２６に接続された制御装置２７とを有している。実施形態では、送受信兼用の１つの探触子２１を使用している。パルス発生機２４および受信機２５により、送受信回路が構成される。
【００１４】
図示する探触子２１は、超音波を探傷面１０ａに対して斜めに送受信する斜角探触子であり、合成樹脂製のくさび２２に振動子２３を貼り付けて構成されている。探触子２１は、鋳造本体部１１とウォータジャケット１２との間の境界面１３のうち検査対象となる検査面１４に向けて、超音波を送信する。送信される超音波の周波数は、パルス発生機２４からの信号に基づいて所定の周波数に設定される。振動子２３から発せられた超音波は、鋳造本体部１１内に所定の屈折角θをもって伝播される。屈折角θは、エンジンシリンダヘッド１０の設計データに基づいて、探触子２１と検査面１４との位置関係から算出される。斜角探触子２１は、屈折角を調節自在に構成されていることが好ましい。屈折角の微調整を可能にするとともに、複数種類のエンジンシリンダヘッド１０に対する検査を可能にするためである。
【００１５】
受信機２５は、探触子２１が受信した、検査面１４において反射した超音波に関する信号（エコー信号）を受信する。
【００１６】
制御装置２７は、ＣＰＵやディスプレイ２８などを備え、検査装置２０全体の作動の制御を司り、中子３０の折れの有無を検出する。ディスプレイ２８には、画像化された超音波の波形や、検出結果などが表示される。
【００１７】
一般的な中子にあっては、薄肉部の先端は円弧形状に形成されている。このため、図４に示す対比例のように、エンジンシリンダヘッド４０における検査面４１も円弧形状に成形される。検査面４１が円弧形状であると、検査面４１で反射した超音波が分散、減衰する結果、反射源からのエコー信号が不明瞭になる。したがって、エコー信号の振幅が減少し、検出性能（Ｓ／Ｎ）が低下する。
【００１８】
そこで、本実施形態にあっては、エコー信号の振幅を増大し、検出性能（Ｓ／Ｎ）を改善するために、次のような手段を講じてある。
【００１９】
すなわち、エンジンシリンダヘッド１０を準備するに際し、薄肉部３１の先端に断面平面形状を有する平坦部３２を設けた中子３０を使用し（図２（Ｂ）参照）、検査面１４を平坦部３２によって平面形状に成形してある（図２（Ａ）参照）。
【００２０】
平坦部３２は、平面形状をなす検査面１４上の法線を探触子２１に向けるように、中子３０に設けられている。平坦部３２の傾斜角度は、エンジンシリンダヘッド１０の設計データに基づいて、探触子２１と検査面１４との位置関係から算出される。
【００２１】
平坦部３２を形成する範囲は、薄肉部３１の先端の一部の範囲で足りる。つまり、平坦部３２によって成形される検査面１４が、鋳造本体部１１内を伝播してきた超音波を反射し得る範囲に位置すれば足りる。さらに、ウォータジャケット１２本来の機能を阻害しないように、検査面１４は、冷却水の流速などに影響を及ぼさない程度の面積に設定される。
【００２２】
上記のように反射源の形状を平面形状に設定することによって、検査面１４で反射する超音波の分散、減衰を低減し、反射効率を高めることができる。したがって、反射源から安定かつ明瞭なエコー信号を得ることができ、エコー信号の振幅を増大し、検出性能（Ｓ／Ｎ）を改善することができる（図３参照）。なお、図３において、符号「３Ａ」は、探傷面１０ａにおける反射波を示し、符号「３Ｂ」は、検査面１４における反射波を示している。
【００２３】
さらに、本実施形態では、エンジンシリンダヘッド１０を準備するに際し、平坦部３２の表面粗さを他の部位の表面粗さに比べて小さくした中子３０を使用することによって、平面形状をなす検査面１４の表面粗さを他の境界面１３の表面粗さに比べて小さく、つまり平滑面にしてある。具体的には、平坦部３２の表面に塗型を塗布することによって、中子３０における平坦部３２の表面粗さを他の部位の表面粗さに比べて小さくしてある。これにより、中子３０の平坦部３２によって成形される検査面１４には、他の境界面１３の表面粗さに比べて小さい表面粗さのコーティング層１５が形成される（図２（Ａ）参照）。塗型には、扁平粒子などを含んだ揮発性バインダの混合液を使用することができる。
【００２４】
上記のように反射源の界面性状を平滑面に設定することにより、検査面１４で反射する超音波の分散、減衰をさらに低減し、反射効率を一層高めることができる。したがって、反射源から安定かつ明瞭なエコー信号を得ることができ、エコー信号の振幅を増大し、検出性能（Ｓ／Ｎ）を改善することができる。
【００２５】
次に、中子折れの検出手順を説明する。
【００２６】
まず、鋳造本体部１１と、肉厚が他の部位に比べて薄い薄肉部３１を含む中子３０を用いて鋳造本体部１１内に形成されるウォータジャケット１２とを備えるエンジンシリンダヘッド１０を準備する（エンジンシリンダヘッド１０を準備するステップ）。
【００２７】
このエンジンシリンダヘッド１０を準備するステップにおいては、薄肉部３１の先端に断面平面形状を有する平坦部３２を設けた中子３０を使用し（図２（Ｂ）参照）、検査面１４を平坦部３２によって平面形状に成形してある（図２（Ａ）参照）。さらに、平坦部３２の表面に塗型を塗布することによって、中子３０の平坦部３２の表面粗さを他の部位の表面粗さに比べて小さくし、検査面１４に、他の境界面１３の表面粗さに比べて小さい表面粗さのコーティング層１５を形成してある（図２（Ａ）参照）。
【００２８】
次いで、鋳造本体部１１とウォータジャケット１２との間の境界面１３のうち検査対象となる検査面１４に向けて探触子２１から超音波を送信する（超音波を送信するステップ）。振動子２３から発せられた超音波は、鋳造本体部１１内に所定の屈折角θをもって伝播される。屈折角θは、エンジンシリンダヘッド１０の設計データに基づいて、探触子２１と検査面１４との位置関係から算出されている。
【００２９】
次いで、検査面１４において反射した超音波を探触子２１により受信する（超音波を受信するステップ）。本実施形態にあっては、反射源の形状を平面形状に設定し、さらに、反射源の界面性状を平滑面に設定することによって、検査面１４で反射する超音波の分散、減衰を低減し、反射効率を高めることができる。したがって、反射源から安定かつ明瞭なエコー信号を得ることができ、エコー信号の振幅を増大し、検出性能（Ｓ／Ｎ）を改善することができる。
【００３０】
次いで、受信した超音波に基づいて中子３０の折れを検出する（中子の折れを検出するステップ）。中子折れが発生しなかった場合には、検査面１４の位置は設計データどおりであるため、設計上の位置にエコーが現れる。したがって、エコーが現れた位置に基づくことによって、中子３０の折れの有無を判別することができる。検査面１４の検出位置は、超音波の伝播速度（音速）と反射波が戻ってくるのに要した時間とから求められる。ディスプレイ２８には、画像化された超音波の波形や、検出結果などが表示される。
【００３１】
選定したセンサを用いて測定したところ、エコー信号の振幅が増大し、検出性能（Ｓ／Ｎ）が改善され、本発明の手法の有効性を確認した。選定したセンサの仕様は次のとおりである。
【００３２】
振動子材質：  ニオブ酸鉛整合層付き
振動子径：    φ８
ダンパ：      タングステン入りエポキシ樹脂（横振動除去コイル付）
遅延材材質：  ポリスチレン
遅延材形状：  ２０ｍｍ角
超音波入射点：センタ
吸音材：      有り
である。
【００３３】
（改変例）
反射源の形状を平面形状に設定し、かつ、反射源の界面性状を平滑面に設定した実施形態について説明したが、少なくとも、反射源の形状を平面形状に設定することによって、本発明の目的を達成することができる。
【００３４】
送信探触子および受信探触子を１つの探触子２１により兼用したが、送信探触子および受信探触子を別個独立に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る鋳造成形品の中子折れ検査方法を具現化した検査装置を示す概略構成図である。
【図２】図２（Ａ）は、同検査装置の要部を示す断面図、図２（Ｂ）は、鋳造成形品を準備する際に使用される中子を示す断面図である。
【図３】反射波の波形の一例を示す線図である。
【図４】対比例における検査装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    エンジンシリンダヘッド（鋳造成形品）、
１１    鋳造本体部、
１２    ウォータジャケット（中空部）、
１３    境界面、
１４    検査面、
１５    コーティング層、
２０    検査装置、
２１    探触子（送信探触子、受信探触子）、
２２    くさび、
２３    振動子、
２４    パルス発生機、
２５    受信機、
２６    画像化処理装置、
２７    制御装置、
２８    ディスプレイ、
３０    中子、
３１    薄肉部、
３２    平坦部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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