(57)【要約】【課題】鋳物の表面上の鋳巣を塑性流動層により補修した場合、補修の良否を簡単かつ確実にしかも表面の視認容易性に関係なく評価できる方法を提供することである。【解決手段】評価方法は、表面１２の鋳巣１３を補修するために塑性流動層１５が形成された鋳物の一部を切り取って切取り面３７ａを持つ試験片５５を準備する準備工程Ｓ４と、試験片５５の切取り面３７ａにおける塑性流動層１５の厚さに基づき鋳巣１３の補修の良否を判定する判定工程Ｓ６と、から成る。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の鋳巣を補修するために該表面に塑性流動層が形成された鋳物の一部を切り取って切取り面を持つ切取り片を準備する準備工程と、
該切取り片の切取り面における塑性流動層の厚さに基づき鋳巣の補修の良否を判定する判定工程と、
から成ることを特徴とする鋳巣の補修の評価方法。
【請求項２】
前記準備工程において、前記鋳物は円筒部を含み、前記表面は該円筒部の内周面である請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記塑性流動層は前記内周面上で所定の工具を円周方向に移動させて形成され、前記切取り片は前記円筒部を軸直角平面で厚さ方向に切り取り取ったものである請求項２に記載の評価方法。
【請求項４】
前記判定工程において、前記塑性流動層の厚さと該厚さにより補修できる鋳巣の孔径との関係が定量化されたグラフを使用する請求項１に記載の評価方法。
【請求項５】
前記グラフは、前記切取り片と同じ材料、形状及び寸法の試験片における鋳巣の孔径と、該孔径の鋳巣の補修に塑性流動層の厚さとの関係を基に作成した請求項４に記載の評価方法。
【請求項６】
更に、前記準備工程と前記判定工程との間に、前記切取り片を保持部材で保持し、前記切取り面を仕上加工する仕上げ工程を含む請求項１に記載の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物の鋳巣の補修の良否を評価する評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳物の表面には鋳巣ができ易い。例えば、車両用エンジンのシリンダブロックをアルミニウム合金で鋳造する際、シリンダボアの内周面にできる鋳巣がその例である。鋳巣はシリンダボアとピストンとの気密性を損ねるので補修が必要である。
【０００３】
鋳巣の補修には種々の方法が採用されており、その一つに本願の出願人が平成１３年９月１２日に特願２０００−２７６９２１で特許出願した「鋳物の鋳巣の補修方法」（以下、「第１先行例」と呼ぶ）がある。この補修方法では、所定の加工面を持つ工具を鋳物の内周面に沿って移動させる。その際、工具の加工面の形状及び角度は、内周面の表層を切削又は研削するのではなく、表層を内周面に沿って移動（塑性変形）させるように選定している。このようにすれば、塑性変形された鋳巣の周囲の表層が塑性流動層を形成し、鋳巣を埋めて補修する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記第１先行例にも記載されているように、鋳巣の補修の良否は鋳物の内周面の内径、工具のすくい面及び前切れ面の角度、工具による表層の補修代、工具を取り付ける回転軸の回転速度及び軸方向の送り速度等、様々な条件に依存する。これを考慮して、鋳物の内径や内周面に存在する鋳巣の孔径等との関係で、各加工条件を選定する。それでも、少ない回数の作業で鋳巣が確実に補修されるとは限らないので、従来は補修後に鋳巣の補修状況を目視検査していた。
【０００５】
しかし、目視検査のための時間及び手間が必要になり、面倒であるのみならず、加工コストが上昇する。また、目視検査は鋳物の表面しか検査できず、例えば鋳巣の入口部は塑性流動層により塞がれているが、深い部分が完全に補修されていなくても気付かないおそれがある。更に、例えばシリンダブロックのシリンダボアのように断面積に対して長さが長く、表面を目視検査しにくい場合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、鋳物の表面上の鋳巣の塑性流動層による補修の良否を、簡単かつ確実にしかも表面の視認容易性に関係なく評価できる評価方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、塑性流動層の厚さと塑性流動層による鋳巣の補修の良否との関係について鋭意研究し、試験片による実験を通して鋳巣の孔径と、この孔径の鋳巣を補修するために必要な塑性流動層の厚さとの間には一定の関連性があることを見い出して、本発明を完成した。
【０００８】
本発明に係る鋳巣の補修の評価方法は、請求項１に記載したように、その表面の鋳巣を補修するために塑性流動層が形成された鋳物の一部を切り取って切取り面を持つ試験片を準備する準備工程と；試験片の切取り面における塑性流動層の厚さに基づき鋳巣の補修の良否を判定する判定工程と；から成ることを特徴とする。
【０００９】
この評価方法は、鋳巣がある表面に塑性流動層が形成されていることが前提である。準備工程において鋳物の一部を切り取る際、切取方向は塑性流動層を形成する表層の移動方向に応じて決め、切取り面に塑性流動層の厚さ及び表層の移動方向が現れるようにする。判定工程においては、塑性流動層の厚さと該厚さの塑性流動層により補修できる鋳巣の孔径との関係を示すグラフ等を予め用意しておき、厚さが所定値よりも大きいか小さいかに応じて、補修の良否を判定する。
【００１０】
尚、特開平６−３４６２５号（第２先行例）はオーステナイト系耐熱鋼の高温損傷評価方法を開示する。それによると、機械部品の表面を研磨して金属組織を現出させ、金属組織を観察して一定面積中の結晶粒界に生成した空洞と粒界析出物の長さを測定し、所定の計算により粒界損傷線密度及び粒界損傷率を求め、これらを実験で求めた所定の関係線図にあてはめて耐熱鋼の寿命消費率を求める。
【００１１】
しかし、評価の対象が、本発明では鋳巣の補修の良否であるのに対して、第２先行例では高温による損傷である。また、具体的な評価の手順が、第２先行例では複雑であるが、本発明では簡単である。よって、第２先行例の評価方法では本発明の鋳巣の補修の良否を簡単かつ確実に評価することはできない。
【００１２】
請求項２の評価方法は、請求項１の準備工程において、鋳物は円筒部を含み、表面は円筒部の内周面である。請求項３の評価方法は、請求項２において、塑性流動層は内周面上で所定の工具を円周方向に移動させて形成され、切取り片は円筒部を軸直角平面で厚さ方向に切り取り取ったものである。
【００１３】
請求項４の評価方法は、請求項１の判定工程において、塑性流動層の厚さとこの厚さにより補修できる鋳巣の孔径との関係が定量化されたグラフを使用する。請求項５の評価方法は、請求項５のグラフは、切取り片と同じ材料、形状及び寸法の試験片における鋳巣の孔径と、この孔径の鋳巣を補修するために必要な塑性流動層の厚さとの関係を基に作成した。
【００１４】
請求項６の評価方法は、請求項１において、更に、準備工程と判定工程との間に、試験片を保持部材で保持し、切取り面を仕上加工する仕上げ工程を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜鋳物、鋳巣、塑性流動層＞
鋳物の材質は限定されず、アルミニウム又は鋳鋼等公知のものを含む。形状は限定されないが、工具で補修できるのは円筒部や平坦部上の鋳巣であるので、鋳物がそのような部分を持つこと物が望ましい。
【００１６】
「表面」とは、円筒部の内周円筒面（内周面）や、丸棒部の外周円筒面（外周面）のような湾曲面でも良いし、平坦部の板面でも良い。
【００１７】
鋳物の形状や大きさにもよるが、補修前に表面上に存在した鋳巣は例えば半球状を呈し、その孔径は０．５から２．０ｍｍ程度であり、その深さは０．５から２．０ｍｍ程度である。鋳巣を補修するために形成された塑性流動層の厚さは内周面等の全体に亘ってほぼ均一で、０．３から０．８ｍｍ程度である。
＜準備工程＞
準備工程において、鋳物の一部を切り取って切取り面を持つ試験片を準備する際は、切取り面で塑性流動層の厚さや表層の移動方向が観察できるように切り取る。例えば、円筒部の内周面を補修する場合、工具を円周方向に移動させて表層を円周方向に移動させるので、軸直角方向（横断方向）の切断平面及び軸方向の切断平面により円筒部を厚さ方向に切り取る。その結果、湾曲した矩形板状の切取り片が得られる。
【００１８】
また、例えば矩形状の平坦部の板面を補修するために工具を左右方向（幅方向）に移動させるときは、工具の移動方向と平行な切断平面により厚さ方向に切り取る。
【００１９】
上記第１先行例の補修方法によれば、鋳物の補修開始時と終了時とで工具の加工性は実質的に変化せず、塑性流動層の厚さは鋳物の表面全体に亘って均一である。よって、鋳物の一部である試験片により鋳物全体の補修の良否を評価しても問題はない。また、試験片は１個準備すれば充分である。さらに、試験片として鋳巣が存在した部分を切り取ることは不可欠ではなく、鋳物のどの部分を切り取っても良く。
＜仕上工程＞
仕上工程は、必要に応じて、準備工程の後に実行される。切取り片は小さく、電子顕微鏡等でその塑性流動層の厚さを観察する際、姿勢が不安定である。そこで、切取り片の切取り面を除く周囲を樹脂等の保持部材で保持する。そして、保持部材を切取り片の観察に適した形状、大きさとすれば、姿勢が安定し、塑性流動層の厚さを正確に測定できるようになる。
＜判定工程＞
判定工程では、鋳巣の補修の良否を判定するために、塑性流動層の厚さと、その厚さで補修できる鋳巣の孔径との関係が定量化された判定用グラフを使用することができる。この関係は、実際の鋳物又はその一部にに対応する材料、形状及び寸法の試験片を用いた実験を通して発明者が見い出したものである。
【００２０】
例えば、表面に孔径ｄの鋳巣が存在する場合に、工具の１回当たりの補修代を３段階ｍ１、ｍ２及びｍ３（ｍ３＞ｍ２＞ｍ１）に変化させて、３通りの厚さｔ１、ｔ２及びｔ３（ｔ３＞ｔ２＞ｔ１）の塑性流動層を形成する。塑性流動層の厚さがｔ１の場合は鋳巣の半分程度（ｄ／２）しか補修されず、塑性流動層の厚さがｔ２の場合は鋳巣が十分に補修され、塑性流動層の厚さがｔ３の場合は表層から工具への抵抗が大きすぎて補修不可能になったとする。
【００２１】
この結果をグラフ化したのが図１２中の直線ｘである。直線ｘは孔径ｄの鋳巣を補修するためには塑性流動層の厚さｔ２が必要であることを意味する。そして、測定した塑性流動層の厚さが判定用グラフの値よりも大きければ補修は良好と判定し、小さければ不良と判定する。尚、１回当たりの補修代の大きさｍと塑性流動層の厚さｔとの間にはｔ≒ｍの関係がある。
【００２２】
また、鋳巣の孔径がｄよりも大きい場合、その鋳巣を補修する場合の塑性流動層の厚さは上記塑性流動層の厚さよりも大きくなり、反対に鋳巣の孔径がｄよりも小さい場合、塑性流動層の厚さは小さくなる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。図１３に示すようにこの実施例では、始めにシリンダブロックのシリンダボアを区画する円筒部と同じ構成のモデル円筒部を製作した（Ｓ１）。このモデル円筒部から試験片を切り取り（Ｓ２）、この試験片を用いて判定用グラフを作成した（Ｓ３）。
【００２４】
次に、上記モデル円筒部と同じモデル円筒部から切取り片を準備し（Ｓ４）、切り取り面を仕上げ（Ｓ５）、判定用グラフを用いて鋳巣の補修の良否を判定した（Ｓ６）。以下、各工程について詳述する。
Ａ　判定用グラフの作成
▲１▼モデル円筒部の製作Ｓ１
図１及び図２に示すように、モデル円筒部１０はアルミニウム合金から成り、長さは３０ｍｍ、内径は８２ｍｍ、外径は９４ｍｍである。内径及び外径の寸法は実際のシリンダブロックのそれに対応しているが、補修等に要する時間の節約のため、長さは実際のシリンダブロックのそれの数分の一に選定した。
【００２５】
このモデル円筒部１０の内周面１２に、孔径２．０ｍｍ、深さ２．５ｍｍの複数の鋳巣１３を人工的に形成した。この人工的な鋳巣１３の孔径及び深さは、実際のシリンダブロックに形成される鋳巣の孔径及び深さに対応させた。
▲２▼工具による鋳巣の補修
上記モデル円筒部１０の内周面１２の鋳巣１３を、所定形状及び角度の加工面を持つ工具により補修した。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、工具２０は全体として矩形板形状を持ち、前面２１とともに角部２２を区画する側面２３に前切れ面２５及びすくい面２７が形成されている。前切れ面２５は三角形状を持ち、側面２３の軸方向（図３（ｂ）の上下方向）の延長面に対して前切れ角（β）７度を成している。一方、すくい面２７は側面２３の下半分（図３（ｃ）において右半分）の前切れ面２５を除く部分に一定幅で形成され、側面２３の円周方向（（ａ）の上下方向）の延長面に対してすくい角（α）３０度を成している。
【００２６】
図１、図４及び図５に示すように、工具２０をその前面２１が回転軸３０の端面３１から少し突出し、その側面２３が外周面３２から少し突出するように、回転軸３０に取り付けた。前切れ面２５が端面３１よりも移動方向前方（図５において下方）に位置し、前切れ面２５と内周面１２との当接部を通り回転軸３０の軸線と平行な直線ｌ１に対して約７度を成している。
【００２７】
また、すくい面２７が回転軸３０の回転方向（図４において時計方向）前方に位置し、すくい面２７と内周面１２との当接部を通る法線ｌ２に対して約６０度（換言すれば接線に対して３０度）を成している。１回当りの補修代は０．６ｍｍである。
【００２８】
鋳巣１３の補修時（δ）は、回転軸３０を回転速度３０００回／分で回転させつつ、送り速度０．０５ｍｍ／一回転で軸方向に移動させた。回転軸３０の回転により工具２０が円周方向に移動され、すくい面２７が内周面１２上の鋳巣１３の回りの表層１５を円周方向に移動させる（塑性変形させる）。また、回転軸３０を回転と同時に軸方向に移動させており、工具２０が軸方向に移動される。これにより前切れ面２５が鋳巣１３の回りの表層１５を軸方向に塑性変形させる。
【００２９】
実際は、上記２つの方向の塑性変形が合成されて、鋳巣１３の周りの表層１５は斜め方向に塑性変形し、表層１５により形成された塑性流動層が鋳巣を補修する（塞ぐ）。補修後、モデル円筒部１０の内周面１２を目視観察した処、全体が滑らかになっていた。
▲３▼グラフ作成用試験片の準備Ｓ２
図１並びに図６（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示すように、鋳巣１３が補修されたモデル円筒部１０の一端部の一部１４ａを厚さ方向に切り取って試験片３５を準備した。試験片３５は、円周方向に約２０ｍｍ離れ所定角度を成す一対の側面３６ａ及び３６ｂと、軸方向に約２０ｍｍ離れ平行な一対の端面（切取り面）３７ａ及び３７ｂと、内周面３８ａ及び外周面３８ｂとにより区画され、湾曲した矩形板形状を持つ。尚、モデル円筒部１０の他端部の一部１４ｂを厚さ方向に切り取って試験片３５を準備して良い。
【００３０】
次に、塑性流動層１５の厚さの観察を容易にするため、図６（ｃ）に示すように、試験片３５を樹脂製の保持部材４０により保持した。保持部材４０は、試験片３５の内周面３８ａ及び外周面３８ｂを保持する一対の第１部分４１ａ及び４１ｂと、側面３６ａ及び３６ｂを保持する一対の第２部分４２ａ及び４２ｂとを含む。
【００３１】
次に、試験片３５の切取り面３７ａを仕上げ加工した（但し、切取り面３７ｂを仕上げ加工しても良い）。その際、まず切取り面３７ａを砥石等により研磨し樹脂部分を除去する。その後、水酸化ナトリウムでエッチングした。
▲４▼塑性流動層の観察、判定用グラフの作成Ｓ３
続いて、試験片３５を保持した保持部材４０を電子顕微鏡に載置し、切取り面３７ａでの塑性流動層１５の金属組織を観察した。その結果、図７（ａ）及び（ｂ）と図８とから明らかなように、表面から厚さ０．６ｍｍの範囲では塑性流動層１５の金属組織が左上方から右下方に斜め方向に移動し、鋳巣１３は消滅していた。これは、内周面１２全体に亘って表層１５が円周方向及び軸方向に移動し、鋳巣１３の周辺の表層１５が鋳巣１３に流れ込んだためと考えられる。
【００３２】
次に、別のモデル円筒部１０において、工具２０の突出量即ち１回当たりの補修量を０．５ｍｍに変更し、その他の加工条件は上記加工条件と同じで鋳巣を補修した。その結果、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、厚さ０．５の塑性流動層１５が形成され、孔径２．０ｍｍの鋳巣１３は概ね補修されたが、十分とは言えなかった。
【００３３】
また、更に別のモデル円筒部１０において、１回当たりの補修量を０．２ｍｍに変更し、その他の加工条件は上記加工条件と同じで鋳巣を補修した。その結果、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、厚さ０．２の塑性流動層１５が形成され、孔径２．０ｍｍの鋳巣１３は殆ど補修されなかった。
【００３４】
上記３つの場合における、鋳巣１３の補修状況と塑性流動層１５の厚さとの関係をグラフ化したのが図１１の直線ｘである。
Ｂ　鋳巣の補修の良否の評価
図１１の判定用グラフを用いて、鋳巣の補修の良否を以下のように判定した。
▲１▼準備工程Ｓ４、仕上げ工程Ｓ５
上記モデル円筒部１０と同じモデル円筒部５０（図１参照）の内周面１２の鋳巣１３を、上記工具２０と同じ工具で円周方向及び軸方向の移動させ塑性流動層１５を形成することにより補修した。その際の加工条件は上記試験片３５の製作時の加工条件と同じである。
【００３５】
次に、モデル円筒部５０の一部１４ａを厚さ方向に切り取って、切取り面３７ａを持つ矩形状の切取り片５５（図６（ａ）参照）を準備した。この切取り片５５を上記保持部材４０により保持し、切取り面３７ａを仕上げ加工した。
▲２▼判定工程Ｓ６
保持部材４０により保持した切取り片５５を電子顕微鏡に載置し、切取り面３７ａにおける塑性流動層１５の厚さを電子顕微鏡で観察した処、約０．６ｍｍであった。この判定用グラフによると、塑性流動層１５の厚さが０．６ｍｍであれば、孔径が２．０ｍｍの鋳巣は十分に補修される。よって、補修後の内周面１２の目視検査は不要であり、これにより鋳巣１３の補修の評価に要する時間及び手間を大幅に低減することができる。
【００３６】
尚、念のため補修後のモデル円筒部５０の内周面１２を目視観察したところ、全ての鋳巣１３は補修され、内周面１２全体が滑らかになっていた。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明にかかる鋳巣の補修の評価方法によれば、切取り片の塑性流動層の厚さから直接鋳巣の補修の良否を評価できるので、補修後鋳物の表面を目視検査することは不要となる。また、鋳物の円筒部が長い場合や平坦部が広い場合でも、その一部から切り取った切取り片における補修の良否を評価するのみで、円筒部や平坦部全体の補修の良否を評価できる。その結果、鋳巣の補修に要する時間及び手間が大幅に低減される。
【００３８】
請求項２の評価方法によれば、円筒部の内周面に形成された塑性流動層を基に、鋳巣の補修の良否を簡単かつ確実に評価できる。円筒部が長い場合、開口から遠い内周面部分を目視検査することは非常に困難であり、この評価方法は特に有益である。
【００３９】
請求項３の評価方法によれば、塑性流動層の金属組織の様子が観察でき、厚さの測定が容易になる。請求項４の評価方法によれば、塑性流動層の厚さから補修の良否を判定するのに要する時間、手間を短くできる。
【００４０】
請求項５の評価方法によれば、判定用グラフは切取り片と同じ構成の試験片を用いた実験を基に作成しているので信頼性が高く、補修の良否を正確に評価できる。請求項６の評価方法によれば、切取り面の観察や塑性流動層の厚さの測定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】判定用グラフ作成のために使用するモデル円筒部を示す縦断面図である。
【図２】図１における２−２断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ工具の正面図、平面図及び側面図である。
【図４】工具を回転軸に取り付けた状態を示す横断面図である。
【図５】工具を回転軸に取り付けた状態を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ試験片の斜視図、平面図及び保持部材への取付状態を示す平面図である。
【図７】（ａ）は塑性流動層の厚さが０．６ｍｍの場合の金属組織を示す顕微鏡写真、（ｂ）は同じく内周面の平面図である。
【図８】図７（ａ）の要部拡大図である。
【図９】（ａ）は塑性流動層の厚さが０．５ｍｍの場合の金属組織を示す顕微鏡写真、（ｂ）は同じく内周面の平面図である。
【図１０】（ａ）は塑性流動層の厚さが０．２ｍｍの場合の金属組織を示す顕微鏡写真、（ｂ）は同じく内周面の平面図である。
【図１１】図８から図１０の結果をまとめたグラフである。
【図１２】判定用グラフの作成方法を説明するための説明図である。
【図１３】実施例の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０、５０：モデル円筒部　　　　１２：内周面
１３：鋳巣　　　　　　　　　　　　１５：表層（塑性流動層）
２０：工具　　　　　　　　　　　２５：前切れ面
２７：すくい面　　　　　　　　　３０：回転軸
３５：試験片　　　　　　　　　　３７ａ、３７ｂ：切取り面
４０：保持部材　　　　　　　　　５５：切取り片
【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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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月27日(2002.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004082143.tif 000016
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004082143.tif 000017
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004082143.tif 000018
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004082143.tif 000019