(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理用電極の先端部をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、該処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部を局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の通電加熱処理方法において、
少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の通電加熱処理方法において、
通電加熱前に予めワークの電極当接表面部に該ワークとは互いに異なる材料からなる金属多孔体を鋳ぐるんでおき、
上記ワークと金属多孔体とを通電加熱により合金化することを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
処理用電極によりワークを１４．７ＭＰａ以下の面圧で加圧しながら通電加熱を行うことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
処理用電極の先端部の温度がワークの材料の融点以上となるように通電することを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の通電加熱処理方法において、
ワークは、該ワークの電極当接表面周囲の少なくとも一部に凹部又は貫通孔を有し、
処理用電極の先端部は、通電加熱時に上記ワークの溶融材料が上記凹部又は貫通孔内に流れ込むのを規制する規制部を有することを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
ワークはアルミニウム合金材であることを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
処理用電極はカーボン製であることを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項９】
請求項８記載の通電加熱処理方法において、
通電加熱前に予めタングステン製のパイプにカーボン部材を圧入又は焼ばめすることにより複合化することで、処理用電極を形成しておくことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
通電加熱前に予めワークの電極当接表面部を周囲面から突出形成しておくことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
通電加熱前に予め処理用電極を加熱しておくことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の通電加熱処理方法において、
通電加熱前に予めワークに対して処理用電極とは反対側にカーボン製の受け治具を該ワークと当接するように設けておき、
上記受け治具とワークとの接触面積を処理用電極とワークとの接触面積よりも大きくした状態で、処理用電極及び受け治具間に通電することを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項１３】
処理用電極の先端部をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、該処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をその融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うと共に、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくことを特徴とする通電加熱処理方法。
【請求項１４】
先端部がワークの表面に略密接に当接保持される処理用電極を有し、
上記当接状態で処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部を局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の通電加熱処理装置において、
少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極がワークに当接保持されるように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の通電加熱処理装置において、
処理用電極によりワークを１４．７ＭＰａ以下の面圧で加圧しながら通電加熱を行うように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の通電加熱処理装置において、
処理用電極の先端部の温度が通電によりワークの材料の融点以上となるように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の通電加熱処理装置において、
通電加熱前に予め処理用電極を加熱しておくように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか１つに記載の通電加熱処理装置において、
ワークに対して処理用電極とは反対側にカーボン製の受け治具が該ワークと当接するように設けられ、
上記受け治具とワークとの接触面積を処理用電極とワークとの接触面積よりも大きくした状態で、処理用電極及び受け治具間に通電するように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項２０】
先端部がワークの表面に略密接に当接保持される処理用電極を有し、
上記当接状態で処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をその融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うと共に、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくように構成されていることを特徴とする通電加熱処理装置。
【請求項２１】
先端部がワークの表面に略密接に当接保持される通電加熱処理用電極であって、
上記当接状態でワークとの間の通電による自己抵抗発熱と上記先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をワークの融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うように構成され、
上記ワークは、該ワークの電極当接表面周囲の少なくとも一部に凹部又は貫通孔を有し、
上記先端部に、通電加熱時に上記ワークの溶融材料が上記凹部又は貫通孔内に流れ込むのを規制する規制部が設けられていることを特徴とする通電加熱処理用電極。
【請求項２２】
カーボン製であることを特徴とする請求項２１記載の通電加熱処理用電極。
【請求項２３】
タングステン製のパイプにカーボン部材を圧入又は焼ばめすることにより複合化されてなることを特徴とする請求項２２記載の通電加熱処理用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理用電極及びワーク間の通電によりワーク表面部の表面処理を行う通電加熱処理方法及びその装置並びにその通電加熱処理用電極に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えばディーゼルエンジンにおけるアルミニウム合金鋳物からなるシリンダヘッドの弁間部では、高い熱応力に耐えるようにその表面部の再溶融処理が行われている。この再溶融処理は、従来、ＴＩＧアーク、プラズマアーク、レーザビーム、電子ビーム等を用いる高密度エネルギ照射により行われている。例えばアークによる再溶融処理の場合、図３５に模式的に示すように、ワーク４０の表面に対して所定距離だけ離したトーチ４１から高温のアーク４２を放射し、そのアーク４２からの熱伝達によりワーク４０表面部を溶融させるようになっている。そして、再溶融処理が必要な部位に対してトーチ４１を連続的に移動させていく。このとき、アーク４２の真下に該アーク４２により新たなクレータ４５が生じると共に、アーク４２により溶融した部分はトーチ４１の移動前においてクレータ４５′であった部分に流れてそのクレータ４５′は埋められ、その部分は母材への熱引けにより自己冷却されて急冷凝固する。この結果、トーチ４１の移動に伴ってワーク４０表面部の組織が連続的に微細化された強化層４６が形成されていく。尚、溶融部分が空気と触れて酸化することがないように、アーク４２の周りにおいてアルゴンやヘリウム等のシールドガス４３をトーチ４１から同時に吹き付けるようにしている。
【０００３】
一方、例えば特開平５−１５６３４６号公報に示されているように、カムシャフトの再溶融処理の予備加熱として、該カムシャフト両端部に電極を当接させてシャフト全体を均一加熱するようにすることが提案されている。
【０００４】
また、例えば特開昭６４−５６８１７号公報に示されているように、ワークの一部に電極を当接させると共に、ワークの高温局部（突き合わせ部）を迂回するバイパス通電路を形成しておき、そのワークの高温局部以外の部分が高温局部と略同じ温度になったときに、上記バイパス通電路を解除してワーク全体を通電加熱するようにすることが提案されている。
【０００５】
さらに、例えば特開平６−１７２８４６号公報に示されているように、連続熱処理炉内で移動する帯状金属をカーボンロール電極により通電加熱して焼鈍させることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のようにアーク４２により再溶融処理を行うようにした場合、アーク４２によってクレータ４５が生じるので、再溶融処理が必要な部位に最終的にクレータ４５が残らないようにするために、処理が不要な部位まで連続的にトーチ４１を移動させる必要がある。このため、スポット的な処理が困難であると共に、処理に多大な時間を必要とし、しかも、処理部近傍に過大な熱応力が生じて割れが生じる可能性がある。また、磁気吹きという現象によりアーク４２がふらつくので、位置ずれが生じることがある。さらに、アーク４２の着火不良により処理がなされないこともある。そして、母材への熱引けにより母材側から表面側へ向けて指向性凝固されてガス抜きが行われるが、トーチ４１の移動により表面側へも熱引けが行われるので、指向性凝固が不十分となる。さらに、表面酸化を防止するためにシールドガス４３が必要となる。
【０００７】
また、レーザビーム等を用いて再溶融処理を行う場合、アルミニウム等のように反射率が高い場合は効率が悪く、処理部の深さを大きくすることは困難であり、エネルギを集中させると、アークによる処理の場合と同様にクレータが生じる。
【０００８】
そこで、上記従来例の如く通電加熱を利用して表面処理を行う方法が考えられるが、特開平５−１５６３４６号公報及び特開昭６４−５６８１７号公報の場合は、アルミニウム等のように熱伝導率が高いと、ワーク全体の均一加熱は可能であるものの、局所的に急速加熱することは困難である。一方、特開平６−１７２８４６号公報の場合は、帯状金属がカーボンロール電極に対して連続的に移動していくので、表面側へも熱引けが行われる。このため、いずれの場合も、再溶融処理を行う際に表面酸化を防止したり十分に指向性凝固させたりすることが困難となる。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワーク表面部に対して再溶融処理又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行う場合に、従来の通電加熱方法をさらに推し進めることによって、簡単な方法で局所的な処理を行うことができるようにし、しかも、品質的にも優れたものが得られるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、処理用電極をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部を局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、通電加熱処理方法として、処理用電極の先端部をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、該処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部を局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うようにする。
【００１２】
このことにより、処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方の熱がワークの電極当接表面部のみに集中し、その電極当接表面部が局所的に加熱され、他の部位に熱伝導する前に短時間で再溶融処理又は合金化処理を完了させることができる。このため、再溶融処理又は合金化処理の必要な部位のみに処理用電極を当接させることで、局所的な処理を容易に行うことができる。そして、その電極当接表面部には電極が略密接に当接保持されているので、処理を行っている間に空気と接触することはなく、シールドガス等を用いることなく表面酸化を防止することができる。よって、簡単な方法で品質が優れた再溶融処理又は合金化処理を行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくようにする。
【００１４】
このことで、通電停止後も電極が保温効果の役目を果たすので、凝固が完了するまで表面側からの熱引けは殆どなく、母材側から表面側に向けて指向性凝固を確実に行わせることができる。よって、内部のガス抜きを十分に行わせることができ、ピンホール欠陥を可及的に減らすことができる。
【００１５】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、通電加熱前に予めワークの電極当接表面部に該ワークとは互いに異なる材料からなる金属多孔体を鋳ぐるんでおき、上記ワークと金属多孔体とを通電加熱により合金化するようにする。
【００１６】
この発明により、金属多孔体の電気伝導率が比較的大きくても容易に金属多孔体を溶融させることができ、種々の元素をワークの表面部に容易に添加してその表面部の特性を改善することができる。また、その合金化組織を均一化することができる。
【００１７】
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか１つの発明において、処理用電極によりワークを１４．７ＭＰａ以下の面圧で加圧しながら通電加熱を行うようにする。
【００１８】
このことで、接触抵抗発熱量を増やすことができ、ワークへの入熱量を増大させることができる。この結果、処理深さを大きくすることができると共に、処理時間を短縮することができる。
【００１９】
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれか１つの発明において、処理用電極の先端部の温度がワークの材料の融点以上となるように通電する。こうすることで、再溶融処理又は合金化処理を確実に行うことができる。
【００２０】
請求項６の発明では、請求項５の発明において、ワークは、該ワークの電極当接表面周囲の少なくとも一部に凹部又は貫通孔を有し、処理用電極の先端部は、通電加熱時に上記ワークの溶融材料が上記凹部又は貫通孔内に流れ込むのを規制する規制部を有するものとする。
【００２１】
このことにより、溶融材料が凹部又は貫通孔内に流れ込むのを防止して、ワークの電極当接表面部及び凹部又は貫通孔の品質が悪化するのを抑えることができる。
【００２２】
請求項７の発明では、請求項１〜６のいずれか１つの発明において、ワークはアルミニウム合金材であるものとする。
【００２３】
すなわち、アルミニウム合金材は熱伝導率が高くて局所加熱が困難であると共に、表面酸化が問題となるが、この発明では、表面酸化を防止しつつ、容易に局所加熱を行うことができる。よって、請求項１〜６の発明の作用効果をより一層有効に発揮させることができる。
【００２４】
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれか１つの発明において、処理用電極はカーボン製であるものとする。
【００２５】
この発明により、カーボンは自己発熱性が良好であるので、処理用電極の自己抵抗発熱量を最大限に高めることができ、再溶融処理又は合金化処理を確実かつ有効に行うことができる。
【００２６】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、通電加熱前に予めタングステン製のパイプにカーボン部材を圧入又は焼ばめすることにより複合化することで、処理用電極を形成しておくようにする。
【００２７】
このことで、タングステンは融点が高くてカーボン部材の表面を確実に保護するので、カーボン電極の酸化消耗を有効に抑制することができる。よって、処理用電極の寿命を向上させることができる。
【００２８】
請求項１０の発明では、請求項１〜９のいずれか１つの発明において、通電加熱前に予めワークの電極当接表面部を周囲面から突出形成しておくようにする。
【００２９】
このことにより、通常は処理用電極によりワークを加圧するようにしているので、ワークの電極当接表面部はその加圧により凹んで処理後にその周囲面と略面一とすることができ、最終的に行うワークの仕上げ加工の加工代を減少させることができる。また、通電加熱前に予めワークの電極当接表面を平滑にしておくような前加工を施す場合に、その電極当接表面の周囲まで前加工する必要はなく、その加工面積を減少させることができる。よって、再溶融処理又は合金化処理前後の加工コストを低減することができる。
【００３０】
請求項１１の発明では、請求項１〜１０のいずれか１つの発明において、通電加熱前に予め処理用電極を加熱しておくようにする。
【００３１】
この発明により、処理用電極の通電初期温度を上昇させることができるので、加熱過程における処理用電極の熱応力を低減して割れを防止することができる。また、ワークを早期に加熱することができる。
【００３２】
請求項１２の発明では、請求項１〜１１のいずれか１つの発明において、通電加熱前に予めワークに対して処理用電極とは反対側にカーボン製の受け治具を該ワークと当接するように設けておき、上記受け治具とワークとの接触面積を処理用電極とワークとの接触面積よりも大きくした状態で、処理用電極及び受け治具間に通電するようにする。
【００３３】
このことにより、ワークを受け治具側から加熱してワークへの入熱量を増大させることができると共に、受け治具とワークとの接触面積を処理用電極とワークとの接触面積よりも大きくすることで、受け治具とワークとの接触抵抗を小さくしてワークの受け治具側が溶融するのを防止することができる。
【００３４】
請求項１３の発明では、処理用電極の先端部をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、該処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をその融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うと共に、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくようにする。
【００３５】
この発明により、再溶融処理又は合金化処理の必要な部位のみを局所的に処理することができ、しかも、表面酸化を防止することができると共に、母材側から表面側に向けて指向性凝固を確実に行わせることができる。よって、簡単な方法で品質が優れた再溶融処理又は合金化処理を行うことができる。
【００３６】
請求項１４の発明は、通電加熱処理装置の発明であり、この発明の通電加熱処理装置では、先端部がワークの表面に略密接に当接保持される処理用電極を有し、上記当接状態で処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部を局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うように構成されているものとする。このことで、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
請求項１５の発明では、請求項１４の発明において、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極がワークに当接保持されるように構成されているものとする。このことで、請求項２の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
請求項１６の発明では、請求項１４又は１５の発明において、処理用電極によりワークを１４．７ＭＰａ以下の面圧で加圧しながら通電加熱を行うように構成されているものとする。このようにすることで、請求項４の発明と同様の作用効果が得られる。
【００３９】
請求項１７の発明では、請求項１４〜１６のいずれか１つの発明において、処理用電極の先端部の温度が通電によりワークの材料の融点以上となるように構成されているものとする。このことにより、請求項５の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
請求項１８の発明では、請求項１４〜１７のいずれか１つの発明において、通電加熱前に予め処理用電極を加熱しておくように構成されているものとする。このことにより、請求項１１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００４１】
請求項１９の発明では、請求項１４〜１８のいずれか１つの発明において、ワークに対して処理用電極とは反対側にカーボン製の受け治具が該ワークと当接するように設けられ、上記受け治具とワークとの接触面積を処理用電極とワークとの接触面積よりも大きくした状態で、処理用電極及び受け治具間に通電するように構成されているものとする。この発明により、請求項１２の発明と同様の作用効果が得られる。
【００４２】
請求項２０の発明では、先端部がワークの表面に略密接に当接保持される処理用電極を有し、上記当接状態で処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をその融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うと共に、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくように構成されているものとする。このことで、請求項１３の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
請求項２１の発明は、先端部がワークの表面に略密接に当接保持される通電加熱処理用電極の発明である。
【００４４】
そして、この発明では、上記当接状態でワークとの間の通電による自己抵抗発熱と上記先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をワークの融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うように構成され、上記ワークは、該ワークの電極当接表面周囲の少なくとも一部に凹部又は貫通孔を有し、上記先端部に、通電加熱時に上記ワークの溶融材料が上記凹部又は貫通孔内に流れ込むのを規制する規制部が設けられているものとする。このことにより、請求項６の発明と同様の作用効果が得られる。
【００４５】
請求項２２の発明では、請求項２１の発明において、通電加熱処理用電極は、カーボン製であるものとする。こうすることで、請求項８の発明と同様の作用効果が得られる。
【００４６】
請求項２３の発明では、請求項２２の発明において、通電加熱処理用電極は、タングステン製のパイプにカーボン部材を圧入又は焼ばめすることにより複合化されてなるものとする。このことで、請求項９の発明と同様の作用効果が得られる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る通電加熱処理装置Ａを概略的に示し、この装置Ａはディーゼルエンジンのシリンダヘッド１０（ワーク）における各弁間部１０ａの表面部１０ｂ（図２及び図３参照）に対して再溶融処理を行うためのものである。
【００４８】
上記装置Ａは上下に上側及び下側電極１，２を有し、この下側電極２は、後述の如く通電したときの自己抵抗発熱量が極めて小さい銅製であって、シリンダヘッド１０に対して上記上側電極１とは反対側にシリンダヘッド１０と当接するように設けられてシリンダヘッド１０を支持する受け治具の役目を果たしている。
【００４９】
一方、上記上側電極１は、通電による自己抵抗発熱量が極めて大きいカーボン製の通電加熱処理用電極であって、円柱状に形成され、その下端面である先端面がシリンダヘッド１０に当接保持されるようになっている。この上側電極１の基端側には、下端部に該上側電極１が取付固定された銅製の本体電極３が設けられ、この本体電極３は、図示は省略するが、冷却水により内部が冷却されるように構成されている。また、上記上側電極１は、下側電極２に対して上下方向及び水平方向に相対移動可能に構成されていると共に、上記本体電極３から加えられる加圧力により上記下側電極２に載せたシリンダヘッド１０に対して所定の面圧で加圧可能とされている。
【００５０】
上記上側及び下側電極１，２はスイッチ５を介して電源６に接続され、上側電極１がシリンダヘッド１０に当接した状態で上記スイッチ５が閉じられると、本体電極３、上側電極１、シリンダヘッド１０及び下側電極２内を所定の電流値で電流が流れるようになっている。
【００５１】
上記シリンダヘッド１０は、アルミニウム合金鋳物材からなっていて、鋳造により形成されたものである。このシリンダヘッド１０には、図２に示すように、４つの貫通孔（又は凹部）１０ｃ，１０ｃ，…が円周方向に略等間隔で設けられ、この貫通孔１０ｃ，１０ｃ，…のうち隣設していない２つは吸気ポート用に、残りは排気ポート用及び副燃焼室用に設けられたものである。そして、互いに隣設する２つの貫通孔１０ｃ，１０ｃ間である各弁間部１０ａの表面に上記上側電極１の先端面が順次当接され、後述の如くその各弁間部１０ａの表面部１０ｂのみが局所的に再溶融処理されるようになっている。つまり、上側電極１の先端面の面積は各弁間部１０ａの表面積と略同じ（各弁間部１０ａの表面に当接したときに上側電極１の先端面の一部は２つの貫通孔１０ｃ，１０ｃの上方に位置する）であり、シリンダヘッド１０において上側電極１当接表面部である各弁間部１０ａの表面部１０ｂのみが処理されるようになっている。
【００５２】
以上の構成からなる通電加熱処理装置Ａによりシリンダヘッド１０における各弁間部１０ａの表面部１０ｂの再溶融処理を行う方法を説明する。先ず、鋳造したシリンダヘッド１０の再溶融処理を行う各弁間部１０ａ及びその周囲近傍の表面に対して鋳肌面の凹凸を除去して平滑となるように前加工を施す。そして、下側電極２の上側にそのシリンダヘッド１０を、上記弁間部１０ａ表面が上側となるように載せる。その後、上側電極１を下方向及び水平方向に移動させて１つの弁間部１０ａ表面に略密接に当接させる。
【００５３】
続いて、図３（ａ）に示すように、スイッチ５を閉じて通電を開始すると共に、本体電極３及び上側電極１によりシリンダヘッド１０を加圧する。この状態を保持しておくと、上側電極１自体の自己抵抗発熱と上側電極１の先端面及びシリンダヘッド１０の弁間部１０ａ表面間の界面での接触抵抗発熱との双方によりシリンダヘッド１０の弁間部１０ａの表面部１０ｂが局所的に加熱され、その表面部１０ｂがアルミニウム融点以上となって溶融する。その溶融から数秒経過後にスイッチ５を開放して通電を停止する。この通電停止と略同時に上側電極１による加圧をも停止する。但し、上側電極１は、少なくとも通電停止に伴う弁間部１０ａの表面部１０ｂの凝固が完了するまでそのまま弁間部１０ａ表面に略密接に当接保持させておく。
【００５４】
上記通電時間は加圧力（弁間部１０ａ表面での加圧面圧）及び電流値（弁間部１０ａ表面での電流密度）との関係から予め設定しておき、その加圧面圧は１４．７ＭＰａ（１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以下に設定する。すなわち、加圧面圧は、１４．７ＭＰａよりも大きいと、上記接触抵抗発熱量が小さい値で安定して再溶融処理深さが小さくかつ処理時間が長くなるので、１４．７ＭＰａ以下に設定している。また、電流密度は、上記双方の発熱が弁間部１０ａの表面部１０ｂ以外の部位に殆ど熱伝導されない間に弁間部１０ａの表面部１０ｂが溶融するように設定しておく。そして、確実に再溶融処理を行うために、上側電極１の先端部の温度が通電によりアルミニウム融点以上となるように設定しておく。
【００５５】
上記通電停止により、図３（ｂ）に示すように、溶融した弁間部１０ａの表面部１０ｂの熱は母材側に放出されて熱引けが行われるが、上側電極１自体は直ぐには温度低下しないので、弁間部１０ａ表面側から上側電極１へは熱が放出されることはない。このため、弁間部１０ａの表面部１０ｂは母材側から表面側方向に向かって順次急冷されていき、指向性凝固がなされる。これにより、再溶融前に存在した微小な気孔等の鋳造欠陥が外部に押し出され、ガス抜きが確実に行われる。また、弁間部１０ａ表面は、上側電極１が略密接に当接保持されているので、処理を行っている間に空気と接触することはなく、表面酸化することはない。この結果、弁間部１０ａの表面部１０ｂの組織は微細化され、その組織は一様に母材側から表面側方向に延びたものとなる。
【００５６】
その後、上側電極１を次に処理する弁間部１０ａ表面に当接するように移動し、順次同様の処理を繰り返すことでシリンダヘッド１０の各弁間部１０ａの再溶融処理は完了する。このとき、再溶融処理した各弁間部１０ａは加圧により周囲面よりも凹んだ状態となっている。そして、そのシリンダヘッド１０の上面（エンジンに組み込んだときには下面となる）を切削して、上記各弁間部１０ａの凹みがなくなるように仕上げ加工を施す。
【００５７】
最後に、上記シリンダヘッド１０に対して従来と同様の方法でＴ６熱処理を施す。このことで、再溶融処理前よりも小さくなっていた各弁間部１０ａの表面部１０ｂの硬さが処理前と殆ど同じとなる。また、各弁間部１０ａの表面部１０ｂの凝固時における放熱により軟化した部位の硬さも元に戻る。さらに、シリンダヘッド１０内に生じていた残留応力も除去される。
【００５８】
したがって、上記実施形態における通電加熱処理方法による再溶融処理では、上側電極１自体の自己抵抗発熱と上側電極１及びシリンダヘッド１０間の界面での接触抵抗発熱との双方をシリンダヘッド１０の１つの弁間部１０ａの表面部１０ｂのみに集中させるので、シリンダヘッド１０の熱伝導率が高くてもその表面部１０ｂを局所的に加熱溶融させることができる。また、従来のアークによる再溶融処理のようにクレータが生じることもない。このため、再溶融処理が必要な各弁間部１０ａのみに対してスポット的に処理を行うことができ、処理が不要な部位にまで処理を施す必要はなく、その部位に余計な熱応力が生じて割れるという問題はない。また、磁気吹き等による位置ずれもなく、上側電極１を当接した弁間部１０ａの表面部１０ｂが確実に処理される。さらに、表面酸化を防止するためにシールドガスを用いる必要がなく、しかも、ガス抜き効果も優れている。よって、簡単な方法で再溶融処理を行うことができ、しかも、シリンダヘッド１０の品質を従来の方法よりも向上させることができる。
【００５９】
尚、上記実施形態では、上側電極１を円柱状に形成したが、先端面の面積をそのままにして、シリンダヘッド１０の弁間部１０ａ表面に略平行な断面の面積が下端面よりも小さい小断面積部を有するようにすることが望ましい。すなわち、上側電極１を、例えば図４（ａ）に示すように、上下方向中央部が括れた形状にしたり、図４（ｂ）に示すように、上方に向かって径が小さくなる円錐台形状としたりすればよい。このことで、表面処理範囲を変えることなく上側電極１の抵抗値を大きくすることができ、上側電極１自体の抵抗発熱量を増大させることができる。よって、局所的な再溶融処理をより一層有効に行うことができる。そして、上側電極１の下端面は円形である必要はなく、処理を行う部位の形状に合わせればよい。さらに、上側電極１はカーボン以外の他の材料で構成してもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、再溶融処理後に各弁間部１０ａは上側電極１の加圧によりその周囲面よりも凹んだ状態となるが、図５に示すように、シリンダヘッド１０の各弁間部１０ａを、鋳造時に予め再溶融処理による凹み量と同程度だけその周囲面から突出形成しておくと、処理後の段差量は小さくなり、仕上げ加工の切削代を減少させることができる。その上、処理前に各弁間部１０ａ表面を平滑にしておく前加工において、突出した各弁間部１０ａ表面のみを加工すればよく、その周囲まで前加工しなくても済む。よって、表面処理前後の加工を簡略化してそのコストを低減することができる。
【００６１】
そして、上述の如く各弁間部１０ａを周囲面から突出させた場合、図６に示すように、上側電極１の下端部を径が先端に向かって小さくなる円錐状に形成することが望ましい。このようにすれば、通電加熱前には上側電極１がシリンダヘッド１０の各弁間部１０ａ表面と略点接触している（図６（ａ））が、通電加熱時には上側電極１による加圧に伴い弁間部１０ａの表面部１０ｂが塑性変形して両者の接触面積が増大する（図６（ｂ））。このため、各弁間部１０ａ表面が鋳肌面であっても、通電加熱時には上側電極１との密接状態を確実に維持させることができ、その表面を平滑にするような前加工を省略することができる。また、スパークの発生を確実に防止することができる。そして、通電加熱前に上側電極１の中心部が弁間部１０ａ表面に必ず接触するので、上側電極１内において通電初期の電流分布に偏りが生じず、熱応力が中心部から側周面方向に変化するような分布となる。この結果、熱応力による上側電極１の割れをも防止することができる。このように上側電極１の下端部を円錐状とした場合には、各弁間部１０ａを周囲面から突出させておくことがより好ましいが、上記実施形態のように突出させておかなくても上記と同様の効果は得られる。また、上述の如く上側電極１に小断面積部を設ける場合、上側電極１を、その小断面積部におけるシリンダヘッド１０の弁間部１０ａ表面に略平行な断面の面積が、先端部における円錐状部の基端部よりも小さくなるように形成すればよい。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、上側電極１は通電開始と同時に自己抵抗発熱により加熱されるが、通電加熱前に、予め上側電極１を所定温度まで加熱しておくようにすることが望ましい。すなわち、例えば、シリンダヘッド１０を下側電極２に載せる前に上側電極１を下側電極２に当接させ、スイッチ５を閉じて通電しておくことにより上側電極１の予備加熱を行う。また、１つの弁間部１０ａの処理を行なった後、次の弁間部１０ａに上側電極１を移動している間に、別の電極と接触させながら通電して予備加熱を行うようにしてもよい。こうすることで、上側電極１の通電初期温度を上昇させることができるので、上側電極１の熱応力を低減することができる。よって、上側電極１の割れをより一層有効に防止することができると共に、シリンダヘッド１０の各弁間部１０ａの表面部１０ｂを早期に加熱溶融させることができる。
【００６３】
また、通電中の加圧圧力は、１４．７ＭＰａ（１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以下であれば、接触抵抗発熱量を増大させる観点から出来る限り小さい方が望ましいが、小さくし過ぎるとスパークを生じることがある。そこで、上側電極１及びシリンダヘッド１０間の電圧（つまり接触抵抗値）を電圧計によりモニターし、その電圧が設定値よりも高い場合は加圧力を増加させる一方、設定値よりも低い場合は加圧力を減少させるようにする。このことで、スパークの発生を防止しつつ、出来る限り抵抗発熱量を増大させることができる。そして、図７に示すように、上側電極１の下端面に複数の凹溝１ａ，１ａ，…を形成するようにすれば、実接触面積が減少し、より一層接触抵抗発熱量を増大させることができる。また、同様に、図８に示すように、上側電極１の下端面中心部に比較的大きな凹陥部１ｂを形成して接触抵抗発熱量を増大させることも考えられる。この場合、上記再溶融処理にはあまり適していないが、後述の軟化処理等には適用することができる。
【００６４】
さらに、上記実施形態では、通電加熱処理装置Ａにより再溶融処理を行うようにしたが、上側電極１自体の自己抵抗発熱と上側電極１の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの上側電極１当接表面部を局所的に加熱することにより、その上側電極１当接表面部に対して他の表面処理を行うようにすることもできる。ここでは、本発明とは異なる例を参考として挙げると、上記シリンダヘッド１０の弁間部１０ａやピストンのリップ部等において、溶融させない程度に加熱して軟化させる軟化処理を施せば、伸びが改善されて熱疲労寿命を向上させることができる。また、焼入れ、焼戻し、焼なまし等の熱処理を行うこともできる。そして、加圧力を積極的に利用することで局所的な鍛造を行うことができ、ワーク内部に気孔等の鋳造欠陥がある場合に、その気孔等を押し潰して欠陥を減少させることができる。さらには、図９に示すように、第１のワーク１２の上面に、該第１のワーク１２とは異なる材料（例えば耐摩耗性の良好な材料）からなる厚みの薄い第２のワーク１３を載せ、この第２のワーク１３の上面に上側電極１を当接させて通電加熱を行うことにより、第１のワーク１２の上面に第２のワーク１３を溶着することができ、第１のワーク１２の部分強化を図ることができる。
【００６５】
また、上記通電加熱処理方法は、本発明として、ワークと該ワークとは互いに異なる材料との局所合金化処理を行う場合にも応用することができる。すなわち、図１０に示すように、第１のワーク１５上面に形成した凹部１５ａ内に該第１のワーク１５とは異なる材料からなる厚みの薄い第２のワーク１６を挿入した状態で、この第１及び第２のワーク１５，１６の両方の上面に上側電極１を略密接に当接させ、上記実施形態の再溶融処理と同様の処理を行う（第１及び第２のワーク１５，１６の融点以上に加熱する）。すると、図１１に示すように、第１及び第２のワーク１５，１６の材料同士が混ざり合った合金層１７が第２のワーク１６の側方周囲に局所的に形成されると共に、第２のワーク１６は再溶融処理がなされる。この合金化処理は、上記シリンダヘッド１０の各弁間部１０ａ、ピストンの頂部、カム等に適用することができ、例えば第１のワーク１５を鋳造可能なアルミニウム合金材（ＪＩＳ規格Ｈ５２０２に規定されているＡＣ４Ｄ等）とし、第２のワーク１６を鋳造性は劣るが耐熱性等が良好なアルミニウム合金材（Ａ２２１９等）とすることで、簡単な方法で耐摩耗性や熱疲労寿命を向上させることができる。
【００６６】
さらに、上述の如く合金化処理を行う場合、上記第２のワーク１６は金属多孔体とし、この第２のワーク１６を、通電加熱前に予め第１のワーク１５の処理部（上側電極１当接表面部）に鋳ぐるんでおき（複合化しておき）、この第１及び第２のワーク１５，１６を通電加熱により合金化するようにしてもよい。このようにすれば、均一な合金化組織が得られると共に、第２のワーク１６がＣｕ等のように電気伝導率が比較的大きな元素からなるものであっても、容易に溶融させることができる。よって、種々の元素を第１のワーク１５に均一にかつ容易に添加することができる。
【００６７】
加えて、上記実施形態では、上側電極１を本体電極３に直接的に取り付けるようにしたが、図１２に示すように、上側電極１と本体電極３との間に、シリンダヘッド１０の弁間部１０ａ表面に略平行な断面の面積が上側電極１と同等以上でかつ電気伝導率が上側電極１と同等以下である別体の中間電極４を設けるようにすることが望ましい。この場合、上側電極１がカーボン製であれば、中間電極４もカーボン製（上側電極１とは別体）とすればよい。このように中間電極４を設けることで、上側電極１と中間電極４との間においても接触抵抗発熱が生じ、上側電極１の自己抵抗発熱が、冷却されている本体電極３側へ伝達するのが抑制されて、シリンダヘッド１０側へ確実に伝達される。また、中間電極４におけるシリンダヘッド１０の弁間部１０ａ表面に略平行な断面の面積が上側電極１と同等以上であるので、中間電極４を設けることによる上側電極１の自己抵抗発熱量の低下を防止することができる。よって、シリンダヘッド１０の弁間部１０ａの加熱効率を向上させることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、上側電極１の先端面は平坦状でその一部を２つの貫通孔１０ｃ，１０ｃの上方に位置させるようにしたが、図１３及び図１４に示すように、上側電極１の先端面における各貫通孔１０ｃに対応する部位に、通電加熱時にシリンダヘッド１０の各弁間部１０ａにおける溶融材料が上記各貫通孔１０ｃ内に流れ込むのを規制する規制部１ｃ，１ｃを設けるようにすることが望ましい。つまり、この各規制部１ｃは、上側電極１の先端面から各貫通孔１０ｃ内に該各貫通孔１０ｃの周縁部に沿うように突出しており、このことで、各弁間部１０ａの溶融材料が各貫通孔１０ｃ内に垂れ落ちるのが規制される。よって、シリンダヘッド１０の各弁間部１０ａの表面部１０ｂ及び各貫通孔１０ｃの品質が悪化するのを抑制することができる。
【００６９】
さらに、上側電極１をカーボン製とする場合は、図１５に示すように、タングステン製のパイプ１ｅにカーボン部材１ｄを圧入又は焼ばめすることにより複合化することで、上側電極１を形成しておくようにすることが望ましい。すなわち、上記実施形態では上側電極１の外周面は外気に晒されて酸化消耗を招き易いのに対して、タングステンパイプ１ｅは融点が高くてカーボン部材１の表面を確実に保護するので、上側電極１の酸化消耗を有効に抑制することができ、上側電極１の寿命を向上させることができる。また、タングステンパイプ１ｅの代わりに、カーボン部材１ｄの外周面にＳｉＣ被膜を形成して上側電極１の酸化消耗を抑制するようにしてもよい。
【００７０】
さらにまた、上記実施形態では、下側電極２は銅製としたが、上側電極１と同様に、カーボン製としてもよい。但し、この場合、下側電極２とシリンダヘッド１０との接触面積を上側電極１とシリンダヘッド１０との接触面積よりも大きくした状態で、上側電極１及び下側電極２間に通電する必要がある。つまり、下側電極２とシリンダヘッド１０との接触抵抗を小さくして、シリンダヘッド１０の下側の溶融を防止するようにする。
【００７１】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。
【００７２】
図１６に示すように、通電加熱処理装置のカーボン製の上側電極１を、直径５０ｍｍ、高さ２５ｍｍの大径部１ｆとこの大径部１ｆの下側に設けた直径２０ｍｍ、高さ５ｍｍの小径部１ｇとで構成した。一方、下側電極２及び本体電極３は銅製とした。そして、上記ＪＩＳ規格のＡＣ４Ｄからなる板厚２５ｍｍのアルミニウム試験片２０を作製した。この試験片２０の略中央部には、図１７に示すように、直径１４ｍｍの２つの貫通孔２０ａ，２０ａを設け、その両貫通孔２０ａ，２０ａ間の最小距離を１１ｍｍとした。つまり、この両貫通孔２０ａ，２０ａ間の部分は、上記実施形態におけるシリンダヘッド１０の１つの弁間部１０ａと略同じとなるようにした。
【００７３】
上記試験片２０を下側電極２上に載せ、この試験片２０の両貫通孔２０ａ，２０ａ間の表面に上側電極１の小径部１ｇを略密接に当接させた後、スイッチ５を閉じて通電を開始すると共に、上側電極１により試験片２０を加圧した。このとき、加圧力は６８６５Ｎ（７００ｋｇｆ）とした。つまり、面圧では約２１．６ＭＰａ（２．２ｋｇｆ／ｍｍ2 ）となる。また、電流値は、２ｋＡ（電流密度６．４Ａ／ｍｍ2 ）、３ｋＡ（同９．６Ａ／ｍｍ2 ）、４ｋＡ（同１２．７Ａ／ｍｍ2 ）と３通りに設定した。通電時間は、上記電流値に応じて変更し、それぞれ１２秒、１８秒、５０秒とした。そして、上記３通りの場合について通電加熱処理後の試験片２０の両貫通孔２０ａ，２０ａ間における硬さを上側表面から下側方向に２０ｍｍまで測定した。
【００７４】
上記硬さ測定の結果を図１８に示す。このことから、電流値が４ｋＡ（通電時間１２秒）の場合、再溶融処理がなされており、表面から約５ｍｍまでの範囲で硬さが他の電流値の場合よりも大きくなっている。また、再溶融した部分の直ぐ下側では放熱の影響を受けて軟化しているものの、約１０ｍｍよりも下側では殆ど軟化しておらず、局部加熱により熱影響が抑えられることを示している。
【００７５】
一方、電流値が２ｋＡ（通電時間１８秒）及び３ｋＡ（通電時間５０秒）の場合は長時間加熱しても融点まで昇温されず、熱伝達により試験片２０全体が軟化していることが判る。したがって、再溶融処理を行うには電流密度を大きくして短時間で行う必要がある。また、軟化処理する場合でも、他の部位に熱伝導するまでに早期に行う必要があり、４ｋＡ程度の大きい電流値で約１０秒以内（１０秒を超えると溶融する）に行うことが望ましい。
【００７６】
また、電流値が４ｋＡの場合について、処理後に試験片２０の両貫通孔２０ａ，２０ａ間における組織の状態を顕微鏡で調べた。この結果を図１９〜図２２に示す。図１９（倍率５倍）より、試験片２０の上側電極１当接表面部の組織がその下側よりも再溶融されて微細化されていることが判る。この上側電極１当接表面部において組織の細かさを示す指標であるＤＡＳは約８μｍであり、従来のアークによる再溶融処理と同程度であった。図２０及び図２１（倍率は共に５０倍）は，上記上側電極１当接表面部をそれぞれ表面に近い側と遠い側とについて拡大した場合を示し、図２２（倍率４００倍）は上側電極１当接表面部をさらに拡大した場合を示す。このことより、組織がどの部分でも略上下方向に延びて指向性凝固が確実になされたことが判る。
【００７７】
さらに、試験片２０が鋳造欠陥である多数の気孔を有する場合に，電流値を４ｋＡにして上記と同じ条件で再溶融処理を行った後、試験片２０の両貫通孔２０ａ，２０ａ間における組織の状態を顕微鏡で調べた。この結果を図２３（倍率５倍）に示す。このことで、指向性凝固によりガス抜きが確実に行われたことが判る。
【００７８】
次に、図１０と同様に、上記試験片２０の上部に凹部を設けてその凹部内に円柱部材を嵌合挿入した後、電流値を４ｋＡにして上記と同じ条件で局所合金化処理を行った。このとき、円柱部材はＡ２２１９アルミニウム合金材とした。そして、合金層の組織の状態を顕微鏡で調べた。この結果を図２４（倍率１０倍）に示す。このことから、試験片２０と円柱部材とが混ざり合った合金層が円柱部材の側方周囲に局所的に形成され、かつ円柱部材の再溶融処理がなされたことが判る。
【００７９】
続いて、図９と同様に、上記試験片２０の上面に直径３０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱材を載せた後、電流値を４ｋＡにして上記と同じ条件で円柱材を試験片２０に溶着した。このとき、円柱材は過共晶Ｓｉ合金であるＡ３９０アルミニウム合金材とした。但し、上側電極１は大径部１ｆのみとし、下側電極２は、上側電極１と同じカーボン製とした。そして、この両者間の界面部における組織の状態を顕微鏡で調べた。この結果を図２５（倍率２００倍）に示す。このことより、試験片２０と円柱材とが拡散接合されて溶着が確実に行われたことが判る。
【００８０】
図２６は、上記アルミニウム合金材の再溶融処理及び軟化処理が熱疲労寿命にどのように影響を及ぼすかを試験温度３００℃で調べた結果を示す。但し、軟化処理は３００℃に保持して行ったものであり、再溶融処理したものはＴ６熱処理も行っている。そして、何も処理していないＦ材及びＴ６熱処理したＴ６材と比較すると、再溶融処理したものは熱疲労寿命がかなり向上している。また、軟化処理した場合でも、熱疲労寿命は優れていることが判る。尚、図２６中、ηは以下の式で表される歪拘束率である。
【００８１】
η＝Δεｔ／（α・ΔＴ）
＝（Δｌｆ−Δｌ）／Δｌｆ
ここで、Δεｔは全歪範囲であり、αは線膨張係数であり、ΔＴは最高温度と最低温度との差であり、Δｌｆは自由膨張・収縮時の変位量であり、Δｌは試験片が膨張・収縮を拘束されたときの変位量である。
【００８２】
次に、図２７に示すように、ピストン２５の頂部の再溶融処理を行って加圧面圧と再溶融処理深さとの関係を調べた。このとき、カーボン製の上側電極１と銅製の本体電極３との間に、カーボン製の中間電極４を設けた。この上側電極１及び中間電極４の詳細寸法を図２８に示す。また、上側電極１の高さＨは２０ｍｍとし、電流値は３ｋＡとし、通電時間は４６秒とした。さらに、ピストン２５の材料は、アルミニウム合金鋳物（ＪＩＳ規格Ｈ５２０２に規定されているＡＣ８Ａ）とした。尚、電流値を３ｋＡにするための通電電圧を併せて調べた。
【００８３】
この結果を図２９に示す。また、図３０に加圧面圧と通電電圧との関係を示す。このことより、加圧面圧を１４．７ＭＰａ（１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以下とすれば、再溶融処理深さを大きくすることが可能であることが判る。これは、図３０からも判るように、加圧面圧が小さいと接触抵抗（通電電圧）が増えて、接触抵抗発熱量が増大するからである。
【００８４】
続いて、加圧面圧とワークへの入熱量との関係を調べた。このとき、ワークとして上記ピストン２５と同じアルミニウム合金鋳物の平板（寸法８０×７０×２０）を使用した。そして、３ｋＡの電流を２０秒間通電し、加熱された平板を一定量の水（５００ｇ）に浸漬したときの水温上昇から入熱量を求めるカロリメータ法を用いてワークへの入熱量を測定した。また、加圧面圧が７．８ＭＰａ（０．８ｋｇｆ／ｍｍ2 ）の場合と２３．５ＭＰａ（２．４ｋｇｆ／ｍｍ2 ）の場合とにおいて、電流値とワークへの入熱量との関係を調べた。
【００８５】
この加圧面圧とワークへの入熱量との関係を図３１に、また電流値とワークへの入熱量との関係を図３２にそれぞれ示す。この結果、加圧面圧と入熱量との関係は、上記加圧面圧と再溶融処理深さとの関係と同様となり、加圧面圧が２３．５ＭＰａ（２．４ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を越えると、接触抵抗発熱分が殆ど０となり、上側電極の自己抵抗発熱分だけとなるのに対し、加圧面圧が２３．５ＭＰａ（２．４ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以下では、自己抵抗発熱分がそのままで接触抵抗発熱分が増える分だけ入熱量が増えることが判る。また、このことは、電流値を変えても同様である。したがって、上記加圧面圧とワークへの入熱量との関係及び加圧面圧と再溶融処理深さとの関係を考慮して加圧面圧を１４．７ＭＰａ（１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以下に設定すれば、ワークへの入熱量が多くなって、再溶融処理深さを大きくかつ処理時間を短縮することができる。
【００８６】
次いで、上側電極の高さＨを１０ｍｍにして上記と同じ要領でワーク（平板）への入熱量の測定を行った。また、図３３に示すように、上側電極１を大径部１ｆと該大径部１ｆと一体に形成された小径部１ｇとで構成しておき、中間電極４を用いないでワークへの入熱量を測定した。このとき、加圧面圧は７．８ＭＰａ（０．８ｋｇｆ／ｍｍ2 ）とした。
【００８７】
この結果を図３４に示す。尚、図３４におけるＨ＝２０の測定値は、図３１における加圧面圧が７．８ＭＰａ（０．８ｋｇｆ／ｍｍ2 ）のときの測定値と同じである。このことで、上側電極の高さＨに関係なく、中間電極を用いた方が入熱量が大きくなることが判る。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は１４の発明によると、通電加熱処理方法又はその装置として、処理用電極の先端部をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、その処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部を局所的に加熱することで、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うようにしたことにより、簡単な方法で再溶融処理又は合金化処理を行うことができ、しかも、その品質の向上化を図ることができる。
【００８９】
請求項２又は１５の発明によると、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させるようにしたことにより、母材側から表面側に向けて指向性凝固を確実に行わせることができ、内部のピンホール欠陥を減少させることができる。
【００９０】
請求項３の発明によると、通電加熱前に予めワークの電極当接表面部に該ワークとは互いに異なる材料からなる金属多孔体を鋳ぐるんでおき、上記ワークと金属多孔体とを通電加熱により合金化するようにしたことにより、ワークに対して電気伝導率の大きな元素であっても均一にかつ容易に添加することができる。
【００９１】
請求項４又は１６の発明によると、処理用電極によりワークを１４．７ＭＰａ以下の面圧で加圧しながら通電加熱を行うようにしたことにより、処理深さを大きくすることができると共に、処理時間の短縮化を図ることができる。
【００９２】
請求項５又は１７の発明によると、処理用電極の先端部の温度がワークの材料の融点以上となるようにしたことにより、再溶融処理又は合金化処理を確実に行うことができる。
【００９３】
請求項６又は２１の発明によると、処理用電極の先端部に、通電加熱時にワークの溶融材料がワークの電極当接表面周囲に設けた凹部又は貫通孔内に流れ込むのを規制する規制部を設けたことにより、ワークの電極当接表面部及び凹部又は貫通孔の品質が悪化するのを抑制することができる。
【００９４】
請求項７の発明によると、ワークをアルミニウム合金材としたことにより、請求項１〜６の発明のさらなる有効利用を図ることができる。
【００９５】
請求項８又は２２の発明によると、処理用電極をカーボン製としたことにより、再溶融処理又は合金化処理を確実かつ効果的に行うことができる。
【００９６】
請求項９又は２３の発明によると、タングステン製のパイプにカーボン部材を圧入又は焼ばめすることにより複合化することで、処理用電極を形成したことにより、処理用電極の酸化消耗を抑制してその寿命の向上化を図ることができる。
【００９７】
請求項１０の発明によると、通電加熱前に予めワークの電極当接表面部を周囲面から突出形成しておくようにしたことにより、再溶融処理又は合金化処理前後の加工コストの低減化を図ることができる。
【００９８】
請求項１１又は１８の発明によると、通電加熱前に予め処理用電極を加熱しておくようにしたことにより、処理用電極の熱応力を低減して割れを防止することができる。
【００９９】
請求項１２又は１９の発明によると、通電加熱前に予めワークに対して処理用電極とは反対側にカーボン製の受け治具を該ワークと当接するように設けておき、上記受け治具とワークとの接触面積を処理用電極とワークとの接触面積よりも大きくした状態で、処理用電極及び受け治具間に通電するようにしたことにより、ワークの受け治具側が溶融するのを防止しつつ、ワークの入熱量を増大させることができる。
【０１００】
請求項１３又は２０の発明によると、通電加熱処理方法又はその装置として、処理用電極の先端部をワークの表面に略密接に当接保持させた状態で、該処理用電極及びワーク間の通電による処理用電極自体の自己抵抗発熱と処理用電極の先端部及びワーク間の界面での接触抵抗発熱との双方によりワークの電極当接表面部をその融点以上に局所的に加熱することにより、該電極当接表面部に対して再溶融処理、又はワークと該ワークとは互いに異なる材料との合金化処理を行うと共に、少なくとも通電停止に伴うワークの電極当接表面部の凝固が完了するまで処理用電極をワークに当接保持させておくようにしたことにより、簡単な方法で品質が優れた再溶融処理又は合金化処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る通電加熱処理装置を示す概略断面図である。
【図２】  シリンダヘッドの弁間部表面を示す平面図である。
【図３】  弁間部表面部の再溶融処理を行っている状態を示す図１相当図である。
【図４】  上側電極の他の実施形態を示す側面図である。
【図５】  シリンダヘッドの弁間部を突出形成した場合を示す図１相当図である。
【図６】  上側電極の下端部を円錐状とした場合を示す図１相当図である。
【図７】  上側電極下端面の凹溝を示す拡大断面図である。
【図８】  上側電極下端面の凹陥部を示す拡大断面図である。
【図９】  第１のワークに第２のワークを溶着する場合を示す図１相当図である。
【図１０】  合金化処理を行う場合を示す図１相当図である。
【図１１】  合金化処理後の状態を示す図１相当図である。
【図１２】  中間電極を設けた場合を示す図１相当図である。
【図１３】  上側電極先端面の規制部を示すシリンダヘッド弁間部の平面図である。
【図１４】  図１３のXIV−XIV線断面図である。
【図１５】  タングステン製パイプにカーボン部材を圧入又は焼ばめすることにより複合化してなる上側電極を示す断面図である。
【図１６】  実施例における通電加熱処理装置を示す図１相当図である。
【図１７】  試験片を示す平面図である。
【図１８】  通電加熱処理後の試験片の両貫通孔間における表面からの距離と硬さとの関係を示すグラフである。
【図１９】  試験片の両貫通孔間における再溶融処理後の組織の状態を示す顕微鏡写真である。
【図２０】  上側電極当接表面部の表面に近い側を拡大して示す図１９相当写真である。
【図２１】  上側電極当接表面部の表面から遠い側を拡大して示す図１９相当写真である。
【図２２】  上側電極当接表面部をさらに拡大して示す図１９相当写真である。
【図２３】  試験片が鋳造欠陥を有する場合の図１９相当写真である。
【図２４】  局所合金化処理を行った場合における合金層近傍の組織の状態を示す顕微鏡写真である。
【図２５】  試験片及び円柱材間の界面部における処理後の組織の状態を示す顕微鏡写真である。
【図２６】  アルミニウム合金材において再溶融処理及び軟化処理の熱疲労寿命に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２７】  ピストン頂部の再溶融処理を行っている状態を示す断面図である。
【図２８】  上側電極及び中間電極の詳細寸法を示す断面図である。
【図２９】  加圧面圧と再溶融処理深さとの関係を示すグラフである。
【図３０】  加圧面圧と通電電圧との関係を示すグラフである。
【図３１】  加圧面圧とワークへの入熱量との関係を示すグラフである。
【図３２】  電流値とワークへの入熱量との関係をグラフである。
【図３３】  入熱量の測定において中間電極を用いない場合の上側電極を示す断面図である。
【図３４】  中間電極を用いた場合と用いない場合とにおいてワークへの入熱量を示すグラフである。
【図３５】  従来のアークによる再溶融処理方法を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ  通電加熱処理装置
１  上側電極（通電加熱処理用電極）
１ｃ  規制部
１ｄ  カーボン部材
１ｅ  タングステン製パイプ
２  下側電極（受け治具）
３  本体電極
４  中間電極
１０  シリンダヘッド（ワーク）
１０ｂ  弁間部の表面部（電極当接表面部）
１０ｃ  貫通孔
１２，１５  第１のワーク
１３，１６  第２のワーク
１７  合金層
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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