(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド素材の被再溶融処理部表面に対応する鋳型面に塗布される塗型剤の粒径を、前記シリンダヘッド素材の被再溶融処理部周辺面に対応する鋳型面に塗布される塗型剤の粒径より小さく設定した鋳型を用いて前記シリンダヘッド素材を鋳造し、このシリンダヘッド素材の前記被再溶融処理部の表面層を高密度エネルギーの照射で再溶融することを特徴とするシリンダヘッドの再溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋳造されたアルミニウム製のエンジン用シリンダヘッド素材の吸排気孔間等の局部的表面層を高密度エネルギーの照射で再溶融処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高出力ディーゼルエンジンの軽量化を目的として使用されているアルミニウム製シリンダヘッドを通常の方法で鋳造した場合、吸気孔や排気孔、副燃焼室孔等の熱負荷の高い孔相互間が熱疲労で亀裂発生する可能性が高くなる。かかる熱疲労による亀裂発生を防止する方法として、鋳造されたアルミニウム製シリンダヘッド素材の孔間等の必要部分の表面層を高密度エネルギーの印加で再溶融させ、その後、急冷凝固させて耐熱亀裂性を高める再溶融処理方法が知られている。この再溶融処理方法は、特開平２−１５８６６号公報や特開平５−３４０２９７号公報等に開示されている。
【０００３】
また、アルミニウム製シリンダヘッド素材を局部的に加熱溶融させてから急冷凝固させると、シリンダヘッド素材に歪みが生じることが経験的に知られている。シリンダヘッド素材に歪みが生じた場合、シリンダヘッド素材表面を切削加工して平面仕上げするときに、再溶融処理時に発生したビード跡が残存して、再溶融処理した部所の耐熱亀裂性が劣化することがある。
【０００４】
そこで、シリンダヘッド素材の再溶融処理される部所である被再溶融処理部を余肉構造にして、平面切削加工後にビード跡が残存しないようにすることが一部で実施されている。この被再溶融処理部の余肉構造は、シリンダヘッド素材を鋳造する鋳型を入れ子構造にして、鋳造の段階で形成される。
【０００５】
また、アルミニウム製シリンダヘッド素材を鋳型で鋳造する際、アルミニウム素材の冷却速度の調整等を目的として鋳型面に黒鉛系等の塗型剤を塗布している。この塗型剤は一種の断熱剤で、鋳造直後のシリンダヘッド素材の鋳型に接する表面の冷却速度を緩和して、シリンダヘッド素材内部にピンホールが発生し難いようにする。
【０００６】
図５に鋳造されたアルミニウム製のシリンダヘッド素材１の一例を示すと、このシリンダヘッド素材１には接近させて吸気孔２と排気孔３と副燃焼室孔４が形成され、これら孔相互間の狭い部分が被再溶融処理部５となる。被再溶融処理部５は、例えば図５の矢印方向に高密度エネルギーが移動しながら照射されて再溶融処理される。高密度エネルギーは、ＴＩＧアークやレーザービーム、電子ビーム、プラズマアーク等で、通常はＴＩＧアークが使用される。
【０００７】
被再溶融処理部５は、例えば図６に示すような余肉構造で、被再溶融処理部５の表面である余肉面ａと被再溶融処理部５の周辺面ｃは平行な平面であり、余肉面ａと周辺面ｃの間の段差面ｂの余肉面ａとのなす勾配角αは概ね４５゜から９０゜の型抜き角である。また、被再溶融処理部５は、図７に示すようなシリンダヘッド素材１を鋳造する鋳型８に挿入した入れ子型９で余肉量調節可能に形成される。また、シリンダヘッド素材１を鋳造する際に、鋳型８と入れ子型９の内面全体に塗型剤１０が塗布される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッド素材１の鋳造の段階で使用される塗型剤１０に、粒径の大きな（約５０μｍ）ものを使用すると、シリンダヘッド素材１の鋳造直後の冷却速度の緩和に効果大であり、ピンホール発生が抑制されるが、シリンダヘッド素材１の鋳肌面の面粗さが大きくなる。このような面粗さの大きな鋳肌面が被再溶融処理部５に生じると、高密度エネルギー照射による再溶融ビードの凹凸が大きくなり、平面切削加工後にビード跡が残存して耐熱亀裂性が劣化する。この耐熱亀裂性劣化の対策として、次の（Ａ）〜（Ｃ）の対策を取ることが考えられているが、いずれも後述の問題があった。
【０００９】
（Ａ）、鋳肌面の面粗さが大きな被再溶融処理部５を再溶融処理する前に、平面切削加工を追加して、被再溶融処理部５の鋳肌面の面粗さを小さく修正する。このようにすれば、再溶融処理後の平面切削時にビード跡が生じず、耐熱亀裂性が劣化する心配が無い。しかし、再溶融処理前の平面切削加工工程の追加で、シリンダヘッドの製作コストが高くなる不具合が発生する。
【００１０】
（Ｂ）、シリンダヘッド素材１の切削加工時の素材取代を、平面切削加工でビード跡が残存しないように十分大きく設定しておく。この場合、シリンダヘッド素材１の鋳肌面の面粗さが大きくても、ビード跡による耐熱亀裂性の劣化は防止できる。しかし、被再溶融処理部５の耐熱亀裂性を確保するためには、被再溶融処理部５を十分な深さで再溶融処理する必要があるが、切削加工時の素材取代を大きくした分、再溶融処理層深さが必要な深さより浅くなり、この深さ不足から耐熱亀裂性が悪くなる可能性が高くなる。更に、切削加工時の素材取代を大きくした分、シリンダヘッド素材１の素材費が高くなる。
【００１１】
（Ｃ）、塗型剤１０に粒径の小さな希釈倍率の高いものを使用して、シリンダヘッド素材１の鋳肌面の面粗さを小さくする。このようにすると、被再溶融処理部５を高密度エネルギー照射で再溶融したときの再溶融ビードの凹凸が小さくなり、平面切削加工後にビード跡が残存しなくなる。ところが、粒径の小さな塗型剤１０を使用してシリンダヘッド素材１を鋳造すると、鋳造直後の冷却速度が速くなって、素材内部にピンホールが発生する確率が高くなり、製品の不良率が高くなる。
【００１２】
本発明の目的とするところは、シリンダヘッド素材に特別な平面切削加工工程を追加する必要無く安価にシリンダヘッドが製作できるようにしたシリンダヘッドの再溶融処理方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダヘッド素材の被再溶融処理部表面に対応する鋳型面に塗布される塗型剤の粒径を、シリンダヘッド素材の被再溶融処理部周辺面に対応する鋳型面に塗布される塗型剤の粒径より小さく設定した鋳型を用いてシリンダヘッド素材を鋳造し、このシリンダヘッド素材の被再溶融処理部の表面層を高密度エネルギーの照射で再溶融することを特徴とする。
【００１４】
【作用】
シリンダヘッド素材を鋳造する鋳型の、シリンダヘッド素材の被再溶融処理部表面に対応する鋳型面に塗布される塗型剤の粒径を、シリンダヘッド素材の被再溶融処理部周辺面に対応する鋳型面に塗布される塗型剤の粒径より小さく設定したことにより、鋳造後の被再溶融処理部の鋳肌面の面粗さが小さくなり、再溶融処理時のビードの凹凸を小さくして平面切削加工後のビード跡を軽減することが容易になる。また、被再溶融処理部に対応する塗型剤の粒径を小さくすると、鋳造時に被再溶融処理部にピンホールが発生し易くなるが、ここでのピンホールは被再溶融処理部の平面切削加工時に切削されて除去されるので問題無い。更に、シリンダヘッド素材の被再溶融処理部以外の表面の面粗さは大きくなるが、この表面は再溶融処理されないので問題無い。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明方法の具体的一実施例について図１乃至図４を参照して説明する。尚、図１に示すシリンダヘッド素材１は、図５と同様なアルミニウム製シリンダヘッドを製造するもので、図５乃至図７を含む全図を通じ同一、又は、相当部分には同一符号を付して説明の重複を避ける。
【００１６】
図１のシリンダヘッド素材１の鋳造は、図４に示すような鋳型８、入れ子型９を使って行われる。本発明においては、シリンダヘッド素材１の鋳造時に粒径の大小異なる２種類の塗型剤１０ｍ、１０ｎを用意して次のように使い分ける。
【００１７】
例えば２０μｍ程度の粒径の小さい塗型剤１０ｍを被再溶融処理部５の表面に対応する入れ子型９の内面に塗布し、５０μｍ程度の粒径の大きい塗型剤１０ｎをシリンダヘッド素材１の被再溶融処理部５以外の表面に対応する鋳型８の内面に塗布して、シリンダヘッド素材１を鋳造する。
【００１８】
粒径の小さい塗型剤１０ｍの作用で被再溶融処理部５の表面の余肉面ａと段差面ｂは冷却速度が速くなってピンホールが発生し易くなるが、鋳肌面の面粗さが３０Ｚ程度まで小さくなり、再溶融時のビード凹凸が小さくなる。そのため、被再溶融処理部５を平面切削加工したときのビート跡が減少し、ビート欠陥不良率が低くなる。また、被再溶融処理部５でピンホールが発生しても、これは平面切削加工で除去されるので問題無い。
【００１９】
また、シリンダヘッド素材１の被再溶融処理部５以外の周辺面ｃは、粒径の大きな塗型剤１０ｎの作用で鋳肌面の面粗さが８０Ｚ程度まで大きくなるが、ここは再溶融処理されないので、ビード発生等の問題は無い。更に、周辺面ｃは、粒径の大きな塗型剤１０ｎの作用で鋳造直後の冷却速度が緩和されて、ピンホールの発生率が低減され、シリンダヘッドの品質を高いものにする。
【００２０】
次に、図１のシリンダヘッド素材１にＪＩＳ  ＡＳ２Ｂ相当材を使用した場合の実験データを表１に示し、これを説明する。
【表１】
0003790195.tif 000002
表１の従来品▲２▼と▲３▼は、面粗さが大きくて、ピンホール不良率が低いが、ビード欠陥不良率が高く、特に従来品▲３▼は処理電流（図３の再溶融処理時の電流）を小さくした分、再溶融深さが要求値に達しない。これに対して表１の本発明品▲１▼は、塗型剤を選択使用することで被再溶融処理部の面粗さが従来の半分以下となり、ビード欠陥不良率が０．５％と大幅に減少した。このことは、２種類の塗型剤の粒径を２０〜５０Ｚの範囲で選択することで達成されることが実験により実証された。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の再溶融処理方法によれば、鋳造後のシリンダヘッド素材の被再溶融処理部の鋳肌面粗さが小さくなり、再溶融処理時のビードの凹凸を小さくして平面切削加工後のビード跡を軽減させ、被再溶融処理部の耐熱亀裂性を確保することが容易になる。また、被再溶融処理部の耐熱亀裂性改善が塗型剤の粒径選択で可能となるので、特別な平面切削加工工程を追加する必要が無くなり、安価にシリンダヘッドが製作できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によるシリンダヘッド素材の部分平面図。
【図２】図１Ａ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図３】図２の被再溶融処理部の再溶融時の断面図。
【図４】図１のシリンダヘッド素材を鋳造する鋳型の部分断面図。
【図５】再溶融処理されるシリンダヘッド素材の部分平面図。
【図６】図５Ｂ−Ｂ線に沿う拡大断面図。
【図７】図５のシリンダヘッド素材を鋳造する鋳型の部分断面図。
【符号の説明】
１    シリンダヘッド素材
５    被再溶融処理部
１０ｍ  粒径の小さい塗型剤
１０ｎ  粒径の大きい塗型剤
ａ    余肉面
ｂ    段差面
α    段差面勾配角
【図１】
0003790195.tif 000003
【図２】
0003790195.tif 000004
【図３】
0003790195.tif 000005
【図４】
0003790195.tif 000006
【図５】
0003790195.tif 000007
【図６】
0003790195.tif 000008
【図７】
0003790195.tif 000009