(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドにアース電極を接触させ、シリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面にティグアークを印加してこの燃焼室形成面を再溶融するに際して、シリンダヘッドの側面の複数箇所にアース電極をそれぞれボルト止めにより接続して、燃焼室形成面にティグアークを印加することを特徴とするシリンダヘッドのティグ溶接方法。
【請求項２】
シリンダヘッドにアース電極を接触させ、シリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面にティグアークを印加してこの燃焼室形成面を再溶融するに際して、燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドを上向きのアース電極に載置して、シリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面の複数箇所に上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませた状態で接続して、燃焼室形成面にティグアークを印加することを特徴とするシリンダヘッドのティグ溶接方法。
【請求項３】
燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面のうちの、シリンダヘッドの互いに対向する一対の側壁における各表面の全長にわたって上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませた請求項２に記載のシリンダヘッドのティグ溶接方法。
【請求項４】
上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませたシリンダヘッドの一対の側壁を、シリンダの配列方向の両端に位置して互いに対向する一対の側壁とした請求項３に記載のシリンダヘッドのティグ溶接方法。
【請求項５】
上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませたシリンダヘッドの一対の側壁の長さよりもアース電極の全長を長くした請求項３又は４に記載のシリンダヘッドのティグ溶接方法。
【請求項６】
アース電極が突起部を有している請求項２〜５のいずれか一つの項に記載のシリンダヘッドのティグ溶接方法。
【請求項７】
シリンダヘッドに食い込み可能とした上向きのアース電極を上面に配置しかつこの上向きのアース電極を介して燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドを載置するテーブルと、このテーブルを昇降させる駆動手段と、テーブルの上方に位置してテーブルとともに上昇するシリンダヘッドと当接してシリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面の複数箇所に上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませるストッパを備えていることを特徴とするティグ溶接用治具。
【請求項８】
ストッパが、シリンダヘッドに設けた位置決め部と当接して位置決めを行う位置決め機能を有している請求項７に記載のティグ溶接用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面の熱疲労強度を高めるために燃焼室形成面の表面層を再溶融する際に用いられるシリンダヘッドのティグ溶接方法およびティグ溶接用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのシリンダヘッド、とくにディーゼルエンジンのシリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面は極めて高温に晒されることから、燃焼室形成面の弁間部の熱疲労強度を高めるために、燃焼室形成面の母材を再溶融した後、急冷凝固させて表面層を改質するといった処理が施されている。
【０００３】
燃焼室形成面の母材の再溶融には通常ティグ溶接が用いられ、従来において、ティグ溶接によってシリンダヘッドの燃焼室形成面の母材を再溶融するに際しては、図６（ａ）に示すように、燃焼室形成面５２に印加するアークの進行方向の延長線上における燃焼室形成面５２の裏側（燃焼室とは反対側に位置する表面）にアース電極５５を取り付けて行うようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来におけるシリンダヘッドのティグ溶接方法において、シリンダヘッド５１の表側は、図６（ｂ）に示すように、吸排気ポートやウオータジャケットやプラグ取り付け部などが位置していて複雑な空洞構造をなしているのに加えて、シリンダヘッド５１の表面には、多数の凹凸があると共に酸化被膜が生じる都合上、アークｔがこの空洞部分を流れる溶接電流ｂによって生じる入り乱れた磁界の影響を受けて溶接の狙い位置が安定しない場合があるうえ、アース電極５５の接触状態にばらつきが生じることで導電性が安定しない場合があり、いずれの場合も、再溶融処理による溶け込み深さが大きくばらついてしまう可能性があるという問題を有していた。
【０００５】
また、溶接の狙い位置の安定化および導電性の安定化を図るために、アークの方向制御を行う磁力装置や磁気攪拌制御装置などの補機類を溶接トーチに取り付けたり、シリンダヘッドの表面に切削加工を施して多数の凹凸および酸化被膜を除去したりする策を講じた場合には、設備コストおよび作業コストが増加する分だけ、シリンダヘッドの原価が上昇してしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、シリンダヘッドの原価の上昇を招くことなく、再溶融処理による溶け込み深さの安定化を実現することが可能であるシリンダヘッドのティグ溶接方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法は、シリンダヘッドにアース電極を接触させ、シリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面にティグアークを印加してこの燃焼室形成面を再溶融するに際して、シリンダヘッドの側面の複数箇所にアース電極をそれぞれボルト止めにより接続して、燃焼室形成面にティグアークを印加する構成としており、このようなシリンダヘッドのティグ溶接方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
この場合、アース電極を接続するシリンダヘッドの側面には、燃焼室形成面および燃焼室とは反対側に位置する表面の二つの面を除く面、すなわち、燃焼室形成面および表面以外の四つの面のいずれをも含むものとする。
【００１０】
本発明の請求項２に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法は、シリンダヘッドにアース電極を接触させ、シリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面にティグアークを印加してこの燃焼室形成面を再溶融するに際して、燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドを上向きのアース電極に載置して、シリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面の複数箇所に上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませた状態で接続して、燃焼室形成面にティグアークを印加する構成としており、このようなシリンダヘッドのティグ溶接方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
本発明の請求項３に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法は、燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面のうちの、シリンダヘッドの互いに対向する一対の側壁における各表面の全長にわたって上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませた構成とし、本発明の請求項４に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法は、上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませたシリンダヘッドの一対の側壁を、シリンダの配列方向の両端に位置して互いに対向する一対の側壁とした構成とし、本発明の請求項５に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法は、上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませたシリンダヘッドの一対の側壁の長さよりもアース電極の全長を長くした構成とし、本発明の請求項６に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法は、アース電極が突起部を有している構成としている。
【００１２】
一方、本発明の請求項７に係わるシリンダヘッドのティグ溶接用治具は、シリンダヘッドに食い込み可能とした上向きのアース電極を上面に配置しかつこの上向きのアース電極を介して燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドを載置するテーブルと、このテーブルを昇降させる駆動手段と、テーブルの上方に位置してテーブルとともに上昇するシリンダヘッドと当接してシリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面の複数箇所に上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませるストッパを備えている構成とし、本発明の請求項８に係わるシリンダヘッドのティグ溶接用治具は、ストッパが、シリンダヘッドに設けた位置決め部と当接して位置決めを行う位置決め機能を有している構成としており、このようなシリンダヘッドのティグ溶接用治具の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法では、シリンダヘッドの側面の複数箇所にアース電極をそれぞれ接続しているので、溶接電流は、シリンダヘッドの表側の吸排気ポートやウオータジャケットやプラグ取り付け部などが位置する空洞部分ではなく、シリンダヘッドの表面付近に沿って流れるようになる。この際、シリンダヘッドの側面に対して、アース電極をボルト止めにより接続しているので、シリンダヘッドに対するアース電極の接続が確実になされることとなる。
【００１４】
つまり、溶接電流が流れる際に発生する磁界の方向の変化が少なくなって、アークの方向に対する影響が減ることとなり、その結果、溶接の狙い位置が安定して、再溶融処理による溶け込み深さが大きくばらつくことが阻止されることとなる。
【００１５】
また、溶接の狙い位置を安定させるために、アークの方向制御を行う磁力装置や磁気攪拌制御装置などの補機類を溶接トーチに取り付ける必要がないので、設備コストの上昇が抑えられることとなる。
【００１６】
本発明の請求項２〜５に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法では、燃焼室形成面を上にしたシリンダヘッドを上向きのアース電極に載置することで、シリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面の複数箇所に上向きのアース電極を下方からそれぞれ食い込ませるようにして接続しているので、シリンダヘッドの表面の多数の凹凸や酸化被膜に影響を受けることがなくなり、したがって、シリンダヘッドに対するアース電極の接続が簡単かつ確実になされて安定した導電性が得られることとなり、この際、シリンダヘッドの表面から多数の凹凸および酸化被膜を除去する必要がないので、その分だけ作業コストの低減が図られることとなる。
【００１７】
本発明の請求項６に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法では、シリンダヘッドの表面に対してアース電極を簡単に食い込ませ得ることとなる。
【００１８】
一方、本発明の請求項７，８に係わるシリンダヘッドのティグ溶接用治具では、上記した構成としていることから、シリンダヘッドに対するアース電極の接続を簡単かつ確実に行い得ることとなり、再溶融処理に係わる作業時間の短縮が図られることとなる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法では、上記した構成としたから、設備コストの上昇を抑えたうえで、溶接の狙い位置を安定させて再溶融処理による溶け込み深さの安定化を実現することが可能であるのに加えて、シリンダヘッドに対するアース電極の接続をより一層確実に行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２０】
本発明の請求項２〜５に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法では、上記した構成としているので、作業コストの低減を実現しつつ、安定した導電性を得ることができ、その結果、再溶融処理による溶け込み深さの安定化を実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明の請求項６に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法では、上記した構成としているので、シリンダヘッドの表面に対してアース電極を簡単に食い込ませることができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２３】
一方、本発明の請求項７，８に係わるシリンダヘッドのティグ溶接用治具では、上記した構成としていることから、シリンダヘッドに対してアース電極を簡単かつ確実に接続することができ、再溶融処理に係わる作業時間の短縮を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図３は本発明の一実施例に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法によってシリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面を再溶融する状況を示している。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、このシリンダヘッド１は、鋳造完了状態にあるディーゼルエンジン用のアルミニウム製４気筒シリンダヘッド（JIS H 5202 AC2A ）であって、その燃焼室側に位置する燃焼室形成面２を上にして図示しない治具上に固定されており、右側面３の２箇所および左側面４の２箇所の合計４箇所には、各々の一端側を互いに束ねて図外の溶接機に接続させたアース電極５がボルト６によってそれぞれ接続してある。
【００２７】
そして、このシリンダヘッド１の燃焼室形成面２を再溶融するに際しては、図１（ｂ）に示すように、溶接トーチ７を燃焼室形成面２の弁間部８に沿って動かしてティグアークＴを印加する。
【００２８】
このとき、図１（ｃ）に示すように、溶接電流ａは、シリンダヘッド１の表側（図示下側）の吸排気ポートやウオータジャケットやプラグ取り付け部などが位置する空洞部分ではなく、シリンダヘッド１の表面９の付近に沿って流れるようになるので、溶接電流ａが流れる際に発生する磁界の方向の変化が少なくなって、アークＴの方向に対する影響が減ることとなり、その結果、溶接の狙い位置が安定して、再溶融処理による溶け込み深さが大きくばらつくことが回避されることとなる。
【００２９】
また、溶接の狙い位置を安定させるために、アークＴの方向制御を行う磁力装置や磁気攪拌制御装置などの補機類を溶接トーチ７に取り付ける必要がないので、設備コストの上昇が抑えられることとなる。
【００３０】
さらに、この実施例では、シリンダヘッド１の右側面３の２箇所および左側面４の２箇所の合計４箇所にアース電極５をボルト６により接続しているので、シリンダヘッド１に対するアース電極５の接続が確実になされることとなる。
【００３１】
そこで、溶接電流値２２０〜２４０Ａ，溶接速度０．０８〜０．１７ｍ／ｍｉｎ，スタンドオフ４ｍｍ，シールドガスＡｒ１００％の溶接条件で、上記シリンダヘッド１の燃焼室形成面２を再溶融して、図２に示す各測定ポイントＡ〜Ｒにおいて溶け込み深さ（ｍｍ）をそれぞれ測定したところ、図３（ａ）に示す結果を得た。
【００３２】
図３（ｂ）には、従来の溶接方法、すなわち、燃焼室形成面に印加するアークの進行方向の延長線上における燃焼室形成面の裏側にアース電極を取り付けて、上記と同じ溶接条件で燃焼室形成面を再溶融した場合の各測定ポイントＡ〜Ｒにおける溶け込み深さ（ｍｍ）を示している。
【００３３】
図３（ａ），（ｂ）のグラフから、本実施例に係わるティグ溶接方法では、従来のティグ溶接方法と比べて溶接の狙い位置が安定し、再溶融処理による溶け込み深さが安定化することが実証できた。
【００３４】
図４および図５は本発明の他の実施例に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法によってシリンダヘッドの燃焼室側に位置する燃焼室形成面を再溶融する状況を示している。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、このシリンダヘッド２１も、鋳造完了状態にあるディーゼルエンジン用のアルミニウム製４気筒シリンダヘッド（JIS H 5202 AC2A ）であり、その燃焼室側に位置する燃焼室形成面２２を上にしてティグ溶接用治具３０上に固定されている。
【００３６】
このティグ溶接用治具３０は、図４（ｂ），（ｃ）にも示すように、上方を向く突起部３１ａを具備してシリンダヘッド２１に食い込み可能とした上向きのアース電極３１を上面の両端部にそれぞれ配置しかつこれらのアース電極３１，３１を介して燃焼室形成面２２を上にしたシリンダヘッド２１を載置するテーブル３２と、このテーブル３２を昇降させる空圧シリンダ（駆動手段）３３と、テーブル３２の上方に位置してテーブル３２とともに上昇するシリンダヘッド２１の位置決め部２３と当接してシリンダヘッド２１の燃焼室とは反対側に位置する表面２９の２箇所にアース電極３１，３１を下方からそれぞれ食い込ませるストッパ３４を備えている。この際、上記表面２９のうちの、シリンダの配列方向の両端に位置して互いに対向する一対の側壁における各表面２９の全長にわたってアース電極３１，３１を下方からそれぞれ食い込ませるようにしており、この状態において、アース電極３１，３１の全長を一対の側壁の長さよりも長く設定することで、アース電極３１，３１の端部が、シリンダヘッド２１の両側（図４（ａ）左右側）突出するようにしてある。
【００３７】
そして、このシリンダヘッド２１の燃焼室形成面２２を再溶融するに際しては、上記した実施例と同様にして、溶接トーチを燃焼室形成面２２の弁間部に沿って動かしてティグアークを印加する。
【００３８】
このとき、シリンダヘッド２１の燃焼室とは反対側に位置する表面２９の２箇所に、すなわち、シリンダの配列方向の両端に位置して互いに対向する一対の側壁における各表面２９の全長にわたって、アース電極３１，３１の各突起部３１ａ，３１ａをそれぞれ食い込ませた状態で接続しているので、シリンダヘッド２１の表面の多数の凹凸や酸化被膜に影響を受けることがなくなり、したがって、シリンダヘッド２１に対するアース電極３１，３１の接続が確実になされて安定した導電性が得られることとなる。
【００３９】
つまり、シリンダヘッド２１の表面から多数の凹凸および酸化被膜を除去する必要がないので、その分だけ作業コストの低減が図られることとなり、加えて、このシリンダヘッドのティグ溶接方法では、アース電極３１が上方を向く突起部３１ａを有していることから、シリンダヘッド２１の表面２９に対してアース電極３１を簡単に食い込ませ得ることとなる。
【００４０】
また、上記したティグ溶接用治具３０では、突起部３１ａを有するアース電極３１を上面に配置したシリンダヘッド載置用のテーブル３２を空圧シリンダ３３で上昇させて、テーブル３２とともに上昇するシリンダヘッド２１の位置決め部２３をストッパ３４に当接させることで、シリンダヘッド２１の燃焼室とは反対側に位置する表面２９の２箇所にアース電極３１，３１の各突起部３１ａ，３１ａをそれぞれ食い込ませるようにしているので、シリンダヘッド２１に対するアース電極３１の接続を簡単かつ確実に行い得ることとなり、再溶融処理に係わる作業時間の短縮が図られることとなる。
【００４１】
そこで、溶接電流値２２０〜２４０Ａ，溶接速度０．０８〜０．１７ｍ／ｍｉｎ，スタンドオフ４ｍｍ，シールドガスＡｒ６７％−Ｈｅ３３％の溶接条件で、上記シリンダヘッド２１の燃焼室形成面２２を再溶融して、各測定ポイントＡ〜Ｒ（図２参照）において溶け込み深さ（ｍｍ）をそれぞれ測定したところ、図５（ａ）に示す結果を得た。
【００４２】
図５（ｂ）には、多数の凹凸および酸化被膜を除去したシリンダヘッド２１の表面に従来と同様にしてアース電極を取り付けて、上記と同じ溶接条件で燃焼室形成面を再溶融した場合の各測定ポイントＡ〜Ｒにおける溶け込み深さ（ｍｍ）を示しており、一方、図５（ｃ）には、従来の溶接方法、すなわち、燃焼室形成面に印加するアークの進行方向の延長線上における表面にアース電極を取り付けて、上記と同じ溶接条件で燃焼室形成面を再溶融した場合の各測定ポイントＡ〜Ｒにおける溶け込み深さ（ｍｍ）を示している。
【００４３】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のグラフから、本実施例に係わるティグ溶接方法においても、シリンダヘッド２１の表面の多数の凹凸および酸化被膜を除去した場合とほとんど同様に、従来のティグ溶接方法と比べて導電性が安定したものとなり、再溶融処理による溶け込み深さが安定化することが実証できた。
【００４４】
本発明に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法およびティグ溶接用治具の詳細な構成は上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法の一実施例を示すシリンダヘッドの側面にアース電極を接続した状態の斜視説明図（ａ），溶接トーチによりティグアークを印加している状態の部分斜視説明図（ｂ）および同断面説明図（ｃ）である。
【図２】図１のティグアークの印加によって再溶融処理がなされた燃焼室形成面の弁間部における溶け込み深さを測るポイントを示す部分平面説明図である。
【図３】図１のティグアークの印加によって再溶融処理がなされた弁間部の各測定ポイントでの溶け込み深さを示すグラフ（ａ）および従来の溶接方法により再溶融処理がなされた弁間部の各測定ポイントでの溶け込み深さを示すグラフ（ｂ）である。
【図４】本発明に係わるシリンダヘッドのティグ溶接方法の他の実施例に用いるティグ溶接用治具、すなわち、本発明の一実施例に係わるティグ溶接用治具を示す全体斜視説明図（ａ），側面説明図（ｂ）およびアース電極の拡大斜視説明図（ｃ）である。
【図５】図４のティグ溶接用治具を用いて再溶融処理がなされた弁間部の各測定ポイントでの溶け込み深さを示すグラフ（ａ），多数の凹凸および酸化被膜を除去したシリンダヘッドの表面にアース電極を取り付けて再溶融処理がなされた弁間部の各測定ポイントでの溶け込み深さを示すグラフ（ｂ）および従来の溶接方法により再溶融処理がなされた弁間部の各測定ポイントでの溶け込み深さを示すグラフ（ｃ）である。
【図６】従来におけるシリンダヘッドのティグ溶接方法を示すシリンダヘッドの表面にアース電極を接触させた状態の斜視説明図（ａ）および溶接トーチによりティグアークを印加している状態の断面説明図（ｂ）である。
【符号の説明】
１，２１  シリンダヘッド
２，２２  燃焼室形成面
３  右側面
４  左側面
５，３１  アース電極
６  ボルト
２９  シリンダヘッドの燃焼室とは反対側に位置する表面
３０  ティグ溶接用治具
３１ａ  アース電極の突起部
３２  テーブル
３３  空圧シリンダ（駆動手段）
３４  ストッパ
Ｔ  ティグアーク
【図１】
0003849750.tif 000002
【図２】
0003849750.tif 000003
【図３】
0003849750.tif 000004
【図４】
0003849750.tif 000005
【図５】
0003849750.tif 000006
【図６】
0003849750.tif 000007