JP2000237864A

JP2000237864A - 鋳巣の穴埋め方法

Info

Publication number: JP2000237864A
Application number: JP4144099A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Mori; 和彦森; Kouta Kodama; 幸多児玉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウムまたはアルミニウム合金からな
る鋳物の鋳巣を簡単かつ確実に穴埋めできるようにす
る。【解決手段】鋳物１上にその鋳巣２を塞ぐように埋込
材３を載せ、超音波溶接機５の振動ヘッド９を埋込材３
に接触させると共に、押圧手段１０により振動ヘッド９
を埋込材３に押えて、これに超音波振動エネルギーを加
え、埋込材３を鋳巣２内に塑性流動させると同時に、埋
込材３を鋳物１の基材に固相接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳物に生じた鋳巣
を穴埋めするための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳巣を穴埋めする方法としては、
密閉容器内に鋳物を収納した後、密閉容器内を真空引き
し、しかる後、密閉容器内に含浸液（溶融樹脂）を注入
して鋳巣内に含浸液を浸透させてそのまま凝固させる方
法が多く採用されていた。しかし、この方法によれば、
密閉容器、真空引き手段、含浸液の注入手段等の大掛か
りな設備が必要になることに加え、後処理（洗浄）を含
めて多くの工数が必要で、コスト負担が大きいという問
題があった。

【０００３】そこで、特開昭６１−１３１８２８号公報
に記載の方法では、鋳物の微小連通孔の一方を吸引しつ
つ、その他方から含浸液を浸透させてそのまま凝固させ
るようにしている。この方法によれば、大掛かりな密閉
容器、真空引き手段、含浸液の注入手段等が不要にな
り、コスト的に有利となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の方法によれば、孔が連通していることが前提
となるため、途中で止まりとなる穴（鋳巣）を対象とし
ては成立せず、その適用範囲が著しく制限される、とい
う問題があった。

【０００５】なお、鋳巣を穴埋めする方法としては、上
記以外にも、例えば、ＭＩＧやＴＩＧ溶接を利用して肉
盛りする方法、あるいはろう材をろう付け（はんだ付
け）する方法などがあるが、前者の方法では、鋳物基材
の溶融領域が広いため、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金（以下、アルミ系材料という）の鋳物を対象とし
た場合に、固溶していたガスや細かくトラップしていた
ガスが噴出して、却って多くの穴が発生し、一方、後者
の方法では、汎用の鉛−錫はんだを用いると、アルミ系
材料との濡れ性が悪いため、接合が困難で、鋳巣の穴埋
めへのこれらの方法の適用は、実質断念せざるを得ない
状況にあった。また、最近、アルミ系材料との濡れ性に
優れたろう材として、日本アルミット社から「アルミ用
はんだ−アルミット」なるものが市販されているが、20
0 ℃という高温の余熱が必要であることに加え、施工時
に鋳巣の周りにろう材をこすり付けて濡れ性を高めると
いう面倒な作業が必要で、施工性に劣るものとなってい
る。また、このろう材（錫系）は硬さが低いため、後に
ショットブラストを施すような場合に簡単に削り取られ
てしまい、適用範囲に制限を受けるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記した問題点を解決すること
を課題としてなされたもので、その目的とするところ
は、連通しているか否かにかかわらず鋳巣を簡単かつ確
実に穴埋めできる方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、鋳物の上面に鋳巣の開口を塞ぐように埋
込材を載せた後、該埋込材に超音波溶接機の振動ヘッド
を押付け、該埋込材を前記鋳巣内に塑性流動させながら
該鋳巣の開口部に超音波接合するようにしたことを特徴
とする。このように超音波振動エネルギーを利用するこ
とで、埋込材が鋳巣内に塑性流動すると同時に鋳物基材
に対して固相接合され、したがって、鋳巣が連通してい
るか否かにかかわらずその穴埋めを行うことができる。
しかも、アルミ系材料からなる鋳物を対象としても、ガ
スの噴出しや濡れ性を心配する必要はなく、その上、同
じアルミ系材料を埋込材として用いることで、後の表面
処理に対する抵抗性も高まる。

【０００８】本発明において、上記超音波接合に際して
は、対象とする鋳物や埋込材の材種あるいは鋳巣の大き
さに応じて適宜の条件を選択するが、鋳物および埋込材
としてアルミ系材料を用いる場合は、超音波周波数20〜
30 kHz、押付け荷重1960〜9800 kPa（10〜100 kgf/cm
² ）の条件で超音波接合を行うのが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１０】図１は、本発明の一つの実施の形態を示し
たものである。同図において、１は鋳巣２を有する鋳
物、３は前記鋳巣２に穴埋めすべき埋込材、４は鋳物１
を位置決め載置するテーブル、５は埋込材３を鋳物１の
鋳巣２内に塑性流動させながら該鋳巣２の開口部に超音
波接合する超音波溶接機である。鋳物１および埋込材３
は、ここではアルミ系材料（アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金）からなっており、その埋込材３は、ワイヤ
を切断した切断片として提供されている。この埋込材３
は、鋳巣２の開口を塞ぐに足る十分な直径と長さとを有
するものとし、一例として、その直径は鋳巣２の穴径ｄ
の1.05〜1.3 倍に、その長さは前記穴径ｄの 1.3〜1.7
倍に設定される。

【００１１】上記超音波溶接機５は、超音波振動を発生
する振動子６と、この振動子６で発生した超音波振動を
増幅するブースタ７と、このブースタ７から超音波振動
を受けるホーン８と、このホーン８の先端の振動ヘッド
９を上記鋳物１上の埋込材３に押付ける押圧手段１０と
からなっており、その全体が、図示を略す移動手段に支
持されている。なお、本実施の形態においては、振動子
６、ブースタ７、ホーン８等の振動部が横置きとなって
おり、埋込材３には振動ヘッド９から水平方向の振動が
付加されるようになっている。

【００１２】鋳巣２の穴埋めに際しては、予め鋳物１の
表面を目視、カラーチェック、探傷機による探傷等の適
宜の方法を利用して検査し、鋳巣２を検出してその大き
さ、位置等を特定する。次に、この鋳物１をテーブル４
上に位置決め載置し、続いて、この鋳物１の鋳巣２の上
に埋込材３を載せる。その後、テーブル４および／また
は超音波溶接機５を移動させて、鋳巣２上の埋込材３と
超音波溶接機５の振動ヘッド９とを整合させ、続いて押
圧手段１０により振動ヘッド９を所定の荷重、例えば19
60〜9800kPa （10〜100 kgf/cm² ）で埋込材３に押付け
る。そして、この状態のもと、超音波溶接機５の振動子
６を作動させ、前記振動ヘッド９に所定の周波数、例え
ば20〜30 kHzの超音波振動を加える。すると、埋込材３
は超音波振動による振動エネルギーを受けて発熱し、図
２に示すように、次第に圧縮変形して前記鋳巣２内に塑
性流動し、これと同時に埋込材３と鋳物１の基材との間
に固相接合が起こり、鋳巣２は変形後の埋込材３′によ
って閉塞される。この時、変形前の埋込材３として、鋳
巣２の開口を塞ぐに足る十分な大きさのものを用いてい
るので、変形後の埋込材３′の最大径Ｄは、鋳巣２の開
口を横断する十分な大きさ（Ｄ＞1.2 ｄ）となり、鋳巣
２の開口は変形後の埋込材３′によって完全に閉塞され
る。

【００１３】なお、上記実施の形態においては、超音波
溶接機５の振動部（ブースタ７、ホーン８等）を横置き
として振動ヘッド９を水平方向へ振動させるようにした
が、これに代え、振動部を縦置きとして鉛直方向で振動
ヘッド９を振動させるようにしても良いことはもちろん
である。また、穴埋め対象とする鋳物１は、上記したア
ルミ系材料に限定するものではなく、超音波接合可能な
種々の材料、例えばマグシウム鋳物も対象とすることが
できる。

【００１４】

【実施例】実施例１Ａｌ−１２％Ｓi 展伸材（基材）に人工的に１mm径で４
mm深さの穴を形成し、この穴を前出図１に示した鋳巣２
に見立てて、前出図１に示した態様で穴埋めを行った。
この場合、埋込材３として、Ａ5052アルミニウムワイヤ
から切断した直径1.2mm 、長さ1.5mm の大きさのものを
用い、また、超音波溶接機５の振動ヘッド９に加える超
音波振動を周波数20kHz 、振幅100 μｍに設定し、さら
に、押圧手段１０による押付け荷重を4900 kPa（50kgf/
cm² ）に設定した。この結果、変形後の埋込材の最大径
Ｄ（図２）は約1.8mm となり、図２に示したように鋳巣
（穴）１の開口を埋込材によって完全に閉塞することが
できた。そして、この穴埋め後、図２のＡ部に相当する
部分すなわち埋込材と基材との接合部分を顕微鏡試験に
供し、内部組織を観察した。

【００１５】図３は、上記した顕微鏡試験の結果を示し
たもので、埋込材と基材との境界部は金属組織的に不明
瞭となっており、両者の間で固相接合（拡散接合）が進
行したことが明らかである。すなわち、埋込材と基材と
は完全に接合した状態となっており、本発明の方法がア
ルミニウム鋳物の鋳巣の埋込みに、極めて有用であるこ
とが確認できた。因みに、このようにして穴埋めを行っ
た試験体にショットブラストを施したところ、埋込材が
削り取られることはなく、また、埋込材を機械加工によ
り切削し基材表面のレベルまで仕上げても、埋込材が脱
落することもなく、鋳巣の閉塞状態が安定的に維持され
ることが確認できた。

【００１６】実施例２Ａｌ−１２％Ｓi 展伸材（基材）に人工的に３mm径で６
mm深さの穴を形成し、この穴を前出図１に示した鋳巣２
に見立てて、前出図１に示した態様で穴埋めを行った。
この場合、埋込材３として、Ａ5052アルミニウムワイヤ
から切断した直径3.2mm 、長さ3.5mm の大きさのものを
用い、また、超音波溶接機５の振動ヘッド９に加える超
音波振動を周波数20kHz 、振幅100 μｍに設定し、さら
に、押圧手段１０による押付け荷重を7350 kPa（75kgf/
cm² ）に設定した。この結果、変形後の埋込材３′の最
大径Ｄ（図２）は約4.0mm となり、図２に示したように
鋳巣（穴）１の開口は変形後の埋込材３′によって完全
に閉塞された状態となった。そして、この穴埋め後、図
２のＡ部に相当する部分すなわち埋込材３と基材との接
合部分を顕微鏡試験に供し、内部組織を観察した。

【００１７】図４は、上記した顕微鏡試験の結果を示し
たもので、埋込材と基材との境界部は金属組織的に不明
瞭となっており、両者の間で固相接合（拡散接合）が進
行したことが明らかである。すなわち、埋込材と基材と
は完全に接合された状態となっており、本発明の方法が
アルミニウム鋳物の鋳巣の埋込みに、極めて有用である
ことが確認できた。因みに、このようにして穴埋めを行
った試験体にショットブラストを施したところ、埋込材
が削り取られることはなく、また、埋込材を機械加工に
より切削し基材表面のレベルまで仕上げても、埋込材が
脱落することもなく、鋳巣の閉塞状態が安定的に維持さ
れることが確認できた。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る鋳
巣の穴埋め方法によれば、超音波振動エネルギーの利用
によって埋込材が鋳巣内に塑性流動すると同時に鋳物基
材に固相接合されるので、鋳巣が連通しているか否かに
かかわらずその穴埋めを簡単かつ確実に行うことができ
る。しかも、アルミニウムまたはアルミニウム合金から
なる鋳物を対象としてもガスの噴出しや濡れ性を心配す
る必要がなく、その上、同じアルミニウム系材料を埋込
材として用いることで、後の表面処理に対する抵抗性も
向上し、その利用価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の一つの実施の形態を示す模式図
である。

【図２】本発明の方法による穴埋め後の状態を示す断面
図である。

【図３】本発明の第１実施例による埋込材と基材との接
合部の金属組織を、倍率を変えて示す顕微鏡写真であ
る。

【図４】本発明の第１実施例による埋込材と基材との接
合部の金属組織を、倍率を変えて示す顕微鏡写真であ
る。

【符号の説明】

１鋳物２鋳巣３埋込材３′ 変形後の埋込材５超音波溶接機９振動ヘッド１０押圧手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳物の上面に鋳巣の開口を塞ぐように埋
込材を載せた後、該埋込材に超音波溶接機の振動ヘッド
を押付け、該埋込材を前記鋳巣内に塑性流動させながら
該鋳巣の開口部に超音波接合することを特徴とする鋳巣
の穴埋め方法。
【請求項２】鋳物および埋込材が、アルミニウムまた
はアルミニウム合金からなる、請求項１に記載の鋳巣の
穴埋め方法。
【請求項３】超音波周波数20〜30 kHz、押付け荷重19
60〜9800kPa （10〜100 kgf/cm² ）の条件で超音波接合
を行うことを特徴とする請求項２に記載の鋳巣の穴埋め
方法。