JPH01113503A - アペックスシールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ロータリピストンエンジンのアペックスシ
ールの製造方法に関する。

［従来の技術］ 周知のように、ロータリピストンエンジンにおいて、隣
接する各作動室間のシールを行うアペックスシールは、
高圧の燃焼ガス、慣性力及びスプリング力によりロータ
ハウジングの内周面に強く押圧された状態で該ロータハ
ウジングの内周面上を高速度で摺動する。従って、上記
アペックスシールには、耐熱性及び耐熱衝撃性が要求さ
れるとともに、その摺動部表面について高い耐摩耗性が
必要とされる。

従来では、母材に鋳鉄を用い、摺動部の最表面を、電子
ビーム法あるいはレーザビーム法などで再溶融デル化さ
けることにより硬度を高めて耐摩耗性を向上させたアペ
ックスシールが一般に良く知られている。

しかしながら、上記のように摺動部の表面を再溶融チル
化さけたアペックスシールでは、最表面部がデル組織で
あるので高温下では組織が軟化して硬度が低下する。従
って、上記従来のアベックスシールでは、より高温下で
の安定した特性が要求されるより高回転、高出力のロー
クリピストンエンジンに使用した場合、耐摩耗性が不足
するという問題かある。

この問題に対しては、鋳鉄基村上に、高温下で安定した
耐摩耗性を有する材料を被覆することが考えられ、例え
ば、特開昭６２−４５９０１号公報では、被覆材料を、
短時間で厚く基材上に被覆することができ、被覆層への
基材成分の拡散、溶込みを抑制することができるプラズ
マ粉体肉盛法により、高温下での耐摩耗性及び耐熱衝撃
性に秀れた材料番肉盛りするようにしたアペックスシー
ルの製造方法が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点コ ところが、上記肉盛材料では、高温下での安定した耐摩
耗特性を得ることができるものの、一般に靭性が劣るた
め、ロークリピストンエンジンのアペックスシールに対
して適用した場合には、作動室の側壁部を形成するハウ
ジング（例えばサイドハウジング）の側面部に当接する
端部に欠損が生じやすいという問題があった。

［発明の目的コ この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、ロータハウジングの内周面との摺接部の耐摩耗性を
維持するとともに端部の靭性を向上さけることができる
アペックスシールの製造方法を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ このため、この発明は、ロータハウジングの内周面と摺
接する摺接部が粉体肉盛法により肉盛りされた硬化層で
形成されたアペックスシールの製造方法において、 粉体肉盛用プラズマアークに粉末材料を供給する粉体肉
盛装置の粉体供給部に、耐摩耗性が高い粉末材料を供給
する第一の粉体供給手段と、比較的靭性が高い粉末材料
を供給する第二の粉体供給手段とを設け、上記プラズマ
アークに対して、アペックスシールの端部及び端部近傍
では上記比較的靭性が高い粉末材料を供給する一方、上
記端部及び端部近傍以外の部位では上記耐摩耗性が高い
粉末材料を供給して肉盛を行うようにしたものである。

［発明の効果］ この発明によれば、アペックスシールのロータハウジン
グ内周面との摺接部を、粉体肉盛法を用いて硬化層によ
り形成するに際して、作動室の側壁部に当接するアペッ
クスシールの端部及び端部近傍に対して比較的靭性が高
い材料を肉盛する一方、上記端部及び端部近傍以外の部
位に対しては耐摩耗性が高い材料を肉盛するようにした
ので、ロータハウジングの内周面に摺接するアペックス
シールの摺接部の耐摩耗性を維持するとともに、作動室
の側壁部に当接するアペックスシールの端部の欠損を防
止することができる。

［実施例コ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第７図に示すように、本実施例に係るアペックスシール
Ｉは、メインピース２とサイドピース３とで構成される
２分割タイプのものであり、ロータ４の外周部の頂部に
設けられたシール１ｆｆ４ａに装着され、弓形のスプリ
ング７によりロータハウジング５の内周面５ａ側に付勢
されている。

上記アペックスシール１のメインピース２は、ロータハ
ウジング５の内周面５ａに摺接する摺接部２ａを有する
とともに、サイドピース３と組合わされる端部２ｂは鋭
角状に斜めに切断されており、その先端のシャープエツ
ジ部２ｃは、ロータ４の回転などにより振動が発生した
場合に、サイドハウジング６の側面部６ａに当接するよ
うになっている。

上記メインピース２は、鋳鉄製の基材２ｄ上に、プラズ
マ粉体肉盛層により高い耐熱性及び耐摩耗性を有する合
金を肉盛りして肉盛層を形成し、その後、歪取り焼鈍を
施して機械加工を行なう一連の工程によって製造され、
上記肉盛層が摺接部２ａとして使用される。

上記プラズマ粉体肉盛法は、肉盛層を形成すべき基材と
トーチ（プラズマ電極）との間にプラズマアークを発生
させるとともに、両者間に所定のイ■成を有する合金粉
末を供給して上記基材上に溶着させるものであり、上記
合金粉末は不活性ガスによりトーチを介して溶着部分に
圧送される。このプラズマ粉体肉盛法によれば、肉盛層
を形成する合金が粉末状であるため溶融能率が高く、ま
た、アークが拘束されているので、エネルギー密度が高
いアークを溶融金属池の一部に集中させることができる
ので、上記溶融能率が高いことと相俟って溶込み深さを
小さくすることができる。

ところで、本実施例に係るアペックスシールのメインピ
ース２（以下、単にアペックスシール２という。゛）で
は、摺接部２ａを形成するに際して、シャープエツジ部
２ｃ及びその近傍では比較的靭性が高く、上記シャープ
エツジ部２ｃ及びその近傍以外の部位では耐摩耗性が高
い肉盛層を形成するようにしている。

以下、アペックスシール２の摺接部２ａの肉盛方法につ
いて説明する。

第２図に示すように、本実施例に係るアペックスシール
２の基材２ｄ、２ｄ、２ｄは、プラズマ粉体肉盛装置Ｉ
ｆ（以下、単に装置という。）の基台１２上に載置され
た銅又は調合金製の冷し金３１に、肉盛層を形成すべき
表面を上方に向けて保持されている。

上記基材２ｄ、２ｄ、２ｄの上方には、所定の間隔をあ
けてプラズマトーチ１３が配設され、該トーチ１３は、
装置本体部１４に固定されたスライドベース１４ａ上を
水平方向に自在に移動することができるスライド部材」
５に固定されている。また、上記装置本体部Ｉ４の上部
の両側方には、プラズマトーチ１３に粉末材料を供給す
るために第１ホツパ１６及び第２ホツパ１７がそれぞれ
設けられ、これらホッパ１６．１７の下方には、供給制
御部１８．１８がそれぞれ設けられている。

上記供給制御部１８は、第３図に詳しく示すように、外
周部に多数の溝部１９ａが形成されたホイールＩ９を備
え、該ホイール１９を回転さ什ることにより、ホッパの
出口部２１から流下するホッパ内の粉末材料を、ホイー
ル１９の溝部１９ａで受止め、この粉末材料を、ホイー
ル１９の回転に伴って供給制御部Ｉ８の出口部１８ａに
送り、粉末供給管２２を介してプラズマトーチ１３に供
給するものであり、ホイール１９を回転させることによ
り粉末材料をトーチＩ３に供給し、回転を停止させるこ
とにより供給を停止することができ、また、ホイールＩ
９の回転数を制御することにより供給量を制御すること
ができるようになっている。

本実施例では、上記第１ホツパ１６に耐摩耗性が高い粉
末材料を貯え、上記第２ホツパＩ７に比較的靭性が高い
粉末材料を貯えるようにしている。

そして、第１図に示すように、アペックスシール２の反
エツジ側端部２ｅからシャープエツジ部２ｃの近傍に至
るまでは、第１ホツパ１６の粉末材料のみをプラズマト
ーチ１３に供給して耐摩耗性が高い肉盛層Ａを基材２ｄ
上に形成し、上記シャープエツジ部２ｃの近傍及びシャ
ープエツジ部２ｃに対しては、第２ホツパＩ７の粉末材
料のみをプラズマトーチ１３に供給して比較的靭性が高
い肉盛層Ｂを形成することができる。

また、本実施例では、第２図に示すように、冷し金３１
上に複数本数、例えば３本の基材２ｄを直列に並べて肉
盛を行なうようにしている。そして、第４図に詳しく示
すように、各基材２ｄの間には、銅または調合金製のス
ペーサ３２が介設されている。

これは、従来、スペーサ３２が無い場合に、肉盛時に各
基材の端部が溶けて、第８図に示すように３本の基材２
ｄ’　、２ｄ′、２ｄ’が１体につながって、第８図に
おいて破線で示すように変形量が大きくなることを防止
するとと乙に、肉盛作業終了後の基材２ｄ、２ｄ、２ｄ
の切離しを容易にするためである。

すなわち、上記スペーサ３２．３２は、熱伝導率の高い
銅又は調合金製であるので、肉盛時に、同じく銅又は銅
合金で形成された冷し金３１の冷却作用により溶けるこ
とがないので、３本の基材２ｄ、２ｄ、２ｄが１本につ
ながることはない。

以上のような製造方法により製造した２種類の本発明実
施例と、従来の製造方法で製造した３種類の比較例とに
ついて、シャープエツジ部の欠損及び耐摩耗性を比較す
るテストを行なった。

以下、このテストについて説明する。

（１）　　試験片 試験片として、第５図に示す形状及び寸法を有するアペ
ックスシールを作成した。

第１表に示すように、本発明実施１例Ｉは、第１ホツパ
Ｉ６に貯えられろ７０ｍｍの長さの中央部の肉盛材料と
して、第２表に示す化学組織を宣するトリバロイ（デュ
ポン社の登録商標）Ｔ４００を用い、第２ホツパ１７に
貯えられる１０ｍｍの長さの端部の肉盛材料として鋳鉄
を用いたものである。

本発明実施例２は、中央部の肉盛材料として、第３表に
示す化学組成を有するタングステン−カーバイト系合金
（ＷＣ系合金）を用い、端部の肉盛材料として、第４表
に示す化学組成を有する合金鋳鉄を用いたものである。

上記トリバロイＴ４００及びＷＣ系合金は、いずれも、
高い耐熱性及び耐摩耗性を有する合金であり、一方、上
記鋳鉄及び合金鋳鉄は、上記トリバロイＴ４００やＷＣ
系合金に比較して、靭性が第２表 第３表 第４表 秀れている。

また、比較例１及び比較例２は、中央部及び端部も同一
肉盛材料で肉盛りを行ったものであり、肉盛材料として
、比較例１は上記トリバロイＴ４００を用い、比較例２
は上記合金鋳鉄を用いたものである。比較例３は、肉盛
法ではなく、アシュキュラー鋳鉄製の試験片の表面部を
電子ビーム法により再溶融さけた後に急冷し、チル化さ
せろことにより硬化させたものである。

（２）端部欠はテスト 端部欠はテストは、第６ａ図及び第６ｂ図に示すように
、炭化けい素で形成されたテスト容器３６の中に試験片
３５を収納し、上記テスト容器３６を、図において矢印
で示す方向に、毎秒２０回の割合で往復運動させ、２分
間毎に試験片３５を取り出して該試験片３５の端部３５
ａの欠けを目視によりヂエックし、端部欠けが発生する
までの時間を測定することにより行った。

（３）摩耗量テスト 摩耗量テストは、試験片の中央部を切断して一定幅に切
取ったしのを用いて、良く知られているスライダー式摩
耗試験機によって行った。

テスト条件は以下に示す通りであった。

・潤滑条件：　ドライ ・相手材：　硬質クロムメツキ、 （硬度：　ビッカース硬度１０００〜夏・荷重：　　４
　、５　ｋｇ／ｃｍ２ ・回転速度：　　５ｍ／ｓｅｃ。

・テスト時間：　２０分 （４）テスト結果 上記端部欠はテスト及び摩耗量テストのテスト結果は、
第１表の第１欄及び第■欄にそれぞれ示す通りであった
。

上記テスト結果かられかるように、比較例！では摩耗量
は少ないものの端部欠けは早期に発生し、比較例２では
端部欠はテストでは基準を満たすものの摩耗量が多い。

また、比較例３では端部欠はテスト及び摩耗量テストの
両方について不十分である。

これに対して、本発明実施例１及び２では、いずれも、
端部欠はテスト及び摩耗量テストの両方について許容基
準を満足しており、本発明方法の効果を確認することが
できた。

以上、説明したように、本実施例によれば、アペックス
シール２のロータハウジング５の内周面５ａとの摺接部
２ａを、粉体肉盛法を用いて硬化層により形成するに際
して、サイドハウジング６の側面部６ａに当接するアペ
ックスシール２のシャープエツジ部２ｃ及びその近傍に
対して比較的靭性が高い材料を肉盛する一方、シャープ
エツジ部２ｃ及びその近傍以外の部位に対しては耐摩耗
性が高い材料を肉盛するようにしたので、ロータハウジ
ング５の内周面５ａに摺接するアペックスシール２の摺
接部２ａの耐摩耗性を維持するとと乙に、サイドハウジ
ング６の側面部６ａに当接するアペックスシール２のシ
ャープエツジ部２ｃの欠損を防止することができるので
ある。

また、本実施例によれば、アペックスシール２の基材２
ｄを複数個直列に並べて肉盛を行なう場合に、各基材２
ｄ間に熱伝導率の高い銅または調合金製のスペーサ３２
を介設するようにしたので、肉盛時に、従来のように、
各アペックスシールの基材の端部が溶けて１体につなが
るこを防止することができろ。この結果、肉盛による上
記基材２ｄ、・・・、２ｄの変形を抑制することができ
るとと乙に、肉盛作業終了後の各基材２ｄの切離しを容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るアペックスシールの縦断
面図、第２図は本発明の実施例に係るプラズマ粉体肉盛
装置の概略正面図、第３図は第２図に示した装置の供給
制御部を拡大して示した断面説明図、第４図は本発明の
実施例に係るスペーサの配置を説明するためのアペック
スシール基材及び冷し金の正面図、第５図は試験片の正
面図、第６ａ図は端部欠はテスト装置の平面図、第６ｂ
図は第６ａ図を“Ｘ“−“Ｘ”線で切断して示した端部
欠はテスト装置の縦断面図、第７図はアペックスシール
の組付状態を説明するためのロークリピストンエンジン
のロータ頂部の拡大断面図、第８図は従来例に係るアペ
ックスシール基材と冷し金の正面図である。 ２・・・アペックスシールのメインピース、２ａ・・・
摺接部、２ｃ・・・シャープエツジ部、訃・・ロータハ
ウジング、５ａ・・・ロータハウジング内周面、１１・
・・プラズマ粉体肉盛装置、１３・・・プラズマトーチ
、１６・・・第１ホツパ、１７・・・第２ホツパ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロータハウジングの内周面と摺接する摺接部が粉
   体肉盛法により肉盛りされた硬化層で形成されたアペッ
   クスシールの製造方法において、粉体肉盛用プラズマト
   ーチに粉末材料を供給する粉体肉盛装置の粉体供給部に
   、耐摩耗性が高い粉末材料を供給する第一の粉体供給手
   段と、比較的靭性が高い粉末材料を供給する第二の粉体
   供給手段とを設け、上記プラズマトーチに対して、アペ
   ックスシールの端部及び端部近傍では上記靭性が高い粉
   体材料を供給する一方、上記端部及び端部近傍以外の部
   位では上記耐摩耗性が高い粉末材料を供給して肉盛を行
   なうことを特徴とするアペックスシールの製造方法。