JPS5840650B2 - ロ−タリピストンエンジンのサイドハウジング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロークリピストン−エンジンのサイドハウジ
ング（多ロータ型式の場合のインターメディエイトハウ
ジングを含む）の改良に関するものである。

一般に、ロークリピストンエンジンにおいては、第１図
および第２図に示すとおり、サイドハウジング１，１は
ロータハウジング２を両側面から挟持してロータリピス
トンエンジンのハウジングを構成するものであり、この
ハウジング内部に形成された空隙３内をロータ４が遊星
回転運動するようになっているものである。

この際、サイドハウジング１とロータハウジング２およ
びロータ４とによって形成される空隙３ａがエンジンの
燃焼室となるものであり、サイドハウジング内面１ａは
燃焼室壁面を形成することになる。

このためサイドハウジング内面１ａは燃焼による高熱、
燃焼前後および燃焼中における各種侵食性ガス（ＨＣ。

Ｃ０９Ｃ０２，Ｈ２Ｏ，ＳＯ３，ＮＯ２，Ｈ２Ｓ等）に
さらされるため、優れた耐熱性、耐食性が要求されるば
かりでなく、ロータ４に出没自在に嵌挿されている各種
シール類、例えばオイルシール５、サイドシール６、ア
ペックスシール７の端面およびコーナーシール８等の硬
質シール類と高速で摺動する摺動部材でもあるため耐摩
耗性や潤滑性をも同時ｔこ要求されるものである。

また、製造上の必要性から鋳造性や機械加工性もよいも
のであることが必要である。

従来のサイドハウジング摺動面は鋳鉄の鋳造品を単ｆこ
機械加工したものが実用化されており、また機械加工後
内表面に高周波焼入れしたり、溶射処理を施したものが
提案されている。

これらはいずれも鋳鉄製であるため鋳造成形は容易であ
るが、機械加工のみ施したものにおいては耐摩耗性や耐
食性が不十分であり、各種シール類との間で相互に摩耗
し気密性を損なうに至り、オイル消費の増加やガス洩れ
等の不具合を発生したり、長期不使用時には錆が発生す
ることがある等の種々の問題点があった。

高周波焼入れしたものおよび溶射処理したものにおいて
も耐食性の不足は避けられず、加工上も問題点があった
。

本発明はこのような問題点を解決すべく種々研究の結果
達成したものであって、前記したところのサイドハウジ
ングに要求される種々多様の特性を同時に満足させるこ
とができたものである。

以下、本発明の実施例を図面Ｅこ沿って説明する。

第３図に示すように、ロータリピストンエンジンのサイ
ドハウジング１は、鉄系材からなる基材９表面に軟窒化
処理によって形成されたＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物層１０を
層厚１．０μ以上有し、かつ該化合物層１０の外面にフ
ッ素樹脂被膜１１が７〜３０μ形威されてなるものであ
り、ロータ４その他の構造は従来公知の構造が採用され
、第１図と同一構造には同一符号を付して説明を省略し
ている。

上記化合物層１０を形成する軟窒化処理法としては、ガ
ス軟窒化法とタフトライド法があり、ガス軟窒化処理法
は周知のとおり、浸炭性変性ガス（Ｒｘガス）とアンモ
ニア−ガスからなる雰囲気下で５００〜５９００Ｃで１
〜６時間処理する方法であり、タフトライド法は周知の
とおり、ＫＣＮ＋ＫＣＮＯまたはＮａＣＮ＋ＮａＣＮ０
を主剤とし、これに促進剤としてＢ ａ Ｃ０３やＮａ
２ＣＯ３を加えてなる塩浴中に５００〜５９０℃で１〜
６時間浸漬して処理するものであり、この軟窒化処理に
より高硬度のＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物層１０を表面に得る
。

この化合物層１０の層厚については摩耗に対する耐久性
および耐食性の面から最低１μは必要である。

また、軟窒化処理による化合物層１０の形成は、サイド
ハウジング１全面に施すことが好ましいが、必ずしも全
面に形成しなくてもよく、例えば摺動面となる内周面の
み、またはロータハウジング２との接合面を含むハウジ
ング側面、さらには冷却水路内表面にも施すことが考え
られる。

尚、本発明においてＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物層１０とは軟
窒化処理によって形成される化合物層１０を意味し、雰
囲気ガス中または鉄系材中に幾分他の元素例えば酸素、
クロム、アルミニウム等を混入することによって、化合
物層中にこれらの元素が入ってきても本発明の目的の範
囲内で許容できるものである。

一方、フッ素樹脂被膜１１は、四フッ化エチレン樹脂、
四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂、四
フッ化エチレンーパーフルオロアルコキシエチレン共重
合樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレン
ーエチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂等のフッ素
樹脂を用い、このフッ素樹脂の微粉体を熱硬化性の樹脂
、例えばポリイミド樹脂等に分散せしめてなるものを希
釈剤（ノルマルメチル２ピロリドン等）に溶かして液状
としたものをスプレーや刷毛により前記サイドハウジン
グ１の軟窒化処理による化合物層１０の表面に塗布し、
１５０〜３００℃で焼付けることにより７〜３０μの厚
さに形成されたものである。

このフッ素樹脂被膜１１のコーティングにより、軟窒化
処理により粗面化（最大２０〜３０μ）している基材９
表面の凹凸にフッ素樹脂が埋まり込み、表面を平滑化し
ている。

又、上記フッ素樹脂被膜１１を塗布形成する個所は上記
軟窒化処理による化合物層１０を施したところ全部であ
る必要は必ずしもないが、少なくともオイルシール５と
の摺動面ないし各種シール類との摺動面に対しては施さ
れている必要がある。

このフッ素樹脂被膜１１の厚さは、７μより薄いと化合
物層１０表面の平滑化が不足し、該化合物層１０の突出
部がオイルシール５等の摺接（こより容易に破壊し、こ
の粉体が研磨粉となって摩耗を促進する不具合が発生す
るものであり、３０μより厚くすることは効果上利点が
なく、コスト的にも無駄であり、前記の範囲内で形成す
るものである。

尚、本発明サイドハウジング１は、ガス軟窒化やタフト
ライド等の軟窒化処理によってＦｅ−ＣＮ系化合物層１
０を形成させるためには鉄系材である必要があり、鋳鉄
や鋼により形成されている。

具体的には、ＦＣＨ−１、ＦＣＨ−２、ＦＣＤ４５、Ｆ
ＣＤ５５（以上鋳鉄）、ＳＡＣＭＩ、５ＣＲ４，５５５
Ｃ（以上鋼）、マンガンクロム鋼鋳鋼品の２〜４種、ク
ロムモリブデン鋼鋳鋼品の１および３種等が好ましいも
のである。

これらの材料のうち、特に鋼により形成する場合には、
サイドハウジング１全体を鋼で製造するには困難があり
、実質的には摺動楠に相当する部分のみを鋼板で製作し
、これを鋳鉄で鋳ぐるむようにするものである。

次に、前記化合物層１０を形成する軟窒化処理の具体例
を示す。

Ａ ガス軟窒化処理（処理条件） 処理ガス組１ｉ：Ｒｘガス ・・・・・・５０容量多処
理温度 ： ５７０°Ｃ 処理時間 ： ４時間 Ｂ タフトライド処理 塩浴組成 ： ＫＣＮＯ・・・・・・４３重量饅Ｎ
ａ （Ｆｅ（ＣＮ）ａ ） ・・・・・・０．１重量φ ＫＣＮ ・・・・・・残部 処理温度 ： ５７０°Ｃ 処理時間 ： ３時間 上記のような本発明サイドハウジング１により得られる
各種特性について述べる。

まず、耐摩耗性、潤滑性については、サイドハウジング
１はオイルシール５、サイドシール６、アペックスシー
ル７およびコーナーシール８と高温高速で摺動した時に
サイドハウジング自身が摩耗しなく、かつ傷つかないこ
とと合わせて相手シール材をも摩耗させないものでなけ
ればならない。

周知の通りガス軟窒化法やタフトライド法等のような軟
窒化法によって形成される化合物層１０はＦｅ−Ｃ−Ｎ
系化合物であり高硬度であるが、反面表面粗さが最大２
０〜３０μと非常に凹凸に富んでおり、これをそのまま
サイドハウジング１として使用した場合には、後述の試
験結果に示す如く、エンジンのアイドリング運転を長時
間持続した場合にオイルシール５の先端部のリップ５ａ
を著しく摩耗せしめるとともに、他のガスシール類（サ
イドシール等）も異常摩耗を生起し、オイルシール性お
よびガスシール性が低下し、オイル消費を増大したりガ
ス洩れが発生する欠点がある。

これは、低速回転時ｌこ凹凸面が削られ、かつ削られた
化合物粒子が摺動面内に保持され砥粒の働きをすること
によるものとみられる。

この問題点に対し、軟窒化表面の化合物層１０をホーニ
ング法やラッピング法により研摩し表面粗さを所定値以
下にするように表面仕上げを行うことによって解決でき
るが、長時間の軟窒化処理によっても形成される化合物
層１０は極めて薄いものであり、この化合物層１０を更
に研摩してしまうことは、研摩時間とも合せて処理時間
を非常に無駄にするものであり、しかも表面仕上げ（こ
よる粗さコントロールと耐摩耐久性の向上において貴重
でかつ極めて薄い化合物層１０をできるだけ残存させる
ことは困難であるし、研摩作業性の難点とともにコスト
アップとなるものである。

しかるに１本発明によるサイドハウジング１においては
、軟窒化処理後に表面仕上げを行わないで粗面のまま、
フッ素樹脂被膜１１をその表面に７〜３０μ程度の均一
厚さになるように焼付はコーティングするものであり、
第４図に示すように、軟窒化処理後の粗面の凹凸に対し
てフッ素樹脂１１が充填するように被、膜されるもので
あって、化合物層１０の粗面を平滑化するとともに、こ
のフッ素樹脂被膜１１が有する低摩擦特性により、サイ
ドハウジング１表面とオイルシール５等との摺動におけ
る摩耗緩和と抵抗軽減を図り、使用初期においても粗面
突出部の摩耗（破壊）が少なく、摩耗粉の発生も少なく
、オイルシール５のリップ部５ａの摩耗を増加させるこ
とがなく、しかも他のガスシール類の早期のなじみ改善
を行うことができるものであって、かえって上記化合物
層１０が粗面となっていることがフッ素樹脂被膜１１の
密着強度向上に役立つものである。

次に、耐食性については、サイドハウジング１内表面は
燃焼室壁面を構成すると同時に、オイルシール５、サイ
ドシール６、アペックスシール７およびコーナーシール
８という多種のシール材が種々雑多な軌跡をもって摺動
する部品である。

そのため燃焼カス中にある各種の侵食性ガスや燃焼熱に
よってわずかでも腐食すると、その腐食面をシール類が
摺動するため錆等はたちまち削り落とされると同時にシ
ール側も摩耗する。

この腐食現象と削り落とし現象が持続すると腐食量ない
し摩耗量は急激に増大しエンジンの機能や性能に著しい
悪影響をおよぼす。

これらの各種腐食現象に対し、軟窒化した後フッ素樹脂
被膜１１を形成した本発明サイドハウジング１の表面は
、特にフッ素樹脂被膜１１の化学的安定により優れた耐
食性を有し、前記した各種の腐食を防止できるものであ
る。

その効果は運転時や非運転時のサイドハウジング１内表
面の防錆だけでなく、フレッティングコロ−ジョンや電
蝕の防止にも効果があり、さらにサイドハウジング１全
表面を軟窒化処理しフッ素樹脂をコーティングしたもの
においてはハウジング内に形成されている冷却水路内表
面やハウジング外面の防錆にもなり、従来サイドハウジ
ングに施されていた防錆のための黒塗り塗装は不必要に
なる。

ここで、本発明サイドハウジングと従来のサイドハウジ
ングとの摩耗試験の結果を示す。

試験方法としては、第５図に示すように、サイドハウジ
ングに相当するテストピース１２をモータ１３により回
転駆動し、このテストピース１２の表面にホルダー１４
に装着したオイルシールのピース１５を押圧し、このオ
イルシールのピース１５の摩耗を測定するものである。

上記オイルシールのピース１５は、第６図に示すように
、鋳鉄（高燐、高硼素）による基材１５ａの一側面（リ
ップ側）にクロムメッキ１５ｂが施され、先端傾斜角α
が２度に設けられたものを使用し、ハウジングのテスト
ピース１２に対し、摺動速度を５．２ｍ／Ｓ押圧力を５
．５ ｋｙとし、無潤滑状態で摺動せしめ、オイルシー
ルのピース１５のリップ摩耗幅ｌを測定したものである
。

尚、オイルシールのピース１５の厚さは３．３ ｍｍで
、長さは１０關である。

上記試験方法による結果を第７図に示す。

尚、サイドハウジングのテストピース１２としては、表
面に軟窒化処理を施したままのもの（破線で示す・・・
Ｉ）、軟窒化処理後に表面研摩したもの（鎖線で示す・
・・■）、軟窒化処理後にフッ素樹脂をコーティングし
たもの（実線で示す・・・■）であり、実線■が本発明
サイドハウジングに該当するものである。

この結果から明らかなように、本発明のものは、軟窒化
処理をしたままのものに比べて格段にリップの摩耗が少
なく、表面研摩を施したものとほぼ同等の摩耗低減効果
を有している。

以上説明したように、本発明サイドハウジングによれは
、軟窒化処理によって形成されたＦｅ−ＣＮ系化合物層
の表面に更にフッ素樹脂被膜を形成したために、軟窒化
処理後の表面仕上げ研摩を不要とし、軟窒化処理時間の
短縮化を図ることができ、全体の処理能率を著しく向上
できる。

しかも、化合物層の耐摩耗性、耐食性に加えてフッ素樹
脂被膜の低摩擦特性、化学的安定性とにより、相乗的に
非常に優れた耐摩耐食性を有するものである。

又、サイドハウジング表面は各シール材に対して徐々に
摩耗してなじみを進行′させ、早期のなじみ性が得られ
、使用初期から良好なオイルシール性、ガスシール性を
得ることができ、排気ガス処理も安定する効果を有する
。

更に、フッ素樹脂被膜は優れた耐摩耗性、耐熱性を有し
、長期間の使用に耐え得るものであり、上記効果を長期
的に持続でき、ロータリピストンエンジンのサイドハウ
ジングに要求される種々多様な特性を充分に満足させる
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータリピストンエンジンの要部断面正面図、
第２図は同要部断面側面図、第３図は本発明の一実施例
を示すサイドハウジングおよびロータの要部断面図、第
４図は処理後のサイドハウジングの表面状態を模写する
拡大断面図、第５図ないし第７図は摩耗試験を示し、第
５図は試１験装置の概略斜視図、第６図は要部説明図、
第７図は試験結果を示す曲線図である。 １・・・・・・サイドハウジング、２・・・・・・ロー
タハウジング、３・・・・・・空隙、４・・・・・・ロ
ータ、５・・・・−・オイルシール、６・・・・・・サ
イドシール、７・・・・・・アペックスシール、８・・
・・・・コーナーシール、９・・・・・・基材、１０・
・・・・・化合物層、１１・・・・・・フッ素樹脂被膜
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロータハウジングとサイドハウジングとによって形
   成された空隙内をロータが遊星回転運動するようになっ
   ているロータリピストンエンジンのサイドハウジングに
   おいて、鉄系材からなる基材表面に軟窒化処理によって
   形成されたＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物層を層厚１．０μ以上
   有し、かつ該化合物層の外面にフッ素樹脂被膜を７〜３
   ０μ形威してなることを特徴とするロータリピストンエ
   ンジンのサイドハウジング。