JPS5924241B2 - ロ−タリピストンエンジンにおけるサイドハウジングとサイドシ−ルの組み合せ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はロータリピストンエンジン、特にサイドハウ
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）とサイドシールの組合せに係るもので
ある。

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はローダハウジング２を両側面から挾持してロータリ
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、サイトノ飄ウジング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る。

ロータ４の側部に出没自在に嵌装されているサイドシー
ル５はサイドハウジング１にその側部摺動面を接しなが
ら回転するものである。

このサイドシールはエンジンの機構上の理由から、サイ
ドハウジングの短軸部付近でサイドハウジングの略同一
点ないし同一線上を切るように摺動し、その結果第３図
に示すようにサイドハウジングの短軸部（特に燃焼室側
）に溝状の段付摩耗イを生じる欠点があり、またオイル
シール６の軌跡と重複する部分においてスカツフイング
コと呼ばれる引っ掻き摩耗を生じる欠点のあるものであ
る。

サイドハウジングについて 従来のサイドハウジング摺動面は鋳鉄の鋳造品を単に機
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。

しかし寿から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、サイドシール等の各種シー
ル類との間で相互に摩耗し気密性を損なうに至り、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種の問題点があった。

高周波焼入れしたものにおいても耐食性の不足は避けら
れず、溶射処理したものにおいては溶射層が多孔質であ
るため内部酸化や腐食が進行しやすく、また表面が粗大
であるため各種シール材を摩耗しやすい問題点があった
。

サイドシールについて 従来サイドシールは鉄−炭素系の焼結合金や高硼素高燐
鋳鉄で成形した後研磨仕上したものであり、特別外表面
処理は施さ々いで使用されているこのサイドシールと前
記サイドハウジングとの相性は悪いものでは々いが、幾
分炭化物を含有しているとはいえ鉄系金属の素地同志の
摺動でありその耐摩耗性は十分とはいえ々かった。

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
ングとサイドシールの双方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。

ス女わち本発明は、ロータリピストンエンジンにおいて
、サイドハウジングが鋳鉄製でその素材表面に軟窒化処
理によって形成したＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物層を有し、該
化合物層が１．０μ以上の層厚を有しプラト一部の表面
粗さが０．３〜１５μ、穴部の深さが１〜３００μで、
かつ化合物層における穴部の面積率が５〜５０チとなっ
ているものであり、一方サイドシールが硬度Ｈｖ １５
０〜８００で炭化物を析出しない鋼材製であることを特
徴とするものである。

つぎに、サイドハウジングおよびサイドシールに要求さ
れる各種特性について述べる。

耐摩耗性、潤滑性について サイドハウジングとサイドシールは高温高速で摺動した
時にサイドハウジングが摩耗しなく、かつ傷つか々いこ
とと合わせてサイドシールも摩耗しないものでなければ
ならない。

本発明者等は種々実験の結果、サイドハウジング内面に
軟窒化処理によるＦｅ −Ｃ−Ｎ系化合物層を形成して
この内面を特定条件下におき、一方サイドシールを硬度
Ｈｖ １５０〜８００の鋼材製とすることにより、サイ
ドシールの高さ摩耗を抑制しながら、サイドハウジング
摺動面の段付摩耗を大巾に減少させることができること
を見い出した。

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はＦｅ −Ｃ−Ｎ系
化合物であり高硬度であり、かつ表面形状が非常に凹凸
に富んでいる。

本発明はこの軟窒化処理をサイドハウジング表面に施し
てＦｅ −Ｃ−Ｎ系化合物層を形成せしめる。

こうして得られたサイドハウジング表面は高硬度である
ため相手の鋼材製シールにより摩耗させられることが々
く、かつ非金属であるためシールの金属ｍ動面と焼き付
くことがなく、かつ豊富な凹凸によって潤滑性を付与し
て相互の摩耗を著しく減少するようにしたものである。

特に、サイドハウジング表面の化合物層表面の粗さを、
摺動する両者間に潤滑性を十分付与する程度に調整して
おくと好ましい結果が得られるものである。

このような要求から表面粗さは０．３〜１５μの範囲内
にあることが必要であることを見い出した。

これは０．３μ未満では十分な潤滑性が得られず、逆に
１５μを超えると耐摩耗性に悪影響を及ぼすからである
。

より好ましくは０．５〜７、０μの範囲である。

また化合物層の層厚については摩耗に対する耐久性およ
び後述する耐食性の面から最低１μは必要である。

耐食性について サイドハウジング内表面は燃焼室壁面を構成すると同時
に、サイドシール等多種のシール材が種種雑多々軌跡を
もって摺動する部品である。

そのため燃焼ガ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
しサイドハウジングとシール材双方の摩耗量は急激に増
大しエンジンの機能や性能に著しい悪影響をおよぼす。

つぎに、サイドハウジングに使用する鋳鉄素材について
述べる。

ガス軟窒化やタフトライド等の軟窒化処理によってＦｅ
−Ｃ−Ｎ系化合物層を形成せしめるには鋳鉄素材であ
る必要があり、具体的には、ＦＣＨ−１，ＦＣＨ−２，
ＦＣＤ−４５゜ＦＣＤ−５５等が好ましい。

このうち、特に片状黒鉛鋳鉄は次の理由により好ましい
と考えられる。

すなわち、この材料である場合には、被処理材表面の墨
鉛には軟窒化処理による化合物層が強固に密着できず、
黒鉛自体も脱炭現象を生じて脆くなり、かつ熱膨張と収
縮により鋳鉄母材と黒鉛とが遊離し易くなり、後記する
表面研磨加工を施した場合黒鉛表面に形成されている化
合物層の一部ないし多くが破損脱落し、その部分に大き
々穴が形成されることになる。

このようにして形成された穴は摺動面における油の補給
基地と々り潤滑性を向上せしめることになるのである。

この穴部の深さおたび数は鋳鉄中における黒鉛の量と形
態、およびガス軟窒化処理と表面研磨処理の条件や程度
によって決定されるものと考えられ一部には決っていな
いが、略穴の深さは化合物層の最小層厚である１μ強か
ら３００μ、穴の数は面積率にして５〜５０係の範囲内
にあることが必要である。

この範囲は各種の鋳鉄をガス軟窒化処理の条件を可能々
範囲で変化させ、かつ各種の表面研磨処理を施した場合
に起こり得る数値範囲である。

このサイドハウジングの製造法は、まずサイドハウジン
グ素材を造形し、次にこの造形品の必要個所を研削加工
等によって機械仕上して所定の寸法精度にし、かかる後
軟窒化処理を施し、表面に形成された化合物層表面をさ
らに研磨加工して仕上げるものである。

この場合、軟窒化処理はハウジング全面にすることが望
ましいが、必ずしも全面にしなくてもよく、例えば摺動
面となる内面のみ、またはロータハウジングとの接合面
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。

軟窒化処理法は大別して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（Ｐｘガス）とアンモニアガスから々る雰囲気下で
５００〜５９０℃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
ＢａＣＯ２やＮａ２ＣＯ３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る。

表面研磨処理はサイドハウジングを製造する上で好まし
い処理である。

この研磨処理法は要するに化合物層表面の粗さを所定の
粗さになるまで摩滅できればよいのであって、ホーニン
グ法やラッピング法等一般に多用されている研磨法であ
ればよい。

サイドハウジング特有の研磨法としてはエンジンとして
組立てた後、エンジンオイルをたびたび交換しながら実
機運転する方法もある。

しかしこの方法はサイドシールやオイルシール等各種シ
ールの摩耗を早めるのでより好ましい方法とはいえ々い
。

この表面研磨処理を施す個所は軟窒化処理を施したとこ
ろ全部である必要は必ずしもないが各種シール類との摺
動面に対しては施されていることが好ましい。

本発明における表面粗さの数値は、検針走査による測定
法によって得られたグラフのうち、時折あるクラックや
傷等に基づく極端に大き々変動部分を除いた残りの部分
における最大値を判読したものである。

（ＪＩｓ ０６０１による）また本発明においてＦｅ
−Ｃ−Ｎ系化合物層とは軟窒化処理によって形成され
る化合物層を意味し、雰囲気ガス中または鋳鉄材中に幾
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。

本発明におけるサイドシールについて述べる。

本発明におけるサイドシールは従来同様第４図に示すよ
うな形状を有し、その材質は硬度がＨｖ １５０〜８０
０の範囲にある鋼材であれば良く、例えばＪＩＳ規格Ｇ
４４０１の炭素工具鋼やＧ４１０４のクロム鋼等多種の
ものが利用できる。

高炭素の鋳鉄やカーバイト粒子を分散させた焼結合金の
ようなものは晶出、析出または添加された炭化物が前記
したＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物と相性が悪＜、Ｆｅ−Ｃ−Ｎ
系化合物層を摩耗せしめるので好ましくない。

本発明の場合、シール側は普通の鋼材であるがサイドハ
ウジング面がガス軟窒化処理によって得られた独特のＦ
ｅ−ＣＮ系化合物層であり、しかも、この化合物層が１
．０μ以上の層厚、穴部以外の部分つまりプラト一部の
表面粗さが０．３〜１５μ、穴部の深さが１〜３００μ
、化合物層における穴部の面積率が５〜５０係というよ
うに厳しい管理下にあるものであるため、従来優れたシ
ール材とされている高硬度な非金属物質（炭化物や硼化
物等）を含有するものと比べて、シール自身の摩耗を同
等々いしそれ以下に抑制しながらサイドハウジング面の
摩耗を大巾に減少することができたものである。

本発明シール材の硬度をＨｖ １５０〜８００としたの
は、第５図に示すシール硬度とシールの高さ摩耗量およ
びサイドハウジングの段付摩耗量との相関を示す図から
明らか女ように、シール材の硬度がＨｖ １５０未満で
はシール自身の摩耗が急増するため好ましく橙＜、逆に
硬度がＨｖ ８００を超えると鋼材とはいえサイドハウ
ジング表面を摩耗させる傾向が顕著になり、サイドシー
ル、サイドハウジング両者の摩耗量が２０μ ３０μを
超克てシール性が悪化し、ひいてはエンジン性能の低下
を来たし、好ましくないからである。

より好ましい硬度範囲はＨｖ ２００〜６００である。

尚図中Ａ曲線はシールの高さ摩耗特性を示すものであり
、８曲線はサイドハウジングの段付摩耗特性を示すもの
である。

実施例 つぎに本発明にかかるサイドハウジングとサイドシール
を用意した。

サイドハウジングの実施例は次表に示すとおりである。

サイドシールはＪＩＳ規格Ｇ４４０１のＳＫ６の線材を
実施例１とし、同じ＜ＪＩＳＧ３１０２の５５５Ｃの線
材を実施例２とし、これらを所定形状寸法に裁断した後
ロール加工で曲率成形したものを供した。

これらのものの硬度はそれぞれＨＶ７００、ＨＶ２３０
であった。

最後に摺動面を仕上げ加工しサイドシールを製造した。

以上の如くして製造した実施例品を次の試験に供した。

こうして得られた試験結果を次表に示す。

表中従来品は鋳鉄素地のサイドハウジングに対し、Ｃ３
，０％、残部が実質的Ｆｅの鉄系焼結合金製サイドシー
ルを組み合せた例を示し、比較例品としてサイドシール
は従来品と同一で、サイドハウジングのみ実施例と同一
のものを組み合せ、これらを実施例と同一条件で試験し
たものである。

この結果から明らか彦ように、本発明ロータリピストン
エンジンはサイドハウジングの摩耗量が少なく女ると同
時にサイドシールの摩耗量も著しく少なくできるもので
あることがわかる。

これは軟窒化層のＦｅ −Ｃ−Ｎ系化合物層と鋼製シー
ルとが硬度面や相性面で調和していること、およびサイ
ドハウジング内面が全て化合物層であるためシールとの
金属接触が々いこと、耐食性に優れているため発錆等に
基づく硬質研磨粒子の生成がないこと等に基づくものと
考えられる。

第６図は実施例１のものの軟窒化層表面の状態を示す８
００倍の電子顕微鏡写真であり、この写真から明らかな
如＜、Ｆｅ−ＣＮ系化合物層表面は微細な凹凸を無数に
有し、これらの凹凸が潤滑性に寄与しているものである
ことが推定される。

また写真中黒色部は穴部であって、この穴は前述したよ
うに鋳鉄中の黒鉛の作用で形成されたものであり、凹凸
と同様潤滑性に寄与するものと考えられる。

以上に述べたとおり、本発明ロータリピストンエンジン
はサイドハウジングとサイドシールとの関係において要
求される種々の特性を満足せしめたものであり、優れた
実用性を発揮するに至っているものである。

【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を示す垂直切
断正面図であり、第２図は第１図のｎ−■切断矢示図で
あり、第３図はサイトノ・ウジングの摩耗状態を示す説
明図。 第４図は本発明に係るサイドシールの斜視図。 第５図はサイドシールの硬度とサイドシールの高さ摩耗
量およびサイトノ１ウジングの段付摩耗量の相関を示す
図。 第６図はサイドハウジングの表面状態を示す電子顕微鏡
写真である。 １：サイドハウジング、２：ロータハウジング、３：空
隙、３ａ：燃焼室、４：ロータ、５：サイドシール、６
：オイルシール、Ａ：サイドシール高さ摩耗特性、Ｂ：
サイドハウジング段付摩耗特性。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロータハウジングと、該ロータハウジングを両側か
   ら挾持してなる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において、サイドハウジング
   が鋳鉄製でその素材表面に軟窒化処理によって形成した
   Ｆｅ −Ｃ−Ｎ系化合物層を有し、該化合物層が１．０
   μ以上の層厚を有しプラト一部の表面粗さが０．３〜１
   ５μ、穴部の深さが１〜３００μで、かつ化合物層にお
   ける穴部の面積率が５〜５０％となっているものであり
   、一方サイドシールが硬度Ｈｖ １５０〜８００で炭化
   物を析出しない鋼材製であることを特徴とするロータリ
   ピストンエンジン。