JPS6037282B2 - ロ−タリピストンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はロータリピストンェンジン、特にリップ部を
改良したオイルシールを備えたロータリピストンェンジ
ンに関する。

（従来の技術） サイドハウジングとロータハウジングとで囲まれたケー
シング中をロータが遊星回転運動するように構成された
ロータリピストンェンジンにおいて、ロータ側面に鉄挿
されるオイルシールは、第１図に示すようにロータ１側
面に削設されたオイルシール溝２内にスプリング３のば
ね力によって出没自在に鉄挿され、オイルシール４に形
成したりップ部５がサイドハウジング６の側面に摺動す
ることによつてローターとサイドハウジング６との両側
面間のシール性を保持するものである。

なお第１図において、７はオイルシール４に形成した○
リング溝８内に装着した０１Ｊングである。従来、上記
オイルシール４の耐摩耗性を確保するために、オイルシ
ール４のリップ部５に高硬度クロムメッキ９を施してい
たが（特公昭４５−２１６４１号公報参照）、クロムメ
ッキ９のみでは十分な耐摩耗性が得られないのでオイル
シール４を構成する基材４ａにも高耐摩耗性の高ホウ素
高リン鋳鉄を使用していた。それでもなお耐摩耗性は十
分とはいえず、その結果、オイル消費量が比較的に多か
つた。オイルシール４には、上記サイドハウジング６面
に対する追随性、すなわちエンジンの回転中にサイドハ
ウジング６面の凹凸等の変化にオイルシール部５が追随
する性能が要求される。

このオイルシール４の追随性を得るためには、オイルシ
ールの構造および寸法面からの改良と、オイルシールの
材質面における改良とが考えられるが、前者の構造およ
び寸法面の改良は機構的に制約されておってその変更は
実際上困難である。従ってオィルシ−ルの材質面におけ
る改良が検討され、オイルシールの基材として弾性に富
む低ヤング率のものを使用する一方、上記基材の弾性と
は相反する耐摩耗性の優れた高硬度材料をリップ部に使
用することが考えられる。上記目的のために先に本出願
人は、Ｃ３〜６％、Ｃｏ５〜２０％、Ｍｏｌ〜６％、Ｗ
Ｉ〜８％を含有し、かつＭｏ、Ｗ及びＦｅの複合炭化物
を面積率で２０〜６０％晶出ないし析出している鉄基合
金中に、Ｍｏ２Ｃ、Ｎ比及びＴａＣのうち少なくとも１
種を１０〜５０％添加分散させた複合合金をチップ材と
して、鉄系材料からなるオイルシールのリップ部に溶着
させたことを特徴とするロータリピストンェンジンのオ
イルシールについて提案した（特顕昭５１−６４２９１
号（特公昭５６−５２９８５号公報））。

上記提案のオイルシールの鉄基材としては、ヤング率が
２２×１ぴｋｇ／側２以下、例えば普通鋼（２１×１ぴ
ｋ９／肋２）、普通鋳鉄（１２×１ぴｋ９′側２）、鉄
系膝結合金（１３×１ぴｋ９／側２）を使用するもので
あり、またチップ材は硬度がＨｖ５５０〜９００の範囲
にあり、晶出ないし析出した炭化物の形状は針状のもの
となり、かつその大きさは、長さが５０〜２００ミクロ
ン、幅が１０〜５０ミクロンの範囲内にあるものが得ら
れる。添加分散されたＭｏ２Ｃ、Ｎに及びＴａＣの炭化
物は鉄合金中のマトリックス中及び複合炭化物中のいず
れにもほぼ均一に分散存在している。そしてチップ材合
金の硬度と炭化物の種類、大きさ及び面積率によりオイ
ルシール自身の摩耗を最小限に抑えると共にサイドハウ
ジング面に対し傷をつけず焼き付かないという相矛盾す
る性能をも同時に充足したものである。特に追随性の良
さに助けられてチップ材が多少高硬度であってもサイド
ハウジング面を損傷することがないためオイルシール性
能は長期にわたり高性能に維持することができるもので
ある。しかるに上記提案の発明は、サイドハウジングが
通常の鉄系素材をもって形成されているため、サイドハ
ウジングの内表面の耐摩耗性が劣るという問題があった
。（発明が解決しようとする問題点） 鉄系素材に欧窒化処理を施した部材は、その表面にＦｅ
−Ｃ−Ｎ系化合物からなる化合物層と、この化合物層の
下層に拡散層とが形成され、上記化合物層と拡散層とは
共に硬度が高く、耐摩耗性が優れていることは周知であ
る。

そこで上記鉄系素材に軟窒化処理を施した部材をもって
サイドハウジングを形成し、このサイドハウジングに対
して上記の複合合金からなるリップ部を有するオイルシ
ールを使用したとき、リップ部の複合合金の摩耗量は、
サイドハウジングの化合物層に対しては多く、化合物層
が摩滅したのち露出した拡散層に対しては少ないのであ
る。しかるに、上記サイドハウジングに対して硬質クロ
ムメッキ層のみからなるリップを有するオイルシールを
使用したときは、上記複合合金とは反対に、硬質クロム
メッキ層の摩耗量は、サイドハウジングの化合物層に対
しては少なく、拡散層に対しては急激に多くなるのであ
る。（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記の複合合金をリップ部とするオイル
シールについて引続き研究したところ、第２図に示すよ
うに上記複合合金からなるチップ材１０を溶着したりッ
プ部５を有する環状のオイルシール４の内周面に硬質ク
ロムメッキ層９を設け、チップ材１０と硬質クロムメッ
キ層９とが軟窒化処理したサイドハウジング６面に同時
に接触摺動するようにすれ‘ま、その耐摩耗性が相乗的
に更に向上することを知ったのである。

すなわちこの発明は、サイドハウジングないしインタメ
デイエーシハウジングとロータハウジングとで囲まれた
ケーシング中をロータが遊星回転運動するように構成さ
れたロータピストンェンジンにおいて、サイドハウジン
グないしインタメディェートハゥジングの内表面が欧窒
化処理によって形成されるＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物からな
る化合物層とその下層に拡散層を有するものであり、一
方、ロータ側面に削設されたオイルシール溝内に出没自
在に駿挿されるオイルシールが、そのリップ部に、Ｃ３
〜６重量％（以下％と略す）、Ｃｏ５〜２０％、Ｍｏｌ
〜６％、ＷＩ〜８％を含有し、かつＭｏ、Ｗ及びＦｅの
複合炭化物を面積率で２０〜６０％晶出ないし析出して
いる鉄基合金中に、Ｍｏ２Ｃ、Ｎ比およびＴａＣのうち
少なくとも１種を１０〜５０％添加分散させた複合合金
からなるチップ材を溶着するとともに、該チップ材に上
記サイドハウジングに対してチップ材と同時に接触摺動
するよう硬費クロムメッキ層を設けたものであることを
特徴とするロータリピストンェンジンである。

この発明のサイドハウジングに使用する鉄系素材は、ガ
ス欧窒化処理やタフトラィド等の欧窒化処理によって、
その表面にＦｅ−Ｃ−Ｎ系化合物層と、その下層に拡散
層とが形成されるような鉄系素材であって、鋳鉄や鋼で
ある。

具体的にはＦＣＨ−１，ＦＣＨ−２，ＦＣＤ−４５，Ｆ
ＣＤ−５￥等の鋳鉄、ＳＡＣＭ１，ＳＣＲ４，Ｓ５に等
の鋼、マンガンクロム鋼銭鋼品の２ないし４種、クロム
モリブデン鋼銭鋼品の１及び３種等が好ましいのである
。上記鋳鉄のうち、片状黒鉛鉄は特に好ましいものであ
り、その表面の黒鉛には軟窒化処理による化合物層が強
固に密着されず、また黒鉛自体も脱炭現象を生じて脆く
なり、更に軟窒化処理時に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、その結果、表面研磨加工を
施した場合に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、その部分に大きな穴が形成さ
れることになる。このようにして形成された穴は、摺敷
面における潤滑油の補給基地となり、潤滑性を向上させ
ることになる。上記のサイドハウジングを表面研磨加工
したときに形成される穴部の深さ及び数は、鋳鉄中に含
まれる黒鉛の量と形態とによって左右されるが、その他
、軟窒化処理と表面研磨加工処理の条件や程度によって
も影響される。サイドハウジングに施す軟窒化処理は周
知の方法によって行なわれる。

例えばガス軟窒化処理は、浸炭性変性ガス（炭化水素系
ガスなど）とアンモニアガスからなる雰囲気中で５００
〜５９０ｏｏ、１〜６時間加熱する方法である。また、
タフトラィド法は、ＫＣＮ＋ＫＣＮＯまたはＮａＣＮ＋
ＮａＣＮＯを主剤とし、これに促進剤として炭酸バリウ
ムや炭酸ナトリウムを加えて塩裕中で５００〜５９０ｏ
ｏ、１〜６時間加熱する方法である。鉄系素材に欧窒化
処理を施すには、鋳鉄の場合は敏窒化処理前にその少な
くとも情勤面を研磨加工して所定の表面仕上げをするこ
とが好ましい。

上記軟窒化処理によってサイドハウジングの表面に形成
される化合物層及び拡散層の厚みは、鉄系素材の材質、
軟窒化処理条件等によって異なるが、通常、化合物層の
厚みは７〜１０ミクロン、拡散層の厚みは２００〜３０
０ミクロンであり、またピツカース硬度（Ｈｖ）は８０
０〜１０００である。次にチップ材の組成を個々に説明
する。Ｃは３〜６％であって、炭化物を生成し耐摩耗性
を得るに欠くことのできない元素で３％未満では炭化物
の生成量が少くなって耐摩耗性が不足し、オイルシール
性能の低下が著しくなる。

また６％を超えると黒鉛が折出し、湯流れが悪化し、耐
摩耗性も劣下するので好ましくない。より好ましくは３
．５〜５％である。Ｃｏは、５〜２０％であって、鉄基
地中に固溶して基地の鋤性を向上し、かつ、炭化物と基
地との結合を強めて、加工時に炭化物等が欠落するのを
防止する。

５％未満ではその効果は不十分であり、２０％を超え‐
ると炭化物に対して金属部分が多くなり過ぎ耐摩耗性を
低下するので好ましくない。

より好ましくは１０〜１５％である。Ｍｏは、１〜６％
であって、炭素と化合して耐摩耗性を向上する複合炭化
物を生成する主要な元素で、１％未満では効果が不十分
で、逆に６％を超えると鞠性が低下し加工時に欠損する
欠点を生じ好ましくない。

より好ましくは２〜５％である。Ｗは、１〜８％であっ
て、Ｍｏと同様に複合炭化物を生成して耐摩耗性を向上
する元素で、１％未満では効果が不十分で、逆に８％を
超えると靭性が低下し加工時に欠損を生じ好ましくない
。

より好ましくは２〜６％である。Ｍｏ，ＷおよびＦｅの
複合炭化物は、この発明のオイルシールに耐摩耗性、耐
焼付ぎ性を付与するもので、面積率２０％未満ではその
効果が不十分で、逆に６０％を超えると脆くなり、加工
時に欠損を生じる外、加工性が著しく悪化するので好ま
しくない。

より好ましくは２５〜５０％である。以上に述べた元素
の外にＰを４％以下、好ましくは１〜３％添加すると、
チップ材をオイルシール基材に融着する時の融点を下げ
、融着作業がやりやすくなるほか、組織的にもステダィ
トが晶出して相手材の損傷を少なくし、かつ加工性も向
上するので好ましい。またＶやＣｒが１０％以下混入し
ても性能上差程支障なく使用することができる。Ｍｏ２
Ｃ，ＮｂＣおよびびＴａＣの炭化物は、上記鉄合金中に
生成する複合炭化物よりも硬度が高く、シ−ル自身の耐
摩耗性の向上に最も効果のあるものである。

また多数存在する炭化物の中からＭｏ２Ｃ，ＮＯＣ及び
ＴａＣの三者を選定したのは上記鉄合金と濡れ性がよく
、かつサイドハウジング面を傷つけない硬度を有するも
のでなければならないからである。これらの炭化物の添
加量が１０％未満では耐摩耗性の向上効果が十分得られ
ず、また５０％を超えると全炭化物量が多くなり過ぎて
脆くなり、チップ先端が加工時等に欠損するようになる
ので好ましくない。より好ましいのは１５〜３０％であ
る。また鉄合金中に生成される複合炭化物と添加される
炭化物との総量は面積率にして２０〜８０％の範囲内に
なるようにすることが好ましい。この発明におけるオイ
ルシールは、鉄系基材の表面に上記のチップ材を溶着し
たのち、所定の形状、寸法に成形加工し、この環状のオ
イルシールの内周面に電解メッキ法によって硬質クロム
メッキ層を形成したものである。硬質クロムメッキ層の
厚みは２０〜３００ミクロンが好ましく、２０ミクロン
未満では所望の耐摩耗性が得難く、また３００ミクロン
を越えてもその効果が飽和し経済的にも無駄である。硬
質クロムメッキ層の硬度Ｈｖは７００〜１０００である
ことが好ましい。（作 用） この発明は、内表面が鰍窒化処理されたサイドハウジン
グないしインタメデイエートハウジングに、ロータ側面
に削設されたオイルシール溝内に出没自在に鉄挿された
オイルシールのリップ部に溶着された上記複合合金から
なるチップ材と、該チップ材に設けた硬質クロムメッキ
層とが同時に接触摺動するものであり、摺動初期は上記
ハウジングの化合物層と硬質クロムメッキ層との相性が
よいためリップ部の摩擦は少なく、一方化合物層が摩滅
して拡散層が露出した際に上記複合合金と拡散層との相
性がよいためリップ部の摩耗が少なくできるものである
。

（実施例） オイルシールの基村としてＳ４＆（Ｅ＝２１×１ぴｋ９
／側２ＪＩＳ規格）を用いて成形した外径１２７側、内
径１１７伽、高さ６側のりングの上面に幅３．５肌、深
さ１．仇吻の溝を設け、この横内に下記成分の鉄合金粉
末、炭化物粉末（いずれも１５０メッシュ以下）を圧粉
圧力３ｔ′めで充填した後、非酸化性雰囲気中で１１５
０〜１１６００Ｃで１流ン間加熱して上記圧粉体を基村
に完全に融着した。

この複合材を○リング溝を有する所定の形状に研削加工
し、更にリング内周面に厚さ０．１５肋の硬質クロムメ
ッキ層を設けた。得られたオイルシールの寸法は外径１
２６帆、内径１１物収、高さ５．７肌であった。上記チ
ップ材の成分は、Ｃ４．３５％、Ｃｏ４．８％、Ｍｏ２
．４％、Ｗ４．０％、Ｐｌ．６％、Ｃｒ２．０％、Ｖ２
．０％、Ｎｂ８．８５％、Ｆｅ残余であり、これを溶着
してできた合金中の複合炭化物（Ｆｅ・Ｍｏ・Ｗ）の析
出量は面積率にして４６％程度で、その硬度Ｈｖは７３
０であった。また硬質クロムメッキ層の硬度Ｈｖは９５
０である。上記に得られたオイルシールのリップ部を、
第３図に示すようにモータＭで時計針方向に回転される
円板６ａ面に荷重５．５ｋ９で圧接し、圧接部における
円板６ａの円速度を５．２２ｈ／秒としてリップ部の摩
耗幅（ｍ）を測定した。

第４図は、上記円板６ａの材質が鋳鉄であってその表面
にガス軟窒化処理（条件５７０午○、４時間）を施した
ものである場合におけるリップ部の摩耗幅と試験時間（
時間）との関係を表わし、比較例を併記したグラフであ
る。

実線（０印）はクロムメッキ層の厚みを変えた実施例、
鎖線（×印）は複合合金のみの比較例、点線（△印）は
リップ部にクロムメッキ層のみを設けた比較例である。
点線（△印）のＡはクロムメッキ層の厚みを０．１肋、
Ｂはクロムメッキ層の厚みを０．１５柳としたものであ
り、Ａ，Ｂの屈曲点ａ，ｂは円板６ａの化合物層を摩滅
して拡散層が露出し始めた点を示している。また鎖線（
×印）で示すようにリップ部が複合合金のみの比較例で
は、相手材である円板６ａの化合物層により摩耗量が多
く、しかも化合物層が摩滅して拡散層が露出しても摩耗
粉によって摩耗が促進されている。上記第４図でわかる
ようにこの発明のものは、チップ材とクロムメッキ層と
が同時に円板面に接触摺動することによって耐摩耗性が
相乗的に向上している。

（発明の効果） 上記に説明したようにこの発明によれば、サイドハウジ
ングないしインタメデイェートハウジングの内表面に軟
窒化処理によって形成される化合物層および拡散層によ
り、上記ハウジング自身の耐摩耗性が向上するとともに
、オイルシールのリップ部は上記複合合金と磯クロムメ
ッキ層とが同時に上記ハウジングの内表面に接触漣動す
るように構成されているため、情動初期は上記ハウジン
グの化合物層と相性のよい硬質クロムメッキ層により耐
摩耗性が向上し、一方化合物層が摩滅して拡散層が露出
した際でも拡散層と上記複合合金との相性がよいため耐
摩耗性が向上する。

従って長期にわたって良好な耐摩耗性を示しオイルシー
ルのシール性が向上してオイル消費を軽減できるという
実用上優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はオイルシール装置を説明する垂直断面図、第２
図はこの発明におけるオイルシールの断面図、第３図は
摩耗性測定方法の正面図、第４図は摩耗幅との関係を示
す測定結果のグラフである。 １…ロータ、２…オイルシール溝、４…オイルシール、
５…リップ部、６…サイドハウジング、９・・・硬質ク
ロムメッキ層、１０・・・チップ材。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サイドハウジングないしインタメデイエートハウジ
   ングとで囲まれたケーシング中をロータが遊星回転運動
   するように構成されたロータリピストンエンジンにおい
   て、サイドハウジングないしインタメデイエートハウジ
   ングの内表面が軟窒化処理によつて形成されるＦｅ−Ｃ
   −Ｎ系化合物からなる化合物層とその下層に拡散層を有
   するものであり、一方、ロータ側面に削設されたオイル
   シール溝内に出没自在に嵌挿されたオイルシールが、そ
   のリツプ部に、Ｃ３〜６重量％（以下％と略す）、Ｃｏ
   ５〜２０％、Ｍｏ１〜６％、Ｗ１〜８％し、かつＭｏ、
   Ｗ及びＦｅの複合炭化物を面積率で２０〜６０％晶出な
   いし析出している鉄基合金中に、Ｍｏ＿２Ｃ、ＮｂＣお
   よびＴａＣのうち少なくとも１種を１０〜５０％添加分
   散させた複合合金からなるチツプ材は溶着するとともに
   、該チツプ材に上記サイドハウジングに対してチツプ材
   と同時に接触摺動するよう硬質クロムメツキ層を設けた
   ものであることを特徴とするロータリピストンエンジン
   。