JPS6050202A - ロ−タリピストンエンジンのアペックスシ−ル - 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） 本発明はロータリピストンエンジンのアペックスシール
に関し、特に馴らし運転時におけるロータハウジングへ
の“なじみ性”の改良に関する。

（従来技術） 従来より、摺動抵抗を低減したピストンリングとして、
例えば特公昭５０−２１２９９号公報に開示されている
ように、ピストンリングの摺動面にフッ化炭素とニッケ
ルとによる複合メッキ層を−１− 形成し、この摩擦係数の小さいメッキ層によってピスト
ンリング摺動面とシリンダ面との摺接をスムーズに行い
、エンジンの摩擦仕事を低減するようにしたものは知ら
れている。そして、このようなメッキ層はロータリピス
トンエンジンのアペックスシール摺動向にも形成し得る
ものであり、該アペックスシール摺動面とロータハウジ
ング内周面との摺接による摩擦仕事を効果的に低減する
ことができる。

一方、これらのエンジンにおいて、馴らし運転は、例え
ばレシプロエンジンにあってはピストンリング摺動向と
シリンダ面、ロータリピストンエンジンにあってはアペ
ックスシール摺動面とロータハウジング内周面とを該両
面相互の摺り合せ作用により鏡面化して両面になじみを
付けることにより行われている。

しかるに、上記従来のメッキ層は、馴らし運転時におけ
るなじみ性の良否という点で評価した場合、摩擦係数が
若干大きいことからなじみ性に乏しいものである。そし
て、ロータリピストンエン−２− ジンの如くアペックスシール摺動面がロータハウジング
内周面に線接触しながらロータの回動につれて複雑な軌
跡を描いて該内周面に沿って摺動するものにあっては、
このなじみ性の不足はアペックスシール摺動面とロータ
ハウジング内周面との焼付きや該内周面におけるチャタ
−マークの発生に直結するため特に問題である。しかも
、上記メッキ層はその硬度が高い（Ｈｖ　５００〜６０
０）ため、このアペックスシールの硬い摺接面によって
ロータハウジング内周面に傷が形成される。そ□　のた
め、これらの傷と、上記の如くなじみ性不足のため完全
に鏡面化されるに至っていないアペックスシール摺動面
やロータハウジング内周面←残留する四部とを介して作
動室内の圧縮空気が他の作動室に洩れて圧縮圧力（以下
ｐｃという）が低下することから、馴らし運転時におい
て着火性が損われたり所定の出力が発生しないという問
題を有していた。

（発明の目的） 本発明の目的は、ロータリピストンエンジンに−　３　
− おいて、合金鋳鉄製アペックスシールの摺動向に特定の
メッキ゛層を形成することにより、摺動抵抗による摩擦
仕事を低減するとともにアペックスシール摺動面とロー
タハウジング内周面とのなじみ性を向上させて馴らし運
転時のｐｃ低下による着火性不良および出力低下を防止
することにある。

（発明の目的） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、合金鋳
鉄製造アペックスシール本体のチル表面に、フッ素樹脂
粒子を９〜３０容量％分散析出せしめたニッケルフッ素
複合メッキ層を５〜２５μの厚さで形成したものである
。

このことにより、摩擦係数が小さく且つ硬度の低い上記
メッキ層によってアペックスシール摺接面とロータハウ
ジング内周面との間の摺動抵抗を低減するとともに、馴
らし運転時、両面を早期になじみ付けて鏡面化すること
によりｐｃの低下を抑制するようにしたものである。

〈発明の効果） したがって、本発明によれば、合金鋳鉄製アベー　４　
− ックスシール本体のチル表面に、摩擦係数が小さく且つ
硬度の低いフッ素樹脂粒子が分散析出したニッケル複合
メッキ層を形成したので、アペックスシール摺動面とロ
ータハウジング内周面との間の摺動抵抗を減らしてエン
ジンの摩擦仕事の低減を図ることができるとどもに、両
面のなじみ性の改善を図ることによってＰｃ低下を抑制
して着火□性不良および出力低下の防止を図ることがで
きるものである。

（実施例） 以下、本発明の技術的手段の具体例としての実施例を図
面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示ず。第１図において、Ａ
　Ｇ、ｔＯ−タリピストンエンジンであって、クロムメ
ッキ層が形成されたトロコイド状内周面１ａを有するロ
ータハウジング１とその両側に配置されて一体に固定さ
れたサイドハウジング２゜２とで構成されるケーシング
３内を、多角形状のロータ４が遊星回転運動し、該ロー
タ４の回転によってケーシング３内に画成される３つの
作動室−５− ５，５，５に吸気、圧縮、爆発、膨張および排気の各行
程を順に行わせるものである。上記ロータ４の各頂部に
は上記トロコイド面１ａに摺接して作動室５の気密を保
つアペックスシール６が装着されている。尚、７はロー
タ４を支承する偏心軸、８はロータ４側面に装着されサ
イドハウジング２に摺接して作動室５の気密を保つサイ
ドシールである。また、９はロータ４の各頂部両側面に
設けられたコーナシール、１０および１１はそれぞれト
レーリング側およびリーディング側の点火プラグ、１２
は吸気ボート、１３は排気ボートである。

そして、上記アペックスシール６は、その本体６ａが合
金鋳鉄により形成されており、該本体６ａのチル表面６
ｂに、第２図に詳示すように四フッ化エチレン樹脂等よ
りなるフッ素樹脂の粒子を９〜３０容量％分散析出せし
めたニッケルフッ素複合メッキ層２０が５〜２５μの厚
さで形成されている。

上記メッキ層２０の形成方法について説明するに、まず
、アペックスシール６にマイナス積法お−６− よびプラス積法ににリアルカリ脱脂を３分間行ってアル
カリ浸漬脱脂処即を施し、水洗いしたのち１０％ｌ−１
（ｌ水溶液で１０秒間酸洗いしてから水洗いする。つぎ
に、ニッケルストラッ１〜により１分間ウッド浴を施し
て０．３〜０．５μの厚さのニッケルメッキ層を形成し
、水洗いしたのち電解メッキ（スルファミン酸浴）を２
０分間行ってニッケルフッ素複合メッキを施し、さらに
水洗いして乾燥させることにより得られる。

上記フッ素樹脂粒子の含有間およびメッキ層２０の厚さ
の範囲は第３図に示す領域Ａで表わせる。

イして、これらの限定理由は、フッ素樹脂粒子の含有量
が９容品％未満であるとなじみ牲を十分に確保できない
からであり、一方、３０容聞％を超えるとメッキ層２０
とアペックスシール本体６ａとの密着力が不十分となり
メッキ層２０が剥削するためである。また、メッキ層２
０の厚さか５μ未満であるとメッキ層２０の耐久性が不
足することから馴らし運転完了前にメッキ層２０が摩耗
消滅するからであり、一方、２５μを超えるとメツ−７
− キ層２０の密着性が悪く剥離するからである。

尚、この場合、フッ素樹脂粒子の含有量を多くすればな
じみ性およびアペックスシール６摺動面の自己潤滑性は
共に向上し、一方、含有間を少なくすれば該摺動面の硬
度が高くなる。また、−１二記第３図に示した領域Ａ中
の領域Ｂは、上記自己潤滑性を若干抑制して硬度を高目
に設定できる領域であり、耐久寿命の長期化を狙う場合
に有利である。また、フッ素粒子は、その直径を０．３
〜３μ程度に設定するのが望ましい。その理由は、３μ
を超えるとニッケル密着性が低下するからであり、一方
、０．３μ未満の粒子は製造が困難であるからである。

したがって、上記実施例においては、アペックスシール
本体６ａのチル表面６ｂに、下記第１表に示す如〈従来
のニッケルフッ化炭素複合メッキ層に較べて摩擦係数の
低いニッケルフッ素複合メッキ層２０を形成したので、
アペックスシール６暦勤而とロータハウジング内周面１
ａとの間の摺動抵抗の減少によりロータリピストンエン
ジンの−８− 摩擦仕事を低減させることができる。

第１表 また、このように摩擦係数の小さいニッケルフッ素複合
メッキ層２０により馴らし運転時、アペックスシール６
摺動向とロータハウジング内周面１ａとを早期に鏡面化
してなじみ付けすることができる。このことにより、両
面の凹部は馴らし運転初期において消滅し、しかも、第
１表に示すようにアペックスシール６摺動而の硬度が低
いため、ロータハウジング内周面１ａには傷が形成され
な−９− いので、これら四部や傷による作動室のｐｃ低下は発生
しな゛い。よって、馴らし運転時、着火不良や出力低下
は発生しない。

さらに、上記メッキ層２０は耐蝕性、耐薬品性（耐ガソ
リン性）に優れているので、例えば燃料噴射方式のロー
タリピストンエンジンの場合、ロータハウジング内周面
１ａに形成された潤滑油膜が噴射燃料によって溶出して
もメッキ層２ｏが溶出することはない。しかも、このメ
ッキ層２ｏは自己潤滑作用を有しているため、上記の如
く潤滑油膜のないアペックスシール６摺動面とロータハ
ウジング内周面１ａとが焼付くことはない。

加えて、上記メッキ層２ｏは、高温においても摩擦係数
が小さいうえ耐熱性に優れているので、通常の運転状態
に留まらず高回転高負荷運転状態においてもエンジンの
摩擦仕事の低減を図ることができる。また、離型性に優
れているため、製造しやすく有利である。

次に、その効果について具体的に説明する。まず、上記
実施例の如くチル表面にニッケルフッ素−１０− 複合メッキ層を形成したアペックスシール（本発明例お
よび比較例）とメッキ層の無いもの（従来例）とを、ス
ライダー試験機によりラッピング処理を施した硬質クロ
ｌ＼メッキ鋼板に摺接させる摩耗テストを行い、アペッ
クスシールの摩耗量を測定した。上記摩耗テストは、第
４図に示すＪ：うに、固定台１４上に上記構成のリング
状の鋼板１５を固定し該鋼板１５」二に、長さ１０ＩＩ
ＩＩＩｌのアペックスシール片１６を荷重Ｐ（５ｋｏ）
にて無潤滑状態で押圧するとともに周速５ｍ／ｓｅｃで
もって２０分間周回させることにより行った。尚、アペ
ックスシール本体の組成は第２表に示す通りであり、本
発明例の場合、メッキ層の厚さは１５μ、２０μの２種
類とし、この厚さを３０μにしたものを比較例としてそ
れぞれについてメッキ層におけるフッ素樹脂粒子の含有
量が異なるものを複数個用意し、テストに供した。その
結果を第５図に示す。

−１１− −１２− 同図によれば、従来例の摩耗量が９０μ前後であるのに
較べて本発明例の場合、フッ素樹脂粒子の含有量が多い
ものほど摩耗量が少ないことが判る。また、メッキ層の
厚さが厚いものの方が摩耗が少ない傾向にあるが、比較
例の如く厚さが３０μのものではメッキ層の剥離のため
摩耗量は却って多くなっている。

また、上記実施例の如くアペックスシール本体のチル表
面にフッ素含有量およびメッキ層厚さが上記領域Ａの範
囲にあるニッケルフッ素複合メッキ層を形成したアペッ
クスシール（本発明例△１゜Ａ２）と、同じくフッ素含
有量およびメッキ層厚さが上記領域Ｂの範囲にあるニッ
ケルフッ素複合メッキ層を形成したアペックスシール（
本発明例Ｂ＋　、Ｂ２　）と、領域Ａ以外の範囲にある
ニッケルフッ素複合メッキ層を形成したアペックスシー
ル（比較例Ｃ＋　、Ｃ２）と、Ｎ−Ｐメッキを施したア
ペックスシール（比較例Ｄ）と、ＴｉＮイオンフレーテ
ィング処理を施したアペックスシール（比較例Ｅ）と、
チル表面に処理を施していない−１３＝ アペックスシール（従来例Ｆ）とをそれぞれ組付けたロ
ータリピストンエンジンにより運転時間の経過に対する
作動室の圧縮圧力ｐｃの低下を測定した（以下ｐｃダウ
ンテストという）。このテストは、各ロータリピストン
エンジンを第６図に示すようなＰｃダウン評価モードに
従って繰返し運転し、その間の作動室の圧縮圧力Ｐｃを
測定するものである。上記ｐｃダウン評価モードは、ま
゛ずエンジンを無負荷、１８００ｐｐｍで１８分間連続
運転したのち１２０Ｏｒｐｍで連続運転するとともにＭ
ＧＳ　（桐油＋ＭＯ８２）を注入し、さらに無負荷１８
００　ｒｐｍで１８分間連続運転したのちＰＣを測定し
この値をＰｃの基準値ｐｃｏとする。その後、１時間の
強制冷却をしたあと１５００ｒｐｍと７０００　ｒｐｍ
との間を無負荷で３サイクル（１サイクルは１分間）往
復運転するという基本モードを繰返すものである。上記
圧縮圧力ｐｃはこの基本モード終了毎に測定し、その基
準値ｐｃｏからの低下率を計算してＰｃダウン率とした
。その結果を第７図に示す。尚、上記本発明例Ａ＋　＋
　Ａ２　＋−１４− Ｂ＋　、Ｂ２および比較例Ｃ＋　、Ｃ２のフッ素樹脂含
有量およびメッキ層の厚さはそれぞれ下記第３表に示す
通りである。

第３表 同図によれば、従来例および比較例によるものの場合、
ｐｃダウン率はサイクル数の増加に伴い急速に増大して
いるが、本発明によるものの場合、１５サイクル運転後
においてもｐｃダウン率は２０％を超えることがなく、
特に上記領域Ｂにあるものの場合、その値は１０％を超
えず、運転初期における作動室の圧縮圧力の低下はほと
んど発生−１５− しないことが判る。

さらに、ニッケル板上にニッケルフッ素複合メッキを施
したちのく本発明材〉と施さないもの（従来材）とに対
しその摩擦係数の温度による変化をピンディスク摩耗テ
ストにより調べた。すなわち、該テストは、第８図に示
すように、ターンテーブル１７上に、リング状の上記ニ
ッケル板１８を固定し、該ニッケル板１８上にＪ　ｌ５
−８ＣＲ４４０のクロム鋼により形成された直径５ｍｍ
のビン１９を荷ｍ　５　ｋｏで押圧し、ターンテーブル
１７を周速１０ｍ／ＳｅＣでもって回転させ、そのとき
の摩擦係数を測定することにより行うものである。その
結果を第９図に示す。

同図によれば、従来材の摩擦係数は３００°Ｃでは２０
’Ｃのときの約３倍に増大し０．６μを超えているのに
較べ、本発明材の場合、０．２μを超えることはなく、
高温領域においてもなじみ性が劣化しないことが判る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はローター　１６
　− リピストンエンジンの縦断面図、第２′図はアペックス
シールのメッキ層の拡大断面図、第３図はフッ素樹脂粒
子の含有量とメッキ層の厚さとの関係を示す図、第４図
はスライダー試験機を示１゛図、第５図はスライダー試
験機ににる摩耗テス１への実験結果図、第６図はｐｃダ
ウンテストにおけるエンジンの運転モードを示す図、第
７図はｐｃダウンテストの実験結果図、第８図はピンデ
ィスク摩耗テストの実験装置を示す図、第９図はピンデ
ィスク摩耗テストの実験結果図である。 Ａ・・・ロータリピストンエンジン、６・・・アペック
スシール、６ａ・・・アペックスシール本体、６ｂ・・
・−１７− １５ トてノ１〉＠、八へごＣＩ＝、ｔｌｌ＋　（：ｑ）蛍！
！哄経ス 手続補正用（自発） 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願　第１５６９０８号２、発明の
名称 ロータリピストンエンジンのアペックスシール代表者　
山　萌　リｔ　樹 氏　名　弁理士（７７９３）前　１）　弘７、補正の内
容 （１）明細書の第７頁第１７行目の［メッキ層２０の厚
さか」を、「メッキ層２０の厚さが」に訂正する。 （２）明細書の第１３頁第１８行目〜第１９行目のｒＴ
ｉ　Ｎイオンフレーティング処理」を、「ＴｉＮイオン
ブレーティング処理、１に訂正する。 （３）明細書の第１４頁第１５行目の１無負荷で、１を
、「全負荷で」に訂正する。 （４）図面の第９図を別紙のとおり訂正する。 ８、添付書類の目録 （１）補正図面（第９図）　１通 −２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）合金鋳鉄製アペックスシール本体のチル表面に、
   フッ素樹脂粒子を９〜３０容量％分散析出せしめたニッ
   ケルフッ素複合メッキ層が５〜２５μの厚さで形成され
   ていることを特徴とするロータリピストンエンジンのア
   ペックスシール。