JPS6118003B2 - - 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エンジンにおける
サイドハウジング（多ロータ型式の場合のインタ
ーメデイエイトハウジングを含む）とコーナーシ
ールの組み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はロータハウジング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
うになつているものである。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
によつて形成される空隙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およびサイドシール５およ
びコーナーシール６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，
CO，CO₂，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、サイドハウジングとこれらシール類
は高速で相互に摺動する摺動部材でもあるため自
身の耐摩耗性と相手材を摩耗しない性質をも同時
に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。 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（特公
昭46−20202号公報参照）、溶射処理を施したもの
（実公昭46−16161号公報参照）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。しかしなが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、コーナー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、オイル消費の
増加やガス漏れ等の不具合を発生したり、長期下
使用時には錆が発生することがある等の問題点が
あつた。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
は溶射層が多孔性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コーナー
シール等のシール材を摩耗しやすい問題点があつ
た。 コーナーシールについて 従来コーナーシールはアシキユラー鋳鉄や含ボ
ロン鋳鉄等の耐摩耗鋳鉄が用いられているが、サ
イドハウジング内面が鋳鉄素地であるため金属同
志の摺動となり、コーナーシールとサイドハウジ
ング面の双方を大きく摩耗せしめることとなり満
足いくものではなかつた。そしてこのことはアシ
キユラー鋳鉄とボロン含有鋳鉄のいずれかを問わ
ず共通していることであつた。 （発明の目的） 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つて、前記したところ
のサイドハウジングとコーナーシールの双方に要
求される種々多様の特性を同時に満足させること
ができるものと提供するものである。 （発明の構成） すなわち本発明は、 ロータリピストンエンジンにおいて、サイドハ
ウジングが鉄糸材からなる素材表面に軟窒化処理
によつてFe−Ｃ−Ｎ系化合物層を層厚1.0μ以上
形成しているものであり、一方コーナーシールが
炭素含有量0.12〜1.5％の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コーナーシー
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コーナーシールは高温高速
で摺動した時にサイドハウジングが摩耗しなく、
かつ傷つかないことと合わせてコーナーシールも
摩耗し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ラシド法等のよ
うな軟窒化法によつ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。したがつてこの
軟窒化処理をサイドハウジング表面に施した場合
にはコーナーシールは従来の無処理鋳鉄製サイド
ハウジングに比べてきびしい摩耗条件下におかれ
ることと考えられる。しかしながら本発明者等は
種々実験の結果、コーナーシールとして炭化物粒
子を有する高硬度のものよりも、逆に炭化物等を
有しない普通の鋼組織のものが非常に優れた特性
を発揮することを知見し、軟窒化処理によるFe
−Ｃ−Ｎ系化合物層と平凡な鋼製シール材という
相性のよい両者を組み合せることにより、サイド
ハウジングとコーナーシールのいずれの摩耗量も
著しく低減せしめるに成功したものである。この
場合サイドハウジングとしての鋼材の耐摩耗性は
シール自身の硬度にほとんど影響されず。鋼材と
して最低ともいえるHv150以上あれば十分であつ
た。 特に、サイドハウジング表面の化合物表面の粗
さを、摺動する両者間に潤滑性を付与する程度に
しておくと更に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好ましいことを見い出した。
これは0.3μ末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側面を構成す
ると同時に、コーナーシール等多種のシール材が
種々雑多な軌跡をもつ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
熱によつ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鉄系材に
ついて述べる。ガス軟窒化やタフトライド等の軟
窒化処理によつてFe−Ｃ−Ｎ系化合物層を形成
せしめるには鉄系材である必要があり、鋳鉄や
鋼、特に鋳鋼等が考えられる。具体的には、
FCH−１、FCH−２、FCD45、FCD55（以上鋳
鉄）、SACM1、SCR4、S55C（以上鋼）、マンガ
ンクロム鋳鋼品の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、特に鋼によるものを使用す
る場合にはサイドハウジング全体を鋼で製造する
には困難があり、実際的には摺動面に相当する部
分のみを鋼板で製作し、これを鋳鉄で鋳ぐるむ方
法が考えられる。 このうち鋳鉄、特に片状黒鉛は次の理由により
好ましいと考えられる。すなわち、鉄系材が鋳鉄
である場合には、被処理材表面の黒鉛には軟窒化
処理による化合物層が強固に気密できず、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動面におけ
る油の補給基地となり潤滑性を向上せしめること
になるのである。この穴部の深さおよび数は鋳鉄
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つて決定され
るものと考えられ一概には決つていないが、実験
的には略穴の深さは化合物層の最小層厚である１
μから300μ、穴の数は面積率にして５〜50％の
範囲内にあるといえる。この範囲は各種の鋳鉄を
ガス軟窒化処理の条件を可能な範囲で変化させ、
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、素材が鋳鉄
や鋳鋼の場合には鋳造法によつて、素材が鋼板で
ある場合には該鋼板を鋳鉄で鋳ぐるむ等の方法に
より、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つて機械
仕上して所定の寸法精度にし、しかる後軟窒化処
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好まし
いが、必ずしも全面にしなくてもよく、例えば摺
動面となる内周面のみ、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（Rxガス）とアンモニアガ
スからなる雰囲気下で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＋NaCNOを主削
とし、これに促進剤としてBaCO₃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つて、ホーニング法やラ
ツピング法第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
かしこの方法はコーナー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
とはいえない。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
よる測定法によつて得られたグラフのうち、時折
あるクラツクや傷等に基づく極端に大きな変動部
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
は軟窒化処理によつて形成される化合物層を意味
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
ことによつて、化合物層中にこれらの元素が入つ
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。 本発明におけるコーナーシールについて述べ
る。コーナーシールは前記したサイドハウジング
内表面と相性がよく、かつ相互に摩耗せずまた摩
耗させないものでなければならない。一般的に耐
摩耗性を向上するには高硬度にしたり、炭化物を
多量に成生せしめることによつて達成している
が、本発明だはサイドハウジング内表面にガス軟
窒化処理によるFe−Ｃ−Ｎ系化合物層を形成せ
しめ、この化合物層と相性のよい鋼製コーナーシ
ールを組み合わせたことにより、相互の摩耗や損
傷を削滅するに成功したものである。 本発明でいうFe−Ｃ−Ｎ系化合物層と相性の
よい鋼とは、炭素含有量が0.12〜1.5％の普通の
鋼であればよく、前述した通り硬度も特に特定す
る必要のないものである。炭素含有量を0.12〜
1.5％としたのは第３図に示すコーナーシール用
鋼の炭素含有量とコーナーシールの高さ摩耗量お
よびサイドハウジング摺動面の摩耗量との相関図
から明らかなように、0.12％未満ではコーナーシ
ールの耐摩耗性（図中、コーナーシール耐摩耗性
曲線Ａ参照）が充分得られず、逆に1.5％を超え
ると化合物層の摩耗（図中、化合物層の摩耗特性
曲線Ｂ参照）が大きくなり好ましくないからであ
る。尚、第３図はコーナーシール相当材として異
つた炭素量を有する数種のテストピースを作成
し、これとガス軟窒化処理をして得られたFe−
Ｃ−Ｎ系化合物層を有するテスト用回転円盤とを
一定の条件下に摺動させ、得られた結果をまとめ
たものである。また図中Ｃは従来の組み合せにお
けるコーナーシールの摩耗量を、Ｄは同じくサイ
ドハウジングの摩耗量を比較の為それぞれ例示し
たものである。 （実施例） つぎに本発明にかかるサイドハウジング１種と
コーナーシール３種を用意した。サイドハウジン
グの実施例は次表に示すとおりである。

【表】 コーナーシールは次に示す材質のものを機械加
工して製造した。 実施例 １………S45C（JIS） （Ｃ含有量0.45％） 実施例 ２………S55CS₂（JIS） （Ｃ含有量0.55％） 実施例 ３………SK3（JIS） （Ｃ含有量1.1％） 以上の如くして製造した各実施例品および従来
品を次の試験に供した。 摩耗試験 １ 試験方法 イ 供試エンジン……単室容積654c.c.、出力
135PSの２ロータ型ロータリピストン
エンジン ロ 試験条件…………無負荷×1500rpmを15秒間
持続した後、7000rpmまで急加速した
後1500rpmまで急減速るサイクルを１
サイクルとし、１サイクルを60秒間で
行ない、300サイクル繰り返し、その
時の摩耗量を測定した。尚この時水温
を20〜25℃、油温を55〜65℃の低温に
維持して試験した。 こうして得られた試験結果を第４図に示す。図
中ａは従来品である鋳鉄素地のサイドハウジング
に対し、B0.20％含有した鋳鉄シールを組み合せ
た例を示すものである。 この結果から明らかなように、本発明サイドハ
ウジングとコーナーシールの組み合せはハウジン
グの摩耗量が少なくなると同時にコーナーシール
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
層と鋼材コーナーシールとが、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類との金属接触がないこ
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５図は実施例１のものの軟窒化層表面の状態
を示す600倍の電子顕微鏡写真であり、この写真
から明らかな如く、Fe−Ｃ−Ｎ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つて、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。 （発明の効果） 以上に述べたとおり、本発明サイドハウジング
とコーナーシールの組み合せはロータリピストン
エンジンに要求される種々の特性を、軟窒化処理
によつて得られるFe−Ｃ−Ｎ系化合物層と鋼製
シールとの調和のとれた組み合せによつて満足せ
しめたものであり、優れた実用性を発揮するに至
つているものである。

【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−
切断矢視図であり、第３図は本発明はコーナー
シールにおける炭素含有量とコーナーシールの高
さ摩耗およびサイドハウジング摺動面の摩耗の関
係を示す相関図、第４図は摩耗試験の結果を示す
図、第５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、１ａ；サイドハウジン
グ内面、２；ロータハウジング、３；空隙、３
ａ；燃焼室、４；ロータ、５；サイドシール、
６；コーナーシール。

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つ
   て形成された空隙内を、ロータが遊星回転運動す
   るようになつ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鉄系材からなる素材
   表面に軟窒化処理によつてFe−Ｃ−Ｎ系化合物
   層を層厚1.0μ以上形成しているものであり、一
   方コーナーシールが炭素含有量0.12〜1.5％の鋼
   材製であることを特徴とするロータリピストンエ
   ンジンにおけるサイドハウジングとコーナーシー
   ルの組み合せ。