JPS62139902A - ロ−タリピストンエンジンのオイルシ−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、ロークリピストンエンジンのオイルシールに
関し、特にサイドハウジングのセラミック溶射層からな
る摺動面に適合するオイルシールに関するものである。

（従来技術） 一般に、ロータリピストンエンジンでは、潤滑用のオイ
ルを軸受メタルやロータ内部の冷却のために圧送してい
るので、ロータの回転スラスト面とこれに対向するサイ
ドハウジングの内壁摺動面との間にオイルが常時圧送さ
れている。

上記ロータのスラスト面と摺動面との間にあるオイルが
作動室へ流入すると、オイル消費量が増大し、作動室内
にカーボンスラッジが生成されてエンジンの出力及び耐
久性の低下を招くので、ロータの回転スラスト面には１
乃至２木のリング状のオイルシールが装着され、このオ
イルシールによってサイドハウジンクの摺動面のオイル
を出力軸側へ掻き落すようになっている。

従来では、ロークリピストンエンジンのサイドハウジン
グは合金鋳鉄製のもので軟窒化処理された摺動面を備え
たものが用いられ、この摺９ＪＪ面に摺接するロータの
オイルシールとしては合金鋳鉄製でその内周面に硬質０
１メツキを施したものが用いられて来た。

ところで、最近ではロークリピストンエンジンの高出力
化及び軽量化を図るために、サイドハウジングをＡ１合
金製とし、その摺動面に高温耐序耗性に優れるＣ、＋Ｃ
２（クロムカーバイト）などのセラミック溶射層を形成
することが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、サイドハウジングのＣｒ３．Ｃ２溶射層
からなる摺動面に上記従来のオイルシール（即ち、合金
鋳鉄製のオイルシールであってその内周面に硬質Ｃｒメ
ッキ層を形成したもの）を摺接させると、Ｃｒ２Ｃ３溶
射層の硬度（Ｈ，＝１０００〜１３００）が非常に高い
ためにオイルシールのリップ部の摩耗が著しく、オイル
を掻取る作用がなくなってオイルシールとして機能しな
くなるという問題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るロータリピストンエンジンのオイルシール
は、オイルシールの全面にγ−アルミナ層を設け、この
オイルシールの内周面のうちリップ部先端を除く部分に
γ−アルミナ層を変態させたα−アルミナ層を設けたも
のである。

（作用） 本発明に係るロークリピストンエンジンのオイルシール
においては、オイルシールの全面に比較的低硬度のＴ−
アルミナ層（硬さＨＶ＝４００〜６００）が形成されて
おり、またオイルシールの内周面のうちのリップ部先端
を除く部分にはγ−アルミナ層を変態させた高硬度のα
−アルミナ層（硬さＨｖ＝１２００〜１４００）が形成
されているので、オイルシールがサイドハウジングのセ
ラミック溶射層からなる摺動面になじむまではオイルシ
ールのリップ部先端の低硬度のＴ−アルミナ層でもって
摺動面に摺接して初期なじみ性が確保され、オイルシー
ルが摺動面に十分になじみリップ部先端の低硬度のＴ−
アルミナ層が摩耗してくるとリップ部先端近傍の高硬度
のα−アルミナ層が摺動面に摺接するようになり、この
高硬度のα−アルミナ層でもって耐摩耗性が確保される
ことになる。

（発明の効果） 本発明に係るロータリピストンエンジンのオイルシール
によれば、以上説明したように、オイルシールのリップ
部先端は低硬度のγ−アルミナ層で形成して初期なじみ
性を向上させることが出来るうえ、初期なじみの段階を
経てリップ部先端のγ−アルミナ層が摩耗したときには
内周面のα−アルミナ層のうちのリップ部先端近傍のα
−アルミナ層でもってサイドハウジングの摺動面に摺接
させることによりセラミック溶射層からなる摺動面に対
しても十分な耐摩耗性を確保することが出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、ロークリピストンエンジンＥは、
ロータハウジング１とサイドハウジンク２　（第２図参
照）とで形成されたまゆ形の収容室内にロータ３を収容
し、ロータ３の頂部のアペッスシール４をロータハウジ
ング１の内壁のトロコイド面１ａに摺接させてロータ３
の周りに３つの作動室５を形成し、ロータ３を出力軸６
の回りに偏心回転運動させ乍ら、各作動室５内で吸入・
圧縮・爆発・排気の行程を順々に行なわせて出力軸６を
回転駆動するようにしたものである。

上記作動室５はアペックスシール４、コーナーシール７
及びサイドシール８で気密状にシールされており、ロー
タギヤ３ａと出力軸６のギヤ６ａとのギヤ噛合部や出力
軸６の軸受部やロータ３の内壁等を潤滑し冷却するため
出力軸６内のオイル通路からオイルが供給される。

ロータ３が出力軸６の回りに偏心回転運動するのに伴っ
て、上記オイルがロータ３のスラスト面３ｂは勿論のこ
とサイドハウジング２の内壁の摺動面２ａに付着するこ
とになる。

上記オイルが作動室５内へ漏出しないように、ロータ３
の両スラスト面３ｂには夫々２本のリング状のオイルシ
ール９が装着され、このオイルシール９によってサイド
ハウジング２の摺動面２ａに付着したオイルを出力軸６
側へ掻き落すようになっている（第２図参照）。

ここで、エンジンの軽量化のため、上記ロータハウジン
グ１とサイドハウジング２はＡ１合金材料で構成され、
上記トロコイド面１ａと摺動面２ｂには約３００μの厚
さのクロムカーバイド（Ｃ−ｚ　Ｃ２）のセラミック溶
射層２ｂが形成され、上記セラミック溶射ＩＪ２ｂは硬
度Ｈ，＝１０００〜１３００と極めて硬く耐摩耗性に優
れたものである。

上記セラミック溶射層２ｂからなる摺動面２ａとの初期
なじみ性を確保すると同時に耐摩耗性を確保してオイル
シール９の機能を確保するため、オイルシール９は次の
ように構成されている。

第２図〜第４図に示すように、インナオイルシール９ａ
及びアウタオイルシール９ｂは、夫々ロータ３のスラス
ト面３ｂに凹設された環状のシール溝１０に装着される
とともに環状の波形状の板バネ１）で摺動面２ａへ弾性
付勢され、インナオイルシール９ａは０リング１２でシ
ール溝１０の内周面へ押圧され、またアウタオイルシー
ル９ｂは０リング１２でシール溝１０の外周面へ押圧さ
れている。

上記インナオイルシール９ａは、その外周側にリング溝
を有する断面路Ｕ形に形成されるとともに、アウタオイ
ルシール９ｂはその内周側にリング溝を有する断面路Ｕ
形に形成されている。

そして、ロータ３の偏心回転運動に応じて、上記両オイ
ルシール９ａ・９ｂが出力軸６から遠ざかる方向く外方
という）へ移動するときには、摺動面２ａの油膜にのっ
て油膜を掻き落さずに移動し、両オイルシール９ａ・９
ｂが出力軸６へ近づく方向へ移動するときには摺動面２
ａの油膜を夫々のリップ部先端９ｃ（エツジ部）で掻き
落し乍ら移動するように、両オイルシール９ａ・９ｂの
摺動面２ａに臨む外側面９ｄは外方へ向って拡大するよ
うな傾斜角約２°の傾斜面になっている。

上記両オイルシール９ａ・９ｂの材質について説明する
。

、　先ず、インナオイルシール９ａは、耐熱性に優れ且
つ熱膨張率の比較的小さなＡ１合金（ＪＩＳ４０３２）
製のインナオイルシール素材９ｍを成形し、このインナ
オイルシール素材９ｍを陽極酸化処理してその全表面に
厚さ１００〜３００μのγ−アルミナ層１３を形成し、
その内周面９ｅのうちリップ部先端９Ｃ以外の部分にレ
ーザー光線を照射して処理することにより内周面９ｅの
うちのリップ部先端９Ｃの約１０〜５０μを′除く部分
のＴ−アルミナ層１３の表層部約１００μの厚さ部分を
α−アルミナ層１４に変態させたものである。

アウタオイルシール９ｂは、上記同様Ａ１合金製のアウ
タオイルシール素材の全表面に厚さ約１００〜３００μ
のγ−アルミナ層を形成し、シール溝１０に接するその
内周面のうちのリップ部先端９Ｃの約１０〜５０μを除
く部分のγ−アルミナ層の表層部約１００μの厚さ部分
をα−アルミナ層に変態させたものである。

上記Ｔ−アルミナ層１３は硬さＨｖ＝４００〜６００の
低硬度の材料であり、α−アルミナ層１４は硬さＨｖ＝
１２００〜１４００の高硬度の耐摩耗製に優れた材料で
ある。

上記のように、オイルシール９の全表面にＴ−アルミナ
層１３を形成したのは、オイルシール９全体の耐摩耗及
び耐熱強度を確保するためでもあるが、主にリップ部先
端９Ｃの耐摩耗性と初期なじみ性とを兼備させるためで
ある。

そして、オイルシール９の内周面９ｅのうちリップ部先
端９ｃを除く部分にα−アルミナ層１４を形成したのは
、低硬度のＴ−アルミナ層１３からなるリップ部先端９
Ｃが初期なじみの段階を経て摩耗したときにリップ部先
端９Ｃの近傍の高硬度のα−アルミナ層１４で摺動面２
ａに摺接させることにより耐摩耗性に優れたリップ部と
なるようにし、オイルシール９の機能を長期に亙って確
保するためである。

第４図において、リップ部先端９Ｃのγ−アルミナ層１
３の幅ＢはＢ＝１０〜５０μ程度とすればよいが１０〜
２０μとするのが最も望ましい。

但し、α−アルミナ層１４はレーザー光線で処理して形
成する関係上、レーザー光線の照射誤差も加味して幅Ｂ
を設定する必要がある。

尚、上記オイルシール９の材料としてはＡ１合金を用い
たが、オイルシール９の全表面の表層部分をＡ１合金材
料で構成しておけば、上記同様γ−アルミナ層１３とα
−アルミナ層１４とを形成することが出来ることから、
例えばオイルシール９を合金鋳鉄などのＦ８系材料でつ
くり、その全表面に溶融メッキや溶射などの方法で厚さ
約５００μ程のＡ１合金層を形成し、そこに前記同様に
γ−アルミナ層１３とα−アルミナ層１４とを形成して
もよい。

以上の構造を有するオイルシール９においては、リップ
部先端９ｃが低硬度のγ−アルミナ層１３で形成されて
いるので、サイドハウジング２のセラミック溶射層２ｂ
からなる摺動面２ａとの初期なじみ性に優れ且つある程
度の耐摩耗性が発揮され、初期なじみの段階においても
オイルシール９としての機能が十分に発揮される。

そして、初期なじみの段階を経てリップ部先端９Ｃが摩
耗してくると、高硬度のα−アルミナ層１４がリップ部
先端９Ｃに露出して摺動面２ａのＣ−ｘ　Ｃｚよりも高
硬度のα−アルミナ層１４が摺動面２ａと摺接すること
になるので、オイルシール９の耐久性が確保されること
になる。

次に、上記オイルシール９の製造方法の実施例について
簡単に説明する。

先ず、Ａ１合金（ＪＩＳ４０３２）製の押出しパイプ材
に所定の熱処理（５１０°Ｃ溶体化処理と１７０°Ｃ×
１０時間の時効処理）を施した後に所定形状のオイルシ
ール素材９ｍとした。

次に、上記オイルシール素材９ｍに陽極酸化処理を施し
た。　この場合、１５体積％の硫酸浴（浴温−５℃）を
用い、電流密度１．５　Ａ／　ｄ　ｍ２、処理時間４．
０時間の条件で行ない、平均層厚２００μのＴ−アルミ
ナ層１３を形成した。

次に、オイルシール９の内周面９ａのリップ部先端９ｃ
を除く部分にレーザー光線を照射して平均層厚約１００
μのα−アルミナ層１４を形成した。

この場合、０．２ＫＷのＣＯ２レーザーを用い、処理速
度１．０ｍ／分、ａｂ値（焦点ズラシ比）１゜１３、オ
シレーション幅４．５　ｍｍで行ない、リップ部先端９
Ｃから５０μの範囲には照射しなかった。

次に、オイルシール９の外側のテーパー面の角度を調整
するためテーパー面９ｄを研削加工し、オイルシール９
の内周面９ｅのリップ部先端９Ｃに幅Ｂが約１０μのγ
−アルミナ層１３を残存させた。

以下、上記製造方法の実施例に基いて製作したオイルシ
ール９（本発明実施品）と各種比較例とについて行なっ
た試験結果について説明する。

第５図は、本発明実施品と、オイルシール９の内周面９
ｅのリップ部先端９Ｃまでα−アルミナ層１３を形成し
た比較例とについて、Ｃ−２Ｃｚ溶射層を有するラッピ
ング定盤を用い、ランピングオイルをつけ乍らオイルシ
ール９の単位長さ当り１、Ｏｋｇｆ／ａｍの荷重でラッ
ピング加工したときのラッピング時間とリップ幅（第４
図中の幅Ａ）との関係を示すものである。

比較例では、リップ部先端９Ｃが高硬度のα−アルミナ
層１４で形成されているため、摩耗量が僅少となって、
リップ幅が必要リップ幅の下限値よりも格段に小さくな
ってしまう。　　リップ幅が上記下限値以上でない場合
には、オイル掻き落し能力に欠はオイル消費量が著しく
増大することになる。

本発明実施品では、約１０分のラッピング加工でＴ−ア
ルミナ層１３のリップ部先端９Ｃが摩耗して、約２００
μ程の十分なリップ幅になると、リップ部先端９Ｃにα
−アルミナ層１４が露出し以後殆ど摩耗しないのでリッ
プ幅がそれ以上増加しないことが判る。

第６図は、本発明実施品と比較例■及び■と従来例のオ
イルシール９について、オイルシール９の単位長さ当り
の荷重４．５ｋｇｒ／ｃｍ、摺動速度５ｍ／分、灯油と
タービン油とからなる潤滑油（灯油：タービン油＝２７
１）の条件で摩耗試験を行なった試験結果を示すもので
ある。

尚、上記従来例、比較例■及び■は、下記第１表に示す
オイルシール９とサイドハウジング２と第６図の結果か
ら判るように、比較例■と■はオイルシール９のリップ
部先端９ｃの材質がセラミック溶射層の摺動面２ａに比
較して軟かいためにオイルシール９の摩耗が著しく、リ
ップ幅が大きくなりすぎ、実用に耐えないものである。

これに対して、従来例及び本発明実施品ではリップ部先
端９ｃの摩耗が少なく良好なリップ幅が確保される。

以上説明したように、本実施例に係るロークリピストン
エンジンＥのオイルシール９によれば、サイドハウジン
グ２のＣｒ５ＣＺなどのセラミック溶射層２ｂからなる
摺動面２ａに対して初期なじみ性に優れ、良好な耐摩耗
性を備え、オイルシール９として良好に機能するオイル
シール９が得られ、ロークリピストンエンジンＥの高出
方化ヲ図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はロークリ
ピストンエンジンの縦断面図、第２図はオイルシールを
示す要部断面図、第３図はインナオイルシールの拡大断
面図、第４図はオイルシールのリップ部の拡大断面図、
第５図はラッピング試験結果を示す線図、第６図は摩耗
試験結果を示す線図である。 、９・・オイルシール、　９’　ａ・・インナオイルシ
ール、　９ｂ・・アウタオイルシール、　９ｃ・・リッ
プ部先端、　　１３・・γ−アルミナ層、１４・・α−
アルミナ層、　Ｅ・・ロークリピストンエンジン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）オイルシールの全面にγ−アルミナ層を設け、こ
   のオイルシールの内周面のうちのリップ部先端を除く部
   分にγ−アルミナ層を変態させたα−アルミナ層を設け
   たことを特徴とするロータリピストンエンジンのオイル
   シール。