JPS63253118A

JPS63253118A - ロ−タリピストンエンジンのロ−タ

Info

Publication number: JPS63253118A
Application number: JP8509787A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Hasegawa; 泰明長谷川; Yukio Yamamoto; 幸男山本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-04-07
Filing date: 1987-04-07
Publication date: 1988-10-20

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、アペックスシール溝を有し、ロータ本体の頂
辺部に鋳ぐるまれた多孔質金属製のアペックスシール溝
形成部材を備えてなるロークリピストンエンジンのアル
ミニウム合金製のロータの改良に関する。

（従来の技術）一般に、ロータリピストンエンジンのロータにおいては
、アペックスシールを装着するアペックスシール溝が各
頂辺部に沿って形成されている。

このアペックスシール溝は、両型の内周面を有するケー
シング内をロータが遊星回転運動する際、アペックスシ
ールを介してアペックスシール溝に大きな力が作用する
ため、おるいはアペックスシールとアペックスシール溝
とが１習接づるため内面が摩耗し易い。したがって、ア
ペックスシール溝の周辺部は耐摩耗性に優れていること
が要求される。特に、ロータの軽量化ないし高回転化を
図るために用いられるアルミニウム合金製のロータにお
いては、上記の如きアペックスシール溝の摩耗が著しく
なることから、これを防止するためにアペックスシール
溝の周辺部の耐摩耗性をどのようにして確保すればよい
かが問題どなる。

そこで、上記の問題点を解決するために、本出願人は先
の出願において、ロータの３つの頂辺部にニッケル多孔
質金属からなるアペックスシール渦形成部材を鋳ぐるみ
かつ加熱処理を施づことにより、該アペックスシール溝
形成部材のニッケル多孔質金属とアルミニウム合金との
境界にＮ１−Ａρの高硬度の金属間化合物層を形成せし
め、これによりロータの軽量化を図りつつアペックスシ
ール溝の周辺部の耐摩耗性を確保するようにしたものを
提案しテイル（特ＹｆＩＩＩＨ６０２２７３６１丹明細
書及び図面参照）。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、ロータの各頂辺部のアペックスシール溝に装
着されるアペックスシールは、ロータの回転により倒れ
方向の荷重を受ける。そして、この倒れ方向の荷重の作
用により上記アペックスシール溝の頂部側は押し荷重を
受けるため、この頂部側においてはへクリ強度を高くす
ることが望ましい。一方、アペックスシール溝の底部側
はアペックスシールにより高い応力が発生するため、ク
ラックが生じないＪ：うに強度を確保づることが必要で
おる。また、ロータの各頂辺部の温度が高くなると全体
的な耐熱強度が低下覆ることとなるため、底部側にＪ３
いては熱の放散性を高くすることが望ましい。

一方、上記の先願のものにおいて、ロータの各頂辺部に
鋳ぐるまれたアペックスシール渦形成部材の多孔質金属
とアルミニウム合金との境界に生成され７；Ｎｉ　　Ａ
！Ｊの金属間化合物は、硬度の向上を図ることができる
ものの、この母が多くなるに従ってもろくかつ熱伝導性
が悪くなるという性質を有している。そして、上記の先
願のものでは、アペックスシール溝形成部材の気孔率換
言すれば多孔質金属の体積率が全体に亘って一定に設定
されているため、上記金属間化合物はアペックスシール
溝形成部材全体に均一に生成されている。このため、上
記アペックスシール溝頂部側のへクリ強度（１度）を高
めるべく上記金属間化合物の生成量を多くすると、アペ
ックスシール溝底部側がもろくなりかつその熱放散性の
低下を招くこととなる。一方、逆にアペックスシール溝
底部側のもろさに対する強度Ｊ３よび熱放散性の向上を
図るべく上記金属間化合物の生成量を少なくづると、今
度はアペックスシール溝頂部側のへクリ強度の低下をＪ
ｎ＜こととなる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、上記先願の如くロータ本体の頂辺部
に異種金属としての多孔質金属製のアペックスシール渦
形成部材を鋳ぐるむこととし、この場合、該アペックス
シール溝形成部材における多孔質金属の全体に占める体
積率に変化をもたせることにより、アペックスシール溝
の頂部側にあっては、多孔質金属とアルミニウム合金と
による金属間化合物の生成量を増大せしめてヘタワ強度
の向上を図り得る。一方、底部側にあっては、上記金属
間化合物の生成量を減少せしめてつまりアルミニウム合
金の母を増大せしめてもろさに対する強度および熱放散
性の向上を図り得、これによりロータの軽量化を図りつ
つアペックスシール溝の周辺部に要求される諸物性の向
上を図らんとすることにある。

（問題点を解決するだめの手段）上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、アペ
ックスシール溝を有し、ロータ本体の頂辺部に鋳ぐるま
れた多孔質金属製のアペックスシール溝形成部材を備え
てなるロータリピストンエンジンのアルミニウム合金製
のロータを対象とし、この場合、上記アペックスシール
溝形成部材を、アペックスシール溝頂部側における多孔
質金属の体積率が１０〜３０％に、アペックスシール溝
底部側における多孔質金属の体積率が５〜１０％になる
ようにそれぞれ設定する。さらに、アペックスシール溝
形成部材の多孔質金属とアルミニウム合金との境界に両
者による金属間化合物層を形成させる構成とする。

（作用）上記の構成により、本発明では、ロータの各頂辺部のア
ペックスシール溝に装着されたアペックスシールには、
ロータリピストンエンジン作動時にロータの回転により
倒れ方向の荷重が作用し、この倒れ方向の荷重の作用に
より上記アペックスシール溝の頂部側に押し荷重が作用
する。一方、上記アペックスシール溝の底部側には、ア
ペックスシールのケーシング内面に摺接した際における
反力の作用により高い応力が発生する。

この際、上記アペックスシール溝は、アルミニウム合金
製のロータ本体に鋳ぐるまれだ多孔質金属製のアペック
スシール溝形成部材に形成され、しかも該アペックスシ
ール溝形成部材は、アペックスシール溝頂部側における
多孔質金属の体積率が１０〜３０％に、アペックスシー
ル溝底部側にあける多孔質金属の体積率が５〜１０％に
それぞれ設定され、かつアペックスシール溝形成部材の
多孔質金属とアルミニウム合金との境界には両者による
金属間化合物層が形成されている。このことから、アペ
ックスシール溝の頂部側にあっては、金属間化合物の生
成量が増大せしめられていてベタリ強度の向上が図られ
る一方、底部側に必っでは、金属間化合物の生成量が減
少せしめられていてつまりアルミニウム合金の塔が増大
せしめられていてもろさに対する強度および熱放散性の
向上が図られ、これによりロータの軽但化を図りつつア
ペックスシール溝の周辺部に要求される諸物性の向上が
図られることとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はロータリピストンエンジンの本発明の実施例に
係るロータを示し、該ロータは、外周が略三角形状にか
つ中央が円形の中空部にそれぞれ形成されたＯ−り本体
１と、該ロータ本体１における一側面に取り付けられた
リングギヤ（内歯歯車）２と、上記ロータ本体１の中空
部に嵌合されかつ上記リングギヤ２と同心状に配置され
た軸受部材３とを備えてなり、上記リングギヤ２を固定
ギヤ（図示せず）に噛合させることにより、トロコイド
状内周面に形成されたケーシング内で遊星回転運動させ
るとともに、この運動によって上記軸受部材３に偏心部
が嵌挿支持された図示しない出力Ｎ（エキセントリック
シャフト）を駆動するようになされている。

上記ロータ本体１の外周面を構成する３つのフランク面
４，４．４には各々中央部に燃焼室を構成する凹状のロ
ータリセス５，５．５　（図では１つのみ表われる）が
形成されているとともに、上記３つのフランク面４，４
．４が交わる各頂辺部にはニッケルの発泡体からなる多
孔質金属製のアペックスシール溝形成部Ｕ６．６．６が
一体的に鋳くるまれ、かつ該各アペックスシール溝形成
部材６には上記各頂辺部に沿ってアペックスシール溝７
が形成されている。また、ロータ本体１の両側面８．８
には、上記各アペックスシール溝７の端部に重なる円筒
状の窪んだコーナシール溝９゜９．９と、該コーナシー
ル溝９．９．９間にフランク面４，４．４に沿って設け
られたサイドシール溝１０．１０．１０と、該サイドシ
ール溝１０゜１０．１０の内側に設けられたリング状の
オイルシール溝１１とが形成されている。

上記各アペックスシール溝形成部材６は、例えば粒状の
ウレタン樹脂を黒鉛で被覆するとともに、これを所定形
状の型内に充填させた状態でニッケルメッキを施し、し
かる後、上記ウレタン樹脂を焼失させることにより得ら
れるものでおり、本実施例では、第２図および第３図に
拡大詳ホするように、アペックスシール溝頂部側Ａと底
部側Ｂとで気孔率が異なるように各々別々に形成したも
のをプレスにて一体化せしめたものである。

そして、本発明の特徴として、上記各アペックスシール
溝形成部材６は、アペックスシール溝頂部側Ａにおける
ニッケル多孔質金属の体積率Ｖｆ１が１０〜３０％に、
アペックスシール溝底部側Ｂにおけるニッケル多孔質金
属の体積率ｖｆ２が５〜１０％にそれぞれ設定され、か
つ第６図に示づように、アペックスシール溝形成部材６
のニッケル多孔質金属６’ａとアルミニウム合金６ｂ、
６ｂ、・・・との境界にはニッケルとアルミニウムとで
なる高ｒｉ！！！度の合金層（Ｎ　＋−Ａｆ！金属聞化
合物暦）６Ｃ，６Ｇ、・・・が形成されている。

上記アペックスシール溝形成部材６のニッケル多孔質金
属６ａとアルミニウム合金６ｂ、６ｂ。

・・・との境界にＮ　１−Ａｎ金属間化合物層６Ｃ９６
Ｃ１・・・を形成させる金属間化合物生成処理は、４５
０〜５５０℃の温度で、１〜１０時間加熱保持づるもの
で必り、上記加熱温度は、４５０°Ｃ未満では金属間化
合物層５ｃ、５ｃ、・・・を形成するのに長時間を要し
経済的ではなく、５５０℃を越えるとアルミニウム合金
鋳物自体の強度が低下するからである。また、加熱時間
は、１時間未満では十分な金属間化合物層６ｃ、５ｃ、
・・・を形成することができず、１０時間を越えると金
属間化合物ｇ６ｃ、６Ｃ，・・・の生成がほぼ飽和し経
済的でないからである。この金属間化合物生成処理には
、アルミニウム合金の溶体化処理を兼ねるために、上記
加熱後に水焼入れを行い、ざらに、焼戻し処理（Ｔ６処
理等）を行うようにしてもよい。

そして、上記アペックスシール溝頂部側ＡＩ、−おける
多孔質金属の体積率Ｖｆ＋を１０〜３０％の範囲に設定
したのは、ロータリピストンエンジン作動時にロータの
回転によって倒れ方向の荷重を受けるアペックスシール
によりアペックスシール溝頂部側Ａが押し荷重を受ける
ため、この頂部側Ａにおいてへクリ強度を高くする確保
する必要があるからである。そして、その下限を１０％
に設定したのは、第４図のデータからも明らかなように
、これ以下にするとベタリ量および摩耗量が急増づる傾
向にあることからこの程度が好ましいと考えられたから
であり、上限を３０％に設定したのは、溶湯鍛造等によ
る複合化つまりＮ　ｉ　−ＡＭの金属間化合物生成との
関係と、第５図のデータからも明らかなＪ：うに、引張
り強度を約’ｌ０Ｋ９／＃２程度確保する必要があるか
らである。

一方、上記アペックスシール溝底部側Ｂにおける多孔質
金属の体積率Ｖｆ２を５〜１０％の範囲に設定したのは
、底部側Ｂはアペックスシールにより高い応力が発生す
るため、クラックが生じないように引張り強度を約１５
Ｋｆｆ／ｓ“以上確保することが必要であるとともに、
十分なる耐摩耗性が要求されるところでおることから摩
耗はを約２０μｍ以下に設定する必要があるからでおる
。また、底部側Ｂは熱の放散性を確保する上からも体積
率Ｖｆ２を上記頂部側Ａよりも少なくした方が好ましい
。

なお、上記第４図のデータにおけるベタリ試験の要領は
、アペックスシール溝形成部材６の試料として幅３ｍの
ものを用意し、この試料に対し同じく幅３ｍの圧子によ
ってｍｉｎ、　２０に３〜ｍａＸ、　８０に３の繰返し
荷重を加える操作を２００℃の加熱条件の下で１０６回
繰り返した後、ベタリ足を測定した。また、耐摩耗試験
の要領は、下記条件の下でピン−ディスク方式の摩擦摩
耗試験機によりディスク側の摩耗深さを測定した。

面圧　　　　　　　　　５０Ｋｙ／ｃｒ／を摺動速度　
　　　　　　ｉｏｍ、、、’ｓｅｃ潤滑油　　　　　デ
ィーゼル油＃３０摺動距離　　　　　　　１０５ＴｒＬ次に、このようにして溝成された本実施例の具体例を説
明する。

まず、アペックスシール溝頂部側Ａの体積率■４゛１が
２０％に、アペックスシール溝底部側Ｂの体積率Ｖｆ２
が７％にそれぞれ設定されたニッケル多孔質金属製のア
ペックスシール濶形成部十１６を３本用意し、この各ア
ペックスシール溝形成部材６を所定形状を有する金型内
にセットする。次いで、３００’Ｃに予熱された上記金
型内に溶湯温度７３０’Ｃのアルミニウム合金（組成例
：Ｃｕ３．２４重優％、Ｓｉ　　１０．９垂ω％、Ｍｇ
０．３７重但％、Ｆｅ０．１５重徂％、ｊ’ｖｌｎ０．
３１臣但％、Ｎｉ　　　Ｏ，１７臣伍％、ＴｉＯ，０９
重量％、Ｓｂ０．１６千川％、残部Ａ、ｌ）　）の溶湯
を注入し、溶湯圧力３００にび／ｃｒＡの条件の下で溶
湯鍛造でる。

これにより、各頂辺部にニラケン多孔質金属からなる３
本のアペックスシール溝形成部材６，６゜６が鋳ぐるま
れたロータ本体１の中間製品が成形される。そして、こ
の各アペックスシール溝形成部材６の多数の空孔内にア
ルミニウム合金の溶湯が充填されている。また、上記中
間製品の両側面には、３つのサイドシール１Ｘ１０．１
０．１０とオイルシール溝１１とがそれぞれ形成されて
いる。

その後、上記ロータ本体１の中間製品に対し溶体化処理
（約５２０’ＣＸ４時間）と人工時効硬化処理（約１７
０’ＣＸ８時間）とを連続して行うＴ６処理と称せられ
る熱処理を施ず。このような熱処理が施されることによ
って、上記中間製品におけるアルミニウム合金部が硬化
されるとともに、第６図に示すように、アペックスシー
ル溝形成部材６のニッケル多孔質金属６ａとアルミニウ
ム合金６ｂ、６ｂ、・・・との境界にはニッケルとアル
ミニウムとでなる高硬度の合金層（Ｎ　ｉ−Ａ、ｌ！！
属間化合物１ｉＺ）６Ｃ，６Ｇ、・・・が形成される。

そして、上ｊホの如く熱処理を施した後、第１図に示す
ように、各アペックスシール溝形成部材６の頂辺部に沿
ってアペックスシール溝７を、また、該各アペックスシ
ール溝形成部材６の両端面にコーナシール溝９，９をそ
れぞれ形成し、かつ所定の機械加工を施すことににす、
最終製品としてのアルミニウム合金製のロータ本体１を
得る。この場合、上記多溝７，９の内面には、上記ニッ
ケルとアルミニウムとでなる高硬度の合金ＩＷ６Ｃが現
われることどなる。

このようにして得られたロータ本体１は、各アペックス
シール溝形成部材６か多数の空孔を有するニッケル多孔
質金属６ａで形成されているので、ロータ本体１（ロー
タ）の型組の増大化を招くことがなく、よって全体とし
て軽量化を図ることができる。

ざらに、上記各アペックスシール溝７およびコーナシー
ル溝９の内面には高硬度のＮ１−Ａ、ｌ！の金属間化合
物層６Ｃが表われているので、これらの溝７．９周辺の
耐摩耗性の向上を図ることができる。しかも各アペック
スシール溝形成部（３６は、アペックスシール溝頂部側
Ａにａ３けるニッケル多孔質金属の体積率Ｖｆ＋が１０
〜３０％に、アペックスシール溝底部側已におけるニッ
ケル多孔質金属の体積率Ｖ　ｆ　２が５〜１０％にそれ
ぞれ設定されていることから、アペックスシール溝頂辺
部側Ａにあっては、金属間化合物の生成量が増大せしめ
られていてベタリ強度の向上を図り得る。一方、底部側
にあっては、金属間化合物の生成量が減少せしめられて
いてつまりアルミニウム合金の量が増大せしめられてい
てもろさに対する強度および熱放散性の向上を図り得、
これによりロータの軽量化を図りつつアペックスシール
溝７の周辺部に要求される諸物性の向上を図ることがで
きる。

なお、上記実施例では、アペックスシール溝形成部材６
としてニッケル多孔質金属を用いたが、これに限らず、
例えば銅や鉄等の多孔質金属を適用し、Ｃｕ−Ａ、ｌ！
金底屈間化合物Ｆ　ｅ−Ａ４２金属間化合物を生成する
ようにすることも採用可能である。

また、上記実施例では、ロータの中間製品に熱処理を施
した後に各アペックスシール溝７およびコーナーシール
溝９を形成するようにしたが、これとは逆に各アペック
スシール：ｌＡ７およびコーナーシール溝９を形成した
後に熱処理を施すようにしても良い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、ロータ本体の頂
辺部に鋳ぐるまれた多孔質金属製のアペックスシール渦
形成部材における多孔質金属の体積率を、アペックスシ
ール溝頂部側が１０〜３０％に、アペックスシール溝底
部側が５〜１０％になるようにそれぞれ設定し、かつア
ペックスシール渦形成部材の多孔質金属とアルミニウム
合金との境界に両者による金属間化合物層を形成した。

よって上記アペックスシール溝の頂辺部側にあっては、
上記金属間化合物の生成量を増大せしめ得てヘタリ強度
の向上を図ることができる一方、底部側にあっては、上
記金属間化合物の生成ωを減少せしめ得てもろさに対す
る強度および熱放散性の向上を図ることができ、これに
よりロータの軽量化を図りつつアペックスシール溝の周
辺部に要求される諸物性の向上を図ることができる。

【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本発明の実施例に
係るロータの斜視図、第２図は同要部拡大断面図、第３
図はアペックスシール溝形成部材の斜視図、第４図はア
ペックスシール溝形成部材の多孔質金属の体積率とへタ
リ量および摩耗Ｑとの関係を示すデータ、第５図はアペ
ックスシール溝形成部材の多孔質金属の体積率と引張り
強度との関係を示すデータ、第６図はアペックスシール
溝形成部材に形成された金属間化合物の金属組織の概略
を示す拡大図である。１・・・ロータ本体、６・・・アペックスシール溝形成
部材、６Ｃ・・・金属間化合物層、７・・・アペックス
シール溝、Ａ・・・アペックスシール溝頂部側、Ｂ・・
・アペックスシール溝底部側。特　許　出　願　人　　マツダ株式会社　ノー゛−°゛
代　　　理　　　人　　前　１）　弘　　：１、＋（’
ｌ＝、−ｉ、・第６図第５図Ｖｆ＜’／、’）第４図Ｖｆ　（’ム）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アペックスシール溝を有し、ロータ本体の頂辺部
に鋳ぐるまれた多孔質金属製のアペックスシール溝形成
部材を備えてなるロータリピストンエンジンのアルミニ
ウム合金製のロータであって、上記アペックスシール溝
形成部材は、アペックスシール溝頂部側における多孔質
金属の体積率が１０〜３０％に、アペックスシール溝底
部側における多孔質金属の体積率が５〜１０％にそれぞ
れ設定され、かつアペックスシール溝形成部材の多孔質
金属とアルミニウム合金との境界には両者による金属間
化合物層が形成されていることを特徴とするロータリピ
ストンエンジンのロータ。