JPS6037281B2 - 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ヱンジン、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、ロータ側面に鰍挿
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
成したりッブ部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○リングである。従来、上記オ
イルシール４の耐摩耗性を確保するために、オィルシ−
ル４のリップ部５に高硬質クロムメッキ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４のリップ部
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。従ってオイルシールの材質面におけ
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、上記基村の弾性と
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％を含有する鉄基合金からなり、Ｍｏ、Ｗおよび
Ｆｅの主として複合炭化物を面積率で２０〜６０％晶出
ないし析出している組織を有するチップ材を、基材が鉄
系材料からなるオィルシ−ルのり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（特豚昭５１−６４２９び号（特公
昭５６−５２９８４号公報））。上話提案のオイルシー
ルの鉄基材としては、ヤング率が２２×１ぴｋ９′側２
以下、例えば普通鋼（２１×１ぴｋｇ／側２）」普通鋳
鉄（１２×１ぴｋ９′柳２）、鉄系暁結合金（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Ｈｖ５００〜１０００の範囲内にあり、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１０〜５
０ミクロンの範囲内にあるものが得られる。そしてチッ
プ材合金の硬度と炭化物の大きさおよび面積率によりオ
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） 鉄系素材に敏窒化処理を施した都材は、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
が摩耗したとき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
に接触摺敷するようにすれば、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−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ヱンジンにおいて、サイドハウジン
グないしインタメディェートハウジングの内表面が軟窒
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構内に出没自
在に鉄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％を有する鉄基合金からなり、Ｍｏ、
Ｗ及びＦｅを主として複合炭化物を面積率で２０〜６０
％晶出ないし析出している組織を有するチップ材を落着
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槽動するよう硬質クロムメッ
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
トンエンジンである。

この発明のサイドハウジングに使用する鉄系素材は、ガ
ス軟窒化処理やタフトラィド等の軟窒化処理によって、
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−４５ＦＣ
Ｄ一５申等の鋳鉄、ＳＡＣＭ１、ＳＣＲ４、Ｓ５に等の
鋼、マンガンクロム鋼銭鋼品の２なし、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、更に鰍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、沼動
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欧窒化処理は周
知の方法によって行なわれる。

例えばガス酸窒化処理は、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
〜５９０ｑｏ、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浴中で５００〜５９０ｑ
ｏ、１〜６時間加熱する方法である。鉄系素材に軟窒化
処理を施すには、鋳鉄の場合は軟窒化処理前にその少な
くとも摺動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、普通、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、またピッカース硬度（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％を超えると黒鉛が析出し、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〈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鞠性を向上し、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
焼付き性を付与するもので、面積率２０％禾満ではその
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、組織的にもステダー
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。この
発明におけるオイルシールは、鉄系基村の表面に上記の
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７
００〜１０００であることが好ましい。（作用） この発明は、内表面が軟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ゥジングに、ロータ側面
に肖り設されたオイルシール構内に出没自在に鉄挿され
たオイルシールのリップ部に落着された上記複合合金か
らなるチップ材とｔ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、摺敷初期は上
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を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
／柳２ＪＩＳ規格）を用いて成形した外径１２７側、内
径１１７肌、高さ６肌のりングの上面に幅３．５肋、深
さ１．仇奴の溝を設け、この構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
０〜１１６０ｏｏで１５分間加熱して上記圧粉体を基材
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帆の硬質クロムメ
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伽、内径１１劫吻、高さ５．７肌であった。上記チ
ップ材の成分は、Ｃ４．５％、Ｃｏｌ３．０％、Ｍｏ３
．０％、Ｗ５．０％、Ｐ２．０％、Ｃｒ２．５％、Ｖ２
．５ Ｆｅ残余であり、これを落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
３８％程度で、その硬度Ｈｖは７２０であった。また硬
質クロムメッキ層の硬度Ｈｖは９５０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
モー夕Ｍで時計針方向に回転される円板６ａ面に満車５
．５ｋｇで圧接し、圧鞍部における円板６ａの円速度を
５．２ｈ／秒としてリップ部の摩耗幅（伽）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５７０００、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側としたものであ
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（
Ｘ線）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や
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エートハウジングの内表面ひ軟
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
「オィルシ−ルのりツプ部は上記複合合金と硬クロムメ
ッキ層とが同時に上記ハウジングの内表面に接触摺動す
るように構成されているため、摺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図は摩耗幅と時間との関
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 第ム図

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
   トンエンジンにおいて、サイジ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、Ｃ３〜９重量％（以
   下％と略す）、Ｃｏ５〜２０％、Ｍｏ１〜６％、Ｗ１〜
   ８％を含有する鉄基合金からなり、Ｍｏ、ＷおよびＦｅ
   の主として複合炭化物を面積率で２０〜６０％晶出ない
   し析出している組織を有するチツプ材を溶着するととも
   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。