JPS603431A

JPS603431A - ロ−タリピストンエンジンのロ−タハウジング

Info

Publication number: JPS603431A
Application number: JP11120083A
Authority: JP
Inventors: Jun Miyata; 宮田　順; Koji Yanagii; 浩治楊井; Koji Tarumoto; 樽本　浩次; Tsutomu Shimizu; 勉清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1983-06-20
Filing date: 1983-06-20
Publication date: 1985-01-09

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寿命を長期化し
、しかも高出力のロークリピストンエンジンにも好適な
ロータハウジングに関Ｊる。３（従来技術）一般に、ロータリピストンエンジンは、内周面が１−ロ
コイド状に形成されたロータハウジンク内を、多角形状
のロータがその頂部にＢ　ｔ４したアペックスシールを
上記トロコイド面に周接させながら遊星回転運動Ｊ−る
ものである。そしで、従来、摺動特性の良好なロータハ
ウジンクどして、例えば、特願昭５３−３８６９８号公
報に開示されているように、ロータハウジングのトロコ
イド面にクロムメッキ処理を施し一’Ｃ１ｌ１３き、こ
のメッキ層に逆電処理を施すことにより、１１〜状のチ
ャネルタイプポーラスを刻設し、あるいは、さらにその
処理面を研削することにより礼状のビンポイン１〜タイ
プポーラスを刻設し、このことにより、これらポーラス
に保持されたエンジンオイルで１〜口コイド面に適度の
油膜を形成し−Ｃアペックスシールｊ？１動面との潤滑
を良好に行うようにしたものは知１うれている。また、
特公昭５２−２８９２２号公報−Ｃは、ロータハウジン
グトロコイド面にビンポイントタイプポーラスを刻設し
かつその面積率、つまり全ポーラスの総開口面積をトロ
コイド而の総面積で１１１９だ値を特定範囲内に限定す
ることにより、ホ７　ス（７）　７１イル保持吊を充分
なものにして潤滑効果を高めるようにしたロータハウジ
ングが提案されている。

そして、この場合、ポーラスのオイル保持量をさらに増
加すれば種々の使用条件下で安定しノζ油〃シ）を形成
できるため、上記潤滑効果が一層高められることになり
、ロータハウジングの摺動特性を改善できるととｂに長
期間に回りその特性を維持することができる。特に、こ
のことは、過給機等の装備により平均有効圧力が高めら
れ、あるいは燃焼改善により最高筒内圧力が高められる
ことによりアペックスシール摺動面の血圧が上ｍＶると
ともに熱負荷が増大したエンジンや、最高回転数が高く
設定されることによりアペックスシール摺動面の摺動速
度が上昇しｌζエンジンでは、ロータハウジング１〜ロ
コイド面にチトターマークが発生覆ることを防止できる
とともに、トロコイドｍＩのり〔１ムメッキ層およびア
ベックスジ〜ルの異常摩耗を抑制できるため、これら高
出力エンジンのイへ頼性を高めるうえで有利である。

そこで、上記ポーラスの刻設深さを深（づることにより
、そのオイル保持量を増加させることが考えられる。し
かし、この場合、刻設深さ拡大のために逆電解量を多く
すると、第８図〈拡大倍率４００倍〉に示すように、ポ
ーラス８間のプラト一部すも電解が促進されてその表面
粗さが増大Ｊるので、アペックスシールの摩耗量が増大
するどともにその摺動抵抗が増大しかつカスシール性の
悪化ににり出力が低下するという問題がある。１しかも
、ポーラスは、チャネルタイプの場合、内部応力による
割れのためＩｉ面形状がシト−ブなＶ字型に形成され、
一方、ビンポイントタイプの場合、研削加工によりクロ
ムメッキ層を崩壊さｔ！ながら間口部を拡大していくた
め、断面形状はＶ字型に形成される。このため、いずれ
のタイプのポーラスもロータハウジングトロコイド面の
摩耗に伴い面積率が急速に減少してしまい、ポーラスの
容積が小さなものになってオイル保持量が急減し、初期
の摺動特性を長Ｊ＃Ｊ　Ｉｉ！］に亘り維持することが
できないという不具合が生じる。また、クロムメッキ処
理条件（かたさ、厚さ、内部応力）によりプラト一部の
形状が一定しないうえ、ビンポインｌ−化の際の研削条
件によりポーラス化の程度が異なるため、゛ポーラスは
均一な形状に形成できず、イの分布も不規則であること
がら、該ポーラスの刻設深さの浅い部分や面積率の低い
部分くポーラスの分布が疎らな部分）がら溶着、摩耗が
生じこれが原因となってヂ（・ターマークが発生すると
いう問題をも有している。

さらに、逆τＲポーラスクロムメッキ法にＪ：り長期に
わたるオイル保持能力を持たせようとして充分な四部の
面積率等を１ｑようとすると当初のブラ１へ一部面積比
率を著しく少な（ぜざるを得な（なる。そもそしブラｈ
一部はピストンリングやピストンスカート部等と高圧で
摺接づ−る部分であるため、単位面積当りの血圧を下げ
ることが耐摩耗性や耐スカッフィング性を寄る上で重要
なことであ部の面積率は大きい程望ましいものである。

さらにカスシール性を確保する上からはオイル保持四部
は勿論、表面の凹凸も無い方が良いものである。

このにうな理由からオイル保持性が必要だからといって
四部の面積率を上げれば済むものでなく、自ずと四部の
面積率には制限があり、まして高速高負向エンジンにお
いてはなおさらのことである。

これらのことから望まれるのは、摩耗が３１Ｌｆゴシて
も当初設定したオイル保持四部の面積率が減少するとい
うことのない凹部形状を（１１「保づることであり、こ
れができればアラ１−一部の強度、耐久性と潤滑性とい
う相反Ｊる特性を共に満足することができるということ
である。

一方、金属面に種々の形状の凹部を刻設したり孔を開口
する加工法としてフＡトエッチング法が知られており、
例えば゛、電気カミソリの刃やカラーテレビのシャドウ
マスク、あるいは球面軸受（ノなどの加工に応用されて
いる。

（発明の［１的）本発明の目的は、上記の如く、ロークリピストンエンジ
ンのズＹ命を長期化し、しかも高出力のロータリピスト
ン］−ンジンにし好適なロータハウジングを提供１べく
、ノＡトエッチング法を用いた簡単な構成によりアペッ
クスシール１と動面との潤滑効果を高めてロータハウジ
ングの摺動特性を向上させるとともにアペックスシール
の摩耗を抑制することにある。

（ざト明の構成）上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、ローク
リピストンエンジンのロータハウジングのトロコイド面
に、フＡトエツヂング法により［ｌｌｉ面形状が略（〕
７字のオイル保持凹部を多数設けるとともに該各凹部間
のアラ１〜一部の表面粗さを１μ以下にしたことを特徴
とでるものである。

このことにＪ：す、本発明では、フォトエツチング処理
条件の調整によってオイル保持凹部の聞［１深さを深く
し−Ｃそのメイル保持量を増大させるとともに、Ｕ字型
断面形状によりトロコイド面の摩耗に伴うオイル保持凹
部開口面積の減少を少なｋし、かつオイル保持四部を１
〜口コイド面にばらつきなく規則的に刻設し、しかもプ
ラト一部の鏡面化によりアペックスシールとの摩擦を緩
和りるしのである。

この場合、上記オイル保持四部を、而１ｉ’＋　：□１
４　Ｃｌ０＝６０％に設定するとともに、深さを５〜５
０μに設定覆ることは、１〜口コイド面に充分な油膜を
形成するとともに、オイル保持凹部周縁部のプラト一部
強度を確保しかつＩ〜ロコイド面り１］ムメツキ層の摩
耗、剥離を防止できるので有利である。

（発明の効果）したがって、木Ｊ？ｉ明によれは°、フッ１１〜土ツブ
ング法によりロータハウジングの１〜口コイド面に断面
形状が略Ｕ字型のオイル保持四部を多数段（）るととも
にプラトー　部の表面粗さを１μ以下にするという簡単
な構成により、１〜１」］イド面のブラ１〜ー部の面積
率や個々のブラトー部の大きさや強度を充分確保しなが
ら、一方でオイル保持四部のメイル保持量を増大さＶて
トロコイド面に安定した油膜を形成するとともにトロコ
イド面の摩耗に伴うメイル保持量の減少を少なくし、か
つ油膜の分布を一様化し、しかもアペックスシールの摩
耗を抑制できるので、ロータハウジングの摺動特性の改
善ａ５よびアペックスシールの摩耗の抑制を図ることが
できる。このことにより、一般のＵ−クリピストンエン
ジンの寿命の長期化を図ることは勿論のこと、高出力の
ロークリピストンエンジンの信頼性向上を図ることがで
きるという優れた効果を秦するものである。１ｈに、オ
イル保持凹部を、面積率で１０−６０％に設定するとと
もに、深さを５〜５０μに設定−づれば、Ａイル保持四
部周縁部の強度を確保しかつクロムメッキ層の摩耗、剥
離を防止し４Ｔがら上記効果を一層高めることができる
ものである。

（実施例）以下、本光明の技術的手段の具イホ例としての実施例を
図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本ざｔ明の一実施例を示す。第１図に
おいて、Δはロータリピストン」ニンジンであって、ク
ロムメッキ層が形成されたｌ−［］１イト状内周面１ａ
を右Ｊるロータハウシング１とその両側に配置されて一
体に固定されｌζサイドハウシンク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が遊星回転速
１．ＩＪ　Ｌ／、該１コー９４の回転によってケーシン
グ３内に画成される３３′つの作動室５．．５．５に吸
気、辻縮、爆発、膨張Ｊ３に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１−０
１７１面１ａ４こ摺接して作動′９５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
支承りる偏心軸、８はロータ４側面に駅名されリイドハ
ウジング２に摺接して作動室５の気密を保つリーイドシ
ールである。また、９は（］−夕４の各頂部両側面に設
置ノられたコーナシール、１０ｄ５よび′１１はそれぞ
れトレーリング側Ｊ３よびリープ−ｒンク側の点火プラ
グ、１２は吸気ボー１〜．１３はＩＩ気ポートである。

上記ロータハウジング１の１〜ローイド而１ａにはフＪ
ｌ−：Ｌ、ツチンク法ににり第２図および第３図（拡大
倍率１００倍）に示すような断面形状が略Ｕ字型でかつ
円形の聞１」形状をイイし互いに独立し１、ニオイル保
持四部１４・・・が縦横に等ピッチ間隔でもってトロコ
イド面１ａ全面に亘って刻設されている。また、該各凹
部１４間のプラト一部１５は表面粗さが１μ以下に形成
されている。

上記フＡ１−エツチング法によるオイル保持凹部１４の
形成方法に゛ついて説明Ｊるに、第４図に示すように、
先ず、オイル保持凹部１４の拡大原図を作製し、これを
１７真１１１１影により縮小Ｊるとともにシート上に透
光部として縦横に所定ピッチ間隔でもって配列すること
により、ネガフィルム状のフォトマスクを作製する。つ
ぎに、有機溶剤で洗浄したトロコイド面１ａにフィルム
貼付用Ｄ−ルにより紫外線感光型フィルムを貼り付り、
該フィルム上に上記フォト・マスクを密着させて重ねる
。

この状態で該フォトマスク表面を紫外線で露光すること
により、上記透光部（７１イル保持凹部１４以外に対応
）に対応するフィルム部分を感光硬化させる。そして、
フォトマスクを取り除くとともにフィルムを現像して上
記硬化部分（未露光部）を溶解除去し、１〜口コイド面
１ａにマスクを形成する。つぎに、このト［１コイド面
１ａに−［ツブング処理を施し、マスクで覆われていな
い部分（オイル保持凹部１４・・・に対応）をｔｌＲ食
さＵてオイル保持凹部１４・・・を刻設し、その後、マ
スクを除去し作業を完了Ｊる。尚、−に記実施例では、
紫タロ≦（感光型フィルムを用いたが、トロコイド面１
ａにフォトレジスト（感光剤）を塗布し、これを乾燥硬
化させてフォトレジスト被膜を形成したものを用いても
よい。

また、上記オイル保持凹部１４は、面積率、つまり全オ
イル保持凹部１４・・・の総量Ｉ］面積を１〜口二】イ
ド面１ａの総面積で割った値が１０〜６０％に設定され
ているとともに、深さが５〜５０μに設定されている。

次に、上記限定即山について説明するに、ｉ［梢率を限
定したのは、１０％未満ではオイル保持凹部１４のオイ
ル保持用が少ないためトロコイド面１ａに充分な油膜を
形成づることができないからであり、一方、６０％を超
えるとアラ１〜一部１５の厚さが薄くなる１＝めアペッ
クスシール６の押圧力によりオイル保持凹部１４の変形
、破壊が起り、このことによりアブレッシブ摩耗状態と
なってトロコイド面１ａのクロムメッキ層やアペックス
シール６の摩耗が増大するからである。また、深さの限
定は、５μ未満てはオイル保持凹部１４のオイル保持ｎ
）が不充分どなるからてあり、一方、５０μを超えると
アペックスシール６の押圧力によりオイル保持凹部１４
の変形、破壊が起るとと−しに、り［ｌムメッキ層の下
地方向に割れが進行するため、この割れに治って燃！３
ｚ生成物が浸入して下地腐食が起きることによりメッキ
層が剥離づ−るかうである。特に、このメッキ層の剥離
はオイル保持凹部１４の深さがメッキ層厚さの半分を超
えると顕茗に発生する。

したがって、上記実施例においては、フォトエッヂフグ
法によりロータハウジング１の１−ロコイド面１ａにオ
イル保持凹部１４・・・を多数側段したので、エツチン
グ条（！１を適宜調整づることにより凹部１４・・・の
深さを深くでき、そのオイル保持用を増大させることが
できる。その結果、１〜１］二１−イド面１ａに常に安
定した油膜を形成でき、アベ・ンクスシール６摺動面の
ａＶＪ滑効果を茗しく高め゛（に１−タハウジング１の
゛摺動特性を優れたものにＪることかできる。このこと
により、一般のロータリピストンエンジンにおいては、
その庁のを長期化でき、また高出力の［１−クリピスト
ン」−ンジンにおいては、アペックスシール６摺動而の
面圧上パおＪ、び熱負何の増大や該アペックスシール６
摺動而の摺動速度の増大によるチャタ−マークの発生や
トロコイド面のクロムメッキ層の異常摩耗あるいはアペ
ックスシールの異常摩耗を防止してその信頼性を高める
ことができる。

また、オイル保持凹部１４は断面形状が略１」字型に形
成されているため、１−ロ］イド面１ａのＩ１１’耗に
伴う面積率の減少は従来のＶ字型のポーラスに較べ−Ｃ
大ｒｌＪに少なくなることがら該凹部１４の容積（オイ
ル保持用）の減少を抑制できるので、初期の摺動特性を
長期間に亘って維持することができ、その結果、［］−
タリピストンエンジンの寿命を一層長期化りることがで
きる。

さらに、オイル保持凹部１４・・・は、フォトマスク上
に同一原図にＪ、り高精度に所定ピッチ間隔でもって配
列されノ３透光部に倣って１〜口コイド面１ａに刻設さ
れるのＣ・、各回ａｒ＋　１４の開口面積および深さが
揃うとと乙に、凹ｎ１１１４・・・を規則的に分布させ
ることがでさ、このことにより、１〜口コイド面１ａに
形成される油膜の分布を一様化して局部からのヂャター
マークの発生を防止するこができる。

また、エツチングの際、マスクで覆われた部分（作業後
ブラｌ”Ｑｌｓ１５に形成される部分）は−切腐食され
ず表面わ」さが１μ以下で鏡面のまま残されるので、ア
ペックスシール６摺動面の摩耗を抑制づるとと乙にその
Ｉｉ！７８抵抗を低減でき、かつカスシール性を高めて
出力の低下を防止することができる。

加えて、７７１１〜エツチング法を用いたので、従来の
ホーニング加工の如く加工熱が発生しないＩＣめ、ｈロ
コイド面１ａが変形または変質したり加］二硬化するこ
とがなく、品質管理上右利である。

しかも、種々のパターンのフォトマスクを自在に作製で
きるので、Ａイル保持凹部１４の形状、分布を任意に選
定できるという利点がある。

尚、上記オイル保持四部１４は、ト［ｌニドイド面１ａ
の一部のみに刻設してもよい。その場合、面積率は、全
Ａイル保持凹部１／１の総１ｔｉ１．．Ｉ］而積を該凹
部１４の刻設された１〜口コイド面１８部分の総面積で
割った値とする。

また、各凹部１４の開口面積または深さを刻設部位によ
って変化させるようにしてもよい＋＋　’Ｊ”＋ｈわら
、チャタ−マークの発生は主として凹部１４の面積率を
増大づることにより抑制され、一方Ｉ〜ロコイド面１ａ
のクロムメッキ層やアペックスシール６の摩耗は凹部１
４の面積率を増大するとともにその深さを増大覆ること
により防止できることが実験的に確認されている。その
ため、例えばチャタ−マークの発生し易い小ットンーン
長軸イリ　ヘ近く第１図の７１領域）のトロコイド面１
ａではＡイル保持凹部１４の面積率を大きくし、一方、
クロムメッキ層の摩耗量が比較的多いトレーリング側点
火プラグ１０の１〜レーリング側イ」近（第１図の７２
領域〉の１へ［１コイド面１ａにはオイル保持凹部１４
を面積；ｒが人さくかつ深さを深く刻設するようにして
もよい。

次に、具体的実施例についてｄ２明する。アルミニウム
合金に鋳くるまれた鋼板の１〜ロコイド而にクロムメッ
キ層を形成したアルミニウム合金製１］−タハウジング
に下記第１表に示１′如くオイル保持凹部を刻設したち
のく本発明例）およびピンポインＩへタイプポーラスを
刻設しｌＪもの〈従来例）をエンジンに組込／υで耐久
テス１へを行い、１〜ロ］イド簡におけるチＡ・ターマ
ークの発生状態、クロムメッキ層の摩耗ｍおよびアペッ
クスシールの１ヒｌ耗状態を測定した。本発明例は上記
実施例の如（円形の１７（１０状態を有Ｊるもの（ＮＯ
１〜９）に加え、第５図に示す如く信動方向く矢印方向
）に沿って角１ｃＩ（１２０°）でＸ字状に溝が交叉し
たクロスハツチ形状のもの（Ｎｏ　５’　、　７’　）
　ｔｕｌＪ意した。その結果を第１表に示ず。

尚、上記耐久ブストに使用したロータリピストンエンジ
ンは、排気ｍが１３００ｃｃでペリフェラルボートを備
え燃料噴射方式により最高回転数９００　Ｏｒｐｍにお
いて最高出力２８０ＰＳを発生ずるものであり、本テス
トはこの９０００ｐｐｍ、２８０ＰＳの状態で１００時
間連続運転することにより行った。また、アペックスシ
ールには下記第２表に示？１組成よりなり５０〜７０体
積％の炭化物を含有しかつｌＩ３！！度がＨｖ７００〜
９００のチルド鋳鉄製のものを用いた。

第２表また、フォト」−ツヂングにおいては、紫外線感光型フ
ィルムとして厚さ８μの角型レジストを使用し、露光は
発光部長さ２０ｃｍの１μｗランプを備えた高圧水銀灯
により５分間行った。そして、現像は、１．１．１１−
ルクロルエタンに５分間浸漬Ｊることにより行い、エツ
チング溶液としては、３０°ＣのＣｒ　２０ｓ　（２５
０１／Ｕ　）と１１２ＳＯａ　（２，５’Ｓ？’／ｊ！
　）との溶液を用いた。

尚、オイル保持凹部の深さおよびクロムメッキ層の摩耗
量は最大値を採用し、チ１ｒターマーク深さは上記７１
領域で、クロムメッキ層の摩耗量はＺ２領域でそれぞれ
測定した。イして、これらの領域において、クロムメッ
キ層の残り厚さが３０μ以下になり該メッキ層が剥離し
下地が露出しでいる場合にはパ下地露出″と記載した。

上記第１表によると、従来例は短時間で下地露出または
これに近い状態のチＡ７ターマークが発生ずるとともに
下地露出に至るりｌ」ムメツ＝を層のＲ粍が起りかつア
ペックスシールの破損が生じている。これに対して、本
発明例は、ＮＯｌ、２．９など面積率が１０〜６０％の
範囲から外れＩこものはチレターマークの発生およびク
ロムメッキ層の摩耗が著しいとともにアペックスシール
は摩耗量が大ぎく、しかも第６図に示ずような片ツギの
偏摩耗を起してシール性不良となり出力低下を来たして
いるが、オイル保持四部の面積率および深さが所定範囲
内（それぞれ１０〜６０％、５〜５０μ）にあるもの（
Ｎ　Ｏ，３〜８．５’　、７’　）は全て潤滑効果が良
々Ｉであり、ヂャターマークは発生しておらず、クロム
メッキ層の摩耗量やアペックスシールの摩耗ね１も僅か
であり出力も低下しＣＯないことが判る。

尚、上記第１表のうち本発明例ＮＯ７の１〜口コイド面
を５０倍に拡大した顕微鏡写真を第７図に示ず。この写
真にＪ、すオイル保持凹部が同一形状が規則的に刻設さ
れかつプラト一部が鏡面に形成されていることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示し、第１図はロー
タリピストンエンジンの縦断面図、第２図はロータハウ
ジングの斜視図、第３図は第２図のｌ−ｎ１線拡大断面
図、第４図はフォトエツチング法によるオイル保持凹部
の形成工程を示１図、第５図はクロスハツチ形状を示す
図、第６図はアペックスシールの摩耗状態を示１図、第
７図は本発明例の１へロコイド面の金属組織を示づ一顕
微＃ｆ′Ｌ″！−Ｊ′真、第８図は従来のポーラスクロ
ムメッキ法による第３図相当図である。Ａ・・・ロータリピストンエンジン、１・・・し］−タ
ハウジング、１ａ・・・ト面コイド而、４・・・ロータ
、６゛°°アペツクスシール、１４・・・オイル保持凹
部、１５・・・アラ１−一部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　ロータハウジング内を遊星回転運動Ｊるロータ
の頂部にロータハウジングのトロコイド面に１Ｎ接づる
ノスペックスシールを備えてなるロータリピストンエン
ジンにおいて、上記ロータハウジングの１〜口コイド面
にフォトエツヂレグ法による断面形状が略Ｕ字型のオイ
ル保持四部を多数ｇ＊　ＩＪるとともに、該各間部間の
グラ１〜一部の表面粗ざを１μ以手にしたことを特徴と
づるロータリピストンエンジンのロータハウジング。
（２）オイル保持四部は、面積率で１０〜６０％である
とともに、深さが５−５０μである時Ｗ［請求の範囲第
（１）項記載のロータリピストンエンジンのロータハウ
ジング。