JPH0652043B2

JPH0652043B2 - ロ−タリピストンエンジンのアペツクスシ−ルの製造法

Info

Publication number: JPH0652043B2
Application number: JP60275618A
Authority: JP
Inventors: 勉清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS62135602A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ロータリピストンエンジンのアペックスシー
ルの製造法に関し、特に初期なじみ性に優れたＳｉ_３Ｎ
_４製のアペックスシールの製造法に関するものである。

（従来技術）従来、ロータリピストンエンジンのアペックスシールと
しては合金鋳鉄をチル化したものが用いられ、ロータハ
ウジングのトロコイド面に施されたＣｒメッキと良好な
摺動特性を発揮している。

上記ロータリピストンエンジンの使用開始初期における
アペックスシールの摺動面とトロコイド面との初期なじ
み性を向上させるため、現在ではアペックスシールの摺
動面にカーボランダムの微粒子などをブラストすること
により鋳鉄チルの表面粗さを粗くする方法が採用されて
いる。

ところで、最近では高温での優れた耐摩耗特性からファ
インセラミック材料をエンジンのシール材（例えばロー
タリピストンエンジンにおけるアペックスシール）など
に利用する研究が精力的に行なわれている。

その中でもＳｉ_３Ｎ_４は、耐摩耗性に加え、高温での強
度、じん性に優れ、かつ熱衝撃に強いなどの特性を有し
ているため、シール材の最優力候補と目されている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、Ｓｉ_３Ｎ_４製のアペックスシールの場合、Ｓ
ｉ_３Ｎ_４が耐摩耗に優れ高強度なるが故に、ロータリピ
ストンエンジンの使用開始初期における初期なじみ性に
乏しく、エンジンのコンプレッションダウン率が大きく
エンジン出力の低下を来すなどの問題がある。

そこで、金属シール材などに対して通常行なわれている
ように、Ｓｉ_３Ｎ_４製のアペックスシールの摺動面にグ
リーンカーボランダム（ＳｉＣ）などの微粒子をショッ
トブラストすることによりポーラス化することが考えら
れるが、この場合摺動面を均一且つ微細にポーラス化す
ることが出来ず、ショットブラストの衝撃により摺動面
がむしり取られたように剥離してしまうので均一な表面
粗さの摺動面に形成することが出来ない。

更に、アペックスシールの摺動面に電解によるエッチン
グを施すことも考えられるが、通常のＳｉ_３Ｎ_４は絶縁
体なので、エッチング法を適用することが出来ない。

（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アペックスシ
ールの製造法は、Ｓｉ_３Ｎ_４とこれに分散含有させた所
定量の導電性粒子とからなるアペックスシール素材を製
作し、このアペックスシール素材の摺動面に電解放電処
理を施して導電性粒子を分解消失させ、摺動面をポーラ
ス化させるものである。

上記導電性粒子としては、少なくとも５０（１／Ω・c
m）以上の電気伝導率を有し高温安定性及び耐食性に富
む材料であることが必要で、Ｔｉ、ＳＩ、Ｔａなどの炭
化物、窒化物、ホウ化物（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＢ_２、
ＴｉＣ、ＳｉＣ、ＴａＮ等）を用いることが出来る。

上記導電性粒子の添加量は、導電性粒子の材料に応じて
電気伝導率が異なるので、特に限定するものではない
が、上記Ｓｉ_３Ｎ_４と導電性粒子とからなるアペックス
シール素材は次のような特性を具備することが望まし
い。

(1) 電気伝導率≧５０（１／Ω・cm）、 (2) 常温曲げ強度≧８０（kg／mm^２）、 (3) ロックウェル硬さＨＲＡ≧８５、電気伝導率が上記(1)の条件を満足しないときには、電
解放電処理の際の電解放電性が悪く、アペックスシール
の摺動面のポーラス化が不十分となり、必要な表面粗さ
Ｒａ≧１．０μが得られない。

常温曲げ強度及びロックウェル硬さが夫々上記(2)及び
(3)の条件を満足しないときには、Ｓｉ_３Ｎ_４が本来具
備している高温時の耐摩耗特性が損なわれる。

そこで、導電性粒子の添加量は約５〜２５重量％とする
のが望ましい。

（作用）本発明に係るロータリピストンエンジンのアペックスシ
ールの製造法においては、以上のようにＳｉ_３Ｎ_４に分
散含有させた所定量の導電性粒子の導電作用によってア
ペックスシール素材が導電性を具備することとなり、こ
のアペックスシール素材の摺動面に電解放電処理を施す
と、摺動面の導電性粒子が分散消失して摺動面が微細な
ポーラス状となる。

このように、アペックスシールの摺動面がポーラス化さ
れると、ロータリピストンエンジンの使用開始初期にお
いてロータハウジングの内周のＣr₃Ｃ_２などの溶射層か
らなるトロコイド面と摺接する上記摺動面の微細な無数
の凸部の面圧や剪断力が著しく高くなって摩耗し、摺動
面の初期なじみ性が大幅に向上し、シール性が向上す
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アペックスシ
ールの製造法によれば、以上説明したように、所定量の
導電性粒子を分散含有させることによりＳｉ_３Ｎ_４を主
成分とするアペックスシール素材に導電性を付与し、そ
の摺動面に電解放電処理を施すという極めて簡単な方法
によってアペックスシールの摺動面を均一且つ微細にポ
ーラス化させ、アペックスシールの摺動面の初期なじみ
性を大幅に向上させ、エンジンの高出力化を実現するこ
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。

ロータリピストンエンジンＥは、第１図・第２図に示す
ようにロータハウジング１とその両側に配設されたサイ
ドハウジング２とで形成されたロータ収容室内にロータ
３を配設し、ロータ３の頂部のアペックスシール４等の
シール材とロータハウジング１の内面のトロコイド面５
とで３つの作動室６を区画し、ロータ３を偏心回転運動
させ乍ら各作動室６内で吸入・圧縮・爆発・排気の行程
を順々に繰返すことにより出力軸１１を駆動するように
なっており、上記アペックスシール４はロータ３の回転
運動に伴ってトロコイド面５に摺接し乍ら高温の燃焼ガ
スに接触し、かつ吸入・爆発に伴なう激しい熱衝撃にさ
らされることになる。

第２図に示すように、上記アペックスシール４はロータ
３の頂部のシール装着溝７内に配設され、アペックスシ
ールスプリング８によりトロコイド面５に向けて弾性付
勢され、アペックスシール４の一端部は斜めに分割さ
れ、この分割面における相対移動によりアペックスシー
ル４のサイドピース４ｂの端面がサイドハウジング２
（センターハウジングも含む）の面に摺接するようにな
っている。

上記アペックスシール４の製造方法は、次のとおりであ
る。

Ｓｉ_３Ｎ_４の粉末の、微量の焼結助剤（ＭｇＯ、Ｃｅ
Ｏ、ＺｒＯ_２など）と、約５〜２５重量％の導電性粒子
（ＴｉＮ、ＴｉＢ_２、ＴｉＣ、ＳｉＣ、ＴａＮなど）と
を混合し、この混合粉体を通常の焼結方法（ＨＩＰ、ホ
ットプレス、常圧焼結など）で焼結後、ダイヤモンド砥
石により研磨加工して所定の形状のアペックスシール素
材４Ａを製作する。

次にこのアペックスシール素材４Ａの摺動面４ａ以外の
部分にマスキング塗料１０を塗布してマスキングし、こ
のアペックスシール素材４Ａを第３図に示すように電解
液中に浸漬させるとともにその摺動面４ａの近傍約１０
mmの位置に黒鉛電極９を配設し、上記アペックスシール
素材４Ａを＋極また黒鉛電極９を−極として摺動面４ａ
に電解放電処理を施す。

この電解放電処理によりアペックスシール４の摺動面４
ａが第４図・第５図に示すように均一且つ微細にポーラ
ス化（多孔質化）することになる。

以下、具体的な実施例について説明する。

(1) 上記混合粉体の組成（但し、重量％で示す）は、
Ｓｉ_３Ｎ_４：８６％、ＭｇＯ：２％、ＣｅＯ：２％、Ｔ
ｉＮ：１０％とした。

(2) 焼結はホットプレスにより実施し、その条件は、
プレス圧：２００kg／cm^２、温度：１７５０℃、時間：
２時間とした。

(3) 上記焼結後の焼結体をダイヤモンド砥石により研
磨加工して所定形状のアペックスシール素材４Ａとし
た。

(4) 上記アプックスシール素材４Ａの摺動面４ａ以外
の部分にマスキング塗料１０を塗布してマスキングを施
した。

(5) 電解放電処理は、１０％ＫＯＨの電解液と黒鉛電
極９（−極）を用い、電流：０．３Ａ、電圧：５０Ｖ、
時間：１０分の条件下に実施した。但し、アペックスシ
ール素材４Ａの摺動面４ａと黒鉛電極９間の間隔は１０
mmとした。

以上のようにして製作されたアペックスシール４の摺動
面４ａの表面粗さＲ_ａは、電解放電処理前にはＲａ＝
０．２μであったのに対し、電解放電処理後にはＲａ＝
１．０〜３．０μであった。

第６図は、上記アペックスシール素材４Ａの電気伝導率
と、電解放電処理後における摺動面４ａの表面粗さＲ_ａ
との関係を実験的に求めたもので、電気伝導率が大きく
なるにつれて表面粗さが大きくなる。アペックスシール
４の初期なじみ性を確保するためには表面粗さＲａをＲ
ａ≧１．０μとすることが望ましく、そのためにはアペ
ックスシール素材４Ａの電気伝導率が少なくとも５０
（１／Ω・cm）以上であることが必要である。

以下、上記実施例の方法により製作された本発明適用品
及び本発明適用品、上記同様に製作され電解放電処
理を施さない比較例、Ｓｉ_３Ｎ_４と焼結助剤のみで製
作され電解放電処理を施さない比較例、について行な
った試験結果について説明する。

第７図は、上記４種類のアペックスシール４を実機ロー
タリピストンエンジンに組込んでコンプレッションダウ
ンテストを行なったテスト結果を示すものである。

上記コンプレッションダウンテストは、エンジン回転数
１５００ｒｐｍからアクセル全開の全負荷状態で７００
０ｒｐｍまで上昇させた後、アクセルを戻して１５００
ｒｐｍまで下げる操作を１テストサイクルとし、このテ
ストサイクルを繰返し行なうものである。１テストサイ
クルの所要時間は１分で、３テストサイクル毎にコンプ
レッション値（圧縮ガス圧力）を測定し、その低下率か
らアペックスシール４の初期なじみ性を評価するもので
あり、低下率が低い程初期なじみ性の面で優れているこ
とを示している。

上記テストに供したロータリピストンエンジンは排気量
１３００cc×１４０ＰＳであり、ロータハウジング１の
トロコイド面５にはＣ_r3Ｃ_２の溶射層が0.10〜0.15mmの
厚さに形成されていた。

下記第１表には、上記４種類のアペックスシール４の各
摺動面４ａの表面粗さＲ_ａとコンプレッションダウンテ
スト結果とを示した。

上記第７図及び第１表から明らかなように、本発明適用
品及びでは、電解放電処理により摺動面４ａが均一
且つ微細にポーラス化された結果、摺動面４ａの表面粗
さが比較例及びに比べて著しく大きくなり、これに
より初期なじみ性に優れたものとなり、コンプレッショ
ンダウンテストの結果にもそれが顕著に現われている。

次に、参考までに下記第２表に本発明適用品又はと
比較例の機械的特性を示す。

以上説明したように、上記実施例に係るアペックスシー
ルの製造法によれば、Ｓｉ_３Ｎ_４に少量の導電性セラミ
ック材料を分散含有させることによりＳｉ_３Ｎ_４製のア
ペックスシールの特性を損なうことなく、アペックスシ
ール素材４Ａに導電性を付与して電解放電処理によって
摺動面４ａを均一且つ微細にポーラス化させるので、簡
単な工程により摺動面４ａをポーラス化することが出
来、Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分とするアペックスシール４の初
期なじみ性を大幅に向上させることが出来る。

【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図はロータリ
ピストンエンジンの縦断面図、第２図は第１図II−II線
断面図、第３図はアペックスシール素材に電解放電処理
を施している状態を示す図、第４図はアペックスシール
の分解斜視図、第５図はアペックスシールの要部拡大断
面図、第６図は電気伝導率と電解放電処理後の摺動面の
粗さＲａとの関係を示す線図、第７図はテストサイクル
と圧縮圧力低下率との関係を示す線図である。４……アペックスシール、４Ａ……アペックスシール素
材、４ａ……摺動面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ_３Ｎ_４とこれに分散含有させた所定量
の導電性粒子とからなるアペックスシール素材を製作
し、このアペックスシール素材の摺動面に電解放電処理
を施して導電性粒子を分解消失させ、摺動面をポーラス
化させることを特徴とするロータリピストンエンジンの
アペックスシールの製造法。
【請求項２】上記所定量の導電性粒子が約５〜２５重量
％のＴｉＮであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のロータリピストンエンジンのアペックスシー
ルの製造法。