(57)【要約】【課題】ロータリーエンジンのローターは、基本形状が複雑な為に、加工作業が複雑となり、また、圧縮比調整のために切削後工程を必要としている。【解決手段】本発明におけるローターペリフェラル面の形状としては円形を採用する。円弧を決定するには３点が決まればよい。本発明においては、２端点（アペックスシールとの接点）および、中央において、ローターの基本形状と同じ点を取ることとする。さらに、圧縮比を調整したい場合は、同心円的に即ち中心を同一にして、半径を微小に小さくすることによって、作動室容積の最大値および最小値を大きくして、圧縮比を下げることが可能となる。上記のように、ローターペリフェラル面の形状が円形に出来るので、回転機械（以下旋盤等と称する）を用いて、ローターの加工を行うことが可能となる。ローター材料を旋盤等の回転部分に装着する際、複数の材料を回転中心に対して対称に固定することにより、回転バランスをとるとともに、作業効率を向上できる。【選択図】  図１
2005090469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローターハウジングに対する摺動面部を有するアペックスシールを備えたロータリーエンジンのローターにおいて、ローターペリフェラル面の主要部分を円形にすることを特徴とするローター
【請求項２】
上記１項記載のローターにおいて、そのローターペリフェラル面の円形の曲率半径を調整することによりロータリーエンジンの圧縮比を適宜調整可能とすることを特徴とするローター
【請求項３】
上記１項記載のローターを製造するに際して、そのローターペリフェラル面の主要部分が円形をしていることを利用して回転機械を用いて加工を行うことによる製造方法
【請求項４】
上記３項記載の製造方法において、回転機械にローターを同時に複数装着することによって、製造効率向上および回転バランス確保を可能とすることを特徴とする製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、ロータリーエンジンのローターおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】ロータリーエンジンにおいては、回転するローターの創生半径（正三角形形状の３頂点の中心からの距離）およびローター中心の駆動軸中心からの偏心量によって決まるトロコイド曲線を内面とするハウジング内を３頂点を摺動させながら、ほぼ三角形状のローターが回転する。このローターのペリフェラル面の形状は理論的には、ローターを固定してハウジングを回転させた場合のトロコイド曲線の内包絡線によって求められる。以下ではローターの理論形状と呼ぶ。実際のロータリーエンジンでは、ローターの３頂点にはアペックスシールがあり、その頭頂部の形状（円形）のためにハウジング内面形状は、純粋なトロコイド曲線に対して微小な修正がなされている（以下、修正トロコイドと称する）。ハウジングの形状がこのように微修正されることによって、ローターを固定してハウジングを回転させた場合内包絡線も理論形状に対して微修正を要する。また、ローターのペリフェラル面形状は、ローター回転時にハウジングの修正トロコイド内側面に衝突しないようにある一定のクリアランスを確保すべく、上記内包絡線より小さめに計算されており、複雑な形状（以下ローターの基本形状と呼ぶ）をしている。そのために、その加工は非常に手間のかかるものである。ロータリーエンジンにおいては、ハウジング内にローターのアペックスシールで区切られた３個の作動室が出来る。この作動室の容積は、ローターの回転に伴って増減し、その最大値（下死点）と最小値（上死点）の比をレシプロエンジンと同様に圧縮比と呼ぶ。エンジンの圧縮比を修正（高すぎる圧縮比をエンジン安定性のために低くする）する為に、一旦加工したローターに対して、ローターペリフェラル面を切削している場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】上記のように、ローター基本形状が複雑な為に、加工作業が複雑となり、また、圧縮比調整のために切削後工程を必要としている。本発明の目的は、ローターの安定的な回転に関してローターペリフェラル面の形状に対して要求される条件を満たしながら、加工しやすい形状を採用し、かつ圧縮比に関する要求仕様に対する該形状の修正方法を示すことである。また、本発明の他の目的は、上述のようなローター製造時に、より高効率・安価なローター製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】前述の目的を達成するため、本発明におけるローターペリフェラル面の形状としては円形を採用する。円弧を決定するには３点が決まればよい。本発明においては、２端点（アペックスシールとの接点）および、中央において、ローターの基本形状と同じ点を取ることとする。この円弧は上記基本形状より内側にとることが出来る。従ってハウジング内面の修正トロコイド曲線に対して、従来以上のクリアランスを確保できる。この際、ロータ基本形状を採用した場合と比較して、エンジン作動室の容積の最大値および最小値がともに大きくなるので、圧縮比は小さくなる。さらに、圧縮比を小さくしたい場合は、同心円的に即ち中心を同一にして、半径を微小に小さくすることによって、作動室容積の最大値および最小値を大きくして、圧縮比を下げることが可能となる。詳細は省略するが、同心円ではなく、中心を縦方向または横方向にずらしながら、半径もそれにあわせて調整して、同様の効果を出すことも可能である。上記のように、ローターペリフェラル面の形状が円形に出来るので、回転機械（以下旋盤等と称する）を用いて、ローターの加工を行うことが可能となる。ローター材料を旋盤等の回転部分に装着する際、複数の材料を回転中心に対して対称に固定することにより、回転バランスをとる。具体的には、２個の場合は１８０度、３個の場合は１２０度、４個の場合は９０度の間隔で円形に配置して、加工作業を行う。ローターはおむすび型のほぼ３角形をしており、個々のローター材料を１２０度ずつ回転させながら加工することによって、３面分の加工を行うことが出来る。
【発明の効果】
【０００５】本発明によって、加工性にすぐれたローター形状の設計が可能となり、また加工性を損なわずにエンジン圧縮比を調整することが可能となる。ローターペリフェラル面の形状を円形にすることにより、旋盤等での加工が可能となる。また、同時に複数のローターを加工することにより、旋盤等の回転バランス確保および高効率・安価なローター製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】ロータリーエンジンのローター設計において、ローターペリフェラル面形状を円形とし、その円弧すなわち中心および半径を決定する際には、本発明以前のローター形状と２つの端点（アペックスシールとの接点）および中点を共通になるように定め、しかる後に内燃機関としての望ましい圧縮比を実現するための加工半径値の修正を行う。このようにして決定された形状のローターを製造するに際しては、その形状の主要部分３箇所が円形をなすことを利用して、旋盤等の回転機械を用いて高効率に加工を行う。
【実施例】
【０００７】次に実施例を示し本発明を説明する。先ず、図２によりバンケル型とされたロータリーエンジンの全体の概要から説明すると、１はローターハウジング、２はこの内部に収納されたローターで、このローター２の３つの頂部によって、ローターハウジング１内は３つの作動室３、４、５に画成されている。そして、このローター２の各頂部には、それぞれアペックスシール６が保持されて、各作動室３、４、５間のシールがなされている。【０００８】次に、本実施例においては、ローターの創生半径（正三角形形状の３頂点（アペックスシールの頂点）の中心からの距離）を１０５ｍｍ、ローター中心の駆動軸中心からの偏心量を  １５ｍｍ  とする。アペックスシールの頂点の形状は円弧でありその曲率半径は５ｍｍ、アペックスシールの板厚は５ｍｍとする。また、ローターを固定してハウジングを回転させた場合の内包絡線とローター形状との間の隙間すなわちクリアランスを０．５ｍｍとする。以上のような数値はあくまでも一例であるが、このような想定を置くことによって、従来技術によるロータ基本形状および本発明によるローター形状を定量的に表現することが出来る。【０００９】ここで、本発明以前の既存技術であるので、簡単な説明にとどめるが、実施例の寸法数値に即したトロコイド曲線および修正トロコイド曲線について言及しておく。図７にトロコイド曲線及び修正トロコイド曲線の数式表現を示す。図７で用いる独立変数としてのローター回転角ａ度の意味を図８（ローター回転角）に示す。図９に図７の数式で表されるトロコイド曲線及び修正トロコイド曲線を図示する。本図においては、ハウジングの右半分を示すが左半分は対称形である。また、上下も対称形である。本図右側の拡大図に示すように、修正トロコイド曲線は有限の曲率半径を持つアペックスシールの影響で、トロコイド曲線より微かに膨らんでいる。図１０にローター回転角５度刻み毎の（ただし０度〜９０度）トロコイド曲線及び修正トロコイド曲線のＸ、Ｙ座標値を示す。【００１０】図１に、ローターの形状を示す。基本形状７については全体（中心角３６０度）を示す。ハウジング内面形状は、前記のように、理論的なトロコイド曲線に対して、上記アペックスシール形状（曲率半径５ｍｍの円弧）による修正を受けている（修正トロコイド曲線）。ローターを固定して上記偏心量（１５ｍｍ）で、上記ハウジングを回転させて、その内包絡線から０．５ｍｍのクリアランスを確保して出来る曲線（ほぼ３角形）がこの基本形状７となる。基本形状７は数式では表現できないが、数値計算によって求めることができる。図３に、ローター基本形状の詳細サイズデーターを中心角（ｗと置く）５度刻み毎のＸ、Ｙ座標値の表の形式で示す。図１においては、基本形状７の内側に、本発明によって可能となった円形のローターペリフェラル面の形状８，９を２種類示す。外側は基本形状と２端点１０、１１および中点１２を共有する円弧であり、その曲率半径は数値計算の結果、２０３ｍｍとなる。図面の見易さのために全体の１／３（中心角１２０度：ｗ＝−６０度〜６０度）のみ示す。内側は圧縮比を小さくする為に、加工半径の中心１３を共有しつつ極端に半径を２０２ｍｍまで小さくした場合の例で��る。図面の見易さのために全体の１／６（中心角６０度：ｗ＝−６０度〜０度）のみ示す。詳細は後記するが、この曲率半径変更（２０３ｍｍから２０２ｍｍ）によって、圧縮比は約１２、２から１０．０まで縮小している。なお、上記のようにローターペリフェラル面の形状を変更してもアペックスシールの形状及び位置関係は不変であるので、ハウジングの形状である修正トロコイド曲線はまったく変更の必要はない。【００１１】次に、圧縮比の調整について述べる。基本形状のローターを修正トロコイド曲線のハウジング内で回転させた場合の圧縮比は、作動室の最大値、最小値を数値計算で求めることによって、１４．９と求められる。内燃機関としてのロータリーエンジンにおいては通常１１程度の圧縮比が適当と考えられ、そのために、ローターペリフェラル面に溝を掘って作動室容積を増加させて、１１程度の圧縮比を実現しているのが実情である。図４に、本発明を適用した場合の加工半径と圧縮比の関係を表の形式で示す。この表を見ると分かるように、加工半径を２０２．５ｍｍとすると、約１１．０の圧縮比を実現できる。この場合、ローターペリフェラル面の溝加工は不要であるが、当然、本発明による円形のローターペリフェラル面形状と溝加工を併用することも可能である。また、本実施例では、圧縮比調整のための加工半径調整時、加工半径の中心１３は固定しているが、「課題を解決するための手段」においても既に述べたように、加工半径の中心を縦方向または横方向にずらしながら、半径もそれにあわせて調整して、同様の効果を出すことも可能である。定性的な説明に留めるが、中心を縦方向により大きな値にずらす場合はアペックスシール近傍では基本形状と同じ位置を通りながら、円弧の中点付近では基本形状より内側を通る（クリアランスが大きくなる）ように加工することになる。中心を横方向にずらす場合は、アペックスシールの左右でクリアランスが異なるような非対称な形状が可能となる。即ち、ローター頂点部に設けるアペックスシール取り付け溝からのアペックスシールの露出高に左右で差がでるということである。上記例では圧縮比１１程度が適当と述べたが、燃料の特性や点火機構の特性によってこの数値自身は変わることもありうる。【００１２】図５に、ローターを３個同時加工する場合の旋盤等への装着配置図を示す。図５の配置ならば、それぞれのローターのペリフェラル面は３面あるが、それを３フェーズに分けて加工する際、フェーズ間での材料の位置変更（１２０度回転）をローター中心を固定したまま自動的に行うことが可能となる。【００１３】図６に、ローターを４個同時加工する場合の旋盤等への装着配置図を示す。図６の配置ならば、３フェーズ間での材料の位置変更（１２０度回転）をローター中心を固定したまま行おうとすると４個の材料がぶつかるので、縦方向にずらしてから回転するなどの対処が必要になる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】ロータリーエンジンのローターは複雑な形状を持っているため、従来はブローチなどの工作機械を用いて加工されていたが、本発明を用いればローター加工の主要工程であるペリフェラル面加工において、旋盤等の回転機械を用いることが出来る。もちろん従来通りブローチを用いて加工する場合でも、ブローチの刃の形状を円形にすることができるので、刃の製造が容易になる。また、量産工程を効率化できるだけでなく、種種の条件変更を行う試作工程においても円形形状は容易に加工条件変更が可能である。実用上の隘路は特に無く、産業上の利用可能性は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】はローター形状（基本形状および本発明適用例２ケース）
【図２】はロータリーエンジンの全体正面図。
【図３】はローター基本形状の詳細サイズデーター（中心角５度刻み毎のＸ、Ｙ座標値）
【図４】は本発明を適用した場合の加工半径と圧縮比の関係（表形式）
【図５】はローターを３個同時加工する場合の旋盤等への装着配置図
【図６】はローターを４個同時加工する場合の旋盤等への装着配置図
【図７】はトロコイド曲線及び修正トロコイド曲線の数式表現
【図８】はローターの回転角
【図９】はトロコイド曲線図及び修正トロコイド曲線図
【図１０】はトロコイド曲線及び修正トロコイド曲線の座標値（ローター回転角５度刻み毎の（ただし０度〜９０度）Ｘ、Ｙ座標値）
【符号の説明】
【００１６】１：ローターハウジング２：ローター６：アペックスシール７：ローターの基本形状８：本発明によって可能となった円形のローターペリフェラル面の形状（半径２０３ｍｍ）９：本発明によって可能となった円形のローターペリフェラル面の形状（半径２０２ｍｍ）１０：端点（ｗ＝６０度の近傍）１１：端点（ｗ＝−６０度の近傍）１２：中点（ｗ＝０度の近傍）１３：加工半径の中心
【図１】
2005090469.tif 000003
【図２】
2005090469.tif 000004
【図３】
2005090469.tif 000005
【図４】
2005090469.tif 000006
【図５】
2005090469.tif 000007
【図６】
2005090469.tif 000008
【図７】
2005090469.tif 000009
【図９】
2005090469.tif 000010
【図８】
2005090469.tif 000011
【図１０】
2005090469.tif 000012