(57)【要約】【課題】ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングにおいて、安価でかつ耐摩耗性に優れたサイドハウジングおよびその製造方法を提供する。【解決手段】サイドハウジング１の面のうちローターに装着されたシール部材が摺動する面（シール摺動面２）に、アルミニウム合金製基材の上に熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある単体金属又はそれらの金属を５０質量％以上含有する合金からなる金属層を有し、さらに金属層の上に金属窒化物膜又は金属炭窒化物膜の層（金属窒化物膜等層）を有することを特徴とする、ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングである。前記金属が、鉄、ニッケル、ジルコニウムのいずれかであると好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングであって、該サイドハウジングの面のうちローターに装着されたシール部材が摺動する面（以下「シール摺動面」という。）に、アルミニウム合金製基材の上に熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある単体金属又はそれらの金属を５０質量％以上含有する合金からなる金属層を有し、さらに金属層の上に金属窒化物膜又は金属炭窒化物膜の層（以下「金属窒化物膜等層」という。）を有することを特徴とするサイドハウジング。
【請求項２】
前記金属が、鉄、ニッケル、ジルコニウムのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のサイドハウジング。
【請求項３】
前記金属層が、軟鉄を溶射してなる層であることを特徴とする請求項１に記載のサイドハウジング。
【請求項４】
前記金属窒化物膜等層が、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサイドハウジング。
【請求項５】
前記金属窒化物膜等層が、ＰＶＤコーティング又はプラズマＣＶＤコーティングされてなることを特徴とする請求項４に記載のサイドハウジング。
【請求項６】
アルミニウム合金製サイドハウジングのシール摺動面に金属層を溶射によって形成し、その後ＰＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、６００℃以下の雰囲気で金属窒化物膜等層を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のサイドハウジングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ロータリーピストンエンジンでは、軽量化を図るためにハウジングをアルミニウム合金により構成したものが知られている。しかし、アルミニウム合金は比較的軟質で耐摩耗性が劣ることから、これをサイドハウジングに適用した場合には、ローターに装着されたサイドシール、コーナーシール及びオイルシール等のシール部材が摺動するサイドハウジングのシール摺動面の摩耗が著しくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、このシール摺動面の耐摩耗性の向上を図るべく、シール摺動面にアンダーコートとしてモリブデンを溶射し、トップコートとして０．８％炭素鋼を溶射することにより、溶射被膜からなるコーティング層を形成したものが知られている。
【０００４】
このように、サイドハウジング内面一様に耐摩耗性を有する硬質金属の溶射やメッキを施すのでは、材料コストが高くなったり高度な技術を要し、高価となる。特許文献１においては、摺接速度の速いコーナーシールやサイドシール摺接部分には耐摩耗性の高いモリブデン溶射被膜を、摺接速度の遅いオイルシールリング摺接部分には高炭素鋼溶射被膜を設け、サイドハウジング内面の全体の摩耗度を均一にし、かつ安価なサイドハウジングを提供している。
【０００５】
特許文献１に記載のサイドハウジングにおいて、シール摺接部分の表面粗さを緩和するために、硬質の溶射層をダイヤモンド砥石等を用いて研磨仕上げを行う必要がある。このとき、溶射層形成領域に隣接して露出している軟質のアルミニウム合金母材の表面に砥石が当たり、砥石がアルミニウム合金によって目詰まりを起こすことがある。特許文献２においては、硬質材料の溶射層に隣接するアルミニウム合金部分の表面に、陽極酸化によってアルマイト層を形成し、砥石研磨加工においても目詰まりを発生させないようにしている。硬質の溶射層を形成する材料として、セラミックス等が用いられる。実施例では、プラズマ溶射材としてＣｒ3Ｃ2−２５ＮｉＣｒが用いられている。
【０００６】
ロータリーピストンエンジンがさらに高出力化するにともない、アルミニウム合金製サイドハウジングのシール摺動面にセラミックスコーティング層を形成した場合であっても、特にサイドシールが通過する部分に段付き摩耗が発生しやすいという問題があった。特許文献３においては、ローターに装着されたシール部材が摺動するシール摺動面にタングステンカーバイドを主体とするコーティング層を形成し、表面粗さ、ビッカース硬度を規定することにより、段付き摩耗の発生を防止している。タングステンカーバイドによるコーティング層として、３０ｗｔ％以上のＷＣをバインダ金属としてのＣｏやＮｉに結合せしめてなるものが溶射により形成される。
【０００７】
往復動内燃機関に使用されるピストンリングについても、高度な耐摩耗特性が要求される。ピストンリングに耐摩耗特性を付与することを目的として、摺動面に硬質クロムめっき層を形成させたピストンリングが内燃機関用ピストンリングとして従来から使用されてきた。さらに過酷な使用条件に耐える摺動部材を得るため、特許文献４においては、金属の窒化物、炭化物、炭窒化物の被膜を基材上に被覆してなる摺動部材が記載されている。被膜の形成には、ＰＶＤ法、より具体的にはイオンプレーティング法が用いられ、ステンレス鋼やクロムモリブデン鋼を基材とし、その上にＣｒ、Ｔｉ、Ｓｉの窒化物や炭窒化物の被膜を形成している。
【０００８】
【特許文献１】実公昭４６−２００８３号公報
【特許文献２】特公平５−８８３７７号公報
【特許文献３】特開昭６４−２４１２２号公報
【特許文献４】特開２００２−２６６６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、ロータリーピストンエンジンに要求される特性はエンジンの高出力化にともないきわめて厳しくなってきている。そのため、ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングにおいて、シール摺動面にアンダーコートとしてモリブデンを溶射し、トップコートとして０．８％炭素鋼を溶射する溶射被膜を形成した場合は、耐摩耗性が不十分であるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献１に記載のように、高い耐摩耗性を必要とする部分にはモリブデン溶射被膜を、条件を緩和できる部分には高炭素鋼溶射被膜を形成する方法を用いた場合、部分的とはいえ高価な材料を用いることによって製造コストが上がり、研磨中に砥石がアルミニウム合金によって目詰まりを起こす問題がある。また耐摩耗性も十分とはいえないという問題があった。
【００１１】
特許文献２に記載のように、硬質の溶射層としてＣｒ3Ｃ2−２５ＮｉＣｒ等のセラミックスを用い、溶射層形成領域に隣接するアルミニウム合金母材の表面を陽極酸化によってアルマイト層を形成した場合、製造コストが決して安価ではない点、耐摩耗性が不十分であるという問題は解決しない。
【００１２】
さらに高出力を要求される場合に適用される特許文献３に記載の方法、即ちシール摺動面にタングステンカーバイドをバインダー金属としてのＣｏやＮｉに結合せしめたコーティング層を形成し、表面粗さ、ビッカース硬度を規定する方法では、耐摩耗性金属のみのコーティング層より寿命は向上するものの、表面のビッカース硬度は６１０〜８８０であり、バインダー金属の摩耗に伴いタングステンカーバイドが剥離し、耐摩耗性としてはまだ不十分である。
【００１３】
本発明は、ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングにおいて、上記問題を解決し、安価でかつ耐摩耗性に優れたサイドハウジングおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ等の金属窒化物あるいはＴｉＣＮ等の金属炭窒化物は、単体の硬度（Ｈｖ）が２０００〜３５００と極めて高く、耐摩耗性に優れた物質である。ＰＶＤ処理あるいはプラズマＣＶＤ処理を用いれば、真空中でのプラズマ反応により、これら物質を低温度域（１００〜６００℃）で被膜形成することができるので、アルミニウム合金の母材の材質を変化させることなく表面にコーティング膜を生成させることができる。特許文献４に記載のように、往復動内燃機関の摺動部材については、基材の上にＰＶＤ法によって金属の窒化物、炭化物、炭窒化物の被膜を形成し、高度の耐摩耗性を実現する方法が知られている。
【００１５】
そこで、ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングについても、シール摺動面について、アルミニウム合金基材の上にＰＶＤ法によって金属の窒化物、炭化物、炭窒化物の被膜を形成し、耐摩耗性の評価を行った。しかし、この方法によっては、サイドハウジングのシール摺動面に要求される耐摩耗性を実現することができなかった。
【００１６】
特許文献４に記載の方法では、被膜を形成する基材としてステンレス鋼やＣｒモリブデン鋼が用いられている。Ｆｅの熱膨張係数は１４×１０-6／℃程度であり、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の金属窒化物の熱膨張係数は６×１０-6／℃程度であって、その程度の熱膨張係数の差であれば基材上に形成された被膜は十分な耐久性を有している。それに対し、Ａｌは熱膨張係数が２５×１０-6／℃程度と高く、金属窒化物との熱膨張係数の差が大きい。アルミニウム合金基材のシール摺動面に金属窒化物等をコーティングしたときに十分な耐摩耗性が得られなかった理由は、熱膨張係数の差に起因することがわかった。
【００１７】
そこで、アルミニウム基材の上にまず鉄などの熱膨張係数が比較的小さい金属を溶射し、さらにその上にＰＶＤ法によって金属窒化物等の被膜を形成したところ、アルミニウム基材の上に直接金属窒化物被膜を形成した場合と比較し、耐摩耗性が向上し、ロータリーピストンエンジンのサイドハウジングとして十分に良好な耐久性が得られることが判明した。
【００１８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）ロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングであって、該サイドハウジングの面のうちローターに装着されたシール部材が摺動する面（以下「シール摺動面」という。）に、アルミニウム合金製基材の上に熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある単体金属又はそれらの金属を５０質量％以上含有する合金からなる金属層を有し、さらに金属層の上に金属窒化物膜又は金属炭窒化物膜の層（以下「金属窒化物膜等層」という。）を有することを特徴とするサイドハウジング。
（２）前記金属が、鉄、ニッケル、ジルコニウムのいずれかであることを特徴とする上記（１）に記載のサイドハウジング。
（３）前記金属層が、軟鉄を溶射してなる層であることを特徴とする上記（１）に記載のサイドハウジング。
（４）前記金属窒化物膜等層が、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのいずれかからなることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のサイドハウジング。
（５）前記金属窒化物膜等層が、ＰＶＤコーティング又はプラズマＣＶＤコーティングされてなることを特徴とする上記（４）に記載のサイドハウジング。
（６）アルミニウム合金製サイドハウジングのシール摺動面に金属層を溶射によって形成し、その後ＰＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により、６００℃以下の雰囲気で金属窒化物膜等層を形成することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のサイドハウジングの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のロータリーピストンエンジンのアルミニウム合金製サイドハウジングは、そのシール摺動面に鉄などの金属層を設け、さらにその上に金属窒化物等の層を設けることより、サイドハウジングとして十分な耐摩耗性を持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ロータリーピストンエンジンの作動室は、トロコイド曲線を内周面に持つローターハウジング、その両側面に位置するサイドハウジング及びトロコイド内包絡線を基本形状としたローターより形成される。ローターは偏芯軸で支えられ、偏芯軸は軸受を介しサイドハウジングに支えられる。ローターはローター歯車と固定歯車とのかみ合いにより自転しながら公転する。ローターには、作動室の気密を保つためのガスシールとして、アペックスシール、サイドシール、コーナーシールを設け、また作動室へのオイル漏れを防ぐオイルシールが組み付けられている。
【００２１】
ガスシールのうち、コーナーシールとサイドシールは、特殊鋳鉄で作られ、オイルシールは、特殊鋳鉄でつくられたリングとゴム製のＯリングが組み合わせて用いられる。それぞれのシールは、スプリングによってサイドハウジングの摺動面に押し付けられ、作動室の気密や油密を保持するようになっている。アペックスシールは特殊金属で作られ、ローターハウジングの内周面を摺動する。サイドハウジングの面のうち、ローターに装着された上記シール部材が摺動する面をここではシール摺動面と呼ぶ。
【００２２】
サイドハウジング１は、図１に示すように、シール摺動面２の外周側にローターハウジングとの接合面３を有し、またシール摺動面２の中央にはローター偏芯軸が挿入される挿入口４が形成されている。
【００２３】
本発明のサイドハウジングは、その基材をアルミニウム合金製とする。これにより、ロータリーピストンエンジンの軽量化を図ることができる。
【００２４】
本発明のサイドハウジングはそのシール摺動面において、アルミニウム合金製基材の上に熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある単体金属又はそれらの金属を５０質量％以上含有する合金からなる金属層を有し、さらに金属層の上に金属窒化物膜又は金属炭窒化物膜の層（金属窒化物膜等層）を有する。
【００２５】
ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ等の金属窒化物あるいはＴｉＣＮ等の金属炭窒化物は、単体の硬度（Ｈｖ）が２０００〜３５００と極めて高く、耐摩耗性に優れた物質である。これらの金属窒化物膜又は金属炭窒化物膜の層をシール摺動面の最表面に形成することにより、サイドハウジングのシール摺動面の耐摩耗性を飛躍的に向上させることができ、サイドハウジングの寿命を大幅に増大させることができる。
【００２６】
サイドハウジングのアルミニウム合金製基材は、その熱膨張係数が２５×１０-6／℃程度と高いのに対し、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の金属窒化物の熱膨張係数は６〜９×１０-6／℃程度と低い。従って、アルミニウム合金製基材の上に直接窒化物膜等層を形成すると、サイドハウジングの摺動面の温度が上昇した際に、両者の熱膨張率の差に起因して窒化物膜等層が剥離しやすくなり、耐摩耗性を劣化させる一因となる。
【００２７】
本発明においては、アルミニウム合金製基材と窒化物膜等層との間に、熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある単体金属又はそれらの金属を５０質量％以上含有する合金からなる金属層を形成することにより、上記問題を解決した。熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲であれば、Ａｌに比較して低い値であり、Ａｌの熱膨張係数と金属窒化物や金属炭窒化物の熱膨張係数との中間に位置する。そのため、アルミニウム合金製基材と金属窒化物膜等層との間に上記熱膨張係数を有する金属層を配置することにより、熱膨張率が急激に変動する界面をなくし、サイドハウジングのシール摺動面の温度が上昇しても炭窒化物等層に作用する熱応力が低減し、炭窒化物等層の剥離に起因する寿命劣化を防止することが可能となる。また上記熱膨張係数を有する単体金属を５０質量％以上含有する合金であれば、その熱膨張係数は５０質量％以上含有する単体金属の熱膨張係数に近い値となるからである。
【００２８】
鉄、ニッケル、ジルコニウムは、熱膨張係数がそれぞれ１４×１０-6／℃、１５×１０-6／℃、１４．３×１０-6／℃であり、熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある本発明の金属として用いることができる。
【００２９】
金属層は、熱膨張係数が１２〜１８×１０-6／℃の範囲にある金属、例えば鉄、ニッケル、ジルコニウムのいずれかの単体金属あるいはその合金のみからなる１層としても良いが、これら金属のうちの複数を選択し、それぞれの単体金属あるいはその合金からなる複数の層で形成することとしてもよい。
【００３０】
金属層の厚さは、０．１〜１．５ｍｍの範囲とすると良い。金属層の厚さが０．１ｍｍ未満の場合は、溶射等による成膜後の仕上げ加工時の作業能率も悪く、また金属層の厚み精度も悪く、金属窒化物膜等層の耐摩耗性を劣化させる要因となる。また金属層の厚さが１．５ｍｍを超えると、溶射時のパス回数も多くなり、作業能率が悪く、作業費も高価となる。また、金属層は、基材のアルミニウム合金に比べ、熱伝導係数も小さく、サイドガイド内面の温度が上昇する要因となり、シール材等の寿命にも影響を及ぼす。そのため、０．１〜１．５ｍｍの範囲が望ましい。
【００３１】
金属層を形成するに際しては、溶射を用いると好ましい。溶射は、一般に粗面化された素地の表面に溶滴がからみ合って物理的に結合するいわゆる「投錨効果」によって溶射皮膜と素地とが結合する方法であり、素地の温度上昇も少なく、皮膜と素地との密着性も高い。
【００３２】
金属層は、軟鉄を溶射してなる層とすると好ましい。軟鉄は安価であり、かつ炭素成分も低く、溶射中の成分変動が小さい。また軟らかいため、溶射後の仕上げ加工も容易で、作業能率が良好であるため経済的に有利である。
【００３３】
サイドハウジングのシール摺動面表面を形成する金属窒化物膜等層は、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのいずれかとすると好ましい。これら金属窒化物膜あるいは金属炭窒化物膜は、いずれも単体の硬度（Ｈｖ）が２０００〜３５００と極めて高く、耐摩耗性に優れているので、シール摺動面の表面にこれら物質の層を形成することにより、サイドハウジングシール摺動面の耐摩耗性を大幅に改善することができるからである。
【００３４】
金属窒化物膜等層の厚さは、０．５〜５μｍの範囲とすると良い。厚さが０．５μｍ未満の場合には、摩耗により金属窒化物膜等層が減量し、十分な耐久性が得られないからである。摩耗耐久性を延ばすためには、膜厚を増やすことが効果的であるが、当該金属窒化物膜等層はセラミック材料であり、膜厚が増加することによってセラミックスの持つ脆性が現れてくる。従って、膜厚が５μｍを超えると、摩耗時の衝撃等により皮膜が損傷するおそれが生じる。従って、金属窒化物膜等層の厚さは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００３５】
本発明のサイドハウジングはアルミニウム合金製であり、金属窒化物膜等層を形成するに際しての温度が高すぎると、アルミニウム合金の材質が変化してしまうので好ましくない。本発明において、金属窒化物膜等層を形成するに際しての温度が６００℃以下の低温であれば、アルミニウム合金の材質を変化させずに膜形成ができるので好ましい。そして、膜形成にＰＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法を用いることとすれば、６００℃以下の温度で膜を形成することができるので好ましい。
【００３６】
ＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition）は、物理蒸着法と呼ばれ、熱、レーザー光、電子ビームなどによる物理的作用を利用して、固体の薄膜原料を蒸気化して基板に蒸着する蒸着法である。ＰＶＤ法には、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法がある。
【００３７】
このうち、イオンプレーティング法においては、蒸着させたい物質を１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒの真空容器内で蒸発させ、蒸気化した元素をイオン化し、電場により加速して基板に成膜する方法である。従って、イオンプレーティングにおいては、高エネルギー粒子が堆積するため、形成された薄膜の密着性や強度、結晶性の向上などが期待できる。本発明のように機械部品の耐摩耗性付与のための薄膜形成に好適である。イオンプレーティングにおいて、反応性ガスである窒素ガスやメタン、アセチレン等の炭化水素ガスをチャンバー内に導入して、蒸着物質との化合物薄膜を成膜することができる。例えば蒸着物質としてチタンを用い、反応性ガスとして窒素ガスを用いれば、基板表面にＴｉＮ被膜を形成することができる。また、反応ガスとして窒素ガス及びアセチレンガスを用いれば、基板表面にＴｉＣＮ被膜を形成することができる。さらに、ＴｉＡｌＮを成膜する場合には、ＴｉＡｌの合金を原料にし、反応性ガスとして窒素ガスを用いる。同様に、ＣｒＡｌＮを成膜する場合には、ＣｒＡｌ合金を蒸発原料にすればよい。
【００３８】
ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）は、化学蒸着法と呼ばれ、最も代表的な熱ＣＶＤ法においては、反応性の高いガスを高温で水素還元し、導入したガスと反応して処理品表面に膜を形成する方法である。一方、熱的にのみには反応による成膜が可能とならない場合、他の励起方法を補助的に用いて反応温度を低下させることができる。プラズマＣＶＤ法においては、プラズマ放電中の反応を用いることによって低温下での反応を可能にしているので、本発明に用いることができる。プラズマＣＶＤ法では、成膜に費やされるエネルギーが熱エネルギーから電気エネルギーに置き換わるため、その分基板温度を低くすることができ、３００℃前後で良質の成膜が可能である。
【００３９】
ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＮ、ＣｒＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのいずれも、ＰＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法によって、アルミニウム合金製サイドハウジングの金属層の上に成膜することができる。
【実施例】
【００４０】
本実施例で用いるロータリーピストンエンジンのエンジン仕様は、マツダ株式会社製バンケル型１０Ａロータリーピストンエンジンであり、ローターハウジング、その両側面に位置するサイドハウジング及びローターにより形成される。ローターは偏芯軸で支えられ、偏芯軸は軸受を介しサイドハウジングに支えられる。ローターはローター歯車と固定歯車とのかみ合いにより自転しながら公転する。ローターには、作動室の気密を保つためのガスシールとして、アペックスシール、サイドシール、コーナーシールを設け、また作動室へのオイル漏れを防ぐオイルシールが組み付けられている。
【００４１】
ガスシールのうち、コーナーシールとサイドシールは、特殊鋳鉄で作られ、オイルシールは、特殊鋳鉄でつくられたリングとゴム製のＯリングが組み合わせて用いられる。それぞれのシールは、スプリングによってサイドハウジングの摺動面に押し付けられる。アペックスシールは特殊金属で作られ、ローターハウジングの内周面を摺動する。
【００４２】
本実施例で用いるサイドハウジング１は、図１に示すように、シール摺動面２の外周側にローターハウジングとの接合面３を有し、またシール摺動面２の中央にはローター偏芯軸が挿入される挿入口４が形成されている。サイドハウジング１は、その基材をアルミニウム合金（ＡＣ４Ａ）製とする。
【００４３】
本発明例（下記表１に示す本発明例Ｎｏ．１〜１２）においては、サイドハウジング１のシール摺動面２に金属層を形成するための凹部を研削処理によって設ける。凹部の深さは金属層の厚さと等しくする。凹部の底面を脱脂してショットブラストをかけた後、プラズマ溶射により金属層を形成する。溶射直後の金属層厚さは、最終的な金属層厚さより３０μｍほど厚い厚さとしておく。この金属層の表面を粗切削、および精切削にて約３０μｍ切削し、シール摺動面２と接合面３との間が段差のない同一平面になるように仕上げた。しかるのちに、この金属層の上に、金属窒化物膜等層を形成した。
【００４４】
以上のようにして製造したサイドハウジング１を用いたロータリーピストンエンジンを運転し、エンジンテストとして、サイドシール摺接部分に形成される段付き摩耗量の測定を行った。エンジンの運転条件として、１５００ｒｐｍの無負荷運転を２０秒間行った後、アクセルを全開して全負荷状態で７０００ｒｐｍまで回転を上げる。そして、この状態で２分間維持した後、アクセルを戻して無負荷状態の１５００ｒｐｍまで回転を下げる。この工程を１サイクルとして６０００サイクルの運転を行い、その後の段付き摩耗量の測定を行うこととした。
【００４５】
本発明例及び比較例の製造条件及び測定結果を表１に示す。段付き摩耗量の評価としては、表１の比較例Ｎｏ．１３の段付き摩耗量を１００とし、これに対する相対摩耗量で評価を行った。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
本発明例Ｎｏ．１は、金属層の材質として軟鉄（Ｃ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．５０質量％）を用い、金属層の厚さは４００μｍとした。金属層の上に形成する金属窒化物膜等層として厚さ２μｍのＣｒＮ膜を形成した。ＣｒＮ膜の形成にはイオンプレーティング法を用い、３５０℃の雰囲気で成膜を行った。その結果、サイドシールによる段付き摩耗量は、比較例Ｎｏ．１３の摩耗量を１００として、相対摩耗量で６．０となり、摩耗量が極めて少なかった。
【００４８】
本発明例Ｎｏ．２、３は、Ｎｏ．１に対して金属層の厚さを変更し、その他の条件はＮｏ．１と同一とした。Ｎｏ．２は金属層厚さが２００μｍ、Ｎｏ．３は１５００μｍである。その結果、相対摩耗量がＮｏ．２で６．５、Ｎｏ．３で６．３とＮｏ．１とほぼ同一の値となり、摩耗量は極めて少なかった。
【００４９】
本発明例Ｎｏ．４〜７は、Ｎｏ．１に対して金属窒化物膜等層の材質を変更し、その他の条件はＮｏ．１と同一とした。金属窒化物膜等層の材質として、Ｎｏ．４はＴｉＮ、Ｎｏ．５はＺｒＮ、Ｎｏ．６はＴｉＡｌＮ、Ｎｏ．７はＴｉＣＮをイオンプレティング法によって成膜した。その結果、相対摩耗量が表１に示すように６．８〜８．５となり、Ｎｏ．１〜３のＣｒＮに比較すればやや劣るが、比較例１に比べれば極めて小さな値となり、良好な結果となった。
【００５０】
本発明例Ｎｏ．８〜１１は、Ｎｏ．１に対して金属層の材質を変更し、その他の条件はＮｏ．１と同一とした。金属層として、Ｎｏ．８はＮｉ（純分９８％以上）、Ｎｏ．９はＺｒ（純分９９％以上）を使用し、Ｎｏ．１０ではＦｅ−Ｎｉ合金（Ｆｅ：９０質量％、Ｎｉ：１０質量％）、Ｎｏ．１１ではＮｉ−Ａｌ合金（Ｎｉ：８０質量％、Ａｌ：２０質量％）を溶射によって形成した。表面の金属窒化物膜等層は、いずれもＣｒＮをイオンプレーティング法によって成膜した。その結果を表１に示すが、相対摩耗量は６．１〜６．５となり、実施例１とほぼ同等の値となった。
【００５１】
Ｎｏ．１２は、Ｎｏ．１に対して金属窒化物膜等層の材質をＴｉＮに変更し、金属窒化物膜等層の成膜方法をプラズマＣＶＤ法に変更し、その他の条件はＮｏ．１と同一とした。プラズマＣＶＤ法として、四塩化炭素（ＴｉＣｌ4）を水素をキャリアガスとして用い、更に窒素ガスを雰囲気ガスとし、３５０℃の温度で実施した。その結果、相対摩耗量が表１に示すように１２．３となり、イオンプレーティング法に比較してやや大きいが、比較例Ｎｏ．１３に比べればはるかに小さく、プラズマＣＶＤ法でも良好な結果が得られることがわかった。
【００５２】
比較例Ｎｏ．１３は、本発明例Ｎｏ．１と同様にサイドハウジング１の基材をアルミニウム合金（ＡＣ４Ａ）製とし、サイドハウジング１のシール摺動面２を溶射下地加工としての研削加工（いわゆる段下げ加工）を行い、シール摺動面２全体にわたって２００μｍ深さの凹部を形成する。凹部の底面を脱脂してショットブラストによる表面処理を行った。その後、シール摺動面２の全体にアンダーコート層として粒度３０μｍのＮｉ（９５質量％）−Ａｌ（５質量％）からなる層厚約２０μｍの層を形成した。しかる後に、アンダーコート層形成後のシール摺動面２に、バインダ金属としてのＣｏにより結合せしめたＷＣ（ＷＣ：８８質量％）のコーティング層を層厚約１５０μｍとなるように溶射によって形成し、仕上げ加工した。上記アンダーコート層は、サイドハウジングのアルミニウム合金基材とＷＣを主体とするコーティング層との密着性を良くするために形成するものである。この比較例Ｎｏ．１３のサイドハウジングを用いて行ったエンジンテストの結果としての段付き摩耗量を１００とし、相対摩耗量の基準とした。
【００５３】
比較例Ｎｏ．１４は、本発明例Ｎｏ．１と同様にサイドハウジング１の基材をアルミニウム合金（ＡＣ４Ａ）製とし、本発明例のように金属層を設けず、アルミニウム合金基材のシール摺動面２を脱脂し、次にショットブラストをかけ、その上に直接２μｍ厚さのＣｒＮ膜を成膜した。ＣｒＮ膜の成膜方法は本発明例Ｎｏ．１と同様である。本発明例と同様のエンジンテストを行ったところ、エンジンテスト中のサイクル回数１８３０回でエンジンの出力が約１０％ダウンしたので、エンジンテストを中止し、その原因を調査するためにエンジンを解体した。その結果、ＣｒＮ膜が剥離し、アルミニウム合金基材が異常摩耗していることが判明した。本発明例にあるような金属層を設けなかったため、熱膨張係数が大きく異なるアルミニウム合金基材とＣｒＮ膜とが直接接しており、熱応力によってＣｒＮ膜の剥離が発生したものと推定される。
【００５４】
以上のとおり、本発明によるサイドハウジングは、ロータリーピストンエンジン用のアルミニウム合金製サイドハウジングとして十分に良好な寿命を実現し、かつ低価格で提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ロータリーピストンエンジンのサイドハウジングを示す正面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  サイドハウジング
２  シール摺動面
３  接合面
４  ローター偏芯軸挿入口
【図１】
2007224805.tif 000004