適于內燃機的鏈張力導板的制作方法
【專利摘要】本發明公開了鏈張力，其包括導板主體，其中所述導板主體包括在鏈引導面的至少一部分上由非熱塑性聚酰亞胺制成的層。
【專利說明】適于內燃機的鏈張力導板
【背景技術】
[0001]1.摶術領域
[0002]本發明涉及鏈張力導板，其用于將扭矩從驅動力源如發動機傳遞到驅動構件諸如內燃機凸輪軸的鏈，使得其沿預定弓形延伸，同時通過鏈張力導板維持適當的鏈中張力，所述鏈張力導板可通過一些啟動裝置定位成使導板相對于運行鏈偏置。
[0003]2.相關領域說明
[0004]已知在頂置閥門內燃機的閥門操作系統中使用正時鏈系統來提供打開和關閉閥門所需的定時。所述正時鏈系統具有(i)用于將扭矩從驅動力源傳遞到輸出構件的鏈以及(ii)包括導板主體在內的鏈張力導板，其中所述鏈通過以基本上恒定節距布置的鉸接式鏈接來連接。熟知的是此類系統包括圖1中所示的鏈張緊器11、張力導板12和鏈13。
[0005]就鏈而言，主要將金屬鏈用于在汽車發動機的驅動軸和凸輪軸之間傳遞扭矩。一般來講，在這些發動機中使用三種類型的鏈:無聲鏈、套筒鏈和滾子鏈(roller chains)。當然，滾子鏈提供優異的傳動效率，因為它們具有能夠獨立轉動的滾子。
[0006]無論何種類型的鏈，其均與許多所謂的導板或杠桿一起使用，所述導板或杠桿作為用于控制鏈側面并穩定其旋轉的機構。這是前述鏈張力導板。這種鏈張力導板具有直接接觸鏈的表面，并且用發動機油潤滑的鏈沿該接觸表面滑動。
[0007]在前述正時鏈系統中，由于在大部分操作時間內，鏈張力導板與一條鏈滑動接合，所以此類導板可能經受高溫和極端摩擦，導致施加在導板和任何相關正時鏈系統上的高磨損率。長期使用后，正時鏈系統的組件的磨損導致鏈張力穩步下降。因此，可能發生損害，因為凸輪軸正時由于鏈張力的顯著變化而錯位。當考慮發動機整體效率時，鏈張力導板中的能量損失是另一個不能忽視的因素。
[0008]目前，具有優異耐磨損特性的脂族尼龍樹脂，如熱塑性樹脂尼龍66主要用于接觸鏈的滑動表面。然而，不同于上述廣泛使用的鏈導板(或杠桿)，用于內燃機的鏈張力導板如由Hotta等人(未審查的日本專利申請10-288249)所公開的，要求鏈接觸表面上的非常先進的滑動性能，其中導板必須承載鏈的滾部件，并且使用上述脂族尼龍樹脂的持續時間極短。事實上，沒有公開適用于該滑動表面上的材料。
[0009]Kurihara等人(未經審查的日本實用新型申請61-122445)公開了具有滑動滾的滾子鏈，但是雖然同時接觸鏈外部和/或內部的鏈接時滑動環境要求不高，但是減少摩擦損耗的效果有限。
[0010]Maeda(未審查的日本專利申請2005-112871)報告了向尼龍66等熱塑性樹脂基質中加入包含0.5至20體積％固體潤滑劑諸如聚四氟乙烯或石墨和0.5至25體積％硬質組分諸如氧化鋁的滑動樹脂提供了作為用于鏈張力導板的滑動樹脂材料的高耐磨損性和降低的摩擦損耗。 申請人:注意到在Maeda中，雖然描述了“熱固性樹脂”，但是所述公開可能包含錯誤，因為尼龍66樹脂作為典型的例子給出。
[0011]Ohta等人(未審查的日本專利申請2007-177037)報告了具有優異的摩擦特性和耐磨損性的鏈張力導板等通過向用作滑動構件(用于鏈系統并包含基質組合物)的基質樹脂的熱塑性樹脂(尼龍66樹脂等)中加入5至40%具有特定表面能和可見光透過率(600nm)的含氟樹脂來獲得。
[0012]然而，所有這些情況均僅涉及向熱塑性樹脂如尼龍66等(其是滑動構件所廣泛使用的材料)中加入添加劑，以改善其特性。
【發明內容】
[0013]本文公開了鏈張力導板，其包括導板主體，所述導板主體具有用于在導板主體的縱向上滑動引導鏈的鏈引導面，使得在導板主體上的鏈的每次行進期間，鏈與鏈引導面的表面接觸，其中所述導板主體包括在鏈引導面的至少一部分上由非熱塑性聚酰亞胺制成的層。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是正時鏈系統的示意圖，其指示了鏈和鏈張力導板之間的關系。
[0015]圖2是鏈張力導板的一個例子的透視圖。
[0016]圖3是鏈張力導板沿垂直于鏈張力導板縱向的方向的剖面圖的兩個例子。
[0017]圖4A是用于在分級加載測試之后測量摩擦系數和總磨損高度的測試設備的側視圖。
[0018]圖4B是用于在分級加載測試之后測量摩擦系數和總磨損高度的測試設備擋圈上的對偶材料塊的頂視圖。
[0019]圖5A是滾子鏈和鏈張力導板之間的實際接觸狀況的示意圖。
[0020]圖5B是衍生自圖5A的接觸模型。
[0021]圖6是闡明摩擦系數測量原理的示意圖。
[0022]盡管將結合其優選實施例描述本發明，但應當理解其并不旨在將本發明限于該實施例。相反，其旨在涵蓋可能包括在所附權利要求書限定的本發明的實質和范圍內的所有替代方案、修改形式和等同物。
【具體實施方式】
[0023]本發明的目的是從改善發動機效率和燃料消耗性能的角度來提供新型鏈張力導板以減少摩擦損耗。
[0024]該目的通過鏈張力導板來實現，所述鏈張力導板用于使鏈的循環動力傳動元件張緊，所述鏈具有以基本上恒定的節距布置并能夠在內燃機上能夠樞轉地連接到彼此的鉸接式鏈接，所述鏈張力導板具有導板主體，所述導板主體具有用于在導板主體的縱向上滑動引導鏈的鏈引導面，使得在導板主體上的鏈的每次行進期間，鏈與鏈引導面的表面接觸，其中所述導板主體包括在鏈引導面的至少一部分上由非熱塑性聚酰亞胺制成的層。
[0025]本發明的鏈張力導板包括具有鏈引導面的導板主體，其中所述導板主體包括在鏈引導面的至少一部分上由非熱塑性聚酰亞胺制成的層。
[0026]根據本發明的鏈張力導板可還包括鏈張力杠桿，并可與任何給定的鏈傳動裝置，并且具體地高速傳動裝置如內燃機中的凸輪軸驅動一起使用。
[0027]本發明還提供適于內燃機的鏈張力導板，其中減少能量和摩擦損耗并且還將改善發動機效率和燃料消耗性能。
[0028](I)鏈張力導板
[0029]本發明的鏈張力導板用于使鏈的循環動力傳動元件張緊，所述鏈具有以基本上恒定的節距布置并在內燃機上能夠樞轉地連接到彼此的鉸接式鏈接。
[0030]圖1示出了鏈13、鏈張緊器U、和張力導板12的結構的一個例子，其用于驅動汽車內燃機。一個鏈張緊器和一個或多個鏈導板(圖1中的2)通常用于各自連接的鏈系統以穩定鏈傳動并控制由于較差張力的預期壽命損耗和噪音。
[0031]本發明的鏈張力導板包括所有這些鏈張緊器和鏈導板，但是也可選擇性應用。
[0032]圖1中的鏈為滾子鏈并且所述滾子鏈包括從內部鏈接和外部鏈接獨立旋轉的多個滾。
[0033]滾子鏈的跨度圍繞內燃機動力傳動系統的鏈輪延伸，所述內燃機包括驅動鏈輪以提供鏈和鏈輪之間的驅動或從動連接。以常規的方式，鏈穿過圍繞驅動/從動軸和/或惰輪軸(未示出)上的其它鏈輪的套環，使得扭矩從一個軸傳遞到另一個軸。
[0034]在用于內燃機的常規動力傳動系統中，鏈張力導板與一股鏈滑動接合。
[0035]圖2示出了鏈張力導板21的形狀，其是用于舉例說明鏈張力導板形狀的樣品。鏈張力導板21具有目前大批量生產的形狀。
[0036]本發明的鏈張力導板可施用于無聲鏈、套筒鏈和滾子鏈。
[0037](2)導板豐體
[0038]本發明的鏈張力導板設有導板主體。所述導板主體具有鏈引導面，并且所述鏈引導面用于在導板主體的縱向上滑動引導鏈，使得在導板主體上的鏈的每次行進期間，鏈均與鏈引導面的表面接觸。
[0039]在該鏈引導面的至少一部分上提供下文根據(3)描述的非熱塑性聚酰亞胺層。因為非熱塑性聚酰亞胺的低摩擦性能和高耐磨損性，即使在內燃機的鏈張力導板中也可充分減少能量損耗，導致提高發動機效率并節約能源。
[0040]導板主體31通常設有(例如，如圖3中所示)用于維持導板整體形狀的保持部件(夾持器)33，和滑動部件(其是指形成用于鏈的通道的部件)32，所述滑動部件是提供鏈引導面的層。在滑動載荷低的情況下，還可將相同的材料用于保持部件33和滑動部件32。然而，在大部分情況下，保持部件33和滑動部件32使用不同的材料，并且因為由于熱膨脹產生尺寸變化，所以滑動部件32優選具有使其相對于保持部件33有些移動的形狀，使得其能夠吸收由線性膨脹系數的差異而造成的應變。更具體地，滑動部件32優選嵌入在保持部件33中形成的通道中，例如，使其在縱向上在一定程度上自由移動，這對線性膨脹系數的差異影響最嚴重。
[0041]具有優異的疲勞性能的壓鑄或其它金屬或玻璃纖維增強的尼龍樹脂可用作保持部件33的材料。
[0042]滑動部件32可全部由非熱塑性聚酰亞胺的層組成，但如果其僅在接觸鏈的部件上具有非熱塑性聚酰亞胺層34，則一般來講也將起作用。這種結構將極大降低了成本。可注塑成型的熱塑性樹脂如尼龍66或另一種非增強的脂族尼龍樹脂通常可用于不包括非熱塑性聚合層34的滑動部件。
[0043]滑動部件32的鏈引導面在垂直于鏈傳動方向的方向上可以是平坦的，如圖3A中所示，但是也可在中間具有凸起部(縱向延伸的鏈滑動導軌)，或可以是結構化的，使得僅該突起部的末端接觸鏈的鏈滾部分，如圖3B中所示。
[0044]在這種情況下，一種可能性是僅構造縱向延伸的鏈滑動導軌作為非熱塑性聚酰亞胺層。縱向延伸的鏈滑動導軌可在縱向上移動至少一定程度以調整由于正時鏈系統的相應組件的熱膨脹導致的尺寸變化。尤其是在發動機受滾子鏈驅動，其中滾自由旋轉而不跟隨鏈傳動的情況下，期望具有縱向延伸的鏈滑動導軌，其僅同時接觸滾子鏈的多個連續滾部分。可給予縱向延伸的鏈滑動導軌具有曲率的形狀用于接觸鏈滾，但是該曲率沒有特別限制。縱向延伸的鏈滑動導軌的長度沒有進行特別限制，除了其必須同時接觸多個鏈滾的事實之外。
[0045]圖3A和圖3B各自示出具有在滑動部件32上的由非熱塑性聚酰亞胺形成的層34的其它例子。
[0046]因為其通常難以同時模塑滑動部件的非熱塑性聚酰亞胺和主體部件的熱塑性樹月旨，所以制造方法可涉及非熱塑性聚酰亞胺部件和熱塑性樹脂部件的單獨模塑，根據需要結合機加工。在這種情況下，兩個部件可通過卡扣集成，用螺絲扣緊或用粘合劑固定。當非熱塑性聚酰亞胺的玻璃化轉變溫度或熱變形溫度高于熱塑性樹脂的模塑溫度時，它們也可通過熱塑性樹脂的嵌入件注塑來集成，其中模塑的非熱塑性聚酰亞胺構件固定在注射模具中。因為用于模塑非熱塑性聚酰亞胺的原料本身通常具有合適的形狀，如粉末狀，所以其可通過壓塑或在模具內烘烤或同時施加高熱和高壓來模塑，并且根據設備和條件，也可以是擠塑。
[0047](3)非熱塑性聚酰亞胺
[0048]非熱塑性聚酰亞胺是具有2-維線性分子結構但是不具有熱熔融特性的聚酰亞胺。
[0049]本文的熱熔融性能是指當溫度上升高于Tg或Tm時變成流體，并且當溫度下降時再次固化的可逆性能；非熱塑性聚酰亞胺不是熱熔融的，因為它們不表現出清晰的Tg或Tm，或者因為Tg或Tm太高使得材料在這些溫度下或低于這些溫度時表現出顯著的熱分解。
[0050]聚酰亞胺樹脂包括非熱塑性聚酰亞胺、熱塑性聚酰亞胺和熱固性聚酰胺。
[0051]與熱塑性聚酰亞胺類似，非熱塑性聚酰亞胺具有二維線性分子結構，但是與熱熔融熱塑性聚酰亞胺(熱塑性聚酰亞胺(TPI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚醚酰亞胺(PEI)等)不同，它們沒有熱熔融性能。更具體地，非熱塑性聚酰亞胺用于描述聚酰亞胺組分，所述聚酰亞胺組分具有大于280°C，優選大于350°C，還更優選大于400°C的玻璃化轉變溫度，并且在高達至少400°C的溫度下沒有明顯的玻璃化轉變溫度。(另一方面，如本文所用，術語熱塑性聚酰亞胺用于描述聚酰亞胺組分，所述聚酰亞胺組分具有小于或等于280°C，優選地小于250°C的玻璃化轉變溫度)。
[0052]熱固性聚酰亞胺，如聚雙馬來酰亞胺(PABM)等在化學結構上與非熱固性聚酰亞胺的區別在于，它們在樹脂分子的末端處具有不飽和基團，并且通過給予其三維網絡結構的加成反應或自由基反應來交聯。
[0053]用于本發明的鏈張力導板的非熱塑性聚酰亞胺一般具有低摩擦系數和高耐磨損性，但是其特征具體在于在處于或高于滑動速度的實際傳動條件下，鏈張力導板上的低摩擦系數和負荷大小的很小變化。[0054]聚酰亞胺沿該聚合物骨架的主鏈包含特征性的-CO-NR-CO-基團作為直鏈或雜環單元。聚酰亞胺可(例如)由諸如有機四甲酸或者其相應的酸酐或酯類衍生物的單體與脂族或芳族二胺的反應得到。
[0055]非熱塑性聚酰亞胺可以如下方式作為線性聚合的聚酰亞胺來合成:使芳族四甲酸或其衍生物與芳族二胺或芳族二異氰酸酯溶液聚合以形成聚酰胺酸衍生物，然后通過在高溫下結晶和脫氫使聚酰胺酸衍生物酰亞胺化。
[0056]用于制備聚酰亞胺的聚酰亞胺前體為在所述聚酰亞胺前體經加熱或化學處理時可變為相應聚酰亞胺的有機聚合物。在這樣得到的聚酰亞胺的某些實施例中，約60至100摩爾％、優選約70摩爾％或更多、更優選約80摩爾％或更多的聚合物鏈的重復單元具有以
(例如)下式表示的聚酰亞胺結構:
[0057]
【權利要求】
1.鏈張力導板，包括導板主體，所述導板主體具有用于在所述導板主體的縱向上滑動引導鏈的鏈引導面，使得在所述導板主體上的鏈的每次行進期間，所述鏈與所述鏈引導面的表面接觸，其中所述導板主體包括在所述鏈引導面的至少一部分上由非熱塑性聚酰亞胺制成的層。
2.根據權利要求1所述的鏈張力導板，其中整個導板主體包含所述非熱塑性聚酰亞胺。
3.根據權利要求1所述的鏈張力導板，其中所述非熱塑性聚酰亞胺為全芳族聚酰亞胺。
4.根據權利要求1所述的鏈張力導板，其中所述非熱塑性聚酰亞胺包含衍生自二胺和二酸酐的聚酰亞胺基體聚合物(PI)。
5.根據權利要求4所述的鏈張力導板，其中所述二胺為4，4'- 二氨基二苯醚，并且所述二酸酐為均苯四甲酸二酐。
6.根據權利要求5所述的鏈張力導板，其中所述非熱塑性聚酰亞胺為聚_4，4’-氧二亞苯基均苯四酸酰胺。
7.根據權利要求1所述的鏈張力導板，其中所述非熱塑性聚酰亞胺選自聚(均苯四酸二酐-二氨基二苯醚)、聚(3，3’，4，4’ -聯苯四甲酸二酐-對苯二胺)、以及聚[3，3’，4，4’ -聯苯四甲酸二酐_(對苯二胺、間苯二胺)。
8.根據權利要求1所述的鏈張力導板，其中所述鏈張力導板用于使鏈的循環動力傳動元件張緊，所述鏈具有以基本上恒定的節距布置并在內燃機上能夠樞轉地連接到彼此的鉸接式鏈接。
【文檔編號】F16H7/18GK103987996SQ201280050493
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年10月12日 優先權日:2011年10月18日
【發明者】S-I.納卡加瓦, B.賴, K.伊瓦莫托, S.塞基古奇 申請人:納幕爾杜邦公司