JP2010515859A

JP2010515859A - 熱シールドならびに構成および設置方法

Info

Publication number: JP2010515859A
Application number: JP2009545700A
Authority: JP
Inventors: セリス，ティモシー・デイビッド; バーディ，ジョン・エマーソン; チャン，チョン・ホイ; ルーディ，リンウッド; ルーベル，ウィリアム・ティ
Original assignee: Federal Mogul Powertrain LLC
Current assignee: Systems Protection Group US LLC
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2010-05-13
Also published as: US20080169038A1; EP2111497A1; WO2008086513A1; CN101631938A; KR20090108631A

Abstract

排気管のための巻き付け可能なヒートシールドならびにその構成および設置方法は、対向する側の間を延在する対向する内側および外側面を有する金属の外側層を含む。不織の断熱材の内側層が、外側層の対向する側の１つに沿って延在する圧着部によって外側層に取付けられる。内側層は、排気管の外周の周りを完全に延在するのに十分な幅を有する。内側層はその外周の周りにて排気管に連続して接触するよう配される。その一方、外側層はそこから離れたままである。

Description

発明の背景
１．技術分野
この発明は一般的に熱シールドに関し、より詳細には、巻き付け可能な複数層の熱シールドに関する。

２．関連技術
内燃機関を介して動作する車両およびその他の機器は、相対的に高い温度を発生するさまざまな構成要素を含む。検査されないままでいると、これらの構成要素からの熱は周囲の構成要素に対して悪影響を与え得る。たとえば、自動車は、華氏１２００度（°Ｆ）以上に到達し得る排気管および触媒コンバータを含む排気システムを有する。したがって、放射熱が近傍の構成要素に影響を与えるのを防止するとともに当該放射熱が車の乗員室に入るのを防止するよう、排気管および／または触媒コンバータの近傍に、しばしば単にヒートシールドと呼ばれる熱バリアを配置するのが一般的に望ましい。さらに、ヒートシールドは、放射熱が、たとえば周囲の構成要素、電気線、およびホースに対して悪影響を与えるのを防止するよう車のエンジンコンパートメント内でしばしば用いられる。現在のエンジンパッケージは窮屈な環境を作り出すので、エンジンコンパートメントでは温度の上昇がより当たり前のものとなっている。

ヒートシールドは、周知であるとともに必要なものであるが、典型的に、重く硬い材料の１つの層か、または接着剤および／もしくは固定具を用いて互いに取付けられる材料の２つ以上の層を含む。当該１つの層は、温度上昇をブロックするにはあまり効果的でなく、形成するのが困難であり、通常高価な機械を必要とする。当該２つ以上の層は、相対的に太くおよび／または高価となりがちである。したがって、ヒートシールドは典型的に、相対的に太く、高価であり、これにより車両の中の貴重なスペースを占有してしまうか、またはより薄く、硬く、かつ相対的に高価であるかのいずれかである。

発明の概要
排気管の外周の周りに手で巻き付け可能なヒートシールドが提供される。ヒートシールドは、対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する巻き付け可能な金属材料の外側層を有する。当該対向する側縁部は外側層の幅を与える。ヒートシールドはさらに、対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する不織の断熱材料の内側層を有する。内側層の対向する側縁部は、外側層の幅よりも小さい内側層の幅を与える。内側層外側面は外側層内側面に面しており、外側層側縁部は内側層側縁部の近傍に配される。外側層側縁部の少なくとも１つは、内側層を圧迫して、外側層内側面が内側層外側面に実質的に取付けられないままの状態で圧着部分を与えるように、近傍の内側層側縁部の上で圧着される。内側層の幅は、ヒートシールドを排気管の外周に巻き付ける際に排気管の外周の周りを完全に延在するのに十分である。

この発明の別の局面は、排気管のための巻き付け可能なヒートシールドを構成する方法を含む。この方法は、外側層の幅を形成する対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する金属材料の外側層を与えることと、内側層の幅を形成する対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する不織の断熱材料の内側層を与え
ることとを含む。次いで、外側層の対向する側縁部が内側層の対向する側縁部の近傍に配された状態で、内側層の外側面を外側層の内側面に当接するよう配置する。さらに、内側層の近傍の側縁部の上で外側層の側縁部の少なくとも１つを圧着させ、外側層の内側面を内側層の外側面に取付けないままの状態で外側層を内側層に固定する。

この発明のさらに別の局面は、ヒートシールドを排気管上に設置する方法を含む。この方法は、対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する金属の外側層と、外側層側縁部のそれぞれの近傍に配される対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する断熱材料の内側層とをヒートシールドに与えることを含む。外側層側縁部の少なくとも１つは、近傍の内側層側縁部の上で圧着され、外側層の内側面が内側層の外側面に実質的に取付けられないままの状態で、外側層を内側層に固定する。さらに、排気管の周りにヒートシールドを巻き付け、かつ内側層を排気管と完全な外周上での接触状態にする。

したがって、この発明に従って構成されるヒートシールドの内容が与えられると、ヒートシールドは軽量で、耐久性があり、熱がそこから外方向に放射するのを防ぐのに効果的であり、設置しやすく、とりわけ製造および設置の点で経済的であるとともに、長い耐用年数を示す。

本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、以下の現在の好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面と関連して考慮されるとより容易に理解されるであろう。
車両の排気管に搭載される１つの現在の好ましい実施例に従って構成される成形可能なヒートシールドの組付けされた状態の側面図である。分解された状態のヒートシールドアセンブリの斜視図である。排気管に取付けられるよう示されるヒートシールドの概略端面図である。未成形状態で示される別の現在の好ましい実施例に従って構成されるヒートシールドの概略端面図である。巻き付けられた状態の図４のヒートシールドの概略側面図である。車両の排気管の周りに巻き付けられた図４Ａに示されるヒートシールドの端面図である。別の現在の好ましい実施例に従って構成されるヒートシールドの斜視図である。未成形状態で示される、さらに別の現在の好ましい実施例に従って構成されるヒートシールドの概略側面図である。車両の排気管の周りに巻き付けられた状態で示される図６のヒートシールドの端面図である。

現在の好ましい実施例の詳細な説明
図をより詳細に参照すると、図１−図３は、この発明の１つの現在の好ましい実施例に従って構成される熱シールドを示す。当該熱シールドは、以下ここではヒートシールド１０と呼ばれる。ヒートシールド１０は、自動車、モータサイクル、スノーモービル、または排気システム（図示せず）を有するその他の車両といった車両の排気管１２（図３）の周りに形成されるのが図示される。これにより、排気管からの熱が車両における周囲の構成要素に悪影響を与えるのを防止する。ヒートシールド１０は、道または地面の表面から蹴り上げられ得る破片および石などに対する構造および保護をヒートシールド１０に与える成形可能な金属外側層１４を有する。この外側層１４は、内側断熱層１６（図２および図３）を取囲むとともにそこに取付けられる。内側断熱層１６は、熱が排気管１２から外
方向に放出されるのを防止するよう断熱保護を与える。ヒートシールド１０は、構造が軽量かつ経済的であり、任意のサイズおよび形状の排気管の周りに容易に形成され得る。したがって、ヒートシールド１０は車の重量をあまり増加させることはなく、さまざまな広い用途において用いられ得る。

図２および図３に示されるように、ヒートシールド１０は、略直径方向に対向する部分の対または半分部１８，２０を有するよう構成され得る。半分部１８，２０は互いに対して略対称であり得るが、用途によって互いに異なるように形状決めされ得る。当該半分部は、円筒形の排気管１２に合致するように断面が略Ｃ型形状になるよう形成され、所望ならば、排気管１２上への搭載フランジ２１を収容するよう切欠き領域１９を有し得るのが示される。半分部１８，２０は、対向する内側層部分、以下内側層１６と呼ぶ、を排気管と当接するよう配置し、次いで当該半分部を互いに対して固定することにより排気管１２を包み込むよう取付けられる。半分部の固定には、たとえば、ステンレス鋼のような高温度材料から構成されるホースタイプのクランプまたは金属ストラップ２２を用いる。互いに対して取付けられると、各半分部の外側層部分、以下外側層１４と呼ぶ、は排気管１２からの熱を伝導しないように排気管１２から距離をおいて維持されるのが好ましい。その一方、各半分部の内側層１６は、熱を吸収するようそこに当接したままである。

外側層１４は、アルミニウムまたはステンレス鋼といった相対的に薄く軽量な金属から形成される。当該金属は、高価な成形機械を必要とすることなく手で成形され得るのが好ましい。したがって、手で成形され得るように、外側層１４の厚みは約０．００１−０．０５０インチの間であるのが好ましく、示される実施例においては約０．０２０インチの厚みを有するアルミニウムから形成されたものである。各半分部１８，２０の外側層１４は、幅を規定する対向する側縁部２８，３０と長さを規定する対向する端部３２，３４との間を延在する対向する外側および内側面２４，２６を有する。外側層１４は示されるように、たとえば外周方向に延びる山部および谷部を有する波形が設けられることによりテクスチャ付けされた非平面または起伏がある表面を有し得、捩じれることなくその柔軟性を高めるよう、エキスパンドメタル（たとえばエキスパンドアルミニウムもしくはエキスパンドスチール）から構成されるかまたはエンボス加工され得る。エンボス加工パターンはさまざまなパターンを取り得、ここでは、たとえば卵容器におけるような山部および谷部の略均一なパターンを有するよう示されるが、これは例示であり限定されない。

各半分部１８，２０の内側層１６は、たとえば、シリカ、玄武岩、グラスファイバ材料、または他のセラミック繊維材料といった、１２００°Ｆ以上の範囲の熱を吸収することができる不織の断熱材料から形成され、さらに、たとえばポリエステルといったポリマー材料からも構成され得る。内側層１６は、それぞれ対向する外側および内側面３６，３８の間を延在し、適用例において発生する熱を吸収するのに好適であり、かつ好ましくは約１／１６から１インチの厚みを有するよう設けられる。外側および内側面３６，３８は、金属外側層１４が好ましくは排気管と内側層１６の長さを規定する対向する端部４４，４６とに接触しないように、排気管１２の外周を完全に包むのに十分な幅を規定する内側対向側縁部４０，４２の間を延在する。内側層１６の幅は好ましくは外側層１４の幅より小さい。

一実施例において、内側層１６は外側層１４上において略中心に位置決めされ、外側層１４の各々の側縁部２８，３０は、対応する内側層１６の各々の側縁部４０，４２の上で折り曲げられるかまたは圧着され、これにより外側および内側層１４，１６を互いに対して取付け、ロック、または固定する（取付け、ロック、および固定は、実質的に同じことを意味するよう意図され、したがってここでは互いに入換え可能に用いられる）。圧着部分以外では、内側層１６の外側表面または面３６が外側層１４の内側表面または面２６に取付けられない状態のままである。したがって、外側および内側層１４，１６の間に接着
層を組込む必要がなく、これにより、外側および内側層１４，１６の互いに対する取付けが容易になる。しかしながら、接着層は、所望ならば、用いられ得る。外側層１４を内側層１６に圧着する際に、圧着部分において内側層１６が圧迫されるので、側縁部２８，３０は内側層１６の内側面３８から外方向に離れている（図３）。これにより、図３に示されるように、外側層１４を排気管から距離をおいた関係に維持することが容易になる。

別の現在の好ましい実施例に従って構成されるヒートシールド１１０が図４および図４Ａに示される。ヒートシールド１１０は、上で論じたのと同じ対応する材料、ここでは上述したエキスパンドメタル材料として示される材料、から構成される外側層１１４と内側層１１６とを有する。ヒートシールドは、排気管１２を包み込むよう手で巻くことが可能な一体の構造である。外側層１１４は、好ましくは排気管１２の外周と等しいかまたはそれよりも大きい幅を規定する対向する側縁部１２８，１３０の間を延在する対向する外側および内側面１２４，１２６を有する。内側層１１６は、内側層１１６が外側層１１４上で中央に位置決めされ得、かつ外側層１１４の側縁部１２８，１３０が上述したように接着層を用いることなくそれぞれの層１１４，１１６を取付けるよう内側層１１６の側縁部１４０，１４２の周りに折り曲げられるかまたは圧着され得るように、外側層１１４の幅よりも小さい幅を規定する対向する側縁部１４０，１４２の間を延在する対向する外側および内側面１３６，１３８を有する。たとえば手で排気パイプの周りにヒートシールド１１０を巻き付ける際には、たとえば上述したようにホースクランプタイプのストラップまたはスナップを用いて、ヒートシールド１１０を排気管の周りに固定する関係に維持するべく補足的な固定メカニズムが用いられ得る。

さらに、内側層１１６の上で圧着される外側層１１４の対向する側縁部１２８，１３０の少なくとも一方は、外側層１１４が排気管１２に接触しないように自身の上にて外方向に戻るよう折り曲げられ得るとともに、側縁部１２８，１３０の他方は、折り曲げられた側縁部と重なる関係で巻き付けられる。もちろん、図５に示されるように、外側層１１４は好ましくは、側縁部１２８，１３０が内側層１１６の内側面１３８から半径方向における外方向に離れるように圧着されるということは理解されるべきであり、外側層１１４の対向する側縁部１２８，１３０は排気管１４に外側層１１４を接触させることなく互いに対して単に重なり合い得る。さらに、例示目的でかつ限定することなく示されるように、スナップ１２２のような固定具がヒートシールド１１０を排気管に固定されるような関係で維持するよう組込まれ得る。

さらに別の現在の好ましい実施例に従って構成されるヒートシールド２１０が図６に示される。ヒートシールド２１０は、上で論じたのと同じ対応する材料から構成される外側層２１４と内側層２１６とを有する。ヒートシールド２１０は、排気管１２を包み込むようそれらを手で巻くことができるように、外側層２１４と内側層２１６とがバラバラになる危険性に対処することが可能な一体の構造である。外側層２１４は、好ましくは排気管１２の外周と等しいかまたはそれよりも大きい幅を規定する対向する側縁部２２８，２３０の間を延在する対向する外側および内側面２２４，２２６を有する。内側層２１６は、外側層２１４の幅よりも小さいか、等しいか、または大きくあり得る幅を規定する対向する側縁部２４０，２４２の間を延在する対向する外側および内側面２３６，２３８を有する。それとは関係なく、内側層２１６は、排気管１２の外周の周りに完全に巻き付けることを確実とするよう適切にサイズ決めされ、これにより熱がそこから外方向に放出されるのを防ぐ。外側層２１４の１つの側縁部２２８は、上述したように、接着層を必要とすることなく互いに対して外側および内側層２１４，２１６を取付けるよう、内側層２１６の近傍の側縁部２４０上に圧着される。外側および内側層２１４，２１６の他方の側縁部２３０，２４２はそれぞれ、互いから離れたままであるとともに自由であり、それぞれ自由縁部５０，５２を与える。したがって、外側および内側層２１４，２１６は、圧着部分を介してのみ互いに対して取付けられるだけである。

図７に示されるように、排気管１２にヒートシールド２１０を組付ける際に、内側層２１６の自由縁部５２は、排気管１２に寄るように配置され得、ヒートシールド２１０は次いで、たとえば手によって排気管の周りに巻き付けられ得る。外側層の圧着側縁部２２８は、内側層２１６が排気管１２の全外周を包み込むとともに結合するように、内側層の自由縁部５２に重なる関係で巻き付けられる。外側層の自由端部５０は、示されるように、外側層２１４の圧着縁部２２８が内側層２１６と外側層２１４との間に挟まれるように圧着縁部２２８から外方向に配置されるとともに圧着側縁部２２８と重なる関係で配置され得るか、または所望ならば圧着側縁部２２８から内方向に留まったままであり得るかのいずれかである。したがって、内側層の側縁部２４０，２４２は、互いに対して重なり合い、１つの側縁部２４０の近傍の内側層２１６の内側面２３８を他方の側縁部２４２の近傍の内側層２１６の外側面２３６に結合するよう接触させ、これにより排気管の周りに内側層２１６の完全な外周方向の層を形成する。自由縁部５０は、圧着側縁部２２８から外方向に配置される場合、所望ならば、外側層２１４の外側面２２４に高温度接着剤で接着され得るか、またはそうでなければ、上で論じたように外周方向のホースクランプタイプストラップまたはスナップを介して、もしくはたとえばスポット溶接のような溶接接合といった他の固定メカニズムによって、維持され得る。排気管１２の周りにヒートシールド２１０を巻き付ける間、外側および内側層２１４，２１６は、互いに対して外周方向に移動もしくはシフトすることが可能である。なぜならば、縁部５０，５２は互いに対する取付けから自由のままであり、内側層２１６の外側面の表面２３６が外側層２１４の内側面の表面２２６に取付けられていないままであるからである。したがって、外側および内側層２１４，２１６は、座屈の問題なしに、互いに対して外周方向に移動し得る。

ヒートシールド１０，１１０，２１０の構成において、外側層１４，１１４，２１４は、エキスパンド材料、エンボス加工された材料または波形に加工された材料から形成され得、適切なサイズに切断され、次いで圧着プロセスを介して、適切にサイズ決めされた内側層１６，１１６，２１６に取付けられる。別の態様では、内側層１６，１１６，２１６のための材料は、外側層１４，１１４，２１４のための材料上に配置され得、次いで外側層がエンボス加工または波形に加工され得、次いでそれぞれの層が、作成されているヒートシールドの特定の実施例に依存してそれらの所望の幅および長さに切断され得る。最後に、取付けられた外側および内側層が、排気管の周りに手によって巻き付けることにより形成され、そこに取付けられる。もちろん、対向する半分部を有する第１の実施例１０を用いる場合、当該半分部は所望ならば、プレス上で事前にサイズ決めされたダイを介して事前に形成され得る。内側層が露出するかまたは外側層がその上で折り曲げられるまたは圧着され得るようにヒートシールドの端部は開いたままにされ得るということが認識されるべきである。さらに、たとえば道路の表面からの水によるダメージを受けるのを防止するよう、エポキシなどが内側層の端部に塗布され得る。

明らかなことであるが、本発明の多くの修正例および変形例が上記の教示に鑑みて可能である。したがって、特許請求の範囲内において、この発明は具体的に示されたのとは別の態様で実施され得るということが理解されるべきである。

Claims

排気管の外周の周りに手で巻き付け可能であるヒートシールドであって、
対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する巻き付け可能な金属材料の外側層を含み、前記対向する側縁部は前記外側層の幅を与え、前記ヒートシールドはさらに、
対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する不織の断熱材の内側層を含み、前記内側層の前記対向する側縁部は前記外側層の前記幅よりも小さい前記内側層の幅を与え、
前記内側層外側面は前記外側層内側面に面しており、前記外側層側縁部は前記内側層側縁部の近傍に配され、前記外側層側縁部の少なくとも１つが前記内側層側縁部の１つの上で圧着されるとともに前記内側層を圧迫して、前記外側層内側面が前記内側層外側面に実質的に取付けられていないままの状態で圧着部分を与え、前記内側層の幅は、前記ヒートシールドを排気管の外周の周りに巻き付ける際に排気管の外周の周りを完全に延在するのに十分である、ヒートシールド。
前記外側層はエキスパンドメタルである、請求項１に記載のヒートシールド。
前記外側層側縁部の他方は、近傍の内側層側縁部に取付けられず自由であり、自由部分を与える、請求項１に記載のヒートシールド。
前記圧着部分は、前記外側層側縁部の前記他方と近傍の内側層側縁部との間に挟まれる、請求項３に記載のヒートシールド。
前記内側層側縁部は互いに重なる、請求項４に記載のヒートシールド。
前記外側層および前記内側層は、外側層および内側層部分の別個の対として形成される、請求項１に記載のヒートシールド。
前記圧着部分は、外側層を自身に接触させるよう自身の上で戻るように折り曲げられる、請求項１に記載のヒートシールド。
前記外側層側縁部の両方は近傍の内側層側縁部の周りに圧着される、請求項１に記載のヒートシールド。
排気管のための巻きつけ可能なヒートシールドを構成する方法であって、
外側層の幅を与える対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する金属材料の外側層を与えることと、
内側層の幅を与える対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する不織の断熱材料の内側層を与えることと、
前記外側層の前記対向する側縁部が前記内側層の前記対向する側縁部の近傍に配される状態で、前記内側層の前記外側面を前記外側層の前記内側面に当接するよう配置することと、
前記外側層の前記側縁部の少なくとも１つを前記内側層の近傍の側縁部の上で圧着し、前記外側層の前記内側面を前記内側層の前記外側面に取付けないままの状態で前記外側層を前記内側層に固定することとを含む、方法。
前記外側層のためにエキスパンドメタルを与えることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
前記外側層側縁部の他方を近傍の内側層側縁部に取付けず、当該側縁部から自由なままにすることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
近傍の取付けられない外側層側縁部を越えて延在するのに十分な幅を前記内側層に与えることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
外側層の圧着された側縁部を自身の上に戻すよう逆に折り曲げて外側層を自身に接触させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
外側層の幅よりも小さい幅を内側層に与えることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
前記内側層側縁部を前記外側層側縁部に対して略中心に位置決めする関係になるよう配置し、かつ両方の外側層側縁部を近傍の内側層側縁部の上で圧着することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
排気管上にヒートシールドを設置する方法であって、
対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する金属の外側層と、前記外側層側縁部のそれぞれの近傍に配される対向する側縁部の間を延在する対向する内側および外側面を有する断熱材料の内側層とをヒートシールドに与えることを含み、前記外側層側縁部の少なくとも１つは、近傍の内側層側縁部の上で圧着されて、前記外側層の前記内側面が前記内側層の前記外側面に実質的に取付けられないままの状態で前記外側層を前記内側層に固定し、前記方法はさらに、
前記排気管の周りに前記ヒートシールドを巻き付け、かつ前記内側層を排気管と完全な外周上での接触状態にすることを含む、方法。
前記外側層のためにエキスパンドメタルを用いることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記外側層側縁部の他方を近傍の内側層側縁部に取付けず、自由なままにすることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記外側層の圧着縁部を前記外側層側縁部の他方と近傍の内側層側縁部との間に挿入することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
内側層側縁部を互いに重ね、かつ１つの側縁部の近傍の前記内側層の内側面を他方の側縁部の近傍の前記内側層の外側面と結合するように接触させて排気管の周りに前記内側層の完全な外周方向の層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
前記外側層側縁部の両方が近傍の内側層側縁部の周りに圧着された状態でヒートシールドを設けることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記圧着縁部が自身の上で戻るよう折り曲げられて外側層を自身に接触させる状態でヒートシールドを設けることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記外側層と前記内側層とが別個の対の外側層および内側層部分として形成される状態でヒートシールドを設け、かつ巻き付けるステップの間に前記別個の部分をともに排気管の周りにもたらすことをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
ホースクランプタイプの固定具を用いて、前記別個の部分を排気管に取付ける関係に維
持することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
前記外側層の前記対向する側縁部の近傍にスナップを設け、かつ前記ヒートシールドを排気管に対して固定した関係に維持するよう、巻き付けるステップの間、前記スナップをスナップ留め状態にする、請求項１６に記載の方法。