(57)【要約】  本発明は、絶縁層（１４）とカバー層（１０）との２層配置から成る遮蔽部材、特に熱シールドであって、絶縁層（１４）がセル状構造体で形成されており、このセル状構造体が、固有安定し、但し変形可能な平面形成物として構想されて少なくとも部分的に縁側でカバー層（１０）によって取り囲まれており、このカバー層が実質全面的に当接して絶縁層（１４）の辺の１つに沿って延びている遮蔽部材に関する。【選択図】  図２
2010501794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層（１４）とカバー層（１０）との２層配置から成る遮蔽部材、特に熱シールドであって、絶縁層（１４）がセル状構造体で形成されており、このセル状構造体が、固有安定し、但し変形可能な平面形成物として構想されて少なくとも部分的に縁側でカバー層（１０）によって取り囲まれており、このカバー層が実質全面的に当接して絶縁層（１４）の辺の１つに沿って延びている遮蔽部材。
【請求項２】
セル状構造体が開放セルフォームで形成されていることを特徴とする、請求項１記載の遮蔽部材。
【請求項３】
セル状構造体が中空ビーズ構造体で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の遮蔽部材。
【請求項４】
セル状構造体がハニカム構造体で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の遮蔽部材。
【請求項５】
セル状構造体がスクリーン印刷構造体で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の遮蔽部材。
【請求項６】
セル状構造体を形成するのに利用される材料が鉄系、鋼系、チタン系、コバルト系、ニッケル系、アルミニウム系、銅系、マグネシウム系および特殊鋼系に、それらの合金、金属間化合物およびあらゆる焼結可能な材料も含めて、基づいていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の遮蔽部材。
【請求項７】
セル状構造体の気孔（１８）が充填剤を備えていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の遮蔽部材。
【請求項８】
各カバー層（１０、１２）が成形可能な薄板材で形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の遮蔽部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層とカバー層とを備えた遮蔽部材、特に熱シールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の遮蔽部材はごく多様な実施形態において知られており、特に自動車工学において幅広く応用されている。熱シールドとして構想されたこのような部材の役目は、放射および／または対流によって放出される熱をエンジンおよびターボ過給機、触媒等のエンジン構成要素から遮ることである。問題となる被遮蔽部品は熱源であるだけでなく音源でもあるので、断熱と並んで、好ましい音響遮蔽特性もきわめて重要である。
【０００３】
これらの要求に対応するために特許文献１では、遮蔽部材用吸音性熱絶縁体として音透過性金属支持体をカバー層として設け、この支持体に絶縁層の態様の絶縁材を配置することが既に提案されている。公知解決では、粒径約０．８〜２ｍｍのケイ砂で形成された固体が絶縁材として利用される。ケイ砂材料は支持体の既存の窪み内に十分に入れて、金属支持体によって包むことができる。しかしこの公知解決は固体の利用に起因して重量が重く、遮蔽部材が多層構造様式に設計されている限り、製造費の他に製造支出が増える。
【０００４】
カバー層として形成される薄板素材の間に絶縁層として高分散性ケイ酸が利用され、このケイ酸がケイ砂と同様に非圧縮性でありかつ大きな断熱性を保証するようになった特許文献２や、自動車内燃エンジン用カウリングとしての断熱遮音層としてガラス繊維スクリムが利用され、このスクリムになかんずくケイ砂または玄武岩ウール等の鉱物質充填材が備えられる特許文献３も、匹敵する解決を示している。
【０００５】
特許文献２による公知解決では、薄板素材から成形される構造部材の後の運転利用時に熱負荷を受ける領域で平らな薄板素材に断熱材料から成る層が熱シールドとして前記高分散性ケイ酸の態様で被着される。次にこの層を覆う薄板フィルムはその張り出し縁が周方向でスポット溶接によって薄板素材と結合されている。こうして拡張された薄板素材は引き続きプレス機に供給され、しかも覆う薄板フィルムと絶縁材層とを有する領域が深絞りプレス機の相応する凹部内にくるように供給される。深絞り加工によって薄板素材は、例えばシェル形状の態様の構造部材へと成形される。絶縁材と好ましくは外面金属化されて覆う薄板フィルムとを有するシェル状に形成された領域は遮蔽部材の運転利用時に熱源に向けられている。
【０００６】
前記スポット溶接のゆえに特に熱的負荷変動が強いとき機能不全を排除することができず、また絶縁層が薄板カバー層の一部にわたってのみ延びているので、その限りで遮蔽部材はその縁領域に、良好な熱絶縁に関してなお要望が残る。さらに、公知解決は製造に支出を要する。
【０００７】
特許文献４により、互いに結合された多数の層から成る軽量構造要素が公知であり、この軽量構造要素は特に自動車において熱シールドとして役立つ。互いに直交する２方向で波付けされかつ穿孔された凹凸板が本来の支持層として利用されており、凹凸板の上面にフィルム状覆い層を介装して繊維材料混合物が配置されており、この混合物上に、２つの平滑なフィルム層の間に配置される網フィルム層からなる少なくとも３層の他の減衰膜層が配置され、この減衰膜層が他の覆い薄板層によって遮蔽されている。前記混合物は、互いに対向する少なくとも２つの縁で縁側広がりによって、薄板材から成る支持層と結合されている。公知解決は確かに良好な断熱値および遮音値を有するが、しかし既に多数の構造部品のゆえに製造に支出を要し、基本的に、カバー層の間の補強された絶縁層構造のゆえに全体として成形することが困難である。
【０００８】
さらに特許文献５により、絶縁層としての耐熱剛性板材料を製造するための方法が公知であり、いわゆるバーミキュライト顆粒がセラミック結合剤で被覆され、こうして硬化され予備被覆されたバーミキュライト顆粒はさらにセラミック結合剤で被覆して仕上げられる。こうして製造された板製品は１０００℃までの温度に耐え、機械的応力に対して十分に安定し、従って硬化状態では成形可能でない。また、公知解決は支出を要し、製造に費用がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第４１３７７０６号明細書
【特許文献２】独国特許発明第１０２５３５０８号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４２１１４０９号明細書
【特許文献４】独国実用新案第２９８１８６９４号明細書
【特許文献５】独国特許発明第６９９００３４１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この先行技術を前提に本発明の課題は、公知解決の諸利点、つまり良好な吸音および吸熱を維持しながら公知解決をさらに改良し、その他では所定の限界内で自由に変形可能な遮蔽部材用軽量構造様式を僅かな製造費で実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題は、請求項１の特徴を有する遮蔽部材がその総体として解決する。
【００１２】
本発明に係る遮蔽部材、特に熱シールドは絶縁層とカバー層との２層配置から成り、絶縁層がセル状構造体で形成されており、このセル状構造体が、固有安定し、但し変形可能な平面形成物として構想されて少なくとも部分的に縁側でカバー層によって取り囲まれており、このカバー層が実質全面的に当接して絶縁層の辺の１つに沿って延びている。従ってセル状構造体で形成される絶縁層は互いに相互作用する個別セルで構成されて複合体を形成し、個々の「セル壁」は構造体全体、つまり遮蔽部材を全体として補強し、セル壁の間の空間は空洞として形成されて遮蔽部材の重量を減らすのに役立ち、こうして遮蔽部材は軽量部材として形成することができる。
【００１３】
セル状構造体はさらに、例えば密な金属、繊維複合材料、またはケイ砂等の鉱物質固定床で構成された中実絶縁層に比べて著しく改善された防音性および振動減衰性を有する。遮蔽部材のセル状内部構造によって密度が低下し、同時に引張強度値および圧縮強度値が上昇する。このような強度値の上昇にもかかわらず絶縁層はカバー層とは別途に、またはカバー層と結合して一緒に、例えば深絞り加工によって、設定可能な三次元熱シールド形状へと問題なく成形することができる。その限りで、遮蔽部材のセル状構造体は変形エネルギーの吸収強化も可能とする。このことは、万一の成形過程時の変形特性に好適に作用するだけでなく、遮蔽部材の運転時にも肯定的に作用する。
【００１４】
その都度利用されるセル状構造体は固有安定層を形成し、実質全面的に当接して絶縁層の表面の１つがそれに沿って延びているカバー層と一緒に、全体として取り扱うことのできる遮蔽部材を形成する。全面的２層配置のゆえに絶縁層はカバー層全体にわたって遮蔽作用することができる。実質全面的当接に言及される限りでこれが意味するのは、さらに補強するためにカバー層が条溝推移またはその他の肋材推移も備えておくことができ、その場合それらから絶縁層が場合によっては取り除かれ、その他ではカバー層の平らな面推移または湾曲した面推移に追従していることである。カバー層が絶縁層を縁側で少なくとも部分的に包み込むことによって、このような固有安定した複合体は熱的負荷変動時に、例えば溶接継手において本来該当するような望ましくない層分離を生じることなく層が相互にずれ得る意味で「作動」することができる。セル状構造体は、磨耗に対して、従って機械的破損に対して抵抗力を有するように構成しておくことができる。
【００１５】
さらに、セル状構造体を開放セルフォーム、中空ビーズ構造体、ハニカム構造体またはスクリーン印刷構造体で構成すると特別有利であると実証された。このようなセル状構造体でもって、幾何学的に複雑に成形された絶縁層も製造することができ、遮蔽部材の設計構成には殆ど何らの限界も定められていない。そのことが重要となるのは、遮蔽部材が熱シールドとして形成されて直接に熱発生箇所で、例えばエンジンブロック、ターボ過給機または触媒の構成によって与えられているような複雑な三次元外部幾何学形状に追従しなければならないときである。
【００１６】
最適化された軽量構造様式にもかかわらず高い強度値を有する意味で、金属フォームを絶縁層用に利用すると好ましいと実証された。サンドイッチ構造様式の意味で、特に曲げ交番応力等の発生時に高度な弾性と同時に強度を保証する開放気孔構造体をフォーム用に利用すると、やはり特別好ましいと実証された。
【００１７】
本発明に係る遮蔽部材の他の有利な諸構成はその他の従属請求項の対象である。
【００１８】
以下、図面により１実施形態に基づいて本発明に係る遮蔽部材が詳しく説明される。図は縮尺どおりではない原理図である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱シールドとして構想された遮蔽部材の実施例を斜視平面図で示しており、観察者に向き合わせて示された薄板カバー層がその下にある絶縁層を上から覆っている。
【図２】図１による遮蔽部材の下面図であり、観察者に向き合った絶縁層に少なくとも部分的に縁側で図１による薄板カバー層が被さって把持している。
【図３】図１、図２による解決の部分を原理図で示しており、縁側で薄板カバー層が嵌挿された絶縁層に被さって把持している。
【図４】開放セルフォームもしくは中空ビーズ構造体の一部としての単一の構造セルを断面図で示す。
【図５】開放セルフォームもしくは中空ビーズ構造体の一部としての単一の構造セルを断面図で示す。
【図６】ハニカム構造体またはスクリーン印刷構造体の一部を斜視平面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１と図２に示す実施例の遮蔽部材は、一般に自動車分野で必要とされるような熱シールドの態様に形成されており、セル状構造体から成る絶縁層１４がカバー層１０に沿って延びている。特に図２が示すように、絶縁層１４は縁側で少なくとも部分的に薄板カバー層１０によって被せて把持され、こうしてカバー層１０で面状に保持されている。カバー層１０は絶縁層１４と一緒に面状に裁断し、次に複合体として一緒に成形し、自動車内部で熱シールドを後に固定するのに役立つ成形加工補強条溝１６および貫通穴１８を備えた三次元熱シールドを形成することができる。
【００２１】
このように縁巻きされた固定状況が図３の原理断面図に示してある。図２による絶縁層１４用に利用されるいわゆる中空ビーズ構造体では、好ましくは金属中空ビーズ１９で構成された限定的に製造可能な個別セルが互いに結合されてセル状構造体とされる。図５に単一セルについて例示的に切断図示したようなこのような金属中空ビーズは、スチロポールビーズ等の有機支持体を被覆し、引き続き結合剤を除去し、焼結過程を応用することによって製造することができる。セル状構造体のセル壁２２として２０〜５００μｍの殻厚において直径１．５〜１０ｍｍのビーズが得られる。鉄粉の他に、結合剤で懸濁液ともなり得るその他の金属粉も被覆材料として適している。
【００２２】
基本的にこのような中空ビーズ構造体はセラミック材料を介して得ることもできるが、しかし中空ビーズ構造体用に金属を使用すると、絶縁層１４の構造体が一定程度まで圧縮可能であるという利点が得られる。このように構成された中空ビーズ複合体は機械的、熱的に安定し、摩耗作用に耐えることも実証された。こうして薄板カバー層１０を省き、図示した中空ビーズ構造体１４を絶縁層として成形によって直接に熱シールドとして利用する可能性も得られる。しかしまさに薄板カバー層１０を絶縁層１４と組合せることによって一方で絶縁層１４は摩耗作用から保護され、特に絶縁層１４を薄く形成し、カバー層１０の厚さよりも薄くしておくことができるとき、カバー層１０は熱シールド全体を安定させるのに共に寄与し、エンジンルーム等の車両内部領域での熱シールドの取付を容易とする。
【００２３】
中空ハニカム構造体等で構成しておくこともできる前記中空ビーズ構造体の他に、特に開放セルフォームの態様の金属フォームを絶縁層１４として利用することができる。金属フォームの他に、熱的に安定したプラスチック材料を利用して複合フォームを絶縁層１４用に利用することもでき、セラミックフォームも同様である。セラミックフォームはその製造のために焼結され、優先的に利用される金属フォームとは異なり弾性撓み可能な伸び特性または圧縮特性を有していないが、そのことはそれ自体好ましく、こうして熱応力時に遮蔽部材または熱シールドは熱の影響下に相応に可逆的に膨張することができる。
【００２４】
金属フォームを得るために例えば、ＤＥ４０１８３６０Ｃ１に示されたような多孔質金属体製造方法を利用することができる。この公知方法では、金属粉末とガス発生発泡剤粉末とから成る混合物がまず製造される。引き続きこの混合物は、金属粉末粒子の結合が主として拡散を通して起きる温度と、発泡剤の分解に対抗するために高く選択される圧力とにおいて、高温で成形して半製品とされる。この高温成形は、材料粒子が相互に固定結合され、その限りで発泡剤のガス粒子用の気密成端部となるまで行われる。このように製造された半製品は次に発泡剤の分解温度より上の温度に加熱され、このような発泡体が引き続き冷却される。水素化チタンまたは炭酸塩等の金属水素化物が、しかし粉末有機物質の態様の易蒸発性物質も、発泡剤として利用することができる。ここでは特に純アルミニウム粉末が、しかし銅粉末等も、金属として考慮の対象となる。詳細な製造細部は前記明細書から明らかとなる。
【００２５】
特にアルミニウムフォーム、ニッケルフォームの態様の鋼フォームを製造するための方法がいわゆるスリップ反応フォーム焼結（SchlickerReaktionsSchaumSinter：ＳＲＳＳ＝SlipReactionFoamSintering）法から明らかとなり、発泡は室温での化学反応によって起きる。まず金属粉末と分散剤が混合されて層状ケイ酸塩が形成され、ごく細かな反応性金属粉末の態様、例えばカルボニル鉄の態様の発泡剤を金属粉末の合金含有量に依存して添加することができる。引き続き、濃縮燐酸が溶媒‐水および／またはアルコール‐に添加され、酸が水に分解する。こうして得られる一種のスリップ状懸濁液のなかで２つの反応が平行して経過し、つまり一方で化学反応時、反応性金属粒子と酸との間に水素ガス泡が発生してスリップの直接的発泡を引き起こし、さらには金属燐酸塩が生じ、この金属燐酸塩が結合剤の役目を引き受けてフォーム構造体を安定させる。こうして得られた圧粉体は次に大気還元下に焼結して開放気孔金属フォームとされる（この点についてＤＥ１９７１６５１４Ｃ１も参照）。
【００２６】
開放セルフォームはさらに、鉄粉等の金属粉末を利用して高分子フォームの被覆法によってやはり得ることができる。その場合やはりこのような製造法は、各中空ビーズ構造体を製造し、引き続き結合剤除去と焼結を行う方法に一致している。その際優先的に利用される材料は鋼、またはニッケル基合金、コバルト基合金、チタン基合金である。同様に、金属間化合物も利用することができる。このように製造された開放セルフォームまたは開放気孔フォームは高い透過性と並んで大きな比表面積を有し、従って高い熱排出能力を有する。このような開放気孔フォームは微孔質または粗孔質に形成しておくことができる。開放気孔性がフォーム材料の利用重量を低下させ、従って遮蔽部材全体の重量低下をもたらす。多孔質構造のゆえに相応する金属フォームは弾性撓み可能でもあり、このように熱に起因した長さ変化または容積変化を明確に補償することができる。さらに、その都度希望する遮蔽部材用にごく耐圧性の負荷可能な総形成物が得られる。
【００２７】
このような開放気孔フォームの個別セルはその気孔２０および気孔２０を限定するセル壁２２が図４の断面図において半球形状の態様に形成されている。このようなセルはバルク材として利用することもできよう。
【００２８】
例えば金属を用いて図６の図によるハニカム構造体の態様で希望するセル状構造体を中空構造体として得る他の可能性はやはり、例えばアルミニウム粉末の態様の金属粉末を好適な減摩剤粉末と均一に混合し、気密な素材（半製品）として加熱し、金属融点より上で金属フォームを生じることにある。次に液状フォームを金属融点以下に急速に冷却して固相にすると、閉じたハニカム状外殻と内部に独立気泡内部構造とを有する固体金属フォームが得られる。
【００２９】
図６によるハニカム構造体はいわゆる金属スクリーン印刷法を介して得ることもでき、この方法では個々のステップにおいてハニカム構造体用の層状構造が得られる。次に絶縁層１４の明確な構造化はマスクバリエーションによって行うことができる。引き続く結合剤除去と焼結は、大規模シリーズ向きの枠内で、きわめて多様な適切な気孔設計を有する絶縁層１４をもたらす。
【００３０】
さらに、絶縁層１４のセル状構造体によって形成される空洞（気孔）は繊維材料、固体等の他の充填材料を備えることができる。これにより、熱的に与えられた条件へのさらなる適合を行うことができ、および／または前記構造体をさらに補強することができる。
【００３１】
熱シールド等の遮蔽部材用にセル状絶縁層を利用して、きわめて良好な熱絶縁および優れた吸音の他に、高いエネルギー吸収能力に起因して振動および衝撃に対し良好な機械的減衰が達成されており、このように形成された熱シールドは後に利用するとききわめて頑丈であると称することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  薄板カバー層
１４  絶縁層
１６  成形加工補強条溝
１８  貫通穴
１９  金属中空ビーズ
２０  気孔
２２  セル壁
【図１】
2010501794.tif 000003
【図２】
2010501794.tif 000004
【図３】
2010501794.tif 000005
【図４】
2010501794.tif 000006
【図５】
2010501794.tif 000007
【図６】
2010501794.tif 000008
【国際調査報告】
2010501794.tif 000009
2010501794.tif 000010
2010501794.tif 000011
2010501794.tif 000012
2010501794.tif 000013
2010501794.tif 000014