JP2014520032A - 取付けのための強化エンボス加工 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの穴を備えた遮熱材は、この少なくとも１つの穴の周囲にエンボス加工パターンが配置されており、エンボス加工パターンは、穴の周縁に対して実質的に垂直に延びた又は拡散した複数の突出した延在したエレメントから成ることを特徴とする。

Description

技術分野
本発明は、例えばエンジンベイ領域における、アンダーボディ領域における又はパワートレインの部品に沿った、自動車用途のための熱保護シールド部品、特に金属遮熱材の取付け領域、における構造穴の疲労特性を最適化することに関する。

背景技術
遮熱材は、例えばエンジンベイ領域における又は排気ラインに沿った車両の下側における広範囲の据付及び作動条件を考慮しながら遮音及び断熱のために様々な形式で用いられる。特に、遮熱材は、例えばエンジン及び／又は排気系によって放射及び発生させられる熱による過熱を防止するために、温度に敏感な構成部材及びシステムの保護のために使用される。

このような遮熱材のために、広範囲の構造、例えば、様々な異なる材料から製造することができる単層又は多層に形成されたボディが公知である。高い熱負荷により、今日使用される主な材料は、主に金属ベース、例えば鋼、アルミニウム又は合金である。

遮熱材は、従来、金属シート材料、主に鋼、合金又はアルミニウムから形成されており、この材料は、支持シート、カバーシート用に、また絶縁機能のためにも使用されている。多くの場合、部品の見掛けの剛性を高めるために、遮熱材の主な領域はエンボス加工される。シート金属材料のエンボス加工は、連続的なプロセスにおいてローラを用いて、プレートプレスプロセスを用いて又はスタンプ及びダイ法を用いて行うことができる。遮熱材の有効性を高めかつ遮熱材のために必要な空間を減じるために、金属シート又は積層されたシートは、例えば排気マニホルドの外面の形状に酷似するように輪郭づけられてよい。

エンボス加工部として今日使用される公知の三次元構造パターンのほとんどは、リッジ又はノブのような、反復した単一形状又はトポグラフィ的エレメントから形成されている。米国特許第６９６６４０２号明細書は、球形、三角錐形、円錐形又は台形から成るグループから選択された幾何学的形状で形成された複数のディンプルを備えたパターンを開示しており、ディンプルは、オフセットで、又は均一な縦横の列で、又はランダムなパターンで分布させられている。欧州特許出願公開第０４３９０４６号明細書は、菱形の斜交平行線パターンの形式の三次元パターンを開示しており、これにより、シートは、必要に応じて伸長及び圧縮させられることができる。また、しわ形成又はディンプル形成の使用、例えば波形のような複数のひだ又はリッジが開示されている。米国特許第６８２１６０７号明細書は、ドレープ状又は折り畳まれたタイプの構造を有するノブの使用を開示しており、これは、個々のノブのための圧縮抵抗を高め、したがって、シート材料全体の曲げ強さを高める。国際公開第２０１０／１１２３５４号は、複数の凹部又はエンボス加工部を有するこのような最適化されたエンボス加工の一例を示しており、この場合、全てのエンボス加工部は、中立平面ｎとして規定された平坦なシート材料の表面に対して垂直な同じ方向に向かって、実質的にこの中立平面から離れる方向に同じ距離ｈだけ突出しており、複数のエンボス加工部は、相まって規則的なネットワークを形成しており、実質的に各エンボス加工部は、少なくとも２つの他のエンボス加工部と交差し、接合部を形成している。

熱源の周囲に遮熱材を取り付けるために、通常はワッシャ又はシムと組み合わされて、ボルト及びナット、又はクリッピングなどの、固定のための標準的な手段が一般的に用いられる。これらの形式の固定方法を使用することによって、遮熱材は車両に堅く固定される。遮熱材の使用中、車両エンジンが運転している及び／又は車両が走行しているとき、遮熱材は、例えばモータの速度、車両が走行している路面、車両サスペンション系統の機械的応答などに関連して、周波数依存形式で振動することができる。これらの振動は、結合固定領域の近くの材料における大きな曲げモーメントを含む、固定領域における機械的荷重を誘発する恐れがある。車両の寿命にわたって、様々な異なる振幅及び周波数におけるこれらの反復する振動は、遮熱材料におけるき裂発展及び成長を誘発する恐れがあり、結果的に、結合領域における大きなき裂又は材料破損につながり、このプロセスは、遮熱材の疲れ寿命又は耐久性と呼称される。

疲れ荷重は、材料又は構造において誘発される反復した周期的な荷重のプロセス又は現象であり、材料の準静的破損限界を下回る応力又はひずみを誘発する。遮熱材のようなシート金属構造において、疲労により誘発されたき裂は、概して材料の表面において始まり、次いで、部材表面に沿ってかつシート材料の厚さを通って伝播する。き裂発展及び伝播は、振動荷重による材料の変形により存在する応力フィールドによって推進される。初期の表面き裂は視覚的に検出することは困難であるが、材料の剛性の低下及び遮熱材の振動応答の低下につながる。破損は、構成部材の寸法、形状及び設計又は表面の条件又は作動環境を含む多数の要因によって影響され得る。

したがって、結合は、遮熱材への損傷及び／又は固定具の望ましくない解離を防止するために、各遮熱材のために必要とされる緊密性及び安定性、及び据付の位置に影響する振動をも考慮しなければならない。

実地では、遮熱材の取付けのためだけでなく、センサ又はケーブルの通過及び結合のためのこのような構造穴の周囲の領域において、固定のための手段と遮熱材との間の接触を高め、これにより全体的な固定機能を高めるための平坦な領域を得るために、エンボス加工は通常存在しない又は排除されている。概して、結合領域は、遮熱材の他の部分と同様にエンボス加工されるが、部分形成の間、結合領域は、平坦な平行なプレートによって圧縮され、平坦化され、エンボス加工されたトポグラフィをほぼ又は完全に平坦に圧縮する。材料の使用及び遮熱材の構造により、遮熱材への損傷を防止するために、ねじの締付けトルクを過剰に高く設定することはできない。

ディスクリング又はばねリング（シム又はワッシャとも呼称される）と一緒にねじを使用する費用対効果の高い単純な解決手段も制限されている。なぜならば、これらの解決手段は、単に、ボルト領域の下側の表面圧力を低減させるが、ワッシャから結合領域への移行領域に影響しないからである。この移行領域は、しばしば振動荷重によって誘発される曲げによるき裂核形成及び伝播の箇所である。遮熱材を取り付けるための複数の結合されていない個々の部材の使用も当然のことながら組立て労力及び製造コストを増大させる。

自動車製造では、金属シート構成部材を使用した軽量の構造の需要が著しく大きい。遮熱材の軽量化を達成するために、より薄いシートの使用が必須である。しかしながら、部材の厚さを減じることによって、部材の剛性が低下し、振動によって誘発される応力の受けやすさが、疲れ破損のリスクを高める。疲れき裂の受けやすさは、材料が高いアスペクト比ジオメトリにわたって曲げられる領域、又は遮熱材を所定の位置に取り付けるために貫通孔が形成される領域において最も決定的である。

発明の概要
費用対効果が高くかつ単純な固定具を依然として使用することができ、それと同時に遮熱材用の金属の厚さと重量を減じることができ、振動及び熱的試験における同じ全体的耐久性を維持するように、構造的貫通穴の領域、特に取付け領域における遮熱材の耐久性を高めることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴、すなわち実質的に穴の周縁に対して垂直に延びた又は放射状に延びた複数の突出した延在したエレメントから成るエンボス加工パターンを有する、少なくとも１つの取付穴を備えた金属のシートから形成された遮熱材によって実現される。特に請求項に示されたパターンにおける強化エンボス加工を有することによって、取付け領域の安定性を高め、それと同時に使用のより長い使用寿命のために取付け領域の周囲におけるき裂核形成及び伝播を減じることが可能である。き裂核形成及び伝播が減じられるだけでなく、望ましくない解離の発生の可能性も減じられることが分かった。

本発明による穴の周囲のエンボス加工は、延在した突出部のパターンを含み、これは、取付け領域の曲げ剛性及びねじり剛性を高める。取付け領域のこの増大した剛性は、固定手段、例えばワッシャ又はシムとの境界面（き裂は概してそこから伝播する）における曲げを減じる。使用の場所への遮熱材の取付け後に固定手段により被覆されたエンボス加工されたパターンを、所定のトルク又はスタンピング工具を使用して固定手段によって圧縮することができ、増大したき裂伝播抵抗とともに、固定手段の下側に可塑化された領域を生じる。

強化エンボス加工部は、特に遮熱材を取り付けるために、又は、センサ、ケーブル又はその他のアプライアンスの通過及び最終的な取付けのために、構造穴の周囲に形成される。穴は、必要とされる機能に合致するように、円形又は択一的な形状であってよい。本発明によるエンボス加工部は、応力荷重の局所的な差異を平衡させるように最適化されてよい。エレメントのための選択された延在した形状は、部材の自然応力曲線を中断させることによってき裂成長に影響する。

金属シートにおける少なくとも１つのこのような穴の周囲の強化エンボス加工は、突出部の長さｌ、幅ｗ及び最大高さｈを備えた延在した形状を有する、シート材料の平面の少なくとも一方の側から突出した複数の放射状に延びたエレメントを含む。延在する突出したエレメントは、突出部の円形の配列の中心点としての穴の中心を備えて、穴の周囲の材料の周縁から拡散又は延長している。穴が択一的な形状である場合、延在は、実質的に穴の周縁に対して垂直であり、基準としての択一的な形状を保つ。例えば、穴がだ円形である場合、突出部は、円形パターンよりもだ円形パターンで拡散する。

実質的に垂直に延びることは、穴の周縁の接線に対して実質的に垂直に延びることと定義することもできる。好適には、延在するエレメントは、垂直に、すなわち縁の周縁に対して９０°の角度で延びているが、垂直な角度の±４５°のオフセットも可能であり、これは、個々の突出部の実際の形状に依存する。

好適には、エンボス加工部の裏面は、突出部の逆のパターンを有する。これは、特にパンチ及びダイ法を使用すると見られる。取付け用の手段は貫通孔の両側に配置されていてよいので、エンボス加工パターンはシート材料の両側における突出部において均等に平衡させられていると有利である。例えば規定されたトルクを用いて取付け手段を固定する時に材料の両側における一貫した平坦化を得るためである。

好適には、延在方向におけるエレメントは、直線形、曲線形、渦巻き形、Ｓ字形若しくは角張ったＳ字形、又はこれらの形状の組合せである。シート材料と取付けアプライアンスとの間の固定及び接触を高めるために、好適にはエレメントは、穴の中心に向かう方向又はそこから離れる方向で増大する厚さを有する。加えて、エレメントは、穴の中心に向かう方向又はそこから離れる方向で増大する高さを有してもよい。突出するエレメントの実際の形状は、関連する領域における振動荷重に依存する。

拡散する延在したエレメントは、好適には、直接に貫通穴におけるシート材料の縁部において始まっている。エレメントは、穴のすぐ周囲において、隣接するエレメントに接触するように接近していてもよい。エレメントの頂上は、丸みづけられているか、又は鋭いエッジになっていてもよく、突出部はこれにより円弧形状を形成している。

好適には、少なくとも５〜１０、好適には６〜８のエレメントが少なくとも１つの穴の周囲に配置されている。エレメントは、穴の周縁に沿って均等に分散させられるように、穴の中心の周囲に円形の配列で配置されている。好適には、延在するエレメントの分配は、穴の中心に向かう方向で、シート材料の元の平面に対して平行な全ての方向で同じ剛性を得るために、穴の周囲に対称的なパターンにおけるパターンで見掛けの円形の配列で延びている。しかしながら、穴の周囲に強化エンボス加工部を形成する個々のエレメントの長さは、例えば穴の周囲のアンバランスな荷重分割を補償するように異なっていてよい。予測される局所的な荷重に対抗するようにエレメントが配置されている。

遮熱材を使用箇所に固定するための手段を備えた遮熱材は、固定用の手段を用いて遮熱材を取り付けるための少なくとも１つの穴を有し、好適には、エンボス加工配列の直径は、固定用の手段の直径の少なくとも２倍である。したがって、固定のために使用されるワッシャ、シム又はナットの周縁部は、本発明によるエンボス加工領域内で終わっている。さらに、取付け手段を固定するために用いられるトルクは、この取付け手段によって被覆される領域を平坦化するのに十分であってよく、これにより、接触面積、ひいては固定を増大させ、同時に、き裂核形成及び伝播の可能性を低減する。

これに代えて、固定用の手段との可能な接触面積を増大させかつその使用場所における遮熱材の取付けを容易にするために、エンボス加工パターンは、少なくとも部分的に再び平坦化される。固定用の手段によって被覆される領域は少なくとも部分的に、遮熱材を取り付ける前に再び平坦化又はエンボス除去加工されてよい。

発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、添付された図面を参照した非制限的な実施例として提供された、好適な態様の以下の説明から明らかになるであろう。図面は概略的でしかなく、実寸ではない。

取付穴を備えた遮熱材の典型的な例を示している。 本発明によるエンボス加工部を上方から見た図である。 図２Ａのエンボス加工エレメントの寸法を示す図である。 図２Ａのエンボス加工部の三次元の図である。 本発明による択一的なエンボス加工部を上方から見た図である。 図３Ａのエンボス加工エレメントの寸法である。 図３Ａのエンボス加工部の三次元の図である。 本発明による択一的なエンボス加工部を上方から見た図である。 図４Ａの１つのエンボス加工エレメントを示している。 Ａは、本発明による択一的なエンボス加工部を上方から見た図であり、Ｂ１及びＢ２は、エンボス加工部の個々のエレメントの断面の択一的な態様を示している。 本発明による択一的なエンボス加工パターンを示す図である。 本発明による択一的なエンボス加工パターンを示す図である。 本発明による択一的なエンボス加工パターンを示す図である。 本発明による択一的なエンボス加工パターンを示す図である。

図１は、従来技術による、取付け用の穴を備えた遮熱材の一例を示している。取付け領域は、エンボス加工されていない別個の平坦な領域に配置されている。

図２Ａ及び図２Ｂは、中心１を備えた円形の穴２の周囲に半径方向に延びたロッド状のエレメント３から成る、本発明によるエンボス加工部の最も単純な態様を示している。全体的な直径ｄは、固定用手段、例えばシム又はワッシャによって、又はボルト又はナットによって直接に被覆されるように示された領域５よりも大きい。好適には、被覆面積は、穴の周囲のエンボス加工部の全面積の少なくとも半分である。エレメントの頂上が点線４で示されている。リッジにおいてエンボス加工部の高さｈが最大である。これは、図２Ｂにおいても、特に断面Ｉ−ＩＩにおいて示されている。エレメントは、長さｌ及び幅ｗを有する。図２Ｃは、鋼、アルミニウム又はその他の適切な合金などの金属である材料から成るシート６の三次元の図を示しており、穴と、この穴２の周囲における本発明によるエンボス加工部の一例とを備え、リッジ４を備えた複数の個別のエレメント３を備える。エンボス加工されたエレメント７の間の領域は、反転したパターンを形成しており、好適にはシートの反対側の面においても突出している。

図３Ａ〜図３Ｃは、湾曲したＳ字形に延在した態様の複数のエレメントから成る択一的なエンボス加工部を示す。参照番号の説明は、図２Ａ〜図２Ｃと同じである。

図４Ａ〜図４Ｂは、角張って延在した形状から成る択一的なエンボス加工部を示す。これは、エンボス加工されたエレメントが、穴の周縁の接線に対して所定の角度を成している一例である。

図５Ａ及び図５Ｂは、先細りに延在した態様の複数の突出したエレメントから成る別の択一的なエンボス加工部を示す。図５Ｂ１及び図５Ｂ２には、エレメントの長さにわたる択一的な横断面が示されている。Ｂ１においては、エレメントの高さは、エレメントの長さにわたってｈ１からｈ２へ減少しているのに対し、Ｂ２においては、高さは実質的に一定のままである。このような高さの変化は、例えば図２、図３及び図４に示された択一的なエレメント形状において用いることもできる。

構造的な穴の周囲におけるエンボス加工部とは別に、遮熱材の全体的な剛性及び耐久性を高めるために、遮熱材の主要領域が同じ又は異なるパターンでエンボス加工されてもよい。これは、エンボス加工部を備えない、又は国際公開第２０１０／１１２３５４号に開示されたようなエンボス加工部を備えた遮熱材によって用いられてよい。単一の層の材料、又は積層された複数の層の材料において直接に、エンボス加工部を適用することができる。

図６による択一的な解決手段では、例えば図１Ａに示したような本発明によるエンボス加工部の第１のエレメント９の間に、第２の延在する突出したエレメント１０が、第１のエレメントの間に配置されている。これらのエレメントも、穴の周縁に対して垂直に延びている。しかしながら、これらのエレメントは、材料の縁部において直接に始まっているのではなく、固定エレメントの被覆範囲の端部の直前に始まっている。エレメントの小さな長さが、固定エレメント、例えばワッシャ又はシムによって被覆され、これにより、固定手段を直接に包囲する領域の剛性を改善する。

図７〜図９に示したさらに別の択一的な解決手段において、付加的な第３の延在する突出したエレメント１１が、第１の垂直な突出したエレメント９及び／又は第２の垂直な突出したエレメント１０の間に配置されている。しかしながら、これらのエレメントは、穴の周縁に対して垂直に延びているのではなく、これらに隣接する第１のエレメント又は第２のエレメントに向けられており、これらを結合している。それぞれ１つのエレメント１２は、２つの垂直な第１のエレメントを結合している（図７）。

又は、好適には、２つのこのような第３のエレメントが、２つの垂直な第１のエレメントの間に配置され、これらを結合しており、この場合、２つの垂直な第３のエレメントが、約５５°〜３５°、好適には約４５°の角度を成すエルボを形成しており、その屈曲部の内側部分が、構造的な取付穴２の中心を向いている（図８）。

３つの突出エレメントは全て、構造的な穴又は結合部における局所的な荷重要求、並びに使用される結合材料及び可能なシム、リング又はボルトの寸法及び形状に応じて、どのような組合せでも用いることができる。図面は、可能な組合せの例及び突出部の主要なグループのみを示している。突出部は、組合せの数において網羅的ではなく、これらは、現在示されているより多くてもよい。パターンは、使用時の実際の要求に応じて、非対称的又は対称的であってよい。

図９は、本発明による全てのエレメントの組合せを示す：
・第１の垂直な突出したエレメント９
・第２の垂直な突出したエレメント１０
・第３の垂直な突出した結合エレメント１２。

局所的な応力荷重に対抗するためにこのような局所的な強化エンボス加工を用いることによって、製品の主要な領域においてより少ない材料を用いることが可能であり、したがって、重量を減じ、材料コストを低減する。また、部材の寿命を延長することができる。エレメントの全ての３つのグループを組み合わせることにより、使用されるシム、ワッシャ又はナットを、固定中及び使用時に安定させることができる。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの穴を備える遮熱材において、
   前記穴の周囲にエンボス加工パターンが配置されており、該エンボス加工パターンは、前記穴の周縁に対して実質的に垂直に延びた又は放射状に延びた複数の突出した延在するエレメントから成ることを特徴とする、遮熱材。
2. 突出した前記エレメントは、前記穴の前記周縁に対する接線に対して４５°〜１３５°の角度で延びている、請求項１記載の遮熱材。
3. 延在方向における前記突出した延在するエレメントは、直線形、曲線形、Ｓ字形、角張ったＳ字形、又はこれらの組合せに形成されている、請求項１又は２記載の遮熱材。
4. 前記エンボス加工パターンは、前記穴の周囲に対称的に位置合わせされている、請求項１から３までのいずれか１項記載の遮熱材。
5. エンボス加工部は、個々の突出したエレメントの長さｌを調節することによって、予測される局所的な荷重を反映するように平衡させられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の遮熱材。
6. 突出した前記エレメントは、前記穴の周縁において始まっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の遮熱材。
7. エンボス加工部は、前記穴の前記周縁に対して垂直又は半径方向に延びた付加的な突出した延在するエレメントを含み、これらの付加的なエレメントは、他のエレメントの間に配置されており、かつ前記周縁から離れて始まっている、請求項６記載の遮熱材。
8. エンボス加工部は、付加的な突出した延在するエレメントを含み、少なくとも１つの付加的なエレメントは、他のエレメントの間に配置されておりかつ隣接する他のエレメントを結合している、請求項１から７までのいずれか１項記載の遮熱材。
9. 前記遮熱材は、単層の金属、又は少なくとも１つの外側層が金属から形成されている積層された複数の層から形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の遮熱材。
10. 前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼又はステンレス鋼のうちの１つである、請求項９記載の遮熱材。
11. 好適にはボルト及びナット、クリップ、クランプの態様における、より好適にはワッシャ又はシムと組み合わされた、遮熱材を固定するための取付具又は遮熱材に対する取付具を付加的に含み、前記取付具によって被覆されるエンボス加工部の表面は、比例して被覆された全体的なエンボス加工パターンの少なくとも５０％である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の遮熱材。
12. 前記取付具によって被覆された表面は、前記エンボス加工パターンによって被覆された表面内にあり、好適には、比例して被覆された全体的なエンボス加工パターンの９５％以下である、請求項１１記載の遮熱材。
13. 付加的な突出したエレメントは、少なくとも部分的に、取付け手段によって被覆されている、請求項７又は８を引用する請求項１２記載の遮熱材。
14. 前記取付具は、該取付具によって被覆されたエンボス加工部の領域を平坦化するように所定のトルクで固定される、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の遮熱材。
15. エンボス加工領域は、少なくとも部分的に、スタンピング工具を用いて、実質的に平坦な領域に再び平坦化される、請求項１から１４までのいずれか１項記載の遮熱材。

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