JP2016516949A - 軽量熱シールド - Google Patents

Abstract

それを通して空気および水分の通過を可能にするように構成される成形面を伴う、成形された支持スクリーン（９６０）を有する、金型（９５０）を得ることを含み、金型（９５０）は、支持スクリーン（９６０）の背後から真空（９７２）を引き込むために適合される、軽量熱シールド（９０２）を作製する方法。本方法はまた、湿潤断熱材料を支持スクリーン（９６０）の成形面上に適用することと、真空（９７２）を引き込み、支持スクリーン（９６０）を通して水分を引き出すことと、成形面の上部に断熱材料（９３）の層を圧密化することとを含む。本方法はさらに、断熱材料（９３３）の圧密化された層を成形面から除去することと、断熱材料（９３３）の圧密化された層を外側シェル層（９２０）の中に取り付けることと、外側シェル層（９２０）内の断熱材料（９３３）の圧密化された層を乾燥させ、軽量コア断熱層（９３０）を形成することとを含む。

Description

（関連出願）
本特許出願は、２０１３年２月２２に出願された「Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｉｅｌｄ」という題名の米国仮特許出願第６１／７６７，８５４号、および２０１３年３月１５日に出願された「Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｉｅｌｄ ｗｉｔｈ ａ Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ」という題名の米国仮特許出願第６１／７９２，３４６号の利益を主張する。上記文献の各々は、その全体として参照することによって本明細書において援用される。

（技術分野）
本願は、概して、高温用途において使用するための熱シールドに関し、いくつかの実施形態では、温度に敏感な構成要素を近傍放射熱源から保護するための車両内の軽量熱シールドに関する。

（背景）
車両用途におけるヒートシールドは、電子パッケージ、センサ、配線、および他の熱に敏感なシステムを、高温で動作し、実質的量の熱を放射する、車両の高温構成要素から保護するために使用される。そのような構成要素の非限定的リストとして、ターボチャージャ、排気マニホールド、排気パイプ、触媒コンバータ、および同等物が挙げられる。高温構成要素は、多くの場合、６００℃を上回る温度で動作することができ、ある場所では、８００℃にさえ達し得、概して、換気が制限される、エンジン室内、または熱に敏感なシステムが、熱源から遠く離れるように再配置されることができない、車両の下に位置する。

そのような用途のための従来のヒートシールドの１つは、所望の３次元形状にプレスまたは型抜きされ、その周辺縁の周囲にともに結合され、実質的剛性中空シェル本体を形成する、２つの比較的に厚い金属シートまたはシート金属層から形成される。シェル本体の形状は、高温構成要素と保護されるデバイスまたはセンサとの間の車両内で利用可能である、制限され、かつ多くの場合、狭小の空間内に嵌合するように輪郭形成され得る。加えて、シェル本体を形成する２つの金属シートは、概して、シート金属層の内部表面が相互に接触または摩擦しないように防止する役割を果たす、可撓性断熱布地の薄コア層によって分離される。熱源に最も近い金属シート層の外側表面は、多くの場合、放射された熱をヒートシールドから反射させるように構成される一方、断熱布地のコア層は、２つのシート金属層間の熱伝導の経路を遮断する。ヒートシールドはまた、概して、ヒートシールドを車両のフレームまたは構造に搭載するために、ボルト孔またはクリップ等の締結手段を含む。

高温構成要素の近傍に位置する熱に敏感なシステムおよびデバイスを保護するための熱障壁の提供に加え、車両ヒートシールドはまた、高振動レベルにも耐えるように構築される。そのような振動レベルは、内燃エンジン、トランスミッション、コンプレッサ、ポンプ、冷却ファン、種々の補助車両システムに給電する、回転ベルトおよび滑車輪、ならびにタイヤおよびサスペンションを通して伝達される任意の道路誘発車両振動を含む、車両内で産生される種々の振動源によって発生され得る。高サイクル疲労からの構造故障を回避するために、金属シートまたはシート金属層は、多くの場合、ロバストな比較的に厚い壁および補強構造または振動に対するヒートシールドの自然応答を低減させるエンボス加工とともに設計される。残念ながら、これはまた、金属層がアルミニウム合金から加工されるときでも、デバイスの重量を増加させる。ともに追加されると、ヒートシールドの全構成要素の組み合わせられた重量は、概して、車両に対して有意な重量負担をもたらし得る。

その結果、その構造完全性を維持しながら、熱に敏感なシステムのために好適な熱保護を提供することができ、また、既存のヒートシールド未満の重量である、車両のための熱シールドまたはヒートシールドの必要性が、存在する。本開示は、そのような軽量熱シールドを対象とする。

（要約）
概略すると、本開示の一実施形態は、それを通して水分の通過を可能にするように構成される、支持スクリーンを含む、軽量熱シールドを備える。支持スクリーンは、上側または第１の表面と、下側または第２の表面と、周縁と、平面外に延在する少なくとも１つの湾曲部分とを有し、３次元形状を形成する。軽量熱シールドはまた、支持スクリーンの上側または第１の表面に接着され、支持スクリーンの形状に実質的に共形化する、断熱層を含む。

本開示の別の実施形態は、密閉可能封入体内に成形および穿孔された成形面を有する金型を得ることを含む、軽量熱シールドを作製する方法を備える。本方法はまた、それを通して水分の通過を可能にするように構成され、実質的に、成形面の形状に共形化する形状を有する、支持スクリーンを得ることと、支持スクリーンを金型内の成形面上に取り付けることとを含む。本方法はさらに、成形面と反対の支持スクリーンの上側表面上に湿潤断熱材料のスラリーを適用することと、密閉可能封入体を密閉することと、金型内に真空を引き込み、湿潤断熱材料から水分を引き出し、支持スクリーンに接着される、断熱材料の圧密化された層を形成することとを含む。いったん完成すると、支持スクリーンおよび断熱材料の接着された層は、金型からともに除去され、乾燥され、軽量熱シールドを形成することができる。

さらに別の実施形態は、第１の支持層および第２の支持層を含む、軽量熱シールドを備え、各支持層は、３次元形状に定寸および形成され、その個別の周縁部分に沿ってともに結合され、所望の３次元形状を有する弾性的に屈曲可能なシールド本体を形成し、空洞を封入する、成形可能であるが、弾性的に屈曲可能な材料から形成される。熱シールドはさらに、実質的に、第１および第２の支持層の内部表面間の空洞を充填する、断熱材料の層を含む。断熱材料の層は、柔軟性かつ屈曲可能であり、第１および第２の支持層の内部表面間の熱障壁を維持しながら、シールド本体と共形化する。

本開示の別の実施形態は、第１の形状に形成される弾性的に屈曲可能な材料を備え、第１の内部表面を境界する第１の周縁部分を有する、第１の支持層を得ることと、第１の形状と相補的第２の形状に形成され、第２の内部表面を境界する第２の周縁部分を有する、弾性的に屈曲可能な材料を備える、第２の支持層を得ることと、柔軟性断熱ファイバ束を備える、断熱材料を得ることとを含む、軽量熱シールドを作製する方法を備える。本方法はさらに、第１の支持層の第１の内部表面にわたって断熱材料を適用することと、第２の周縁部分を第１の周縁部分に結合し、第１の内部表面と第２の内部表面との間に空洞を有し、空洞は、実質的に、断熱材料で充填される、シールド本体を形成することとを含む。断熱層は、第１の内部表面と第２の内部表面との間に熱障壁を維持しながら、シールド本体とともに屈曲可能である。

本開示のさらに別の実施形態は、外側表面と、内側表面と、内側表面と外側表面との間の厚さと、および平面外に延在する少なくとも１つの湾曲部分とを有し、３次元形状を形成する、固体外側シェル層とを含む、熱シールドを備える。熱シールドはさらに、内側表面に結合され、実質的に、外側シェル層の形状に共形化する、コア断熱層を含み、コア断熱層は、外側シェル層の厚さの１０倍よりも厚いか、またはそれの約１０倍の厚さを有する、低密度の乾燥された繊維状断熱材料の少なくとも１つの層から形成される。

本開示の別の実施形態は、それを通して空気および水分の通過を可能にするように構成される成形面を伴う、成形された支持スクリーンを有する、金型を得ることであって、金型は、支持スクリーンの背後から真空を引き込むために適合される、ことを含む、軽量熱シールドを作製する方法を備える。本方法はまた、湿潤断熱材料を支持スクリーンの成形面上に適用することと、真空を引き込み、支持スクリーンを通して水分を引き出し、成形面の上部に断熱材料の層を圧密化することとを含む。方法はさらに、断熱材料の成形および圧密化された層を成形面から除去することと、圧密化された断熱材料を固体外側シェル層の中に取り付けることと、外側シェル内の圧密化された断熱材料を乾燥させ、軽量コア断熱層を形成することとを含む。

本発明は、以下に簡単に説明される、付随の図面と関連して検討される、以下に記載の発明を実施するための形態の精査に応じて、より深く理解されるであろう。

図１は、先行技術において現在見出されるような例示的熱シールドの斜視上面視図である。 図２は、本開示の代表的実施形態による、軽量熱シールドの一斜視上面視図である。 図３は、別の代表的実施形態による、片面熱シールドを形成するための支持スクリーンの斜視上面視図である。 図４は、さらに別の代表的実施形態による、両面熱シールドを形成するための一対の結合された支持スクリーンの斜視上面視図である。 図５は、別の代表的実施形態による、金型と、その穿孔および成形された成形面の斜視図である。 図６は、別の代表的実施形態による、軽量熱シールドを作製する方法を描写する、フロー図である。 図７は、別の代表的実施形態による、完成された片面熱シールドの斜視図である。 図８は、切断線Ａ−Ａから見た、図７の完成された片面熱シールドの概略断面図である。 図９は、別の代表的実施形態による、完成された両面熱シールドの斜視図である。 図１０は、切断線Ｂ−Ｂから見た、図９の完成された両面熱シールドの概略断面図である。 図１１は、別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図１２は、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図１３は、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図１４は、本開示のさらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図１５は、図１４の軽量熱シールドの別の実施形態の部分的に組み立てられた斜視図である。 図１６は、図１４の軽量熱シールドの支持層のうちの１つの表面の斜視図である。 図１７は、図１４の軽量熱シールドを車両に搭載するためのデバイスの分解概略図である。 図１８は、軽量熱シールドを車両に搭載するための図１７のデバイスの組み立てられた概略図である。 図１９は、本開示の別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図２０は、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図２１は、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図２２Ａ−２２Ｆは、図２０の軽量熱シールドを作製する方法の概略断面図である。 図２２Ａ−２２Ｆは、図２０の軽量熱シールドを作製する方法の概略断面図である。 図２３Ａおよび２３Ｂは、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図２４は、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。 図２５は、さらに別の代表的実施形態による、軽量熱シールドの概略断面図である。

当業者は、慣例に従って、以下に論じられる図面の種々の特徴が、必ずしも、正確な縮尺で描かれているわけではなく、図面の種々の特徴および要素の寸法が、本明細書に説明される本発明の実施形態をより明確に図示するために拡大または縮小され得ることを認識および理解するであろう。

（詳細な説明）
ここで、類似部品が、いくつかの図全体を通して類似参照番号で識別される、図面をより詳細に参照する。図１は、先行技術に典型的に見出され得る、車両のための例示的ヒートシールド１０を図示する。従来のヒートシールド１０は、多くの場合、車両の高温構成要素および保護される熱に敏感なデバイスまたはセンサを分離するために、車両内で利用可能な限られた空間内に嵌合する、所望の３次元形状にパンチまたは型抜きされる、２つの金属シート１２またはシート金属層から形成される。金属シート１２の一方または両方、多くの場合、放射される熱をヒートシールドから偏向させるように構成される、反射性外側表面１４を具備する一方、薄断熱布地シート（図示せず）が、シート１２間に狭入され、クラムシェルの内部表面が相互に接触しないように防止し、それによって、熱シールド１０の本体を通る熱伝導の経路を遮断する。

図１に描写されるヒートシールド１０の型抜きされた金属シート１２はまた、ヒートシールド１０が所望の空間の中に位置付けられ、配向されることを可能にする、種々の湾曲表面およびエンボス加工された特徴１６を含む。型抜きされた特徴１６はまた、外部振動に対するヒートシールドの応答を制御するための付加的支持および補強を提供してもよい。図から分かるように、ヒートシールド１０はまた、シールドを車両のフレームまたは構造に搭載するために、金属シート１２および可撓性断熱布地の両方を通して形成されるボルト孔１８を含む。熱を制御し、振動に抵抗する際に効果的であるが、図１に示されるタイプのヒートシールドは、各シールドが、隣り合わせて設置された２つの厚い金属シートを備えるため、比較的に大きく、かつ重く、ヒートシールドの全構成要素の重量がともに組み合わせられると、車両に対する有意な重量負担をもたらす。

図２に図示されるのは、本開示の一代表的実施形態による、軽量熱シールド１００である。熱シールド１００は、完成した熱シールドのための所望の３次元形状に定寸および形成されたメッシュ材料から作製される、支持スクリーン１１０を含む。一側面では、支持スクリーンの形状１１０は、軽量熱シールド１００が取って代わることが意図される、従来の金属ヒートシールドの形状に非常に近似し得る。支持スクリーンはさらに、ヒートシールド１００が、車両内の同一の所望の空間の中に位置付けられ、配向されることを可能にし、また、外部振動に対するヒートシールドの応答を制御するための支持および補強を提供し得る、類似表面特徴１１６およびボルト孔１１８を含むことができる。しかしながら、他の側面では、支持スクリーンの形状および完成されたヒートシールドは、本開示の軽量熱シールドによって提供される多くの有益な特徴を利用する、全体的に新しい構造を備えることができる。

熱シールド１００はまた、支持スクリーン１１０の内側または第１の表面に接着されることができ、かつ実質的に、支持スクリーン１１０の形状に共形化することができる、断熱層１３０を含む。断熱層１３０は、メッシュ材料のフィラメント間の隙間を充填するために湿潤時、支持スクリーン１１０のメッシュ材料の中に浸出され、次いで、乾燥され、実質的に、剛性断熱層１３０を形成する、断熱材料１３２を備えることができる。一側面では、断熱材料１３２は、支持スクリーン１１０が、実質的に、断熱層１３０によって囲繞および封入されるように、支持スクリーン１１０のメッシュ材料を通して完全に、かつ支持スクリーンの外側または第２の表面を部分的に越えて延在してもよい。言い換えると、支持スクリーン１１０は、内側または第１の表面上の断熱層１３０の大部分と、外側または第２の表面上の断熱層のわずかな部分とによって囲繞および封入されることができる。

熱シールド１００の製造の際、断熱材料１３２は、湿潤スラリーとして支持スクリーン１１０の内側または第１の表面に適用され、次いで、成形され、脱水され、支持スクリーンに接着され、その中に浸出されるにつれて、実質的に、支持スクリーンの形状１１０に共形化し得る、固体剛性断熱層１３０に乾燥されてもよい。一側面では、乾燥された断熱材料は、実質的に、一定厚を伴って、支持スクリーン１１０上に形成されることができる。さらに、単に、断熱充填材としての役割を果たす、概して、先行技術ヒートシールドに見出される、薄く、かつ柔軟性の断熱布地材料と異なり、断熱材料１３２の乾燥された層１３０は、全体的熱シールド１００の剛度および構造の実質的部分を提供することができる。

別の代表的実施形態によると、図３は、断熱層の追加に先立った、片面軽量熱シールドのための支持スクリーン２１０の斜視上面視図である。支持スクリーン２１０は、シートの初期平面の平面外に延在する湾曲特徴２１６を伴う３次元形状に形成される、メッシュ材料２１２の略平面シートを備えることができる。支持スクリーン２１０はさらに、同様に平面外に延在し、凹面側および凸面側を有する熱シールドを形成する、縁取りまたは側壁２１７を含むことができる。湾曲特徴２１０および側壁２１７は両方とも、熱シールドのための補強を提供することができる。乾燥され、断熱層を形成する、断熱材料は、支持スクリーン２１０の凸面側または凹面側のいずれかに適用されることができることを理解されたい。

支持スクリーン２１０は、別の形状にプレスまたは加工されるまで、実質的に、その形状を維持するために十分な剛性および剛度もまた含みながら、印象形状に形成、プレス、または成形されるために十分に可鍛性である、メッシュ材料２１２から作製されることができる。加えて、メッシュ材料２１２は、損傷なく、印加された力または振動に応答して、実質的平面外撓曲に耐え、次いで、解放され、自立状態に弛緩させられると、自然に、印象形状に戻るために、十分に柔軟性および可撓性のままであるという点において、印象形状に形成された後、弾性的に屈曲可能であることができる。しかしながら、メッシュ材料２１２は、平面外方向（すなわち、材料層の局所平面に略垂直）に弾性的に屈曲可能であることができるが、メッシュ材料２１２はまた、支持スクリーン２１０の平面内の弾性伸展または圧縮に抵抗性または実質的に抵抗性であることができる。

一側面では、メッシュ材料２１２は、ステンレス鋼ワイヤから作製されるスクリーン等、金属ワイヤスクリーンであることができる。他の側面では、メッシュ材料２１２は、複合ポリマー補強ファイバまたはファイバガラス材料、実質的均質熱可塑性または熱硬化性材料、および同等物等であり、最初に、加熱されている間に成形され、次いで、冷却され、剛性ポリマーメッシュを形成する、非金属材料であることができる。

図４は、さらに別の代表的実施形態による、両面熱シールドのための一対の結合された支持スクリーン３１０、３４０の斜視上面視図である。描写されるように、第１の支持スクリーン３１０は、断熱層に接触するための上側または内側表面３１４を有する、メッシュ材料から形成され、第２の支持スクリーン３４０は、同様に断熱層に接触し、したがって、製造プロセスの間、湿潤断熱材料を受容するように構成される、封入された体積３１８を形成する、下側または内側表面３４４を有する、同一または異なるメッシュ材料３４２から形成される。

図５は、本開示の別の代表的実施形態による、成形および穿孔された成形面４４０を有する、金型４２０の斜視図である。金型４２０は、アルミニウム等の金属４２２のブロックから作製され、周縁壁４２８および底部の成形面４４０を伴う上側空洞４２６を形成するように容易に機械加工される、上部表面４２４を有することができる。成形面４４０は、底部表面４４４と、湾曲表面特徴４４６と、縁取りまたは側壁４４７と、前述の支持スクリーン（図３）の中に形成される構造特徴と相補的孔を形成するための支柱４４８とを含むことができる。金型４２０は、金型４２０の外側側壁４２２の周囲に嵌合し、ベースプレート４３０の上部表面に対して密閉する、密閉可能カバー（図示せず）であり得る、密閉可能封入体内への取着のために構成される。

一側面では、金属４２２のブロックはさらに、成形面４４０を通して、上側空洞４２６から底側表面に穿通される、複数の穿孔４４２を含むことができる。穿孔４４２は、成形面４４０の底部表面４４４、湾曲表面特徴４４６、および側壁４４７を横断して等しく離間されることができる。一側面では、底側表面はまた、金属ブロック４２２を通して穿孔４４２の長さを低減させる、下側空洞（図示せず）を形成するように機械加工されることができる。加えて、金型４２０または支持ベースプレート４３０の底側は、真空が、金型４２０の下方から、成形面４４０内の穿孔４４２を通して、引き入れられる、または引き込まれ得るように、真空源に結合するために適合されることができる。真空源は、成形面４４０を通して延在する穿孔４４２と流体連通するように設置される、真空ポンプまたは類似デバイスであることができる。

図６は、別の代表的実施形態による、軽量熱シールドを作製する方法４００を描写する、フロー図である。方法４００は、密閉可能封入体内に成形および穿孔され、成形面の下から真空を引き込むために適合される、成形面を有する、金型を得ること４０２を含む。金型は、図５を参照して前述の金型４２０と少なくとも機能的に類似するが、その中に示される成形面４４０のサイズ、形状、および表面特徴は、単に、成形面４４０の一代表的実施形態の例証であり、金型および成形面は両方とも、熱シールドを対応する種々のサイズおよび３次元形状に作製するための種々のサイズ、形状、および表面特徴を伴って形成されることができることを理解されたい。

方法４００はまた、それを通して水分の通過を可能にするように構成される、支持スクリーンを得ること４０４を含む。図３に示される支持スクリーンと同様に、支持スクリーンは、上側または第１の表面と、下側または第２の表面と、周縁と、実質的に、成形面の形状に共形化する形状とを有する。より具体的には、下側または第２の表面の形状は、予成形された支持スクリーンが、金型内に設置されると、実質的に、成形面の形状に共形化するように、成形面の形状の反転または鏡映であることができる。いくつかの側面では、支持スクリーンは、両面熱シールドを形成するために、図４に示されるものに類似する、一対の結合された支持スクリーンを備えることができる。

方法４００はさらに、下側または第２の表面が成形面上に支持された状態で、支持スクリーンを金型の中に取り付けること４０６と、湿潤断熱材料のスラリーを金型内の支持スクリーンの上側または第１の表面上に適用すること４０８とを含む。湿潤断熱材料は、脱水、圧密化、および乾燥後、実質的に、剛性の低密度断熱層となる、種々の混合物を備えることができる。

一側面では、湿潤断熱材料は、耐熱および耐炎性ミルボードを作製するために使用されるもの等、パルプまたはファイバ系スラリーであることができる。例えば、断熱材料として、以下のタイプのファイバ、すなわち、セラミックファイバ、生体溶解性セラミックファイバ、鉱物綿、生体溶解性鉱物綿、岩綿、ファイバガラス、または高温ファイバガラスのうちの１つまたはそれを上回るものが挙げられ得る。ファイバは、個々に、または組み合わせて、１％〜９０重量％の断熱混合物の量として、使用されることができる。

別の側面では、断熱材料はまた、個々に、または組み合わせて、１％〜５０重量％の断熱混合物の量として、使用され得る、コロイドシリカまたはケイ酸ナトリウム等の１つまたはそれを上回る結合剤を含むことができる。

別の側面では、断熱材料はまた、個々に、または組み合わせて、１％〜７０重量％の断熱混合物の量として使用され得る、ベントナイト粘土、バーミキュライト、またはＳｅｐｉｏｇｅｌ−Ｆ^ＴＭ等の１つまたはそれを上回る充填材を含むことができる。

別の側面では、断熱材料はまた、個々に、または組み合わせて、１％〜３０重量％の断熱混合物の量として使用され得る、Ｎａｌｃｏ ７６０７^ＴＭ、Ｋｙｍｅｎｅ ７３６^ＴＭ、Ａｌｕｍ^ＴＭ、Ｐｏｌｙｍｉｎ ＰＲ９７１ Ｌ^ＴＭ、またはＰｅｒｆｏｒｍ ＰＣ１２７９ Ｆ^ＴＭ等の１つまたはそれを上回る凝固剤を含むことができる。

別の側面では、断熱材料はまた、個々に、または組み合わせて、１％〜５０重量％の断熱混合物の量として使用され得る、Ｎａｌｋａｔ ７５３０^ＴＭ、Ｎａｌｋａｔ ６２５^ＴＭ、またはＰＣ８１７９^ＴＭ等の１つまたはそれを上回る歩留り改良剤を含むことができる。

一代表的実施形態では、湿潤繊維状断熱材料は、１４０１ミルボードを作製するために使用される混合に類似する、セラミックファイバ、粘土、不活性充填材、ならびに有機および／または無機結合剤成分の混合物を含むことができる。

別の代表的実施形態では、繊維状断熱混合物は、約４７．４乾燥重量％のＦｉｂｒｏｘ ３００^ＴＭ鉱物綿、３１．６乾燥重量％のＬａｐｉｎｕｓ ＲＳ−４７５^ＴＭ岩綿、９．６乾燥重量％のＴｏｗｅｒｂｏｎｄ^ＴＭベントナイト粘土、９．６乾燥重量％のＬｕｄｏｘ^ＴＭコロイドシリカ、１．６乾燥重量％のＮａｌｃｏ ７６０７^ＴＭ、および０．０３乾燥重量％のＮａｌｋａｔ ６２５^ＴＭアニオン性歩留り改良剤を含む、岩綿／鉱物綿調合物を含むことができる。

さらに別の代表的実施形態では、繊維状断熱混合物は、約７８．９乾燥重量％のＢｅｌｃｏｔｅｘ ２２５ ＳＣ ６ ５５０ファイバガラス、９．６乾燥重量％のＴｏｗｅｒｂｏｎｄ^ＴＭベントナイト粘土、９．６乾燥重量％のＬｕｄｏｘ^ＴＭコロイドシリカ、１．６乾燥重量％のＮａｌｃｏ ７６０７^ＴＭ、０．２乾燥重量％のＰＣ ８１７９^ＴＭカチオン性歩留り改良剤、および０．０５乾燥重量％のＮａｌｋａｔ ６２５^ＴＭアニオン性歩留り改良剤を含む、高温ファイバガラス調合物を備えることができる。

支持スクリーンが、一対の結合された支持スクリーンから成る実施形態では、湿潤断熱材料は、ともに予結合された支持スクリーン間の空洞の中に注入されることができる。別の側面では、第２の支持スクリーンは、湿潤断熱材料が第１の支持スクリーンにわたって均等に分布された後、湿潤断熱材料の層に固化されることができ、次いで、２つの支持スクリーンは、断熱材料が、脱水および圧密化され、乾燥された後、その周縁縁の周囲にともに結合されることができる。

方法４００はまた、密閉可能封入体を密閉すること４１０と、成形面の下から真空を引き込み、湿潤断熱材料から水分を引き出し、支持スクリーンの第１の表面に接着され、および／または支持スクリーンの隙間および格子間内に浸出される、断熱材料の層を形成すること４１２とを含む。再び、図５に図示される金型４２０を参照すると、密閉可能封入体は、金型４２０の上部表面４２４および上側空洞４２６の周囲に密閉することができ、強力な真空が、密閉可能封入体内の空気の体積を継続的に排出および低減させるように引き込まれ得るように、実質的に、気密性であることができる。代替では、密閉可能封入体は、中程度の真空のみ、依然として、封入体カバーがベースプレートの上部表面に接触する継合部の周囲等、密閉された封入体の中への最小量の空気の漏出を可能にするよう引かれるように、完全に気密性でなくてもよい。

密閉可能封入体のための構成にかかわらず、引き込まれる真空は、湿潤断熱材料から水分を引くまたは引き出す一方、ファイバまたは他の固体材料が、メッシュ材料の繊度に応じて、支持スクリーンの上部および／または格子間内に捕捉されるために十分であり得る。例えば、ファイバまたは他の固体材料は、微細織布支持スクリーンの上部に断熱層を形成することができる、または疎密織布メッシュ材料の格子間の中に延在し、断熱層を支持スクリーンに機械的に接着または接合することができる。

一側面では、脱水および圧密化された断熱層は、約１／８インチ〜約１／２インチの範囲であり得る、実質的一定厚を有することができる。任意の特定の機構に拘束されるわけではないが、脱水断熱層は、真空が、最初に、成形面内の穿孔のグリッドを通して引き込まれ、次いで、支持スクリーンのワイヤメッシュ間の間隙によってさらに分配されるため、実質的一定厚を有することが想定される。これは、実質的均一吸引を用いて、傾斜または垂直側壁を含む、支持スクリーンのあらゆる部分に断熱材料を引き入れることができる。加えて、脱水および圧密化されたファイバまたは他の固体材料の層はまた、幾分、多孔性であり、真空が支持スクリーンに対してすでに引き込まれた付加的断熱材料をファイバまたは他の固体材料上に引き入れ続けることを可能にすることができる。

支持スクリーンの上側または第１の表面が、支持スクリーンの側壁とともに、上向きに面した凹面空洞を形成する、本開示の別の側面では、金型内の支持スクリーンに適用される湿潤断熱材料の量は、断熱層の暴露表面が、実質的に水平であり、断熱層の厚さが、支持スクリーンの中に形成される湾曲表面特徴に従って変動するように、実質的に、上側または第１の表面および側壁によって境界される体積を充填するために十分であり得る。

さらに別の側面では、湿潤断熱材料内の水分は、遠心分離器内で湿潤断熱材料および支持スクリーンをともにスピンすること、プレス内で湿潤断熱材料および支持スクリーンをともに圧縮すること、および同等物等、前述の真空成形プロセス以外の方法および機器を使用して、引き出される、または除去されてもよい。

本開示のさらに別の側面では、成形された支持スクリーンは、真空脱水プロセスの間、その形状を維持するために、下層成形面の支持を要求しないように、十分な剛度および剛性を具備することができる。代わりに、成形された支持スクリーンは、真空源にわたって成形された支持スクリーンを強化または支持するように動作する、金型内の非共形化フレームワーク（図示せず）上に設置されてもよい。非共形化フレームワークは、成形された支持スクリーンを支持スクリーンの周縁の周囲および／または支持スクリーンの本体の下の１つまたはそれを上回る場所に支持することができる。加えて、非共形化フレームワークは、真空が、支持スクリーンの中心部分を横断して水分を引き出すよう通導されるように、支持スクリーンの周縁の縁の周囲を密閉するように構成されてもよい。

方法４００はさらに、支持スクリーンおよび接着された断熱材料の層をともに金型から除去すること４１４を含む。

前述のステップに加え、軽量熱シールドを作製する方法はさらに、断熱材料の層を乾燥させることを含むことができ、これはまた、断熱材料の層と支持スクリーンとの間の接合を完了し得る。一側面では、乾燥ステップは、支持スクリーンおよび断熱材料の層が、依然として、金型内に搭載されている間に行われることができる。別の側面では、乾燥ステップは、支持スクリーンおよび接着された断熱材料の層が金型から除去された後、別個の炉内に行われることができる。乾燥プロセスを通して、断熱材料の層は、断熱層の片面に接着された支持スクリーンとともに、実質的に、既存の従来の金属ヒートシールド未満の重量の熱シールドとなり、また、その構造完全性を維持しながら、熱に敏感なシステムのための好適な熱保護を提供することができる、剛性であるが、低密度の構造部材となることができる。

図７は、図３の支持スクリーン２１０の第１または上側表面２１４に接着された断熱層２３０を有する、完成された片面熱シールド２００の斜視上面視図である。図８は、切断線Ａ−Ａから見た、図７の完成された片面熱シールドの概略断面図である。２つの図面から分かるように、断熱層２３０は、支持スクリーン２１０の平面外湾曲特徴２１６（図３）にわたって層化された湾曲表面特徴２３６と、縁取りまたは側壁２１７にわたって層化された側壁２３７とを含む、下層支持スクリーン２１０の３次元形状に共形化する、実質的一定厚を有することができる。

図９は、同時に、図４に図示される第１の支持スクリーン２１０の第１または上側表面３１４および第２の支持スクリーン３４０の下側または内側表面３４４の両方に接着される、断熱層３３０を有する、完成された両面熱シールド３００の斜視上面視図である。図１０は、切断線Ｂ−Ｂから見た、図９の完成された両面熱シールドの概略断面図である。本明細書で使用されるように、用語「両面」は、断熱層３３０の両側に近接して位置し、断熱材料が、両スクリーンの内側表面に接着される、またはその中に浸出される、支持スクリーン３１０、３４０を指す。支持スクリーン３１０、３４０を断熱層３３０の両側に提供することは、車両の高振動環境に対するより大きい強度およびより大きい長期抵抗を有する、熱シールド３００をもたらし得ることが想定される。

また、図９および１０に見られ得るように、断熱層３３０は、実質的に、支持スクリーン３１０、３４０の両方の３次元形状に共形化することができる。これは、第２の支持スクリーン３４０および第１の支持スクリーン３１０の平面外湾曲特徴４４７間に層化された湾曲特徴と、それぞれ、第２の支持スクリーン３４０および第１の支持スクリーン３１０の縁取りまたは側壁３４７、３１７間に層化された側壁３３７の両方を含むことができる。

両面熱シールド３００の製造の際、湿潤断熱材料は、第１の支持スクリーン３１０と第２の支持スクリーン３４０との間の空洞３１８の中に注入されてもよい。一側面では、断熱材料は、ファイバおよび他の固体が、それぞれ、断熱材料から水分を除去するための真空の引き込みに先立って、支持スクリーン３１０、３４０の両方の内側表面３１４、３４４に対して捕捉されるように、空洞３１８を完全に充填し、第２の支持スクリーン３４０に対して上向きに圧接するために十分な圧力を用いて注入されてもよい。

図１１は、断熱層５３０の暴露表面５３４が反射金属箔５４２等の非構造層５４０で被覆される、軽量熱シールド５００の別の実施形態の概略断面図である。反射金属箔５４２は、支持スクリーン５１０および接着された断熱材料の層５３０が、製造用金型からともに除去された後に追加されることができ、一側面では、接着剤を用いて、断熱層５３０の暴露表面５３４に接合されてもよい。

図示される構成では、断熱層５３０の片面に接着される、支持スクリーン５１０は、熱シールド５００に車両の高振動環境に対する十分な構造完全性および長期抵抗を提供することができる一方、反射箔５４２は、熱シールド５００からの放射熱の偏向を提供することができ、断熱層５３０は、熱シールド５００の本体を通る熱伝導の経路を遮断することができる。代替実施形態では（図示せず）、反射箔の層は、支持スクリーン５１０を有する熱シールド５００の側が、車両上の高温構成要素の最も近くに位置付けられる側であり得るように、支持スクリーン５１０の第２または外側表面５１５に適用されることができる。

図１２は、断熱層６３０の暴露表面６３４が、軽量熱可塑性または熱硬化性材料から作製される、予加工された支持シールド６４２等のカスタマイズ可能層６４０で被覆される、軽量熱シールド６００の別の実施形態の概略断面図である。予加工された支持シールド６４２は、支持スクリーン６１０および接着された断熱材料の層６３０が製造用金型からともに除去された後に追加されることができ、一側面では、接着剤を用いて、断熱層６３０の暴露表面６３４に接合されてもよい。別の側面では、予加工された支持シールド６４２は、接着剤または機械的締結具を用いて、熱シールド６００の周縁の周囲において、支持スクリーン６１０に結合されることができる。予加工された支持シールド６４０は、断熱層６３０の反対側に接着される支持スクリーン６１０に、剛度および減衰の形態において、付加的支持を提供するために追加されてもよい。一側面では、予加工された支持シールド６４０は、実質的に、剛性であることができる。

さらに別の代替実施形態（同様に図示せず）では、反射金属箔の層が、支持スクリーン６１０を有する熱シールド６００の側が、車両上の高温構成要素に最も近い側であり得るように、支持スクリーン６１０の第２または外側表面６１５に適用されることができ、予加工された支持シールド６４２等のカスタマイズ可能層６４０を有する熱シールド６００の側が、高温構成要素からより離れて、反射箔断熱材料の層６３０によって提供される熱障壁の他側に位置することができる。

図１１および１２の両方を参照すると、種々のタイプの付加的カスタマイズ可能層もまた、支持スクリーンおよび接着された断熱材料の層が、製造用金型からともに除去された後、断熱層の暴露面に追加されることができることが想定される。この場合、支持スクリーンおよび接着された断熱材料の層は、付加的カスタマイズ可能層が、顧客仕様に従って、断熱層の暴露表面または支持スクリーンの第２または外側表面のいずれかに追加されることを可能にする、車両のためのモジュール式断熱システムのコア構成要素となることができる。カスタマイズ可能層は、付加的熱保護、補助構造支持、または両方等を提供するように追加されることができる。

図１３は、第１の支持スクリーン７１０および第１の断熱層７３０を有する熱シールド７００の下側半体７０２が、第２の支持スクリーン７４０および第２の断熱層７５０を有する上側半体７０４と別個に形成される、別の代表的実施形態による、軽量熱シールド７００の概略断面図である。断熱層７３０、７５０は、断熱層７３０、７５０の暴露表面７３４、７５４が、実質的に、水平であり、断熱層の厚さが、その個別の支持スクリーン７１０、７４０の中に形成される湾曲表面特徴に従って変動するように、金型内に形成され、支持スクリーンの平坦表面および側壁によって境界される体積を充填する。

さらに、断熱層７３０、７５０のそれぞれの中心厚は、概して、一定厚を伴う断熱層を有する熱シールド実施形態のものを上回り得る。例えば、断熱層７３０、７５０のそれぞれの中心厚は、約１／２インチ〜約２インチまたはそれを上回る範囲であり、約１インチ〜約４インチまたはそれを上回る範囲の全体的厚さを有する、軽量熱シールドをもたらすことができる。そのような厚さおよびその結果として生じる断熱能力は、ヒートシールドが、実践的使用のために、重すぎ、かつ煩雑となるため、概して、より従来の金属シートまたはシート金属層を利用する、従来のヒートシールドの場合、不可能である。故に、本開示の軽量熱シールドは、先行技術において利用不可能な断熱能力の有意な増加を提供することができる。

別個の半体の製造後、断熱層７３０、７５０の暴露表面７３４、７５４は、次いで、整合され、２つの半体７０２、７０４は、その周縁フランジ７１３、７４３に沿ってともに結合され、完成された熱シールド７００を形成することができる。２つの半体７０２、７０４は、リベット、ボルト締め、クリップ、または接着剤等の従来の結合システムまたはデバイス７７０を使用して、ともに結合されることができる。図示される実施形態では、さらに、付加的断熱材料７６０の層が、熱シールド７００の最終組立に先立って、２つの半体７０２、７０４間に設置されることができる。一側面では、付加的断熱材料の層７６０は、ファイバベースの断熱層７３０、７５０のみと比較して、熱シールド７００の全体的断熱性能をさらに増加させるように動作し得る、超低密度断熱材料のシートであることができる。

図１４は、中空内部空洞８４０をともに囲繞する、第１の支持層８２０および第２の支持層８３０から形成されるシールド本体８１０を含む、軽量熱シールド８００の別の実施形態を図示する。本両面構成では、空洞８４０は、第１の支持層８２０の内部表面８２４と第２の支持層８３０の内部表面８３４との間に実質的一定熱障壁を維持しながら、シールド本体８１０とともに屈曲し得るように、前述の実質的剛性断熱材料より可撓性かつ柔軟性の断熱層８５０で充填される。

第１の支持層８２０および第２の支持層８３０は両方ともまた、シートの初期平面に対して平面外に延在する種々の湾曲特徴８２７、８３７を含む、第１の３次元形状にプレスされる、成形可能であるが、弾性的に屈曲可能な材料の平面シートから作製されることができる。一側面では、第１および第２の支持層８２０、８３０を形成する材料は、ステンレス鋼ワイヤメッシュ材料８１４であることができる。メッシュ材料８１４の個々のワイヤは、平面外表面特徴８２７、８３７の所望の形状をとるように、プレス内で冷間加工または恒久的に屈曲されることができる。後続屈曲および撓曲の際、個々のワイヤは、その新しい輪郭の周囲において弾性的に変形し続け、印加された屈曲および撓曲の一部に弾性的に対応してもよい。任意の特定の理論によって拘束されるわけではないが、また、複数の相互織布ワイヤはまた、ワイヤ間の相対的位置および間隔もまた、印加された屈曲および撓曲の一部に弾性的に対応するよう変化し得るように、相互に対して移動および摺動してもよいことが考えられる。故に、第１および第２の支持層８２０、８３０を形成する材料８１４の構造は、所望の形状から恒久的に屈曲せずに、実質的撓曲および偏向を受けることができる。

しかしながら、第１の支持層８２０および第２の支持層８３０はまた、射出成形を通して成形され得る、高温ポリマー熱可塑性または熱硬化性材料等、異なる材料および製造方法から形成されてもよいことを理解されたい。第１の支持層８２０および第２の支持層８３０を作製するこれらおよび他の材料ならびに方法もまた、可能性として考えられ、本開示の範囲内であると見なされる。

２つの支持層８２０、８３０は、リベット、ボルト締め、クリップ、または接着剤等の従来の結合システムまたはデバイスを使用して、その個別の周縁部分に沿って、ともに結合されることができる。加えて、第１の支持層８２０および第２の支持層８３０は、少なくとも、側壁８２７、８３７間の内部表面の中心部分において、実質的に一定であり得る、第１の内部表面８２４と第２の内部表面８３４との間の間隔８４４とともに結合されることができる。

一側面では、可撓性かつ柔軟性の断熱材料８５０は、可撓性高温ファイバガラスまたはセラミック系ファイバ中綿８５２等、断熱ファイバ充填材料を含むことができる。ファイバ中綿材料８５２は、熱シールド８００が、印加された力または振動に応答して、空洞８４０が、捻転および屈曲するにつれて、変形し得る場合でも、実質的に、空洞８４０を充填し、その形状に共形化する、ファイバ中綿材料８５２が柔軟性かつ可撓性の断熱層８５０を形成するように、シールド本体８３０内の空洞８４０全体を通して均等に分布され、少なくとも部分的に、圧縮されることができる。

シールド本体８１０および共形化可能または柔軟性の断熱層８５０を形成する、弾性的に屈曲可能な支持層８２０、８３０の組み合わせは、保護するように構成される、軽量かつ熱に敏感なシステムのための好適な熱保護を提供可能である、ヒートシールド８００を提供する。さらに、組み合わせがさらに、車両ヒートシールド用途において見出され得る高振動レベルに抵抗性があることも発見された。軽量および弾性的に屈曲可能な支持層８２０、８３０は、ヒートシールドが取着された支持構造の運動に抵抗するのではなく、それに従ってより容易に移動し得る一方、共形化可能または柔軟性な断熱層８５０は、実質的振動減衰度を伴うヒートシールド８００を提供することができることが考えられる。その結果、高サイクル疲労からの構造故障の可能性は、著しく低減され、ヒートシールドは、長期間、その構造完全性を維持することができる。

図１５は、反射層または障壁８７０が、支持層の内部表面と断熱層８５０を形成するファイバ中綿材料８５２との間に提供され得る、熱シールドの別の側面を図示する。反射障壁８７０は、放射熱を熱シールドから偏向させるように動作することができる一方、断熱材料８５２は、熱シールドの本体８１０を通る熱伝導の経路を遮断することができる。一側面では、反射障壁８７０は、アルミニウム箔等の金属箔８７２を備えることができる。さらに、金属箔８７２を皺にし、多数の屈曲および皺ゾーン８７４を生成することは、反射障壁８７０が、損傷を被らず、シールド本体とともに屈曲および捻転することを可能にすることができることが発見された。

前述の反射障壁と同様に、図１６に図示される軽量熱シールドの別の側面では、弾性的に屈曲可能な支持層の一方または両方の外側表面は、熱シールドからの放射熱の偏向を提供し得る、高反射性または低放射性コーティング８８０でコーティングされることができる一方、断熱材料８５２は、熱シールドの本体８１０を通る熱伝導の経路を遮断してもよい。例えば、低放出性コーティング８８０は、ＳＯＬＥＣ−Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙによって提供されるいくつかのＬＯ／ＭＩＴ^ＴＭ放射障壁塗料のうちの１つ等、高温の低放出性放射障壁塗料を含むことができる。加えて、低放出性コーティング８８０はまた、支持層８２０を形成する、成形可能であるが、弾性的に屈曲可能なメッシュ材料８１４のための酸化保護を提供し得ることも発見された。

軽量熱シールド８００を車両のフレームまたはブラケット５０に取着するための搭載構成８９０の一実施形態が、図１７−１８に示される。搭載構成８９０は、支持層８２０内の孔を通して挿入される、内部シリンダ部分８９３と、支持層の外側表面に対して静置する、ワッシャ部分８９４とを有する、ブッシング８９２を含むことができる。搭載構成８９０はまた、反対支持層８３０内の孔の周囲に位置付けられる、別個の外側ワッシャ８９６と、ブラケット５０内のねじ山付き孔５２と接続するねじ山付き端部８９９を有する、取着ボルト８９８とを含むことができる。

ブラケット５０への熱シールド８００の搭載に先立って（図１７）、支持層８２０、８３０の内部表面は、断熱層８５０を形成する柔軟性断熱材料８５２によって、若干、押し離され、第１の間隙８３４Ａを形成することができる。しかしながら、取付の際、ボルト８９８は、外側ワッシャ８９６を押下し、ひいては、支持層８２０を支持層８３０に向かって内向きに押勢し、断熱材料８５２を圧縮し、支持層８２０、８３０間の距離を第２の間隙８３４Ｂに近づけることができる。間隙８３４Ｂは、ワッシャ８９６の底部表面が、ブッシング８９２の内部シリンダ部分８９３の縁に接触すると固定されることができる一方、ブッシング８９２のワッシャ部分８９４は、ブラケット５０の面に対して支承する。ボルトのさらなる緊締は、熱シールド８００を車両のブラケット５０により固着させるが、熱シールドの断熱層８５０のさらなる圧縮を伴わないであろう。

したがって、搭載構成８９０は、依然として、熱シールド８００が、車両ヒートシールド用途において見出され得る、高振動レベルに応答して、弾性的に撓曲することを可能にしながら、車両のフレームまたはブラケット５０への軽量熱シールド８００の確実な取着を提供することができる。

図１９は、層化または挟着構造を有し、コア層９３０が、特に、図６を参照して前述の低密度乾燥繊維状断熱材料の種々の調合物を含む、概して、図２−１３を参照して前述のような断熱材料９３２を備える、軽量熱シールド９００の別の実施形態の概略断面図である。しかしながら、本実施形態では、コア層の外側および／または内側表面におけるメッシュ支持スクリーンは、固体材料から作製され、その周縁の縁９２６、９４６において、ともに継合され、実質的に剛性の低密度断熱層９３０によって充填され得る、内部空洞または体積９１２を囲繞および封入する、硬質シェル本体９１０を形成する、外側シェル層９２０および内側シェル層９４０と置換され得る。一側面では、外側シェル層９２０および内側シェル層９４０は、金属材料９２２、９４２から作製されることができ、好ましい実施形態では、アルミめっき鋼の非常に薄いが、硬質のシートを備えることができる。他の側面では、外側または内側シェル層の一方または両方は、同様に軽量かつ硬質の固体熱可塑性または熱硬化性材料から作製されることができる。

外側９２０および内側９４０シェル層は、液体に不浸透性であり、任意の車両流体がコア断熱材料９３２と接触しないように防止する、障壁を形成することができる。アルミめっき鋼から作製される、シェル層はまた、高温エンジン構成要素から熱の多くを熱シールド９００から反射させる、反射障壁を提供することができる一方、非金属シェル層は、類似保護を提供する、反射金属箔で被覆されてもよい。しかしながら、概して、図１を参照して前述の先行技術ヒートシールドと異なり、外側シェル層９２０および内側シェル層９４０は、それ自体では、過酷な車両環境におけるその構造完全性を維持することを可能にする必要形状および剛度を伴う熱シールド９００を提供するために不十分な厚さで形成される。代わりに、乾燥された断熱材料９３２のコア層９３０が、全体的熱シールド９００の形状および剛度の実質的部分、いくつかの側面では、その主要部分または大部分を提供するために十分な厚さおよび形状を伴って形成されることができる。言い換えると、強固かつ耐久性のある軽量熱シールド９００は、組成物を修正し、実質的に、軽量コア層９３０の厚さを増加させ、構造に必要形状および剛度を提供しながら、実質的に、内側および外側金属シェル層の厚さ（および、重量）を低減させることによって形成されることができる。

さらに、熱シールド９００に、その断熱能力とともに、その構造形状および剛度を提供することに加え、コア層９３０はまた、車両によって発生される高振動に対する熱シールドの自然応答を制御するように調整され得る、実質的減衰特性を含んでもよい。例えば、コア層９３０内の所定の部分に間隙を生成すること、あるいは断熱層を形成後、但し、乾燥に先立って、依然として湿気のある圧密化された断熱材料９３２の異なる部分を局所的に成形または圧縮すること等の異なる技法の採用も、コア層９３０の局所剛度および減衰特性を改変し、熱シールド９００の全体的振動応答に影響を及ぼすために使用されることができる。

図１９の略図は、必ずしも、正確な縮尺で描かれておらず、シェル層９２０、９４０に対するコア層９３０の厚さは、図面に示される割合を上回り得ることを理解されたい。例えば、好ましい実施形態では、外側９２０および内側９４０シェル層はそれぞれ、厚さ約０．０１２インチを有する固体アルミめっき鋼から形成されることができる一方、コア層９３０の厚さは、約０．２５インチであることができる。言い換えると、コア層９３０は、概して、シェル層９２０、９４０より約２０倍厚くあることができ、熱シールド９００の厚さの最大約９１％を構成することができる。本側面では、外側９２０および内側９４０シェル層は、若干だけ、厚さ約０．００７インチを有する薄金属箔より堅くてもよく、したがって、完成された熱シールドの全体的形状および構造剛度にわずかのみ寄与し得る。なお、コア層９３０を形成する、乾燥された断熱材料９３２は、局所的衝撃損傷および破壊を受けやすいままであり得るため、固体シェル層９２０、９４０は、前述の他の特徴に加え、コア層９３０の構造完全性を保存するのに役立つ、接触および外部物体からの衝撃からの有用な保護を提供することができる。

外側シェル層９２０、９４０と比較して、比較的に厚いコア層９３０を伴う熱シールド９００を提供することは、本業界において前例がないと考えられる。これは、従来、概して、高振動車両環境において、易壊性かつ衝撃損傷、亀裂、および劣化を受けやすくあり得る、乾燥された断熱材料９３２のコア層９３０が、コア断熱層が、熱シールド９００の構造完全性の大部分を提供および維持することが可能であろう様式において、ヒートシールド用途に適合され得ることが理解されていなかったためである。例えば、一実施形態では、コア層の厚さは、約０．７５インチまで増加されることができ、その場合、固体シェル層９２０、９４０は、熱シールドの厚さのわずか約３％を構成し、コア層９３０は、残りの９７％を提供するであろう。したがって、低密度コア層９３０の厚さの増加は、概して、重量のわずかのみの増加を伴って、熱シールド９３０の構造強度および熱遮蔽の能力の両方を増加させることができる。

別の実施形態では、コア層の厚さは、約０．１２５インチまで減少されることができ、その場合、固体シェル層９２０、９４０は、最大約１６％を構成し、コア層９３０は、熱シールドの厚さの約８４％を構成するであろう。より薄い実施形態の寸法は、実質的に、より軽いにもかかわらず、取って代わるように構成される、先行技術のヒートシールドのものにより近く、したがって、熱シールドのための間隔が限定または固定される状況において、より優れた選択肢となり得る。

故に、種々の例示的実施形態では、硬質シェル層の組み合わせられた厚さは、熱シールドの全体的厚さの約１６％〜約３％の範囲であることができる一方、コア断熱層の対応する厚さは、熱シールドの全体的厚さの約８４％〜約９７％の範囲であることができる。さらに、他の厚さ比率も、依然として、可能性として考えられ、本開示の範囲内と見なされ得る。

図２０に図示される、本開示の別の側面では、熱シールド９０２のコア層９３０は、異なる特性および／またはコストを有する、乾燥された断熱材料の２つまたはそれを上回る別々の層から形成されてもよい。例えば、内側シェル層９４０が、高温エンジンまたは排気構成要素に隣接して設置されるであろうと判定される場合、コア断熱９３０の最内層９３４は、経時的に劣化せず、より高い温度定格およびより高い温度に耐える能力を持つシリカファイバを用いて形成されることができるが、シリカファイバはまた、より高価である傾向がある。安価なファイバガラスファイバを利用する最外層９３６が、次いで、内側層９３４にわたって適用され、所望の構造強度および断熱特性を提供する、コア断熱層９３０の全体的厚さを完成することができる。このように、続けて必要な物理的特徴および属性のそれぞれを含む、熱シールド９０２は、安価な材料で構築され、それによって、熱シールド９０２の全体的コストを削減することができる。

図２１に示される熱シールド９０４の別の実施形態では、熱シールド９０２のコア層９３０は、乾燥された断熱材料９３４、９３６内に隙間または間隙９８０とともに形成されることができる。これらの間隙９８０は、熱シールド９０４の振動特性を制御または調整する、あるいは乾燥された断熱材料９３４、９３６を高振動レベルを被りやすくあり得る熱シールド９０４の部分から除去するために利用されてもよい。例えば、改良された減衰特性を有する軽量コア層９３０を用いても、本開示の熱シールドは、種々の振動モードを有する自然周波数を呈し続けるであろうことが予期され得る。それらの振動モードのうちの１つまたはそれを上回るものが、熱シールドに沿った特定の場所において増幅された振動応答をもたらすとき、その場所における運動または撓曲の増加は、断熱材料の劣化をもらし、それによって、熱シールドの有用寿命を短縮させ得る。早期摩耗または損傷の可能性を回避するために、断熱材料９３４、９３６は、その場所において除去され、増幅した運動から損傷を被りにくい、別個に取り付けられた熱インサート９８２と交換されることができる。一側面では、熱インサートは、実質的に、コア層９３０の残りによって提供される熱障壁を維持しながら、劣化せずに、熱シールド９０４の運動または撓曲に対応し得る、アルミニウム箔等の金属箔９８４の皺が付けられた本体であることができる。コア断熱層９３０の構造完全性を構成しない様式において、軽量熱インサート９８２または金属箔９８４で充填される間隙９８０を使用する実践もまた、使用され、軽量熱シールド９０４の重量をさらに低減させることができる。

軽量熱シールドを作製する方法の１つが、図２２Ａ−２２Ｆに図示される。図２２Ａに示されるように、方法は、概して、上部金型表面９５４を伴う輪郭が付けられた金型プレート９５２を有する、金型９５０を利用することができる。金型プレート９５２はさらに、金型プレート９５２を通して空気および液体の通過を可能にする、複数の開口また穿孔９５５を含むことができる。金型９５０はまた、製造プロセスの際、湿潤断熱スラリーを含有する、金型プレート９５２を囲繞し、金型空洞９５８を画定し、脱水および圧密化された断熱層の外側縁を画定する、側壁９５６を含むことができる。一側面では、金型はさらに、上部金型表面９５４に固着され、金型プレート９５２の下または背後に位置する真空源９７０から引き入れられる、吸引力または真空をより分散させる役割を果たす、微細メッシュ層またはスクリーン９６０を含むことができる。加えて、スクリーン９６０の微細メッシュは、断熱混合物内の繊維状材料の通過を可能にするには小さすぎ、それによって、繊維状材料が金型プレート９５２内の穿孔９５５に詰まらないように防止する、スクリーン要素間の隙間を画定することができる。金型９５０はまた、金型空洞内の空気圧力が、湿潤断熱スラリーから水分を引き出すために負圧まで低下され得るように、金型空洞９５８の上部を被覆および密閉し得る、カバー（図示せず）を含むことができる。

一側面では、スクリーン９６０は、図２２Ａに示されるように、金型プレート９５２の輪郭に一致するように成形されることができる。代替として、スクリーン９６０は、輪郭表面を形成するように成形されることができる一方、金型プレート９５２は、実質的に、一般的または直線であり、スクリーンを種々の場所に支持するのに役立つ構造要素を伴う。スクリーン９６０が、製造プロセスの際、縮小表面積を伴うより小さい熱シールド同様に、それ自体によって湿潤断熱スラリーを保持するために十分な強度を伴って形成される場合、当業者は、固定または剛性金型プレート９５２が、随意であってもよく、金型９５０内に含まれる必要はないことを理解し得る。

図２０の二重層化軽量熱シールドを産生するために、例えば、第１のスラリー混合物が、図２２Ｂに図示されるように、金型空洞９５８の中に導入され、次いで、スクリーン９６０の輪郭表面積を横断して実質的一定厚を有する脱水および圧密化された断熱材料９３３の均一に分散された層を形成するまで、真空９７２によってスクリーン９６０に対して引き入れられることができる。脱水された断熱材料９３３の第１の層が形成された後、第２のスラリー混合物が、図２２Ｃに図示されるように、金型空洞９５８の中に導入され、次いで、同様に、第１の層９３３の輪郭上部表面を横断して実質的一定厚を有する、脱水および圧密化された断熱材料９３５の第２の層を形成するまで、真空９７２によって、第１の層９３３の上部表面に対して引き入れられることができる。第１のスラリー混合物は、その湿気のある脱水および圧密化された状態では、実質的に、多孔性のままであるため、真空９７２は、同様に、第２の断熱層９３５の形状に脱水および圧密化されるまで、第１の層９３３を通して第２のスラリー混合物から流体を引き入れ続けることができる。本吸引動作はまた、その継合境界において、第１および第２の断熱層をともに機械的に混合および接合する役割を果たすことができる。

図２２Ｄに図示されるように、金型９５０内へのコア断熱層９３０の構築が完了後、外側シェル層９２０は、金型空洞９５８の周囲に位置付けられ、真空源は、正圧源９７４に反転されることができ、結果として生じる加圧された空気９７６は、金型プレート９５２およびスクリーン９６０を通して押動または吹送し、脱水および圧密化されたコア断熱層９３１を外側シェル層９２０の中に射出する。したがって、その湿気のある圧密化された状態における脆弱コア断熱層９３１の劣化のリスクが、実質的に最小量にされ得るように、構築されたコア断熱層９３０を金型から手動で除去する必要がなくなり得る。

概して、コア断熱層９３１は、外側シェル層９２０の中に射出されるとき、依然として、湿気があり、したがって、外側シェル層９２０の内側表面上の形状の任意の断続性、不規則性、または変化に近似的に共形化することができる。これは、コア断熱層９３０と外側シェル層９２０との間の緊密な機械的嵌合が、乾燥に応じて確立されることを可能にすることができる。したがって、いくつかの側面では、コア断熱層９３０を外側シェル層９２０に固着させるための接着剤または結合剤の使用は、必要ではなくてもよい一方、他の実施形態では、接着剤または結合剤は、乾燥プロセスの際、コア断熱層９３０を外側シェル層９２０にさらに固着させるために使用されることができる。

さらに、また、図２２Ａ−２２Ｄは、単に、種々の製造プロセスにおいて使用され得る、代表的金型構成９５０の略図であることを理解されたい。例えば、一側面では、金型９５０は、所定の量の断熱スラリーが、金型空洞９５８の中に導入され、真空９７２によって、スクリーン９６０の表面を横断して均一に分散される、定常固定具であることができる。しかしながら、別の側面では、金型９５０は、真空管の端部に結合され、次いで、アクティブ真空を用いて、所定の時間周期の間、断熱スラリーの容器の中に浸漬され、所望の厚さの断熱材料の層をスクリーン９６０上に構築させる、ポータブル固定具であることができる。また、スクリーン９６０および／または穿孔された金型プレート９５２は、種々の形状に形成され、コア断熱層９３０の内側表面から延在し得る、リブ、突起、および他の表面特徴をもたらす、溝および陥凹を含む、種々の輪郭を伴うことができることを理解されたい。したがって、構築された断熱層９３３、９３５の背面は、スクリーン９６０の公称表面または金型プレート９５２の上部表面９５４から測定されるような実質的一定厚を有することができるが、第１の断熱層は、スクリーン９６０または金型プレート９５２の局所輪郭に応じて、ある部分では、局所的により厚いまたはより薄くあることができる。

さらに、金型４２０（図５）の成形面４４０から外向きに突出する支柱４４８に類似する付加的表面特徴もまた、コア断熱層９３０内のボルト開口、隙間９４０（図２１）、または他の意図的間隙を形成するために、金型プレート９５２および／またはスクリーン９６０とともに含まれ、所定の場所における断熱材料９３３、９３５の堆積を遮断することができる。

図２２Ｅを継続して参照すると、湿気のある脱水および圧密化されたコア断熱層は、次いで、外側シェル層９２０内で乾燥され、乾燥された断熱材料９３４、９３６の１つまたはそれを上回る層を備える、完成されたコア断熱層９３０を形成することができる。前述のように、乾燥プロセスの際、コア断熱層９３０は、保護外側シェル層９２０が、軽量熱シールドの有用寿命全体を通して構造断熱層９３０にしっかりと取着されたままであるように、外側シェル層９２０との緊密な接合をもたらすことができる。圧密化されたコア断熱層９３１は、概して、１００℃または２００℃を上回る温度において、炉内で熱乾燥されることができるが、一側面では、断熱材料の層は、周囲温度において、より長い時間周期の間、空気乾燥されることができる。

いったん乾燥されたコア断熱層９３０が形成されると、内側シェル層９４０が、内側断熱層９３４の暴露表面にわたって取り付けられることができ、外側シェル層９２０および内側シェル層９４０は、図２２Ｆに示されるように、その周縁縁９２６、９４６においてともに継合され、内部体積９１２を囲繞および封入する、硬質シェル本体９１０を形成する。また、図面に示されるように、一側面では、外側シェル層９２０の周縁の縁９２６の付加的長さは、内側シェル層９４０の周縁の縁９４６にわたって折畳または圧着され、硬質シェル本体９１０の形成を完成することができる。しかしながら、スポット溶接、レーザ溶接、接着剤、締結具、および同等物等、２つの外側シェル層９２０、９４０を継合するための他の技法および方法もまた、検討され、本開示の範囲内であると見なされることを理解されたい。

図２３Ａおよび２３Ｂに図示されるのは、乾燥された断熱材料１０３４、１０３６の１つまたはそれを上回る層を備え、固体外側シェル層１０２０によって囲繞される、コア断熱層１０３０を有する、熱シールド１０００のさらに別の実施形態である。外側シェル層１０２０は、液体に不浸透性であり、コア断熱層１０３０を外部物体との衝撃損傷から保護する、障壁を形成することができる。前述のように、コア断熱層１０３０は、実質的に、固体外側シェル層１０２０より厚くあることができ、全体的熱シールド１０００の剛度および構造の大部分を提供することができる。しかしながら、図２３Ａおよび２３Ｂの実施形態では、熱シールド１０００は、内側シェル層を含まなくてもよく、代わりに、コア断熱層１０３０の内側表面１０３２は、高温エンジンまたは図２３Ｂに図示される高温排気パイプ１０９０等の排気構成要素と直接接触のために暴露されたままであることができる。

図２３Ａ−２３Ｂに示されるように、熱シールド１０００はさらに、第１の外側シェル層１０２０内に取り付けられるコア断熱層１０３０を有する、第１または上側半体１０１２と、第２の外側シェル層１０４０内に取り付けられるコア断熱層１０３０を有する、第２または下側半体１０１４等、クラムシェル形状を有する、２つの半体を備えることができる。第１の半体１０１２および第２の半体１０１４は、コア断熱層１０３０の内側表面１０３２が、高温物体１０９０の外側表面１０９２に接触するように、高温エンジンまたは排気構成要素１０９０の周囲にともに位置付けられることができる。外側シェル層の周縁端１０２６、１０４６は、次いで、前述のように、ともに結合され、硬質シェル本体１０１０の形成を完了し、熱シールド１０００を高温物体１０９０の周囲に取り付けることができる。

コア断熱層１０３０の内側表面１０３２における乾燥断熱材料は、概して、高温物体１０９０の外側表面１０９２とコア断熱層１０３０の内側表面１０３２との間の相対的移動によって生じる劣化または粉塵を伴わずに、高温物体１０９０との直接接触に耐えるように構成されてもよい。なお、内側シェル層を追加し、コア断熱層１０３０の内側表面１０３２を被覆するステップを行わずに、２つの表面間の摩擦接触の量を低減することが望ましくあり得る。したがって、図２４に示される熱シールド１００２の一側面では、スクリムライナ１０５０が、コア断熱層１０３０の暴露内側表面１０３２にわたって取り付けられることができる。スクリムライナ１０５０はさらに、セラミックファイバ、高温ファイバガラス、および同等物等の高温ファイバから作製される、不織布の補強または耐摩耗性布地を備えることができる。

また、図２５に示される熱シールド１００４のさらに別の側面では、複数の耐熱性スタンドオフ１０６０が、コア断熱層１０３０内に取り付けられ、高温物体１０９０の外側表面１０９２とコア断熱層１０３０の内側表面１０３２との間の空隙を維持することができる。耐熱性スタンドオフ１０６０はさらに、高温セラミックまたはガラス、あるいは高温構成要素からコア断熱層１０３０の中への熱の伝導に抵抗する、類似材料を備えることができる。

本発明は、本発明を実践するための最良形態を表すために、発明者らによって検討される好ましい実施形態および方法論の観点から説明された。本発明の範囲内である、種々の追加、削除、および修正も同様に、当業者によって図示される実施形態に行われ得る。これらおよび他の改訂は、以下の請求項によってのみ制約される、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって行われ得る。

Claims (20)

1. 車両上の構成要素間の熱の伝達を阻止するための熱シールドであって、前記熱シールドは、
   外側表面、内側表面、前記内側表面と前記外側表面との間の厚さ、および平面外に延在する少なくとも１つの湾曲部分を有し、３次元形状を形成する、外側シェル層と、
   前記内側表面に結合され、実質的に、前記外側シェル層の形状に共形化する、コア断熱層であって、前記コア断熱層は、前記外側シェル層の厚さの約１０倍以上の厚さを有する乾燥された繊維状断熱材料の少なくとも１つの層から形成されている、コア断熱層と
   を備える、熱シールド。
2. 前記コア断熱層は、前記外側シェル層の厚さの２０倍よりも厚いか、または前記外側シェル層の厚さの約２０倍の厚さを有する、請求項１に記載の熱シールド。
3. 前記外側シェル層は、アルミめっき鋼を備える、請求項１に記載の熱シールド。
4. 前記外側シェル層は、約０．０１０インチ〜約０．０１８インチの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の熱シールド。
5. 前記コア断熱層は、前記熱シールドの全体的構造強度および剛度の大部分を提供する、請求項１に記載の熱シールド。
6. 前記乾燥された繊維状断熱材料はさらに、１４０１ミルボードを備える、請求項１に記載の熱シールド。
7. 前記コア断熱層はさらに、シリカファイバから形成される乾燥された繊維状断熱材料の第１の層と、ファイバガラスファイバから形成される乾燥された繊維状断熱材料の第２の層とを備える、請求項１に記載の熱シールド。
8. 前記外側シェル層の周縁に結合され、前記コア断熱層の反対表面を被覆する、内側シェル層をさらに備える、請求項１に記載の熱シールド。
9. 前記外側シェル層と前記内側シェル層との間の前記コア断熱層内に間隙をさらに備える、請求項８に記載の熱シールド。
10. 前記間隙は、金属箔をさらに備える熱インサートで充填されている、請求項９に記載の熱シールド。
11. 前記コア断熱層の反対表面を覆い、高温構成要素に接触するように適合されている、スクリムライナをさらに備える、請求項１に記載の熱シールド。
12. 前記コア断熱層の反対表面を通して延在し、高温構成要素に接触するように適合されている、熱スタンドオフをさらに備える、請求項１に記載の熱シールド。
13. 軽量熱シールドを作製する方法であって、前記方法は、
    成形面を伴う成形された支持スクリーンを有する金型を得ることであって、前記成形面は、それを通して空気および水分の通過を可能にするように構成され、前記金型は、前記支持スクリーンの背後から真空を引き込むために適合される、ことと、
    湿潤断熱材料を前記支持スクリーンの成形面上に適用することと、
    前記支持スクリーンを通して真空を引き込み、前記湿潤断熱材料から水分を引き出し、前記支持スクリーンの成形面の上部に、実質的に一定厚を有する断熱材料の層を圧密化することと、
    前記断熱材料の圧密化された層を前記支持スクリーンの成形面から除去することと、
    前記断熱材料の圧密化された層を、ある厚さを有する外側シェル層の中に取り付けることと、
    前記外側シェル層内の前記断熱材料の圧密化された層を乾燥させ、乾燥された断熱材料のコア断熱層を形成することと
    を含む、方法。
14. 前記断熱材料の厚さは、前記外側シェル層の厚さの約１０倍以上である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記コア断熱層はさらに、１４０１ミルボードを備える、請求項１３に記載の方法。
16. 前記外側シェル層の周縁に結合されている内側シェル層を結合し、前記コア断熱層の反対表面を被覆することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
17. 車両上の構成要素間の熱の伝達を阻止するための熱シールドであって、前記熱シールドは、
    第１の表面、第２の表面、周縁、および平面外に延在する少なくとも１つの湾曲部分を有し、３次元形状を形成する、支持スクリーンと、
    前記第１の表面に接着され、実質的に、前記支持スクリーンの形状に共形化する、断熱層と
    を備える、熱シールド。
18. 前記スクリーンはさらに、ステンレス鋼ワイヤメッシュを備える、請求項１７に記載の熱シールド。
19. 前記断熱層は、乾燥されたパルプ材料を備える、請求項１７に記載の熱シールド。
20. 前記支持スクリーンの反対にあり、実質的に、前記断熱層の形状に共形化する、第２の層をさらに備える、請求項１７に記載の熱シールド。