JPH04309410A - 曲げ加工性に優れた断熱複合金属管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は二重金属管の内・外接
合面に非金属材料からなる中間層を介在せしめた複合金
属管に係り、特に自動車の排気管等のように配管内を流
れる高温ガスの温度低下および外部雰囲気温度の上昇を
抑制するのに適し、かつ曲げ加工性に優れた断熱複合金
属管に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気系統は、例えば図３に示す
ごとく、エンジン１での燃焼ガスはエキゾーストマニホ
ールド２で集められ、触媒内蔵のフィルター３により清
浄化された後、マフラー４で消音され、エンドパイプ５
を通して大気中に放出される構成となっている。この排
気系統における燃焼ガスの温度は、エンジン１に近いほ
ど高温となっており、エキゾーストマニホールド２内で
は通常約８００〜９００℃に達するため、従来エキゾー
ストマニホールド２には耐熱性、耐酸化性に優れたステ
ンレス鋳鋼が用いられている。

【０００３】ところが、近年地球環境保護の観点から、
自動車の燃費向上に対する要求が高まるに伴い、薄肉鋼
管をエキゾーストマニホールドに適用することが思考さ
れ、薄肉軽量化による燃費向上を達成しようとする試み
がなされつつある。このエキゾーストマニホールドの薄
肉軽量化は、同時に触媒の使用量を低減できるという付
加的な効果を生じるため、そのもたらす効果は大きいと
されている。すなわち、厚肉の鋳物管から薄肉の鋼管に
変更することにより、エキゾーストマニホールドの熱容
量が減少し、エンジン出口からフィルター３入口までの
間における排気ガス温度の低下が抑制され、触媒量を低
減しても十分なガスの清浄化が可能となるからである。

【０００４】しかしながら、単なる薄肉鋼管では外部へ
の熱流出も多くなり、エンジンルーム内の他部品に対し
熱的な障害を与えるおそれがある。特に、近年自動車に
多用されるようになった電子部品は耐熱性が極めて低く
熱に弱いため、この熱影響の問題は重要である。この熱
影響対策としては、例えばエキゾーストマニホールドと
他部品との間に遮熱板を設けることが考えられるが、重
量増加となるため好ましくない。そこで、鋼管自体に断
熱性を付与するのが有効と考えられ、断熱性を有する非
金属材料からなる中間層を有する多層管が開発されてい
る（特公昭６０−５４８０３号公報参照）。ここに開示
された多層管は、二重管の内管と外管との間にグラスウ
ール等の非金属材料を介在させた構造で、断熱、遮音、
制振効果が得られるとしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た多層管の場合、中間層を構成する材料として断熱性非
金属材料として典型的なセラミックスやグラスウールを
そのまま用いると、施工上の問題が生じる。すなわち、
例えば前記した図３に示す自動車の排気系統のエキゾー
ストマニホールドに適用する場合、エキゾーストマニホ
ールドは曲り配管となっており、前記多層管が曲げ加工
を受けると中間層に損傷割れや破断が生じる。このよう
な損傷割れや破断を生じた部分では、局部的に内外金属
管の接触が生じ、当該部分において断熱性能が著しく劣
化する。また、当該部分で外管の温度が局部的に上昇す
るため、厳しい温度勾配による熱応力が発生し、自動車
のエンジン停止、起動に伴う熱応力の繰返しにより疲労
亀裂が生じ、最悪の場合にはエキゾーストマニホールド
が破断する危険性がある。このため、前記した従来の多
層管はエキゾーストマニホールドのような曲げ加工を必
要とする配管系には適用できないという難点がある。

【０００６】この発明は、上記施工時の曲げ加工に伴う
中間層材料の損傷割れや破断の問題を解決し、曲げ加工
を受けても断熱性が劣化することがなく、また耐久性に
も優れた断熱複合金属管を提供しようとするものである
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明者は、エキゾー
ストマニホールド等のように内部に高温のガスが流れ、
外部への断熱が必要な配管に適用され、施工時に曲げ加
工を受けても断熱性の劣化がなく、かつ耐久性にも優れ
た断熱複合管を得るため、中間層を構成する材料につい
て種々検討を重ねた。その際、■断熱性能上セラミック
スやガラス等の無機質材料を使用することが必須である
こと、■前記無機質材料は脆性的特性を有しているため
バルクとして使用することは曲げ加工性の観点から不可
能であり、構造を工夫することにより巨視的な伸びを可
能とする必要があること、■万一損傷を受け無機質材料
がばらばらとなっても他に影響を与えないこと等の条件
を満足する必要があることを考慮して検討した。その結
果、前記無機質の繊維で織ったもので、その繊維の方向
と管軸方向との間に特定の角度をつけて中間層を構成す
ることが有効であることを見い出した。

【０００８】すなわち、この発明は、二重金属管の内・
外接合面に介在させる中間層を、無機質繊維で織った織
物で構成し、かつ該織物のすべて繊維方向が管軸方向に
対しそれぞれ２０度以上の角度を有することを要旨とす
るものである。

【０００９】この発明において、中間層を構成する材料
に無機質繊維を用いるのは、セラミックスやガラス等の
無機質材料は、工業的に使用できる材料の中で最も熱伝
導率が低く、断熱性に優れているためである。また、こ
の無機質材料をバルクとして使用せず、繊維で織った織
物として使用し、かつ該織物のすべて繊維方向が管軸方
向に対しそれぞれ２０度以上の角度を有するように配す
る（バイアスさせる）こととしたのは、以下に示す理由
による。

【００１０】織物は繊維方向の変形に対しては強固であ
り容易に変形しないものの、繊維方向と角度をなす方向
には容易に変形し、かつ繊維自体に何等損傷を生じるこ
となく巨視的に伸びることができる。すなわち、織物の
繊維方向が管軸方向に対し角度をなすように配置すると
、管が曲げ加工を受けた場合、曲げの外側では巨視的に
伸び、曲げの内側では巨視的に縮むため、織物自体に損
傷を与えることなく曲げ加工できる。このような巨視的
変形を実用的レベルで生じさせるためには、織物中のす
べての繊維方向が管軸方向に対しそれぞれ２０度以上の
角度を有することが必要である。繊維方向と管軸方向と
の角度の上限は幾何学的に９０度となるが、巨視的変形
量の大きさは角度が４０〜５０度となる場合に最も大き
くなるため、角度をこの範囲とするのが好ましい。角度
に管するこの制限は実験の結果見い出されたもので、２
０度未満では管に曲げ加工を施した時に繊維が破断する
ことが判明したことによる。

【００１１】また、無機質繊維を用いた織物を内・外金
属管の中間層に用いるのは、例えばこの複合管をエキゾ
ーストマニホールドに採用した場合、万一不測の事態に
より織物が損傷し無機質繊維がばらばらとなっても、そ
れが飛散し排気系統下流のフィルター内の触媒に害を与
えることがないからである。

【００１２】なお、この発明の断熱複合断熱管の製造方
法としては、例えばそれぞれ別個に作られた内・外管用
金属管を用い、内管外表面あるいは外管内表面に無機質
繊維製の織物を巻き付けた後、内管と外管を遊嵌し、引
抜き等の手段により絞り一体化することにより製造する
方法、または無機質繊維製の織物条帯を中間層としその
表裏両面に内外管形成用金属条帯を重ね合せて設けた複
合素材を電縫造管する方法を採用することができる。た
だし、電縫造管法で製造する場合は、電縫接合部におい
て内外金属管が融合する場合があり、当該接合部におい
て若干断熱性が低下するが、曲げ加工時に当該接合部が
内側となるように施工することにより断熱性の低下を最
小限に抑えることができる。

【００１３】

【実施例】図１はこの発明に係る断熱複合金属管を一部
破断して示す斜視図、図２は同上金属管の中間層の部分
を拡大して示す側面図であり、１１は内管、１２は外管
、１３は中間層、２０は無機質繊維である。

【００１４】内管１１、外管１２の材質としては一般に
ステンレス鋼が用いられる。中間層１３は無機質繊維２
０からなり、例えばセラミック繊維平織クロス材を用い
る。このクロス材は図２に示すごとく、各々の繊維方向
と管軸方向とのなす角度α、βがそれぞれ２０度以上と
なっている。この内管１１とと外管１２および中間層１
３からなる断熱複合管を曲げ加工した場合、セラミック
繊維平織りクロス材からなる中間層１３は、曲げの外側
では伸び、曲げの内側では縮むので、割れたり破断する
ことがなく、複合管の断熱性能は保持される。したがっ
て、この複合管を例えばエキゾーストマニホールドに適
用した場合、管内を流れる高温ガスの温度低下を防止で
き外部雰囲気温度の上昇を抑えることができる。

【００１５】

【実施例１】表１に示す素材を用い、内管と外管の間に
中間層を遊嵌し、ダイスで引抜いて外径４２．７ｍｍの
断熱複合管を製造し、該複合管の曲げ加工性能および断
熱性能を調査した結果をそれぞれ表２、表３に示す。な
お、表２および表３には比較のため、中間層として本発
明と同じクロス材であるが、繊維方向と管軸方向の角度
がその一方あるいは両方において２０度未満となるよう
に配置した複合管と、クロス材に替えてセラミック溶射
した複合管の曲げ加工性能および断熱性能を併せて示す
。セラミック溶射複合管は、内管外表面にセラミックス
（Ａｌ２Ｏ３）層を厚さ０．２ｍｍ溶射にて形成した後
、内管および外管を遊嵌し、ダイスで引抜いて製造した
もので、内管および外管の材質および寸法は本発明の複
合管と等しい。

【００１６】曲げ加工性能は、供試管を一定の曲げ半径
で９０度曲げ加工を行った後、曲げ加工部を切断し中間
層の損傷（割れあるいは破断）を目視にて調査して評価
した。また、断熱性能は、曲げ半径７５ｍｍで９０度曲
げ加工を行った管を供試体として、その内部に温度８０
０℃の熱風を連続的に流して、５分後の管外表面温度を
曲げの外側において測定して評価した。

【００１７】表２の結果より明らかなごとく、同じクロ
ス材でも繊維方向と管軸方向の一方あるいは両方が２０
度未満となるように中間層を配置した複合管と、セラミ
ック溶射量を中間層に用いた複合管では、いずれも中間
層に損傷が確認されたのに対し、中間層としてクロス材
を用い、すべての繊維方向と管軸方向がそれぞれ２０度
以上となるように配置した本発明の複合管は、いずれも
中間層のクロス材に損傷は生じておらず、優れた曲げ加
工性能を示した。また、表３の結果より、曲げ加工部の
管外表面温度は比較例の複合管に比べて本発明の複合管
において大幅に低下している。比較例の複合管において
温度が高いのは、比較例の複合管は曲げ加工部において
中間層に損傷（割れ、破断）が生じたことにより、曲げ
加工部の内管と外管が接触したことによる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】上記実施例では、内管、外管の材質、肉厚
共に同じにしているが、用途に合せ適宜異なる組合せの
ものを使用してもよく、また中間層はセラミック繊維に
限定されるものではなく、例えばガラス繊維等のように
断熱性の優れた無機質繊維でも同様の効果が得られるこ
とはいうまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明の断熱複
合管は、曲げ加工を受けても中間の断熱層に損傷が生じ
ることがないため断熱性が良好に保たれ、また繰返し熱
応力が低減され疲労亀裂が発生することがないため耐久
性にも優れ、特に自動車の排気系統のエキゾーストマニ
ホールドのように内部に高温のガスが流れ、外部への断
熱が必要な曲げ加工される断熱配管の薄肉軽量化に大き
く寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る断熱複合金属管を一部破断して
示す斜視図である。

【図２】同上金属管の中間層の部分を拡大して示す側面
図である。

【図３】自動車の排気系統の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１１　　　　内管 １２　　　　外管 １３　　　　中間層 ２０　　　　無機質繊維

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　二重金属管の内・外接合面に非金属材
   料からなる中間層を介在せしめた複合金属管であって、
   前記中間層を無機質繊維で織った織物で構成し、かつ該
   織物のすべての繊維方向が管軸方向に対しそれぞれ２０
   度以上の角度を有することを特徴とする曲げ加工性に優
   れた断熱複合金属管。