JPH06106072A - メタル担体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ハニカム体およびハニカム体と外
筒の接合において、ハニカム体を構成する平箔と波箔の
当接部あるいは外筒とハニカム体間の接合部分が、必要
十分な強度を有するメタル担体の製造方法を提供する。 【構成】 拡散接合促進剤を平箔あるいは波箔の所定部
位に付着させてハニカム体を成形し、該ハニカム体を外
筒に組み込み、あるいは該ハニカム体のみを非酸化性雰
囲気で加熱処理して平箔と波箔を接合させる。又、接合
促進剤はハニカム体成形後、その内部の所定部位に付着
させても良く、さらに、外筒内面あるいはハニカム体外
面の所定部位に付着させた後外筒に挿入し、外筒とハニ
カム体とを一体化接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジン等の内
燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を担持する
ためのメタル担体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタル担体は厚さ５０μｍ程度の耐熱性
ステンレス鋼の平坦な、あるいは微小波付け加工した金
属箔（以下、平箔という。）と平坦な金属箔を波付け加
工した金属箔（以下、波箔という。）を重ねて渦巻状に
巻き回し、あるいは交互に重ねて積層しハニカム体を成
形し、このハニカム体をステンレス鋼等の耐食、耐熱性
金属で製造した外筒に収納固定して構成されている。

【０００３】このメタル担体は、排ガス浄化用の触媒を
担持した後、例えば自動車エンジンの排ガス経路内に搭
載固定されて使用されるが、加熱・冷却の熱サイクルお
よびハニカム体内部の温度分布差による熱応力・熱疲労
に耐えることが要求される。このためには、ハニカム体
内部の平箔と波箔との当接部およびハニカム体とこれを
収納する金属製外筒との合理的な接合が不可欠である。

【０００４】ハニカム体内部あるいはハニカム体と外筒
との間の特定部位は強固に接合されている必要がある
が、全面接合等全体にリジッドに接合されていると、接
合部近傍には大きな熱応力が発生し、熱疲労により外筒
とハニカム体の接合部が破壊したりあるいはハニカム体
内部が破壊してハニカム体が外筒から脱落してエンジン
トラブルあるいは排ガス浄化能が低下する等の問題が発
生する。

【０００５】これを防止するため、ハニカム体の平箔と
波箔の当接部を全面接合しないで、例えば特公昭６３−
４１４６６号公報のようにハニカム体の少なくとも一方
の端面近傍のみろう付けする方法や、西独特許公開第
３，３１２，９４４号明細書に開示されているように、
波箔と平箔の一部を柔軟な接合構造としたもの、あるい
は、さらに、実開昭６２−１９４４３６号公報のよう
に、ハニカム体と外筒を局部的に接合する構造等が提案
されている。

【０００６】しかし、これらの各例においては、平箔と
波箔の特定接合部はろう付けにより接合されており、ろ
う付け接合法の場合、ろう剤のコスト上の問題の外に、
ろう剤成分が平箔あるいは波箔に拡散し、その高温強度
および耐酸化性等を劣化させる問題、あるいはろう剤供
給が多過ぎると平箔あるいは波箔を溶蝕（ろう蝕）する
等の問題がある。

【０００７】そのため、ろう剤を用いない方法として、
特開昭５４−１３４６２号公報や同６３−３６８４３号
公報に開示されているような電子ビームやレーザー等の
高密度エネルギーにより接合するもの、特開昭５４−１
３４６２号公報のように抵抗溶接によって平箔と波箔を
接合することが提示されているが、これらは何れも接合
速度が律速になり、生産性を高めコストを下げることに
は限界がある。

【０００８】さらに、特開昭５６−８５５１４号公報に
は当接部の接合を焼結による方法が、又特開平１−２１
８６３６号公報では固相拡散接合による方法が記述され
ている。このような焼結法や固相拡散接合法によれば、
前述したようなろう付け接合に伴う、特性上、あるいは
作業上の問題を一応解決することは可能であるが、これ
らの処理により十分な接合部の強度を得るには、高温度
で長時間加熱処理を行うことと、平箔と波箔の当接部に
相当大きな圧力を加えること等が必要である。

【０００９】この要求を満たすための特開平２−１４７
４７号公報には、ハニカム体を収納した外筒を絞って縮
径し、平箔と波箔の当接部およびハニカム体と外筒の密
着性（面圧）を向上させた後、固相拡散接合することを
提案しているが十分ではない。

【００１０】さらに、特公昭６０−２８５９２号公報で
はチタンかチタンをベースとした合金製のハニカム体の
製造に、銅とニッケルを接合界面に積層し、共晶反応に
よって融点を下げ、現出した液相を介して接合し、その
後に、これらの元素を母材中に拡散させて成分を均一化
する液相拡散接合が提案されているが、液相拡散接合共
通の問題として、成分の均一化のための加熱拡散処理に
長時間を要するという欠点がある。

【００１１】さらに、外筒とハニカム体の接合について
も、ろう付け法の場合は、上述の平箔と波箔の当接部の
接合と同様の問題があり、又、外筒とハニカム体を機械
的手段例えばリテーナー止めをする場合はハニカム体
が、リテーナーに喰い込んで破損する等の問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、固相
あるいは液相拡散接合について多くの提案がなされてい
るが、高温度での長時間加熱処理は製造コストと共に生
産性を阻害し、又、ハニカム体を収容した外筒を絞って
縮径することによる密着性の向上も、その絞り効果はハ
ニカム体外周近傍のみ有効で、それ以外の箇所では不十
分な傾向がある。

【００１３】外筒を絞ることは平箔と波箔の押し付け力
を高めることにより、その接触面圧を上げて良好な固相
拡散接合を行うことを目的としているが、板厚が５０μ
ｍと極めて薄く、容易に変形するため実質的に接触面圧
が高くならず、金属箔表面の凹凸等から微視的に接触が
点接触になってしまう。このため、接合部は平箔と波箔
の接触線に沿った連続的な線状の固相拡散接合になら
ず、不連続な点状の固相拡散接合になってしまい、同担
体をエンジンに搭載して耐久性を試験すると、接合が不
十分なため平箔あるいは波箔の一部が欠損したり、層間
剥離を起こす等の問題が発生する。又、ハニカム体と外
筒の接合部での破壊はハニカム体の外筒からの脱離等の
トラブルに直結する。

【００１４】本発明は、ハニカム体およびハニカム体と
外筒の接合において、上述のような問題点を解消するも
のであって、ハニカム体を構成する平箔と波箔の当接部
あるいは外筒とハニカム体間の接合部分が、必要十分な
強度を有するメタル担体の製造方法を提供するものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を要旨とする。すなわち、
（１）接合促進剤を平箔あるいは波箔の所定部位に付着
させてハニカム体を成形し、該ハニカム体を外筒に組み
込み、あるいは該ハニカム体のみを、非酸化性雰囲気で
加熱処理して平箔と波箔を接合させることを特徴とする
メタル担体の製造方法であり、又（２）ハニカム体を成
形した後、接合促進剤をハニカム体の内部の所定部位に
付着させて、該ハニカム体を外筒に組み込みあるいは該
ハニカム体のみを、非酸化性雰囲気で加熱処理して平箔
と波箔を接合させることを特徴とするメタル担体の製造
方法であり、又（３）接合処理済みのハニカム体あるい
は未接合処理のハニカム体の外面、あるは外筒の内面の
所定部位に接合促進剤を付着させた後外筒を挿入し、非
酸化性雰囲気で加熱処理して外筒とハニカム体とを接合
し、一体化することを特徴とするメタル担体の製造方法
であり、又（４）上記（１）あるいは（２）、（３）記
載の接合促進剤が炭素、ホウ素、ハロゲン元素、ニッケ
ル、銅、銀、マグネシウムあるいはこれらの化合物の少
なくとも１種であることを特徴とするメタル担体の製造
方法である。

【００１６】

【作用】以上のように波箔あるいは平箔の接合部に相当
する所定部位に接合促進剤を付着させるのは、連続的な
良好な線状の接合部を得るためで、微視的な点接触部に
接合促進剤を付着させて、非酸化性雰囲気下の加熱処理
により、同接合促進剤の作用によって、接合の妨げとな
る平箔および波箔表面の酸化皮膜を還元分解し、あるい
は、さらに接合促進剤塗布部分の融点を下げ、接合界面
にフィルム状の液相部を現出せしめてこの液相を介して
確実な拡散接合部を得るもので、これにより加熱処理温
度および時間あるいは接触面圧の付与等の接合に必要な
各種条件を緩和することができる。

【００１７】このような界面の接合には固相拡散接合の
外、前記特開昭６０−２８５９２号公報に記載されてい
るような、接合界面に液相を現出せしめてこの液相を介
して接合させた後、引き続き加熱処理し、接合部元素を
拡散させ成分を均一化する液相拡散接合、あるいは液相
拡散接合工程で接合後の成分均一化のための拡散熱処理
を行わない接合（以下、液相接合という。）が利用でき
る。

【００１８】本発明で使用する接合促進剤には、母材の
酸化皮膜と反応し還元分解する作用や、あるいは融点を
下げる作用があり、目的に応じて接合促進剤を選定すれ
ば、接合促進剤の使用量、熱処理温度、時間の条件選定
によって上記３種類の接合が可能となる。

【００１９】すなわち固相拡散接合を行う場合は、接合
促進剤の使用量を少なくし、接合界面の酸化皮膜の還元
分解に止め、以降は面圧、熱処理温度および時間の制御
により固相拡散接合せしめる。また液相接合を行う場合
は、接合促進剤の使用量をやや多くし、接合界面に確実
に液相部を形成せしめた後、冷却凝固させることにより
接合させる。さらに液相拡散接合を行う場合は、前記の
液相部を高温に保持することにより、同液相部を母材内
に拡散消滅させて接合する。

【００２０】固溶拡散接合の場合、異成分の侵入量が少
なく材料劣化等の問題が少ない反面、接合界面の性状影
響を強く受け、高温、高真空での処理が必要で、また長
時間を要するという欠点がある。一方液相接合の場合
は、異成分相が接合界面に形成されるため、強度あるい
は耐食性の面で不利になる可能性があるが、接合界面の
性状の影響が少なく、また加熱処理時間が短く生産性に
優れている。液相拡散接合の場合は、液相部を最終的に
は母材内へ拡散消滅させるため、異成分の影響の少ない
接合部が得られるが、処理に長時間を要するという問題
がある。以上のように、本発明によれば、条件設定によ
り３種類の接合形態が可能となるので、要求される接合
部特性あるいは生産性を考慮して設定すれば良い。

【００２１】接合促進剤は、炭素、ホウ素、ハロゲン元
素、ニッケル、銅、銀、マグネシウムあるいはこれらの
化合物が有効で、他の液状塗布剤等にブレンドして塗布
付着させる方法が作業性面で優れているが、粉末状態で
の使用あるいはテープ状に加工しての使用等も可能であ
る。

【００２２】ハニカム体内部あるいはハニカム体と外筒
の特定部位を接合させる方法としては、接合させたい部
位に接合促進剤を塗布する方法の外に、これとは逆に、
接合を避けたい部分に接合阻止剤を塗布して、塗布位置
以外の部位のみを接合させる方法、ならびにこれらの併
用法等があり、さらに、所定部位への接合促進あるいは
阻止剤の塗布は、これらを液状塗布剤にブレンドした
後、例えば特開平１−２２０４２０号公報で示すロール
コーター法で所定部位に塗布する方法、あるいは、所定
部位に液状塗布剤を塗布した後、粉末状の接合促進剤あ
るいは阻止剤を散布して粘着付着させる方法やテープ状
加工品の使用も可能である。

【００２３】又、接合促進部位がハニカム体の端部付近
の場合、ハニカム体内部に接合不要部に接合阻止処置が
施されている場合、あるいは、全面接合の場合は、この
接合促進剤をブレンドした液状塗布剤の塗布を浸漬法等
で、ハニカム体の成形後に行うことも可能である。

【００２４】外筒とハニカム体の接合は、ろう付けある
いはリテーナーによる機械的接合等が用いられている
が、本発明による接合法の場合、ろう剤コストの削減の
外、ハニカム体の接合と同時の接合処理も可能となり、
生産性に優れている。

【００２５】以下本発明を実施例をもとに詳細に説明す
る。図１は本発明の製造工程の略図を示す実例である。
接合促進剤１がブレンドされた液状塗布剤２を容器３に
入れ、これにシンクロール４を浸し、シンクロール４表
面に付着している塗布剤２が転写され、かつ波箔５の移
動に同期して回転する塗布ロール６は、予め波箔５の所
定部位に液状塗布剤２を塗布できるように表面の一部に
塗布用材料７を取り付けている。液状塗布剤２が塗布さ
れた波箔５は、平箔８と巻き回し、あるいは積層されハ
ニカム体９を形成する。

【００２６】次に図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ハ
ニカム体９の外面の所定部位に接合促進剤１をブレンド
した液状塗布剤２を塗布した後（ａ図）、外筒１０に組
み込み（ｂ図）、次いで縮管機１１によりハニカム体９
を収納している外筒１０を縮径し（ｃ図）、ハニカム体
９内の平箔８と波箔５およびハニカム体９と外筒１０の
密着度を上げる。

【００２７】縮管機１１は例えば特開平２−２６８８３
４号公報に示されるように、ダイス１４内を出入可能に
構成した多数のセグメント１２群で外筒１０を包囲収納
し、油圧シリンダー１３でセグメント１２をダイス１４
の内面に引き込むことにより、外筒１０を縮径する方法
があるが、この方法に拘るものではなく、成形したハニ
カム体を外筒に圧入する方法も有効である。

【００２８】液状塗布剤２としては例えばＰＶＡ（ポリ
ビニールアルコール）、デキストリン、各種接着剤等が
可能で、これにブレンドする接合促進剤１は、例えば、
微粒状の炭素、ホウ素、ハロゲン元素、ニッケル、銅、
銀、マグネシウムあるいはこれらの化合物から選択で
き、固相拡散接合の促進には炭素、ホウ素化合物、マグ
ネシウム化合物、ハロゲン化合物が、液相拡散接合には
炭素および、ニッケル、銅、銀の化合物等が、さらに液
相接合には炭素が有効で、特に黒鉛粉末の場合は、固相
拡散接合の促進および、液相拡散接合あるいは液相接合
にも使用できる。又、平箔８および波箔５は耐熱性と耐
酸化性の点より２０Ｃｒ−５Ａｌ等のフェライト系合金
箔が主として使用される。

【００２９】

【実施例】図３（ａ）に示すように、直径（外径）D1＝
８４mm、高さB1＝１００mmのメタル担体（a1）が、厚さ
t1＝２mm、直径（外径）D1＝８４mm、高さB1＝１００mm
の外筒、および２０Ｃｒ−５Ａｌ系合金箔であって、幅
B2＝１００mm、厚さt2＝５０μｍの平箔８（a2）と、２
０Ｃｒ−５Ａｌ系合金箔であって、幅B2＝１００mm、厚
さt2＝５０μｍ、波高さh1＝１．２mm、波ピッチp1＝
２．４mmの波箔５（a3）とからなるハニカム体９で構成
され、さらにそのハニカム体９の内部には直径D2＝７３
mm、高さB3＝８０mmの接合を促進しない部分のある担体
の製造方法を示す。

【００３０】図３（ｂ）に示す長さL1＝４．２ｍ、幅B2
＝１００mmの波箔５の両面に、長さL2＝３．５ｍ、幅B3
＝８０mmの範囲１５を除く部分にロールコータ法で、３
〜５μｍ程度の粒径の鱗状黒鉛を５％含有した水溶性熱
硬化型ポリマーを主成分とする液状塗布剤を塗布する。
次にこの波箔５を、同図１６端を中心として、図３
（ｃ）のように平箔８と巻き回し直径D3＝８０mmのハニ
カム体９を形成し、その外面に同液状塗布剤２をハニカ
ム体９（c1）下半分B4＝５０mmの範囲に塗布し、直径D4
＝８５mm、高さB1＝１００mmの外筒１０（c2）に挿入
し、外径を８４mmに縮径後、真空炉で１２５０℃×６０
分の熱処理を行い担体Ａを製造した。

【００３１】一方同じ寸法の担体を、波箔５に対して接
合促進剤１を含有する液状塗布剤２を塗布しない以外は
全て同じ方法で担体Ｂを製作した。

【００３２】上記の担体Ａ，Ｂを以下の試験に供した結
果、次のように本発明法による担体は従来法による担体
以上に優秀であった。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
合促進剤の使用により、高温度での長時間加熱や、極端
な縮径操作をしなくても十分な接合強度を持つメタル担
体が能率良く製造でき、又、ハニカム体の接合において
所定の位置のみを部分的に接合するパターン接合構造の
採用の外、外筒とハニカム体との接合位置の最適化等に
より、極めて品質の良いメタル担体を能率良く得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合促進剤を含有する液状塗布剤の塗
布工程を示す図。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明のハニカム体
を外筒へ組み込む工程の概略を示す図。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明実施例の製造
工程の概略を示す図。

【符号の説明】 １ 接合促進剤 ２ 液状塗布剤 ３ 容器 ４ シンクロール ５ 波箔 ６ 塗布ロール ７ 塗布用材料 ８ 平箔 ９ ハニカム体 １０ 外筒 １１ 縮管機 １２ セグメント １３ 油圧シリンダー １４ ダイス １５ 液状塗布剤を塗布しない範囲 １６ 巻き込み中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八代 正男 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者 太田 仁史 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平坦な金属箔と波付け加工した金属箔を
   積層あるいは巻回して作成する金属製ハニカム体の製造
   工程に於いて、接合促進剤を平坦な金属箔あるいは波付
   け加工した金属箔の所定部位に付着させてハニカム体を
   成形し、成形したハニカム体を、あるいは該ハニカム体
   を金属製の外筒に組み込んだ後、非酸化性雰囲気で加熱
   処理し、平坦な金属箔と波付け加工した金属箔の当接部
   を接合させることを特徴とするメタル担体の製造方法。
2. 【請求項２】 平坦な金属箔と波付け加工した金属箔を
   積層あるいは巻回して作成する金属製ハニカム体の製造
   工程に於いて、ハニカム体を成形した後、接合促進剤を
   ハニカム体内部の所定部位に付着させて、該ハニカム体
   を、あるいは該ハニカム体を金属製の外筒に組み込んだ
   後、非酸化性雰囲気で加熱処理し、平坦な金属箔と波付
   け加工した金属箔の当接部を接合させることを特徴とす
   るメタル担体の製造方法。
3. 【請求項３】 接合処理済みのハニカム体、あるいは未
   接合処理のハニカム体を金属製外筒に組み込んで非酸化
   性雰囲気で加熱処理して外筒との接合を行うにあたり、
   接合促進剤をハニカム体の外面あるいは外筒内面の所定
   部位に付着させた後、該ハニカム体を外筒に組み込み、
   非酸化性雰囲気で加熱処理してハニカム体と外筒を接合
   させることを特徴とするメタル担体の製造方法。
4. 【請求項４】 接合促進剤が炭素、ホウ素、ハロゲン元
   素、ニッケル、銅、銀、マグネシウムあるいは、これら
   の化合物の少なくとも１種からなることを特徴とする請
   求項１，２あるいは３のそれぞれに記載のメタル担体の
   製造方法。