JPH08196916A

JPH08196916A - 拡散接合によるハニカム体の製造方法

Info

Publication number: JPH08196916A
Application number: JP7028648A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Aiko; 英史愛甲; Hikari Aoyanagi; 光青柳; Shigetoshi Sugimoto; 繁利杉本; Atsuo Tanaka; 淳夫田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【構成】耐熱性金属の平板と波板とからなるハニカム体
にフラックス（例；Ｋ₂ＺｒＦ₆）を塗布した後、溶融
アルミニウムをコーティングし、非酸化性雰囲気（例；
真空，不活性ガス，還元性ガス）中で加熱する（製法
Ａ）か、または前記ハニカム体を鉄と化合して低融点化
合物を形成し得る雰囲気（例；ＨＣｌガス）中で加熱す
る（製法Ｂ）ハニカム体の製法。【効果】平板と波板との接合部の面積が大きく、接合強
度が十分に高いため、耐久性を有するハニカム体が得ら
れる。特に製法Ａでは、Ａｌを含まない平板、波板を使
用して加工性が高く、かつ低コストで、種々の要求性能
に適合したハニカム体が得られ、製法Ｂでは、加熱時の
雰囲気を変えるだけで、接合強度を高め得、加熱後に減
圧処理を施すと該強度はさらに向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスを浄化するた
めの触媒等を担持するメタル担体を構成するハニカム体
の拡散接合による製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタル担体はセラミック担体に比べて昇
温特性や耐衝撃性にすぐれている等の利点を有するの
で、近年、自動車等の排気ガス浄化用触媒の担体として
多く使用されている。一般的に、メタル担体はハニカム
構造を有し、耐熱性金属からなる平板と波板とを交互に
重ね合わせたハニカム体を円筒状の外筒内に挿入して製
造される。

【０００３】従来、メタル担体を成すハニカム体におい
て平板と波板とはロウ材により接合されていた。しか
し、ロウ材を必要な箇所に必要量で的確に供給すること
は技術的に困難であるばかりでなく、接合後ロウ材が拡
散し、メタル担体の高温強度や耐酸化性を低下させる等
の問題があった。

【０００４】これに対し、ロウ材を用いずに拡散接合に
より平板と波板とを接合する方法が開発された。この方
法では、接合部の接合強度を高めるために、平板と波板
の接触面に高い面圧を加える必要があり、巻回後のハニ
カム体を絞ったり、サイドクランプ巻取法により平板と
波板とを巻き取る等の手段と加熱処理とを組み合わせる
必要があった。しかし、絞りによる効果をハニカム体の
径方向内部まで及ぼすことが難しく、しかも波板の変形
により十分な接合強度が得られず、また、サイドクラン
プ巻取法では特殊なハニカム巻回装置を必要とし製造の
容易性に劣り、巻取荷重や加熱条件等の種々の条件を制
御するのが困難で安定した接合強度が得られなかった。
しかも、ハニカム体を強く絞ったり、高い巻取荷重を加
えて巻回すると、金属板が薄箔（厚さ３０μｍ未満のも
の）や低強度箔の場合、変形したり、場合により切断す
るため、薄箔や低強度箔はこの拡散接合に利用できない
という問題もあった。

【０００５】また、平板と波板との接合部の強度を高め
るためにＮｉまたはＡｌからなる超微粉体を接合部に塗
布した後、拡散接合によりメタル担体を製造する方法が
最近提案されている（特開平５−１３１１４７号公
報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平５−１３１１４７号公報記載の方法では、接合部
の強度はある程度向上するものの、該接触部の面積が小
さいため、その接合強度は依然として十分なものではな
く、このようなメタル担体が自動車等の排気系に搭載さ
れた場合、激しい温度変化や振動、高温ガス流速に晒さ
れて接合部が破断することがある。また、上記従来の方
法は超微粉体を特定部位に塗布するという、煩雑な操作
が必要であり、製造性の容易さに劣る欠点もある。

【０００７】本発明はこのような従来技術における問題
点を解決するためになされたものであり、特殊なハニカ
ム体の巻回装置を必要とすることなく、自動車等の排気
系の過酷な環境においても使用に十分に耐え得る、平板
と波板との接合部の強度が極めて高いハニカム体をより
簡便に製造する方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の拡散
接合によるハニカム体の製造方法は、耐熱性金属の平板
と波板とを重ね合わせてなるハニカム体の製造方法であ
って、前記平板と波板とにフラックスを塗布した後ハニ
カム体を形成するか、またはハニカム体を形成した後フ
ラックスを塗布し、フラックスを表面に有するハニカム
体に溶融アルミニウムをコーティングした後、上記ハニ
カム体を非酸化性雰囲気中で加熱して該ハニカム体を拡
散接合することを特徴とする（以後、製法Ａとも記載す
る）。

【０００９】本発明はまた、耐熱性金属の平板と波板と
を重ね合わせてなるハニカム体を、鉄と化合し低融点物
質を生成し得る物質からなる雰囲気中で加熱して前記ハ
ニカム体を拡散接合することを特徴とする拡散接合によ
るハニカム体の製造方法（以後、製法Ｂとも記載する）
に関する。上記製法Ｂの好ましい態様において、加熱処
理後、減圧して冷却する。

【００１０】本発明において使用される波板および平板
は耐熱性金属または耐熱性鉄系金属からなり、メタル担
体に慣用のもの、例えばステンレス鋼の金属箔が使用さ
れる。本発明の製法Ｂにおいては通常アルミニウムを含
む耐熱性鉄系金属が使用される。一方、製法Ａにおいて
は、アルミニウムを含むものであっても、含まないもの
であってもよいが、加工性やコストの面からアルミニウ
ムを含まないステンレス鋼が好ましい。

【００１１】上記波板および平板の厚さや材質等は適宜
選択し得、両方とも同じものを使用しても、互いに異な
るものを使用してもよい。なお、波板および平板として
表面粗さが異なるものを選択した場合、すなわち波板に
表面粗さの低い金属箔を、平板に表面粗さの高い金属箔
を用いるか、または波板に表面粗さの高い金属箔、平板
に表面粗さの低い金属箔を用いる場合、同じ荷重で巻き
取っても、平板と波板の接触部面積が小さいため、高い
面圧が発生し、拡散が促進され、接合強度の高いメタル
担体を安定して製造することができる。

【００１２】また、波板および平板として、本発明にお
いては、圧延加工後熱処理を施した金属箔を使用しても
よいが、波板または平板の少なくとも一方に、圧延加工
後熱処理を施していないものを用いることが好ましい。
圧延加工後の金属箔には多数の格子欠陥が生じている
が、熱処理を施さずこれをそのまま用いることにより、
前記格子欠陥を介して拡散が容易に進行するため、接合
強度の高いハニカム体を安定して製造することができ
る。

【００１３】平板と波板とを重ね合わせて形成するハニ
カム体の大きさや形状は特に限定されず、例えば平板と
波板とを交互に層状に重ね合わせてもよいし、平板と波
板とを重ね合わせて渦巻き状に巻回して筒状としてもよ
い。

【００１４】次に、本発明の製法Ａの各工程について説
明する。フラックスはハニカム体に形成される前の、形
成中の、または形成後の平板および波板の表面に塗布さ
れ得、本発明において使用され得るフラックスとしては
Ｋ₂ＺｒＦ₆、ＫＡｌＦ₄、Ｋ₃ＡｌＦ₆またはそれら
の混合物等を挙げることができる。フラックスの塗布方
法は通常、上記物質またはその混合物を有機溶剤、例え
ばアセトンやアルコール等に分散させたスラリーを平板
および波板に機械的に、または手動で、好ましくは薄く
一様に塗るか、または前記フラックスのスラリー中に平
板および波板、またはハニカム体を浸漬し、次いで有機
溶剤を蒸発させることにより行われる。

【００１５】上記工程によりフラックスが塗布された平
板と波板とから形成されたハニカム体またはフラックス
が塗布されたハニカム体、すなわちフラックスを表面に
有するハニカム体には、次に溶融アルミニウムをコーテ
ィングする。この溶融アルミニウムのコーティングは、
例えばハニカム体を溶融アルミニウム中に浸漬するか、
またはハニカム体に溶融アルミニウムを流し込むことに
より行われる。ここで浸漬によりアルミニウムコーティ
ングを行う場合、ハニカム中に吸引により溶融アルミニ
ウムを供給すると、より均一に安定したコーティングが
可能であり、結果的に均一な接合強度のハニカム体が得
られる。また、コーティング後、溶融アルミニウムが凝
固する前に、ハニカム体に高圧空気を送ることにより、
ハニカム体の目詰まりが解消されるので、これにより、
より均一な接合強度のハニカム体を得ることができる。

【００１６】アルミニウムをコーティングしたハニカム
体は次いで非酸化性雰囲気中で加熱され、拡散融合が行
われる。本発明において非酸化性雰囲気とは真空（例；
１０^-4ｍｍＨｇ以下の圧力下）、不活性ガス（例；アル
ゴンガス，窒素ガス等）、または還元性ガス（例；水素
ガス，アンモニアガス等）を意味し、好ましくは不活性
ガスおよび還元性ガスである。また、加熱は表面のアル
ミニウムを金属板内部に拡散させるのに十分な温度およ
び時間で行われるが、具体的にはアルミニウムの融点以
上、例えば約１０００〜約１３００℃で約１〜約１０分
間行われ、好ましくは最初にアルミニウムの融点以下、
例えば約４００〜約６００℃で約１〜約１０分間処理し
た後、アルミニウムの融点以上、例えば約１０００〜約
１３００℃で約１〜約１０分間処理する。加熱処理後の
ハニカム体は放冷または強制的に冷却される。

【００１７】本発明の製法Ｂでは、ハニカム体を形成す
る金属箔中の鉄と化合し低融点物質を生成し得る物質か
らなる雰囲気中で該ハニカム体を加熱する。この方法に
おける雰囲気を構成する物質とは、鉄と化合して加熱処
理温度で液体である低融点物質を生成し得る物質を意味
し、例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガス等を挙げることがで
きる。この加熱により、金属箔中の鉄原子（Ｆｅ）と雰
囲気物質とで反応が起こり、平板と波板との間隙等の接
合部近傍に低融点物質からなる液相が形成され、該液相
を介して拡散が進行し、ハニカム体が拡散接合される。
例えば、塩化水素ガスを用いた場合、鉄と塩化水素との
反応により上記接合部近傍に塩化第一鉄（ＦｅＣｌ₂）
からなる液相が形成され、該液相を介して拡散が進行
し、ハニカム体が拡散接合される。この製法Ｂにおける
加熱処理は通常、約１０００〜約１３００℃で約３０〜
約９０分間行われる。上記の加熱後、ハニカム体は放冷
されてもよいが、加熱炉内を大気圧以下に減圧して冷却
することにより、上記液相が分解し、接合部が緻密化さ
れ、より高い接合強度が得られる。雰囲気として塩化水
素ガスを用いた場合、塩化第一鉄の鉄への還元反応が進
行し、接合部が緻密化され、より高い接合強度が得られ
るものである。

【００１８】メタル担体は一般に耐熱性金属からなる外
筒にハニカム体を収納してなるが、本発明の場合、上記
製法ＡまたはＢに従って処理されたハニカム体を外筒に
挿入して機械的に、またはロウ付け等により一体化して
もよいし、また、処理前のハニカム体を外筒に挿入して
一体化した後、上記製法ＡまたはＢに従って処理しても
よい。後者の場合、ハニカム体と外筒とは拡散結合によ
っても接合されることはいうまでもない。

【００１９】

【作用】本発明の製法Ａでは、アルミニウムコーティン
グ前に塗布されたフラックスが、溶融アルミニウムの熱
により溶融・分解して、アルミニウムとハニカム体との
反応を促進するので、ハニカム体内部にアルミニウムが
浸入しやすくなり、さらに非酸化性雰囲気のガス中での
加熱により、アルミニウムの蒸発が抑えられ、かつアル
ミニウムの金属板内部への拡散が進行するため、平板と
波板とは大きい接触面積で接合され、十分に高い接合強
度のハニカム体が得られる。

【００２０】また、本発明の製法Ｂでは、ハニカム体を
形成する金属板と反応する特定の雰囲気中で加熱される
ことにより、平板と波板との接合部の隙間が金属板と雰
囲気との反応物からなる液相で埋まり、ハニカム体の拡
散接合が促進されるので、平板と波板とは大きい接触面
積で接合され、十分に高い接合強度のハニカム体が得ら
れる。

【００２１】

【実施例】次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。実施例１工程１ステンレス鋼（厚さ５０μｍ，２０Ｃｒ鋼）からなる平
板と波板とを重ね合わせて渦巻き状に巻回して円筒状の
ハニカム体を製造する。フラックスとしてのＫ₂ＺｒＦ
₆粉末をアセトン中に分散させたスラリー中に前記ハニ
カム体を浸漬した後、取り出し、溶剤（アセトン）を蒸
発させ、ハニカム体の平板および波板表面にフラックス
（本実施例の場合Ｋ₂ＺｒＦ₆）を薄く均一に塗布す
る。工程２フラックス塗布後のハニカム体を次に７５０℃の溶融ア
ルミニウム中に１０秒間浸漬する。工程３次いで、溶融アルミニウムをコーティングしたハニカム
体を真空炉中にて、１０^-4ｍｍＨｇの圧力下５５０℃で
５分間、そして１２００℃で５分間加熱した後、冷却す
る。

【００２２】図２ないし図４はそれぞれ上記工程１ない
し３の操作終了後の状態を模式的に示す図であるが、い
ずれの図面も平板と波板との接合部ａ（図１参照）の断
面を示している。まず、図２に示すように、工程１の後
には平板２および波板３の表面にフラックス５が薄く均
一に塗布されている。次に、工程２において、フラック
ス５が溶融アルミニウムの熱で溶融・分解して、これが
平板２と波板３の表面のＣｒ不動態皮膜と反応し、金属
板表面が活性化され、アルミニウムと金属板表面が反応
し、図３に示すように、平板２および波板３の表面に合
金層６が形成され、その上層はアルミニウム層７で覆わ
れている。次に、工程３において、アルミニウムコーテ
ィングしたハニカム体を加熱することにより、ハニカム
体表面のアルミニウムが金属板内部に拡散され、図４に
示すように平板２と波板３との接合部ａが拡散接合され
る。ここで、接合部ａの面積は、従来の拡散接合に比べ
て大きいので、該接合部の強度は非常に高い。

【００２３】なお、工程２において、溶融アルミニウム
から取り出したハニカム体を高圧空気流に暴露し、余分
なアルミニウムを除去してもよく、これによりハニカム
の目詰まりが防止されると共に、均一なアルミニウムコ
ーティング層が得られる。また、工程２における溶融ア
ルミニウムのコーティングは吸引手段を用いて行うこと
によっても、均一で安定したコーティングが可能とな
る。これは例えば、図５に示すように、容器８中の溶融
アルミニウム９中にポンプ１１に連結された保持具１０
に取り付けたハニカム体１を浸漬した後、ポンプ１１に
より吸引することにより行われてもよい。

【００２４】実施例２ステンレス鋼（厚さ５０μｍ，２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼）か
らなる平板と波板とを重ね合わせて渦巻き状に巻回して
円筒状のハニカム体を製造する。次に該ハニカム体を塩
化水素ガス雰囲気を満たした加熱炉にて１２００℃で１
時間加熱した後、放冷する。上記操作により、図６に示
すように、平板２と波板３の各々の表面と塩化水素ガス
との反応が起こり（Ｆｅ＋２ＨＣｌ→ＦｅＣｌ₂＋
Ｈ₂）、平板２と波板３との間隙部に塩化第一鉄（Ｆｅ
Ｃｌ₂）からなる液相１２が形成され、該液相１２を介
して拡散が進行して、ハニカム体の拡散接合が促進さ
れ、図７に示すように、接合部ａの面積の大きいハニカ
ム体が得られる。

【００２５】実施例３実施例２の操作における加熱後の冷却を放冷に代えて、
加熱炉を（１０^-3ｍｍＨｇ）まで減圧する。これによ
り、平板２と波板３との間で、次の反応：ＦｅＣｌ₂＋
Ｈ₂→Ｆｅ＋２ＨＣｌが進行して上記液相１２が分解
し、接合部ａが緻密化され、その接合強度はより高くな
る。

【００２６】試験例実施例１ないし３で得られたハニカム体１をステンレス
鋼製の外筒４に収納してなるメタル担体（図１参照）を
１０ｍｍ幅に輪切りにし、その水平面を上面および下面
としてドーナツ型のダイス上に載置し、メタル担体上方
より直径１５ｍｍのパンチで加圧し、メタル担体の中心
部を打ち抜くのに要した荷重から接合強度を下の式に従
って算出する：Ｓ＝Ｐ／ｎ・ｔ〔式中、Ｓ＝接合強度（ｋｇｆ／ｍｍ），Ｐ＝荷重（ｋ
ｇｆ），ｎ＝平板と波板の接触点数（本試験ではｎ＝２
４），ｔ＝切断方向厚さ（ｍｍ，本試験ではｔ＝１
０）〕

【００２７】比較のために、実施例２で用いたものと同
様のステンレス鋼の平板と、同材質の波板の両面に７０
％Ｎｉ−２０Ｓｉ系の超微粉体（粒径０．２〜１ｍｍ）
を両面に塗布した波板とを重ね合わせて巻回した後、真
空炉内での加熱により拡散接合して得たハニカム体を有
するメタル担体を製造し、これを対照として、上記と同
様の試験を行った。実施例１におけるメタル担体と対照
との比較試験および実施例２および３におけるメタル担
体と対照との比較試験の結果をそれぞれ図８および図９
に示す。これによると、本発明の製法Ａに従って得られ
たメタル担体（実施例１）の接合強度が従来のものに比
べ約１．５倍向上し、本発明の製法Ｂに従って得られた
メタル担体（実施例２および３）は従来のものと同等
か、またはそれ以上の接合強度を示すことが明らかであ
る。

【００２８】上記の試験例は、本発明の方法に従って得
られるハニカム体の接合強度が高いことを示すものであ
るが、これは、図１０に示すように、本発明によるもの
（ａ）の平板２と波板３との接合部の面積Ａが従来のも
の（ｂ）の接合部の面積Ａ’に比べ大きいことに主に起
因するものである。なお、図１０は、同一の厚さおよび
材質の金属箔を用いて、本発明の製法Ａおよび従来の方
法で得られたハニカム体の接合部を同一の縮小比率で模
式的に示すものである。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の拡
散接合によるハニカム体の製造方法は、製法Ａおよび製
法Ｂともに、拡散接合後のハニカム体における平板と波
板との接合部の面積が大きく、該接合部の強度が非常に
高いため、耐久性の十分に向上したハニカム体を得るこ
とができる。本発明の方法はまた、拡散接合の際に従来
のように上記接合部に高い面圧を加える必要がないた
め、特殊な巻回装置等が不要で、しかも厚さ３０μｍ以
下の薄箔や低強度箔をハニカム体の材料とすることがで
きる。

【００３０】また、本発明の製法Ａでは、耐熱性に必要
なアルミニウムを処理工程でコーティングし拡散するの
で、ハニカム体の材料として、従来の加工性に劣り非常
に高価なアルミニウム配合ステンレス鋼に代えて、アル
ミニウムを含まないステンレス鋼も使用でき、高い加工
性および低いコストでハニカム体を製造できる。さら
に、この製法Ａでは、同一組成の耐熱性金属からハニカ
ム体を製造しても、アルミニウムコーティングの工程で
アルミニウム量を適宜調整できるため、要求される耐熱
性に応じたメタル担体を同一組成の耐熱性金属を用いて
製造できる。しかも、本発明の製法Ａにおいて、アルミ
ニウムコーティング前にハニカム体にフラックスを供給
することにより、セル密度の高い（目の細かい）ハニカ
ム体であっても、アルミニウムコーティングが可能であ
るので、本発明の方法は実際の自動車用に多用されるセ
ル密度の高いハニカム体にも適用可能である。

【００３１】さらに、本発明の製法Ｂでは、拡散接合の
促進を特定の雰囲気中で行うものであるので、従来の加
熱炉の雰囲気を変えるだけで、より簡便な操作により、
十分に高い接合強度を有するハニカム体を得ることがで
きる。また、この製法Ｂは、従来の拡散接合に比べ低
温、短時間で拡散接合が完了するので、加熱炉の簡略化
や熱処理コストの低減化を図ることができる。さらに、
本発明の製法Ｂにおける冷却工程で吸引を適用すること
により、接合強度をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によって製造されたハニカム体を
挿入したメタル担体の一例の横断面図。

【図２】本発明の実施例１における工程１の後のハニカ
ム体の状態を示す説明図。

【図３】本発明の実施例１における工程２の後のハニカ
ム体の状態を示す説明図。

【図４】本発明の実施例１における工程３の後のハニカ
ム体の状態を示す説明図。

【図５】本発明の実施例１における工程２の操作の変形
を示す説明図。

【図６】本発明の実施例２の操作の途中におけるハニカ
ム体の状態を示す説明図。

【図７】本発明の実施例２の操作後におけるハニカム体
の状態を示す説明図。

【図８】本発明の実施例１で得られたハニカム体および
従来のハニカム体の接合強度を示すグラフ。

【図９】本発明の実施例２および３で得られたハニカム
体および従来のハニカム体の接合強度を示すグラフ。

【図１０】本発明に従って得られたハニカム体（ａ）と
従来のハニカム体（ｂ）の接合部の面積を対比して示す
説明図。

【符号の説明】

１ハニカム体２平板３波板４外筒５フラックス６合金層７アルミニウム層１２液相ａ接合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中淳夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性金属の平板と波板とを重ね合わせ
てなるハニカム体の製造方法であって、前記平板と波板とにフラックスを塗布した後ハニカム体
を形成するか、またはハニカム体を形成した後フラック
スを塗布し、フラックスを表面に有するハニカム体に溶融アルミニウ
ムをコーティングした後、上記ハニカム体を非酸化性雰囲気中で加熱して該ハニカ
ム体を拡散接合することを特徴とする拡散接合によるハ
ニカム体の製造方法。
【請求項２】耐熱性金属の平板と波板とを重ね合わせ
てなるハニカム体を、鉄と化合し低融点物質を生成し得
る物質からなる雰囲気中で加熱して前記ハニカム体を拡
散接合することを特徴とする拡散接合によるハニカム体
の製造方法。