JPH09187660A

JPH09187660A - ハニカム体用金属製箔の波付け方法

Info

Publication number: JPH09187660A
Application number: JP8003301A
Authority: JP
Inventors: Tamio Noda; 多美夫野田; Tadayuki Otani; 忠幸大谷; Toru Uchiumi; 徹内海
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、各種内燃機関の排ガス浄化用触媒
の担体等に使用されるメタル担体用であって、平箔と波
箔の接触部が確実に拡散接合され、使用時の振動や冷熱
サイクルに対する耐久性の高い金属製ハニカム体の製造
方法およびハニカム体を提供する。【解決手段】帯状の金属製箔をギアを用いてコルゲー
ト加工するに際し、一段目のギアヘッドの形状を曲線型
とし、二段目以降のギアヘッドの形状を台形型とするこ
とを特徴とする金属製箔の波付け方法、および帯状の金
属製平箔と、コルゲート加工した帯状の波箔とを重ね、
渦巻き状に巻き回し、両箔の接触部を拡散接合するに際
し、上記製造方法で製造された台形型の山形状を持つ波
箔を使用することを特徴とする金属製ハニカム体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種内燃機関の排
ガス浄化用触媒の担体に使用され金属製ハニカム体を構
成する波付き箔の製造方法及びハニカム体に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車、ボイラー、発電用などの各種内
燃機関の排ガス浄化用触媒の担体として、耐熱ステンレ
ス鋼製の外筒に、同ステンレス鋼製のハニカム体を嵌入
したメタル担体が近年多用されるようになってきた。ハ
ニカム体は、厚さ５０μｍ程度の平箔と、該平箔をコル
ゲート加工した波箔とを交互に積層して形成され、帯状
の両箔を重ねて渦巻き状に巻き回したものが主として使
用されている。

【０００３】ステンレス鋼としては、高温排ガス雰囲気
での耐酸化性が優れたＦｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌ等の
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のフェライト系ステンレス鋼が多く
採用されている。また、添加元素により各種特性の改善
が図られたもの、例えば、加工性向上等のためＴｉが添
加されたもの、高温強度向上等のためＮｂが添加された
もの、耐酸化性を向上させる等のためＬａ、Ｃｅ等の希
土類元素が添加されたもの等が知られている。

【０００４】このようなメタン担体は、従来のセラミッ
ク製担体に比べて熱容量が小さいので、触媒が作用する
温度に早く加熱され、エンジン始動初期の排ガス浄化能
力が優れている。また、ハニカム体の壁厚が薄い金属箔
からなるので、排気抵抗が小さく、エンジン出力の損失
が少ない。さらに、温度の上下が激しい排ガス環境下に
おいても耐久性に優れている等、多くの利点を有してい
る。

【０００５】メタル担体の製造に際しては、ハニカム体
を外筒に嵌入し、双方の平箔と波箔とを重ねて渦巻き状
に巻き回し両箔の接触部を接合して製造される。接合手
段としては、ロウ付け、電子ビーム溶接、レーザ溶接、
抵抗溶接、拡散接合等が知られている。そして、接合の
不充分な箇所があると、使用中に剥離し、メタル担体が
破損するので上記接触部は確実に接合されていなければ
ならない。従って、材料に応じて適正な接合手段が採用
されている。

【０００６】上記接合手段のうち、ロウ付けはロウ材が
高価であるうえ、バインダ塗布、ロウ材付着、真空加熱
といった多くの工程を必要とし製造コストも高くなる。
さらに、ロウ材により接合部の耐蝕性や耐高温酸化性が
劣るという問題がある。電子ビーム溶接およびレーザ溶
接は、高価な設備を必要とする。また、抵抗溶接は、生
産性が低く量産には不向きである。これに対して拡散接
合は、接合面を清浄にした後、真空加熱炉等に装入し非
酸化雰囲気で加熱するので比較的簡単な工程で行うこと
ができ、しかも接合部にロウ材等の異材が残存すること
もなくステンレス鋼の耐蝕性および耐高温酸化性が維持
できるのでその全面的な採用が検討されている。

【０００７】ハニカム体における平箔と波箔の拡散接合
に関し、特開平１−２６６９７８号公報には、１０^-2〜
１０^-4Torrの真空中で８５０〜１２００℃に加熱して接
触部を拡散接合する方法が開示され、厚さ４０μｍのＦ
ｅ−Ｃｒ−Ａｌ系フェライト系ステンレス鋼を１１００
℃で１．５時間保持し、完全に接合された実施例が示さ
れている。

【０００８】また、特開平３−１１８８３９号公報に
は、ハニカム体における両箔の接合強度を部分的に変化
させることで排ガス浄化に使用中の冷熱サイクルによる
熱応力の集中を緩和し、耐久性を向上することが開示さ
れている。接合強度を変化させる手段としては、波箔の
波高さ、波の断面形状、接触部の板厚、接触部の面粗度
等を部分的に変化させることが示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】自動車等の排ガス浄化
装置に組み込まれた金属製ハニカム体は、使用中に振動
を受け、また冷熱サイクル等に起因する熱応力を受ける
ので、平箔と波箔が全て確実に接合されているのが理想
である。しかし、波箔は通常最も製造しやすいサインカ
ーブ状の波形状に成形されたものが使用されるので平箔
と波箔の接触面積が小さい。また、両箔の厚さが同じで
あるため、渦巻き状に巻き回しするとき平箔に張力を付
加しても接触部が変形しがたく、接触面は増加しがた
い。過大な張力を付加すると、平箔が変形し、ハニカム
体の形状が崩れる。

【００１０】このように、平箔と波箔の接触面積が小さ
いハニカム体を拡散接合するとき、充分な接合強度が得
られない場合がある。特に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系材料の
場合には真空加熱時に僅かに残存する酸素源によって接
触面積の小さい部位では接触界面にＡｌ₂Ｏ₃皮膜が生
成しやすく原子の相互拡散が阻害されて接合不良の発生
が避けられなかった。

【００１１】上記公報に開示されている方法は、平箔と
波箔の接触部が全て拡散接合に必要な接触面積を有して
いることが前提となっている。しかし、従来はこの前提
となる全接触部での所要接触面積が得られないため上記
のように拡散接合では接合不良を生じていた。対策は、
接触面積の確保であり理論的な対策は明らかであった。
具体的には、波箔の形状を図１に示すようにサインカー
ブの山の部分に直接部を確保すれば良く、所謂台形波と
サインカーブの複合型の波箔を使用すれば良い。また、
もう一つの方法としては、平箔を２０μｍ〜３０μｍの
超薄箔を使い、薄箔の強度が弱いことによって変形し、
図２に示したように接触面積が大きくなる効果を利用す
る方法がある。この、２０μｍ〜３０μｍの超薄箔を平
箔や波箔に使用した担体は熱容量が小さいためエンジン
始動直後に触媒が作用する温度に早く加熱され、エンジ
ン始動初期の排ガス浄化能力が優れている金属触媒担体
の機能性を更に高めるものと期待されているものであ
る。

【００１２】しかし、この平箔を波付けする工程では図
３に示したように成形ギアに供給される平箔が成形ギア
の歯によって挟まれ抵抗を受けるため、成形部分ギアに
よって加工される形状に見合う長さの平箔が滑らかに供
給されず、平箔が断列したり、成形に伴う伸びで箔厚が
極端に薄くなって実用強度が確保できなくなったり、成
形された帯状の波箔に蛇行を生じる等の問題があり実用
的な生産速度では加工できない問題があった。

【００１３】また、２０μｍ〜３０μｍの超薄箔を使用
する場合には、接触面積の改善とそれに伴う拡散接合率
の改善は期待できるもののセル形状が図２に示すように
変化し、接合部近辺は接触担体としての機能を果たさな
くなる。すなわち、接合部近辺の空間の狭い部分、具体
的には間隙が１０μｍ以下の部分では触媒貴金属を含浸
させるための活性アルミナ等のコート材料で埋まり、触
媒貴金属も含浸されるが触媒が機能する表面が確保され
ないために触媒の効率が低下し、無駄な貴金属を消費す
ることになる。結果的には、触媒担体の本来の機能であ
る触媒反応面積を効率的に、低圧損で供給することがで
きなくなるという不都合を生じる。

【００１４】本発明は、各種内燃機関の排ガス浄化用触
媒の担体等に使用されるメタル担体用であって、平箔と
波箔の接触部が確実に拡散接合され、使用時の振動や冷
熱サイクルに対する耐久性の高い金属製ハニカム体の製
造方法およびハニカム体を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段は、波箔の成形を複数のギアで行うことである。
先に述べたように波箔の形状を図３に示したようにサイ
ンカーブの山の部分に直線部を確保するのは、一段のギ
アでは難しい。特に量産を行う場合には、平箔のギアへ
の供給が円滑に進まない。しかし、まずサインカーブの
成形を一段目のギアで行い、次に山の部分と谷の部分に
直線部を持つギアで成形すれば、図４、図５に示すよう
に加工部のギアに入る前の箔がギアの歯で拘束されるこ
とがなく、従って箔が切断したり異常な伸びで極端に薄
い部分が生じる等の問題が解消される。

【００１６】また、このようにして成形した台形波とサ
インカーブの複合型の波箔を使用すれば、波箔と平箔の
接触面積を大きくできるので拡散接合が確実にできるの
みならず２０μｍ〜３０μｍの超薄箔を使用する場合に
も接合部分の角度を大きく確保して広い空間を確保でき
る。それによって触媒担体の本来の機能である触媒担持
面積の効率を高めることができ、２０μｍ〜３０μｍの
超薄箔を使った金属担体の不都合を確実に解消すること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の原理を図によって
説明する。まず帯状の平箔を用意し、図４に示したよう
にまず最初のギアでサインカーブの波付けを行い、次に
ギアの山と谷の部分に直線部分を持つ二段目のギアに送
る。最初のギアと二段目のギアは同調して回転させる。
二段目のギアは角張った山の形状を持つ歯があるので平
箔がそのまま供給されると歯との接触部分で折り曲げら
れ図３に示したように拘束されてしまう。しかし、本発
明では最初のギアでサインカーブの波付けが行われてい
るため角張った形状を持つ二段目のギアに噛み込まれる
ときにも供給側で拘束されることが無く、従って箔の破
断や不均一な伸びが起きない。更に、図６に示すように
ギアを三段に設置し、一段目でサインカーブの波付けを
行い、二段目と三段目のギアでそれぞれ片側づつ台形型
の波付けを行うことにより、供給される箔は成形部に噛
み込まれるまではほとんどギアの歯と接触することなく
円滑に供給される。また、二段目と三段目のギアの形状
を変えることも可能となり、波形状の設計自由度が拡げ
られる。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌに０．１％の
ＲＥＭを添加したステンレス鋼の平箔を図５の２段ギア
を使ってサインカーブと台形波複合型の波箔を製造し、
図７のようにして、平箔と波箔を重ねて巻き回しハニカ
ム体を製造した。平箔および波箔の幅は９０mm、厚さは
３０μｍで、波箔の断面形状は波高さ１．２５mm、山の
直線部分の長さ０．２mmで、製造したハニカム体のセル
の寸法は高さ１．２５mm、短辺の長さ０．２mm長辺の長
さ２．５mmの台形で、セル密度約３７０ＣＰＩである。
直径８０mmのハニカム体に成形し、最外周をスポット溶
接により仮止めし、真空加熱炉にて、２×１０^-4Torrの
真空下、１２５０℃で９０分加熱して拡散接合した。比
較のため、同じ仕様の平箔をサインカーブの波形状に成
形した波箔を用いて同様のハニカム体を製造した。

【００１９】得られたハニカム体の平箔と波箔の接合強
度、およびセル形状を調べるため、それぞれのハニカム
体を図８（ａ）に示すように６等分に輪切りにした。そ
れぞれ５個の試験片については図８（ｂ）に示すよう
に、受け台２０に試験片１８を設置し、上方から段付き
ポンチ１９を押し当て破断するときの荷重（押し抜き荷
重）を測定した。本発明の波付け箔使用ハニカム体、従
来のサインカーブ波箔使用ハニカム体ともに押し抜き平
均荷重は、９０kgで最少でも７０kg以上を確保できてい
た。この押し抜き荷重が６０kg以上あれば、実際の排ガ
ス経路に装着して使用したときにハニカム体の損傷が起
きないことを確認している。

【００２０】一方、輪切りにした試験片の各１個を樹脂
に埋め込み、断面を研磨してセル形状を観察した。セル
形状は図８に示したように本発明の方法で波付け加工し
た波箔を使用したハニカム体は平箔と波箔の接合部直近
の角度が広くできているのに対し、図２のように比較例
のサインカーブ波箔でできたハニカム体は平箔と波箔の
接合部直近の角度が狭く、図９のような当初想定したセ
ル形状が形成できなかった。

【００２１】（実施例２）Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌ
に０．１％のＲＥＭを添加したステンレス鋼の平箔を図
６の三段ギアを使ってサインカーブと台形波複合型の波
箔を製造し、図７のようにして、平箔と波箔を重ねて巻
き回しハニカム体を製造した。平箔および波箔の幅は９
０mm、波箔の断面形状は波高さ１．２５mm、山の直線部
分の長さ０．５mmで、製造したハニカム体のセルの寸法
は高さ１．２５mm、短辺の長さ０．５mm、長辺の長さ
２．５mmの台形で、セル密度約３３０ＣＰＩである。直
径８０mmのハニカム体に成形し、最外周をスポット溶接
により仮止めし、真空加熱炉にて、２×１０^-4Torrの真
空下、１２５０℃で９０分加熱して拡散接合した。

【００２２】得られたハニカム体の、平箔と波箔の接合
強度を調べるため、図８（ａ）と同様に、試験片１８を
６個切り出し、図８（ｂ）のように受け台２０に試験片
１８を設置し、上方から段付きポンチ１９を押し当て破
断するときの荷重（押し抜き荷重）を測定した。各ハニ
カム体の押し抜き平均荷重は、８５kgで最少でも６５kg
以上を確保できている。この押し抜き荷重が６０kg以上
あれば、実際の排ガス経路に装着して使用したときにハ
ニカム体の損傷が起きないことを確認している。

【００２３】一方、輪切りにした試験片の１個を樹脂に
埋め込み、断面を研磨してセル形状を観察した。セル形
状は図１に示したように本発明の方法で波付け加工した
波箔を使用したハニカム体は平箔と波箔の接合部直近の
角度が広くできていた。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、金属箔を台形型の波に加
工することができ、それによって５０μ程度の箔は勿
論、２０〜３０μｍの超薄厚みのステンレス鋼箔を使っ
ても、平箔と波箔の拡散接合部の角度を広く確保したセ
ル形状のハニカム体が製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハニカム体を構成する台形波箔と平箔の接合形
態を示す説明図。

【図２】ハニカム体を構成するサインカーブ波箔と超薄
平箔の接合形態を示す説明図。

【図３】箔波付け工程での箔のギアによる拘束と破断の
説明図。

【図４】二段ギアによる台形波の加工方法の説明図。

【図５】二段ギアによる台形波の加工説明用拡大図。

【図６】三段ギアによる台形波の加工説明図。

【図７】本発明の方法で製造した台形波箔によるハニカ
ム体の製造例を示す図。

【図８】拡散接合強度の評価方法を示す図であり、
（ａ）は試験ハニカム体、（ｂ）は試験法である。

【図９】平箔が充分な強度を持つ場合のサインカーブ波
箔と平箔を使用した場合のセル形状を示す図。

【符号の説明】

１平箔２台形波箔３ウォッシュコート４超薄平箔５サインカーブ波箔６拘束部７成形部８台形波成形ギア９サインカーブ波成形ギア１０箔の進行方向１１平箔１２サインカーブ波箔１３台形波箔１４ハニカム体１５平箔１６台形波箔１７切断面１８試験片１９段付きポンチ２０受け台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の金属製箔をギアを用いてコルゲー
ト加工するに際し、一段目のギアヘッドの形状を曲線型
とし、二段目以降のギアヘッドの形状を台形型とするこ
とを特徴とする金属製箔の波付け方法。
【請求項２】帯状の金属製平箔と、コルゲート加工し
た帯状の波箔とを重ね、渦巻き状に巻き回し、両箔の接
触部を拡散接合するに際し、請求項１に記載の製造方法
で製造された台形型の山形状を持つ波箔を使用すること
を特徴とする金属製ハニカム体。