JPH09215930A - メタル担体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工数の増大なく十分な拡散接合強度を確保す
る。 【解決手段】ハニカム体１の内部と外筒２の外部とを連
通可能に、プレート４が被接合体１２の一端面を覆った
状態で熱処理する。熱処理前の真空排気時に貫通孔４０
からハニカム体１内の空気が排気されるので、熱処理時
に金属酸化物の生成がなく拡散接合が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などに用い
られる排ガス浄化用触媒の基体として利用されるメタル
担体の製造方法に関する。本発明の製造方法によれば、
少なくともハニカム体の平板と波板の拡散接合強度を向
上させることができる。

【０００２】

【従来の技術】自動車用排ガス浄化用触媒の担体として
は、従来の無機質モノリス担体に代わって、近年では熱
伝導特性に優れたメタル担体が多く用いられている。こ
のメタル担体は、金属製のハニカム体とそれを収納保持
する金属製外筒とから構成され、そのハニカムセルの表
面に白金などの触媒金属を担持したアルミナなどの担持
層を形成することで排ガス浄化用触媒として利用されて
いる。

【０００３】このメタル担体を製造するには、箔状の平
板と、その平板から形成された波板とを重ねた状態でロ
ール状に巻回してハニカム体を形成する。また、平板と
波板とを交互に積層してハニカム体を形成する方法もあ
る。そして得られたハニカム体を外筒に収納し、平板と
波板及びハニカム体と外筒を接合することで、一体的な
メタル担体が製造される。

【０００４】また平板と波板の接合及びハニカム体と外
筒の接合には、ろう付け法あるいは拡散接合法が知られ
ているが、製造工数が少なく低コストの拡散接合法を用
いるのが好ましいとされている。この拡散接合法は、外
筒に収納されたハニカム体よりなる被接合体を真空炉内
に入れ、排気して真空にした状態で高温で熱処理するこ
とにより行われる。ところが熱処理時の熱によりハニカ
ム体からＡｌやＣｒなどの金属成分が蒸発して炉内に移
動し、金属成分の不足により耐酸化性などハニカム体本
来の性能が低下する場合があった。また蒸発した金属が
炉壁に付着するため、真空炉の維持管理工数が多大とな
り、これを防止するために真空炉の排気能力を増大させ
れば真空ポンプが大型化して設備コストが増大するとい
う不具合がある。

【０００５】そこで例えば特開平５−１６８９４５号公
報に開示されているように、被接合体の少なくとも一端
面をプレートで覆った状態で熱処理する方法が提案され
ている。このようにすれば、ハニカム体から蒸発する金
属が外部へ逃げるのが確実に阻止され、接合後には蒸発
した金属が再びハニカム体に付着するので、組成変動に
よるハニカム体の性能低下を防止することができ、かつ
炉壁への金属の付着も防止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが被接合体の少
なくとも一端面をプレートで覆った状態で熱処理して拡
散接合する方法では、排気して真空にする際にハニカム
体内部の排気が不十分となり、残存する空気により熱処
理時にハニカム体表面に金属酸化物が形成される。拡散
接合は平板と波板、あるいはハニカム体と外筒の接触部
分における金属の相互拡散により行われるものであるか
ら、金属酸化物が介在すると金属の相互拡散が妨げら
れ、拡散接合強度が低下して十分な拡散接合品質が確保
できないという問題があった。

【０００７】また熱処理前のハニカム体表面にはある程
度の金属酸化物が生成していることが避けられないが、
プレートで密閉状態とされているためにその金属酸化物
がそのまま残り、上記と同様に拡散接合時の障害とな
る。したがって熱処理直前に酸洗浄などの清浄化工程を
行って金属酸化物を除去することも行われているが、工
数が増大するとともに清浄化工程後直ちに拡散接合する
必要があり工程上の制約が大きくなるという問題があ
る。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、被接合体の少なくとも一端面をプレートで
覆った状態で熱処理して拡散接合する方法において、工
数の増大なく十分な拡散接合強度を確保することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に記載のメタル担体の製造方法の特徴は、金属製平
板と金属製波板とが交互に巻回又は積層されてなるハニ
カム体と、ハニカム体を収納保持する外筒と、よりなる
被接合体の少なくとも一端面をプレートで覆った状態で
真空中で熱処理することにより少なくとも平板と波板を
拡散接合するメタル担体の製造方法において、プレート
は外筒の内部と外部とを連通可能に被接合体の一端面を
覆っていることにある。

【００１０】また請求項２に記載のメタル担体の製造方
法の特徴は、金属製平板と金属製波板とが交互に巻回又
は積層されてなるハニカム体と、ハニカム体を収納保持
する外筒と、よりなる被接合体の少なくとも一端面をプ
レートで覆った状態で真空中で熱処理することにより少
なくとも平板と波板を拡散接合するメタル担体の製造方
法において、熱処理時の初期には外筒の内部と外部との
連通を許容し、その後被接合体の少なくとも一端面をプ
レートで覆ってハニカム体の内部と外筒の外部とを非連
通として熱処理することにある。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載のメタル担体の製
造方法では、プレートが外筒の内部と外部とを連通可能
に被接合体の一端面を覆って用いられる。したがって熱
処理前の真空排気時には、外筒内部の空気を外筒の外部
へ排出することができるので、熱処理時に金属酸化物が
生成することがない。一方、熱処理時の熱によりハニカ
ム体からは金属が蒸発するが、ハニカム体表面に不可避
に形成されていた金属酸化物被膜が金属の蒸発の応力に
より破壊・剥離される。これにより金属酸化物の悪影響
を回避して拡散接合できるので、接合強度が格段に向上
する。

【００１２】また被接合体の一端面はプレートで覆われ
ているため、蒸発した金属はその大部分が外筒内部に残
留するため、ハニカム体から蒸発する金属が大幅に抑制
される。さらに、ハニカム体内部に残留した金属蒸気の
一部は熱処理後に再びハニカム体表面に付着する。した
がって、組成の変動による耐酸化性の低下などハニカム
体本来の性能が損なわれるのが防止される。

【００１３】このようにする手段としては、例えばプレ
ートに設けられた貫通孔により連通する方法、プレート
と外筒の一端面との間に形成された隙間により連通する
方法などがある。後者の場合には、例えばプレートの外
筒の一端面に対向する表面に溝を設ける方法、外筒の一
端面に凹凸を設け凸部でプレートを支持する方法などが
ある。また別のハニカム体をプレートとして用いること
もできる。

【００１４】なおプレートによる外筒の内部と外部との
連通の程度は、熱処理条件や熱処理前にハニカム体に生
成している金属酸化物被膜の量などにより決定される
が、蒸発によるハニカム体の金属成分の不足をできるだ
け低減するためには、例えばプレートに設けられた貫通
孔の開口面積をハニカム体の断面積の１０％以下とし、
蒸発金属の外部への放出をできるだけ少なくすることが
好ましい。

【００１５】このプレートとしては熱処理時の条件で変
形などの障害が生じないものであればその材質には制限
がなく、金属、セラミックスなどが用いられる。例えば
ハニカム体と同様の材質の金属から形成されたプレート
を用いることも好ましい。このようにすればプレートか
らもハニカム体と同じ金属種が蒸発するので、ハニカム
体から外部へ逃げた金属の不足分を補充することが可能
となる。

【００１６】請求項２に記載のメタル担体の製造方法で
は、熱処理時の初期には外筒の内部と外部との連通を許
容し、その後被接合体の少なくとも一端面をプレートで
覆って外筒の内部と外部とを非連通として熱処理され
る。したがって熱処理時の初期の排気時にハニカム体内
部の空気が排気され、熱処理時には外筒内部には空気が
存在しないので、ハニカム体の酸化が生じず拡散接合強
度が向上する。そして熱処理時には被接合体の一端面は
プレートで覆われているため、蒸発した金属が外部へ逃
げるのが確実に防止され、組成変動によるハニカム体の
性能低下を確実に防止することができる。

【００１７】このようにするには、熱処理炉内でプレー
トを着脱可能に構成することで行うことができる。しか
し機械的な可動部分を設けることは装置が大がかりとな
るとともに耐熱性も考慮しなければならない。そこでハ
ニカム体又は外筒より熱膨張係数が小さい治具でプレー
トを支持することが有効な手段である。この場合、熱処
理前にはプレートは治具に支持されてハニカム体との間
に隙間が生じた状態とし、熱処理時にはハニカム体又は
外筒の方が治具より大きく膨張して前記隙間を消失させ
るように構成する。このようにすれば、熱処理前の排気
時にハニカム体内を排気することができる。そして熱処
理時にはハニカム体が密閉状態となるので、蒸発した金
属がハニカム体外へ逃げるのが確実に防止できる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１）図１に本実施例の製造方法を示す。先ず、
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金からなり板厚０．０５ｍｍの平
板と、この平板から形成された波板とを重ねてロール状
に巻回し、外径１００ｍｍ、長さ１２０ｍｍのハニカム
体１を形成する。

【００１９】また別に、板厚１〜２ｍｍのフェライト系
ステンレス板から円筒状に形成された、内径１００ｍ
ｍ、長さ１２５ｍｍの外筒２を用意する。そしてこの外
筒２にハニカム体１を挿入して被接合体１２を構成し、
被接合体１２の一端面を基台３表面に当接させた状態で
直立させ、外筒２の他端面に板厚３ｍｍのオーステナイ
ト系ステンレス鋼板よりなり中央に直径３ｍｍの貫通孔
４０をもつプレート４を載置する。

【００２０】その状態で基台３を含む全体を炉内に入
れ、先ず炉内から排気して真空状態とする。その後、排
気を継続しながら昇温し、真空度６．６７×１０^-2Ｐａ
（５×１０^-4Ｔｏｒｒ）以下にて１３００℃で１時間保
持する熱処理を行うことにより拡散接合を行い、最後に
炉内を冷却して処理を終了する。このとき、熱処理前の
炉内の排気時には、ハニカム体１内の空気は貫通孔４０
から強制的に排気され、ハニカム体１内も炉内と同様の
真空度となった状態で熱処理される。したがってハニカ
ム体１には、残存する空気による酸化が生じない。また
ハニカム体１から金属が蒸発する応力により、ハニカム
１表面に形成されていた酸化物皮膜が破壊されて剥離す
る。これらの作用により、ハニカム体１表面に酸化物皮
膜がほとんど無い状態で熱処理されるため、拡散接合が
促進され接合強度が向上する。

【００２１】さらに、貫通孔４０の開口面積はハニカム
体１の端面面積の約１／１０００ときわめて小さい。し
たがってハニカム体１から蒸発する金属は、プレート４
で遮られることにより大部分がハニカム体１内に残り、
蒸発する金属が大幅に抑制されるため、貫通孔４０から
炉内に逃げる量は僅かである。そして冷却時には、蒸発
した金属の一部が再びハニカム体１に付着する。したが
ってハニカム体１の組成変動は僅かとなり、組成変動に
よる耐酸化性の低下などが生じない。

【００２２】（実施例２）図２に他の実施例の製造方法
を示す。本実施例はプレート４の材質及び形状が異なる
こと以外は実施例１と同様である。すなわちプレート４
は板厚５ｍｍのアルミナから形成され、貫通孔４０をも
たず外筒２と接触する一表面に複数の放射状の溝４１が
設けられている。この溝４１は深さ０．５ｍｍ、幅４ｍ
ｍの形状で、それぞれ外筒２の外側から内側に跨るよう
に設けられ、放射状に均等に２０個設けられている。

【００２３】本実施例では、熱処理前の炉内の排気時に
は、ハニカム体１内の空気は溝４１から強制的に排気さ
れ、ハニカム体１内も炉内と同様の真空度となった状態
で熱処理される。したがってハニカム体１内に残存する
空気による酸化が生じない。またハニカム体１から金属
が蒸発する応力により、ハニカム体１表面に形成されて
いた酸化物皮膜が破壊されて剥離する。これらの作用に
より、ハニカム体１表面に酸化物皮膜がほとんど無い状
態で熱処理されるため、拡散接合が促進され接合強度が
向上する。

【００２４】さらに、外筒２の内周側に開口する溝４１
の開口面積の合計は、ハニカム体１の端面面積の約１／
２００ときわめて小さい。したがってハニカム体１から
蒸発する金属は、プレート４で遮られることにより大部
分がハニカム体１内に残り、蒸発する金属が大幅に抑制
されるため溝４１から炉内に逃げる量は僅かである。そ
して冷却時には、蒸発した金属の一部が再びハニカム体
１に付着する。したがってハニカム体１の組成変動は僅
かとなり、組成変動による耐酸化性の低下などが生じな
い。

【００２５】（実施例３）図３にさらに他の実施例の製
造方法を示す。本実施例はプレート４の材質及び形状が
異なること、及び外筒２の形状が異なること以外は実施
例１と同様である。すなわちプレート４は板厚５ｍｍの
窒化ケイ素から形成され、貫通孔４０をもたない平板形
状である。また外筒２のプレート４と接する端面には、
深さ１．５ｍｍ、幅５ｍｍの凹部２０が円周方向に均等
に１０個設けられている。

【００２６】本実施例では、熱処理前の炉内の排気時に
は、ハニカム体１内の空気は凹部２０から強制的に排気
され、ハニカム体１内も炉内と同様の真空度となった状
態で熱処理される。したがってハニカム体１内に残存す
る空気による酸化が生じない。またハニカム体１から金
属が蒸発する応力により、ハニカム１表面に形成されて
いた酸化物皮膜が破壊されて剥離する。これらの作用に
より、ハニカム体１表面に酸化物皮膜がほとんど生じな
い状態で熱処理されるため、拡散接合が促進され接合強
度が向上する。

【００２７】さらに、外筒２の内周側に開口する凹部２
０の開口面積の合計は、ハニカム体１の端面面積の約１
／１００と小さい。したがってハニカム体１から蒸発す
る金属は、プレート４で遮られることにより大部分がハ
ニカム体１内に残り蒸発する金属が大幅に抑制されるた
め、凹部２０から炉内に逃げる量は僅かである。そして
冷却時には、蒸発した金属の一部が再びハニカム体１に
付着する。したがってハニカム体１の組成変動は僅かと
なり、組成変動による耐酸化性の低下などが生じない。

【００２８】（実施例４）図４にさらに他の実施例の製
造方法に用いた外筒２を示す。本実施例はプレート４の
材質及び形状が異なること、及び外筒２の形状が異なる
こと以外は実施例３と同様である。すなわちプレート４
は板厚５ｍｍのアルミナから形成され、貫通孔４０をも
たない平板形状である。また外筒２は板材の端面を接合
することにより筒状に形成されているが、その接合時に
両端面を軸方向に僅かにずらして接合され、プレート４
と接する端面にはその差が０．５ｍｍの段差部２１が形
成されている。したがってプレート４がその端面に載置
されると、プレート４と外筒２との間には、外筒２の周
縁部に沿って最大０．５ｍｍからゼロまで徐々に減少す
る隙間が形成される。

【００２９】本実施例では、熱処理前の炉内の排気時に
は、ハニカム体１内の空気はプレート４と外筒２の間の
隙間から強制的に排気され、ハニカム体１内も炉内と同
様の真空度となった状態で熱処理される。したがってハ
ニカム体１内に残存する空気による酸化が生じない。ま
たハニカム体１から金属が蒸発する応力により、ハニカ
ム体１表面に形成されていた酸化物皮膜が破壊されて剥
離する。これらの作用により、ハニカム体１表面に酸化
物皮膜がほとんど生じない状態で熱処理されるため、拡
散接合が促進され接合強度が向上する。

【００３０】さらに、プレート４と外筒２の間の隙間の
開口面積は、ハニカム体１の端面面積の約１／２００と
きわめて小さい。したがってハニカム体１から蒸発する
金属は、プレート４で遮られることにより大部分がハニ
カム体１内に残り蒸発する金属が大幅に抑制されるた
め、隙間から炉内に逃げる量は僅かである。そして冷却
時には蒸発した金属の一部が再びハニカム体１に付着す
る。したがってハニカム体１の組成変動は僅かとなり、
組成変動による耐酸化性の低下などが生じない。

【００３１】なお、この実施例では段差部２１を外筒２
の片側端面に設けられている場合について説明したが、
開口面積（連通）を多くしたい場合には外筒の両端面に
段差部を設けることが望ましい。 （実施例５）図５及び図６に本実施例の製造方法を示
す。本実施例は外筒２の外側に支柱５を立て、支柱５で
板厚５ｍｍのアルミナ製プレート４を支持するようにし
たこと以外は実施例１と同様である。

【００３２】支柱５は例えば窒化ケイ素など、外筒２よ
り熱膨張係数が小さい材料から形成される。そして本実
施例では、室温においては支柱５の高さが外筒２の高さ
より高いが、１３００℃では外筒２が大きく膨張して支
柱５の高さを僅かに越えるように、外筒２と支柱５の寸
法が設計されている。本実施例では、図５に示すよう
に、熱処理前の炉内の排気時にはプレート４は支柱５に
支持され、プレート４と外筒２との間には間隔約１ｍｍ
の隙間２２が生じている。したがってハニカム体１内の
空気は隙間２２から強制的に排気され、ハニカム体１内
も炉内と同様の真空度となった状態で熱処理される。し
たがってハニカム体１内に残存する空気による酸化が生
じず、接合強度が向上する。

【００３３】そして昇温により高温となると、外筒２の
上下方向の膨張量が支柱５を上回り、図６に示すように
外筒２の高さが支柱５の高さを越える。したがってプレ
ート４は支柱５による支持を離れて外筒２の一端面に載
置される。これによりハニカム体１は密閉状態となり、
蒸発した金属が外筒２の外へ逃げることがないので、組
成変動による耐酸化性の低下などが確実に防止される。

【００３４】（実施例６）図７にさらに別の実施例の製
造方法を示す。本実施例では、実施例１と同様のハニカ
ム体１及び外筒２よりなる被接合体１２を３組同軸的に
積み重ね、その最上段の外筒２の上端面に別の蓋ハニカ
ム体６を載置した状態で熱処理している。蓋ハニカム体
６はハニカム体１と同材質であるが、その平板及び波板
の板厚は０．５ｍｍとハニカム体１の１０倍となってい
る。またハニカムセル数は、ハニカム体１の２倍となっ
ている。

【００３５】本実施例では、蓋ハニカム体６が実施例１
のプレート４の機能をもち、その狭小なハニカムセルが
貫通孔１０の機能を果たして、排気時に３組のハニカム
体１内の空気は蓋ハニカム体６のハニカムセルを通じて
排気され、３組のハニカム体１内も炉内と同様の真空度
となった状態で熱処理される。したがってハニカム体１
内に残存する空気による酸化が生じず、接合強度が向上
する。

【００３６】一方、熱処理時には、炉内への解放側とな
る蓋ハニカム体６から多量の金属が蒸発するため、蓋ハ
ニカム体６のハニカムセル内にはその金属蒸気が充満す
る。したがって３組のハニカム体１から発生した金属蒸
気が蓋ハニカム体６のハニカムセルを通って炉内へ逃げ
るのが抑制され、組成変動による耐酸化性の低下などが
防止される。そして蓋ハニカム体６は、板厚が厚いので
繰り返し使用の耐久性に優れている。

【００３７】

【発明の効果】すなわち本発明のメタル担体の製造方法
によれば、高い接合強度が得られ、かつ組成変動による
耐酸化性の低下などハニカム体の性能低下を防止するこ
とができる。また蒸発した金属が炉内に逃げるのを防止
できるので、低排気能力の真空ポンプを用いても炉内雰
囲気の汚染が防止でき、さらに炉壁への金属の付着量も
低減できるので、設備や維持管理に要するコストの大幅
な低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における被接合体の炉内への
配置状態の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例における被接合体の炉内
への配置状態の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例における被接合体の炉内
への配置状態の断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例に用いた外筒の要部斜視
図である。

【図５】本発明の第５の実施例における被接合体の炉内
への配置状態の断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例における被接合体の熱処
理時の炉内での状態の断面図である。

【図７】本発明の第６の実施例における被接合体の炉内
への配置状態の断面図である。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：外筒 ３：基
台 ４：プレート ５：支柱 ６：蓋
ハニカム体 １２：被接合体 ２０：凹部 ２１：
段差部 ２２：隙間 ４０：貫通孔 ４１：
溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製平板と金属製波板とが交互に巻回
   又は積層されてなるハニカム体と、該ハニカム体を収納
   保持する外筒と、よりなる被接合体の少なくとも一端面
   をプレートで覆った状態で真空中で熱処理することによ
   り少なくとも該平板と該波板を拡散接合するメタル担体
   の製造方法において、 該プレートは該外筒の内部と外部とを連通可能に該被接
   合体の一端面を覆っていることを特徴とするメタル担体
   の製造方法。
2. 【請求項２】 金属製平板と金属製波板とが交互に巻回
   又は積層されてなるハニカム体と、該ハニカム体を収納
   保持する外筒と、よりなる被接合体の少なくとも一端面
   をプレートで覆った状態で真空中で熱処理することによ
   り少なくとも該平板と該波板を拡散接合するメタル担体
   の製造方法において、 該熱処理時の初期には該外筒の内部と外部との連通を許
   容し、その後該被接合体の少なくとも一端面を該プレー
   トで覆って該ハニカム体の内部と該外筒の外部とを非連
   通として熱処理することを特徴とするメタル担体の製造
   方法。