JPH11514911A - 少なくとも部分的に積層構造である金属シート層を含んだハニカム本体を製造するためのプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、金属シートが層状の構成で積重ねられ、および／または巻かれるハニカム本体を製造するためのプロセスを提案する。金属シートは流体が流れることができる通路を形成するための構造を少なくとも部分的に有し、シート層の少なくとも一部が、後の熱処理において拡散によって実質的に均質化される、少なくとも１層のクロミウムを含有する鋼と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有する層とを有する積層構造を初めに含む。ハニカム本体を製造するために、シート層の少なくとも一部が、熱処理の前およびその間に接触場所の表面積に対してハニカム本体の粘性の度合および／または圧力を高める構造を有し、ハニカム本体が、熱処理時にシート層間の接触場所が接触し続けるようなプレストレシングで管状ケーシングへ嵌め込まれることが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも部分的に積層構造である金属シート層を含んだ ハニカム本体を製造するためのプロセス この発明は、層構成に積重ねられ、および／または巻かれる金属シートを含ん だハニカム本体を製造するためのプロセスに関する。 ハニカム本体は特に内燃機関からの排気ガスを転化するための触媒担体本体と して用いられる。このようなハニカム本体はたとえばＷＯ ８９／０７４８８か ら公知である。このような触媒担体本体は高レベルの機械的および熱的負荷を受 ける。ハニカム本体の熱的および機械的負荷の他に、これは排気ガス中に存在す る腐蝕性の（aggressive）気体成分にさらされる。腐蝕性の気体成分はハニカム 本体の腐蝕につながり得る。したがって、腐蝕に耐える金属シートからハニカム 本体を製造することが望ましい。 ハニカム本体がアルミニウム含有量の高い鋼シートから製造されることはＥＰ ０ １５９ ４６８ Ｂ１から既知である。しかしながら、このような材料か らハニカム本体を製造すると、アルミニウム比率が高い鋼の圧延可能性が満足で はないため問題が生じ、コストが高くなる。 ＵＳ第５ ３６６ １３９ Ａ号は、アルミニウムめっきされた鋼を含むハニ カム本体の製造のための金属シートを提案している。ハニカム本体の製造におけ るこのようなシートの処理にはそれほど費用がかからず、これはこのようなシー トがより容易に冷間加工を受けることが可能であるためである。 アルミニウムめっきされた金属シートが層構成に積重ねられ、および／または 巻かれた後、これは後の熱処理を受ける。熱処理は、少なくとも１層のクロミウ ムを含有する鋼と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有する層とを有す る金属シートを実質的に均質化する。特に比較的断面が大きく、積層構造の金属 シートを有するハニカム本体の製造において、金属シートが互いにおよび／また はハニカム本体を囲むケーシングに接続されるのを保証することは必ずしも可能 ではないことがわかっている。しかしながら、金属シート層が互いにおよび／ま たはハニカム本体を包む管状ケーシングにしっかりと接続されることはハニカム 本体の機械的強度の点で非常に重要である。ハニカム本体が熱処理を受けるとき 、積層構造の金属シート層の体積が減少し得ることが理解されている。積層構造 のシートの体積が減少するのは、金属シートの外部層を形成するアルミニウムが 熱処理の間クロミウム含有鋼の第１の層へと拡散するという事実のためである。 しかしながら、クロミウム含有鋼の層へと拡散するアルミニウムは、その層の体 積をアルミニウム層の体積が減少したほどには増大させない。さらに、層状また は積層シートは均質化手順の間に低い度合の弾性を有するのみである。 したがって、この発明の目的は、後の熱処理において拡散によって実質的に均 質化される、少なくとも１層のクロミウムを含有する鋼と少なくとも１つの実質 的にアルミニウムを含有する層とを有する層状または積層材料をシート層が少な くとも部分的に初めに含むハニカム本体を製造するためのプロセスを提供するこ とである。この点で、シートの均質化のために生じる体積の減少は、それにもか かわらず高い負荷に耐えられる接続がシート間に作られるように埋め合わされる べきである。 この発明に従って、この目的はクレーム１の特徴を有するプロセスによって達 成される。有利な発展は従属クレームの内容である。 シート層が互いにおよび／またはケーシングに接続されないかまたはそこに弱 く接続されるのみである大きな領域を避けるために、層状に積重ねられ、および ／または巻かれる金属シートの熱処理の間に体積を変更することによってシート 層の少なくとも一部が熱処理の前およびその間にハニカム本体の粘性を高める構 造であることがこの発明のプロセスに従って提案される。この点で、熱処理時に シート層の間の接触場所が接触したままであるようなプレストレス効果でハニカ ム本体が管状ケーシングに嵌め込まれる。動作手順により、シート層のための材 料を選択することによって腐蝕に耐え、また高レベルの熱的および機械的強度を 有したハニカム本体が提供される。シート層間の接触場所に関する接触は熱処理 の間常に保証され、これは、わずかにしか粘性を有さない材料が用いられるかも しれない可能性にかかわらず、熱処理の前およびその間にハニカム本体の粘性を 高める構造と、ハニカム本体がプレストレス条件で管状ケーシングへと導入され るという事実とによるものである。シート層間の接触場所の接触を確実にするこ ともまた、シート層間の接続を形成することに関して重要な局面である。シート は熱処理によってその接触場所で互いに接続される。シートが互いに接続される のは、たとえば、アルミニウム鋼合金が鋼よりも実質的に低い融点を有し、した がって、層状または積層構造の金属シートの内部層が一時的に液化し、接触場所 のまわりの領域において密接な接続が生じ、このような接続が事実上溶接接続の 特性を享受するという事実による。濃度勾配によって、アルミニウムは金属シー トの内部層へとさらに移動し、それによって接続領域のアルミニウム含有量が減 少し、結果として接続領域の融点が上がり、接続場所が固まる。シート層が互い に接続するこのような形態の他にまたは代替的に、金属シートもまた少なくとも その部分においてさらなるろう付け接続によって互いに接続されるように、金属 シートの少なくとも一部が少なくとも部分的にろう付けされてもよい。 製造手順の改良に適した、完成したハニカム本体のための粘性を高める構造は それ自体、層状構造のシートを用いる際の製造手順に関して認められるその重要 性なしで、最新技術から多くの異なった形態で知られている。したがって、ＥＰ ０ ２２０ ４６８ Ｂ１は波形および／または滑らかなシート層に形成され 得る種々の二重波形を説明する。ハニカム本体における実質的に滑らかなシート 層が、この製造手順のためにも有利な付加的なミクロ波形を設けられることも知 られている。 特に粘性の高い配列もあり、ここではすべてのシートが各々交互に傾斜して波 形にされ、したがって、波形は角度を持って互いに交差し、接触ラインは形成さ れないが、接触場所は相対的に小さい。これはたとえばＥＰ ０ ２４５ ７３ ７で説明される。 最後に、流れに影響を及ぼすために微細構造もまたＥＰ ０ ４５４ ７１２ Ｂ１から知られている。驚くべきことに、このような微細構造もまたここに特 定される目的に関して製造手順を改良することがわかっている。このような微細 構造は一方ではハニカム本体における接触場所の全表面を実質的に低減させるた めに用いられることができ、それによって粘性レベルが同じでありながら接触表 面積に関する力が対応して増大し、良好な接続場所が生じる。さらに、このよう な微細構造はまた粘性をさらに高めることができる。他方では、これらの構造は シート層間のポジティブにロックする接続を生じるためにも用いられることがで き、それによって製造手順の間のシートの互いに対するずれが避けられ、完成し たハニカム本体の機械的負荷に耐える能力が向上される。したかって、関連する 用途のそれぞれの状況に依存して、微細構造は一方が他方の内部にまれにしか位 置しないかまたはよく位置するように配列される。 特に好ましい実施例は、少なくともシート層の一部の上でシート層間の接触場 所の全表面積を付加的な微細構造が低減するものである。これによって、熱処理 の間に接触場所を維持するために必要なプレストレシングが低減される。 さらに有利な概念に従って、隣接した微細構造の機械的クランピングまたはク リッピング係合が起こらないかまたはまれにしか起こらないような態様で微細構 造が隣接したシートの中に形成されることが提案される。機械的クランピングま たはクリッピング係合が起こり得るのは、隣接した微細構造がポジティブにロッ クする関係で他のものへと係合するためである。このようなクランピングまたは クリッピング係合効果の発生を防ぐために、隣接したシートは好ましくは異なっ て配向された微細構造を有する。微細構造はまた、隣接した微細構造が互いに係 合しないようにするため、異なった輪郭または成形されプレスされた構成を有し てもよい。ポジティブにロックする関係一方が他方に係合する微細構造による機 械的クランピングまたはクリッピング係合を除去すると、接触場所で表面積に関 する圧力が高まる。 しかしながら、特に螺旋状に巻かれたハニカム本体の場合、ポジティブにロッ クする関係で一方が他方に係合する隣接したシート層の構造によってシート層が 互いにクリッピングされると有利であり得る。この配列によって、熱処理の間、 わずか非常に低いレベルのプレストレシングでさえあっても、シート層は互いに 対して移動できず、特にテレスコーピング運動に巻込まれ得ない。微細構造また は構造はこの場合、相互に係合する微細構造または構造が層状または積層構造の シートの均質化の後であっても係合し続ける構成である。 熱処理の間の積層シート層の構造的な変化の他に、シート層のまわりに配置さ れた管状ケーシングも拡張する。管状ケーシングへと嵌め込まれるシート層のプ レストレシングのレベルは管状ケーシングの熱的に引起こされた拡張のために低 下する。熱処理の間にハニカム本体におけるプレストレシング効果を実質的に維 持するために、有利な発展に従って、管状ケーシングとハニカム本体との間に嵌 められる弾力のある中間層が設けられる。中間層はまた、製造の間、冷却動作の 後の管状ケーシングおよびハニカム本体の収縮度の違いを埋め合わせる。 ハニカム本体においてプレストレシング効果を維持することは、ハニカム本体 の材料よりも熱膨張係数の低い管状ケーシングを用いることによってももたらさ れる。 ハニカム本体を製造するためのこの発明に従ったプロセスのさらなる利点およ び特徴は、図示され、このプロセスによって製造されたハニカム本体を参照して 説明される。図において、 図１はハニカム本体の断面図であり、 図２は層状または積層構造の金属シートを示し、 図３は二重波形を備えた隣接したシートを図によって示し、 図４は互いに交差する波形を備えた傾斜して波形にされたシート層を示し、 図５は微細構造を備えたハニカム本体の図による構成を示す。 図１を参照すると、ハニカム本体１が示され、ここで金属シート２、３は積層 状の構成で捩じられる。金属シート３は、流体が流れることができる通路７を形 成するための構造を有する。シート３は図２に示すように層状または積層構造を 初めは含む。シート３はクロミウム含有鋼の層４を有し、層４の両側にそれぞれ 実質的にアルミニウムを含有する層５、６を有する。シート３の層４、５および ６は後の熱処理において拡散により実質的に均質化される。個々の層は熱処理ス テップの後もはやはっきりとは見えない。 図示される実施例では、層状または積層構成のシート３は波形の性質を有する 。原則的に、ハニカム本体の滑らかなシート層またはすべてのシート層が、初め は層状または積層構成であるシートをも含み得る。 積重ねられ、巻かれたシート層が管状ケーシング８に嵌められ、この場合、シ ート２、３によって形成されたハニカム本体は、熱処理時シート層間の接触場所 ９が接触し続けるような度合のプレストレシングで管状ケーシング８に嵌め込ま れる。この点で役立つのは、次の図を参照して説明されるように、粘性の度合を 高める付加的に設けられた構造である。 図３は複数個の可能な二重波形の１つを示し、ここで波形にされたシートは異 なった振幅の波形の頂１３、１４を有し、したがって、波形の最大値の部分のみ が隣接したシート層２と接触場所１５を形成する。このような結果は隣接した層 の異なった波形によって達成可能である。いずれにせよ、本体の粘性は製造の間 このように高められる。 図４は、製造の間に粘性の度合と接触場所９の表面積に関する圧力とを同時に 高めるさらなる可能な方法を示す。シート層３ａ、３ｂは、その波形が交差角度 αで互いに交差するように異なった配向で互いに傾斜して波形にされる。このよ うな実施例は製造と後の流れ特性とに関して望ましい。 図５からわかるように、滑らかなシート２および／または波形にされたシート ３は、通路７の方向Ｓに対して実質的に横断して延びる微細構造１０を有しても よい。隣接したシート層２、３の構造１０のため、これらはクランピングまたは クリッピングの関係で互いに保持されるので、熱処理の間にわずかな非常に低い レベルのプレストレシングがなおあったとしてもシート層は互いに対して移動で きず、または、クランピングまたはクリッピング係合を避ける配列の場合、接触 場所での表面積に関する圧力が高まる。いずれにせよ、微細構造は製造の間粘性 の度合を高める。 この発明は、特に触媒担体本体として用いるための、高レベルの腐蝕耐性を有 し、進歩し、安価であり、機械的に負荷に耐えるハニカム本体を製造するために 役立つ。 参照符号リスト １ ハニカム本体 ２ 滑らかなシート ３ 波形にされたシート ３ａ、３ｂ 傾斜して波形にされたシート ４ 内部層 ５、６ アルミニウム層 ７ 通路 ８ 管状ケーシング ９ 接触場所 １０ 微細構造 １３、１４ 二重波形 １５ 接触場所 Ｓ 流れ方向 α 交差角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属シート（２，３；３ａ，３ｂ）が層状の構成に積重ねられ、および／ま たは巻かれ、これは流体が流れることができる通路（７）を形成するための構造 を少なくとも部分的に有し、シート層（３）の少なくとも一部が、後の熱処理に おいて拡散によって実質的に均質化される、少なくとも１層（４）のクロミウム を含有する鋼と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有する層（５，６） とを有する積層材料を初めに含む、ハニカム本体（１）を製造するためのプロセ スであって、シート層（２，３；３ａ，３ｂ）の少なくとも一部が熱処理の前お よびその間にハニカム本体（１）の粘性の度合を高める構造（１０；１３，１４ ）を有し、ハニカム本体（１）が、熱処理時にシート層（２，３；３ａ，３ｂ） 間の接触場所（９，１５）が接触し続けるような度合のプレストレシングで管状 ケーシング（８）に嵌め込まれることを特徴とする、プロセス。 ２．シート層間の接触場所（９）の全体にわたる表面積がシート層（２，３）の 少なくとも一部で付加的な微細構造（１０）によって低減され、このように、熱 処理の間に接触場所（９）を維持するのに必要なプレストレシングが低減される ことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ３．付加的な微細構造（１０）が通路（７）の方向に対して横断してまたは傾斜 して延びる構造であることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。 ４．付加的な微細構造（１０）が実質的に通路の方向に延びる構造であることを 特徴とする、請求項２に記載のプロセス。 ５．隣接したシートにおける微細構造（１０）が、ポジティブにロックする関係 で一方が他方に係合することによる隣接した微細構造のクランピングまたはクリ ッピング相互係合が起こらないかまたはまれにしか起こらないような態様で延び ることを特徴とする、請求項２、請求項３または請求項４に記載のプロセス。 ６．シート層がポジティブにロックする関係で一方が他方に係合する隣接したシ ート層の構造によって互いにクランピングまたはクリッピングされ、したがって 、熱処理の間にわずか非常に低い度合のプレストレシングでもシート層が互いに 対して移動できないことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ７．ハニカム本体におけるプレストレシングが管状ケーシングとハニカム本体と の間の弾力のある中間層によって熱処理の間に維持されることを特徴とする、先 行するクレームの１つに記載のプロセス。 ８．ハニカム本体よりも低い熱膨張係数を有する管状ケーシング（８）が用いら れることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のプロセス。