JP4056083B2 - 金属構造物を製造するための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げられ、編み合わせられ、または少なくともそのうちいくつかがある特定の構造を有する多層シートメタル層から、金属構造物、詳細には、特に触媒コンバータ用のハニカム体を製造する方法に関し、触媒コンバータは好ましくは内燃機関の排気ガス用のものである。
【０００２】
【従来の技術】
平坦で、ある一定の構造を有するシートメタル層を含む金属構造物、特にハニカム体がドイツ特許出願第ＤＥ ２９ ２４ ５９２ Ａ１およびドイツ特許第ＤＥ ３６ ３４ ２３５ Ｃ２から知られている。平坦な金属シートと波形の金属シートとが交互に多層に積重ねられる。
【０００３】
個々のシートメタル層の少なくともいくつかは互いにはんだ付されている。ＤＥ ２９ ２４ ５９２には、１つの平坦な金属片と１つの波形金属片とを相互に巻付けて複数の層を構成することによりハニカム体を製作する方法が開示されており、相互に巻付けられたこれら層の間に、ローラを備えるアプリケータではんだ材料を、平坦な金属片上にストリップ状にかつ連続的に塗布するかまたは波形金属片の最も外側の突起部分に塗布した後、炉に入れて溶融させる。
【０００４】
ハニカム体用の他のはんだ塗布方法については国際特許出願番号第ＷＯ ８９／１１９３８号にいくつか詳細に記述があるが、この先行技術文献におけるはんだ塗布方法はすべてはんだ付用炉におけるはんだ付処理が後に続く。このはんだ付処理は典型的には真空内で行なわれるが、今日まで、真空状態の発生および加熱に要する時間（たとえば６時間程度）のため、非常に長い製造サイクルを要し、その処理能力は非常に低い。
【０００５】
ドイツ特許出願第ＤＥ ２９ ４７ ６９４ Ａ１号は、金属構造物、特に内燃機関の排気ガスを清浄化するための、触媒コンバータのハニカム体を製造する方法を開示し、該ハニカム体は曲げられた金属片を含み、波形金属片が、焼結によって平坦な金属片に接触するその表面と、ときにはこれら２つの金属片を囲む囲み部分にも結合されてある特定の構造を有するユニットを構成する。この焼結は単一の方法ステップにおいて行なわれ、同ステップにおいては加熱処理が行なわれ、その温度は金属構造物を構成する材料の融点よりも低い。追加の方法ステップにおいて電圧のバーンオフ等の熱後処理を行なうことは不要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は金属構造物、特にハニカム体を結合する場合の処理能力が増大する方法を提供することである。さらに、この方法は従来知られる種類の方法に比べてエネルギの観点からより好ましいはずである。さらに、構造物の表面特性はセラミックウォッシュコートや触媒的に活性な材料で後に行なわれるコーティングに合わせて好ましく変える必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は請求項１に規定される方法によって達成される。本発明のその他の有利な特徴が従属項の主題となっている。
【０００８】
本発明の方法は、構造物がまず清浄化チャンバにおいて真空中で清浄化される点が特徴である。表面上の汚染物質の多くは負圧のみで除去することができるので、後の工程で実際の処理チャンバを汚染したり結合処理を妨げるようなことはない。清浄化が完了すると、構造物は処理チャンバへ移され、同チャンバ内で結合処理を行なう。結合処理が完了すると、構造物は冷却チャンバへ移され、そこで予め定められた温度まで冷却される。この予め定められた冷却温度に達すると、構造物は冷却チャンバから取除かれてその後の処理の工程に向かう。なお、この時点で、構造物という語とを使用する場合には、当然個々の処理ステップを複数の構造物で同時に行なうことができることに留意されたい。
【０００９】
構造物の清浄化は真空中で行なわれる。この種の工程には、清浄化チャンバ内の圧力を下げることによって、処理チャンバに付着する汚染物質のうちいくらかが素早く蒸発してそれら汚染物質とともに、存在する可能性のある他の汚染物質が離れて、表面が後の結合処理に都合のよい状態になるという利点がある。
【００１０】
真空中で構造物を清浄化するやり方には、処理チャンバが直接的または間接的にゲートを介して清浄化チャンバと連通するので、１回分の構造物が処理チャンバ内に導入されるたびに、清浄化チャンバに隣接する処理チャンバを再度完全に真空状態にする必要がないという利点がある。処理チャンバには、冷却チャンバが隣接しており、同冷却チャンバ内で構造物は予め定められた温度まで冷却される。このようなさまざまな方法ステップを連続して行ない、１回分を処理チャンバ内で処理している間に先行する１回分の構造物を冷却チャンバで処理し、かつ次の１回分を清浄化チャンバ内で処理することができるので、この種のやり方では処理能力が増大する。また、処理チャンバが周囲の雰囲気と接触することがないので、処理チャンバを繰返し真空状態にする必要がない。また、汚染物質が処理チャンバ内に入ることもない。
【００１１】
構造物は好ましくは清浄化チャンバ内で加熱される。このため、清浄化チャンバはたとえばおよそ２００℃の温度まで加熱される。この方法では構造物を周囲温度から結合温度に加熱する必要はなく、より高い温度から結合温度まで加熱するので、清浄化処理の速度が向上する一方で、構造物が処理チャンバ内にある時間を短縮できるという利点がある。
【００１２】
清浄化チャンバを不活性ガスで洗い流してもよい。この不活性ガスは技術的に純粋なアルゴンでよい。
【００１３】
清浄化チャンバの清浄は加熱した不活性ガスを吹付けることによって行なわれる。これは、清浄化チャンバの壁に配置したヒータよりも、構造物を通過する不活性ガスの方が構造物をより均一に加熱することができるという利点がある。
【００１４】
清浄化チャンバは１０ ² から１０ ^-1 Ｐａ（１０^-3から１０^-6 バール）の範囲および好ましくはおよそ１Ｐａ（１０^-5バール）の負圧下で作動させることが有利である点が証明されている。
【００１５】
シートメタル層の金属接合または金属結合には添加剤を加えてもよいし加えなくてもよい。個々のシートメタル層の接合はんだ付または焼結により行なうことが有利である。
【００１６】
処理チャンバにおけるはんだ付または焼結動作は材料に適した温度で行なわれる。処理チャンバ内の温度はまず第１の保持温度まで上げられかつ一定の期間その温度に保たれる。結果として、１回分の材料または各構造物内の温度の分布が均一になる。次に、処理チャンバ内の温度は第２の保持温度まで上げられる。一定期間処理チャンバを第２の保持温度に保った後、１２００℃を超える接合温度まで上げ、一定期間その温度に保つ。
【００１７】
処理チャンバ内の温度は接合動作の後下げられる。温度は冷却チャンバおよび／または清浄化チャンバに向かう広い面積にわたって処理チャンバを開放することによって下げられる。この場合、冷却および／または清浄化チャンバに対し熱が放射されることで処理チャンバの熱が冷める。これによって冷却処理を約１５分短縮することができる。この温度で、１回分の構造物を処理チャンバから冷却チャンバへ移す。冷却チャンバ内に不活性ガスを供給することによって構造物を冷却する。不活性ガスが供給されるのと同時に酸化膜が構造物上に形成される。構造物は冷却チャンバ内でおよそ１５０℃の温度まで冷却され、その後冷却チャンバから取出される。
【００１８】
時間に関する判定処理ステップが処理チャンバ内で行なわれる。控えのチャンバまたは冷却チャンバ内に構造物を置く時間を処理チャンバ内に置く時間より短くできるので、搭載したり降ろしたりするのにかかる時間で動作全体のサイクル時間が長くなることはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明による方法の他の利点および特徴については好ましい実施例において説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００２０】
図において、図１は発明の方法を行なうための装置の模式図である。
図２は真空はんだ付炉における時間をおっての温度経過を示す図である。
【００２１】
触媒コンバータのハニカム体を製造するための方法を実行する装置は、清浄化チャンバ２、処理チャンバ３、および冷却チャンバ４を含む。清浄化チャンバ２は二重壁のジャケット形状の円筒状チャンバハウジングを有する。二重壁ジャケット間に存在する環状室内へ導入ライン５を介して媒質を導入し、導出ライン６を介して除去することができる。媒質は水でよい。この媒質によって清浄化チャンバを冷却したり加熱したりすることが可能である。
【００２２】
清浄化チャンバ２は真空密封状態で清浄化チャンバ２を閉鎖する充填ドア７を有する。
【００２３】
清浄化チャンバ２は中間ドアハウジング８を介して処理チャンバ３と連通する。詳細に図示されていないが、ドアを中間ドアハウジング８に配設して清浄化チャンバ２を処理チャンバ３から分離する。ドアはスライドの形で実現してもよい。ドアは周囲への真空の損失を防ぐことができるような状態で封鎖される。
【００２４】
内部搬送装置を清浄化チャンバ２内部に設けて、キャリア上に配設した１回分のハニカム体１を清浄化チャンバ２から処理チャンバ３内へ搬送することができる。搬送装置はたとえば３アームの搭載フォークでもよく、これは無限可変流体駆動装置によって水平移動する。キャリアはセラミックコーティングを施したグラファイト製のものである。
個々のハニカム体は、これもセラミックコーティングしたグラファイトから製作される成形した部品上に配置したキャリア上に配設される。このキャリアは寸法的に安定でかつ耐温度性のものである。さらに、セラミックコーティングを施しているため、グラファイトが摩耗することはない。
【００２５】
清浄化チャンバ２と処理チャンバ３との間のドアは流体作用によって上下させることができる。密封状態を確実にする接触圧機構を、控えのチャンバに向けて配設する。
【００２６】
処理チャンバ３は、好ましくは複数のゾーンに配置する取換可能な電気加熱素子を有する。処理チャンバ３は処理チャンバ３のハウジングによって囲まれる内部チャンバを有する。処理チャンバの内部チャンバとハウジングとの間に、流入ライン９および流出ライン１０を介して冷却剤を導入し、処理チャンバ３を冷却することができる。
【００２７】
冷却チャンバ４は処理チャンバ３に隣接し、間に中間ドアハウジング１１が配設される。冷却チャンバ４は二重壁で実現されかつ媒質によって冷却または加熱される円筒状ハウジングを有する。冷却チャンバ４は移動ドア１２により周囲の環境から密封することができる。閉鎖を行なうため、移動ドア１２は電気モータ駆動装置で横方向に移動させる。
【００２８】
中間ドアハウジング１１内には詳細に図示していないが中間ドアが存在し、これを流体駆動装置等で上下させることができる。
【００２９】
各チャンバは真空状態を発生させるための装置を１つ有する。この装置はバルブ１３、拡散ポンプ１４およびポンプセット１５を含み、ポンプセット１５はフォアポンプ１５ａとルーツポンプ１５ｂを含む。
【００３０】
図示される実施例では、清浄化チャンバ２、処理チャンバ３および冷却チャンバ４がポンプライン１６を介して真空ポンプセット１７と連通する。各ライン１６ａ、１６ｂおよび１６ｃにはバルブ１８が１つ配設される。ポンプセット１７は、１回分を加熱する際に大量のガスを吸引によって除去する場合に行なわれるのと同様、チャンバを特定の高真空ポンプセットの開始圧力のポイントまで素早くチャンバを予め空にする役割を果たす。
【００３１】
真空状態をモニタする測定装置については図示していない。
たとえば、吊り上げ搭載装置を用いて装置の積み下ろしを行なうことができる。このために、充填ドア７を開放し、１回分のハニカム体１を清浄化チャンバ２内に導入する。次に、充填ドア７を閉める。清浄化チャンバと処理チャンバとの間および処理チャンバ３と冷却チャンバとの間のドアを閉じる。バルブ１３を閉じる。バルブ１７を開放し、ポンプセット１８を用いてチャンバ２、３および４内に真空状態を作り出す。チャンバ内が予備真空状態になると、バルブ１７を閉じ、かつ真空ライン１９内の清浄化チャンバ２へのバルブ１３を開放する。拡散ポンプ２とポンプセット１５とを介して控えチャンバ２内に高真空状態が発生する。
【００３２】
処理する１回分のハニカム体１は、清浄化処理が終了するまで清浄化チャンバ内に留まる。真空状態になる前に、清浄化チャンバ２に不活性ガスを吹付けることができる。
【００３３】
清浄化処理が完了すると、中間ドアハウジング８内のドアを開放し、１回分の構造物が内部搬送装置によって清浄化チャンバ２から処理チャンバ３へ運ばれる。中間ハウジング８内のドアを閉じる。真空ライン１９内のバルブを閉じる。ここで清浄化チャンバ２を再び充填することができる。
【００３４】
処理チャンバ３内の温度は温度調節に従って変化する。時間をおっての温度経過については図２に示す。
【００３５】
処理チャンバ３が接合温度Ｔ_Vに達しかつこの温度が時間Ｈ_Vにわたって維持された後、中間ハウジング１１内のドアが開放されかつ内部搬送装置を介して１回分が冷却チャンバ４内へ運び込まれる。冷却チャンバ４内には負圧が発生しており、これは処理チャンバ内の負圧に本質的に等しい。処理チャンバから充填物が除去されると、中間ドアハウジング１１内のドアが閉じられる。冷却剤流入および流出ライン２０および２１それぞれを介して、冷却剤を冷却チャンバ４の二重壁のハウジング内へ供給し、１回分のハニカム体１を冷却する。
【００３６】
導出温度Ｔ_Aになると、冷却チャンバ４の移動ドア１２が開放され、構造物はチャンバ４から取出される。一方、はんだ付炉の温度は導入温度Ｔ_Eまで下げられている。構造物を取除いた後、冷却チャンバ４を閉じ再び排気して真空状態にする。
【００３７】
図２は処理チャンバおよび冷却チャンバにおける時間をおっての温度経過を例示する。処理チャンバは温度Ｔ_Eまで加熱される。この温度で、控えのチャンバから１回分が処理チャンバ内に運び込まれる。処理チャンバ内の温度を第１の保持温度Ｔ₁まで上昇させる。この温度になるまでの速度は処理チャンバの加熱力に依存する。処理チャンバは期間Ｈ₁の間この温度Ｔ₁で維持される。この間に、処理チャンバ内の温度は均一になる。次に、処理チャンバ内の温度を第２の保持温度Ｔ₂まで上昇させ、期間Ｈ₂の間この温度に維持する。最後に、処理チャンバ内の温度をたとえばおそらく約１２００℃を超える接合温度まで上昇させる。この温度Ｔ_Vで、処理チャンバを期間Ｈ_Vの間作動させる。時間Ｈ_Vが経過すると、処理チャンバの加熱をオフにし、冷却室との連通路を開放する。処理チャンバ内の温度は温度Ｔ₃まで急速に低下する。図２は冷却チャンバ内の温度経過を点線で示す。冷却チャンバ内の温度経過は制御されていない。これは、ファンを使って冷却チャンバ内に保護ガスを導入し循環させているためである。
【００３８】
冷却チャンバ内の温度がおよそ１５０℃になると、構造物を取出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の方法を行なうための装置の模式図である。
【図２】真空はんだ付炉における時間をおっての温度経過を示す図である。
【符号の説明】
１ 構造物
２ 清浄化チャンバ
３ 処理チャンバ
４ 冷却チャンバ
５ 導入ライン
６ 導出ライン
７ 充填ドア
８ 中間ドアハウジング
９ 流入ライン
１０ 流出ライン
１１ 中間ドアハウジング
１２ 移動ドア
１３ バルブ
１４ 拡散ポンプ
１５ ポンプセット
１５ａ フォアポンプ
１５ｂ ルーツポンプ
１６ ポンプライン
１６ａ，ｂ，ｃ ライン
１７ ポンプセット

Claims (10)

1. 曲げられ、編み合わせられ、または少なくともそのうちのいくつかがある特定の構造を有する多層シートメタル層から触媒コンバータ用のハニカム体を製造する方法であって、
   清浄化チャンバ（２）の真空中で前記構造物（１）を清浄化するステップと、
   処理チャンバ（３）へ前記構造物（１）を搬送するステップと、
   １０²から１０^-1Ｐａ（１０^-3から１０^-6バール）の真空中で１２００℃を超える接合温度で前記シート金属層の金属接合のためのはんだ付処理を実行するステップと、
   冷却チャンバ（４）へ前記構造物（１）を搬送するステップと、
   前記冷却チャンバ（４）内の真空中で前記構造物（１）を予め定められた温度まで冷却するステップとを含み、
   前記処理チャンバ（３）は外気に接することがなく、前記処理チャンバ（３）内の前記温度（Ｔ）は予め定められた温度経過に合うようになっており、前記温度経過は、前記処理チャンバ（３）内の前記温度（Ｔ）を最初、第１の保持温度（Ｔ₁）にし、その温度である期間（Ｈ₁）維持し、その後温度を第２の保持温度（Ｔ₂）にしかつある一定期間（Ｈ₂）その温度で維持し、次に前記温度（Ｔ）を接合温度（Ｔ_V）まで上昇させてある期間（Ｈ_V）その温度で維持し、かつその後温度（Ｔ_A）を下げるというものであり、前記接合動作の後、前記処理チャンバ（３）内の前記温度（Ｔ）を、前記処理チャンバ（３）と前記冷却チャンバ（４）とを部分的に結合させることによって下げる、方法。
2. 前記構造物（１）が前記清浄化チャンバ（２）内で加熱される、請求項１に記載の方法。
3. 前記清浄化チャンバ（２）に不活性ガスを吹付ける、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記清浄化チャンバ（２）に加熱した不活性ガスを吹付ける、請求項３に記載の方法。
5. １０²から１０^-1Ｐａ（１０^-3から１０^-6バール）の範囲の負の圧力を前記清浄化チャンバ（２）内に発生させる、請求項１に記載の方法。
6. １Ｐａ（１０^-5バール）の負の圧力を前記清浄化チャンバ（２）内に発生させる、請求項１に記載の方法。
7. 前記清浄化チャンバをおよそ２００℃の温度まで加熱する、請求項２に記載の方法。
8. 前記構造物（１）を前記冷却チャンバ（４）内でおよそ１５０℃の温度まで冷却する、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 不活性ガスを前記冷却チャンバ（４）に導入しかつ前記冷却チャンバから取除く、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記金属の結合がはんだ付によって行なわれる、請求項１から９のいずれかに記載の方法。

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