JPH02253852A - 自動車触媒用金属基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車触媒用の金属基体に関する。

（従来の技術） 自動車の排気ガス規制が実施されて１０年以上経過する
が、現在の排気ガス対策はエンジンの改良と触媒による
排気ガスの浄化によって行われている。排気ガス浄化用
の触媒はコージェライト等のセラミックハニカムの上に
ｐｃなどの貴金属触媒を担持させたγ−アルミナ粉を担
持する構造のものが主流を占めている。

しかしながら、ひれらのセラミックハニカムは排気抵抗
がやや高く、またハニカムの破壊を防止するために外筒
との間に挿入する緩衝用のステンレスメツシュの耐熱性
の制約などから、その使用温度が低めに制限される等の
欠点があった。

これらの欠点を改善するものとして、近年ステンレス箔
からなる金属担体が注目されるようになった。この金属
担体の一般的な構造は第２図に示されるように、厚み５
０．前後のステンレス平箔と波型加工したステンレス波
箔とを重ねて円筒形状または楕円性状に巻き込んだ金属
ハニカム構造体２を、耐熱ステンレス製の外筒１′に挿
入した上で平箔−波箔−外筒間を相互にろう付けや抵抗
溶接等によって接合したものとなっている。

ここで金属ハニカム構造体と耐熱ステンレス外筒との間
には、出来るだけ隙間の無い固定的結合状態を先ず実現
させた後、画部分を確実にろう付けもしくは溶接するこ
とが必要である。固定的結合状態を得るためには外筒の
内径と金属ハニカム構造体の外径がほぼ同一寸法である
必要があるが、始めから同一寸法で作製してしまうと、
当然のことながら収納が非常に困難となる。そこで実際
には、特公昭５７−５５８８６号公報に開示されている
ように、大きめに作った外筒にハニカム構造体を収納し
た後に、外筒の外側から工具によってプレス嵌めを行う
方法等が行われている。前記特許公報には多様なプレス
嵌めの方法についての記載があるが、大きく分けると、
金属ハニカム構造体を収納した外筒の外側から絞りリン
グを作用させて直接プレス嵌めを行う方法と、外筒自体
を割型もしくはスリット付きの状態で作った後金属ハニ
カム構造体を収納し、工具によってプレス嵌めの力を作
用させた状態で割型の突合せ部もしくはスリット部を溶
接等によって接合する方法、の二つが述べられている。

ところがこれらの方法には、次のような欠点がある。す
なわち、まず絞りリングで直接プレス嵌めを行う方法は
、異物の咬み込みや絞りリング内面での焼き付き発生等
により、外筒表面にキズをつける恐れがある。また外筒
を割型もしくはスリット付きとして溶接で接合する方式
には溶接によるハニカムの溶損や外筒が変形するという
問題が、また同様の割型もしくはスリット付きの外筒を
溶接以外の方法で接合する方式には作業工程が煩雑にな
るという問題がある。信転性のある固定的結合が可能で
かつ量産プロセスで容易に実施出来る方法が強く求めら
れている。

（発明が解決しようとする課Ｉ！Ｉり 本発明の目的は、金属ハニカム構造体を外筒内部に収納
して一体に組み込む工程において、収納時には両者の間
に十分な隙間があって容易に収納が出来、かつ量産に支
障のない簡単な作業の追加だけで、外筒と金属ハニカム
構造体との間の固定的結合状態が、確実かつ容易に得ら
れるような自動車触媒用金属基体を提供することである
。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、平らな金属箔と波型加工した金属箔を
重ねて巻き込んでなる金属ハニカム構造体を、形状記憶
合金製の外筒に収納してなることを特徴とする自動車触
媒用金属基体、にある。すなわち本発明は、自動車触媒
用金属基体の外筒を形状記憶合金で製作することによっ
て、金属ハニカム構造体との間に隙間の無い固定的結合
状態が容易かつ確実に得られるとの新知見に基づいて構
成されたものである。

一般に形状記憶合金には、ある成形段階で形状を固定し
たまま一定温度に加熱する等の方法によって特定の形状
を記憶させると（形状記憶処理）、後に一定限度内での
変形を与えても、規定の温度以上に加熱する（形状回復
処理）だけで予め記憶させた形状が復元するという特異
な性質がある。

ところで形状記憶合金にもいくつかの種類があり、用途
によっては特定の種類の形状記憶合金を選んで使用する
ことが必要である。合金の選択に際して特に重要な点は
、二方向動作（−度だけ形状回復動作を起こさせるだけ
でなく、温度の上げ下げだけで二つの形状の間を往復動
作させること）が必要かどうかと、形状回復動作をどの
ような温度で行わせるかという点である。しかしながら
自動車触媒用金属基体の外筒として使う場合に形状記憶
合金に要求される特性としては、平箔と波箔を巻き込ん
だ金属ハニカム構造体を内部に収納するときには内径が
大きく広がっていて、次工程で接合が行われるまでの間
に、金属ハニカム構造体の外周に溶着するように収縮す
るだけで良く、二方向動作の必要は無い。またここで次
工程に相当するのは、金属ハニカム構造体の層間および
外周と外筒内周との間をろう付は等の方法で接合する工
程に相当することになるが、そこでは自動車触媒用基体
の使用温度より十分に高い１２００°Ｃ程度の高温度へ
の加熱が行われる。金属ハニカム構造体を収納する外筒
を形状記憶合金製とすることによって、ろう材が融けて
接合作用の行われるこの高温度に到達するまでの間に、
その内径を収縮させて金属ハニカム構造体を適度な力で
締め付けるように作用させることが可能となる。この１
２００°Ｃという温度は一般の形状記憶合金が形状回復
するために必要とされる温度域をはるかに上回っている
から、およそ如何なる種類の形状記憶合金を用いること
にしても、形状回復は十分に完了する。

したがって形状記憶合金の種類に対してはこれらの面か
ら制約を加える必要はなく、むしろ腐食等の経年使用時
の劣化に対する特性がどうかという視点と、成形や拡管
等の加工のしやすさ並びにコスト等の面から最適な合金
を選ぶことが必要であろう。

本発明における形状記憶合金製の自動車触媒用金属基体
の代表的な形態を第１図に示すが、外筒は製作後にまず
その内径が金属ハニカム構造体２の外径ぎりぎりかもし
くは多少小さい程度となるようにして形状記憶処理が施
されている必要がある。ただし外筒成形時の歪が解放さ
れた状態で形に異常の生じないような理想的な加工が行
われた場合には、この形状記憶処理を省略しても差し支
えの無い事もある０次にその形状記憶合金の特性に基づ
いて指定される温度域において、外筒の内径を数％程度
押し広げる（ｌａ）　、形状記憶合金の種類によっては
、この拡管加工を０℃以下の低温度で行わなければなら
ないものもあるので、出来るだけ室温で拡管加工できる
種類の形状記憶合金を使用することが望ましい。外筒が
拡管されたことによって、金属ハニカム構造体２は外周
部にろう材またはバインダー材を塗布された状態であっ
ても、拡管後の外筒（Ｉｂ）の内部に抵抗無く容易に収
納することが可能となる。

この後は形状記憶合金の形状回復温度まで加熱するだけ
で、外筒は予め拡管された分にほぼ相当するだけの収縮
を起こすから、内部に収納されている金属ハニカム構造
体と外筒との間に存在した隙間は消失し、収縮後の外筒
１と金属ハニカム構造体２との間は理想的な固定的結合
状態となる。

ただし、外筒に形状記憶合金を使用しない通常の場合で
あっても、金属ハニカム構造体を外筒に収納した後では
、ろう付けのために１２００　’Ｃ程度の高温度への加
熱が行われているのが普通である。

外筒を形状記憶合金で作る場合においてもこのような工
程をとることは可能であるから、そのような場合には、
形状回復処理という、外筒を収縮させるだけのための付
加的な前記の加熱工程はまったく不要となり、ろう付け
のために高温度に加熱する昇熱過程において形状記憶合
金製外筒が自動的に収縮するようにさせることができ、
工程は筒略化される。

既に述べた通り、本発明において外筒用として使用する
形状記憶合金は基本的にはどの様な種類のものであって
も差し支えないのであるが、耐熱性・加工性・コスト等
の面を考えると、鉄基の一連の形状記憶合金が最も望ま
しい合金の一つであることは間違い無い、これらの合金
はステンレス綱とほとんど変わらぬ方法で溶製・圧延・
バイブ成形が出来るので、外筒として要求される断面形
状が真円である場合はもちろん、楕円や矩形その他の複
雑な形状であっても十分に成形出来るという利点も合わ
せ持っている。

（作用） 自動車触媒用金属基体は、平箔と波箔を重ねて巻き込ん
でなる金属ハニカム構造部とそれを収納する外筒部とが
別々に製作された後、一体に組立てられて完成体となる
０本発明においては、外筒が形状記憶合金で製作されて
おり、しがもその内径は、予め内部に収納される金属ハ
ニカム構造体との間で隙間の無い理想的な固定的結合状
態が実現できるような寸法形状に合わせて形状記憶処理
がなされた上、金属構造体を楽に収納出来る大きさにま
で拡管されている。そのため、外筒内部への金属ハニカ
ム構造体の収納は全く抵抗なく、極めて容易に行われる
。しかる後に形状記憶合金の形状回復に必要な温度領域
に加熱するという付加的な工程を設けるか、もしくはろ
う付けのための１２００℃程度の高温度領域に加熱され
る昇温過程で必然的に形状回復に必要な温度域を通過す
ることによって、形状記憶合金製外筒は予め記憶させら
れた寸法形状に復元する。内部に収納された金属ハニカ
ム構造体は、この時の外筒の収縮によって緊密に固定的
に結合されるに至り、外筒の形状も極めて良好に保たれ
るため、ろう付は後に寸法矯正のための加工等が一切不
要となる。

（実施例） 実施例　１ 外径１１６．２ｍｍの断面円形の金属ハニカム構造体に
対して、板厚１．５ｍｍに圧延した１５％Ｍｎ−５％５
ｉ−１１％Ｃｒ−７％Ｎｉを含み主体的残部が鉄である
鉄系形状記憶合金で、内径が１１６．０ｗのＴＩＧ溶接
バイブを作り、上記金属ハニカム構造体用の外筒として
使用した。この例では製管後の外筒は、形を束縛せずに
１０００°Ｃに加熱して溶体化熱処理を行っただけで、
正規の形状記憶処理は行わなかった。次に内径１１６．
０■の外筒は室温でマンドレルを用いて、内径が１１８
．８ｍｍとなるように、約２％の拡管を行った。

金属ハニカム構造体外周部にはろう材を塗布した上、拡
管後の外筒内部に収納して３００°Ｃに加熱した。加熱
後炉から取り出して確認したところ、外筒と金属ハニカ
ム構造体との間に存在していた約２．６　ｔｔｎの隙間
は完全に無くなっており、外筒を垂直に立てて保持して
も、内部の金属ハニカム構造体が抜けでることはない程
度にしっかり固定されていた。

次に１２００℃に加熱してろう付けを行うことにより、
均一なキズの無い良好な自動車触媒用金属担体の組立が
完了した。

実施例　２ 断面積が１０．５ｃｄの楕円形状を有する金属ハニカム
構造体に対して、実施例１で用いたのと同じ１、５　ｗ
ａ板厚の鉄系形状記憶合金で、断面形状と内部の断面積
が金属ハニカム構造体とほぼ同一の外筒を製作した。こ
の外筒は製管後に予め９００″Ｃで形状記憶処理を行っ
た後、断面が外筒と相似形でかつ断面積は約５％大きい
マンドレルを室温で挿入して、内部に金属ハニカム構造
体が楽に収納出来るようにするための拡管を行った。こ
の外筒内にろう材を塗布した金属ハニカム構造体を収納
し、直接ろう材を溶かしてろう付けを行う１２００℃の
高温度への加熱を行った。なお実施例１で省略した形状
記憶処理を本実施例で行った理由は、本実施例の場合は
断面形状を楕円体とするために円周方向で不均一な歪の
加わる加工を行ったので、その歪を解放して、後に金属
ハニカム構造体を締め込む際に不均一な力を作用させな
いことを配慮したためである。しかしながら本実施例の
ように断面形状が円形でない場合であっても、自動車触
媒用担体としての用途の場合にはいずれろう付けのため
の高温度に加熱されて不均一な歪は十分に除去されてし
まうのであるから、形状記憶処理を省略しても特に不都
合は生じないものと考えられる。

加熱後の外筒は、金属ハニカム構造体を隙間なく締め込
んだ状態で均一にろう付けがなされており、形状記憶合
金製外筒をろう付は前に予め収縮させるための熱処理を
省略した本実施例においても、自動車触媒用金属担体の
一体化組み込みは十分に可能であることが確認された。

実施例　３ 内径１１９．１ｍｍの円形断面を存する金属ハニカム構
造体に対して、上記２例と同じ１．５１ａｌｌ板厚の鉄
系形状記憶合金で、内径１１７．０ｍｍの外筒を製作し
た。外筒に丸める前の圧延板の段階で溶体化熱処理（１
０００°Ｃ）を行っておき、製管後に内径が１２１．１
ｍ＋となるように３．５％の拡管を行った後に、内部に
金属ハニカム構造体を収納し、直接１２００°Ｃに加熱
した。加熱後、外筒は拡管された内径サイズに対して約
１．７％小さい金属ハニカム構造体の外周部にほどよく
収縮した状態でろう付けがなされており、先の二側に比
べて遜色の無い結合状態が達成されていた。

本実施例の場合のように、形状記憶合金の圧延板を外筒
に成形加工する前の板のままの段階で熱処理をすませて
おけることは、生産工程の能率向上に極めて有利なこと
である。しかしこの場合には、拡管の時に与えた歪量に
対して形状回復過程で引き出すことの出来る歪量が１０
０％よりかなり低めになる（本実施例では約５０％）こ
とを計算に入れた設計を行うことが必要である。具体的
な数字は、使用する形状記憶合金を使った予備的な実験
で確かめておくことが望ましい。

（発明の効果） 本発明による、形状記憶合金製の外筒を有する自動車触
媒用金属基体においては、一般の製造過程において困難
を伴う外筒と金属ハニカム構造体との一体化組立が、収
納作業は十分に隙間のある状態で行うことが出来、また
固定的結合状態を実現するために作用させる力も形状記
憶合金の形状回復作用で発生する均一で軟らかな発生力
だけである。薄い箔を巻き込んで作られている精密な金
属ハニカム構造体に対して無理な直接的な力を一切加え
る必要が無いので、ひずみやキズの無い、形状の良好な
自動車触媒用金属基体が極めて能率的に生産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動車触媒用金属基体の組立状況の一
例で、１は形状記憶合金製外筒、２は外筒内に収納され
る金属ハニカム構造体であるが、外筒１はバイブ状に成
形された状態（１ａ）から拡管された後（１ｂ）に金属
ハニカム構造体を内部に収納され、加熱によって両者が
一体化して完全に至る過程を示す図、また第２図は本発
明によらない一般的な自動車触媒用金属基体が外筒１′
と金属ハニカム構造体２とから構成されていることを示
す参考図である。 手続補正書（自発） 平成　１年７　月１４日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 工、事件の表示 平成１年特許願第７７２８２号 ２、発明の名称 自動車触媒用金属基体 ３゜ 補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 （６６５）新日本製鐵株式會社 代表者　齋　　藤　　　　裕 ４、代理人〒ｉｏ。 東京都千代田区丸の内二丁目４番１号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平らな金属箔と波型加工した金属箔を重ねて巻き込んで
   なる金属ハニカム構造体を、形状記憶合金製の外筒に収
   納してなることを特徴とする自動車触媒用金属基体。