JPH02298354A - 自動車排ガス浄化触媒用金属基体の製造方法 - 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） 本発明は自動車排ガス浄化触媒用の金属基体の製造方法
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年以上が経過し
、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Ｐ
ｔなと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。

しかしながらこ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鋼メツシュの耐熱性
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Ｗ
ｆｆ４９ｍ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５０ｐＩ１前後のステンレス鋼平箔と波型加工
したステンレス鋼波箔とを重ねて円筒形状または楕円形
状に巻き込んだ金属ハニカム構造体２を、耐熱ステンレ
ス調製の外筒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。

接合に際しては、金属ハニカム構造体と耐熱ステンレス
鋼外筒との間には、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
一寸法であることが必要であるが、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。

現在行われているのは、第２図に示すような方法である
６図は、通常の自動車υトガス浄化触媒用金属基体の製
造工程中、金属ハニカム構造体と外筒との組み込み部分
のみを抜きだして示したちのである。すなわち、外筒１
の内径を予め金属ハニカム構造体２の外径より少し太き
（作っておき、収納後に外部から機械的に力を加えて外
筒を絞り込み、内部の金属ハニカム構造体との固定的結
合を得ようとするものである。

外筒を絞り込むための具体的な方法としては、特公昭５
７−５５８８６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が代表的であ
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ｌ／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
るという問題が残されている。

（発明が解決しようとする課題） 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
れるような自動車排ガス浄化触媒用金属基体の製造方法
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耐熱ステン
レス鋼製の外筒内に収納する工程において、前記金属ハ
ニカム構造体を余裕をもって収納できる大きさの外筒内
に収納したままで、予め拡管処理された形状記憶合金製
円筒内部に挿入し、しかる後に形状記憶合金の形状回復
温度以上に加熱することによって前記形状記憶合金製円
筒を収縮させ、内部に収納された金属ハニカム構造体と
外筒とを結合することを特徴とする自動車排ガス浄化触
媒用金属基体の製造方法にある。

さらに、本発明は前記工程中で必要な形状記憶−合金製
円筒を収縮させるための加熱工程を、ろう付けのために
高温度に加熱するという自動車排ガス浄化触媒用金属基
体の製造において普通に行われる加熱工程における昇温
過程で代用させる能率的な方法をも包含する。

すなわち本発明は、自動車排ガス浄化触媒用金属基体の
製造工程において、収納が容易でかつ収納後に外筒と金
属ハニカム構造体との緊密な固定的結合状態を確保した
いという困難な課題が、形状記憶合金の利用によって極
めて効率的に実現できるとの新しい技術的知見に基づい
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。

そこで外筒そのものは通常の耐熱ステンレス鋼製のまま
として、その外筒の外側を拡管処理後の形状記憶合金製
円筒で被った上、適当な温度に加熱して形状記憶合金製
円筒を収縮させ、その時発生する収縮力で外筒をも収縮
させて内部の金属ハニカム構造体を結合する方法につい
て詳しく検討した。

以下その代表的な方法を、工程図とその主要工程部分の
模式的な図（［Ａ］〜［Ｅ〕）とを併せて示した第１図
によって説明する。

金属ハニカム構造体２と外筒１を別々に作製し、前者を
後者の内部に収納するところまでは現行の方法と何等変
わらない（第１図［Ａ］　）。また収納する際の外筒の
内径は、金属ハニカム構造体の外径に対して余裕を持っ
た大きさであって差し支えないから、収納作業は容易に
行うことができる。

次に金属ハニカム構造体２を収納した外筒ｌを、そのま
ま形状記憶合金製の円筒３内に挿入する（第１図［Ｂ］
）。形状記憶合金製円筒は、図中に一例として示したよ
うな割型式にしておくと、繰り返し使用できて便利であ
る。いずれにしてもこの円筒３に対しては、事前に、外
筒が金属ハニカム構造体を固定的に結合するまで収縮し
た時の外径寸法に近い適当な内径寸法を記憶させた後、
形状記憶合金の特性を考慮した一定量の拡管を行ってお
くことが必要である。

形状記憶処理の方法は、目標とする内径寸法に製作され
た形状記憶合金製円筒を記憶させる形状に拘束したまま
、その形状記憶合金について規定されている温度に短時
間加熱することによって完了する。ただし円筒形状を製
作する過程で極端に不均一な歪が付加されていなければ
、形状の拘束はせず単に加熱するだけで十分であるし、
更に加熱そのものを省略して差し支えない場合もある。

また拡管の方法は、第１図［Ｅ］　に示すように割型を
固定した状態で内部から力を作用させて行うのであるが
、マンドレルを挿入する、水圧の利用、拡管用金型の利
用など、具体的な方法は任意に選ぶことができる。

第１図［Ｂ］の状態にセットされた後で、形状記憶合金
の形状回復する温度域への加熱が行われる。加熱の手段
も色々あるが、加熱炉中に装入する、高周波加熱装置を
用いる、または熱風を利用する等の一般的な方法のいず
れであっても、温度の確保が行われれば手段については
自由である。

さらに工程の能率化を考えれば、形状記憶合金製円筒を
収縮させるための特別な加熱は行わず、次工程で行われ
るろう付は等のための加熱によって代行させてしまうこ
とも可能である。自動車排ガス浄化触媒用金属基体は使
用温度が高いのでろう付は工程も１２００″Ｃ程度の高
温度で行われる。形状記憶合金の形状回復処理温度はこ
れよりは遥かに低い温度であるから、ろう付けのための
高温度への加熱の昇温中に形状記憶合金製円筒を収縮さ
せることが十分に可能である。

加熱によって形状記憶合金製円筒３は収縮し、その収縮
によって外筒ｌもまた収縮させられることにより、外筒
はその内部に収納されている金属ハニカム構造体２を緊
密に固定するに至る（第１図［Ｃ］）。外筒を収縮させ
る形状記憶合金製円筒の収縮は一定の温度範囲に亘って
連続的に起こり、しかも力の発生は均一でかつ激しく擦
れあう部分も無いので、外筒の外側に直接力を作用させ
て収縮させる場合に比べて変形やキズが生じにくいとい
う特徴がある。加熱終了後、或はろう付は工程までが完
了した後に形状記憶合金製円筒３を取り外すことによっ
て（第１図［Ｄ］）、内部から、外筒ｌと金属ハニカム
構造体２が一体化された状態で組上がった自動車排ガス
浄化触媒用担体の中間製品を取り出すことができる。こ
のようにして処理された外筒１と金属ハニカム構造体２
との間は、無理の無い固定的結合状態が達成されている
ので、次工程の触媒担持処理工程等に理想的な状態でつ
なげることができる。

一方、形状記憶合金製円筒３の方は、第１図［Ｄ］の型
抜き後に再び拡管処理することによって、次の外筒の収
縮処理に繰り返し使用することができる。

なお本発明におい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が、耐熱性
・加工性・形状記憶特性・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鋼とほとんど変わらぬ方法で
溶製・圧延・パイプ成形ができるので、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、形状記憶合金製円筒
の断面形状を変更するだけで十分に対応できるという利
点がある。

（作　用） 自動車排ガス浄化触媒用金属基体は、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中
間完成体となる。抵抗無く容易に金属ハニカム構造体の
収納ができて、かつ収納後には外筒と金属ハニカム構造
体との間が緊密な固定的結合状態となることが要求され
ている。

本発明においては、外筒は十分に余裕をもった大きさに
作られるので、内部への金属ハニカム構造体の収納がま
ったく抵抗なく極めて容易に行われる。しかる後に、形
状記憶合金製の円筒内に挿入され、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、もしくはろう付は等のために高温度領域に加
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、形状記憶合金製円筒が予め記憶
させられた寸法形状に復元しようとし、この時に発生す
る力で外筒を外側から押え込み、内部に収納された金属
ハニカム構造体はこの外筒の収縮によって緊密に固定さ
れる。加熱後もしくはろう付は等の加熱工程後に形状記
憶合金製円筒を除去すれば、外筒が内部の金属ハニカム
構造体を固定的に結合した理想的な中間製品が得られる
。いずれの場合においても形状記憶合金の発生する力は
外筒の外周部に均一に作用するから、収縮後の外筒の形
状は極めて良好に保たれ、ろう付は後に寸法矯正のため
の加工等を一切必要としない良好な組込みが行われる。

（実施例） 実施例１ 平らな金属箔と波型加工した金属箔とを重ねて巻き込み
、外径１１６．２ｍ、長さ９５ｍｎ＋の断面円形状に成
形した金属ハニカム構造体を、板厚１．５鵬、内径１１
７．０ｍｍ、長さ９５ａｕａの耐熱ステンレス鋼製外筒
中に収納した。形状記憶合金製円筒は長さｌｏＯｍ＋、
肉厚３．５　ｍで、２８％Ｍｎ−６％５ｉ＝５％Ｃｒを
主成分とする鉄基形状記憶合金で製作した。第１図３に
示されたように円筒を二つ割にした方式とし、分割され
ている上下の部分を着脱可能な方法で固定する０本実施
例ではボルトを用いたが、外部をベルトで巻く等の他の
方法によっても一向に差し支えはない。固定された状態
における形状記憶合金製円筒は、内径を１１９．０−に
製作し、室温において内径が１．２２．５　ｍ１１１に
なるように、マンドレルによって拡管した。

金属ハニカム構造体を収納したままの外筒を、この形状
記憶合金製円筒内に挿入し、３００°Ｃに加熱を行った
ところ、形状記憶合金製円筒の収縮によって外筒は外側
から強制的に押え込まれ、内部に収納されている金属ハ
ニカム構造体を固定する状態となった。室温まで冷却後
に、ボルトを外して形状記憶合金製円筒を上下に分割し
て除去すると、完全な固定的結合状態の外筒と金属ハニ
カム構造体との一体品が得られたので、何等の形状修正
を加える事なく次工程のろう付けのための加熱に供する
ことができた。

使用後の形状記憶合金製円筒はボルトによって上下を結
合した上で、再び室温において内径１２２．５鵬まで拡
管し、金属ハニカム構造体を収納した別の外筒に対する
同様の作業を繰り返し実施することができた。

実施例２ 平らな金属箔と波型加工した金属箔とを重ねて巻き込み
、外径１１６．２閣、長さ９５ｍｍの断面円形状に成形
した金属ハニカム構造体を、板厚１．５騙、内径１１７
．０ｍ、長さ９５ｍｍの耐熱ステンレス鋼製外筒中に収
納した。形状記憶合金製円筒は長さ１００ｍｍ、肉厚４
ｍｍで、２６％Ｍｎ−５％５ｉ−１１％Ｃｒ−６％Ｎｉ
を主成分とする鉄基形状記憶合金で製作した。第１図３
に示されたように円筒を二つ割した方式とし、分割され
ている上下の部分はボルトによって固定されている。固
定された状態における形状記憶合金製円筒の内径は１１
９．０ｍｍに製作し、室温においてマンドレル法によっ
て内径が１２２．５ｍｍになるように拡管した。

拡管後の形状記憶合金製円筒内に、金属ハニカム構造体
を収納したままの外筒を挿入したが、形状記憶合金の内
面に予め溶着防止用のボロンスプレーを塗布した。本実
施例で使用した形状記憶合金の形状回復温度は３００°
Ｃ以下で十分なのではあるが、ここでは形状回復処理単
独の加熱は省略し、これも予め金属ハニカム構造体の眉
間及び外筒内面に塗布されているろう材の溶融する１２
００°Ｃに直接加熱を行った。

形状記憶合金製円筒はこの加熱における昇温過程中の比
較的低温度側、すなわち２００〜３００°Ｃの温度範囲
を通過する際に収縮を起こし、ろう材が熔融する温度に
達するより漏かに早い時期において確実に、内部の外筒
に対して、更にその内部に収納されている金属ハニカム
構造体との間が一体となるように締結させる力を発揮す
る。このため、加熱前には外筒と金属ハニカム構造体と
の間には目に見える隙間があったにもかかわらず、加熱
終了後に形状記憶合金製円筒を除去した後でも、外筒が
加熱中に形状記憶合金製円筒に外側から押え込まれたま
まの状態でろう付けが行われた結果として、金属ハニカ
ム構造体と外筒の間は隙間の無い完全な状態が実現して
おり、理想的な中間完成品が得られた。

なお、本実施例の場合も、使用後の形状記憶合金製円筒
はいったん除去後再度組み立てて次の外筒と金属ハニカ
ム構造体の組立作業に繰り返し使用することができる。

ただし先の実施例１の場合と異なり、本実施例では形状
記憶合金製円筒そのものがろう付は作業の行われる高温
度域にまで加熱されるので、加熱後に外筒と形状記憶合
金製円筒との剥離が容易な様に耐熱性パウダー等を予め
塗布する等の方法で、両者が焼き付きを起こさないよう
に配慮することが必要である。

実施例３ 平らな金属箔と波型加工した金属箔とを重ねて巻き込み
、断面積が１０６．０Ｃ１１１で長さが９５ｍｍの楕円
形状を有する金属ハニカム構造体に対して、板厚１．５
閣の耐熱ステンレス鋼で、断面内周形状が相似で内部空
間の断面積が約３％太き（長さは９５ｍｍの外筒を製作
し、前記金属ハニカム構造体を内部に収納した。３．５
　ｔｍａ板厚で２６％Ｍｎ−５％５ｔ−１１％Ｃｒ−６
％Ｎｉを主成分とする鉄基形状記憶合金製円筒は、断面
内周形状は前二者と相似形でかつ内部空間の断面積は金
属ハニカム構造体の断面積に外筒の肉厚１．６ｗ分に相
当する面積増加分よりほやや小さめの５．０％を加算し
た１１１．３ｃｆｆｌとして形状記憶処理を行った長さ
９５鵬のものを使用した。断面形状は楕円であるが、形
状記憶合金製円筒を二つ割方弐とした点は先の二実流側
と同様である。

まず形状記憶合金製円筒内部の空間断面積を、相似形を
保ったままで７％だけ大きくなるように、室温で液圧拡
管法で拡管処理を行った。その後、予め上記金属ハニカ
ム構造体を内部に収納した耐熱ステンレス鋼製外筒を、
そのまま形状記憶合金製円筒内に挿入した。形状記憶合
金製円筒の内部空間の断面積は先の拡管処理によって、
外筒の断面積より３．７％だけ大きく広がっているため
、この段階で形状記憶合金製円筒内に外筒を挿入するの
は何等の無理もなく可能であった。

しかる後に３００°Ｃに加熱して形状記憶合金を収縮さ
せると、先の二側と同様に、外筒は金属ハニカム構造体
を固定的結合状態となるように締め付けた。加熱後に形
状記憶合金製円筒を除去して次工程の抵抗溶接を行った
結果、形状の良好な中間完成品が得られた。本実施例に
よって、断面形状が円形でない自動車排ガス浄化触媒用
金属基体の場合であっても、本発明法は十分有効である
ことが確認された。

（発明の効果） 本発明による自動車排ガス浄化触媒用金属基体の製造法
によれば、外筒内部への金属ハニカム構造体の組込み作
業が容易かつ確実に行われる。すなわち収納時には十分
な余裕のある状態で無理なく収納ができ、次に簡単な加
熱を加えるだけで、収納時にあった隙間が解消して理想
的な固定的結合状態が実現する。外筒を収縮させる力は
形状記憶合金の収縮力だけであるから極めて均一で無理
の無い状態で締め付けが行われ、歪や傷の無い良好な自
動車排ガス浄化触媒用金属基体が能率的に生産できる。

さらに高価な形状記憶合金製円筒は繰り返し使用するこ
とができるので、コスト上も過大な負担を受けることの
無い特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車排ガス浄化触媒用金属基体の製造工程中
、金属ハニカム構造体２を耐熱ステンレス鋼製外筒ｌの
中に収納して固定的結合状態を実現するに当り、形状記
憶合金製円筒３の収縮を利用する本発明法の基本的な実
施形態を説明する図、第２図は同じ両者の固定的結合状
態を得るために従来行われている方法の一例を示す図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　（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耐熱ステンレス鋼製
   の外筒内に収納する工程において、前記金属ハニカム構
   造体を余裕をもって収納できる大きさの外筒内に収納し
   たままで、予め拡管処理された形状記憶合金製円筒内部
   に挿入し、しかる後に形状記憶合金の形状回復温度以上
   に加熱することによって前記形状記憶合金製円筒を収縮
   させ、内部に収納された金属ハニカム構造体と外筒とを
   結合することを特徴とする自動車排ガス浄化触媒用金属
   基体の製造方法。
2. 　（２）形状記憶合金製円筒の形状回復処理のための加
   熱を、金属ハニカム構造体の層間および外周と耐熱ステ
   ンレス鋼製外筒内周との間のろう付けに必要な高温度へ
   の加熱で兼ねさせる請求項１記載の自動車排ガス浄化触
   媒用金属基体の製造方法。