JPH05103994A - 排気ガス浄化触媒用メタル担体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】平板と波板の拡散接合を低温で短時間で行い得
るようにする。 【構成】平板１０と波板１１とを重ねてロール状に巻回
してハニカム体１を形成し、ハニカム体１を真空中で高
温保持して平板１０と波板１１を拡散接合するメタル担
体の製造方法において、平板１０と波板１１の接触部位
に銅系金属１２を介在させて拡散接合することを特徴と
する。銅は拡散係数が大きく母材中に速やかに拡散する
ので、１０５０℃の低温で約５分保持するだけで強固に
接合できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス浄
化触媒に用いられるメタル担体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス浄化触媒用メタル担体として、
例えば特開昭５６−４３７３号公報などにみられるよう
に、平板と波板とを重ねてロール状に巻回してハニカム
体を形成し、そのハニカム体を金属製外筒内に収納した
ものが知られている。このメタル担体では、ハニカム体
のハニカム通路表面にアルミナなどからなる触媒担持層
が形成され、その触媒担持層に貴金属触媒が担持されて
排気ガス浄化触媒となる。そして内燃機関の排気通路に
配置され、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化す
る。

【０００３】なお、限られた体積中にできるだけ多くの
ハニカム通路の面積を確保するのが望ましいことから、
波板及び平板の厚さは強度を維持できる範囲でできるだ
け薄くされている。そして波板と平板及び外筒とハニカ
ム体とは、通常ロウ付けによって一体的に接合されてい
るが、工数が多大で生産性が悪く、かつロウ付け部分が
腐食し易いという不具合がある。そこで特開昭６３−２
９９８７５号公報や特開平１−２６６９７８号公報に
は、拡散接合により平板と波板の接触部を接合する方法
が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ハニカム体
は高温耐酸化性に優れていることが望ましいため、平板
及び波板は、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ−ＲＥＭ（Ｙ，Ｌ
ａ等）などの耐熱鋼から形成されている。このような耐
熱鋼を拡散接合する場合には、例えば真空中１３００℃
で６０分という高温で長時間の加熱条件が必要となり、
生産性及び熱エネルギー面で不具合がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、平板と波板の拡散接合を低温で短時間で行
い得るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のメタル担体の製造方法は、平板と波板とを重ねてロ
ール状に巻回してハニカム体を形成し、ハニカム体を真
空中で高温保持して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、平板と波板の接触部位に銅系金
属を介在させて拡散接合することを特徴とする。

【０００７】本発明の製造方法では、先ず平板と波板と
が重ねられた状態でロール状に巻回されてハニカム体が
形成される。波板は、通常平板と同材質で同一板厚を有
し、平板を波形状に曲折して形成されている。この波板
及び平板は、従来と同様に例えばＡｌ−Ｃｒ−Ｆｅ合
金、ステンレス鋼などから形成される。そして前記した
ように限られた体積中にできるだけ多くのハニカム通路
の面積を確保することが好ましいことから、板厚は５０
μｍなど強度を維持できる範囲で極力薄くするのが好ま
しい。

【０００８】本発明の特徴は、平板と波板とを銅系金属
を介在させた状態で拡散接合するところにある。銅系金
属とは銅または銅合金を意味し、以後銅を用いた場合を
例にして説明する。銅を平板と波板の接触部位に介在さ
せるには、波板の波の頂部を予め銅メッキする方法、波
板の波の頂部と平板との間に銅箔を挟む方法、あるいは
銅粉を含むスラリーやペーストを塗布する方法などの方
法で介在させることができる。このように銅を介在させ
て拡散処理を行うと、銅が速やかに母材中に拡散するた
め、例えば真空中１０５０℃で５分以上の加熱保持によ
り強固に拡散接合することができる。

【０００９】介在させる銅の量が多く母材中への拡散量
が多くなると、母材の高温耐酸化性が著しく劣化するこ
とがわかっている。また銅が少ないと充分な接合強度が
得られない。したがって介在させる銅の量は重要であ
り、平板及び波板の厚さが５０μｍの場合には０．１〜
２μｍの厚さの範囲の量とすることが望ましい。本発明
の製造方法によれば、上記したように母材どうしの拡散
接合温度より低温で接合することができる。したがって
銅をハニカム体の部分的に介在させて低温で拡散接合す
れば、銅が介在する部分のみを局部的に接合することが
できるので、接合が必要な部位のみを選択的に接合する
ことができる。これにより熱応力の緩和が必要な部位で
は平板と波板の接合を回避することができ、ハニカム体
の熱応力による破断を防止することができる。

【００１０】メタル担体では、ハニカム体は一般に外筒
内に保持された状態で排気系に装着される。ここでハニ
カム体と外筒とは、従来ロウ付けや拡散接合で一体的に
接合されているが、本発明ではＮｉロウによりロウ付け
接合するのが便利である。Ｎｉロウ付け時の温度は本発
明の拡散接合温度に近接しているので、銅を介在させた
ハニカム体を外筒内に配置し、例えば真空中１０５０〜
１２００℃で１０分以上加熱することにより、平板と波
板の拡散接合及びハニカム体と外筒のロウ付けを同時に
行うことができる。

【００１１】

【作用】Ｆｅ中におけるＦｅの拡散係数は０．４ｃｍ²
／ｓｅｃであるのに対し、Ｆｅ中におけるＣｕの拡散係
数は９．８ｃｍ² ／ｓｅｃと極めて高い。したがってＣ
ｕの耐熱鋼中への拡散は、Ｃｕのない母材どうしの拡散
よりも速やかに進行する。

【００１２】本発明の製造方法では、耐熱鋼からなる平
板と波板の接触部位に銅系金属が介在した状態で拡散接
合されるため、上記理由により母材どうしの拡散接合条
件に比べて低温度、短時間で強固に接合される。

【００１３】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （試験例）Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼から形成された厚
さ５０μｍの平板を用意し、この平板どうしを銅箔を介
在させた状態で拡散接合を行った。銅箔の厚さは０μｍ
から３．０μｍの間で５水準選び、拡散接合条件は真空
中１０００℃、１０５０℃および１１００℃でそれぞれ
５分加熱する３水準を選んだ。そして得られた接合板の
接合強度を引張試験で判定し、母材破断を○、接合界面
境破断を×として表１に示す。また１０５０℃で５分加
熱されて接合された各接合板を１１００℃で長時間保持
し、平板の異常酸化発生時間を比較して高温耐酸化性を
調べた。その結果６００時間以上を○それ以下を×とし
て表１に示す。

【００１４】

【表１】 表１より、銅箔の厚さと接合温度により接合強度が大き
く影響されることがわかる。また銅箔の厚さが３．０μ
ｍを超えると、高温耐酸化性が大きく低下する。そして
銅箔が存在しない母材どうしの場合には、１１００℃で
５分間の加熱だけでは拡散接合が困難なこともわかる。 （実施例１）図２に本実施例で得られたメタル担体の概
略断面図を示す。先ず、厚さ５０μｍのＦｅ−２０Ｃｒ
−５Ａｌ鋼から形成された平板１０及び波板１１を用意
し、図１に示すように重ねてロール状に巻回してハニカ
ム体１を形成する。このときハニカム体１の両端からそ
れぞれ３０ｍｍの範囲で、波板１１の波の頂部に厚さ
１．０μｍの銅箔１２を介在させ、平板１０との間で挟
みながら巻回する。得られたハニカム体１は、直径８０
ｍｍ、高さ１１５ｍｍの円柱形状である。

【００１５】次に厚さ１ｍｍのステンレス鋼から、内径
８０ｍｍ、高さ１１５ｍｍの円筒状に形成された外筒２
を用意し、ハニカム体１を挿入する。。このときハニカ
ム体１と外筒２の間には、両端面から５ｍｍの範囲を残
してＮｉロウ材３が介在されている。そして真空中１１
００℃で１０分間加熱して、平板１０と波板１１をハニ
カム体１の両端部から３０ｍｍの範囲で、銅箔１２を介
して拡散接合するとともに、外筒２とハニカム体１をロ
ウ付けして一体的に接合されたメタル担体を形成した。

【００１６】得られたメタル担体の平板１０と波板１１
の接合強度を抜き試験で測定したところ、破断は母材破
断であった。このメタル担体は、軸方向中央部では平板
１０と波板１１は接合されていないので、触媒として使
用時の熱応力が緩和され耐久性に優れている。 （実施例２）図３に第２の実施例で得られたメタル担体
を示す。本実施例では、実施例１に加えてさらにハニカ
ム体１の外周表面から厚さ３ｍｍの範囲にも銅箔を配置
したこと以外は実施例１と同様である。本実施例で得ら
れたメタル担体も実施例１と同様の接合強度を示した。
また実施例１と同様に耐久性に優れている。 （実施例３）図４に第３の実施例で得られたメタル担体
を示す。本実施例では、銅箔をハニカム体１の全周で外
表面から厚さ３ｍｍの範囲及び一端面から軸方向に２０
ｍｍの範囲に設けたこと、Ｎｉロウ材３をハニカム体１
の他端面から軸方向に４０ｍｍの範囲に設けたこと以外
は実施例１と同様である。本実施例で得られたメタル担
体も実施例１と同様の接合強度を示した。

【００１７】またハニカム体１は他端部でのみ外筒２と
ロウ付け接合され、一端は自由端となっている。したが
って一端部は熱による膨張・収縮が自由となり、一層熱
応力が緩和される。 （実施例４）図５に第４の実施例で得られたメタル担体
を示す。本実施例では、ハニカム体１の両端の拡散接合
深さを１５ｍｍとし、中間筒４と他端部側で端面から４
０ｍｍの範囲でロウ付け接合されているとともに、中間
筒４は一端部側で外筒２とロウ付け接合されていること
以外は実施例２と同様である。本実施例で得られたメタ
ル担体も実施例１と同様の接合強度を示した。

【００１８】また実施例３と同様にハニカム体１の一端
部は自由端となるとともに、中間筒４の他端部も自由端
となっているため、実施例３に比べてさらに熱応力を緩
和することができる。 （比較例）実施例１と同様の平板と波板から、銅箔を用
いることなくハニカム体を形成した。そして実施例１と
同様にＮｉロウ材を介して外筒内に装着し、真空中１１
００℃に加熱して１．５時間保持し、平板と波板を母材
どうしで拡散接合するとともに、ハニカム体と外筒とを
ロウ付け接合した。

【００１９】得られたメタル担体の平板と波板の接合強
度を抜き試験で測定したところ、破断は母材破断であっ
た。 （評価）比較例では拡散接合に１１００℃で１．５時間
と長時間及び高温の加熱を必要としているが、実施例で
は１０５０℃で５分の加熱で十分な接合強度が得られて
いる。この差は銅箔を介在させたことによるものであ
り、本発明の効果が明らかである。

【００２０】

【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、従来の拡散接合による製造方法に比べて低温
度で短時間に接合でき、生産性が向上するとともに熱エ
ネルギーを節約することができる。また局部的な拡散接
合が可能となったため、必要な部位のみを接合すること
ができ、ハニカム体に作用する熱応力を緩和し、使用時
の耐久性を向上させることができる。

【００２１】さらにハニカム体の接合にＮｉロウを用い
ないので、製造コストが低減するとともに、Ｎｉロウに
起因する高温耐酸化性の劣化、高温での延性低下などを
回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における接合前のハニカム体
の要部断面図である。

【図２】本発明の一実施例で得られたメタル担体の概略
断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例で得られたメタル担体の
概略断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例で得られたメタル担体の
概略断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例で得られたメタル担体の
概略断面図である。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：外筒 ３：Ｎｉロウ材
４：中間筒 １０：平板 １１：波板 １２：銅箔

フロントページの続き (72)発明者 梶 剛三 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 西野 和彰 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板と波板とを重ねてロール状に巻回し
   てハニカム体を形成し、該ハニカム体を真空中で高温保
   持して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、 該平板と該波板の接触部位に銅系金属を介在させて拡散
   接合することを特徴とする排気ガス浄化触媒用メタル担
   体の製造方法。