JPH0947864A - 金属箔のろう付けおよびハニカム体のろう付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、第１の金属の酸化物を主成分とす
る絶縁被膜を有する金属箔間に、第１の金属の酸化物を
熱力学的に還元し得る第２の金属箔とろう材箔を積層し
た接合材を配置し、加熱処理して金属箔同士を接合する
際に、ろう材箔の反りによる浮き上がりがなく接合強度
を向上できる、絶縁被膜を有する金属箔およびハニカム
体のろう付け方法を提供する。 【解決手段】 ２枚のろう材箔でアルミナ等の第１の金
属の酸化物を熱力学的に還元し得る、Ｚｒなどの第２の
金属箔を挟み込んだ接合材を、第１の金属の酸化物を主
成分とする絶縁被膜を有する金属箔間に介挿し、非酸化
雰囲気中で加熱処理して金属箔間で第２の金属とろう材
箔を溶融して、第２の金属で第１の金属の酸化物を還元
し、絶縁被膜を破壊しながらろう付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面にアルミナあ
るいはクロミアなどの絶縁被膜を有する金属箔のろう付
け方法および排ガス浄化に用いられる電気加熱式触媒装
置用のハニカム体のろう付け方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、近年、自動車等内燃機関の排気
通路に浄化触媒を配し、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等
の有害成分を浄化する触媒装置が知られている。しか
し、排気浄化触媒は、活性温度より低い温度では、排気
浄化能力が著しく低下するため、内燃機関の始動時等、
触媒の温度が低い間は排気中の上記有害成分特にＨＣ、
ＣＯ成分が触媒により浄化されず、そのまま大気中に放
出されるという問題を生じる。

【０００３】この問題を解決するために、触媒担体に金
属を使用し、内燃機関の始動時にこの金属触媒担体に、
電流を流すことにより金属触媒担体自体を発熱させて、
短時間で触媒活性化温度（３００〜４００℃）まで上昇
させるようにした電気加熱式触媒装置が提案されてい
る。この電気加熱式触媒装置の例としては、特開平５−
２２０４０４号公報などに開示されたものがある。

【０００４】この電気加熱式触媒装置は、概念的には図
３に示すように、排気ガス流路に接続された筒状のケー
シング１内に通電発熱可能な電気加熱式触媒担体２と主
触媒担体３を直列配設してなるもので、排ガスを電気加
熱式金属触媒担体２を経由して主触媒担体３に導き、こ
こで排ガスを浄化して排出するように構成されている。

【０００５】ここで用いられる電気加熱式金属触媒担体
２は、図４に示すように少なくとも一方の表面に絶縁被
膜を形成した金属製の波箔４と平箔５を重ねて中心電極
６の回りに巻回して得られる、図５に示すような円筒状
の金属箔積層体（ハニカム体）７と、このハニカム体を
内装した外筒８と、この外筒に電気的に絶縁されつつ装
着された外部電極９と、この外部電極と前記中心電極６
間に通電する電源１０等から構成されており、ハニカム
体７に通電してこのハニカム体の電流路で発熱させ、触
媒活性化温度まで昇温させ、触媒反応を促進する機能を
有している。

【０００６】ここで用いられるハニカム体７を構成する
金属波箔４、金属平箔５には、一般には導電性のある金
属箔が用いられており、短時間に触媒を活性化温度にす
るための電流路を形成するため、波箔、平箔の少なくと
も一方にの表面に、アルミナなどの金属酸化物からなる
絶縁被膜を形成させ、図４に示すように、ハニカム体７
の形成過程で波箔４と平箔５間にろう箔材と、熱力学的
に絶縁被膜を還元し得る強還元金属箔からなる接合材１
１を介在させ、加熱処理することにより、金属波箔と金
属平箔の絶縁被膜を局所的に破壊しつつ接合し、図６に
示すように、中心電極６側から金属外筒８側に例えば螺
旋状の電流路１２を形成することが行われている。

【０００７】従来、このようなハニカム体の形成に際し
て、アルミナなどの金属酸化物（以下「第１金属の酸化
物」と称する）の絶縁酸化被膜を形成した金属箔からな
る波箔４と平箔５間に電流路を形成する接合部を形成す
る場合には、例えば、図７（ａ）に示すように、第１の
金属の酸化物を熱力学的に還元し得る強還元金属（以下
「第２の金属」と称する）の箔１１ａとろう材箔１１ｂ
を積層した接合材１１を、第２の金属箔１１ａが絶縁被
膜を有する金属箔からなる平箔５に接し、ろう材箔１１
ｂが絶縁被膜を有しない波箔４に接するように配置し、
非酸化雰囲気中で加熱してろう材箔が溶融するととも
に、第２の金属箔の絶縁被膜を還元することにより、第
２の金属の酸化物が溶融したろう材中に分散析出して、
ろう材が平箔５の素地に達することにより、波箔と平箔
間に電流路を形成可能にしつつ強固に接合するろう付け
方法が提案されている。

【０００８】前記方法で、例えば、第１の金属の酸化物
としてアルミナを用いた場合は、第２の金属として、Ｚ
ｒ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、および
原子番号が５７〜７１の希土類元素等アルミナを熱力学
に還元する金属あるいはこれらの金属が含有されている
合金が選択される。

【０００９】しかし、この方法においては、第２の金属
箔とろう材箔の融点が異なるために、図７（ｂ）に示す
ように、接合材１１が反り、波箔４、平箔５の接点以外
の部分でろう材箔１１ｂと第２の金属箔１１ａが浮き上
がり、結果として接合部１３付近の接合面積が小さくな
って接合強度が低下するという懸念があり、改善の余地
が残されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば電気
加熱式触媒担体に用いられるハニカム体を形成する際
に、第１の金属の酸化物の絶縁被膜を有する金属箔から
なる平箔と波箔間に、第２の金属とろう材を積層した接
合材を配置し、加熱処理してろう付けする場合に、前記
従来例のような問題を有しないろう付け方法を提供す
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の発明は、
相接する第１の金属の酸化物からなる絶縁被膜を有する
金属箔の間に、第１の金属の酸化物を熱力学的に還元し
得る第２の金属を２枚のろう材箔で挟み込んだ構成の接
合材を介挿して加熱処理し、金属箔間で第２の金属箔と
ろう材箔を溶融しつつ、第２の金属で第１の金属の酸化
物を還元して第２の金属の酸化物を生成し、絶縁被膜を
破壊しながら金属箔をろう付けすることを特徴とする表
面に絶縁被膜を有する金属箔のろう付け方法。第二の発
明は、金属箔で形成された平箔と波箔のいずれか一方ま
たは双方に第１の金属の酸化物からなる絶縁被膜を形成
し、この平箔と波箔間に、第１の金属の酸化物を熱力学
的に還元し得る第２の金属を２枚のろう材箔で挟み込ん
だ構成の接合材を配して巻取って筒状のハニカム体を形
成し、このハニカム体を加熱処理して、波箔と平箔間で
第２の金属箔とろう材箔を溶融しつつ、第２の金属で第
１の金属の酸化物を還元して第２の金属の酸化物を生成
し、絶縁被膜を破壊しながら金属波箔と平箔をろう付け
することを特徴とする電気加熱式触媒担体用のハニカム
体のろう付け方法。また、第三の発明は、第一の発明ま
たは第二の発明において、第１の金属の酸化物がアルミ
ナであることを特徴とするろう付け方法である。

【００１２】本発明においては、例えば電気加熱式触媒
装置の触媒担体して用いるハニカム体を形成するアルミ
ナなどの第１の金属の酸化物を主成分とする絶縁被膜を
有する金属箔（平箔、波箔）を、第１の金属の酸化物を
熱力学的に還元し得る第２の金属（例えばＺｒ）とろう
材箔を積層した接合材を挟みこんで、非酸化雰囲気中で
加熱処理して接合する場合に、２枚のろう材箔間に第２
の金属箔を挟み込んだ接合材を配置するため、ろう材箔
が両側に配置されることにより、ろう材箔が表面で同時
に溶融する。そのため、両面で収縮率差がなくなり、平
箔と波箔の接合点以外でろう材が反って浮き上がること
がなく、平箔とろう材の接合面積が大きくなり、接合強
度が向上する。

【００１３】第２の金属と金属箔（平箔、波箔）とは直
接接触していないが、加熱処理中に第２の金属の成分
は、絶縁被膜を有する金属箔（平箔、波箔）に拡散し、
第１の金属の酸化物を主成分とする絶縁被膜を還元し絶
縁被膜を破壊して電流路形成可能な接合部を安定的に形
成することができる。

【００１４】本発明は、主として電気加熱式触媒装置に
おいて触媒担体に用いられるハニカム体を形成する際の
平箔と波箔の接合方法として用いて適性の高いものであ
るが、このハニカム体のように接合対象が平箔と波箔の
ように接合部が間欠的に連続するような場合にも適用す
ることができる。

【００１５】本発明で接合対象となる金属箔の接合面に
は例えばアルミナなどの絶縁被膜が形成されていること
が必要であるが、両方の金属箔に絶縁被膜を形成されて
いることは不可欠ではなく、少なくとも一方の金属箔に
絶縁被膜が形成されていればよい。

【００１６】この絶縁被膜の形成手段としては、例えば
金属箔がＡｌを含有する金属で、表面を酸化させてアル
ミナ被膜を形成する方法が好ましいが、粉末塗布、ある
いはＰＶＤ、ＣＶＤ、溶射などのコーティングによる方
法によっても相応の効果が得られる。

【００１７】この場合の第２の金属として、Ｚｒ、Ｌ
ｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｙ、および原子番
号が５７〜７１の希土類元素等のアルミナを熱力学的に
還元し得る金属あるいはこれらの金属を含有する金属を
選択する。ろう材箔としては、公知のろう材を広く用い
ることができるが、耐熱性が要求される場合はＮｉろう
を用いることが好ましい。

【００１８】また、接合対象の金属箔の絶縁被膜がクロ
ミアを主成分とするものであれば、ろう材箔としては公
知のろう材を用い、第２の金属としては上記の元素に加
えて、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｖなども使用できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図１に示す実施態
様例に基づいて説明する。この実施例は、自動車の排ガ
スを浄化する電気加熱式触媒装置の電気加熱式金属触媒
担体として用いるハニカム体を構成する、表面に絶縁被
膜を有する耐熱合金箔からなる平箔と波箔の接合を対象
として本発明を適用した例を示している。ここでは絶縁
被膜を有する平箔と波箔間に通電発熱させるるための電
流路を形成可能な接合部を得る。

【００２０】図１（ａ）は、接合対象である平箔と波箔
と接合材、第２の金属箔の配置状態を概念的に示したも
ので、接合材、第２の金属箔は、平箔と波箔を巻き取っ
て筒状に形成する過程で平箔と波箔間に差し込まれ、接
合は平箔と波箔を巻き取って筒状のハニカム体に形成後
に、非酸化雰囲気の加熱炉で加熱処理することにより行
われるが、ここでは簡略的に示している。

【００２１】図１（ａ）において、４は絶縁被膜を有し
ない耐熱合金による波箔、５は表面にアルミナを主成分
とする絶縁被膜５ｃを有する耐熱合金による平箔であ
り、この波箔４と平箔５間には、接合材１１が配置され
ている。

【００２２】この接合材は、２枚の、Ｎｉ基のろう材箔
１１ｂ、１１ｃと、この２枚のろう材箔間に挟み込まれ
た、アルミナを熱力学的に還元し得る例えばＺｒからな
る第２の金属箔１１ａで形成されたもので、ここではろ
う材箔１１ｂの外面は波箔４の表面に接し、ろう材箔１
１ｃの外面は平箔５の絶縁被膜５ｃの表面に接するよう
に配置されている。

【００２３】この状態で上下から押し付けながら非酸化
雰囲気（例えば真空度１０^-4Torr程度の真空雰囲気）の
加熱炉（図示省略）で、加熱してろう材箔１１ｂ、１１
ｃと第２の金属箔１１ａを溶融して波箔４と平箔５をろ
う付けし、冷却固化せしめ、接合部１３を形成する。ろ
う付け温度、および時間は、例えばろう材としてＢＮｉ
−５規格のものを用いた場合は１１００〜１３００℃で
１０分程度保定するとよい。

【００２４】図１（ｂ）は、ろう付けされた状態を簡略
的に示しており、波箔４と平箔５のろう付け部（接合
部）においては、第２の金属が拡散して平箔５の絶縁被
膜５ｃのアルミナと反応し、還元して絶縁被膜５ｃを破
壊して波箔４と平箔５間に電流路を形成可能にするとと
もに強固な接合部１３を形成する。この過程で接合部１
３に第２の金属の酸化物１４が生成し、分散析出する
が、電流路形成には支障はなく、接合強度の低下もな
い。

【００２５】

【実施例】次に、上記の実施態様例において得られた絶
縁被膜を有する耐熱合金（ステンレス鋼）箔からなる平
箔５と波箔４を接合して得られた接合体について、接合
強度試験（剥離試験）を行った。ここで用いた接合強度
試験装置は、概念的には、図２に示すようなもので、、
接合体の波箔４を試験台１５上に固定板１６を介して固
定し、平箔５を引っ張り装置１７で掴み荷重計１８を介
して矢印１９の方向に引っ張り、接合部１３を剥離する
ように構成されたものである。

【００２６】この接合強度試験では、接合部１３が完全
に剥離した時に荷重計１８に示された最大荷重（kgf ）
を接合強度とした。この接合強度試験の結果を、図７に
示すような従来例により接合して得られた接合体の場合
の結果とともに説明する。

【００２７】接合体の作成条件 絶縁酸化被膜を有する耐熱合金による平箔および波箔 成分：Ｃｒ：２０重量％、Ａｌ：５重量％、Ｆｅ：残部 絶縁被膜：アルミナ膜（成膜条件：大気中で１１００
℃、６０分間加熱、被膜厚１μｍ） サイズ 平箔：幅１７mm、奥行き１００mm、厚さ５０μｍ 波箔：幅１７mm、奥行き１００mm、厚さ５０μｍ、波ピ
ッチ２．５mm、波高さ１．２５mm 接合材 ろう材箔 成分：ＢＮｉ−５規格（Ｃｒ：１９重量％、Ｓｉ：１０
重量％、Ｎｉ：残部 サイズ：幅１０mm、奥行き１mm、厚さ２５μｍ 第２の金属箔： 成分：Ｚｒ サイズ：幅１０mm、奥行き１mm、厚さ５μｍ 加熱炉 雰囲気：真空度１０^-4Torr 加熱温度：１２００℃ 加熱時間：１０分 本発明の実施例の破断荷重は、５．０kgf で従来例の
２．６kgf に対して約２倍の強度を示した。なお、この
本発明によって接合された平箔と波箔間の通電特性につ
いては、通電発熱させるに十分なものであった。

【００２８】

【発明の効果】本発明においては、絶縁被膜を有する耐
熱合金箔（平箔、波箔）間に、Ｚｒ、Ｍｇ、希土類を代
表とするアルミナあるいはクロミアなどを熱力学的に還
元し得る第２の金属とろう材を積層した接合材を配置し
非酸化雰囲気中で加熱処理して接合する際に、２枚のろ
う材箔間に第２の金属箔を挟み込んだ接合材を配置し、
加熱処理によりろう材を両面で同時に溶融させることが
できるので、両面での収縮率差がなくなり、平箔と波箔
の接合点以外でろう材が反って浮き上がることがなく、
平箔とろう材の接合面積を大きくして接合強度を向上す
ることができる。また、この接合部での接合対象金属箔
間に電流路を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は本発明の絶縁被膜を有する耐熱合金
（平箔と波箔）の接合例における接合材配置例を示す正
面概要説明図、（ｂ）図は本発明による接合例における
絶縁被膜を有する耐熱合金（平箔と波箔）の接合状態例
を示す正面概要説明図。

【図２】本発明の実施例による接合体の接合強度試験法
を示す立体概要説明図。

【図３】従来の電気加熱式触媒装置例を示す側断面概要
説明図。

【図４】従来のハニカム体の形成方法例を示す概要説明
図。

【図５】図４に示すような方法で得られるハニカム体例
を示す端面概要説明図。

【図６】従来のハニカム体における電流路形成例を示す
端面概要説明図。

【図７】（ａ）図は従来の絶縁酸化被膜を有する耐熱合
金（平箔と波箔）の接合例における接合材配置例を示す
正面概要説明図、（ｂ）図は従来の絶縁被膜を有する耐
熱合金（平箔と波箔）の接合状態例を示す正面概要説明
図。

【符号の説明】 １ ケーシング ２ 電気加熱式触媒担体 ３ 主触媒担体 ４ 波箔 ５ 平箔 ５ｃ 絶縁被膜 ６ 中心電極 ７ ハニカム体 ８ 外筒 ９ 外部電極 １０ 電源 １１ 接合材 １１ａ 強還元金属（第２の金属）箔 １１ｂ，１１ｃ ろう材箔 １２ 電流路 １３ 接合部 １４ 強還元金属の酸化物 １５ 試験台 １６ 固定板 １７ 引っ張り装置 １８ 荷重計 １９ 矢印

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 101:02 (72)発明者 中木村 秀伸 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 吉崎 康二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相接する第１の金属の酸化物からなる絶
   縁被膜を有する金属箔の間に、第１の金属の酸化物を熱
   力学的に還元し得る第２の金属を２枚のろう材箔で挟み
   込んだ構成の接合材を介挿して加熱処理し、金属箔間で
   第２の金属箔とろう材箔を溶融しつつ、第２の金属で第
   １の金属の酸化物を還元して第２の金属の酸化物を生成
   し、絶縁被膜を破壊しながら金属箔をろう付けすること
   を特徴とする表面に絶縁被膜を有する金属箔のろう付け
   方法。
2. 【請求項２】 金属箔で形成された平箔と波箔のいずれ
   か一方または双方に第１の金属の酸化物からなる絶縁被
   膜を形成し、この平箔と波箔間に、第１の金属の酸化物
   を熱力学的に還元し得る第２の金属を２枚のろう材箔で
   挟み込んだ構成の接合材を配して巻取って筒状のハニカ
   ム体を形成し、このハニカム体を加熱処理して、波箔と
   平箔間で第２の金属箔とろう材箔を溶融しつつ、第２の
   金属で第１の金属の酸化物を還元して第２の金属の酸化
   物を生成し、絶縁被膜を破壊しながら金属波箔と平箔を
   ろう付けすることを特徴とする電気加熱式触媒担体用の
   ハニカム体のロウ付け方法。
3. 【請求項３】 第１の金属の酸化物がアルミナであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のろう付け方法。