JPH0985478A - 排気浄化触媒用メタル担体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザービームを用いて連続的に板厚５０μ
ｍ以下の耐酸化性金属箔から成るハニカム体を複数個の
ハニカム担体を製造する排気浄化触媒用メタル担体の製
造方法を提供することにある。 【解決手段】 板厚５０μｍ以下の耐酸化性金属箔から
成るハニカム体にレーザービームを照射して複数個のハ
ニカム担体を製造するに際し、該レーザービームの焦点
を被切断物の表面以下に設定するものである。ハニカム
体の軸方向からアルゴンガスを供給し切断部位をアルゴ
ンガス雰囲気にして、切断面の平板、波板の隣接部位を
切断部分の溶融金属にて接合すると良い。レーザービー
ム出力を切断ハニカム体厚さ１ｍｍ当たり１５Ｗ以上と
すると良い。スキャニングミラーによりレーザービーム
を一定の幅で振り、ハニカム体切断幅を大きくし、切断
部分の溶融金属量を更に多くして、切断面の平板、波板
の接合強度を更に強化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
等から排出される排ガスを浄化するために使用される金
属触媒コンバータを構成する排気浄化触媒用メタル担体
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、排気浄化触媒用メタル担体の製造
法としては、例えば、所定の長さに切断した金属箔に波
加工を施し平板と積層、若しくはコルゲート状に巻回し
て担体を形成した後、レーザービームによる担体端面の
溶接と酸化雰囲気下における熱処理による酸化物接合方
法を併用した工法や、金属箔を波加工し平板とコルゲー
ト状に巻回して担体を形成した後、Ｎｉロー付けや、レ
ーザービームによる担体端面の溶接と側面からのレーザ
ーピアス等による接合方法を併用した工法がある。

【０００３】又、例えば、図７に示すように、長尺担体
１から所定の寸法に切断する方法としては、回転刃２に
よる切断や、ワイヤーカット３による切断等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し、図８に示すよう
に、回転刃２による切断方法では、ガス通路４内部にバ
り５が発生し、圧力損失を増大させたり触媒コーティン
グ時に目詰まりを発生させる欠点があった。

【０００５】又、ワイヤーカット３での切断では、極端
に加工時間が長くコスト高となる等の欠点があった。そ
こで、軸方向に長さが異なるハニカム体を効率よく形成
する方法として、耐酸化性金属箔の平板、波板を巻回し
た長尺ハニカム体を電子ビームを用いて金太郎飴のよう
に切断により成形する技術が、特開平５−２９３３８６
号公報に開示されている。

【０００６】然し、特開平５−２９３３８６号公報で
は、電子ビームを用いた切断技術であるため、加工物を
真空チャンバーに入れる必要があり、操作はバッチ処理
となる。 又、真空中で非常に高密度のエネルギーを投
入するため、ビーム照射部位の金属は溶融するだけでな
く容易に蒸発し、装置内に沈着してしまう等の不具合が
あった。

【０００７】尚、特開平５−２９３３８６号公報には、
その明細書には他の幾つかの具体的な切断方法が開示さ
れているが何れも目的を達成できないこと、更にはレー
ザービームでは最外周のみしか切断できない実験例まで
記載されている。特開平５−２９３３８６号公報に比較
例として記載されているレーザービームによる切断実験
結果において、前述のように最外周のみしか切断できな
いとしている点は、焦点深度（Ｓ）と被切断物厚さ
（ｔ）の関係（Ｓ≧０．８ｔ）からおそらく汎用加工機
を使用している限り妥当な結果である。

【０００８】これに対し、本発明者は、上記のようなレ
ーザービームによる切断の特性に鑑み、薄板から成るハ
ニカム体の厚物切断の検討を鋭意進めたところ、焦点を
切断物表面以下に設定することと一定値以上のレーザー
出力を用いることでハニカム担体の切断を可能にするこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は斯か
る従来の知見に基づくもので、その目的は、レーザービ
ームを用いて連続的に板厚５０μｍ以下の耐酸化性金属
箔から成るハニカム体を複数個のハニカム担体を製造す
る排気浄化触媒用メタル担体の製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、板厚
５０μｍ以下の耐酸化性金属箔から成るハニカム体にレ
ーザービームを照射して複数個のハニカム担体を製造す
るに際し、該レーザービームの焦点を被切断物の表面以
下に設定することを特徴とするものである。請求項２の
発明は、請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担体の製
造方法において、ハニカム体の軸方向からアルゴンガス
を供給し切断部位をアルゴンガス雰囲気にして、切断面
の平板、波板の隣接部位を切断部分の溶融金属にて接合
することを特徴とするものである。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１記載の排気浄
化触媒用メタル担体の製造方法において、レーザービー
ム出力を切断ハニカム体厚さ１ｍｍ当たり１５Ｗ以上と
することを特徴とするものである。請求項４の発明は、
請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担体の製造方法に
おいて、スキャニングミラーによりレーザービームを一
定の幅で振り、ハニカム体切断幅を大きくし、切断部分
の溶融金属量を更に多くして、切断面の平板、波板の接
合強度を更に強化することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明においては、積層又はコルゲート状に巻
回した長尺のハニカム担体に一回若しくは数回のレーザ
ービームを照射して切断し、所定の寸法のメタル担体を
得ると共に、切断で生じた溶融金属が隣接する層状の金
属箔材を相互に溶接することができる。

【００１２】ここで、レーザービーム強度はレーザーの
焦点距離、担体の直径、切断速度、切断角度により異な
るので、ハニカム担体寸法に合わせて最適条件を設定す
る。又、切断には、一般にアシストガスとして酸素を用
いるが、ここでは逆に酸化させない方が接合には有利で
ある。然し、特に不活性ガスは必須ではないが、レーザ
ー照射口から不活性ガスを流すのではなく、担体一端面
から不活性ガスを流すことは溶融金属部の酸化を低減し
接合の信頼性を増すものである。

【００１３】切断後の溶接をより強固にするために、溶
融する金属量を増やすことが有効あるため、必要に応じ
て切断幅を大きくする。切断幅を大きくする方法として
は、ビームを細かく振幅させる方法がある。以上のこと
から、レーザービームによる切断幅を大きくしない場合
には、金属の溶融量が少なく切断された平板及び波板の
部位の溶接量は少ないが、レーザービームの焦点深度が
被切断物の表面以下、即ち被切断物の内部に設定されて
いるため、被切断部の内部までレーザービームが到達
し、平板及び波板を確実に切断すると共に溶接すること
ができ、床下コンバータのように温度条件がマニホール
ドコンバータのように厳しくないものには十分に提供可
能である。

【００１４】勿論、この工程において、レーザービーム
による切断箇所に不活性ガスを平板と波板を介して供給
すると、切断箇所における酸化が防止できるので、金属
酸化物の生成が抑えられて、少ない溶融金属量ででも十
分な溶接強度を発現させることができる。一方、マニホ
ールドコンバータ等のような過酷な条件での使用に耐え
るためには耐久性を更に向上させる必要があるから、レ
ーザービームによる切断幅を大きくし、切断された平板
及び波板の部位の溶接量を多くすると共に被切断物の内
部にまでレーザービームを行き渡らせることによって、
強固な溶接を同時に行うことができる。

【００１５】この工程において、レーザービームによる
切断箇所に不活性ガスを平板と波板を介して供給する
と、切断箇所における酸化を防止しながらより強固な溶
接を同時に行うことができるので、好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
説明する。

【００１７】図１は、本発明に係る排気浄化触媒用メタ
ル担体の製造方法に一実施例を示す説明図である。本実
施例においては、板幅５００ｍｍ、板厚５０μｍの耐酸
化性金属箔（２０％Ｃｒ−５％Ａｌフェライトステンレ
ス）を波加工し、同材料から成る平板と重ねて巻回し長
尺のハニカム担体１０を成形する。尚、長尺のハニカム
担体１０のセル密度は６２０Ｋセル／ｍ²である。長尺
のハニカム担体１０は、形状を維持するための分割可能
な押さえ型にはめておく。

【００１８】次に、図１に示すように、長さ１１８．０
ｍｍ（所定の寸法）の部位にレーザビーム２０の焦点ｆ
を被切断物である長尺のハニカム担体１０の表面１１以
下に設定し、レーザービーム２０を照射して切断する。
この際、図２に示すように、レーザービーム２０が、被
切断物である長尺のハニカム担体１０に対し照射される
と、レーザービーム２０によって溶けた金属が長尺のハ
ニカム担体１０を構成する平板と波板との接点を接合し
て接合部１２を形成する。

【００１９】そして、ここでは、内部通路１６にバリを
発生させることがなく、目詰まり部が存在しないので、
通気が良好である。又、レーザービーム２０で長尺のハ
ニカム担体１０を切断する際、溶融した金属が隣接する
箔材同士を接合するため、切断後のハニカム担体１０の
端面の溶接を省くことができる。

【００２０】図３において、Ｓは焦点深度、φＤはレー
ザービーム径、φｄ０はレーザービームスポット径を表
す。このようにして、長さ１１８．００ｍｍ、厚さ８
８．００ｍｍ、幅１４５．９ｍｍのメタル担体素子１３
を得た。レーザー出力９００Ｗと１７００Ｗで切断を実
施し、９００Ｗでは２／３まで切断でき、長尺のハニカ
ム担体１０を回転させて切断した。焦点位置については
９００Ｗで確認したところ、長尺のハニカム担体１０の
表面上１０ｍｍでは切断不可、表面及び表面下１０ｍｍ
では切断可能、表面以下３０ｍｍでは切断不可であっ
た。

【００２１】次に、このメタル担体素子１３を、酸化物
接合又はレーザースポットにより個別に接合して、メタ
ル担体１４とした。ここで、酸化物接合は、メタル担体
素子１３を、１１００℃×２ＨｒＡｉｒ中で熱処理する
ことによって行った。その形状は、図４に示す通りであ
る。レーザースポットは、メタル担体素子１３に、レー
ザービームを担体側面両サイドから矢印で示すように合
計３２点照射することによって行った。その形状は、図
５に示す通りである。

【００２２】一方、レーザービームによる切断と接合を
より確実に且つ溶融金属の酸化を低減するためには、図
１に示すように、レーザービーム２１をスキャンニング
すると良い。このためには、スキャンニングミラー（図
示せず）でレーザービーム２１を一定の幅で振り、長尺
のハニカム担体１０の切断幅１５を大きくする。

【００２３】これによって、図６に示すように、切断部
分１６の溶融金属量を更に多くして、切断面の平板、波
板の接合部１２の強度を更に強化することができる。こ
こでも、内部通路１６にバリを発生させることがなく、
目詰まり部が存在しないので、通気が良好である。又、
本実施例では、切断で生じた溶融金属が隣接する層状の
金属箔材を相互に溶接するために、アシストガスとして
アルゴンガスを用いた。

【００２４】アルゴンガス３０は、レーザー照射口から
流すのではなく、長尺のハニカム担体１０の一端面１７
から流した。これによって、アルゴンガス３０が溶融金
属部の酸化を低減し接合の信頼性を増すことができる。
又、切断後の溶接をより強固にするために、溶融する金
属量を増やすことが有効あるため、必要に応じて切断幅
を大きくする。

【００２５】以上の実施例の結果を表１に示す。表１に
おいて、接合工法とは、上述した酸化物接合又はレーザ
ースポットを表す。又、切断レーザースキャンニング幅
とは、レーザービームによる切断時にレーザービームを
スキャンニングして行ったことを意味し、数値はその幅
を表す。

【００２６】切断レーザービーム出力とは、切断に用い
たレーザービームの実効出力を表す。担体押出し力と
は、レーストラック形状の担体端面に相似形の金型を当
て０．５ｍｍ／分の速度で押した時、担体の箔材が滑り
出す荷重を測定した。ヒートサイクルテスト耐フイルム
アウト性とは、４０００ＣＣＶ型８気筒エンジンを用
い、触媒コンバーターの出口温度を５分間で９００℃ま
で昇温し、次に５分間で大気を吹込みながら２００℃ま
で冷却する一サイクルを合計５００サイクル行った結
果、フイルムアウトを起こしたか否かの判定を行った。

【００２７】切断レーザー照射雰囲気とは、不活性ガス
としてアルゴンを切断部位に供給しながら行った場合
を、アルゴンと表示し、大気中で行った場合を大気中と
表示した。次に、接合工法として、酸化物接合とレーザ
ースポット担体の担体押出し力と不具合（フイルムアウ
ト）の関係を説明する。

【００２８】レーザースポットを施した波板と平板の接
触部位では高靭性な金属接合が為され、触媒として使用
中に要求される引張強度（ガス流れ方向に沿った力とそ
れに直角な向箔を引き剥がす方向の力）に対して十分な
強度を有する。不具合発生のメカニズムは、触媒全体が
高温で膨張している状態にアイドリングの低温ガスが入
ると先ず中心部が収縮し、積層された金属箔材相互を引
き剥がす力が働き中心部分はガス圧、振動により容易に
押し出され、フイルムアウト現象が発生する。従来の酸
化接合工法では、アルミニウム酸化物に靭性が無く金属
箔材を引き剥がす直角方向の力には弱く、積層の水平方
向のズリ力を測定している担体押出し力が大きいにも拘
わらず、しばしば不具合が発生していた。

【表１】 次に、表２により比較例を示す。比較例は、金属箔材を
ハニカム担体の長さに事前にスリットしたものを使用し
ている。製造上の不合理性は従来技術で述べた通りであ
る。比較例１は耐久テストをクリアしているが最も製造
コストが高った。

【表２】

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、平板、
波板から形成した長尺担体の所定の寸法部位にレーザー
ビームの焦点を長尺担体の表面以下に設定して照射する
ので、ガス通路内部にバリを発生させないでメタル担体
を切断することができる。

【００３０】又、レーザービームで担体を切断する際、
溶融した金属が隣接する箔材同士を接合するため、切断
後の担体端面の溶接を省くことができる。更に、レーザ
ービームで担体を切断する際、溶融した金属が隣接する
箔材同士を接合することを積極的に活用するため、レー
ザービームをスキャンニングさせ切断面積を大きくとる
ことで溶融金属量を多くし、より強固に接合させること
ができる。

【００３１】又、担体切断時一端面から不活性ガスを流
しながらレーザービームを照射するので、溶融部位の酸
化を抑制することができる。更に、従来工法のように、
金属箔のスリットが不要となり、スリットコストの削減
が可能となる。又、担体寸法変更に対してフレキシビリ
ティを持つことができる。更に、担体一個一個の積層若
しくは巻き上げが長尺担体製造後の連続切断製法によ
り、大幅に加工時間を短くし、低コストな製造方法を可
能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気浄化触媒用メタル担体の製造
方法に一実施例を示す説明図である。

【図２】図１における切断部位の拡大断面図である。

【図３】レーザービームと焦点深度との関係を示す説明
図である。

【図４】図１の方法により切断されたメタル担体素子を
酸化雰囲気熱処理したメタル担体を示す説明図である。

【図５】図１の方法により切断されたメタル担体素子を
レーザービームで接合してメタル担体を示す説明図であ
る。

【図６】図１におけるレーザービームスキャンニングに
よる切断部位の拡大断面図である。

【図７】従来法による長尺担体を所定の寸法に切断する
方法を示す説明図である。

【図８】図７における切断部位の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ 長尺のハニカム担体 １１ 表面 １２ 接合部 １４ メタル担体 １６ 内部通路 ２０、２１ レーザビーム １３ メタル担体素子

───────────────────────────────────────────────────── 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 26/14 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ // Ｂ２３Ｋ 101:02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚５０μｍ以下の耐酸化性金属箔から
   成るハニカム体にレーザービームを照射して複数個のハ
   ニカム担体を製造するに際し、該レーザービームの焦点
   を被切断物の表面以下に設定することを特徴とする排気
   浄化触媒用メタル担体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担
   体の製造方法において、ハニカム体の軸方向からアルゴ
   ンガスを供給し切断部位をアルゴンガス雰囲気にして、
   切断面の平板、波板の隣接部位を切断部分の溶融金属に
   て接合することを特徴とする排気浄化触媒用メタル担体
   の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担
   体の製造方法において、レーザービーム出力を切断ハニ
   カム体厚さ１ｍｍ当たり１５Ｗ以上とすることを特徴と
   する排気浄化触媒用メタル担体の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担
   体の製造方法において、スキャニングミラーによりレー
   ザービームを一定の幅で振り、ハニカム体切断幅を大き
   くし、切断部分の溶融金属量を更に多くして、切断面の
   平板、波板の接合強度を更に強化することを特徴とする
   排気浄化触媒用メタル担体の製造方法。