JPH0999243A - 金属製ハニカム体の製造方法およびハニカム体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種内燃機関の排ガス浄化用触媒の担体等に
使用されるメタル担体用であって、平箔と波箔の接触部
が確実に拡散接合され、使用時の振動や冷熱サイクルに
対する耐久性の高い金属製ハニカム体。 【解決手段】 帯状の金属製平箔と、該平箔よりも薄い
厚さの平箔をコルゲート加工した帯状の波箔とを重ね、
前記平箔に張力を付加して渦巻状に巻回し、両箔の接触
部を拡散接合する製造法。また、帯状の金属製平箔と、
該平箔よりも薄い厚さの波箔とが、重ねて渦巻状に巻回
され、波箔の頂部が平坦化して平箔と接触し、該接触部
が拡散接合されているハニカム体。 【効果】 拡散接合で耐久性の高いハニカム体が得ら
れ、ろう付け不要により、製造工程が簡易化し、ろう材
による耐食性や耐酸化性劣化の問題が解消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種内燃機関の排
ガス浄化用触媒の担体等に使用される金属製ハニカム体
の製造方法およびハニカム体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車、ボイラー、発電用など各種内燃
機関の排ガス浄化用触媒の担体として、耐熱ステンレス
鋼製の外筒に、同ステンレス鋼製のハニカム体を嵌入し
たメタル担体が、近年、多用されるようになってきた。
ハニカム体は、厚さ５０μｍ程度の平箔と、該平箔をコ
ルゲート加工した波箔とを、交互に積層して形成され、
帯状の両箔を重ねて渦巻状に巻回したものが主として使
用されている。

【０００３】ステンレス鋼としては、高温排ガス雰囲気
での耐酸化性に優れたＦｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌ等、
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のフェライト系ステンレス鋼が多く
採用されている。また、添加元素により各種特性の改善
が図られたもの、例えば、加工性向上等のためＴｉが添
加されたもの、高温強度向上等のためＮｂが添加された
もの、耐酸化性をより向上させる等のため、Ｌａ，Ｃｅ
等の希土類元素が添加されたもの等が知られている。

【０００４】このようなメタル担体は、従来のセラミッ
ク製担体に比べて熱容量が小さいので、触媒が作用する
温度に早く加熱され、エンジン始動初期の排ガス浄化能
力が優れている。また、ハニカム体の壁が薄い金属箔か
らなるので、排気抵抗が小さく、エンジン出力の損失が
少ない。さらに、温度の上下が激しい排ガス環境下にお
いても、耐久性に優れている等、多くの利点を有してい
る。

【０００５】メタル担体の製造に際しては、ハニカム体
を外筒に嵌入し、双方の接触部が接合される。ハニカム
体は、主として上記のように、帯状の平箔と波箔を重ね
て渦巻状に巻回し、両箔の接触部を接合して製造され
る。接合手段としては、ろう付け、電子ビーム溶接、レ
ーザ溶接、抵抗溶接、拡散接合等が知られている。そし
て、接合の不十分な箇所があると、使用中に剥離し、メ
タル担体が破損するので、上記各接触部は確実に接合さ
れていなければならない。したがって、材料に応じた適
正な接合手段が採用されている。

【０００６】上記接合手段のうち、ろう付けはろう材が
高価であるうえ、バインダ塗布、ろう材付着、真空加熱
といった多くの工程を要し、製造コストも高くなる。さ
らにろう材により接合部の耐食性や耐高温酸化性が劣る
という問題がある。電子ビーム溶接およびレーザ溶接
は、高価な設備を要する。また、抵抗溶接は生産性が低
く、量産には不向きである。これに対して、拡散接合
は、接合面を清浄にした後、真空加熱炉等に装入し、非
酸化性雰囲気で加熱するので、比較的簡単な工程で行う
ことができ、しかも、接合部にろう材等の異材が残存す
ることもなく、ステンレス鋼の耐食性および耐高温酸化
性が維持できるので、その全面的な採用が検討されてい
る。

【０００７】ハニカム体における平箔と波箔の拡散接合
に関し、特開平１−２６６９７８号公報には、１０^-2〜
１０^-4Torrの真空中で８５０〜１２００℃に加熱して接
触部を拡散接合する方法が開示され、厚さ４０μｍのＦ
ｅ−Ｃｒ−Ａｌ系フェライト系ステンレス鋼箔を１１０
０℃で１．５時間保持し、完全に接合された実施例が示
されている。

【０００８】また、特開平３−１１８８３９号公報に
は、ハニカム体における両箔の接合強度を部分的に変化
させることで、排ガス浄化に使用中の冷熱サイクルによ
る熱応力の集中を緩和し、耐久性を向上することが開示
されている。接合強度を変化させる手段としては、波箔
の波高さ、波の断面形状、接触部の板厚、接触部の面粗
度等を部分的に変化させることが示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】自動車等の排ガス浄化
装置に組込まれた金属製ハニカム体は、使用中に振動を
受け、また冷熱サイクル等に基づく熱応力を受けるの
で、平箔と波箔の接触部が全て確実に接合されているの
が理想である。しかし、波箔は通常、最も製造しやすい
サインカーブ状の波形状に成形されたものが使用される
ので、平箔と波箔の接触面積が小さい。また、両箔の厚
さが同じであるため、渦巻状に巻回するとき平箔に張力
を付加しても、接触部が変形し難く、接触面積は増加し
難い。過大な張力を付加すると、平箔が変形し、ハニカ
ム体の形状が崩れる。

【００１０】このように、平箔と波箔の接触面積が小さ
いハニカム体を拡散接合するとき、十分な接合強度が得
られない場合がある。特に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系材料の
場合には、真空加熱時、僅かに残存する酸素源によっ
て、接触面積の小さい部位では、接触界面にＡｌ₂ Ｏ₃
皮膜が生成しやすく、原子の相互拡散が阻害され、接合
不良の発生が避けられなかった。

【００１１】上記公報に開示されている方法は、平箔と
波箔の接触部が全て、拡散接合に必要な接触面積を有し
ていることが前提となっている。しかし、従来は、この
前提となる全接触部での所要接触面積が得られないた
め、上記のように、拡散接合では接合不良が生じてい
た。

【００１２】本発明は、各種内燃機関の排ガス浄化用触
媒の担体等に使用されるメタル担体用であって、平箔と
波箔の接触部が確実に拡散接合され、使用時の振動や冷
熱サイクルに対する耐久性の高い金属製ハニカム体の製
造方法およびハニカム体を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、帯状の金属製平箔と、該平箔よりも薄い厚
さの平箔をコルゲート加工した帯状の波箔とを重ね、前
記平箔に張力を付加して渦巻状に巻回し、両箔の接触部
を拡散接合することを特徴とする金属製ハニカム体の製
造方法である。

【００１４】また、上記目的を達成するための本発明
は、帯状の金属製平箔と、該平箔よりも薄い厚さの波箔
とが、重ねて渦巻状に巻回され、波箔の頂部が平坦化し
て平箔と接触し、該接触部が拡散接合されていることを
特徴とする金属製ハニカム体である。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、本発明法を図面に示す例に
より説明する。図１のように、ハニカム体１は、帯状の
平箔２と、該平箔２よりも薄い厚さの波箔３とを重ね、
軸４の周りに渦巻状に巻回して製造する。巻回時には、
押しパッド５で平箔２に張力を付加するとともに、形成
されつつあるハニカム体１の両側面をサイドプレート
（図示せず）で挟持する。また、波箔３は、平箔２より
薄い厚さの帯状平箔をコルゲート加工して製造される。
そして、巻回した後、最外周をスポット溶接等により仮
止めし、軸４から取り外して真空炉等に装入し、加熱し
て平箔２と波箔３との接触部を拡散接合する。

【００１６】平箔２および波箔３としては、Ｆｅ−Ｃｒ
系や、前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系、あるいは前記各種元素
を添加した従来のステンレス鋼箔を採用することができ
る。また、用途に応じて、その他の金属や合金の箔とす
ることもできる。そして、波箔３のコルゲート加工は、
たがいに噛み合って回転する一対の歯車ロールの間に、
平箔を通すことにより行うことができ、波の形状として
は、最も製造容易な、サインカーブ状のものとすること
ができる。

【００１７】本発明法は、このように、波箔３の厚さを
平箔２の厚さより薄くしているので、平箔２に張力を付
加して巻回するとき、図２に示すように、両箔の接触部
６において、波箔３の頂部が容易に変形して平坦化し、
接触面積が増大する。したがって、拡散接合により、各
接触部６が確実に接合され、強固な接合強度が得られ
る。そして、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の箔であっても、接触
界面にＡｌ₂ Ｏ₃ 皮膜は生成し難く、接合不良の発生を
抑制することができる。

【００１８】本発明法において、平箔および波箔の厚さ
は、２０μｍ〜１００μｍ程度のものを採用することが
できる。そして、通常の巻回張力で、平箔が変形せず、
波箔の頂部のみを変形させ平坦化し、両箔の接触面積
を、安定して所要値に増大させるため、波箔の厚さを平
箔の厚さの３／４以下とするのが好ましい。

【００１９】また、巻回時の張力は、箔の材質に応じた
一定の所定張力としてもよく、あるいは、ハニカム体の
径に応じて変化させてもよい。拡散接合の条件は、Ｆｅ
−Ｃｒ系あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系ステンレス鋼の場
合、添加元素の有無にかかわらず、１０^-2〜１０^-5Tor
r、１２００〜１３００℃、１０〜９０分とすることが
できる。その他金属の場合、金属組成に応じて、適宜定
めることができる。

【００２０】本発明の金属製ハニカム体は、帯状の金属
製平箔と、該平箔よりも薄い厚さの波箔とが、重ねて渦
巻状に巻回され、波箔の頂部が平坦化して平箔と接触
し、該接触部が拡散接合されているので、強固な接合強
度を有している。このため、外筒に嵌入し、各種排ガス
浄化用触媒の担体として使用した場合、振動や、冷熱サ
イクル等に基づく熱応力によって、接合部が損傷を受け
るのを大幅に抑制することができる。

【００２１】なお、本発明のハニカム体を、上記各種ス
テンレス鋼製、あるいはその他の金属製や合金製の外筒
に嵌入し、ろう付けあるいは拡散接合により、ハニカム
体と外筒を接合して、メタル担体とすることができる。
また、巻回後のハニカム体の最外周を仮止めした後、外
筒に嵌入し、真空加熱することにより、ハニカム体の平
箔と波箔を拡散接合するとともに、ハニカム体と外筒と
を拡散接合し、メタル担体を製造することもできる。

【００２２】

【実施例】図１のようにして、Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％
Ａｌに０．１％のＲＥＭを添加したステンレス鋼の平箔
２と波箔３を、重ねて巻回し、ハニカム体１を製造し
た。平箔２および波箔３の幅は９０mm、波箔３は、平箔
を歯車ロールでコルゲート加工したものであり、波高さ
１．２５mm、波ピッチ２．５mmである。平箔２および波
箔３の厚さを変化させ、表１に示すように平箔２に張力
を付加して巻回し、直径８０mmのハニカム体を形成し、
最外周をスポット溶接により仮止めし、真空加熱炉に
て、２×１０^-4Torrの真空下、１２８０℃で９０分加熱
保定して、拡散接合した。

【００２３】得られたハニカム体の、平箔と波箔の接合
強度を調べるため、図３（ａ）に示すように、ハニカム
体１を切断面７で切断し、厚さ１５mmの円盤状の試験片
８を６個切り出し、図３（ｂ）のように、受け台１０に
試験片８を載置し、上方から段付きポンチ９を押し当
て、破断するときの荷重（押抜き荷重）を測定した。各
ハニカム体の６個の試験片についての押抜き荷重の平均
値を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】平箔と波箔の厚さが等しい比較例に対し
て、波箔の厚さを平箔の厚さよりも薄くした本発明例
は、いずれも押抜き荷重が高く、優れた接合強度を示し
ている。なお、この押抜き荷重が１００ｋｇ以上あれ
ば、実際の排ガス経路に装着して使用したときの、ハニ
カム体の損傷に対して問題ないことを確認している。ま
た、得られたハニカム体を観察すると、本発明例は、い
ずれも図２のように、波箔の頂部がほぼ全域にわたって
変形し、平坦化していた。これに対して比較例は、いず
れも波箔頂部の平坦化は、認められなかった。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ハニカム体における平
箔と波箔の全接触部で、波箔の頂部が変形し平坦化して
平箔と接触するので、広い接触面積が得られ、各接触部
は、拡散接合により確実強固に接合される。したがっ
て、本発明ハニカム体を使用したメタル担体に触媒を担
持させ、各種内燃機関の排ガス浄化装置として使用する
際、振動や冷熱サイクルによる損傷に対して、耐久性が
向上する。さらに、ろう付け作業が不要となるので、製
造工程が簡易化し、かつろう材等の材料費や工程費が節
減され、また、ろう材による耐食性や耐酸化性劣化の問
題も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ハニカム体の製造例を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明ハニカム体の製造例を示す一部切欠き拡
大断面図である。

【図３】実施例における接合強度の測定方法を示す説明
図である。

【符号の説明】

１…ハニカム体 ２…平箔 ３…波箔 ４…軸 ５…押しパッド ６…接触部 ７…切断面 ８…試験片 ９…段付きポンチ １０…受け台

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の金属製平箔と、該平箔よりも薄い
   厚さの平箔をコルゲート加工した帯状の波箔とを重ね、
   前記平箔に張力を付加して渦巻状に巻回し、両箔の接触
   部を拡散接合することを特徴とする金属製ハニカム体の
   製造方法。
2. 【請求項２】 帯状の金属製平箔と、該平箔よりも薄い
   厚さの波箔とが、重ねて渦巻状に巻回され、波箔の頂部
   が平坦化して平箔と接触し、該接触部が拡散接合されて
   いることを特徴とする金属製ハニカム体。