JPH11165077A - 拡散接合によるレーストラック型メタル担体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散接合による接合方法との組合わせによ
り、外筒を含まないレーストラック型メタルハニカム体
を製造する方法を提供し、あわせて外筒を含むレースト
ラック型メタル担体の製造方法を改善する。 【解決手段】 金属平箔と波箔とを交互に巻き回して中
空部を有する円筒形ハニカム体を形成し、次いで該中空
部を有する円筒形ハニカム体の円筒の軸の方向を水平に
して真空熱処理を行い、該ハニカム体の自重によって前
記中空部を押し潰して成形すると同時に、該平箔と波箔
との接触部を拡散接合することを特徴とするレーストラ
ック型メタルハニカム体の製造方法である。より好まし
くは、ハニカム体の自重に加え、ハニカム体の上部に重
りを乗せることによって前記中空部を押し潰して成形す
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、内燃機関の排気ガ
ス浄化用触媒コンバータに用いられる拡散接合によって
接合したレーストラック型メタルハニカム体及びメタル
担体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガス浄化用触媒コンバー
タに用いられる触媒担体としては、セラミックス担体と
メタル担体とがある。メタル担体は、耐熱合金を用いた
平箔と波箔とを交互に巻き回して円筒形のハニカム体と
し、このハニカム体を円筒形の金属製の外筒に装入して
メタル担体とする。このメタル担体のガス通路となる金
属箔の表面に触媒を担持させ、内燃機関の排気ガス経路
に配置して排気ガスの浄化を行う。

【０００３】触媒コンバータは自動車の床下に配置され
るが、触媒担体を円筒形としたのでは大きすぎて床下と
地面との間の空間に入りきれない場合には、触媒担体の
断面を偏平にすることが行われる。平箔と波箔とを巻き
回すにあたって、図２（ａ）に示すように中心に中空部
を設けて巻き回し、次いで図２（ｂ）に示すようにハニ
カム体の側面を２方向から圧縮して中空部を押し潰し、
偏平とする。断面形状が陸上競技のトラックの形状に相
似しているので、レーストラック型ハニカム体（メタル
担体）と呼ばれる。

【０００４】ハニカム体の側面を圧縮してレーストラッ
ク型としても、圧縮力を除去すればハニカム体の弾力で
形状は元に戻ってしまう。従って、図２（ｃ）に示すよ
うに、レーストラック型としたハニカム体を同じくレー
ストラック型に成形した金属製の外筒に装入し、次いで
平箔と波箔との接触部をろう付けすることによって形状
の一定したレーストラック型メタル担体を製造してい
た。そのため、レーストラック型メタル担体は常に金属
製の外筒と一体として製造されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に触媒担体の外径
は排気ガス経路の排気管の径より大きいため、触媒担体
の前後には排気管の径と整合するための径拡大部と径縮
小部を設ける必要がある。メタル担体と外筒とが一体と
して円筒形ないしレーストラック型として製造される場
合、図３に示すように、径拡大部と径縮小部は後から外
筒に接合する方法が採用されていた。一方、径拡大部、
触媒担体の外筒、径縮小部の三者を一体とし、直径を含
む面で半割した形状（上シェル、下シェルと呼ぶ）をプ
レス成型で成型し、この上シェルと下シェルの間に触媒
担体を挟み込んで接合して触媒担体を構成する方法が知
られており、クラムシェル方式と呼ばれる。触媒担体と
外筒を一体で製造した後で径拡大部と径縮小部を接合す
る方法と比較し、安価かつ短時間で製造できるという特
徴を有する。

【０００６】レーストラック型メタル担体についても、
外筒にハニカム体を装入する前のハニカム体の段階でレ
ーストラック型に成形できれば、図４に示すように、ク
ラムシェル方式を採用してコストの低い触媒コンバータ
を製造することが可能になる。また、外筒とハニカム体
を一体で成形する方法においても、外筒に組み込んだ後
ろう付けする工程等を省略した製造ができれば、従来に
比較して製造コストを低減することが可能になる。

【０００７】従来の外筒と一体型のレーストラック型メ
タル担体は、中空部を有するハニカム体の側面を圧縮し
てレーストラック型とし、該レーストラック型としたハ
ニカム体を同じくレーストラック型に成形した金属製の
外筒に装入し、次いで平箔と波箔との接触部をろう付け
することによって製造されていた。この従来からの製造
方法においては、ろう付けのためにメタル担体全体の高
温熱処理を行うと、温度上昇によって外筒の剛性が低下
する一方、ハニカム体が元の円筒形に戻ろうとする反発
力は残存しており、結果としてレーストラックの直線部
分が外方に膨れるという問題を有していた。

【０００８】一方、メタルハニカム体の平箔と波箔との
接触部の接合方法として、従来はろう付けがもっぱら用
いられていたが、最近になって、真空熱処理炉において
ハニカム体を高温熱処理することで平箔と波箔との接触
部を拡散接合する方法が用いられるようになった。拡散
接合は、被接合部の接触を保ちつつ高真空下で１１００
℃を超える温度で保持することにより、溶接材やろう材
を用いずに接合を行うものである。溶接材やろう材を用
いないので製造コストを低減することができ、また触媒
を担持すべき箔の表面にろう材が付着して触媒担体とし
ての性能が低下するという問題を回避することができる
という利点を有する。

【０００９】本発明は、上記拡散接合による接合方法と
の組合わせにより、外筒を含まないレーストラック型メ
タルハニカム体を製造する方法を提供することを目的と
し、あわせて外筒を含むレーストラック型メタル担体の
製造方法を改善することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本第１の発明は、金属平
箔と波箔とを交互に巻き回して中空部を有する円筒形ハ
ニカム体を形成し、次いで該中空部を有する円筒形ハニ
カム体の円筒の軸の方向を水平にして真空熱処理炉に装
入して真空熱処理を行い、該ハニカム体の自重によって
前記中空部を押し潰して成形すると同時に、該平箔と波
箔との接触部を拡散接合することを特徴とするレースト
ラック型メタルハニカム体の製造方法である。より好ま
しくは、ハニカム体の自重に加え、ハニカム体の上部に
重りを乗せることによって前記中空部を押し潰して成形
する。

【００１１】メタルハニカム体を構成する金属箔は、９
００℃を超える温度においては弾性係数が実質的にゼロ
となり、外力に対して形状を保持する能力が大幅に低下
する。ハニカム体の拡散接合のための真空熱処理炉にお
いては１１００℃を超える温度で１時間前後の熱処理を
行うので、中空部を有する円筒形ハニカム体の円筒の軸
の方向を水平にして真空熱処理炉に装入して真空熱処理
を行うと、ハニカム体の自重によって中空部が押し潰さ
れ、熱処理の過程でレーストラック型の形状となり、そ
の形状で平箔と波箔の接触部が拡散接合されるので、熱
処理が完了して常温となったハニカム体はレーストラッ
ク型の形状を保持するのである。熱処理においてハニカ
ム体の上部に重りを乗せれば、より強力な外力を得て、
ハニカム体を円滑にレーストラック型に成形することが
できる。

【００１２】本第２の発明は、金属平箔と波箔とを交互
に巻き回して中空部を有する円筒形ハニカム体を形成
し、該ハニカム体の円筒面をプレスして前記ハニカム体
の中空部を押し潰してレーストラック型とし、該レース
トラック型ハニカム体をレーストラック型の金属製の外
筒に装入してメタル担体とし、次いで該メタル担体の側
面の平面部を下にし更に該メタル担体の上部に重りを乗
せて真空熱処理を行い、該平箔と波箔との接触部を拡散
接合することを特徴とするレーストラック型メタル担体
の製造方法である。

【００１３】高温加熱時に金属製の外筒の弾性係数が低
下してハニカム体が元の円筒形に戻ろうとする傾向を有
するが、本発明によればメタル担体の自重及びメタル担
体の上に乗せた重りにより、形状が元に戻ろうとするこ
となくレーストラック型のメタル担体を形成できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】拡散接合を採用するメタルハニカ
ム体においては、耐熱合金、例えばアルミニウムを含有
するステンレス鋼の厚さ１０〜５０μｍの箔を用いる。
平箔と、該平箔にコルゲート加工を施して波形とした波
箔とを、直径ｄの芯の周りに交互に螺旋状に巻き回して
直径Ｄの円筒形とする。円筒形とした後に中心の芯を取
り去ると、直径ｄの中空部８を有する円筒形のハニカム
体１となる。このハニカム体１の側面を圧縮するように
両方向から力を加えると、中空部８が押し潰されて直線
状となり、ハニカム体はレーストラック型を呈する。レ
ーストラック型ハニカム体２の外周は、半径Ｒの半円部
と長さｓの直線部とからなり、ｓ＝π・ｄ／２、Ｒ＝
（Ｄ−ｄ）／２の関係が得られる。

【００１５】本第１の発明においては、ハニカム体１は
中空部８を有する円筒形のまま、拡散接合のための真空
熱処理炉に装入する。図１（ａ）に示すように、炉内に
おいて円筒形ハニカム体の円筒の軸の方向が水平になる
ように配置する。拡散接合熱処理は１１００℃以上の温
度で６０分前後の保持を行う。ハニカム体を構成する平
箔及び波箔は、９００℃を超える温度では実質的に弾性
係数がゼロとなり、急速にクリープ現象が進行し、ハニ
カム体の自重によってハニカム体は変形し、図１（ｂ）
に示すように、中空部が押し潰されてレーストラック型
の断面形状となる。変形完了後も熱処理は継続され、箔
同士の接触部が拡散接合される。箔の接触部において箔
相互が接合された結果として、熱処理完了後のハニカム
体はレーストラック型のままの形状を維持することがで
きる。ハニカム体の自重によって形状がレーストラック
型まで変形するのに要する時間は、熱処理温度１１００
℃では１５分程度、１１５０℃では５分程度であり、拡
散接合のための熱処理時間内に十分に変形が完了し、そ
の後に拡散接合を行わせることができる。

【００１６】図１（ｃ）に示すように、ハニカム体の成
形後の下半分の外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を有す
る治具６を用い、この治具６を真空熱処理炉内に設置
し、治具６の上に成形前のハニカム体１を乗せて熱処理
を行うことにより、図１（ｄ）に示すように、ハニカム
体は偏平部の外縁が過度に垂れ下がることなく、成形後
のハニカム体２の形状を正確に計画どおりの形状とする
ことができる。

【００１７】ハニカム体の上部に重りを乗せることによ
り、真空熱処理におけるハニカム体の変形はより速く進
行させることが可能になる。例えば、箔の厚みが３０μ
ｍの場合、変形前のハニカム体の直径と長さを掛け合わ
せた数字をハニカム体の断面積として、単位断面積当り
の重りの重量（面圧）を５ｇ／ｃｍ² とすれば、熱処理
温度１１００℃において２分程度でレーストラック型ま
で変形させることが可能である。また、重りを乗せるこ
とにより、変形後において中空部は完全に押し潰され、
中空部の上辺と下辺とを密着させることができる。

【００１８】図１（ｅ）に示すように、重り７がハニカ
ム体と接する部分の外形を、ハニカム体の成形後の上半
分の外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を持った形状とす
ることにより、重り７はハニカム体を正確なレーストラ
ック型とするための型枠の役割を兼ねることができる。
この場合、ハニカム体の下部にハニカム体の成形後の下
半分の外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を有する治具６
を配置することにより、図１（ｆ）に示すように、上下
に型枠を配置したこととなり、ハニカム体の形状をより
正確に成形することができる。

【００１９】押し潰された中空部の上辺と下辺とはお互
いに接合されていることが好ましいので、該上辺と下辺
が拡散接合されるための圧着力としては不十分である場
合は、ハニカム体を真空熱処理炉に装入する前に中空部
にろう材を塗布しておき、真空熱処理の過程で該上辺と
下辺とをろう付け接合することが好ましい。

【００２０】本第２の発明により外筒に装入してレース
トラック型としたメタル担体の側面の平面部を下にし更
に該メタル担体の上部に重りを乗せて真空熱処理を行
い、該平箔と波箔との接触部を拡散接合すれば、拡散接
合のための温度においてはハニカム体が元の円筒形に戻
ろうとする反発力は重りの重量に抗することはできず、
レーストラックの直線部分が外方に膨れることなく箔の
接合を完了することができる。重りの重量は本第１の発
明で用いる重りと同等とすることができる。また、重り
がメタル担体と接する部分の外形を、メタル担体の上半
分の外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を持った形状と
し、メタル担体の下部にメタル担体の下半分の外形輪郭
と雄雌関係で等しい輪郭を有する治具を配置することに
より、上下に型枠を配置したこととなり、メタル担体の
形状が変形することなく拡散接合を完了することができ
る。拡散接合を用いるので、従来のろう付けと異なりろ
う材を用いる必要がなくなる。

【００２１】

【実施例】厚み３０μｍ、幅１２０ｍｍのアルミニウム
含有ステンレス鋼平箔を用い、該平箔と該平箔をコルゲ
ート加工した波箔とを交互に巻き回し、中空部の直径５
３ｍｍ、外径１３７ｍｍ、長さ１２０ｍｍの中空部８を
有する円筒形のハニカム体１とした。波箔の波の高さは
１．３ｍｍ、波のピッチは２．５ｍｍとした。このハニ
カム体１を用いて製造するレーストラック型ハニカム体
２の形状は、半円部の半径が４２ｍｍ、直線部の長さが
８３ｍｍとなる。

【００２２】この中空円筒ハニカム体１を拡散接合のた
めの真空熱処理炉に該円筒形ハニカム体の円筒の軸の方
向が水平になるように配置するに際し、本発明例Ｎｏ．
１は図１（ａ）のように水平定盤５の上に配置、Ｎｏ．
２は図１（ｃ）のようにハニカム体の成形後の下半分の
外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を有する治具６の上に
配置、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５は図１（ｅ）に示すようにＮ
ｏ．２と同様の治具６を用いるとともにハニカム体の上
部にハニカム体の成形後の上半分の外形輪郭と雄雌関係
で等しい輪郭を持った重り７を配置した。重り７の重さ
はＮｏ．３は０．５ｋｇ、Ｎｏ．４は１．０ｋｇ、Ｎ
ｏ．５は２．０ｋｇとした。中空部が押し潰された後の
上辺と下辺との接合のため、中空部にはろう剤を塗布し
ておいた。拡散接合のための真空熱処理は、炉内真空度
１０^-4Ｔｏｒｒ、温度１１００℃で６０分間の熱処理を
行った。

【００２３】真空熱処理後の各実施例の形状は以下の通
りである。中空部が潰れてできた直線部の形状は、Ｎ
ｏ．３〜５は中空部が完全に潰れて隙間のない直線部が
形成された。Ｎｏ．１、２については直線部の両端が完
全に潰れずに小さなえくぼ状の間隙が残り、直線部の中
央にも上辺と下辺とが完全に接合せずに若干の隙間が生
じたが、問題なく使えるレベルであった。

【００２４】ハニカム体外周の直線部のうち真空熱処理
炉内で上方に位置する直線部については、Ｎｏ．１、２
は完全な直線ではなく若干のうねりが生じたが、Ｎｏ．
３〜５については重りの効果によってうねりは生じず、
直線状の形状が得られた。Ｎｏ．１のみは治具６を用い
ていないので、熱処理後の両半円部はやや下方に垂れ下
がりが生じたが、Ｎｏ．２〜５については正確な半円部
形状を得ることができた。

【００２５】Ｎｏ．５については、外周のうちの両直線
部近傍の最外周から２〜３層目までのハニカム体のセル
形状が、平箔と平箔との間隔が狭くなる方向で変形する
傾向が見られた。重りの重さが最適範囲よりも過大であ
ったことに基づき、真空熱処理中のハニカム体の変形速
度が速すぎたためである。

【００２６】平箔と波箔との接触部の拡散接合の状況に
ついては、Ｎｏ．３〜５は良好であり、どの部位につい
ても十分な強度の接合を実現することができた。Ｎｏ．
２はハニカム体の真空熱処理炉内配置における上半分の
接合強度が、Ｎｏ．１は上半分及び両半円部の上半分強
の範囲の接合強度が、Ｎｏ．３〜５の接合強度に比較し
て低下する傾向が見られた。

【００２７】図４に示すように、触媒コンバータの外形
における径拡大部１０、触媒担体の外筒４、径縮小部１
１の三者を一体とし、直径を含む面で半割した形状をプ
レス成型で成型して上シェル１２と下シェル１３を製造
し、この上シェル１２と下シェル１３の間に上記製造し
たハニカム体２を挟み込んで接合するクラムシェル方式
を採用して触媒コンバータとした。上シェル、下シェル
は厚み１．５ｍｍのステンレス鋼を用い、上シェルと下
シェルとの接合はＭＡＧ溶接とした。本発明のハニカム
体２はいずれもそれ自体でレーストラック型の形状を保
持しているため、クラムシェル方式で良好な形状の触媒
コンバータを製造することができた。

【００２８】本実施例の触媒コンバータを自動車の排気
ガス系に使用した結果、Ｎｏ．３〜５は触媒担体入口に
おける排気ガス温度が８５０℃以下の使用環境において
問題無く適用が可能であった。Ｎｏ．５については、セ
ル形状が若干潰れていることの影響で、触媒コンバータ
における排気ガスの圧力損失がＮｏ．３、４に比較する
と１ｋＰａ増大した。Ｎｏ．１、２については、Ｎｏ．
３〜５に比較するとハニカム体の形状、拡散接合の状況
は若干劣っているものの、触媒担体入口における排気ガ
ス温度が７００℃以下の使用環境において問題無く適用
が可能であった。

【００２９】本発明例Ｎｏ．６において、図２に示すよ
うに、本発明例Ｎｏ．１〜５と同様に製造した中空部を
有する円筒形のハニカム体１を側面の２方から圧縮して
レーストラック型とし、予めレーストラック型に製造し
た外筒４に装入した上で拡散接合のための真空熱処理を
行う本第２の発明を実施した。外筒には厚み１．５ｍ
ｍ、幅１２０ｍｍのステンレス鋼を用いた。

【００３０】メタル担体３の側面の平面部を下にして真
空熱処理炉に装入した。該メタル担体はメタル担体の下
半分の外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を有する治具６
の上に配置し、メタル担体の上部にメタル担体の上半分
の外形輪郭と雄雌関係で等しい輪郭を持った２ｋｇの重
り７を乗せて真空熱処理を行った。真空熱処理条件は本
発明例Ｎｏ．１〜５と同じである。

【００３１】メタル担体３のハニカム体２の箔と箔の接
触部、ハニカム体２と外筒４との接触部、押し潰された
中空部の上辺と下辺の接触部はいずれも拡散接合で良好
な接合部位を形成し、またメタル担体３の外形も良好に
保たれ、レーストラック型メタル担体を安価に製造する
ことができた。

【００３２】

【発明の効果】外筒に装入しないハニカム体のままでレ
ーストラック型の形状のメタルハニカム体を製造するこ
とが可能になり、また、ろう材等の材料が不要となり、
レーストラック型メタル担体触媒コンバータを安価に製
造することが可能になった。また、従来型の外筒と一体
のレーストラック型メタル担体をろう材を使用せずかつ
良好な形状で製造することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハニカム体の製造方法を示す正面図で
あり、（ａ）（ｂ）は定盤上に配置したハニカム体を自
重で成形する方法の熱処理前及び熱処理後、（ｃ）
（ｄ）はハニカム体の下に治具を配置した方法の熱処理
前及び熱処理後、（ｅ）（ｆ）はハニカム体の上に重り
を乗せた方法の熱処理前及び熱処理後を示す図である。

【図２】従来のメタル担体の製造方法を示す図であり、
（ａ）は成形前、（ｂ）は圧縮後、（ｃ）は外筒挿入後
を示すである。

【図３】従来のメタル担体と径拡大部、径縮小部とを接
合して触媒コンバータとする状況を示す斜視図である。

【図４】本発明のハニカム体を上シェルと下シェルとで
挟み込んで触媒コンバータとする状況を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ハニカム体 ２ ハニカム体 ３ メタル担体 ４ 外筒 ５ 定盤 ６ 治具 ７ 重り ８ 中空部 ９ 直線部 １０ 径拡大部 １１ 径縮小部 １２ 上シェル １３ 下シェル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属平箔と波箔とを交互に巻き回して中
   空部を有する円筒形ハニカム体を形成し、次いで該中空
   部を有する円筒形ハニカム体の円筒の軸の方向を水平に
   して真空熱処理を行い、該ハニカム体の自重によって前
   記中空部を押し潰して成形すると同時に、該平箔と波箔
   との接触部を拡散接合することを特徴とするメタルハニ
   カム体の製造方法。
2. 【請求項２】 ハニカム体の自重に加え、ハニカム体の
   上部に重りを乗せることによって前記中空部を押し潰し
   て成形することを特徴とする請求項１に記載のレースト
   ラック型メタルハニカム体の製造方法。
3. 【請求項３】 金属平箔と波箔とを交互に巻き回して中
   空部を有する円筒形ハニカム体を形成し、該ハニカム体
   の円筒面をプレスして前記ハニカム体の中空部を押し潰
   してレーストラック型とし、該レーストラック型ハニカ
   ム体をレーストラック型の金属製の外筒に装入してメタ
   ル担体とし、次いで該メタル担体の側面の平面部を下に
   し更に該メタル担体の上部に重りを乗せて真空熱処理を
   行い、該平箔と波箔との接触部を拡散接合することを特
   徴とするレーストラック型メタル担体の製造方法。