(57)【要約】【課題】  熱処理時に外筒から放出される窒素による外筒とハニカム構造体との間の拡散接合不良の発生を防止することができるメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法の提供。【解決手段】  熱処理炉３にはアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス等の不活性ガスの注入口３１と、排出口３２が設けられていて、熱処理中は、注入口３１から不活性ガスを注入し、排出口３２から排出させることにより、熱処理炉３内に不活性ガスの流れを作り、この不活性ガスがメタル担体Ｍに常に注がれた状態となるようにして拡散接合を行う。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを含有するステンレス鋼よりなる平板又は小波板と大波板とを重ねて巻回し、若しくは交互に積層したハニカム構造体を外筒内に圧入し、熱処理炉内において不活性ガスを注入・排出させた状態で前記平板又は小波板と大波板との間及び前記外筒とハニカム構造体との間を拡散接合させるようにしたことを特徴とするメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを含有するステンレス鋼よりなる平板又は小波板と大波板とを重ねて巻回し、若しくは交互に積層したハニカム構造体を外筒内に圧入した状態で、熱処理炉内において外筒とハニカム構造体との間を拡散接合させるようにしたメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法においては、ハニカム構造体を外筒内に圧入した状態で、熱処理炉内において外筒とハニカム構造体との間を拡散接合させる場合に、熱処理炉内を高真空状態、若しくは不活性ガス充填状態とすることにより、拡散接合の際に、加熱雰囲気中の微量酸素とアルミニウムが反応してアルミニウム酸化被膜が形成され、拡散が阻害されることを防止するようにしている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９９２１８号公報
【特許文献２】特開平２−１８２３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来例のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法にあっては、熱処理炉内には気体の流れがないため、以下に述べるような問題点があった。
即ち、炉内にメタル担体をおいて加熱処理を開始して熱処理炉内の温度が拡散接合温度である１１００℃より低温である５００〜６００℃になると、図６（拡散接合処理時における窒素放出温度を示すタイムチャート）に示すように、大気中に置かれている間に空気中の窒素が大量に吸収された外筒から窒素が放出され、この窒素がメタル担体の周囲に停滞し、これがハニカム構造体のアルミニウム成分と反応してハニカム構造体の表面に拡散接合を阻害する窒化アルミニウムが形成され、このため、窒化アルミニウムが形成された部分の拡散接合が行われなくなるという問題がある。
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は、熱処理時に外筒から放出される窒素による外筒とハニカム構造体との間の拡散接合不良の発生を防止することができるメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため請求項１記載のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法は、アルミニウムを含有するステンレス鋼よりなる平板又は小波板と大波板とを重ねて巻回し、若しくは交互に積層したハニカム構造体を外筒内に圧入し、熱処理炉内において不活性ガスを注入・排出させた状態で前記平板又は小波板と大波板との間及び前記外筒とハニカム構造体との間を拡散接合させるようにしたことを特徴とする手段とした。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法では、上述のように、熱処理炉内において不活性ガスを注入・排出させた状態で前記平板又は小波板と大波板との間及び前記外筒とハニカム構造体との間を拡散接合させるようにしたことで、大気中に置かれている間に空気中の窒素が大量に吸収された外筒から、高温熱処理時に放出される窒素をメタル担体から不活性ガスの流れで吹き払って熱処理炉外に排出させることができ、これにより、ハニカム構造体のアルミニウム成分と窒素とが反応して窒化アルミニウムが形成されることを確実に防止することができるようになる。
【０００８】
従って、熱処理時に外筒から放出される窒素による外筒とハニカム構造体との間の拡散接合不良の発生を防止することができるようになるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、この実施例１のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法が適用されるメタル担体を示す一部切欠斜視図、図２は同メタル担体の断面図である。
【００１１】
この実施例１のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法が適用されるメタル担体Ｍは、ハニカム構造体１と、外筒２とで構成されている。
さらに詳述すると、上記ハニカム構造体１は、アルミニウムを含有する数十ミクロンのステンレス鋼よりなる大波板（波板）１１と小波板（小波板または平板）１２を交互に重ね、小波板１２を外側にして多重に巻回したハニカム状に形成されたもので、このハニカム通路（セル通路）表面には、後述する拡散接合処理後にアルミナ等からなる触媒担持体層が形成され、この触媒担持体層に触媒金属が担持されることにより、排ガス浄化触媒とされ、外筒２内に収容されたその前後にハニカム通路内を排気ガスが流れるように前後に排気ガスパイプを連結することで内燃機関の排気経路に配置されることにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化させる働きをする。
【００１２】
上記外筒２は、１〜２mmの板厚のＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス板材等で円筒又はレーストラック形状に形成され、この外筒２内にハニカム構造体１を圧入した状態で、小波板１２と大波板１１との間及び外筒２とハニカム構造体１との間を拡散接合する処理が行われる。
【００１３】
次に、この実施例１のメタル担体Ｍの外筒−ハニカム間拡散接合方法を図面に基づいて説明する。
図３は熱処理工程を示す断面図であり、この図に示すように、以上の状態に組み付けられた複数個（３個）のメタル担体Ｍを、非酸化雰囲気下の熱処理炉３内で拡散接合温度である約１１００℃以上の温度（約１３００℃）まで加熱することにより、大波板１１と小波板１２との間、及びハニカム構造体１の外周面である小波板１２の外面と外筒２の内面との間を拡散接合させる。
【００１４】
即ち、この熱処理炉３にはアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス等の不活性ガスＧの注入口３１と、排出口３２が設けられていて、熱処理中は、注入口３１から不活性ガスＧを注入し、排出口３２から排出させることにより、熱処理炉３内に不活性ガスＧの流れを作り、この不活性ガスＧがメタル担体Ｍに常に注がれた状態となるようになっている。
なお、注入口３１から注入される不活性ガスＧに微量な窒素が混在する場合にはその濃度を３ｐｐｍ（parts per milion）以下とする。
また、各メタル担体Ｍを通過する不活性ガスＧの流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ以上とすることで、後述する外筒２から放出される窒素Ｔを確実に吹き払う。
さらに、注入口３１を通過する不活性ガスＧの流量を一定となるように制御する一方、排出口３２を通過するガス（窒素Ｔ及び不活性ガスＧ）の圧力を一定にするように制御することで、熱処理炉３内の真空度を保つようにする。
【００１５】
次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１では、上述のように、熱処理炉３内において不活性ガスを注入・排出させた状態で小波板１２と大波板１１との間及び外筒２とハニカム構造体１との間を拡散接合させるようにしたことで、大気中に置かれている間に空気中の窒素が大量に吸収された外筒２から、高温熱処理時に放出される窒素Ｔを、メタル担体Ｍから不活性ガスＧの流れで吹き払って排出口３２から熱処理炉３外に排出させることができ、これにより、ハニカム構造体１のアルミニウム成分と窒素Ｔとが反応して窒化アルミニウムが形成されることを確実に防止することができるようになる。
【００１６】
従って、熱処理時に外筒２から放出される窒素Ｔによる外筒２とハニカム構造体１との間の拡散接合不良の発生を防止することができるようになるという効果が得られる。
【００１７】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００１８】
この実施例２は、上記実施例におけるメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法の変形例を示すものであり、図４の断面図に示すように、不活性ガスＧの注入口３１と排出口３２を、メタル担体Ｍの数だけ設けた点が前記実施例１とは相違したものである。
【００１９】
即ち、この実施例２の熱処理炉３では、炉内に置かれた各メタル担体Ｍのハニカム通路の一端と他端にそれぞれ不活性ガスＧの注入口３１と排出口３２が同軸上に設けられることにより、高温熱処理時に外筒２から放出される窒素の吹き払い効果を高めることができるようになる。即ち、外筒２の内面と、それに接触するハニカム構造体１の外周部の窒素Ｔが効率的に吹き払われるようになる。
【実施例３】
【００２０】
この実施例３は、上記実施例におけるメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法の変形例を示すものであり、図５の断面図に示すように、各メタル担体Ｍごとに熱処理炉３が設けられ、不活性ガスＧの注入口３１から注入した不活性ガスＧをメタル担体Ｍの排気ガス流れ方向に効率的に吹き付けて、窒素Ｔを確実に吹き払って排出口３２から排出させるようにしている点が前記実施例１、２とは相違したものである。
【実施例４】
【００２１】
この実施例４は、ハニカム構造体１と外筒２との間の一部分だけを拡散接合させる場合の実施例である。
即ち、車両に適用されたメタル担体Ｍには、エンジンスタートと共に、入口から高温の排気ガスが注入してくる。その際、ハニカム構造体１は、外筒２よりも熱容量が小さいためハニカム構造体１が素早く高温に加熱される一方、外筒２は外気への放熱作用があるため、ハニカム構造体１と外筒２との間に温度差が生じる。このような現象はエンジンスタートのみならず運転中の加速時においてもより高温の排気ガスが注入し、同様な触媒温度プロフィルを生じる。
【００２２】
一方、減速時においては、空気に近い排気組成の低温排気ガスが注入してくる。その際は、エンジンスタート時および加速時と同様のメカニズムにより中心部が早く冷却されることになる。
【００２３】
このような温度履歴を受けているハニカム構造体１の内部に発生する応力は、特に外筒２と接合されている外周部位に集中する。その理由は、外筒２の温度に比べ、内部温度が高くハニカム構造体１の中心部から外筒２に向かって膨張しようとするハニカム構造体１が外筒２に拘束され外周部が圧縮されると共に、冷却時にはハニカム構造体１の中心部分から縮小し、外筒２と接合している即ち拘束されている外周部が引き伸ばされることになる。
【００２４】
また、ハニカム構造体１と外筒２との間では軸方向において両者の熱膨張・収縮量に差が出るため、軸方向に熱応力（剪断応力）が作用する、このように外筒２とハニカム構造体１の接合部位は圧縮、引っ張り剪断の繰り返し応力を受けるため、熱疲労破損が発生し易い部位となる。
【００２５】
このため、マニホールド直下コンバータ等のように熱入力が高い部分に適用される場合には、ハニカム構造体１と外筒２との間には、特に熱条件の厳しい上流側におけるハニカム構造体１と外筒２との間を接合させずに分離させていることが望ましい。
【００２６】
そこで、このような場所に適用される場合には、接合させたくない部分に拡散接合防止剤を塗布するか、又は酸化処理した状態で熱処理を行うようにした点が上記実施例とは相違したものである。それにより、外筒２とハニカム構造体１の熱容量差による伸びの差違による歪みが開放されるため、耐久性を高めることができる。
なお、ハニカム構造体１の排気ガス流れ方向の全体を外筒２と接合させた場合でも、エンジンから離れた車両床下位置に取り付けられている場合は熱条件が比較的厳しくないため十分な耐久性が得られる。
【００２７】
以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、ハニカム構造体１として、波板（波板）１１と小波板（小波板または平板）１２を交互に重ね、小波板１２を外側にして多重に巻回したハニカム状に形成したものをしめしたが、平板又は小波板と大波板とを交互に積層した構造のハニカム構造体であってもよい。
【００２８】
また、実施例では、小波板１２を用いたが、平板であってもよい。
また、実施例では、小波板（小波板または平板）１２側を外側にして巻回したが、波板（波板）１１側を外側にして巻回した構造のハニカム構造体にも本発明を適用することができる。
【００２９】
また、不活性ガスの注入口３１をメタル担体Ｍの外筒２とハニカム構造体１の外周部近傍のハニカム部分に流れるように近接させ、外筒形状に沿って並べて設けて、注入された不活性ガスを一端から他端へ流すようにしてもよく、このようにすることにより、少量の不活性ガスで効率的に窒素Ｔを吹き払うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法が適用されるメタル担体を示す一部切欠斜視図である。
【図２】実施例１のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法が適用されるメタル担体を示す断面図である。
【図３】実施例１のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法における熱処理工程を示す断面図である。
【図４】実施例２のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法における熱処理工程を示す断面図である。
【図５】実施例３のメタル担体の外筒−ハニカム間拡散接合方法における熱処理工程を示す断面図である。
【図６】拡散接合処理時における窒素放出温度を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
Ｇ  不活性ガス
Ｍ  メタル担体
Ｔ  窒素
１  ハニカム構造体
１１  大波板（波板）
１２  小波板（小波板または平板）
２  外筒
３  熱処理炉
３１  注入口
３２  排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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