(57)【要約】【課題】四角形状セルを精度よく形成することのできる金属製触媒担体の製造方法を提供する。【解決手段】  一定ピッチで山と谷が交互に連続する金属箔の波板１０を、隣接するもの同士の間で半ピッチずれるようにして板厚方向に多数枚積層して、隣接する波板の対向面の山と山の頂点同士を突き合わせることにより、蜂の巣状の多数の四角形状セルを有した積層体２０を構成する工程と、該工程後に積層体２０を前記波板の積層方向に治具３０で押圧しながら拡散接合する工程と、該拡散接合後に積層体２０を治具３０から取り外して外筒２５に収容する工程とを有する。波板１０の山の頂角αは、４５°≦α＜９０°にしておく。【選択図】図４
2006204982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定ピッチで山（１１Ａ、１２Ｂ）と谷（１１Ｂ、１２Ａ）が交互に連続する金属箔の波板（１０）を、隣接するもの同士の間で半ピッチずれるようにして板厚方向に多数枚積層し、隣接する波板（１０）の対向面の山（１１Ａ）と山（１２Ｂ）の頂点同士を突き合わせることにより、蜂の巣状の多数の四角形状セルを有した積層体（２０）を構成する工程と、該工程後に前記積層体（２０）を前記波板の積層方向に治具で押圧しながら拡散接合する工程と、該拡散接合後に前記積層体（２０）を治具（３０、３０Ｂ、５０）から取り外して外筒（２５）に収容する工程と、を備えることを特徴とする金属製触媒担体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属製触媒担体の製造方法であって、
前記波板（１０）の山（１１Ａ、１２Ｂ）の頂角αを、
４５°≦α＜９０°
としたことを特徴とする金属製触媒担体の製造方法。
【請求項３】
一定ピッチで山（１１Ａ、１２Ｂ）と谷（１１Ｂ、１２Ａ）が交互に連続する金属箔の波板（１０）を、隣接するもの同士の間で半ピッチずれるようにして板厚方向に多数枚積層し、隣接する波板（１０）の対向面の山（１１Ａ）と山（１２Ｂ）の頂点同士を突き合わせることにより、蜂の巣状の多数の四角形状セルを有した積層体（２０）を形成し、その積層体（２０）を拡散接合するための治具であって、
前記積層体（２０）を前記波板（１０）の積層方向に挟持する一対の押え板（３１、５１）と、これら一対の押え板（３１、５１）の間隔を狭めることで前記積層体（２０）に圧力を加える押圧機構（３２，３３，３５、５２，５３，５４）とを備える
ことを特徴とする拡散接合用治具（３０、３０Ｂ、５０）。
【請求項４】
請求項３に記載の拡散接合治具であって、
前記押圧機構（３２，３３，３５）による前記押え板（３１）への加圧力を一定の範囲に制限する圧力制限機構（３４、３７）を備える
ことを特徴とする拡散接合用治具（３０、３０Ｂ）
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の拡散接合用治具であって、
前記押え板（３１、５１）及び前記押圧機構（３２，３３，３５）を含むすべての構成部材がカーボン製である
ことを特徴とする拡散接合用治具（３０、３０Ｂ、５０）。
【請求項６】
請求項４に記載の拡散接合用治具であって、
前記一対の押え板（３１）を上下方向に前記積層体（２０）を挟持できるように上下に対向配置し、下側の押え板（３１）を固定して、上側の押え板（３１）の上に前記押圧機構としての重り（３５）を載置すると共に、前記圧力制限機構として、前記上側の押え板（３１）の下方への変位量を制限するストッパ（３４、３７）を設けたことを特徴とする拡散接合用治具（３０、３０Ｂ）。
【請求項７】
請求項３または５に記載の拡散接合用治具であって、
前記一対の押え板（５１）を水平方向に前記積層体（２０）を挟持できるように水平方向に対向配置し、前記押圧機構として、前記一対の押え板（５１）間に挿通された連結ボルト（５２）と、前記連結ボルト（５２）の前記押え板（５１）より外側に突出した部分に螺合されたナット（５３）と、前記ナット（５３）と前記押え板（５１）との間に配置され、該積層体（２０）を押圧するスプリング（５４）とにより構成した
ことを特徴とする拡散接合用治具（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系に装着する触媒コンバータ用の金属製触媒担体の製造方法、および、それに用いる拡散接合用治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系には、排ガスを浄化する触媒コンバータが装着されているが、触媒コンバータに用いる触媒担体として、昨今、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系フェライトステンレス箔材（２０Ｃｒ−５Ａｌ−Ｌａ−Ｆｅ）等の金属箔からなる金属製触媒担体が広く用いられている。
【０００３】
この種の金属製触媒担体の例として、一定ピッチで山と谷が交互に連続する金属箔の波板を、隣接するもの同士の対向面の山と山の頂点同士が突き当たるような条件で多数枚積層して、排ガスの流通する四角形状のセルを蜂の巣状に形成し、それをコアとして外筒の内部に収容して拡散接合したものがある（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２８０９４９号公報
【特許文献２】特開平１０−３３９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の四角形状のセルを有する金属製触媒担体は、三角形状のセルを有する金属製触媒担体と比較して、角部が広角になること、また、全辺が同条件になること等の理由により、ウォッシュコートの均一化が図れると共に、触媒性能の向上が図れると考えられている。
【０００５】
ところが、波板を積層した段階で拡散接合の前に外筒に入れてしまうと、外筒に押されてセルが潰れてしまい、精度のよい正方形状のセルを作ることができない恐れがあった。
【０００６】
なお、ウォッシュコートとは、金属触媒の担持処理として、白金等の金属触媒を含有するウォッシュコート溶液（例えば、γアルミナと添加剤及び金属触媒を成分とする溶液）を用いて、波板の表面に触媒層（ウォッシュコート層と称する薄い塗膜）を形成することである。このウォッシュコートが不均一になると、触媒層の厚さが不均一となって浄化性能に影響が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮し、四角形状セルを精度よく形成することのできる金属製触媒担体の製造方法、および、その方法の実施に使用する拡散接合用治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明の金属製触媒担体の製造方法は、一定ピッチで山と谷が交互に連続する金属箔の波板を、隣接するもの同士の間で半ピッチずれるようにして板厚方向に多数枚積層し、隣接する波板の対向面の山と山の頂点同士を突き合わせることにより、蜂の巣状の多数の四角形状セルを有した積層体を構成する工程と、該工程後に前記積層体を前記波板の積層方向に治具で押圧しながら拡散接合する工程と、該拡散接合後に前記積層体を治具から取り外して外筒に収容する工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の金属製触媒担体の製造方法であって、前記波板の山の頂角αを、４５°≦α＜９０°としたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明の治具は、一定ピッチで山と谷が交互に連続する金属箔の波板を、隣接するもの同士の間で半ピッチずれるようにして板厚方向に多数枚積層し、隣接する波板の対向面の山と山の頂点同士を突き合わせることにより、蜂の巣状の多数の四角形状セルを有した積層体を形成し、その積層体を拡散接合するための治具であって、前記積層体を前記波板の積層方向に挟持する一対の押え板と、これら一対の押え板の間隔を狭めることで前記積層体に圧力を加える押圧機構とを備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３に記載の拡散接合治具であって、前記押圧機構による前記押え板への加圧力を一定の範囲に制限する圧力制限機構を備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の拡散接合用治具であって、前記押え板及び前記押圧機構を含むすべての構成部材がカーボン製であることを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、少なくとも請求項３から５の何れか一つに記載の拡散接合用治具であって、前記一対の押え板を上下方向に前記積層体を挟持できるように上下に対向配置し、下側の押え板を固定して、上側の押え板の上に前記押圧機構としての重りを載置すると共に、前記圧力制限機構として、前記上側の押え板の下方への変位量を制限するストッパを設けたことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項３または５に記載の拡散接合用治具であって、前記一対の押え板を水平方向に前記積層体を挟持できるように水平方向に対向配置し、前記押圧機構として、前記一対の押え板間に挿通された連結ボルトと、前記連結ボルトの前記押え板より外側に突出した部分に螺合されたナットと、前記ナットと前記押え板との間に配置され、該積層体を押圧するスプリングとにより構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、外筒に入れる前に、波板の積層体に対し拡散接合を実施するので、拡散接合時のセルの変形量を、治具の加圧調整によってコントロールできる範囲に抑制することができるため、セルの形として潰れの少ない適正な四角形（正方形）を形成することができる。そして、拡散接合後に、積層体を外筒に収容して金属製触媒担体を組み立てるので、セルが潰れたり大きく変形したりするのを防止することができる。その結果、ウォッシュコートの均一化および触媒性能の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、圧力を加える前の波板の山の頂角αを予め４５°≦α＜９０°の範囲に抑えてあるので、拡散接合時に圧力による開き作用が加わっても、大きくセルが潰れるようなことがない。特に、必要な圧力が加わった状態でちょうど山の頂角が９０°になるように角度αを定めておけば、正確な正方形のセルを作ることができる。
【００１７】
請求項３の発明の治具を用いることにより、積層体を押え板で保持しながら押圧機構にて該積層体を押圧して拡散接合することができるから、当該積層体の型崩れを防止することが可能となる。
【００１８】
請求項４の発明の治具を用いることにより、波板の積層体の拡散接合時に、積層体に加える圧力を適正な範囲に容易に調整することができる。従って、セルの潰れを防止しながら、四角形状のセル形状を精度よく形成することができ、その結果、ウォッシュコートの均一化および触媒性能の向上に寄与することができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、熱膨張係数の小さいカーボンによってすべての部材を構成しているので、熱応力による問題の発生を回避できる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、波板の積層方向を上下向に向けた状態で、適正な圧力を加えながら、積層体を拡散接合することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、波板の積層方向を水平方向に向けた状態で、適正な圧力を加えながら、積層体を拡散接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
「金属製触媒担体及びその製造方法」
図１は内燃機関用の金属製触媒担体を構成するための金属箔の波板１０の構成を示している。この波板１０は、１枚の帯状の金属箔（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金）をプレス加工によって、断面矩字状の山１１Ａ（１２Ｂ）と谷１１Ｂ（１２Ａ）が、一定ピッチで交互に連続するものとして成形されている。図２に拡大して示すように、波板１０の一方の面であるＡ面で山１１Ａとなる部分は、他方の面であるＢ面で谷１１Ｂとなり、Ａ面で谷１２Ａとなる部分は、Ｂ面で山１２Ｂとなるものとする。
【００２４】
この場合、図２に示すように、波板１０の山１１Ａ、１２Ｂの頂角αは、予め、
４５°≦α＜９０°
としてある。好ましくは、頂角αは約７０°くらいがよい。
【００２５】
また、図１、図３に示すように、波板１０の一方の面であるＡ面で山１１Ａとなった部分には、谷１２Ａの方向（Ｂ面側）に、これと同一の断面矩字状に折れ曲がった位置決め部１５が設けられている。この位置決め部１５は、例えば、山１１Ａの稜線方向の両端部近傍に位置させて波の１ピッチおきに設けられており、波板１０の積層時に、各位置決め部１５がそれぞれ下側の波板１０のＡ面の谷１２Ａに嵌まる。
【００２６】
また、Ａ面で谷１２Ａとなった部分には、前記位置決め部１５と反対方向に突出し、積層時に隣接する波板１０の位置決め部１５と係合して、波板１０の縦方向（山１１Ａの稜線方向）への移動を阻止するストッパ１６が形成されている。
【００２７】
波板１０はこのように構成されており、金属製触媒担体を製造する場合には、図４に示すような手順で工程を進める。即ち、まず、定尺に裁断した波板１０を、図２、図４（ａ）に示すように、隣接するもの同士の間で半ピッチずれるようにして板厚方向に多数枚積層する。そして、隣接する波板１０の対向面の山１１Ａと山１２Ｂの頂点同士を突き合わせることにより、蜂の巣状の多数の四角形状セルを有した積層体２０を構成する。
【００２８】
その際、Ｂ面側に突出する位置決め部１５を、下側の波板１０のＡ面の谷１２Ａに嵌める。また、下側の波板１０のＡ面側に突出するストッパ１６を、上側の波板１０のＢ面の谷１１Ｂに嵌める。こうすることで、位置決め部１５によって、山１１Ａ、１２Ｂの頂点と頂点が正確に合うように位置決めできる。また、ストッパ１６によって、縦方向（ガス流れ方向）への波板１０のずれ防止を図ることができる。
【００２９】
次いで、積層体２０を組み立てたら、図４（ｂ）に示すように、積層体２０を波板１０の積層方向に拡散接合用治具３０で押圧しながら拡散接合する。そして、拡散接合したら、積層体２０を拡散接合用治具３０から取り外し、ワイヤカット等で任意の形状に加工して図４（ｃ）に示す外筒２５に収容する。これにより、金属製触媒担体を完成させることができる。なお、外筒２５に収容する前か後の段階で、ウォッシュコート溶液を用いて金属触媒の担持処理を施し、その後は、外筒とディフューザを溶着して触媒コンバータを完成させる。ここで、外筒２５としては、周方向に連続した矩形筒の他、円筒、楕円筒や半割構造のものを使用することもできる。
【００３０】
このように、外筒２５に入れる前に、波板１０の複数枚を積層してなる積層体２０に対し拡散接合を実施するので、拡散接合時のセルの変形を、治具３０の加圧調整によってコントロールできる範囲に抑制することができ、セルの形を潰れの少ない適正な四角形（正方形）を形成することができる。そして、拡散接合後に、積層体２０を外筒２５に収容して金属製触媒担体を組み立てるので、セルが潰れたり大きく変形したりするのを防止することができる。その結果、ウォッシュコートの均一化および触媒性能の向上を図ることができる。
【００３１】
また、圧力を加える前の波板１０の山１１Ａ、１２Ｂの頂角αを予め４５°≦α＜９０°の範囲に抑えてあるので、拡散接合時に圧力による開き作用が加わっても、大きくセルが潰れるようなことがない。特に、必要な圧力が加わった状態でちょうど山１１Ａ、１２Ｂの頂角が９０°になるように角度α（例えば７０°くらい）を定めておけば、正確な正方形のセルを形成することができる。
【００３２】
「拡散接合用治具」
次に、拡散接合用治具について説明する。図５は第１例の治具３０を示す。
【００３３】
この治具３０は、金属製触媒担体を製造するに際して前記した積層体２０を拡散接合するための治具であり、該積層体２０を波板１０の積層方向に挟持する押え板３１、３１と、これら一対の押え板３１、３１の間隔を狭めることで積層体２０に圧力を加える押圧機構としての重り３５と、重り３５による押え板３１への加圧力を一定の範囲に制限する圧力制限機構としてのストッパ３４と、を備えている。
【００３４】
一対の押え板３１、３１は、上下方向に積層体２０を挟持できるように上下に対向配置されており、下側の押え板３１を固定し、上側の押え板３１の上に押圧機構としての重り３５を載置している。上下の押え板３１、３１にはガイドロッド３２が貫通しており、上側の押え板３１は、ガイドロッド３２に沿って上下できるように支持されている。
【００３５】
ガイドロッド３２はネジ軸により構成されており、ガイドロッド３２の上部には、上側の押え板３１の上下に位置させて、ナット３３、３４が螺合されている。上側のナット３３は抜け止め、下側のナット３４はストッパの役目、即ち、上側の押え板３１の下方への変位量を制限するストッパの役目を果たす。
【００３６】
この治具３０はすべての構成要素が、熱膨脹率の小さいカーボンでできている。
【００３７】
この治具３０を用いる場合は、上下の押え板３１、３１の間に積層体２０を挟む。その際、高温時の浸炭溶融を防止するべく、押え板３１との間に、タンタル板や、表面にアルミナが存在する金属担体用板材等を挟む。積層体２０の波板１０の積層方向は矢印Ｓで示す上下方向である。押え板３１、３１の間に積層体２０を挟んだら、上側の押え板３１の上に所定重量の重り３５を載せる。この状態で拡散接合を行う。
【００３８】
この治具３０を用いることにより、積層体２０の拡散接合時に、積層体２０に加える圧力を適正な範囲に容易に調整することができる。即ち、重り３５の重量で圧力が一定に決まる上、ストッパ機能を果たすナット３４があるから、過剰な荷重が積層体２０にかかることがない。従って、セルの潰れを防止しながら、四角形状のセル形状を精度よく形成することができ、その結果、ウォッシュコートの均一化および触媒性能の向上に寄与することができる。
【００３９】
また、熱膨張係数の小さいカーボンによってすべての部材を構成しているので、熱応力による問題の発生を回避できる。
【００４０】
なお、図６に示す変形例の治具３０Ｂのように、前記ストッパとして、上下の押え板３１、３１の間に、ナットの代わりに圧縮スプリング３７を配設してもよい。
【００４１】
図７は第２例の治具として示す、水平方向に加圧力を作用させる拡散接合用治具５０の平面図、図８は側面図である。
【００４２】
この治具５０は、一対の押え板５１、５１を水平方向に積層体２０を挟持できるように水平方向に対向配置している。また、押圧機構として、一対の押え板５１、５１の四隅同士の間に４本の連結ボルト５２を挿通させ、連結ボルト５２の押え板５１、５１より外側に突出した部分にナット５３を螺合させ、また、ナット５３と押え板５１との間に積層体２０を押圧するスプリング５４を配設している。また、下端に積層体２０を載せる支持台５６、上端に積層体２０の端面を抑える端面押え５７を設けている。
【００４３】
この治具５０の場合も、すべての構成要素が熱膨脹率の小さいカーボンでできている。
【００４４】
この治具５０を用いる場合は、水平方向に対向配置された押え板５１、５１の間に積層体２０を挟む。その際、高温時の浸炭溶融を防止するべく、押え板５１との間に、タンタル板や、表面にアルミナが存在する金属担体用板材を挟む。積層体２０の波板１０の積層方向は矢印Ｓで示す水平方向である。押え板５１、５１の間に積層体２０を挟んだら、ナット５３を締めて、スプリング５４を介して荷重を積層体２０に加え、この状態で拡散接合を行う。
【００４５】
この治具５０を用いることにより、積層体２０の拡散接合時に、積層体２０に加える圧力を適正な範囲に容易に調整することができる。即ち、ナット５３の締め付け力を加減することでスプリング５４による加圧力を一定の範囲に調整できる。従って、セルの潰れを防止しながら、四角形状のセル形状を精度よく形成することができ、その結果、ウォッシュコートの均一化および触媒性能の向上に寄与することができる。
【００４６】
また、この拡散接合用治具５０においても同様に、熱膨張係数の小さいカーボンによってすべての部材を構成しているので、熱応力による問題の発生を回避できる。
【００４７】
「試作例」
次に試作例について評価した結果について説明する。
【００４８】
（１）試作例１
・板厚２０μｍの波板を９０段積層して、カーボン製の治具３０に仮固定する。その際、積層体２０と治具３０の押え板３１間にタンタル板を挟み込む。
【００４９】
・圧縮機にて８ｋＮの圧力をかけ、その位置で治具３０の押え板３１を固定する。
【００５０】
・治具３０の上側の押え板３１に重り（１５０ｇ）を載せて、真空炉にて拡散接合（１２６０℃×６０ｍｉｎ）を行い、所定の担体１を得る。
【００５１】
（２）試作例２
・板厚２０μｍの波板を７６段積層して、カーボン製の治具３０に仮固定する。その際、積層体２０と治具３０の押え板３１間にタンタル板を挟み込む。
【００５２】
・圧縮機にて８ｋＮの圧力をかけ、その位置で治具３０の押え板３１を固定する。
【００５３】
・ストッパナット３４を治具３０の下側の押え板３１の上面から３３ｍｍの位置に設定する。
【００５４】
・治具３０の上側の押え板３１に重り（１５０ｇ）を載せて、真空炉にて拡散接合（１２６０℃×３０ｍｉｎ）を行い、所定の担体２を得る。
【００５５】
（３）試作例３
・板厚２０μｍの波板を７６段積層して、カーボン製の治具３０に仮固定する。その際、積層体２０と治具３０の押え板３１間にタンタル板を挟み込む。
【００５６】
・治具３０の上側の押え板３１に重り（５００ｇ）で圧力をかけ、その位置で治具３０の押え板３１を固定する。
【００５７】
・ストッパナット３４を治具３０の下側の押え板３１の上面から３４ｍｍの位置に設定する。
【００５８】
・治具３０の上側の押え板３１に重り（１５０ｇ）を載せて、真空炉にて拡散接合（１２６０℃×３０ｍｉｎ）を行い、所定の担体３を得る。
【００５９】
（４）試作４
・板厚２０μｍの波板を７６段積層して、カーボン製の治具３０に仮固定する。その際、積層体２０と治具３０の押え板３１間にタンタル板を挟み込む。
【００６０】
・治具におもり（５００ｇ）で圧力をかけ、その位置で治具板を固定する。
【００６１】
・ストッパナットを治具下板上面から３５ｍｍの位置に設定する。
【００６２】
・治具３０の上側の押え板３１に重り（１５０ｇ）を載せて、真空炉にて拡散接合（１２６０℃×３０ｍｉｎ）を行い、所定の担体４を得る。
【００６３】
試作した担体について判断した結果が次表である。なお、評価に当たり、上記にて得られた担体１〜担体４に関して、拡大画像にてセル密度を算出し、担体製造精度の判定を行った。ただし、セル密度とは、単位面積あたり何個セルが開いているかを示している。
【表１】
2006204982.tif 000003
【００６４】
この表から、担体４の完成度が高いことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の製造方法で使用する金属箔の波板の構成を示す斜視図である。
【図２】波板を積層する場合の位置関係を示す拡大図である。
【図３】波板を積層する場合の位置決め部とストッパの位置関係を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の製造方法の工程説明図である。
【図５】本発明の実施形態の拡散接合用治具を示す側面図である。
【図６】図５の治具の変形例を示す側面図である。
【図７】本発明の別の実施形態の拡散接合用治具を示す平面図である。
【図８】図７の治具の側面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  波板
１１Ａ，１２Ｂ  山
１１Ｂ，１２Ａ  谷
２０  積層体
２５  外筒
３０，３０Ｂ，５０  拡散接合用治具
３１，５１  押え板
３５  重り（押圧機構）
３４  ナット（ストッパ）
３７  圧縮スプリング
５２  連結ボルト
５３  ナット
５４  スプリング
【図１】
2006204982.tif 000004
【図２】
2006204982.tif 000005
【図３】
2006204982.tif 000006
【図４】
2006204982.tif 000007
【図５】
2006204982.tif 000008
【図６】
2006204982.tif 000009
【図７】
2006204982.tif 000010
【図８】
2006204982.tif 000011