(57)【要約】【課題】メタル担体用箔材のより一層の拡散接合性の向上を実現し、メタル担体を高い信頼性のもとに供給する。【解決手段】表面粗さがＲａで０．０１μｍ以上０．２μｍ以下あるいは０．２μｍ超０．４μｍ以下で、かつＲａとＲｓｋとの関係が下記（１）式の関係にあることを特徴とする拡散接合性の良好な排気ガス浄化用メタル担体用耐熱ステンレス鋼箔である。Ｒｓｋ≦−１０×（Ｒａ−０．２）        （１）また、耐熱ステンレス鋼箔で構成されたハニカムを耐熱ステンレス鋼製の外筒に挿入して拡散接合された排気ガス浄化用メタル担体において、前記ステンレス鋼箔の表面粗さが上記範囲内にあることを特徴とする排気ガス浄化用メタル担体である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面粗さがＲａで０．０１μｍ以上０．２μｍ以下で、かつＲａとＲｓｋとの関係が下記（１）式の関係にあることを特徴とする拡散接合性の良好な排気ガス浄化用メタル担体用耐熱ステンレス鋼箔。
Ｒｓｋ≦−１０×（Ｒａ−０．２）        （１）
【請求項２】
表面粗さがＲａで０．２μｍ超０．４μｍ以下で、かつＲａとＲｓｋとの関係が上記（１）式の関係にあることを特徴とする拡散接合性の良好な排気ガス浄化用メタル担体用耐熱ステンレス鋼箔。
【請求項３】
耐熱ステンレス鋼箔で構成されたハニカムを耐熱ステンレス鋼製の外筒に挿入して拡散接合された排気ガス浄化用メタル担体において、前記ステンレス鋼箔の表面粗さが請求項１又は２の範囲内にあることを特徴とする排気ガス浄化用メタル担体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車排ガスの浄化用メタル担体に用いられる耐熱ステンレス鋼箔および該箔を用いたメタル担体に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車排ガスの浄化する触媒コンバーターとして、耐熱鋼箔をハニカム材とするメタル担体の重要性が増してきている。メタル担体はセラミック担体に比べて排気ガスの浄化能などが優れてはいるが、高価であるため使用される車種は一部の高級車種に限られている。したがってメタル担体のコストを少しでも下げる努力がなされている。メタル担体は通常ろう接で平箔と波箔を接合して製造されるが、高価なろう材を使わないで拡散接合で製造する技術が特許文献１や特許文献２などに提案されている。拡散接合の場合箔材の表面粗さによって拡散接合性が左右され、特許文献３では、ハニカム体（拡散接合後）の表面粗さを算術平均粗さＲａで０．１５〜３μｍと規定してγ−アルミナなどの触媒担持層がハニカム体（拡散接合後）に好適に形成されることを開示している。また特許文献４では拡散接合に好適な箔の表面粗さを１０点平均粗さＲｚ（旧ＪＩＳ）で０．１〜０．３にすることを開示している。
【０００３】
さらに特許文献５においては、箔の拡散接合性を左右するのは旧ＪＩＳの最大粗さＲｍａｘや、やはり旧ＪＩＳの十点平均粗さＲｚなどよりＲａがより正確な指標であることを明らかにし、拡散接合性の良い箔の表面粗さをＲａで０．００１〜０．２μｍとした。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２７０９４７号公報
【特許文献２】
特開平２−１４７４７号公報
【特許文献３】
実開平３−１０２２３７号公報
【特許文献４】
特開平３−１１８８３９号公報
【特許文献５】
特開平８−３８９１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献５に記載の発明により、メタル担体の製造に用いることのできる拡散接合性の良好な箔を提供することが可能になったが、メタル担体の耐久性を向上してさらに高い信頼性を有するメタル担体を提供するためには、拡散接合性の更なる向上が要求されている。
【０００６】
本発明は、メタル担体用箔材のより一層の拡散接合性の向上を実現し、メタル担体を高い信頼性のもとに供給することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点に鑑み、メタル担体用箔材の拡散接合性とその表面粗さの関係を追及した結果、Ｒａに加えて輪郭曲線のスキューネスＲｓｋを組み合わせることにより、拡散接合性の極めて良好な箔を得ることができるという知見に達したことによる。
【０００８】
すなわち本発明の第１のものは、表面粗さがＲａで０．０１μｍ以上０．２μｍ以下、あるいは０．２μｍ超０．４μｍ以下で、かつＲａとＲｓｋとの関係が下記（１）式の関係にあることを特徴とする拡散接合性の良好な排気ガス浄化用メタル担体用耐熱ステンレス鋼箔である。
Ｒｓｋ≦−１０×（Ｒａ−０．２）        （１）
【０００９】
また本発明の第２のものは、耐熱ステンレス鋼箔で構成されたハニカムを耐熱ステンレス鋼製の外筒に挿入して拡散接合された排気ガス浄化用メタル担体において、前記ステンレス鋼箔の表面粗さが上記第１の発明の範囲内にあることを特徴とする排気ガス浄化用メタル担体である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。金属の拡散接合性はその表面粗さが小さい方が良好になることは多くの文献等で開示され、公知であった。この場合の試験材は薄板や棒で、その場合は旧ＪＩＳの最大粗さＲｍａｘや、やはり旧ＪＩＳの十点平均粗さＲｚなどが拡散接合性を左右する指標として使われてきた。前者は基準長さ内で最も高い山頂と最も深い谷底の差高を測定し、後者は最も高い山から５番目までの山頂の高さの平均と最も低い谷から５番目までの谷底の深さの平均との差高を測定するものである。すなわちこれらのパラメータは表面粗さの極値を表す。拡散接合性を左右する因子は、金属面同士を小さな圧力で接触させたときに相互に接触する面積の大小で、これが大であるほど拡散接合性は良好となる。薄板や棒など形状的に比較的リジッドな材料では、これらの表面粗さの極値が接合面の接触状況を左右するので、これらのパラメータが拡散接合性の良い指標となる。
【００１１】
一方箔などの形状的に柔らかな材料では、特許文献５に記載のように、極値を与える山と山の中間の部分もある程度材料が変形して接合面が相互になじむため、極値を表すＲｍａｘやＲｚより平均的な凹凸の程度を表すＲａの方がより的確に拡散接合性を表すことが解明された。この結果から特許文献５においては、拡散接合性の良い箔の表面粗さをＲａで０．００１〜０．２μｍとした。
【００１２】
その後多くの箔を調べるうちに、Ｒａのみでは拡散接合性の良好な箔の表面粗さの特徴を的確に捉えることができないことを新たに知見した。すなわち特許文献５に規定するＲａの範囲内の箔でも拡散接合性の悪いものがあり、またこの範囲外のものでも拡散接合性の良好なものがあることが判明した。
【００１３】
すなわち箔の典型的な輪郭曲線が図２のごとく、山の部分は比較的滑らかな高原台地状になっており、ところどころに深い谷が存在するような形状を有している場合には、Ｒａが０．２μｍ以下でも０．２μｍ超でも拡散接合性が非常に良好となる。これらから判るように、一部に深い谷があるためにＲａはやや大きくなるがこれらは拡散接合性には悪影響せず、大部分の山の部分が滑らかであれば拡散接合性は良好であることを示す。このような輪郭曲線の箔は、表面粗さの大きいローラーで１パス当たりの圧下率を大きくとって能率の良い圧延を数パス行い、最後に極めて滑らかな表面のローラーで仕上げ圧延したときに得られることが判明した。
【００１４】
逆に箔の典型的な輪郭曲線が図３に示すごとく、ところどころに比較的高い山がありかつ大部分の谷が滑らかで、図２の曲線の上下逆さまの形をしている場合には、たとえＲａが０．２μｍ以下でも上記のような非常に良好な拡散接合性を得ることができないことが判った。このような箔はオーバーホール直後の圧延ローラーで圧延したときによく出るものである。すなわち傷んだ圧延ローラーの表面を研削し、さらに研磨して表面を滑らかにするも、深い研削疵が残ったようなローラーで圧延すると図３のような輪郭曲線の箔が得られる。この場合、ところどころの山によって拡散接合性は悪化するが、Ｒａは大部分の谷部の滑らかさに影響されて比較的小さくなったものである。
【００１５】
以上の検討結果から、拡散接合性にはところどころにある深い谷は影響しないが、ところどころにある高い山は悪影響する。したがって突出した山と急峻な谷の多さを区別して表現できる表面粗さパラメータのスキューネスＲｓｋ（輪郭曲線の三乗平均／同二乗平均３／２で無次元）がＲａとともに拡散接合性の評価基準になり得ることを暗示している。すなわちＲｓｋは、輪郭曲線に突出した山が多ければ正となり、急峻な谷が多ければ負となる無次元の値である。
【００１６】
本発明者らは圧延ローラーの表面仕上げ状況をいくつかに変化させて２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼の５０μｍ箔を３０μｍまで圧延し、さらに圧延された箔の表面を種種の粗さのエメリー紙で研磨するなどして、各種の表面性状の箔を得た。かくして得られた各箔のＲａとＲｓｋを表面粗さ計で測定した。この際の基準長さは０．８ｍｍ、触針径２μｍ、その他はＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）に従った。さらにこれらの箔を１００Ｌ×１０Ｗの大きさに夫々２枚切り、図４に示すようにそれら箔１１の先端の１０Ｌ×１０Ｗが重なるようにして、ここにあらかじめ酸化処理した２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼製のブロック１２を台座１３の上に乗せて９０ｇの荷重が加わるようにセットし、１２００℃×２０分の真空熱処理を行った。なお１２００℃での真空度は２〜５×１０−５Ｔｏｒｒであった。熱処理後に箔の両端を引張試験機のチャックにくわえて引っ張り、母材で破断したものを拡散接合性良好（○）、重ね面が剥がれたものを拡散接合性不良（×）として、Ｒａを横軸、Ｒｓｋを縦軸とする図１上にプロットした。その結果、Ｒａ≦０．４μｍで、かつＲａとＲｓｋとの関係が上記（１）式の関係にある場合には拡散接合性良好、そうでない場合には拡散接合性が不良となることがわかった。すなわちＲａが０．２μｍ超で拡散接合性の良好なものはＲｓｋが負でなければならず、Ｒａが０．２μｍ未満ならＲｓｋは若干は正であっても良いということになる。かくして表面粗度がＲａで０．０１μｍ以上０．２μｍ以下でかつＲａとＲｓｋとの関係が上記（１）式の関係にある箔、あるいは表面粗度がＲａで０．２μｍ超０．４μｍ以下でかつＲａとＲｓｋとの関係が上記（１）式の関係にある箔において、拡散接合性が良好であることが判った。
【００１７】
本発明においてＲａも上下限を設定した理由を説明する。Ｒａの下限の０．０１μｍは、これ未満のＲａのものは工業的につくりにくく、またメタル担体加工した後も触媒物質の担持工程でも問題を起こすので０．０１μｍをＲａの下限とした。またＲａが０．４μｍを超えると、Ｒｓｋがかなり大きな負であっても、さすがに表面凹凸が大きくなるので拡散接合性が悪くなってくるため０．４μｍをＲａの上限とした。
【００１８】
なお本発明の対象となる箔材は２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼の他、メタル担体のハニカムに使用されるすべてのＣｒ−Ａｌ系ステンレス鋼、その他の耐熱合金製金属箔材などである。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
図１にプロットした箔のうち７種のものを幅１５０ｍｍの箔に圧延してさらに１２０ｍｍにスリットし、各箔の約６割のものをコルゲート加工して波箔を作成した。平箔とともに充分脱脂をしてから平箔と波箔を重ね、平箔に５ｋｇの後方張力を掛けながら円筒形に巻回し、７８ｍｍφのハニカムを作った。これを１９％Ｃｒステンレス鋼製の８１ｍｍφ×１．５ｍｍｔの外筒内に挿入し、その後これを８０ｍｍφにまで縮径した。このようにして各箔材についてメタル担体を作成し、これらに１２５０℃×３０分の真空熱処理を行い、拡散接合処理を行った。これらのメタル担体のハニカム部の外周部付近から１ｃｍキューブの試験材を切り出し、エポキシ系接着剤によりステンレス製の補助冶具に固定して、ハニカムの径方向に引張試験を行った。この際の最大荷重が１０ｋｇｆ以上のものは良品で、それ未満であれば接合不良と判定できることが経験的に判っている。
【００２０】
各箔のＲａ、Ｒｓｋとハニカムの引張強度と判定結果等を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2004216242.tif 000003
【００２２】
上表が示すように、ＲａとＲｓｋが本発明の要件を充たす本発明例のハニカムはいずれも高いハニカム強度を示し、本発明の要件を満たさない比較例のハニカムは低い接合強度を示した。
【００２３】
（実施例２）
実施例１で作られた試料番号Ａ，Ｃ，Ｇの箔を用いて、同様な方法でメタル担体を３個試作した。今回はエンジンベンチ試験で冷熱耐久試験を行うため、図５に示すように熱応力開放のための接合構造の作りこみを行った。すなわち、ハニカム１を巻回す際に、最外周層から３，４層目の波箔の波頂点でガス出側から９０ｍｍまでの部分に焼き付き防止剤を塗布して、熱処理後のハニカム内に非接合部４を導入した。またハニカム１を外筒２に挿入する前に、ガスの出側から４０ｍｍまでのハニカム外周面にロウ箔をスポット溶接し、それ以外の外周面には焼き付き防止剤を塗布した。これによりガス出側から４０ｍｍまでの間にハニカムと外筒間の接合部３が導入された。
【００２４】
かくして試作されたメタル担体の両側にコーンとフランジを溶接し、排気量が２０００ｃｃのエンジンのエキマニ直下に装着して、６０００回転でスロットル全開を３０分、エンジン停止３０分ファン冷却を６００回繰り返す冷熱耐久試験を各メタル担体について行った。試験は５０回ごとに内部を点検して、異常が無ければ試験を続行した。
【００２５】
その結果Ａの箔を用いて試作したメタル担体は、４５０回の点検時にハニカム内の非接合部４より内周部が、ガス出側に突出しているのが発見され、試験を中止した。これに対し、ＣおよびＧの箔を用いたメタル担体は６００回の点検時まで異常がなく、耐久試験に合格した。
【００２６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明は拡散接合性の良いメタル担体用の金属箔とそれによるメタル担体を高い信頼性のもとに供給するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】箔の表面粗さＲａ（横軸）とＲｓｋ（縦軸）によって拡散接合性の良好なものと悪いものが区別できることを示す分布図。
【図２】Ｒａが０．２μｍ超でかつ拡散接合性の良い箔の典型的な輪郭曲線のパターンを示す図。
【図３】Ｒａが０．２μｍ以下でかつ拡散接合性の悪い箔の典型的な輪郭曲線のパターンを示す図。
【図４】箔の拡散接合性を簡便に評価するために、真空熱処理で箔を拡散接合させるための装置図。
【図５】拡散接合をして試作されたメタル担体の接合構造を示す断面図。
【符号の説明】
１  ハニカム
２  外筒
３  ハニカム／外筒間の接合部
４  ハニカム内の非接合部
１１  評価する箔
１２  接合部に荷重をかけるための錘
１３  台座
【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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