(57)【要約】【課題】  ロー箔材を巻回していない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスを確実に形成させることにより、熱応力によるハニカム構造体の破損を防止することができる金属製触媒担体の製造方法の提供。【解決手段】  拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度（例えば６００℃）を所定時間（例えば３０分間）維持させることにより、ロー箔材２が巻回されていない部分のハニカム構造体１の外周面と外筒３の内周面との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を確実に形成させた後、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させるようにする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体の一部外周にロー箔材を巻回し、これらを金属製の外筒内に圧入した状態で非酸化雰囲気下で加熱処理することにより前記大波板と小波板または平板との間を拡散接合させると共に、前記ハニカム構造体と外筒との間を前記ロー箔材で接合する一方、該ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスを形成するようにした金属製触媒担体の製造方法であって、
前記加熱処理において拡散接合温度まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度を所定時間維持させることにより、前記ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を形成させた後、拡散接合温度まで加熱温度を上昇させるように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２】
請求項１記載の金属製触媒担体の製造方法において、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウム窒化温度領域内における加熱温度を緩やかに上昇させることにより、前記ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を形成させるように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】
請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法において、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウム窒化温度領域内における加熱温度のみを緩やかに上昇させ、それ以外の温度領域における温度上昇を早めるように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４】
金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体の一部外周にロー箔材を巻回し、これらを金属製の外筒内に圧入した状態で非酸化雰囲気下で加熱処理することにより前記大波板と小波板または平板との間を拡散接合させると共に、前記ハニカム構造体と外筒との間を前記ロー箔材で接合する一方、該ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスが形成された金属製触媒担体であって、
前記加熱処理において拡散接合温度まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度を所定時間維持させて前記ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜が形成され、該窒化アルミニウムの皮膜によりその後の拡散接合温度でのハニカム構造体と外筒との間の拡散接合が阻止されて前記クリアランスが維持されていることを特徴とする金属製触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排気系に装着する金属製触媒担体の製造方法および金属製触媒担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属性触媒担体として、図６に示すように、金属製薄板の波板と平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体１０１の一部外周にロー箔材１０２を巻回し、これらを金属製の外筒１０３内に圧入して非酸化雰囲気下で熱処理することにより、波板と平板とを拡散接合させると共に、ハニカム構造体１０１と外筒１０３との間をロー箔材１０２で接合させる一方、該ロー箔材１０２が巻回されていない部分のハニカム構造体１０１と外筒１０３との間にその円周に亙って所定のクリアランスｈを形成させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４３６９３号公報  （第２頁、図１、２）
【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、従来例の金属製触媒担体にあっては、ロー箔材１０２が巻回されていないハニカム構造体１０１と外筒１０３との間に形成されるクリアランスｈが極めて小さいため、加熱処理の際に、該クリアランスｈ部分においてハニカム構造体１０１と外筒１０３とが部分的に拡散接合される虞れがあり、このため、以下に述べるような問題点があった。
【０００５】
即ち、車両に適用された金属製触媒担体には、エンジンスタートと共に、入口から高温の排気ガスが流入してくる。その際、ハニカム構造体１０１の中心部が最も排気ガスの流速が早く、外筒１０３に近くなるにつれて遅くなり、このためハニカム構造体１０１がその中心部から高温に加熱される一方、外筒１０３は外気への放熱作用があるため、ハニカム構造体１０１と外筒１０３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流入し、同様な触媒温度プロフィルを生じる。
【０００６】
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流入してくる。その排気ガスの流れ分布は、エンジンスタート時および加速時と同様に中心部により多く流れる。即ち、中心部が早く冷却されることになる。
【０００７】
このような温度履歴を受けているハニカム構造体１０１の内部に発生する応力は、特に外筒１０３と接合されている外周部位に集中する。その理由は、外筒１０３の温度に比べ、内部温度が高くハニカム構造体１０１の中心部から外筒１０３に向かって膨張しようとするハニカム構造体１０１が外筒１０３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１０１の中心部分から縮小し、外筒１０３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。
【０００８】
また、ハニカム構造体１０１と外筒１０３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１０３とハニカム構造体１０１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。
【０００９】
そこで、ハニカム構造体１０１と外筒１０３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１０１と外筒１０３との間に所定のクリアランス
ｈが形成されていることが望ましい。
【００１０】
ところが、ハニカム構造体１０１と外筒１０３との間に形成されるクリアランスｈ部分においてハニカム構造体１０１と外筒１０３とが部分的に拡散接合されると、該拡散接合部分に応力が集中し、同部分のハニカム構造体１０１を破損させ、これにより、触媒機能を低下させることになる。
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は、ロー箔材を巻回していない部分のハニカム構造体と外筒との間の全体に所定のクリアランスを確実に形成させることにより、熱応力によるハニカム構造体の破損を防止することができる金属製触媒担体の製造方法および金属製触媒担体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため請求項１記載の金属製触媒担体の製造方法は、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体の一部外周にロー箔材を巻回し、これらを金属製の外筒内に圧入した状態で非酸化雰囲気下で加熱処理することにより前記大波板と小波板または平板との間を拡散接合させると共に、前記ハニカム構造体と外筒との間を前記ロー箔材で接合する一方、該ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスを形成するようにした金属製触媒担体の製造方法であって、前記加熱処理において拡散接合温度まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度を所定時間維持させることにより、前記ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を形成させた後、拡散接合温度まで加熱温度を上昇させるようにしたことを特徴とする手段とした。
【００１３】
請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法は、請求項１記載の金属製触媒担体の製造方法において、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウム窒化温度領域内における加熱温度を緩やかに上昇させることにより、前記ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を形成させるようにしたことを特徴とする手段とした。
【００１４】
請求項３記載の金属製触媒担体の製造方法は、請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法において、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウム窒化温度領域内における加熱温度のみを緩やかに上昇させ、それ以外の温度領域における温度上昇を早めるようにしたことを特徴とする手段とした。
【００１５】
請求項４記載の金属製触媒担体は、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体の一部外周にロー箔材を巻回し、これらを金属製の外筒内に圧入した状態で非酸化雰囲気下で加熱処理することにより前記大波板と小波板または平板との間を拡散接合させると共に、前記ハニカム構造体と外筒との間を前記ロー箔材で接合する一方、該ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスが形成された金属製触媒担体であって、前記加熱処理において拡散接合温度まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度を所定時間維持させて前記ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜が形成され、該窒化アルミニウムの皮膜によりその後の拡散接合温度でのハニカム構造体と外筒との間の拡散接合が阻止されて前記クリアランスが維持されていることを特徴とする手段とした。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の金属製触媒担体の製造方法では、上述のように、非酸化雰囲気下で行われる加熱処理において、拡散接合温度まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度を所定時間維持させることにより、ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を形成させた後、拡散接合温度まで加熱温度を上昇させるようにしたことで、窒化アルミニウム皮膜の拡散接合阻止作用により、ロー箔材を巻回していない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスを確実に形成させることができるようになる。
従って、熱応力によるハニカム構造体の破損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】
請求項２記載の金属製触媒単体の製造方法では、上述のように、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウム窒化温度領域内における加熱温度を緩やかに上昇させることにより、ロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を形成させるようにしたことにより、前記請求項１と同様に、窒化アルミニウム皮膜の拡散接合阻止作用により、ロー箔材を巻回していない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って所定のクリアランスを確実に形成させることができるようになる。
従って、熱応力によるハニカム構造体の破損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。
【００１８】
請求項３記載の金属製触媒担体の製造方法では、上述のように、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウム窒化温度領域内における加熱温度のみを緩やかに上昇させ、それ以外の温度領域における温度上昇を早めるようにしたことにより、温度幅の広いアルミニウム窒化温度領域を有効に利用し、熱処理時間を短縮させることができるようになる。
【００１９】
請求項４記載の金属製触媒単体では、上述のように、前記加熱処理において拡散接合温度まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度を所定時間維持させてロー箔材が巻回されていない部分のハニカム構造体と外筒との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜が形成され、該窒化アルミニウムの皮膜によりその後の拡散接合温度でのハニカム構造体と外筒との間の拡散接合が阻止されて前記クリアランスが維持されている構成としたことにより、熱応力によるハニカム構造体の破損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】
【００２０】
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】
【００２１】
この実施例１は、請求項１、４に記載の発明に対応するものである。
まず、この実施例１の金属製触媒担体の製造方法を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１の金属製触媒担体を示す一部切欠斜視図、図２は同横断平面図である。
【００２２】
この実施例１の金属製触媒担体は、ハニカム構造体１と、ロー箔材２と、外筒３とで構成されている。
前記ハニカム構造体１は、数十ミクロンの金属製薄板の波板（大波板）１１と平板（小波板または平板）１２を交互に重ね、平板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、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、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。
【００２３】
前記ロー箔材２は、前記ハニカム構造体１を前記外筒３に圧入する前に、ハニカム構造体１の外周面に巻回しておくもので、この実施例１では、このロー箔材２が、ハニカム構造体１における排ガス流出側（図面左側）端部寄りの中途部に部分的に巻回されている。    
【００２４】
前記外筒３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形状に形成され、この円筒の内径として、これに前記ハニカム構造体１を圧入することにより、ロー箔材２が巻回されていない部分のハニカム構造体１の外周面と外筒３の内周面との間にその全周に亙って所定のクリアランスｈが形成されている。
【００２５】
そして、以上の状態に組み付けられた金属製触媒担体を、非酸化雰囲気下の炉内で拡散接合温度である約１３００℃まで加熱することにより、波板１１と平板１２との間を拡散接合させると共に、ハニカム構造体１と外筒３との間を前記ロー箔材２で接合させるが、この実施例１の金属製触媒担体の製造方法においては、図２（加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャート）に示すように、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域内の温度（例えば６００℃）を所定時間（例えば３０分間）維持させることにより、ロー箔材２が巻回されていない部分のハニカム構造体１の外周面と外筒３の内周面との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を確実に形成させた後、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させるようにする。
なお、従来の加熱処理では、図７に示すように、その温度上昇速度が早かったため、十分に窒化アルミニウムが形成される前に拡散接合が開始されていた。
【００２６】
次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１の金属製触媒担体の製造方法では、上述のように、加熱処理工程において、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させる前に、ロー箔材２が巻回されていない部分のハニカム構造体１の外周面と外筒３の内周面との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を確実に形成させることができるため、この窒化アルミニウムの皮膜が形成された部分におけるハニカム構造体１と外筒３との間が拡散接合されることを防止することできるようになる。
【００２７】
即ち、拡散接合処理を行うためには、両接合面の十分な清浄度が必要であるため、窒化アルミニウムの皮膜が形成された部分は拡散接合が阻害される結果、クリアランスｈが確実に形成された状態となる。
【００２８】
従って、この実施例１の金属製触媒担体の製造方法および金属製触媒担体にあっては、ロー箔材２を巻回していない部分のハニカム構造体１と外筒３との間にその全周に亙って所定のクリアランスｈを確実に形成させることができ、これにより、熱応力によるハニカム構造体の破損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。
【００２９】
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と同様の構成部分はその図示および説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００３０】
この実施例２の金属製触媒担体の製造方法は、請求項１、２、４に記載の発明に対応したものである。
この実施例２の金属製触媒担体の製造方法は、図４（加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャート）に示すように、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域（例えば６００℃〜１０００℃）内の温度範囲内を所定の時間（例えば、３０分）をかけて上昇させるように、その温度の上昇速度を緩やかにすることにより、ロー箔材２が巻回されていない部分のハニカム構造体１の外周面と外筒３の内周面との間にその全周に亙って窒化アルミニウムの皮膜を確実に形成させた後、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させるようにした点が、前記実施例１とは相違したものである。
【００３１】
従って、この実施例２の金属製触媒担体の製造方法および金属製触媒担体にあっては、ロー箔材２を巻回していない部分のハニカム構造体１と外筒３との間にその全周に亙って所定のクリアランスｈを確実に形成させることができ、これにより、熱応力によるハニカム構造体の破損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。
【実施例３】
【００３２】
この実施例３の金属製触媒担体の製造方法は、請求項１〜４に記載の発明に対応したものである。
この実施例３の金属製触媒担体の製造方法は、図５（加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャート）に示すように、拡散接合温度（約１３００℃）まで加熱温度を上昇させる過程で、少なくとも窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までのアルミニウムの窒化温度領域（例えば、６００℃〜１０００℃）内の温度範囲内を所定の時間（例えば、３０分）をかけて上昇させるように、その温度の上昇速度を緩やかにする一方、それ以外の温度領域（例えば、６００℃未満、および、１０００℃以上）における温度上昇を早めるようにした点が、前記実施例２とは相違したものである。
【００３３】
従って、この実施例３の金属製触媒担体の製造方法によれば、温度幅の広いアルミニウム窒化温度領域（例えば、６００℃〜１０００℃）を有効に利用し、この温度領域内においても温度を上昇させることにより、熱処理時間を短縮させることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００３４】
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、ロー箔材２を、ハニカム構造体１における排ガス流出側（図面左側）端部寄りの中途部に巻回した例を示したが、ロー箔材２の巻回位置や幅は任意であ。    
【００３５】
また、実施例１では、所定時間維持させる温度を６００℃に設定した例を示したが、窒化アルミニウム形成開始温度から拡散接合開始温度までの任意の温度に設定すればよい。  また、実施例では、温度維持時間を３０分に設定した例を示したが、この温度維持時間は種々の条件に応じて異なるもので、要は、窒化アルミニウムが十分に形成される時間であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１の金属製触媒担体を示す一部切欠斜視図である。
【図２】実施例１の金属製触媒担体を示す横断平面図である。
【図３】実施例１の金属製触媒担体の製造方法における加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャートである。
【図４】実施例２の金属製触媒担体の製造方法における加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャートである。
【図５】実施例３の金属製触媒担体の製造方法における加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャートである。
【図６】従来例の金属製触媒担体を示す横断平面図である。
【図７】従来例の金属製触媒担体の製造方法における加熱処理温度と加熱処理時間との関係を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１  ハニカム構造体
１１  波板（大波板）
１２  平板（小波板または平板）
２  ロー箔材
３  外筒
【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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【図７】
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