(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒等を担持させるメタル担体（１）の製造方法であって、
金属製の板材からハニカム構造体のコア（１１）を作成する工程と、
コアが圧入状態で外筒（１６）に挿入されたアセンブリ（１０）を形成する工程と、
メタル担体の完成品形状における下半部に対応した断面形状のワーク載置部（２１）を備える熱処理治具（２０）の当該ワーク載置部に前記アセンブリを載置し、熱処理を行なってコアと外筒を接合する熱処理工程とを有し、
前記熱処理治具（２０）は、ワーク載置部（２１）が上方に開口した凹部（２８）として形成されたブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体（１）の短径（ＤＳ）と一致するよう設定されており、
前記熱処理工程は、前記ブロックの上面に規制板（３０）を載置して行なわれることを特徴とするメタル担体の製造方法。
【請求項２】
触媒等を担持させるメタル担体（１）の製造方法であって、
金属製の板材からハニカム構造体のコア（１１）を作成する工程と、
コアが圧入状態で外筒（１６）に挿入されたアセンブリ（１０）を形成する工程と、
メタル担体の完成品形状における下半部に対応した断面形状のワーク載置部（２１）を備える熱処理治具（２０）の当該ワーク載置部に前記アセンブリを載置し、熱処理を行なってコアと外筒を接合する熱処理工程とを有し、
前記熱処理治具（２０）は、下面（２６）が平坦でワーク載置部（２１）が上方に開口した凹部（２８）として形成されたブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体（１）の短径（ＤＳ）と一致するよう設定されており、
前記熱処理工程は、ワーク載置部に前記アセンブリを載置した前記ブロックを積み重ねて行なわれることを特徴とするメタル担体の製造方法。
【請求項３】
メタル担体（１）の完成品形状における下半部に対応した断面形状を有するとともに上方に開口した凹部（２８）として形成されたワーク載置部（２１）を備えるブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体の短径（ＤＳ）と一致するよう設定されていることを特徴とするメタル担体の製造に用いる熱処理治具。
【請求項４】
前記ワーク載置部（２１）に続く開口部分が上広がりのテーパ面（２２）となっていることを特徴とする請求項３記載のメタル担体の製造に用いる熱処理治具。
【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のための触媒コンバータ等に使用されるメタル担体の製造方法およびこれに用いる熱処理治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
触媒コンバータの触媒担体として、金属製の薄板からなるメタル担体が広く用いられている。これは多数のセルを備えるハニカム形状で、金属製の波板と平板を交互に重ねて多重に巻回したコアを外筒に挿入したもので、このアセンブリ状態で波板と平板の当接部分ならびにコアと外筒とをロウ材でロウ付けしたり、あるいは真空状態で加熱し拡散接合させて一体とし、その後触媒を担持させている。
【０００３】
ところで、触媒コンバータは一般に内燃機関の排気マニホルドに取付けられ、あるいは排気管途中に装着されて、狭いスペースに配置されるため、メタル担体の断面形状を長円あるいは楕円など偏平形状とすることが多い。
そこで、コア作成においては平板を芯として波板と平板を巻回する一方、外筒は最終製品形状の例えば長円断面に成形して、この外筒に上記コアを挿入するようにしている。
【０００４】
しかし、コアは平板を芯として作成した場合にも長円にはならず、楕円形状に膨らんだものとなるので、これを外筒に挿入したものも膨らんだ形状に変形する。したがってロウ付けや拡散接合の際の熱処理時にこれを所要の形状に是正するようにしている。
このため、従来は図６に示すような熱処理治具を用いて、メタル担体を所定の偏平形状に成形している。図の（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【０００５】
すなわち、熱処理治具は上下２枚の押さえ板４０、４０の間に４本のスペーサ４２を配置し、押さえ板４０、４０およびスペーサ４２を貫通するボルト４４にナット４６を締め込むようになっている。
この熱処理治具を使用するにあたっては、それぞれ下端にナット４６をねじ込んだ４本のボルト４４を下方から下側の押さえ板４０に通したあとさらにそれぞれスペーサ４２を被せ、これらスペーサ４２の間に上記のコア１１を外筒１６に挿入したアセンブリ１０を置く。
【０００６】
そして、上側の押さえ板４０に各ボルト４４の上端を通して当該押さえ板をスペーサ４２の上に重ねる。これにより、上記のアセンブリ１０が上下２枚の押さえ板４０、４０の間に挟まれる。
このあと、ボルト４４上端にナット４６をねじ込んで、上下の押さえ板４０、４０がスペーサ４２に押圧されるまで締め付けることによりセットが完了する。この状態で加熱炉に入れることにより、偏平に成形されたメタル担体が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のメタル担体の製造方法においては、熱処理治具の上下２枚の押さえ板４０、４０およびスペーサ４２を貫通する４本のボルト４４をナット４６で締め付けなければならない。また、熱処理治具が多数の部品から構成されてコストと管理工数が大きいうえ、熱処理治具の組み立て前は押さえ板、スペーサおよびボルトがそれぞればらばらの部材であるために、組み立て自体に手間が掛かるという問題がある。
したがって、本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡単な構造の熱処理治具を用いて、メタル担体の成形が簡易に行なえるメタル担体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明は、触媒等を担持させるメタル担体の製造方法であって、金属製の板材からハニカム構造体のコアを作成する工程と、コアが圧入状態で外筒に挿入されたアセンブリを形成する工程と、メタル担体の完成品形状における下半部に対応した断面形状のワーク載置部を備える熱処理治具の当該ワーク載置部に上記アセンブリを載置し、熱処理を行なってコアと外筒を接合する熱処理工程とからなるものとし、上記の熱処理治具はワーク載置部が上方に開口した凹部として形成されたブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体の短径と一致するよう設定されたものを用い、熱処理工程はブロックの上面に規制板を載置して行なうものとした。
熱処理治具のワーク載置部にアセンブリを載置するのみであるから、治具の複雑な組み立てが不要で、熱処理の準備が極めて容易で短時間にできる。そして熱処理工程はブロックの上面に規制板を載置して行なうので、これにより、精度の高い完成品形状が得られる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において熱処理工程をブロックの上面に規制板を載置して行なうかわりに、ワーク載置部にアセンブリを載置し下面を平坦としたブロックを積み重ねて行なうようにしたものである。これによっても、治具の複雑な組み立てが不要で、熱処理の準備が極めて容易で短時間にできるとともに、精度の高い完成品形状が得られる。
【００１０】
請求項３の発明はメタル担体の製造に用いる熱処理治具であって、メタル担体の完成品形状における下半部に対応した断面形状を有するとともに上方に開口した凹部として形成されたワーク載置部を備えるブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体の短径と一致するよう設定されているものとした。
熱処理に際してブロックの上面に規制板を載置し、あるいはワーク載置部にアセンブリを載置したブロックを積み重ねることができ、精度の高い完成品形状が得られる。
また、ワーク載置部に続く開口部分を上広がりのテーパ面とすることにより、アセンブリのセットが一層簡単となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は実施例における長円断面のメタル担体の成形手順を示す。
まず、（ａ）に示すように、金属製の波板１２と平板１３を交互に重ねて平板状の巻芯１４に多重に巻回して、多数のセルを備えるハニカム構造体のコア１１を作成する。波板１２および平板１３としては例えば０．０５ｍｍ厚の２０Ｃｒ−５Ａｌフェライト型ステンレス合金板が使用される。
【００１２】
そして、このコア１１の短径方向を軽く潰し成形してから、（ｂ）に示すように、コア１１を長径ＤＬ、短径ＤＳの完成品寸法に成形した外筒１６に圧入してアセンブリ１０を形成する。
なお、コア１１は潰し成形しても平板および波板の反発で短径方向が膨らむ傾向にあるので、アセンブリ１０は同じく短径方向が膨らんで完成品寸法ＤＳよりも若干大きな寸法ＤＳ’の形状となる。
【００１３】
次に、（ｃ）に示すように、上記のアセンブリ１０を熱処理治具２０にセットして、加熱炉で１２００℃〜１３００℃で約１０〜６０分間焼成し、波板と平板の当接部分ならびにコアと外筒とを拡散接合する。なおこの際、後述のようにカーボン・コンポジットまたはグラファイト材からなる熱処理治具２０のアセンブリセット面にはアルミナ粉末を塗布して、外筒金属と炭素との反応を防止するのが好ましい。
このようにして得られたメタル担体１は、熱処理中の自重による変形で断面の短径が平坦な長円形状となる。このあと触媒の担持処理が行なわれる。
【００１４】
図２は、熱処理治具の詳細を示す断面図である。
熱処理治具２０はカーボン・コンポジットやグラファイト材からなる上下面２５、２６が平坦なブロックで、アセンブリセット面としてのワーク載置部２１が上方に開口した凹部２８として形成されている。このワーク載置部２１は、メタル担体１の完成品形状における下半部に対応した断面形状とされている。したがってここでは、完成品形状を長円として、ワーク載置部２１も横に寝かせた長円の下半部形状となっている。そして、下半部形状に続いて完成品形状の高さ（厚さ）の約１／２の点の近傍から上広がりのテーパ面２２となっている。
【００１５】
ワーク載置部２１の底面２１ａから開口面であるブロックの上面２５までの高さ寸法は、完成品形状におけるメタル担体１の厚さ、すなわち短径ＤＳと一致するよう設定されている。
ここで、上記ワーク載置部２１の形状寸法は、室温において完成品形状の設計寸法となるように熱処理温度を加味して設定される。すなわち、メタル担体および熱処理治具の室温における寸法をそれぞれＬｓ、Ｌｊ、熱膨張係数をαｓ、αｊとし、室温から熱処理温度までの昇温量をＴとするとき、
Ｌｓ（１＋αｓ・Ｔ）＝Ｌｊ（１＋αｊ・Ｔ）
となるように設定されている。
なお、とくに図示しないが、ブロックはワーク載置部２１の形状寸法を保持しながら余肉部を落とせば、炉内熱容量が低減するので好ましい。
【００１６】
この熱処理治具２０のワーク載置部２１に、図３に仮想線で示すように、コア１１と外筒１６からなる短径ＤＳ’の膨らんだアセンブリ１０を載置してセットし、加熱炉で加熱すると、アセンブリ１０はその自重によって変形し、実線で示すように下半部がワーク載置部２１の形状と同一で上半部も下半部と対称の長円形になる。
なお、加熱炉に入れる際、図４のように、熱処理治具２０のブロック上面２５に平坦な規制板３０を載せることにより、アセンブリ１０が押さえられて変形がより促進され、形状精度が向上する。
また、ブロック下面２６が平坦であるから、規制板３０の代わりに、図５のように、熱処理治具２０を上下に重ねて加熱炉にセットすることにより、同じく変形の促進と形状精度の向上を得ることができる。
なおいずれの場合も、前述のように、アルミナ粉末の塗布等により、外筒金属と炭素との反応防止措置をとるのが好ましい。
【００１７】
本実施例は以上のように構成され、ワーク載置部２１がメタル担体１の完成品形状における下半部に対応した断面形状とされ上方に開口したブロックからなる熱処理治具２０を用い、外筒１６にコア１１を圧入したアセンブリ１０をそのワーク載置部２１にセットして加熱炉で拡散接合することにより、アセンブリ１０はその自重によりワーク載置部２１の形状に倣って変形し、所要の完成品形状のメタル担体１が得られるものとしたので、治具の複雑な組み立てが不要で、熱処理の準備が極めて容易で短時間にできるという効果が得られる。
しかも、ワーク載置部２１の上半部がテーパ面２２で上広がりに開いているので、アセンブリ１０のセット自体もきわめて簡単である。
【００１８】
またワーク載置部の底面２１ａから開口面であるブロックの上面２５までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体１の厚さと一致するよう設定されているので、ブロック上面２５に規制板３０を置くことによって、ワーク載置部にセットされたアセンブリの１０上半部も平坦な短径形状に規制され、精度の高い完成品形状が得られる。
さらに、熱処理治具２０のブロックの下面２６を平坦としてあるので、複数のブロック２０を上下に積み重ねることにより、規制板を使用せず、加熱炉内のスペースを有効に活用しながら高精度の完成品形状を得ることができる。
【００１９】
なお、上記実施例ではメタル担体の完成品の断面形状を長円としたが、これに限定されず、楕円形その他の任意の形状を選択することができる。
また、実施例は内燃機関の触媒コンバータ用のメタル担体について説明したが、メタル担体の適用対象はこれに限定されない。
【００２０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によるメタル担体の製造方法は、金属製の板材からハニカム構造体のコアを作成する工程と、コアが圧入状態で外筒に挿入されたアセンブリを形成する工程と、メタル担体の完成品形状における下半部に対応した断面形状のワーク載置部を備える熱処理治具の当該ワーク載置部に上記アセンブリを載置し、熱処理を行なってコアと外筒を接合する熱処理工程とからなるものとしたので、熱処理治具のワーク載置部にアセンブリを載置するのみで済み、治具の複雑な組み立てが不要で、熱処理の準備が極めて容易で短時間にできるという効果を有する。
【００２１】
そしてさらに、熱処理治具として、ワーク載置部が上方に開口した凹部として形成されたブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体の短径と一致するよう設定されたものを用い、熱処理工程ではブロックの上面に規制板を載置し、あるいは下面が平坦のブロックを積み重ねて行なうので、精度の高い完成品形状が得られる。
【００２２】
また本発明の熱処理治具は、メタル担体の完成品形状における下半部に対応した断面形状を有するとともに上方に開口した凹部として形成されたワーク載置部を備えるブロックからなり、ワーク載置部の底面からブロックの上面までの高さ寸法が完成品形状におけるメタル担体の短径と一致するよう設定したので、熱処理に際してブロックの上面に規制板を載置し、あるいはブロックを積み重ねることにより精度の高い完成品形状が得られる。
さらに、ワーク載置部に続く開口部分を上広がりのテーパ面とした場合には、アセンブリのセットが一層簡単となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるメタル担体の成形手順を示す。
【図２】熱処理治具の詳細を示す断面図である。
【図３】熱処理前後のメタル担体の形状変化を示す説明図である。
【図４】熱処理の際の熱処理治具のセット状態を示す図である。
【図５】熱処理の際の熱処理治具の他のセット状態を示す図である。
【図６】従来の熱処理治具を示す図である。
【符号の説明】
１        メタル担体
１０      アセンブリ
１１      コア
１２      波板
１３      平板
１４      巻芯
１６      外筒
２０      熱処理治具
２１      ワーク載置部
２１ａ    底面
２２      テーパ面
２５      上面
２６      下面
２８      凹部
３０      規制板
【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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