JP3720973B2 - 拡散接合メタル担体とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン等の排気ガスを浄化するために使用される触媒コンバータ用メタル担体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車排気ガス浄化用の触媒コンバータとして、セラミック担体が主に使用されているが、昨今、耐熱性、低圧損および車体への搭載性の点から、メタル担体の使用量が増大している。
【０００３】
図１に示すように、従来のメタル担体１は、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼箔からなるメタルハニカム体２を金属製の外筒３内に組み込んで製造されている。メタルハニカム体２は、主として図２に示すように、厚さ５０μｍ程度の帯状の平箔５と、該平箔５をコルゲート加工した帯状の波箔６とを重ね、巻取り軸８の回りに矢印Ｂの方向に巻回し、渦管状にして製造される。帯状の波箔６には各波の稜線７が幅方向に形成されており、渦巻状に巻回された円柱状のメタルハニカム体２は、円柱の軸方向に多数の通気孔４を有している。そして、この通気孔４に触媒を担持させて触媒コンバータとしている。
【０００４】
触媒コンバータには、エンジンからの高温の排気ガスによる激しい熱サイクルに耐え、かつエンジンからの激しい振動にも耐えるための優れた耐久性が要求される。そのため従来のメタル担体１は、メタルハニカム体２の平箔５と波箔６の接触部、およびメタルハニカム体２の外周と外筒３の内周とが接合されている。接合手段としては、ロウ付け、拡散接合、抵抗溶接、レーザー溶接等が行われているが、ロウ材等を用いることなく、特別な溶接治具が不必要で、量産性に富んだ拡散接合が有利である。
【０００５】
一般に拡散接合に際しては、接合すべき材料同士を互いに密着させ、高真空下で高温加熱することにより接合させる。渦巻状に巻回されたメタルハニカム体２の拡散接合においては、外部から面圧を付与することができないので、巻回時、図２に示すように平箔５に対して矢印Ａの方向にバックテンションをかけることで面圧を付与し、平箔５と波箔６の密着を確保する。さらに、このメタルハニカム体２を高真空下で高温加熱することにより、平箔５と波箔６を拡散接合し、メタル担体１とする。
【０００６】
図３は、このステンレス鋼を構成する鉄、クロミウム、アルミニウムの飽和蒸気圧の温度曲線を示す。飽和蒸気圧とは、同一物質の気相と液相（固相）が一定の温度において平衡に共存するとき、気相の占める空間ではその液体（固体）の蒸気の圧力が一定となる値のことである。その値は物質によって異なり、温度の上昇に伴い増加する。このことから、飽和蒸気圧の温度曲線が上方に有るほど蒸発しやすいことになり、したがって本材料では、アルミニウムが最も蒸発しやすい。これより、メタルハニカム体２を高真空下で高温加熱するとき、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼箔から、主にアルミニウムが蒸発する。メタルハニカム体２を高真空下で高温加熱し拡散接合することは、メタルハニカム体２からアルミニウムを蒸発により失い、耐酸化性を劣化させることになる。
【０００７】
しかしその一方で、図３は約１４００Ｋ以下では拡散接合部が形成されず、約１４００Ｋ以上で拡散接合部が形成されることを示している。このことは、拡散接合部の形成には、あるレベル以上のアルミニウムの蒸発が必要であることを示している。
【０００８】
以上のことから、高品質のメタルハニカム体を得るためには、（１）拡散接合部を得るために必要なレベルのアルミニウムは蒸発させ、（２）耐酸化性を損なわないようにあるレベル以下にアルミニウムの蒸発を抑える、すなわち、拡散接合中のアルミニウムの蒸発をコントロールする必要が生じる。
【０００９】
メタルハニカム体２を拡散接合するときのアルミニウムの蒸発をコントロールする方法として、特開平９−２１５９３０号公報に示す手段が提案されている。この方法は、メタルハニカム体２に孔付きの蓋を被せて拡散接合することにより、残留酸素を孔から外部に排出させ、発生するアルミニウム蒸気をメタルハニカム体２の近傍に滞留させるものである。これにより、確かにアルミニウムの蒸発は抑制されるが、全てのメタルハニカム体２に蓋を着脱する必要が派生し、生産性を著しく低下させる。
【００１０】
また上記公知例では、拡散接合するための真空熱処理温度を１３００℃としている。このような高温で真空熱処理したのでは、拡散接合させるというより、アルミニウムを激しく蒸発させているといった方が適当であり、耐酸化性を確保するためには、いきおい上記の蓋のような別の手段が必要になる。
【００１１】
同様に、メタルハニカム体２を拡散接合するときのアルミニウムの蒸発をコントロールする方法として、特開平５−１６８９４５号公報に示す手段が提案されている。この方法は、メタルハニカム体２に蓋を被せて、蓋と外筒間に隙間を設けて拡散接合することにより、残留酸素を隙間から外部に排出させ、発生するアルミニウム蒸気をメタルハニカム体２の近傍に滞留させるものである。これにより、確かにアルミニウムの蒸発は抑制されるが、全てのメタルハニカム体２に蓋を着脱する必要が派生し、生産性を著しく低下させる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車エンジン等の排気ガスを浄化するために使用される触媒コンバータ用メタル担体およびその製造方法であって、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼製のメタルハニカム体を拡散接合するにあたり、必要な拡散接合強度を確保しつつ、アルミニウムの蒸発量を最小とすることで、耐酸化性と耐久性の優れたメタル担体とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼からなる平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に巻回することで構成されるハニカム体を、金属製外筒内に組み込んだ後、拡散接合で一体化した拡散接合メタル担体において、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔表面の平均粗さをＲａ（ｍ）とし、巻取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とし、熱処理温度をＴ（Ｋ）とし、真空度をＰｏｕｔ（Ｐａ）としたき、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ
の条件下で、
λｂ＝６．８×１０^−１２×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａ^−１／２×Ｔ^１／４
×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２
で定義されるλｂが０．５９以上２．０３以下となる条件範囲内で製造することにより、拡散接合に必要なアルミニウムの蒸発量を確保することで拡散接合継手強度を保証し、かつアルミニウムの蒸発量を最小とすることで耐酸化性を最大とすることを特徴とする高品質拡散接合メタル担体とその製造方法である。
また、より好ましい態様として、上記箔表面の平均粗さＲａ（ｍ）の代りに箔幅方向の平均粗さＲａｃ（ｍ）を用いること、λｂが１．６６〜１．８２となるようにパラメータを選定すること、さらに、比例定数Ｃ＝６．８×１０^−１２を用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
拡散接合メタル担体を製造する場合の主要な製造諸元として、箔厚、箔表面粗さ、波箔形状、熱処理温度、真空度等が挙げられる。これまで、これらの製造諸元の相互依存関係が不明で一般解が求められていなかったため、それぞれ実験データを基に特解を求め、別個に規定することで製造していた。拡散接合メタル担体は、（１）拡散接合継手強度と、（２）耐酸化性を両立する必要があるが、この二つがいずれもアルミニウムの蒸発現象に依存し、これまでの技術ではこれらをうまくコントロールできないため、（１）、（２）の両立が困難であった。
【００１５】
まず、アルミニウムの蒸発が拡散接合継手強度の保証に必要な理由について述べる。アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼の表面には、真空熱処理中に炉内の残留酸素によって酸化され強固な酸化皮膜が生成されていることを実験的に確認した。この酸化皮膜がある限り拡散接合は進展しない。ところが、この酸化皮膜の下からアルミニウムが蒸発すると、酸化皮膜がうろこ状に脱落し凝集する。そして酸化皮膜が脱落したフレッシュな金属表面同士が接触し、拡散接合現象が進展していく。すなわち、酸化皮膜を除去するためには、アルミニウムの蒸発が必須であることが判明した。そして、酸化皮膜が脱落した後は、アルミニウムの蒸気が金属表面を覆い、残留酸素と結合して酸化を防ぐ作用があることも判明した。
【００１６】
しかしながら、アルミニウムがいくらでも蒸発すれば良いかというと、過度な蒸発は母材のアルミニウムの残量を少なくするため、母材の耐酸化性を著しく損なう。従って、アルミニウム蒸発の上限がある。アルミニウムの蒸発を支配するパラメータとして、最も支配的なのが熱処理温度Ｔであり、その次に真空度Ｐｏｕｔが挙げられる。
【００１７】
先に述べたように、１３００℃のような高温で、真空度１０^−２Ｐａにおいて真空熱処理を行うと、いくらでもアルミニウムは蒸発していく。例えば１２００℃まで温度を下げるとアルミニウムの蒸発量はかなり削減され、この温度領域で拡散接合可能ならば、特開平５−１６８９４５号公報や特開平９−２１５９３０号公報に記載された蓋を使用する必要はなく、生産性を阻害するものではない。
【００１８】
（１）拡散接合継手強度と、（２）耐酸化性、を両立させるためには、拡散接合メタル担体の製造条件とアルミニウムの相互関係を調査した結果、実験結果をもとにして、アルミニウムの蒸発状態をあらわすため、新たに無次元数としてλｂを導入した。
λｂ＝√｛（２ｋＴ×Ｋ_１×√（１／Ｔ））／
（δｇ×Ｄ_０×ｅｘｐ（−Ｑ_ｐ／ＲＴ））｝×ｂ ・・・ （１）
ただし、アルミニウムの飽和蒸気圧Ｐｓと真空度Ｐｏｕｔの間には以下の関係が成立することが、実験で判明した。
Ｐｓ＝Ｋ_２×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）≧８×Ｐｏｕｔ ・・・ （２）
各定数は以下の通りである。
Ｋ_１ ＝６．６９×１０^２４（ｓ^−１Ｐａ^−１ｍ^−２Ｋ^−１／２）
Ｋ_２ ＝７．５２×１０^９（Ｐａ）
Ｑ ＝２９１．０（ｋＪ・ｍｏｌ^−１）
Ｑ_ｐ ＝２５０（ｋＪ・ｍｏｌ^−１）
Ｄ_ｏ ＝１．９０５×１０^１１（ｍ^２ｓ^−１）
Ｒ ＝８．３１Ｊ・Ｋ^−１・ｍｏｌ^−１
ｋ ＝１．３８×１０^−２３（Ｊ・Ｋ^−１）
【００１９】
また、平箔と波箔の平均ギャップδｇは、箔の断面２次モーメントに比例し、箔表面の平均粗さに比例し、面圧に反比例することから、次式で表現できる。
δｇ＝ｆ（δｆ^２，Ｆ／ｂ，Ｒａ） ・・・・・・・・・・・ （３）
そして実験結果より、（３）式は次式で近似できることが判明した。
δｇ＝Ｃ_１×δｆ^２×１／（Ｆ／ｂ）×Ｒａ ・・・・・・・・・・・ （４）
なお、Ｃ_１を比例定数とし、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔表面の平均粗さをＲａ（ｍ）とし、巻取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とした。
【００２０】
各定数と（１）式、（４）式より、次式が得られる。
λｂ＝Ｃ×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａ^−１／２×Ｔ^１／４
×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２ ・・・・・・・・・・・ （５）
（ただし、Ｃは比例定数）
また、（２）式に定数を代入することで次式が得られる。
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ ・・・ （６）
なお、上記（３）〜（５）式において、より好ましくは、Ｒａの代りにＲａｃ（幅方向の平均粗さ）を用いることができる。
【００２１】
なお、ここで幾つかのパラメータの測定方法について説明する。
箔の幾何学的形状が拡散接合現象に大きな影響を与えるが、この幾何学的形状を箔の平均粗さＲａで代表させることができた。このＲａの測定については、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）について、ＪＩＳ Ｂ０６５１−１９７６で規定される触針式粗さ測定器により、ＪＩＳに準拠して測定した。
なお、特に箔の変形の影響を排除して精確な測定を行うために、供試材料と定盤を密着させた。触針は、先端の曲率半径が１μｍのものを使用し、カットオフ値０．８ｍｍ、触針の走査速度０．３ｍｍ、標点距離４ｍｍで測定した。
【００２２】
なお、ステンレス箔のなかには、表面形状に方向性をもつものがある。例えば箔圧延時に円周方向にロール疵がある仕上げ圧延ロールを使用すると、この疵が箔に転写されて箔長手方向にスジ状の疵が入る。図４に示すように、このような箔を一対の波付けギア９間を通過させて波箔６を作製すると、接合すべき波箔６の凸部６にも波箔の長手方向にスジ状の疵１１が存在する。そして、このような平箔と波箔を交互に巻き取ると図５のようになる。
【００２３】
ここで、平箔５と波箔６の接触部を拡散接合するとき、表面拡散でこの疵を箔幅方向に充填する必要がある。従って、このような箔長手方向に圧延時のロール疵がある場合には、箔の幾何学的形状の中で、箔幅方向の平均粗さＲａｃが拡散接合現象を支配する。当然のことながら、触針は箔幅方向（図４のＣ方向）に走査させて、平均粗さを測定する。
一方、平箔と波箔の接触幅ｂについては、平箔と波箔を交互に巻回したのち外筒に挿入したものを、真空熱処理前に断面を顕微鏡で測定した。
【００２４】
このλｂとメタルハニカム体のエンジン冷熱耐久試験結果の関係を確認する実験を実施した。なお、エンジンの排気ガス温度は９５０℃とし、１０分間ＯＮと１０分間ＯＦＦで１サイクルとした。またここでは、λｂ算出の比例係数Ｃとして、Ｃ＝６．８×１０^−１２を採用した。
【００２５】
（削除）
【００２６】
この実験結果から、λｂが０．５９以上２．０３以下でメタルハニカム体の継手強度と耐酸化性を両立でき、突際に自動車用エンジンを用いた冷熱耐久性試験９００サイクルに合格することが分かる。さらに、λｂが１．６６以上１．８２以下では１８００サイクルに合格する極めて良好な結果が得られている。
【００２７】
すなわち、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼からなる平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に巻回することで構成されるハニカム体を、金属製外筒内に組み込んだ後、拡散接合で一体化した拡散接合メタル担体において、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔表面の平均粗さをＲａ（ｍ）とし、巻取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とし、熱処理温度をＴ（Ｋ）とし、真空度をＰｏｕｔ（Ｐａ）としたとき、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ
の条件下で、下式
λｂ＝６．８×１０^−１２×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａ^−１／２×Ｔ^１／４
×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２
で定義したλｂが０．５９以上２．０３以下となる条件範囲内で製造することにより、拡散接合に必要なアルミニウムの蒸発量を確保することで拡散接合継手強度を保証し、かつアルミニウムの蒸発量を最小とすることで耐酸化性を最大とすることを特徴とする高品質拡散接合メタル担体を得ることができる。
【００２８】
【実施例】
１．下記材料を使用して外径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍのメタル担体を製造し、耐久試験を行った。
平箔：２０Ｃｒ−５Ａｌフェライト系ステンレス鋼箔、幅１００ｍｍ
無方向性表面仕上げ
方向性を持たない表面仕上げを施工した箔圧延仕上げロールで圧延する。箔表面粗さは、Ｌ方向もＣ方向も同様である。
波箔：上記平箔を波付け加工したもの
外筒：１８Ｃｒ−８Ｎｉ耐熱ステンレス鋼管、肉厚１．５ｍｍ、
長さ１００ｍｍ、外径１０２ｍｍ
【００２９】
［従来例１］
平箔および波箔の箔厚：５０μｍ、Ｒａ：０．４０μｍ
波箔形状：サイン形
平箔と波箔の接触幅：１０μｍ
平箔に１０ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように０．３５であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（５０×１０^−６）×√１０／√（０．４０×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１０×１０^−６）
＝０．３５
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００３０】
［本発明例１］
平箔および波箔の箔厚：５０μｍ、Ｒａ：０．１８μｍ
波箔形状：台形
平箔と波箔の接触幅：１００μｍ
平箔に１０ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように１．６６であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（５０×１０^−６）×√１０／√（０．１８×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１００×１０^−６）
＝１．６６
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００３１】
［本発明例２］
平箔および波箔の箔厚：２０μｍ、Ｒａ：０．１８μｍ
波箔形状：サイン形
平箔と波箔の接触幅：１０μｍ
平箔に２ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように０．５９であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（２０×１０^−６）×√２／√（０．１８×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１０×１０^−６）
＝０．５９
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００３２】
［本発明例３］
平箔および波箔の箔厚：２０μｍ、Ｒａ：０．１８μｍ
波箔形状：台形
平箔と波箔の接触幅：１００μｍ
平箔に２ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように１．８６であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（２０×１０^−６）×√２／√（０．１８×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１００×１０^−６）
＝１．８６
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００３３】
［従来例２］
平箔および波箔の箔厚：２０μｍ、Ｒａ：０．４０μｍ
波箔形状：サイン形
平箔と波箔の接触幅：１０μｍ
平箔に２ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２５０℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように０．２８であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（２０×１０^−６）×√２／√（０．４０×１０^−６）
×４√１５２３×ｅｘｐ（１５０００／１５２３）×√（１０×１０^−６）
＝０．２８
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１５２３）＝０．７９≧８×１０^−２
【００３４】
上記従来例１、２および本発明例の１〜３に対して、入ガス温度９５０℃で１０分間ＯＮ、１０分間ＯＦＦを１サイクルとするエンジン冷熱耐久試験を実施した。その評価結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
本実験結果より、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼からなる平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に巻回することで構成されるハニカム体を、金属製外筒内に組み込んだ後、拡散接合で一体化した拡散接合メタル担体において、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔幅方向の平均粗さをＲａ（ｍ）とし、巻取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とし、熱処理温度をＴ（Ｋ）とし、真空度をＰｏｕｔ（Ｐａ）としたとき、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ
の条件下で、下式
λｂ＝６．８×１０^−１２×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａ^−１／２×Ｔ^１／４
×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２
で定義したλｂが０．５９以上２．０３以下となる条件範囲内で製造することにより、拡散接合に必要なアルミニウムの蒸発量を確保することで拡散接合継手強度を保証し、かつアルミニウムの蒸発量を最小とすることで耐酸化性を最大とすることを特徴とする高品質拡散接合メタル担体を得ることが可能となった。
【００３７】
２．下記材料を使用して外径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍのメタル担体を製造し、耐久試験を行った。
平箔：２０Ｃｒ−５Ａｌフェライト系ステンレス鋼箔、幅１００ｍｍ
波箔：上記平箔を波付け加工したもの
外筒：１８Ｃｒ−８Ｎｉ耐熱ステンレス鋼管、肉厚１．５ｍｍ、
長さ１００ｍｍ、外径１０２ｍｍ
【００３８】
［従来例３］
平箔および波箔の箔厚：５０μｍ、Ｒａｃ：０．３５μｍ
波箔形状：サイン形
平箔と波箔の接触幅：１０μｍ
平箔に１０ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように０．３８であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（５０×１０^−６）×√１０／√（０．３５×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１０×１０^−６）
＝０．３８
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００３９】
［本発明例４］
平箔および波箔の箔厚：５０μｍ、Ｒａｃ：０．１５μｍ
波箔形状：台形
平箔と波箔の接触幅：１００μｍ
平箔に１０ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように１．８２であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（５０×１０^−６）×√１０／√（０．１５×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１００×１０^−６）
＝１．８２
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００４０】
［本発明例５］
平箔および波箔の箔厚：２０μｍ、Ｒａｃ：０．１５μｍ
波箔形状：サイン形
平箔と波箔の接触幅：１０μｍ
平箔に２ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように０．６４であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（２０×１０^−６）×√２／√（０．１５×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１０×１０^−６）
＝０．６４
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００４１】
［本発明例６］
平箔および波箔の箔厚：２０μｍ、Ｒａｃ：０．１５μｍ
波箔形状：台形
平箔と波箔の接触幅：１００μｍ
平箔に２ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２００℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように２．０３であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（２０×１０^−６）×√２／√（０．１５×１０^−６）
×４√１４７３×ｅｘｐ（１５０００／１４７３）×√（１００×１０^−６）
＝２．０３
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１４７３）＝０．３６≧８×１０^−２
【００４２】
［従来例４］
平箔および波箔の箔厚：２０μｍ、Ｒａｃ：０．３５μｍ
波箔形状：サイン形
平箔と波箔の接触幅：１０μｍ
平箔に２ｋｇｆのバックテンションを加えながら波箔とともに巻回し、外径１００ｍｍのメタルハニカムを作製した。外筒の内面にロウ材を塗布した後、このメタルハニカム体を挿入した。その後、１２５０℃、１０^−２Ｐａの高温高真空下で９０分加熱して製造した。
本メタル担体におけるλｂは次式に示すように０．３０であった。
λｂ＝６．８×１０^−１２×１／（２０×１０^−６）×√２／√（０．３５×１０^−６）
×４√１５２３×ｅｘｐ（１５０００／１５２３）×√（１０×１０^−６）
＝０．３０
なお、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／１５２３）＝０．７９≧８×１０^−２
【００４３】
なお、図３には上記各例における真空炉での真空度と拡散接合温度をプロットして示している。
上記従来例１、２および本発明例の１〜３に対して、入ガス温度９５０℃で１０分間ＯＮ、１０分間ＯＦＦを１サイクルとするエンジン冷熱耐久性試験を実施した。その評価結果を表３に示す。
【００４４】
【表３】

【００４５】
本実験結果より、アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼からなる平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に巻回することで構成されるハニカム体を、金属製外筒内に組み込んだ後、拡散接合で一体化した拡散接合メタル担体において、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔幅方向の平均粗さをＲａｃ（ｍ）とし、巻取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とし、熱処理温度をＴ（Ｋ）とし、真空度をＰｏｕｔ（Ｐａ）としたとき、
７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ
の条件下で、下式
λｂ＝６．８×１０^−１２×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａｃ^−１／２×Ｔ^１／４
×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２
で定義したλｂが０．５９以上２．０３以下となる条件範囲内で製造することにより、拡散接合に必要なアルミニウムの蒸発量を確保することで拡散接合継手強度を保証し、かつアルミニウムの蒸発量を最小とすることで耐酸化性を最大とすることを特徴とする高品質拡散接合メタル担体を得ることが可能となった。
【００４６】
なお、ここでは比例定数Ｃとして、Ｃ＝６．８×１０^−１２を採用している。これは、エンジン冷熱耐久試験の条件が、入ガス温度９５０℃で１０分間ＯＮ、１０分間ＯＦＦを１サイクルとしたとき、Ｃ＝６．８×１０^−１２ということである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、拡散接合継手強度と耐酸化性を両立するような製造条件を容易に提示できるため、本発明による関係式を満足するような条件で製造することにより、高品質な拡散接合メタル担体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メタル担体の外観を示す斜視図。
【図２】メタルハニカム体の製造方法を示す斜視図。
【図３】鉄、アルミニウム、クロミウムの蒸気圧の温度依存性を示す図。
【図４】平箔の波付け状況を示す図。
【図５】メタルハニカム体の部分拡大斜視図。
【符号の説明】
１：メタル担体
２：メタルハニカム体
３：外筒
４：通気孔
５：平箔
６：波箔
７：稜線
８：巻取り軸
９：波付けギア
１０：波箔の凸部
１１：スジ状の疵
Ａ：バックテンション
Ｂ：巻取り方向
Ｃ：箔幅方向（Ｒａｃ測定方向）

Claims (3)

1. アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼からなる平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に巻回することで構成されるハニカム体を、金属製外筒内に組み込んだ後、拡散接合で一体化した拡散接合メタル担体において、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔表面の箔幅方向の平均粗さＲａｃ（ｍ）とし、巻き取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とし、熱処理温度をＴ（Ｋ）とし、真空度をＰｏｕｔ（Ｐａ）、比例定数をＣ＝６．８×１０^−１２としたとき、
   ７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ
   の条件下で、
   λｂ＝Ｃ×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａｃ^−１／２×Ｔ^１／４×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２
   で定義されるλｂが１．６６以上１．８２以下となる条件範囲内で製造することを特徴とする高品質拡散接合メタル担体。
2. アルミニウムを含有する耐熱性ステンレス鋼からなる平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に巻回することで構成されるハニカム体を、金属製外筒内に組み込んだ後、拡散接合で一体化する拡散接合メタル担体の製造方法において、箔厚をδｆ（ｍ）とし、箔表面の箔幅方向の平均粗さＲａｃ（ｍ）とし、巻取り時のバックテンションをＦ（ｋｇｆ）とし、平箔と波箔の接触幅をｂ（ｍ）とし、熱処理温度をＴ（Ｋ）とし、真空度をＰｏｕｔ（Ｐａ）、比例定数をＣ＝６．８×１０^−１２としたとき、
   ７．５２×１０^９×ｅｘｐ（−３５０００／Ｔ）≧８×Ｐｏｕｔ
   の条件下で、
   λｂ＝Ｃ×δｆ^−１×Ｆ^１／２×Ｒａｃ^−１／２×Ｔ^１／４×ｅｘｐ（１５０００／Ｔ）×ｂ^１／２
   で定義されるλｂが０．５９以上２．０３以下となる条件範囲に入るように各パラメータを選定することを特徴とする高品質拡散接合メタル担体の製造方法。
3. λｂが１．６６以上１．８２以下となる条件範囲に入るように各パラメータを選定することを特徴とする請求項２記載の拡散接合メタル担体の製造方法。

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