CN115075915A - 废气处理装置用筒状部件的制造方法及涂膜形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于以良好的成品率在筒状部件形成绝缘层。一种废气处理装置用筒状部件的制造方法，该废气处理装置用筒状部件具有金属制的筒状主体、以及在所述筒状主体的至少内周面设置的包含玻璃的绝缘层，所述废气处理装置用筒状部件的制造方法包括：使向所述筒状主体供给的绝缘层形成用涂敷液与接触部件接触而形成涂膜的工序；以及对所述涂膜进行烧成而获得所述绝缘层的工序。

Description

废气处理装置用筒状部件的制造方法及涂膜形成装置
技术领域
本发明涉及废气处理装置用筒状部件的制造方法及涂膜形成装置。
背景技术
使催化剂担载于载体的催化剂载体用于从车辆发动机排出的废气中的有害物质的处理。此时存在如下问题，即，如果在发动机启动时催化剂温度较低，则催化剂无法升温至规定的温度，废气无法得到充分的净化。为了解决该问题，正在开发采用了电加热催化器(EHC)的废气处理装置，其中，通过向具有导电性的载体通电而使载体发热，由此使得担载于载体的催化剂在发动机启动前或发动机启动时升温至活性温度。
废气处理装置中，EHC代表性地收纳于金属制的筒状部件(也称为罐)内。根据EHC，车辆启动时的废气的净化效率有可能优异，不过，有时产生从EHC向周围的排气管漏电而导致净化效率降低等不良情况。为了解决该问题，专利文献1及2中公开了如下方案：在筒状部件的内周面形成绝缘层以防漏电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5408341号公报
专利文献2：日本特开2012-154316号公报
发明内容
代表性地，通过涂敷绝缘层形成用涂敷液而形成涂膜并对该涂膜进行烧成，由此能够获得上述绝缘层。根据获得优异的绝缘性能的观点，例如要求加厚形成的涂膜的厚度。但是，如果加厚厚度，则有时用于获得涂膜的成品率降低。
本发明的目的之一在于，以良好的成品率形成绝缘层。
本发明的实施方式所涉及的废气处理装置用筒状部件的制造方法是如下废气处理装置用筒状部件的制造方法，该废气处理装置用筒状部件具有金属制的筒状主体、以及在所述筒状主体的至少内周面设置的包含玻璃的绝缘层，所述废气处理装置用筒状部件的制造方法的特征在于，包括：使向所述筒状主体供给的绝缘层形成用涂敷液与接触部件接触而形成涂膜的工序；以及对所述涂膜进行烧成而获得所述绝缘层的工序。
1个实施方式中，上述绝缘层形成用涂敷液的粘度为10dPa·s以上。
1个实施方式中，一边使上述筒状主体和/或上述接触部件以上述筒状主体的长度方向为旋转轴进行旋转，一边进行与上述接触部件的接触。
1个实施方式中，上述制造方法包括：对上述筒状主体进行加热的工序。
1个实施方式中，上述绝缘层的厚度为30μm～800μm。
1个实施方式中，上述接触部件由肖氏硬度A为30～50的具有挠性的材料构成。上述接触部件能够调整上述接触部件相对于上述筒状主体的内周面的按压量。
1个实施方式中，上述接触部件由洛氏硬度R级为85～110的树脂构成。上述接触部件可以与上述筒状主体隔开规定的间隔而配置。
本发明的实施方式所涉及的涂膜形成装置具有：旋转部，该旋转部将金属制的筒状主体固定，并使所述筒状主体以其长度方向为旋转轴进行旋转；供给部，该供给部向所述筒状主体的内周面供给绝缘层形成用涂敷液；以及接触部件，该接触部件配置于所述筒状主体内，并与所述绝缘层形成用涂敷液接触。
1个实施方式中，上述涂膜形成装置具有加热部，该加热部对上述筒状主体进行加热。
1个实施方式中，上述接触部件由肖氏硬度A为30～50的具有挠性的材料构成。上述接触部件能够调整上述接触部件相对于上述筒状主体的内周面的按压量。
1个实施方式中，上述接触部件由洛氏硬度R级为85～110的树脂构成。上述接触部件可以与上述筒状主体隔开规定的间隔而配置。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够以良好的成品率形成绝缘层。
附图说明
图1是表示用于本发明的1个实施方式所涉及的废气处理装置的筒状部件的截面图。
图2是表示本发明的1个实施方式所涉及的涂膜形成装置的整体结构的概要图。
图3是表示第一实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。
图4是表示第二实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。
图5是表示第三实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。
图6是表示第四实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。
图7是表示第五实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。
图8是表示本发明的1个实施方式所涉及的废气处理装置的概要结构的示意截面图。
图9是从箭头IX的方向观察图8的废气处理装置的图。
附图标记说明
1…涂膜形成装置、10…旋转部、11…工作台、20…供给部、30…接触部件、40…加热部、100…筒状部件、110…筒状主体、120…绝缘层、200…电加热型催化剂载体、300…废气处理装置。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，不过，本发明并不限定于这些实施方式。
图1是表示用于本发明的1个实施方式所涉及的废气处理装置的筒状部件的概要结构的截面图。筒状部件100具有：金属制的筒状主体110；以及在筒状主体110上设置的绝缘层120。
筒状主体110具有：圆筒形的笔直部111；以及内径随着趋向第一端面110a侧(图1中的左侧、上游侧)而连续地减小的缩径部112。除了该缩径部以外，例如可以与未图示的其他部件组合而形成复杂的结构。具体而言，在笔直部111的第一端面110a侧的端部形成向第一端面110a侧伸出的延伸部113，缩径部112由延伸部113包围。通过能够将缩径部112收纳于内侧的未图示的其他部件和延伸部113嵌合而能够形成复杂的结构。
作为构成筒状主体110的材料，例如能举出：不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜。其中，根据耐久可靠性高且便宜的理由，优选为不锈钢。
根据耐久可靠性的观点，筒状主体110的厚度例如可以为0.1mm～10mm，也可以为0.3mm～5mm，还可以为0.5mm～3mm。筒状主体110的长度可以根据后述的催化剂载体等收纳物的尺寸、数量、配置以及目的等而适当地设定。筒状主体的长度例如可以为30mm～600mm，也可以为40mm～500mm，还可以为50mm～400mm。优选地，筒状主体的长度大于后述的电加热型催化剂载体的长度。这种情况下，电加热型催化剂载体可以以使得电加热型催化剂载体不从筒状主体露出的方式而配置。
对于筒状主体110的表面(例如内周面)，虽未图示，不过可以实施表面处理。作为表面处理的代表例，能举出喷砂加工等粗面化处理。通过粗面化处理而能够提高筒状主体110与绝缘层120的密合性。
绝缘层120能够对筒状部件100与后述的催化剂载体等收纳物之间赋予电绝缘性。此处，对于电绝缘性，根据抑制向周围的排气管漏电这一点，代表性地满足JIS标准D5305-3，每单位电压的绝缘电阻值例如为100Ω/V以上。绝缘层120优选具有不透水性及不吸水性。具体而言，绝缘层120优选构成为：致密、不使水通过且不吸收水。作为致密性，绝缘层的气孔率例如为10％以下，另外，例如为8％以下。
绝缘层120包含玻璃。玻璃的组成并未特别限定，可以采用具有各种组成的玻璃。作为玻璃的具体例，能举出：硅酸玻璃、钡玻璃、硼玻璃、锶玻璃、铝硅酸玻璃、钠锌玻璃、钠钡玻璃等。对于这些玻璃，可以单独使用，也可以组合使用两种以上。
玻璃优选为含有结晶质的玻璃。因玻璃含有结晶质而能够获得即便在高温(例如750℃以上)下也难以软化及变形的绝缘层。另外，能够获得与筒状主体之间的密合性优异的绝缘层。具体而言，能够减小与筒状主体(金属)之间的热膨胀系数差，从而能够减小加热时产生的热应力。应予说明，可以利用X射线衍射法而确认有无结晶质(结晶)。
在1个实施方式中，玻璃含有硅及硼。玻璃中可以以SiO2的形态而含有硅；玻璃中可以以B2O3的形态而含有硼。具体而言，玻璃为SiO2-B2O3系玻璃(硼硅酸玻璃)。玻璃中的硅的含量优选为5mol％～50mol％，更优选为7mol％～45mol％，进一步优选为10mol％～40mol％。玻璃中的硼的含量优选为5mol％～60mol％，更优选为7mol％～57mol％，进一步优选为8mol％～55mol％。
除了硅及硼以外，上述玻璃中还可以含有镁、钡、镧、锌、钙等其他成分(金属元素)。例如，可以进一步含有镁。玻璃中可以以MgO的形态而含有镁。这种情况下，上述玻璃中的镁的含量优选为10mol％以上，更优选为15mol％～55mol％。另外，例如可以进一步含有钡。玻璃中可以以BaO的形态而含有钡。这种情况下，上述玻璃中的钡的含量优选为3mol％～30mol％，更优选为5mol％～25mol％，进一步优选为6mol％～20mol％。
应予说明，本说明书中，“玻璃中的元素含量”是：将除了氧原子以外的玻璃中的全部原子的量设为100mol％时的该元素的原子摩尔比。例如，利用电感耦合等离子体(ICP)发光分析法而测定玻璃中的各元素的原子的量。
例如，根据获得优异的绝缘性的观点，绝缘层120的厚度优选为30μm以上，更优选为50μm以上，进一步优选为100μm以上，特别优选为150μm以上。另一方面，绝缘层120的厚度例如为800μm以下，优选为600μm以下。
图示例中，绝缘层120形成于筒状主体110的内周面110c的整个区域。另外，在第一端面110a侧的端部，从内周面110c至外周面110d均形成有绝缘层120。绝缘层的形成区域可以根据后述的电加热型催化剂载体等收纳物的尺寸、数量、配置以及目的等而适当地设定。例如，与图示例不同，筒状主体110的内周面110c中，可以在第二端面110b侧的端部设置未形成绝缘层120的非形成区域。
代表性地，在筒状主体110涂敷绝缘层形成用涂敷液而形成涂膜并对该涂膜进行烧成，由此能够获得绝缘层120。
上述涂膜利用与绝缘层形成用涂敷液接触的接触部件而形成。以往，作为形成绝缘层的方法，利用喷射法而形成涂膜，不过，该方法中，绝缘层形成用涂敷液容易飞散，根据成品率的观点，并不能说其充分。另一方面，如果采用接触部件，则例如向筒状主体供给的绝缘层形成用涂敷液不会飞散，成品率良好，能够均匀地形成具有期望厚度的涂膜。另外，还能够抑制小孔(pin hole)、开裂等缺陷的产生，从而能够形成绝缘性能优异的绝缘层。
代表性地，上述绝缘层形成用涂敷液为含有玻璃源及溶剂的浆料(分散体)。关于绝缘层形成用涂敷液，作为玻璃源，可以含有原材料，也可以含有玻璃料。在1个实施方式中，由原材料制作玻璃料，将获得的玻璃料和溶剂混合而获得绝缘层形成用涂敷液。应予说明，此处所说的溶剂是指：绝缘层形成用涂敷液中含有的液体介质，其是包括溶剂及分散介质在内的概念。
作为原材料的具体例，能举出：硅砂(硅源)、白云石(镁及钙源)、氧化铝(铝源)、硼酸、氧化钡、氧化镧、氧化锌(Zinc oxide)、氧化锶。原材料并不局限于氧化物，例如可以为碳酸物或氢氧化物。代表性地，将由原材料合成的玻璃粉碎(例如，以粗粉碎及微粉碎这2个阶段进行粉碎)，由此获得玻璃料。代表性地，通过高温(例如1200℃以上)下的长时间的熔融而进行上述合成。
上述溶剂可以为水，也可以为有机溶剂。溶剂优选为水或醇等水溶性有机溶剂，更优选为水。例如，相对于100质量份的玻璃源，溶剂的配合量优选为50质量份～300质量份，更优选为80质量份～200质量份。
绝缘层形成用涂敷液(浆料)中可以含有浆料助剂。作为浆料助剂，例如能举出：树脂、增塑剂、分散剂、增粘剂、各种添加剂。浆料助剂的种类、数量、组合、配合量等可以根据目的而适当地设定。
绝缘层形成用涂敷液的粘度(涂敷时)优选为10dPa·s以上，更优选为15dPa·s以上。另一方面，绝缘层形成用涂敷液的粘度(涂敷时)例如为40dPa·s以下。通过采用接触部件，能够使得绝缘层形成用涂敷液的粘度形成为高粘度。例如，通过调整上述溶剂的配合量而能够控制绝缘层形成用涂敷液的粘度。
例如，绝缘层形成用涂敷液的涂膜的膜厚根据期望的绝缘层(烧成后)的厚度进行适当调整即可。具体而言，涂膜的膜厚相对于绝缘层的厚度可以设为2～5倍左右。
图2是表示本发明的1个实施方式所涉及的涂膜形成装置的整体结构的概要图。具体而言，图2是从侧面观察涂膜形成装置1的图。涂膜形成装置1构成为包括：旋转部10，其将筒状主体110固定并使其旋转；供给部20，其向筒状主体110表面(图示例中为内周面)供给绝缘层形成用涂敷液；板状的接触部件30，使其与绝缘层形成用涂敷液接触；以及加热部40，其对筒状主体110进行加热。应予说明，图2中，供给部20及接触部件30的一部分从外观上无法目视确认，但是，为了方便而以实线表示。
旋转部10构成为包括：工作台11，筒状主体110固定于其表面；以及驱动部12，其使该工作台11旋转。筒状主体110的第二端面110b固定于工作台11，以使得筒状主体110能够以其长度方向为旋转轴进行旋转。
加热部40向筒状主体110的外周面吹送热风而对筒状主体110进行加热。
供给部20将从未图示的绝缘层形成用涂敷液供给装置供给的绝缘层形成用涂敷液向筒状主体110的表面供给。使接触部件30与从供给部20供给的绝缘层形成用涂敷液接触，由此在筒状主体110的表面的期望的区域均匀地涂敷绝缘层形成用涂敷液。接触部件30例如由刮刀构成。接触部件30可以具有挠性，也可以不具有挠性。虽未图示，不过，供给部20及接触部件30例如可以配置成：能够利用能在筒状主体110的长度方向上移动的移动装置(例如单轴机械手)而移动。
可以通过加热而对涂敷后的绝缘层形成用涂敷液进行干燥处理。可以在任意的适当时机利用加热部40对筒状主体110进行加热。具体而言，加热可以在涂敷绝缘层形成用涂敷液之前进行，也可以在涂敷中进行，还可以在涂敷之后进行，甚至可以在这些时机的组合中进行。另外，加热可以持续进行，也可以间歇进行。筒状主体的加热温度例如为50℃～120℃。通过在绝缘层形成用涂敷液的涂敷时对筒状主体110进行加热，能够促进涂敷至筒状主体110的表面的绝缘层形成用涂敷液的干燥而形成膜厚更均匀的涂膜。
图3是表示第一实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。本实施方式中，接触部件(刮刀)30具有挠性。例如，接触部件30由肖氏硬度A为30～50的具有挠性的材料构成。作为具体例，接触部件30由聚氨酯树脂构成。接触部件30配置为其端部30a的平坦面按压于筒状主体110的内周面110c的状态。该状态下，一边使筒状主体110沿着箭头的方向旋转，一边从供给部20向接触部件30的上表面(相对于筒状主体110的内周面110c而形成锐角的面)供给绝缘层形成用涂敷液L，由此形成涂膜。如上所述，加热的时机并未特别限定，例如在涂敷绝缘层形成用涂敷液涂L之后使接触部件30从筒状主体110离开，然后，对绝缘层形成用涂敷液涂L的涂敷区域进行加热。本实施方式中，例如通过调整筒状主体110的旋转速度、接触部件30的按压量、绝缘层形成用涂敷液L的供给量而能够形成具有期望厚度的涂膜。
图4是表示第二实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。本实施方式与上述第一实施方式的不同点在于，绝缘层形成用涂敷液L的供给目的地为筒状主体110的内周面110c。
图5是表示第三实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。本实施方式中，接触部件30不具有挠性，例如，由洛氏硬度R级为85～110的树脂构成。接触部件30配置为与筒状主体110的内周面110c隔开规定的间隔。该状态下，一边使筒状主体110沿着箭头的方向旋转，一边向筒状主体110的内周面110c供给绝缘层形成用涂敷液L，由此形成涂膜。具体而言，对筒状主体110的内周面110c与接触部件30之间的间隔进行调整，由此例如不会重涂，能够形成具有期望厚度的涂膜。应予说明，上述规定的间隔根据例如待形成的绝缘层的厚度而调整。另外，由于未将接触部件30按压于筒状主体110，因此，例如不会产生接触部件30因上述粗面化处理后的筒状主体110而磨损的问题。应予说明，接触部件30的形状能够在获得的涂膜的表面形状中有所反映，因此，例如使接触部件30的直线部分与绝缘层形成用涂敷液L接触。另外，筒状主体110的表面形状能够在获得的涂膜的厚度中有所反映，因此，例如优选筒状主体110的截面的正圆度较高。
图6是表示第四实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。本实施方式中，接触部件30具有挠性，配置为其端部30a的平坦面按压于筒状主体110的外周面110d的状态。该状态下，一边使筒状主体110沿着箭头的方向旋转，一边向接触部件30的上表面(相对于筒状主体110的外周面110d而形成锐角的面)供给绝缘层形成用涂敷液L，由此在筒状主体110的外周面110d形成涂膜。
图7是表示第五实施方式中的筒状主体与接触部件的位置关系的概要图。本实施方式与上述第四实施方式的不同点在于，接触部件30不具有挠性、以及接触部件30与筒状主体110的外周面110d隔开规定的间隔而配置。
如上所述，对获得的涂膜进行烧成。烧成温度优选为1100℃以下，更优选为600℃～1100℃，进一步优选为700℃～1050℃。烧成时间例如为5分钟～30分钟，也可以为8分钟～15分钟。
图8是表示本发明的1个实施方式所涉及的废气处理装置的概要结构的示意截面图，图9是从箭头IX的方向观察图8的废气处理装置300的图。废气处理装置300设置于供来自发动机的废气流通的流路。图8中，如箭头EX所示，废气在废气处理装置300内从左侧向右侧流动。
废气处理装置300具有：筒状部件100；以及收纳于筒状部件100的能够对废气进行加热的电加热型催化剂载体(以下有时简称为催化剂载体)200。
催化剂载体200具有与筒状部件100的形状对应的形状，并同轴地收纳于筒状部件100内。以与筒状部件100的内周面接触的方式对催化剂载体200进行收纳，不过，例如也可以在利用未图示的保持垫将催化剂载体200的外周面覆盖的状态下进行收纳。
催化剂载体200具备：蜂窝结构部220；以及在蜂窝结构部220的侧面(代表性地，以隔着蜂窝结构部的中心轴而对置的方式)配设的一对电极部240。蜂窝结构部220具有：外周壁222；以及配设于外周壁222的内侧并规定出多个隔室226的间隔壁224，该多个隔室226从第一端面228a延伸至第二端面228b而形成废气流路。代表性地，外周壁222及间隔壁224由导电性陶瓷构成。在一对电极部240、240分别设置有端子260、260。一个端子与电源(例如蓄电池)的正极连接，另一个端子与电源的负极连接。在端子260、260的周围设置有绝缘材料制的罩270、270，以使得筒状主体110及绝缘层120和端子260绝缘。
代表性地，催化剂担载于间隔壁224。通过使催化剂担载于间隔壁224，能够使从隔室226通过的废气中的CO、NOx、烃等通过催化反应而变为无害的物质。对于催化剂，优选地，可以含有贵金属(例如：铂、铑、钯、钌、铟、银、金)、铝、镍、锆、钛、铈、钴、锰、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋、钡以及它们的组合。
本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种变形。例如，可以利用实质上与上述实施方式所示的结构相同的结构、发挥出相同作用效果的结构或能够实现同一目的的结构进行置换。
产业上的可利用性
利用本发明的实施方式的制造方法获得的废气处理装置用筒状部件可以优选用于内燃机的废气处理(净化)用途。

Claims (15)

1.一种废气处理装置用筒状部件的制造方法，该废气处理装置用筒状部件具有金属制的筒状主体、以及在所述筒状主体的至少内周面设置的包含玻璃的绝缘层，
所述废气处理装置用筒状部件的制造方法的特征在于，包括：
使向所述筒状主体供给的绝缘层形成用涂敷液与接触部件接触而形成涂膜的工序；以及
对所述涂膜进行烧成而获得所述绝缘层的工序。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，
所述绝缘层形成用涂敷液的粘度为10dPa·s以上。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，
一边使所述筒状主体和/或所述接触部件以所述筒状主体的长度方向为旋转轴进行旋转，一边进行与所述接触部件的接触。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述制造方法包括：对所述筒状主体进行加热的工序。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述绝缘层的厚度为30μm～800μm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述接触部件由肖氏硬度A为30～50的具有挠性的材料构成。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，
所述接触部件能够调整所述接触部件相对于所述筒状主体的内周面的按压量。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述接触部件由洛氏硬度R级为85～110的树脂构成。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，
所述接触部件与所述筒状主体隔开规定的间隔而配置。
10.一种涂膜形成装置，其特征在于，具有：
旋转部，该旋转部将金属制的筒状主体固定，并使所述筒状主体以其长度方向为旋转轴进行旋转；
供给部，该供给部向所述筒状主体的内周面供给绝缘层形成用涂敷液；以及
接触部件，该接触部件配置于所述筒状主体内，并与所述绝缘层形成用涂敷液接触。
11.根据权利要求10所述的涂膜形成装置，其特征在于，
所述涂膜形成装置具有加热部，该加热部对所述筒状主体进行加热。
12.根据权利要求10或11所述的涂膜形成装置，其特征在于，
所述接触部件由肖氏硬度A为30～50的具有挠性的材料构成。
13.根据权利要求12所述的涂膜形成装置，其特征在于，
所述接触部件能够调整所述接触部件相对于所述筒状主体的内周面的按压量。
14.根据权利要求10或11所述的涂膜形成装置，其特征在于，
所述接触部件由洛氏硬度R级为85～110的树脂构成。
15.根据权利要求14所述的涂膜形成装置，其特征在于，
所述接触部件与所述筒状主体隔开规定的间隔而配置。
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