JP2006015205A - 基材コーティング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
粘性の高いスラリーを被覆に使用する必要量だけ過不足なく供給したときでも、基材に形成されたどの流路に対しても均一に無駄なく被覆できるようにする。
【解決手段】
多数の流路（２…）が並列形成された基材（Ｍ）の片端側に供給されたスラリー（Ｓ）を空気圧により流路（２…）内に伸展させて流路内壁（２ｗ）を被覆する際に、流路（２…）の両端が上面及び底面に開口するように配された基材（Ｍ）に対し、その上面に形成されたスラリー貯留部（５）にスラリー供給装置（６）からスラリー（Ｓ）を所要量供給した後、スラリー（Ｓ）を流路（２…）内に伸展させる前に、液面均一化機構（７）によりスラリー（Ｓ）に遠心力や振動を作用させてスラリー液面を均一にするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材に並列形成された多数の流路内にスラリーを伸展させてその流路内壁を被覆する基材コーティング装置及び方法に関し、特に、排ガス浄化用触媒の触媒基材となるモノリスに形成されたハニカム流路内壁に触媒用スラリーを被覆して触媒を形成するのに好適である。

触媒基材となるモノリスに形成されたハニカム流路内壁に触媒用スラリーを被覆する方法としてウォッシュコート法が知られている。
特開昭６３−５１９４９号公報 特表２００２−５０６７２０号公報

図５はこのような従来のウォッシュコート法によるコーティング装置を示すもので、ハニカム流路５１…が上下に開口するように配されたモノリスＭの上端側に形成された貯留部５２にスラリー供給装置５３からスラリーＳを供給し、上端側から加圧空気を供給したり、下端側から空気を吸引することにより、スラリーを流路５１内に流入／伸展させて流路５１の内壁を被覆するようにしている。
そして、最近ではスラリーＳに白金などの貴金属が含有することもあり、モノリスＭの被覆に使用する必要量だけのスラリーＳを貯留部５２に供給するようにしている。

ところで、スラリーＳは粘性が高いものもあるため、スラリー供給ノズル５４はある程度の太さが必要であるが、供給量を厳密にコントロールためにはできるだけ細い方が望ましい。そして、このような供給ノズル５４から貯留部５２に高粘性のスラリーが供給されると、スラリーＳは供給ノズル５４の真下が盛り上がった状態で貯留されてしまう（図６（ａ）参照）。

この状態で、上端側から加圧空気を供給したり、下端側から空気を吸引すると、当初は各流路５１…に均一にスラリーＳが流入していく（図６（ｂ）参照）。
スラリーＳの量は、中央部分が多く、周縁部分が少ないので、周縁部分のスラリーＳが周縁部分のハニカム流路５１Ａに流入し終っても、中央部分のハニカム流路５１Ｂにはまだスラリーが流入していく。

そして、下端側から空気を吸引することにより、最終的にスラリーをハニカム流路５１内に伸展させて被覆させたときに、その被覆長さが、周縁部分のハニカム流路５１Ａより中央部分のハニカム流路５１Ｂの被覆長さが長くなってしまう（図６（ｃ）参照）。

したがって、例えば、ハニカム流路５１の半分の長さまでスラリーＳを被覆しようとして必要量のスラリーを供給した場合、周縁部分のハニカム流路５１Ａは半分以下の長さしか被覆されず、中央部分のハニカム流路５１Ｂには半分以上の長さが被覆されてしまい、被覆長さが不均一になる。
同様に、モノリスＭの被覆に使用する必要量だけのスラリーＳを供給した場合、周縁部分のハニカム流路５１Ａには十分な量のスラリーＳが流入されないため、ハニカム流路５１Ａは下端部まで被覆されず、中央部分のハニカム流路５１Ｂからは余剰スラリーＳが流出するという問題がある（図６（ｄ）参照）。

このため、各ハニカム流路５１の全長にわたって均一にスラリーＳを被覆させるためには、モノリスＭの被覆に使用する必要量よりかなり多量のスラリーＳを貯留部５２に供給し、全てのハニカム流路５１内にスラリーＳを過剰に充填して余剰スラリーＳを払拭するという方法をとらざるをせざるを得ず、払拭された余剰スラリーＳは、これを回収し、成分を調整し直してリサイクルしなければならず、その分、手間がかかっていた。

そこで本発明は、スラリーを被覆に使用する必要量だけ過不足なく供給したときに、基材に形成されたどの流路に対しても均一に無駄なく被覆できるようにすることを技術的課題としている。

本発明は、多数の流路が並列形成された基材の片端側に供給されたスラリーを空気圧により流路内に伸展させて該流路内壁を被覆する基材コーティング装置において、前記流路の両端が上面及び底面に開口するように配された基材に対し、その上面に形成されたスラリー貯留部にスラリーを所要量供給する前記スラリー供給装置と、前記スラリーを流路内に伸展させる前にスラリー液面を均一にする液面均一化機構とを備えたことを特徴としている。

本発明に係る基材コーティング装置によれば、流路の両端が上面及び底面に開口するように配された基材に対し、その上面に形成されたスラリー貯留部に対しスラリー供給装置からスラリーが所要量供給され、液面均一化機構によりスラリー液面が均一にされた後、スラリーが流路内に伸展される。
すなわち、スラリー供給装置から供給されたスラリーは、その時点では、スラリー貯留部で山型に盛り上がっているが、スラリーを流路内に伸展させる前に、液面均一化機構により、例えば、基材をその貫通鉛直軸回りに回転させたり、貯留されたスラリーを振動させたりして、スラリー液面が均一化される。

このようにして、貯留部において液面が均一化された後に、上端側から加圧空気を作用させたり、下端側から空気を吸引させたり、場合によっては加圧と吸引を同時に行うことにより、それぞれの流路にスラリーを流入させれば、その時点で、それぞれの流路に対する液面位置は等しいので、各流路には同量のスラリーが流入する。
したがって、例えば、各流路の全長にわたってスラリーをコーティングしようとする場合に、貯留部へスラリーを被覆に使用する必要量だけ過不足なく供給したときでも、それぞれの流路に適正量のスラリーが流入伸展されるので、どの流路もその全長にわたってスラリーを被覆することができる。

また、スラリーは一般的にはそのままでは流路内に流入しない程度の粘性を有するが、中には、重力のみで流路内に流入する程度に粘性の低いものもある。
このようなスラリーを使用する場合は、請求項４に記載されているように、液面を均一にする前にスラリーが各流路に流入しないように、スラリー貯留部から各流路内に流入しようとするスラリーの重力と流路内の気圧を調整してスラリーの流路内への流入阻止と伸展を切り換える気圧調整機構を備えておけばよい。

この気圧調整機構としては、請求項５に記載されているように、基材底面側から空気を供給／吸引して各流路内に正圧／負圧を作用させるエアハンドリング装置が用いられていたり、基材底面側の流路開口部を密封する係脱可能なパッキンと、該パッキンを開放した状態で流路内の空気を吸引し、及び／又は、スラリー貯留部の液面側から加圧空気を供給するエアハンドリング装置が用いられる。

本例では、粘性の高いスラリーをどの流路に対しても均一に無駄なく流入させてコーティングすることができるようにするという課題を、簡単な構成で実現した。

図１は本発明に係る基材コーティング装置の一例を示す説明図、図２は本発明にかかる基材コーティング方法の一例を示す工程図、図３及び図４は他の実施形態を示す説明図である。

図１に示す基材コーティング装置１は、モノリス（触媒基材）Ｍに並列形成された多数のハニカム流路２…内に、空気圧により触媒用スラリーＳを流入伸展させてハニカム流路内壁２ｗを被覆し、排ガス浄化用触媒を製造するためのものである。

この基材コーティング装置１は、ハニカム流路２…の両端が上面及び底面に開口するようにモノリスＭを固定する装置本体３と、モノリスＭの上端にアタッチメント４を装着してなるスラリー貯留部５に対しスラリーＳを所要量供給するスラリー供給装置６と、そのスラリー液面を均一にする液面均一化機構７と、スラリー貯留部５から各流路２…内に流入しようとするスラリーＳの重力と流路２…内の気圧を調整してスラリーＳの流路２…内への流入阻止と伸展を切り換える気圧調整機構８を備えている。

装置本体３は、気圧調整機構８により内圧がコントロールされるエアチャンバ９の天井面が、モノリスＭを回転可能に支持する回転テーブル（基材回転機構）１０で形成されている。
回転テーブル１０は、その外周面に形成されたギア歯１０ａが、モータ１１で駆動されるドライブギア１２のギア歯１２ａに咬合されて、モノリスＭをその貫通鉛直軸回りに回転可能に装着できるようになっており、スラリーＳをスラリー貯留部５に貯留した状態で回転させることにより、その遠心力を利用してスラリー液面を均一にする液面均一化機構７となっている。
なお、モノリスＭは、ハニカム流路２…の上端がエアチャンバ９外に開口され、下端がエアチャンバ９内に開口するように、回転テーブル１０に形成された透孔１０ｂに嵌挿された状態で固定される。

スラリー貯留部５となるアタッチメント４は、その下端部がモノリスＭの上端面と同形同大に形成されて嵌合され、その上端側に向って徐々に広がる截頭円錐面で形成されている。
スラリー供給装置６は、予め設定された量のスラリーＳを正確に計量して供給するように設定されている。

気圧調整機構８は、空気を供給／吸引して各流路２…内に正圧／負圧を作用させるエアハンドリング装置１３が用いられて成り、より具体的には、エアの吸引吐出を行うエアポンプ１４と、エアチャンバ９への空気の供給／吸引を切り換える切換バルブＣＶを備えている。

そして、切換バルブＣＶは、エアポンプ１４の吸込側１４in及び吐出側１４outを、大気開放口１５及び給排気管１６に切換接続する３位置バルブでなり、第一ポジションＰ_１で大気開放口１５から吸込んだエアをエアチャンバ９に送給して流路２…に正圧を作用させ、第二ポジションＰ_２で給排気管１６を遮断してエアチャンバ９の内圧を維持し、第三ポジションＰ_３でエアチャンバ９内のエアを強制排出させて流路２…に負圧を作用させるようになっている。
また、給排気管１６から分岐された配管１７にはリリーフ弁１８が介装され、エアチャンバ９の内圧が設定圧を超えたときに開放されて内部空気を逃がし、その内圧を設定圧に維持するように成されている。

以上が本発明の一構成例であって、次に、本発明にかかる基材コーティング方法により触媒基材にスラリーを被覆する場合について説明する。
まず、触媒基材となるモノリスＭにアッタチメント４を装着した状態で、これを回転テーブル１０に固定しておく。
スラリー供給工程では、図２（ａ）に示すように、スラリー供給装置６からスラリー貯留部５に対し、全てのハニカム流路２…の全長にわたってスラリーＳを被覆する際に使用する最低必要量のスラリーＳが供給されるが、スラリーＳはある程度の粘性を有するためスラリー貯留部５に盛り上がった状態となる。
なお、これと同時に、気圧調整機構８の切換バルブＣＶを第一ポジションＰ_１にセットし、エアチャンバ９内にエアを供給して、スラリーＳがハニカム流路２…に流入しない程度に各流路２…に正圧を作用させ、その後、切換バルブＣＶを第二ポジションＰ_２にセットすれば、エアポンプ１４を停止しても各流路２…の正圧が維持される。

次いで、液面均一化工程では、図２（ｂ）に示すように、液面均一化機構７の回転テーブル１０を適当な回転数で回転させると、モノリスＭ及びその上端部に装着されたアタッチメント４が回転し、スラリー貯留部５に貯留されたスラリーＳに遠心力が作用して、中央部分が盛り上がっていたスラリーＳが周囲に広がっていく。
そして、略均一な液面となった時点で、回転テーブル１０の回転を停止する。
この間、ハニカム流路２…内は正圧に維持されているので、スラリーＳが流入することはない。

次いで、スラリー伸展工程では、気圧調整機構８の切換バルブＣＶを第三ポジションＰ_３にセットすることによりエアチャンバ９内のエアを吸引して、図２（ｃ）に示すように、スラリーＳをハニカム流路２…に流入させる。
このとき、液面は均一（水平）であるので、各流路２…に同じようにスラリーＳが流入していき、貯留部５に貯留されていた全てのスラリーＳがそれぞれの流路に流入した時点で、図２（ｄ）に示すように、各流路２…にはスラリーＳが同じ長さずつ詰まることになる。

さらに、エアチャンバ９内のエアを吸引すると、各流路２に詰まったスラリーＳが流路内壁２ｗに沿って伸展されていき、スラリーＳはもともと全てのハニカム流路２…の全長を被覆できる最低必要量が供給されているので、図２（ｅ）に示すように、モノリスＭの周縁部のハニカム流路２Ａも、中央部のハニカム流路２Ｂも同様に全長が被覆される。
なお、全長を被覆する場合に限らず、例えば、全長の１／２、２／３というように所定の長さだけ被覆する場合は、その被覆長さに応じてスラリー貯留部５への供給量を調整すればよい。

図３は本発明の他の実施形態を示し、本例では、スラリー液面を均一化する際に、遠心力を作用させるのではなく、振動を作用させるようにしている。なお、図１と重複する部分については同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の基材コーティング装置２１は、気圧調整機構８により内圧がコントロールされるエアチャンバ９が形成された装置本体２２の天井面に、ハニカム流路２…の両端が上面及び底面に開口するようにモノリスＭを固定するテーブル２３が設けられている。
液面均一化機構７は、モノリスＭの上端に装着されるアタッチメント４の外周面に取り付けられる振動子（発振機構）２４からなり、盛り上がった状態に貯留されたスラリーＳを低周波振動、高周波振動、超音波振動などにより振動させることにより、その液面を均一にするようになっている。
なお、振動子２４は装置本体２２に取り付ける場合であっても良く、要するに、スラリー貯留部５に貯留されているスラリーＳに対して振動が伝わるようになっていればよい。

図４はさらに他の実施形態を示し、本例では、ハニカム流路２…にエアを供給することなく気圧調整を行うことができるようになっている。なお、図１と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の基材コーティング装置３１は、気圧調整機構８として、ハニカム流路２…の底面側開口部を密封する係脱可能なパッキン３２と、該パッキン３２を開放した状態でエアチャンバ９を介してハニカム流路２…内の空気を吸引するエアポンプ３３を備えたエアハンドリング装置３４が用いられている。
パッキン３２は、エアチャンバ９内を昇降可能に配された昇降ベース３５が昇降軸３６に回転自在に取り付けられてなり、ベース３５の表面側にスポンジ状の弾性体３７を介して軟性ゴム３８が設けられており、この軟性ゴム３８でハニカム流路２…の開口部を密封するようになっている。

これによれば、スラリー供給工程及び液面均一化工程において、パッキン３２をモノリスＭに密着させて流路２の底面開口部を塞いでおけば、スラリー貯留部５に供給されたスラリーＳがハニカム流路２…に流入しようとしても、各流路２内に閉じ込められた空気の圧力によりスラリーＳの流入が確実に阻止される。

そして、スラリー伸展工程では、パッキン３２を降下させた後、エアハンドリング装置３４のエアポンプ３３を起動させれば、エアチャンバ９を介してハニカム流路２内の空気が吸引されて、スラリーＳが夫々のハニカム流路２…に均一に流入する。

なお、上述の説明では、いずれのスラリー伸展工程においても、エアハンドリング装置１３及び３４を用いてエアチャンバ９を介してハニカム流路２…内の空気を吸引する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スラリー貯留部５の液面側から加圧空気を供給する場合であっても、これら双方を行う場合であってもよい。
また、触媒基材であるモノリスＭに触媒用スラリーを被覆する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、基材に並列形成された多数の流路内壁にスラリーを被覆するものであれば様々な用途に適用できる。

以上述べたように、本発明によれば、スラリー貯留部に供給されたスラリー液面が均一化された後に、それぞれの流路にスラリーを流入させるようにしているので、各流路には同量のスラリーが流入し、どの流路も同じ長さだけ均一にスラリーを被覆することができるという大変優れた効果を奏すると同時に、流路の全長にわたってスラリーを被覆する場合でもスラリーの無駄を生じないという大変優れた効果を奏する。

本発明は、基材に並列形成された多数の流路内にスラリーを伸展させてその流路内壁を被覆する用途に適用でき、特に、排ガス浄化用触媒の触媒基材となるモノリスに形成されたハニカム流路内壁に触媒用スラリーを被覆して触媒を形成する用途に好適である。

本発明に係る基材コーティング装置の一例を示す説明図。 本発明にかかる基材コーティング方法の一例を示す説明図。 他の実施形態を示す説明図。 他の実施形態を示す説明図。 従来装置を示す説明図。 従来方法を示す説明図。

符号の説明

１ 基材コーティング装置
Ｍ モノリス（触媒基材）
Ｓ 触媒用スラリー
２ ハニカム流路
２ｗ 流路内壁
３ 装置本体
４ アタッチメント
５ スラリー貯留部
６ スラリー供給装置
７ 液面均一化機構
８ 気圧調整機構
９ エアチャンバ
１０ 回転テーブル（基材回転機構）
１３ エアハンドリング装置

Claims (9)

1. 多数の流路が並列形成された基材の片端側に供給されたスラリーを空気圧により流路内に伸展させて該流路内壁を被覆する基材コーティング装置において、
   前記流路の両端が上面及び底面に開口するように配された基材に対し、その上面に形成されたスラリー貯留部にスラリーを所要量供給するスラリー供給装置と、前記スラリーを流路内に伸展させる前にスラリー液面を均一にする液面均一化機構とを備えたことを特徴とする基材コーティング装置。
2. 前記液面均一化機構が、前記基材をその貫通鉛直軸回りに回転させる基材回転機構である請求項１記載の基材コーティング装置。
3. 前記液面均一化機構が、スラリー貯留部に貯留されたスラリーを振動させる発振機構である請求項１記載の基材コーティング装置。
4. 前記スラリー貯留部から各流路内に流入しようとするスラリーの重力と流路内の気圧を調整してスラリーの流路内への流入阻止と伸展を切り換える気圧調整機構を備えた請求項１記載の基材コーティング装置。
5. 前記気圧調整機構として、基材底面側から空気を供給／吸引して各流路内に正圧／負圧を作用させるエアハンドリング装置が用いられて成る請求項４記載の基材コーティング装置。
6. 前記気圧調整機構として、基材底面側の流路開口部を密封する係脱可能なパッキンと、該パッキンを開放した状態で流路内の空気を吸引し、及び／又は、スラリー貯留部の液面側から加圧空気を供給するエアハンドリング装置が用いられて成る請求項４記載の基材コーティング装置。
7. 多数の流路が並列形成された基材の片端側に供給されたスラリーを空気圧により流路内に伸展させて該流路内壁を被覆する基材コーティング方法において、
   前記流路の両端が上面及び底面に開口するように配された基材に対し、その上面に形成されたスラリー貯留部にスラリーを所要量供給するスラリー供給工程と、前記スラリーを流路内に伸展させる前にスラリー液面を均一にする液面均一化工程とを備えたことを特徴とする基材コーティング方法。
8. 前記スラリー供給工程及び液面均一化工程において、スラリー貯留部から各流路内に流入しようとするスラリーの重力と流路内の気圧をバランスさせた状態に維持する請求項７記載の基材コーティング方法。
9. 前記基材として多数の流路が並列形成された触媒基材を用い、前記スラリーとして触媒用スラリーを用いることにより、触媒基材の流路内壁に触媒用スラリーをコーティングして触媒を形成する請求項７記載の基材コーティング方法。

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