JP2010228263A - スラリー吐出装置、スラリー塗布装置、及び目封止ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

スラリー吐出装置、スラリー塗布装置、及び目封止ハニカム構造体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】流速及び流量の偏りを緩和してスラリーを吐出するスラリー吐出装置、平らな界面ができるようにスラリーを平面状に塗布するスラリー塗布装置、セル内に均一な深さにてスラリーを充填させる目封止ハニカム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】内部にスラリー10が収容され、排出口20を有する収容部2と、収容部2内に配置される推力付与部3と、排出口20に連通する導入口11とスラリー10を吐出するスリット状の吐出口12とが設けられているノズル部4と、を備え、吐出口12は、吐出口12の長手方向8の各位置における、スラリー10の単位時間あたりの吐出量を略同一とするように、長手方向8の各位置での吐出口12の幅方向9の長さが定められて形成されている、スラリー吐出装置1とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、目封止ハニカム構造体の目封止部の材料となるスラリーを塗布するためのスラリー吐出装置、及びスラリー塗布装置、並びに目封止ハニカム構造体の製造方法に関する。
ディーゼルエンジン等が排出する排気ガス中には、スート(カーボン黒鉛)等からなるパティキュレートマター(微粒子状物質:以下、「PM」)が多量に含まれ、PMは大気汚染の原因となる。ディーゼルエンジン等の排気系統には、PMを捕集するためにセラミックスからなるフィルタが搭載され、このフィルタには目封止ハニカム構造体が採用されている(例えば、特許文献1を参照)。
目封止ハニカム構造体では、目封止部が、軸方向に貫通しているセルの一方の端部を目封止している。目封止ハニカム構造体において、入口側に目封止部のないセルには、出口側に目封止部があり、入口側に目封止部があるセルには出口側に目封止部ある。そして、目封止部は、目封止ハニカム構造体の端面から見ると、市松模様に配置される。このような目封止部の配置によって、目封止ハニカム構造体では、被処理ガスが、入口側からセル内に流入した後、PMを捕集されながら、セル間を仕切るセラミックス多孔質の隔壁を通過し、別のセルの出口側から排出される。
目封止ハニカム構造体の製造では、セラミックス原料からなる坏土をハニカム形状に成形したハニカム成形体を作製し、ハニカム成形体のセルの端部にセラミックのスラリー(以下、「スラリー」)を充填した後、焼成する。焼成による収縮率がスラリーとハニカム成形体とで異なる場合には、スラリーが充填されている部分と、スラリーが充填されていない部分とでは、焼成時の収縮率に差が生じる事になる。そのため、スラリーが均一な深さで各セル端部に充填されないときには、焼成時の不均一な収縮によって、亀裂や歪みなどが生じた目封止ハニカム構造体が製造されてしまう。
目封止が深いセルでは、流路が短くなり、被処理ガスが通過できる隔壁の面積、すなわちフィルタの面積が小さくなる。目封止の深さにばらつきがあるときには、セルごとにフィルタの面積もばらつくため、被処理ガスの捕集を繰り返すうちに不具合が生じやすくなる。
以上からわかるように、ハニカム成形体のセルの端部に均一な深さでスラリーを充填することが、高品質の目封止ハニカム構造体の製造には必要である。1つ1つのセルにスラリーを充填していくことは困難で非効率なため、スラリーの充填には、皿状の容器(以下、「皿状容器」)上にスラリーを平面状にて塗布し、この塗布されたスラリーにハニカム成形体の端面を浸漬させる方法が採られている(例えば、特許文献2を参照)。この方法において、均一な深さでセル内にスラリーを充填するには、塗布されたスラリーの界面が、平らであることが求められる。なぜなら、スラリーの平らな界面に、ハニカム成形体の端面を合わせて浸漬させると、スラリーが均一な深さでセル内に充填できるからである。
しなしながら、皿状容器に水を注ぐと平らな水の界面ができることとは異なり、スラリーには、粘性があるため、単純に皿状容器に塗布するだけでは、スラリーの界面に凹凸が生じる。よって、スラリーの界面を平らに塗布するための工夫がなされている。
特許文献3には、スラリーが平らな界面のある状態にて皿状容器上に塗布される方法が開示されている。この方法では、皿状容器上にスラリーを吐出した後、皿状容器を回転させて、遠心力により皿状容器の外周側にスラリーを引き延ばし、スラリーの界面を平らにする。また、特許文献3には、一軸偏心ネジポンプ(モーノポンプ)によってスラリーを吐出する方法が開示されている。一軸偏心ネジポンプは、脈動なく、連続的、定量的にスラリーを吐出できる利点がある。
特開2001−269585号公報 特開2001−300922号公報 特開2007−269007号公報
しかしながら、特許文献3の方法では、皿状容器の回転に設備を要する。また、皿状容器の回転中はスラリーの充填作業が待機されてしまう。更に、回転の速度や時間次第では、遠心力によってスラリーが皿状容器の周辺側に偏るため、スラリーの界面が平らでなくなり、スラリーを均一な深さでセル内に充填をできない場合もある。
スラリーには粘性があるため、吐出時のスラリーに流速や流量の偏りがあると、皿状容器上のスラリーの界面には凹凸が生じやすい。一軸偏心ネジポンプは、偏心運動するローターによって推力を与える機構を備えるため、粘性のあるスラリーを定量吐出するのに適する。しかし、一軸偏心ネジポンプをスラリーの吐出に用いると、上述の機構上、一軸偏心ネジポンプは排出口の一部を塞ぎ、この塞がれている部分の位置が経時的に変化するため(図15参照)、各位置では経時的にスラリーの流量変化が生じてしまう。よって、一軸偏心ネジポンプをスラリーの吐出に用いるときには、皿状容器上に平面状にて塗布されたスラリーの界面には、凹凸が生じてしまう。
上記の問題に鑑みて、本発明の課題は、流速及び流量の偏りを緩和してスラリーを吐出するスラリー吐出装置、平らな界面ができるようにスラリーを平面状に塗布するスラリー塗布装置、セル内に均一な深さにてスラリーを充填させる目封止ハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明者等は、スラリーが吐出されるノズル部の形態を中心に鋭意検討した結果、スラリーをほぼ均一に吐出できるノズル部の形態を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明によれば、以下に示すスラリー吐出装置、スラリー塗布装置、及び目封止ハニカム構造体の製造方法が提供される。
[1] 内部にスラリーが収容され、前記スラリーを排出する排出口を有する収容部と、
前記収容部内に配置され、前記スラリーを前記排出口に向かって押し出す推力付与部と、前記排出口に連通して前記スラリーを流入させる導入口と、内部に流入した前記スラリーを吐出するスリット状の吐出口と、が設けられているノズル部と、を備え、前記吐出口は、前記吐出口の長手方向の各位置における前記スラリーの単位時間あたりの吐出量を略同一とするように、前記長手方向の各位置での前記吐出口の幅方向の長さが定められて形成されているスラリー吐出装置。
[2] 前記ノズル部は、前記長手方向の各位置での前記スラリーの流速の差が前記吐出口において少なくなるように先端部を設け、前記先端部は、前記スラリーを前記長手方向に連続させて流すように、スリット状の流路断面を有する流路が前記吐出口まで形成されている前記[1]に記載のスラリー吐出装置。
[3] 前記推力付与部は、流量及び流速に偏りを生じさせながら、前記スラリーを前記ノズル部の内部に流入させる、前記[1]又は[2]に記載のスラリー吐出装置。
[4] 前記推力付与部は、前記排出口が部分的に塞がれ、さらに前記排出口が塞がれる位置及び面積を経時的に変化させながら、前記長手方向の中心では前記スラリーの平均流量を多くしかつ前記長手方向の端側では前記スラリーの平均流量を少なくして、前記ノズル部の内部に前記スラリーを流入させ、前記ノズル部は、前記吐出口の前記幅方向の長さが、前記長手方向の中心で最も小さくかつ前記長手方向の端又は前記端の近傍で最も大きい前記[1]〜[3]のいずれかに記載のスラリー吐出装置。
[5] 前記推力付与部は、前記スラリーを連続的に押し出す回転容積型の一軸偏心ネジポンプであり、前記一軸偏心ネジポンプが、前記長手方向の中心では前記スラリーの平均流量を多くしかつ前記長手方向の端側では前記スラリーの平均流量を少なくして、前記ノズル部の内部に前記スラリーを流入させ、前記ノズル部は、前記吐出口の前記幅方向の長さが、前記長手方向の中心で最も小さくかつ前記長手方向の端又は前記端の近傍で最も大きい、前記[4]に記載のスラリー吐出装置。
[6] 前記ノズル部は、前記吐出口の前記幅方向の長さが、前記長手方向の中心で最も小さくかつ前記長手方向の端に向かって大きくなる前記[1]〜[5]のいずれかに記載のスラリー吐出装置。
[7] 前記[1]〜[6]のいずれかに記載のスラリー吐出装置と、平らな底面を有し、前記スラリー吐出装置から吐出された前記スラリーを受け入れる貯留部と、を備え、前記スラリー吐出装置は、前記ノズル部が前記底面の上にあるように設けられ、前記ノズル部の前記吐出口が前記底面に向けられて、さらに、前記ノズル部が、前記吐出口から前記スラリーを吐出しながら、前記底面に対して相対的に一定速度で移動して、前記底面上に前記スラリーを平面状にて塗布するように設けられているスラリー塗布装置。
[8] 前記底面上に前記スラリーが塗布された後に、前記スラリーの流動を抑えながら前記スラリーの界面の形状を保持する保持部を備え、前記保持部は、前記底面から分離可能なものであり、前記底面上に塗布された前記スラリーを包囲する環状の壁部を有し、さらに前記壁部には前記底面に密着させる下面が設けられている、前記[7]に記載のスラリー塗布装置。
[9] 前記[7]又は[8]に記載のスラリー塗布装置を用い、前記底面上に前記スラリーを平面状にて塗布した後、ハニカム成形体のセルが開口している端面を前記スラリーに浸漬して、前記スラリーを前記セル内に充填させる工程を有する、目封止ハニカム構造体の製造方法。
本発明のスラリー吐出装置は、流速及び流量の偏りを緩和してスラリーを吐出する効果を奏する。本発明のスラリー塗布装置は、平らな界面ができるようにスラリーを平面状に塗布する効果を奏する。本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法は、セル内に均一な深さにてスラリーを充填させる効果を奏する。
本発明のスラリー吐出装置の一実施形態の断面を模式的に表した図である。 本発明のスラリー吐出装置のノズル部について、吐出口の側からみた斜視図である。 図2に示すノズル部の吐出口の側からみた平面図である。 図2に示す吐出口の長手方向に沿ったA−A’断面における、ノズル部の縦断面図である。 図2に示す吐出口の幅方向に沿ったB−B’断面における、ノズル部の縦断面図である。 図3の平面図について、吐出口を拡大して表す図である。 矩形の吐出口の平面図を拡大して表した図である。 本発明のスラリー吐出装置について、吐出口の長手方向の沿った各位置における、スラリーの単位時間あたりの吐出量に関して模式的に説明する図である。 本発明に属さないスラリー吐出装置について、吐出口の長手方向の沿った各位置における、スラリーの単位時間あたりの吐出量に関して模式的に説明する図である。 ノズル部の吐出口を拡大して表した平面図である。 ノズル部の吐出口を拡大して表した平面図である。 ノズル部の吐出口を拡大して表した平面図である。 ノズル部の吐出口を拡大して表した平面図である。 図2に示すC−C’断面における、ノズル部の横断面図であり、ノズル部の先端部の断面を表した図である。 スラリーを長手方向に連続させて吐出口まで流す形態を備える、スラリー吐出装置の模式図である。 スラリーを長手方向に分断させて吐出口まで流す形態を備える、スラリー吐出装置の模式図である。 図11及び12中の位置Uにおける吐出口の長手方向に沿ったスラリーの流速分布を模式的に表す図である。 図11中の位置Lにおける吐出口の長手方向に沿ったスラリーの流速分布を模式的に表す図である。 図12中の位置Lにおける吐出口の長手方向に沿ったスラリーの流速分布を模式的に表す図である。 推力付与部として一軸偏心ネジポンプが内部に設けられている収容部の縦断面である。 図14に示すA−A’断面における、推力付与部として一軸偏心ネジポンプが内部に設けられている収容部の横断面である。 本発明のスラリー塗布装置がスラリーを塗布する様子を模式的に表した図である。 図16に表すスラリーの塗布の様子を底面の上側からみた図である。 側壁を有する貯留部を備える、本発明のスラリー塗布装置がスラリーを塗布する様子を模式的に表した図である。 図18に表すスラリーの塗布の様子を底面の上側からみた図である。 保持部の一形態の正面図(上)と、A−A’断面における縦断面図(下)である。 貯留部の平面図であり、保持部が底面上に塗布されたスラリーの流動を抑える様子を上から見て模式的に表す図である。 図21に示すA−A’断面における貯留部及び保持部の縦断面図である。 図22に示す、貯留部の底面上に塗布されたスラリーにハニカム成形体の端面を浸漬させる様子を模式的に表した図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
1.スラリー吐出装置:
1−1.本発明のスラリー吐出装置の基本的な形態:
1−1−1.本発明のスラリー塗布装置の概略:
本発明のスラリー吐出装置は、ノズル部のスリット状の吐出口からスラリーを吐出するものである。図1は、本発明のスラリー吐出装置の一実施形態の縦断面図である。収容部2内に設置されている推力付与部3については、断面でなく側面を表す。本発明のスラリー吐出装置1は、収容部2、推力付与部3、及びノズル部4を備える。スラリー10は、スラリー吐出装置1の内部の流路において、収容部2からノズル部4に流れ、ノズル部4から外部に吐出される。
本明細書において、「流路」とは、スラリー吐出装置1の内部におけるスラリー10が流れる空間を形成する筒状・管状のものをさす。本明細書において、「流路断面」とは、スラリー10が流れる、収容部2及びノズル部4の内部空間の断面のうち、スラリー10の流れる方向に垂直な断面のことをいう。
ここでいう「スラリー」とは、セラミックス粉末及び分散溶媒から少なくともなるものであり、使用目的に応じて組成を選択できる。スラリーは、例えば、セラミック粉末とセラミック用分散粉末とを混練させて調製できる。セラミックス粉末の種類は、特に限定されず、例えば炭化珪素粉末やコーディエライト粉末などがある。
上記スラリーの粘度は、50〜900dPa・sであることが好ましく、100〜500dPa・sであることが特に好ましい。スラリーの粘度が、50dPa・s未満であると、スラリーの流動性が高すぎるため推力付与部に無関係でスラリーが意図せず流動してしまう。例えば吐出口12が図1のように下を向いている時、スラリーはノズル内に保持されず自重によって流出してしまう恐れがある。一方、900dPa・s超であると、流動性に乏しいためセル内にスラリーを充填させた際に所定の深さまで十分に浸入できないおそれがある。また、セル内にて隅々まで充填しきれず隙間が生じやすくなるため不完全な目封じ部となる恐れが高まる。
1−1−2.収容部の概略:
収容部2は、内部にスラリー10を収容し、この収容されたスラリー10を排出する排出口20が設けられている。この形態が具備される限りにおいては、収容部2は、推力付与部3やノズル部4の形態、スラリー10の性状、及びスラリー吐出装置1の使用状況などに応じた形態にできる。
1−1−3.推力付与部の概略:
推力付与部3は、収容部2内に配置されている。図1では、推力付与部3として、一軸偏心ネジポンプ61が表されている。なお、一軸偏心ネジポンプの詳細な説明は後述する。推力付与部3は、収容部2内にあるスラリー10を排出口20に向かって押し出すものであればよい。推力付与部3は、図1に表す一軸偏心ネジポンプ61の他に、油圧や空圧で駆動するシリンダ、チュービングポンプなど、本発明の技術的分野に属する当業者が通常用いうるものでよい。
1−1−4.ノズル部の概略:
図2は、図1に示すスラリー吐出装置1に装着されているノズル部4について、吐出口12の側からみた斜視図である。図3は、図2に示すノズル部4を、吐出口12の側からみた平面図である。ノズル部4には、スリット状の吐出口12が設けられている。
ここでいう「スリット状」とは、吐出口12の長手方向8の長さが、これに垂直な幅方向の長さに対して十分に長いことを意味する。本発明のスラリー吐出装置1のノズル部4では、吐出口12の長手方向8の長さに対する幅方向9の最大長さの百分率比が20%以下のときを、スリット状の吐出口12とする。さらに、吐出口12の長手方向8の長さに対する幅方向9の最大長さの百分率比が10%以下であることが更に好ましい。
図3に示すように、本明細書では、長手方向とは、吐出口12の長手方向8をいう。幅方向9とは、長手方向8に垂直な方向であって、吐出口12の幅の方向をいう。なお、収容部2や推力付与部3の説明の際、長手方向8という語を用いるときは、スラリー吐出装置1にノズル部4が装着されたときを想定し、この装着されたノズル部4の吐出口12の長手方向8を基準として、収容部2及び推力付与部3についての位置・方向を表すものとする(図1中の長手方向8を参照)。
1−1−4−1.導入口:
図4Aは、図2に示すA−A’断面、すなわち吐出口12の長手方向8に沿ったノズル部4の縦断面図である。図4Bは、図2に示すB−B’断面、すなわち吐出口12の幅方向9に沿ったノズル部4の縦断面図である。ノズル部4は、導入口11が設けられている。導入口11は、排出口20と連通している。よって、収容部2内を排出口20まで流れたスラリー10は、導入口11からノズル部4の内部に流入する(図1参照)。
導入口11の形状は、任意に定めることが可能であり、吐出口12と同じスリット状としなくてもよい。例えば、導入口11の形状は、排出口20と同様に大きく開かれている形状にして、ノズル部4内部にスラリー10が流入されやすくすることが好ましい。
1−1−4−2.バッファ部:
ノズル部4は、流路断面の面積の大きい流路が形成されている、バッファ部13が設けられ、このバッファ部13にスラリーを滞留させる形態にもできる。図4A及び図4Bに示すノズル部4では、導入口11が大きく開かれており、バッファ部13は、導入口11近傍において、その流路断面の面積が導入口11の開口面積と同じに形成されている。バッファ部13が設けられると、導入口11から流量及び/又は流速に偏りを有してスラリー10が流入したときに、これら偏りを緩和させることができる。このバッファ部13の形態は、導入口11からスラリー10が流入する状態や、スラリー10の性状に応じて定めることができる。ただし、スラリー粘度が低くなるほど効果が小さくなるためバッファ層は補助的な位置づけとなる。
バッファ部13は、その一方の端部が導入口11となるように形成される、図4A及び図4Bに示すような形態にする必要はない。例えば、導入口11近傍の流路断面の面積を小さくした後に、これより吐出口12側の流路断面の面積を大きくすることによって、バッファ部13を形成することもできる。
バッファ部13は、吐出部12の側に向かって徐々に流路断面の面積が小さくなるようにもできる。
1−1−4−3.ノズル部の吐出口:
図5は、図3のノズル部4の平面図における、吐出口12の拡大図である。本発明のスラリー吐出装置1に備えられるノズル部4の吐出口12は、長手方向8において、流速のばらつきを有してスラリー10が吐出口12に流れるときにも、長手方向8に沿ってほぼ均一な流量にてスラリー10を吐出できる形態を備える。具体的に述べると、吐出口12は、その長手方向8の各位置における単位時間あたりのスラリー10の吐出量が略同一となるように、長手方向8の各位置での幅方向9の長さが定められて形成されている。
なお、長手方向8に沿って、スラリー10が流速のばらつきなく吐出口12まで流れるときや、または厳密な均一さを求める必要が無い場合は、吐出口12の形状は、図6に示す単純な矩形(長方形)とすることも出来る。この場合も、長手方向8の各位置におけるスラリー10の単位時間あたりの吐出量が略同一となるように、吐出口12の幅方向8の長さが定まっているため、上述の技術的思想の範囲内にある。
図7は、図2に示す本発明の吐出装置1のノズル部4について、長手方向8に沿った位置a及び位置bそれぞれにおける、吐出口12の幅方向9での長さW及びWの関係と、単位時間あたりのスラリー10の吐出量(以下、「単位吐出量」)V及びVの関係とを模式的に表した図である。図7では、図7中の上側に描かれた吐出口12から、下側に描かれた水平な底面22に向けて、スラリー10が、所定の単位時間の間、吐出される様子を表す。
図7に表す吐出口12では、長手方向8の中心の位置aではスラリー10の流速(v)が高く、長手方向8の端側の位置bではスラリー10の流速(v)が低い。位置aでのスラリー10の単位吐出量Vと、位置bでのスラリー10の単位吐出量Vとを略同一とするために、位置aでの吐出口12の幅方向9での長さWが小さくされ、位置bでの吐出口12の幅方向9での長さWが大きくされている。その結果、位置aでの単位吐出量Vと位置bでの単位吐出量Vとが略同一となり、底面22上において、位置aから吐出されたスラリー10の高さTと、位置bから吐出されたスラリー10の高さTとがほぼ同じになる。すなわち、底面22上には、平らなスラリー10の界面30が現れる。
図8は、図7のケースの対照例として、図7のケースと同一の状態にてスラリー10の流速の偏りがあるときに、単純な矩形の吐出口12からスラリー10を吐出した場合を模式的に表す。このような場合には、位置aでのスラリー10の単位吐出量Vが大きく、位置bでのスラリー10の単位吐出量Vが小さくなる。したがって、底面22上において、位置aから吐出されたスラリー10の高さTは、位置bから吐出されたスラリー10の高さTよりも大きくなり、スラリー10の界面30には、長手方向8の中心が高く端側が低くなっている凹凸を生じる。
なお、吐出口12の幅方向9の長さが上述の規定を具備する限りにおいては、図5及び7に表す吐出口12の形状は、図9Aに表す形状にも変更可能である。
図7を参照しさらに説明すると、例えば、位置aでの単位吐出量Vは、位置aにおいて長手方向8に所定長さの間隔gを設定し、この間隔g内の流路断面Sを単位時間あたり通過するスラリーの吐出量として規定する。すなわち、単位吐出量Vは、間隔g内の流路断面Sの面積に、このS内を流れるスラリー10の流速vを乗じた値になる。間隔gの長さは、実際の実施形態ごとに求められる、単位吐出量の同一性の程度に応じて定められる。
スラリー10の速度が長手方向8に沿って連続的に変化している場合、長手方向8に沿ったスラリー10の単位吐出量の同一性が厳密なときには、図5又は図9Aに示すように、吐出口12の幅方向9の長さも長手方向8に沿って連続的に変化させるとよい。同じ場合において、長手方向8に沿ったスラリー10の単位吐出量の同一性が多少の誤差を許される程度のときには、図9Bや、後述する図9C、及び図9Dに示すように、吐出口12の幅方向9の長さが、長手方向8に沿って断続的に変化させる形態や、単位吐出量の誤差が更に許されるときは図6に示すように単純な矩形でもよい。
ハニカム成形体の端部のセル内にスラリー10が充填される深さの均一性は、スラリー10の界面30の平らな度合いに応じる(セル内へのスラリーの充填については後述)。あるセルでスラリー10が深く充填されたとき、そのセルが浸漬された位置のスラリー10の界面30は高い、すなわちスラリー10の単位吐出量が大きいことがわかる。この場合、スラリー10が充填された深さにもとづいて、対応する位置の吐出口12の幅方向9の長さを小さくするように修正できる。
1−2.スラリーを長手方向にわたり連続させて吐出口まで流す実施形態:
上述のノズル部4の形態による作用効果を活かすため、ノズル部4は、長手方向8の各位置でのスラリー10の流速の差を少なくしていくように吐出口12までスラリーを流す形態にすると好ましい。そこで、ノズル部4は、吐出口12まで形成されているスリット状の流路断面の流路を有し、スラリー10を長手方向8に連続させて吐出口12まで流す先端部14を設けると好ましい。図10は、図2に示すC−C’断面、すなわちノズル部4の横断面図である。C−C’断面の位置は、図4A及図4Bの縦断面図においても示す。
図11に示すスラリー吐出装置1のノズル部4には、先端部14が、長手方向8にわたり連続させてスラリー10を吐出口12まで流すように形成されている。図13Aには、図11中の位置Uにて示す先端部14の上流端での、長手方向8に沿ったスラリー10の流速の分布を表す。図13Bには、図11中の位置Lにて示す吐出口12での、長手方向8に沿ったスラリー10の流速の分布を表す。
図13Aに示すように、先端部14の位置Uでは、長手方向8の両端X1X2の間において、スラリー10の流速にばらつきが生じている。
位置Uから吐出口12(位置L)に流れる途中において、流速の高いスラリー10の流れは、流速の低いスラリー10の流れの抵抗にあい、遅くなる。逆に、流速の低いスラリー10の流れは、流速の高いスラリー10の流れに引かれるようにして、速くなる。そのため、図13Bに示すように、吐出口12において、スラリー10は、長手方向8に沿ったスラリー10の流速のばらつきが緩和される。
上の説明から想起されるように、先端部14の流路の長さは、長手方向8に沿ったスラリー10の流速のばらつきに応じて調節するとよい。長手方向8に沿ったスラリー10の流速のばらつきが大きいときには、先端部14の流路長を長くすることにより、スラリー10の流速のばらつきが効果的に緩和される。
このような形態の先端部14がノズル部4に設けられると、長手方向8に沿った流速のばらつきを小さくスラリー10を吐出できるため、先に図7を参照し説明した、吐出口12の幅方向9の長さの設定がより正確にできるようになる。特に、図1に示すように、推力付与部3として一軸偏心ネジポンプ61を設けた場合、スラリー10の流量が高い場所と低い場所が長手方向8に沿って経時的に変化するため、このような形態の先端部14がノズル部4に設けられると好ましい(詳しくは後述)。
なお、先端部14は、上述のようなスラリー10の緩和作用が発揮される限りにおいては、流路の途中において、長手方向8に沿ったスラリー10の連続性が一時的に分断される形態であってもよい。
対照の形態として紹介する、図12に示すスラリー吐出装置1のノズル部4は、先端部14が櫛状に分岐しており、スラリー10を長手方向8にわたり連続させて吐出口12まで流すようには形成されていない。図12中の先端部14の位置Uにおけるスラリー10の流速が、図11の位置Uと同じとき、図11の先端部14のようなスラリー10の流速の緩和がされないため、図13Cに示すように、長手方向8に沿ったスラリーの流速のばらつきが大きいまま吐出口12から吐出されてしまう。
1−3.スラリーが流量及び流速に偏りを生じてノズル部の内部に流入する実施形態:
本発明のスラリー吐出装置1では、推力付与部3が、流量及び流速に偏りを生じさせてスラリー10を押し出す形態も有効に適用できる。
このような形態の推力付与部3としては、排出口20が部分的に塞がれ、さらに排出口20が塞がれる位置及び面積を経時的に変化させながら、長手方向8の中心ではスラリー10の平均流量を多くしかつ長手方向8の端ではスラリー10の平均流量を少なくして、ノズル部4の内部にスラリー10を流入させるものがある。
例えば、スラリー10の平均流速が長手方向8の中心で高くかつ端側で低い状態にてスラリー10がノズル部4内に流入するときには、上述のようにスラリーを長手方向8にわたり連続させて吐出口12まで流す先端部14を設けてスラリーの流量及び流速の経時的なばらつき緩和させた上で、ノズル部4の吐出口12は、長手方向8に沿った定常的な平均流速の偏りを緩和させるために、幅方向9の長さが、長手方向8の中心では小さく、かつ長手方向8の端又は長手方向8の端の近傍で最大となるように形成されるとよい。または、スラリー10の平均流量が長手方向8の中心で多くかつ端側で少ない状態にてスラリー10がノズル部4内に流入するときには、ノズル部4の吐出口12は、幅方向9の長さが、長手方向8の中心では小さく、かつ長手方向8の端又は長手方向8の端の近傍で最大となるように形成されるとよい。このような形態のノズル部4の吐出口12の例として、図9C又は図9Dに表すものがある。
先端部14内をスラリーが流れるとき、スラリーは、先端部14内の長手方向8での端側の流路壁面から抵抗を受ける。上述のように、ノズル部4の吐出口12は、幅方向9の長さが、長手方向8の端又は長手方向8の端の近傍で最大となるように形成されると、長手方向8に沿った吐出量がより均一になりやすい。
さらに、図9A及び図9Bに表すように、ノズル部4は、吐出口12の幅方向9の長さが、長手方向8の中心で最も小さくかつ長手方向8の端に向かって大きくなる形態にもできる。
1−4.推力付与部として一軸偏心ネジポンプが設けられる実施形態:
一軸偏心ネジポンプ61は、脈動なく、連続的、定量的にスラリーを押し出すことができるため、本発明のスラリー吐出装置1の推力付与部3として好適である。図14は、推力付与部3として一軸偏心ネジポンプ61が内部に設けられている収容部2の縦断面である。推力付与部3として一軸偏心ネジポンプ61が用いられるときには、収容部2の内部に、ネジ形状のローター62とステーター63が設けられる。
図15は、図14に示すA−A’での横断面であり、図15中の各図はローター62における排出端部65の往復運動の様子を連続的に表す。ステーター63は、長円形の空間断面を有する。ローター62は、円形の断面を有し、ステーター63の長円形の空間に収まる。排出口20での横断面からみたとき、ローター62の排出端部65は長手方向8に沿った往復運動がなされる。これに対応して、スラリー10の流れは、長手方向8に沿って偏りを有する。この機構により、スラリー10は、流れの偏りを変動させながら排出口20から排出される。具体的に述べると、一軸偏心ネジポンプ61が配置された収容部2では、排出端部65により部分的に排出口20が塞がれ、この排出端部65によって排出口20が塞がれる位置及び面積を経時的に変化させながら、長手方向8の中心ではスラリー10の平均流量を多くしかつ長手方向8の端ではスラリー10の平均流量を少なくして、ノズル部4の内部にスラリー10を流入させている。
図14及び図15を参照し述べると、ローター62の排出端部65の往復運動の方向を吐出口12の長手方向8に合わせ、さらに長手方向8において、ステーター63の軸64の延長上に吐出口12の中心を合わせたとき、スラリー10は、長手方向8に沿って、中心側の平均流量が多くかつ端側の平均流量が小さい状態にてノズル部4の内部に流入する。この場合、スラリー10の速度は、長手方向8において、吐出口12の中心で高く、端側で低くなる。よって、吐出口12の幅方向9の長さは、長手方向8の中心で最も小さくかつ長手方向8の端又は長手方向8の端の近傍で最大となるようにすると(図5、9A〜9Dを参照)、長手方向8に沿ってスラリー10の単位吐出量がほぼ均一となる。この傾向は吐出口12の長手方向8の長さに対する軸方向9の長さの百分率が大きくなるほど顕著となるため、長手方向8に沿ったスラリー10の単位吐出量の同一性が厳密である場合は、図5又は図9Aに示すように、吐出口12の幅方向9の長さも長手方向8に沿って連続的に変化させる形態がより好ましい。
以上に述べた、本発明のスラリー吐出装置1は、平らな界面30を有するように、スラリー10を平面状に塗布するための、スラリー塗布装置21に備えるとよい。
2.スラリー塗布装置:
2−1.本発明のスラリー塗布装置の基本的な形態:
次に、本発明者等が完成させた、スラリー塗布装置(以下、「本発明のスラリー塗布装置」)について説明する。図16は、本発明のスラリー塗布装置21が、底面22上にスラリー10を平面状にて塗布する様子を模式的に表す。図17は、図16に表すスラリー10の塗布の様子を底面22の上側からみた図である。
本発明のスラリー塗布装置21は、上述の本発明のスラリー吐出装置1と、平らな底面22を有し、スラリー吐出装置1から吐出されたスラリー10を受け入れる貯留部24とを備える。
本発明のスラリー塗布装置21では、スラリー吐出装置1のノズル部4が底面22の上にあるように設けられ、ノズル部4の吐出口12が底面22に向けられている。
本発明のスラリー塗布装置21では、少なくともノズル部4が、スラリー吐出装置1の吐出口12から底面22に向けてスラリー10を吐出しながら、底面22に対して相対的に一定速度で移動するように設けられている。
本発明のスラリー塗布装置21において、スラリー吐出装置1は、底面22上に既に塗布されたスラリー10と、新たに塗布されるスラリー10とが重なり合わないように、ノズル部4が移動するよう設けられているとよい。この形態により、底面22上には、スラリー10が平面状に塗布され、さらに塗布されたスラリー10の界面30は平らになる。また、ノズル部4の移動速度は、スラリー10の粘度や幅方向9における吐出口12の長さ等との兼ね合いで、所望のスラリー10の高さにて底面22上に塗布される様、適宜選択することができる。
2−2.側壁を有する皿形状の貯留部を備える実施形態:
図18には、本発明のスラリー塗布装置21の一実施形態を表す。図19に示すスラリー塗布装置21の貯留部24は、底面22の周囲を側壁23が囲む皿形状である。側壁23が設けられることにより、塗布されたスラリー10が、底面22上で流動することを防げる。スラリー10の流動が防がれると、スラリー10の界面30の形状が変化することも防がれるため、スラリー10の界面30が、当初の平らな形状のまま保持される。
このような形態の貯留部24は、吐出口12の長手方向9の長さ以上の長さを有して対向する開始辺31と終了辺32とを有する矩形の側壁23が底面22を囲む皿形状であることが好ましい(図19参照)。この貯留部24を設けるとき、スラリー吐出装置1では、ノズル部4が、スラリー10を吐出しながら、開始辺31の内側から終了辺32の内側に向かって一定速度で移動するように設けられていることが好ましい。この形態では、上述のスラリー10の流動の防止がより確かなものになる。
2−3.保持部を備える実施形態:
本発明のスラリー塗布装置21は、底面22上に塗布されたスラリー10の流動を防ぎ、スラリーの界面30を平らな形状のまま保たせるために、次に述べる保持部25を備えることができる。図20は、保持部20の一形態を表し、上に正面図、下にA−A’断面での縦断面図を表す。保持部25は、底面22上に塗布されたスラリー10を包囲する環状の壁部26を有する。さらに、この壁部26の下面40は、底面22に密着させることができる。この実施形態のスラリー塗布装置21において、保持部25がスラリー10の流動を防ぐ様子を図21及び22に示す。図21は、底面22の上からみた平面図である。図22は、図21に示すA−A’断面における縦断面図である。
このスラリー塗布装置21では、まず、底面22上において、壁部26の環が囲む領域より広い範囲にスラリー10を平面状に塗布する(図17参照)。続いて底面22上に塗布されたスラリー10が壁部26の環の中に収まるように、保持部25を、スラリー10の上から押し当て、壁部26の下面40と底面22とを密着させる。この保持部25により、底面22上に塗布されたスラリー10の流動が防がれ、スラリー10の界面30が当初の平らな形状のまま保持される。
この実施形態において、壁部26の環の形状は、円形、楕円、四角形、三角形などあらゆるものを採用できる。例えば、ハニカム成形体51の端面からスラリー10を充填するために使用するときには、ハニカム成形体の端面の形状、大きさに合わせて壁部26の環の形状を自由に定めることができる。この保持部25を用いることによって、端面の大きさがある程度近いハニカム成形体に対して共通設定のままで常に一定のスラリー厚みを塗布することが可能であり、品種切替時の調整項目と調整時間が短いという点で生産性が向上する。
3.目封止ハニカム構造体の製造方法:
上述の本発明のスラリー塗布装置21は、目封止ハニカム構造体の製造の際、ハニカム成形体51のセルの端部にスラリー10を充填する工程に用いるとよい。本発明のスラリー塗布装置21では、図7及び22に示すような平らな界面30を有するように、スラリー10を平面状に塗布できる。次に、図23に示すように、この平らなスラリー10の界面30にハニカム成形体51のセルが開口している端面56を合わせて、ハニカム成形体51の端面56をスラリー10に浸漬すると、セル内に均一な深さにてスラリー10が充填できる。
ハニカム成形体51のセルの端部にスラリー10を充填する方法は、当業者が用い得る従来公知のものでよい。例えば、特許文献2に記載の方法がある。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
4.ハニカム成形体の端面へのスラリーの充填の深さを指標とする評価試験:
本評価試験において、スラリー塗布装置21は、本発明に属するスラリー吐出装置1を備えたもの、又は本発明に属さないスラリー吐出装置1を備えたものを作製した。これらスラリー塗布装置21を用いてスラリー10を底面22上に平面状に塗布し、通常の方法によりスラリー10をハニカム成形体51の端部のセル内に充填した後、任意に選択した複数のセルでのスラリー10の充填の深さのばらつきを調べた。
4−1.スラリー吐出装置:
スラリー吐出装置1は、収容部2を円筒形状とし、推力付与部3には一軸偏心ネジポンプを共通して使用した(図1参照)。ノズル部4のバッファ部13は、直径37mmの円柱形状の流路から構成され、導入口11から先端部14の側に向かって長さ3mmまで形成されているものを用いた。先端部14の長さは、25.3mmであり、吐出口12の長手方向8での長さは36mmとした。実施例1〜4及び比較例1は、先端部14及び吐出口12の形状により定めた。
(実施例1〜4)
実施例1〜4のノズル部4は、図3及び5に示すような吐出口12がスリット状であり、吐出口12の幅方向9の長さが、長手方向8での中心で最も小さく、両端に向かって連続的に大きくなる形状とした。実施例1〜4のノズル部4の先端部14及び吐出口12の形状については、表1に示す。
Figure 2010228263
(比較例1)
比較例1のノズル部4では、図12に示すような、先端部14を円柱パイプが並列した櫛状とし、吐出口12を各円柱パイプの先に形成した(表1)。
4−2.スラリー塗布装置:
スラリー塗布装置21は、実施例1〜4又は比較例1のスラリー吐出装置1と、長辺38mm×短辺38mmの矩形の底面22とその周囲を側壁23が囲む皿状の貯留部24とを備えたものとした(図18及び図19を参照)。以下、実施例1〜4、又は比較例1のスラリー吐出装置1それぞれを備えたスラリー塗布装置21のことを、実施例1〜4、又は比較例1のスラリー塗布装置21と称する。
また、スラリー吐出時のノズル部4の移動速度は、全て13.5mm/秒とした。
4−3.スラリーの粘度:
スラリー10は、次の3種の粘度のものを調製した。スラリーAの粘度は、176dPa・s、スラリーBの粘度は、295dPa・s、スラリーCの粘度は、467dPa・s、とした。ここで、「スラリーの粘度」とは、回転式粘度計により測定した値である。粘度計は東機産業社製のTVB−10H、回転ロータH7を使用し、測定条件として回転速度30rpm、ロータ回転開始5分後の数値を測定値としている。
4−4.ハニカム成形体へのスラリーの充填:
実施例1〜4及び比較例1のスラリー塗布装置21について、表1に示すような組合せにてスラリー10を平面状に塗布し、これにハニカム成形体51の端部を浸漬させることにより、スラリー10の充填を行った。ハニカム成形体51は、炭化珪素製であり、長さ8インチ、端面及びセルの貫通方向に垂直な断面が外径37.5mm×37.5mmの四角形であり、セルの貫通方向に垂直な断面でのセル密度が46.5セル/cm(300セル/inch)、隔壁の厚みが約0.3mm、のものを使用した。
スラリー10の充填は、全ての試験で同じ条件とし、スラリー10の充填深さは、平均6mmとなるようにした。実施例1〜4及び比較例1について用いたスラリーの種類は、表1に示した。
4−5.スラリーの充填深さのばらつきの度合いの評価:
スラリーの充填深さのばらつきの度合いの評価は、粘度の異なるスラリーA〜Cそれぞれについて分けて行った。スラリーAについての評価は、比較例1のスラリー塗布装置21によって塗布したスラリー10をハニカム成形体51の端部のセル内に充填したときの、スラリーの充填深さのばらつきに対し、実施例1〜4のスラリー塗布装置21それぞれによって塗布したスラリー10をハニカム成形体51の端部のセル内に充填したときの、スラリー10の充填深さのばらつきを百分率比(%)により求め、これを「封止深さ相対ばらつき」とした。スラリーB及びCについての評価も同様である。スラリー10の充填深さのばらつきは、ハニカム成形体51の端面において、略同一の間隔にて離れている13個のセルを任意に選択することを独立に2回行い、計26個のセルでのスラリー10の充填深さを測定し、この測定値から算出される、標準偏差と規定した。
実施例1〜4及び比較例1について、ハニカム成形体にスラリーA〜Cを充填したときの「封止深さ相対ばらつき」を表1に示す。
この結果から、実施例1〜4では、比較例1と比べて、スラリー10が平らな界面を有するように塗布されることがわかった。
本発明は、目封止ハニカム構造体の目封止部の材料となるスラリーを塗布するためのスラリー吐出装置、及びスラリー塗布装置、並びに目封止ハニカム構造体の製造方法として利用できる。
1:スラリー吐出装置、2:収容部、3:推力付与部、4:ノズル部、8:吐出口の長手方向、9:吐出口の幅方向、10:スラリー、11:導入口、12:吐出口、13:バッファ部、14:先端部、20:排出口、21:スラリー塗布装置、22:底面、23:側壁、24:貯留部、25:保持部、26:壁部、30:スラリーの界面、31:開始辺、32:終了辺、40:下面、51:ハニカム成形体、56:端面、61:一軸偏心ネジポンプ、62:ローター、63:ステーター、64:ステーターの軸、65:排出端部、66:排出端部の軸。

Claims (9)

  1. 内部にスラリーが収容され、前記スラリーを排出する排出口を有する収容部と、
    前記収容部内に配置され、前記スラリーを前記排出口に向かって押し出す推力付与部と、
    前記排出口に連通して前記スラリーを流入させる導入口と、内部に流入した前記スラリーを吐出するスリット状の吐出口と、が設けられているノズル部と、を備え、
    前記吐出口は、前記吐出口の長手方向の各位置における前記スラリーの単位時間あたりの吐出量を略同一とするように、前記長手方向の各位置での前記吐出口の幅方向の長さが定められて形成されているスラリー吐出装置。
  2. 前記ノズル部は、前記長手方向の各位置での前記スラリーの流速の差が前記吐出口において少なくなるように先端部を設け、
    前記先端部は、前記スラリーを前記長手方向に連続させて流すように、スリット状の流路断面を有する流路が前記吐出口まで形成されている請求項1に記載のスラリー吐出装置。
  3. 前記推力付与部は、流量及び流速に偏りを生じさせながら、前記スラリーを前記ノズル部の内部に流入させる請求項1又は2に記載のスラリー吐出装置。
  4. 前記推力付与部は、前記排出口が部分的に塞がれ、さらに前記排出口が塞がれる位置及び面積を経時的に変化させながら、前記長手方向の中心では前記スラリーの平均流量を多くしかつ前記長手方向の端側では前記スラリーの平均流量を少なくして、前記ノズル部の内部に前記スラリーを流入させ、
    前記ノズル部は、前記吐出口の前記幅方向の長さが、前記長手方向の中心で最も小さくかつ前記長手方向の端又は前記端の近傍で最も大きい請求項1〜3のいずれか一項に記載のスラリー吐出装置。
  5. 前記推力付与部は、前記スラリーを連続的に押し出す回転容積型の一軸偏心ネジポンプであり、前記一軸偏心ネジポンプが、前記長手方向の中心では前記スラリーの平均流量を多くしかつ前記長手方向の端側では前記スラリーの平均流量を少なくして、前記ノズル部の内部に前記スラリーを流入させ、
    前記ノズル部は、前記吐出口の前記幅方向の長さが、前記長手方向の中心で最も小さくかつ前記長手方向の前記端又は前記端の近傍で最も大きい請求項4に記載のスラリー吐出装置。
  6. 前記ノズル部は、前記ノズル部は、前記吐出口の前記幅方向の長さが、前記長手方向の中心で最も小さくかつ前記長手方向の前記端に向かって大きくなる請求項1〜5のいずれか一項に記載のスラリー吐出装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のスラリー吐出装置と、
    平らな底面を有し、前記スラリー吐出装置から吐出された前記スラリーを受け入れる貯留部と、を備え、
    前記スラリー吐出装置は、前記ノズル部が前記底面の上にあるように設けられ、前記ノズル部の前記吐出口が前記底面に向けられて、さらに、前記ノズル部が、前記吐出口から前記スラリーを吐出しながら、前記底面に対して相対的に一定速度で移動して、前記底面上に前記スラリーを平面状にて塗布するように設けられている、スラリー塗布装置。
  8. 前記底面上に前記スラリーが塗布された後に、前記スラリーの流動を抑えながら前記スラリーの界面の形状を保持する保持部を備え、
    前記保持部は、前記底面から分離可能なものであり、前記底面上に塗布された前記スラリーを包囲する環状の壁部を有し、さらに前記壁部には前記底面に密着させる下面が設けられている、請求項7に記載のスラリー塗布装置。
  9. 請求項7又は8に記載のスラリー塗布装置を用い、
    前記底面上に前記スラリーを平面状にて塗布した後、ハニカム成形体のセルが開口している端面を前記スラリーに浸漬して、前記スラリーを前記セル内に充填させる工程を有する、目封止ハニカム構造体の製造方法。
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