JP2014188394A

JP2014188394A - ノズル、及び、そのノズルを用いたハニカムフィルタ製造装置

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Publication number: JP2014188394A
Application number: JP2013063772A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Aoki; 泰穂青木; Tasuke Narushige; 太助成重; Shinya Yoshida; 信也吉田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06
Also published as: EP2783755A1; US9278363B2; EP2783755B1; US20140290568A1

Abstract

【課題】ハニカムフィルタ製造装置の粉体搬送部の構成を複雑化することなく、異なる複数の箇所からエアロゾルをハニカムフィルタの基材に向けて噴射すること。
【解決手段】ハニカムフィルタ製造装置における「エアロゾルを噴射するエジェクタ」の噴射側端に、ノズル２２が装着される。ノズル２２は、長手方向（Ｘ１）を有する形状を備え、単一の導入口Ｈａが長手方向の一方側端面に形成され、複数の排出口Ｈｂが長手方向の他方側端面に形成される。単一の導入通路２２ａが、単一の導入口Ｈａから長手方向に沿って直線状に延びており、複数の排出通路２２ｂのそれぞれが、導入通路２２ａにおける導入口Ｈａと反対側の端部から分岐し、対応する排出口Ｈｂに向けて長手方向から傾斜した方向に延びている。単一の導入口の開口面積に対する、複数の排出口の開口面積の総和の割合をαとし、複数の排出口の個数をｎとしたとき、１≦α≦√ｎが成立する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノズル、及び、そのノズルを用いたハニカムフィルタ製造装置に関する。

特許文献１には、ハニカムフィルタの製造に使用する装置として、ハニカムフィルタの基材を固定するためのワーク固定部と、前記ワーク固定部の一方側に配設され、加圧気体を用いて粉体を気流に乗せてエアロゾルとして搬送する粉体搬送部と、前記粉体搬送部と前記ワーク固定部の間に設けられ、前記エアロゾルを他の気体と更に混合して前記装置使用時に前記ワーク固定部に固定される基材へ導入する導入部と、前記ワーク固定部の他方側に配設され、吸引手段を用いて前記ワーク固定部の他方側を前記ワーク固定部の一方側に対して減圧し、前記ワーク固定部に固定される基材を通過した気体を吸引する吸引部と、を備えた装置が記載されている。この装置によって製造されるハニカムフィルタは、例えば、ディーゼルエンジン等から排出される粒子状物質（パティキュレート・マター（ＰＭ））を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として、主として使用され得る。

このハニカムフィルタは、ハニカム構造を有する多孔質体からなる基材と、その基材の内部の複数のセルを区画する複数の隔壁の表面に設けられた、微粒子（ＰＭ）を捕集するための捕集層と、を有する。上記のハニカムフィルタ製造装置は、粉体搬送部から搬送される「粉体が分散した気体」（エアロゾル）を前記基材の内部の複数のセルに導入することによって、前記基材の内部の複数の隔壁の表面に、前記粉体が堆積されてなる前記捕集層を形成する装置である。

特開２０１２−１５７８５５号公報

ところで、上述したハニカムフィルタでは、複数のセル間において、形成される捕集層の厚さのばらつきが小さいことが好ましい。従って、大型のハニカムフィルタ用の基材に上述の捕集層を設ける場合、粉体搬送部において、異なる複数の箇所から前記基材に向けてエアロゾルが排出（噴射）されることが好ましい。

上記文献に記載の装置では、粉体搬送部は、主として、エジェクタと、定量の粉体を供給するための粉体供給装置と、で構成されている。従って、上述のように、異なる複数の箇所からエアロゾルを前記基材に向けて噴射するためには、複数のエジェクタと、複数の粉体供給装置が必要となり、粉体搬送部の構成が非常に複雑になるという問題があった。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、ハニカムフィルタ製造装置の粉体搬送部の構成を複雑化することなく、異なる複数の箇所からエアロゾルをハニカムフィルタの基材に向けて噴射することにある。

本発明に係るノズルは、粉体が分散した気体であるエアロゾルを内部に導入し、導入した前記エアロゾルを外部へ排出するノズルである。このノズルは、典型的には、上記文献に記載のハニカムフィルタ製造装置の前記粉体搬送部における前記エアロゾルを前記導入部へ排出する部位の先端部に装着されて使用され得る。

本発明に係るノズルの特徴は、前記エアロゾルを内部に導入するための１つ又は複数の導入口と、前記１つ又は複数の導入口から導入された前記エアロゾルを外部へ排出するための、前記導入口より個数が多い複数の排出口と、を備えることにある。典型的には、前記ノズルは、単一の前記導入口と、複数の前記排出口とを備え、前記ノズルの内部には、前記単一の導入口と接続する単一の導入通路と、それぞれが、前記導入通路における前記導入口と反対側の端部から分岐するとともに対応する前記排出口と接続する、複数の排出通路と、が形成され得る。

前記ノズルが長手方向を有する形状を備える場合、前記単一の導入口は、前記ノズルにおける前記長手方向の一方側の端面に形成され、前記複数の排出口は、前記ノズルにおける前記長手方向の他方側の端面に形成され、前記単一の導入通路は、前記単一の導入口から前記ノズルの前記長手方向に沿って直線状に延びており、前記複数の排出通路のそれぞれは、前記分岐する部分から、対応する前記排出口に向けて前記ノズルの前記長手方向から傾斜した方向に放射状に延びていることが好適である。

この場合、特に、前記単一の導入通路が、前記ノズルの長手方向の中心軸線と同軸的に配置されていることが好ましい。加えて、前記長手方向の他方側から前記ノズルを前記長手方向に沿ってみたとき、前記複数の排出口が、前記ノズルの長手方向の中心軸線に対して回転対称の位置に配置されていることが好適である。

上記本発明に係るノズルを単一のエジエクタの噴射端に装着することによって、単一のエジェクタと、単一の粉体供給装置とを用いて、異なる複数の箇所からエアロゾルをハニカムフィルタの基材に向けて噴射することができる。即ち、ハニカムフィルタ製造装置の粉体搬送部の構成を複雑化することなく、異なる複数の箇所からエアロゾルをハニカムフィルタの基材に向けて噴射することができる。

上記本発明に係るノズルに関し、「前記単一の導入口の開口面積」に対する「前記複数の排出口の開口面積の総和」の割合をαとしたとき、αは１以上であることが好適である。これによれば、αが１未満である場合と比べて、前記複数の排出通路の内部で、粉体の堆積に起因する「詰まり」が発生し難いことが判明した（詳細は後述する）。

更には、前記複数の排出口の個数をｎとしたとき、αは１以上且つ√ｎ以下であることがより好ましい。これによれば、αが√ｎより大きい場合と比べて、ノズルから噴射されるエアロゾルの風速の分布状態に関し、ノズルの長手方向の中心軸線に対する対称性が高くなることが判明した（詳細は後述する）。「ノズルの長手方向の中心軸線に対する対称性が高い」とは、ノズルの長手方向の中心軸線からの距離が同じ領域において、周方向におけるエアロゾルの風速のばらつきが小さいことを指す。

上記本発明に係るノズルにおいては、前記複数の排出通路のそれぞれは、前記分岐する部分から、対応する前記排出口に向けて直線状に延びていることが好適である。これによれば、各排出通路が曲線状に延びている場合と比べて、排出通路の内部で、粉体の堆積に起因する「詰まり」が発生し難くなる。

本発明の実施形態に係るハニカムフィルタ製造装置の全体図である。図１に示したノズルの拡大図である。図２に示したノズルにおける排出通路の分岐部分を示す断面図である。実験においてエアロゾルの風速を測定した箇所を説明するための図である。エアロゾルの風速の測定箇所と測定された風速との関係を示すグラフである。図５に示すα＝１．０、α＝２．０の場合の関係のみを抽出して示したグラフである。図５に示すα＝３．０、α＝３．５の場合の関係のみを抽出して示したグラフである。図１に示したノズルの各部位の寸法等を説明するための図２に対応する図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るハニカムフィルタ製造装置（以下、「本装置」と呼ぶことがある）、及び、本装置に使用されるノズルについて説明する。

（ハニカムフィルタの利点）
先ず、本装置によって製造される、捕集層が形成された（製膜された）ハニカムフィルタの利点について説明しておく。ハニカムフィルタを、ＰＭ除去用のフィルタとして使用した場合、捕集層の設けられていないハニカムフィルタであっても、ディーゼルエンジンから排出されたＰＭを含む排ガスは、ハニカムフィルタ内の多孔質の隔壁によって区画・形成された複数のセルのうちの一のセルの一方の開口から一のセルの内部へ導入され、ハニカムフィルタの隔壁を通過して、隣接するセルの他方の開口から流出する。その際、ＰＭは、隔壁に捕集され、排ガスが浄化される。しかしながら、このとき、隔壁の表面に捕集層がないと、ＰＭが隔壁の細孔内へ侵入し、細孔を閉塞させるので、ハニカムフィルタの圧力損失が初期の段階で急激に増大し易い。これに対し、捕集層があれば、ＰＭが隔壁の細孔内へ侵入することを抑制出来るので、細孔がＰＭで閉塞されることはない。従って、前記圧力損失が初期の段階で急激に増大する事態が発生し難い。即ち、圧力損失の低減を図ることができる。このハニカムフィルタのより詳細な内容については、特許文献１に詳細に記載してある。

（ハニカムフィルタ製造装置の構成）
次に、本装置について、その構成と材料を説明する。図１に示すように、本装置は、ワーク固定部１０、粉体搬送部２０、吸引部３０、及び導入部４０を有する。図１は模式図であり、この図１では、ワーク固定部１０の周辺は断面図として描かれ、ワーク１１である基材（ハニカムフィルタ前駆体）が表されている。ハニカムフィルタ前駆体とは、製膜することによって後に「捕集層が設けられたハニカムフィルタ」となるハニカムフィルタ用の基材である。図１は、製膜時の状態を表しており、図１に示される矢印は、エアロゾル、気体（空気）の流れを示している。

ワーク固定部１０は、ワーク１１（基材）を固定する部分であり、ワーク１１であるハニカムフィルタ前駆体は、セラミック製の目封止ハニカム構造体である。即ち、ワーク１１は、その外形が、周面と２つの端面とからなる略円柱状を呈しており、一の端面から他の端面まで延びる複数のセルを有し、そのセルは、多数の細孔を有するセラミックの多孔質体からなる隔壁によって区画されていて、ハニカム構造を呈している。セルは、ガス（流体）の流路となるものである。そして、ワーク１１は、その隣接する複数のセルが、一方の開口端と他方の開口端とを互い違いに目封止されていて、一の端面と他の端面を見ると、ともに千鳥模様ないし市松模様のようになっている。

ワーク固定部１０は、ワークチャック１３ａ，１３ｂ、及びカバー１２を有する。図示しない支柱、枠体等に支持されたワークチャック１３ａ，１３ｂが、ワーク１１を把持することによって、ワーク１１は固定される。カバー１２は、ワーク１１の周面（側面）を覆い、ワーク１１の外周側から気体が侵入することを防止する。カバー１２の形状は、略円柱状のワーク１１に合わせて、略円筒状である。カバー１２の材料としては特に限定はなく、好適なものは、金属、樹脂等である。

ワークチャック１３ａ，１３ｂは、ウレタンゴムやシリコンゴム等の柔軟な材料からなるパッキン１４（シール材）を介して、ワーク１１の周面の端を締め付け固定するとともに、ワーク１１の両端面と周面とを遮断する。これによって、ワーク１１の外周まで（全ての端面で）、気流が安定する。パッキン１４を用いる代わりに、空気圧でバルーンを膨らます方法で遮断してもよい。又、捕集層を形成すべきセルがワーク１１の端面から見て中央部分のみである場合には、ドーナツ状のステージ部材を用いることによって、ワーク１１の両端面で把持し、併せてワーク１１の両端面と周面とを遮断することも可能である。尚、吸引によって気流を形成していることから、シールが完全でない場合であっても、粉体が外部に漏れて環境を害することなく、気流に対する影響、捕集層の形成に対する影響も、小さい。

粉体搬送部２０は、ワーク固定部１０の一の側に配設され、ワーク１１に捕集層を形成するための粉体を用いて、これを気体中に分散させてエアロゾルを作製し、そのエアロゾルをワーク１１へ導く部分である。ここでエアロゾルを作製するのであるから、粉体搬送部２０は、ワーク固定部１０からみて、エアロゾルの入口側となる。この粉体搬送部２０は、主に、エジェクタ２１、エジェクタ２１の噴射端に装着されたノズル２２、及び、定量の粉体を供給するための粉体供給装置２４、で構成される。ワーク１１（基材）の粉体搬送部２０の側における端面から、ノズル２２（粉体搬送部２０）の噴射端までは、距離ｄ（図１を参照）だけ離れている。

エジェクタ２１は、気流とともに粉体を噴射させる装置である。好ましくは、高速の気流によって生じた負圧を利用して、粉体を吸引し、気流とともに、排出する機構を有するものである。即ち、先ず、このエジェクタ２１で、エアロゾルが作製される。高速の気流は、図１には具体的に示されない加圧気体供給機２３（コンプレッサ等）から、流量計２６及び調節弁２７が設けられた配管２８を通して、所定の流量で、エジェクタ２１へ供給される。粉体は、重量計２５（質量計）が付属した粉体供給装置２４によって、チューブ２９を介し、所定の送り量で、エジェクタ２１へ供給される。

図１に示されるように、エジェクタ２１は、粉体を吸引していることが好ましい。配管やエジェクタ内でのブリッジ（アーチ）やラットホールが抑制され、粉体不供給という問題が生じ難くなるからである。捕集層を形成する（セラミック）粉体は、微粒子であり、凝集し易い性質があり、このような粉体を、セル内面に確実に付着させるとともに、その反対に気流で搬送される間は配管等に付着させないことが必要であるが、エジェクタ２１は、これらに対し効果的なものである。又、粉体の吸引方向とエアロゾルの排出方向とが略平行であることが、更に好ましい。

エジェクタ２１は、粉体との接触のよる摩擦で磨耗するのを低減するために、粉体と接する面に、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＳｉＮ）や超硬材料、又はこれらの合金や組合せからなる材料が用いられていることも好ましく、コーティング、メッキ、ライニング等によって形成してもよい。

エジェクタ２１の噴射端には、ノズル２２が同軸的に装着されている。図２に示すように、ノズル２２は、長手方向（軸線Ｘ１）を有する円柱状を呈している。ノズル２２の長手方向の一端（図２の下側の端）には、単一の導入口Ｈａが軸線Ｘ１と同軸的に形成されている。図２及び図３に示すように、ノズル２２の長手方向の他端（図２の上側の端）には、複数（本例では、４つ）の排出口Ｈｂが、軸線Ｘ１の他方側（図２の上側）からノズル２２を軸線Ｘ１に沿ってみたとき、軸線Ｘ１に対して回転対称の位置にそれぞれ配置されている。ノズル２２を上記と同じ方向からみたとき、複数の排出口Ｈｂのそれぞれの中心（重心）を通るピッチ円の直径Ｄｄ（図３を参照）は１〜３００ｍｍである。

ノズル２２の内部には、単一の導入口Ｈａと接続する単一の導入通路２２ａと、それぞれが導入通路２２ａにおける「導入口Ｈａと反対側の端部」から分岐するとともに対応する排出口Ｈｂと接続する複数（本例では、４つ）の排出通路２２ｂと、が形成されている。単一の導入通路２２ａは、単一の導入口Ｈａから軸線Ｘ１に沿ってノズル２２と同軸的に直線状に延びている。図３に示すように、複数の排出通路２２ｂのそれぞれは、前記分岐する部分から、対応する排出口Ｈｂに向けてノズル２２の軸線Ｘ１方向から角度θ（以下、「分岐角度θ」とも呼ぶ）だけ傾斜した方向に直線状且つ放射状に延びている。分岐角度θは、５〜３０°であることが好ましい。複数の排出通路２２ｂの間で分岐角度は同じであることが好ましい。

導入通路２２ａは円柱状を呈しており、その直径Ｄｉｎ（後述する図８を参照）は０．１〜３０ｍｍである。各排出通路２２ｂも円柱状を呈している。

ノズル２２の長手方向の一端（図２の下側の端）がエジェクタ２１の噴射端に接続されている。従って、エジェクタ２１の噴射端から噴射されたエアロゾルは、導入口Ｈａを介してノズル２２の導入通路２２ａに導入され、その後、分岐されて複数の排出通路２２ｂに移動し、複数の排出口Ｈｂから排出（噴射）される。

ノズル２２は、エジェクタ２１と同様、粉体との接触のよる摩擦で磨耗するのを低減するために、粉体と接する面に、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＳｉＮ）や超硬材料、又はこれらの合金や組合せからなる材料が用いられていることも好ましく、コーティング、メッキ、ライニング等によって形成してもよい。

粉体供給装置２４は、エジェクタ２１における粉体の吸引側に粉体を落下させて、エジェクタ２１へ粉体を供給する装置であり、定量の粉体を供給することを可能とする自動供給装置である。粉体供給装置２４には、重量計２５（質量計）が付属しているのが望ましく、重量計の代わりに容積計を用いることも可能である。粉体供給装置２４の供給機構は、例えばスクリュー式であるが、他にロータリー式、振動式、テーブル式、ベルト式等の機構のものを採用することが出来る。粉体供給装置２４は、タイムスケジュールに合わせた自動供給や、供給重量（質量）の変更等が可能なものであり、更に、供給速度（供給量／供給時間）の制御も容易に行うことが出来るものである。

吸引部３０は、ワーク固定部１０の他の側に配設され、ノズル２２から噴射されるエアロゾルに新たな気体（空気）が混合されたエアロゾルをワーク１１（ハニカムフィルタ前駆体）へ吸引する部分である。エアロゾルをワーク１１へ吸引するのであるから、吸引部３０は、ワーク固定部１０からみて、ワーク１１の出口側となる。

この吸引部３０は、主に、吸引機３３とダクト３４で構成される。ダクト３４は、ワークチャック１３ｂと接続されている。吸引機３３は（例えば）ファンであるが、他にブロワ、集塵機を用いることが出来る。吸引部３０として、吸引流量を制御可能であることが好ましい。例えば、吸引機３３にかかる電動機の回転数を可変とし、あるいは、バルブ等でダクト３４（流路）の径を調整して、吸引流量を制御することが可能である。好ましい吸引流量は、ワーク１１が、例えば自
動車に搭載されるＤＰＦとして使用されるハニカムフィルタ前駆体である場合には、０．１〜４００ｍ^３／ｍｉｎ程度である。

吸引部３０のダクト３４（流路）には、風速計３２が設けられ、吸引流量を監視するとともに、制御のためのデータを提供する。風速計３２は熱線式のものであるが、他に機械式、ピトー管式等のものを採用することが出来る。ワーク１１を通過してしまった粉体から保護するために、フィルタを前置してもよい。又、エアロゾルが導入されている間は、保護のためのカバーを設けたり、ダクト３４内から退避させる機構を設けてもよい。更に風速計３２に付着した粉体を取り除くためのブローノズルを配置してもよい。

本装置では、粉体搬送部２０が下側に位置し、吸引部３０が上側に位置する。即ち、エアロゾルがワーク１１へ導入される側が下であり、排出される側が上であり、気流の方向は下から上である。そのため、付着しなかった粉体は下へ落下し、セル内面に付着しなかった粉体の回収が容易である。

本装置においては、導入部４０は、粉体搬送部２０とワーク固定部１０の間に、開放された空間である。この導入部４０において、粉体搬送部２０から気流に乗って搬送された粉体は、他の気体と更に混合され、ワーク固定部１０に固定されたワーク１１へ導入される。

導入部４０に設けられたガイド部材４２は、略円柱状のワーク１１に合わせて、略円筒状であり、この長さＬのガイド部材４２は、ワーク固定部１０に取り付けられ、ワークチャック１３ａ，１３ｂを用いる場合には、それに接続される。そして、ガイド部材４２は、ノズル２２から噴射されたエアロゾルを、無駄なくワーク１１へ導く役割を果たす。一方、ガイド部材４２のワーク固定部１０とは反対側は、開放されており、ここから、ノズル２２を通過する気体とは別に、気体が吸引される。即ち、ノズル２２から噴射されるエアロゾルに、新たな気体（空気）が混合されて新たなエアロゾルになり、この新たなエアロゾル
がワーク１１のセル内へ導入される。

ガイド部材４２の材料として好適なものは、カバー１２と同様に、金属、樹脂である。具体的には、アルミニウム、ステンレス、真鍮、鉄、アクリル、塩化ビニル、ナイロン（ポリアミド樹脂）、ベークライト（フェノール樹脂）等を挙げることが出来る。ガイド部材４２の材料として導電性を有するものを用い、ガイド部材４２をアースしておくことが、特に好ましい。又、エジェクタ２１やノズル２２と同様に、粉体との接触のよる摩擦で磨耗するのを低減するために、粉体と接する面に、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＳｉＣＮ、又はこれらの合金や組合せからなる材料を用いて、コーティング、メッキ、ライニングを施すことも好ましく、更に、粉体と接する部分の材料として、ＳｉＣや所謂超硬材料を用いることも好ましい。

（ハニカムフィルタの製造方法）
次に、ハニカムフィルタの製造方法について説明する。この製造方法は、本装置を用いて、「外形が略柱状の多孔質体からなる基材を備え、その基材が、一の端面から他の端面まで延びるセルを有するとともに、その基材の内表面に、捕集層が形成されてなるハニカムフィルタ」を製造する方法である。

先ず、セラミック原料を含有する成形原料を押出成形することによって、外形が略柱状であって流体の流路となる一の端面から他の端面まで延びる複数のセルを有する成形体を得る。より詳細には、好ましくは、コージェライト、炭化珪素、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミニウム、又は窒化珪素のうちの何れかからなる骨材粒子、水、有機バインダ（ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、メチルセルロース等）、造孔材（グラファイト、澱粉、合成樹脂等）、界面活性剤（エチレングリコール、脂肪酸石鹸等）等を混合し、ニーダ、真空土練機等を用いて混練することによって坏土を得て、その坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を備えた押出成形機を用いて、押出成形して、所望の形状に成形し、その後、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥することによって、成形体を得る。

次いで、その成形体の隣接する複数のセルに対し、成形体の一の端面と他の端面を見ると、ともに千鳥模様ないし市松模様のようになるように、一方の開口端と他方の開口端とを互い違いに目封止し、その後、焼成して、基材を得る。より詳細には、好ましくは上記骨材粒子と同じ材料からなる目封止用のスラリーを、容器に貯留しておき、成形体の一方の端面において、千鳥模様ないし市松模様のようになるように、概ね半数のセルをマスクし、その側を、容器中に浸漬して、マスクしていないセルの開口にスラリーを充填して、目封止する。成形体の他方の端面については、一方の端面において目封止されたセルについてマスクを施し（当然に千鳥模様ないし市松模様のようになる）、その側を、容器中に浸漬して、マスクしていないセルの開口にスラリーを充填して、目封止する。こうすると、一方の端面において目封止されていないセルは、他方の端面において目封止され、他方の端面において目封止されていないセルは、一方の端面において目封止され、両端面において千鳥模様ないし市松模様のようにセルが交互に塞がれた構造となる。そして、目封止された成形体を仮焼きして脱脂し、その後、焼成（本焼成）を行えば、基材が得られる。有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度、造孔材の燃焼温度は２００〜８００℃程度であるので、仮焼の温度は２００〜１０００℃程度とすればよい。焼成温度は、骨材粒子の原料により異なるため、それに応じて適当な条件を選択すればよい。一般に、１４００〜１５００℃程度である。

次に、得られた基材を、好ましくは分解能１０ｍｇ以下の計量器を用いて計量し（製膜前計量工程）、その後、本装置を用いて、基材のセル内へエアロゾルを導入し、基材のセル内面に粉体を堆積させる（製膜工程）。粉体（粒子）の平均粒径は、隔壁の平均細孔径によって異なるが、１〜１５μｍであることが好ましい。粉体の材料として、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、チタン酸アルミニ
ウム、等が、好ましく用いられる。特に好ましい材料は、（基材の）上記骨材粒子と同じ材料である。

粉体は、より詳細には、上記材料を分粒した後、ジェットミル（乾式）、ポットミル（湿式）によって、粗粒子を更に粉砕し、微粒、且つシャープな粒子径分布を持つ粉砕粒子として、得ることが出来る。尚、粉体として、基材における隔壁の平均細孔径より小さいものを用いても、粉体は、隔壁の表面（厳密には表層（隔壁の厚さ方向において隔壁の表面から２０％までの範囲））に堆積する。これは、隔壁の細孔よりも粉体（粒子）の方が小さいが、粉体を含むエアロゾルが隔壁を通過する際に、粉体の拡散やさえぎりの粒子捕集メカニズムによって気流の流線に乗らず、隔壁の表面（表層）に堆積するためと考えられる。

本装置を用いて、基材の隔壁に、粉体を付着させ堆積させるに際しては、基材（ワーク）をワーク固定部に固定し、粉体搬送部で、供給すべき粉体の量、及び加圧気体供給機からの気流（空気）の流量を、それぞれ所定の値に設定するとともに、吸引部における吸引流量を所定の値に設定する。この吸引部の吸引流量の設定に際しては、セル内面（隔壁の表面）に、漏れなく、均一の厚さで、粉体を堆積させるために、エジェクタ及びノズルを通過する流量より、基材（の隔壁）を通過する流量が、多くなるようにすることが肝要である。

基材の隔壁に、粉体を付着させ堆積させたら、その後、エアノズル等を用いて、基材の、エアロゾルが導入された側（入口側）の端面に残存した粉体を除去する（清掃工程）。そして、粉体が堆積した（製膜された）基材を、好ましくは分解能１０ｍｇ以下の計量器を用いて計量し（製膜後計量工程）、製膜の成否を確認する。

最後に、焼成して、セル内面に堆積させた粉体を焼結させ安定させれば、ハニカムフィルタが得られる。このときの焼成温度は、基材を得た際の焼成温度よりも低いことが好ましい。粉体を焼結固定させるために必要な温度が加熱されればよい。粉体の材料によって異なるが、一般に、焼成温度は１２５０〜１３５０℃であることが好ましい。

（ノズルから噴射されるエアロゾルの風速の分布のばらつきの低減）
上述したハニカムフィルタでは、複数のセル間において、形成される捕集層の厚さのばらつきが小さいことが好ましい。複数のセル間における捕集層の厚さのばらつきを小さくするためには、ノズル２２から噴射されるエアロゾルの風速の分布状態に関し、ノズル２２の長手方向の中心軸線Ｘ１（図２、図３を参照）に対する対称性が高いことが必要となる。「ノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性が高い」とは、ノズル２２の中心軸線Ｘ１からの径方向の距離が同じ領域において、周方向におけるエアロゾルの風速のばらつきが小さいことを指す。

「ノズル２２の導入口Ｈａの開口面積」に対する「ノズル２２の複数の排出口Ｈｂの開口面積の総和」の割合を面積比αとする。図２、図３に示す例では、導入口Ｈａが直径Ｄｉｎ（図８を参照）の円形であり、排出口Ｈｂが直径Ｄｏｕｔ（図８を参照）の円形であり、排出口Ｈｂの個数が４つであることを考慮すると、「α＝（４・Ｄｏｕｔ^２）／Ｄｉｎ^２」という関係が成立する。

本発明者は、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」と面積比αとの間には、強い相関があることを見出した。そして、本発明者は、面積比αが１以上２以下の場合、そうでない場合と比べて、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高くなることを見出した。以下、このことを確認した試験について説明する。

（試験）
この試験では、図２に示すノズル２２として、表１に示すように、面積比αが異なる７種類のパターンのものが準備された。各パターンについて、排出通路２２ｂの本数は４本、各排出通路２２ｂの分岐角度θは１２．５°で一定とされた。図４に示すように、「エジェクタ２１の先端にノズル２２を装着し、本装置を用いてワーク１１に向けてエアロゾルを噴射する」試験が、ノズル２２のそれぞれのパターンについて順に行われた。

各パターンにて共通の試験条件は、具体的には以下のとおりである。ワーク１１としては、骨材粒子として炭化珪素が用いられた円柱状の目封止ハニカム構造体が使用された。ワーク固定部１０にワーク１１を固定したとき、ワーク１１の端面からノズル２２の噴射端までの距離ｄ（図２を参照）は２９０ｍｍであり、ガイド部材４２の長さＬ（図２を参照）は３００ｍｍ、内寸は直径５０ｍｍであった。円柱状のワーク１１の軸長は１５２．４ｍｍ、軸に垂直な断面の大きさ（直径）は３６．２ｍｍであり、セル密度は３００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）、隔壁の厚さは１２ミル（１ミルは約０．０２５４ｍｍ）であった。吸引部３０が吸引する気体の流量は、０．４ｍ^３／ｍｉｎとされ、粉体搬送部２０から噴射される気体の流量は、０．１ｍ^３／ｍｉｎとされ、導入部４０において新たに混合される気体の流量が、０．３ｍ^３／ｍｉｎとされた。粉体の供給量が１．２ｇとされ、供給時間が３秒とされ、供給速度が２４ｇ／ｍｉｎとされた。

そして、各パターンについて、図４に示すように、「ワーク１１の中心軸と同軸的に位置するワーク１１内のセルを含む直線状に並んだ９つのセル」の開口にそれぞれ対応する「９つの測定箇所」について、エアロゾルの風速がそれぞれ測定された。風速が測定される「９つの測定箇所」の軸方向の位置は、ワーク１１の下端面とガイド部材４２の下端との間の中間位置に設定された。この結果は表１、並びに、図５〜７に示すとおりである。

表１に示すように、面積比αが１未満である場合（具体的には、α＝「０．３」、「０．５」、「０．８」の場合）、試験の開始後の比較的早い段階で、ノズル２２の排出通路２２ｂの内部にて、粉体の堆積に起因する「詰まり」が発生したことに起因して、風速の測定が行われ得なかった。従って、α＝「１．０」、「２．０」、「３．０」、「３．５」の場合に対してのみ、風速の測定が行われた。

図５〜図７（特に、図６及び図７の比較結果）から理解できるように、αが２以下（具体的には、α＝「１．０」、「２．０」）の場合、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が非常に高い。なお、図５〜図７において、「中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高い、とは、測定箇所５から測定箇所１へ向けての風速の変化傾向と、測定箇所５から測定箇所９へ向けての風速の変化傾向と、が近いことを指す。一方、αが２より大きい（具体的には、α＝「３．０」、「３．５」）の場合、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が低い。

以上より、ノズル２２の排出通路２２ｂの本数が４本の場合においては、面積比αが１以上２以下の場合、そうでない場合と比べて、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高くなる、ということができる。

なお、この試験では、分岐角度θは１２．５°で一定とされているが、分岐角度θが５〜３０°の範囲では、上記と同じ結果が得られることが、別途判明している。

また、この試験では、図２に示すように、ノズル２２として、排出通路２２ｂの本数が４本のものが使用されたが、排出通路の本数は４本以外でもよい（導入通路は１本で一定）。一般に、排出通路の本数がｎ本の場合（ｎは２以上の整数）、面積比αが１以上√ｎ以下である場合に、そうでない場合と比べて、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高くなる、ということが、別途判明している。

また、この試験では、ノズル２２として、各排出通路２２ｂが分岐部分から直線状に延びているものが使用されたが、ノズル２２として、各排出通路が分岐部分から曲線状に延びているものが使用されてもよい。しかしながら、各排出通路が曲線状に延びている場合、各排出通路が直線状に延びている場合と比べて、排出通路の内部で、粉体の堆積に起因する「詰まり」が発生し易い傾向があることが別途判明している。

以下、「ノズルの面積比α」と、「ノズルの導入通路及び排出通路の圧力損失」との関係について付言する。一般に、管径が一定の円管を流れる粘性流体について、下記(１)式（所謂、ハーゲン・ポアズイユ（Hagen-Poiseuille）の式）が成立することが知られている。(１)式において、Ｄは管路の直径、Ｕは流速、Ｌは管路長さ、μは粘度、ΔＰは圧力損失である。

従って、管路の単位長さあたりの圧力損失ΔＰ／Ｌは、下記(２)式のように表すことができる。

図８に示すように、ノズル２２について、導入通路２２ａの単位長さあたりの圧力損失をΔＰｉｎ、導入口Ｈａの直径（従って、導入通路２２ａの直径）をＤｉｎ、導入口Ｈａに流入する流体の流速（従って、導入通路２２ａ内の流体の流速）をＵｉｎ、排出通路２２ｂの単位長さあたりの圧力損失をΔＰｏｕｔ、排出口Ｈｂの直径（従って、排出通路２２ｂの直径）をＤｏｕｔ、排出口Ｈｂから流出する流体の流速（従って、排出通路２２ｂ内の流体の流速）をＵｏｕｔとする。上記(２)式を、導入通路２２ａ及び排出通路２２ｂのそれぞれに適用して整理すると、下記（３）式が得られる。

他方、面積比αは、排出通路２２ｂの本数ｎ、Ｄｉｎ、及びＤｏｕｔを用いて、下記(４)式のように表すことができる。下記(４)式をＤｏｕｔ^２について整理すると、下記(５)式が得られる。

また、Ｕｏｕｔ、Ｕｉｎ、及びαの間には、下記(６)式に示す関係が成立する。

上記(５)式、及び、上記(６)式に示す関係を上記(３)式に代入して整理すると、下記（７)式が得られる。

上述のように、ｎ＝４の場合、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高くなる条件は、１≦α≦２であった。この条件（１≦α≦２）を上記(７)式に代入すると、下記(８)式が得られる。また、ｎが２以上の任意の整数の場合、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高くなる条件は、１≦α≦√ｎであった。この条件（１≦α≦√ｎ）を上記(７)式に代入すると、下記(９)式が得られる。

以上、上記(８)式、及び、上記(９)式から、圧力損失比「ΔＰｏｕｔ／ΔＰｉｎ」が「１」以上であると（α≦√ｎに対応）、そうでない場合と比べて、「エアロゾルの風速の分布状態に関するノズル２２の中心軸線Ｘ１に対する対称性」が高くなる、といえる。また、「ΔＰｏｕｔ／ΔＰｉｎ」が「ｎ」以下であると（α≧１に対応）、そうでない場合と比べて、排出通路２２ｂの内部で粉体の堆積に起因する「詰まり」が発生し難い傾向がある、といえる。

上述した図２及び図３に示すノズル２２では、導入通路２２ａの本数が１本であり且つ排出通路２２ｂの本数が４本であるが、排出通路の本数が導入通路の本数より多い限りにおいて、導入通路の本数と排出通路の本数との関係がどのような関係であってもよい。例えば、導入通路の本数（従って、導入口の個数）が２つで、排出通路（従って、排出口の個数）が８つであってもよい。

１０…ワーク固定部、２０…粉体搬送部、２２…ノズル、２２ａ…導入通路、２２ｂ…排出通路、３０…吸引部、４０…導入部、Ｈａ…導入口、Ｈｂ…排出口

Claims

粉体が分散した気体であるエアロゾルを内部に導入し、導入した前記エアロゾルを外部へ排出するノズルであって、
前記エアロゾルを内部に導入するための１つ又は複数の導入口と、
前記１つ又は複数の導入口から導入された前記エアロゾルを外部へ排出するための、前記導入口より個数が多い複数の排出口と、
を備えたノズル。
請求項１に記載のノズルにおいて、
前記ノズルは、単一の前記導入口と、複数の前記排出口と、を備え、
前記ノズルの内部には、
前記単一の導入口と接続する単一の導入通路と、
それぞれが、前記導入通路における前記導入口と反対側の端部から分岐するとともに対応する前記排出口と接続する、複数の排出通路と、
が形成された、ノズル。
請求項２に記載のノズルにおいて、
前記ノズルは、長手方向を有する形状を備え、前記単一の導入口は、前記ノズルにおける前記長手方向の一方側の端面に形成され、前記複数の排出口は、前記ノズルにおける前記長手方向の他方側の端面に形成されており、
前記単一の導入通路は、前記単一の導入口から前記ノズルの前記長手方向に沿って直線状に延びており、
前記複数の排出通路のそれぞれは、前記分岐する部分から、対応する前記排出口に向けて前記ノズルの前記長手方向から傾斜した方向に放射状に延びている、ノズル。
請求項３に記載のノズルにおいて、
前記単一の導入口の開口面積に対する、前記複数の排出口の開口面積の総和の割合をαとしたとき、αは１以上である、ノズル。
請求項４に記載のノズルにおいて、
前記複数の排出口の個数をｎとしたとき、αは１以上且つ√ｎ以下である、ノズル。
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載のノズルにおいて、
前記複数の排出通路のそれぞれは、前記分岐する部分から、対応する前記排出口に向けて直線状に延びている、ノズル。
ハニカムフィルタの製造に使用する装置であって、
ハニカムフィルタの基材を固定するためのワーク固定部と、
前記ワーク固定部の一方側に配設され、加圧気体を用いて粉体を気流に乗せてエアロゾルとして搬送する粉体搬送部と、
前記粉体搬送部と前記ワーク固定部の間に設けられ、前記エアロゾルを他の気体と更に混合して前記装置使用時に前記ワーク固定部に固定される基材へ導入する導入部と、
前記ワーク固定部の他方側に配設され、吸引手段を用いて前記ワーク固定部の他方側を前記ワーク固定部の一方側に対して減圧し、前記ワーク固定部に固定される基材を通過した気体を吸引する吸引部と、
を備えた、ハニカムフィルタ製造装置であり、
前記粉体搬送部における前記エアロゾルを前記導入部へ排出する部位の先端部には、前記請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のノズルにおける前記導入口が形成された端部が装着された、ハニカムフィルタ製造装置。