JP6605620B2 - 基材の内側表面をコーティングするための方法、デバイス及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、コーティングの分野に関し、具体的にはボディを通る貫通チャネルによって形成されるような、基材の内側表面のコーティングに関する。

内燃機関などの排気ガスを触媒するためのような自動車機器に使用される触媒は、排気ガスを流す複数の内部チャネルを有するボディを備える。チャネルの内側表面は、当技術分野で周知のように、排気ガスの成分の化学反応を触媒的に補助する触媒材料でコーティングされている。

そのような触媒の製造では、ワークピース内のチャネルの内側表面は、対応する触媒材料を含有するウォッシュコート及び／又はコーティングスラリなどのコーティング媒体でコーティングされる。内側表面をコーティング媒体と接触させることにより、コーティング媒体の層がボディの内側表面に適用される。コーティングプロセスの種類に応じて、コーティング媒体がチャネルに導入される高さが変化する。チャネル内のコーティング媒体の高さを正確に測定することができないので、チャネルの長さの所定の部分にコーティング媒体を均一に適用することは困難である。

従来の手法は、基材の片側の開口部をコーティング媒体と接触させ、基材の反対側に真空を適用することによって基材のチャネルを通して液体コーティング媒体を引き込むことを提供する。所定の圧力によって、コーティングを、一般に、チャネルの長さの一部分に適用することができる。

コーティング媒体が下方から圧力によってワークピースのチャネルに導入される場合、レベルセンサを使用して基準レベルのインジケーションを得ることができる。基準レベルはワークピースの所定の位置とともに、基準レベルとコーティングが基材の内側表面に適用されるべき液体コーティングレベルの間の全充填容積を画定することができる。

しかしながら、基材を通るチャネルは通常、断面積が小さく、全充填容積も小さく、したがって、コーティング媒体ポンプは要求される精度を提供することができないので、調量ユニットを適用しなければならない。コーティングユニットに所定量のコーティング媒体を正確に供給するのに、調量ユニットが適切であり得るが、調量ユニットによって提供されるコーティング媒体の流速は遅いので、ワークピースをコーティングするための全体のサイクル時間が長い。

一方、コーティング媒体ポンプのポンピング速度を調節することによって、又は各バルブを切り換えることによって所定量のコーティング媒体を正確に注入することは、充填されるワークピースの低い内部容積に対してはあまりに不正確である。

したがって、低サイクル時間及び高精度を提供する、ワークピースの内側表面を部分的にコーティングするための方法及び装置を提供することが、本発明の目的である。

この目的及び更なる目的は、請求項１に記載のコーティングユニット内で基材の内側表面を部分的にコーティングするための方法、及び更なる独立請求項に記載の装置によって達成されている。

更なる実施形態は、従属する従属請求項に示されている。

第１の態様によれば、ワークピースのコーティングプロセスを実施する方法であって、
−コーティングユニット内にワークピースを提供するステップと、
−ポンプを用いてコーティングユニットにコーティング媒体を予充填するステップと、
−調量ユニットによってコーティングユニットにコーティング媒体を充填するステップと、を含み、コーティング媒体のレベルが所与の基準レベルに到達したらすぐに、調量ユニットによって所定量のコーティング媒体をコーティングユニットに適用する、方法が提供される。

ワークピースにコーティングを適用するコーティングユニットは、コーティングされるワークピースが配置されるチャンバを有する。コーティングユニットに所定量の液体コーティング媒体を充填することによって、ワークピースの内部及び周囲のコーティング媒体のレベルを決定することができる。したがって、ワークピースをコーティングするために、まず、チャンバを含むコーティングユニットを空にしてもよく、コーティングされるワークピースをその中に入れ、所定量のコーティング媒体を導入して、ワークピースの内側及び外側表面のそれぞれの部分をコーティング媒体によって覆い、それによってコーティング媒体の材料がワークピースの表面上にコーティング層を形成するようにする。

各コーティングサイクルの間に、例えば真空ユニットによってチャンバを空にしてもよい。粘度、「粘着性」などのコーティング媒体の様々な品質及び特性により、チャンバ内に残るコーティング媒体の量が変化する。したがって、各コーティングサイクルにおいて同じ量のコーティング媒体を充填しても、コーティングユニット内のコーティング媒体の量が異なることになり、結果として、コーティングがワークピースの内側及び／又は外側表面に適用されるレベルが異なることになる。

上記の方法によれば、各コーティングサイクルに使用されるコーティング媒体の導入量の精度は、基準レベルに達する時点と、所定量のコーティング媒体を正確に測定するための調量ユニットの能力とを使用することによって実質的に改善される。具体的には、コーティングサイクルは、予充填ステップ及び充填ステップを有する。

予充填ステップは、基準レベルの下、具体的には基準レベルのすぐ下の充填レベルまでコーティング媒体をチャンバに充填することを含む。基準レベルは、チャンバ内又はチャンバにおけるレベルセンサの配置によって規定されるレベルであり、レベルセンサは、チャンバ内に充填されたときにコーティング媒体が基準レベルに到達したことを示すことができる。

ワークピースは、コーティングされる内側表面を有し得る。そのようなワークピースは、内側チャネル又は内側容積の下側開口部が基準レベルに可能な限り接近して配置されるようにコーティングユニット内に配置されてもよく、これにより、基準レベルと、内側表面がコーティング媒体を適用されるレベルとの間のスペースを充填するのに必要なコーティング媒体の容積又は量がそれぞれ低く保たれる。これにより、良好な精度を有する調量ユニットを適用することが可能になり、ワークピースの内側表面のコーティングレベルを細かく設定することができる。

調量ユニットとレベルセンサを組み合わせることにより、ワークピースの内側容積がコーティングされるレベルまでワークピースを規定された位置に配置するので、コーティングユニットのチャンバ内でコーティング媒体が現れるコーティングレベルを正確に設定することができる。

上述のプロセスを適用すると、サイクル時間は、調量ユニットが特定量のコーティング媒体をコーティングユニットに適用するのに必要とする時間によって主に影響される。上記のような２ステップの充填アプローチにより、調量ユニットによって注入されるコーティング媒体の量は実質的に減少され、実質的に向上した精度を得るとともに、サイクル時間を短く保つことができる。

更に、予充填を、基準レベルよりも低いコーティングユニットのチャンバの充填レベルまで行ってもよい。

予充填を、ポンプをコーティングユニットから切断するバルブを閉じることによって停止するように提供されてもよい。

更に、コーティング媒体レベルが基準レベルに到達したら、コーティングユニットのチャンバ内に配置されたレベルセンサによって信号伝達され得る。

ポンプを用いてコーティングユニットにコーティング媒体を予充填するステップは、所定の予充填期間にわたって行われるように提供され得る。したがって、予充填ステップは時間制御され得るので、コーティングユニットにコーティング媒体を供給するポンプのポンピング速度とコーティング媒体の供給が可能にされる時間とによって、コーティングユニットのチャンバ内に流入するコーティング媒体の量は、コーティング媒体のレベルが基準レベルのすぐ下になるように粗く規定される。

一実施形態によれば、所定の予充填期間は、各充填後にチャンバを空にし、チャンバ内のコーティング媒体レベルを基準レベル（Ｒ）のすぐ下になるように予充填期間を複数回反復的に適合させることによって、決定されてもよい。

更なる態様によれば、ワークピースをコーティングするためのコーティング装置であって、
−コーティング媒体を受け入れるためのチャンバを有するコーティングユニットであって、コーティングユニットは、ワークピースを配置するように構成されているコーティングユニットと、
−コーティング媒体をコーティングユニットに供給するポンプと、
−コーティング媒体をコーティングユニットに供給し、特定量のコーティング媒体を測定するように構成された調量ユニットと、
−制御ユニットであって、
−ポンプを用いてコーティングユニットにコーティング媒体を予充填し、
−調量ユニットによってコーティングユニットにコーティング媒体を充填し、
−コーティング媒体レベルが所定の基準レベルに到達したらすぐに、コーティングユニットに所定量のコーティング媒体を供給するように調量ユニットを作動させるように、構成された制御ユニットと、を備えたコーティング装置が提供される。

更に、コーティングユニットは、コーティング媒体がチャンバ内の基準レベルに到達したときに信号を出すように配置されたレベルセンサを有することができる。

ポンプとともに再循環経路を形成するコーティング媒体タンクが設けられてもよく、再循環経路は、調量ユニットにコーティング媒体を充填するために調量ユニットへ分岐している。

調量ユニットはコーティング媒体を貯蔵するための調節可能な容積を有し、その調量ユニットは、ポンプがコーティング媒体をコーティングユニットにチャンバを通して供給できるように構成されるように提供されてもよい。

更に、コーティング媒体は、触媒材料を含むウォッシュコート及び懸濁液のうちの１つを含むことができる。

ポンプのポンピング速度が調量ユニットのポンピング速度よりも速く設定されてもよい。

更なる態様によれば、上記コーティング装置は、ワークピースを所定レベルまで部分的にコーティングするのに使用され、コーティング媒体の所定量は、基準レベルからワークピースがコーティングされるべきレベルまで、充填されるべき容積によって決定される。

実施形態は、添付の図面に関連して更により詳細に説明される。

コーティングユニット内でワークピースのコーティングプロセスを繰り返し実行するためのコーティング装置を概略的に示す。 ワークピースが挿入されたコーティングユニットの断面図を示す。 図２のコーティングユニット内でワークピースをコーティングする方法のフローチャートを示す。

図１は、コーティング装置１を示す。コーティング装置１は、コーティングユニット２を有し、その中でワークピース４を部分的にコーティングする。具体的には、ワークピース４の内側表面に、内側表面がコーティングされるように、液体コーティング媒体を適用する。ワークピース４は、モノリス又はコーティングされる任意の他の種類の基本部品として提供され得るコーティングプロセスのための基材を形成する。コーティングされるワークピース４の例としては、第１の面側部４１から第２の面側部４２まで貫通する複数の直線状の内側チャネル４３を有するセラミック基材がある。コーティングされたワークピース４は、自動車の内燃機関の排気ガスシステムのための触媒を形成することができる。

ワークピース４に適用される液体コーティング媒体は、ワークピース４の内側表面にコーティングとして適用される触媒材料を含むウォッシュコート又は懸濁液であってもよい。コーティング媒体は、液体コーティング媒体を保持して貯蔵するコーティング媒体タンク３から供給される。

図２に示すように、コーティングユニット２は、充填用流体導管２２によって充填することができ、排出用流体導管２３によって空にすることができるチャンバ２１を有する。充填用流体導管２２及び排出用流体導管２３の代わりに、充填及び排出のための単一の導管を適用することができる。チャンバ２１の上側開口部には、ワークピース４をその第１の面側部を水平方向に平行に保持するように構成されたホルダ２４が配置されている。ホルダ２４は、第１の面側部４１のチャネル開口部がホルダ２４のいずれの部分によっても覆われないように、ワークピース４を保持できるように構成されている。

したがって、充填用流体ライン２２を介してチャンバ２１に供給される液体コーティング媒体は、ワークピース４の第１の面側部４１に実質的に平行な流体面を提供する。多数の平行なチャネル２６を有し、チャンバ２１内に供給されるコーティング媒体の均一で気泡のない液体表面を提供するように機能するディフュ−ザ２５をチャンバ２１内に設けてもよい。

チャンバ２１は、液体コーティング媒体の充填レベルが所定の基準レベルＲに到達したときを検出するレベルセンサ２７を含む。レベルセンサ２７は、ワークピース４がホルダ２４内に配置されたときに基準レベルＲがワークピース４の第１の面側部よりわずかに下になるように配置される。

使用されない、すなわちワークピース４上にコーティングとして残らないチャンバ２１内のコーティング媒体の量は、チャンバ２１から除去され、コーティング媒体タンク３に戻される。本実施形態では、チャンバ２１の排出用流体導管２３を、吸引バルブ８１を有する導管を介して真空ユニット８に接続してもよく、吸引バルブ８１を開いて真空ユニット８を作動させると、コーティング媒体をチャンバ２１から除去することができる。

コーティング媒体で充填される調節可能な容積５１を有する調量ユニット５が提供される。調量ユニット５の調節可能な容積５１を適合させることによって、コーティング媒体は、所定の流速及び所定の量で高精度に貯蔵及び供給することができる。調量ユニット５は、実質的に、調量ユニット５の調節可能な容積５１を高精度で変化させるために、液圧的に、空気圧的に、又は電気的に作動させることができるピストン５２を有することができる。

コーティング媒体タンク３、調量ユニット５及びコーティングユニット２は、それぞれのコーティングサイクルで所定量のコーティング媒体をコーティングユニット２に供給するように相互接続されている。したがって、コーティング媒体タンク３は、循環導管７２を通してコーティング媒体を恒久的に循環させる循環ポンプ６と導管を介して接続されており、これが再循環経路を形成する。循環導管７２は、分岐７４の下流に配置されたバイパスバルブ７３を有する。

循環導管７２の分岐７４は、供給バルブ７６を介して調量ユニット５に接続されている。したがって、供給バルブ７６を開放すると、調量ユニット５に液体コーティング媒体を装填することができる。供給バルブ７６を開放すると、調量ユニット５の調節可能な容積５１は、ポンプ６によって生じる圧力によって充填され得る。

更に、調量ユニット５のアウトプットは、ラインモードバルブ７７を介して循環導管７２をコーティングユニット２に接続している導管７５に接続されている。導管７５内には、再循環バルブ７８及び供給バルブ７９が設けられており、供給バルブ７９はコーティングユニット２に近接して配置されており、その切り替え状態に応じてコーティング媒体をコーティングユニット２に流入させる又は流入させないことを可能にする。

バルブは、実質的にコーティングプロセスを実行する制御ユニット１０によって制御される。

コーティング装置１の動作は、図３のフローチャートに関連して説明される。コーティングプロセスは、複数のサイクルで実行され、各サイクルにおいて、１つ以上のワークピースがそれぞれ１つ以上のコーティングユニット２で同時にコーティングされる。サイクルが終了した後、コーティングされたワークピースがコーティングユニット２から取り外され、新しいコーティングされていないワークピースがコーティングユニット２の中に配置される。

ステップＳ１では、調量ユニット５を充填し、ポンプ６とコーティング媒体タンク３の間でコーティング媒体を循環させる。コーティング媒体の循環は、調量ユニット５を通り、そのピストン５２は、調量ユニット５の調節可能な容積５１が増加し、好ましくはその最大容積に到達するように外向きに動く。

バイパスバルブ７３及び供給バルブ７９が閉じられている間、コーティング媒体の循環は、ポンプ６を通り、開放された供給弁７６を通り、調量ユニット５を通り、調量ユニット５のアウトプットから開放されたラインモードバルブ７７及び解放された再循環バルブ７８を通って、コーティング媒体タンク３に戻る。

調量ユニット５が充填されると（これは、調量ユニット５（図示せず）のそれぞれのセンサによって又はポンプ６が調量ユニット５にコーティング媒体を供給する持続時間を設定することによって、検出することができる）、プロセスはステップＳ２に続く。

ステップＳ２において、再循環バルブ７８を閉じ、供給バルブ７９を開放して、ポンプ６が、調量ユニット５、開放された第２ラインモードバルブ７７、導管７５及び供給バルブ７９を介してコーティング媒体をコーティングユニット２に送達する。それにより、チャンバ２１が充填される。

ステップＳ２は、以下に説明するように、較正方法に従って設定された所定の予充填期間行われる。ステップＳ２におけるコーティングユニット２のチャンバ２１の充填中、調量ユニット５のピストン５１は動かず、調量ユニット５は単に通過として作用する。したがって、コーティングユニット２に充填されるコーティング媒体の量は、ポンプ６のポンプ速度と、供給バルブ７６が開放される予充填期間によって粗く決定される。

ステップＳ２の所定の期間の後、ステップＳ３において、供給バルブ７６が閉じられ、調量ユニット５が、貯蔵されたコーティング媒体の供給を開始する。したがって、ピストン５２は、調量ユニット５の調節可能な容積を減少させるように動かされる。それにより、コーティング媒体が保持される調節可能な容積５１が減少する。コーティング媒体は、調量ユニット５の出口、第２ラインモードバルブ７７、導管７５及び供給バルブ７９を通ってコーティングユニット２に供給される。

ステップＳ３の調量ユニット５の動作によりチャンバ２１が更に充填され、ステップＳ４では、制御ユニット１０によってレベルセンサ２７が監視される。チャンバ２１内のコーティング媒体レベルがレベルセンサ２７の配置によって規定される基準レベルに到達したら、制御ユニット１０はチャンバ２１内の充填レベルのための基準を有する。基準レベルの到達が検出されたらすぐに、予め定められたレベルまで及びワークピース４の内側表面がコーティングされるまでチャンバを更に充填するために、所定量のコーティング媒体が必要であることがわかる。

基準レベルに到達したことの検出から、ステップＳ５において、ピストン５２が更に作動して、調量ユニット５の調節可能な容積５１を所定の速度で所定の期間に一定に減少させ、コーティング媒体レベルが基準レベルに到達したという信号伝達の時点から、所定量のコーティング媒体をコーティングユニット２に供給するようにする。所定量のコーティング媒体がピストン５２によって調節可能な容積５１から押し出された後、したがって、コーティングユニット２内のコーティング媒体レベルが、ワークピース４の表面の部分にコーティングを適用するのに必要な充填レベルを達成したことがわかる。言い換えると、所定量のコーティング媒体は、調量ユニットによってアウトプットされるコーティング媒体の流速と、基準レベルに到達した後に調量ユニット５にチャンバ２１を更に充填させる所定の持続時間とによって画定される。

コーティング媒体がチャンバ２１内に所定時間充填された後、ステップＳ６において、調量ユニット５の動作が停止され、供給バルブ７９が閉じられるとともに、再循環バルブ７８が解放されて調節可能な容積５１の充填が再び開始される。プロセスはステップＳ１に戻る。

チャンバ２１が所定の充填レベルまで充填された後、チャンバは空にされる。チャンバ２１を空にするために、吸引バルブ８１を開放して、真空ユニット８がチャンバ２１からコーティング媒体を除去するようにしてもよい。除去されたコーティング媒体は、コーティング媒体タンク３に戻されてもよい。チャンバ２１を空にする別の方法を同様に適用することができる。

予充填ステップＳ２を実行するための最適持続時間を、較正ルーチンにおいて反復的に見出すことができる。この反復は、ステップＳ２の間にコーティングユニット２に充填されるコーティング媒体の量が、チャンバ内のコーティング媒体レベルがレベルセンサ２７によって検出される基準レベルＲのすぐ下になるように行われる。したがって、予充填期間は、ステップＳ２においてではなくステップＳ３においてコーティング媒体を提供することによって、基準レベルに達することを確実にする。

所定の予充填時間の較正を、ステップＳ２がチャンバ２１内のコーティング媒体中に気泡の形成をもたらさないことを保証できるように、循環ポンプ６の流速の調節と併せて行うことができる。適用されるコーティング媒体の異なる量及び特性に合うように、２つのコーティングサイクルの間に最初に及び／又は定期的に較正ルーチンを実行することができる。

Claims (13)

1. ワークピース（４）のコーティングプロセスを実施する方法であって、
   コーティングユニット（２）内に前記ワークピース（４）を提供するステップと、
   ポンプ（６）を用いて前記コーティングユニット（２）にコーティング媒体を予充填するステップ（Ｓ２）と、
   調量ユニット（５）によって前記コーティングユニット（２）に前記コーティング媒体を充填するステップ（Ｓ３）と、を含み、前記コーティング媒体のレベルが所与の基準レベル（Ｒ）に到達したらすぐに、前記調量ユニット（５）によって所定量のコーティング媒体が前記コーティングユニット（２）に適用され、前記所定量のコーティング媒体が、前記ワークピース（４）の内側表面がコーティングされるまで前記コーティングユニット（２）を更に充填するために必要な量のコーティング媒体であり、
   前記予充填するステップ（Ｓ２）が、前記基準レベル（Ｒ）のすぐ下の充填レベルまで前記コーティング媒体を前記コーティングユニット（２）に充填することを含み、前記ワークピース（４）が、該ワークピース（４）の内側チャネルの下側開口部が前記基準レベル（Ｒ）に可能な限り接近するように前記コーティングユニット（２）内に配置される、方法。
2. 予充填は、前記基準レベル（Ｒ）よりも低い前記コーティングユニット（２）のチャンバ（２１）の充填レベルまで行われる、請求項１に記載の方法。
3. 予充填は、前記コーティングユニット（２）から前記ポンプ（６）を切断するバルブ（７６）を閉じることによって停止される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記コーティング媒体のレベルが前記基準レベル（Ｒ）に到達したことが、前記コーティングユニット（２）のチャンバ内に配置されたレベルセンサ（２７）によって信号伝達される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ポンプ（６）を用いて前記コーティングユニット（２）に前記コーティング媒体を予充填する前記ステップを、所定の予充填期間行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記所定の予充填期間は、各充填後に前記コーティングユニット（２）のチャンバ（２１）を空にし、前記チャンバ（２１）内のコーティング媒体レベルが前記基準レベル（Ｒ）のすぐ下になるように前記予充填期間を複数回反復的に適合させることによって、決定される、請求項５に記載の方法。
7. ワークピース（４）をコーティングするためのコーティング装置（１）であって、
   コーティング媒体を受け入れるためのチャンバ（２１）を有するコーティングユニット（２）であって、前記コーティングユニット（２）は、前記ワークピース（４）を配置するように構成されているコーティングユニット（２）と、
   前記コーティング媒体を前記コーティングユニット（２）に供給するポンプ（６）と、
   前記コーティング媒体を前記コーティングユニット（２）に供給するための調量ユニット（５）であって、特定量のコーティング媒体を測定するように構成された調量ユニット（５）と、
   制御ユニット（１０）であって、
   前記ポンプ（６）を用いて前記コーティングユニット（２）にコーティング媒体を予充填し、
   前記調量ユニット（５）によって前記コーティングユニット（２）に前記コーティング媒体を充填し、
   前記コーティング媒体のレベルが所定の基準レベル（Ｒ）に到達したらすぐに、前記コーティングユニット（２）に所定量の前記コーティング媒体を供給するように前記調量ユニット（５）を作動させるように、構成された制御ユニット（１０）と、を備え、
   前記所定量のコーティング媒体が、前記ワークピース（４）の内側表面がコーティングされるまで前記コーティングユニット（２）を更に充填するために必要な量のコーティング媒体であり、
   前記予充填することが、前記基準レベル（Ｒ）のすぐ下の充填レベルまで前記コーティング媒体を前記コーティングユニット（２）に充填することを含み、前記ワークピース（４）が、該ワークピース（４）の内側チャネルの下側開口部が前記基準レベル（Ｒ）に可能な限り接近するように前記コーティングユニット（２）内に配置される、コーティング装置（１）。
8. 前記コーティングユニット（２）は、前記コーティング媒体が前記チャンバ（２１）内の前記基準レベル（Ｒ）に到達したときに信号を出すように配置されたレベルセンサ（２７）を有する、請求項７に記載のコーティング装置（１）。
9. ポンプ（６）とともに再循環経路を形成するコーティング媒体タンク（３）が設けられ、前記再循環経路は、前記調量ユニット（５）に前記コーティング媒体を充填するために前記調量ユニット（５）へ分岐している、請求項７又は８に記載のコーティング装置（１）。
10. 前記調量ユニット（５）は、コーティング媒体を貯蔵するための調節可能な容積（５１）を有し、前記調量ユニット（５）は、ポンプ（６）が前記コーティング媒体をコーティングユニット（２）にチャンバ（５１）を通して供給することを可能にするように構成されている、請求項７〜９のいずれか一項に記載のコーティング装置（１）。
11. 前記コーティング媒体は、触媒材料を含むウォッシュコート及び懸濁液のうちの１つを含む、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のコーティング装置（１）。
12. 前記ポンプ（６）のポンピング速度が前記調量ユニット（５）のポンピング速度よりも速い、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のコーティング装置（１）。
13. ワークピース（４）を所定のレベルまで部分的にコーティングするための、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のコーティング装置（１）の使用であって、前記コーティング媒体の前記所定量は、前記基準レベル（Ｒ）から前記ワークピース（４）がコーティングされるべきレベルまで充填されるべき容積によって決定される、使用。

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