WO2016143811A1 - 触媒用スラリーの塗布装置 - Google Patents

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洋 関根
洋樹 永嶋
直弘 高岡
伊藤　実
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株式会社キャタラー
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for applying a slurry containing a catalyst substance to a honeycomb substrate of a monolithic catalyst that purifies, for example, automobile exhaust gas.
  • a purification device using a monolithic catalyst is known as a device for purifying automobile exhaust gas.
  • the monolithic catalyst includes a substantially cylindrical honeycomb substrate having a large number of parallel flow holes through which gas flows in one direction, and a slurry containing a catalyst material is applied to the inner surface of each flow hole of the honeycomb substrate. Is.
  • the exhaust gas passes through a large number of flow holes of the monolithic catalyst along the axial direction of the honeycomb substrate, the exhaust gas is purified by a chemical reaction with the catalyst material.
  • the lump adhered to the resistor is dried and solidified, and the lump of the dried slurry is mixed into the liquid slurry, the lump enters a large number of flow holes of the honeycomb base material, resulting in clogging.
  • the performance of the monolith type catalyst is lowered and the quality is lowered.
  • the inorganic oxide contained in the slurry acts as an abrasive and the resistor is scraped. After a while, it is necessary to replace the resistor. The manufacturing cost of the catalyst increases.
  • An object of the present invention is to provide a catalyst slurry coating apparatus capable of producing a monolithic catalyst having high quality and high performance at low cost.
  • a catalyst slurry application apparatus is an apparatus for applying a slurry containing a catalyst substance to the inner surfaces of a plurality of flow holes that pass through a substrate in a first direction and extend adjacent to each other.
  • Supply means for supplying slurry to the plurality of flow holes from one end side of the base material along the direction of 1, and the plurality of flow holes flowing from one end side of the base material to the other end side along the first direction
  • An air flow is generated, and the slurry supplied from one end side of the base material by the supply means is sent to the other end through a plurality of flow holes, and the whole length of the base material along the first direction from one end of the base material
  • the air flow generating means for causing the slurry to reach and facing the downstream end along the first direction of some of the first through holes, spaced apart from the other end of the substrate.
  • the flow of air flowing through the first flow hole is flown through the other second flow hole.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a coating apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a honeycomb substrate put into the coating apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing an annular net attached to the coating apparatus of FIG. 4 is a plan view showing an annular plate attached to the coating apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a table showing a combination example when the thickness of the spacer is changed using the net of FIG. 3 or the plate of FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship of the slurry coating width difference based on the table of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the coating width difference of FIG. 6 based on the table of FIG. 5 using an actual honeycomb substrate.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a coating apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a honeycomb substrate put into the coating apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing an annul
  • FIG. 8 is a graph showing changes in the slurry coating width difference when the parameters (opening ratio) in the coating apparatus are changed.
  • FIG. 9 is a graph showing changes in the slurry coating width difference when the parameters (diameter of the flow holes) in the coating apparatus are changed.
  • FIG. 10 is a graph showing changes in the slurry coating width difference when the parameters (clearance) in the coating apparatus are changed.
  • FIG. 11 is a graph showing changes in the slurry coating width difference when the parameter (suction air velocity) in the coating apparatus is changed.
  • FIG. 12 is a graph showing changes in the slurry coating width difference when the parameters (suction time) in the coating apparatus are changed.
  • FIG. 13 is a graph showing changes in the slurry coating width difference when the parameters (viscosity of the slurry) in the coating apparatus are changed.
  • FIG. 14 is a graph showing changes in the slurry coat width difference when the parameters (slurry supply amount) in the coating apparatus are changed.
  • FIG. 15 is a perspective view showing another example of the honeycomb substrate that is put into the coating apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a coating shape when slurry is applied to the honeycomb substrate of FIG. 15 without providing a resistor.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a coating shape when a slurry is applied in a state where a resistor is provided on the honeycomb substrate of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a coating apparatus 10 that applies slurry to the inner surfaces of a plurality of flow holes of the honeycomb substrate 1.
  • the slurry includes, for example, a catalyst material that purifies automobile exhaust gas.
  • This type of catalytic material includes noble metals such as platinum and palladium.
  • the coating apparatus 10 of the present embodiment is an apparatus for manufacturing a monolithic catalyst for purifying exhaust gas from automobiles.
  • Automobile exhaust gas has a different flow rate distribution of exhaust gas flowing through the monolithic catalyst depending on the vehicle type, and the way the exhaust gas flows changes depending on the canning shape of the catalyst and the bending of the piping. Therefore, in order to increase the purification efficiency of exhaust gas, it is desirable to design the shape of slurry applied to the honeycomb substrate 1 in accordance with the vehicle type, the mounting position of the catalyst, and the like.
  • the coating apparatus 10 of this embodiment enables control of the shape of slurry applied to the honeycomb substrate 1.
  • the honeycomb substrate 1 has a substantially cylindrical outer shape, and has a plurality of flow holes 2 penetrating the honeycomb substrate 1 in the axial direction.
  • a plurality of flow holes 2 that are not actually visible are shown by solid lines for easy understanding.
  • the plurality of flow holes 2 extend adjacent to each other in parallel along the axial direction.
  • the cross-sectional areas of all the flow holes 2 are designed to have the same cross-sectional area.
  • the cross-sectional shape of each flow hole 2 can be an arbitrary shape such as a circle or a hexagon.
  • the honeycomb substrate 1 can be manufactured from ceramics such as cordierite or stainless steel.
  • the coating apparatus 10 includes a support base 11 that supports the lower end 1b of the honeycomb substrate 1 in the axial direction.
  • the inside of the support base 11 is hollow, and the support base 11 having this cavity functions as the wind box 12.
  • a circular opening 11 b communicating with the cavity of the wind box 12 is formed on the upper surface 11 a of the support base 11.
  • an annular mesh 3 (mesh member) shown in FIG. 3 or a resistor 5 (airflow suppression means) such as an annular plate 4 (plate member) shown in FIG. 4 is attached to the opening 11b.
  • An annular plate-like spacer 6 (adjusting means) is arranged between the resistor 5 and the lower end 1b of the honeycomb substrate 1 in order to dispose the honeycomb substrate 1 away from the resistor 5 in the upper part of the figure. The That is, by changing the thickness of the spacer 6, the distance between the resistor 5 and the lower end 1 b of the honeycomb substrate 1 can be changed.
  • the coating apparatus 10 further includes a blower 7 (air flow generating means) that evacuates the cavity of the wind box 12.
  • the blower 7 is used as the airflow generating means. However, even if the compressed air is fed into the plurality of flow holes 2 from the upper end 1a side of the honeycomb substrate 1, an airflow flowing through the plurality of flow holes 2 is generated. good.
  • the supply amount of the slurry is such that the slurry reaches halfway along the entire length of the plurality of flow holes 2 in a state where the whole amount of the slurry supplied at once through the supply frame 8 is applied to the flow holes 2 of the honeycomb substrate 1. Is set. That is, according to the coating apparatus 10 of the present embodiment, the slurry does not flow out from the lower end 1b of the honeycomb substrate 1, and the resistor 5 does not get wet with the slurry. For this reason, there is almost no waste of slurry, and the cost can be reduced accordingly.
  • the spacer 6 has a circular opening 6 a having the same diameter as the outer diameter of the honeycomb substrate 1.
  • the support base 11 also has a circular opening 11b having a diameter substantially the same as the outer diameter of the honeycomb substrate 1. For this reason, if the blower 7 is operated in a state where the resistor 5 is not attached to the opening 11b of the support base 11, the speed of the airflow flowing through all the flow holes 2 of the honeycomb substrate 1 becomes the same.
  • the coating width of the slurry with respect to the flow hole 2 is substantially the same.
  • the slurry coating width referred to here is the distance from the upper end 1a of the honeycomb substrate 1 to the position where the slurry reaches.
  • the honeycomb substrate 1 From the suction force for sucking the slurry into the flow hole 2 (second flow hole) in the central region 2a close to the center in the radial direction, the flow holes 2 (in the outer peripheral region 2b in the radial direction of the honeycomb substrate 1) The suction force for sucking the slurry into the first flow hole) becomes weaker. As a result, there is a difference between the slurry coat width for the flow holes 2 in the central region 2a of the honeycomb substrate 1 and the slurry coat width for the flow holes 2 in the outer peripheral region 2b.
  • the resistor 5 has an opening 5a having a diameter smaller than the outer diameter of the honeycomb substrate 1, and the distribution hole 2 (first distribution hole) on the outer side in the radial direction of the honeycomb substrate 1, that is, in the outer peripheral region 2b. Opposite to. And the opening 5a of the resistor 5 is opposed to the inside of the honeycomb substrate 1 in the radial direction, that is, the circulation hole 2 (second circulation hole) in the central region 2a. As a result, the velocity of the airflow flowing through the circulation hole 2 in the outer peripheral region 2b opposed to the resistor 5 is slower than that in the central region 2a, and the slurry coat width is shorter in the outer peripheral region 2b than in the central region 2a.
  • FIG. 5 shows a combination example of the type of the resistor 5 and the thickness of the spacer 6 at this time. Moreover, the measurement result of the coating width difference at this time is shown in FIG.
  • the slurry was applied to the honeycomb substrate 1 and dried, and then the honeycomb substrate 1 was cut at the center along the longitudinal direction (first direction), and the difference in the coating width of the slurry was measured. did.
  • the coating width difference can be controlled by changing the distance between the lower end 1b of the honeycomb substrate 1 and the resistor 5, that is, the thickness of the spacer 6.
  • the coating width of the slurry does not change depending on the thickness of the spacer 6, and in the flow hole 2 in the outer peripheral region 2b. Only the coat width changes according to the thickness of the spacer 6.
  • the resistor 5 is separated from the honeycomb substrate 1 by 30 mm or more, it is almost the same as when the resistor 5 is not provided.
  • the mesh 3 when used as the resistor 5, the mesh 3 can be disposed in contact with the honeycomb substrate 1 without using the spacer 6.
  • the honeycomb substrate 1 when the plate 4 is used, the honeycomb substrate 1. It is necessary to make it separate from the lower end 1b. However, even when the net 3 is used, it is not preferable to place the net 3 in contact with the lower end of the honeycomb substrate 1.
  • the honeycomb substrate 1 when the net 3 is brought into contact with the lower end 1b of the honeycomb substrate 1, the honeycomb substrate 1 may be broken or chipped.
  • a method of slowing (slowly contacting) the mesh substrate 3 when the honeycomb substrate 1 is set can be considered, but the tact time becomes longer and the productivity is lowered. End up.
  • a method of making the material of the net 3 softer than the honeycomb base material 1 is also conceivable, the rigidity of the net 3 is lowered and easily deformed, and there is a possibility that the resistor 5 does not function satisfactorily.
  • the resistor 5 (even the net 3) is arranged at least apart from the lower end 1b of the honeycomb substrate 1.
  • the distance from the lower end 1b of the honeycomb substrate 1 to the resistor 5 may be larger than 0 mm and smaller than 30 mm. If the thickness exceeds 15 mm, the difference in the coat width is 10 mm or less. Therefore, it is desirable that the resistor 5 is not in contact with the honeycomb substrate 1 and the distance between the two is within 20 mm.
  • FIG. 6 when the mesh 3 is used as the resistor 5 and when the plate 4 is used, if the spacer 6 has the same thickness, the plate 4 is used when the mesh 4 is used. It can be seen that the coat width difference is larger than the case. This is thought to be because the net 3 can pass the airflow while the plate 4 cannot pass the airflow. That is, it can be seen that it is effective to use the plate 4 as the resistor 5 when it is desired to form a relatively large coat width difference. For example, as shown in FIG. 6, in the example in which the plate 4 is disposed at a distance of 1.8 mm from the lower end 1 b of the honeycomb substrate 1, the coat width difference is the largest, and the effect of suppressing the flow of airflow is the greatest. It appears greatly.
  • FIG. 7 shows an actual application shape of the honeycomb substrate 1 at this time.
  • the type of the resistor 5 (including the mesh of the mesh) should be appropriately selected and the thickness of the spacer 6 should be appropriately set.
  • the shape of the slurry applied to the honeycomb substrate 1 can be arbitrarily changed by changing the shape of the resistor 5 and the arrangement position of the resistor 5 in the plane direction orthogonal to the axial direction of the honeycomb substrate 1. It can be changed.
  • Parameters affecting the coating width difference include the clearance between the resistor 5 and the honeycomb substrate 1 and the type of the resistor 5, the aperture ratio of the resistor 5 (plate 4 ′), and the honeycomb substrate. There are a diameter of one flow hole 2, a suction air speed by the blower 7, a suction time, a slurry viscosity, a slurry application amount, and the like.
  • a honeycomb substrate 1 having a diameter of 103 mm and an axial length of 83 mm is set in the coating apparatus 10, and a plate 4 ′ (not shown) having a large number of opening holes (0.8 mm ⁇ ) is provided.
  • a simulation was performed in the case where 180 g of a slurry having a viscosity of 130 mPas was supplied, and the blower 7 was operated at a suction air speed of 40 m / s and a suction time of 3 seconds, being arranged 3 mm away from the lower end 1b of the honeycomb substrate 1.
  • the aperture ratio of the plate 4 ′ (ratio of the total area of the aperture holes to the area of the plate 4 ′ not including the aperture 5 a) was 30%.
  • the simulation result of the difference in coat width when the slurry was applied under these basic conditions was 13.6 mm.
  • the coating apparatus 10 after setting the above-described various parameters in the coating apparatus 10 to appropriate values, for example, by adjusting only the thickness of the spacer 6, the central region 2 a of the honeycomb substrate 1. And the coating width difference of the flow hole 2 in the outer peripheral region 2b can be controlled to a desired value. Therefore, a monolithic catalyst having high quality and high performance can be manufactured at a low cost with a simple configuration.
  • the airflow passing through the flow holes 2 in the outer peripheral region 2b of the honeycomb base material 1 since the airflow passing through the flow holes 2 in the outer peripheral region 2b of the honeycomb base material 1 has a property slower than the airflow passing through the flow holes 2a in the central region 2a, the slurry for the flow holes 2 in the outer peripheral region 2b.
  • the application width of was made shorter than the central region 2a.
  • FIG. 15 shows an example of a honeycomb substrate 21 in which the diameter of the flow hole 22 in the central region 2a is relatively small and the diameter of the flow hole 24 in the outer peripheral region 2b surrounding the flow hole 22 is relatively large.
  • the honeycomb substrate 21 has the same structure and the same dimensions as the honeycomb substrate 1 described above except that the diameters of the flow holes 22 in the central region 2a and the flow holes 24 in the outer peripheral region 2b are different. Specifically, 600 circulation holes 22 in the central region 2a are provided in one inch square, and 400 circulation holes 24 in the outer peripheral region 2b are provided in one inch square.
  • the air flow easily flows through the flow hole 24 in the outer peripheral region 2b, and flows through the flow hole 22 in the central region 2a.
  • the speed of the airflow and the speed of the airflow flowing through the circulation hole 24 in the outer peripheral region 2b can be made substantially the same.
  • the honeycomb substrate 21 is set in the coating apparatus 10 and air is generated in all the flow holes 22 and 24 without using the resistor 5, and the slurry is supplied, the flow is from the flow holes 22 in the central region 2a.
  • the flow of the slurry is better in the flow hole 24 in the outer peripheral region 2b.
  • the slurry coating width in the circulation holes 24 in the outer peripheral region 2b becomes longer than the slurry coating width in the circulation holes 22 in the central region 2a.
  • the slurry coat width in the flow hole 22 in the region 2a and the slurry coat width in the flow hole 24 in the outer peripheral region 2b can be made substantially the same length.
  • the slurry coat width can be made the same in the central region 2a and the outer peripheral region 2b.
  • the cross-sectional area of the flow hole 24 in the outer peripheral region 2b is designed to be about 1.5 times the cross-sectional area of the flow hole 22 in the central region 2a, and the slurry coat width is set to all the flow holes 22, 24.
  • the optimum area ratio varies depending on the aperture ratio of the resistor 5 and the thickness of the spacer 6.
  • the coating apparatus 10 of this embodiment is useful also as a manufacturing apparatus of this kind of monolith type catalyst. That is, when manufacturing such a monolithic catalyst, the coat width of the slurry applied from one end side of the honeycomb substrate and the coat width of the slurry applied from the other end side are related to each other, so that the coat width can be controlled. It is valid.
  • a resistor such as a net or a plate
  • the present invention is not limited to this, and any means may be used as long as the airflow in the circulation hole can be suppressed without contacting the slurry.
  • the case where the annular resistor is opposed to the honeycomb substrate has been described.
  • the resistor may have any shape, and the flow hole for reducing the coating width of the slurry may be used. What is necessary is just to make it the shape which opposes.

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Abstract

　塗布装置（１０）は、ハニカム基材（１）の一端から複数の流通孔（２）にスラリーを供給する供給枠（８）と風箱（１２）を真空引きするブロア（７）を備えている。風箱（１２）の開口（１１ｂ）には、環状の抵抗体（５）が取り付けられ、スペーサー（６）を介して抵抗体（５）の上にハニカム基材（１）が配置される。ブロア（７）を作動してスラリーを供給すると、ハニカム基材（１）の中央領域（２ａ）にある流通孔（２）に塗布されるスラリーのコート幅より外周領域（２ｂ）にある流通孔（２）に塗布されるスラリーのコート幅の方が短くなる。

Description

触媒用スラリーの塗布装置
　本発明は、例えば、自動車の排気ガスを浄化するモノリス型触媒のハニカム基材に触媒物質を含むスラリーを塗布する装置に関する。
　従来、自動車の排気ガスを浄化する装置として、モノリス型触媒を用いた浄化装置が知られている。モノリス型触媒は、一方向にガスを流通させる多数の互いに平行な流通孔を有する略円柱状のハニカム基材を含み、このハニカム基材の各流通孔の内面に触媒物質を含むスラリーを塗布したものである。そして、ハニカム基材の軸方向に沿って排気ガスがモノリス型触媒の多数の流通孔を通ると、触媒物質との間の化学反応によって排気ガスが浄化される。
　このように、円柱状のモノリス型触媒を排気ガスが流通する場合、一般に、モノリス型触媒の径方向に沿って中心部にある流通孔より周部近くの流通孔の方が排気ガスの流れが悪くなる。このため、モノリス型触媒の周部近くでは中心部と比較して排気ガスの浄化効率が悪い。
　上記の不具合を解消するため、触媒の製造時に、ハニカム基材の周部より中心部におけるスラリーの塗布量を多くするなど、排気ガスの浄化効率を高めるための種々の工夫がなされている。例えば、特開２００９－１３６８３３号公報に開示された塗布装置によると、ハニカム基材のスラリーの供給側に網体や板体などの抵抗体を配置して、中心部より周部の流れを悪くして、中心部と周部のスラリーの塗布量に差をもたせている。
　しかし、特開２００９－１３６８３３号公報の塗布装置のように、ハニカム基材に対するスラリーの供給側に抵抗体を配置すると、抵抗体にスラリーが付着して残り、その分、スラリーの消費量が多くなってしまう。スラリーに含まれる触媒物質は、白金やパラジウムなどの貴金属を含むため、スラリーの消費量が多くなると、モノリス型触媒の製造コストが高くなる。また、抵抗体に対するスラリーの付着量にバラつきを生じると、ハニカム基材に対するスラリーの塗布量にバラつきを生じ、モノリス型触媒の品質にバラつきを生じてしまう。
　また、抵抗体に付着したスラリーが乾燥して固まり、この乾燥したスラリーの塊が液状のスラリーに混入してしまうと、この塊がハニカム基材の多数の流通孔に入って目詰まりを生じ、モノリス型触媒の性能が低下し、品質が低下してしまう。
　さらに、スラリーの供給側に抵抗体を配置すると、スラリーに含まれる無機酸化物が研磨剤の役割を果たして抵抗体が削られてしまい、しばらくすると抵抗体の交換が必要となり、その分、モノリス型触媒の製造コストが高くなる。
　本発明は、品質が良く性能が高いモノリス型触媒を安価に製造できる触媒用スラリーの塗布装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る触媒用スラリーの塗布装置は、基材を第１の方向に貫通して互いに隣接して延びた複数の流通孔の内面に触媒物質を含むスラリーを塗布する装置であって、第１の方向に沿った基材の一端側から複数の流通孔にスラリーを供給する供給手段と、基材の一端側から第１の方向に沿った他端側に向けて複数の流通孔を流れる気流を発生させて、供給手段により基材の一端側から供給されたスラリーを複数の流通孔を通して他端に向けて送り、基材の一端から第１の方向に沿った基材の全長の途中までスラリーを到達させる気流発生手段と、基材の他端から離間して、複数の流通孔のうちいくつかの第１の流通孔の第１の方向に沿った下流側の端部に対向して配置され、第１の流通孔を流れる空気の流れを他の第２の流通孔を流れる空気の流れより遅くする気流抑制手段と、を有する。
図１は、実施形態に係る塗布装置を示す概略図である。 図２は、図１の塗布装置に投入されるハニカム基材の一例を示す斜視図である。 図３は、図１の塗布装置に取り付けられる円環状の網を示す平面図である。 図４は、図１の塗布装置に取り付けられる円環状のプレートを示す平面図である。 図５は、図３の網または図４のプレートを用いてスペーサーの厚さを変えた場合の組み合わせ例を示す表である。 図６は、図５の表に基づくスラリーのコート幅差の関係を示すグラフである。 図７は、図５の表に基づく図６のコート幅差の一例を実際のハニカム基材で示した断面図である。 図８は、塗布装置におけるパラメータ（開口率）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図９は、塗布装置におけるパラメータ（流通孔の直径）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図１０は、塗布装置におけるパラメータ（クリアランス）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図１１は、塗布装置におけるパラメータ（吸引風速）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図１２は、塗布装置におけるパラメータ（吸引時間）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図１３は、塗布装置におけるパラメータ（スラリーの粘度）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図１４は、塗布装置におけるパラメータ（スラリーの供給量）を変化させた場合のスラリーのコート幅差の変化を示すグラフである。 図１５は、図１の塗布装置に投入されるハニカム基材の他の例を示す斜視図である。 図１６は、図１５のハニカム基材に対して抵抗体を設けずにスラリーを塗布した場合の塗布形状を示す断面図である。 図１７は、図１５のハニカム基材に対して抵抗体を設けた状態でスラリーを塗布した場合の塗布形状を示す断面図である。
実施形態
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。　
　図１は、ハニカム基材１の複数の流通孔の内面にスラリーを塗布する塗布装置１０の一例を示す概略図である。スラリーは、例えば、自動車の排気ガスを浄化する触媒物質を含む。この種の触媒物質は、白金やパラジウムなどの貴金属を含む。本実施形態の塗布装置１０は、自動車の排気ガスを浄化するためのモノリス型触媒を製造するための装置である。
　自動車の排気ガスは、車種によってモノリス型触媒を流れる排気ガスの流量分布が異なり、触媒のキャニング形状や配管の曲がり具合などによっても排気ガスの流れ方が変わる。よって、排気ガスの浄化効率を高めるためには、車種や触媒の取り付け位置などに合わせて、ハニカム基材１に対するスラリーの塗布形状を設計することが望ましい。本実施形態の塗布装置１０は、ハニカム基材１に対するスラリーの塗布形状を制御可能にしたものである。
　ハニカム基材１は、例えば、図２に示すように、略円柱状の外形を有し、軸方向にハニカム基材１を貫通した複数の流通孔２を有する。図１では、説明を分かり易くするため、実際には見えない複数の流通孔２を実線で示してある。複数の流通孔２は、軸方向に沿って互いに平行に隣接して延設されている。本実施形態では、全ての流通孔２の断面積を同じ断面積に設計した。各流通孔２の断面形状は円形や６角形など任意の形状にすることができる。また、ハニカム基材１は、コージェライトなどのセラミックスやステンレス鋼により製造できる。
　塗布装置１０は、ハニカム基材１の軸方向の下端１ｂを支持する支持台１１を有する。支持台１１の内部は空洞になっており、この空洞を有する支持台１１が風箱１２として機能する。支持台１１の上面１１ａには、風箱１２の空洞に連通する円形の開口１１ｂが形成されている。開口１１ｂには、例えば図３に示す円環状の網３（網状部材）、或いは図４に示す円環状のプレート４（板状部材）などの抵抗体５（気流抑制手段）が取り付けられる。そして、この抵抗体５から図示上方に離間せしめてハニカム基材１を配置するため、抵抗体５とハニカム基材１の下端１ｂの間に円環板状のスペーサー６（調節手段）が配置される。すなわち、スペーサー６の厚さを変えることで、抵抗体５とハニカム基材１の下端１ｂとの間の距離を変えることができる。
　塗布装置１０は、さらに、風箱１２の空洞を真空引きするブロア７（気流発生手段）を備えている。本実施形態では、気流発生手段としてブロア７を用いたが、ハニカム基材１の上端１ａ側から複数の流通孔２に圧縮空気を送り込むことで複数の流通孔２を流れる気流を発生させても良い。
　ハニカム基材１をスペーサー６を介して支持台１１にセットした状態でブロア７を作動させると、風箱１２の空洞が吸引されて開口１１ｂに負圧が生じ、ハニカム基材１の上端１ａから下端１ｂに向けて複数の流通孔２を通る気流が生じる。このとき、ハニカム基材１の上端１ａに取り付けたロート状の供給枠８（供給手段）を介してスラリーを供給すると、ハニカム基材１の上端１ａ側から複数の流通孔２にスラリーが吸引され、各流通孔２の内面にスラリーが塗布される。
　スラリーの供給量は、供給枠８を介して一度に供給したスラリーの全量をハニカム基材１の流通孔２に塗布した状態で、複数の流通孔２の全長の途中までスラリーが到達する量に設定されている。つまり、本実施形態の塗布装置１０によると、ハニカム基材１の下端１ｂからスラリーが流出することがなく、抵抗体５がスラリーで濡れることがない。このため、スラリーの無駄が殆ど無く、その分、コストを安くできる。
　スペーサー６は、ハニカム基材１の外径と略同じ直径の円形の開口６ａを有する。また、支持台１１も、ハニカム基材１の外径と略同じ直径の円形の開口１１ｂを有する。このため、仮に、支持台１１の開口１１ｂに抵抗体５を取り付けない状態でブロア７を作動させると、ハニカム基材１の全ての流通孔２を流れる気流の速さが同じになり、全ての流通孔２に対するスラリーのコート幅は略同じになる。なお、ここで言うスラリーのコート幅とは、ハニカム基材１の上端１ａからスラリーが到達する位置までの距離のことである。
　これに対し、本実施形態のように、支持台１１の開口１１ｂに円環状の抵抗体５を取り付けた状態（図１の状態）でブロア７を作動させてスラリーを供給すると、ハニカム基材１の径方向の中心に近い中央領域２ａにある流通孔２（第２の流通孔）にスラリーを吸引する吸引力より、ハニカム基材１の径方向の外側の外周領域２ｂにある流通孔２（第１の流通孔）にスラリーを吸引する吸引力の方が弱くなる。この結果、ハニカム基材１の中央領域２ａにある流通孔２に対するスラリーのコート幅と外周領域２ｂにある流通孔２に対するスラリーのコート幅に差が生じる。
　つまり、抵抗体５は、ハニカム基材１の外径より小さい直径の開口５ａを有し、ハニカム基材１の径方向の外側、すなわち外周領域２ｂにある流通孔２（第１の流通孔）に対向する。そして、ハニカム基材１の径方向の内側、すなわち中央領域２ａにある流通孔２（第２の流通孔）には、抵抗体５の開口５ａが対向する。この結果、抵抗体５が対向した外周領域２ｂの流通孔２を流れる気流の速度が中央領域２ａの流通孔２より遅くなり、スラリーのコート幅が中央領域２ａより外周領域２ｂで短くなる。
　本願発明者等は、このコート幅差（ハニカム基材１の外周領域２ｂと中央領域２ａにおけるスラリーのコート幅の差）を所望する値にコントロールするため、抵抗体５の種類（網３或いはプレート４）およびスペーサー６の厚み（ハニカム基材１と抵抗体５との間の距離）を種々変更した場合におけるコート幅差を測定し、抵抗体５の種類とスペーサー６の厚みがコート幅差に与える影響について調べた。このときの抵抗体５の種類とスペーサー６の厚みの組み合わせ例を図５に示す。また、このときのコート幅差の測定結果を図６に示す。
　なお、この他の測定条件は、以下のように設定した。　
　　・ハニカム基材１の外径：１０３ｍｍ
　　・抵抗体５の外径：１０３ｍｍ、開口５ａの内径：６０ｍｍ
　　・網３の目の大きさ：２５０メッシュ
　　・スラリーの固形分：３０％、粘度：０．４ｓ－１…４０００ｍＰａ・ｓ、塗布量：２５０ｇ
　　・ブロア７による吸引時間：５ｓｅｃ、風速：４０ｍ／ｓ　
　なお、ブロア７により生じる気流の風速は、スラリーを投入する前の状態で計測したものである。
　以上の条件の下、ハニカム基材１にスラリーを塗布して乾燥させた後、ハニカム基材１を長手方向（第１の方向）に沿って中央で切断して、スラリーのコート幅差を実測した。
　この結果、図６に示すように、抵抗体５としてプレート４を設けた場合と網３を設けた場合の双方で、ハニカム基材１の下端１ｂと抵抗体５との間の距離（クリアランス）（すなわちスペーサー６の厚み）を小さくするとコート幅差が大きくなる傾向を示し、両者の距離を大きくするとコート幅差が小さくなる傾向を示しているのが分かった。これは、抵抗体５をハニカム基材１に近付けることで、抵抗体５が対向した外周領域２ｂの流通孔２の出口で気流の流れが悪くなることが原因と考えられる。
　言い換えると、ハニカム基材１の下端１ｂと抵抗体５との間の距離、すなわちスペーサー６の厚みを変えることで、コート幅差をコントロールできることが分かった。つまり、この場合、抵抗体５の影響を受けない開口５ａに対向した中央領域２ａの流通孔２については、スラリーのコート幅はスペーサー６の厚みによって変化せず、外周領域２ｂの流通孔２におけるコート幅だけがスペーサー６の厚みに応じて変化することになる。しかしながら、抵抗体５をハニカム基材１から３０ｍｍ以上離間させてしまうと抵抗体５を設けない場合と殆ど変わらなくなることも分かっている。
　また、抵抗体５として網３を用いた場合にはスペーサー６を用いずに網３をハニカム基材１に接触させて配置することもできるが、プレート４を用いた場合にはハニカム基材１の下端１ｂから離間させる必要がある。しかし、網３を用いた場合であっても、ハニカム基材１の下端に接触して配置するのは好ましくない。
　つまり、網３をハニカム基材１の下端１ｂに接触させると、ハニカム基材１が割れたり欠けたりする場合がある。ハニカム基材１の破損を防止するため、ハニカム基材１をセットする際に網３に接触させる速度を遅くする（ゆっくり接触させる）方法も考えられるが、タクトタイムが長くなり生産性が低下してしまう。また、網３の素材をハニカム基材１より柔らかくする方法も考えられるが、網３の剛性が低下して変形し易くなり、抵抗体５として満足に機能しなくなる可能性がある。
　このため、本実施形態では、抵抗体５を（網３であっても）ハニカム基材１の下端１ｂから少なくとも離間して配置するようにした。以上のように、コート幅差を形成するためには、ハニカム基材１の下端１ｂから抵抗体５までの距離を、０ｍｍより大きく、３０ｍｍより小さくすればよいが、実際には、この距離が１５ｍｍを超えるとコート幅差は１０ｍｍ以下となるため、抵抗体５はハニカム基材１に非接触で、両者の距離は２０ｍｍ以内にすることが望ましい。
　また、図６に示すように、抵抗体５として網３を用いた場合とプレート４を用いた場合では、スペーサー６の厚みが同じであると、プレート４を用いた方が網３を用いた場合よりコート幅差が大きくなっているのが分かる。これは、網３が気流を通過可能であるのに対して、プレート４が気流を通過不能であることが原因と考えられる。つまり、比較的大きなコート幅差を形成したい場合には、抵抗体５としてプレート４を用いることが有効であることが分かる。例えば、図６に示すように、プレート４をハニカム基材１の下端１ｂから１．８ｍｍ離間させて配置した例で、コート幅差が最も大きくなっており、気流の流れを抑制する効果が最も大きく表われている。このときのハニカム基材１の実際の塗布形状を図７に示す。
　一方、図６に示すように、比較的目の粗い２００メッシュの網３をハニカム基材１の下端１ｂに接触させて配置した例では、コート幅差が５ｍｍ未満となっており、ほとんど抵抗体５として機能していないことが分かる。つまり、網３は２００メッシュより目が小さいものでないと抵抗体５として殆ど機能しないことが分かる。
　以上のことから、コート幅差をコントロールするためには、抵抗体５の種類（網のメッシュも含む）を適切に選択して、スペーサー６の厚みを適切に設定すれば良いことがわかった。また、当然のことながら、ハニカム基材１に対するスラリーの塗布形状は、抵抗体５の形状およびハニカム基材１の軸方向と直交する面方向における抵抗体５の配置位置を変更することで任意に変更可能である。
　以下、コート幅差に影響を及ぼす他の条件について考察する。コート幅差に影響を及ぼすパラメータは、上述した抵抗体５とハニカム基材１との間のクリアランスや抵抗体５の種類の他に、抵抗体５（プレート４’）の開口率、ハニカム基材１の流通孔２の直径、ブロア７による吸引風速、吸引時間、スラリーの粘度、スラリーの塗布量などがある。
　基本条件として、直径１０３ｍｍ、軸方向の長さ８３ｍｍの外径を有するハニカム基材１を塗布装置１０にセットし、多数の開口孔（０．８ｍｍφ）を有するプレート４’（図示せず）をハニカム基材１の下端１ｂから３ｍｍだけ離間させて配置し、粘度１３０ｍＰａｓのスラリーを１８０ｇ供給し、吸引風速４０ｍ／ｓ、吸引時間３ｓｅｃでブロア７を作動させた場合をシミュレーションした。なお、プレート４’の開口率（開口５ａを含まないプレート４’の面積に対する開口孔の総面積の比）は、３０％とした。この基本条件でスラリーを塗布した場合のコート幅差のシミュレーション結果は、１３．６ｍｍであった。
　そして、上述した各パラメータを１つずつ変更してコート幅差の変化を調べた。その結果を図８～図１４に示す。
　図８に示すように、プレート４’の開口率を小さく（すなわち、開口孔の数を少なく）すると、プレート４’の開口孔を通る気流が少なくなり、コート幅差が大きくなる。逆に、プレート４’の開口率を大きくすると、プレート４’の開口孔を通る気流が多くなり、コート幅差が小さくなる。また、プレート４’の開口率を小さくして開口孔を通る気流の流れを少なくすると、ハニカム基材１の中央領域２ａの流通孔２に対するスラリーのコート部と外周領域２ｂの流通孔２に対するスラリーのコート部との間の段差形状が急峻になり、プレート４’の開口率を大きくして開口孔を通る気流の流れを多くすると、上述した段差形状が緩やかになることが分かっている。
　図９に示すように、プレート４’の開口孔の直径を変化（開口率は一定）させても、コート幅差にはほとんど変化が現れない。
　図１０に示すように、ハニカム基材１の下端１ｂとプレート４’の間のクリアランスを小さくすると、プレート４’が対向した流通孔２の気流の流れが悪くなり、コート幅差が大きくなる。逆に、ハニカム基材１の下端１ｂとプレート４’の間のクリアランスを大きくすると、プレート４’が対向した流通孔２を空気が流れ易くなり、コート幅差が小さくなる。また、プレート４’のハニカム基材１に対するクリアランスを小さくすると、ハニカム基材１の中央領域２ａの流通孔２に対するスラリーのコート部と外周領域２ｂの流通孔２に対するスラリーのコート部との間の段差形状が急峻になり、プレート４’のハニカム基材１に対するクリアランスを大きくすると、上述した段差形状が緩やかになることが分かっている。
　図１１に示すように、ブロア７による吸引風速を遅くすると、プレート４’の開口５ａに対向した流通孔２を流れる気流も遅くなり、コート幅差が小さくなる。逆に、ブロア７による吸引風速を速くすると、プレート４’の開口５ａに対向した流通孔２を流れる気流も速くなり、コート幅差が大きくなる。また、ブロア７による吸引風速を遅くすると、ハニカム基材１の中央領域２ａの流通孔２に対するスラリーのコート部と外周領域２ｂの流通孔２に対するスラリーのコート部との間の段差形状が緩やかになり、ブロア７による吸引風速を速くすると、上述した段差形状が急峻になることが分かっている。
　図１２に示すように、ブロア７による吸引時間を短くすると、発生する気流の量（風量）も変化し、コート幅差が小さくなる。逆に、ブロア７による吸引時間を長くすると、発生する気流の量（風量）も変化し、コート幅差が大きくなる。
　図１３に示すように、スラリーの粘度を低くすると、プレート４の開口５ａに対向した流通孔２をスラリーが流れ易くなり、コート幅差が大きくなる。逆に、スラリーの粘度を高くすると、プレート４の開口５ａに対向した流通孔２をスラリーが流れる速度が遅くなり、コート幅差が小さくなる。
　図１４に示すように、スラリーの供給量を変化させた場合、コート幅差にはほとんど変化が現れない。
　以上のように、本実施形態によると、塗布装置１０における上述した各種パラメータを適切な値に設定した上で、例えば、スペーサー６の厚みだけを調整することで、ハニカム基材１の中央領域２ａと外周領域２ｂにおける流通孔２のコート幅差を所望する値にコントロールできる。よって、簡単な構成により、品質が良く性能が高いモノリス型触媒を安価に製造することができる。
　上述した実施形態では、ハニカム基材１の外周領域２ｂの流通孔２を通る気流が中央領域２ａの流通孔２ａを通る気流より遅くなる性質を有することから、外周領域２ｂの流通孔２に対するスラリーの塗布幅を中央領域２ａより短くした。しかし、好ましくは、外周領域２ｂの流通孔２を通る気流の速度を中央領域２ａの流通孔２を通る気流の速度と同じにすることが有効である。そのため、外周領域２ｂの流通孔２の直径を中央領域２ａの流通孔２の直径より大きくする方法が考えられる。
　近年、ハニカム基材１の中央領域２ａの流通孔２より外周領域２ｂの流通孔２の直径を大きくしたモノリス型触媒が開発されつつある。
　図１５は、中央領域２ａにある流通孔２２の直径を比較的小さくして、この流通孔２２の外側を囲む外周領域２ｂの流通孔２４の直径を比較的大きくしたハニカム基材２１の一例を示す。このハニカム基材２１は、中央領域２ａの流通孔２２と外周領域２ｂの流通孔２４の直径を異ならせた以外、上述したハニカム基材１と同じ構造および同じ寸法を有する。具体的には、中央領域２ａの流通孔２２は１インチ四方に６００個設けられ、外周領域２ｂの流通孔２４は１インチ四方に４００個設けられている。
　このように、外周領域２ｂの流通孔２４の直径を中央領域２ａの流通孔２２の直径より大きくすると、外周領域２ｂの流通孔２４で気流が流れ易くなり、中央領域２ａの流通孔２２を流れる気流の速さと外周領域２ｂの流通孔２４を流れる気流の速さを略同じ速さにすることができる。
　しかし、このハニカム基材２１を塗布装置１０にセットして、抵抗体５を用いずに、全ての流通孔２２、２４に気流を発生させてスラリーを供給すると、中央領域２ａの流通孔２２より外周領域２ｂの流通孔２４の方がスラリーの流れがよくなる。これにより、図１６に示すように、中央領域２ａの流通孔２２におけるスラリーのコート幅より外周領域２ｂの流通孔２４におけるスラリーのコート幅の方が長くなってしまう。
　これに対し、図１５のハニカム基材２１を塗布装置１０にセットして、抵抗体５を装置に取り付けてスラリーを供給し、ブロア７を作動させて吸引すると、図１７に示すように、中央領域２ａにある流通孔２２におけるスラリーのコート幅と外周領域２ｂにある流通孔２４におけるスラリーのコート幅を略同じ長さにすることができる。言い換えると、塗布装置１０の上述した各種パラメータを適切な値に設定した上で、例えば、スペーサー６の厚みだけを調節することで、スラリーのコート幅を中央領域２ａと外周領域２ｂで同じにできる。本実施形態では、中央領域２ａの流通孔２２の断面積に対して外周領域２ｂの流通孔２４の断面積を約１．５倍に設計してスラリーのコート幅を全ての流通孔２２、２４で同じにしたが、抵抗体５の開口率やスペーサー６の厚みに応じて、最適な面積比は変化する。
　また、他のモノリス型触媒として、ハニカム基材の軸方向の両端から異なる種類（或いは同じ種類）のスラリーを塗布したものが普及されつつある。本実施形態の塗布装置１０は、この種のモノリス型触媒の製造装置としても有用である。つまり、このようなモノリス型触媒を製造する場合、ハニカム基材の一端側から塗布するスラリーのコート幅と他端側から塗布するスラリーのコート幅が互いに関係するため、コート幅をコントロールすることが有効である。
　上述した実施形態は、本発明を限定するものではなく、一例を示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。よって、上述した実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
　例えば、上述した実施形態では、スラリーの供給方向に沿ってハニカム基材の下流側に離間して網やプレートなどの抵抗体を設けて流通孔を通る気流の速さに差を持たせた場合について説明したが、これに限らず、スラリーに接触しない状態で流通孔の気流を抑制できるものであればいかなる手段を用いても良い。また、上述した実施形態では、円環状の抵抗体をハニカム基材に対向させた場合について説明したが、抵抗体の形状はいかなるものであっても良く、スラリーのコート幅を短くしたい流通孔に対向する形状とすれば良い。

Claims (11)

  1. 　基材を第１の方向に貫通して互いに隣接して延びた複数の流通孔の内面に触媒物質を含むスラリーを塗布する塗布装置であって、
    　上記第１の方向に沿った上記基材の一端側から上記複数の流通孔にスラリーを供給する供給手段と、
    　上記基材の一端側から上記第１の方向に沿った他端側に向けて上記複数の流通孔を流れる気流を発生させて、上記供給手段により上記基材の一端側から供給されたスラリーを上記複数の流通孔を通して上記他端に向けて送り、上記基材の一端から上記第１の方向に沿った上記基材の全長の途中までスラリーを到達させる気流発生手段と、
    　上記基材の他端から離間して、上記複数の流通孔のうちいくつかの第１の流通孔の上記第１の方向に沿った下流側の端部に対向して配置され、上記第１の流通孔を流れる空気の流れを他の第２の流通孔を流れる空気の流れより遅くする気流抑制手段と、
    　を有する塗布装置。
  2. 　上記第１の流通孔および上記第２の流通孔は同じ断面積を有し、
    　上記気流抑制手段は、上記第１の流通孔を流れる空気の流れを上記第２の流通孔を流れる空気の流れより遅くすることで、上記第１の流通孔の内面における上記第１の方向に沿ったスラリーの塗布幅を上記第２の流通孔の内面における上記第１の方向に沿ったスラリーの塗布幅より短くする、
    　請求項１の塗布装置。
  3. 　上記基材の他端から上記気流抑制手段までの距離を調節して、上記第１の流通孔の内面におけるスラリーの塗布幅と上記第２の流通孔の内面におけるスラリーの塗布幅との差を制御する調節手段をさらに有する、
    　請求項２の塗布装置。
  4. 　上記第１の流通孔は、上記第２の流通孔の外側に環状に配置されており、
    　上記気流抑制手段は、上記第１の流通孔の上記第１の方向に沿った下流側の端部に対向する環状部材である、
    　請求項１乃至請求項３のうちいずれかの塗布装置。
  5. 　上記環状部材は、気流を通過不能な板状部材である、
    　請求項４の塗布装置。
  6. 　上記環状部材は、気流を通過可能な網状部材である、
    　請求項４の塗布装置。
  7. 　上記第１の流通孔の断面積は上記第２の流通孔の断面積より大きく、
    　上記気流抑制手段は、上記第１の流通孔を流れる空気の流れを上記第２の流通孔を流れる空気の流れより遅くすることで、上記第１の流通孔の内面における上記第１の方向に沿ったスラリーの塗布幅と上記第２の流通孔の内面における上記第１の方向に沿ったスラリーの塗布幅を同じにする、
    　請求項１の塗布装置。
  8. 　上記基材の他端から上記気流抑制手段までの距離を調節して、上記第１の流通孔の内面におけるスラリーの塗布幅と上記第２の流通孔の内面におけるスラリーの塗布幅を同じに制御する調節手段をさらに有する、
    　請求項７の塗布装置。
  9. 　上記第１の流通孔は、上記第２の流通孔の外側に環状に配置されており、
    　上記気流抑制手段は、上記第１の流通孔の上記第１の方向に沿った下流側の端部に対向する環状部材である、
    　請求項７または請求項８の塗布装置。
  10. 　上記環状部材は、気流を通過不能な板状部材である、
    　請求項９の塗布装置。
  11. 　上記環状部材は、気流を通過可能な網状部材である、
    　請求項９の塗布装置。
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