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JP7247380B1 - 排ガス浄化用触媒の製造装置 - Google Patents

排ガス浄化用触媒の製造装置 Download PDF

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JP7247380B1 JP2022001520A JP2022001520A JP7247380B1 JP 7247380 B1 JP7247380 B1 JP 7247380B1 JP 2022001520 A JP2022001520 A JP 2022001520A JP 2022001520 A JP2022001520 A JP 2022001520A JP 7247380 B1 JP7247380 B1 JP 7247380B1
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Abstract

【課題】筒状体の端部への塗工液の付着を生じ難くしつつ、筒状体の中間部に設置されたハニカム構造体の一端面に対して塗工液を均一に供給可能とする。【解決手段】排ガス浄化用触媒の製造装置１は、筒状体２１と、筒状体内の中間部に設置されたハニカム構造体２２とを有するハニカム基材２０に、触媒層を形成するためのものである。製造装置は、ハニカム基材を直立させた状態で保持するホルダ１１と、供給装置１３とを備えている。供給装置は、塗工液を吐出する吐出口を上端に有し、ハニカム基材の下方に位置する筒状体の開口部に挿入されハニカム構造体の下面と正対するシリンダと、シリンダ内に設置され、シリンダ内に蓄えられた塗工液を上方に押し上げることで吐出口から塗工液を吐出可能にするピストン１３２とを含んでいる。シリンダの上端とハニカム構造体の下面との間にクリアランスを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒の製造に関する。
特許文献１には、容器と一体化された触媒担体、即ち、触媒コンバータのケースに取り付けられたハニカム基材をスラリーでコートする方法が記載されている。この方法では、先ず、容器と一体化された触媒担体の下端面に、垂直方向へ伸びたスラリー通路を有する下座を当接させる。次に、スラリー通路を介して触媒担体の貫通孔内へスラリーを供給するとともに、これら貫通孔内のスラリーを触媒担体の上端面まで押し上げる。その後、この押し上げ動作を停止して、余剰のスラリーの一部を自重によって貫通孔内から落下させる。次いで、触媒担体に上端面側から空気を噴射して、余剰のスラリーの残りを貫通孔内から吹き払う。
特許文献２には、モノリス基材であるハニカム基材を、ウォッシュコートスラリーでコートする方法が記載されている。この方法では、先ず、シリンダ内であってピストンヘッドの上方に収容されたスラリーを、その上方に設置されたハニカム基材のチャネル、即ち貫通孔内へ押し込む。次に、ハニカム基材を上下反転させる。その後、ハニカム基材の下端に真空を付与して、余剰のスラリーを貫通孔内から除去する。
特開２００２－２４２６６８号公報 特開２０１５－６２８９６号公報
本発明は、筒状体の端部への塗工液の付着を生じ難くしつつ、筒状体の中間部に設置されたハニカム構造体の一端面に対して塗工液を均一に供給可能とすることを目的とする。
本発明の一側面によると、筒状体と、前記筒状体内の中間部に設置され該筒状体の軸方向に各々が伸びた複数の孔を有しているハニカム構造体とを有するハニカム基材に、触媒層を形成するための排ガス浄化用触媒の製造装置であって、前記ハニカム基材を直立させた状態で保持するホルダと、塗工液を吐出する吐出口を上端に有し、前記ハニカム基材の下方に位置する前記筒状体の開口部に挿入され前記ハニカム構造体の下面と正対するシリンダと、前記シリンダ内に設置され、該シリンダ内に蓄えられた前記塗工液を上方に押し上げることで前記吐出口から前記塗工液を吐出可能にするピストンとを含む供給装置とを備え、前記シリンダの前記上端と前記ハニカム構造体の前記下面との間にクリアランスを有することを特徴とする製造装置が提供される。
本発明の他の側面によると、前記供給装置は、前記ピストンが固定された基部と、前記シリンダが固定され前記ハニカム基材の下端と当接する当接部材と、前記当接部材を上向きに付勢する付勢部材とを更に含み、前記ハニカム基材の下端が前記当接部材に当接し、前記基部を押上げることで前記ピストンが前記シリンダに対して相対的に上昇することを特徴とする上記側面に係る製造装置が提供される。
本発明の更に他の側面によると、前記シリンダの内部空間は、その上側端部で、上方へ向けて拡径していることを特徴とする上記側面の何れかに係る製造装置が提供される。
本発明の更に他の側面によると、前記ピストンの上面に溝が設けられていることを特徴とする上記側面の何れかに係る製造装置が提供される。
本発明の更に他の側面によると、前記ハニカム基材の上端から前記ハニカム基材内の空気を吸引する吸引装置を更に備えたことを特徴とする上記側面の何れかに係る製造装置が提供される。
本発明の更に他の側面によると、前記シリンダ内であって、前記ピストンの上方の空間へ前記塗工液を補充する補充装置と、前記ピストンを押し上げる昇降装置とを更に備えたことを特徴とする上記側面に係る製造装置が提供される。
本発明によると、筒状体の端部への塗工液の付着を生じ難くしつつ、筒状体の中間部に設置されたハニカム構造体の一端面に対して塗工液を均一に供給することが可能となる。
図１は、本発明の一実施形態に係る製造装置のブロック図。 図２は、図１の製造装置が含んでいる塗工装置が第１状態にある様子を示す断面図。 図３は、図１の製造装置が含んでいる塗工装置が第２状態にある様子を示す断面図。 図４は、第２状態にある塗工装置の一部を拡大して示す断面図。 図５は、本発明の一実施形態に係る製造方法を示すフローチャート。 図６は、第１質量測定工程を示す断面図。 図７は、塗工液補充工程及び第２質量測定工程を示す断面図。 図８は、第１搬送工程を示す断面図。 図９は、塗工液供給工程を開始した様子を示す断面図。 図１０は、塗工液供給工程を完了した様子を示す断面図。 図１１は、吸引工程を示す断面図。 図１２は、第２搬送工程を示す断面図。 図１３は、第３質量測定工程を示す断面図。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、上記側面の何れかをより具体化したものである。以下に記載する事項は、単独で又は複数を組み合わせて、上記側面の各々に組み入れることができる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の材質、形状、及び構造等によって限定されるものではない。本発明の技術的思想には、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
なお、同様又は類似した機能を有する要素については、以下で参照する図面において同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面は模式的なものであり、或る方向の寸法と別の方向の寸法との関係、及び、或る部材の寸法と他の部材の寸法との関係等は、現実のものとは異なり得る。
＜１＞製造装置
図１は、本発明の一実施形態に係る製造装置のブロック図である。図２は、図１の製造装置が含んでいる塗工装置が第１状態にある様子を示す断面図である。図３は、図１の製造装置が含んでいる塗工装置が第２状態にある様子を示す断面図である。図４は、第２状態にある塗工装置の一部を拡大して示す断面図である。
図１に示す製造装置１は、排ガス浄化用触媒を製造するための装置である。製造装置１は、塗工装置１０と、第１質量計１４Ａと、第２質量計１４Ｂと、コントローラ１７と、入力装置１８と、出力装置１９とを含んでいる。
塗工装置１０は、図２乃至図４に示すハニカム基材２０のハニカム構造体２２を、塗工液で塗工するものである。
ここで、ハニカム基材２０は、筒状体２１とハニカム構造体２２とを含んでいる。
筒状体２１は、円筒形状を有している。筒状体２１は、楕円筒形状及び長円筒形状などの他の筒形状を有していてもよい。筒状体２１は、例えば、金属製である。
筒状体２１の外径は、例えば、３３乃至８９．５ｍｍの範囲内にある。筒状体２１の軸方向の寸法、即ち、筒状体２１の長さは、例えば、４０乃至１６０ｍｍの範囲内にある。
ハニカム構造体２２は、筒状体２１内の中間部に設置されている。即ち、ハニカム構造体２２は、筒状体２１の一方の開口部から離間するとともに、筒状体２１の他方の開口部からも離間している。
ハニカム構造体２２は、筒状体２１内の中間部とほぼ等しい外形を有している。ハニカム構造体２２は、筒状体２１の軸方向に各々が伸びた複数の孔を有している。これら孔は、ハニカム構造体２２を間に挟んで隣り合った空間の間での通気を可能とする。
ハニカム構造体２２は、例えば、金属製である。この場合、ハニカム構造体２２は、例えば、平板と波板との積層体を、波の配列方向へ多重に巻いた構造を有し得る。このようなハニカム構造体２２は、平板と波板との間の隙間を貫通孔として有し得る。
筒状体２１の軸方向におけるハニカム構造体２２の寸法、即ち、ハニカム構造体の長さは、例えば、４０乃至１５０ｍｍの範囲内にある。ハニカム構造体２２から筒状体２１の各開口までの距離は、例えば、５乃至１０ｍｍの範囲内にある。
塗工装置１０は、図２及び図３に示すように、ホルダ１１と、吸引装置１２と、供給装置１３と、第３質量計１４Ｃと、補充装置１５とを含んでいる。塗工装置１０は、図１に示す搬送装置１６Ａ及び昇降装置１６Ｂを更に含んでいる。
ホルダ１１は、図２及び図３に示すように、ハニカム基材２０を着脱可能に保持する。ホルダ１１は、後述する接続部材１２１と供給装置１３との間で、ハニカム基材２０を直立させた状態で保持する。即ち、ホルダ１１は、接続部材１２１と供給装置１３との間で、ハニカム基材２０を、その筒状体２１の軸方向が重力方向と一致するように保持する。
ホルダ１１は、例えば、ハニカム基材２０を把持するメカニカルチャックである。ホルダ１１は、他のチャック装置、例えば、負圧を利用してハニカム基材２０を保持する真空チャック、又は、磁気を利用してハニカム基材２０を保持するマグネットチャックであってもよい。
ホルダ１１は、後述する接続部材１２１と供給装置１３との間で上下動可能である。また、ホルダ１１は、塗工装置１０と第１質量計１４Ａとの間で、及び、塗工装置１０と第２質量計１４Ｂとの間で移動可能である。なお、ここでは、ホルダ１１は、搬送装置１６Ａの一部である。
吸引装置１２は、図示しない真空ポンプと接続部材１２１とを含んでいる。接続部材１２１は、例えば、金属製である。接続部材１２１は、一端が真空ポンプに接続された流路の少なくとも一部を内部に有している。接続部材１２１は、後述するシリンダの上方の位置に開口を有している。ここでは、接続部材１２１は、直立した筒状部を含んでいる。接続部材１２１の開口は、ホルダ１１が接続部材１２１と供給装置１３との間で上方へ移動した場合に、上記開口を取り囲んだ縁部に、筒状体２１の上方の端面が当接するように設けられている。吸引装置１２は、接続部材１２１の開口を取り囲んだ縁部に筒状体２１の上方の端面を当接させ、この状態で真空ポンプを駆動することにより、ハニカム基材２０内の空気をその上方の端部から吸引する。
供給装置１３は、基部１３１と、ピストン１３２と、シリンダ部材１３３と、当接部材１３４と、付勢部材１３５とを含んでいる。
基部１３１は、接続部材１２１の下方に位置している。基部１３１には、ピストン１３２が固定されている。基部１３１は、上下動可能である。
ピストン１３２は、基部１３１上で直立している。支持部とピストンヘッドとを含んでいる。
支持部は、基部１３１とピストンヘッドとの間に介在している。支持部は、ここでは、ピストンヘッドと比較してより小さな径を有する柱体である。
ピストンヘッドは、筒状体２１の下方の開口と比較してより小さな径を有しており、シリンダ部材１３３が含んでいるシリンダ内をその長さ方向に摺動可能な柱体である。ピストンヘッドは、接続部材１２１の開口を取り囲んだ縁部に筒状体２１の上方の端面を当接させた場合に、ハニカム構造体２２の真下に位置する。
ピストン１３２の上面には、溝が設けられている。具体的には、ピストンヘッドの上面には、溝が設けられている。これら溝が形成するパターンは、例えば、格子状パターン、放射状パターン、同心状パターン、又はそれらの組み合わせである。これら溝は、例えば、ピストンヘッドの上面がシリンダの吐出口へ近づいた場合に、ピストンヘッドの上面に対して平行な方向への塗工液の移動を促進する。これら溝は省略することができる。
シリンダ部材１３３は、シリンダと板状部とを含んでいる。
シリンダは、塗工液を吐出する吐出口を一端に有している。シリンダは、直立しており、上方の開口を上記の吐出口として有している。ここで、シリンダの吐出口は、シリンダの上方の縁のうち内側の輪郭部である。
板状部は、シリンダの下側端部に設けられている。板状部には、シリンダの下側開口の位置に、シリンダの内径よりも小さな径を有する貫通孔が設けられている。
シリンダ部材１３３内には、ピストン１３２が設置されている。具体的には、シリンダにはピストンヘッドが挿入され、板状部の貫通孔にはピストン１３２の支持部が挿入されている。シリンダ部材１３３は、ピストンヘッドに対して相対的に上下動可能である。即ち、ピストンヘッドは、シリンダ部材１３３内でその長さ方向へ移動可能に設置されている。
シリンダの外径は、筒状体２１の下方の開口の径と比較してより小さい。シリンダは、ハニカム構造体２２への塗工液の塗工時に、ハニカム構造体２２から離間し且つハニカム構造体２２の下面と正対するように、ハニカム基材２０の下方に位置する筒状体２１の開口部に挿入される。このようにシリンダが筒状体２１の開口部へ挿入された状態において、シリンダの上端とハニカム構造体２２の下面とは、それらの間にクリアランスを有する。
シリンダの内部空間は、その上側端部で、上方へ向けて拡径している。シリンダの内部空間は、その上側端部で径が一定であってもよい。但し、シリンダの内部空間が上側端部で上方へ向けて拡径した構造は、ハニカム構造体２２の下側端面に対して塗工液を均一に供給するうえで特に有利である。
当接部材１３４は、シリンダに対する下方への相対的な移動が規制されており、基部１３１を上方へ移動させたときに、ハニカム基材２０の下端と当接する。ここでは、当接部材１３４は、板１３４Ａと、ボルト１３４Ｂと、ナット１３４Ｃとを含んでいる。
板１３４Ａは、シリンダ部材１３３の板状部の上方に位置している。板１３４Ａには、シリンダの位置に第１貫通孔が設けられている。この第１貫通孔には、シリンダが挿入されている。第１貫通孔の側壁は、複数箇所でシリンダの外面と接触している。これにより、シリンダ部材１３３に対する径方向への板１３４Ａの移動が規制されている。また、板１３４Ａとシリンダとの間には、１以上の隙間が設けられている。これら隙間は、板１３４Ａの上方の空間と下方の空間との間での通気を可能とする。
板１３４Ａには、３以上の第２貫通孔が更に設けられている。これら第２貫通孔は、シリンダを取り囲むように配置されている。ナット１３４Ｃは、第２貫通孔の位置で、板１３４Ａの上面に固定されている。ボルト１３４Ｂは、ナット１３４Ｃと螺合するとともに、第２貫通孔へ上方から挿入され、板１３４Ａの下面から下方へ突き出ている。ボルト１３４Ｂの先端は、シリンダ部材１３３の板状部の上面と当接している。このようにして、当接部材１３４は、シリンダ部材１３３の板状部の上に載置されている。従って、当接部材１３４は、シリンダ部材１３３と一体に、基部１３１及びピストン１３２に対して相対的に上下動可能である。なお、シリンダ部材１３３の板状部に対する板１３４Ａの高さは、ボルト１３４Ｂを回転させることにより調節することができる。
付勢部材１３５は、シリンダを基部１３１に対して上向きに付勢する。ここでは、付勢部材１３５は、シリンダ部材１３３を基部１３１に対して上向きに付勢する。
付勢部材１３５は、ここでは、基部１３１とシリンダ部材１３３の板状部との間に設置されたコイルばねである。付勢部材１３５は、他のばねであってもよく、ばね以外の弾性体であってもよい。また、付勢部材１３５は、他の位置に設置してもよい。
付勢部材１３５は、図２に示すように、当接部材１３４が筒状体２１から離間している場合には、シリンダ部材１３３の板状部がピストンヘッドの下面周縁部に当接するように、シリンダ部材１３３を上向きに付勢する。以下、図２に示す状態を、「第１状態」という。
上記の通り、基部１３１は上下動可能である。それ故、ホルダ１１が接続部材１２１と供給装置１３との間でハニカム基材２０を保持している状態で基部１３１を上方へ移動させると、先ず、シリンダが、ハニカム基材２０の下方に位置する筒状体２１の開口部に挿入される。次いで、図３に示すように、板１３４Ａのうち、その第１貫通孔を取り囲んでいる部分が、筒状体２１の下方の縁と当接する。以下、図３に示す状態を、「第２状態」という。
この状態で、基部１３１を更に上方へ移動させると、シリンダ部材１３３及び当接部材１３４は位置を変化させず、ピストン１３２が基部１３１とともに上方へ更に移動する。即ち、基部１３１を押上げることで、ピストン１３２がシリンダ部材１３３に対して相対的に上昇する。以下、図１０に示すように、ピストン１３２の上方への移動を完了した状態を、「第３状態」という。
第２状態及び第３状態において、シリンダは、ハニカム構造体２２から離間している。第２状態及び第３状態において、シリンダからハニカム構造体２２までの距離Ｄ１は、０．５乃至２．５ｍｍの範囲内にあることが好ましく、１乃至１．５ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。
距離Ｄ１を大きくすると、筒状体２１の下方の端部内面のうち塗工液が付着し得る領域の面積が大きくなる。距離Ｄ１を小さくすると、シリンダがハニカム構造体２２へ接触するのを防止するために、より高い位置精度が必要となる。
また、後述するように、供給装置１３からハニカム構造体２２へ塗工液を供給する際には、塗工液の液面をシリンダの吐出口から突出させ、この突出部をハニカム構造体２２の下側端面へ接触させる。上記の突出部がハニカム構造体２２の下側端面へ接触すると、塗工液は下側端面上でその縁まで広がる。距離Ｄ１を小さくすると、塗工液は下側端面上で広がり難くなる。
第２状態及び第３状態において、シリンダは、好ましくは筒状体２１から離間している。第２状態及び第３状態において、シリンダから筒状体２１までの距離Ｄ２は、０．５乃至１．５ｍｍの範囲内にあることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
第２状態及び第３状態において、シリンダの吐出口から筒状体２１までの距離Ｄ３は、０．５乃至１．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。なお、図４に示すように、シリンダの内部空間がその上側端部で上方へ向けて拡径している場合、距離Ｄ３は距離Ｄ２と等しい。
距離Ｄ２を小さくすると、シリンダを、ハニカム基材２０の下方に位置する筒状体２１の開口部へ挿入する際に、より高い位置精度が必要となる。距離Ｄ３を大きくすると、ハニカム構造体２２の下側端面の中央部への塗工液の供給量と、この下側端面の周縁部への塗工液の供給量との差が大きくなる可能性がある。
第３質量計１４Ｃは、供給装置１３の下方に設置されている。第３質量計１４Ｃは、供給装置１３の質量を測定する。例えば、第３質量計１４Ｃは、塗工液が補充された直後の供給装置１３の質量、即ち、供給装置１３と塗工液との合計質量ＭＣ１を測定する。また、第３質量計１４Ｃは、塗工直後の供給装置１３の質量、即ち、供給装置１３と塗工液の残留分との合計質量ＭＣ２を測定する。
補充装置１５は、図示しないタンクと、図示しない定量ポンプと、図示しない送液管と、ノズルヘッド１５１と、図示しない移動機構とを含んでいる。
タンクは、塗工液を収容している。
塗工液は、ハニカム構造体２２の隔壁上に形成する触媒層又はその一部の原料であって、溶液又はスラリーである。塗工液は、例えば、触媒金属を含んだ溶液、耐熱性担体及び助触媒の少なくとも一方を含んだスラリー、又は、触媒金属と耐熱性担体及び助触媒の少なくとも一方とを含んだスラリーである。触媒金属と耐熱性担体及び助触媒の少なくとも一方とを含んだスラリーにおいて、触媒金属は、分散媒中に溶解していてもよく、分散媒中に分散していてもよく、耐熱性担体及び助触媒の少なくとも一方に担持されていてもよい。
触媒金属は、例えば、白金、パラジウム及びロジウム化合物などの白金族金属；鉄及び銅などのその他の遷移金属；リチウム及びカリウムなどのアルカリ金属；バリウムなどのアルカリ土類金属；又はそれらの２以上である。
耐熱性担体は、例えば、アルミナなどの耐火無機酸化物である。助触媒は、例えば、セリア及びセリア－ジルコニア複合酸化物などの酸素貯蔵材料；アルカリ金属を含んだ窒素酸化物（ＮＯＸ）吸蔵材料；ゼオライトなどの炭化水素吸着剤；又はそれらの２以上である。
分散媒は、例えば、水である。分散媒は、有機溶剤であってもよく、有機溶剤と水との混合物であってもよい。
塗工液は、添加剤、例えば、ヒドロキシエチルセルロースなどの増粘剤、分散安定剤及びバインダを更に含むことができる。塗工液がヒドロキシエチルセルロースなどの増粘剤を含む場合、その濃度は、０．３乃至１質量％の範囲内とすることが好ましく、
塗工液は、粘度Ｅ１が９０乃至２２８０ｃｐｓの範囲内にあり且つ粘度Ｅ１００が２０乃至１５２ｃｐｓの範囲内にあることが好ましく、ここで、粘度Ｅ１及び粘度Ｅ１００は、２５℃の温度環境下において、市販のせん断粘度計を用いて測定される粘度である。
塗工液の粘度を高くすると、毛細管現象によるハニカム構造体２２の吸液が抑制され、塗工液をハニカム構造体２２の下側端面の縁まで広げ易くなる。但し、塗工液の粘度を高くすると、吸引装置１２の吸引力をより強くする必要を生じ得る。
定量ポンプは、タンクと送液管の一端とに接続されている。定量ポンプは、タンク内の塗工液から一定量を量り取り、これを送液管の一端へ排出する。定量ポンプは、例えば、ピストンポンプ及びプランジャポンプなどの往復ポンプである。
送液管の他端には、ノズルヘッド１５１が接続されている。ノズルヘッド１５１は、シリンダの上方の補充位置と、そこから離れた待機位置との間で移動可能である。ノズルヘッド１５１は、補充位置に位置させた状態で定量ポンプを駆動することにより、一定量の塗工液をシリンダ内へ吐出する。
移動機構は、補充位置と待機位置との間でノズルヘッド１５１を移動させる。移動機構は、モータを含むことができる。移動機構の一例は、ノズルヘッド１５１を支持したロボットアームである。
搬送装置１６Ａは、塗工装置１０と第１質量計１４Ａとの間で、及び、塗工装置１０と第２質量計１４Ｂとの間でホルダ１１を移動させる。搬送装置１６Ａは、ホルダ１１とともに、第１質量計１４Ａから塗工装置１０へのハニカム基材２０の搬送と、塗工装置１０から第２質量計１４Ｂへのハニカム基材２０の搬送とを可能とする。ここでは、搬送装置１６Ａは、ホルダ１１を含んでいる。搬送装置１６Ａは、モータを更に含むことができる。一例によると、搬送装置１６Ａは、ホルダ１１と、これを先端で上下動可能に支持したロボットアームとを含んでいる。
昇降装置１６Ｂは、ピストンヘッドをシリンダ内で、その長さ方向へ移動させる。ここでは、昇降装置１６Ｂは、供給装置１３を昇降させる。昇降装置１６Ｂは、リニアアクチュエータを含むことができる。リニアアクチュエータは、機械式、油圧式、空圧式、及び磁気式の何れであってもよい。リニアアクチュエータは、例えば、油圧シリンダ又は電動アクチュエータである。
第１質量計１４Ａは、塗工装置１０による塗工前のハニカム基材２０の質量ＭＳ１を測定する。
第２質量計１４Ｂは、塗工装置１０による塗工後のハニカム基材２０の合計質量ＭＳ２を測定する。
コントローラ１７は、処理部１７Ａと記憶部１７Ｂとを含んでいる。
処理部１７Ａは、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んでいる。記憶部１７Ｂは、処理部１７Ａに接続されている。記憶部１７Ｂは、処理部１７Ａが読み込むプログラムや、処理部１７Ａから供給されたデータを記憶する不揮発性メモリを含んでいる。
コントローラ１７は、吸引装置１２、第１質量計１４Ａ、第２質量計１４Ｂ、第３質量計１４Ｃ、補充装置１５、搬送装置１６Ａ、昇降装置１６Ｂ、入力装置１８、及び出力装置１９に接続されている。コントローラ１７は、入力装置１８を介してオペレータが入力する指令及び情報、並びに、第１質量計１４Ａ、第２質量計１４Ｂ及び第３質量計１４Ｃが出力する信号等に基づいて、吸引装置１２、補充装置１５、搬送装置１６Ａ、昇降装置１６Ｂ、及び出力装置１９の動作を制御する。
入力装置１８は、オペレータがコントローラ１７へ指令及び情報を入力するためのヒューマンインターフェースデバイスである。入力装置は、例えば、釦、キーボード、マウス、タッチパネル、及び音声入力装置の１以上である。
出力装置１９は、オペレータが認識可能な警告情報を出力する。出力装置１９は、例えば、ディスプレイ、警告灯、音声案内装置及びブザーの１以上である。ディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイ又は有機エレクトロルミネッセンスディスプレイである。警告灯は、例えば、発光ダイオードを含む。
＜２＞製造方法
上記の製造装置１を使用すると、例えば、以下の方法により排ガス浄化用触媒を製造することができる。
図５は、本発明の一実施形態に係る製造方法を示すフローチャートである。図６は、第１質量測定工程を示す断面図である。図７は、塗工液補充工程及び第２質量測定工程を示す断面図である。図８は、第１搬送工程を示す断面図である。図９は、塗工液供給工程を開始した様子を示す断面図である。図１０は、塗工液供給工程を完了した様子を示す断面図である。図１１は、吸引工程を示す断面図である。図１２は、第２搬送工程を示す断面図である。図１３は、第３質量測定工程を示す断面図である。
ここで説明する方法では、先ず、オペレータが、入力装置１８を介して、製造開始の指令をコントローラ１７へ入力する。この際、オペレータは、入力装置１８を介して、製造すべき排ガス浄化用触媒の数などの情報を、コントローラ１７へ更に入力することもできる。
次に、オペレータは、図６に示すように、ハニカム基材２０を第１質量計１４Ａの計量皿上に載置する。第１質量計１４Ａは、ハニカム基材２０の質量ＭＳ１を測定する（ステップＳ１）。第１質量計１４Ａは、この測定結果に対応した信号を、コントローラ１７へ出力する。
コントローラ１７は、第１質量計１４Ａが出力する信号から、ハニカム基材２０が第１質量計１４Ａの計量皿上に載置されたと判断する。そして、コントローラ１７は、第１質量計１４Ａが測定したハニカム基材２０の質量ＭＳ１を記憶する。
次に、コントローラ１７は、ノズルヘッド１５１が待機位置から補充位置へと移動するように、移動機構の動作を制御する。続いて、コントローラ１７は、予め定められている量の塗工液３０をノズルヘッド１５１が吐出するように、補充装置１５の動作を制御する。このとき、シリンダ内であってピストン１３２の上方には、空間が存在している。図７に示すように、ノズルヘッド１５１が吐出した塗工液３０は、この空間内に貯留される。このようにして、補充装置１５は、供給装置１３へ、具体的には、シリンダ内の上記空間へ塗工液を補充する（ステップＳ２）。
その後、供給装置１３が計量皿上に載置された第３質量計１４Ｃは、供給装置１３とこれに補充された塗工液との合計質量ＭＣ１を測定する（ステップＳ３）。第３質量計１４Ｃは、この測定結果に対応した信号をコントローラ１７へ出力する。コントローラ１７は、第３質量計１４Ｃが測定した合計質量ＭＣ１を記憶する。
次に、コントローラ１７は、ホルダ１１が塗工装置１０又は第２質量計１４Ｂから第１質量計１４Ａへ移動し、そこで、ホルダ１１がハニカム基材２０を保持するように搬送装置１６Ａの動作を制御する。続いて、コントローラ１７は、ホルダ１１が第１質量計１４Ａから塗工装置１０へ移動するように、搬送装置１６Ａの動作を制御する。これにより、ハニカム基材２０を、供給装置１３と接続部材１２１との間の塗工位置へ搬送する（ステップＳ４）。
次に、コントローラ１７は、ノズルヘッド１５１が補充位置から待機位置へと移動するように、移動機構の動作を制御する。続いて、コントローラ１７は、供給装置１３が上昇するように、昇降装置１６Ｂの動作を制御する。
供給装置１３が上昇すると、図８に示すように、シリンダの上側部分が筒状体２１の下側の開口部内へ侵入するとともに、板１３４Ａのうち、その第１貫通孔を取り囲んでいる部分が、筒状体２１の下側の縁と当接する。供給装置１３が更に上昇すると、当接部材１３４がハニカム基材２０をホルダ１１とともに押し上げ、筒状体２１の上方の端面が、接続部材１２１の開口を取り囲んだ縁部に当接する。即ち、上述した第１状態から第２状態へ変化する。第２状態において、シリンダは、ハニカム構造体２２から離間しており、好ましくは筒状体２１からも離間している。
供給装置１３が更に上昇すると、図９に示すように、シリンダ部材１３３及び当接部材１３４は位置を変化させず、ピストン１３２が基部１３１とともに上方へ更に移動する。シリンダ部材１３３が位置を変化させずに、ピストン１３２が上方へ移動すると、塗工液３０の液面は、表面張力によってシリンダの吐出口から突き出る。ピストン１３２が更に上方へ移動すると、塗工液３０の液面はハニカム構造体２２の下側端面と接触し、塗工液３０は下側端面上でその縁まで広がる。
供給装置１３が更に上昇すると、毛細管現象とピストン１３２が塗工液３０へ与える圧力とによって、塗工液３０の液面は、ハニカム構造体２２の下側端面よりも上方へ移動する。そして、ピストン１３２の上方への移動を完了すると、ピストンヘッドの上面の高さは、シリンダの吐出口とほぼ等しい高さとなる。この第３状態では、図１０に示すように、供給装置１３に貯留されていた塗工液３０のほぼ全量がハニカム構造体２２内へ移動している。なお、ピストンヘッドの上面は、ハニカム構造体２２の下側端面へ接触させてもよく、ハニカム構造体２２の下側端面へ接触させなくてもよい。
このように、昇降装置１６Ｂは、供給装置１３を上昇させる。供給装置１３は、上昇することにより、ハニカム基材２０へ、具体的にはハニカム構造体２２へ塗工液３０を供給する（ステップＳ５）。昇降装置１６Ｂが供給装置１３を上昇させる速度は、５０乃至１５０ｍｍ／秒の範囲内とすることが好ましい。
次に、コントローラ１７は、ハニカム基材２０内の空気をその上方の端部から吸引するように、吸引装置１２の動作を制御する（ステップＳ６）。これにより、塗工液３０の液面は更に上方へ移動し、図１１に示すように、ハニカム構造体２２に、塗工液３０からなる塗工層が隔壁上に形成された塗工部２２Ａと、塗工層３０Ｃが形成されていない非塗工部２２Ｂとが生じる。ここでは、ハニカム構造体２２の下側部分にのみ塗工液を塗工しているが、ハニカム構造体２２の全体へ塗工液を塗工してもよい。即ち、非塗工部２２Ｂは省略することができる。
次に、コントローラ１７は、供給装置１３が第３質量計１４Ｃの計量皿上へ載置されるまで下降するように、昇降装置１６Ｂの動作を制御する。続いて、コントローラ１７は、ホルダ１１が塗工装置１０から第２質量計１４Ｂへ移動するように、搬送装置１６Ａの動作を制御する。これにより、ハニカム基材２０を塗工位置から搬送する（ステップＳ７）。
供給装置１３が下降すると、ハニカム基材２０もホルダ１１とともに僅かに下降し、筒状体２１の上方の端面は、接続部材１２１の開口を取り囲んだ縁部から離間する。コントローラ１７は、供給装置１３が下降した後に、筒状体２１の上方の端面が接続部材１２１に当接したままとなるように、搬送装置１６Ａの動作を制御するとともに、この状態で、ハニカム基材２０内の空気をその上方の端部から吸引するように、吸引装置１２の動作を制御してもよい。この吸引動作によると、図１１を参照しながら説明した吸引動作と比較して、ハニカム構造体２２の下方の空間と上方の空間との間に生じさせる圧力差を大きくすることができる。従って、この追加の吸引動作を行うことにより、ハニカム構造体２２に占める塗工部２２Ａの割合を大きくすること、例えば、ハニカム構造体２２の全体を塗工部２２Ａとすることができる。
計量皿上に供給装置１３が載置された第３質量計１４Ｃは、供給装置１３と塗工液３０の残留分との合計質量ＭＣ２を測定する（ステップＳ８）。第３質量計１４Ｃは、この測定結果に対応した信号をコントローラ１７へ出力する。コントローラ１７は、第３質量計１４Ｃが測定した合計質量ＭＣ２を記憶する。
図１３に示すように、塗工後のハニカム基材２０が計量皿上に載置された第２質量計１４Ｂは、ハニカム基材２０と塗工層３０Ｃとの合計質量ＭＳ２を測定する（ステップＳ９）。第２質量計１４Ｂは、この測定結果に対応した信号をコントローラ１７へ出力する。コントローラ１７は、第２質量計１４Ｂが測定した合計質量ＭＳ２を記憶する。
次に、コントローラ１７は、合計質量ＭＣ１と合計質量ＭＣ２との差ＭＣ１－ＭＣ２を算出する。また、コントローラ１７は、合計質量ＭＳ２と質量ＭＳ１との差ＭＳ２－ＭＳ１を算出する。
コントローラ１７は、差ＭＣ１－ＭＣ２を、予め記憶している下限値ＭＣＬ及び上限値ＭＣＵと対比する。また、コントローラは、差ＭＳ２－ＭＳ１を、予め記憶している下限値ＭＳＬ及び上限値ＭＳＵと対比する（ステップＳ１０）。
コントローラ１７は、差ＭＣ１－ＭＣ２が不等式（１）に示す関係を満たし、且つ、差ＭＳ２－ＭＳ１が不等式（２）に示す関係を満たしている場合に、塗工量は適切であったと判断する。
ＭＣＬ＜ＭＣ１－ＭＣ２＜ＭＣＵ …（１）
ＭＳＬ＜ＭＳ２－ＭＳ１＜ＭＳＵ …（２）
コントローラ１７は、差ＭＣ１－ＭＣ２が不等式（１）に示す関係を満たしていないか、又は、差ＭＳ２－ＭＳ１が不等式（２）に示す関係を満たしていない場合に、塗工量は不適切であった可能性があると判断する。この場合、コントローラ１７は、オペレータが認識可能な警告情報を出力するように、出力装置１９の動作を制御する（ステップＳ１１）。以上のようにして、製造装置１による処理を終了する。
その後、このようにして塗工を行ったハニカム基材２０に対し、必要に応じて、１以上の塗工を更に行う。次いで、これを焼成することにより、排ガス浄化用触媒を得る。
＜３＞効果
上記のハニカム基材２０では、ハニカム構造体２２は、筒状体２１内の中間部に設置されており、筒状体２１の何れの端部内にも設置されていない。このようなハニカム基材２０への塗工液の塗工は、例えば、筒状体２１の一方の端部を塗工液に浸漬させ、他方の端部からハニカム基材２０内の空気を吸引することにより行うことができる。しかしながら、この方法では、筒状体２１のうち塗工液に浸漬させた部分と、筒状体２１の内面のうち塗工液に浸漬させた部分からハニカム構造体２２までの領域とに、塗工液が付着する。
塗工層のうち筒状体２１の外面に形成された部分は、排ガスの浄化に寄与しない。塗工層のうち筒状体２１の端部内面に形成された部分も、塗工層のうちハニカム構造体２２の隔壁上に形成された部分ほど効率的に排ガスを浄化し得ない。即ち、塗工層のうち筒状体２１の端部に形成された部分が占める割合が大きくなると、排ガス浄化性能は殆ど向上せず、高コストになる。
また、筒状体２１が金属製である場合、排ガス浄化用触媒と他の金属部品との溶接の妨げになるのを防止するべく、筒状体２１の端部から塗工層の少なくとも一部を除去する必要がある。このような追加の工程も、排ガス浄化用触媒の低コスト化を妨げる。
更に、塗工層のうち筒状体２１の端部に形成された部分が占める割合が大きくなると、塗工層のうちハニカム構造体２２の隔壁上に形成された部分の量を正確に把握することが困難になる。即ち、製造した排ガス浄化用触媒が設計通りの性能を発揮するものであるかを、塗工量から推定することが困難になる。
上記の製造装置１では、ハニカム基材２０の下方に位置する筒状体２１の開口部へシリンダを挿入し、シリンダの吐出口から吐出させた塗工液をハニカム構造体２２の下側端面へ供給する。それ故、筒状体２１の下方の端部に塗工液は殆ど付着せず、筒状体２１の上方の端部にも塗工液は付着しない。従って、上記の製造装置１によると、排ガス浄化用触媒を低コストで製造することが可能となる。更に、質量測定により、製造装置１における異常の早期発見が可能となるとともに、質量測定による不合格品の選別の精度が向上し、それ故、品質管理が容易になる。
また、シリンダがハニカム構造体２２の下側端面と接触した状態で、シリンダの吐出口からハニカム構造体２２の下側端面へ塗工液を供給すると、ハニカム構造体２２の下側端面周縁部へ十分な量の塗工液を供給できない。
上記の製造装置１では、シリンダの吐出口からハニカム構造体２２の下側端面へ塗工液を供給する際に、シリンダをハニカム構造体２２の下側端面から離間させる。それ故、ハニカム構造体２２の下側端面に対して、塗工液を均一に供給することが可能である。
このように、上記の製造装置１によると、筒状体の端部への塗工液の付着を生じ難くしつつ、筒状体の中間部に設置されたハニカム構造体の一端面に対して塗工液を均一に供給することが可能である。
＜４＞変形例
上記の製造装置及び製造方法には、様々な変形が可能である。
例えば、第１質量計１４Ａ及び第２質量計１４Ｂの一方は、省略してもよい。例えば、第２質量計１４Ｂを省略し、第１質量計１４Ａを利用して、塗工前後でハニカム基材２０の質量を測定してもよい。
コントローラ１７による塗工量の適否に関する判断は、差ＭＳ２－ＭＳ１を下限値ＭＳＬ及び上限値ＭＳＵと対比することなしに、差ＭＣ１－ＭＣ２を下限値ＭＣＬ及び上限値ＭＣＵと対比することによって行ってもよい。この場合、第１質量計１４Ａ及び第２質量計１４Ｂは省略することができる。
或いは、コントローラ１７による塗工量の適否に関する判断は、差ＭＣ１－ＭＣ２を下限値ＭＣＬ及び上限値ＭＣＵと対比することなしに、差ＭＳ２－ＭＳ１を下限値ＭＳＬ及び上限値ＭＳＵと対比することによって行ってもよい。この場合、第３質量計１４Ｃは省略することができる。
コントローラ１７による塗工量の適否に関する判断では、閾値として上限値及び下限値を設定しているが、閾値として上限値及び下限値の一方のみを設定してもよい。例えば、コントローラ１７による塗工量の適否に関する判断では、差ＭＳ２－ＭＳ１を上限値ＭＳＵと対比することなしに、下限値ＭＳＬと対比してもよい。また、コントローラ１７による塗工量の適否に関する判断では、差ＭＣ１－ＭＣ２を下限値ＭＣＬと対比することなしに、上限値ＭＣＵと対比してもよい。
コントローラ１７による塗工量の適否に関する判断は、行わなくてもよい。この場合、第１質量計１４Ａ、第２質量計１４Ｂ、第３質量計１４Ｃ及び出力装置１９は、省略することができる。
第１質量計１４Ａの計量皿上へのハニカム基材２０の載置は、手動で行う代わりに、自動で行ってもよい。
製造装置１は、それが自動で行う動作の１以上を、手動で行うように変更してもよい。例えば、補充装置１５、搬送装置１６Ａ、及び昇降装置１６Ｂの１以上が行う動作を、手動で行うように変更してもよい。例えば、搬送装置１６Ａを省略し、ホルダ１１を塗工位置に上下動可能に設置して、ホルダ１１へのハニカム基材２０の着脱を手動で行ってもよい。
製造装置１は、コントローラ１７による制御の一部又は全てを、手動で行うように変更してもよい。例えば、コントローラ１７による制御の全てを手動で行うように変更した場合、コントローラ１７及び入力装置１８は省略することができる。
１…製造装置、１０…塗工装置、１１…ホルダ、１２…吸引装置、１３…供給装置、１４Ａ…第１質量計、１４Ｂ…第２質量計、１４Ｃ…第３質量計、１５…補充装置、１６Ａ…搬送装置、１６Ｂ…昇降装置、１７…コントローラ、１７Ａ…処理部、１７Ｂ…記憶部、１８…入力装置、１９…出力装置、２０…ハニカム基材、２１…筒状体、２２…ハニカム構造体、３０…塗工液、３０Ｃ…塗工層、１２１…接続部材、１３１…基部、１３２…ピストン、１３３…シリンダ部材、１３４…当接部材、１３４Ａ…板、１３４Ｂ…ボルト、１３４Ｃ…ナット、１３５…付勢部材。

Claims (6)

  1. 筒状体と、前記筒状体内の中間部に設置され該筒状体の軸方向に各々が伸びた複数の孔を有しているハニカム構造体とを有するハニカム基材に、触媒層を形成するための排ガス浄化用触媒の製造装置であって、
    前記ハニカム基材を直立させた状態で保持するホルダと、
    塗工液を吐出する吐出口を上端に有し、前記ハニカム基材の下方に位置する前記筒状体の開口部に挿入され前記ハニカム構造体の下面と正対するシリンダと、前記シリンダ内に設置され、該シリンダ内に蓄えられた前記塗工液を上方に押し上げることで前記吐出口から前記塗工液を吐出可能にするピストンとを含む供給装置と
    を備え、
    前記シリンダの前記上端と前記ハニカム構造体の前記下面との間にクリアランスを有することを特徴とする製造装置。
  2. 前記供給装置は、
    前記ピストンが固定された基部と、
    前記シリンダに対する下方への相対的な移動が規制され前記ハニカム基材の下端と当接する当接部材と、
    前記シリンダを上向きに付勢する付勢部材と
    を更に含み、
    前記ハニカム基材の下端が前記当接部材に当接し、前記基部を押上げることで前記ピストンが前記シリンダに対して相対的に上昇することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
  3. 前記シリンダの内部空間は、その上側端部で、上方へ向けて拡径していることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。
  4. 前記ピストンの上面に溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造装置。
  5. 前記ハニカム基材の上端から前記ハニカム基材内の空気を吸引する吸引装置を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の製造装置。
  6. 前記シリンダ内であって、前記ピストンの上方の空間へ前記塗工液を補充する補充装置と、
    前記ピストンを押し上げる昇降装置と
    を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の製造装置。
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