催化劑用漿料的涂布裝置的制作方法

本發明涉及例如向凈化汽車廢氣的整體型催化劑的蜂窩基材涂布包含催化物質的漿料的裝置。

背景技術：

以往，作為凈化汽車的廢氣的裝置，已知有使用了整體型催化劑的凈化裝置。整體型催化劑包含具有使氣體向一個方向流通的多個相互平行的流通孔的近似圓柱狀的蜂窩基材，在該蜂窩基材的各流通孔的內面涂布有包含催化物質的漿料。這樣，當廢氣沿著蜂窩基材的軸向通過整體型催化劑的多個流通孔時，就可以利用與催化物質之間的化學反應將廢氣凈化。

這樣，在廢氣流過圓柱狀的整體型催化劑的情況下，一般而言，與沿著整體型催化劑的徑向位于中心部的流通孔相比，周部附近的流通孔的廢氣的流動變差。因此，整體型催化劑的周部附近與中心部相比廢氣的凈化效率差。

為了消除上述的不佳狀況，在催化劑的制造時，想了使蜂窩基材的中心部的漿料的涂布量多于周部等各種辦法用于提高廢氣的凈化效率。例如，根據日本特開2009-136833號公報中公開的涂布裝置，在蜂窩基材的漿料的供給側配置網體、板體等阻擋體，使周部的流動比中心部差，給中心部和周部的漿料的涂布量帶來差別。

技術實現要素：

但是，如果像日本特開2009-136833號公報的涂布裝置那樣，在漿料向蜂窩基材的供給側配置阻擋體，漿料就會附著并殘留于阻擋體，相應地使得漿料的消耗量變多。由于漿料中所含的催化物質包含鉑、鈀等貴金屬，因此如果漿料的消耗量變多，整體型催化劑的制造成本就會升高。另外，如果漿料向阻擋體的附著量產生不均，則漿料向蜂窩基材的涂布量會產生不均，從而在整體型催化劑的品質上產生不均。

另外，附著于阻擋體的漿料干燥而凝固，當該干燥了的漿料塊混入液狀的漿料時，該塊就會進入蜂窩基材的多個流通孔而產生堵塞，整體型催化劑的性能降低，品質降低。

此外，當在漿料的供給側配置阻擋體時，漿料中所含的無機氧化物會起到研磨劑的作用而切削阻擋體，不久之后就需要更換阻擋體，相應地使整體型催化劑的制造成本升高。

本發明的目的在于，提供可以廉價地制造品質良好、性能高的整體型催化劑的催化劑用漿料的涂布裝置。

本發明的催化劑用漿料的涂布裝置是向在第一方向上貫通基材而相互鄰接地延伸的多個流通孔的內面涂布含有催化物質的漿料的裝置，具有：供給機構，其從沿著第一方向的基材的一端側向多個流通孔供給漿料；氣流發生機構，其產生從基材的一端側朝向沿著第一方向的另一端側流過多個流通孔的氣流，使由供給機構從基材的一端側供給的漿料通過多個流通孔而送向另一端，使漿料從基材的一端到達沿著第一方向的基材的全長的中途；和氣流抑制機構，其被與基材的另一端隔開間隔、并與多個流通孔中的幾個第一流通孔的沿著第一方向的下游側的端部相對地配置，使流過第一流通孔的空氣的流動比流過其他第二流通孔的空氣的流動慢。

附圖說明

圖1是表示實施方式的涂布裝置的示意圖。

圖2是表示投入圖1的涂布裝置的蜂窩基材的一例的立體圖。

圖3是表示安裝于圖1的涂布裝置中的圓環狀的網的俯視圖。

圖4是表示安裝于圖1的涂布裝置中的圓環狀的板的俯視圖。

圖5是表示使用圖3的網或圖4的板并改變隔離件的厚度時的組合例的表。

圖6是表示基于圖5的表的漿料的涂布幅度差的關系的圖。

圖7是用實際的蜂窩基材表示基于圖5的表的圖6的涂布幅度差的一例的剖面圖。

圖8是表示使涂布裝置的參數(開口率)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖9是表示使涂布裝置的參數(流通孔的直徑)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖10是表示使涂布裝置的參數(間隙)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖11是表示使涂布裝置的參數(抽吸風速)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖12是表示使涂布裝置的參數(抽吸時間)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖13是表示使涂布裝置的參數(漿料的粘度)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖14是表示使涂布裝置的參數(漿料的供給量)變化時的漿料的涂布幅度差的變化的圖。

圖15是表示投入圖1的涂布裝置的蜂窩基材的另一例的立體圖。

圖16是表示對于圖15的蜂窩基材不設置阻擋體地涂布漿料時的涂布形狀的剖面圖。

圖17是表示對于圖15的蜂窩基材在設有阻擋體的狀態下涂布漿料時的涂布形狀的剖面圖。

具體實施方式

以下，在參照附圖的同時，對實施方式進行詳細說明。

圖1是表示在蜂窩基材1的多個流通孔的內面涂布漿料的涂布裝置10的一例的示意圖。漿料例如包含凈化汽車的廢氣的催化物質。該種催化物質包含鉑、鈀等貴金屬。本實施方式的涂布裝置10是用于制造用于凈化汽車的廢氣的整體型催化劑的裝置。

對于汽車的廢氣，流過整體型催化劑的廢氣的流量分布隨著車種類而不同，廢氣的流動方式也隨著催化劑的包殼形狀、配管的彎曲情況而改變。因此，為了提高廢氣的凈化效率，優選與車種類、催化劑的安裝位置等匹配地設計漿料向蜂窩基材1的涂布形狀。本實施方式的涂布裝置10是能夠控制漿料向蜂窩基材1的涂布形狀的裝置。

蜂窩基材1例如如圖2所示，具有近似圓柱狀的外形，具有沿軸向貫通了蜂窩基材1的多個流通孔2。圖1中，為了使說明容易理解，用實線表示出實際上觀察不到的多個流通孔2。多個流通孔2被沿著軸向相互平行地鄰接地延伸設置。本實施方式中，將所有的流通孔2的截面積設計為相同的截面積。各流通孔2的截面形狀可以制成圓形、六角形等任意的形狀。另外，蜂窩基材1可以利用堇青石等陶瓷、不銹鋼來制造。

涂布裝置10具有支撐蜂窩基材1的軸向的下端1b的支撐臺11。支撐臺11的內部為空腔，該具有空腔的支撐臺11作為風箱12發揮作用。在支撐臺11的上面11a，形成有與風箱12的空腔連通的圓形的開口11b。在開口11b，安裝有例如圖3所示的圓環狀的網3(網狀構件)、或圖4所示的圓環狀的板4(板狀構件)等阻擋體5(氣流抑制機構)。此外，為了從該阻擋體5向圖示上方隔開間隔地配置蜂窩基材1，在阻擋體5與蜂窩基材1的下端1b之間配置圓環板狀的隔離件6(調節機構)。即，通過改變隔離件6的厚度，可以改變阻擋體5與蜂窩基材1的下端1b之間的距離。

涂布裝置10還具備對風箱12的空腔抽真空的鼓風機7(氣流發生機構)。本實施方式中，作為氣流發生機構使用了鼓風機7，然而也可以通過從蜂窩基材1的上端1a側向多個流通孔2送入壓縮空氣來產生流過多個流通孔2的氣流。

如果在夾隔著隔離件6將蜂窩基材1安置于支撐臺11的狀態下使鼓風機7運轉，風箱12的空腔被抽吸而在開口11b產生負壓，產生從蜂窩基材1的上端1a朝向下端1b通過多個流通孔2的氣流。此時，如果經由安裝于蜂窩基材1的上端1a的漏斗狀的供給架8(供給機構)供給漿料，則漿料被從蜂窩基材1的上端1a側抽吸到多個流通孔2中，在各流通孔2的內面涂布漿料。

漿料的供給量被設定為如下的量，即，在將經由供給架8一次性供給的漿料的全部量涂布于蜂窩基材1的流通孔2的狀態下，漿料到達多個流通孔2的全長的中途的量。也就是說，根據本實施方式的涂布裝置10，漿料不會從蜂窩基材1的下端1b流出，阻擋體5不會被漿料潤濕。因此，基本上沒有漿料的浪費，相應地可以使成本便宜。

隔離件6具有與蜂窩基材1的外徑大致相同直徑的圓形的開口6a。另外，支撐臺11也具有與蜂窩基材1的外徑大致相同直徑的圓形的開口11b。因此，如果在支撐臺11的開口11b沒有安裝阻擋體5的狀態下使鼓風機7運轉，流過蜂窩基材1的全部流通孔2的氣流的速度就會相同，漿料向全部流通孔2的涂布幅度會大致相同。需要說明的是，此處所說的漿料的涂布幅度是從蜂窩基材1的上端1a到漿料到達的位置的距離。

與之相對，如果像本實施方式那樣，在支撐臺11的開口11b安裝有圓環狀的阻擋體5的狀態(圖1的狀態)下使鼓風機7運轉而供給漿料，向位于蜂窩基材1的徑向的外側的外周區域2b的流通孔2(第一流通孔)抽吸漿料的抽吸力就會比向位于靠近蜂窩基材1的徑向的中心的中央區域2a的流通孔2(第二流通孔)抽吸漿料的抽吸力弱。其結果是，在漿料向位于蜂窩基材1的中央區域2a的流通孔2的涂布幅度與漿料向位于外周區域2b的流通孔2的涂布幅度之間產生差別。

即，阻擋體5具有直徑小于蜂窩基材1的外徑的開口5a，與位于蜂窩基材1的徑向的外側、即外周區域2b的流通孔2(第一流通孔)相對。于是，阻擋體5的開口5a與位于蜂窩基材1的徑向的內側、即中央區域2a的流通孔2(第二流通孔)相對。其結果是，流過與阻擋體5相對的外周區域2b的流通孔2的氣流的速度比中央區域2a的流通孔2慢，漿料的涂布幅度在外周區域2b比中央區域2a短。

本申請發明人們為了將該涂布幅度差(蜂窩基材1的外周區域2b與中央區域2a中的漿料的涂布幅度的差別)控制為所期望的值，測定了對阻擋體5的種類(網3或板4)及隔離件6的厚度(蜂窩基材1與阻擋體5之間的距離)進行各種改變時的涂布幅度差，考察了阻擋體5的種類和隔離件6的厚度對涂布幅度差造成的影響。將此時的阻擋體5的種類與隔離件6的厚度的組合例表示于圖5中。另外，將此時的涂布幅度差的測定結果表示于圖6中。

需要說明的是，其他的測定條件如下所示地設定。

·蜂窩基材1的外徑：103mm

·阻擋體5的外徑：103mm、開口5a的內徑：60mm

·網3的網眼的大小：250目

·漿料的固含量：30％、粘度：0.4s-1…4000mpa·s、涂布量：250g

·鼓風機7的抽吸時間：5sec、風速：40m/s

而且，利用鼓風機7產生的氣流的風速是在投入漿料前的狀態下測量的值。

在以上的條件下，將漿料涂布于蜂窩基材1并使之干燥后，將蜂窩基材1沿著長度方向(第一方向)在中央切斷，實際測定出漿料的涂布幅度差。

其結果是，如圖6所示，可知在作為阻擋體5設置板4的情況和設置網3的情況這兩種情況下，如果減小蜂窩基材1的下端1b與阻擋體5之間的距離(間隙)(即隔離件6的厚度)，則顯示出涂布幅度差變大的趨勢，如果增大兩者的距離，則顯示出涂布幅度差變小的趨勢。可以認為這是因為，通過使阻擋體5靠近蜂窩基材1，在與阻擋體5相對的外周區域2b的流通孔2的出口處氣流的流動變差。

換言之，可知通過改變蜂窩基材1的下端1b與阻擋體5之間的距離，即隔離件6的厚度，可以控制涂布幅度差。即，該情況下，對于不受阻擋體5的影響的與開口5a相對的中央區域2a的流通孔2，漿料的涂布幅度不會隨著隔離件6的厚度而變化，僅外周區域2b的流通孔2中的涂布幅度根據隔離件6的厚度而變化。然而也可知，如果使阻擋體5與蜂窩基材1間隔30mm以上，則與不設置阻擋體5的情況相比基本上沒有改變。

另外，在作為阻擋體5使用網3的情況下也可以不使用隔離件6而使網3與蜂窩基材1接觸地配置，然而在使用板4的情況下需要使之與蜂窩基材1的下端1b隔開間隔。然而，即使在使用網3的情況下，也不優選與蜂窩基材1的下端接觸地配置。

即，如果使網3與蜂窩基材1的下端1b接觸，則蜂窩基材1可能會破裂或缺損。為了防止蜂窩基材1的破損，也可以考慮減慢安置蜂窩基材1時與網3接觸的速度(使之緩慢地接觸)的方法，然而導致生產節拍時間變長，生產率降低。另外，還可以考慮使網3的原材料比蜂窩基材1柔軟的方法，然而網3的剛性降低而變得容易變形，有可能不會作為阻擋體5令人滿意地發揮作用。

因此，本實施方式中，將阻擋體5(即使是網3)至少與蜂窩基材1的下端1b隔開間隔地配置。如上所述，為了形成涂布幅度差，使蜂窩基材1的下端1b到阻擋體5的距離大于0mm且小于30mm即可，然而實際上，如果該距離大于15mm，則涂布幅度差為10mm以下，因此優選使阻擋體5不與蜂窩基材1接觸，且兩者的距離為20mm以內。

另外，如圖6所示，可知在作為阻擋體5使用了網3的情況和使用了板4的情況下，如果隔離件6的厚度相同，則使用了板4的情況與使用了網3的情況相比涂布幅度差變大。可以認為這是因為，網3可以使氣流通過，而板4不能使氣流通過。即可知，在意圖形成較大的涂布幅度差的情況下，有效的做法是作為阻擋體5使用板4。例如，在如圖6所示使板4與蜂窩基材1的下端1b隔開1.8mm地配置的例子中，涂布幅度差最大，抑制氣流的流動的效果最大地表現出來。將此時的蜂窩基材1的實際的涂布形狀表示于圖7中。

另一方面，如圖6所示，可知在使網眼較粗的200目的網3與蜂窩基材1的下端1b接觸地配置的例子中，涂布幅度差小于5mm，基本上未作為阻擋體5發揮作用。即，如果網3不是網眼小于200目的網，則基本上不會作為阻擋體5發揮作用。

根據以上的結果可知，為了控制涂布幅度差，只要恰當地選擇阻擋體5的種類(也包括網的網眼)、恰當地設定隔離件6的厚度即可。另外，漿料向蜂窩基材1的涂布形狀當然可以通過變更阻擋體5的形狀及與蜂窩基材1的軸向正交的面方向上的阻擋體5的配置位置而任意地變更。

以下，考察對涂布幅度差造成影響的其他條件。對涂布幅度差造成影響的參數除了上述的阻擋體5與蜂窩基材1之間的間隙、阻擋體5的種類以外，還有阻擋體5(板4’)的開口率、蜂窩基材1的流通孔2的直徑、鼓風機7的抽吸風速、抽吸時間、漿料的粘度、漿料的涂布量等。

模擬了基本條件如下的情況：將具有直徑103mm、軸向的長度83mm的外徑的蜂窩基材1安置于涂布裝置10中，使具有多個開口孔(0.8mmφ)的板4’(未圖示)與蜂窩基材1的下端1b間隔3mm地配置，供給粘度130mpas的漿料180g，以抽吸風速40m/s、抽吸時間3sec使鼓風機7運轉。而且，板4’的開口率(開口孔的總面積相對于不含開口5a的板4’的面積的比)設為30％。該基本條件下涂布漿料時的涂布幅度差的模擬結果為13.6mm。

此后，逐個地變更上述的各參數而考察了涂布幅度差的變化。將其結果表示于圖8～圖14中。

如圖8所示，如果減小板4’的開口率(即，減少開口孔的數目)，則通過板4’的開口孔的氣流變少，涂布幅度差變大。相反，如果增大板4’的開口率，則通過板4’的開口孔的氣流變多，涂布幅度差變小。另外可知，如果減小板4’的開口率而減少通過開口孔的氣流的流動，則漿料向蜂窩基材1的中央區域2a的流通孔2的涂布部與漿料向外周區域2b的流通孔2的涂布部之間的階梯形狀變得陡峭，如果增大板4’的開口率而增多通過開口孔的氣流的流動，則上述的階梯形狀變得平緩。

如圖9所示，即使使板4’的開口孔的直徑變化(開口率恒定)，在涂布幅度差方面也基本上不會顯現出變化。

如圖10所示，如果減小蜂窩基材1的下端1b與板4’之間的間隙，則與板4’相對的流通孔2的氣流的流動變差，涂布幅度差變大。相反，如果增大蜂窩基材1的下端1b與板4’之間的間隙，則空氣容易流過與板4’相對的流通孔2，涂布幅度差變小。另外可知，如果減小板4’相對于蜂窩基材1的間隙，則漿料向蜂窩基材1的中央區域2a的流通孔2的涂布部與漿料向外周區域2b的流通孔2的涂布部之間的階梯形狀變得陡峭，如果增大板4’相對于蜂窩基材1的間隙，則上述的階梯形狀變得平緩。

如圖11所示，如果減慢鼓風機7的抽吸風速，則流過與板4’的開口5a相對的流通孔2的氣流也變慢，涂布幅度差變小。相反，如果加快鼓風機7的抽吸風速，則流過與板4’的開口5a相對的流通孔2的氣流也變快，涂布幅度差變大。另外可知，如果減慢鼓風機7的抽吸風速，則漿料向蜂窩基材1的中央區域2a的流通孔2的涂布部與漿料向外周區域2b的流通孔2的涂布部之間的階梯形狀變得平緩，如果加快鼓風機7的抽吸風速，則上述的階梯形狀變得陡峭。

如圖12所示，如果縮短鼓風機7的抽吸時間，則產生的氣流的量(風量)也變化，涂布幅度差變小。相反，如果延長鼓風機7的抽吸時間，則產生的氣流的量(風量)也變化，涂布幅度差變大。

如圖13所示，如果降低漿料的粘度，則漿料容易流過與板4的開口5a相對的流通孔2，涂布幅度差變大。相反，如果提高漿料的粘度，則漿料流過與板4的開口5a相對的流通孔2的速度變慢，涂布幅度差變小。

如圖14所示，在使漿料的供給量變化的情況下，在涂布幅度差方面基本上不會顯現出變化。

如上所述，根據本實施方式，在將涂布裝置10的上述的各種參數設定為恰當的值后，例如通過僅調整隔離件6的厚度，就可以將蜂窩基材1的中央區域2a與外周區域2b中的流通孔2的涂布幅度差控制為所期望的值。由此，利用簡單的構成，就可以廉價地制造品質良好且性能高的整體型催化劑。

上述的實施方式中，由于具有通過蜂窩基材1的外周區域2b的流通孔2的氣流比通過中央區域2a的流通孔2a的氣流慢的性質，因此使漿料向外周區域2b的流通孔2的涂布幅度比中央區域2a小。然而，有效的做法是，優選使通過外周區域2b的流通孔2的氣流的速度與通過中央區域2a的流通孔2的氣流的速度相同。因此，可以考慮使外周區域2b的流通孔2的直徑大于中央區域2a的流通孔2的直徑的方法。

近年來，不斷開發出使蜂窩基材1的外周區域2b的流通孔2的直徑大于中央區域2a的流通孔2的直徑的整體型催化劑。

圖15表示出使位于中央區域2a的流通孔22的直徑較小、使包圍該流通孔22的外側的外周區域2b的流通孔24的直徑較大的蜂窩基材21的一例。該蜂窩基材21除了使中央區域2a的流通孔22與外周區域2b的流通孔24的直徑不同以外，具有與上述的蜂窩基材1相同的結構及相同的尺寸。具體而言，對于中央區域2a的流通孔22，在1英寸見方中設有600個，對于外周區域2b的流通孔24，在1英寸見方中設有400個。

這樣，如果使外周區域2b的流通孔24的直徑大于中央區域2a的流通孔22的直徑，則外周區域2b的流通孔24中氣流容易流動，可以使流過中央區域2a的流通孔22的氣流的速度與流過外周區域2b的流通孔24的氣流的速度為大致相同的速度。

然而，如果將該蜂窩基材21安置于涂布裝置10中，不使用阻擋體5，使全部的流通孔22、24中產生氣流而供給漿料，則與中央區域2a的流通孔22相比，外周區域2b的流通孔24的漿料的流動變得更好。由此，如圖16所示，與中央區域2a的流通孔22中的漿料的涂布幅度相比，外周區域2b的流通孔24中的漿料的涂布幅度更大。

與此相對，如果將圖15的蜂窩基材21安置于涂布裝置10中，將阻擋體5安裝于裝置中而供給漿料，使鼓風機7運轉而進行抽吸，則如圖17所示，可以使位于中央區域2a的流通孔22中的漿料的涂布幅度與位于外周區域2b的流通孔24中的漿料的涂布幅度為大致相同的長度。換言之，在將涂布裝置10的上述的各種參數設定為恰當的值后，例如僅通過調節隔離件6的厚度，就可以使漿料的涂布幅度在中央區域2a和外周區域2b相同。本實施方式中，相對于中央區域2a的流通孔22的截面積將外周區域2b的流通孔24的截面積設計為約1.5倍而使漿料的涂布幅度在全部的流通孔22、24中相同，然而最佳的面積比根據阻擋體5的開口率、隔離件6的厚度而變化。

另外，作為其他的整體型催化劑，從蜂窩基材的軸向的兩端涂布了不同種類(或相同種類)的漿料的催化劑正在得到普及。本實施方式的涂布裝置10作為該種整體型催化劑的制造裝置而言也有用。即，在制造這樣的整體型催化劑的情況下，由于從蜂窩基材的一端側涂布的漿料的涂布幅度與從另一端側涂布的漿料的涂布幅度彼此相關，因此控制涂布幅度是有效的。

上述的實施方式并不限定本發明，而是給出一例，并非限定發明的范圍。由此，上述的實施方式可以在不脫離發明的主旨的范圍中進行各種變更。

例如，上述的實施方式中，對沿著漿料的供給方向與蜂窩基材的下游側隔開間隔地設置網、板等阻擋體而使通過流通孔的氣流的速度具有差別的情況進行了說明，然而并不限定于此，只要是可以在不與漿料接觸的狀態下抑制流通孔的氣流的方法，則可以使用任何方法。另外，上述的實施方式中，對使圓環狀的阻擋體與蜂窩基材相對的情況進行了說明，然而阻擋體的形狀可以是任何的形狀，只要設為與意圖減小漿料的涂布幅度的流通孔相對的形狀即可。