JP4837792B2

JP4837792B2 - 封口装置

Info

Publication number: JP4837792B2
Application number: JP2011071720A
Authority: JP
Inventors: 康輔魚江; 照夫小森; 正春森
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: KR20130028716A; US8840387B2; PL2535159T3; EP2535159A4; US20130022697A1; WO2011122636A1; EP2535159B1; EP2535159A1; BR112012024624A2; JP2011224984A; CN102791449A

Description

本発明は封口装置に関する。

従来より、ハニカムフィルタ構造体が、DPF（Diesel particulate filter）用等として広く知られている。このハニカムフィルタ構造体は、多数の貫通孔を有するハニカム構造体の一部の貫通孔の一端側を封口材で封じると共に、残りの貫通孔の他端側を封口材で封じた構造を有する。そして、特許文献１には、このようなハニカムフィルタ構造体を製造する方法が開示されている。特許文献１では、シリンダ７内に配置したハニカム構造体１の一端に対して、ピストン８により封口材を押圧することにより、ハニカム構造体の貫通孔の端部に封口材を供給している。

特公昭６３−２４７３１号公報

しかしながら、従来の方法では、ハニカム構造体の一端側を封口材で封じた後に、ピストンをハニカム構造体から引き離すことが困難であり、生産効率が低下していた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、生産効率に優れた封口装置を提供することを目的とする。

本発明に係る封口装置は、凹部及び前記凹部の内面に開口する連通路を有する本体部と、凹部を覆うように前記本体部に固定された弾性板と、連通路に接続されたポンプと、を備えた封口装置である。

本発明によれば、次の手順によりハニカム構造体の貫通孔に封口材を供給することが出来る。まず、ポンプで本体部の凹部内の流体を排出することにより弾性板を本体部の凹部に沿うように変形させ、弾性板の凹部を形成する。次に、弾性板の凹部内に封口材を供給し、さらに凹部上にハニカム構造体を保持する。続いて、ポンプで本体部の凹部内に流体を供給することにより、変形した弾性板をハニカム構造体に向かって押圧し弾性板の変形を解消させる。これにより、弾性板の凹部内の封口材がハニカム構造体の貫通孔内に供給される。

続いて、ポンプにより本体部の凹部内にさらに流体を供給することにより、弾性板におけるハニカム構造体の一端部と対向する部分が本体部の凹部とは逆方向に凸状に変形する。これにより、弾性板におけるハニカム構造体の一端面と対向する部分の周辺部と前記一端面とが引き離されるため、本体部から容易にハニカム構造体を引き離すことが出来る。

ここで、弾性板は、ゴム板であることが好ましい。これにより、弾性板の変形が容易に行なえる。

また、弾性板上に配置され、複数の貫通孔を有するマスクをさらに備えることが好ましい。

これにより、ハニカム構造体の所望の貫通孔群に対して封口材を供給することが容易となる。

また、弾性板上において本体部に対してハニカム構造体を固定する状態と、本体部から離れる方向にハニカム構造体を移動可能とする状態と、を切替える、保持部をさらに備えることが好ましい。

これにより、弾性板により封口材を貫通孔内に供給する際に、ハニカム構造体が動くことを抑制でき、供給が良好に行える。

本発明によれば、生産効率に優れた封口装置が提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係る封口装置の概略断面図である。図２は、図１の封口装置のＩＩ−ＩＩ矢視図である。図３の（ａ）は、図１の封口装置で用いるハニカム構造体の斜視図、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の部分拡大図である。図４の（ａ）は、図１のマスクの斜視図、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の部分拡大図である。図５の（ａ）は、図１の封口装置の動作を説明する部分断面図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に続く部分断面図である。図６の（ａ）は、図５の（ｂ）に続く部分断面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に続く部分断面図である。図７の（ａ）は、図６の（ｂ）に続く部分断面図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に続く部分断面図である。図８の（ａ）は、図７の（ｂ）に続く部分断面図であり、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に続く部分断面図である。

本発明に係る封口装置の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態の一例に係る封口装置１００の概略断面図である。本実施形態に係る封口装置１００は、主として、本体部１０、弾性板２０、ポンプ５０、保持部８０を備える。

本体部１０は、剛性材料から形成されている。剛性材料としては、ステンレス等の金属や、繊維強化プラスチック等のポリマー材料が挙げられる。本体部１０の上面１０ａには、凹部１０ｄが形成されている。本実施形態では、凹部１０ｄの形状は、図１及び図２に示すように、円柱状とされている。そして、本体部１０の上面１０ａに対して、凹部１０ｄの側面１０ｂが垂直、かつ、底面１０ｃが平行とされている。凹部１０ｄの直径は、例えば、１００〜３２０ｍｍとすることができる。凹部１０ｄの深さは、例えば、０．２〜２０ｍｍとすることができる。

弾性板２０は、凹部１０ｄの開口面を覆うように、本体部１０の上面１０ａ上に、配置されている。弾性板２０は、弾性を有し、容易に変形しうる。弾性板２０としては、ゴム板が好ましい。ゴムとしては、天然ゴムや、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ふっ素ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴムが挙げられる。弾性板２０の厚みは特に限定されないが、例えば、０．３〜３．０ｍｍとすることができる。

弾性板２０は、リング部材２５、及び、ボルト３１により本体部１０に固定されている。リング部材２５は、本体部１０の凹部１０ｄに対応する位置に開口２５ａを有し、これにより環状形状をなしている。そして、リング部材２５は、弾性板２０における中央部（凹部１０ｄとの対向部）が露出するように弾性板２０上に配置されている。これにより、弾性板２０の周辺部が、本体部１０とリング部材２５とにより挟まれている。リング部材２５及び弾性板２０には貫通孔ｈがそれぞれ形成され、本体部１０には、これら貫通孔ｈに対応するねじ孔ｊが形成されており、ボルト３１がこれらの貫通孔ｈを貫通して配置され、ねじ孔ｊにねじ込まれて固定されることにより、本体部１０の上面１０ａにおける凹部１０ｄのまわりの部分に、弾性板２０の周辺部が密着して固定されている。

図１及び図２に示すように、リング部材２５の開口２５ａの内径は、本体部１０の凹部１０ｄの内径よりも大きくされていることが好ましい。

本体部１０は、さらに、凹部１０ｄの底面１０ｃに開口する連通路１０ｅを有している。なお、本実施形態では、連通路１０ｅは凹部１０ｄの底面１０ｃに開口しているが、凹部１０ｄの内面に開口していれば良く、例えば、凹部１０ｄの側面１０ｂに開口していてもよい。また、連通路１０ｅの開口の形状や数も特に限定されない。

連通路１０ｅには、接続パイプ１４を介してポンプ５０が接続されている。

ポンプ５０は、シリンダ５１、シリンダ５１内に配置されたピストン５３、及び、ピストン５３に接続されたピストンロッド５４を備える。ピストンロッド５４には、ピストンロッド５４を軸方向に往復移動させるモータ５５が接続されている。なお、ピストンロッド５４を手動で動かしてもよい。

本実施形態では、弾性板２０と、ピストン５３と、の間には、本体部１０、接続パイプ１４、及び、シリンダ５１により形成される閉鎖空間Ｖが形成され、閉鎖空間Ｖ内には、流体ＦＬが充填されている。流体ＦＬは、特に限定されないが、液体が好ましく、特に、スピンドルオイル等が好ましい。そして、ピストン５３を移動させることにより、本体部１０の凹部１０ｄ内から流体ＦＬを排出することができ、また、凹部１０ｄ内に流体ＦＬを供給することが出来る。また、流体ＦＬが、空気等のガスであることも好適である。

本体部１０の上には、保持部８０が設けられている。保持部８０は、ハニカム構造体７０を保持する保持具８１、及び保持具８１が接続された空気圧シリンダ８２を有する。

保持具８１は、ハニカム構造体７０を、図１に示すように、貫通孔７０ａの一方側の開口面が弾性板２０及び凹部１０ｄと対向するように保持する。

空気圧シリンダ８２は、上下方向に延びるシリンダ８２ａと、シリンダ８２ａ内に設けられたピストン８２ｂとを有し、外部からの供給する圧力を調整することによりピストン８２ｂの上下両側での圧力を調節可能となっている。そして、これにより空気圧シリンダ８２は、保持具８１を、ハニカム構造体７０と弾性板２０とが近づく方向及びこれらが互いに離れる方向にそれぞれ移動可能である。また、空気圧シリンダ８２は、ピストン８２ｂの前後のガスの供給圧力に応じて保持具８１を下方に所定の力で押圧することにより、ハニカム構造体７０を後述するマスク１７０に対して密着させることができる。さらに、空気圧シリンダ８２は、ピストンの前後の圧力を開放することにより、保持具８１が上下方向に自由に移動することを許可することもできる。すなわち、保持部８０は、保持具８１が保持したハニカム構造体７０を上方向に自由に移動可能とする状態と、ハニカム構造体７０を本体部１０に対して固定する状態とを切替え可能である。

本実施形態で用いる一例のハニカム構造体７０は、図３の（ａ）に示すように、多数の貫通孔７０ａが略平行に配置された円柱体である。貫通孔７０ａの断面形状は、図３の（ｂ）に示すように正方形である。これらの複数の貫通孔７０ａは、ハニカム構造体７０において、端面から見て、正方形配置、すなわち、貫通孔７０ａの中心軸が、正方形の頂点にそれぞれ位置するように配置されている。貫通孔７０ａの断面の正方形のサイズは、例えば、一辺０．８〜２．５ｍｍとすることができる。

また、ハニカム構造体７０の貫通孔７０ａが延びる方向の長さは特に限定されないが、例えば、４０〜３５０ｍｍとすることができる。また、ハニカム構造体７０の外径も特に限定されないが、例えば、１００〜３２０ｍｍとすることできる。

ハニカム構造体７０の材料は特に限定されないが、高温耐性の観点から、セラミクス材料が好ましい。例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、ガラス、チタン酸アルミニウム等の酸化物、シリコンカーバイド、窒化珪素、金属等が挙げられる。なお、チタン酸アルミニウムは、さらに、マグネシウム及び／又はケイ素を含むことができる。このような、ハニカム構造体７０は通常多孔質である。

また、ハニカム構造体７０は、後で焼成することにより上述のようなセラミック材料となるグリーン成形体（未焼成成形体）であってもよい。グリーン成形体は、セラミクス原料である無機化合物源粉末、及び、メチルセルロース等の有機バインダ、及び、必要に応じて添加される添加剤を含む。

例えば、チタン酸アルミニウムのグリーン成形体の場合、無機化合物源粉末は、αアルミナ粉等のアルミニウム源粉末、及び、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタニウム源粉末を含み、必要に応じて、さらに、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末及び／又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を含むことができる。

有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩を例示できる。

添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤および可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。

造孔剤としては、グラファイト等の炭素材；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類；でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料；氷；およびドライアイス等などが挙げられる。

潤滑剤および可塑剤としては、グリセリンなどのアルコール類；カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラキジン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸；ステアリン酸アルミニウムなどのステアリン酸金属塩；ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどが挙げられる。

分散剤としては、たとえば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸；シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸；メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類；ポリカルボン酸アンモニウムなどの界面活性剤などが挙げられる。

溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類；プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類；および水などを用いることができる。

マスク１７０は、弾性板２０上におけるリング部材２５の開口２５ａ内に配置されるものである。マスク１７０の材料は特に限定されず、例えば、金属や樹脂が挙げられる。

図４の（ａ）に、本実施形態で用いるマスク１７０の一例を示す。マスク１７０は、円形の板状部材であり、厚み方向に伸びる多数の貫通孔１７０ａを有する。貫通孔１７０ａの断面形状は、図４の（ｂ）に示すように、ハニカム構造体７０の貫通孔７０ａ（図３の（ｂ）参照）に対応する正方形である。これらの複数の貫通孔１７０ａは、図４の（ｂ）に示すように、千鳥配置されており、各貫通孔１７０ａは、図３の（ｂ）の正方配置された複数の貫通孔７０ａのうち、互いに上下左右に隣接しない関係にある複数の貫通孔７０のみに対向して配置される。なお、マスク１７０の貫通孔１７０ａの位置決めを容易にすべく、マスク１７０には、オリエンテーションフラット１７０ｂが形成され、これに対応してリング部材２５にもオリエンテーションフラットに対応する突起２５ｂを設けてもよい。図１に示すように、マスク１７０の外径は、本体部１０の凹部１０ｄの内径よりも大きくされていることが好ましい。

なお、本体部１０には、超音波振動器等の加振器１４０が設けられていることが好ましい。

（使用方法）
つづいて、上述の封口装置１００の使用方法について説明する。まず、図１の状態から、予め、空気圧シリンダ８２を駆動して、ハニカム構造体７０を保持する保持具８１上方に引き上げておくと共に、マスク１７０を弾性板２０上から外しておく。次に、ポンプ５０のピストン５３を下方に引くことにより、本体部１０の凹部１０ｄから流体ＦＬを下方に排出させる。これにより、図５の（ａ）に示すように、弾性板２０が変形して凹部１０ｄの側面１０ｂ及び底面１０ｃに密着し、これによって、弾性板２０の凹部２０ｄが形成する。

続いて、図５の（ｂ）に示すように、弾性板２０の凹部２０ｄ内に封口材１３０を供給する。必要に応じて、加振器１４０を駆動することにより、封口材１３０の表面の平坦化、脱泡を促す。

（封口材）
封口材１３０は、ハニカム構造体７０の貫通孔７０ａの端部を閉鎖できるものであれば特に限定されないが、液状であることが好ましい。例えば、封口材として、セラミクス材料又はセラミクス原料と、バインダと、溶媒とを含むスラリーが例示できる。

セラミクス材料としては、上述のハニカム構造体の構成材料や、その原料が挙げられる。

バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩等の有機バインダを例示できる。

バインダの使用量は、例えば、３〜５０００ｍＬとすることができる。

溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどの一価アルコール類；プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類；および水などを用いることができる。なかでも、水が好ましく、不純物が少ない点で、より好ましくはイオン交換水が用いられる。

溶媒の使用量は、１５〜４０重量％とすることができる。

続いて、図６の（ａ）に示すように、本体部１０の凹部１０ｄを覆うように弾性板２０上にマスク１７０をセットし、次いで、空気圧シリンダ８２により保持具８１を下方に移動させてハニカム構造体７０をマスク１７０に接触させることにより、ハニカム構造体７０の一部の貫通孔７０ａと、マスク１７０の貫通孔１７０ａとを連通させ、さらに、空気圧シリンダ８２により保持具８１を下方に押圧し、ハニカム構造体７０の下端面（一端面）がマスク１７０を介して弾性板２０の凹部２０ｄと対向するように、ハニカム構造体７０をマスク１７０及び本体部１０に対して固定する。

次いで、ポンプ５０のピストンを上方に移動させることにより、凹部１０ｄ内に流体ＦＬを供給し、これによって、図６の（ｂ）に示すように、弾性板２０がマスク１７０に向かって移動する。この工程は、図７の（ａ）に示すように、弾性板２０がマスク１７０に接触し、弾性板２０の変形が解消するまで、すなわち、弾性板２０の凹部２０ｄが解消するまで行なう。

これにより、封口材１３０がマスク１７０の貫通孔１７０ａを介して、ハニカム構造体７０の一部の貫通孔７０ａ内に供給され、封口部７０ｐが形成する。

続いて、空気圧シリンダ８２によるハニカム構造体７０の下方向への押圧を停止してハニカム構造体７０が上方に自由に移動できるようした後、ピストン５３をさらに上昇させ弾性板２０と本体部１０との間にさらに流体ＦＬを供給する。これにより、図７の（ｂ）に示すように、弾性板２０におけるハニカム構造体の一端面と対向する部分は上方向に凸状に変形し、これにより、マスク１７０及びハニカム構造体７０が上方に移動する。このとき、凸状に変形する弾性板２０の周辺部（他部）はマスク１７０から離れるので、これにより、マスク１７０及びハニカム構造体７０を、本体部１０から容易に引き離すことが出来る。

続いて、ハニカム構造体７０を保持具８１から外した後、天地をひっくり返したうえで再びハニカム構造体７０を保持具８１に保持する。次いで、マスク１７０と貫通孔１７０ａの配置が正反対の千鳥配置とされたマスク１７０’を用いて、同様の操作を行なう。これにより、図８の（ａ）に示すように、残りの貫通孔７０ａの他端側が封口材で封口され、封口部７０ｐが形成する。続いて、上述と同様にして弾性板２０におけるハニカム構造体の一端面と対向する部分を上に凸状に変形させることにより、マスク１７０’及びハニカム構造体７０を容易に本体部１０及び弾性板２０から引き離すことが出来る。

そしてこのようにして、貫通孔７０ａの両端が封口されたハニカム構造体７０を乾燥、焼成等することにより、ハニカムフィルタ構造体を製造することが出来る。

本発明によれば、弾性板２００におけるハニカム構造体の一端面と対向する部分を凸状に変形させることが出来るので、封口材１３０を供給した後のハニカム構造体７０に接しているマスク１７０を本体部１０や弾性板２０から容易に引き離すことが出来る。したがって、生産効率を高めることができ、封口されたハニカム構造体を低コスト化で製造することが出来る。

また、弾性板２０を用いることにより、封口時に封口材に圧力が均等にかかりやすく、封口材を複数の貫通孔に対して均等に供給しやすい傾向がある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、様々な変形態様が可能である。

例えば、上記実施形態では、弾性板２０が、リング部材２５、及び、ボルト３１により、本体部１０に対して固定されているが、固定方法は特に限定されない。例えば、弾性板２０が接着剤によって、本体部１０の上面１０ａに固定されていてもよい。

また、上述では、連通路１０ｅが、本体部１０及び接続パイプ１４により形成されているが、接続パイプ１４を有さずに本体部１０に直接ポンプ５０が接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、ポンプ５０として、シリンダ５１、ピストン５３、及び、ピストンロッド５４を備えたピストンポンプを採用しているが、流体を供給及び排出できるものであれば特に限定されない。

また、凹部１０ｄの形状は特に限定されず、封口対象となるハニカム構造体７０にあわせて適宜設定できる。
例えば、凹部１０ｄを上から見た平面形状は、円形以外に楕円形、矩形、正方形等とすることもできる。この場合、矩形や正方形の場合の大きさは、例えば、一辺５０〜３００ｍｍとすることができる。また、本体部１０の上面１０ａに対して、側面１０ｂが垂直、かつ、底面１０ｃが平行である必要は無く、例えば、斜面であったり曲面であってもよい。

また、上記実施形態では、保持部８０は空気圧シリンダ８２を備えるがこれに限られず、たとえば、歯車機構等の種々の機構に代替することが出来る。

また、保持部８０は必ずしも必須ではない。例えば、封口材を供給するときには錘をハニカム構造体７０の上に載せることによりハニカム構造体を本体部１０に対して固定し、ハニカム構造体７０を本体部から離れさせる際には、錘を除去してハニカム構造体を移動可能としてもよい。また、ハニカム構造体がある程度の重量を有する場合には、自重によって固定されるので特段の固定手段を有さない態様も可能である。

ハニカム構造体７０の形状や構造も上述に限定されない。例えば、ハニカム構造体７０の外形形状も円柱でなくてもよく、例えば、四角柱等の角柱でもよい。また、ハニカム構造体７０の貫通孔７０ａの断面形状は、正方形でなくてもよく、例えば、長方形、三角形、多角形、円形等でも構わない。さらに、貫通孔７０ａの配置も、正方形配置でなくてもよく、例えば、３角配置、千鳥配置等でも構わない。また、この場合、マスクの貫通孔の形状や配置も、ハニカム構造体７０の貫通孔７０ａの形状や配置に応じて適宜変更できる。

また、上記実施形態では、多数の貫通孔を有する板状のマスク１７０を採用しているが、マスクにより遮蔽する場所も任意である。さらに、このようなマスク１７０を用いなくても実施可能である。例えば、封口処理の前に、ハニカム構造体７０の一部の貫通孔７０ａ内に加熱すると分解する材料により栓をしておき、封口後に栓を熱分解等すればよい。本発明では、マスクを使用しない場合であっても、封口処理後に凸状に変形する弾性板２０によって、ハニカム構造体７０を本体部１０や弾性板２０から容易に引き離すことが出来るという効果がある。

１０…本体部、１０ｅ…連通部、２０…弾性板、３０…凹部、５０…ポンプ、７０…ハニカム構造体、８０…保持部、１００…封口装置、１７０…マスク。

Claims

凹部及び前記凹部の内面に開口する連通路を有する本体部と、
前記凹部を覆うように前記本体部に固定された弾性板と、
前記連通路に接続されたポンプと、を備えた封口装置。
前記弾性板は、ゴム板である請求項１記載の封口装置。
前記弾性板の上に配置され、複数の貫通孔を有するマスクをさらに備える請求項１又は２記載の封口装置。
前記弾性板の上において前記本体部に対してハニカム構造体を固定する状態と、前記本体部から離れる方向に前記ハニカム構造体を移動可能とする状態と、を切替える、保持部をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項記載の封口装置。