(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム本体外皮形成システムにおいて、
セラミックセメントをハニカム本体に塗布して、該ハニカム本体上に外皮を形成するように構成された、塗布器、
前記ハニカム本体を軸方向に動かす、部品搬送ユニット、
検査ユニットであって、
前記外皮上に、前記軸方向に垂直にライン照射を生成するように構成された、ライン照射装置と、
前記外皮から散乱された前記ライン照射を検出し、さらに該検出されたライン照射に基づいて信号を生成するように構成された、検出器と、
を備えている、検査ユニット、
前記検出器から受信された信号と予め保存された検出器信号との比較に基づく制御信号で、前記外皮の前記塗布を制御するように構成された、コントローラ、
を備えていることを特徴とするハニカム本体外皮形成システム。
【請求項２】
前記塗布器が、前記制御信号に応えて外皮セメントのバッチの密度を制御するように構成されており、
前記制御信号が、前記外皮セメントの圧力と前記部品搬送ユニットの速度とのうちの少なくとも一方を制御するために用いられることを特徴とする請求項１記載のハニカム本体外皮形成システム。    
【請求項３】
外皮形成されたハニカム本体を製造する方法において、
外皮をその上に配置して備えている前記ハニカム本体を、軸方向に搬送するステップ、
前記ハニカム本体が搬送されている間に、前記外皮を検査するステップであって、
前記外皮上に、前記軸方向に垂直にラインを照射するステップと、
照射された前記ラインに起因して前記外皮から散乱された光を、検出するステップと、
前記散乱された光の前記検出に基づいて、制御信号を生成するステップと、
を含む、ステップ、
前記制御信号で、前記外皮の塗布を制御するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記検出するステップが、照射された前記ラインを検出し、かつ前記生成するステップが前記信号を、ある周波数以上で生成し、さらに前記搬送するステップが前記ハニカム本体を、ある軸方向速度で搬送し、前記ある周波数および前記ある軸方向速度が、一連の前記検出および前記制御信号の生成の前記軸方向における間隔を、１ｍｍ以下とするようなものであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ハニカム本体が搬送されるときに、一連の前記ラインの生成の前記軸方向における間隔が１ｍｍから約５０μｍとなるような周波数で、照射された前記ラインが生成されることを特徴とする請求項３または４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容がその全体を参照することにより本書に組み込まれる、２０１４年３月１８日に出願された米国特許出願第１４／２１７，８４８号の優先権の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示の例示的な実施形態は、ハニカム本体の外皮形成に関し、より具体的には、外皮形成されたハニカム本体の検査と、ハニカム本体の外皮形成の制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関からの排ガスの後処理では、高表面積基材に担持された触媒を使用することがあり、またディーゼルエンジンおよびいくつかのガソリン直噴エンジンの場合には、炭素煤粒子の除去のために触媒フィルタが使用され得る。これらの用途におけるフィルタおよび触媒担体は、耐火性、耐熱衝撃性のもの、ｐＯ2条件範囲下で安定しているもの、触媒システムで非反応性のものでもよく、また排ガス流に対し小さい抵抗を示すものでもよい。多孔質セラミックのフロースルーハニカム基材およびウォールフローハニカムフィルタ（本書で一般にハニカム本体と称す）が、これらの用途で使用され得る。
【０００４】
粒子フィルタおよび基材を、相手先ブランド製造会社（ＯＥＭ）およびサプライチェーンにより設定される外形寸法要件に合わせて製造することは、製造中の乾燥および焼成による収縮に起因して困難になり得る。結果として、既に所望の寸法に機械加工すなわち「輪郭形成」されたハニカム本体の外皮を形成するために、セラミックセメントが使用され得る。本書では「ハニカム本体」という用語は、単一のハニカムモノリスと、モノリスを形成するためにセラミックセメントを用いることなどにより複数のハニカムセグメントを一緒に固定して形成された、ハニカム本体とを含む。セラミックセメントを混合し、焼成されて輪郭形成または分割された、ハニカム本体に塗布してもよく、さらに湿った外皮を乾燥させてもよい。セラミックセメントをハニカム本体の外側に塗布する作業またはプロセスを、本書ではハニカム本体の「外皮形成」と称する。外皮がその上に配置されているハニカム本体を、本書では「外皮形成された」ハニカム本体と称する
ハニカム本体上の湿った外皮が一旦乾燥すると、外皮の検査を行ってもよく、これには労働力、コスト、および時間を必要とし得る。欠陥が見つかったときに、同じ製造工程で外皮形成された一連の部品に既に欠陥をもたらしている外皮形成プロセスを補正するのは、遅すぎる可能性がある。この欠陥を補正することはできるが、さらなる労働力、時間、およびコストが必要となり、あるいは欠陥が修理可能でない場合には、製造工程を廃止しなければならない可能性もあって、製品を失い、製造の非効率性を招き得る。
【０００５】
この背景技術の項で開示される上記の情報は、単に本開示の背景の理解を高めるためのものであり、従って従来技術のいずれの部分も形成しない情報、または従来技術が通常の当業者に示唆し得ないものも含み得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の例示的な実施形態は、外皮形成されたハニカム本体を製造するシステムを提供する。
【０００７】
本開示の例示的な実施形態は、外皮形成されたハニカム本体を製造する方法をさらに提供する。
【０００８】
本開示のさらなる特徴は以下の説明に明記され、一部はその説明から明らかであろうし、あるいは本開示を実施することにより理解されるであろう。
【０００９】
例示的な実施形態は、ハニカム本体外皮形成システムにおいて、少なくとも１つの欠陥についてハニカム本体の外皮を検査する、その場検査システムを開示する。この検査システムは、外皮をその上に配置して備えているハニカム本体を軸方向に動かす、部品搬送ユニットと、検査ユニットと、コントローラとを備えている。検査ユニットは、外皮上に、軸方向に垂直にライン照射を生成するように構成された、ライン照射装置と、外皮から散乱されたライン照射を検出し、検出されたライン照射に基づいて信号を生成するように構成された、検出器とを備えている。コントローラは、検出器によって生成された信号を受信し、受信された信号を、予め保存された欠陥のない場合の信号とリアルタイムで比較し、さらにこの比較に基づいて、少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを制御するように構成されている。
【００１０】
例示的な実施形態は、外皮形成されたハニカム本体を製造する方法をさらに開示する。この方法は、外皮をその上に配置して備えているハニカム本体を軸方向に搬送するステップと、外皮をその場検査するステップと、信号を、予め保存された欠陥のない場合の信号とリアルタイムで比較するステップと、この比較に基づいて、少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを制御するステップとを含む。この方法において、外皮をその場検査するステップは、軸方向に垂直な、外皮のラインを照射するステップと、外皮から散乱された、照射されたラインを検出するステップと、この検出に基づいて信号を生成するステップとを含む。
【００１１】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は例示および説明のためのものであり、本開示のさらなる説明を提供するよう意図されたものであることを理解されたい。
【００１２】
本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付の図面は、本開示の例示的な実施形態を示したものであり、その説明と共に本開示の原理の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の例示的な実施形態による、外皮形成されたハニカム本体を製造するシステムの概略図
【図２】本開示の例示的な実施形態による、外皮形成されたハニカム本体の縦軸に垂直な外側表面断面をカバーする、９０°離れて位置している４つのラインレーザの投射を示した概略上面図
【図３】本開示のこの例示的な実施形態による、ユニパイプ内で軸方向に塗布された外皮を備え、さらにユニパイプから出て行くときに検査レーザラインを通過する、ハニカム構造体の側面斜視図
【図４】本開示のこの例示的な実施形態による、ユニパイプ内で軸方向に塗布された外皮を備え、さらにユニパイプから出て行くときに検査レーザラインを通過する、ハニカム構造体の側面斜視図
【図５】本開示の例示的な実施形態によるポックの検出を示す、一例の実施形態におけるレーザ検出器のデータ出力を示した図
【図６】本開示の例示的な実施形態による２つの外皮セメントの膨らみ（高速流）の検出を示す、一例の実施形態におけるレーザ検出器のデータ出力を示した図
【図７】本開示の例示的な実施形態による、外皮検査信号測定をフィードバック制御スキームにおいて利用して外皮形成プロセスパラメータを調節し、異常、欠陥、不均一性などを減少または排除することができる、概略的な制御アーキテクチャを示した図
【図８】本開示の例示的な実施形態による、ハニカム本体外皮検査ユニットからのデータを利用して外皮形成プロセスパラメータを制御し、ハニカム本体外皮形成プロセスにおける異常、欠陥、不均一性などを減少または排除する、方法を示したプロセス図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の例示的な実施形態を示している添付の図面を参照して、本開示を以下でより十分に説明する。ただし、本開示は多くの異なる形で具現化され得るものであり、本書に明記される例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろこれらの実施形態は、本開示が徹底したものとなるように提供され、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるであろう。図面において、層および領域のサイズおよび相対的サイズは、明瞭にするため誇張されていることがある。
【００１５】
要素または層が別の要素または層「上」にある、あるいはこれに「接続」、または「隣接」していると称される場合には、これが他の要素または層の直接上にある、あるいは他の要素または層に直接接続している、または直接隣接しているものでもよいし、あるいは介在する要素または層が存在しているものでもよいことを理解されたい。対照的に、要素または層が別の要素または層の「直接上」にある、あるいはこれに「直接接続」、または「直接隣接」していると称される場合には、介在する要素または層は存在しない。図面の同様の参照番号は、同様の要素を示す。本開示のために、「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも１つ」とは、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、またはＸ、Ｙ、およびＺの２以上の項目の任意の組合せ（例えば、ＸＹＺ、ＸＹＹ、ＹＺ、ＺＺ）と解釈され得ることを理解されたい。
【００１６】
これらの例示的な実施形態において、開示される物品、および物品を作製する開示される方法は、例えば以下で論じるようなものを含む、１以上の有利な特徴または態様を提供する。請求項のいずれかに列挙される特徴または態様は、本発明のあらゆる面に一般に適用可能である。任意の１つの請求項における任意の列挙される単一または複数の特徴または態様は、任意の他の請求項における任意の他の列挙される特徴または態様と、組み合わせてもよいし、あるいは置換してもよい。
【００１７】
上部、下部、側部、上方、下方、鉛直、および水平などの用語が使用されるが、本開示はその例示的な実施形態に対し、そのように限定されるものではない。代わりに、「上部」、「下部」、「水平」、「鉛直」、「側部」、「真下」、「下」、「下方」、「上」、「上方」などの空間的に相対的な用語は、図面に示されているある要素または特徴と別の要素または特徴との関係を説明するための記述を簡単にするために本書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて使用時または動作時の機器の様々な向きを包含するよう意図されていることを理解されたい。例えば、図面の機器が逆向きになった場合、他の要素または特徴の「下」または「真下」と説明された要素は、そのとき他の要素または特徴の「上」向きになる。従って、例示的な用語「下」は、上および下の両方の向きを包含し得る。機器は（９０度または他の向きに回転された）それ以外の向きとすることもでき、本書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに従って解釈され得る。
【００１８】
「含む」または同様の用語は、包含するが限定しないことを意味し、すなわち含むものであって排他的なものではない。
【００１９】
本開示の実施形態の説明において採用される、例えば組成物における成分の量、濃度、容積、プロセス温度、プロセス時間、収量、流量、圧力、粘度、および同様の値、およびその範囲を修飾する「約」は、例えば、材料、組成物、合成物、濃縮物、または使用配合物、を用意するために使用される典型的な測定および取扱手順を通じて、これらの手順における不用意なエラーを通じて、方法を実行するために使用される出発材料または成分の、製造、ソース、または純度における違いを通じて、および同様の考慮事項を通じて、生じ得る数量の変動を称する。「約」という用語は、特定の初期の濃度または混合での組成物または配合物の、経年変化に起因して異なる量、および、特定の初期の濃度または混合での組成物または配合物の、混合または処理に起因して異なる量も含有する。
【００２０】
本書で使用される名詞は、他に規定がなければ、少なくとも１つ、すなわち１以上の対象を指す。
【００２１】
通常の当業者に周知の略記が使用され得る（例えば、時間に対して「ｈ」または「ｈｒ」、グラムに対して「ｇ」または「ｇｍ」、ミリリットルに対して「ｍＬ」、室温に対して「ＲＴ」、ナノメートルに対して「ｎｍ」、および類似の略記）。
【００２２】
組成物、成分、添加物、時間、温度、圧力、および同様の点に対して開示された、具体的な値、さらにその範囲は、説明のためのみのものであり、他の定義された値、または定義された範囲内の他の値を排除しない。本開示の装置および方法は、本書で説明される、任意の値または任意の値の組合せ、具体的な値、さらにより具体的な値を含み得る。
【００２３】
本書では生材料とは、無機材料および／または有機材料の混合物を含む、未焼成材料である。生材料は、種々の無機充填材、無機および／または有機バインダ材料、および液体ビヒクルを含み得る。生材料は本書では、乾燥前の「湿った」ものとして称され得る。生材料を乾燥して、流動性内容物（例えば、水）を除去することができる。乾燥は、部品を周囲雰囲気に一晩露出させて置くことにより達成されることが多いが、熱風、強制空気、マイクロ波、無線周波（ＲＦ）、または赤外線放射（ＩＲ）を使用して、乾燥を増強してもよい。乾燥は、湿気制御空気内で達成され得る。生材料は、低温硬化セメントを含み得る。乾燥された生材料を焼成して、多孔質の、または非多孔質の、セラミック物品を形成することができる。
【００２４】
本書では「上乗せ添加（super addition）」とは、混合物の無機成分の１００質量パーセントに基づいた、これに対する、例えば有機バインダ、液体ビヒクル、添加剤、または細孔形成剤などの成分の、質量パーセントを称する。
【００２５】
基材およびフィルタ物品が、ガソリンおよびディーゼルの軽量自動車および大型車において、環境規制を満たす後処理排出制御のために使用されている。こういった基材およびフィルタの製造におけるステップの１つは、基材およびフィルタの外周の軸方向表面上に、セメントベースの外皮または外壁を塗布するものである。
【００２６】
多孔質セラミックフィルタ物品などの部品上の外皮は、その部品と周囲との間の境界面である。外皮はいくつかの機能を果たすものであり、例えば外皮は、その部品の見た目の美しさを増大させ、品質の指標として顧客に評価され、製造時および使用時の部品のハンドリングおよび輸送などの際に、欠け損傷などの構造的劣化や部品の周囲の他の危険から部品の機能的なフィルタ部分を保護し、さらに、現代の部品に対する重要な性能測定基準である、部品のアイソスタティック強度を増大させる。
【００２７】
図１は、本開示の例示的な実施形態による、インライン外皮品質検査および制御ユニットを含む、軸方向外皮形成システムの概略図である。
【００２８】
図１は、外皮形成されるハニカム構造体１００を示している。ハニカム構造体１００は、対向する端面１０６、１０８間に軸方向に延在する相互に隣接したセルチャネル１０４を形成する、複数の交差壁１０２を備えている。ハニカム構造体１００は、単一のモノリスから形成されたものでもよいし、あるいはモノリスを形成するように一緒にセメント接合された、セグメントから形成されたものでもよい。ハニカム構造体１００すなわち部品を、随意的には最初に輪郭形成または成形し、さらに次いで部品ハンドリングユニット１１０上に置いてもよい。説明を簡単にするために、ハニカム構造体１００などのこの受け取った多孔質セラミックを、外皮形成されていない部品と称する。この受け取ったセラミック部品１００は、外皮形成されていないもの、輪郭形成されたもの、その上に外皮形成される、ベース外皮を含むものなどでもよい。輪郭形成されたものとは、例えば研削、機械加工、コア穿孔、または切断などによって、特定の寸法および公差に成形された部品を称する。
【００２９】
外皮形成されていない部品１００のセルの密度は、１平方インチ（６．４５ｃｍ2）当たり約１００から９００セル（ｃｐｓｉ）（約１５．５から約１４０セル／ｃｍ２）の間でもよい。典型的なセル壁の厚さは、約０．０２５ｍｍから約１．５ｍｍ（約１から６０ミル）の範囲でもよい。例えばハニカム構造体１００の幾何学的形状は、４００ｃｐｓｉ（約６２セル／ｃｍ２）で、壁の厚さが約８ミル（０．２ｍｍ）（４００／８）または壁の厚さが約６ミル（０．１５ｍｍ）（４００／６）のものでもよい。他の幾何学的形状としては、例えば、１００／１７、２００／１２、２００／１９、２７０／１９、６００／４、４００／４、６００／３、および９００／２が挙げられる。本書では、ハニカムは一般的にハニカム構造体を含むと意図されているが、正方形の構造に厳密に限定されたものではなく、例えば、六角形、八角形、三角形、長方形、または任意の他の適切なセル形状を使用することができる。さらに、セルで構成される外皮形成されていない部品１００の断面は円形であるように描かれているが、これに限定されるものではなく、例えばその断面は、楕円形、正方形、長方形、または他の所望の形状とすることができる。
【００３０】
部品ハンドリングユニット１１０は、矢印１１２で示されているように、外皮形成されていない部品１００を、部品よりも若干大きい直径を有する管（ユニパイプ）すなわち外皮形成チャンバ１１４内へと、軸方向に動かすことができる。ユニパイプ１１４とは、軸方向外皮形成装置１１６の中心構造を称するものである。軸方向外皮形成装置１１６は、ハニカム構造体１００などの多孔質セラミックを受け入れるように適合されており、さらにマニホールド１２０を通じてセメント供給源（図示なし）から流動性セメント１１８を受け入れるように、かつセメント１１８をユニパイプ１１４内のセラミック部品の表面に送出して、外皮形成された部品１２２を生成するように、適合されている。外皮形成する方向は、矢印１２４によって示されている。
【００３１】
図１には、ユニパイプ１１４を通って移動するにつれて部分的に外皮形成されている、ハニカム構造体１２８が図示されている。部品ハンドリングユニット１１０および部品吊搬ユニット１３２は、部品１２８をユニパイプ１１４に通して動かす推進力を提供することができる。ユニパイプ１１４を出て行く図示のハニカム本体１２２は、ハニカム構造体の外周上に、湿った外皮１３６を形成しているセメント１１８の均一層を備えている。説明を簡単にするために、ハニカム本体１２２などの外皮形成された多孔質セラミックを、部品と称する。
【００３２】
本書で開示される外皮材料は、「低温硬化」外皮を採用する外皮形成プロセスにおいて使用され得るセメント材料など、例えば１００℃未満の温度、さらには５０℃未満の温度など、２００℃未満の温度で硬化するものを含み得る。低温硬化外皮形成では、ハニカムのチャネル壁のシールを形成するために、外皮形成混合物の乾燥のみが必要とされる。低温硬化外皮形成プロセスが採用される場合、外皮形成されたハニカムを３５〜１１０℃の範囲の温度まで加熱すると、乾燥を速めるのに有用になり得る。いくつかの低温硬化外皮形成プロセスでは、続く処理ステップの過程で（例えば、触媒化またはキャニングの過程で）、あるいは最初の使用時に（例えば、排気系で）、シート１３０などの残存する一時的なバインダの副生成物の除去およびシールの強化など、最終的な外皮の強化が起こり得ると予想される。
【００３３】
例えば、低温硬化外皮形成を採用することができる例示的な組成物としては、チタン酸アルミニウム、コージライト、溶融シリカ、ムライト、およびアルミナのうちの少なくとも１つなど、少なくとも１つの無機粉末を含む耐火充填材、および、ゲル状のコロイド状シリカなどゲル状無機バインダ、を含むものが挙げられ、この無機粉末のバイモーダルまたはモノサイズの中央粒径（Ｄ50）は、例えばモノサイズに対しては３０から４０μｍなど、１５から５０μｍであり、さらにバイモーダルなサイズ構成における第２の粒径に対しては、約１５０μｍから約２５０μｍなど、約１５０μｍから約３００μｍの範囲である。無機バインダをゲル化するために、塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸、および酢酸、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、およびトリエタノールアミン（以下「ＴＥＡ」）、のうちの少なくとも１つなど、少なくとも１つのゲル化剤を、バッチ処理の前に（例えば、ゲル状無機バインダを含む予混合物として）あるいはバッチ処理の際に、加えてもよい。あるいは、ゲル化されていない組成物を使用してもよい。このような組成物は、例えば１００℃未満、さらには約２５℃を含む５０℃未満など、２００℃未満の温度で、多孔質セラミックハニカム本体において硬化する（かつそれにより、チャネル壁に恒久的にシールされる）外皮を提供し得る。外皮形成に使用されるセメント組成物のさらなる非限定的な例示的実施形態を以下で論じる。
【００３４】
外皮組成物は、その内容がその全体を参照することにより本書に組み込まれる、米国仮特許出願第６１／６０２，８８３号明細書および米国特許出願第１３／３０２，２６２号明細書に記載されている。例示的な実施形態によれば、外皮組成物は、低熱膨張充填材としてのガラス粉末と、バインダと、ガラスベースのセメントの固体成分を保持するための溶剤またはビヒクルとを含むセメントなど、単一のガラス粉末組成物でもよい。ガラス粉末充填材のガラスは、非晶質溶融シリカ（ＳｉＯ2）、粉砕コージライト、ＡＴグロッグ、またはシリカスートでもよい。ガラス粉末充填材の中央粒径（Ｄ５０）は１０から２０μｍの間でもよく、最小粒径は７μｍから７５μｍの間、および最大粒径は５０μｍから７０μｍの間でもよい。粒径は、質量に基づく球相当径として決定した。ガラス粉末充填材は、例えば、セメントの全無機成分の６０〜８０質量％を構成し得る。適切なシリカ粉末充填材は、例えば商標名Ｔｅｃｏ−Ｓｉｌで市販されており、米国テネシー州所在のCE Minerals of Tennessee Electro Minerals Incorporatedから入手可能である。本書における全ての粒径の測定は、他に示されていなければ、Microtrac Inc.の粒径分析器で行われた。
【００３５】
例示的な実施形態によれば、外皮組成物は、低熱膨張充填材として第１の（細かい）ガラス粉末、低熱膨張充填材として第２の（粗い）ガラス粉末、バインダ、およびガラスベースのセメントの固体成分を保持するための溶剤またはビヒクル、を含む、二元的ガラス粉末組成物から形成された、非晶質ガラスベースのセメントを含み得る。第１のガラス粉末充填材および第２のガラス粉末充填材のガラスは両方とも、約１μｍを超える粒径を有する非晶質溶融シリカでもよい。ガラス粉末充填材の粒径の分布は、ガラス粉末充填材の約１μｍを超える粒径に対する分布が粒径の複数の最頻値（極大）を呈することから、マルチモーダルとなり得る。一実施の形態において、非晶質ガラスベースのセメントは、約１μｍを超える粒径に対し非晶質ガラス粒子のバイモーダル粒径分布を有する。ガラスベースのセメントは第１のガラス粉末充填材を含み得、第１のガラス粉末充填材の中央（Ｄ５０）粒径は、約１０から約５０μｍ、約１５μｍから約５０μｍ、約２０μｍから約４５μｍ、または約３０μｍから約４５μｍの範囲でもよく、Ｄ１０は約１μｍから約１０μｍの範囲、およびＤ９０は約２５μｍから約１２５μｍの範囲でもよい。第２のガラス粉末充填材の中央（Ｄ５０）粒径は、約１５０μｍから約３００μｍの範囲、約１５０μｍから約２５０μｍの範囲、約１７０μｍから約２３０μｍの範囲、約１８０μｍから約２２０μｍの範囲でもよく、Ｄ１０は約１００μｍから約１５０μｍの範囲、およびＤ９０は約２５０μｍから約３５０μｍの範囲でもよい。粒径は、質量に基づく球相当径として決定した。本書では、Ｄ５０という用語は粒径の分布の中央値を表し、Ｄ１０は、分布の１０％がこの粒径よりも小さいことを示す粒径をμｍで表したものであり、Ｄ９０は、分布の９０％がこの粒径よりも小さいことを示す粒径をμｍで表したものである。二元的なガラスベースのセメントは、例えば、セメントの無機固体成分の全質量の、約２０から約６０質量％の範囲、約２５質量％から約５０質量％の範囲、約２５質量％から約４０質量％の範囲、または約２５質量％から約３５質量％の範囲の量の、第１のガラス粉末充填材を含有し得る。このガラスベースのセメントは、例えば、セメントの無機固体成分の全質量の、約１０質量％から約４０質量％の範囲、約１５質量％から約４０質量％の範囲、約２０質量％から約３５質量％の範囲の量の、第２のガラス粉末充填材を含有し得る。
【００３６】
１つの例示的な実施形態において、第１のガラス粉末充填材のＤ５０は、約３４μｍから約４０μｍの範囲でもよく、また第２のガラス粉末充填材の中央粒径は、約１９０μｍから約２８０μｍの範囲である。一例において、第１のガラス粉末充填材のＤ１０は約６．０μｍ、Ｄ５０は約３４．９μｍ、さらにＤ９０は約９９μｍである。別の例において、第１のガラス粉末充填材のＤ１０は約６．７μｍ、Ｄ５０は約３９．８μｍ、さらにＤ９０は約１１０．９μｍである。さらに別の例において、第１のガラス粉末充填材のＤ１０は約２．７μｍ、Ｄ５０は約１３．８μｍ、さらにＤ９０は約３７．８μｍであり、さらに別の例として第１のガラス粉末充填材のＤ１０は約２．８μｍ、Ｄ５０は約１７．２μｍ、さらにＤ９０は約４７．９μｍである。
【００３７】
第２のガラス粉末充填材と第１のガラス粉末充填材との比は、約１：３．５から約１：１、約１：３から約１：１、約１：２．５から約１：１、約１：２から約１：１、または約１：１．５から約１：１など、約１：４から約１：１の範囲でもよい。例示的な実施形態において、第２のガラス粉末充填材と第１のガラス粉末充填材との比率は１：１である。
【００３８】
本開示のセメント組成物を提供するために、上記無機粉末のいずれかを含む無機粉末と任意の随意的な無機添加剤成分とを、適切な有機および／または無機バインダ材料と一緒に混合してもよい。有機バインダ材料は、セルロースエーテル、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなどの１以上の有機材料、またはいくつかの実施形態では、Ａｃｔｉｇｕｍ（登録商標）などのゴム状材料、キサンタンガム、またはラテックスを含み得る。例えば、Ａ４メトセルは適切な有機バインダである。メトセルＡ４は、ダウケミカルから入手可能な水溶性メチルセルロースポリマーバインダである。適切な無機バインダは、水などの適切な液体中に懸濁されたナノメートルスケールのシリカまたはアルミナ粒子を含む、コロイド状シリカまたはアルミナを含み得る。無機バインダ材料は、セメント組成物内に、セメント内に存在している無機固体の全質量の約１０％未満の量で存在し得、いくつかの例示的な実施形態では、無機バインダは約５質量％以下の量で存在し、また特定の他の例示的な実施形態では、有機バインダの流体部分を考慮して約２質量％から約４質量％の範囲で存在する（このとき流体部分の質量への寄与は除かれる）。適切なコロイド状シリカバインダ材料は、Ｗ．Ｒ．グレース社製のＬｕｄｏｘ ＨＳ４０である。典型的なコロイド状バインダ材料は、脱イオン水ビヒクルにおける懸濁剤として、質量でおよそ４０％の固体材料を含み得る。
【００３９】
いくつかの例示的な実施形態において、上述した単一のおよび二元的なガラス粉末セメントは、無機繊維補強材料をさらに含んでもよい。例えばアルミノケイ酸塩繊維をセメント混合物に加えて、外皮塗布後にハニカム構造体を強化することができる。例えばセメントは無機繊維材料を、セメントの無機固体成分の全質量の約２５から約５０質量％、約３０から約５０質量％、またいくつかの実施形態ではセメントの無機固体成分の全質量の約３５から約４５質量％含んでもよい。特定の他の実施形態において、無機繊維補強材料は、セメント組成物の無機固体の全質量の割合として、約３６質量％から約４３質量％の量で存在し得る。適切な無機繊維補強材料は、ユニフラックスから入手可能なＦｉｂｅｒｆｒａｘ ＱＦ１８０であるが、任意の高アスペクト比の耐火性粒子を使用することもできる。
【００４０】
典型的には、流動可能なまたはペースト状の一貫性を実現するための液体ビヒクルまたは溶剤として、脱イオン（ＤＩ）水などの水を挙げたが、他の材料を使用することもできる。液体ビヒクルの内容物は、上乗せ添加として、セメント混合物の無機成分の約３０質量％以下の量で存在し得、セメント混合物の無機成分の約１０質量％から約２５質量％の範囲でもよい。しかしながら液体ビヒクルは、典型的には、セメントを塗布し易いものにするのに適した粘度を得るように調節される。
【００４１】
いくつかの実施形態においてセメントは、随意的に、セメントとハニカム本体との間の付着を高めるための付着促進剤などの有機改質剤をさらに含有し得る。例えばＭｉｃｈｅｍ４９８３は、この目的に適していることが見出された。
【００４２】
特定の例示的な実施形態において、セメント混合物は、例えば８００℃未満、さらには６００℃未満など、またさらには４００℃未満など、さらには２００℃未満など、１０００℃未満の温度で硬化する。特定の例示的な実施形態において、セメント混合物は、室温（すなわち、約２３℃）で硬化することができる。
【００４３】
本書で説明されるセメント組成物は、ハニカムコアを覆って外皮を形成するのによく適した粘度を呈し得る。例えば、本書の実施形態による組成物は、約１２パスカル秒（Ｐａ・ｓ）以下、約５Ｐａ・ｓ以下、または約４Ｐａ・ｓ以下の、無限せん断粘度を有し得る。せん断速度１０ｓ-1で、せん断粘度は例えば、約４００Ｐａ・ｓ以下、約３５０Ｐａ・ｓ以下、または約３００Ｐａ・ｓ以下でもよい。粘度は平行平板粘度計を用いて測定した。
【００４４】
本書で開示されるセメント組成物のか焼は、箱形炉内で、３時間で６００℃まで直線的に上昇させ、その後６００℃で３時間保持し、次いで３時間に亘って室温まで下降させることによって行われ得る。商業的用途では、セラミック物品を触媒でウォッシュコートし、続いて加熱処理して有機材料を除去してもよい。このセラミック物品を、同様に加熱処理して有機材料を除去することを必要とし得るマット材料で、さらにキャニングしてもよい。か焼プロセスは、セラミック物品が受けたサービス条件を模倣する。
【００４５】
外皮セメントの組成物は、特に限定するものではないが、例えば、単一のガラス粉末組成物の外皮セメント、二元的ガラス粉末組成物、繊維補強材料組成物を含む単一のガラス粉末、繊維補強材料組成物を含む二元的ガラス粉末、無機充填材および結晶質無機繊維材料組成物、および二元的ガラス粉末および結晶質無機繊維材料組成物を挙げることができる。
【００４６】
インライン検査および制御ユニット１４０は、外皮１３６の表面品質を検査する検査ユニット１４４を含み得る。検査ユニット１４４は、光ビーム１５０を放出するレーザユニット１４８と、外皮１３６から散乱された光ビーム１５０を検出するための、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどの検出ユニット１５２とを含み得る。検査ユニット１４４は、外皮１３６の表面から散乱された、検出された光ビーム１５０に基づいて、信号１６８を提供する。インライン検査および制御ユニット１４０は、信号１６８を受信機モジュール１６４で受信し、信号１６８を信号アナライザモジュール１７２で分析し、さらにトランスミッタモジュール１７６で制御信号１８０をプロセスコントローラ１８４に送信し、この分析を受けて外皮形成システム１１６のプロセスを制御する、制御ユニット１６０を含み得る。
【００４７】
制御ユニット１６０は、本書で開示される実施形態に関連して説明される方法またはアルゴリズムを実行するために、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、またはこれら２つの組合せにおいて直接具現化され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、または当技術において既知の任意の他の形の非一時的記憶媒体に存在し得る。例示的な記憶媒体が、プロセッサが記憶媒体から情報を読み、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、制御ユニット１６０のプロセッサに結合されている。代わりのものにおいて、記憶媒体はプロセッサに一体化され得る。プロセッサおよび記憶媒体は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に存在するものでもよい。ＡＳＩＣは、計算装置またはユーザ端末内に存在し得る。代わりのものにおいて、プロセッサおよび記憶媒体は、計算装置またはユーザ端末内に、個別の構成要素として存在し得る。
【００４８】
制御ユニット１６０を検査ユニット１４４から分離したものとして説明してきたが、本開示はこれに限定されるものではなく、すなわち制御ユニット１６０、またはそのモジュール１６４、１７２、１７６のいずれかが、検査ユニット１４４を構成してもよい。さらに、インライン検査および制御ユニット１４０の任意ユニットまたはモジュールは、任意の他のユニット、またはそのモジュールと一体化されたものでもよい。例えば、制御ユニット１６０は検出ユニット１５２と一体化されたものでもよく、また受信機モジュール１６４、信号アナライザモジュール１７２、およびトランスミッタモジュール１７６は、１つの一体的なモジュールでもよい。さらに、周知の構造、材料、または動作は、開示される主題の態様を不明瞭にしないよう、詳細に図示または説明しない。例えば制御ユニット１６０は、記憶装置、処理装置、および電源などを含み得、また信号１６８、１８０は、無線で、ケーブル、光ファイバを通じるなどして、送信され得る。
【００４９】
外皮形成された部品１２２が、ユニパイプ１１４から軸方向の外皮形成方向１２４に出て行くと、この部品は、レーザ１４８から放出された光ビーム１５０を通過する。光ビーム１５０は部品１２２の周縁上で、外皮形成方向１２４に垂直なラインを照射する。外皮形成された部品１２２が、レーザ１４８から放出された光ビーム１５０を通過すると、この部品は検査ユニット１４４によって検査される。検査ユニットは、複数のレーザ１４８と検出ユニット１５２とを含み得る。従って、本開示のこれらの例示的な実施形態において、湿った外皮１３６を備えた部品１２２のリアルタイム検査では、部品が外皮形成ユニパイプ１１４から出て行くときに検査することができる。
【００５０】
これらの例示的な実施形態では、外皮形成された部品１２２が光ビーム１５０を通過するものとして説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、外皮形成された部品１２２を固定されたものとしてもよく、かつ検査ユニット１４４を、外皮形成された部品１２２を軸方向に過ぎるように動かしてもよい。
【００５１】
図２は、本開示の例示的な実施形態による、外皮形成されたハニカム本体１２２の縦軸に垂直な外側表面断面をカバーする、９０°離れて位置している４つのラインレーザ１４８および検出ユニット１５２の投射の概略上面図を示している。図２に示されているラインレーザユニット１４８および検出ユニット１５２の配置に対する、部品１２２の最大および最小の直径は、夫々φＤ８およびφＤ７で示されている。例示的な実施形態において、Ｄ１は約１７．７インチ（４５ｃｍ）でもよく、Ｄ２は約９．４５インチ（２４ｃｍ）でもよく、Ｄ３は約１３．８インチ（３５ｃｍ）でもよく、Ｄ４は約１６．８インチ（４２．７ｃｍ）でもよく、Ｄ５は約４０．６インチ（１０３ｃｍ）でもよく、Ｄ６は約２０．３インチ（５１．６ｃｍ）でもよく、Ｄ７は約７インチ（１７．８ｃｍ）でもよく、さらにＤ８は約１３インチ（３３ｃｍ）でもよい。ラインレーザユニット１４８および検出ユニット１５２の配置は、その数を含めて、部品１２２の周縁のサイズおよび形状と、所望の周方向の分解能次第である。例示的な実施形態において、周方向の分解能は幅１ｍｍの外皮欠陥を検出するのに十分なものであり、例えば周方向の分解能は、幅７００μｍの外皮欠陥、幅５００μｍの欠陥、幅１００μｍの欠陥、幅５０μｍの欠陥、またはさらには幅１０μｍの欠陥を検出するのに十分なものでもよく、このとき欠陥の幅は部品１２２の形状に拘らず、周方向、すなわち軸方向に垂直な方向のものである。
【００５２】
図３は、本開示のこれらの例示的な実施形態による、ユニパイプ１１４内で軸方向に塗布された外皮１３６を備え、さらにユニパイプ１１４から出て行くときに検査レーザライン１５０を通過する、外皮形成されたハニカム構造体１２２の側面斜視図を示している。部品吊搬ユニット１３２は、便宜上図示していない。外皮形成された部品１２２の下部中心の外皮表面には、外皮形成プロセス中に生成された、さらにまさにレーザ光ビーム１５０を通過しようとしているポック１８８すなわち小さい窪みが存在している。ポック１８８は、外皮１３６におけるクレータ欠陥である。本書ではピットとは、外皮表面から外皮１３６の下のハニカム構造体１００まで、外皮１３６の厚さを貫通しているポック１８８である。
【００５３】
図４は、本開示のこれらの例示的な実施形態による、ユニパイプ１１４内で軸方向に塗布された外皮１３６を備え、さらにユニパイプ１１４から出て行くときに検査レーザライン１５０を通過する、ハニカム構造体１２２の側面斜視図を示している。部品１２２の右側には、過度の局所的圧力または粘度低下により外皮セメント１１８が余分に生じてセメントが外皮１３６の表面から膨れ出た２つのエリアが存在し、これを本書では「高速流」欠陥１９２と称する。ハニカム本体１２２の一部分に外皮セメント１１８の欠けが存在している場合、これを本書では「欠乏」欠陥と称する。すなわち欠乏欠陥は、高速流欠陥１９２と反対のものと理解することができる。
【００５４】
図５は、本開示の例示的な実施形態によるポック１８８の検出を示す、一例の実施形態におけるレーザ検出ユニット１５２のデータ出力を示している。図５に示されている例では、本書で説明されるように、４つのラインレーザ１４８および検出器１５２を、図１および２に描かれているようにユニパイプ１１４から出て行く部品１２２の周りに配置した。４つの各ラインレーザ１４８の視野を分割して、８つの部分（エリア）とした。較正の際に、欠陥のない部品を表すマスタープロファイルをメモリに保存した。マスタープロファイルは、欠陥のない部品の検出レーザからの測定信号を含む。部品の外皮形成の際に、特定の時間間隔で、または継続的に、部品１２２が検査レーザライン１５０を通過するとき、検出された検査レーザラインの夫々が、瞬間測定信号（リアルタイムデータ）を生成した。瞬間測定信号を、マスタープロファイルと比較した。４つの全てのレーザ１４８の８つの全エリアで、マスタープロファイルと瞬間測定信号との間の差を分析し、欠陥を示す異常を見出した。図３に見られるポック１８８欠陥は、図５における時系列データに正スパイク１８８’として現れる。外皮表面の窪みは、データ内に正の偏差として示されるが、一方膨らみは、高速流欠陥を検出するデータを表示している図６に示されているように、負の偏差として示される。
【００５５】
図６は、本開示のこれらの例示的な実施形態による高速流欠陥１９２の検出を示す、一例の実施形態におけるレーザ検出器１５２のデータ出力を示している。図６に示されている例では、４つのラインレーザ１４８および検出器１５２を、図１および２に描かれているように、また図５を参照して上述したように、ユニパイプ１１４から出て行く部品１２２の周りに配置した。４つの全てのレーザ１４８の８つの全エリアで、マスタープロファイルと瞬間測定信号との間の差を分析し、欠陥を示す異常を見出した。図４に見られる高速流欠陥１９２は、塗布された外皮における過剰なセメント材料の膨らみを含み、図６の時系列データに負スパイク１９２’（低下）として現れる。これらの高速流の膨らみ１９２は図６に負の偏差１９２’として示されており、データにおけるそのピーク１９２’の幅は、ピットすなわちポックのピーク１８８’よりも幅広である。高速流は、より長い時間、例えば部品のより長い長さに亘って続く傾向があり、ポックなどの局所的な欠陥ではないため、より幅広のピーク１９２’として現れる。
【００５６】
図７は、本開示の例示的な実施形態による、外皮検査信号測定をフィードバック制御スキームにおいて利用して外皮形成プロセスパラメータを調節し、異常、欠陥、不均一性などを減少または排除することができる、概略的な制御アーキテクチャ７００を示している。図７において外皮形成プロセスコントローラ１８４は、外皮形成装置１１６に外皮形成プロセスパラメータを提供する。外皮形成プロセスパラメータとしては、マニホールド１２０およびユニパイプ１１４内のセメントの圧力、例えば部品ハンドリングユニット１１０および部品吊搬ユニット１３２の速さを制御することによる、ユニパイプ１１４を通る部品の供給速度、マニホールド１２０およびユニパイプ１１４内に供給されかつハニカムコア１２８上に配置される、外皮形成セメント１１８の、例えばセメント内の水の量、セメント内の空気の量、またはセメント外皮バッチの密度などの、化学的性質、のようなパラメータが挙げられる。
【００５７】
外皮形成プロセス１９６で、外皮形成装置１１６はプロセスパラメータを１８４から適用して、ハニカム構造体１００の外皮形成を行う。外皮形成されたハニカム本体１２２がユニパイプ１１４から出て行き、さらにインライン検査および制御ユニット１４０の検査ユニット１４４を通過するときに、外皮品質測定２００が行われて、図１〜６を参照して説明したように外皮表面の品質を検査する。外皮形成された部品１２２は出力２０４で現れる。欠陥が外皮品質測定２００において検出および識別されると、制御信号１８０がプロセスコントローラ１８４にフィードバックを提供し、外皮品質測定２００を受けて外皮形成システム１１６のプロセスを制御する。外皮品質測定２００を受けて外皮形成システム１１６のプロセスを制御するためのプロセスコントローラ１８４へのフィードバックは、それ以降に外皮形成される部品１２２の欠陥を減少または排除する。
【００５８】
図８は、本開示の例示的な実施形態による、ハニカム本体外皮検査ユニットからのデータを利用して外皮形成プロセスパラメータを制御し、ハニカム本体外皮形成プロセスにおける異常、欠陥、不均一性などを減少または排除する方法を示したプロセス図である。この方法は、図１〜７を参照して説明した本開示の例示的な実施形態による、インライン外皮品質検査および制御ユニット１４０を含む、軸方向外皮形成システム１１６を使用し得る。図８において、工程８０４はこの方法の開始を示す。工程８０８では、インライン外皮品質検査および制御ユニット１４０の「オン」または「オフ」状態を判定する。検査および制御ユニット１４０が「オフ」状態にある場合、工程８１２が検査および制御ユニット１４０を「オン」状態にする。検査および制御ユニット１４０が「オン」状態にある場合、工程８１６が、検出ユニット１５２からのデータがコントローラ１６０で受信されたか、さらに信号アナライザ１７２で分析されたかを判定する。
【００５９】
検出ユニット１５２からのデータが受信および分析されていなかった場合、工程８２０が、検査および制御ユニット１４０が工程８１６に戻る待機状態を提供する。工程８２０は、検査および制御ユニット１４０を工程８１６に戻す前に、時間間隔、ゼロ平均センサデータなどを提供してもよい。検出ユニット１５２からのデータが受信および分析されていた場合、工程８２４が、信号アナライザ１７２による分析を受けて外皮欠陥が検出されたかを判定する。
【００６０】
工程８２４において外皮欠陥が検出された場合、工程８２８が、検出された欠陥のタイプを判定する。工程８２８において検出された欠陥のタイプが高速流または欠乏である場合８３２、工程８４４が、高速流欠陥および欠乏欠陥のタイプに関連する、システムプロセス制御規則を適用する。プロセスコントローラ１８４は、分析を受けて、システムプロセス制御規則を適用して外皮形成システム１１６のプロセスを制御する。
【００６１】
本開示の例示的な実施形態によるシステムプロセス制御規則の例を表１に示す。これらの例示的な実施形態において、部品搬送ユニット１１０、１３２は、部品１００、１２２、１２８を約１から１００ｍｍ／ｓの軸方向速度で搬送するように構成され得る。外皮形成圧力は、マニホールドがユニパイプと合流する位置で、約１ｐｓｉ（６．８９×１０3Ｐａ）から約６ｐｓｉ（４．１４×１０4Ｐａ）の範囲でもよい。マスター信号から約−０．６ｍｍから約−０．８ｍｍのピークの偏位は、平均外皮表面からの約０．６ｍｍから約０．８ｍｍの偏差に相当し得る。平均外皮表面は、欠陥のない表面のトポロジーを示す。明確にするために、本書で約−０．８ｍｍ未満の偏位が用いられる場合、偏位の絶対値（｜Δｘ｜、Δｘは偏位）は約０．８ｍｍよりも大きい。同様に、本書で約＋０．８ｍｍ超の偏位が用いられる場合、偏位の絶対値（｜Δｘ｜）は約０．８ｍｍよりも大きい。
【００６２】
【表１】
0006639465.tif 000002
【００６３】
工程８２８において検出された欠陥のタイプが外皮上のラインまたは引きずり跡であった場合８３６、部品ハンドリングユニット１１０と部品吊搬ユニット１３２の上部／下部の「ハンドシェイク」、またはユニパイプ１１４の完全性をチェックするよう、工程８４８がフラグを立てる。オペレータは、工程８４８のフラグにより、チェックを実行するよう警告を受けることができる。すなわち、軸方向に垂直な方向における部品１２２の周囲のラインは、部品ハンドリングユニット１１０と部品吊搬ユニット１３２との間のアライメントの不整合を示し、部品ハンドリングユニット１１０および部品吊搬ユニット１３２のアライメントを実行するようオペレータに警告することができる。引きずり跡はユニパイプ１１４内の破片を示し、ユニパイプ１１４のクリーニングを行うようオペレータに警告することができる。工程８２８において検出された欠陥のタイプが外皮上のラインまたは引きずり跡であった場合８３６、代わりの例示的な実施形態においてプロセスコントローラ１８４は、軸方向外皮形成装置１１６を止めてもよい。
【００６４】
工程８２８において検出された欠陥のタイプがピット／ポックである場合８４０、工程８５２が、ピットおよびポック欠陥タイプに関連する、システムプロセス制御規則を適用する。プロセスコントローラ１８４は、分析を受けて、システムプロセス制御規則を適用して外皮形成システム１１６のプロセスを制御する。ピットおよびポックに対するシステムプロセス制御規則の例を表２に示す。
【００６５】
【表２】
0006639465.tif 000003
【００６６】
従って、本開示のこれらの例示的な実施形態は、ハードウェアと、軸方向の外皮形成プロセスの際に取り込まれたマイクロメートルからミリメートルサイズの欠陥の、位置およびサイズを判定する制御アルゴリズムの他、これらの欠陥を自動化された形で最小限に抑えるまたは排除する、制御アルゴリズムを含む。欠陥検出プロセスは、部品１２２の外側表面上へのラインレーザ１４８の投射から始まるものでもよく、このときレーザライン１５０は、軸方向外皮形成装置１１６の運動１１２の軸に垂直である。レーザ１４８は、部品が塗布された外皮を既に備えている、外皮形成ユニパイプ１１４の出口に位置し得る。レーザライン１５０を、カメラ１５２および光学フィルタで三角測量を用いて測定して、外皮表面の任意の湾曲または欠陥を検出してもよい（レーザプロフィロメータ）。例えば９０°の増分で４つ配置して、最大の部品１２２の外側の完全な、またはほぼ完全な到達範囲を生み出すよう、アスペクト比の大きいレーザラインスキャナを選択および組み合わせてもよい。最大の部品１２２の完全な到達範囲は、必要に応じて追加のスキャナ１４８、１５２を用いて達成され得る。
【００６７】
レーザプロフィロメータの走査速度は約１ｋＨｚを超えるものでもよく、従って、外皮形成スピードが５〜１０ｍｍ／ｓの範囲になり得るこれらの例示的な実施形態では、外皮形成された部品の外側表面のほぼ連続的な測定が可能である。レーザプロフィロメータは、対象の製品、例えば直径約７インチ（１７．７８ｃｍ）から約１３インチ（３３．０２ｃｍ）の円筒状部品の範囲をカバーするために必要な距離で、厳密に据え付けられ得る。レーザ１４８が据え付けられた後に、完全な（欠陥のない）部品を示すことになる理想的な表面形状をキャプチャしてもよい。このプロファイルをキャプチャし、マスタープロファイルとして記憶装置に保存し、一連の測定されたプロファイル夫々に対して比較のために使用してもよい。外皮形成された部品１２２の各リアルタイムの測定で、これからマスタープロファイルを減算し、次いで各レーザラインの長さを８つのセクションに分割する。４つのレーザからのデータを組み合わせると、部品全体をカバーする、３２のこのセクションが生み出される。次いでアナライザ１７２が、これらのサブセクション夫々に亘って調査し、かつ現在の測定結果およびマスタープロファイルから、半径方向における最大偏差を計算し、さらにシステムのサンプリングレート、例えば１ｋＨｚでこの値を報告する。従って、外皮形成された部品の周囲の、最大半径の欠陥測定結果を表す３２の測定結果を、コントローラ１６０に報告してデータアーカイブシステムに保存し、さらに外皮形成プロセスのアクティブ（リアルタイム）制御のために用いてもよい。
【００６８】
アナライザ１７２は、プロフィロメータから、ある周波数以上で信号を受信するように構成され得、一方部品搬送ユニット１１０、１３２は、部品１２２をある軸方向速度で搬送するように構成され得、このある周波数およびある軸方向速度は、一連の走査および送信の軸方向における間隔を、１ｍｍ以下とするようなものとされ得る。例えばレーザプロフィロメータは、照射されたライン１５０を走査し、かつ信号１６８をコントローラ１６０に、ある周波数以上で送信するように構成され得、また部品搬送ユニット１１０、１３２は、部品１２２をある軸方向速度で搬送するように構成され得、このある周波数およびある軸方向速度は、一連の走査および送信の軸方向１１２における間隔を、約１ｍｍから約５０μｍとするようなものとされ得る。例えばこの周波数は、２０Ｈｚから約２ｋＨｚの間の範囲でもよく、また部品搬送ユニット１１０、１３２は、２ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓの間の範囲の軸方向速度で部品を搬送してもよい。これらの例示的な実施形態において、軸方向の分解能は長さ１ｍｍの外皮欠陥を検出するのに十分なものであり、例えば軸方向の分解能は、長さ７００μｍの外皮欠陥、長さ５００μｍの欠陥、長さ１００μｍの欠陥、長さ５０μｍの欠陥、またはさらには長さ１０μｍの欠陥を検出するのに十分なものでもよく、このとき欠陥の長さは軸方向のものである。
【００６９】
軸方向外皮形成プロセスのための制御アーキテクチャは、品質基準に応じて、マニホールドの圧力、外皮のスピード、および外皮セメントバッチの化学的性質のような、重大なシステムパラメータを調節することができる。これらの例示的な実施形態による検査方法によれば、外皮形成プロセスコントローラ１８４がこれらのパラメータを調節して、優れた外皮品質を維持すること、または異常の長さを減少させることができ、それによりプロセスにおける無駄およびコストを減少させることができる。
【００７０】
本開示のこれらの例示的な実施形態により、統計的プロセス制御（ＳＰＣ）の原理を適用して、欠陥を減少させ、また優れた外皮品質を維持することができる。欠陥の根本的原因は異なり得るため、外皮欠陥の各系統を別々に管理してもよい。生じる外皮欠陥のタイプ次第で、特定の制御方策の方向が選択され得る。特定の外皮欠陥に影響を与えるための、制御されるプロセスパラメータ（制御ノブ）も異なり得る。例えば、「高速流」または「欠乏」タイプの外皮欠陥が生じた場合には、制御ノブは、外皮形成圧力単独、外皮形成速度単独、または外皮形成圧力と外皮形成速度との組合せになり得る。本書では外皮形成速度は、ユニパイプ１１４を通る部品１００、１２２、１２８の速度を称する。同様に、「ポック」および「ピット」が外皮に形成された場合には、この場合の制御ノブは、外皮セメントバッチの密度など、外皮セメントバッチの組成になり得る。
【００７１】
例示的な実施形態によるこの制御方法は、半自動式の手法、または全自動モードのいずれかで実行され得る。半自動式モードでは、コントローラ１６０が外皮検査システム１４４からのデータを使用し、取られるべき望ましい制御手段を計算し、さらにその手段を制御室内に表示し、ここでオペレータがその提案された手段を取るか、あるいは取らないかを決定することができる。全自動モードでは、コントローラ１６０は自動的に手段を取ることができる。
【００７２】
本書で説明したようなやり方で、一旦ハニカム構造体１２８に外皮材料１１８が塗布されると、外皮１３６は随意的に乾燥および／または焼成され得る。随意的な乾燥ステップは、外皮材料内に存在し得る任意の液体ビヒクルを少なくとも実質的に除去するのに十分な温度および時間で、外皮１３６を湿度制御雰囲気内で最初に加熱するステップを含み得る。本書では、任意の液体ビヒクルを少なくとも実質的に除去するとは、焼成前に外皮１３６内に存在している液体ビヒクルの、少なくとも９５%、少なくとも９８％、少なくとも９９％、またはさらには少なくとも９９．９％の除去を含む。さらに加熱は、例えば、湿度制御雰囲気内での、熱風乾燥、ＲＦおよび／またはマイクロ波乾燥など、任意の従来の既知の方法によって実現することができる。
【００７３】
随意的な焼成ステップは、外皮材料を主結晶相セラミック組成物へと変換するのに適した条件を含むものでもよく、塗布された外皮材料を備えたハニカム１２２の、８００℃超、９００℃、さらには１０００℃超ものピーク温度までの加熱を含み得る。加熱中、約１２０℃／ｈｒの傾斜率を使用してもよく、その後ピーク温度で約３時間保持し、次いで約２４０℃／ｈｒで冷却する。
【００７４】
本明細書内に記載した機能ユニットのいくつかを、その実装の独立性を強調するために、モジュール、コントローラ、およびユニットと表示した。例えば、モジュール、コントローラ、またはユニット、本書で以下「モジュール」とするものは、カスタムＶＬＳＩ回路またはゲートアレイ、ロジックチップ、トランジスタなどの既製の半導体、または他の個別の構成要素を含む、ハードウェア回路として実装され得る。モジュールはさらに、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジック、またはプログラマブルロジックデバイスなどの、プログラマブルハードウェアデバイスに実装され得る。またモジュールは、バルブ、ピストン、ギヤ、接続部材、およびスプリングなどで実現され得る。
【００７５】
モジュールを、種々のタイプのプロセッサによって実行するためのソフトウェアに実装してもよい。例えば、特定の実行可能コードのモジュールは、例えばオブジェクト、プロシージャ、または関数として構造化され得るコンピュータ命令から成る、１以上の物理または論理ブロックを含み得る。それにもかかわらず、特定のモジュールの実行ファイルは物理的に一緒の場所にある必要はなく、論理的に結合されたときにモジュールを含みかつ記述された目的をモジュールに対して達成する、異なる場所に保存された異種の命令を含み得る。
【００７６】
実行可能コードのモジュールは、単一の命令でもよいし、あるいは多数の命令でもよく、さらにいくつかの異なるコードセグメントに亘って、また異なるプログラム間に、またいくつかのメモリデバイスに亘って、分散されたものでもよい。同様に、オペレーショナルデータは本書においてモジュール内で特定および例証され得、任意の適切な形で具現化することができ、任意の適切なタイプのデータ構造内で構造化され得る。オペレーショナルデータは、単一のデータセットとして集められたものでもよいし、あるいは異なる記憶装置に亘るものなど、異なる場所に分散されたものでもよい。
【００７７】
本明細書全体に亘る例示的な実施形態の参照、および本明細書全体に亘る類似の文体は、そうとは限らないが、同じ実施形態を参照し得る。さらに、例示的な実施形態を参照して本書で説明される主題の、説明される特徴、構造、または特性は、１以上の例示的な実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせてもよい。説明においては、主題の実施形態の完全な理解を提供するために、例えば制御、構造、アルゴリズム、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザの選択、ネットワーク取引、データベースクエリー、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップ等の例など、多くの具体的詳細が提供される。しかしながら関連技術の当業者は、この主題を、１以上のこの具体的詳細を含まずに、または他の方法、構成要素、材料などと共に、実施し得ることを認識するであろう。他の例においては、開示される主題の態様を不明瞭にしないよう、周知の構造、材料、または動作を詳細に図示または説明しない。
【００７８】
上述した概略フローチャート図および方法の概略図は、概して論理的フローチャート図として明記される。従って、描かれている順序および表示されるステップは、代表的な実施形態を示したものである。概略図に示されている方法の１以上のステップ、またはその一部に対し、機能、ロジック、または効果が同等な他のステップおよび方法が思い付くであろう。さらに、採用される形式および符号は、概略図の論理的ステップを説明するために提供され、図によって示される方法の範囲を限定するものではないことを理解されたい。種々の矢印のタイプおよび線のタイプが概略図において採用され得るが、これらは対応する方法の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際には、いくつかの矢印または他の接続子は、方法の論理的流れのみを示すために使用され得る。例えば矢印は、図示の方法の列挙されたステップ間の、未特定持続時間の待機または監視期間を示し得る。さらに、特定の方法が行われる順序は、図示の対応するステップの順序を厳守したものでもよいし、あるいは厳守していないものでもよい。
【００７９】
本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。従って、本開示の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、添付の請求項はこの改変および変形を含むと意図されている。
【００８０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００８１】
実施形態１
ハニカム本体外皮形成システムにおいて、少なくとも１つの欠陥についてハニカム本体の外皮を検査する、その場検査システムにおいて、
前記外皮をその上に配置して備えている前記ハニカム本体を軸方向に動かす、部品搬送ユニット、
検査ユニットであって、
前記外皮上に、前記軸方向に垂直にライン照射を生成するように構成された、ライン照射装置と、
前記外皮から散乱された前記ライン照射を検出し、検出された該ライン照射に基づいて信号を生成するように構成された、検出器と、
を備えている、検査ユニット、および
コントローラであって、前記検出器によって生成された前記信号を受信し、受信された該信号を、予め保存された欠陥のない場合の信号とリアルタイムで比較し、さらに該比較に基づいて、少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを制御するように構成された、コントローラ、
を備えていることを特徴とする検査システム。
【００８２】
実施形態２
前記比較が、前記予め保存された欠陥のない場合の信号と前記受信された信号との間の差を、正の閾値よりも大きいものと負の閾値よりも小さいものとのうちの少なくとも一方である場合に、欠陥と識別するように構成されていることを特徴とする実施形態１記載の検査システム。
【００８３】
実施形態３
前記比較が、前記正の閾値よりも大きい前記差を、前記ハニカム本体上の不十分な外皮という欠陥として識別するように構成されていることを特徴とする実施形態２記載の検査システム。
【００８４】
実施形態４
前記比較が、前記欠陥を、ピット、ポック、欠乏、のうちの少なくとも１つとして識別するように構成されていることを特徴とする実施形態１から３いずれか１項記載の検査システム。
【００８５】
実施形態５
前記コントローラが、ピットとポックとのうちの少なくとも一方として識別された前記欠陥に応えて、外皮セメントのバッチの密度を制御するように構成されており、かつ、
前記コントローラが、欠乏として識別された前記欠陥に応えて、前記外皮セメントの圧力と前記部品搬送ユニットの速度とのうちの少なくとも一方を制御するように構成されていることを特徴とする実施形態１から４いずれか１項記載の検査システム。
【００８６】
実施形態６
前記コントローラが、前記比較に基づいて前記少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを変化させるよう制御した後に、安定化期間の間、外皮形成プロセスパラメータを変化させないよう制御するように構成されていることを特徴とする実施形態１から５いずれか１項記載の検査システム。
【００８７】
実施形態７
前記比較が、前記差が前記正の閾値を超えている時間を測定して、ピットおよびポックであるか、あるいは欠乏であるかを判定するように構成されていることを特徴とする実施形態１から６いずれか１項記載の検査システム。
【００８８】
実施形態８
前記比較が、前記負の閾値よりも小さい前記差を、前記ハニカム本体上の過度の外皮という欠陥として識別するように構成されていることを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の検査システム。
【００８９】
実施形態９
前記比較が、前記欠陥を高速流として識別するように構成されており、かつ前記コントローラが、前記高速流として識別された前記欠陥に応えて、前記外皮セメントの圧力を制御するように構成されていることを特徴とする実施形態１から８いずれか１項記載の検査システム。
【００９０】
実施形態１０
前記コントローラが、前記比較に基づいて前記少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを変化させるよう制御した後に、安定化期間の間、外皮形成プロセスパラメータを変化させないよう制御するように構成されていることを特徴とする実施形態１から９いずれか１項記載の検査システム。
【００９１】
実施形態１１
前記比較が、前記差が前記負の閾値未満である時間を測定して、前記欠陥が高速流であることを判定するように構成されていることを特徴とする実施形態１から１０いずれか１項記載の検査システム。
【００９２】
実施形態１２
前記ライン照射装置がレーザを備え、かつ前記検出器が、電荷結合検出器（ＣＣＤ）カメラと光学フィルタとを含むレーザプロフィロメータを備えていることを特徴とする実施形態１から１１いずれか１項記載の検査システム。
【００９３】
実施形態１３
前記レーザプロフィロメータが、照射されたラインを走査し、かつ前記信号を前記コントローラに、ある周波数以上で送信するように構成され、さらに前記部品搬送ユニットが、前記部品をある軸方向速度で搬送するように構成され、前記ある周波数および前記ある軸方向速度が、一連の前記走査および前記送信の前記軸方向における間隔を、１ｍｍ以下とするようなものであることを特徴とする実施形態１から１２いずれか１項記載の検査システム。
【００９４】
実施形態１４
前記レーザプロフィロメータが、照射されたラインを走査し、かつ前記信号を前記コントローラに、ある周波数以上で送信するように構成され、さらに前記部品搬送ユニットが、前記部品をある軸方向速度で搬送するように構成され、前記ある周波数および前記ある軸方向速度が、一連の前記走査および前記送信の前記軸方向における間隔を、約１ｍｍから約５０μｍとするようなものであることを特徴とする実施形態１から１３いずれか１項記載の検査システム。
【００９５】
実施形態１５
前記周波数が約２０Ｈｚから約２ｋＨｚの間の範囲であり、かつ前記部品搬送ユニットが、前記部品を２ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓの間の範囲の前記軸方向速度で搬送するように構成されていることを特徴とする実施形態１から１４いずれか１項記載の検査システム。
【００９６】
実施形態１６
前記検査ユニットが、前記ハニカム本体が軸方向外皮形成システムのユニパイプ内にありかつ前記ハニカム本体の少なくとも一部が前記ユニパイプから出たと同時に、検査を始めるように構成されていることを特徴とする実施形態１から１５いずれか１項記載の検査システム。
【００９７】
実施形態１７
前記検査ユニットが、複数のライン照射装置と複数の検出器とを備え、さらに前記コントローラが、前記複数の検出器から複数の信号を受信するように構成されていることを特徴とする実施形態１から１６いずれか１項記載の検査システム。
【００９８】
実施形態１８
前記検査ユニットが、
前記部品搬送ユニットの周りに均等に間隔を空けて、前記軸方向に垂直な平面内に配置された、複数の照射装置と、
前記部品搬送ユニットの周りに均等に間隔を空けて、前記軸方向に垂直な前記平面の上方と下方とのうちの少なくとも一方に配置された、複数の検出器であって、該検出器の夫々の、前記軸方向に垂直な方向における空間的分解能が、前記外皮の表面上で５００μｍ未満であるような、複数の検出器と、
を備え、さらに前記コントローラが、前記検出器から、前記検出されたライン照射の夫々によって照射された前記外皮の部分に対応する複数の信号を受信するように構成されていることを特徴とする実施形態１から１７いずれか１項記載の検査システム。
【００９９】
実施形態１９
外皮形成されたハニカム本体を製造する方法において、
外皮をその上に配置して備えている前記ハニカム本体を、軸方向に搬送するステップ、
前記外皮を、その場検査するステップであって、
前記軸方向に垂直な、前記外皮のラインを照射するステップと、
前記外皮から散乱された、照射された前記ラインを検出するステップと、
前記検出に基づいて信号を生成するステップと、
を含む、ステップ、
リアルタイムで、予め保存された欠陥のない場合の信号と前記信号を比較するステップ、および、
前記比較に基づいて、少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを制御するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【０１００】
実施形態２０
前記予め保存された欠陥のない場合の信号と受信された前記信号との間の差が、正の閾値よりも大きいものと負の閾値よりも小さいものとのうちの少なくとも一方を、前記比較するステップが欠陥と識別することを特徴とする実施形態１９記載の方法。
【０１０１】
実施形態２１
前記レーザ検出するステップが、照射された前記ラインを検出し、かつ前記生成するステップが前記信号を、ある周波数以上で生成し、さらに前記搬送するステップが前記ハニカム本体を、ある軸方向速度で搬送し、前記ある周波数および前記ある軸方向速度が、一連の前記検出および前記信号の生成の前記軸方向における間隔を、１ｍｍ以下とするようなものであることを特徴とする実施形態１９または２０記載の方法。
【０１０２】
実施形態２２
前記レーザ検出するステップが、照射された前記ラインを検出し、かつ前記生成するステップが前記信号を、ある周波数以上で生成し、さらに前記搬送するステップが前記ハニカム本体を、ある軸方向速度で搬送し、前記ある周波数および前記ある軸方向速度が、一連の前記検出および前記信号の生成の前記軸方向における間隔を、約１ｍｍから約５０μｍとするようなものであることを特徴とする実施形態１９から２１いずれか１項記載の方法。
【０１０３】
実施形態２３
前記軸方向に垂直な、前記外皮のラインを照射するステップが、前記外皮の隣接するセグメント上の、同一平面上に存在する複数のラインを照射するものを含み、
前記検出するステップが、前記外皮から散乱された、同一平面上に存在する複数の照射された前記ラインを検出するものを含み、
前記信号を生成するステップが、検出された同一平面上に存在する前記ライン夫々に対応する、複数の信号を、生成するものを含み、
前記信号を比較するステップが、対応する前記セグメントで予め保存された欠陥のない場合の信号と前記複数の信号の夫々とを、リアルタイムで比較するものを含み、さらに、
前記比較に基づいて、前記少なくとも１つの外皮形成プロセスパラメータを制御することを特徴とする実施形態１９から２２いずれか１項記載の方法。
【符号の説明】
【０１０４】
１００、１２２、１２８    ハニカム構造体
１１０    部品ハンドリングユニット
１１４    ユニパイプ
１１６    外皮形成システム
１１８    セメント
１３２    部品吊搬ユニット
１３６    外皮
１４４    検査ユニット
１４８    レーザユニット
１５０    検査レーザライン
１５２    検出器
１６０    制御ユニット
１８４    プロセスコントローラ
１８８    ポック
１９２    高速流欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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