(57)【要約】ハニカムの複数の概ね平行な貫通孔に液剤を注入する装置であって、複数のハニカムが載置される基台と、該貫通孔を認識して画像データ処理等する画像認識部と、画像認識処理済みの貫通孔に複数の注入ノズルで液剤を注入する第１注入部と、第１注入部で注入未処理の貫通孔に１本の注入ノズルで液剤を注入する第２注入部とを有し、画像認識部と、第１注入部と、第２注入部とは、それぞれ別々の前記ハニカムを独立して処理できることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスハニカムの両端面間を貫通し多孔質隔壁で隔てられた複数の概ね平行な貫通孔に液剤を注入する装置であって、
複数の前記セラミックスハニカムが載置される基台と、
該基台上に載置された該セラミックスハニカムの貫通孔を認識して画像データとし、さらに該画像データをデータ処理する画像認識部と、
該画像認識部で画像認識処理済みのセラミックスハニカムの端面と略垂直な軸を中心に回転可能な１セットの複数の注入ノズルで前記画像認識部からの制御信号に基づいて液剤を前記貫通孔に注入する第１注入部と、
該第１注入部で液剤注入処理済みのセラミックスハニカムの液剤を注入すべき貫通孔中、前記第１注入部で注入未処理の貫通孔に１本の注入ノズルで前記画像認識部からの制御信号に基づいて液剤を注入する第２注入部とを有し、
前記画像認識部と、前記第１注入部と、前記第２注入部とは、それぞれ別々のセラミックスハニカムを独立して処理できることを特徴とするセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項２】
前記第１注入部の注入ノズル数が偶数である請求項１記載のセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項３】
前記第１注入部の注入ノズル数が４本である請求項１または２記載のセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項４】
前記４本の注入ノズルを正方形または平行四辺形に配置する請求項３記載のセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項５】
前記第１注入部を複数有し、それらがそれぞれ別々のセラミックスハニカムを独立に処理できる請求項１、２、３または４記載のセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項６】
前記第１注入部のノズル数より少ない本数の複数の注入ノズルを含む中間注入部が、第１注入部で処理済で第２注入部で処理前のセラミックスハニカムに液剤を注入するように設ける請求項１〜５のいずれか記載のセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項７】
液剤がセラミックスハニカム封止用のマスキング材または封止材である請求項１〜６のいずれか記載のセラミックスハニカム用液剤注入装置。
【請求項８】
セラミックスハニカムの両端面間を貫通し多孔質隔壁で隔てられた複数の概ね平行な貫通孔に液剤を注入する方法であって、複数の前記セラミックスハニカムが載置される基台に、該セラミックスハニカムの貫通孔を認識して画像データとし、さらに該画像データをデータ処理する画像認識部と、セラミックスハニカムの端面と略垂直な軸を中心に回転可能な１セットの複数の注入ノズルを有する第１注入部と、１本の注入ノズルを有する第２注入部とを設置し、前記画像認識部からの制御信号に基づいて、画像認識部で画像認識処理済みのセラミックスハニカムの液剤を注入すべき貫通孔に、前記第１注入部で複数の注入ノズルにより液剤を注入し、次いで該セラミックスハニカムの注入未処理の貫通孔に第２注入部で液剤を注入することを特徴とするセラミックスハニカム用液剤注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、内燃機関の排気ガス中の微粒子除去フィルタ等に使用されるセラミックスハニカム内の貫通孔に液剤を注入する方法およびその液剤注入装置に関する。
【背景技術】  従来より、多孔質隔壁で隔てられた複数の概ね平行な貫通孔を有するセラミックスハニカムの両端面に目封じを行う方法としては、様々な方法が提案されている。一つは封止材を注入する部分以外をマスク、フィルム等でマスキングする方法である（例えば、特開２００１−１３３２号公報参照。）。この方法では、セラミックスハニカムが所定の形状精度に入っていないと利用できないという問題がある。
マスクを使用しない方法としては直接封止材を封止すべき位置に注入する方法がある（特開平５−２３５０７号公報参照。）。しかし、この方法ではセラミックスハニカムと封止材供給体とを相対移動させながらノズル１本で注入するが、通常セラミックスハニカムのセル数は数千個と多いため時間がかかるおそれがある。また、セルの位置情報を認識する手段についても具体的には記載されていない。
セラミックスハニカム端面の画像情報をもとに、各種本数のノズルを使い分け、且つ段階的に用いてマスキング材を注入し、マスキング材の硬化後に目封じ材を注入する方法も提案されている（特開平６−２２６１０９号公報参照。）。しかし、この方法では端面を反転する以外は場所を移動せずに１箇所で全て処理するため、高速高精度の注入ノズル装置を用いたとしても、１個を処理するのに相当時間がかかることになり、生産性の点で問題がある。また、この方法ではマルチノズルで対応できないような変形のある部分については全て１本のノズルで対応することになっており変形の多いセラミックスハニカムに使用するとマルチノズルで対応できる範囲が制限され生産性の点で問題となるおそれがある。
また、目封じされたセラミックスハニカムの端面を撮像し、画像処理した情報をもとに、不完全貫通部に針で穴あけ修正すると同時に目封じの良否判定を行う方法も提案されている（特公平７−６３７８号公報参照。）。しかし、提案されている方法は、目封じの不良部分を検査修正する方法であり、形状精度が充分に出ていないセラミックスハニカムであっても生産性よく目封じする方法については提案されていない。本発明は、形状精度のよくないセラミックスハニカムであっても生産性よく封止できるセラミックスハニカム用液剤注入装置およびそれを使用したセラミックスハニカムの封止方法の提供を目的とする。
【発明の開示】
本発明は、セラミックスハニカムの両端面間を貫通し多孔質隔壁で隔てられた複数の概ね平行な貫通孔に液剤を注入する装置であって、
複数の前記セラミックスハニカムが載置される基台と、
該基台上に載置された該セラミックスハニカムの貫通孔を認識して画像データとし、さらに該画像データをデータ処理する画像認識部と、
該画像認識部で画像認識処理済みのセラミックスハニカムの端面と略垂直な軸を中心に回転可能な１セットの複数の注入ノズルで前記画像認識部からの制御信号に基づいて液剤を前記貫通孔に注入する第１注入部と、
該第１注入部で液剤注入処理済みのセラミックスハニカムの液剤を注入すべき貫通孔中、前記第１注入部で注入未処理の貫通孔に１本の注入ノズルで前記画像認識部からの制御信号に基づいて液剤を注入する第２注入部とを有し、
前記画像認識部と、前記第１注入部と、前記第２注入部とは、それぞれ別々のセラミックスハニカムを独立して処理できることを特徴とするセラミックスハニカム用液剤注入装置を提供する。
【図面の簡単な説明】  図１は本装置の概略斜視図である。
図２は液剤を市松模様状に注入する場合のノズル注入パターンの一例である。
図３はマルチノズルの回転概念図である。
図４は変形セルに注入する場合のノズル注入パターンの一例である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明のセラミックスハニカム用液剤注入装置（以下、本装置という）は、複数のセラミックスハニカム（以下、単にハニカムと略す）を載置できる基台と、該基台上に載置された該ハニカムの多孔質隔壁で隔てられた複数の概ね平行な貫通孔（以下、セルという）の画像を認識し、後述する第１注入部と第２注入部のノズルを制御するための信号を第１注入部と第２注入部に送る画像認識部と、前記ハニカムの端面と略垂直な軸を中心に回転可能なセットになった複数の注入ノズル（以下、マルチノズルという）を含み、前記画像認識部からの制御信号（以下、単に制御信号と略す）に基づいて該マルチノズルで液剤を注入すべきセル（以下、要注入セルという）に液剤を注入する第１注入部と、前記第１注入部とは独立で、１本の注入ノズル（以下、シングルノズルという）を含み、制御信号に基づいて該シングルノズルで要注入セル中、第１注入部で未注入のセルに液剤を注入する第２注入部と、を有する。
本装置は、前記基台上に載置された複数のハニカムを、画像認識部、第１注入部、第２注入部の順で独立して処理できるように、画像認識部と、第１注入部と、第２注入部とが独立して前記基台の周囲に連続的に配置される。例えば、前記基台が回転テーブルの場合には、回転テーブルの周囲に時計方向（右回り）または反時計方向（左回り）で画像認識部、第１注入部、第２注入部の順に配置する例が挙げられる。
以下、図面に基づいて本装置とこれを用いたハニカムの封止方法の一例を説明する。なお、図１は本装置１００の概略斜視図である。本装置１００の基台は、回転テーブル３である。回転テーブル３には、４個のハニカム１、１１、２１、３１をハニカム固定治具２で固定するようになっている。なお、回転テーブル３に載置されるハニカムの数は４個に限定されるものではない。
ハニカム１は一連の処理をこれから受けるハニカムであり、ハニカム１１は画像認識部１０で画像認識されるハニカムであり、ハニカム２１は画像認識部１０で画像認識処理済で制御信号により第１注入部２０で要注入セルに液剤を注入されるハニカムであり、ハニカム３１は第１注入部２０で注入処理済で第１注入部２０で未注入の要注入セルに制御信号により液剤を第２注入部３０で注入されるハニカムである。
基台としては、ハニカム１が画像認識部１０、第１注入部２０、第２注入部３０の順に処理されるようなものであれば特に制限されない。したがって、回転テーブル３に限られるものではなく、固定テーブルの上端にベルトコンベアようなものを配してハニカムが実質的に周回するような構造でもよい。また、基台がハニカム端面の水平面出し機構を持っていると後の液剤の注入作業が容易となるので好ましい。
画像認識部１０はカメラ１２と、それを３次元方向に任意に移動させる移動機構１３と、カメラ１２からのデータを処理し、第１注入部２０や第２注入部３０への制御指令を出すデータ処理部（図示せず）と、を有し架台１４で固定面４に固定されている。固定されたハニカムの測定端面が傾いている場合にはノズルと前記端面との距離が場所により変化するが、前記端面の傾きを測定する手段を画像認識部１０が有していると後工程での制御が容易となるため好ましい。検出手段としてはゴムなどの弾性体を先端に有する接触型検出器などが挙げられる。また、画像認識部１０がカメラ１２からの画像を表示させるディスプレイ等を有していると作業確認が容易となるので好ましい。
カメラ１２はセルを正確に認識できるものであれば特に制限されないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサなどで画素数が３０万画素以上あればよい。カメラ１２で一度に画像認識するセル数としては特に制限はないが、第１注入部２０のマルチノズルの本数の整数倍であると画像認識が重複せず効率がよいため好ましい。例えば、マルチノズルの本数が４本の場合には４セル×４セル＝１６セル、８セル×８セル＝６４セル、１２セル×１２セル＝１４４セルなどが挙げられる。
移動機構１３は、正確に位置制御できるものであれば特に制限されない。例えば、多軸ロボットのようなものが使用される。データ処理部としては、数値演算プロセッサを含むものであればよく、市販のパーソナルコンピュータなどが挙げられる。
ハニカム１１には、予めセル情報認識開始点が付されており、この開始点からセル情報画像認識が開始される。画像認識により、ハニカム面高さ、セル位置、変形のないセル形状、変形のあるセル形状およびセル数等のデータを得る。さらに、第１注入部２０のマルチノズル２２を回転せずに注入処理する箇所、変形が大きく第１注入部のマルチノズル２２を面内で回転後注入処理する箇所、第２注入部３０の１本の注入ノズル３２で注入処理すべき箇所、をそれぞれ認識する。
画像認識部１０で画像認識されたハニカム１は、次に第１注入部２０に送られ液剤を注入される。液剤としては封止材や封止材を充填する際に充填しないセルに封止材が入らないようにするためのマスキング材が挙げられる。液剤の粘度としてはノズルで注入できるものであれば特に制限されないが、液剤の粘度が３０〜２００Ｐａ・ｓであると液剤の量制御がしやすいため好ましい。
封止材としてはセラミックス粒子を含む分散液があり、マスキング材としては高分子ラテックスなどの有機物のエマルジョンがある。具体的な封止材としてはハニカムと熱膨張率が近いセラミックス粒子および／または熱処理後に該セラミックス粒子となる金属粒子等、特にはハニカムと同材質のセラミックス粒子および／または熱処理後に該セラミックス粒子となる金属粒子等を含む分散液であると好ましい。例えば、窒化ケイ素質のハニカムの場合、封止材としては窒化ケイ素粒子および／または金属ケイ素粒子を含む分散液であると好ましい。具体的なマスキング材としては、シリコーン系などの各種樹脂シール材、アクリル系樹脂エマルジョンなどの各種樹脂エマルジョンが挙げられる。
第１注入部２０はマルチノズル２２とマルチノズル２２を３次元方向に移動させる移動機構２３と、マルチノズル２２をセラミックスハニカム２１の端面と略垂直な軸を中心に回転可能とする回転制御部（図示せず）と、液剤タンク５からマルチノズル２２までの第１注入部用配管２５と、液剤の注入量を制御するため配管に設けられた第１注入部用液剤量制御装置２６と、前記画像認識部からの制御信号を該第１注入用液剤量制御装置に送るための同軸ケーブルなどの通信ケーブル（図示せず）と、を有し架台２４で固定面４に固定されている。
第１注入部２０では可能なかぎり多くの貫通孔にマルチノズル２２で液剤を注入することが好ましい。そうすることにより次のシングルノズルでの処理量を低減できる。マルチノズル２２で処理できない箇所としては、マルチノズル２２のノズルのうち一部でも注入すべきセルがない箇所が挙げられる。具体的にはハニカム端面の端がある。このような箇所は、第２注入部３０で注入する。
マルチノズル２２の本数は特には制限されないが偶数であると液剤を注入できるセル数が多く、注入作業の連続性が確保され、作業時間の短縮が図れるため好ましい。特に、マルチノズル２２の本数が４、６または８本であると注入作業の連続性が向上し、ノズル移動回数もより低減されて、作業時間が短縮されるためさらに好ましい。製作が容易なこと等から特には４本が好ましい。なお、ノズル本数が奇数の場合には３本または５本であると、マルチノズル２２が直線動作でカバーできる範囲が７本以上の場合に比べて広いため好ましい。
また、マルチノズル２２の本数が特定された場合、当該ノズルをどのように配置するかは、マルチノズル２２の注入パターンを決定するための重要な事項である。例えば、４本ノズルの場合、正方形配置、平行四辺形配置、長方形配置、台形配置などがあるが、正方形配置、平行四辺形配置にするとマルチノズル２２の注入パターンが単純で所要時間が短く、しかもカバーできる要注入セル数が多いため好ましい。
４本のノズルを平行四辺形に配置したマルチノズル２２を使用し、液剤を市松模様状に注入する場合の注入パターンの一例を図２に示す。図２中、４１は円形ハニカムの１／４端面を示す。４２はマルチノズル２２で注入されるセルを、４３は１回の注入で液剤が同時に注入される４セルのセットを示す平行四辺形を、４４は第２注入部のシングルノズル３２で注入されるセルを、４５は液剤を注入しないセル（以下、不注入セルという）を、それぞれ示す。４３の平行四辺形はマルチノズル２２の４本のノズルの配置と同じである。
本発明において、マルチノズル２２は、セルの変形に対応して回転可能な構成とされている。セルの変形は２次元での歪みであるのでマルチノズル２２をハニカム端面と略垂直、好ましくは垂直な軸を中心に回転させることにより変形したセル（以下、変形セルと略す）のかなりの部分が対応できることに基づく。
マルチノズル２２の回転の概念図（注入ノズル数：４本、配置：平行四辺形）を図３に示す。図中、２２がマルチノズルを、２７が要注入セルを、２８が不注入セルを、Ａがマルチノズルの回転方向を、それぞれ示す。また、変形セルへの注入パターンの概念図（注入ノズル数：４本、配置：平行四辺形）を図４に示す。図中、２２Ｎはマルチノズル２２中の１本のノズルを、５２は回転しないマルチノズル２２で注入されるセルを、５３は１回の注入で液剤が同時に注入される４セルのセットを示す平行四辺形を、５５は不注入セルを、２２ＮＲは２２Ｎを回転させた状態で使用するノズルを、５６はマルチノズル２２を平面内で回転させた後、注入される変形セルを、５７は回転させたマルチノズル２２の１回の注入で液剤が同時に注入される４セルのセットを示す平行四辺形を、５８は変形セルで不注入セルを、それぞれ示す。
特開平６−２２６１０９号公報でもマルチノズルが採用されているが、これは回転可能な構成とされていないので変形セルの場合には、マルチノズルで対応できず、シングルノズル等で対応せざるを得ない。したがって、注入時間が増大し生産性が低下することになる。
ノズルの形状は特に制限されないがステンレスなどの金属製のストレート形状の細管が使用される。ノズル外径もセル形状により適宜選択されるが断面が正方形のセルの場合、該正方形の１辺の長さの０．６〜０．８とするのが好ましい。ノズル外径が大きすぎると回転させた場合や変形が大きい場合にセルとノズルとが接触するおそれがあり好ましくなく、一方、ノズル外径が小さすぎると液剤の注入時間が長くなるほか、ノズル内での液剤の詰まりも発生しやすいので好ましくない。
前記移動機構２３としては、高精度な３次元の位置制御ができるものであれば特に制限されないが多軸ロボットなどが挙げられる。マルチノズル２２を平面内で回転制御する機構としては、サーボモータ機構などが例示される。前記第１注入部用配管２５としては特に制限されないが、柔軟な動きができる４フッ化エチレン樹脂などの樹脂製配管が好ましく使用される。第１注入部用液剤量制御装置２６としては液剤量を制御できるものであれば特に制限されないが、開閉弁付きシリンダなどが挙げられる。
第１注入部２０のマルチノズル２２で注入処理したハニカム２１は、第２注入部３０に送られ、要注入セルであって、まだ液剤が注入されていないセルにシングルノズル３２で液剤を注入する。第２注入部３０はシングルノズル３２とシングルノズル３２を３次元方向に移動させる移動機構３３と、液剤タンク５からシングルノズル３２までの第２注入部用配管３５と、液剤の注入量を制御するため配管に設けられた第２注入部用液剤量制御装置３６と、前記画像認識部からの制御信号を該第２注入用液剤量制御装置３６に送るための通信ケーブル（図示せず）と、を有する。
前記移動機構３３としては、高精度な３次元の位置制御できるものであれば特に制限されないが多軸ロボットなどが挙げられる。前記第２注入部用配管３５としては特に制限されないが、柔軟な動きができる４フッ化エチレン樹脂などの樹脂製配管が好ましく使用される。第２注入部用液剤量制御装置３６としては液剤を吐出し液剤量を制御できるものであれば特に制限されない。具体的には、空気圧で駆動させるピストン付シリンダやギアポンプなどの容積計量型吐出装置にニードル弁などの開閉弁をつけたものが挙げられる。
本装置においては、第１注入部２０と第２注入部３０との間に第１注入部２０のマルチノズル２２より本数の少ない中間注入部を設けてもよい。例えば、第１注入部２０のマルチノズル２２のノズル本数が８本の場合、マルチノズルのノズル本数が４本の中間注入部を設ける例が挙げられる。なお、中間注入部の配置としては、例えば、図１のような場合には回転テーブルの周囲に画像認識部、第１注入部、中間注入部、第２注入部の順に時計方向に配置する例が挙げられる。
中間注入部は前記マルチノズル２２よりノズル本数の少ないマルチノズル以外に、該マルチノズルを３次元方向に移動させる移動機構と、必要に応じて該移動機構とは独立に前記マルチノズルを平面内で回転させる回転制御部と、液剤タンク５からマルチノズルまでの中間注入部用配管と、液剤の注入量を制御するため配管に設けられた中間注入部用液剤量制御装置と、前記画像認識部１０からの制御信号を該第中間注入部用液剤料制御装置に送るための通信ケーブル（図示せず）と、を有すると好ましい。なお、移動機構、回転制御部、配管、液剤量制御装置、通信ケーブル等は第１注入部２０と同様のものが好適に使用される。
本装置１００においては、画像認識部１０、第１注入部２０、中間注入部（任意）、第２注入部３０はそれぞれ単数に制限されるものではなく、複数設けてもよい。例えば、それぞれ２セットずつ、基台の周囲に順に配置してもよく、また、第１注入部２０のみを複数セットとし、他は１セットずつとしてもよい。全体の作業時間を短縮するためには、第１注入部２０を複数セットとし、セット数に応じてハニカム端面を分担することが好ましい。例えば、第１注入部２０が２セットの場合、最初の１セットで右半分を注入し次の１セットで左半分を注入する方法等が挙げられる。さらに、第１注入部２０が４セットの場合、ハニカム端面を４分割し、各セットで１分割ずつ注入していく場合が例示される。第１注入部を複数有すると、それらがそれぞれ別々のセラミックスハニカムを独立に処理できる。
次に本発明の封止方法について説明する。まず、本装置１００を用いてマスキング材を注入する場合には、画像認識部１０で画像認識処理後、第１注入部２０でマルチノズル２２により要注入セルにマスキング材を注入する。最後に第２注入部のシングルノズル３２で未注入の要注入セルにマスキング材を注入してマスキング注入作業を終了する。マスキング注入作業の終了したハニカムに所定の封止材（セラミックス分散液）を付着させる。付着方法としては、封止材の中に前記ハニカムを浸漬する方法、封止材を直接塗布する方法、封止材を圧入する方法などが挙げられる。
封止材を注入されたハニカムは、乾燥後、加熱処理または薬剤による抽出作業によりマスキング材を除去後、封止材が所望の特性を発現するように８００℃以上の高温で熱処理（焼結、窒化等）する。この方法によればノズルの入らない周端部のセル（例えば、図２の４９）にも封止材を注入できるので直接封止材を本装置１００により注入する場合に比べて生産性が高いため好ましい。一方、本装置１００を用いて直接封止材を注入する場合には、上記のマスキング材の代わりに封止材を液剤とし、前記周端部のセルには手動等の別途手段で封止材を注入する他は前述した方法と同様にして封止する。
【実施例１】  直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍ、セル密度が６．４５ｃｍ２当り２００セルの窒化ケイ素質ハニカムフィルタの両端面を市松模様状に封止するため、液剤としてアクリル樹脂系水溶性エマルジョンからなるマスキング材を本装置１００により注入し、その注入作業時間を本装置を使用せずに１箇所で全てマスキング材をいれた場合の注入作業時間と比較した。本装置１００において外径１ｍｍの４本のノズルを平行四辺形にセットしたマルチノズル２２を含む第１注入部２０を２セットとし、他を１セットとした本装置１００を使用した。その注入作業時間を本装置を使用しない場合の注入作業時間と比べると時間が約１／８に短縮された。
マスキング材の注入が終了したハニカムを乾燥後、平均粒子直径１μｍ以下の、窒化ケイ素粒子と金属ケイ素粒子とを質量比で５０：５０とした混合粉末を少量の分散剤とともにイオン交換水中に固形分濃度５０％とした分散液に浸漬、乾燥後、８００℃で熱処理してマスキング材を焼失させ、その後、１６００℃で２時間保持して熱処理（窒化、焼結）した。全ての封止作業が終了後、ハニカムを検査して封止漏れ等がないことを確認した。
【産業上の利用可能性】  本発明は、形状精度のよくないハニカムであってもハニカム端面と略垂直な軸を中心に回転可能なマルチノズルを使用して液剤を注入できるので封止を高生産性で処理できる。また、画像認識や第１注入部での注入処理、第２注入部での注入処理等封止処理を別々の場所で行うため単位時間あたりの処理個数があがり生産性に優れる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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