用於堵塞顆粒過濾器小孔的掩模的製作方法

2023-05-30 19:45:26

專利名稱：用於堵塞顆粒過濾器小孔的掩模的製作方法
背景技術：
壁流式顆粒過濾器用於從柴油機和其它內燃機排放的廢氣中除去含碳的煤煙。

圖1顯示了一例具有單塊坯體(monolith body)102的壁流式顆粒過濾器100，其通常由陶瓷材料如堇青石或金剛砂擠出製成。單塊坯體102具有外殼104。在外殼104內是相互連接的多孔壁106，其限定了單塊坯體102內的縱向通道108a和108b。單塊坯體102具有進口端面(end face)110和出口端面112。在進口端面110，用填充劑材料堵塞通道108b。通過在單塊坯體102的端面110和112施加掩模(未顯示)並通過掩模中的開口將填充劑材料注入端面110和112上的所選小孔中，用填充劑材料選擇性堵塞通道108a和108b的埠。在操作中，廢氣通過進口通道108b進入單塊坯體102，通過多孔壁106經過通道108b進入出口通道108a，從通道108a離開單塊坯體102。
美國專利4,557,773(授予Bonzo)描述了一種選擇性堵塞單塊坯體端面小孔的自動化方法。該方法包括在單塊坯體端面施加透明的聚合物薄膜，掃描薄膜以產生信號，這些信號表明了薄膜下小孔的位置。然後用小孔位置信號定位用於通過薄膜在所選小孔位置產生開口的工具。聚合物薄膜包裹著單塊坯體端面，從而掩模與單塊坯體端面相配合。這造成當填充劑材料通過掩模開口注射時，可流過掩模並沿著單塊坯體側面往下流。單塊坯體側面上的填充劑材料造成側面的汙點，如果最終產品需要類似於擠出而成的外殼，則這些汙點很難處理。可通過在經掩模開口注入填充劑材料之前沿單塊坯體外周氣動密封而避免這些汙點缺陷。然而，這種方案增加了過濾器的生產成本，同時還限制一次只能掩蔽和堵塞一個單塊坯體。
發明概述本發明的一方面涉及一種用於堵塞單塊坯體中小孔(cell)的掩模，其包括平板，其中該平板(planar sheet)的邊緣固定在支撐架(support frame)中。在一種實施方式中，平板具有小孔掩模區，其邊緣與外殼掩模區相接。小孔掩模區包括多個開口，填充劑材料可通過這些開口注入單塊坯體的所選小孔中。平板的尺寸使得當其安裝在單塊坯體的端面時，小孔掩模區覆蓋單塊坯體端面的小孔，而外殼掩模區側向延伸過單塊坯體的外周。
本發明另一方面涉及一種堵塞單塊坯體小孔的方法，該方法包括在單塊坯體的端面施加邊緣固定在支撐架中的平板，從而該平板側向延伸過單塊坯體的外周。本發明優選還包括掃描平板並產生表明端面上小孔位置的信號，然後在與所選小孔位置相對的平板中切割開口。
通過以下描述和所附權利要求，本發明的其它特徵和優點將非常明白。
附圖概述圖1顯示現有技術的蜂窩狀(honeycomb)過濾器。
圖2A是根據本發明一種實施方式的掩模的頂視圖。
圖2B顯示由一個框架支撐的圖2A的掩模。
圖3顯示堵塞之前的單塊坯體。
圖4A顯示懸在圖3所示單塊坯體之上的圖2A所示的掩模。
圖4B顯示通過本發明一種實施方式的掩模將填充劑材料注入單塊坯體小孔中的活塞。
圖5說明用於形成本發明一種實施方式的掩模的圖像導向的(vision-guided)雷射切割方法。
圖6顯示用於選擇性地堵塞多個蜂窩體的小孔的本發明另一個實施方式的掩模。
優選實施方式詳述現在參考如附圖所示的幾種優選實施方式詳細描述本發明。在以下描述中，闡述了多個具體細節以利於完全理解本發明。然而，對本領域技術人員顯而易見的是撇開一些或所有這些具體細節也可以實施本發明。在其它情況下，沒有詳細描述公知的特徵和/或過程步驟以避免不必要地混淆本發明。參考附圖和以下描述能夠更好地理解本發明的特徵和優點。
圖2A顯示了根據本發明一種實施方式用於選擇性地堵塞單塊坯體端面小孔的掩模200。掩模200包括平板202，其包括邊界與外殼掩模區206相接的小孔掩模區204。小孔掩模區204包括多個開口208。在該實施方式中，開口208表示為具有正方形幾何圖形。正方形的角可包括填角(fillet)，或除正方形之外，開口208可具有其它幾何圖形如圓形或三角形。通常，開口208的幾何圖形是由將應用掩模200的單塊坯體小孔的幾何圖形決定的。開口208的數目和尺寸也可由單塊坯體端面中待堵塞的小孔的數目和尺寸決定。平板202的邊緣可固定在支撐架(例如圖2B中的支撐架210)中。平板202可由多種材料製成，例如聚合物(如聚酯)、彈性體(例如聚矽酮)或金屬。
為了說明的目的，圖3顯示了具有可通過掩模(圖2A中的掩模200)選擇性堵塞的小孔的單塊坯體300。單塊坯體300是柱狀的，其橫截面形狀由外殼(或外周壁)304限定。外殼304的輪廓通常是圓形或橢圓形，但本發明不限於任何特定的外殼輪廓。單塊坯體300具有一系列與外殼304交叉的互連多孔壁306。多孔壁306限定了一格沿單塊坯體300的長度縱向延伸的通道308。通道(或小孔)308的橫截面可以是如圖所示的正方形或可為其它形狀。單塊坯體300一般是擠出成形的。擠出材料通常是陶瓷材料，如堇青石或金剛砂，但也可以是玻璃、玻璃-陶瓷、塑料或金屬。多孔壁306的厚度和孔隙度不損害單塊坯體300的結構完整性。對於柴油廢氣過濾而言，多孔壁306可構成平均直徑在1-60μm範圍、更優選10-50μm範圍內的孔。
圖4A顯示了懸於單塊坯體300上方的掩模200。虛線400表示當掩模200用於單塊坯體300的端面302時掩模200的位置。當掩模用於單塊坯體300的端面302時，小孔掩模區204覆蓋單塊坯體300的端面302上的小孔308，外殼掩模區206覆蓋單塊坯體300的外殼314。這這一位置，小孔掩模區204的開口208對準單塊坯體300的端面302上所選的小孔308。在端面302上，與開口208對準的小孔308將通過開口208而被填充劑材料填充。外殼掩模區206是超大尺寸的(oversized)，從而當如上所述將掩模200應用於單塊坯體200的端面302時，外殼掩模區206覆蓋外殼304並且側向延伸過單塊坯體300的外周312。
圖4B顯示了通過掩模200的開口208將填充劑材料406注入單塊坯體300的端面302的所選小孔308中的活塞402。活塞402可手動操作或是例如美國專利4,557,773(授予Bonzo)中所述擠壓設備的一部分。填充劑材料406優選是可流動材料。填充劑材料406可以是陶瓷原料和粘合劑、增塑劑的混合物。當填充劑材料406注入到單塊坯體300的端面302的所選小孔308中時，側向延伸過單塊坯體300的外周312的外殼掩模區206防止填充劑材料406流下單塊坯體300的側面314。因此，將填充劑材料406注入所選小孔後，單塊坯體300沒有側面汙點這一缺陷。優選用粘合層404將掩模200固定在單塊坯體300的端面302。當填充劑材料406注入到單塊坯體的所選小孔308時，粘合層404也可防止填充劑材料406在掩模200和單塊坯體端面302之間擠出。類似於掩模200的掩模200a可施用於單塊坯體300的相反端面316，以選擇性堵塞端面316上的小孔。可利用雙頭擠壓設備同時堵塞單塊坯體中的小孔。
在一種實施方式中，平板200是透明薄膜，例如透明的聚合物薄膜，如透明的聚酯薄膜。透明膜可以是自我支撐的。然而，如果透明膜不是自我支撐的，則需要透明膜的支撐物，例如，可如前圖2B所述將透明膜的邊緣固定在一個框架中。透明膜可具有用作上述粘合層404的粘合劑敷層。透明膜允許使用類似於美國專利4,557,773(授予Bonzo)所述的圖像導向的雷射切割工藝以製備掩模200，該專利納入本文作為參考。根據本發明一種實施方式的圖像導向的雷射切割工藝包括將透明薄膜施用於單塊坯體的兩個端面，通過薄膜捕獲並分析單塊坯體的端面，產生雷射靶向信息，並指揮雷射在薄膜上燒出開口以產生掩模。
圖5說明圖像導向的雷射切割方法。圖5A中，已將透明薄膜500和502應用於單塊坯體300的端面302和316。透明薄膜500和502是超大尺寸的，從而提供如前所述側向延伸過單塊坯體外周的外殼掩模區。光學圖像分析儀504位於透明膜500上方。光學圖像分析儀504包括光學裝置506，例如照相機，其掃描透明膜500並產生表明薄膜下的小孔和/或形成小孔的多孔壁(圖3中的308、306)的位置的信號。光學圖像分析儀504處理器510，它將照相機506產生的信號轉化為雷射靶向信息。雷射靶向信息用於控制精確制動器512定位雷射源514以在所選小孔位置產生穿過薄膜的開口。對透明薄膜502重複對透明薄膜500進行的所述過程。第二套光學圖像分析儀、精確制動器和雷射源可允許在透明膜500和502上同時掃描和產生開口。
圖6表示根據本發明一種實施方式的掩模，其用於選擇性地堵塞多個蜂窩體的小孔。該實施方式中，掩模600可用於選擇性堵塞四個蜂窩體(未顯示)中的小孔。掩模600包括平板602，其具有邊界與外殼掩模區606相接的小孔掩模區604a、604b、604c、604d。小孔掩模區604a、604b、604c、604d分別具有開口608a、608b、608c、608d。當掩模600施用於蜂窩體時，小孔掩模區604a、604b、604c、604d覆蓋蜂窩體端面的小孔。各小孔掩模區604a、604b、604c、604d中的開口608a、608b、608c、608d的形狀與將應用該小孔掩模區的單塊坯體端面的小孔孔圖形相配合。因此，掩模600可用於堵塞小孔的幾何形狀不同的蜂窩體。
可用上述圖像導向的雷射切割工藝製作掩模600。即，可將透明薄膜應用於多個蜂窩體的進口端面和出口端面。可通過透明膜掃描多個蜂窩體的進口端面和出口端面。然後可用掃描的信息產生雷射靶向信息，用雷射靶向信息控制雷射在透明膜上燒出孔洞。該方法中蜂窩體的長度應相同。將蜂窩體固定在盤中可能有利於在製備掩模和進行堵塞的過程中保持蜂窩體之間的空間關係。
雖然參考有限的幾種實施方式描述了本發明，但本領域技術人員根據本公開將理解可設計其它實施方式而不脫離本公開內容的範圍。因此，本發明的範圍僅受所附權利要求的限制。
權利要求
1.一種用於堵塞單塊坯體中的小孔的掩模，其包括平板，其中該平板的邊緣固定在支撐架中。
2.如權利要求1所述的掩模，其特徵在於，所述平板包括邊界與外殼掩模區相接的小孔掩模區，所述小孔掩模區包括多個開口，填充劑材料可通過這些開口注入單塊坯體的所選小孔中，所述平板的尺寸使得當其安裝在單塊坯體端面上時，小孔掩模區覆蓋單塊坯體端面的小孔，外殼掩模區側向延伸過單塊坯體的外周。
3.如權利要求1所述的掩模，其特徵在於，所述平板是透明膜。
4.如權利要求1所述的掩模，其特徵在於，所述平板是透明聚合物膜。
5.如權利要求2所述的掩模，其特徵在於，粘合層形成在所述平板的面上。
6.一種堵塞單塊坯體中的小孔的方法，該方法包括在單塊坯體的端面上施加邊緣固定在支撐架中的平板，從而該平板側向延伸過單塊坯體的外周。
7.如權利要求6所述的方法，還包括掃描平板並產生表明端面上小孔位置的信號；和在與所選小孔位置相對的平板中切割開口。
8.如權利要求7所述的方法，還包括通過所述開口將填充劑材料注入所選小孔位置。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，施加平板包括將平板粘附在單塊坯體的端面。
10.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，用雷射在所述平板上切割開口。
全文摘要
一種用於堵塞單塊坯體中小孔的掩模，包括平板，其中該平板的邊緣固定在支撐架中。小孔掩模區包括多個開口，填充劑材料可通過這些開口注入單塊坯體的所選小孔中。平板的尺寸使得當其固定在單塊坯體端面上時，小孔掩模區覆蓋單塊坯體端面的小孔，外殼掩模區側向延伸過單塊坯體的外周。也提供了一種方法。
文檔編號B01D46/24GK101084051SQ200580038740
公開日2007年12月5日 申請日期2005年11月9日 優先權日2004年11月15日
發明者E·F·小安德魯拉瓦格, D·J·沃西 申請人:康寧股份有限公司