专利名称：用于废气净化的基片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用来净化废气的基片以及这种基片的一种制造方法。
背景技术：
在公开号为8-508199的未经审查的日本专利中披露了一种微粒过滤器，用于过滤从内燃机燃烧室中排出的废气中的微粒。这种过滤器具有许多通道，该通道由多个多孔材料隔墙构成并相互平行延伸。每相邻的两个通道中的一个通道的一个端部开口是封闭的，同时相邻的两个通道中的另一个通道的另一个端部开口是封闭的。因此，流入过滤器的通道中的废气通过隔墙的细孔流入邻近的通道。
在上面引述的公开中所描述的过滤器中，所选的通道开口通过变形以及将隔墙的末端部分连接起来形成矩形棱锥的形式而得以封闭。在封闭这种过滤器的通道的端部开口时，布置了多孔材料的蜂窝结构和具有多个突出物的夹具，该夹具压在蜂窝结构的端部表面上，这样突出物会交替地进入蜂窝结构的通道中。
然而，在夹具压在蜂窝结构的端部表面上以便通过使上面描述的隔墙端部发生变形而封闭通道开口的情况下，隔墙端部可能不能完全连接在一起，并且通道的端部可能不会完全封闭。本发明的目的就是完全封闭用于净化废气的基片的通道开口。
发明内容
为了解决上面所述的问题，按照本发明的第一方面，提供一种制造用来净化废气的基片的方法，包括
形成一个预制模的步骤，该预制模包括一个第一端部、一个第二端部、许多在第一端部和第二端部之间延伸的隔墙，以及许多由多个隔墙形成的通道；第一变形步骤，用于在预制模的第一端部使隔墙的端部发生变形，形成每两个相邻通道中的一个，其形成方式使得隔墙的端部向着对应的通道中心集中，并且相互连接在一起；以及第二变形步骤，用于在预制模的第一端部使隔墙的端部发生变形，其变形方式使得每个隔墙的端部表面在所述预制模的所述第一端部上向着端部表面的中心被压下。
按照本发明的第二方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，第一变形步骤和第二变形步骤同时进行。
按照本发明的第三方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，第二变形步骤在第一变形步骤之后进行。
按照本发明的第四方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用同一隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙变形量等于前面提到的所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
按照本发明的第五方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用同一隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙变形量大于前面提到的所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
按照本发明的第六方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，通道的横截面是正方形，而封闭对应通道的隔墙端部每一个都形成基本为正四棱锥形状的一部分。
按照本发明的第七方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，通道的横截面是正三角形，而封闭对应通道的隔墙端部每一个都形成基本为正六棱锥形状的一部分。
按照本发明的第八方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，其中，预制模由多孔材料制成。
按照本发明的第九方面，在本发明的第一方面中提供一种方法，进一步包括第三变形步骤，用来在形成两个相邻通道中的另一个通道的预制模的第二端部使隔墙端部以一种方式发生变形，使得隔墙端部向着对应的通道的中心集中，并且相互连接起来；以及第四变形步骤，用来在预制模的第二端部使隔墙端部以一种方式发生变形，使得隔墙的端部表面在预制模的第二端部向着端部表面的中心被压下。
按照本发明的第十方面，在本发明的第九方面中提供一种方法，其中，第一变形步骤和第二变形步骤同时进行，第三变形步骤和第四变形步骤同时进行。
按照本发明的第十一方面，在本发明的第九方面中提供一种方法，其中，第二变形步骤在第一变形步骤后进行，而第四变形步骤在第三变形步骤后进行。
按照本发明的第十二方面，在本发明的第九方面中提供一种方法，其中，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙端部的变形量等于前面提到的所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值；在第三变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭通道所需的最小量；而在第四变形步骤中的隔墙端部的变形量等于前面提到的所需的最小量和第三变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
按照本发明的第十三方面，在本发明的第九方面中提供一种方法，其中，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙端部的变形量大于前面提到的所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值；在第三变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭通道所需的最小量；而在第四变形步骤中的隔墙端部的变形量大于前面提到的所需的最小量和第三变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
进一步，为了解决上述的问题，按照本发明的第十四方面，提供一种用于净化废气的基片，该基片包括一个第一端部、一个第二端部、许多在第一端部和第二端部之间延伸的隔墙，以及许多由多个隔墙形成的通道；其中，在形成每两个相邻通道中的一个通道的基片的第一端部上，许多隔墙的端部向着对应通道的中心集中并且相互连接起来，隔墙的端部表面终止于向着端部表面的中心被压下的基片的第一端部；其中许多隔墙的端部在形成两个相邻的通道中的剩下的一个通道的基片的第二端部处向着对应通道的中心集中并且相互连接起来，隔墙的端部表面在基片的第二端部处向着端部表面的中心被压下。
按照本发明的第十五方面，在本发明的第十四方面中提供一种基片，其中，通道的横截面形状为矩形，封闭对应通道的隔墙端部形成基本是正四棱棱锥形状的一部分。
按照本发明的第十六方面，在本发明的第十四方面中提供一种基片，其中，通道的横截面形状为正三角形，而封闭对应通道的隔墙端部形成基本是正六棱锥形状的一部分。
按照本发明的第十七方面，在本发明的第十四方面中提供一种基片，其中，基片由多孔材料制成。
通过下文中结合附图对本发明的优选实施例进行的阐述，可能对本发明有更为深入的理解。其中图1A是一个示意图，显示按照本发明的一个基片的一个端部表面；图1B是图1A所示的按照本发明的基片的一个纵向截面图；图2是一个透视图，显示基片的端部表面的一部分；图3是一个沿着基片的隔墙的端部表面剖开的截面图；图4是一个示意图，用于说明制造按照本发明的基片的一种方法；图5是一个透视图，显示制造按照本发明的基片的一种方法中所使用的一个夹具；图6A是一个示意图，显示基片的隔墙尚未发生变形；图6B是一个示意图，显示基片的隔墙已经发生变形；图7A是一个示意图，显示在与按照本发明的基片进行比较的一种基片的端部表面；图7B是图7A中所示的基片的纵向截面图；图8是一个示意图，显示用在另一种实施例中所用的预制模的端部表面；图9是用在另一种实施例中的夹具的一个透视图；以及图10是一个示意图，显示按照另一种实施例的基片的端部表面。
具体实施例方式
参照附图，将对本发明进行说明。图1A显示按照第一实施例的基片的端部表面，而图1B是显示在图1A中的基片的纵向截面图。基片1具有一个蜂窝结构，该结构具有许多相互平行延伸的通道2、3。每个通道2、3由多个(在第一实施例中为四个)隔墙4形成。基片1，也就是隔墙4，由多孔材料制成。基片1配置在内燃机的排气通道中，例如，用来过滤从内燃机的燃烧室中排放出来的废气中的微粒。当然，基片1可以用作载体来承载用来净化从内燃机的燃烧室中排放出来的废气的催化剂。
在基片1中，通道2、3的端部交替地由基本为正矩形棱锥体的墙5、6所封闭。特别是，基片1上的两个相邻的通道2、3在不同的端部由基本为正矩形棱锥的墙5、6封闭。因此，进入基片1中的废气流入通道2后，穿过隔墙4进一步流入相邻的通道3中，如图1B中箭头所示。
通过在形成通道2、3的四个隔墙4的端部把墙5、6相互连接在一起并向着中心(亦即，通道2、3的中心轴)共同形成一个凹坑，封闭通道2、3的基本为正四棱锥的墙5、6得以成形。特别是，如图2所示，基本为正四棱锥的墙5、6都是通过在隔墙4的端部表面上相互连接在一起并向着顶部T共同形成一个凹坑而成形。因此，如图2所示，由隔墙4的端部表面形成的带状墙表面按照网格的形状延伸并相互交叉从而形成一个凹坑。因此，如图3的纵向截面图所示，由基片1的隔墙4的端部表面形成的端部表面，具有一个凸凹形状，其底部位于基片1的基本为正四棱锥的墙5、6的尖端T而顶部在尖端T之间。
接下来，将对按照本发明的一种基片的制造方法进行说明。在制造按照本发明的基片的一种方法中，首先成形具有由多孔材料例如堇青石或者氮化硅制成的一个蜂窝结构的预制模10，如图4所示。预制模10具有许多由多个隔墙4形成并相互平行延伸的通道2、3。通道2、3具有正方形的横截面。
如图4所示，一个夹具11压在预制模10的端部表面上。夹具11具有许多突出物12，如图4和5所示。每个突出物12都具有基本为正四棱锥的形状，并且按照预定的间隔进行排列。因此，带状墙表面13在突出物12之间延伸。这些带状墙表面13在对应的区域A上集中，在该区域上四个相邻的突出物12的底部顶角相互连接在一起。带状墙表面13装配形成一个向着对应的集中部分B的斜坡。
按照本发明，夹具11以一种方式压在预制模10的端部表面上，使得突出物12进入与所要封闭的通道相邻的通道中，即，除所要封闭的通道之外的通道。一旦夹具11开始压在预制模10的端部表面上，如图6A所示，每个隔墙4的直线延伸的端部通过向着所要封闭的通道的中心轴C在其中心部分弯曲发生变形，如图6B所示。特别是，形成每个所要封闭的通道的四个隔墙4的端部朝向彼此发生变形，这样隔墙4的前端就相互连接在一起。
夹具11进一步继续压在预制模10的端部表面上，因此隔墙4的端部继续向着通道的中心轴C发生变形。同时，隔墙4的端部表面与夹具11的带状墙表面13发生接触。因此，隔墙4的端部表面发生变形，并且通过墙表面13被压入预制模10(也就是基片1)中。其结果是，隔墙的端部表面变形后形成一个凹坑，该凹坑在通道中心轴C处具有最深的部分。更为特别的是，按照本发明，隔墙4的端部向着通道的中心轴发生变形，同时使隔墙4的端部表面变形形成一个凹坑，该凹坑在通道的中心轴C处具有最深部分。这样，预定通道的开口被基本为正四棱锥的墙5、6封闭。
按照本发明，与如图7A和7B中所示构造的基片20相比，通道可以被彻底封闭。现在对这个事情进行说明。在如图7A和7B所示的基片中，形成所要封闭的通道的隔墙21向着对应的通道的中心轴发生变形，同时在其中心部分发生弯曲。特别是，形成所要封闭的对应通道的四个隔墙21的端部朝向彼此发生变形，这样隔墙21的前端就相互连接在一起。然而，在这个过程中，形成所要封闭的通道的每个隔墙21的前端发生变形和压入基片的量在所有隔墙21的前端上是基本上相等的，其结果是隔墙21的前端可能无法充分连接，而且导致在靠近通道中心轴的部分上意外地形成一个孔。
相反，按照本发明，形成所要封闭的通道的每个隔墙4的前端发生变形和压入基片的量向着通道的中心轴C逐渐增加。其结果是隔墙4的前端压入基片1中的程度越大，就越靠近通道的中心轴C。因此，隔墙4的前端充分地相互连接在一起。
在本发明中，如上所述，形成每个所要封闭的通道的隔墙的端部按照使特定的端部相互更加紧靠的方式发生变形。同时，隔墙的前端发生变形而相互之间更加靠近，并且以某种方式相互连接在一起，使得隔墙的变形后的端部形成一个凹坑，该凹坑的中心位于通道的中心轴处。或者，形成所要封闭的通道的隔墙的端部变形后彼此更加靠近，随后以某种方式使隔墙的前端发生变形而彼此进一步靠近，以致变形后的隔墙的端部表面形成一个凹坑，该凹坑的中心位于通道的中心轴处，从而将隔墙的前端相互连接在一起。
同样，按照本发明，隔墙端部用于封闭所要封闭的通道的开口所需的变形量，可以由封闭同一开口所需的隔墙端部的形状(上述实施例中的凹坑)计算出来。因此隔墙端部是以这个量发生变形的。特别是，如果将隔墙端部向着通道中心轴靠近的步骤称作第一步骤，而将变形后的隔墙的端部表面变形成为中心位于通道中心轴的凹坑的步骤称作第二步骤，则在第一步骤中，隔墙端部以一个小于通过上述计算得到的变形量的量发生变形，然后在第二步骤中，隔墙端部以计算得到的变形量的剩余部分发生变形，这个剩余量是同一隔墙端部没有在第一步骤中发生变形的剩下的量。
在第一和第二步骤中的变形总量可能大于计算得到的变形量。在这种情况下，在第一步骤中隔墙端部以一个小于计算得到的变形量发生变形，然后在第二步骤中，隔墙端部进一步以一个大于计算得到的变形量的剩余部分的量发生变形，这个剩余量是该隔墙端部没有在第一步骤中发生变形的剩下的量。通过这样作，隔墙的前端发生变形并挤压成相同的形状。
本发明也适用于由具有在图8中所示的结构的预制模10制造的废气净化基片，以及制造这种基片的一种方法。特别是，按照在图8中所示的第二实施例的预制模10具有许多通道2、3，这些通道由多个隔墙4形成，并且彼此平行延伸。通道2、3具有正三角形横截面。在由如图8中所示的预制模10制造废气净化基片的过程中，使用了一个如图9中所示的夹具11。夹具11具有多个突出物12，这些突出物基本为平头正六棱锥形状。突出物12以预定的空间间隔排成列。因此，带状隔墙表面13在相邻的突出物12之间延伸。这些带状墙表面13在区域A处相互结合在一起，在区域A处三个相邻的突出物12的底部边角集中于一处。这些带状墙表面13按照某种方式连接，使得它们向着集中部分B突出。
夹具11压在预制模10的端部表面上，其压下方式使得与每个所要封闭的通道相邻的通道，即，除了所要封闭的通道之外的通道，塞入对应的突出物12。一旦夹具11开始压在预制模10的端部表面上，隔墙4的端部就在突出物12的作用下向着通道的中心轴发生变形，同时在中心部分弯曲。特别是，形成每个通道的三个隔墙4都发生变形而相互更靠近，这样隔墙4的前端就相互连接在一起。
然后夹具11继续压紧在预制模10的端部表面上，因此隔墙4的端部继续向着通道的中心轴发生变形。同时，隔墙4的端部表面与夹具11的带状墙表面13发生接触，由此隔墙4的端部表面发生变形并压入预制模10(即基片)中。这样，每个隔墙4的端部表面变形成为在通道的中心轴(基本为正六棱锥的尖端T)处具有最深部分的凹坑。因此，通过基本为正六棱锥的墙封闭了预定通道的开口。
有关第一实施例所说明的问题也可以适用于第二实施例。同样，隔墙端部向着具有正三角形横截面的给定通道的中心轴发生变形以封闭特定通道所需的量相对于每个通道一侧长度的比例，亦即相对于形成特定通道的隔墙的宽度的比例，小于隔墙端部向着具有正三角形横截面的通道的中心轴发生变形以封闭同一通道所需的量相对于每个通道一侧的长度的类似比例。在这种情况下，可以防止在变形过程中隔墙端部发生破坏。因此与第一实施例相比，第二实施例具有一个优点，即在变形过程中隔墙端部发生破坏的机会更小。
当然本发明不局限于通过结构为具有正方形横截面或者正三角形横截面的通道的预制模而制造的废气净化基片和其制造的方法。可以选择的是，本发明同样适用于通过结构为具有诸如矩形、三角形或者六边形的多边形横截面的通道的预制模而制造的废气净化基片，以及制造的方法。同样在上述的实施例中，具有基本为正四棱锥的突出物的夹具，作为另一种选择的，也可能具有平头的、基本为正六棱锥的突出物。进一步，具有平头的、基本为正六棱锥的突出物的夹具可能由具有锋利尖端的基本为正六棱锥的突出物的夹具来取代。
按照本发明，隔墙的前端发生变形相互靠近，并且相互连接在一起，而不会失效。
尽管通过参照为了说明的目的而选择的特殊实施例对本发明进行了描述，应当清楚的是本领域内一般技术人员在不偏离本发明的基本概念和范围下可以对其进行多种修改。
权利要求
1.一种制造用于净化废气的基片的方法，包括形成一个预制模的步骤，该预制模包括一个第一端部、一个第二端部、许多在第一端部和第二端部之间延伸的隔墙，以及许多由多个隔墙形成的通道；第一变形步骤，用于在形成每两个相邻通道中的一个通道的预制模的第一端部使隔墙的端部以一种方式发生变形，使得隔墙的端部向着对应的通道中心集中，并且相互连接在一起；以及第二变形步骤，用于在预制模的第一端部使隔墙的端部以一种方式发生变形，使得每个隔墙的端部表面在所述预制模的所述第一端部上向着端部表面的中心被压下。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，第一变形步骤和第二变形步骤同时进行。
3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，第二变形步骤在第一变形步骤之后进行。
4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用同一隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙端部变形量等于所述的所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用同一隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙端部变形量大于所述的所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
6.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，通道的横截面是正方形，而封闭对应通道的隔墙端部每一个都形成基本为正四棱锥形状的一部分。
7.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，通道的横截面是正三角形，而封闭对应通道的隔墙端部每一个都形成基本为正六棱锥形状的一部分。
8.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，预制模由多孔材料制成。
9.如权利要求1中所述的方法，进一步包括第三变形步骤，用来在形成两个相邻通道中的另一个通道的预制模的第二端部使隔墙端部以一种方式发生变形，使得隔墙端部向着对应的通道的中心集中，并且相互连接起来；以及第四变形步骤，用来在预制模的第二端部使隔墙端部以一种方式发生变形，使得隔墙的端部表面在预制模的第二端部向着端部表面的中心被压下。
10.如权利要求9中所述的方法，其特征在于，第一变形步骤和第二变形步骤同时进行，第三变形步骤和第四变形步骤同时进行。
11.如权利要求9中所述的方法，其特征在于，第二变形步骤在第一变形步骤后进行，而第四变形步骤在第三变形步骤后进行。
12.如权利要求9中所述的方法，其特征在于，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙端部的变形量等于所述所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值；在第三变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第四变形步骤中的隔墙端部的变形量等于所述所需的最小量和第三变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
13.如权利要求9中所述的方法，其特征在于，在第一变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第二变形步骤中的隔墙端部的变形量大于所述所需的最小量和第一变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值；在第三变形步骤中的隔墙端部的变形量小于用该隔墙端部封闭对应的通道所需的最小量；而在第四变形步骤中的隔墙端部的变形量大于所述所需的最小量和第三变形步骤中的隔墙端部的变形量之间的差值。
14.一种用于净化废气的基片，包括一个第一端部；一个第二端部；许多在第一端部和第二端部之间延伸的隔墙；以及许多由多个隔墙形成的通道；其中，在形成每两个相邻通道中的一个通道的基片的第一端部上，许多隔墙的端部向着对应通道的中心集中并且相互连接起来；隔墙的端部表面终止于向着端部表面的中心被压下的基片的第一端部；以及其中许多隔墙的端部在形成两个相邻的通道中的剩下的一个通道的基片的第二端部处向着对应通道的中心集中并且相互连接起来，隔墙的端部表面在基片的第二端部处向着端部表面的中心被压下。
15.如权利要求14中所述的基片，其特征在于，通道的横截面形状为正方形，封闭对应通道的隔墙端部形成基本是正四棱锥形状的一部分。
16.如权利要求14中所述的基片，其特征在于，通道的横截面形状为正三角形，而封闭对应通道的隔墙端部形成基本是正六棱锥形状的一部分。
17.如权利要求14中所述的基片，其特征在于，基片由多孔材料制成。
全文摘要
提供一种制造用于净化废气的基片的方法。该方法包括形成一个预制模的步骤，该预制模包括一个第一端部、一个第二端部、许多在第一端部和第二端部之间延伸的隔墙；第一变形步骤，用于在第一端部使隔墙的端部部分以一种方式发生变形，使得在预制模的第一端部上的形成两个相邻的通道中的一个通道的隔墙的端部向着对应的通道中心集中，并且相互连接在一起；以及第二变形步骤，用于在第一端部使隔墙的端部以一种方式发生变形，使得在第一端部上的隔墙的端部表面向着每个端部表面的中心被压下。
文档编号F01N3/02GK1497138SQ03159819
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月25日 优先权日2002年9月25日
发明者伊藤和浩 申请人:丰田自动车株式会社