专利名称：用于堵塞颗粒过滤器小孔的掩模的制作方法
背景技术：
壁流式颗粒过滤器用于从柴油机和其它内燃机排放的废气中除去含碳的煤烟。
图1显示了一例具有单块坯体(monolith body)102的壁流式颗粒过滤器100，其通常由陶瓷材料如堇青石或金刚砂挤出制成。单块坯体102具有外壳104。在外壳104内是相互连接的多孔壁106，其限定了单块坯体102内的纵向通道108a和108b。单块坯体102具有进口端面(end face)110和出口端面112。在进口端面110，用填充剂材料堵塞通道108b。通过在单块坯体102的端面110和112施加掩模(未显示)并通过掩模中的开口将填充剂材料注入端面110和112上的所选小孔中，用填充剂材料选择性堵塞通道108a和108b的端口。在操作中，废气通过进口通道108b进入单块坯体102，通过多孔壁106经过通道108b进入出口通道108a，从通道108a离开单块坯体102。
美国专利4,557,773(授予Bonzo)描述了一种选择性堵塞单块坯体端面小孔的自动化方法。该方法包括在单块坯体端面施加透明的聚合物薄膜，扫描薄膜以产生信号，这些信号表明了薄膜下小孔的位置。然后用小孔位置信号定位用于通过薄膜在所选小孔位置产生开口的工具。聚合物薄膜包裹着单块坯体端面，从而掩模与单块坯体端面相配合。这造成当填充剂材料通过掩模开口注射时，可流过掩模并沿着单块坯体侧面往下流。单块坯体侧面上的填充剂材料造成侧面的污点，如果最终产品需要类似于挤出而成的外壳，则这些污点很难处理。可通过在经掩模开口注入填充剂材料之前沿单块坯体外周气动密封而避免这些污点缺陷。然而，这种方案增加了过滤器的生产成本，同时还限制一次只能掩蔽和堵塞一个单块坯体。
发明概述本发明的一方面涉及一种用于堵塞单块坯体中小孔(cell)的掩模，其包括平板，其中该平板(planar sheet)的边缘固定在支撑架(support frame)中。在一种实施方式中，平板具有小孔掩模区，其边缘与外壳掩模区相接。小孔掩模区包括多个开口，填充剂材料可通过这些开口注入单块坯体的所选小孔中。平板的尺寸使得当其安装在单块坯体的端面时，小孔掩模区覆盖单块坯体端面的小孔，而外壳掩模区侧向延伸过单块坯体的外周。
本发明另一方面涉及一种堵塞单块坯体小孔的方法，该方法包括在单块坯体的端面施加边缘固定在支撑架中的平板，从而该平板侧向延伸过单块坯体的外周。本发明优选还包括扫描平板并产生表明端面上小孔位置的信号，然后在与所选小孔位置相对的平板中切割开口。
通过以下描述和所附权利要求，本发明的其它特征和优点将非常明白。
附图概述图1显示现有技术的蜂窝状(honeycomb)过滤器。
图2A是根据本发明一种实施方式的掩模的顶视图。
图2B显示由一个框架支撑的图2A的掩模。
图3显示堵塞之前的单块坯体。
图4A显示悬在图3所示单块坯体之上的图2A所示的掩模。
图4B显示通过本发明一种实施方式的掩模将填充剂材料注入单块坯体小孔中的活塞。
图5说明用于形成本发明一种实施方式的掩模的图像导向的(vision-guided)激光切割方法。
图6显示用于选择性地堵塞多个蜂窝体的小孔的本发明另一个实施方式的掩模。
优选实施方式详述现在参考如附图所示的几种优选实施方式详细描述本发明。在以下描述中，阐述了多个具体细节以利于完全理解本发明。然而，对本领域技术人员显而易见的是撇开一些或所有这些具体细节也可以实施本发明。在其它情况下，没有详细描述公知的特征和/或过程步骤以避免不必要地混淆本发明。参考附图和以下描述能够更好地理解本发明的特征和优点。
图2A显示了根据本发明一种实施方式用于选择性地堵塞单块坯体端面小孔的掩模200。掩模200包括平板202，其包括边界与外壳掩模区206相接的小孔掩模区204。小孔掩模区204包括多个开口208。在该实施方式中，开口208表示为具有正方形几何图形。正方形的角可包括填角(fillet)，或除正方形之外，开口208可具有其它几何图形如圆形或三角形。通常，开口208的几何图形是由将应用掩模200的单块坯体小孔的几何图形决定的。开口208的数目和尺寸也可由单块坯体端面中待堵塞的小孔的数目和尺寸决定。平板202的边缘可固定在支撑架(例如图2B中的支撑架210)中。平板202可由多种材料制成，例如聚合物(如聚酯)、弹性体(例如聚硅酮)或金属。
为了说明的目的，图3显示了具有可通过掩模(图2A中的掩模200)选择性堵塞的小孔的单块坯体300。单块坯体300是柱状的，其横截面形状由外壳(或外周壁)304限定。外壳304的轮廓通常是圆形或椭圆形，但本发明不限于任何特定的外壳轮廓。单块坯体300具有一系列与外壳304交叉的互连多孔壁306。多孔壁306限定了一格沿单块坯体300的长度纵向延伸的通道308。通道(或小孔)308的横截面可以是如图所示的正方形或可为其它形状。单块坯体300一般是挤出成形的。挤出材料通常是陶瓷材料，如堇青石或金刚砂，但也可以是玻璃、玻璃-陶瓷、塑料或金属。多孔壁306的厚度和孔隙度不损害单块坯体300的结构完整性。对于柴油废气过滤而言，多孔壁306可构成平均直径在1-60μm范围、更优选10-50μm范围内的孔。
图4A显示了悬于单块坯体300上方的掩模200。虚线400表示当掩模200用于单块坯体300的端面302时掩模200的位置。当掩模用于单块坯体300的端面302时，小孔掩模区204覆盖单块坯体300的端面302上的小孔308，外壳掩模区206覆盖单块坯体300的外壳314。这这一位置，小孔掩模区204的开口208对准单块坯体300的端面302上所选的小孔308。在端面302上，与开口208对准的小孔308将通过开口208而被填充剂材料填充。外壳掩模区206是超大尺寸的(oversized)，从而当如上所述将掩模200应用于单块坯体200的端面302时，外壳掩模区206覆盖外壳304并且侧向延伸过单块坯体300的外周312。
图4B显示了通过掩模200的开口208将填充剂材料406注入单块坯体300的端面302的所选小孔308中的活塞402。活塞402可手动操作或是例如美国专利4,557,773(授予Bonzo)中所述挤压设备的一部分。填充剂材料406优选是可流动材料。填充剂材料406可以是陶瓷原料和粘合剂、增塑剂的混合物。当填充剂材料406注入到单块坯体300的端面302的所选小孔308中时，侧向延伸过单块坯体300的外周312的外壳掩模区206防止填充剂材料406流下单块坯体300的侧面314。因此，将填充剂材料406注入所选小孔后，单块坯体300没有侧面污点这一缺陷。优选用粘合层404将掩模200固定在单块坯体300的端面302。当填充剂材料406注入到单块坯体的所选小孔308时，粘合层404也可防止填充剂材料406在掩模200和单块坯体端面302之间挤出。类似于掩模200的掩模200a可施用于单块坯体300的相反端面316，以选择性堵塞端面316上的小孔。可利用双头挤压设备同时堵塞单块坯体中的小孔。
在一种实施方式中，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撑的。然而，如果透明膜不是自我支撑的，则需要透明膜的支撑物，例如，可如前图2B所述将透明膜的边缘固定在一个框架中。透明膜可具有用作上述粘合层404的粘合剂敷层。透明膜允许使用类似于美国专利4,557,773(授予Bonzo)所述的图像导向的激光切割工艺以制备掩模200，该专利纳入本文作为参考。根据本发明一种实施方式的图像导向的激光切割工艺包括将透明薄膜施用于单块坯体的两个端面，通过薄膜捕获并分析单块坯体的端面，产生激光靶向信息，并指挥激光在薄膜上烧出开口以产生掩模。
图5说明图像导向的激光切割方法。图5A中，已将透明薄膜500和502应用于单块坯体300的端面302和316。透明薄膜500和502是超大尺寸的，从而提供如前所述侧向延伸过单块坯体外周的外壳掩模区。光学图像分析仪504位于透明膜500上方。光学图像分析仪504包括光学装置506，例如照相机，其扫描透明膜500并产生表明薄膜下的小孔和/或形成小孔的多孔壁(图3中的308、306)的位置的信号。光学图像分析仪504处理器510，它将照相机506产生的信号转化为激光靶向信息。激光靶向信息用于控制精确制动器512定位激光源514以在所选小孔位置产生穿过薄膜的开口。对透明薄膜502重复对透明薄膜500进行的所述过程。第二套光学图像分析仪、精确制动器和激光源可允许在透明膜500和502上同时扫描和产生开口。
图6表示根据本发明一种实施方式的掩模，其用于选择性地堵塞多个蜂窝体的小孔。该实施方式中，掩模600可用于选择性堵塞四个蜂窝体(未显示)中的小孔。掩模600包括平板602，其具有边界与外壳掩模区606相接的小孔掩模区604a、604b、604c、604d。小孔掩模区604a、604b、604c、604d分别具有开口608a、608b、608c、608d。当掩模600施用于蜂窝体时，小孔掩模区604a、604b、604c、604d覆盖蜂窝体端面的小孔。各小孔掩模区604a、604b、604c、604d中的开口608a、608b、608c、608d的形状与将应用该小孔掩模区的单块坯体端面的小孔孔图形相配合。因此，掩模600可用于堵塞小孔的几何形状不同的蜂窝体。
可用上述图像导向的激光切割工艺制作掩模600。即，可将透明薄膜应用于多个蜂窝体的进口端面和出口端面。可通过透明膜扫描多个蜂窝体的进口端面和出口端面。然后可用扫描的信息产生激光靶向信息，用激光靶向信息控制激光在透明膜上烧出孔洞。该方法中蜂窝体的长度应相同。将蜂窝体固定在盘中可能有利于在制备掩模和进行堵塞的过程中保持蜂窝体之间的空间关系。
虽然参考有限的几种实施方式描述了本发明，但本领域技术人员根据本公开将理解可设计其它实施方式而不脱离本公开内容的范围。因此，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。
权利要求
1.一种用于堵塞单块坯体中的小孔的掩模，其包括平板，其中该平板的边缘固定在支撑架中。
2.如权利要求1所述的掩模，其特征在于，所述平板包括边界与外壳掩模区相接的小孔掩模区，所述小孔掩模区包括多个开口，填充剂材料可通过这些开口注入单块坯体的所选小孔中，所述平板的尺寸使得当其安装在单块坯体端面上时，小孔掩模区覆盖单块坯体端面的小孔，外壳掩模区侧向延伸过单块坯体的外周。
3.如权利要求1所述的掩模，其特征在于，所述平板是透明膜。
4.如权利要求1所述的掩模，其特征在于，所述平板是透明聚合物膜。
5.如权利要求2所述的掩模，其特征在于，粘合层形成在所述平板的面上。
6.一种堵塞单块坯体中的小孔的方法，该方法包括在单块坯体的端面上施加边缘固定在支撑架中的平板，从而该平板侧向延伸过单块坯体的外周。
7.如权利要求6所述的方法，还包括扫描平板并产生表明端面上小孔位置的信号；和在与所选小孔位置相对的平板中切割开口。
8.如权利要求7所述的方法，还包括通过所述开口将填充剂材料注入所选小孔位置。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，施加平板包括将平板粘附在单块坯体的端面。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用激光在所述平板上切割开口。
全文摘要
一种用于堵塞单块坯体中小孔的掩模，包括平板，其中该平板的边缘固定在支撑架中。小孔掩模区包括多个开口，填充剂材料可通过这些开口注入单块坯体的所选小孔中。平板的尺寸使得当其固定在单块坯体端面上时，小孔掩模区覆盖单块坯体端面的小孔，外壳掩模区侧向延伸过单块坯体的外周。也提供了一种方法。
文档编号B01D46/24GK101084051SQ200580038740
公开日2007年12月5日 申请日期2005年11月9日 优先权日2004年11月15日
发明者E·F·小安德鲁拉瓦格, D·J·沃西 申请人:康宁股份有限公司