过滤元件的制造技术

专利名称：过滤元件的制造技术
技术领域：
本发明涉及过滤器的制造。本发明在可重复使用的过滤器元件的制造方面 具有特别的用途，并就该方面的用途进行说明，然而其他用途也应被考虑到。
背景技术：
制造用于各种用途的过滤元件存在很多方法。实例包括蚀刻盘、折叠材料、 网筛、折叠纸等。本发明提供了在现有技术方法上的改进。

发明内容
本发明的一个方面采用光化学蚀刻技术来制造基本的过滤元件，然后该元 件被用作构造不同用途的各种装置的基础。在该工艺中，将可蚀刻材料的薄板 从该薄板的一侧或双侧蚀刻，以形成预掩膜图案的沟槽，其控制该过滤元件的 最小开口。需要的沟槽开口仅受到使用的光化学蚀刻系统的性能的限制。
本发明的另一方面提供一种用于制造过滤元件的方法，通过轧制或挤压第
一薄板以形成邻接凸缘(land)的多个凹陷区域，选择性地蚀刻或冲压贯穿该 凹陷图案的区域，和将具有多个蚀刻或冲压贯穿区域的第二薄板结合至该第一 薄板上，以及将第二薄板的蚀刻贯穿的区域与第一薄板的凹陷区域对齐。


通过以下详细描述结合附图可看出本发明的其他特点和优点，其中 图1从文法上说明用于形成根据本发明的基本过滤元件的蚀刻浴； 图2和3说明用于根据本发明制造的过滤元件的蚀刻图案； 图4A和4B说明根据本发明制造的过滤器的一种实施方式； 图5说明根据本发明的第一种实施方式制造的过滤元件如何被折叠或打 褶以增大过滤面积；
图6显示根据本发明制造的过滤元件如何被缠绕以形成圆柱形过滤元件；图7显示本发明的基本过滤元件如何用于形成面罩；
图8为说明本发明第二种实施方式的工艺的框图9为横截面上的侧面正视图，说明图8工艺中的第一步；
图10为通过图8工艺的第一蚀刻步骤蚀刻后的挤压薄板的横截面上的侧
面正视图，图ll为其顶部俯视图12为根据图8的第二蚀刻步骤蚀刻后的第二薄板的横截面上的侧面正
视图，图B为其顶部俯视图；和
图14为横截面上的侧面正视图，说明根据本发明第二种实施方式，集合
堆叠的多个薄板以形成过滤元件。
具体实施例方式
在本发明的一种优选实施方式中，将金属薄板100浸入蚀刻浴102，并 且在该薄板和该浴间建立相对运动，例如通过在该浴中来回移动该薄板，比如 以X为蚀刻浴中薄板运动的方向并且以Y为厚度方向，如图2所示，将材料 的薄板104掩膜并在Y方向上被蚀刻。或者，可引起蚀刻浴在该薄板上流动， 或喷在该薄板上。蚀刻浴将该薄板蚀刻成达到一深度的蚀刻图案的沟槽或开口 106， 108 (图3)，在本发明的优选实施方式中，从该薄板的两侧测量，该深 度刚过该薄板厚度的一半。 一侧上的蚀刻沟槽106相对另一侧的蚀刻沟槽108 发生偏移，使得当该薄板从一侧蚀刻至刚过薄板厚度一半的深度时，该沟槽将 遇到一预定宽度的开口 110。图2和图3中显示了示范性的图案和开口宽度。 蚀刻深度是通过蚀刻液流动、温度、暴露时间、蚀刻液浓度等控制。该图案在 X方向上被重复。
一旦获得薄板形式的基本过滤元件，就能根据需要的用途进行进一步的 工艺。例如，可将该蚀刻薄板切割成长方形。有了适当的边缘支撑112 (见图 4)，它可用作如图4A和4B所示的过滤器，液体在该过滤器的板的垂直方向 上流动。这种安排可被用作空气过滤器或家用屏风。该长方形几何体可被折叠 或打褶以增大过滤面积，如图5中114所示。
该过滤元件还可用作环境分隔器，由于毛细管作用，其允许气体(包括空 气)流过，但阻止液体(例如水)通过。 该过滤元件还可用作HVAC空调的过滤器。例如，通过将该过滤器水平置于天花板通风口，由于对流的气流，热将穿过天花板逸出，由此降低生活空 间的温度。而且它还会防止大于过滤器的最大开口的粉尘颗粒循环进入该生活 空间。在另一方面，如图6所示，该基本薄板可被切割成某种尺寸，缠绕以形成 圆柱体，两个边缘配合在一起，并且在116将该圆柱的一端覆盖。然后，由此 产生的结构可用作筒式过滤器。流体可以从开口端流动通过蚀刻的凹槽开口并 放射状地流出，如图6所示。尺寸大于最大开口的颗粒将被过滤元件捕获并保 留在该过滤器中。应用包括但不限于油、气体和化学品过滤。此外，该圆柱形 可被折叠以增加过滤面积，并因此增加其效率和有效期。在本发明的另 一种实施方式中，通过将蚀刻的薄板塑造成半球形或类似形 状，该蚀刻薄板可以形成面罩118，如图7所示。该半球形的边缘可以和柔性 材料(如橡胶或塑料)结合，并且伸展带120连接至两侧边缘。通过在人或动 物面部拉伸该带，这种装置可用作呼吸器。弹性边缘符合人或动物的实际，并 起到封闭边界的作用，以防止大于该过滤元件的最大开口的颗粒进入呼吸的空 气流。利用光化学蚀刻技术来制造过滤元件，实现了几种好处1、 加工和形成的过滤器能以高精确度被制造，其开口仅受到采用的蚀刻 系统的性能的限制。2、 有了该蚀刻工艺，根据应用的需要可使用各种材料。3、 该过滤元件可根据应用被清洁并可以重复使用，由此减少环境废物和环境问题。虽然己经用某些优选的实施方式描述了本发明以上的实施方式，然而在不 背离本发明精神和范围的情况下可做出各种变化。例如，虽然优选的是从两侧蚀刻该过滤元件至刚过薄板厚度的一半的深度，但其他相关的深度也是可能 的。此外，虽然优选的是在过滤元件的侧面蚀刻相似的模式,但为了某种应用， 例如在天花板通风口，在两侧蚀刻不同尺寸的沟槽可能是优选的。如果需要，可堆叠具有不同尺寸的沟槽的各种过滤元件以形成按尺寸隔离 颗粒的过滤器。而且，通过控制蚀刻，有可能控制沟槽的形状，例如，使得它们呈锥形。参考图8-9，本发明的另一种实施方式从轧制或挤压步骤10开始，其中将 第一基板，优选地为金属薄板12，挤压在硬板14和滚轴16之间。制造过滤 元件的薄板可包括刚性或柔性材料。在优选的实施方式中，过滤材^f是由刚性 金属板形成。滚轴16具有若干凸缘(land) 18，其具有高于凹谷区域20的高度或厚度 T。凸缘18具有宽度W并且以间隔S互相隔开。或者，凸缘18和凹谷20可 通过附加的工艺形成，例如用等离子喷涂或HVOF涂层。滚轴16应该由硬的 耐热材料形成，如陶瓷、硬化钢或钛，以便允许金属薄板12在高压和升高的 温度下发生挤压。参考图10和11，挤压的薄板然后经历蚀刻步骤22以形成多个贯穿凹谷 区域20的过孔24，其在重复图案中具有长度L和宽度B。参考图12和13，第二薄板26经历第二蚀刻步骤28以形成多个过孔30， 其优选地在重复图案中具有相似的长度L和宽度B。然后，从步骤22得到的波状外形的蚀刻薄板12和从步骤28得到的蚀刻 薄板28被堆叠在分别为顶部和底部承载板的30、 32之间，并且在压制或层压 步骤34中，薄板12和26在结合表面33上相互结合。该压制或层压步骤34将取决于几个因素，包括(a) 使用的材料(b) 应用的温度(c) 应用的承载力和它的用途(d) 待结合的材料的制备(e) 控制的环境(f) 应用的结合条件的持续时间(g) 配合几何学(h) 材料的厚度产生的是过滤元件，其具有的过滤尺寸实质上是由凸缘高度T决定的。 在不背离本发明的精神和范围的情况下，可在以上发明中做出各种变化。 例如，代替挤压或轧制薄板12以形成凸缘或凹谷，该凹谷可通过两步蚀刻工 艺而形成，其中在第一掩膜蚀刻步骤中形成一系列凹谷，然后在第二掩膜蚀刻 步骤中贯穿该凹谷区域形成过孔。还有其他可能性是利用附加的步骤形成凸缘，例如，通过将一系列厚度为T的金属带结合到金属基质12上。此外，代替蚀刻，人们可以使用冲压机冲 出贯穿凹谷区域的？L。这些孔可与挤压或轧制步骤同时，或者在单独的步骤中 被冲出或形成。过滤元件可包括刚性或柔性材料。在优选的实施方式中，过滤材料是由刚 性金属薄板形成。通过制造刚性金属薄板的过滤器，该过滤器可被洗涤或再利 用。然而，过滤器并非必须重复利用。形成金属的过滤器也使该过滤器变得有 用，例如在高温条件下，比如在发动机排气或烹饪排气中。在这些环境中，过 滤元件在蚀刻后可用催化剂材料包覆，例如用于处理排气。因此，除了用作颗 粒物质的过滤器外，根据本发明制造的过滤器也可用于例如汽车行业或其他燃 烧应用。应该理解的是，本发明提供了达到高精确度的过滤器的制造，其开口仅受 到采用的蚀刻系统的性能的限制。而且，形成金属的过滤元件提供了一种可被 清洁和再利用的过滤元件。在不背离本发明的精神和范围的情况下可做出各种其他变化。例如，本发 明已经就从一侧蚀刻该元件进行了描述，也有可能从两侧蚀刻。而且，具有不 同尺寸的各种过滤元件可被堆叠以形成按尺寸分离颗粒的过滤器。此外，通过 控制蚀刻，也可能控制过孔的形状。在不背离本发明的精神和范围的情况下还可做出其他变化。
权利要求
1、一种形成过滤元件的方法，包括步骤提供可蚀刻材料的薄板，和选择性地从一侧或两侧蚀刻该薄板以形成预定尺寸的贯通的沟槽。
2、 如权利要求1所述的方法，包括在蚀刻前蔽膜该薄板的步骤。
3、 如权利要求l所述的方法，其中所述薄板是从两侧蚀刻。
4、 如权利要求2所述的方法，其中所述薄板蚀刻前是在两侧被蔽膜。
5、 如权利要求1所述的方法，包括将蚀刻的薄板形成圆柱形过滤器的步骤。
6、 如权利要求1所述的方法，包括将加强筋固定至该蚀刻薄板的一个或 多个边缘的步骤。
7、 如权利要求1所述的方法，包括将所述蚀刻薄板形成半球形的步骤。
8、 如权利要求7所述的方法，包括将柔性材料固定至所述半球形薄板的 边缘的步骤。
9、 如权利要求8所述的方法，包括将伸展带固定至所述半球形薄板的两 侧边缘的步骤。
10、 如权利要求1所述的方法，其中所述薄板包括金属薄板。
11、 如权利要求1所述的方法，包括提供具有不同尺寸的沟槽的过滤元件， 和堆叠该过滤元件以形成分级过滤器的步骤。
12、 一种形成过滤材料的方法，包括步骤 提供具有多个凸缘和凹谷区域的波状薄板材料；和 形成多个穿过该凹谷的过孔。
13、 如权利要求12所述的方法，其中所述波状薄板是通过轧制形成。
14、 如权利要求12所述的方法，其中所述波状薄板是通过挤压形成。
15、 如权利要求12所述的方法，其中所述波状薄板是通过蚀刻形成。
16、 如权利要求12所述的方法，其中所述波状薄板是通过附加的工艺形成。
17、 如权利要求12所述的方法，其中所述波状薄板是由金属或陶瓷材料形成。
18、 如权利要求12所述的方法，其中所述过孔是通过冲压形成。
19、 如权利要求12所述的方法，其中所述过孔是通过蚀刻形成。
20、 如权利要求1所述的方法，包括提供多个波状边缘的薄板，和将该薄 板堆叠在一起的步骤。
21、 如权利要求20所述的方法，其中两个或多个薄板被相互结合。
22、 如权利要求19所述的方法，包括在蚀刻前蔽膜所述薄板的步骤。
23、 如权利要求19所述的方法，其中所述薄板是在两步蚀刻工艺中被蚀
全文摘要
将选择的蚀刻技术用于制造基本的过滤元件，然后该过滤元件被用作构造不同应用中各种装置的基础。在该工艺中，将可蚀刻的材料的薄板从该薄板的一侧或两侧蚀刻，以形成预掩膜图案的沟槽，其控制该过滤元件的最小开口。需要的开口仅受到使用的光化学蚀刻系统的性能的限制。或者，通过轧制或挤压第一薄板以形成多个邻接凸缘的凹陷区域，选择性地蚀刻或冲压穿过该凹陷图案区域，和将具有多个蚀刻或冲压贯穿区域的第二薄板结合到该第一薄板上，以及将穿过至第二薄板的蚀刻区域与第一薄板的凹陷区域对齐，制成过滤元件。
文档编号B01D50/00GK101600485SQ200880003972
公开日2009年12月9日 申请日期2008年2月5日 优先权日2007年2月8日
发明者克雷欧·夸克 申请人:创意工程企业有限责任公司