JP4908423B2 - 微粒子フィルタのセルに栓を施すためのマスク - Google Patents

Description

本発明は、微粒子フィルタのセルに栓を施すためのマスクに関するものである。

壁流動式微粒子フィルタは、ディーゼルエンジンおよびその他の内燃機関によって排出される排気から炭質の煤を除去するために用いられる。図１は、コージェライトまたは炭化珪素などのセラミック材料から一般的に押出し成形された一体構造体１０２を有する壁流動式微粒子フィルタ１００を示す。この一体構造体１０２は外皮１０４を備えている。外皮１０４の内側には、一体構造体１０２の内部に細長い多数のチャンネル１０８ａ，１０８ｂを画成する相互接続された多数の多孔質の壁１０６を備えている。一体構造体１０２は入口端面１１０および出口端面１１２を備えている。入口端面１１０においては、チャンネル１０８ａに充填材料で栓が施されている。出口端面１１２においては、チャンネル１０８ｂに充填材料で栓が施されている。チャンネル１０８ａ，１０８ｂの両端は、一体構造体１０２の両端面１１０，１１２にマスク（不図示）を施し、かつ両端面１１０，１１２における選択されたセル内へマスク中の複数の開口部を通じて充填材料を注入することによって、充填材料で選択的に栓が施される。動作時には、排気が注入チャンネル１０８ｂを通じて一体構造体１０２内へ入り、チャンネル１０８ｂ内から多孔質の壁１０６を通り抜けて排出チャンネル１０８ａ内に入り、かつこのチャンネル１０８ａを通って一体構造体１０２から外へ出る。

特許文献１には、一体構造体の両端面において、セルに選択的に栓を施す自動化された方法が記載されている。この方法は、一体構造体の一方の端面に、薄い透明なポリマーフィルムを施し、かつフィルムを走査して、フィルムの下側のセルの位置を表す信号を生成させることを含む。セルの位置信号は次に工具の位置決めに用いられて、選択されたセルの位置におけるフィルムに複数の開口部を形成する。このポリマーフィルムは、一体構造体の端面にマスクが適合されるように、一体構造体の上記端面の周りに巻き付けられる。
米国特許第４,５５７,７７３号明細書

このことにより、充填材料がマスク内の複数の開口部を通じて注入されるときに、充填材料がマスクを越えて流れて、一体構造体の側面を流れ下る状態が惹起される。一体構造体の側面の充填材料は、もし押出し成形されたままの外皮が最終製品に要求される場合に、管理が困難な側面汚れ不良を招く。側面汚れ不良は、マスク内の複数の開口部を通じて充填材料を注入するのに先立って、一体構造体の周縁の回りを圧縮空気でシールすることによって避けることができる。しかしながら、このような解決策は、フィルタの製造コストを上昇させ、かつマスキングおよび施栓作業を一度に１個のみの一体構造体に施すことに限定される。

一つの態様において、本発明は、一体構造体内の複数のセルに栓を施すためのマスクに関し、このマスクは、複数の縁部が支持枠内に固定された平面シートを備えている。一つの実施の形態においては、この平面シートが、外皮マスク領域に境を接したセル・マスク領域を有する。セル・マスク領域は、複数の開口部を備え、これら複数の開口部を通じて一体構造体内の選択された複数のセル内に充填材料を注入することができる。上記平面シートは、一体構造体の端面上に取り付けられたときに、一体構造体の端面内の複数のセルに上記セル・マスク領域が重なり、かつ一体構造体の周縁を越えて横方向に広がるような大きさを有する。

他の態様において、本発明は、一体構造体内の複数のセルに栓を施す方法に関し、支持枠内に固定された縁部を有する平面シートを、この平面シートが一体構造体の周縁を越えて横方向に広がる態様で、一体構造体の端面上に施すことを含む。本発明は、上記平面シートを走査して、上記端面上の複数のセルの位置を表す信号を生成させ、かつ選択されたセルの位置に対向する平面シート内に複数の開口部を切り取ることをさらに含むことが好ましい。

本発明の他の特徴および利点は、下記の説明および添付の請求項から明らかになるであろう。

以下、添付図面に示されたいくつかの好ましい実施の形態を参照して、本発明を詳細に説明する。後述の記載には、本発明の完全な理解のために、数々の特定の細部が説明されている。しかしながら、本発明は、これらの特定の細部の一部または全部を伴わずに実施することが可能なことは当業者には明らかであろう。別の場合、本発明を不必要にあいまいにしないようにするために、周知の特徴部分および／または工程ステップは詳細に説明されていない。本発明の特徴および利点は、下記の図面および論述を参照すれば、良く理解され得るであろう。

図２Ａは、本発明の一実施の形態による、一体構造体の一端面においてセルに選択的に栓を施すためのマスク２００を示す。このマスク２００は、外皮マスク領域２０６に境を接するセル・マスク領域２０４を有する平面シート２０２を備えている。本実施の形態には、多数の正方形の開口部２０８が見られる。正方形の四隅には隅肉が付されていてもよいが、開口部２０８の形状は、正方形の他に例えば円形または三角形でもよい。一般的に、開口部２０８の形状は、マスク２００が施される一体構造体におけるセルの形状によって決定される。また、開口部２０８の数および大きさは、一体構造体の端面において栓を施されるべきセルの数および大きさによって決定される。平面シート２０２の複数の縁部は支持枠（例えば図２Ｂにおける枠２１０）内に固定される。平面シート２０２は、例えばポリマー（例えばポリエステル）、エラストマー（例えばシリコーン）または金属などの広範囲の材料から作成可能である。

図３は、説明用として、マスク（図２Ａでは２００）によって選択的に栓を施される多数のセルを備えた一体構造体３００を示す。この一体構造体３００は円柱状で、外皮（または周壁）３０４によって画成された断面形状を有する。外皮３０４の輪郭は一般に円形または楕円形であるが、本発明は特定の外皮輪郭に限定されるものではない。一体構造体３００は、外皮３０４と交差する相互連結された多孔質の壁３０６の配列を有する。多孔質の壁３０６は、一体構造体３００の長さ方向に沿って延びる多数のチャンネル３０８からなる格子を画成している。チャンネル（またはセル）３０８の断面は図示のように正方形がよいが、他の形状でもよい。一般的に、一体構造体３００は押出し成形によって作成される。一般的に押出し成形材料は、コージェライトまたは炭化珪素などのセラミックであるが、ガラス、ガラス・セラミック、プラスチック、または金属でも可能である。多孔質の壁３０６の厚さおよび多孔度は、一体構造体３００の構造的一体性が危うくされないような値とされる。ディーゼルエンジンの排気フィルタに関しては、多孔質の壁３０６には、１から６０μｍまでの範囲内の、より好ましくは１０から５０μｍまでの範囲内の平均径を有する多数の気泡が組み込まれている。

図４Ａは、一体構造体３００の上方に吊されたマスク２００を示す。破線４００は、マスク２００が一体構造体３００の端面３０２上に施されたときの位置を示す。マスク２００が一体構造体３００の端面３０２上に施されると、一体構造体３００の端面３０２上の複数のセル３０８にセル・マスク領域２０４が重なり、かつ一体構造体３００の外皮３０４に外皮マスク領域２０６が重なる。この位置で、セル・マスク領域２０４内の複数の開口部２０８が一体構造体３００の端面３０２上の選択されたセル３０８に整合される。開口部２０８に整合されたセル３０８に対しては、端面３０２から充填材料が開口部２０８を通じて充填されることが可能になる。外皮マスク領域２０６は、マスク２００が上述のように一体構造体３００の端面３０２上に施されたとき、外皮マスク領域２０６が外皮３０４を覆い、かつ一体構造体３００の周縁３１２を越えて横方向に広がるように、外皮マスク領域２０６はオーバーサイズになっている。

図４Ｂは、一体構造体３００の端面３０２内の選択された複数のセル３０８に対し、マスク２００内の複数の開口部２０８を通じて充填材料４０６を注入するピストン４０２を示す。このピストン４０２は、手動で作動され、または、例えば特許文献１に教示されているようなプレス装置の一部分であり得る。充填材料４０６は流動性材料であることが好ましい。充填材料４０６は、バインダおよび可塑剤を含んだセラミック原材料とすることができる。一体構造体３００の周縁３１２を越えて横方向に延びている外皮マスク領域２０６は、一体構造体３００の端面３０２内の選択されたセル３０８内に充填材料４０６が充填されている間に充填材料４０６が一体構造体３００の側面３１４を流れ下るのを防止する。このようにして、一体構造体３００は、選択された複数のセル３０８内に充填材料４０６が注入された後の側面汚れ不良から解放される。マスク２００は、接着剤層４０４によって一体構造体３００の端面３０２に固定されるのが好ましい。接着剤層４０４はまた、一体構造体３００の端面３０２内の選択された複数のセル３０８内に充填材料４０６が充填されている間に、マスク２００と一体構造体３００の端面３０２との間に充填材料４０６が徐々に押し込まれるのも防止する。マスク２００と同様のマスク２００ａが一体構造体３００の反対側の端面３１６に施されて、端面３１６上の選択された複数のセルに栓を施すことを可能にする。双頭プレス装置を用いて、一体構造体３００内の複数のセルに同時に栓を施すようにしてもよい。

一つの実施の形態においては、平面シート２００は薄い透明なフィルムであり、これは例えば薄い透明なポリエステル・フィルムなどの薄い透明なポリマーフィルムである。この透明フィルムは自立型のものがよい。しかしながら、透明フィルムが自立型でない場合には、例えば透明フィルムの周縁を図２Ｂに示されているような枠内に固定することが必要である。透明フィルムは、上述した接着剤層４０４のように作用する接着剤を裏面に施されたものがよい。薄い透明フィルムは、その開示内容が引例として本明細書に組み入れられる特許文献１に記載されているのと同様の映像誘導式レーザー・カッティング法をマスク２００の作成に利用することを可能にする。本発明の一実施の形態による映像誘導式レーザー・カッティング法は、一体構造体の両端面上に薄い透明フィルムを施し、このフィルムを通じて一体構造体の両端面を捕捉かつ分析し、レーザー標的情報を生成させ、レーザーを制御してフィルム内に複数の開口部を焼き切らせてマスクを作成することを含む。

図５は映像誘導式レーザー・カッティング法を示す。図５において、薄い透明フィルム５００，５０２が一体構造体３００の両端面３０２，３１６に施されている。これらの薄い透明フィルム５００，５０２は、上述のように一体構造体の周縁を越えて横方向に広がる外皮マスク領域を備えるためにオーバーサイズにされている。光学的画像分析器５０４は透明フィルム５００の上方に位置決めされる。この光学的画像分析器５０４は、透明フィルム５００を走査し、透明フィルム５００の下にあるセルおよび／またはセルを形成する多孔質の壁（図３の３０８，３０６）の位置を表す信号を生成させる、例えばカメラ５０６などの光学装置を備えている。光学的画像分析器５０４は、カメラ５０６によって生成された信号をレーザー標的信号に変換するプロセッサ５１０を備えている。このレーザー標的信号は、レーザー光源５１４を位置決めする精密なアクチェータ５１２を制御するのに用いられて、選択されたセルの位置にフィルム５００を貫通する複数の開口部を生成させる。透明フィルム５００のための上述した方法は、透明フィルム５０２についても反復される。光学的画像分析器、精密なアクチェータおよびレーザー光源からなる第２のセットを用いると、双方の透明フィルム５００，５０２に同時に複数の開口部を形成することが可能になる。

図６は、本発明の一実施の形態による複数のハニカム体の端面内のセルに選択的に栓を施すためのマスク６００を示す。この実施の形態においては、マスク６００が４個のハニカム体（不図示）内の複数のセルに選択的に充填するのに用いることができる。このマスク６００は、外皮マスク領域６０６に境を接するセル・マスク領域６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄを有する平面シート６０６を備えている。これらセル・マスク領域６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄはそれぞれ複数の開口部６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃ，６０８ｄを備えている。このマスク６００が複数のハニカム体に施されると、セル・マスク領域６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄが複数のハニカム体の端面内の複数のセルに重なる。各セル・マスク領域６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，６０４ｄ内の複数の開口部６０８ａ，６０８ｂ，６０８ｃ，６０８ｄの形状は、セル・マスク領域が施される一体構造体の端面内のセルパターンに合わされる。したがって、マスク６００は、異なるセル形状を有する複数のハニカム体に栓を施すのに用いることができる。

マスク６００は、上述した映像誘導式レーザー・カッティング法を用いて作成することができる。すなわち、薄い透明フィルムを複数のハニカム体の入口端面および出口端面に施すことができる。複数のハニカム体の入口端面および出口端面は透明フィルムを通して走査されることが可能である。次に、走査された情報は、レーザーを制御して透明フィルムに孔を開けるのに用いられるレーザー標的情報を生成させるのに用いられる。この方法に関しては、複数のハニカム体の長さが同じでなければならない。マスキングおよび充填工程を通して複数のハニカム体の間の空間的関係を保つために、複数のハニカム体をトレー内に固定することが有益である。

以上、限られた数の実施の形態について本発明を説明したが、ここに開示された本発明の範囲から離れることなしに他の実施の形態を案出することが可能なことは、本明細書の利益を蒙る当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項のみによって規定されるものである。

従来のハニカム・フィルタの斜視図 本発明の一実施の形態によるマスクの平面図 枠によって支持された図２Ａのマスクを示す図 栓を施す以前の一体構造体を示す斜視図 図３の一体構造体の上方に吊された図２のマスクを示す斜視図 本発明の一実施の形態によるマスクを通じて充填材料を注入するピストンを示す断面図 本発明の一実施の形態によるマスクを形成するための映像誘導式レーザー・カッティング法を示す図 本発明の別の実施の形態による、種々のハニカム内のセルに選択的に栓を施すためのマスクを示す図

符号の説明

１００ 壁流動式フィルタ
２００，６００ マスク
２０２ 平面シート
２０４，６０４ａ〜６０４ｄ セル・マスク領域
２０６，６０６ 外皮マスク領域
２０８，６０８ａ〜６０８ｄ 開口部
２１０ 枠
１０２，３００ 一体構造体
３０２，３１６ 端面
３０４ 外皮
３０６ 多孔質の壁
３０８ セル（チャンネル）
３１２ 周縁
４０２ ピストン
４０４ 接着剤層
４０６ 充填材料
５００，５０２ 透明フィルム
５０４ 光学的画像分析器

Claims (10)

1. 一体構造体内の複数のセルに栓を施すためのマスクであって、
   縁部が支持枠内に固定された平面シートを備えていることを特徴とするマスク。
2. 前記平面シートは、外皮マスク領域に境を接するセル・マスク領域を備え、該セル・マスク領域は複数の開口部を備え、該複数の開口部を通じて前記一体構造体内の選択された複数のセル内に充填材料が注入され、前記平面シートは、前記一体構造体の端面上に取り付けられたときに、前記一体構造体の端面内の複数のセルに前記セル・マスク領域が重なり、かつ前記一体構造体の周縁を越えて横方向に広がるような大きさを有することを特徴とする請求項１記載のマスク。
3. 前記平面シートが透明フィルムであることを特徴とする請求項１記載のマスク。
4. 前記平面シートが透明なポリマーフィルムであることを特徴とする請求項２記載のマスク。
5. 前記平面シートの一面上に接着剤層が形成されていることを特徴とする請求項２記載のマスク。
6. 一体構造体内の複数のセルに栓を施す方法であって、
   支持枠内に固定された複数の縁部を有する平面シートを、該平面シートが前記一体構造体の周縁を越えて横方向に広がる態様で、該一体構造体の端面上に施すことを含むことを特徴とする前記方法。
7. 前記平面シートを走査して、前記端面上の複数のセルの位置を表す信号を生成させ、
   選択されたセルの位置に対向する前記平面シート内に複数の開口部を切り取ることをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記選択されたセルの位置内に前記複数の開口部を通じて充填材料を注入することをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記平面シートを施すことが、該平面シートを前記一体構造体の端面に接着することを含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
10. 前記複数の開口部が、レーザーを用いて前記平面シート内に切り取られることを特徴とする請求項７記載の方法。

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