JP4926173B2 - 粒子状流体を用いてハニカム体の欠陥を検出するシステムおよび装置 - Google Patents

Description

優先権の主張

本願は、２００５年７月２９日に出願された「粒子状流体を用いてハニカム体の欠陥を検出する方法、システム及び装置（Method, System and Apparatus for Detecting Defects in a Honeycomb Body Using a Particulate Fluid）」という名称の米国特許仮出願第６０／７０４，１７１号による利益を主張する。

本発明は、一般的に粒子フィルタに関する。より具体的には、本発明は、粒子状流体を用いてハニカム粒子フィルタの欠陥を検出するための方法及び装置に関する。

排気ガス流等の流体から固体粒子を除去するために、ウォールフロー型ハニカムフィルタが用いられている。図１は、従来技術の典型的なウォールフロー型ハニカムフィルタ１００を示す。ハニカムフィルタ１００は、入口端面１０２と、出口端面１０４と、入口端面１０２から出口端面１０４へと長さ方向に延びる、相互接続したアレイ状の多孔壁１０６とを有する。相互接続した多孔壁１０６は、入口セル１０８及び出口セル１１０の格子を定める。出口セル１１０の入口端面１０２に隣接する側は栓１１２で閉じられており、出口端面１０４に隣接する側は開口している。一方、入口セル１０８の出口端面１０４に隣接する側は栓（図示せず）で閉じられており、入口端面１０２に隣接する側は開口している。このようなフィルタ１００は、剛性のハウジング（図示せず）に収容されるのが一般的である。流体は、ハニカムフィルタ１００の入口端面１０２で案内され、入口セル１０８に入り、相互接続した多孔壁１０６を通って流れ、出口セル１１０に至り、出口端面１０４でハニカムフィルタ１００から出る。

典型的なセル構造では、各入口セル１０８は、１つ以上の面を出口セル１１０によって境界され、各出口セル１１０も同様に入口セル１０８によって境界される。入口セル及び出口セル１０８、１１０は、図１に示されるように正方形の断面を有してもよく、又は、例えば長方形、三角形、六角形、八角形等といった他のセル形状を有してもよい。ディーゼル用粒子フィルタは、コージライト、チタン酸アルミニウム又は炭化ケイ素等といったセラミックス材料で作られるのが一般的である。ディーゼルの粒子をろ過するには、約１０〜３００セル／インチ^２（約１．５〜４６．５セル／ｃｍ^２）、より一般的には約１００〜２００セル／インチ^２（約１５．５〜３１セル／ｃｍ^２）のセル密度を有するハニカムフィルタが、コンパクトな構造で十分に薄い壁面領域を設けるのに有用であると考えられる。壁の厚さは、構造的な完全性を提供する最小寸法である約０．００２インチ（約０．０５ｍｍ）以上の様々な厚さであり得るが、フィルタの体積を抑制するために、約０．０６０インチ（１．５ｍｍ）未満とするのが一般的である。好ましいセル密度のコージライト、チタン酸アルミニウム及び炭化ケイ素等のセラミックス材料では、約０．０１０〜０．０３０インチ（約０．２５〜０．７６ｍｍ）の範囲が選択されることが最も多い。

排気ガス中に見られる煤等の粒子が、ハニカムフィルタ１００の相互接続した多孔壁１０６を通って流れると、流体の流れの中の粒子の一部が、相互接続した多孔壁１０６上又は多孔壁１０６内に保持される。ハニカムフィルタ１００の効率は、相互接続した多孔壁１０６による流体からの粒子のろ過の有効性に関係する。上述のような特性を有するハニカムフィルタを用いれば、９０重量％もの又は９０重量％を超える粒子ろ過効率を達成できる。しかし、ハニカムフィルタのろ過効率又は完全性は、穴、ひび割れ、亀裂等といった製造上の欠陥によって低下する。このような欠陥があると、流体が適切にろ過されずにフィルタを通過する。従って、ディーゼル粒子のろ過等の用途のハニカムフィルタの製造においては、そのようなろ過効率に影響し得る欠陥の存在についてハニカムフィルタを検査することが望ましいことがある。欠陥が検出されたハニカムは修復されるか、修復できない場合には廃棄され得る。

特許文献１には、煙等の粒子を用いてディーゼル用粒子フィルタの欠陥を検出する方法が開示されている。この方法は、粒子を発生させ、フィルタの入口端面で、粒子がフィルタに入るように案内することを含む。欠陥を有するセルは、その中にある粒子を、容易に隣接するセルに流れ込ませたり、欠陥のある栓を通過させたりする。従って、多くの、一般的により大きい粒子が、ハニカムフィルタの出口端面において欠陥を有するセル／栓から出てくる。レーザ源等の光源が配置されて光を発し、光はフィルタの近傍を通って、そこから出てくる粒子を照明する。フィルタの上方にはカメラが設置され、光と交差する粒子によって生じた反射光線を撮影する。撮影された画像中のひときわ明るいスポットは、欠陥を含むセル／栓に対応する。

特許文献１の図１には、フィルタ２０の入口端面に粒子を供給するための粒子入口６が開示されている。粒子入口６は、フィルタと同じ寸法を有し且つフィルタと軸方向に位置が揃えられた管である。粒子が管を通って流れると、管の壁付近の粒子状流体の流れは、流体現象によって、管の中心における粒子状流体の流れよりも遅れることがあり、これにより、ハニカムフィルタの周辺部に近いセルが受容する粒子の量が、フィルタの周辺部から離れたセルが受容する粒子の量よりも少なくなり得る。検査中、欠陥のあるセルは、流れに対する抵抗が比較的低いので、単位時間当たりにより多くの粒子を流れさせると共に、より大きい粒子を通過させ、これによって（レーザ光と粒子との間で）欠陥があることが示される。欠陥のあるセルに供給される流量、即ち入口端面における粒子が少ないと、このような欠陥のあるセルによって生じるスポット標示の明るさが、それほど流量が少なくないセルと比べて弱くなる。従って、このようなセルでは、たとえ欠陥のあるセルであっても、粒子が少ないので、欠陥があることが示されない（又は顕著に示されない）。
米国特許出願公開第２００３／０１１２４３７号明細書

上記から、特に検査されるハニカムフィルタの周辺部やその付近における、検査結果の不明瞭性を回避することが望まれている。

１つの態様において、本発明は、ハニカム体の欠陥を検出するためのシステムである。このシステムは、ハニカム体を保持するよう構成された固定器と、粒子状流体供給源と、粒子状流体供給源とハニカム体の第１の端面との間の粒子状流体のための流路を定める管と、流路内に配設された複数の羽根を含む整流器とを備える。粒子状流体がハニカム体の第２の端面から出てくると、ハニカム体の（壁又は栓の）欠陥を識別するために、出てきた粒子が、例えば照明によって検出され得る。流路内に配設された整流器は、管内の粒子状流体の流れに対する管の境界層の影響を抑制する。本願明細書で用いる「粒子状流体」という用語は、気体媒質中の固体又は液体粒子の懸濁物を意味する。粒子状流体は、水の粒子を含む霧であるのが好ましい。

別の態様によれば、本発明は、ハニカム体の端面にわたって粒子状流体を与える装置である。この装置は、内部キャビティを有するハウジングと粒子状流体を生成する流体生成器とを有する粒子状流体供給源と、ハウジング内に配設された管であって、内部キャビティに向かって開口した第１の端部と、ハウジングの外部に向かって開口した第２の端部とを有し、圧力差によって粒子状流体が当該管内へと駆動される管と、管内に配設された複数の整流羽根を有する整流器とを備える。

更に別の態様において、本発明は、ハニカム体の欠陥を検出する方法である。この方法は、ハニカム体の第１の端面に略均一な速度プロファイルを有する粒子状流体の流れを与える工程と、欠陥のあるセルを識別するためにハニカム体の第２の端面から出てくる粒子を検出する工程とを備える。検出する工程は、粒子を照明することを含むのが好ましい。照明された粒子は撮像されるのが好ましい。

本発明の他の特徴及び長所は、以下の図面、詳細な説明、及び添付の特許請求の範囲から明らかである。

次に、添付の図面に示される幾つかの好ましい実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。以下の説明における、多くの具体的な詳細は、本発明の完全な理解を提供するために示されるものである。しかし、これらの具体的な詳細の一部又は全てを用いなくても本発明が実施され得ることは、当業者には自明である。他の例において、本発明を不必要に曖昧にしないために、周知の特徴及び／又は処理工程は詳細に説明しない。本発明の特徴及び長所は、以下の図面、議論、及び特許請求の範囲を参照することで、より良好に理解され得る。

本発明の装置の実施形態は、ディーゼル用粒子フィルタ等のような、端部に選択的な栓を有するセル（又はチャネル）を有するハニカム体の欠陥を検出するためのシステムを提供する。ハニカム体の内壁及び栓は、多孔質であるのが好ましい。従って、多孔質の壁及び栓は、いかなる欠陥も有害であり得るので、欠陥の存在について検査されるのが好ましい。システムは、粒子状流体の流速プロファイルをハニカム体の第１の端面にわたって略均一に与えることによって、ハニカム体全体から欠陥が確実に検出されるようにする装置を含む。

検出技術の精度は、少なくとも部分的に、ハニカム体の端面に供給される粒子の一貫性及び均一性に依存することを、本発明者は認識した。具体的には、本発明は、特許文献１に記載されている従来技術の装置（図５参照）によってフィルタ３００に供給される不均一な流量プロファイル１１４の問題を解決するものである。一般的には、図６に最もよく示されているように、本発明の装置は、ハニカム体３００の第１の端面３０２にわたって粒子状流体の略均一な流速プロファイル４１９を与えるものであり（図６参照）、等しい長さの矢印は、ハニカムの端部３０２の全ての部分にわたって与えられる略同じ速度を示している。一実施形態によれば、これは、粒子状流体の供給源とハニカム体３００の第１の端面３０２との間の管４２０によって定められる流路を含むことによって達成される。管４２０は、丸い断面を有するのが好ましく（しかし、正方形や長方形等の他の断面形状も可能である）、軸方向において位置がハニカム体３００と概ね揃えられるのが好ましい。更に、少なくとも粒子状流体が第１の端面３０２に供給される点（管の上端付近）における管４２０の内形寸法Ｄ（例えば、直径）は、ハニカム３００の最大横断方向外形寸法ｄより大きいのが好ましい。この特徴は、ハニカム体３００の第１の端面３０２にわたる粒子状流体の分布に対する境界層の流れの影響を低減することにより、流速プロファイル４１９の均一性を改善する。具体的には、プロファイル４１９の最も中心側の部分のみがハニカム３００に与えられるように、管の周辺部の領域と関連付けられた流れは、端面３０２に向かって案内されないのが好ましい。

図６に示されている本発明の更なる態様によれば、装置は、流路内に配設された整流器４２４を含み得る。整流器４２４は、大きい管４２０内の流れの境界層の影響を抑制及び／又は軽減する複数の整流羽根４２５を有するのが好ましい。具体的には、羽根４２５は、管４２０内で不均一な流量プロファイルが生じる能力を抑制する。具体的には、羽根４２５は、管４２０内において粒子状流体が横方向に流れる（軸方向の流れに対して垂直な横断方向の流れ）能力を制限する。これにより、ハニカム体３００の第１の端面にわたる略均一な流速プロファイル４１９の提供が可能になる（図６参照）。羽根４２５は互いに平行であるのが好ましく、相互接続してハニカム部材４２９を構成するのが好ましい。

図２Ａは、本発明の実施形態による、ハニカム体３００の欠陥を検出するためのシステム２００の詳細図を示す。システム２００は、粒子状流体供給源４００と、ハニカム保持器５００と、粒子検出器６００とを含む。粒子状流体供給源４００は、流路を介してハニカム体３００の端面３０２に与えられる粒子状流体を生成する。粒子状流体は、気体媒質中に懸濁された固体又は液体の粒子である。一実施形態では、粒子状流体は微細な液体粒子の霧であり、これは、水又は他の液体を噴霧化又は霧化することによって生成され得る。空気中に懸濁された水の粒子の霧が最も好ましい。

ハニカム保持器５００は、ハニカム体３００を、粒子状流体供給源４００からの粒子状流体の流れを受容するのに適した位置に保持する。粒子検出器６００は、ハニカム体３００の端面３０４の上方に好ましくは平面状の光を投影することによって、粒子状流体を照明する。検出器は、光線とハニカム体３００の第２の端面３０４から出てくる粒子との干渉によって照明された粒子の位置の画像を取得するのが最も好ましい。ハニカム体３００は、システム２００内に配置されるのが好ましく、システムは、ハニカム体に入る粒子状流体の流れ又はハニカム体３００から出る粒子の流れを歪め得る対流及び渦流が抑制又は回避されるように構成されている。

ハニカム体３００は、例えば、コージライト、チタン酸アルミニウム又は炭化ケイ素で形成された多孔質セラミック体であるのが好ましく、細孔形成剤（グラファイトやスターチ等）、セルロース材料及び溶媒を含む可塑化されたセラミック形成用バッチ材料の押出成形によって形成されるのが好ましい。押出成形されたハニカム体は、細孔形成剤を焼失させるために焼成されるのが好ましい。このような焼成は、欠陥の存在についてハニカム体３００を検査する前に行われるのが好ましい。しかし、本発明は、ハニカム素地（未焼成ハニカム）の欠陥を検出するためにも有用であり得ることを認識されたい。

図３は、本発明の一実施形態による典型的なハニカム体３００の側断面図を示す。ハニカム体３００は、端面３０２、３０４と、端面３０２、３０４間に延びる好ましくは多孔質セラミックの内壁３０６とを有する。壁３０６は、入口セル及び出口セル３０８、３１０を定める。入口セル３０８の端面３０４に隣接する側は栓３０８ｐで閉じられており（栓がされており）、第１の端面３０２に隣接する側は開口している。出口セル３１０の第１の端面３０２に隣接する側は栓３１０ｐで閉じられており、第２の端面３０４に隣接する側は開口している。栓３０８ｐ、３１０ｐは、セラミックス材料、結合剤及び可塑剤の混合物で作られてもよく、多孔質であるのが好ましい。ハニカム体３００がウォールフロー型ハニカムフィルタとして用いられる場合には、壁３０６の厚さ及び気孔率は、ハニカム体３００の構造的な完全性が十分なものとなるよう設定される。ディーゼルの排気のろ過用には、壁３０６に、例えば、１〜６０μｍの範囲、より好ましくは１０〜５０μｍの範囲の平均直径と、３５％を超える、より好ましくは４０〜６５％の気孔率とを有する細孔が組み込まれ得る。栓も同様の気孔率を示す。

再び図２Ａを参照すると、粒子状流体供給源４００は、内部キャビティ４０３を構成するハウジング４０２を含むのが好ましい。ハウジング４０２には、油圧又は空気圧シリンダ等といったアクチュエータ４０４が接続され、ハウジング４０２は、例えば、非検査位置と検査位置との間で垂直方向に移動可能になっている。粒子状流体供給源４００は、ハウジング４０２の内部キャビティ４０３と連通する粒子生成器４０８を更に含む。好ましい実施形態では、検査に用いられる粒子状流体は、空気中の微細な液滴の懸濁物、即ち、霧である。この実施形態では、粒子生成器４０８は、スプレー器、噴霧器、アトマイザ、又は加湿器等といった、微粒子の霧を生成する装置である。例示的な一実施形態では、粒子生成器４０８は、好ましくはハウジング４０２の壁に取り付けられた１つ以上のノズル４１０を含み、ノズル４１０の出口４１２は内部キャビティ４０３内に向かって開口している。ノズル４１０の入口４１４は、導管によって、液体の水等の高圧液体供給源４１６と連通している。ノズル４１０は、液体供給源４１６から受け取った液体を、粒子状流体４１７の微細なスプレー（好ましくは空気中に懸濁された水の粒子）に変える。粒子状流体は、キャビティ内で濃い霧として形成されるのが好ましい。

本発明の更なる態様によれば、図７に最もよく示されるように、ハニカム製品の周辺部のセルの欠陥を検出する能力は、ハウジング４０２のキャビティ４０３内の粒子状流体に渦のパターンを与えることによって更に強化され得る。矢印４０５で示されるキャビティ４０３内の渦のパターン（回転成分を有する）は、複数のノズル４１０の出口４１２から発せられるスプレーが接線方向の成分を有するようにノズル４１０を配向することによって達成されるのが好ましい。換言すれば、ノズル４１０は、それらの出口４１２がハウジング４０２内の側面に概ね沿った方向を向くように配向される。ノズル４１０は、管４２０の中心線から外れているのが好ましく、矢印４１７ａで示される各ノズル４１０のスプレー軌道は、管４２０の周辺部に対して概ね接線方向であるのが好ましい。例えば、ノズル４１２は、ハウジング４０２の隅の近くに取り付けられて、ハウジングの側面に略沿ったスプレー軌道４１７ａを有してもよい。しかし、キャビティ４０３内の粒子状流体に渦を生じる任意の配向及び手段が用いられ得ることを認識されたい。

粒子状流体供給源４００は、好ましくはハウジング４０２の上部にある開口部４１８内に挿入された管４２０によって、流路と相互接続される。管４２０の上端はハウジング４０２から延出し、フランジ４２２で終端するのが好ましい。管４２０は、接着剤や固定具等といった適切な手段によって、開口部４１８内に固定されてもよい。管４２０は、粒子状流体供給源の内部キャビティ４０３とハニカム体３００の第１の端面３０２との間における粒子状流体４１７の流路を定める。管４２０は、まっすぐな円筒形であるのが好ましい。好ましい実施形態では、粒子状流体が管４２０から出る点における管４２０の内形寸法Ｄ（例えば、直径）は、ハニカム体３００の最大外形寸法ｄ（例えば、丸い本体の直径、又は丸くない本体の最長横断方向寸法）より大きい。一部の実施形態では、出口点における管４２０の内形寸法Ｄは、ハニカムフィルタ３００の最大外形寸法ｄよりも、少なくとも３０％大きく、より好ましくは少なくとも５０％大きく、最も好ましくは少なくとも７５％大きい。一般的に、管４２０の内径は、境界層の流れがハニカム体３００の端面３０２にわたる粒子状流体の分布に大きく影響しないように選択される。一実施形態では、管４２０の長さＬ及び内形寸法Ｄ（例えば、直径）は、端面３０２に与えられる流れの型が実質的に層流となるように選択される。具体的には、Ｌ／Ｄ比は例えば０．２５〜１．５であるのが好ましい。検査中、第１の端面３０２に最も均一な流量プロファイルを与えるように、管４２０の位置は、ハニカム体３００と軸方向に概ね揃えられる。

本発明の好ましい態様によれば、流路は、（例えば、管４２０内に配設された）整流器４２４を更に含む。図２Ａ、図４Ａ及び図６に示されるように、整流器４２４は、管４２０内に配置され、好ましくは軸方向に互いに平行な複数の流路４２８を構成する。整流器は、相互作用により、粒子状流体が管４２０を通る際の、粒子状流体の横方向の流れを実質的に防ぐ、即ち、管の境界層の影響を抑制／軽減する。一実施形態では、整流器４２４は、複数の整流羽根４２５を含み、羽根４２５は、軸方向の流れ方向において互いに平行であるのが好ましい。羽根４２５は、（図４Ａ〜４Ｄの底面図に示されるように）相互接続されてハニカム部材４２９を構成することにより、管４２０内に複数のより小さい流路４２８を構成するのが最も好ましい。より好ましくは、整流器４２４は、２つ以上のハニカム部材４２９、具体的には、管４２０内で軸方向にスタックされた複数のハニカムディスク４２６（図２Ａ及び図６参照）を含み得る。羽根４２５は、管４２０の内形寸法の全体にわたって延在するのが好ましい。ハニカムディスク４２６は、セル（又はチャネル）４２８を有し、セル（又はチャネル）４２８は、スタックされた際に互いに位置が揃うよう又は互い違いになるよう配置され得る。更に、各ハニカムディスク４２６のセル密度は同じであっても又は同じでなくてもよい。一実施形態では、面積当たりのセル４２８の数は、ハニカムフィルタ３００の面積当たりのセル３０８、３１０の数より大きい。ハニカム部材４２９は、１セル／インチ^２（０．１５セル／ｃｍ^２）より大きいセル密度、より好ましくは４〜６４セル／インチ^２（０．６２〜９．９２セル／ｃｍ^２）のセル密度を含むのが最も好ましい。水による閉塞をなくすために、最も好ましいセル密度は１６セル／インチ^２（０．６２〜２．４８セル／ｃｍ^２）未満である。ハニカムディスク４２６は、例えば、金属、プラスチック、ガラス、複合材料、又はセラミック等の任意の適切な材料で作られ得る。更に、ハニカム部材４２９は、長方形（図４Ｂ）、三角形（図４Ｃ）、六角形（図４Ｄ）、又は正方形（図４ａ）等といった任意の数のセル構成を含み得る。アルミニウムの六角形のハニカムディスクが好ましい。しかし、複数の流路を設ける任意の構成が用いられ得ることを認識されたい。例えば、整流器４２４は、図４Ｅに示されるように、複数のスタックされた管で構成された羽根４２５を含み得る。管内に複数の平行な流路を設けることができる他の任意の適切な構造を用いてもよい。整流器４２４は、管４２０内で管４２０の略全長Ｌを埋めるように配置されるのが好ましい。各流路の長さと横断方向寸法との比率は、１０より大きいのが好ましい。

一実施形態では、図２Ａ及び図６に最もよく示されるように、繊維質材料等の多孔質媒質４３０が、整流器４２４の入口に隣接して取り付けられ、整流器４２４の入口に配置される。多孔質媒質４３０は、整流器４２４に入る粒子のサイズを制御し得る。一般的に、検査で用いられる粒子のサイズは１〜５０μｍの範囲であるのが望ましく、１〜３０μｍの範囲であるのが好ましく、１〜１０μｍの範囲であるのがより好ましい。

好ましい実施例では、ハウジング４０２の内部キャビティ４０３の内側に上部チャンバ４３４と下部チャンバ４３６とが形成されて定められるように、ハウジング４０２内の管４２０の周囲に仕切り４３２が配設される。仕切り４３２は、上部チャンバ４３４と下部チャンバ４３６との間の連通及び流れを可能にするオリフィス４４０を含む。下部チャンバ４３６は、粒子生成器４０８によって生成された粒子状流体を収容する。上部チャンバ４３４は加圧空気を収容しており、上部チャンバ４３４には粒子は実質的に存在しない。空気の加圧は、上部チャンバ４３４の開口部４３７に取り付けられたブロワー４３８によって提供される。ブロワー４３８は、制御部２０２によって制御され得る。ブロワー４３８は、上部チャンバ４３４と室内の大気圧（ハウジングの外部）との間の圧力差を維持し、この圧力差により、上部チャンバ４３４から下部チャンバ４３６へと空気が流れ、粒子状流体がオリフィス４４０を通って下部チャンバ４３６から上部チャンバ４３４に流れるのを防ぐ。検査中の圧力差は、０．５インチＨ_２Ｏ（約１．２７ｃｍ Ｈ_２Ｏ）未満であるのが好ましい。しかし、良好な検出に必要な圧力は、部品サイズ、幾何形状及び気孔率に依存することを認識されたい。適用される圧力差は、最適な検出が達成されるまでルーチン実験を行うことによって設定される。空気の流れが下部チャンバ４３６全体に略均等に配分されるように、プレート４３２にオリフィス４４０が配置される。下部チャンバ４３６に送り込まれた空気は、下部チャンバ４３６内の粒子状流体を駆動して、整流器４２４を含む流路を通って上方に流れさせ、ハニカム３００の端部３０２に対して略均一な流量プロファイルを提供する。本願明細書で用いる「略均一な」流量プロファイルという用語は、製品３００の長さ方向の下端に沿ったいずれの点における流速のばらつきも、２５％以下、より好ましくは２０％未満、最も好ましくは１０％未満であることを意味する。具体的には、本発明は、製品３００の中心における粒子状流体の流速と略等しい、製品３００の周辺部における粒子状流体の流速を提供し得るという長所を有する。

ハニカム保持器５００は、ハニカム体３００を受容するための開口部５０３を有する固定器５０２を含む。固定器５０２の内壁５０７には、膨張可能な空気袋５０４が嵌められている。流出入ライン５０９は、流体圧力供給源５０６からの圧力を空気袋５０４に供給し又は圧力を排出部５１０へと排出することにより、必要に応じて空気袋５０４の流体の供給又は排出を可能にする。流体は、空気袋５０４を膨らませるための空気や他の適切な流体であり得る。流出入ライン５０９には、流体圧力供給源５０６、空気袋５０４及び排出部５１０間の連通を制御する弁５０８が配設されている。弁５０８の開閉は適切な制御部２０２によって制御されるのが好ましく、制御部２０２は、粒子状流体に供給される圧力も制御してもよい。弁５０８が開いていると、加圧された流体が流体圧力供給源５０６から空気袋５０４に流れることができ、これにより空気袋５０４が膨らんでハニカム体３００と係合し、その部分を保持器内に固定する。しかし、本発明は、膨張可能な空気袋５０４を用いてハニカム体３００を固定器５０２に固定することに限定されないことを認識されたい。代わりに、クランプや他の適切な機構を用いて、ハニカム体３００を固定器５０２に固定してもよい。

固定器５０２は、台５１２上に支持される。台５１２は、固定器５０２の開口部５０３と位置が揃った開口部５１１を有する。非検査時には、台５１２は通常、レール５１４上に載置される。ハウジング４０２は、アクチュエータ４０４によって、管４２０のフランジ４２２が台５１２と係合するまで上に移動可能である。更に、ハウジング４０２が上に移動すると、台５１２は、レール５１４から検査を実施可能な位置まで持ち上げられる。具体的には、フランジ４２２が台５１２と係合したら、固定器５０２の下端、台５１２の内壁、及びハウジング５０２の上端が、管４２０の出口端部に隣接するチャンバ２０４を構成するのが望ましい。

図２Ａ及び図６に最もよく示されるように、好ましい実施形態では、ハニカム体３００の下端は、チャンバ２０４内へと所定の量Ｓだけ延出するのが好ましい。これは、ハニカム体３００の入口端面３０２が、キャビティ２０４の境界において生じ得る渦流ではなく、管４２０から出る粒子状流体の自由な流れにさらされるようにするためである。本発明のこの態様は、ハニカム３００を通る粒子状流体の流れの均一性を更に改善すると思われる。任意に、固定器５０２（台５１２）にはポート５０２Ａが設けられてもよく、チャンバ２０４の境界の流体が、ポート５０２Ａを通って、例えば真空ポンプで引き出されるか又は自然に抜け出すことができるようにしてもよい（図６の矢印で示されるように）。

本発明者は、更に、例えば室内環境とハニカム体３００との間の温度勾配により、ハニカム体３００の出口端面３０４の周囲で対流が生じる傾向があることを見出した。このような対流は、ハニカム体３００から出てくる粒子の流れを横方向に偏向させ得るので、粒子が出てきた欠陥のあるセルの位置を正確につきとめるのが困難になる。出口端面３０４の周囲の対流を抑制するために、本発明の例示的な一実施形態は、対流シールド５１３を含む。好ましい実施形態では、対流シールド５１３は、動かないように取り付けられ得る。動作中に固定器５０２が上昇されると、ハニカム３００の第２の端面３０４がシールド５１３の開口部５１４を通って延出し、ハニカム体３００の上端がシールド５１３上方の検査位置に配置される。シールド５１３の開口部５１４は、ハニカム体３００の周辺部に近接して一致するサイズ及び形状を有しており、ハニカム体３００の周囲の間隙は１／２インチ（１２．７ｍｍ）以下であるのが好ましい。ハニカム体３００の上端３０４が対流シールド５１３を通って上方に延出し、開口部５１４がハニカム体３００の周囲に近接して嵌ることにより、出口端面３０４の周囲における対流の発生が抑制される。室内環境からの空気の流れを更に抑制するために、シールド５１３には、垂直壁５１５が設けられるのが好ましい場合もある。装置２００は、より大きいチャンバ（図示せず）内に収容されるのが好ましい。

粒子検出器６００は、欠陥のあるセル／栓の存在及び位置を検出する。検出器６００は、ハニカムの出口端部に隣接する光線６０４を発するための光源６０２を含むのが最も好ましい。光源６０２の一例はレーザである。レーザ源は、回転する多面ミラー６０８等といった光学要素と協働して、光線６０４を平面状の光のシート６０６に変換するのが好ましい。ミラー６０８は、５００ｒｐｍを超える速度で回転するのが好ましく、１０面を有するのが好ましい。回転するミラーによって、光線６０４は約７２度の角度にわたって偏向され、これにより、ハニカム３００の端部３０４全体にわたって広がるのに十分な大きさの光の平面６０６が生じる。例えば、２００４年１２月２１日に出願されたゼラー（L. Zoeller, III）による「栓を有するハニカム構造体中の欠陥のあるセルを識別する方法及びシステム（Method and System for Identifying Defective Cells in A Plugged Honeycomb Structure）」という名称の米国特許仮出願第６０／６３８,２０１号で教示されているように、場合によっては、ハニカム体３００の出口端面３０４にわたる均一で好ましくは平面状の光のシート６０６を形成するために、２つ以上の光源が必要となり得る。

光のシート６０６は、対流シールド５１３の上方に、出口端面３０４に対して概ね垂直に形成されるのが好ましい。或いは、光のシート６０６の拡がりを制御するのが望ましい場合もある。この場合には、立設部５１５にスロット５１６が形成されてもよく、光のシート６０６はスロット５１６を通って延び、出口端面３０４の上方に投影される。スロット５１６の幅は、光のシート６０６の拡がりを制御するよう選択される。光のシート６０６と出口端面３０４との間の距離は、出口端面３０４から出てくる粒子が、平面状の光のシート６０６と交差するのに十分な運動量を依然として有する距離であるのが好ましい。従って、光のシート６０６は、端面３０４と干渉することなく、端面３０４とできるだけ近いべきである。一実施形態では、光のシート６０６と出口端面３０４との間の距離は、１／１６インチ（１．６ｍｍ）〜１／２インチ（１２．７ｍｍ）の範囲である。尚、良好に定まった光の平面が形成されるものであれば、白色光源を用いてもよい。他の形態の検出器も用いられ得る。

粒子検出器６００は、ハニカムフィルタ３００の出口端面３０４の上方に配置されたカメラやビデオカメラ等といった撮像装置６０９を含むのが更に好ましい。撮像装置６０９は、面３０４から流れ出た、照明された粒子（あれば）の画像を取得する。具体的には、欠陥があることが示される領域は、画像中の明るいスポットとして現れる。単一の欠陥の場合には、明るいスポットは、（欠陥により）粒子状流体の流量が増加したセルの略直上にある点である。従って、栓をする位置を直ちに識別できる。粒子検出器６００は、照明された領域を撮像装置６０９上に結像させるためのレンズ等といった光学系６１０を更に含んでもよい。撮像装置６０９は内部プロセッサを含んでもよく、内部プロセッサは、装置が集めた情報を処理して画像ファイルを作成し、その画像ファイルを装置内のメモリに格納する。プロセッサは、ＴＩＦＦやＪＰＥＧ等といった様々なタイプの画像ファイル形式をサポートし得る。撮像装置６０９は、コンピュータシステム６１２（図面中の縮尺は合っていない）に接続されてもよい。コンピュータシステム６１２は、プロセッサ６１４と、ビデオモニタ６１６と、システムとのやりとりのために必要なキーボードやマウス等といった他の周辺機器とを含み得る。これらの周辺機器は当該技術分野で周知であるので、更に述べることはしない。撮像装置６０９のメモリに格納された画像ファイルは、更なる処理のために、プロセッサ６１４に転送され得る。画像ファイルは、ビデオモニタ６１６に表示されてもよい。

撮像装置６０９は、白色光以外の色を検出可能であってもよい。例えば、撮像装置６０９は、例えば赤、青及び緑から選択された１つ以上の色を検出可能であってもよい。後者の場合には、光のシート６０６は、撮像装置６０９によって適切に検出され得る色（例えば赤）を有してもよい。光のシート６０６は、出口端面３０４の上方に配置されているので、出口端面３０４から出てくる粒子は、光のシート６０６と交差し、光のシート６０６を散乱させ、光のシート６０６と交差する位置にある粒子が照明される。

例示の目的で、図２Ｂは、ハニカム体３００の欠陥３１２、３１４ａ、３１４ｂ、３１５及び３１６を示す。欠陥３１２は、栓３０８ｐの穴、又は充填不良やひび割れ等他の欠陥である。欠陥３１４ａ、３１４ｂは、押出成形や処理によって生じたハニカム体３００の内壁３０４の裂け目である（明瞭のために少数のみを示す）。欠陥３１５は、ハニカム体３００の壁（内壁又は外壁であり得る）のひび割れである。欠陥３１６は、細孔形成剤の焼失によって生じたハニカム体３００の壁の穴である。例示の目的で、欠陥３１２、３１４ａから出てくる粒子２０６が示されている。図示されている粒子２０６は、光のシート６０６と交差して光のシート６０６を散乱させ、粒子状流体中の粒子２０６が照明される。撮像装置６０９は、反射された（散乱された）光線及び照明された粒子２０６の画像を取得するよう動作し得る。ハニカム体３００の欠陥のあるセルは、欠陥がないセルと比べて、より多くの粒子及びより大きい粒子を流出させる。従って、欠陥のあるセルは、撮像装置によって取得された画像中で、より明るい又は色のついたスポットとして現れ得る。スポットのサイズによって、ハニカムフィルタ３００の欠陥のサイズが示され得る。画像が均一に見える場合には、ハニカムフィルタ３００に欠陥がない。より明るい又は色のついたスポットの位置を用いて、ハニカムフィルタ３００の欠陥の位置を識別できる。

図２Ａに戻り、粒子供給源４００が上昇されると、フランジ４２２が台５１２と係合する。粒子供給源４００が更に上昇されると、上述のように、台５１２がレール５１４から持ち上げられ、ハニカム３００が対流シールド５１３に挿入され、端面３０４が光の平面６０６の僅かに下方に適切に配置される位置まで上昇される。上述のように、下部チャンバ４３６内で生成された粒子状流体は、流路に供給される。上部チャンバ４３４と下部チャンバ４３６との間の圧力差を生じるために用いられるブロワー４３８により、下部チャンバ４３６内の粒子状流体は管４２０及び整流器４２４を通って上に向かうよう駆動される。整流器４２４は、粒子状流体が管４２０を通ってキャビティ２０４に流れる際の、大きい管の境界層の影響を抑制又は軽減する。従って、管から出ると、ハニカム体３００の端面３０２は粒子状流体の略均一な流速プロファイルにさらされる。更に、下端面３０２を、すぐに隣接する固定器５０２の下面から離間させることによって、端面３０２を粒子状流体の自由な流れの中に配置することにより、端面３０２にわたる粒子状流体の分布に対する渦流の影響が更に抑制される。一般的に、図６に示されるように、端面３０２は、表面５０５から１／４インチ（６．３５ｍｍ）以上、より好ましくは１／２インチ（１２．７０ｍｍ）以上の距離Ｓだけ離間される。

一般的に、粒子状流体は、入口端面３０２側には栓がない入口セルを通ってハニカム体３００に入る。ハニカム体３００のセルに欠陥がある場合には、欠陥のあるセル内の粒子は、容易に欠陥を通って隣接するセルに流れ込み又は栓を通り、出口端面３０４から出てきて、出口端面３０４の上方に形成された光のシート６０６と交差して、光のシート６０６を散乱させる。散乱によって生じた反射光線及び照明された粒子は、撮像装置６０９によって撮像される。撮像装置６０９によって取得された画像を解釈して、欠陥のあるセルの位置及び欠陥のサイズを決定することができ、みつかった欠陥があれば、それを修復できる。欠陥のあるセルの位置をつきとめるのを容易にするために、ハニカム体３００の出口端面３０４の表面も撮像するのが望ましい場合もある。表面の画像は、ハニカム体３００のセルの位置を示す。

本発明の長所の１つは、粒子状流体を用いたハニカム体の完全性検査の不明瞭さを回避できることである。一実施形態では、これは、ハニカム体の端面にわたる流量が略同じになるよう、粒子状流体に均一な流速を与えることによって達成される。特に、本発明は、ハニカム体の周辺部付近の欠陥のあるセルを決定してその位置をつきとめるために有用である。本発明の一実施形態による粒子供給源は、ハニカム体の端面から出てくる粒子の特性をモニタリング又は撮像することを含む方法によって欠陥が検出される場合に用いられ得る。しかし、粒子生成器の使用は、この方法に限定されない。ハニカム体の欠陥が、粒子が出てくるハニカム体の端面からの赤外線の発光をモニタリングすることによって検出される場合にも、粒子生成器を用いることができる。一般的に、粒子生成器は、ハニカム体の欠陥を検出する方法が、ハニカム体に粒子状流体を通して、ハニカム体の端面から出てくる粒子を任意の適切な方法を用いてモニタリングすることを含む場合には、常に有用である。

以上、限られた数の実施形態に関して本発明を説明したが、本開示の利益を得た当業者には、本願明細書に開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態も考案され得ることがわかるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

従来技術のウォールフロー型ハニカムフィルタの等角図。 本発明の実施形態によるハニカム体の欠陥を検出するためのシステム装置の部分断面図。 ハニカム体の欠陥のあるセルから（栓又は壁の欠陥から）出てくる粒子を示す部分等角図。 図２Ａのハニカム体の断面図。 図２Ａの整流器の１つの構成の端面図。 図２Ａの整流器の別の構成を示す部分端面図。 図２Ａの整流器の別の構成を示す部分端面図。 図２Ａの整流器の別の構成を示す部分端面図。 図２Ａの整流器の別の構成を示す部分端面図。 従来技術の装置の不均一な流速プロファイルを示す図。 本発明の略均一な流速プロファイルを示す部分断面図。 本発明の粒子生成器の一実施形態を示す部分断面底面図。

符号の説明

２００ システム
３００ ハニカム体
３０２ 第１の端面
３０４ 第２の端面
４００ 粒子状流体供給源
４１９ 略均一な流速プロファイル
４２０ 管
４２４ 整流器
４２５ 整流羽根
４２８ セル
５００ ハニカム保持器
５０２ 固定器
６００ 粒子検出器
６０２ 光源

Claims (8)

1. ハニカム体の欠陥を検出するためのシステムであって、
   前記ハニカム体を保持するよう構成された固定器、
   粒子状流体供給源、
   前記粒子状流体供給源と前記ハニカム体の第１の端面との間の粒子状流体のための流路、および
   前記流路内に配設された複数の羽根を含む整流器
   を備え、
   前記流路が管を備え、前記粒子状流体が前記管から出る点における前記管の内形寸法が、前記ハニカム体の最大横断方向外形寸法より大きいことを特徴とするシステム。
2. 前記整流器の前記複数の羽根が複数の流路を構成することを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記流路が管を備え、該管の長さＬ及び内径Ｄは、Ｌ／Ｄが０．２５〜１．５となるよう選択されることを特徴とする請求項１または２記載のシステム。
4. 前記第１の端面が、前記流路からの略均一な流速プロファイルを有する粒子状流体の流れにさらされることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載のシステム。
5. 前記第１の端面を定める領域にわたる前記略均一な流速プロファイルのばらつきが２５％以下であることを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記第１の端面が、周囲の固定器の下面から６ｍｍを超える距離Ｓだけ離間されることを特徴とする請求項１から５いずれか1項記載のシステム。
7. 前記固定器の上方に配置された対流シールドであって、前記ハニカム体の外形に略一致する形状及びサイズを有する開口部を有する対流シールドを更に備えることを特徴とする請求項１から６いずれか1項記載のシステム。
8. ハニカム体の端面にわたって粒子状流体を与える装置であって、
   内部キャビティを有するハウジングと、粒子状流体を生成する粒子生成器とを有する粒子状流体供給源、
   前記ハウジング内に配設された管であって、前記内部キャビティに向かって開口した第１の端部と、前記ハニカム体の最大横断方向外形寸法より大きな内径寸法を有する第２の端部とを有し、圧力差によって前記粒子状流体が当該管内へと駆動される管、および
   前記管内に配設された複数の整流羽根を有する整流器
   を備えることを特徴とする装置。

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