专利名称：填塞蜂窝状结构的制造方法和填塞蜂窝状结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种填塞蜂窝状结构，该结构用作过滤颗粒物质的柴油机颗粒过滤器，在多孔的隔壁上的气孔表面上放置有含有催化剂成分的催化剂载体，从而形成隔室，其中废气通过隔壁的气孔，就能净化有毒的废气成分，比如HC、Nox和CO以及类似物。
背景技术：
从内部发动机比如柴油机中排出的废气包括大量主要包含碳的颗粒(颗粒物质)，这些颗粒很可能是环境污染的原因。因此，通常在发动机的废气系统上安装用于捕获(过滤)这些颗粒的过滤器。
在用于这种目的的过滤器中，通常使用填塞蜂窝状结构。如图16(a)和16(b)所示，该结构包括蜂窝状结构2，其中连接在蜂窝状结构的两个端面上的很多隔室9被多孔的隔壁7分隔开；用花格图案表示的填塞部分11，在蜂窝状结构2的一个端面和另一个端面上彼此互补，从而填塞每个隔室9的两个开口端中的其中一个。
废气从一个端面3进入这样由填塞蜂窝状结构1组成的过滤器中。在废气和类似物中的颗粒被除去之后，气体从另一端面5排放出去。具体的说，首先废气进入隔室9b，该隔室包括没有被填塞的、在该过滤器的一个端面3上的端部，和被填塞的、在另一端面5上的端部。气体穿过多孔的隔壁7，流入隔室9a，该隔室包括被填塞的、在一个端面3上的端部，和没有被填塞的、在另一端面5上的端部，并被从这些隔室9a排出。而且，此时，隔壁7有过滤层的功效，气体中的颗粒被隔壁7捕获并沉积在隔壁7上。
作为上述填塞蜂窝状结构的制造方法，已经披露了一种方法，将粘性薄膜或类似物粘贴到成形蜂窝体的一个端面上。使用激光处理或类似的使用图像处理的方法在仅仅与要被填塞的隔室(填塞隔室)相关的部分的粘性薄膜或类似物上弄出小孔，从而获得掩膜。将被贴了掩膜的成形蜂窝体的端面浸入用于填塞的浆料中。成形蜂窝体的要被填塞的隔室被浆料填充，从而形成填塞部分。成形蜂窝体的另一端面也经历与上面步骤相同的步骤。随后，蜂窝体被烘干、烧结，从而得到该填塞蜂窝状结构(参看，例如，专利文献1)。
而且，作为另一种制造方法，提出了一种方法，其中在用陶瓷材料形成的不烘干的成形薄片状体中将通孔做成花格图案(锯齿形图案)，该成形薄片状体在压力作用下贴到烘干的蜂窝状体的一个端面上，整体烘干，从而得到填塞蜂窝状结构(参看，例如，专利文献2)。
日本专利申请公开No.2001-300922；和[专利文献2]日本专利申请公开No.2002-159811。
此外，近几年，也有尝试不仅将这种填塞蜂窝状结构用作上述用于过虑颗粒物质的过滤器而且用作催化剂载体的。在催化剂的载体中(这种催化剂在下面将被指定为“壁流形催化剂”)，通过形成隔室的多孔的隔壁的气孔表面来承载催化剂成分，进入蜂窝状结构的废气通过隔壁的气孔，从而净化有毒废气成分，比如HC、Nox和CO。
随着这种蜂窝状结构的应用的扩大，将来有望对该蜂窝状结构的需求更进一步加大。使用专利文献1中所述的制造方法大量生产蜂窝状结构的庆奎下，必须要解决如下问题(i)每个蜂窝状结构的相对端面都需要经历粘贴粘性薄膜、处理图像、弄出小孔和剥掉粘性薄膜的所有步骤，在制备掩膜或类似物时需要大量的时间，而且使用后剥掉的粘性薄膜形成了大量的工业垃圾；和(ii)粘性薄膜比较贵，是产品成本上涨的一个原因，而且为了避免灰尘和杂物，需要在干净的环境中粘贴，在操作环境上就有约束。也就是说，上述传统制造方法是制造相对而言小量的填塞蜂窝状结构的有效方法，但是从适用于大量生产的观点看不能说是足够令人满意的方法。
而且，在专利文献2记载的上述制造方法中，由于烘干的蜂窝状体和不烘干的成形薄片状体之间的烘干收缩差异使得薄膜容易破裂、剥落。还有一个问题是，位于蜂窝状结构的外周上的隔室中，要被填塞的隔室不太容易被填塞。
发明内容
本发明考虑了上述传统技术中的问题并做出了改进，本发明的目的是提供一种填塞蜂窝状结构的制造方法，该方法适于大量生产。更具体的，本发明指示了一种填塞蜂窝体的制造方法，能够便宜地、以短时间制造没有任何缺陷的填塞蜂窝状结构，而对操作环境没有任何限制，并能够减少工业垃圾的量。
为了实现上述目标，本发明提供如下的填塞蜂窝状结构制造方法和如下的填塞蜂窝状结构。
一种填塞蜂窝状结构制造方法，其中填塞蜂窝状结构包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一；该方法包括给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据，基于图像数据通过光学成形处理来制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有与要被填塞的隔室连通的小孔和装入不被填塞的隔室的凸起部分；将凸起部分装入到不被填塞的隔室中，从而将用于形成填塞部分的掩膜固定到蜂窝状结构的端面上；然后将用于形成填塞部分的掩膜装入容器的开口中，从而将已经固定上用于形成填塞部分的掩膜的蜂窝状结构放入容器中，该容器上部有开口，用于成形填塞部分的掩膜装入该开口，而且容器中贮存有填塞浆料，该浆料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的；将用于填塞的、贮存于容器中的浆料穿过用于形成填塞部分的掩膜上的小孔，填充要被填塞的隔室的开口端，从而形成填塞部分。
一种填塞蜂窝状结构的制造方法，其中填塞蜂窝状结构包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一；该方法包括给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据，基于图像数据通过光学成形处理来制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有与要被填塞的隔室连通的小孔和装入不被填塞的隔室的凸起部分；将用于形成填塞部分的掩膜装入容器的开口中，从而将掩膜置于容器中，该容器上部有开口，用于成形填塞部分的掩膜装入该开口，而且容器中贮存有填塞浆料，该浆料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的；然后将蜂窝状结构的端面固定到用于形成填塞部分的掩膜上，以使形成填塞部分的掩膜的凸起部分装入到不被填塞的隔室中；将用于填塞的、贮存于容器中的浆料穿过用于形成填塞部分的掩膜上的小孔，填充要被填塞的隔室的开口端，从而形成填塞部分。
一种填塞蜂窝状结构制造方法，其中填塞蜂窝状结构包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一；该方法包括给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据，基于图像数据通过光学成形处理来制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有与要被填塞的隔室连通的小孔和装入不被填塞的隔室的凸起部分；将凸起部分装入到不被填塞的隔室中，从而将用于形成填塞部分的掩膜固定到蜂窝状结构的端面上；将蜂窝状结构的端面浸入填充浆料中，其中用于形成填塞部分的掩膜固定于该端面上，该填塞材料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的，并被贮存于容器中；将用于填塞的浆料穿过用于形成填塞部分的掩膜上的小孔，填充要被填塞的隔室的开口端，从而形成填塞部分。
根据上述[1]或[3]的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，预先将用于形成填塞部分的掩膜固定到掩膜支撑件上，该掩膜支撑件具有包括大量小孔的结构，然后固定到蜂窝状结构的端面上。
]根据上述[2]的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，预先将用于形成填塞部分的掩膜固定到掩膜支撑件上，该掩膜支撑件具有包括大量小孔的结构，然后放置在容器中。
根据上述[5]的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，凸起部分具有朝向末端的锥形形状。
根据上述[6]的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，作为凸起部分中的一部分，凸起部分的最大外径部分的外径比凸起部分装入的隔室的内部尺寸大。
根据上述[1]-[7]的任一个的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，在凸起部分中，装入蜂窝状结构的外周的隔室的凸起部分的外直径比其他凸起部分的外直径小，这些蜂窝状结构外周的隔室具有与其他位于内部的隔室的形状不同的形状。
一种填塞蜂窝状结构，包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一，其中，在位于蜂窝状结构的外周的隔室中，那些要被填塞的隔室被填塞部分可靠填塞。
根据上述[9]的填塞蜂窝状结构，其是使用如上述[1]-[8]中任一个的制造方法来制造的。
根据上述[10]的填塞蜂窝状结构，其中，在将用于形成填塞部分的掩膜固定到蜂窝状结构的端面上时，在外周部分提供突出物或凹槽来作为定位参考物。
根据上述[9]-[11]中任一个的填塞蜂窝状结构，其中，只用填塞部分填塞蜂窝状结构的一个端面上的隔室。
根据本发明的填塞蜂窝状结构的制造方法是一种能够便宜的、在短时间内制造没有任何缺陷的填塞蜂窝状结构的方法，而没有操作环境的限制，而且能够减少工业垃圾的量。该方法适于大量生产。用于形成填塞部分的掩膜是基于蜂窝状结构的真实图像数据制备的。因此，即使在成形时由于变形和类似情况而无法得到具有所设计的形状的蜂窝状结构的情况下，也可以制备出适合于该形状的、具有形状精确度的掩膜。因此，可以提供具有高隔室密度(大量隔室)的蜂窝状结构，该蜂窝状结构具有处于正确位置的、没有任何偏离的填塞部分。而且，在使用传统制造方法制造的填塞蜂窝状结构中，位于外周的隔室不太容易填塞，其中在传统制造方法中，通过将通孔做成花格图案而提供的不烘干的成形薄片状体在压力作用下贴到烘干的蜂窝状体的一个端面上，并整体烘干。然而，根据本发明的填塞蜂窝状结构，即使是在隔室位于外周时，要被填塞的隔室也可以被填塞部分可靠填塞。其结果是，当将该结构用作过滤器或者壁流形催化剂的载体时，该填塞蜂窝状结构呈现出高质量。
图1是图示本发明的制造方法的一个具体实施例的示意图；图2是图示本发明的制造方法的该具体实施例的示意图；图3是图示本发明的制造方法的该具体实施例的示意图；图4是图示本发明的制造方法的该具体实施例的示意图；图5是图示本发明的制造方法的该具体实施例的示意图；
图6是图示本发明的制造方法的另一个具体实施例的示意图；图7是图示本发明的制造方法的该另一个具体实施例的示意图；图8是图示用于本发明的制造方法的用于成形填塞部分的掩膜的一个具体实施方式
的示意图；图9是图示用于本发明的制造方法的用于成形填塞部分的掩膜的该具体实施方式
的示意图；图10(a)(b)是图示掩膜支撑件的结构的示意图，图10(a)是平面图，图10(b)是截面图；图11是图示一个示例的示意图，该示例中，用于成形填塞部分的掩膜被预先固定到掩膜支撑件上，然后固定到蜂窝状结构的端面上；图12是图示一个示例的示意图，该示例中，用于成形填塞部分的掩膜被预先固定到掩膜支撑件上，然后被放置于容器中；图13是图示本发明的填塞蜂窝状结构的一部分的示意图；图14是图示传统的填塞蜂窝状结构的一部分的示意图；图15是图示本发明的填塞蜂窝状结构的一个具体实施例的示意图；图16(a)(b)填塞蜂窝状结构的基本结构的示意图，图16(a)是从一个端面侧看的平面图；图16(b)是截面图。
具体实施例方式
在下文中将详细描述本发明的典型实施例，但是应当理解为，本发明并不局限于下面的实施例，只要没有背离本发明的范围，可以基于本领域技术人员的普通知识适当增加设计的变形、改进和类似改变。需要注意的是，在本说明书中，单独提及的“蜂窝状结构”是指没有任何填塞部分的蜂窝状结构。
在本发明的填塞蜂窝状结构的制造方法中，为了将填塞部分放置在蜂窝状结构中，要准备用于形成填塞部分的掩膜。该掩膜具有能够与要被填塞的隔室连通的小孔以及能够适合于不被填充的隔室的凸起部分。该掩膜用于将填塞部分放置在蜂窝状结构上。为了制备该用于形成填塞部分的掩膜，首先要给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到能够描述要被填塞的隔室和端面不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据。
由于蜂窝状结构通常用陶瓷粘度挤压而成，隔室形状、隔壁厚度、隔室密度和类似参数都不统一，而且有时会产生变形。但是，在蜂窝状结构的端面被取像而且得到了能够描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据的情况下，就可以制备出适合于蜂窝状结构的用于形成填塞部分的掩膜。
掩膜将会有更详细的描述。用于形成填塞部分的掩膜的凸起部分可以形成在正确的位置上的适当部分。因此，凸起部分可以容易地装入蜂窝状结构的不被填塞的隔室中，而且用于形成填塞部分的掩膜可以被可靠固定到蜂窝状结构的端面上。需要注意的是，由于凸起部分被形成为锥形尖端形，所以凸起部分可以容易地进入隔室，更容易地装入隔室。在这种情况下，作为凸起部分的大部分的最大外直径部分(凸起部分的底部附近)的外径要被设置为比要被凸起部分填塞的每个隔室的内直径大。其结果是，用于形成填塞部分的掩膜可以更加可靠地被固定到蜂窝状结构的端面上。由于用于形成填塞部分的掩膜上的小孔几乎能够被形成为在正确位置上的适当形状，所以填塞浆料能够可靠地被引导入蜂窝状结构的要被填塞的每个隔室的端部，而且填塞部分能够正确地形成于要被填塞的隔室中。
由于位于蜂窝状结构的外周的隔室通常和外壁相连，所以这些隔室具有与其他位于内部的隔室的形状不同的形状。尤其是，具有沿着外壁的内壁延伸的形状的那些隔室的一部分和隔室的开口区域都比其他隔室的小。在这样的位于蜂窝状结构的外周、并且具有与其他位于内部的隔室的形状不同的形状的隔室(下面用“不完整隔室”指示)上，与其他隔室相比，填塞部分不容易形成。有些情况下，填塞部分在这些隔室上就不能形成。用于解决这个问题的公知技术是，在执行形成填塞部分的步骤之后，处理除去外壁，从而暴露不完整隔室，然后用陶瓷涂覆材料涂覆不完整隔室，从而填充不完整隔室。而且，外壁被再次成形。
当用这种方法将不完整隔室最终用陶瓷涂覆材料填充并和外壁成为一体时，不完整隔室就不必被填塞了。因此，适合于不完整隔室的凸起部分也是不必要的。但是，在另一种情况下，就需要适合于不完整隔室的凸起部分。在此，最好是适合于不完整隔室的凸起部分的外径被设置为比其他适合于隔室而不是不完整隔室的凸起部分的小。这是因为凸起部分容易进入甚至是具有小开口区域的不完整隔室，而且凸起部分能够可靠地装入并固定到隔室中。
需要注意的是，并不是每个蜂窝状结构的端面都有必要取像。如上所述，蜂窝状结构通常由陶瓷黏土挤压而成。因此，只要蜂窝状结构具有相同的陶瓷黏土成分和相同的捏制、挤压和类似的条件，隔室形状的变形程度，以及隔壁厚度、隔室密度和类似参数就基本相同。也就是说，一旦从许多具有相同条件的蜂窝状结构中的一个得到图像数据，基于这些图像数据制备的用于成形填塞部分的掩膜就可以用于其他蜂窝状结构中(即，用于彻骨牛膝嘎填塞部分的掩膜可以重复利用)。其结果是，本发明的制造方法适于大量生产。
用于给蜂窝状结构的端面取像的图像拾取设备没有任何特殊限制，但是，最好使用，例如，电荷耦合设备(CCD)照相机、X射线层析(CT)扫描器或者类似物。最重要的是，X射线CT扫描器不仅能够给蜂窝状结构的端面取像而且能够给蜂窝状结构的内部(隔室的内部形状或类似物)取像。因此，最好使用扫描器，因为它有可能制备适合于蜂窝状结构的用于形成填塞部分的掩膜。由于蜂窝状结构的层析结构可以直接被取像，有一好处，就是光学成形处理所需要的、用于形成填塞部分的掩膜的层析结构数据(分段数据)很容易制备。
基于上述所得到的图像数据，使用光学成形处理制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有能够与蜂窝状结构的要被填塞的隔室连通的小孔和能够装入不被填塞的隔室的凸起部分。
在此，光学成形处理是一种方法，用光照射未固化的光固化成分组合物，以成像方式形成固化树脂层，并在该固化树脂层的上表面上同样成形并层压新的固化树脂层，重复这种操作，从而得到三维成形物体，该物体由光固化树脂组分组成。该方法具有优点，就是有可能很容易地、快速地得到具有复杂的三维形状的成形物体。使用传统成形处理比如成型、挤压来制备这样的成形物体是很困难的。因此，使用如上所述的光学成形处理来制备用于形成填塞部分的方法有个优点，就是可以容易地、快速地得到甚至具有复杂的三维形状(例如，隔室形状，隔壁厚度，隔室密度和类似参数不统一，而且有时会变形)的填塞部分成形掩膜。而且，该形状可以容易地改变。需要注意的是，制备薄的填塞部分成形掩膜时，该掩膜有时可以通过只成形一个固化树脂层来制备。
本说明书中所提到的该“用于形成填塞部分的掩膜”是具有能够与蜂窝状结构的要被填塞的隔室连通的小孔和能够装入不被填塞的隔室的凸起部分的掩膜，其由光固化树脂组分组成。只要上述条件满足，对于用于成形填塞部分的掩膜的整个形状没有任何特殊限制。但是，最好使用如图8所示的填塞部分成形掩膜30，其中用小孔33和凸起部分35提供具有能够覆盖蜂窝状结构的端面的区域的片状掩膜主体31。
形成小孔33，从而与蜂窝状结构的要被填塞的隔室连通。当填塞浆料通过该小孔被引导入蜂窝状结构的要被填塞的隔室的端部时，在蜂窝状结构的要被填塞的隔室中形成填塞部分。
只要填塞浆料能够被引导入蜂窝状结构的要被填塞的隔室，并没必要每个小孔33都具有完全与要被填塞的隔室相配的形状，而且对于小孔的形状没有任何特殊限制。例如，当蜂窝状结构的隔室是四边形时，小孔可以是圆形的。
而且，只要填塞浆料能够被引导入蜂窝状结构的要被填塞的隔室，对于每个小孔的开口区域没有任何限制。可以根据被引导的填塞浆料的粘度来适当的设置该区域。
每个凸起部分35成形为能够适合于蜂窝状结构的不被填塞的隔室的形状。在该凸起部分装入不被填塞的隔室的情况下，用于成形填塞部分的掩膜可以固定到蜂窝状结构的端面上。
本说明书中提到的“光固化组分”是分子中具有一个或多个功能团的低聚体、单体或类似物(称作预聚物)，该功能团能够对光照有反应而形成交联结构。
低聚体的示例包括游离基聚合形光固化树脂，例如不饱和的聚酯基树脂，丙烯酸树脂和硫醇基树脂；和阳离子催化聚合形光固化树脂，比如环氧基树脂。单体的示例包括游离基聚合单体，比如丙烯酸脂和甲基丙烯酸脂；和阳离子催化聚合单体，比如，环氧化合物。需要注意的是，本说明书中提到的“光固化成分组合物”是包含上述光固化成分的组合物，这些固化成分作为组成成分。
基于由光学成形处理而得到的图像数据而制备上述用于成形填塞部分的掩膜的方法的示例包括下面的方法。
首先，使用CCD照相机给蜂窝状结构的端面照相，得到表面图像的数据。接着，表面图像数据被二进制化，从而细化要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置。而且，准备用于成形填塞部分的掩膜的三维结构数据，从而在蜂窝状结构的正确位置上将凸起部分和小孔形成为适当的形状。
此外，图像拾取设备并不局限于CCD照相机，也可以使用X射线层析扫描器。具体的说，即使在使用X射线层析扫描器给蜂窝状结构(一部分，而不是端面，例如，隔室的内部形状等)取像从而得到包括该结果的表面图像的层析图像数据且该层析图像数据被二进制化的情况下，也可以细化要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置，也可以准备出用于成形填塞部分的掩膜的三维结构数据。
需要注意的是，本说明书中提到的“二进制化”是一种处理，将图像数据分成256级色彩，并将该数据转变成二元的单色图像，这样，边界具有比阈值高的亮度的部分是白色的，具有比阈值低的亮度的部分是黑色的。其结果是，可能区分蜂窝状结构的隔壁部分(黑的)和隔室部分(白的)。
上述三维结构数据被转化为计算机辅助设计(CAD)数据，从而从CAD数据中形成层析结构数据(分段数据)，该数据通过将用于成形填塞部分的掩膜的三维结构分成大量的层而建立。根据分段数据以成像方式用灯照射未固化的、光固化成分组合物的表面，从而形成具有组合物的层析结构固化树脂层。只有一层未固化的、光固化成分组合物被附加到该固化树脂层的上表面上，并且以成像方式用灯再次照射该层的该表面，从而形成并碾压与先前的固化树脂层连续的新固化树脂层。将该操作重复预定数的次数，从而制备出由光固化树脂组合物组成的填塞部分成形掩膜。需要注意的是，通常填塞蜂窝状结构中，大量隔室的一个开口端部和另一个开口端部需要交错填塞。因此，需要注意的是，需要分别给端面制备用于成形填塞部分的掩膜。
作为用于照射组合物表面从而固化光固化组分的灯光，可以使用具有特殊波长的、能够用于固化光固化组分的灯光，比如紫外线或可见射线。尤其是，最好是使用紫外线。因此，作为光学照射单元，最好使用那些能够进行数字控制(NC)的紫外线激光器或类似物。在本发明中，光学成形设备(例如，SLA7000(商标INCS INC.制造)或类似物)是可以买到的。除了这种光学照射单元外，该设备还包括用于供应光固化组分的供应单元、其中存储有光固化组分的存储腔、能够将每个通过灯光照射或类似形成的固化树脂层升降的升降单元。根据本发明的制造方法，可以使用这样一种可以买到的光学成形设备来更加容易地、快速地制备用于成形填塞部分的掩膜。
根据本发明的制造方法，如图1所示，首先，如上所述制备的填塞部分成形掩膜30的凸起部分35被装入不被填塞的隔室19b，从而将填塞部分成形掩膜30固定到蜂窝状结构2的端面上。如图1所示，最好每个凸起部分35具有锥形尖端形状从而容易装入不被填塞的隔室19b。需要注意的是，在图1中，凸起部分35具有从直立部分在垂直方向上伸出的山形，该直立部分从填塞部分成形掩膜30的底面(提供有凸起部分35的一侧的表面)延伸出，但是凸起部分35并不局限于这种形状。例如，如图2所示，凸起部分35可以形成为逐渐变细的梯形。
而且，如图9所示，在填塞部分成形掩膜30的底面和凸起部分35之间的拐角部分39上形成直角面或曲面。其结果是，当凸起部分35装入隔室19b时，拐角部分39和蜂窝状结构2的隔壁接触，很容易可靠实现每个填塞部分的密封能力。在这种情况下，最好在填塞部分成形掩膜30中使用柔软物质，这样，当隔壁和拐角部分39接触时才不会损坏蜂窝状结构2的隔壁。拐角部分39的尺寸可以调整，这样填塞部分成形掩膜30可以在蜂窝状结构2的端面上轻微移动。其结果是，当隔室19b被填塞浆料50填充时，填塞浆料50可以稍微从蜂窝状结构2的端面或者每个隔壁的端面突出来，这些端面可以被填塞浆料50覆盖。但是最好固定凸起部分35的尺寸，这样，该部分的高度h和底部宽度之间的比例(h/b)是0.1至3.0，最好是0.5至2.0。
而且，如上所述，作为多数凸起部分的一部分，凸起部分的最大外直径部分(凸起部分底部附近)的外径被设置为比适合于凸起部分的隔室19b的内径大。其结果是，填塞部分成形掩膜30可以更加可靠地固定到蜂窝状结构2的端面上。凸起部分被制成为凸起部分的最大外直径部分(凸起部分底部附近)的外径被设置为比适合于凸起部分的隔室19b的内径大。最好是将这样的凸起部分放置于至少一个与在蜂窝状结构2的端面中心的隔室19b相应的位置中，或者至少两个在蜂窝状结构2的外周附近的、与隔室19b相应的等间隔的位置中。当大量具有这样的大直径的凸起部分出现于填塞部分成形掩膜30中时，填塞部分成形掩膜30就可以可靠地固定到蜂窝状结构2的端面上。但是，如果放置了过大量的凸起部分，取下时，填塞部分成形掩膜30就不容易从蜂窝状结构2的端面上揭下来。因此，凸起部分的数量和放置需要根据蜂窝状结构2的结构和隔室尺寸来适当地设置。
需要注意的是，当填塞部分成形掩膜30被固定到蜂窝状结构2的端面上时，为了容易定位掩膜，最好预先在蜂窝状结构2的外周部分和填塞部分成形掩膜30上设置用作定位参考的突出物或凹槽。这特别适合于上述定位操作是自动的情况。例如可以识别突出物或凹槽的坐标位置，使用例如图象处理或类似处理来控制定位操作。根据本发明，最好用整体构造的填塞部分成形掩膜30来覆盖蜂窝状结构2的整个端面。但是，当蜂窝状结构2的端面具有超过250mm直径的大直径时，填塞部分成形掩膜30可以具有分开的结构。其结果是，可以使装入便利些。
随后，如图3所示，容器20在其上部具有开口，填塞部分成形掩膜30适合于该开口，并且该容器贮存有浆料50，该浆料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的。填塞部分成形掩膜30被装入到开口中，从而在容器中制备出其上固定有填塞部分成形掩膜30的蜂窝状结构2。
随后，如图4所示，贮存于容器20中的填塞浆料50通过填塞部分成形掩膜30的小孔33被压入或吸入要被填塞的隔室19b的开口端，从而填充隔室的开口端。
在浆料被压入开口端来填充该端的情况下，例如，容器20的底面21可以被构建成该底面可以通过活塞机构或类似机构垂直地移动。在填充期间，地面21向上移动，使得容器20的容量比贮存于容器20中的填塞浆料50的量小。其结果是，填塞浆料50被从容器20中推入到隔室19a的开口端，从而填充该端。在浆料被吸入开口端来填充该端的情况下，使用泵或类似物将浆料从蜂窝状结构2的端面吸入，该端面与固定到填塞部分成形掩膜30的端面相对。其结果是，贮存于容器20的浆料50被吸入隔室19a的开口端从而填充该端。需要注意的是，为了阻止填充期间填塞浆料50的泄漏，如图4所示，最好轻轻地将板状按压装置40按压到蜂窝状结构2的与固定到填塞部分成形掩膜30的端面相对的端面上，这样蜂窝状结构2的端面就与填塞部分成形掩膜30的上表面密切接触。
如图5所示，在要被填塞的隔室19a的开口端被填塞浆料50填充并且用填塞浆料50形成填塞部分11之后，将填塞部分成形掩膜30从容器20的开口移开。随后，将填塞部分成形掩膜从蜂窝状结构2上揭掉。蜂窝状结构2的另一端面经历同样的填塞步骤。而且，如果需要，将该结构烘干和/或烧结，从而得到填塞蜂窝状结构。
需要注意的是，在上面的示例中，在填塞部分成形掩膜30被固定到蜂窝状结构2的段上之后，填塞部分成形掩膜30被置于容器20中。但是，也可以在先将填塞部分成形掩膜30置于容器20中之后，再将蜂窝状结构2的端面固定到填塞部分成形掩膜30上。也就是说，填塞部分成形掩膜30被装入容器20的开口，从而将掩膜置于容器中，该容器具有填塞部分成形掩膜30可以装入的开口，并且贮存有浆料50，该浆料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的。随后，蜂窝状结构2的端面被固定到填塞部分成形掩膜30上，从而将填塞部分成形掩膜30的凸起部分35装入不被填塞的隔室19b中，而且贮存于容器20中的填塞浆料50穿过填塞部分成形掩膜30的小孔33填充要被填塞的隔室19a的开口端，从而形成填塞部分11。
而且，本发明的另一个实施例，如图1所示，填塞部分成形掩膜30的凸起部分35被装入不被填塞的隔室19b中，从而将填塞部分成形掩膜30固定到蜂窝状结构2的端面上。随后，如图6所示，其上固定有填塞部分成形掩膜30的蜂窝状结构2的端面被浸入贮存于容器25的浆料50中，浆料50穿过填塞部分成形掩膜30的小孔33填充要被填塞的隔室19a的开口端。需要注意的是，为了填充开口端，如图6所示，最好轻轻地将板状按压装置40按压到蜂窝状结构2的与固定到填塞部分成形掩膜30的端面相对的端面上，这样贮存于容器25的浆料50就被迫进入要被填塞的隔室19a的开口端。
以这种方式用浆料50填充要被填塞的隔室19a的开口端。如图7所示，用填塞浆料50形成填塞部分11。随后，从容器25中向上拽固定有填塞部分成形掩膜30的蜂窝状结构2的端面。随后，填塞部分成形掩膜30从蜂窝状结构2上揭掉，蜂窝状结构2的另一端面经历相同的填塞步骤，如果需要就进一步烘干和/或烧结该结构，从而得到填塞蜂窝状结构。
需要注意的是，填塞部分成形掩膜30是用树脂做成的，很柔软以致于该掩膜很容易变形。因此，有时很难将该掩膜固定到蜂窝状结构2的端面上或者将该掩膜置于容器20的开口中。在这种情况下，如图10(a)和10(b)所示，准备一个具有多孔结构的掩膜支撑件36。预先将该填塞部分成形掩膜30固定到具有这种多孔结构的该掩膜支撑件36上，这样掩膜就不容易变形了。随后，如图11所示，最好将该掩膜固定到蜂窝状结构2上。或者，如图12所示，最好将该掩膜置于容器20的开口中。作为具有多孔结构的掩膜支撑件36，最好使用具有通过将环形件38固定到金属丝网37的圆周上而得到的结构的元件。在这种情况下，最好减少金属丝网37的丝的直径来增加多孔性，这样浆料50的通过不会受到阻碍而达到极限。
在用于本发明的制造方法中的蜂窝状结构(填塞之前的蜂窝状结构)中，连通于蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分割开。对于构成蜂窝状结构的材料没有任何特殊限制。由于隔壁需要是多孔的，通常最好是使用由陶瓷(堇青石)制作的蜂窝状结构。对于该结构的形状也没有任何特殊限制。例如，可以使用任意形状，比如圆柱形、四三方柱形、三角柱形。最常使用的是具有四棱柱形隔室的蜂窝状结构，但是该结构也可以具有其他形状，比如多边形，例如，三角形、六边形或八边形、圆形或组合这些形状而得到的形状。
该蜂窝状结构的每个隔壁最好有100至2000um的厚度，更合适的是200至1000um，更更合适的是300至700um。如果隔壁的厚度小于100um，强度就会降低，而且有时对热冲击的抵抗力会下降。另一方面，如果隔壁的厚度超过2000um，压力损耗就会增加。
该蜂窝状结构最好具有20至600cell/in2(cpsi)的隔室密度，更合适的是50至400cpsi，更更合适的是100至300cpsi。如果隔室密度低于20cpsi，在该结构被用作水流型催化剂或类似物的载体的情况下，与废气接触的有效率将下降。另一方面，如果隔室密度超过600cpsi，压力损耗将增加。需要注意的是，“cpsi”表示“cells per square inch”，是个表示每平方英寸的隔室数量的单位。例如，10cpsi是大约1.55cells/cm2。
该蜂窝状结构最好具有30至90％的多孔性，更合适的是45至80％，更更合适的是50至70％。当多孔性被设置为30至90％时，可以减少压力损耗。而且，热容量会降低，该结构会具有机械强度。
蜂窝状结构的平均孔径(小孔直径)最好是5至50um。如果平均孔径小于5um，压力损耗将增加。另一方面，如果平均孔径超过500um，在该结构被用于过滤器的情况下，捕获的有效率将下降。在该结构被用于壁流形催化剂或类似物的载体的情况下，废气和催化剂层之间的接触区域可能不足够可靠。如果扩大孔，该结构会受影响，使得穿过小孔的废气的组分和小孔内表面的催化剂层之间的接触可能性降低。
对于这样的蜂窝状结构的制造方法没有任何特殊限制。但是，该蜂窝状结构可以通过如下方法制造，例如，挤压陶瓷粘土，该粘土具有可以使用冲模而适当调整的粘度，该冲模具有所需的隔室形状、隔壁厚度和隔室密度(隔室距离)，然后烘干挤压体，从而得到蜂窝状结构。
填塞浆料可以通过混合例如陶瓷粉末和分散剂(如水或类似物)而制备。而且，如果需要，可以添加附加物，比如粘合剂、胶体稳定剂或者发泡树脂。对于陶瓷粉末的材料没有任何特殊限制，但是最好使用与蜂窝状结构的材料相同的材料。作为粘合剂，最好使用聚乙烯醇、甲基纤维素或类似物。
与上述传统制造方法不同，根据本发明的制造方法可以使用较少的步骤简单地制造出没有任何缺陷的填塞蜂窝状结构，而不需要将粘性薄膜粘贴到蜂窝状结构的端面上、图象处理、做小孔和将粘性薄膜揭掉这么多的步骤。由于需要在干净的环境中执行粘贴操作的昂贵的粘性薄膜已经没有必要，产品成本就节省下来了，对于操作环境也没有任何限制，工业垃圾也可以减少。
本发明的填塞蜂窝状结构是包括蜂窝状结构的填塞蜂窝状结构，其中连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开，填塞部分被设置地可以填塞每个隔室的两个开口端的其中之一。蜂窝状结构的特征在于，位于蜂窝状结构的外周上的要被填塞的隔室可以用填塞部分可靠填塞。
在填塞蜂窝状结构使用上述的专利文献2(日本专利申请公开No.2002-159811)记载的方法来制造时，其中该蜂窝状结构包括在蜂窝状结构的端面上的、用花格图案表示的填塞部分，也就是，在压力作用下将包括花格图案处的小孔的、未烘干的成形薄片状体粘贴到烘干的蜂窝状体上来整体烘干该结构体的方法，如图14所示，位于蜂窝状结构的外周上的隔室中，很容易得到要被填塞的隔室(图中用虚线环绕的)而并没有被填塞、或者没有被完全填塞的隔室。当这样的蜂窝状结构被用作，例如，用于过滤颗粒物质以除去该物质的过滤器时，就会产生未被过滤掉的颗粒物质或类似物被排出的缺点。因此，有必要执行将环状件粘贴到蜂窝状结构的端面上来用该件或类似物覆盖位于外周上的隔室的开口的处理。在这种情况下，由于位于外周的隔室没有执行过滤器或类似物的功能，有效区域就会减少。
根据本发明的填塞蜂窝状结构，如图13所示，在位于蜂窝状结构外周的隔室中，要被填塞的隔室(例如，在包括填塞部分的填塞蜂窝状结构被设置为在蜂窝状结构的端面上形成花格图案的情形下，在图中用虚线环绕的隔室)被用填塞部分11可靠填塞。因此，当该结构被用作过滤器例如用于过滤颗粒物质的柴油机颗粒过滤器时，或者被用作壁流形催化剂的载体时，上述处理就是不必要的。由于有效区域没有由于该处理而有任何减少，就呈现出高性能来。
这样的填塞蜂窝状结构可以使用本发明的上述制造方法来制造。需要注意的是，当该结构使用本发明的制造方法来制造时，如图15所示，可以给该填塞蜂窝状结构1的外周部分提供结构件，比如突出物60或者凹槽，作为定位用于成形填塞部分的掩膜的参照物，从而在制造过程中将该掩膜固定到蜂窝状结构的端面上。只有在本发明的填塞蜂窝状结构的一个端面上的隔室才用填塞部分填塞。
下面将根据示例更详细地描述本发明，但是本发明并不局限于这些示例。
将水、粘合剂和表面活性剂添加到以滑石、高岭土和氧化铝作为主要材料的堇青石成形材料中，混合并捏制，从而得到成形材料。该材料用粘土叶片混砂机挤压成柱形，用压出机成形，从而得到蜂窝状结构的成形体(成形蜂窝体)。将以这种方式得到的成形体作为蜂窝状结构，用CCD照相机对其端面取像，从而得到图像数据。该数据被二进制化，从而细化要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置。
更进一步地，根据相同的图像数据计算该蜂窝状结构的隔室的中心坐标和隔室密度(隔室之间的距离)。而且，准备出用于成形填塞部分的掩膜的三位结构数据，这样就可以根据蜂窝状结构在正确的位置处将凸起部分和小孔形成为适当的形状。该三维结构数据被转换成CAD数据，从这些CAD数据中准备出组成用于形成填塞部分的掩膜的三维结构大量的分层的分段数据。
根据该分段数据，使用灯光以成像方式照射未固化的、光固化成分组合物的表面，从而形成具有层析结构的固化树脂层。只有一层未固化的、光固化成分组合物被附加到该固化树脂层的上表面，使用等关以成像方式再次照射该表面。其结果是，预先成形的固化树脂层和新的后继固化树脂层被成形并被碾压。该操作被重复预定数的次数，从而制备出由光固化树脂组合物组成的填塞部分成形掩膜，该掩膜具有能够与要被填塞的隔室连通的小孔和能够装入不被填塞的隔室的凸起部分。在这种情况下，作为照射光，使用从紫外线激光器发射出的紫外线。作为光学成形设备，使用SLA7000(商标INCS INC.制造)。
以这种方式制备出的填塞部分成形掩膜被固定到蜂窝状结构的端面上，从而将凸起部分装入蜂窝状结构的不被填塞的隔室中。接下来，用于成形填塞部分的掩膜被装入容器的开口中，从而将固定到用于成形填塞部分的掩膜上的蜂窝状结构置于容器中，该容器上部有开口，用于成形填塞部分的掩膜装入该开口，容器中贮存有填塞浆料，该填塞浆料是通过将填塞部分的材料形成浆料而得到的。需要注意的是，容器的底面是可以垂直移动的，能够向上移动来缩小容器的容量。该容器的底面向上移动，使容器的容量设置为比贮存于容器中的填塞部分成形掩膜的体积小。其结果是，贮存于容器中的填塞浆料穿过用于成形填塞部分的掩膜上的小孔被推入要被填塞的隔室的开口端，从而填充从蜂窝状结构的端面算起大约10mm的深度，从而形成填塞部分。
随后，将用于成形填塞部分的掩膜从蜂窝状结构的端面上移去。蜂窝状结构的另一端面也经历与上述步骤相同的步骤。随后，将填塞部分烘干，并进一步烘干整个蜂窝状结构，从而得到填塞蜂窝状结构。在以这种方式得到的填塞蜂窝状结构的每个端面上，要被填塞的隔室都用填塞部分可靠填塞了，包括不完整隔室。
本发明最好被用作蜂窝状结构和蜂窝状结构的制造方法，该蜂窝状结构用于过滤器中，比如用于过滤颗粒物质的DPF，或者用于壁流形催化剂或类似物的载体中。
权利要求
1.一种填塞蜂窝状结构的制造方法，其中填塞蜂窝状结构包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一；该方法包括给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据，基于图像数据通过光学成形处理来制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有与要被填塞的隔室连通的小孔和装入不被填塞的隔室的凸起部分；将该凸起部分装入到不被填塞的隔室中，从而将用于形成填塞部分的掩膜固定到蜂窝状结构的端面上；然后将用于形成填塞部分的掩膜装入容器的开口中，从而将其上固定有用于形成填塞部分的掩膜的蜂窝状结构置于容器中，该容器上部有开口，用于形成填塞部分的掩膜装入该开口，而且容器中贮存有填塞浆料，该浆料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的；将用于填塞的、贮存于容器中的浆料穿过用于形成填塞部分的掩膜上的小孔，填充要被填塞的隔室的开口端，从而形成填塞部分。
2.一种填塞蜂窝状结构的制造方法，其中填塞蜂窝状结构包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一；该方法包括给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据，基于图像数据通过光学成形处理来制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有与要被填塞的隔室连通的小孔和装入不被填塞的隔室的凸起部分；将用于形成填塞部分的掩膜装入容器的开口中，从而将掩膜置于容器中，该容器上部有开口，用于形成填塞部分的掩膜装入该开口，而且容器中贮存有填塞浆料，该浆料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的；然后将蜂窝状结构的端面固定到用于形成填塞部分的掩膜上，以使形成填塞部分的掩膜的凸起部分装入到不被填塞的隔室中；和将用于填塞的、贮存于容器中的浆料穿过用于形成填塞部分的掩膜上的小孔，填充要被填塞的隔室的开口端，从而形成填塞部分。
3.一种填塞蜂窝状结构制造方法，其中填塞蜂窝状结构包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一；该方法包括给蜂窝状结构的端面拍照，从而得到描述要被填塞的隔室和不被填塞的隔室的形状和位置的图像数据，基于图像数据通过光学成形处理来制备用于形成填塞部分的掩膜，该掩膜具有与要被填塞的隔室连通的小孔和装入不被填塞的隔室的凸起部分；将凸起部分装入到不被填塞的隔室中，从而将用于形成填塞部分的掩膜固定到蜂窝状结构的端面上；将蜂窝状结构的端面浸入填充浆料中，其中用于形成填塞部分的掩膜固定于该端面上，该填塞材料是通过将填塞部分的材料做成浆料而得到的，并被贮存于容器中；和将用于填塞的浆料穿过用于形成填塞部分的掩膜上的小孔，填充要被填塞的隔室的开口端，从而形成填塞部分。
4.根据权利要求1或3的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，预先将用于形成填塞部分的掩膜固定到掩膜支撑件上，然后固定到蜂窝状结构的端面上，该掩膜支撑件具有包括大量小孔的结构。
5.根据权利要求2的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，预先将用于形成填塞部分的掩膜固定到掩膜支撑件上，该掩膜支撑件具有包括大量小孔的结构，然后放置在容器中。
6.根据权利要求1或2的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，该凸起部分具有朝向末端的锥形形状。
7.根据权利要求6的填塞蜂窝状结构的制造方法，其中，作为凸起部分中的一部分的凸起部分的最大外径部分的外径比凸起部分装入的隔室的内部尺寸大。
8.根据权利要求1或2的塞蜂窝状结构的制造方法，其中，在凸起部分中，装入蜂窝状结构的外周的隔室的凸起部分的外直径比其他凸起部分的外直径小，这些蜂窝状结构外周的隔室具有与位于内部的隔室的形状不同的形状。
9.一种填塞蜂窝状结构，包括蜂窝状结构，其中的连通在蜂窝状结构的两个端面之间的多个隔室被多孔的隔壁分隔开；和填塞部分，其被设置为填塞每个隔室的两个开口端的其中之一，其中，在位于蜂窝状结构的外周的隔室中，那些要被填塞的隔室被填塞部分可靠填塞。
10.一种填塞蜂窝状结构，其是使用根据权利要求1或2的制造方法而制造的。
11.根据权利要求10的填塞蜂窝状结构，其中，在将用于形成填塞部分的掩膜固定到蜂窝状结构的端面上时，在外周部分提供突出物或凹槽来作为定位参考物。
12.根据权利要求9的填塞蜂窝状结构，其中，只用填塞部分填塞蜂窝状结构的一个端面上的隔室。
全文摘要
一种能够便宜地、在短时间内制造没有任何缺陷的填塞蜂窝状结构的制造方法，其没有操作环境的限制，而且能够减少工业垃圾量。根据蜂窝状结构(2)的端面的图像数据由光学成形处理制备填塞部分成形掩膜(30)，该掩膜具有能够与要被填塞的隔室(19a)连通的小孔(33)和能够装入不被填塞的隔室(19b)的凸起部分(35)。在将掩膜固定到蜂窝状结构(2)的端面上之后，将其上固定有填塞部分成形掩膜(30)的蜂窝状结构(2)置于容器(20)中，该容器上部有开口，填塞部分成形掩膜(30)装入该开口，容器中贮存有填塞浆料(50)，用填塞浆料(50)穿过填塞部分成形掩膜(30)上的小孔(33)填充要被填塞的隔室(19a)的开口端，从而形成填塞部分。
文档编号F01N3/022GK101069980SQ200710089429
公开日2007年11月14日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年3月23日
发明者市川结辉人 申请人:日本碍子株式会社