KR100771028B1

KR100771028B1 - 유지 시일재 및 배기 가스 정화 장치

Info

Publication number: KR100771028B1
Application number: KR1020060024734A
Authority: KR
Inventors: 마사나오 아가타
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-10-29
Also published as: KR20070025930A; CN100427731C; DE602006000030T2; EP1776995A1; TW200709843A; JP4688614B2; CN1924313A; JP2007071028A; DE602006000030D1; TWI311920B; US7776282B2; EP1776995B1; US20070053804A1

Abstract

과제

배기 가스 정화 장치 등에 사용되는 유지 시일재의 계합부에 바람직한 이어맞춤 상태를 형성한다.

해결수단

본 발명에서는, 무기 섬유로 이루어지는 시트재로 구성되고, 배기 가스 처리체의 외주면에 원주상으로 권회하고, 상기 시트재의 단부끼리를 이어맞춰서 고정되는 유지 시일재가 제공된다. 상기 시트재는, 이어맞춰지는 상기 단부에 적어도 1 조의 돌기부 및 절결부를 갖고, 각 조의 돌기부에 대해서 돌출 길이 L 과 돌출 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 각 조의 돌기부의 선단의 모서리부와 상기 각 조의 돌기부에 대응하는 절결부의 측부의 선단은, 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 범위의 곡면 형상으로 되어 있다. 시트재를 이러한 형상으로 함으로써, 돌기부와 절결부의 끼워맞춤부에 생기는 절단되고 남은 섬유량을 억제할 수 있고, 계합부에는 단차 등이 없는 바람직한 이어맞춤 상태가 형성된다.

Description

유지 시일재 및 배기 가스 정화 장치{RETAINING SEAL MEMBER AND EXHAUST GAS CLEANING APPARATUS}

도 1 은, 종래의 유지 시일재에 사용되는 시트재의 형상을 나타내는 도면이다.

도 2 는, 본 발명의 유지 시일재에 사용되는 시트재의 형상 및 그 단부의 확대도의 일례를 나타내는 도면이다.

도 3 은, 본 발명의 유지 시일재 (24) 를 배기 가스 처리체 (20) 에 권회하여 고정시키고, 금속 쉘 (12) 에 압입하여, 배기 가스 정화 장치를 구성할 때의 설명도이다.

도 4 는, 시트재의 돌기부 (50) 의 돌출 길이 L 과 돌출 폭 W 가 동등한 경우의 시트재의 돌기부 (50) 선단의 모서리부 (53) 및 절결부 (60) 의 측부 (65) 의 선단의 곡률 반경 R 이 P/2 일 때 (즉, R=L/2=W/2 일 때) 의, 시트재의 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 의 끼워맞춤 상태를 나타내는 도면이다.

도 5 는, 본 발명의 유지 시일재에 사용되는 별도의 시트재의 형상을 나타내는 도면이다.

도 6 은, 본 발명의 유지 시일재에 사용되는 특히 별도의 시트재의 형상을 나타내는 도면이다.

도 7 은, 본 발명의 배기 가스 정화 장치의 일 구성예를 도시하는 도면이다.

도 8 은, 시트재의 돌기부 (50) 및 절결부 (60) 의 모서리부의 곡률 반경 R 과 빠짐 하중의 관계를 나타내는 도면이다.

도 9 는, 시트재의 평균 섬유 직경과 절단 하중의 관계를 나타내는 도면이다.

부호의 설명

10 배기 가스 정화 장치

12 금속 쉘

15 유지 시일재

20 배기 가스 처리체

24 시트재

50, 51 돌기부

52 뿌리부

53 모서리부

55 선단

60, 61 절결부

62 바닥부

65 측부

70, 71 단부

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2002-68709호

기술분야

본 발명은, 특히 배기 가스 정화 장치 등에 사용되는 유지 시일재 및 유지 시일재를 함유하는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

배경기술

자동차의 대수는, 금세기에 들어 비약적으로 증가하고 있고, 그것에 비례하여 자동차의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 양도 급격한 증대 일로를 걷고 있다. 특히 디젤엔진의 배기 가스 중에 포함되는 여러 가지의 물질은, 오염을 야기하는 원인이 되기 때문에, 현재에는 지구 환경에 심각한 영향을 주고 있다.

이러한 사정 하에서, 종래부터 각종 배기 가스 정화 장치가 제안되고, 실용화되고 있다. 일반적인 배기 가스 정화 장치는, 엔진의 배기 가스 매니폴드에 연결된 배기관의 도상에 케이싱 (금속 쉘) 을 형성하고, 그 중에 미세한 구멍을 다수 갖는 배기 가스 처리체를 배치한 구조로 되어 있다. 배기 가스 처리체의 일례로서는, 촉매 담체나 디젤 파티큘레이트 필터 (DPF) 등의 배기 가스 정화 필터가 있다. 예를 들어 DPF 의 경우, 상기 기술한 구조에 의해, 배기 가스가 배기 가스 처리체를 통과할 때에, 그 구멍의 주위의 벽에 미립자가 트랩되고, 배기 가스 중에서 미립자를 제거할 수 있다. 배기 가스 처리체의 구성 재료는, 금속이나 합금 외에, 세라믹 등이다. 세라믹으로 이루어지는 배기 가스 처리체의 대표예로서는, 코디에라이트 제조의 허니컴 필터가 알려져 있다. 최근에는 내열성, 기계적 강도, 화학적 안정성 등의 관점으로부터, 다공질 탄화 규소 소결체가 배기 가스 처리체의 재료로서 사용되고 있다.

이러한 배기 가스 처리체와 금속 쉘 사이에는, 통상적으로 통상의 유지 시일재가 설치된다. 유지 시일재는, 차량 주행 중 등에 있어서의 배기 가스 처리체의 금속 쉘과의 맞닿음에 의한 파손을 막고, 추가로 금속 쉘과 배기 가스 처리체의 빈틈으로부터 배기 가스가 새는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 유지 시일재는, 배기 가스의 배압에 의해 배기 가스 처리체가 탈락되는 것을 방지하는 역할을 갖는다. 게다가 배기 가스 처리체는, 반응성을 유지하기 위하여 고온으로 유지할 필요가 있고, 유지 시일재에는 단열 성능도 요구된다. 이들 요건을 만족하는 부재로서는, 알루미나계 화이버 등의 무기 섬유로 이루어지는 시트재가 있다.

이 시트재는, 배기 가스 처리체의 개구면을 제외하는 외주면에 감기고, 배기 가스 처리체와 일체 고정화됨으로써, 유지 시일재로서 기능한다. 그 후, 이 일체품은 금속 쉘 내에 설치되어 배기 가스 정화 장치의 일부를 구성한다.

이 일체품을 금속 쉘 내에 설치하는 방법으로서는, 금속 쉘을 반원상의 2 부분으로 해놓고, 그 중에, 배기 가스 처리체에 유지 시일재를 권회한 일체품을 넣고, 이어서 2 부분의 금속 쉘을 통상에 결합하는 방법이 있다. 혹은 금속 쉘을 단면 C 형상, U 형상으로 해놓고, 그 속에 상기 일체품을 넣고, 이어서 금속 쉘을 통상으로 막는 방법이 있다. 게다가 최근에는 작업성 향상, 공정 간략화를 위해, 미리 원통상의 금속 쉘을 준비해 놓고, 그 속에 상기 일체품을 압입하여 장착하는 방법이 채용되어 있다.

또한 종래부터, 배기 가스 처리체에 유지 시일재를 권회시켜 일체화하는 방법으로서는, 미리 권회에 필요한 치수의 시트재 (24) 를 준비해 놓고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 이 상호의 시트재 (24) 에 이어맞춰지는 단부의 일방에 돌기부를, 또한 이어맞춰지는 단부의 타방에는 절결부를 절단 형성하는 방법이 사용된다. 이와 같이 절단 가공된 시트재를 배기 가스 처리체의 외주면에 원주상으로 권회하고, 돌기부를 절결부에 끼워넣고, 게다가 단부끼리 테이핑을 실시함으로써, 배기 가스 처리체의 외주부에 유지 시일재를 고정시킬 수 있다 (예를 들어 특허문헌 1).

그러나 종래 방법에서는, 시트재를 상기 기술한 형상으로 프레스 재단 가공하였을 때에, 절단면에 절단되고 남은 섬유가 다수 발생한다. 이 절단되고 남은 섬유는, 특히 시트재의 계합 단면의 돌기부나 절결부 같은 요철 형상의 모서리부나 구석부에 다수 존재한다. 이러한 절단되고 남은 섬유는, 시트재를 배기 가스 처리체에 권회하여 고정될 때에, 시트재의 계합면에서의 계합의 장애로 되어, 계합부에 단차가 생기거나, 계합부의 걸어맞추는 힘이 저하된다는 문제가 생긴다. 또한 이와 같은 계합면에서의 계합이 불충분한 상태에서, 유지 시일재와 배기 가스 처리체의 일체품을 금속 쉘에 압입하려고 하면, 시트재에 가해지는 전단력에 의해, 시트재에 변형이나 어긋남이 생긴다. 따라서, 이러한 이어맞춤 상태에서 시트 재를 장착한 장치에서는, 양호한 시일성 및 유지력을 유지할 수 없는 경우가 있다. 또한 이것을 방지하기 위해서는, 시트를 권회하여 고정시키기 전에, 작업자가 시트재의 절단되고 남은 섬유를 수작업으로 제거할 필요가 생겨, 작업 효율이 현저히 저하된다는 문제도 있었다.

또, DPF 등의 배기 가스 처리체의 비중은 재질 변경 등의 영향에 의해, 서서히 증가하는 경향이 있고, 이 배기 가스 처리체를 유지하는 유지 시일재의 두께도 점차 두꺼워지는 경향이 있다. 따라서, 시트재의 재단 가공시에 생기는 절단되고 남은 섬유의 문제는, 차후 더 심각해질 가능성이 있다.

본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 계합부에 바람직한 이어맞춤 상태를 형성시킬 수 있는 시트재로 이루어지는 유지 시일재를 제공하는 것, 또한 이러한 유지 시일재를 갖고, 배기 가스 처리체에 대한 유지성이 우수한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 유지 시일재는 무기 섬유로 이루어지는 시트재로 구성되는 유지 시일재이고, 상기 시트재는 일방의 단에 돌기부를 타방의 단에 상기 돌기부와 끼워맞추는 절결부를 갖고 이루어지고, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단은, 곡면 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 시트재를 이러한 형상을 갖도록 재단함으로써, 돌기부나 절결부에 생기는 절단되고 남은 섬유를 저감할 수 있다. 또한 재단 후에 다소의 절단되고 남은 섬유가 생겨도, 절단되고 남은 섬유는 상기 개소를 곡면 형상으로 함으로써, 절결부의 내부에 생긴 빈틈에 수용될 수 있기 때문에, 설계와 같은 상태에서 단부의 계합을 실시할 수 있다.

특히, 상기 유지 시일재에서는, 시트재의 상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단에, 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해 시트재의 끼워맞춤부에서의 걸어맞추는 힘의 저하를 방지할 수 있다.

상기 유지 시일재는, 배기 가스 처리체의 외주면에 원주상으로 권회하고, 상기 시트재의 단부끼리를 계합하여 고정시켜 사용되는 것이 바람직하다.

또, 상기 시트재는, 상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 추가로 상기 돌기부의 뿌리부 및 상기 절결부의 바닥부에 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기의 각 추가 개소에 생기는 절단되고 남은 섬유량을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 상기 곡률 반경 R (mm) 은 0.5≤R≤P/3 의 범위인 것이 바람직하다. 이에 따라, 시트재의 상기 각 개소에 생기는 절단되고 남은 섬유량이 저감됨과 함께, 접촉 영역의 감소에 의한 시트재의 끼워맞춤부에서의 걸어맞추는 힘의 저하를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 시트재는, 무기 섬유의 적층상 시트를 니들링 처리하여 구성되는 것이 바람직하다. 니들링 처리에 의해, 시트재의 두께 방향으로 섬유가 짜여있 어서 시트재의 밀도가 높아짐과 함께, 그 두께를 얇게 할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 시트재는, 결합재를 함유하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 섬유끼리가 접착되고, 유지 시일재를 절단 가공할 때나 배기 가스 처리체에 권회하여 금속 쉘에 봉입할 때에, 섬유의 비산을 방지할 수 있다. 결합재로서는, 유기 결합재 혹은 무기 결합재를 사용할 수 있다. 유기 결합재로서는 에폭시수지, 아크릴수지, 고무계수지, 스티렌계수지 등을 사용할 수 있고, 또한 무기 결합재로서는 실리카졸, 알루미나졸 등을 사용할 수 있다. 특히 유기 결합재를 사용하는 것이 바람직하다. 사용 중에 배기 가스의 열에 의해 수지가 분해 제거되고, 유지 시일재의 복원력에 의해 배기 가스 처리체에 대한 유지 시일재의 유지력이 향상되기 때문이다.

상기 무기 섬유의 평균 직경은, 6㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 시트재의 절단이 용이해 진다.

또한, 상기 무기 섬유는, 알루미나와 실리카의 혼합물인 것이 바람직하다. 이에 의해, 유지 시일재의 단열 성능이 향상된다.

또한, 상기 배기 가스 처리체는, 촉매 담체 또는 배기 가스 필터여도 된다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 배기 가스 처리체와, 무기 섬유로 이루어지는 시트재로 구성된 유지 시일재로서, 상기 배기 가스 처리체의 외주면에 원주상으로 권회하여 사용되는 유지 시일재와, 상기 배기 가스 처리체를 수용하는 쉘로 구성되는 배기 가스 장치로서, 상기 시트재는 일방의 단에 돌기부를, 타방의 단에 상기 돌기부와 끼워맞추는 절결부를 갖고 이루어지고, 상기 돌기부의 선단의 모서 리부 및 상기 절결부의 측부의 선단은 곡면 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 시트재는 상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단에, 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한 상기 시트재는, 상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 돌기부의 뿌리부 및 상기 절결부의 바닥부에 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 시트재의 상기 곡률 반경 R (mm) 은 0.5≤R≤P/3 의 범위인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치에서는, 먼저 나타낸 바와 같은 유지 시일재의 특징에 의해, 유지 시일재와 배기 가스 처리체의 일체품을 금속 쉘에 압입한 후에도, 각 부재 사이에는 소정의 위치 관계가 유지된다.

여기에서, 배기 가스 정화 장치의 유지 시일재를 구성하는 시트재는, 상기 기술한 각 특징을 갖는 것이어도 된다. 또한, 상기 배기 가스 처리체는, 촉매 담체 또는 배기 가스 필터여도 되고, 이 경우, 가스 시일성 및 촉매 담체 또는 배기 가스 필터에 대한 유지성이 우수한 배기 가스 정화 장치가 제공된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 도면과 함께 설명한다.

본 발명의 유지 시일재 (15) 는, 무기 섬유로 이루어지는 시트재 (24) 로 구성되고, 예를 들어 배기 가스 처리체 (20) 의 외주면에 원주상으로 권회하여 사용된다.

도 2 에는, 본 발명의 유지 시일재 (15) 에 사용되는 시트재 (24) 의 형상의 일례를 나타낸다. 이 도면에는, 시트재 (24) 의 이어맞춰지는 양단부 (70, 71) 의 확대도도 나타나고 있다. 시트재 (24) 는, 배기 가스 처리체 (20) 의 외주면에 권회하였을 때에 이어맞춰지는 단부의 일방 (70) 에 적어도 하나의 돌기부 (50) 를 갖고, 타방의 단부 (71) 에는 상기 돌기부 (50) 가 끼워넣어지는 적어도 하나의 절결부 (60) 를 갖는다.

여기에서, 시트재 (24) 의 돌기부 (50) 선단의 모서리부 (53) 와 절결부 (60) 의 측부 (65) 의 선단은 곡면 형상으로 되어 있다. 시트재 (24) 의 양단부 (70, 71) 를 이러한 곡면 형상으로 재단 가공함으로써, 돌기부 (50) 를 절결부 (60) 에 끼워 넣을 때에 단차 등은 생기지 않고, 양단부를 설계대로의 상태에서 계합시킬 수 있다. 이것은, (1) 상기 기술한 개소를 곡면 형상으로 함으로써, 시트재 (24) 의 재단이 용이해지기 때문에, 돌기부나 절결부에 절단되고 남은 섬유가 생기기 어려워지는 것, 및 (2) 가령 절결부 (60) 의 바닥부 (62) 의 구석이나 돌기부 (50) 의 뿌리부 (52) 등에 절단되고 남은 섬유가 생겨도, 이들의 위치와 대향하는 돌기부 (50) 선단의 모서리부 (53) 나 절결부 (60) 의 측부 (65) 의 선단이 곡면 형상으로 되어 있기 때문에, 이에 의해 생긴 빈틈에 절단되고 남은 섬유가 수용 될 수 있는 것이 그 이유이다. 따라서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 재단 후의 시트재 (24) 를 유지 시일재 (15) 로서, 배기 가스 처리체 (20) 의 외주부에 원통상으로 권회하고, 단부 (70, 71) 를 계합, 고정화시킬 때에, 유지 시일재 (15) 에는 절단되고 남은 섬유에 기인하는 단차, 이완, 어긋남 등은 발생하지 않는다. 또한 이 경우, 작업자가 미리 시트재 (24) 의 절단되고 남은 섬유를 수작업으로 제거하는 것도 필요하지 않게 된다. 또한 유지 시일재가 이와 같이 바람직한 이어맞춤 상태를 갖기 때문에, 배기 가스 처리체 (20) 와의 일체품을 금속 쉘에 압입하는 것이 용이해지고, 게다가 압입 후의 각 부재 사이에는 설계대로의 위치 관계가 유지된다. 따라서, 배기 가스 처리체에 대한 유지력이 양호한 배기 가스 정화 장치 (10) 가 얻어진다.

여기에서, 시트재 (24) 의 상기 개소 (돌기부 (50) 선단의 모서리부 (53) 와 절결부 (60) 의 측부 (65) 의 선단) 는 돌기부 (50) 의 돌출 길이 L 과 돌출 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 곡률 반경 R (mm) 을 0.5≤R≤P/2 로 되도록 재단 가공하는 것이 바람직하다. 시트재 (24) 의 곡률 반경을 R≥ 0.5 로 함으로써, 시트재를 유지 시일재로서 사용하였을 때에, 상기 기술한 효과를 효과적으로 발휘시킬 수 있다. 또한 곡률 반경 R≤P/2 로 하는 것은, 도 3 과 같이, 재단 후의 시트재 (24) 를 유지 시일재 (15) 로서 배기 가스 처리체 (20) 의 외주부에 원통상으로 권회하여 단부 (70, 71) 를 계합, 테이핑 고정할 때에, 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 를 일정한 영역에서 접촉시키기 때문이다. 즉, 곡률 반경 R 이 R>P/2 인 경우, 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 가 실질적으로 접촉할 수 없게 되고, 걸어맞추는 힘이 발생하지 않게 된다. 또한 걸어맞춤부에 생긴 빈틈으로부터 가스가 빠져나가기 때문에, 시일성이 현저히 저하된다. 이에 대해 곡률 반경 R≤P/2 로 한 경우는, 끼워맞춤부에 일정한 걸어맞추는 힘이 생기고, 유지 시일재 (15) 로서의 유지력이 향상된다. 또한 돌기부와 절결부의 끼워맞춤부에는 가스의 관통 경로는 생기지 않고, 양호한 시일성을 유지할 수 있다.

또, 시트재의 돌기부 (50) 가 돌출 길이 L=돌출 폭 W 의 형상으로 되어 있는 경우에는, 곡률 반경 R 은 0.5≤R<P/2 의 범위로 할 필요가 있다. 이 경우, 곡률 반경 R (mm)=P/2 란, 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 의 끼워맞춤부가 도 4 에 나타내는 바와 같은 형상으로 되어 있는 것을 의미한다. 이러한 돌기부 (50) 의 형상에서는, 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 가 실질적으로 면끼리에서 접촉하지 않게 되고 (R=P/2 에서 점 접촉으로 된다), 끼워맞춤부에 걸어맞추는 힘이 생기지 않게 됨과 함께, 시트재 (24) 의 끼워맞춤부에 생기는 빈틈에 의해, 가스 리크가 생긴다. 따라서 돌기부가 이러한 형상의 경우에는, 상기 개소의 곡률 반경은 0.5≤R<P/2 의 범위로 되도록 시트재를 재단 가공할 필요가 있다.

게다가, 상기 각 개소의 곡률 반경 R 은 0.5≤R≤P/3 의 범위인 것이 바람직하다. 이러한 시트재 (24) 를 유지 시일재 (15) 로서 사용함으로써, 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 사이에 충분한 접촉 영역이 확보되고, 더욱 양호한 걸어맞추는 힘이 얻어진다.

또 상기 기술한 예에서는, 시트재 (24) 의 돌기부 (50) 선단의 모서리부 (53) 와 절결부 (60) 의 측부 (65) 의 선단의 곡률 반경 R 만을 곡면 형상으로 한 경우에 대해서 설명하였다. 그러나 본 발명에서는, 필요에 따라, 시트재 (24) 의 그 밖의 개소에 대해서도, 곡면 형상으로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 시트재 (24) 의 돌기부 (50) 의 뿌리부 (52) 및 절결부 (60) 의 바닥부 (62) 의 구석의 곡률 반경 R 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는 0.5≤R<P/2) 을 만족하는 곡면 형상으로 되도록 해도 된다 (도 5 참조). 이에 의해, 시트재의 재단시에 생기는 절단되고 남은 섬유를 더욱 저감시킬 수 있다.

또, 도 2 및 도 5 의 예에서는, 시트재 (24) 의 권회하고 고정되는 단부의 계합 상태는 1 조의 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 에서 구성되어 있지만, 시트재 (24) 의 단부 (70, 71) 의 형상은 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 복수조의 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 에서 계합부를 구성해도 된다. 혹은 도 6 에 나타내는 바와 같이, 시트재 (24) 의 권회하고 고정되는 양단부 (70, 71) 의 각각이, 1 쌍의 돌기부 (51) 와 절결부 (61) 를 갖도록 하여 양단부 (70, 71) 를 맞대고 나서 테이핑 등에 의해 고정시켜도 된다. 이 경우, 돌기부 (51) 의 선단 중, 적어도 타방의 단부의 뿌리부 (52) 와 대향하는 모서리부 (53) 를 상기 값에 제어함으로써, 상기 기술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

이러한 유지 시일재 (15) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 처리체 (20) 의 외주에 권회하여 고정되고, 이 일체품은, 예를 들어 압입 방식에 의해 금속 쉘 (12) 내에 설치된다. 이렇게 하여 구성되는 배기 가스 정화 장치 (10) 의 일구성예를 도 7 에 나타낸다. 이 도면의 예에서는, 배기 가스 처리체 (20) 는 가스류와 평행한 방향으로 다수의 관통 구멍을 갖는 촉매 담체이다. 촉매 담체는, 예를 들어 허니컴상의 다공질 탄화규소 등으로 구성된다. 또, 본 발명의 배기 가스 정화 장치 (10) 는 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 배기 가스 처리체 (20) 를 관통 구멍의 일부가 막힌 DPF 로 할 수도 있다. 이러한 배기 가스 정화 장치 (10) 에, 상기 기술한 바와 같은 유지 시일재 (15) 를 사용함으로써, 금속 쉘 (12) 에 압입한 후에도, 각 구성 부재가 소정의 위치 관계를 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 가스 시일성이 우수한 배기 가스 정화 장치가 제공된다. 또한 배기 가스 처리체가 배기 가스 압력에서 탈락하는 것이 없고, 배기 가스 처리체에 대한 유지성이 우수한 배기 가스 정화 장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 유지 시일재 (15) 의 제작 방법의 일례를 설명한다.

본 발명의 유지 시일재 (15) 는 시트재 (24) 로 이루어지고, 이 시트재 (24) 는 이하와 같이 제작할 수 있다.

우선, 무기 섬유로 이루어지는 적층상 시트를 제작한다. 또 이하의 설명에서는, 무기 섬유로서 알루미나와 실리카의 혼합물을 사용하지만, 무기 섬유 재료는 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 알루미나 섬유 또는 실리카 섬유를 단독으로 사용할 수도 있다. 알루미늄 함유량 70g/l, Al/C1=1.8 (원자 비) 의 염기성 염화 알루미늄 수용액에, 알루미나-실리카 조성비가 60∼80:40∼20 으로 되도록 실리카졸을 첨가하고, 무기 섬유의 전구체를 조제한다. 특히 알루미나-실리카 조성비는, 70∼74:30∼26 정도인 것이 더욱 바람직하다. 알루미나 조성비가 60% 이하에서는, 알루미나와 실리카로부터 생성되는 멀라이트의 조성 비율이 낮아지기 때문에, 시트재의 열전도도가 높아지고, 충분한 단열 성능이 얻어지지 않기 때문이다.

다음으로 이 알루미나계 섬유의 전구체에 폴리비닐알코올 등의 유기 중합체를 가한다. 그 후 이 액체를 농축하고, 방사액을 조제한다. 게다가 이 방사액을 사용하여 블로잉법에 의해 방사한다. 블로잉법이란, 에어 노즐로부터 내뿜어지는 공기류와 방사액 공급 노즐로부터 압출되는 방사액류에 의해, 방사를 실시하는 방법이다. 에어 노즐로부터의 슬릿 당 가스 유속은, 통상 40∼200m/s 이다. 또한 방사 노즐의 직경은 통상 0.1∼0.5mm 이고, 방사액 공급 노즐 1 개 당 액량은, 통상 1∼120ml/h 정도이지만, 3∼50ml/h 정도인 것이 바람직하다. 이러한 조건에서는, 방사액 공급 노즐로부터 압출되는 방사액은, 스프레이상 (안개상) 으로 되는 것 없이 충분히 연신되고, 섬유 상호에서 용착하기 어렵기 때문에, 방사 조건을 최적화함으로써, 섬유 직경 분포가 좁은 균일한 알루미나 섬유 전구체를 얻을 수 있다.

여기에서, 제작되는 알루미나계 섬유의 평균 섬유 길이는 250㎛ 이상인 것이 바람직하고, 500㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 평균 섬유 길이가 250㎛ 미만에서는 섬유끼리가 충분히 얽히지 않고, 충분한 강도가 얻어지지 않기 때문이다. 또한 무기 섬유의 평균 직경은 특별히 한정되지 않는다. 단, 본 발명은 무기 섬유의 평균 직경이 6㎛ 이상에서도 효과를 나타내는 것에 유의할 필요가 있다.

방사가 완료한 전구체를 적층하여 적층상 시트를 제작한다. 게다가 적층상 시트에 니들링 처리를 실시한다. 여기에서, 니들링 처리란, 니들을 적층상 시트에 빼고 꽂아서, 시트의 박육화를 실시하는 것을 말한다. 니들링 처리에 는, 통상 니들링 장치가 사용된다. 니들링 장치는, 통상 찌르는 방향으로 왕복 이동 가능한 니들 보드와 적층상 시트의 양면에 설치된 한 쌍의 지지판으로 구성된다. 니들 보드에는, 적층상 시트에 찌르기 위한 다수의 니들이, 예를 들어 약 100∼5000 개/100cm² 의 밀도에서 고정되어 있다. 또한 지지판에는, 니들용의 관통 구멍이 형성되어 있다. 이러한 니들링 장치를 사용하여, 니들을 적층상 시트에 빼고 꽂아서 니들링 처리를 함으로써 복잡하게 얽힌 섬유가 적층방향으로 배향하고, 적층상 시트의 적층 방향의 강화를 도모할 수 있다.

이와 같이 니들링 처리가 실행된 적층상 시트 (이하 시트재라고 함) 를 상온으로부터 가열하고, 최고 온도 1250℃ 정도에서 연속 소성함으로써, 소정의 눈금량의 시트재가 얻어진다.

핸들링의 용이화를 위해, 이렇게 하여 얻어진 시트재는 소정의 치수로 재단된다.

다음으로, 재단된 시트재에는 수지와 같은 유기계 결합재가 함침되는 것이 바람직하다. 이것으로부터, 시트재 (24) 의 부피를 억제할 수 있고, 시트재 (24) 를 배기 가스 정화 장치 (10) 의 배기 가스 처리체 (20) 의 유지 시일재 (15) 로서 이용할 때의 장착성이 개선되기 때문이다. 또한 시트재 (24) 로부터 무기 섬유가 이탈하여, 유지력이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 배기 가스 정화 장치 (10) 에 고온 배기 가스가 도입된 경우, 유지 시일재 (15) 의 유기 바인더가 소실되기 때문에, 압축되어 있던 유지 시일재 (15) 가 복원되고, 금속 쉘과 배기 가스 처리체 (20) 사이에 존재할 가능성이 있는 약간의 빈틈도 막히게 되고, 유지 시트재의 유지력 및, 시일성이 향상된다.

유기계 결합재의 함유량은, 1.0∼10.0 중량% 의 범위인 것이 바람직하다. 1.0 중량% 미만에서는, 충분히 무기 섬유의 이탈을 방지할 수 없기 때문이다. 또한 10.0 중량% 보다도 많아지면, 유연성이 얻어지지 않게 되고, 시트재를 배기 가스 처리체 (20) 에 감기는 것이 어려워지기 때문이다.

또 유기계 결합재로서는, 예를 들어 아크릴계 (ACM), 아크릴로니트릴-부타디엔고무 (NBR), 스틸렌-부타디엔고무 (SBR) 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 유기계 결합재와 물로 조제한 수분산액을 사용하여 스프레이 도포에 의해, 시트재 (24) 에 수지를 함침시킨다. 또 시트재 중에 포함되는 여분인 부착 고형분 및 수분은, 다음 공정에서 제거된다.

다음으로, 여분인 고형분의 제거 및 건조 처리를 실시한다. 여분인 고형분의 제거는 흡인법으로 실시된다. 또한 여분인 수분의 제거는, 가열 압축 건조법에 의해 실시된다. 이 방법에서는, 시트재에 가압을 부가하기 때문에, 여분인 수분이 제거됨과 함께 시트재가 박육화된다. 건조는, 95∼155℃ 정도의 온도에서 실시된다. 95℃ 보다도 온도가 낮으면, 건조 시간이 길어지고 생산 효율이 저하된다. 또한 155℃ 를 초과하는 건조 온도에서는, 유기계 결합재 자신의 분해가 시작되고, 유기계 결합재에 의한 접착성이 손상된다.

최후에, 시트재는 소정의 형상으로 재단된다. 이때 돌기부 (50) 와 절결부 (60) 의 소정의 개소가 상기 기술한 바와 같은 곡면 형상을 갖도록, 시트재를 재단함으로써, 계합부에 절단되고 남은 섬유가 적은 시트재 (24) 를 얻을 수 있다.

이렇게 하여 얻어진 시트재 (24) 는, 배기 가스 정화 장치 (10) 의 배기 가스 처리체 (20) 의 유지 시일재 (15) 로서 사용된다. 즉, 시트재 (24) 를 배기 가스 처리체 (20) 에 권회하고, 단부의 돌기부와 절결부를 끼워맞추고 고정시킴으로써, 유지 시일재 (15) 와 배기 가스 처리체 (20) 의 일체품이 제공된다. 다음으로 이 일체품은, 스테인리스 강철 등으로 구성되는 금속 쉘 내에, 예를 들어 압입 등에 의해 설치되어 배기 가스 정화 장치 (10) 가 얻어진다.

이하, 본 발명의 효과를 실시예에 의해 설명한다.

실시예

시트재 (24) 는 이하의 순서에 의해 제작하였다.

[시트재의 제작]

알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl=1.8 (원자비) 의 염기성 염화 알루미늄 수용액에, 알루미나계 섬유의 조성이 Al₂O₃:SiO₂=72:28 로 되도록, 실리카졸을 배합하고, 알루미나계 섬유의 전구체를 형성하였다.

다음으로 알루미나계 섬유의 전구체에, 폴리비닐알코올 등의 유기 중합체를 첨가하였다. 게다가, 이 액을 농축하여 방사액으로 하고, 이 방사액을 사용하여 블로잉법으로써 방사하였다.

그 후 알루미나계 섬유의 전구체를 접은 것을 적층하여, 알루미나계 섬유의 적층상 시트를 제작하였다. 이 적층상 시트에 대해, 바늘 수 500 개/100cm² 의 니들링 지그에서 니들링 처리를 하였다. 그 후 얻어진 시트재 (24) 를 상온으로부터 최고 온도 1250℃ 에서 연속 소성하고, 모눈량 1160 g/cm² 의 알루미나계 섬유의 시트재를 얻었다. 알루미나계 섬유의 평균 직경은 7.2㎛ 이고, 최소직경은 3.2㎛ 이었다. 또한 시트재의 두께는 9mm 이었다.

또 섬유의 평균 직경은, 이하의 방법에 의해 측정하였다. 우선, 알루미나계 섬유를 실린더에 넣고, 20.6MPa 에서 가압 분쇄한다. 다음으로 이 시료를 체망에 올려 체를 통과한 시료를 전자 현미경 관찰용 시험체로 한다. 이 시험체의 표면에 금 등을 증착시킨 후, 배율 약 1500 배 정도의 전자 현미경 사진을 촬영한다. 얻어진 사진으로부터 적어도 40 개의 섬유의 직경을 측정한다. 이 조작을 5 시료에 대해서 반복하고, 측정치의 평균을 섬유의 평균 직경으로 하였다.

[시트재의 재단]

상기 공정에서 제작된 시트재를 치수가 세로 1270mm, 가로 1280mm 로 되도록 재단하였다.

[유기계 결합재 함침]

재단된 시트재에 유기계 결합재의 함침을 실시하였다. 아크릴계 수지 수분산액 (일본제온 제조 L×803 ; 고형분 농도 50±10%, pH5.5∼7.0) 을 수지 농도가 1.0∼10.0 중량% 의 범위로 되도록 조제하여 함침액을 얻었다. 다음으로, 스프레이 도포에 의해 시트재에 이 함침액을 함침시켰다.

[고형분의 흡인 공정]

유기계 결합재를 함침시킨 후의 시트재에는, 소정량을 초과하는 고형분이 부착되어 있기 때문에, 고형물의 흡인 처리 (3 초 정도) 에 의해, 여분인 고형분을 제거하였다. 이 처리 후에 칭량법으로써 확인한 결과, 시트재의 유기계 결합재의 함침율은 10wt% 이었다.

[가열 압축 건조 공정]

흡인 공정 후의 시트재를 사용하여, 건조 온도 95∼155℃ 의 가열 압축 건조 처리를 실시한다. 여기에서는, 시트재 (24) 를 상하로부터 지그에 의해 협지하여 가열 압축 건조를 실시하였다. 이에 의해 처리 후에, 평균 두께가 8mm 정도의 시트재가 얻어졌다.

[펀칭 절단 공정]

얻어진 시트재는, 도 5 의 형상으로 되도록 프레스 절단하였다. 시트재가 권회된 방향 (X 방향) 의 최대 길이는 230mm, 폭 (Y 방향 길이) 80mm, 돌기부 (50) 의 돌출 길이 L 및 폭 W 는 각각 30mm 및 15mm 로 하고, 절결부 (60) 의 깊이는 31mm, 폭은 15mm 으로 하였다. 따라서 이 예에서는, 상기 기술한 P=(W=)15mm 이다. 여기에서, 돌기부 (50) 의 모서리부 (53) 와 뿌리부 (52), 및 절결부 (60) 의 측부 (65) 의 선단과 바닥부 (62) 의 구석의 각 곡률 반경 (이하, 이들을 정리하여, 모서리부의 곡률 반경이라고 한다) 은 R=3mm 의 형상으로 하였다 (실시예 1).

동일하게, 실시예 2∼4, 6∼9 및 비교예 1 의 시트재 (24) 를 제작하였다. 이들은, 기본적으로 상기 기술한 실시예 1 의 경우와 동일한 처리에 의해 제작하였 다. 다만 이들의 시트재에서는, 각각의 부의 곡률 반경 R 을 R=0.4∼7.5mm 의 범위에서 변화시키고 있다. 또, 실시예 5 는 실시예 4 와 거의 동일한 모양의 시트재를 사용하고 있지만, 무기 섬유 직경이 5.7㎛ 인 점만이 다르다. 표 1 에는, 각 실시예 및 비교예의 시트재 (24) 의 모서리부의 곡률 반경 R 과, P (즉 돌기부의 돌출 폭 W) 에 대한 곡률 반경 R 의 배율 등을 나타낸다.

[표 1]

다음으로, 동일한 방법으로 실시예 11∼19, 비교예 11 의 시트재 (24) 를 제작하였다. 단, 이들의 실시예 및 비교예에서는, 돌기부 (50) 의 돌출 길이 L 및 폭 W 를 각각 15mm 및 30mm 로 하고, 절결부 (60) 의 깊이를 16mm, 폭을 30mm 로 하였다. 표 2 에는, 이들의 실시예 11∼19 및 비교예 11 의 시트재 (24) 의 각각의 부의 곡률 반경 R 과, P (즉, 돌기부의 돌출 길이 L) 에 대한 곡률 반경 R 의 배율 등을 나타낸다.

[표 2]

다음으로, 동일한 방법으로 실시예 21∼28, 비교예 21, 22 의 시트재 (24) 를 제작하였다. 단, 이들의 실시예 및 비교예에서는, 돌기부 (50) 의 돌출 길이 L 및 폭 W 를 모두 30mm 로 하고, 절결부 (60) 의 깊이를 31mm, 폭을 30mm 로 하였다. 또한, 각각의 부의 곡률 반경 R 은 R=0.4∼15mm 의 범위로 하였다. 표 3 에는, 이들의 실시예 21∼28 및 비교예 21, 22 의 시트재 (24) 의 각각의 부의 곡률 반경 R 과, P (즉, 돌기부의 돌출 길이 L 또는 돌출 폭 W) 에 대한 곡률 반경 R 의 배율 등을 나타낸다.

[표 3]

[빠짐 하중 시험]

상기 실시예 1∼28 및 비교예 1, 11, 21, 22 의 각 시트재를 직경 80mm, 길이 150mm 의 촉매 담체의 외주에 권회하여 돌기부와 절결부를 끼워맞추고, 추가로 이어맞춰지는 단부끼리의 테이핑에 의해, 각 시트재를 촉매 담체와 일체화시켰다. 다음으로 이 일체품을 내경 84mm, 두께 1.5mm, 길이 200mm 의 SUS304 제조의 원통 상 금속 쉘에 압입하여 시험체를 제작하였다. 이 시험체를 24 시간 이상 그대로 유지한 후, 만능 시험기를 사용하여 시험체의 빠짐 하중 시험을 실시하였다. 여기서 빠짐 하중이란, 금속 쉘에 압입된 촉매 담체를 밀어내기 위해서 필요한 최대 하중을 의미한다. 지금까지의 실험 결과로부터, 빠짐 하중이 200N 을 초과하면, 유지 시일재의 배기 가스 처리체에 대한 유지력은 실용상 충분하다고 한다. 측정 결과를 표 1∼3, 및 도 8 에 나타낸다. 이들 결과로부터, 시트재의 모서리부의 곡률 반경 R 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는 0.5≤R<P/2) 의 범위에 있을 때에, 시험체의 빠짐 하중이 200N 을 초과하고, 유지 시일재 (15) 가 양호한 유지력을 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히, 시트재 (24) 의 모서리부의 곡률 반경 R 이 0.5≤R≤P/3 의 범위에 있는 경우, 빠짐 하중은 300N 을 초과하고, 이 시트재를 사용한 유지 시일재 (15) 가 매우 양호한 유지력을 나타내는 것을 알 수 있었다.

도 9 에는, 시트재의 절단 시험에 의해서 얻어진 시트재의 평균 섬유 직경과 절단 하중의 관계를 나타낸다. 이 절단 시험은, 절단 지그를 사용하여 상기 기술한 방법으로 제작한 50mm×50mm 의 시트재를 절단하는 데 필요한 하중을 측정하는 시험이고, 이 시험에서 얻어진 최대 하중을 절단 하중으로 하였다. 이 결과로부터, 시트재의 평균 섬유 직경이 클수록, 절단 하중은 저하되고, 시트재가 절단되기 쉬워지는 것을 알 수 있다. 이것은, 섬유 직경이 굵게 되면, 시트재에 함유되는 결함의 존재율이 높아지기 때문이라고 생각된다. 이것으로부터, 본 발명은 평균 직경이 6㎛ 을 초과하는 시트재를 사용하는 경우, 현저한 효과를 나타낸 다고 할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 유지 시일재 및 배기 가스 정화 장치는, 차량용의 배기 가스 정화 장치 등에 이용할 수 있다.

본 발명의 유지 시일재에서는, 시트재의 계합부에 바람직한 이어맞춤 상태를 형성하는 것이 가능해진다. 또한 이러한 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용함으로써, 배기 가스 처리체에 대한 유지성이 우수한 배기 가스 정화 장치가 얻어진다.

Claims

무기 섬유로 이루어지는 시트재로 구성되는 유지 시일재로서, 상기 시트재는, 일방의 단에 돌기부를, 타방의 단에 상기 돌기부와 끼워맞추는 절결부를 갖고 이루어지고, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단은, 곡면 형상으로 되어 있으며,

상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단에, 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 형성한 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 유지 시일재는, 배기 가스 처리체의 외주면에 원주상으로 권회하고, 상기 시트재의 단부끼리를 이어맞춰서 고정되어 사용되는 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 돌기부의 뿌리부 및 상기 절결부의 바닥부에 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 형성한 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 곡률 반경 R (mm) 은 0.5≤R≤P/3 의 범위인 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 시트재는, 무기 섬유의 적층상 시트를 니들링 처리하여 구성되는 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 시트재는, 결합재를 함유하는 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 무기 섬유의 평균 직경은, 6㎛ 이상인 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 무기 섬유는, 알루미나와 실리카의 혼합물인 유지 시일재.
제 3 항에 있어서,

상기 배기 가스 처리체는, 촉매 담체 또는 배기 가스 필터인 유지 시일재.
배기 가스 처리체와, 무기 섬유로 이루어지는 시트재로 구성된 유지 시일재로서, 상기 배기 가스 처리체의 외주면에 원주상으로 권회하여 사용되는 유지 시일재와, 상기 배기 가스 처리체를 수용하는 쉘로 구성되는 배기 가스 장치로서,

상기 시트재는 일방의 단에 돌기부를, 타방의 단에 상기 돌기부와 끼워맞추는 절결부를 갖고 이루어지고, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단은, 곡면 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 돌기부의 선단의 모서리부 및 상기 절결부의 측부의 선단에, 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 형성한 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 돌기부의 길이 L 과 돌기부의 폭 W 중 작은 쪽의 길이를 P 로 하였을 때, 상기 돌기부의 뿌리부 및 상기 절결부의 바닥부에 그 곡률 반경 R (mm) 이 0.5≤R≤P/2 (단, L=W 일 때는, 0.5≤R<P/2) 의 범위로 되어 있는 곡면 형상을 형성한 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 곡률 반경 R (mm) 은 0.5≤R≤P/3 의 범위인 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 시트재는, 무기 섬유의 적층상 시트를 니들링 처리하여 구성되는 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 시트재는, 결합재를 함유하는 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 무기 섬유의 평균 직경은, 6㎛ 이상인 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 무기 섬유는, 알루미나와 실리카의 혼합물인 배기 가스 정화 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 배기 가스 처리체는, 촉매 담체 또는 배기 가스 필터인 배기 가스 정화 장치.