KR101113619B1 - 허니컴 구조체, 허니컴 구조체의 제조 방법, 허니컴 필터 및 허니컴 필터의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기공률이 높고, PM 을 많이 포집할 수 있고, 압력 손실이 적은 허니컴 구조체를 제공하는 것을 목적으로 하고, 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 셀이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 허니컴 구조체로서, 상기 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

허니컴 구조체, 허니컴 구조체의 제조 방법, 허니컴 필터 및 허니컴 필터의 제조 방법{HONEYCOMB STRUCTURE, PROCESS FOR PRODUCING HONEYCOMB STRUCTURE, HONEYCOMB FILTER AND PROCESS FOR PRODUCING HONEYCOMB FILTER}
본 발명은, 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 목적으로 사용되는 허니컴 구조체, 허니컴 구조체의 제조 방법, 허니컴 필터 및 허니컴 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에는 그을음 등의 파티큘레이트 매터 (이하, PM 이라고도 한다) 가 포함되어 있고, 최근, 이 PM 이 환경이나 인체에 해를 미치는 것이 문제가 되고 있다.
그래서, 배기 가스 중의 PM 을 포집하여 배기 가스를 정화하는 필터로서, 코제라이트제나 탄화규소제 등의 세라믹 허니컴 필터를 사용한 필터가 다양하게 제안되어 있다. 또, 관통공을 갖는 적층 부재를 적층시킴으로써 제조한 적층형의 허니컴 필터도 다양하게 제안되어 있다 (예를 들어 특허 문헌 1 참조).
도 10(a) 는 관통공을 갖는 시트상의 무기 섬유 집합체로 이루어지는 적층 부재를 적층시킴으로써 제조한 적층형의 허니컴 필터의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 10(b) 는 그 A-A 선 단면도이다. 10(c) 는 10(b) 에 있어서 B 로 나타내는 부분의 확대 단면도이다.
허니컴 필터 (100) 는, 어느 일단이 봉해진 다수의 셀 (111) 이 벽부 (113) 를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 원주 형상인 것이다.
즉, 도 10(b) 에 나타낸 바와 같이, 셀 (111) 은 배기 가스의 입구측 또는 출구측에 상당하는 단부 중 어느 하나가 봉해지고, 하나의 셀 (111) 에 유입된 배기 가스는, 반드시 셀 (111) 을 사이에 두는 벽부 (113) 를 통과한 후, 다른 셀 (111) 로부터 유출되고, 벽부 (113) 가 필터로서 기능하게 되어 있다.
허니컴 필터는 도 10 에 나타낸 바와 같이, 두께가 0.1 ～ 20㎜ 인 시트상의 적층 부재 (110a) 를 적층하여 형성한 적층체로서, 길이 방향으로 관통공이 서로 중첩되도록 적층 부재 (110a) 가 적층되어 있다.
여기서, 관통공이 서로 중첩되도록 적층 부재가 적층되어 있다는 것은, 이웃하는 적층 부재에 형성된 관통공끼리가 연통되도록 적층되어 있는 것을 말한다.
또, 그 단부에는 관통공이 바둑판 무늬가 되도록 형성된 단부용 적층 부재 (10b) 가 적층되어 있고, 셀 (111) 중 어느 일단이 단부용 적층 부재 (10b) 에 의해 봉해져 있다.
각 적층 부재끼리를 적층체로 하기 위해서는, 배기관에 장착하기 위한 케이싱 (금속제의 통상체) 내에서 적층 부재 (110a) 와 단부용 적층 부재 (10b) 를 적층하고 압력을 가한다. 이로써 허니컴 필터 (100) 가 형성된다.
이와 같은 구성의 허니컴 필터로 이루어지는 배기 가스 정화 필터가 내연 기관의 배기 통로에 설치되면, 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스 중의 PM 은, 이 허니컴 필터를 통과할 때에 벽부 (113) 에 의해 포착되어 배기 가스가 정화된다.
특히, 무기 섬유 집합체로 이루어지는 허니컴 필터는, 그 기공률이 높아, 벽 내에 PM 을 많이 받아들일 수 있다. 따라서, 기공률이 낮은 허니컴 필터와 비교하여, 벽 내에 담지된 촉매와 PM 의 접촉 확률이 높아지기 때문에, PM 을 연소시키기 위한 에너지를 낮게 억제할 수 있다.
특허 문헌 1 : WO2005/000445
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
여기서, 허니컴 필터 (100) 를 구성하는, 무기 섬유 집합체로 이루어지는 적층 부재 (110a) 는, 무기 섬유, 유기 바인더, 무기 바인더 등에 충분량의 물을 첨가한 슬러리를 메시를 사용하여 초조 (抄造) 함으로써 제조되는데, 상기 슬러리를 초조하여 적층 부재 (110a) 를 제조한 경우, 적층 부재 (110a) 의 표면부에는 내부에 비해 무기 섬유가 조밀하게 분포되기 쉬워진다.
그리고, 적층 부재 (110a) 를 적층하고, 압력을 가하여 허니컴 필터를 형성한 경우, 각 적층 부재 (110a) 중에서도 무기 섬유가 조밀하게 분포되어 있는 표면부끼리가 인접하여 압축되기 때문에, 적층 부재 (110a) 의 경계 부분인 적층 계면 (114) (도 10(c) 참조) 에는 다른 부분에 비해 무기 섬유가 조밀하게 분포되게 된다.
여기서, 무기 섬유가 조밀하게 분포되어 있는 부위를 배기 가스가 통과하는 것은, 다른 부위를 배기 가스가 통과하는 것보다 어렵기 때문에, 이와 같은 무기 섬유가 조밀하게 분포되어 있는 적층 계면이 존재하면 허니컴 필터 전체의 압력 손실이 증가하게 된다.
무기 섬유 집합체로 이루어지는 허니컴 필터는, 세라믹을 사용한 허니컴 필터보다 압력 손실은 낮지만, 무기 섬유가 조밀하게 분포되어 있는 부위가 존재하면, 무기 섬유가 성기게 분포되어 있는 부위에 우선적으로 배기 가스가 흘러 벽 전체를 유효하게 사용할 수 없어, PM 연소의 에너지를 낮게 억제할 수 없는 경우가 있었다. 그래서, 무기 섬유를 사용하여 허니컴 필터를 제조하는 경우에 있어서, 보다 균질이고 압력 손실이 낮은 허니컴 필터로 하는 방법이 요구되고 있었다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 실시한 결과, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 이 무기 섬유가 일체 형성된 허니컴 구조체를 제조한 경우, 그 허니컴 구조체에는 적층 계면이 존재하지 않기 때문에, 허니컴 구조체의 내부에 무기 섬유가 비교적 조밀하게 분포하는 부위가 존재하지 않아, 상기 부위가 존재함으로써 발생하는 압력 손실의 증가가 없으므로, 압력 손실이 낮은 허니컴 구조체로 할 수 있는 것을 알아내고, 본 발명의 허니컴 구조체를 완성하였다.
또, 이와 같은 압력 손실이 낮은 허니컴 구조체가 갖는 셀 중 어느 일단을 봉한 허니컴 필터도 완성하였다.
또, 이와 같은 압력 손실이 낮은 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하기 위한 방법도 아울러 알아내었다.
즉, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 셀이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 허니컴 구조체로서, 상기 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 상기 무기 섬유와 무기물로 형성되어 있고, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유끼리 고착되어 있는 것이 바람직하다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 상기 무기물은, 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 존재하고, 또한,
상기 무기물이 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 국부적으로 존재하고 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 무기물은, 용융 고화됨으로써, 상기 무기 섬유를 서로 고정시키고 있는 것이 바람직하다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 상기 무기물은, 실리카를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 상기 무기 섬유는, 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종으로 이루어지는 것인 것이 바람직하다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 상기 무기 섬유 중 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 것이 바람직하다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 상기 촉매는, 적어도 CeO2 를 함유하는 산화물 촉매인 것이 바람직하다. 또, 상기 산화물 촉매는, CeO2, ZrO2, FeO2, Fe2O3, CuO, CuO2, Mn2O3, MnO 및 조성식 AnB1 - nCO3 (식 중, A 는 La, Nd, Sm, Eu, Gd 또는 Y 이고, B 는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고, C 는 Mn, Co, Fe 또는 Ni) 으로 나타내는 복합 산화물 중 적어도 1 종인 것이 바람직하다.
또, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 상기 촉매의 상기 허니컴 구조체의 외관 체적에 대한 담지량은, 10 ～ 200g/ℓ (리터) 인 것이 바람직하다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 소정의 구멍이 형성된 다이스를 통해 압출함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는, 압출 성형 공정과,
상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 와, 수지를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하기 위한 통상 용기의 길이 방향과 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥 형상 중자 (中子) 의 장축 방향이 평행이 되고, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 복수의 상기 중자를 상기 통상 용기 내에 수직 형성하는 중자 수직 형성 공정과,
상기 중자 수직 형성 공정에서 상기 중자를 수직 형성한 상기 통상 용기 중에, 상기 혼합물을 충전하는 혼합물 충전 공정과,
상기 혼합물 충전 공정에서 충전된 상기 혼합물 중의 수지를 경화시켜, 수지 경화체를 형성하는 수지 경화 공정과,
상기 수지 경화 공정에서 얻어진 상기 수지 경화체 내의 상기 중자를 제거함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 중자 제거 공정과,
상기 중자 제거 공정에서 얻어진 상기 성형체 중에 함유되는 유기물을 가열 탈지에 의해 제거하는 탈지 공정과,
상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 와, 수지를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하기 위한 형틀체로서, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥체가, 주면 (主面) 에 대해 수직, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상으로 수직 형성된 저판체와, 상기 저판체와 상기 기둥체의 주위를 포위하도록 형성된 외틀체로 이루어지는 형틀체 내에, 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하는 혼합물 충전 공정과,
상기 혼합물 충전 공정에서 충전된 상기 혼합물 중의 수지를 경화시켜, 수지 경화체를 형성하는 수지 경화 공정과,
상기 수지 경화 공정에서 얻어진 상기 수지 경화체로부터 상기 기둥체를 빼내어 상기 형틀체 전체를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 형틀체 이탈 공정과,
상기 형틀체 이탈 공정에서 얻어진 상기 성형체 중에 함유되는 유기물을 가열 탈지에 의해 제거하는 탈지 공정과,
상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 조 본체와, 상기 조 본체의 저부에 형성된 메시와, 상기 메시에 대해 수직, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상으로 메시에 수직 형성되고, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥상 마스크와, 상기 메시를 저면으로 하고, 또한, 상기 기둥상 마스크로 둘러싸인 공간이고, 혼합물을 투입하기 위한 액 충전부를 구비한 조를 사용하여 실시하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 상기 액 충전부에 투입하는 혼합물 충전 공정과,
상기 혼합물 내의 수분을 상기 메시를 통해 배출하여, 탈수체를 형성하는 탈수 공정과,
상기 탈수체로부터 상기 기둥상 마스크를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 마스크 이탈 공정과,
상기 마스크 이탈 공정에서 형성한 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하에서, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 ～ 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 는, 실리카를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 상기 무기 섬유 A 는, 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종으로 이루어지는 것인 것이 바람직하다.
또, 상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 배합비가, 2 : 8 ～ 8 : 2 인 것이 바람직하다.
상기 제 2 ～ 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 상기 기둥 형상의 성형체를 산처리하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제 2 ～ 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 상기 무기 섬유에 산화물 촉매를 담지시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
제 6 본 발명의 허니컴 필터는, 상기 허니컴 구조체의 셀이 그 어느 일단에서 봉해져 있고, 상기 허니컴 구조체가 필터로서 기능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 6 본 발명의 허니컴 필터는, 상기 허니컴 구조체의 양단에, 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.
제 6 본 발명의 허니컴 필터에 있어서는, 상기 셀 중 어느 일단이 밀봉되어 이루어지는 허니컴 구조체 또는 상기 허니컴 구조체와 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 금속 용기에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법은, 제 2 ～ 제 5 중 어느 하나의 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로 제조한 허니컴 구조체의 양단에, 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법은, 상기 허니컴 구조체와 상기 단부용 적층 부재를 금속 용기에 설치하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
발명의 효과
제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지기 때문에, 적층 계면이 존재하지 않는다. 그 때문에, 허니컴 구조체의 내부에 무기 섬유가 비교적 조밀하게 분포하는 부위를 발생시키지 않는 구조로 할 수 있기 때문에, 상기 무기 섬유가 비교적 조밀하게 분포하는 부위에서 기인되는 압력 손실의 증가가 없는 허니컴 구조체로 할 수 있다.
또, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에서는, 무기 섬유를 포함하는 혼합물을 소정의 구멍이 형성된 다이스를 통해 압출하여 기둥 형상의 성형체를 성형하고, 가열 처리함으로써, 복잡한 공정이나 고가의 기기 등을 필요로 하지 않고, 압력 손실이 낮은, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또한, 다이스의 형상을 변경함으로써, 다양한 외형 형상과 셀 형상을 갖는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에서는, 무기 섬유와 수지를 혼합한 혼합물을, 중자를 평면에서 보았을 때 격자상으로 수직 형성한 용기 내에 충전하고, 상기 수지를 경화시킨 후에 중자와 상기 수지를 제거함으로써 기둥 형상의 성형체를 성형하고, 가열 처리함으로써, 복잡한 공정이나 고가의 기기 등을 필요로 하지 않고, 압력 손실이 낮은, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또한, 용기와 중자의 형상을 용이하게 변경할 수 있기 때문에, 기둥 형상에 한정되지 않는 다양한 외형 형상과, 예를 들어 유저공 (有底孔) 내에 단차를 갖는 다양한 형상의 셀을 갖는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에서는, 무기 섬유와 수지를 혼합한 혼합물을, 기둥체를 평면에서 보았을 때 격자상으로 수직 형성한 형틀체 내에 충전하고, 상기 수지를 경화시킨 후에 형틀을 떼어냄으로써 기둥 형상의 성형체를 성형하고, 가열 처리함으로써, 복잡한 공정이나 고가의 기기 등을 필요로 하지 않고, 압력 손실이 낮은, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또한, 기둥체와 외틀체의 형상을 변경함으로써, 다양한 외형 형상과 셀 형상을 갖는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에서는, 무기 섬유와 무기 섬유 및/또는 무기 입자를 혼합한 혼합물을, 저면의 메시와 저면의 메시에 대해 수직이 되고, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 메시에 수직 형성된 기둥상 마스크를 구비한 조 내에 충전하고, 혼합물 내의 수분을 상기 메시를 통해 배출하여 무기 섬유로 이루어지는 기둥 형상의 성형체를 성형하고 가열 처리함으로써, 복잡한 공정이나 고가의 기기 등을 필요로 하지 않고, 압력 손실이 낮은, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또, 제 6 본 발명의 허니컴 필터는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지고, 적층 계면이 존재하지 않는 허니컴 구조체의 셀 중 어느 일방을 봉하여 이루어지기 때문에, 균질이고 압력 손실이 낮은 허니컴 필터로 할 수 있다.
또, 제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법에서는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지는 허니컴 구조체의 양단에 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층하여 셀의 단부를 봉할 수 있기 때문에, 균질이고 압력 손실이 낮은 허니컴 필터를 제조할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
먼저, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체 및 제 6 본 발명의 허니컴 필터에 대해 설명한다.
본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 셀이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 허니컴 구조체로서, 상기 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 일체 형성되어 이루어진다는 것은, 당해 허니컴 구조체가 몇 개의 부품을 집합시킴으로써 형성되어 있는 것은 아니고, 1 개의 분할 불가능한 부재로서 형성되어 있는 것을 말한다.
또, 본 발명의 허니컴 필터는, 상기 허니컴 구조체의 셀 중 어느 일단에서 봉해져 있고, 상기 허니컴 구조체가 필터로서 기능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 허니컴 필터는, 상기 허니컴 구조체의 양단에, 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 허니컴 필터에 있어서는, 상기 셀 중 어느 일단이 밀봉되어 이루어지는 허니컴 구조체 또는 상기 허니컴 구조체와 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 금속 용기에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 허니컴 구조체 및 허니컴 필터에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1(a) 는 본 발명의 허니컴 구조체의 양단에 단부용 적층 부재를 적층하여 이루어지는 허니컴 필터의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 1(b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
원주 형상의 허니컴 필터 (1) 는, 허니컴 구조체 (10a) 의 양단에 단부용 적층 부재 (10b) 가 적층되어 이루어지는 것이다.
허니컴 구조체 (10a) 는, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 있고, 벽부 (셀벽) (13) 에 의해 사이에 놓인 다수의 셀 (11) 을 갖고, 셀 (11) 의 각각은, 허니컴 구조체 (10a) 의 일방의 단부부터 타방의 단부까지 관통하고 있다.
이 셀 중 어느 일단은 단부용 적층 부재 (10b) 에 의해 봉해져 있다. 또한 단부용 적층 부재에 대해서는 후술한다.
도 1(b) 에 나타낸 바와 같이, 셀 (11) 은 배기 가스의 입구측 또는 출구측에 상당하는 단부 중 어느 하나가 봉해져 있고, 하나의 셀 (11) 에 유입된 배기 가스는, 셀 (11) 을 사이에 두는 셀벽 (13) 을 통과한 후, 다른 셀 (11) 로부터 유출된다. 즉, 셀벽 (13) 은 필터로서 기능한다.
무기 섬유 집합체로 이루어지는 적층 부재 (110a) 를 다수 장 적층함으로써 구성되는 허니컴 필터 (100) (도 10(a) 참조) 에 있어서는, 무기 섬유가 조밀하게 분포된 적층 계면 (도 10(c) 참조) 이 존재하는 데 비해, 본 발명의 허니컴 구조체는 적층에 의해 구성되어 있는 것이 아니기 때문에, 그 내부에 적층 계면이 존재하지 않는다.
상기 적층 계면에는 무기 섬유가 조밀하게 분포되어 있어, 배기 가스가 통과하기 어렵기 때문에, 압력 손실 증가의 원인이 되지만, 본 발명의 허니컴 구조체에서는, 적층 계면이 존재하지 않음으로써 배기 가스의 통과가 용이해지므로, 압력 손실의 증가가 발생하는 경우는 없어, 압력 손실이 낮은 허니컴 구조체가 된다. 따라서, 이것을 사용하여 제조한 허니컴 필터도, 압력 손실이 낮은 허니컴 필터가 된다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체는 주된 구성 재료가 무기 섬유이기 때문에, 고기공률의 허니컴 구조체로 할 수 있다. 고기공률로 함으로써, 압력 손실을 낮게 할 수 있음과 함께, PM 을 벽 내까지 받아들일 수 있어, 벽 내에 담지된 촉매와 PM 의 접촉 확률을 높게 할 수 있기 때문에, PM 을 연소시키기 위한 에너지를 낮게 억제할 수 있다.
또, 고기공률의 무기 섬유가 일체 성형되어 이루어지는 허니컴 구조체는, 열용량이 작기 때문에, 내연 기관으로부터 배출되는 배기열에 의해, 조기에 촉매의 활성 온도까지 상승시킬 수 있다. 특히 허니컴 필터로서 엔진의 바로 아래에 배치하여, 그 배기열을 유효하게 이용하는 형태로 사용하는 경우에 우위인 것으로 생각된다.
또한, 상기 허니컴 구조체 및 허니컴 필터의 수직 단면 형상은, 특별히 원형에 한정되는 것은 아니며, 직사각형 등의 다양한 형상으로 할 수 있는데, 곡선만 또는 곡선과 직선으로 둘러싸인 형상인 것이 바람직하다.
그 구체예로서, 원형 이외에는, 예를 들어 타원형, 장원형 (레이스 트랙형), 타원형 또는 장원형 등의 단순 폐곡선의 일부가 오목부를 갖는 형상 (concave 형상) 등을 들 수 있다.
본 발명의 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어짐과 함께, 이 무기 섬유와 무기물로 형성되어 있고, 이 상기 무기물을 통해, 상기 무기 섬유끼리가 고착되어 있다.
여기서, 상기 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 부분은 주로 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방이고, 상기 무기물이 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 국부적으로 존재하고 있는 것이 바람직하다.
교차부 또는 그 근방에서의 고착이란, 무기 섬유끼리의 교차부 (무기 섬유끼리가 접촉하고 있어도 되고, 접촉하고 있지 않아도 된다) 에 국부적으로 존재하는 무기물을 통해 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 상태, 무기 섬유끼리의 교차부의 근방에 국부적으로 존재하는 무기물을 통해 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 상태 또는 무기 섬유끼리의 교차부 및 그 근방의 영역 전체에 국부적으로 존재하는 무기물을 통해 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 상태를 말한다.
또, 상기 무기물은 용융 고화시킴으로써, 상기 무기 섬유끼리의 교차 부분 또는 그 근방을 고정시키고 있는 것이 바람직하다.
이에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2 는 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 무기 섬유의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 2 에 나타낸 단면도에는, 교차하는 무기 섬유를 길이 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
본 발명의 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어짐과 함께, 이 무기 섬유와 무기물로 형성되어 있고, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유끼리가 고착되어 있다. 그 고착의 양태는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 상기 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 부분은, 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 존재하고, 또한, 상기 무기물이 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 국부적으로 존재하고 있는 것이 바람직하다.
도 2 에 나타내는 바와 같이 허니컴 구조체를 형성하는 무기 섬유 (51) 끼리의 교차부 또는 그 근방에 무기물 (52) 이 고착되어 있는 경우에는, 교차부 또는 그 근방에 고착된 무기물 (52) 이 동시에 2 개의 무기 섬유를 교차 부분 또는 그 근방에서 결합시키는 역할을 하고 있다. 상기 고착 부분은, 1 개의 무기 섬유에 대해 1 지점뿐만 아니라, 2 지점 이상에 고착되어 있는 것도 존재하고, 그 때문에 많은 무기 섬유가 복잡하게 서로 얽히게 되어, 무기 섬유의 해섬 (解纖) 이 방지된다. 또, 허니컴 구조체의 강도도 향상된다.
무기물 (52) 이, 무기 섬유 (51) 끼리의 교차부 또는 그 근방에 국부적으로 존재하고 있는 경우, 많은 무기 섬유 (51) 는, 다른 무기 섬유 (51) 와의 교차부 또는 그 근방이 무기물 (52) 에 의해 피복되고, 그 밖의 대부분에는 거의 무기물이 고착되어 있지 않게 된다.
여기서, 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방이란, 무기 섬유끼리가 최근접하는 부위로부터, 대체로 무기 섬유의 섬유 직경의 10 배 이내의 거리의 영역을 말한다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체에서는, 무기물 (52) 은 용융 고화시킴으로써, 무기 섬유끼리의 교차 부분 또는 그 근방을 고정시키고 있는 것이 바람직하다.
무기물 (52) 이 용융 고화되어 무기 섬유 (51) 끼리를 고정시킴으로써, 본 발명의 허니컴 구조체의 기본적 구성 요소인 무기 섬유끼리의 결합 강도가 높아져, 무기 섬유의 해섬이 더욱 방지되어, 허니컴 구조체의 강도가 보다 향상되게 된다.
상기 허니컴 구조체의 인장 강도는 0.3MPa 이상인 것이 바람직하고, 0.4MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 인장 강도가 0.3MPa 미만에서는, 상기 허니컴 구조체를 허니컴 필터에 사용한 경우에, 충분한 신뢰성을 얻을 수 없는 경우가 있다.
또한, 상기 인장 강도는 상기 허니컴 구조체를 시트상으로 가공하고, 그 양단을 지그로 고정시켜, 인스트론형 만능 시험기에 의해 측정할 수 있다.
상기 허니컴 구조체에 있어서, 무기물이 고착되어 있는 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방은, 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방 전체의 20％ 이상인 것이 바람직하다.
20％ 미만에서는 허니컴 구조체의 강도가 불충분해지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 상기 무기물이 고착되어 있는 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방의 비율은, 상기 허니컴 구조체의 복수 지점을 현미경 관찰하고, 각 관찰 시야 내에서, 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방의 수와 무기물이 고착되어 있는 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방의 수를 카운팅하여 비율을 구하고, 그 평균값을 산출함으로써 얻을 수 있다.
상기 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어짐과 함께, 이 무기 섬유와 무기물로 이루어지는 것이다.
상기 무기 섬유의 재질로는, 예를 들어 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 등의 산화물 세라믹, 질화규소, 질화붕소 등의 질화물 세라믹, 탄화규소 등의 탄화물 세라믹, 현무암 등을 들 수 있다.
이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
이들 중에서는, 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카-알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종이 바람직하다.
이들을 사용한 허니컴 구조체는 내열성이 우수하기 때문이다.
상기 무기 섬유의 섬유 길이의 바람직한 하한값은 0.1㎜ 이고, 바람직한 상한값은 100㎜ 이다.
상기 섬유 길이가 0.1㎜ 미만에서는, 무기 섬유끼리를 무기물을 통해 고착시키기 곤란해져, 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있고, 한편, 상기 섬유 길이가 100㎜ 를 초과하면, 균질인 허니컴 구조체를 제조하기 어려워, 충분한 강도를 갖는 허니컴 구조체로 할 수 없는 경우가 있기 때문이다.
상기 섬유 길이의 보다 바람직한 하한값은 0.5㎜ 이고, 보다 바람직한 상한값은 50㎜ 이다.
상기 무기 섬유의 섬유 직경의 바람직한 하한값은 0.3㎛ 이고, 바람직한 상한값은 30㎛ 이다.
상기 섬유 직경이 0.3㎛ 미만에서는 무기 섬유 자체가 접히고 쉽고, 그 결과, 얻어진 허니컴 구조체가 풍식되기 쉬워지고, 한편, 상기 섬유 직경이 30㎛ 를 초과하면, 무기 섬유끼리를 무기물을 통해 고착시키기 곤란해져, 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 상기 섬유 직경의 보다 바람직한 하한값은 0.5㎛ 이고, 보다 바람직한 상한값은 15㎛ 이다.
상기 무기물로는, 예를 들어 상기 무기 섬유가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 것을 사용할 수 있다. 또, 상기 무기물은, 상기 무기 섬유의 내열 온도 이하에서 용융되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 무기물은, 조합하는 무기 섬유가 용융 또는 승화되는 온도나, 상기 무기 섬유의 내열 온도 등을 고려하여, 예를 들어 상기 무기 섬유의 내열 온도 이하의 온도에서 용융되는 무기물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 무기 섬유로서 알루미나를 사용하는 경우에는, 1300℃ 이하에서 용융되는 무기물을 사용할 수 있다.
상기 무기물로는, 실리카를 함유하는 것이 바람직하고, 그 구체예로는, 예를 들어 규산 유리, 규산 알칼리 유리, 붕규산 유리 등의 무기 유리 등을 들 수 있다.
상기 허니컴 구조체의 외관 밀도는, 바람직한 하한이 0.04g/㎤ 이고, 바람직한 상한이 0.4g/㎤ 이다.
0.04g/㎤ 미만에서는, 강도가 불충분해져 파괴되기 쉬워지는 경우가 있다. 또, 0.4g/㎤ 이하에서는, 연속적으로 PM 을 연소시키는 데 보다 적합하므로 바람직하다.
또한, 본 명세서에 있어서 외관 밀도란, 시료의 질량 (g) 을 시료의 외관 용적 (㎤) 으로 나눈 값을 말하고, 외관 용적이란, 시료의 셀과 기공을 포함한 용적을 말한다.
본 발명의 허니컴 구조체의 기공률은, 바람직한 하한이 75％ 이고, 바람직한 상한이 95％ 이다.
기공률이 75％ 미만이면, 필터 재생시에 PM 을 연소시키는 데 필요한 온도까지 필터 내 온도가 상승되기 어렵고, 또한 PM 이 기공 내부까지 비집고 들어가기 어렵기 때문에, 허니컴 구조체의 연속 재생 능력이 저하될 우려가 있다. 한편, 기공률이 95％ 를 초과하면 기공이 차지하는 비율이 커져, 허니컴 구조체 전체의 강도를 유지할 수 있기 어려워진다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체에서의 평균 기공 직경은 특별히 한정되지 않고, 바람직한 하한은 1㎛ 이고, 바람직한 상한은 100㎛ 이다. 1㎛ 미만에서는, 셀벽 내부의 심층에 있어서 PM 이 여과되지 않고, 셀벽 내부에 담지된 촉매와 접촉할 수 없는 경우가 있다. 한편, 100㎛ 를 초과하면 PM 이 기공을 빠져 나가, 이들 PM 을 충분히 포집할 수 없어 필터로서 기능하지 않는 경우가 있다.
또한, 기공률이나 평균 기공 직경은, 수은 포로시미터를 사용한 수은 압입법, 아르키메데스법, 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의한 측정 등의 종래 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 인접하는 셀간의 거리 (즉, 셀벽의 두께) 는 0.2㎜ 이상인 것이 바람직하다. 0.2㎜ 미만에서는, 허니컴 구조체의 강도가 저하되는 경우가 있기 때문이다.
한편, 상기 인접하는 셀간의 거리 (셀벽의 두께) 의 바람직한 상한은 5.0㎜ 이다. 셀벽의 두께가 지나치게 두꺼우면 셀의 개구율 및/또는 여과 면적이 작아져, 그에 수반하여 압력 손실이 증가하는 경우가 있다. 또, PM 을 연소시켰을 때에 발생하는 애시가, 기공에 깊게 비집고 들어가 빠지기 어려워진다. 또한 PM 을 심층 여과할 수 있는 범위를 그을음 포집에 대한 벽의 유효 영역으로 하면, 허니컴 구조체에 있어서 유효 영역이 차지하는 비율이 저하되게 된다.
본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 셀의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 셀 밀도는 특별히 한정되지 않고, 바람직한 하한은 0.16 개/㎠ (1.0 개/in2), 바람직한 상한은 93 개/㎠ (600 개/in2), 보다 바람직한 하한은 0.62 개/㎠ (4.0 개/in2), 보다 바람직한 상한은 77.5 개/㎠ (500 개/in2) 이다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서, 셀의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 셀의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.8㎜ × 0.8㎜, 바람직한 상한은 16㎜ × 16㎜ 이다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 셀의 내표면에 요철을 형성한 경우, 여과 면적이 커져, PM 을 포집하였을 때의 압력 손실을 더욱 낮게 할 수 있게 되는 것으로 생각된다. 또, 요철에 의해 배기 가스의 흐름을 난류로 할 수 있기 때문에, 필터 내의 온도차를 작게 하여, 열 응력에 의한 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 것으로 생각된다.
또한, 상기 셀의 평면에서 보았을 때의 형상에 대해서는 특별히 사각형에 한정되지 않고, 예를 들어 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형, 타원형, 별형 등의 형상을 들 수 있다.
본 발명의 허니컴 구조체의 개구율의 바람직한 값은, 하한이 30％ 이고 상한이 60％ 이다.
상기 개구율이 30％ 미만에서는, 허니컴 구조체에 배기 가스가 유입출할 때의 압력 손실이 커지는 경우가 있고, 60％ 를 초과하면, 허니컴 구조체의 강도가 저하되거나 하는 경우가 있다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체는, 내열 온도가 1200℃ 이상인 것이 바람직하다. 상기 내열 온도가 1200℃ 미만에서는, 재생 처리를 실시하였을 때, 특히 한 번에 다량의 파티큘레이트를 연소시키는 재생 처리를 실시하였을 때에, 허니컴 구조체에 용손 (溶損) 등의 파손이 발생하는 경우가 있기 때문이다.
계속해서, 본 발명의 허니컴 구조체에 형성된 셀의 일단을 봉하기 위한 단부용 적층 부재에 대해 설명한다.
도 3(a) 는 본 발명의 허니컴 필터를 구성하는 허니컴 구조체와 단부용 적층 부재를 나타내는 사시도이고, 3(b) 는 3(a) 에 나타내는 허니컴 구조체와 단부용 적층 부재를 적층하여 허니컴 필터를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 허니컴 필터는, 허니컴 구조체 (10a) 의 양단에 바둑판 무늬로 형성된 관통공을 갖는 단부용 적층 부재 (10b) 가 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 단부용 적층 부재를 적층함으로써, 셀의 단부를 밀봉재로 밀봉하는 것을 실시하지 않아도, 셀 중 어느 일방의 단부는 밀봉되게 된다.
상기 단부용 적층 부재는 상기 허니컴 구조체와 동일한 재질로 이루어지고, 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 것이어도 되고, 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 치밀질의 판상체이어도 된다.
또한, 본 명세서에 있어서 치밀질이란, 상기 허니컴 구조체보다 기공률이 작은 것을 말하고, 그 구체적인 재료로는 예를 들어 금속이나 세라믹 등을 들 수 있다.
상기 치밀질의 판상체를 사용한 경우에는, 상기 단부용 적층 부재를 얇게 할 수 있다.
또, 상기 단부용 적층 부재로는, 치밀질의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 단부용 적층 부재로서 치밀질의 판상체를 사용한 경우에는, 밀봉부로부터 그을음이 새는 것을 방지할 수 있다.
또, 허니컴 구조체의 양단에 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 금속 적층 부재나 치밀질의 금속으로 이루어지는 판상체를 적층한 경우에는, 장시간 사용해도 풍식되기 어렵다.
계속해서, 본 발명의 허니컴 필터에 있어서, 셀 중 어느 일단이 밀봉되어 이루어지는 허니컴 구조체 또는 상기 허니컴 구조체와 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 설치할 수 있는 금속 용기에 대해 설명한다.
상기 금속 용기로는, 구체적으로는 도 3(b) 에 나타내는 바와 같은, 편측에 지지용 금구를 갖는 원통상의 케이싱 (123) 을 사용할 수 있다.
또한, 도 3(b) 는 케이싱 (123) 을 형성하는 통부의 상부를 생략하여 도시한 것으로서, 케이싱 (123) 은 원통상이다.
케이싱 (123) 의 재질로는, 예를 들어 스테인리스 (SUS), 알루미늄, 철 등의 금속류를 들 수 있다. 또, 그 형상은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 설치되는 허니컴 구조체의 외형에 근사한 형상인 것이 바람직하다.
케이싱 (123) 을 사용한 구체적인 설치 방법에 대해서는, 후술하는 제조 방법의 항에서 서술한다.
계속해서, 본 발명의 허니컴 구조체에 담지시킬 수 있는 촉매에 대해 설명한다.
본 발명의 허니컴 구조체는, 상기 무기 섬유 중 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 촉매의 종류는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 적어도 CeO2 를 함유하는 산화물 촉매인 것이 바람직하다.
상기 산화물 촉매로는, 파티큘레이트의 연소 온도를 저하시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 CeO2, ZrO2, FeO2, Fe2O3, CuO, CuO2, Mn2O3, MnO, 조성식 AnB1 - nCO3 (식 중, A 는 La, Nd, Sm, Eu, Gd 또는 Y 이고, B 는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고, C 는 Mn, Co, Fe 또는 Ni) 으로 나타내는 복합 산화물 등을 들 수 있다.
이들은, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상 병용해도 되는데, 적어도 CeO2 를 함유하는 것인 것이 바람직하다.
이와 같은 산화물 촉매를 담지시킴으로써, 파티큘레이트의 연소 온도를 저하시킬 수 있다.
상기 촉매의 상기 허니컴 구조체의 외관 체적에 대한 담지량은 10 ～ 200g/ℓ 가 바람직하다.
상기 담지량이 10g/ℓ 미만에서는, 허니컴 구조체의 벽부에 대해 상기 촉매가 담지되어 있지 않은 부분이 많아지기 때문에, 파티큘레이트와 상기 촉매가 접촉하지 않는 부분이 발생하여 충분히 파티큘레이트의 연소 온도를 저하시킬 수 없는 경우가 있고, 한편, 200g/ℓ 를 초과하여도 파티큘레이트와 상기 촉매의 접촉은 그다지 향상되지 않기 때문이다.
이와 같은 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 다양한 방법에 의해 제조할 수 있는데, 예를 들어 하기하는 제 2 ～ 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
다음으로, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 소정의 구멍이 형성된 다이스를 통해 압출함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는, 압출 성형 공정과,
상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 중, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법을 단순히 압출 성형에 의한 제조 방법이라고도 하는 것으로 한다.
이하, 상기 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 공정 순서로 설명한다.
먼저, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 를 혼합하여 혼합물을 조제하는 혼합 공정을 실시한다.
상기 무기 섬유 A 로는, 상기 허니컴 구조체의 설명에 있어서 거론한 무기 섬유와 동일한 것을 사용할 수 있고, 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종인 것이 바람직하다. 그 이유는, 내열성이 우수한 허니컴 구조체를 제조할 수 있기 때문이다.
상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 로는, 상기 무기 섬유 A 가 용융되지 않는 온도에서 용융되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 그 구체예에 대해, 상기 무기 섬유 B 로는, 예를 들어 규산 유리, 규산 알칼리 유리, 붕규산 유리 등으로 이루어지는 무기 유리 화이버 등을 들 수 있고, 상기 무기 입자 C 로는, 예를 들어 규산 유리, 규산 알칼리 유리, 붕규산 유리 등으로 이루어지는 무기 유리 입자 등을 들 수 있다.
또, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 는, 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하에서 용융되는 것이 바람직하다. 이들 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 는 후술하는 열처리 공정에서 연화되어, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서의 무기물이 된다.
상기 무기 섬유 B 의 섬유 길이의 바람직한 하한은 0.1㎜ 이고, 바람직한 상한은 100㎜ 이다.
상기 섬유 길이가 0.1㎜ 미만에서는, 무기 섬유 A 끼리를 무기물을 사용하여 고착시키기 곤란해져, 충분한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있고, 한편, 상기 섬유 길이가 100㎜ 를 초과하면, 혼합물을 조제하였을 때에 균일하게 분산시키기 어렵고, 후공정에 있어서, 가열 처리를 실시할 때에 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 가 균일하게 분산되어 있지 않은 것에서 기인되어, 무기 섬유 A 끼리의 교차부 또는 그 근방에 고착되는 부위가 적어지는 경우가 있다.
보다 바람직한 하한은 0.5㎜ 이고, 보다 바람직한 상한은 50㎜ 이다.
상기 무기 섬유 B 의 섬유 직경의 바람직한 하한은 0.3㎛ 이고, 바람직한 상한은 30㎛ 이다.
상기 섬유 길이가 0.3㎛ 미만에서는, 무기 섬유 A 끼리를 무기물을 사용하여 고착시키기 곤란해져, 충분한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있고, 30㎛ 를 초과하면, 무기 섬유 A 끼리의 교차부 또는 그 근방에 고착하는 부위가 적어지는 경우가 있다.
상기 무기 입자 C 의 입자경의 바람직한 하한은 1㎛ 이고, 바람직한 상한은 100㎛ 이다.
상기 입자경이 1㎛ 미만에서는 응집제가 필요해지고, 균일한 분산이 곤란해지는 경우가 있고, 100㎛ 를 초과하면, 혼합물을 조제하였을 때에 균일하게 분산시키기 어렵고, 후공정에 있어서, 가열 처리를 실시할 때에, 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 가 균일하게 분산되어 있지 않은 것에서 기인되어, 무기 섬유 A 끼리의 교차부 또는 그 근방에 고착하는 부위가 적어지는 경우가 있다.
상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 를 혼합할 때의, 상기 무기 섬유 A 와 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 배합비 (중량비) 는 2 : 8 ～ 8 : 2 인 것이 바람직하다.
무기 섬유 A 의 배합비가 2 : 8 보다 적으면, 무기 섬유의 표면 전체를 코팅하도록 무기물이 고착되기 쉬워져, 얻어지는 허니컴 구조체의 유연성이 불충분해지는 경우가 있고, 한편, 무기 섬유 A 의 배합비가 8 : 2 보다 많으면, 무기 섬유끼리의 고착 부위의 수가 적어, 얻어지는 허니컴 구조체의 강도가 불충분해지는 경우가 있기 때문이다.
또, 상기 혼합물을 조제할 때에는, 필요에 따라 물 등의 액상 매체나 분산제를 첨가함으로써, 상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 를 균일하게 혼합해도 된다. 또, 유기 바인더를 첨가해도 된다. 유기 바인더를 첨가함으로써, 무기 섬유 A 와, 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 가 확실하게 서로 얽혀, 소성 전이어도 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 가 무기 섬유 A 끼리로부터 빠지기 어려워, 무기 섬유 A 를 서로 보다 확실하게 고착시킬 수 있기 때문이다.
유기 바인더로는, 예를 들어 아크릴계 바인더, 에틸셀룰로오스, 부틸셀로솔브, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다. 이들 유기 바인더는, 1 종을 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 또, 필요에 따라 가소제, 윤활제, 성형 보조제, 조공제 등을 첨가해도 된다. 가소제, 윤활제는 종래부터 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 혼합물은, 균일한 조성 상태가 장기간에 걸쳐 지속되고, 무기 섬유 등이 침강하지 않는 상태인 것이 바람직하고, 또, 이후의 성형 공정에서 소정의 형상을 유지할 수 있을 정도의 점도를 갖는 혼합물인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 소정의 구멍이 형성된 다이스를 통해 연속적으로 압출함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는, 압출 성형 공정을 실시한다.
본 압출 성형 공정에 사용하는 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 단축 스크루식 압출 성형기, 다축 스크루식 압출 성형기, 플런저식 성형기 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 플런저식 성형기를 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
본 공정에 사용하는 플런저식 성형기는, 이하의 형식인 것에 한정되는 것은 아니지만, 장치와 그 사용예에 대해 도면을 사용하여 설명한다.
도 4 는 기둥 형상의 성형체의 성형에 사용하는 플런저식 성형기를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이 플런저식 성형기 (70) 는, 실린더 (71) 와 실린더 내를 전후 (도면 상에서는 좌우 방향) 로 왕복 운동할 수 있는 기구를 구비한 피스톤 (73) 과, 실린더의 선단에 형성되고, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 압출 성형할 수 있도록 구멍이 형성된 다이스 (74) 와, 실린더 (71) 의 상부에 위치하고, 실린더 (71) 로부터의 배관 (75) 이 접속된 혼합물 탱크 (72) 를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 혼합물 탱크 (72) 의 바로 아래에는 셔터 (76) 가 형성되어, 혼합물 탱크 (72) 로부터의 혼합물의 투입을 차단할 수 있게 되어 있다. 또, 배관 (75) 에는 날개 (77a) 를 갖는 스크루 (77) 가 배치 형성되어 있고, 모터 (78) 에 의해 회전하게 되어 있다. 날개 (77a) 의 크기는 배관의 직경과 거의 동일하기 때문에, 혼합물 (79) 은 위로 역류하기 어렵게 되어 있다. 또한, 혼합물 탱크 (72) 에는, 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물이 투입되어 있다.
플런저식 성형기 (70) 를 사용하여 성형체를 제조할 때에는, 먼저 셔터 (76) 를 열고, 스크루를 회전시킴으로써 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 혼합물 탱크 (72) 로부터 실린더 (71) 에 투입한다. 이 때, 투입량에 맞추어 피스톤 (73) 을 도 4 중, 우측의 실린더 (71) 단부까지 이동시킨다.
혼합물이 실린더 (71) 내에 충전되면, 셔터 (76) 를 닫음과 동시에 스크루 (77) 의 회전을 정지한다. 이와 같이 혼합물 (79) 이 실린더 (71) 내에 채워진 상태에서 피스톤 (73) 을 다이스측으로 밀어넣으면, 다이스 (74) 로부터 혼합물이 밀려나와, 복수의 셀이 벽부를 사이에 두고 길이 방향에 복수 형성된 기둥 형상의 성형체가 연속적으로 형성된다. 이 때, 다이스에 형성한 구멍의 형상에 따라, 그 형상의 셀이 형성된다. 이 공정을 반복함으로써, 성형체를 제조할 수 있다. 점도 등에 따라서는 실린더 (73) 를 정지시키고, 스크루 (77) 를 회전시킴으로써, 연속적으로 성형체를 제조할 수도 있다.
또한, 피스톤 (73) 을 이동시키기 위한 구동원으로서, 도 4 에 나타낸 플런저식 성형기 (70) 에서는 오일 실린더 (80) 를 사용하고 있으나, 에어 실린더를 사용해도 되고, 볼 나사 등을 사용해도 된다.
압출 성형 공정에 의해 형성되는 셀의 형상은, 다이스에 형성하는 구멍의 형상을 변경함으로써 원하는 형상으로 할 수 있다.
셀의 수직 단면 형상에 대해서는, 특별히 사각형에 한정되지 않고, 예를 들어 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형, 타원형, 별형 등의 임의의 형상을 들 수 있다.
또, 다이스의 형상을 변경함으로써 다양한 외형의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다. 상기 허니컴 구조체의 수직 단면 형상은 원형에 한정되는 것은 아니며, 직사각형 등의 다양한 형상으로 할 수 있는데, 곡선만 또는 곡선과 직선으로 둘러싸인 형상인 것이 바람직하고, 그 구체예로는, 원형 이외에는, 예를 들어 타원형, 장원형 (레이스 트랙형), 타원형 또는 장원형 등의 단순 폐곡선의 일부가 오목부를 갖는 형상 (concave 형상) 등을 들 수 있다.
다음으로, 상기 압출 성형 공정에서 얻어진 성형체를, 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하에서, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시함으로써, 주로 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성된 허니컴 구조체를 얻을 수 있다.
이와 같은 열처리를 실시함으로써, 상기 무기 섬유 A 끼리가 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 와 동일 재료로 이루어지는 무기물을 통해 고착되고, 이 고착되어 있는 부분의 대부분이 무기 섬유 A 의 교차부 또는 그 근방이고, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 와 동일 재료로 이루어지는 무기물이 상기 교차부 또는 그 근방에 국부적으로 존재하고 있는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
상기 가열 온도는, 무기 섬유 A 와 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 의 조합을 고려하여 적절히 선택하면 된다.
또한, 무기 섬유 A 의 내열 온도를 예시해 두면, 예를 들어 알루미나 > 1300℃, 실리카 > 1000℃, 탄화규소 > 1600℃, 실리카-알루미나 > 1200℃ 이다.
구체적인 가열 온도는, 상기 무기 섬유나 상기 무기 입자의 내열 온도나 연화 온도에 달려있기 때문에, 한 마디로는 말할 수 없지만, 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 로서 무기 유리를 사용한 경우에는 900 ～ 1050℃ 가 바람직한 것으로 생각된다.
가열 온도가 900℃ 미만에서는, 무기 섬유의 표면의 일부에는 고착되지만, 무기 섬유끼리를 고착시킬 수 없는 경우가 있고, 1050℃ 를 초과하면, 고착된 무기물에 크랙이 발생되어 있는 경우가 있기 때문이다.
또한, 열처리 공정의 전에는, 밀려나온 성형체를 소정의 길이로 절단하는 절단 공정, 성형체 중의 수분을 제거하는 건조 공정 및 성형체 중의 유기물을 제거하는 탈지 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
절단 공정에 사용하는 절단 부재로는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 절단 부분에 칼날이 형성되어 있는 커터, 레이저, 선상체 (線狀體) 등을 들 수 있다. 또, 디스크가 회전하면서 절단하는 커터를 사용할 수도 있다.
또, 상기 압출 성형 공정에서 성형되는 성형체가 이동하기에 앞서, 레이저, 커터 등의 절단 수단을 구비한 성형체 절단기를 형성해 두고, 상기 절단 수단이 성형체 압출 속도에 동기한 속도로 이동하면서, 상기 성형체를 절단 수단에 의해 절단하는 방법이 바람직하다.
상기 기구를 갖는 절단 장치를 사용하면, 연속적으로 절단 공정을 실시할 수 있어 양산성이 향상된다.
건조 공정에 사용하는 건조 장치로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 마이크로파 가열 건조기, 열풍 건조기, 적외선 건조기 등을 들 수 있고, 복수의 장치를 조합해도 된다.
건조는, 예를 들어 열풍 건조기를 사용한 경우, 설정 온도 100 ～ 150℃, 대기 분위기하, 5 ～ 60 분간 건조시킴으로써 실시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열풍이 상기 성형체의 길이 방향에 평행으로 닿아, 열풍이 셀을 통과할 수 있도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 열풍이 상기 성형체의 셀을 통과함으로써, 상기 성형체의 건조가 효율적으로 진행된다.
탈지 처리는, 통상적으로 유기물을 산화 분해할 수 있도록, 대기 분위기 등의 산화 분위기하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또, 탈지 노는 특별히 한정되는 것은 아니며, 배치 형식의 탈지 노이어도 되는데, 연속적으로 처리를 실시할 수 있도록 벨트 컨베이어를 구비한 연속 노에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 탈지는, 설정 온도 200 ～ 600℃, 대기 분위기하에서 1 ～ 5 시간 건조시킴으로써 실시하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에서는, 상기 서술한 방법으로 제조한 기둥 형상의 성형체를 산처리하는 공정을 실시해도 된다.
상기 산처리를 실시함으로써, 성형체의 내열성이 향상되게 되기 때문이다.
상기 산처리는, 예를 들어 염산, 황산 등의 용액 중에 상기 성형체를 침지시킴으로써 실시할 수 있다.
상기 산처리 조건으로는, 상기 무기물로서 무기 유리를 사용하는 경우, 처리 용액의 농도는 1 ～ 10mol/ℓ 인 것이 바람직하고, 처리 시간은 0.5 ～ 24 시간이 바람직하고, 처리 온도는 70 ～ 100℃ 인 것이 바람직하다.
이와 같은 조건으로 산처리를 실시함으로써 실리카 이외의 성분을 용출시키고, 그 결과, 성형체의 내열성이 향상되게 되기 때문이다.
상기 산처리 공정은, 열처리 공정 사이에 실시해도 된다. 구체적으로는, 1 차 소성 공정을 950℃, 5 시간 실시하고, 그 후에 상기 산처리 공정을 실시하고, 추가로 2 차 소성 공정으로서 다시 1050℃, 5 시간의 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 처리에 의해 성형체의 내열성을 향상시킬 수 있다.
또, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 상기 무기 섬유에 산화물 촉매를 담지시키는 공정을 포함하는 것인 것이 바람직하다.
촉매를 담지시키는 경우에는, 구성 재료인 알루미나 화이버 등의 무기 섬유에, 미리 산화물 촉매를 담지시킬 수 있다. 성형 전에 무기 섬유에 촉매를 담지시킴으로써, 촉매를 보다 균일하게 분산시킨 상태에서 부착시킬 수 있다.
산화물 촉매의 종류로는, 상기 서술한 허니컴 구조체에 담지되는 것과 동일한 것을 들 수 있다.
상기 무기 섬유에 산화물 촉매를 담지시키는 방법으로는, 예를 들어 산화물 촉매를 함유하는 슬러리에 무기 섬유를 침지시킨 후, 끌어올려 가열하는 방법 등을 들 수 있다.
또, 다른 방법으로는, 상기 서술한 공정을 거쳐 상기 기둥 형상의 성형체를 제조한 후, 이 기둥 형상의 성형체를, 상기 산화물 촉매를 함유하는 슬러리에 함침시킨 후 끌어올려 가열하는 방법을 사용할 수도 있다.
다음으로, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 와, 수지를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하기 위한 통상 용기의 길이 방향과 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥 형상 중자의 장축 방향이 평행이 되고, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 복수의 상기 중자를 상기 통상 용기 내에 수직 형성하는 중자 수직 형성 공정과,
상기 중자 수직 형성 공정에서 상기 중자를 수직 형성한 상기 통상 용기 중에, 상기 혼합물을 충전하는 혼합물 충전 공정과,
상기 혼합물 충전 공정에서 충전된 상기 혼합물 중의 수지를 경화시켜, 수지 경화체를 형성하는 수지 경화 공정과,
상기 수지 경화 공정에서 얻어진 상기 수지 경화체 내의 상기 중자를 제거함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 중자 제거 공정과,
상기 중자 제거 공정에서 얻어진 상기 성형체 중에 함유되는 유기물을 가열 탈지에 의해 제거하는 탈지 공정과,
상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 중, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법을, 단순히 수지 경화 (중자 수직 형성) 에 의한 제조 방법이라고도 하는 것으로 한다.
여기서, 중자란, 중공 부분 (본 발명에서의 셀에 상당) 을 갖는 형 성형물 (본 발명에서의 허니컴 구조체에 상당) 을 제조할 때에, 중공이 되는 부분에 넣는 그 형을 말한다.
이하, 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 도면을 사용하여 설명한다.
도 5(a)(I) ～ (VI) 은 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 공정에 있어서의, 중자 수직 형성 공정부터 중자 제거 공정까지의 공정을 모식적으로 나타낸 도면이고, 5(b) 는 통상 용기에 중자를 수직 형성한 모습을 나타내는 상면도이고, 5(c) 는 단차를 갖는 중자의 형상의 일례를 나타내는 사시도이다.
(1) 먼저, 도 5(a)(I) 의 공정을 실시하기 전에, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 와, 열경화성 수지를 혼합하는 혼합 공정을 실시한다.
본 발명에서는, 무기 섬유 A, 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 는 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 사용하는 것과 동일하기 때문에 상세한 것은 생략하지만, 상기 무기 물질에 수지를 첨가하는 것이 바람직하다. 수지를 경화시킴으로써 수지 경화체를 형성할 수 있고, 이후의 탈지 공정에서 수지를 제거하고, 추가로 열처리를 실시함으로써 무기 섬유로 이루어지는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
상기 수지로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지의 종류도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 등을 들 수 있다. 이 중에서도 에폭시 수지가 그 경화 수축률이 낮기 때문에 특히 바람직하다.
또, 상기 혼합물을 조제할 때에는, 필요에 따라 용제나 분산제를 첨가함으로써, 상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 를 균일하게 혼합해도 된다.
(2) 다음으로, 중자 수직 형성 공정을 실시한다.
통상 용기 (20) 와, 복수의 기둥 형상 중자 (21) 를 준비하고 (도 5(a)(I) 참조), 중자 (21) 를 통상 용기 (20) 내에, 통상 용기 (20) 의 길이 방향과 중자 (21) 의 장축 방향이 평행이 되도록 수직 형성한다 (도 5(a)(II) 참조).
이 때, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 중자 (21) 를 평면에서 보았을 때 격자상으로 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 중자로는, 주물의 주조에 사용되는 중자 모래가 바람직하게 사용되는 것 외에, 수지 재료, 저융점 금속, 고압 프레스 성형한 수용성의 염류 등의 사용도 가능하다.
(3) 다음으로, 혼합물 충전 공정을 실시한다.
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물 (22) 을 통상 용기 (20) 내에 흘려 넣어, 통상 용기 내에 혼합물을 충전한다 (도 5(a)(III) 참조). 또한, 이후의 수지 경화 공정에 있어서 경화제를 사용하여 수지를 경화시키는 경우에는, 혼합물 충전 공정 직전에 경화제를 혼합물에 첨가하고, 그 후에 혼합물 충전 공정을 실시한다.
경화제의 종류는 수지의 종류에 맞추어 결정한다.
(4) 다음으로, 수지 경화 공정을 실시한다.
수지의 경화 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 혼합물 충전 공정 전에 경화제를 첨가한 경우에는, 그 경화제의 작용에 의해 수지가 경화되어, 수지 경화체 (23) 가 형성된다 (도 5(a)(IV) 참조).
또, 경화제를 첨가하지 않고, 열경화성 수지를 사용한 경우에는, 열경화성 수지의 경화 온도 이상으로 가열함으로써 열경화성 수지를 경화시킬 수 있어, 수지 경화체 (23) 가 형성된다.
가열 온도는 사용한 열경화성 수지의 종류에 따라 결정해야 하는데, 중자의 내열 온도 이하일 필요가 있다. 열경화성 수지의 경화 전에 중자가 열 변형되면 원하는 형상을 갖는 셀을 형성할 수 없기 때문이다.
(5) 다음으로, 중자 제거 공정을 실시한다.
중자를 제거함으로써 중자가 차지하고 있던 부위에 셀이 형성되고, 이것을 허니컴 구조체의 셀로 할 수 있다 (도 5(a)(V) 참조).
중자의 제거 방법으로는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 일례로서 세정 용출, 소실 (燒失), 열 융출 등의 방법을 들 수 있고, 수직 형성한 중자의 종류에 따른 제거 방법을 사용할 수 있다.
예를 들어 중자 모래나 고압 프레스 성형한 수용성의 염류를 중자에 사용한 경우에는, 중자를 물리적으로 파쇄하거나, 온수를 거세게 중자 부분에 쏘임으로써 중자를 유출, 용출시킬 수 있다.
또, 수지 재료를 중자에 사용한 경우에는, 고온에서 소성시킴으로써 중자를 소실시킬 수 있다. 이 소성 공정은, 이후에 실시하는 소성 공정과 겸하여 실시해도 된다.
또, 저융점 금속을 중자에 사용한 경우에는, 그 융점 이상의 온도로 가열함으로써 중자를 열 융출시킬 수 있다.
또, 본 발명에 있어서 형성되는 셀의 형상은, 중자의 형상을 변경함으로써 원하는 형상으로 할 수 있다.
셀의 수직 단면 형상에 대해서는, 특별히 사각형에 한정되지 않고, 예를 들어 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형, 타원형, 별형 등의 임의의 형상을 들 수 있다.
또한, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같은 단차를 갖는 중자를 사용하면, 허니컴 구조체의 벽부의 표면에 요철을 갖는 셀을 형성할 수 있다. 그리고, 벽부의 표면에 요철을 형성함으로써 여과 면적이 증가하여, 파티큘레이트를 포집하였을 때의 압력 손실을 저하시킬 수 있는 것으로 생각된다. 또, 요철에 의해 배기 가스의 흐름이 난류 (亂流) 가 되고, 필터 내의 온도차를 작게 하여, 열 응력에 의한 크랙 등의 손상을 방지할 수 있는 것으로 생각된다.
중자 제거 공정에 전후하여 통상 용기를 떼어냄으로써, 기둥 형상의 성형체 (24) 가 형성된다 (도 5(a)(VI) 참조).
또, 통상 용기의 형상을 변경함으로써 다양한 외형의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다. 상기 허니컴 구조체의 수직 단면 형상은, 원형에 한정되는 것은 아니며, 직사각형 등의 다양한 형상으로 할 수 있는데, 곡선만 또는 곡선과 직선으로 둘러싸인 형상인 것이 바람직하고, 그 구체예로는 원형 이외에는, 예를 들어 타원형, 장원형 (레이스 트랙형), 타원형 또는 장원형 등의 단순 폐곡선의 일부가 오목부를 갖는 형상 (concave 형상) 등을 들 수 있다.
다음으로, 성형체 중의 수지를 제거하는 탈지 공정을 실시한다.
그 구체적인 방법은 상기 서술한 탈지 공정과 동일하므로, 그 상세한 것은 생략하지만, 이로써 탈지된 성형체를 얻을 수 있다.
그 후에는, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법과 동일하게 하여, 허니컴 구조체를 제조할 수 있다. 그 때문에, 여기서는 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
다음으로, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 와, 수지를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하기 위한 형틀체로서, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥체가 주면에 대해 수직, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상으로 수직 형성된 저판체와, 상기 저판체와 상기 기둥체의 주위를 포위하도록 형성된 외틀체로 이루어지는 형틀체 내에, 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하는 혼합물 충전 공정과,
상기 혼합물 충전 공정에서 충전된 상기 혼합물 중의 수지를 경화시켜, 수지 경화체를 형성하는 수지 경화 공정과,
상기 수지 경화 공정에서 얻어진 상기 수지 경화체로부터 상기 기둥체를 빼내어 상기 형틀체 전체를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 형틀체 이탈 공정과,
상기 형틀체 이탈 공정에서 얻어진 상기 성형체 중에 함유되는 유기물을 가열 탈지에 의해 제거하는 탈지 공정과,
상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 중, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법을, 단순히 수지 경화 (금형 성형) 에 의한 제조 방법이라고도 하는 것으로 한다.
이하, 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 일부 도면을 사용하여 설명하는데, 앞서 서술한 제 3 본 발명과 동일한 공정을 많이 포함하기 때문에, 상이한 공정을 중심으로 하여 설명한다.
(1) 먼저, 혼합 공정을 실시한다.
본 혼합 공정은, 제 3 본 발명과 동일하게 실시할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 6(a)(I) ～ (V) 는 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 공정에 있어서의, 혼합물 충전 공정부터 형틀체 이탈 공정까지의 공정을 모식적으로 나타낸 도면이고, 6(b) 는 형틀체 내에 기둥체가 수직 형성된 모습을 나타내는 상면도이다.
(2) 다음으로, 혼합물 충전 공정을 실시한다.
혼합물을 충전하기 위한 형틀체로서, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥체 (31) 가, 저판체의 주면에 대해 수직이 되고, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상 (도 6(a)(I) 및 도 6(b) 참조) 이 되도록 수직 형성된 저판체 (32) 와, 저판체 (32) 와 기둥체 (31) 의 주위를 포위하도록 형성된 외틀체 (33) (도 6(a)(I) 참조) 로 형틀체 (30) 를 형성한다 (도 6(a)(II) 참조). 형틀체는 일체가 되어 있는 것이어도 되고, 분리, 결합이 가능한 것이어도 상관없다.
형틀체를 구성하는 각 부위의 재료는 금속인 것이 바람직하다. 내열성이 높아, 수지의 경화를 가열에 의해 실시하는 경우에 적절하고, 또한 수지 경화체와의 분리가 용이하기 때문이다.
그리고, 형틀체 (30) 내에 혼합물 (22) 을 충전한다 (도 6(a)(III) 참조). 본 공정은 충전하는 용기가 상이한 것 외에는, 제 3 본 발명과 동일하게 실시할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
(3) 다음으로, 수지 경화 공정을 실시한다.
본 수지 경화 공정은, 제 3 본 발명과 동일하게 실시할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다 (도 6(a)(IV) 참조).
(4) 다음으로, 형틀체 이탈 공정을 실시한다.
기둥체 (31) 를 이탈시킴으로써, 이제까지 기둥체가 차지하고 있던 부위에 셀이 형성되고, 이것을 허니컴 구조체의 셀로 할 수 있다 (도 6(a)(V) 참조).
이 때, 수지 경화체 (23) 로부터 기둥체 (31) 를 용이하게 빼낼 수 있도록, 미리 기둥체 (31) 에 2˚ 정도의 끝이 가는 테이퍼를 형성해 두는 것이 바람직하다.
또, 외틀체 (33) 를 이탈시킴으로써 기둥 형상의 성형체 (24) 가 형성된다.
또한, 형틀체는 반복하여 사용할 수 있다.
또, 제 3 본 발명과 동일하게 기둥체, 외틀체의 형상을 변경함으로써, 다양한 셀 형상, 외형을 갖는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
단, 제 3 본 발명과는 달리, 허니컴 구조체의 벽부의 표면에 요철을 갖는 셀을 형성할 수는 없다.
그 후에는, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법과 동일하게 하여, 허니컴 구조체를 제조할 수 있다. 그 때문에, 여기서는 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 조 본체와, 상기 조 본체의 저부에 형성된 메시와, 상기 메시에 대해 수직, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상으로 메시에 수직 형성되고, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥상 마스크와, 상기 메시를 저면으로 하고, 또한, 상기 기둥상 마스크로 둘러싸인 공간이고, 혼합물을 투입하기 위한 액 충전부를 구비한 조를 사용하여 실시하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 상기 액 충전부에 투입하는 혼합물 충전 공정과,
상기 혼합물 내의 수분을 상기 메시를 통해 배출하여, 탈수체를 형성하는 탈수 공정과,
상기 탈수체로부터 상기 기둥상 마스크를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 마스크 이탈 공정과,
상기 마스크 이탈 공정에서 형성한 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하에서, 또한, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 중, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법을, 단순히 입체 초조에 의한 제조 방법이라고도 하는 것으로 한다.
이하, 상기 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 일부 도면을 사용하여 설명한다.
먼저, 제 5 본 발명에 사용하는 조에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 조는 이하의 형식인 것에 한정되는 것은 아니며, 일례로서 설명한다.
도 7(a) 는 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 공정에 있어서 사용하는 조를 모식적으로 나타낸 도면이고, 7(b) 는 프레스 공정에 사용하는 프레스판을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
이 조 (40) 는, 조 본체 (47) 와, 상기 조 본체의 저부에 형성된 메시 (42) 와, 메시 (42) 에 대해 수직이 되고, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 메시 (42) 에 수직 형성된, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥상 마스크 (41) 와, 메시 (42) 를 저면으로 하고, 또한, 기둥상 마스크 (41) 로 둘러싸인 공간이고, 혼합물을 투입하기 위한 액 충전부 (43) 를 구비한 것이다.
또, 조 (40) 는 기둥상 마스크 (41) 에 대응하는 부분에 격자상으로 관통공 (44a) 이 형성된 판으로 이루어지는 프레스판 (44) 과, 배수를 하기 위한 콕 (45) 및 펌프 (46) 와, 프레스판 (44) 을 조 본체에 밀어넣기 위한 프레스 구동부와, 조 본체에 진동을 주기 위한 도시하지 않은 요동부를 구비하고 있어도 된다.
이와 같이 구성된 조 (40) 를 사용하여 허니컴 구조체를 제조할 때에는, 상기 서술한 혼합 공정, 혼합물 충전 공정, 탈수 공정, 마스크 이탈 공정 및 열처리 공정을 실시한다.
또, 필요에 따라 교반 공정 및/또는 프레스 공정을 실시해도 된다.
이하, 각 공정에 대해 설명한다.
(1) 먼저, 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및/또는 무기 입자 C 와, 물을 혼합하는 혼합 공정을 실시한다.
본 발명에서는, 무기 섬유 A, 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 는 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 사용하는 것과 동일하기 때문에 상세한 것은 생략하지만, 상기 무기 물질에 물을 대량으로 첨가하여, 초조 가능한 정도까지 혼합물의 점도를 저하시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 혼합물을 조제할 때에는, 필요에 따라 분산제를 첨가함으로써 상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 및/또는 상기 무기 입자 C 를 균일하게 혼합해도 된다. 또, 유기 바인더를 첨가해도 된다. 유기 바인더를 첨가함으로써, 무기 섬유 A 와, 무기 섬유 B/무기 입자 C 가 확실하게 서로 얽혀, 소성 전에 무기 섬유 B/무기 입자 C 가 무기 섬유 A 끼리로부터 빠지기 어려워, 무기 섬유 A 끼리를 보다 확실하게 고착시킬 수 있기 때문이다.
또, 필요에 따라 조공제 등을 첨가해도 된다.
(2) 다음으로, 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 액 충전부 (43) 에 투입하는 혼합물 충전 공정을 실시한다. 또한, 상기 혼합 공정을 조 (40) 내부에서 실시해도 된다.
또한, 혼합물 충전 공정 후에, 액 충전부 (43) 에 충전된 혼합물을 교반하는 교반 공정을 실시해도 된다. 교반은, 조 본체에 진동을 주기 위한 도시하지 않은 요동부를 작동시켜 실시할 수 있다. 구체적인 요동부로는, 예를 들어 초음파 진동자를 구비한 발진기나, 바이브레이터 등을 들 수 있고, 조 본체 (47) 의 측면에 설치할 수 있다. 또, 조 본체 (47) 의 내부에 설치해도 된다. 이 교반 공정에 의해 혼합물을 균일하게 교반한다.
(3) 다음으로, 상기 혼합물 중의 수분을 흡인하여 상기 혼합물 내의 물을 메시 (42) 를 통해 배출하는 탈수 공정을 실시한다.
이 때에는, 메시 (42) 의 하측에 형성된 콕 (45) 을 열어, 펌프 (46) 를 작동시킨다. 이로써, 액 충전부 (43) 에 충전되어 있는 상기 혼합물이 흡인 여과되어, 상기 혼합물에 함유되는 수분이 메시 (42) 를 통해 아래로 낙하하고, 콕 (45) 을 통해 배출된다. 그 결과, 상기 혼합물에 함유되어 있는 물이 빠진 상태가 되어, 액 충전부의 저부로부터 소정 높이의 탈수체가 형성된다.
또, 상기 탈수 공정 후에, 상기 탈수 공정에서 탈수된 상기 탈수체를 상면으로부터 상기 프레스판으로 가압 압축하는 프레스 공정을 실시해도 된다. 가압 압축함으로써 소정의 길이, 적당한 밀도, 기공률을 갖는 압축체를 형성할 수 있다.
프레스 공정에 사용하는 장치 및 방법은 이하에 한정되는 것이 아니지만, 도 7 에 나타내는 조 (40) 에서는, 프레스 구동부로서 모터 (49) 와 모터 (49) 에 결합된 볼 나사 (48) 가 4 개 형성되어 있고, 4 개의 볼 나사 (48) 는, 프레스판 (44) 에 형성된 4 개의 나사 구멍 (44b) 에 나선으로 끼워져 있고, 4 개의 볼 나사 (48) 가 동기하면서 회전함으로써, 프레스판 (44) 이 상하 이동할 수 있게 되어 있다.
또, 프레스판 (44) 은 도 7(b) 에 나타내는 바와 같은, 기둥상 마스크 (41) 에 대응하는 부분에 격자상으로 관통공이 형성된 판이다.
따라서, 4 개의 모터 (49) 를 동기시키면서 구동시키면, 프레스판 (44) 은 하방으로 강하하고, 상기 탈수체는 조 본체 하부 (47a) 의 부분에서 압축되어 압축체가 된다. 조 본체 하부 (47a) 는 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 허니컴 구조체의 형상이 되어 있고, 프레스판 (44) 이 모터 (49) 가 배치 형성되어 있는 부분까지 내려감으로써, 원주 형상의 압축체가 형성된다.
또한, 조 본체 하부 (47a) 는 원통 형상을 이루고 있고, 탈수체가 프레스판 (44) 에 의해 압축되어, 조 본체 하부 (47a) 에 충전됨으로써 허니컴 구조체의 형상이 된다. 따라서, 조 본체 하부 (47a) 의 형상을 변화시킴으로써 허니컴 구조체의 형상을 변화시킬 수 있다.
(4) 다음으로, 상기 탈수체로부터 상기 기둥상 마스크를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 마스크 이탈 공정을 실시한다. 이로써, 소정 형상의 셀, 소정의 길이 및 밀도를 갖는 기둥 형상의 성형체를 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 있어서 형성되는 셀의 형상은, 기둥상 마스크의 형상을 변경함으로써 원하는 형상으로 할 수 있다.
셀의 수직 단면 형상에 대해서는, 특별히 사각형에 한정되지 않고, 예를 들어 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형, 타원형, 별형 등의 임의의 형상을 들 수 있다.
또, 조 본체 (47) 의 형상을 변경함으로써 다양한 외형의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다. 상기 허니컴 구조체의 셀에 수직인 단면 형상은, 원형에 한정되는 것은 아니며, 직사각형 등의 다양한 형상으로 할 수 있는데, 곡선만 또는 곡선과 직선으로 둘러싸인 형상인 것이 바람직하고, 그 구체예로는, 원형 이외에는, 예를 들어 타원형, 장원형 (레이스 트랙형), 타원형 또는 장원형 등의 단순 폐곡선의 일부가 오목부를 갖는 형상 (concave 형상) 등을 들 수 있다. 조 본체 (47) 의 평면에서 보았을 때의 형상을 상기 형상으로 함으로써, 셀에 수직인 단면 형상이 상기 형상의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
그 후에는, 제 2 ～ 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법과 동일하게 하여, 허니컴 구조체를 제조할 수 있다. 그 때문에, 여기서는 그 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
계속해서 제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법은, 제 2 ～ 5 중 어느 하나의 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로 제조한 허니컴 구조체의 양단에, 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법은, 상기 허니컴 구조체와 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 금속 용기에 설치하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
제 7 본 발명의 허니컴 필터의 제조 방법에서는, 제 2 ～ 제 5 본 발명 중 어느 하나의 제조 방법으로 제조된 허니컴 구조체와, 단부용 적층 부재를 적층함으로써, 셀 중 어느 일단이 밀봉되어 있고, 필터로서 기능하는 허니컴 필터를 제조할 수 있다.
구체적으로는, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 편측에 지지용 금구를 갖는 원통상의 케이싱 (123) (금속 용기) 을 사용하고, 먼저 케이싱 (123) 내에 단부용 적층 부재 (10b) 를 적층한 후, 제 2 ～ 제 5 본 발명 중 어느 하나의 제조 방법으로 제조된 허니컴 구조체 (10a) 를 설치한다. 그리고, 마지막에 단부용 적층 부재 (10b) 를 적층하고, 그 후 다른 편방에도 지지용 금구를 설치, 고정시킴으로써, 캐닝까지 완료된 허니컴 필터를 제조할 수 있다. 케이싱의 재질로는, 예를 들어 스테인리스 (SUS), 알루미늄, 철 등의 금속류를 들 수 있다. 형상은 특별히 한정되지 않지만, 수납되는 허니컴 구조체의 외형에 근사한 형상인 것이 바람직하다.
단부용 적층 부재로는, 소정의 관통공을 갖는 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 허니컴 구조체의 양단에, 주로 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 적층되어 이루어지는 허니컴 필터를 제조할 수 있다.
또, 단부용 적층 부재로는, 무기 섬유로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층해도 되고, 무기 섬유로 이루어지는 단부용 적층 부재는, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 있어서의 압출 성형 공정에 있어서 다이스에 형성하는 구멍의 형상을 변경하여, 바둑판 무늬로 형성된 셀을 갖는 허니컴 구조체를 제조하고, 상기 절단 공정에 있어서 상기 허니컴 구조체를 얇게 절단함으로써 제조할 수 있다.
또한, 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재의 제조 방법은 이하와 같다.
먼저, 두께가 0.1 ～ 20㎜ 인 주로 금속으로 이루어지는 다공질 금속판을 레이저 가공 또는 펀칭 가공하여, 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 단부용 적층 부재를 제조한다.
다음으로, 필요에 따라 단부용 적층 부재에 산화물 촉매를 담지시킨다.
산화물 촉매를 담지하는 방법으로는, 예를 들어 CZ(nCeO2?mZrO2) 10g, 에탄올 1ℓ (리터), 시트르산 5g 및 pH 조정제를 적당량 함유하는 용액에, 단부용 적층 부재를 5 분간 침지시키고, 그 후, 500℃ 에서 소성 처리를 실시하는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 이 경우, 상기한 침지, 소성 공정을 반복함으로써 담지시키는 촉매량을 조정할 수 있다.
또한, 상기 촉매는 일부의 단부용 적층 부재에만 담지시켜도 되고, 모든 단부용 적층 부재에 담지시켜도 된다.
본 발명의 허니컴 구조체 및 허니컴 필터의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 차량의 배기 가스 정화 장치에 사용하는 것이 바람직하다.
도 8 은 본 발명의 허니컴 필터가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8 에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치 (200) 에서는, 본 발명의 허니컴 필터 (1) 의 외방을 케이싱 (123) 이 덮고 있고, 케이싱 (123) 의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관 (124) 이 접속되어 있고, 케이싱 (123) 의 타단부에는 외부에 연결된 배출관 (125) 이 접속되어 있다. 또한, 도 8 중 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 배기 가스 정화 장치 (200) 에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는, 도입관 (124) 을 지나 케이싱 (123) 내에 도입되고, 허니컴 필터 (1) 의 셀로부터 벽부 (셀벽) 를 통과하여 이 벽부 (셀벽) 에서 파티큘레이트가 포집되어 정화된 후, 배출관 (125) 을 지나 외부에 배출되게 된다.
그리고, 허니컴 필터 (1) 의 벽부 (셀벽) 에 대량의 파티큘레이트가 퇴적되어, 압력 손실이 높아지면, 포스트 인젝션 등의 소정의 수단에 의해 허니컴 필터 (1) 의 재생 처리를 실시하여 허니컴 필터 (1) 를 재생시킬 수 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 압출 성형에 의한 제조 방법을 사용하여, 허니컴 구조체를 제조하였다.
(1) 혼합 공정
먼저, 알루미나 72％ 와 실리카 28％ 로 이루어지는 알루미나 화이버 (평균 섬유 길이 : 0.3㎜ , 평균 섬유 직경 : 5㎛) 12.3 중량부, 유리 화이버 (평균 섬유 직경 : 9㎛ , 평균 섬유 길이 3㎜) 6.2 중량부, 유기 바인더 (메틸셀룰로오스) 11.7 중량부, 조공제 (아크릴) 7.1 중량부, 가소제 (니혼 유지사 제조 유니루브) 를 8.1 중량부, 윤활제 (글리세린) 를 3.8 중량부 및 물 50.9 중량부를 혼합하고, 충분히 교반함으로써 혼합물을 조제하였다.
(2) 압출 성형 공정
(1) 에서 얻어진 혼합물을 플런저식 압출 성형기의 혼합물 탱크로부터 실린더 내에 투입하고, 피스톤을 다이스측에 밀어넣어 다이스로부터 혼합물을 압출하 고, 길이 방향에 4.5㎜ × 4.5㎜ 의 셀을 2㎜ 간격으로 갖는 원주 형상의 성형체 (원의 직경 : 160㎜) 를 제조하였다.
(3) 절단 공정
(2) 에서 얻어진 원주 형상의 성형체를, 절단 디스크를 절단 부재로서 구비한 절단 장치를 사용하여 길이 60㎜ 로 절단하였다. 이로써, 직경 160㎜ × 길이 방향의 길이 60㎜ 크기의 성형체를 얻었다.
(4) 건조 공정
(3) 에서 얻어진 원주 형상의 성형체를 마이크로파 건조기 및 열풍 건조기에 의해, 대기 분위기하, 200℃ 에서 3 시간 건조 처리하여, 성형체 중에 함유되는 수분을 제거하였다.
(5) 탈지 공정
(4) 에서 얻어진 원주 형상의 성형체를, 전기노 중에서 대기 분위기하, 400℃ 에서 3 시간 가열 처리하여, 성형체 중에 함유되는 유기물을 제거하였다.
(6) 열처리 및 산처리 공정
(5) 에서 얻어진 원주 형상의 성형체에 대해, 소성노 중에서 대기 분위기하, 950℃ 에서 5 시간의 조건으로 가열 처리를 실시하였다.
그 후, 얻어진 성형체를 90℃, 4mol/ℓ 의 HCl 용액에 1 시간 침지시킴으로써 산처리를 실시하고, 추가로 1050℃ 에서 5 시간의 조건으로 다시 열처리를 실시하여 허니컴 구조체를 제조하였다.
(7) 촉매 담지 공정
(6) 에서 얻어진 허니컴 구조체를, CZ(nCeO2?mZrO2) 10g, 물 40㎖ 및 pH 조정제를 적당량 함유하는 용액에 5 분간 침지시키고, 그 후, 500℃ 에서 소성 처리를 실시함으로써, 산화물 촉매로서 CeO2 와 ZrO2 를 담지시켰다.
(8) 단부용 적층 부재의 제조 공정
Ni-Cr 합금제 금속판을, 직경 160㎜ × 두께 1㎜ 의 원반상으로 가공한 후, 레이저 가공함으로써, 4.5㎜ × 4.5㎜ 의 구멍이 바둑판 무늬로 형성된 단부용 적층 부재를 제조하였다. 이 공정에서, 단부용 적층 부재는 2 장 제조하고, 각각의 단부용 적층 부재에는, 하기의 적층 공정에서 단부용 적층 부재를 적층하였을 때에, 허니컴 구조체의 입구측 단면과 출구측 단면에서 밀봉 지점이 상이한 형태가 되도록, 서로 상이한 위치에 구멍을 형성하였다.
(9) 캐닝 공정
먼저, 별도로, 편측에 지지용 금구가 장착된 원통상의 케이싱 (금속 용기) 을 금구가 장착된 측이 아래가 되도록 세웠다. 그리고, 상기 (8) 의 공정에서 얻은 단부용 적층 부재를 1 장 적층한 후, 이 단부용 적층 부재의 구멍과 허니컴 구조체의 셀의 위치가 맞도록, 상기 (7) 의 공정에서 얻은 허니컴 구조체를 설치하고, 마지막에 단부용 적층 부재 1 장을 적층하고, 그 후, 다른 편방에도 지지용 금구를 설치, 고정시킴으로써 그 길이가 60㎜ 인 허니컴 필터를 제조하였다.
또한, 이 공정에서는 허니컴 필터의 입구측 단면과 출구측 단면에서 밀봉 지점이 상이하도록 (서로 중첩된 셀 중 어느 일방만이 밀봉되도록), 단부용 적층 부 재를 적층하였다.
또한, 본 캐닝 공정에서는, 케이싱에 허니컴 구조체를 1 개 설치하고 있고, 그 양단에 단부용 적층 부재를 적층 (배치) 하고 있다. 이 허니컴 구조체를 적층 부재로서 파악하면, 본 캐닝 공정 종료 후의 허니컴 필터 상태는, 단부용 적층 부재를 포함하여 합계 3 장의 적층 부재가 적층되어 케이싱에 설치된 상태에 상당하고, 일체 형성한 허니컴 구조체를 적층 부재 1 장으로 나타내는 것으로 한다.
(실시예 2)
허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 수지 경화 (중자 수직 형성) 에 의한 제조 방법을 사용하여, 허니컴 구조체를 제조하였다.
(1) 혼합 공정
먼저, 알루미나 72％ 와 실리카 28％ 로 이루어지는 알루미나 화이버 (평균 섬유 길이 : 0.3㎜, 평균 섬유 직경 : 5㎛) 14.0 중량부, 유리 화이버 (평균 섬유 직경 : 9㎛ , 평균 섬유 길이 3㎜) 7.1 중량부, 열경화성 수지 (에폭시 수지) 78.9 중량부를 혼합하고, 충분히 교반함으로써 혼합물을 조제하였다.
(2) 중자 수직 형성 공정 및 혼합물 충전 공정
(1) 에서 얻어진 혼합물을, 중자 모래로 이루어지는 기둥 형상 (4.5㎜ × 4.5㎜ × 60㎜) 의 중자가 2㎜ 간격으로 평면에서 보았을 때 격자상으로 수직 형성된 원통상 용기 (내경 : 직경 160㎜ × 길이 방향의 길이 60㎜) 내에 흘려 넣고, 혼합물을 충전하였다.
(3) 수지 경화 공정
(2) 에서 얻어진, 혼합물을 충전한 원통상 용기를 120℃, 30 분 가열 처리하여 에폭시 수지를 경화시키고, 수지 경화체를 제조하였다.
(4) 중자 제거 공정
원통상 용기를 수지 경화체로부터 분리하고, 중자 부분을 가는 막대형체로 찔러 중자를 무너뜨리고, 중자를 수지 경화체로부터 제거하였다. 이로써 직경 160㎜ × 길이 방향의 길이 60㎜ 크기의 성형체를 얻었다.
이하, 상기 건조 공정 이후의 공정을 실시예 1 과 동일하게 실시하여, 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 3)
혼합물에 미리 에폭시 수지용 경화제를 10 중량부 첨가해 두고, 그 후 신속하게 혼합물 충전 공정을 실시하여, 경화제의 작용에 의해 에폭시 수지를 경화시키고, 수지 경화를 위한 가열 처리를 실시하지 않은 것 외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 4)
폴리카보네이트 (PC) 제의 중자를 사용하고, 경화체 형성 후의 탈지 공정에서의 가열에 의해 에폭시 수지의 탈지와 중자의 제거를 동시에 실시한 것 외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 5)
저융점 금속인 주석제의 중자를 사용하고, 경화체 형성 후에 주석의 융점 이상인 240℃ 로 가열함으로써 중자를 열 융출시켜 제거한 것 외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 6)
수용성염인 염화나트륨 (NaCl) 을 용융 성형한 중자를 사용하고, 경화체 형성 후에 60℃ 의 온수 중에서 염화나트륨을 용해시킴으로써 중자를 용출시켜 제거한 것 외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 7)
도 5(c) 에 나타내는 바와 같은 단차를 갖는 중자 (4.5㎜ × 4.5㎜ 부와 3.5㎜ × 3.5㎜ 부를 갖고, 전체 길이 60㎜) 를 사용한 것 외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 8)
허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 수지 경화 (금형 성형) 에 의한 제조 방법을 사용하여, 허니컴 구조체를 제조하였다.
(1) 혼합 공정
실시예 2 와 동일하게 하여, 혼합물을 조제하였다.
(2) 혼합물 충전 공정
Ni-Cr 스테인리스제이고, 기둥 형상 (4.5㎜ × 4.5㎜ × 60㎜) 의 기둥체가 2㎜ 간격으로 평면에서 보았을 때 격자상으로 수직 형성된 원형 (직경 160㎜) 의 저판체와 그 주위에 형성된 원통상 (내경 : 직경 160㎜ × 길이 방향의 길이 60㎜) 용기로 이루어지는 형틀체 내에 (1) 에서 얻어진 혼합물을 흘려 넣고, 혼합물을 충 전하였다.
(3) 수지 경화 공정
실시예 2 와 동일하게 하여, 수지 경화체를 제조하였다.
(4) 형틀체 이탈 공정
수지 경화체로부터 기둥체를 뽑아 냄과 함께 외틀체도 분리하여 형틀체 전체를 수지 경화체로부터 이탈시켰다. 이로써 직경 160㎜ × 길이 방향의 길이 60㎜ 크기의 성형체를 얻었다.
이하, 상기 건조 공정 이후의 공정을 실시예 2 와 동일하게 실시하여, 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(실시예 9)
허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 입체 초조에 의한 제조 방법을 사용하여 허니컴 구조체를 제조하였다.
(1) 혼합 공정
먼저, 알루미나 72％ 와 실리카 28％ 로 이루어지는 알루미나 화이버 (평균 섬유 길이 : 0.3㎜, 평균 섬유 직경 : 5㎛) 1.0 중량부, 유리 화이버 (평균 섬유 직경 : 9㎛, 평균 섬유 길이 : 3㎜) 0.5 중량부, 유기 바인더 (폴리비닐알코올) 0.08 중량부, 물 50 중량부를 혼합하고, 충분히 교반함으로써 혼합물을 조제하였다.
(2) 혼합물 충전 공정 및 교반 공정
(1) 에서 얻어진 혼합물을, 용적이 50 리터, 액 충전부의 높이가 200㎜ 인 조 내의 액 충전부에 투입하고, 조에 형성된 바이브레이터를 작동시켜 조 내의 혼합물이 균일해지도록 교반하였다.
(3) 탈수 공정 및 압축 공정 (입체 초조 공정)
조 하부의 콕을 열고, 배수용 펌프를 작동시켜, 조 내의 혼합물 중의 수분을 메시를 통해 배출하고, 혼합물을 탈수하여 탈수체를 형성하였다.
계속해서, 프레스판의 관통공과 기둥상 마스크의 위치를 맞추어 프레스판을 탑재하고, 볼 나사로 결합한 모터를 가동시켜, 프레스판을 하부 방향으로 밀어넣음으로써, 상기 탈수체의 길이가 60㎜ 가 될 때까지 가압 압축하여, 압축체를 형성하였다.
(4) 마스크 이탈 공정
상기 압축체로부터 기둥상 마스크를 떼어내어, 직경 160㎜ × 길이 방향의 길이 60㎜ 크기의 성형체를 얻었다.
이하, 상기 건조 공정 이후의 공정을 실시예 1 과 동일하게 실시하여, 허니컴 구조체 및 허니컴 필터를 제조하였다.
(비교예 1)
허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 시트상의 적층 부재를 다수 장 적층하는 제조 방법을 사용하여, 허니컴 구조체를 제조하였다.
(1) 초조용 슬러리의 조제
실시예 1 과 동일하게 하여 혼합물을 조제하고, 충분히 교반함으로써 초조용 슬러리를 조제하였다.
(2) 초조 공정
(1) 에서 얻어진 슬러리를, 직경 160.0㎜ 의 메시에 의해 뜨고, 얻어진 것을 150℃ 에서 건조시키고, 그 후, 펀칭 가공을 실시함으로써, 4.5㎜ × 4.5㎜ 의 셀이 서로 2㎜ 의 간격으로 전체면에 형성된 1㎜ 두께의 시트상의 무기 섬유 집합체를 얻었다.
(3) 촉매 담지 공정
(2) 에서 얻어진 시트상의 무기 섬유 집합체를, CZ(nCeO2?mZrO2) 10g, 물 40㎖ 및 pH 조정제를 적당량 함유하는 용액에 5 분간 침지시키고, 그 후, 500℃ 에서 소성 처리를 실시함으로써, 산화물 촉매로서 CeO2 와 ZrO2 를 담지시켰다.
(4) 적층 공정
그리고, 실시예 1 과 동일하게, 단부용 적층 부재를 1 장 적층한 후, 이 단부용 적층 부재의 구멍과 시트상 무기 섬유 집합체의 관통공의 위치가 맞도록 하여 시트상 무기 섬유 집합체를 68 장 적층하고, 마지막에 금속 적층 부재 1 장을 적층하고, 다시 프레스를 실시하고, 그 후, 다른 편방에도 지지용 금구를 설치, 고정시킴으로써, 그 길이가 60㎜ 인 적층체로 이루어지는 허니컴 필터를 얻었다.
상기 금속 적층 부재는, 허니컴 필터의 입구측 단면과 출구측 단면에서 밀봉 지점이 상이하도록 (서로 중첩된 셀 중 어느 일방만이 밀봉되도록) 적층하였다.
제조법 길이
(㎜)		 적층 장수
(장)		 관통공 요철 중자 재질 압력 손실
(kPa)
실시예 1 압출 성형 60 1 없음 - 14.6
실시예 2 수지 경화 (중자 수직 형성) 60 1 없음 중자 모래 14.4
실시예 3 수지 경화 (중자 수직 형성) 60 1 없음 중자 모래 14.4
실시예 4 수지 경화 (중자 수직 형성) 60 1 없음 PC 14.4
실시예 5 수지 경화 (중자 수직 형성) 60 1 없음 주석 14.5
실시예 6 수지 경화 (중자 수직 형성) 60 1 없음 NaCl 14.3
실시예 7 수지 경화 (중자 수직 형성) 60 1 있음 중자 모래 13.5
실시예 8 수지 경화 (금형 성형) 60 1 없음 - 14.5
실시예 9 입체 초조 60 1 없음 - 14.2
비교예 1 다수 장 시트 적층 60 68 없음 - 16.2
(평가)
도 9 에 나타낸 바와 같은 압력 손실 측정 장치 (170) 를 사용하여 압력 손실을 측정하였다. 도 9 는 압력 손실 측정 장치의 설명도이다.
이 압력 손실 측정 장치 (170) 는, 송풍기 (176) 의 배기 가스관 (177) 에, 허니컴 필터 (1) 를 금속 케이싱 (171) 내에 고정시켜 배치하고, 허니컴 필터 (1) 의 전후의 압력을 검출할 수 있도록 압력계 (178) 를 장착한 것이다.
그리고, 송풍기 (176) 를 배기 가스의 유통량이 750㎥/h 가 되도록 운전하고, 운전 개시로부터 5 분후의 차압 (압력 손실) 을 측정하였다.
결과는 표 1 에 나타낸 바와 같다.
표 1 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ～ 9 에 나타낸 바와 같이 적층 장수가 1 장인 허니컴 구조체에서는 초기 압력 손실이 13.5 ～ 14.6 으로 작다.
특히, 관통공 내에 요철을 형성한 실시예 10 에서는 압력 손실이 작아져 있다.
한편, 비교예 1 과 같이 적층 장수가 68 장이 되면 많은 적층 계면이 존재하기 때문에, 그 압력 손실이 높아져 있다.
이상으로부터, 시트상의 무기 섬유 집합체가 다수 장 적층된 허니컴 구조체와 비교하여, 적층 장수가 1 장인 허니컴 구조체 (즉, 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지는 허니컴 구조체) 를 사용함으로써, 배기 가스 처리시의 압력 손실을 저감시킬 수 있는 것이 분명해졌다.
도 1(a) 는 본 발명의 허니컴 구조체의 양단에 단부용 적층 부재를 적층하여 이루어지는 허니컴 필터의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 1(b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 무기 섬유의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3(a) 는 본 발명의 허니컴 필터를 구성하는 허니컴 구조체와 단부용 적층 부재를 나타내는 사시도이고, 3(b) 는 3(a) 에 나타내는 허니컴 구조체와 단부용 적층 부재를 적층하여 허니컴 필터를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4 는 기둥 형상의 성형체의 성형에 사용하는 플런저식 성형기를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5(a)(I) ～ (VI) 은 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 공정에 있어서의, 중자 수직 형성 공정부터 중자 제거 공정까지의 공정을 모식적으로 나타낸 도면이고, 5(b) 는 통상 용기에 중자를 수직 형성한 모습을 나타내는 상면도이고, 5(c) 는 단차를 갖는 중자의 형상의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 6(a)(I) ～ (V) 는 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 공정에 있어서의, 혼합물 충전 공정부터 형틀체 이탈 공정까지의 공정을 모식적으로 나타낸 도면이고, 6(b) 는 형틀체 내에 기둥체가 수직 형성된 모습을 나타내는 상면도이다.
도 7(a) 는 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 공정에 있어서 사용하는 조를 모식적으로 나타낸 도면이고, 7(b) 는 프레스 공정에 사용하는 프레스판을 모식적으로 나타내는 상면도이다.
도 8 은 본 발명의 허니컴 필터가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 9 는 압력 손실 측정 장치의 설명도이다.
도 10(a) 는 관통공을 갖는 시트상의 무기 섬유 집합체로 이루어지는 적층 부재를 적층시킴으로써 제조한 적층형의 허니컴 필터의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 10(b) 는 그 A-A 선 단면도이다. 10(c) 는 10(b) 에 있어서 B 로 나타내는 부분의 확대 단면도이다.
부호의 설명
1, 100 : 허니컴 필터 10a : 허니컴 구조체
10b : 단부용 적층 부재 11, 111 : 셀
13, 113 : 벽부 20 : 통상 용기
21 : 중자 22 : 혼합물
23 : 수지 경화체 24 : 기둥 형상의 성형체
30 : 형틀체 31 : 기둥체
32 : 저판체 33 : 외틀체
40 : 조 41 : 기둥상 마스크
42 : 메시 43 : 액 충전부
47 : 조 본체 51 : 무기 섬유
52 : 무기물 74 : 다이스
123 : 케이싱 (금속 용기)

Claims (24)

  1. 복수의 셀이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 허니컴 구조체로서, 상기 허니컴 구조체는, 무기 섬유로 이루어지고, 상기 무기 섬유가 일체 형성되어 이루어지고,
    탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종으로 이루어지는 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C 와의 배합비, 또는, 상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 및 상기 무기 입자 C 와의 배합비는 2 : 8 ～ 8 : 2 인 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 섬유와 무기물로 형성되어 있고, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유끼리 고착되어 있는 허니컴 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무기물은, 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 존재하고, 또한,
    상기 무기물이 상기 무기 섬유끼리의 교차부 또는 그 근방에 국부적으로 존재하고 있는 허니컴 구조체.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 무기물은, 용융 고화됨으로써, 상기 무기 섬유를 서로 고정시키고 있는 허니컴 구조체.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 무기물은, 실리카를 함유하고 있는 허니컴 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유는, 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종으로 이루어지는 허니컴 구조체.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유 중 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 허니컴 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 촉매는, 적어도 CeO2 를 함유하는 산화물 촉매인 허니컴 구조체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 촉매는, CeO2, ZrO2, FeO2, Fe2O3, CuO, CuO2, Mn2O3, MnO 및 조성식 AnB1-nCO3 (식 중, A 는 La, Nd, Sm, Eu, Gd 또는 Y 이고, B 는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고, C 는 Mn, Co, Fe 또는 Ni) 으로 표시되는 복합 산화물 중 적어도 1 종인 허니컴 구조체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 촉매의 상기 허니컴 구조체의 외관 체적에 대한 담지량은, 10 ～ 200g/ℓ 인 허니컴 구조체.
  11. 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 를 혼합하는 혼합 공정과,
    상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 소정의 구멍이 형성된 다이스를 통해 압출함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 압출 성형 공정과,
    상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하며,
    상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 의 배합비가, 2 : 8 ～ 8 : 2 인 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  12. 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 와, 수지를 혼합하는 혼합 공정과,
    상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하기 위한 통상 용기의 길이 방향과 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥 형상 중자의 장축 방향이 평행이 되고, 또한, 평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 복수의 상기 중자를 상기 통상 용기 내에 수직 형성하는 중자 수직 형성 공정과,
    상기 중자 수직 형성 공정에서 상기 중자를 수직 형성한 상기 통상 용기 중에, 상기 혼합물을 충전하는 혼합물 충전 공정과,
    상기 혼합물 충전 공정에서 충전된 상기 혼합물 중의 수지를 경화시켜, 수지 경화체를 형성하는 수지 경화 공정과,
    상기 수지 경화 공정에서 얻어진 상기 수지 경화체 내의 상기 중자를 제거함으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 중자 제거 공정과,
    상기 중자 제거 공정에서 얻어진 상기 성형체 중에 함유되는 유기물을 가열 탈지에 의해 제거하는 탈지 공정과,
    상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  13. 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 와, 수지를 혼합하는 혼합 공정과,
    상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하기 위한 형틀체로서, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥체가, 평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 저판체에 대해 수직 형성되고, 상기 저판체, 상기 기둥체 및 상기 저판체와 상기 기둥체의 주위를 포위하도록 형성된 외틀체로 이루어지는 형틀체 내에, 상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 충전하는 혼합물 충전 공정과,
    상기 혼합물 충전 공정에서 충전된 상기 혼합물 중의 수지를 경화시켜, 수지 경화체를 형성하는 수지 경화 공정과,
    상기 수지 경화 공정에서 얻어진 상기 수지 경화체로부터 상기 기둥체를 빼내어 상기 형틀체 전체를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 형틀체 이탈 공정과,
    상기 형틀체 이탈 공정에서 얻어진 상기 성형체 중에 함유되는 유기물을 가열 탈지에 의해 제거하는 탈지 공정과,
    상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하, 또한, 상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  14. 조 본체와, 상기 조 본체의 저부에 형성된 메시와,
    평면에서 보았을 때 격자상이 되도록 상기 메시에 대해 수직 형성되는, 허니컴 구조체의 셀을 형성하기 위한 기둥상 마스크와,
    상기 메시를 저면으로 하고, 또한, 상기 기둥상 마스크로 둘러싸인 공간이고, 혼합물을 투입하기 위한 액 충전부
    를 구비한 조를 사용하여 실시하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
    무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 A 가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 를 혼합하는 혼합 공정과,
    상기 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을, 상기 액 충전부에 투입하는 혼합물 충전 공정과,
    상기 혼합물 내의 수분을 상기 메시를 통해 배출하여, 탈수체를 형성하는 탈수 공정과,
    상기 탈수체로부터 상기 기둥상 마스크를 떼어냄으로써, 길이 방향으로 다수의 셀이 형성된 기둥 형상의 성형체를 형성하는 마스크 이탈 공정과,
    상기 마스크 이탈 공정에서 형성한 상기 성형체를 상기 무기 섬유 A 의 내열 온도 이하에서, 또한, 상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 의 연화 온도 이상의 온도에서 가열 처리하는 열처리 공정을 실시하여 제 1 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 는, 실리카를 함유하고 있는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  16. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유 A 는, 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종으로 이루어지는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  17. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유 A 와, 상기 무기 섬유 B 또는 무기 입자 C, 또는 무기 섬유 B 및 무기 입자 C 의 배합비가, 2 : 8 ～ 8 : 2 인 허니컴 구조체의 제조 방법.
  18. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기둥 형상의 성형체를 산처리하는 공정을 포함하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  19. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유에 산화물 촉매를 담지시키는 공정을 포함하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 허니컴 구조체의 셀은, 그 어느 일단에서 밀봉되어 있어, 상기 허니컴 구조체가 필터로서 기능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 허니컴 필터.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 허니컴 구조체의 양단에, 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 적층되어 이루어지는 허니컴 필터.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 셀 중 어느 일단이 밀봉되어 이루어지는 허니컴 구조체, 또는 상기 허니컴 구조체와 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재가 금속 용기에 설치되어 있는 허니컴 필터.
  23. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 허니컴 구조체의 제조 방법으로 제조한 허니컴 구조체의 양단에, 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴 필터의 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 허니컴 구조체와 금속으로 이루어지는 상기 단부용 적층 부재를 금속 용기에 설치하는 공정을 포함하는 허니컴 필터의 제조 방법.
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