KR20040027299A - 배기 정화용 기초재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

배기 정화용 기초재 통로의 개구를 확실하게 폐색하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 복수 개의 격벽(4)에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로(2,3)를 갖는 예비성형체(10)를 성형하는 공정, 소정 통로를 구획하는 격벽의 단부를 이 통로의 중앙축선(C)으로 향하여 가까워지도록 변형시켜 이들 격벽의 선단끼리를 접속시키는 제 1 변형공정 및, 이 제 1 변형공정에 의해 변형되어 접속된 격벽의 단면이 대응하는 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 이 격벽의 선단을 변형시키는 제 2 변형공정을 구비한다.

Description

배기 정화용 기초재 및 그 제조방법 {MATERIAL FOR PURIFICATION EXHAUST GAS AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 배기 정화용 기초재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
내연기관의 연소실에서 배출되는 배기가스 중의 미립자를 포집하기 위한 파티큘레이트 필터(이하, 단순히 필터라고 함)가 일본 특허공표공보 평8-508199호에 개시되어 있다. 이 필터는 다공질 재료로 이루어진 복수 개의 격벽에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로를 갖는다. 이들 통로에서는 인접하는 두 통로 중 한쪽 통로에서는 일측 단부의 개구가 폐색되어 있고, 다른쪽 통로에서는 타측 단부의 개구가 폐색되어 있다. 따라서, 필터 통로에 유입된 배기 가스는 격벽의 미세한 구멍을 통해 인접하는 통로로 유출된다.
그러나, 상기 공보에 기재된 필터에서는 통로 단부의 개구는 격벽의 단부를 사각뿔을 이루도록 변형 접속시킴으로써 폐색되어 있다. 이 필터는 다공질 재료로 이루어진 벌집 구조체와 복수 개의 돌기를 갖는 지그를 준비하고, 각 돌기가 벌집 구조체의 통로에 하나 간격으로 들어가도록 지그를 벌집 구조체의 단면에 가압함으로써 통로 단부의 개구가 폐색된다.
그러나, 상기 기술한 바와 같이 지그를 벌집 구조체의 단면에 가압하여 격벽의 단부를 변형시킴으로써 통로의 개구를 폐색하도록 하는 경우, 격벽의 단부끼리 충분히 접속되지 않아 통로의 개구가 완전히 폐색되지 않는 경우가 있다. 그래서, 본 발명의 목적은 배기 정화용 기초재 통로의 개구를 확실하게 폐색하는 것이다.
도 1은 본 발명의 기초재를 나타낸 도면이다.
도 2는 기초재 단면의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 기초재 격벽의 단면을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 기초재 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 기초재 제조방법에서 사용되는 지그를 나타낸 사시도이다.
도 6은 기초재 격벽의 변형 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 기초재와 비교되는 기초재를 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 실시형태에서 사용되는 예비성형체의 단면을 나타낸 도면이다.
도 9는 다른 실시형태에서 사용되는 지그를 나타낸 사시도이다.
도 10은 다른 실시형태의 기초재 단면을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
1: 기초재
2,3: 통로
4: 격벽
5,6: 거의 정사각뿔 형상인 벽
10: 예비성형체
11: 지그
12: 돌기
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위해서, 제 1 발명에서는, 배기 정화용 기초재의 제조방법에서, 복수 개의 격벽에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로를 갖는 예비 성형체를 성형하는 공정, 소정 통로를 구획하는 격벽의 단부를 이 통로의 중앙축선으로 향하여 가까워지도록 변형시켜 이들 격벽의 선단끼리를 접속시키는 제 1 변형공정 및, 이 제 1 변형공정에 의해 변형되어 접속된 격벽의 단면이 대응하는 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 이 격벽의 선단을 변형시키는 제 2 변형공정을 구비한다.
제 2 발명에서는, 제 1 발명에서 상기 제 1 변형공정과 제 2 변형공정이 동시에 실행된다.
제 3 발명에서는, 제 1 또는 제 2 발명에서 소정 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 요구되는 격벽 단부의 형상에 기초하여 이 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 필요한 격벽 단부의 변형량이 산출되고, 상기 제 1 변형공정에서는 이 산출된 변형량보다 적은 양만큼 격벽의 단부가 변형되고, 상기 제 2 변형공정에서는 상기 산출된 변형량 중 제 1 변형공정에서 변형되지 않았던 분량의 변형량만큼 격벽의 단부가 변형된다.
제 4 발명에서는, 제 1 또는 제 2 발명에서 소정 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 요구되는 격벽 단부의 형상에 기초하여 이 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 필요한 격벽 단부의 변형량이 산출되고, 상기 제 1 변형공정과 제 2 변형공정에서의 격벽 단부의 총 변형량이 이 산출된 변형량보다 많다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 제 5 발명에서는, 복수 개의 격벽에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로를 갖는 배기 정화용 기초재에 있어서, 소정 통로를 구획하는 격벽의 단면이 이 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 이 격벽의 단부가 모아진 형태로 접속됨으로써 이 통로의 개구가 폐색된다.
발명의 실시형태
다음으로, 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. 도 1(A)는 제 1 실시형태의 기초재의 단면을 나타내고 있고, 도 1(B)는 제 1 실시형태의 기초재의 종단면을 나타내고 있다. 기초재(1)는 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로(2,3)를 갖는 벌집 구조를 이룬다. 각 통로(2,3)는 복수 개(제 1 실시형태에서는 4 개)의 격벽(4)에 의해 구획되어 있다. 기초재(1), 즉 격벽(4)은 다공질 재료로 이루어진다. 기초재(1)는, 예컨대 내연기관의 배기통로 내에 배치되고, 내연기관의 연소실에서 배출되는 배기가스 중의 미립자를 포집하기 위해서 사용된다. 물론, 기초재(1)를 내연기관의 연소실에서 배출되는 배기가스 중의 특정 성분을 정화시키기 위한 촉매를 담지하기 위한 담체로서 사용할 수 있다.
그러나, 기초재(1)에서는 각 통로(2,3)는 교대로 어느 한쪽 단부에서 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)에 의해 완전히 폐색되어 있다. 즉, 기초재(1)에서는 인접하는 두 통로(2,3)는 다른 단부에서 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)에 의해 완전히 폐색되어 있다. 따라서, 도 1(B)에 나타낸 바와 같이 배기가스가 기초재(1)에 유입되는 경우, 도 1(B)에 화살표시로 나타낸 바와 같이 배기가스는 일부 통로(2) 내에 유입되어 격벽(4)을 통해 인접하는 다른 통로(3) 내에 유입된다.
그러나, 각 통로(2,3)를 폐색하고 있는 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)은, 각 통로(2,3)를 구획하는 네 격벽(4)의 단부를 이들 단부의 중앙(즉, 각 통로(2,3)의 중앙축선)으로 향하여 오목 형상을 이루도록 모아진 형태로 접속됨으로써 형성된다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)은 그 정점(T)으로 향하여 격벽(4)의 단면이 오목해지도록 모아진 형태로 접속됨으로써 형성된다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이 격벽(4)의 단면에 의해 구획되는 띠 형상의 벽면은 격자 형상으로 연재되어 있고, 이들 띠 형상의 벽면이 교차하는 영역에서 오목해진다. 따라서, 격벽(4)의 단면을 통과하는 단면에서 보면, 도 3에 나타낸 바와 같이 기초재(1) 격벽(4)의 단면은, 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)의 정점(T)을 바닥으로 하고 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)의 정점 간을 정상으로 한 요철 형상을 하고 있다.
다음으로, 본 발명의 기초재의 제조방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 제조방법에서는 처음에 코제라이트나 질화규소 등의 다공질 재료로 도 4에 나타낸바와 같은 벌집 구조를 갖는 예비성형체(10)가 성형된다. 예비성형체(10)는 복수 개의 격벽(4)에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로(2,3)를 갖는다. 이들 통로(2,3)의 단면 형상은 정방형이다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 가압된다. 여기서, 지그(11)는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 복수 개의 돌기(12)를 갖는다. 돌기(12)는 거의 정사각뿔 형상인 형상을 하고 있다. 돌기(12)는 소정 간격을 두고 정렬 배치되어 있다. 따라서, 돌기(12) 간에는 띠 형상의 벽면(13)이 연재되어 있다. 이들 띠 형상의 벽면(13)은 인접하는 네 돌기(12)의 저변의 각이 모아지는 영역 A에서 집합된다. 그리고, 이들 띠 형상의 벽면(13)은 이들 집합 부분 B로 향하여 볼록해지도록 집합되어 있다.
본 발명에서는 폐색해야 하는 통로에 인접하는 통로, 즉 폐색해야 하는 통로가 아닌 통로 내에 돌기(12)가 들어가도록 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 가압된다. 여기서, 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 가압되기 시작하면, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이 직선적으로 연장되는 격벽(4)의 단부가 돌기(12)에 의해 도 6(B)에 나타낸 바와 같이 그 중앙에서 꺽이도록 하여 폐색해야 하는 통로의 중앙축선(C)으로 향하여 변형된다. 즉, 폐색해야 하는 통로를 구획하는 네 격벽(4)의 단부는 이들 단부가 모아지도록 변형되어 이들 격벽(4)의 선단끼리 접속된다.
또한, 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 계속 가압되면, 격벽(4)의 단부가 통로의 중앙축선(C)으로 향하여 계속 변형되는 동시에, 격벽(4)의 단면이지그(11)의 띠 형상의 벽면(13)에 맞닿고, 이 벽면(13)에 의해 격벽(4)의 단면이 예비성형체(10: 즉, 기초재(1)) 내부로 향하여 변형된다. 이에 따르면, 격벽(4)의 단면이 통로의 중앙축선(C)을 중심으로 이 중앙축선(C) 지점에서 가장 오목해지도록 변형된다. 즉, 본 발명에 따르면, 격벽(4)의 단부가 통로의 중앙축선(C)으로 향하여 변형되는 동시에, 격벽(4)의 단면이 통로의 중앙축선(C)을 중심으로 이 중앙축선(C) 지점에서 가장 오목해지도록 변형된다. 이렇게 해서 소정 통로의 개구가 거의 정사각뿔 형상인 벽(5,6)에 의해 폐색된다.
본 발명에 따르면, 도 7에 나타낸 바와 같이 구성된 기초재(20)와 비교하여 확실하게 통로를 폐색할 수 있다. 다음으로, 이에 대해서 설명한다. 도 7에 나타낸 기초재에서도, 폐색해야 하는 통로를 구획하는 각 격벽(21)은 그 중앙에서 꺽이도록 하여 이 통로의 중앙축선으로 향하여 변형된다. 즉, 폐색해야 하는 통로를 구획하는 네 격벽(21)의 단부가 모아지도록 변형되어 이들 격벽(21)의 선단끼리 접속된다. 그러나, 이 때 폐색해야 하는 통로를 구획하는 격벽(21)의 선단이 기초재 내부로 향하여 변형되는 양은 격벽(21)의 선단 전체에 걸쳐 거의 동등하다. 그러나, 이에 따르면, 통로의 중앙축선 주변에서 격벽(21)의 선단끼리 충분히 접속되지 않아 구멍이 남는 형태로 될 가능성이 있다.
반면에, 본 발명에 따르면, 폐색해야 하는 통로를 구획하는 격벽(4)의 선단이 기초재(1) 내부로 향하여 변형되는 양은 통로의 중앙축선(C)으로 향하여 서서히 많아진다. 그리고, 이에 따르면, 격벽(4)의 선단은 통로의 중앙축선(C)에 가까울수록 크고 기초재(1) 내부로 향하여 압입된다. 따라서, 이들 격벽(4)의 선단끼리 충분히 접속된다.
또, 본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이 폐색해야 하는 통로를 구획하는 격벽의 선단을 이들 단부가 모아지도록 변형시키는 동시에, 이 변형된 격벽의 단면이 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 이들 격벽의 선단을 더 모아지도록 변형시켜 이들 격벽의 선단끼리를 접속시키고 있는데, 그 대신에 폐색해야 하는 통로를 구획하는 격벽의 단부를 이들 단부가 모아지도록 변형시키고, 이어서 이 변형된 격벽의 단면이 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 이들 격벽의 선단을 더 모아지도록 변형시켜 격벽의 선단끼리를 접속시키도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 폐색해야 하는 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 요구되는 격벽 단부의 형상(상기 기술한 실시형태에서는 오목 형상)으로부터 이 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 필요한 격벽 단부의 변형량이 산출되고, 격벽의 단부를 변형시킬 때에는 이 변형량만큼 격벽의 단부가 변형된다. 즉, 격벽의 단부를 통로의 중앙축선으로 향하여 가까워지도록 변형시키는 공정을 제 1 공정이라 하고, 이렇게 변형된 격벽의 단면을 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 변형시키는 공정을 제 2 공정이라고 한 경우, 제 1 공정에서는 상기 산출된 변형량보다 적은 양만큼 격벽의 단부가 변형되고, 제 2 공정에서는 상기 산출된 변형량 중 제 1 공정에서 변형되지 않았던 분량의 변형량만큼 격벽의 단부가 변형된다.
또, 제 1 공정과 제 2 공정에서의 격벽 단부의 총 변형량을 상기 산출된 변형량보다 많게 할 수도 있다. 이 경우, 예컨대 제 1 공정에서는 상기 산출된 변형량보다 적은 양만큼 격벽의 단부가 변형되고, 제 2 공정에서는 상기 산출된 변형량 중 제 1 공정에서 변형되지 않았던 분량의 변형량보다 많은 양만큼 격벽의 단부가 변형된다. 이에 따르면, 격벽의 선단이 찌부러지는 형태로 변형된다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는 예비성형체(10)로 제조된 배기 정화용 기초재 및 그 제조방법에도 본 발명은 적용할 수 있다. 즉, 도 8에 나타낸 제 2 실시형태의 예비성형체(10)는 복수 개의 격벽(4)에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로(2,3)를 갖는다. 이들 통로(2,3)의 단면 형상은 정삼각형이다. 그리고, 도 8에 나타낸 예비성형체(10)로 배기 정화용 기초재를 제조하는 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같은 지그(11)가 사용된다. 여기에서 지그(11)는 거의 정육각뿔 사다리꼴의 돌기(12)를 갖는다. 돌기(12)는 소정 간격을 두고 정렬 배치되어 있다. 따라서, 돌기(12) 간에는 띠 형상의 벽면(13)이 연재되어 있다. 이들 띠 형상의 벽면(13)은 인접하는 세 돌기(12)의 저변의 각이 모아지는 영역 A에서 집합된다. 그리고, 이들 띠 형상의 벽면(13)은 이들 집합 부분 B로 향하여 볼록해지도록 집합되어 있다.
그리고, 폐색해야 하는 통로에 인접하는 통로, 즉 폐색해야 하는 통로가 아닌 통로 내에 돌기(12)가 들어가도록 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 가압된다. 여기서, 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 가압되기 시작하면, 격벽(4)의 단부가 그 중앙에서 꺽이도록 돌기(12)에 의해 통로의 중앙축선으로 향하여 변형된다. 즉, 통로를 구획하는 세 격벽(4)은 이들 단부가 모아지도록 변형되어 이들 격벽(4)의 선단끼리 접속된다.
또한, 지그(11)가 예비성형체(10)의 단면에 계속 가압되면, 격벽(4)의 단부가 통로의 중앙축선으로 향하여 계속 변형되는 동시에, 격벽(4)의 단면이 지그(11)의 띠 형상의 벽면(13)에 맞닿고, 이 벽면(13)에 의해 격벽(4)의 단면이 예비성형체(10: 즉, 기초재) 내부로 향하여 변형된다. 이에 따르면, 격벽(4)의 단면이 통로의 중앙축선을 중심으로 이 중앙축선(거의 정육각뿔 형상인 벽의 정점(T))의 지점이 가장 오목해지도록 변형된다. 이렇게 해서 소정 통로의 개구가 거의 정육각뿔 형상인 벽에 의해 폐색된다.
또, 상기 기술한 제 2 실시형태에는 모순되지 않는 범위 내에서 제 1 실시형태에서 설명한 사항이 적합하다. 또한, 각 통로의 1 변의 길이, 즉 각 통로를 구획하는 격벽의 폭에 대하여 정삼각형 단면의 통로를 폐색시키기 위해서 격벽을 통로의 중앙축선으로 향하여 변형시켜야 하는 양의 비율은 정방형 단면의 통로를 폐색하기 위해서 격벽을 통로의 중앙축선으로 향하여 변형시켜야 하는 양의 비율보다 작고, 이 경우 격벽 변형 중에 격벽이 파손되는 것이 억제된다. 따라서, 제 2 실시형태는 제 1 실시형태에 비해 격벽 변형 중에 격벽이 파손되는 것이 억제되는 이점을 갖는다.
물론, 본 발명은 상기 기술한 정방형 또는 정삼각형의 단면 형상의 통로를 갖는 예비성형체로 제조된 배기 정화용 기초재 및 그 제조방법 이외에도, 장방형이나 삼각형이나 육각형 등과 같은 다각형 단면 형상의 통로를 갖는 예비성형체로 제조된 배기 정화용 기초재 및 그 제조방법에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 기술한 실시형태에서, 거의 정사각뿔 형상인 돌기를 갖는 지그는 그 선단이 평탄한 거의 정사각뿔 사다리꼴의 돌기를 갖는 지그이거나, 또는 거의 정육각뿔 사다리꼴의 돌기를 갖는 지그는 그 선단이 뾰족한 거의 정육각뿔 형상인 돌기를 갖는 지그일 수도 있다.
본 발명에 따르면, 모아지도록 변형된 격벽의 선단끼리 확실하게 접속된다.

Claims (5)

  1. 배기 정화용 기초재의 제조방법에서, 복수 개의 격벽에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로를 갖는 예비 성형체를 성형하는 공정, 소정 통로를 구획하는 격벽의 단부를 이 통로의 중앙축선으로 향하여 가까워지도록 변형시켜 이들 격벽의 선단끼리를 접속시키는 제 1 변형공정 및, 상기 제 1 변형공정에 의해 변형되어 접속된 격벽의 단면이 대응하는 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 상기 격벽의 선단을 변형시키는 제 2 변형공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 정화용 기초재의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변형공정과 제 2 변형공정이 동시에 실행되는 것을 특징으로 하는 배기 정화용 기초재의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 소정 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 요구되는 격벽 단부의 형상에 기초하여 상기 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 필요한 격벽 단부의 변형량이 산출되고, 상기 제 1 변형공정에서는 이 산출된 변형량보다 적은 양만큼 격벽의 단부가 변형되고, 상기 제 2 변형공정에서는 상기 산출된 변형량 중 제 1 변형공정에서 변형되지 않았던 분량의 변형량만큼 격벽의 단부가 변형되는 것을 특징으로 하는 배기 정화용 기초재의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 소정 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 요구되는 격벽 단부의 형상에 기초하여 상기 통로의 개구를 완전히 폐색하기 위해서 필요한 격벽 단부의 변형량이 산출되고, 상기 제 1 변형공정과 제 2 변형공정에서의 격벽 단부의 총 변형량이 상기 산출된 변형량보다 많은 것을 특징으로 하는 배기 정화용 기초재의 제조방법.
  5. 복수 개의 격벽에 의해 구획된 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 통로를 갖는 배기 정화용 기초재에 있어서, 소정 통로를 구획하는 격벽의 단면이 상기 통로의 중앙축선을 중심으로 오목해지도록 상기 격벽의 단부가 모아진 형태로 접속됨으로써 상기 통로의 개구가 폐색되는 것을 특징으로 하는 배기 정화용 기초재.
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