KR20050016470A

KR20050016470A - 허니컴 구조체

Info

Publication number: KR20050016470A
Application number: KR10-2004-7019322A
Authority: KR
Inventors: 사카모토히로후미
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2005-02-21
Also published as: EP1508354B1; US7468202B2; US20050214503A1; PL371807A1; EP1508354A1; AU2003235280A1; EP1508354A4; JP2003340224A; KR100619128B1; WO2003101585A1

Abstract

복수의 격벽(3)이 서로 수직으로 교차하여 각 격벽(3)사이에 단면 형상이 구형인 유통 구멍(4)이 복수 형성되어 있는 복수의 허니컴 세그먼트(1, 2)를 접합하여 이루어지는 허니컴 구조체(10)로서, 허니컴 구조체(10)의 외주(5)를 구성하는 허니컴 세그먼트(1)의 적어도 일부에 허니컴 구조체(10)의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트(2)보다 압축 강도가 큰 구조를 제공한다.

Description

허니컴 구조체{HONEYCOMB STRUCTURAL BODY}

본 발명은 허니컴 구조체에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 복수의 허니컴 세그먼트를 조합하여 구성하는 허니컴 구조체에 관한 것이다.

세라믹스질의 허니컴 구조체는 내열성이 우수한 세라믹스질의 특성을 활용하여, 보일러 등의 연소 장치, 또는 디젤 엔진 등의 내열 기관, 화학 반응 기기, 연료 전지용 개질기 등에 적용되는 촉매 담체, 혹은 배출 가스 중의 입자상 물질을 수집 제거하는 필터 등의 각종 용도에 널리 이용되고 있다.

이들 허니컴 구조체는 그 외주 측면을 파지하여 케이스 내에 설치되지만, 계속적으로 큰 진동을 받는 엔진 근방에 설치되는 경우 등과 같이, 그 외주를 큰 힘으로 파지하여 설치하는 경우가 많다. 따라서, 비교적 큰 힘으로 파지하여 케이스 내에 설치한 경우라도 파손 등이 발생하는 일이 없도록 외주 측면에서의 압축 강도가 큰 것도 실용적으로 매우 중요하다.

또한, 예컨대 배출 가스 정화 필터로서 이용하는 허니컴 구조체에서는, 허니컴 구조체 내에 저장된 카본 미립자를 연소 및 제거하는 필터 재생 공정이 행해진다. 이 필터 재생 공정은 허니컴 구조체를 국소적인 고온화에 노출시키는 것으로, 이 때 허니컴 구조체는 각 부위 사이에서의 열팽창 교차(較差)에 기인하여 국소적으로 열응력이 증대하기 때문에 비교적 짧은 기간의 사용으로 크랙 등이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있다.

더욱이, 배출 가스 정화용의 촉매체 또는 필터 등으로서 이용되는 허니컴 구조체에 있어서는, 열용량의 저감, 압력 손실의 저감, 또는 수집 효율의 향상 등을 더욱 도모함으로써 정화 성능을 각별히 향상시킬 것이 요구되고 있고, 그에 대응하여 허니컴 구조체의 격벽의 박벽화나 고기공율화가 진행되고 있다.

그런데, 국소적인 고온화에 노출됨으로 인한 크랙 등의 발생 문제에 대한 대응책의 하나로서 원하는 형상을 갖도록 복수의 허니컴 세그먼트를 접합재를 통해 접합하여 제조한 허니컴 구조체가 제안되어 있다(특허 공고 소61-51240호 공보 및 특허 공개 평8-28246호 공보 참조).

또한, 구조체 전체를 일체적으로 제조한 허니컴 구조체의 경우에는, 구조체의 외주를 큰 힘으로 파지했을 때에도 충분한 압축 강도를 부여하는 것으로서, 외주 부분의 격벽을 내부의 격벽보다도 두껍게 한 구조, 또는 해당 격벽의 기공율을 작게 한 구조가 제안되어 있다(특허 공개 소54-150406호 공보, 특허 공개 소55-147154호 공보 등 참조).

그러나, 복수의 세그먼트를 접합하여 구성한 소위 세그먼트 타입의 허니컴 구조체를 케이스에 파지하여 사용했을 때에 특정한 부위에서 선택적으로 생기는 파손의 방지책에 관해서는 전혀 고려하고 있지 않고, 그 때문에 실장된 경우에 반드시 충분한 성능을 얻을 수 있는 것은 아니었다. 또한, 전체를 일체적으로 성형하여 제조한 허니컴 구조체에서는, 허니컴 구조체의 외주 부분의 격벽 전체를 내부의 격벽보다도 두껍게 하거나 기공율 등을 낮게 하고 있기 때문에, 열용량 및 압력 손실의 증대, 또는 수집 효율의 저감이 현저하고, 원하는 압축 강도를 만족시키면서, 시대의 요청에 따르는 높은 정화 성능을 달성할 수 없었다.

더욱이, 전체를 일체적으로 성형하여 제조한 허니컴 구조체에 있어서는, 외주 부분의 격벽을 내부의 격벽보다도 두껍게 한 허니컴 구조체나, 외주 부분의 셀 밀도를 내부의 셀 밀도보다도 크게 한 허니컴 구조체를 제조할 때는 압출 성형시에 격벽 두께나 셀 밀도를 크게 변화시키면 허니컴 구조체 각 부분에서 압출 저항에 있어서의 교차가 커져, 얻어지는 허니컴 구조체에 성형 불량이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 마찬가지로, 외주 부분의 격벽이 내부의 격벽보다도 기공율이 작은 허니컴 구조체 등을 제조할 때는 통상적으로 해당 부분에 사용하는 재료를 기공율이 작은 재료로 바꾸는 것으로 대응했지만, 이러한 방법에서는 격벽의 기공율에 있어서 원하는 변화를 갖게 하는 것이 매우 곤란했다.

도 1의 (a)는 본 발명에 따른 허니컴 구조체의 하나의 실시 형태를 모식적으로 도시하는 평면도이고, 도 1의 (b) 및 도 1의 (c)는 그 일부 확대도이다.

도 2는 본 발명에 따른 허니컴 구조체에 있어서 각 허니컴 세그먼트의 격벽에서의 허니컴 구조체 직경 방향 단면의 격벽 길이 방향과, 허니컴 구조체의 외주 접선과의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 일부 확대도이다.

도 3은 실시예 1의 허니컴 구조체와 비교예 1의 허니컴 구조체에 관한 압축 강도의 결과를 도시하는 그래프이다.

또, 상기 도면에 있어서 하기 부호는 각각 이하에 도시한 바와 같은 부재 또는 구조체를 각각 도시한다.

(부호의 설명)

1, 1a, 1b 및 2는 각각 허니컴 세그먼트를, 3, 3a 및 3b는 각각 격벽을, 4는 유통 구멍을, 5는 외주(벽)를, 10은 허니컴 구조체를, 그리고 21은 접합재를 지시한다.

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 허니컴 구조체의 사용시에 크랙 등의 발생을 고도로 억제할 수 있는 동시에, 실용적으로 충분한 압축 강도를 유지하면서, 높은 정화 성능 등의 성능을 발휘할 수 있는 허니컴 구조체를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 전술한 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 우선 허니컴 세그먼트마다 격벽 두께, 격벽의 밀도, 셀 밀도, 또는 셀 형상 등의 압축 강도에 기여하는 구조를 변화시켜, 압축 강도가 큰 허니컴 세그먼트로 허니컴 구조체의 외주를 구성함으로써 전체를 일체로 제조하는 종래의 허니컴 구조체가 갖는 성형 불량 등의 문제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자는 더욱 연구를 거듭한 결과, 복수의 허니컴 세그먼트를 접합하여 형성한 허니컴 구조체를 케이스에 파지하여 사용한 때에는, 시멘트 등의 접합재의 존재로 인해 허니컴 구조체의 파지에 의해 하나의 허니컴 세그먼트에 걸린 응력이 해당 허니컴 세그먼트에 존재하는 격벽의 변형에 의해서만 완화될 수 있고, 해당 응력을 허니컴 구조체 전체의 격벽의 변형에 의해서 완화하는 것이 가능한 전체를 일체로 제작하는 허니컴 구조체와 달리, 그 구조 특질상, 각 허니컴 세그먼트에서 압축 강도에 교차를 발생시키기 쉬운 것을 발견했다. 또한, 파손 개소를 더욱 검토한 바, 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직한 단면에서의 격벽 길이 방향이 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서 허니컴 구조체의 외주 접선에 대하여 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트에서, 선택적으로 일어나는 것을 발견하여, 해당 허니컴 세그먼트에 대해서만 압축 강도를 크게 하는 구조를 적용함으로써 전술한 종래의 문제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시킨 것이다.

즉, 본 발명에 의하면 복수의 격벽이 서로 수직으로 교차하여, 격벽에 의해 규정되는 단면 형상(유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직 방향의 단면 형상을 의미함)이 사각형인 유통 구멍이 복수 형성되어 있는 복수의 허니컴 세그먼트의 접합체로 이루어지는 허니컴 구조체로서,

해당 허니컴 구조체의 외주부의 적어도 일부를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부가 해당 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 압축 강도가 큰 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체가 제공된다.

여기서, 본 명세서 중, 「압축 강도」란 각 허니컴 세그먼트를 접합한 허니컴 구조체를 정수압에 의해 가압했을 때에, 각 허니컴 세그먼트에서 파손을 일으키는 압력을 의미한다. 그러나, 여기서의 압축 강도는 주로 유통 구멍 유로 방향에 대하여 수직 방향의 압력에 대한 것이다.

본 발명에 있어서는, 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트 중에서, 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직한 단면에서의 격벽 길이 방향(이하, 단순히 「격벽 길이 방향」이라고도 함)과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트가 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 압축 강도가 큰 구조를 갖는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로는, 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트 중에서, 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트가 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 평균 격벽 두께가 큰 격벽으로 구성되거나, 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 기공율이 작은 격벽으로 구성되거나, 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 셀 밀도가 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트 중에서, 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트가 단면 형상이 사각형인 각 유통 구멍의 대각을 연결하는 격벽을 추가로 갖고, 각 격벽 사이에 직경 방향의 단면 형상이 3각형인 유통 구멍이 형성되어 있는 것도 바람직하다.

더욱, 본 발명에 따르면, 복수의 격벽이 서로 수직으로 교차하여, 각 격벽 사이에 직경 방향의 단면 형상이 사각형인 유통 구멍이 복수 형성되어 있는 복수의 허니컴 세그먼트를 접합하여 이루어지는 허니컴 구조체로서, 허니컴 구조체의 외주를 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 0° 이상 내지 20° 미만, 또는 70°보다 크고, 90° 이하로 되는 격벽만으로 이루어지는 허니컴 세그먼트로 구성하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체가 제공된다.

이상과 같이 본 발명에 있어서는 단순히 허니컴 구조체의 외주부를 압축 강도가 큰 구조로 하는 것이 아니고, 허니컴 구조체를 구성하는 허니컴 세그먼트 단위로 격벽 두께, 격벽의 밀도, 또는 셀 밀도 등의 압축 강도에 관여하는 구조를 변화시키고 있다. 따라서, 용이하게 허니컴 구조체의 각 부분에서 재료 등을 다르게 할 수 있어, 격벽의 밀도를 크게 변화시킬 수 있다. 마찬가지로, 격벽 두께나 셀 밀도를 크게 변화시키더라도 격벽의 변형이 전혀 없는 허니컴 구조체를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 「격벽 길이 방향이 소정의 외주 접선에 대하여 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트」라고 하는 특정한 위치에 설치하는 허니컴 세그먼트만을 격벽 두께, 격벽의 밀도, 및 셀 밀도 등을 크게 하기 때문에, 원하는 압축 강도를 유지하면서도 높은 정화 성능 등의 성능을 발휘할 수 있다. 특히, 박벽화, 고기공율화된 허니컴 구조체에서는 압축 강도의 확보도 중요하기 때문에 박벽화, 고기공율화에 의한 성능 향상의 요청을 만족시키면서, 실용상 필요한 압축 강도의 확보할 수 있는 점에서 유익하다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명에 있어서의 허니컴 구조체의 실시 형태를 모식적으로 도시하는 평면도이며, 도 1의 (b) 및 (c)는 허니컴 구조체에 있어서의 각각 특정한 위치에서의 허니컴 세그먼트의 일부 확대도이며, 도 2는 본 발명에 따른 허니컴 구조체에 있어서, 각 허니컴 세그먼트에 있어서의 격벽 길이 방향과 허니컴 구조체의 외주 접선과의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 일부 확대도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 허니컴 구조체(10)는 복수의 격벽(3) 사이에 단면 형상이 사각형인 복수의 유통 구멍(4)을 갖는 허니컴 세그먼트(1, 2)를 복수 접합하여 이루어지며, 허니컴 구조체(10)의 외주(5)를 구성하는 허니컴 세그먼트(1)의 적어도 일부(1a)가 허니컴 구조체(10)의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트(2)보다 압축 강도가 큰 구조를 갖는 것이다.

이하, 구체적으로 설명한다.

본 발명에 있어서의 허니컴 구조체(10)는 적어도 물리적인 성질이 상이한 복수의 허니컴 세그먼트, 예컨대 주로 주변부에 배치되는 세그먼트(1)와 주로 중앙부에 배치되는 세그먼트(2)로 이루어지는 접합체이며, 허니컴 구조체가 SiC 등의 열팽창율이 큰 재료로 구성되어 있더라도, 사용시의 국소적인 열응력의 발생을 저감하여 크랙 등의 발생을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 접합체를 구성하는 각 허니컴 세그먼트는 서로 수직으로 교차하는 각 격벽(3) 사이에서 규정되는 복수의 유통 구멍(4)의 단면 형상이 사각형, 즉 정사각형이나 직사각형이기 때문에 각 세그먼트의 압출 성형용의 입구 부재의 제작이 매우 용이할 뿐만 아니라, 얻어지는 허니컴 구조체의 내열충격성도 향상시킬 수 있는 것이다.

더욱, 본 발명의 허니컴 구조체(10)에 있어서는 그 외주(5)를 구성하도록 배치되는 일련의 허니컴 세그먼트(1) 내의 일종인 1a가 허니컴 구조체(10)의 외주(5)를 구성하는 데 사용되는 세그먼트 이 외의 세그먼트인 허니컴 세그먼트(2)보다 압축 강도가 큰 구조(이하, 「고강도 구조」라고도 지칭함)를 갖고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 위치에 따라 격벽의 두께가 다른 일체형의 허니컴 구조체를 제조할 때에 압출 저항 교차에 의한 격벽의 변형 등을 전혀 발생시키는 일없이, 원하는 압축 강도를 갖는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 유통 구멍(4)의 유로 방향에 대하여 수직한 단면에 있어서 격벽 길이 방향(X)이 허니컴 구조체(10)의 외주 접선(T)에 대하여 격벽(3)이 20∼70°의 각도로 되는 위치(C)에 위치하는 외주벽(5)의 일부분에 해당 고강도 구조를 배치한 허니컴 세그먼트에서는, 전술한 각도로 되는 격벽(3a)을 포함하는 허니컴 세그먼트(이하, 단순히 「저강도 허니컴 세그먼트」라고도 지칭함)(1a)를 배치하는 것이 바람직하며, 해당 격벽 길이 방향(X)이 해당 외주 접선(T)에 대하여 30∼60°의 각도로 되는 격벽(3a)을 포함하는 허니컴 세그먼트(1a)를 배치하는 것이 보다 바람직하며, 해당 격벽 길이 방향(X)이 해당 외주 접선(T)에 대하여 40∼50°의 각도로 되는 격벽(3a)을 포함하는 허니컴 세그먼트(1a)를 배치하는 것이 특히 바람직하다.

허니컴 세그먼트를 접합하여 이루어지는 허니컴 구조체에서는, 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직한 단면에서 격벽 길이 방향(X)이 상기 범위로 되는 격벽(3a)을 포함하는 허니컴 세그먼트(1a)는 압축 강도가 매우 작기 때문에 해당 개소를 허니컴 세그먼트(1a)를 사용하여 집중적으로 보강함으로써 압축 강도를 효과적으로 크게 하면서, 열용량 및 압력 손실의 증대, 또는 수집 효율의 저감을 극력 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 점점 엄격해지는 시대의 요청에 따른 높은 정화 성능을 발휘할 수 있다. 즉, 세그먼트(1a)는 캐닝 시에 경사 방향(소위 C축)으로부터 압축되기 때문에, 전체에 압축 하중이 걸렸을 때에 최초로 파괴되는 부위에 위치한다. 따라서, 그 부위를 집중적으로 보강함으로써 다른 영향을 최소한으로 억제하면서 강도 증대를 도모할 수 있다고 하는 효과가 발휘되게 된다.

본 발명에 있어서의 허니컴 구조체(10)의 외주부를 구성하는 복수의 허니컴 세그먼트(1) 중 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트인 1b나 2에 비교해서 격벽의 평균 두께가 두꺼운 것, 격벽의 평균 기공율이 작은 것, 또는 큰 셀 밀도를 갖는 것을 상기 저강도 허니컴 세그먼트(1a)로서 사용하여 설치할 수 있다.

본 발명에 있어서는 고강도 구조를 전술한 성질을 갖는 세그먼트의 일종만으로서 저강도 허니컴 세그먼트(1a)를 구성하여도 좋지만, 전술한 바와 같이 집중적으로 보강함으로써 정화 성능 등의 성능을 손상시키는 일없이 압축 강도를 확보할 수 있다는 점에서는 이들 고강도 구조를 2종 이상 조합시킨 것을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는 각 허니컴 세그먼트(1, 2)의 격벽 두께에 관해서 특별히 제한은 없지만, 압력 손실이나 열용량의 증대 등을 억제하여 원하는 정화 성능을 발휘시키면서 국소적인 격벽의 파손을 방지한다고 하는 점에서는 저강도 허니컴 세그먼트(1a)의 격벽(3a)의 두께와 그 외의 허니컴 세그먼트(1b 및 2)의 격벽의 두께의 비(저강도 허니컴 세그먼트의 평균 격벽 두께/기본 허니컴 세그먼트의 평균 격벽 두께)가 1.1∼5.0인 것이 바람직하며, 1.2∼3.0인 것이 보다 바람직하며, 1.2∼2.0인 것이 특히 바람직하다.

또한, 1a를 포함하는 각 허니컴 세그먼트의 격벽(3)은 압력 손실이나 열용량의 증대 등을 억제하여 원하는 정화 성능을 발휘시키기 위해서는 전술한 관계가 성립하는 한은, 그 최대 격벽 두께는 0.03∼1.3 mm인 것이 바람직하며, 0.05∼0.8 mm인 것이 보다 바람직하며, 0.1∼0.5 mm인 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 있어서는 각 허니컴 세그먼트를 구성하는 격벽(3)의 평균 기공율에 관해서도 특별히 제한은 없지만, 열용량의 증대 및 수집 효율의 저감을 억제하여 원하는 정화 성능을 발휘시키면서 국소적인 격벽의 파손을 방지한다고 하는 점에서 저강도 허니컴 세그먼트(1a)를 구성하는 격벽(3a)의 평균 기공율을 기본 허니컴 세그먼트(1b, 2)를 구성하는 격벽(3b)의 평균 기공율에 대하여 5∼90% 작게 하는 것이 바람직하며, 10∼70% 작게 하는 것이 보다 바람직하며, 10∼45% 작게 하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 임의의 허니컴 세그먼트를 구성하는 격벽에 있어서 압력 손실이나 원하는 기계 강도를 확보하기 위해서는, 전술한 관계가 성립하는 한은 격벽의 평균 기공율은 5∼80%인 것이 바람직하며, 10∼70%인 것이 보다 바람직하며, 20∼65%인 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 있어서는 각 허니컴 세그먼트의 셀 밀도에 관해서도 특별히 제한은 없지만, 압력 손실의 증대를 방지시키면서 국소적인 격벽의 파손을 방지하기 위해서는 저강도 허니컴 세그먼트(1a)의 셀 밀도를 기본 허니컴 세그먼트(1b, 2)의 셀 밀도에 대하여 10∼400% 크게 하는 것이 바람직하며, 15∼200% 크게 하는 것이 보다 바람직하며, 20∼100% 크게 하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 임의의 허니컴 세그먼트(1, 2)에 있어서 압력 손실이나 원하는 기계 강도를 확보하기 위해서는, 전술한 관계가 성립하는 한은 셀 밀도는 100∼1500 셀/in²(15.5∼232.5 셀/cm²)인 것이 바람직하며, 150∼1200 셀/in²(23.3∼186.0 셀/cm²)인 것이 보다 바람직하며, 200∼900 셀/in²(31.0∼139.5 셀/cm²)인 것이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기 고강도 구조를 허니컴 세그먼트 단위로 설치하고 있기 때문에, 성형할 때 등에 있어서의 격벽의 변형 등을 발생시키는 일없이, 고강도 구조를 갖는 허니컴 구조체로 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 격벽 두께가 O.1 mm 이하인 박벽의 허니컴 구조체나, 기공율 50% 이상인 고기공율의 허니컴 구조체에 있어서, 저강도 허니컴 세그먼트(1a)의 평균 격벽 두께와 기본 허니컴 세그먼트(1b, 2)의 평균 격벽 두께의 비를 1.4∼2.0으로 하거나, 저강도 허니컴 세그먼트(1a)를 구성하는 격벽의 기공율을 기본 허니컴 세그먼트(1b, 2)를 구성하는 기공율에 대하여 3∼45% 작게 하거나, 저강도 허니컴 세그먼트의 셀 밀도를 기본 허니컴 세그먼트의 셀 밀도에 대하여 20∼100% 크게 함으로써 박벽화나 고기공율화에 의한 높은 성능을 확보하면서 압축 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 고강도 구조로서는, 저강도 허니컴 세그먼트(1a)에 단면 형상이 사각형인 각 유통 구멍의 대각을 연결하는 격벽을 추가로 설치하여, 각 격벽 사이에 단면 형상이 3각형인 유통 구멍을 형성한 것을 예를 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 저강도 허니컴 세그먼트(1a)의 모든 유통 구멍 중 해당 단면 형상이 3각형인 유통 구멍을 마련한 비율은 격벽 두께, 기공율 등의 압축 강도에 관여하는 다른 구조 및 사용 조건 등을 고려하여 적절한 범위로 하면 좋다. 단, 압력 손실의 증대를 억제하면서 압축 강도를 효과적으로 향상시키기 위해서는 저강도 허니컴 세그먼트(1a)의 모든 유통 구멍 중 해당 단면 형상이 3각형인 유통 구멍을 10∼70%의 비율로 마련하는 것이 바람직하며, 해당 단면 형상이 3각형인 유통 구멍을 30∼50%의 비율로 마련하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서의 고강도 구조로서는 허니컴 구조체(10)의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트(1) 중 도 2에 도시한 바와 같은 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직한 단면에서 격벽 길이 방향(X)과 각 격벽(3)이 외주벽(5)에 접속하는 위치(C)에서 허니컴 구조체(10)의 외주 접선(T)과 상기 각도 범위를 이루는 격벽(3a)을 포함하는 허니컴 세그먼트(1a)를 해당 범위 이 외의 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트로 치환한 것, 즉 허니컴 구조체(10)의 외주(5)를 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직한 단면에서 격벽 길이 방향(X)과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치(C)에서 허니컴 구조체(10)의 외주 접선(T)과 이루는 각도가 0°이상이면서 20°미만, 또는 70°보다 크고 90° 이하로 되는 격벽만으로 이루어지는 허니컴 세그먼트로 구성하는 것을 예를 들 수 있다.

이러한 고강도 구조에서는 전술한 격벽 두께나 격벽의 기공율 등을 전혀 변경하지 않고, 원하는 압축 강도를 얻을 수 있기 때문에 압력 손실이나 열용량의 증대 등을 더욱 억제할 수 있어, 보다 높은 정화 성능 등을 발휘할 수 있다. 또, 본 발명에 있어서는 허니컴 세그먼트(1, 2)마다 해당 격벽 길이 방향(X)을 조정할 수 있기 때문에 일체로 제작되는 허니컴 구조체와 달리, 복잡한 형상의 입구 부재의 제작이 불필요하며, 성형 시의 압출 저항 교차에 의한 격벽의 변형이 발생하는 일도 없다.

본 발명에 있어서 허니컴 구조체(10)의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트(1)는 압축 강도를 보다 효과적으로 높이기 위해서 상기 격벽 길이 방향(X)과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치(C)에서의 외주 접선과 이루는 각도를 0° 이상이면서 20°미만으로, 또는 70°보다 크고 90° 이하로 되는 격벽만으로 이루어지는 것이 바람직하며, 해당 격벽 길이 방향과 해당 외주 접선이 이루는 각도가 0° 이상이면서 15°미만으로, 또는 75°보다 크고 90° 이하로 되는 것이 보다 바람직하다.

또, 이상에서는 본 발명에 있어서의 고강도 구조 중 주요부를 설명했지만, 본 발명의 허니컴 구조체에 있어서는 압축 강도를 크게 할 수 있는 구조이면 다른 고강도 구조를 마련하더라도 되는 것은 물론이며, 예컨대 허니컴 구조체를 알루미나 등에 담지된 촉매 등을 코팅하거나, 또는 함침시킴으로써 재료 강도를 향상시키더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 있어서 허니컴 세그먼트(1, 2)의 재질로서는, 예컨대 무배향 코디어라이트, 배향 코디어라이트, 멀라이트-지르콘, 멀라이트, 지르콘, 코디어라이트-멀라이트, 멀라이트-티탄산알루미늄, 클레이본드 탄화규소, 탄화규소, 금속 실리콘 및 지르코니아-스피넬 등으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 주결정상으로 하는 세라믹스를 예로 들 수 있고, 그 중에서도 내열성과 동시에 열전도성이 우수하여 필터 전체의 높은 열전도성을 확보하여 필터 각부의 열응력을 저감할 수 있다는 점에서 탄화규소, 또는 금속 실리콘 및 탄화규소를 주결정으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는 허니컴 구조체(10)를 구성하는 허니컴 세그먼트(1, 2)의 수에 관해서 특별히 제한은 없지만, 국소적인 열응력의 발생을 저감하기 위해서는 허니컴 구조체(10)를 9개 이상의 허니컴 세그먼트(1, 2)로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 파지 시의 파손이 발생하기 쉬운 부분만을 집중적으로 강도 향상시켜, 정화 성능 등의 기본 성능을 저감시키지 않도록 하기 위해서 허니컴 구조체(10)의 외주(5)를 8개 이상의 허니컴 세그먼트(1)로 구성하는 것이 바람직하며, 12개 이상의 허니컴 세그먼트(1)로 구성하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 유통 구멍(4)의 형상은 단면 형상이 사각형이면 좋고, 예컨대 단면형상이 정사각형, 직사각형 등의 것을 예로서 들 수 있다. 그러나, 허니컴 구조체(10)의 내열충격성을 보다 향상시키기 위해서는 직경 방향의 단면 형상이 직사각형인 것이 바람직하다. 한편, 직경 방향의 단면 형상이 정사각형인 유통 구멍을 채용하면 허니컴 구조체(10)의 압축 강도를 향상시킬 수 있기 때문에, 허니컴 구조체(10)의 외주(5)를 구성하는 허니컴 세그먼트(1)의 적어도 일부에 대해서는 해당 직경 방향의 단면 형상이 정방형인 유통 구멍을 갖는 것으로 하여도 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 허니컴 구조체를 배출 가스 정화 필터로서 이용하는 경우에는, 각 허니컴 세그먼트(1, 2)에 있어서의 복수의 유통 구멍(4)을 해당 유통 구멍(4)이 개구하는 양단면에서 플러깅재에 의해 번갈아서 플러깅한 구조로 하면 좋다.

또한, 본 발명에 따른 허니컴 구조체(10)를 촉매체로서 이용하는 경우에는 격벽(3)에, 예컨대 Pt, Pd, Rh 등의 촉매능을 갖는 금속을 담지시키면 좋다.

본 발명의 허니컴 구조체(10)는 전술한 허니컴 세그먼트(1, 2)를 접합하여 일체화한 것이지만, 그 접합 구조, 접합재 종류 등에 관해서는 특별히 제한은 없고, 예컨대 서로 인접하는 허니컴 세그먼트(1a, 1b)를 각각 대향하는 측면의 일부에서 접합제(21)에 의해 접합하여도 좋고, 해당 대향하는 측면의 전체에서 접합제(21)에 의해 접합하여도 좋다〔도 1의 (a)에서는 측면의 전체에서 접합한 예를 도시하고 있음). 또한, 접합재(21)로는 내열성, 내열충격성이 우수한 점에서 내열성 무기 화합물을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 내열성 무기 화합물로서는, 예컨대 전술한 허니컴 세그먼트(1, 2)와 같은 세라믹스, 금속을 함유하는 섬유 재료, 또는 수화(水和) 시멘트 혹은 열경화 시멘트 등의 시멘트 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 허니컴 구조체(10)를 구성하는 각 세그먼트를 세라믹스질의 허니컴 구조체에서 통상적으로 실행되는 방법으로 제조하여, 이것을 세라믹질의 구조체의 접합에 사용된 방법으로 접합하면 좋다. 예컨대, 원하는 세라믹스 재료에 바인더 및 분산제 등을 첨가한 원료와 원하는 양의 물을 혼련한 배토를 얻어, 이 배토를 압출 성형 등에 의해 원하는 형상의 허니컴 세그먼트로 성형하여, 건조후, 또는 추가 소성후, 각 허니컴 세그먼트를 접합함으로써 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 기초하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1)

세라믹스 원료로서 SiC 분말 75 중량% 및 금속 Si 분말 25 중량%의 혼합 분말을 사용하여, 이 혼합 분말 100 중량부에 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로폭실 메틸 셀룰로오스로 이루어지는 바인더 6 중량부와, 계면활성제 0.8 중량부와, 물 22 중량부를 투입, 반죽기로 반죽하여 가소성의 배토를 얻었다.

계속해서, 이 배토를 압출 성형하여, 도 1의 (a)와, 2에 도시한 바와 같이 원통형의 외관을 갖는 허니컴 구조체(10)를 축방향으로 16 부분으로 분할한 형상에 대응하는 허니컴 세그먼트(1a, 1b 및 2)를 성형하였다. 이 때, 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직 방향의 단면에서 격벽 길이 방향(X)과 각 격벽(3)이 외주벽(접합 후에 허니컴 구조체의 외주벽을 구성함)(5)에 접속하는 위치에서의 외주 접선(T)이 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 4개의 허니컴 세그먼트(1a)를 모든 격벽의 두께를 0.432 mm로 하고, 외관의 치수를 35 mm ×35 mm ×154 mm로 했다. 한편, 그 외의 허니컴 세그먼트(1b, 2)에 관해서는 모든 격벽의 두께를 0.304 mm으로 했다. 또한, 모든 허니컴 세그먼트(1, 2)에서 유통 구멍(4)의 단면형상은 정방형으로 하고, 셀 밀도는 300 셀/in²(46.5 셀/cm²)로 했다.

계속해서, 각 허니컴 세그먼트를 마이크로파 및 열풍으로 건조한 후, 각 허니컴 세그먼트의 측면에 시멘트로 이루어지는 접합제를 도포하여, 각 허니컴 세그먼트를 접합, 일체화한 후, Ar 분위기속에서 약 1550℃로 소성하여, 143 mmφ×154 mmL의 허니컴 구조체를 제조했다. 또, 각 허니컴 세그먼트를 구성하는 격벽의 기공율은 거의 52%로 동일했다.

(비교예 1)

실시예 1에 있어서 도 1 및 도 2에 도시하는 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직 방향의 단면에서의 격벽 길이 방향(X)과 각 격벽(3)이 외주벽(접합 후에 허니컴 구조체의 외주벽을 구성함)(5)에 접속하는 위치에서의 외주 접선(T)과 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 4개의 허니컴 세그먼트(1a)에 관해서도 격벽의 두께를 0.304 mm으로 설정한 것 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 허니컴 구조체를 제조했다.

(평가 방법)

실시예 1 및 비교예 1에 기재한 제조 방법으로 제작한 허니컴 구조체를 각각 5개 제작하여, 이하에 나타내는 압축 강도를 평가하였다.

우선, 각 허니컴 구조체와 동일 직경의 금속제의 판으로 허니컴 구조체의 양단부를 덮고, 또한 허니컴 구조체와 동일 직경의 고무 튜브로 금속제의 판을 고정시킨 후, 해당 고무 튜브와 그 주변에 고무 테이프를 접착하여 물이 들어가지 않도록 밀폐했다.

다음에, 이 상태로 허니컴 구조체를 수중에 침적하여, 허니컴 구조체의 임의의 개소가 파손될 때까지 수압을 올려, 파손 시의 수압을 압축 강도(MPa)로서 평가했다.

(평가 결과)

도 3에 도시한 바와 같이 격벽 두께를 전부 동일하게 한 비교예 1의 허니컴 구조체에서는 압축 강도가 약 2 MPa인 데 비하여, 특정 허니컴 세그먼트에 관해서만 격벽 두께를 0.304 mm에서 0.432 mm로 한 실시예 1의 허니컴 구조체에서는 압축 강도가 약 4 MPa로 비약적으로 향상했다. 또한, 파손 형태에 있어서도, 비교예 1의 허니컴 구조체에서는 도 1의 (a)에 도시하는 허니컴 세그먼트(1a)에서 선택적으로 격벽의 파손이 발생한 데 비하여, 실시예 1의 허니컴 구조체에서는 파손 개소에 특별한 규칙성은 확인되지 않았고, 실시예 1의 허니컴 구조체에 있어서의 압축 강도의 비약적 향상이 특정 허니컴 세그먼트를 특정한 개소에 사용함으로써 집중적으로 보강되는 것으로 확인되었다. 또한, 실시예 1의 허니컴 구조체와 같은 구성을 갖는 경우에는 모든 격벽의 두께를 0.432 mm으로 했을 때에도 상기 실시예 1의 허니컴 구조체와 거의 같은 압축 강도를 얻을 수 있고, 또한 압력 손실이나 열용량은 비교예의 허니컴 구조체보다 매우 작은 것으로 당연히 기대할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 허니컴 구조체의 사용시에 크랙 등의 발생을 고도로 억제할 수 있는 동시에, 실용상 충분한 압축 강도를 유지하면서 높은 정화 성능 등의 성능을 발휘할 수 있는 허니컴 구조체를 제공할 수 있다.

Claims

복수의 격벽이 서로 수직으로 교차하여, 격벽에 의해 규정되는 단면 형상이 사각형인 유통 구멍이 복수 형성되어 있는 복수의 허니컴 세그먼트의 접합체로 이루어지는 허니컴 구조체로서,

해당 허니컴 구조체의 외주부의 적어도 일부를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부가 해당 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 압축 강도가 큰 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
제1항에 있어서, 상기 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부에 배치되며, 유통 구멍의 유로 방향에 대한 수직 단면의 격벽 길이 방향과, 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트는 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 압축 강도가 큰 구조를 갖는 것인 허니컴 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부분에 배치되며, 유통 구멍의 유로 방향에 대한 수직 단면의 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트는 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 평균 격벽 두께가 큰 격벽으로 구성되는 구조를 갖는 것인 허니컴 구조체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부분에 배치되며, 유통 구멍의 유로 방향에 대한 수직 단면의 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선과 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트는 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 평균 기공율이 작은 격벽으로 구성되는 구조를 갖는 것인 허니컴 구조체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부분에 배치되며, 유통 구멍의 유로 방향에 대한 수직 단면의 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선과 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트는 허니컴 구조체의 그 외의 부위를 구성하는 허니컴 세그먼트보다 큰 셀 밀도를 갖는 것인 허니컴 구조체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허니컴 구조체의 외주를 구성하는 허니컴 세그먼트의 적어도 일부분에 배치되며, 유통 구멍의 유로 방향에 대한 수직 단면의 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선과 이루는 각도가 20∼70°로 되는 격벽을 포함하는 허니컴 세그먼트는 단면 형상이 사각형인 각 유통 구멍의 대각을 연결하는 격벽을 더 구비하고, 각 격벽 사이에 직경 방향의 단면 형상이 3각형인 유통 구멍이 형성되어 있는 것인 허니컴 구조체.
복수의 격벽이 서로 수직으로 교차하여, 각 격벽 사이에 직경 방향의 단면 형상이 사각형인 유통 구멍이 복수 형성되어 있는 복수의 허니컴 세그먼트를 접합하여 이루어지는 허니컴 구조체로서,

해당 허니컴 구조체의 외주를 해당 유통 구멍의 유로 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서의 격벽 길이 방향과 각 격벽이 외주벽에 접속하는 위치에서의 허니컴 구조체의 외주 접선이 이루는 각도가 0°이상 20°미만, 또는 70°초과 90° 이하로 되는 격벽만으로 이루어지는 허니컴 세그먼트로 구성되는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.