KR20050116793A

KR20050116793A - 벌집형 구조체

Info

Publication number: KR20050116793A
Application number: KR1020057009848A
Authority: KR
Inventors: 데루오 고모리; 가즈시게 오오노; 홍성태; 유끼오 오시미
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-13
Also published as: CN100360768C; DE602004011997D1; JPWO2004111398A1; EP1541817B1; PL1541817T3; US20060032203A1; ATE349605T1; PL1752630T3; WO2004111398A1; DE202004021448U1; DE602004011997T2; DE602004003885T2; EP1752630A1; EP1752630B1; DE602004003885D1; EP1541817A1; ATE386874T1; KR100692355B1; JP4969103B2; US8246710B2

Abstract

본 발명은 미립자를 포집하였을 때의 압력 손실이 낮고, 또한 재생 처리를 행하여도 압력 손실을 장시간 낮은 상태로 유지하는 것이 가능한 긴 수명의 벌집형 구조체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이고, 본 발명의 벌집형 구조체는 다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 블럭으로 이루어지는 벌집형 구조체이며, 상기 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 커지도록 상기 벌집형 구조체의 한쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 대용적 관통 구멍군과, 상기 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록 상기 벌집형 구조체의 다른쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 소용적 관통 구멍군으로 이루어지고, 상기 관통 구멍 벽면의 표면 거칠기(R_y)는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 한다.

Description

벌집형 구조체{HONEYCOMB STRUCTURE BODY}

본 출원은 2003년 6월 5일에 출원된 일본국 특허 출원 2003-161261호를 기초 출원으로 하여 우선권 주장하는 출원이다.

본 발명은 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 미립자 등을 제거하는 필터로서의 용도 등에 이용되는 벌집형 구조체에 관한 것이다.

버스, 트럭 등의 차량이나 건설 기계 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에 함유되는 매연 등의 미립자가 환경이나 인체에 해를 미치는 것이 최근 문제가 되어 있다.

이 배기 가스를 다공질 세라믹을 통과시켜, 배기 가스 중의 미립자를 포집하고, 배기 가스를 정화할 수 있는 세라믹 필터가 다양하게 제안되어 있다.

종래, 이러한 종류의 벌집형 필터로서, 상대적으로 용적이 큰 관통 구멍(이하, 대용적 관통 구멍이라 함)과, 상대적으로 용적이 작은 관통 구멍(이하, 소용적 관통 구멍이라 함)의 2종류의 관통 구멍을 마련하여 대용적 관통 구멍의 배기 가스 출구측의 단부를 밀봉재에 의해 밀봉하는 동시에, 소용적 관통 구멍의 배기 가스 입구측의 단부를 밀봉재에 의해 밀봉함으로써 입구측이 개방된 관통 구멍(이하, 입구측 관통 구멍이라고도 함)의 표면적을 출구측이 개방된 관통 구멍(이하, 출구측 관통 구멍이라고도 함)의 표면적에 비해 상대적으로 크게 하고, 미립자 포집 시의 압력 손실의 상승을 억제한 필터가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2의 도17 참조).

또한, 상기 입구측 관통 구멍의 수를 상기 출구측 관통 구멍의 수보다도 많게 함으로써, 마찬가지로 입구측 관통 구멍의 표면적을 출구측 관통 구멍의 표면적에 비해 상대적으로 크게 하여 미립자 포집 시의 압력 손실의 상승을 억제한 필터가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2의 도3 참조).

특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시된 배기 가스 정화용 필터에 이용되는 벌집형 필터는 입구측 관통 구멍의 표면적의 총량과 출구측 관통 구멍의 표면적의 총량이 동등한 벌집형 필터와 비교하면, 입구측 관통 구멍의 표면적이 상대적으로 크기 때문에, 포집한 미립자의 퇴적층이 얇아지고, 상술한 바와 같이 미립자 포집 시의 압력 손실의 상승을 억제할 수 있다.

또한, 일정량의 미립자를 포집한 후, 포스트인젝션 방식 등 엔진 제어를 행함으로써 배기 가스 온도를 올리거나, 벌집형 구조체보다도 배기 가스의 상류측에 설치한 히터의 온도를 올림으로써, 미립자를 연소시킬 때, 미립자가 고온 가스와 접촉하여 연소되기 쉬우므로, 미립자의 연소 스피드를 빠르게 할 수 있다.

그러나, 상술한 종래의 벌집형 필터는 미립자를 연소시켰을 때에 재로서 남는 애쉬는 이동하지 않고 관통 구멍의 벽면 상에 그대로 퇴적된다. 이로 인해, 격벽에 형성되어 있는 기공이 막히거나, 애쉬가 브릿지를 형성하여 관통 구멍이 막히는 현상이 일어나 압력 손실이 급상승하게 되는 문제가 발생하기 쉬운 것이 판명되었다.

또한, 특허문헌 2의 도17에 개시된 벌집형 필터는 대용적 관통 구멍의 표면적을 상대적으로 크게 함에 따라서, 벌집형 필터를 구성하는 벌집형 구조체의 중량이 감소되는 경향이 나타나고, 그로 인해 열용량이 저하되어 열응답성이 양호해진다. 그 결과, 미립자의 연소 스피드가 지나치게 빨라져 애쉬가 이동하지 않고 관통 구멍의 벽면 상에 그대로 퇴적되므로, 애쉬가 브릿지를 형성하여 관통 구멍이 막힘을 일으키고 압력 손실이 급상승하게 되는 문제가 발생하기 쉬운 것이 판명되었다.

특허문헌 1 : 특허 제3130587호 공보

특허문헌 2 : 미국 특허 제4417908호 공보(도3, 도17 등)

도1은 본 발명의 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도2의 (a)는 도1에 도시한 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일예를 개략적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 다공질 세라믹 부재의 A-A선 단면도이다.

도3의 (a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일예를 개략적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 벌집형 구조체의 B-B선 단면도이다.

도4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 길이 방향에 수직인 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도5의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.

도6은 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일예를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.

도7은 본 발명의 벌집형 구조체를 이용한 배기 가스 정화 장치의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도8은 종래의 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도9는 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도10은 실시예, 비교예 및 참고예에 관한 벌집형 구조체의 관통 구멍 밀도와 압력 손실의 관계를 나타낸 그래프이다.

도11은 실시예, 비교예 및 참고예에 관한 벌집형 구조체의 관통 구멍 벽면의 면조도와 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.

[부호의 설명]

10, 30 : 벌집형 구조체

13, 14 : 밀봉재층

15 : 세라믹 블럭

20, 40, 50, 70 : 다공질 세라믹 부재

21a, 31a, 41a, 51a, 71a : 대용적 관통 구멍

21b, 31b, 41b, 51b, 71b : 소용적 관통 구멍

22 : 밀봉재

23, 43, 53, 73 : 격벽

33 : 벽부

160, 170, 180, 260, 270, 280 : 다공질 세라믹 부재

161a, 171a, 181a, 261a, 271a, 281a : 대용적 관통 구멍

161b, 171b, 181b, 261b, 271b, 281b : 소용적 관통 구멍

163, 173, 183, 263, 273, 283 : 벽부

60 : 다공질 세라믹 부재

61a : 대용적 관통 구멍

61b : 소용적 관통 구멍

62a, 62b : 벽부

본 발명은 이들 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 미립자를 포집하였을 때의 압력 손실이 낮고, 또한 재생 처리를 행하여도 압력 손실을 장시간 낮은 상태로 유지하는 것이 가능한 긴 수명의 벌집형 구조체(필터)를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 블럭으로 이루어지는 벌집형 구조체이며,

상기 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 커지도록 상기 벌집형 구조체의 한쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 대용적 관통 구멍군(群)과, 상기 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록 상기 벌집형 구조체의 다른쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 소용적 관통 구멍군으로 이루어지고,

상기 관통 구멍 벽면의 표면 거칠기(R_y)는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체이다.

이하, 본 발명의 벌집형 구조체에 대해 설명한다.

본 발명에서는 관통 구멍 벽면의 JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)를 10 내지 100 ㎛로 하고 있으므로, 관통 구멍 벽면의 기공과 입자도 적절하게 배치되어 적절한 요철을 형성하고 있고, 이와 같은 요철에 기인하여 미립자의 축적 상태가 바뀌고, 미립자를 포집하였을 때의 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다.

또한, 재생 처리를 행하였을 때에는 애쉬가 관통 구멍 내를 배기 가스의 출구측까지 이동하기 쉽고, 관통 구멍의 벽면에 애쉬에 기인하는 막힘이 발생하기 어렵기 때문에, 대용적 관통 구멍의 용적을 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 압력 손실을 장시간에 걸쳐서 낮은 상태로 유지할 수 있고, 엔진으로의 부하를 저감시킬 수 있는 동시에, 긴 수명의 벌집형 구조체를 제공할 수 있다. 이로 인해, 역세정 등의 보수 비용을 낮게 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서, 압력 손실이 낮아지는 메커니즘은 결정되지 않지만, 다음과 같다고 생각된다.

본 발명의 벌집형 구조체는 대용적 관통 구멍군과 소용적 관통 구멍군을 갖고 있고, 그 양단부면에 있어서의 개구율이 다른 것이다. 이와 같은 벌집형 구조체에 있어서는 구조상 대용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍끼리의 사이에 위치하는 격벽이 차지하는 비율이 많아진다. 반대로 말하면, 대용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍과 소용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍 사이에 위치하는 격벽이 차지하는 비율이 작아진다. 따라서, 직접 대용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍으로부터 소용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍으로 가스가 유입되기 어려워진다. 그로 인해, 양단부면의 개구율이 동일한 벌집형 구조체와 비교하면, 엔진의 배기량이 동일하면 격벽 내로 유입되는 가스의 흐름이 빨라지고, 그 결과, 미립자나 애쉬가 고밀도가 되어 격벽의 깊은 곳까지 침투하기 쉬워진다고 생각된다.

그와 같은 것에 대해 본 발명의 벌집형 구조체는, 또한 관통 구멍 벽면이 소정의 표면 거칠기를 갖는 것이다. 이와 같이, 관통 구멍 벽면의 표면 거칠기를 어느 정도 거칠게 한 경우, 그 부위에서의 그을음이나 애쉬의 축적 상태를 불균일하게 하거나, 가스의 흐름을 국소적으로 변경시키거나 하게 되어, 벽 내에 그을음이나 애쉬가 지나치게 들어가지 않도록 하거나, 그을음이나 애쉬의 박리가 가능해지기 쉽게 하거나 함으로써, 두꺼운 퇴적층을 만들지 않도록 할 수 있어 낮은 압력 손실이 된다고 생각된다.

그로 인해, 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 부분적으로는 그을음이나 애쉬의 축적량이 증가되지만, 그을음이나 애쉬의 박리가 가능하므로, 결과적으로는 압력 손실이 작아진다고 생각된다.

JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)가 100 ㎛를 넘으면 국소적으로 현저하게 높은 부위나, 국소적으로 현저하게 높은 부위가 격벽 상에 존재하게 된다. 그리고, 표면 거칠기가 지나치게 크면 미립자가 관통 구멍의 벽면에 불균일하고 지나치게 퇴적되거나, 벽 내에 침입하여 퇴적이 일어나므로, 미립자를 연소시킨 후에는 애쉬가 벽면 상이나 벽 내부에 잔류하는 곳과, 잔류하지 않는 곳이 발생하여 애쉬가 많이 잔류하는 곳에서는 막힘이나 브릿지를 형성하기 쉬워지고, 압력 손실이 높아지기 쉬워진다고 생각된다.

또한, 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)가 10 ㎛ 미만이면 관통 구멍의 벽면이 평탄해지고, 벽면이 평탄하면 가스의 유입이 일어나기 어려워져 상술한 박리의 효과를 향상시킬 수 없으므로, 압력 손실이 높아진다고 생각된다. 또한, 미립자가 벽면 상에 퇴적층을 만들어 애쉬 상에 고밀도로 퇴적되면 애쉬가 치밀화(부피 밀도가 오름)되므로, 박리되기 어려워진다. 또한, 가스의 유입이 일어나기 어려워지면 그을음이 연소되기 어려워지고, 그로 인해 재생이 곤란해져 압력 손실이 상승된다고 생각된다. 또한, 벌집형 구조체가 치밀한 상태에 근접하므로, 소량의 미립자의 퇴적에 의해 급격한 압력 손실의 상승이 발생하고, 엔진에 큰 부하가 가해져 미립자의 배출량이 불안정해진다. 이에 수반하여 미립자의 포집 상태도 불균일해지고, 재생을 행하였을 때에 애쉬가 브릿지를 형성하여 기공으로의 막힘이 발생하기 쉬워지고, 이것이 또한 압력 손실 상승의 원인이 된다고도 생각된다.

또한, JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)라 함은, 거칠기 곡선으로부터 그 평균선의 방향에 기준 길이만큼 빼고, 이 뺀 부분의 산정상 선과 골바닥 선의 간격을 거칠기 곡선의 종배율의 방향으로 측정하고, 이 값을 ㎛로 표시한 것을 말한다.

본 발명의 벌집형 구조체는 다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 블럭으로 이루어지는 벌집형 구조체이며,

상기 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 커지도록 상기 벌집형 구조체의 한쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 대용적 관통 구멍군과, 상기 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록 상기 벌집형 구조체의 다른쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 소용적 관통 구멍군으로 이루어지고,

상기 관통 구멍 벽면의 표면 거칠기(R_y)는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 벌집형 구조체는 다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 블럭으로 이루어지는 것이지만, 상기 다공질 세라믹 블럭은 복수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속됨으로써 구성되어 있어도 좋고(이하, 상기 벌집형 구조체를 집합체형 벌집형 구조체라고도 함), 전체가 일체로서 소결 형성된 세라믹 부재로 구성되어 있어도 좋다(이하, 상기 벌집형 구조체를 일체형 벌집형 구조체라고도 함).

또는, 상기 다공질 세라믹 블럭을 포함하고, 그 주위부에 밀봉재층이 형성되어 있는 것이라도 좋다.

상기 집합체형 벌집형 구조체의 경우, 벽부는 다공질 세라믹 부재의 관통 구멍을 사이에 두는 격벽과, 다공질 세라믹 부재의 외벽 및 다공질 세라믹 부재 사이의 접착재층으로서 기능하고 있는 밀봉재층으로 구성되어 있고, 상기 일체형 벌집형 구조체의 경우, 1종류의 격벽에 의해서만 구성되어 있다.

또한, 상기 벌집형 구조체에는, 형성되는 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 커지도록 상기 벌집형 구조체의 한쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 대용적 관통 구멍군과, 상기 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록 상기 벌집형 구조체의 다른쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 소용적 관통 구멍군으로 이루어진다.

여기서, 각 관통 구멍은 각각의 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적이 동일하고, 대용적 관통 구멍군을 구성하는 한쪽 단부가 밀봉된 관통 구멍의 수가 소용적 관통 구멍군을 구성하는 다른쪽 단부가 밀봉된 관통 구멍의 수보다도 많아지도록 구성되어 있어도 좋고, 또한 대용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적이 상대적으로 크고, 소용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적이 상대적으로 작아지도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 후자의 경우, 대용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍의 수와, 소용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍의 수는 특별히 한정되지 않고, 대용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합이 소용적 관통 구멍군을 구성하는 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합보다도 크면 동일해도 좋고, 달라도 좋다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서는 기본 유닛으로서의 형상의 반복이 일어나고 있고, 그 기본 유닛에서만 단면의 면적비가 다르다. 따라서, 외주의 1 또는 2셀까지도 엄밀하게 측정한 경우에 본 발명의 벌집형 구조체에 포함되는 경우에는 그 1 또는 2셀을 제외하고 계산하거나, 기본 유닛이 반복되지 않는 부위를 제거하여 계산하여 본 발명에 포함되는지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 예를 들어 도8에 도시한 바와 같이 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 형상이 그 외주 부근 근방 이외의 부분에서 모두 동일하고, 또한 그 단면 형상이 동일한 관통 구멍에 대해 어느 한쪽의 단부가 밀봉되는 동시에, 전체적으로 각 단부면의 밀봉부와 개방부가 체크 무늬를 이루도록 배치된 구성을 갖는 벌집형 구조체는 본 발명의 벌집형 구조체에 포함하지 않는 것으로 한다.

도1은 본 발명의 벌집형 구조체의 일예인 집합체형 벌집형 구조체의 구체예를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도2의 (a)는 도1에 도시한 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일예를 개략적으로 나타내는 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 다공질 세라믹 부재의 A-A선 단면도이다. 도1에 도시하는 벌집형 구조체에 있어서는, 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면의 면적이 상대적으로 큰 대용적 관통 구멍과, 상기 단면의 면적이 상대적으로 작은 소용적 관통 구멍의 2종류의 관통 구멍으로 이루어지는 것이다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 벌집형 구조체(10)는 다공질 세라믹 부재(20)가 밀봉재층(14)을 거쳐서 복수개 결속되어 세라믹 블럭(15)을 구성하고, 이 세라믹 블럭(15)의 주위에는 배기 가스의 누설을 방지하기 위한 밀봉재층(13)이 형성되어 있다. 또한, 밀봉재층은 필요에 따라서 형성되어 있으면 된다.

또한, 이 다공질 세라믹 부재(20)에서는 그 길이 방향에 다수의 관통 구멍(21)이 병설되어 있지만, 이 관통 구멍(21)은 길이 방향에 수직인 단면의 면적이 상대적으로 큰 대용적 관통 구멍(21a)과, 상기 단면의 면적이 상대적으로 작은 소용적 관통 구멍(21b)의 2종류로 이루어지고, 대용적 관통 구멍(21a)은 벌집형 구조체(10)의 배기 가스 출구측의 단부에서 밀봉재(22)에 의해 밀봉되는 한편, 소용적 관통 구멍(21b)은 벌집형 구조체(10)의 배기 가스 입구측의 단부에서 밀봉재(22)에 의해 밀봉되고, 이들 관통 구멍끼리를 사이에 두는 격벽(23)이 필터로서 기능하도록 되어 있다. 즉, 대용적 관통 구멍(21a)으로 유입된 배기 가스는 반드시 이들 격벽(23)을 통과한 후, 소용적 관통 구멍(21b)으로부터 유출되도록 되어 있다.

도1에 도시한 벌집형 구조체(10)에서는, 그 형상은 원기둥 형상이지만, 본 발명의 벌집형 구조체는 원기둥 형상으로 한정되지 않고, 예를 들어 타원 기둥 형상이나 각 기둥 형상 등 임의의 형상, 크기의 것이라도 좋다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 다공질 세라믹 부재의 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코듀라이트, 멀라이트 등의 산화물 세라믹 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 벌집형 구조체는 실리콘과 탄화규소 등의 복합체로 이루어지는 것이라도 좋고, 티탄산알루미늄으로 이루어지는 것이라도 좋다. 이들 중에서는 내열성이 크고, 기계적 특성이 우수하고, 또한 열전도율도 큰 탄화규소가 바람직하다.

다공질 세라믹 부재의 기공률은 특별히 한정되지 않지만, 20 내지 80 ％ 정도인 것이 바람직하다. 기공률이 20 ％ 미만이면 본 발명의 벌집형 구조체가 바로 막힘을 일으키는 일이 있고, 한편 기공률이 80 ％를 넘으면 다공질 세라믹 부재의 강도가 저하되어 쉽게 파괴되는 일이 있다. 관통 구멍의 벽면 조도는 벌집형 구조체의 기공률에 따라서도 변화되므로, 벽면의 JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)가 10 내지 100 ㎛가 되도록 기공을 고려에 넣지 않은 거시적인 평탄성을 고려하는 동시에, 기공률도 고려에 넣어 벌집형 구조체를 제조할 필요가 있다.

또한, 상기 기공률은, 예를 들어 수은 압입법, 아르키메디스법 및 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 측정 등 종래 공지의 방법에 의해 측정할 수 있다.

상기 다공질 세라믹 부재의 평균 기공 직경은 1 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 평균 기공 직경이 1 ㎛ 미만이면 미립자가 용이하게 막힘을 일으키는 일이 있다. 한편, 평균 기공 직경이 100 ㎛를 넘으면 미립자가 기공을 빠져나가 버려 상기 미립자를 포집할 수 없고, 필터로서 기능할 수 없는 일이 있다.

이와 같은 다공질 세라믹 부재를 제조할 때에 사용하는 세라믹의 입경으로서는 특별히 한정되지 않지만, 이후의 소성 공정에서 수축이 적은 것이 바람직하고, 예를 들어 0.3 내지 50 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 분말 100 중량부와, 0.1 내지 1.0 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 분말 5 내지 65 중량부를 조합한 것이 바람직하다. 상기 입경의 세라믹 분말을 상기 배합으로 혼합함으로써 다공질 세라믹 부재를 제조할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 2종류의 분말의 입경, 특히 큰 쪽의 분말의 입경을 조제함으로써 관통 구멍 벽면의 조도를 조정할 수 있다. 일체형 벌집형 구조체를 제조하는 경우에 있어서도 같은 방법을 취할 수 있다.

상기 밀봉재는 다공질 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 상기 밀봉재에 의해 일단부가 밀봉된 다공질 세라믹 부재는 다공질 세라믹으로 이루어지는 것이므로, 상기 밀봉재를 상기 다공질 세라믹 부재와 동일한 다공질 세라믹으로 함으로써 양자의 접착 강도를 높게 할 수 있는 동시에, 밀봉재의 기공률을 상술한 다공질 세라믹 부재와 마찬가지로 조정함으로써 상기 다공질 세라믹 부재의 열팽창율과 밀봉재의 열팽창율의 정합을 도모할 수 있고, 제조 시나 사용 시의 열응력에 의해 밀봉재와 격벽 사이에 간극이 생기거나, 밀봉재나 밀봉재에 접촉하는 부분의 격벽에 크랙이 발생하거나 하는 것을 방지할 수 있다.

상기 밀봉재가 다공질 세라믹으로 이루어지는 경우, 그 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 상술한 다공질 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료와 같은 재료를 들 수 있다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 밀봉재층(13, 14)은 다공질 세라믹 부재(20) 사이 및 세라믹 블럭(15)의 외주에 형성되어 있다. 그리고, 다공질 세라믹 부재(20) 사이에 형성된 밀봉재층(14)은 복수의 다공질 세라믹 부재(20)끼리를 결속하는 접착제로서도 기능하고, 한편 세라믹 블럭(15)의 외주에 형성된 밀봉재층(13)은 본 발명의 벌집형 구조체(10)를 내연 기관의 배기 통로에 설치하였을 때, 세라믹 블럭(15)의 외주로부터 배기 가스가 누출되는 것을 방지하기 위한 밀봉재로서 기능한다.

상기 밀봉재층을 구성하는 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 무기 바인더와, 유기 바인더와, 무기 섬유 및/또는 무기 입자로 이루어지는 것 등을 들 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 밀봉재층은 다공질 세라믹 부재 사이 및 세라믹 블럭의 외주에 형성되어 있지만, 이들 밀봉재층은 동일한 재료로 이루어지는 것이라도 좋고, 다른 재료로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 상기 밀봉재층이 동일한 재료로 이루어지는 것인 경우, 그 재료의 배합비는 같은 것이라도 좋고, 다른 것이라도 좋다.

상기 무기 바인더로서는, 예를 들어 실리카졸, 알루미나졸 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다. 상기 무기 바인더 중에서는 실리카졸이 바람직하다.

상기 유기 바인더로서는, 예를 들어 폴리비닐 알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다. 상기 유기 바인더 중에서는 카르복시메틸셀룰로오스가 바람직하다.

상기 무기 섬유로서는, 예를 들어 실리카 알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카 등의 세라믹 파이버 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다. 상기 무기 섬유 중에서는 실리카 알루미나 파이버가 바람직하다.

상기 무기 입자로서는, 예를 들어 탄화물, 질화물 등을 들 수 있고, 구체적으로는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소 등으로 이루어지는 무기 분말 또는 위스커 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다. 상기 무기 입자 중에서는 열전도성이 우수한 탄화규소가 바람직하다.

밀봉재층(14)은 치밀체(緻密體)로 이루어지는 것이라도 좋고, 그 내부로의 배기 가스의 유입이 가능하도록 다공질체라도 좋지만, 밀봉재층(13)은 치밀체로 이루어지는 것이 바람직하다. 밀봉재층(13)은 본 발명의 벌집형 구조체(10)를 내연 기관의 배기 통로에 설치하였을 때, 세라믹 블럭(15)의 외주로부터 배기 가스가 누출되는 것을 방지할 목적으로 형성되어 있기 때문이다.

도3의 (a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 일예인 일체형 벌집형 구조체의 구체예를 개략적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그 B-B선 단면도이다. 또한, 도3에 도시하는 벌집형 구조체에 있어서, 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면의 면적이 상대적으로 큰 대용적 관통 구멍과, 상기 단면의 면적이 상대적으로 작은 소용적 관통 구멍의 2종류의 관통 구멍으로 이루어지는 것이다.

도3의 (a)에 도시한 바와 같이, 벌집형 구조체(30)는 다수의 관통 구멍(31)이 벽부(33)를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 블럭(35)을 포함하여 구성되어 있다. 관통 구멍(31)은 길이 방향에 수직인 단면의 면적이 상대적으로 큰 대용적 관통 구멍(31a)과, 상기 단면의 면적이 상대적으로 작은 소용적 관통 구멍(31b)의 2종류의 관통 구멍으로 이루어지고, 대용적 관통 구멍(31a)은 벌집형 구조체(30)의 배기 가스 출구측의 단부에서 밀봉재(32)에 의해 밀봉되는 한편, 소용적 관통 구멍(31b)은 벌집형 구조체(30)의 배기 가스 입구측의 단부에서 밀봉재(32)에 의해 밀봉되고, 이들 관통 구멍(31)을 사이에 두는 격벽(33)이 필터로서 기능하도록 되어 있다.

도3에는 도시하고 있지 않지만, 다공질 세라믹 블럭(35)의 주위에는 도1에 도시한 벌집형 구조체(10)와 마찬가지로, 밀봉재층이 형성되어 있어도 좋다.

이 벌집형 구조체(30)에서는 다공질 세라믹 블럭(35)이 소결에 의해 제조된 일체 구조인 것 외에는, 집합체형 벌집형 구조체(10)와 마찬가지로 구성되어 있고, 대용적 관통 구멍(31a)으로 유입된 배기 가스는 관통 구멍(31)을 사이에 두는 벽부(33)를 통과한 후, 소용적 관통 구멍(31b)으로부터 유출되도록 되어 있다. 따라서, 일체형 벌집형 구조체(30)에 있어서도 집합체형 벌집형 구조체의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 일체형 벌집형 구조체(30)에 있어서도 집합체형 벌집형 구조체(10)와 마찬가지로 형상, 크기는 임의의 것이라도 좋고, 그 기공률은 집합체형 벌집형 구조체와 마찬가지로 20 내지 80 ％인 것이 바람직하고, 그 기공 직경은 1 내지 100 ㎛ 정도인 것이 바람직하다.

다공질 세라믹 블럭(35)을 구성하는 다공질 세라믹으로서는 특별히 한정되지 않고, 집합체형 벌집형 구조체와 같은 질화물, 탄화물, 산화물 세라믹을 들 수 있지만, 통상 코제라이트 등의 산화물 세라믹이 사용된다. 저렴하게 제조할 수 있는 동시에, 비교적 열팽창 계수가 작기 때문에, 제조 중 및 사용 중에 열응력에 의해 벌집형 구조체가 파손될 우려가 적기 때문이다.

이와 같은 일체형 벌집형 구조체(30)에 있어서의 밀봉재(32)는 마찬가지로 다공질 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상술한 다공질 세라믹(35)을 구성하는 세라믹 재료와 같은 재료를 들 수 있다.

도1 및 도3에 도시한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 관통 구멍의 밀도는 15.5 내지 62개/㎠인 것이 바람직하다.

길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 관통 구멍의 밀도가 62개/㎠를 넘으면 개개의 관통 구멍의 단면적이 지나치게 작아지므로, 애쉬가 브릿지를 형성하여 막힘을 일으키기 쉬워지는 일이 있고, 한편 상기 관통 구멍의 밀도가 15.5개/㎠ 미만이면 벌집형 구조체 전체적으로의 여과 면적이 감소되므로, 미립자 포집 시의 압력 손실이 커지고, 엔진에 큰 부하가 가해져 미립자의 배출량이 불안정해지기 쉽다. 이에 수반하여 미립자의 포집 상태도 불균일해지고, 재생을 행하였을 때에 애쉬가 브릿지를 형성하여 기공으로의 막힘이 발생하기 쉬워지고, 이것이 또한 압력 손실 상승의 원인이 되는 일이 있다.

또한, 상기 벌집형 구조체에 있어서, 관통 구멍(대용적 관통 구멍 및/또는 소용적 관통 구멍)의 길이 방향에 수직인 단면의 형상은 다각형인 것이 바람직하고, 사각형 및 팔각형인 것이 보다 바람직하다.

다각형으로 함으로써 대용적 관통 구멍 및/또는 소용적 관통 구멍을 배기 가스가 통과할 때에 관통 구멍의 형상에 의한 마찰이 큰 부분을 없애고, 관통 구멍을 통과할 때의 마찰에 기인하는 압력 손실을 낮게 하는 것, 또는 격벽의 두께의 불균일한 부분, 즉 배기 가스가 국소적으로 통과하기 어려워지는 부분을 없애고, 격벽을 통과할 때의 저항에 기인하는 압력 손실을 낮게 하는 것, 이 중 어느 하나의 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

또한, 다각형 중에서도 사각형 이상의 다각형이 바람직하고, 그 각 중 적어도 1개가 둔각인 것이 보다 바람직하다. 상기와 같이 함으로써 관통 구멍 입구측을 통과할 때의 마찰 및 관통 구멍 출구측을 통과할 때의 마찰에 기인하는 압력 손실을 낮게 할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 하나의 대용적 관통 구멍이 인접하는 대용적 관통 구멍과 공유하는 벽부와, 상기 하나의 대용적 관통 구멍이 인접하는 상기 소용적 관통 구멍과 공유하는 벽부의 교차되는 각 중 적어도 1개가 둔각인 것이 바람직하다.

대용적 관통 구멍 및/또는 소용적 관통 구멍의 단면의 모서리부의 근방은 곡선에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 곡선으로 함으로써, 모서리부에서의 응력 집중에 기인하는 크랙의 발생을 방지할 수 있기 때문이다.

본 발명에 있어서, 대용적 관통 구멍군과 소용적 관통 구멍군의 단면의 면적의 비(대용적 관통 구멍군/소용적 관통 구멍군)는 1.01 내지 6인 것이 바람직하다.

상기 면적의 비(대용적 관통 구멍군/소용적 관통 구멍군)이 6을 넘으면 소용적 관통 구멍군의 용적이 지나치게 작아지고, 관통 구멍 출구측을 통과할 때의 마찰 및 격벽을 통과할 때의 저항에 기인하는 압력 손실이 증대되어 초기의 압력 손실이 커져 버린다. 상기 면적의 비(대용적 관통 구멍군/소용적 관통 구멍군)는 1.2 내지 5가 보다 바람직하다. 또한, 상기 면적의 비(대용적 관통 구멍군/소용적 관통 구멍군)는 1.2 내지 3.0이 한층 바람직하다.

또한, 대용적 관통 구멍과 소용적 관통 구멍의 단면의 면적의 비(대용적 관통 구멍/소용적 관통 구멍)는 1.01 내지 6인 것이 바람직하다. 상기 면적의 비(대용적 관통 구멍/소용적 관통 구멍)를 개구 비율이라고도 한다.

상기 개구 비율이 6을 넘으면 소용적 관통 구멍의 용적이 지나치게 작아지고, 관통 구멍 출구측을 통과할 때의 마찰 및 격벽을 통과할 때의 저항에 기인하는 압력 손실이 증대되어 초기의 압력 손실이 커져 버린다. 상기 개구 비율은 1.2 내지 5가 보다 바람직하다. 또한, 상기 개구 비율은 1.2 내지 3.0이 한층 바람직하다.

도4의 (a) 내지 (d) 및 도5의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 관한 집합체형 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 단면의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도6은 본 발명에 관한 일체형 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다. 또한, 일체형, 집합형에 상관없이 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면의 형상은 동일하므로, 이들 도면을 이용하여 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서의 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 설명한다.

도4의 (a)에서는 개구 비율이 대략 1.55, 도4의 (b)에서는 대략 2.54, 도4의 (c)에서는 대략 4.45, 도4의 (d)에서는 대략 6.00이다. 또한, 도5의 (a), (c), (e)에서는 상기 개구 비율이 모두 대략 4.45이고, 도5의 (b), (d), (f)에서는 상기 개구 비율이 모두 대략 6.00이고, 도6에서는, 개구 비율은 3.0이다.

도4의 (a) 내지 (d)에서는, 모두 대용적 관통 구멍의 단면의 형상은 팔각형이고, 소용적 관통 구멍의 단면의 형상은 사각형(정사각형)이고 각각 교대로 배열되어 있고, 소용적 관통 구멍의 단면적을 변화시켜 대용적 관통 구멍의 단면 형상을 조금 변화시킴으로써 개구 비율을 임의로 변동시키는 것을 쉽게 할 수 있다. 마찬가지로, 도5, 6에 도시하는 벌집형 구조체에 관해서도 임의로 그 개구 비율을 변동시킬 수 있다.

또한, 도5의 (a) 또는 (b)에 도시하는 벌집형 구조체(160, 260)에서는, 대용적 관통 구멍(161a, 261a)의 단면의 형상은 오각형이고, 그 중 3개의 각이 대략 직각으로 되어 있고, 소용적 관통 구멍(161b, 261b)의 단면의 형상은 사각형이고, 각각 큰 사각형의 기울기에 대향하는 부분을 차지하도록 구성되어 있다. 도5의 (c) 또는 (d)에 도시하는 벌집형 구조체(170, 270)에서는 도4의 (a) 내지 (d)에 도시하는 단면의 형상을 변형한 것이며, 대용적 관통 구멍(171a, 271a)과 소용적 관통 구멍(171b, 271b)이 공유하는 격벽을 소용적 관통 구멍측에 있는 곡률을 갖고 확대한 형상이다. 이 곡률은 임의의 것이라도 좋다.

여기서는 대용적 관통 구멍(171a, 271a)과 소용적 관통 구멍(171b, 271b)이 공유하는 격벽을 구성하는 곡선이 1/4원에 상당하는 것을 예시한다.

도5의 (e) 또는 (f)에 도시하는 벌집형 구조체(180, 280)에서는, 대용적 관통 구멍(181a, 281a) 및 소용적 관통 구멍(281b, 281b)은 사각형(직사각형)으로 이루어지고, 도면과 같이 2개의 대용적 관통 구멍과 2개의 소용적 관통 구멍을 조합하면 대략 직사각형이 되도록 구성되어 있다.

도6에 도시하는 벌집형 구조체(60)에서는 바둑판의 눈에 해당하는 부분에 사각형의 소용적 관통 구멍(61b)이 형성된 구성으로 되어 있고, 대용적 관통 구멍(61a)은 사각의 4구석이 작은 사각 형상으로 이지러진 형상으로 되어 있고, 이들을 사이에 두는 격벽(62a, 62b)이 형성되어 있다.

본 발명에 있어서, 인접하는 대용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 무게 중심간 거리와, 인접하는 소용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 무게 중심간 거리는 동등한 것이 바람직하다.

「인접하는 상기 대용적 관통 구멍의 상기 단면의 무게 중심간 거리」라 함은, 하나의 대용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 무게 중심과, 인접하는 대용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 무게 중심과의 최소의 거리를 말하고, 한편,「인접하는 상기 소용적 관통 구멍의 상기 단면의 무게 중심간 거리」라 함은, 하나의 소용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 무게 중심과, 인접하는 소용적 관통 구멍의 무게 중심과의 최소의 거리의 것을 말한다.

상기 2개의 무게 중심간 거리가 동등할 때, 재생 시에 열이 균일하게 확산됨으로써 벌집형 구조체 내부의 국소적인 온도의 기울기가 없어져 장기간 반복해서 사용해도 열응력에 기인하는 크랙 등이 발생하는 일이 없는 내구성이 우수한 필터가 되기 때문이다.

본 발명의 벌집형 구조체를 필터로서 이용하면, 벌집형 구조체를 구성하는 관통 구멍의 내부에 포집한 미립자가 점차 퇴적해 간다.

본 발명에서는 관통 구멍 벽면의 JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)를 10 내지 100 ㎛로 하고 있으므로, 관통 구멍 벽면의 기공과 입자도 적절하게 배치되어 적절한 요철을 형성하고 있고, 이와 같은 요철에 기인하여 미립자가 관통 구멍 벽면에 균일하게 퇴적되기 쉽기 때문에, 미립자를 포집하였을 때의 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다.

또한, 미립자의 퇴적량이 많아지면 압력 손실이 점차 커지고, 일정치를 넘으면 엔진으로의 부하가 지나치게 커지기 때문에, 미립자를 연소시킴으로서 필터를 재생시킨다.

미립자 중에는 연소되어 소멸하는 탄소 등 외에, 연소에 의해 산화물이 되는 금속 등이 포함되어 있고, 미립자를 연소시켜서도 이들 금속의 산화물 등이 필터 중에 애쉬로서 잔류한다.

애쉬의 잔류의 방법은 필터의 구조 등에 크게 영향을 받지만, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이 관통 구멍 벽면의 JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(최대 높이)(R_y)를 10 내지 100 ㎛로 하고 있으므로, 재생 처리를 행하였을 때에 애쉬가 관통 구멍 내를 배기 가스의 출구측까지 이동하기 쉽고, 관통 구멍의 벽면에 애쉬에 기인하는 막힘이 발생하기 어렵기 때문에, 대용적 관통 구멍의 용적을 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 압력 손실을 장시간에 걸쳐서 낮은 상태로 유지할 수 있어 엔진으로의 부하를 저감시킬 수 있는 동시에, 긴 수명의 벌집형 구조체를 제공할 수 있다. 이로 인해, 역세정 등의 보수 비용을 낮게 억제할 수 있다.

다음에, 상술한 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법의 일예에 대해 설명한다.

본 발명의 벌집형 구조체의 구조가 도3에 도시한 바와 같은 그 전체가 하나의 소결체로 구성된 일체형 벌집형 구조체인 경우, 우선 상술한 바와 같은 세라믹을 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형을 행하고, 도3에 도시한 벌집형 구조체(30)와 대략 동일 형상의 세라믹 성형체를 제작한다.

이 때, 예를 들어 관통 구멍이 대용적 관통 구멍과 소용적 관통 구멍의 2종류의 관통 구멍으로 이루어지는 압출 성형에 사용하는 금형을 관통 구멍의 밀도에 맞추어 선정한다.

상기 원료 페이스트는 제조 후의 다공질 세라믹 블럭의 기공률이 20 내지 80 ％가 되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 상술한 바와 같은 세라믹으로 이루어지는 분말에 바인더 및 분산매액을 더한 것을 들 수 있다.

상기 바인더로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 페놀 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

상기 바인더의 배합량은, 통상 세라믹 분말 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부 정도가 바람직하다.

상기 분산매액으로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 벤젠 등의 유기 용매 ; 메탄올 등의 알코올, 물 등을 들 수 있다.

상기 분산매액은 원료 페이스트의 점도가 일정 범위 내가 되도록 적량 배합된다. 이들 세라믹 분말, 바인더 및 분산매액은 아트라이터 등으로 혼합하고, 니더 등으로 충분히 혼합한 후, 압출 성형하여 상기 세라믹 성형체를 제작한다.

또한, 상기 원료 페이스트에는 필요에 따라서 성형 보조제를 첨가해도 좋다.

상기 성형 보조제로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 덱스트린, 지방산비누, 폴리알코올 등을 들 수 있다.

또한, 상기 원료 페이스트에는 필요에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공 구체인 벌룬이나, 구 형상 아크릴 입자, 그래파이트 등의 조공제(造孔劑)를 첨가해도 좋다.

상기 벌룬으로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 알루미나 벌룬, 글래스 마이크로 벌룬, 시러스 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬) 및 멀라이트 벌룬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 플라이 애쉬 벌룬이 바람직하다. 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 관통 구멍 벽면의 JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(R_y)는 10 내지 100 ㎛이므로, 제조된 벌집형 구조체의 관통 구멍 벽면이 상기 조도(粗度)를 갖는 조면(粗面)이 되도록 압출 성형을 행할 때에 이용하는 금형의 관통 구멍 표면 형성 부분을 거칠게 하는 방법을 취할 수 있다.

하기의 건조 공정에서 건조 조건을 변화시킴으로써 표면 조도를 변화시킬 수도 있지만, 조건에 따라서는 생성형체에 크랙이 형성되므로, 건조 조건은 종래의 제조 방법으로부터 그다지 변화시키지 않는 쪽이 바람직하다.

또한, 벌집형 구조체의 밀도(기공률)를 변화시킴으로써 관통 구멍 표면의 조도를 변화시킬 수 있다. 이 경우, 원료 페이스트 중에 포함되는 2종류의 세라믹 분말의 입경의 조합 등을 변화시킴으로써 벌집형 구조체의 밀도를 바꿀 수 있다.

다음에, 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기 및 동결 건조기 등을 이용하여 건조시킨 후, 소정의 관통 구멍에 밀봉재가 되는 밀봉재 페이스트를 충전하고, 상기 관통 구멍에 밀봉하는 밀봉 처리를 실시한다.

상기 밀봉재 페이스트로서는 후공정을 경유하여 제조되는 밀봉재의 기공률이 20 내지 80 ％가 되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 상기 원료 페이스트와 같은 것을 이용할 수 있지만, 상기 원료 페이스트로 이용한 세라믹 분말에 윤활제, 용제, 분산제 및 바인더를 첨가한 것인 것이 바람직하다. 상기 밀봉 처리의 도중에서 밀봉재 페이스트 중 세라믹 입자가 침강하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

다음에, 상기 밀봉재 페이스트가 충전된 세라믹 건조체에 소정의 조건으로 탈지, 소성을 행함으로써 다공질 세라믹으로 이루어지고, 그 전체가 하나의 소결체로 구성된 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

또한, 상기 세라믹 건조체의 탈지 및 소성의 조건 등은 종래부터 다공질 세라믹으로 이루어지는 벌집형 구조체를 제조할 때에 이용되고 있는 조건을 적용할 수 있다.

상기 관통 구멍의 벽면의 조도는 얻게 된 벌집형 구조체의 관통 구멍에 샌드 블러스트 처리 등의 거칠게 하는 처리를 실시함으로써 조정해도 좋다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체의 구조가 도1에 도시한 바와 같은 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속되어 구성된 집합체형 벌집형 구조체인 경우, 우선 상술한 세라믹을 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형을 행하고, 도2에 도시한 다공질 세라믹 부재(20)와 같은 형상의 생성형체를 제작한다. 이 때, 제조된 벌집형 구조체의 관통 구멍 벽면이 소정의 조도를 갖는 조면이 되도록 압출 성형을 행할 때에 이용하는 금형의 관통 구멍 표면 형성 부분을 거칠게 하는 방법을 취할 수 있다.

또한, 상기 원료 페이스트는 상술한 집합체형 벌집형 구조체에 있어서 설명한 원료 페이스트와 같은 것을 들 수 있다.

다음에, 상기 생성형체를 마이크로파 건조기 등을 이용하여 건조시켜 건조체로 한 후, 상기 건조체의 소정의 관통 구멍에 밀봉재가 되는 밀봉재 페이스트를 충전하여 상기 관통 구멍을 밀봉하는 밀봉 처리를 실시한다.

또한, 상기 밀봉재 페이스트는 상술한 일체형 벌집형 구조체에 있어서 설명한 밀봉재 페이스트와 같은 것을 들 수 있고, 상기 밀봉 처리는 밀봉재 페이스트를 충전하는 대상이 다른 것 외에는 상술한 일체형 벌집형 구조체의 경우와 같은 방법을 들 수 있다.

다음에, 상기 밀봉 처리를 경유한 건조체에 소정의 조건으로 탈지, 소성을 행함으로써 복수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재를 제조할 수 있다.

또한, 상기 생성형체의 탈지 및 소성의 조건 등은 종래부터 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속되어 구성된 벌집형 구조체를 제조할 때에 이용되고 있는 조건 등을 적용할 수 있다.

다음에, 밀봉재층(14)이 되는 밀봉재 페이스트를 균일한 두께로 도포하여 밀봉재 페이스트층을 형성하고, 이 밀봉재 페이스트층 상에 차례로 다른 다공질 세라믹 부재(20)를 적층하는 공정을 반복하여 소정의 크기의 각 기둥 형상의 다공질 세라믹 부재(20)의 적층체를 제작한다.

또한, 상기 밀봉재 페이스트를 구성하는 재료로서는 상술한 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서 설명한 바와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략한다.

다음에, 이 다공질 세라믹 부재(20)의 적층체를 가열하여 밀봉재 페이스트층을 건조, 고화시켜 밀봉재층(14)으로 하고, 그 후, 예를 들어 다이아몬드 커터 등을 이용하여 그 외주부를 도1에 도시한 바와 같은 형상으로 절삭함으로써 세라믹 블럭(15)을 제작한다.

그리고, 세라믹 블럭(15)의 외주에 상기 밀봉재 페이스트를 이용하여 밀봉재층(13)을 형성함으로써 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속되어 구성된 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

이와 같이 하여 제조한 벌집형 구조체는 모두 기둥 형상이고, 그 구조는 도1이나 도2에 도시한 바와 같다.

본 발명의 벌집형 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 차량의 배기 가스 정화 장치에 이용하는 것이 바람직하다.

도7은 본 발명의 벌집형 구조체가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도7에 도시한 바와 같이, 배기 가스 정화 장치(800)는 주로 본 발명의 벌집형 구조체(80), 벌집형 구조체(80)의 외측을 덮는 케이싱(830), 벌집형 구조체(80)와 케이싱(830) 사이에 배치된 보유 지지 밀봉재(820) 및 벌집형 구조체(80)의 배기 가스 유입측에 설치된 가열 수단(810)으로 구성되어 있고, 케이싱(830)의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관(840)이 접속되어 있고, 케이싱(830)의 타단부에는 외부에 연결된 배출관(850)이 접속되어 있다. 또한, 도7 중 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.

또한, 도7에 있어서, 벌집형 구조체(80)는 도1에 도시한 벌집형 구조체(10)라도 좋고, 도3에 도시한 벌집형 구조체(30)라도 좋다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 배기 가스 정화 장치(800)에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는 도입관(840)을 통해 케이싱(830) 내로 도입되고, 벌집형 구조체(80)의 관통 구멍으로부터 벽부(격벽)를 통과하고 이 벽부(격벽)에서 미립자가 포집되어 정화된 후, 배출관(850)을 통해 외부로 배출되게 된다.

그리고, 벌집형 구조체(80)의 벽부(격벽)에 대량의 미립자가 퇴적되어 압력 손실이 높아지면 벌집형 구조체(80)의 재생 처리가 행해진다.

상기 재생 처리에서는 가열 수단(810)을 이용하여 가열된 가스를 벌집형 구조체(80)의 관통 구멍의 내부로 유입시킴으로써 벌집형 구조체(80)를 가열하고, 벽부(격벽)에 퇴적된 미립자를 연소 제거시키는 것이다.

본 발명에서는 상기 방법 외에, 포스트인젝션 방식을 이용하여 미립자를 연소 제거해도 좋다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체의 기공 중에는 배기 가스 중의 CO, HC 및 NOx 등을 정화할 수 있는 촉매가 담지되어 있어도 좋다.

이와 같은 촉매가 담지되어 있음으로써 본 발명의 벌집형 구조체는 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 벌집형 구조체로서 기능하는 동시에, 배기 가스에 함유되는 상기 CO, HC 및 NOx 등을 정화하기 위한 촉매 컨버터로서 기능한다. 또한, 경우에 따라서는 미립자의 연소 온도를 저하시킬 수 있다.

상기 촉매로서는, 예를 들어 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속을 들 수 있다. 이 귀금속으로 이루어지는 촉매는, 소위 3원 촉매이고, 이와 같은 3원 촉매가 담지된 본 발명의 벌집형 구조체는 종래 공지의 촉매 컨버터와 마찬가지로 기능하는 것이다. 따라서, 여기서는 본 발명의 벌집형 구조체가 촉매 컨버터로서도 기능하는 경우의 상세한 설명을 생략한다.

단, 본 발명의 벌집형 구조체에 담지시킬 수 있는 촉매는 상기 귀금속으로 한정되는 것은 아니고, 배기 가스 중의 CO, HC 및 NOx 등을 정화할 수 있는 촉매이면, 임의의 것을 담지시킬 수 있다.

(실시예)

이하에 실시예를 게시하여 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

(제1 실시예)

(1) 평균 입경 11 ㎛인 α형 탄화규소 분말 60 중량 ％와, 평균 입경 0.5 ㎛인 β형 탄화규소 분말 40 중량 ％를 습식 혼합하여 얻게 된 혼합물 100 중량부에 대해 유기 바인더(메틸셀룰로오스)를 5 중량부, 물을 10 중량부 더하고 혼합하여 혼합 조성물을 얻었다. 다음에, 상기 혼합 조성물에 가소제와 윤활제를 소량 더하여 더 혼합한 후, 관통 구멍에 해당하는 부분의 면조도(面粗道)(Ra)가 10 ㎛인 금형을 이용하여 압출 성형을 행하고, 도4의 (a) 내지 (d)에 도시한 단면 형상과 대략 마찬가지이고, 개구 비율을 2.54가 되도록 생성형체를 제작하였다.

다음에, 마이크로파 건조기 등을 이용하여 상기 생성형체를 건조시켜 세라믹 건조체로 한 후, 상기 생성형체와 같은 조성의 페이스트를 소정의 관통 구멍에 충전한 후, 다시 건조기를 이용하여 건조시킨 후, 400 ℃에서 탈지하고, 상압의 아르곤 분위기 하 2200 ℃, 3시간으로 소성을 행함으로써 기공률이 42 ％, 평균 기공 직경이 9 ㎛, 그 크기가 34.3 ㎜ × 34.3 ㎜ × 150 ㎜이고, 관통 구멍의 수가 23.3개/㎠, 실질적으로 모든 격벽(23)의 두께가 0.41 ㎜인 탄화규소 소결체이고, 대용적 관통 구멍과 소용적 관통 구멍을 구비한 다공질 세라믹 부재(20)를 제조하였다.

또한, 이렇게 하여 얻게 된 다공질 세라믹 부재(20)의 한쪽 단부면에 있어서는 대용적 관통 구멍(21a)만을 밀봉재에 의해 밀봉하고, 다른쪽 단부면에 있어서는 소용적 관통 구멍(21b)만을 밀봉재에 의해 밀봉하였다.

(2) 섬유 길이 0.2 ㎜의 알루미나 파이버 30 중량 ％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화규소 입자 21 중량 ％, 실리카졸 15 중량 ％, 카르복시메틸셀룰로오스 5.6 중량 ％ 및 물 28.4 중량 ％를 포함하는 내열성의 밀봉재 페이스트를 이용하여 상기 다공질 탄화규소 부재를 다수 결속시키고, 계속해서 다이아몬드 커터를 이용하여 절단함으로써 원기둥 형상의 세라믹 블럭을 제작하였다.

이 때, 상기 다공질 세라믹 부재를 결속하는 밀봉재층의 두께가 1.0 ㎜가 되도록 조정하였다.

다음에, 무기 섬유로서 알루미나실리케이트로 이루어지는 세라믹파이버(쇼트 함유율 : 3 ％, 섬유 길이 : 0.1 내지 100 ㎜) 23.3 중량 ％, 무기 입자로서 평균 입경 0.3 ㎛의 탄화규소 분말 30.2 중량 ％, 무기 바인더로서 실리카졸(졸 중의 SiO₂의 함유율 : 30 중량 ％) 7 중량 ％, 유기 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스 0.5 중량 ％ 및 물 39 중량 ％를 혼합, 혼련하여 밀봉재 페이스트를 조제하였다.

다음에, 상기 밀봉재 페이스트를 이용하여 상기 세라믹 블럭의 외주부에 두께 0.2 ㎜의 밀봉재 페이스트층을 형성하였다. 그리고, 이 밀봉재 페이스트층을 120 ℃에서 건조하여 직경이 144 ㎜인 원기둥 형상의 벌집형 구조체를 제조하였다.

이렇게 하여 얻게 된 벌집형 구조체의 관통 구멍을 구성하는 벽면의 면조도, 벌집형 구조체의 기공률을 표1에 나타낸다.

(제2 내지 제6 실시예 및 제11 내지 제13 실시예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하고, 벽두께를 표1에 나타내는 값이 되도록 설정한 것 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 벌집형 구조체의 벽두께, 관통 구멍 벽면의 면조도(R_y), 관통 구멍의 밀도, 기공률을 표1에 나타낸다.

(제7 실시예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 소성 조건을 2000 ℃, 3시간으로 한 것 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

이렇게 하여 얻게 된 벌집형 구조체의 벽두께, 관통 구멍 벽면의 면조도(R_y), 관통 구멍의 밀도, 기공률을 표1에 나타낸다.

(제8 실시예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 소성 조건을 2200 ℃, 1시간으로 한 것 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

(제9 실시예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 평균 입경 50 ㎛인 α형 탄화규소 분말 80 중량 ％와, 평균 입경 0.5 ㎛인 β형 탄화규소 분말 20 중량 ％로 이루어지는 혼합물 100 중량부, 유기 바인더(메틸셀룰로오스) 15 중량부 및 물 20 중량부를 이용하여 혼합 조성물을 얻고, 소성 조건을 2300 ℃, 3시간으로 한 것 외에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

(제10 실시예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 평균 입경 50 ㎛인 α형 탄화규소 분말 80 중량 ％와, 평균 입경 0.5 ㎛인 β형 탄화규소 분말 20 중량 ％로 이루어지는 혼합물 100 중량부, 유기 바인더(메틸셀룰로오스) 15 중량부 및 물 20 중량부를 이용하여 혼합 조성물을 얻고, 소성 조건을 2300 ℃, 6시간으로 한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

이렇게 하여 얻게 벌집형 구조체의 벽두께, 관통 구멍 벽면의 면조도(R_y), 관통 구멍의 밀도, 기공률을 표1에 나타낸다.

(제1 비교예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하고, 벽두께를 표1에 나타내는 값이 되도록 설정한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 벌집형 구조체의 벽두께, 관통 구멍 벽면의 면조도(R_y), 관통 구멍의 밀도, 기공률을 표1에 나타낸다.

또한, 제1 비교예에 관한 벌집형 구조체는 도8에 도시하는 벌집형 구조체(400)이고, 벽부(402)를 사이에 두고 형성된 관통 구멍(401)의 단면적은 단부를 제외하고 모두 동일한 값으로 되어 있다.

(제2 비교예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 평균 입경 11 ㎛인 α형 탄화규소 분말 60 중량 ％와, 평균 입경 0.5 ㎛인 β형 탄화규소 분말 40 중량 ％로 이루어지는 혼합물 100 중량부, 유기 바인더(메틸셀룰로오스) 5 중량부 및 물 20 중량부를 이용하여 혼합 조성물을 얻고, 소성 조건을 1800 ℃, 3시간으로 한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

(제3 비교예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 평균 입경 50 ㎛인 α형 탄화규소 분말 80 중량 ％와, 평균 입경 0.5 ㎛인 β형 탄화규소 분말 20 중량 ％로 이루어지는 혼합물 100 중량부, 유기 바인더(메틸셀룰로오스) 15 중량부 및 물 20 중량부를 이용하여 혼합 조성물을 얻고, 소성 조건을 2300 ℃, 12시간으로 한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

(제4 비교예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 표1에 나타내는 형상으로 하는 동시에, 평균 입경 50 ㎛인 α형 탄화규소 분말 80 중량 ％와, 평균 입경 0.5 ㎛인 β형 탄화규소 분말 20 중량 ％로 이루어지는 혼합물 100 중량부, 유기 바인더(메틸셀룰로오스) 15 중량부 및 물 20 중량부를 이용하여 혼합 조성물을 얻고, 소성 조건을 2300 ℃, 24시간으로 한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다.

(제1 참고예)

(1)의 공정에 있어서, 대용적 관통 구멍 및 소용적 관통 구멍의 단면 형상을 도9에 도시하는 형상으로 한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 벌집형 구조체를 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 벌집형 구조체의 벽두께, 관통 구멍 벽면의 면조도(R), 관통 구멍의 밀도, 기공률을 표1에 나타낸다.

또한, 제1 참고예에 관한 벌집형 구조체는 도9에 도시하는 벌집형 구조체(200)이고, 관통 구멍은 그 단면이 육각형인 대용적 관통 구멍(201)과 삼각형인 소용적 관통 구멍(202)으로 이루어지고, 소용적 관통 구멍(202)의 수가 대용적 관통 구멍(201)의 약 2배가 되어 있다.

(제2, 제3 참고예)

(평가 방법)

(1) 관통 구멍 벽면의 면조도의 측정

각 실시예, 비교예 및 참고예에 관한 벌집형 구조체를 관통 구멍이 노출되도록 관통 구멍에 평행하게 절단하고, 표면 거칠기 측정기(도쿄세이미쯔샤제 서프 컴퓨터 920A)를 이용하여 관통 구멍 표면의 조도를 측정하고, 그 결과로부터 JIS B 0601을 기초로 하는 표면 거칠기(R_y)를 결정했다. 그 결과를 표1에 나타낸다.

(2) 압력 손실 변화

도7에 도시한 바와 같이, 각 실시예 비교예 및 참고예에 관한 벌집형 구조체를 엔진의 배기 통로에 배치하여 배기 가스 정화 장치로 하고, 상기 엔진을 회전 수 3000 분^-1, 토크 50 Nm으로 소정의 시간 운전하여 미립자 포집량을 측정하는 동시에, 압력 손실을 측정하였다. 그 때의 초기 압력 손실의 값 및 미립자 6(g/L) 포집 시의 압력 손실을 표1에 나타낸다.

(3) 애쉬 중량과 압력 손실과의 관계

도7에 도시한 바와 같이, 각 실시예 비교예 및 참고예에 관한 벌집형 구조체를 엔진의 배기 통로에 배치하여 배기 가스 정화 장치로 하고, 상기 엔진을 회전 수 3000 분^-1, 토크 50 Nm으로 소정의 시간 운전하고, 그 후에 재생 처리를 반복하는 실험을 행하여 벌집형 구조체를 구성하는 관통 구멍에 충전된 애쉬 중량을 측정하는 동시에, 벌집형 구조체의 압력 손실을 측정하였다. 애쉬 150 g 퇴적 시의 압력 손실의 값을 표1에 나타낸다.

도10은 관통 구멍 밀도와 압력 손실의 관계를 나타낸 그래프이고, 도11은 관통 구멍 벽면의 면조도와 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.

(4) 기공률의 측정

아르키메디스법에 의해 기공률을 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.

표1 및 도10, 도11에 도시한 결과로부터 명백한 바와 같이, 실시예에 관한 벌집형 구조체는 비교예에 관한 벌집형 구조체에 비해 초기의 압력 손실에 유의차는 없지만, 관통 구멍의 밀도가 본 발명의 범위 외인 경우 및 관통 구멍을 구성하는 벽면의 면조도가 본 발명의 범위 외에서는 미립자 6(g/L) 포집 시의 압력 손실 및 애쉬를 150 g 퇴적하였을 때의 압력 손실의 증대량이 작다. 이와 같이 본 발명에서는 미립자 포집 시의 압력 손실을 낮게 유지할 수 있는 동시에, 애쉬의 퇴적에 기인하는 압력 손실을 장시간에 걸쳐서 낮은 상태로 유지할 수 있고, 대용적 관통 구멍의 용적을 유효하게 이용하는 것이 가능해져 엔진으로의 부하를 저감시킬 수 있는 동시에, 긴 수명의 벌집형 구조체를 제공할 수 있다. 이로 인해, 역세정 등의 보수 비용을 낮게 억제할 수 있다.

본 발명의 벌집형 구조체에서는 미립자를 포집하였을 때의 압력 손실을 낮게 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체에서는 애쉬의 퇴적에 기인하는 압력 손실을 장시간에 걸쳐서 낮은 상태로 유지할 수 있고, 대용적 관통 구멍의 용적을 유효하게 이용하는 것이 가능해져 엔진으로의 부하를 저감시킬 수 있는 동시에, 긴 수명의 벌집형 구조체를 제공할 수 있다. 이로 인해, 역세정 등의 보수 비용을 낮게 억제할 수 있다.

Claims

다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 블럭으로 이루어지는 벌집형 구조체이며,

상기 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 커지도록 상기 벌집형 구조체의 한쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 대용적 관통 구멍군과, 상기 단면에 있어서의 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록 상기 벌집형 구조체의 다른쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 소용적 관통 구멍군으로 이루어지고,

상기 관통 구멍 벽면의 표면 거칠기(R_y)는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체.
제1항에 있어서, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 관통 구멍의 밀도는 15.5 내지 62개/㎠인 벌집형 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 다수의 관통 구멍은 길이 방향에 수직인 단면의 면적이 상대적으로 큰 대용적 관통 구멍과, 상기 단면의 면적이 상대적으로 작은 소용적 관통 구멍의 2종류의 관통 구멍으로 이루어지는 벌집형 구조체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 형상은 다각형인 벌집형 구조체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 형상은 팔각형 및 사각형인 벌집형 구조체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 대용적 관통 구멍군과 소용적 관통 구멍군의 단면의 면적의 비(대용적 관통 구멍군/소용적 관통 구멍군)는 1.01 내지 6인 벌집형 구조체.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대용적 관통 구멍과 소용적 관통 구멍의 단면의 면적의 비(대용적 관통 구멍/소용적 관통 구멍)는 1.01 내지 6인 벌집형 구조체.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 하나의 대용적 관통 구멍이 인접하는 대용적 관통 구멍과 공유하는 벽부와, 상기 하나의 대용적 관통 구멍이 인접하는 상기 소용적 관통 구멍과 공유하는 벽부의 교차되는 각 중 적어도 하나가 둔각인 벌집형 구조체.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 대용적 관통 구멍 및/또는 소용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 모서리부의 근방이 곡선에 의해 구성되어 있는 벌집형 구조체.
제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 인접하는 대용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 무게 중심간 거리와, 인접하는 소용적 관통 구멍의 길이 방향에 수직인 단면의 무게 중심간 거리가 동등한 벌집형 구조체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 다공질 세라믹 블럭은 복수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속됨으로써 구성되어 있는 벌집형 구조체.
차량의 배기 가스 정화 장치에 사용되는 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 벌집형 구조체를 이용한 필터.