KR20060063772A

KR20060063772A - 벌집형 구조체, 벌집형 구조체의 제조 방법 및 배기 가스정화 장치

Info

Publication number: KR20060063772A
Application number: KR1020057010043A
Authority: KR
Inventors: 유따까 요시다
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-06-12
Also published as: EP1623750B1; KR100637298B1; US7348049B2; JP4666390B2; WO2005099865A1; CN1735743A; CN100419230C; EP1623750A4; JPWO2005099865A1; US20050229565A1; EP1623750A1

Abstract

본 발명은, 기계적 강도가 커 열 응력이 발생해도 크랙이 발생되는 일 없이, 그 외주면으로부터 높은 압력이 가해진 경우라도, 용이하게 크랙이 발생되거나 파괴되거나 하는 일 없이 내구성이 우수한 벌집형 구조체, 펀칭 강도가 우수한 벌집형 구조체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 본 발명의 벌집형 구조체는 벌집형 구조체 및 세라믹 블록의 외주면에 요철이 형성된 벌집형 구조체이며, 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하고, 그 무게 중심을 c1, 무게 중심(c1)을 갖는 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D1, 무게 중심(c1)을 갖는 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D2, M1 = D1 - D2라 정의하였을 때에 0.3 ㎜ ≤ M1이고, 또한 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하고, 그 무게 중심을 c2, 무게 중심(c2)을 갖는 최소 제곱 곡선의 동심 최외접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D3, 무게 중심(c2)을 갖는 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D4, M2 = D3 - D4라 정의하였을 때에 0.5 ㎜ ≤ M2 ≤ 7.0 ㎜인 것을 특징으로 한다.

세라믹 구조체, 관통 구멍, 벽부, 밀봉재층, 벌집형 구조체

Description

벌집형 구조체, 벌집형 구조체의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치{HONEYCOMB STRUCTURAL BODY, MANUFACTURING METHOD OF THE HONEYCOMB STRUCTURAL BODY, AND EXHAUST GAS PURIFYING DEVICE}

본 출원은, 2004년 4월 5일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-111430호를 기초 출원으로 하여 우선권 주장하는 출원이다.

본 발명은 벌집형 구조체, 벌집형 구조체의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

자동차, 버스, 트럭 등의 차량이나 건설 기계 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에 함유되는 미립자 물질이 환경이나 인체에 해를 끼치는 것이 최근 문제가 되고 있다.

이 배기 가스를 다공질 세라믹에 통과시킴으로써 배기 가스 중의 미립자 물질을 포집하여 배기 가스를 정화하는 벌집형 필터가 다양하게 제안되어 있다.

도9의 (a)는 이러한 벌집형 필터의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 벌집형 필터의 단면도이다. 또한, 도10의 (a)는 도9에 도시한 벌집형 필터를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 그 A-A선 단면도이다.

도9의 (a)에 도시한 바와 같이, 종래의 벌집형 필터(90)는 탄화 규소 등으로 이루어지는 다공질 세라믹 부재(95)가, 밀봉재층(91)을 거쳐서 복수개 결속되어 세라믹 블록(93)을 구성하고, 이 세라믹 블록(93)의 주위에 밀봉재층(92)이 형성되어 있다.

또한, 이 다공질 세라믹 부재(95)는 도10의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 길이 방향으로 다수의 관통 구멍(96)이 병설되고, 관통 구멍(96)끼리를 사이에 두는 격벽(98)이 필터로서 기능하도록 되어 있다. 즉, 다공질 세라믹 부재(95)에 형성된 관통 구멍(96)은, 도10의 (b)에 도시한 바와 같이 배기 가스의 입구측 또는 출구측의 단부 중 어느 하나가 밀봉재(97)에 의해 막혀, 하나의 관통 구멍(96)에 유입된 배기 가스는 반드시 관통 구멍(96)을 사이에 두는 격벽(98)을 통과한 후, 다른 관통 구멍(96)으로부터 유출되도록 되어 있다.

배기 가스 정화 장치에서는, 이러한 구성의 벌집형 필터(90)가 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 내연 기관의 배기 통로에 접속된 케이싱 내에 설치되고, 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스 중 미립자 물질은 이 벌집형 필터(90)를 통과할 때에 격벽(98)에 의해 포착되어 배기 가스가 정화된다.

그러나, 상술한 구성의 배기 가스 정화 장치에 있어서 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 케이싱 내에 설치된 벌집형 필터는, 도9의 (b)에 도시한 바와 같이 세라믹 블록(93)의 외주면에 밀봉재층(92)이 형성되어 있고, 그 길이 방향에 수직인 단면 형상이 대략 진원에 가까운 것이었다. 그로 인해, 배기 가스 중 미립자 물질의 포집량이 많아짐으로써 벌집형 필터의 배기 가스 유입측 단부면에 관한 압 력이 높아진 경우나, 케이싱이 고온으로 가열되어 벌집형 필터보다도 크게 팽창함으로써 상기 케이싱 내에서의 매트 형상 보유 지지 밀봉재에 의한 벌집형 필터의 파지력이 저하된 경우, 케이싱 내에서 벌집형 필터의 위치 어긋남이 발생되는 경우가 있었다.

이와 같이 케이싱 내에서 벌집형 필터의 위치 어긋남이 발생되면, 벌집형 필터의 길이 방향과 배기 가스의 유통 방향이 비평행해져 미립자 물질의 포집 효율의 저하가 발생되거나, 벌집형 필터와 케이싱이 접촉하여 벌집형 필터에 크랙이 발생되거나 하는 경우가 있었다. 또한, 매트 형상 보유 지지 밀봉재가 벌집형 필터의 배기 가스 유입측 단부면에 현수되어, 벌집형 필터의 배기 가스 유입측 단부면에 노출된 관통 구멍을 막아 버려 배기 가스의 정화 효율이 저하되어 버리는 경우도 있었다.

그래서, 케이싱 내에서 벌집형 필터의 위치 어긋남이 발생되는 것을 방지하기 위해, 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 케이싱 내에 벌집형 필터를 배치할 때, 상기 벌집형 필터의 외주에 상당한 압력을 가하면서 상기 케이싱 내에 설치하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서는 상기 매트 형상 보유 지지 밀봉재에 의한 압력에 의해 상기 벌집형 필터에 크랙이 발생되거나 작업이 곤란해져, 생산성이 저하되어 경제적으로 불리하게 되거나 하는 경우가 있었다.

이에 대해, 특허 문헌 1에는 단면 형상을 진원으로부터 편평 상태로 하여 진원도를 조정함으로써, 벌집형 구조체의 보유 지지력을 향상시키는 벌집형 구조체가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 외주에 요철을 형성함으로써 진원도를 조 정한 벌집형 구조체가 개시되어 있다. 이들 벌집형 구조체에서는, 배기 가스 정화 장치로서 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 케이싱 내에 설치할 때, 상기 매트 형상 보유 지지 밀봉재가 상기 벌집형 구조체의 외주 부분의 오목 부분을 충전하도록 파고들기 때문에, 상기 벌집형 구조체의 상기 케이싱 내에 있어서의 파지력이 향상되고, 상기 케이싱 내에서 상기 벌집형 구조체의 위치 어긋남은 거의 발생하지 않아 벌집형 구조체의 보유 지지 안정성을 향상시킬 수 있는 것이었다.

그러나, 세라믹 블록에 밀봉재층(코트층)을 형성시킨 벌집형 구조체에 있어서, 단순하게 외부에 요철층을 형성시키거나 함으로써 외주부를 조정하여 보유 지지력을 향상시켜도, 사용시의 열 응력 등에 따라 크랙이 들어가는 것을 알 수 있었다.

이에 대해, 특허 문헌 3에는 관통 구멍의 비스듬한 부분의 접합층을 두껍게 설정함으로써, 아이소스태틱 강도를 상승시킨 벌집형 구조체가 개시되어 있다.

그러나, 특허 문헌 3은 밀봉재층(코트층)을 형성한 후의 세라믹 구조체의 외표면에 요철이 없다. 그런데 요철이 없는 경우에는, 위치에 관계없이 밀봉재의 두께에 따라서는 크랙이 발생되는 것을 알 수 있었다.

또한, 종래 복수의 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 결속된 구조의 벌집형 구조체를 제조하기 위해서는, 우선 세라믹 재료를 포함하는 혼합 조성물을 이용하여 압출 성형에 의해 사각 기둥 형상의 세라믹 성형체를 제작하고, 이 세라믹 성형체를 건조, 탈지, 소성함으로써 다공질 세라믹 부재를 제조한다.

그리고, 상기 다공질 세라믹 부재를 밀봉재 페이스트를 거쳐서 조립 완료하 여 사각 기둥 형상의 세라믹 적층체를 제작한 후, 상기 세라믹 적층체의 외주를 절삭하는 외주 가공을 실시하여 소정 크기의 세라믹 블록을 제작하고, 필요에 따라서 상기 세라믹 블록의 외주에 밀봉재 페이스트를 균일하게 도포, 건조시킴으로써 밀봉재층(코트층)을 형성하고 있었다.

그러나, 이러한 종래의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 상기 세라믹 블록을 제작할 때, 취성 재료인 세라믹에 절삭 가공을 실시하고 있었으므로 상기 세라믹 블록의 외주에 이지러짐이 발생되기 쉬운 것이었다.

또한, 대략 원기둥 형상의 세라믹 블록을 외주 가공에 의해 제작하고 있었으므로, 얻어지는 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 그리는 단면 곡선의 무게 중심을 복수 부위 구하면, 각 단면 곡선에 있어서의 무게 중심은 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하는 것이었다. 그로 인해, 예를 들어 상기 벌집형 구조체의 소정의 관통 구멍에 밀봉재를 설치하여 도9에 도시한 벌집형 필터(90)와 같은 배기 가스 정화용 벌집형 필터로 하고, 배기 가스 정화 장치로서 케이싱 내에 매트 형상 보유 지지 밀봉재 등으로 보유 지지한 경우, 배기 가스 등에 의해 벌집형 구조체의 한 쪽 단부면측으로부터 압력이 가해지면, 상기 벌집형 구조체가 어긋나거나 누락되거나 하는 경우가 있어, 상기 벌집형 구조체의 펀칭 강도는 그다지 우수한 것은 아니었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2003-262118호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-329836호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2003-260322호 공보

본 발명은 이들 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 기계적 강도가 커 열 응력이 발생해도 크랙이 발생되는 일이 없고, 그 외주면으로부터 높은 압력이 가해진 경우라도 용이하게 크랙이 발생되거나 파괴되거나 하는 일이 없어 내구성이 우수한 동시에, 펀칭 강도가 우수한 벌집형 구조체 및 그 제조 방법 및 내구성이 우수한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 벌집형 구조체는, 다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹으로 이루어지는 기둥 형상의 세라믹 블록의 외주부에 밀봉재가 설치되는 동시에, 상기 벌집형 구조체 및 상기 세라믹 블록의 외주면에 요철이 형성된 벌집형 구조체이며,

상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하고, 그 무게 중심을 c1,

무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D1,

무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최내접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D2,

M1 = D1 - D2라 정의하였을 때에,

0.3 ㎜ ≤ M1이고, 또한

상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하고, 그 무게 중심을 c2,

무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D3,

무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최내접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D4,

M2 = D3 - D4라 정의하였을 때에,

0.5 ㎜ ≤ M2 ≤ 7.0 ㎜인 것을 특징으로 한다.

상기 벌집형 구조체에 있어서는, 상기 M1은 3.0 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.

상기 벌집형 구조체에 있어서, 무게 중심(c1)과 무게 중심(c2)은 일치하지 않는 것이 바람직하고, 이 경우에 무게 중심(c1)과 무게 중심(c2)과의 거리는 0.1 ≤ 10.0 ㎜인 것이 바람직하다.

상기 벌집형 구조체에 있어서, 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c2)을 상기 세라믹 블록의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 이들 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 것이 바람직하고, 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c1)을 상기 벌집형 구조체의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 무게 중심(c1)이 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 것이 바람직하다.

상기 벌집형 구조체에 있어서, 상기 세라믹 블록은 복수개의 다공질 세라믹 부재를 결속함으로써 구성되어 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 다공질 세라믹 부재는 탄화 규소질 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 벌집형 구조체에 있어서는, 촉매가 담지되어 있는 것이 바람직하고, 상기 관통 구멍은 어느 한 쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법은, 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이며,

상기 다공질 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 성형체를 건조시킴으로써 얻어진 세라믹 건조체의 외주 가공을 행하고, 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 제작하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법은, 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이며,

복수 종류의 단면 형상을 갖는 세라믹 성형체를 압출 성형법에 의해 제작하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 상기 벌집형 구조체가 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 내연 기관의 배기 통로에 접속하는 케이싱 내에 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 매트 형상 보유 지지 밀봉재가 무팽창 세라믹 섬유질 매트인 것이 바람직하다.

본 발명의 벌집형 구조체는, 열 충격에 대한 강도가 높아(내구성이 커), 그 외주면으로부터 높은 압력이 가해진 경우라도 용이하게 크랙이 발생되거나 파괴되거나 하는 일이 없어 내구성이 우수한 것이 된다.

또한, 무게 중심(c1)과 무게 중심(c2)이 일치하지 않는 벌집형 구조체(이하, 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체라 함)에서는 펀칭 강도가 높고, 배기 가스 정화 장치로서 매트 형상 보유 지지 밀봉재 등을 거쳐서 케이싱 내에 조립 부착되어, 장시간 촉매 컨버터나 벌집형 필터로서 사용한 경우(열 충격을 받은 경우)라도 덜걱거림이 발생되는 일이 없어 내구성이 우수한 것이 된다.

또한, 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c2)을 상기 세라믹 블록의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 이들 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체, 또는 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c1)을 상기 벌집형 구조체의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 무게 중심(c1)이 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체(이하, 미소 만곡형 벌집형 구조체라 함)에서는, 펀칭 강도와 내구성이 우수한 벌집형 구조체가 된다.

제1 및 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 취성 재료인 세라믹에 절삭 가공을 실시하는 일이 없으므로, 상기 세라믹 블록의 외주에 이지러짐을 발생시키는 일 없이 벌집형 구조체를 제조할 수 있다. 또한, 그 외주면에 요철이 형성되고, 복수의 다공질 세라믹 부재가 접착제층을 거쳐서 결속된 구조의 세라믹 블록을 포함하는 본 발명의 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 본 발명의 벌집형 구조체를 이용하여 이루어지므로 아이소스태틱 강도 및 펀칭 강도가 우수한 동시에, 장시간 사용해도 벌집형 구조체의 덜걱거림이 발생하는 일이 없는 열 충격에 대한 강도가 우수한 것으로 할 수 있다.

도1은 본 발명의 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도3은 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도4의 (a)는 상기 세라믹 블록의 단면의 윤곽상의 점에 대한 위치 데이터를 2차원 좌표축 상에 플롯하여 그려지는 곡선의 일예를 도시한 도면이고, (b)는 (a)에 도시한 위치 데이터를 이용하여 최소 제곱법에 의해 그린 최소 제곱 곡선과, 상기 최소 제곱 곡선에 대해 JIS B 06210에 준거하여 진원도를 구할 때의 최소 영역을 생성하는 2개의 원의 일예를 도시한 도면이다.

도5의 (a)는 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서의 집합체형 벌집형 구조체의 다른 일예를 개략적으로 도시한 정면도이고, (b)는 일체형 벌집형 구조체의 다른 일예를 개략적으로 도시한 정면도이다.

도6의 (a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 벌집형 구조체의 A, B 및 C에 있어서의 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 그리는 단면 곡선을 개략적으로 도시한 사시 도이다.

도7은 본 발명의 배기 가스 정화 장치의 일예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도8의 (a)는 도7에 도시한 배기 가스 정화 장치에 있어서의 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 권취한 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 그 부분 확대 단면도이다.

도9는 종래의 벌집형 필터의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도10의 (a)는 종래의 벌집형 필터를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 그 A-A선 단면도이다.

도11은 제10 내지 제15 실시예의 결과를 나타낸 그래프이다.

도12는 제16 내지 제21 실시예의 결과를 나타낸 그래프이다.

[부호의 설명]

10, 30, 50, 60, 500 : 세라믹 구조체

11, 61 : 밀봉재(접착제)층

20, 200, 210, 65 : 다공질 세라믹 부재

21, 31, 201, 211 : 관통 구멍

22, 32, 202, 212 : 벽부

이하 본 발명의 벌집형 구조체, 벌집형 구조체의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 본 발명의 벌집형 구조체에 대해 설명한다.

상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하여 그 무게 중심을 c1,

무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D2,

M1 = D1 - D2라 정의하였을 때에,

0.3 ㎜ ≤ M1이고, 또한

상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하여 그 무게 중심을 c2,

무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D4,

M2 = D3 - D4라 정의하였을 때에,

0.5 ㎜ ≤ M2 ≤ 7.0 ㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 벌집형 구조체는, 다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹으로 이루어지는 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성되어 있지만, 상기 세라믹 블록은 복수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상의 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 결속됨으로써 구성되어 있어도 좋고[이하, 상기 구조의 세라믹 블록을 포함하는 벌집형 구조체(블록)를 집합체형 벌집형 구조체(블록)라고도 함], 전체가 일체로서 소결 형성된 세라믹 부재로 구성되어 있어도 좋다[이하, 상기 구조의 세라믹 블록을 포함하는 벌집형 구조체(블록)를 일체형 벌집형 구조체(블록)라고도 함].

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 세라믹 블록이 상기 집합체형 세라믹 블록인 경우, 벽부는 다공질 세라믹 부재의 관통 구멍을 사이에 두는 격벽과, 다공질 세라믹 부재의 외벽 및 다공질 세라믹 부재 사이의 밀봉재층(바람직하게는 접착제로서도 기능함)으로 구성되어 있고, 한편 상기 세라믹 블록이 상기 일체형 세라믹 블록인 경우 1 종류의 격벽으로만 구성되어 있다.

도1은 본 발명의 벌집형 구조체에 이용되는 집합체형 세라믹 블록의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도2의 (a) 내지 (c)는 도1에 도시한 세라믹 블록을 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 벌집형 구조체(10)는 그 형상이 다른 복수의 다공질 세라믹 부재(20, 200, 210)가 각각 밀봉재층(11)을 거쳐서 결속되어 대략 원기둥 형상의 세라믹 블록을 구성하고 있고, 도1에는 도시되어 있지 않지만 상기 세라믹 블록의 외주면에는 요철이 형성되어 있다.

이와 같은 벌집형 구조체(10)를 구성하는 다공질 세라믹 부재(20)는, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 그 길이 방향으로 다수의 관통 구멍(21)이 격벽(22)을 사이에 두고 병설된 단면으로부터 보아 대략 정사각형의 사각 기둥 형상이다.

또한, 다공질 세라믹 부재(200)는 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 그 길이 방향으로 다수의 관통 구멍(201)이 격벽(202)을 사이에 두고 병설되고, 그 외주의 일부가 절제된 단면으로부터 보아 대략 부채형의 기둥 형상이고, 상기 외주의 절제된 부분에 관통 구멍(201)의 일부가 노출되어 있다. 즉, 다공질 세라믹 부재(200)의 외주면의 일부분에는 상기 노출된 관통 구멍(201)에 의해 홈 형상의 요철이 형성되어 있다.

또한, 다공질 세라믹 부재(210)는 도2의 (c)에 도시한 바와 같이, 그 길이 방향으로 다수의 관통 구멍(211)이 격벽(212)을 사이에 두고 병설되고, 그 외주의 한 모서리부 부근이 절제된 기둥 형상이고, 상기 외주의 절제된 부분에 관통 구멍(211)의 일부가 노출되어 있다. 즉, 다공질 세라믹 부재(210)의 외주면의 일부분에는 상기 노출된 관통 구멍(211)에 의해 홈 형상의 요철이 형성되어 있다.

상술한 구조의 다공질 세라믹 부재(20, 200 및 210)가 밀봉재층(11)을 거쳐서 조합됨으로써 벌집형 구조체의 세라믹 블록(10)은 구성되어 있지만, 사각 기둥 형상의 그 외주면에 요철을 갖지 않는 다공질 세라믹 부재(20)는, 상기 세라믹 블록의 중심 부근에 위치하고 있고, 그 외주면에 홈 형상의 요철을 갖는 다공질 세라믹 부재(200) 및 다공질 세라믹 부재(210)는 상기 세라믹 블록의 외주 부근에 위치 하고 있다.

즉, 벌집형 구조체(10)에 있어서 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 홈 형상의 요철은 다공질 세라믹 부재(200) 및 다공질 세라믹 부재(210)를 구성하는 관통 구멍의 일부가 삭제되고 남은 부분이 외주면에 노출된 것이다.

도3은 본 발명의 벌집형 구조체에 이용되는 일체형 세라믹 블록의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

이 세라믹 블록은, 다수의 관통 구멍(31)이 벽부(32)를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 하나의 다공질 세라믹으로 이루어지는 대략 원기둥 형상의 세라믹 블록을 구성하고 있고, 상기 세라믹 블록의 외주면에는 요철(33)이 형성되어 있다.

이러한 구조의 벌집형 구조체(30)에 있어서, 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철(33)은 도1 및 도2에 도시한 벌집형 구조체(10)인 경우와 마찬가지로, 세라믹 블록을 구성하는 관통 구멍(31)의 일부가 삭제되고 남은 부분이 외주면에 노출된 것이다.

이와 같이 본 발명의 벌집형 구조체는, 집합체형 벌집형 구조체 또는 일체형 벌집형 구조체 중 어떠한 경우라도 세라믹 블록의 외주면에 요철이 형성되어 있다.

본 발명자들의 연구에 따르면, 종래는 이러한 벌집형 구조체에는 밀봉재층을 설치함으로써 전체 외주를 균일하게 하고, 원기둥의 측면에는 홈 형상의 요철을 없애 평탄하게 해 왔지만, 벌집형 구조체의 열 충격 시험 등을 행하면 벌집형 구조체의 외주면에 요철(바람직하게는, 길이 방향 모든 단면에 있어서 효과를 미칠 수 있도록 홈 형상의 요철)을 남긴 경우에 있어서, 세라믹 블록의 요철 상태의 밸런스가 나빠지면, 열 충격성이 악화되는 것이 판명되었다. 이 이유는 명확하지 않지만, 이하와 같다고 생각된다.

즉, 벌집형 구조체는 중심으로부터 외주부를 향해, 균등하게 열의 방출이 발생되지만 표면에 요철이 있으면 표면의 표면적이 향상됨으로써 냉각 효과가 발생되어 급격한 온도 충격이 발생되기 쉬워진다. 또한, 보다 미시적으로 보아 볼록부의 정상점이 오목부의 골짜기 부분과 비교하여 열 충격을 받기 쉽다고 생각된다.

또한, 이 때 벌집형 부재와 세라믹 부재는 재료가 다르거나 밀도 등이 다름으로써 완전히 동일한 물성치를 나타내지 않으므로, 그 부분에도 열의 응력이 발생된다고 생각된다.

상술한 2개의 부위의 요철의 상황을 변경시킴으로써, 각각의 열 응력에 의한 내부의 왜곡을 완화시킬 수 있는 것은 아닌가 생각된다.

이하, 본 발명의 벌집형 구조체나 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철에 대해 설명한다.

또한, 벌집형 구조체에 있어서는, 세라믹 블록에 밀봉재(코트)층을 형성한 후에 동일한 측정을 하면 되므로, 이하에 세라믹 블록의 측정에 한정하여 설명을 한다. 물론, 세라믹 블록의 측정은 벌집형 구조체의 제조 공정 중에 측정을 행하면 좋지만, 제조 후이면 밀봉재(코트)층을 가공, 연마 등에 의해 제거한 후 세라믹 블록 부분에 있어서 동일한 측정을 행하면 좋다.

본 발명의 벌집형 구조체에 이용하는 세라믹 블록에 있어서, 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 크기를 구하기 위해서는, 우선 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면(이하, 단순히 세라믹 블록의 단면이라고도 함)의 윤곽 상의 점을 10 군데 이상 측정함으로써 얻어지는 상기 윤곽 상의 점의 위치 데이터를 2차원 좌표 상에 플롯한다.

도4의 (a)는 상기 세라믹 블록의 단면의 윤곽 상의 점에 대한 위치 데이터를 2차원 좌표축 상에 플롯하여, 그려지는 곡선의 일예를 나타낸 도면이다.

도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 윤곽 상의 점에 대해 측정한 위치 데이터를 2차원 좌표축 상에 플롯하면, 상기 세라믹 블록의 단면과 대략 동일 형상의 굴곡부를 갖는 곡선(40)이 그려진다.

또한, 도4의 (a)에 도시한 곡선(40)은 도1에 도시한 벌집형 구조체(10)의 세라믹 블록의 단면의 윤곽 상의 점에 대한 위치 데이터를 2차원 좌표축 상에 플롯한 도면이며, 2차원 좌표축은 생략되어 있다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 상기 윤곽 상의 점에 대한 위치 데이터는 10 군데 이상 측정한다. 측정하는 위치 데이터의 수가 10 군데 미만이면, 상기 2차원 좌표축 상에 그려지는 곡선의 형상이 상기 세라믹 블록의 단면 형상과 크게 다르게 되어, 정확하게 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 변동을 구할 수 없게 된다.

측정하는 위치 데이터의 수는 10 군데 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 100 군데 이상인 것이 바람직하다. 상기 2차원 좌표축 상에 그려지는 곡선의 형상이 실제의 세라믹 블록의 단면 형상에 가까워지기 때문이다.

또한, 측정하는 상기 윤곽 상의 점은 상기 윤곽 상에서 등간격인 것이 바람 직하다. 보다 정확한 세라믹 블록의 외주면의 요철의 변동을 측정할 수 있기 때문이다.

상기 윤곽 상의 점의 위치 데이터를 2차원 좌표축 상에 플롯할 때에는, 시판되어 있는 3차원 측정기를 이용할 수 있다.

상기 3차원 측정기로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 미쯔토요사제의 「LEGEX 시리즈」,「FALCIO-APEX 시리즈」,「Bright-Apex 시리즈」,「MACH 시리즈」,「CHN 시리즈」,「BH-V 시리즈」 등을 들 수 있다.

다음에, 상기 윤곽 상의 점에 대한 위치 데이터를 이용한 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 상기 2차원 좌표축 상에 그리고, 그 무게 중심(c2)을 구한다.

다음에, 무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과, 무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선을 구한다.

동심 최소 외접 곡선 및 동심 최대 내접 곡선은, 원에 한정되지 않으며 타원이라도 좋고, 그 밖의 곡선이라도 좋다. 또한, 동심 최소 외접 곡선과 동심 최대 내접 곡선은 무게 중심(c2)을 공유하는 닮은꼴이 된다.

또한, 원이면 JIS B O621의 진원도를 구하는 방법에 준거하면 된다.

도4의 (b)는, 도4의 (a)에 도시한 위치 데이터를 이용하여 최소 제곱법에 의해 그린 최소 제곱 곡선과, 동심 최소 외접 곡선과, 동심 최대 내접 곡선과, 무게 중심(c2)과의 일예를 나타낸 도면이며, 2차원 좌표축은 생략되어 있다.

도4의 (b)에 도시한 바와 같이, 최소 제곱 곡선(41)은 도4의 (a)에 도시한 곡선(40)보다도 매끄러운 요철을 갖는 것이고, 무게 중심(c2)보다 큰 거리의 동심 최소 외접 곡선(42)과 보다 작은 거리의 동심 최대 내접 곡선(43)으로 구성되어 있다.

여기서, 동심 최소 외접 곡선(42)과 동심 최대 내접 곡선(43)이라 함은 상술한 바와 같이 무게 중심(c2)으로부터 보아 동심 곡선이며, 구체적으로는 동심 최소 외접 곡선(42)은 그 선 상에 최소 제곱 곡선(41)의 볼록 부분 중 적어도 일부가 존재하고, 최소 제곱 곡선(41)의 다른 부분이 동심 최소 외접 곡선의 내부에 존재하는 무게 중심(c2)으로부터 보아 거리가 최소인 곡선이며, 동심 최대 내접 곡선(43)은 그 선 상에 최소 제곱 곡선(41)의 오목부 중 적어도 일부가 존재하고, 최소 제곱 곡선(41)의 그 밖의 부분이 동심 최대 내접 곡선의 외측에 존재하는 무게 중심(c2)으로부터 보아 거리가 최대인 곡선이다.

본 발명에서는, 상술한 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리(D3) 및

상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리(D4)를 측정하는 동시에, D3 - D4 = M2를 계산한다.

본 발명의 벌집형 구조체의 세라믹 블록에서는, M2에 의해 상술 세라믹 블록의 외표면에 형성된 요철의 크기를 대표할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 벌집형 구조체에 대해서도 완전히 동일하게 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하여 그 무게 중심을 c1이라 한다. 그리고, 무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선을 구하여, 상기 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D1이라 한다. 또한, 무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선을 구하여 상기 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D2라 하는 동시에, D1 - D2 = M1을 계산한다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서는, M1은 0.3 ㎜ 이상이다.

M1이 0.3 ㎜ 미만이면, 상기 세라믹 구조체의 외주면에는 거의 요철이 형성되어 있지 않게 되어, 이러한 벌집형 구조체는 상술한 바와 같은 열 응력의 문제가 발생되지 않는다.

M1은 3.0 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. M1이 3.0 ㎜를 넘으면, 상기 구조체의 외주면에 형성된 요철이 커, 이러한 벌집형 구조체는 상술한 바와 같이 상기 세라믹 블록의 외주면의 볼록부에 열 응력에 의한 크랙이나 이지러짐이 발생되기 쉽게 되어 버린다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체가 이용되는 세라믹 블록에 있어서는 0.5 ㎜ ≤ M2 ≤ 7.0 ㎜이다.

M2이 0.5 ㎜ 미만이면, 상기 세라믹 블록의 외주면에는 거의 요철이 형성되어 있지 않게 되어, 이러한 세라믹 블록과 밀봉(코트)층과의 사이에 열 응력이 발생하여 크랙이 발생된다고 생각된다.

한편, M2가 7.0 ㎜를 넘으면 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철이 커, 이러한 벌집형 구조체는 이러한 세라믹 블록과 밀봉(코트)층과의 사이에 열 응력이 발생되어 크랙이 발생한다고 생각된다.

이와 같이, 본 발명의 벌집형 구조체는 세라믹 블록의 외주면에는 소정의 크기의 요철이 형성되어 있다. 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철은, 도1 내지 도3에 도시한 벌집형 구조체와 같이 세라믹 블록을 구성하는 관통 구멍의 일부가 삭제되고 남은 부분이 외주면에 노출된 것이라도 좋지만, 예를 들어 도5의 (a) 및 (b)에 도시한 벌집형 구조체(50) 및 벌집형 구조체(500)와 같이 세라믹 블록의 외주면에 계단 형상의 요철이 형성되어 있어도 좋다.

또한, 도5의 (a)는 집합체형 세라믹 블록(50)의 다른 일예를 개략적으로 도시한 정면도이고, (b)는 일체형 세라믹 블록(500)의 다른 일예를 개략적으로 도시한 정면도이다.

도5의 (a) 및 (b)에 도시한 세라믹 블록(50) 및 세라믹 블록(500)은, 세라믹 블록의 외주면 부근에 형성된 관통 구멍을 포함하는 모든 관통 구멍의 단면 형상이 대략 정사각형이고, 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철은 상기 세라믹 블록의 외주면 부근의 관통 구멍의 단면 형상을 따라 계단 형상으로 형성되어 있다.

이러한 세라믹 블록(50 및 500)은 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 형상이 다른 것 외에는, 도1에 도시한 벌집형 구조체(10) 및 도3에 도시한 벌집형 구조체(30)와 대략 동일한 구조로 되어 있다.

본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹의 재료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 질화 티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 탄화 티탄, 탄화 탄탈, 탄화 텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코듈라이트, 멀라이트 등의 산화물 세라 믹, 탄화 규소와 규소의 복합체 등을 들 수 있지만, 본 발명의 벌집형 구조체가 상술한 집합체형 벌집형 구조체인 경우, 상기 다공질 세라믹의 재료로서는 내열성이 커 기계적 특성이 우수하고, 또한 열전도율도 큰 탄화 규소질 세라믹이 바람직하다. 또한, 탄화 규소질 세라믹이라 함은 탄화 규소가 60 wt ％ 이상인 것을 말하는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체가 상술한 일체형 벌집형 구조체인 경우, 상기 다공질 세라믹의 재료로서는 저렴하게 제조할 수 있는 동시에, 비교적 열팽창 계수가 작아 사용 중에 산화되는 일이 없으므로 코제라이트가 바람직하다.

본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 세라믹 블록의 기공율은 특별히 한정되지 않지만, 20 내지 80 ％ 정도인 것이 바람직하고, 50 ％ 이상이 보다 바람직하다. 기공율이 20 ％ 미만이면, 본 발명의 벌집형 구조체를 배기 가스 정화용 벌집형 필터로서 사용한 경우 곧 막힘을 일으키는 경우가 있고, 한편 기공율이 80 ％를 넘으면 세라믹 블록의 강도가 저하되어 쉽게 파괴되는 경우가 있다.

또한, 50 ％ 이상으로 고기공율의 벌집형 구조체이면 통상 열 충격을 받기 쉬운 것이, 본 발명에서는 열 충격에 강하기 때문에 더욱 현저한 효과를 기대할 수 있다.

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

또한, 상기 세라믹 블록의 평균 기공 직경은 5 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 평균 기공 직경이 5 ㎛ 미만이면, 본 발명의 벌집형 구조체를 배기 가스 정화 용 벌집형 필터로서 사용한 경우, 미립자 물질이 쉽게 막힘을 일으키는 경우가 있다. 한편, 평균 기공 직경이 100 ㎛를 넘으면, 미립자 물질이 기공을 빠져 나가 버려, 상기 미립자 물질을 포집할 수 없어 필터로서 기능할 수 없는 경우가 있다.

이와 같은 세라믹 블록을 제조할 때에 사용하는 세라믹의 입경으로서는 특별히 한정되지 않지만, 이후의 소성 공정에서 수축이 적은 것이 바람직하며, 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 세라믹으로 이루어지는 세라믹 블록을 제조할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체가 도1에 도시한 집합체형 벌집형 구조체인 경우, 복수의 다공질 세라믹 부재는 접착제로서 기능하는 밀봉재층을 거쳐서 결속되어 있지만, 상기 밀봉재(접착제)층을 구성하는 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 무기 바인더, 유기 바인더, 무기 섬유 및/또는 무기 입자로 이루어지는 것 등을 들 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 본 발명의 벌집형 구조체의 세라믹 블록의 외주면의 밀봉재층(코트층)을 구성하는 재료는, 상기 밀봉재(접착제)층과 동일한 재료로 이루어지는 것이라도 좋고, 다른 재료로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 상기 밀봉재(접착제)층과 밀봉재층(코트층)이 동일한 재료로 이루어지는 것인 경우, 그 재료의 배합비는 동일한 것이라도 좋고 다른 것이라도 좋다.

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

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

상기 무기 섬유로서는, 예를 들어 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카 등의 세라믹 섬유 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 좋고, 2 종류 이상을 병용해도 좋다. 상기 무기 섬유 중에서는 알루미나 섬유, 실리카-알루미나 섬유가 바람직하다. 상기 무기 섬유의 섬유 길이의 하한치는, 5 ㎛가 바람직하다. 또한, 상기 무기 섬유의 섬유 길이의 상한치는 100 ㎜가 바람직하고, 100 ㎛가 보다 바람직하다. 5 ㎛ 미만이면, 밀봉재층의 탄성을 향상시킬 수 없는 경우가 있고, 한편 100 ㎜를 넘으면 무기 섬유가 곱슬 마디와 같은 형성을 취하기 쉬워지므로, 무기 입자와의 분산이 나빠지는 경우가 있다. 또한, 100 ㎛를 넘으면 밀봉재층의 두께를 얇게 하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

상기 무기 입자로서는, 예를 들어 탄화물, 질화물 등을 들 수 있고, 구체적으로는 탄화 규소, 질화 규소, 질화 붕소 등으로 이루어지는 무기 분말 또는 위스커 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 좋고, 2 종류 이상을 병용해도 좋다. 상기 무기 입자 중에서는, 열전도성이 우수한 탄화 규소가 바람직하다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서, 세라믹 블록에 형성된 관통 구멍 중 소 정의 관통 구멍이 밀봉재에 의해 밀봉되고, 한편 상기 세라믹 블록의 다른 쪽 단부에서, 상기 한 쪽 단부에서 밀봉되어 있지 않은 관통 구멍이 밀봉재에 의해 밀봉되면, 본 발명의 벌집형 구조체는 배기 가스 정화용 벌집형 필터로서 기능한다.

즉, 본 발명에 관한 벌집형 필터의 하나의 관통 구멍으로부터 유입된 배기 가스는, 상기 관통 구멍을 사이에 두는 벽부를 통해 다른 관통 구멍으로부터 외부로 배출된다. 그 때, 배기 가스에 포함되는 미립자 물질은 상기 벽부에 있어서 보충되어 배기 가스가 정화된다.

본 발명에 관한 벌집형 필터에 있어서, 본 발명의 벌집형 구조체가 상술한 집합체형 벌집형 구조체인 경우, 다공질 세라믹 부재의 관통 구멍을 사이에 두는 격벽이 입자 포집용 필터로서 기능한다. 즉, 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서의 벽부의 일부가 입자 포집용 필터로서 기능한다. 한편, 본 발명의 벌집형 구조체가 상술한 일체형 벌집형 구조체인 경우, 상기 벌집형 구조체에 있어서의 벽부의 전부가 입자 포집용 필터로서 기능한다.

또한, 상기 배기 가스 정화용 벌집형 필터로서 기능하는 본 발명의 벌집형 구조체는, 종래 공지의 배기 가스 정화용 벌집형 필터와 마찬가지로 기능하는 것이며, 그 자세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 발명에 관한 벌집형 필터에 있어서, 상기 밀봉재를 구성하는 재료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 상술한 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹과 동일한 재료를 들 수 있다.

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

이러한 촉매가 담지되어 있음으로써 본 발명의 벌집형 구조체는, 배기 가스에 함유되는 상기 CO, HC 및 NO_x 등을 정화하기 위한 촉매 컨버터로서 기능한다.

상기 촉매로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속을 들 수 있다. 이 귀금속으로 이루어지는 촉매는, 소위 3원 촉매이며, 이러한 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 귀금속에 한정되는 일 없이 배기 가스 중의 CO, HC 및 NO_x 등을 정화할 수 있는 촉매이면, 임의의 것을 담지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체는 상술한 밀봉재가 소정의 관통 구멍을 밀봉하는 동시에, 그 기공 중에 상기 촉매가 담지되어 있어도 좋다. 이 경우, 본 발명의 벌집형 구조체는 상술한 배기 가스 정화용 벌집형 필터로서 기능하는 동시에, 배기 가스 중의 CO, HC 및 NO_x 등을 정화하는 촉매 컨버터로서 기능한다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 벌집형 구조체는, 세라믹 블록의 외주면에 소정의 크기로 제어된 요철이 형성되어 있으므로, 열 충격에 강한 것이 된다. 그 외주면으로부터 높은 압력이 가해진 경우라도, 쉽게 크랙이 발생되거나 파괴되거나 하는 일이 없어 내구성이 우수한 것이 된다.

이러한 본 발명의 벌집형 구조체는, 배기 가스 정화용 벌집형 필터나 촉매 컨버터 등에 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명의 벌집형 구조체에서는, 무게 중심(c1)과 무게 중심(c2)은 일치하지 않는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 이 벌집형 구조체를 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체라 하는 것으로 한다.

이 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체에서는, 미소 만곡형 벌집형 구조체, 즉 세라믹 블록의 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c2)을, 상기 세라믹 블록의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 이들 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않거나, 또는 벌집형 구조체의 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c1)을 상기 벌집형 구조체의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때 무게 중심(c1)이 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체를 제조하기 쉬워진다.

또한, 이 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체가 배기 가스 정화 장치로서 이용되는 경우에 있어서는 보유 지지 내구성이 증가한다. 이 메커니즘은 정해지지 않지만, 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체에서는 필터의 중앙 부분으로부터 주변 부분에 열전달이 발생되는 경우에 있어서, 부분적으로 열전달이 좋은 장소와 나빠지는 부분이 발생한다. 그로 인해, 열전달이 높은 부위의 보유 지지 매트는 열에 의해 피로, 부식, 결정화 등이 발생되어 보유 지지력이 나빠지지만, 역방향은 상대적으로 보유 지지력이 유지된다. 그로 인해, 열피로를 받은 부위에 압축력이 가해져 펀칭 하중의 감소가 방지된다고 생각된다.

또한, c1-c2의 거리는 0.1 내지 10.0 ㎜가 바람직하다. 0.1 ㎜ 미만에서는, 동심 형상으로 되어 있으므로 펀칭 강도는 커지지 않는다. 한편, c1-c2의 거리가 10.0 ㎜를 넘으면 온도 분포가 역방향이 되어 버리므로, 보유 지지력이 역전되어 버린다.

도6의 (a)는 미소 만곡형 벌집형 구조체에 이용되는 세라믹 블록의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 (a)에 도시한 벌집형 구조체의 A, B 및 C에 있어서의 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 그리는 단면 곡선을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도6의 (a)에 도시한 바와 같이, 미소 만곡형 벌집형 구조체(60)는 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재(65)가 밀봉제(접착제)층(61)을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성되어 있다. 즉, 미소 만곡형 벌집형 구조체(60)는 도1에 도시한 벌집형 구조체(10)와 대략 동일한 구조이며 집합체형 벌집형 구조체이다.

미소 만곡형 벌집형 구조체에 있어서, 세라믹 블록의 외주면에는 요철이 형성되어 있다.

상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철은, 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서 도2의 (a) 내지 (c)나 도5의 (a) 및 (b)를 이용하여 설명한 바와 같이, 상기 세라믹 블록을 구성하는 관통 구멍의 일부가 삭제되고, 남은 부분이 외주면에 노출된 것이라도 좋고, 계단 형상으로 형성되어 있어도 좋다.

또한, 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 크기는 본 발명의 벌집형 구조체와 동일해지도록 제어되어 있는 것이 바람직하다. 벌집형 구조체의 아이소스태틱 강도가 우수한 것이 되기 때문이다.

미소 만곡형 벌집형 구조체에서는, 상술한 바와 같이 세라믹 블록의 최소 제곱 곡선(이하, 단면 곡선이라고도 함)의 무게 중심(c2)을, 상기 세라믹 블록의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 이들 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체나, 벌집형 구조체의 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c1)을 상기 벌집형 구조체의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 무게 중심(c1)이 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체이다.

즉, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 벌집형 구조체(60)의 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여, 최소 제곱법에 의해 구한 최소 제곱 곡선 A, B 및 C의 무게 중심(c2-1, c2-2 및 c2-3)은 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선(L) 상에 존재하지 않는다.

본 발명자들의 연구에 따르면, 벌집형 구조체의 펀칭 강도는 벌집형 구조체의 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 그리는 단면 곡선의 무게 중심의 위치에 크게 관계되어 있고, 상기 벌집형 구조체의 펀칭 강도는 상기 세라믹 블록에 있어서의 하나의 단면 곡선의 무게 중심(c2)과 다른 단면 곡선의 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선에 대해 소정의 범위 내에서 변동되어 있을 때에 우수한 것이 되는 것이 판명되었다.

여기서,「벌집형 구조체의 펀칭 강도」라 함은 소정의 부재로 세라믹 블록의 외주면 전체가 파지됨으로써 보유 지지 고정된 상태의 벌집형 구조체가, 그 한 쪽 단부면측으로부터 가해지는 압력 등의 외력에 대해, 어긋남을 발생시키는 일 없이 저항할 수 있는 한계의 강도인 것을 말한다.

이 이유는, 명확하지는 않지만 이하와 같다고 생각된다.

즉, 소정의 부재로 벌집형 구조체의 외주면 전체가 파지됨으로써 보유 지지 고정된 상태의 벌집형 구조체는, 그 한 쪽 단부면에 압력 등의 외력이 가해지면, 그 내부에 상기 외력에 기인한 응력이 상기 세라믹 블록의 한 쪽 단부면으로부터 다른 쪽 단부면을 향해 발생된다.

이 때, 상기 세라믹 블록에 있어서의 하나의 단면 곡선의 무게 중심과 다른 단면 곡선의 무게 중심이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하고 있으면, 상기 세라믹 블록에 발생된 응력이 상기 세라믹 블록의 한 쪽 단부면으로부터 다른 쪽 단부면을 향해 똑바로 전해지므로, 벌집형 구조체와 상기 벌집형 구조체를 파지하는 부재와의 사이에 작용하는 힘이 커지고, 그 결과 벌집형 구조체의 펀칭 강도가 낮아진다고 생각된다.

한편, 상기 세라믹 블록에 있어서의 하나의 단면 곡선의 무게 중심(c2)과 다른 단면 곡선의 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않으면, 상기 세라믹 블록에 발생된 응력은 세라믹 블록의 한 쪽 단부면으로부터 다른 쪽 단부면을 향해 전해질 때에 분산되어, 벌집형 구조체와 상기 벌집형 구조체를 파지하는 부재와의 사이에 작용하는 힘이 작아지고, 그 결과 벌집형 구조체의 펀칭 강도가 높아진다고 생각된다.

미소 만곡형 벌집형 구조체의 펀칭 강도를 상술한 바와 같이 높은 것으로 하기 위해서는, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면 곡선의 무게 중심의 변동을 소정의 범위로 제어할 필요가 있다.

이하, 상기 단면 곡선의 무게 중심의 변동에 대해, 도6의 (a) 및 (b)에 도시한 벌집형 구조체(60) 등을 이용하여 상세하게 서술한다.

즉, 미소 만곡형 벌집형 구조체에 있어서의 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면 곡선의 무게 중심(c2)의 변동을 구하기 위해서는, 우선 미소 만곡형 벌집형 구조체(60)의 단면 곡선 A에 있어서의 무게 중심(c2-1)의 위치 데이터와, 단면 곡선 B에 있어서의 무게 중심(c2-2)의 위치 데이터와, 단면 곡선 C에 있어서의 무게 중심(c2-3)의 위치 데이터를 각각 구하고, 이들 무게 중심(c2-1, c2-2 및 c2-3)의 위치 데이터로부터 구해지는 도시하지 않은 최소 제곱 직선을 그린다.

상기 단면 곡선의 무게 중심(c2)의 위치 데이터를 구하는 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 상술한 3차원 측정기에 의해 측정할 수 있다.

또한, 구하는 단면 곡선의 무게 중심(c2)의 위치 데이터의 수로서는 3 군데 이상이면 특별히 한정되지 않는다. 측정하는 단면 곡선의 무게 중심(c2)의 데이터가 3 군데 이하이면, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면 곡선이 유사한 중심을 도시하는 최소 제곱 직선을 그릴 수 없기 때문이다.

또한, 측정하는 단면 곡선이 유사한 중심의 위치 데이터는, 3 군데 이상이면 특별히 한정되지 않지만 5 군데 이상인 것이 바람직하고, 상기 세라믹 블록의 길이 방향으로 등간격으로 구하는 것이 바람직하다. 보다 정확한 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면 곡선의 무게 중심의 변동을 구할 수 있기 때문이다.

다음에, 단면 곡선 A에 있어서의 무게 중심(c2-1)과 상기 최소 제곱 직선과의 거리 r₁, 단면 곡선 B에 있어서의 무게 중심(c2-2)과 상기 최소 제곱 직선과의 거리 r₂ 및 단면 곡선 C에 있어서의 무게 중심(c2-3)과 상기 최소 제곱 직선과의 거리 r₃을 각각 구한다. 이들 r₁ 내지 r₃은 각 무게 중심(c2-1 내지 c2-3)으로부터 상기 최소 제곱 직선으로 그은 수선의 길이에 의해 결정된다.

다음에, 단면 곡선 A에 있어서의 무게 중심(c2-1)으로부터 단면 곡선 A의 최외점까지의 거리(D3-1), 단면 곡선 B에 있어서의 무게 중심(c2-2)으로부터 단면 곡선 B의 최외점까지의 거리(D3-2) 및 단면 곡선 C에 있어서의 무게 중심(c2-3)으로부터 단면 곡선 C의 최외점까지의 거리(D3-3)를 각각 구한다.

제2 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 각각의 무게 중심과 상기 단면 곡선의 최외점과의 거리에 대한 상기 무게 중심의 위치 데이터를 기초로 하여 최소 제곱법에 의해 그린 최소 제곱 직선과 상기 무게 중심과의 거리의 비가 0.1 내지 3 ％에 있는 것이 바람직하다.

즉, 벌집형 구조체(60)에 있어서 D3-1에 대한 r₁, D3-2에 대한 r₂ 및 D3-3에 대한 r₃이 각각 0.1 내지 3 ％에 있는 것이 바람직하다. 0.1 ％ 미만이면, 세라믹 블록에 길이 방향에 수직인 단면 곡선의 무게 중심에 거의 변동이 없는 것이 되어, 벌집형 구조체의 펀칭 강도가 낮아지는 경우가 있고, 한편 3 ％를 넘으면 세라믹 블록의 면 두께의 불균등이 커져, 예를 들어 제2 본 발명의 벌집형 구조체를 배기 가스 정화 장치로서 이용하기 위해 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 케이싱 내에 설치하면, 사용함에 따라서 덜걱거림이 발생되어 버려, 오히려 펀칭 강도가 낮아져 내구성이 열화되는 경우가 있다. 또한, 케이싱 내에 설치하는 것 자체가 곤란해진다.

상기 미소 만곡형 벌집형 구조체의 그 밖의 구성이나 상기 벌집형 구조체를 구성하는 재료 등은, 상술한 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서 집합체형 벌집형 구조체로서 설명한 것과 동일한 것을 들 수 있으므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체나 미소 만곡형 벌집형 구조체도 상술한 본 발명의 벌집형 구조체와 마찬가지로, 배기 가스 정화용 벌집형 필터나 촉매 컨버터로서 기능하도록 해도 좋다.

이상, 설명한 바와 같이 미소 만곡형 벌집형 구조체는 세라믹 블록의 외주면에 요철이 형성되고, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 그리는 단면 곡선의 무게 중심과, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 그리는 다른 단면 곡선의 무게 중심이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않고, 그 변동도 소정의 범위로 제어되어 있으므로 펀칭 강도와 함께 내구성이 우수한 것이 된다.

따라서, 예를 들어 미소 만곡형 벌집형 구조체를 배기 가스 정화 장치로서, 매트 형상 보유 지지 밀봉재 등을 거쳐서 케이싱 내에 설치하고, 벌집형 구조체의 한 쪽 단부면측으로부터 배기 가스 등에 의한 압력이 가해진 경우라도 상기 벌집형 구조체가 상기 케이싱 내에서 어긋나 버리는 일은 거의 없다.

이러한 미소 만곡형 벌집형 구조체도 배기 가스 정화용 벌집형 필터나 촉매 컨버터로서 적합하게 이용할 수 있다.

다음에, 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.

제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법은, 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층(접착제층)을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이며, 상기 다공질 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 성형체를 건조시킴으로써 얻어진 세라믹 건조체의 외주 가공을 행하여, 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 제작하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 본 발명의 벌집형 필터의 제조 방법은, 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층(접착제층)을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이다. 즉, 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 의해 제조되는 벌집형 구조체의 구조는, 상술한 집합체형 벌집형 구조체이다.

제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 우선 상기 다공질 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료를 포함하는 혼합 조성물을 조제하고, 상기 혼합 조성물을 이용하여 압출 성형을 행함으로써 사각 기둥 형상의 세라믹 성형체를 제작하는 세라믹 성형체 제작 공정을 행한다.

상기 혼합 조성물로서는 특별히 한정되지 않지만, 제조 후의 벌집형 구조체의 기공율이 20 내지 80 ％ 정도가 되는 것이 바람직하고, 예를 들어 세라믹 분말과 바인더와 분산매액을 혼합한 것을 들 수 있다.

상기 세라믹 분말로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 코제라이트, 알루미나, 실리카, 멀라이트 등의 산화물 세라믹, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 탄화 티탄, 탄화 탄탈, 탄화 텅스텐 등의 탄화물 세라믹 및 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 질화 티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화 규소와 규소의 복합체 등의 분말을 들 수 있지만, 이들 중에서는 내열성이 커 기계적 특성이 우수하고, 또한 열전도율도 큰 탄화 규소가 바람직하다.

상기 세라믹 분말의 입경은 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 바인더로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 메틸셀룰로오스, 카르복시메탈셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 페놀 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

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

상기 분산매액으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 벤젠 등의 유기 용매, 메탄올 등의 알코올, 물 등을 들 수 있다. 상기 분산매액은, 상기 혼합 조 성물의 점도가 일정 범위 내가 되도록 적량 배합된다.

또한, 상기 세라믹 분말, 바인더 및 분산매액과 함께 분산제가 포함되어 있어도 좋다. 상기 분산제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리스(2-클로로에틸)포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레딜포스페이트, 크레딜·디페닐포스페이트 등의 인산에스테르계 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 이 분산제는 세라믹 분말 100 중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부 첨가되는 것이 바람직하다.

이들 세라믹 분말, 바인더 및 분산매액 등은 아토라이터 등으로 혼합하고, 니더 등으로 충분히 혼합함으로써 상기 혼합 조성물을 조제할 수 있다.

상기 혼합 조성물을 이용하여 압출 성형을 행함으로써 사각 기둥 형상으로 복수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥 형상 성형체를 제작하고, 이 성형체를 소정의 길이로 절단함으로써 도2의 (a)에 도시한 다공질 세라믹 부재(20)와 대략 동일 형상의 사각 기둥 형상의 세라믹 성형체를 제작한다.

제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 다음에 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기 및 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 세라믹 건조체로 한다.

다음에, 상기 세라믹 건조체의 외주 가공을 행하여, 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 제작하는 외주 가공 공정을 행한다. 구체적으로는, 도2의 (b) 및 (c)에 도시한 다공질 세라믹 부재(200 및 210)와 대략 동일한 형상의 관통 구멍이 되는 부분의 일부가 삭제되고, 남은 부분이 외주면에 노출됨으로써 요철이 형성된 세라믹 건조체를 제작한다.

후술하는 소성 공정을 거쳐서 그 형상이 다른 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 제조하고, 계속해서 블록 제작 공정에 있어서 이들 형상이 다른 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 조합시켜 접착하고, 그 외주면에 요철을 갖는 대략 원기둥 형상의 세라믹 블록을 제작하기 위함이다.

상기 세라믹 건조체의 외주 가공 방법에 있어서, 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 제작하는 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 일본 특허 공개 제2000-001718호 공보에 개시된, 일단부에 지석이 형성되고, 그 내경이 세라믹 블록의 외경과 대략 동일한 크기로 조정된 원통 형상의 절삭 부재를, 원통의 중심을 회전축으로서 회전시키면서 사각 기둥 형상의 세라믹 건조체의 한 쪽 단부면측으로부터 그 외주의 일부를 절삭하도록 길이 방향으로 이동시키는 방법이나, 일본 특허 공개 제2000-001719호 공보에 개시된, 원판 형상의 대금부의 외주부를 포함하는 부분에 지석이 배치된 절삭 부재를, 원통의 중심을 회전축으로서 회전시키면서 사각 기둥 형상의 세라믹 건조체의 외주에 접촉시키고, 상기 절삭 부재를 세라믹 건조체의 길이 방향으로 이동시킴으로써 외주의 일부를 절삭하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 외주 가공 공정에 있어서, 상기 세라믹 건조체의 외주면의 일부에 형성하는 요철의 크기는, 목적으로 하는 벌집형 구조체의 크기에 따라 적절하게 결정되지만, 후술하는 세라믹 블록 제작 공정을 거쳐서 제작되는 세라믹 블록의 외주면에 형성되는 요철의 크기가 상술한 제1 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서의 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 크기와 동일해지도록 조정하는 것이 바람직하다. 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 의해, 열 충격에 대한 강도 내구성이 우수한 제1 본 발명의 벌집형 구조체를 제조할 수 있기 때문이다.

또한, 후술하는 코트층 형성 공정을 행하는 경우, 세라믹 블록 제작 공정에서 제작되는 세라믹 블록의 외주면에 형성되는 요철의 크기가, 제1 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서의 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철보다도 커지는 요철을 상기 세라믹 건조체의 외주면에 형성해 두고, 계속해서 상기 코트층 형성 공정에서 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성되는 코트층에 의해 상기 외주면에 형성된 요철의 크기를 조정해도 된다.

다음에, 상기 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 150 내지 700 ℃ 정도로 가열하고, 상기 세라믹 건조체에 포함되는 바인더를 제거하고, 세라믹 탈지체로 하는 탈지 처리를 실시한다.

상기 세라믹 건조체의 탈지 공정은, 통상 세라믹 건조체를 탈지용 지그에 적재한 후, 탈지로에 반입하여 산소 함유 분위기 하 300 내지 650 ℃로 가열함으로써 행한다. 이에 의해, 상기 바인더 등의 대부분이 휘산되는 동시에 분해, 소실된다.

그리고, 상기 세라믹 탈지체를 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기 하 2000 내지 2200 ℃ 정도로 가열함으로써 소성하고, 세라믹 분말을 소결시켜 다공질 세라믹 부재를 제조하는 소성 공정을 행한다.

또한, 탈지 공정으로부터 소성 공정에 이르는 일련의 공정에서는, 소성용 지그 상에 상기 세라믹 건조체를 얹고, 그 상태에서 탈지 공정 및 소성 공정을 행하 는 것이 바람직하다. 탈지 공정 및 소성 공정을 효율적으로 행할 수 있고, 또한 바꿔 얹기 등에 있어서 세라믹 건조체가 손상되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

상기 다공질 세라믹 부재는, 평균 입경의 하한이 2 ㎛, 상한이 150 ㎛인 세라믹 결정으로 이루어지는 것이 바람직하고, 하한이 10 ㎛, 상한이 70 ㎛가 보다 바람직하다. 상기 세라믹 결정의 평균 입경이 2 ㎛ 미만이면, 다공질 세라믹 부재의 내부에 존재하는 기공의 기공 직경이 지나치게 작아져 바로 막힘을 일으키기 때문에, 필터로서 기능하는 것이 곤란해진다. 한편, 상기 세라믹 결정의 평균 입경이 150 ㎛를 넘으면, 그 내부에 존재하는 기공의 기공 직경이 지나치게 커져, 다공질 세라믹 부재의 강도가 저하될 우려가 있다. 또한, 소정 비율의 개방 기공을 갖고, 평균 입경이 150 ㎛를 넘는 세라믹 결정을 갖는 다공질 세라믹 부재를 제조하는 것 자체가 그다지 용이하지 않다.

또한, 이러한 다공질 세라믹 부재의 평균 기공 직경은 1 내지 40 ㎛인 것이 바람직하다.

다음에, 상기 제조한 그 형상이 다른 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 밀봉재(접착제) 페이스트를 거쳐서 조합하고, 대략 원기둥 형상의 세라믹 블록을 제작하는 세라믹 블록 제작 공정을 행한다.

이 세라믹 블록 제작 공정에 있어서는, 예를 들어 브러쉬, 스키지, 롤 등을 이용하여, 다공질 세라믹 부재의 2개의 측면의 대략 전체면에 밀봉재(접착제) 페이스트를 도포하고, 소정의 두께의 밀봉재(접착제) 페이스트층을 형성한다.

그리고, 이 밀봉재(접착제) 페이스트층을 형성한 후, 다른 다공질 세라믹 부 재를 접착하는 공정을 반복하여 행하고, 소정의 크기로 도1에 도시한 벌집형 구조체(10)와 같은 원기둥 형상의 세라믹 적층체를 제작한다.

여기서, 상기 밀봉재(접착제) 페이스트층을 거쳐서 접착되는 다공질 세라믹 부재의 수는, 목적으로 하는 세라믹 블록의 형상 및 크기 등을 고려하여 적절하게 결정된다. 또한, 상기 세라믹 적층체의 외주 부근에는, 도2의 (b) 및 (c)에 도시한 형상의 다공질 세라믹 부재를 이용하고, 상기 세라믹 적층체의 외주 부근 이외의 부분에는 도2의 (a)에 도시한 형상의 다공질 세라믹 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 원기둥 형상의 세라믹 블록을 제작하기 위함이다. 이와 같은 세라믹 적층체는, 그 외주면에 관통 구멍의 일부가 절제되고, 남은 부분이 노출됨으로써 요철이 형성되어 있다.

다음에, 이와 같이 하여 제작한 세라믹 적층체를, 예를 들어 50 내지 150 ℃, 1시간의 조건으로 가열하여 밀봉재(접착제) 페이스트층을 건조 및 경화시켜 밀봉재(접착제)를 형성하고, 다공질 세라믹 부재가 밀봉재(접착제)층을 거쳐서 복수개 결속된 세라믹 블록을 제작하여 집합체형 벌집형 구조체를 제조한다.

상기 밀봉재(접착제) 페이스트를 구성하는 재료로서는, 제1 본 발명의 벌집형 구조체에서 설명한 밀봉재(접착제)층을 구성하는 재료와 동일한 재료를 들 수 있다.

또한, 상기 밀봉재(접착제) 페이스트에 의해 형성된 밀봉재(접착제)층 중에는, 소량의 수분이나 용제 등을 더 포함하고 있어도 좋지만 이러한 수분이나 용제 등은, 통상 밀봉재(접착제) 페이스트를 도포한 후의 가열 등에 의해 거의 비산한 다.

제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 상기 세라믹 블록을 제작한 후, 상기 세라믹 블록의 외주면에 밀봉재(코트)층을 형성하는 밀봉재(코트)층 형성 공정을 행해도 좋다. 또한, 밀봉재(코트)층을 형성한 후, 외주 부분의 가공을 행함으로써, 벌집형 구조체의 외주면에 형성된 요철의 크기를 제어한다.

상기 밀봉재(코트)층을 구성하는 재료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 무기 섬유, 무기 바인더 등의 내열성의 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 밀봉재(코트)층은, 상술한 밀봉재(접착제)층과 동일한 재료에 의해 구성되어 있어도 좋다.

상기 밀봉재(코트)층을 형성하는 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 회전 수단을 구비한 지지 부재를 사용하여, 상기 세라믹 블록을 그 회전축 방향으로 저어널, 회전시키고, 상기 밀봉재(코트)층이 되는 밀봉재(코트) 페이스트의 덩어리를 회전하고 있는 세라믹 블록의 외주부에 부착시킨다. 그리고, 판상 부재 등을 이용하여 밀봉재(코트재) 페이스트를 늘이고, 밀봉재(코트재) 페이스트층을 형성하여, 이후 예를 들어 120 ℃ 이상의 온도로 건조시킴으로써, 수분을 증발시킴으로써 세라믹 블록의 외주부에 밀봉재(코트)층을 형성하는 방법을 들 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 취성 재료인 세라믹에 절삭 가공을 실시하는 일이 없으므로, 상기 세라믹 블록의 외주에 이지러짐을 발생시키는 일 없이 그 외주면에 요철이 형성되고, 복수의 다공질 세라믹 부재가 밀봉재(접착제)층을 거쳐서 결속된 구조의 세라믹 블록을 포함하는 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

또한, 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 외주 가공 공정에서 세라믹 건조체의 외주면의 일부에 형성하는 요철의 크기를 조정하거나, 밀봉재(코트)층 형성 공정에서 세라믹 블록의 외주면 형성하는 밀봉재(코트)층의 두께를 조정하거나 함으로써, 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 크기가 소정의 범위로 제어된 제1 본 발명의 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

또한, 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 상기 외주 가공 공정에서 미리 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 제작하고 있어, 이러한 세라믹 건조체를 이용하여 탈지 공정 및 소성 공정을 행하면, 제조되는 다공질 세라믹 부재에는 다소의 휨이 발생된다. 그로 인해, 상기 다공질 세라믹 부재의 휨의 방향이나 크기를 밀봉재(접착제)층의 두께 등에 의해 제어하면서 제조되는 벌집형 구조체는, 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 형성하는 단면 곡선의 무게 중심과, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 형성하는 것 외의 단면 곡선의 무게 중심이, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않게 된다. 즉, 제1 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

다음에, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.

제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법은, 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층(접착재층)을 거쳐 서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이며, 복수 종류의 단면 형상을 갖는 세라믹 성형체를 압출 성형법에 의해 제작하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

제2 본 발명의 벌집형 필터의 제조 방법은, 다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층(접착재층)을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이다. 즉, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 의해 제조되는 벌집형 구조체의 구조는, 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법과 마찬가지로 집합체형 벌집형 구조체이다.

제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 우선 상기 다공질 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료를 포함하는 혼합 조성물을 조제하고, 상기 혼합 조성물을 이용하여 복수 종류의 단면 형상을 갖는 세라믹 성형체를 제작하는 세라믹 성형체 제작 공정을 행한다.

즉, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 상기 혼합 조성물을 압출 성형함으로써, 사각 기둥 형상의 세라믹 성형체 및 그 외주면의 일부에 요철이 형성된 세라믹 성형체를 제작한다.

여기서, 상기 그 외주면의 일부에 요철이 형성된 세라믹 성형체의 상기 요철은, 예를 들어 도2의 (a) 내지 (c)에 도시한 다공질 세라믹 부재(20, 200, 210)와 같이, 관통 구멍의 일부가 절제되고 남은 부분이 외주면에 노출된 것이라도 좋지만, 예를 들어 도5의 (a)에 도시한 벌집형 구조체(50)의 외주 부근을 구성하는 다 공질 세라믹 부재와 같이 계단 형상으로 형성된 것이라도 좋다.

상기 세라믹 형성체의 외주면의 일부에 형성되는 요철의 크기는, 목적으로 하는 벌집형 구조체의 크기에 따라 적절하게 결정되지만, 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 있어서 세라믹 건조체의 외주면의 일부에 형성한 요철과 동일한 크기로 제어하는 것이 바람직하다. 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 의해, 아이소스태틱 강도가 우수한 본 발명의 벌집형 구조체를 제조할 수 있기 때문이다.

그 후, 제작한 상기 복수 종류의 단면 형상을 갖는 세라믹 성형체를 이용하여, 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법과 동일한 건조 공정, 탈지 공정, 소성 공정 및 세라믹 블록 제작 공정을 행하고, 필요에 따라서 밀봉재(코트)층 형성 공정을 행함으로써 세라믹 블록의 외주면에 요철이 형성된 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 취성 재료인 세라믹에 절삭 가공을 실시하는 일이 없으므로, 상기 세라믹 블록의 외주에 이지러짐을 발생시키는 일 없이 그 외주면에 요철이 형성되고, 복수의 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층(접착제층)을 거쳐서 결속된 구조의 세라믹 블록을 포함하는 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

또한, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 세라믹 성형체 제작 공정에 있어서 세라믹 성형체의 외주면의 일부에 형성하는 요철의 크기를 조정하거나, 밀봉재(코트)층 형성 공정에서 세라믹 블록의 외주면 형성하는 밀봉재( 코트)층의 두께를 조정하거나 함으로써, 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철의 크기가 소정의 범위로 제어된 본 발명의 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

또한, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 상기 세라믹 성형체 제작 공정에서 미리 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 성형체를 제작하고 있어, 이러한 세라믹 성형체를 이용하여 건조 공정, 탈지 공정 및 소성 공정을 행하면, 제조되는 다공질 세라믹 부재에는 휨이 발생된다. 그로 인해, 상기 다공질 세라믹 부재의 휨의 방향이나 크기를 밀봉재(접착제)층의 두께 등에 따라 제어하면서 제조되는 벌집형 구조체는, 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 형성하는 단면 곡선의 무게 중심과, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽이 형성하는 것 외의 단면 곡선의 무게 중심이, 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않게 된다. 즉, 제2 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 따르면, 미소 만곡형 벌집형 구조체를 적절하게 제조할 수 있다.

다음에, 본 발명의 배기 가스 정화 장치에 대해 설명한다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 본 발명의 벌집형 구조체가 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 내연 기관의 배기 통로에 접속하는 케이싱 내에 설치된 배기 가스 정화 장치이며, 상기 매트 형상 보유 지지 밀봉재는 상기 벌집형 구조체의 세라믹 블록의 외주면의 오목부를 충전한 상태에서 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

도7은 본 발명의 배기 가스 정화 장치의 일예를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도8의 (a)는 도7에 도시한 배기 가스 정화 장치에 있어서의 매트 형상 보유 지 지 밀봉재를 권취한 벌집형 구조체의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, (b)는 그 부분 확대 단면도이다.

도7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 배기 가스 정화 장치(70)는 주로 벌집형 구조체(80), 벌집형 구조체(80)의 외측을 덮는 케이싱(71) 및 벌집형 구조체(80)와 케이싱(71) 사이에 배치된 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)로 구성되어 있고, 케이싱(71)의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관(74)이 접속되어 있고, 케이싱(71)의 타단부에는 외부에 연결된 배출관(75)이 접속되어 있다. 또한, 도7 중 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.

또한, 본 발명의 배기 가스 정화 장치(70)에 있어서 벌집형 구조체(80)는 도1, 도3 및 도5에 도시한 본 발명의 벌집형 구조체라도 좋고, 도6에 도시한 제2 본 발명의 벌집형 구조체라도 좋다.

또한, 본 발명의 배기 가스 정화 장치(70)에 있어서, 벌집형 구조체(80)가 배기 가스 중의 미립자 물질을 벽부에서 포집하여 정화하는, 소위 벌집형 필터로서 기능하는 경우, 벌집형 구조체(80)를 구성하는 세라믹 블록의 한 쪽 단부에서 상기 세라믹 블록에 형성된 관통 구멍 중 소정의 관통 구멍이 밀봉재에 의해 밀봉되고, 한편 상기 세라믹 블록의 다른 쪽 단부에서 상기 한 쪽 단부에서 상기 밀봉재에 의해 밀봉되어 있지 않은 관통 구멍이 밀봉재에 의해 밀봉되어 있다.

즉, 이 경우 배기 가스 정화 장치(70)에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는 도입관(74)을 통해 케이싱(71) 내로 도입되고, 벌집형 구조체(80)(벌집형 필터)의 관통 구멍으로부터 벽부(격벽)를 통과하여 이 벽부(격벽)에서 미립자 물질이 포집되어 정화된 후, 배출관(75)을 통해 외부로 배출되게 된다.

한편, 본 발명의 배기 가스 정화 장치(70)에 있어서, 벌집형 구조체(80)의 벽부에 배기 가스 중의 CO, HC 및 NO_x 등을 정화하는 소위 촉매 컨버터로서 기능하는 경우, 벌집형 구조체(80)의 벽부의 표면이나 기공 중에는, 상기 배기 가스 중의 CO, HC 및 NO_x 등을 정화할 수 있는 촉매, 예를 들어 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속 등이 담지되어 있다.

즉, 이 경우 배기 가스 정화 장치(70)에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는, 도입관(74)을 통해 케이싱(71) 내로 도입되고, 벌집형 구조체(80)(촉매 컨버터)의 관통 구멍을 통과할 때 상기 배기 가스 중의 CO, HC 및 NO_x 등이 촉매와 접촉하여 정화된 후, 배출관(75)을 통해 외부로 배출되게 된다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치(70)에 있어서, 벌집형 구조체(80)(세라믹 블록)는, 도8의 (b)에 도시한 바와 같이 그 외주면에 형성된 요철부에 밀봉재(코트재)(701)가 형성되고, 그 외주면에도 요철이 설치되어 매트 상 보유 지지 밀봉재(72)를 거쳐서 케이싱(71) 내에 조립 부착되어 있다.

벌집형 구조체(80)가 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)에 의해 상기한 바와 같이 보유 지지됨으로써 벌집형 구조체(80)와 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)의 사이에는, 소위 앵커 효과가 얻어져 사용 중에 벌집형 구조체와 매트 형상 보유 지지 밀봉재와의 사이에 위치 어긋남이 발생되기 어려워지고, 본 발명의 배기 가스 정화 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 동시에, 배기 가스가 벌집형 구조체(80)의 외주 부분으로부터 배기 가스가 누출되는 것을 방지할 수도 있다.

특히, 본 발명의 배기 가스 정화 장치에 있어서의 벌집형 구조체가 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체나 미소 만곡형 벌집형 구조체인 경우, 상술한 바와 같이 무게 중심 불일치형 벌집형 구조체나 미소 만곡형 벌집형 구조체는, 그 펀칭 강도가 매우 우수한 것이므로, 도입관으로부터 케이싱 내에 유입된 배기 가스에 의해 벌집형 구조체의 한 쪽 단부면에 큰 압력이 가해진 경우라도, 상기 벌집형 구조체는 배기 가스의 유통 방향으로 어긋나는 일은 없어, 본 발명의 배기 가스 정화 장치는 매우 내구성이 우수한 것이 된다.

또한, 도8의 (b)에 있어서 벌집형 구조체(80)의 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철은, 도5의 (a)에 도시한 벌집형 구조체(50)와 같이 계단 형상이지만 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철은, 물론 도2 또는 도3에 도시한 바와 같이 세라믹 블록을 구성하는 관통 구멍의 일부가 삭제되고, 남은 부분이 외주면에 노출된 것이라도 좋다.

매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)는, 벌집형 구조체(80)를 케이싱(71) 내에서 보유 지지, 고정하는 동시에, 사용 중인 벌집형 구조체(80)를 보온하는 단열재로서 기능한다.

이러한 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)를 구성하는 재료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 결정질 알루미나 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 멀라이트, 실리카 섬유 등의 무기 섬유나, 이들 무기 섬유를 1 종류 이상 포함하는 섬유 등을 들 수 있다. 또한, 버미큘라이트를 실질상 포함하지 않는 무팽창성 매트, 버미큘 라이트를 소량 포함하는 저팽창성 매트를 예로 들 수 있지만, 실질상 버미큘라이트를 포함하지 않는 무팽창성 매트가 바람직하다.

또한, 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)에는 알루미나 및/또는 실리카가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)의 내열성 및 내구성이 우수한 것이 되기 때문이다. 특히, 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)는 50 중량 ％ 이상의 알루미나가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 900 내지 950 ℃ 정도의 고온 하라도, 탄성력이 높아져 벌집형 구조체(80)를 보유 지지하는 힘이 높아지기 때문이다.

또한, 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)에는 니들 펀치 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 보유 지지 밀봉재(72)를 구성하는 섬유끼리가 얽혀 탄성력이 높아져, 벌집형 구조체(80)를 보유 지지하는 힘이 향상되기 때문이다.

이러한 재료로 이루어지는 매트 형상 보유 지지 밀봉재(72)는, 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 벌집형 구조체(80)의 외주면의 대략 전체를 덮도록 권취되어 있는 것이 바람직하다. 벌집형 구조체(80)를 균일하게 파지할 수 있어, 벌집형 구조체(80)의 보유 지지 안정성이 우수하기 때문이다.

또한, 본 발명의 매트 형상 보유 지지 밀봉재는 무팽창 매트로 이루어지는 것이라도 좋다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 본 발명의 벌집형 구조체의 세라믹 블록의 외주면의 오목부에 매트 형상 보유 지지 밀봉재가 충전된 상태에서 케이싱 내에 조립 부착되어 있으므로, 상기 세라믹 블록과 매트 형상 보유 지지 밀봉재와의 사이에는 소위 앵커 효과가 발생하여, 상기 벌집형 구조체의 보유 지지 안정성이 우수한 것이 된다.

따라서, 본 발명의 배기 가스 정화 장치는 사용 중에 케이싱 내로 유입되어 오는 배기 가스의 압력이나 벌집형 구조체의 온도 상승 등에 의해 매트 형상 보유 지지 밀봉재에 의한 벌집형 구조체의 파지력이 저하되거나, 벌집형 구조체의 위치 어긋남이 발생되거나 하는 일이 없어 내구성이 우수한 것이 된다.

이하에 실시예를 언급하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(제1 실시예)

평균 입경 30 ㎛의 α형 탄화 규소 분말 70 중량부, 평균 입경 0.28 ㎛의 α형 탄화 규소 분말 30 중량부, 메틸셀룰로오스 5 중량부, 분산제 4 중량부, 물 20 중량부를 배합한 후, 볼밀 중에서 5시간 혼합함으로써 균일한 혼합 조성물을 조제하였다.

이 혼합 조성물을 압출 성형기에 충전하여, 압출 속도 2 cm/분으로 벌집형 형상의 탄화 규소로 이루어지는 도2의 (a)에 도시한 다공질 세라믹 부재(20)와 거의 동일한 사각 기둥 형상의 세라믹 성형체를 제작하였다. 이 세라믹 성형체의 크기는 35 mm × 35 ㎜ × 300 ㎜이고, 관통 구멍의 수가 31/㎠이고 격벽의 두께가 0.35 ㎜였다.

이들 세라믹 성형체를 마이크로파나 열풍에 의한 건조기를 이용하여 건조시키고, 탄화 규소로 이루어지는 세라믹 건조체로 한 후 원판 형상의 대금부의 외주 부를 포함하는 부분에 지석이 배치된 절삭 부재를 이용하여 그 외주의 일부를 절삭하는 외주 가공을 행하고, 도2의 (b) 및 도2의 (c)에 도시한 사각 기둥의 일부가 절제되어, 그 부분에 관통 구멍의 일부가 노출된 세라믹 건조체를 제작하였다.

이들 세라믹 건조체를 450 ℃로 탈지하고, 다시 2200 ℃로 가열 소성함으로써 탄화 규소로 이루어져, 그 형상이 다른 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 제조하였다. 이 때, 제조하는 다공질 세라믹 부재에 휨이 발생되는 일이 없도록 세라믹 건조체의 외주 부분을 세라믹 건조체의 외형과 대략 동일 형상의 보유 지지부를 갖는 고정 조정 기구로 보유 지지 고정하여 서서히 승온시켰다.

다음에, 섬유 길이 0.2 ㎜의 알루미나 섬유 30 중량 ％, 평균 입경 0.6 ㎛인 탄화 규소 입자 21 중량 ％, 실리카졸 15 중량 ％, 카르복시메탈셀룰로오스 5.6 중량 ％ 및 물 28.4 중량 ％를 포함하는 내열성의 밀봉재(접착제) 페이스트를 이용하여 상기 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 다수 결속시키고, 그 후 상기 밀봉재(접착제) 페이스트를 건조시킴으로써, 원기둥 형상의 세라믹 블록을 제작하였다.

이와 같이 하여 제조한 세라믹 블록에 대해, 3차원 측정기(미쯔토요사제, BH-V507)를 이용하여, 상기 실시 형태에 있어서 본 발명의 벌집형 구조체에서 설명한 방법에 의해 M2를 구한 바, 0.0 ㎜였다.

그래서, 세라믹 블록의 외주면에 연삭 가공을 가하여 M2 = 0.5 ㎜로 하였다.

그리고, 상기 세라믹 블록의 외주면에 상기 밀봉부(접착제) 페이스트와 동일한 조성이며, 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철에 따른 형상의 밀봉재(코트)층을 형성함으로써, 다수의 탄화 규소로 이루어지는 다공질 세라믹 부재가 밀봉 재(접착제)층을 거쳐서 결속되고, 그 외주면에 요철이 형성된 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체를 제조하였다.

이와 같이 하여 제조한 벌집형 구조체에 대해, 마찬가지로 3차원 측정기를 이용하여 상기 세라믹 블록과 동일한 방법으로 M1을 구한 바, 요철이 없고 0.0 ㎜였다.

그 후에, 벌집형 구조체에 요철을 설치하도록 밀봉재(코트)층에 가공을 가하여, M1 = 0.3 ㎜로 하였다.

(제2 내지 제11 실시예, 제1 내지 제4 참고예 및 제1 내지 제12 비교예)

제1 실시예와 마찬가지로, 얻어진 세라믹 블록이나 벌집형 구조체의 가공을 행하여 표면의 요철을 조정함으로써, 각각 표 1에 기재된 M1, M2의 값을 갖는 벌집형 구조체(세라믹 블록)를 제작하였다.

또한, 제10 내지 제11 실시예에서는, 밀봉재(접착제) 페이스트로서 섬유 길이 20 ㎛의 알루미나 섬유 30 중량 ％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화 규소 입자 21 중량 ％, 실리카졸 15 중량 ％, 카르복시메탈셀룰로오스 5.6 중량 ％ 및 물 28.4 중량 ％를 포함하는 내열성의 밀봉재(접착제) 페이스트를 이용한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 세라믹 블록을 제작하여 가공을 행하고, 벌집형 구조체를 제조하여 가공을 행하였다. 또한, 제1 비교예에서는 얻어진 세라믹 블록, 벌집형 구조체의 가공을 행하지 않은 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 벌집형 구조체를 제조하였다.

[평가 시험 1 - 열 충격 시험]

제1 내지 제11 실시예, 제1 내지 제4 참고예 및 제1 내지 제12 비교예에 관한 벌집형 구조체를 전기로에 넣고, 20 ℃/분으로 목표 온도로 승온시켜 600 ℃ 또는 800 ℃에서 1시간 보유 지지시킨 후에 상온에 공냉하였다. 그 때의 크랙의 유무를 눈으로 확인하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[평가 시험 2 - 펀칭 강도의 측정]

제1 내지 제11 실시예, 제1 내지 제4 참고예 및 제1 내지 제12 비교예에 관한 벌집형 구조체의 주위에, 두께 7 mm의 무팽창성 알루미나 섬유 매트(미쓰비시 카가꾸제 머프테크)를 권취하고, 금속제의 원통 케이스에 끼워 넣은 후에 인스트론으로 펀칭 하중을 걸어 빠짐이 발생되는 강도를 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 내지 제11 실시예에 관한 벌집형 구조체의 펀칭 하중은 모두 10 kg을 넘는 큰 것이며, 제1 내지 제11 실시예에 관한 벌집형 구조체는 열 충격을 가하였을 때라도 벌집형 구조체의 외주면 부근에 크랙 등은 일체 발생하지 않았다.

한편, 제1 내지 제12 비교예의 벌집형 구조체에서는, 펀칭 하중이 낮은 것도 있고, 펀칭 하중이 높은 것이라도 열 충격이 약한 것이었다.

(제12 실시예)

다음에, 세라믹 블록의 무게 중심(c2)과 벌집형 구조체의 무게 중심(c1)과의 위치를 옮긴 벌집형 구조체를 제조하였다.

구체적으로는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 M2 = 0.5 mm인 벌집형 구조체를 제조하고, 그 후 밀봉재(코트)층의 두께 밸런스를 변경시킴으로써 M2 = 0.5 ㎜의 벌집형 구조체를 제작하였다.

(제13 내지 제19 실시예 및 제5 내지 제6 참고예)

제12 실시예의 경우와 마찬가지로 밀봉재(코트)의 두께를 변경시킴으로써, 표 2에 기재된 M1, M2, c1-c2를 갖는 세라믹 블록, 벌집형 구조체를 제조하였다. 또한, 제18 내지 제19 실시예에서는 제10 내지 제11 실시예와 동일한 밀봉재(접착제) 페이스트를 이용하여, 표 2에 기재된 M1, M2, c1-c2를 갖는 세라믹 블록, 벌집형 구조체를 제조하였다.

제12 내지 제19 실시예 및 제5 내지 제6 참고예에 관한 벌집형 구조체를, 제1 내지 제11 실시예 등의 경우와 마찬가지로, 알루미나 매트로 권취하여 금속 케이스에 넣은 후 펀칭 하중을 가하였다.

또한, 얻어진 벌집형 구조체를 전기로에서 600 ℃, 30시간, 열처리한 후에 마찬가지로 펀칭 하중을 측정하였다. 또한, 표 2에 나타내는 열처리 후 강도 감소율이라 함은, 열처리 전의 펀칭 하중에 대한 열처리 후의 펀치 하중의 비율을 백분율로 나타낸 것이다. 또한, 도11은 제12 내지 제19 실시예의 결과를 나타낸 그래프이다.

표2 및 도11에 도시한 바와 같이, 제12 내지 제19 실시예에서는 70 ％ 이상의 강도 감소율, 즉 열처리 후에도 70 ％ 이상의 펀칭 강도를 갖고 있었지만, 제5, 제6 참고예에서는, 강도 감소율은 60 ％를 하회하는 것이었다.

또한 제1 내지 제19 실시예, 제1 내지 제6 참고예 및 제1 내지 제12 비교예에 관한 벌집형 구조체를 제조할 때, 세라믹 블록의 외주면에 이지러짐이나 크랙 등이 발생되는 일은 없었다.

(제20 실시예)

평균 입경 30 ㎛인 α형 탄화 규소 분말 70 중량부, 평균 입경 0.28 ㎛의 α형 탄화 규소 분말 30 중량부, 메틸셀룰로오스 5 중량부, 분산제 4 중량부, 물 20 중량부를 배합한 후, 볼밀 중에서 5시간 혼합함으로써 균일한 혼합 조성물을 조제하였다.

이 혼합 조성물을 압출 성형기에 충전하여, 압출 속도 2 cm/분으로 벌집형 형상의 탄화 규소로 이루어지는 복수 종류의 세라믹 성형체를 제작하였다. 이 세라믹 성형체 중 1개는, 도2의 (a)에 도시한 다공질 세라믹 부재(20)와 거의 동일한 사각 기둥이며, 그 크기는 35 mm × 35 ㎜ × 30O ㎜이고, 관통 구멍의 수가 31/㎠이고, 격벽의 두께가 0.35 ㎜였다.

또한, 상기 혼합 조성물을 이용하여 도2의 (b) 및 도2의 (c)에 도시한 사각 기둥의 일부가 절제되고, 그 부분에 관통 구멍이 노출된 다공질 세라믹 부재(200, 210)와 대략 동일 형상의 세라믹 성형체도 제작하였다.

이들 세라믹 성형체를 마이크로파나 열풍에 의한 건조기를 이용하여 건조시켜 탄화 규소로 이루어지는 세라믹 건조체로 하고, 이 세라믹 건조체에 상기 혼합 조성물과 동일 성분의 충전재 페이스트를 이용하여, 상기 세라믹 건조체의 관통 구멍의 소정 부위에 충전재를 단부면으로부터 10 mm의 깊이에까지 충전한 후, 450 ℃에서 탈지하고, 다시 2200 ℃에서 가열 소성함으로써 탄화 규소로 이루어져, 그 형상이 다른 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 제조하였다.

상기 세라믹 건조체로부터 다공질 세라믹 부재를 제조하는 공정에서는, 세라믹 성형체는 특히 휨 상태가 남은 고정 조정 기구에서 보유 지지 고정하여 행하고, 얻어진 다공질 세라믹 부재에는 휨을 발생시켰다.

다음에, 섬유 길이 0.2 ㎜의 알루미나 섬유 30 중량 ％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화 규소 입자 21 중량 ％, 실리카졸 15 중량 ％, 카르복시메탈셀룰로오스 5.6 중량 ％ 및 물 28.4 중량 ％를 포함하는 내열성의 밀봉재(접착제) 페이스트를 이용하여 상기 복수 종류의 다공질 세라믹 부재를 다수 결속시키고, 그 후 상기 밀봉재(접착제) 페이스트를 건조시킴으로써 원기둥 형상의 세라믹 블록을 제작하였다.

그리고, 상기 세라믹 블록의 외주면에 상기 밀봉재(접착제) 페이스트와 동일한 조성이며, 상기 세라믹 블록의 외주면에 형성된 요철에 따른 형상의 밀봉재(코트)층을 형성함으로써 다수의 탄화 규소로 이루어지는 다공질 세라믹 부재가 밀봉재(접착제)층을 거쳐서 결속되고, 그 외주면에 요철이 형성된 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체를 제조하였다.

(제21 내지 제27 실시예 및 제7 내지 제8 참고예)

제20 실시예의 경우와 마찬가지로 다공질 세라믹 부재에 휨을 발생시킴으로써, 최소 제곱 직선으로부터의 어긋남이 표 3에 기재된 벌집형 구조체를 제조하였다. 또한, 제26 내지 제27 실시예에서는 밀봉재(접착제) 페이스트로서, 섬유 길이 20 ㎛의 알루미나 섬유 30 중량 ％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화 규소 입자 21 중량 ％, 실리카졸 15 중량 ％, 카르복시메탈셀룰로오스 5.6 중량 ％ 및 물 28.4 중량 ％를 포함하는 내열성의 밀봉재(접착제) 페이스트를 이용한 것 외에는 제20 실시예와 마찬가지로 하여 최소 제곱 직선으로부터의 어긋남이 표 3에 기재된 벌집형 구조체를 제조하였다.

이와 같이 하여 제조한 제20 내지 제27 실시예 및 제7 및 제8 참고예에 관한 벌집형 구조체에 대해, 3차원 측정기(미쯔토요사제, BH-V507)를 이용하여 상기 실시 형태에 있어서 제2 본 발명의 벌집형 구조체로 설명한 방법에 의해, 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면 곡선에 있어서의 무게 중심과 상기 단면 곡선의 최외점과의 거리에 대한, 상기 무게 중심과 최소 제곱 곡선과의 거리의 비를 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행하게 등간격으로 5 군데에 대해 구한 바, 0.1 ㎜였다.

제20 내지 제27 실시예 및 제7 및 제8 참고예에 관한 벌집형 구조체를 마찬가지로 알루미나 매트로 권취하여 금속 케이스에 넣은 후, 펀칭 하중을 가하였다.

그리고, 그것을 전기로에서 600 ℃, 30시간, 열처리한 후에 마찬가지로 펀칭 하중을 측정하였다. 도12는 제16 내지 제21 실시예의 결과를 나타낸 그래프이다.

표3 및 도12에 도시한 바와 같이, 제20 내지 제27 실시예에서는 69 ％ 이상의 강도 감소율이었지만, 제7 및 제8 참고예에서는 강도 감소율은 60 ％를 하회하는 것이었다.

Claims

다수의 관통 구멍이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹으로 이루어지는 기둥 형상의 세라믹 블록의 외주부에 밀봉재가 설치되는 동시에, 상기 벌집형 구조체 및 상기 세라믹 블록의 외주면에 요철이 형성된 벌집형 구조체이며, 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하고, 그 무게 중심을 c1,

무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D1,

무게 중심(c1)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c1)과의 거리를 D2,

M1 = D1 - D2라 정의하였을 때에,

0.3 ㎜ ≤ M1이고, 또한

상기 세라믹 블록의 길이 방향에 수직인 단면의 윤곽을 구성하는 점을 기초로 하여 최소 제곱법에 의해 최소 제곱 곡선을 구하고, 그 무게 중심을 c2,

무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최소 외접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D3,

무게 중심(c2)을 갖는 상기 최소 제곱 곡선의 동심 최대 내접 곡선과 무게 중심(c2)과의 거리를 D4,

M2 = D3 - D4라 정의하였을 때에,

0.5 ㎜ ≤ M2 ≤ 7.0 ㎜인 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체.
제1항에 있어서, 상기 M1은 3.0 ㎜ 이하인 벌집형 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 무게 중심(c1)과 무게 중심(c2)이 일치하지 않는 벌집형 구조체.
제3항에 있어서, 무게 중심(c1)과 무게 중심(c2)과의 거리는 0.1 내지 10.0 ㎜인 벌집형 구조체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c2)을, 상기 세라믹 블록의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 이들 무게 중심(c2)이 상기 세라믹 블록의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 제곱 곡선의 무게 중심(c1)을, 상기 벌집형 구조체의 길이 방향으로 적어도 3점 구하였을 때, 무게 중심(c1)이 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 평행한 직선 상에 존재하지 않는 벌집형 구조체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 블록은 복수개의 다공질 세라믹 부재를 결속함으로써 구성되어 이루어지는 벌집형 구조체.
제7항에 있어서, 상기 다공질 세라믹 부재는 탄화 규소질 세라믹으로 이루어지는 벌집형 구조체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매가 담지되어 있는 벌집형 구조체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 구멍은 어느 한 쪽 단부에서 밀봉되어 이루어지는 벌집형 구조체.
다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이며,

상기 다공질 세라믹 부재를 구성하는 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 성형체를 건조시킴으로써 얻어진 세라믹 건조체의 외주 가공을 행하고, 그 형상이 다른 복수 종류의 세라믹 건조체를 제작하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체의 제조 방법.
다수의 관통 구멍이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹 부재가 밀봉재층을 거쳐서 복수개 결속된 기둥 형상의 세라믹 블록을 포함하여 구성된 벌집형 구조체의 제조 방법이며,

복수 종류의 단면 형상을 갖는 세라믹 성형체를 압출 성형법에 의해 제작하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체의 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 벌집형 구조체가 매트 형상 보유 지지 밀봉재를 거쳐서 내연 기관의 배기 통로에 접속하는 케이싱 내에 설치된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
제13항 있어서, 상기 매트 형상 보유 지지 밀봉재가 무팽창 세라믹 섬유질 매트인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.