KR20080089473A - 허니컴 구조체, 허니컴 구조체의 제조 방법, 케이싱 및 배기 가스 정화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적층 후의 각 적층 부재의 각 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 적고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서, 상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 평면부나 돌기부 등의 위치 결정 구조를 형성한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서, 상기 적층 부재는 원판을 분할한 형상이고, 그 분할 형상을 조합하여 전체적으로 원반 형상으로 하는 것이다.
허니컴 구조체
Description
본 발명은, 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 목적으로 사용되는 허니컴 구조체, 그 허니컴 구조체의 제조 방법, 그 허니컴 구조체를 수납하기 위한 케이싱 및 상기 배기 가스 중의 미립자 물질 (이하, PM 이라고도 한다) 을 정화하는 목적으로 사용되는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에는 그을음 등의 PM 이 함유되어 있고, 최근에는 이 PM 이 환경이나 인체에 해를 미치는 것이 문제가 되고 있다.
그래서, 배기 가스 중의 PM 을 포집하여 배기 가스를 정화하는 필터로서, 코제라이트제나 탄화규소제 등의 세라믹 허니컴 필터를 사용한 필터가 다양하게 제안되어 있다. 또한, 관통공을 갖는 적층 부재를 적층시킴으로써 제조한 허니컴 구조체를 사용한 필터도 다양하게 제안되어 있다 (예를 들어 특허 문헌 1 참조).
도 18 의 (a) 는 관통공을 갖는 무기 섬유 집합체로 이루어지는 원판 형상의 적층 부재를 적층시킴으로써 제조한 적층형의 허니컴 구조체의 구체예를 모식적으 로 나타낸 사시도이고, 도 18 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
허니컴 구조체 (100) 는, 어느 일단이 봉해진 다수의 셀 (111) 이 벽부 (113) 를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 원주 형상인 것이다.
즉, 도 18 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 셀 (111) 은 배기 가스의 입구측 또는 출구측에 상당하는 단부 중 어느 하나가 봉해지고, 하나의 셀 (111) 에 유입된 배기 가스는, 반드시 셀 (111) 을 사이에 두는 벽부 (113) 를 통과한 후, 다른 셀 (111) 로부터 유출되고, 벽부 (113) 가 필터로서 기능하게 되어 있다.
그리고, 허니컴 구조체 (100) 는, 두께가 0.1 ∼ 20㎜ 인 시트상의 적층 부재 (110a) 를 적층함으로써 형성되어 있는 적층체로서, 길이 방향으로 관통공이 서로 중첩되어 셀을 형성하도록 적층 부재 (110a) 가 적층되어 있다.
여기서, 관통공이 서로 중첩되도록 적층되어 있다는 것은, 적층 부재에 형성된 관통공과 인접하는 적층 부재에 형성된 관통공을, 그 적층 부재에 수직인 방향으로부터 투영도를 그렸을 때, 각 관통공이 적어도 일부 중복되는 영역을 갖도록 적층 부재가 적층되어, 셀이 형성되어 있는 것을 말한다.
도 19 의 (a) 는 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 나타내는 사시도이고, 도 19 의 (b) 는 도 19 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
각 적층 부재끼리를 적층체로 하기 위해서는, 배기관에 장착하기 위한 케이싱 (123) (금속제의 통상체) 내에서 적층 부재 (110a) 를 적층하고, 단부에 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 단부용의 적층 부재 (110b) 를 추가하여, 압력을 가한다. 이로써 허니컴 구조체가 형성된다.
이와 같은 구성의 허니컴 구조체로 이루어지는 배기 가스 정화 필터가 내연 기관의 배기 통로에 설치되면, 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스 중의 PM 은, 이 허니컴 구조체를 통과할 때에 벽부 (113) 에 의해 포착되어 배기 가스가 정화된다.
특히, 무기 섬유 집합체로 이루어지는 허니컴 구조체는, 그 기공률이 높아, PM 을 벽 내부에 많이 취입할 수 있다. 따라서, 기공률이 낮은 허니컴 구조체로 이루어지는 경우와 비교하여 벽 내부에 담지된 촉매와 PM 이 접촉할 확률이 높아지기 때문에, 효율적으로 PM 을 연소시킬 수 있다.
여기서, 상기 서술한 바와 같은 종래의 허니컴 구조체는, 허니컴 구조체의 형상을 원주 형상으로 하기 위해, 원판 형상의 적층 부재 (110) 를 제조하고, 상기 적층 부재를 상기 서술한 바와 같이 케이싱 내에서 적층하여 제조되는 것이었다.
이 때, 셀을 형성하기 위해서는, 각 적층 부재의 각 관통공의 위치를 맞출 필요가 있다. 관통공의 위치가 어긋나면, 셀 일부의 단면 면적이 작아지고, 가스의 유로가 국부적으로 좁아져 압력 손실이 증대됨과 함께, 최악의 경우에는 셀이 도중에 막혀버린다는 문제가 있기 때문이다.
그러나, 상기 원판 형상의 적층 부재는 그 형상 때문에, 독자적으로 케이싱 내에서 회전할 수 있어, 관통공의 위치 어긋남이 발생할 우려가 있었다. 그 때문에, 각 적층 부재의 적층은 그 각 관통공의 위치가 어긋나지 않도록 신중하게 실시할 필요가 있어, 작업 효율이 나쁜 공정으로 되어 있었다.
또한, 이와 같이 신중하게 적층 작업을 실시한 경우이어도, 적층 후의 가압 공정시에 가해지는 진동 등에 의해, 각 관통공의 위치 어긋남이 발생하는 경우가 있고, 그러한 허니컴 구조체를 사용한 배기 가스 정화 장치는 불량품이 되는 것이 문제가 되고 있었다.
특허 문헌 1 : WO2005/000445
본 발명은, 이들 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 적층 후의 각 적층 부재의 각 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체, 그 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조하는 제조 방법, 그 허니컴 구조체를 수납하기 위한 케이싱 및 상기 허니컴 구조체를 사용한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 발명의 허니컴 구조체, 그 허니컴 구조체의 제조 방법, 케이싱 및 배기 가스 정화 장치에 대해 설명하는데, 본 명세서 중, 제 1 ∼ 제 9 본 발명이란, 이하의 것을 나타낸다. 제 1 본 발명은, 허니컴 구조체, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱 및 상기 케이싱을 사용하여 상기 허니컴 구조체를 제조하는 방법의 세 가지 개념을 포함하는 발명이다.
제 2, 제 3 본 발명에 대해서도, 제 1 본 발명과 동일한 상기한 세 가지 개념을 포함하는 발명이다.
제 4 본 발명은, 허니컴 구조체와 상기 허니컴 구조체의 제조 방법의 두 가지 개념을 포함하는 발명이다.
제 5 본 발명은, 허니컴 구조체, 상기 허니컴 구조체의 제조 방법의 두 가지 개념을 포함하는 발명이다.
제 6 본 발명은, 허니컴 구조체의 제조 방법에 관한 발명이다.
제 7 본 발명은, 허니컴 구조체와 상기 허니컴 구조체의 제조 방법의 두 가지 개념을 포함하는 발명이다.
제 8 및 제 9 본 발명은, 허니컴 구조체를 사용한 배기 가스 정화 장치에 관한 발명이다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 평면부를 형성한 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명의 케이싱은, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 위치 결정용의 평면부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 외주 측면에 형성된 평면부를 케이싱에 형성된 평면부에 탑재하도록 하여, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 돌기부를 형성한 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 케이싱은, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 위치 결정용의 홈부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 위치 결정용의 돌기부를 케이싱에 형성된 위치 결정용의 홈부에 끼워넣고, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 절결부를 형성한 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 케이싱은, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 위치 결정용의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 위치 결정용의 절결부를 케이싱에 형성된 위치 결정용의 돌출부에 끼워넣고, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는, 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상이고, 그 절결부끼리가 서로 중첩되도록 적층됨과 함께,
적층된 상기 절결부와 거의 동일한 형상의 절결 충전 부재가, 적층된 상기 절결부에 끼워져 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 상기 적층 부재의 위치 결정용의 절결부에, 상기 절결 충전 부재가 끼워져 삽입되도록, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 복수의 셀 중 적어도 하나의 셀에, 그 셀의 일방의 단부부터 타방의 단부까지를 관통하는 위치 맞춤용의 막대형 부재가 삽입 통과되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 적층 전 또는 후에, 위치 맞춤용의 막대형 부재를 상기 관통공 중 적어도 하나에 삽입 통과시켜 상기 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 복수의 관통공을 갖는 원판 형상의 적층 부재를 적층하여 복수의 셀을 갖는 기둥상의 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 적층 전 또는 후에, 위치 맞춤용의 막대형 부재를 상기 관통공 중 적어도 하나에 삽입 통과시켜 상기 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 위치 맞춤 공정과,
상기 막대형 부재가 상기 관통공에 삽입 통과된 상기 적층 부재를 케이싱 내에서 가압하여 관통공의 위치를 고정시켜 셀을 형성하는 가압 공정과,
상기 가압 공정에서 형성된 셀로부터 상기 막대형 부재를 빼내어 제거하는 막대형 부재 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명의 허니컴 구조체는, 원주를 분할하도록 상기 원주의 길이 방향에 평행으로 설치된 삽입체와,
상기 삽입체에 의해 분할된 상기 원주의 길이 방향에 수직인 단면과 동일한 분할 원판 형상의 적층 부재가, 상기 적층 부재의 측면 평면부가 상기 삽입체에 맞닿도록 설치되어 적층되어 이루어지는 적층체로서, 상기 적층 부재의 복수의 관통공이 연통되어 복수의 셀이 형성되어 있는 적층체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 삽입체에 의해 분할된 원주의 길이 방향에 수직인 단면과 동일한 분할 원판 형상인 적층 부재의 측면 평면부를 상기 삽입체에 맞닿게 하여 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 8 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 제 1 ∼ 제 5 본 발명 및 제 7 본 발명 중 어느 하나에 기재된 허니컴 구조체가 배기 가스 유로의 케이싱에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 9 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 제 1 ∼ 제 7 본 발명 중 어느 하나에 기재된 제조 방법으로 제조된 허니컴 구조체가 배기 가스 유로에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명에서는, 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재는, 외주 측면에 위치 결정용의 평면부를 갖는 대략 원판 형상이기 때문에, 외주 측면에 형성된 평면부를 케이싱에 형성된 위치 결정용의 평면부에 맞춤으로써, 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시할 수 있다.
그 때문에, 적층 후의 각 적층 부재의 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제공할 수 있다.
또한, 관통공의 위치 맞춤이 용이하기 때문에, 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
제 2 본 발명에서는, 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재는, 위치 결정용의 돌기부를 갖는 대략 원판 형상이기 때문에, 그 돌기부를 케이싱에 형성된 위치 결정용의 홈부에 맞춤으로써 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시할 수 있다.
그 때문에, 적층 후의 각 적층 부재의 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제공할 수 있다.
또한, 관통공의 위치 맞춤이 용이하기 때문에, 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
제 3 본 발명에서는, 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재는, 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상이기 때문에, 각 적층 부재의 절결부가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부에 케이싱에 형성된 위치 결정용의 돌출부를 끼워 삽입함으로써 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시할 수 있다.
그 때문에, 적층 후의 각 적층 부재의 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제공할 수 있다.
또한, 관통공의 위치 맞춤이 용이하기 때문에, 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
제 4 본 발명에서는, 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재는, 위치 결정용의 절결부를 갖고, 각 적층 부재의 절결부가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위에 홈상 부위와 거의 동일 형상의 절결 충전 부재를 끼워 삽입함으로써 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시할 수 있다.
그 때문에, 적층 후의 각 적층 부재의 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제공할 수 있다.
또한, 관통공의 위치 맞춤이 용이하기 때문에, 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
제 5 본 발명에서는, 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재의 관통공에 위치 맞춤용의 막대형 부재를 삽입 통과시켜 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시하여 허니컴 구조체를 형성하기 때문에, 적층 후의 각 적층 부재의 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제공할 수 있다.
제 6 본 발명에서는, 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재의 관통공에 위치 맞춤용의 막대형 부재를 삽입 통과시켜 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시한 후에, 케이싱의 지지용 금구에 형성된 구멍으로부터 막대형 부재를 제거함으로써, 셀에 수직인 단면의 형상이 진원이고, 또한 모든 셀에 가스를 유통시킬 수 있는 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 관통공의 위치 맞춤이 용이하기 때문에, 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조하는 제조 방법을 제공할 수 있다.
제 7 본 발명에서는, 셀에 수직인 단면의 형상이 원형인 허니컴 구조체가, 그 원형을 분할하는 형상의 삽입체와, 그 원형이 분할된 단면의 형상과 동일한 분할 원판 형상으로 이루어지는 적층 부재로 구성되어 있기 때문에, 각 적층 부재의 측면 평면부를 삽입체에 맞닿게 하는 양태로, 각 적층 부재의 각 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없게 적층함으로써, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제공할 수 있다.
또한, 관통공의 위치 맞춤이 용이하기 때문에, 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조하는 제조 방법을 제공할 수 있다.
제 8 및 제 9 본 발명의 배기 가스 정화 장치에서는, 적층 후의 각 적층 부재의 각 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체가 설치되어 있으므로, 장기간에 걸쳐 높은 효율로 배기 가스의 정화를 실시할 수 있다.
도 1 의 (a) 는 위치 결정용의 현부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 1 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 2 의 (a) 는 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 2 의 (b) 는 도 2 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 제 1 본 발명의 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3 의 (a) 는 위치 결정용의 돌기부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 3 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 4 의 (a) 는 제 2 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식 적으로 나타낸 사시도이고, 도 4 의 (b) 는 도 4 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 제 2 본 발명의 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5 의 (a) 는 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 5 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 6 의 (a) 는 제 3 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 6 의 (b) 는 도 6 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 제 3 본 발명의 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7 의 (a) 는 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재와 절결 충전 부재로 이루어지는, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 7 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 8 의 (a) 는 제 4 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재와 절결 충전 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 8 의 (b) 는 도 8 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 케이싱에 설치한 절결 충전 부재에 맞추어 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 9 의 (a) 는 그 셀의 일부에 위치 맞춤용의 막대형 부재가 삽입 통과된, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 9 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 10 의 (a) 는 제 5 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재와 막대형 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 10 의 (b) 는 도 10 의 (a) 에 나타내는 적층 부재의 관통공에, 케이싱에 고정시킨 막대형 부재를 통과시킴과 동시에 적층 부재를 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 11 의 (a) 는 제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 사용하는 적층 부재와 막대형 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 11 의 (b) 는 도 11 의 (a) 에 나타내는 적층 부재의 관통공에, 지지용 금구의 구멍에 관통시킨 막대형 부재를 삽입 통과시킴과 동시에 적층 부재를 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 12 의 (a) 는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 2 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 12 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 13 의 (a) 는 제 7 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 2 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 13 의 (b) 는 도 13 의 (a) 에 나타내는 삽입체와 적층 부재를 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 14 는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 4 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 15 의 (a) 는 제 7 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 4 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 15 의 (b) 는 도 15 의 (a) 에 나타내는 삽입체와 적층 부재를 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 16 은 본 발명의 허니컴 구조체가 설치된 차량용의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 17 은 압력 손실 측정 장치의 설명도이다.
도 18 의 (a) 는 관통공을 갖는 무기 섬유 집합체로 이루어지는 원판 형상의 적층 부재를 적층시킴으로써 제조한 적층형의 허니컴 구조체의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 18 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 19 의 (a) 는 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 나타내는 사시도이고, 도 19 의 (b) 는 도 19 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 ∼ 7, 100, 220 허니컴 구조체
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 111 셀
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 113 벽부
13, 16, 16a, 16b 현부
15, 25, 35, 55, 65, 110 적층 부재
15a, 25a, 35a, 55a, 65a, 75a, 110a 적층 부재
15b, 25b, 35b, 55b, 65b, 75b, 110b 단부용 적층 부재
17, 27, 37, 57, 67, 77, 117 관통공
17a, 27a, 37a, 57a, 67a, 77a, 117a 관통공
17b, 27b, 37b, 57b, 67b, 77b, 117b 관통공
18 평면부
19, 29, 39, 49, 149 통부
23, 26, 26a, 26b 돌기부
28 홈부
33, 36, 36a, 36b 절결부
38 돌출부
44 절결 충전 부재
54, 54a, 54b 막대형 부재
63, 66, 66a, 66b, 73, 76, 76a, 76b 측면 평면부
64, 74 삽입체
101 ∼ 106, 123, 171, 223 케이싱
107 지지용 금구
108 구멍
170 압력 손실 측정 장치
176 송풍기
177 배기 가스관
178 압력계
200 배기 가스 정화 장치
224 도입관
225 배출관
본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 셀에 수직인 단면의 외곽선의 대부분은, 그 단면 중의 1 점을 중심으로 하는 원호로 이루어지고, 또한, 상기 외곽선의 나머지 부분은, 상기 중심으로부터의 거리가 상기 원호의 반경과 상이한 선분으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 대부분이란, 특별히 그 범위를 한정하는 것은 아니지만, 상기 외곽선 길이의 80％ 이상인 것을 하나의 기준으로 한다.
상기 원호의 반경과 상이한 선분이란, 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 제 1 본 발명의 현부 (弦部) (도 1 참조) 와 같이, 평면으로 구성되어 있어도 되고, 곡면으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 곡면의 형상도 전혀 한정되지 않는다. 현부에 상당하는 부분의 다른 구체예에 대해서는, 이하에 제 2 및 제 3 본 발명으로서 예시하고 있다.
또한, 본 명세서 중, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 대략 원판 형상의 적층 부재 (단부용 적층 부재를 포함한다) 의 외주 측면에 형성된 평면부를 현부라고 하기로 한다.
이하, 본 발명의 허니컴 구조체의 일 형태인 제 1 ∼ 제 7 본 발명의 허니컴 구조체에 대해 설명한다.
먼저, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체, 상기 허니컴 구조체의 제조에 사용하는 케이싱 및 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 하기하는 허니컴 구조체의 특성, 재질 등은 모든 허니컴 구조체에 공통되기 때문에, 여기서 상세하게 설명하고, 제 2 본 발명 이후의 발명에서는 필요한 부분만 설명한다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는, 위치 결정용의 현부를 갖는 대략 원판 형상이고, 또한,
상기 현부가 서로 중첩되도록 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명의 케이싱은, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 위치 결정용의 평면부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 위치 결정용의 현부를, 케이싱에 형성된 위치 결정용의 평면부에 탑재하도록 하여, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 의 (a) 는 위치 결정용의 현부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 1 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 2 의 (a) 는 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 2 의 (b) 는 도 2 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 제 1 본 발명의 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체 (1) 는 대략 원주 형상이고, 벽부 (셀벽) (12) 에 의해 가로막힌 다수의 관통공 (17a) 을 갖는 적층 부재 (15a) 가, 관통공 (17a) 이 중첩되도록 적층되어 구성되어 있다. 적층 부재에 형성된 관통공 (17a) 각각은, 허니컴 구조체 (1) 의 일방의 단부부터 타방의 단부까지 연통되어 셀 (11) 을 형성하고 있고, 이 연통되어 있는 셀 (이하, 연통 셀이라고도 한다) 중 어느 일단은 단부용 적층 부재 (15b) 에 의해 봉해져 있다. 또한, 단부용 적층 부재의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
도 1 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 연통된 셀 (11) 은 배기 가스의 유입측 또는 유출측에 상당하는 단부 중 어느 하나가 봉해져 있고, 하나의 셀 (11) 에 유입된 배기 가스는, 셀 (11) 을 사이에 두는 셀벽 (12) 을 통과한 후, 다른 셀 (11) 로부터 유출된다. 즉, 셀벽 (12) 은 필터로서 기능한다.
이 허니컴 구조체 (1) 를 구성하는 적층 부재 (15a) 는 대략 원판 형상이고, 이 적층 부재 (15a) 의 측면에는, 평면으로 이루어지는 위치 결정용의 현부 (16a) 가 형성되어 있다. 그리고, 이 현부 (16a) 의 위치를 맞추어, 적층 부재 (15a) 가 적층됨으로써 허니컴 구조체 (1) 의 현부 (13) 가 형성되어 있다.
이 현부 (16a) 는, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (17a) 의 위치를 맞추기 위해 형성된 부위로서, 각 적층 부재 (15a) 의 제조시에, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (17a) 과 현부 (16a) 의 위치 관계가 동일해지도록 적층 부재를 형성해 두면, 적층시에 각 적층 부재 (15a) 의 현부 (16a) 의 위치를 맞춤으로써, 모든 관통공 (17a) 의 위치를 맞추어 셀 (11) 을 형성할 수 있다.
적층된 적층 부재 (15a) 의 양단에는, 추가로 바둑판 무늬로 형성된 관통공 (17b) 을 갖는 단부용 적층 부재 (15b) 가 적층되어 있는 것이 바람직하다.
단부용 적층 부재 (15b) 를 적층함으로써, 단부용 적층 부재 (15b) 를 적층하기 전에 단부에 위치하고 있던 적층 부재 (15a) 의 관통공을 밀봉재 등으로 밀봉하지 않고, 적층 부재가 적층되어 형성된 연통 셀 중 어느 일방의 단부를 밀봉할 수 있다.
이 때, 단부용 적층 부재 (15b) 의 소정의 위치에도 적층 부재 (15a) 와 동일 형상의 현부 (16b) 를 형성해 두면, 적층 부재 (15a) 의 관통공 (17a) 의 위치와 단부용 적층 부재 (15b) 의 관통공 (17b) 의 위치를, 위치 어긋남을 발생시키지 않고 맞출 수 있다.
이와 같이, 적층 부재와 동일 형상의 현부를 갖는 단부용 적층 부재를 사용함으로써, 어느 일단이 봉해진 다수의 셀 (11) 이 벽부 (12) 를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 대략 원주 형상의 허니컴 구조체로서, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
계속해서, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 구조, 특성, 재질 등에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체는, 주로 무기 섬유로 이루어지는 적층 부재 (이하, 무기 섬유 적층 부재라고도 한다) 및/또는 주로 금속으로 이루어지는 적층 부재 (이하, 금속 적층 부재라고도 한다) 가 적층되어 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 적층 부재를 사용함으로써, 내열성이나 고기공률로 한 경우의 강도가 우수한 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
각 적층 부재를 적층할 때에는, 무기 섬유 적층 부재만을 적층해도 되고, 금속 적층 부재만을 적층해도 된다. 또한, 무기 섬유 적층 부재와 금속 적층 부재를 조합하여 적층해도 된다. 양자를 조합하여 적층하는 경우, 그들의 적층 순서는 특별히 한정되지 않는다.
상기 적층 부재의 두께로는 0.1 ∼ 20㎜ 가 바람직하지만, 적층 부재의 재질 등에 따라서는, 20㎜ 를 초과하는 두께의 적층 부재를 적층함으로써 허니컴 구조체를 제조해도 된다.
상기 허니컴 구조체의 외관 밀도는, 바람직한 하한이 0.04g/㎤ 이고, 바람직한 상한이 0.4g/㎤ 이다.
0.04g/㎤ 미만에서는, 강도가 불충분해져 파괴되기 쉬워지는 경우가 있다. 또한, 0.4g/㎤ 이하에서는, 연속적으로 PM 을 연소시키는 것에 보다 적합하므로 바람직하다.
또한, 본 명세서에 있어서, 외관 밀도란, 시료의 질량 (g) 을 시료의 외관 용적 (㎤) 으로 나눈 값을 말하고, 외관 용적이란, 시료의 기공과 개구 (셀) 를 포함한 용적을 말한다.
또한, 상기 허니컴 구조체의 기공률은 70 ∼ 95％ 인 것이 바람직하다.
기공률이 70％ 미만이면, 필터 재생시에 PM 을 연소시키는 데 필요한 온도까지 필터 내 온도가 상승되기 어렵고, 또한, PM 이 기공 내부까지 비집고 들어가기 어렵기 때문에, 허니컴 구조체의 연속 재생 능력이 저하될 우려가 있다. 한편, 기공률이 95％ 를 초과하면 기공이 차지하는 비율이 커져, 허니컴 구조체 전체의 강도를 유지할 수 있기 어려워진다.
또한, 상기 각각의 기공률의 범위에서 가스 유출측의 기공률이 가스 유입측의 기공률보다 크면, 퇴적된 PM 을 연소시킬 때에 허니컴 구조체의 적층 방향에 있어서 온도차가 발생하는 것을 억제할 수 있고, 허니컴 구조체의 파손을 방지할 수 있기 때문에 유효하다.
또한, 상기 허니컴 구조체에 있어서, 인접하는 셀간의 거리 (즉, 셀벽의 두께) 는 0.2㎜ 이상인 것이 바람직하다. 0.2㎜ 미만에서는 허니컴 구조체의 강도가 저하되는 경우가 있기 때문이다.
한편, 상기 인접하는 셀간의 거리 (셀벽의 두께) 의 바람직한 상한은 5.0㎜ 이다. 셀벽의 두께가 지나치게 두꺼우면 셀의 개구율 및/또는 여과 면적이 작아져, 그에 수반하여 압력 손실이 증가되는 경우가 있다. 또한, PM 을 연소시켰을 때에 발생하는 애시가 기공에 깊게 비집고 들어가 빠지기 어려워진다. 또한 PM 을 심층 여과할 수 있는 범위를 그을음 포집에 대한 벽의 유효 영역으로 하면, 허니컴 구조체에 있어서 유효 영역이 차지하는 비율이 저하되게 된다.
또한, 상기 허니컴 구조체에서의 평균 기공 직경은 특별히 한정되지 않고, 바람직한 하한은 1㎛ 이고, 바람직한 상한은 100㎛ 이다. 1㎛ 미만에서는, 셀벽 내부의 심층에 있어서 PM 이 여과되지 않고, 셀벽 내부에 담지된 촉매와 접촉할 수 없는 경우가 있다. 한편, 100㎛ 를 초과하면, PM 이 기공을 빠져 나가, 이들 PM 을 충분히 포집할 수 없어 필터로서 기능하지 않는 경우가 있다.
또한, 기공률이나 평균 기공 직경은, 예를 들어 수은 포로시미터에 의한 측정, 중량법, 아르키메데스법, 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의한 측정 등, 종래 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.
상기 허니컴 구조체에 있어서, 적층 부재의 적층면에 평행한 면에 있어서의 셀 밀도는 특별히 한정되지 않고, 바람직한 하한은 0.16 개/㎠ (1.0 개/in2), 바람직한 상한은 93 개/㎠ (600 개/in2), 보다 바람직한 하한은 0.62 개/㎠ (4.0 개/in2), 보다 바람직한 상한은 77.5 개/㎠ (500 개/in2) 이다.
또한, 상기 허니컴 구조체의 적층 부재의 적층면에 평행한 면에 있어서의 셀의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.8㎜ × 0.8㎜, 바람직한 상한은 16㎜ × 16㎜ 이다.
상기 허니컴 구조체의 개구율의 바람직한 값은, 하한이 30％ 이고, 상한이 60％ 이다.
상기 개구율이 30％ 미만에서는, 허니컴 구조체에 배기 가스가 유입출할 때의 압력 손실이 높아지는 경우가 있고, 60％ 를 초과하면, 허니컴 구조체의 강도가 저하되는 등의 경우가 있다.
상기 무기 섬유 적층 부재를 구성하는 무기 섬유의 재질로는, 예를 들어 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 등의 산화물 세라믹, 질화규소, 질화붕소 등의 질화물 세라믹, 탄화규소 등의 탄화물 세라믹, 현무암 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 무기 섬유의 섬유 길이의 바람직한 하한은 0.1㎜, 바람직한 상한은 100㎜, 보다 바람직한 하한은 0.5㎜, 보다 바람직한 상한은 50㎜ 이다. 또한, 상기 무기 섬유의 섬유 직경의 바람직한 하한은 0.3㎛, 바람직한 상한은 30㎛, 보다 바람직한 하한은 0.5㎛, 보다 바람직한 상한은 15㎛ 이다.
상기 무기 섬유 적층 부재는 상기 무기 섬유에 추가로, 일정한 형상을 유지하기 위해 이들의 무기 섬유끼리를 결합하는 바인더를 포함해도 된다.
상기 바인더로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 규산 유리, 규산알칼리 유리, 붕규산 유리 등의 무기 유리, 알루미나졸, 실리카졸, 티타니아졸 등을 들 수 있다.
상기 무기 섬유 적층 부재는, 무기 입자 및 금속 입자를 소량 함유하고 있어도 된다.
또한, 상기 무기 섬유 적층 부재에서는, 무기 섬유끼리가 실리카를 함유하는 무기물 등에 의해 고착되어 있어도 된다. 이 경우, 무기 섬유의 길이 방향을 따라 어느 정도의 길이의 범위 (또는 무기 섬유 표면의 전체) 에 걸쳐서 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 것은 아니며, 무기 섬유의 교차부 또는 그 근방에서 고착되 어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 강도 및 유연성이 우수한 무기 섬유 적층 부재가 얻어진다.
교차부 또는 그 근방에서의 고착이란, 무기 섬유끼리의 교차부 (무기 섬유끼리가 접촉되어 있어도 되고, 접촉되어 있지 않아도 된다) 에 국재 (존재) 하는 무기물을 통해 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 상태, 무기 섬유끼리의 교차부의 근방에 국재 (존재) 하는 무기물을 통해 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 상태, 또는 무기 섬유끼리의 교차부 및 그 근방의 영역 전체에 국재 (존재) 하는 무기물을 통해 무기 섬유끼리가 고착되어 있는 상태를 말한다.
상기 실리카를 함유하는 무기물로는, 예를 들어 규산 유리, 규산알칼리 유리, 붕규산 유리 등의 무기 유리를 들 수 있다.
상기 금속 적층 부재의 재료로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 크롬계 스테인리스나 크롬니켈계 스테인리스 등을 들 수 있다.
또한, 상기 금속 적층 부재는, 상기 금속으로 이루어지는 금속 섬유가 3 차원으로 복잡하게 뒤얽혀 구성된 구조체나, 조공재에 의해 관통 기공이 형성된 상기 금속으로 이루어지는 구조체, 상기 서술한 바와 같은 금속으로 이루어지는 금속 분말을 기공이 남도록 소결시킨 구조체 등인 것이 바람직하다.
적층된 상기 무기 섬유 적층 부재나 상기 금속 적층 부재의 양단에는, 추가로 바둑판 무늬로 형성된 관통공을 갖는 단부용 적층 부재가 적층되어 있는 것이 바람직하다.
상기 단부용 적층 부재를 적층함으로써, 단부용 적층 부재를 적층하기 전에 단부에 위치하고 있던 적층 부재의 관통공을 밀봉재 등으로 밀봉하지 않고, 적층 부재가 적층되어 형성된 연통 셀 중 어느 일방의 단부를 밀봉할 수 있다.
상기 단부용 적층 부재는, 상기 무기 섬유 적층 부재나 상기 금속 적층 부재와 동일한 재질 혹은 치밀질로 구성되어 있고, 관통공이 바둑판 무늬로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 본 명세서에 있어서 치밀질이란, 적층 부재를 구성하는 재질보다 기공률이 작은 재질을 말하고, 그 구체적인 재료로는, 예를 들어 금속이나 세라믹 등을 들 수 있다.
상기 치밀질을 사용한 경우에는, 상기 단부용 적층 부재를 얇게 할 수 있다.
상기 단부용 적층 부재로는, 치밀질의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 적층 부재와 상기 단부용 적층 부재의 조합으로는, (1) 상기 적층 부재로서 무기 섬유 적층 부재를 사용하고, 상기 단부용 적층 부재로서, 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 무기 섬유 적층 부재, 금속 적층 부재 또는 치밀질로 이루어지는 단부용 적층 부재를 사용하는 조합, (2) 상기 적층 부재로서 금속 적층 부재를 사용하고, 상기 단부용 적층 부재로서, 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 무기 섬유 적층 부재, 금속 적층 부재 또는 치밀질로 이루어지는 단부용 적층 부재를 사용하는 조합, (3) 상기 적층 부재로서 무기 섬유 적층 부재와 금속 적층 부재를 조합하여 사용하고, 상기 단부용 적층 부재로서, 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 무기 섬유 적층 부재, 금속 적층 부재 또는 치밀질로 이루어지는 단부용 적층 부재를 사용하 는 조합을 들 수 있다.
상기 조합 중 바람직한 조합으로는, (1) 의 조합이 바람직하다. 허니컴 구조체를 구성하는 데에 필요한 적층 부재의 종류가 적어도 되어, 적층 부재의 제조가 용이해지기 때문이다.
또한, 상기 단부용 적층 부재로서, 치밀질로 이루어지는 단부용 적층 부재를 사용한 경우에는, 밀봉부로부터 그을음이 새는 것을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 적층 부재로서 금속 적층 부재만을 사용한 경우나, 적층된 무기 섬유 적층 부재나 금속 적층 부재의 양단에, 추가로 관통공이 바둑판 무늬로 형성된 금속 적층 부재나 치밀질의 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재를 적층한 경우에는, 장시간 사용해도 풍식 또는 침식되기 어려워진다.
또한, 상기 조합을 사용하면 고온시 (사용시) 에 있어서, 열팽창차에서 기인되어 금속 케이싱과 허니컴 구조체 사이에 간극이 발생하거나, 각 적층 부재간에 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 배기 가스 중의 PM 이 새어나와, PM 의 포집 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 셀의 평면에서 보았을 때의 형상에 대해서는 특별히 사각형에 한정되지 않고, 예를 들어 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형, 타원형, 별형 등의 임의의 형상이어도 된다. 상기 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재에는 촉매가 담지되어 있는 것이 바람직하다.
촉매는 모든 적층 부재에 담지되어 있어도 되고, 일부의 적층 부재에 담지되 어 있어도 된다. 또한, 단일의 적층 부재에 대해서는, 적층 부재 표면의 전부 또는 일부에 촉매가 담지되어 있으면 된다.
상기 촉매로는, 예를 들어 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 산화물 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
또한 상기 산화물로는, CeO2, ZrO2, FeO2, Fe2O3, CuO, CuO2, Mn2O3, MnO 등의 금속 산화물이나, 조성식 AnB1 - nCO3 (식 중, A 는 La, Nd, Sm, Eu, Gd 또는 Y 이고, B 는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고, C 는 Mn, Co, Fe 또는 Ni) 으로 나타내는 복합 산화물 등을 들 수 있다. 상기 산화물 촉매를 적층 부재에 담지시키면, PM 의 연소 온도를 저하시킬 수 있다.
이들 촉매는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상 병용해도 된다.
상기 허니컴 구조체의 외관의 체적에 대한 상기 촉매의 담지량은 10 ∼ 200g/ℓ (리터) 가 바람직하다.
상기 담지량이 10g/ℓ 이하에서는, 허니컴 구조체에 대해 촉매가 담지되어 있지 않은 부분이 많이 존재하게 되어, PM 과 촉매가 접촉할 확률이 저하되므로, PM 의 연소 온도를 충분히 저하시킬 수 없는 경우가 있다. 한편, 200g/ℓ 를 초과하면 촉매량이 과잉이 되어, PM 과 촉매의 접촉 확률은 그다지 향상되지 않는 경우가 많다.
또한, 상기 허니컴 구조체는, 내열 온도가 1000℃ 이상인 것이 바람직하다.
상기 내열 온도가 1000℃ 미만에서는, 특히 한 번에 다량의 PM (예를 들어 3g/ℓ 이상) 을 연소시켜 재생 처리를 실시할 때에, 허니컴 구조체에 용손 (溶損) 등의 파손이 발생하는 경우가 있다.
특히, 허니컴 구조체에 산화물 촉매를 담지시키면 허니컴 구조체의 온도가 높아지기 쉬워지므로, 상기 범위의 내열 온도를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 내연 기관의 연비 저하를 피하기 위해, 허니컴 구조체의 재생 처리는 PM 이 2 ∼ 3g/ℓ 퇴적된 상태에서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 각 적층 부재는, 무기 접착재 등을 사용하여 서로 접착되어 있어도 되고, 단순히 기계적으로 적층되어 있기만 해도 되는데, 단순히 기계적으로 적층되어 있기만 한 것이 바람직하다. 단순히 기계적으로 적층되어 있기만 하면, 접착재 등을 도포한 접합부 (또는 접착부) 가 배기 가스의 흐름을 저해하여 압력 손실의 상승을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단순히 각 적층 부재를 기계적으로 서로 적층하여 적층체로 하기 위해서는, 후술하는 금속 케이싱 내에서 적층하여 압력을 가하면 된다.
상기 허니컴 구조체는, 통상적으로 통상의 금속 케이싱 내에 설치된다.
상기 금속 케이싱의 재질로는, 예를 들어 스테인리스 (SUS), 알루미늄, 철 등의 금속류를 들 수 있다.
또한, 상기 금속 케이싱의 형상은 일체형의 통상체이어도 되고, 2 개 또는 그 이상의 분할체로 분할 가능한 통상체 (예를 들어 크램쉘형의 금속 케이싱 등) 이어도 된다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 설치하기 위해 사용하는 제 1 본 발명의 케 이싱 (101) 은, 그 단면 형상이 평면부 (18) 를 갖는 대략 원통 형상인 것이 바람직하고, 그 평면부 (18) 의 형상은 적층하는 적층 부재 (15a) 의 현부 (16a) 의 형상에 따라 결정해야 한다.
도 2 의 (b) 는 케이싱 (101) 을 형성하는 통부 (19) 의 상부를 생략하여 그려져 있고, 실제의 케이싱은, 적층하는 적층 부재의 외곽부 전체 둘레를 덮는 형상의 통부를 갖는다. 케이싱 (101) 을 사용하여 각 적층 부재의 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 방법에 대해서는, 후술하는 제조 방법의 항에서 서술한다.
다음으로, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
(1) 무기 섬유 적층 부재 및 무기 섬유로 이루어지는 단부용 적층 부재의 제조 방법
먼저 초조용 슬러리를 조제한다. 구체적으로는, 예를 들어 무기 섬유와 무기 유리 등의 무기물을 충분히 혼합하고, 필요에 따라 적당량의 물이나 유기 바인더, 무기 바인더 등을 추가로 첨가하여 충분히 교반함으로써 초조용 슬러리를 조제한다.
다음으로, 상기 초조용 슬러리를 사용하여, 주로 무기 섬유로 이루어지는 적층 부재를 초조한다.
구체적으로는, 먼저 상기 초조용 슬러리를 뜨고, 위치 결정용의 현부를 갖는 대략 원판 형상의 무기 섬유 집합체를 얻는다. 얻어진 것을 100 ∼ 200℃ 의 온도에서 건조시키고, 추가로 펀칭 가공에 의해 거의 전체면에 관통공을 등간격으로 형성하고, 그 후 900 ∼ 1050℃ 에서 가열 처리함으로써, 도 2 의 (a) 에 나타 내는 바와 같은, 관통공이 고밀도로 형성되고, 위치 결정용의 현부를 갖는 소정 두께의 무기 섬유 적층 부재를 얻는다.
또한, 무기 섬유를 사용하여 단부용 적층 부재를 제조하는 경우에는, 예를 들어 상기 초조용 슬러리를 메시에 의해 뜨고, 위치 결정용의 현부를 갖는 대략 원판 형상의 무기 섬유 집합체를 얻는다. 얻어진 것을 100 ∼ 200℃ 의 온도에서 건조시키고, 추가로 펀칭 가공에 의해 바둑판 무늬로 관통공을 형성한다. 그 후, 900 ∼ 1050℃ 에서 가열 처리함으로써, 소정의 관통공이 저밀도로 형성된 단부용 적층 부재를 제조한다.
무기 섬유 적층 부재의 기공률을 조정하는 방법으로는, 예를 들어 상기 무기 섬유의 초조 공정에 있어서, 얻어지는 초조물의 두께를 초조 횟수에 따라 조정하거나, 상기 가열 처리 공정에 있어서, 초조된 무기 섬유 적층 부재를 압축하면서 가열 처리하는 방법을 들 수 있다.
이와 같은 방법에 의해, 무기 섬유가 무기 유리 등의 무기물에 의해 무기 섬유의 교차부 또는 그 근방에서 서로 고착된 무기 섬유 적층 부재 (15a) 및 단부용 적층 부재 (15b) 를 제조할 수 있다.
가열 처리를 실시한 무기 섬유 적층 부재 및 단부용 적층 부재에는, 그 후에 산 처리나 구워서 고정시키는 처리를 실시해도 된다.
필요에 따라, 상기 무기 섬유 적층 부재 및 단부용 적층 부재를 제조 후에 촉매를 담지시킨다.
촉매를 담지시키는 경우에는, 구성 재료인 알루미나 화이버 등의 무기 섬유 에 미리 촉매를 담지시켜도 된다. 성형 전에 무기 섬유에 촉매를 담지시키면, 보다 균일하게 분산된 상태에서 촉매를 부착시킬 수 있다.
구성 재료로서의 상기 무기 섬유 또는 상기 무기 섬유 적층 부재에 촉매를 담지시키는 방법으로는, 예를 들어 촉매를 포함하는 슬러리에 무기 섬유 또는 무기 섬유 적층 부재를 침지시킨 후, 끌어올려 가열 건조시키는 방법 등을 들 수 있다. 슬러리에 대한 침지와 가열 건조를 반복함으로써, 무기 섬유 또는 무기 섬유 적층 부재의 촉매 담지량을 조정할 수 있다. 촉매는, 무기 섬유 또는 무기 섬유 적층 부재의 전부 또는 일부 중 어느 것에 담지되어 있어도 된다. 또한, 촉매는 초조 후에 담지시켜도 된다.
(2) 금속 적층 부재 및 금속으로 이루어지는 단부용 적층 부재의 제조 방법
먼저, 두께가 0.1 ∼ 20㎜ 이고, 주로 금속으로 이루어지는, 위치 결정용의 현부를 갖는 대략 원판 형상의 다공질 금속판을 준비하고, 이것을 레이저 가공 또는 펀칭 가공함으로써 거의 전체면에 관통공을 서로 거의 등간격으로 형성하여, 도 2 의 (a) 에 나타내는 바와 같은 관통공이 고밀도로 형성된 적층 부재를 제조한다.
또한, 허니컴 구조체의 단면 근방에 위치하고, 셀의 밀봉부를 구성하는 단부용 적층 부재를 제조하는 경우에는, 레이저 가공시에 관통공을 바둑판 무늬로 형성하고, 관통공이 저밀도로 형성된 단부용 적층 부재를 제조한다.
그리고, 이 관통공이 저밀도로 형성된 단부용 적층 부재를 1 장 ∼ 여러 장 단부에 사용하면, 단부의 소정 셀을 막는 공정을 실시하지 않고, 필터로서 기능하는 허니컴 구조체를 얻을 수 있다.
단부 적층용 부재는 상기 서술한 무기 섬유로 구성된 것은 아니며, 세라믹, 금속 등의 치밀한 소재로 이루어지는 판상체이어도 된다.
다음으로, 필요에 따라 금속 적층 부재에 촉매를 담지시킨다.
산화물 촉매를 담지시키는 방법으로는, 예를 들어 CZ(nCeO2·mZrO2) 10g, 에탄올 1ℓ (리터), 시트르산 5g 및 pH 조정제를 적당량 함유하는 용액에, 금속 적층 부재를 5 분간 침지시키고, 그 후, 500℃ 에서 소성 처리를 실시하는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 이 경우, 상기한 침지, 소성 공정을 반복함으로써 담지시키는 촉매량을 조정할 수 있다.
또한, 상기 촉매는, 일부의 금속 적층 부재에만 담지시켜도 되고, 모든 금속 적층 부재에 담지시켜도 된다.
(3) 적층 공정
도 2 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 가스 유입측의 단부에 지지용 금구를 갖는 대략 원통상의 금속 케이싱 (101) 을 사용하고, (1) ∼ (2) 와 같이 하여 제조한 단부용 적층 부재 (15b) 및 적층 부재 (15a) 를 금속 케이싱 (101) 내에 적층해간다. 여기서의 적층 부재는, 무기 섬유 적층 부재이거나 금속 적층 부재이어도 되고, 또는 이들의 조합이어도 된다.
먼저, 가스 유입측의 단부에 있어서, 단부용 적층 부재 (15b) 의 현부 (16b) 와 케이싱 (101) 의 평면부 (18) 의 위치를 맞추어, 지지용 금구에 접하도록 단부 용 적층 부재 (15b) 를 1 장 ∼ 여러 장 적층하고, 적층 부재 (15a) 를 그 현부 (16a) 와 케이싱 (101) 의 평면부 (18) 의 위치를 맞추어 소정 장수 적층한다.
또한 단부용 적층 부재 (15b) 를 그 현부 (16b) 와 케이싱 (101) 의 평면부 (18) 의 위치를 맞추어 적층한다. 이 때, 단부용 적층 부재 (15b) 를 적층하는 방향에 주의하여, 셀 중 어느 일단이 봉해진 구조가 되도록 적층한다.
그 후, 소정의 외관 밀도가 되도록 적층 부재의 집합체를 압축하고, 압축한 상태를 유지하면서, 가스 유출측의 단부에 있어서 지지용 금구를 설치하여 고정시킨다. 상기 공정에 의해, 소정의 적층 구조가 유지된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
제 1 본 발명의 적층 공정에서는, 각 적층 부재의 현부 (16) 와 케이싱의 평면부 (18) 의 위치를 맞춤으로써, 대응하는 관통공 (17) 이 중첩되도록 각 적층 부재를 적층할 수 있다. 또한, 단부용 적층 부재로서 금속제의 치밀체의 판상체를 사용한 경우에는, 이것을 용접함으로써 지지용 금구로 할 수도 있다.
제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 평면부 (18) 의 형상에 맞추어 현부 (16) 가 고정되기 때문에, 적층 부재 (15) 가 케이싱 내에서 회전하지 않고, 각 관통공 (17) 끼리의 위치 관계에 편차가 발생하는 경우가 없기 때문에, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 적층 부재끼리의 위치 맞춤을, 적층 부재 (15) 의 현부 (16) 와 케이싱 (101) 의 평면부 (18) 의 위치를 맞추는 것만으로 실시할 수 있기 때문에, 적층 부재의 적층에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 제 1 본 발명의 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
계속해서, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체, 상기 허니컴 구조체의 제조에 사용하는 케이싱 및 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는, 위치 결정용의 돌기부를 갖는 대략 원판 형상이고,
상기 돌기부끼리가 서로 중첩되도록 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 케이싱은, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 위치 결정용의 홈부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 위치 결정용의 돌기부를 케이싱에 형성된 위치 결정용의 홈부에 끼워넣고, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3 의 (a) 는 위치 결정용의 돌기부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이 고, 도 3 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 4 의 (a) 는 제 2 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 4 의 (b) 는 도 4 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 제 2 본 발명의 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
허니컴 구조체 (2) 는, 적층 부재 (25a) 가 적층되어, 셀 (21) 이 형성되어 있고, 그 적층 부재 (적층 부재의 적층면) 의 외곽선의 대부분이, 그 단면 중의 1 점을 중심으로 하는 원호이고, 또한 상기 외곽선의 나머지 부분이, 상기 중심으로부터의 거리가 상기 원호의 반경과 상이한 선분으로 이루어지는 것이다.
도 3 에 나타내는, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체 (2) 에 있어서는, 상기 나머지 부분으로서, 상기 외곽선의 일부에 돌기부 (23) 가 형성되어 있다. 또한, 셀 중 어느 하나의 일단부는, 단부용 적층 부재 (25b) 에 의해 밀봉되어 있다.
이 돌기부 (23) 는, 허니컴 구조체 (2) 를 구성하는 적층 부재 (25a) 에 형성된 돌기부 (26a) 의 위치를 맞추어, 적층 부재 (25a) 가 적층됨으로써 형성되어 있다.
이 돌기부 (23) 는, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (27a) 의 위치를 맞추기 위해 형성된 부위로서, 각 적층 부재 (25a) 의 제조시에, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (27a) 과 돌기부 (26a) 의 위치 관계가 동일해지도록 적층 부재를 형성해 두면, 적층시에 각 적층 부재 (25a) 의 돌기부 (26a) 의 위치를 맞춤으로써, 모든 관통공 (27a) 의 위치를 맞추어 셀 (21) 을 형성할 수 있다.
또한, 돌기부의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 대략 반원형, 대략 삼각형, 대략 사각형 등의 임의의 형상으로 할 수 있다. 또한, 돌기부의 크기도 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이 케이싱에 형성된 홈부에 돌기부를 끼워넣었을 때에 적층 부재가 회전하지 않는 크기이면 상관없다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체를 설치하기 위해 사용하는, 제 2 본 발명의 케이싱 (102) 은, 그 단면 형상이 위치 결정용의 홈부 (28) 를 갖는 대략 원통 형상인 것이 바람직하고, 그 홈부 (28) 의 형상은 적층하는 적층 부재 (25a) 의 돌기부 (26a) 와 거의 동일 형상이고, 돌기부 (26a) 를 끼워 삽입할 수 있는 형상인 것이 바람직하다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 그 적층 공정에 있어서,
먼저, 가스 유입측의 단부에 있어서, 단부용 적층 부재 (25b) 의 돌기부 (26b) 와 케이싱 (102) 의 홈부 (28) 의 위치를 맞추어, 지지용 금구에 접하도록 단부용 적층 부재 (25b) 를 1 장 ∼ 여러 장 적층하고, 적층 부재 (25a) 를 그 돌기부 (26a) 와 케이싱 (102) 의 홈부 (28) 의 위치를 맞추어 소정 장수 적층하고,
또한 단부용 적층 부재 (25b) 를 그 돌기부 (26b) 와 케이싱 (102) 의 홈부 (28) 의 위치를 맞추어 적층한다.
그 후, 소정의 외관 밀도가 되도록 적층 부재의 집합체를 압축하고, 압축한 상태를 유지하면서, 가스 유출측의 단부에 있어서 지지용 금구를 설치하여 고정시킨다. 상기 공정에 의해, 소정의 적층 구조가 유지된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
제 2 본 발명의 적층 공정에서는, 각 적층 부재의 돌기부 (26) 와 케이싱의 홈부 (28) 의 위치를 맞춤으로써, 대응하는 관통공 (27) 이 중첩되도록 각 적층 부재를 적층할 수 있다.
제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 홈부 (28) 의 형상에 맞추어 돌기부 (26a) 가 고정되기 때문에, 적층 부재 (25a) 가 케이싱 내에서 회전하는 경우가 없고, 각 관통공 (27a) 끼리의 위치 관계에 편차가 발생하는 경우가 없기 때문에, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 제 2 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 적층 부재끼리의 위치 맞춤을, 적층 부재 (25a) 의 돌기부 (26a) 와 케이싱 (102) 의 홈부 (28) 의 위치를 맞추는 것만으로 실시할 수 있기 때문에, 적층 부재의 적층에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
기타, 제 2 본 발명의 허니컴 구조체의 구조, 특성 그리고 재질 등, 케이싱 및 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해서는, 제 1 본 발명의 적층 부재 및 단부용 적층 부재에 형성된 현부를 대신하여 돌기부가 형성되고, 케이싱에 형성되는 평면부를 대신하여 홈부가 형성되고, 또한 적층 공정이 상이한 것 이외에는, 앞서 서술한 제 1 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
계속해서, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체, 상기 허니컴 구조체의 제조에 사용하는 케이싱 및 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는, 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상이고, 또한,
상기 절결부끼리가 서로 중첩되도록 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 케이싱은, 상기 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 위치 결정용의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 위치 결정용의 절결부를 케이싱에 형성된 위치 결정용의 돌출부에 끼워넣고, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5 의 (a) 는 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 5 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 6 의 (a) 는 제 3 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 6 의 (b) 는 도 6 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 제 3 본 발명의 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
허니컴 구조체 (3) 는, 적층 부재 (35a) 가 적층되어, 셀 (31) 이 형성되어 있고, 그 적층 부재 (적층 부재의 적층면) 의 외곽선의 대부분이, 그 단면 중의 1 점을 중심으로 하는 원호이고, 또한 상기 외곽선의 나머지 부분이, 상기 중심으로부터의 거리가 상기 원호의 반경과 상이한 선분으로 이루어지는 것이다.
도 5 에 나타내는 제 3 본 발명의 허니컴 구조체 (3) 에 있어서는, 상기 나머지 부분으로서, 상기 외곽선의 일부에 절결부 (33) 가 형성되어 있다. 또한, 셀 중 어느 하나의 일단부는, 단부용 적층 부재 (35b) 에 의해 밀봉되어 있다.
이 절결부 (33) 는, 허니컴 구조체 (3) 를 구성하는 적층 부재 (35a) 에 형성된 절결부 (36a) 의 위치를 맞추어, 적층 부재 (35a) 가 적층됨으로써 형성되는 홈상의 부위이다.
이 홈상으로 되어 있는 절결부 (33) 에는, 후술하는 케이싱 (103) 에 형성된 위치 결정용의 돌출부 (38) 를 끼워 삽입할 수 있기 때문에, 각 적층 부재 (35a) 의 절결부의 위치를 정확하게 맞출 수 있다.
따라서, 각 적층 부재 (35a) 의 제조시에, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (37a) 과 절결부 (36a) 의 위치 관계가 동일해지도록 적층 부재를 형성해 두면, 적층시에 각 적층 부재 (35a) 의 절결부 (36a) 의 위치를 맞추어 홈상의 절결부 (33) 를 형성하고, 홈상의 절결부 (33) 에 케이싱 (103) 에 형성된 위치 결정용의 돌출부 (38) 를 끼워 삽입함으로써, 모든 관통공 (37a) 의 위치를 맞추어 셀 (31) 을 형성할 수 있다.
또한, 절결부의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 대략 반원형, 대략 삼 각형, 대략 사각형 등의 임의의 형상으로 할 수 있다. 또한, 절결부의 크기도 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이 케이싱에 형성된 돌출부를 절결부에 끼워넣었을 때에 적층 부재가 회전하지 않는 크기이면 상관없다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체를 설치하기 위해 사용하는 제 3 본 발명의 케이싱 (103) 은, 그 단면 형상이 위치 결정용의 돌출부 (38) 를 갖는 대략 원주 형상인 것이 바람직하고, 그 돌출부 (38) 의 형상은 적층하는 적층 부재 (35a) 의 절결부 (36a) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부 (33) 와 거의 동일 형상이고, 절결부 (33) 에 끼워 삽입할 수 있는 형상인 것이 바람직하다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 그 적층 공정에 있어서,
먼저, 가스 유입측의 단부에 있어서, 단부용 적층 부재 (35b) 의 절결부 (36b) 와 케이싱 (103) 의 돌출부 (38) 의 위치를 맞추어, 지지용 금구에 접하도록 단부용 적층 부재 (35b) 를 1 장 ∼ 여러 장 적층하고, 적층 부재 (35a) 의 절결부 (36a) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부 (33) 에 케이싱 (103) 의 돌출부 (38) 를 끼워 삽입함과 동시에 적층 부재 (35a) 를 소정 장수 적층하고,
또한 단부용 적층 부재 (35b) 를 그 절결부 (36b) 와 케이싱 (103) 의 돌출부 (38) 의 위치를 맞추어 적층한다.
그 후, 소정의 외관 밀도가 되도록 적층 부재의 집합체를 압축하고, 압축한 상태를 유지하면서, 가스 유출측의 단부에 있어서 지지용 금구를 설치하여 고정시킨다. 상기 공정에 의해, 소정의 적층 구조가 유지된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
제 3 본 발명의 적층 공정에서는, 각 적층 부재의 절결부 (36) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부 (33) 에 케이싱의 돌출부 (38) 를 끼워 삽입함으로써, 대응하는 관통공 (37) 이 중첩되도록 각 적층 부재를 적층할 수 있다.
제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 각 적층 부재의 절결부 (36) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부 (33) 가 돌출부 (38) 의 형상에 맞추어 고정되기 때문에, 적층 부재 (35a) 가 케이싱 내에서 회전하는 경우가 없고, 각 관통공 (37a) 끼리의 위치 관계에 편차가 발생하는 경우가 없기 때문에, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 제 3 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 적층 부재끼리의 위치 맞춤을, 각 적층 부재의 절결부 (36) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부 (33) 에 케이싱 (103) 의 돌출부 (38) 를 끼워 삽입하는 것만으로 실시할 수 있기 때문에, 적층 부재의 적층에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
기타, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체의 구조, 특성 그리고 재질 등, 케이싱 및 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해서는, 제 1 본 발명의 적층 부재 및 단부용 적층 부재에 형성되는 현부를 대신하여 절결부가 형성되고, 케이싱에 형성되는 평면부를 대신하여 돌출부가 형성되고, 또한 적층 공정이 상이한 것 외에는, 앞서 서술한 제 1 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
계속해서, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체 및 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 적층 부재는, 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상이고, 그 절결부끼리가 서로 중첩되도록 적층됨과 함께,
적층된 상기 절결부와 거의 동일한 형상의 절결 충전 부재가, 적층된 상기 절결부에 끼워져 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 상기 적층 부재의 위치 결정용의 절결부에, 상기 절결 충전 부재가 끼워져 삽입되도록, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 7 의 (a) 는 위치 결정용의 절결부를 갖는 대략 원판 형상인 적층 부재와 절결 충전 부재로 이루어지는, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 7 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 8 의 (a) 는 제 4 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재와 절결 충전 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 8 의 (b) 는 도 8 의 (a) 에 나타내는 적층 부재를 케이싱에 설치한 절결 충전 부재에 맞추어 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체 (4) 는, 제 3 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재와 동일 형상인, 절결부 (36a) 를 갖는 적층 부재 (35a) 와, 상기 절결부와 거의 동일한 단면 형상을 갖는 절결 충전 부재 (44) 로 이루어지고, 상기 허니컴 구조체의 셀에 수직인 단면의 형상은 원형이다.
또한, 허니컴 구조체 (4) 는, 적층 부재 (35a) 에 형성된 절결부 (36a) 의 위치를 맞추어, 적층 부재 (35a) 가 적층되어, 셀 (41) 이 형성되어 이루어지는 것이다.
또한, 셀 중 어느 하나의 일단부는, 단부용 적층 부재 (45b) 에 의해 밀봉되어 있다.
이 절결부 (36) 는, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (37a) 의 위치를 맞추기 위해 형성된 부위로서, 이 위치를 맞추어 적층 부재 (35a) 를 적층함으로써 홈상 부위를 형성할 수 있다.
이 홈상 부위에는, 절결 충전 부재 (44) 를 끼워 삽입할 수 있기 때문에, 각 적층 부재 (35a) 의 절결부의 위치를 정확하게 맞출 수 있다,
따라서, 각 적층 부재 (35a) 의 제조시에, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (37a) 과 절결부 (36a) 의 위치 관계가 동일해지도록 적층 부재를 형성해 두면, 적층시에 각 적층 부재 (35a) 의 절결부 (36a) 의 위치를 맞추어 홈상 부위를 형성하고, 홈상 부위에 절결 충전 부재 (44) 를 끼워 삽입함으로써, 모든 관통공 (37a) 의 위치를 맞추어 셀 (41) 을 형성할 수 있다.
또한, 절결 충전 부재를 구성하는 재질은, 적층 부재로서 사용되는 재질과 동일한 무기 섬유 또는 금속인 것이 바람직하다. 적층 부재와 동일한 재질로 함으로써, 열팽창률차에 의한 간극의 발생을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 케이싱과 동일한 재질이어도 된다.
또한, 절결 충전 부재의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 대략 반원형, 대략 삼각형, 대략 사각형 등의 임의의 형상으로 할 수 있다. 적층하는 적층 부재 (35a) 의 절결부 (36a) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위와 거의 동일 형상이고, 절결부 (36a) 에 끼워 삽입할 수 있는 형상인 것이 바람직하다. 또한, 절결 충전 부재의 크기도 특별히 한정되는 것은 아니며, 적층 부재의 절결부에 끼워넣었을 때에, 적층 부재가 회전하지 않는 크기이면 상관없다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체를 설치하기 위해 사용하는 케이싱 (104) 은 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 형상이 원주 형상이면, 원주 형상의 허니컴 구조체의 설치에 바람직하게 사용할 수 있기 때문에 바람직하다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 그 적층 공정에 있어서,
먼저, 허니컴 구조체를 설치하는 케이싱 (104) 에, 절결부 (36a) 의 형상에 대응한 절결 충전 부재 (44) 를 탑재한다.
계속해서, 가스 유입측의 단부에 있어서, 단부용 적층 부재 (35b) 의 절결부 (36b) 와, 케이싱 (104) 에 설치한 절결 충전 부재 (44) 의 위치를 맞추어, 지지용 금구에 접하도록 단부용 적층 부재 (35b) 를 1 장 ∼ 여러 장 적층하고, 적층 부재 (35a) 의 절결부 (36a) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위에 절결 충전 부재 (44) 를 끼워 삽입함과 동시에 적층 부재 (35a) 를 소정 장수 적층하고,
또한 단부용 적층 부재 (35b) 를 그 절결부 (36b) 와 절결 충전 부재 (44) 의 위치를 맞추어 적층한다.
그 후, 소정의 외관 밀도가 되도록 적층 부재의 집합체를 압축하고, 압축한 상태를 유지하면서, 가스 유출측의 단부에 있어서 지지용 금구를 설치하여 고정시킨다. 상기 공정에 의해, 소정의 적층 구조가 유지된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
제 4 본 발명의 적층 공정에서는, 각 적층 부재의 절결부 (36) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위에 절결 충전 부재 (44) 를 끼워 삽입함으로써, 대응하는 관통공 (37) 이 중첩되도록 각 적층 부재를 적층할 수 있다.
제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 각 적층 부재의 절결부 (36) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위가 절결 충전 부재 (44) 의 형상에 맞추어 고정되기 때문에, 적층 부재 (35a) 가 케이싱 내에서 회전하는 경우가 없고, 각 관통공 (37a) 끼리의 위치 관계에 편차가 발생하는 경우가 없기 때문에, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 제 4 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 적층 부재끼리의 위치 맞춤을, 각 적층 부재의 절결부 (36) 가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위에 절결 충전 부재 (44) 를 끼워 삽입하는 것만으로 실시할 수 있기 때문에, 적층 부재의 적층에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
또한, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 셀에 대한 수직 단면 형상이 진원인 제 4 본 발명의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
기타, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 구조, 특성 및 재질 등에 대해서는, 앞서 서술한 제 3 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
또한, 제 4 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해서는, 상기 서술한 적층 공정에 있어서, 돌출부를 갖는 케이싱을 사용하는 대신에, 케이싱에 미리 절결 충전 부재를 탑재하고, 탑재한 절결 충전 부재에 각 적층 부재의 절결부를 맞추어 각 적층 부재를 적층하는 것 외에는, 앞서 서술한 제 3 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
계속해서, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체 및 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,
상기 복수의 셀 중 적어도 하나의 셀에, 그 셀의 일방의 단부부터 타방의 단부까지를 관통하는 위치 맞춤용의 막대형 부재가 삽입 통과되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 적층 전 또는 후에, 위치 맞춤용의 막대형 부재를 상기 관통공 중 적어도 하나에 삽입 통과시켜 상기 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 9 의 (a) 는 그 셀의 일부에 위치 맞춤용의 막대형 부재가 삽입 통과된, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 9 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 10 의 (a) 는 제 5 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 적층 부재와 막대형 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 10 의 (b) 는 도 10 의 (a) 에 나타내는 적층 부재의 관통공에, 케이싱에 고정시킨 막대형 부재를 통과시킴과 동시에 적층 부재를 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체 (5) 는, 원판 형상의 적층 부재 (55a) 가 적층되어, 셀 (51) 이 형성되어 이루어지고, 또한 셀의 일방의 단부부터 타방의 단부까지 위치 맞춤용의 막대형 부재 (54a) 가 삽입 통과되어 있다.
또한, 셀 중 어느 하나의 일단부는, 단부용 적층 부재 (55b) 에 의해 밀봉되어 있다. 허니컴 구조체 (5) 는, 각 적층 부재 (55a) 에 형성된 관통공 (57a) 을 막대형 부재 (54a) 가 삽입 통과함으로써, 각 적층 부재 상호간의 위치 관계가 고정되도록 구성되어 있다.
각 적층 부재 (55a) 의 제조시에, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (57a) 끼리의 위치 관계가 동일해지도록 적층 부재를 형성해 두면, 적층시에 하나 이상의 각 적층 부재 (55a) 의 관통공의 위치를 맞추어 막대형 부재 (54a) 를 삽입 통과시킴으로써, 모든 관통공 (57a) 의 위치를 맞추어 셀 (57) 을 형성할 수 있다.
상기 막대형 부재는, 각 적층 부재의 관통공에 관통할 수 있는 형상이면 그 형상은 특별히 한정되지 않지만, 관통공의 단면 형상과 거의 동일한 단면 형상을 갖고, 관통공에 삽입 통과한 후의 막대형 부재의 가동 범위가 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 상기 가동 범위가 작으면, 보다 정확하게 각 관통공의 위치 맞춤이 가능하기 때문이다.
또한, 막대형 부재의 개수는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 각 적층 부재 상호간의 위치 관계를 정확하게 고정시키기 위해서는 개수가 많을수록 바람직하고, 2 개 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 막대형 부재를 삽입 통과시키는 위치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1 개만을 사용하는 경우에는 적층 부재의 관통공의 길이 방향에 대한 수직 단면 형상의 중심부 이외로 하는 것이 바람직하다. 중심부 부근이면 적층 부재가 막대형 부재를 중심으로 케이싱 내에서 회전할 가능성이 있기 때문이다.
또한, 복수의 막대형 부재를 사용하는 경우에는, 적층 부재 내에 있어서의 막대형 부재의 상대 위치에 치우침이 없도록 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 막대형 부재가 삽입 통과되는 셀은, 막대형 부재가 삽입 통과되지 않는 다른 셀과 동일한 크기이어도 되고, 상이한 크기이어도 된다. 또한, 규칙적으로 배열된 셀의 하나에 막대형 부재를 삽입 통과하도록 구성되어 있어도 되고, 규칙적으로 배열된 셀 이외에 막대형 부재를 삽입 통과하기 위한 셀이 별도 형성되어 있어도 된다.
또한, 막대형 부재를 구성하는 재질은, 적층 부재로서 사용되는 재질과 동일한 무기 섬유 또는 금속인 것이 바람직하다. 또한, 케이싱과 동일한 재질이어도 된다.
또한, 막대형 부재는 케이싱과 일체 형성하여 제조되거나 하여, 케이싱과 일 체로 되어 있는 것이어도 된다.
또한, 막대형 부재는 단순히 셀에 삽입 통과되어 있기만 해도 되고, 접착제 등에 의해 적층 부재와 접착되어 있어도 된다.
또한, 시일재 등에 의해 셀과 막대형 부재의 간극이 매워져 있어도 된다.
계속해서, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 적층 공정을 실시하기 전, 또는 적층 공정과 동시에 적층 부재의 관통공 (57a) 에 막대형 부재 (54) 를 삽입 통과시키는 위치 맞춤 공정을 포함하는 제조 방법으로서, 그 구체적인 순서로는, 이하의 순서를 들 수 있다.
먼저, 허니컴 구조체를 설치하는 케이싱 (104) 에, 막대형 부재 (54a) 를 접착제 등에 의해 유지시켜 둔다. 여기서, 막대형 부재 (54a) (도 10 참조) 는, 막대형 부재로서 그 길이가 적층된 적층 부재의 길이와 동일해지는 것을 나타낸다.
다음으로, 상기 막대형 부재 (54a) 를 단부용 적층 부재 (55b) 의 관통공 (57b) 에 통과시키면서 단부용 적층 부재 (55b) 를 적층하고, 계속해서 상기 막대형 부재를 적층 부재 (55a) 의 관통공 (57a) 에 통과시키면서 적층 부재 (55a) 를 적층한다.
계속해서, 먼저 적층한 단부용 적층 부재 (55b) 에 관통공이 없는 부위의, 적층 부재 (55a) 의 관통공 (57a) 에 다른 막대형 부재 (54a) 를 삽입 통과시킨다.
그 후, 나중에 삽입 통과한 막대형 부재 (54a) 에 단부용 적층 부재 (55b) 의 관통공 (57b) 을 통해 단부용 적층 부재 (55b) 를 적층함으로써, 위치 맞춤 공 정 및 적층 공정이 완료된다. 또한, 케이싱 외에서 상기 순서와 동일하게 하여, 막대형 부재 (54a) 를 각 적층 부재의 관통공 (57) 에 통과시키면서 적층 부재를 소정 장수 적층하여, 그 양단으로부터 막대형 부재가 삽입 통과되어 있는 상태가 보이는 적층체를 만들고, 그 후, 상기 적층체를 케이싱 내에 탑재하는 방법에 의해서도, 위치 맞춤 공정 및 적층 공정을 실시할 수 있다.
그 후, 관통공 (57) 의 위치를 맞추어 적층된 상기 적층체를, 소정의 외관 밀도가 되도록 압축하고, 압축한 상태를 유지하면서, 가스 유출측의 단부에 있어서 지지용 금구를 설치하여 고정시키는 가압 공정을 실시한다. 상기 공정에 의해, 소정의 적층 구조가 유지된 제 5 본 발명의 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
제 5 본 발명의 위치 맞춤 공정 및 적층 공정에서는, 각 적층 부재의 관통공 (57) 에 막대형 부재 (54) 를 삽입 통과시킴으로써, 대응하는 관통공 (57) 이 중첩되도록 각 적층 부재를 적층할 수 있다.
제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 각 적층 부재 (55a) 에 형성된 관통공 (57a) 을 막대형 부재 (54a) 가 삽입 통과함으로써, 각 적층 부재 상호간의 위치 관계가 고정되기 때문에, 적층 부재 (55a) 가 케이싱 내에서 회전하는 경우가 없고, 각 관통공 (57a) 끼리의 위치 관계에 편차가 발생하는 경우가 없기 때문에, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 제 5 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 적층 부재끼리의 위치 맞춤을, 각 적층 부재 (55a) 의 관통공 (57a) 에 막대형 부재 (54a) 를 삽 입 통과시키는 것만으로 실시할 수 있기 때문에, 적층 부재의 적층에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
또한, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 셀에 수직인 단면의 형상이 진원인 제 5 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
다음으로, 제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 복수의 관통공을 갖는 원판 형상의 적층 부재를 적층하여 복수의 셀을 갖는 기둥상의 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,
상기 적층 부재의 적층 전 또는 후에, 위치 맞춤용의 막대형 부재를 상기 관통공 중 적어도 하나에 삽입 통과시켜 상기 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 위치 맞춤 공정과,
상기 막대형 부재가 상기 관통공에 삽입 통과된 상기 적층 부재를 케이싱 내에서 가압하여 관통공의 위치를 고정시켜 셀을 형성하는 가압 공정과,
상기 가압 공정에서 형성된 셀로부터 상기 막대형 부재를 빼내어 제거하는 막대형 부재 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에서는, 적층 부재를 케이싱 내에서 가압하여 관통공의 위치를 고정시킨 후, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 있어서 소정의 관통공에 삽입 통과시킨 막대형 부재를 제거하는 공정을 실시함으로써, 적층 부재 상호간의 위치가 정확하게 고정되어, 모든 관통공이 개방된 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
도 11 의 (a) 는 제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 사용하는 적층 부재와 막대형 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 11 의 (b) 는 도 11 의 (a) 에 나타내는 적층 부재의 관통공에, 지지용 금구의 구멍에 관통시킨 막대형 부재를 삽입 통과시킴과 동시에 적층 부재를 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
이 경우 (도 11 참조) 는, 막대형 부재로서 그 길이가 케이싱의 전체 길이보다 긴 막대형 부재 (54b) 를 사용한다.
또한, 케이싱 (105) 으로서, 지지용 금구 (107) 에 막대형 부재 (54b) 를 관통시킬 수 있는 구멍 (108) 이 형성되어 있는 것을 사용한다.
이 구멍 (108) 을 이용하면, 막대형 부재 (54b) 와 일체가 되어 각 적층 부재의 관통공끼리의 위치 맞춤이 된 상태에서 형성된 허니컴 구조체로부터, 막대형 부재 (54b) 를 빼내어 제거할 수 있다.
또한, 구멍 (108) 은 지지용 금구 (107) 에 접하는 단부용 적층 부재와 동일 위치 또한 동일 형상인 것이 바람직하다. 막대형 부재를 제거한 후에, 허니컴 구조체의 셀과 연통되어 셀의 일부를 형성할 수 있기 때문이다.
계속해서, 상기 제조 방법의 구체적인 순서에 대해 설명한다.
먼저, 허니컴 구조체를 설치하는 케이싱 (105) 의 일방의 지지용 금구 (107) 에 형성된 구멍 (108) 에, 막대형 부재 (54b) 를 미리 관통시켜 유지시켜 둔다.
다음으로, 상기 막대형 부재를 단부용 적층 부재 (55b) 의 관통공 (57b) 에 통과시키면서 단부용 적층 부재 (55b) 를 적층하고, 계속해서 막대형 부재 (54b) 를 적층 부재 (55a) 의 관통공 (57a) 에 삽입 통과시키면서 적층 부재 (55a) 를 적층한다.
계속해서, 먼저 적층한 단부용 적층 부재 (55b) 에 관통공이 없는 부위의, 적층 부재 (55a) 의 관통공 (57a) 에, 다른 막대형 부재 (54b) 를 삽입 통과시킨다.
그 후, 나중에 삽입 통과한 막대형 부재 (54b) 를 단부용 적층 부재 (55b) 의 관통공 (57b) 에 삽입 통과시켜 단부용 적층 부재 (55b) 를 적층한다.
마지막으로, 케이싱 (105) 의 일방의 지지용 금구 (107) 에 형성된 구멍 (108) 에, 나중에 삽입한 막대형 부재 (54b) 를 관통시켜, 위치 맞춤 공정 및 적층 공정이 완료된다.
또한, 케이싱 외에서 상기 순서와 동일하게 하여, 막대형 부재 (54b) 를 각 적층 부재의 관통공 (57) 에 삽입 통과시키면서 적층 부재를 소정 장수 적층하여, 그 양단에 막대형 부재 (54b) 가 튀어나와 있는 상태의 적층체를 만들고, 그 후, 막대형 부재 (54b) 를 구멍 (108) 에 관통시켜, 적층 부재를 케이싱 내에 탑재하는 방법에 의해서도, 위치 맞춤 공정 및 적층 공정을 실시할 수 있다.
위치 맞춤 공정 및 적층 공정 후에, 타방의 도시되지 않은 지지용 금구를 설치하는데, 이 때에 상기 지지용 금구에도 형성된 구멍에도 막대형 부재 (54b) 를 관통시킨다.
다음으로, 막대형 부재 (54b) 를 적층 부재 (55) 와 구멍 (108) 에 삽입 통 과 및 관통시킨 채로 가압 공정을 실시한다. 상기 공정에 의해, 소정의 적층 구조가 유지된 허니컴 구조체로 할 수 있다.
마지막으로, 막대형 부재 (54b) 를 양측의 구멍 (108) 으로부터 각각 빼내어, 막대형 부재 (54) 를 허니컴 구조체로부터 제거한다. 상기 방법에 의해, 소정의 적층 구조가 유지되고, 또한 모든 셀에 가스를 유통시킬 수 있는 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 가압 공정 후에, 케이싱의 지지용 금구 (107) 에 형성된 구멍 (108) 으로부터 막대형 부재 (54b) 를 제거할 수 있기 때문에, 셀에 수직인 단면의 형상이 진원이고, 또한 모든 셀에 가스를 유통시킬 수 있는 제 6 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
기타, 제 5 본 발명의 허니컴 구조체 및 제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의해 얻어지는 허니컴 구조체의 구조, 특성 및 재질 등에 대해서는, 절결부 및 절결 충전 부재를 갖지 않고, 대신에 일부의 셀 내에 막대형 부재를 갖는 것 외에는 앞서 서술한 제 4 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
또한, 제 5 본 발명 및 제 6 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해서는, 상기 서술한 적층 공정에 있어서, 케이싱에 미리 절결 충전 부재를 탑재하고, 탑재한 절결 충전 부재에 각 적층 부재의 절결부를 맞추어 각 적층 부재를 적층하는 대신에, 위치 맞춤용의 막대형 부재를 적층 부재의 관통공에 삽입 통과시켜 적층 부재의 위치 맞춤을 실시하는 것 외에는 앞서 서술한 제 4 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
계속해서, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체 및 상기 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해 설명한다.
제 7 본 발명의 허니컴 구조체는, 원주를 분할하도록 상기 원주의 길이 방향에 평행으로 설치된 삽입체와,
상기 삽입체에 의해 분할된 상기 원주의 길이 방향에 수직인 단면과 동일한 분할 원판 형상의 적층 부재가, 상기 적층 부재의 측면 평면부가 상기 삽입체에 맞닿도록 설치되어 적층되어 이루어지는 적층체로서, 상기 적층 부재의 복수의 관통공이 연통되어 복수의 셀이 형성되어 있는 적층체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 삽입체에 의해 분할된 원주의 길이 방향에 수직인 단면과 동일한 분할 원판 형상인 적층 부재의 측면 평면부를 상기 삽입체에 맞닿게 하여 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 12 의 (a) 는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 2 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 12 의 (b) 는 그 A-A 선 단면도이다.
도 13 의 (a) 는 제 7 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 2 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 13 의 (b) 는 도 13 의 (a) 에 나타내는 삽입체와 적층 부재를 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 14 는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 4 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재로 이루어지는, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 15 의 (a) 는 제 7 본 발명의 허니컴 구조체를 구성하는 삽입체와, 원이 상기 삽입체에 의해 4 분할된 분할 원판 형상인 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 15 의 (b) 는 도 15 의 (a) 에 나타내는 삽입체와 적층 부재를 케이싱에 적층하여 허니컴 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
이하, 도 12, 도 13 을 참조하여 제 7 본 발명의 허니컴 구조체에 대해 설명한다. 제 7 본 발명의 허니컴 구조체 (6) 는, 삽입체 (64) 와 그 상하에 적층되어 있는 적층 부재 (65a) 로 이루어지고, 셀 중 어느 하나의 일단부는, 단부용 적층 부재 (65b) 에 의해 밀봉되어 있다.
도 12 및 13 에 나타내는 삽입체 (64) 는, 허니컴 구조체 (6) 의 원주 형상을 길이 방향에 평행으로 절단하는 방향으로 형성되어 있는 판상체로서, 상기 원주 형상의 길이 방향의 일단부터 타단까지의 연속면으로 이루어진다.
적층 부재 (65) 는 원이 삽입체 (64) 로 분할된 분할 원판 형상을 갖는 것으로서, 측면 평면부 (63) 가 삽입체 (64) 의 각각 상하에 접하는 양태로 적층되어, 허니컴 구조체 (6) 를 형성하기 위한 부재이다.
이 측면 평면부 (63) 는, 허니컴 구조체 (6) 를 구성하는 적층 부재 (65a) 에 형성된 측면 평면부 (66a) 끼리의 위치를 맞추어, 적층 부재 (65a) 가 적층됨으로써 형성되어 있다.
이 측면 평면부 (63) 는, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (67a) 의 위치를 맞추기 위한 부위로서, 각 적층 부재 (65a) 의 제조시에, 각 적층 부재에 형성되는 관통공 (67a) 과 측면 평면부 (66a) 의 위치 관계가 동일해지도록 적층 부재를 형성해 두면, 적층시에 각 적층 부재 (65a) 의 측면 평면부 (66a) 의 위치를 맞춤으로써, 모든 관통공 (67a) 의 위치를 맞출 수 있다.
삽입체 (64) 는, 그 두께는 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 그 재질도 특별히 한정되는 것이 아니지만, 적층 부재로서 사용되는 재질과 동일한 무기 섬유 또는 금속인 것이 바람직하다. 또한, 케이싱과 동일한 재질이어도 된다.
또한, 삽입체는 케이싱과 일체 형성하여 제조되거나 하여, 케이싱과 일체로 되어 있는 것이어도 된다.
제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법은, 상기 적층 부재의 분할 원판 형상을 구성하는 측면 평면부를 상기 삽입체에 맞닿게 하여, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함한다.
상기 적층 공정에 있어서, 상기 측면 평면부를 상기 삽입체에 맞닿게 하는 구체적인 방법으로는, 예를 들어 허니컴 구조체를 설치하는 케이싱 (106) 에, 미리 삽입체 (64) 를 접착제 등으로 고정시켜 두고, 삽입체 (64) 에 측면 평면부 (66) 를 맞닿게 하여 케이싱 (106) 내에 적층 부재 (65a) 를 적층하는 방법을 들 수 있다.
제 7 본 발명의 적층 공정에서는, 각 적층 부재의 측면 평면부 (66) 를 삽입 체 (64) 에 맞닿게 하여 적층함으로써, 대응하는 관통공 (67) 이 중첩되도록 각 적층 부재를 적층할 수 있다.
제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 삽입체 (64) 의 형상에 맞추어 측면 평면부 (66a) 가 고정되기 때문에, 적층 부재 (65a) 가 케이싱 내에서 회전하는 경우가 없고, 각 관통공 (67a) 끼리의 위치 관계에 편차가 발생하는 경우가 없기 때문에, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 제 7 본 발명의 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.
또한, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 의하면, 적층 부재끼리의 위치 맞춤을, 적층 부재 (65a) 의 측면 평면부 (66a) 와 삽입체 (64) 의 위치를 맞추는 것만으로 실시할 수 있기 때문에, 적층 부재의 적층에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체를 양호한 작업 효율로 제조할 수 있다.
기타, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체에 사용되는 적층 부재, 단부용 적층 부재 및 허니컴 구조체의 구조, 특성 그리고 재질 등에 대해서는, 절결부 및 절결 충전 부재를 갖지 않고, 대신에 삽입체를 갖는 것 외에는, 앞서 서술한 제 4 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
또한, 제 7 본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 대해서는, 상기 서술한 적층 공정에 있어서, 절결 충전 부재를 사용하는 대신에, 케이싱에 미리 삽입체를 탑재하고, 탑재한 삽입체에 각 적층 부재의 측면 평면부를 맞추어 각 적층 부재를 적층하는 것 외에는, 앞서 서술한 제 4 본 발명과 동일하므로, 그 설명은 생략한 다.
또한, 도 14 및 도 15 에 나타내는 허니컴 구조체는, 삽입체의 형상 (74) 의 형상이 도 12 에 나타내는 삽입체 (64) 를 그 길이 방향을 동일하게 하여 2 장 중첩시킨 형상으로서, 원이 삽입체 (74) 에 의해 4 분할된 원판 형상인 적층 부재 (75a, 75b) 가 적층되어 이루어지는 것인 것 외에는, 도 12 및 13 에 나타내는 허니컴 구조체와 동일한 구조의 허니컴 구조체이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
본 발명의 허니컴 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 차량의 배기 가스 정화 장치에 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 허니컴 구조체를 사용한 제 8 및 제 9 본 발명의 배기 가스 정화 장치에 대해 설명한다.
제 8 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 제 1 ∼ 제 5 본 발명 및 제 7 본 발명 중 어느 하나에 기재된 허니컴 구조체가 배기 가스 유로의 케이싱에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 9 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 제 1 ∼ 제 7 본 발명 중 어느 하나에 기재된 제조 방법으로 제조된 허니컴 구조체가 배기 가스 유로에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 16 은 본 발명의 허니컴 구조체가 설치된 차량용의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 16 에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치 (200) 에서는, 허니컴 구조체 (220) 의 외방을 케이싱 (223) 이 덮고 있고, 케이싱 (223) 의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는, 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관 (224) 이 접속되어 있고, 케이싱 (223) 의 타단부에는, 외부에 연결된 배출관 (225) 이 접속되어 있다. 또한, 도 16 중, 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 배기 가스 정화 장치 (200) 에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는, 도입관 (224) 을 통해 케이싱 (223) 내에 도입되고, 허니컴 구조체 (220) 의 셀벽을 통과하고, 이 셀벽에서 PM 이 포집되어 정화된 후, 배출관 (25) 을 통해 외부로 배출되게 된다.
그리고, 허니컴 구조체 (220) 의 셀벽에 PM 이 퇴적되면, 허니컴 구조체 (220) 의 재생 처리를 실시한다.
허니컴 구조체 (220) 의 재생 처리란, 포집한 PM 을 연소시키는 것을 의미하는데, 본 발명의 허니컴 구조체를 재생하는 방법으로는, 예를 들어 포스트인젝션 방식, 배기 가스 유입측에 형성한 가열 수단에 의해 허니컴 구조체를 가열하는 방식 등을 들 수 있다. 반복하여 이 처리를 실시함으로써, 허니컴 구조체의 배기 가스 정화 기능을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
제 8 및 제 9 본 발명의 배기 가스 정화 장치에서는, 적층 후의 각 적층 부재의 각 관통공 상호간의 위치 관계에 편차가 없고, 압력 손실이 낮고, 셀의 막힘이 없는 허니컴 구조체가 설치되어 있으므로, 상기 방식에 의해 장기간에 걸쳐 높은 효율로 배기 가스의 정화를 실시할 수 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
(I) 적층 부재의 제조
(a) 무기 섬유 적층 부재 (15a) 의 제조 (도 2 참조)
(1) 초조용 슬러리의 조제 공정
먼저, 알루미나 화이버 50 중량부, 유리 화이버 (평균 섬유 직경 : 9㎛, 평균 섬유 길이 : 3㎜) 50 중량부 및 유기 바인더 (폴리비닐알코올계 섬유) 10 중량부를 충분량의 물에 분산시키고, 충분히 교반함으로써 초조용 슬러리를 조제하였다.
(2) 초조 공정 및 관통공 형성 공정
공정 (1) 에서 얻어진 슬러리를, 직경 143㎜ 의 원의 일부에 길이 30㎜ 의 현부를 갖는 형상의 메시에 의해 뜨고, 얻어진 것을 135℃ 에서 건조시킴으로써, 대략 원판 형상의 시트상 무기 복합체를 얻었다.
다음으로, 펀칭 가공에 의해, 4.5㎜ × 4.5㎜ 의 관통공을 2㎜ 간격으로 대략 원판 형상의 시트상 무기 복합체의 대략 전체면에 형성하였다.
(3) 가열 처리 공정
공정 (2) 에서 얻어진 대략 원판 형상의 시트상 무기 복합체를 가압하면서 950℃ 에서 1 시간 가열 처리하여, 무기 섬유 적층 부재를 얻었다. 또한, 이 공정을 거침으로써, 유리를 통해 알루미나 화이버가 서로 고착된다.
(4) 산 처리 및 구워서 고정시키는 처리
공정 (3) 에서 얻어진 무기 섬유 적층 부재를 90℃, 4mol/ℓ (리터) 의 HCl 용액에 1 시간 침지시킴으로써 산 처리를 실시하고, 다시 1050℃ 에서 5 시간의 조 건으로 구워서 고정시키는 처리를 실시하였다.
이로써, 기공률이 90％ 이고, 두께가 1㎜ 인 무기 섬유 적층 부재 (15a) (개구율 37.5％) 를 제조하였다.
(b) 무기 섬유 적층 부재 (25a ∼ 75a) 의 제조
초조 공정 (2) 에 있어서의 메시의 형상을 변경하여, 무기 섬유 적층 부재 (15a) 의 제조 순서에 따르면서, 각각 표 1 에 나타내는 형상인, 돌기부를 갖는 적층 부재 (25a) (도 4 참조), 절결부를 갖는 적층 부재 (35a) (도 6 참조), 원판형의 적층 부재 (55a) (도 10 참조), 원판을 2 분할한 형상인 분할 원판형의 적층 부재 (65a) (도 13 참조) 및 원판을 4 분할한 형상인 분할 원판형의 적층 부재 (75a) (도 15 참조) 를 제조하였다.
| 적층 부재 | 단부용 적층 부재 | 형상 |
| 적층 부재 (15a) | 단부용 적층 부재 (15b) | 길이 30㎜ 의 현부를 갖는 직경 143㎜ 의 대략 원판형 |
| 적층 부재 (25a) | 단부용 적층 부재 (25b) | 외주에 직경 5㎜ 의 반원 형상의 돌기부를 갖는 직경 143㎜ 의 대략 원판형 |
| 적층 부재 (35a) | 단부용 적층 부재 (35b) | 외주에 직경 7㎜ 의 반원 형상의 절결부를 갖는 직경 143㎜ 의 대략 원판형 |
| 적층 부재 (55a) | 단부용 적층 부재 (55b) | 직경 143㎜ 의 원판형 |
| 적층 부재 (65a) | 단부용 적층 부재 (65b) | 직경 143㎜ 의 원판을 2 분할한 분할 원판형 |
| 적층 부재 (75a) | 단부용 적층 부재 (75b) | 직경 143㎜ 의 원판을 4 분할한 분할 원판형 |
(II) 단부용 적층 부재 (금속 판상체) 의 제조
(a) 단부용 적층 부재 (15b) 의 제조
Ni-Cr 합금제 금속판을, 직경 143㎜ 인 원의 일부에 길이 30㎜ 의 현부를 갖는 형상으로 가공한 후, 레이저 가공함으로써, 4.5㎜ × 4.5㎜ 의 구멍이 바둑판 무늬로 형성된 대략 원판 형상의 단부용 적층 부재 (15b) (금속 판상체) 를 제조하였다.
(b) 단부용 적층 부재 (25b ∼ 75b) 의 제조
금속판의 가공 형상을 변경하여, 단부용 적층 부재 (15b) 의 제조 순서에 따르면서, 각각 표 1 에 나타내는 형상인, 돌기부를 갖는 적층 부재 (25b) (도 4 참조), 절결부를 갖는 적층 부재 (35b) (도 6 참조), 원판형의 적층 부재 (55b) (도 10 참조), 원판을 2 분할한 형상인 분할 원판형의 적층 부재 (65b) (도 13 참조) 및 원판을 4 분할한 형상인 분할 원판형의 적층 부재 (75b) (도 15 참조) 를 제조하였다.
또한, 단부용 적층 부재 (25b ~ 75b) 는 그 외주 형상이 각각 적층 부재 (25a ~ 75a) 와 동일한 것으로서, 관통공을 바둑판 무늬로 형성하고 있으므로, 셀 밀도가 적층 부재 (25a ~ 75a) 의 거의 절반으로 되어 있다.
(III) 적층 부재에 대한 촉매의 담지
먼저 각종 적층 부재에, 산화물 촉매로서 LaCoO3 을 담지시켰다. 0.01mol 의 La(NO3)3·6H2O, 0.01mol 의 Co(OCOCH3)2·4H2O, 0.024mol 의 C6H8O7·H2O (시트르산) 를 20㎖ 의 비율로, 에탄올 용매 중에서 혼합 교반하고, LaCoO3 전구체 졸을 조제하였다. 이 졸에 각종 적층 부재를 침지시켜 끌어올린 후, 여분의 졸을 흡인에 의해 제거하고, 100℃ 에서 건조시키고, 600℃ 에서 1 시간 소성 처리를 실시하는 방법을 사용하였다.
또한, X 선 회절 측정에 의해, LaCoO3 의 페로브스카이트 구조가 확인되었다.
상기 촉매가 담지된 적층 부재를 사용하여 허니컴 구조체를 제조하였다.
(IV) 케이싱의 제조
(a) 케이싱 (101) (도 2 참조) 의 제조
각종 적층 부재를 장착하기 위한 케이싱으로서, 금속 가공에 의해, 통부의 길이 방향에 수직인 단면 형상이 길이 32㎜ 의 현부를 갖는 내경 145㎜ 의 대략 원형이고, 그 현부에 의해 통의 내주면에 32㎜ × 70㎝ 의 평면부가 형성되어 있는 도 2 에 기재한 형상의 케이싱 (101) 을 제조하였다.
(b) 케이싱 (102 ∼ 106) 의 제조
금속 가공시의 가공 형상을 변경하여, 각각 통부의 길이 방향에 수직인 단면 형상이 표 2 에 나타내는 형상인, 홈부를 갖는 케이싱 (102) (도 4 참조), 돌출부를 갖는 케이싱 (103) (도 6 참조), 원주 형상의 케이싱 (104) (도 8 참조), 지지용 금구에 관통공을 갖는 원주 형상의 케이싱 (105) (도 10 참조) 및 원의 내경 치수가 상이한 원주 형상의 케이싱 (106) (도 13 및 15 참조) 을 제조하였다.
| 케이싱 | 통부의 길이 방향에 수직인 방향의 단면 형상 |
| 케이싱 (101) | 길이 32㎜ 의 현부를 갖는 내경 146㎜ 의 대략 원형 |
| 케이싱 (102) | 외주에 직경 7㎜ 의 반원 형상의 홈부를 갖는 직경 145㎜ 의 대략 원형 |
| 케이싱 (103) | 외주에 직경 5㎜ 의 반원 형상의 돌출부를 갖는 직경 145㎜ 의 대략 원형 |
| 케이싱 (104) | 직경 145㎜ 의 원형 |
| 케이싱 (105) | 직경 145㎜ 의 원형 (지지용 금구에 관통공을 가짐) |
| 케이싱 (106) | 직경 147㎜ 의 원형 |
(V) 절결 충전 부재 (44) (도 8 참조) 의 제조
케이싱의 제조에 사용한 것과 동일한 재료를 가공함으로써, 길이가 70㎝ 이고, 수직 단면 형상이 직경 5㎜ 의 반원 형상인 절결 충전 부재 (44) (도 8 참조) 를 제조하였다.
(VI) 막대형 부재 (54a 및 54b) 의 제조
케이싱의 제조에 사용한 것과 동일한 재료를 가공함으로써, 4.2㎜ × 4.2㎜ × 70㎝ 의 막대형 부재 (54a) 와, 4.2㎜ × 4.2㎜ × 100㎝ 의 막대형 부재 (54b) 를 제조하였다.
(VII) 삽입체 (64 및 74) 의 제조
(a) 케이싱의 제조에 사용한 것과 동일한 재료를 가공함으로써, 70㎝ × 143㎜ × 3㎜ 의 직방체 형상인 삽입체 (64) 를 제조하였다.
(b) 동일하게 하여, 70㎝ × 146㎜ × 3㎜ 의 직방체 형상이 중첩되고, 길이 방향에 수직인 단면 형상이, 146㎜ × 3㎜ 의 직방형이 그 대각선의 교점이 동일해지도록, 수직으로 교차한 형상인 삽입체 (74) 를 제조하였다.
(실시예 1 (도 2 참조))
먼저, 가스 유입측에 지지용 금구가 장착된, (IV) 의 공정에서 얻은 금속 케이싱 (101) (원통상의 금속 용기) 을, 금구가 장착된 측이 아래가 되도록 세웠다. 그리고, (II) 의 공정에서 얻은 단부용 적층 부재 (a) (금속 판상체) 를, 케이싱 (101) 의 평면부와 단부용 적층 부재 (15b) 의 현부의 위치를 맞추어 1 장 적층한 후, (I) 의 공정에서 얻은 무기 섬유 적층 부재 (15a) 를 케이싱 (101) 의 평면부와 적층 부재 (15a) 의 현부의 위치를 맞추어 105 장 적층하고 (적층 길이 105㎜), 마지막으로 단부용 적층 부재 (15b) (금속 판상체) 를, 케이싱 (101) 의 평면부와 단부용 적층 부재 (15b) 의 현부의 위치를 맞추어 1 장 적층하고, 그 후, 가스 유출측에도 지지용 금구를 설치하여 가압·고정시킴으로써, 적층 전체 길이 70㎜ 의 허니컴 구조체를 얻었다.
이 방법을 반복해서 실시하여, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 2 (도 4 참조))
금속 케이싱 (102), 단부용 적층 부재 (25b) 및 무기 섬유 적층 부재 (25a) 를 사용하고, 케이싱 (102) 의 홈부와 각 적층 부재의 돌기부의 위치를 맞추어, 기본적으로는 실시예 1 과 동일한 공정에 의해 적층을 실시하여, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 3 (도 6 참조))
금속 케이싱 (103), 단부용 적층 부재 (35b) 및 무기 섬유 적층 부재 (35a) 를 사용하고, 각 적층 부재의 절결부가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상의 절결부에 케이싱 (103) 의 돌출부를 끼워 삽입하여, 기본적으로는 실시예 1 과 동일한 공정에 의해 적층을 실시하여, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 4 (도 8 참조))
금속 케이싱 (104), 단부용 적층 부재 (35b), 무기 섬유 적층 부재 (35a) 및 절결 충전 부재 (44) 를 사용하고,
금속 케이싱 (104) 의 내주부에, 접착제를 사용하여 절결 충전 부재 (44) 를 고정시킨 후에,
각 적층 부재의 절결부가 위치를 맞추어 적층되어 이루어지는 홈상 부위에 절결 충전 부재 (44) 를 끼워 삽입하여, 기본적으로는 실시예 1 과 동일한 공정에 의해 적층을 실시하여, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 5 (도 10 참조))
금속 케이싱 (104), 단부용 적층 부재 (55b), 무기 섬유 적층 부재 (55a) 및 막대형 부재 (54a) 를 사용하고,
단부용 적층 부재 (55b) 의 외주부로서, 원의 중심을 사이에 두고 대면이 되는 2 지점의 관통공에 막대형 부재 (54a) 를 각각 삽입 통과시켰다.
다음으로, 막대형 부재를 무기 섬유 적층 부재 (55a) 의 관통공에 삽입 통과시키면서, 무기 섬유 적층 부재 (55a) 를 105 장 적층하였다.
그 후, 무기 섬유 적층 부재 (55a) 의 외주부이고, 먼저 적층한 단부용 적층 부재 (55b) 에 관통공이 없고, 또한 먼저 관통시킨 막대형 부재 (54a) 와의 간격이 균등해지는 부위의 관통공 2 지점에, 막대형 부재 (54a) 를 각각 삽입 통과시켰다.
마지막으로, 나중에 통과시킨 막대형 부재 (54a) 를 다른 단부용 적층 부재 (55b) 의 관통공에 삽입 통과시켜 단부용 적층 부재 (55b) 를 적층하고, 그 양단으로부터 각각 2 개의 막대형 부재 (54a) 가 삽입 통과되어 있는 상태가 보이는 적층체를 형성하였다.
이 적층체를, 금속 케이싱 (104) 의 내주부에 설치하고, 실시예 1 과 동일한 공정에 의해 고정시켜, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 6 (도 11 참조))
금속 케이싱 (105), 단부용 적층 부재 (55b), 무기 섬유 적층 부재 (55a) 및 막대형 부재 (54b) 를 사용하고,
실시예 5 와 동일한 공정에 의해 적층을 실시하여, 그 양단으로부터 각각 2 개의 막대형 부재 (54b) 가 튀어나와 있는 상태의 적층체를 형성하였다.
이 적층체의 튀어나온 일단의 막대형 부재를, 가스 유입측의 지지용 금구에 형성된 구멍에 관통시켜 케이싱 (105) 에 설치하고, 추가로 가스 유출측의 지지용 금구에 형성된 구멍에 타단의 막대형 부재를 관통시켜 지지용 금구를 설치하여, 가압·고정시켰다.
그 후, 그 양단의 지지용 금구로부터 튀어나와 있는 막대형 부재 (54b) 를 빼내어 제거하고, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 7 (도 13 참조))
금속 케이싱 (106), 단부용 적층 부재 (65b), 무기 섬유 적층 부재 (65a) 및 삽입체 (64) 를 사용하고,
가스 유입측에 지지용 금구가 장착된 금속 케이싱 (106) 을, 금구가 장착된 측이 아래가 되도록 세워, 그 내주부에 삽입체 (64) 를 세웠다.
다음으로, 삽입체 (64) 로 단락지어진 반원기둥 형상 영역의 각각에 단부용 적층 부재 (65b), 무기 섬유 적층 부재 (65a), 단부용 적층 부재 (65b) 를 적층하고, 실시예 1 과 동일한 공정에 의해 고정시켜, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(실시예 8 (도 15 참조))
금속 케이싱 (106), 단부용 적층 부재 (75b), 무기 섬유 적층 부재 (75a) 및 삽입체 (74) 를 사용하고,
실시예 7 과 동일한 공정에 의해, 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
(비교예 1 (도 19 참조))
금속 케이싱 (104), 단부용 적층 부재 (55b) 및 무기 섬유 적층 부재 (55a) 를 사용하고,
금구가 장착된 측이 아래가 되도록 세운 금속 케이싱 (104) 에, 단부용 적층 부재 (55b) 를 1 장, 무기 섬유 적층 부재 (55a) 를 105 장, 단부용 적층 부재 (55b) 를 1 장, 각각의 적층 부재의 관통공의 위치가 맞도록 육안으로 주의하면서 적층하였다. 그 후, 지지용 금구를 설치하고, 가압·고정시킴으로써, 적층 전체 길이 70㎜ 의 허니컴 구조체를 10 개 제조하였다.
| 참조 도면 | 적층 부재 | 단부용 적층 부재 | 케이싱 | 기타 사용 부재 | 압력 손실 (kPa) | |||
| 평균값 | 최대값 | 최소값 | ||||||
| 실시예 1 | 도 2 | 적층 부재 (15a) | 단부용 적층 부재 (15b) | 케이싱 (101) | 없음 | 13.8 | 13.9 | 13.7 |
| 실시예 2 | 도 4 | 적층 부재 (25a) | 단부용 적층 부재 (25b) | 케이싱 (102) | 없음 | 13.3 | 13.4 | 13.2 |
| 실시예 3 | 도 6 | 적층 부재 (35a) | 단부용 적층 부재 (35b) | 케이싱 (103) | 없음 | 13.5 | 13.7 | 13.4 |
| 실시예 4 | 도 8 | 적층 부재 (35a) | 단부용 적층 부재 (35b) | 케이싱 (104) | 절결 충전 부재 (44) | 13.6 | 13.9 | 13.4 |
| 실시예 5 | 도 10 | 적층 부재 (55a) | 단부용 적층 부재 (55b) | 케이싱 (104) | 막대형 부재 (54a) | 13.7 | 13.9 | 13.6 |
| 실시예 6 | 도 11 | 적층 부재 (55a) | 단부용 적층 부재 (55b) | 케이싱 (105) | 막대형 부재 (54b) | 13.4 | 13.6 | 13.2 |
| 실시예 7 | 도 13 | 적층 부재 (65a) | 단부용 적층 부재 (65b) | 케이싱 (106) | 삽입체 (64) | 14.1 | 14.3 | 14.0 |
| 실시예 8 | 도 15 | 적층 부재 (75a) | 단부용 적층 부재 (75b) | 케이싱 (106) | 삽입체 (74) | 14.3 | 14.4 | 14.2 |
| 비교예 1 | 도 19 | 적층 부재 (55a) | 단부용 적층 부재 (55b) | 케이싱 (104) | 없음 | 17.8 | 21.2 | 14.0 |
(평가)
초기 압력 손실의 측정
도 17 에 나타낸 바와 같은 압력 손실 측정 장치 (170) 를 사용하여 측정하였다. 도 17 은 압력 손실 측정 장치의 설명도이다.
이 압력 손실 측정 장치 (170) 는, 송풍기 (176) 의 배기 가스관 (177) 에, 허니컴 구조체 (220) 를 금속 케이싱 (171) 내에 고정시켜 배치하고, 허니컴 구조체 (220) 의 전후 압력을 검출할 수 있게 되도록 압력계 (178) 가 장착되어 있다.
그리고, 송풍기 (176) 를 배기 가스의 유통량이 750㎥/h 가 되도록 운전하고, 운전 개시로부터 5 분 후의 차압 (압력 손실) 을 측정하였다.
상기 측정을 실시예 1 ∼ 8 및 비교예 1 에 의해 제조한 허니컴 구조체 10 개의 각각에 대해 실시하고, 압력 손실의 10 개의 평균값, 최대값 및 최소값을 비교하였다.
결과는, 표 3 에 나타낸 바와 같다.
표 3 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ∼ 8 에 관련된 허니컴 구조체에서는, 초기 압력 손실의 압력 손실의 평균값이 낮고, 특히 최대값이 낮다. 이는, 셀이 막혀 극단적으로 압력 손실이 높아지는 불량품이 발생하지 않고, 압력 손실이 없는 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있는 것을 나타내고 있다.
이에 대해, 비교예 1 에 관련된 허니컴 구조체에서는, 실시예에 관련된 허니컴 구조체와 비교하여 최소값에는 차이가 없지만, 평균값이 약간 높고, 특히 최대값이 높다.
이는, 비교예에 관련된 허니컴 구조체의 품질에 불균일이 큰 것을 나타내고 있고, 특히 압력 손실이 높은 허니컴 구조체에서는, 셀의 대부분이 막혀 가스의 유로가 좁아져 있는 것으로 생각되어, 배기 가스 정화 필터로서 사용할 수는 없다고 생각된다.
Claims (18)
- 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 평면부를 형성한 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
- 제 1 항에 기재된 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 평면부를 갖는 것을 특징으로 하는 케이싱.
- 제 1 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 상기 적층 부재의 외주 측면에 형성된 평면부를 케이싱에 형성된 평면부에 탑재하도록 하여, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 돌기부를 형성한 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
- 제 4 항에 기재된 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 홈부를 갖는 것을 특징으로 하는 케이싱.
- 제 4 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 상기 적층 부재의 상기 돌기부를 케이싱에 형성된 홈부에 끼워넣고, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,상기 적층 부재는 대략 원판 형상이고, 상기 적층 부재의 외주 측면에 절결부를 형성한 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
- 제 7 항에 기재된 허니컴 구조체를 덮는 배기 가스 정화 장치의 케이싱으로서, 상기 적층 부재를 적층하는 부위에 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 케이싱.
- 제 7 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서, 상기 적층 부재의 상기 절결부를 케이싱에 형성된 돌출부에 끼워넣고, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,상기 적층 부재는, 절결부를 갖는 대략 원판 형상이고, 그 절결부끼리가 서로 중첩되도록 적층됨과 함께,적층된 상기 절결부와 거의 동일한 형상의 절결 충전 부재가, 적층된 상기 절결부에 끼워져 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
- 상기 적층 부재의 절결부에 상기 절결 충전 부재가 끼워져 삽입되도록, 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 10 항에 기재된 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 복수의 관통공을 갖는 적층 부재가 적층되고, 복수의 셀이 형성되어 이루어지는 기둥상의 허니컴 구조체로서,상기 복수의 셀 중 적어도 하나의 셀에, 그 셀의 일방의 단부부터 타방의 단부까지를 관통하는 막대형 부재가 삽입 통과되어 있는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
- 제 12 항에 기재된 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,상기 적층 부재의 적층 전 또는 후에, 막대형 부재를 상기 관통공 중 적어도 하나에 삽입 통과시켜 상기 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 복수의 관통공을 갖는 원판 형상의 적층 부재를 적층하여 복수의 셀을 갖는 기둥상의 허니컴 구조체를 제조하는 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,상기 적층 부재의 적층 전 또는 후에, 막대형 부재를 상기 관통공 중 적어도 하나에 삽입 통과시켜 상기 관통공의 위치 맞춤을 실시하는 위치 맞춤 공정과,상기 막대형 부재가 상기 관통공에 삽입 통과된 상기 적층 부재를 케이싱 내에서 가압하여 관통공의 위치를 고정시켜 셀을 형성하는 가압 공정과,상기 가압 공정에서 형성된 셀로부터 상기 막대형 부재를 빼내어 제거하는 막대형 부재 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 원주를 분할하도록 상기 원주의 길이 방향에 평행으로 설치된 삽입체와,상기 삽입체에 의해 분할된 상기 원주의 길이 방향에 수직인 단면과 동일한 분할 원판 형상의 적층 부재가, 상기 적층 부재의 측면 평면부가 상기 삽입체에 맞닿도록 설치되어 적층되어 이루어지는 적층체로서, 상기 적층 부재의 복수의 관통공이 연통되어 복수의 셀이 형성되어 있는 적층체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
- 삽입체에 의해 분할된 원주의 길이 방향에 수직인 단면과 동일한 분할 원판 형상인 적층 부재의 측면 평면부를 상기 삽입체에 맞닿게 하여 상기 적층 부재를 적층하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 15 항에 기재된 허니컴 구조체의 제조 방법.
- 제 1 항, 제 4 항, 제 7 항, 제 10 항, 제 12 항 또는 제 15 항에 기재된 허니컴 구조체가 배기 가스 유로의 케이싱에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
- 제 3 항, 제 6 항, 제 9 항, 제 11 항, 제 13 항, 제 14 항 또는 제 16 항에 기재된 허니컴 구조체의 제조 방법으로 제조된 허니컴 구조체가 배기 가스 유로의 케이싱에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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