KR20080102196A

KR20080102196A - 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체

Info

Publication number: KR20080102196A
Application number: KR1020087022404A
Authority: KR
Inventors: 다츠지 미즈노; 도시하루 곤도
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-11-24
Also published as: US20090011181A1; WO2007119498A1; CN101400426A; EP2010306A1

Abstract

허니콤 구조체는 육각셀과 외주벽으로 구성된다. 각각의 육각셀은 육각배열의 6 개의 셀벽으로 둘러싸여 있다. 셀벽은 기준셀벽과 강화셀벽으로 나뉜다. 각각의 강화셀벽의 강도는 각각의 기준셀벽의 강도보다 크다. 강화셀벽은 강도 강화 영역을 형성한다. 강도 강화 영역의 각각의 요소는 허니콤 구조체의 직경방향 단면에서 봤을 때 대략 직선형을 갖는다. 강도 강화 영역의 각각의 요소의 양단은 외주벽에 접촉된다.

허니콤 구조체, 기준셀벽, 강화셀벽

Description

복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체{HONEYCOMB STRUCTURE BODY COMPOSED OF A PLURALITY OF HEXAGONAL CELLS}

본 발명은 허니콤 구조형으로 배열되어 있는 복수개의 육각셀로 이루어진 허니콤 구조체에 관한 것이며, 각각의 육각셀은 여섯개의 변으로 이루어진 육각형 셀벽으로 둘러싸여 있다.

자동차의 배기가스 정화용 기재로서 허니콤 구조체가 널리 알려져 있다. 그러한 허니콤 구조체는 주로 고열 내충격성을 갖는 세라믹 재료로 제조된다. 허니콤 구조체는 여섯 개의 각각의 셀벽으로 둘러싸여 있는 격자형에 주로 복수개의 육각형셀 (이하 간단히 "육각셀" 이라고 칭함) 과 원통형의 외주벽 (또는 둘러쌓음 벽) 이 배열되어 구성된다. 허니콤 구조체안에는 격자형으로 배열되어 있는 각각의 육각셀의 표면에 촉매 재료가 담지되어 있다.

허니콤 구조체를 형성하는 셀의 구성이나 형상은 다양한데, 예를 들면 삼각형, 사각형 또는 육각형이다. 일반적으로, 복수개의 육각셀로 이루어진 허니콤 구조체는 복수개의 삼각형셀 또는 사각형셀을 포함하는 다른 허니콤 구조체와 비교하였을 때, 육각셀이 촉매를 동일한 두께를 갖는 셀벽에 담지할 수 있으므로 압력손실을 줄일 수 있다. 더 나아가, 복수개의 육각셀로 이루어진 허니콤 구조체 의 구성은 과잉 촉매량을 억제함으로써 전체 중량을 줄일 수 있다. 특히, 최근 상기 특징과 능력을 고려하여 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체가 주목받고 있다.

그러나, 우수한 배기 가스 정화 성능을 갖는 그러한 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도는 특히 삼각형셀 또는 사각형셀을 포함하는 다른 구성셀을 갖는 허니콤 구조체의 강도와 비해 약하다는 문제점이 있다. 자동차용 배기 가스 정화 기재를 사용하는 경우, 불충분한 아이소스태틱 강도를 갖는 허니콤 구조체가 배기관의 캐닝 공정 또는 자동차 조립공정시 발생되는 충격과 진동에 의해 쉽게 파손된다.

상기 단점을 예방 또는 해결하기 위해 복수개의 육각셀을 포함하는 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 향상시킬 수 있는 종래 기술이 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 JP S55-155741 는 외주벽에서부터의 측정된 지정 거리내에 셀벽의 두께를 증가시키는 종래기술을 개시한다. 그러나, 셀벽의 두께를 증가시키는 그러한 종래기술의 구성은 압력 손실을 증가시키고, 셀벽에 담지되는 촉매 재료를 난기 (warming up) 하는 조기 난기 성능 ("촉매 조기 난기 성능" 으로서) 을 저해한다. 따라서, 예를 들어 JP S55-155741 에서 공개된 그러한 종래 기술은 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체의 전체 배기 가스 정화 성능을 저해시킬 수 있다.

복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 향상시킬 수 있는 다양한 다른 종래 기술이 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 JP H11-270334 및 JP H11-277653 은 허니콤 구조체의 지정된 영역 내에 각각의 셀벽 또는 외주벽의 두께를 변경시키는 방식을 개시하고, 일본 특허 공개 공보 JP 2002-46117 은 셀벽의 교차부의 곡률반경 또는 허니콤 구조체의 외주벽과 셀벽의 교차부의 곡률반경을 지정된 범위내로 설정 방식을 개시한다.

또, 일본 특허 공개 공보 JP H11-270334 에는 허니콤 구조체의 외주부에 위치되어 있는 셀에 강화 늑재를 형성하는 방식과 허니콤 구조체의 외주부에 위치된 셀의 형상을 변경하는 종래 기술도 있다.

더 나아가, 일본 특허 공개 공보 JP 2004-154768 에 개시되어 있는 것으로 시일링 부재를 통해 허니콤 구조체의 외주부의 지정된 영역에 위치해 있는 셀들을 시일링하는 다른 종래기술도 있다. 그러나, 상기 종래기술과 기술된 방식들은 강도와 성능 (예를 들어, 배기 가스 정화 성능) 을 동시에 향상시킬 수 있는 조건을 만족시킬 수 없다. 따라서, 우수한 배기 가스 정화 성능을 저하시키지 않고 유지하면서 우수한 아이소스태틱 강도를 갖는 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체를 제공할 수 있는 배기 가스 정화 기술을 크게 요구하고 있다.

본 발명의 목적은 배기 가스 정화 성능을 손상시키지 않고 유지하면서 향상된 아이소스태틱 강도를 갖는 허니콤 구조형에 복수개의 육각셀이 배열되어 구성된 허니콤 구조체를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 주로 복수개의 육각셀과 외주벽으로 구성된 허니콤 구조체를 제공한다. 외주벽은 허니콤 구조체의 외주면을 감싼다. 복수개의 육각셀은 외주벽내에 허니콤 구조형에 형성된다. 각각의 육각셀은 육각 배열되어 있는 셀벽으로 둘러싸여 있다. 허니콤 구조체에서의 육각셀을 이루는 셀벽은 기본셀벽과 강화셀벽으로 구성된다. 강화셀벽의 강도는 기본 셀벽의 강도보다 크다. 강화셀벽은 허니콤 구조체의 직경방향의 단면에서 보았을 때 대략 직선형의 강도 강화 영역을 형성한다. 강도 강화 영역의 양단은 외주벽에 접촉된다.

본 발명에 따른 복수개의 육각셀로 구성되는 허니콤 구조체는 강화셀벽으로 이루어진 강도 강화 영역을 갖는다. 강도 강화 영역의 강도는 기본셀벽의 강도보다 크다. 강도 강화 영역은 허니콤 구조체의 직경방향의 단면에서 볼 때 대략 직선형으로 형성된다. 강도 강화 영역의 양단은 허니콤 구조체의 외주벽에 접촉되어 있다. 즉, 고강도 강화셀벽으로 구성된 강도 강화 영역은 허니콤 구조체의 외주벽상의 선택가능한 두 점을 접합하거나 연결한다. 강도 강화 영역은 외주벽에 응력이 가해질 때, 외주벽에 대해 빔 또는 늑재로서 작용하고, 즉 강도 강화 영역은 허니콤 구조체의 외주벽에 가해진 응력을 분산시키거나 완화할 수 있다. 이로써, 향상된 강도를 갖는 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 허니콤 구조체의 단면에서 볼 때 강도 강화 영역은 대략 직선형으로 위치되어 있다. 즉, 강도 강화 영역을 형성하는 강화셀벽은 허니콤 구조체안의 전체 영역 또는 지정된 큰 영역에 형성되는 것이 아니라 대략 직선형의 작은 영역에만 형성된다. 이러한 구성과 특징은 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 향상시킬 수 있다. 허니콤 구조체에 강도 강화 영역을 추가한 상기 구성을 사용하게 되면, 압력 손실을 증가시키거나 강도 강화 영역의 촉매 조기 난기 성능을 저하시키는 일이 발생해도 허니콤 구조체의 전체 영역에 있어서 배기 가스 정화 성능은 단지 적은 영향만 받게 된다. 이러한 구성과 특징은 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체가 배기 가스 정화 성능을 충분히 유지시킬 수 있다는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 허니콤 구조체는 그 안에 강도 강화 영역을 통합시키기 때문에 배기 가스 정화 성능을 유지, 즉 저하시키지 않으면서 아이소스태틱 강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 허니콤 구조체에서 직경방향 단면이란 허니콤 구조체의 축방향에 수직을 이루는 단면을 말한다.

강도 강화 영역은 대략 직선형의 복수개의 요소로 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성은 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 더 향상시킨다.

강도 강화 영역을 이루는 요소를 육각 구조체의 직경방향의 단면의 중심점을 중심으로 점대칭으로 위치시키는 것이 더 바람직하다. 이 구성은 균형이 잘 맞춰져 있는 복수개의 육각셀을 가지는 허니콤 구조체의 아이소스태틱 전체 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

강도 강화 영역이 허니콤 구조체의 직경방향 단면의 중심점을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 이 구성은 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 충분히 그리고 확실히 증가시킬 수 있다.

강도 강화 영역의 적어도 몇 개의 요소가 허니콤 구조체의 직각 방향의 단면에 다각형을 형성하며, 이 다각형이 외주벽에 내접되는 것이 바람직하다. 이 구성은 강도 강화 영역의 요소가 외주벽의 전체 영역에 대해 빔으로 작용할 수 있게 한다. 이로써 균형이 잘 맞춰진 상태의 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 완전히 그리고 충분히 증가시킬 수 있다.

또한 강도 강화 영역을 형성하는 각각의 강화셀벽의 두께가 각각의 기본셀벽보다 두꺼운 것이 바람직하다. 이 구성은 기본셀을 포함하는 영역의 강도보다는 강화셀을 포함하는 강도 강화 영역의 강도를 확실히 증가시킨다.

강도셀벽의 두께는 기본셀벽의 두께의 1.3 배 ~ 1.8 배의 범위에 있는 것이 바람직하다.

강화셀벽의 두께가 기본셀벽의 두께의 1.3 배 미만이면, 강도 강화 영역의 강도를 충분히 증가시키지 못할 수도 있다. 그 반대로, 1.8 배를 초과하면, 각각의 강화셀벽의 두께 증가로 인해 강도 강화 영역의 압력 손실이 증가될 수 있다. 강화셀벽의 중량의 증가에 따라, 허니콤 구조체의 촉매 조기 난기 성능을 저해하고 이로써 복수개의 육각셀로 구성되는 전체 허니콤 구조체의 배기 가스 정화 성능을 저하시킬 우려가 있다.

또, 각각의 육각셀은 상기 셀벽으로 이루어지는 여섯개의 내각부를 가지고, 서로 인접해 있는 강화 셀벽사이의 각각의 교차부를 둘러싸는 세 개의 내각부에는 대략 원형의 R 각부인 것이 바람직하다. 다시 말해, 상기 강화 셀벽에 둘러싸여 형성된 하나의 육각셀에 관하여, 여섯 개의 상기 내각부에서 네 개의 내각부가 서로 인접해 있는 강화셀벽 사이의 교차부에 형성되어 있고, 이 네 개의 내각부는 대략 원형의 R 각부가 된다.

상기의 구성은 강화셀벽의 강도를 증가시킬 수 있으므로, 기본셀벽으로 구성된 영역에 비하여 연속적으로 연결되어 있는 강화셀벽으로 구성된 강도 강화 영역의 전체 강도를 충분히 그리고 확실히 증가시킬 수 있다.

또, 서로 인접해 있는 강화셀벽과 기본셀벽 사이의 각각의 교차부를 둘러싸는 세 개의 내각부는 대략 원형의 R 각부인 것이 바람직하다. 다시말해, 강화셀벽으로 둘러싸여 형성된 하나의 육각셀에 있어서, 여섯 개의 내각부에서 서로 인접해 있는 기본셀벽과 강화셀벽 사이의 교차부에 두 개의 내각부가 형성되어 있고, 이 두 개의 내각부는 대략 원형의 R 각부이다. 즉, 6 개의 내각부 (23) 모두는 R 각부 (231) 이다.

상기 구성이 강화셀벽의 강도를 향상시키기 때문에, 강도 강화 영역의 강도를 더 향상시킬 수 있다.

R 각부의 곡률 반경은 0.15 ~ 0.4 mm 이고, R 각부의 곡률 반경은 0.2 mm ~ 0.35 mm 인 것이 바람직하다. R 각부의 곡률반경이 0.15 mm 미만인 경우, 강화 셀벽의 강도가 충분히 증가되지 않을 가능성이 있다. 이러한 구성은 강도 강화 영역의 강도를 충분히 향상시키지 못할 우려를 제공한다. 다른 한편으로, 곡률반경이 0.4 mm 를 초과하는 경우, R 각부에서 셀벽의 두께가 커지므로 강도 강화 영역의 압력손실이 커질 가능성이 있다. 강화셀벽의 중량의 증가에 따라, 허니콤 구조체의 촉매 조기 난기 성능을 저해하여 복수개의 육각셀로 구성되는 전체 허니콤 구조체의 배기 가스 정화 성능을 저하시킬 우려가 있다. 따라서, R 각부의 곡률 반경은 0.2 mm ~ 0.35 mm 의 범위를 가지는 것이 더 바람직하다.

강도 강화 영역의 최대폭이 1.0 mm ~ 5.0 mm 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 강도 강화 영역의 최대폭이 1.0 mm 미만이면, 각각의 강도 강화 영역이 허니콤 구조체의 외주벽에 대해 빔으로 충분히 작용하지 못할 우려가 있다. 이 구성은 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 충분히 증가시키지 못할 수 있다. 다른 한편으로 이 폭이 5.0 mm 를 초과하는 경우, 예를 들어 셀벽의 두께를 증가시켜 강화셀벽의 강도가 증가되는 경우에는 상기 구성이 압력 손실을 증가시키고 또한, 허니콤 구조체의 촉매 조기 난기 성능을 저해할 우려가 있다. 강도 강화 영역의 최대 폭이란 허니콤 구조체의 직경방향의 단면에서 볼 때 강화셀벽을 포함하는 영역의 최대폭을 말한다.

외주벽의 두께는 0.2 mm ~ 0.6 mm 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 외주벽의 두께가 0.2 mm 미만일 경우, 외주벽의 자체의 강도를 충분히 유지시킬 수 없으며 이로써 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 저해할 우려가 있으며 또한 전송중 허니콤 구조체의 파손 또는 흠을 발생시킬 수 있다. 다른 한편으로, 상기 두께가 0.6 mm 를 초과하면, 상기 구성이 외주벽의 안팍의 온도차를 증가시킬 수 있기 때문에, 허니콤 구조체의 내열충격성을 저해할 우려가 있다.

또한, 각각의 기본셀벽의 두께가 50 ㎛ ~ 125 ㎛ 에 있는 것이 바람직하다. 기본셀벽의 두께가 50 ㎛ 미만인 경우, 기본셀벽 자체의 강도를 충분히 유지할 수 없으며, 이로써 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도를 저해시킬 수 있다. 다른 한편으로, 상기 두께가 125 ㎛ 을 초과하는 경우, 육각셀로 구성되는 허니콤 구조체의 압력 손실을 증가시킬 수 있다. 기준셀벽의 중량의 증가에 따라 허니콤 구조체의 촉매 조기 난기 성능을 더 저해할 수 있다. 즉, 전술한 저해로 인하여 전체 허니콤 구조체의 배기 가스 정화 능력이 저해될 가능성이 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 복수개의 육각 셀로 구성된 세라믹 허니콤 구조체의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.

도 2 는 도 1 에 도시된 제 1 실시형태에 따른 세라믹 허니콤 구조체의 기본셀벽과 강화셀벽을 도시하는 단면도이다.

도 3 은 도 1 에 도시된 제 1 실시형태에 따른 세라믹 허니콤 구조체의 직경 방향 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.

도 4 는 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체에 형성된 강도 강화 영역에 위치되어 있는 강화셀벽의 구성을 나타낸다.

도 5 는 제 1 실시형태의 세라믹 허니콤 구조체와 이와 관련된 종래 기술의 세라믹 허니콤 구조체의 셀벽의 아이소스태틱 강도의 측정결과를 나타내는 그래프이다.

도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 세라믹 허니콤 구조체를 형성하는 기본셀벽과 강화셀벽을 도시하는 단면도이다.

도 7 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 세라믹 허니콤 구조체를 형성하는 기본셀벽과 강화셀벽을 도시하는 단면도이다.

도 8 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 세라믹 허니콤 구조체의 직경 방향 단면의 일부를 도시하며, 특히 강도 강화 영역에 위치해 있는 육각셀의 배열을 나타낸다.

도 9 는 제 4 실시형태에 따른 허니콤 구조체의 강도 강화 영역을 형성하는 요소의 구성을 나타낸다.

도 10 은 제 4 실시형태에 따른 허니콤 구조체의 강도 강화 영역을 형성하는 요소의 다른 구성을 나타낸다.

도 11 은 제 4 실시형태에 따른 허니콤 구조체의 강도 강화 영역을 형성하는 요소의 다른 구성을 나타낸다.

도 12 는 제 4 실시형태에 따른 허니콤 구조체의 강도 강화 영역을 형성하는 요소의 다른 구성을 나타낸다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 설명한다. 다양한 실시형태에 대한 이하 설명에서 복수개의 다이어그램에 걸쳐 유사한 부호 또는 유사한 번호는 유사 또는 동일한 요소 부분에 교부한다.

< 제 1 실시형태>

도 1 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조형으로 배열된 복수개의 육각형셀 (이하, 간단히 "육각셀" 이라고 칭한다) 이 포함된 허니콤 구조체에 대해 설명할 것이다.

도 1 은 복수개의 육각셀 (3) 로 구성된 세라믹 허니콤 구조체 (1) 의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 상기 육각셀 (3) 은 허니콤 구조형으로 배열된다.

도 2 는 도 1 에 도시되어 있는 세라믹 허니콤 구조체 (1) 의 허니콤 구조 형으로 배열되어 있는 기본셀벽과 강화셀벽을 도시하는 단면도이다.

도 3 은 세라믹 허니콤 구조체 (1) 의 직경 방향의 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.

도 4 는 도 1 에 도시된 허니콤 구조체 (1) 의 강도 강화 영역의 강화셀벽의 구성을 도시한다.

도 1 내지 도 4 에서 도시하는 바와 같이 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 는 복수개의 육각셀 (3) 과 원통형의 외주벽 (4) (또는 에워쌓음 벽 (4)) 을 갖는다. 각각의 육각셀 (3) 이 육각형으로 이루어진 여섯 개의 셀벽 (2) 에 의해 둘러싸여 있다. 허니콤 구조체 (1) 는 강화셀벽 (22) 과 기본셀벽 (21) 을 갖는다. 강화셀벽 (22) 의 아이소스태틱 강도는 기본셀벽 (21) 의 아이소스태틱 강도보다 크다. 도 3 에서 도시된 바와 같이, 강화셀벽 (22) 은 허니콤 구조체 (1) 의 강도 강화 영역 (5) 에 형성된다. 도 3 은 허니콤 구조체 (1) 의 직경방향의 단면영역에서 보여지는 강화셀벽 (22) 을 포함하는 강도 강화 영역 (5) 의 일부를 나타낸다. 도 4 는 허니콤 구조체 (1) 의 직경방향 단면영역에서 보여지는 6 개의 요소로 이루어진 강도 강화 영역 (5) 을 나타낸다. 강도 강화 영역 (5) 의 각각의 요소는 대략 직선형을 갖고 직선형의 요소의 양단은 허니콤 구조체 (1) 의 외주벽 (4) 의 점 CT1 ~ CT6 에서 접촉한다(도 3 및 도 4 참조, 이하 접촉점 CT1 ~ CT6 로 칭함)

허니콤 구조체 (1) 에 강화셀벽 (22) 이 형성되어 있는 강도 강화 영역 (5) 에 대해 설명한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 육각셀로 구성된 허니콤 구조체 (1) 는 자동차의 배기 가스 정화용 기재로 사용되고, 주로 근청석 (cordierite) 세라믹재로 제조된다. 허니콤 구조체 (1) 는 130.0 mm 의 길이와 103.0 mm 의 외경을 갖는다. 허니콤 구조체 (1) 의 외주면은 외주벽 (4) 에 의해 둘러싸여 있다. 복수개의 육각셀 (3) 이 외주벽 (4) 의 내부에 형성된다. 각각의 육각셀 (3) 은 각각의 셀벽 (2) 을 형성하는 6 개의 격자형 셀벽에 의해 둘러싸여 있다. 외주벽 (4) 의 두께는 0.4 mm 이다.

또, 도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 의 셀벽 (2) 은 기본셀벽 (21) 과 강화셀벽 (22) 의 두 가지 형태로 분리된다. 강화셀벽 (22) 의 두께는 기본셀벽 (21) 의 두께보다 두껍고, 강화셀벽 (22) 의 아이소스태틱 강도는 기본셀벽 (21) 의 아이소스태틱 강도보다 크다.

제 1 실시형태에서, 기본셀벽 (21) 의 두께 "a" (도 2 참조) 는 90 ㎛ 이고 강화셀벽 (22) 의 두께 "b" (도 2 참조) 는 117 ㎛ 이다. 그러므로, 강화셀벽 (22) 의 두께는 기본셀벽 (21) 의 두께의 1.3 배이다. 허니콤 구조체 (1) 의 셀벽의 피치 "C" (도 2 참조, 이하 "셀 피치 "C" 로 칭함) 는 1.11 mm 이다.

도 2 에 도시된 허니콤 구조체 (1) 의 직경방향 단면영역에서 명확히 보이는 바와 같이, 허니콤 구조체 (1) 는 강화셀벽 (22) 이 형성되어 있는 강도 강화 영역 (5) 을 갖는다. 강화셀벽 (22) 을 포함하는 강도 강화 영역 (5) 은 기본셀벽 (21) 이 형성되어 있는 영역보다 강도면에서 상당히 더 강하다. 강도 강화 영역 (5) 의 최대폭 "A" 은 1.42 mm 이다. 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 의 직경방향의 단면은 허니콤 구조체 (1) 의 축방향에 대해 직각을 이루는 단면이다. 강도 강화 영역 (5) 의 최대폭 (A) 이란 강화셀벽 (22) 이 형성되어 있는 영역의 최대폭이다.

게다가, 도 3 및 도 4 에 도시되어 있는 바와 같이, 강도 강화 영역 (5) 은 전체 허니콤 구조체 (1) 에 걸쳐 직경 방향의 단면에서 볼 때 6 개의 요소로 구성되어 있다. 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 각각의 6 개의 요소는 대략 직선형을 갖는다. 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 각각의 요소의 양단은 외주벽 (4) 에 접촉된다. 다시말해, 강도 강화 영역 (5) 의 각각의 요소의 양단은 외주벽 (4) 의 선택가능한 두 점 사이에서 접촉한다.

도 3 및 도 4 에서 명백히 도시되어 있는 바와 같이, 6 개의 요소로 구성되어 있는 강도 강화 영역 (5) 은 허니콤 구조체 (1) 의 외주벽 (4) 에 내접하는 다각형이다. 다시말해, 강도 강화 영역 (5) 은, 외주벽 (4) 에 내접하며 허니콤 구조체 (1) 의 직경방향의 단면의 중심점 (11) 을 중심으로 점대칭으로 위치되어 있는 육각형이다.

도 4 는 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 의 직경방향의 단면에서 보여지는 강도 강화 영역 (5) 의 6 개의 요소의 배치를 명백히 보여주기 위하여 강도 강화 영역 (5) 과 중심점 (11) 및 외주벽 (4) 만을 도시한다.

다음으로, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 의 제조공정에 대하여 설명한다.

본 발명의 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 는 널리 알려진 종래의 제조공정에 의해 제조될 수 있다. 즉, 압출 성형은 세라믹 원료로서 예를 들어, 주로 카올린, 용해된 실리카와 수산화 알루미늄, 알루미나, 활석, 및 카본 입자 등을 최적비로 혼합시킨 근청석을 사용하여 허니콤 성형 본체를 만든다. 허니콤 성형 본체는 복수개의 허니콤형 본체로 절단된다. 각각의 허니콤형 본체는 지정된 길이를 갖는다. 각각의 허니콤형 본체는 허니콤 구조체 (1) 를 얻기 위하여 건조되고 소성된다. 특히, 압출 성형 공정에는 압출성형 다이가 사용된다. 압축 성형 다이의 형상은 제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 의 기본셀벽 (21) 과 강화셀벽 (22) 의 배치에 상응하는 복수개의 슬릿홈을 갖는다. 이러한 슬릿홈은 전기 방전 가공, 레이져빔 가공과 같이 잘 알려지고 이용가능한 방법으로 형성될 수 있다.

<측정 결과>

본 발명의 제 1 실시형태에 따라 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체 (1) 의 아이소스태틱 강도에 따른 측정 결과에 대하여 설명한다.

다른 아이소스태틱 강도를 갖는 샘플 E1 과 C1 의 두 종류가 측정에 있어 준비되었다. 샘플 E1 이 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 이 다. 샘플 C1 은 강도 강화 영역 (5) 과 강화셀벽 (22) 이 없는 기본셀벽 (21) 만으로 이루어져 있는 구성으로서 육각셀로 구성되는 관련된 종래 기술의 허니콤 구조체와 같은 비교 샘플이다.

아이소스태틱 강도의 측정에 있어서 샘플 E1 과 샘플 C1 을 비교할 때, 알루미늄 플레이트가 허니콤 구조체의 양단면 (각각의 샘플 E1 과 C1 으로서) 에 접촉되어, 허니콤 구조체의 전체 외주는 고무관으로 둘러싸였으며, 이 관의 양 단은 테이프로 밀봉되었다. 샘플 E1 와 C1 은 유압 컨테이너에 위치되었고, 이 콘테이너의 유압을 증가시키기 위해 유압 콘테이터로 물이 점차적으로 공급되었다. 각 샘플의 아이소스태틱 강도는 유압용기내의 샘플이 유압에 의해 파손될 때 결정되었다.

도 5 는 샘플 E1 과 C1 의 아이소스태틱 강도의 측정결과를 나타낸다. 도 5 에 도시된 측정 결과로부터 명확히 이해할 수 있듯이, 샘플 C1 은 관계된 종래 기술의 허니콤 구조체로서 대략 1 MPa 의 아이소스태틱 강도를 갖고, 샘플 E1 은 제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 로서 대략 3.5 MPa 의 아이소스태틱 강도를 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 허니콤 구조체 (1) (샘플 E1) 의 아이소스태틱 강도는 관련된 종래 기술의 허니콤 구조체 (샘플 C1) 의 강도의 대략 세 배이다.

다음으로 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 에서는 복수개의 요소로 즉, 도 4 에 도시된 6 개의 요소로 강도 강화 영역 (5) 이 구성되었다. 강도 강화 영역 (5) 의 각각의 요소는 강화셀벽 (22) 으로 구성되어 각각의 강화셀벽 (22) 의 두께와 강도는 기본셀벽 (21) 의 두께와 강도보다 크다. 강도 강화 영역 (5) 의 각각의 요소의 양단은 허니콤 구조체 (1) 의 외주벽 (4) 의 선택가능한 두 개의 점에서 접촉된다. 즉, 허니콤 구조체 (1) 의 외주벽 (4) 에 응력이 가해지면, 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 각각의 요소가 허니콤 구조체 (1) 의 외주벽 (4) 을 형성하는 빔으로 작용하며, 다시 말하면, 강도 강화 영역 (5) 은 허니콤 구조체 (1) 의 외부에서 가해진 응력을 분산시키고 완화시킬 수 있다. 제 1 실시형태에 따른 허니콤 구조체 (1) 의 상기 능력은 관련된 종래 기술의 허니콤 구조체와 비교할 때 상당히 향상된 아이소스태틱 강도를 갖는다.

게다가, 강도 강화 영역 (5) 의 각 부분은 허니콤 구조체 (1) 에 위치된 대략 직선형을 갖는다. 즉, 강도 강화 영역 (5) 의 각 부분을 이루는 강화셀벽 (22) 은 허니콤 구조체 (1) 에서 대략 직선형의 작은 영역에서만 형성된다. 강화셀벽 (22) 의 상기 구성은 제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 의 아이소스태틱 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 압력 손실이 증가하여 강도 강화 영역 (5) 에서 촉매 조기 난기 성능이 저하될지라도, 허니콤 구조체 (1) 의 강화셀벽 (22) 의 구성은 전체 배기 가스 정화 성능에 극히 적은 영향을 준다. 이 구성은 제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 의 배기 가스 정화 성능을 충분히 유지할 수 있다.

더 나아가 본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 6 개의 요소는 허니콤 구조체 (1) 의 직경 방향을 따라 취해진 단면의 중심점 (11) 에 대해 점 대칭으로 위치된다.

상기 구성은 균형이 잘 맞춰진 상태에서 허니콤 구조체 (1) 의 아이소스태틱 강도를 효율적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 강도 강화 영역 (5) 은 직경 방향의 단면에서 보여질 때, 제 1 실시형태의 허니콤 구조체 (1) 의 외주벽 (4) 에 내접하는 다각형을 갖는다. 따라서, 강도 강화 영역 (5) 은 전체 외주벽 (4) 에 대해 빔으로써 작용하고 이로써 전체적으로 균형이 잘 맞춰진 상태에서 허니콤 구조체 (1) 의 아이소스태틱 강도를 증가시킬 수 있다.

제 1 실시형태의 구성에 의해 허니콤 구조체 (1) 는 배기 가스 정화 성능을 감소시키기 않고 유지시키면서 아이소스태틱 강도를 증가시킬 수 있다.

< 제 2 실시형태 >

도 6 을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체에 대해 설명한다.

도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 강화셀벽 (22) 과 기본셀벽 (21) 으로 구성된 허니콤 구조체의 단면을 나타낸다.

도 6 에 도시된 제 2 실시형태의 허니콤 구조체에서, 각각의 육각셀 (3) 은 셀벽 (2) 에 의해 만들어지는 여섯 개의 내각부 (23) 를 갖는다. 특히, 대략 원호 형상의 R 각부 (231) 가 세 개의 근접해 있는 강화셀벽 (22) 사이의 강화된 교차부 (241) 를 둘러싸는 세 개의 각각의 내각부 (23) 에 형성되어 있다.

다시 말해, 강화셀벽 (22) 으로 둘러싸여 형성되는 하나의 육각셀 (3) 에 있 어서, 여섯 개의 내각부 (23) 에서 서로 인접하여 있는 강화셀벽 (22) 사이의 강화 교차부 (241) 에 형성된 네 개의 내각부 (23) 가 있고, 이 네 개의 내각부 (23) 에 대략 원형의 R 각부 (231) 이다. 그리고 나서, 하나의 강화 교차부 (241) 에 있어서, 하나의 강화 교차부 (241) 를 둘러싸는 세 개의 육각셀 (3) 의 세 개의 내각부 (23) 는 대략 원형의 R 각부 (231) 이다.

제 2 실시형태의 구성에서, 기본셀벽 (21) 의 두께 "a" 는 90 ㎛ 이고, 강화 셀벽 (22) 의 두께 "b" 는 117 ㎛ 이다. 각각의 R 각부 (231) 의 곡률 반경은 0.25 mm 이다. 제 2 실시형태의 허니콤 구조체의 다른 요소는 제 1 실시형태의 요소와 동일하다.

제 2 실시형태의 허니콤 구조체의 구성에 따르면, 각각의 강화 교차부 (241) 를 둘러싸는 세개의 내각부 (23) 에 형성되어 있는 R 각부 (231) 는 강화셀벽 (22) 의 강도를 향상시킬 수 있다. 기본셀벽 (21) 에 의해 형성된 영역과 비교하면 서로 연결되어 있는 강화 셀벽 (22) 으로 구성되어 있는 강도 강화 영역 (5) 은 강도가 향상될 수 있다.

제 2 실시형태의 허니콤 구조체의 다른 요소는 제 1 실시형태의 허니콤 구조체과 동일한 작용 및 효과를 갖는다.

< 제 3 실시형태 >

도 7 을 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 따라 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체에 대하여 설명한다.

제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 구성과 비교하면, 제 3 실시형태의 구성 은 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 강화셀벽 (22) 의 강도를 더 향상시킨다.

도 7 은 제 3 실시형태에 따라 기본셀벽 (21) 과 강화셀벽 (22) 로 구성된 허니콤 구조체의 단면을 나타낸다.

도 7 에서 나타내는 바와 같이, 제 3 실시형태에 따른 허니콤 구조체의 구성은 인접해있는 강화셀벽 (22) 사이의 강화 교차부 (241) 를 둘러싸는 세 개의 내각부 (23) 외에, 서로 인접해있는 기본셀벽 (21) 과 강화셀벽 (22) 사이의 각각의 경계 교차부 (242) 를 둘러싸는 각각의 세개의 내각부 (23) 에 추가적인 R 각부 (231) 가 형성되어 있다.

다시 말해, 강화셀벽 (22) 으로 둘러싸여 형성된 하나의 육각셀 (3) 에 관하여, 이 하나의 육각셀 (3) 은 여섯개의 내각부 (23) 를 갖는다. 여섯개의 내각부 (23) 에서, 서로 인접해 있는 기본셀벽 (21) 과 강화셀벽 (22) 사이의 경계 교차부 (242) 에 형성되어 있는 두 개의 내각부 (23) 및 서로 인접해 있는 강화셀벽 (22) 사이의 강화 교차부 (241) 에 형성되어 있는 네 개의 내각부 (23) 는 대략 원형의 R 각부 (231) 이다. 즉, 여섯개의 내각부 (23) 모두는 R 각부 (231) 이다.

제 3 실시형태의 허니콤 구조체의 다른 요소는 제 2 실시형태의 요소와 동일하다.

제 3 실시형태의 허니콤 구조체의 구성은 경계 교차부 (242) 각각을 둘러싸는 두개의 내각부 (23) 와 각각의 강화 교차부 (241) 를 둘러싸는 세개의 내각부 (23) 에 R 각부 (231) 가 형성되어 있어 강화셀벽 (22) 의 강도를 향상시킬 수 있 다. 함께 연결되어 있는 강화셀벽 (22) 으로 구성된 허니콤 구조체의 강도 강화 영역 (5) 은 기본셀벽 (21) 이 위치되어 있는 영역과 비교하여 더 증가될 수 있다.

제 3 실시형태의 허니콤 구조체의 다른 요소는 제 2 실시형태의 허니콤 구조체와 동일한 작용 및 효과를 갖는다.

< 제 4 실시형태 >

도 8 내지 도 12 를 참조하여 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체에 대하여 설명한다. 특히, 제 4 실시형태는 제 1 실시형태의 허니콤 구조체의 강도 강화 영역의 형태와는 다른 형상을 갖는 강도 강화 영역을 개시한다.

도 8 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 세라믹 허니콤 구조체의 직경 방향의 일부단면을 나타낸다. 도 8 은 특히, 허니콤 구조체의 직경방향의 단면의 중심점 (11) 을 통해 위치해 있는 강도 강화 영역 (5) 을 나타낸다. 도 8 및 도 9 에서 나타내는 강도 강화영역 (5) 은 허니콤 구조체의 직경방향 단면의 중심점 (11) 에서 서로 직각을 이루는 두 개의 요소로 구성되어 있다.

도 10 은 제 4 실시형태에 따라 허니콤 구조체의 강화셀벽으로 구성된 다른 형상의 강도 강화 영역 (5) 을 나타낸다. 도 10 에서 도시된 바와 같이, 강도 강화 영역 (5) 은 두 개의 삼각형 요소로 구성되어 있다. 각각의 삼각형 요소의 세 꼭지점은 허니콤 구조체의 외주벽 (4) 에 내접한다. 도 10 에 도시되어 있는 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 상기 두개의 삼각형은 허니콤 구조체의 직경 방향의 단면의 중심점 (11) 을 중심으로 서로 180 도 회전되어 있다.

도 11 에서 도시된 바와 같이, 강도 강화 영역 (5) 은 두 개의 요소로 구성된다. 각각의 요소는 육각형을 가지고, 이 육각형의 각각 요소의 6 개의 꼭지점은 외주벽 (4) 에 내접한다. 육각형의 두 개의 요소는 직경방향의 단면의 중심점 (11) 을 중심으로 서로에 대해 30 도로 전위되어 있다.

도 12 에서 도시된 바와 같이, 강도 강화 영역 (5) 은 복수개의 직선형 요소로 구성될 수 있다. 몇 개의 직선형 요소는 사각형 요소를 형성하고 그 네 개의 모서리는 외주벽 (4) 에 내접한다. 강도 강화 영역 (5) 의 사각형 요소를 제외한 요소는 도 12 에 나타나 있는 허니콤 구조체의 직경방향 단면의 중심점 (11) 을 중심으로 점 대칭으로 위치되어 있다.

도 10, 도 11 및 도 12 에 도시된 허니콤 구조체의 각각의 구성에서, 강도 강화 영역 (5) 은 허니콤 구조체의 외주벽 (4) 에 대해 빔으로 작용한다. 이러한 빔이 있으므로써 허니콤 구조체의 아이소스태틱 강도가 충분히 증가될 수 있다.

제 4 실시형태의 허니콤 구조체의 다른 요소는 제 1 의 실시형태의 요소와 동일하다.

제 4 실시형태에 따른 허니콤 구조체의 구성은 강도 강화 영역 (5) 을 형성하는 요소의 실시예이다. 본 발명의 사상은 상기 서술한 구성에만 제한되는 것이 아니므로, 직선형, 삼각형, 사각형 또는 육각형 이외의 다양한 배치 구성이 강도 강화 영역에 적용될 수 있다.

본 발명의 특정 실시형태에 대하여 상세히 설명하였으나, 당업자에 의해 전 반적인 설명의 맥락에서 전술한 설명에 대한 다양한 개량안 또는 대안안이 통찰될 것이다. 따라서, 개시된 특정 구성은 예시적인 사항일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 이는 이하 청구항과 그에 상당하는 내용의 전반에 걸쳐 주어지는 것을 의미한다.

본 발명의 복수개의 육각셀로 구성된 허니콤 구조체는 자동차 또는 이와 유사한 분야의 내연기관용 배기 가스 정화 기재로 사용될 수 있다.

Claims

허니콤 구조체로서,

허니콤 구조체의 외주면을 둘러싸는 외주벽과,

허니콤 구조형의 외주벽 내부에 형성되고, 육각형에 위치되어 있는 셀벽에 의해 둘러싸여 있는 복수개의 육각셀을 포함하고,

상기 육각셀을 형성하는 셀벽은 기본셀벽과 강화셀벽으로 구성되며, 강화셀벽의 강도는 기본셀벽의 강도보다 크고,

상기 강화셀벽은 허니콤 구조체의 직경방향의 단면에서 보여질 때 대략 직선형의 강도 강화 영역을 형성하며, 이 강도 강화 영역의 양단이 외주벽에 접촉되어 있는 허니콤 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 강도 강화 영역은 대략 직선형을 갖는 복수개의 요소로 구성되어 있는 허니콤 구조체.
제 2 항에 있어서, 상기 강도 강화 영역을 형성하는 요소는 허니콤 구조체의 직경방향의 단면의 중심점을 중심으로 점대칭으로 위치되는 허니콤 구조체.
제 2 항에 있어서, 상기 강도 강화 영역을 형성하는 요소는 허니콤 구조체의 직경방향의 단면의 중심점을 통과하는 허니콤 구조체.
제 2 항에 있어서, 상기 강도 강화 영역을 형성하는 적어도 몇개의 요소는 허니콤 구조체의 직경 방향의 단면에 다각형을 형성하고, 이 다각형은 외주벽에 내접하는 허니콤 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 강도 강화 영역을 형성하는 각각의 강화셀벽의 두께가 각각의 기본셀벽의 두께보다 큰 허니콤 구조체.
제 6 항에 있어서, 각각의 강화셀벽의 두께는 각각의 기본셀벽의 두께의 1.3 배 ~ 1.8 배인 허니콤 구조체.
제 1 항에 있어서, 각각의 육각셀은 셀벽에 의해 형성되는 여섯개의 내각부를 갖고, 서로 인접해 있는 강화 셀벽 사이의 각각의 교차부를 둘러싸는 세 개의 내각부는 대략 원형의 R 각부인 허니콤 구조체.
제 8 항에 있어서, 서로 인접해 있는 기본 셀벽과 강화셀벽 사이의 각각의 교차부를 둘러싸는 세 개의 내각부는 대략 원형의 R 각부인 허니콤 구조체.
제 8 항에 있어서, 상기 R 각부의 곡률 반경은 0.15 mm ~ O.4 mm 인 허니콤 구조체.
제 9 항에 있어서, 상기 R 각부의 곡률 반경은 0.15 mm ~ O.4 mm 인 허니콤 구조체.
제 8 항에 있어서, 상기 R 각부의 곡률 반경은 O.2 mm ~ O.35 mm 인 허니콤 구조체.
제 9 항에 있어서, 상기 R 각부의 곡률 반경은 O.2 mm ~ O.35 mm 인 허니콤 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 강도 강화 영역의 최대 폭이 1.0 mm ~ 5.0 mm 인 허니콤 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 외주벽의 두께는 0.2 mm ~ 0.6 mm 인 허니콤 구조체.
제 1 항에 있어서, 각각의 기본 셀벽의 두께는 50 ㎛ ~ 125 ㎛ 인 허니콤 구조체.