KR20140085528A - 허니컴 구조체 - Google Patents

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KR20140085528A
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겐타로 이와사키
다츠로 가와우치
하지메 요시노
데루오 고모리
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스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
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Abstract

환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있음과 함께, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있는 허니컴 구조체를 제공한다. 본 발명은 중심축 (CL) 을 따라 연장되는 주상의 허니컴 구조체 (10) 로서, 중심축 (CL) 의 연장 방향으로 서로 대향하는 제 1 단면 (10a) 및 제 2 단면 (10b) 과, 중심축 (CL) 을 따라 연장되는 복수의 제 1 유로 (Ra) 및 복수의 제 2 유로 (Rb) 를 형성하는 격벽 (10c) 을 갖고, 제 1 유로 (Ra) 는, 제 1 단면 (10a) 측이 개구되고, 제 2 단면 (10b) 측이 봉구되어 있고, 제 2 유로 (Rb) 는, 제 1 단면 (10a) 측이 봉구되고, 제 2 단면 (10b) 측이 개구되어 있고, 제 1 단면 (10a) 의 개구 비율은, 제 2 단면 (10b) 의 개구 비율보다 크고, 중심축 (CL) 의 연장 방향에서 보았을 때, 격벽 (10c) 을 사이에 두고 이웃하는 제 2 유로 (Rb) 를 환상으로 나열하여 형성된 환상 열 (W) 을 갖는다.

Description

허니컴 구조체{HONEYCOMB STRUCTURE}
본 발명은 가스를 정화하는 필터로서 사용되는 허니컴 구조체에 관한 것이다.
디젤 입자 필터 등, 내연 기관의 배출 가스를 정화하는 필터로서 허니컴 구조체가 널리 사용되고 있다 (예를 들어 특허문헌 1 을 참조). 허니컴 구조체에는, 배출 가스로부터 제거된 그을음이 퇴적되기 때문에, 일정 기간마다 그을음을 연소시켜 필터 재생 (regeneration) 을 실시할 필요가 있다. 그을음을 연소시키려면, 고온 또한 대량의 연소 배기 가스를 공급하여 그을음에 착화시켜, 그을음을 다 연소시키면 된다.
필터 재생시에는 그을음의 연소열에 의해 허니컴 구조체가 파손되는 경우가 있기 때문에, 허니컴 구조체는 높은 내열 충격성이 요구되고 있다. 특허문헌 1 에는, 복수의 세그먼트부를 연결부에서 결합한 구조를 갖는 허니컴 구조체에 있어서, 연결부의 강도를 조정함으로써 내열 충격성을 높인 것이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2009-202143호
그런데, 본 발명자들이 허니컴 구조체에 대하여 실험을 거듭한 결과, 내열 충격성 테스트에 있어서 허니컴 구조체의 가스 하류측 단면 (端面) 에 방사상 크랙이 복수 발생하고, 더욱 가혹한 조건에 있어서, 이들 크랙이 확대되고 서로 연결되어 최종적으로 환상의 크랙을 형성하는 상황이 발견되었다. 이 때문에, 방사상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 피하기 위한 대책을 실시할 필요가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있음과 함께, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있는 허니컴 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 중심축을 따라 연장되는 주상의 허니컴 구조체로서, 중심축의 연장 방향에서 서로 대향하는 제 1 단면 및 제 2 단면과, 중심축을 따라 연장되는 복수의 제 1 유로 및 복수의 제 2 유로를 형성하는 격벽을 갖고, 제 1 유로는, 제 1 단면측이 개구되고, 제 2 단면측이 봉구 (封口) 되어 있고, 제 2 유로는, 제 1 단면측이 봉구되고, 제 2 단면측이 개구되어 있고, 제 1 단면의 개구 비율은, 제 2 단면의 개구 비율보다 크고, 중심축의 연장 방향에서 보았을 때, 격벽을 사이에 두고 이웃하는 제 2 유로를 환상으로 나열하여 형성된 환상 열을 갖는다.
상기 허니컴 구조체에 의하면, 가스 하류측이 되는 제 2 단면측이 개구된 제 2 유로를 나열하여 형성된 환상 열을 가짐으로써, 필터 재생시에 허니컴 구조체의 허용량을 초과하는 열충격이 가해졌다고 해도, 제 2 단면측에 있어서, 환상 열 이외의 지점의 봉구나 격벽이 아니라 환상 열의 제 2 유로간의 격벽이 파괴되어 환상 크랙이 발생하도록 유도할 수 있다. 그리고, 상기 허니컴 구조체에서는, 환상 열의 제 1 단면측은 모두 봉구되어 있으므로, 환상 열의 제 2 단면측에 환상 크랙이 발생하여 제 2 유로끼리가 연통되어도 그을음 누출이 발생하는 경우는 없다. 따라서, 상기 허니컴 구조체에 의하면, 환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있다. 또, 환상 열에 있어서의 환상 크랙의 발생을 허용함으로써, 그 후의 열충격에 의해 가해지는 응력이 분산되므로, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있다. 또한, 이 허니컴 구조체에 의하면, 종래의 허니컴 구조체와 같이 저강도 부재를 따로 형성하지 않고, 유로의 봉구 패턴의 고안에 의해 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있기 때문에, 허니컴 구조체의 구성의 간소화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
상기 환상 열은, 주상의 허니컴 구조체의 중심축을 둘러싸도록 형성되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 열충격에 의해 발생하는 환상 크랙을 발생시키려고 하는 응력을 환상 열의 제 2 단면측에서 효과적으로 받을 수 있기 때문에, 보다 확실하게 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있다.
상기 허니컴 구조체는, 격벽을 사이에 두고 이웃하여 병렬되는 복수의 환상 열을 갖고 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 복수의 환상 열이 서로 병렬됨으로써, 환상 열의 제 2 단면측의 강도를 다른 지점보다 더욱 낮게 할 수 있어, 보다 확실하게 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있다.
상기 허니컴 구조체는, 중심축에 수직인 단면 (斷面) 에 있어서, 환상 열을 형성하는 제 2 유로의 개구 면적의 평균은, 환상 열을 형성하지 않는 제 2 유로의 개구 면적의 평균보다 커도 된다.
이 구성에 의하면, 중심축에 수직인 단면에 있어서, 환상 열을 형성하는 제 2 유로의 개구 면적의 평균이 환상 열을 형성하지 않는 제 2 유로의 개구 면적의 평균보다 크기 때문에, 유로열의 제 2 단면측의 강도를 다른 지점보다 한층 낮게 할 수 있어, 보다 확실하게 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있다.
본 발명에 의하면, 환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있음과 함께, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 허니컴 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 허니컴 구조체의 중심축에 수직인 단면의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 3(a) 는, 허니컴 구조체의 제 1 단면의 일부를 나타내는 확대도이다. 3(b) 는, 허니컴 구조체의 제 2 단면의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 4 는 허니컴 구조체의 중심축을 따른 단면의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 5 는 허니컴 구조체의 제 2 단면을 나타내는 전체도이다.
도 6 은 도 5 의 부분 확대도이다.
도 7 은 제 2 실시형태에 관련된 허니컴 구조체의 제 2 단면을 나타내는 전체도이다.
도 8 은 도 7 의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
［제 1 실시형태］
도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (10) 는, 디젤 입자 필터 등에 장착되어, 내연 기관의 배출 가스를 정화하기 위한 필터로서 사용되는 원주상의 구조체이다. 원주상의 허니컴 구조체 (10) 는, 중심축 (CL) 을 따라 연장되어 있다. 이후, 중심축 (CL) 의 연장 방향을 중심축 방향이라고 칭한다.
허니컴 구조체 (10) 는, 중심축 방향에서 서로 대향하는 제 1 단면 (10a) 및 제 2 단면 (10b) 과, 중심축 (CL) 을 따라 연장되는 복수의 제 1 유로 (Ra) 및 복수의 제 2 유로(Rb) 를 형성하는 격벽 (10c) 을 갖고 있다.
허니컴 구조체 (10) 는, 다공질 (예를 들어, 평균 세공 직경 20 ㎛ 이하) 의 세라믹스 재료 등으로 구성되어 있다. 허니컴 구조체 (10) 에 사용되는 세라믹스 재료로는, 예를 들어, 알루미나, 실리카, 멀라이트, 코디어라이트, 유리, 티탄산알루미늄 등의 산화물, 실리콘 카바이드, 질화규소, 금속 등을 들 수 있다. 티탄산알루미늄은, 또한, 마그네슘 및/또는 규소를 함유할 수 있다.
이와 같은 허니컴 구조체 (10) 는, 상기 서술한 세라믹스 재료가 되는 그린 성형체 (미소성 성형체) 를 소성하고, 각각의 유로 (Ra, Rb) 에 대해 소정의 봉구 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다. 그린 성형체는, 세라믹스 원료인 무기 화합물원 분말, 메틸셀룰로오스 등의 유기 바인더, 및 필요에 따라 첨가되는 첨가제를 함유한다.
예를 들어, 티탄산알루미늄의 그린 성형체의 경우, 무기 화합물원 분말은, α알루미나 분말 등의 알루미늄원 분말, 및 아나타아제형이나 루틸형의 티타니아 분말 등의 티타늄원 분말을 함유하고, 필요에 따라 추가로, 마그네시아 분말이나 마그네시아스피넬 분말 등의 마그네슘원 분말, 및/또는 산화규소 분말이나 유리 플릿 등의 규소원 분말을 함유할 수 있다.
유기 바인더로는, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시알킬메틸셀룰로오스, 나트륨카르복시메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스류 ; 폴리비닐알코올 등의 알코올류 ; 리그닌술폰산염을 들 수 있다.
첨가물로는, 예를 들어, 조공제, 윤활제, 가소제, 분산제 및 용매를 들 수 있다.
조공제로는, 그라파이트 등의 탄소재 ; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메타크릴산메틸 등의 수지류 ; 전분, 너트껍질, 호두껍질, 콘 등의 식물 재료 ; 얼음 ; 및 드라이아이스 등을 들 수 있다.
윤활제 및 가소제로는, 글리세린 등의 알코올류 ; 카프릴산, 라우르산, 팔미트산, 아라키딘산, 올레산, 스테아르산 등의 고급 지방산 ; 스테아르산 Al 등의 스테아르산 금속염, 폴리옥시알킬렌알킬에테르 (POAAE) 등을 들 수 있다.
분산제로는, 예를 들어, 질산, 염산, 황산 등의 무기산 ; 옥살산, 시트르산, 아세트산, 말산, 락트산 등의 유기산 ; 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 알코올류 ; 폴리카르복실산암모늄 등의 계면활성제 등을 들 수 있다.
용매로는, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 등의 알코올류 ; 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜 등의 글리콜류 ; 및 물 등을 사용할 수 있다.
도 2 는, 도 1 의 중심축 (CL) 을 따른 단면의 일부를 나타내는 확대도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 허니컴 구조체 (10) 의 유로 (Ra, Rb) 는, 제 1 단면 (10a) 측 및 제 2 단면 (10b) 측 중 어느 일방이 봉구되어 있다. 구체적으로는, 제 1 유로 (Ra) 는, 제 1 단면 (10a) 측이 개구되고, 제 2 단면 (10b) 측이 봉구재 (11) 에 의해 봉구되어 있다. 또, 제 2 유로 (Rb) 는, 제 2 단면 (10b) 측이 개구되고, 제 1 단면 (10a) 측이 봉구재 (12) 에 의해 봉구되어 있다.
봉구재 (11, 12) 의 재료는, 상기 서술한 그린 성형체와 동일한 재료를 사용해도 되고, 상이한 재료를 사용해도 된다. 또, 봉구재 (11, 12) 의 재료에는, 내연 기관의 배출 가스를 통과시키지 않는 것을 사용해도 된다.
허니컴 구조체 (10) 는, 복수의 제 1 유로 (Ra) 및 복수의 제 2 유로 (Rb) 를 형성하는 격벽 (10c) 을 갖고 있다. 바꿔 말하면, 격벽 (10c) 에 의해 각각의 유로 (Ra, Rb) 는 사이를 두고 있다. 격벽 (10c) 은, 제 1 단면 (10a) 으로부터 제 2 단면 (10b) 까지 중심축 (CL) 을 따라 연장되어 있다.
도 2 에 나타내는 허니컴 구조체 (10) 는, 제 1 단면 (10a) 을 가스 상류측(내연 기관측), 제 2 단면 (10b) 을 가스 하류측으로 하여, 내연 기관의 배출 가스 유로 상에 배치된다. 허니컴 구조체 (10) 를 통과하는 배출 가스의 주된 흐름을 화살표 (G) 로 나타낸다.
화살표 (G) 로 나타내는 바와 같이, 내연 기관의 배출 가스는, 먼저 제 1 단면 (10a) 측의 개구로부터 유로 (Ra) 에 유입된다. 제 1 유로 (Ra) 에 유입된 가스는, 제 1 유로 (Ra) 의 제 2 단면 (10b) 측이 봉구되어 있기 때문에, 격벽 (10c) 을 통과하여 제 2 유로 (Rb) 내에 유입된다. 가스가 격벽 (10c) 을 통과할 때에 가스 중의 그을음 등이 포착된다. 제 2 유로 (Rb) 내에 유입된 가스는, 제 2 단면 (10b) 측의 개구를 통하여 허니컴 구조체 (10) 밖으로 흘러나온다. 이로써, 정화된 가스가 허니컴 구조체 (10) 의 제 2 단면 (10b) 측으로부터 배출되게 된다.
다음으로, 제 1 유로 (Ra) 및 제 2 유로 (Rb) 의 단면 형상에 대하여 설명한다. 도 3 은, 허니컴 구조체 (10) 의 중심축 (CL) 에 수직인 단면의 일부를 나타내는 확대도이다. 도 4(a) 는 허니컴 구조체 (10) 의 제 1 단면 (10a) 의 일부를 나타내는 확대도이고, 도 4(b) 는 제 2 단면 (10b) 의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 허니컴 구조체 (10) 의 중심축 (CL) 에 수직인 단면은, 격벽 (10c) 에 의해 육각 형상으로 유로 (Ra, Rb) 를 형성하는 격자 구조를 갖고 있다. 이와 같은 허니컴 구조체 (10) 의 형상은, 봉구재 (11, 12) 를 제외하고 압출 일체 성형에 의해 만들어져 있고, 유로 (Ra, Rb) 는 도중에 변형되지 않고, 일정한 단면 형상인 채로 중심축 방향으로 연장된다.
제 1 유로 (Ra) 및 제 2 유로 (Rb) 의 단면 형상으로는, 정육각 형상인 것과 규칙적 육각 형상 (예를 들어, 인접하는 정육각 형상의 유로 단면의 한 변과 길이가 동일한 장변, 및 당해 장변보다 길이가 짧은 단변으로 이루어지는 육각 형상) 인 것이 있다. 즉, 허니컴 구조체 (10) 는, 상이한 단면 형상의 유로를 갖는 비대칭 셀 구조 (비대칭 격자 구조) 를 구비하고 있다.
구체적으로는, 제 1 유로 (Ra) 는, 규칙적 육각 형상의 단면 형상을 갖고 있다. 한편, 제 2 유로 (Rb) 는, 단면 형상이 상이한 2 종류의 유로 (Rb1, Rb2) 로 나뉜다. 제 2 유로 (Rb1) 는 정육각 형상의 단면 형상을 갖고 있고, 제 2 유로 (Rb2) 는 제 1 유로 (Ra) 와 동일한 규칙적 육각 형상의 단면 형상을 갖고 있다. 또한, 제 2 유로 (Rb2) 에 대해서는, 도 3 및 도 4 에 도시되어 있지 않다.
허니컴 구조체 (10) 의 중심축 (CL) 에 수직인 단면에서는, 단면 형상이 정육각 형상인 유로 (Rb2) 를 둘러싸도록 단면 형상이 규칙적 육각 형상인 제 1 유로 (Ra) (및 제 2 유로 (Rb1)) 가 배치되어 있다. 이와 같은 배치에 의해, 허니컴 구조체 (10) 에서는, 제 1 유로 (Ra) 쪽이 제 2 유로 (Rb) 보다 수가 많이 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 단면 (10a) 에 있어서의 개구 비율 (제 1 단면 (10a) 의 전체 면적에 있어서의 제 1 유로 (Ra) 의 개구 면적의 비율) 은, 제 2 단면 (10b) 에 있어서의 개구 비율 (제 2 단면 (10b) 의 전체 면적에 있어서의 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 비율) 보다 크다. 이와 같이, 가스 상류측의 제 1 단면 (10a) 에 있어서의 개구 비율을 크게 함으로써, 허니컴 구조체 (10) 에 있어서의 배기 가스의 압력 손실의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로, 허니컴 구조체 (10) 가 갖는 환상 열 (W) 에 대하여 설명한다. 도 5 는, 제 2 단면 (10b) 을 나타내는 전체도이고, 도 6 은, 도 5 의 부분 확대도이다. 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 허니컴 구조체 (10) 는, 중심축 방향에서 보았을 때 환상 (정육각 형상) 을 이루는 환상 열 (W) 을 갖고 있다. 환상 열 (W) 은, 중심축 (CL) 을 중심으로 하여 둘러싸도록 형성되어 있다. 또한, 환상 열 (W) 의 형상은, 반드시 정육각형일 필요는 없다. 예를 들어, 원형이나 사각형 그 밖의 다각형 등이어도 되고, 직선이나 곡선이 조합되어 형성되는 닫힌 고리 형상이면 된다.
환상 열 (W) 은, 단면 형상이 정육각 형상인 제 2 유로 (Rb1) 와 단면 형상이 규칙적 육각 형상인 제 2 유로 (Rb2) 로 구성되어 있다. 환상 열 (W) 은, 격벽 (10c) 을 사이에 두고 이웃하는 제 2 유로 (Rb1, Rb2) 를 환상 (정육각 형상) 으로 나열하여 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 환상 열 (W) 에서는, 제 2 단면 (10b) 중 환상 열 (W) 이외의 지점 (도 4(b) 에 나타내는 지점) 과 비교하여 개구 비율이 높고, 강도가 낮은 부분을 의도적으로 형성할 수 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (10) 의 환상 열 (W) 은, 일렬 (폭이 유로 1 개 분의 열) 의 환상 열 (Wa, Wb, Wc) 로 나눌 수 있다. 바꿔 말하면, 환상 열 (W) 은, 병렬되는 환상 열 (Wa, Wb, Wc) 로 구성되어 있다. 이와 같이, 환상 열 (Wa, Wb, Wc) 을 복수 모아 구성함으로써, 추가적인 강도의 저하가 도모된다.
이상 설명한 제 1 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (10) 에 의하면, 가스 하류측이 되는 제 2 단면 (10b) 측이 개구된 제 2 유로 (Rb) 를 나열하여 형성된 환상 열 (W) 을 가짐으로써, 필터 재생시에 허니컴 구조체 (10) 의 허용량을 초과하는 열충격이 가해졌다고 해도, 제 2 단면 (10b) 측에 있어서, 환상 열 (W) 이외의 지점의 봉구나 격벽이 아니라 환상 열 (W) 의 제 2 유로 (Rb) 간의 격벽이 먼저 파괴되어 환상 크랙이 발생하도록 유도할 수 있다. 그리고, 허니컴 구조체 (10) 에서는, 환상 열 (W) 의 제 1 단면 (10a) 측은 모두 봉구되어 있으므로, 환상 열 (W) 의 제 2 단면 (10b) 측에 환상 크랙이 발생하여 제 2 유로 (Rb1, Rb2) 간이 연통되어도 그을음 누출이 발생하는 경우는 없다. 따라서, 허니컴 구조체 (10) 에 의하면, 환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또, 허니컴 구조체 (10) 에서는, 환상 열 (W) 에 있어서의 환상 크랙의 발생을 허용함으로써, 그 후의 열충격에 의해 가해지는 응력의 분산을 도모할 수 있기 때문에, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있다. 또한, 허니컴 구조체 (10) 에 의하면, 종래의 허니컴 구조체와 같이 저강도 부재를 따로 형성하지 않고, 유로의 봉구 패턴의 고안에 의해 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있기 때문에, 허니컴 구조체의 구성의 간소화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
또, 허니컴 구조체 (10) 는, 격벽 (10c) 을 사이에 두고 이웃하여 병렬되는 복수의 환상 열 (Wa, Wb, Wc) 을 가짐으로써, 제 2 단면 (10b) 측에 강도가 낮은 환상의 영역을 의도적으로 작성할 수 있어, 보다 확실하게 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있다.
또한, 허니컴 구조체 (10) 에서는, 중심축 (CL) 을 둘러싸도록 환상 열 (W) 이 형성되어 있기 때문에, 열충격에 의해 발생하는 환상 크랙을 발생시키려고 하는 응력을 환상 열 (W) 의 제 2 단면 (10b) 측에서 효과적으로 받을 수 있어, 확실하게 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있다.
또, 허니컴 구조체 (10) 에서는, 도 3 에 나타내는 비대칭 셀 구조를 채용함으로써, 대칭 셀 구조에 비해, 필터 단위 체적당의 필터 면적을 크게 취할 수 있기 때문에, 필터에서 기인하는 압력 손실의 저감을 도모할 수 있어, 허니컴 구조체 (10) 가 적용되는 내연 기관의 연비의 향상을 도모할 수 있다.
［제 2 실시형태］
제 2 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (20) 는, 제 1 환상 열 (W1), 제 2 환상 열 (W2), 및 방사상의 유로열 (W3) 이 형성되어 있는 점과, 제 2 유로 (Rb3) 를 갖고 있는 점이, 제 1 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (10) 와 비교하여 상이하다. 또한, 제 1 실시형태와 대응하는 부분에는 대응하는 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 7 은, 제 2 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (20) 의 제 2 단면 (20b) 을 나타내는 전체도이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (20) 는, 2 개의 환상 열 (W1, W2) 을 갖고 있다. 환상 열 (W1, W2) 은, 중심축 (CL) 을 중심으로 하여 정육각 형상으로 둘러싸도록 형성되어 있다. 제 1 환상 열 (W1) 은, 제 2 환상 열 (W2) 보다 내측에 형성되어 있다.
도 8 은, 도 7 의 부분 확대도이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 1 환상 열 (W1) 및 제 2 환상 열 (W2) 은, 격벽 (20c) 을 사이에 두고 이웃하는 제 2 유로 (Rb3) 를 환상 (정육각 형상) 으로 나열하여 형성되어 있다. 제 1 환상 열 (W1) 및 제 2 환상 열 (W2) 은, 제 2 단면 (20b) 이 개구된 제 2 유로 (Rb) 중 제 2 유로 (Rb3) 를 포함하고 있다.
제 2 유로 (Rb3) 는, 중심축 (CL) 에 수직인 단면에 있어서의 개구 면적이 제 2 유로 (Rb1) 의 개구 면적과 비교하여 큰 유로이다. 즉, 중심축 (CL) 에 수직인 단면에 있어서, 제 2 유로 (Rb3) 의 개구 면적은, 제 2 유로 (Rb1) 의 개구 면적보다 크다. 제 2 유로 (Rb3) 는, 도 6 에 나타내는 1 개의 제 2 유로 (Rb1) 와 그 주위의 4 개의 제 2 유로 (Rb2) 를 일체화한 단면 형상을 갖고 있다. 또한, 제 2 유로 (Rb3) 의 단면 형상은, 상기 서술한 것에 한정되지 않는다.
이상 설명한 제 2 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (20) 에 의하면, 제 1 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (10) 와 마찬가지로 환상 크랙의 발생을 제 1 환상 열 (W1) 및 제 2 환상 열 (W2) 로 유도할 수 있기 때문에, 환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있다. 또, 환상 열 (W1, W2) 에 있어서의 환상 크랙의 발생을 허용함으로써, 그 후의 열충격에 의해 가해지는 응력의 분산을 도모할 수 있기 때문에, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있다.
게다가, 환상 열 (W1, W2) 이, 개구 면적이 큰 제 2 유로 (Rb3) 를 포함하고 있으므로, 환상 열 (W1, W2) 을 형성하는 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 평균이 환상 열 (W1, W2) 을 형성하지 않는 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 평균보다 커진다. 환상 열 (W1, W2) 을 형성하는 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 평균이란, 환상 열 (W1, W2) 내의 모든 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 합계를 유로 수로 나눠 얻어지는 면적 평균이다. 마찬가지로, 환상 열 (W1, W2) 을 형성하지 않는 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 평균이란, 환상 열 (W1, W2) 을 형성하지 않는 모든 제 2 유로 (Rb) 의 개구 면적의 합계를 유로 수로 나눠 얻어지는 면적 평균이다. 이로써, 허니컴 구조체 (20) 에서는, 환상 열 (W1, W2) 의 개구 비율이 커져 강도를 한층 낮게 할 수 있기 때문에, 보다 확실하게 환상 크랙의 발생을 유도할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에 관련된 허니컴 구조체 (20) 는, 중심축 (CL) 에 수직을 중심으로 하여 방사상으로 위치하는 복수의 유로열 (W3) 을 갖고 있다. 유로열 (W3) 은, 제 2 환상 열 (W2) 이 그리는 정육각 형상의 각 정점 (頂点) 으로부터 허니컴 구조체 (20) 의 외주를 향하여 연장되도록 형성되어 있다. 이들 유로열 (W3) 도 제 1 환상 열 (W1) 및 제 2 환상 열 (W2) 과 마찬가지로 개구 면적이 큰 제 2 유로 (Rb3) 로 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 허니컴 구조체 (20) 에 의하면, 필터 재생시에 허니컴 구조체 (20) 의 허용량을 초과하는 열충격이 가해져 방사상의 크랙을 발생시키는 응력이 가해졌다고 해도, 유로열 (W3) 의 제 2 단면 (20b) 측에 방사상의 크랙이 발생하도록 유도할 수 있다. 그리고, 허니컴 구조체 (20) 에서는, 유로열 (W3) 의 제 1 단면 (20a) 측은 모두 봉구되어 있으므로, 유로열 (W3) 의 제 2 단면 (20b) 측에 방사상 크랙이 발생해도 그을음 누출이 발생하지 않아, 방사상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제할 수 있다. 또, 유로열 (W3) 에 있어서의 방사상 크랙의 발생을 허용함으로써, 그 후의 열충격에 의해 가해지는 응력의 분산을 도모할 수 있기 때문에, 방사상 크랙의 확대를 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 환상 열 (W, W1, W2) 이나 유로열 (W3) 의 위치나 크기, 형상 등은, 상기 서술한 것에 한정되지 않는다. 반드시 환상 열 (W, W1, W2) 은, 허니컴 구조체 (10) 의 중심축 (CL) 을 중심으로 하여 형성할 필요는 없고, 환상 열 (W, W1, W2) 의 중심으로부터 중심축 (CL) 이 어긋나 있어도 되고, 중심축 (CL) 을 둘러싸지 않도록 환상 열 (W, W1, W2) 을 형성해도 된다. 환상 열 (W, W1, W2) 이나 유로열 (W3) 의 위치나 크기, 형상 등은, 예를 들어 각종 허니컴 구조체에 있어서 크랙이 발생하기 쉬운 영역에 맞춰 설정할 수 있다.
또, 제 1 유로 (Ra) 및 제 2 유로 (Rb) 의 단면 형상은, 상기 서술한 것에 한정되지 않는다. 또, 허니컴 구조체 (10, 20) 의 단면 구조는, 비대칭 셀 구조에 한정되지 않고, 동일 단면 형상의 유로로 이루어지는 대칭 셀 구조여도 된다. 또, 허니컴 구조체 (10, 20) 는, 반드시 압출 일체 성형으로 만들어질 필요는 없고, 세그먼트 구조로 만들어져도 된다.
산업상 이용가능성
본 발명은 환상 크랙의 발생에 의한 필터 성능의 저하를 억제함과 함께, 환상 크랙의 확대를 억제할 수 있는 허니컴 구조체로서 이용할 수 있다.
10, 20 … 허니컴 구조체
10a, 20a … 제 1 단면
10b, 20b … 제 2 단면
10c, 20c … 격벽
11 … 봉구재
12 … 봉구재
CL … 중심축
Ra … 제 1 유로
Rb … 제 2 유로
Rb1 … 제 2 유로 (정육각 형상)
Rb2 … 제 2 유로 (규칙적 육각 형상)
Rb3 … 제 2 유로 (단면 확대)
W, Wa ∼ Wc … 환상 열
W1 … 제 1 환상 열
W2 … 제 2 환상 열
W3 … 유로열

Claims (4)

  1. 중심축을 따라 연장되는 주상의 허니컴 구조체로서,
    상기 중심축의 연장 방향으로 서로 대향하는 제 1 단면 및 제 2 단면과,
    상기 중심축을 따라 연장되는 복수의 제 1 유로 및 복수의 제 2 유로를 형성하는 격벽을 갖고,
    상기 제 1 유로는, 상기 제 1 단면측이 개구되고, 상기 제 2 단면측이 봉구되어 있고,
    상기 제 2 유로는, 상기 제 1 단면측이 봉구되고, 상기 제 2 단면측이 개구되어 있고,
    상기 제 1 단면의 개구 비율은, 상기 제 2 단면의 개구 비율보다 크고,
    상기 격벽을 사이에 두고 이웃하는 상기 제 2 유로를, 상기 중심축의 연장 방향에서 보았을 때 환상으로 나열하여 형성된 환상 열을 갖는 허니컴 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환상 열은, 상기 중심축을 둘러싸도록 형성되어 있는 허니컴 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 격벽을 사이에 두고 이웃하여 병렬되는 복수의 상기 환상 열을 갖는 허니컴 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심축에 수직인 단면에 있어서, 상기 환상 열을 형성하는 상기 제 2 유로의 개구 면적의 평균은, 상기 환상 열을 형성하지 않는 상기 제 2 유로의 개구 면적의 평균보다 큰 허니컴 구조체.
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