KR20160024406A - 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 및 이를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 및 이를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세그먼트의 접합 시 보조품이 떨어지지 않고 세그먼트의 접합 이후 접합제를 경화시키는 열처리 과정에서 반응을 일으키지 않으며 이로 인해 필터의 간격을 일정하게 유지할 수 있고 성능이 균일한 필터를 제조할 수 있으며 또한 고품질 및 저비용으로 필터를 제조할 수 있는 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 및 이를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 및 이를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법{HONEYCOMB SEGMENT WITH PROTRUSION AND METHOD FOR MANUFACTURING HONEYCOMB STRUCTURE USING THE SAME}

본 발명은 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 및 이를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 필터 중, 예컨대, DPF(디젤 파티큘레이트 필터)는, 디젤 엔진 등으로부터의 배출 가스에 포함되는 파티큘레이트를 포착하여 제거하기 위해서 이용되는 필터로서, 디젤 엔진의 배기계에 삽입되어 이용된다.

이러한 DPF 등의 필터는 벌집 모양의 허니컴 구조체를 1단위(허니컴 세그먼트)로 하고, 이 허니컴 세그먼트를 복수 접합함으로써 제작되고 있다. 종래의 허니컴 세그먼트 (a)정면도와 (b)사시도를 도시한 도 1에 이러한 DPF에 이용되는 1단위(허니컴 세그먼트)로서의 허니컴 세그먼트를 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이 허니컴 세그먼트(10)는, 정방형 단면의 통형으로 성형되어 있고, 내부에는 다공질의 격벽에 의해서 구획된 다수의 유통 셀을 가지고 있다.

허니컴 구조체의 일례로 세라믹 필터의 제조 공정을 구체적으로 살펴보면, 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 고온에서 사용되는 허니컴 형태의 세라믹 필터는 허니컴 세그먼트를 제조(a, b, c단계)한 다음 제조된 허니컴 세그먼트를 이용하여 세라믹 필터를 제조(d, e, f, g단계)한다.

먼저, 허니컴 세그먼트를 제조하는 단계는, 먼저 압출기를 이용하여 압출 공정과 건조 공정을 거쳐 벌집 모양의 허니컴 세그먼트로 제조(a)한 다음 소성 공정(b)을 거쳐 허니컴 세크먼트를 완성(c)한다. 이렇게 완성된 허니컴 세그먼트를 이용하여 고객이 요구하는 크기의 최종 필터를 제작하는데 이 때 작게는 4개의 허니컴 세그먼트에서부터 많게는 약 200여개의 허니컴 세그먼트를 이용한다. 먼저, 소정 개수의 완성된 세그면트(d)를 접합(e)한 다음 가공 공정(f)을 거쳐 외벽을 처리하여 최종 세라믹 필터를 완성(g)한다.

위와 같이, 자동차 배기가스정화장치에 사용되는 실리콘 카바이드 필터는 고온 열팽창 특성으로 인하여 일정 크기 이상으로 제조되면 열충격에 의한 크랙이 발생하기 때문에 실리콘 카바이드 소재를 이용한 고온용 필터는 작은 크기의 허니컴 세그먼트 형태로 제조한 다음 접합재(cement)를 이용하여 허니컴 세그먼트의 외벽 끼리 서로 접합함으로써 일체화하여 원하는 크기의 제품으로 제조해야 한다.

그러나 작은 크기의 여러 개 허니컴 세그먼트를 일정하게 접합시키는 것이 매우 어렵기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이, 종래에는 일정한 크기의 보조품(20)을 이용하여 간격을 조절한 상태에서 접합하는 방법을 택하고 있다. 즉 제작된 허니컴 세그먼트의 간격을 유지할 수 있는 보조품을 접합한 상태에서 도 2의 단계 (e)에서 도시한 바와 같이, 접합제(cement)를 사용하여 세그먼트를 접합한다.

허니컴 세그먼트를 접합할 때 사용되는 보조품(20)은 다양한 소재, 예컨대 고무 재질 또는 점토 재질 등이 사용되고 있으며 주로 탄력(점성)을 갖는 재질이 많이 사용되고 있으며 형태는 구형이 일반적이다. 그러나 보조품을 이용하여 접합제를 강하게 바르면 떨어지는 현상이 발생하며 접합제 처리 후, 두개의 세그먼트를 접합할 때 탄성이 있는 소재이기 때문에 힘에 따라 변형이 발생하게 되어 접합면의 간격을 일정하게 유지하기가 어렵고 또한 부수적으로 보조품을 사용하기 때문에 추가 비용이 발생하게 되고 더욱이 접합공정에서 불필요한 인력이 투입되고 공정이 추가되기 때문에 비용도 추가적으로 발생하는 문제점이 있었다.

또한 세그먼트의 접합 이후, 약 600℃ 이상의 온도에서 최종적으로 접합제를 경화시키는 열처리 과정을 거치는데 이 때 보조품은 제조되는 필터와 소재가 다르므로 일부 반응이 일어나 최종 제품인 필터에 손상을 주어 필터로서의 역할을 제대로 수행할 수 없는 문제점을 일으켰다.

또한 위와 같은 보조품을 이용하여 여러 개의 필터를 일정하게 접합시키려고 할 경우 보조품이 떨어지는 현상이 발생하여 필터의 간격이 유지되지 않는 문제점이 있었다.

한국 공개특허공보 제10-2005-0116381호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 세그먼트의 접합 시 보조품이 떨어지지 않고 세그먼트의 접합 이후 접합제를 경화시키는 열처리 과정에서 반응을 일으키지 않으며 이로 인해 필터의 간격을 일정하게 유지할 수 있고 성능이 균일한 필터를 제조할 수 있으며 또한 고품질 및 저비용으로 필터를 제조할 수 있는 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 및 이를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, 다공질의 격벽에 의해 구획된 1축 방향으로 관통하는 복수의 유통 셀을 갖고, 정방형 단면을 갖는 허니컴 세그먼트로서, 서로 인접하는 두 면에 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트에 의해 달성된다.

여기서, 상기 돌출부는 상기 유통 셀과 평행하고 일직선으로 이루어지며 한 면에 적어도 2개의 돌출부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 돌출부는 서로 인접하는 두 면의 서로 다른 위치에 형성된 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 돌출부는 한 면의 양쪽 모서리로부터 각 1/5의 길이 지점에 2개가 위치하고, 인접하는 다른 면의 양쪽 모서리로부터 각 1/6.7의 길이 지점에 2개가 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적은, 상술한 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법으로서, 복수의 상기 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 접합제를 이용하여 접합하는 제1단계와, 상기 접합된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 접합제를 경화시키기 위해 열처리하는 제2단계와, 상기 접합제가 경화된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 가공하는 제3단계와, 상기 가공된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 외벽을 처리하여 허니컴 구조체를 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 세그먼트의 접합 시 보조품이 떨어지지 않고 세그먼트의 접합 이후 접합제를 경화시키는 열처리 과정에서 반응을 일으키지 않으며 이로 인해 필터의 간격을 일정하게 유지할 수 있고 성능이 균일한 필터를 제조할 수 있으며 또한 고품질 및 저비용으로 필터를 제조할 수 있는 등의 효과를 가진다.

도 1은 종래의 허니컴 세그먼트 정면도와 사시도.
도 2는 종래의 필터를 제조하는 공정을 도시한 도면.
도 3은 종래의 허니컴 세그먼트를 접합하는 공정을 설명한 도면.
도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 정면도와 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 정면도.
도 6은 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 압출하는 압출공정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 건조하는 건조공정을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 세그먼트 2개를 이용하여 접합하는 예를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 세그먼트 16개를 이용하여 접합하는 예를 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 정면도(a)와 사시도(b)를 도시한 도 4로부터, 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트(100)는 다공질의 격벽에 의해 구획된 1축 방향으로 관통하는 복수의 유통 셀을 갖고, 정방형 단면을 갖는 허니컴 세그먼트로서, 서로 인접하는 두 면에 돌출부(111)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트는 돌출부(111)를 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 네 면 중 인접하는 두 면에 형성하는 것이 바람직하고 인접하는 면이면 어느 면이든 상관없다.

이는 허니컴 구조체를 제조하기 위한 최소 단위인 작은 크기를 갖는 허니컴 세그먼트의 일정한 간격을 유지하기 위해 서로 인접하는 두 면에 돌출부를 미리 세그먼트에 형성하여 세그먼트끼리 접합 시 일정한 간격이 자동적으로 유지되도록 함으로써 최종 제품인 필터의 배압을 일정하게 관리할 수 있다. 또한 돌출부(111)는 유통 셀과 평행하고 일직선으로 이루어지며 한 면에 적어도 2개의 돌출부로 이루어진 것이 바람직하다. 즉 돌출부는 2개 이상일 수도 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 압출하는 압출공정을 도시한 도면인 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트가 압출기를 통해 압출될 때 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 네 면 중 인접하는 두 면은 항상 이송 장치인 컨베이어 상에서 접촉된 상태로 압출되기 때문에 컨베이어와 접촉하는 면에 돌출부를 형성하는 경우 돌출부가 찌그러지기 쉽기 때문에 그 외의 인접하는 두 면에 돌출부를 형성하는 것이다. 도 6에서 "D"는 압출기의 압출방향을 나타낸 것이고, "P"는 압출 시 허니컴 세그먼트의 네 면 중 이송장치와 닿지 않는 두 면을 표시한 것이다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 건조하는 건조공정을 도시한 도면인 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 건조 단계에서는 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 변형을 방지하기 위해 건조 지그를 사용하게 되는데 건조 지그는 "V"자 형태로 맞닿아 있기 때문에 건조 지그에 맞닿는 면에 돌출부를 형성할 경우 돌출부기 찌그러질 수 있기 때문에 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 네 면 중 인접하는 두 면에만 돌출부를 형성하여 컨베이어와의 접촉 방지와 더불어 건조 지그와의 접촉을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트 정면도인 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트는 두 면에 형성된 돌출부(111)가 두 면 각각의 서로 다른 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 돌출부는 한 면의 양쪽 모서리로부터 각 1/5의 길이 지점에 두 개의 돌출부를 위치시키고, 이와 인접하는 다른 면의 양쪽 모서리로부터 각 1/6.7의 길이 지점에 위치시키는 것이 더욱 바람직하다.

이는 상술한 도 2와 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 세그먼트 2개를 이용하여 접합하는 예를 설명하는 도면인 도 8과 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 세그먼트 16개를 이용하여 접합하는 예를 설명하는 도면인 도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 허니컴 구조체의 경우 고객이 요구하는 크기의 최종 필터를 제작하기 위해서는 작게는 4개의 허니컴 세그먼트에서부터 많게는 약 200여개의 허니컴 세그먼트를 접합해야 하는데 이 때 상호 동일 위치에 돌출부를 형성할 경우 돌출부가 서로 부딪히는 부분이 발생하므로 이를 효과적으로 피하기 위해 서로 다른 위치에 돌출부를 형성하기 위한 것이다. 이러한 구성을 채택함으로써 돌출부가 맞닿은 공간에 접합제를 충분히 채울 수 있어 허니컴 세그먼트 간의 접합력을 강하게 유지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 다른 양상에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법은 상술한 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 이용한 허니컴 구조체를 이용하되, 복수의 상기 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 접합제를 이용하여 접합하는 제1단계와, 접합된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 접합제를 경화시키기 위해 열처리하는 제2단계와, 접합제가 경화된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 가공하는 제3단계와, 가공된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 외벽을 처리하여 허니컴 구조체를 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 제조방법에 따르면 완성된 허니컴 세그먼트를 접합할 때, 간격을 유지하는 보조품을 별도로 이용하지 않아도 접합할 수 있고 미리 형성된 돌출부를 이용함으로써 보조품이 떨어져 허니컴 구조체의 간격이 유지되지 않을 염려가 없으며 또한 세그먼트의 접합 후, 약 600℃ 이상의 온도에서 접합제를 경화시키는 열처리 공정을 거칠 때 제조되는 필터와 소재가 다른 보조품의 사용으로 인한 반응이 일어나지 않음으로써 허니컴 구조체의 손상 위험을 줄일 수 있고 저비용으로 허니컴 구조체를 제조할 수 있는 등의 효과가 있다.

또한 허니컴 세그먼트에 돌출부를 미리 형성시킴으로써 허니컴 구조체의 변형 문제로 인한 접합 간격의 불규칙함을 해결할 수 있으며 보조품을 끼우고 붙이는 공정을 제거함으로써 제조비용이 줄어드는 등의 효과가 있다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

10 : 허니컴 세그먼트(종래)
20 : 보조품
100 : 허니컴 세그먼트(본 발명)
111 : 돌출부

Claims (5)

1. 다공질의 격벽에 의해 구획된 1축 방향으로 관통하는 복수의 유통 셀을 갖고, 정방형 단면을 갖는 허니컴 세그먼트로서,
   서로 인접하는 두 면에 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 유통 셀과 평행하고 일직선으로 이루어지며 한 면에 적어도 2개의 돌출부로 이루어진 것을 특징으로 하는, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는 서로 인접하는 두 면의 서로 다른 위치에 형성된 것을 특징으로 하는, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트.
4. 제3항에 있어서,
   상기 돌출부는 한 면의 양쪽 모서리로부터 각 1/5의 길이 지점에 2개가 위치하고, 인접하는 다른 면의 양쪽 모서리로부터 각 1/6.7의 길이 지점에 2개가 위치하는 것을 특징으로 하는, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법으로서,
   복수의 상기 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 접합제를 이용하여 접합하는 제1단계와,
   상기 접합된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 접합제를 경화시키기 위해 열처리하는 제2단계와,
   상기 접합제가 경화된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 가공하는 제3단계와,
   상기 가공된 복수의 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트의 외벽을 처리하여 허니컴 구조체를 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌출부를 구비한 허니컴 세그먼트를 이용한 허니컴 구조체의 제조방법.

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