KR100814570B1

KR100814570B1 - 벌집형 구조체

Info

Publication number: KR100814570B1
Application number: KR1020067019584A
Authority: KR
Inventors: 가즈시게 오노; 가즈따께 오규; 다까후미 가스가
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2008-03-17
Also published as: CN1942229A; KR20070004763A; US8283019B2; US20070148402A1; EP1867374A4; JPWO2006106785A1; WO2006106785A1; EP1867374A1

Abstract

본 발명은 애쉬를 외부에 배출하기 쉽고, 압력 손실을 낮게 유지할 수 있는 벌집형 구조체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 본 발명의 벌집형 구조체는 복수개의 셀이 셀 벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 상기 셀 중 어느 하나의 단부가 밀봉된 벌집형 구조체이며, 기공률이 70 내지 95 ％이고, 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경에 대한 상기 벌집형 구조체의 길이 방향의 길이비가 0.2 내지 0.9인 것을 특징으로 한다.

벌집형 구조체, 셀, 적층 부재, 애쉬

Description

벌집형 구조체 {HONEYCOMB STRUCTURED BODY}

본 발명은 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 미립자 등을 포집, 제거하는 필터로서 이용되는 벌집형 구조체에 관한 것이다.

버스, 트럭 등의 차량이나 건설 기계 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에 함유되는 매연 등의 미립자가 환경이나 인체에 해를 미치는 것이 최근 문제가 되었다.

따라서, 배기 가스를 코디에라이트나 SiC 등으로 이루어지는 다공질 세라믹을 통과시켜 배기 가스 중의 미립자를 포집하여 배기 가스를 정화할 수 있는 세라믹 필터가 다양하게 제안되어 있다.

이러한 세라믹 필터는 통상 1 방향으로 다수개의 셀이 병설된 주상체의 셀들을 나누는 셀 벽이 필터로서 기능하도록 되어 있다.

즉, 상기 벌집형 필터에 있어서 상기 주상체로 형성된 셀은 배기 가스의 입구측 또는 출구측의 단부 중 어느 것이 밀봉재에 의해, 소위 체크 무늬가 되도록 밀봉되고, 하나의 셀에 유입된 배기 가스는 반드시 셀을 나누는 셀 벽을 통과한 후 다른 셀로부터 유출되도록 되어 있으며, 배기 가스가 이 셀 벽을 통과할 때, 미립자가 셀 벽 부분에서 포착되어 배기 가스가 정화된다.

이러한 배기 가스의 정화 작용에 따라서 벌집형 필터의 셀을 나누는 셀 벽 부분에는 점차로 미립자가 퇴적되어 클로깅을 일으켜 통기를 방해하게 된다. 이 때문에, 벌집형 필터에서는 정기적으로 가열 수단을 이용하여 클로깅의 원인이 되는 미립자를 연소 제거하여 벌집형 필터를 재생하는 재생 처리를 행할 필요가 있다.

그 때문에, 벌집형 필터의 특성으로서는 포집 효율이 높은 것이나, 압력 손실이 낮을 뿐 아니라 재생 처리시에 균열이나 부식이 발생하지 않는 것, 촉매가 담지되어 있는 경우에는 그 촉매의 열 열화가 발생하지 않는 것이 요구된다.

또한, 압력 손실이 낮으며 재생 처리시에 균열이나 부식이 발생하지 않는 벌집형 필터로서, 적어도 약 0.50 g/cm³의 벌집형 부피 밀도와, 약 0.9를 초과하지 않는, 직경에 대한 길이의 실효 종횡비를 가지고, 디젤 배기 미립자를 포착하며 또한 연소시키기 위한, 단부가 폐색된 다공성 세라믹 벌집형 구조체를 구비한 세라믹 필터가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 특허 문헌 1에는, 셀 벽의 기공률이 통상 50 ％ 정도이고, 70 ％를 초과하면 세라믹 필터로서의 완전성에 의문이 생기는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공표 2003-515023호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 기술적 과제>

이미 설명한 바와 같이, 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 벌집형 필터는 일정량의 미립자를 포집한 후에는 이 미립자를 연소시키는 재생 처리를 실시할 필요가 있고, 이러한 재생 처리를 행하더라도 미립자와 함께 배출, 포집되고, 연소시에 잔류하는 엔진 오일, 엔진 유래의 애쉬는 필터 내에 남게 된다.

여기서, 상기 특허 문헌 1에 개시된 벌집형 필터에서는, 기공률이 50 ％ 정도로 낮기 때문에 재생 처리 후에 있어서 애쉬가 셀 벽을 통과하지 못하고, 서서히 애쉬가 셀 벽이나 셀 내에 퇴적되어 간다. 또한, 이와 같이 애쉬가 셀 벽이나 셀 내에 퇴적되면, 벌집형 구조체의 압력 손실이 증대되고, 그 결과 벌집형 필터 자체를 교환하지 않으면 안된다.

특히, 특허 문헌 1에 개시된 벌집형 필터는 내열성을 향상시키기 위해서, 다시 말하면 필터의 열용량을 높이기 위해서, 셀 벽의 두께를 두껍게 함과 동시에 벌집형 필터의 부피 밀도를 크게 하고 있지만, 그 결과 개구율이 저하되어 애쉬가 축적될 수 있는 공간의 용적이 상대적으로 적어지기 때문에, 셀 벽이나 셀 내에 애쉬가 퇴적되었을 때의 압력 손실의 증대가 급격히 발생하여 연비의 악화나 엔진의 손상을 일으키기 쉬웠다.

따라서, 이 벌집형 필터에서는 탑재되는 자동차의 사용 수명에 따라서 애쉬의 허용 용적을 확보하기 위해서, 필터를 빈번히 떼어내어 애쉬를 제거하지 않으면 안되거나 또는 필터의 용적을 미리 크게 하지 않으면 안되었다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본원 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토하여, 특허 문헌 1의 기재에 반하여, 기공률이 70 ％를 초과하는 높은 기공률의 벌집형 구조체로서도 필터로서 충분히 기능할 수 있고, 기공률을 높임과 동시에 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경에 대한 길이 방향의 길이비를 소정의 값으로 함으로써, 압력 손실을 낮게 유지할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명의 벌집형 구조체는 복수개의 셀이 셀 벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 상기 셀 중 어느 하나의 단부가 밀봉된 벌집형 구조체이며,

기공률이 70 내지 95 ％이고,

상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경에 대한 상기 벌집형 구조체의 길이 방향의 길이비가 0.2 내지 0.9인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서는 이하, 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경에 대한 상기 벌집형 구조체의 길이 방향의 길이비를 종횡비라고도 한다. 또한, 본 발명에 있어서 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경이란, 수직 단면의 형상을 막론하고, 상기 수직인 단면에 있어서의 가장 긴 부분의 길이를 말하며, 단면 형상이 원형인 경우에는, 단면의 직경이란 그의 직경을 의미한다.

본 발명의 벌집형 구조체는 개구율이 30 내지 50 ％인 것이 바람직하다.

본 발명의 벌집형 구조체에 있어서 상기 셀 벽의 두께는 0.6 mm 이상인 것이 바람직하다.

상기 벌집형 구조체는 셀이 겹치도록 상기 길이 방향으로 복수개의 적층 부재가 적층되어 이루어지고,

상기 적층 부재는 주로 무기 섬유로 이루어지는 것이 바람직하고, 이 경우 주로 무기 섬유로 이루어지는 적층된 적층 부재의 양단에는 단부용 적층 부재로서, 금속으로 이루어지는 판상체가 더 적층되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벌집형 구조체는 셀이 겹치도록 상기 길이 방향으로 복수개의 적층 부재가 적층되어 이루어지고,

상기 적층 부재는 주로 금속으로 이루어지는 것도 바람직하다.

상기 벌집형 구조체에 있어서는, 상기 벌집형 구조체의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 것이 바람직하다.

<발명의 효과>

본 발명의 벌집형 구조체에 따르면, 기공률이 70 내지 95 ％로 높기 때문에 가스가 셀 벽을 통과하기 쉽다. 또한, 미립자를 연소시켰을 때에도 남은 애쉬가 셀 벽을 통과할 수 있어 외부로 배출되기 쉽기 때문에, 애쉬가 벌집형 구조체 내(셀 벽 위)에 퇴적되는 것에 의한 압력 손실의 증가율을 낮게 억제할 수 있다.

또한, 상기 벌집형 구조체에서는 종횡비가 0.2 내지 0.9로 작기 때문에, 셀 내를 통과할 때 배기 가스가 받는 저항이 작고, 그 때문에 압력 손실을 낮게 유지할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 벌집형 구조체는 높은 기공률이면서 또한 종횡비가 낮기 때문에 압력 손실을 낮게 유지할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 벌집형 구조체는 복수개의 셀이 셀 벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 상기 셀 중 어느 하나의 단부가 밀봉된 벌집형 구조체이며,

기공률이 70 내지 95 ％이고,

상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경에 대한 상기 벌집형 구조체의 길이 방향의 길이비(종횡비)가 0.2 내지 0.9인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 벌집형 구조체의 기공률은 그의 하한이 70 ％이며, 상한이 95 ％ 이다.

상기 기공률이 70 ％미만이면, 미립자를 연소시켰을 때에 생기는 애쉬가 셀 벽을 통과하기 어렵고, 셀 벽의 표면이나 내부에 퇴적되기 쉽기 때문에, 애쉬의 퇴적에 의한 압력 손실의 상승을 피할 수 없다. 한편, 기공률이 95 ％를 초과하면, 미립자의 포집 효율을 높이기 위해서 벽을 두껍게 하지 않으면 안되고, 그에 따라서 개구율 및(또는) 여과 면적이 작아지기 때문에, 배기 가스의 벌집형 구조체로의 유입 및(또는) 벌집형 구조체 내를 통과할 때의 압력 손실의 증대가 발생하기 쉬워진다. 또한, 벌집형 구조체의 강도가 불충분해진다.

또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 벌집형 구조체에 촉매가 담지되어 있는 경우, 상기 기공률이란 촉매 담지 후의 기공률을 의미한다.

또한, 상기 벌집형 구조체의 종횡비는 하한이 0.2이며 상한이 0.9이다.

상기 종횡비가 0.2 미만이면, 초기의 압력 손실이 커지고, 벌집형 구조체를 설치하는 배기 가스 정화 장치의 형상에 따라서는 벌집형 구조체 전체를 효과적으로 사용할 수 없는 경우가 있다. 또한, 상기 종횡비가 0.9를 초과한 경우에는, 셀 내를 통과할 때의 배기 가스가 받는 저항이 커져 압력 손실이 커진다.

본 발명의 벌집형 구조체의 형상은 후에 나타내는 형상은 원주상이지만, 원주상으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 타원주상이나 각주상 등일 수도 있고, 그 밖의 임의의 형상일 수도 있다.

특히, 엔진 바로 아래에 벌집형 구조체가 배치되는 경우에는 스페이스가 매우 한정되어, 필터의 형상도 복잡한 형상으로 할 필요가 생기는 경우가 있기 때문이다.

또한, 복잡한 형상의 벌집형 구조체를 제조하는 경우에는, 후술하는 적층형 벌집형 구조체인 것이 바람직하다. 원하는 구조, 형상으로 가공하는 데 적합하기 때문이다.

또한, 상기 벌집형 구조체에 있어서 셀 벽의 두께는 0.6 mm 이상인 것이 바람직하다. 이 범위이면 높은 기공률이어도 셀 벽 내에서 미립자를 포집할 수 있으므로 포집 효율이 높기 때문이다.

또한, 상기 셀 벽의 두께의 바람직한 상한은 5.0 mm이다.

셀 벽의 두께가 너무 두꺼우면, 개구율 및(또는) 여과 면적이 너무 작아져 압력 손실이 상승하는 경우가 있다. 또한, 애쉬가 빠져나기기 어려워진다. 또한, 미립자를 심층 여과하는 범위를 매연 포집에 대한 벽의 유효 영역이라 하면 유효 영역이 차지하는 비율이 저하된다.

또한, 상기 벌집형 구조체의 평균 기공 직경은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 1 ㎛이고, 바람직한 상한은 100 ㎛이다. 평균 기공 직경이 1 ㎛ 미만이면, 셀 벽 내부까지 미립자가 심층 여과되지 않고 셀 벽 내부에 담지된 촉매와 접촉할 수 없는 경우가 있다. 한편, 평균 기공 직경이 100 ㎛를 초과하면, 미립자가 기공을 빠져나가 버려 상기 미립자를 충분히 포집할 수 없고, 필터로서 기능하지 못하는 경우가 있다.

또한, 기공률이나 평균 기공 직경은, 예를 들면 수은 포로시미터를 이용한 수은 압입법에 의한 측정, 중량법, 아르키메데스법, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 측정 등 종래 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.

상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 셀 밀도는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.16개/cm²(1.0개/1 in²), 바람직한 상한은 93개/cm²(600개/in²), 보다 바람직한 하한은 0.62개/cm²(4.0개/1 in²), 보다 바람직한 상한은 77.5개/cm²(500개/in²)이다.

또한, 상기 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 셀의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.8 mm×0.8 mm, 바람직한 상한은 16 mm×16 mm이다.

상기 벌집형 구조체의 개구율의 바람직한 값은 하한이 30 ％이고, 상한이 50 ％이다.

상기 개구율이 30 ％ 미만이면, 배기 가스가 벌집형 구조체에 유입·유출될 때의 압력 손실이 커지는 경우가 있고, 50 ％를 초과하면, 셀 벽을 두껍게 하였을 때에 여과 면적을 충분히 확보할 수 없어 압력 손실이 커지거나, 벌집형 구조체의 강도가 저하되거나 하는 경우가 있다.

또한, 벌집형 구조체의 개구율이란, 벌집형 구조체의 중심 단면의 개구율, 즉 벌집형 구조체를 길이 방향의 중점에서 길이 방향과 수직으로 절단한 단면의 개구율을 말한다.

또한, 상기 벌집형 구조체에서는, 셀은 벌집형 구조체의 단면 전체에 있어서 길이 방향에 수직인 단면 면적의 총합이 상대적으로 커지도록, 출구측의 단부가 밀봉재에 의해 밀봉되어 이루어지는 입구측 셀군과, 상기 단면 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록, 입구측의 단부가 상기 밀봉재에 의해 밀봉되어 이루어지는 출구측 셀군의 2종류의 셀로 이루어지는 것일 수도 있다.

또한, 상기 입구측 셀군과 상기 출구측 셀군과의 조합으로서는, (1) 입구측 셀군을 구성하는 개개의 셀과 출구측 셀군을 구성하는 개개의 셀에서, 수직 단면의 면적이 동일하며, 입구측 셀군을 구성하는 셀의 수가 많은 경우, (2) 입구측 셀군을 구성하는 개개의 셀과 출구측 셀군을 구성하는 개개의 셀에서, 상기 수직 단면의 면적이 다르고, 양자의 셀의 수도 다른 경우, (3) 입구측 셀군을 구성하는 개개의 셀과 출구측 셀군을 구성하는 개개의 셀에서, 입구측 셀군을 구성하는 셀의 상기 수직 단면의 면적이 크고, 양자의 셀의 수가 동일한 경우가 포함된다. 또한, 입구측 셀군을 구성하는 셀 및(또는) 출구측 셀군을 구성하는 셀은 그의 형상이나 수직 단면의 면적 등이 동일한 1종의 셀로 각각 구성되어 있을 수도 있고, 그의 형상이나 수직 단면의 면적 등이 다른 2종 이상의 셀로 각각 구성되어 있을 수도 있다.

또한, 상기 벌집형 구조체에는 촉매가 담지되어 있을 수도 있다.

상기 벌집형 구조체에서는 CO, HC 및 NOx 등의 배기 가스 중의 유해 가스 성분을 정화할 수 있는 촉매를 담지시킴으로써, 촉매 반응에 의해 배기 가스 중의 유해 가스 성분을 충분히 정화하는 것이 가능해진다. 또한, 미립자의 연소를 돕는 촉매를 담지시킴으로써 미립자를 보다 용이하게 또는 연속적으로 연소 제거할 수 있다. 그 결과, 상기 벌집형 구조체는 배기 가스의 정화 성능을 향상시킬 수 있고, 미립자를 연소시키기 위한 에너지를 저하시키는 것도 가능해진다.

또한, 상기 벌집형 구조체가 길이 방향으로 복수개의 적층 부재가 적층되어 이루어지는 것인 경우에는, 이 적층 부재의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 있을 수 있다.

상기 촉매로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속으로 이루어지는 촉매를 들 수 있다. 또한, 이들 귀금속에 부가적으로 알칼리 금속(원소 주기표 1족), 알칼리 토류 금속(원소 주기표 2족), 희토류 원소(원소 주기표 3족), 전이 금속 원소를 포함하여 담지되어 있을 수도 있다.

또한, 상기 벌집형 구조체에 상기 촉매를 부착시킬 때는, 미리 그의 표면을 알루미나 등의 촉매 담지층으로 피복한 후에 상기 촉매를 부착시킬 수도 있다. 상기 촉매 담지층으로서는, 예를 들면 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카, 세리아 등의 산화물 세라믹을 들 수 있다.

본 발명의 벌집형 구조체의 구체적인 형태는 크게 하기의 3 가지 형태로 나눌 수 있다.

즉, 첫째는 셀이 겹치도록 상기 길이 방향으로 복수개의 적층 부재가 적층된 형태(이하, 이러한 형태의 벌집형 구조체를 적층형 벌집형 구조체라고도 함)이고, 둘째는 복수개의 셀이 셀 벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 주상의 다공질 세라믹 부재가 시일재층을 통해 복수개 결속되어 구성된 형태(이하, 이러한 형태의 벌집형 구조체를 집합형 벌집형 구조체라고도 함)이고, 셋재는 전체가 일체로서 소결 형성된 다공질 세라믹체로 구성된 형태(이하, 이러한 형태의 벌집형 구조체를 일체형 벌집형 구조체라고도 함)이다.

이들 중에서는 적층형 벌집형 구조체가 본 발명의 벌집형 구조체에 적합하다.

70 ％ 이상의 높은 기공률로 하기 쉽고, 열 응력에 의한 파손이 발생하기 어렵기 때문이다. 또한, 상술한 바와 같은 종횡비를 갖는 벌집형 구조체로 하는 경우에는, 적층 부재의 매수를 적게 할 수 있어 제조 비용의 감소를 도모할 수 있다.

우선, 상기 적층형 벌집형 구조체에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1(a)는 적층형 벌집형 구조체의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그의 A-A선 단면도이다.

적층형 벌집형 구조체 (10)은 어느 한 말단이 밀봉된 다수개의 셀 (11)이 벽부(셀 벽) (13)을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 원주 형상의 것이다.

즉, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 셀 (11)은 배기 가스의 입구측 또는 출구측에 상당하는 단부 중 어느 것이 밀봉되어, 하나의 셀 (11)에 유입된 배기 가스가 반드시 셀 (11)을 나누는 셀 벽 (13)을 통과한 후 다른 셀 (11)로부터 유출되어 셀 벽 (13)이 필터로서 기능하도록 되어 있다.

또한, 적층형 벌집형 구조체 (10)은 두께가 0.1 내지 20 mm 정도의 적층 부재 (10a)를 적층하여 형성된 적층체이고, 길이 방향으로 셀 (11)이 겹치도록 적층 부재 (10a)가 적층되어 있다.

여기서 셀이 겹치도록 적층 부재가 적층되어 있다는 것은 인접하는 적층 부재에 형성된 셀끼리 연통하도록 적층되어 있는 것을 말한다.

또한, 적층된 적층 부재 (10a)의 양단에는 단부용 적층 부재 (10b)로서 셀이 체크 무늬로 형성된 치밀질의 판상체가 적층되어 있다.

여기서, 적층 부재 (10a)로서는, 적층 후의 셀 벽의 기공률이 70 내지 95 ％인 것을 이용하고 있다. 이에 의해 셀 벽의 기공률을 상기 범위로 할 수 있기 때문이다.

또한, 적층형 벌집형 구조체 (10)은 그의 종횡비가 0.2 내지 0.9이다. 종횡비의 조정은 적층 부재 (10a)의 직경을 고려하여 그의 두께와 적층 매수를 조정함으로써 행할 수 있다.

각 적층 부재끼리는 무기 접착재 등에 의해 접착되어 있을 수도 있고, 단순히 물리적으로 적층되어 있는 것일 수도 있지만, 단순히 물리적으로만 적층되어 있는 것이 바람직하다. 단순히 물리적으로만 적층되어 있다면, 접착재 등으로 이루어지는 접합부에 의해 배기 가스의 흐름이 저해되어 압력 손실이 높아지는 경우가 없기 때문이다. 또한, 각 적층 부재끼리 단순히 물리적으로만 적층되어 있는 경우, 적층체로 만들기 위해서는, 배기관에 장착하기 위한 케이싱(금속제의 통상체) 내에서 적층하여 압력을 가한다.

적층형 벌집형 구조체에서는 길이 방향으로 적층 부재가 적층되어 이루어지는 구조를 갖기 때문에, 재생 처리시 등에 필터 전체에 큰 온도차가 생기더라도 각각의 적층 부재에 생기는 온도차가 작고, 그에 의한 열 응력도 작기 때문에, 손상이 매우 발생하기 어렵다. 이 때문에, 적층형 벌집형 구조체는 셀 벽에서 심층 여과시키는 것을 목적으로 하여 높은 기공률로 하기 쉽다. 또한, 특히 필터를 복잡한 형상으로 만든 경우에 필터는 열 응력에 대해서 매우 약해지지만, 적층형 벌집형 구조체는 복잡한 형상으로 만든 경우에도 손상이 매우 발생하기 어렵다.

적층형 벌집형 구조체를 구성하는 적층 부재는 각각 주로 무기 섬유로 이루어지는 적층 부재(이하, 무기 섬유 적층 부재라고도 함)나 또는 주로 금속으로 이루어지는 적층 부재(이하, 금속 적층 부재라고도 함)인 것이 바람직하다. 높은 기공률로 한 경우의 벌집형 구조체로서의 강도나 내열성이 우수하기 때문이다.

또한, 각 적층 부재를 적층할 때는 무기 섬유 적층 부재만을 적층할 수도 있고, 금속 적층 부재만을 적층할 수도 있다.

또한, 무기 섬유 적층 부재와 금속 적층 부재를 조합하여 적층할 수도 있다. 양자를 조합하여 적층하는 경우, 그의 적층 순서는 특별히 한정되지 않는다.

상기 금속 적층 부재의 재료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 크롬계 스테인레스, 크롬 니켈계 스테인레스 등을 들 수 있다.

또한, 상기 금속 적층 부재는 상술한 바와 같은 금속으로 이루어지는 금속 섬유가 3차원으로 조립되어 구성된 구조체, 상술한 바와 같은 금속으로 이루어지며 기공-형성재에 의해 관통 기공이 형성된 구조체, 상술한 바와 같은 금속으로 이루어지는 금속 분말을 기공이 남도록 소결시킨 구조체 등인 것이 바람직하다.

또한, 상기 무기 섬유 적층 부재를 구성하는 무기 섬유의 재질로서는, 예를 들면 실리카-알루미나, 뮬라이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 등의 산화물 세라믹, 질화규소, 질화붕소 등의 질화물 세라믹, 탄화규소 등의 탄화물 세라믹, 현무암 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 무기 섬유의 섬유 길이의 바람직한 하한은 0.1 mm, 바람직한 상한은 100 mm, 보다 바람직한 하한은 0.5 mm, 보다 바람직한 상한은 50 mm이다. 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 섬유 이외에, 일정 형상을 유지하기 위해서 이들 무기 섬유끼리 결합시키는 결합제를 포함할 수도 있다.

상기 결합제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 규산 유리, 규산 알칼리 유리, 붕규산 유리 등의 무기 유리, 알루미나 졸, 실리카 졸, 티타니아 졸 등을 들 수 있다.

상기 무기 섬유 적층 부재는 무기 입자 및 금속 입자를 소량 포함하고 있을 수도 있다.

또한, 상기 무기 섬유 적층 부재에서는, 무기 섬유끼리 실리카를 함유하는 무기물 등에 의해 고착되어 있을 수도 있다. 이 경우, 무기 섬유끼리의 교차부 근방이 고착되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 무기 섬유 적층 부재의 강도 및 유연성이 우수한 것으로 되기 때문이다.

상기 실리카를 함유하는 무기물로서는, 예를 들면 규산 유리, 규산 알칼리 유리, 붕규산 유리 등의 무기 유리를 들 수 있다.

또한, 적층된 무기 섬유 적층 부재나 금속 적층 부재의 양단에는, 셀이 체크 무늬로 형성된 단부용 적층 부재가 적층되어 있는 것이 바람직하다.

상기 단부용 적층 부재를 적층함으로써, 단부의 셀을 밀봉재로 밀봉하는 것을 행하지 않아도 셀 중 어느 하나의 단부는 밀봉된다.

상기 단부용 적층 부재는 상기 무기 섬유 적층 부재나 금속 적층 부재와 동일한 재질로 이루어지고, 셀이 체크 무늬로 형성된 것일 수도 있고, 체크 무늬로 형성된 치밀질의 판상체일 수도 있다.

또한, 본 명세서에 있어서 치밀질이란, 적층 부재보다 기공률이 작은 것을 말하고, 그의 구체적인 재료로서는, 예를 들면 금속이나 세라믹 등을 들 수 있다.

상기 치밀질의 판상체를 이용한 경우에는 상기 단부용 적층 부재를 얇게 할 수 있다.

또한, 상기 치밀질의 판상체로서는, 금속으로 이루어지는 판상체가 바람직하다.

상기 적층 부재와 상기 단부용 적층 부재와의 조합으로서는, (1) 상기 적층 부재로서 무기 섬유 적층 부재를 이용하고, 상기 단부용 적층 부재로서 단부용 무기 섬유 적층 부재, 단부용 금속 적층 부재 또는 치밀질의 판상체를 이용하는 조합, (2) 상기 적층 부재로서 금속 적층 부재를 이용하고, 상기 단부용 적층 부재로서 단부용 무기 섬유 적층 부재, 단부용 금속 적층 부재 또는 치밀질의 판상체를 이용하는 조합을 들 수 있다.

또한, 상기 적층 부재로서 금속 적층 부재를 이용한 경우에는, 상기 단부용 적층 부재로서 단부용 금속 적층 부재 또는 치밀질의 판상체를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단부용 적층 부재로서 치밀질의 판상체를 이용한 경우에는, 이 경우 밀봉부로부터 매연이 누출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 적층 부재로서 금속 적층 부재만을 이용한 경우나, 적층된 무기 섬유 적층 부재나 금속 적층 부재의 양단에 금속으로 이루어지는 판상체를 더 적층한 경우에는, 장시간 사용하더라도 풍식되기 어렵다.

또한, 케이싱(금속 용기)과의 열 팽창차에서 기인하여 고온시(사용시)에 케이싱(금속 용기)과의 간극 및 각 적층 부재 사이의 간극이 생기는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 배기 가스 중의 미립자가 누출되어 미립자의 포집 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다고 생각된다.

또한, 상기 적층형 벌집형 구조체에서는, 적층 부재로서 주로 다공질 세라믹을 포함하는 적층 부재(이하, 세라믹 적층 부재라고도 함)를 이용할 수도 있다.

상기 세라믹 적층 부재를 구성하는 다공질 세라믹의 재질로서는, 예를 들면 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 뮬라이트, 실리카, 티탄산 알루미늄 등의 산화물 세라믹 등을 들 수 있다. 또한, 상기 세라믹 적층 부재는 실리콘과 탄화규소와의 복합체라는 2종 이상의 재료로 형성된 것일 수도 있다.

또한, 상기 적층형 벌집형 구조체에서는, 셀의 치수가 다른 적층 부재를 제조하여 이들을 적층해가면, 셀 내 표면에 요철이 형성되고, 여과 면적이 커져, 미립자를 포집하였을 때의 압력 손실을 더욱 낮게 하는 것이 가능해진다고 생각된다. 또한, 요철에 의해 배기 가스의 흐름을 난류로 하는 것이 가능하기 때문에, 필터 내의 온도차를 작게 하여 열 응력에 의한 손상을 효과적으로 방지할 수 있다고 생각된다.

평면에서 볼 때의 상기 셀의 형상에 대해서는 특히 사각형으로 한정되지 않고, 예를 들면 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형, 타원형 등의 임의의 형상일 수 있다.

또한, 세라믹 적층 부재를 적층한 경우에도, 그의 양단에 치밀질로 이루어지는 판상체 등의 단부용 적층 부재를 적층할 수도 있다.

다음에, 적층형 벌집형 구조체의 제조 방법에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다.

(1) 금속 적층 부재의 제조 방법

우선, 두께가 0.1 내지 20 mm 정도인 주로 금속으로 이루어지는 다공질 금속판을 레이저 가공 또는 펀칭 가공함으로써, 거의 전체 면에 셀을 서로 거의 등간격으로 형성하여, 셀이 고밀도로 형성된 적층 부재를 제조한다.

또한, 적층형 벌집형 구조체의 단면 근방에 위치하며 셀의 밀봉부를 구성하는 적층 부재를 제조하는 경우에는, 레이저 가공시에 셀을 체크 무늬로 형성하여, 셀이 저밀도로 형성된 적층 부재(단부용 적층 부재)를 제조한다.

또한, 이 셀이 저밀도로 형성된 적층 부재 1매 내지 수매를 단부에 이용하면, 단부의 소정 셀을 막는다는 공정을 행하지 않고 필터로서 기능하는 적층형 벌집형 구조체를 얻을 수 있다.

다음에, 필요에 따라서 금속 적층 부재에 촉매를 부여한다.

구체적으로는, 예를 들면 금속 적층 부재의 표면에 산화물 촉매나 비표면적이 큰 알루미나막을 형성하고, 이 알루미나막의 표면에 백금 등의 촉매를 부여한다.

산화물 촉매를 담지하는 방법으로서는, 예를 들어 CZ(nCeO₂ㆍmZrO₂) 10 g, 에탄올 1 l(리터), 시트르산 5 g 및 pH 조정제를 적량 포함하는 용액에 금속 적층 부재를 5 분 정도 침지하고, 그 후 500 ℃ 정도에서 소성 처리를 실시하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 이 경우, 상기한 침지 및 소성 공정을 반복함으로써 부여 촉매량을 조정할 수 있다.

상기 금속 적층 부재의 표면에 알루미나막을 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 Al(NO₃)₃ 등의 알루미늄을 함유하는 금속 화합물의 용액을 금속 적층 부재에 함침시켜 가열하는 방법, 알루미나 분말을 함유하는 용액을 금속 적층 부재에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 알루미나막에 조촉매 등을 부여하는 방법으로서는, 예를 들면 Ce(NO₃)₃ 등의 희토류 원소 등을 함유하는 금속 화합물의 용액을 금속 적층 부재에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 알루미나막에 촉매를 부여하는 방법으로서는, 예를 들면 디니트로디암민 백금 질산([Pt(NH₃)₂(NO₂)₂]HNO₃) 용액 등을 금속 적층 부재에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.

(2) 무기 섬유 적층 부재의 제조 방법

우선, 시트 형성용 슬러리를 제조한다. 구체적으로는 물 1 리터에 대하여 무기 섬유를 5 내지 100 g의 비율로 분산시키고, 그 외에 실리카 졸 등의 무기 결합제를 무기 섬유 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부, 아크릴 라텍스 등의 유기 결합제를 1 내지 10 중량부의 비율로 첨가하며, 필요에 따라서 황산알루미늄 등의 응결제, 폴리아크릴아미드 등의 응집제를 소량 첨가하여 충분히 교반함으로써 시트 형성용 슬러리를 제조한다.

다음에, 상기 시트 형성용 슬러리를 이용하여 주로 무기 섬유로 이루어지는 적층 부재를 제조한다. 구체적으로는 상기 시트 형성용 슬러리를 메쉬에 의해 시트 형성하고, 얻어진 것을 100 내지 200 ℃ 정도의 온도에서 건조시키고, 펀칭 가공에 의해 거의 전체 면에 셀을 등간격으로 형성하여, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 셀이 고밀도로 형성된 소정 두께의 무기 섬유 적층 부재를 얻는다.

또한, 적층형 벌집형 구조체의 단면 근방에 위치하며 셀의 밀봉부를 구성하는 적층 부재를 제조하는 경우에는, 예를 들면 상기 시트 형성용 슬러리를 메쉬에 의해 시트 형성하고, 얻어진 것을 100 내지 200 ℃ 정도의 온도에서 건조시키고, 펀칭 가공에 의해 체크 무늬로 셀을 형성함으로써, 소정의 셀이 저밀도로 형성된 무기 섬유 적층 부재(단부용 적층 부재)를 제조할 수 있다.

또한, 무기 섬유끼리 무기 유리 등의 무기물로 고착된 무기 섬유 적층 부재를 제조하는 경우에는, 시트 형성용 슬러리를 제조할 때에 상기 무기 유리로 이루어지는 무기 섬유나 무기 입자를 혼합해두고, 시트 형성, 건조시킨 후, 900 내지 1050 ℃ 정도에서 가열 처리할 수 있다.

또한, 이 후 필요에 따라서 산 처리나 켄칭(quenching) 처리를 행할 수도 있다.

상기 무기 섬유 적층 부재에는 필요에 따라서 촉매를 부여할 수도 있다.

촉매를 부여하는 경우에는, 구성 재료인 알루미나 섬유 등의 무기 섬유에 미리 산화물이나 백금 등의 귀금속으로 이루어지는 촉매를 부여할 수도 있다. 성형 전에 무기 섬유에 촉매를 부여함으로써 촉매를 보다 균일하게 분산시킨 상태로 부착시킬 수 있다. 상기 무기 섬유에 촉매를 부여하는 방법으로서는, 예를 들면 촉매를 담지시킨 알루미나 등의 산화물의 슬러리에 무기 섬유를 침지한 후 들어올려 가열하는 방법이나, 촉매를 포함하는 슬러리에 무기 섬유를 침지한 후 들어올려 가열하는 방법 등을 들 수 있다. 후자의 방법에서는 무기 섬유에 직접 촉매가 부착된다.

또한, 촉매의 부여는 시트 형성 후에 행할 수도 있다.

(3) 세라믹 적층 부재의 제조 방법

우선, 상술한 바와 같은 세라믹을 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형, 압착 성형 등의 성형 방법에 의해 원하는 적층 부재와 거의 동일한 형상의 세라믹 성형체를 제조한다.

상기 원료 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 제조 후의 적층 부재의 기공률을 고려하여, 예를 들면 상술한 바와 같은 세라믹을 함유하는 분말에 결합제 및 분산매액 등을 첨가한 것을 들 수 있다.

상기 결합제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 페놀 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

상기 결합제의 배합량은 통상 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부 정도가 바람직하다.

상기 분산매액으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 벤젠 등의 유기용매, 메탄올 등의 알코올, 물 등을 들 수 있다.

상기 분산매액은 상기 원료 페이스트의 점도가 일정 범위 내가 되도록 적량 배합된다.

이들 세라믹 분말, 결합제 및 분산매액은 아트라이터(attritor) 등으로 혼합하고, 혼련기 등으로 충분히 혼련한 후, 성형된다.

또한, 상기 원료 페이스트에는 필요에 따라서 성형 보조제를 첨가할 수도 있다.

상기 성형 보조제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산 비누, 폴리알코올 등을 들 수 있다.

또한, 상기 원료 페이스트에는 원하는 기공률에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공구체인 벌룬(balloon)이나, 구상 아크릴 입자, 흑연 등의 기공-형성제를 첨가할 수도 있다.

상기 벌룬으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 알루미나 벌룬, 유리마이크로 벌룬, 시라스(shirasu) 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬), 뮬라이트 벌룬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 플라이 애쉬 벌룬이 바람직하다.

다음에, 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 세라믹 건조체로 만든 후, 소정의 조건에서 탈지, 소성을 행함으로써 세라믹 적층 부재를 제조할 수 있다.

상기 세라믹 건조체의 탈지 및 소성의 조건은 종래부터 다공질 세라믹을 포함하는 필터를 제조할 때에 이용되는 조건을 적용할 수 있다.

그 후, 필요에 따라서 세라믹 적층 부재에 촉매를 부여한다. 또한, 촉매의 부여 방법은 금속 적층 부재의 경우와 동일하다.

또한, 단부용 적층 부재로서, 필요에 따라서 치밀질의 판상체를 제조한다.

(4) 적층 부재의 적층 공정

도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 한쪽에 압착용 금구를 갖는 원통상의 케이싱(금속 용기) (23)을 이용하여, 우선 케이싱 (23) 내에 (1) 내지 (3)과 같이 하여 제조한 단부용 적층 부재 (10b)를 1매 내지 수매 적층한 후, 내부용 적층 부재 (10a)를 소정 매수 적층한다. 또한, 마지막으로 단부용 적층 부재 (10b)를 1매 내지 수매 적층하고, 더욱 압착을 행하며, 그 후 또 다른 한쪽에도 압착용 금구를 설치, 고정함으로써 캐닝(canning)까지 완료된 적층형 벌집형 구조체를 제조할 수 있다. 물론, 이 공정에서는 셀이 겹치도록 각 적층 부재를 적층한다.

또한, 단부용 적층 부재로서 금속제의 치밀체의 판상체를 이용한 경우에는, 이것을 용접함으로써 압착용 금구로 할 수도 있다.

또한, 무기 섬유 적층 부재를 이용하여 적층형 벌집형 구조체를 제조하는 경우에는, 압착시에 적층 부재가 얇아짐에 따라서 그의 기공률이 감소하게 되기 때문에, 이 감소분을 고려하여 적층 부재를 제조해 둘 필요가 있다.

다음에, 집합형 벌집형 구조체에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 3은 집합형 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 4(a)는 도 3에 나타낸 집합형 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 사시도이며, (b)는 (a)에 나타낸 다공질 세라믹 부재의 B-B선 단면도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 집합형 벌집형 구조체 (40)은 탄화규소 등으로 이루어지는 다공질 세라믹 부재 (50)이 시일재층(접착재층) (41)을 통해 복수개 조합되어 원주상의 세라믹 블록 (45)를 구성하고, 이 세라믹 블록 (45)의 주위에 시일재층(코팅층) (42)가 형성되어 있다.

다공질 세라믹 부재 (50)은 도 4(a), (b)에 나타낸 바와 같이 길이 방향으로 다수개의 셀 (51)이 병설되고, 셀 (51)끼리를 나누는 셀 벽(벽부) (53)이 필터로서 기능하도록 되어 있다. 즉, 다공질 세라믹 부재 (50)에 형성된 셀 (51)은 도 4(b)에 나타낸 바와 같이 배기 가스의 입구측 또는 출구측의 단부 중 어느 것이 밀봉재 (52)에 의해 밀봉되어, 하나의 셀 (51)에 유입된 배기 가스는 반드시 셀 (51)을 나누는 셀 벽 (53)을 통과한 후, 다른 셀 (51)로부터 유출되도록 되어 있다.

여기서, 다공질 세라믹 부재 (50)으로서는 기공률이 70 내지 95 ％인 것을 이용한다.

이에 의해 셀 벽의 기공률을 상기 범위로 할 수 있기 때문이다.

또한, 집합형 벌집형 구조체 (40)은 그의 종횡비가 0.2 내지 0.9이다.

집합형 벌집형 구조체 (40)은 주로 다공질 세라믹으로 이루어지고, 그의 재료로서는, 예를 들면 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 뮬라이트, 실리카, 티탄산 알루미늄 등의 산화물 세라믹 등을 들 수 있다. 또한, 집합형 벌집형 구조체 (40)은 실리콘과 탄화규소와의 복합체라는 2종류 이상의 재료로 형성된 것일 수도 있다. 실리콘과 탄화규소와의 복합체를 이용하는 경우에는 실리콘을 전체의 5 내지 45 중량％가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 다공질 세라믹의 재료로서는 내열성이 높고, 기계적 특성이 우수하며, 열전도율도 높은 탄화규소질 세라믹이 바람직하다. 또한, 탄화규소질 세라믹이란 탄화규소가 60 중량％ 이상인 것을 말하는 것으로 한다.

다공질 세라믹 부재 (50)을 구성하는 밀봉재 (52)와 셀 벽 (53)은 동일 다공질 세라믹으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해 양자의 밀착 강도를 높일 수 있음과 동시에 밀봉재 (52)의 기공률을 셀 벽 (53)과 동일하게 조정함으로써 셀 벽 (53)의 열 팽창률과 밀봉재 (52)의 열 팽창률과의 정합을 도모할 수 있고, 제조시나 사용시의 열 응력에 의해서 밀봉재 (52)와 셀 벽 (53) 사이에 간극이 생기거나, 밀봉재 (52)나 밀봉재 (52)에 접촉하는 부분의 셀 벽 (53)에 균열이 발생하거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 셀 벽은 셀 (51)끼리를 나누는 셀 벽 및 외주 부분의 양쪽을 의미하는 것으로 한다.

밀봉재 (52)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 밀봉재 (52)가 다공질 탄화규소로 이루어지는 경우에는 1 내지 20 mm인 것이 바람직하고, 2 내지 10 mm인 것이 보다 바람직하다.

집합형 벌집형 구조체 (40)에 있어서 시일재층(접착재층) (41)은 다공질 세라믹 부재 (50) 사이에 형성되어, 복수개의 다공질 세라믹 부재 (50)끼리를 결속하는 접착재로서도 기능하는 것이고, 한편 시일재층(코트층) (42)는 벌집형 블록 (45)의 외주면에 형성되어 집합형 벌집형 구조체 (40)을 내연 기관의 배기 통로에 설치하였을 때, 벌집형 블록 (45)의 외주면으로부터 셀을 통과하는 배기 가스가 누출되는 것을 방지하기 위한 밀봉재, 형상을 갖추는 보강재로서도 기능하는 것이다.

또한, 집합형 벌집형 구조체 (40)에 있어서 접착재층 (41)과 코팅층 (42)는 동일한 재료로 이루어지는 것일 수도 있고, 다른 재료로 이루어지는 것일 수도 있다. 또한, 접착재층 (41) 및 코팅층 (42)가 동일한 재료로 이루어지는 것인 경우, 그 재료의 배합비는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또한, 치밀질일 수도 다공질일 수도 있다.

접착재층 (41) 및 코팅층 (42)를 구성하는 재료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 무기 결합제와 유기 결합제와 무기 섬유 및(또는) 무기 입자를 포함하는 것 등을 들 수 있다.

상기 무기 결합제로서는, 예를 들면 실리카 졸, 알루미나 졸 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 결합제 중에서는 실리카 졸이 바람직하다.

상기 유기 결합제로서는, 예를 들면 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 유기 결합제 중에서는 카르복시메틸셀룰로오스가 바람직하다.

상기 무기 섬유로서는, 예를 들면 실리카-알루미나, 뮬라이트, 알루미나, 실리카 등의 세라믹 섬유 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 섬유 중에서는 실리카-알루미나 섬유가 바람직하다.

상기 무기 입자로서는, 예를 들면 탄화물, 질화물 등을 들 수 있고, 구체적으로는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소 등으로 이루어지는 무기 분말 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 입자 중에서는 열전도성이 우수한 탄화규소가 바람직하다.

또한, 시일재층을 형성하기 위해서 이용되는 페이스트에는, 필요에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공구체인 벌룬이나, 구상 아크릴 입자, 흑연 등의 기공-형성제를 첨가할 수도 있다.

상기 벌룬으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 알루미나 벌룬, 유리마이크로 벌룬, 시라스 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬), 뮬라이트 벌룬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 알루미나 벌룬이 바람직하다.

다음에, 상기 집합형 벌집형 구조체의 제조 방법에 대하여 설명한다.

우선, 상술한 바와 같은 세라믹을 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형을 행하고, 사각 기둥 형상의 세라믹 성형체를 제조한다.

상기 세라믹 분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 후의 소성 공정에서 수축이 적은 것이 바람직하고, 예를 들면 0.3 내지 70 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 분말 100 중량부와 0.1 내지 1.0 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 분말 5 내지 65 중량부를 조합한 것이 바람직하다.

다공질 세라믹 부재의 기공 직경 등을 조절하기 위해서는, 소성 온도나 세라믹 분말의 입경을 조절하는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 세라믹 분말은 산화 처리가 실시된 것일 수도 있다.

상기 결합제의 배합량은 통상 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부 정도가 바람직하다.

이들 세라믹 분말, 결합제 및 분산매액은 아트라이터 등으로 혼합하고, 혼련기 등으로 충분히 혼련한 후, 압출 성형된다.

상기 성형 보조제로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산 비누, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.

또한, 상기 원료 페이스트에는, 원하는 기공률을 고려하여 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공구체인 벌룬이나, 구상 아크릴 입자, 흑연 등의 기공-형성제를 첨가할 수도 있다.

다음에, 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 세라믹 건조체로 만든다. 이어서, 입구측 셀군의 출구측의 단부 및 출구측 셀군의 입구측의 단부에 밀봉재가 되는 밀봉재 페이스트를 소정량 충전하여 셀을 밀봉한다.

상기 밀봉재 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 후속 공정을 통해 제조되는 밀봉재의 기공률이 60 내지 95 ％가 되는 것이 바람직하고, 예를 들면 상기 원료 페이스트와 동일한 것을 사용할 수 있다.

다음에, 상기 밀봉재 페이스트가 충전된 세라믹 건조체에 대하여, 소정의 조건에서 탈지(예를 들면, 200 내지 500 ℃), 소성(예를 들면, 1400 내지 2300 ℃)을 행함으로써, 다공질 세라믹으로 이루어지며 그의 전체가 하나의 소결체로부터 구성된 다공질 세라믹 부재 (50)을 제조할 수 있다.

상기 세라믹 건조체의 탈지 및 소성의 조건은 종래부터 다공질 세라믹으로 이루어지는 필터를 제조할 때에 이용되는 조건을 적용할 수 있다.

다음에, 다공질 세라믹 부재 (50)의 측면에 접착재층 (41)이 되는 접착제 페이스트를 균일한 두께로 도포하여 접착제 페이스트층을 형성하고, 이 접착제 페이스트층 위에 차례로 다른 다공질 세라믹 부재 (50)을 적층하는 공정을 반복하여 소정의 크기의 다공질 세라믹 부재 집합체를 제조한다.

또한, 상기 접착제 페이스트를 구성하는 재료로서는, 이미 설명하였기 때문에 여기서는 그의 설명을 생략한다.

다음에, 이 다공질 세라믹 부재 집합체를 가열하여 접착제 페이스트층을 건조, 고화시켜 접착재층 (41)로 한다.

다음에, 다이아몬드 커터 등을 이용하여, 다공질 세라믹 부재 (50)이 접착재층 (41)을 통해 복수개 접착된 다공질 세라믹 부재 집합체에 절삭 가공을 실시하여 원주 형상의 세라믹 블록 (45)를 제조한다.

또한, 벌집형 블록 (45)의 외주에 상기 시일재 페이스트를 이용하여 시일재층 (42)를 형성함으로써, 다공질 세라믹 부재 (50)이 접착재층 (41)을 통해 복수개접착된 원주 형상의 세라믹 블록 (45)의 외주부에 시일재층 (42)가 설치된 벌집형 구조체 (40)을 제조할 수 있다.

그 후, 필요에 따라서 벌집형 구조체에 촉매를 담지시킨다. 상기 촉매의 담지는 집합체를 제조하기 전의 다공질 세라믹 부재에 행할 수도 있다.

다음에, 일체형 벌집형 구조체에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 5(a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이고, (b)는 그의 C-C선 단면도이다.

도 5(a)에 예시한 바와 같이 일체형 벌집형 구조체 (60)은 다수개의 셀 (61)이 셀 벽(벽부) (63)을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 다공질 세라믹을 포함하는 원주상의 세라믹 블록 (65)를 구성하고 있다. 또한, 셀 벽은 셀 (61)을 나누는 셀 벽 및 외주 부분의 양쪽을 의미하는 것으로 한다.

일체형 벌집형 구조체 (60)에서는, 세라믹 블록 (65)는 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 셀 (61)의 단부 중 어느 것이 밀봉재 (62)에 의해 밀봉되어 있다.

즉, 일체형 벌집형 구조체 (60)의 세라믹 블록 (65)에서는, 한쪽 단부에서 소정의 셀 (61)이 밀봉재 (62)에 의해 밀봉되고, 세라믹 블록 (65)의 다른쪽 단부에서는, 밀봉재 (62)에 의해 밀봉되어 있지 않은 셀 (61)이 밀봉재 (62)에 의해 밀봉되어 있다.

이 경우, 하나의 셀 (61)에 유입된 배기 가스는 반드시 셀 (61)을 나누는 셀 벽 (63)을 통과한 후, 다른 셀 (61)로부터 유출되도록 되어 있고, 이들 셀 (61)끼리를 나누는 셀 벽 (63)을 입자 포집용 필터로서 기능시킬 수 있다.

또한, 세라믹 블록 (65)에서는 기공률이 70 내지 95 ％인 것을 이용하고 있다.

또한, 일체형 벌집형 구조체 (60)은 그의 종횡비가 0.2 내지 0.9이다.

또한, 도 5에는 나타내지 않았지만, 세라믹 블록 (65)의 주위에는 도 3에 나타낸 집합형 벌집형 구조체 (40)과 동일하게 시일재층(코팅층)이 형성되어 있을 수도 있다.

상기 일체형 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹으로서는, 예를 들면 상술한 집합형 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹과 동일한 것을 들 수 있다.

또한, 이들 중에서는 코디에라이트 등의 산화물 세라믹이 바람직하다. 저가로 제조할 수 있음과 동시에 비교적 열 팽창 계수가 작으며, 사용하는 도중에 파괴되는 일이 없기 때문이다.

또한, 일체형 벌집형 구조체에 있어서 밀봉재의 재료, 셀 벽의 두께, 시일재층의 재료 등에 대해서는, 상술한 집합형 벌집형 구조체와 동일하기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

다음에, 일체형 벌집형 구조체의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

우선, 상기 세라믹을 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형을 행하고, 세라믹 블록이 되는 원주 형상의 세라믹 성형체를 제조한다. 이 때, 성형체의 형상이 원주이며, 치수가 다공질 세라믹 부재와 비교하여 큰 것 이외에는, 집합형 벌집형 구조체와 동일한 결합제, 분산매 등을 이용하여 동일한 방법으로 성형체를 제조하기 때문에, 여기서는 그의 상세한 설명을 생략한다.

다음에, 집합형 벌집형 구조체의 제조와 동일하게 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 세라믹 건조체로 만든다. 이어서, 입구측 셀군의 출구측의 단부 및 출구측 셀군의 입구측의 단부에 밀봉재가 되는 밀봉재 페이스트를 소정량 충전하여 셀을 밀봉한다.

그 후, 집합형 벌집형 구조체의 제조와 동일하게 탈지, 소성을 행함으로써 세라믹 블록을 제조하고, 필요에 따라서 시일재층의 형성을 행함으로써 일체형 벌집형 구조체를 제조할 수 있다. 또한, 상기 일체형 벌집형 구조체에도 상술한 방법으로 촉매를 담지시킬 수도 있다.

본 발명의 벌집형 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 차량의 배기 가스 정화 장치에 이용되는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 벌집형 구조체가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치 (200)에서는 벌집형 구조체 (20)의 바깥쪽을 케이싱 (23)이 덮고 있고, 케이싱 (23)의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관 (24)가 접속되어 있으며, 케이싱 (23)의 다른 단부에는 외부에 연결된 배출관 (25)가 접속되어 있다. 또한, 도 6 중 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.

이러한 구성으로 이루어지는 배기 가스 정화 장치 (200)에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는 도입관 (24)를 통하여 케이싱 (23) 내에 도입되고, 벌집형 구조체 (20)의 셀 벽을 통과하여 이 셀 벽에서 미립자가 포집되어 정화된 후, 배출관 (25)를 통하여 외부로 배출된다.

또한, 벌집형 구조체 (20)의 셀 벽에 미립자가 퇴적되면, 벌집형 구조체 (20)의 재생 처리를 행한다.

벌집형 구조체 (20)의 재생 처리란 포집된 미립자를 연소시키는 것을 의미하지만, 본 발명의 벌집형 구조체를 재생하는 방법으로서는, 예를 들면 포스트인젝션 방식, 배기 가스 유입측에 설치된 가열 수단에 의해 벌집형 구조체를 가열하는 방식, 고체의 미립자를 직접 산화시키는 촉매를 필터에 설치하여 연속적으로 재생하는 방식, 및 벌집형 구조체의 상류측에 설치한 산화 촉매에 의해 NOx를 산화시켜 NO₂를 생성시키며, 그 NO₂를 이용하여 미립자를 산화시키는 방식 등을 들 수 있다.

이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

(1) 시트 형성용 슬러리의 제조 공정

우선, 알루미나 섬유 50 중량부, 유리 섬유(평균 섬유 직경: 9 ㎛, 평균 섬유 길이: 3 mm) 50 중량부 및 유기 결합제(폴리비닐알코올계 섬유) 10 중량부를 충분량의 물에 분산시키고, 충분히 교반함으로써 시트 형성용 슬러리를 제조하였다.

(2) 시트 형성 공정 및 셀 형성 공정

(1)에서 얻어진 슬러리를 직경 197 mm의 메쉬에 의해 시트 형성하고, 얻어진 것을 135 ℃에서 건조시킴으로써 직경 197 mm, 두께 5 mm의 시트상 무기 복합체를 얻었다.

다음에, 펀칭 가공에 의해 셀 밀도가 3.72개/cm², 셀 벽의 두께(셀 간격)가 2 mm가 되도록 시트상 무기 복합체의 거의 전체 면에 셀을 형성하였다.

(3) 가열 처리 공정

(2)에서 얻어진 시트상 무기 복합체를 가압하면서 950 ℃에서 1 시간 가열 처리하여 무기 섬유 적층 부재를 얻었다. 또한, 이 공정에서는 알루미나 섬유끼리 유리에 의해 고착된다.

(4) 산 처리 및 켄칭 처리

(3)에서 얻어진 무기 섬유 적층 부재를 90 ℃, 4 mol/l의 HCl 용액에 1 시간 침지함으로써 산 처리를 실시하고, 1050 ℃에서 5 시간의 조건에서 소결 처리를 행하였다.

이에 의해 기공률이 80 ％이며 두께가 1 mm인 부재를 제조하였다.

(5) 단부용 적층 부재(금속 판상체)의 제조

Ni-Cr 합금제 금속판을 직경 197 mm×두께 1 mm의 원반상으로 가공한 후, 레이저 가공함으로써 셀 밀도 약 1.8 내지 1.9개/cm², 셀 벽의 두께(셀 간격)이 2 mm 가 되도록 하여 셀이 체크 무늬로 형성된 단부용 적층 부재(금속 판상체)를 제조하 였다.

또한, 단부용 적층 부재에서는 셀이 체크 무늬로 형성되어 있고, 셀 밀도가 적층 부재의 거의 반으로 되어 있다.

(6) 적층 공정

우선, 별도로 한쪽에 압착용 금구가 부착된 케이싱(원통상의 금속 용기)을, 금구가 부착된 측이 아래가 되도록 세웠다. 또한, 상기 (5)의 공정에서 얻은 단부용 적층 부재(금속 판상체)를 1매 적층한 후, 상기 (4)의 공정에서 얻은 무기 섬유 적층 부재를 56매 적층하고, 마지막으로 단부용 적층 부재(금속 판상체) 1매를 적층하여 더욱 압착을 행하며, 그 후 또다른 한쪽에도 압착용 금구를 설치, 고정함으로써 그의 길이가 39.4 mm인, 적층체로 이루어지는 벌집형 구조체를 얻었다. 또한, 압착 공정을 통해 제조한 벌집형 구조체의 기공률은 70 ％이다.

또한, 이 공정에서는 셀이 겹치도록 각 시트를 적층하였다.

(실시예 2 내지 16)

기본적으로는 실시예 1과 동일한 공정을 행하고, 벌집형 구조체의 직경에 따라서 메쉬의 직경을, 벌집형 구조체의 길이와 기공률에 따라서 무기 섬유 적층 부재의 적층 매수를, 셀 벽의 두께에 따라서 펀칭 가공시의 셀끼리의 간격을, 시트 형성시의 두께와 기공률에 따라서 가열 처리 공정에서의 압축 정도를 조정하여 표 1, 2에 나타낸 형상의 벌집형 구조체를 제조하였다.

또한, 실시예 2 내지 4에서는 기공률 80 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 70 ％의 벌집형 구조체로 만들고, 실시예 5 내지 12에서는 기 공률 90 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 85 ％의 벌집형 구조체로 만들며, 실시예 13 내지 16에서는 기공률 98 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 95 ％의 벌집형 구조체로 만들었다.

(실시예 17)

(1) 적층 부재의 제조

Ni-Cr-W계 합금제의 3차원 메쉬형 금속 다공체(미츠비시 머티리얼사 제조, 상품명: MA23, 평균 기공 직경 35 ㎛, 기공률 85 ％, 두께 1 mm)를 직경 145 mm의 원반상으로 가공한 후, 레이저 가공함으로써 셀 밀도가 12.4개/cm², 셀 벽의 두께(셀 간격)이 1.1 mm가 되도록 셀을 거의 전체 면에 형성하여 금속 적층 부재를 제조하였다.

(2) 적층 공정

한쪽에 압착용 금구가 부착된 케이싱(원통상의 금속 용기)를, 금구가 부착된 측이 아래가 되도록 세웠다. 또한, 실시예 1의 (5)의 공정과 동일한 방법으로 소정의 위치에 체크 무늬로 셀이 형성된 단부용 적층 부재(금속 판상체)를 제조하고, 이 단부용 적층 부재(금속 판상체)를 1매 적층한 후, 상기 금속 적층 부재를 71매 적층하고, 마지막으로 상기와 동일한 단부용 적층 부재(금속 판상체)를 1매 적층하여 더욱 압착을 행하고, 그 후 또다른 한쪽에도 압착용 금구를 설치, 고정함으로써 그의 길이가 72.5 mm인, 적층체로 이루어지는 벌집형 구조체를 얻었다.

(실시예 18)

금속판의 직경 및 벌집형 구조체의 길이를 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 17과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 얻었다.

(실시예 19)

평균 입경 50 ㎛의 α형 탄화규소의 조분말 3190 중량부와 평균 입경 0.5 ㎛의 α형 탄화규소의 미분말 1370 중량부를 습식 혼합하고, 얻어진 혼합물에 대하여 평균 입경이 60 ㎛인 아크릴 입자 980 중량부, 유기 결합제(메틸셀룰로오스) 700 중량부 및 적량의 물을 첨가하고 혼련하여 혼합 조성물을 얻었다.

다음에, 상기 혼합 조성물에 가소제(닛본 유시사 제조 유니루브)를 330 중량부, 윤활제로서 (글리세린)을 150 중량부 첨가하여 더욱 혼련한 후, 압출 성형을 행하여 도 4에 나타낸 각주 형상의 생성형체를 제조하였다.

다음에, 마이크로파 건조기 등을 이용하여 상기 생성형체를 건조시켜 세라믹 건조체로 만든 후, 상기 생성형체와 동일한 조성의 밀봉재 페이스트를 소정의 셀에 충전하였다.

이어서, 다시 건조기를 이용하여 건조시킨 후, 400 ℃에서 탈지하고, 상압의 아르곤 분위기하에 2200 ℃, 3 시간으로 소성을 행함으로써 기공률이 70 ％, 평균 기공 직경이 35 ㎛, 그의 크기가 34.3 mm×34.3 mm×72.5 mm, 셀 (51)의 수(셀 밀도)가 41.9개/cm², 셀 벽 (53)의 두께가 0.6 mm인 탄화규소 소결체로 이루어지는 다공질 세라믹 부재 (50)을 제조하였다.

섬유 길이 20 ㎛의 알루미나 섬유 30 중량％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화규소 입자 21 중량％, 실리카 졸 15 중량％, 카르복시메틸셀룰로오스 5.6 중량％ 및 물 28.4 중량％를 포함하는 내열성 접착제 페이스트를 이용하여 다공질 세라믹 부재 (50)을 다수개 접착시키고, 계속해서 다이아몬드 커터를 이용하여 절단함으로써 원주상의 세라믹 블록 (45)를 제조하였다.

다음에, 무기 섬유로서 알루미나 실리케이트로 이루어지는 세라믹 섬유(쇼트(shot) 함유율: 3 ％, 섬유 길이: 5 내지 100 ㎛) 23.3 중량％, 무기 입자로서 평균 입경 0.3 ㎛의 탄화규소 분말 30.2 중량％, 무기 결합제로서 실리카 졸(졸 중의 SiO₂의 함유율: 30 중량％) 7 중량％, 유기 결합제로서 카르복시메틸셀룰로오스 0.5 중량％ 및 물 39 중량％를 혼합, 혼련하여 시일재 페이스트를 제조하였다.

다음에, 상기 시일재 페이스트를 이용하여 세라믹 블록 (45)의 외주부에 두께 0.2 mm의 시일재 페이스트층을 형성하였다. 또한, 이 시일재 페이스트층을 120 ℃에서 건조시켜 직경 145 mm×길이 72.5 mm의 원주상이며 개구율 37.4 ％의 집합체형 벌집형 구조체 (40)을 제조하였다.

(실시예 20)

벌집형 구조체의 직경 및 길이를 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 19와 동일하게 하여 벌집형 구조체를 제조하였다.

(비교예 1 내지 8)

기본적으로는 실시예 1과 동일한 공정을 행하고, 벌집형 구조체의 직경에 따라서 메쉬의 직경을, 벌집형 구조체의 길이와 기공률에 따라서 무기 섬유 적층 부 재의 적층 매수를, 셀 벽의 두께에 따라서 펀칭 가공시의 셀끼리의 간격을, 시트 형성시의 두께와 기공률에 따라서 가열 처리 공정에서의 압축 정도를 조정하여 표 1, 2에 나타낸 형상의 벌집형 구조체를 제조하였다.

또한, 비교예 1, 2에서는 기공률 80 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 70 ％의 벌집형 구조체로 만들고, 비교예 3, 4에서는 기공률 90 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 85 ％의 벌집형 구조체로 만들며, 비교예 5, 6에서는 기공률 98 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 95 ％의 벌집형 구조체로 만들고, 비교예 7에서는 기공률 80 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층 후, 압착하여 기공률 65 ％의 벌집형 구조체로 만들며, 비교예 8에서는 기공률 98 ％, 두께 1 mm의 적층 부재를 적층하여 기공률 98 ％의 벌집형 구조체로 만들었다.

(비교예 9)

실시예 17의 (1)의 공정에서 기공률 65 ％의 Ni-Cr-W계 합금제의 3차원 메쉬상 금속 다공체를 이용한 것 이외에는 실시예 17과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 제조하였다.

(비교예 10)

평균 입경 50 ㎛의 α형 탄화규소의 조분말 5710 중량부와 평균 입경 0.5 ㎛의 α형 탄화규소의 미분말 2450 중량부를 습식 혼합하여 얻어진 혼합물에 대하여, 평균 입경이 60 ㎛인 아크릴 입자 340 중량부, 유기 결합제(메틸셀룰로오스) 700 중량부 및 적량의 물을 첨가하고 혼련하여 혼합 조성물을 얻었다.

다음에, 실시예 19와 동일하게 하여 밀봉재 페이스트의 충전하고, 건조, 소성을 행함으로써 기공률이 50 ％, 평균 기공 직경이 35 ㎛, 그의 크기가 34.3 mm×34.3 mm×72.5 mm, 셀 (51)의 수(셀 밀도)가 41.9개/cm², 셀 벽 (53)의 두께가 0.6 mm인 다공질 세라믹 부재 (50)을 제조하였다.

그 후, 실시예 19와 동일하게 하여 다공질 세라믹 부재 (50)을 다수개 접착시킨 원주상의 세라믹 블록 (45)의 제조, 및 세라믹 블록 (45) 외주부의 시일재층의 형성을 행하고, 직경 145 mm×길이 72.5 mm의 원주상이며 개구율 37.4 ％의 집합체형 벌집형 구조체 (40)을 제조하였다.

제조한 벌집형 구조체의 직경, 길이, 용량 및 기공률을 기재함과 동시에, 적층 부재를 적층한 것에 대하여 적층 매수, 적층 부재를 구성하는 무기 섬유의 종횡비, 및 벌집형 구조체 내의 기공의 기공 직경을 표 1에 기재한다.

또한, 벌집형 구조체를 구성하는 셀 벽의 두께, 벌집형 구조체의 셀 밀도 및 개구율을 표 2에 기재함과 동시에, 하기 평가 방법에 의해 측정된 벌집형 구조체의 압력 손실, 재생 후의 압력 손실 및 초기 포집 효율을 표 2에 기재한다.

(평가)

(1) 초기 압력 손실의 측정

도 7에 나타낸 바와 같은 압력 손실 측정 장치 (170)을 이용하여 측정하였다. 도 7은 압력 손실 측정 장치의 설명도이다.

이 압력 손실 측정 장치 (170)은 송풍기 (176)의 배기 가스관 (177)에 알루미나 매트 (172)를 감은 벌집형 구조체 (10)을 금속 케이싱 (171) 내에 고정하여 배치하고, 벌집형 구조체 (10)의 전후의 압력을 검출 가능하게 압력계 (178)을 부착한 것이다.

또한, 송풍기 (176)을 배기 가스의 유통량이 750 m³/h가 되도록 운전하고, 운전 개시로부터 5 분 후의 압력차(압력 손실)을 측정하였다.

결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

또한, 실시예 1 내지 18 및 비교예 1 내지 9의 벌집형 구조체는 상술한 바와 같이 금속 케이싱 내에 적층하여 제조하였기 때문에, 벌집형 구조체의 주위에 알루미나 매트를 감지 않고 배기 가스 내에 배치하여 측정하였다. 한편, 실시예 19, 20 및 비교예 10의 벌집형 구조체에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이 벌집형 구조체의 주위에 알루미나 매트를 감아 측정하였다.

(2) 100회 재생 처리 후의 압력 손실의 측정

실시예 및 비교예에 따른 벌집형 구조체를 배기 가스 정화 장치로서, 엔진의 배기 통로에 배치하고, 상기 엔진을 회전수 2000 min^-1, 토크 40 Nm에서 90 분간 운전하고, 그 후 포스트인젝션 방식의 재생 처리를 행하는 것을 100회 반복하여 100회째의 재생 처리를 행한 직후의 압력 손실을 측정하였다. 또한, 압력 손실의 측 정은 상기 초기 압력 손실의 측정과 동일한 방법으로 행하였다. 또한, 측정 전에 미립자의 누출이 없는 것을 육안으로 확인하였다.

결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

(3) 초기 포집 효율의 측정

도 8에 나타낸 바와 같은 포집 효율 측정 장치 (270)을 이용하여 측정하였다. 도 8은 포집 효율 측정 장치의 설명도이다.

이 포집 효율 측정 장치 (270)은 2 L의 커먼 레일식(common-rail-type) 디젤 엔진 (276), 엔진 (276)으로부터의 배기 가스를 유통하는 배기 가스관 (277), 배기 가스관 (277)에 접속되고 알루미나 매트 (272)를 감은 벌집형 구조체 (10)을 고정하는 금속 케이싱 (271), 벌집형 구조체 (10)을 유통하기 전의 배기 가스를 샘플링하는 샘플러 (278), 벌집형 구조체 (10)을 유통한 후의 배기 가스를 샘플링하는 샘플러 (279), 샘플러 (278, 279)에 의해 샘플링된 배기 가스를 희석하는 희석기 (280), 및 희석된 배기 가스에 포함되는 미립자의 양을 측정하는 PM 카운터 (281)(TSI사 제조, 응집 입자 카운터 3022A-S)을 구비한 주사형 이동도 입경 분석 장치(Scanning Mobility Particle Sizer SMPS)로서 구성되어 있다.

다음에, 측정 순서를 설명한다. 엔진 (276)을 회전수가 2000 min^-1, 토크가 47 Nm가 되도록 엔진 (276)을 운전하여 엔진 (276)으로부터의 배기 가스를 벌집형 구조체 (10)에 유통시켰다. 이 때, 벌집형 구조체 (10)을 유통하기 전의 PM량 P₀과, 벌집형 구조체 (10)을 통과한 후의 배기 가스량 P₁을 PM 카운터 (281)을 이용하 여 PM 입자수로부터 파악하였다. 또한, 하기 수학식 1을 이용하여 포집 효율을 산출하였다.

수집 효율(％)=(P₀-P₁)/P₀×100

결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

또한, 상기 (1) 초기 압력 손실의 측정과 동일하게, 실시예 1 내지 18 및 비교예 1 내지 9의 벌집형 구조체는 상술한 바와 같이 금속 케이싱 내에 적층하여 제조하였기 때문에 벌집형 구조체의 주위에 알루미나 매트를 감지 않고 배기 가스 내에 배치하여 측정하였다. 한편, 실시예 19, 20 및 비교예 10의 벌집형 구조체에서는 도 8에 나타낸 바와 같이 벌집형 구조체의 주위에 알루미나 매트를 감아 측정하였다.

표 1, 2에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 벌집형 구조체와 같이 그의 종횡비가 0.2 내지 0.9이면 초기 압력 손실이 14.6 kPa 이하로 낮은 것에 대하여, 비교예에 따른 벌집형 구조체와 같이 상기 종횡비가 상기 범위를 벗어나면 초기 압력 손실이 16.0 kPa 이상으로 커지는 것이 분명해졌다.

또한, 실시예 및 비교예에 따른 벌집형 구조체를 비교하면 분명한 바와 같이, 셀 벽의 기공률이 70 ％ 미만이면, 100회 재생 처리 후의 압력 손실의 증가율이 커지고, 한편 95 ％를 초과하면 풍식이 심하여 필터로서 기능할 수 없다.

또한, 셀 벽의 두께가 0.6 mm를 하회하면, 초기 수집 효율이 저하되는 경향이 있는 것도 분명해졌다.

도 1(a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그의 A-A선 단면도이다.

도 2(a)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 적층 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 (a)에 나타내는 적층 부재를 적층하여 벌집형 구조체를 제조한 모습을 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.

도 4(a)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그의 B-B선 단면도이다.

도 5(a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이고, (b)는 그의 C-C선 단면도이다.

도 7은 압력 손실 측정 장치의 설명도이다.

도 8은 포집 효율 측정 장치의 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 40, 60: 벌집형 구조체

10a: 적층 부재

10b: 단부용 적층 부재

13, 53, 63: 셀 벽

41, 42: 시일재층

45, 65: 세라믹 블록

50: 다공질 세라믹 부재

51, 61: 셀

52, 62: 밀봉재

200: 배기 가스 정화 장치

Claims

기공률이 70 내지 95 ％이고,

벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면의 직경에 대한 상기 벌집형 구조체의 길이 방향의 길이비가 0.2 내지 0.9인 것을 특징으로 하는, 복수개의 셀이 셀 벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 상기 셀 중 어느 하나의 단부가 밀봉된 벌집형 구조체.
제1항에 있어서, 개구율이 30 내지 50 ％인 벌집형 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 셀 벽의 두께가 0.6 mm 이상인 벌집형 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 셀이 겹치도록 길이 방향으로 복수개의 적층 부재가 적층되어 이루어지고,

상기 적층 부재가 주로 무기 섬유로 이루어지는 것인 벌집형 구조체.
제4항에 있어서, 적층된 주로 무기 섬유로 이루어지는 적층 부재의 양단에 단부용 적층 부재로서 금속으로 이루어지는 판상체가 더 적층되어 있는 벌집형 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 셀이 겹치도록 길이 방향으로 복수개의 적층 부재가 적층되어 이루어지고,

상기 적층 부재가 주로 금속으로 이루어지는 것인 벌집형 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 벌집형 구조체의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 벌집형 구조체.