KR20080109031A

KR20080109031A - 다공질체의 결함 검출 방법

Info

Publication number: KR20080109031A
Application number: KR1020087025300A
Authority: KR
Inventors: 시게키 가토
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-12-16
Also published as: JP5430148B2; JPWO2007111014A1; US20090051909A1; US7755750B2; EP2031378A4; EP2031378A1; WO2007111014A1

Abstract

본 발명은 다공질체(1)로부터 배출되는 미립자(12)에 빔광(13)을 조사하고, 미립자(12)로부터의 산란광의 농담을 검출하는 것에 의해 결함 위치를 특정하는, 결함을 검출하는 다공질체(1)의 결함 검출 방법으로서, 빔광(13)에 대향하는 위치에서 산란광의 농담을 검출하는 다공질체(1)의 결함 검출 방법을 제공한다. 바람직하게는, 빔광(13)의 광원을 원점(11), 빔광(13)이 형성되는 면 위에서의 다공질체(1)의 미립자(12)가 배출되는 면의 중앙부에 상당하는 위치를 중앙점(C2)으로, 원점(11)으로부터 중앙점(C2)을 향해 연장하는 직선을 1₁로, 원점(11)으로부터 산란광의 검출 위치(16)를 향해 연장하는 직선을 1₂로, 빔광(13)이 형성하는 면 위에서의 1₁와 1₂가 이루는 각도를 θ₁이라고 정의하고, θ₁이 0∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치(16)에서 산란광의 농담을 검출하는 다공질체(1)의 결함 검출 방법을 제공한다. 양호한 감도로 결함을 검출할 수 있는 다공질체의 결함 검출 방법을 제공한다.

Description

다공질체의 결함 검출 방법{METHOD OF DETECTING POROUS MATERIAL DEFECT}

본 발명은, 각종 필터 등에 이용되는 다공질체의 결함 검출 방법에 관한 것으로, 특히 결함을 감도 좋게 검출할 수 있는 다공질체의 결함 검출 방법에 관한 것이다.

다공질체는, 필터 등에 많이 이용되고 있고, 예컨대, 상하수 등의 액체의 여과 처리 장치 등에 다공질체가 이용되고 있다. 또한, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 등의 함진 기체 중에 포함되는 미립자를 수집 제거하기 위해 다공질체가 이용되고 있다.

이러한 목적으로 사용되는 다공질체의 결함 검출 방법으로서, 중공사 막이나 허니컴 구조체의 결함으로부터 배출되는 미립자에 레이저광을 조사하여, 미립자에 의해 산란된 레이저광을 검출하는 것에 의해 미립자의 배출 위치를 특정하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1∼3 참조).

전술한 방법은, 다공질체의 결함의 유무뿐만 아니라, 결함의 위치를 단시간에 특정할 수 있고, 후처리도 간단하거나 또는 불필요하다고 하는 특징을 갖는, 매우 유용한 방법이다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평6-134268호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-357562호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2004-286703호 공보

본 발명은 전술한 방법을 더욱 개량하여, 결함의 검출 감도를 보다 향상시킨 다공질체의 결함 검출 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제에 대응하도록 검토를 행한 결과, 종래 생각하지 못했던 검출 위치에서 산란광의 농담을 고감도로 검출할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 종래에는, 레이저광에 대해 수직의 방향 또는 레이저광의 광원측의 방향에서 산란광을 관찰함으로써, 미립자를 검출했었지만, 레이저광에 대향하는 방향에서 산란광의 농담을 관찰함으로써, 검출 감도가 향상되는 것을 발견했다. 본 발명은, 이러한 지식에 기초하여 이루어진 것으로, 이하의 다공질체의 결함 검출 방법을 제공하는 것이다.

[1] 다공질체로부터 배출되는 미립자에 빔광을 면상(面狀)으로 조사하고, 상기 미립자로부터의 산란광의 농담을 검출하는 것에 의해 결함 위치를 특정하는 다공질체의 결함 검출 방법으로서, 상기 빔광에 대향하는 위치에서 상기 산란광의 농담을 검출하는 다공질체의 결함 검출 방법.

[2] 빔광을 조사하는 광원을 원점으로, 빔광이 형성하는 면 위에 있어서의 상기 다공질체의 상기 미립자가 배출되는 면의 중앙부에 상당하는 위치를 중앙점으로, 상기 원점으로부터 상기 중앙점을 향해 연장하는 직선을 1₁로, 상기 원점으로부터 산란광의 검출 위치를 향해 연장하는 직선을 1₂로, 빔광이 형성하는 면 위에서의 상기 1₁과 1₂가 이루는 각도를 θ₁이라고 정의하고, θ₁이 0∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치에서 상기 산란광의 농담을 검출하는 [1]에 기재한 다공질체의 결함 검출 방법.

[3] 빔광을 조사하는 광원을 원점으로, 이 원점으로부터 상기 산란광의 검출 위치를 향해 연장하는 직선을 1₂로, 상기 빔광이 형성하는 면과 상기 직선 1₂가 이루는 각도를 θ₂라고 정의하고, θ₂가 10∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치에서 상기 산란광의 농담을 검출하는 [1] 또는 [2]에 기재한 다공질체의 결함 검출 방법.

[4] 상기 원점과 상기 다공질체의 미립자 배출면과의 거리는 1∼10 ㎜인 상기 [1]∼[3]의 어느 하나에 기재한 다공질체의 결함 검출 방법.

[5] 상기 다공질체는 필터인 상기 [1]∼[4]의 어느 하나에 기재한 다공질체의 결함 검출 방법.

[6] 상기 필터는 디젤 파티큘레이트 필터인 상기 [1]∼[5]의 어느 하나에 기재한 다공질체의 결함 검출 방법.

본 발명의 다공질체의 결함 검출 방법은, 특정한 검출 위치에서 산란광의 농담을 검출하기 위해, 양호한 검출 감도로 결함을 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 검출 방법에 이용하는 검출 장치의 일례를 도시하는 모식적인 측면도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 검출 장치의 모식적인 평면도이다.

도 3은 본 발명의 검출 방법에 이용하는 검출 장치의 다른 일례를 모식적으로 도시하는 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시하는 검출 장치의 모식적인 측면도이다.

도 5는 본 발명의 검출 방법에 이용하는 검출 장치의 더욱 다른 일례를 도시하는 모식적인 측면도이다.

도 6a는 디젤 파티큘레이트 필터용의 허니컴 구조체의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이고, 도 6b는 그 모식적인 단면도이다.

도 7은 종래의 검출 방법에 이용하는 검출 장치를 모식적으로 도시하는 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 허니컴 구조체(다공질체) 2: 칸막이 벽

3: 셀 4: 밀봉부

10: 미립자실 11: 원점

12: 미립자 13: 빔광

14: 광원 15: 산란광

16: 검출 위치 17: 유량계

18: 압력계 19: 차압계

1₁: 원점으로부터 중앙점을 향해 연장하는 직선

1₂: 원점으로부터 검출 위치를 향해 연장하는 직선

20: 빔광이 형성하는 면 21: 차광판

42: 다른 단부면(미립자가 배출되는 면) 44: 하나의 단부면

C1: 중앙부 C2: 중앙점

이하, 본 발명을 적합한 실시형태에 기초하여 설명하지만 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다. 또한, 이하에 있어서, 주로 허니컴 구조의 디젤 파티큘레이트 필터를 다공질체로 한 실시형태에 기초하여 설명하지만, 본 발명의 특징은 검출 위치에 있고, 다른 다공질체에도 용이하게 적용할 수 있는 것이다. 각 도면에 있어서, 동일한 부호를 붙인 것은, 동일한 구성 요소 등을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 검출 방법에 이용하는 검출 장치의 일례를 도시하는 모식적인 측면도, 도 2는 그 평면도이다. 본 발명의 검출 방법은, 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 다공질체인 허니컴 구조체(1)로부터 배출되는 미립자(12)에, 광원(14)으로부터 빔광(13)을 면상(面狀)으로 조사하고, 미립자(12)에 의해 생기는 산란광(15)의 농담을 검출하는 것에 의해, 결함 위치를 특정하여, 결함을 검출하는 방법이다.

종래에는 도 7에 도시한 바와 같이, 빔광에 수직인 위치가 되는 검출 위치(16)또는 이것보다도 광원(14)에 가까운 검출 위치(16')에서 산란광(15)을 검출하고 있었다. 이것은, 광원(14)으로부터 직진하는 빔광(13)이 직접 눈에 닿지 않도록 배려한 것이다.

그러나, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 빔광(13)에 대향하는 위치에서 산란광의 농담을 검출하는 것에 의해, 보다 고감도로 산란광의 농담을 검출할 수 있는 것이 발견되었다. 여기서, 빔광(13)에 대향하는 위치란, 이하에 정의하는 θ₁ 및 θ₂가, 어느 것이나 90°미만인 것을 의미한다.

도 3은 본 발명에 이용하는 검출 장치의 별도의 형태를 도시하는 모식적인 평면도이다. 도 3은 빔광이 형성하는 면(20) 위에서의, 광원(14), 다공질체(1) 및 검출 위치(16)의 위치 관계를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 빔광을 조사하는 광원(14)을 원점(11)으로, 빔광이 형성하는 면(20) 위에서의 다공질체(1)의 미립자(12)가 배출되는 면(42)의 중앙부(C1)에 상당하는 위치를 중앙점(C2)으로, 원점(11)으로부터 중앙점(C2)을 향해 연장하는 직선을 1₁로, 원점(11)으로부터 산란광의 검출 위치(16)를 향해 연장하는 직선을 1₂로, 빔광이 형성하는 면(20) 위에서의 직선 1₁과 직선 1₂가 이루는 각도를 θ₁이라고 정의하여, θ₁이 0∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치에서 산란광의 농담을 검출하는 것이 검출 감도를 높이는 관점에서 바람직하다. 여기서, 「빔광이 형성하는 면(20) 위에 있어서의, 다공질체(1)의 미립자(12)가 배출되는 면(42)의 중앙부(C1)에 상당하는 위치」란, 중앙부(C1)로부터 빔광이 형성하는 면(20)에 법선을 그었을 때의, 그 법선과 면(20)의 교점을 의미한다. 또한, 「면(42)의 중앙부(C1)」란, 면(42)의 무게 중심에 상당하는 위치를 의미하고, 예컨대, 면(42)이 원형인 경우는 원의 중심점, 정방형인 경우에는, 대각선의 교점이다. 또한, 원점(11)은 광원(14)으로서 빔광을 발하는 위치를 말한 다. θ₁은 검출 감도를 높이는 관점에서 45°이하인 것이 더욱 바람직하고, 20°이하인 것이 특히 바람직하다.

도 4는 도 3에 있어서 광원(14), 다공질체(1) 및 검출 위치(16)를 측면에서 본 도면이다. 빔광이 형성하는 면(20)과 직선 1₂가 이루는 각도를 θ₂로 정의한다. 이 때, θ₂는 10∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치에서 검출하는 것이 검출 감도를 높이는 관점에서 바람직하다. θ₂는 검출 감도를 높이는 관점에서 20∼60°인 것이 더 바람직하고, 20∼45°인 것이 특히 바람직하다.

광원(14)[원점(11)]과 다공질체(1)의 위치 관계는, 피검체의 크기 및 형상과, 레이저의 조사 각도에 의해, 적절하게 설정하면 좋다. 레이저광이 면(42) 전면을 조사할 수 있는 위치가 타당하고, 효율이 좋은 위치로 하는 것이 바람직하다.

산란광 강도는 미립자(12)의 입자 직경과 빔광(13)의 파장에 의해서도 영향을 받는다. 미립자(13)의 입자 직경(D)을 크게 하고 빔광(13)의 파장(λ)을 짧게함에 따라 전방으로의 산란광 강도가 커지고, 검출 감도가 커진다. 즉, (D/λ)의 값을 크게 하는 것에 의해, 보다 고감도로 산란광의 농담을 검출할 수 있다.

입자 직경(D)은 피검체의 정상부의 기공 직경에 의존한다. 즉, 입자 직경(D)은 피검체의 정상부의 기공 직경을 통해 배출되는 정도의 크기인 것이 필요하지만, 그 범위에서, 보다 큰 입자 직경(D)으로 함으로써, 전방으로의 산란광 강도를 크게 할 수 있다. 결함부의 기공 직경은, 정상부의 기공 직경보다 반드시 크기 때문에, 결함부로부터도 반드시 입자가 배출된다. 입자 직경(D)은 피검체의 기공 직경에 따라 적절하게 선정한다. 구체적으로는, 미립자의 평균 입자 직경은 1∼10 ㎛인 것이 바람직하고, 5∼10 ㎛인 것이 특히 바람직하다． 이 범위는, 특히 디젤 파티큘레이트 필터의 결함을 검사할 때에 바람직하다.

파장(λ)을 짧게 함으로써, 전방으로의 산란광 강도를 크게 할 수 있기 때문에, 파장(λ)을 짧게 하는 것도 바람직하다. 단, 빔광은 가시광인 것이 바람직하다. 이것은, 육안으로 확인하거나 카메라 등으로 산란광의 농담을 검출할 수 있고, 검출 장치의 저비용화를 도모할 수 있기 때문이다. 파장(λ)은 400∼800 nm인 것이 바람직하고, 500∼700 nm인 것이 더 바람직하다. 이러한 파장의 빔광으로서는, 통상 레이저광이 이용된다. 레이저광의 종류로서는, 고체 레이저, 기체 레이저, 반도체 레이저, 색소 레이저, 자유 전자 레이저 등을 들 수 있다.

또한, 산란광을 육안으로 확인하여 관찰함으로써, 결함을 검출하는 경우, 안전성의 관점에서, JIS C 6802에 규정되는 클래스 1(피폭 방출 한계가 390 nW 이하)를 존수해야 한다. 또한, 안전성의 관점에서, 도 5에 도시한 바와 같이, 광원(14)으로부터의 빔광이 직접 눈에 들어가지 않도록 차광판(21)을 배치하는 것이 바람직하다.

다음으로, 디젤 파티큘레이트 필터용의 허니컴 구조체에 적합한 결함 검출 방법을 예로 들어, 결함 검출 방법의 순서를 설명한다.

디젤 파티큘레이트 필터용의 허니컴 구조체(1)는 일반적으로 도 6에 도시한 바와 같이, 축 방향으로 관통하는 복수의 셀(3)을 형성하는 다공질의 칸막이 벽(2) 및 셀(3)을 교대로 밀봉하는 밀봉부(4)를 구비한다. 디젤 엔진으로부터의 배기 가 스는 하나의 단부면(44)에서 밀봉되어 있지 않은 셀(3)에 도입되어, 다공질의 칸막이 벽(2)을 투과해서 이웃의 셀(3)에 들어가서, 다른 단부면(42)으로부터 배출된다. 이 때, 칸막이 벽(2)이 필터가 되어, 입자상 물질을 포착한다.

이러한 허니컴 구조체(1)를 도 1에 도시한 바와 같이, 미립자실(10) 위에 설정하고, 미립자실(10) 내에서 미립자(12)를 발생시킨다. 미립자(12)를 발생시키는 방법에는, 선향(線香) 등의 향류를 연소시키는 방법, 드라이아이스, 액체 질소, 분무기 등에 의해 물의 미립자를 발생시키는 방법, 시판되는 에틸렌글리콜 표준 입자 발생 장치를 이용하는 방법 등이 있고, 이들을 이용할 수 있다.

다음으로 발생한 미립자를 검사 대상인 허니컴 구조체(1)에 도입한다. 도입하는 방법에 특별히 제한은 없지만, 예컨대 발생한 미립자를 미립자실(10)에 저장하고, 일정 농도로 하고 나서, 일정 압력을 가함으로써, 허니컴 구조체(1)의 하나의 단부면(44)에서 허니컴 구조체(1) 내에 도입하는 방법이 바람직하다. 도입하는 미립자(12)의 농도에 특별히 제한은 없고, 적절하게 선정한다. 농도 측정법으로서는, 투과형의 레이저 센서를 이용할 수 있다. 미립자(12)를 도입하는 쪽의 압력과 미립자(12)를 배출하는 쪽의 압력과의 차압에 특별히 제한은 없지만, 차압을 작게 함으로써 난류를 일으키기 어렵게 하여, 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 한편, 차압이 지나치게 작으면 결함의 검출에 지나치게 시간이 걸린다. 차압은 10∼30 Pa인 것이 바람직하다. 차압을 컨트롤하기 위해, 미립자실(10) 내에 압력계를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 소정의 차압을 유지하면서 미립자를 허니컴 구조체(1) 내에 도입하기 위해, 통상 에어를 미립자실(10)에 공급한다. 공급하는 에어 의 유량은, 피검체의 크기 및 형상에 따라 적절하게 설정한다.

도입된 미립자(12)는 결함이 있는 칸막이 벽을 보다 많이 통과하고, 허니컴 구조체의 다른 단부면(미립자가 배출되는 면)(42)으로부터 배출된다. 배출된 미립자(12)에 빔광(13)을 조사하여, 미립자(12)로부터의 산란광을 미립자가 배출되는 면(42) 전체에 걸쳐 검출하는 것에 의해, 산란광을 보다 많이 발하는 위치를 특정하여, 결함의 위치를 특정할 수 있다. 검출하는 방법에 특별히 제한은 없지만, 육안으로 확인함으로써 검출하는 방법, CCD 카메라 등의 카메라로 촬영함으로써 검출하는 방법이 바람직하다. 카메라에 의해 동화상 또는 정지 화상으로서 기록하는 것도 바람직하다.

또한, 다공질체가, 허니컴 구조체와 같이 소정의 면에서 미립자가 배출되는 구조 등인 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 빔광(13)이 형성하는 면과 배출면이 평행하게 되도록 빔광(13)을 조사하는 것이 바람직하다.

피검체는, 다공질체이면 특별히 제한이 없고, 본 발명은 필터의 결함의 검출에 적합하게 적용될 수 있다. 필터로서는, 전술한 디젤 파티큘레이트 필터의 외에, 중공사막, 버그 필터 등을 들 수 있다. 이 중에서도 디젤 파티큘레이트 필터에 특히 적합하게 적용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되지 않는다.

<피검체>

디젤 파티큘레이트 필터용 허니컴 구조체

외형: 길이 254 ㎜× 직경 144 ㎜의 원통형

셀 구조: 셀 밀도 300 셀/인치²(46.5 셀/㎠); 칸막이 벽압 300 ㎛

기공율: 50％

기공 직경: 20 ㎛

(실시예 1)

도 5에 도시한 바와 같은 장치를 이용하여, 미립자실(10) 내에서 선향을 연소시켜, 평균 입자 직경 5 ㎛의 연기를 발생시켰다. 연기가 충만한 후, 미립자실(10)에 에어를 압력 0.2 MPa, 유량 8 L/min으로 공급하고, 차압을 20 Pa로 하여 선향 연기를 피검체에 도입했다. 파장 532 nm의 NdYVO₄ 레이저를 이용하여, 출력 12 mW로 피검체의 배출면에서 5 ㎜의 위치에 레이저광을 면형으로 조사했다. 레이저광에 대향하는 위치에 차광판을 설치하고, θ₁이 약 0∼20°, θ₂가 약 20∼30°가 되는 위치에 관찰창을 설치하며, 이 관찰창으로부터 육안으로 확인함으로써 산란광의 농담을 관찰하여, 피검체의 결함의 유무 및 그 위치를 조사했다. 이 검사를 68개의 피검체에 대해 행했다.

(비교예 1)

θ₁이 약 160∼180°, θ₂가 약 20∼30°가 되는 위치에서 관찰한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 1과 동일한 68개의 피검체에 대해, 결함의 유무 및 그 위치를 조사했다.

비교예 1의 방법에서는, 68개 중 9개의 피검체에 결함이 검출되었다. 실시예1의 방법에서는, 12개의 피검체에 결함이 검출되었다. 결함이 검출된 피검체에 대한 실시예 1과 비교예 1의 검출 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

비교예 1의 방법에서는 합계 10개소의 결함이 검출되고, 실시예 1의 방법에서는 합계 14개소의 결함이 검출되었다. 또한, 비교예 1의 방법으로 검출된 결함은 전부 실시예 1의 방법에서도 검출되었다. 이러한 점에서, 실시예 1의 방법은, 보다 고감도로 결함을 검출할 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 실시예 1의 방법의 육안으로 확인하는 관찰 위치에 있어서, 레이저광의 강도를 측정했다. 그 결과, 50∼62 nW의 강도이고, JIS C 6802에 규정되는 클래스 1(피폭 방출 한계가 390 nW 이하)의 기준을 충분히 만족하며, 육안으로 확인하는 관찰에서도 문제가 없는 것이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 결함 검출 방법은, 특정한 위치에서 결함을 검출하기 때문에, 양호한 검출 감도로 결함을 검출할 수 있다. 따라서, 다공질체, 특히 디젤 파티큘레이트 필터 등의 필터의 결함의 검출에 유용한 방법이다.

Claims

다공질체로부터 배출되는 미립자에 빔광을 면상(面狀)으로 조사하고, 상기 미립자로부터의 산란광의 농담을 검출하는 것에 의해 결함 위치를 특정하는 다공질체의 결함 검출 방법으로서, 상기 빔광에 대향하는 위치에서 상기 산란광의 농담을 검출하는 것인 다공질체의 결함 검출 방법.
제1항에 있어서,

빔광을 조사하는 광원을 원점으로, 빔광이 형성하는 면 위에서의 상기 다공질체의 상기 미립자가 배출되는 면의 중앙부에 상당하는 위치를 중앙점으로, 상기 원점으로부터 상기 중앙점을 향해 연장하는 직선을 1₁로, 상기 원점으로부터 산란광의 검출 위치를 향해 연장하는 직선을 1₂로, 빔광이 형성하는 면 위에서의 상기 1₁과 1₂가 이루는 각도를 θ₁이라고 정의하고, θ₁이 0∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치에서 상기 산란광의 농담을 검출하는 것인 다공질체의 결함 검출 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

빔광을 조사하는 광원을 원점으로, 이 원점으로부터 상기 산란광의 검출 위치를 향해 연장하는 직선을 1₂로, 상기 빔광이 형성하는 면과 상기 직선 1₂가 이루 는 각도를 θ₂라고 정의하고, θ₂가 10∼80°의 범위 내가 되는 검출 위치에서 상기 산란광의 농담을 검출하는 것인 다공질체의 결함 검출 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원점과 상기 다공질체의 미립자 배출면과의 거리는 1∼10 ㎜인 것인 다공질체의 결함 검출 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공질체는 필터인 것인 다공질체의 결함 검출 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터는 디젤 파티큘레이트 필터인 것인 다공질체의 결함 검출 방법.