KR100893105B1 - 인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치 - Google Patents

인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인덕션 렌지용 조리용기의 주조 또는 다이캐스팅을 위한 금형장치 및 그에 의한 조리용기에 관한 것이다. 위 금형장치는, 비자성체의 용기본체(V1)와, 그의 바닥면(V2)에 부착되는 자성체의 발열판(22)으로 구성되는 인덕션 렌지(induction range)용 조리용기를 다이캐스팅 성형하기 위한 것으로서; 합형시 캐비티(cavity)를 형성하기 위한 상부금형(4) 및 하부금형(6)으로 구성되며; 상기 상부금형(4) 내부의 저면(4a)에 수개의 자석(16)이 설치되어 상기 발열판(22)을 자력(磁力)에 의해 접부착시킬 수 있으되, 상기 자석(16)은 금형의 작동온도(400 ~ 500℃)를 초과하는 자기변태온도(Curie point)를 갖는 사마륨코발트(SmCo) 계열의 영구자석인 것을 특징으로 한다.
인덕션 렌지(induction range), 자성체, 알루미늄, 스테인레스, 금형, 자석

Description

인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치{mold apparatus for forming cooking vessel using for induction range}
본 발명은 인덕션 렌지용 조리용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인덕션 렌지용 조리용기의 다이캐스팅을 위한 성형용 금형장치에 관한 것이다.
인덕션 렌지(induction range)라 함은, 렌지의 상판 아래에 설치된 코일에 전류가 인가되면 이 코일에 자력선이 발생하게 되고, 이 자력선이 상판 위에 놓인 조리용기의 바닥을 통과할 때 생성되는 와류전류(eddy current)를 이용하여 냄비의 바닥면만을 가열하는 원리를 가지는 조리용 가열수단이다. 인덕션 렌지의 사용을 위해서는 조리용기의 바닥면에는 반드시 철(Fe)성분을 포함하는 자성체(magnetic material)가 포함되어 있어야 한다. 바닥면과는 다르게 용기의 본체는 저렴하며 조리용기로 널리 사용되는 비자성체인 알루미늄이 사용된다. 이러한 인덕션 렌지는 조리용기 바닥면이 렌지의 상판으로부터 떨어지는 즉시 가열이 중단되어 화상의 우 려가 거의 없으며 열효율이 높고 조리공간의 환기의 필요성도 없는 등 환경에 무해하므로 최근 각광을 받고 있는 조리 시스템이다.
인덕션 렌지에 사용되는 조리용기는 용기본체는 비자성체이고 바닥판의 일부층은 자성체라는 성질이 다른 2종류의 재료가 사용된다. 이렇게 서로 상이한 재료를 서로 견고하게 부착시키고자 하는 노력이 근래 계속되고 있다. 일례로 바닥판은 철성분을 갖는 24종 스테인레스 스틸(SUS 430)로 된 판재 형태의 자성판(또는 발열판, 이하 동일함)이 사용되는데 그의 부착방식은 다음과 같은 것들이 있다.
첫째, 고주파열융착 방식으로 부착시키는 방법이 있는데, 이는 이종(異種) 재질에 의한 열변형율이 상이하여 바닥판이 장기간 사용시 쉽게 분리되는 문제가 있다.
둘째, 용기본체를 알루미늄으로 하는 경우 다이캐스팅 방식이 사용되기도 하였는데, 금형 내부에 자성판을 견고하게 부착시키는 문제를 비롯하여 자성판의 평탄도를 정확하게 유지하기가 어렵다는 문제가 있었다. 이 문제에 대하여 자성판을 1차적으로 다이캐스팅 한 후 이를 재차 금형내에 투입하여 2차적으로 다이캐스팅하는 방식이 개시된바 있다(대한민국 등록특허 제10-0534490호 참조). 그러나 이는 두번에 걸쳐 다이캐스팅하여야 하는 번거로운 문제가 있다.
또한 대한민국 등록특허 제10-0402929호에 의하면 탄성돌부에 의해 조리용기의 바닥판 상면으로 자성판이 노출되는 문제점이 있게 된다. 이는 곧 자성판의 부식 및 음식물에 악영향을 미치게 된다.
한편 이러한 문제를 극복하기 위한 것으로서 최근 대한민국 특허청에 의해 등록된 등록특허 제10-0611646호에 의하면, 용기본체를 구성하는 재질과 동일한 재질로 수 개의 금속박편을 만든후 이를 금형 내에 설치하여 용탕온도에 의해 용해되어 일체가 되도록 하며, 자성판은 금속박편에 의해 금형 내부에서 지지 고정되도록 하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이에 의하면 금속박편이 제위치를 유지하도록 하기 위해 용탕주입속도를 낮추어야 하며 이에 의해 작업속도가 극히 저하되는 문제가 있으며, 수작업이 개입되어야 하므로 대량생산에 적합하지 못하다는 제조상의 문제가 있다.
위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 다이캐스팅 방식에 의해 서로 다른 2종류의 재질을 가지는 비자성의 용기본체와 자성의 바닥밑판(이하 '발열판'이라 함)을 견고하게 부착할 수 있는 금형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 세부적인 목적은, 금형 내부에서 발열판이 용탕주입 및 응고시 견고하게 제위치에 고정될 수 있도록 하며, 신속한 용탕의 주입 및 대량생산이 가능하도록 하며, 발열판의 유효 면적을 넓혀 열효율(또는 발열량)을 향상시키는 것에 있다.
이러한 본 발명의 목적은, 비자성체의 용기본체와, 그의 바닥면에 부착되는 자성체의 발열판으로 구성되는 인덕션 렌지(induction range)용 조리용기를 주조 또는 다이캐스팅 성형하기 위한 것으로서; 합형시 캐비티(cavity)를 형성하기 위한 상부금형 및 하부금형으로 구성되며; 상기 상부금형 내부의 저면에 수개의 자석이 설치되어 상기 발열판을 자력(磁力)에 의해 접부착시킬 수 있으되, 상기 자석은 금형의 작동온도(400 ~ 500℃)를 초과하는 자기변태온도(즉, 큐리점(Curie point))를 갖는 사마륨코발트(SmCo) 계열의 영구자석인 것을 특징으로 하는 인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치에 의해 달성된다.
다시 말하면, 자성체인 발열판의 물리적 성질을 이용하여 발열판이 금형 내면에 부착되도록 하는 것으로서, 다이캐스팅용 금형 내부에 자석을 매립 설치하여 발열판이 상기 자석에 의해 용탕주입 및 응고시에 금형 내부에 부착되도록 하는 것에 의해 달성된다. 여기서 상기 자석은 최소한 금형의 작동온도(400 ~ 500℃), 바람직하게는 알루미늄의 용융온도(약 660℃)를 초과하는 자기변태온도(즉, 큐리점(Curie point))를 갖는 것을 사용하여야 한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 자석은 금형의 탈형시점에서 먼저 금형으로부터 이젝트되어 발열판에 가해지는 자력이 탈형 이전에 제거 또는 감쇄된다.
위와 같은 금형장치에 의하면, 비자성체의 용기본체와 그의 바닥면에 다이캐스팅 성형에 의해 매립되어 부착되는 자성체의 발열판을 포함하는 인덕션 렌지용 조리용기가 제공되게 된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 비자성체의 용기본체와, 그의 바닥면에 부착되는 자성체의 발열판으로 구성되는 인덕션 렌지(induction range)용 조리용기를 주조 또는 다이캐스팅 성형하기 위한 것으로서; 합형시 캐비티(cavity)를 형성하기 위한 상부금형 및 하부금형으로 구성되며; 상기 상부금형 내부의 저면에 수개의 자석이 설치되고 이와 함께 에어(air)를 흡입할 수 있는 진공형성수단이 더 설치됨으로써, 상기 발열판을 자력(磁力) 및 부압에 의해 접부착시킬 수 있으되, 상기 자석은 금형의 작동온도(400 ~ 500℃)를 초과하는 자기변태온도(즉, 큐리점(Curie point))를 갖는 사마륨코발트(SmCo) 계열의 영구자석인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 의하면, 다이캐스팅용 금형 내부에 용이하게 발열판을 정확한 위치에 접부착할 수 있게 된다. 자석의 부착개수를 늘림으로써 발열판의 금형 내면에의 부착력을 향상시킬 수 있게 되므로 견고하게 금형 내부에 고정될 수 있게 된다. 이에 의하면, 용탕주입에 의한 물리적 충격이 가해져도 발열판이 제위치에 고정될 수 있으며, 따라서 작업속도를 신장시킬 수 있으며 가압주조방식도 사용 가능하게 된다. 또한 로봇에 의한 자동화 공정에도 활용할 수 있어 대량생산에도 적합한 인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치와 그에 의한 조리용기가 제공된다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 금형장치의 단면도이다. 도 2는 발열판의 사시도이며 도 3은 평면도이다. 도 4는 도 3의 A-A 방향에서 취한 발열판의 단면도이다. 도 5는 금형장치의 작동상태를 단계별로 도시하는 단면도이다. 다만 도 1 및 도 5의 단면도는 정확한 단면도는 아니며 내용설명의 편의를 위해 중심선을 기준으로 편집된 것이다. 도 1 및 도 5는 발열판(22)을 기준으로 할 때 도 3의 B-B 선을 따라 취한 단면도이다.
알루미늄 내지 그의 합금은 주조성이 좋아 통상 다이캐스팅 주조법에 의해 정밀하고 표면이 우수한 제품으로 가공된다. 다이캐스팅용 금형장치(2)는 상부금형(4)과 하부금형(6)으로 크게 분류된다. 상부금형(4)은 캐비티 코어(8) 및 상부코어(10)로 조립될 수 있으며, 하부금형(6)은 스트리퍼(12) 및 인서트코어(14)로 조립될 수 있다. 각부 구성요소의 명칭 및 구체적인 형상은 본 발명의 요지는 아니다.
본 발명의 요지는 상부금형(4) 내부에 자석(16), 특히 영구자석이 설치되는 구조에 있다.
이를 위해 상부금형(4, 특히 상부코어) 내부에 세로방향으로 수 개의 자석설치공(18)이 마련된다. 이 자석설치공(18)에는 자석고정볼트(20)가 나사결합으로 끼워질 수 있으며, 자석(16)은 자석고정볼트(20)의 선단에 나사 결합되어 있다. 자석(16)은 내부에 탭가공된 봉형상일 수 있다. 이에 의하면 자석(16)을 필요시에 쉽게 금형으로부터 분리 및 설치할 수 있게 된다.
자석고정볼트(20)와 자석(16)은 나사방식으로 결합될 수 있으며, 이외 다양한 접합방식이 채용될 수 있다. 자석(16)은 상부금형의 내부 저면(4a)으로 노출되거나 또는 상부금형(4) 내부에 소정깊이로 매립될 수 있다. 이에 의해 발열판(22)이 상부금형 저면(4a)에 자력에 의해 부착될 수 있는 것이다.
자석(16)의 설치 개수는 도시된 바에 의하면 6개가 설치되지만(도 3 참조), 이에 한정되는 것은 물론 아니다. 자석(16)의 직경 또한 다양한 범위에서 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 자석고정볼트(20)는 그의 일부 또는 전부가 승하강플레이트(24)에 고정되어 승하강플레이트(24)의 승하강에 따라 상하방향으로 움직일 수 있게 된다. 마치 자석고정볼트(20)는 이젝트핀(eject pin)과 같이 기동할 수 있다. 여기서 자석고정볼트(20)는 상부금형(4) 내부에서 상하방향으로 자유 유동 가능하게끔 자석설치공(18)에 끼움 결합되어야 할 것이다.
도 5에 도시된 바에 의하면 외부에 위치고정을 위해 설치되는 자석고정볼트(20')만이 승하강플레이트(24)에 의해 금형으로부터 이젝트되고 있다.
본 발명에 의하면 상기 자석(16)은 최소한 금형의 작동온도(400 ~ 500℃)를 초과하는 자기변태온도(즉, 큐리점(Curie point))를 갖는 것을 사용하여야 한다. 나아가 큐리점이 알루미늄의 용융온도(약 660℃)를 상회한다면 더욱 바람직하다. 이를 위해 자석의 소재 선택이 본 발명의 핵심적 사항이다. 본 발명에 의하면 사마륨코발트(SmCo) 계열의 자석이 추천된다. 사마륨코발트 자석은 사마륨과 코발트가 소정 비율로 배합된 것으로서 역시 온도특성이 뛰어난 것이다.
상부금형(4)의 중심부에는 통상의 탕구(26, 용탕주입구)가 마련된다. 위와 같은 금형장치에 의한 제조과정을 단면도로 표시된 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5(a)의 상하부금형(4,6)이 이형된 상태에서 그 사이에 발열판(22)이 개입되어 상부금형의 저면(4a)에 설치된 자석(16)에 부착된다. 이후 도 5(b)와 같이 합형되며, 도 5(c)와 같이 탕구(26)를 통해 알루미늄 용탕(C)이 주입된다. 용탕(C)은 해칭으로 표시된 부분까지 주입되며, 소정 시간 경과후 이형 직전에 도 5(d)와 같 이 일부 자석고정볼트(20') 및 자석(16)이 승하강플레이트(24)의 상승에 의해 이젝트된다. 이는 발열판(22)으로부터 자력을 제거하거나 감소시킴으로써 상부금형(4)이 용이하게 하부금형(6)으로부터 이형되도록 하기 위함이다. 이렇게 자력을 사전에 감쇄(또는 제거)시키는 이유는, 탈형시 조리용기(V)가 아직 완성되지 않은 고온의 상태에 있기 때문에 탈형시의 충격에 의해 발열판(22)의 접착부위가 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
이후 도 5(d)와 같이 응고후 탈형하게 되면 발열판(22)이 인서트(insert) 사출되는 방식으로 조리용기의 바닥면(V1)에 매립 고정되게 된다. 이후 바닥면(V1)으로부터 돌출된 부분은 연마에 의해 마감되어 평탄면을 갖추게 된다. 이로써 용기본체(V2)는 비자성체의 알루미늄으로, 바닥면(V1)에는 자성체의 발열판(22)이 일체형으로 견고하게 부착된 인덕션 렌지용 조리용기가 완성된다.
본 발명에 의하면 발열판(22)이 금형 내부에 견고하게 부착되게 되므로 도 5에 도시된 것처럼 주탕방식이 중력주조식이 아닌, 가압주조방식도 가능하다. 즉, 도시된 주조방식에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 아니한다.
이하, 본 발명에 사용되는 발열판(22)을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 발열판(22)은 자성체로 된 얇은 금속판재로서 내열성, 고온내식성 등이 우수한 철판이나 알루미늄 도금강판을 사용할 수 있다. 바람직하게는 스테인레스가 사용될 수 있는데, SUS430, SUS410S, ASTM TP 409 등을 사용할 수 있다. 즉, 스테인레스중 강자성(强磁性)인 페라이트스테인리스강이 사용된다.
자성체로서 철(Fe)이 대표적이지만 때에 따라서 코발트, 니켈 또는 그 합금이 선택적으로 발열판의 소재로 사용될 수 있다. 즉, 발열판(22)은 자성체이기만 하면 어떠한 재질이라도 무방한 것이다. 그러나 가공성이 양호하며 열변형율이 조리용기 본체의 열변형율과 유사하며 내식성 및 내열성을 갖춘다면 더욱 바람직할 것이다.
발열판(22)은 두께가 0.5 ~ 5 mm가 적당하며, 다수의 호형(弧形) 제1,2 장공(28,32)이 원주방향을 따라 타공되어 있다. 이 제1,2 장공(28,32)을 통해 알루미늄이 충진될 것이며 이에 의해 용기의 바닥면과의 결합력이 향상되게 된다. 본 발명의 금형장치에 의해 만들어지는 조리용기에 의하면 제1,2 장공(28,32)을 종래의 것에 비해 그다지 여러개 구비할 필요가 없게 된다. 즉, 본 발명에 의하면 제1,2 장공(28,32)을 제외하고 남은 발열판(22)의 면적을 증가시킬 수 있게 됨으로써 발열량 내지 열효율을 더욱 향상시킬 수 있는 구조의 조리용기가 제공된다.
참고적으로, 점선으로 영역 표시된 6개의 작은 원(S, 도 3 참조)은 금형 내부에 부착 설치시 자석(16)이 위치되는 부위를 의미한다. 발열판(22)의 중심에는 용탕관통공(30)이 마련되어 있다.
제2 장공(32)이 자석(16)의 위치를 잡기 위해 제1 장공(28)의 외곽에 원주방향으로 마련된다. 제2 장공(32)은 도시된 것처럼 관통될 수도 있으나, 프레스 펀칭되어 발열판(22)의 기준면에 대해 약간의 깊이로 단차가 진 형태일 수도 있다.
제2 장공(32)은 자력부여와 더불어 금형 내부에서의 발열판(22)의 중 심(center)을 정확하고 용이하게 맞추기 위한 기능을 함께 담당한다(도 1 참조). 그러므로 제2 장공(32)의 폭은 자석(16)의 직경에 대응된다.
발열판(22)의 구체적 형태는 본 발명의 핵심과 관계가 적다. 당업자는 필요에 따라 발열판(22)의 형태를 다양하게 변경시킬 수 있으며 이 모두는 본 발명의 권리범위 내에 있게 된다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 의한 금형장치를 도 6 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 금형장치의 단면도이다. 도 7은 금형장치의 작동상태를 단계별로 도시하는 단면도이다. 도 8은 본 실시예에 사용되는 발열판(22')의 평면도이다. 다만 도 6 및 도 7의 단면도는 정확한 단면도는 아니며 내용설명의 편의를 위해 중심선을 기준으로 편집된 것이다. 도 6 및 도 7은 발열판(22')을 기준으로 할 때 도 8의 C-C 선을 따라 취한 단면도이다.
본 실시예에 의하면, 자석(16)과 함께 부압을 걸어 발열판(22')을 상부금형 상면에 흡착되어 고정되도록 하기 위한 진공형성수단이 더 설치된다. 진공형성수단은 상부금형을 세로방향으로 관통하는 에어홀(50, air hole)을 형성하고 이 에어홀과 연통되도록 에어관 내지 에어호스(54)가 상부금형 상부에 고정 설치된 니플(52)에 연결될 수 있다. 에어호스(54)에는 통상의 진공발생모터(미도시됨)가 설치된다.
도시된 바와 같이 에어홀(50)의 발열판(22')과 접하는 하단 부분은 흡착이 잘되도록 깔때기 형태로 확개되어 있어 흡착면적을 넓히고 있다. 에어홀(50)의 직 경은 충분히 가변적이다.
이러한 진공형성수단과 자석이 함께 사용된 형태의 금형장치의 동작상태를 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7(a)는 금형이 합형되고 상부금형(4) 저면에 발열판(22')이 고정된 상태를 도시한다. 자석에 의한 자력과 부압(負壓)에 의한 흡착력이 동시에 발열판의 상면에 작용하게 되고 이에 의해 발열판(22')은 견고히 상부금형(4) 저면에 부착되어 있게 된다. 자력이 미치는 부위는 도 8의 원형점선(S)로 표시되며, 흡착력이 미치는 부위는 도 8의 또 다른 원형점선(S')으로 표시되어 있다. 이처럼 자력이 작용하는 지점(S)과 흡착력이 작용하는 지점(S')은 각각 2곳씩 균형을 이루며 배치될 수 있다.
이 상태에서 도 7(b)와 같이 알루미늄 용탕이 금형 내부로 주입된다. 용탕이 어느 정도 주입되고 있는 상태에서 도 7(c)와 같이 자석고정볼트(20)가 상방향으로 후퇴될 수 있다. 이는 제2 장공(32) 내부로도 용탕이 주입되도록 하기 위함이다. 자석고정볼트(20)의 후퇴길이는 임의적으로서 발열판(22')의 두께 이상이 될 수도 있다. 이 경우 용탕이 발열판(22')보다 높게 충진될 것이며, 이로써 돌출된 부분은 응고후 절단에 의해 마감될 수 있다(도 7(d) 참조). 승하강플레이트(24)에 의한 자석고정볼트(20)의 승하강 문제는 전술한 실시예에도 해당되는 사항이며 다양하게 조정될 수 있다. 예를 들면 도 7(d)에서와 같이 위치결정용 자석고정볼트(22')만이 상부금형으로부터 이탈되도록 할 수도 있다.
응고과정 내지 탈형과정에서 에어홀(50)을 통한 부압은 제거되어도 무방하 다. 도 7(d)와 같이 탈형된 상태에서 표면다듬질 공정이 후속된다.
본 실시예는 성질이 다른 두종류의 힘을 이용하여 발열판(22')을 금형 내부에 고정시키는 것을 특징으로 한다. 이 두종류의 힘은 상호의 결점을 보완하는 동시 협력 작용을 하게 된다. 이는 보다 무결점의 인덕션 렌지 성형용 금형장치를 제공하기 위한 실시예이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 금형장치의 단면도이다.
도 2는 발열판의 사시도이며, 도 3은 평면도이며, 도 4는 도 3의 A-A 방향에서 취한 단면도이다.
도 5는 금형장치의 작동상태를 단계별로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 금형장치의 단면도이다.
도 7은 금형장치의 작동상태를 단계별로 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 실시예에 사용되는 발열판(22')의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 ; 금형장치 4 ; 상부금형
6 ; 하부금형 16 ; 자석
20 ; 자석고정볼트 22,22' ; 발열판
24 ; 승하강플레이트 28 ; 제1 장공
32 ; 제2 장공 50 ; 에어홀(air hole)
52 ; 니플(nipple) 54 ; 에어호스(air hose)

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 비자성체의 용기본체(V1)와, 그의 바닥면(V2)에 부착되는 자성체의 발열판(22)으로 구성되는 인덕션 렌지(induction range)용 조리용기를 주조 또는 다이캐스팅 성형하기 위한 것으로서;
    합형시 캐비티(cavity)를 형성하기 위한 상부금형(4) 및 하부금형(6)으로 구성되며; 상기 상부금형(4) 내부의 저면(4a)에 수개의 자석(16)이 설치되어 상기 발열판(22)을 자력(磁力)에 의해 접부착시킬 수 있으되, 상기 자석(16)은 금형의 작동온도(400 ~ 500℃)를 초과하는 자기변태온도(Curie point)를 갖는 사마륨코발트(SmCo) 계열의 영구자석이며; 상기 상부금형(4) 내부에 세로방향으로 수 개의 자석설치공(18)이 마련되고; 상기 자석(16)은 상기 자석설치공(18)에 끼워지는 자석고정볼트(20)의 선단에 나사 결합되며; 상기 자석고정볼트(20)의 전부 또는 일부는 승하강플레이트(24)에 고정되어 상기 승하강플레이트(24)의 승하강에 따라 상하방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 승하강플레이트(24)의 일부 또는 전부는 주탕중에 상승하게 되는 것을 특징으로 하는 인덕션 렌지용 조리용기 성형용 금형장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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