KR101203055B1 - 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법 및 그의 제조장치 - Google Patents

Abstract

유도가열판의 부분적인 박리도 방지하여 사용 내구성을 개선하도록, 본 발명은 조리용기 본체의 외형에 대응되는 프로파일의 캐비티를 가지는 금형의 바닥면부에 승강가능하게 구비된 가압판의 상면에 유도가열판을 안착하고 용탕을 주입하는 제1단계; 상기 금형 내부에서 용탕을 반응고 상태로 냉각하는 제2단계; 상기 본체의 외형을 이루는 용탕의 반응고 상태에서 상기 가압판을 상측으로 가압하여 상기 용탕과 상기 유도가열판 사이의 기공을 제거하는 제3단계; 및 상기 용탕의 완전응고를 위하여 냉각 후 상기 금형을 개방하여 유도가열판이 하면에 부착된 조리용기 본체를 추출하고 후가공 처리하는 제4단계를 포함하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법을 제공한다.

Description

유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법 및 그의 제조장치{manufacturing method of cooking tool for induction range using semi-solid pressurized casting with inserted induction heat plate and manufacturing apparatus of the same}

본 발명은 인덕션용 조리용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용 내구성이 우수한 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 인덕션 렌지(induction range)는 자력을 발생시켜 용기의 바닥면에 전기소용돌이 효과에 의하여 용기가 급속하게 스스로 발열되도록 함으로써, 용기 내부의 음식물을 가열하여 조리할 수 있도록 한 것이다.

이러한 인덕션 렌지는 불꽃이나 유해가스등이 발생하지 않으므로 화재의 위험성은 물론, 가스를 열원으로 할 때 필연적으로 발생하는 일산화탄소(CO)의 발생이 없고, 실내 산소의 소모가 없어서 쾌적한 실내를 유지할 수 있으므로 식당 등의 요식업계에서 널리 사용된다.

뿐만 아니라, 인덕션렌지는 용기를 가열하는 도중 상판에 손이 닿더라도 화상의 우려가 없고, 불꽃이 없으므로 화재 및 폭발의 위험성이 없으며, 전원이 공급된 상태에서 상판에 신체부위가 접촉되어도 손상이 없는 장점을 가진다.

이러한 인덕션 레인지에 적용되는 조리용기는 최소한 인덕션 레인지의 그릴에 대향되는 하면부, 즉 밑바닥에 유도가열에 의해 가열되도록 자성을 갖는 철(Fe) 성분을 함유한 유도가열판이 구비되어야 한다. 관련 종래기술로서 한국 등록특허 제10-0534490호는 용기본체에 철 재질의 자성체 재질의 유도가열판을 결합하는 구조를 개시하고 있다.

종래에는 인덕션 렌지용 조리용기의 용기본체의 성형시 상기 유도가열판을 용기본체의 바닥에 위치시킨 상태에서 용기본체 성형용 비도전성 금속물질이 상기 경사공들에 의해 제공된 통로를 따라 연속 주입됨으로써 유도가열판을 용기본체에 일체로 부착하도록 하였다.

그러나, 위와 같은 유도가열판은 중력주조의 일체형 구조로 이루어져 있으므로 성형 후 변형이나 뒤틀림이 발생되어 용기본체의 바닥에 위치시킬 때 유도가열판의 상면이 용기본체의 저면에 견고하게 밀착되지 못하고, 이에 따라 용기본체 성형용 비도전성 금속물질을 통해 용기본체의 저면에 설치되는 과정에서 부분적으로 들뜸 현상이 발생되는 문제점이 있다.

이에, 프레스 가공된 유도가열판을 인서트 사출하여 유도가열판의 편평도를 확보하고 융 알루미늄(Al)을 통해 1차 다이캐스팅 사출한 후, 조리용기 제조용 금형내에서 2차 다이캐스팅 사출하여 제조함에 따라 유도가열판이 용기본체의 하부에 유도가열판을 결합하였으나, 오랜 사용시 상기 유도가열판이 용기본체로부터 이탈되는 문제점이 여전하였으며, 최소한 박리되지 않더라도 부분적으로 박리되어 유도가열판과 용기본체 간의 열전달이 저해되어 가열원으로서의 기능이 제대로 수행되기 어려운 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-0534490호

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 사용 내구성이 우수한 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 조리용기 본체의 외형에 대응되는 프로파일의 캐비티를 가지는 금형의 바닥면부에 승강가능하게 구비된 가압판의 상면에 유도가열판을 안착하고 용탕을 주입하는 제1단계; 상기 금형 내부에서 용탕을 반응고 상태로 냉각하는 제2단계; 상기 본체의 외형을 이루는 용탕의 반응고 상태에서 상기 가압판을 상측으로 가압하여 상기 용탕과 상기 유도가열판 사이의 기공을 제거하는 제3단계; 및 상기 용탕의 완전응고를 위하여 냉각 후 상기 금형을 개방하여 유도가열판이 하면에 부착된 조리용기 본체를 추출하고 후가공 처리하는 제4단계를 포함하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 용탕의 재질은 알루미늄 재질로 이루어지되, 상기 제2단계에서 상기 반응고를 위한 상기 용탕의 온도는 580 ~ 610 ℃ 인 것이 바람직하다. 이때, 상기 가압판을 가압하는 압력은 230 ~ 300 kgf/㎠ 인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 용탕이 주입되도록 조리용기 본체의 외형에 대응되는 프로파일의 캐비티를 가지도록 상부금형 및 하부금형이 조립되어 구비되는 금형; 상기 금형의 캐비티 하면부를 지지하며, 그 상면에 유도가열판이 안착되는 가압판; 상기 가압판의 하면에 연결되는 연결바; 및 작동유체의 선택적인 유출입에 따라 내부에 상기 연결바를 선택적으로 승강시키도록 연결되는 피스톤이 구비된 스퀴즈 실린더장치를 포함하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치를 제공한다.

여기서, 상기 스퀴즈 실린더장치는 상기 용탕이 반응고상태에 도달된 경우 상기 연결바 및 상기 가압판을 230 ~ 300 kgf/㎠ 의 압력으로 상승시키도록 제어부에 의해 제어됨이 바람직하다.

본 발명의 상기의 해결 수단을 통해서 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 유도가열판을 상측으로 가압하여 조리용기 본체를 이루는 반응고 상태의 용탕에 밀착함으로써, 완전 응고 후 상기 조리용기 본체와 상기 유도가열판 간의 밀착력이 현저히 개선되어 경계면에서의 들뜸 현상이 거의 발생되지 않으며, 오랜 사용시에도 상기 유도가열판이 조리용기 본체로부터 이탈되거나 부분적으로도 박리되지 않아 상기 유도가열판과 조리용기 본체 간의 열전달면적이 최대한 유지될 수 있다.

둘째, 별도의 진공펌프 내지 진공환경의 조성을 위한 고가의 장비를 사용할 필요없이 가압식으로 상기 유도가열판과 조리용기 본체 간의 경계면에 기포 내지 기공이 형성되는 것을 최소화할 수 있으므로 경제적이다.

셋째, 하나의 금형장치 내에서 상기 유도가열판을 가압하는 스퀴즈 실린더장치 등을 배치함으로써 장치의 부피 및 공정라인의 컴팩트화가 가능하며, 효율적인 장치를 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 인덕션 조리용기의 하부 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치를 나타낸 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치의 작동과정을 나타낸 주요부 설명도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법을 나타낸 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법 및 제조장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 인덕션 조리용기의 하부 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치를 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 인덕션 조리용기의 본체(10)는 열전도성이 우수한 알루미늄 재질로 형성되되, 그 바닥면에는 인덕션 레인지에서 유도가열방식으로 가열될 수 있도록 자성체 재질로 구비된 유도가열판(11)이 삽입되어 반응고 가압주조에 의해 결합된다.

이와 같은 상기 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치는 금형(20), 가압판(31), 연결바(33), 그리고 스퀴즈 실린더장치(40)를 포함한다.

여기서, 상기 금형(20)은 알루미늄 재질 등의 용탕이 주입되도록 조리용기 본체의 외형 프로파일에 대응되는 캐비티(25)를 가지도록 상부금형(21) 및 하부금형(22)이 조립되어 구비된다. 즉, 상기 조리용기 본체(10)의 설정된 형상의 외관에 대응하여 하부금형(22)의 내주가 형성되며, 상기 조리용기 본체(10)의 내면 형상에 대응하여 상부금형(21)이 형성된다. 이때, 상기 상부금형(21)은 상기 하부금형(22)의 상부에 견고한 체결수단으로 결합되어 하부로부터 강한 가압력이 작용되는 경우에도 안정적인 결합상태를 유지할 수 있다.

더욱이, 상기 하부금형(22) 내지 상부금형(21)은 금속재질의 블록으로 형성되되, 상기 캐비티(25)에 인접한 부분에는 주입된 용탕의 신속한 냉각을 위하여 냉각수가 유출입되는 냉각유로(미도시)가 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 가압판(31)은 상기 금형의 캐비티(25) 하면부를 지지하며, 그 상면에 유도가열판(11)이 안착된다. 상기 유도가열판(11)은 전자기유도에 의해 가열되도록 자성을 갖는 철(Fe) 성분을 함유한 재질로 이루어지되, 바람직하게는 스테인레스 스틸 재질로 이루어진다.

또한, 상기 연결바(33)는 상기 가압판(31)의 하면에 선택적으로 승강되도록 연결되되, 상기 연결바(33)의 상승시 상기 가압판(31)의 하면부에 면적당 균일한 가압력을 전달하도록 상기 하부금형(22)의 하부에는 수직으로 배치된 복수개의 가이드서포트(32)가 구비된다. 상세히, 상기 가이드판(31)의 하면부에는 복수개의 안내홈이 형성되며 상기 안내홈을 따라 상기 가이드서포트(32)가 삽입되어 상하 이동을 안내하되 하중을 분산하여 지지하므로 상기 가압판(31)이 비틀어지거나 경사지게 상승되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 스퀴즈 실린더장치(40)는 작동유체의 유출입에 따라 내부에 상기 연결바(33)를 선택적으로 승강시키도록 연결되는 피스톤(41)을 포함한다. 상세히, 상기 스퀴즈 실린더장치(40)의 내부는 상기 피스톤(41)을 기준으로 상부공간 및 하부공간으로 나뉘며, 작동유체가 제1관(41)을 통해 하부공간으로 유입되면 상부공간의 작동유체가 제2관(42)을 통해 유출되면서 상기 피스톤이 상측으로 상승된다.

이때, 상기 스퀴즈 실린더장치(40)는 상기 용탕이 반응고상태에 도달된 경우 상기 연결바(33) 및 상기 가압판(31)을 230 ~ 300 kgf/㎠ 의 압력으로 상승시키도록 제어부(미도시)에 의해 제어됨이 바람직하다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치의 작동과정을 나타낸 주요부 설명도이다.

도 2 및 도 3a에서 보는 바와 같이, 상기 캐비티 내부로 용탕이 주입되면 금형 블록으로 흐르는 냉각수와의 열교환을 통해 급격히 냉각될 수 있다. 예컨대, 알루미늄 재질의 용탕은 650 ℃ 이상의 온도로 주입되어 상기 냉각수와의 열교환을 통해 수초 이내에 580 ~ 610 ℃로 냉각되어 반응고된다. 이때, 상기 캐비티 바닥면에 안착된 유도가열판(11)의 테두리에는 조리용기 본체를 이루는 용탕의 내측으로 삽입되도록 라운드지게 상측으로 돌출된 결합부(11a)가 일체로 형성됨이 바람직하다.

상기 반응고 상태란 용융되어 액체금속 재질의 용탕이 냉각되어 완전히 고체화되기 전의 액체와 고체의 중간상태를 의미한다. 따라서, 이러한 반응고 상태에서는 외부의 가압에 의해 형상이 간편하게 변형될 수 있으며, 냉각되는 용탕 내부에 함유된 기포가 가압을 통해 용탕 외측으로 제거될 수 있다.

여기서, 상기 용탕이 580 ℃ 미만인 경우 부분적으로 고체화되어 외부 가압시 균열이 발생될 우려가 있고, 610 ℃를 초과한 경우 액체 상태에 가까워 외부 가압시 가압력이 용탕 구석구석으로 전달되지 않아 소기의 효과를 달성하기 어려운 것으로 측정되고 있다.

한편, 도 2 및 도 3b에서 보는 바와 같이, 상기 용탕이 반응고 상태가 되면 스퀴즈 실린더장치가 구동되어 상기 유도가열판(11)을 상기 조리용기 본체 측으로 230 ~ 300 kgf/㎠ 의 압력으로 가압 밀착시키도록 상기 가압판(31)이 수 내지 수십 mm 높이로 상승된다. 이때, 상기 상부금형(21)과 상기 가압판(31)의 사이에서 조리용기 본체(10)의 바닥면을 이루는 반응고된 용탕이 가압되면서, 상기 반응고된 용탕과 상기 유도가열판(11)의 접촉경계면에 잔존하는 기포가 상기 용탕 외측으로 배출 및 제거될 수 있다. 이때, 상기 압력이 230 kgf/㎠ 미만인 경우 전술된 반응고 상태에서 기포의 배출이 어렵고, 상기 압력이 300 kgf/㎠ 를 초과하는 경우에는 불필요하게 고출력의 동력이 소요되어 비경제적이다.

도 3a와 도 3b를 비교하면, 조리용기 본체(10) 바닥면의 두께가 가압되면서 감소된 것을 볼 수 있다. 이를 통해, 완전 응고 후 상기 조리용기 본체(10)와 상기 유도가열판(11) 간의 밀착력이 현저히 개선되어 경계면에서의 들뜸 현상이 거의 발생되지 않으며, 오랜 사용시에도 상기 유도가열판(11)이 조리용기 본체로부터 이탈되거나 부분적으로도 박리되지 않아 상기 유도가열판(11)과 조리용기 본체(10) 간의 열전달면적이 최대한 유지될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 먼저 조리용기 본체(10)의 외형에 대응되는 프로파일의 캐비티(25)를 가지는 금형(20)의 바닥면부에 유도가열판(11)을 안착하고 용탕을 주입한다(s10).

이후 상기 금형(20) 내부에 주입된 상기 용탕을 반응고 상태로 냉각한다(s20). 이때, 상기 용탕의 재질은 알루미늄 재질로 이루어지되, 상기 반응고를 위한 상기 용탕의 온도는 580 ~ 610 ℃ 인 것이 바람직하다.

다음으로 상기 조리용기 본체(10)의 외형을 이루는 용탕의 반응고 상태에서 상기 유도가열판(11) 하면을 가압하여 상기 조리용기 본체의 바닥면을 이루는 반응고된 용탕과 상기 유도가열판(11) 사이에 잔존하는 기공을 최대한 제거한다(s30). 여기서, 상기 스퀴즈 실린더장치(40)는 상기 용탕이 반응고상태에 도달된 경우 상기 연결바(33) 및 상기 가압판(31)을 230 ~ 300 kgf/㎠ 의 압력으로 상승시키도록 제어부에 의해 제어됨이 바람직하다. 이를 통해, 완전 응고 후 상기 조리용기 본체(10)와 상기 유도가열판(11) 간의 밀착력이 현저히 개선되어 경계면에서의 미세한 들뜸 현상도 거의 발생되지 않을 수 있다.

그리고, 상기 용탕의 완전응고를 위하여 냉각 후 상기 금형(20)을 개방하여 유도가열판(11)이 하면에 부착된 조리용기 본체(10)를 추출하고 후가공 처리한다(s40). 여기서, 상기 후가공 처리는 상기 조리용기 본체(10)의 하면부와 유도가열판(11)의 하면을 깨끗하게 절삭함으로써 상기 유도가열판(11)이 외부로 노출되도록 하는 과정을 포함함이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

10: 조리용기 본체 11: 유도가열판
11a: 결합부 20: 금형
21: 상부금형 22: 하부금형
25: 캐비티 31: 가압판
32: 가이드서포트 33: 연결바
40: 스퀴즈 실린더장치

Claims (5)

1. 조리용기 본체의 외형에 대응되는 프로파일의 캐비티를 가지는 금형의 바닥면부에 승강가능하게 구비된 가압판의 상면에 유도가열판을 안착하고 용탕을 주입하는 제1단계;
   상기 금형 내부에서 용탕을 반응고 상태로 냉각하는 제2단계;
   상기 본체의 외형을 이루는 용탕의 반응고 상태에서 상기 가압판을 상측으로 가압하여 상기 용탕과 상기 유도가열판 사이의 기공을 제거하는 제3단계; 및
   상기 용탕의 완전응고를 위하여 냉각 후 상기 금형을 개방하여 유도가열판이 하면에 부착된 조리용기 본체를 추출하고 후가공 처리하는 제4단계를 포함하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용탕의 재질은 알루미늄 재질로 이루어지되, 상기 제2단계에서 상기 반응고를 위한 상기 용탕의 온도는 580 ~ 610 ℃ 인 것을 특징으로 하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압판을 가압하는 압력은 230 ~ 300 kgf/㎠ 인 것을 특징으로 하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조방법.
4. 용탕이 주입되도록 조리용기 본체의 외형에 대응되는 프로파일의 캐비티를 가지도록 상부금형 및 하부금형이 조립되어 구비되는 금형;
   상기 금형의 캐비티 하면부를 지지하며, 그 상면에 유도가열판이 안착되는 가압판;
   상기 가압판의 하면에 연결되는 연결바;
   작동유체의 선택적인 유출입에 따라 내부에 상기 연결바를 선택적으로 승강시키도록 연결되는 피스톤이 구비된 스퀴즈 실린더장치; 및
   상기 용탕이 반응고상태에 도달된 경우 상기 연결바 및 상기 가압판을 230 ~ 300 kgf/㎠ 의 압력으로 상승시키도록 상기 스퀴즈 실린더장치를 제어하는 제어부를 포함하는 유도가열판삽입 반응고 가압주조에 의한 인덕션용 조리용기의 제조장치.
5. 삭제

Images