KR101541320B1 - 열박음척 가열 장치 - Google Patents

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KR101541320B1
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Abstract

본 발명은, 수용부를 갖는 케이스; 열박음척이 삽입되는 중공부와, 상기 수용부에 내장되고 상기 중공부에 삽입된 상기 열박음척을 가열하여 열팽창되도록 하는 가열 코일을 구비하는 가열 유닛; 및 상기 중공부의 내주면에 형성되는 폐루프형의 방열 공간과, 상기 방열 공간으로 냉각 유체를 공급하는 유체 공급부를 구비하는 냉각 유닛을 포함하는, 열박음척 가열 장치를 제공한다.

Description

열박음척 가열 장치{APPARATUS FOR HEATING SHRINKING CHUCK}
본 발명은 열박음척을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다.
열박음척은 절삭공구가 삽입 고정되는 장착부를 구비할 수 있다. 이 장착부는 일반적으로 그의 내경이 절삭공구의 외경과 대응하는 사이즈로 형성되어, 별도의 가열 장치 등을 통해 열팽창된 후에 절삭공구와 맞물릴 수 있다.
여기서, 열박음척을 가열하기 위한 가열 장치는 대개 중공부가 형성된 가열 코일을 구비할 수 있다. 이 중공부에는 열박음척의 장착부가 삽입되며, 가열 코일은 중공부에 삽입된 장착부를 유도 가열 방식 등을 통해 가열하여 열팽창시키도록 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 가열된 열박음척으로부터 열이 다시 가열 코일 또는 가열 장치의 본체 측으로 전달될 수 있고, 이에 의해 가열 장치에는 상당량의 열이 축적될 수 있다. 이러한 가열 장치의 과열 현상은 가열 장치에 내장된 과열 감지 센서에 의해 감지될 수 있다. 구체적으로, 과열 감지 센서는 과열 현상 발생시 가열 장치의 보호를 위해 전원부를 차단하게 되며, 이에 의해 가열 장치는 일정 시간동안 동작 불능 상태에 빠지게 되어, 사용자에 의한 지속적인 열박음 작업을 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 일 목적은, 열박음척 가열시 가열 코일에 발생하는 열을 신속하게 배출하여 지속적인 열박음 작업을 가능하게 하는, 열박음척 가열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 가열 코일에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부의 온도를 낮추어 지속적인 열박음 작업을 가능하게 하는, 열박음척 가열 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 열박음척 가열 장치는, 수용부를 갖는 케이스; 열박음척이 삽입되는 중공부와, 상기 수용부에 내장되고 상기 중공부에 삽입된 상기 열박음척을 가열하여 열팽창되도록 하는 가열 코일을 구비하는 가열 유닛; 및 상기 중공부의 내주면에 형성되는 폐루프형의 방열 공간과, 상기 방열 공간으로 냉각 유체를 공급하는 유체 공급부를 구비하는 냉각 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가열 코일에 50㎐ 내지 2㎒의 주파수를 갖는 교류전류를 공급하는 교류전원 공급부가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 열박음척이 고정되는 본체; 및 상기 케이스가 슬라이딩 가능하게 고정되어 상기 케이스를 상기 본체를 향해 안내되도록 하는 가이드 부재가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 냉각 유닛은, 상기 중공부의 내주면과 이격 설치되어, 상기 중공부의 내주면과의 사이에 상기 방열 공간을 형성하는 중공부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 냉각 유체는, 압축 공기를 포함하고, 상기 유체 공급부는, 상기 압축 공기를 공급하는 에어 펌프; 및 상기 에어 펌프와 상기 방열 공간을 상호 연결하는 공급관을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 냉각 유닛은, 상기 방열 공간의 일측과 연통될 수 있게 상기 중공부재에 관통 형성되며, 상기 공급관과 연결되는 유입공; 및 상기 방열 공간의 타측에 형성되고, 상기 유입공을 통해 상기 방열 공간 내로 유입된 상기 압축 공기를 외부로 배출하는 배출구를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유입공은, 상기 중공부재의 중심축을 기준으로 나선 방향을 따라 형성될 수 있다.
여기서, 상기 유입공은 복수개가 구비되고, 상기 냉각 유닛은, 상기 중공부재와 밀착되는 베이스; 및 상기 베이스에서 상기 중공부재와 밀착되는 면에 형성되고, 상기 복수의 유입공과 연통되며, 상기 공급관과 연결되는 에어홈을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 냉각 유닛은, 상기 케이스에 상기 수용부와 연통되도록 관통 형성되고, 상기 공급관과 연결되는 보조 유입공; 및 상기 케이스에 관통 형성되어, 상기 보조 유입공을 통해 상기 수용부 내로 유입된 상기 압축 공기를 외부로 배출하는 보조 배출구를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 냉각 유체는, 냉각액을 포함하고, 상기 유체 공급부는, 상기 냉각액을 공급하는 냉각액 펌프를 포함하며, 상기 냉각 유닛은, 상기 방열 공간에 설치되고, 상기 냉각액 펌프와 연결되는 순환 채널을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 순환 채널은, 상기 중공부의 중심축 방향을 따라 나선형으로 감겨지고, 상기 냉각액 펌프로부터 상기 냉각액을 공급받는 유입관; 및 상기 유입관을 통해 상기 냉각액을 공급받고, 상기 유입관과 교대로 병렬 배치되는 유출관을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 냉각 유닛은, 상기 유입관과 상기 유출관의 사이에 배치되는 단열재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단열재는, 상기 중공부의 내주면과 상기 유출관의 사이에 배치되는 제1 단열부; 상기 제1 단열부에서 연장 형성되고, 상기 유출관과 이웃한 상기 유입관과의 사이에 배치되는 제2 단열부; 및 상기 제2 단열부에서 연장 형성되고, 상기 유입관을 기준으로 상기 중공부의 내주면의 반대편에 배치되는 제3 단열부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 케이스 및 상기 중공부재는, 비전도체의 소재로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 수용부에 설치되어 상기 가열 코일의 온도를 감지하는 코일 온도 센서; 및 상기 코일 온도 센서로부터 수신되는 온도 정보에 기초하여, 상기 가열 코일의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 상기 교류전원 공급부를 제어하여 상기 교류전류의 공급을 차단하는 제어부가 더 구비될 수 있다.
여기서, 외부 하우징을 구비하는 본체; 상용 전원으로부터 전류를 공급받아 상기 전류의 주파수를 변환하여 상기 교류전원 공급부에 제공하는 주파수 변환부와, 상기 주파수 변환부가 설치되고 상기 외부 하우징에 내장되는 기판부를 포함하는 회로 기판; 상기 회로 기판의 온도를 감지하는 기판 온도 센서; 및 상기 기판 온도 센서로부터 수신되는 온도 정보에 기초하여, 상기 회로 기판의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 상기 교류전원 공급부를 제어하여 상기 교류전류의 공급을 차단하는 제어부가 더 구비될 수 있다.
여기서, 외부 공기로부터 수분을 제거하여, 상기 수분이 제거된 외부 공기를 상기 외부 하우징 내로 공급하는 수분 제거부가 더 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 열박음척 가열 장치에 의하면, 냉각 유체를 이용하여 열박음척 가열시 가열 코일에 발생하는 열을 신속하게 배출할 수 있다. 이에 따라, 과열로 인해 가열 유닛 또는 케이스 등이 손상되는 현상을 방지할 수 있음은 물론, 과열로 인해 가열 코일이 동작 불능 상태에 빠지는 현상을 방지할 수 있어, 작업자가 지속적으로 열박음 작업을 하도록 할 수 있다.
아울러, 가열 코일에 전원을 공급하기 위한 교류전원 공급부 및 주파수 변환부 등과 같은 전원 공급부의 온도도 낮출 수 있어, 작업자가 보다 장시간 동안 열박음 작업을 하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 열박음척 가열 장치에 의하면, 케이스 및 중공부재가 비전도체의 소재로 이루어질 수 있으므로, 열박음 작업시 가열된 열박음척으로부터 가열 코일로 전달되는 열을 차단할 수 있다. 이에 따라, 가열 유닛의 과열 및 손상을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100)의 사시도이다.
도 2는 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 단면도이다.
도 4는 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 중공부재(135)의 단면도 및 평면도이다.
도 5는 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 베이스(143)의 단면도 및 평면도이다.
도 6은 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 작동도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100')의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100'')의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100''')의 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열박음척 가열 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 아울러, 본 실시예에서 '열박음척'이라 칭해지는 구성은 열박음 작업을 통해 절삭공구를 고정하는 홀더 또는 아버 등을 통칭하는 의미로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 열박음척 가열 장치(100)는, 케이스(110), 가열 유닛(120), 냉각 유닛(130), 본체(160), 가이드 부재(170), 회로 기판(180), 및 수분 제거부(195)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 원통형으로 형성될 수 있다. 케이스(110)는 브라켓(111)을 포함할 수 있고, 이 브라켓(111)은 후술하는 가이드 부재(170)에 고정될 수 있다.
가열 유닛(120)은 열박음척(C)을 가열하여 열팽창시키기 위한 구성이다. 가열 유닛(120)은 중공부(121)를 포함할 수 있다.
냉각 유닛(130)은 가열 유닛(120)을 냉각하기 위한 구성이다. 냉각 유닛(130)은 가열 유닛(120)으로 냉각 유체를 공급하는 유체 공급부(131)를 포함할 수 있다.
본체(160)는 열박음척(C)을 장착 고정하기 위한 구성이다. 본체(160)의 내부에는 가열 유닛(120)으로 교류전류를 공급하기 위한 교류전원 공급부(161)가 내장될 수 있다. 아울러, 본체(160)는 외부 하우징(162), 동작 설정부(165), 외기 흡입구(163), 및 열기 배출구(164)를 포함할 수 있다. 외부 하우징(162)에는 열박음척(C)이 장착될 수 있다. 동작 설정부(165)는 외부 하우징(162)의 전면에 설치되어서, 작업자가 열박음 작업의 진행 시간 또는 온-오프 등을 설정할 수 있게 구성될 수 있다. 외기 흡입구(163)는 외부 하우징(162)의 일 면에 형성되어 외부 공기를 흡입하도록 구성되고, 열기 배출구(164)는 외부 하우징(162)의 타 면에 형성되어 외부 하우징(162) 내부의 열기를 배출할 수 있게 구성될 수 있다. 또한, 본체(160)는 외부 하우징(162)의 내부 구성들의 냉각을 위하여, 후술하는 회로 기판(180)에 밀착 설치되는 핀(fin) 형태의 방열판과, 방열판의 열을 외부로 배출하기 위한 냉각팬을 더 구비할 수도 있다.
가이드 부재(170)는 케이스(110)를 안내하기 위한 구성이다. 가이드 부재(170)에는 브라켓(111)이 슬라이딩 가능하게 고정될 수 있고, 이에 의해 가열 유닛(120)의 중공부(121)가 본체(160)에 장착 고정된 열박음척(C)을 향해 이동할 수 있다.
회로 기판(180)은 전원의 공급 및 동작의 제어를 위한 구성이다. 본 도면과 함께 도 2를 참조하면, 회로 기판(180)은 주파수 변환부(181), 기판부(182), 기판 온도 센서(183), 제어부(185)를 포함할 수 있다. 주파수 변환부(181)는 전류의 주파수를 변환하여 교류전원 공급부(161)에 제공하는 구성이다. 이를 위해, 주파수 변환부(181)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT) 등으로 구성될 수 있다. IGBT는 상용 전원으로부터 공급되는 전류를 스위칭 동작 등을 통해 주파수를 변환하도록 구성된다. 기판부(182)는 주파수 변환부(181)가 실장되는 구성이다. 기판부(182)는 외부 하우징(162)에 내장된다. 기판 온도 센서(183)는 주파수 변환부(181) 또는 기판부(182)의 온도를 감지한다. 제어부(185)는 동작 설정부(165)의 입력 또는 기판 온도 센서(183)로부터 수신되는 온도 정보에 기초하여 가열 유닛(120)의 작동을 제어한다.
수분 제거부(195)는 외부 공기로부터 수분을 제거하여 수분이 제거된 외부 공기를 외부 하우징(162) 내로 공급하도록 구성된다. 수분 제거부(195)는 필터 방식, 압력 하강에 따른 응결점 방식(예컨대, zandarTM 제품) 등 상용화된 제습 장치등이 이용될 수 있다. 수분 제거부(195)는 선택적으로 에어 컴프레셔와 같은 유체 공급부(131)와 연결되어, 외부 하우징(162) 내로 건조한 압축 공기를 공급하도록 구성될 수도 있다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 열박음척 가열 장치(100)의 작동 방식에 대해 설명한다.
작업자가 동작 설정부(165)를 통해 가열 유닛(120)을 온(ON)시키면, 주파수 변환부(181)는 상용 전원의 전류를 주파수 변환하여 교류전원 공급부(161)에 제공한다. 이러한 과정 중에, IGBT 등으로 구성되는 주파수 변환부(181)는 스위칭 손실, 정상 손실, 턴온 및 턴오프 손실과 같은 발열 특성을 나타나게 되고, 이러한 발열은 기판 온도 센서(183)에 의해 감지된다. 이후, 제어부(185)는 기판 온도 센서(183)의 온도 정보에 기초하여, 회로 기판(180)의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 장비의 보호를 위해 교류전원 공급부(161)를 제어하여 교류전류의 공급을 차단하게 된다. 이에 따라, 작업자는 열박음 작업을 지속적으로 수행할 수 없게 된다.
이러한 회로 기판(180) 및 교류전원 공급부(161)의 발열로 인한 장비의 다운 현상을 방지하기 위하여, 수분 제거부(195)는 외부 하우징(162) 내로 공기를 공급할 수 있다. 수분 제거부(195)는 건조한 공기를 제공하도록 구성되므로, 습기로 인한 회로 기판(180) 등의 고장을 방지할 수 있다. 여기서, 회로 기판(180)에는 전술한 방열판이 더 구비될 수도 있고, 이에 의해 열을 보다 효율적으로 배출할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 기판 온도 센서(183)를 통해 과열로 인한 장비의 열화 파손 등을 방지할 수 있는 동시에, 수분 제거부(195) 및 유체 공급부(131)의 구성을 통해 회로 기판(180) 등을 신속히 냉각할 수 있어 지속적인 열박음 작업을 가능하게 할 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 열박음척 가열 장치(100)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.
도 3은 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 열박음척 가열 장치(100)는, 케이스(110), 가열 유닛(120), 냉각 유닛(130), 및 코일 온도 센서(190)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 하우징(112), 코일 스토퍼(113), 스톱링(114), 및 수용부(115)를 포함할 수 있다.
하우징(112)은 중앙홀(112a)을 포함할 수 있다. 하우징(112)은 코일 스토퍼(113)와 함께 상하측으로 서로 마주하게 배치되고, 이에 의해 수용부(115)를 한정할 수 있다. 스톱링(114)은 중앙홀(112a)에 삽입 고정될 수 있다. 수용부(115)는 원통형의 형태를 가질 수 있다.
가열 유닛(120)은 중공부(121), 가열 코일(123), 및 보빈(125)을 가질 수 있다. 중공부(121)는 열박음척(C)이 삽입되는 공간이다. 가열 코일(123)은 중공부(121)의 중심축(X)을 따라 나선 형태로 감겨지도록 구성될 수 있다. 보빈(125)은 가열 코일(123)이 감겨지는 부재로서, 그의 중앙 영역에는 상기 중공부(121)가 형성될 수 있다. 보빈(125)은 관통홀(126)을 포함할 수 있다. 관통홀(126)은 보빈(125)의 두께 방향을 따라 관통 형성되어, 수용부(115)에 내장된 가열 코일(123)을 방열 공간(139)과 소통시킬 수 있다.
냉각 유닛(130)은 중공부재(135), 방열 공간(139), 배출구(141), 베이스(143), 오링(145), 및 유체 공급부(131)를 포함할 수 있다.
중공부재(135)는 중앙부재(136), 플랜지(137), 유입공(138)을 포함할 수 있다. 중앙부재(136)는 대략 원통형의 형태를 가질 수 있다. 중앙부재(136)는 보빈(125)의 내주면(122)과 이격 설치되어, 보빈(125)과의 사이에 방열 공간(139)을 형성하도록 구성될 수 있다. 플랜지(137)는 중앙부재(136)에서 연장 형성되며, 코일 스토퍼(113)와 밀착될 수 있다. 유입공(138)은 플랜지(137)에 관통 형성되어 방열 공간(139)과 연통될 수 있다.
방열 공간(139)은 냉각 유체가 순환되는 공간이다. 방열 공간(139)은 중앙부재(136)와 보빈(125)의 내주면(122)의 사이에 형성될 수 있다. 방열 공간(139)은 대략 원통형의 형태를 가질 수 있다.
배출구(141)는 냉각 유체가 배출되는 공간이다. 배출구(141)는 중앙부재(136)의 상단과 중공부(121)의 내주면(122)의 사이에 형성될 수 있다.
베이스(143)는 플랜지(137)와 밀착되도록 구성될 수 있다. 베이스(143)는 중앙부재(136)와 밀착되는 면에 에어홈(144)을 포함할 수 있다. 에어홈(144)은 유입공(138)과 연통될 수 있다.
오링(145)은 냉각 유체의 누출을 방지하기 위한 구성이다. 오링(145)은 코일 스토퍼(113)와 플랜지(137)의 사이, 및 플랜지(137)와 베이스(143)의 사이, 및 중앙부재(136)와 베이스(143)의 사이에 각각 설치될 수 있다.
유체 공급부(131)는 에어 펌프(132) 및 공급관(133)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 냉각 유체는 압축 공기일 수 있으며, 에어 펌프(132)는 압축 공기를 공급하도록 구성될 수 있다. 공급관(133)은 에어 펌프(132, 도 1 참조) 및 에어홈(144)과 각각 연결되어 방열 공간(139)으로 압축 공기를 제공할 수 있다.
코일 온도 센서(190)는 가열 코일(123)의 온도를 감지하기 위한 구성이다. 코일 온도 센서(190)는 수용부에 설치될 수 있다.
이하에서는, 상술한 중공부재(135)에 대해 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 중공부재(135)의 단면도 및 평면도이다.
본 도면을 참조하면, 중공부재(135)는 중앙부재(136)와 플랜지(137)를 포함할 수 있고, 플랜지(137)에는 복수의 유입공(138)이 형성될 수 있다. 여기서, 유입공(138)은 중앙부재(136)의 중심축(X)을 기준으로 나선 방향(S)을 따라 형성될 수 있다. 이러한 나선 방향(S)이 중심축(X)과 이루는 각도(α)는 30°내지 60°일 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 유입공(138)을 통해 방열 공간(139)의 일측으로 유입된 압축 공기는 중심축(X)과 경사진 방향을 따라 진행할 수 있다. 따라서, 압축 공기는 중앙부재(136)의 원주 방향을 따라 와류의 형태로 순환하면서 방열 공간(139)의 타측에 형성된 배출구(141)를 통해 외부로 배출될 수 있고, 이에 의해 방열 공간(139)은 전체적으로 고르게 냉각될 수 있다.
도 5는 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 베이스(143)의 단면도 및 평면도이다.
본 도면을 참조하면, 베이스(143)는 전체적으로 원형의 형상을 갖는 에어홈(144)을 가질 수 있다. 에어홈(144)은 상술한 공급관(133)과 연결될 수 있다. 에어홈(144)은 베이스(143)에서 플랜지(137)와 밀착되는 면에 형성될 수 있고, 구체적으로 상술한 복수의 유입공(138)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 공급관(133)을 통해 에어홈(144)으로 제공되는 압축 공기는 복수의 유입공(138) 모두로 균일하게 공급될 수 있다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 열박음척 가열 장치(100)의 작동 방식에 대해 설명한다.
도 6은 도 1의 열박음척 가열 장치(100)의 작동도이다.
본 도면[및 도 1]을 참조하면, 사용자는 본체(160)에 열박음척(C)을 장착 고정한 후에, 케이스(110)를 가이드 부재(170)를 따라 하강시켜 열박음척(C)의 장착부가 중공부(121)로 삽입되도록 할 수 있다.
이후, 동작 설정부(165)의 입력을 통해 장비를 온(ON)하게 되면, 전술한 주파수 변환부(181)의 스위칭 동작을 통해 주파수가 변환된 전류가 교류전원 공급부(161)에 제공된다. 이에 따라, 교류전원 공급부(161)는 가열 코일(123)에 50㎐ 내지 2㎒의 주파수를 갖는 교류전류를 공급할 수 있다. 구체적으로, 교류전원 공급부(161)는 7㎑ 내지 400㎑의 고주파 전류를 공급할 수 있다. 가열 코일(123)에 고주파 전류가 공급되면, 중공부(121)에는 고주파 형태의 자기장이 형성될 수 있다. 여기서, 중공부(121)에 삽입된 열박음척(C)은 금속 도체로 이루어지므로, 고주파 형태의 자기장은 열박음척(C)의 표면에 와전류 등을 유도할 수 있고, 이에 의해 열박음척(C)에는 히스테리시스 손실 및 와전류 손실 등에 의해 열이 발생될 수 있다. 이에 따라, 열박음척(C)의 장착부는 열팽창될 수 있고, 이때 절삭공구(T)를 장착부에 삽입한 후 열박음척(C)을 다시 냉각시킴으로써 열박음 작업을 완료할 수 있다.
이러한 고주파 유도 가열 방식은 효율이 높아 열박음척(C)을 순식간에 가열하여 열팽창시킬 수 있고, 이에 의해 초단위의 작업 처리를 가능케 할 수 있다. 아울러, 피가열체인 열박음척(C) 자신에 의해 직접 가열되는 방식이므로, 저항 코일을 이용하여 직접 가열하는 방식보다 가열 코일(123) 자체에 발생되는 열량이 상대적으로 작다. 다만, 반복적으로 열박음 작업을 진행하는 경우, 열박음척(C)에 유도된 열이 다시 케이스(110) 또는 가열 코일(123) 등에 전달되어 축적될 수 있다. 이 경우, 코일 온도 센서(190)는 가열 코일(123)의 온도를 감지하여 그의 온도 정보를 제어부(185)로 송신하게 된다. 제어부(185)는 이러한 온도 정보에 기초하여, 가열 코일(123)의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 교류전류의 공급을 차단함으로써, 열박음척 가열 장치(100)를 보호하게 된다.
본 실시예에 의하면, 하우징(112), 코일 스토퍼(113), 중공부재(135), 및 베이스(143) 등과 같이, 케이스(110) 및 냉각 유닛(130)을 이루는 구성들이 비전도체의 소재로 이루어질 수 있다. 여기서, 비전도체의 소재는 강화 플라스틱 등과 같이 열전도율이 통상의 금속보다 낮은 소재일 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 열박음 작업시 가열된 열박음척(C)으로부터 가열 코일(123)로 전달되는 열을 상당 부분 차단할 수 있어, 가열 유닛(120)의 과열 및 손상을 방지할 수 있다.
아울러, 본 실시예에 의하면, 냉각 유닛(130)의 구성을 통하여 가열 코일(123) 등의 온도를 낮출 수 있다. 구체적으로, 사용자가 에어 펌프(132)를 구동하면, 압축 공기가 공급관(133)을 통해 에어홈(144)으로 공급될 수 있다. 에어홈(144)으로 유입된 압축 공기는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이, 다시 유입공(138)을 통해 와류의 형태로 방열 공간(139)을 순환할 수 있다. 이때, 가열 코일(123)로부터 발생된 열은 보빈(125)을 통해 방열 공간(139)으로 전달되거나, 또는 보빈(125)의 관통홀(126)을 통해 직접 방열 공간(139)으로 방출될 수 있다. 유입공(138)을 통해 방열 공간(139)으로 유입된 압축 공기는 이 열과 함께 순환하면서, 중앙부재(136)와 내주면(122)의 사이에 형성된 배출구(141)를 통해 외부로 배출될 수 있고, 이에 의해 가열 코일(123)로부터 발생된 열도 압축 공기와 함께 배출구(141)로 배출될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 고온의 열박음척(C)으로부터 가열 코일(123) 측으로 전달되는 열을 효율적으로 차단 및 배출할 수 있어, 지속적인 열박음 작업을 가능케 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100')의 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 냉각 유닛(130)은 보조 유입공(138a), 및 보조 배출구(141a)를 더 포함할 수 있다.
보조 유입공(138a)은 플랜지(137) 및 코일 스토퍼(113)를 관통하여, 에어홈(144)과 수용부(115)를 상호 연통할 수 있게 형성될 수 있다. 여기서, 보조 유입공(138a)은 상술한 유입공(138)과 같이 중앙부재(136)의 중심축(X)을 기준으로 나선 방향(S)을 따라 형성될 수 있고, 이러한 나선 방향(S)은 중심축(X)과 30°내지 60°의 각도를 이룰 수 있다. 보조 배출구(141a)는 하우징(112)을 관통하여, 수용부(115)가 외부와 연통되도록 형성될 수 있다.
상술한 구성에 의하면, 보조 유입공(138a)을 통해 수용부(115)의 일측으로 유입된 압축 공기가 가열 코일(123)의 원주 방향을 따라 와류의 형태로 순환하면서 가열 코일(123)로부터 열을 직접 흡수하여 보조 배출구(141a)를 통해 배출될 수 있다. 또한, 압축 공기는 유입공(138)을 통해 방열 공간(139)도 함께 냉각하게 되므로, 가열 코일(123)에 대한 냉각 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100'')의 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 냉각 유닛(130)은 보조 공급관(133a)을 더 포함할 수 있다. 보조 공급관(133a)은 하우징(112)에 관통 형성되는 보조 유입공(138')을 통해 수용부(115)와 직접 연통되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 수용부(115)로 공급되는 압축 공기의 유입량을 보다 증대시킬 수 있음은 물론, 필요에 따라 공급관(133) 및 보조 공급관(133a)으로 공급되는 압축 공기의 공급량을 상호 조절할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열박음척 가열 장치(100''')의 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 냉각 유닛(130)은 유체 공급부(131'), 순환 채널(149), 및 단열재(155)를 포함할 수 있다.
유체 공급부(131)는 냉각액 펌프(132'), 공급관(133), 및 배출관(147)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 냉각 유체는 냉각수 또는 냉각 오일 등과 같은 냉각액일 수 있다. 냉각액 펌프(132', 도 1 참조)는 냉각액을 공급하도록 구성될 수 있다. 공급관(133)은 순환 채널(149)로 냉각액을 공급하고, 배출관(147)은 순환 채널(149)로부터 고온의 냉각액을 배출할 수 있게 구성될 수 있다.
순환 채널(149)은 방열 공간(139)에 설치될 수 있다. 순환 채널(149)은 유입관(151), 및 유출관(153)을 포함할 수 있다. 유입관(151)은 냉각액 펌프(132')로부터 냉각액을 공급받고, 중공부(121)의 중심축(X) 방향을 따라 나선형으로 감겨질 수 있다. 유출관(153)은 유입관(151)을 통해 고온의 냉각액을 공급받고, 유입관(151)과 교대로 병렬 배치될 수 있다.
단열재(155)는 유입관(151)과 유출관(153)의 사이에 배치될 수 있다. 단열재(155)는 제1 단열부(156), 제2 단열부(157), 및 제3 단열부(158)를 포함할 수 있다. 제1 단열부(156)는 중공부(121)의 내주면(122)과 유출관(153)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 단열부(157)는 제1 단열부(156)에서 연장 형성되고, 유출관(153)과 이웃한 유입관(151)과의 사이에 배치될 수 있다. 제3 단열부(158)는 제2 단열부(157)에서 연장 형성되고, 유입관(151)을 기준으로 중공부(121)의 내주면(122)의 반대편에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 단열재(155)는 전체적으로 주름관의 형태를 가질 수 있다.
이하에서는, 열박음척 가열 장치(100)의 작동 방식에 대해 설명한다.
사용자가 냉각액 펌프(132')를 가동하면, 냉각액은 공급관(133)을 통해 유입관(151)으로 공급될 수 있다. 이후, 냉각액은 유입관(151)을 따라 중공부(121)의 내주면(122)을 순환하면서 도면상 상측으로 이동할 수 있다. 이 경우, 제3 단열부(158)가 유입관(151)과 중앙부재(136)의 사이에 배치되므로, 유입관(151) 내의 냉각액은 열박음척(C)과 열차단됨은 물론, 보빈(125)의 내주면(122)과 밀착되어 가열 코일(123)로부터 열을 흡수할 수 있다.
열을 흡수한 고온의 냉각액이 도면상 최상단에 도달하면, 냉각액은 유출관(153)을 따라 도면상 하측으로 순환될 수 있다. 이 경우, 유출관(153)과 중공부(121)의 내주면(122)의 사이에는 제1 단열부(156)가 배치되므로, 유출관(153) 내의 고온의 냉각액으로부터 가열 코일(123)로 전달되는 열량은 최소화될 수 있다.
아울러, 상호 이웃한 유출관(153)과 유입관(151)의 사이에는 제2 단열부(157)가 배치되므로, 유입관(151)과 유출관(153) 사이의 열교환을 최소화시킬 수 있어, 가열 코일(123)에 대한 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 열박음척 가열 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다. 구체적으로, 전술한 실시예에서는 고주파 유도 가열 방식을 이용한 가열 코일에 대해서만 설명하였으나, 상기한 가열 코일은 열박음척을 직접 가열할 수 있도록 저항 코일 등으로 구성될 수도 있다.
100: 열박음척 가열 장치
110: 케이스
120: 가열 유닛
130: 냉각 유닛
160: 본체
170: 가이드 부재
180: 회로 기판

Claims (17)

  1. 수용부를 갖는 케이스;
    열박음척이 삽입되는 중공부와, 상기 수용부에 내장되고 상기 중공부에 삽입된 상기 열박음척을 가열하여 열팽창되도록 하는 가열 코일을 구비하는 가열 유닛; 및
    상기 중공부의 내주면에 형성되는 폐루프형의 방열 공간과, 상기 방열 공간으로 냉각액을 포함한 냉각 유체를 공급하는 유체 공급부를 구비하는 냉각 유닛을 포함하고,
    상기 유체공급부는, 상기 냉각액을 공급하는 냉각액 펌프를 포함하며,
    상기 냉각 유닛은, 상기 방열 공간에 설치되고 상기 냉각액 펌프와 연결되는 순환 채널을 더 구비하고,
    상기 순환 채널은, 상기 중공부의 중심축 방향을 따라 나선형으로 감겨지고, 상기 냉각액 펌프로부터 상기 냉각액을 공급받는 유입관; 및 상기 유입관을 통해 상기 냉각액을 공급받고, 상기 유입관과 교대로 병렬 배치되는 유출관을 포함하는, 열박음척 가열 장치.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 코일에 50㎐ 내지 2㎒의 주파수를 갖는 교류전류를 공급하는 교류전원 공급부를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열박음척이 고정되는 본체; 및
    상기 케이스가 슬라이딩 가능하게 고정되어 상기 케이스를 상기 본체를 향해 안내되도록 하는 가이드 부재를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 중공부의 내주면과 이격 설치되어, 상기 중공부의 내주면과의 사이에 상기 방열 공간을 형성하는 중공부재를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각 유체는, 압축 공기를 포함하고,
    상기 유체 공급부는,
    상기 압축 공기를 공급하는 에어 펌프; 및
    상기 에어 펌프와 상기 방열 공간을 상호 연결하는 공급관을 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 방열 공간의 일측과 연통될 수 있게 상기 중공부재에 관통 형성되며, 상기 공급관과 연결되는 유입공; 및
    상기 방열 공간의 타측에 형성되고, 상기 유입공을 통해 상기 방열 공간 내로 유입된 상기 압축 공기를 외부로 배출하는 배출구를 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유입공은,
    상기 중공부재의 중심축을 기준으로 나선 방향을 따라 형성되는, 열박음척 가열 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유입공은 복수개가 구비되고,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 중공부재와 밀착되는 베이스; 및
    상기 베이스에서 상기 중공부재와 밀착되는 면에 형성되고, 상기 복수의 유입공과 연통되며, 상기 공급관과 연결되는 에어홈을 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 케이스에 상기 수용부와 연통되도록 관통 형성되고, 상기 공급관과 연결되는 보조 유입공; 및
    상기 케이스에 관통 형성되어, 상기 보조 유입공을 통해 상기 수용부 내로 유입된 상기 압축 공기를 외부로 배출하는 보조 배출구를 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 유입관과 상기 유출관의 사이에 배치되는 단열재를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단열재는,
    상기 중공부의 내주면과 상기 유출관의 사이에 배치되는 제1 단열부;
    상기 제1 단열부에서 연장 형성되고, 상기 유출관과 이웃한 상기 유입관과의 사이에 배치되는 제2 단열부; 및
    상기 제2 단열부에서 연장 형성되고, 상기 유입관을 기준으로 상기 중공부의 내주면의 반대편에 배치되는 제3 단열부를 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 케이스 및 상기 중공부재는,
    비전도체의 소재로 형성되는, 열박음척 가열 장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 수용부에 설치되어 상기 가열 코일의 온도를 감지하는 코일 온도 센서; 및
    상기 코일 온도 센서로부터 수신되는 온도 정보에 기초하여, 상기 가열 코일의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 상기 교류전원 공급부를 제어하여 상기 교류전류의 공급을 차단하는 제어부를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  16. 제2항에 있어서,
    외부 하우징을 구비하는 본체;
    상용 전원으로부터 전류를 공급받아 상기 전류의 주파수를 변환하여 상기 교류전원 공급부에 제공하는 주파수 변환부와, 상기 주파수 변환부가 설치되고 상기 외부 하우징에 내장되는 기판부를 포함하는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 온도를 감지하는 기판 온도 센서; 및
    상기 기판 온도 센서로부터 수신되는 온도 정보에 기초하여, 상기 회로 기판의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 상기 교류전원 공급부를 제어하여 상기 교류전류의 공급을 차단하는 제어부를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    외부 공기로부터 수분을 제거하여, 상기 수분이 제거된 외부 공기를 상기 외부 하우징 내로 공급하는 수분 제거부를 더 포함하는, 열박음척 가열 장치.
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