KR19990046611A - 고주파유도가열원리를이용한금형가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 유도가열(high-frequency induction heat) 원리를 이용하여 음극선관과 같이 고도의 정밀성이 요구되는 유리제품 제조용 프레스에 사용되는 복수 개의 금형(金型:피가열체)을 변형없이 짧은 시간에 가열할 수 있는 가열장치에 관한 것이다.

즉, 유도가열을 위한 고주파(高周波)를 발생시켜 워크코일로 공급하는 대용량의 고주파 발진기와, 워크코일(work coil)이 내장되어 투입되는 금형을 유도 가열할 수 있는 가열노체와, 가열노체를 승강시키기 위한 승강기구와, 가열노체의 안정적인 승강운동과 균형을 유지하는 바란스 장치와, 금형의 가열온도를 스펙트럼으로 감지하는 광센서(光 sensor)와, 가열노체(8)의 과열을 방지하는 과열방지센서와, 제어부에 설정된 기준온도와 광센서가 감지한 온도를 비교하여 피드백 제어방식으로 온도를 보상 제어하면서 피가열체를 원하는 온도까지 가열하고 또한 피가열체가 과열되면 워크코일로 공급되는 고주파 전력을 차단하는 제어부와, 금형을 지지하는 파렛트로 크게 구성하여 금형과 같은 피가열체를 원하는 온도까지 신속하면서 간편하게 유도가열(induction heat)할 수 있도록 한 것이다.

Description

고주파 유도 가열원리를 이용한 금형 가열장치{Mold heating device by using high-frequency induction heat}

본 발명은 고주파 유도 가열(high-frequency induction heat)원리를 이용하여 음극선관과 같이 고도의 정밀성이 요구되는 유리제품 제조용 금형(金型)을 변형없이 짧은 시간에 간편히 가열할 수 있는 금형 가열장치에 관한 것으로, 상세하게는 하부로 개방된 가열실과 승강수단이 설치된 가열노체의 가장자리 부분에 워크코일을 빙둘러 설치한 다음 고주파발진기의 고주파 급전선을 접속하고, 가열노체에 온도감지 수단을 설치하여 고주파발진기의 고주파 전력을 제어하여 피가열체를 원하는 온도까지 신속 간편하게 유도 가열할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 음극선관(브라운관)과 같이 정밀성이 요구되는 유리제품을 공업적으로 반복 성형할 때 가열수단을 이용하여 금형의 온도를 유리용액과 비슷한 500℃~600℃의 온도까지 가열한 다음 유리제품을 성형하도록 함으로써 성형된 유리제품의 결함이나 변형 및 파손을 방지하고 있으며, 또한 음극선관의 성형이 계속되는 경우 유리용액의 온도가 금형에 전도되므로 가열수단으로 금형을 계속 가열할 필요없이 금형의 초기가열만 달성하면 된다.

한편, 크기가 큰 금형의 가열에는 온도변화에 따른 열변형을 우려하여 이제까지는 전열히터에 의한 저항가열방식을 채택하여 왔으나 가열시간이 너무 길어 가열을 위한 대기시간이 늘어나고 장시간 가열에 따른 전력낭비가 많은 편이다.

또한, 가열장치의 설비비용 또한 크고 가열장치를 설치하는 공간도 많이 차지하는 편이나 이를 개선하기 위한 효과적인 방안이 제시되지 못하고 있는 실정이며, 음극선관과 같이 정밀도가 요구되는 유리제품의 제조공정은 대단위 고가장치로 구성된 생산라인으로 단위 시간당 소요되는 비용발생이 여타의 제조라인에 비하여 상대적으로 큰 약점이 있다.

또한, 금형의 초기 가열시간도 3시간 이상 소요되어 금형 가열을 위한 준비시간이 많이 소요되어 생산성이 크게 떨어지며, 가열된 금형의 이동거리가 긴 편이어서 성형장치로 이동하는데 많은 시간이 소요되는 편이므로 금형이 필요 온도 이하로 떨어져 제품불량 요인이 있는 등의 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 공정을 개선하기 위한 새로운 개념의 가열설비가 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 브라운관과 같은 정밀 유리제품을 성형하는 금형을 고주파 유도가열(high-frequency induction heat) 원리를 이용하여 간편하면서 빠른 시간에 원하는 온도로 신속히 가열할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 방호유리로 보호되는 광센서는 가열노체에 설치하여 피가열체인 금형으로 적외선을 조사시켜 반사되는 적외선 빔의 스펙트럼을 분석하여 정확한 온도를 감지한 다음 제어부로 입력하여 제어부에 미리 설정된 기준온도와 비교하여 금형의 온도가 설정온도에 도달할 때까지 계속 가열하다가 금형의 가열온도가 희망하는 온도에 근접하는 경우 서서히 가열시켜 희망온도를 초과하지 않도록 함을 목적으로 한다.

또한, 가열노체의 상부에 제어부와 접속된 과열방지센서를 설치하여 광센서의 고장이나 오동작으로 금형이 설정된 희망온도를 초과하여 과열되는 경우 경보와 동시에 워크코일로 공급되는 고주파 유도전력을 차단하여 가열노체와 피가열체를 보호할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 프레임의 하부에 중량추가 헐겁게 삽입된 보호관을 설치한 다음 에어실린더의 로드와 연결된 체인의 끝 단부를 연결하여 체인이 운동할 때 체인 스프라켓으로부터 이탈하지 않도록 함을 목적으로 한다.

또한, 가열노체는 단열재가 충진되고 내열성과 강도가 우수한 내ㆍ외측판 사이에 냉각수가 순환되는 워크코일을 루우프 형태로 빙둘러 감아 폐회로를 구성한 다음 고주파 발진기의 고주파 급전선을 전기적으로 연결하고, 내측판재에는 비철금속판으로 된 모자익판을 체결수단으로 고정하되, 모자익판 끼리 서로 이격시켜 열팽창에 의한 접촉과 변형 및 그에 따른 전기적인 단락(short)을 방지하도록 함을 목적으로 한다.

또한, 가열노체에 빙둘러 설치되는 워크코일은 반원홈이 형성된 한 쌍의 스페이스로 워크코일의 간격(피치)을 유지하도록 함을 목적으로 한다.

또한, 워크코일은 동관이나 동파이프로 구성하되 연결 부분에는 워크코일의 단부 또는 동관이나 동파이프로 성형된 엘보의 단부를 버링가공으로 확개시킨 다음 억지 끼움식으로 삽입하여 수밀와 도전성을 유지하도록 함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 유도가열을 위한 고주파(高周波)를 발생시켜 워크코일로 공급하는 대용량의 고주파 발진기와, 워크코일(work coil)이 내장되어 투입되는 금형을 유도 가열할 수 있는 가열노체와, 가열노체를 승강시키기 위한 승강기구와, 가열노체의 안정적인 승강운동과 균형을 유지하는 바란스 장치와, 금형의 가열온도를 스펙트럼으로 감지하는 광센서(光 sensor)와, 가열노체(8)의 과열을 방지하는 과열방지센서와, 제어부에 설정된 기준온도와 광센서가 감지한 온도를 비교하여 피드백 제어방식으로 온도를 보상제어하면서 피가열체를 원하는 온도까지 가열하고 또한 피가열체가 과열되면 워크코일로 공급되는 고주파 전력을 차단하는 제어부와, 금형을 지지하는 파렛트로 크게 구성하여 금형과 같은 피가열체를 원하는 온도까지 신속하면서 간편하게 유도가열(induction heat)할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 - 본 발명의 정면도.

도 2 - 본 발명의 전체 평면도.

도 3 - 본 발명의 요부 평면도.

도 4 - 본 발명의 횡단면도.

도 5 - 본 발명에서 가열노체가 하강한 상태의 측면도.

도 6 - 본 발명에서 가열노체가 상승한 상태의 측면도.

도 7 - 본 발명에서 금형이 삽입된 상태의 가열노체 부분 횡단면도.

도 8 - 본 발명에서 금형이 삽입된 상태의 가열노체 부분 종단면도.

도 9 - 본 발명 가열노체의 일부 분해 사시도.

도 10 - 본 발명 워크코일의 연결부분 결합 상태 평면도.

도 11 - 본 발명 가열노체의 일부 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(2)--금형(金型) (4)--고주파 발진기

(6)--워크코일(work coil) (8)--가열노체

(8a)--가열노체의 상부판 (8b)--가열실

(10)--바란스 (12)--광센서(光 sensor)

(14)--과열방지센서 (16)--제어부

(18)--파렛트 (20)(20a)--횡프레임

(22)--종프레임 (24)--기대

(26)--구동축 (28)--피동축

(30)--축 베어링 (32)(32a)(34)(34a)(36)--체인 스프라켓

(38)(38a)(38b)(38c)(44)(44a)--안내봉

(40)(40a)(40b)(40c)(48)(48a)(94)--휠

(42)(42a)(42b)(42c)--축봉 (50)--에어실린더

(50a)(50b)--상ㆍ하한 스위치 (52)--에어실린더의 로드

(54)--중량추 (56)--보호관

(58)(60)(60a)--체인 (62)--방호유리

(64)(64a)(70)(70a)--판재 (66)(66a)(66b)(92)--단열재

(68)--외측판 (72)--내측판

(74)--수냉실 (76)--급전선

(78)--엘보 (80)--모자익판

(82)--피스(볼트) (84)(86)--스페이스

(84a)(86a)-반원홈 (88)--블럭

(90)--강판 (96)--운반대차

(98)--발판 (100)--받침판

본 발명은 금형(金型)(2)을 순간 가열할 때 금형(2)이 온도의 영향을 받아 변형이 가지 않는 범위내에서 가장 짧은 시간 내에 효과적으로 요구되는 온도(500℃ ~ 600℃)까지 고주파로 유도 가열할 수 있게된다.

본 발명의 금형 가열장치는 유도가열을 위한 고주파(1㎑~40㎑) 전력을 발생시켜 워크코일(6)로 공급하는 대용량의 고주파 발진기(4)와, 워크코일(work coil)(6)이 내장되어 피가열체인 금형(2)을 유도가열할 수 있는 가열실(8b)이 형성된 가열노체(8)와, 피가열체를 투입하고 꺼내기 위하여 가열노체(8)를 승강시키는 승강기구와, 가열노체(8)의 안정적인 승강운동과 균형을 유지하는 바란스(10) 장치와, 금형(2)의 가열온도를 스펙트럼으로 감지하는 광센서(光 sensor)(12)와, 가열노체(8)의 과열을 방지하는 과열방지센서(14)와, 제어부에 설정된 기준온도와 광센서(12)가 감지한 온도를 비교하여 피드백 제어방식으로 피가열체의 온도를 보상제어하고 또한 피가열체가 과도하게 과열되면 워크코일(6)로 공급되는 고주파 전력을 차단하는 제어부(16)와, 금형(2)을 지지하는 파렛트(18)로 크게 구성된다.

횡프레임(20)(20a)과 종프레임(22)으로 구성되는 기대(24)의 상부면 중앙부와 뒷부분에 구동축(26)과 피동축(28)을 축 베어링(30)으로 평행 설치하고, 상기 구동축(26)과 피동축(28)의 양단에 체인 스프라켓(32)(32a)(34)(34a)을 각각 끼워 고정하고, 피동축(28)보다 더욱 돌출된 구동축(26)의 돌출 단부에도 체인 스프라켓(36)을 끼워 고정한다.

기대(24)의 전ㆍ후 양측에 도 5와 같이 안내봉(38)(38a)(38b)(38c)을 수직으로 설치하고, 가열노체(8)의 전ㆍ후 외면 양측에 휠(40)(40a)(40b)(40c)이 축 설치된 축봉(42)(42a)(42b)(42c)을 고정하여 상기 휠(40)(40a)(40b)(40c)이 접촉되는 안내봉(38)(38a)(38b)(38c)을 따라 구름 운동하도록 하고, 기대(23)의 후단 양측에도 도 5와 같이 한 쌍의 안내봉(44)(44a)을 수직으로 설치하고, 바란스(10)의 양측에도 한 쌍의 휠(48)(48a)을 설치한 다음 상기 안내봉(44)(44a)에 접촉시켜 구름 운동할 수 있도록 한다.

상기에서 가열노체(8)의 전ㆍ후 외면에 설치하는 휠(40)(40a)(40b)(40c)은 도 6 내지 도 8과 같이 가열노체(8)의 상ㆍ하부에 설치하여 승강하는 가열노체(8)의 유동을 방지하도록 한다.

기대(24)의 일측에 에어실린더(50)를 수직으로 설치하여 로드(52)가 상부로 출몰할 수 있도록 하고, 상기 에어실린더(50)의 로드(52)에 체인(58)을 연결한 다음 체인 스프라켓(36)에 걸어 로드(52)의 출몰에 따라 구동축(26)이 정회전 또는 역회전하도록 하고, 에어실린더(50)의 외면 상ㆍ하부에는 도 6, 도 7과 같이 피스톤의 이동을 감지하는 상ㆍ하한 스위치(50a)(50b)를 설치하여 피스톤이 이동할 수 스트로크(상한 한계점과 하한 한계점)와 그에 따른 가열노체(6)의 승강거리를 결정하도록 한다.

일측 횡프레임(20a)의 하부에 도 6, 도 7과 같이 중량추(54)가 헐겁게 삽입된 보호관(56)을 설치한 다음 로드(52)와 연결된 체인(58)의 끝 단부를 중량추(54)와 연결하여 체인(58)이 운동할 때 체인 스프라켓(36)을 이탈하지 않도록 한다.

또한, 구동축(26)과 피동축(28)의 스프라켓(32)(32a)(34)(34a)에 체인(60)(60a)을 걸어 설치한 다음 체인(60)(60a)의 일측단부는 가열노체(8)의 상부판(8a)양측에 고정하고, 체인(60)(60a)의 타측단부는 발란스(10)의 상부면 양측에 고정시켜 에어실린더(50)에 의해 구동축(26)이 시계방향으로 정회전하면 가열노체(8)가 상승하도록 하고, 반대로 구동축(26)이 반 시계방향으로 회전하면 가열노체(8)가 하강하도록 한다.

상기에서 가열노체(8)와 연동 운동하는 발란스(10)는 가열노체(8)의 중량과 같거나 거의 같은 중량으로 하여 가열노체(8)의 승강운동이 자연스럽게 이루어지도록 하고 또한 에어실린더(50)의 부하(負荷)를 줄이도록 한다.

또한, 고주파 유도 가열에 의해 금형(2)의 온도가 500℃를 넘게되고 금형(2)이 위치하는 가열노체(8)의 내부관찰이 불가능한 상태에서 금형(2)의 온도 및 제반상태를 관리하게 되므로 적외선 정밀 광센서(12)를 이용하여 현재의 온도를 피드백(feed back)시켜주면 제어부(16)에 미리 설정된 기준온도와 비교하여 설정된 온도로 피드백 제어하게 된다.

도 7, 도 8은 본 발명 광센서(12) 및 과열방지센서(14)가 설치된 가열노체(8)의 단면도로, 방호유리(62)로 보호되는 광센서(12)는 피가열체인 금형(2)으로 적외선을 조사시켜 반사되는 적외선 빔의 스펙트럼을 분석하여 정확한 온도를 감지하게되며, 감지된 온도는 고주파 발진기(4)에 내장되는 제어부(16)로 입력되어 제어부(16)에 미리 설정된 기준온도와 비교하여 금형(2)의 온도가 설정온도에 도달할 때까지 계속 가열하면 된다.

이 때, 금형(2)의 가열온도를 500℃로 설정한 경우 가열되는 금형(2)의 온도가 500℃에 근접하기 직전에 서서히 가열시켜 가열온도가 설정된 500℃를 초과하지 않도록 함이 바람직하다.

한편, 가열노체(8)의 상부에는 과열방지센서(14)를 설치하여 상기 광센서(12)의 고장이나 오동작으로 금형(2)이 설정된 온도를 초과하여 과열되는 경우 과열방지센서(14)가 이를 감지하여 제어부(16)로 전달하므로 제어부(16)는 경보와 동시에 워크코일(6)로 공급되는 고주파 유도전력을 차단하도록 함으로써 금형(2)과 가열노체(8)를 보호할 수 있도록 한다.

한편, 금형(2)은 일정온도 이내의 온도분포를 유지해야 하며, 상ㆍ하부에 관계없이 금형(2) 간에 발생하는 편차가 미세한 허용범위 기준에 맞아야 한다.

따라서, 짧은 시간에 큰 출력의 에너지를 인가하여 금형(2)을 빨리 가열하면 금형(2)의 특성상 형상이 부분적으로 다르고, 가열에너지의 분포도도 달라서 열변형의 우려가 커지므로 본 발명에서는 워크코일(6)의 특수 설계를 통하여 가열분포도를 최대한 고르게 하고, 일정시간 이상 500℃가 넘는 워크코일(6)을 지지하면서 보호하고, 또한 금형(2)의 온도저하를 억제하기 위하여 고온의 환경에서 견딜 수 있는 비철 또는 비금속으로 가열노체(8)를 제작하도록 한다.

투입된 금형(2)을 가열하는 가열실(8b)과 개방된 하부로 금형(2)이 출입할 수 있는 가열노체(8)는 도 7 내지 도 11과 같이 한 쌍의 판재(64)(64a) 사이에 단열재(66)가 충진된 외측판(68)과, 한 쌍의 판재(70)(70a) 사이에 단열재(66a)가 충진된 내측판(72)으로 구성되며, 상기 내ㆍ외측판(68)(72) 사이에는 냉각수가 순환되는 워크코일(6)을 루우프 형태로 빙둘러 감아 폐회로를 구성한 다음 고주파 발진기(4)과 연결되는 고주파 급전선(76)에 전기적으로 연결하여 가열노체(8)의 중앙에 위치하는 금형(2)을 유도 가열할 수 있도록 하고, 또한 내ㆍ외측판(68)(72) 사이에 단열재(66b)를 충진시켜 가열노체(8)의 단열을 달성하도록 한다.

상기에서 외측판(68)을 구성하는 외측판재(64)는 고강도의 에폭시를 사용하도록 하고, 외측판(68)의 내측판재(64a)와 내측판(72)의 내ㆍ외측 판재(70)(70a)는 내열성이 우수하고 고강도를 갖는 세라믹보드를 사용하도록 하고, 단열재(66)(66a)(66b)는 유리섬유와 같이 내열성과 단열효과가 우수한 재질의 단열재를 사용하도록 함이 바람직하다.

상기에서 가열노체(8)에 설치되는 워크코일(6)은 개방된 가열노체(8)의 하부와 가열노체(8)의 상부에는 설치할 필요가 없으며, 엘보(78)를 이용하여 가열노체(8)의 벽체 부분에 빙둘러 설치하면 될 것이다.

상기 워크코일(6)은 동관이나 동파이프로 구성하되 연결부분을 연결할 때 워크코일(6)의 단부 또는 엘보(78)의 단부를 버링가공으로 확개시킨 다음 도 10과 같이 엘보(78)와 워크코일(6)을 억지 끼움식으로 삽입하여 수밀 유지하고, 워크코일(8)의 수냉실(74)로는 순환펌프(도시안됨)로 냉각수가 강제 순환되게 함으로써 고열로부터 워크코일(8)을 보호하도록 한다.

상기 순환펌프는 고주파 급전선(76)의 중간이나 입구 부분, 또는 고주파 발진기(4)에 내장시켜 냉각수가 강제 순환되도록 한다.

또한, 가열노체(8)의 내측판재(70a)에는 스텐레스와 같은 비철금속판으로 된 모자익판(80)을 접촉시킨 다음 볼트 또는 피스(82)로 체결시켜 고정함으로써 가열노체(8)의 내열과 전기적인 단락(short)을 방지하도록 한다.

상기 모자익판(80)은 가열노체(8)의 내부온도에 의해 열 팽창하므로 인접하는 모자익판(80)끼리 10㎜~20㎜ 정도 이격시켜 모자익판(80) 끼리의 접촉과, 접촉에 따른 변형 및 전기적인 단락을 방지하도록 한다.

상기에서 모자익판(80)을 고정시키는 볼트 또는 피스(82)도 비철금속 재질을 사용하여 볼트 또는 피스(82)의 가열을 방지하고, 가열에 따른 전력손실을 줄일 수 있도록 한다.

또한, 가열노체(8)에 빙둘러 설치되는 워크코일(6)은 도 9와 같이 반원홈(84a)(86a)이 형성된 한 쌍의 스페이스(84)(86)를 이용하여 워크코일(8)의 간격(피치)을 유지하도록 한다.

본 발명에서 가열노체(8)로 투입되는 금형(2)을 워크코일(6)이 위치하는 높이까지 상승시켜 지지하는 파렛트(18)는 도 2, 도 5, 도 6과 같이 최소화된 면적으로 금형(2)을 지지하는 복수 개의 블럭(88)과, 블럭(88)을 지지하는 강판(90)과, 단열재(92) 및 휠(94)을 갖는 운반대차(96)의 발판(98)이 삽입되는 받침판(100)으로 구성되며, 강판(90)은 스텐레스와 같은 비철금속으로 구성하고, 강판(90)의 하부에 위치하는 단열재(92)에 의해 열손실을 최대한 억제하도록 한다.

미 설명 부호 (102)는 시작스위치, (104)는 정지스위치, (106)은 상승스위치, (108)은 하강스위치, (108)은 체인고정구, (110)은 브라켓, (112)는 고주파 급전단자이다.

이와 같이 구성하여서 된 본 발명은 고주파 발진기(4)를 가동시킨 상태에서 시작스위치(102)를 눌러 본 발명 금형 가열장치를 가동시키고, 상승스위치(106)를 누르면 에어실린더(50)의 로드(52)가 상승하게 된다.

따라서, 체인 스프라켓(36)이 시계방향으로 정회전하므로 구동축(26)과 피동축(28)을 연결하고 있는 체인(60)(60a)에 의해 도 5와 같이 하강해 있던 가열노체(8)가 상승하고 바란스(10)는 하강하게 된다.

한편, 계속적으로 상승하던 로드(52)는 상한스위치(50a)에 의해 피스톤이 정지하게 되므로 구동축(26)과 피동축(28)의 회전이 멈추게되고, 상승하던 가열노체(8)는 도 6과 같이 정지하게 된다.

상기에서 체인(58)의 끝 단부에 연결된 중량추(54)에 의해 체인(58)의 이탈이나 벗겨짐이 방지되며, 상기 중량추(54)는 보호관(56)의 내부에 설치되어 승강하므로 유동이 방지되며, 유동에 의한 체인(58)의 이탈이나 벗겨짐이 방지된다.

또한, 에어실린더(50)에 의해 구동축(26)이 회전할 때 체인(60)(60a)의 단부에 연결된 바란스(10)에 의해 가열노체(8)와 바란스(10)의 균형이 유지되며, 또한 상승하는 가열노체(8)는 양측에 설치된 복수 개의 휠(40)(40a)(40b)(40c)과 수직 안내봉(38)(38a)(38b)(38c)에 의해 원할히 상승하게 되며, 바란스(10) 또한 한 쌍의 휠(48)(48a)과 안내봉(44)(44a)에 의해 구름 운동하므로 에어실린더(50)의 부하(負荷)가 크게 경감된다.

한편, 가열노체(8)가 상승된 상태에서 운반대차(96)의 발판(98)에 블럭(88)과 강판(90)과 단열재(92) 등으로 구성되는 파렛트(18)를 얹고, 파렛트(18) 위에 가열하고자 하는 복수 개의 금형(2)을 실은 다음 가열노체(8)의 직하부로 이동시켜 운반대차(96)를 분리시킨 다음 하강스위치(108)을 누르면 에어실린더(50)의 로드(50b)가 하강하게 된다.

따라서, 체인 스프라켓(36)이 반 시계방향으로 역회전하므로 구동축(26)과 피동축(28)을 연결하고 있는 체인(60)(60a)에 의해 도 6과 같이 상승해 있던 가열노체(8)가 하강하고 바란스(10)는 상승하게 된다.

한편, 계속적으로 하강하던 로드(52)는 하한스위치(50b)에 의해 피스톤이 정지하게 되므로 구동축(26)과 피동축(28)의 회전이 멈추게되고, 하강하던 가열노체(8)는 도 5와 같이 하강 정지되고, 도 7, 도 8과 같이 가열노체(8)의 개방부를 통하여 투입되는 복수 개의 금형(2)이 가열실(8b)에 위치하게 된다.

상기의 상태에서 고주파 발진기(4)에서 생산된 고주파 전력을 급전선(76)을 통하여 워크코일(6)로 공급하면 고주파 전력이 금형(2)으로 유도(誘導)되어 금형(2)이 가열되며, 제어부(16)에 설정된 희망온도가 될 때까지 금형(2)을 신속히 가열하게 되며, 방호유리(62)로 보호되는 광센서(12)는 피가열체인 금형(2)으로 적외선을 조사시켜 반사되는 적외선 빔의 스펙트럼을 분석하여 정확한 온도를 감지하게되며, 감지된 온도는 고주파 발진기(4)에 내장되는 제어부(16)로 입력되어 제어부(16)에 미리 설정된 기준온도와 비교하여 금형(2)의 온도가 설정온도에 도달할 때까지 계속 가열된다.

이 때, 금형(2)의 가열온도를 500℃로 설정한 경우 가열되는 금형(2)의 온도가 500℃에 근접하면 서서히 가열시키므로 가열온도가 설정된 500℃를 초과하지 않게된다.

또한, 가열노체(8)의 상부에 과열방지센서(14)가 설치되어 있으므로 광센서(12)의 고장이나 오동작으로 금형(2)이 설정된 온도를 초과하여 과열되는 경우 과열방지센서(14)가 이를 감지하여 제어부(16)로 전달하고, 제어부(16)는 경보와 동시에 워크코일(6)로 공급되는 고주파 유도전력을 차단하므로 금형(2)과 가열노체(8)가 보호된다.

또한, 금형(2)의 가열에 따라 가열실(8b)의 분위기 온도가 따라서 상승하게 되나, 단열재(66)(66a)(66b)에 의해 단열이 유지되므로 열손실량이 줄어들며, 내측판(72)의 내부판재(70)에는 비철금속판으로 된 모자익판(80)이 부착되어 있으므로 내ㆍ외측 판재(70)(70a)의 내열성이 크게 향상된다.

상기에서 모자익판(80)은 스텐레스와 같은 비철금속판으로 구성되어 있으므로 유도가열을 방해하지 않게 되며, 모자익판(80)과 모자익판(80) 끼리는 다소 이격되어 있으므로 열팽창으로부터 모자익판(80) 끼리의 접촉이나 변형이 방지되며, 접촉에 의한 전기적인 단락(short)이 방지된다.

또한, 가열노체(8)에 빙둘러 설치되는 워크코일(6)은 도 9와 같이 반원홈(84a)(86a)이 형성된 한 쌍의 스페이스(84)(86)에 의해 워크코일(8)의 간격(피치)이 유지되므로 유도전력이 금형(32)으로 골고루 전달 작용된다.

한편, 금형(2)은 일정온도 이내의 온도분포를 유지해야 하며, 상ㆍ하부에 관계없이 금형(2) 간에 발생하는 편차가 미세한 허용범위 기준에 맞아야 하며, 짧은시간에 큰 출력의 에너지를 인가하여 금형(2)을 빨리 가열하면 금형(2)의 특성상 형상이 부분적으로 다르고, 가열에너지의 분포도도 달라서 열변형의 우려가 커지나 본 발명에서는 가열노체(8)와 워크코일(6)의 특수 설계를 통하여 가열분포도가 최대한 고르게 유지된다.

즉, 외측판(68)을 구성하는 외측판재(64)는 고강도의 에폭시를 사용하고, 외측판(68)의 내측판재(64a)와 내측판(72)의 내ㆍ외측 판재(70)(70a)는 내열성이 우수하고 고강도를 갖는 비철 또는 비금속의 세라믹보드를 사용하고, 단열재(66)(66a)(66b)는 유리섬유와 같이 내열성과 단열효과가 우수한 재질의 단열재를 사용하므로 일정시간 이상 500℃가 넘는 워크코일(6)을 지지하면서 보호하고, 또한 금형(2)의 온도저하가 억제된다.

또한, 동관이나 동파이프로 구성되는 워크코일(6)의 연결부분에는 도 10과 같이 동관이나 동파이프로 형성된 엘보(78)를 억지 끼움식으로 삽입하여 수밀과 도전성을 유지하고, 워크코일(8)의 수냉실(74)은 순환펌프(도시안됨)로 냉각수를 강제 순환시키므로 워크코일(8)이 고열로부터 보호된다.

한편, 금형(2)의 가열이 완료되면, 앞서 기술한 바와 같이 가열노체(8)를 상승 정지시킨 다음 운반대차(96)를 이용하여 강려된 금형(2)을 끄집어내어 성형장치로 이동시킨 다음 음극선관을 성형하면 되며, 가열하고자 하는 새로운 금형을 운반대차(96)로 이동시켜 반복 가열하면 된다.

본 발명에서 피가열체로 음극선관 제조용 금형을 그 일 예로 들었으나 물론 가열이 필요한 여타의 금형을 가열할 수 있으며, 그 작용ㆍ효과는 본 발명과 동일시된다고 볼 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 종래의 금형가열 장치는 전열히터로 간접 가열하였으므로 가열공간이 클 뿐만 아니라 열 손실량과 전력낭비가 많고, 초기 가열시간도 3시간 이상 소요되어 금형 가열을 위한 준비시간이 많이 소요되어 생산성이 떨어지는 등의 문제점이 있었으나, 본 발명은 고주파 유도가열(high-frequency induction heat)원리를 이용하여 금형(mold)을 직접 가열하므로 열의 효율적인 이용으로 소비전력을 1/10로 크게 줄일 수 있으며, 가열장치의 부피도 적은 편이므로 가열공간을 크게 줄일 수 있으며, 금형의 초기가열 시간도 수십 분으로 크게 단축되므로 생산성이 대폭 향상된다.

또한, 본 발명 금형가열 장치는 조작이 신속 간편하므로 금형의 이동거리를 최대한 단축시킬 수 있어서 가열된 금형으로 유리판넬(또는 펀넬)을 큰 오차 없이 성형할 수 있게 된다.

한편, 기존의 금형 가열설비에서 가열한 것과 같은 금형의 동일특성을 유지하는 기준일 때 특징은 크게 3가지로 분류되는데 첫째, 가열시간이 기존설비에 비해 1/6 정도에 지나지 아니하므로 원가를 획기적으로 줄일 수 있으며, 둘째, 전력비가 획기적으로 절감되며, 셋째, 설비 부동시간이 1/3 이내로 경감되며, 그 외에도 조작이 간편하고 예비가열의 필요성이 없는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 하부 개방 가열실과 승강수단이 설치된 가열노체의 가장자리 부분에 워크코일을 빙둘러 설치한 다음 고주파 발진기의 고주파 급전선을 접속하고, 가열노체에 온도감지 수단을 설치하여 고주파 발진기의 고주파 전력을 제어하여 금형과 같은 피가열체를 원하는 온도까지 짧은 시간에 신속 간편하게 유도가열할 수 있도록 함을 특징으로 하는 고주파 유도가열 원리를 이용한 금형 가열장치.
2. 제 1 항에 있어서, 워크코일로 고주파 전력을 공급하여 피가열체(금형)를 유도가열하는 대용량의 고주파 발진기와, 워크코일(work coil)이 빙둘러 설치되어 투입되는 피가열체를 유도가열할 수 있는 가열노체와, 가열노체를 승강시키기 위한 승강기구와, 가열노체의 안정적인 승강운동과 균형을 유지하는 바란스 장치와, 금형의 가열온도를 스펙트럼으로 감지하는 광센서(光 sensor)와, 가열노체(8)의 과열을 방지하는 과열방지센서와, 제어부에 설정된 기준온도와 광센서가 감지한 온도를 비교하여 피드백 제어방식으로 온도를 보상 제어하면서 원하는 온도까지 피가열체를 가열하고 또한 피가열체가 과열되면 워크코일로 공급되는 고주파 전력을 차단하는 제어부로 구성함을 특징으로 하는 고주파 유도가열 원리를 이용한 금형 가열장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 기대(24)의 상부에 체인 스프라켓(32)(32a)(34)(34a)(36)이 고정된 구동축(26)과 피동축(28)을 평행 설치하고, 기대(24)의 전ㆍ후 양측에 수직 안내봉(38)(38a)(38b)(38c)을 설치하고, 가열노체(8)의 전ㆍ후 외면 양측에 휠(40)(40a)(40b)(40c)을 축 설치하여 안내봉(38)(38a)(38b)(38c)을 따라 구름 운동하도록 하고, 기대(23)의 후단 양측에 한 쌍의 수직 안내봉(44)(44a)을 설치한 다음 바란스(10)의 양측에 설치된 한 쌍의 휠(48)(48a)이 구름운동할 수 있도록 하고, 구동축(26)과 피동축(28)의 스프라켓(32)(32a)(34)(34a)에 체인(60)(60a)을 걸어 설치하고, 체인(60)(60a)의 일측단부는 가열노체(8)의 상부판(8a)에 고정하고, 체인(60)(60a)의 타측단부는 발란스(10)의 상부면에 고정하고, 기대(24)의 일측에 에어실린더(50)를 수직 설치하여 로드(52)가 상부로 출몰되게 하고, 로드(52)의 단부에 중량추(54)를 갖는 체인(58)을 연결한 다음 체인 스프라켓(36)에 걸어 로드(52)의 출몰에 따라 구동축(26)이 정ㆍ역회전하도록 하고, 에어실린더(50)의 외면 상ㆍ하부에 상ㆍ하한 스위치(50a)(50b)를 설치하여 로드(52)의 스트로크를 설정하도록 함을 특징으로 하는 고주파 유도가열 원리를 이용한 금형 가열장치.