KR200262402Y1 - 고주파유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 PE, PP, EVA 등 환경친화적 합성수지 소재의 접착기술에 관한 것이다. 이러한 환경친화적 합성수지 소재는 유전율이 낮아 고주파 유전가열방식에 의한 접착이 곤란하다.

이 문제점을 해결하기 위해 본 고안은 고주파 유도가열기로 금형을 합성수지 시트의 용융점까지 순간적으로 가열하고, 이와 동시에 금형으로 합성수지 시트를 가압하여 합성수지 시트에 금형의 열을 전달함으로써 합성수지 시트의 접착부를 용융, 접착시키는 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지 시트 접착기를 제공한다.

본 고안에 의하면 환경친화적 합성수지를 효율적으로 접착할 수 있게되므로 공해방지에 유용하며, 또한 작업장의 작업환경 개선에 크게 기여할 수 있다.

Description

고주파유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기{High-frequency induction heating welder for synthetic resin sheet}

본 고안은 금형을 이용한 합성수지시트 접착기에 관한 것이다.

의류, 신발, 가방 등의 제조분야에서 합성수지는 그 소재로서 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 합성수지 소재로 완제품을 제조하기 위해서는 합성수지와 타소재와의 접착 혹은 합성수지간의 접착공정이 흔히 요구되는데, 현재 합성수지 소재로 많이 사용되고 있는 PVC 등 비환경친화적 소재의 접착방법으로는 고주파 유전가열 방식이 많이 사용되고 있다.

이 고주파 유전가열에 의한 PVC 등 합성수지 소재의 접착원리는 다음과 같다.

전극간에 부도체인 피가열물을 넣고 양전극에 고주파 전압을 가하면 부도체(유전체)를 구성하고 있는 쌍극자가 교류 전계의 교번에 따라 방향을 변경하면서 인가 주파수와 동일한 진동을 일으키게 되고 이 진동에 의해 부도체는 발열하게 된다. 이 방식에서 가열효과를 높이는 방안은 쌍극자의 진동을 빠르게 하거나 인가 전압을 높이는 것이다. 이러한 유전가열에 사용되는 주파수는 보통 10 ㎒ 정도로 아주 높은 주파수가 사용되어진다. 이 방법은 유전 손실이 많은 PVC와 같은 비환경친화적 합성수지 등의 접착과 성형에 사용되고 있다.

상기의 고주파 유전가열 방식은 가열시간이 매우 짧아서 소재의 순간접착이 가능하며, 소재 전체에 균일하게 열이 발생하게 되므로 접착후 소재의 변형억제, 소재냉각 등의 면에서 우수한 기술이라고 할 수 있다.

그러나, 이러한 고주파 유전가열에 의한 접착방식은 그 원리상 유전손실이 낮은 합성수지의 경우는 유전가열에 의한 발열이 곤란하여 그 접착기술로 사용할 수 없다는 큰 단점이 있다. 특히 현재 세계적인 신발. 가방제조업체 등 합성수지를 사용하는 산업전반에 일어나고 있는 PVC등 비환경친화적 합성수지 소재의 사용규제로 인하여 환경친화적 합성수지 소재인 PE, EVA, PP 등의 사용이 요구되는데, 이러한 환경친화적 합성수지 소재는 유전손실이 낮아 고주파 유전가열방식을 사용할 수 없으므로 이러한 소재의 접착이 가능한 새로운 기술개발이 요구되고 있다.

또한 고주파 유전가열방식은 10 ㎒ 정도의 고주파를 요하기 때문에 고주파에 노출되는 작업자는 그 건강을 크게 해치게 되고, 고주파의 영향으로 인해 라디오·TV·조명기기 등 주변 전자기기의 전자파 장애가 발생하며, 고주파 유전가열장치의 핵심부품인 진공관의 수명이 길지 못하여 고가의 부품교체비용이 요구되는 등의 문제점을 안고 있다.

따라서 본 고안은 PE, EVA, PP 등 환경친화적 소재의 순간 접착이 가능하면서도 기존의 유전가열방식에서 제기되는 고주파 사용으로 인한 상기의 각종 문제점을 해결할 수 있는 새로운 합성수지 접착기술을 개발하는데 그 목적이 있다.

제1도는 본 고안 합성수지시트 접착기의 전체 개략도.

제2도는 제1도에 도시된 작업부의 상세도 및 접착 작업 설명도.

제3도는 제1도에 도시된 금형부의 상세도.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 공지의 고주파 유도가열회로와 상기의 고주파 유도가열회로의 고주파출력에 의하여 금형을 유도가열하는 유도가열 코일부와 상기 유도가열 코일부의 맞은편에 부설되어 합성수지 시트를 가압함과 동시에 상기의 유도가열 코일부에 의해 고주파 유도가열되어 합성수지 시트에 발생된 열을 전달함으로써 합성수지 시트의 접착부를 용융, 접착하는 금형으로 구성된 고주파유도가열기를 이용한 환경친화적 합성수지 시트 접착기를 제공한다.

또한 본 고안은 상기한 고주파 유도가열기를 이용한 환경친화적 합성수지 시트 접착기에 있어서, 상기한 금형은 그 하면에 합성수지시트의 접착부의 기하학적 형상과 일치하는 형상을 가진 가압면을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 고안은 상기한 고주파유도가열기를 이용한 환경친화적 합성수지 시트 접착기에 있어서, 상기한 가압면에 대응하는 합성수지 시트 접착부의 외주부를 절단할 수 있도록 가압면의 외곽선을 따라 돌출된 절단날을 형성한 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 고주파 유도가열기를 이용한 환경친화적 합성수지 시트 접착기의 접착원리 및 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 고주파 유도가열의 일반적인 원리를 설명하면 다음과 같다.

전자유도작용을 이용하여 영구자석 대신 코일에 교류전류를 흘려 교번자속이 발생하게 함으로써 피가열물에 유도전류(와전류)를 흐르게 하면 이 유도전류는 와전류손실에 의해 주울열을 발생시키게 되는데, 이렇게 발생된 열로서 피가열물을 가열하는 것을 고주파 유도가열이라 한다. 주 응용분야는 금속의 열처리, 고주파 용해로, 고주파 용접 및 일반 금속 가열 등에 응용이 되고 있다. 이 고주파 유도가열은 보통 500 ㎒ 이하의 주파수를 사용하므로 고주파 유전가열방식에서 통상 사용되는 주파수인 10 ㎒ 보다는 아주 낮은 주파수를 사용할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 고주파 유도가열은 유도전류(와전류)가 발생하여 와전류손실에 의하여 열이 발생하는 것이므로 금속과 같은 도체에는 적용이 가능하나 절연물과 같이 저항이 큰 유전체에는 유도전력이 발생되더라도 도체가 아니므로 전류가 흐르지 못하여 유도가열이 불가능하다는 문제가 있다. 따라서 합성수지와 같은 부도체인 유전체의 가열방법으로는 전술한 고주파 유전가열방식이 흔히 사용되고 있다. 그러나, 이 고주파 유전가열방식은 전술한 바와 같이 유전손실이 낮은 PE, PP, EVA등 환경친화적 합성수지의 가열에는 사용할 수 없는 문제가 있다.

이에, 본 고안은 기존의 고주파 유전가열기에 있어서 합성수지 시트의 접착을 위해 합성수지를 가압하는데 필요한 금형이 금속소재이기때문에 고주파 유도가열이 가능하다는 점에 착안하여 금속 가열용 유도가열기를 사용하여 금형을 순간적으로 PE, PP, EVA 등 비유전가열용(환경친화적) 합성수지의 용융점까지 유도가열함으로써 고주파 유전가열이 곤란한 비유전가열용(환경친화적) 합성수지를 접착할 수 있도록 한 것이다.

본 고안에 따른 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지 시트 접착기의 실시예는 제1도와 같이, 접착할 두 장의 합성수지 시트를 포개어 올려놓는 작업대의 하부에는 유도가열 코일부를 설치하고 작업대의 일측에는 공지의 고주파 유도가열회로를 갖춘 고주파유도가열기를 배설한다. 고주파 유도가열회로는 당업계에서는 공지의 기술이므로 상세히 설명하지 않겠다. 유도가열 코일은 고주파 유도가열기의 출력부에 연결된다. 작업대의 상부에는 금형이 위치하게 되는데 이 금형은 유도가열 코일부에 대응되는 면이 유도가열의 원리에 의하여 합성수지의 용융점까지 순간적으로 가열되는 동시에 합성수지 시트를 가압하면서 그 열을 합성수지 시트에 직접 전달함으로써 합성수지 시트가 가압, 접착되게 된다. 이 때 금형의 가열시간은 약 1~5초 정도에 불과하다.

상기 금형은 제2도와 같이 그 내부에 냉각홀을 형성하여 냉각수 또는 냉각용 액체를 순환시킴으로써 순간적으로 가열된 금형을 냉각시키는 동시에 용융점까지 가열된 합성수지 시트가 용융·접착된 후 신속히 냉각될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 금형의 하면에 합성수지 시트 접착부의 기하학적 형상과 일치하는 가압면을 형성하기 위해 금형의 하면에 요철을 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 합성수지 시트 접착면이 링형상일 경우에는 금형의 하면도 링형상의 바닥면만을 남기고 그 이외의 면은 깍아내는 것이다. 이렇게 하면 금형에서 발생된 열이 합성수지 시트 접착부에 집중 전달되어 접착이 효율적으로 진행되고 접착부 이외의 합성수지 시트부분이 접착되는 것을 막을 수 있다.

또한 합성수지 시트를 특정한 모양으로 절단하여 다른 합성수지 시트등에 접착시킬 필요가 있을 경우에는 합성수지 시트의 절단 및 접착을 동시에 수행할 수 있도록 금형의 하면에 합성수지 시트의 절단부에 대응하는 위치에 돌출된 절단날을 형성하는 것이 바람직하다.

이 때 통상적인 제품에 있어서 합성수지 시트 접착부의 외곽선을 따라 절단부를 형성하는 것이 보통이므로 금형의 하면 가압면의 기하학적 형상을 합성수지 시트의 접착부의 형상과 일치시키고 그 가압면의 외곽선을 따라 돌출된 절단날을 형성시키는 것이 바람직하다.

금형의 소재로는 열전달율이 높은 알루미늄 또는 그 합금소재가 바람직하나 유도가열시 알루미늄 소재의 표면가열은 Steel 소재의 표면가열보다 3배 정도 높은 출력과 주파수를 요구하는 관계로 금형 전체를 알루미늄으로 사용할 경우 기계가격의 상승을 초래하는 원인이 된다. 따라서 금형의 상부는 알루미늄 또는 그 합금소재로 하고 금형하부의 가압면은 Steel로 하여 양소재를 폭발접합방법(일명 폭착)으로 접합한 금형을 사용하는 것이 바람직하다. 폭발접합방법은 접합시키려는 소재를 폭발성물질의 폭발력에 의해 순간적으로 접합시키는 방법이다.

이상과 같이 본 고안의 일 실시예를 설명하였으나 본 고안의 권리범위는 상기한 실시예에 한정되지 않고 그 기술적 사상의 범위 안에 속하는 다른 실시예들이모두 포함됨은 물론이다.

본 고안인 고주파유도가열기를 이용한 환경친화적 합성수지시트 접착기는 다음의 효과를 가진다.

첫째, 작업환경이 개선된다. 기존의 유전가열 접착 방식의 경우 6 ~ 40 ㎒ 까지의 고주파 전원을 인가하기 때문에 설비를 사용하는 작업자의 인체에 많은 해를 끼치며 전자파로 인해 주변기기에 전자파 장애가 발생되어 통신 및 전파 장애를 발생시킨다. 반면에 본 고안은 낮은 주파수(50 KHz 이하)를 사용하기 때문에 상기의 피해를 획기적으로 줄일 수 있다.

둘째, 본 고안에 의해 종래 인체 및 환경에 유해한 환경호르몬 및 다이옥신 등이 다량 배출되는 유전가열용 소재(PVC 등)를 대체하여 환경친화적인 합성 수지(PE, PP, EVA 외)를 신발, 가방, 의류, 완구 등 생활용품 전반에 걸쳐 사용할 수 있다.

셋째, 본 고안은 금형면의 발열 시간이 짧아 가열된 금형의 열원을 소재에 신속히 전달함으로써 작업시간이 단축되고 성형 효율이 향상된다.

Claims (8)

1. 공지의 고주파 유도가열 회로와

   상기의 고주파 유도가열 회로의 고주파 출력에 의하여 금형을 유도가열하는 유도가열 코일부와

   상기 유도가열 코일부의 맞은편에 부설되어 합성수지시트를 가압함과 동시에 상기의 유도가열 코일부에 의해 고주파 유도가열되어 발생한 열을 합성수지시트에 전달하여 합성수지시트의 접착부를 용융시킴으로써 합성수지시트를 접착하는 금형으로 구성된 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기.
2. 제1항에 있어서, 상기 금형은 그 하면에 합성수지시트의 접착부를 가압·용융시키는 가압면을 형성하는 동시에 상기 가압면에 합성수지시트를 절단하는 절단날을 돌출·형성한 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금형의 내부에 냉각액체가 순환되는 냉각홀을 형성한 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기.
7. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금형은 알루미늄 또는 그 합금소재의 금형상부와 Steel 소재의 금형하부로 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기.
8. 제6항에 있어서, 상기 금형은 알루미늄 또는 그 합금소재의 금형상부와 Steel 소재의 금형하부로 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열기를 이용한 합성수지시트 접착기.