KR20130124668A - 와전류를 이용한 프레스 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와전류를 이용하여 금형을 가열함으로써 금형 내에 위치하는 성형물을 프레스 가공하는 프레스 성형장치에 관한 것으로서, 상부 금형; 상기 상부 금형에 결합되며 자성체로 형성된 상부 가열 금형; 하부 금형; 상기 하부 금형에 결합되며 자성체로 형성된 하부 가열 금형; 및 상기 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형 각각의 내부에 위치하며, 철심코어 외주에 코일이 권취된 전자석으로 구성되어 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형을 유도 가열하는 와전류 발생부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상하의 가열 금형을 와전류손에 의해 급속도로 가열할 수 있으며, 성형물의 물 분자를 진동시켜 가열 효과를 높이고 수분 제거 속도를 향상시키며, 상하의 와전류 발생부에 반대 극성을 인가하여 전자석의 인력 작용을 이용함으로써 프레스 가압력을 증진시키는 효과가 있다.

Description

와전류를 이용한 프레스 성형장치{PRESS SHAPING APPARATUS USING EDDY CURRENT}

본 발명은 와전류를 이용하여 보드지 등을 성형하는 프레스 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와전류손에 의해 금형을 고속으로 가열할 수 있으며 성형물 내 물 분자에 공명을 일으켜 성형물의 수분을 빠르게 제거할 수 있는 와전류를 이용한 프레스 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 변압기에 절연을 위해 삽입되는 보드지 등은 프레스 장치에 의해 성형된다. 이러한 프레스 장치는 통상 금형 내에 위치한 가공물을 높은 온도로 가압하여 원하는 성형물의 형태를 만들며, 이때 제공되는 고온의 열은 성형물에서 수분을 제거하여 성형 후에 성형물이 변형되는 것을 방지한다.

종래 프레스 장치에서 금형을 가열하는 방법으로는 스팀 가열, 히트 파이프에 의한 가열, 전기 히터에 의한 가열 등이 있다. 하지만 이러한 종래 가열 방법들은 금형의 가열 속도가 느리고 금형의 온도를 일정하게 제어하기 어려운 단점이 있다. 특히, 대형 변압기의 절연 보드지와 같이 대형의 성형물을 프레스 가공할 경우에는, 금형의 크기가 커지면서 가열 효율이 떨어진다.

나아가, 금형의 크기가 커질수록 금형에 가해지는 가압력을 높여야 하며, 성형 후 변형을 막기 위해서 전체 금형에 균일한 가압력을 가해야 한다. 이를 위하여 종래에는 고비용의 프레스 장치가 요구되었다.

한편, 변압기 절연 보드지는 높은 절연력을 요구하기 때문에 프레스 성형 과정에서 보드지 내의 수분을 제거하여야 한다. 종래에는 단순히 금형을 가열하는 방법에 의존하여, 보드지에서 수분을 제거하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 보드지의 절연특성 검사 시에 높은 수분 함유로 인한 불량품이 종종 발생되었다.

본 발명은 상하의 가열 금형에 와전류를 유기하여 와전류손에 의해 가열 금형을 가열함으로써 생산성을 향상시키고 금형의 온도제어가 간편해지며, 성형물 내의 물 분자에 공명을 일으켜 수분을 신속하게 제거할 수 있는 와전류를 이용한 프레스 성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 금형 내에 위치하는 성형물을 프레스 가공하는 프레스 성형장치에 있어서, 상부 금형; 상기 상부 금형에 결합되며 자성체로 형성된 상부 가열 금형; 하부 금형; 상기 하부 금형에 결합되며 자성체로 형성된 하부 가열 금형; 및 상기 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형 각각의 내부에 위치하며, 철심코어 외주에 코일이 권취된 전자석으로 구성되어 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형을 유도 가열하는 와전류 발생부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 상기 상부 가열 금형 내부의 와전류 발생부와 이에 대향하여 위치하는 하부 가열 금형 내부의 와전류 발생부는 반대 극성을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 상기 와전류 발생부의 극성이 교번한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 상기 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형 내부에는 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티 내부에서 상기 철심코어의 외주에 설치되며 상하로 유격을 갖는 도전링이 더 설치되고, 상기 도전링은 와전류 발생부의 극성 교번에 따라 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형에 진동을 발생시킨다.

본 발명의 일실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 금형 내에 위치하는 성형물을 프레스 가공하는 프레스 성형장치에 있어서, 자성체로 형성되며, 내부에 캐비티를 구비한 상부 금형; 자성체로 형성되며, 내부에 캐비티를 구비한 하부 금형; 및 상기 상부 금형 및 하부 금형 각각의 캐비티 내부에 위치하며, 철심코어 외주에 코일이 권취된 전자석으로 구성되어 상부 금형 및 하부 금형을 유도 가열하는 와전류 발생부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 상기 상부 금형 내부의 와전류 발생부와 이에 대향하여 위치하는 하부 금형 내부의 와전류 발생부는 반대 극성을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 상기 와전류 발생부의 극성이 교번한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는, 상기 캐비티 내부에서 상기 철심코어의 외주에 설치되며 상하로 유격을 갖는 도전링이 더 설치되고, 상기 도전링은 와전류 발생부의 극성 교번에 따라 상부 금형 및 하부 금형에 진동을 발생시킨다.

본 발명의 와전류를 이용한 프레스 성형장치에 따르면, 상하의 가열 금형을 와전류손을 이용하여 가열함으로써 금형을 신속하게 가열할 수 있으며 금형 전체의 온도 제어가 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 철심코어의 외주에 도전링을 설치하고 전자석의 극성을 교번하여 도전링을 진동시키고, 이에 따라 성형물에 진동을 유발하여 성형물 내 물 분자를 공명시킴으로써, 성형물 내부의 수분을 효과적으로 제거하고 변압기 절연 보드지 등의 성형물을 높은 절연력을 갖도록 성형할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 대향하는 금형이 상호 반대의 극성으로 자화되도록 하여 상호 인력이 작용되도록 함으로써, 프레스 가압력을 향상시키고, 별도의 가압수단을 설치할 필요가 없도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프레스 성형장치의 금형 외관 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 프레스 성형장치의 금형 단면 구성도, 및
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금형 구조의 부분 발췌 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프레스 성형장치의 금형 외관 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 프레스 성형장치는 상부 금형(10) 및 하부 금형(20)과, 상부 금형(10) 및 하부 금형(20)에 각각 결합되는 상부 가열 금형(30) 및 하부 가열 금형(50)으로 구성된다. 상부 가열 금형(30) 및 하부 가열 금형(50)은 자성체로 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 프레스 성형장치의 금형 단면 구성도로서, 변압기 절연 보드지를 성형하는 금형을 예시한 것이다. 도 2를 참조하면, 상부 가열 금형(30)과 하부 가열 금형(50)의 내부에는 각각 철심코어의 외주에 코일이 권취된 전자석으로 구성되는 와전류 발생부가 장치된다.

구체적으로 설명하면, 상부 가열 금형(30)에는 상부 금형(10)과의 결합 부위에 복수개의 제1캐비티(32)가 형성된다. 제1캐비티(32)의 내부에는 도시한 바와 같이 제1철심코어(34)가 설치되고, 제1철심코어(34) 외주에는 제1코일(36)이 권취되어 제1전자석을 형성한다. 이 제1전자석은 제1코일(36)에 전류가 인가됨에 따라 자성체인 상부 가열 금형(30)의 자속을 변화시킨다. 자속 변화에 의한 기전력에 의해 상부 가열 금형(30)에는 와전류가 흐르게 되며, 와전류손에 의해 상부 가열 금형(30)이 가열된다.

하부 가열 금형(50)에도 마찬가지로 하부 금형(20)과의 결합 부위에 복수개의 제2캐비티(52)가 형성된다. 제2캐비티(52)의 내부에는 제2철심코어(54) 및 그 주위에 권취되는 제2코일(56)로 구성되는 전자석이 장치된다. 상부 가열 금형(30)에서와 마찬가지로, 제2전자석에 의해 하부 가열 금형(50)에 와전류가 흘러 하부 가열 금형(50)이 가열된다.

도 2와 같은 구조의 프레스 성형장치는, 상부 금형(10)과 하부 금형(20)은 종래의 일반적인 프레스 성형장치와 동일하게 구성하고, 여기에 설명한 바와 같은 와전류 발생부를 장치한 상부 가열 금형(30)과 하부 가열 금형(50)을 결합하는 것으로 구성할 수 있다. 즉, 본 발명의 와전류를 이용한 프레스 성형장치는 종래의 일반적인 프레스 성형장치를 그대로 활용하여, 단지 상하의 가열 금형을 추가로 설치하는 것으로 구성할 수 있는 장점을 갖는다.

바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이 상부 가열 금형(30) 내부의 와전류 발생부와 하부 가열 금형 내부(50)의 와전류 발생부는 반대 극성을 갖는다. 예를 들어, 상부 가열 금형(30) 내 제1전자석의 제1코일(36)과 하부 가열 금형(50) 내 제2전자석의 제2코일(56)에 반대 방향의 전류가 흐르도록 제어한다. 이때, 도시한 바와 같이, 상부 가열 금형(30) 내에서 이웃하는 제1전자석 역시 상호 반대의 극성을 갖도록 제어함으로써, 화살표로 도시한 바와 같은 자속 경로를 얻을 수 있다.

이와 같이 상부 가열 금형(30)과 하부 가열 금형(50)이 각각 반대의 극성으로 자화되면, 상하의 금형간 인력이 작용한다. 도 2에서와 같이, 상부 가열 금형(30)과 하부 가열 금형(50) 각각에 고르게 와전류 발생부를 형성할 경우, 상하의 금형은 전자석의 인력에 의해 상호 가압력을 갖게 된다.

이에 따라, 만약 프레스 성형장치에 공압력이나 유압력이 가해진 상태라면 프레스 가압력을 더욱 증진시킬 수 있다. 다른 경우에는, 프레스 성형장치에 별도의 기계적인 가압력을 가하지 않아도(예를 들어, 공압력이나 유압력을 가하지 않아도) 전자석의 인력만으로 성형물을 프레스할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금형 구조의 부분 발췌 단면도이다. 도 3을 참조하면, 상부 가열 금형(30)의 제1캐비티(32) 내에는 제1철심코어(34)의 외주에 제1도전링(38)이 설치된다. 또한, 하부 가열 금형(50)의 제2캐비티(52) 내에도 제2철심코어(54)의 외주에 제2도전링(58)이 설치된다. 이 도전링들은 도전체로 형성되며, 각각의 캐비티 내부에서 도시한 바와 같이 상하로 유격을 갖도록 설치된다.

도 3과 같은 구조에서, 제1전자석과 제2전자석의 극성이 교번하게 되면, 제1도전링(38) 및 제2도전링(58)은 각각 제1캐비티(32) 및 제2캐비티(52) 내부에서 진동하게 된다. 그리고, 이러한 도전링의 진동은 상하의 금형 전체를 진동시키고, 성형물에 진동이 전달된다. 이에 따라, 성형물 내에 존재하는 물 분자가 진동에 의해 보다 빠르게 증발된다. 특히, 변압기 절연 보드지 등과 같이 높은 절연력이 요구되는 성형물을 제작할 경우, 본 발명에 따른 와전류를 이용한 프레스 성형장치는 성형물 완제품의 절연특성을 향상시키는 기술적 장점을 가진다 할 것이다.

한편, 전술한 실시예에서는 상부 금형(10)과 상부 가열 금형(30)이 결합되어 상부의 금형을 구성하고, 하부 금형(20)과 하부 가열 금형(50)이 결합되어 하부의 금형을 구성하는 것을 예로 들어 설명하였다. 이와 같이 상하의 금형을 금형 본체와 가열 금형으로 구분하여 구성하는 것은, 성형물에 접하는 금형의 표층만을 가열하여 금형의 가열과 냉각이 빠른 속도로 이루어지도록 함에 있다. 그러나, 본 발명의 기술사상은 이러한 구조에 국한되지는 않는다.

도시하지 않았지만, 상부 금형(10)과 상부 가열 금형(30)은 일체로 구성될 수 있다. 이와 마찬가지로, 하부 금형(20)과 하부 가열 금형(50) 역시 일체로 구성될 수 있다. 예컨대, 상부 금형 전체를 자성체로 형성하고, 그 내부에 도시된 바와 같은 캐비티를 형성하여 제1전자석을 내장 설치할 수 있다. 또한, 하부 금형 역시 전체를 자성체로 형성하고 그 내부에 제2전자석을 내장 설치할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서는, 단지 상부 금형과 하부 금형이 일체로 구성될 뿐, 제1전자석과 제2전자석간 작용은 앞서 도 2 및 3을 참조하여 설명한 바와 동일하다.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 상부 금형 20 : 하부 금형
30 : 상부 가열 금형 32 : 제1캐비티
34 : 제1철심코어 36 : 제1코일
38 : 제1도전링 50 : 하부 가열 금형
52 : 제2캐비티 54 : 제2철심코어
56 : 제2코일 58 : 제2도전링

Claims (8)

1. 금형 내에 위치하는 성형물을 프레스 가공하는 프레스 성형장치에 있어서,
   상부 금형;
   상기 상부 금형에 결합되며 자성체로 형성된 상부 가열 금형;
   하부 금형;
   상기 하부 금형에 결합되며 자성체로 형성된 하부 가열 금형; 및
   상기 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형 각각의 내부에 위치하며, 철심코어 외주에 코일이 권취된 전자석으로 구성되어 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형을 유도 가열하는 와전류 발생부
   를 포함하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 가열 금형 내부의 와전류 발생부와 이에 대향하여 위치하는 하부 가열 금형 내부의 와전류 발생부는 반대 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 와전류 발생부의 극성이 교번하는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형 내부에는 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티 내부에서 상기 철심코어의 외주에 설치되며 상하로 유격을 갖는 도전링이 더 설치되고, 상기 도전링은 와전류 발생부의 극성 교번에 따라 상부 가열 금형 및 하부 가열 금형에 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
5. 금형 내에 위치하는 성형물을 프레스 가공하는 프레스 성형장치에 있어서,
   자성체로 형성되며, 내부에 캐비티를 구비한 상부 금형;
   자성체로 형성되며, 내부에 캐비티를 구비한 하부 금형; 및
   상기 상부 금형 및 하부 금형 각각의 캐비티 내부에 위치하며, 철심코어 외주에 코일이 권취된 전자석으로 구성되어 상부 금형 및 하부 금형을 유도 가열하는 와전류 발생부
   를 포함하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 상부 금형 내부의 와전류 발생부와 이에 대향하여 위치하는 하부 금형 내부의 와전류 발생부는 반대 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 와전류 발생부의 극성이 교번하는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 캐비티 내부에서 상기 철심코어의 외주에 설치되며 상하로 유격을 갖는 도전링이 더 설치되고, 상기 도전링은 와전류 발생부의 극성 교번에 따라 상부 금형 및 하부 금형에 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 와전류를 이용한 프레스 성형장치.

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