TWI421161B - 高週波電磁感應加熱裝置及使用其加熱模具表面的方法 - Google Patents

Description

高週波電磁感應加熱裝置及使用其加熱模具表面的方法

本發明是有關於一種高週波電磁感應加熱裝置及方法，且特別是有關於一種加熱模具之高週波電磁感應加熱裝置及方法。

傳統塑膠射出成型製程流程步驟依序如下：首先使塑料進入射出成形機料管塑化成熔融樹脂，而後進行閉模、將熔融樹脂射入模腔內、射出成形機保壓、成型模具冷卻循環、開模、頂出等步驟後而取出成品。

在射出成型製程之中，模具溫度將影響塑膠成品的收縮、變形量、熔合線、表面光澤度等外觀品質及成型週期等特性。

為此，先前技術中常見為傳統的模(油)溫機，或是在模仁內植入電熱棒，經電熱棒加熱模具後，再進行射出成型製程。然而，此種技術由於模具一直處於高溫狀態下，使得塑膠成型品所需之冷卻時間及成型週期因此而延長，並影響生產效率。

習知急冷急熱的成型模具加熱原理為透過高壓水蒸氣高速通過模仁內的水路而加熱模具，經過塑膠射出成型機射出塑料於模腔內之後，再透過注入冷凍水流通過水路以冷卻模具。其缺點為由於水路分佈於模仁內部，模仁之加熱/冷卻過程會受到鋼材的熱傳效率之影響，熱能由模仁內部傳導至模仁表面，所須加熱時間約30秒以上。

近年來，模具預先加熱係以高週波方式預熱，高週波電磁感應加熱裝置的優點在於能快速的加熱，製程的方便性也較上述的方法佳，惟加熱的均溫性還是有改善的空間。

有鑑於此，如何研發出一種模具預熱方法及裝置以有效改善上述所帶來的缺失及不便，實乃相關業者目前刻不容緩之一重要課題。

因此，本發明之一目的是在提供一種加熱模具之改良的高週波電磁感應加熱裝置及方法。

根據上述本發明之目的，提出一種高週波電磁感應加熱裝置，其包含一電源供應器、一高週波線圈以及一導磁套。高週波線圈具有兩電極，其分別電性連接至電源供應器。導磁套包覆於線圈外，導磁套之開口朝向一待加熱之表面。

依據本發明一實施例，導磁套為一鐵心導磁套。

依據本發明另一實施例，鐵心導磁套之材質為氧化鐵磁石。

依據本發明另一實施例，導磁套具有兩端面位於開口之兩側，兩端面大致平行於其所面對的待加熱之表面。

依據本發明另一實施例，線圈為一矩形線圈。

依據本發明另一實施例，線圈為一圓形線圈。

根據上述本發明之目的，提出一種使用高週波電磁感應加熱裝置預熱模仁之方法，其包含以下步驟。提供一高週波線圈，其具有一導磁套包覆於高週波線圈外，且導磁套具有一開口。將高週波線圈靠近一待加熱之模仁表面，並使導磁套之開口朝向模仁表面。供電給高週波線圈，使其加熱模仁表面。

依據本發明一實施例，加熱模仁表面的時間範圍介於2～8秒。

依據本發明另一實施例，使導磁套位於開口兩側之兩端面大致平行於其所面對的模仁表面。

依據本發明另一實施例，高週波線圈為一矩形線圈或一圓形線圈。

由上述可知，應用本發明之高週波電磁感應加熱裝置預熱模仁表面，不但加溫時間縮短，加熱的均溫性也更好，連帶的線圈功率消耗也跟著減低。

以下將以圖示及詳細說明清楚說明本發明之精神，如熟悉此技術之人員在瞭解本發明之實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

本發明使用導磁套做為線圈載體，藉以改變磁力線方向，使磁力線限制在鐵心範圍內並將磁力線導到待加熱的模仁表面，避免磁通量磁極相同而產生排斥而抵消，使磁通量分佈均勻達到模仁表面，進而均勻加熱模仁表面。

請參照同時參照第1、2圖，第1圖繪示依照本發明一實施例的一種高週波電磁感應加熱裝置的上視圖，第2圖繪示沿第1圖之2-2’剖面線之高週波電磁感應加熱裝置的剖面圖。高週波電磁感應加熱裝置100用以加熱一模仁101之表面，高週波電磁感應加熱裝置100包含一高週波電源供應器102以及一線圈104。線圈104的兩端電極104a及104b分別連接至高週波電源供應器102。相較於習知的高週波電磁感應加熱裝置，高週波電磁感應加熱裝置100之線圈104外包覆有一導磁套106。導磁套106的功能是導引磁力線至所需的方向，以解決傳統盤型單層纏繞因鄰近效應(Approximate Effect)與集膚效應(Skin Effect)所造成加熱不均勻的情形。

請參照第2圖，導磁套(106a；106b)的開口係朝向待加熱之模仁表面103，藉以導引磁力線至所需的方向。因模仁101之表面103並非完全平面，因此導磁套(106a；106b)的開口方向需要因應模仁表面103而有所差異。例如，大部份導磁套106a的開口110b朝向模仁表面103水平表面103c的部份，而導磁套106b的開口110a朝向模仁表面103之弧形表面103b的部份。

每一導磁套(106a；106b)具有兩端面位於開口之兩側。導磁套106a之兩端面108b均朝向模仁表面103之水平表面103c，且大致平行水平表面103c。兩側之導磁套106b其中一端面108b朝向模仁表面103之水平表面103c且大致平行水平表面103c，而另一端面108a朝向模仁表面103之垂直表面103a且大致平行垂直表面103a。換言之，每一導磁套之兩端面大致平行於其所面對的待加熱之表面。利用上述導磁套的設計，線圈所產生的磁力線就能被導向所需的方向，藉以均勻的加熱模仁表面103，如第2圖之箭頭所示。

高週波電源供應器102用以供應頻率約100KHz～300MHz的交流電給線圈104，使其能加熱模仁表面103。線圈104的外形係根據待加熱的模仁表面將其導線104c彎折成所需的形狀(例如是矩形)。一般而言，導線104c彼此的間距係大致上相等的，藉以產生較均勻的磁力線。

在本實施例中，導磁套的截面為『ㄇ』形或『L』形，但導磁套的截面並不侷限於此兩種形狀，只要能適當包覆導線的截面形狀皆適用，例如『U』形或『V』形。此外，導磁套為一鐵心導磁套(材質例如是氧化鐵磁石)。

請同時參照第3、4圖，第3圖係繪示依照本發明另一實施例的一種高週波電磁感應加熱裝置的上視圖，第4圖係繪示沿第3圖之4-4’剖面線之高週波電磁感應加熱裝置的剖面圖。第3、4圖之實施例與第1、2圖之實施例在於將導磁套應用於不同設計的高週波線圈上。

高週波電磁感應加熱裝置200具有一近似蚊香狀的線圈204。線圈204的兩端電極204a及204b分別連接至一高週波電源供應器(例如第1圖之高週波電源供應器102)。相較於習知的高週波電磁感應加熱裝置，高週波電磁感應加熱裝置200之線圈204外包覆有一導磁套206。導磁套206的功能是導引磁力線至所需的方向，以解決傳統盤型單層纏繞因鄰近效應(Approximate Effect)與集膚效應(Skin Effect)所造成加熱不均勻的情形。

請參照第4圖，導磁套(206a；206b)的開口係朝向待加熱之模仁201之表面203，藉以導引磁力線至所需的方向。因表面203並非完全平面，因此導磁套(206a；206b)的開口方向需要因應表面203而有所差異。例如，大部份導磁套206a的開口210b朝向模仁表面203水平表面203c的部份，而導磁套206b的開口210a朝向模仁表面203之弧形表面203b的部份。

每一導磁套(206a；206b)具有兩端面位於開口之兩側。導磁套206a之兩端面208b均朝向模仁表面203之水平表面203c，且大致平行水平表面203c。兩側之導磁套206b其中一端面208b朝向模仁表面203之水平表面203c且大致平行水平表面203c，而另一端面208a朝向模仁表面203之垂直表面203a且大致平行垂直表面203a。換言之，每一導磁套之兩端面大致平行於其所面對的待加熱表面。利用上述導磁套的設計，線圈所產生的磁力線就能被導向所需的方向，藉以均勻的加熱模仁201之表面203，如第4圖之箭頭所示。

線圈204的外形係根據待加熱的模仁表面將其導線204c彎折成所需的形狀(例如是圓形)。一般而言，導線204c彼此的間距係大致上相等的，藉以產生較均勻的磁力線。

在本實施例中，導磁套的截面為『ㄇ』形或『L』形，但導磁套的截面並不侷限於此兩種形狀，只要能適當包覆導線的截面形狀皆適用，例如『U』形或『V』形。此外，導磁套為一鐵心導磁套(材質例如是氧化鐵磁石)。

請參照第5圖，其繪示依照本發明一實施例的一種使用高週波電磁感應加熱裝置預熱模仁之方法300的流程圖。在步驟302中，提供一高週波線圈(例如上述實施例之線圈104、204)，其具有一導磁套(例如上述實施例之導磁套106、206)包覆於線圈外，且導磁套具有一開口(例如上述實施例之開口110a、110b、210a、210b)。在步驟304中，將高週波線圈靠近一待加熱之模仁表面(例如上述實施例之模仁102、201表面103、203)，並使導磁套之開口朝向模仁表面。在步驟306中，供電給高週波線圈，使其加熱待加熱之模仁表面。

藉由上述優化設計的線圈(加上導磁套)，經實驗結果，在模仁表面加溫將溫度由80℃提升至240℃所需的加溫時間僅須2~8秒，且在加熱的均溫性加熱溫差重現性測試，其溫差範圍為±5℃內。

若傳統線圈(未加導磁套)加熱相同的模仁表面，將溫度由80℃提升至240℃所需的加溫時間須7~10秒時，且在加熱的均溫性加熱溫差重現性測試，其溫差範圍仍有30~40℃。

此外，優化設計的線圈也具有減少功耗的效能，就上述狀況的實驗結果，優化設計線圈功率消耗由傳統線圈的功耗18KW降低為15KW，能源消耗節省約20%。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明之高週波電磁感應加熱裝置預熱模仁表面，不但加溫時間縮短，加熱的均溫性也更好，連帶的線圈功率消耗也跟著減低。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．高週波電磁感應加熱裝置

101．．．模仁

102．．．電源供應器

103．．．表面

103a．．．垂直表面

103b．．．弧形表面

103c．．．水平表面

104．．．線圈

104a．．．電極

104b．．．電極

104c．．．導線

106．．．導磁套

106a．．．導磁套

106b．．．導磁套

108a．．．端面

108b．．．端面

110a．．．開口

110a．．．開口

200．．．高週波電磁感應加熱裝置

201．．．模仁

203．．．表面

203a．．．垂直表面

203b．．．弧形表面

203c．．．水平表面

204．．．線圈

204a．．．電極

204b．．．電極

204c．．．導線

206．．．導磁套

206a．．．導磁套

206b．．．導磁套

208a．．．端面

208b．．．端面

210a．．．開口

210b．．．開口

300．．．方法

302．．．步驟

304．．．步驟

306．．．步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明一實施例的一種高週波電磁感應加熱裝置的上視圖。

第2圖係繪示沿第1圖之2-2’剖面線之高週波電磁感應加熱裝置的剖面圖。

第3圖係繪示依照本發明另一實施例的一種高週波電磁感應加熱裝置的上視圖。

第4圖係繪示沿第3圖之4-4’剖面線之高週波電磁感應加熱裝置的剖面圖。

第5圖係繪示依照本發明一實施例的一種使用高週波電磁感應加熱裝置預熱模仁之方法的流程圖。

100．．．高週波電磁感應加熱裝置

101．．．模仁

102．．．電源供應器

104．．．線圈

104a．．．電極

104b．．．電極

106．．．導磁套

Claims (8)

1. 一種高週波電磁感應加熱裝置，用以加熱一模仁表面，該模仁表面具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面垂直該第二表面，該高週波電磁感應加熱裝置至少包含：一電源供應器；一高週波線圈，具有兩電極，分別電性連接至該電源供應器；一內側導磁套，包覆於該高週波線圈外且具有一第一開口朝向該第一表面，該內側導磁套具有兩端面位於該第一開口之兩側，該內側導磁套之兩端面均大致平行該第一表面；以及一外側導磁套，包覆於該高週波線圈外且具有一第二開口朝向該第二表面，該外側導磁套具有兩端面位於該第二開口之兩側，該外側導磁套之兩端面之其中一端面大致平行該第一表面，該外側導磁套之兩端面之另一端面大致平行該第二表面。
2. 如請求項1所述之高週波電磁感應加熱裝置，其中該導磁套為一鐵心導磁套。
3. 如請求項2所述之高週波電磁感應加熱裝置，其中該鐵心導磁套之材質為氧化鐵磁石。
4. 如請求項1所述之高週波電磁感應加熱裝置，其 中該線圈為一矩形線圈。
5. 如請求項1所述之高週波電磁感應加熱裝置，其中該線圈為一圓形線圈。
6. 一種使用高週波電磁感應加熱裝置加熱模具表面之方法，該方法用以加熱一模仁表面，該模仁表面具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面垂直該第二表面，該方法至少包含：提供一高週波線圈，其具有一內側導磁套與一外側導磁套包覆於該高週波線圈外，且該內側導磁套具有一第一開口，該內側導磁套具有兩端面位於該第一開口之兩側，該外側導磁套具有一第二開口，該外側導磁套具有兩端面位於該第二開口之兩側；將該高週波線圈靠近該模仁表面，並使該內側導磁套之兩端面均大致平行該第一表面，該外側導磁套之兩端面之其中一端面大致平行該第一表面，該外側導磁套之兩端面之另一端面大致平行該第二表面；以及供電給該高週波線圈，使其加熱該模仁表面。
7. 如請求項6所述之方法，其中加熱該模仁表面的時間範圍介於2~8秒。
8. 如請求項6所述之方法，其中該高週波線圈為一矩形線圈或一圓形線圈。