직기의 생산성을 결정하는 최대의 요인은 위입되는 속도로서 직기의 기술개발 역사는 위입속도
향상의 역사라고 해도 과언이 아니다. 플라이 셔틀(flying shuttle)이 존 케이(J. kay)에 의해 1732년에
발명되어 수직기로부터 동력직기로 변천된 이래 250여년이 넘도록 북직기가 직기의 주류를 이루어
왔다. 그리고 현재 직기는 북직기에서 혁신직기 쪽으로 많이 대체 되었다.
직기에 따른 각종 위입기구의 원리는 대부분이 금세기에 발표된 것이지만 실용직기로 등장한 것은
약 반세기 후인 1955년경이다.
점차로 상업 생산되기 시작한 3종의 직기, 즉 프로젝타일직기(PJL), 레피어직기(RPL),
워터제트직기(WJL)는 그후에도 사용자의 요구에 따라 개량을 거듭하여 각각의 특징을 살려 서서히
기반을 구축해 왔다. 에어제트직기(AJL)는 1976년에 겨우 그 성능이 인정되어 공장규모의 가동이
시작되었다. 그 후 AJL의 기술진보는 현저하여 가동후 8년만에 PJL, RPL 등의 선행직기가 20년에 걸쳐
도달한 수준을 넘게 되었다. 이 AJL의 급속한 진보는 역으로 선발직기에 커다란 영향을 주게 되어 심한
개발 경쟁을 일으키게 되었으며, 이 결과 혁신직기전체에 일반적인 성능향상을 가져와 혁신직기의
경향을 더욱 명확히 하였다.
제직공정의 고유한 문제를 해결하는 방법은 위사의 운반에 사용하는 요소(運搬體)의 크기를 감소시키는 것이다. 이 요소는 고체 또는 유체이며 운반요소는 직기의 경사개구를 횡단하거나 그 요소가 개구에 들어가기 전에 에너지를 경사장에 가할 수 있으며 그 관성으로 요소를 운반시킬 수도 있다. 이 때 운반체(運搬體)가 북(shuttle), 그리퍼(Gripper) 또는 래피어(Rapier)일 때 그들 직기를 각각 북직기(Shuttle room), 그리퍼직기(Gripper loom) 또는 래피어직기(Rapier loom)라고 한다. 그리고 공기 또는 물의 분사(Jet)를 이용하여 위사를 개구내에 위입시키는 직기를 각각 에어제트(Air jet) 또는 워터제트(Water jet)직기라고 한다.
혁신직기의 종류 1) PJL(Projectile loom)
PJL은 로스만(R.H.Rossman)이 1930년에 취득한 특허를 바탕으로 스위스의 슐져(Sulzer)가 1933년
부터 20년의 연구 끝에 완성하였으며 완벽한 형태로 출현된 것으로 유명하다. 대형 패키지로부터
직접 인출된 위사는 중량 약 40g의 그리퍼 셔틀(Gripper shuttle)에 파지되어 한 방향으로부터 북집
(潢口)으로 들어가 북집에 배열된 가이드(Guide)내에 삽입되어 바디의 전진과 함께 가이드의 끝
부분에서 빠져나와 클로스 펠에 압착된다. 변부는 턱크 인(Tuck-in) 형식으로 실 끝의 약 15㎜가
다음 차례의 북집에 되풀이되어 마무리된다.
슐져에 이어 영국의 하터 스케이(Hatter-skey), 체코의 엘리텍스(Elitex) 회사에서도 PJL을 개발하여
위입을 직기의 양측에서 행하고 특수한 변형성이나 다색을 사용하는 것 등의 특징을 갖고 있으나
생산성의 측면에서 현재는 슐져가 독점하고 있다.
PJL의 위입장치의 특징은 반송력이 우수해 광폭화가 용이하며 후직물에 적합하고 또한 안정성이
높으나, 한편으로는 탄환형태의 그리퍼(Gripper)를 안정되게 보내기 위해 바디의 정지시간을 충분히
해야 하는 관계로 바디침의 진동이 커서 부담이 되고 그리퍼 발사시의 충격에 따르는 제약 때문에
고속회전에는 본질적으로 불리한 기구라 할 수 있다.
발사체가 피커 슈(Picker-shoe)에서 이탈하기 전에 가능한 최대의 에너지를 발사체에 전환하도록 팽팽한 에너지를 토션 바(Torsion bar)에 전개하며 늦춘다.
[(그림4-1) 발사체의 비출방법]
(그림4-2)는 8단계의 위사 삽입공정과 변사형성 과정을 표시한 것이다.
[(그림4-2) 프로젝타일 직기의 위사삽입]
이것을 다시 설명하면 컨베이어 고리가 되돌아가서 픽킹 때마다 발사체 리프트 속으로 발사체를
밀어 넣는다. 발사체 오퍼너는 그리퍼를 분배하고 픽킹위치로 와서 리프트와 평행으로 움직인다.
그리퍼가 열려있는 동안 발사체 공급장치의 잡은 표면 뒤쪽을 꽉 쥔다. 오퍼너는 위사실 길이 만큼
방치한다. 발사체 공급 그러퍼는 열려지고 발사체는 픽킹된다. 발사체는 브레이크 아래의 가이드
이빨을 통하여 미끄러진다. 감지장치는 받는 기구에 발사체가 도착하는 시간과 위치를 감시한다.
발사체 되돌림 장치는 그러퍼를 열기 위하여 정확한 위치로 발사체를 밀어 넣으며 돌아오는 길로
보낸다. 이 때에 위사 텐션레버는 위사를 펴고 발사체가 뒤로 밀려짐에 의하여 실 공급길이를 취한다.
위입되는 위사는 위사그리퍼에 꽉 잡힌다. 그리고 가위로 끊기고 바디침이 이뤄진다. 위사패키지
끝은 발사체 공급장치에 의하여 잡혀지고 다음 번 발사체에 옮기기 위하여 잘리고 또 가져온다.
방출장치는 적절한 순간에 되돌아오는 컨베이어 속의 2개의 고리사이로 발사체를 누른다. 위입 후
곧바로 위사 그리퍼는 직물의 가장자리에서 위사의 끝을 좌편과 우편에서 세게 잡는다. 개구가 바뀐
후에 턱인 바늘은 개구속에 들어가며 위사 끝 그리퍼로 부터 위사를 위로 가져간다. 위입시스템의
덕택으로 위사는 정확한 길이가 된다. 그리고 끊어지지 않아야 하며 그 결과 낭비가 없다.
위사는 PJL과 마찬가지로 직기의 한 방향으로부터 삽입된다. 기계적인 운동을 하는 래피어를 움직여서 한쪽 방향으로만 삽입하는 것과 양측에서 삽입하는 것 2종이 있는데 후자 쪽이 소요시간이 짧은 관계로 특수한 경우가 아니면 전자는 쓰이지 않는다. 래피어에는 리기드래피어(Rigid rapier)와 평평하고 얇은 플렉시블래피어(Flexible rapier) 2종이 있으나, 전자는 관성도 크고 스페이스도 많이 필요하기 때문에 일반적으로 후자가 많이 쓰이고 있다.
[(그림4-3) 위사 삽입공정]
RPL의 위입장치는 큰 구동력을 갖는 캐리어를 사용하기 때문에 바디의 이동량이나 개구량이 적어도 안정하게 위사를 삽입할 수 있어 경사절을 감소시킬 수 있는 점은 PJL과 동일하다. 한편 위사의 선단속도에서 알 수 있듯이 RPL의 순간 위입속도는 크게 변동하나 평균 위입속도가 느리기 때문에 위입시간이 길게 된다. 또한 이 때는 캐리어의 움직임을 방해하기 때문에 바디의 요동을 정지시킬 필요가 있고 따라서 바디침의 가속화가 크게 되는 문제점이 있어 RPL의 위입장치는 본질적으로 고속화에는 적합하지 않고 중속 안정성에 우수한 특징을 살려야 적절한 기구가 될 수 있다.
[(그림4-4) RPL의 위사 운반체]
직기의 고속화를 저해하는 무거운 북 대신에 경량이고 취급하기 쉬운 위사 반송장치의 개발은 AJL의
실용화에 의해 이루어졌다고 말할 수 있다. AJL의 원리는 전혀 새로운 것은 아니고 1914년에 미국의
브룩스(J.L.Brocks)가 특허를 출원하여 1917년에 시험기를 제작하였다. 그러나 AJL이 최초로 출현한
것은 그 후 40년이 지난 1955년의 ITMA에서 체코의 Kovo회사로부터이며, 생산기로서 가동되기
시작한 것은 이보다 20년 후인 1976년경이었다. 이것은 공기가 위사의 반송체로서 물보다도 더욱
이상에 가까운 소질을 갖고 있지만 확산이 쉬운 공기류를 컨트롤해서 위사를 확실하게 먼 거리까지
반송시키는 기술의 해결에 어려움이 있었기 때문이다.
그간의 경위는 변형바디방식(Ballou, 美), 에어가이드방식(Svaty, 체코), 북집 커버방식
(Maxbo社, 스웨덴), 치차상 서브노즐(Sub nozzle)방식(W. Scheffel, 독일)등이 검토된 후
서브노즐방식(Te Strake社, 오스트리아)이 발표되어 공기류에 의한 위입안정성을 확실하게 이루었다.
서브노즐 또는 보조노즐은 위사의 선단을 전진시키기 위해 바디폭 방향에 소형 노즐을 약 80㎜
간격으로 끼워놓고 여러 개의 블록(block)으로 나누어 공기류를 연속하여 분사하는 것으로서
릴레이노즐(Relay nozzle)이라고도 부른다. 공기의 폭발은 위사삽입에 효과적인 방법이나 위사에
충분한 견인력을 주기 위하여 고속의 공기를 사용하는 것이 필요하다.
에어제트를 자유로이 팽창시킬 때 기류는 에어제트 축과 동일한 축상의 가상적인 콘에 채워진다고
할 수 있다. 노즐에서 바로 분출된 공기는 대단히 강하게 작용하여 공기가 노즐로부터 멀리 떨어짐에
따라 주위공기와 섞어서 그 비중이 작아진다. 따라서 분사된 공기가 멀리 나감에 따라 부피는 더욱
커지며 속도는 느리게 된다. 공기중에서는 마찰이 작으므로 노즐로부터 분산된 공기의 초기 운동
에너지는 빨리 손실되지 않는다. 공기의 흐름은 난류의 형태로 분산되며 과도한 에너지는 난류의
소용돌이에 의해 흡수되며 이 에너지는 흡수되지 못한다. 따라서 대부분의 에너지는 손실되는 것이다.
[(그림4-5) AJL의 제직원리도]
(그림4-6)에서 위사는 로울러 또는 드럼 저장장치에 의해 일정한 속도로 공급패키지에서 인출된다. 각 위사의 길이는 직물폭에 따라 측정디스크의 원주와 속도에 의해 결정된다. 클램프가 손상이 되어 있을 때 실은 보조노즐에서 공기의 유동에 의해 헤어핀 형태의 관상저장장치에 삽입할 채비를 갖게 된다. 클램프가 벌어지기 직전에 주노즐은 분출하기 시작하며 클램프가 벌어질 때 실은 운동하게 된다. 헤어핀은 신축하며 개구가 벌어질 때 실은 바디홈 내로 분출한다. 실은 바디통로로 따라 서브노즐의 기류에 의해 개구내로 운반된다. 위사삽입은 각 주기마다 닫혀지며 신축된 실은 개구가 닫혀진 후에 바디침되면서 절단된다.
1 : 공급패키지 2 : 측정디스크 3 : 로울러 4 : 보조노즐
5 : 헤어핀 6 : 관상 저장장치 7 : 클램프 8 : 주노즐
9 : 서브 노즐 10 : 바디
[(그림4-6) AJL의 위사삽입 방식]
위사의 비주초기의 추진력을 주는 주노즐과 보조노즐과의 분사형태 구조는 (그림4-7)과 같다.
[(그림4-7) 분사방법]
[(그림4-8) 주 노즐과 바디관계]
[(그림4-9) 노즐의 종류]
주노즐의 분사류의 확산에 의해 공기유속 저하를 보조하고 안정된 위입을 행하기 위해 보조노즐을 채용하고 있는데 보조노즐에서 분사되는 분사류는 (그림4-7)과 같이 각 노즐의 분사시기에 따라 릴레이식으로 위사를 반송한다. (그림4-10)은 보조노즐의 분사공급을 나타낸 것이다.
[(그림4-10) 보조노즐의 분사공급 기구]
노즐분사 타이밍 제어용으로 전자 솔레노이드 밸브를 채용하여 그 개폐시기를 마이크로프로세서에 의해 제어하는 장치이다. 분사시기 설정은 전자제어 휠의 키 조작에 의해 조건설정이 되고 그 양상이 디지털로 표시된다. 이것으로 고속운전에서도 공기분사시의 밸브 올림과 내리는 응답이 뛰어나 비주위사에 대해 가장 적당한 시기에 최소한의 공기를 분사시켜 공기소비량을 줄일 수 있다. 비주중의 위사선단을 검출하는 센서를 직물 끝 부분에 부착하여 센서로 위사끝의 위치를 검출하고 설정된 위사선단 도달시기와 비교하여 보조노즐의 분사시기를 가장 적당한 조건으로 제어한다.
(5) 위사측장 저장장치이 장치는 직물폭에 해당하는 위사를 1픽(Pick) 정도만 급사 패키지에서 인출하여 주노즐에서 분사류가 분사되기까지의 사이에 위사를 일시 저장하여 두는 것으로 에어 풀(Air pool)형과 드럼(Drum)형이 있으나 최근에는 드럼형이 주류를 이루고 있다. 위사 저장장치는 위사를 최저 또는 균일한 장력으로 위입하여 사절을 감소시키며 직물폭에 적합한 1픽 정도만 저장한다. 또 위사길이를 일정하게 하여 위사손실을 줄인다.
[(그림4-11) 위사 측장저장 장치]
마이크로프로세서 제어에 의해 위입미스를 자동으로 픽 파인더하여 위사를 제거한 후 재 가동시킨다. 이 장치의 채용에 의해 위입미스 때 위사처리 시간이 단축되는데 다른 전자장치인 송출, 권취, 위입전자밸브, 위사 측장저장장치 등이 함께 제어가 되어 직물 정지단 방지에도 행하는 장치가 거의 실용화되었다. <그림4-12>가 이 원리를 나타낸 것이다.
[(그림4-12) 위사미스의 자동제거 원리]
WJL은 위사를 분사기류 대신 물을 노즐로 통하여 분출하여 위입하는 것이다. 보빈 또는 콘 형태의 패키지로 공급하는데 이 위사는 원사 패키지에서부터 측장저류(測長貯留) 장치로 공급되어 안정된 상태로 일시적으로 저장된다. 이때, 감겨진 위사길이는 제직되는 직물의 직폭만큼 길이로 측장되어 위입준비를 한다. 측장드럼에 감겨진 위사는 얀 가이드(Yarn guide)와 그리퍼(Gripper)를 통과하여 제트노늘(Jet nozzle)로 공급된다. 급수배관을 통하여 물통에 들어온 물은 펌프 캠에 의해서 작동되는 워터펌프(Water pump)의 간헐적인 운동으로 일정량의 수량(水量)이 노즐로 보내진다. 이와 같이 위사와 물이 함께 노즐에 공급되었을 때 위사를 파지(把持)하고 있던 그리퍼가 위사를 놓아주면 노즐의 분사구에서 물과 위사가 함께 분사되어 개구속으로 비주하게 되어 위입이 이루어진다. 위입운동이 완료되면 직폭양쪽에 있는 이조(耳組)장치(Leno device)의 레노사가 위사를 단단하게 엮으면서 양쪽의 커터(Cutter)가 여분의 위사를 절단하므로서 양쪽 변부를 처리하게 된다. 동시에 노즐 반대쪽에서 절단된 여분의 위사는 4올의 사단처리사에 잡혀서 꼬아지면서 직기바깥으로 이송된다. 또한 바디침 운동으로 형성된 직물은 권취로울러에 감겨지기 전에 에어 셕션(Air suction) 장치로 직물에 함유된 수분을 어느 정도 탈수시켜 권취하고 있다.
[(그림4-13) WJL의 주요부분]
WJL의 위입원리는 원사 패키지에서 풀려 나온 위사가 측장저류 장치에 의해서 적정량의 길이 만큼 준비 될 동안 워터펌프에 의해서 가압(加壓)된 일정량의 물이 측장된 위사와 함께 노즐을 통해서 분사되어 개구 속을 비주함으로 위입운동이 이루어지는 원리이다. 워터펌프 부분의 펌프 캠이 펌프 플런져(Plunger)를 작동시키면 급수탱크의 물이 인렛트 튜브(Inlet tube)를 통하여 펌프실린더 내로 흡입이 된다. 플런져가 밀려나올 때 펌프스프링이 압축되어 펌프 캠의 최대 리프트 점에서 흡입이 완료되는데, 압축 된 펌프스프링의 복원력에 의해서 실린더 내의 물은 아웃렛트 튜브(Outlet tube)를 거쳐 노즐로 분사가 된다. 그리퍼 캠(Gripper cam)은 2매의 디스크로 조립되어 있는데, 그리퍼 캠에 접촉하여 움직이는 로울러와 레버에 의해서 그리퍼가 개폐되므로 측장 순간에는 위사를 파지하고 있다가 물이 분사 될 때에는 위사를 놓아줌으로 위입이 이루어진다.
(2) 위사장 설정
측장 저류장치들은 여러 종류가 있으나 주로 로타리 드럼(Rotary drum pulling system) 방식이 많이
사용되고 있다. 직기의 크랑크 샤프트에 부착되어 있는 드라이빙 풀리(Driving pulley)에서 평 벨트
(Flat belt)를 거쳐 드라이븐 풀리(Driven pulley)를 회전시키면 측장드럼이 회전하면서 위사가 감겨
진다. 이때 감겨지는 위사의 길이는 제직하는 직물의 성통폭+@만큼 감겨지도록 드라이븐 풀리의
규격을 맞추어 준다. 1회의 위입에 필요한 정확한 위사장을 설정하기 위해서 다음의 계산법을 사용
하는데, 위사장은 드라이빙 풀리와 드라이븐 풀리의 조합으로 설정한다.
위사장＝(성통폭＋50∼60㎜)×1.02∼1.04
위입잔사의 길이：50∼60㎜
위사수축율 ：필라멘트사
2%
가공사(연사물) 3%
가공사(무연사) 4%
위사장 계산 예
폴리에스테르 필라멘트사 75 데니아를 위사로 사용하여 성통폭 140㎝로 제직할 경우,
위사장＝(1400＋50)×1.02 ＝ 1,479㎜가 된다.
실제 측장량을 결정하기 위해서는 사단처리사가 위입된 위사를 확실히 파지 할 수 있는 실 길이가
필요하며 측장량의 편차, 비주차에 의한 편차가 다소 있기 때문에 가장 짧은 측장사에 맞추어서
풀리직경을 선택한다. 드리이본 풀리직경을 선택하는데 있어서 위사의 신축성 때문에 실제 사종에
따라서 다소간 차이가 있다. 계산상의 측장량으로 최적 측장량을 얻을 수 없으므로 안정된
비주상태에서 잔사의 길이를 확인하여 최종 결정을 하는 방법을 취한다. 측장풀리는 회전시키는
평 벨트의 장력중심을 5∼6kg의 힘으로 눌렀을 때 벨트의 눌림 량이 5㎜정도가 되게끔 탠션풀리
브라켓을 조정한다. 이때 벨트 장력이 약하면 슬립이 발생되어 측장부족 현상이 일어나고 벨트장력이
너무 세면 벨트마모가 빨리 온다. 또한 벨트의 회전하는 위치도 중요하므로 탠션풀리 브라켓에
부착되어 있는 조정 볼트는 평 벨트가 풀리 중심에 오도록 설정한다.
위입기구에 있어서 그리퍼 운동기능은 WJL의 정상가동에 큰 영향을 끼치는 중요한 부분이다. 그리퍼는 고정디스크와 가동디스크 사이로 위사를 통과시키고 또한 파지(把持)시켜야 함으로 위사의 운동을 적절히 컨트롤하지 못하면 직기의 가동율과 직물의 품질에 직접적인 영향을 끼친다. 그러므로 그리퍼의 조정은 충분한 주의가 요망된다. 그리퍼는 측장드럼과 분사노즐 사이에 위치해 있으므로 양쪽의 얀 가이드(Yarn guide) 위치를 조정하여 위사가 스무스하게 통과되도록 해야 하며 측장드럼의 센터와 노즐센터가 일치 되도록 얀 가이드의 위치와 높이 조정이 필수적이다.
(4) 워터펌프(Water pump)위사가 측장량만큼 준비되어 위입대기 중 일 때, 워터펌프는 흡입된 일정량의 물을 가압(加壓)시켜 노즐로 보내면 그리퍼가 파지하고 있던 위사를 놓아줌과 동시에 물과 위사는 노즐을 통하여 개구 속으로 비주하게 된다. WJL에서 물은 정수위(定水位)밸브가 있는 물통에서 워터펌프로 흡입된다. 펌프캠의 제일 높은 부분에 캠 볼이 도달되었을 때 펌프에는 물이 가득 차게 됨과 동시에 펌프 스프링은 완전히 압축된다. 이어서 캠이 회전하면 스프링의 복원력으로 물은 가압되어 노즐로 분사하게 된다. 가압된 물이 초기 분사될 때, 노즐 끝에 있는 위사의 선단은 직선화되면서 그리퍼가 열림과 동시에 측장된 위사는 수류(水流)와 함께 개구속으로 사출(射出)된다. 물의 분사상태, 분사방향 및 위사의 비주상태를 확인하기 위하여 직기좌측에 있는 페달을 밟아 시험하면 용이하게 확인할 수 있다.
(5) 위입타이밍(Picking timing)WJL의 위입타이밍은 워터펌프에서 가압된 소정의 수량이 노즐을 통하여 분사되는 분사 개시각은 일반적으로 직기의 크랑크 각도 90도 부근에서 이루어진다.
[(그림4-14) WJL 위사공급]
분사가 개시되고 15∼30도 후에 그리퍼에 의해서 파지되어 있던 위사가 그리퍼의 열림작동으로 물과 함께 개구속으로 비주하기 시작하는 비주개시각과 위사의 비주가 종료되는 비주 종료각으로서 위사타이밍을 설명할 수 있다. 여기에서 분사개시각과 비주개시각의 간격을 선행각(Lead angle) 이라 하며 비주개시각과 비주종료각의 간격을 비주각(Traveling angle)이라 하고 비주종료각과 분사개시각 간의 간격은 저류각(Storage angle)으로 분류한다.
[표4-1 혁신직기의 성능비교]| 구 분 | 이 점 | 결 점 | 동 향 | 주요메이커 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Projectile | ?광폭화 유리 ?범용성이 높다 |
?기계진동 ?회전이 상대적으로 적다 ?기름오염 |
?생산성 ?범용성 ?경제성 향상 |
?Sulzer Rti | |
| 래 피 어 |
Rigid | ?다색상 ?조작성 양호 ?이번수 위입양호 |
?설치면적 많다 ?회전상승 불리 |
?특수직물 분야 | ?Donier ?Saurer |
| Flexible | ?다색상 ?조작성 양호 ?이번수 위입양호 |
?회전수 상승이 비교적 쉽다 ?설치면적 Rigid보다 적다 |
?다품종 소롯트분야 ?에어젯트보다 고속화 불리 |
?Picanol ?Sulzer-Rti ?Isikawa ?Tsudakoma ?Somet |
|
| Water Jet | ?경제성 높다 ?고속에 유리 ?설치면적 적다 |
?소수성 섬유제한 ?환경나쁘다 ?양질의 수질이 필요 |
?교직분야 제한 ?위사: 필라멘트 ?경사: 스판 |
?Tsudakoma ?Nissan |
|
| Air Jet | ?고속화 유리 ?범용성이 높다 ?설치면적 적다 ?자동화 유리 |
?동력이 많이 듬 ?특수사 제직한계 ?초후직제직 곤란 |
?스판직물 AirJet화 ?메카트로닉스 이용, 자동화, F·A화 |
?Toyoda ?Tsudakoma ?Nissan ?Picanol ?Sulzer Rti |
|
