Full Automatic Rotry Type Interfolder

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Full Automatic Rotary Type Interfolder

VAF Type : SPEEDER V

개 발 보 고 서

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IMC (ISHIZU MACHINERY CO., LTD.)

241-1 OAZA FUKUDAHARA, ONOHRA-CHO, MITOYO-GUN

KAGAWA PREF., 769-1616 JAPAN

TEL : 81-875-277899 FAX : 81-875-277622

IMC INTERNATIONAL INC.

241-1 OAZA FUKUDAHARA, ONOHRA-CHO, MITOYO-GUN

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Full Automatic Rotary Type Interfolder

VAF Type : SPEEDER V

개 발 보 고 서

1. 서 론

일본에서 티슈페이퍼제품(Tissue paper products)은 시장에 출시되어 30년이 지난 이래, 제품의 스타일이 변하지 않은 채 소비자들에 의해 사용되어오고 있다. 사람들은 일본을 티슈페이퍼제품의 대량소비국의 하나로 간주하고 있는데 이는 년간 소비량이 500,000톤 이상이기 때문이다. 이러한 이유는 별개로 하고, 우리의 임무는 값싸게 대규모로 제품을 생산할수 있는 기계의 공급방법을 찾아내는 것이었다.

티슈페이퍼제품을 생산하는 인터폴더(Interfolder)는 말티스탠드타잎(Multi-stand type)과 로타리타잎(Rotary type)의 두가지가 있다. 일본의 주요회사 대부분은 단일제품(그들의 고유브랜드)생산을 위해 말티스탠드타잎을 채택하고 있는데 이는 대량생산에 적합하기 때문이다. 한편, 중소규모 업체들은 로타리타잎을 채택하고 있는데, 그 이유는 다음의 두가지이다.

첫째, 제품의 사이즈를 바꾸는데 시간이 오래 걸리지 않기 때문이며

둘째, 제품의 다종소량 생산에 적합하기 때문이다.

우리 IMC는 회사설립 이래, 로타리타잎 인터폴더의 디자인과 품질향상에 몰두하였다. 그리하여 우리는 로타리타잎의 TF 시리즈를 시장에 내놓았다. 그 이후 우리는 모델을 HF 와 NHF 같은 시리즈로 여러번 변경했다.

우리는 모델을 변경할 때 마다 기계의 속도를 높이고 제품종류를 다양화 하는데 성공했다. 그당시 수동에 의한 6레인(Lanes)인터폴더의 최대 속도는 분당 110m (3레인의 경우 130m/min) 였다. 한편, 1980년경 인건비의 급격한 상승으로 대부분의 기업들은 종업원 수를 고려해야만 했고, 완전자동 인터폴더를 필요로 했다. 그 시기에 "K"사는 Automatic paper strip을 갖춘 인터폴더를 시장에 출시했다.

이 인터폴더 덕분에 그 회사는 인건비지출 문제를 해결할수 있었다. 그러나 그들은 구조와 강도 때문에 빠르고 큰 인터폴더를 제작할수 없었다. 1989년 우리는 기술부의 명칭을 연구개발(R&D)부로 바꾸었다. 연구개발부 직원은 인터폴더의 구조를 철저히 연구하여 기본적 구조는 물리학과 순리성에 부합해야 한다는 이론을 터득하게 되어 새롭고, 크고, 빠르고, 완전자동타잎의 인터폴더를 개발하기 시작했다. 우리의 개념(Concept)은 NHF 시리즈로 정평이난 미려한 절첩(Foldings)을 유지하고 최대 생산폭이 2,300mm (이는 세계 최대폭임)인 인터폴더를 완성하는 것이었다. 우리는 CAD 시스템으로 자동분리장치의 복잡한 움직임을 가상실험(Simulate)을했고, 이를 정확하게 디자인하는데 1년을 소비했다.

사진 1 Rotary interfolder : Vise type

사진 2 The folding part

사진 3 VAF type "SPEEDER V"

(The open operation test at our site)

1990년 우리는 진공시스템의 인터폴더#1의 조립을 끝냈다. 동시에 우리는 시운전을 했고 국내 경쟁사와 같은 분당 80m 의 속도를 달성했다.

우리는 인터폴더#2에 기계적 바이스(Vise)시스템을 채택했다. 이 시스템에서 절첩된(Folded)종이가 이 기계로 펴젔다. 그러므로 제품의 표면이 #1호기의 제품보다 더욱 미려했다 (사진 1 및 2 참조). 인터폴더 #2호기의 속도는 분당 110m를 초과했는데, 이는 그당시 일본에서는 제일 빠른 속도였다. 인터폴더 #2호기를 개량할 때마다 우리는 보다 빠른속도의 기계를 디자인 했고 성능을 해마다 개선했다. 현재 우리는 기계적 바이스시스템으로 인터폴더 #2호기 속도를 분당 150m까지 보장할수 있다. 우리는 여러종류의 제품을 생산하는 완전자동 인터폴더를 완성했다. 이 기계는 주방용타월 같은 통풍이 약한 제품 뿐만아니라 티슈 페이퍼제품도 생산할수 있다.

1994년 반년동안 우리는 진공시스템의 고속 인터폴더의 디자인을 시도했고 생산제품이 미려하고 규칙적으로 절첩되도록 시도하였다. 제품에 절첩라인을 표시하는 기능을 이동롤(Transfer roll)에 장착한후 우리는 제품의 표면을 바이스 시스템으로 생산한 제품과 동일하게 유지할수 있었다. 더욱이 우리는 인터폴더 속도가 분당 180m 임을 확인할수 있었다. 이 인터폴더는 소음이 적게 제작되었다.

1995년 7월 우리회사(IMC 본사, 연구개발부 및 IMC International Inc.)는 새로운 공장으로 이전했고, 그곳에서 고성능 인터폴더 VAF (Vacuum Automatic Folder) 타잎 : SPEEDER V를 테스트 했다. 일본과 외국의 많은 제지업계 관련인사들이 이 테스트를 관찰했다. (사진 3 )

우리는 고성능 인터폴더 VAF 타잎 “SPEEDER V"를 여기에 설명하고자 하는바 여러분은 이 기계에 대하여 보다 많은 것을 이해하게 될 것이다.

2. 역 사

로타리타잎 인터폴더는 비교적 얇고 부드러운 종이제품과, 또 1회용 부직포 제품에 사용되며, 기계적 구조에 관하여는 두개의 원단(Parent roll)으로부터 방출되는 지필(Web)이 한쌍의 로타리롤(폴딩롤)로서 지그자그 형태로 교대로 계속해서 절첩된다. K사, F사 및 IMC(Ishizu Machinery Co., Ltd.)는 일본에서 이 인터폴더를 만드는 주요 제조업체 이다. 이 인터폴더는 절첩된 제품의 고정된수량(Fixed numbers)을 자동으로 분리하는 것이 매우 어려웠기 때문에 현재까지 몇대만이 실제로 사용되고 있다. 그러므로 다음 방법이 일반적이었다. 즉 지필은 잉크마킹 센서로 고정된 수량마다 마크가 되는 한편 지필은 계속적으로 접히고 쌓이며, 그리고나서 마크된 쌓인지필은 모두 수동으로 분리되었다.

상기 방법은 다음과 같은 문제점이 있었으며 이에대한 해결책이 단호히 요구되었다.

(1) 축적물(Accumulations)을 수동으로 분리하기 위해 숙련된 노동자들이 필요했고, 기계의 용량(속도)은 각 노동자의 기술에 따라 크게 영향을 받았다. 노동자들은 고속. 대용량 기계의 조작에 한계가 있었다. 그래서 생산성은 여전히 낮았다.

(2) 인간공학의 관점에서 볼 때, 단조로운 일이 계속 반복되고 기계소음과 지분과 같은 작업조건이 피고용원들의 건강에 좋지 않았다. 피고용원들의 건강문제는 해결되지 않았다.

상기 (2)의 문제를 해결하기 위해 고속, 대용량의 자동분리섹션(Section)이 장착된 완전자동 로타리 타입 인터폴더의 완성이 요구되었다. 1980년경에는 절첩된 제품의 고정된 수량을 수동으로 분리하는데 필요한 로타리 인터폴더가 주로 사용되었다. 반면, "K"사는 완전자동 인터폴더의 제작을 신속히 시행했다. 불행하게도 "K"사는 인터폴더의 속도와 용량을 개선 할 수 없엇다."K"사의 자동인터폴더 속도는 앞에서 언급한 로타리 인터폴더와 같거나 광폭의 원단을 자동인터폴더에 사용했을때 보다 속도가 느렸다. "K"사는 1983년 10월 3일 인터폴더의 특허를 신청했다. 완전자동 인터폴더에 관한 완전한 기술보고서는 우리 IMC가 보고한 이후에는 없었다.

그림 1. IMC 인터폴더의 측면도

1987년 우리 IMC는 우리의 특수기술로 대용량. 고속의 자동인터폴더 개발 목표를 설정하고, 기본사양을 설정하기 위한 조사연구를 시작했다. 1995년 7월, 우리는 결국 완전자동 로타리타잎 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"를 완성했다. (그림 1). 우리가 우리공장에서 시운전을 시행했을 때, 운전속도는 분당 180m 였음을 확인했다. (사양속도는 분당 190m )

그결과 우리의 목표인 운전속도 분당 190m (사양속도는 분당 200m)는 현실화되고 우리가 도달할수 있음을 알게되었다. 사용자들을 위해 인터폴더의 안전을 보증하고 안정된 가동을 유지하도록 우리는 인터폴더의 전공정을 다시한번 세밀히 조사했다.

동시에 우리는 효율성도 체크했다. 제품의 수준을 끌어올리고 신뢰성을 높이기위한 다음 공식은 우리의 원래 아이디어이자 모토(Motto)이다.

↑ VALUE =

FUNCTION ↑ 가치(Value) : 증가(Increase)

-------------------------- 기능(Function) : 증가(Increase)

COST ↓ TIME ↓ 원가(Cost) : 감소(Down)

시간(Time) : 단축(Shorten)

3. 우리의 아이디어와 개발작업

3.1. 기본아이디어 로부터 디자인아이디어 까지

우리가 2.(역사)에서 언급한바 같이 IMC는 "K"사 보다 늦게 자동분리섹션이 장착된 완전자동 인터폴더를 시장에 내놓았다. 우리의 개발개념은 "K"사의 개넘과 완전히 달랐다.

(그림 2)

그림 2. IMC의 기본개발 아이디어 및 디자인 아이디어

3. 2. 고속을 위한 디자인

(1) 절첩된(Folded) 종이축적물을 고정된 수량으로 만드는 방법

(그림 3)

그림 3. 종이분리의 이미지

우리는 여러분이 종이축적물이 a-1과 a-2로 분리되는 것을 상상해 보시기 바랍니다. 수동으로 분리하기 위해서 여러분은 손을 a-1과 a-2의 사이에 넣어 a-1을 지지한후에 a-2를 떼어낸다. 기계적 설계의 관점에서, 우리는 일종의 간막이(T)와 지지대가 필요하다. 그래서 우리는 손을 일종의 간막이로 간주할 수 있다.

그림 4. 간막이(T)는 폴딩롤 외부로 부터 삽입된다.

그림 5. 간막이(T)는 폴딩롤 내부에 설치되고 삽입된다.

간막이(T)를 절첩된 축적물에 삽입하는 방법은 2가지가 있다.(그림4 및 5) 칸막이(T)는 폴딩롤 외부로부터 삽입되며 (그림 4) 그리고, 폴딩롤 내부에 설치되고 삽입된다. (그림 5)

"K"사가 개발한 자동분리섹션이 있는 자동인터폴더(그림6 및 7)는 일본에 널리 알려져있다. 그림6과 같이 이 기계는 한쌍의 폴딩롤과 한 개의 자동분리섹션이 마련되어 있다. "K"사의 자동인터폴더의 정상운전속도는 종이타월 또는 티슈페이퍼제품을 생산할 경우, 제품의 폭에 따라 분당 약 90-110m 라고 한다. 예를들면, 티슈제품 하나의 길이가 200mm 이고 장비가 최대속도로 작동하는 경우 이 장비에 의한 폴딩회수는 분당 450-550회 이다 (매 0.13-0.11초) 우리는 장비의 기능을 쉬운용어로 설명하고자 한다. 그림6과 7에서 여러분은 카운트핑거(Count finger)라고 불리는 간막이를 발견할 것이다. 종이축적물이 고정된 수량으로 탐지되면 카운트핑거는 상층표면과 다음의 지필 사이 (그림6에서 사선으로 표시된 부분 P1과 P2 사이)에 간막이로 삽입된다.

그림7에서 절첩된 지필은 고정된수량으로 계산되고, 엘리베이터핑거(Elevator finger)가 동시에 내려간다. 그림7-2가 보여주는바와 같이 카운트핑거는 축적물과 계속되는 지필 (그림6에서 사선으로 표시된 부분) 사이에 놓인다. 카운트핑거의 기능은 지필축적물의 분리위치를 고정시킬 뿐만아니라 서포트핑거(Support finger)가 올라갈 때 까지 계속되는 지필을 떠받친다.

우리의 목표는 운전속도가 분당 200m 일 때 폴딩속도는 분당 1,000회(매 0.06초)에 달하는 것이었다. 우리는 이 목표의 달성방법을 토의한 끝에 다음 제요소(Factors)를 결정할 필요가 있다는 것을 발견했다.

① 카운트핑거의 처리

② 카운트핑거의 작동시간

③ 각 카운트핑거의 집단(Mass)

④ 구동의 방법

⑤ 진공(Vacuum) 과 바이스(Vise)

카운트핑거 (초기 설정된 위치)의 처리에 관하여 우리 IMC는 그림5와 같이 폴딩롤 안에 설치해야 한다고 결론을 지었다. 이 방법은 비용이 많이 들지만 본래의 아이디어를 추진하기로 결정했다. 우리는 제2항(역사)에서 언급한 바와 같이 이 방법은 제품가치의 증대를 충족시킬 것으로 생각했다. 사실 이것은 그림6에서 사선으로 표시된 장소인 P1과 P2 사이의 작동범위를 확대하고, 또한 카운트핑거의 작동 시간을 보다 쉽게 조정한다. 더욱이 디자인은 보증할수 있다. "K"사의 자동분리섹션에 관하여 살펴보면, 카운트핑거를 삽입하기 위해 약간의 스페이스가 필요하며, 스페이스에 축적물을 내리는 동작 또한 필요하다. 반면 IMC의 기계는 이러한 동작이 더이상 필요 없다. 티슈같은 얇고 가벼운 지필이 절첩될때 지필은 기계적 작용으로 일어나는 하강속도를 쉽게 따라잡지 않는다.

x ( distance ) = 1/2 gt², and v ( speed ) = gt

그림 6. “K"사의 자동분리섹션(Automatic separation section)

그림 7. "K"사의 자동분리섹션

(Automatic separation section)의 움직임

얇고 가벼운 지필은 고속을 방해하는 요소의 하나이다. 더욱이 공기에 의한 지필의 부동현상은 축적물의 분리를 무력하게하는 이유중의 하나이다. 이런 문제점들을 연구한 후 우리는 카운트핑거가 최초에 설정될 때 폴딩롤 내부에 보존된 두종류의 간막이 (그림8의 카운터핑거 #1, #2)를 디자인했다.

카운트핑거 #1의 기능은 지필축적물을 테이블 위에 보존하고 축적물을 내리는 것이다. 카운트핑거 #2의 기능은 #1의 기능과 같은 기능을 계속해서하는것이다. (그림 8)

그림 8. IMC의 자동분리섹션 (Automatic separation section)

(2) 카운트핑거의 집단 (Mass)

그림6으로 판단하건데, "K"사의 카운트핑거 사이즈는 매우 크다. 이것은 아마 카운트핑거의 움직임이 궤적을 그릴때 조그마한 스페이스 안으로 움직이도록 카운트핑거의 지주가 길어저야 하기 때문 일 것이다. 그러나 그 결과 전체 분리섹션과 그 집단은 길어저야만 한다. 이것은 보다 고속의 운전에 방해가 된다.

분리섹션의 집단이 작아야 하는 것은 기계의 움직임에 매우 중요하다. 만약 수량이 적다면, 액튜에이터(Actuator)로 시간이 적게 걸리며 분리섹션은 고속운전이 가능할 것이다. 우리 IMC는 지필축적물의 최대 고정 수량의 높이를 표준화 했고, 가능한한 작은 콤팩트사이즈의 자동분리섹션을 제작하는데 성공했다.

그것이 완전자동 로타리타잎 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"이다.

(3) 카운트핑거의 작동시간과 액튜에이터의 반응속도

폴딩마신(Folding machine)이 분당 200m 속도로 작동할 때, 지필의 모든 조각(지필의 길이가 200mm로 설정 되었을때)이 절첩되는데는 0.06초(60ms) 걸린다. 그러므로 카운트핑거는 0.06초 이내에 작동이 완료되어야 한다. 우리는 액튜에이터로서의 기능을 가진 실린더의 부하율(Load factor)을 30%로 설정했고, 환기장치 옆면의 구역을 최대한 넓게 만들었다.

그 결과, 우리는 카운트핑거의 작동시간을 이론적으로 32-40ms(0.032-0.040초)로 계산할수 있었다. 실제로 우리는 신호(Signal)가 ON이었을 때로 부터 카운트핑거의 최상부가 셋팅포인트로 이동할때까지의 시간을 결정했는데 80ms(0.08초)가 걸렸다.

카운트핑거의 이동속도:

32 ㅡ 40ms = 80ms - 20ms - 10ms - (기타 요소)

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솔레노이드(Solenoid)의 반응시간

솔레노이드와 실린더와 같은 액튜에이터는 카운트핑거에 대한 반응시간이 느리다. 카운트핑거는 액튜에이타가 반응할때 까지 음지이지 않는다. 그러므로, 카운트핑거의 이동위치는 작동속도에 의해 영향을 받으며, 액튜에이터가 카운트핑거와 같은 속도에 설정되었더라도 카운트핑거의 이동위치는 변경이 일어난다. 그래서 우리는 속도의 차이를 교정하는 섹션(Section)이 필요하다.

C = L/V - Tdly

C : 이동위치

Tdly : 액튜에이터의 이동시간

L : 거리

V : 라인(Line) 속도

이동위치(C)는 속도차이를 교정하는 시간이다. 위의 공식에 따르면 만약 속도(V)가 매우 느린 경우 시간(T)은 너무 커지며, 계산할 수도, 실제로 적용할 수도 없다. 그래서 우리는 시간을 위한 거리를 대체하고 계산했다. 그러한 방법으로 만약 액튜에이터가 거리(=VxTdly)에 따라 보다빨리 작동명령을 받았다면, 액튜베이터에 아무런 문제점이 없었다는 것을 발견했다. 이 섹션은 고정된 시간으로 암호 펄스(Pulses)를 계산하고 라인속도를 측정한다. 라인속도가 증가하거나 감소할 때 최단시간(펄스의 최소수자)이 고정되어야 한다. 그리고 라인속도는 융통성이 너무 많아 카운트핑거와 액튜에이터가 정밀하게 작동하도록 데이터가 변경되어야 한다.

이 섹션 덕분에 자동분리를 위한 타이밍이 작동속도와 일치될수 있었고, 분리의 동작은 안정되었다. (그림 9)

그림 9. IMC 카운트핑거 동작의 도형

(4) 카우트핑거의 작동방법

자동분리시스템에는 카운트핑거 #1, #2 와 서포트핑거 그리고 테이블의 설비가 있다. 테이블의 구동페턴은 그림10에 제시되어 있는바와 같이 여러단계의 속도가 설정되어야 한다. 인터폴더가 시작/중단(Start/stop)이 자주 빠르게 되고 시작과 중단의 위치를 결정하도록 구동모터에 기계적 장치가 되는 경우, 클러치가 설치되어야 하고 기어와 같은 역회전장치가 필요할 것이다. 따라서 구동모터시스템은 매우 복잡해진다. 우리는 토론한 결과 AC모터를 채택했는데 이는 상기한 구동페턴을 가능하게 하고 기계는 단순해지기 때문이다. 우리는 동시조절콘트롤러 (Syncronized controller)와 속도 콘트롤러(Speed controller)를 함께 사용하므로서 구동페턴을 달성하고, 한 사이클의 시간을 최대한 줄임으로서 고속의 인터폴더를 달성하는데 또한 성공했다.

우리는 두개의 구성요소를 별개로 디자인 했다. 하나는 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"의 연속적 회전운동을 위한 것이었고 다른 하나는 교체동작과 자동분리섹션 측면의 다양한 속도 동작에 의해 받는 부하율이었다. 이 디자인으로 "SPEEDER V"의 구동모터 시스템은 각 구성요소와 충돌하지 않는다.

그림 10. 방출테이블(Discharge table)의 작동페턴

3.3. 인터폴더의 대집단 디자인

자동분리섹션의 채택으로 수동으로 분리되는 종이의 수와 원단의 폭이 제한 받지않고, 인터폴더의 대집단 제작이 가능하다.

VAF type "SPEEDER V" 인터폴더를 제작하기 전에 우리 구형 인터폴더는 축적물을 수동으로 분리해야 했고, 원단의 최대폭은 1,380mm (230mm x 6레인) 였다. 오직 한사람이 축적물을 분리하기는 매우 어려워 보였다. 그리하여 우리는 원단롤 최대폭이 2,300mm (230mm x 10렌) 인 자동분리 섹션이 달린 자동 인터폴더를 제작할 것을 생각했다. 구형 인터폴더 2기를 운전할 때 2-3명의 운전자가 필요했다. 그러나 우리는 오직 한명의 운전자로 새롭고 큰 인터폴더를 운전할수 있기를 원했고, 하나의 인터폴더의 집단은 구형 인터폴더 2기보다 작아지기를 원했다.

보다큰 집단 인터폴더를 제작하는데 더한 문제점이 있었다. 롤의 길이가 길수록 빗나가는 범위가 커진다. 특히 앤빌롤(Anvil roll)과 톺나이프롤(Top knife roll)은 지필을 횡단으로 절단하는 장비였고 쉽게 영향을 받았다. 이것은 롤이 지필을 적절히 절단하는 것을 방해했다.

현존하는 구형 인터폴더에는 앤빌나이프(Anvil knife)가 폴딩롤의 내부에 설치되어 있다. 이상의 문제점을 해결하기 위해 우리는 앤빌롤과 폴딩롤이 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"에 개별적으로 설치되도록 디자인 했다. 이로서 앤빌롤과 저어널(Journal)의 직경을 크게할수 있었다. 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"가 4개의 반복 엔빌롤과 폭이 1,840mm (230mm x 8레인)인 원단으로 운전했을 때, 롤의 빗나가는 범위는 구형 인터폴더가 1,380mm (230mm x 6레인)로 운전할 때 보다 작았다. 원단의 폭이 2070mm (230mm x 9레인) 이상인 큰 인터폴더에 대하여 우리는 앤빌롤의 반복회수가 증가되고 각 롤의 직경은 빗나감을 줄이도록 크게 디자인 했다. 기본적으로 우리는 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"는 폭이 최대 2,300mm (230mm x 10 레인)인 원단을 처리할수 있도록 디자인 했다.

3.4. 절첩(Folding) 방법

일반적으로 기계적 바이스시스템은 지필이 절첩될 때 채택된다. 우리의 테스트로 판단컨데 이 시스템에는 약간의 결점이 있다는 것을 발견했다. 예를들면, 운전속도가 분당 150m 이상이었을때 패커핑거(Packer finger)는 지필을 적절히 따라잡지 못했고 소음은 100dB 정도에 달했다. 더욱이 기계정비를 매우 자주해야 했다. 한편, 어떤 지필도 처리할수있는 것처럼 이 시스템에는 장점도 있었다. 특히 종이타월 같이 통풍이 않되고 큰 지필이 접철되는 경우 기계적 바이스시스템이 채택되어야 한다. 우리 IMC는 티슈페이퍼 같은 얇은 지필을 위해 진공시스템(Vacuum system)을 갖춘 인터폴더를 채택했다. (그림 11)

진공시스템을 갖춘 인터폴더의 폴딩롤에 있는 바이스축(Vise shaft)은 굴곡과 비틀림을 위한 스프링으로서 기능할수 있다. 그러므로 굴곡의 염력과 모멘트는 진동을 일으킨다. 바이스구동축으로 전환하는 에너지는 캠(Cam)에 의해 부하파동의 움직임으로 변하고 또한 진동을 일으킨다. 더욱이 길이가 폴딩롤 길이만큼 길고 좁은 바이스축이 폴딩롤 내부에 설치되고, 이는 진공시스템에 비해 원단의 길이를 제한한다.

그림 11. IMC 절첩(Folding) 시스템

한편, 진공시스템의 인터폴더는 기계적 동작을 하지않는다. 따라서 폴딩부분에 대한 기계적 보수가 필요없는 장점이 있다. 진공시스템의 채택은 운전속도를 쉽게 올려주고 소음을 줄여준다. 실제로 소음은 기계적 바이스시스템보다 10-20dB 낮다. 앞으로 우리는 지필이 통풍에 영향을 받지않는 장점이 있는 고속의 바이스시스템을 위한 폴딩롤을 개발해야 한다. 결론적으로 6레인 완전자동진공(VAF)타잎 인터폴더의 구동속도는 분당 200m 이고, 6레인 완전자동기계적바이스(MAF)타잎 인터폴더의 속도는 분당 150m 이다.

3.5. 운전 (Operation)

3.5.1. 종이의 두께와 질

절첩된 제품의 높이는 지필의 두께에 영향을 받는다. 특히 원단 원주의 종이 직경은 가까운 지관(Paper core)의 직경과 다르다. 각 제지업체는 그들 자신의 원단을 생산할지 모른다. 그러므로 원단의 두께와 품질이 제조업체 간에 다를 가능성이 있다.

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이와같은 이유로 테이블의 하강이동은 정밀하게 작동 하지 않고 제품의 절첩은 불안하게 된다.

위의 항목에서 언급한바 같이 우리가 구동시스템에 서보모터를 채택한데는 다른 이유가 있다. 종이의 두께와 질의 차이로 절첩된 종이제품의 높이가 다르기 때문에 테이블의 하강이동을 빠르거나 느리게 할수있었고, 디지털 스위치의 설정된수치를 교대하게 함으로서 절첩시간을 조정할수 있었다. 이 조정은 인터폴더가 작동중에 시행될수 있다.

3.5.2. Folding의 수치 설정

IMC의 인터폴더는 기계부품의 교환없이 상자(Box)당 150-300 조각의 티슈페이퍼를 처리할수 있다. 당신은 콘트롤보드의 폴딩 몇 개만 교환하면 된다. 폴딩의 표준최소 수자는 상자형 티슈제품의 경우 100 조각 단위로 설정된다.

3.5.3. 지필절단 장비

지필을 가로로 절단하기 위해, 절단장비에는 전단응력절단(Shearcut) 시스템의 설비가 있다 (그림 12 및 13). 이 시스템에서는 앤빌나이프롤과 블레이드나이프롤이 좌우대칭으로 병렬식으로 설치된다. 블레이드나이프롤의 구조에 관하여 살펴보면, 두개 이상의 작은 칼이 있고 작은 칼의 각 가장자리는 인접한 작은칼 위에 놓인다. 이 절단장비는 로타리타잎이기 때문에 종이를 꿰는 것이 매우 쉽고 종이 엉킴으로 인해 칼이 파손되는 문제가 없다.

이 장비에서 칼의 수명은 비교적 길고, 칼의 교환이나 조정을 위한 하강시간은 오래 지속되 않았다. 더욱이 부하의 교환비율이 적기 때문에 기계의 진동과 소음이 적었다.. 이러한 이점들은 장비를 고속으로 운전하는데 도움이 되었다.

그림 12. Shearcut 시스템을 갖춘 장비

그림 13. Roll 위의 여러 개 작은칼의 구조

4. 개발의도 및 현상

현재, 자동분리섹션을 갖춘 고성능 인터폴더 VAF type의 외형은 그림1과 같이 크다. 자동분리섹션의 구조는 그림8, 이의 운동 도형은 그림14에서 보여 준다.

그림 14. IMC 자동분리섹션의 운동

우리는 자동분리섹션에 관하여 그림14-1부터 그림14-6까지의 각 도형을 간략히 설명하고자 한다.

그림14-1에서 카운트핑거는 최초설정된 조건으로 지필의 고정된 수량을 접는다.

그림14-2에서 지필은 고정된 수량으로 계산되고 테이블은 카운트핑거 #1이 접힌 제품을 보존할 때 내려가고, 그다음 카운트핑거 #2가 다음에 접힌 지필을 보존한다.

그림14-3에서 스타타폴드는 상자에 티슈 한 장을 쉽게 꺼낼수 있도록 만들어 진다.

그림14-4에서 접힌 지필은 카운트핑거#2로부터 서포트핑거에 수용된다.

그림14-5에서 테이블위의 제품이 배달된 후에 테이블은 올라간다. 그리고나서 장비의 위쪽에 있는 롤에 의해 제품은 균일한 높이로 압착되고 두루마리되어 표면이 스타타폴더와 대면한다.

그림14-6에서 접힌지필은 서포트핑거로부터 테이블에 수용된다.

1995년 9월 공장에서 실시한 테스트 결과에 따라 우리는 자동인터폴더 VAF type의 운전속도가 분당 180m (230mm x 6 lanes = 1,390mm) 임을 확인했다. 그시점에서 우리는 분당 190m 이상의 속도에서 다음의 문제점이 발생했음을 확인했다.

(1) 기계속도가 점차 증가하여 분당 125-130mm에 달할 때 기계전체가 진동한다 (이문제는 기계의 어떤 속도에서도 일어남).

(2) 자동제어장치(Servomechanism)의 통제판(Controlling board)은 가끔씩 신호를 적절히 탐지할수 없었다.

(3) 기게가 빠르게 작동하는 것을 거절하는 몇가지 종이 원료가 있다.

진동문제에 관한여는 가능한한 빠르게 분당 125-130mm의 범위를 통과하는 것이 좋다. 우리는 진동의 속도범위는 기계의 폭에 따라 달라질수 있다고 가정한다. 우리는 이문제를 세밀히 조사할 필요가 있다. "Servo"란 단어는 라틴어 "Servs"에서 유래된 영어의 “Slave(노예)”를 따서 명명되었다 한다. 노예는 주인의 명령하에 성실히 일해야 하므로 “Servo"는 운전자의 명령에 따르는 장비로서 명명된 것이다. 운전자의 의도데로 기계를 조작하는 것은 기계의 운동을 통제하는 것을 의미한다.

그림15에서 A, B, C, D는 각각 서로 영향을 받는데 폐쇄회로를 만들고, 부하의 변경을 탐지하고, 모터에 명령을 한다. 산출에 있어서 터보 메카니즘의 중요한 것은 투입으로부터 가능한 한 빠르고 정밀하게 명령을 따르는 것이다. 서브모터가 채택되었기 때문에 하나의 시스템은 기계적 시스템과 전기적 시스템의 결합으로 구성된다. 기계적 시스템만이 기계를 통제하는 일을 한다.

그림 15. 서보모터를 채택한 기계적 요소의 구획

그림15와 운전테스트 결과로 판단컨데 우리는 탐지장비(C)가 상기한 문제점과 관련되어 있음을 발견했다. 부하(B)를 위한 활발치 못한 운동힘 또한 운동의 변경을 따르도록 서보모터에 매우 중요하다고 생각한다. 그러므로 우리는 인터폴더 집단을 줄일 필요가 있을 것이다. 지필의 통풍은 진공식 인터폴더에 중요하다. 우리는 KATO TECH 사의 장비로 테스트 했고 통풍자료를 기록했다.

KATO TECH 사의 장비메카니즘은 다음과 같다 : 일정량의 공기가 플런저 또는 실린더의 운동에 의해 테스트원료에 보내진다. 그리고나서 공기와 테스트원료는 공기속으로 방출되고 흡수된다. 계산방법에 관하여는 테스트 원료에 의한 압력의 손실은 반도체차등압력 게이지로 계산되고, 통풍(R)에 대한 저항이 계산된다. 시중에 나와있는 몇 개 제조업체의 티슈와 손타월의 테스트 결과는 표 1 및 2에 표시되어 있다.

Table 1 : The average for 2ply tissue sample

APPLICATION FOR
VACUUM TYPE INTERFOLDER

COMPANY

THE RESISTANCE FOR VENTILATION(R)
kpa s/m

Good

A

0.165

Good

B

0.253

Good

C

0.105

Good

D

0.292

Good

E

0.187

Moderate

F

0.077

Moderate

G

0.066

Table 2 : The average for hand towel

APPLICATION FOR

VACUUM TYPE INTERFOLDER

COMPANY

THE RESISTANCE FOR VENTILATION(R)

kpa s/m

Not recommended

2ply 1.63

Not recommended

1ply 12.43

NOTE : The iower the numerical value, the better the ventilation

우리 공장에서의 테스트 결과 및 측정치의 조사와 같이 우리는 통풍에 대한 저항이 약 0.1-0.3kpa인 지필은 진공식 인터폴더에 적합하고 (표1), 통풍에 대한 저항이 표2에 표시된 것 처럼 높은 지필은 바이스식 인터폴더에 적합하다는 것을 발견했다.

통풍에 대한 저항이 0.1 이하(표1에서 F 및 G 사)인 지필에 관하여는 진공식 인터폴더의 롤 시이즈와 형태와 흡입(Suction)을 위한 블로어(Blower)의 선택 같은 기본적 데이터를 얻을수 있었다. 이들 기계적 데이터는 우리가 기계사양을 결정하는데 매우 유용할 것이다.

5. 미래의 태도

폴딩플레이트(Folding plate)를 갖춘 멀티스탠드형 인터폴더와 폴딩롤(Folding roll)을 갖춘 로타리형 인터폴더는 미래에도 발전할 것이다. 우리 MCI는 운전자 없이도 조작이 가능한 완전자동 인터폴더 제작에 성공했다. 8년간의 인터폴더 개발작업을 완료했기 때문에 우리는 여기에 개선목록을 제시하고자 한다. 우리는 MCI의 고생산성과 고효율의 로타리형 인터폴더가 저비용으로 제품을 생산하는데 기여하기를 희망한다.

일반적으로 절첩된 제품(Folded products)이 생산될때 티슈기계로 생산된 원단(Parent roll)은 모두 합지기(Ply machine)로 합지되어야 한다.(그림16). 그후 원단은 여러개의 작은 롤조각으로 절단되어야 한다. 더욱이 몇몇 인터폴더는 위에서 언급한 작은 롤을 인터폴더 위에 놓을 필요가 있다.

그러므로 다음의 문제점은 아직까지 해결되지 않고 있다.

① 원단의 교체가 여러번 요구되고 이는 조업율을 감소시킨다.

② 종이가 합지기로 손질되고 합지기/인터폴더 속으로 미끄러저 들어갈때 다량의 폐지가 생긴다.

③ 저속조작의 작은 폴딩장비 몇 개를 설치하기 위해 넓은 공간이 요구된다.

④ 비교적 다량의 작은 원단이 필요하여 원단을 저장할 넓은 공간이 요구된다.

⑤ 합지기에 의한 제조공정에서 크레이프(Crape) 비율이 쉽게 변경된다.

⑥ 합지와 슬리트 처리 장비와 시간이 필요하며, 따라서 비용이 상승한다.

⑦ 제조공정중에 원지의 양쪽 끝에 흡습성으로 기형이 발생한다.

합지된 원단이 절첩제품으로 가공될 때 상기한 문제는 계속 남아있다. 일반적으로 합지와 슬리팅(합지기로 불려지는 합지 및 슬리팅 와인더로) 공정이 필요하다. (그림 16).

그러나 우리는 이 공정이 생략되는 것을 제안한다. 필연적인 결과로 인터폴더의 집단은 합지된 (겹쳐진) 종이의 넓이에 따라 커저야 하고 인터폴더의 속도는 합지기의 속도에 대하여 균형을 유지해야 한다. 우리가 개발한 인터폴더 VAF type "SPEEDER V"는 앞서 언급된 요구사항을 충족시킨다. 구체적인 예 (특히 인터폴더 VAF-1020)를 아래에 보여준다.

그림 8에서 롤의 배열을 보여준다: 지필을 접는 폴딩롤, 앤빌나이프롤(보텀 나이프롤), 지필을 가로로 절단하는 톱나이프롤이 개별적으로 설치되어있다. 통상적으로 이들 롤의 직경은 완제품 길이의 4배를 기초로 하여 설정된다. 현재 실제로 사용되고 있는 장비의 직경은 1,840mm (230mm x 8 레인)이다. 8레인 이상을 취급할 때 VAF type "SPEEDER V"는 앤빌나이프롤 (보텀 나이프롤)과 톱나이프롤의 직경을 길게 함으로서 (폴딩롤의 직경을 변경하지 않고) 폭이 2,300mm(230mm x 8레인) + α 까지의 원단을 처리할수 있다. 인터폴더 VAF-1020 (그림 16)에 관하여 우리는 한겹의 점보롤 (각각 폭 2,340mm, 길이 60,000m, 직경 약 2,200mm)의 4개 롤을 놓을수 있는데 4개의 롤은 4개의 스탠드위에서 티슈기계로 생산된다. 만약 상기한 한겹 점보롤의 4개 롤이 인터폴더 VAF-1020으로 분당 150m 속도로 절첩제품으로 동시에 가공 되었다면, 속도는 분당 600m로 티슈기계의 속도만큼 빨랏을 것이다.

VAF-1020으로 상기의 점보롤을 생산하기 위해 계속해서 운전하는데는 약 7시간이 필요했을 것이다. 만약 티슈기계의 속도가 분당 1,200m 였다면, 상기의 점보롤 가공에 단지 인터폴더 VAF-1020 2대만이 필요했을 것이다. 만약 이 인터폴더가 채택 되었다면, 위에서 언급한 여러 미해결의 문제점이 쉽게 해결 되었을 것이다.

그림 16. VAF-1020

사이즈가 큰 기계로 운전하는 것을 고려하는 것이 매우 중요하다. 만약 운전자가 원지를 공급하는데 오랜시간이 소요된다면 사이즈가 큰 기계로 생산하는 것은 가치가 없다. 그러므로 우리는 부득이 운전자를 위해 원지를 쉽게 꿰도록 기계를 디자인 했다. 또한 운전자가 기계를 적절히 조작하기 위한 필요한 정보를 빨리 얻을수 있도록 컴퓨터제어 시스템을 채택했다. 예를들면 키보드와 터치판넬이 있는 컴퓨터제어 시스템은 각각 다른 지필의 수와 품질의 자동설정기능, 문제처리 방법으로서의 문제조정장치(Trouble shooter), 운전 메뉴얼로서의 온라인메뉴얼, 공기압을 표시하는 OK 모니터, 정보자료의 배열 통제장치 등 장치모니터(Device monitor)를 갖추고 있다. 따라서 운전자는 스크린을 통해 기계를 쉽게 조작할수 있을 것이다.

6. 결 론

우리는 여기에 자동분리섹션 VAF type "SPEEDER V“을 갖춘 완전자동 인터폴더에 대하여 간략하게 보고하여 매우 기쁘다. 현재, 우리는 자동분리 섹션 VAF type "SPEEDER V"를 갖춘 완전자동 인터폴더에 관한 특허를 10건 이상 신청해놓고 있다. 이 보고서의 끝에있는 특허신청 내용을 참조하기 바라며, 특허에 관한 보다 구체적이고 상세한 정보를 얻기 위해서는 임시간행물 (Provisional Publication)을 참조하시기 바란다. 우리는 이 개발보고서에서 VAF type "SPEEDER V" 인터폴더를 보다 구체적으로 설명했어야 마땅함을 충분히 이해하고 있다.. 그러나 우리는 추가로 특허를 신청했기 때문에 어느정도 까지는추상적으로 설명하지 않을 수 없었다. 우리는 여러분들이 우리의 처지를 이해해 주기를 희망한다. 우리는 우리의 인터폴더에 관계되는 여러분들의 협조에 감사를 드리면서 이 개발보고서를 끝맺고자 한다.

[ 임시간행물 (Provisional Publication) ]

1) 임시간행물 제 48066호, 1995

2) 임시간행물 제 76461호, 1955

[ 일본 특허신청 ]

1) 일본 특허신청 제 192306호, 1993

2) 일본 특허신청 제 223540호, 1993

3) 일본 특허신청 제 72169호, 1994

4) 일본 특허신청 제 92753호, 1994

5) 일본 특허신청 제 92754호, 1994

6) 일본 특허신청 제 132080호, 1994

7) 일본 특허신청 제 134539호, 1994

8) 일본 특허신청 제 134540호, 1994

9) 일본 특허신청 제 134541호, 1994

10) 일본 특허신청 제 134542호, 1994

11) 일본 특허신청 제 16051호, 1995

12) 일본 특허신청 제 215005호, 1995

[ 참고 서적 ]

1) Provisional Publication : Provisional Publication No. 19152 of 1992

2) The operation manual of the equipment for the ventilation test

by KATO TECH CO., LTD.