KR100687308B1 - 링 트래블러 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 링 트래블러(10)는 철 재료로 구성되고 적절하다면 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 링상에서 상기 코어가 미끄러지는 주행표면(1)의 영역에서 적어도 다수 부분이 질화된 테두리 층(23, 24)이 제공되는 비코팅된 코어(20)를 구비한다.

Description

링 트래블러 및 그 제조방법{RING TRAVELER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 청구범위 제1항과 제7항에서 각각 청구된 바와 같은 링 스피닝 가공기(spinning machine) 또는 링 비틀림 가공기(twisting machine)용의 링 트래블러(ring traveler)를 제조하는 방법 및 링 트래블러에 관한 것이다.

링 스피닝 가공기 및 링 비틀림 가공기의 링 트래블러는 상응하는 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기의 링 상에서 고회전 속도(30 m/s 내지 50 m/s)로 움직인다. 링 트래블러와 링 사이의 접촉표면과 링 트래블러와 스레드(thread) 사이의 접촉 표면은 둘 다 고도의 마모를 겪게 된다. 그러나, 생산을 증가시키기 위해서는 링 트래블러의 주행 속도를 더 빠르게 증가시킬 것이 요구된다. 보다 긴 사용 수명이 달성되면, 제조 비용도 동시에 낮아지게 된다.

최근에는, 링 트래블러를 적당한 재료로 코팅시킴으로써 링 트래블러의 주행 및 작동 특성을 현저하게 향상시키는 것이 가능해졌다. 그러나, 지금까지는 사(絲) 통로(thread passage)에서의 내마모성을 향상시키는 것은 불가능했다.

미국 특허 제4,677,817호는 링 트래블러가 더 큰 경도와 향상된 내열성 및 내식성을 가지도록 한 세라믹 층을 가지는 링 트래블러를 개시한다. 상기 미국 특허에 공지된 링 트래블러는 향상된 주행 및 작동 특성 때문에 운전 비용을 현저히 감소시켰다. 그러나, 비교적 많은 제조 비용의 지출로 인해 원가에 악영향을 끼친다.

그러므로, 본 발명의 목적은 한편으로는 보다 더 향상된 주행 특성 및 작동 특성을 가지며, 다른 한편으로는 저비용으로 제조할 수 있는 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용 링 트래블러를 제공하기 위한 것이다. 이 링 트래블러를 제조하는 방법에 대해서도 상술한다.

상기 본 발명의 목적은 청구의 범위 제 1항 및 제 7항에 각각 상술된 특징을 가지는 방법 및 링 트래블러에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 링 트래블러는 철 재료로 구성된 비코팅 코어를 구비하고, 상기 비코팅 코어에는 적절하기만 하면 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기의 링 상에서 상기 코어가 미끄러지거나 사(絲)가 안내되는 주행표면의 영역에 적어도 다수 부분이 질화된 테두리 층을 구비시킨다.

코어에 적용되고 적절하다면 상당한 비용으로 재기계가공되는 층, 예를 들어 세라믹 또는 인산염 층 대신에, 상기 코어는 적어도 부분적으로는, 열에너지와 활성매체로서의 질화제 (nitriding agent)가 코어로 공급되는 질화처리를 받게 된다.

질화 처리를 하는 동안, 질화 처리 재료에 취화(embrittlement)가 일어나고 탄성이 상당히 감소는 현상이 일어나는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 조절되는 질화제의 조성에 의해 그리고 적절하게 선택된 처리시간에 의해, 스피닝 가공 링 상에 링 트래블러가 변형 없이 부착될 수 있도록 하는 데 필요한 링 트래블러의 탄성이 유지된다.

코어는 450℃ ~ 600℃의 범위의 온도로, 바람직하게는 550℃에 가까운 온도로 가열되고, 상기 온도 범위 내에서 3 ~ 60시간 동안, 바람직하게는 약 24시간 동안 유지된다. 질화제는 바람직하게는 NH₃ 및 N₂ 성분으로 구성되는 가스, 액체, 또는 플라즈마(plasma)의 형태로 공급된다. 질화처리가 일어나지 않아야 할 영역은 일례로 덮어 씌워진다.

링 트래블러의 질화된 테두리 층은, 내부에 방사상으로 놓여 있는 부가적인 확산층을 가진 연결층(connecting layer), 그와 같은 부가적인 확산층이 없는 연결층, 또는 하나의 확산층만으로 구성된다. 연결층은 바람직하게는 두께가 0.1㎛ ~ 30㎛이고, 확산층은 두께가 1㎛ ~ 2000㎛이다.

바람직하기로, 활성매체는 질소 성분 외에도 황 성분 및/또는 탄소 성분도 추가로 가진다. 황 성분 및/또는 탄소 성분을 혼합함에 의해 마찰계수가 감소된다. 동시에, 연결층의 두께와 확산층의 두께는 요구되는 바에 따라 조정된다.

작은 두께의 연결층이 선택될 때, 코어 표면의 조도에는 약간의 변화만이 얻어진다.

본 발명의 바람직한 정련(refinement)에서, 링 트래블러의 표면은 질화처리 전 및/또는 후에 부가적으로 연마된다. 높은 화학적 응력에 노출된 링 트래블러는 바람직하게 재산화된다.

열처리 강으로 만들어진 코어가 사용되는 한에서는, 질화처리 중에 무시할 수 있을 만큼 작은 치수 변화만이 일어난다.

본 발명에 따른 링 트래블러는 실질적으로 향상된 작동 특성을 가지며, 특히 증가된 트래블러 사용 수명 및 사 통로(thread passage: 사 통로)에서의 증가된 압흔(identation) 저항성을 가진다. 기계적 및/또는 화학적 하중을 가진 사 통로에서 기능적으로 매우 중요한 압흔 저항성은 50% ~ 200% 향상되며, 결과적으로 처리된 얀(yarn)의 품질 향상을 가져온다. 또한, 증가된 화학 저항성에 의해, 소생되고 염소를 함유한 섬유들을 처리하는 동안 미리 발생한 부식물에 기인하는 얀 오염이 예방된다. 더욱이, 양호한 미끄럼 특성 때문에, 섬유 윤활이 필요없거나 단지 약간만 필요하게 된다.

또한, 링 트래블러는 더 낮은 비용으로 제조될 수 있고, 발생 가능한 개별적인 요구 사항들에 맞추어질 수 있다.

본 발명에 따른 링 트래블러는 회전 밀(mill) 및 비틀림 밀 모두에 사용될 수 있다. 본 발명의 링 트래블러의 양호한 주행 특성들, 예를 들어 양호한 미끄럼 및 저마모성은 강 링(steel ring)과 관련하여 특히 유리하게 이용되는데, 본 발명의 트래블러는 또한 예를 들어 소결되거나 연마되거나 코팅된 링과 같은 다른 링들에도 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 링 트래블러는 도면에서 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 아래에 더욱더 상세히 설명될 것이다.

도 1a 내지 도 1f는 링 트래블러의 다양한 실시예를 도시하는 도면이다.

도 2는 후자의 공정 전의 링 트래블러 코어의 단면을 도시하는 도면이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 공정 후의 링 트래블러 코어의 단면을 도시하는 도면이다.

도 1a 내지 도 1f는 국제 특허 공개 WO 99/49113호에서 이미 개시된 다양한 실시예에 따른 링 트래블러(10a, ..., 10f)를 도시한다. 도 1a와 도 1b는 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 T-플랜지된 링 상에 일반적으로 사용되는 것과 같은 C자형 링 트래블러(10a, 10b)를 보여준다. 대조적으로, 도 1c 내지 도 1f는 귀 형상과 갈고리 형상의 링 트래블러(10c, ..., 10f)를 도시한다. 링 트래블러(10c, 10d)는 비스듬하게 플랜지된 링상에 사용되고, 링 트래블러(10e)는 원뿔형으로 주행되는 플랜지된 링상에 사용되며, 링 트래블러(10f)는 수직으로 주행되는 플랜지된 링상에 사용된다.

링 트래블러(10a, ..., 10f)에 있어서, 작동을 하는 동안 플랜지된 링 상에서 미끄러지는 주행 표면을 형성하는 영역들 각각은 도면 부호 1로 나타낸다. C자형 링 트래블러(10a, 10b)의 경우에는, 그 대칭적 구성 때문에 두 플랭크(flank)(a, b)가 주행 표면으로서 기능한다. 귀 형상 또는 갈고리 형상인 링 트래블러(10c, ..., 10f)의 경우에, 주행 표면 영역(1)은 그 해당 형상에 의해 결정된다. 본 발명에 따른 링 트래블러(10 또는 10a, ..., 10f)는 도 1a 내지 도 1f에서 도시된 실시예에서 또는 기타 소망하는 실시예에서 만들어질 수 있다.

본 발명에 따른 링 트래블러(10)는 철 재료로 구성되고, 적어도 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 링 상의 미끄러지는 주행 표면 영역(1)이나 또는 사(絲)가 안내되는 영역에, 질화된 구역을 갖는 비코팅된 코어(20)를 구비한다. 이 경우에, 사 통로는 링 트래블러(10a, ..., 10f)에 있어서의 도면 부호 4로 나타낸 영역에 위치된다.

이 목적을 위하여, 링 트래블러(10)는 열에너지와 활성매체로서의 질화제가 코어에 공급되는 동안 적어도 부분적으로 질화처리를 받게 된다. 질화처리후에 가능한 부드러운 표면들을 달성하기 위해서, 링 트래블러(10)는 바람직하게는 질화처리 전에 연마된다.

코어의 기본재료는 바람직하게는 비합금 또는 저합금 강이고, 바람직하게는 질화 강(nitriding steel)이다. 바람직하게는, 열처리된 강으로 구성되는 코어(20)가 선택되고, 그 경우 질화처리 중에는 무시할 수 있을 만큼 작은 치수변화만이 일어난다. 또한, 코어 (20)의 기본 재료는 바람직하게는 크롬, 바나듐, 알루미늄, 몰리브덴, 망간 및/또는 니켈과 같은 질화물 형성 성분들을 함유한다.

원재료의 선택(예를 들어, 열처리 강) 외에도, 온도 프로파일(가열 램프 프로파일, 유지 시간 및 유지 온도, 냉각 램프 프로파일)과 질화제의 구성과 같은 처리 요소들이 질화처리의 결과에 영향을 끼친다.

코어는 450℃ ~ 600℃ 범위의 온도로, 바람직하게는 550℃에 가까운 온도로 노에서 가열되고, 상기 온도범위 내에서 3 ~ 60시간 동안, 바람직하게는 약 24시간 동안 유지된다. 질화제는 바람직하게는 NH₃ 및 N₂ 성분으로 구성되고, 적절하다면 H₂도 함유하는 가스, 액체 또는 플라즈마의 형태로 공급된다. 플라즈마 처리의 경우에, 처리 중에 바람직하게는 순수 질소(N₂)가 질화제로서 사용되고, 질소 원자들은 진공챔버(evacuated chamber)에서 이온화되고, 그 후에 질소 원자들은 링 트래블러(10)의 반대로 극성화된 표면(22)에 의해 끌어당겨져서 철과 결합하여 철 질소화합물(iron nitride)을 형성한다.

본 발명에 따라 처리된 링 트래블러(10)는 처리 후에 검정, 파랑(blue), 노랑 또는 하얀 광택(gloss)을 띤 표면(22a)을 바람직하게 갖는다.

바람직하기로는, 활성매체는 질소 성분 이외에도 황 성분 및/또는 탄소 성분을 가진다. 결과적으로, 한편으로는 마찰계수가 감소되고, 동시에 질화된 영역의 형성에 영향을 미치게 된다.

상기 질화처리에 의해, 적절하다면, 다중 부분이 질화된 테두리 층이 링 트래블러(10)의 코어(20)에 형성되는데, 이러한 것은 도 2 내지 도 5를 참조하여 다시 더 상세하게 설명한다.

도 2는 비처리된 링 트래블러(10)의 코어의 단면을 보여준다. 전체 코어 단면에 걸쳐 변화되지 않은 기본 재료임을 알 수 있다.

도 3은 처리된 링 트래블러(10)의 코어의 단면을 보여주며, 그것은 질화된 기본 재료로 구성되고 연결층(23)으로 나타낸 얇은 테두리층을 구비하고, 실질적인 확산 침투(diffusion saturation)가 일어난다.

도 4는 더욱 확장되게 처리된 질화된 링 트래블러(10)의 코어(20b)의 단면을 보여주며, 그것은 연결층(23)을 구비하고, 후자 아래에, 확산층(24)으로 나타낸 질화된 기본 재료로 구성되는 다른 층을 구비한다. 질소 함량이 높게 혼합된 결정과 침전된 질화물이 확산층(24)에 함유된다.

도 5는 질화된 링 트래블러(10)의 코어의 단면을 보여주며, 그것은 확산층 (24)만을 구비하고 연결층(23)은 없다.

층 구성의 선택은 링 트래블러(10)에서 요구되는 요건에 따라서 만들어 진다. 고속 주행하는 링 트래블러(10)용으로는 경성(hard) 연결층이 제공되는 것이 바람직하다. 비교적 큰 힘에 노출되면서도 연결층이 배제되어 구성된 링 트래블러용으로는 비교적 강인성을 띠면서 비교적 경성인 확산층(24)을 선택하는 것이 바람직하다.

연결층은 바람직하게는 두께가 0.1㎛ ~ 30㎛이고 확산층은 두께가 1㎛ ~ 2000㎛이다. 두께 8㎛ ~ 12㎛인 연결층과 두께 100㎛ ~ 200㎛인 확산층의 사용은 특히 유리하다. 두께를 작게 선택하거나 연결층을 완전히 배제한 구성에 의해 재료 파손을 막을 수는 있으나, 이 기술을 이 분야에서 채용하는 것은 아직까지는 불가능했다.

질화처리의 결과로 일어나는 층 두께는 강 성분과 비처리된 링 트래블러(10)의 표면 상태에 크게 좌우된다. 기본적으로, 고질소 함유와 고온의 경우에는 두꺼운 연결층이 달성되고 저질소 함유와 저온의 경우에서는 얇은 연결층이 달성된다. 층 두께나 확산 깊이는 동시에 처리 내구성을 좌우한다.

더욱이, 정밀하고 경량인 링 트래블러(10)는 조악하고 무거운 링 트래블러(10) 보다 더 짧은 시간 동안 처리된다.

황 성분 및/또는 탄소 성분을 혼합함으로써 마찰계수를 감소시킬 수 있다. 동시에, 연결층과 확산층의 두께는 소망하는 바에 따라 조정될 수 있다.

연결층의 두께를 작게 선택한 경우에는, 코어 표면(22)의 조도에 약간의 변화만이 일어나므로, 후속해서 행하게 되는 주행 표면의 연마를 피할 수 있다. 코어 재료의 취화도 또한 피할 수 있다.

링 트래블러(10)를 최적화시키기 위하여, 본 발명의 바람직한 정련에서, 코어(20, 20a)의 표면(22, 22a)은 질화처리 전 및/또는 후에 연마된다.

고화학적 응력에 노출된 링 트래블러는 바람직하게는 재산화된다.

주행 표면의 영역(1)에서, 도면 부호 3으로 나타낸 링 트래블러(10)의 주요 내부면은 물론 내마모성이어야 하고 양호한 미끄럼 특성을 갖추어야 하므로, 질화 층(23, 24)을 구비한다. 대응하는 사(絲)의 인장 결과로 인해 링 트래블러(10)가 링 상에서 측면으로 기울어져 주행하게 될 수 있으므로 양 단부면(2)에 질화 층(23, 24)을 제공하는 것 또한 유리하다는 것이 입증된다.

기계적 및/또는 화학적으로 높은 응력을 받는 영역에만 질화된 테두리 구역을 제공하는 것도 가능하지만, 질화 처리를 링 트래블러(10) 전체에 행하는 것도 바람직하다.

Claims (21)

1. 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 철 재료로 구성되는 코어(20)를 구비하는 링 트래블러(10)를 제조하는 방법에 있어서,

   열에너지 및 활성 매체로서 질화제가 코어(20)에 공급되는 동안에 코어(20) 또는 코어의 일부에 질화처리를 하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 코어(20)는 450℃ ~ 600℃ 범위의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 코어(20)는 상기 온도 범위 내에서 3 ~ 60시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 질화제는 NH₃ 및 N₂ 성분으로 구성되는 가스, 질소 함량이 높은 액체, 또는 질소 함량이 높은 플라즈마의 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 활성 매체는, 질소 성분 외에도, 황 성분과 탄소 성분 중 하나 이상의 성분을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코어(20)는 질화처리 전 연마, 질화처리 후 연마, 질화처리 후에 재산화 중 하나 이상을 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 철 재료로 구성되는 코어(20)를 갖춘 링 트래블러(10)에 있어서,

   코어(20)의 기계적 응력을 받는 부분들 중 하나 이상의 부분이 질화된 테두리 층(23, 24)을 가지는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
8. 제7항에 있어서,

   상기 테두리 층(23, 24)은 부가적인 확산층(24)이 없는 연결층(23), 부가적인 확산층(24)을 가진 연결층(23), 또는 하나의 확산층(24)만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
9. 제8항에 있어서,

   상기 연결층(23)은 두께가 0.1㎛ ~ 30㎛이고, 확산층(24)은 두께가 1㎛ ~ 2000㎛인 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    상기 연결층(23)은 황 성분과 탄소 성분 중 하나 이상의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코어(20)의 표면(22)은, 연마되거나, 산화층이 제공되거나, 또는 연마되고 산화층이 제공된 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코어(20)의 표면(22)은 검정, 파랑, 노랑 또는 하얀색인 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
13. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코어(20)의 기본 재료(21)는 열처리강, 비합금 또는 저합금강, 또는 열처리된 비합금 또는 저합금강인 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
14. 제13항에 있어서,

    상기 코어(20)의 기본 재료(21)는 크롬, 바나듐, 알루미늄, 몰리브덴, 망간 및 니켈과 같은 질화물 형성 성분들 중 하나 이상의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
15. 제1항에 있어서,

    상기 코어(20)는 550℃에 근접한 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제2항 또는 제15항에 있어서,

    상기 코어(20)는 상기 온도 범위 내에서 약 24시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 링 스피닝 가공기 또는 링 비틀림 가공기용의 철 재료로 구성되는 코어(20)를 갖춘 링 트래블러(10)에 있어서,

    코어(20)의 사(thread)를 위한 주행 표면과 링 상에서 주행되는 표면 중 어느 한 표면 또는 양 표면 모두가 질화된 테두리 층(23, 24)을 가지는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
18. 제8항에 있어서,

    상기 연결층(23)은 두께가 8μm ~ 12μm이고, 상기 확산층(24)은 두께가 100μm ~ 200μm인 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
19. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    상기 연결층(23)과 확산층(23)은 모두 황 성분과 탄소 성분 중 하나 이상의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
20. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코어(20)의 표면(22)은 광택이 있는 것을 특징으로 하는 링 트래블러.
21. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 코어(20)의 기본 재료(21)는 질화 강인 것을 특징으로 하는 링 트래블러.

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