KR100634329B1 - 인쇄 방법 및 인쇄 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 액체가 다공성 인쇄판을 통해 인쇄면으로 압출되고, 제 2 액체가 인쇄면 상의 제 1 액체 위로 외부적으로 도포되며, 제 2 액체를 시트 재료 상으로 인쇄하기 위하여 시트 재료가 인쇄면과 접촉하게 되는 방법 및 장치에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 제 1 액체는 이형제이며, 제 2 액체는 인쇄제이고, 시트 재료는 인쇄면 상의 인쇄제와 접촉하며, 그럼으로써 이형제는 인쇄제와 시트 재료의 인쇄면에 대한 접착을 방지하여 시트 재료가 인쇄면으로부터 용이하게 분리될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 인쇄제는 접착제이며, 이형제는 접착제가 인쇄면에 강하게 접착되거나 인쇄면 상에 축적되는 것을 방지한다.

Description

인쇄 방법 및 인쇄 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR CONTACT PRINTING WITH SUPPLY OF RELEASE AGENT THROUGH A POROUS PRINTING SURFACE}
본 발명은 시트 재료 상으로의 액체의 접촉 인쇄를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
접촉 인쇄에 있어서, 인쇄제(printing agent)가 인쇄면 상으로 도포되고, 시트 재료가 인쇄면에 대해 가압되며, 그 후 시트 재료는 인쇄면으로부터 분리된다. 이러한 접촉 인쇄를 위한 방법 및 장치는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 인쇄면은 평평한 판 또는 블록 상에, 원통형 쉘 또는 롤러 상에, 쉘 또는 롤러 상에 장착된 제거 가능한 판 상에, 또는 임의의 다른 요구되거나 편리한 형태로 형성될 수 있다. 시트 재료는 연속 웨브, 개별 시트, 천공 등에 의해 개별 시트들로 이미 부분적으로 분리된 웨브, 절첩된 개별 시트 또는 웨브 등으로서 처리될 수 있다. 인쇄제는 잉크, 염료, 접착제 또는 특정한 인쇄 용도를 위하여 필요한 유체 특성을 갖는 임의의 다른 재료일 수 있다. 인쇄제는 롤러와 같은 도포기(applicator)에 의해 인쇄면 상에 도포될 수 있고, 또는 다공성 인쇄판을 통해 인쇄면 상으로 압출될 수 있다.
접촉 인쇄 공정에 있어서, 인쇄제는 인쇄면 상에 축적되어, 인쇄면으로부터 분리되어 공정을 오염시킬 수 있는 단단한 돌기 또는 큰 덩어리를 형성할 수도 있다. 또한, 인쇄제는 시트 재료가 인쇄면으로부터 분리될 때 시트 재료의 파열 또는 뒤틀림을 초래하기에 충분한 강도로 인쇄면과 시트 재료 모두에 접착될 수 있다. 예를 들면, 파열 또는 뒤틀림의 방지는 식품 또는 식품 용기를 싸기 위한 필름의 제조에서와 같은 비교적 얇고 순응성인 필름 상으로 비교적 강한 접착제를 인쇄할 때 특히 중요하지만, 달성하기 매우 어려울 수 있다.
이러한 현상의 발생을 보정하기 위한 시도로 공정 단계 또는 장비를 추가하는 것보다는 인쇄면에 대한 인쇄제의 강한 접착을 방지 또는 최소화하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 오일과 같은 이형제(release agent)가 도포기 롤러, 브러시 또는 비접촉 도포기에 의해 인쇄 롤러에 외부적으로 도포될 수 있다. 이러한 접근법은 인쇄 롤러에 바로 인접한 공간에 대한 요구 조건 및 이형제의 사용과 과다한 이형제에 의한 공정의 오염 가능성을 최소화하기 위하여 인쇄제가 도포될 부분에 대응하는 인쇄면의 특정 부분 상에 단위 면적당 동일한 양의 이형제를 도포하려는 시도에 대한 본질적인 어려움과 같은 실용적인 고려 사항에 의해 그 유용성이 제한된다.
또한, 순수한 형태의 이형제를 비교적 낮은 비율로 일정하게 외부적으로 도포하는 것은 흔히 달성하기 어렵다. 이형제의 유제(emulsion)가 외부적 도포를 용이하게 하도록 사용될 수 있지만, 유화제(emulsifier)는 흔히 공정과 최종 제품에 대해 바람직하지 않은 특성을 갖는다. 그러므로 유제의 일부를 인쇄면에 도포한 직후, 예컨대 열 에너지를 가함으로써 휘발시키는 것이 필요할 수도 있다. 그러나 휘발에 요구되는 온도는 흔히 기계 가공의 용이성에 기초하여 선택되고 인쇄면이 제조되는 재료에 대해서는 과대할 수 있다.
또한, 인쇄제가 다공성 인쇄판을 통해 압출되는 인쇄 공정에는 인쇄제의 인쇄면에 대한 접착 방지의 측면에서 추가적인 어려움이 존재하게 된다. 이러한 어려움은 이형제를 인쇄면 상에서 인쇄제 밑으로 도포하는 비실용성 때문에 인쇄면에 대해 인쇄제를 직접 도포하고 그 결과 외부적으로 도포되는 이형제의 사용을 방해(preclusion)하는 점으로부터 발생된다.
인쇄면에 대한 인쇄제의 접착을 방지하는 대안적인 접근법은 공정의 다수의 사이클을 거치면서 고갈되는 일정한 양의 이형제가 주입된 인쇄판을 사용하는 것이다. 이러한 접근법에 있어서, 이형제의 점진적인 고갈은 그 유효성의 점진적인 감소를 초래할 수 있다. 유사한 접근법은 인쇄면을 양호한 이형 특성(release property)을 갖는 실리콘 고무 또는 우레탄과 같은 재료로 제조하는 것이다. 그러나, 이러한 재료로 제조된 인쇄판은 필요로 하는 내구성이 보통 부족하다. 다른 접근법은 마모 또는 열화되었을 때 대체될 수 있는 보다 내구성 있는 이형제를 인쇄면에 도포하는 것이다. 이러한 내구성 이형제의 예는 인쇄면에 부착될 수 있는 다양한 플라즈마 코팅, 중합체 코팅 및 이러한 재료의 필름 또는 시트이다. 그러나, 이러한 내구성 재료의 사용은 재료의 그 유효성을 유지하기 위하여 계속적인 감시, 유지 관리 및 재료의 교체를 필요로 한다. 또한, 이러한 재료의 손상 또는 이들의 구조적 파괴는 공정의 오염으로 귀결될 수 있다.
인쇄면에 대한 인쇄제의 접착을 방지하는 다른 대안적인 접근법은 인쇄면에 저 표면 에너지 코팅(low surface energy coating)을 도포하는 것이다. 예를 들면, 실리콘계(silicone-based) 및 플루오르폴리머계(fluoropolymer-based) 코팅이 소정의 이형 특성을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 저 표면 에너지 코팅의 일부는 접촉 인쇄 공정에서의 실제 사용에 대한 충분한 내구성이 부족하게 된다. 또한, 이러한 코팅의 일부의 적절한 도포를 위해 요구되는 경화 온도는 인쇄판이 제조되는 재료 내에 크리프(creep) 또는 파괴가 발생할 수 있는 온도를 초과한다. 예를 들면, 대략 400℃의 경화 온도를 갖는 플루오르폴리머를 대략 110℃의 크리프 온도 및 대략 200℃의 파괴 온도를 갖는 구조 재료에 도포하는 것은 실용적이지 않을 수 있다.
또 다른 접근법은 인쇄제가 인쇄면에 강하게 접착되지 않을 공정 조건을 유지하는 것이다. 예를 들면, 일부 접착제는 표면을 충분한 고온으로 유지함으로써 표면에 강하게 부착되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 요구되는 고온은 접촉 인쇄 공정에서 가압될 시트 재료에 대해서는 과대할 수 있다. 또한, 요구되는 온도에서, 접착제는 다른 표면 상으로 유동할 수도 있는데, 이러한 표면에 접착제가 있게 되면 문제가 될 수 있다. 다른 예로서, 대기 중의 수분이 응축되어 표면 상에 물의 층을 형성하는 온도까지 표면을 냉각함으로써 접착제가 그 표면에 부착되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 액체 상태의 물이 존재하는 것은 흔히 문제가 된다. 또한, 물의 응축율과 물의 표면 상의 축적율은 상대 습도, 시트 재료가 표면 으로부터 수분을 제거하는 속도, 및 다른 인자에 의존한다. 이러한 인자의 변화는 표면 상의 얼음의 축적을 초래할 수 있고, 이는 통상 허용될 수 없다. 또한, 응축 온도까지 표면을 냉각하기 위해서는 냉각제 순환을 위한 표면 부근의 채널이 통상 필요하고, 이는 인쇄판의 형상을 제한하게 된다.
그러므로, 이형제의 외부적 도포, 일정한 양의 이형제의 점진적인 고갈, 내구성이 부족한 인쇄면, 내구성 이형제 형태의 공정 오염원, 또는 극단적인 공정 조건 없이도, 인쇄제와 이 인쇄제가 인쇄된 시트 재료가 인쇄면 상으로 접착되는 것을 방지할 수 있는 접촉 인쇄 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 제 1 액체가 다공성 인쇄판을 통해 인쇄면으로 압출되고, 제 2 액체가 인쇄면 상의 제 1 액체 위로 외부적으로 도포되며, 시트 재료가 제 2 액체를 시트 재료 상으로 인쇄하기 위하여 인쇄면과 접촉하는 방법 및 장치를 제공한다. 일부 실시예에서, 제 1 액체는 이형제이고, 제 2 액체는 인쇄면 상의 이형제 위로 도포되는 인쇄제이며, 시트 재료는 인쇄제를 시트 재료 상으로 인쇄하도록 인쇄면 상의 인쇄제와 접촉하고, 그럼으로써 이형제는 인쇄제와 시트 재료가 인쇄면에 접착하는 것을 방지하여 시트 재료가 인쇄면으로부터 용이하게 분리되도록 한다. 일부 실시예에서, 인쇄제는 접착제이며, 이형제는 접착제가 인쇄면에 강하게 접착하거나 인쇄면 상에 축적되는 것을 방지한다.
도 1은 본 발명의 공정 흐름과 장치의 개요를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
도 3은 입자가 통로 내에 있는 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
도 4는 인쇄면 상의 제 1 및 제 2 액체의 층을 갖는 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
도 5는 패턴화 및 비패턴화 구역을 갖는 인쇄면의 일부분을 도시하는 도면.
도 6은 폐쇄된 인쇄면 개구를 갖는 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
도 7은 상승 및 비상승 영역을 갖는 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
도 8은 상승 및 비상승 영역을 갖고 비상승 영역에 폐쇄된 개구를 갖는 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
도 9는 인쇄면 상의 제 1 및 제 2 액체의 층을 갖는 상태로, 상승 및 비상승 영역을 갖고 비상승 영역에 폐쇄된 개구를 갖는 다공성 인쇄판의 일부분을 도시하는 도면.
본 발명의 설명을 위하여, 용어 "인쇄판"은 "인쇄면"으로 명명된 준비된 표면을 갖고 시트 재료를 인쇄면에 대하여 가압함으로써 인쇄가 수행되는 구성 요소 또는 조립체를 지칭하도록 사용된다. 이 의미에는 이러한 구성 요소 또는 조립체 가 취할 수 있는 여러 형태, 즉 평평한 판 또는 블록, 원통형 쉘 또는 롤러, 쉘 또는 롤러 상에 장착된 제거 가능한 판, 또는 임의의 다른 요구되는 또는 편리한 형태가 포함된다. "인쇄 실린더", "인쇄 롤러" 및 "인쇄 쉘"과 같은 대응 용어들은 특정한 실시예와 관련하여 설명될 인쇄판의 구체적인 형태를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 이러한 구체적인 형태 또는 실시예가 설명될 때, 본 발명과 관련된 이러한 형태 또는 실시예의 개시된 특징은 다른 형태 및 실시예에도 역시 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에 인용된 모든 문헌은 관련 부분에서 본 명세서에 포함되어 참고되며, 임의의 문헌의 인용은 본 발명에 관련한 종래 기술로 인정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명의 설명에서, 시트 재료 상으로의 인쇄는 인쇄면에 대하여 가압되거나 접촉되는 시트 재료에 관한 것으로 설명되어 있다. 이러한 용어들은 접촉 인쇄의 개념을 시사하고, 따라서 실제 인쇄면과 시트 재료 사이의 인쇄제의 존재를 포함하며, 어떠한 매개적인 인쇄제가 없는 시트 재료와 인쇄면의 직접 접촉은 이 2개의 요소가 가압 또는 접촉 상태가 되는 것으로 고려되어야 할 필요는 없다.
본 발명은 도 1에 개략적으로 도시된 장치(10) 내의 시트 재료(20) 상으로의 인쇄에 사용될 수 있다. 장치(10)는 인쇄된 시트 재료(20)가 "온라인"(on-line) 상태로 제조될 수 있도록 제조 라인에 통합될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "통합된(integrated)"은 원재료로부터 최종 제품을 생산하도록 동시에 작동되는 상호연결된 공정 모듈을 지칭한다. 용어 "온라인"은 제조 라인과 통 합된 장치 상에서 최종 제품의 요소를 제조하는 공정을 지칭하도록 사용된다.
본 실시예에서, 시트 재료(20)는 웨브(22)이고, 이는 단일 재료 또는 적합한 재료들의 적층물을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 본 발명의 방법이 식품 또는 식품 용기를 싸는 필름을 제조하는 데에 사용되는 실시예에서, 웨브(22)는 고밀도 폴리에틸렌 필름(polyethylene film)을 포함할 수 있다. 식품 포장 필름은 적어도 약 0.005㎜의 두께를 가질 수 있다. 또한, 식품 포장 필름은 약 0.05㎜ 이하의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 웨브(22)는 예를 들면 모놀리식 필름(monolithic film), 성형 필름(formed film), 폼(foam), 부직포 재료(non-woven material), 종이 재료, 또는 임의의 다른 시트 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시트 재료(20)는 예컨대 종이 시트, 적층된 목재 제품, 또는 다른 제조된 제품의 표면과 같은 개별 시트의 형태를 가질 수 있다.
웨브(22)는 웨브 전달 시스템(도면에는 도시 안됨)에 의해 장치(10) 내부로 이송된다. 웨브 전달 시스템은 일정 수준의 장력을 유지하면서 일정한 이송율로 웨브(22)를 장치(10) 내부로 이송하는 것이 바람직하다. 각각의 웨브 전달 시스템은 권취 해제 시스템(unwinder system), 인장 및 계량 시스템(tensioning and metering system), 및 트랙킹 장치(tracking device)를 포함하는 것이 바람직하다. 인장 및 계량 시스템은 댄서(dancer)와 같은 인장 장치, 동력 롤(powered roll) 또는 S 랩 롤 쌍(S-wrap roll pair)과 같은 계량 장치, 및 권취 해제 시스템의 속도를 제어하는 피드백 시스템(feedback system)을 포함하는 것이 바람직하다. 적절한 웨브 전달 시스템은 미국 위스콘신주 셰보이건 폴스 소재의 커트 지. 조아 코포 레이션(Curt G. Joa Corporation)으로부터 입수할 수 있다. 트랙킹 장치는 이를 빠져 나가는 웨브의 중심선을 미리 설정된 측면 위치로 배치하도록 웨브(22)를 안내하는 것이 바람직하다. 적합한 트랙킹 장치의 예는 Fife A9라는 상표명으로 미국 오클라호마주 오클라호마 시티의 피패 코포레이션(Fife Corporation)에 의해 제조된 트랙킹 장치이다.
도 1의 공정을 보다 상세히 설명하면, 웨브(22)는 장치(10)에 기계방향으로 제공된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "기계방향(machine direction)"은 처리될 재료의 일반적인 이동 방향을 지칭한다. 기계방향은 기계방향을 따른 하류를 지시하는 화살표(MD)로 도시되어 있다. 용어 "하류"는 본 명세서에서 다른 위치에 비해 공정의 뒤쪽 단계의 위치 또는 이를 향한 방향을 지칭하며, 한편 용어 "상류"는 본 명세서에서 다른 위치에 비해 공정의 앞쪽 단계, 즉 하류와 반대인 위치 또는 이를 향한 방향을 지칭한다. 용어 "폭방향(cross machine direction)"은 처리될 웨브 재료의 평면 내에 대체로 있고 기계방향에 수직한 축을 정의하는 대향하는 벡터 쌍의 두 벡터 모두를 지칭한다. 용어 "직교 방향(orthogonal direction)"은 기계방향과 폭방향 모두와 대체로 직교하는 방향을 지칭한다. 일반적으로, 전형적인 웨브 접촉 인쇄 공정에서, 웨브는 기계방향으로 이송되고, 폭방향으로 안내되며, 인쇄판에 대해 직교방향으로 가압된다.
도 1의 실시예의 인쇄판(14)은 원통형 쉘(74)을 갖는 공정 롤러(70)를 포함하는 인쇄 롤러(16)의 형태를 갖는다. 용어 "공정 롤러(process roller)" 또는 대안적으로 "공정 롤"은 본 명세서에서 종축과 정렬된 샤프트, 일반적으로 중실 본체 또는 쉘을 샤프트 상에 장착하는 구조물, 샤프트 베어링을 갖는 연결된 지지 구조물, 및 롤러가 구동되는 경우 연결된 구동 시스템을 통상 구비하는 것으로 당업계에 공지된 기계 요소를 지칭하도록 사용된다. 내부 공동(78)은 원통형 쉘(74)과 하나 이상의 격벽에 의해 형성된다. 쉘(74)은 내부 공동(78)의 경계를 결정하는 내부면(76)과 인쇄면(30)인 외부면(72)을 구비한다. 로터리 유니언(rotary union)은 내부 공동(78)과 연통하도록 샤프트에 연결될 수 있다. 이러한 인쇄 롤러(16)는 인쇄된 웨브의 요구되는 특성에 따라 웨브(22)의 기계방향 속도와 동일한 또는 다른 접선 속도로 회전될 수 있다. 인쇄판이 평평한 판 또는 블록과 같이 롤러의 형태와는 다른 형태를 갖는 다른 실시예에서, 인쇄판은 인쇄가 이루어지는 웨브(22) 부분의 기계방향 속도와 동일한 또는 다른 속도로 기계방향으로 이동될 수 있다. 일부 실시예에서, 웨브(22)는 인쇄면(30)에 대해 가압되는 동안 감속되거나 정지될 수 있다.
공정 롤(70)의 원통형 쉘(74)은 다공성이며, 이는 내부면과 인쇄면 모두에 개구를 갖고 내부면 개구(34)와 인쇄면 개구(32) 사이, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 내부 공동(78)과 외부 인쇄면(30) 사이를 연통시키는 통로(36)를 포함하는 것을 의미한다. 쉘(74)은 다양한 제조 기술에 의해 다공성으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 쉘(74)은 통로(36)를 형성하도록 기계가공될 수 있고, 쉘(74)은 통로(36)를 갖는 상태로 주조 또는 성형될 수 있으며, 또는 쉘(74)은 통로(36)를 형성하는 재료 복합체(composite of material)로서 조립될 수 있다. 이러한 제조 기술은 제공된 제거 가능한 재료로 쉘(74)을 주조하는 단계와, 그 후 통로(36)를 개방하도록 이러한 재료를 제거하는 단계와 같은 단계를 포함한다. 일반적으로, 그 두께를 가로 지르는 통로(36)를 형성하는 상호 연결된 빈 공간을 갖는 재료가 쉘(74)용으로 사용될 수 있다. 사실상 균일한 다공성을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 개구와 통로(36) 모두는 소정의 크기 분포를 가지며, 재료 전체에 걸친 이 크기 분포는 다공성 및 이에 따른 투과성이 임의의 선택된 단면에 대해 본질적으로 균일하도록 충분히 무작위적이다. 다공성 쉘(74)용으로 사용될 수 있는 다수의 상업적으로 이용 가능한 재료로는 예컨대 다공성 소결 분말 스테인레스강과 같은 다공성 소결 분말 금속(porous sintered powdered metals), 다공성 수지 결합 입자 금속 재료(porous resin-bound granular metal materials), 개구 형성 시트(apertured sheets), 다공성 중합 재료(porous polymeric materials), 금속 또는 세라믹 기질 복합체(metal or ceramic matrix composites) 등이 있다. 하나의 예는 에폭시 수지로 결합된 알루미늄 입자로 제조된 주조 재료(cast material)이다.
이러한 상업적으로 이용할 수 있는 재료를 본 발명의 공정에 사용할 수 있게 하도록 그 재료의 다공성은 감소될 필요가 있을 수 있다. 이러한 다공성의 감소는 세라믹 재료와 같은 다른 재료의 입자(38)를 도 3에 도시된 바와 같이 일부 또는 모든 통로(36) 내로 주입 또는 침투시킴으로써 상업적으로 이용 가능한 재료를 변형하여 달성될 수 있다. 통로(36) 내에 있게 되는 입자(38)들은 영향을 받은 통로(36)를 통한 액체의 유동을 제한하도록 역할한다. 예상되는 온도 범위를 견딜 수 있고 나중에 다공성 재료를 통해 유동할 유체와 반응하지 않는 재료가 선택된다. 이러한 재료의 입자는 그 후에 다공성 재료의 개구와 통로 내부로 강제로 넣어진 다. 예를 들면, 다공성 재료는 0.1 내지 10 미크론의 유효 개방 치수 범위를 갖는 개구와 통로(36)를 가질 수 있다. 0.01 내지 5 미크론의 직경을 갖는 세라믹 입자가 압력에 의해 강제로 다공성 재료 내로 유동하게 될 수 있다. 입자의 일부는 개구 또는 통로(36) 내에 갇힐 것이며, 이로써 개방 영역이 감소되어 그 영역으로의 유동을 제한할 것이다. 달성되는 유동 제한의 양은 다공성 재료 내에 갇힌 입자(38)의 양과 크기의 함수이다. 이는 소정의 투과성이 달성될 때까지 입자 이송율, 입자 크기 분포, 구동 압력 및 침투 시간을 통해 제어될 수 있다.
인쇄면(30)은 내구성 이형 코팅(46)을 가질 수 있다. 고상(solid) 또는 반고상(semi-solid) 형태로 저 표면 에너지 효과를 제공하는 재료가 인쇄면(30) 상의 이형 코팅(46)으로서 사용하기에 적합할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 코팅, 실리콘 화합물을 함유하는 코팅, 또는 플루오르폴리머 코팅이 이형 코팅(46)으로서 인쇄면(30)에 도포될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 내구성 재료의 사용은 일부 실시예에서는 바람직하지 않을 수도 있다. 그러나, 이형제 또는 다른 제 1 액체의 압출과 함께 이러한 내구성 이형 코팅(46)을 사용하는 것은 본 발명의 일부 실시예에서는 특히 유용할 수 있다. 일부 경우에서, 압출된 액체는 실제로 내구성 이형 코팅(46)을 완충하거나 보호하여 유효 수명을 연장시킨다. 일부 실시예에서, 인쇄면(30)의 일부분은 고도로 마무리 또는 연마되어, 저 표면 에너지 코팅 없이 또는 이와 함께 저 에너지 표면을 형성할 수 있다. 예를 들면, 대략 Ra 315 미크론의 표면 마무리 수준으로 마무리된 인쇄면이 필름 인쇄 공정에 사용하기에 적합할 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, Ra라는 용어는 중심선으로부터 표면 내 의 돋음부(relief)를 통한 산술 평균 표면 편차를 표현한다.
제 1 액체(100)와 제 2 액체(200)는 액체 전달 시스템(도면에 도시 안됨)에 의해 공정에 공급된다. 각각의 액체 전달 시스템은 액체를 일정한 조건으로 전달하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 액체는 일정한 체적 또는 질량 이송율로, 일정한 압력으로, 일정한 온도로, 다른 인자가 일정한 상태로, 또는 이러한 조건들의 둘 이상의 조합으로 전달될 수 있다. 각각의 액체 전달 시스템은 공급 시스템, 액체 운반 시스템 및 제어 시스템을 포함하는 것이 바람직하다. 액체를 일정한 유량으로 전달하는 시스템에서, 예를 들면 제어 시스템은 유량 센서와 같은 측정 장치, 정변위 펌프(positive displacement pump)와 같은 계량 장치, 및 이송율을 제어하기 위한 피드백 시스템을 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 액체는 연속적으로 또는 간헐적으로 전달될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 제 1 액체(100)의 유동 특성과 통로(36)의 구조와의 상호작용에 의해 제 1 액체(100)의 간헐적 또는 주기적 공급이 인쇄면(30) 상으로의 소정의 압출을 발생시킬 수 있다. 연속적인 공급도 일부 실시예에 대해서는 적합할 수 있다.
제 1 액체(100)는 공정 롤러(70)의 내부 공동(78)으로 전달되고, 여기로부터 다공성 쉘(74)의 통로(36)를 통해 그리고 인쇄면 개구(32)로부터 외부면(72) 상으로 압출된다. 다공성 쉘(74)의 통로(36)를 통과하는 이러한 유동의 방향은 도 1, 도 2 및 도 6 내지 도 9에 화살표(102)로 표시되어 있다. 제 1 액체(100)는 단일 재료 또는 혼합물, 용액, 또는 적합한 재료의 현탁 물질(suspension)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 제 1 액체(100)는 습윤제(wetting agent), 윤활제, 이형제, 촉매제, 활성제 또는 의도된 목적에 적합한 임의의 다른 재료를 포함할 수 있다. 이형제가 제 1 액체(100)로서 압출되는 실시예에서, 이형제는 제 2 액체(200) 또는 시트 재료(20)의 인쇄면(30)에 대한 접착을 방지하는 데에 적합할 수 있는 임의의 다양한 재료를 함유할 수 있다. 일반적으로, 인쇄 장치(10)의 구조 재료와 그리고 제 2 액체(200) 및 시트 재료(20)와 양립할 수 있는 임의의 액체 재료가 사용될 수 있다. 특정한 실시예에서, 실리콘, 미네럴 오일, 다른 오일, 플루오르폴리머의 혼합물, 물, 및 인쇄면(30)에 저 표면 에너지 효과를 제공하는 많은 다른 액체 재료의 형태가 이형제로서 사용하기에 적합할 수 있다. 본 발명의 q방법이 식품 또는 식품 용기의 포장을 위한 필름을 제조하는 데에 사용되는 실시예에서, 예를 들면 제 1 액체(100)는 순수 실리콘(neat silicone)과 같은 폴리실록산 재료(polysiloxane material)를 함유하는 이형제일 수 있다.
제 2 액체(200)는 도 1, 도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이 공정 롤러(70)의 외부면(72) 상의 제 1 액체(100) 위에 접촉시켜 도포된다. 제 2 액체(200)는 롤러, 브러시, 압출기, 분무기의 형태 또는 제 2 액체(200)의 도포에 적합한 임의의 다른 형태를 갖는 도포기(18)로 전달될 수 있다. 제 2 액체(200)는 단일 재료 또는 혼합물, 용액 또는 적합한 재료의 현탁 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 제 2 액체(200)는 잉크, 염료, 접착제, 촉매제, 활성제 또는 의도된 목적에 적합한 임의의 다른 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 방법이 식품 또는 식품 용기의 포장을 위한 필름을 제조하는 데에 사용되는 실시예에서, 예를 들면 제 2 액체(200)는 감압 접착제일 수 있다.
시트 재료(20)는 인쇄 롤러(16)의 외부면(72) 상의 제 2 액체(200)와 접촉시켜, 제 2 액체(200)를 시트 재료(20) 상으로 인쇄한다. 제 2 액체(200)를 시트 재료(20) 상으로 인쇄하는 데에 요구되는 힘 또는 압력의 수준은 처리될 특정한 액체 및 시트 재료(20)와 관련하여 변화한다. 예를 들면, 비교적 낮은 점도의 액체를 비교적 높은 흡수성을 갖는 시트 재료(20) 상으로 인쇄하기 위해서는 비교적 낮은 압력이 요구될 것이다. 반면에, 비교적 높은 점도의 액체를 비교적 경질인 표면을 갖는 시트 재료(20) 상에 인쇄하기 위해서는 비교적 높은 수준의 압력이 요구될 수 있다. 연속 웨브 상으로의 인쇄를 위한 일부 실시예에서, 비교적 작은 원호로 인쇄 롤러(16)에 감기도록 하는 웨브(22)의 경로 설정과 함께 기계방향으로 소정의 허용 가능한 수준의 웨브 장력을 유지시킴으로써 요구되는 수준의 압력을 발생시키기에 충분할 것이다. 그러므로, 이러한 실시예에서, 웨브 인장 시스템과 인쇄 롤러 상의 원호에 대한 웨브의 경로를 설정하는 롤러 또는 다른 구성 요소들이 가압 기구로서 역할할 수 있다. 보다 복잡한 가압 기구가 소정의 압력을 발생시키도록 일부 실시예에서 요구될 수 있다. 예를 들면, 도 1의 장치(10)에서, 이러한 가압 기구는 인쇄 롤러(16)와의 사이에 위치된 시트 재료(20)를 인쇄면(30)에 대하여 가압하도록 역할하는 압반 롤러(12; platen roller)의 형태를 가질 수 있다. 다른 예로서, 평평한 인쇄판을 갖는 실시예에서, 대응하는 평평한 압반은 인쇄판과의 사이에 위치된 시트 재료(20)를 인쇄면(30)에 대하여 가압하도록 역할할 수 있으며, 또는 횡으로 놓인 압반 롤러는 시트 재료(20)를 평평한 인쇄판에 대하여 점진적으로 가압하도록 이동될 수 있다.
제 1 액체(100)의 일부 또는 모두는 제 2 액체(200)와 혼합 또는 반응할 수 있다. 이들 액체의 특성에 따라, 상기 혼합 또는 반응은 제 2 액체(200)가 도포되자마자 또는 나중에, 즉 시트 재료(20)가 인쇄면(30)에 대해 가압될 때 시트 재료에 의해 부여되는 압력이 두 액체를 혼합하도록 할 때 개시될 수 있다. 제 1 및 제 2 액체가 반응하는 실시예에서, 반응은 두 액체가 인쇄면(30) 상에 있는 동안 또는 시트 재료(20) 상으로 인쇄된 후에 완료될 수 있다. 이러한 실시예의 예로서, 본 발명은 2액성 접착제(two part adhesive)를 시트 재료(20)에 대한 그 도포 지점에서 혼합하여 활성화되게 사용할 수 있다. 에폭시 수지와 경화제와 같은 2액성 접착제의 부분 혼합은 혼합된 접착제가 인쇄면(30)에 접착되는 것이 방지되는 한 인쇄면(30)에서 발생될 수 있다. 일부 경우에서, 인쇄면(30)을 통해 압출된 유체가 제 2 유체 또는 혼합된 접착제의 인쇄면(30)에 대한 접착을 방지하는 이형제로서 역할하는 방식으로, 시트 재료(20)가 가압되었을 때 2액성 접착제를 혼합하는 것이 가능할 수 있다. 유사하게는, 본 발명을 사용함으로써, 휘발성 재료를 함유하는 액체가 다른 액체와 조합되어 시트 재료(20) 상으로 인쇄될 수 있다.
본 발명의 장치(10)는 제 2 액체(200)의 축적이 발생될 수 있는 표면 아래로부터 그리고 이에 따라 이러한 축적이 이루어지는 곳의 아래로부터 제 1 액체(100)가 소정 압력 하에서 공급되기 때문에 어느 정도까지는 자정 능력을 갖는다. 다른 부적합한 액체 또는 시트 재료(20)의 처리는, 특히 예를 들면 2액성 접착제가 혼합되는 전술한 실시예에서 또는 재료 또는 의도된 제품의 성질이 제 1 액체(100)로서 이형제의 사용을 배제하는 실시예에서, 본 발명의 자정(self-cleaning) 태양에 의 해 실용적으로 이루어질 수 있다.
제 2 액체(200)가 시트 재료(20) 상으로 인쇄된 후에, 시트 재료(20)는 인쇄면(30)으로부터 분리된다. 웨브 실시예에서, 웨브(22) 내에 존재하는 기계방향 장력은 웨브(22)를 인쇄면(30)으로부터 당겨 내기에 충분할 수 있다. 전술한 바와 같이, 식품 또는 식품 용기의 포장을 위한 필름의 재료에서와 같이 비교적 강한 접착제가 비교적 얇고 순응성인 필름 상으로 인쇄되는 실시예에서, 파열 또는 뒤틀림의 방지는 특히 중요하다. 그러므로, 이러한 실시예에서, 본 발명은 접착제와 필름이 인쇄면(30)에 접착되는 것을 신뢰성 있게 방지하여 인쇄된 필름을 허용 가능한 낮은 수준의 기계방향 장력에 의해 인쇄면(30)으로부터 분리하는 것을 가능하게 함으로써 중요한 효과를 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 액체(100)의 일부 또는 모두는 인쇄면(30)으로부터 제거될 수 있고, 시트 재료(20)가 인쇄면(30)으로부터 분리될 때 시트 재료(20)와 함께 이동될 수 있다.
공정으로 전달되는 제 1 및 제 2 액체의 각각의 양은 다양한 방법으로 그리고 다양한 다른 인자와 관련하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 액체(200)는 인쇄제이기 때문에, 제 2 액체(200)의 양은 처리될 시트 재료(20)의 면적에 비례하여 제어될 수 있다. 식품 또는 식품 용기의 포장용 필름이 접착제와 함께 인쇄되는 실시예에서, 예를 들면 접착제인 제 2 액체(200)는 필름의 제곱미터당 0.5 그램만큼 낮은 비율로 도포될 수 있다. 일부 필름 포장 제품의 경우, 접착제의 도포율은 필름의 제곱미터당 5 그램만큼 높을 수 있다. 전형적인 접착제 도포율은 이러한 실시예의 경우 필름의 제곱미터당 약 2 그램일 수 있다.
제 1 액체(100)의 양은 또한 처리될 시트 재료(20)의 면적에 비례하여 제어될 수 있다. 전술한 필름 포장 실시예에서, 이형제인 제 1 액체(100)는 본 발명을 사용함으로써 필름의 제곱미터당 0.0001 그램만큼 낮은 비율로 압출될 수 있다. 접착제의 비교적 높은 도포율과 같은 소정의 조건 하에서, 이형제는 필름의 제곱미터당 0.1 그램만큼 높은 비율로 압출될 수 있다. 특정한 실시예에서, 이형제의 전형적인 압출율은 필름의 제곱미터당 약 0.003 그램일 수 있다.
대안적으로, 제 1 액체(100)의 양은 도포될 제 2 액체(200)의 양에 비례하여 제어될 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같은 도포 및 압출 비율과 범위의 임의의 비례 관계는 필름 포장이 처리되는 특정한 실시예에 적합할 수 있다. 구체적인 예로서, 처리될 필름의 제곱미터당 약 2 그램의 비율로 접착제가 도포되고 처리될 필름의 제곱미터당 0.003 그램의 비율로 이형제가 압출되는 실시예에서, 이형제의 양은 접착제의 양의 0.15 %이다. 특정한 접착제 및 특정한 이형제의 경우, 이 비율은 광범위한 접착제 도포율에 대하여 적합화할 수 있으며, 따라서 이형제의 양은 필름 면적에 비례하여 독립적으로 조절 또는 제어되기보다는 접착제의 양에 비례하여 제어될 수 있다. 유사하게는, 다른 실시예에서, 제 2 액체(200)에 대한 제 1 액체(100)의 비율은, 예를 들면 2액성 접착제를 혼합하거나 휘발성 재료를 함유하는 제 1 액체(100)를 특정한 제 2 액체(200)와 혼합하는 경우에 중요한 파라미터(parameter of interest)가 될 수 있다.
제 1 유체(100)의 압출량은 다양한 방법으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 압출량은 압출 중의 유량 및 압력의 감소가 전형적으로 예측 가능한 방식으로 연관 되기 때문에 제 1 액체(100)의 전달 압력을 제어함으로써 제어될 수 있다. 또한, 압출량은 정변위 펌프에 의해서와 같은 체적 제어 하에서 제 1 액체(100)를 전달함으로써 직접적으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 제 1 액체(100)의 점도는 압출량을 제어하기 위하여 제어될 수 있다. 실리콘 이형제가 압출되는 실시예에서, 예를 들면 점도 및 이에 따른 압출량은 이형제의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 제 1 액체(100)의 온도는 제 1 액체(100)와 액체 열교환 매체 사이의 열 에너지 교환을 통해서와 같이 임의의 적절한 수단에 의해 제어될 수 있다.
공정 롤(70)이 회전하는 실시예에서, 그 회전에 의해 발생된 원심력은 제 1 액체(100)의 압출량을 제어하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 반경 외측 방향으로의 윈심력은 인쇄면(30)을 향한 제 1 액체(100)의 유동의 일반적인 방향과 정렬될 수 있으며, 그러므로 유동을 위한 구동력으로서 작용할 수 있다. 또한, 보다 복잡한 실시예에서, 원심력은 유동을 인쇄면(30)으로 향하도록 하기 위한 차압(differential pressure)을 제공하는 기구를 작동시키도록 역할할 수 있다. 원심력은 공정 롤(70)의 회전 속도와 접선 속도에 비례한다. 그러므로, 공정 롤(70)이 시트 재료(20)의 기계방향 속도에 비례하는 접선 속도로 회전하는 실시예에서, 원심력도 시트 재료(20)가 면적에 관하여 처리되는 비율에 또한 비례한다. 이러한 실시예에서, 비례 원심력(proportional centrifugal force)은 제 1 액체(100)의 압출량의 제어를 위한 사실상 자동 시스템에 사용될 수 있다.
또한, 인쇄판의 온도는 제 1 액체(100)의 온도 제어 또는 제 2 액체(200)의 인쇄면(30)에 대한 접착 방지와 같은 소정의 요구되는 효과를 달성하도록 제어될 수 있다. 이러한 실시예에서, 인쇄판의 온도는 예를 들면 인쇄판과 내부 열교환기 내의 순환하는 액체 열교환 매체 사이에서 열 에너지를 교환함으로써 제어될 수 있다. 인쇄판(14)이 인쇄 롤러(16)의 형태를 갖는 실시예에서, 이러한 내부 열교환기는 공정 롤(70) 내의 제 2 내부 공동(80)의 형태를 가질 수 있다. 인쇄판의 복사 가열 또는 내부 전기저항 가열 요소에 의한 인쇄판의 가열과 같이 당업계에 공지된 다른 방법들도 사용될 수 있다.
인쇄면(30)은 도 5에 도시된 바와 같이 패턴화 구역(60)과 비패턴화 구역(62)을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 액체(100)는 패턴화 구역(60) 내의 인쇄면(30) 개구로부터 압출되고 비패턴화 구역(62) 내의 인쇄면 개구(32)로부터는 사실상 압출되지 않을 수 있다. 비패턴화 구역(62) 내의 개구들은 사실상 폐쇄되어 인쇄면(30) 상으로의 제 1 액체(100)의 유동을 제한 또는 차단할 수도 있다. 예를 들면, 비패턴화 구역(62) 내의 개구는 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 코팅(40) 또는 다른 재료의 인쇄면(30) 상으로의 도포에 의해 폐쇄될 수 있다. 다른 예로서, 비패턴화 구역(62) 내의 개구는 열(heat)로써 인쇄면(30)을 처리하는 중에 형성되는 용융 재료(42)에 의해 폐쇄될 수 있다. 일부 실시예에서, 인쇄면 개구(32)의 일부 또는 모두는 예컨대 코팅(40)의 도포에 의해 또는 용융된 재료(42)에 의해 먼저 폐쇄될 수 있고, 그 후 인쇄면(30)의 선택된 면적은 이러한 면적 내의 인쇄면 개구(32)의 재개방을 위하여 인쇄면 개구(32)를 차단하는 재료를 제거하도록 처리 또는 기계 가공될 수 있다.
인쇄면(30)의 일부분은 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 부조 상승(raised in relief)될 수 있다. 예를 들면, 패턴화 및 비패턴화 구역을 갖는 실시예에서 패턴화 구역(60)은 비패턴화 구역(62)에 비해 부조 상승될 수 있다. 일부 실시예에서, 상승된 패턴화 구역(60)은 비상승 영역(66)을 둘러싸는 상호연결된 상승 영역(64)의 연속적인 네트워크를 형성할 수 있다. 그러므로, 비패턴화 구역(62)의 개구가 폐쇄된 실시예에서, 제 1 액체(100)는 인쇄면(30)의 상승 부분 상으로만 압출될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 방법이 식품 또는 식품 용기를 포장하기 위한 필름을 제조하도록 사용되고 제 1 액체(100)가 이형제이고 제 2 액체(200)가 접착제인 실시예에서, 이형제는 상승된 패턴화 구역(60) 상에서만 공정 롤(70)의 인쇄면(30) 상으로 압출될 수 있고, 접착제는 상승된 패턴화 구역(60) 상에서 이형제 위로 도포될 수 있으며, 이어서 접착제는 공정 롤(70)의 인쇄면(30)의 상승된 패턴과 정합하는 패턴으로 필름 상으로 인쇄될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들과 개별적인 특징들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않고서도 다양한 다른 수정 및 변형이 행해질 수 있음은 본 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 또한 이러한 실시예들과 특징들의 모든 조합이 가능하며 본 발명의 바람직한 실시로 귀결된다는 것이 명백하다.

Claims (30)

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  11. 액체를 시트 재료 상으로 인쇄하기 위한 방법에 있어서,
    개구를 갖는 다공성 인쇄면을 제공하는 단계와,
    제 1 액체를 상기 인쇄면 개구로부터 상기 인쇄면 상으로 압출하는 단계와,
    제 2 액체를 상기 인쇄면 상의 제 1 액체 위로 접촉시켜 도포하는 단계와,
    상기 시트 재료를 상기 인쇄면과 접촉시켜, 상기 제 2 액체를 상기 시트 재료 상으로 인쇄하는 단계를 포함하는
    인쇄 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    도포될 상기 제 2 액체의 양에 비례하여 상기 제 1 액체의 압출량을 제어하는 단계를 더 포함하는
    인쇄 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    처리될 상기 시트 재료의 면적에 비례하여 상기 제 2 액체의 도포량을 제어하는 단계를 더 포함하는
    인쇄 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 인쇄면은 패턴화 구역 및 비패턴화 구역을 구비하며, 상기 제 1 액체는 상기 패턴화 구역 내의 인쇄면 개구로부터 압출되지만 상기 비패턴화 구역 내의 인쇄면 개구로부터는 실질적으로 압출되지 않는
    인쇄 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 패턴화 구역은 부조 상승되는
    인쇄 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 시트 재료는 실질적으로 연속적인 웨브인
    인쇄 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 시트 재료는 필름인
    인쇄 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 인쇄면은 공정 롤의 외부면인
    인쇄 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 공정 롤을 상기 시트 재료의 기계방향 속도와 실질적으로 동일한 접선 속도로 회전시키는 단계를 더 포함하는
    인쇄 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 공정 롤의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는
    인쇄 방법.
  21. 접착제를 시트 재료 상으로 인쇄하기 위한 방법에 있어서,
    개구를 갖는 다공성 인쇄면을 제공하는 단계와,
    이형제를 상기 인쇄면 개구로부터 상기 인쇄면 상으로 압출하는 단계와,
    접착제를 상기 인쇄면 상의 이형제 위로 접촉시켜 도포하는 단계와,
    상기 시트 재료를 상기 인쇄면과 접촉시켜, 상기 접착제를 상기 시트 재료 상으로 인쇄하는 단계를 포함하는
    인쇄 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 인쇄면은 공정 롤의 외부면인
    인쇄 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 공정 롤의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는
    인쇄 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 시트 재료는 고밀도 폴리에틸렌 필름을 포함하는
    인쇄 방법.
  25. 액체를 시트 재료 상으로 인쇄하기 위한 장치에 있어서,
    개구를 갖는 다공성 인쇄면과,
    제 1 액체를 상기 인쇄면 개구로부터 상기 인쇄면 상으로 압출하기 위한 제 1 액체 전달 시스템과,
    제 2 액체를 상기 인쇄면 상의 상기 제 1 액체 위로 접촉시켜 도포하기 위한 제 2 액체 전달 시스템과,
    상기 제 2 액체를 상기 시트 재료 상으로 인쇄하기 위하여 상기 시트 재료를 상기 인쇄면과 접촉시키는 가압 기구를 포함하는
    인쇄 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 인쇄면은 패턴화 구역 및 비패턴화 구역을 갖고, 상기 비패턴화 구역 내의 인쇄면 개구는 실질적으로 폐쇄되는
    인쇄 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 패턴화 구역은 부조 상승되는
    인쇄 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 인쇄면은 공정 롤의 외부면인
    인쇄 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 공정 롤은 개구를 갖는 내부면 및 상기 내부면 개구와 상기 인쇄면 개구 사이에서 연통하는 통로를 구비한 다공성 쉘을 포함하는
    인쇄 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 다공성 쉘은 상기 통로 내에 있고 상기 통로를 통한 유동을 제한하는 입자를 포함하는
    인쇄 장치.
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