KR101451600B1 - 프린트 및 염색을 위한 펄스 가열 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스 히터가 회전식 가열 프로세싱 장비에서 염료를 리시버(receiver)로 인가하는데 이용되는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 이후 두 개의 염색된 도우너 페이퍼(donor paper)로 이루어진 샌드위치된 리시버는 벨트로 열을 흩뜨리고 또한 고체로부터 가스로의 상변화를 위해 도너 페이퍼 내에서 염료의 상변화를 야기하도록 드럼으로부터 생성된 일정한 열에 노출되며, 이에 의해 리시버는 더욱 포화되고 훌륭한 피니쉬(finish)를 위해 상 변화된 염료를 흡수하고 캡쳐할 수 있다.

Description

프린트 및 염색을 위한 펄스 가열 방법 및 장치 {PULSE HEATING METHODS AND APPARATUS FOR PRINTING AND DYEING}

이 출원은 2007년 8월 23일 출원된 미국특허출원 제 11/844180호의 일부계속출원인, 2008년 8월 22일 출원된 미국특허출원 제 12/196585호를 우선권으로 주장한다.

본 발명은 승화 프린팅 및 염색(sublimationi printing and dyeing)에 관한 것이다.

인류의 역사를 통해, 인간은 색으로 직물을 꾸미는 방법을 항상 발견해왔다. 짐승 가죽 및 이후 짜여지고 떠진 물질들로 시작하여, 전통적인 접근 방식은 물 또는 몇몇 다른 유체 용액에 부유시킴에 의해 색을 액화시켜 왔다. 그러면 염색될 대상은 원하는 컬러를 만들도록 용액에 담기거나 또는 코팅된다.

이러한 고전적인 큰 통(vat) 염색 방법을 이용하는 경우 원하는 컬러를 만드는데 엄청난 기술이 필요하였다. 오늘날의 정교한 장비에 의해서조차도 동일한 컬러의 "염료 로트(dye lots)"를 만드는 것에 여전히 엄청난 기술이 요구된다. 정확한 컬러 매칭을 만드는 것은 일정하게 변하는 동력(dynamics)으로 챔버 내에서 반복하여 컬러 농도, 에너지(일반적으로 열), 대상 물질 및 프로세싱 시간의 정확한 교차점(intersection)을 재현해 내는 것의 산물이다.

전 세계의 모든 훌륭한 장인은 이러한 옛날 기술의 변형을 이용하여 매년 25백만톤 이상의 폴리머계 직물을 염색한다. 이러한 프로세스는 수 톤의 옷, 홈 패션 제품 그리고 세상에 가장 큰 수질 오염물을 만든다. (대부분 폴리머계인) 파이버의 새로운 소스가 개발됨에 따라, 이러한 옛날 기술의 적용은 더욱 어려워지게 되고 많은 문제를 갖게 되었다. 순수 효과는 매칭 수율(matching yields)의 감소와 에너지 이용의 증가 그리고 훨씬 더 많은 부피의 위험한 배출물의 생산이다.

한가지 해법은 분산 염료 승화 기술(dispersed dye sublimation technology)(이후 DDS라고 지칭됨)의 확장을 이용하는 것이다. DDS 프린팅은 다양한 직물 및 다른 수용 물질 상에 이미지를 프린트하도록 수십년 동안 이용되어 왔다. 이러한 프로세스에서 잉크는 도우너 전사 종이(donor transfer paper) 상으로 프린트되고, 이 종이는 수용 물질에 대해 나란히 놓인다. 열이 종이의 외부면에 가해질 때, 특별한 염료는 염료가 적재된 과열 에어가 되도록 폭발하고 착색제를 수용 물질 내로 이동시킨다(drive). 운반 매체(carrying agent)로서 물이 아닌 과열된 에어를 이렇게 이용하는 것은 오염 및 에너지 이용을 크게 감소시킨다. 직물 및 다른 물질을 염색하기 위한 DDS 기술의 이용은 새로운 것이 아니고; 여러가지 이유로 제한적으로 성공을 거두면서 수년 동안 시도되어져 왔다.

DDS의 주요 문제점은, 프로세스가 수계 용액 염색을 재현하기에 충분한 색 채도를 전달할 수 없다는 것이다. 통상적인 접근은 역사적으로 리시버의 양 측부 상에 도우너 종이를 위치시키는 것이었는데; 이러한 프로세스는 용액 염색을 대체하기에 충분한 채도 및 컬러 복제를 제공하지 못했다. 신장될 때 니트 직물을 채색해내지 못하는 것(failure)과 꿰매고 컷팅하는 동안 감기는 실을 채색해내지 못하는 것은 현재 장비에서의 두 측부(two-sided) 프린팅을 상업적으로 만족스럽지 못하게 만든다. 다른 문제점은 리시버가 프로세스로 진입할 때 리시버의 온도에 있다. 일반적으로, 후방측 도우너의 통상적인 시작 온도는 140 내지 170℉인데 이러한 시작 온도는 큰 채도의 염료 착색범위를 제공하기에 충분하지 않다. 또한, 모든 염료가 DDS에 의해서 승화 가능한 것은 아니다. 고에너지 염료는, 안정적이고 훌륭한 컬러를 전달하는 반면, 상변화에 더 높은 온도를 필요로 하고 이러한 고온은 승화 동안 리시버를 파괴시킬 수 있다. 이러한 그리고 다른 문제점들 때문에, DDS는 (예를 들어 고체 프린팅과 같은) 큰 표면적을 커버하기 위한 염색을 대신하여 상업적으로 전혀 이용되지 못했다. 결함 라인들이 단순히도 너무나 자명할 것이다.

DDS 프린팅의 다른 단점은, 동일한 잉크가 사용되었음에도 불구하고 이중-측부 프린팅이 측부마다 상이한 채색을 만든다는 것이다. 그 이유는 열을 두번째 가하는 것이 먼저 가해진 염료를 종이 밖으로 그리고 감김 종이(take-up paper) 상으로 증발시키는 경향이 있기 때문이다. 예를 들어 메이슨 등의 US 2003/0217658호(2003년 11월 27일 공보 발행)와 에머리 등의 US 2003/0035675호(2003년 2월 20일 공보 발행)을 참조하라. 본 명세서에 인용된 이러한 그리고 모든 다른 공보들은 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 병합된다.

DDS 프린팅의 또 다른 단점은 전체적으로 첨가적이라는 것이다. 따라서, 노란색 백그라운드 상에 전체 컬러 이미지를 프린트 한다면, 노란색 백그라운드 위에 프린트 해야만 하고, 이는 이미지의 컬러를 왜곡시킨다. 다수의 이미지 또는 다수의 패스(passes)가 이용되는 경우에, 상당한 가늠잡기(registering; 다색인쇄를 할 때 서로의 화상위치를 합치시키는 것) 문제점들이 있을 수도 있다. 가스킨의 US 6,393,988호(2002년 5월 28일)를 참조하라.

이러한 그리고 모든 다른 참조된 특허 및 출원들은 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 병합된다. 인용에 의하여 본 명세서에 참조 문헌에서의 용어의 정의 또는 이용이 본 명세서에 제공된 용어의 정의와 일치하지 않거나 또는 반대인 경우에, 본 명세서에서 제공된 용어의 정의가 적용되고 참조 문헌에서의 용어의 정의는 적용되지 않는다.

이에, 고체를 프린트하기 위한 승화 기술 그리고 직물 및 다른 수용 물질의 양 측부에 좋은 컬러 일치성 및 크게 향상된 일정한 컬러 채도(saturation)를 구현하는(penetrate) 다른 일체형 설계에 대한 요구가 여전히 있다.

본 발명은 하나 이상의 염료가 다수의 도우너 상에 위치하는 장치, 시스템 및 방법을 제공하는데, 리시버의 대향 측부들 상에 둘 이상의 도우너를 위치시키고, 조립된 도우너 및 리시버로 열 에너지의 펄스를 인가하며, 이어서 에너지를 감소시켜서 염료를 위치시키고 고정하는 것을 완료한다.

바람직하게, 제 1 도우너는 제 2 도우너로부터 물리적으로 분리되어 있다. 이들은 리시버의 대향 측부들 상에 있을 수 있다. 제 1 도우너 및 제 2 도우너는 수동적으로 또는 자동적으로 위치될 수 있다.

열 에너지의 펄스는 리시버의 중량 및 열 싱크(sync)에 기초하여 단지 도우너에 부착된 염료를 상변화시키기에 충분한 길이의 지속기간을 갖도록 조정된다. 이러한 펄스 주기는 적어도 3초이지만, 상이한 염료를 상변화하는데 필요한 에너지, 그리고 중량, 직물 밀도 및 파이버 열 싱크(sync)의 완화 인자에 기초하여 더 길어질 수 있다.

바람직한 실시예에서, 승화 프로세스 시스템은 직물을 제조하기 위해 펄스 히터 및 펄스 가열 스테이션을 수용한다.

본 발명의 다양한 목적, 특징, 양태 그리고 장점은, 유사한 도면 부호가 유사한 구성요소를 지칭하는 첨부된 도면들과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 후술하는 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 승화 프린팅 및 염색 장치의 바람직한 실시예의 개략도이다.
도 1a는 도 1로부터의 요소(140)의 상세도이다.
도 2는 도 1의 프로세싱 장비의 상세도이다.
도 3은 펄스 히터의 사시도이다.
도 4는 펄스 히터의 가열 요소의 내부도이다.
도 5는 도 3의 펄스 히터 내의 반사체의 개략도이다.
도 6은 승화 프린팅 및 염색 장치의 대안적인 바람직한 실시예의 개략도이다.

도 1 및 2에서, 프로세싱 장비(100)는 회전식 가열부(10), 예를 들어, 펄스 히터(20)인, 제 1 열 소스 그리고 감김 벨트(take-up belt; 30)를 일반적으로 포함한다.

프로세싱 장비(100) 상에는 작업대로서의 역할을 하는 연속적인 감김 벨트(30)가 위치한다. 일 단부에서, 감김 벨트(30)는 회전식 가열부(10)에 부착되고, 반대편 단부 상에서 감김 벨트(30)는 리시버 주입 롤(receiver feed roll; 42)로부터의 리시버(40) 그리고 제 1 도우너 주입 롤(52)로부터의 제 1 도우너(50)를 감는다. 리시버(40)가 제 1 도우너(50) 위에 위치하기 때문에, 제 1 도우너(50)는 감김 벨트에 기대어 놓아진다. 프로세싱 장비(100)가 작동하기 시작함에 따라, 감김 벨트(30)는 리시버(40)-제 1 도우너(50)를 이동시키고, 회전식 가열부(10)로 들어갈 때, 감김 벨트(30)는 또한 제 2 도우너 주입 롤(62)로부터의 제 2 도우너 롤(60)과 티슈(tissue) 주입 롤(72)로부터의 티슈(70)를 감아서, 위로부터 티슈(70)->제 2 도우너(60)->리시버(40)->제 1 도우너(50)를 포함하는, 샌드위치된 리시버(140)를 형성한다.

바람직하게는 회전식 가열부(10)는 도우너로부터의 염료를 리시버 상으로 가열 및 프레스하기 위한, 예를 들어 캘린더 벨트(calender belt; 80)인, 열적 커패시터, 그리고, 예를 들어 드럼(drum; 90)인, 제 2 열 소스를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 캘린더 벨트(80)는 드럼(90) 주위에 위치하여 포지셔너(positioner; 82A-82E)를 통해 이동한다. 프로세싱 장비(100)가 작동할 때, 캘린더 벨트(80)는 샌드위치된 리시버(140)를 감아서 샌드위치된 리시버(140)를 포지셔너(82A-82E)로부터 반시계 방향으로 드럼(90)의 측부에 대해 이동시켜 내부 경로(86)를 형성함으로써, 피니쉬된 리시버(240)를 생성한다. 피니쉬된 리시버(240)가 프로세싱 장비(100)에 존재할 때, 캘린더 벨트(80)는 드럼(90)으로부터 멀어지게 그리고 포지셔너(82E)로부터 82D, 82C, 82B, 그리고 82A로 되돌아가게 시계 방향을 따라 이동하여 외부 경로(88)를 형성하고 그리고 도 2에서 도시된 것처럼 내부 경로(86)로 다시 되돌아가게 이동한다.

포지셔너(82A, 82E)의 배향 및 위치는 캘린더 벨트(80)가 드럼(90)에 대해 샌드위치된 리시버(140)를 프레스하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 포지셔너의 숫자는 프로세싱 장비에 따라 달라질 수 있다. 캘린더 벨트의 길이가 기계장치의 유형에 따라 달라지는 것이 뒤따른다. 캘린더 벨트의 폭은 적어도 150cm(59.055118in)의 폭인 것이 바람직하나, 상업적으로 실용적인 프로세싱 장비의 상이한 유형 및/또는 도우너 또는 리시버의 유형에 따라 벨트의 폭은 그에 상응하게 달라질 수 있다. 바람직하게, 벨트는 화염 저항성 및 내열성 물질, 예를 들어 화염-저항성 메타-아라미드(meta-aramid) 물질로 만들어지고, 더욱 바람직하게는 브랜드 Nomex® 파이버로 만들어진다.

펄스 히터(20)는 바람직하게는 포지셔너(82B, 82A) 사이에서 외부 경로(88) 위에 위치하는데, 이는 도 2에서 더욱 자세하게 도시된다. 펄스 히터(20)가 작동 중이면, 벨트가 포지셔너 82B로부터 82A로 시계방향으로 외부 경로(88)를 따라 이동할 때, 펄스 히터(20)가 캘린더 벨트(80)에 대해 강한 열을 생성한다. 실제로, 캘린더 벨트(80)는 가열 경로(210)를 통해 펄스 히터에 종속된다. 감김 벨트(30)가 리시버(40) 및 제 1 도우너(50)를 회전식 가열부(10) 내로 이동시킬 때, 캘린더 벨트(80)는 펄스 히터(20)에 의해 짧은 시간 동안 가열된다. 벨트(80)는 회전식 가열부(10)를 따라 이동하기 때문에, 운동 에너지가 생성되며 펄스 히터로부터 생성된 열에 의해 운동 에너지가 증가된다. 샌드위치된 리시버(140)가 회전식 가열부(10) 내로 진입하는 순간에, 제 1 도우너(50)는 드럼(90)에 대해 프레스되고, 제 2 도우너(60)는 캘린더 벨트(80)에 대해 프레스된다. 바람직하게는, 캘린더 벨트(80)가 따라 이동할 때, 이는 시계 방향으로 내부 경로부(86) 내로 이동하고 여전히 펄스 히터(20)로부터 생성된 잔여 열을 운반한다. 드럼(90)에 대해 프레스되는, 제 1 도우너(50) 및 리시버(40)에 대해 아래로 프레스되며 제 2 도우너(60)에 대해 위치되는, 티슈(70)와 직접 접촉을 이루는 것에 의해서, 캘린더 벨트(80)는 샌드위치된 리시버(140)를 프레스한다. 실제로, 샌드위치된 리시버(140)는 상 변화 경로(phase change passage; 220)에 종속되고, 여기서 가열 경로(210)로부터 생성된 운동 에너지가 캘린더 벨트(80)로부터 전달되어서 제 2 도우너(60)는 상 변화를 겪게 됨으로써 염료가 리시버(40) 내로 훌륭하게(brilliantly) 전사되는 것을 허용한다. 이러한 프로세스는 샌드위치된 리시버가 회전식 가열부로 진입할 때, 샌드위치된 리시버가 벨트로부터의 소산 중이지만 아직 강한 열을 받게 한다. 바람직하게는, 염료가 리시버(40) 상으로 전사되는 것을 허용함에 의해 제 1 도우너(55)를 상변화시키기 위해 일정한 열을 동시에 생성하고, 제 2 도우너(60)를 강화한다(enhance). 이는 두 개의 도우너가 훌륭하고 균일한 프린트 및 염료 도포를 위해 리시버 상으로 동시에 프로세스되는 것을 가능하게 한다. 상 변화 경로의 길이는 가열 경로의 길이의 적어도 20%인 것이 바람직하다. 몇몇 경우들에서, 샌드위치된 작업 리시버에 소산 열을 인가하는 것은, 드럼(90)으로부터 생성된 일정한 열의 인가 이전에 5초 이하에서 일어날 수 있다. 샌드위치된 리시버(140)는 회전부(10)에서 계속하여 이동하기 때문에, 벨트 및 드럼에 의해 여전히 가열되고, 이러한 프로세스는 제 2 및 제 1 도우너 상의 염료가 계속하여 상변화하는 것을 가능하게 하여서, 염료가 리시버에 의해 훌륭하게 그리고 깊숙히 점진적으로 흡수 또는 캡쳐되게 할 수 있다.

펄스 히터(20)는 캘린더 벨트(80)의 폭에 걸쳐 균일하게 가해진 강한 열을 생성할 수 있는 열 소스인 것이 바람직하다. 도 3에서 도시된 것처럼, 펄스 히터(20)는 하우징(22), 하우징(22) 내에 저장된 일련의 가열 요소(24), 전력 출구(26) 및 제어기(28)를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 하우징(22)은 선택적 엣지(25)를 가진 상부(23)를 가져서, 개방된 고립부(open enclave)가 가열 요소를 수용하는 것을 가능하게 하고 상기 가열 요소가 노출되는 것을 가능하게 한다. 하우징(22)의 엣지(25)는 가열 요소를 수용하기 위해 높이가 적어도 5인치인 것이 바람직하나, 가열 요소의 유형에 따라 달라질 수 있다. 하우징의 폭은 벨트의 폭과 대략 동일한 것이 고려되는데, 왜냐하면 펄스 히터로부터 분배된 열이 벨트에 균등하게 가해져야 하기 때문이다. 구성들은 하우징의 깊이에 따라 달라질 수 있고, 일반적으로 하우징은 아연 도금된 강과 같은 내구성 물질로 만들어지는 것이 바람직한데, 이러한 물질은 적어도 650℉, 더욱 바람직하게는 적어도 550℉, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 450℉의 온도를 견딜 수 있다.

바람직하게, 펄스 히터는 벨트(70)로부터 적어도 7cm(2.755906in) 떨어져서 위치되는 것이 바람직하고, 바람직하게 적어도 45°의 각도로 캘린더 벨트 위에 직접 부착된다. 각과 거리는 프로세싱 장비 및 필요한 열의 양에 따라 다소간 달라질 수 있다. 펄스 히터는 이러한 폭에 걸쳐 균등하게 열을 분배하도록 캘린더 벨트의 전체 폭에 걸쳐 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 장비, 리시버의 유형 그리고 벨트의 폭에 따라, 펄스 히터는 벨트로부터 더 가깝게 또는 더 멀리 위치할 수 있음이 고려된다.

가열 요소(24)는 겹치는 석영 튜브와 같은 다양한 열 소스로 만들어질 수 있는 것이 바람직하다. 도 4에서 도시된 바람직한 실시예에서, 가열 요소(24)는 3개의 존(510, 520, 530)으로 분할될 수 있는 일련의 석영 튜브(500)를 포함한다. 각각의 석영 튜브는 적어도 500와트 또는 그 정도의 전력을 생성하는 것이 바람직하다. 튜브의 숫자 및 위치에 따라, 튜브의 전력은 증가되거나 또는 감소될 수 있고, 이에 의해 1000와트 또는 그 초과를 생성하는 균등한 튜브들이 이용될 수 있다. 각각의 존은 개별적으로 제어된다. 이는 각각의 존으로의 전력 출력을 높이고 낮춤에 의해 및/또는 매트릭스로부터 튜브를 제거함에 의해 벨트(70)에 걸친 온도 분포를 쉽게 제어하는 것을 가능하게 한다. 또한, 다른 유형의 열소스가 이용될 수 있고, 변화도 방법(gradient method)이 채택되는 것이 고려된다. 펄스 열은 종래의 열 소스에 의해 생성될 수 있다. 열 소스는 적외선광, UV광, 또는, 도우너가 보다 쉽게 리시버에 가해지는 것을 가능하게 하는 온도까지 상기 도우너를 적절하게 가열시키는 한, 임의의 다른 열 소스일 수도 있다.

또한, 온도는 도 5에서 도시된 것처럼 석영 튜브(640)의 뒤에 반사체(610)를 위치시킴에 의해 벨트의 엣지에서 균등하게 분포될 수 있다. 반사체(610)는 각질 수 있으나, 바람직하게는, 평행한 섹션(612) 및 각진 섹션(614) 사이에서 교번하는, 주름형(corregated)이다. 평행한 섹션(612)은 벨트를 향해 직접 열 웨이브(620)를 반사시키고, 각진 섹션(614)은 벨트의 엣지를 향해 열 웨이브(630)를 반사시킨다.

바람직한 실시예에서, 펄스 히터로부터 벨트에 걸쳐 가해진 평균 온도는 이용되는 벨트, 리시버, 도우너 및 염료의 성질에 따라 300℉ 내지 650℉로 변하는 것이 일반적이다. 리시버의 중량 및 밀도, 염료의 승화 온도, 그리고 벨트의 속도 모두는 온도의 기여 인자일 수 있다. 또한, 벨트의 속도는 펄스 히터의 크기, 숫자 및 배향에 크게 영향을 미칠 수 있다. 온도는 바람직하게 벨트의 폭에 걸쳐 균등하게 가해진다. 더욱 바람직하게 벨트의 온도는 35℉를 넘어, 가장 바람직하게는 25℉를 넘어서 변동하지 않는다.

열적 커패시터로부터 열 소스를 제거하여서 소산 열을 생성하거나 또는 펄스 에너지를 생성할 수 있다. 펄스 히터에 벨트가 노출되는 지속 시간(dwell time)은 바람직하게 10-15초이다. 그러나, 느리게 이동하는 벨트는 펄스 히터로의 더 길고 덜 강한 노출을 필요로 할 수 있고, 빠르게 이동하는 벨트는 펄스 히터로의 짧고 더 강한 노출을 필요로 할 수 있음이 고려된다.

도 3의 제어기(28)는 펄스 히터(20)에 의해 생성된 열의 온도, 시간 및 유형을 제어하는데 이용된다. 전력 출구(26) 및 제어기(28)는 존재하는 승화 장비의 일부로서 위치할 수 있거나 또는 필요에 따라 별도의 유닛일 수 있다. 펄스 히터의 전력 출구 및 제어기를 존재하는 기계장치와 통합하는 것은 더 간단하고 더욱 균일한 접근을 가능하게 한다. 그러나, 전력 출구 및 제어기를 개별적으로 갖는 것은 펄스 히터를 이동 가능하게 한다.

다른 바람직한 실시예에서, 오직 하나 또는 제 1 도우너(50)가 도 6에서 도시된 것과 같이 벨트에 의해 감긴다. 티슈(70)는 리시버(40)가 벨트(80)에 직접 노출되는 것으로부터 보호하는데 필요하다. 티슈-리시버-제 1 도우너가 벨트(80)로 들어가기 이전에, 펄스 히터(20)는 포지셔너(82B 및 82A) 사이에서 벨트를 가열한다. 티슈-리시버-도우너가 벨트로 들어갈 때, 벨트로부터의 소산 열은, 제 1 도우너가 드럼에 대해 있을지라도, 제 1 도우너 상에서의 상변화를 야기한다. 피니쉬된 리시버(230)를 생성하기 위해, 리시버 안으로 더 깊게 침투하도록 염료에 대한 상변화를 야기하기에 충분한 소산 열이 존재한다.

연속적인 프로세싱에 대한 현재의 선호에도 불구하고, 본 발명에 따른 특허 대상(subject matter)의 실시예들은 조각 조각 방식으로(in a piece by piece manner) 가해지는 열 및 압력, 그리고 샌드위치된 워크피스들이 조립된 것에 의해서와 같이, 불연속적 방식으로 실행될 수 있음이 또한 고려된다. 이러한 관점에서, 리시버가 벌크 물질로부터 컷팅될 수 있음이 특히 고려된다.

바람직한 구성은 개별적인 피스로서 펄스 히터를 구성하고 상기 펄스 히터를 현존하는 실린더계 기계장치에 부착시키는 것인데, 이러한 기계장치는 본 명세서에 설명된 본 발명의 개념에 따라 작동하도록 쉽게 개조될 수 있는 Monti Antonio^TM 및 Practix^TM과 같은 것이다. 다른 바람직한 구성은, 기계장치의 제어기 및 전력 시스템 내로 일체화되고 내부에 구성된 펄스 히터를 가지는 실린더계 기계장치를 만드는 것이다.

펄스 히터의 위치는 피니쉬된 제품의 필요에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 포지셔너들(82B 및 82A) 사이에 위치한 단일 펄스 히터를 갖는 것이 바람직하지만, 염료의 포화도 및 피니쉬를 조정하도록 벨트를 따라 임의의 위치에 펄스 히터가 위치될 수 있는 것이 고려된다. 프로세싱 장비에 따라, 벨트의 일 측부가 예열 중인 한, 펄스 히터는 캘린더 벨트 아래에 또는 캘린더 벨트 위에 위치될 수 있다.

도 6에서 도시된 것처럼 하나 또는 복수의 펄스 히터를 갖는 것이 또한 바람직하다. 포지셔너들(82B, 82A) 사이에서 벨트(80) 위에 위치한 펄스 히터(20)를 갖는 것 뿐만 아니라, 포지셔너들(82C, 82B) 사이에 추가적인 펄스 히터(22)가 쉽게 설치될 수 있다. 포지셔너들(82C, 82D) 사이에 펄스 히터가 위치할 수도 있다(미도시). 하나 또는 복수의 펄스 히터를 갖는 것은 리시버 상에서의 훌륭한 피니쉬를 위해, 그렇지 아니하다면 프로세스하기, 즉 카펫(carpet)하기 어려울 것인, 더욱 강한 열을 생성할 수 있다.

본 발명의 특허 대상의 핵심 양태는, 강하지만 짧은(brief) 열을 방출하도록 이동하는 캘린더 벨트로부터 이미 생성된 운동 에너지에 펄스 히터가 추가적인 에너지를 더하는 것이다. 이러한 벨트의 열 방출 및 드럼으로부터 생성된 추가적인 열의 조합은 샌드위치된 리시버가 회전식 가열 요소로 들어갈 때 더욱 포화된(saturated) 승화 프로세스에 대해 도우너 염료의 결합을 깨뜨릴 것이다. 리시버가 도우너의 다른 측부 상에 있기 때문에, 고온에 의해 손상되지 않는다. 제 2 도우너가 리시버가 있는 캘린더 벨트의 반대편 측부 상에 위치할 때, 펄스 히터는 또한 가열되고 제 2 도우너를 더 깊은 염료 분산 및 침투를 위해 포화되도록 준비시킨다. 따라서, 열을 펄스하기에 충분한 열은, 벨트의 작동 속도 및 벨트의 길이에 직접 비례하는 시간 길이 동안 캘린더 벨트의 두 측부에 인가될 것임이 고려된다. 이 속도는 리시버 및 도우너(들)의 특성에 의존하는 것이 바람직하다. 더욱 투과성이 있는 리시버에 대해 속도는 더 빠를 수 있고, 덜 투과성이 있거나 또는 두꺼운 리시버에 대해 더 느린 프로세스가 필요할 수 있다. 승화 프로세스의 나머지로 들어가기 이전에, 캘린더 벨트는 일반 승화 온도로 되돌아가도록 냉각된다. 임의의 주어진 측부 상의 승화 열은 바람직하게는 30 내지 120초, 보다 바람직하게는 40 내지 75초, 그리고 가장 바람직하게는 약 45초의 지속 시간 동안 제공된다. 승화 온도는 바람직하게 400℉이하, 보다 바람직하게는 600℉ 미만이다.

드럼(90)은 표면 주위로 균등한 일정한 열소스를 제공하고, 도우너로부터 임의의 승화된 염료를 리시버가 더 잘 흡수하는 것을 가능하게 하는 온도를 유지한다. 바람직하게, 드럼(90)은 뜨거운 히터 드럼이다. 그러나 드럼은 열이 인가될 수 있는 한 임의의 다른 유형의 가열 유닛일 수 있음이 고려된다. 다른 고려되는 예는 터널-형태의 가열 존, 가열된 실린더 또는 가열된 플레이트(철 또는 웜 프레스(warm press))에 의한 것을 포함한다.

도우너를 가열하기 위해 드럼에 의해 생성된 온도는 바람직하게는 적어도 250℉, 보다 바람직하게는 적어도 350℉, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 385℉이다. 도우너와 접촉하는 드럼 사이의 온도차는 캘린더 벨트(80)의 온도 보다 바람직하게는 450℉ 따뜻하고, 보다 바람직하게는 300℉ 따뜻하며, 더더욱 바람직하게는 200℉ 따뜻하고, 가장 바람직하게는 캘린더 벨트(80)보다 100℉ 따뜻하다. 이러한 온도차는 도우너의 유형에 따라 그리고 도우너 상의 염료 또는 다른 유형의 화학적 성분이 리시버에 부착되도록 어떻게 상변화 되는지에 따라 조정된다.

티슈(70)는 산업에서 이용되는 공지된 감김 티슈로부터 선택될 수 있다. 종래 기술과 반대로, 티슈는 현재의 실시예에서는 리시버(40) 및 대향 도우너(50 또는 60)를 완전히 통과하는 염료를 흡수하기 위해 이용되지 아니한다. 이는 불필요한데 왜냐하면 도우너 물질은 염료의 경로에 대해 거의 또는 완전히 불투과성이기 때문이다. 대신 티슈(70)는 본 발명의 실시예에서 과도한 착색제로부터 기계적 부품을 보호하는 작용을 한다.

제 1 및 제 2 도우너(50, 60)는 공지된 도우너 페이퍼 또는 산업에서 이용되는 다른 물질로부터 선택될 수 있다. 도우너 물질은 좌우로(from side to side) 실질적으로 염료에 대해 불투과성인 임의의 얇은 시이트일 수 있으나, 이는 염료가 일시적으로 유지될 수 있는 표면을 갖는다. 바람직하게, 도우너는 고체 형태로 염료를 유지시키는 물체인 것이 일반적인데, 상기 고체 형태의 염료는 특정량의 열이 도우너에 가해질 때 상 변화하여 리시버를 향해 이동한다. 바람직하게, 도우너는 더욱 안정적이고 불변의 색을 제공하는 고에너지 염료를 포함한다. 또한, "염료" 및 "염료들"이란 용어들은 잉크를 포함하며 실제로, 물질을 채색하기 위해 수용 물질로 전사될 수 있는 임의의 화학 조성물을 포함하는, 가능한 가장 넓은 관점에서 이용되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "염료" 및 "염료들"이란 용어는 온도 또는 다른 조건들에 따라 색을 변화시킬 수 있는 화학 조성물과 인가될 때 색이 없지만 습기 또는 고온에 노출될 때 색이 변하는 화학 조성물을 포함한다. 또한, "염료" 및 "염료들"이라는 용어는, 얼룩지고(stain), 염색되거나 또는 그렇지 아니하면 일단 염료가 온도 문턱값(threshold)을 넘어 가열될 때 리시버의 시각적 성질을 변화시키는, 임의의 온도 민감성 이형제(release agent)를 지칭한다. 바람직하게는, 고체 상태로부터 기체 상태로 염료 상이 변하지만, 염료는 특정한 실시예에서는 고체로부터 액체 상태로 상변화할 수 있다.

이러한 목적을 위해, 도우너(50, 60)는 고체 컬러(colors), 또는 적어도 비교적 큰 구역의 고체 및/또는 큰 반복 패턴으로 프린트될 수 있다. 특히, 도우너(55, 50)는 적어도 10cm², 50cm², 100cm², 200cm², 또는 400cm²의 연속 구역을 갖는 큰 반복 패턴 또는 고체로 프린트될 수 있는 것이 고려된다. 잉크 제트 및 다른 프린트된 도우너로 우세한 컬러 시프트(color shifts)를 피하기 위해, 고체 또는 단일 컬러를 포함한 패턴을 프린트할 때 도우너(50, 60)의 하나 또는 둘 모두를 잉크칠하도록(ink) 롤러 코우터(roller coater; 미도시)를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 도우너(50, 60) 둘 모두를 프린트함에 의해, 리시버는 양 측부 상에 고체의 동일한 컬러, 일 측부 상에는 고체의 하나의 컬러와 다른 측부 상의 고체의 다른 컬러, 일 측부 상의 고체와 다른 측부 상의 패턴 등을 갖도록 생성될 수 있다. 비록 이미지의 백-투-백(back-to-back) 가늠잡기가 여전히 다소 문제이긴 하지만, 양측부 모두에서의 프린팅 패턴이 또한 완전히 가능하다. 복잡한 패턴 및 심지어 사진 같은 또는 다른 이미지가 또한 제 3, 제 4 그리고 다른 컬러로 프린트될 수 있다. 실제로, 그림을 단순화하기 위해, 도 1은 모든 이러한 조합들을 포함한 것으로 일반적으로 해석되어야 한다.

리시버(40)는 승화 프린팅을 수용할 수 있는 임의의 물질일 수 있다. 이는 가장 바람직하게는, 고온 및 고압에서 염료를 흡수하는 폴리에스테르, 및 다른 합성 폴리머 또는 파이버를 포함하고, 현재의 바람직한 리시버 물질은 트루-합성(true-synthetics) 또는 비-셀룰로오스(non-cellulosics)(예를 들어 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 모드아크릴, 및 폴리올레핀), 혼합물 등을 포함한다. 또한, 리시버 물질은 천연 파이버(예를 들어 솜, 울, 실크, 리넨, 삼, 모시 및 주트), 반합성물 또는 셀룰로오스(예를 들어 비스코스 레이온(vicose rayon), 셀룰로오스 아세테이트)를 포함할 수 있지만, 현재 이용가능한 착색제는 이러한 파이버에 대해 매우 잘 "취해지지(take)" 않음이 고려된다. 또한, 피마이드(pymides) 라이크(like) Tyvek® 및 다른 것들과 같은 온도 리시버는 이러한 장치를 이용하는 승화에 대해 이용가능할 것임이 추가적으로 고려된다. 리시버는 가요성이거나 강성이거나, 블리치되거나(bleached) 또는 블리치되지 않으며, 하얗거나 또는 채색되고, 짜여져 있거나(woven) 또는 짜여져 있지 않으며, 떠져 있거나(knitted) 또는 떠져 있지 않으며, 또는 이러한 또는 다른 인자들의 조합일 수 있다. 따라서, 예를 들면 리시버는 일 측부 상에 짜여진 물질을 그리고 다른 측부 상에 짜여지지 않거나 또는 상이한 짜여진 물질을 포함할 수 있다. 무엇보다, 리시버는 의류, 배너(banners), 플래그(flag), 커튼 그리고 다른 벽 커버링(coverings) 그리고 심지어 카펫에 이용되는 직물 및 파이버를 포함하는 것으로 고려된다.

본 명세서에 개시된 방법 및 시스템의 장점은 거대하다. 무엇보다도, 캘린더 벨트를 예비 가열함에 의해, 승화 프로세스가 일반적으로 더욱 진보하게 되었다. 펄스 히터를 이용하는 것의 장점은 상이한 염료의 이용 및 큰 포화를 가능하게 한다는 점이다. 모든 승화 염료가 분산 가능하지만, 모든 분산된 염료가 승화될 수 있는 것은 아니다. "승화 염료"는 표준 승화 온도에서 리시버에 부착되도록 상변화하거나 또는 리시버를 파괴하거나 손상시키지 않도록 승화되는, 산업에서 일반적으로 이용되는 염료이다. 반대로, "고에너지 염료"는 표준 승화 온도보다 높은 온도 및 에너지를 필요로 하는 염료이고, 따라서 리시버를 파괴하거나 또는 손상시킬 수 있다. 따라서, 고에너지 염료는 과거에는 효과적으로 이용될 수 없었는데, 왜냐하면 이러한 리시버는 심하게 연소(burn), 용융 및 비-유연성(non-pliable) 물질로 변형될 것이기 때문이다. 본 발명의 특허 대상(subject matter)은 열 에너지를 변환하는 펄스 히터를 이용하고 이를 이용하여 고에너지 염료의 결합을 깨는 것이며, 열 에너지를 리시버로 전달하지 아니한 채로 상 변화를 생성함에 의해 분산된 측을 준비하는 것이다. 따라서, 승화 프로세스가 계속되기 때문에, 고에너지 염료는 리시버를 파괴할 수 있는 높은 온도를 만들지 않은 채로 리시버로 분산된다. 리시버는 높은 온도를 이용함에 의해 손상되지 않고, 따라서 고에너지 염료가 이용될 수 있다. 이는 리시버가 염료를 받을 준비가 되게 한다. 염료 및 프린트는 더욱 균일하게 그리고 일관되게 적용될 뿐만 아니라, 이들은 리시버 안으로 더 깊이 침투하여 블리딩(bleeding) 또는 얼룩(smudging)을 감소시킨다. 프린팅 및 염색 품질은 전체적으로 크게 향상된다.

또한, 펄스 히터는 다수의 이미지가 상당한 가늠잡기 문제 없이 동일한 리시버를 통해 진행하는 것을 가능하게 한다. 순간적인 상변화 단계로부터 점진적인 흡수 단계로 염색 프로세스를 두 파트로 분리함에 의해, 펄스 히터가 보다 효율적으로 리시버를 준비하기 때문에 상이한 이미지 또는 염료는 펄스 히터에 의해 서로 블리드 또는 간섭하지 않을 것이다. 결과적으로, 펄스 히터는 또한 염료 분산에 있어서 보다 균일하고 일관된, 이중-측부의 프린팅을 생성할 수 있다.

본 발명의 특허 대상의 다른 장점은 설치의 쉬움 및 편리함에 있다. 펄스 히터는 다양한 DDS 기계장치를 수용할 수 있다. 이는 현존하는 기계를 교체하고 비용을 증가시킬 필요가 없다는 점에서 유연성을 허용한다. 따라서, 품질이 향상됨에도, 전체적인 생산 비용은 증가될 필요가 없다.

본 발명의 개념으로부터 벗어나지 아니한 채로 이미 설명된 것 이외에 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 많은 개조가 가능하다. 또한, 명세서를 해석함에 있어서, 모든 용어들은 그 문맥에 맞게 가장 넓은 가능한 방식으로 해석되어야 한다. 특히, "포함한다" 및 "포함하는"이라는 용어는 배타적이지 않은 방식으로 성분, 구성요소, 또는 단계들을 지칭하는 것으로 해석되고, 지칭된 성분, 구성요소, 또는 단계들이 명시적으로 지칭되지 않는 다른 성분, 구성요소, 또는 단계들과 조합되거나, 이용되거나, 또는 존재할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (44)

1. 리시버의 양 측부들 상에 프린트하기 위한 장치로서,
   상변화 통로 및 열전달 통로를 통해 이동하는 열적 커패시터;
   상기 열전달 통로를 가열하는 히터;
   상기 상변화 통로 안으로 리시버의 제 1 측부 상에 제 1 도우너를 주입하는 도우너 제공기로서, 상기 제 1 도우너가 상기 리시버의 제 1 측부와 접하는, 도우너 제공기; 및
   상기 상변화 통로 내에서 상기 리시버의 제 2 측부 상에 제 2 도우너를 가열하는 드럼을 포함하며,
   상기 열적 커패시터가 벨트인,
   리시버의 양 측부들 상에 프린트하기 위한 장치.
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