KR101532795B1 - 복사경화가능한 겔잉크 이미지를 기판에 인쇄하는 방법 - Google Patents

복사경화가능한 겔잉크 이미지를 기판에 인쇄하는 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명의 기판에 인쇄하는 방법은, 이미지 데이터에 따라 기판의 주 표면에 잉크를 적용하는 단계, 복사 에너지를 실질적으로 전달하는 웨브를 기판의 주 표면에 적용하는 단계, 소정의 크기의 압력을 웨브 (web) 및 기판에 가하는 단계, 복사 에너지를 웨브 및 기판에 가하는 단계, 및 웨브 및 기판을 분리시키는 단계를 포함한다.

Description

복사경화가능한 겔잉크 이미지를 기판에 인쇄하는 방법{METHOD OF PRINTING A RADIATION-CURABLE GEL-INK IMAGE ON A SUBSTRATE}
본 개시물은 복사경화가능한 (radiation-curable) 잉크를 사용하는 인쇄에 관한 것이다.
종래의 인쇄 장치는 잉크를 인쇄 시트에 적용하기 위해서 이미지 수용기를 사용한다. 그러나, 상기와 같은 잉크가 인쇄 시트 또는 다른 기판에 직접 적용될 수 있는 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 시스템에 대한 한가지 과제는, 실질적인 용도에 있어서, 이러한 잉크가 상온에서 "마요네즈" 농도를 갖지만 분사시에 가열되어 낮은 점도의 액체로 변하기 쉽다는 것이다. 전형적인 잉크젯 인쇄 공정은 잉크가 액체가 될때까지 잉크를 가열하고 그 후 압전식 인쇄 헤드로부터 기판에 잉크 방울을 직접 분사한다. 분사된 잉크가 기판을 치면, 잉크는 상기 액체로부터 다시 더 큰 점성 농도의 액체로 변하여 흡수성 매체로의 잉크의 침투가 감소된다. 이 잉크가 UV 복사에 노출되면, 잉크의 광개시제 (photoinitiator) 가 UV 복사에 의해 충격을 받고 발생한 플럭스 (flux) 는 잉크에 존재하는 모노머를 가교결합된 폴리머 매트릭스로 변환시켜 종이에 매우 단단하고 내구성 있는 표시를 만들어 낸다.
그러나, 잉크를 UV 경화시키기 전에 잉크를 평평화시키는 것이 바람직하다. 이에 대한 이유는, 광택이 더 균일하고, 잘못 분사된 분사물이 가려질 수 있으며, 패키징과 같은 특정 용도는 비교적 일정한 두께의 얇은 층을 요구하기 때문이다. 이러한 잉크는 마요네즈 농도를 가지기 때문에, 잉크는 경화 전에 매우 작은 점착 강도를 갖는다. 또한, 잉크는 전형적으로 많은 재료에 대해 우수한 친화력을 갖도록 되어 있다. 이는 잉크의 층을 평평하게 하기 위한 종래의 방법이 실패하기 쉽다는 것을 의미하는데, 이는 잉크가 분열되어 제로그라피 (xerography) 에서 일반적으로 사용되는 전통적인 퓨져 롤 (fuser roll) 과 같은 잉크를 평평하게 하는 장치에 이미지의 많은 부분이 나중에 남기 때문이다. 본 설명은 이러한 문제를 해결하기 위한 방법을 제안한다.
일 양태에 따르면, 이미지 데이터에 따라 기판의 주 표면에 잉크를 적용하는 단계, 복사 에너지를 실질적으로 전달하는 웨브 (web) 를 기판의 주 표면에 적용하는 단계, 소정의 크기의 압력을 웨브 및 기판에 가하는 단계, 복사 에너지를 웨브 및 기판에 가하는 단계, 및 웨브 및 기판을 분리하는 단계를 포함하는 기판에 인쇄하는 방법이 제공된다.
도 1 은 인쇄 시스템의 개략적인 입면도이다. 이미지가 인쇄되는 것이 바람직한 종이 또는 다른 재료 등의 기판 (S) 이 롤 (10) 에서 풀린다. 기판 (S) 은, 공정 방향 (P) 을 통해, 기판 (S) 의 주 표면에 상이한 색 분리물을 도포하여 입력된 디지털 데이터에 따라 원하는 전체적인 색 이미지가 되게 하는 일련의 잉크젯 프린트헤드 (20) 로 안내된다 (도면에서, 기판 (S) 상의 잉크를 I 로 나타낸다). 프린트헤드 (20) 가 "종이로 향하는" 배치로 도시되어 있지만, 선택적인 실시예 (비도시) 에서 프린트헤드는 먼저 잉크를 드럼과 같은 중간 부재에 이미지에 따른 방식으로 (imagewise fashion) 보내고, 다시 완전한 색 이미지를 기판 (S) 에 전달할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 오프셋 (offset) 또는 플렉소그래픽 (flexographic) 과 같은 다른 기본 인쇄 기술이 잉크를 기판 (S) 에 도포하기 위해 또한 사용될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 잉크 (I) 는 자외선 (UV) 경화가능한 잉크를 포함한다. 이러한 잉크의 일례는 1 종 이상의 코모노머 및 겔화제 (gellant) 를 포함한다. 이러한 코모노머는 소정의 주파수의 복사에 노출될 때 중합되고 따라서 어떤 수의 종류의 표면에 결합된다. 실질적인 용도에서, 이러한 잉크는 상온에서 점성 특성을 갖지만, 이미지를 형성하기 위해 기판에 분사하기 위해 가열될 때 더욱 액체화된다.
공정 방향 (P) 을 따라 프린트헤드 (20) 의 하류에는, 잉크 (I) 를 소정의 온도로 만드는 가열기 (22) 가 배치된다. 이때 정확한 온도는 잉크 (I) 의 특정 조성 및 원하는 점도 또는 이하의 공정에서의 잉크의 다른 특성에 의존한다.
잉크 (I) 를 원하는 온도로 조정한 후에, 기판 (S) 의 잉크지지 표면에 웨브 (30) 가 적용된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 웨브 (30) 는 스풀로부터 풀린다. 웨브 (30) 와 기판 (S) 사이의 접촉 지점에서 또는 그 주위에서, 닙 (nip) 을 형성하는 2 개의 롤을 포함하는 분산기 (32) 가 소정의 크기의 압력을 웨브 (30) 및 기판 (S) 에 가하여, 잉크 (I) 가 웨브 (30) 와 기판 (S) 사이에 압착되게 한다.
웨브 (30) 는 특별한 물리적 특성을 갖는다. 웨브 (30) 는 잉크 (I) 에 대하여 저 표면 에너지의 소수성 (hydrophobic) 표면을 제공해야 한다. 실시예에 설명된 재료에 따라, 웨브 (30) 는 수유성 (oleophobic) 표면을 제공하는 것이 또한 바람직할 수도 잇다. 웨브는 복사 에너지 특히 이 실시예에서는 자외선 광을 전달해야 한다. 이 문헌의 출원시에, 웨브 (30) 를 위한 적절한 재료는 투명하고 얇은 Mylar® 또는 UV 전달 폴리이미드를 포함한다. 이런 목적을 위한 어떤 원하는 특성을 나타내는 다른 재료는 실내 선탠 (sun-tanning) 장비 용으로 시장에서 판매되고 있는 CYRO 인더스트리로부터의 ACRYLITE® OP-4 로서 가용한 UV-전달 아크릴릭 시트이다. 재료의 선택은 복수의 사용을 위한 물리적인 내구성 및 비용 등을 고려하여 달성된다.
웨브 (30) 가 분산기 (32) 에서 기판 (S) 에 강제되면, 잉크 (I) 는 UV 경화 구역 (34) 등에 의한 자외선 광 등의 복사 에너지의 적용에 의해 경화될 수 있다. 일 실시예에서, 경화 구역 (34) 은 UV 또는 다른 복사 에너지를 방출하기 위해 LED 어레이 또는 램프를 포함할 수 있다. 웨브 (30) 가 복사 에너지를 전달하기 때문에, 경화 구역 (34) 으로부터의 UV 또는 다른 복사 에너지는 기판 (S) 위의 잉크 (I) 를 경화시키기 위해 웨브 (30) 를 통해 지나간다. 대안적인 실시예에서, 분산기 (32) 및 경화 구역 (34) 의 기능은 하나의 장치에서 조합될 수 있다. 제 2 가열기 (36) 가 또한 경화 후에 필요할 경우 웨브 (30) 및 기판 (S) 의 온도를 조정할 수 있다.
또한, 공정 방향 (P) 을 따라, 웨브 (30) 는 분리 롤 (40) 에서 기판 (S) 으로부터 분리된다. 웨브 (30) 는 저 표면 에너지를 가지며 소수성 및/또는 수유성이기 때문에, 그리고 잉크 (I) 는 기판 (S) 의 표면에서 경화되었기 때문에, 웨브 (30) 의 기계적인 제거는 웨브 (30) 가 분리될 때 경화된 잉크 (I) 의 어떤 오프셋을 회피하는 것과 관련하여 매우 효율적으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제거된 웨브 (30) 는 테이크업 (take up) 스풀 (42) 로 보내지고, 기판 (S) 은 테이크업 스풀 (48) 에 모이지만, 웨브 (30) 는 분산기 (32) 에서 다시 기판 (S) 에 재적용되는데 적합한 연속적인 벨트의 형태일 수 있음을 생각할 수 있다. 어떤 경우에는, 분리 후에 웨브 (30) 를 세척하기 위한 세척 롤 (44) 과 어느 정도의 이형제를 웨브 (30) 에 적용하기 위한 "릴리스 리프레서 (release refresher)" (46) 가 제공될 수도 있고, 이는 웨브 (30) 가 재사용될 때 유용하다. 이와 관련하여 유용한 이형제의 예는 플루오로카본 플레이크 또는 입자의 분무 코팅, 또는 실리콘 오일의 얇은 층을 포함한다.
도 2 는 상기와 같은 분포기 (32) 의 일 실시예의 정면도이다. 본 실시예에 있어서 한가지 실질적인 관심사는 공정 동안 기판 (S) 및 웨브 (30) 가 서로 잘 맞춰져 있게 하여, 이미지 교란을 일으키는 기판 (S) 과 웨브 (30) 사이의 상대 적인 운동이 없게 하는 능력이다. 분산기 (32) 의 롤 (50, 52) 이 도시된 바와 같이 윤곽이 형성되어 있어 웨브/기판 "샌드위치" 에 곡률이 형성되면, 샌드위치의 증가된 강도가 기판 (S) 과 웨브 (30) 사이의 상대 운동 경향을 감소시킬 것이다 (여기서, "윤곽이 형성되어" 는 간단히 하나의 롤이 간단한 원통형 형상과 다른 형상을 갖는다는 것을 의미한다). 나타낸 실시예에서, 웨브측 롤 (50) 은 볼록한 윤곽을 갖고 기판측 롤 (52) 은 오목한 윤곽을 갖지만, 롤의 특정 형상이 주어진 실행에 적용될 수 있다. 어느 한 쪽의 롤의 효과적인 형상은 다른 롤에 대한 한 롤의 상대적인 경도에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 윤곽의 롤이 도시된 바와 같은 분산기 (32) 또는 기판 (S) 과 웨브 (30) 가 서로 접촉하고 있는 어떤 롤러 쌍에 채용될 수 있다
또한, 롤의 윤곽 형성에 관계없이, 기판 (S) 및 웨브 (30) 가 도 2 에 도시된 바와 같이 상이한 폭을 가지면, 샌드위치가 롤러 쌍을 통과할 때 기판 (S) 및 웨브 (30) 중 적어도 하나와 함께 정의 견인력이 유지될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 분산기 (32) 또는 어떤 롤러 쌍은 롤 쌍 대신에 롤 또는 벨트형 진공 운반 시스템을 포함할 수 있다. 나타낸 실시예는 수직분사식 프린트헤드 및 수평 기판 경로를 보여주지만, 장치는 수평분사식 프린트헤드 및 수직 기판 경로로 배치될 수도 있거나, 또는 장치의 활동부는 큰 드럼의 주위의 부분을 따라 배치될 수 있다.
도 1 은 실시예에 따른, 더 큰 인쇄 장치에서 볼 수 있는, 고정 장치의 개략적인 입면도이다.
도 2 는 실시예에서 사용되는 분산기의 일 실시예의 정면도이다.

Claims (20)

  1. 잉크 젯 인쇄에 적합한 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법으로서:
    이미지 데이터에 상응하는 상기 기판 상에 비경화된 잉크 이미지를 형성하도록 상기 이미지 데이터에 따라 상기 기판의 주 표면 상에 직접 상기 상 변화 잉크를 도포하는 단계;
    웨브를 상기 기판의 상기 주 표면에 적용하는 단계로서, 상기 웨브는 복사 에너지를 전달하고, 상기 웨브는 잉크 접촉 표면을 포함하고, 상기 잉크 접촉 표면은 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크에 대해 저 표면 에너지 접촉 표면을 규정하는, 상기 적용하는 단계;
    상기 비경화된 잉크 이미지의 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 평평화시키도록 상기 웨브 및 상기 기판에 사전 결정된 규모의 압력을 가하는 단계;
    사전 결정된 규모의 상기 압력을 가하는 단계 후에, 상기 기판 상에 평평화되고 비경화된 잉크 이미지를 경화시키도록 상기 웨브 및 상기 기판에 복사 에너지를 가하는 단계; 및
    상기 웨브 및 상기 기판를 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크는 상기 분리하는 단계 중에 상기 웨브에 대해 오프셋되는 것이 방지되고,
    상기 압력을 가하는 단계는 분산기에 의해 수행되고,
    상기 분산기는 두 개의 롤을 포함하고, 상기 기판 및 상기 웨브는 상기 두 개의 롤 사이에 형성된 닙을 통과하고, 상기 기판과 상기 웨브가 닙을 통과할 때 상기 롤의 축을 따르는 곡률을 가지도록, 상기 두 개의 롤 중 하나는 오목한 형상을 가지고, 상기 두 개의 롤 중 다른 하나는 볼록한 형상을 가지는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 도포하는 단계에 이어, 상기 웨브를 적용하는 단계 전에 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사전 결정된 온도로 되게하는 단계를 추가로 포함하는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨브의 상기 잉크 접촉 표면은 소수성인, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨브는 폴리이미드 또는 아크릴 중 적어도 하나를 포함하는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    복사 에너지를 가하는 단계에 후속하여, 상기 웨브 및 상기 기판의 온도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤들 중 적어도 하나는 상기 웨브와 상기 기판 사이의 상대적인 이동을 최소화하여 상기 잉크 이미지의 교란을 최소화하도록 윤곽이 형성되는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 웨브는 상이한 폭들을 갖는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크는 프린트 헤드들로 상기 기판의 상기 주 표면에 직접 도포되는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크는 UV-경화 가능하고 하나 이상의 코모노머들 및 겔화제를 포함하는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이미지는 풀 칼러 (full-color) 디지털 이미지인, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사 에너지는 상기 압력이 상기 웨브 및 상기 기판에 가해지는 곳으로부터 하류의 위치에서 상기 웨브 및 상기 기판에 가해지고;
    상기 웨브 및 상기 기판은 상기 복사 에너지가 상기 웨브 및 상기 기판에 가해지는 위치로부터 하류의 위치에서 분리되는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨브 및 상기 기판에 사전 결정된 규모의 압력을 가하는 단계 후에 상기 복사 에너지는 상기 분산기의 상기 닙으로부터 하류에서 상기 웨브 및 상기 기판에 가해지는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨브 및 상기 기판은 상기 분산기의 상기 닙으로부터 하류에서 분리되는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사 에너지는 상기 분산기의 상기 닙으로부터 하류의 경화 스테이션에 의해 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 경화시도록 상기 웨브 및 상기 기판에 가해지고,
    상기 웨브 및 상기 기판은 상기 웨브에 복사 에너지를 가하는 단계 이후에 상기 경화 스테이션으로부터 하류에서 분리되는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크는 UV-경화 가능하고 하나 이상의 코모노머들 및 겔화제를 포함하고;
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크는 프린트 헤드들로 상기 기판의 상기 주 표면에 직접 도포되는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 웨브 및 상기 기판을 분리하는 상기 단계는:
    상기 웨브 및 상기 기판이 분리 롤들에 의해 분리되는 것을 추가로 포함하는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리하는 단계는:
    상기 복사 에너지를 가하는 단계 이후에 상기 기판으로부터 상기 웨브를 제거하는 것; 그리고,
    상기 기판으로부터 상기 웨브를 제거한 후에 업테이크 스풀 (uptake spool) 에 의해 상기 웨브를 업테이크하는 것으로서, 상기 웨브는 상기 분리하는 단계 전에 상기 잉크에 대해 저 표면 에너지의 소수성 표면을 규정하는, 상기 업테이크하는 것을 추가로 포함하는, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    웨브의 상기 잉크 접촉 표면은 수유성 (oleophobic) 인, 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 사용하여 기판 상에 인쇄하는 방법.
  20. 잉크의 균일한 층을 제조하기 위한 복사 경화 가능한 상 변화 잉크의 평평화 방법으로서:
    프린트 헤드로부터 기판 상에 직접 잉크를 디포짓 (deposit) 하는 단계;
    웨브와 상기 잉크를 접촉시키는 단계로서, 상기 웨브는 상기 잉크에 대해 저 표면 에너지 표면을 제공하도록 형성되는, 상기 접촉시키는 단계;
    정착 (fusing) 닙에서 상기 웨브와 상기 기판 사이의 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 압착함으로써 상기 잉크를 평평화하는 단계로서, 상기 정착 닙은 정착 부재를 포함하고, 상기 평평화하는 단계는 상기 잉크를 압착하도록 상기 웨브에 대해 압력을 가하는 것을 포함하는, 상기 평평화하는 단계;
    상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크가 상기 정착 닙으로 진입한 후 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크를 경화시키도록 상기 잉크를 조사하는 단계; 및
    상기 정착 닙으로부터 하류의 위치에서 상기 잉크로부터 상기 웨브를 분리하는 단계로서, 상기 분리하는 단계는 상기 잉크가 상기 정착 닙을 나간 후 상기 잉크로부터 상기 웨브를 제거하는 것을 포함하여서, 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크는 상기 웨브 및 상기 정착 부재에 접착하는 것이 방지되고, 평평화되고 조사된 상기 복사 경화 가능한 상 변화 잉크에 의해 형성된 잉크 이미지는 오프셋되지 않는, 상기 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 압력을 가하는 단계는 분산기에 의해 수행되고,
    상기 분산기는 두 개의 롤을 포함하고, 상기 기판 및 상기 웨브는 상기 두 개의 롤 사이에 형성된 닙을 통과하고, 상기 기판과 상기 웨브가 닙을 통과할 때 상기 롤의 축을 따르는 곡률을 가지도록, 상기 두 개의 롤 중 하나는 오목한 형상을 가지고, 상기 두 개의 롤 중 다른 하나는 볼록한 형상을 가지는, 잉크의 균일한 층을 제조하기 위한 복사 경화 가능한 상 변화 잉크의 평평화 방법.
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