KR20060023953A - 잉크 젯용 수리층 형성 방법 및 장치, 및 잉크 젯용수리층을 형성한 디스크 - Google Patents

잉크 젯용 수리층 형성 방법 및 장치, 및 잉크 젯용수리층을 형성한 디스크 Download PDF

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KR20060023953A
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쇼에이 에비사와
마사아키 마쓰모토
노리오 쓰네마쓰
히로유키 후지이
노부유키 요코타
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다이니혼 잉키 가가쿠 고교 가부시키가이샤
아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

디스크 기판(4) 상에 잉크 젯 인쇄용 수리층(5)이 형성된 도포 영역의 내외주측 경계부에 홈(6a, 6b)을 형성한다. 홈(6a, 6b)은 단면으로 거의 V자 형태로 형성되며, 홈의 깊이는 홈 사이의 중앙 영역(6c)의 도막 두께와 동일하거나 더 크게 형성된다. 공급 수단(25)인 복수의 노즐(27a∼27h)을 홈(6a, 6b) 사이의 중앙 영역에 반경 방향으로 배열하고, 소정의 막 두께의 도막을 형성하기 위하여 단위 면적당 거의 일정량의 도포액을 공급한다. 도포된 각 도포액은 레벨링에 의해서 서로 평탄화된다. 건조시에 홈(6a, 6b) 내의 도막은 중앙 영역(6c)의 도막보다 빨리 건조되지 않고, 거의 동시에 건조 및 수축되므로, 중앙 영역 전체에 있어서 일정한 두께의 수리층(5)을 형성할 수 있다.
광 디스크, 콤팩트 디스크, 잉크 젯, 인쇄, 화질, 화상

Description

잉크 젯용 수리층 형성 방법 및 장치, 및 잉크 젯용 수리층을 형성한 디스크{INK JET-USE RECEPTIVE LAYER FORMING METHOD AND DEVICE, AND DISK FORMED WITH INK JET-USE RECEPTIVE LAYER}
본 발명은, 잉크 젯(ink jet) 프린터로부터 공급된 잉크를 수용하는 수리층(受理層; 이하, 잉크 젯용 수리층이라 칭함)을 형성하는 수리층 형성 방법 및 장치, 및 잉크 젯용 수리층을 형성한 디스크에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 물, 각종 알코올 등을 용매로 하는 도포액을 평판형의 디스크 표면에 도포하여 도막을 형성한 후에 건조시킴으로써, 디스크의 표면에 상기 도막을 수리층으로서 형성하는 잉크 젯용 수리층 형성 방법 및 장치, 및 잉크 젯용 수리층을 형성한 디스크에 관한 것이다.
본원은 2003년 5월 30일에 출원된 특허 출원 2003-155599호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래에, 광디스크로서 CD나 DVD 등이 알려져 있고, 이들 광디스크는 폴리카보네이트(polycarbonate)제의 디스크 기판의 한쪽 면에 정보 기록층을 형성하고, 그 위에 보호층을 형성한 구성으로 되어 있다. CD에 있어서는 보호층을 개재시키고 정보 기록층과 대향하는 보호층 위에, DVD에 있어서는 디스크 기판을 개재시키고 정보 기록층과 대향하는 기판 위에 각각 원형의 라벨이 장착되어 CD나 DVD 등에 관한 사진, 그림, 타이틀 등 각종 정보가 인쇄되어 있다.
종래에는 라벨로서, 예를 들면 보호층 위에 오프셋 인쇄 등으로 정보를 기록한 종이를 붙이거나 또는 직접 디스크 상에 원형으로 오프셋 인쇄나 스크린 인쇄를 했다. 이들 라벨의 형성 방법은, 대량으로 오프셋 인쇄한 용지 등의 라벨을 디스크에 부착하거나, 또는 디스크에 직접 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄 등의 인쇄 방법으로 인쇄해 왔다.
그런데, 최근, CD 등의 광디스크에 있어서는, 수백 장에서 수천 장의 단위로 생산하는 다품종 소량 생산의 수요가 늘어나는 추세이다. 이들 소량의 CD 등의 라벨에 전술한 오프셋 인쇄 등으로 정보를 기록하는 것은, 편집, 제판, 색조 조절 등의 전처리를 필요로 하기 때문에 비용이 현저하게 높아져서, 적합하지 않았다. 이와 같이 소량 생산하는 광디스크의 경우, PC 등으로 처리한 디지털 화상을 편집, 제판, 색조 조절 등을 행하지 않고, 직접 잉크 젯 인쇄 등으로 광디스크 표면의 수리층 상에 인쇄하는, 온-디멘드(on-demand) 인쇄 또는 디지털 인쇄를 하고 있다.
온-디멘드 인쇄나 디지털 인쇄를 할 경우, 잉크 젯 인쇄된 화상의 품질은 수리층의 품질 성능에 따라서 결정되므로, 사진 화질과 동일한 수준의 선명한 화상을 얻기 위해 광디스크 상의 잉크 젯용 수리층의 개발이 진행되고 있다.
예를 들면, 일본 특개 평9-245380호의 공보에 기재된, 수리층을 형성한 기록 디스크에서는, 광디스크의 표면에 UV 경화성 모노머나 UV 경화성 올리고머와 수용성·친수성 수지인 폴리비닐알코올을 함유한 코팅 잉크를 도포하여 자외선 경화시켜 수리층을 형성한다.
한편, 일본 특개 평2-276670호의 공보 또는 일본 특개 평6-270530호의 공보에는, 기록 시트용의 수리층으로서 실리카나 알루미나 졸 등을 함유하는 도포액을 사용하여 도포한 무기 다공질 잉크 수리층을 채용하고 있다. 예를 들면, 안료와 바인더를 주성분으로 하는 수계 도포액(이하, 단지 수계 도포액이라 칭함)을 피 도포재 상에 도포하여 도막을 형성함으로써 다공질 잉크 수리층을 제조하면, 이 수리층에 잉크 젯 프린터로 잉크 젯 인쇄했을 경우, 사진 화질과 동일한 선명한 화상을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 알루미나 졸 등을 포함하는 수계 도포액은, 고형분 비율이 낮고, 점도가 낮은 특징이 있어서, 용제 비흡수성 시트 상에, 커튼 코터(curtain coater), 와이어 바 코터(wire bar coater), 리버스 코터(reverse coater) 등과 같은 각종 도포 수단을 사용하여, 두껍게 도막을 형성하고, 상기 도막을 자연 건조시키거나, 온풍 건조시켜서 다공질 잉크 수리층을 얻을 수 있다.
그러나, 상기 일본 특개 평9-245380호 공보의 경우, UV 경화성 수지에 의해 형성한 수리층은 잉크 수용 능력이 충분하지 않고, 잉크 젯 프린터 등에 의한 인쇄시에 번지기 쉽다. 그러므로 수리층 상에서의 인쇄 화상의 해상도가 낮고, 특히 사진 화상 등을 인쇄하는 경우, 선명한 화상을 얻을 수 없는 결점이 있다.
대조적으로, 일본 특개 평2-276670호 또는 일본 특개 평6-270530호 공보에 기재된 다공질 잉크 수리층에서는, 잉크 수용 능력이 높고, 사진 화질과 동일한 선명한 화상을 얻을 수 있다. 그러나, 일본 특개 평2-276670호나 일본 특개 평6-270530호 공보에 기재된 다공질 잉크 수리층을 형성하기 위한 수계 도포액은, 원반형이나 시트형의 피도포물에 대해서는 상기 각종의 도포 수단을 사용하여 수리층을 형성하는 것이 가능하지만, 이들 도포 수단은 광디스크 표면과 같이 원환형의 도포 영역에 균일한 도막을 형성하기에는 적합하지 않다.
또한, 도포시의 고형분 비율이 20% 정도이므로, 점도가 너무 낮아서, 종래의 광디스크 등에 이용되는 스크린 인쇄나 스핀 코트 방법으로는, 디스크 표면에 도막을 평활하게 형성하기 어렵다는 결점이 있다.
디스크 상에 도막을 형성하기 위한 그 외의 도포 방법으로서, 일본 특개 평9-192674호 공보에는, 디스크와 상대 운동하는 잉크 젯 헤드를 사용하여, 상기 디스크 상에 도포액을 공급하여 도막을 형성함으로써, 디스크의 회전에 의해 레벨링하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 단일 노즐로 도포하므로 생산 효율이 나쁘고, 또한 도포하는 데에 시간이 걸리므로, 도포액의 유동성이 없어지기 쉬워서 효과적으로 레벨링할 수 없다. 무리하게 도포 시간을 단축시키기 위해서는 디스크의 회전 속도를 올려야 하는데, 이 경우에는, 도포액이 원심력 때문에 이동하므로 막 두께의 균일성이 손상된다.
그 밖의 도포 방법으로서, 일본 특개 2003-245591호의 공보에는, 직선상으로 배열한 복수의 노즐을, 직선을 따라 이동시키면서 실리콘 웨이퍼 상에 포토레지스트 액을 공급하고, 처리막을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 단지 배열한 노즐을 직선을 따라 이동시키고, 동일한 양의 도포액을 공급하는 방법으로는, 도포액의 공급 속도를 제어하더라도, 원환형의 피 도포물에 균일한 도막을 형성시키지 못하고, 또한 효율적으로 도포할 수 없다.
또한, 일본 특개 2001-179162호의 공보에는, 디스크 상의 원환형의 도포 영역에, 상기 영역의 반경 방향으로 배열한 노즐로 디스크에 도포액을 공급한 후 디스크를 고속 회전시켜, 디스크 상에 균일한 피막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 본 인용 문헌에 기재되어 있는 방법은 스핀 코트를 전제로 한 것으로서, 도막의 점도에 제약을 받으며, 피막의 두께가 반경 방향으로 경사를 가지는 종래의 스핀 코트의 단점을 개선한 것은 아니다.
특히, 상기한 각종의 도포 방법에서는, 만일 도포액을 디스크에 균일한 막 두께로 도포할 수 있다고 해도, 아래와 같은 문제를 개선할 수 없었다.
즉, 예를 들면 도 20A에 나타낸 바와 같이, 광디스크의 기판(101)의 소수성의 표면(102) 위에, 수계 도포액을 위에서 볼 때 대략 링형으로 도포하면, 도막(103A)의 중앙 영역(103a)에 대해서 직경 방향 양단에 위치하는 내주측 영역(103b)과 외주측 영역(103c)에 있어서, 도포액이 표면 장력에 의해 거의 원호형을 이루어 두께가 점차 얇아져서 표면(102)에 접촉하는 형상 특성을 가진다. 특히 도포액이 레벨링성이 양호한 낮은 점도의 도포액일 경우 이러한 경향이 현저하다. 또한, 이러한 도막(103A)을 건조하면, 중앙 영역(103a)보다 내주측 및 외주측 영역(103b, 103c)의 건조가 먼저 진행된다. 이 경우, 외기에 접하는 양 영역(103b, 103c)의 표면의 건조 및 고체화가 내부보다 먼저 진행되므로, 건조 및 수축하는 양 영역 (103b, 103c)의 표면보다 점도가 낮은 내부의 도포액이 표면 장력 때문에 중앙 영역(103a) 방향으로 유동하는 현상이 일어나서, 양 영역(103b, 103c)의 막 두께가 더욱 작아진다.
그러므로, 도 20B에 나타낸 바와 같이, 건조 및 고체화되어 형성된 수리층(104)은, 직경 방향 양단의 내주측 및 외주측 영역(104b, 104c)의 막 두께가 중앙 영역(104a)에 비하여 작고, 내주측 및 외주측 영역(104b, 104c)에서는 중앙 영역(104a) 쪽으로 가면서 막 두께가 서서히 커져서, 긴 경사면 형태의 막이 되어, 균일한 막 두께를 얻을 수 없는 결점이 있었다.
이 경우, 수리층(104)의 내주측 및 외주측 영역(104b, 104c)의 막 두께가 작아지므로, 잉크 수용 능력이 작아져서, 인쇄시에 잉크 수용 능력을 초과하여 공급되기 쉽고, 잉크가 흘러 넘쳐 번지게 되어, 선명한 인쇄 화상을 얻을 수 없는 결점이 있다.
본 발명은, 이와 같은 상황을 감안하여, 더욱 균일한 막 두께와 평탄한 표면 형상을 가지는, 잉크 수리 능력이 뛰어난 수리층을 형성할 수 있는 잉크 젯용 수리층 형성 방법 및 장치와, 이 수리층을 형성한 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 젯용 수리층 형성 방법은, 배열된 복수의 노즐을 사용하여 디스크 상의 도포 영역에 도포액을 도포하여 도막을 형성하고, 상기 도막을 건조시켜 수리층을 형성하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법으로서, 도포 영역과 비도포 영역의 경계에 도포액을 구분하는 구분부를 형성하고, 복수의 각 노즐은, 상기 구분부로 구분된 도포 영역의 각 공급 위치에, 단위 면적당 일정량의 도포액을 공급하고, 인접하는 도포액을 레벨링에 의해 평탄화해서, 도포 영역 전체에 걸쳐 일정한 막 두께의 수리층을 형성한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잉크 젯용 수리층의 제조 장치는, 도포 영역과 비도포 영역의 경계에 구분부를 형성하는 구분부 형성 수단과, 구분부로 구분된 도포 영역에 소정의 막 두께의 도막을 형성하기 위하여, 단위 면적당 대략 일정량의 도포액 만을 복수의 노즐에 의해 공급하는 공급 수단을 구비하고 있어, 공급 수단의 각 노즐로부터 도포 영역에 도포액을 공급함으로써, 인접하는 도포액은 레벨링에 의해 평탄화되어 도포 영역 전체에 걸쳐 일정한 막 두께의 수리층을 형성한다.
본 발명의 상기 실시예에 의하면, 구분부로 구분된 도포 영역 내에 도포된 도막은 구분부에 의해 그 경계부 근처까지 평탄하고 균일한 막 두께로 형성되고, 또한 도포액이 도포 영역 밖으로 나가는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 구분부에 의해 도포 영역의 경계부까지 도포액이 충분히 널리 퍼지기 때문에, 건조시에 도막의 경계부의 건조가 먼저 진행되는 것을 억제하고, 경계부의 도포액이 유동해서 막 두께의 변동을 초래하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도포액을 도포하는 경우에, 복수의 노즐에 의해 공급되는 도포액은, 구분부 내의 도포 영역에 미리 결정된 막 두께의 도막을 형성하는 데에 필요한 양 만이, 탑재되어서 균등하게 도포되므로, 각 노즐로 공급되는 도포액은 서로의 레벨링 작용에 의해서 평탄화되어 균일한 막 두께의 도막을 형성할 수 있다. 본 발명은 도포액을 회전 전연(展延)시키지 않으므로, 비록 낮은 점도의 도포액이라도 상기 도포액을 외부로 비산되어 낭비되지 않고 균일하고, 효율적으로 도포하는 것이 가능하다.
또한, 복수의 노즐로 동시에 액상의 도포액을 도포하므로, 단일 노즐로 도포하는 경우보다 짧은 시간에 도막을 형성할 수 있고, 도포 과정이나 건조 과정에서 먼저 도포한 도막의 일부가 자연 건조하기 시작해서 주름이나 금의 원인이 되지 않는다.
본 발명에서는, 구분부로서 홈을 사용하고, 홈과 홈으로 둘러싸인 영역에 도포액을 도포하는 것이 바람직하고, 홈 내에 도포되는 도포액에 의해 도막의 경계부가 먼저 건조되는 것이 억제되고, 건조 공정에서의 도포액의 유동이 억제된다. 이를 위해서는, 홈의 깊이의 최대값이, 홈으로 둘러싸인 도포 영역에 있어서의 도막의 막 두께와 동일하거나, 그 이상으로 형성되고, 경계부에 충분한 도포액이 존재하는 것이 바람직하지만, 적어도 홈 부분의 도막의 막 두께, 즉 홈 내에 도포된 도포액의 도막 표면으로부터의 깊이의 최대값이, 홈으로 둘러싸인 도포 영역의 도막의 막 두께와 동일하거나 그 이상이면 된다. 또는, 구분부는 볼록한 부분으로 형성해도 되고, 바람직하게는 자외선 경화성 조성물을 볼록한 형상으로 도포한 후에 자외선을 조사하여 경화해서 형성한 것이라도 된다. 홈이나 볼록한 부분에 의해 도포액의 도포 영역에 있는 수리층 형성 영역을 명확하게 규정할 수 있다.
수리층 형성 영역 내에 단위 면적당 충분하고 일정한 양의 도포액을 공급하기 위해서는, 복수의 노즐이 디스크의 반경 방향으로 배열되어 복수의 노즐과 디스크를 상대 회전시키면서, 도포 영역에 도포액을 도포하는 것이 바람직하다. 이 경우, 외주 측의 노즐의 주속도가 내주 측보다 크므로, 단위 시간당 공급되는 도포액의 양이 반경 방향 외측으로 향할수록 커지도록 설정되는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 각각의 노즐의 공급 압력을 조정해도 되지만, 공급 압력은 일정하게 유지한 채로, 공급 구의 면적을 반경 방향 외측으로 향할수록 증대시키는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 복수의 노즐로부터 공급되는 도포액이, 공급 탱크 내에서 안정적인 압력으로 동일한 공급원으로부터 공급되는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 공급량의 변동을 극히 낮게 억제하는 것이 가능하며 동시에, 도포액의 압력이 일정하게 된다. 그리고 복수의 노즐을 고정하여, 디스크를 중심축의 주위로 회전시켜 도포할 때는, 도포액이 원심력으로 유동하지 않는 정도의 낮은 속도로 회전시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 원심력을 사용하여 도포액의 레벨링을 행하지 않으므로 스핀 코터를 사용하는 경우처럼 디스크의 외주 측 부분에 도포액이 편재하는 막 두께 불균일의 원인이 되지 않는다.
복수의 노즐에 의한 도포액 공급시에 있어서의 단위 시간당의 공급량은, 도포 압력과 노즐의 구경에 따라 설정할 수 있고, 노즐의 구경은 동일하더라도, 노즐의 배열 밀도를 조정하여 설정할 수도 있다. 또한, 전체적인 도포량의 조정은, 노즐과 디스크의 상대 이동 속도를 변화시켜서 조정할 수도 있다.
노즐의 직경이 작으면, 면적당 도포량을 더욱 정밀하게 설정할 수 있지만, 노즐의 직경이 너무 작으면, 도포 효율이 저하되기 쉬우므로, 도포액의 점도, 도포액의 공급 압력과 병행하여 최적 범위를 설정할 필요가 있다.
노즐의 배열 개수는, 필요한 막 두께로부터 설정된 노즐 직경과 도포액 공급량에 있어서, 도포 직후에 인접한 노즐로부터 공급되는 도포액이 서로 레벨링 가능하면, 특히 한정되지 않지만, 원환형의 도포 영역의 대략 반경 방향 전체 길이폭에 걸쳐서, 인접한 노즐이 서로 접한 상태로 배열하는 것이, 도포액 공급 후의 합류가 용이하며, 레벨링도 용이하다.
예를 들면, 100∼500μm 정도의 도포 막 두께로부터, 건조 막 두께 20∼100μm 정도의 수리층을 형성하는 경우는, 0.5∼5mm 정도의 구경의 노즐을 적당히 선택하여 사용할 수 있다.
도막 형성 수단으로서, 대략 반경 방향 폭의 전체 길이에 배치된 노즐 열은, 일렬이어도 되지만, 상기 노즐 열과 각도를 이루는 반경 방향으로 또 다른 복수의 노즐열을 가지고 있어도 되고, 디스크의 중심부에서 반경 방향 외측으로 방사상으로 배열한 복수의 노즐열을 가지고 있어도 된다.
복수의 노즐을 배치한 도포 방법의 다른 예로서, 복수의 노즐을 도포 영역의 전체 면에 대향하여 배열하고, 복수의 노즐과 디스크를 상대 회전시키지 않고 도포하도록 배열해도 된다. 이 경우, 노즐은 예를 들면 벌집 형태로 다수 배열되어 있으므로, 노즐과 피 도포면의 양쪽을 정지 상태에서 대향시켜, 도포액을 각 노즐로부터 공급하여 레벨링 뒤에 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있으며, 노즐과 피 도포면의 어느 것도 이동시키지 않으므로, 높은 정밀도의 수리층을 용이하게 또한 단시간에 형성할 수 있다.
구분부 형성 수단으로서는, 도포 영역의 경계부에 홈을 형성하는 절삭 수단이나, 볼록한 부분을 형성하는 볼록한 부분 형성 수단을 사용할 수 있다. 또는, 디스크의 제작시에 홈이나 볼록한 부분 등으로 이루어지는 구분부를 함께 형성해도 된다.
본 발명에 의한 방법이나 장치로 제조되는 디스크는, 도포 영역의 경계부에, 예를 들면 홈으로 이루어지는 구분부가 형성되고, 상기 구분부로 구분된 영역에 수리층을 형성하여 이루어진다.
본 발명의 제조 방법은, 낮은 점도의 도포액을 폭넓게 사용할 수 있고, 특히 레벨링은 용이하지만, 스크린 인쇄에 적절하지 않은 낮은 점도의 도포액을 사용하여, 균일한 도막을 형성할 때 바람직하게 사용할 수 있다. 도포액의 점도는 노즐로부터의 안정적인 공급과 레벨링의 용이함을 고려하여 적당히 설정할 수 있지만, 10∼600mPa·s의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 20∼100mPa·s로 하는 것이 더욱 바람직하고, 25∼75mPa·s가 가장 바람직하다. 또한, 도포액에는 실리콘 등의 첨가제를 첨가함으로써 레벨링성을 향상시켜도 된다.
본 발명에 사용하는 도포액은, 고형분의 비율이 25질량% 이하가 바람직하고, 또한 20% 정도의 도포액이 더욱 바람직하다. 또한, 수리층 상의 화상 형성에는, 현재 잉크 젯 기록 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 잉크 젯용 수성 잉크를 사용하는 것이 바람직하고, 도포액은 수성 도포액인 것이 바람직하다.
수계 도포액으로서는, 예를 들면 안료와 바인더 수지를 함유한 다공질의 잉크 수리층을 형성하는 수계 도포액이나, 친수성 고분자를 함유한 팽윤형의 잉크 수리층을 형성하는 수계 도포액을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서 친수성 고분자란, 분자 내에 친수성 작용기를 가지고, 물에 용해된 상태, 또는 자기 유화된 상태, 또는 유화제의 첨가로 분산된 상태의 고분자 물질을 의미한다. 친수성 고분자로서는 수용성 고분자를 사용해도 된다.
안료, 바인더 수지, 친수성 고분자 및 수용성 고분자의 재질은 특별히 한정되지 않고, 공지의 무기 안료, 유기 안료 또는 공지의 도포제용 바인더 수지, 친수성 고분자, 수용성 고분자를 널리 사용할 수 있다. 또한 안료가 무기 안료이고, 바인더 수지가 수용성 수지일 때에 본 발명의 효과가 극히 양호하게 발휘된다. 팽윤형의 잉크 수리층에 있어서는 수리층 자체가 잉크를 흡수하고, 스스로 팽창 또는 용해되어 잉크를 수리층 내에 흡착한다. 한편, 다공질형 잉크 수리층은 안료 미립자 사이의 공극에 잉크를 수용하지만, 잉크의 수용 능력의 측면에서 다공질형 잉크 수리층이 바람직하다.
다공질형 잉크 수리층은 주로 안료와 바인더로 이루어지고, 안료로서는, 알루미나뿐만 아니라, 실리카, 뵈마이트(boehmite), 합성 미립자 실리카, 합성 미립자 알루미나 실리케이트, 기상법 합성 실리카, 실리카 알루미나 복합 입자, 제올라이트, 몬트모릴로나이트(montmorillonite)군 광물, 바이델라이트(beidellite)군 광물, 사포나이트(saponite)군 광물, 헥토라이트(hectorite)군 광물, 스티븐사이트(stevensite)군 광물, 하이드로탈사이트(hydrotalcite)군 광물, 스멕타이트(smectite)군 광물, 벤토나이트군 광물, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼슘, 황산바륨, 산화티타늄, 산화아연, 탄산아연, 규산알루미늄, 규산칼슘, 규산마그네슘, 카올린, 탈크, 알루미나 수화물, 플라스틱 안료, 요소 수지 안료, 셀룰로오스 입자, 전분 입자 등을 들 수 있으며, 이 중에서도, 실리카, 알루미나, 실리카 알루미나 복합 입자, 뵈마이트, 기상법 합성 실리카가 바람직하다. 이 중에서, 특히 뵈마이트(Al2O3·nH2O, n = 1∼1.5)가 잉크의 흡수성, 정착성의 관점에서 매우 적합하다.
더욱 바람직하게는, 다공질형 잉크 수리층의 평균 세공 반경이 3∼25nm이며, 특히, 5∼15nm가 적절하고, 또한 세공 용적이 0.3∼2.0cm3/g이 바람직하고, 특히 O.5∼1.5cm3/g인 것이 매우 적합하다.
특히, 뵈마이트는 20% 이하의 고형분 비율을 가진 도포액으로부터 건조 도막을 형성할 경우, 그 건조 과정에서 막 두께 방향의 구멍이 효율적으로 다수 형성된다. 게다가 고형분의 비율이 증가하면 뵈마이트의 점도가 급격하게 증가하는 경향이 있으므로, 충분한 낮은 고형분 비율로 도포할 필요가 있다. 그러므로 본 발명의 수리층 형성 방법을 사용하는 것이 이상적이다.
바인더 수지로서는, 전분이나 그 변성물, 폴리비닐알코올 또는 그 변성물, 스틸렌·브타디엔 고무 라텍스, 니트릴·브타디엔 고무 라텍스, 히드록시셀룰로오스, 히드록시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드 등의 수용성 중합체, 알코올 가용성 중합체 또는 이들 중합체의 혼합물 등의 수용성 수지를 사용할 수 있다. 그 중에서도 본 실시예에서는, 잉크 흡수성이나 내수성이 양호해야 하므로 폴리비닐알코올 또는 그 변성물을 사용하는 것이 바람직하다. 바인더 수지는 상기 안료 100질량부에 대해서, 바람직하게는 1∼100질량부, 특히, 3∼50질량부 포함되는 것이 적절하다.
한편, 팽윤형 잉크 수리층을 얻기 위해 사용하는 친수성 고분자, 수용성 고분자로서는, 우레탄 수지 또는 그 변성물, 완전히 또는 부분적으로 비누화한 폴리비닐알코올, 변성 폴리비닐알코올, 에틸렌비닐알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리아크릴아미드 또는 그들의 유도체 등의 수용성 합성 고분자, 젤라틴, 변성 젤라틴, 전분, 변성 전분, 카세인, 대두 카세인, 변성 대두 카세인 또는 그 변성물, 또는 그들의 유도체, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체 등의 수용성 천연 고분자를 들 수 있다. 그 중에서도, 우레탄 수지 또는 그 변성물, 폴리비닐알코올 또는 그 유도체, 폴리비닐 피롤리돈 또는 그 유도체, 폴리아크릴아미드, 셀룰로오스 유도체, 젤라틴 또는 그 유도체가 특히 바람직하다. 이들 친수성 고분자, 수용성 고분자는 각각 단독, 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용된다.
그리고, 본 발명에서 변성 우레탄 수지란, 수성화된 우레탄 수지를 의미하고, 물에 안정적으로 분산 가능하도록, 우레탄 골격의 주쇄 중에 친수기를 도입하여 자기 유화되거나, 또는 외부 유화제로 분산시켜 얻어지는 우레탄 수지의 수분산체를 나타낸다. 변성 우레탄 수지로는, 특히 폴리카보네이트계 폴리올 또는 폴리에스테르계 폴리올과 지방족 이소시아네이트로부터 얻어지는 자기 유화 형태인 것이 바람직하다.
팽윤형 잉크 수리층의 경우, 전술한 고분자 이외에, 필요에 따라, 안료를 고분자에 대해서 0.05∼10중량% 함유할 수 있다. 그리고, 안료로서는, 다공질형과 같은 것을 사용할 수 있다.
잉크 수리층에는, 그 외의 첨가제로서 필요에 따라, 경화제, 레벨링제, 소포제, 증점제, 형광 증백제(whitening agent), 착색 염료, 착색 안료 등을 사용할 수 있다. 특히 경화제는, 다공질형의 수리층을 형성할 때는 그 형성 과정에 있어서 영향이 크고, 수계 도포액의 건조 과정에 있어서의 수분 증발에서의 체적 수축에 의한 불균일로 생기는 크랙 등의 도막 결함을, 조기에 겔화함으로써 억제하는 효과가 있다. 바인더 수지로서 폴리비닐알코올을 사용하는 경우에는, 경화제로서는 붕산이나 붕산염 등이 효과적이다.
본 발명에 있어서, 디스크 상에 설치되는 잉크 수리층의 도포 두께는, 잉크 흡수성, 도공층의 강도, 용도 등에 따라서도 선택되지만, 2∼80μm가 바람직하다. 도포 두께가 2μm에 미만이면 잉크 수리층으로서의 효과를 발휘하기 어렵고, 80μm를 초과하는 경우에는, 투명성이나 강도의 저하 또는 표면에 미세한 크랙이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다. 특히, 잉크 수리층의 도포 두께는 10∼50μm인 것이 적절하고, 30∼40μm인 것이 더욱 바람직하다. 건조 도막의 중량은 2∼80g/m2가 바람직하고, 20∼70g/m2가 더욱 바람직하고, 3O∼5Og/m2가 가장 바람직하다. 도포액의 도포 막 두께는 도포액의 고형분 농도에 따라 다르지만, 예를 들면, 건조 막 두께의 4∼8배 정도, 도포액의 무게로 하면 10∼400g/m2로 할 수 있다.
도포 영역 전체에 걸쳐 도포액을 공급하고, 도막을 형성한 후에, 상기 도막에 진동을 부여함으로써 평탄화하는 레벨링 공정을 도입해도 된다. 이와 같은 레벨링 수단을 사용함으로써, 도막의 평탄화가 더욱 용이하고, 양호하게 진행된다.
도막의 건조는 디스크의 배면에 설치한 가열 수단에 의해, 상기 도막의 내측 구석에서 외측을 향해 완만하게 낮아지는 온도 구배를 형성하면서 행해지는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 방법을 사용함으로써 건조 초기에 도막 표면에 피막이 형성되고, 도막 내부로부터의 증기가 상기 피막을 찢어서 도막 표면에 요철이 발생하는 것을 용이하게 막을 수 있으며, 또 건조 중의 도막에 주름이나 금이 발생하는 것을 용이하게 막을 수 있으므로, 더욱 평탄한 수리층용 도막을 형성할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예의 수리층 형성 장치의 주요부의 평면도이다.
도 2는, 디스크의 기판에 홈을 형성하기 위한 절삭 수단을 나타낸 도면이다.
도 3은, 홈에 수계 도포액을 도포하는 홈 도포 노즐을 나타낸 도면이다.
도 4는, 홈 사이에 수계 도포제를 도포하기 위한 도막 형성 수단을 나타낸 사시도이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 공급 수단의 각 노즐의 공급구를 나타낸 도면이다.
도 6은, 디스크 상의 도막을 레벨링 하는 진동 수단을 나타낸 측면도이다.
도 7A는, 트레이를 제외한 플레이트형 발열체의 평면도이며, 도 7B는, 플레이트형 발열체와 히터 컨트롤러를 나타낸 설명도이다.
도 8은, 플레이트형 발열체 상의 디스크의 변형을 억제하는 디스크 프레스를 나타낸 도면이다.
도 9는, 수리층 형성 방법의 처리 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 10A는, 수계 도포제를 액체 방울로 도포한 상태를 나타낸 도면이며, 도 10B는, 레벨링 후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 11A∼도 11C는, 디스크에 있어서의 수리층 형성 공정을 나타낸 것이며, 도 11A는 도포액을 도포하기 전의 디스크를 나타낸 부분 종단면도이고, 도 11B는 도포액을 도포한 상태의 디스크를 나타낸 부분 종단면도이며, 도 11C는 건조 처리 후의 디스크의 부분 종단면도이다.
도 12는, 일 실시예의 디스크의 단면 확대도이다.
도 13은, 도 12에 나타낸 홈의 단면 확대도이다.
도 14는, 제1 변형예에 의한 홈을 나타낸 확대 단면도이다.
도 15는, 제2 변형예에 의한 홈을 나타낸 확대 단면도이다.
도 16은, 제3 변형예에 의한 홈을 나타낸 확대 단면도이다.
도 17A 및 도 17B는, 구분부 형성 수단의 변형예를 나타낸 도면이며, 도 17A는 도포 공정, 도 17B는 자외선 조사 공정을 나타낸다.
도 18은, 공급 수단의 노즐 공급구의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 19는, 공급 수단의 또 다른 실시예를 나타낸 주요부 사시도이다.
도 20A 및 도 20B는, 종래의 디스크에 있어서의 수리층 형성 공정을 나타낸 것이며, 도 20A는 도포액을 도포한 상태의 디스크를 나타낸 부분 종단면도이고, 도 20B는 건조 처리 후의 광디스크의 부분 종단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 단, 본 발명은 아래의 각 실시예로 한정되지 않으며, 예를 들면 이들 실시예의 구성 요소를 적당히 조합시켜도 된다.
본 실시예를 광디스크의 수리층 형성을 예로 하여, 도 1∼도 13을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 수리층 형성 장치로, 수리층을 형성하는 광 정보 기록매체로서의 광디스크(1)는, 예를 들면 통상의 디지털 비디오 디스크이다. 이 디스크는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 폴리카보네이트 기판(PC기판)으로 이루어지는 링형의 디스크 기판(2)을 가지고, 그 한쪽 면(2a)에 정보 기록층(3)이 형성되어 있다. 이 정보 기록층(3)은 스탬퍼(stamper) 등으로 형성된 0.1μm 정도의 요철 표면에 금속 박막으로 이루어진 반사막이 피복된 구성을 가진다. 그리고 이 정보 기록층(3)의 표면에는 다른 한쪽의 디스크 기판(4)이 접착제로 붙여져서 합쳐져 있다. 디스크 기판(2)의 다른 한쪽 면(2b)으로부터 재생광을 조사하고, 정보 기록층(3)으로부터의 반사광에 의해 판독이 행해진다. 광디스크(1)의 정보 판독 측의 면 (2b)과는 반대 측의 디스크 기판(4) 상의 인쇄면(4a)에, 도포액으로서 수계 도포액을 도포하고, 도막을 건조해 제조된 잉크의 수리층(5)이 형성되어 있다. 이 수리층(5)은, 예를 들면 다공질로 잉크 젯 프린터 등에 의해 공급된 잉크를 각 구멍 내에 수용해서, 선명한 화상이나 문자 정보 등을 표시하는 인쇄용 박층이다. 디스크 기판(4)의 인쇄면(4a)은 소수면이다. 인쇄면(4a)의 내주 경계부와 외주 경계부에는 각각 홈(6a, 6b)이 형성되어 있으며, 수리층(5)은 이들 홈(6a, 6b)으로 구분된 원환형의 인쇄면(4a)에 형성되어 있다.
여기에서, 수리층(5)을 형성하기 위한 도포액인 수계 도포액(S)은, 건조 후에 수리층(5)을 형성하는 수성의 도포액이며, 본 실시예에서는 안료와 바인더 수지를 함유하는 다공질 잉크 수리층 형성용 수계 도포액을 사용하는 것과, 친수성 고분자나 수용성 고분자를 함유하는 팽윤형 잉크 수리층 형성용 수계 도포액을 사용하는 것에 대하여 설명한다.
도 12에 있어서, 디스크 기판(4)의 인쇄면(4a)에 형성된 홈(6a, 6b)은, 도 13의 종단면도에 나타낸 바와 같이 대략 V 자형의 단면 형상을 가지며, 그 내측(수리층(5) 측) 단부에서 수직으로 떨어지며, 외측 단부 쪽으로는 경사면을 형성하고 있다. 홈(6a, 6b)의 개구부의 직경 방향 폭(W)과 깊이(d)는 도포액의 도포 막 두께나 점도에 따라서 설정되지만, 광디스크(1)에서는, 폭(W)이 300μm 이상, 바람직하게는 300∼400μm, 깊이(d)가 150μm 이상의 범위로 설정된다. 다만, 본 발명은 이러한 범위로 한정되지 않는다.
폭(W)이 300μm 미만이면, 도포액을 도포할 때 홈 내로 충분히 유입할 수 없 을 뿐만 아니라, 공기가 홈(6a, 6b) 내부로 혼입되면 위쪽으로 빠져나가지 않고 내부에 밀봉되어서, 건조시에 가열하면 내부의 공기가 팽창하여 파열해서, 수리층(5)의 표면에 파열 자국을 남길 우려가 있다. 따라서, 폭(W)은 도포액이 홈(6a, 6b) 내에 충분히 유입되고, 혼입된 기포가 외부로 빠져나갈 수 있는 정도의 크기를 가지는 것이 바람직하다. 폭(W)이 400μm를 넘으면 홈의 형성 부분이 보이기 쉬워질 가능성이 있으므로, 이를 넘지 않는 것이 바람직하다.
도포액은, 후술하는 바와 같이 수분 80% : 고형분 20% 정도의 함유 비율인 것이 바람직하지만, 이 비율로 한정되지 않는다. 한편 수리층(5)은 잉크를 수용하기 위하여 건조 후의 막 두께를 2μm 정도 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 건조 후의 막 두께를 수리 능력이 충분한 30μm 정도로 할 경우에는, 도포 영역에 공급하는 도포액은 150μm 정도의 막 두께로 도포할 필요가 있다. 그리고, 수리층(5)은 홈(6a, 6b)으로 둘러싸인 중앙 영역(6c)에서는 전체 면에 대하여 균일한 막 두께를 나타내지만, 내주측 경계부(5a) 및 외주측 경계부(5b)에서는, 홈(6a, 6b)에 따라 반경 방향의 각각 내측과 외측으로 향하면서 도막의 높이가 감소하고, 도막 표면에서 홈의 바닥 부분까지의 도막 깊이가 다르게 형성된다. 도포액에 의한 도막의 건조시에 홈(6a, 6b)의 도막이 먼저 건조되어, 이 부분의 도포액이 중앙 영역(6c)으로 유동하지 않게 하기 위해서는, 홈의 깊이(d)가 도포 영역(6c)에 공급되는 도포액의 막 두께, 예를 들면 150μm 정도이면 충분하지만, 홈(6a, 6b) 내에서의 적어도 일부의 상기 도막 깊이가 중앙 영역(6c)에서의 막 두께와 동일하거나, 더 커도록 홈(6a, 6b)의 깊이(d)가 설정되면 된다. 도 12 및 도 13에 나타낸 홈(6a, 6b)의 구성에서는, 그 내측 단부의 깊이가 최대 깊이(d)이며, 이 부분의 도포액의 막 두께 깊이가 중앙 영역(6c)에서의 막 두께와 동일하거나 더 큰 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시예에 의한 광디스크(l)에 의하면, 수리층(5)에 잉크 젯 프린터 등으로 잉크를 도포하면, 도포 영역 전체에 걸쳐서 선명한 인쇄 화상을 얻을 수 있다. 특히 다공질 잉크 수리층의 경우에는, 잉크가 전체 면에 거의 균일한 막 두께로 형성된 수리층(5) 내의 다공으로 수용되므로, 각 구멍에서 흘러넘쳐 외부로 스며 나오지 않고, 선명한 인쇄 화상을 얻을 수 있다.
그리고, 홈(6a, 6b)의 영역 내에서는, 홈의 형상에 따라 반경 방향으로 수리층(5)의 높이가 낮아져서 막 두께가 다르므로, 잉크의 수용 능력에는 문제가 없고, 잉크가 스며나오지 않지만, 이 부분의 인쇄 화상은 비뚤어져 보인다. 그러므로, 수리층(5)의 인쇄는 홈(6a, 6b)으로 둘러싸인 중앙 영역(6c)에 행하는 것이 바람직하다.
아래에, 수리층 형성 장치(10)에 대하여 설명한다.
수리층 형성 장치(10)는, 도 l에 나타낸 바와 같이, 도막 형성부(11)와 건조부(12)로 개략적으로 구성되어 있다. 도막 형성부(11)에서는, 대략 원판형의 회전판(14)에 주위 방향으로 소정 간격으로 복수의(예를 들면, 6개)의 암(14a)이 설치되고, 각 암(14a)의 자유 단(free end)에는 회전 테이블(15)이 각각 설치되어, 디스크 이송 수단을 구성한다. 각 회전 테이블(15)은, 광디스크(1)를 제조하기 위한 디스크(D)를 흡착 지지하며, 각 회전 테이블(15)의 중심 축선(O) 주위로 자전 가능 한 동시에 회전판(14)에 의해 회전판(14)의 중심축을 중심으로 간헐적으로 공전한다. 각 회전 테이블(15)의 간헐적인 공전에 따른 각지 위치는, 주고 받음부(A1), 구분부 형성부(A2), 전 도포부(A3), 본 도포부(A4), 레벨링부(A5), 배출부(A6)로 구성되어 있다.
주고 받음부(A1)에서는, 광디스크(1)의 수리층(5)과 홈(6a, 6b)이 형성되지 않은 디스크(D)를 공급부(16)로부터 받아서, 구분부 형성부(A2)에서 레벨링부(A5) 까지의 공정에서 인쇄면(4a) 상에 다공질 잉크 수리층 형성용 수계 도포액(S)으로 이루어지는 도막(Sa)을 형성한 후에, 배출부(A6)로 이동부(17)를 통하여 건조부(12)에 디스크(D)를 전달한다. 건조부(12)에서는 링형의 반송 부재(18)로 디스크(D)를 회전시켜 도막을 건조시킨다.
그리고, 디스크(D)의 공급부(16)에는 복수의 디스크(D)를 도시하지 않은 스페이서를 통하여 적층하는 스택부가 설치되어 있고, 스택부로부터 스페이서를 제외하고 최상부의 디스크(D)를 공급부(16)에서 주고 받음부(A1)의 회전 테이블(15)에 공급한다.
아래에, 구분부 형성부(A2)에서 레벨링부(A5)까지와 건조부(12)에 대하여 도 2∼도 8을 참조하여 설명한다. 도 2에 나타낸 구분부 형성부(A2)에는 절삭 수단(20)이 형성되어 있다. 절삭 수단(20)은 한 쌍의 절삭날(20a, 20a)를 구비하고 있고, 디스크(D)의 디스크 기판(4)의 인쇄면(4a)에, 수리층(5)를 형성해야 할 원환형의 도포 영역의 내주측 단부와 외주측 단부에 각각 홈(6a, 6b)를 형성한다. 각 절삭날(20a)은, 홈(6a, 6b)의 수리층 측이 수직이고, 반대 측이 테이퍼(taper)형을 형성하도록 각각 외측에 경사 날(20b)를 설치한 형태이다. 그리고, 디스크(D)의 중심 축선(O) 주위에 디스크(D)와 절삭 수단(20)을 상대 회전시키면서 각 절삭날(20a)로 디스크 기판(4)를 절삭 가공함으로써 2 쌍의 홈(6a, 6b)을 각각 링형으로 형성할 수 있다. 디스크 기판(4)은 폴리카보네이트 수지로 이루어지므로, 디스크 기판(4)은 절삭날(20a)에 의해 양측에 밀려나서, 대략 V 자형의 홈으로 되며, 절단에 의한 부스러기는 발생하지 않는다.
다음에, 도 3에 나타낸 전 도포부(A3)에서는, 한 쌍의 홈 도포 노즐(22, 22)이 각 홈(6a, 6b)과 대향하여 설치되어 있다. 각 홈 도포 노즐(22)로부터는 도포액으로서 수계 도포액(S)이 공급되어 홈(6a, 6b)을 매립하고 융기시킨다. 이 경우도, 디스크(D)의 중심 축선(O) 주위로 디스크(D)와 홈 도포 노즐(22, 22)이 상대 회전하면서 각 노즐(22)로부터 수계 도포액(S)이 도포된다.
도 4에 있어서는, 본 도포부(A4)에 도막 형성 수단(24)이 형성되어 있다. 도막 형성 수단(24)은, 인쇄면(4a) 중에서, 디스크(D)의 홈(6a, 6b)의 사이에 위치한 원환형의 중앙 영역(6c)에 수계 도포액(S)을 도포하는 장치이다. 여기에서 사용하는 수계 도포액(S)은 전술한 홈 도포 노즐(22)에서 사용하는 수계 도포액과 동일하며, 예를 들면 하기의 제조 방법을 사용한다. 수리층 제조 방법 1∼3은 다공질형의 잉크 수리층의 수계 도포액에 관한 것이며, 수리층 제조 방법 4, 5는 팽윤형의 잉크 수리층의 수계 도포액에 관한 것이다. 단, 본 발명은 이들 제조 방법에 한정되지 않는다.
수리층 제조 방법 1
알루미나 졸(고형분 농도 20%): 100질량부
폴리비닐알코올(쿠라레사 제품, 상품명 PVA-124, 고형분 농도 7%): 28.6질량부
붕산(고형분 농도 4%): 5질량부
(알루미나 졸의 제조 방법)
용량 2리터의 유리 반응기에, 폴리염화알루미늄 수용액(알루미늄 농도가 Al2O3로 환산하여 23.5질량%, Cl 농도 8.1질량%, 염기도 84%, 다키화학사 제품, 상품명 "타키바인" #1500) 327g와 물 1548g를 넣고, 95℃로 온도를 높였다. 이어서, 시판되는 알루민산나트륨 용액(A12O3: 20질량%, Na2O: 19질량%) 125g을 첨가하고, 교반하면서 액체의 온도를 95℃로 유지하면서, 24시간 동안 숙성하여 슬러리를 얻었다. 그리고, 알루민산나트륨 용액 첨가 직후의 액의 pH는, 95℃에서, 8.7이었다.
숙성 후의 슬러리를 한외 여과기를 사용하여 세정한 후, 다시 95℃로 온도를 높이고, 세정 후의 슬러리의 총 고형분 양의 2%에 해당하는 아미드황산을 첨가하고, 총 고형분 농도가 21%가 될 때까지 감압 농축시킨 후, 초음파 분산시켜 뵈마이트 결정 입자가 응집된 입자의 평균 입자 직경이 190nm, pH 4.5의 알루미나 졸을 얻었다.
수리층 제조 방법 2
실리카 알루미나 복합 졸(고형분 농도 20%): 100질량부
폴리비닐알코올(쿠라레사 제품, 상품명 PVA-140H, 고형분 농도 7%): 57.2질량부
붕산(고형분 농도 4%): 5질량부
(실리카 알루미나 복합 졸의 제조 방법)
용량 2리터의 유리 반응기에, 3호 규산 소다 용액(SiO2 농도 28.84%, Na2O 농도 9.31%) 554.8g 및 이온 교환수 1182.6g을 넣고, 교반하면서 5mo1/L염산 수용액 330.0g을 4시간에 걸쳐 첨가했다. 첨가 후, 반응액은 pH 6.4였다. 그 후, 80℃로 온도를 높이고, 4시간 동안 교반하여 숙성시키고, 실리카 히드로 겔을 생성시켰다. 얻어진 실리카 히드로 겔에는 직경 수mm의 조대 입자가 있어서, 콜로이드 밀(colloidal mill)을 사용하여 평균 입자 직경 3Oμm 이하로 분쇄했다.
이렇게 분쇄한 실리카 히드로 겔을, 다시 용량 2리터의 유리 반응기에 넣어 교반하면서 80℃로 온도를 높이고, 실리카 히드로 겔의 SiO2 질량에 대한 폴리염화알루미늄의 Al2O3 질량비가 100/15가 되도록 폴리염화알루미늄 수용액(다키화학사 제품, 상품명: 타키바인 #1500, A12O3 농도 23.5%, Cl 농도:8.1%, 이하 모두 동일함)을 약 10분 동안에 걸쳐 서서히 첨가했다. 첨가 종료후, 80℃의 온도로 1시간 교반한 후, 실온으로 냉각했다.
이 반응액에 5mol/L의 수산화나트륨 용액을 첨가하여, 반응액의 pH를 7로 조 절한 후, 한외 여과 장치를 사용하여, 여과액의 전도도가 50μS/cm 이하로 떨어질 때까지 정제했다. 이렇게 정제한 용액 중의 총 고형분 양의 3%에 해당되는 양의 아미드황산을 첨가하여, 감압하에서 가열 농축하고, 냉각 후, 직경 0.5mm의 Zirconia사 제품의 비즈 밀(beads mill)을 사용하여 분쇄하고, 농도 23%, pH 5, 1차 입자 직경 16nm, 응집 입자 직경 290nm의 실리카 알루미나 복합 졸을 얻었다.
수리층 제조 방법 3
실리카 분산액(고형분 농도 14%): 100질량부
폴리비닐알코올(쿠라레사 제품, 상품명 PVA-420, 고형분 농도 7%): 50질량부
(실리카 분산액의 제조 방법)
기상법 실리카 미립자(일본 Aerosil사 제품, 상품명 "에어로질 300")와 물의 혼합액을, 고속 회전식 콜로이드 밀(M Technique사 제품, 상품명 "클리어 믹스")을 사용하여, 10,000rpm으로 30분 동안 분산 처리하여 실리카 분산액을 제조했다.
수리층 제조 방법 4
메틸셀룰로오스(신에츠 화학사 제품, 상품명 "메토로스 SM15"): 100질량부
부정형 실리카(후지 실리시아 화학사 제품, 상품명 "실리시아 370"): 0.03질량부
메틸 셀룰로오스는 고형분 농도 3%의 용액이며, 이에 부정형 실리카를 혼합, 교반하여 수계 도포액을 얻었다.
수리층 제조 방법 5
변성 우레탄 수지(대일본 잉크 화학공업사 제품, 상품명 "파테라콜 IJ70"): 100질량부
상기 시판중인 변성 우레탄 수지를 포함하는 수계 도포액을 그대로 사용했다.
도막 형성 수단(24)은, 회전 테이블(15) 상에 그 중심 축선(O)을 중심으로 하여 반경 방향으로 수계 도포액(S)을 공급하기 위한 공급 수단(25)을 구비하고 있다. 이 공급 수단(25)은 단일의 공급계부(26)(공급원)와 이 공급계부(26)로부터 복수의 분기된 노즐(27a, 27b···27h)로 이루어지는 노즐부(27)로 구성되어 있으며, 공급계부(26)의 영역에 설치한 도시하지 않은 밸브의 개폐에 의해 각 노즐(27a∼27h)로부터의 수계 도포액(S)의 공급과 정지를 제어한다. 각 노즐(27a∼27h)은, 예를 들면 마이크로 디스펜서 노즐로 되어 있어서, 디스크(D)의 반경 방향으로 나란히 배열되어 있고, 예를 들면 홈(6a, 6b) 사이의 수리층(5)의 형성폭으로 직선형으로 배열되어 있다. 또한 각 노즐(27a∼27h)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각 원형의 공급구를 가지고 있고, 배열 방향의 가장 내주측에 위치하는 최내주 노즐(27a)은 공급구의 면적이 가장 적고, 직경 방향 외측으로 향할수록 복수의 각 노즐(27b, 27c,···)은 공급구의 면적이 점차 커지고, 최외주 노즐(27h)은 공급구의 면적이 가장 크게 설정되어 있다.
그러므로, 최내주 노즐(27a)에서 최외주 노즐(27h)을 향할수록 점차 단위 시 간당 공급량이 커지도록 설정되고, 또한 디스크(D) 상에서의 단위 면적당 각 노즐(27a∼27h)의 공급량은 각각 일정하게 설정되어 있다. 이는 디스크(D)에 대해서 반경 방향으로 배열된 각 노즐(27a∼27h)이 동일한 각속도로 상대 회전하지만, 외주로 가는 만큼 주속도가 증가하기 때문이다. 예를 들면 1.5∼2.5mm의 구경에 걸쳐서 차례로 구경을 크게 한 노즐을, 인접하는 노즐과 접촉시켜 최내주에서 최외주로 직선 상으로 배열하고, 0.4∼0.5kg/cm2의 공급 압력으로 공통의 공급원으로부터 도포액을 공급할 수 있다.
각 노즐(27a∼27h)에서 수계 도포액(S)을 도포하여 홈(6a, 6b) 사이의 중앙 영역(6c)에 원환형의 도막(Sa)을 형성한다.
도 6에 나타낸 레벨링부(A5)에는, 진동 수단(29)이 형성되어 있다.
진동 수단(29)에 있어서, 디스크(D)를 흡착 지지하는 회전 테이블(15)은, 예를 들면 판형의 지지 부재(30) 상에 지지되어 있다. 지지 부재(30)는, 예를 들면 금속제로 초음파 전달 수단이 되며, 지지 부재(30) 다른 쪽 끝에는 회전 테이블(15)에서 벗어난 위치에, 예를 들면 초음파 진동자 또는 압전 소자로 이루어진 초음파 발진기(31)가 장착되어 있다. 초음파 발진기(31)를 가동함으로써, 발생된 초음파의 진동은 지지 부재(30)에서 회전 테이블(15)을 통하여 디스크(D) 상의 도막(Sa)에 전달되어 도막의 레벨링이 강제적으로 행해진다.
예를 들면, 초음파 발진기(31)로서 PZT 진동자를 사용하고, 전력 80W, 주파수 28∼45kHz의 세로 진동을 5초 동안 발진시키고, 15초 동안의 휴지시키는 방법으 로, 5초 동안의 진동을 2∼3회 정도 반복한다. 이렇게 하여 디스크(D)의 진동이 초음파 발진기(31)의 진동에 따라서 행해지고, 도막이 평탄화된다.
각 노즐(27a···27h)에 의한 복수의 수계 도포액(S)은 그 레벨링 성능에 의해 서로 평탄화될 수 있지만, 노즐부(27)가 디스크(D)에 대해서 상대적으로 1회 회전하여 도포가 종료될 때에, 각 노즐(27a···27h)로부터의 수계 도포액(S)의 공급을 정지시키면 도포의 시점과 종점이 겹쳐져서, 각 노즐(27a···27h)에서 도포액 사이에 형성되는 봉우리 형태의 요철보다 큰 요철이 형성된다. 이와 같은 큰 요철은 진동 수단(29)에 의한 레벨링 작용으로 용이하게 평탄화할 수 있다.
건조부(12)에 설치된 건조 수단에 대하여 도 7A 및 도 7B를 참조로 설명한다.
도 1에 나타낸 건조부(12)에서는, 인쇄면(4a)에 원환형의 도막(Sa)이 형성된 디스크(D)를 링형의 반송 부재(18)로 회전 반송시키면서 도막을 건조시킨다. 건조 수단(33)에는, 반송 부재(18)에 소정 간격으로 복수의 플레이트형 발열체(34)가 배열되어, 각 플레이트형 발열체(34) 상에 도막(Sa)이 형성된 디스크(D)가 거의 동심원형으로 배치된다.
플레이트형 발열체(34)는, 도 7A에 나타낸 바와 같이, 직경이 상이한 링형의 복수의(도에서는 3매)의 플레이트형 히터가 동심원형으로 결합 상태로 배열되어 있고, 이들을 내측에서 외측으로 제1 히터(35), 제2 히터(36), 제3 히터(37)로 한다. 각 히터의 가열 온도는 제1 히터(35)가 가장 높고(예를 들면, 약 130℃), 이어서 제2 히터(36)(예를 들면, 약 90℃), 제3 히터(37)(예를 들면, 약 80℃)의 순서로 가열 온도가 낮아지도록 설정되고, 약 3분 정도 가열된다.
그리고, 제1 히터 내지 제3 히터(35∼37)의 윗면에는 열용량이 큰(비열이 큼) 금속 원판형의 트레이(38)가 장착되고, 트레이(38) 상에 디스크(D) 전체가 밀착하여 탑재된다(도 7B 참조). 트레이(38)를 제1 내지 제3 히터(35∼37)와 디스크(D) 사이에 배치하여, 디스크(D)에 전달되는 반경 방향의 온도 구배를 부드럽게 할 수 있다. 트레이(38)을 설치하지 않으면, 온도차에 의해 디스크(D)의 도막(Sa)에 각 히터(35∼37)의 발열체 패턴의 형태가 열 전사되어 버린다. 예를 들면 제1, 제2, 제3 히터(35, 36, 37)의 가열에 의한 트레이(38)와 디스크(D) 사이의 온도는 각각 95.7℃, 86.0℃, 77.5℃ 정도로, 온도차는 10℃∼20℃ 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 트레이(38)의 재질로서는 온도 구배를 유지할 수 있도록 열전도율(k)이 작은, 예를 들면 열전도율 = 2∼20W/m·K 정도의 범위의, SUS나 석영 유리 등이 바람직하다.
도 7B에 있어서, 제1 내지 제3 히터(35∼37)에는 히터 컨트롤러(39a, 39b, 39c)가 각각 전기적으로 접속되어 있고, 도시하지 않은 제어 수단에 의해 PID 제어된다.
도 8에 있어서, 플레이트형 발열체(34) 상에 디스크(D)가 탑재된 상태에서 디스크(D)의 외측에는 덮개가 있는 실린더형의 디스크 프레스(41; 압력 부재)가 트레이(38) 상에 장착된다. 디스크 프레스(41)는, 그 실린더 형태의 내면 하단 부분이 테이퍼부(41a)로서 전체 둘레에 형성되며, 이 테이퍼부(41a)가 디스크(D)의 외주 각 부에 맞닿아 있다. 이렇게 하여, 플레이트형 발열체(34)로 디스크(D)를 통 하여 도막(Sa)을 가열했을 때에, 디스크(D)가 열로 뒤틀리거나 휘어지는 등의 변형을 방지하기 위하여, 디스크(D)를 트레이(38) 쪽으로 누르고 있다. 디스크 프레스(41)의 커버 부분에는 도막(Sa)의 가열시에 발생하는 증기를 내보내는 통풍구(42)가 형성되어 있다. 통풍구(42)는 도시하지 않은 셔터(shutter) 부재를 사용하여 개구 면적을 조정할 수 있으며, 이렇게 하여, 디스크 프레스(41) 내부의 증기 밀도를 제어하여, 도막(Sa)에 일정한 습도 환경하에 일어나는 결로의 발생을 억제하여 건조 얼룩을 방지한다.
또한, 일반적으로 디스크(D)의 도막(Sa)과는 반대 측의 배면에는, 내측에 원환형의 립(43)이 돌출되어 있고, 디스크(D)를 밀착 상태에서 탑재시키는 트레이(38)에는, 립(43)을 수용하는 원환형의 오목한 홈(44)이 형성되어 있다. 이 오목한 홈(44) 부분의 열전도가 다른 영역과 균일하지 않아서, 건조 후의 도막에 요철이 생기지 않도록, 립(43)과의 간극에 고분자나 실리콘 등의 충전재(접착제)를 충전하여 열전도성을 보충한다. 그리고, 도막(Sa)은 건조함으로써 수리층(5)을 형성하지만, 건조하면 반투명이 되므로, 수리층(5)의 아랫면에 흰 기초층(45)을 두는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의한 수리층 형성 장치(10)는 전술한 구성을 구비하고 있다. 아래에, 이 장치(10)를 사용한 수리층 형성 방법을, 도 9에 나타낸 흐름도에 따라 설명한다.
도 1에 있어서, 수리층 형성 장치(10)의 도막 형성부(11)에서, 디스크 기판(2)과 정보 기록층(3)과 디스크 기판(4)이 적층되어 이루어지는 한 개의 디스크(D) 를, 도시하지 않은 주고 받음 수단으로, 공급부(16)로부터 스페이서를 제외하고 주고 받음부(A1)의 회전 테이블(15) 상에 공급하여 탑재한다(스텝 101). 각 회전 테이블(15)에서는 디스크(D)는 도시하지 않은 흡착 수단으로 하면을 흡인시켜 거의 동일한 축으로 유지시킨다. 그리고 회전판(14)을 간헐 회전시키면, 디스크(D)는 차례로 공급부(16)에서 주고 받음부(A1)의 회전 테이블(15)에 공급된다.
회전판(14)을 소정의 각도(여기서는 60˚)로 회전시켜서, 디스크(D)를 주고 받음부(A1)로부터 구분부 형성부(A2)로 이동시켜서, 디스크(D)를 도 2에 나타낸 바와 같이 절삭 수단(20)의 아래쪽에 위치시킨다. 그리고 각 절삭날(20a)이 인쇄면(4a)의 원환형의 수리층(5)이 형성되어야 할 영역의 내주측 및 외주측 둘레부에 위치한 상태에서 강하시켜 디스크 기판(4)에 절삭날을 넣는다. 동시에 회전 테이블(15)을 자전시켜 디스크(D)를 중심 축선(O) 주위로 1회 회전시킨다. 이렇게 하여, 각 절삭날(20a)로 디스크 기판(4)을 절삭하여 양측으로 밀어내어, 링형의 홈(6a, 6b)을 각각 형성한다(스텝 102). 얻어진 각 홈(6a, 6b)은 단면으로 거의 V 자형을 나타낸다(도 11A 참조).
이어서, 전 도포부(A3)로 이동한 디스크(D)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 각 홈(6a, 6b)에 대향하는 위치에 홈 도포 노즐(22, 22)이 위치하고 있다. 그리고, 전 도포 공정으로서 회전 테이블(15)을 자전시키면서 홈 도포 노즐(22, 22)로부터 수계 도포액(S)을 공급함으로써, 각 홈(6a, 6b)에 수계 도포액(S)이 충전되어 인쇄면(4a)보다 위쪽으로 돌출시킨다(스텝 103). 수계 도포액(S)의 충전에 의해 각 홈(6a, 6b)에서 공기를 방출시켜 홈(6a, 6b) 내에 잔류하는 것을 방지한다. 이렇게 하여, 가열 건조시에 홈(6a, 6b) 내에 잔류한 공기가 팽창하여 상승하고, 파열해서 기포 자국을 도막 표면에 남기는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 홈 도포 노즐(22, 22)에 의한 수계 도포액(S)의 단위 면적당 도포량은 공급 수단(25)에 의한 단위 면적당 도포량과 동일하거나 크게 설정하는 것이 바람직하다. 이로써 홈(6a, 6b)에 있어서의 도포 막 두께를 중앙 영역(6c)의 도포 막 두께와 동일하거나 더 크게 설정할 수 있다.
이어서, 본 도포부(A4)로 디스크(D)가 이동하면, 도 4에 나타낸 바와 같이 인쇄면(4a)에 공급 수단(25)이 대향하여 위치한다. 공급 수단(25)은, 링형의 홈(6a, 6b) 사이의 반경 방향으로 배열된 각 노즐(27a∼27h)을 가진다. 이 상태에서 회전 테이블(15)을 자전시키면서, 각 노즐(27a∼27h)로부터 수계 도포액을 공급한다(스텝 104). 이것을 본 도포 공정이라고 한다. 또한 각 노즐(27a∼27h)에서 공급되는 수계 도포액(S)은, 각 노즐(27a∼27h)의 상대 이동 방향(주위 방향)과 배열 방향(직경 방향)으로 각각 서로 일부 중복된 상태에서, 예를 들면 액체 방울 상태 또는 봉우리의 형태로 연속적으로 도포된다(도 10 참조). 그리고, 회전 테이블(15)은, 인쇄면(4a)에 도포된 수계 도포액(S)이 원심력으로 전연 처리되지 않을 정도의 저속으로 회전 운동시키고, 디스크(D)도 동일 속도의 저속으로 회전 운동시킨다.
이 경우, 수계 도포액(S)은 도포액 전체에 대해서 수분 비율이 80% 정도이므로, 각 노즐(27a∼27h)로부터 인쇄면(4a) 상에 동시에 공급된 수계 도포액(S)은 유동성이 높고 상호 친화력이 좋으므로, 레벨링 작용을 통해, 인접한 노즐로부터 공 급된 도포액으로 도막을 평탄화한다. 즉, 도 10A 및 도 10B에 나타낸 바와 같이, 각 노즐(27a∼27h)에 의해 공급된 각 수계 도포액(S1, S2)은 그 인쇄면(4a)의 공급 위치에 유지되고, 필요량만큼 공급 위치에 분배된 상태에서, 인접하는 도포액 사이에서 레벨링 작용이 이루어져 연속적인 도막(Sa)이 된다. 그러므로, 원심력을 사용하여 레벨링하는 스핀 도포처럼, 도막(Sa)이 원심력 때문에 내주부에서 외주부로 향하면서 막 두께가 변하지 않고, 균일한 도막이 형성된다.
본 도포 공정에서 도포된 수계 도포액(S)은 전 도포 공정에서 홈(6a, 6b)에 도포된 수계 도포액(S)과 일체화되어, 홈(6a, 6b)의 영역에서 표면 장력에 의해 완만한 요철 곡면을 형성한다. 이렇게 하여 홈(6a, 6b) 사이에서 원환형의 도막(Sa)이 형성된다(도 11B참조).
도포가 종료된 후에, 디스크(D)는 레벨링부(A5)로 반송된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 수계 도포액(S)이 도포된 도막(Sa)이 디스크 기판(4) 상에 형성된 디스크(D)는, 회전 테이블(15)과 함께 진동 수단(29)의 지지 부재(30) 상에 탑재된다. 그리고 진동 수단(29)의 초음파 발진기(31)을 가동하면, 발생한 초음파의 진동은 지지 부재(30)에서 회전 테이블(15)을 통하여 디스크(D) 상의 도막(Sa)에 전달된다. 예를 들면, 25∼45kHz의 주파수, 80와트 정도의 출력으로 5초 동안의 초음파 진동을 약 15초의 휴지 시간을 가지면서, 2∼3회 정도 여기함으로써, 수계 도포액(S)을 단시간에 강제적으로 레벨링할 수 있다(스텝 105).
이와 같은 초음파에 의한 레벨링 작용을 행함으로써, 홈(6a, 6b) 사이의 도막(Sa) 전체의 평활화 및 두께 균일화를 달성할 수 있다. 특히, 본 도포 공정에 있어서, 도포 개시점과 종료점에서 불가피하게 도포액이 중복되어, 도막 표면의 요철이 다른 영역보다 커지게 되어도, 초음파 진동에 의해 단시간에 강제적으로 평활화할 수 있다.
그리고, 디스크(D)는 배출부(A6)까지 반송되고, 이 위치에서 회전 테이블(15)에서 이동부(l7)를 통하여 건조부(12)로 보내져 링형의 반송 부재(18)의 하나의 플레이트형 발열체(34)에 트레이(38)을 통하여 탑재된다. 반송 부재(18)가 간헐적으로 회전함으로써, 도막 형성 수단(11)으로부터 차례로 반송되는 디스크(D)를 플레이트형 발열체(34) 상에 탑재하여, 1회전하는 동안 건조시킨다.
플레이트형 발열체(34) 상의 디스크(D)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 히트 컨트롤러(39a, 39b, 39c)에 의해 제1, 제2, 제3 히터(35, 36, 37)가 각각 동시에 서로 다른 소정의 온도로 가열되어, 원판형의 트레이(38)를 통하여 열이 전달된다. 이때, 트레이(38)에서는 각 히터(35, 36, 37)의 온도차가 각 경계부에서 서로 열교환되어 완만한 온도 구배를 이루며, 디스크(D)에서는 내주측에서 외주측으로 향하면서 10∼20℃ 정도의 온도 구배를 가지고, 각각 동시에 가열되어 디스크 기판(2)으로부터 디스크 기판(4)를 통해 도막(Sa)에 배면으로부터 전달된다. 이렇게 하여, 도막(Sa)은 배면으로부터 표면을 향해 전체 면이 서서히 가열되면서 온도 구배 때문에 반경이 작은 내주측으로부터 반경이 큰 외주측의 방향으로 서서히 건조가 진행된다.
그러므로, 도막(Sa)을 건조 처리할 경우, 막 두께가 1/5 정도로 수축되어도 건조 수축에 의한 주름이나 금의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 도막(Sa)은 배면 으로부터 표면을 향해 가열되므로, 먼저 표면에 피막이 형성되지 않으므로, 주름이나 금을 방지할 수 있다.
또한, 건조하는 경우에 있어서, 홈(6a, 6b)에서는 내측의 에지가 수직으로 깍아지른 듯이 솟아 있어 홈 상에 충전되는 도포액의 깊이가, 중앙 영역(6c)의 도막(Sa)의 두께와 동일하거나 더 크게 설정되어 있으므로, 홈(6a, 6b) 부분에 형성되는 도막이 중앙 영역(6c)의 도막보다 먼저 건조되지 않는다. 그리고 홈(6a, 6b)이 있는 내외주 측 단부가 먼저 건조 수축되어, 수계 도포액(S)이 중앙 측으로 유동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 도막(Sa)은 건조되면서 홈(6a, 6b) 사이에서 전체적으로 평탄하고 균일한 막 두께의 수리층(5)으로 형성된다(도 11C 참조).
반송 부재(18)의 플레이트형 발열체(34)에 탑재된 디스크(D)는, 반송 부재(18)가 1회 회전하는 사이에 건조되어, 도시하지 않은 주고 받음 수단으로 들어 올려져서 스택부(19)에 스페이서를 통하여 쌓아올릴 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 광디스크(1)에 의하면, 수리층(5)에 잉크 젯 프린트로 잉크를 도포하면, 도포 영역 전체에 걸쳐서 선명한 인쇄 화상을 얻을 수 있다. 특히 다공질 잉크 수리층(5)의 경우에는, 잉크가 전체 면에 거의 균일한 막 두께로 형성된 수리층(5) 내의 다공으로 수용되므로, 각 구멍에서 흘러넘쳐 외부로 스며들지 않고, 선명한 인쇄 화상을 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 반경 방향으로 배열한 각 노즐(27a∼27h)을 디스크(D)에 대해서 상대적으로 1회전시켜서 수계 도포액(S)을 필요량만큼 도포함으로써 낭비 없이 도막(Sa)을 형성할 수 있고, 도막(Sa)에 각 노즐의 궤적에 따른 봉우리 형태의 요철을 남기지 않고, 수계 도포액(S)이 건조되기 전에 도포와 레벨링을 종료할 수 있다.
또한, 진동 수단(29)에 의해 도포 종료시에 남는 도막(Sa)의 요철을 확실하게 평활화할 수 있다. 그러므로, 수계 도포액(S)을 디스크(D)에 도포·건조시켜 평탄하고 균일한 막 두께의 수리층(5)을 형성할 수 있다.
수리층(5)의 내주측 및 외주측 둘레부에 홈(6a, 6b)을 형성함으로써, 건조시에 도막(Sa)의 내주측 및 외주측 둘레부가 먼저 건조 및 수축해서 도포액(S)이 중앙 영역(6c) 방향으로 유동하는 것을 방지하여 전체적으로 균일한 막 두께의 수리층(5)을 형성할 수 있다. 또한, 먼저 홈(6a, 6b)에 수계 도포액(S)을 도포함으로써 내부에 공기가 잔류하는 것을 방지할 수 있어서, 가열 건조시에 기포 자국이 도막(Sa)에 생기게 않도록 한다.
또한, 건조시에 도막(Sa)의 배면으로부터 전체를 가열하고, 또한 온도 구배를 가지게 함으로써, 건조 후의 수리층(5)에 주름이나 금이 생기지 않게 하여, 막 두께가 균일해진다. 따라서, 수리층(5)에 잉크 젯 프린터 등으로 인쇄를 행하는 경우, 적어도 홈(6a, 6b) 사이의 중앙 영역(6c) 상의 수리층(5)에서는 사진 화상에 필적한 화질을 얻을 수 있어서, 전체적으로도 선명한 화상을 얻을 수 있다. 이렇게 하여 잉크의 수리층(5)을 설치한 디스크(D)를 대량 생산하는 방법과 장치를 얻을 수 있다.
변형예
아래에 본 실시예에 의한 수리층 형성 방법 및 장치(10)의 변형예에 대하여 설명한다. 전술한 실시예와 동일하거나 유사한 부재, 부품에는 동일한 부호를 사용하여 설명한다.
홈(6a, 6b)의 변형예에 대하여 도 14∼도 16을 참조로 설명한다.
도 14는 제1 변형예에 의한 홈(47; 47a, 47b)을 나타낸 부분 종단면도이다. 도면에서, 홈(47)은 단면에서 볼 때 거의 사각형으로 형성되고, 원환형을 이루는 수리층(5)의 내주측 경계부(5a) 및 외주측 경계부(5b)의 전체 주위에 걸쳐서 형성되어 있다. 이 홈(47)은 폭(W)의 전체 폭에 걸쳐서 깊이(d)로 형성되어 있으므로, 깊이(d)를 중앙 영역(6c)에 있어서의 도막(Sa)의 막 두께와 동일하거나 그 이상으로 설정하면, 홈(47) 내의 도막(Sa)의 두께는 전체 폭에 걸쳐서 중앙 영역(6c)의 막 두께 이상으로 설정된다.
도 15는 제2 변형예에 의한 홈(48; 48a, 48b)을 나타낸 부분 종단면도이다. 도면에서, 홈(48)은 수리층(5)의 내주측 경계부(5a) 및 외주측 경계부(5b)의 전체 주위에 걸쳐서 형성되어 있어, 실시예에 의한 홈(6a, 6b)과는 반대로 수리층(5)의 외측 둘레부로 최대 깊이(d)로 수직으로 형성되고, 중앙 영역(6c)를 향해 직선형 또는 요철 곡선형으로 상승하는 경사면을 형성하는, 단면에서 볼 때 거의 직각 삼각형 형태를 나타낸다.
이 예의 경우, 도막(Sa)은 홈(48a, 48b)과 중앙 영역(6c)에서 전체적으로 거의 균일한 막 두께로 형성된다. 그러므로, 이 변형예의 경우, 홈(48a, 48b)을 포함하여 수리층(5)의 막 두께는 전체적으로 거의 균일하게 형성된다.
도 16은 제3 변형예에 의한 홈(49; 49a, 49b)을 나타낸 부분 종단면도이다. 이 홈(49)은, 수리층(5)의 내주측 경계부(5a) 및 외주측 경계부(5b)의 전체 주위에 걸쳐서 형성되어 있어, 제2 변형예의 홈(48)과 마찬가지로 단면에서 볼 때 거의 직각 삼각형의 형태로 되어 있다. 홈(49)의 외측에는 볼록한 부분(50)이 전체 주위에 형성되어 있다. 볼록한 부분(50)의 높이는 건조 후의 수리층(5)의 막 두께와 동일하게 형성해도 된다. 이 경우, 홈(49)의 최대 깊이(d)는 볼록한 부분(50)의 높이만큼 홈(48)의 깊이보다 얕게 형성되어 있다. 이렇게 하여, 수리층(5)은 홈(49)에 있어서의 경사 각도가 작아지게 된다.
이들 변형예에 있어서도, 각 홈에 충전되는 도포액의 깊이가 중앙 영역에서의 막 두께와 동일하거나 더 크므로, 건조시에 도포액이 유동하여 막 두께가 변하는 것을 억제할 수 있어 홈으로 둘러싸인 중앙 영역(6c)에서의 수리층(5)의 막 두께는 경계부까지 균일하고 평탄해진다.
그리고, 수리층(5)을 형성하는 도포액의 도포 영역을 나누는 구분부로서 전술한 홈(6a, 6b) 등을 대신하여 볼록한 부분을 형성해도 된다. 아래에 볼록한 부분의 형성 방법을 도 17을 참조하여 설명한다.
수리층 형성 장치(10)에 있어서, 구분부 형성부(A2)에는 절삭 수단(20)을 대신하여 도 17에 나타낸 제2 공급 수단(52)이 구분부 형성 수단으로 형성되어 있다. 제2 공급 수단(52)은 한 쌍의 공급 노즐(52a, 52a)로 구성되며, 각각 원환형의 도포 영역의 내주측 및 외주측 둘레부(5a, 5b)에 각각 대향하여 위치한다. 각 공급 노즐(52a)은, 예를 들면 마이크로 디스펜서로 이루어지는 단일 노즐로 구성되며, 그 도포제(S3)는, 예를 들면 도포제(S)보다 점도가 높은 자외선 경화성 조성물이다. 각 공급 노즐(52a)로부터 형성된 볼록한 부분(53a, 53a)은, 그 높이가 수계 도포액(S)에 의한 도막(Sa)의 막 두께와 동일하거나 약간 낮도록 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 도막(Sa)의 내외주 측 둘레부가 표면 장력으로 볼록한 부분(53a, 53a)과 접촉하므로, 전체적으로 균일한 막 두께의 도막(Sa)을 형성할 수 있고, 건조 후에도 균일한 막 두께의 수리층(5)을 형성할 수 있다.
수리층 형성 공정에 있어서, 회전 테이블(15)과 거의 동일한 축에 탑재된 디스크(D)가 구분부 형성부(A2)의 위치로 이동되면, 제2 공급 수단(52)의 한 쌍의 공급 노즐(52a, 52a)이 진출해서, 형성되어야 할 수리층(5)의 내주측 및 외주측 둘레부(5a, 5b)에 각각 대향하여 위치한다. 이 상태에서, 회전 테이블(15)을 중심 축선(O) 주위로 회전시켜, 공급 노즐(52a, 52a)에 대하여 디스크(D)를 상대 회전시킨다. 이와 동시에 공급 노즐(52a, 52a)로부터 도포제(S3)를 공급하여, 인쇄면(4a)에 있어서의 수리층(5)의 내주측 및 외주측 둘레부(5a, 5b)에 단면에서 볼 때 거의 봉우리 형태의 연속적인 볼록한 부분(53a, 53a)을 각각 링형으로 형성한다(도 17A 참조). 볼록한 부분(53a, 53a)은 점도가 높은 도포제(S3)를 사용하므로, 도포 후에 볼록한 부분이 주위로 유동하여 무너지지 않고, 높은 성형성으로 볼록한 형상을 유지한다.
각 볼록한 부분(53a, 53a)에 자외선을 조사함으로써 경화시킨다(도 17B 참조). 이렇게 하여, 링형의 내주측 및 외주측의 볼록한 부분(53a, 53a)이 형성된다.
본 도포부(A4)로 디스크(D)가 이동하면, 도 4에 나타낸 바와 같이 볼록한 부분(53a, 53a) 사이의 대향하는 위치에 공급 수단(25)이 진출하고, 도막(Sa)을 형성하기 위해 수계 도포액(S)을 볼록한 부분(53a, 53a) 사이에 도포한다.
그리고, 구분부로서의 홈이나 볼록한 부분은 전술한 실시예와 같이 수리층 형성 공정에서만 형성하는 것으로 한정되지 않는다. 수리층 형성 공정의 전 공정, 예를 들면 디스크(D)의 제작시에 디스크 기판(4)과 일체 성형 또는 별개 성형 등으로 형성해도 된다.
또한, 전술한 실시예에서는, 공급 수단(25)의 각 노즐(27a∼27h)의 공급구(노즐의 단면)의 형상을 원형으로 하였으나, 공급구의 형상은 원형에 한정되지 않고 정방형이나 타원형 등의 임의의 형상을 채용할 수도 있다.
또한, 전술한 실시예에서는, 반경 방향으로 배열된 복수의 노즐(27a∼27h)을 직선형으로 반경 방향으로 배열한 공급 수단(25)을 사용했지만, 이것을 대신하여 도 18에 나타낸 바와 같이 복수의 노즐(27a∼27h)를 서로 접촉시킨 상태에서 지그재그 모양으로 반경 방향으로 배열해도 된다. 이와 같은 배열 구성으로 하면, 직경 방향의 각 노즐(27a∼27h)로부터 공급되며, 디스크 기판(4) 상에 놓여진 단면에서 볼 때 대략 반원형인 각 수계 도포액(S)과 인접하는 수계 도포액(S)을 서로 직경 방향 및 주위 방향으로 더욱 확실하게 일부 중복 상태로 도포할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 있어서, 복수의 노즐(27a∼27h)에 대하여 각 공급구의 면적(노즐의 단면적)을 직경 방향 외측으로 향할수록 점차 커지는 구성으로 했지만, 이것을 대신하여 각 노즐(27a∼27h)의 각 공급구의 면적을 동일하게 설정하 고, 각 노즐(27a∼27h)로부터 공급되는 수계 도포액(S)의 공급량을 직경 방향 외측으로 향할수록 점차 커지도록 설정하여, 디스크(D)의 인쇄면(4a)에서의 단위 면적당 도포량이 균일하도록 제어해도 된다. 이 경우, 각 노즐(27a∼27h)의 수계 도포액(S)의 공급 압력을 변화시킴으로써 공급량을 제어하면 된다.
또 실시예에 나타낸 수리층 형성 장치(10)에서는, 디스크(D)를 회전 테이블(15)로 저속 또는 정속 회전시켜, 공급 수단(25)을 인쇄면(4a)에 대향시킨 상태에서 정지 상태로 유지하는 구성으로 했지만, 이와는 반대로 디스크(D)를 정지 상태 로 유지하고, 공급 수단(25)을 중심 축선(O) 주위로 정속 회전시켜, 수계 도포액(S)을 각각 공급하도록 해도 된다. 어떻게 구성하더라도 디스크(D)와 공급 수단(25)이 상대적으로 이동하면 된다.
공급 수단(25)의 변형예에 대하여 도 19를 참조하여 설명한다.
도 19에 있어서 디스크(D)는 도시하지 않은 회전 테이블(15) 상에 정지 상태로 탑재되어 있다. 수계 도포액(S)을 공급하는 공급 수단(55), 단일의 도포제 공급원인 공급계부(26)와 이 공급계부(26)에서 분기된 복수의 노즐(56a)을 가지는 노즐부(57)를 구비하고 있다. 복수의 노즐(56a)은, 디스크(D)의 인쇄면(4a)의 수리층 형성 영역 전체에 대향하여 배열되어 있다. 노즐부(57)도 정지 상태로 유지되어 수계 도포액(S)을 각각의 노즐(56a)로부터 공급한다.
이 예에서는, 수리층(5)이 형성되어야 할 영역이 원환형으로 형성되어 있으므로, 노즐부(57)도 다수의 노즐(56a)이 동일한 링형으로 직경 방향 및 주위 방향으로 배열된 대략 벌집형으로 형성되어 있다. 또한 각각의 노즐(56a)의 공급구는 동일한 면적을 가진다.
따라서, 이와 같은 공급 수단(55)을 사용하여 디스크(D)에 수계 도포액(S)을 도포하는 데에 있어서는, 노즐부(57)의 복수의 노즐(56a)로부터 동일한 양의 도포제를 공급하여 인쇄면(4a) 상에서 각 수계 도포액(S)의 액체 방울이 서로 일부 겹치는 정도의 양을 공급한다.
특히, 본 실시예에 따르면, 디스크(D)와 노즐부(57)가 정지 상태에서 수계 도포액(S)이 공급되므로, 도포 작업을 더욱 단시간에 정확하게 할 수 있고, 레벨링 처리를 보다 확실하게 자연 건조 전에 행하는 이점이 있다.
또, 본 발명은 광디스크(1) 등의 콤팩트 디스크에 한정되지 않고, 다른 디스크를 포함하는 각종의 피 도포물에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 액상의 도포제로서 수계 도포액(S)에 한정되지 않고, 여러 종류의 액상의 도포제를 사용할 수 있다.
본 발명은, 콤팩트 디스크 등의 각종의 디스크에, 잉크 젯 프린터 등으로 각종 화상이나 문자 정보 등을 선명하게 인쇄할 수 있는 수리층을 형성하기 위한 방법 및 장치, 및 그와 같은 수리층을 구비한 디스크에 사용할 수 있다.

Claims (22)

  1. 디스크 상의 도포 영역에 도포액을 도포하여 도막을 형성하고, 상기 도막을 건조시켜 수리층(受理層)을 형성하는 잉크 젯(ink jet)용 수리층의 제조 방법으로서,
    상기 디스크 상의 상기 도포 영역과 비도포 영역의 경계에, 도포액을 구분하는 구분부를 형성하고;
    상기 구분부로 구분된 상기 도포 영역의 각 공급 위치에, 배열된 복수의 노즐로, 단위 면적당 일정량의 상기 도포액을 공급하고;
    인접한 공급 위치에 공급된 상기 도포액을 레벨링(leveling)하여 도막을 형성하고;
    상기 도막을 건조시켜 상기 도포 영역 전체에 걸쳐 수리층을 형성하는
    단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구분부는 홈이며, 상기 홈에 의해 둘러싸인 영역에 상기 도포액을 도포하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홈의 깊이의 최대값은, 상기 홈에 의해 둘러싸인 영역의 도막의 막 두 께 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구분부는, 자외선 경화성 조성물을 디스크에 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화시킨 볼록한 부분인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은, 상기 디스크의 반경 방향으로 배열되어 있으며, 상기 각 노즐의 개구 면적은, 반경 방향 외측으로 갈수록 커지며, 상기 도포액이 원심력으로 인해 유동하게 되지 않는 속도로 상기 복수의 노즐과 상기 디스크를 상대 회전시키면서, 상기 도포 영역에 상기 도포액을 도포하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 노즐은 상기 도포 영역의 전체 면에 대향하여 배열되어 있어서, 상기 복수의 노즐과 상기 디스크를 상대 회전시키지 않고 도포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도포액은, 약 20%의 고형분을 포함하는 수계 도포액인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도포액은, 안료와 바인더를 함유하고, 다공질의 수리층을 형성하는 수계 도포액인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 안료는, 알루미나, 실리카, 실리카 알루미나 복합 입자, 뵈마이트(boehmite) 및 기상법 합성 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 도포액은, 친수성 고분자를 함유하고, 팽윤형의 잉크 수리층을 형성하는 수계 도포액인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 도포액은, 수용성 고분자를 함유하고, 팽윤형의 잉크 수리층을 형성하는 수계 도포액인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도포 영역 전체에 상기 도포액을 공급하고, 상기 도막을 형성한 후에, 상기 도막을 진동시켜 평탄화하는 레벨링 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 도막의 건조는, 상기 디스크의 배면에 설치한 가열 수단을 사용하여, 상기 도막의 내측에서 외측을 향해 완만하게 낮아지는 온도 구배로 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 방법.
  14. 디스크 상의 도포 영역에 수리층을 형성하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치로서,
    상기 도포 영역과 비도포 영역의 경계에, 도포액을 구분하는 구분부를 형성하는 구분부 형성 수단; 및
    상기 구분부로 구분된 상기 도포 영역에, 단위 면적당 일정량의 상기 도포액을 공급하도록 배열된 복수의 노즐을 가지는 공급 수단
    을 포함하며,
    상기 공급 수단의 인접한 각 노즐로부터 상기 도포 영역에 공급된 상기 도포액은 레벨링에 의해 평탄화되어 상기 도포 영역 전체에 걸쳐 수리층을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 구분부 형성 수단은, 디스크 상의 상기 경계에 홈을 형성하기 위한 홈형성 수단인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 구분부 형성 수단은, 디스크 상의 도포 영역의 경계에 볼록한 부분을 형성하기 위한 볼록한 부분 형성 수단인 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 공급 수단의 복수의 노즐은, 상기 디스크의 반경 방향으로 배열되어 있으며, 상기 각 노즐의 개구 면적은, 반경 방향 외측으로 갈수록 커지며, 상기 공급 수단은, 상기 도포액이 원심력으로 인해 유동하게 되지 않는 속도로 상기 복수의 노즐과 상기 디스크를 상대 회전시키면서, 상기 도포 영역에 상기 도포액을 도포하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 공급 수단의 복수의 노즐은 상기 도포 영역의 전체 면에 대향하여 배열되어 있어, 상기 공급 수단은 상기 복수의 노즐과 상기 디스크를 상대 회전시키지 않고 도포가 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 도포 영역 전체에 상기 도포액을 공급하여 형성한 도막에, 진동을 부여하여 평탄화하는 레벨링 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 디스크 배면에 배치된 가열 수단을 더욱 포함하며, 상기 가열 수단은 상기 도막의 내측에서 외측을 향해 완만하게 낮아지는 온도 구배로 상기 도막을 건조하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯용 수리층의 제조 장치.
  21. 도포 영역에 잉크 젯용 수리층을 형성시켜 이루어진 디스크로서,
    상기 도포 영역과 비도포 영역의 경계부에 형성된 구분부; 및
    상기 구분부로 구분된 영역에 형성된 상기 수리층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 구분부는 홈이며, 상기 홈에 의해 둘러싸인 영역에 상기 수리층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크.
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