KR20090004737A - 연속적인 피륙상에서 상변화 잉크 인쇄를 이용하는 잉크젯프린터 - Google Patents

연속적인 피륙상에서 상변화 잉크 인쇄를 이용하는 잉크젯프린터 Download PDF

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데이비드 에이. 만텔
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Abstract

인쇄 장치는 인쇄 스테이션을 포함하고, 인쇄 스테이션은 기재에 상변화 잉크를 적용하기 위한 적어도 하나의 프린트 헤드와, 프린트 헤드와 실질적으로 마주하는 기재의 반대편 측부에 배치된 백킹 부재를 구비하고, 백킹 부재는 기재가 사전 결정된 잉크 수용 온도에 도달하도록 한다.
Figure P1020080064756
상변화 잉크, 연속적인 피륙, 잉크젯 프린터, 잉크젯 인쇄

Description

연속적인 피륙상에서 상변화 잉크 인쇄를 이용하는 잉크젯 프린터{INK-JET PRINTER USING PHASE-CHANGE INK PRINTING ON A CONTINUOUS WEB}
본 발명은 잉크젯 인쇄에 관한 것이고, 특히 실질적으로 연속적인 피륙(web)상에서 상변화(phase-change) 잉크 인쇄를 수반하는 잉크젯 인쇄에 관한 것이다.
잉크젯 인쇄는 이미지를 형성하도록 프린트 헤드에 있는 오리피스로부터 수용 표면상으로 잉크 액적(drop)을 분출하는 것을 수반한다. 이미지는 통상 픽셀로서 지칭되는 잠재적인 액적 위치의 격자형 패턴으로 만들어진다. 이미지의 해상도는 인치당 잉크 액적 또는 도트의 수(dpi)에 의해 설명되고, 통상의 해상도는 300dpi 및 600dpi이다.
본 발명의 목적은 실질적으로 연속적인 피륙상에서 상변화 잉크 인쇄를 수반하는 잉크젯 인쇄를 제공하는데 있다.
한 양태에 따라서, 경로를 통하여 기재를 이동시키기 위한 수단; 사전 결정된 예열 온도로 기재를 예열하는 예열기; 및 상기 경로를 따라서 상기 예열기의 하류측에 배치된 인쇄 스테이션을 포함하는 인쇄 장치가 제공된다. 인쇄 스테이션은 기재에 상변화 잉크를 적용하기 위한 적어도 하나의 프린트 헤드, 및 사전 결정된 잉크 수용 온도 범위 내에서 기재(substrate)의 온도를 유지하기 위한 수단을 구비한다.
본 발명에 따라서, 연속적인 피륙상에서 상변화 잉크 인쇄를 수반하는 잉크젯 인쇄가 제공된다.
도면은 용지로의 직접식, 연속적인 피륙, 상변화 잉크 프린터의 간략화된 도면이다. 스풀(10) 상에 공급된 "기재"(종이, 플라스틱, 또는 다른 인쇄 가능한 재료)의 매우 긴(즉, 실질적으로 연속하는) 피륙(W)은 필요에 따라서 도시되지 않은 다양한 모터에 의해 풀려서 전진하게 된다. 한 세트의 롤(12)은 경로를 통하여 피륙이 이동함으로써 전진하는 피륙의 인장을 제어한다.
초기 사전 결정된 온도로 피륙을 예열하는 예열기(18)가 경로를 따라서 제공된다. 예열기(18)는 피륙(W)을 목표 예열 온도로, 하나의 특정 실시예에서 30℃ 내지 70℃의 목표 예열 온도로 예열하도록 접촉, 방사, 전도 또는 대류 가열에 의존할 수 있다.
피륙(W)은 일련의 프린트 헤드(21A, 21B, 21C, 및 21D)를 포함하는 인쇄 스테이션(20)을 통하여 이동하고, 각각의 프린트 헤드는 피륙의 폭을 교차하여 효과적으로 연장하며 이동하는 피륙상에 직접(즉, 중간 또는 오프셋 부재의 사용없이) 하나의 주요 컬러의 잉크를 배치할 수 있다. 대체로 친숙한 것으로서, 피륙(W) 상의 중첩하는 영역에 배치되는 4개의 각각의 주요 컬러 이미지는 이미지 경로(22)를 통하여 각각의 프린트 헤드로 보내진 이미지 데이터에 기초하여 풀 컬러 이미지(full-color image)를 형성하도록 결합한다. 다양한 가능한 실시예에서, 각각의 주요 컬러를 위한 다중 프린트 헤드가 제공될 수 있거나; 프린트 헤드는 각각 단일 선형 어레이로 형성될 수 있거나; 각각의 컬러 프린트 헤드의 기능은 처리 방향을 따라서 상이한 위치에 위치되는 다중의 별개의 프린트 헤드중에서 분할되거나; 또는 프린트 헤드 또는 프린트 헤드의 부분은 스폿 컬러 애플리케이션(spot-color application)과 같은 처리 방향(P)을 횡단하는 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.
이 실시예에서 피륙(W)으로 안내되는 잉크는 "상변화 잉크"이며, 이에 의해, 상변화 잉크는 실질적으로 실온에서 고형이며 초기에 피륙(W) 상으로 분사될 때 실질적으로 액체인 것을 의미한다. 현재 통상적인 상변화 잉크는 약 100℃ 내지 140 ℃로 가열되고, 그러므로 액체 상태에서, 피륙(W) 상으로 분사된다. 일반적으로 이야기하면, 액상 잉크는 피륙(W)을 타격하는 것으로 급격히 식는다.
전형적으로 피륙(W)의 다른 측부에서 프린트 헤드와 실질적으로 마주하여 배열되는 바(bar) 또는 롤의 형태를 하는 백킹 부재(24A, 24B, 24C, 24D, backing member)가 각각의 주요 컬러 프린트 헤드에 결합된다. 각각의 백킹 부재는, 프린트 헤드와 용지 사이의 틈이 공지되고 일정한 거리에서 체류하도록 피륙(W)을 위치시키기 위해 사용된다. 각각의 백킹 부재는 피륙의 인접한 부분이 사전 결정된 "잉크 수용" 온도, 하나의 실시예에서 40℃ 내지 60℃에 도달하도록 제어될 수 있다. 다양한 가능한 실시예에서, 각각의 백킹 부재는 가열 요소, 백킹 부재를 통한 액체의 유동을 위한 캐비티 등을 포함할 수 있으며; 대안적으로, "백킹 부재"는 피륙(W)의 일부에 대해 또는 일부 가까이에 있는 공기 또는 다른 가스의 유동의 형태로 될 수 있다. 특정 목표 온도로 유지되는 백킹 부재(24)에 더해진 예열기(18)의 결합된 작용은 약 45℃ 내지 65℃의 사전 결정된 온도 범위에 있는 인쇄 구역(20)에서 피륙(W)을 유지한다.
부분적으로 이미지화된 피륙이 인쇄 스테이션(20)에 걸쳐 다양한 컬러의 잉크를 수용하도록 이동함으로써, 피륙의 온도가 주어진 범위 내에서 유지되는 것이 요구된다. 잉크는 전형적으로 수용중인 피륙의 온도보다 상당히 높은 온도에서 분사되며, 그러므로 둘러싸인 종이(또는 피륙(W)을 만드는 것이면 무엇이든지)를 가열하게 된다. 그러므로, 구역(20)에 있는 피륙과 접촉하는, 또는 피륙 가까이에 있는 부재는 필요한 피륙 온도가 유지되도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 비록 백킹 부재가 피륙 온도에서 효과를 가질지라도, 피륙의 전후에서 공기 온도와 공기 유속은 또한 피륙 온도에 강한 영향을 주게 되며, 그러므로 피륙 온도를 제어할 때 고려되어야 하며, 그러므로, 피륙 온도는 인쇄 스테이션(20)에 있는 피륙의 뒤에 송풍기 또는 팬(fan)을 이용하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.
그러므로, 피륙 온도는 인쇄 구역(20)에 있는 프린트 헤드로부터 모든 잉크의 분사를 위해 실질적으로 균일하게 유지된다. 이러한 균일성은 이미지 품질을 유지하기 위해 매우 유익하며, 특히 일정한 잉크 측방향 전개(즉 처리 방향(P)에 대해 직각과 같이 피륙(W)의 폭을 교차하는)와 피륙의 일정한 잉크 침투를 유지하기 위해 매우 유익하다. 특정 잉크와 피륙의 열적 성질에 의존하여, 이러한 피륙 온도 균일성은 피륙을 예열하는 것에 의하여, 그리고 제어되지 않은 백킹 부재를 사용하여, 및/또는 인쇄 스테이션에 걸쳐서 기재 온도를 실질적으로 일정하게 유지하도록 상이한 백킹 부재(24A, 24B, 24C, 24D)를 상이한 온도로 제어하는 것에 의하여 달성될 수 있다. 피륙(W)과 관련된 온도 센서(도시되지 않음)는 이러한 목적을 달성하는 제어 시스템뿐만 아니라 프린트 헤드로부터 주어진 주요 컬러의 많은 잉크가 주어진 시간에 피륙(W)에 어떻게 적용되는가를 측정 또는 추론하기 위한 시스템과 함께 사용될 수 있다. 다양한 백킹 부재가 백킹 부재에 인접한 프린트 헤드로부터 뿐만 아니라 인쇄 스테이션에 있는 다른 프린트 헤드로부터의 입력 데이터를 사용하여 개별적으로 제어될 수 있다.
하나 이상의 "중간 히터"(30)가 따르는 일련의 인장 롤러(26)가 피륙 경로를 따라서 인쇄 구역(20)을 따른다. 중간 히터(30)는 목표 온도로 피륙(W)을 가져오도 록 접촉, 방사, 전도 및/또는 대류 가열을 사용할 수 있다. 중간 히터(30)는 피륙상의 잉크가 스프레더(40, spreader)를 통하여 보내질 때 필요한 성질에 적합한 온도로 피륙에 배치된 잉크를 가열한다. 하나의 실시예에서, 중간 히터를 위한 목표 온도에 대한 유용한 범위는 약 35℃ 내지 약 80℃이다. 중간 히터(30)는 약 15℃ 내에서 서로에 대해 잉크와 기재 온도를 평형화하는 효과를 가진다. 보다 낮은 잉크 온도는 라인 스프레드(line spread)를 덜 주는 한편, 보다 높은 잉크 온도는 뒤배임(show-through, 인쇄의 다른 측으로부터 이미지의 가시성)을 유발한다. 중간 히터(30)는 이후에 기술되는 스프레더의 온도의 0℃ 내지 20℃ 이상으로 기재와 잉크 온도를 조정한다.
피륙(W)에 사전 결정된 압력과, 일부 실시에서 열을 적용하는 "스프레더"(40)가 피륙(W)의 경로를 따라서 중간 히터(30)의 뒤를 잇는다. 스프레더(40)의 기능은, 인접한 액적 사이의 공간이 채워지고 이미지 고형물이 균일하게 되도록, 피륙(W) 상에서 잉크의 액적이 본질적으로 어떻게 고립되고, 압력, 한 실시예에서 열에 의해 연속 층을 만들도록 액적이 어떻게 퍼지는가를 취하는 것이다. 잉크의 전파에 부가하여, 스프레더(40)는 또한 잉크층 점착을 증가시키는 것 및/또는 잉크-피륙 접착을 증가시키는 것에 의하여 이미지 내구성을 개선할 수 있다. 스프레더(40)는 이미지측 롤(42)과, 피륙(W)에 열 및 압력을 적용하는 압력 롤(44)과 같은 롤을 포함한다. 어느 한 롤은 약 35℃내지 약 80℃의 범위의 온도로 피륙(W)을 가열하도록 가열 요소(46)를 포함할 수 있다.
하나의 실제 실시예에서, 스프레더(40)의 롤 온도는 약 55℃에서 유지되고; 대체로 보다 낮은 롤 온도는 라인 스프레드를 덜 주는 한편, 보다 높은 온도는 광택면(gloss)에서의 결함을 유발한다. 약 57℃보다 높은 롤 온도는 롤에 대한 잉크의 오프셋을 유발한다. 하나의 실제 실시예에서, 닙 압력(nip pressure)은 약 500 내지 약 2000psi lbs/side의 범위에서 설정된다. 보다 낮은 닙 압력은 라인 스프레드를 덜 주는 한편, 보다 높은 닙 압력은 압력 롤 수명을 단축시킬 수 있다.
스프레더(40)는 또한 롤 표면의 세정 및/또는 롤 표면에 일부 윤활제 또는 다른 물질의 층을 도포하는데 적절한, 이미지측 롤(42)과 관련된 세정/오일 스테이션(48)을 포함할 수 있다. 이러한 스테이션은 약 10 내지 200 센티포이즈의 점도를 가지는 아미노 실리콘(amino silicone) 오일과 같은 윤활제로 스프레더 롤의 표면을 코팅한다. 단지 소량의 오일이 요구되며, 피륙(W)에 의해 수행되는 오일은 단지 A4 사이즈의 페이지당 약 1 내지 10㎎이다.
하나의 가능한 실시예에서, 중간 히터(30)와 스프레더(40)는 단일 유닛 내에서 결합될 수 있으며, 이것들의 각각의 기능은 피륙(W)의 동일한 부분에 대해 동시에 발생한다.
스프레더(40)에 이어서, 이 실시예에 있는 프린터는 "광택기(glosser)"(50)를 포함하고, 그 기능은 이미지의 광택면을 변화시키는 것이다(이러한 광택기는 실제 실시예서 "선택물"로서 고려될 수 있다). 광택기(50)는 스프레더(40)에 의해 방금 펼쳐진 잉크 상에서 필요한 양의 광택면을 얻도록 사전 결정된 온도와 압력 결합을 적용한다. 부가적으로, 광택기 롤 표면은 잉크 표면상에 사용자가 찍도록 원하는 조직(texture)을 가질 수 있다. 광택기(50)는 피륙(W)이 통과하는 닙(nip)을 형성하는 2개의 롤(이미지측 롤(52)과 압력 롤(54))을 포함한다. 하나의 실제 실시예에서, 스프레더(40)에서 제어된 온도는 약 35℃ 내지 약 80℃이며, 광택기(50)에서 제어된 온도는 약 30℃ 내지 약 70℃이다.
각각의 스프레더(40)와 광택기(50)에서, 피륙의 잉크가 칠해진 측면과 접촉하는 이미지측 롤(42 또는 52)은 전형적으로 양극화된(anodized) 알루미늄으로 만들어지는 바와 같이 알맞게 단단하다. 각각의 경우에, 압력 롤(44 또는 54)에 대하여, 약 50D 내지 약 65D의 경도와 약 65㎫ 내지 약 115㎫의 탄성 모듈을 구비한 비교적 연한 롤이 사용되고, 얇은 탄성 중합 오버코팅을 포함할 수 있다. 다양한 실제 응용예에서, 약 50㎫ 내지 약 200㎫의 유효 탄성 모듈을 구비한, 하나 이상의 층의 탄성 중합 또는 탄력이 있는 압력 롤이 제공될 수 있다.
실제 실시에 있어서, 스프레더(40)와 광택기(50)와 관련된 각각의 온도의 상세 및 독립적인 제어는 특정 동작 조건 및 필요한 인쇄 속성이 주어지면 광택 조정을 가능하게 한다.
각각의 스프레더(40)와 광택기(50)에 있는 롤 쌍에 대하여 피륙(W)에 대한 전형적인 압력은 약 500 내지 약 2000 lbs/in2이다. 압력의 조정은 높은 압력이 과잉 펼침을 유발하기에 충분히 연성인 잉크 형식(formulation)이 타당하다. 높은 온도 및 압력과 함께 조직이 잉크 표면 내에 찍혀질 수 있도록 상이한 표면 조직을 구비한 광택기(50)에 있는 이미지층 롤(52)을 제공하는 것이 또한 가능하다.
주어진 형식의 잉크를 펼치는데 유효한 온도 및 압력이 잉크의 특정 열적 성 질에 의존하게 되는 것을 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 인식할 것이다. 용매 또는 물 기반 잉크(즉, 상변화 잉크가 아닌)가 주어진 실시에서 사용되었다면, 잉크는 액적으로서 매체 상에 반드시 부딪히는 것이 아니라, 대체로 그 자체 상에서 펼쳐지고, 그러므로, 매끄러운 층을 형성하여, 예를 들어 스프레더(40) 또는 불특정의 다른 요소의 효과를 제공한다. 유사하게, 직물 또는 니트 섬유와 같은 실질적으로 다공성인 기재상에 염료 또는 잉크의 배치를 수반하는 교시는, 예를 들어 의복 상에 스프레더(40)의 사용이 잉크가 의복을 통해 밀릴 가능성이 있음에 따라서, 본 개시물에 반드시 적용 가능한 것은 아니다. 이러한 것과 다른 이유 때문에, 다양한 형태의 피륙에 대한 용매 또는 물 기반 잉크의 적용에 관한 많은 교시가 본 개시물에 적용할 수 없다.
스프레더(40)와 광택기(50)를 통과한 후에, 인쇄된 피륙은 다른 측부에서 이미지화될 수 있으며, 그런 다음 바인딩(도시되지 않음)을 위한 것과 같은 페이지로 절단된다. 비록 실질적으로 연속적인 피륙 상에서의 인쇄가 실시예에 도시되었을지라도, 청구된 본 발명은 마찬가지로 용지 절단 시스템에 적용될 수 있다. 상이한 예열, 중간 히터, 및 스프레더 온도 설정값은 상이한 형태 및 중량의 피륙 매체를 위해 선택될 수 있다.
도 1은 용지로의 직접식, 연속적인 피륙, 상변화 잉크 프린터의 간략화된 도면이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 스풀 12 : 롤
30 : 중간 히터 40 : 스프레더
42, 52 : 이미지측 롤 44, 55 : 압력 롤
50 : 광택기

Claims (4)

  1. 경로를 통하여 기재를 이동시키기 위한 수단;
    사전 결정된 예열 온도로 상기 기재를 예열하기 위한 예열기;
    상기 경로를 따라서 상기 예열기의 하류측에 배치되고, 상기 기재에 상변화 잉크를 적용하기 위한 적어도 하나의 프린트 헤드, 및 사전 결정된 잉크 수용 온도 범위 내에서 상기 기재의 온도를 유지하기 위한 수단을 구비하는 인쇄 스테이션을 포함하는 인쇄 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 예열기는 약 30℃ 내지 약 70℃의 범위에 있는 예열 온도로 상기 기재를 예열하는 인쇄 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 인쇄 스테이션은 상기 프린트 헤드와 실질적으로 마주하는 상기 기재의 반대측에 배치된 백킹 부재를 포함하며, 상기 백킹 부재는 상기 기재가 사전 결정된 잉크 수용 온도 범위에 도달하게 하는 인쇄 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 백킹 부재는 상기 기재를 약 40℃ 내지 약 60℃의 범위의 잉크 수용 온도로 가열하며, 상변화 잉크는 상기 기재에 적용될 때 약 100℃ 내지 140℃의 온도에 있는 인쇄 장치.
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