KR20200025353A

KR20200025353A - 잉크젯 프린팅을 이용한 코팅 강판의 제조장치

Info

Publication number: KR20200025353A
Application number: KR1020180102567A
Authority: KR
Inventors: 김경석; 홍완기; 유석진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-10
Also published as: JP2021536378A; CN112638655B; JP7090803B2; KR102164121B1; WO2020045775A1; CN112638655A

Abstract

본 발명은 장시간 생산하여도 이미지 흐려짐 또는 광반사에 의한 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않도록 된 잉크젯 프린팅을 이용한 코팅 강판의 제조장치에 관한 것으로, 이는 강판 표면에 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄하는 인쇄장치를 포함하고, 상기 인쇄장치는, 빛에 의해 경화하는 잉크를 강판의 인쇄영역에 토출하는 잉크헤드; 상기 잉크헤드의 하류에 배치되어, 상기 인쇄영역의 잉크에 빛을 조사하는 광원; 및 상기 광원의 주변에 배치되어, 상기 강판으로부터 반사된 빛이 상기 잉크헤드에 도달하는 것을 방지하는 차폐부재를 포함하고, 상기 차폐부재는 상기 강판을 향한 면에 사선 방향으로 복수의 오목홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

잉크젯 프린팅을 이용한 코팅 강판의 제조장치 {APPARATUS OF COATING STEEL SHEET USING INKJET PRINTING}

본 발명은 장시간 생산하여도 이미지 흐려짐 또는 광반사에 의한 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않도록 된 잉크젯 프린팅을 이용한 코팅 강판의 제조장치에 관한 것이다

표면에 무늬가 인쇄되어 있는 강판은 실크 스크린을 이용한 인쇄 강판과, 롤 프린터를 이용한 인쇄 강판 등으로 나눌 수 있다 실크 스크린 인쇄 강판은 단속적인 배치타입(batch type)의 공정으로 코일이 아닌 시트(sheet) 상의 인쇄공정을 이용하고, 롤 인쇄 강판은 인쇄무늬가 식각된 롤에 잉크나 페인트를 묻혀 코팅하는 방법을 이용하고, 무늬전사지 인쇄 강판은 무늬가 새겨진 전사지를 강판에 전사시키는 방법을 이용한다.

이와 같은 종래의 기술들은 문제점을 가지고 있다

실크 스크린 방식의 경우 제작과정이 비교적 간단하지만, 인쇄하고자 하는 무늬나 제품의 종류에 따라 인쇄판인 스크린을 별도로 제작하여야 하고, 색상의 수나 종류에 따라 스크린의 수가 늘어나는 단점이 있으며, 결국 작업속도가 느려 생산성이 떨어진다.

롤 인쇄 방식의 경우 실크 스크린 방식과 달리 연속 코일 코팅 방식이라서 생산성은 높으나, 인쇄무늬가 단순하고 다양한 무늬의 구현이 어려워서 제품 디자인의 다양화가 어렵다. 또한, 실크 스크린 방식과 마찬가지로 색상의 수에 따라 인쇄 롤의 수도 함께 증가하고, 생산공정의 복잡함으로 인해 생산효율이 떨어지는 단점이 있다.

(특허문헌 1) KR 2018-0021321 A

이에 본 발명은 잉크젯 프린팅을 이용하여 생산성과 인쇄 품질을 향상시킬 수 있는 코팅 강판의 제조장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 장시간 생산하여도 이미지 흐려짐 또는 광반사에 의한 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않도록 된 잉크젯 프린팅을 이용한 코팅 강판의 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치는, 강판 표면에 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄하는 인쇄장치를 포함하고, 상기 인쇄장치는, 빛에 의해 경화하는 잉크를 강판의 인쇄영역에 토출하는 잉크헤드; 상기 잉크헤드의 하류에 배치되어, 상기 인쇄영역의 잉크에 빛을 조사하는 광원; 및 상기 광원의 주변에 배치되어, 상기 강판으로부터 반사된 빛이 상기 잉크헤드에 도달하는 것을 방지하는 차폐부재를 포함하고, 상기 차폐부재는 상기 강판을 향한 면에 사선방향으로 복수의 오목홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 잉크젯 프린팅을 이용함으로써 연속 코일 공정 생산이 가능하게 되고, 공정이 단순하면서도 생산속도 및 효율이 높으며, 다양한 무늬와 색상을 고해상도로 구현할 수 있어, 컴퓨터 디지털 이미지를 왜곡없이 강판에 프린팅할 수 있는 효과를 얻게 된다.

더욱이, 본 발명에 의하면, 강판의 평탄도에 의한 헤드의 손상을 방지하기 위해 인쇄 높이를 높여서 인쇄하여도 이미지 품질의 저하 없이 인쇄속도를 획기적으로 고속화할 수 있으며, 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않아 사용 수명을 연장함으로써 생생한 이미지를 장시간 인쇄할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치 중 인쇄장치의 요부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 도 2의 저면도이다.
도 5는 이미지의 흐려짐 및 헤드의 노즐 막힘이 일어나는 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 반사횟수에 따른 빛의 강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 차폐부재의 다른 변형예를 도시한 저면도이다.
도 8은 차폐부재의 또 다른 변형예를 도시한 저면도이다.
도 9는 본 발명과 종래기술의 이미지 품질을 비교하기 위한 사진이다.
도 10은 도 9의 일부를 확대한 사진이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다

도면에 도시되지는 않았지만, 강판은 인쇄 공정에 진입하기 전에 도막층을 형성하는 공정을 거칠 수 있다. 즉, 코팅 강판의 제조장치는 도막층을 형성하는 과정과, 도막층 위에 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄층을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서 코팅 강판은 표면에 도막층 또는 인쇄층이 형성된 강판을 의미한다

코팅 강판의 제조장치는 강판이 구부러지지 않고 평평한 상태로 유지시키기 위해 장력을 부여하는 장력 제어장치(10), 강판이 생산라인의 중앙을 따라 이동하지 않고 좌우로 치우쳐 이동하는 것을 방지하는 사행 제어장치(20), 강판에 잉크를 떨어뜨릴 때 잉크가 요구하는 위치에 정확히 떨어지도록 강판의 진행 속도를 유지시키는 속도 제어장치(30, 40), 및 강판에 잉크를 떨어뜨려 무늬 또는 색상을 인쇄하는 인쇄장치(100)를 포함할 수 있다.

도면을 참고하면, 강판의 진입 방향으로부터 장력 제어장치(10), 사행 제어장치(20), 디플렉터 롤(51; Deflector Roll), 댄서 롤(53; Dancer Roll), 속도 제어장치(30), 인쇄장치(100), 디플렉터 롤(52), 및 속도 제어장치(40)가 연속으로 마련될 수 있다.

장력 제어장치(10)는 텐션 브리들 롤(11, 12; Tension Bridle Roll)의 속도 및 접촉각을 조정함으로써 강판을 설정된 장력 범위 내로 유지시킬 수 있다. 장력 범위는 강판 표면 형상을 편평하게 만들면서도 너무 과도한 장력에 의해 파단이 발생하지 않는 범위로 설정될 수 있다, 일례로, 장력 범위는 2 내지 4kgf/mm² 범위 내에서 설정될 수 있다. 이때, 강판의 장력오차는 -1 내지 +1% 범위 이내가 되도록 조정되어 강판의 장력을 유지할 수 있다.

2개의 텐션 브리들 롤(11, 12)이 인접하여 배치될 수 있다. 강판은 진입 방향에 위치하는 텐션 브리들 롤(11)의 상부면을 따라 진입하고 진출 방향에 위치하는 텐션 브리들 롤(12)의 하부면을 따라 진출한다. 여기서, 어느 하나의 텐션 브리들 롤의 상하 위치(또는 수평 위치)를 변경함으로써 강판에 인가되는 장력의 크기를 조정할 수 있다.

텐션 브리들 롤(11, 12)의 하류에는 강판의 장력을 측정하는 장력 측정센서(13)가 설치될 수 있다. 이 장력 측정센서는 강판의 장력을 측정하여 장력 제어계(14)에 신호를 전달한다. 이 장력 제어계는 강판의 장력이 설정 범위 이상으로 측정되는 경우 강판의 장력을 낮추도록 텐션 브리들 롤에 동작 신호를 전달하고, 강판의 장력이 설정 범위 이하로 측정되는 경우 강판의 장력을 높이도록 텐션 브리들 롤에 동작 신호를 전달한다.

사행 제어장치(20)는 사행 측정센서(23)에서 알려주는 강판의 폭 방향 중앙 위치가 강판 이송라인의 중앙에서 벗어난 정도인 사행량에 따라 스티어링 롤(21, 22; Steering Roll)의 축을 회전 및 이동시킬 수 있다. 일례로, 강판의 사행량은 -1 내지 +1mm 범위 이내로 관리될 수 있다.

스티어링 롤(21, 22)은 텐션 브리들 롤(11, 12)의 하류에 위치할 수 있다.

또한, 2개의 스티어링 롤(21, 22)이 인접하여 배치될 수 있다. 강판은 인접하는 2개의 롤의 상부면을 따라 이송될 수 있다. 여기서, 어느 하나의 스티어링 롤의 강판의 폭 방향 위치(또는 회전축의 강판의 폭 방향 기울기)를 변경함으로써 강판의 사행을 제어할 수 있다.

스티어링 롤(21, 22)의 하류에는 강판의 사행을 측정하는 사행 측정센서(23)가 설치될 수 있다. 이 사행 측정센서는 강판의 사행을 측정하여 사행 제어계(24)에 신호를 전달한다. 이 사행 제어계는 강판이 오른편으로 사행되는 경우 강판을 왼편으로 이동시키도록 스티어링 롤에 동작 신호를 전달하고, 강판이 왼편으로 사행되는 경우 강판을 오른편으로 이동시키도록 스티어링 롤에 동작 신호를 전달한다.

또한, 사행 측정센서(23)는 인쇄장치(100)와 연결될 수도 있다. 일례로, 강판의 사행 정도가 위험 범위를 초과하는 경우 인쇄장치(100)가 동작을 멈추도록 할 수 있다.

속도 제어장치(30, 40)는 핀치 롤(31, 41; Pinch Roll)의 회전 속도를 조정하여 강판의 진행 방향 속도를 설정 속도로 유지시킬 수 있다. 강판의 속도가 일정하게 유지되어야 원하는 위치에 잉크가 떨어질 수 있기 때문이다. 예컨대, 강판의 설정 속도는 30 mpm 내지 50 mpm의 범위 내에서 선택될 수 있다. 이때, 강판의 실제 진행 속도의 변동량은 -21 내지 +21㎛/sec 범위 이내로 관리될 수 있다.

핀치 롤(31, 41)은 강판의 상하에 배치되는 2개의 롤로 이루어질 수 있다. 여기서, 어느 하나 이상의 핀치 롤의 회전속도를 변경함으로써 강판의 진행 속도를 조정할 수 있다.

또한, 핀치 롤(31, 41)은 강판의 폭 방향으로의 움직임을 고정하면서 폭 방향 진동을 저감시킬 수 있다. 일례로, 핀치 롤은 강판의 수평 방향 진동폭이 -11 내지 +11㎛ 범위 이내로 유지되도록 조정한다.

또, 핀치 롤(31, 41)은 인쇄장치(100)의 상류 및 하류 중 적어도 어느 일측에 설치될 수 있다. 도면에는 인쇄장치의 상류 및 하류 모두에 핀치 롤이 설치된 예가 나타나 있으나, 예를 들어 핀치 롤은 인쇄장치의 하류에만 설치되어 강판을 잡아당기면서 속도를 제어하거나, 인쇄장치의 상류에만 설치되어 강판을 밀어내면서 속도를 제어할 수도 있다.

디플렉터 롤(51, 52)은 강판의 진행 방향 및 각도를 바꾸기 위해 사용될 수 있다. 일례로, 사행 제어장치(20)와 속도 제어장치(30, 40) 사이에 마련되어 강판의 진행 방향을 바꾸고, 인쇄장치(100)와 속도 제어장치(30, 40) 사이에 마련되어 강판의 진행 방향을 바꿀 수 있다.

댄서 롤(53)은 베이스와의 사이에 진동 저감부재가 설치됨으로써 강판의 상하 방향으로 작은 범위 내의 이동이 가능하다. 따라서 댄서 롤은 강판의 진동을 저감할 수 있고, 나아가 강판의 장력을 조절할 수도 있다.

구체적으로, 댄서 롤(53)은 장력 제어장치(10)와 사행 제어장치(20)를 지나면서 발생하는 강판의 진동을 저감할 수 있다. 일례로, 댄서 롤은 강판의 상하 진동폭이 -60 내지 + 60㎛ 이내로 유지되도록 조정한다.

한편, 인쇄장치(100)는 잉크가 떨어지는 위치인 제팅영역(Jetting Zone) 또는 인쇄영역에서 강판이 구부러지지 않고 편평하게 펼쳐지도록 하는 밀착 이송유닛(120), 및 강판의 상하 위치를 조절하는 강판 지지롤(131, 132)의 위치 조절유닛(미도시)을 포함할 수 있다

밀착 이송유닛(120)은 진공에 의해 강판을 컨베이어 벨트(133)에 밀착시켜 강판의 표면을 편평하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 강판 표면의 편평도는 장력 제어장치(10)를 통하여 달성될 수 있지만, 강판 표면에는 미세하게 잔여 웨이브가 남아 있다. 예를 들어, 잉크헤드(101)와 강판 사이의 거리가 0.5 내지 1.0mm일 때 30 내지 50 mpm의 속도로 이동하는 강판이 잉크헤드와 충돌하는 경우, 인쇄장치(100)가 손상될 수 있다. 이에 따라 별도의 밀착 이송유닛을 이용하여 잔여 웨이브를 제거하게 된다.

강판 지지롤(131, 132)의 위치 조절유닛은 강판을 지지하면서 지정된 강판의 상하 방향 위치를 제어하는 강판 지지롤의 상하 위치를 조절하여 잉크가 강판의 정확한 위치에 떨어지도록 할 수 있다. 일례로, 강판 지지롤의 위치 조절유닛은 강판의 상하 진동폭이 -60 내지 + 60㎛ 이내로 유지되도록 강판 지지롤의 상하 위치를 조정할 수 있다.

전술한 장력 제어장치(10), 사행 제어장치(20), 속도 제어장치(30, 40), 인쇄장치(100)의 밀착 이송유닛(120) 및 강판 지지롤(131, 132)의 위치 조절유닛 등은 잉크젯 프린팅에 의해 정밀하게 강판에 고해상도의 디지털 이미지를 형성시킬 수 있게 하는 잉크헤드에서의 강판 조건을 만들어주는 역할을 한다. 즉, 잉크가 떨어져 이미지를 형성하는 제팅영역 또는 인쇄영역에서 강판은 강판의 폭 방향 중앙 위치가 강판 이송라인의 중앙에 위치해야 하며, 잉크헤드와의 거리가 설정된 값으로 유지되어야 한다.

인쇄장치(100)는 인쇄영역 내에서 이동하는 강판에 잉크를 뿌려주어 강판 표면에 잉크젯 프린팅을 실행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치 중 인쇄장치의 요부를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이며, 도 4는 도 2의 저면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치는, 강판 표면에 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄하는 인쇄장치(100)를 포함하고, 이 인쇄장치는, 빛에 의해 경화하는 잉크를 강판(1)의 인쇄영역에 토출하는 잉크헤드(101); 이 잉크헤드의 하류에 배치되어, 인쇄영역의 잉크에 빛을 조사하는 광원(103); 및 이 광원의 주변에 배치되어, 강판으로부터 반사된 빛이 잉크헤드에 도달하는 것을 방지하는 차폐부재(150)를 포함하고, 이 차폐부재는 강판을 향한 면에 사선 방향으로 복수의 오목홈(151)이 형성되어 있다.

잉크헤드(101)는 아래를 향하도록 배치되는 노즐(102)이 복수로 마련되고, 복수의 노즐은 강판(1)의 폭 방향으로 나란하게 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 노즐들이 일정한 간격으로 배치되어야 균일한 인쇄품질을 얻을 수 있다.

또한, 잉크헤드(101)는 강판의 진행 방향으로 복수개가 나란하게 배치될 수 있다. 강판(1)의 진행 방향으로 배치되는 각각의 잉크헤드는 서로 다른 색상의 잉크를 뿌려줄 수 있다. 예컨대, 강판의 진행 방향을 따라 상류로부터 C(Cyan), M(Magenta), Y(Yellow), K(Black) 색상의 잉크를 뿌려주는 잉크헤드가 나란하게 배치될 수 있다.

더불어, 단일 색상을 갖는 잉크를 뿌려주는 잉크헤드(101)는 강판(1)의 폭 방향으로 적어도 하나가 배치될 수 있다. 잉크헤드의 길이가 강판의 폭 너비를 커버할 수 있을 정도로 충분한 경우에는 하나의 잉크헤드가 배치되어도 되지만, 잉크헤드의 길이가 강판의 폭보다 작은 경우에는 복수의 잉크헤드를 강판의 폭 방향으로 연결하여 사용할 수 있다.

강판(1)의 진행 방향을 따라 배치되는 잉크헤드(101)들은 서로 강판의 진행 방향으로 헤드의 일부가 겹치도록 배치될 수 있다. 이때, 각 잉크헤드에서 강판의 폭 방향으로 최외곽에 위치한 노즐(102)은 강판의 진행 방향으로 겹치지 않도록 배치될 수 있다. 따라서, 인쇄영역이 갖는 강판의 폭 방향 영역 전체에 걸쳐 끊임없고 균일한 인쇄가 이루어질 수 있다.

추가로, 인쇄장치(100)는 잉크를 지속적으로 버블 없이 공급할 수 있는 잉크 공급장치(미도시)를 포함할 수 있다. 이 잉크 공급장치는 잉크헤드(101)와 연결되어 노즐(102)에 잉크를 공급할 수 있으며, 잉크헤드와 탈착 가능하도록 결합되어 잉크가 부족한 경우에 교체 가능하도록 마련될 수 있다.

잉크는 빛에 의해 경화하는 잉크를 사용할 수 있다.

광원(103)으로부터 조사되는 빛으로는 자외선(UV) 광을 이용하여, 잉크를 경화시킬 수 있다.

강판(1)에 뿌려진 잉크 액적(Droplet; 2)은 시간이 지나면서 계속적으로 퍼질 수 있으며, 잉크 액적의 크기가 커질수록 프린팅 이미지의 해상도는 떨어지게 된다. 따라서, 광원(103)은 잉크가 적정한 퍼짐량 이상으로 퍼지지 않도록 잉크를 굳혀줄 수 있다.

이러한 광원(103)은 잉크헤드(101)의 하류에 배치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 색상을 담당하는 잉크헤드의 하류에 광원이 배치될 수 있는데, 이 경우에 강판의 진행 방향으로 C 색상의 잉크헤드, 광원, M 색상의 잉크헤드, 광원, Y 색상의 잉크헤드, 광원, K 색상의 잉크헤드, 및 광원이 순차적으로 배치될 수 있다.

잉크헤드(101)들 사이의 거리와 광원(103)들 사이의 거리 및 인접한 잉크헤드와 광원 사이의 거리는 일정하게 될 수 있다. 따라서 각 색상이 경화되는 정도를 균일하게 할 수 있다.

인쇄장치(100)는 잉크헤드(101)와 광원(103)을 고정하는 베이스 프레임(105)을 더 포함할 수 있다.

베이스 프레임(105)은 복수의 잉크헤드(101)와 복수의 광원(103)을 하나의 유닛으로 구속시킬 수 있다. 일례로, 베이스 프레임은 강판(1)의 진행 방향으로 연장하여, 복수의 잉크헤드와 복수의 광원을 결합할 수 있다.

하나의 베이스 프레임(105)이 잉크헤드(101)들과 광원(103)들을 하나의 유닛으로 결합할 수 있지만, 이와 달리 색상별로 복수의 베이스 프레임이 마련될 수도 있다.

베이스 프레임(105)은 잉크헤드(101)를 수용하는 개구(106)와 광원(103)을 위한 개구(104)를 구비할 수 있다.

강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리는 조정될 수 있는데, 강판과 노즐 사이의 거리는 가깝게 가져갈수록 인쇄 품질은 좋아지지만, 인쇄 소재로 사용되는 강판의 강도 및 고유 평탄도 등의 제약조건 때문에 현실적으로 강판과 노즐 사이의 거리를 극한으로 가까이 할 수 없다.

예컨대, 강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리가 대략 0.5mm보다 작아지면 강판이 잉크헤드와 충돌하여 인쇄장치(100)가 손상될 우려가 있다. 강판은 완전한 평면으로 마련되지 않고 미세한 웨이브를 포함하기 때문에 강판과 노즐 사이에는 안전 거리가 필요하다.

도 5는 이미지의 흐려짐 및 헤드의 노즐 막힘이 일어나는 상태를 설명하기 위한 개략도이다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리를 대략 3mm 정도로 하여 잉크젯 프린팅을 실행하면, 광원(103)에서 조사되는 빛이 강판의 표면으로부터 반사되어 산란되고, 이렇게 산란된 반사광이 잉크헤드의 노즐에 도달하게 된다.

여기서, 강판의 표면에서 평균 반사율은 약 87% 정도이며, 일부 제품은 거울과 같은 표면을 가져 반사율이 95%에 이른다.

강판(1)의 표면으로부터 반사된 빛은 그 강도가 약해지지만 잉크헤드(101) 근처까지 도달하여 낙하 중인 잉크 액적(2)을 미리 경화시키게 되고, 이에 따라 잉크의 퍼짐이 악화되게 된다. 결국, 강판에 떨어진 잉크가 제대로 퍼지지 않고 경화되어 흐린 이미지가 인쇄되게 된다.

더욱이, 강판(1)의 표면으로부터 반사되어 산란된 반사광 중 일부는 잉크헤드(101)의 노즐(102)에 조사되어, 토출이 끝나 노즐에 맺힌 잉크를 경화시키게 된다. 그 이후에는 경화된 잉크에 의해 노즐 막힘이 생겨 잉크가 원활하게 나오지 못하게 됨으로써 인쇄 품질에 악영향을 끼친다. 예컨대, 노즐이 막힌 부분에서 잉크가 분사되지 않아 인쇄된 이미지에 줄무늬가 형성될 수 있다.

이에, 강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이에 안전 거리를 확보하면서, 강판과 노즐 사이의 거리가 대략 3mm 이상이어도 인쇄 진행시 이미지의 흐려짐 및 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않도록 하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치는, 그 인쇄장치(100)가, 강판으로부터 반사된 빛이 잉크헤드에 도달하는 것을 방지하는 차폐부재(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차폐부재(150)는 강판의 진행 방향에 대해 사선 방향으로 강판(1)을 향한 면에 복수의 오목홈(151)이 형성되어 있다. 또한, 차폐부재는 반사된 빛을 흡수할 수 있는 재질로 만들어지거나, 검은색 또는 검은색과 유사한 색상의 코팅재로 도포될 수 있으며, 구체적인 예로 알루미늄과 같은 금속 소재에 아노다이징 코팅을 하여도 무방하다.

이러한 차폐부재(150)는 베이스 프레임(105)에 일체로 형성되거나, 별도로 제조된 후 베이스 프레임에 임의의 고정구(예컨대 고정나사 등)를 사용하여 결합 또는 조립될 수 있다.

차폐부재(150)에 형성된 오목홈(151)의 홈벽은 대략 90도의 각도, 즉 강판(1)의 표면에 대해 직각인 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 광원(103)에서의 조사각 및 소재 표면의 조도 변화에 따른 반사각의 변화에 따라 임의의 각도를 가질 수 있다.

이와 같이, 반사광이 차폐부재(150) 안에서의 반사 횟수를 최대로 하여 오목홈(151) 내부에서 반사되게 함으로써, 차폐부재를 빠져나가는 빛의 강도를 낮출 수 있다.

한편, 차폐부재(150)의 오목홈(151)은 그 사선 방향으로 연장된 구조로 인해, 반사광이 상류 측으로, 다시 말해 잉크헤드(101) 쪽을 향해 내부 반사가 반복적으로 이루어져 오목홈을 빠져나올 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해, 각 오목홈 중 상류 측의 잉크헤드로 개방된 단부에는 오목홈을 가로지르는 차단벽(152)이 추가로 형성될 수 있다. 이에 따라, 차폐부재의 각 오목홈은 반사광을 그 내부에 가둬둘 수 있고 내부 반사의 횟수를 많이 가져갈 수 있게 된다.

도 6은 반사횟수에 따른 빛의 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 코팅 없는(베어(Bare) 상태)인 알루미늄으로 구성된 차폐부재(150)의 경우에, 내부 반사의 횟수가 30회에 도달하면 반사광의 강도가 대략 8% 정도로 낮아지므로, 차폐부재의 오목홈 내에서 적어도 30회 이상 내부 반사가 일어날 수 있는 깊이로 오목홈(151)을 설계하는 것이 좋다.

또, 오목홈(151)의 개수는 강판의 인쇄 시간 동안(약 100분, 50mpm 기준) 반사광이 지속적으로 잉크헤드(101)의 노즐(102)에 닿더라도 잉크의 경화를 유발시키지 않는 강도를 갖도록 설정될 수 있다.

예를 들면, 안전계수를 고려하여 300분까지 조사되어도 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않는 반사광의 강도가 초기 강도의 0.00006%이고, 이때 내부 반사의 횟수를 88회라고 하면, 차폐부재(150)의 설계 변수인 오목홈(151)의 깊이와 개수는 오목홈 내 내부 반사의 횟수를 고려하여 인쇄 높이와 강판 표면의 최소 반사각에 따라 변경될 수 있다.

도 7은 차폐부재의 다른 변형예를 도시한 저면도이다.

도 7에 도시된 차폐부재(150)는 강판의 진행 방향에 대해 사선 방향으로 강판(1)을 향한 면에 복수의 오목홈(151)이 형성되고, 복수의 오목홈이 중간에서 절곡된 형상을 갖는다. 이로써, 광원(103)을 사이에 두고 양측에서 대략 V자 형상으로 형성된 복수의 오목홈이 배치될 수 있게 된다.

이와 같이 복수의 오목홈(151)을 중간에서 절곡된 형상으로 형성하면, 오목홈 내 차단벽(152)을 차폐부재(150)의 일측 선단 측에만 배치할 수 있는 장점이 있게 된다.

우선, 중간에서 절곡된 오목홈(151)은 반사광이 그 반사 횟수를 최대로 하여 내부에서 반사되게 함으로써, 차폐부재(150)를 빠져나가는 빛의 강도를 낮출 수 있다.

더욱이, 이들 오목홈(151)은 그 절곡된 사선 방향으로 연장된 구조로 인해 반사광이 주로 하류 측으로, 다시 말해 광원(103) 쪽이나 그 하류를 향해 내부 반사가 반복적으로 이루어지게 되는데, 이때 반사광이 오목홈을 빠져나오더라도 광원 쪽이나 그 하류를 향하여 나오기 때문에 반사광이 잉크헤드(101)에 도달할 가능성이 현저히 낮아질 수 있다.

여기서, 오목홈(151) 내 상류 측은 차단벽(152)에 의해 반사광의 진출이 저지된다.

도 8은 차폐부재의 또 다른 변형예를 도시한 저면도이다.

도 8에 도시된 차폐부재(150)는 강판의 진행 방향에 대해 사선 방향으로 강판(1)을 향한 면에 복수의 오목홈(151)이 형성되고, 각 오목홈 내에 오목홈을 가로지르는 복수의 격벽(153)이 형성되어 있다. 이로써, 대략 사선 방향의 격자 형상으로 형성된 복수의 오목홈이 배치될 수 있게 된다.

이와 같이 복수의 오목홈(151)을 사선 방향의 격자 형상으로 형성하면, 오목홈 내 별도의 차단벽을 형성할 필요가 없게 된다.

또한, 각 오목홈(151)의 홈벽 또는 격벽(153)에는 벽면으로부터 돌출한 돌출면(154)이 구비되어, 각 오목홈 내에 적어도 2개의 공간층을 형성할 수 있다. 도 8에는 3개의 공간층이 형성된 예가 확대 단면도로 나타나 있다.

이러한 복수의 공간층을 가진 오목홈(151)은 차폐부재(150)의 제조시 성형하거나 기계가공하여 형성할 수 있다. 혹은, 오목홈에 해당하는 구멍 또는 홈을 가진 얇은 판부재를 복수개로 적층하여 복수의 공간층을 가진 오목홈이 형성될 수도 있다.

이와 같이, 내부에 복수의 공간층을 가진 오목홈(151)에서는 반사광이 그 반사 횟수를 최대로 하여 내부에서 반사되게 함으로써, 차폐부재를 빠져나가는 빛의 강도를 낮출 수 있다.

더욱이, 이들 오목홈(151)은 복수의 공간층 및 돌출면(154)이 형성된 내부 구조로 인해 반사광을 그 내부에 가둬둘 수 있고 내부 반사의 횟수를 많이 가져갈 수 있게 됨으로써, 반사광이 오목홈으로부터 탈출하지 못해 잉크헤드(101)에 도달할 가능성을 대폭 낮출 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치에서 인쇄장치(100) 중 차폐부재(150)가 이미지 품질에 미치는 영향을 확인하기 위해, 인쇄 높이를 달리하면서 차폐부재를 장착한 본 발명의 실시예와, 차폐부재가 없는 종래기술의 비교예로 테스트를 수행하였다.

인쇄 조건은 50mpm의 강판 속도와 20Khz의 잉크 분사 속도 및 600dpi의 해상도로 인쇄가 이루어졌으며, 인쇄 높이, 즉 강판과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리는 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm로 구분하였다.

내용	구분	인쇄 높이(mm)	노즐 막힘
비교예 (차폐부재 없음)	비교예1	0.5 - 1	양호
	비교예2	1 - 2	불량
	비교예3	2 - 3	불량
실시예 (차폐부재 장착)	실시예1	0.5 - 1	양호
	실시예2	1 - 2	양호
	실시예3	2 - 3	양호

종래기술에 따라 강판에 인쇄를 하게 될 경우에, 권장 인쇄 높이, 즉 강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리가 1mm 이내일 때에는 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않았으나, 1mm를 초과하면 노즐 막힘이 생겨 이미지 품질에 불량을 초래하였다.

반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조장치와 같이 인쇄장치(100)에 차폐부재(150)를 장착하여 인쇄를 진행하면, 3mm의 인쇄 높이에서도 인쇄하는 동안 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않았다.

따라서, 강판 자체가 가지고 있는 평탄도 등의 제약조건 때문에 인쇄 높이, 즉 강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리를 부득이하게 증대시켜야 하는 경우에도 본 발명에 의하면 인쇄시 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않아 강판의 불량한 평탄도에 의한 헤드 손상을 방지하면서 생생한 이미지를 장시간 인쇄할 수 있게 되는 것을 확인할 수 있었다.

도 9는 본 발명과 종래기술의 이미지 품질을 비교하기 위한 사진이고, 도 10은 도 8의 일부를 확대한 사진이다.

도 9 및 도 10은 인쇄 높이, 즉 강판(1)과 잉크헤드(101)의 노즐(102) 사이의 거리가 3mm일 때, 본 발명과 종래기술의 잉크젯 프린팅을 이용한 코팅 강판에서의 이미지 품질을 나타내고 있다.

차폐부재(150)를 장착한 본 발명의 실시예에서는 인쇄 높이가 3mm일 때에도 생생하고 진한 이미지가 구현되는 반면에, 차폐부재가 없는 종래기술의 비교예에서는 인쇄 높이가 3mm가 되면 흐린 이미지가 인쇄되고 있음을 알 수 있다. 특히, 종래기술의 비교예에서는 낙하 중인 잉크 액적을 반사광이 미리 경화시켜 잉크의 퍼짐이 악화되게 함으로써, 결국에는 흐린 이미지가 인쇄된 예를 보여주고 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 잉크젯 프린팅을 이용함으로써 강판에 디지털 이미지를 연속적으로 프린팅하여 연속 코일 공정 생산이 가능하게 되고, 강판의 평탄도에 의한 헤드의 손상을 방지하기 위해 인쇄 높이를 높여서 인쇄하여도 이미지 품질의 저하 없이 인쇄속도를 획기적으로 고속화할 수 있으며, 헤드의 노즐 막힘이 발생하지 않아 사용 수명을 연장함으로써 생생한 이미지를 장시간 인쇄할 수 있는 효과가 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 장력 제어장치 20: 사행 제어장치
30, 40: 속도 제어장치 100: 인쇄장치
101: 잉크헤드 102: 노즐
103: 광원 105: 베이스 프레임
150: 차폐부재 151: 오목홈
152: 차단벽 153: 격벽
154: 돌출면

Claims

강판 표면에 잉크젯 프린팅을 이용하여 인쇄하는 인쇄장치를 포함하고,
상기 인쇄장치는,
빛에 의해 경화하는 잉크를 강판의 인쇄영역에 토출하는 잉크헤드;
상기 잉크헤드의 하류에 배치되어, 상기 인쇄영역의 잉크에 빛을 조사하는 광원; 및
상기 광원의 주변에 배치되어, 상기 강판으로부터 반사된 빛이 상기 잉크헤드에 도달하는 것을 방지하는 차폐부재
를 포함하고,
상기 차폐부재는 상기 강판을 향한 면에 사선 방향으로 복수의 오목홈이 형성된 코팅 강판의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 인쇄장치는 상기 잉크헤드와 상기 광원을 고정하는 베이스 프레임을 더 포함하고,
상기 베이스 프레임은 상기 잉크헤드를 위한 개구와 상기 광원을 위한 개구를 구비한 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.
제1항에 있어서,
각 오목홈 내에는 상류 측으로 개방된 단부에 상기 오목홈을 가로지르는 차단벽이 형성된 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 오목홈이 중간에서 절곡된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.
제1항에 있어서,
각 오목홈 내에는 상기 오목홈을 가로지르는 복수의 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.
제5항에 있어서,
각 오목홈의 홈벽 또는 격벽에는 벽면으로부터 돌출한 돌출면이 구비되어, 상기 각 오목홈 내에 적어도 2개의 공간층을 형성하는 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐부재는 빛을 흡수할 수 있는 재질로 만들어지거나, 검은색의 코팅재로 도포된 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목홈의 깊이와 개수는 오목홈 내 반사광의 내부 반사의 횟수를 고려하여 변경될 수 있고,
상기 내부 반사의 횟수는 상기 반사광의 강도가 초기 빛의 강도의 0.8% 이하일 때의 횟수인 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조장치.