KR101176090B1 - 구름 바아를 제조하기 위한 제품 - Google Patents

Abstract

자기장에서 정렬될 수 있는 페인트 또는 잉크 용액과 같은 담체 안에 박편들을 포함하는 이미지가 개시된다. 박편들은 이미지가 경사질 때 움직이는 것으로 나타나는 구름 바아와 같은 하나 이상의 운동학적 특징부들을 만들도록 정렬된다. 이들 이미지들은 지폐와 같은 고가 서류에 보안 특징부를 제공한다.

Description

구름 바아를 제조하기 위한 제품{An article for producing a rolling bar}

본 발명은 전체적으로 광학적으로 가변적인 안료의 필름 소자들과 이미지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상의 광학 효과(illusive optical effect)를 획득하도록 페인트 과정 또는 인쇄 과정과 같은 동안에 자성 박편(magnetic flakes)을 정렬하거나 또는 배향시키는 것에 관한 것이다.

광학적으로 가변적인 장치들은 장식으로서 그리고 실용적으로 광범위의 적용예에서 사용된다. 광학적으로 가변적인 소자들은 다양한 효과를 얻도록 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 광학적으로 가변적인 소자들의 예는 크레디트 카드와 인증된 소프트웨어 자료상에 찍혀진 홀로그램, 지폐에 인쇄된 칼러 변화 이미지들을 포함하며, 그리고 모터사이클의 헬멧과 바퀴 덮개와 같은 품목의 표면 외관을 향상시킨다.

광학적으로 가변적인 장치들은 프레스되거나, 스탬프되거나, 접착되거나, 또는 그렇지 않으면 목적물에 부착된 필름 또는 포일로서 제작될 수 있으며, 광학적으로 가변적인 안료를 사용하여 만들어질 수도 있다. 광학적으로 가변적인 안료의 일 유형은 그러한 안료들로 적절하게 인쇄된 이미지들의 외견상의 칼러가 시야각 및/또는 조명각이 경사질 때 변화하기 때문에 통상적으로 칼러-변환 안료(color-shifting pigments)라고 불리운다. 통상적인 예는 미화 20 달러 지폐의 하단 우측 모서리에서 칼러-변환 안료로 인쇄된 "20" 인데, 이것은 위조 방지 소자로서의 역할을 한다.

일부의 위조 방지 소자들은 은폐된 것인 반면에, 다른 것들은 주목을 받도록 의도된다. 불행하게도, 주목되도록 의도된 일부의 광학적으로 가변적인 소자들은 소자의 광학적 가변 특징들이 충분히 극적이지 않기 때문에 널리 알려져 있지 않다. 예를 들면, 칼러 변환 안료로 인쇄된 이미지의 칼러 변환은 균일한 형광성 천장 광의 아래에서는 현저하지 않을 수 있지만, 직접적인 태양광이나 또는 단일 지점 조명에서는 보다 현저할 수 있다. 수령인은 광학적으로 가변적인 특징에 대해서 알 수 없거나, 또는 위조 지폐가 특정의 조건하에서 진정의 지폐와 실질적으로 유사하기 때문에, 위와 같은 점은 위조범이 광학적 가변 특징이 없는 위조 지폐를 통과시키는 것을 보다 용이하게 할 수 있다.

광학적으로 가변적인 소자들은 안료(통상적으로 잉크 용액 또는 페인트 용액과 같은 담체 안에 있음)를 표면에 적용시킨 이후에 자기장으로 정렬되는 자성 안료와 함께 제조될 수도 있다. 그러나, 자성 안료로써 페인팅되는 것은 대부분 장식적인 목적을 위해서 사용되었다. 예를 들면, 자성 안료의 사용은 3 차원 형상으로서 나타나는 장식적인 특징을 가진 페인트된 커버 휘일(cover wheel)을 생산하도록 설명되었다. 패턴은 페인트 매체가 여전히 액체 상태로 있는 동안에 제품에 자기장을 적용함으로써 페인트된 제품상에 형성되었다. 페인트 매체는 자기장 선을 따라서 정렬된 분산된 자성의 비구체 입자를 가졌다. 자기장은 2 개의 영역을 가졌다. 제 1 의 영역은 소망하는 패턴의 형상으로 배치되고 표면에 평행하게 배향되었던 자기력의 선(line)을 포함하였다. 제 2 의 영역은 패턴의 둘레에 배치되고 페인트된 제품의 표면에 평행하지 않았던 선들을 포함하였다. 패턴을 형성하도록, 소망하는 패턴의 형상에 대응하는 형상을 가진 영구 자석 또는 전자석이 페인트된 자석의 아래에 위치되어서 페인트가 여전히 습윤 상태에 있는 동안에 페인트 안에 분산된 비구형 자성 입자를 자기장 안에서 배향시킨다. 페인트가 건조될 때, 페인트 층에 입사된 광선은 배향된 자성 입자들에 의해서 상이하게 영향을 받으므로 패턴은 페인트된 제품의 표면상에서 볼 수 있었다.

마찬가지로, 형광폴리머내의 박편화된 자성 입자들의 패턴을 형성하는 과정이 설명되었다. 액체 형태인 조성물로 제품을 코팅한 이후에, 소망스러운 형상을 가진 자석은 기판의 하부상에 배치되었다. 액체 유기 매체 안에 분산된 자성 박편들은 그들 자체를 자기장 선에 평행하게 배향시켜서 최초의 평탄한 방향으로부터 경사지게 한다. 이러한 경사는 기판의 표면에 대한 수직으로부터 최초의 배향으로 변화되었는데, 이것은 제품의 표면에 실질적으로 평행한 박편들을 포함하였다. 평탄한 배향의 박편들은 입사광을 관찰자에게 반사시키는 반면에, 재배향된 박편들은 그러하지 않아서, 코팅에서 3 차원 패턴의 외관을 제공한다.

이러한 접근법들은 페인트 층에서 3 차원과 같은 이미지의 형성을 위한 방법과 장치를 설명하는 반면에, 이들은 실질적으로 일회분(batch)의 과정이기 때문에 고속의 인쇄 과정에는 적절하지 않다. 자성 안료 박편들을 재배향시키는 고속의 인-라인 인쇄와 페인팅을 위한 장치와 방법을 제공하는 것이 소망스럽다. 또한 재정 서류와 다른 제품상에 보다 현저하게 광학적으로 가변적인 보안상의 특징을 발생시키는 것도 소망스럽다.

본 발명은 가상의 광학적 효과를 가진 이미지에 관련된 제품, 방법 및, 장치를 제공한다. 이미지는 고속의 연속적인 인쇄 작용이나, 또는 일회분의 인쇄 작용으로 인쇄될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 이미지는 기판상에 인쇄된다. 이미지는 제 1 의 방향에서 광을 반사시키기 위하여 정렬된 제 1 의 복수개 자성 박편들을 가진 제 1 의 이미지 부분과, 제 2 의 방향에서 광을 반사시키기 위하여 정렬된 제 2 의 복수개 자성 박편들을 가지며, 제 1 이미지 부분은 제 1 의 관찰 방향으로부터 보았을 때 제 2 의 이미지 부분보다 밝게 나타나고, 제 1 의 이미지 부분은 제 2 의 관찰 방향에서 보았을 때 제 2 의 이미지 부분보다 어둡게 나타난다.

다른 구현예에서, 기판상에 인쇄된 이미지는 복수개의 자성 박편들을 가지는데, 복수개의 자성 박편들의 일부는 제 1 의 근접 피일드(field)와 제 2 의 근접 피일드 사이에 나타나는 이미지에 걸쳐서 콘트라스팅 바아(contrasting bar)를 만들기 위하여 기판의 표면에 대하여 원호형의 패턴으로 정렬되며, 콘트라스팅 바아는 이미지가 관찰 각도에 대하여 경사질 때 움직이는 것으로 나타난다.

다른 구현예에서, 선형의 인쇄 과정에서 기판의 제 1 측상에 인쇄된 유체 담체 안의 자성 안료를 배향시키기 위한 장치는 기판의 제 2 측에 근접하게 배치된 자석을 구비한다. 자석은 선택된 자기장 구성을 발생시켜서 자성 안료를 배향시킴으로써 이미지를 형성한다.

다른 구현예에서, 구름 바아로 불리우는 가상의 이미지를 인쇄하기 위한 장치는, 북극 면, 남극 면 및, 상부 가장자리를 가지는 자석을 가지고, 상부 가장자리는 기판의 이송 방향을 따라서 연장되고, 북극 면과 남극 면 사이의 자기 축은 기판의 이송 방향에 횡방향이고, 종단 가장자리는 모따기된 상부 모서리를 가진다.

다른 구현예에서, 기판상에 이미지를 형성하기 위한 방법은 유체 담체 안에 분산된 자성 박편의 피일드를 기판상에 인쇄하는 단계, 자성 안료를 선택적으로 배향시켜서 이미지를 형성하도록 자석에 대하여 기판을 움직이는 단계 및, 이미지를 고정시키는 단계를 구비한다.

본 발명의 방법에 의해 형성된 이미지들은 지폐와 같은 고가의 서류들상에 보안 특징을 제공할 수 있다. 또한 자성 안료 박편들의 선택된 배향은 장식 또는 보안상의 적용예를 위해서 유용한 여러 가지의 가상의 광학적 효과를 달성할 수 있다.

도 1a 는 "플립-플롭(flip-flop)"으로서 지칭될 인쇄 이지미의 단순화된 단면도이다.
도 1b 는 제 1 의 선택 관찰 각도에서 서류상의 인쇄 이미지를 개략적인 평면도로 도시한 것이다.
도 1c 는 관찰 지점에 대하여 이미지를 경사지게 함으로써 얻어진, 제 2 의 선택 관찰 각도에서 인쇄 이미지의 단순화된 평면도이다.
도 2a 는 본 발명의 다른 구현예에 따른, 설명의 목적을 위해서 "구름 바아(rolling bar)"로서 지칭될 인쇄 이미지의 단순화된 단면도이다.
도 2b 는 제 1 의 선택된 관찰 각도에서 구름 바아의 이미지에 대한 단순화된 평면도이다.
도 2c 는 제 2 의 선택된 관찰 각도에서 구름 바아의 단순화된 평면도이다.
도 3a 는 플립-플롭 유형의 이미지를 생성시키기 위한 장치의 단순화된 단면도이다.
도 3b 는 플립-플롭 유형 이미지를 생성시키기 위한 장치의 단순화된 단면도이다.
도 3c 는 도 3b 의 장치를 가로질러서 자기장(field) 강도의 계산된 크기를 나타낸다.
도 4 는 인-라인 인쇄 또는 페인팅 장치(in-line printing or painting equipment)에 설치될 수 있는 자성 조립체의 단순화된 개략도이다.
도 5a 는 본 발명의 구현예에 따라서, 보다 선명한 변환(transition)이 이루어지는 플립-플롭 유형을 제조하는 장치의 단순화된 단면도이다.
도 5b 는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 이미지를 발생시키는 장치의 단순화된 단면도이다.
도 5c 는 도 5b 에 도시된 장치의 일부에 대한 단순화된 단면도로서, 자기 장치내에서 박편(flake)의 배향을 도시한다.
도 5d 는 도 5b 와 도 5c 의 장치에 대한 자기장 강도의 계산된 크기를 도시하는 그래프이다.
도 6 은 인-라인 인쇄 또는 페인팅 장치내에 설치될 수 있는 자성 조립체의 단순화된 개략도이다.
도 7a 는 구름 바아 유형의 이미지를 위하여 페인트 또는 잉크 안에서 박편의 반원형 배향을 형성하는 본 발명의 다른 구현예에 대한 단순화된 단면도이다.
도 7b 는 도 7a 에 따른 장치의 단순화된 사시도이다.
도 7c 는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 구름 바아 이미지를 형성하기 위한 장치의 단순화된 측면도이다.
도 8 은 인-라인 인쇄 또는 페인팅 장치내에 설치될 수 있는 본 발명의 구현예에 따른 구름 바아 이미지를 인쇄하기 위한 장치의 단순화된 개략도이다.
도 9a 는 고속 인쇄 공정에서 자기 정렬 기술을 사용하여 달성될 수 있는 다른 광학적 효과에 대한 단순화된 단면도이다.
도 9b 는 도 9a 에 도시된 이미지를 생성할 수 있는 본 발명의 구현예에 따른 장치의 단순화된 단면도이다.
도 9c 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 장치의 단순화된 단면도이다.
도 9d 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 장치의 단순화된 단면도이다.
도 9e 는 연합된 5 개의 자석 장치에 대한 계산된 자기장 강도를 도시한다.
도 10a 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 선택된 방향으로 자성 박편들을 경사지게 하는 가상 이미지를 인쇄하기 위한 장치의 단순화된 측면도이다.
도 10b 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 보조 자석을 구비하는 가상의 이미지를 인쇄하기 위한 장치의 단순화된 측면도이다.
도 10c 는 도 10a 와 도 10b 의 장치에 대한 자기장 강도를 나타내는 단순화된 도면이다.
도 11a 는 인쇄 이후에 기판의 평면에 대하여 자성 안료 박편을 정렬하기 위한 장치의 단순화된 측면도이다.
도 11b 는 자기적으로 정렬될 수 있는 박편들로 인쇄된 이미지의 시각적 품질을 향상시키기 위한 장치의 일부에 대한 단순화된 측면도이다.
도 12a 는 본 발명의 구현예에 따른 구름 인쇄 장치의 단순화된 측면 개략도이다.
도 12b 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 구름 인쇄 장치의 단순화된 측면 개략도이다.
도 12c 는 도 12a 및, 도 12b 에 도시된 장치에 따른 자성 조립체를 가진 구름 드럼(rolling drum)의 단순화된 사시도이다.
도 12d 는 본 발명의 구현예에 따른, 자기적으로 패턴화된 표면을 가진 구름 드럼의 일부에 대한 단순화된 사시도이다.
도 12e 는 본 발명의 구현예에 따른 가상의 3 차원 이미지를 인쇄하기 위한 자성 조립체의 단순화된 측면도이다.
도 12f 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 가상의 3 차원 이미지를 인쇄하기 위한 자석의 단순화된 측면도이다.
도 13a 는 본 발명의 구현예에 따른 이미지의 인쇄 방법에 대한 단순화된 순서도이다.
도 13b 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 이미지의 인쇄 방법에 대한 단순화된 순서도이다.

본 발명은 그것의 다양한 구현예에서 고속 인쇄 과정중에 광학적으로 가변적인 잉크의 자성 박편 소정 배향에 대한 문제를 해결한다. 정상적으로, 액체 페인트 또는 잉크 용액 안에 분산된 광학적으로 가변적인 안료의 입자들은 표면상으로 인쇄되거나 또는 페인트될 때 그 자체를 표면에 평행하게 전체적으로 배향시킨다. 표면에 평행한 배향은 코팅된 표면으로부터 입사광의 높은 반사율을 제공한다. 자성 박편들은 자기장을 적용함으로써 액체 매체 안에 있는 동안 경사질 수 있다. 박편들의 가장 긴 대각선이 자기장의 선을 따르는 방식으로 박편들은 전체적으로 정렬된다. 자석의 위치와 강도에 따라서, 자기장의 선들은 상이한 각도로 기판에 침투해서, 자성 박편들을 그러한 각도들로 경사지게 한다. 경사진 박편은 인쇄 기판의 표면에 평행한 박편과는 달리 입사광을 반사시킨다. 반사율과 색조는 모두 상이한 경사 각도일 수 있다. 경사진 박편들은 통상적으로 어둡게 보이며 정상적인 시야각에서 표면에 평행한 박편들과는 상이한 칼러를 가진다.

인쇄 이미지에서 자성 박편들을 배향시키는 것은 몇가지 문제점을 가지게 한다. 많은 현대의 인쇄 공정들은 배취 유형(batch-type)의 공정에 비하여 고속인데, 상기 배취 유형은 페인트와 잉크가 건조되고 있는 동안에 자석을 정위치에 유지하고 그리고 정적인(움직이지 않는) 코팅 제품에 대하여 자석을 적용하는 것이다. 일부 인쇄 과정에 있어서, 종이 기판은 분당 100 내지 160 mm 의 속도로 움직인다. 종이의 시이트들은 한번의 인쇄 동작 이후에 쌓이게 되며, 다른 것에 공급된다. 그러한 동작에서 사용된 잉크들은 통상적으로 밀리초 이내에 건조해진다. 종래의 과정들은 그러한 적용예에 적절하지 않았다.

페인트/인쇄된 이미지에서 향상된 광학 효과들을 획득하는 한가지 방법은 움직이는 기판의 방향에 직각으로 자성 박편을 배향시키는 것이라는 점이 발견되었다. 즉, 기판상에 분산된 박편들을 가진 페인트되거나 또는 인쇄된 액체 페인트 또는 잉크 매체는 자기장의 자기 선들에 수직으로 움직여서 박편들의 재배향을 야기한다. 이러한 유형의 배향은 인쇄된 이미지에서 현저한 가상의 광학 효과를 제공할 수 있다. 광학적 효과의 일 유형은 설명의 목적을 위해서 운동학적인 광학 효과로서 지칭될 것이다. 가상의 운동학적 광학 효과는, 이미지가 정지 상태의 조명원을 취하여 시야각에 대하여 경사질때 인쇄된 이미지에서 전체적으로 운동의 가상(illusion)을 제공한다. 다른 유형의 가상의 광학적 효과는 이미지가 앞뒤로 경사질 때 밝은 칼러와 어두운 칼러 사이에서 교대되는 것과 같이 인쇄된 피일드(field)의 외관을 변환시키는 것이다.

II. 인쇄된 가상 이미지의 예들

도 1a 는 본 발명의 구현예에 따라서, 설명의 목적을 위하여, "스위치" 광학적 효과 또는 "플립-플롭(flip-flop)"으로서 지칭될 인쇄 이미지(20)의 단순화된 단면도이다. 플립-플롭은 변환부(25)에 의해서 분리된 제 1 인쇄 부분(22)과 제 2 인쇄 부분(24)을 구비한다. 잉크 용액 또는 페인트 용액과 같은 담체(carrier, 28)에 의해 둘러싸인 안료 박편(26)들은 제 1 부분 내의 제 1 평면에 평행하게 정렬되었고, 제 2 부분내의 안료 박편(26')들은 제 2 평면에 평행하게 정렬되었다. 박편들은 단면도에서 짧은 선들로 도시되어 있다. 박편들은 자성 박편들이며, 즉, 자기장을 사용하여 정렬될 수 있는 안료 박편들이다. 이들은 잔여의 자화를 유지할 수 있거나 또는 유지하지 않을 수 있다. 각각의 부분 안에서 모든 박편들이 서로에 대하여 또는 정렬의 개별적인 평면에 대하여 정확하게 평행하지는 않지만, 전체적인 효과는 실질적으로 도시된 바와 같다. 도면들은 축척대로 작도된 것은 아니다. 전형적인 박편은 20 마이크론의 횡단 길이와 약 1 마이크론 두께일 수 있어서, 도면들은 단지 예시적인 것이다. 이미지는 종이, 플라스틱 필름, 라미네이트(laminate), 카드 판지, 또는 다른 표면과 같은 기판(29)상에 인쇄되거나 페인트된 것이다. 설명의 편의를 위해서, "인쇄"는 전체적으로 담체 안의 안료를 표면에 적용한 것을 기술하도록 사용될 것이며, 이것은 다른 사람들이 "페인팅"이라고 지칭할 수 있는 기술을 포함하는, 다른 기술들을 구비할 수 있다.

일반적으로, 박편의 평면에 직각으로 보이는 박편들은 밝게 보이는 반면에, 평면의 가장자리를 따라서 보이는 박편들은 어둡게 보인다. 예를 들면, 조명원(30)으로부터의 광은 관찰자(32)에 대한 제 1 의 영역에서 박편으로부터 반사된다. 이미지가 화살표(34)로 표시된 방향으로 경사진다면, 제 1 영역(22) 내의 박편들은 끝이 보이는 반면에, 광이 제 2 의 영역(24)에 있는 박편으로부터 반사될 것이다. 따라서, 제 1 의 관찰 위치에서 제 1 영역은 밝게 보일 것이며, 제 2 영역은 어둡게 보일 것인 반면에, 제 2 의 관찰 위치에서 피일드는 플립-플롭되어, 제 1 영역이 어둡게 되고 제 2 영역이 밝게 될 것이다. 이것은 매우 인상적인 시각적 효과를 제공한다. 마찬가지로, 안료 박편들이 칼러 변환된다면, 일 부분은 제 1 칼러가 되도록 나타날 수 있으며 다른 부분은 다른 칼러가 되도록 나타날 수 있다.

담체(carrier)는 통상적으로 맑거나 색조를 가지고 투명하며, 박편들은 통상적으로 완전하게 반사성이다. 예를 들면, 담체는 녹색으로 채색될 수 있으며 박편은 알루미늄, 금, 니켈, 플래티늄, 또는 금속 합금의 얇은 필름과 같은 금속층을 구비할 수 있거나, 또는 니켈 또는 합금 박편과 같은 금속 박편일 수 있다. 금속층으로부터 그린(green) 색조의 담체를 통해 반사된 광은 밝은 그린으로 나타날 수 있는 반면에, 끝이 보이는 박편을 가진 다른 부분은 어두운 그린이나 또는 다른 칼러로 보일 수 있다. 박편들이 단지 맑은 담체 안에 있는 금속성의 박편들이라면, 이미지의 일부는 밝은 금속성으로 나타날 수 있는 반면에, 다른 것은 어둡게 나타난다. 이와는 달리, 금속 박편들이 색조의 층으로 코팅될 수 있거나, 또는 박편들이 흡수부-스페이서부-반사부의 패브리-페로트(Fabry-Perot) 유형의 구조와 같은 광학적인 간섭 구조를 포함할 수 있다.

도 1b 는 기판(29)상의 인쇄 이미지(20)의 단순화된 평면도인데, 이것은 제 1 의 선택된 시야 각도에서 바라본 지폐 또는 유가 증권과 같은 서류일 수 있다. 가상의 이미지는 사진 복사가 되지 않으며 종래의 인쇄 기술을 사용하여 생산될 수 없으므로, 인쇄된 이미지는 보안 및/또는 인증 특징으로 작용할 수 있다. 제 1 부분(22)은 밝게 나타나며 제 2 부분(24)은 어둡게 나타난다. 절단 선(40)은 도 1a 에 도시된 단면을 표시한다. 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 변환부(transition, 25)는 상대적으로 예리하다. 서류는 예를 들면 지폐, 유가 증권, 또는 다른 고가의 인쇄 물품일 수 있다.

도 1c 는 이미지를 관찰 지점에 대하여 경사지게 함으로써 획득된, 제 2 의 선택된 시야 각도에서 기판(29) 상의 인쇄 이미지(20)에 대한 단순화된 평면도이다. 제 1 부분(22)은 이제 어둡게 보이지만, 제 2 부분(24)은 밝게 보인다. 이미지가 플립-플롭하는 경사 각도는 이미지의 상이한 부분에서 박편의 정렬 평면들 사이의 각도에 따른다. 하나의 샘플에서, 광은 약 15 도를 통하여 경사질 때 밝은 것으로부터 어두운 것으로 플립되었다.

도 2a 는 본 발명의 다른 구현예에 따라서, 설명의 목적을 위하여 "구름 바아"로서 지칭될 운동학적 광학 장치의 인쇄 이미지(42)에 대한 단순화된 단면도이다. 이미지는 기판(29) 상에 인쇄된 투명 담체(28)에 의해 둘러싸인 안료 박편(26)을 구비한다. 안료 박편들은 곡선화된 방식으로 정렬된다. 플립-플롭에서와 같이, 광을 안료 박편들의 면으로부터 관찰자에게 반사시키는 구름 바아의 영역들은 광을 관찰자에게 직접적으로 반사시키지 않는 부위보다 밝게 나타난다. (고정된 조명원을 가정하여) 이미지가 시야각에 대하여 경사질 때 이러한 이미지는 이미지를 가로질러서 움직이는 ("구르는") 것으로 나타나게 되는 광 밴드(들)(light band) 또는 바아(들)을 제공한다.

도 2b 는 제 1 의 선택된 시야각에서 구름 바아의 이미지(42)의 단순화된 평면도이다. 밝은 바아(44)는 2 개의 대비되는 피일드(46,48) 사이에 있는 이미지 안에서 제 1 위치에 나타난다. 도 2c 는 제 2 의 선택된 시야각에서 구름 바아 이미지의 단순화된 평면도이다. 밝은 바아(44')는 이미지에서 제 2 의 위치로 "움직였던" 것으로 나타나며, 대비되는 피일드(46',48')의 크기들은 변화되었다. 안료 박편들의 정렬은 이미지가 (고정된 시야각과 고정된 조명에서) 경사질 때 이미지 아래로 "구르는" 바아의 가상(illusion)을 만든다. 이미지를 다른 방향으로 경사지게 하는 것은 바아가 반대 방향으로 (위로) 구르는 것으로 나타내게 한다.

바아는 그것이 비록 평면에 인쇄되었을지라도 깊이를 가지는 것으로 나타날 수 있다. 가상의 깊이는 인쇄된 이미지의 물리적인 두께보다 훨씬 크게 나타날 수 있다. 선택된 패턴으로 박편들을 경사지게 하는 것은 광을 반사시켜서 깊이의 가상을 제공하거나, 또는 통상적으로 지칭되는 "3D"를 제공한다. 3 차원 효과는 자성 안료 박편이 유체 담체내에 있는 기판상에 인쇄된 상태에서 형상화된 자석을 종이나 또는 다른 기판 뒤에 배치함으로써 획득될 수 있는 것이다. 박편들은 자기장의 선을 따라서 정렬되어 담체를 정착시킨 후에 (예를 들면 건조시키거나 또는 경화시킨 후에) 3D 이미지를 발생시킨다. 이미지는 경사졌을 때 종종 움직이는 것으로 나타나며, 따라서 운동학적인 3D 이미지들이 형성될 수 있다.

플립-플롭과 구름 바아는 자성 안료 박편, 즉, 자기장을 이용하여 정렬될 수 있는 박편들로 인쇄될 수 있다. 인쇄된 플립-플롭 유형의 이미지는 단일의 인쇄 단계로 그리고 단일의 잉크 조성을 사용하여 획득될 수 있는 2 개의 별개 피일드를 가진, 광학적으로 가변적인 장치를 제공한다. 구름 바아 유형의 이미지는 광학적으로 가변적인 장치를 제공하는데, 이것은 이미지가 경사질 때 호랑이의 눈(Tiger'eye)으로 알려진 준 보석(semi-precious stone)과 유사하게 움직이는 것으로 나타나는 콘트라스팅 밴드(contrasting band)를 가진다. 이러한 인쇄 이미지들은 매우 현저하며 가상의 면들은 사진 복사되지 않는다. 그러한 이미지들은 인증 및/또는 모조 방지 소자로서 지폐, 유가 증권, 소프트웨어 서류, 보안용 시일 및, 유사한 목적물들에 적용될 수 있다. 이들은 다음의 III 단원에서 설명되는 바와 같이, 고속의 인쇄 작동에서 인쇄될 수 있기 때문에, 지폐, 포장 및, 라벨과 같은 체적이 큰 인쇄 서류들에 대하여 특히 소망스럽다.

III. 예시적인 제조 장치

도 3a 는 플립-플롭 유형의 이미지를 생성하기 위한 장치(50)의 일부에 대한 단순화된 단면도이다. 박편(26)들은 V-형상의 방식으로 배치되어 있으며 여기에는 V 의 양쪽 분기부가 경사의 방향을 나타내고 정점은 변환 지점을 나타낸다. 박편들의 그러한 배향은 2 개의 자기장이 서로 반대일 때 가능하다. 2 개의 자석(52,54)들은 대항하는 극성으로 정렬된다 (이러한 경우에는 북극-북극). 모델링의 목적으로, 자석들은 북극들 사이에 0.125 인치로 이격된 2"W x 1.5"H 의 NdFeB 자석 40 MOe 인 것으로 가정되었다. 자석의 유형(재료 및, 강도)은 박편의 재료, 페인트 용액의 점도 및, 기판 병진 속도에 따라서 선택된다. 많은 경우에 있어서, 네오디늄-보론-철, 사마륨-코발트, 및/또는 ALNICO 자석이 사용될 수 있다. 자석들 사이의 최적의 거리는 특정한 인쇄 이미지 크기에 대하여 광학적 효과의 균일성 형성에 중요하다.

이미지(56)는 이전의 인쇄 단계에서, 종이, 플라스틱, 필름 또는 카드 원료의 시이트와 같은 얇은 인쇄 또는 페인팅 기판(58)상에 인쇄되는데, 이것은 도면에 도시되지는 않는다. 통상적인 작동에 있어서, 몇 개의 이미지들이 기판상에 인쇄되는데, 상기 기판은 차후에 개별의 서류들로 절단되며, 이것은 현금으로 절단되는 지폐의 시이트를 인쇄하는 것과 같은 것이다. 담체(28)는 여전히 젖어있거나 또는자성 박편들이 자석들과 정렬될 수 있도록 적어도 충분히 유동성이다. 담체는 통상적으로 이미지를 더럽히지 않으면서 인쇄 기판의 취급이 가능해지도록 정렬 이후에 즉시 경화된다. 자성 박편(26)은 자력선(60)의 방향을 따라서 경사진다.

도 3b 는 플립-플롭 유형 이미지를 발생시키기 위한 장치의 일부에 대한 단순화된 단면도로서 여기에서 자석(52,54)들은 슈퍼멀로이(SUPERMALLOY)와 같은, 높은 자기 투과성을 가진 금속 합금으로부터 제조된 베이스(62)상에 장착된다. 자석들이 베이스에 부착된다면 몇 개의 자석들의 조립체를 제작하는 것은 용이하며, 베이스는 자석의 반대편상의 자기장에 대한 경로를 제공하고, 조립체의 인쇄 측상에서 자기장의 선들을 변경시킨다. 자기 베이스는 자기장에 대한 분로(shunt)로서 작용하고 조립체의 뒤에 ("아래에") 자기장을 감소시킴으로써, 높은 자기장과 자기력으로부터 후방에 근접한 대상물을 보호한다. 자기 베이스는 또한 나사, 볼트, 용접부 또는 그와 유사한 것 없이 자석들을 정위치에 고정적으로 유지하기도 한다. 자기장은 베이스(62)의 내측에서 순환되어 자석들 사이에서 자기장의 균일성을 제공한다. 자기장은 자석들 사이의 갭과 그 위에서 가장 강력하다.

도 3c 는 도 3b의 장치를 가로질러서 자기장 강도의 계산된 크기를 도시한다. 강도는 자석의 가장자리에 근접하여 낮고, 중간에서 매우 커지게 되어서, 이미지의 근접한 부분들에서 박편들 사이에 선명한 변환을 제공한다.

도 4 는 인-라인 인쇄 또는 페인트 장치내에 설치될 수 있는 자기 조립체(64)의 단순화된 개략도이다. 도 3b 에 도시된 것들과 유사한, "N" 과 "S"로 각각 표시된 북극과 남극을 가진 영구 자석(66,68,70,72,74,76)들은 자기력에 의해 베이스(62)에 부착된다. 자석은 자기적인 바아(bar)일 수 있거나, 또는 단편화된 것일 수 있다. 즉, 자석들의 열, 예를 들면, 74,76 등이 사용될 수 있다. 플라스틱 스페이서(도면에 도시되지 않음)들이 자석들 사이에 삽입되어서 그들의 충돌을 방지하고 안전을 제공할 수 있다. 조립체는 덮개(80)를 가진 케이스(78) 안에 감싸인다. 케이스와 덮개는 예를 들면 알루미늄일 수 있거나 또는 다른 비자성 재료일 수 있다.

인쇄된 피일드(20)를 가진 플라스틱 또는 종이 기판(29) (예를 들면, 정사각형 또는 다른 형상)은 자기장의 선들의 교차가 인쇄된 피일드를 통하여 가는 방식으로 화살표(82)의 방향에서 조립체의 상부 위로 고속으로 움직인다. 자기장의 선들의 교선이 피일드의 중심을 통과하도록 기판을 자성 조립체에 대하여 정렬시키는 것이 가능하다. 이와는 달리, 자석들 사이의 중심은 인쇄된 피일드의 중심으로부터 오프셋(offset)될 수 있다. 마찬가지로, 기판은 순차적인 시이트들이라기 보다는 연속적인 롤(roll) 일 수 있다. 많은 경우에 있어서, 이미지들의 몇 개 세트들은 시이트상에 인쇄되고, 시이트는 인쇄가 완성된 이후에 지폐와 같은 개별의 서류들로 절단된다.

박편들의 경사 이후에, 이미지(20)는 가상의 광학 효과를 가진다. 물 또는 용매 베이스의 페인트나 잉크(미도시)를 위한 건조기, 또는 광폴리머에 대한 UV 광원은 잉크 또는 페인트 용액을 건조시키고 그리고 재-배향된 박편들을 그들의 정렬된 위치들에 고정시키도록 라인(line)에서 짧게 자성 조립체를 따른다. 자화되고 있는 박편들은 함께 응집될 수 있으므로, 적용 이전에 자화된 박편들을 회피하는 것이 일반적으로 소망스럽다. 약 100 내지 150 nm 의 두께인 퍼멀로이(PERMALLOY) 또는 니켈의 층을 가진 안료가 적절한 것으로 밝혀졌다.

도 5a 는 본 발명의 구현예에 따라서, 선명한 변환부를 가진 플립-플롭 유형의 이미지를 생성하기 위한 장치의 단순화된 단면이다. 2 개의 NdFeB 자석(84) (각각 2"W x 1.5"H 로서 전형화됨)이 자기 베이스(62)상에 배치되어서 그들의 북극이 "상향"으로 되어 있다. 자석들 사이의 거리는 약 1 인치이다. 슈퍼멀로이(SUPERMALLOY)와 같은, 고 투과성 금속 또는 금속 합금으로 제조된 블레이드(88)는 자석들 사이의 베이스에 부착된다. 블레이드의 팁(90)의 개시점(point of attack)은 약 5 도 내지 약 150 도의 범위에 있다. 블레이드는 자기장의 선들을 다시 형상화하여, 그들이 근접하게 당기고 그리고 팁을 자기장의 선들이 기원하는 지점으로서 만든다.

도 5b 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 이미지 발생을 위한 장치의 단순화된 단면도이다. 형상화된 슈퍼멀로이(SUPERMALLOY) 캡(92)은 자석(84)의 상부에 배치되어서, 도시된 바와 같이 자기장의 선들을 굽힌다. 캡은 자기장을 굽혀서, 자기장을 팁(tip)에 근접하게 가져오는데, 이것은 V 형상인 선들의 변환부를 더욱 예리하게 한다.

도 5c 는 도 5b 에 도시된 장치의 일부에 대한 단순화된 단면도로서, 그러한 자기 장치에서 박편들의 배향을 도시한다. 기판(29)은 장치의 상부 위에 배치되어서 캡(90)을 따라서 (또는 도 5a 의 경우에서는 자석을 따라서 ) 관찰자로부터 페이지 안으로의 방향으로 미끄러진다. 인쇄된 이미지(85)는 팁의 위에 위치된다. 박편(26)들은 자기선(94)을 따르며 그에 따라서 경사진다. 이러한 장면은 블레이드의 팁의 지적된 특징을 보다 명확하게 나타내는데, 이는 가상 이미지의 2 개 부위들 사이에서 선명한 변환부를 발생시킨다.

도 5d 는 도 5b 와 도 5c의 장치에 대한 자기장 강도의 계산된 크기를 도시하는 그래프이다. 자기장 강도는 도 3c 의 자기장 강도의 도면에 비하여 좁으며, 예리한 변환부를 생성한다.

도 6 은 인-라인 인쇄 또는 페인팅 장치 안에 설치될 수 있는 자성 조립체(100)의 단순화된 개략도이다. 도 5a 와 도 5b 에 도시된 바와 같은 북극과 남극을 가진 영구 자석(84)들이 자기 베이스(62)상에 장착된다. 이와는 달리, 남극들이 위를 면할 수 있다. 캡 플레이트(92)가 자기적으로 자석의 상부에 부착된다. 블레이드(88)들은 그들의 가장자리가 기판(29,29')의 병진 방향(82)을 따라서 연장되면서 베이스에 장착된다. 인-라인 자석(84)들은 서로 이웃하여 설치되거나 또는 그들 사이에 간극(102)을 가지고 설치될 수 있다. 자성 조립체는 통상적으로 덮개 플레이트(80)를 가진 케이스(78) 안에 감싸인다.

기판(29)상에 인쇄된 피일드(104')는 전체적으로 배향되지 않은 박편들을 가진다. 박편들의 일부 정렬은 인쇄 과정의 산물로서 발생할 수 있으며, 전체적으로 일부 박편들은 기판의 평면내에 정렬되는 경향이 있다. 기판이 화살표(82)로 표시된 방향에서 자성 조립체 위에 고속으로 움직일 때, 박편들은 자기장의 선들을 따라서 그들의 배향을 변화시켜서 가상의 이미지(104)(플립-플롭)를 형성한다. 이미지는 반사광이 상이한 방향으로 있는 2 개의 부위와 그들 사이의 상대적으로 선명한 경계부(변환부)를 가진다.

도 7a 는 구름-바아 유형의 이미지에 대한 잉크 또는 페인트에서 박편들의 반원형 배향을 형성하기 위한 본 발명의 다른 구현예에 대한 단순화된 단면도이다. 얇은 영구 자석(106)은 도시된 바와 같이 그것의 얇은 부분을 통하여 자화된다. 자석은 원형의 자력선(108)을 그것의 단부들에 가진다. 유체 담체 안에 분산된 인쇄된 자성 박편들을 가진 기판(29)은 자석을 따라서 관찰자로부터 종이 안으로 움직인다. 박편(26)들은 자기력선(108)의 방향을 따라서 경사지며 자석의 위에 반원형의 패턴을 형성한다.

도 7b 는 도 7a 에 따른 장치의 단순화된 사시도이다. 기판(29)은 화살표의 방향에서 자석(106)을 가로질러 움직인다. 이미지(110)는 구름 바아의 특징(114)을 형성하는데, 이것은 이미지가 경사지거나 또는 시야각이 변환될 때 위로 그리고 아래로 움직이는 것으로 나타날 것이다. 박편(26)들은 자기장의 선에 대하여 경사지는 것으로 도시되어 있다. 이미지는 통상적으로 매우 얇으며, 박편들은 도시된 바와 같이 혹을 형성하지는 않지만, 전체적으로 자기장의 선을 따라서 정렬되어 소망되는 원호형의 반사 특성을 제공함으로써 구름 바아 효과를 생성한다. 일 예에서 약 25 도의 각도를 통하여 경사졌을 때 바아는 이미지의 위로 그리고 아래로 구르는 것으로 나타났다.

구름 바아 효과의 강도는 자석의 종단 가장자리(118)를 모따기함으로써(116) 향상될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이것은 이미지가 자석을 처리할 때 점진적으로 자기장을 감소시키는 것으로 믿어진다. 이와는 다르게, 자석의 예리한 모서리에서 발생하는 자기 변환부는 박편의 배향을 재배치할 수 있으며 구름 바아의 시각적인 효과를 저하시킨다. 특정의 구현예에 있어서, 자석의 모서리는 기판의 평면으로부터 30 도의 각도로 모따기되었다. 박편들이 자석의 종단 가장자리 위를 통과하기 이전에 박편들을 고정하는 것이 다른 대안이다. 이것은 예를 들면 UV 경화 담체를 위한 UV 소스 부분을 자석의 주행 아래에 제공하거나, 또는 증발성 담체를 위한 건조 소스를 제공함으로써 이루어질 수 있다.

도 7c 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 구름 바아 이미지를 형성하기 위한 다른 장치(120)에 대한 단순화된 측면도이다. 구름 바아 효과는 2 개의 자석(122)을 사용하여 획득된다. 자성 안료 박편(26)들은 액체의 담체(28) 안에서 타원형의 자기장 선을 따라서 그 자체를 배향시킨다.

도 8 은 인-라인 인쇄 또는 페인팅 장치에 설치될 수 있는 본 발명의 구현예에 따른 구름 바아 이미지를 인쇄하기 위한 장치(130)의 단순화된 개략도이다. 북극-남극의 극성이 도시되어 있는 얇은 수직의 자석(106)들이 플라스틱의 하우징(132) 안에 설치되어 있는데, 상기 하우징은 전체적으로 기판(29)상의 인쇄된 피일드(110')들의 위치에 따라서 선택된 거리로 자석들을 분리시킨다. 자석들은 서로 대향하는 방식으로 정렬된다. 즉, 1 개 열의 자석들의 북극은 근접한 열의 북극을 면하는 반면에, 남극은 다른 측으로부터 자석의 근접한 열의 남극을 면한다.

자석을 장착시키고 그리고 블레이드의 팁의 위나 또는 간극의 중간 바로 위에 자기장의 강도를 집중시키도록 높은 투과성이 있는 합금으로 제조된 베이스를 가지는 도 4 및, 도 6 에 도시된 자기 장치와 비교하여, 도 8 의 장치는 금속의 베이스를 가지지 않는다. 높은 자기 투과성을 가진 금속으로부터 제조된 베이스는 박편의 경사를 초래하는 자석의 측부상의 자기장 강도를 감소시킨다. 베이스 대신에, 자석의 상부 부분이 인쇄된 장의 중심 아래로 가는 방식으로 자석들이 플라스틱 하우징의 슬릿(slit)의 안에 삽입되지만, 중심으로부터 오프셋될 수 있다. 기판(29,29')은 고속으로 자석의 위에서 화살표(82)의 방향으로 움직인다. 자석의 위로 통과하여, 인쇄된 이미지들 안의 박편들이 자기장의 선을 따라서 자신들을 배향시킴으로써 구름 바아 이미지(110)내에 가상의 광학 효과를 발생시킨다.

도 9a 는 고속의 인쇄 과정으로 자기 정렬 기술을 사용하여 달성될 수 있는 다른 광학 효과의 단순화된 단면이다. 이미지(134) 안의 안료 박편(26)들은 전체적으로 서로 평행하게 정렬되지만, 기판(29)의 표면에 대하여 평행하지 않다. 다시, 각각의 박편이 서로 완전하게 정렬되는 것이 필요하지는 않지만, 획득된 시각적 인상은 실질적으로 예시된 것에 따른다. 도시된 방식으로 대부분의 박편들이 정렬되는 것은 흥미로운 광학 효과를 야기한다. 이미지는 일 방향(136)으로부터 관찰되었을 때 어둡게 보이며 다른 방향(138)으로부터 관찰되었을 때 밝게 보인다.

도 9b 는 도 9a 에 도시된 이미지를 발생시킬 수 있는 본 발명의 구현예에 따른 장치(139)의 단순화된 단면도이다. 여전히 젖어있는 페인트 또는 잉크를 가진 인쇄된 피일드(134)는 자석의 축에 대하여 오프셋 되어 있는 위치를 가지고 영구 자석(140)의 위에 배치된다. 자기장의 해석은 2" x 1.5" 의 NdFeB 40MOe 자석을 가정하여 모델링되었다. 자기장 강도의 크기는 자석의 중심에서 낮고 그것의 가장자리를 향하여 커진다.

일반적으로, 전자석이 일부 구현예에서 사용될 수 있지만, 고속 인쇄 기계의 제한된 공간내에서 현재의 슈퍼자석(supermagnet)으로 획득될 수 있을 만큼 높은 자기장을 얻는 것은 어렵다. 전자석의 코일은 열을 발생시키는 경향이 있는데, 이것은 잉크 또는 페인트의 경화 시간에 영향을 미칠 수 있으며 다른 공정 변수를 부가시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전자석은 본 발명의 일부 구현예들에서 유용할 수 있다.

도 9c 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 장치의 단순화된 단면도이다. 다이아몬드 형상의 단면을 가진 자석(142,142')들은 자기장을 펼쳐지게 하고 그것을 보다 넓게 하는데 이용한된다. 장치는 서로로부터 1 인치로 배치된 3 개의 2 인치 x 1.5 인치인 NdFeB 자석들로 모델링되었다. 자석들은 자기장에서 박편들의 재배향을 위한 자성 조립체의 단면을 도시한다. 기판(29)은 관찰자로부터 도면 안으로의 방향으로 고속으로 움직인다. 2 개의 자석은 북극이 상방향을 면하고 있는 반면에, 사이에 있는 자석(142')은 남극이 상방향을 면하고 있다. 각각의 자석은 도 9b 에 도시된 자석들과 같은 자기장 강도를 가지지만, 박편(26)을 배향시키도록 피일드(134')의 배치를 위한 보다 넓은 부위를 제공한다.

도 9d 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 장치의 단순화된 단면도이다. 도 9c 에 도시된 장치로써 얻어진 것과 유사한 효과가, 육각형, 만곡형, 부등변 사각형, 또는 다른 단면을 가진 자석들 뿐만 아니라, 루프(roof) 형상의 단면을 가진 자석(144,144')을 가지고도 얻어질 수 있다. 자석들의 상이한 형상들은 경사진 박편들을 가지고 인쇄되거나 또는 페인트된 다양한 이미지들을 발생시킬 수 있는 상이한 성능을 제공한다. 예를 들면, 자기장 강도의 크기는 상이한 형상(단면)을 가진 자석들에 대하여 매우 상이할 수 있다.

도 9e 는 5 개-자석 장치에 대한 계산된 자기장 강도를 도시한다. 제 1 자석(142)은 북극이 위를 면하고 있는, 2" x 1.5" 에 근접한 크기를 가진 다이아몬드 형상의 NdFeB 40MOe 자석이다. 제 2 의 자석(146)은 그것의 남극이 기판(29)을 면하고 있는 사각형의 2"x1.5" 인 NdFeB 40MOe 자석이다. 제 3 의 자석(148)은 둥근 상부를 가진 NdFeB 40MOe 자석이다. 이러한 자석은 북극이 기판을 면하고 있다. 제 4 의 자석(150)은 그것의 남극이 위를 면하고 있으며, 루프(roof)-형상이다. (첨단의 각도가 약 185°이다). 제 5 의 자석(152)은 또한 루프 형상이지만 첨단의 각도는 약 175°이다. 곡선(160)은 이러한 예시적인 조립체에서 자기장 강도의 계산된 크기를 나타낸다. 자기장 강도의 형상은 상이한 자석들에 대하여 상이하다. 자기장 강도는 사각형의, 다이아몬드와 루프 형상의 자석들의 중심에서 낮지만, 이것은 둥근 자석(148)에 대하여 380,000 A/m에서 거의 평이해진다. 곡선이 나타내는 것은 박편을 배향시키는 박편의 토크를 제공하기에 충분하게 될 자기장 강도를 얻는데 자석의 형상화가 도움이 된다는 점이다.

도 10a 는 본 발명의 구현예에 따른 장치(162)의 단순화된 측면도인데, 이것은 박편을 바람직한 방향으로 경사지게 하고 고속의 인쇄 과정에 적합화시키는데 적절한 것이다. 3 개의 2" x 1.5" NdFeB 40MOe 자석(164,164')은 기판(29)과 인쇄된 이미지(166)에 대하여 10°경사진다. 박편(26)들은 자기 선을 따르며 그 자체들을 재배향시킨다. 자석들은 도 9d 에 도시된 정렬과 유사한 같은 정렬을 가진다. 자석들(164)중 2 개는 북극이 상방향을 향하며 그들 사이의 자석(164')은 남극이 기판(29)을 면한다. 인쇄된 이미지(166)는 경사진 자석들에 의해 발생된 경사진 자기장의 선들을 이용하도록 자석의 중심축 위에 배치되어야 한다. 그러한 배치는 도 9a-9e를 참조하여 설명된 자성 조립체에 대한 것보다도 큰 부위에서 박편들의 균일한 경사를 발생시킨다.

자기장에서의 자기선들은 평행하지 않다. 차이는 근접한 정도에서는 작으며 라인들 사이의 거리의 증가와 함께 커진다. 이것이 의미하는 것은 자기장 안에 배치된 커다란 인쇄 이미지에서, 모든 박편들이 상이한 경사를 가져서 일관되지 않은 이미지의 외관을 초래한다는 것이다. 비일관성은 자기 선들을 보다 평행하게 유지하도록 자석의 중심을 향하여 자기 선들을 편향시킴으로써 감소될 수 있다. 이것은 작은 보조 자석으로 이루는 것이 가능하다.

도 10b 는 보조 자석(170,170')을 구비하는 본 발명의 구현예에 따른 장치(168)의 단순화된 측면도이다. 경사진 제 1 의 자석(172,172')은 도 10a 에 도시된 자석에 유사하게 배치되는데, 교번하는 자석들은 기판(29)에 근접하여 교번하는 극성 (북극-남극-북극)을 나타낸다. 보다 작은 보조 자석들이 기판의 아래와 보다 큰 제 1 의 자석들 사이에 위치된다. 보조 자석의 북극이 제 1 자석의 북극을 면하고, 그것의 남극이 제 1 자석의 남극을 면하도록 보조 자석들이 배치된다. 그러한 배치에 있어서, 2 개의 자기장(북극-북극, 남극-남극)이 서로 대향하고, 자기 선들은 제 1 자석의 중심을 향하여 편향된다.

도 10c 는 도 10a 와 도 10b 에 도시된 자성 조립체에 대한 계산된 자기장 강도를 도시하는 단순화된 도면인데, 이것은 곡선 174 와 176 에 의해서 표시된다. 비록 보조 자석들은 단지 제 2 의 곡선(176)의 도면과 관련되었을지라도, 기판(29), 제 1 자석(172,172') 및, 보조 자석(170,170')은 도면들이 어떻게 조립체 치수들과 관련되는지를 나타내도록 도시되어 있다. 제 1 의 곡선(174)은 도 10a 의 조립체의 자기장의 크기가 기판의 일 가장자리로부터 다른 가장자리로의 방향에서 어떻게 변화하는지를 도시한다. 곡선은 제 1 자석(172,172')의 중심에 대응하는 2 개의 최소값(178,180)을 가진다. 중심 자석(172')의 중심축(182')은 자석의 중심과 자기장 강도의 도면이 어디에서 일치하는지를 도시한다.

조립체에서 보조 자석(170,170')을 구비하는 것은 자기장 강도의 크기를 좌측으로 이동시킨다. 제 2 의 곡선(176)은 도 10b 에 따른 조립체의 자기장 강도의 크기를 도시한다. 곡선상의 최대값(184,186)은 도 10a 와 관련된 제 1 곡선(174)에 대하여 좌측으로 이동되었다. 이것은 보조 자석상에서 대향하는 자기장이 제 1 자석의 자기장을 편향시키는 것을 나타낸다.

도 11a 는 인쇄 이후에 기판의 평면에서 인쇄된 피일드(192)내에 자성 안료 박편을 정렬시키기 위한 장치(190)의 단순화된 측면도이다. 자석(194,196)은 기판(29)의 표면에 실질적으로 평행한 자기장 선(198)을 발생하도록 배치된다. 안료 박편을 사용하는 일부 인쇄 과정에 있어서, 박편들은 적용되었을 때 (인쇄되었을 때) 기판에 실질적으로 평행하게 정렬되지만, 예를 들면 인쇄 스크린이 들어올려졌을 때 평면의 밖으로 "당겨진다(pulled)". 이러한 박편들의 해체는 색도에서의 감소와 같이, 인쇄의 시각적 효과를 감소시키는 경향이 있다.

일 실시예에서, 자성의 컬러-변환 안료 박편들은 종래의 실크스크린 과정을 이용하여 종이 카드에 적용되었다. 같은 잉크가 다른 종이 카드에 적용되었지만, 잉크 담체가 건조되기 이전에, 자석이 사용되어 박편을 카드의 평면에서 재배향시킨다. 칼러의 강도와 같은, 시각적 외관에서의 차이는 매우 극적인 것이었다. 색도에서 10 % 의 향상이 달성된 것이 측정에서 표시되었다. 이러한 정도의 향상은 매우 현저한 것이며, 기판과 박편의 얇은 필름 층들에 대한 변화와 같이, 안료 박편 제조 기술의 수정을 통해서는 그러한 향상을 달성하는 것이 매우 어려울 것이라고 미어진다. 색도에서의 보다 큰 향상이 가능할 것이라고 믿어지며, 음각 인쇄 과정 (Intaglio printing process)을 사용하여 형성된 이미지에 자기적인 재-정렬 기술이 적용되면 40 % 의 향상이 이루어질 수 있을 것으로 믿어진다.

도 11b 는 본 발명의 다른 구현예에 따른, 자기적으로 정렬될 수 있는 박편들로 인쇄된 이미지의 시각적 품질을 향상시키기 위한 장치의 일부에 대한 단순화된 측면도이다. 자석(194,196)들은 기판(29)에 실질적으로 평행한 자기장 선(198)을 발생시키는데, 이것은 유체의 담체(28) 안에 있는 자기적인 안료 박편(26)들이 펴지게 한다. 자석들은 소기의 자기장을 제공하도록 어느 정도의 거리로 이탈되게 이격될 수 있고, 그리고 장치는 인-라인 인쇄 과정에 적합화될 수 있다.

IV. 회전 자석에 의한 인쇄

도 12a 는 본 발명의 구현예에 따른 인쇄 장치(200)의 일부에 대한 단순화된 개략적인 측면도이다. 자석(202,204,206,208)들은 인쇄 롤러(210)의 내측에 위치되어서, 인쇄된 이미지와 관련된 패턴을 형성한다. 종이, 플라스틱 필름, 또는 라미네이트의 연속적인 시이트와 같은 기판(212)은 인쇄 실린더(214)와 인쇄 롤러(210) 사이에서 고속으로 움직인다. 인쇄 실린더는 소스 콘테이너(source container,216)로부터 자성 안료를 포함하는 액체 페인트 또는 잉크(215)의 상대적으로 두꺼운 층(212)을 취한다. 페인트 또는 잉크는 블레이드(218)를 가지고 인쇄 실린더상에 소기의 두께로 펼쳐진다. 인쇄 실린더와 인쇄 롤러 사이에 이미지를 인쇄하는 동안에, 인쇄 롤러내 자석들은 인쇄된 이미지(220)의 적어도 일부에서 자성 안료 박편을 배향시킨다 (즉, 선택적으로 정렬시킨다). 장력기(222)가 통상적으로 사용되어 기판이 인쇄 롤러와 인쇄 실린더의 밖으로 나올 때 소기의 기판 장력을 유지시키며, 기판상의 이미지는 건조기(224)를 가지고 건조된다. 건조기는 예를 들면 히터(heater)일 수 있거나, 또는 잉크 또는 페인트가 UV 경화될 수 있거나 UV 램프로 정착될 수 있는 것이다.

도 12b 는 본 발명의 다른 구현예에 따른 페인트 장치(200')의 일부에 대한 단순화된 개략적인 측면도이다. 자석(202',204',206',208')들은 장력기(222') 또는 다른 롤러 안에 설치된다. 자석들은 잉크 또는 페인트의 유체 담체가 건조되거나 또는 정착되기 이전에 인쇄된 이미지내에서 자성 안료 박편을 배향시킨다. 피일드(219)는 선택되지 않은 방향에 있는 박편들과 함께 인쇄 롤러(210')와 페인트 실린더(214)로부터 이탈되며, 박편들이 고정되기 이전에 습윤의 이미지(220')가 장력계(222') 안에서 자석(206')에 의해 배향된다. 건조기(224)는 건조 또는 경화 과정의 속도를 증가시키거나 또는 그것을 완료시킨다.

도 12c 는 본 발명의 구현예에 따른 자기 롤러(232)의 단순화된 사시도이다. 롤러는 도 12a 및, 도 12b 와 관련하여 설명된 바와 같은 인쇄 실린더 또는 장력기일 수 있거나, 또는 잉크 또는 페인트가 고정되기 이전에 인쇄 기판과 접촉하는 인쇄 시스템내의 다른 롤러이다. 자성 조립체(234,236,238,240,241)들은 나사(242)를 가지고 롤러에 부착되는데, 이것은 롤러를 인쇄기로부터 제거하지 않으면서 자성 조립체들이 변화될 수 있게 한다. 자성 조립체들은 플립-플롭(234,236)이나 또는 구름 바아(238) 이미지를 생성하도록 구성될 수 있거나, 또는 인쇄된 기판상에 패턴화된 이미지를 발생시키는 패턴화된 자성 물질(240,241)이거나, 또는 다른 선택된 자기 형상일 수 있다. 롤러상의 자기 구조들은 자성 안료 박편들을 가지고 기판상에 인쇄된 피일드에 소망하는 자기장 패턴을 제공하도록 시이트(sheet) 또는 롤(roll)에 대하여 정렬된다. 도시된 패턴들은 롤러 원주의 곡선을 따르는 평탄한 패턴을 나타낸다. 이와는 달리, 자기 구조가 롤러 안에 구축될 수 있거나, 또는 적절한 표면 물질을 가진 롤러가 선택된 패턴으로 자화될 수 있다.

도 12d 는 롤러안에 함입된 자기 조립체(244)를 가진 롤러(232')의 일부에 대한 단순화된 사시도이다. 자성 조립체는 별 형상의 단면을 가지며, 그것의 표면(244')은 실질적으로 롤러의 표면과 동일 평면이다. 자성 조립체는 도 12f 에 도시된 바와 같이 영구적으로 자화된 물질일 수 있거나, 또는 도 12e 의 아래에 도시된 바와 같이 슈퍼멀로이(SUPERMALLOY), MU-금속(MU-METAL), 또는 그와 유사한 물질을 가질 수 있다. 롤러는 제 1 의 화살표(246)의 방향으로 회전하며 종이 또는 필름 기판(248)은 제 2 의 화살표(250)의 방향으로 이동한다. 자성 안료 박편을 구비하는 피일드(252)들이 기판상에 인쇄되었다. 롤러가 기판에 근접했을 때 피일드는 별 형상의 자성 조립체의 표면 위에 있었으며, 별의 형상인 가상의 광학적 특징부(254)가 피일드 안에 형성되었다. 바람직한 구현예에서, 자성 안료 박편들은 자성 조립체가 기판과 접촉되어 있는 동안 고정되었다.

가상의 광학적 효과(254)는 인쇄된 피일드의 물리적인 두께보다 훨씬 깊은 외견상의 깊이를 가진 별(star)이다. 자성 안료 박편과 함께 사용된 담체의 유형은 최종의 결과에 영향을 미칠 수 있다는 점이 발견되었다. 예를 들면, 용매에 기초한 (물에 기초한 것을 포함) 담체는 용매가 증발할 때 체적을 감소시키는 경향이 있다. 이것은 부분적으로 경사진 박편들을 기판의 평면을 향하여 경사지게 하는 것과 같이 정렬을 더 일으킬 수 있다. UV-경화 가능한 담체들은 수축되지 않는 경향이 있으며, 자기장 패턴과 접촉한 이후에 자성 안료 박편들의 정렬은 보다 정확하게 보존되는 경향이 있다. 정렬을 보존하는 것이 소망스러운지, 또는 담체 안의 솔벤트의 증발에 의하여 정렬을 향상시키는 것이 소망스러운지의 여부는 의도된 적용예에 달려있다.

도 12e 는 슈퍼멀로이 또는 다른 고투과성 물질의 패턴화된 팁(260)에 의해서 기판(248)으로 배향된 자기장을 제공하는 영구 자석(258)을 가지는 자성 조립체(256)의 단순화된 측면도이다. 모델링된 자기장의 선(262)은 단지 도시의 목적으로만 나타나 있다. 일부의 "슈퍼자석(supermagnet)" 물질은 경질이고, 부숴지기 쉬우며, 복잡한 형상으로 기계 가공되는 것이 일반적으로 곤란하다. 슈퍼멀로이는 예를 들면 NdFeB 자석들 보다 가공하는 것이 훨씬 용이하며, 따라서 자성 안료 박편들을 소망하는 패턴으로 정렬하기에 충분한 자기장 강도를 복잡한 자기장 패턴에 제공할 수 있다. 슈퍼멀로이 및 유사한 합금의 낮은 잔여의 자화는 그들을 용이하게 기계 가공할 수 있게 한다.

도 12f 는 형상화된 영구 자석(258')을 가진 자성 조립체(264)의 단순화된 측면도이다. 자석의 전체적인 길이는 형상화될 필요가 없지만, 기판(248)에서 소망하는 자기장 패턴을 발생시키는 부분에 대해서만은 그러하다. 비록 영구 자석을 형성하도록 공통적으로 사용된 일부 재료들은 기계 가공이 곤란할지라도, 단순한 패턴들이 적어도 팁 부분에서 형성될 수 있다. 영구 자석들을 형성하는 다른 물질들은 기계 가공될 수 있으며, 소망하는 가상의 광학 효과를 발생시키기에 충분한 자기 강도를 제공할 수 있다. 유사하게는, 자석 합금이 분말 야금 기술을 사용하여 상대적으로 복잡한 형상들로 주조되거나 또는 형성될 수 있다.

V. 예시적인 방법들

도 13a 는 본 발명의 구현예에 따른 기판상에 이미지를 인쇄하는 방법(300)의 단순화된 순서도이다. 피일드는 유체 담체 안에 있는 자성 안료 박편을 사용하여, 종이의 시이트, 플라스틱 필름, 또는 라미네이트(laminater)와 같은 얇은 평탄 기판상에 인쇄된다 (단계 302). 담체가 건조되거나 또는 정착되기 이전에, 기판은 자석 조립체에 대하여 선형의 방식으로 움직여서 (단계 304) 자성 안료 박편들을 배향시킨다(단계 306). 자성 안료 박편들을 자기적으로 배향시킨 이후에, 이미지가 고정되어서 (즉, 건조되거나 또는 정착되어서) 안료 박편들의 정렬로부터 초래된 광학적으로 가변적인 이미지를 획득한다. 통상적으로, 기판은 정지 상태의 자석 조립체를 지나서 움직인다. 일부 예에서, 이미지는 칼러 변환과 같은 광학적으로 가변적인 부가의 효과를 가질 수 있다. 특정의 구현예에서, 자석 조립체는 플립-플롭 이미지를 제공하도록 구성된다. 다른 구현예에서, 자석 조립체는 구름 바아(rolling bar)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 얇은 평탄한 기판은 몇 개의 이미지들로 인쇄된 시이트이다. 시이트상의 이미지들은 같거나 또는 상이할 수 있으며, 상이한 잉크 또는 페인트들이 시이트 위에 이미지를 인쇄하도록 사용될 수 있다. 유사하게는, 상이한 자성 조립체들이 기판의 단일 시이트상에 상이한 이미지들을 만들도록 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 기판은 종이의 롤(roll)과 같은, 실질적으로 연속적인 기판일 수 있다.

도 13b 는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 움직이는 기판 상에 이미지를 인쇄하는 방법(310)의 단순화된 순서도이다. 기판은 함입된 자석과 함께 회전하는 롤러를 지나서 움직임으로써 (단계 312) 유체 담체내에서 기판에 적용되었던 자성 안료 박편을 정렬시킨다 (단계 314). 자성 안료 박편들은 이후에 고정되어서(단계 316) 안료 박편들의 정렬로부터 초래된 광학적으로 가변적인 이미지를 획득한다. 일부 구현예에서, 자성 안료 박편들은 잉크 또는 페인트가 기판상으로 인쇄될 때 인쇄 롤러내의 자석에 의해 정렬된다. 다른 구현예에서, 자성 안료 박편들은 장력기와 같은 차후의 롤러 안에 있는 자석에 의해 정렬된다. 박편들이 정렬된 이후에 잉크 또는 페인트는 이미지를 고정시키도록 건조되거나 또는 경화된다.

다양한 자기 구조들이 롤러(들)안에 포함될 수 있는데, 플립-플롭 또는 구름 바아 이미지를 형성하기 위한 자기 구조를 포함한다. 선택된 형상을 가진 면을 가지는 자석과 같은, 다른 자기 구조들은 롤러 안에 포함되어서 광학적으로 가변적인 이미지의 고속 인쇄를 제공한다. 예를 들면, 그것의 표면(롤러의 표면)상에 고리 형상을 가지는 자석은 자성 안료 박편들로써 인쇄된 피일드 안에 "물고기-눈(fish eye)"의 효과를 발생시킬 수 있다. 롤러(들) 안의 자석들은 예를 들면 별, $ 표시, 또는 ￡표시로 형상화될 수 있다. 건조기에 근접한 장력기 또는 다른 롤러들상에 자석을 제공하는 것은 이미지가 자석의 면의 종단 가장자리를 떠날 때 자성 안료 박편들 안의 이미지의 가치가 떨어지는 것과 관련된 문제를 회피시킬 수 있다. 다른 구현예들에서, 자기 롤러로부터의 기판의 접선상의 분리는 자기적으로 정렬된 이미지의 품위 저하를 회피시킨다. 다른 구현예들에서, 기판은 정지 상태일 수 있으며, 자기 롤러는 기판을 가로질러 구를 수 있다.

본 발명이 위에서 특정의 구현예들과 본 발명을 실시하는 최고의 양식을 참조하여 설명되었지만, 다양한 수정예와 교체예가 본 발명의 사상과 범위를 이탈하지 않으면서 당업자들에게 명백할 수 있다. 따라서, 상술한 바는 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 다음의 청구 범위에 기재된 바와 같다는 점이 이해되어야 한다.

22. 제 1 영역 24. 제 2 영역
29. 기판 30. 조명원
32. 관찰자 40. 절단선

Claims (23)

1. 정렬된 안료 박편들로 코팅된 제 1 영역을 가진 기판을 구비하는, 제 1 구름 바아를 제조하기 위한 제품으로서, 상기 박편들은 제 1 구름 바아의 단면에서 제 1 원호형 패턴을 형성하기 위하여 정렬되고, 따라서 제품이 경사지거나 또는 제품에 대한 광원의 위치가 변화될 때 제 1 구름 바아는 제 1 영역을 가로질러 구르는 것으로 나타나는, 제품.
2. 제 1 항에 있어서,
   제 1 구름 바아는 그것이 구르는 것으로 나타날 때 둘러싸는 박편들보다 밝게 나타나는, 제품.
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12. 기판상에 인쇄된 이미지를 포함하는 제품으로서, 이미지는: 담체내의 복수개의 자성 안료 박편들을 포함하고, 복수개의 자성 박편들의 일부는 제 1 근접 피일드와 제 2 근접 피일드 사이에 나타나는 이미지를 가로질러 콘트라스팅 바아(contrasting bar)를 만들도록 기판의 표면에 대하여 원호형 패턴으로 정렬되고, 이미지가 경사질 때 콘트라스팅 바아는 제 1 근접 피일드 및 제 2 근접 피일드에 대하여 움직이는 것으로 나타나는, 제품.
13. 제 12 항에 있어서,
    콘트라스팅 바아는 제 1 근접 피일드 보다 밝게 나타나는, 제품.
14. 제 12 항에 있어서,
    자성 박편들은 채색된 담체(tinted carrier) 내에 분산되어 있는, 제품.
15. 제 12 항에 있어서,
    자성 박편들은 반사 배경 위에 인쇄되어 있는, 제품.
16. 제 12 항에 있어서,
    자성 박편들은 칼러화되어 있는, 제품.
17. 제 12 항에 있어서,
    자성 박편들은 광학 간섭 구조(optical interference structure)를 구비하는, 제품.
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