KR101636774B1 - 자성 소판들의 2-축 정렬 - Google Patents

Abstract

종방향 웹(longitudinal web)에 의해 지지되는 복수 개의 배향가능한 비구형 박편(flake)들을 평탄화하는 방법이 개시된다. 자장(field)에 의해 배향가능한 비구형 박편들의 코팅(coating)을 지지하는 웹은 자석들로부터 비롯되는 자장들이 그 웹을 가로지르도록 그 자석들 사이에 놓여진다. 제1 자석 및 제3 자석은 피드경로(feedpath)의 한 쪽에 제공되고 제2 자석은 그 피드경로의 다른 쪽에 제1 자석 및 제3 자석 사이에 제공된다. 제1 자석 및 제3 자석은 동일한 극성을 가지고 제2 자석은 그 제1 자석 및 제3 자석과 상보적인 극성을 가져서, 그 피드경로에 걸친 제1 자장은 제1 자석 및 제2 자석 사이에 존재하고 그 피드경로에 걸친 제2 자장은 제2 자석 및 제3 자석 사이에 존재하며, 여기서 그 자석들은, 그 피드경로를 따라 이동하는 자장에 의해 배향가능한 복수 개의 비구형 박편들이 그 웹 및 그 자석들 간의 상대적인 이동이 있는 동안에 제2 자석을 지날 때 제1 회전을 하도록 위치된다. 그러면 그 웹은 그 자석들을 지나는 자장들을 통해 이동되고 그 결과로서 코팅이 경화된다.

Description

자성 소판들의 2-축 정렬{Two-axial alignment of magnetic platelets}

본 발명은 잉크 내 자성 소판(magnetic platelet)들을 정렬시키는 것에 관한 것이다.

잉크 비히클(ink vihicle)에 분산되어 기판(substrate)의 표면에 프린트되는 안료 입자(pigment particle)들은 입사 광선에 관하여 높은 반사율이나 낮은 반사율 중 어느 한쪽을 가질 수도 있다. 이 반사율은 몇몇의 여러 가지 요인들에 의존적이다. 그 안료 입자들의 고유한 광학 특성들은 그 반사율에 상당한 영향을 미친다. 고 반사성의 "금속성(metallic)" 안료들은 주로 알루미늄 또는 다른 고 반사성 금속 중 어느 하나로 이루어진 박편-형상(flake-shaped) 입자들이다. 금속성 "효과(effect)"는, 그 안료의 리핑(leafing) 작용 또는 넌리핑(non-leafing) 거동뿐만 아니라 입자 크기 및 형상으로 주로 이루어진 여러 가지 개별적 특성들의 상호작용을 통해 획득된다.

리핑 특성 및 넌리핑 특성은 안료 입자들의 "부유(float)"라고 하는 안료 입자들의 능력에 의해 결정되는 안료 특성들이다. 리핑 안료들은 고 계면 장력(high interfacial tension)의 결과로서 프린트용 잉크 필름(film)의 표면에 부유한다. 그러한 리핑 안료들은 입자들의 분말도(fineness)에 의존하는 반사 특성들을 갖는 간섭성(coherent) 표면 필름을 형성한다. 넌리핑 안료들은 결합제(binder)에 의해 완전히 습윤 상태로 되고 코팅(coating) 두께에 걸쳐 균일하게 분포된다. 리핑은 G. Buxbaum이 저술한 Industrial Inorganic Pigments(Wiley-VCH, ISBN 3-527-28878-3, 1998년, p.229)에 설명되어 있다. 리핑 및 넌리핑 안료들은 상이하게 거동하기 때문에, 그것들은 매우 다른 외관을 제공한다. 예를 들면, 리핑 알루미늄 안료들의 입자들은 이들 자체를 필름의 표면에 걸쳐 더 고르게 분포하게 되고, 그것들은 크롬 도금을 입히는 것과 같은 마무리(finish)를 제공하게 된다.

"리핑" 안료 입자들을 제조하는 보통의 방법은 Ackerman 등의 명의로 된 US 특허 6,379,804에 기재되어 있는 바와 같이 다양한 윤활제(lubricant)들이 있는 상태에서 안료를 볼밀(ball mill)함으로써 이루어진다. 이러한 목적을 위해 스테아린 산(stearic acid)이 통상적으로 사용된다. 그 산은 액체 잉크 또는 페인트 비히클을 안료의 표면과 반발시켜서 공기와 그 잉크 표면 간의 계면(界面) 방향으로 입자들을 억누르게 한다. 그 결과로, 소판(platelet)들이 프린트의 표면에 부유하게 되어 거울(mirror)과 같은 외관을 나타낸다. 그러나, 이 방법의 단점은 마모 저항(abrasive resistance)이 감소된다는 것이다; 이러한 "리핑" 입자들을 함유하는 프린트들은 그 산이 박편의 표면에 대한 잉크 비히클의 부착을 방지하기 때문에 그 마모에 대한 저항이 작아진다.

"리핑" 안료와는 대조적으로, 넌리핑 입자들로 프린트된 이미지들은, 매끄러운 거울과 같은 외관을 가지지 못한다. 대신에, 이러한 프린트된 이미지들은 반점이 있는(speckling) "반짝임과 같은(sparkle-like)" 마무리를 가진다. 반면에, 이러한 프린트된 이미지들은 매우 좋은 마모 저항을 가지는데 왜냐하면 잉크 비히클이 개질되지 않은 안료 입자들의 표면과의 강력한 접착제(strong bond)를 형성하기 때문이다. 리핑 입자들과 유사하게 잉크 표면에 평행한 잉크 층에 분포된 넌리핑 안료 입자들로 프린트된 고 반사성 이미지를 만드는 것이 유리할 것이다.

외부의 작용에 의해 잉크 층의 입자들을 배향시키는(orient) 것이 가능하다. 예컨대, Pratt 등의 명의로 된 US 특허 2,418,479에는 브러싱(brushing) 또는 나이핑(knifing)에 의한 광택(bright) 금속 페인트 필름들의 제조가 언급되어 있다.

US 특허 2,418,479에서 Pratt는 인가된 자장에서 입자들을 정렬시킴으로써 리핑과 같은 특성들을 가진 입자들을 만드는 방법도 개시하고 있다. 이러한 적용을 위해 사용되는 입자들은 자성을 가질 필요가 있으며 반사성이 있는 것이 바람직하다. 액체 잉크에 분산되고, 기판의 표면상에 코팅되며(coated) 외부의 자장에 노출된 입자들은, 그 자장의 라인(line)들을 따라 상기 입자들의 용이축(easy axis)으로 정렬하려는 경향이 있다. 그 입자들의 위치들은 상기 입자들의 배향 후에 결합제의 경화(curing)에 의해 고정된다. 재료 과학에서, "용이축(easy axis)"이라는 용어는, 강자성 재료에서 자발적 자화(spontaneous magnetization)의 에너지 관점에서 선호되는 방향을 말한다. 이 축은, 자기결정 이방성(magnetocrystalline anisotropy) 및 형상 이방성(shape anisotropy)을 포함하는 다양한 요인들에 의해 결정된다. 그 용이축을 따른 2개의 반대 방향은 통상적으로 동등하고(equivalent), 실제 자화 방향은 그들 중 어느 하나일 수 있다.

기판의 표면상의 유기(organic) 결합제 층에 분산되고 외부의 자장에 노출된 자성 입자들의 정렬은, 예를 들어, C. Denis Mee가 지은 Magnetic Recording(McGraw-Hill 출판사, ISBN 0-07-041271-5, Vol. 1, p.164) 또는 Finn Jorgensen이 지은 The Complete Handbook of Magnetic Recording(TAB Professional and Reference Books, ISBN 0-8306-1979-8, 1988년)과 같은 다수의 서적들 및 특허들에 설명되어 있다.

C.D. Mee는 웹(web) 이동 방향과 평행하게 자장을 인가함으로써 기록 매체에서의 입자들의 정렬을 설명하고 있다. 영구 자석 회로(permanent magnet circuit)의 자극편(magnetic pole piece)들의 바람직한 구성은, 중심 면에 어떠한 수직 자장 성분도 가지지 않는, 웹의 양 측들 상에 서로 반대되는 극들을 배치하는 구성이었다. 그 저자는 또한 웹 방향을 따라 자성 입자들을 배향시키기 위한 다양한 자기 기기들을 기술하였다. 그러나, 기판 표면에 대하여 이러한 기기들에 의해 입자들을 정렬하는데 있어서는 특별한 공통의 특징이 있다. 그 문헌들에서는 테이프에 기록하기 위해 입자들이 웹의 방향을 따라 입자들의 용이축으로 정렬되는 것이 명백하게 언급되고 있다.

기록 매체에서 사용되는 자성 재료들 대부분은, 와이어 또는 침과 유사한 형상과 같이 2개의 다른 치수들보다 매우 큰 1개의 치수를 갖는 준 일차원적(quasi one-dimensional)이다. 도 1a에서 보인 바와 같이, 소판(101)과 같이 생긴 입자는, X축 및 Y축의 치수가 Z축의 치수보다 실질적으로 큰 이들 치수의 종횡비(aspect ratio)가 높기 때문에 2차원(XY)의 물체로서 고려할 수 있다. 소판이 자장에 의해 유도될 때(induced), 그 소판은 그의 쌍극자 벡터(dipole vector)가 외부 자장과 평행하지 않을 때마다 자기 토크(magnetic torque)를 받는다. 그 자기 토크가 존재하는 경우에는 그 입자가 외부 자장의 자기 라인(102)의 방향을 따라 입자의 용이축으로 회전하게 되고; 그리고 그 소판의 쌍극자 벡터는 그 자장 벡터에 평행하게 된다. 그 입자는 그 자장이 제거될 때까지 회전하지 않고 이 위치에서 안정화된다. 환언하면, 그 입자는, 도 1a에서 보인 바와 같이 그의 최장의 대각선과 일치하도록 배향된 상태로 되고, 이는 보다 큰 치수, 예를 들면 좌표 X로서 간주할 수 있으며, 인가된 자장의 라인들과 평행하다.

그러나, 제2 치수 Y는 그 기판에 항상 평행하지 않을 수도 있다. 사실 우리는 그것이 인가된 자장의 방향에 대하여 약간 작은 각도로 항상 기울어져 있음(tilted)을 알았다. 이 작은 기울어짐은 기록 매체들의 전체 성능에 있어서 매우 중요한 것은 아니지만, 그러나 그것은 페인트 및 프린트 산업에서 다양한 기판들 상에 내구성이 있는 고 반사성 코팅을 생산하는데 있어서는 매우 중요하게 된다.

수십 년 동안, 반사성 박편 재료로써 광택 코팅을 제조하려는 시도들이 있었다. 1947년에 Pratt 등은 광택 코팅을 만들기 위해 금속성 박편 안료들을 배향시키는 프로세스를 US 특허 번호 2,418,479에 공연히 개시하였다. 페인트 필름들 내 안료들 예컨대 강자성 박편들은 자장에 반응하여 단순한 평면 표면상에 위치된다. 물품(article) 표면 및 박편들 양자 모두는 그 자장의 방향으로 배치된다. 이 방법은, 나침반의 바늘이 정렬되듯이 입자들의 길거나 보다 큰 치수 각각이 자신을 자장 방향을 따라 정렬시키도록 필름이 배치된 물품 표면이 자극들 사이에 놓일 것을 요구한다. Pratt 등은 필름이 건조될 때까지 짧은 시간 간격으로 평행에서 수직으로 변하게 되는 자장 및 필름 사이의 방향각(directional angle)에 따라 그리고 자장의 작용에 따라 강자성 박편들을 함유하는 습식 필름(wet film)을 배치하는 단계를 포함하는 방법을 개시하고 있다. 그 필름 및 그 자장 간의 방향 변화들은 자장의 평면 회전에 의해 아니면 그 필름의 회전에 의해 만들어질 수 있다. 그 특허에서 설명되어 있는 전자기 시스템은 5 내지 10 Hz의 주파수로 박편이 자신의 방향을 변화시킬 수 있게 해 주는 회전 자장을 생성한다. 그 자장은 90°씩 그 방향을 변화시킨다. 세트들 중 하나의 세트에 있는 자석들은 속빈(hollow) 자석들이고 기판은 이들 속빈 자석들 상의 중심부를 통해 기결정된 속도로 계속해서 지나가고 있다.

비록 US 2,418,479에 개시된 Pratt의 발명은 관련 기술분야에서 진보를 만들어냈지만, 그것은 몇 가지 단점들을 가진다. Pratt의 방법을 이용하는 것은 큰 물품 표면들에 대해서는 비실용적인데 왜냐하면 자장 강도가 극히 커야 할 것이고 만들기 어렵고 비용을 많이 들여야 것이기 때문이다. 게다가, 기술된 이러한 방법은 굽어진 또는 복잡한 형상의 평면적이지 않은 물품 표면상의 필름 또는 코팅에 배치된 박편들 대부분을 배향시키는 효과를 내지 못할 것이다. 이러한 표면의 한 가지 예는 가스 터빈 엔진과 같은 발전 장치의 환상 또는 날개(airfoil) 형상의 콤포넌트이다.

Eastman Kodak으로 양도되었고 1989년에 등록된 미국 특허 번호 4,859,495에서 James Peng은 임의의 주어진 방향으로 배향된 자성 입자들을 가진 자기 기록 필름(magnetic recording film)을 만드는 방법을 개시하고 있는데, 그 방법은, 자성 페인트를 기판에 도포하는 단계, 비응고 상태에 있는 그 자성 페인트를 포함하는 기판이 주어진 방향에 수직인 평면에만 놓인 자기 성분들을 가진 회전 자장을 받게 하는 단계 및 그 자성 페인트를 응고시키는 단계를 포함한다. 박편들의 배향은 이동 웹의 표면상에 코팅된, 분산된 자성 박편들을 담고 있는 유기 결합제 층에서 일어난다. 하나의 자기 시스템에서는 4개의 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)들이 설명되어 있다. 제2 실시예에서는 자성 페인트 층이 유동 상태로 기판상에서 빠른 속도로 이동하고 있는 동안 어떠한 Z 성분도 가지지 않은 회전 자장을 위한 시스템이 설명되어 있다. 이 실시예는 예컨대 폭이 30 인치이고 심지어는 50 인치에 이르기까지의 매우 넓은 폭들로 자성 매체들을 만들기에 적합한데 왜냐하면 그것은 헬름홀츠 코일들의 방식과 같은 방식으로 한정되지 않기 때문이다. 그 실시예는 이동 웹의 상부 및 하부에 배치되어 있는 2개의 도전성 플레이트들 이를테면 예컨대 구리 플레이트들을 이용한다. 그 이동 웹의 상부 플레이트에서의 전류는 그 이동 웹의 폭을 가로질러 흐른다. 그 이동 웹의 하부 플레이트에서의 전류는 전압 소스에 기인하여 그 이동 웹의 이동 방향으로 그 플레이트를 가로질러 흐른다. 그 두 개의 전류는 서로에 대하여 90°만큼 위상이 다른 2개의 전압 소스들에 의해 인가되고 이에 의해, 그 웹의 평면으로부터 또는 Z 방향의 자기 성분을 가지지 않는 단지 X 및 Y축 방향만의 성분들만을 갖는 회전 자장이 생기게 된다. 이 방법의 단점들은 또한 큰 표면 기판들에 대하여 그 방법의 유용성이 결여되어 있다는 점, 그 큰 표면에 걸친 배향의 균일성(uniformity)에 관련한 문제, 유출 자장(exit magnetic field)에 의한 적절한 배향의 파괴, 및 자장 내의 UV 경화(in-field UV curing)의 실용성이 결여되어 있다는 점이다.

Buczek 등의 명의로 된 미국 특허 출원 US 2004/0052976에는 일반적으로 입자가 배치되는 물품 표면을 따라 배향되는 보다 큰 치수를 가지는 비구형 입자들의 정렬이 개시되어 있다. 그 입자들은 유체 매체에 배치되어 있고, 상기 입자들의 점도(viscosity)는 그 입자들을 소정 위치에 고정하기 위해 증가될 수 있으며, 상기 입자들은 상기 입자들에 대해 힘을 사용하여 위치된다. 그 힘은 자장으로부터의 토크 힘, 그 유체 매체의 흐름으로부터의 힘, 중력, 및 표면 장력만 또는 그 중력과 결합한 표면 장력을 포함한다. 표면의 광택(brightness) 또는 표면으로부터의 반사를 제어하기 위해, 코팅들 및 시트(sheet)들은 보다 큰 치수를 가진 박편들 형상의 비구형 금속성 입자들을 사용하였고, 그리고 박편의 상대적인 배향, 및 물품 표면에 대한 보다 큰 치수에 대하여, 광택 또는 반사의 정도가 결정된다. 비록 이 방법이 광택 페인트 코팅들을 만드는데 어느 정도 유용성을 갖지만, 그것은 예컨대 100-500ft/min의 속도로 이동하는 넓은 웹의 상부에 광택 이미지들을 프린트하는데에는 실용성이 결여되어 있다. 여기서 상기 박편들의 크기는 2 내지 100 미크론이다. 또한, 상기 박편들의 크기는 20% 이상만큼 차이가 나지 않는다. 더욱이, 상기 박편들은 기결정된 크기 및 형상으로 되어 있다.

입자들의 자기 정렬에 관한 또 다른 미국 특허는 Kashiwagi 등의 명의로 된 미국 특허 5,630,877로서, Kashiwagi 등은 상기 미국 특허에서 유기 결합제에 분산되어 있고 외부 자장에 노출되는 자성 입자들 또는 박편들의 정렬을 개시하고 있다. 자기적으로 형성된 패턴을 가지고, 다양하게 다른 형상들로 분명한 시각 인식성을 갖는 원하는 패턴(pattern)을 형성할 수 있는 제품을, 빠른 속도로 간단한 절차를 이용하여 제조하기 위한 방법 및 장치가 교시되어 있고, 이러한 방법 및 장치에 의해 제조되는 페인팅된 제품이 교시되어 있다. 그러나, 그 특허에는 고속으로 이동하는 넓은 웹의 표면에 평행한 X축 성분 및 Y축 성분을 가진 광택 코팅들을 어떻게 만들어야 하는지에 대하여 설명되어 있지 않다.

본 발명의 목적은, 자성 소판들의 2개의 주요 치수가 넓은 기판의 표면에 평행하게 되어 "리핑과 같은(leafing-like)" 광택을 제공하도록 그 자성 소판들을 배향시키는 자장들에 노출된 그 자성 소판들을 함유하는 잉크로 고 반사성이고 내마모성(abrasion-resistant)인 물품을, 그 넓은 기판상에 고속으로 프린팅하는 시스템 및 방법 그리고 입자들의 배향 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 잉크 층에서 자성 소판들의 시트들을 형성하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 자성 색변환(color-shifting) 안료들을 함유하는 잉크로 프린트된 이미지들에서 크로마(chroma)를 증가시키는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 "호일과 같은(foil-like)" 반사율 및 광택 또는 색 이동을 가진 코팅들을 프린트하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 자성 색변환 소판들을 함유하는 잉크로 프린트되는 보안 표지(security insignia)를 담고 있는 보안 문서(security document)를 제공하는 것이며, 이러한 자성 색변환 소판들은 상기 자성 색변환 소판들의 2개의 주요 치수가 상기 잉크의 표면에 본질적으로 평행하게 될 때까지 인가된 자장에서 배향됨으로써, 코팅의 크로마 및 동적 색 영역(dynamic color area)이 증가된다.

본 발명의 또 하나의 목적은 2차원 연속 시트들로 집합되는 자성 소판들을 담고 있는 코팅을 프린트하는 것이다.

본 발명의 주요 목적은 물품들을 프린트하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 상기 물품들 자체는 금속성 자성 소판들 또는 색변환 자성 소판들을 함유하는 잉크로 평평한 기판상에 프린트되고, 상기 자성 소판들은 모든 자성 소판들이 서로에 그리고 상기 잉크의 표면에 동일 평면상에 있는 방식으로 인가된 동적 자장에서 정렬된다.

본 발명은 반사성 또는 색변환 안료들을 함유하는 잉크들로 치수들이 예컨대 60"까지인 광폭에서 50-300 fpm(ft/min)의 속도로 고속으로 이동하는 웹 또는 종이의 표면상에 프린트되는 보안 물품(security article)들을 제공한다.

본 발명은 정렬 후에 상기 웹이 고속으로 이동하고 있는 동안 거울과 같은 마무리를 생성하는 고 반사성의 자성 안료 박편들의 정렬을 고속 프린트하는 방법 및 시스템을 제공한다. 이러한 프린트들은 잉크 비히클에 분산된 반사성 또는 색변환성인 자성 안료들을 이용하여 만들어질 수 있다.

본 발명에 따라, 종방향 웹에 의해 지지되는 복수 개의 배향가능한 비구형 박편(orientable non-spherical flake)들을 평탄화하는(planarizing) 방법이 제공되는데, 이 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:

자장에 의해 배향가능한(field orientable) 비구형 박편들의 코팅을 지지하는 웹을 제공하는 단계;

피드경로(feedpath)를 정의하는 라인의 한 측에 제1 자석 및 제3 자석을 제공하고 그 라인의 다른 측에서 제1 자석 및 제3 자석 사이에 제2 자석을 제공하는 단계로서, 제1 자석 및 제3 자석은 그 라인을 향해 동일한 극성(polarity)을 가지고 제2 자석은 그 라인을 향해 제1 자석 및 제3 자석과 상보적인 극성을 가져서, 그 라인에 걸친 제1 자장은 제1 자석 및 제2 자석 사이에 존재하고 그 라인에 걸친 제2 자장은 제2 자석 및 제3 자석 사이에 존재하며, 그 자석들은, 그 피드경로를 따라 이동하는 복수 개의 자장에 의해 배향가능한 비구형 박편들이 그 웹의 이동시 제2 자석을 지남에 따라 제1 회전을 하도록 위치되는, 단계; 및

그 박편들이 제1 자장 및 제2 자장을 순차적으로 통과하도록 그 박편들을 지지하는 웹 및 그 자석들 중 적어도 하나를 그 피드경로를 따라 상대적으로 이동시키는 단계.

본 발명의 발명자들은 부양성이 중립적인 다층 광학 소판(neutrally buoyant multi-layered optical platelet)들을 정렬하는 방법을 알아냈는데, 이러한 광학 소판들은 유기 결합제에 분산되어 있고 평평한 고속 이동 웹상에 코팅되며 나중에, 유리 또는 적합한 다른 매끄러운 기판상에 배치된 동일한 광학적 구조의 최소한 50%의 광학 반사율을 (현탁액(suspension)의 응고 후에) 나타내는 시트형 집합물(assembly)을 형성할 때까지 외부 자장에 노출된다. 자성 잉크(magnetic ink)는 자기 기록 매체뿐만 아니라 자성 잉크 문자 인식(Magnetic Ink Character Recognition; MICR)으로 알려진 문자 인식 기술에서 1956년 이래로 사용되어 왔다. 각각의 자성 잉크는 인가된 자장에 의한 어느 정도의 명확한 흐름 제어가 이루어지는 자기유변(magnetorheological; MR) 유체이다. 자성 잉크의 유변 특성들은 결합제 및 거기에 분산된 자성 입자들의 물리적 및 화학적 특성들에 의존한다. 현탁 입자들의 유변학(rheology)은 S.W. Charles에 의해 상세히 설명되고 있다; 자성 잉크들의 유변 특성들에 관한 부연 설명은 Rheology of particulate dispersions and composites(CRC 출판사, ISBN 1-57444-520-0, 2007년) 및 Magnetism and Magnetic Materials 저널 65호(1987년)의 350-358에서 찾아 볼 수 있다.

자기유변 유체들의 흐름 특성들은 자성 입자들의 크기, 형상 및 자화율(susceptibility)에 강하게 의존한다.

알려져 있고 충분히 연구된 2개의 자성 유체들이 있다. 나노스케일의 콜로이드 자성 입자들이 분산된 현탁액은, 그 현탁액이 자장의 존재시 강한 분극 상태로 되는 경우 강자성 유체(ferrofluid)라고 불린다. 마이크로미터 크기의 자성 입자들을 가진 현탁액은, 그 현탁액이 외부 자장에 노출되면 그의 점도를 실질적으로 증가시키는 경우 자기유변(MR)이라고 불린다. 그러나, 치수들이 높은 종횡비로 이루어지는 미크론 크기의 자성 소판들을 함유하는 또 다른 종류의 자기유변 유체가 있다. 이러한 유체들은 물품들의 표면상에 코팅되며, 인가된 자장의 힘에 대하여 그 자장에서의 자성 소판들의 재배향(re-orientation)에 의해 반응하는 자성 페인트 및 잉크로서 사용된다. 잉크의 점도는 자계 강도(field intensity), 자장 방향, 입자들의 농도(concentration), 결합제 점도, 자성 소판들의 자화율 등에 의존한다. 자장의 증가에 따른 점도 변화의 예는 도 1b에 명시되어 있다.

20×20×0.5 미크론의 평균 크기를 가진 평평한 자성 소판들로 이루어진 자성 안료는 20 wt%의 농도로 회전 스크린(rotary screen) 잉크 비히클과 혼합되었다. Brookfield 점도계(viscometer) 모델 DV-Ⅱ로 50rpm에서 점도를 측정하였다. 그 점도는 어떠한 자장도 도입되지 않은 채로 측정되었고 또한 서로로부터 상이한 간격으로 배치된 2개의 영구 자석들에 의해 몇 개의 상이한 자장들을 생성하여 서로 다른 강도의 자장들이 생성된 채로 측정되었다. 자장이 존재하지 않을 때 그 점도는 1742cP임을 측정하는 것이 가능하였다; 그리고 그 점도는 자계 강도가 증가함에 따라 증가하여 0.74 T (740 가우스(Gauss))의 자장 크기에서 3544cP에 이른다.

액체 결합제에 분산되고 자장에 의해 유도되는 단일의 자성 입자는 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)를 획득하고 그 자장의 자기 라인들을 따라 그 입자의 용이축으로 배향하여 가능한 한 많이 순(net) 전계 강도를 상쇄하고 그 자장에 저장된 에너지를 최소로 낮춘다는 것이 알려져 있다. 희석된(diluted) 결합제에 현탁된 다수의 입자들이, 마찬가지로 모두 동일하게 그들 스스로 그 자장의 방향에 따라 배향한다. 정적 자장에 노출된 소판들의 농도가 높은 현탁액에서, 그 소판들은 다양한 상호작용들을 겪는다. 체인 형성 메커니즘(chain formation mechanism)에 관한 상세한 설명은 J.H.E Promislow와 A.P.Gast의 Aggregation kinetics of paramagnetic colloidal particles (J.Chem.Phys., 1995년, 102, 5492-5498) 및 E. Clement, M.R.Maxey, G.E.Karniadakis의 Dynamics of self-assembled chaining in magnetorheological fluids (Langmuir, 2004년, 20, 507-513)에 나타나 있다.

결합제에 분산되고 자장에 노출된 입자들은 브라운 운동(Brownian motion), 쌍극자 자력(dipolar magnetic attraction), 및 다체 유체역학적인 상호작용(multibody hydrodynamic interaction)을 동시에 하거나 겪게 된다. 입자들은 서로 결합하여 쌍극자 강도(이는 랜덤 확산(random diffusion)에 대한 자력의 비를 나타냄)가 임계값을 초과할 때 체인(chain)들과 같은 초입자 구조(supraparticle structure)들을 형성한다. 체인들에서 하나의 입자의 N극은 다른 입자의 S 극으로 끌어당겨지고 또 다른 입자 등등으로 끌어당겨진다. 그 체인들은 도 2에서 보인 바와 같이, 인가 자장의 방향으로 돌출된다.

도 2는 N극(흑색) 및 S극(백색)이 예시를 위해 서로 다른 색깔들로 도면에서 보여진 16개의 다이아몬드 형상의 입자들(201)로 이루어져 있다. 외부 자장의 방향은 화살표(202)로 표시되어 있다. 그 입자들은 자장의 방향(202)으로 4개의 체인들(Ⅰ-Ⅳ) (점선들로 표시됨)을 형성하였다. 각 체인은 4개의 소판들의 두미식 배열(head-to-tail array), 즉 1-4, 5-8, 9-12 및 13-16으로 이루어진다. 시간이 지남에 따라, 입자/체인 및 체인/체인 상호작용들로 인하여 연속적으로 클러스터 크기가 증가하게 되고 그리고 전체 시스템의 점도가 증가하게 된다.

그러나, 만약 도 2에서 보인 자장 방향이 예컨대 반 시계 방향으로 45°만큼 회전하여 갑자기 변화한다면, 그 소판들은 그들 중심들 주위로 순간적으로 회전하기 시작하여, 인가 자장의 새로운 자력들에 의해 도 3a에서 보인 바와 같이 새로운 체인들이 형성될 때까지 회전하게 된다. 도 2 및 도 3의 소판들(1-16)은 물리적으로 기판상에서 그들의 위치를 유지하지만 그들의 극성 배향은 반 시계 방향으로 45°만큼 회전한다는 점을 유념하는 것이 중요하다. 그 소판들의 극성 재배향 결과로서, 새로운 몇 개의 체인들이 도 2에서 앞서 보인 동일한 입자들(1-16)로부터 그 자장의 새로운 방향을 따라 형성되었다. 여기서 소판들(5, 10 및 15; 1, 6, 11 및 16; 2, 7 및 12; 3 및 8; 9 및 14)은 도 3에서 점선들로 나타나 있는 체인들을 형성하였다. 그 자장의 방향을 또 다르게 변화시키는 것은 동일한 입자들로부터 다른 체인들을 형성하게 한다.

가장 극단적인 경우에, 그 자장은 자신의 방향이 연속적으로 변화하여도 된다. 이는, 미국 특허 2,418,479에서 Pratt에 의해 개시된 바와 같이 자장이 회전할 때 일어난다. Pratt는 습식 페인트(wet paint)의 층을 가진 기판이 2개의 영구 자석의 극들 사이에 삽입되어 스핀(spin)될 때 페인트 코팅이 광택성을 갖게 하는 것에 대하여 언급하고 있다. 결합제에 분산되어 있고 회전 자장에 노출된 자성 입자들은, 자장 라인들의 방향을 향하여 그들의 개별적인 스핀 운동을 하게 하는 자기 토크, 영역 중심을 향하는 자력인 구심 인력(centripetal attraction) 및 흐름에 의해 유기되는(flow-induced) 상호작용들을 동시에 겪게 된다. 유체역학적인 반작용에 의해, 자화된 소판들의 구심 인력의 밸런스가 잡히며 입자 간 거리에 관련된 속도로 회전하는 몇몇 입자들의 응집체(aggregate)가 형성되게 된다. 단일 소판은, 그것이 액체 매체에 분산되어 있을 때, 그것의 Z 축 주위로 더 용이하게 회전하는데, 왜냐하면 그 소판이 자신의 X 또는 Y 축 주위로 회전하는 경우보다 에지(edge)들에서의 그 액체에 대한 저항이 실질적으로 작기 때문이다. 그것은 소판 치수들의 종횡비에 기초하여 구동된다. 동일 평면에서 회전하는 몇 개의 금속성 입자들은 고 반사성인 응집체를 형성한다.

본 발명자의 관점에서 볼 때, 지금까지 다른 사람들에 의하여 개시된 방법들 및 프로세스들은 고속으로 이동하는 광폭의 기판을 이용하여 프린트하고 정렬하는데에 적합하지 않지만 광폭의 기판상에서 높은 처리능력(throughput)을 갖는 것이 바람직하다. Pratt 등 및 Peng 등의 전술한 특허들에서는 자석 또는 자석들이 웹의 양쪽 면들 상에 또는 웹의 아래에 위치하는 프로세스가 기술되어 있다. 그러나 웹의 폭에 대하여는 한계가 있는데, 그 이유는 자석들의 극들 간의 거리가 증가함에 따라 인가 자장의 자속 밀도(flux density)의 크기가 빠르게 감소하기 때문이다. Pratt의 특허에서 개시된 스핀 자석은 사실상 광폭의 웹 하부에서 이용되기에 충분할 만큼 크게 만들어질 수 없다. 더욱이, 입자들을 회전시켜 이 회전 자장에서 배향된 상태에 있게 하기 위한 체류 시간(dwell time)은 그 광폭의 웹의 서로 다른 부분들에서 변화하게 되고 코팅의 균일성은 얻어지지 않게 된다. Pratt의 교시에 관한 또 하나의 부정적인 측면은 웹의 표면상의 습식 잉크의 층에 분산된 입자가 빠른 스핀 자석의 상부에서 움직이는 입자들은 나선상의 궤도(corkscrew trajectory)를 따라 그 웹의 방향으로 회전하면서 동시에 이동하게 된다는 점이다.

이동 웹 상에서 박편들을 자기적으로 정렬할 때 고려되어야 할 또 하나의 문제점은 유출 자장이다. 임의의 자석의 자장은 균일하지 않다. 웹이 그 자석을 따라 이동할 때, 습식 잉크에 분산되어 있고 웹의 표면상에 코팅된 입자들은 그 자장에 즉시 반응하며, 따라서 그 기판에 대하여 그들 스스로 서로 다르게 배향하게 된다. 유출 자장에서의 입자들의 배향은, 그 입자들이 특정의 기결정된 배향을 이루게 하는 그 자장의 부분에서의 그 입자들의 배향과는 매우 다르다. 그 유출 자장의 결과로서, 정렬된 프린트 이미지들은, 윤곽(contour)들이 흐릿해지고(blur) 선명도(sharpness)를 잃게 됨에 따라 "색바램(wash out)" 상태로 된다.

2개의 주축이 그 기판의 표면에 평행하게 있는 습식 잉크의 층에 분산된 자성 소판들을 정렬하기 위해, 우리는 그 기판 하부에 위치한 자기 셋업(magnetic setup)에 의해 생성되는 동적 자장을 인가하였다. 그 소판들에 필요한 배향을 하게 하는 자기 기기의 이러한 위치는 무한대의 폭의 기판에 대해서도 그 자기 기기를 사용할 수 있게 한다. 그 기기는 방향각이 90°보다 작은 자장을 생성한다. 그 웹은 고속으로 이러한 자기 시스템들 상에서 또는 그 시스템들을 통과하여 이동할 수 있다. 선행 기술에 개시된 회전 대신에, 자장이 자신의 방향을 빠르게 변화시켜 소판들의 양쪽 주축이 그 기판에 평행하게 될 때까지 입자들이 빠르게 진동하게 한다. 자장에서 배향된 소판들을 함유하는 잉크를 자외선 경화함으로써 유출 자장의 부정적 효과를 제거하였다.

동적 자기 시스템들의 동작에 관한 기본 원리가 Raksha 등의 명의로 된 미국 특허 7,258,900에 개시되어 있다. 이 특허는 잉크 비히클에 분산되어 있고 그리고 고속 이동 기판상으로 프린트함에 의해 코팅되는 자성 소판들의 크로스-웹(cross-web) 정렬을 개시하고 있다. 입자들은, 이용된 방법을 예시하고 있는 도 3c에서 개략적으로 나타낸 바와 같이 웹 아래에 위치된 정적 자석들로 이루어진 2개의 열 사이에 정렬된다. 평평한 기판(22)은 리더(reader)를 향해 이동한다. 이미지들(68, 70)은 자성 소판들(16)을 함유하는 잉크를 이용하여 기판(22)의 상부면 상에 프린트된다. 이미지들(68, 70)이 자석들(62, 64, 66)의 자장에 도입되어 졌을 때 그 잉크는 아직 덜 말라 있다. 그 자석들은 자장을 생성하고, 자기 라인들(72)은 프린트 이미지들이 그 기판상에 위치하는 장소들에서 거의 평평하고 그 기판에 평행하다. 자기 라인들(72)을 따르는, 그 덜 마른 이미지들(68, 70)에 있는 소판들(16)의 정렬은 그 기판에 거의 평행하다.

선행기술의 도 4에서는, 입자들의 정렬의 평면도를 보여준다. 웹(401)은 방향(402)으로 이동한다. 습식 잉크의 층(403)은 자성 입자들(404, 405)을 함유한다. 자석들(406, 407)은 도 3c에 예시된 바와 같이 그 웹 하부에 위치된다. 웹(401) 상에 프린트된 입자들(404)은 어떠한 기결정된 배향도 가지지 않는다. 일단 그 입자들이 자석들(406, 407) 간의 영역 내로 그 웹과 함께 이동한다면 그 입자들은 그들 평면들이 그 웹에 거의 평행하게 되면서 자장의 방향(408)으로 그 웹에 걸쳐 그들 스스로 배향한다.

본 발명의 목적은 웹의 폭이 한정 요인이 되지 않는 고속 프로세스에서 소판들을 더 잘 정렬할 수 있게 하는 것이다.

본 발명은 기판 하부에 위치한 자기 기기를 이용함으로써 무한대의 폭을 가진 기판에 대해서도 적용할 수 있다. 그리고 자장에서 배향되는 소판들을 함유하는 잉크를 자외선 경화함으로써 유출 자장의 부정적 효과를 제거한다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예들이 도면들과 연관지어 기술될 것이다.

본 발명에 의하면, 동적 자장들을 제공하기 위해 AC(교류) 또는 DC(직류) 전자석(electro-magnet)들 또는 영구 자석들을 사용할 수 있다. 도 5에서는 본 발명의 바람직한 실시예의 평면도를 보여준다.

이제 도 5를 참조하면, 웹(501)은 화살표(502)의 방향으로 이동한다. 자성 입자들을 함유하는 잉크(503)가 웹(501)의 표면상에 코팅된다. 도 5의 자성 입자들은, 단일 입자(504)가 자석들(506-508)을 지나 이동함에 따라 잉크 비히클에서 상이한 정렬 스테이지들로 단일 입자(504)를 나타낸 것이다. 그 웹이 이동할 때 그 입자들은 그 자석들에 의해 생성된 자장에 의해 영향을 받게 된다. 그 자석들은 각(510)이 90°보다 작은 지그재그 형태로 배치된다. 잉크(503)가 웹(501) 상에 프린트될 때 그 웹은 그 자석들 사이의 영역 내로 이동한다. 그 입자들은 도 5에서 점선들로 표시된 자장의 방향(509)으로 그들 스스로 배향한다. 자장 방향(509)은 웹이 방향(502)으로 이동함에 따라 변화한다. 입자(504)는, 자석들의 지그재그 배열에 의해 결정되는 각(510)으로 그 웹의 평면에서, 도 5의 화살표들로 나타낸 회전을 한다. 우리는 각(510)이 45°- 90°의 범위에 있을 때 잘 회전함을 발견하였다. 그 자석들 간의 정렬 영역을 통과하는 복수 개의 자성 입자들은 또한 도 3에 예시된 다양한 두미식 상호작용(head-to-tail interaction)들을 겪는다. 그 자장에서 회전하는 입자들은 서로 다른 방향들의 힘들을 받는다. 존재하는 힘들은, 인가 자장에 의해 결정되는 거시적인 힘(macroscopic force) 및 근처에 존재하는 쌍극자들의 자장들에 의해 결정되는 미시적인 힘(microscopic force)들이다. 단일 입자에 대한 힘은 각각의 자장이 기여하는 힘들의 합이다. 그 입자들이 XY 방향을 따라 잉크 층의 자화율을 증가시켜 자화율 합이 최대가 될 때까지 그 웹의 평면에서 이동하게 된다. 그 자석들 간의 천이 경로(transition path)가 끝날 때까지 자성 소판들이 영구적으로 결합된 시트형 구조(permanently linked sheet-like structure)를 형성하는데, 이 경우에 자성 소판들은 자성 소판들의 XY 축이 그 웹에 평행하게 되도록 배향되어 있다.

도 5에는 영구자석들에 의해 박편들이 이동함에 따라 자장 방향의 기결정된 변화를 제공하는 영구 자석들의 선형 배열이 예시되어 있다. 몇 개의 라인이 도 6에 개략적으로 보인 바와 같이 서로 조합되어, 프린팅 프레스(printing press) 상에서 광폭의 웹 하부에 설치될 수 있는데, 도 6에서는 웹(601)이 예시를 위해 투명하게 보이도록 개략적으로 나타나 있으며, 도 6에 도시되어 있지 않은 사전의 프린트 프로세스에서 자성 입자들을 함유하는 잉크로 프린트되는 정사각형 라벨(label)들(602)로 코팅된다. 도 5에 예시된 바와 같이 집합되는 입방체 형상의 자석들(603)은 도면에 도시되지 않은 프린팅 프레스의 작업대(bench) 상에서 웹(601)에 가깝게 근접하여 그것의 바로 하부에 위치한다. 웹의 폭은 6" 내지 72"의 범위 내에서 가변적일 수 있다. 웹의 속도는 10 ft/min 내지 300ft/min의 범위 내에서 가변적일 수 있다. 그 웹을 따른 단일의 줄(string)에서의 자석들의 수는 예컨대 4 내지 40 또는 그 이상에서 가변적일 수 있다. 웹의 방향(604)으로 영구 자석들의 자장을 통과할 때, 소판들은 소판들의 X 및 Y 축이 그 웹에 평행한 안정된 시트형 구조로 되는 때까지 그 웹의 평면에서 회전한다.

우리가 발견한 바와 같이, 평평한 기판이 이동할 때 그 기판의 평면에서 자성 소판들을 회전시키기 위해 서로 다른 자기 집합물들이 채용될 수 있다. 그것들은 AC 전자석들일 수 있으며 AC 전자석들은 그 웹이 이동할 때 AC 전자석들을 통해 생성되는 자장의 방향을 제어할 수 있다. 그 자기 집합물들은 또한 반대 극성을 가진 영구 자석들의 집합물들일 수 있다. 그 자석들은 도 6에 예시된 바와 같이 그 웹의 하부에 있을 수 있거나 혹은 (만약 그 집합물이 두 부분들로 이루어져 있다면) 상부에 그리고 하부에 있을 수 있다. 이러한 집합물들 모두의 주요한 특징적 세부특징은 빠르게 이동하는 웹의 평면에서 자성 입자들을 회전시키는 자신들의 자장이다. 이와 다른 방안으로, 아래의 실험 견본으로 실증되는 바와 같이, 지폐(bank note), 중요한 문서(valuable document), 신분 증명서(ID) 등등의 상부에 높은 크로마를 갖는 보안 물품들을 프린트하기 위해 색변환 자성 안료가 사용될 수 있다.

정적 자장에서의 정렬로부터 동적 자장에서의 정렬로의 변화는 프린트들의 광 반사율 및 크로마 특성들을 대폭 증가시켰다. 우리는 평평한 반사성 소판들을 함유하는 잉크로부터 프린트를 만들고, 그의 프린트된 층의 반사율이 거울 반사율의 50% 이상일 수 있음을 발견하였다.

초기의 Flex의 특허들/출원들에 개시된 바와 같이 동적 자장에서 소판들의 시트형 집합물을 경화시키는 것이 중요하다. 동적 자기 시스템의 유출 자장은 소판들이 그들 스스로 기판에 평행하게 배향하는 방향과는 다른 방향을 가진다.

바람직한 실시예

자성 색변환 안료는 폴리에스테르(polyester) 기판의 상부에 진공에서 박막 골드-그린 간섭 스택(thin-film gold-to-green interference stack)의 진공 증착(vacuum deposition)에 의해 제조되었다. 그 기판의 한 부분은 절단하여(cut off) 추가적인 색 측정을 위해 남겨두었다. 초기의 Flex의 특허들에 개시된 바와 같이 퇴적물(deposit)의 남은 부분은 그 기판에서 떼어내고, 갈아서(grind) 20 미크론의 안료 분말(powder)의 크기로 하였다. 그 안료 소판들은 자외선(UV) 경화형 투명한 Sericol Rotary Screen Ink Vehicle에서 20wt%의 농도로 분산시키고 스크린 인쇄(screen printing) 기술들로 종이의 표면상에 코팅하였다. 소판들이 비-배향된(non-oriented) 습식 프린트의 절반은 절단하였고 잉크는 자외선을 이용하여 경화시켰다. 그 프린트의 나머지 절반은 그 소판들을 배향하여 그 소판들의 X 및 Y 축이 그 웹에 평행하게 되도록 자기 어레이(magnetic array) 내를 주행하는 웹에 부착하였다. 그 프린트는 정렬의 완료 후에 자외선을 이용하여 경화시켰다. 오프-글로스(off-gloss)가 10°인 모든 3개의 샘플의 색 이동은 Zeiss 스펙트로고니오미터(spectrogoniometer)를 이용하여 분석하였다. 도 7에서 a*b* 색 이동 플로트(color travel plot)를 보여준다. 라인(701)은 비-배향된 소판들을 함유하는 프린트에 대응한다. 색 이동 라인(702)은 동적 자장에서 배향되는 자성 골드-그린 소판들의 시트형 정렬에 대응한다. 곡선(703)은 골드-그린 간섭 스택으로 진공에서 코팅된 폴리에스테르 기판에 대응한다. 동일한 샘플들의 반사 휘도는 SF600+ 스펙트럼광도계(spectrophotometer)로 측정하였다. 도 8에서 반사 휘도 Y의 플로트들을 보여준다.

본 발명은, 고속으로 이동하는 광폭의 기판상에 자성 소판들을 함유하는 잉크로 프린트되고, 자성 소판들이 상기 잉크에서 배향되고 자성 소판들의 2개의 주축인 X 및 Y 축이 기판의 표면에 평행하게 되어 "리핑과 같은" 광택을 제공하는 구성의 동적 자장에 또한 노출되는, 고 반사성이고 내마모성인 물품을 제공한다. 이와 같은 고 반사성이고 내마모성인 물품은 본 발명의 방법에 따라 프린트되는 보안 표지가 들어가 있는 보안 문서의 일부일 수 있고, 여기서 그 소판들 또는 박편들의 X 및 Y 축은 잉크의 표면에 평행하게 됨으로써 코팅의 크로마 및 동적 색 영역(dynamic colar area)이 증가된다.

또한, 본 발명은 90°보다 작은 각으로 기판의 평면에서 소판들을 회전시켜 소판들에 안정된 시트형 구조를 형성시키는 동적 자장에 다수의 소판들을 노출시킴으로써 잉크 층에서 자성 소판들의 고 반사성 층을 형성할 수 있고 그러한 형성을 제공한다.

도 9에서 본 발명의 또 하나의 실시예를 보여주는데, 여기서 롤러(roller)들의 배열은 도 5에서 보인 피드경로와 나란히 있는 자석들의 선형 배열과 본질적으로 같은 효과를 제공한다. 그러나, 도 9의 롤러들에 의해 본 발명의 좀더 콤팩트한 실시예가 실현된다. 피드경로는 그대로이고, 다시 말하면 웹이 그 롤러들 상에서 이동되는 경로이고, 본 실시예에서의 자석들은 그 피드경로를 따라 유사하게 그리고 효과적으로 간격이 두어진다. 이제 도 9를 참조하면, 샤프트(shaft)로 지지되고 회전가능하며 상부에 자석들을 구비한 2개의 휠들(902, 904)이 "d"의 거리만큼 떨어져 있다. 그 휠들(902, 904)은 고정 나사(set screw)들로 그 샤프트에 부착되어 그 샤프트가 회전하는 경우 그 자기 휠들은 그 샤프트와 함께 회전하게 된다. 자석들은 도 5의 것들과 동일한 엇갈림 배치 구성(staggered configuration)을 갖는다. 지지 롤러들의 배열에 의해 지지되고 2개의 휠(902, 904)에 인접한 웹은 그 2개의 휠들보다 약간 더 높은 프로파일(profile)을 가짐으로써 그 웹은 피드경로를 따라 그 웹이 그 자석들과 접촉하지 않고 운반된다. 웹 지지 롤러들은 비자성 베어링(bearing)들을 가지고 그 샤프트에 설치된다. 바람직한 실시예에서 웹은 피드경로의 방향으로 이동할 수 있으며, 자기 휠들(902, 904)은 박편의 분당 회전수를 증가시키기 위해 반대 방향에서 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.

도 1a는 자장에 노출되어 있는 자기적으로 배향가능한 소판 또는 입자를 보여주는 도면으로서, 그 자장에 대한 그 입자의 정렬은 그 입자의 X-축을 따르고 있는 것을 보여주는 도면이다.

도 1b는 자장에 따른 점도 변화의 그래프이다.

도 2는 N극(흑색) 및 S극(백색)이 예시를 위해 서로 다른 색깔들로 도면에서 보여진 16개의 다이아몬드 형상의 입자들 또는 박편들을 보여주는 도면이다.

도 3a는 도 2와 유사한 도면으로서, 그 박편들 또는 입자들은 자장 라인들을 따라 회전되어 입자들의 시트를 형성하는 것을 보여주는 도면이다.

도 3b는 2개의 자석 사이에 배치된 박편들을 평탄화하고 정렬하려고 시도하는 선행기술의 시스템을 예시하는 도면이다.

도 4는 2개의 막대 자석 사이를 지나는 박편들이 그 2개 자석 사이에 자장 라인들을 따라 정렬되는 선행기술의 시스템을 예시하는 도면이다.

도 5는 상보적 극성들이 엇갈리게 되도록, 예컨대 N극에 이어서 S극 또는 S극에 이어서 N으로 되도록 자석들이 피드경로를 따라 엇갈리게 위치됨으로써, 박편들 또는 자석들이 상대적으로 이동될 때 피드경로를 따라 웹에 의해 지지되는 박편들을 회전시키는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 선도이다.

도 6은 코팅이 경화되기 전에, 그 코팅 내 박편들의 스핀을 일으키도록 다수의 평행한 피드경로들을 따라 배치된 더 복잡한 자석들의 배열을 예시하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 방법을 사용하여 하나의 코팅을 회전시키고 다른 코팅은 회전시키지 않은, 두 개의 코팅들의 차이를 예시하는 색 이동 플로트(color travel plot)이다.

도 8은 비-배향 코팅, 그에 대한 본 발명의 일 실시예에 따른 배향 코팅, 그리고 그에 대한 호일(foil)의 휘도를 예시하는 플로트이다.

도 9는 축 상의 일련의 롤러들이 본 발명의 방법에 따라 박편들을 회전시키는데 사용되는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 도면이다.

Claims (14)

1. 종방향 웹(longitudinal web)에 의해 지지되는 복수 개의 배향가능한 비구형 박편(orientable non-spherical flake)들을 평탄화(planarizing)하는 방법에 있어서,

   a) 자장에 의해 배향가능한(field orientable) 비구형 박편들의 코팅(coating)을 지지하는 웹을 제공하는 단계;

   b) 피드경로(feedpath)의 제1 측에 제1 자석 및 제3 자석을 제공하고 상기 피드경로의 제2 반대편 측에서 상기 제1 자석 및 상기 제3 자석 사이에 제2 자석을 제공하는 단계로서, 상기 제1 자석 및 상기 제3 자석은 동일한 극성(polarity)을 가지고 상기 제2 자석은 상기 제1 자석 및 상기 제3 자석과 상보적인 극성을 가져서, 상기 피드경로에 걸친 제1 자장은 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석 사이에 존재하고 상기 피드경로에 걸친 제2 자장은 상기 제2 자석 및 상기 제3 자석 사이에 존재하며, 상기 자석들은, 상기 피드경로를 따라 이동하는 복수 개의 자장에 의해 배향가능한 비구형 박편들이 상기 웹 및 상기 자석들 사이에서의 상대적인 이동이 있는 동안 상기 제2 자석을 지남에 따라 제1 회전을 하도록 위치되는, 단계; 및

   c) 상기 박편들을 지지하는 상기 웹 및 2쌍의 상보적 유인 자석들을 형성하는 상기 자석들 중 적어도 한쪽을 상대적으로 이동시키는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (c)는 상기 피드경로를 따라 상기 웹을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (c)는 상기 피드경로와 나란히 상기 자석들을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (c)는 상기 피드경로를 따라 상기 박편들 및 상기 자석들을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 자장 및 상기 제2 자장은 각각 상기 웹과 동일 평면 내에 있는 제1 자장 라인(field line)들 및 제2 자장 라인들을 가지고,

   상기 제1 자장 라인들은 상기 피드경로에 대하여 제1 각으로 상기 웹을 가로지르고,

   상기 제2 자장 라인들은 상기 피드경로에 대하여 제2 각으로 상기 웹을 가로지르며,

   상기 제1 자장 라인들 및 상기 제2 자장 라인들은 서로 평행하지 않고 상기 피드경로에 대하여 직교하지 않는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 자석 및 상기 제3 자석을 제공하고 상기 제2 자석을 제공하는 단계는 상기 제2 자석과 동일한 상기 피드경로의 측 상에 위치되는 제4 자석을 하나 이상 제공하는 단계를 더 포함하고,

   상기 제3 자석 및 상기 제4 자석 간의 제3 자장은 상기 피드경로를 가로지르고,

   상기 피드경로를 가로지르는 자장 라인들을 생성하도록, 상기 제4 자석의 극성은 상기 제2 자석의 극성과 같고 상기 제3 자석의 극성과 상보적이며,

   상기 제1 자석, 상기 제2 자석, 상기 제3 자석, 및 상기 제4 자석은, 상기 웹 또는 상기 자석들이 이동하고 있을 때 상기 피드경로를 따라 이동하는 복수 개의 자장에 의해 배향가능한 비구형 박편들이 상기 제3 자석을 지남에 따라 또 다른 회전을 하도록 위치되는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1 자석 및 상기 제3 자석은 제1의 회전가능한 휠(wheel)에 의해 끼워 넣어지거나 지지되고,

   상기 제2 자석은 제2의 회전가능한 휠에 의해 끼워 넣어지거나 지지되며,

   상기 피드경로는 상기 제1 휠 및 상기 제2 휠 간의 영역과 일치하는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
8. 제1항에 있어서,

   제1 자장은 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석 사이에 존재하고

   제2 자장은 상기 제2 자석 및 상기 제3 자석 사이에 존재하며

   상기 제1 자장 및 상기 제2 자장은 상기 피드경로 및 웹 이동 방향을 가로지르는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 박편들의 크기는 2 내지 100 미크론인 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 박편들의 크기는 20% 이상만큼 차이가 나지 않는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 박편들은 기결정된 크기 및 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
12. 제1항에 있어서,

    상기 제1 자석, 상기 제2 자석 및 상기 제3 자석은 영구자석인 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
13. 종방향 웹(longitudinal web)에 의해 지지되는 복수 개의 배향가능한 비구형 박편(orientable non-spherical flake)들을 평탄화(planarizing)하는 방법에 있어서,

    a) 자장에 의해 배향가능한(field orientable) 비구형 박편들의 코팅(coating)을 지지하는 웹을 피드경로(feedpath)를 따라 제공하는 단계;

    b) 상기 피드경로의 한 측에 제1의 복수 개의 자석들을 제공하고 상기 피드경로의 반대편 측에 제2의 복수 개의 자석들을 제공하는 단계로서, 상기 제1의 복수 개의 자석들 및 상기 제2의 복수 개의 자석들은 상기 피드경로를 따라 서로로부터 직접 마주하지 않도록 엇갈려 배치되고(staggered), 상기 제1의 복수 개의 자석들 및 상기 제2의 복수 개의 자석들은 서로 다른 위치들에서 상기 피드경로와 나란히 배치되며, 상기 피드경로를 향해 반대 극성들을 가지는 복수 개의 자석 쌍들을 형성하여, 각 쌍이 상보적인 극성을 지님으로써 상기 피드경로를 가로지르는 자장이 제공되게 하고, 상기 자석들은, 상기 피드경로를 따라 이동하는 복수 개의 자장에 의해 배향가능한 비구형 박편들이 상기 웹을 따라 자석들을 지남에 따라 복수의 회전들을 하도록 위치되는, 단계; 및

    c) 상기 박편들을 지지하는 상기 웹 및 상보적인 유인 자석 쌍들을 형성하는 상기 자석들 중 적어도 한쪽을 상대적으로 이동시키는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.
14. 제13항에 있어서,

    인접한 자석 쌍들은 양쪽 쌍들 모두에 공통인 자석을 가지는 것을 특징으로 하는, 배향가능한 비구형 박편의 평탄화 방법.

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