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"Séchage d'encres fixées à l'état humide"
La présente invention est relative au séchage d'encres à fixage par l'humidité et, plus particulièrement à un système d'humidification sous pression pour le séohage d'encres d'impres- sion à fixage par l'humidité.
Un but de l'invention est d'offrir un procédé et un appa- reil perfectionnés pour augmenter la vitesse de .'séchage d'encres à fixage par l'humidité.
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Un. autre but est d'offrir de nouveaux procédés et appa- reils perfectionnés pour sécher convenablement d'épaisses pelli- oules d'encre aveo une augmentation de la capacité de production.
Encore un autre but est d'offrir un système de séchage d'encre perfectionné et plus satisfaisant destiné à être utili- sées sur une presse à grande vitesse travaillant sur un nappe de matière en mouvement continu.
Un autre but est d'offrir une presse rotative pour l'éta- blissement de cartes, perfectionnée et plus efficace, destinée à imprimer et à découper à dimension des formulaires d'enregistre- ment unitaires; tels que ceux utilisés dans les machines de bureau et des machines de traitement de données*
D'autres détails et particularités de l'invention ressor- tiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en élévation frontale schématique d'une partie d'une presse rotative pour la fabrication de cartes, y compris une station d'impression et une station d'humidification sous pression pour le séchage de l'encre suivant l'invention.
La figure 3 est une vue schématique de la station d'impres- sion et une vue marginale partielle d'une partie fraîchement impri- mée de la nappe.
La figure 3 est une vue schématique de la station de sécha- ge d'encre et une -vue marginale partielle de la nappe après la sor- tie de cette station*
La machine rotative pour la fabrication de cartes dont une - partie est représentée à la figure 1 a été décrite plus complète- ment dans un brevet aux Etats-Unis d'Amérique N 2.181.935 du 5 décembre 1939. La maohine travaille sur une nappe continue de ma- tière de carte fibreuse afin d'y enregistrer des formulaires d'en- registrement, la nappe étant ultérieurement découpée en longueurs de carte unitaires, portant chacune un formulaire imprimé. Le formulaire d'enregistrement unitaire fabriqué de la sorte est la
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carte tabulatrice ou perforée qui est courante dans les machines de bureau et de traitement de données.
L'on n'a représenté de la machine rotaive à fabriquer des cartes que la partie esssentielle pour la compréhension de 1' invention*
Une nappe 11 de matière de oarte fibreuse découpée prés lablement à la largeur désirée se déroule d'un rouleau d'alimenta- ! tion non représenté, Après avoir passé entre des rouleaux d'alimen- tation ou fous 13, 13', la nappe 11 circule verticalement vers le haut entre des rouleaux d'impression 15, 15' faisant partie de la station d'impression 17.
La nappe 11 est imprimée en ce point sur les deux faces, étant donné que la station d'impression 17 comprend un jeu symétrique de rouleaux de part et d'autre, lea rouleaux d'un coté étant identifiés par la référence suivie du signe ' du rouleau correspondant de l'eut coté. En quittent la station d'impression, la nappe 11 continue son trajet vers le haut entre des rouleaux d'humidification sous pression 19, 19' qui font partie..de la station de séchage d'encre 21 suivant l'invention.
La nappe 11 avec l'encre pratiquement sèche sur les deux faxces passe alors entre des rouleaux découpeurs 23, 23' dans une station de découpage 25 Les rouleaux 23, 23' contiennent des couteaux associés 27, 27' qui engagent la nappe 11 entre les longueurs de carte, afin de déoouper cette nappe en longueurs unitaires et de former les cartes 29. Les cartes individuelles passent vers le haut entre des rouleaux cannelés non représentés et sont pincées sur la périphérie d' le roue de support rotative 31 destinée à transporter les cart de l'autre coté avant d'être libérées pour l'empilage en une pile terminée.
Le type d'impression exécuté dans la station d'impression 17, qu'il s'agisse d'une impression typographique ou offset, y compris l'offset à sec, est sans imortance pour l'invention. L'on a représenté dans le présent cas une impression offset qui est exécutée par exemple à l'aide d'une paire de rouleaux d'encrage 33 qui appliquent de l'encre à un rouleau offset 34, ce rouleau
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venant à son tour en oontaot avec le rouleau d'impression 15 destiné; . à transférer l'impression sur la nappe 11. En général, l'on peut dire' que l'on utilise une encre appropriée à fixation par . voie humide. En quittant la station d'impression 17, l'enore sur la nappe imprimée est à l'état humide.
La station de séchage d'encre 21 comprend, en plus du rouleau de pression 19 déjà mentionné (un seul côté sera décrite un rouleau d'humidification 35, un rouleau doseur 37 et un applicateur pulvérisateur 39 Le rouleau d'humifiatih 35 est recouvert d'une matière molle retenant l'humidité 41, telle que du moleton, du caoutchouc mou, un -manchon tricoté, ou une matière analogue L'humidité est amenée depuis un réser- voir d'alimentation non représenté ;
ar un tuyau 43 jusqu'à un. applicateur pulvérisateur 39 dont le oourant vient frapper direc- tement le recouvrement retenant l'humidité 41/dans l'intervalle de passage. Le rouleau doseur 37 possède une surface fortement hydrophile et il est monté de faco à pouvoir être ajusté aveo ! un mouvement de va..et-vient par rapport au centre du rouleau d'humidification 35, afin de régler la quantité d'humidité retenue par le recouvrement 41. La surface du rouleau de pression 19 est en oontaot aveo le recouvrement 41 du rouleau d'humidification , et elle est revêtue d'une mince pellicule d'humidité en prove- nant.
La surface du rouleau 19 est hydrophile, afin que la pel- licule d'humidité qui s'y trouve soit répartie uniformément sur l'entièreté de sa surface, sans formation de goutelttes
L'effet du passage de la nappe imprimée 11 entre les rouleaux de pression humidifiés 19, 19 peut être observé en comparant les figures 2 et 3 où l'on a illustré une seotion transversale typique de l'épaisseur de la carte. A une échelle microscopique, la surface de la nappe 11 peut être comparée
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une série de monts et de vallées.
En quittant la station d'impression 17, après avoir passé entre les rouleaux d'im- pressin 15,15 de l'encre 43 à l'état humide est dépos6o sur lots surfaces de la matière première des cartes 8111'/ ou. su voisinage des sommets des fibres* En quittant la station de séchage d'envre 21, après le passage entre les rouleaux de pression 19, 19' l'on peut se rendre compte que l'encre est pressée et répartie dans les vides entre les fibres par la pression de pincage élevée des rouleaux s'engageant mutuelle- ment. Ainsi, il y a à présent une plus faible tendance de la part de 1'encre à s'étaler et à, se décoller, c'ext-à-dire à se tranfûrer sur une surface adjacente, par exemple lorsqu'on empile les oartes.
De plus, il y a un transfert d'humidité vers l'encre depuis une pertie de la pellicule d'humidité sur les rouleaux de pression 19, 19' et le séchage de 1'encre à fixation par l'humidité est amorcé par ce transfert d'humidité*
Etant donné que les rouleaux de pression ont une surface uni- formément hydrophile, cette surface humidifiée constitue un barrage assurant une libération rapide de l'encre à partir du rouleau de pression à la sortie de l'intervalle de pinçage.
Le fonctionnement du système d'humidification sous pression pour le séchage d'encre à fixation par l'humidité est une combinaison de ces trois effets ; pression de pinçage élevée, transfert d'humidité et libération de l'encre.
La solution d'humidification est normalement aqueuse étant donné que la plupart des encres à fixation par l'hu- midité sont séchées par de l'eau. La solution d'humidification peut contenir d'autres ingrédients suivant le type de rou- leaux de pression utilisé et l'encre à fixation par l'humi- dité particulière.
D'une façon typique, la solution d'humidi- fication a un caractère légèrement acétique afin de conti- nuellement réattaquer ou renouveler les rouleaux de pression.,
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Etant donné que la plupart des encres d'impression comere- oialea à fixation par l'humidité contienntn des composante alcalins, ces dernière avec une solution neutre tendraient à rendre les surfaces des rouleaux moins hydrophiles.
a titre d'exemple, l'on supposera que les rouleaux de pression sont soit des rouleaux de magnésium, soit des rouleaux d'acier re- couverts de chromo. L'encre d'impression est du type à fixation par l'humidité avec des composants alcalins, par exemple l'encre noire disponible commercialement* Une solution d'hu midifcation ayant un pH d'environ 5,3 a les constituants su- vants :
5,7 litres d'eau distillée
1.9 litre de méthanol
85 grammes d'acide phosphorique sous forme diluée
56,5 grammes de gomme arabique
Le méthanol réduit l'effet de tension superficielle et sert également d'agent de mouillage, comme la gamme arabi que L'acide phosphorique dilué sert à contrôler le pH
Dans le cas où un rouleau de pression pré-attqué est utilisé, tel qu'un rouleau de magnésium pré-attaqué, la solution d'humidification peut être neutre.
La composition suivante est un exemple d'une solution d'humidification neutre : eau distillée et une solution de 1% d'éther glyoolique vendue sous la non de " Turgitol N.P.X L'on peut ajouter xvateuel- lement à oette composition un agent Anti-mouvssntCette so lution d'humidification particulière est utilisée par exemple avec une encre de teintage lorsque de meilleure résultats sont obtenus aveo l'éther glyclique à cause de la présence d'un ingrédient dans l'encre qui l'amène à couler (c'est-à-dire à s'étaler) lorsque la valeur du pH est trop faible.
L'on peut se rendre compte que les ingrédients de la solution d'hu-' nidification peuvent être modifiés suivent le problème et les
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conditions particulières rencontrées.
Les avantages de l'invention seront mieux apréciés en la comparant avec le procédé actuel utilisé couramment con- sistenat à préciptiter les encres à fixation par l'humidité en projetant de la vapeur saturée à travers des ajutages ou ori- fices dans la direction de la nappe imprimée. Avec ce prooé- dé, la condensation de la vapeur sur la surface de la nappe fournit de l'eau pour amorcer le processus de séchage par pré- ciptiation Le présent système d'humidification sous pres- sion pour le séchage d'encres à. fixation par 1,'humidité offre un meilleur contact de l'humidité avec l'encre fraîchement imprimée.
Ceci provient du fait que l'humidité est fournie sous une pression de rouleau qui contribue à améliorer la pé nétration de l'humidité dans la pellue (l'encre et une vi tesse d'absorption accrue du solvant de l'encre dans les fibres du papier. Lorsque de la vapeur sature estutilsée, la quantité d'humidité effectivement disponible pour la précipi- tation de l'encre est cotirôles par la quantité de vapeur qui peut être condensée sur la surface de la pellicule d'en- cre. La vitesse de condensation se réduit constamment lors- que des quantités supplémentaires de vapeur sont ajoutées), à cause d'une augmentation correspondante du point de rosée de la pellicule d'encre.
Le contact amélioré de l'humidité offert par un systèe d'humidification sous pression est parti- culièrement effica pour le séchage de pelliculd'encror épaisses. Avec de la vapeur saturée, une pellicule superfi- oielle d'encre précipitée à l'origine forme un barrage qui tend à empêcher une nouvelle pénétration de l'humidité dane les épaisseurs sous-jacentes de la pellicule d'encre. ces quantités importantes du véhicule de l'encre subsisteront donc dans l'encre.
La précipitation étant un processus réver- sible, ces quantités de véhicule?peuvent redissode la oou-
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che superficielle séchée de l'encre, de telle sorte que 1'an cre soit à nouveau à l'état humide et capable d'un,transfert, par exemple par décollage et par des traces de taches. Avec un séchage par humidification sous pression, l'on applique directement une quantité suffisante d'humidité aux pellicules d'encre épaisse pour p rovoquer leur séchage.
Un autre avantage de l'invention est son indépendance vis-à-vis des effets de couches limites. Etant donné que l'humidité est transférée sous forme liquide, le système d'hu- midification sous pressicn n'est pas gêné par des effets de couches limites le long de la surface d'une nappe se dépla- çant rapidement. Lorsque l'on utilise de la vapeur saturée, l'accès de la vapeur à la nappe proprement dite est limité par la couche limite d'air qui est établie à des vitessegéle- vées de la nappe. L'humidification par rouleaux sous pression agit Indépendamment des effets de coucha limite le long de la nappe.
Ainsi, la vitesse de séchage de pellicules d'encres à fixation par l'humidité sur une nappe dans une presse d'impres- sion à grande vitesse est accrue et ceci est particulièrement avantageux avec des pellicules d'enore plus épaisses.
En résumé, l'on peut dire que l'invention augmente la vitesse de séchage des encres à fixation par l'humidité grâce à. l'application d'une pression de rouleaux élevée direc- tement sur la pellicule d'enore. Le transfert et l'accumula- tion de l'encre sur les rouleaux de pression sont efficace- ment empêchés en établissant un revêtement protecteur de flui- de d'humidification sur la surface des rouleaux de pression.
La surface de ces rouleaux de pression peut être main- tenue hydrophile par une réattaque continue des rouleaux de pres- sion par des techniques spéciales, à un degré permettant l'appli- cation d'une couche d'humidité uniforme sans formation de gouttelettes. L'humidité peut être fournie à ces rouleaux de
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pression grâce à une unité d'humidification conçue de façon à premtte la commande et le réglage de la vitesse d'écoulement du fluide d'humidification afin de satisfaire les exigences particulières de la pellicule d'encre à sécher. La valeur de pH du fluide d'humidification peut être commandée pour effeo- tuer une réattaque continue des rouleaux de pression.
Le sé chage de pellioules à la fois minces et épaisses de la plupart des encres d'impression commerciales est possible, en utili- sent le présent procédé et le présent appareil, à des vitesses atteignant jusqu'à 300 mètres par minute.
D'autres façon d'humidifier les rouleaux de pres- sion 19, 19' peuvent être utilisées' .Par exemple, de l'humidi- té/peut être appliquée par une mèche repoussée contre le rou- leau de pression par une lam de ressort. Un système d'humidi- fioation du genre lithographique peut être utilisé, avec un rouleau distributeur tournanb dans une solution d'hujmidfica- tion, un rouleau de transport recouvert de moleton, un rouleau vibreur dur et un rouleau recouvert de moleton en contact avec le rouleau de pression. Une troisième variante consiste à uti- liser une oourroie sans fin circulant en contact avec le rou- leau de pression et autour d'un rouleau distributeur.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci- avant et que bien des modifications peuvent y être apportées, sans sortir du cadre du présent brevet.
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"Drying of inks fixed in the wet state"
The present invention relates to the drying of moisture-fixing inks and more particularly to a pressurized humidification system for the drying of moisture-fixing printing inks.
An object of the invention is to provide an improved method and apparatus for increasing the drying rate of moisture-fixing inks.
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Another object is to provide new and improved methods and apparatus for properly drying thick ink films with increased production capacity.
Yet another object is to provide an improved and more satisfactory ink drying system for use on a high speed press operating on a continuously moving web of material.
Another object is to provide an improved and more efficient rotary card making press for printing and cutting to size unit registration forms; such as those used in office machines and data processing machines *
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a schematic front elevational view of part of a rotary press for card making, including a printing station and a pressurized humidification station for ink drying following the invention.
Figure 3 is a schematic view of the printing station and a partial marginal view of a freshly printed portion of the web.
FIG. 3 is a schematic view of the ink drying station and a partial marginal view of the web after exiting this station *
The rotary machine for the manufacture of cards, part of which is shown in FIG. 1, has been described more fully in a patent in the United States of America No. 2,181,935 of December 5, 1939. The maohine works on a web continuous fiber card material for recording registration forms therein, the web being subsequently cut into unit card lengths, each carrying a printed form. The unit registration form produced in this way is the
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tabulator or punch card that is common in office and data processing machines.
The rotary card making machine has only been shown the essential part for understanding the invention *
A web 11 of fibrous strip material cut to pres laly to the desired width unwinds from a feed roll! tion not shown, After having passed between feed rollers or idlers 13, 13 ', the web 11 circulates vertically upwards between printing rollers 15, 15' forming part of the printing station 17.
The web 11 is printed at this point on both sides, given that the printing station 17 comprises a symmetrical set of rollers on either side, the rolls on one side being identified by the reference followed by the sign ' of the corresponding roll on the side. On leaving the printing station, the web 11 continues its upward path between pressurized humidification rollers 19, 19 'which form part of the ink drying station 21 according to the invention.
The web 11 with the ink practically dry on the two faxces then passes between cutting rollers 23, 23 'in a cutting station 25 The rollers 23, 23' contain associated knives 27, 27 'which engage the web 11 between them. card lengths, in order to cut this web into unit lengths and to form the cards 29. The individual cards pass upward between grooved rollers not shown and are clamped on the periphery of the rotating support wheel 31 for transporting the cards. cart on the other side before being released for stacking into a finished stack.
The type of printing performed in the printing station 17, whether letterpress or offset printing, including dry offset, is irrelevant to the invention. Offset printing has been shown in the present case which is performed for example using a pair of inking rollers 33 which apply ink to an offset roll 34, this roller
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in turn coming together with the intended printing roller 15; . to transfer the print onto the web 11. In general, it can be said that an ink suitable for fixing by. wet way. On leaving the printing station 17, the still on the printed web is in the wet state.
The ink drying station 21 comprises, in addition to the already mentioned pressure roller 19 (only one side will be described a humidification roller 35, a metering roller 37 and a spray applicator 39 The humidifying roller 35 is covered with a soft moisture retaining material 41, such as fleece, soft rubber, a knitted sleeve, or the like. Moisture is supplied from a supply tank not shown;
ar a pipe 43 up to one. spray applicator 39, the current of which directly strikes the moisture-retaining cover 41 / in the passage gap. The metering roller 37 has a strongly hydrophilic surface and is mounted so that it can be adjusted! a reciprocating motion relative to the center of the moistening roller 35, in order to adjust the amount of moisture retained by the cover 41. The surface of the pressure roller 19 is in contact with the cover 41 of the roller humidification, and it is coated with a thin film of moisture from it.
The surface of the roller 19 is hydrophilic, so that the moisture film therein is evenly distributed over its entire surface, without the formation of droplets.
The effect of the passage of the printed web 11 between the moistened pressure rollers 19, 19 can be observed by comparing Figures 2 and 3 where a typical cross section of the thickness of the card has been illustrated. On a microscopic scale, the surface of the web 11 can be compared
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a series of mountains and valleys.
On leaving the printing station 17, after passing between the printing rollers 15,15 wet ink 43 is deposited on the surfaces of the raw material of the cards 8111 '/ or. in the vicinity of the tops of the fibers * When leaving the envelope drying station 21, after passing between the pressure rollers 19, 19 'it can be seen that the ink is pressed and distributed in the voids between the fibers by the high nip pressure of the mutually engaging rollers. Thus, there is now a lower tendency for the ink to spread and peel off, i.e. to transfer onto an adjacent surface, for example when stacking the ink. oartes.
In addition, there is a transfer of moisture to the ink from a portion of the moisture film on the pressure rollers 19, 19 'and the drying of the moisture-fixing ink is initiated by this. moisture transfer *
Since the pressure rollers have a uniformly hydrophilic surface, this wetted surface forms a barrier to ensure rapid release of ink from the pressure roller as it exits the nip gap.
The operation of the pressurized humidification system for drying moisture-fixing ink is a combination of these three effects; High clamping pressure, moisture transfer and ink release.
The moistening solution is normally aqueous since most moisture-fixing inks are dried with water. The moistening solution may contain other ingredients depending on the type of pressure rollers used and the particular moisture-fixing ink.
Typically, the wetting solution has a slightly acetic character in order to continually re-attack or renew the pressure rollers.
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Since most commercial moisture-fixing printing inks contain alkaline components, these together with a neutral solution would tend to make the roller surfaces less hydrophilic.
By way of example, it will be assumed that the pressure rollers are either magnesium rolls or chromo coated steel rollers. The printing ink is of the moisture-fixing type with alkaline components, for example the commercially available black ink. A moistening solution having a pH of about 5.3 has the following components :
5.7 liters of distilled water
1.9 liter of methanol
85 grams of phosphoric acid in diluted form
56.5 grams of gum arabic
Methanol reduces the effect of surface tension and also serves as a wetting agent, like the arabic range Dilute phosphoric acid is used to control pH
In the event that a pre-etched pressure roller is used, such as a pre-etched magnesium roller, the wetting solution may be neutral.
The following composition is an example of a neutral humidification solution: distilled water and a 1% solution of glycol ether sold under the name of "Turgitol NPX. To this composition can only be added an Anti- This particular humidification solution is used, for example, with a tinting ink when better results are obtained with glyclic ether due to the presence of an ingredient in the ink which causes it to flow (i.e. i.e. to spread) when the pH value is too low.
It can be seen that the ingredients of the humidification solution can be changed depending on the problem and
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particular conditions encountered.
The advantages of the invention will be best appreciated by comparing it with the present process in common use, which consists of precipitating moisture-fixing inks by projecting saturated vapor through nozzles or orifices in the direction of the flow. printed tablecloth. With this method, the condensation of the vapor on the surface of the web provides water to initiate the precipitation drying process. The present pressure humidification system for drying inks at. Moisture fixing provides better moisture contact with freshly printed ink.
This is because the moisture is supplied under roller pressure which helps to improve moisture penetration into the film (the ink and increased absorption rate of the ink solvent into the fibers. When saturated vapor is used, the amount of moisture actually available for ink precipitation is cotirole by the amount of vapor that can be condensed on the surface of the ink film. condensation rate is constantly reduced as additional amounts of steam are added), due to a corresponding increase in the dew point of the ink film.
The improved moisture contact offered by a pressurized humidification system is particularly effective in drying thick ink films. With saturated steam, an originally precipitated ink surface film forms a barrier which tends to prevent re-entry of moisture into the underlying thicknesses of the ink film. these large quantities of the ink vehicle will therefore remain in the ink.
Since precipitation is a reversible process, these amounts of vehicle can redissolve or
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The ink is dried on the surface, so that the ink is wet again and capable of transfer, for example by peeling and staining. With pressure humidification drying, sufficient moisture is directly applied to the thick ink films to cause them to dry.
Another advantage of the invention is its independence from the effects of boundary layers. Since moisture is transferred in liquid form, the pressurized humidification system is not hampered by boundary layer effects along the surface of a rapidly moving web. When saturated steam is used, access of the steam to the web itself is limited by the boundary layer of air which is established at high web velocities. The humidification by pressurized rollers acts independently of the limit coating effects along the web.
Thus, the drying speed of moisture-fixing ink films on a web in a high speed printing press is increased and this is particularly advantageous with even thicker films.
In summary, it can be said that the invention increases the drying rate of moisture-fixing inks by virtue of. application of high roller pressure directly to the film of further. The transfer and accumulation of ink on the pressure rollers is effectively prevented by establishing a protective coating of moisturizing fluid on the surface of the pressure rollers.
The surface of these pressure rollers can be maintained hydrophilic by continuous re-etching of the pressure rollers by special techniques to a degree that allows a uniform layer of moisture to be applied without the formation of droplets. Moisture can be supplied to these rollers
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pressure through a humidification unit designed to premtte control and adjustment of the flow rate of the humidifying fluid to meet the particular requirements of the ink film to be dried. The pH value of the humidifying fluid can be controlled to effect continuous re-attack of the pressure rollers.
Drying of both thin and thick pellets of most commercial printing inks is possible, using the present method and apparatus, at speeds up to 300 meters per minute.
Other ways of moistening the pressure rollers 19, 19 'can be used. For example, moisture / can be applied by a wick pushed against the pressure roller by a pressure strip. spring. A lithographic-type humidification system can be used, with a distributor roll spinning in a moisturizing solution, a molton-covered transport roller, a hard vibrator roller and a moleton-covered roller in contact with the material. pressure roller. A third variant consists in using an endless belt circulating in contact with the pressure roller and around a distributor roller.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto, without departing from the scope of the present patent.