DK143256B - Trykkemaskine med elektrostatisk trykfarveoverfoering til et dielektrisk substrat - Google Patents

Description

(19) DANMARK (^)

I* rø FREMLÆGGELSESSKRIFT od 11*3256 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2108/77 (51) Irrt.CI.3 B 41 F 9/08 (22) Indleveringsdag 13· maj 1977 // B 41 F 31/00 (24) Løbedag 13· maj 1977 (41) Aim. tilgængelig 15· nov. 1977 (44) Fremlagt 3· aug. 1981 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 14. maj 1976, 6084/76, CH

(71) Ansøger WALTER SPENGLER, CH-4105 Biel-Benken, CH.

(72) Opfinder Samme.

(74) Fuldmægtig Internationalt Patent-Bur eau.

(54) Trykkemaskine med elektrostatisk trykfarveoverføring til et dielek= trisk substrat.

Den foreliggende opfindelse angår en trykkemaskine med elektrostatisk trykfarveoverføring til et dielektrisk substrat med en trykfarvestoffet indeholdende trykkecylinder, en indretning til til- og

fraføring af det substrat, som der skal trykkes på, en anpresnings-JJ

q valse, som mekanisk trykker substratet mod et farveafgivecmråde på O trykkecylinderen, og mindst en induktorindretning med en elektrode rs /j indretning til elektrostatisk opladning af et bestemt område på an- ^ presningsvalsen, hvis overflade er udformet som en laminatopbygning til overføring af den elektrostatiske ladning til berøringsstedet mellem det nævnte anpresningsvalseområde og substratet.

Det er kendt, at en elektrostatisk opladet folie af elektrisk isolerende materiale trækkes mod en flade med modsat polariseret 2 143256 ladning, indtil en udligning af ladningerne har fundet sted. Denne fysiske effekt har allerede ført til et antal praktiske anvendelser.

Det er også kendt, at undersiden af et papirark, på hvis overside der indvirker et elektrostatisk jævnstrømsfelt, trykkes desto kraftigere mod et jordforbundet metallisk anlæg jo kraftigere det elektriske felt er henholdsvis jo højere den påtrykte spænding er.

Det antages, at de elektriske dipoler, der udvikler sig i det elektrostatiske felts område i papirarket, er ansvarlige for den konstaterede tiltrækningskraft mellem papirark og anlæg. Endvidere er det kendt, at ved påtrykning af et elektrostatisk felt på en dråbe af en elektrisk ledende væske, der befinder sig på et jordet metallisk anlæg, opstår der en livlig bevægelse på dråbens overflade, hvorhos det må antages, at hele væskemængden i dråben herved er i bevægelse. En yderligere iagttagelse består i, at væsken på det nævnte anlæg trænger hurtigere ind i et derpå anbragt papirark, hvis der over papirarket er fåtrykt en elektrostatisk ladning, end hvis væsken blot optages af papiret som følge af overfladekontakten. Hvis den anvendte væske er en trykfarve, og der i stedet for det nævnte papirark anvendes et eller andet elektrisk isolerende substrat med ikke alt for høj dielektricitetskonstant, er det muligt at udnytte de beskrevne fænomener i en indretning, i hvilken eksempelvis papir- eller teks-tilbanemateriale kan forsynes med tryk med høj hastighed.

Forsøg har vist, at der for overføringen af trykfarven fra trykkecylinderen til substratet findes en optimal feltstyrke. Denne værdi afhænger af forskellige parametre ved farven og også af den far-vemængde, der skal påføres substratet med henblik på opnåelse af den ønskede farvepåføring for halvtoner eller farveblandinger. Hertil anvendes der hensigtsmæssigt en indretning til styring af ladespændingen, som indenfor vide grænser tilpasses den netop nødvendige værdi. Det har vist sig, at en ensartet fordeling af feltstyrken over hele berøringsområdet mellem trykkevalsen og substratet er nødvendig. Hvis man tager hensyn til, at midlerne til overføringen af ladespændingen til substratet af praktiske grunde ikke kan anbringes umiddelbart ved berøringsstedet mellem trykkecylinder og substrat, og der derfor optræder en ladningsspredning, opstår der den nødvendighed at kunne påvirke denne spredning til opnåelse af en god trykkekvalitet.

Opfindelsen tager derfor sigte på at tilvejebringe en trykkemaskine af den indledningsvis omhandlede art, som har midler til styring af ladningsudbredelsen mellem det sted, på hvilket ladningen ved hjælp af en induktorindretning påtrykkes anpresningsvalsen, og be- 3 143256 røringsstedet mellem trykkecylinder og substrat med henblik på ladningskoncentrering på en bestemt bredde og til opnåelse af en ensartet ladningsfordeling på det nævnte berøringssted med henblik på på det substrat, som der skal trykkes på, henholdsvis den ønskede bredde deraf at frembringe en så ensartet farvepåføring som muligt med ønsket tæthed.

Trykkemaskinen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at induktorindretningen er forsynet med langs denne forskydeligt anbragte afdækningsled, der kan indbringes som elektrisk isolerende skærm mellem induktorindretningens elektrodeindretning og anpresningsvalsens overflade, og at begge anpresningsvalsens endeflader i det mindste i deres perifere område er forsynet med en isolationsafdækning, scan er bestemt til at hindre en sideværts udstrømning af ladningen mod anpresningsvalsens jordforbundne aksel.

Opfindelsen er i det følgende forklaret nærmere eksempelvis under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser et trykkeværk i en trykkemaskine ifølge opfindelsen, fig. 2 et delbillede af induktorelektroden i et grundrids set forfra, fig. 3 et snit langs linien III-III i fig. 2, hvor også induktor-elektrodens stilling i relation til anpresningsvalsen er vist, og fig. 4 dele af det i fig. 1 viste trykværk set fra forsiden henholdsvis bagsiden.

I fig. 1 betegner 1 en trykkecylinder, der er neddykket i et farvebad 2 til forsyning af trykkecylinderens overflade med trykfarve. Trykkecylinderen indeholder en til det mønster, der skal trykkes, svarende anordning af forhøjninger og fordybninger, hvorhos den trykfarve, der skal overføres til et trykkesubstrat, er indlejret i de sidstnævnte. Ved hjælp af en rakel 3 fjernes overskydende farve 4 fra trykkecylinderen l's overflade. Trykkecylinderen er lejret på en aksel 5, der ved hjælp af en ikke vist drivindretning sættes således i rotation, at trykkecylinderen eksempelvis roterer i pilretningen A. Maskinen kan, som det skal forklares senere, også drives i trykkecylinderens anden omløbsretning.

4 143256 6 betegner generelt en anpresningsvalse, som er lejret på en aksel 7 og roterer i pilretningen B. Mellem trykkecylinderen 1 og anpresningsvalsen 6 løber et af et isolerende materiale bestående baneformet substratbånd 8, der eksempelvis aftrækkes fra en på den venstre billedside forhåndenværende, ikke vist forrådsrulle i pilretningen C, forløber over en første afbøjningsvalse 9 og derefter når ind mellem trykkecylinderen 1 og anpresningsvalsen 6. Derfra løber substratbåndet over en anden afbøjningsvalse 10 enten ind på et på den højre billedside forhåndenværende tilsvarende eller lignende trykkeværk for en anden farve eller ind på en ikke vist opviklings- eller bearbejdningsindretning, hvor det nu med tryk forsynede substratbånd oplagres eller viderebearbejdes.

Anpresningsvalsen 6 indeholder fortrinsvis en metallisk kerne 11, på hvis overflade der er påført en kappe 12 af et elektrisk isolerende materiale med høj dielektricitetskonstant. Et materiale af denne art er "Rilsan". På isolationsmaterialekappen 12 findes der et med en punkteret linie vist lag 13 af et svagt elektrisk ledende materiale, som er forbundet med isolationsmaterialekappen 12's overflade med god vedhæftning. Et sådant materiale kan eksempelvis være gummi med en tilsætning af sod. I stedet for gummi kan der også anvendes et andet bæremateriale for elektrisk ledende partikler, og de sidstnævnte kan eksempelvis også være metalstøv. Over det elektrisk svagt ledende lag 13 er der påført et dasklag 14 af et gnidningsbestandigt elastisk deformerbart materiale, hvis elektriske ledningsevne kan være mindre end ledningsevnen for laget 13, men som ikke behøver at være et egentligt isolationsmateriale. Lagene 13 og 14 er fortrinsvis forbundet med hinanden i ét stykke med henblik på at hindre at lagene løsner sig under driften. Da dæklaget 14 hovedsageligt tjener som beskyttelseslag mod overdreven gnidning, er det i princippet muligt allerede til det elektrisk ledende lag 13 at anvende et materiale med god gnidningsbestandighed og elasticitet, og som også har de nævnte elektriske egenskaber for dæklaget 14, således at der kan gives afkald på et egentligt dæklag såsom laget 14.

Til frembringelse af det i beskrivelsesindledningen nævnte, mellem trykkecylinderen 1 og anpresningsvalsen 6 virksomme elektrostatiske felt findes der mindst én induktorindretning 15, 16, hvoraf elektrodeindretningen er vist i figurerne 2 og 3. Hver in-duktorindretning er hensigtsmæssigt forsynet med ikke viste midler, 5 U3256 ved hjælp af hvilke elektrodeindretningen kan svinges i pilretningerne D, E koncentrisk med overfladen af anpresningsvalsen 6, dvs. til en mere eller mindre stor afstand fra substratbåndet 8, og desuden kan indstilles i radial retning til opnåelse af den optimale afstand mellem elektroderne og såvel valseoverfladen som sub-stratbanen 8. Den sidstnævnte andrager i en praktisk udførelsesform fortrinsvis ca. 15 mm. Anvendelsen af to induktorindretninger 15, 16 i en trykkemaskine anbefales af to grunde: For det første kan man derved vælge gennemløbsretningen for substratbanen 8 vilkårligt, og for det andet kan man bedre opnå den ønskede styringseffekt på ladningsfordelingen alt efter arten og dielektricitetskonstanten af substratmaterialet, arbejdshastigheden, den ønskede farvepåføring etc., hvis den ene eller den anden induktorelektrode er i drift eller hvis begge elektroder er i drift sammen. Hvis kun den ene af induktorindretningerne 15, 16 forefindes, befinder denne sig på afløbssiden for substratbanen 8 i forhold til trykkespalten.

I figurerne 2 og 3 vises de for opfindelsen væsentlige dele af induktorindretningerne 15,16 ifølge fig. 1. På en bærer 21, der i fig. 3 er vist som et firkantet rør, sidder en med denne fast forbundet isolationsmaterialeskinne 22 med en not 23. I denne not er der indlagt en elektrodeindretning, der i det væsentlige består af en samleskinne 24 og et antal derpå anbragte spidselektroder 25. Spidselektroderne 25 ligger fortrinsvis ensartet fordelt langs samleskinnen 24's længdeakse, og deres spidser befinder sig i noten 23 på den måde, som fremgår af fig. 3. Under drift ligger elektrodeindretningen på den isolerede pol (+ eller -) af en på tegningen ikke vist jævnstrømshøjspændingskilde.

Bæreren 21 er fortrinsvis ved sine ender forsynet med en ikke vist indstillingsindretning med henblik på, at man bekvemt kan indstille den for driften optimale beliggenhed af induktorindretningen 15,16 i forhold til anpresningsvalsen 6 henholdsvis dennes overflade og substratbåndet 8.

Længden af elektrodeindretningen 24, 25 retter sig efter den maksimalt udnyttelige bredde af trykkecylinderen 1 henholdsvis af anpresningsvalsen 6 med henblik på på den sidstnævnte at kunne frembringe en i anpresningsområdet for substratbåndet 8 ensartet fordelt elektrostatisk ladning. Ved hjælp af denne elektrostatiske ladning bevirkes den ved opfindelsen væsentlige effekt, at der på det substrat, der skal forsynes med en trykning, frembringes en ens- 6 143256 artet farvepåføring med ønsket tæthed. Det viser sig, at en ensartet trykfarveoptagelse på substratoverfladen opnås, hvis ladningen i det væsentlige er lige kraftig i alle punkter langs berøringsområdet mellem trykkecylinderen og substratet. Årsagen hertil turde navnlig være, at herved er både anpresningstrykket for substratoverfladen mod trykkecylinderoverfladen og trykfarvens tendens til at vandre ud af cylinderoverfladens fordybninger praktisk taget lige kraftig over hele kontaktområdet. Det forstår sig, at der end ikke med en meget fleksibel overflade af anpresningsvalsen 6 kan opnås en kontaktkvalitet, som den optræder som følge af den direkte virkende tiltrækningskraft mellem substrat og trykkecylinderoverflade som følge af den elektrostatiske ladning.

Foruden de allerede nævnte midler til styring af spændingen, der i sig selv ikke udgør nogen bestanddel af opfindelsen, har denne to hovedelementer, som muliggør en præcis styring af ladningsstyrken i det nævnte berøringsområde. Det drejer sig om de i figurerne 2, 3 og 4 viste afdækningsled 26, 27, der er påsat på siden af induktorindretningen henholdsvis bæreren 22, og om isolationsafdækninger 28, 29, der er påsat hver sin endeflade af anpresningsvalsen 6 og som vist i fig. 4 på begge anpresningsvalsens sider rager ud over denne med et til deres tykkelse svarende mål. Isolationsafdækningerne 28, 29 forhindrer effektivt, at der selv ved høje ladningsspændinger kan ske noget spændingsoverslag til anpresningsvalsen 6's jordforbundne aksel 7. Denne foranstaltning gør det muligt, at trykkemaskinen selv ved fuld udnyttelse af valsebredden kan drives med forholdsvis høje ladespændinger og en meget ensartet ladningsfordeling. Isolationsafdækningerne 28,29 kan dække anpresningsvalsens endeflader fuldstændigt eller i et rimeligt bredt ringformet område, der rækker radialt udefter til anpresningsvalsen 6's periferi.

Virkemåden af afdækningsleddene 26,27 beskrives i det følgende under henvisning til fig. 4. Hvis der skal påføres tryk på et substratbånd 8 med bredden B1, som er smallere end den totale bredde af trykkecylinderen 1, ville trykfarve og tilfældige forureninger såsom støv etc. på de ikke af substratbanen dækkede partier a og b af trykkecylinderen 1 under påvirkning af det elektrostatiske felt vandre til de over for disse partier beliggende partier c og d på anpresningsvalsen 6 og kontinuerligt aflejre sig der. Med en tiltagende farve- og støvaflejring ville der i disse 7 U3256 ikke af det elektrisk isolerende substrat dækkede områder optræde en tiltagende afladning mod den jordforbundne trykkecylinder 1, hvilket ville influere ugunstigt på maskinens drift.

Denne ulempe afhjælpes ved, at anpresningsvalsen 6 kun forsynes med elektrostatisk ladning over en del af sin bredde. Det overfladeområde på anpresningsvalsen, der skal forsynes med ladningen, retter sig efter beliggenheden og bredden af substratbanen 8 i spalten mellem trykkecylinderen 1 og anpresningsvalsen 6. Til det formål bliver områder a^ og b^ på anpresningsvalsens overflade, der skal holdes ladningsfri eller i det mindste ladningssvage, isoleret i forhold til induktorelektroden. Dette sker ved hjælp af afdækningsleddene 26,27, der er påsat på siden af induktorind-retningen og som vist i fig. 4 lader et elektrodeområde med en bredde B2 fri. Denne bredde B2 er noget smallere end bredden B^ af den substratbane 8, der skal forsynes med tryk, og som forløber mellem trykkecylinderen 1 og anpresningsvalsen 6, fordi ladningsfeltet har en tendens til spredning i sideretningen, som det er vist ved de nedad forløbende punkterede linier. Ved sideværts forskydning ved hjælp af konventionelle, ikke viste indstillingsmidler af afdækningsleddene 26,27 til de nødvendige afstande a^ og b·^ kan det område af anpresningsvalsen, der skal forsynes med elektrostatisk ladning, fastlægges således, at der uden for substratbanens rande praktisk taget ikke firdes nogen ladning,hvormed menes,at der ikke findes ladning af en sådan styrke,at den i praksis ville kunne udnyttes til elektrostatisk understøtning af farvestof overfør ingen. De af isolationsmateriale beståede afdadcningsled 26,27 udgør således skærme, der i forbindelse med den allerede beskrevne indstillelighed med hensyn til overfladen af anpresningsvalsen 6 og overfladen af substratbanen 8 er optimalt indstillelige i det pågældende område af trykkespaltens indløbsside og/eller udløbsside.

En mulighed for at forhindre,at ladning uønsket strømer for tidligt fra anpresningsvalsen 6 til substratbåndet 8,består i,at der mellem induktorindretningen og substratbåndet indbygges en ionisator.En sådan anordning er i fig. 1 vist med en ionisator 17 .Denne ionisator kan integreres i de i det foranstående beskrevne ladningsstyremidler med henblik på at bidrage til en forbedring af ladningsfordelingen .

Til opnåelse af en ensartet ladningstæthed på berøringsstedet mellem trykkecylinder og substrat er det endvidere fordelagtigt at aflede en eventuel "vild" elektrostatisk ladning, som måtte forefindes på substratbåndet før dettes indtræden i virkningsområdet for 143256 8 det ved hjælp af induktorindretningerne 15,16 frembragte elektrostatiske felt. Til det formål tjener en anden ionisator 18, der med henblik på den ved hjælp af pilen C angivne gennemløbsretning for substrat|Dåndet 8 er indtegnet mellem afbøjningsvalsen 9 og anpresningsvfIsen 6. Ved omvendt gennemløbsretning for substratbåndet ville ionisatoren 18 naturligvis være at anbringe på den modsatte sidø af anpresningsvalsen 6. Ionisatorer af denne art er kendte og skal ikke forklares nærmere her.

I det foranstående er beskrevet de væsentlige bestanddele af et enkelt trykkeværk i en trykkemaskine ifølge opfindelsen. Det forstår sig, at trykkecylinderen 1 ikke selv behøver at være neddykket i et farvebad. Den kan også modtage den farve, der skal overføres til substratbåndet, fra et indfarvningsværk, ved hjælp af hvilket der indlejres trykfarve i fordybninger i trykkecylinderen. Anpresningsvalsen 6 kan være aflastet ved hjælp af en eller flere støttevalser, hvorhos der skal træffes forholdsregler til at undgå en uønsket påvirkning af ladningsfordelingen på anpresningsvalsens overflade.