ES2294477T3 - Curacion con rayos ultravioleta. - Google Patents

Abstract

Aparato de curado por rayos ultravioleta que comprende una matriz (18) de diodos emisores de luz (LEDS) (20) accionables, en uso, que emiten luz ultravioleta sobre un área de un medio (28) a irradiar a medida que el medio (28) se traslada con respecto a la matriz (18), y medios de control accionables de tal manera que los LEDs individuales (20) de la matriz (18) sean controlables independientemente de otros LEDs (20) de la matriz (18) de manera que permitan solamente la irradiación de un área de destino elegida (30) de dicha área del medio (28), en uso.

Description

Curación con rayos ultravioleta.

La invención se refiere al curado de tintas, adhesivos o recubrimientos que utilizan luz ultravioleta, y en particular a un aparato y método para uso en dicho curado.

Es conocido el uso de luz ultravioleta para asistencia en el curado de, por ejemplo, tintas aplicadas a un medio de impresión mediante, por ejemplo, una técnica de inyección de tinta. Habitualmente dicho curado ha sido logrado utilizando una lámpara de arco de mercurio como una fuente de luz ultravioleta. No obstante, el empleo de una fuente de luz de estas características tiene varias desventajas. Por ejemplo, una lámpara de arco de mercurio produce a menudo una salida de infrarrojos importante además de las longitudes de onda ultravioleta deseadas, y por lo tanto es de un rendimiento térmico bajo. Además, la salida espectral varía considerablemente durante la vida útil de la lámpara, y la vida útil de la lámpara es relativamente corta. Adicionalmente, la forma y el tamaño de tales lámparas puede acarrear dificultades a la hora de alojar la lámpara dentro de una impresora o similar, particularmente si además se requiere un mecanismo de refrigeración para dispersar el calor generado por la lámpara, en uso. Otra desventaja es que una lámpara de estas características requiere algún tiempo para calentarse hasta una temperatura de funcionamiento a la cual se logra la salida deseada, y tras el uso requiere algún tiempo para enfriarse antes de que pueda ser conectada de nuevo, y por lo tanto no es apropiada para una conexión rápida.

La WO-A-01/11426 divulga un aparato de curado ultravioleta con una serie de LEDs.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y un método de uso del mismo en el cual estas desventajas sean de un efecto reducido.

Según un aspecto de la invención se ha provisto un aparato de curado ultravioleta que comprende una pluralidad de áreas emisoras de luz accionables que emiten luz ultravioleta. Cada área emisora de luz puede comprender uno o más diodos emisores de luz (LEDs). Los LEDs empleados pueden ser LEDs orgánicos (OLEDs).

Los LEDs que son accionables para emitir luz ultravioleta (LEDs UV) son ventajosos porque tienen una banda de salida espectral estrecha, y por lo tanto son de un rendimiento térmico y eléctrico relativamente bueno, y solamente producen niveles de calor relativamente bajos. Además, son de buena estabilidad y tienen una potencia constante a lo largo de toda su vida útil. La vida útil de un LED UV normalmente es muchas veces más larga que una fuente de UV convencional.

Si se desea, la pluralidad de LEDs UV puede incluir al menos un primer tipo de LED accionable para emitir radiación UV de una primera longitud de onda y un segundo tipo de LED accionable para emitir radiación UV de una segunda, longitud de onda diferente. La provisión de LEDs que tengan dos o más longitudes de onda de salida puede ser beneficiosa para el proceso de curado de tintas, adhesivos, recubrimientos o similares. Por ejemplo, algunos LEDs pueden disponerse para emitir longitudes de onda UVA y otros para emitir longitudes de onda UVC.

Convenientemente, los LEDs forman una matriz, siendo los LEDs individuales y/o grupos de LEDs controlables independientemente de otros LEDs individuales y/o grupos de LEDs. Proporcionando una disposición de LEDs de estas características, puede proveerse un aparato que pueda ser accionado de tal manera que emita radiación UV principalmente a un área de destino elegida, por ejemplo, a un área en la cual ha sido aplicada tinta, o para permitir el control sobre la intensidad de la radiación aplicada.

Puede proveerse una disposición de control para permitir el control sobre la potencia de salida los LEDs.

Aunque las áreas emisoras de luz pueden formarse de LEDs u OLEDs, son posibles otros sistemas. Por ejemplo, pueden emplearse otros dispositivos emisores de luz electrónicos. A modo de ejemplo, cada área emisora de luz puede comprender una parte de una pantalla de plasma, un sistema emisor basado en plasma, o similar.

Según otro aspecto de la invención se ha provisto un aparato de suministro y curado para uso en el suministro y curado de un material curable que comprende un cabezal de suministro controlable que suministra una cantidad de material curable, y un dispositivo que tiene una pluralidad de áreas accionables que emiten radiación UV para curar al menos parcialmente el material suministrado por el cabezal de suministro. El dispositivo incluye preferentemente, una pluralidad de LEDs UV, incluyendo cada área uno o más de los LEDs. No obstante, pueden emplearse otros elementos emisores de luz electrónicos, por ejemplo, cada área puede comprender parte de una pantalla de
plasma.

El cabezal de suministro puede comprender parte de una impresora de inyección de tinta, por ejemplo, del tipo (DOD) que produce pequeñas gotitas cuando se necesitan, pero se observará que el mismo podría ser parte de una impresora de inyección de tinta alternativa, un tipo alternativo de impresora, o claro está formar parte de un sistema de suministro de un material curable alternativo, por ejemplo, adhesivos o recubrimientos apropiados.

La pluralidad de LEDs UV puede tener cualquiera de las características y/o funciones mencionadas anteriormente.

Además, la invención se refiere a un método de curado de un material curable que comprende el control de funcionamiento de una matriz de LEDs UV que emite radiación ultravioleta a un área de destino predeterminada, y/o el control del funcionamiento de una matriz de LEDs UV que controla la intensidad de radiación ultravioleta incidente sobre un área de destino.

La invención se describirá con mayor detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La figura 1 es una vista esquemática que ilustra un aparato de curado conocido;

La Figura 2 es una vista similar a la Figura 1 pero que ilustra un aparato de curado de acuerdo con una realización de la invención;

Las Figuras 3 y 4 ilustran alternativas de parte del aparato ilustrado en la figura 2;

las Figuras 5 a 7 son vistas similares a la Figura 2 que ilustran otras alternativas;

Las Figuras 8a a 8d ilustran una técnica de control para uso con los aparatos mostrados en las Figuras 2 a 7; y

La Figura 9 ilustra el uso de la invención con otra técnica de impresión.

Haciendo referencia en primer lugar a la Figura 1 se muestra parte de una impresora de inyección de tinta del tipo (DOD) que produce pequeñas gotitas cuando se necesitan. La impresora incluye un cabezal de impresión 10 el cual es trasladable a través de un medio en el cual va a ser aplicada tinta trasladando el cabezal de impresión 10 a lo largo de un haz 12 en la dirección de las flechas 13. Según se muestra, el cabezal de impresión 10 tiene varias salidas 14 de suministro de tinta. El movimiento del cabezal de impresión 10 a lo largo del haz 12, y el suministro de tinta desde las salidas 14 es controlado de una manera apropiada para suministrar la cantidad adecuada de tinta a un lugar o lugares elegidos sobre el medio. Dependiendo del tipo de impresora, o bien se mueve el medio, en sincronismo, en la dirección A mediante un dispositivo de accionamiento apropiado, o el haz 12 se mueve, en sincronismo, en una dirección transversal a su eje longitudinal.

Según se muestra en la Figura 1, van provistas un par de fuentes UV 16, comprendiendo las fuentes 16 lámparas de arco de mercurio. Las fuentes 16 van posicionadas en lados opuestos del cabezal de impresión 10 y son desplazables con el cabezal de impresión 10 para irradiar tinta suministrada por el cabezal de impresión con luz ultravioleta para asistir al curado de la misma.

En uso, un substrato o medio al cual va a ser suministrada la tinta va posicionado debajo de las salidas 14. El medio o el haz 12 se mueve, en sincronismo, según se ha mencionado anteriormente, y el cabezal de impresión 10 se mueve en vaivén a lo largo del haz 12 para permitir el suministro de tinta a los lugares deseados sobre el medio. Las fuentes 16 se pretende que sean accionadas a través de toda la operación de suministro para irradiar y asistir en el curado de la tinta dispensada por el cabezal de impresión 10.

Como se ha tratado anteriormente, el uso de una fuente 16 de este tipo en una impresora de inyección de tinta tiene varios inconvenientes. Según se ha mencionado con anterioridad, dicha fuente 16 a menudo tiene una vida limitada, genera calor excesivo, y resulta inapropiada para una conexión y desconexión rápidas. En la disposición mostrada en la Figura 1, el cabezal de impresión 10 puede emplearse para suministrar tinta a la vez que se desplaza en cualquier dirección a lo largo del haz 12. Por consiguiente, se requieren dos fuentes 16 que permitan el curado de la tinta inmediatamente después de que la misma haya sido dispensada. No obstante, esto puede significar que una de las fuentes 16 sea redundante en cualquier momento dado. Además, dependiendo del modo de funcionamiento de la impresora, él cabezal de impresión 10 puede pasar a lo largo del haz 12 varias veces antes de que el medio se mueva con respecto al haz 12 una distancia suficiente para dar lugar a que la tinta suministrada por el cabezal de impresión 10 quede situada fuera del área irradiada por las fuentes 16. Como resultado, la tinta suministradora durante una de las primeras pasadas del cabezal de impresión 10 puede quedar curada en exceso por el tiempo que la misma ha abandonado el área irradiada por las fuentes, en tanto que la tinta suministrada durante una pasada posterior puede quedar curada solamente parcialmente. Claramente, esto es indeseable. Además, cuando la imagen impresa cubre solamente parte del medio, el medio queda expuesto a la radiación UV y esto puede degradar el medio, o la luz reflejada desde el medio puede incidir sobre y causar deterioro en el cabezal de impresión.

La Figura 2 ilustra una disposición de acuerdo con una realización de la invención. Al igual que con la disposición ilustrada en la Figura 1, la impresora mostrada en la Figura 2 es una impresora de inyección de tinta que comprende un cabezal de impresión 10 trasladable a lo largo de un haz 12 sobre un medio en el cual va a ser suministrada tinta, siendo desplazables ya sea el haz o el medio en una dirección perpendicular al eje longitudinal del haz 12. Se han provisto un par de cajas 22 portadoras de matrices 18 de diodos emisores de luz (LEDs) 22 dispuestos para emitir luz ultravioleta de una longitud de onda dentro de la gama de 200-380 nm. Las cajas 22 van provistas en lados opuestos del cabezal de impresión 10 en la dirección del movimiento del cabezal 10 con respecto al haz 12. El funcionamiento de la impresora puede ser en general el mismo que el descrito anteriormente con referencia a la
Figura 1.

El empleo de LEDs UV tiene varias ventajas sobre el empleo de fuentes UV, por ejemplo, del tipo de lámpara de arco de mercurio. Por ejemplo, la salida de calor se reduce, y las cajas 22 pueden ser de forma compacta relativamente pequeñas, simplificando de ese modo su inclusión en un dispositivo de impresión. Además, la vida útil de un LED normalmente es significativamente más larga que la de una lámpara de arco de mercurio, así, el mantenimiento y la sustitución pueden realizarse con menos frecuencia.

El empleo de matrices 18 de LEDs UV tiene otras ventajas sobre el empleo de otras fuentes de UV. Por ejemplo, las matrices 18 pueden conectarse y desconectarse rápidamente, cuando se desee, sin que se requiera un período largo de calentamiento o de enfriamiento. Por lo tanto, es posible accionar la impresora solamente con el arrastre de una de las matrices 18 que funcione en cualquier momento dado, si se desea. Las matrices 18 también pueden desconectarse sobre partes superiores del medio a la cuales no ha sido aplicada tinta, reduciendo de ese modo el riesgo de degradación.

En la disposición mostrada en la Figura 2, los LEDs 20 de cada matriz 18 van dispuestos en filas 24 las cuales van ligeramente anguladas desde la dirección del movimiento del cabezal de impresión 12 a lo largo del haz 10. Dicha angulación de las filas 24 de LEDs 20 ocasiona la intensidad de la radiación UV incidente sobre el medio que es de buena uniformidad.

La disposición de LEDs 20 no necesita ser el diseño mostrado en la Figura 2, y las Figuras 3 y 4 ilustran dos distribuciones alternativas posibles. En la disposición mostrada en la figura 3, las filas 24 de LEDS 20 son paralelas a la dirección del movimiento del cabezal de impresión 12 a lo largo del haz 10. La Figura 4 ilustra una disposición en la cual las filas 24 van anguladas en una amplitud aumentada con respecto a la dirección del movimiento del cabezal de impresión 12 con respecto al haz 10. Se apreciará que son posibles varias otras disposiciones.

Dependiendo de la aplicación en la cual se emplee la invención, puede ser deseable irradiar la tinta con radiación de dos o más longitudes de onda o bandas de longitudes de onda ultravioleta distintas, por ejemplo radiación UVA y UVC, dado que tintas diferentes pueden responder de forma diferente a longitudes de onda dadas, y las diferentes longitudes de onda penetran hasta profundidades diferentes dentro de las gotitas de tinta. Esto puede lograrse incluyendo en cada matriz 18 al menos dos tipos diferentes de LEDs UV, siendo dispuesto un tipo para emitir radiación de una longitud de onda o banda de longitud de onda, por ejemplo UVA, y siendo dispuesto otro tipo para emitir radiación de una segunda longitud de onda o banda de longitud de onda, por ejemplo UVC.

Dependiendo de la aplicación en la cual se emplee la invención, puede ser deseable curar parcialmente la tinta inmediatamente después de su suministro desde el cabezal de impresión 12, y llevar a cabo una operación de curado final en un momento posterior. Una disposición de estas características puede resultar beneficiosa porque, por ejemplo, cuando se imprime en color puede impedirse la mezcla en marcha de gotitas de tinta de diferentes colores, mientras que la adhesión de capas posteriores de las gotitas de tinta a las ya dispensadas no se ve afectada. Además, se piensa que, pueden lograrse niveles de brillo mejorados ya que la superficie de la tinta tiene una oportunidad de allanarse o auto alisarse antes del curado final. La Figura 5 ilustra una disposición que permite tal operación. La disposición de la Figura 5 es similar a la de la Figura 2 pero incluye una fuente adicional 26 de UV de potencia relativamente alta portada por y desplazable a lo largo del haz 12 con el cabezal de impresión 10. En la realización de la Figura 5, la fuente adicional 26 de UV es una lámpara de arco de mercurio. No obstante, se apreciará que no es preciso que sea esta la cuestión, y que la fuente UV 26 podría adoptar la forma de, por ejemplo, otra matriz de LEDs UV, u otra fuente de luz UV.

En uso, las matrices 18 de LEDs UV 20, que en este caso son LEDs con potencia de salida relativamente baja, se emplean para curar parcialmente la tinta suministrada por el cabezal de impresión 10 de la manera anteriormente descrita, pero aplicando una intensidad de radiación reducida a la misma o irradiando la tinta durante un periodo más corto de tiempo. La tinta puede suministrarse mediante varias pasadas del cabezal de impresión 10 según se ha mencionado con anterioridad, y con objeto de evitar el curado en exceso de la tinta aplicada durante las primeras de las pasadas, los LEDs 20 de la matriz 18 se controlan de tal manera que solamente algunos de los LEDs 20 que forman las primeras pocas filas 24, en la dirección del movimiento relativo del medio, son iluminadas, siendo conectada una proporción mayor de los LEDs 20 que forman las filas subsiguientes 24 de la matriz 18. De nuevo, si se desea, en cualquier momento puede emplearse solamente el arrastre de las matrices 18. Tras completar el suministro de la tinta, el medio pasa por debajo de la fuente adicional 26, desde la cual la radiación completa el proceso de curado.

La disposición mostrada en la Figura 6 ilustra una modificación de la distribución de los LEDs 20 de las matrices 18 para evitar el curado en exceso de la tinta suministrada en el proceso de impresión que conlleva varias pasadas del cabezal de impresión 10 sobre el medio. La disposición de la Figura 6 se aplica para curar totalmente la tinta, y por lo tanto no se provee ninguna fuente adicional 26 de UV. No obstante, la distribución de LEDs 20 mostrada en la Figura 6 podría aplicarse a la disposición mostrada en la Figura 5. En la disposición mostrada en la Figura 6, con todos los LEDs 20 de cada matriz 18 conectados, la tinta suministrada durante la primera pasada del cabezal de impresión 10 es sometida a radiación de una intensidad relativamente baja ya que unas cuantas primeras filas 24a de LEDs de cada matriz 18 contienen un pequeño número de LEDs 20, filas subsiguientes 24b que incluyen más LEDs, y por lo tanto son capaces de proporcionar una mayor intensidad de radiación UV. La disposición ilustrada en la Figura 6 se aplica para uso en un sistema en el cual el suministro de tinta tiene lugar durante cuatro pasadas. No obstante, la distribución puede modificarse fácilmente para uso en otros sistemas en los cuales el suministro de tinta es dispensado durante un mayor o menor número de pasadas.

La figura 7 ilustra una técnica por medio de la cual puede lograrse el efecto producido empleando la disposición de la Figura 6 controlando el funcionamiento de los LEDs de manera que solamente sean conectados unos cuantos de los LEDs de las primeras filas 24a, siendo conectada una mayor proporción de los provistos en filas posteriores 24b, en lugar de alterar simplemente el número de LEDs de las diversas filas según se muestra en la Figura 6. De nuevo, según se muestra la disposición se aplica para uso en un sistema en el cual la tinta es dispensada durante cuatro pasadas, pero mediante un control apropiado sobre los LEDs individuales, las matrices pueden controlarse de manera que sean apropiadas para uso en un sistema en el cual la tinta es dispensada durante un mayor o menor número de pasadas.

Las Figuras 8a a 8d ilustran una técnica en la cual los LEDs de una matriz son controlados de manera que irradien solamente o principalmente un área de destino del medio, por ejemplo un área del mismo en la cual ha sido justamente aplicada tinta. La Figura 8a ilustra el medio 28 sobre un área 30 del cual ha sido aplicada tinta por un cabezal de impresión (no mostrado) antes del movimiento de la matriz 18 sobre el área 30. La Figura 8b ilustra la situación poco después de la mostrada en la Figura 8a. En la Figura 8b, la matriz 18 ha sido trasladada sobre parte del área 30, y aquellos de los LEDs 20 de la matriz 18 que están inmediatamente sobre parte del área 30 han sido conectados para irradiar la parte relevante del área 30 con luz UV. El movimiento ininterrumpido de la matriz 18 con respecto al medio dará lugar a que una mayor o toda el área 30 se sitúe debajo de la matriz 18 según se muestra en la Figura 8c. De nuevo, aquellos de los LEDs situados inmediatamente sobre el área 30 son conectados, habiendo sido desconectados aquellos LEDs que ya no están sobre el área 30. La Figura 8d ilustra la situación en donde la matriz 18 se ha trasladado más y partes del área 30 ya no están debajo de la matriz 18.

Se apreciará que mediante el uso de una técnica de control de estas características, solamente el área de destino elegida del medio es irradiada por la matriz. Por consiguiente, el curado en exceso de la tinta aplicada al medio puede reducirse o evitarse totalmente. Además, la irradiación en partes del medio en las que no ha sido aplicada tinta puede evitarse, reduciendo de ese modo el riesgo de degradación de las mismas. Además, puede reducirse la reflexión de la radiación desde el medio hasta el cabezal de impresión.

Además de controlar el funcionamiento de las matrices 18 para controlar la intensidad de radiación y/o el área de destino, las matrices también pueden controlarse de tal manera que permitan el control sobre la potencia de salida de las mismas.

La Figura 9 ilustra la aplicación de la invención a una técnica de impresión alternativa. En particular, La Figura 9 muestra la aplicación de la invención a un proceso de impresión litográfico offset en color. Según se muestra en la Figura 9, entre las diversas estaciones de impresión 36 van provistas varias matrices de LEDs UV 32 que permiten el curado o el curado parcial de la tinta aplicada al medio durante la operación de impresión. Otra fuente de UV 34 va provista para permitir el curado final o completo al término de la operación de impresión.

Las matrices 32 de los LEDs pueden ser controladas o accionadas empleando cualquiera de las técnicas anteriormente descritas en relación con la impresión por inyección de tinta para lograr las ventajas anteriormente descritas.

Aunque en la mayor parte de la descripción anterior trata de una disposición en la cual el cabezal de impresión y los LEDs UV se mueven sobre le medio, esta no tiene por qué ser la cuestión y la invención es aplicable igualmente a disposiciones en las cuales los LEDs UV van fijos y el medio se mueve con respecto los mismos.

La invención no se limita al uso de LEDs UV u OLEDs en matrices, siendo posible el uso de otros elementos emisores de luz electrónicos o controlables electrónicamente. Además, las matrices de LEDs podrían ser sustituidas con, por ejemplo, pantallas de plasma u otros sistemas emisores basados en plasma, que incluyan áreas accionables que emitan radiación UV.

Se apreciará que el sistema de control empleado para controlar qué dispositivos emisores son accionables en cualquier momento dado, pueden ser controlados empleando software. Por ejemplo, el software puede disponerse para relacionar el control de los diversos dispositivos de una imagen con trama digital o la salida de un sistema de procesado de imágenes con trama digital RIP u otro sistema apropiado para uso en la creación o procesado de imágenes.

Alternativamente, la invención podría emplearse en una técnica de impresión serígráfica que permita el curado controlado de tinta aplicada al medio antes de la aplicación de una capa posterior de tinta.

Aunque la descripción anterior se refiere principalmente a la impresión y el suministro y curado de tinta, se sobreentenderá que la invención no se limita al suministro y curado de tintas, sino que también es aplicable, por ejemplo, al curado de adhesivos o recubrimientos apropiados. Además, aunque la mayor parte de la descripción se refiere al suministro de tinta mediante técnicas de inyección de tinta DOD a escala industrial, la invención no se limita al suministro mediante inyección DOD u otras técnicas de inyección, sino más bien puede emplearse con una amplia gama de técnicas de suministro o aplicación de tinta u otro material curable, y es aplicable tanto en aplicaciones a escala industrial como en aplicaciones a menor escala, por ejemplo impresoras de inyección de tinta destinadas a uso doméstico o en oficinas, o teléfonos móviles o impresoras de fotografías digitales.

Claims (8)

1. Aparato de curado por rayos ultravioleta que comprende una matriz (18) de diodos emisores de luz (LEDS) (20) accionables, en uso, que emiten luz ultravioleta sobre un área de un medio (28) a irradiar a medida que el medio (28) se traslada con respecto a la matriz (18), y medios de control accionables de tal manera que los LEDs individuales (20) de la matriz (18) sean controlables independientemente de otros LEDs (20) de la matriz (18) de manera que permitan solamente la irradiación de un área de destino elegida (30) de dicha área del medio (28), en uso.

2. Un aparato según la reivindicación 1, en el que, al menos uno de los diodos emisores de luz (20) es un diodo emisor de luz orgánico.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o la Reivindicación 2, en el que, los diodos emisores de luz (20) incluyen al menos un primer tipo de LED accionable que emite radiación UV de una primera longitud de onda y un segundo tipo de LED accionable que emite radiación UV de una segunda, longitud de onda diferente.

4. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una disposición de control que permite el control sobre la potencia de salida de los LEDs (20).

5. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, la matriz (18) incluye una pluralidad de filas de LEDs (20) anguladas con respecto a una dirección del movimiento relativo entre la matriz (18) y el medio (28).

6. Un aparato de suministro y curado para uso en el suministro y curado de un material curable que comprende un cabezal de suministro controlable que suministra una cantidad de material curable a un área de destino elegida de un medio (28), y un aparato de curado según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes accionable que irradia el área de destino (30) del medio (28) con luz ultravioleta.

7. Un aparato según la reivindicación 6, en el que, el cabezal de suministro comprende parte de una impresora de inyección de tinta.

8. Un método de curado de un material curable que comprende el control del funcionamiento de una matriz (18) de LEDs UV (20) de una disposición según lo reivindicado en las reivindicaciones 1 a 5 de manera que emita radiación ultravioleta solamente a un área de destino predeterminada (30) del medio (28).