JP2007504979A - 印刷機用帯域紫外線硬化装置 - Google Patents

Abstract

印刷機において紫外線インキ及び被膜を乾燥させるための帯域紫外線硬化システム（１０）。複数の直線状紫外線ランプ（４４−４９）を印刷機の基板（５）の搬送路（６０）に横方向に離隔配置する。各ランプの軸を搬送路（６０）にほぼ整列させるか、搬送路の各点が少なくとも１つのランプのすぐ下方を通過するようにわずかに傾斜させてもよい。給電（１１０）及び制御手段は何れのランプを給電するかの選択を可能にするため、不要なランプをオフにして電力を節約することができる。各ランプの給電レベルは可変である。１つの横方向紫外線ランプ（４４）を上流に配置して基板が帯域システムを通過する前に硬化を開始させることが可能である。赤外線ヒーター（３６）を上流に配置して紫外線インキ及び被膜を予熱し、硬化を促進させて被膜を滑らかにすることができる。

Description

本発明は、紫外線感応性インキ及び被膜を硬化させる紫外線源に係り、さらに詳細には、種々の幅の印刷領域に応じて調整可能なように帯域化された印刷機用紫外線硬化装置に係る。

オフセット輪転印刷機は、画像を担持するプレートシリンダ、インキ付けした画像を受けるインキ転送表面を備えたブランケットシリンダ及びインキ付けした画像が基板に転送されるように紙をブランケットシリンダに押し付けるインプレションシリンダにより、順送りされる紙シートまたは紙ウェブより成る基板上に画像を複製する。基板に適用される平版インキを部分的に吸収させ、主として酸化浸透及び吸収により乾燥することができる。平版インキの乾燥は、どちらかと言えば高い温度で酸化、浸透及び吸収させることにより促進することが可能である。熱を種々の手段で基板に加えるが、例えば、米国特許第５，５３７，９２５号は赤外線による熱と加熱された強制空気流とによりインキの乾燥をスピードアップする。

多色印刷では、印刷機はカラー毎に１つ設けた多数の印刷ステーションを有するのが一般的である。乾燥機は印刷ステーション間に配置することが多く、基板が次の印刷ステーションに入る前に各画像を乾燥させる。印刷機の端部において、基板はシートスタッカーへ配送されるのが一般的である。乾燥機は通常、完全に乾燥していない基板の画像が裏移りするのを回避するためにスタッカーの前に設けられる。

多くの例では、印刷済み基板に保護または装飾用被膜が適用される。米国特許第５，１７６，０７７号に教示されるように、従来型印刷機に取り付けるための被覆装置が市販されている。かかる被膜は印刷済み基板がスタッカーに送られる前に乾燥しなければならない。

オフセット輪転印刷機や他の種類の印刷機、例えばフレキソ印刷機、スクリーン印刷機などでは紫外線硬化性インキ及び被膜を使用するのがますます一般的になりつつある。紫外線硬化性被膜は他の種類のインキで印刷された画像の上に保護または装飾性被膜として適用される。紫外線硬化性インキ及び被膜は多数の利点を有する。それらは水または揮発性炭化水素成分を含まず、また、他のインキ及び被膜では普通除去する必要があるガスを発生させない。紫外線硬化性材料は、蒸発または酸化により乾燥するのではなく、紫外線の露光により高分子化する。

通常、赤外線乾燥機と呼ばれる赤外線硬化装置は、大部分の印刷機に取り付けるものとして市販されている。これらのユニットは一般的に、紫外線源として管状の石英より成る中圧水銀蒸気ランプを用いている。このタイプのランプは赤外線波長の範囲がかなり広いため、種々の赤外線波長に応答する種々のインキ及び被膜に好適である。従来の管状ランプは印刷経路の幅を横断するように配置される。基板の搬送路に沿って多数のランプを離隔配置させることにより、良好な硬化を得るべく必要に応じて全電力及び露光または滞留時間を増加させる。

水銀蒸気ランプは、硬化を迅速化し、厚い層の紫外線インキ及び被膜を硬化させるに十分な強度の紫外線を発生させるには、比較的大きい電力で駆動しなければならない。かかるランプはまた、無駄なエネルギーとなる可視及び赤外周波数領域でかなりのエネルギーを放出するため、ランプ、基板及び印刷機の過熱を回避するには冷却ファンが必要である。印刷機の能力より小幅の基板を印刷する場合、基板の端縁部を越えて延びるランプ部分からの全ての光線、即ち、紫外線、赤外線及び可視光線は無駄なエネルギーであって、印刷機のコンポーネントに当たるため、印刷機それ自体が不必要に経年変化し、他の損傷を受ける場合がある。

発明の概要

本発明による紫外線硬化ユニットは、印刷機の基板搬送路にわたって互いに横方向に離隔して搬送路の方向にほぼ整列する複数の直線状紫外線放出手段を有する。各紫外線放出手段は硬化帯域を画定する。紫外線放射手段は、不要な硬化帯域の紫外線照射手段が脱勢されるようにそれぞれ別個に制御される。

各紫外線放射手段は、好ましい実施態様では、複数の電力設定点を有するか、または電力レベルを連続して調整できるため、特定の印刷ジョブに用いる特定のインキ及び／または被膜に応じた調整が可能である。

別の実施例において、紫外線硬化ユニットは基板搬送路に横断方向に配置された１つの紫外線ランプを有する。この紫外線ランプは印刷済み基板が主要な複数のランプの下を通過する前に紫外線硬化性インキ及び被膜の硬化を開始させる。

別の実施例では、印刷基板を紫外線放出手段により露光される前に加熱するための赤外線及び／または高温空気式加熱器が配置される。

本願明細書中の用語「基板」は、印刷機により画像、テキストまたは被膜が適用される材料を指す。基板は紙、プラスチックなどの個々のシート、またはかかる材料のウェブである。基板はまた、ボード、段ボール、フォームコア、サインボード、または印刷技術で知られる他の任意の印刷可能な材料などである。用語「帯域」は、基板に適用されたインキまたは被膜を乾燥または硬化させるために熱または紫外線の適用を制御する目的で基板搬送路を分割して得られる帯状の領域のことである。

図１を参照して、該図は、典型的な多色印刷機１２に本発明の帯域紫外線硬化ユニット１０を取付ける態様を示す。この実施例において、印刷機１２はシートが供給されるオフセット印刷機である。このユニット１０は、グラビア印刷、フレクソ印刷、スクリーン印刷などのような他の種類の印刷に使用できる。かかる印刷機は通常、１２乃至１００インチを超える幅の基板上に印刷することが可能であり、毎時１万枚またはそれ以上のシートに印刷できる場合がある。

印刷機１２は印刷機フレーム１４の右方端部にシートフィーダー１６が結合されており、このシートフィーダーからはＳで示すシートが１枚づつ次々に印刷機１２へ送り込まれる。左方端部には、印刷及び乾燥済みのシートＳが集められ積み上げられるシート配送スタッカー１８がある。シートフィーダー１６と搬送スタッカー１８の間には、実質的に同一の４つのオフセット印刷ユニット２０Ａ乃至２０Ｂがある（２つだけを示す）。本発明は特定の印刷機における印刷ステーションの数には左右されない。

図１に示すように、各印刷ユニット２０Ａ−２０Ｂは従来型設計であり、各ユニットは、プレートシリンダ２２、ブランケットシリンダ２４及びインプレッションシリンダ２６を有する。インプレッションシリンダ２６の印刷したばかりのシートは、トランスファーシリンダＴ１、Ｔ２及びＴ３により次の印刷ユニットへ転送される。印刷ユニット２０Ｄの平版印刷したばかりのシートは、最後の印刷ユニットＤと硬化ユニット１０の間に位置する被膜ユニット２８により保護被膜を施される。被膜ユニット２８は米国特許第５，１７６，０７７号に開示された被膜ユニットでよく、この特許は全ての目的のために本願の一部として引用する。他の被膜ユニットも所望に応じて使用可能である。

印刷ユニット２０Ｄからの印刷し被膜したばかりのシートＳは、参照番号３０で総括的に示す配送コンベアシステムにより配送スタッカー１８へ送られる。この実施例の配送システム３０には幾つかの乾燥硬化ユニットが取り付けられているが、このユニットは基板Ｓ上のインキ及び被膜を配送スタッカー１８へ送られる前に乾燥硬化させる。熱乾燥ユニット３６は、放射熱ランプ組立体３８、エクストラクターヘッド４０及び温度センサー４２を備えている。熱乾燥ユニット３６の好ましい態様は２０００年８月２５日付け米国特許出願第０９／６４５７５９号に記載されており、この出願を全ての目的のために本願の一部として引用する。１またはそれ以上の紫外線ランプがコンベア３０を横切って配置された従来型紫外線硬化ユニット４４は、熱乾燥ユニット３６の下流に位置する。本発明による帯域紫外線硬化ユニット１０は、従来型紫外線効果ユニット４４の下流においてコンベア３０の上方に位置している。用語「下流」は、印刷ユニット２０Ｄからの印刷済み基板が最初に熱乾燥ユニット３６の下方を通過した後、紫外線硬化ユニット４４の下方を通り、最後に帯域硬化ユニット１０の下方を通ることを示す。ユニット３６、４４、１０のような他の乾燥及び／または硬化ユニットも、所望に応じて印刷ステーション２０Ａと２０Ｂの間、２０Ｂと２０Ｃの間、及び２０Ｃと２０Ｄの間に設けることができる。

典型的な印刷動作を説明すると、シートフィーダー１６からの基板Ｓは次々に印刷機１２へ送り込まれる。各シートＳは印刷ステーション２０Ａ−２０Ｄを次々に通過するが、その際基板上に多色のテキスト及び画像が印刷される。被膜ユニット２８は印刷済み基板の一部またはその全体に保護または装飾用被膜を適用することができる。印刷ステーション２０Ａ−２０Ｂは従来型インキまたは紫外線硬化性インキを適用できる。被膜ユニットは通常、紫外線硬化性被膜を従来型インキのテキストまたは画像の上に適用する。本願は主として紫外線硬化性インキまたは被膜の硬化に係るもので、たとえそれが従来型インキで印刷されていても紫外線硬化性インキまたは被膜を有する任意の基板に使用できる。

紫外線硬化性インキ及び被膜の硬化には不要であるが、熱乾燥ユニット３６は幾つかの理由により好ましいものである。熱それ自体では紫外線硬化性インキまたは被膜は硬化しないが、かかる材料の硬化速度は温度による影響を受ける。従って、基板Ｓ上の紫外線硬化性被膜を既知の、または最低の、温度に加熱することによりユニット４４及び１０による硬化速度を増加させ、紫外線ユニットによる硬化の反復性を改善することが望ましい。上述の特許出願に記載されたユニットは、基板温度の選択及び自動制御を可能にする点で好ましいものである。

熱乾燥ユニット３６により基板上の紫外線硬化性フィルムを加熱すると、フィルムに滑らかな表面を形成する助けになる。フィルムを加熱すると、熱流が発生して表面張力がフィルム表面を自然に滑らかにする。これにより、しばしば梨地模様効果として知られるものを減少または消滅することができる。典型的な紫外線硬化ユニットは基板上の被膜の加熱も行うが、加熱により表面が滑らかになる前に紫外線による硬化が部分的に起こり、熱流が制限されるか阻止される。紫外線硬化ユニットの上流で加熱を行って、紫外線による硬化が起こる前に被膜が滑らかになる時間があるようにするのがより効果的である。

この実施例において、紫外線硬化性インキ及び／または被膜を有する基板が熱乾燥ユニット３６の下方を通過した後、開始手段として働く従来型紫外線硬化ユニット４４の下方を基板が通過する。このユニット４４は紫外線硬化性インキまたは被膜の硬化には不要なものであるが、その理由は、主要な紫外線硬化ユニット１０が紫外線硬化性材料の完全な硬化を行えるからである。フレクソ印刷機にはこれは通常使用されない。しかしながら、使用する場合は、従来型ユニット４４が基板の主要ユニット１０への到達前に紫外線による硬化を開始させることができる。これは主要なユニット１０の効率を事実上改善すると考えられており、全体の電力消費量を減少させることができる。上述したように、ユニット４４は、集束反射器を有する１またはそれ以上の従来型紫外線硬化ランプ、例えば、水銀蒸気ランプを備えることができる。４０インチ幅の印刷機では、ランプの幅は通常約４２インチであり、コンベア３１上を搬送される基板の通路に垂直に、即ち、それを横断する方向に位置する。ユニット４４は空気冷却型で、そして／または冷却される紫外線ランプが実際の紫外線ランプと基板の間に水冷管を備えるものでよい。

図２は、図１の紫外線硬化ユニット１０の一実施例の一部、とくに、紫外線放射手段相互の位置関係及び図１の配送システム３０上を運ばれる印刷済み基板Ｓに関する位置関係を示す。矢印４２で示すように、基板Ｓは紫外線硬化ユニット１０の下方の搬送路上を図２の下方から上方へ移動する。この実施例において、基板Ｓの最大幅は４０インチである。６個の管状水銀蒸気ランプ４４、４５、４６、４７、４８、４９が紫外線放射手段として使用される。各ランプ４４−４９の公称直径は１インチ、公称光放射長さは約１２インチである。各ランプを、硬化ユニット１０がその上に組立てられる主要な構造要素を形成するプレート５２（仮想線で示す）の矩形の開口５０の上方に位置するものとして示す。各開口５０の長さは約１２インチでランプ４４−４９の長ささと同じであり、幅は約３インチである。ランプ４４−４９及び開口５０は、図２において垂直である基板Ｓの搬送方向４２から約３３度傾斜している。

好ましい実施例の特定の寸法及び角度は、以下において詳説する幾つかの理由で選択された。これらの理由を理解すると、他の寸法及び角度でも任意の公称印刷幅を有する印刷機でも本発明の利点が得られることが明らかであろう。

図２に示すようなランプ４４−４９の配置により、基板搬送路上には破線６０で分割表示された６つの別個の紫外線硬化帯域５４、５５、５６、５７、５８、５９が画定される。各帯域の幅は約６インチであり、全体の露光幅は約４２インチである。帯域５４及び５９は、ランプ４４及び４９の端部効果を補償し、全幅の基板Ｓの端縁部がいっぱいの紫外線を確実に受けるように最大幅４０インチの基板Ｓの端縁部を越えて約１インチ延びている。各帯域５４−５９はそれぞれランプ４４−４９のうちの１つで主として露光される。各ランプ４４−４９はそれぞれ別個に給電されるため、特定の印刷ジョブで不要な場合は給電を停止することができる。例えば、基板Ｓの幅が約２０インチである場合、ランプ４４及び４９は２０インチ幅の基板Ｓのいかなる部分もこれら２つのランプの下方を通過しないため電源を切ることができる。多くの印刷ジョブは全幅未満の基板の印刷であるため、この帯域方式によると、ランプ４４−４９にとってかなりの量の電気エネルギーが節約され、除去しなければならない無駄な熱が減少する。ランプ４４及び４９が２０インチ幅の基板の印刷時にオン状態のままであれば、ランプ４４及び４９が発生する紫外線及び熱は全て例えばコンベアシステム３０の印刷機コンポーネントに向かうため、不必要な経年変化及びかかるコンポーネントの他の損傷が生じることになる。

ランプ４４−４９は実質的に基板Ｓの搬送路に整列した状態に配置される。即ち、ランプ４４−４９の中心軸または長手方向は搬送路４２に実質的に平行である。基板の幅にわたって露光が均等になるように幾分傾斜させてもよいが、その傾斜角度は４５度未満でなければならない。これにより、従来技術の横方向ランプで得られるよりも長い滞留または露光時間が得られる。このように滞留時間が増加すると、紫外線インキまたは被膜の硬化が改善され、製造速度が増加する。従来技術の管球を横方向に配置するシステムでは、搬送路４２に沿って離隔した位置に印刷機の幅全体にわたって多数の横方向に延びる管球を配置することにより全体の滞留時間を増加させる。横方向に延びるランプでは本発明のように帯域を別個に制御することができない。さらに、横方向に延びるランプの構成では、基板の搬送路に実質的に整列したランプによる長時間の連続露光は得られず、一連の短時間露光が行われることになる。

ランプ４４−４９の公称紫外線放射長さは１２インチであるが、通常は端部効果により各端部では約１インチの所から実効紫外線出力が減少する。図２からわかるように、ランプ４４−４９は端部がそれぞれの帯域５４−５９の端縁部を越えて延びるように配置されている。従って、隣接する帯域５４−５９間の分割線６０上にある基板搬送路の部分は、隣接する２つのランプ４４−４９にさらされるため帯域５４−５９の中心にある部分と総量がほぼ同じ露光を受ける。上述したように、帯域５４及び５９の最も外側の端縁部は端部効果を補償するために基板Ｓの最大幅を越えて延びている。

図３は、本発明によるランプ４４及び完全なランプ組立体６８の断面図である。ランプ４４に加えて、この組立体６８は反射器７０、熱シンク７２及び空気導管７４を有する。離隔した空気ジェット７８を有する小さな圧縮空気管７６は熱シンク７２のスロット内に支持される。図３に示すように、ランプ４４−４９は全て反射器及び冷却組立体内に収容されている。熱シンク７２の内側表面は反射器７０と同一形状であり、反射器７０から熱シンク７２への熱伝達を改善する密接接触関係にある。熱シンク７２の内側表面を高度に研摩するか反射性材料を被覆すれば、反射器７０は無くてもよい。

図３に示すように、反射器７０は内側表面が高度に研摩されたアルミニウムの実質的に半円筒体である。この反射器形状及びランプ４４の配置を用いると、ランプ４４からの放射がハウジング６８からほぼ下方に図２の開口５０を介して配向される。熱シンク７２は、反射器７０の形状にマッチする内側の半円筒形表面と、外側表面上の複数の熱伝達フィン８２を有する押出し成形したアルミニウム部品であるのが好ましい。空気導管７４は熱シンク７２のフィンのある外側表面と係合して、冷却空気を強制的にフィン８２に流す制御空気流通路を提供する。空気管７６はランプ４４にほぼねらいを定めた一連のベントまたはジェット７８を介してきれいな、即ち、埃のない冷却空気流を提供する。これらの空気ジェット７８によりランプ４４上に埃や粉末の堆積が阻止される。

空気ジェット７８はまた、動作時にランプ４４を冷却し、ランプがオフの時は冷却をスピードアップする。また、本発明の実施例に用いる短いランプは長いランプと比べて自然冷却が速い。ランプ４４のような水銀蒸気ランプは水銀が十分に冷却されて液体の状態に戻るまで再スタートできないため速く冷却するのが望ましい。本発明によると再スタート時間が短くなるが、これには幾つかの利点がある。基板Ｓの運動が何らかの理由により停止すると、通常は熱乾燥ユニットと紫外線ユニットの両方をオフにして基板の過熱を回避する必要がある。しかしながら、これは、紫外線ランプが十分に冷えるまで印刷機を再スタートできないことを意味する。印刷機を修理、保守または調整のために開かなければならない場合、作業員による紫外線露光を回避するために通常は紫外線ランプをオフにする必要がある。たとえ調整を迅速に行うことができても、紫外線ランプが十分に冷えるまでは印刷機を再スタートできない。再スタート時間が長い横方向ランプを有する一部の紫外線硬化ユニットでは、印刷停止時または印刷機の修理、保守または調整時に紫外線をブロックするための機械式シャッターが設けられている。シャッターを用いると印刷機を即時に再スタートできるが、シャッターはシステムのコスト及び複雑さの増加要因となる。本明細書に述べる実施例は、再スタート時間が短い短い空冷ランプを使用するためシャッターの必要性が低いかまたは存在しない。例えば、典型的な４２インチの横方向水銀蒸気ランプの再スタート時間は約５分であるが、この実施例の１２インチの空冷ランプは約１分半で再スタートできる。

ランプ４４−４９からの紫外線の放射方向の調整は、出力の大部分が基板Ｓ上に開口５０を介して差し向けられるように反射器７０により行われる。従来技術の紫外線システムは、一般的に、基板表面上に紫外線ランプの出力を鋭く集束して基板上に最大強度が得られるように設計されている。このような集束を行うには、従来技術のランプを基板からある特定の距離だけ離す必要がある。好ましい実施例では、反射器は基板Ｓ上に鋭い直線状の焦点を形成するような形状になっておらず、開口５０を介して広い、拡散したビームを提供するように設計されている。開口５０の長さは約１２インチ、幅は約３インチである。この構成によると、各ランプ４４−４９は、少なくとも開口５０の寸法で開口５０の両側に幾分延びる基板領域に実質的に均等な紫外線露光を与える。集束の目的で硬化ユニット１０を基板Ｓから任意特定の距離だけ離す必要はない。従って、このユニット１０は、印刷済み基板からの距離が様々である種々のタイプの印刷機に用いることができる。通常は基板Ｓに近い所に位置するステーション間の場所と共に通常は基板Ｓからさらに離れた所に位置する同じ印刷機をスタックコンベアにも使用できる。

図４は、図２の本発明の実施例による紫外線硬化ユニット１０を組立てた状態で示す斜視図である。図２に示すように、ランプ４４−４９及び組立体６８（図３を参照）は開口５０（図２を参照）を有する平坦なプレート５２上に組立てられる。組み立てられた後上方から見ると、６個の空気導管７４がプレート５２上に位置する。一対の空気マニホルド９０、９２は、空気導管７４の両端部においてプレート５２の２つの端縁部に沿う位置にある。各空気導管７４の一方の端部はマニホルド９０内に開口し、反対の端部はマニホルド９２内に開口する。取付け具９４、９６はそれぞれマニホルド９０、９２の一方の端部に接続されている。取付け具９４、９６は冷却空気流を受けるために空気ホース、パイプなどに接続するようになっている。空気流は正圧の強制空気流か吸引または真空流でよい。何れの場合でも、空気流は各ランプのハウジング６８の空気導管７４に供給されて熱シンク７２を冷却し、それによりランプ４４−４９を冷却する。

一対の迅速接続カップリング９８、１００はそれぞれマニホルド９０、９２上に取付けられている。各カップリング９８、１００は、各ランプ４４、４９の各端部への個々の電気的接続を可能にする６個の別個に電気ソケットを有する。これにより、各ランプへの給電を別個に制御することが可能となる。カップリング１００は圧縮空気を受ける６個の空気ホースカップリングも備えている。カップリング９８、１００からランプ４４、４９への電気接続手段、即ち配線は空気マニホルド９０、９２内に配置すると便利である。カップリング１００からの圧縮空気管も空気マニホルド９２内に配置して図３に示す空気管７６と接続する。

図４に示す組立て済み紫外線硬化ユニットは、プレート５２の適当な位置に形成した孔部にボルト締めすることにより図１に示すような印刷機１２に取付けることができる。迅速接続カップリング９８、１００により、硬化ユニット１０の印刷機への取付け及び取外しに要する時間が減少する。一部の印刷動作において、印刷ジョブの一部は紫外線硬化性インキまたは被膜を使用しない。かかるジョブの間、紫外線硬化ユニット１０を取外すことにより、埃や従来のインクを用いた印刷に意図的に使用されることの多い粉末の蓄積を回避するのが望ましい。迅速接続カップリング９８、１００及び硬化ユニット１０のモジューラ型組立体により、取付け及び取外しが容易になる。また、取付け及び取外し時に硬化ユニット１０を安全且つ効率よく取り扱えるように、空気マニホルド９０、９２に取手９１、９３を取付けるのが望ましい。一部の印刷機タイプでは、取手をマニホルド９０、９２上でなくてプレート５２上に配置する方が望ましい場合がある。

図５は、図２のランプ４４、４９に給電するための電気系統の実施例の一部を示す概略図である。この系統は、二重の出力バラストまたは変圧器１１０を有し、これは２つのランプ１１２、１１４を給電する。各ランプ１１２、１１４の第１端部はバラスト１１０の共通出力１１６に接続されている。バラスト１１０の電力出力１１８は１組で３つのリレー１２０、１２１、１２２及び３つのキャパシタ１２４、１２５、１２６を介してランプ１１２の第２の端部に接続されている。バラスト１１０の電力出力１２８は、１組の３つのリレー１３０、１３１、１３２及び３つのキャパシタ１３４、１３５、１３６を介してランプ１１４の第２の端部に接続されている。

この実施例において、バラスト１１０の入力１１１には４８０ボルト三相電力線の２つの相から電力が供給される。出力１１８及び１２８は共通のリード線１１６に関して４６０ボルトの電圧をランプ１１２、１１４へ供給する。ランプ電圧がこのように比較的低いのは、長さが１２インチに過ぎないランプ４４−４９を用いる利点の１つである。ワイヤの絶縁材、リレー１２０−１２２、１３０−１３２及びキャパシタ１２４−１２６、１３４−１３６のような定格６００ボルトの標準の電気コンポーネントが多数存在する。長いランプを用いる場合は、一般的に６００ボルトよりも高い電圧が必要である。６００ボルトより高い電圧定格の電気コンポーネントも手に入れることができるが、それらは格段に高価な傾向がある。６００ボルトを超える電圧では大きな安全保護が必要である。

図５の回路は、各ランプ４４−４９の給電を独立に制御し、３つの異なる選択可能な電力レベルを提供できる。例えば、リレー１２０を閉じると電流をキャパシタ１２４を介してランプ１１２へ流すことができる。リレー１２０及び１２１を閉じると電流をキャパシタ１２４及び１２５の両方を介してランプ１１２へ流すことができる。リレー１２０、１２１、１２２を閉じると、電流を３つのキャパシタ１２４、１２５、１２６の全てを介してランプ１１２へ流すことができる。キャパシタ１２４−１２６を適当に選択することにより、例えば１インチ当たり１２５ワット、１インチ当たり２５０ワット、１インチ当たり４００ワットの３つの電力レベルをランプ１１２に供給できる。１インチ当たり４００ワットを超える電力レベルは、有用な紫外線の相対的部分が高い電力レベルで低下するため、即ち、効率が減少するため一般的に好ましくない。

図５の回路は、各ランプ４４−４９につき多数の選択可能な電力レベルを提供しながら種々の態様で変形可能なことが明らかである。例えば、さらにリレー及びキャパシタを付加してさらに多数の電力レベルを提供することが可能である。バラストの電力リード線と、異なる値を有する２つのキャパシタの間に２つのリレーを接続する場合、リレーの一方または両方を選択することにより３つの電力レベル（電力０を１つの電力レベルと考えれば４つ）を提供できる。同じようにして、種々の異なる値を有する３つのキャパシタと３つのリレーのセットにより、電力０を１つのレベルと考えれば８つの電力レベルを提供できる。

ランプ４４−４９へ供給される電力を連続的に制御して電力設定の数を事実上無限にするのも望ましい。図５の回路の代わりに市販の種々の制御型蛍光バラストまたは電子バラストを用いて各ランプ４４−４９の給電を連続的または無限に制御することができる。

図５に示すランプ１１２、１１４は図２のランプ４４−４９の任意の２つである。ランプ４４及び４９を単一のバラストで駆動する場合、ランプ４４、４９が必要とされない動作条件下でバラストからの給電を完全に停止することができる。同様に、ランプ４５及び４８を同じバラストから給電するのが望ましい。何れの場合でも、図５に示す回路を３組用いると、１セット６個のランプ、例えば、図２のランプ４４−４９の各々に３つの選択可能な電力レベルを提供できる。図５のリレー１２０−１２２及び１３０−１３２は所望に応じて手動スイッチで制御することができるが、システムオペレータ及び／または印刷機コントローラへの接続により提供される入力に応じてコンピュータまたはプログラムされた論理アレイにより制御するのが好ましい。例えば、オペレータは特定の印刷ジョブの基板Ｓの幅及び各帯域に用いる紫外線インキ及び被膜のタイプ、カラー及び厚さを入力できる。これらの入力の一部は印刷機１２が使用するインキ溜め制御信号から自動的に供給するようにしてもよい。かかる入力に応答して、システムは適当なリレー１２０−１２２などを駆動することにより帯域５４−５９につきランプ４４−４９を必要に応じて適当な電力レベルに作動する。

紫外線硬化性インキ及び被膜の厚さとカラーは共に、完全な硬化を得るに必要な紫外線強度及び滞留時間を決定する。被膜は一般的に薄く、浮き汚れがあっても透明であるため、必要とする紫外線エネルギーは通常は少ない。紫外線インキは通常は不透明であり、被膜で覆われている場合は厚さを事実上増加しているため、基板まで硬化させるにはより多くの紫外線エネルギーを必要とする。所与の印刷ジョブでは、ランプ４４−４９は図２の帯域５４−５９のそれぞれに適用されるインキ及び被膜に応じて異なるレベルで給電することができる。例えば、帯域５５の紫外線硬化性材料だけが透明な紫外線被膜である場合、帯域５５を完全に硬化させるには最も低い電力レベルで十分である。帯域５６が黒い紫外線被膜または紫外線インキを含む場合、その領域には最高の電力レベルが必要である。また、被膜及びインキは基板Ｓの中間部よりも外側端縁部近くの方で厚くなる傾向があることが知られている。従って、基板Ｓの幅全体に同じ被膜を設けることが望ましい場合でも、通常は端縁部近くのランプを基板Ｓの中心近くよりも高い電力に設定にする必要がある。インキ溜め制御システムは通常は印刷機の適当な場所に適量の各カラーのインキ及び被膜を供給するように指示するため、１つの実施例では、これらの信号をプログラムされた論理アレイへの制御入力として使用して何れのランプ４４−４９を作動すべきか、そして何れの電力レベルを供給すべきかを選択することができる。

この実施例の利点を確保しながらランプ４４−４９の寸法、角度及び配置を多種多様に変化させることができる。さらに多くの、または少ないランプを用いてもよい。さらに長い、または短いランプを使用することが可能である。これらの変更の一部によると、硬化ユニット１０を取付けるための種々の空間を備えた種々の印刷機モデルへの硬化ユニット１０の使用が容易になる。これらの変更は所望の滞留時間に応じて行う場合があるが、これは紫外線硬化性被膜及びインキの種類及び印刷機の速度により左右されるであろう。これらの変更は、種々のタイプのランプが種々の異なる紫外線強度レベル及び種々の周波数を与えるため、紫外線源としての特定タイプのランプに応じて行うことができる。

上述した実施例は、公称４０インチの印刷幅を有する印刷機に６個の帯域を備えた紫外線硬化ユニットを提供する。この実施例は、８０インチまたは１１３インチまたはそれ以上のような他の公称印刷幅の印刷機（例えば、フレクソ印刷の幅は１３０インチもある場合がある）に使用するために容易に拡張できる。例えば、８０インチの印刷機では、プレート５２の幅を２倍にし、開口５５及びランプハウジング６８の数を倍増することができる。傾斜角度及びランプハウジング間の間隔を同じにすることができる。これは硬化ユニット１０のうちの２つのユニットを並置して用いることにより達成可能である。

一定幅の印刷機、例えばこの実施例の４０インチの印刷機ではランプの数を所望に応じて増減することが可能である。例えば、硬化ユニット１０に７番目のランプを付加するのが望ましい場合がある。これにより硬化ユニットから得られる紫外線の全エネルギーが増加する。傾斜角度を約２５度乃至２７度に減少し、ランプのハウジング６８間の間隔を減少してもよい。角度を減少すると基板Ｓ上の任意所与の点の滞留時間が増加し、その点へ送られる全エネルギーが増加する。同様に、ランプを５個だけ用いるのが望ましい場合、傾斜角度を約４０度に、ランプハウジング間の間隔を増加しても良い。

上述したように、この実施例の利点を確保しながら寸法、角度及び配置を種々の態様で変更することができる。例えば、直線状のランプ４４−４９を基板Ｓの搬送方向と整列させると硬化のための滞留時間が長くなるため、１２インチより長いランプを使用するのが望ましい場合がある。使用するランプの数が同じであれば、この変更により滞留時間を長くすることができる。長いランプを、上述の実施例の３３度より小さい角度だけ搬送路４２から傾斜させる。基板Ｓの幅全体にわたって均等な紫外線強度を得るためにランプの端部のオーバーラップがほぼ同じになるようにするべく小さい角度を選択することが可能である。しかしながら、１２インチよりも長いランプの場合、ランプの駆動に必要な電圧は６００ボルトより高くなるため、好ましい実施例の電気コンポーネント及び安全性の利点の一部が失われる可能性がある。

４０インチ幅の印刷機に少数の長いランプ、例えば１８インチのランプを５個この実施例とほぼ同じ角度だけ傾斜させて用いることも可能である。しかしながら、これにより多数の利点が失われる。帯域が少なくなるため不必要な帯域をオフにすることにより電力を節約しシステムコンポーネントへの紫外線の露光を減らす機会が減少するであろう。電圧を高くしなければならないかもしれない。実際は滞留時間は本質的に増加しないであろう。

特定のランプの傾斜角度は、基板Ｓの幅にわたり均等な露光を得るに必要な小さい値に選択するのが好ましい。最も小さい角度では所与の長さのランプの滞留時間は最長となる。４５度未満の角度では従来型横方向ランプに比べて滞留時間が実質的に増加する。そのため０と４５度の間の角度が好ましい。ランプをどのようにして傾斜するかは問題とならないはずであるため、好ましい角度はプラス４５度とマイナス４５度の間の値として表すことができる。任意所与の印刷機の好ましい角度は、印刷機基板の最大幅、所望の帯域の数、及び基板の幅にわたり均等な露光を与えるに十分なランプ端部のオーバーラップを与える特定の幾何学的関係に依存する。任意所与の長さのランプでは、これらのファクタを用い上述の実施例に鑑みて好ましい傾斜角度を選択することができる。図２の実施例ではランプの角度は約３３度である。７番目のランプを付加する場合の角度は約２６度に減少するであろう。従って、全て基板の搬送方向の何れかの側で測定して、角度を３５度未満にするのが好ましく、約２８度未満にするのがさらに好ましい。

この実施例では、紫外線硬化ユニット１０のうちの２つのユニットが４０インチ幅の印刷機に設けられている。２つのユニット１０は一方が他方の下流に位置するよう直列に配置されている。所与の印刷ジョブではただ１つのユニットへの給電が必要である。しかしながら、厚い、またはカラーの被膜または黒い紫外線インキを用いるジョブでは両方の硬化ユニットを使用する必要がある。直列の２つのユニットと、各ランプにつき３つの電力設定を有する図５のランプ給電系統を用いると、各硬化領域につき合計で６つの電力設定を事実上利用できる。ランプの給電に電子バラストまたは制御型蛍光バラストを用いる場合、連続的な制御が可能である。２つの硬化ユニット１０を直列で用いることにより、各帯域の滞留時間を、長い滞留時間を得ようとしてランプを長くした場合に必要となる高電圧のような問題点なしに増加することができる。

図６は、２つの硬化ユニット１０を同時に使用する限り紫外線ランプを基板搬送路の方向に傾斜なしに整列させることが可能な別の実施例を示す。このように整列させると所与の長さのランプにつき滞留時間が最長となる。図２に関連して上述したように、各ランプ４４−４９及び反射器７０は、開口５０の領域に少なくとも等しい基板の領域を実質的に均等に露光する。図示の構成によると、基板Ｓの全ての部分がランプハウジングのうちの１つのすぐ下方を確実に移動することになる。

図６は、基板Ｓが２つの硬化ユニット１４４及び１４６の下方を下から上へ移動する態様を示す。各硬化ユニット１４４、１４６はそれぞれ取付けプレート１５２、１５４の７個の開口１４８、１５０で表される。各開口の寸法は約３×１２インチである。各開口１４８、１５０の長手方向は基板Ｓの搬送方向１４２と整列関係にある。図２、３及び４に示すように、紫外線ランプ組立体は各開口１４８、１５０の上方に取付けられている。開口は基板Ｓにわたって横方向に約３インチだけ離隔されている。即ち、幅と間隔が同じである。開口１５０も同様に基板Ｓの横方向にわたって約３インチ離隔する関係にあるが、開口１４８とは同じ距離だけずれている。従って、開口１４８の端縁部が開口１５０の端縁部及び基板の搬送路方向１４２と整列する。硬化ユニット１４４及び１４６の組み合わせを用いると、各々が３インチ幅の１４個の別個に制御される帯域に分割された４２インチ幅にわたって均等な露光が得られる。これはこの実施例の基板Ｓの最大４０インチの幅をカバーする。図５の給電システムは、各帯域に３つの電力レベルを提供し、特定のジョブについて不要の場合は各領域をオフにすることができる。この図６の実施例は、プレート１５２、１５４の幅を増加してランプの数を増やし、硬化帯域の数及び露光可能な搬送路の幅を増加させるだけで任意所与の印刷機に容易に適用される。

上述の実施例の開発時に、ランプ組立体６８の間隔及び組立体が発生する紫外線パターンにつき幾つかの想定をした。最初に、隣接するランプ組立体６８間にはランプ交換、クリーニングなどのためにアクセスを行えるよう少なくとも約１インチの間隔が必要であると考えた。また、所望の紫外線強度は組立体６８のすぐ下方、即ち、図２の開口５０及び図６の開口１４８、１５０に対応する空間の上方にのみ得られるとも考えた。第１の実施例をテストして、少なくとも一部のランプ組立体では、開口５０よりも広い領域に高レベルの紫外線が得られることが判明した。また少なくとも一部のランプ組立体では、組立体を本質的に互いに接触関係で並置できることがわかった。

図７は、複数の直線状紫外線源が基板Ｓの搬送路に直接整列して配置される別の実施例を示す。この実施例では、鏡像関係にある硬化ユニット１６０及び１６２はそれぞれ６個のランプ組立体１６６及び１６８を有し、それらは図３の組立体６８と同じでよい。これらのユニット１６０、１６２は基板Ｓの中心線１７０で出会うように互いに隣接配置されている。各ランプ組立体１６６、１６８は上述の実施例に示したように開口の上に配置される。この実施例において、開口は８分の１インチだけ分離することができる。この間隔により隣接するランプ組立体１６６、１６８は本質的に互いに接触する状態で配置される。硬化ユニット１６０は組立体１６６に冷却空気を与える２つの空気マニホルド１７２、１７４を有する。迅速接続ブロック１７６及び１７８は、他の実施例につき上述したと同じ態様でランプ組立体１６６に対する電気接続及び空気接続を行うために設けられている。同様に、硬化ユニット１６２は空気マニホルド１８０、１８２と隣接接続ブロック１８４、１８６を有する。

ランプ組立体１６６及び１６８は、これらのランプ組立体より広い基板Ｓの領域にわたり紫外線を良好に露光する。ランプ組立体１６６、１６８のオーバーラップする紫外線パターンにより、基板Ｓが図７の実施例の下方を移動するとその基板の幅全体にわたって均等な紫外線が露光される。図７に示す構成によると、硬化ユニット１６０、１６２は最大４０インチ幅の基板Ｓを紫外線により硬化することができる。この実施例において、最も外側のランプの中心間の間隔は約４０インチであるため、それらのランプの中心を４０インチの基板Ｓの端縁部に合わせる。それにより、この基板の幅にわたって１２個の硬化帯域が得られる。図５の給電回路によると、各帯域は３つの異なる電力レベルを有する。変形した回路または電子バラストを用いると、さらに多い電力レベルまたは連続的に変化可能な電力レベルが各帯域に提供される。

上述したように、均等な被膜が望ましい場合でも被膜及びインキを基板Ｓの中心よりも端縁部近くで厚くするのが一般的である。図７の実施例は、基板Ｓにわたって最大数の硬化帯域を提供するが、必要な硬化を得るために約３インチの増分でランプ強度を基板Ｓにわたって調整することができる。即ち、端縁部近くのランプを最高電力レベルにすると共に中心付近のランプを低い電力レベルにすることができる。この実施例はまた、印刷機の能力と比べて幅の狭い、例えば、この実施例では４０インチ未満の印刷基板Ｓについては大きな柔軟性を提供する。即ち、外側のランプを約３インチの増分でオフにすることにより、電力を節約し、幅狭の基板Ｓの印刷時における印刷機の損傷を回避することができる。

図７の２つの硬化ユニット１６０、１６２は、所望に応じて１つのユニット、即ち、１つの取付けプレート上に組立てることが可能である。しかしながら、かかるユニットは１人の人間が安全に操作するのが困難なサイズ及び／または重量となるであろう。このようにしても本発明の利点の多くを確保できるが、印刷機への紫外線硬化ユニットの迅速且つ容易な取付けまた取外し能力である本発明の１つの望ましい特徴を失うことになるであろう。その結果、約７個以上のランプ組立体を備えた硬化ユニットでは、紫外線硬化ユニットを２またはそれ以上の部分に分けて組立て、それらを印刷機に並置関係に取付けて所望の硬化幅を得るようにするのが好ましい。

本発明の動作を図４の実施例に関連して説明するが、他の任意の実施例も利用できることを了解されたい。少なくとも１つの硬化ユニット１０を図１に示すように印刷機に取付ける。図５に示すように給電及び制御ユニットを電気的に接続する。図４に示すように、カップリング９４、９６の１つに空気送風機または吸引ラインを接続する。ランプ４４−４９の冷却空気をろ過して、冷却フィン８２が詰まるのを回避するのが好ましい。圧縮空気源を冷却管７６に接続する。ランプ４４−４９を給電する前に空気供給源を作動する必要がある。所与の印刷ジョブでは印刷基板Ｓの幅をチェックする。４０インチ未満であれば、ランプ４４−４９の必要なものだけに給電して基板Ｓの幅にわたり紫外線硬化が行えるようにする。透明な紫外線被膜についてのみ硬化が必要であれば、選択したランプへの電力を低または中位レベルに設定する。所望であれば、熱乾燥機３８及び初段紫外線ランプ４４を取付けて作動させる。その後、印刷機１２を作動させてシートフィーダー１６からの基板Ｓに印刷を行った後、コンベア３０上を移動するにつれて乾燥及び硬化させ、最後に配送スタッカー１８に積み重ねる。

本発明の紫外線硬化ユニットは上述したようにステーション間の位置に取付けて作動することも可能である。場所の変更以外に、ユニットをそれらを配送コンベアシステムに取付ける時と同じ態様で取付け作動させることができる。

本発明を特定の装置及び使用方法に関して図示説明したが、頭書の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内において図示したものを等価的な部品で置き換え、また他の変更を行えることが明らかである。

本発明の一実施例において紫外線硬化ユニット及び赤外線乾燥ユニットが取付けられた多色オフセット回転式印刷機の概略的な側立面図である。 本発明の紫外線硬化ユニットの紫外線ランプ及び紫外線ユニットの下方を通過する印刷済み基板を示す上面図である。 好ましい実施例の紫外線硬化ユニットの一部を形成する直線状ランプ、反射器及び熱シンクを含む紫外線ランプ組立体を示す断面図である。 本発明による組立て済み紫外線硬化ユニットを示す斜視図である。 本発明による紫外線硬化ユニットに電力を供給する電源の一部及び制御システムを示す概略図である 本発明による紫外線硬化ユニットの別の実施例及び硬化ユニットの下方を通過する印刷済み基板を示す上面図である。 本発明による紫外線硬化ユニットのさらに別の実施例及び硬化ユニットの下方を通過する印刷済み基板を示す上面図である。

Claims (34)

1. 基板搬送路を有する印刷機用帯域紫外線硬化装置であって、複数の直線状紫外線放射手段が、基板搬送路にほぼ整列し、搬送路にわたり横方向に離隔して、紫外線を搬送路を横切る複数の硬化帯域上に放射するように配置されている帯域紫外線硬化装置。
2. 電源出力が各紫外線放射手段に別個に結合された請求項１の帯域紫外線硬化装置。
3. コネクタブロックが硬化装置に取り付けられ、１つの電気ソケットが各放射手段の各端部に接続されているため、電源出力の放射手段への電気的な接続及び切り離しを迅速に行うことができる請求項２の帯域紫外線硬化装置。
4. 複数の紫外線放射手段に電力を選択的に供給するために電源に結合された制御ユニットをさらに備えた請求項２の帯域紫外線硬化装置。
5. 紫外線放射手段は中心軸が基板搬送路にほぼ整列する管状ランプより成る請求項１の帯域紫外線硬化装置。
6. ランプの中心軸は、搬送路上を移動する基板の実質的に全ての部分が少なくとも１つのランプの少なくとも一部のすぐ下方を通過するように搬送路に関して傾斜している請求項５の帯域紫外線硬化装置。
7. ランプの中心軸は搬送路に関して４５度未満の角度に傾斜している請求項６の帯域紫外線硬化装置。
8. ランプの中心軸は搬送路に関して３５度未満の角度に傾斜している請求項６の帯域紫外線硬化装置。
9. ランプの中心軸は搬送路に関して２８度未満の角度に傾斜している請求項６の帯域紫外線硬化装置。
10. 紫外線放射手段は水銀蒸気ランプである請求項５の帯域紫外線硬化装置。
11. 電源は各紫外線放射手段に可変の電力レベルを与える請求項４の帯域紫外線硬化装置。
12. 制御ユニットは各紫外線放射手段に可変レベルの電力を選択的に供給する請求項１１の帯域紫外線硬化装置。
13. 電源は各紫外線放射手段に３つの電力レベルを提供する請求項１１の帯域紫外線硬化装置。
14. 複数の紫外線放射手段の上流において搬送路を横切るように配置された初段の紫外線ランプを備えて成る請求項１の帯域紫外線硬化装置。
15. 複数の紫外線放射手段の上流において搬送路を横切るように配置された加熱手段を備えて成る請求項１の帯域紫外線硬化装置。
16. 加熱手段は搬送路上の基板を所定の温度に加熱する赤外線加熱ランプ及び制御手段より成る請求項１５の帯域紫外線硬化装置。
17. 各紫外線放射手段は、
    管状ランプと、
    ランプの上方に配置されたほぼ半円筒形の反射器とより成り、
    反射器はほぼ矩形の開口を有し、
    ランプは紫外線を開口を介して実質的に均等に差し向けるように反射器内に配置されている請求項１の帯域紫外線硬化装置。
18. 各紫外線放射手段は、内側表面が半円筒形の反射器に一致し、外側表面が熱伝達フィンを有する熱シンクを備えて成る請求項１７の帯域紫外線硬化装置。
19. 各紫外線放出手段はさらに、熱シンク上に支持されて空気流を熱伝達フィン上に差し向ける流路を提供する空気導管を備えて成る請求項１８の帯域紫外線硬化装置。
20. 各空気導管の第１の端部に接続された第１の空気マニホルドと、
    各空気導管の第２の端部に接続された第の空気マニホルドと、
    第１及び第２の空気マニホルドの少なくとも１つに接続され、空気導管を介し熱伝達フィン上に空気を流す空気源とより成る請求項１９の帯域紫外線硬化装置。
21. 開口は、搬送路上を移動する基板の実質的に全ての部分が少なくとも１つの開口の少なくとも一部のすぐ下方を通過するように搬送路に関して傾斜している請求項１７の帯域紫外線硬化装置。
22. 硬化装置は各々の中心軸が搬送路に実質的に整列する搬送路にわたって離隔配置された２列の放射手段より成り、
    第１列の放射手段は互いに開口の幅だけ離隔しており、
    第２列の放射手段は互いに開口の幅だけ離隔しており、
    第１列の開口は第２列の開口から開口の幅だけ横方向にずれている請求項１の帯域紫外線硬化装置。
23. 硬化装置は各々の中心軸が搬送路にほぼ整列する搬送路にわたって離隔配置された１列の放射手段より成り、
    放射手段は各々の放射手段からの光が隣接する放射手段からの光とオーバーラップするように間隔が小さい請求項１の帯域紫外線硬化装置。
24. 管状ランプの公称長さは約１２インチである請求項５の帯域紫外線硬化装置。
25. 加圧空気源が各管状ランプにわたって空気流を流すように配置されているため、ランプが脱勢されると冷却が加速されて再開始時間が短縮する請求項２４の帯域紫外線硬化装置。
26. １つの空気流ソケットが各放射手段に接続されたコネクタブロックがさらに硬化装置に取り付けられているため、加圧空気源の放射手段への接続及び切り離しを迅速に行うことができる請求項２５の帯域紫外線硬化装置。
27. 少なくとも１つの取手が紫外線硬化装置に取り付けられているため、装置を印刷機に手動で取り付けたり取り外したりすることができる請求項１の帯域紫外線硬化装置。
28. 印刷機の搬送路上を移動する基板上の紫外線硬化性インキ及び被膜を硬化させる方法であって、
    複数の直線状紫外線放射手段を搬送路にほぼ整列した状態で搬送路にわたって横方向に離隔するように配置し、
    印刷済み基板が通過する放射手段の部分に電力を供給するステップより成る硬化方法。
29. 各放射手段に供給される電力を各手段を通過する基板の部分の上の紫外線硬化性材料の厚さに応じて調節するステップをさらに含む請求項２８の方法。
30. 各放射手段に供給される電力を各手段を通過する基板の部分の上の紫外線硬化性材料のカラーに応じて調節するステップをさらに含む請求項２８の方法。
31. 空気流を各放射手段の方へ差し向けるステップをさらに含む請求項２８の方法。
32. 基板上の紫外線硬化性材料を紫外線放射手段を通過する前に加熱するステップをさらに含む請求項２８の方法。
33. 紫外線硬化性材料を所定の温度に加熱するステップをさらに含む請求項３２の方法。
34. 横方向の直線状紫外線放射手段を複数の放射手段から上流の位置に基板の搬送路を横切るように配置し、
    横方向の放射手段へ電力を供給して基板上の紫外線硬化材料の硬化を開始させる請求項２８の方法。

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