COPAS DE TINTA PARA MAQUINAS IMPRESORAS DE COJÍN Campo de la Invención La presente invención está dirigida a las copas de tinta utilizadas en maquinas impresoras de cojín. Antecedentes de la Invención Las máquinas impresoras de cojín con copas de tinta selladas comprenden una copa de tinta que está apoyada de forma inversa con una superficie de extremo selladora y niveladora de la misma en colindancia con un bloque o "cliché" que está montado en una manera reciprocante para transferir la tinta en un patrón predeterminado hacia un cojín de impresión. La copa de tinta incluye una superficie anular, la cual puede ser una parte integral de la copa, o alternativamente, un anillo por separado, que sirve como un sello deslizante entre la copa de tinta y el cliché y como una navaja o "cuchilla" niveladora para asegurar que solamente las porciones gravadas del cliché lleven tinta al lado de toma de tinta del cojín de impresión. Las Patentes de los Estados Unidos con Nos.
4,557,195 y 4,905,594 revelan ejemplos de las máquinas anteriores y sus revelaciones se incorporan a la presente a través de esta referencia. Para asegurar la calidad de impresión con las impresoras de cojín, es importante que la cuchilla niveladora de la copa de tinta raspe o barra de forma confiable de la placa del cliché toda la tinta que no esté dentro los rebajos de grabado. Consistentemente se han presentado problemas para obtener una acción de limpieza por barrido. Para obtener y mantener una acción de sellado y barrido, los elementos niveladores están formados típicamente de un material muy duro, como el carburo, la cerámica, el acero de alta velocidad u otro metal duro, y se les ha dado un acabado para obtener una superficie plana muy precisa, como a través de pulido. Por ejemplo, la Patente E.U. No. 4,557,195 antes mencionada, describe la utilización de los materiales duros para formar las superficies finales de contacto de las copas de tinta, por lo menos en las áreas que dan servicio a una función de barrido. Una sugerencia adicional hecha en ese documento es que puede ser posible utilizar partes elásticas hechas de metal o de plástico para las porciones laterales de superficies rectangulares extremas de la copa, que se extienden paralelas en dirección de desplazamiento y no tienen una función de barrido, si no que solamente sirven para la función de faldón sellador en una área no grabada. Muchos clichés están hechos de metal, particularmente para la reproducción en un volumen alto de la misma imagen. Sin embargo, los clichés que tienen una superficie plástica de grabado, por ejemplo un material de polímero fotosensible, han ganado un amplio uso debido a que generalmente éstos son menos caros para producir grabados que los clichés que utilizan superficies metálicas de grabado. Las superficies plásticas de grabado pueden ser provistas al utilizar una placa o un bloque básicos de soporte, como de metal, con una superficie de grabado formada por una capa, un laminado o un recubrimiento de un polímero fotosensible, o puede constituir una placa o un bloque entero de este material de polímero. Sin embargo, las superficies plásticas de grabado tienden a desgastarse más rápidamente que el metal o que los clichés con superficie de metal. Por esta razón, los clichés con superficies plásticas de grabado se han utilizado primariamente para corridas de producción relativamente cortas. Las copas de tinta se forman generalmente de metales como el aluminio, el acero o los plásticos. La porción niveladora de la copa ordinariamente está construida de acero de carburo. La Patente estadounidense No. 5,662,041 revela una copa de tinta donde la porción niveladora está formada de un material polimérico, como un compuesto polimérico que contiene poliarilétercetona y fibras de carbono impregnadas con un lubricante sólido. Las copas de tinta, la porción niveladora y por extensión, el (los) material (es) de los que está construida, deben exhibir ciertas propiedades físicas. Deben ser resistentes químicamente a los componentes de la tinta, particularmente los ésters bibásicos y los hidrocarburos aromáticos. Estos también deben ser suficientemente fuertes y rígidos en vista del ambiente operativo demandante. Además los materiales utilizados para construir la porción niveladora deben ser resistentes al desgaste, ya que la porción niveladora barre repetidamente el cliché durante la operación. Sumario de la Invención Un objetivo de esta invención es el de proveer una copa de tinta mejorada para máquinas de impresión de cojín que está formada de materiales plásticos. Un objetivo adicional de la invención es el de proveer una copa de tinta en el que la porción niveladora de la copa de tinta está formada de material plástico . Un objetivo adicional de la invención es el de proveer una navaja niveladora formada de material plástico que provee la resistencia química necesaria para soportar los efectos adversos de la exposición a los esteres bibásicos e hidrocarburos aromáticos que se encuentran presentes en las tintas. Es además otro objetivo de la invención el de proveer una navaja niveladora formada de un material plástico que es suficientemente rígida y fuerte para soportar las condiciones del medio operativo. Es además otro objetivo de la invención el de proveer una navaja niveladora formada de un material plástico que es suficientemente resistente al desgaste. Otro objetivo adicional de la invención es el de proveer copas para tinta con superficies de una navaja niveladora mejorada en las máquinas impresoras de cojín. Es otro objetivo de esta invención hacia todas las copas de tinta plásticas donde la copa de tinta y la porción niveladora están construidas de materiales plásticos . Se ha encontrado que la porción niveladora de la copa parta tinta de un dispositivo de impresión con cojín, puede formarse de materiales plásticos que exhiben la resistencia química y la rigidez requeridas, con ahorros de costos significativos, cuando se compara con las copas que tienen porciones niveladoras de metal. Esto es, el anillo de acero de carburo que se utiliza primariamente como la porción niveladora de la copa es muy cara y de hecho contabiliza la mayor cantidad de los costos de construcción. Correspondientemente, la copa de tinta que tiene una porción niveladora de plástico, disponible con un costo reducido, que tiene la capacidad de operar en el mismo ambiente que la copa para tinta con una porción niveladora de metal, ofrece una ventaja significativa sobre las copas de la tecnología anterior. Cuando se utilizan las porciones niveladoras de plástico, los materiales de plástico derretido llenan el espacio donde el anillo de acero de carburo no podría insertarse de otra forma dentro de la copa para tinta. Es así como, en cualquier material polimérico que se utilice como la porción niveladora debe ser moldeable por inyección y maquinable a tolerancias ajustadas. La porción niveladora preferentemente se forma de un compuesto polimérico que tiene una fuerza compresiva alta y una alta resistencia a los químicos, particularmente las tintas para impresión. La porción niveladora polimérica debe definir una superficie angosta del extremo distante que circunscribe el extremo abierto de la copa para un deslizamiento compresivo, sellante y un acoplamiento nivelador con una superficie plástica de grabado opuesta. La porción niveladora puede ser un elemento de anillo por separado adecuadamente montado en el extremo abierto del cuerpo de la copa o puede ser una parte unitaria de la copa. Se ha encontrado que se presenta un poco de desgaste en el extremo distante, y que la confiabilidad para obtener una nivelación limpia de la superficie de grabado disminuye significativamente en las máquinas actuales cuando el ancho de la punta se incrementa más allá de 0.07 mm (0.03 pulgadas) . Es benéfico formar esta porción de contacto con una sección cruzada ahusada angosta, como, solamente para propósitos de ejemplo, con un ancho de punta inicial del orden de 0.038 mm (0.015 pulgadas) y ahusando hasta aproximadamente 0.053 mm (0.021 pulgadas) dentro del rango de desgaste anticipado. Un material específico que se prefiere para formar una porción niveladora es un compuesto de polímero de 65% mineral y sulfuro de polifenileno cargado con vidrio, disponible con GE Plastics,
Pittsfield MA., bajo el nombre comercial de SUPEC G323.
Otros materiales adecuados para la copa de plástico incluyen un 60% de 6, 6 de nylon cargado con cerámica
(disponible con LNP Engineering Plastics, Inc. Exton PA, bajo la designación de LSG440) , poliamidas rellenas como PA 6 o PA 6 , 6 u otras poliamidas, poliésteres rellenos, como poli (etileno tereftalato) o poli (butileno tereftalato), poliétercetona rellena o no rellena (PEEK) , acetal relleno, óxido de polifenileno relleno o no relleno, poliarilimida rellena o no rellena (PAI) , poliétersulfonado (PES) y materiales de fraguado térmico, como los fenólicos o los poliésteres.
Estos polímeros puede o no contener rellenadores . Los rellenadores adecuados incluyen el vidrio, el mineral, la fibra de carbono, Wolastonita, mica y talco escamoso . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista lateral de la sección de la impresora de una máquina impresora con cojín. La Figura 2 es una vista vertical, parcialmente en sección, tomada generalmente a lo largo de la línea punteada 2-2 de la Figura 1. La Figura 3 es una vista del aparato de la
Figura 1 con el cliché y el cojín de impresión avanzando hacia sus posiciones de transferencia de impresión. La Figura 4 es una vista seccional diametral alargada de una copa de tinta y un cliché colindante como en la Figura 2. La Figura 5 es una vista alargada en perspectiva de un anillo nivelador como en la Figura 4. La Figura 6 es una vista similar al a Figura 4 ilustrando otra forma de realización que emplea las técnicas de esta invención, tal como en una copa para tinta donde la porción de anillo nivelador se forma integral con el cuerpo principal de la copa. La Figura 7 es una vista seccional de una forma de realización alternativa de la presente invención. DESCRIPCIÓN DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN DE PREFERENCIA Los dibujos ilustran los componentes de retén y transferencia de tinta de la máquina impresora de tipo de cojín 10. La máquina incluye una estructura de soporte de la cual las porciones ilustradas incluyen una base 12 y una porción de estructura superior 14 los cuales ambos son componentes de un marco de estructura correcta para estas máquinas, como se conoce en esta tecnología. Se monta una placa de grabado plana 16 adecuadamente en el lecho de la placa para obtener una reciprocación entre una posición de entintado retractada como en la Figura 1 y una posición de transferencia extendida como se ve en la Figura 3.
Esta placa, también se conoce comúnmente como un cliché que puede ser de cualquier material adecuado, típicamente metal, plástico o una combinación de esto y normalmente es un foto grabado en la superficie superior de grabado 17 con el texto, el logotipo u otro patrón que se imprima a través de la operación de la máquina 10. En la máquina 10 la superficie de grabado 17 es la superficie superior de una capa no metálica, preferentemente una capa de plástico 16A que conduce la imagen grabada de una manera conocida, ver la Figura 4. Preferentemente, esta es una paca delgada de un polímero fotorreactivo que se aplica a la superficie superior de un cuerpo de bloque de impresión 16B de otro material como una fijación de la hoja o recubrimiento 16A del polímero fotosensible hacia un bloque de impresión de base 16B formado de metal o un material similar. Sin embargo, la superficie de grabado 17 también puede ser una parte integral de un bloque de impresión formado de un material de polímero correcto . Los materiales de grabado de polímero correctos y los productos comerciales para proveer la superficie plástica de grabado 17 son conocidos. Por ejemplo, éstos incluyen placas y laminados hechos de diversos polímeros denominados fotosensibles o fotorreactivos actualmente disponibles en el mercado, como los materiales fotopolímeros de poliamidas. Además, éstos pueden ser del tipo lavable con agua, como las placas "nyloprint" y el "nylograv" disponibles con BASF Lacke + Farben AG de Stuttgart, Alemania, o de los tipos de lavado con alcohol, como el material "ST-52" disponible con la misma compañía. Se monta un cojín de trasferencia 18 con una configuración correcta sobre una varilla de soporte 20 para obtener un movimiento reciprocante vertical correcto. Con el cliché 16 extendido, se presiona el cojín 18 contra el área grabada del cliché como en la Figura 3 para recibir el patrón de tinta desde ahí y después se reacciona hacia arriba. Mientras que el cliché es reaccionado subsecuentemente como en la Figura 1 para volver a entintar, el cojín 18 se avanza contra un objeto recipiente para transferir el patrón de tinta a esto, en una manera conocida a través de un mecanismo de impulsión coordinado. Se monta una copa de tinta 22 sobre el cliché para servir como un depósito para la tinta de impresión. La copa tiene un fondo abierto para tener libre acceso de la tinta a la superficie superior 17 del cliché y tiene una porción de anillo de navaja o
"cuchilla" niveladora 24 alrededor de su extremo inferior abierto. Esta cuchilla 24 debe mantenerse en contacto continuo y constante con la superficie adyacente 17 del cliché en todo momento para formar un sello para retener el suministro de tinta en la copa 22 y raspar la superficie 17 limpiando toda la tinta en el mismo, mientras que el cliché avanza desde la posición de carga de la Figura 1 hacia la posición de transferencia de la Figura 3, excepto únicamente para que la tinta en las depresiones grabadas o formadas de otra manera en la superficie superior 17 defina el patrón de impresión. La porción de la navaja 24 puede ser parte de la misma copa o un elemento por separado adherido adecuadamente al extremo inferior de la copa. En cualquier caso, la navaja niveladora presenta una superficie muy angosta en el extremo distante 25 contra el cliché y está sujeto a una acción de barrido continua contra el cliché al tiempo en el que el cliché es reciprocado. El anillo de la navaja 24 se forma de un plástico que tenga una fuerza de compresión alta, proveyendo así una porción de borde niveladora inferior firme de plástico. El anillo de la navaja también debe exhibir una resistencia química adecuada para los ingredientes de la tinta, como los esteres bibásicos. La superficie extrema de contacto 25 del anillo de la cuchilla y la superficie superior 17 del cliché deben estar formadas de forma precisa y deben mantenerse en un acoplamiento colindante compresivo adecuado entre sí a través de la longitud de la navaja de la cuchilla, es decir a través de la circunferencia del anillo. Las desviaciones ligeras en cualquiera de las superficies entre sí, en el orden de algunas mieras, o aun variaciones en la fuerza de compresión entre las dos superficies a lo largo de diferentes porciones de la circunferencia del anillo, pueden causar fugas de tinta, o dejar una película de tinta en áreas no deseadas de las porciones expuestas del cliché (algunas veces referidas como " nebuloso") y/o causar rayones y otros patrones de desgaste indeseables en el cliché y/o en el anillo nivelador que pueden afectar adversamente la vida útil de los clichés y los anillos relativamente caros. Es así como, es altamente deseable que se mantenga una presión de contacto íntima pero uniforme entre el anillo y la superficie de grabado del cliché. Se provee una manija de ajuste 26 en el frente del aparato para ajustar la longitud efectiva de la varilla de soporte. Se provee un tapón rellenador removible en el extremo superior de la copa para tinta.
La copa 22 también incluye una brida anular 34, como se provee típicamente de forma adyacente al extremo abierto inferior de estas copas. Para hacer que el mecanismo mantenga la copa en posición con la navaja niveladora 24 en un acoplamiento continuo deseable con el cliché 16 incluye: Un collarín de empuje 36 que se ajusta en relación superpuesta sobre la brida 34, en el cual el collarín 36 es montado con movimiento de pivoteo en costados diametralmente opuestos a través de un par de mecanismos de interconexión 40a y 40b para tener un movimiento con pivoteo alrededor de un eje "X" que está paralelo a la superficie 17 y perpendicular a la trayectoria reciprocante del cliché, y, una estructura de cojinete para aplicar fuerzas externas hacia abajo hacia el collarín de empuje 35 y de esta manera hacia la copa 22 tiene un diseño que asegura que estas fuerzas se aplican al collarín en los puntos espaciados hacia delante y hacia atrás del eje X del pivote transversal (ver Figura 3) y no directamente sobre el eje del pivote, para proveer una acción de restricción o de rigidez que resiste las tendencias a balancearse hacia delante y hacia atrás de la copa mientras que el cliché tiene un movimiento reciprocante. Las fuerzas de presión hacia abajo se aplican a los componentes del soporte de la copa a través de un par de varillas de presión 58a, 58b, se están dispuestas en paralelo, en arreglos hacia arriba sobre ésta. Se permite movimientos ligeros verticales relativos entre las dos varillas de presión y por lo tanto entre los dos costados del collarín 26 para permitir el ajuste de balance del collarín y por lo tanto de la copa 22, transversalmente del eje horizontal longitudinal central que está generalmente paralelo a la dirección de reciprocación del cliché y ortogonal al eje X antes mencionado. En este extremo, las varillas de presión 58a y 58b se montan para obtener un movimiento vertical en la porción del marco de la máquina 14. Se monta una placa de presión 68 en los extremos superiores de estas dos varillas 58a y 58b. Un par de resortes de compresión 70a, 70b enganchan los extremos superiores de las varillas respectivas 58a, 58b y tienen extremos superiores confinados por los mecanismos de tornillo 72a, 72b de tensión ajustable respectiva que están apoyados en la placa de resorte superior 74 que está fija al marco de la máquina 14. La fuerza de compresión aplicada por cada uno de los resortes 70a y 70b pueden ajustarse, de tal manera a través de ajuste con rosca de las tuercas de montura respectivas mostradas en 76a, 76b. En una forma de realización de preferencia, la copa 22 está formada de un material plástico duro que provee una resistencia química adecuada para soportar los ingredientes de la tinta, como el poli (butileno tereftalato) , o cualquier otro material descrito en esta especificación de patente. El material puede ser el producto UHMW PE TIVAR® 1000. Sin embargo, los beneficios de esta invención son realizables con copas formadas de otros materiales, como el aluminio, el acero u otros metales. Cambiando ahora particularmente a las Figuras 4 - 6, la porción del anillo nivelador 24 de la copa 22 es un anillo continuo por separado que se ajusta forzadamente dentro de una ranura 42 en la cara del extremo distante 43 del cuerpo de la copa 44. El anillo incluye una porción de base generalmente rectangular 45 que se ajusta dentro de la ranura 42 en una porción ahusada del extremo 46 que se hace angosta desde la porción de la base hasta un borde distante angosto o la superficie de extremo 25 que constituye la superficie niveladora. Cuando se instala el anillo 24, en el cuerpo de la copa 44, como en la Figura 4, define y circunscribe el extremo abierto de la copa para tinta 22. El anillo 24 se forma de un compuesto polimérico que tiene una alta fuerza de compresión, por ejemplo, superior a alrededor de 30,000 psi a temperaturas inferiores a alrededor de 148°C (300°F), y hasta el orden de 21,70 psi e inferior a 37.7°C (100°F), es decir a temperatura ambiente. El compuesto polimérico también tiene una alta resistencia química, al mismo tiempo que también tiene una buena resistencia al desgaste, mientras se renueva continuamente su superficie. En un ejemplo, los inventores encontraron que el ancho de la punta solamente se degrado ligeramente, del ancho inicial de 0.038 mm (0.015") a 0.053 (0.021"). Esto es, que la superficie niveladora del extremo distante tiene un desgaste lento mientras que sirve la función niveladora contra una superficie de grabado colindante y reciprocante, mientras que la superficie del borde de la navaja se renueva a si misma continuamente. Aparenta ser que la provisión de una superficie angosta del extremo es importante para obtener un barrido limpio consistente o "nivelador" para retirar de la superficie 17 toda la tinta excepto la que se encuentra en las ranuras grabadas que definen el patrón de impresión deseado con fuerzas hacia abajo normalmente aplicadas a las copas 22 en los tipos de máquinas descritos. La Figura 6 ilustra una forma de realización alternativa de una copa de tinta 22A en la cual la porción del anillo nivelador 24A está integrado al cuerpo de la copa 44A. Esta copa puede ser provista al moldear la copa y el anillo como una estructura unitaria o a través de maquinarla a su forma final desde un molde o un vaciado en un molde de materiales correctos como se describe en las especificaciones de esta patente con respecto a la porción del anillo 24. Alternativamente, se puede fabricar una unidad integral 24A a través de moldeo por fusión o "soldadura", utilizando los materiales para la porción del anillo nivelador y un material diferente pero compatible para la porción del cuerpo de la copa. La porción niveladora 24 se puede fabricar de un compuesto de polímero de un 65% mineral y sulfuro de polifenileno cargado con vidrio, disponible con GE Plastics, Pittsfield MA, bajo la marca comercial de SUPEC G 323. Otros materiales adecuados incluyen un 60% de 6, 6 nylon cargado de cerámica (disponible con LNP Engineering Plastics, Inc. Exton PA, bajo la designación de LSG440), poliamidas rellenas, como PA 6 o PA 6,6 y otras poliamidas, poliésteres rellenos como poli (etileno tereftalato) o poli (butileno tereftalato) , poliétercetona rellena o sin relleno
(PEEK), acetal relleno, óxido de polifenileno relleno o no relleno, poliarilimida rellena o sin relleno (PAI) poliétersulfona rellena o sin relleno (PES) y materiales de fraguado térmico, como fenólicos o poliésteres. Estos polímeros pueden contener rellenadores o no pueden contener rellenadores. Los rellenadores adecuados incluyen el vidrio, el mineral, la fibra de carbono, la Wollas tonita, la mica, y talco escamado. Dependiendo del material polimérico que se utilice, los rellenadores puede proveer realmente un refuerzo, mejorando la fuerza del compuesto relativo al material de polímero cuando no contienen el material de refuerzo . Como un ejemplo en particular, los anillos circulares 24 han sido maquinados -a partir de cilindros del material antes mencionado. Estos anillos tenían un diámetro exterior de 65 mm y un diámetro interior de 60 mm, dando como resultado una anchura de anillo (medida radialmente del anillo) de 2.5 mm a través de la porción de la base 45, una profundidad axial total del anillo del orden de 6 mm, una profundidad de la porción de la base rectangular 45 del orden de 2 mm, una profundidad de la porción ahusada 46 del orden den 4 mm, y una anchura radial inicial de la superficie del extremo 25 del orden de 0.05 mm. Estos anillos han funcionado muy bien hasta que el ancho de la superficie de contacto se incrementó hasta el punto en el que la
"nebulosidad" empezó a aparecer en la superficie de grabado, aparentemente debido a la hidroplaneación en lugar del acoplamiento de barrido limpie en la superficie del extremo. Con estos anillos en particular, operados con fuerzas de presión hacia abajo típicas para estas máquinas, esta nebulosidad tendió a ocurrir cuando la superficie del extremo 25 se desgastaba hasta una anchura radial del orden de 0.6 mm, teniendo una anchura inicial de 0.3 mm. El sellado inicial y la acción de barrido de las porciones niveladoras como se describe en este documento mejora durante el uso inicial, aparentemente debido a una acción de lapeado automático contra la superficie plástica de grabado colindante y reciprocante. Se ha encontrado que la tasa rotatoria 22 varía periódicamente su posición rotatoria relativa a la dirección de reciprocación del cliché, por ejemplo, después algunos miles de ciclos de impresión, ayuda a asegurar un desgaste uniforme de la porción niveladora y la superficie de grabado mientras mantienen la acción de sellado y de barrido limpio en la superficie de grabado. Los anillos como se describen en la presente están provistos de una operación limpia niveladora de las superficies plásticas de grabado sobre la ampliación de las vidas funcionales de las imágenes plásticas, es decir, al proveer incrementos substanciales en el número de ciclos de impresión útiles obtenidas de cada una de las placas plásticas de grabado comparadas con la utilización de anillos niveladores de metal o de placas de grabado hechas de los mismos materiales plásticos. La Figura 7 muestra una forma de realización alternativa donde el tambor 80 del cliché y el cojín 82 de transferencia tienen una forma cilindrica. El depósito de tinta 84 con tapa 85 está dimensionado con una abertura 86 dentro de la cual el tambor del cliché se ajusta contra los bordes 88 de la abertura. Las navajas niveladoras 90 tienen porciones niveladoras 92 que están colindantes con el tambor del cliché 80 y los bordes del depósito 88. Las porciones niveladoras 92 son ahusadas para desempeñar la función niveladora contra el cojín de transferencia 82 colindante y rotatorio que tiene la superficie de grabado 94. El extremo angosto de la superficie de las porciones niveladoras 92 provee un barrido limpio, consistente, o una nivelación que retira toda la tinta de la superficie del tambor del cliché 80 excepto que está en las ranuras grabadas del tambor del cliché 80.
EJEMPLO Se moldearon una copa para tinta y una porción niveladora de 65% mineral y sulfuro de polifenileno cargado con vidrio, disponible con GE Plastics, Pittsfield MA, bajo la marca comercial de SUPEC G 323. Durante el moldeo, no se utilizó el inserto de la porción niveladora de acero de carburo. El compuesto polimérico llenó el espacio donde estaría el inserto, formando así la porción . niveladora en la forma de anillo. El borde del anillo fue maquinada con dimensiones específicas. Se probó la copa para tinta en - cuanto al desempeño de nivelación, Se encontró que se llevaba la tinta a un cliché de acero durante 495,000 ciclos. Además se probó la copa para tinta para ver la forma en la que llevaba la tinta a una placa polimérica grabada y se encontró que llevaba más de 262,000 ciclos antes de que la placa polimérica se desgastara. Se noto que en cada instancia, la copa para tinta formada del compuesto PPS exhibía una buena resistencia química a los componentes de las tintas para impresión con cojín.