Brevet FR2660242A1 — publié le 19911004

Dispositif émetteur de rayonnement pour sécher et/ou durcir des encres et/ou des vernis dans des machines d'impression La présente invention concerne un dispositif émetteur de rayon- nement pour sécher et/ou durcir des couches d'encre et/ou de vernis dans une machine d'impression, avec un émetteur de rayonnement à haute puissance, excimer de préférence, avec une chambre de décharge remplie de gaz qui est délimitée par des parois dont au moins une est réalisée en matériau diélectrique et laisse passer le rayonnement produit dans la chambre de décharge, et avec une paire d'électrodes qui est reliée à une tension alternative. Aux vitesses de fonctionnement élevées des machines d'impression à feuilles et des rotatives, il y a un risque que les encres d'imprimerie appliquées sur la bande ou la feuille ne soient pas en- core séchées lorsque la bande ou la feuille, dans la poursuite de son transport, entre en contact avec des parties de machine ou avec d'autres produits imprimés La conséquence en est que l'encre d'imprimerie est maculée ou encrassée Dans les deux cas, cela consti- tue une diminution considérable de la qualité des produits à imprimer, qui n'est absolument pas tolérable. Dans des machines d'impression traitant des feuilles, ce pro- blème est limité dans sa majeure partie par le fait que les faces d'enveloppe cylindriques, qui portent les feuilles, des cylindres de renvoi entre les différents groupes d'impression, et notamment la face d'enveloppe cylindrique d'un cylindre d'impression qui est suivie d'un dispositif de renversement des feuilles, sont réalisées en un matériau repoussant l'encre De même, il est très courant dans des machines d'impression à feuilles de positionner un dispositif émetteur de rayonnement dans la zone de sortie, qui sèche l'encre d'imprimerie sur la feuille avant son empilage Dans des rotatives, la bande fraîche- ment imprimée traverse, avant la poursuite de son traitement, un sé- cheur incorporé à la rotative. Un type conventionnel d'émetteur de rayonnement est présenté dans l'ouvrage "Photopolymerization of Surface Coatings", C G Roffey, éditeur: Wiley & Sons, 1982, chapitre 2 Toutefois, l'émetteur de rayonnement à moyenne pression de mercure décrit dans cet ouvrage pré- sente des inconvénients qui ne permettent que d'une manière limitée son utilisation dans des machines d'impression en vue de sécher des produits imprimés Ainsi, ce type d'émetteur de rayonnement présente un rendement relativement faible en matière de production de rayon- nement ultraviolet La majeure partie de l'énergie est délivrée sous forme de rayonnement infrarouge Etant donné que la température, no- tamment lors d'une impression offset, a une grande influence sur les propriétés Théologiques de l'encre d'imprimerie, il est très impor- tant, en vue d'obtenir une qualité d'impression constante, d'éviter dans une large mesure toutes fluctuations de température pendant l'impression d'un tirage Aussi faut-il impérativement refroidir l'émetteur de rayonnement, ce qui représente un surcoût considérable. Un autre inconvénient provient du fait que l'émetteur de rayon- nement à moyenne pression de mercure n'est prêt à fonctionner qu'environ 15 minutes après son enclenchement ou son réenclenchement; cet inconvénient n'est pas compatible avec la recherche d'un coef- ficient d'utilisation maximale de la machine d'impression. Un émetteur de rayonnement UV ou VUV à haute puissance, présen- tant un rendement élevé, est décrit dans l'article "UV-Excimer Radia- tion from Dielectric-Barrier Discharges", de B Eliasson et U Kogel- schatz, dans la revue Appl Phys ", volume 46, pages 299-303 ( 1988). Dans cet excimer, le rayonnement ultraviolet est produit par l'intermédiaire d'une décharge dite silencieuse A cet effet, on in- troduit dans la chambre de décharge un gaz de remplissage qui est de préférence un gaz rare, un mélange de gaz rares ou un mélange halogène de gaz rares Au moins une des parois de l'émetteur de rayonnement, laquelle est parallèle au plan du produit à traiter, est réalisée en un matériau diélectrique, verre quartzeux par exemple, qui laisse pas- ser le rayonnement ultraviolet produit dans la chambre de décharge Le rayonnement de l'excimer est excité par une haute tension, la haute tension étant appliquée sur deux électrodes qui se trouvent à l'extérieur de la chambre de décharge Au moins une des électrodes est réalisée sous la forme d'un treillis métallique, de sorte que le rayonnement ultraviolet peut pénétrer dans la chambre dite de traitement. En partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but d'incorporer un dispositif muni d'un émetteur de rayonnement UV ou VUV dans une machine d'impression de façon à minimiser les temps de séchage ou de durcissement des couches d'encre et/ou de vernis. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la paroi diélectrique est disposée au voisinage immédiat d'une des deux élec- trodes, et que le couplage capacitif de l'énergie électrique de cette électrode dans la chambre de décharge provoque des décharges supplé- mentaires à l'extérieur de la chambre de décharge, qui agissent cata- lytiquement sur le processus de séchage ou de durcissement. Lors du séchage et/ou du durcissement d'encres ou de vernis, on a constaté que, sous l'action du rayonnement ultraviolet, des dé- charges dites externes apparaissent dans l'air ambiant normal, c'est- à-dire des décharges qui se produisent en-dehors de la chambre de dé- charge proprement dite Les produits de réaction de ces décharges ex- ternes, principalement de l'ozone et de l'azote, exercent une in- fluence absolument imprévisible sur le processus de séchage ou de dur- cissement de la couche d'encre ou de vernis sur la bande ou la feuille En vue d'obtenir une action optimale, il est nécessaire que le rayonnement sortant de la chambre de décharge ne soit pas absorbé par les produits de réaction Etant donné que, par un choix correspon- dant du gaz de remplissage, on peut librement choisir la plage de lon- gueurs d'ondes du rayonnement excimer dans de larges limites, cette exigence ne pose pas de grands problèmes. Selon une configuration supplémentaire avantageuse du dispositif émetteur de rayonnement selon l'invention, il est proposé que l'émetteur de rayonnement excimer soit plat, et de disposer l'électrode en treillis, mise sous haute tension, au voisinage im- médiat de la couche d'encre ou de vernis à durcir. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse est celle selon laquelle un cylindre de la machine d'impression, sur lequel est guidé le produit imprimé à sécher, est mis au potentiel de masse, et l'électrode, qui se trouve sur le côté de l'émetteur de rayonnement qui est tourné vers ce cylindre, est mise sous haute tension Avec cette disposition, le cylindre constitue un puits de potentiel, qui garantit que tous les produits de réaction chargés, qui s'écoulent dans l'espace d'air entre la paroi diélectrique et l'électrode tournée vers la face d'enveloppe cylindrique en direction du cylindre, at- teignent également la couche d'encre ou de vernis à durcir. Les autres configurations supplémentaires avantageuses du dispo- sitif selon l'invention concernent la disposition des dispositifs émetteurs de rayonnement dans la machine d'impression, le mode de fonctionnement remarquablement efficace de l'émetteur de rayonnement excimer permettant pour la première fois leur incorporation dans les groupes d'impression. L'exposé qui suit décrit plus en détails le dispositif émetteur de rayonnement selon l'invention à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif émetteur de rayonnement qui est réalisé sous la forme d'un émetteur plat émettant un rayonnement par un côté, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à travers une ma- chine d'impression munie de dispositifs émetteurs de rayonnement in- corporés. La figure 1 représente en coupe transversale le dispositif émet- teur de rayonnement 1 selon l'invention, sous la forme d'un émetteur plat émettant un rayonnement par un côté Le dispositif émetteur de rayonnement 1 est constitué pour l'essentiel des électrodes 2,3, qui sont reliées à une source de tension alternative 4 La source de ten- sion alternative 4 correspond fondamentalement -à celles qui sont uti- lisées pour l'alimentation de générateurs d'ozone La tension alterna- tive réglable est de l'ordre de plusieurs k V La fréquence habituelle se situe dans la plage des 100 K Hz, et elle dépend de la géométrie des électrodes, de la pression dans la chambre de décharge et de la compo- sition du gaz de remplissage. L'électrode 3, et une paroi diélectrique 5 qui est disposée pa- rallèlement à l'électrode 3, délimitent la chambre de décharge 6 La paroi diélectrique 5 consiste par exemple en une plaque de quartz Le dispositif émetteur de rayonnement 1 est fermé vers l'extérieur par la paroi de délimitation 7 L'électrode 2, en treillisdu dispositif émet- teur de rayonnement 1 est disposée au voisinage immédiat du cylindre 8, et donc au voisinage immédiat du matériau de support (feuille) 10 qui est imprimé d'une couche d'encre ou de vernis 9 La couche d'encre ou de vernis à durcir 9 contient des substances durcissant à l'ultraviolet avec des photo-déclencheurs Etant donné que le cylindre 8 qui porte la feuille (matériau de support 10) est mis au potentiel de masse, et constitue donc un puits de potentiel, on est assuré que tous les pro- duits de réaction chargés, qui s'écoulent en direction du cylindre dans l'espace d'air entre la paroi diélectrique 5 et l'électrode 2 qui est tournée vers la face d'enveloppe cylindrique, atteindront égale- ment la couche d'encre ou de vernis 9 à durcir. La chambre de décharge 6 entre l'électrode 3 et la paroi di- électrique 5 est remplie d'un gaz de remplissage émettant un rayon- nement ultraviolet dans des conditions de décharge, par exemple de mercure, d'un gaz rare, d'un mélange de vapeurs métalliques de gaz rares ou d'un mélange halogène de gaz rares, un gaz supplémentaire tel que de l'argon, de l'hélium, du néon ou du xénon pouvant éventuel- lement être utilisé comme gaz tampon Le gaz de remplissage peut être choisi en fonction de la composition spectrale souhaitée du rayon- nement. Lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes 2 et 3, une multiplicité de décharges dites silencieuses se produisent dans la chambre de décharge 6 Lors de ces décharges, une lumière ultra- violette est émise, qui traverse la paroi diélectrique 5 En outre, du fait de la disposition spéciale des électrodes, des décharges dites externes apparaissent dans l'espace extérieur entre la paroi di- électrique 5 et l'électrode en treillis 2 Ces décharges externes pro- duisent, selon l'atmosphère ambiante, des produits de réaction mais aussi des ions, principalement de l'ozone et des oxydes d'azote dans de l'air, qui, conjointement avec le rayonnement ultraviolet provenant de la chambre de décharge 6, accélèrent d'une manière déterminante le durcissement de la couche d'encre ou de vernis 9 sur le matériau de support 10, jouant quasiment le rôle de catalyseurs. En modifiant la tension et/ou la fréquence de décharge et/ou l'écartement et/ou la répartition des électrodes, on peut produire soit de nombreux produits secondaires (forte décharge externe avec tension élevée), soit seulement une quantité négligeable de produits secondaires, voire aucun produit secondaire. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale à travers une ma- chine d'impression rotative à feuilles 11, avec deux groupes d'impression 12, un groupe de vernissage 13, un dispositif d'alimentation 14 et un receveur de feuilles 15 Les feuilles 10 sont prises en charge sur le plateau d'alimentation 22 par un système de préhension du tambour d'application à repérage 16, et elles sont transportées d'un groupe d'impression 12 à l'autre par l'intermédiaire des tambours de renvoi 20 et des tambours de renversement 21 A partir du bloc d'impression encré qui est fixé sur le cylindre porte-plaque 17, le sujet est appliqué sur le cylindre de blanchet 18, et de là sur les feuilles à imprimer 10 A des vitesses machine élevées, il y a un risque que la couche d'encre ou de vernis 9 ne soit pas encore séchée ou durcie lorsqu'elle entre en contact avec la face d'enveloppe cylin- drique du cylindre de renvoi 20 ou encore, dans le cas d'une impres- sion recto-verso, avec la face d'enveloppe cylindrique du tambour de renversement 21 et du cylindre d'impression 19 C'est également vrai pour la couche de vernis qui est appliquée dans le groupe de vernis- sage 13 (le vernis y est directement appliqué par le cylindre de blan- chet 18 sur les feuilles imprimées 10) Afin d'empêcher un maculage de la couche d'encre ou de vernis 9, on associe aux cylindres d'impression 19 des dispositifs émetteurs de rayonnement 1 selon l'invention qui ont été décrits à l'aide de la figure 1 Le côté encore humide de la feuille est ainsi immédiatement séché ou durci Etant donné que les émetteurs de rayonnement excimer incorporés dans le dispositif 1 sont prêts à fonctionner dès leur enclenchement ou leur réenclenchement, on peut prévoir des dispositifs émetteurs de rayonnement 1 supplémen- taires, associés par exemple aux tambours de renversement 21 ou à la zone de sortie, qui favoriseront en cas de besoin le processus de sé- chage ou de durcissement Les dispositifs émetteurs de rayonnement 1 peuvent être sélectivement encerclés et coupés. REVENDICATIONS 1 Dispositif émetteur de rayonnement pour sécher et/ou durcir des couches d'encre et/ou de vernis dans une machine d'impression, avec un émetteur de rayonnement à haute puissance, excimer de préfé- rence, avec une chambre de décharge remplie de gaz qui est délimitée par des parois dont au moins une est réalisée en matériau diélectrique et laisse passer le rayonnement produit dans la chambre de décharge, et avec une paire d'électrodes qui est reliée à une tension alternative, c a r a c t é r i S é en ce que la paroi diélectrique ( 5) est dispo- sée au voisinage immédiat d'une des deux électrodes ( 2), et en ce que le couplage capacitif de l'énergie électrique de cette électrode dans la chambre de décharge ( 6) provoque des décharges supplémentaires à l'extérieur de ladite chambre de décharge, qui agissent catalytiquement sur le processus de séchage ou de durcissement. 2 Dispositif émetteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur de rayonnement excimer ( 1) est réalisé plat, et en ce que l'électrode ( 2),en treillis, mise sous haute ten- sion, est disposée au voisinage immédiat de la couche d'encre ou de vernis ( 9) à durcir. 3 Dispositif émetteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un disposi- tif émetteur de rayonnement ( 1) est associé à chaque cylindre d'impression ( 19) d'un groupe d'impression ( 12) d'une machine d'impression ( 11). 4 Dispositif émetteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un disposi- tif émetteur de rayonnement supplémentaire ( 1) est associé aux tam- bours de renversement ( 21) et à la zone de sortie d'une machine d'impression. Dispositif émetteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dispositifs émetteurs de rayonnement ( 1) peuvent être sélectivement enclenchés et coupés.