專利名稱：用于固化流體的輻射源、設備及相關印刷機的制作方法
用于固化流體的輻射源、設備及相關印刷機
本申請是申請號為200380106980.3、申請日為2003年12月22 日、發明名稱為"固化"的發明專利申請的分案申請。
本發明涉及固化。本發明在墨水固化方面，尤其在可輻射固化墨 水的固化方面獲得特別的應用。本發明的優選實施例涉及UV固化。 特別是，本發明的優選實施例涉及噴墨式墨水的固化，尤其是可紫外 線固化噴墨式墨水的固化。本發明其他方面涉及墨水成分。
盡管在本說明書中描述的本發明實施方案涉及用來打印圖示圖像 的墨水，但是本發明對其他一些可固化流體具有普遍的適用性，并且 不需要涉及打印的圖示圖像、乃至涉及印刷的圖像。例如，該流體可 以包括印刷電路板蝕刻抗蝕劑。電子塑料材料或者其他材料。在本說 明書中提到"墨水"之處，應當理解，"墨水(ink)"術語優選包括， 在適當場合指的是其他流體。
此外，盡管在本說明書所描述的實施例中用印刷方法把流體涂敷 到基板，但是可以使用其他一些方法。
在印刷中使用可固化墨水是眾所周知的。可固化墨水應該理解成 優選包括通過反應、特別是例如聚合反應和/或交聯而凝固的墨水。就 多個可固化墨水而言，墨水受到輻射的作用，墨水(液體墨水)就會 凝固。特別令人感興趣的是紫外線固化墨水。
在使用可紫外線固化的墨水中，采用適當方法把墨水沉積在基板 上。使基板上墨水受到紫外光的作用而引起墨水固化。在一些實施例 中，墨水受到紫外光作用就起化學反應，使液體墨水轉變到固體。在 其他一些實施例中，能夠采用其他固化輻射，例如Y射線來實現固化。 采用例如從電子槍射出的電子束可以使可輻射固化的墨水固化。能夠 簡單地通過例如采用IR源的加熱方法使一些墨水固化。然而，為達 到用于快速固化的溫度而要求的熱輸入常常是太高，就這種方法而言不是一種有吸引力的方法。該種墨水可以包括含水紫外墨水。
為使用可固化墨水印刷而設計的印刷機中 一個主要問題是提供適 合于引起固化的輻射源。就紫外線固化而言，最廣泛使用的技術是水
4艮方文電燈；這樣一些燈的實施例是由Primarc UV Technology ( NJ， USA)生產的水銀燈。然而，這些燈有多個缺點。
首先，燈消耗的電能中的少量電能轉換成紫外線能。 一般只有 10%到15%的輸入功率產生在所希望的250到390nm波長內的輻射。 剩余部分或是以其他(主要較長的)波長輻射或是以熱輻射。這樣的 熱量必須通過傳導或對流從燈散離。特別是如果在印刷設備的滑動架 上安裝紫外線燈，則因為無用熱量能夠引起正在涂敷墨水的基板受熱 而且因為燈要求昂貴的有效冷卻所以這種無用熱量會造成一些問題。
其次，從燈獲得的紫外線輸出對燈的工作溫度是非常敏感的。難 以準確控制工作溫度而因此難以保證所輻射的紫外線是恒定的。更重 要的問題是燈的響應速度。燈從涼的開始到燈升溫直至最高工作溫度 可能需要半分鐘或更長一些，在經過這段時間的期間紫外線輸出才上 升到其額定值。這對在印刷頭組合件在基板上方掃描期間斷斷續續需 要紫外光的印刷機來說會是一個特有的問題。使紫外線燈全部時間保 持滿功率將不經濟的，并且也會引起與來自燈的雜散紫外線輻射有關
聯的進一步問題，這也許是具有保險的含意而同時可能導致印刷頭自 身中的墨水不希望有的固化。
一般以大約20%額定輸入功率的折算功率值使紫外線燈的燈泡 保持在其不處于使用時的"備用狀態"。這樣就使燈泡保持溫熱，但是 仍有所產生的無用熱量的一個基本量，這個基本量必須排除。實際上， 因為燈不能夠從低溫快速接通和關斷，所以機械開關常常用來降低在 燈處于備用狀態時輻射雜散紫外線的量。
從水銀弧光燈產生的紫外線輻射光譜處于大量非常尖的峰(輻射) 之中，大量非常尖的峰散布在波長區段內。在考慮靶子材料，例如可 紫外線固化墨水時，可以看出使墨水的感光性與散布在波長區段內的 一組非常窄的線相匹配是非常困難的。實際上，在一些墨水中使用一些引發劑的成分，使一些墨水設計成能在寬頻率頻段內吸收，因此一 些墨水才可以使用燈的極大部分紫外線輸出。這樣必然能使這些墨水 對通常是寬頻帶的雜散光(例如太陽光)更敏感。這就會增大墨水沉 積在基板上之前墨水被雜散光固化的可能。
并且在多個情況中，紫外線輸出沿著水銀放電燈長度的強度是不 均勻的。實際上這似乎是這些燈的不可避免的屬性，而且會引起在最 終的墨水薄膜外形上的變化。
此外，這些燈(連同其反光板、散熱片和擋板)是大而重的。別 在把燈安裝在移動架上時這是個缺點。
本發明的目的是解決或減輕這些問題中的一個或更多個問題。
在本發明的第 一方面中，提供有使可輻射固化的流體固化的方法，
該方法包括從輻射源向要固化的液體發射輻射，其中至少90%的輻射 含在具有寬度小于50nm的頻帶內的波長；和在輻射源區域內提供惰 性化環境。
通過提供惰性化環境，例如降氧環境可以減輕由于環境中的氧而 造成對固化流體的抑制而因此通過減少流體暴露在氧氣下面可以使固 化反應加速。
術語"惰性化，，應當予以優選地理解，指的是惰性化氣體或惰性 化環境含減輕抑制墨水固化的效果的一種配置。惰性化氣體或者惰性 化環境本身就可以是惰性的，但是在多個情況中惰性化氣體或者惰性 化環境將是充分惰性化的而本身不是完全惰性的。因而低氧氣體可以 構成一種惰性化環境。
應當理解，其他一些環境能夠用來建立"惰性"環境或者低氧環 境。例如能夠釆用氬氣環境。應當理解，選擇惰性化環境的成分要對 比具體墨水和發光二極管配置的技術要求，考慮安裝系統的成本、安 全性和復雜性。例如對氮氣環境而言，在某些情況中能允許氮氣源中 有適量的氧。
能夠使用二氧化碳氣體，二氧化碳氣體比氬氣便宜，而且在某些 情況中因為二氧化碳氣體《1起人的"窒息(choking)"反應所以能夠比其他一些氣體更安全。
應當理解，只要環境是優選充分"惰性的"就能夠使用配置中的 發光二極管來獲得所希望的固化。在某些情況中，以上所希望的固化
將是墨料全部固化；在其他一些情況中，例如為了把墨水"固定"在 涂敷墨水的基板表面上，墨水可以包括部分固化的墨水。
像這種采用"惰性化"環境的方法是為用于應用自由基機理固化 的墨水的配置而特別應用的。
本發明的主要方面提供使可輻射固化的流體固化的方法，該方法 包括向流體發射輻射并且提供用于加速流體固化的裝置。
該方法優選包括在輻射源區域中提供降氧環境。在流體固化的機 理包括自由基形成的場合特別優選這一特點。
實際上，對一些輻射源和一些流體而言，在大氣壓條件下通過簡 單地提供輻射源，例如在用發光二極管代替水銀弧光輻射源的場合， 或許不可能使流體達到完全固化。
尤其是，在自由基引發紫外線固化的場合，固化對氧抑制是敏感 的。氧的存在不但能夠導致光引發劑有效受激狀態的熄滅而且能夠導 致引發劑產生的自由基的清除。增大氧抑制的比率不僅減小固化比率， 而且也能夠影響"固化的"流體，例如墨水的涂層性能。所以在使用 依據包括自由基固化技術的機理來固化的流體時，減少(或者清除) 在流體涂層中和鄰接流體涂層外表面處存在的氧氣量是優選的。
由于在鄰接要固化的流體的區域中氧的存在而可以延遲采用自由 基固化技術的流體，例如自由基固化紫外線墨水的固化。在使用常規 輻射源的場合，輻射源產生的能量總量經常能夠克服氧的延遲作用。 然而，在大氣壓條件下輻射源發射的輻射在某些情況中可能不具有與 產生足夠自由基的流體中的反應基(例如光引發基分子)反應的充足 的能量而影響全部固化。
通過提供降氧環境，特別是對自由基固化流體而言，能夠實現所 希望的固化。優選的是在要固化的流體區域上構成降氧表面層。
優選的是在鄰接輻射源的墨水區域內氧的容積百分離小于5%,再優選的是小于2%，更優選的是小于1。/。。在流體表面上氧在氣體內 的允許密度將取決于輻射的強度、所采用的流體的化學性質(例如在 墨水內包括的光引發劑的量和類型)、要固化的薄膜厚度、所要求的固 化量、大氣帶入到鄰接要固化流體的區域內的程度和其他一些因素。
該方法進一步優選地包括把流體涂敷到基板，向基板上的流體發 射輻射的步驟，其中在正把流體涂敷到基板的區域內不提供降氧環境。 在多個配置中，在流體沉積到基板上之前使流體不固化將是重要 的。例如，在把流體印刷到基板的場合，優選的是低氧環境與印刷頭 噴嘴或流體微滴從噴嘴到基板通過的區域無關聯。
低氧/隋性化環境最好是輻射源的本地。由此可見，盡管在正常大 氣壓條件下保持印刷，但是優選的是能夠控制輻射源下面的大氣壓。 該方法進一步優選地包括在輻射源區域內設置屏蔽罩。 該屏蔽罩能夠優選地容納鄰接輻射源的惰性化環境。 優選的是該方法進一步包括提供氮氣惰性化環境的步驟。有幾個 用于實現這個步驟的選擇方案。采用局部氮氣保護氣氛能夠減輕擴散 到流體表面的氧對自由基反應的抑制。水銀弧光燈通過發射足夠的功 率以使自由基產生的速率超過氧擴散能夠抑制反應的速率來壓倒氧抑 制的影響。由此為了使用氮氣保護氣氛必須增大系統的復雜性，這完 全能夠用在采用低功率輻射源，例如一些發光二極管中的其他一些優 點來彌^卜。
該方法優選地包括把低氧氣體輸送到鄰接輻射源的區域的步驟。 優選的是，使氮氣就地輸送到輻射源。
該方法進一步優選地包括在輻射源的正面設置氣簾。氣簾的設置 能夠破壞界面層而因此減少在輻射源下面所吸入的氧氣量。在空氣隨 著基板在構成"惰性，，氣氛的氣體附面層下移動的情況中基板往往會 吸入新鮮空氣。這樣吸入的空氣將含有較高百分率的氧而因此降低用 于減輕氧抑制的氣體附面層的效果。
通過設置氣簾，例如流向處在輻射源上游處的基板表面的一股氣 體能夠減少移動的基板吸入的空氣總量。在某些情況中，可以向基板表面噴射一股"惰性"氣體，例如(包含少氧和無氧的)氮氣。
氮氣源優選包括膜滲式氮氣源。例如，Hankison International的 HNG系列膜滲式氮氣發生器。像這樣的 一種氣源能夠提供其純度約為 95% 99，5%的氮氣。
該方法優選包括用于低氧氣體的可定向出口。通過控制出口，能 夠改變鄰近輻射源處的氣體流動。
該方法優選包括在輻射源(例如發光二極管)的區域內以正壓力 輸送氣體的步驟。通過施加正壓力，能夠減少例如空氣進入到鄰接輻 射源的區域內。這在鄰接輻射源輸送惰性化氣體的場合是特別有利的。 優選的是鄰接輻射源輸送惰性化氣體并且達到正增壓。氣體的輸送也 會有利于輻射源的冷卻。
在輻射源安裝在腔體內的場合，方法優選地包括對腔體施加正壓 力的步驟。在實施例中，可以通過安裝在發光二極管陣列中的多個發 光二極管之間的多個小孔輸送惰性化氣體。
正增壓的另一個優點在于例如在印刷掃描開始或結束時正增壓能
夠有助于保持用惰性化氣體包裹的區域，只要陣列部分在厚基板上方 就行。這樣就能夠使沉積在基板邊緣上的墨水更好地固化。
該方法優選地包括使輻射源冷卻的步驟。
優選的是，輻射源包括一種發光二極管。
本發明的主要方面提供一種使可輻射固化墨水固化的方法，該方 法包括從發光二極管向要固化的墨水發射輻射。
多個種發光二極管(LED)是眾所周知的。像這樣一些輻射源是 廉價的、重要輕的、在其電功率轉換方面效率高的，并且能夠有效地 瞬時轉換到滿功率。另一個優點是發光二極管的發射光諳通常是尖峰。 一般900/。以上的輻射是在峰的約土15nm范圍內。
所以發光二極管裝置克服了以上所列舉的固化裝置存在的多個缺點。
發光二極管可以用來實現流體的完全固化，或者可以和另一種方 法、例如另一種輻射源，同時用來使流體固化，和/或可以實現流體的部分固化。
可以選擇輻射源發射完成流體固化所希望的任何波長的輻射。應 當理解，發射的輻射不一定會在可見光光譜內。
優選的是輻射源發射紫外輻射。因而該輻射能夠用來實現可紫外 線固化的墨水的固化。優選的是輻射源，例如發光二極管，發射波長
為200~400nm，優選的是小于400nm的輻射。
下面的描述涉及發光二極管輻射源和墨水，但是應當理解，優選 的是，下面的描述也應用于其他輻射源，例如激光光源和其他一些流 體。
應當理解，發光二極管輻射源通常會發射波長展寬的輻射。對發 光二極管輻射源而言這樣的波長波段寬度將遠遠小于例如水銀輻射源 的波長波段寬度并且對于優選的發光二極管輻射源來說，至少90%、 優選的是至少95%所發射的輻射具有在約50nm或更窄波段內的波 長。
在本說明書中提到有特定波長的輻射的場合，優選的是輻射源發 射的輻射的光譜中的峰是在其特定波長上。
優選的是選擇發光二極管的波長基本上與墨水，例如墨水中的光 引發劑的吸收分布圖一致，或者反之亦然。優選的是，所發射的輻射 的波卡其范圍為280~450nm，通常是僅以低強度出現于背景采光中的。 由此可見，在要求固化時間以前雜散輻射是不大可能使墨水固化的， 例如在印刷頭本身中的墨水在暴露于背景采光之中時是不大可能固 化。根據將要使用的墨水的性能可以選擇將要使用的發光二極管，或 者可以配制與發光二極管的輻射相符合的墨水，或者二者配合。
以可見光光謙中的藍端(大約405nm)和在近紫外線(在370nm 上并且在380iim上)內發射的發光二極管是可以買得到的。發光二極 管以逐漸變得更短的波長發射的趨向是可以達到的。因而在以前使用 過有多個如上所述缺點的水銀蒸汽燈的配置中可以釆用紫外線發光二 極管。
在用發光二極管的固化的情況中，能夠在與常規輻射源相比的更窄波長區域范圍內發射光， 一般大約300nm。這就能夠消除極大部分 與一些光引發劑和其他一些墨水組分之間為可獲得的光而竟爭有聯系 的爭論。實際上，這意味著，在某些情況下在為使用一種發光二極管 輻射源來固化而設計的墨水中可能只需要一種光引發劑。所以在某些 情況中，在發光二極管發射大約300nm時能夠獲得墨水中的光引發劑 的最佳效率。
墨水優選的是可紫外線固化的墨水。
優選的是，該方法包括從發光二極管向墨水發射輻射。在發光二 極管陣列用于固化墨水的場合，雖然預計到選擇的 一 些波長可以用于 實現固化，但是優選的是多個發光二極管全部發射基本上相同波長的 輻射。
在使用目前可以買到的發光二極管時，發現到為了得到實現固化 所需要的輻射強度而需要一個以上發光二極管。目前可以買到的一些 發光二極管與按常規用于固化墨水的一些輻射源相比具有相對低的輸 出并且在一些配置中例如為了達到典型水銀輻射源的總紫外線功率而
需要多個發光二極管。
與使用幾個或一個發光二極管的情況相比，通過使用輻射源，例 如發光二極管陣列，能夠使向墨水表面發射輻射的強度更均勻。單個 發光二極管將在表面內給出的一個強斑點。通過使用發光二極管陣列 能夠使墨水表面受到的輻射強度更均勻，因而得到更好的由固化產生 的結果。
優選的是，從細長的輻射源發射輻射。該輻射源優選包括發光二 極管陣列。優選的是根據噴嘴行的有關尺寸選擇輻射源的寬度。優選. 的是，陣列的寬度是這樣的，在印刷頭的通道內噴射墨水"條紋"時 使輻射源向基本上整個寬度的條紋發射輻射。在優選的實施例中，輻 射源寬度與所使用印刷頭中的噴嘴陣列的寬度至少大致相吻合。
將根據例如基板和輻射源的相對移動速度以及為實現固化而需要 的輻射強度來選擇在與固化方向平行的方向上的陣列長度。
優選的是，該輻射源包括一種發光二極管陣列并且在固化方向上相對于要固化墨水移動，其中多個發光二極管沒有組成基本上與固化 方向成一直線的列。如果使該多個發光二極管是排成一直線的，那么 會有橫跨與固化方向垂直的墨水寬度形成的一些發射線強度的規則圖
形。這就會橫跨表面一個接一個地在固化的墨水上產生可以看得見的 變化。通過使陣列中的多個發光二極管交錯排列就可以避免上述的情 況，也就是可以降低產生可以看得見的變化的風險。例如在把輻射源 安裝在印刷架的場合，固化方向(優選的是在固化期間輻射源與所印 刷的墨水之間相對移動的方向)和印刷方向(優選的是在印刷期間基 板與噴嘴之間相對移動的方向)可以在同一方向上，但是在其他一些 配置中這些方向可以是不同的。
優選的發光二極管陣列包括在基本上與固化方向垂直的方向上基 本上成一直線的多個行，為了使發光二極管不與固化方向平行成一直 線而偏移這些行。
極管因此不存在發光二極管的列，這將會引入例如在發光二極管間距 上的一些人為因素。
處理人為因素的一種方法是應當使每一相鄰的發光二極管行偏移
距離w/N，式中w是平行于固化方向的發光二極管間距而N是在固化 方向上的行數。
用一種替換方式，可以使行偏移2w/N、 4w/N或者6w/N等等， 但是由于在陣列側面邊緣上使用較多的發光二極管因此通常沒有優選 上述的排列。在優選的一些排列中，陣列呈通用的平行四邊形形狀， 但是可以包括序列以外的 一些交錯行。
因而優選的是，輻射源包括N行發光二極管，每行中的發光二極 管沿行方面具有w間距，而其中每一行發光二極管偏離相鄰行Yw/N, 其中Y、 w和N是整數(并且優選的是式中Y不等于N)。
優選的是，陣列的邊緣是這樣的，使得輻射源強度從印刷行的這 一頭到那一頭基本上是恒定的。優選的是，陣列邊緣相對于固化方向 成一角度。優選的陣列通常是呈平行四邊形或者不規則四邊形的形狀，雖然可以采用其他一些形狀。
在墨水固化中采用流體的其中重要的 一個益處在于與其他輻射源 對比，發光二極管發射的輻射屬于窄帶波長。 一些發光二極管輻射源
例如產生至少90%波長是在大致300nm波段內的輻射。
優選的是，墨水(或其他流體)包括用于與輻射源發射的輻射起 反應的光引發劑、用于與輻射源發射的輻射起反應的感光劑和/或用于 改變可輻射固化流體的光傳響應的感光劑，優選的是用于延長可輻射 固化流體的光譜響應的感光劑。
優選的是流體包括墨水，優選的是墨水包括噴墨式墨水。優選的 是墨水包括可紫外線固化的噴墨式墨水。噴墨式墨水優選包括能用噴 墨式印刷頭噴涂到基板的任何 一種墨水。
方法進一步優選地包括用噴墨式印刷技術把墨水噴涂到基板。
本發明的一個主要方面提供固化可輻射固化的流體的一種方法， 方法包括從輻射源向要固化的流體發射輻射，其中從輻射源發射的于 少90%，優選的是至少95的輻射含在具有小于50nm寬度的波段內 的波長。優選的是該波段含小于40nm的寬度，更優選的是小于30nm。 輻射源可以包括，例如，發光二極管或激光二極管。
優選的是釆用的這樣的流體，以致流體當暴露于預定波長的輻射 之中時基本上是起反應的(和/或以致實現固化)，優選的是所發射的 輻射波長。優選的是流體當暴露于預定波長的輻射之中時充分地反應 以致使流體固化。優選的是流體當暴露于預定波長的輻射之中時是起 強烈反應的。通過選擇具有與所選擇輻射源的輸出匹配或者嚴格匹配 的吸收作用的流體能夠在系統性能方面獲得潛在的巨大改進。優選的 是，流體適合于在受到發光二極管窄波譜輸出的作用時起強烈反應。
為了減輕雜散輻射，例如太陽光，在需要固化或部分固化以前引 起固化或部分固化的風險，優選的是能夠實現固化(或者部分固化) 的波長區段是窄的。優選的是波段小于50nm，再優選的是小于30nm， 再優選的是小于20nm,更優選的是大于10nm。
方法進一步優選地包括改變輻射源功率的步驟。優選的是為了改變施加于流體的輻射強度而改變輸入功率。
已經發現，如果墨水受到的固化輻射總量改變則能夠察覺在印刷 基板上例如墨水的表面光潔度上的變化。
在一些情況中，通過選擇所希望的固化輻射能夠達到所希望的表 面光潔度(例如光澤或無光澤)。
而且，能夠控制輻射源發射的固化輻射，因此能夠防止在表面光 潔度上不希望有的變化。
例如，在把輻射源安裝到移動印刷頭的場合，在印刷頭移動速度 上的變化可以導致在墨水表面光潔度上不希望有的變化。通過改變輻 射源的功率輸入(而因此改變輻射強度)能夠保持相同的(所希望的) 光澤度。當印刷頭加快移動時，提升輻射強度。
此外，在一些用于實施例的情況中，當印刷頭沿著圖像轉位時按 照轉位調整輻射源。如果要印刷小圖像，則與印刷較大圖^f象的情況相 比，輻射源以短的時間周期轉位。在這樣的配置中，為了保持完全固 化可能需要增加固化輻射源強度。同一種替換方法，可以延遲輻射源 轉位，因而使總印刷時間慢下來。
方法優選地包括改變取決于印刷速度的固化程度。優選的是改變 施加于流體區域的固化輻射劑量以便改變固化流體的光澤度。
在一些配置中優點是在進行后續的全部固化以前進行流體的首次 "部分固化，，以把流體完全"固定，，在基板上。可以用相同或不同的 輻射源進行部分固化。優選的是，在部分固化中不提供惰性環境，因 此沒有加速固化。如果為了全部固化步驟則優選應用惰性環境。
本發明進一步的方面提供一種墨水，墨水包括至少 一種能輻射聚 合的單體、齊聚合物或預聚合物和含有光引發劑的光引發劑系統，其
中光引發劑系統適用于吸收含280 450nin波長的輻射并且適合于為 完成墨水固化而吸收在50nm帶寬內充足的輻射。
含300rnn以上波長的輻射通常在透過墨水涂層時是非常有能力 的而含300nm以下波長的輻射由于被這個區域的丙烯酸鹽單體吸收 造成透過墨水介質往往是困難的所以是沒有這個能力的。實際上，墨水中的組分，特別是紫外線單體，會吸收含300nm以 下波長的輻射而所以和光引發劑劇烈地爭奪出現的紫外線光，透過厚 顏料涂層進行固化往往非常困難。這就解釋了為何在可紫外線固化的 墨水中一般采用光引發劑組合；那些300nm以下吸收用于有效的表面 固化而那些300nm以上吸收是有透過墨水涂層的能力的，因為^艮少與 墨水的其他組分爭奪光。
已完成的固化可以包括墨水的全部固化或者在某些實施例中，可 以包括部分固化。
優選的是墨水基本上是不含水和/或揮發性有機溶劑的。
優選的是墨水進 一 步包括至少 一 種著色劑。
優選的是墨水含有一種或更多種可輻射聚合的單體、齊聚合物或 預聚合物，這些化合物是在有光引發劑系統的情況下通過照射聚合的 不飽和有機化合物。在技術上像這些可輻射聚合的單體、齊聚合物或 預聚合物是眾所周知的。它們優選地包括(曱基)丙烯酸鹽類，其中 術語(甲基)丙烯酸鹽優選地表示丙烯酸鹽和/或曱基丙烯酸鹽、適合 單體的實施例包括己二醇.二丙烯酸鹽、三羥甲基丙烷.三丙烯酸鹽、季 戊四醇.三丙烯酸鹽、聚乙二醇.二丙烯酸鹽(例如，四甘醇'二丙烯酸 鹽)、二丙二醇.二丙烯酸鹽、三(丙烯.乙二醇)三丙烯酸鹽、新戊基 乙二醇.二丙烯酸鹽、雙(季戊四醇)六丙蹄酸鹽、和乙氧基鹽的或丙
氧基鹽的乙二醇和多元醇中的丙烯酸鹽'酯，例如丙氧基鹽的新戊基. 乙二醇.二丙烯酸鹽、乙氧基鹽的三羥曱基丙烷三丙烯酸鹽及其混合
物。實際上以分子重量大于200來優選二官能丙烯酸鹽。能夠包括曱 基丙烯酸(即甲基丙烯酸鹽類)的酯類，例如己二醇.二甲基丙烯酸鹽， 三羥甲基丙烷.三丙烯酸鹽、三甘醇'二曱基丙烯酸鹽，二甘醇'二甲基 丙烯酸鹽、乙二醇'二甲基丙烯酸鹽、1， 4-丁二醇，二甲基丙烯酸鹽。 可以使用(甲基)丙烯酸鹽類的混合物。
齊聚合物類的實施例是丙烯酸的酯類和聚氨脂類、環氧類、聚酯 類、聚醚類和密胺類。
以按墨水成分重量的50 95%重量、優選的是60~80%重量的量優選地提供可輻射聚合的單體、齊聚合物或預聚合物。
光引發劑的作用是在暴露于輻射時將產生反應物；該反應物引發 實現固化的聚合反應。這些反應物可能是自由基(用于自由基固化墨 水)或者酸類(用于陽離子固化)，取決于在墨水中的單體，并且這 些反應物能夠實現自由基聚合成或陽離子聚合。
使用市場上可以買得到的光引劑能夠與在寬波傳范圍內的吸收輻 射相配合，因而這些光引發劑是適合和常規介質壓力水銀燈同時使用 的。由于一些輻射源，例如發光二極管，形成比常規輻射源，例如水 銀燈，更窄的發射帶，所以其優點在于選擇用作要固化墨水中內含物 的光引發劑或者光引發劑混合物在輻射源的特別窄的波帶內充分地強 吸收。
對于使用發光二極管的固化而言，按特性優選吸收在發光二極管 發射光語內的輻射的光引發劑或一些光引發劑。
目前在市場上可以買得到的一些發光二極管產生在波長上一般比 常規紫外線燈卡的輻射而按特性一些光引發劑一般不強吸收在這個譜 帶內的輻射。
為了使像發光二極管之類輻射源和所使用的可輻射固化墨水的反 應性最佳化，把感光劑加入到墨水以使在墨水中的光引發劑類的光譜 感光性能夠擴展是可以實現的。在輻射源的發射輻射波長比常規輻射 源，例如紫外線燈，相對長，例如400nm的場合特別優選這個方法。
感光劑是一些在所希望光譜帶內選擇強吸收的分子，并且能夠把 吸收的能量轉移到在墨水內的光引發劑。所以，雖然感光劑不可能本 身直接形成起始物，但是感光劑通過把能量轉移到本身又能產生更多 起始物的光引發劑來增強系統的反應性。
在本說明書中采用的術語"光引發劑系統"優選的是意指不是一 種或更多種的光引發劑就是一種或更多種光引發劑和一種或更多種感 光劑的混合物。優選的是光引發劑系統在墨水中為1 10%重量、優選 的是2~8%重量。事實上，本發明優點之一在于因為可以選擇對所使 用的發光二極管輻射源發射的特定波長敏感的組分所以縮減了昂貴組分量，例如光引光劑和感光劑量而足以使墨水固化。
光引發劑系統含有至少 一種光引發劑和可選擇地含有至少 一種感
光劑。光引發劑系統優選吸收在280~450nm區段的輻射和吸收在 50nm或更窄帶寬、優選的是小于30nm帶寬、精確優選的是小于20nm 帶寬的范圍內足以使墨水固化的輻射。
光引發劑系統優選地包括一種自由基光引發劑，它選自1-羥基環 己基.苯基.酮、2-苯曱基-2-二甲胺基-(4嗎啉代苯基)丁烷-l-酮、二 苯基乙二酮二甲基酮縮醇、雙(2， 6-二甲基苯甲酸-2， 4， 4-三甲基苯 膦氧化物、2， 2-二甲氧基-1, 2-二苯乙烷-l-酮，2-甲基-l (4-甲硫基) 苯基)-2-嗎啉代丙烷-1畫酮、雙(Ti5畫2， 4-環戊二烯-l-基)-雙(2， 6畫 二氟基-3- (1氫-吡咯-l-基)-苯基)鈦或其混合物；或者一種陽離子 光引發劑，它選自二芳基碘鹽、三芳基锍鹽或其混合物；或者與選自 香豆酮類、噻噸酮或其混合物的感光劑在一起的一種或更多種光引發 劑。
在一些情況中，通過測量在有關的輻射源發射波長上墨水的光密 度(或吸收系數)能夠評估用于固化的墨水與輻射源的適配性。優選 的是在輻射源的峰值發射波長上、優選在輻射源的最長發射波長上、 測量吸收系數。
吸收系數是一種向樣品發射的入射輻射的強度與透過樣品輻射的 強度相比的測量。通過獲得在有機溶劑(例如乙腈)中稀釋到1: 5000 比例的墨水的紫外線吸收光語能夠例如在特定波長上測量墨水的吸收 系數。能夠用紫外光分光光度計在所選定的波長區域范圍測量紫外線 吸收光謙；在本實施例中使用產自PerkinElmer的Lambd40儀器。
優選的是，如所述那樣在輻射源峰值發射波長(優選最大發射波 長)上以1:5000稀釋的墨水的吸收系數為至少0.05、再優選的是至少 0.1、更優選的是至少0.2。本發明的主要方面提供具有上述吸收系數 的一種墨水，優選的是墨水適用于使用發光二極管固化。使用輻射源 時吸收系數越大就能得到越好的固化。
優選的是，像這樣的墨水包含不大于10%重量，優選的是不大于8%的光引發劑系統。
優選實施例中的噴墨式墨水也包含著色劑，可以使著色劑或是溶 解或是彌散在墨水的液體介質中。優選的是著色劑是在技術上已知型 號的膠態顏料并且是在市場上可以買到的，像例如屬于商標名Paliotol (從BASFPLC可以買到Cinquasia， Irgalite) (二者可以從Ciba Speciality Chemicals買到)和Hostaperm (從Clarint UK可以買到) 之類。顏料可以是任何所希望的顏色，像例如，顏料黃13、顏料黃83、 顏料紅9，顏料紅184、顏料藍15:3，顏料綠7、顏料紫羅藍19、顏 料黑7之類。主要使用的是黑色和三色版印刷要求的顏料。可以使用 顏料混合物。顏料的總比例優選的是0.5~15%重量，更優選的是1~5% 重量。
就噴墨式應用而言，墨水應該有能力從印刷頭快速流離，為了不 出意外，墨水在使用中要有低的粘度， 一般在25。C時在100mPa以下， 雖然在大部分應用中粘度應該是在50以下，但是優選的是在25mPa 以下。
為了改進特性或性能，在墨水中有一些其他已知類型的組分。這 些組分例如可以是表面活化劑類、消沫劑類、分散劑類、抗受熱退化 或受光退化的穩定劑類、除臭劑類、流動或滑動潤滑劑類、殺菌劑類 和識別示蹤劑類。
優選的是墨水基本上是沒有水和揮發性有機溶劑的，而優選的是 墨水包含至少一種可輻射聚合的單體、齊聚合物或預聚合物、至少一 種著色劑，和含至少一種光引發劑的光引發劑系統。可以選擇的是， 能夠使用至少一種感光劑，其中光引發劑/感光劑系統吸收在 280 450nm區段的福射并且吸收在50nm帶寬的范圍內足以使墨水固 化的輻射。
本發明進一步的方面提供在可輻射固化量涂料的固化中使用的含 窄光語輸出的輻射源。優選的是輻射源包括發光二極管。
本發明進一步的方面提供可輻射固化的墨水，其中墨水適合在墨 水暴露于預定波長的輻射之下時實現固化。優選的是墨水具有如上所述的一個或多個優點。
本發明進一 步的方面提供用于固化可輻射固化墨水的設備，該設 備包括為向要固化的墨水發射輻射而配置的一種發光二極管。
本發明進一步的方面提供用于固化可輻射固化流體的設備，該設
備包括用于向要固化的流體發射輻射的一種輻射源，其中至少90%的 輻射含在具有小于50nm寬度的波帶內的波長；和用于在輻射源區域 內提供惰性化環境的裝置。
優選的是，輻射源包括一種發光二極管。
該輻射源是優選適用于發射紫外輻射的。該設備優選包括一種輻 射源陣列。
設備優選地包括細長的輻射源。輻射源優選地包括發光二極管陣 列并且按照在固化方向上相對于要固化的墨水移動來配置發光二極管 陣列，其中發光二極管沒有形成基本上與固化方向成一直線的列。
設備優選地包括一種減少了氧氣的氣源，優選的是氮氣源。
設備優選地包括一種印刷頭，其中配置是這樣的，在印刷頭的區 域內不提供惰性化環境。
設備進一步優選地包括在輻射源區域內的屏蔽罩。
設備優選地包括用于在輻射源的正面設置氣簾的裝置。該裝置優 選地包括為控制氣體，例如空氣，或者低氧氣體，例如在固化配置中 的基板上游的氮氣而配置的噴嘴。
設備優選地包括用于氣體的出口，其中出口是可定向的。
設備優選地包括靠近用于在輻射源區域內以正壓供應氣體的氣源 處的氣體出口。在輻射源包括發光二極管陣列的場合，設備可以包括 多個出口，例如在發光二極管之間的一些小孔。
設備可以包括一種腔體，輻射源安裝在腔體內，該設備包括用于 對腔體加正壓力的裝置。
設備優選地包括用于冷卻輻射源的裝置，例如風扇、散熱片和/ 或冷卻片。
流體優選的是墨水。本發明進一 步提供用于固化可輻射固化的流體的設備，該設備包 括用于向要固化的流體發射輻射的輻射源，其中從輻射源發射的至少
95%輻射含在具有小于50nm寬度的波帶內的波長。
使流體優選地適合在暴露于預定波長的輻射之中時就起反應。 雖然本發明能應用于固化任何可紫外線固化的流體，但是由于發 光二極管固化裝置與通常使用的水銀g化物燈比起來重量可以是很輕 的，所以本發明對可紫外線固化的噴墨式墨水而言是特別有優勢的。 特別便利只要把固化裝置裝到噴墨式印刷頭的可移動支架就行。噴墨 式墨水優選地包括能用噴墨式印刷頭噴涂到基板的任何墨水。
設備進一步優選地包括用于把墨水噴射到基板的一種噴墨式印刷頭。
而且由本發明提供包括如本說明書所述的設備的一種印刷機。可 以把輻射源按可移動方式安裝在印刷機內，例如在以若干路通道沉積
墨水的配置內。在其他一些配置中，可以使輻射源固定；像這樣的一 種配置可以用于牽涉到單通道印刷的一些應用。 該種印刷機優選地包括噴墨式印刷機。
本發明進一步的方面提供一種適合在噴墨式印刷機內固化墨水中 使用的發光二極管陣列。
本發明也提供基本上如在說明書中參考一幅或更多幅附圖所描述 的方法和/或設備和/或墨水。
在任何適合的組合中，本發明的一個方面中的任何特點可以用于 本發明的其他方面。特別是，方法方面可以應用于設備方面，反之亦 然。
一種優選的設備提供固化處理中的一種輻射源，它包括發光二極 管，可適用于激發發光二極管的電源。含低氧或事實上零比率氧的氣 體(例如氮或氬)源、用于在要固化的墨水暴露于發光二極管發射的 輻射之下時釋放氣體以便氣體覆蓋要固化的墨水達到要固化的墨水與 大氣氧隔絕的裝置，和用于在氣體附面下傳送印刷了的基板的裝置。
現在將純粹用實施例的方式、參閱附圖描述本發明優選的特點，在附圖中
圖l示意表示噴墨式印刷機中的印刷和固化設備；
圖2a和2b更詳細表示

圖1中的固化設備配置；
圖3示意表示在固化設備中使用的發光二極管陣列的形狀；
圖4示意表示一種發光二極管陣列；
圖5示意表示印刷支架的實施例配置；
圖6a和6b分別表示發光二極管陣列配置的底視圖和側視圖； 圖7a和7b分別表示發光二極管件列配置進一步的實施例的底視 圖和側視圖8說明為提供固化輻射而使用發光二極管的印刷機配置；和 圖9說明可變功率輻射源。
下面描述把可固化墨水印刷到基板的一些實施例。顯而易見，如 所描述的那樣，為實現固化而使用的輻射源也是能應用于其他流體的 固化的。
下面描述的輻射源包括發光二極管。然而可以使用其他輻射源。 特別是，可以使用含比較窄的光譜輸出分布的紫外線光源，例如激光 光源。例如OSRAMXERADEX ( RTM )準分子》文電燈是可以使用的。
圖1示意表示部分噴墨式印刷機。該圖表示部分印刷支架l2，印 刷支架包括印刷頭陣列14和固化組件16。把印刷頭14和固化組件16 安裝在為往復移動20而配置的共用支座18。
在使用中，在基板22上面配置印刷支架12，基板22是為在基本
在印刷期間，以已知的方式從印刷頭向基板22噴射墨水。在印刷 期間以方向24 (如圖1所示，從左向右)移動基板22，因此在基板 22上由噴射的墨水形成圖像。當進行印刷時候，把墨水印刷到基板上 而然后印刷上去的墨水在固化組件16下面通過。在印刷帶末端上，基 板退回到其開始的位置；在以上所述的退回移動期間，印刷頭是暫停 不用的而印刷支架橫跨轉位到印刷下 一 條帶的位置。
就全色印刷而言，印刷頭陣列14包括分別用于深蘭墨水、深紅墨水、黃墨水和黑墨水的四組印刷頭。在把墨水噴射在基板22上以后， 用固化組件16使墨水固化以使墨水固定在所在位置上。
圖2a和2b更詳細地表示固化裝置16。該裝置包括具有頂蓋34 和兩面下垂側壁36的外殼32。頂蓋34和側壁36構成封閉區域38, 在兩側上由側壁36圍住封閉區域38而在其他二側上打開封閉區域 38。使固化裝置在印刷機中安裝成外殼32其中一個打開側緊接印刷頭 裝置14的下游。這樣的配置說明裝置用來作實驗。為了一面能用手移 動裝置一面使發光二極管和基板保持固定距離而配制外殼中的頂蓋和 壁。就實際上要用來印刷的配置而言，優選的是應該使壁36在外殼的 所有四個側面的周圍延伸，力求使氧的侵入減少到最低程度。
使固化區域39限定在發光二極管輻射源40下面的封閉區域內。
為了臺式測試，固化裝置16在基板22上面往復移動，外殼32 的打開側使基板能來回移動而不抹掉末固化的墨水。側壁36的基面和 基板22的底面擱在臺頂面(在同一平面)以使發光二極管光源40的 下表面靠近放置墨水試樣的基板22的上表面。為了動態測試，外殼 32折去側壁36而把裝置安裝在印刷支架12上。發光二極管光源40 的下表面和印刷頭14的噴嘴板在被印刷的基板22上面是在同一高度。 被印刷的基板22的上表面在發光二極管光源40的表面下面約1.5mm。
當印刷進行時，固化裝置16在印刷頭14已噴涂的墨水上方通過。 隨著固化裝置16相對于基板22移動，外殼32始終處于對準基片已涂 敷墨水的區域的位置。
固化裝置16進一步包括一種發光二極管源40。隨著新噴涂的墨 水在外殼32下面通過，從發光二極管光源發射的輻射使墨水固化。經 由二根導線42 (在圖2b中更清楚看到)給發光二極管供電。
固化裝置16進一步包括與氮氣源連接并把氮氣引入到外殼32里 的固化區域38的兩個氮氣進氣裝置44。這兩個進氣裝置提供在要固 化的墨水上方的氮氣附面。用這種方法，與外界條件比起來，減少了 鄰接要固化的墨水處的氧氣量，而因此減小墨水的紫外線固化中的氧 抑制比率。圖l進一步示意表示可以配置在固化裝置16上游的凈化裝置26。 凈化裝置26把一股氮氣引向在發光二極管裝置16上游處的基板22。 該股氮氣減少了帶進到固化裝置下面的空氣量，而所以能夠減少在正 被固化的墨水的區域內的富氧化體量。
圖3示意表示在固化由噴墨式印刷頭噴下的墨水中使用的發光二 極管陣列的形狀。陣列60通常呈平行四邊形形狀。表示出基板22和 固化裝置16的相對移動方向(固化方向62)。陣列中的發光二極管排 列成一般與固化方向62垂直的行；行有一個寬度64并且包括如圖4 更詳細表示的那樣彼此留有均等間距的50個發光二極管。不同的排列 是有可能的，例如，在圖6a和6b中表示的陣列包含平行的5行、每 行20個發光二極管。每行稍偏離鄰接行而形成平行四邊形形狀。
應當理解，在陣列中發光二極管這樣的排列，所以沒有基本上與 固化方向62平行的發光二極管的列。在這樣的方法中，與例如規則的 矩形發光二極管陣列比起來能夠減少在基板從陣列寬度64的這一頭 到那一頭受到的輻射強度上的偏差。這樣就得到更好的固化性能。
圖4更詳細表示發光二極管71陣列的實施例。在這個實施例中把 發光二極管71給出的50個發光二極管排列成五行、每行十個發光二 極管。
行中的發光二極管彼此留有(沿著行測量在行中從一個發光二極 管邊緣到對應的鄰接發光二極管邊緣的)5個單位間距73。這些行各 偏移等于1個單位的偏移距離75。這樣就得出從第一行的發光二極管 到最后一行的發光管總的偏移一個發光二極管的寬度。因而每行之間 偏移為w/N，式中w是發光二極管的與固化方向平行的間距，而N是 在固化方向上的行數。
參閱圖3，優選的是選擇具有發光二極管在固化方向上的全高度 的陣列中心區域66等于或稍大于印刷頭噴嘴陣列的寬度。
優選的是，發光二極管陣列寬度基本上與噴嘴陣列噴下的印刷 "帶"的寬度相同。在陣列不是矩形的場合，優選的是印刷帶寬度基 本上與含"全"數發光二極管行的陣列部分的寬度(如例如圖5所示)相同。可以采用各種各樣的排列。在一次噴下一條以上帶的場合，可
以使用一個以上的發光二極管陣列。圖5示意表示用兩組噴嘴陣列77、 79—次噴下兩條帶的印刷支架配置的實施例。每組噴嘴陣列包含用于 使用深蘭墨水、深紅墨水、黃墨水和黑墨水的彩印的四個噴嘴陣列。 安裝在每組噴嘴陣列77、 79下游處的是發光二極管陣列80、 81。 圖6a表示在噴墨式印刷機中使用的發光二極管陣列排列的底視圖。
裝置100包含安裝在外包物106中的腔體104內的發光二極管陣 列102。裝置100進一步包含安裝在鄰接發光二極管陣列102處并延 伸陣列整個寬度的氣體凈化盒108，氣體凈化盒108和發光二極管外 包物106是在使用中的基板上方大致相同的高度處。在使用中，使氮 氣通過氮氣出口 IIO從氮氣管112和輸入口 114 (見圖6b)輸送到氣 體凈化盒。
在使用中，發光二極管IOO相對于基板移動，使氣體凈化盒108 在發光二極管陣列102在已印刷了的區域上方通過而實現墨水固化之 前在這個區域上方通過。
圖6b表示該裝置的側視圖。在圖6b中，看到氣體凈化盒108, 而在外包物106后面把發光二極管陣列裝配在腔體104內。圖6b表示 該裝置包含支座120,支座120包含在每個末端上用于安裝印刷機中 的裝置的安裝架122。冷卻片124是在支座120的上表面上，冷卻片 124包括導熱材料并且起發光二極管陣列102的散熱作用。風扇126 安裝在冷卻片124上以使冷卻片降溫。
圖6b也表示分別引到風扇和發光二極管陣列的電線128、 129。
用已知方法從一種裝置(未示出)獲得氮氣，這種裝置使用半透 膜從空氣中分離出氮氣和氧氣。使用像這樣的裝置就不需要瓶裝氣體， 并且排出的純氮氣沒有進入房間里。在一種替換的裝置中，可以使用 二氧化碳氣源，二氧化碳氣體可能比氮氣更安全，因為和氮氣不一樣， 二氧化碳在高濃度時引起人的窒息反應。氬氣可以用作一種替換，但 是氬氣比較昂貴。圖7a和7b表示替換實施例、發光二極管裝置200。該裝置類似 于圖"和6b所示的裝置，在該裝置中把發光二極管陣列202裝配到 腔體204。然而在這個裝置中把氮氣直接輸入腔體204。在陣列兩邊 一個上游和一個下游裝配一對金屬管道210。在每條管道210上提供 氮氣輸入214。每條管道210包含在腔體204內沿著管道長度的縫隙 211,因此使來自管道的氮氣從縫隙211噴射到腔體204。管道211可 轉動地安裝在腔體里因此能夠使來自管道的氮氣流以所希望的朝向對 準要固化的墨水。
如能夠從圖7b看到的那樣，該裝置包含具有每一端上的移動支架 222和在其上表面上的冷卻片224的支座220。為了使支座降溫把風扇 226安裝在冷卻片上面。導線228和229分別和風扇226和發光二極 管202連接。
在進一步的實施例中，在發光二極管之間的腔體內安裝多個小孑L。 使降氧氣體通過8小孔引入到腔體內，因此增加壓力而在輻射發射到 墨水的區域上構成正的氣體壓力，因而改進固化。
通過使墨水特性和所選擇的輻射源、例如發光二極管光源、協調 能夠獲得在系統性能方面潛在的巨大改進。當墨水暴露于輻射之中時 發生固化反應，而所以墨水的吸收特性與輻射源的發射輸出匹配完全 是可優選的。
下面描述適合在以上所描述方法中使用的發光二極管固化裝置和 墨水的實施例。
實施例l一與382mn發光二極管一起使用的可紫外固化墨水 墨水配方A:
丙氧基鹽的新戊基乙二醇.二丙烯酸鹽 74.91份
Solsperse 32000 (分散劑、來自Avecia ) 0.48份
Irgalite Blue GLVO (藍顏料，來自Ciba ) 1.44份 Genorad 16 (穩定劑、來自Rahn AG ) 0.12份
Rapi-cureDVE-3 (二官能的乙烯基醚、來自ISP Europe ) 15.0份 LucerinTPO (光引發劑，來自BASF) 8.0份Byk 307 (消沫劑，來自Byk Chemie ) 0.05份
該成分是具有在25'C時粘度16mPa的墨水。把墨水噴涂在自粘 乙烯樹脂上，并且在降氧環境下在暴露于發射含峰值波長382nm的輻 射的發光二極管光源之下時成功地固化。使用的發光二極管是 Poithner Lasertechnik的EIS09-0P0A9-02。
實例例2—與405nm發光二極管一起使用的可紫外線固化墨水
在實驗室中使用可以從Poithrey Lasertechnik買到的LED B95-66-60輻射源進行實驗，該輻射源安裝在使氮氣能夠通過進氣裝 置吸入的外殼里，如圖2a和2b所示。使用的氮氣氣源是從Ha-nkison International可以買到的HNG3-4B。使用像這樣的氣源的優點在于在 印刷機區域內沒有純凈的氮氣逸出和不需要供應瓶裝氣體。
像這樣的裝置會在氮氣輸出中留下殘余氧，但是發現殘余氧的濃 度是足夠低的(<1%)因此采用下面條件使墨水完全固化
墨水 SericoUviJet墨水(深藍、深紅、黃和
黑)_自由基固化墨水
LED輸入功率 18V300mA
峰值發射 405nm
氮氣流速 0.18m3/hr
固化組件速度 1.0m/s相對于基板
基板上墨水沉積 18g/m2
發現該配置實現了印刷頭14噴下的墨水的全固化。
墨水SericolUviJet墨水(深藍、深紅、黃和黑)。下面說明墨 xK配方B的配方 墨水配方B
丙氧基鹽的新戊基乙二醇.二丙烯酸鹽 74.91份
Solsperse 32000 (分散劑、來自Avecia ) 0.48份
Irgalite Blue GLVO (藍顏料，來自Ciba ) 1.44份
Genorad 16 (穩定劑、來自RahnAG ) 0.12份
Rapi-cure DVE-3 ( 二官能的乙烯基醚、來自ISP Europe ) 15.0份Irgacure369 (光引發劑，來自BASF ) 異丙基'噻噸酮(光引發劑、來自Lambson) Byk307 (消沫劑、來自Byk Chemie )
8.0份 2份 0.05份
光引光劑在405nm上的吸收系數一般是低的而用感光劑是可優 選的。
該成分是具有在25°C時粘度16.8mPas的墨水。把墨水噴涂在自 粘乙烯樹脂上，并且在降氧環境下在暴露于發射含峰值波長405nm的 輻射的發光二極管光源之下時成功地固化。
圖8表示一種印刷機配置，在配置中為了把印刷了的墨水固定在 基板上而用安裝在印刷頭上的輻射源先進行"部分固化，，。然后用分開 的輻射源完成全部固化。在這樣的配置中，部分固化輻射源和全部固 化輻射源二者都包括發光二極管，但是其他一些輻射源可以用來或是 部分固化或是全部固化，或者部分固化和全部固化。
圖8表示噴墨式印刷機的頂視圖。所示的印刷機300中的組件基 本上包含用于支撐印刷基板304的基板平臺302，在基板平臺302上 方安裝用于在y軸方向308上橫跨基板移動的x軸橫梁306。把包括 多個印刷頭312和部分固化發光二極管陣列314的噴墨式印刷機支架 310安裝到橫梁306。把支架310配置成在x軸方向上沿橫梁306上下 移動。在另一實施例中，部分固化輻射源可以包括紫外線燈。
如圖8所示，基板304不移動而橫梁在y軸方向308上從右到左 的移動基本上垂直于支架310沿橫梁的移動。
設置安裝到橫梁306的全部固化發光二極管陣列318。發光二極 管陣列318發射含有390-440nm區段內波長的輻射。在另 一實施例中， 全部固化輻射源可以包括紫外線燈。全部固化發光二極管陣列318含 在x方向316上等于基板臺302的定寬度并且在橫梁306上安裝成在 基板302上面，使其長度配置在x方向366與x軸橫306平行并離x 軸橫梁306 —定橫向距離的地方。
全部固化發光二極管陣列318裝有提供在基板104和要全部固化 的墨水的表面上的氮惰性化氣的惰性化系統324。例如，可以使用圖^和6b所示的配置。在這個實施例中，僅僅在全部固化步驟期間當 在墨水上已不再要求或不再希望抑制墨水固化的氧抑制作用時提供氮 氣。對于部分固化輻射源來說不提供惰性化。
全部固化發光二極管陣列318隨著x軸橫梁306的移動，在y軸 方向308上從右到左橫跨基板橫向移動。換句話說，把全部固化發光 二極管陣列318安裝成橫梁能夠相對于全部固化發光二極管陣列318 移動；例如，陣列可以在分離遠送機構上的基板上方通過。
支架310裝有噴墨式印刷頭312。把部分固化發光二極管陣列314 安裝在印刷頭312后面，因此在印刷期間當支架310和發光二極管陣 列314在基板304上方移動時隨著支架310移動部分固化發光二極管 陣列314跟在印刷頭312后面移動。
在支架310處于基板臺302的右下拐角開始位置的狀況下開始印 刷。支架310在x軸方向上沿不動的x軸橫梁306移動，由此使印刷 頭312和部分固化發光二極管陣列314橫跨基板304移動，在這段時 間期間從噴墨式印刷頭312把墨水噴到基板，由此完成跨越基板特定 區域的印刷行程，每個印刷頭作出與x軸橫梁306平行的矩形印刷面 積"條，，。矩形印刷面積條的寬度大約是印刷頭的寬度。
當從噴墨式噴射頭312噴涂完在一個特定印刷行程期間要沉積在 基板上的所有墨水時x軸橫梁306在y軸方向308上轉位一個預定量， 通常小于印刷頭312的寬度，取決于所選擇的印刷模式。然后支架310 執行第二個如上所述的印刷行程，由此通過每個印刷行程之前向x軸
橫梁306左側轉位的多個個進一步印刷行程而覆蓋基板的面積。印刷 繼續，直到x軸橫梁306、支架310、部分固化發光二極管陣列314 和全部固化發光二極管陣列318處于在基板臺302右下角的末端位置 為止。
如上所述，在某些情況中，例如在輻射源安裝在印刷頭上而印刷 頭的移動速度變化的場合，所想做的是改變輻射源的輻射強度以保持 所希望的光澤度。
改變墨水受到的固化輻射強度的一種方法，包括使用一個或一個以上輻射源的組合和使用一種簡單的開關電路，其中開關電路配置成 開關所希望數目的輻射源以達到所希望的表面光潔度。
改變墨水受到的固化輻射強度的一種替換方法包括改變輻射源發
射的輻射的強度，其中這種改變可以通過如下面有關圖9所述那樣改 變輻射源的輸入功率來達到。
圖9表示配置成其輸入功率可變化的輻射源實施例的示意圖。輻 射源460附于印刷頭478。電源460把固化輻射發射到基板474而電 源462經由電源調節器468把電力供給輻射源。控制器466經由信號 接口 468和/或人工控制來控制電源調節器464。控制器466裝有接口 472，接口 472容許來自像印刷機控制電路(未表示出)之類外部裝置 的信號觸發控制器466能夠經由調節器464調節輻射源460的輸入功 率。
常規噴墨式印刷頭在印刷時可能變速移動，這就可能造成不同區 域的墨水受到不同的曝光時間和不同的固化輻射強度的影響。印刷頭 和輻射源對基板的相對移動速度給出的輻射源功率輸出能夠確定在基 板上的墨水上受到的輻射強度。在基板的不同區域上的曝光偏差能夠 導致基板橫跨基板的不均勻表面光潔度。
可以看到，在變速印刷時通過使用如參考圖9所描述的裝置改變
固化程度可以獲得在基板的一個區域上固定的墨水光澤度。
控制器466能夠調節固化程度，控制器466能夠用來調節從電源 調節器462向部分固化輻射源460供應的電力。換句話說，印刷系統 內的印刷電路(未表示出)能夠用于含接口 472或接口 468的接口 ， 以便根據例如在印刷時印刷頭的速度或者要印刷的圖像來控制輻射源 的輸入功率。
在某些情況中，可以想像通過單獨改變在印刷了的基板上固化程 度而不是印刷速度，例如通過調節電源調節器、通過調節人工控470 或者通過信號接口 468接收的電子信號，能夠達到改變所印刷的墨水 的光澤度。
應當理解，以上完全用實施例來描述本發明，并且在本發明的范圍內能夠作細節上的變更。
可以獨立地或者以任何適當組合提供在描述以及(適當場合)權
利要求書和附圖中所公開的每個特征。
權利要求
1. 一種用于固化印刷機中的流體的輻射源，所述輻射源包括發光二極管LED陣列，其中所述LED陣列包括多個相鄰的LED行，其中LED行在沿行的方向上相對于相鄰的LED行偏移。
2. 根據權利要求l的輻射源，其中所述多個相鄰的LED行基本 平行并被偏移，使得基本上沒有沿著與各LED行基本垂直的方向延伸 的LED直線。
3. 根據權利要求1的輻射源，其中所述輻射源包括N個LED 行，每行中的LED沿行方向的間距為w，且其中每個LED行與相鄰 行偏移開Yw/N,其中Y、 w和N是整數。
4. 根據權利要求1的輻射源，其中所述輻射源適于發射UV輻射。
5. 根據權利要求l的輻射源，其中所述輻射源是細長的。
6. 根據權利要求l的輻射源，包括用于改變輻射源的功率的部件。
7. 根據權利要求l的輻射源，適于固化噴墨式印刷機中的墨水。
8. —種用于固化可輻射固化的流體的設備，該設備包括根據權 利要求1-7中的任一個的輻射源。
9. 根據權利要求8的設備，還包括用于在輻射源區域中提供惰 性化環境的裝置。
10. 根據權利要求9的設備，包括例如降氧氣體源或氮氣源的氣體源。
11. 根據權利要求9的設備，還包括在輻射源區域的屏蔽罩。
12. 根據權利要求8的設備，包括腔體，所述輻射源安裝在腔體 內，所述設備包括對腔體加正壓的裝置。
13. 根椐權利要求8的設備，還包括用于冷卻輻射源的裝置。
14. 根據權利要求9的設備，還包括印刷頭，其中配置成這樣 在印刷頭區域內不提供惰性化環境。
15. —種用于將印刷流體印刷到基板上的印刷機，所述印刷機包 括用于固化所述流體的輻射源，其中所述印刷機被配置成在固化操作 中沿固化方向提供輻射源和基板之間的相對運動，其中所述輻射源包 括排成陣列的多個輻射發射元件，所述陣列中的元件配置成使在固化 方向上元件不與任一相鄰元件對準。
16. 根據權利要求15的印刷機，其中所述陣列包括多個相鄰的 元件行，其中 一個元件行在基本垂直于固化方向的方向上相對于相鄰 的元件行偏移。
17. 根據權利要求16的印刷機，其中相鄰的元件行被偏移，使 得基本上沒有沿著固化方向延伸的元件的直線。
18. 根據權利要求15的印刷機，其中所述輻射源包括N個元件 行，每行中的元件沿行方向的間距為w，且其中每個元件行與相鄰行 偏移開Yw/N,其中Y、 w和N是整數。
19. 根據權利要求15-18中的任一個的印刷機，其中所述輻射 源是根據權利要求1 - 7中的任一個的輻射源，或者所述印刷機包括根 據權利要求9 - 14中的任一個的設備。
20. 根據權利要求15的印刷機，其中所述元件被配置成這樣 至少90%的發射的輻射所具有的波長在寬度小于50nin的波段中。
21. 根據權利要求15的印刷機，其中所迷流體是墨水。
22. —種用于固化印刷機中的可輻射固化流體的設備，所述設備 包括輻射源，所述輻射源包括輻射發射元件陣列，其中所述輻射發射 元件陣列包括多個相鄰的元件列，其中元件行在沿行的方向上相對于 相鄰的元件行偏移。
23. 根據權利要求22的設備，其中所述多個相鄰的元件行基本 平行并被偏移，使得基本上沒有沿著與各元件行基本垂直的方向延伸 的元件的直線。
24. 根據權利要求22的設備，其中所述輻射源包括N個元件行， 每行中的元件沿行方向的間距為w，且其中每個元件行與相鄰行偏移 開Yw/N,其中Y、 w和N是整數。
25. 根據權利要求22的設備，其中所述輻射源適于發射UV輻射。
26. 根據權利要求22的設備，其中所述元件被配置成這樣至 少90%的發射的輻射所具有的波長在寬度小于50nm的波段中。
27. —種用于固化印刷機中的流體的輻射源，所述輻射源包括輻 射發射元件的陣列，其中所述元件以非矩形排列排布成陣列。
全文摘要
描述了一種固化可輻射固化流體的方法。在一個實施中，該方法包括從發光二極管陣列(102)向要固化的墨水發射輻射。LED是價廉的、重要輕的，在其電功率轉換中效率高的，并且有效地實現瞬間轉換到滿功率。另一個優點是在標稱頻率周圍尖尖聳起LED的發射光譜。因而LED比起像水銀燈之類的常規輻射源來有若干優點。在輻射源處優選地提供低氧環境以便加速固化反應。也描述了為響應LED的輻射而按特性配制的一些墨水。
文檔編號B41J2/45GK101417535SQ200810174
公開日2009年4月29日 申請日期2003年12月22日 優先權日2002年12月20日
發明者卡羅爾·諾塔瑞, 吉恩里奇·沃薩洛 申請人:塞里考爾有限公司;印加數字印刷有限公司