在超聲波處理中使用的裝置和方法
2023-10-10 04:45:49 1
專利名稱：在超聲波處理中使用的裝置和方法
技術領域：
在特定的實施方案中，本發明涉及使用高頻、低能的超聲波來處理切削液(cutting fluid)。在其它的特殊實施方案中，本發明涉及使用高頻、低能的超聲波來處理潤溼液(fountain solution)。
背景技術：
人們通常使用切割工具對金屬和其它硬質材料進行切割，從而得到所需的形狀、尺寸或表面的工件。當切割這些硬質材料時，摩擦熱可能灼燒切割工具，並使得工件的加工面變得粗糙。另外，熱膨脹會降低工件和工具的形狀和尺寸的精確度，從而導致其它各種問題。為了幫助緩解上述問題，在切割過程中通常使用切削液。
在切割金屬和其它硬質材料時，通常將油來作為切削液來使用。使用純粹的油作為切削液的一個缺點在於，它通常必須在溫度較低時使用，這是因為較高的溫度可能導致火花和煙霧的產生。為了幫助克服這一問題，具有足夠潤滑和冷卻特性的油水乳狀切削液可作為切削液來使用。
不幸的是，切削液，尤其是基於水的切削液，容易受到細菌和其它微生物繁殖的影響。細菌群體通常會產生難聞的氣味，使得切削液變質，以及嚴重的健康危害。一般來說，切削液中會產生兩類細菌需氧的，它們在存在氧氣的情況下繁殖；以及厭氧的，它們在沒有氧氣的情況下繁殖。儘管厭氧型細菌通過硫化氫的形成而產生難聞的氣味，但是它們通常不會對切削液本身產生實際的損害。然而，需氧型細菌會嚴重損害液體，產生腐蝕抑止以及潤滑度的降低。另外，「吃(eat)」切削液濃縮物的細菌生命用期還會導致各種酸和鹽沉積。這可能導致移動的機械部件和被加工的材料的大幅生鏽和腐蝕。
為了防止這些附帶的問題，在切削液中加入抗微生物劑。然而實際上，這些製劑作用有限。除了花費更多的金錢以外，對可加入到切削液中的抗微生物劑的劑量也有限制。另外，這些製劑通常作用不大，時間長了會變質，並且更換它們可能很昂貴。此外，這些製劑和物質通常會降低切削液的質量。
因此，現有技術中需要有效和全新的處理切削液的方法，可提供在時間上的一致保護或基本一致的保護，而不需要使用大量的抗微生物劑。
本文的教導的其它特殊實施方案涉及對印刷系統中使用的潤溼液進行處理。通常，平版印刷(offset lithographic printing)採用將墨通過橡皮滾筒傳輸到基底從而形成印刷圖案的平版印刷板。該板之所以稱為平版印刷板是因為圖案和非圖案區域在同一平面內。板上接收墨的圖案區域不同於非圖案區域，圖案區域是親脂的(對油具有親和力)，而非圖案區域是親水的(接收水)。
通常，平版印刷板覆蓋有防止墨覆蓋板的非圖案區域的潤溼液薄膜。更具體地，潤溼液通過增加印刷板的非圖案區域的親水性來幫助保持這些非圖案區域。
不幸地是，潤溼液通常為微生物的繁殖提供了合適的媒介。例如，這些有害的微生物可包括細菌、藻類、黴菌等。為解決這一問題，可在潤溼液中添加殺菌劑或有毒的抗微生物劑。
儘管添加到潤溼液濃縮物的抗微生物劑可對儲存和裝運的產品提供保護，但它們在稀釋後的有效性受到限制。甚至在稀釋狀態下，一些抗微生物劑就成為皮膚敏化劑，據報導較高的劑量可導致皮膚過敏和其它的皮膚病。
為避免使用有毒的抗微生物劑，人們考慮使用UV來對潤溼液中的微生物進行控制。典型的UV處理包括通過細胞融解酶方法(lyticprocess)來殺死微生物，其中，細胞膜和細胞組分被分解。儘管UV光可在相對清潔的水中產生些許作用，但是，當溶液很髒或是包含大量混合物時，UV光的有效性將下降。發生這種有效性的下降通常是因為溶液中的這些額外的混合物吸收大量的UV能量。另外，使用UV射線可在化學上或是物理上改變潤溼液，例如，對它的預定目的產生副作用。
在第6,503,449號美國專利中，Smith公開了用高能、低頻的超聲波來處理基於水的懸浮液。除了需要高能量以外，這一方法依賴於使用有毒的抗微生物劑來處理懸浮液。
因而，現有技術中需要處理潤溼液的有效、低能、高頻的方法，該方法不使用或是有限使用有毒的抗微生物劑，並且不會危害潤溼液的有效性。此外，需要提供一種能夠對整個潤溼液系統內的微生物進行控制的處理，並且該處理能夠提供在時間上基本一致的保護。
附圖簡要說明
圖1是示出本文描述的超聲波/微泡裝置的一個實施方案的圖；圖2是示出再循環切削液系統的圖，該系統包括與切削液分配器和切削液收集裝置連接的超聲波/微泡裝置；圖3是示出再循環潤溼液系統的圖，該系統包括與印刷設備連接的超聲波/微泡裝置；圖4是示出再循環滾軋成形系統的圖，該系統包括超聲波/微泡裝置。
詳細說明第一部分用於處理切削液的裝置和方法本文的教導部分地針對能抑制、防止切削液中生長微生物、並且去除在其中出現的微生物的裝置和方法。在另外的實施方案中，本文提供的裝置和方法可對例如可能包含微生物的切削液進行處理。
由於微生物(例如細菌)的生長以及由機械加工而產生的汙染，使得切削液隨時間而變質。當通過規則的補充操作來維持切削液變得不太經濟時，切削液通常會被拋棄。因此，本文的實施方案包括通過防止由微生物導致的變質來延長切削液的使用壽命。在另外的實施方案中，當切削液變質到喪失效用時，本文的方法可用於使得切削液在被拋棄(例如，將切削液倒入下水道系統)之前達到安全水平(抑止微生物的繁殖)。
裝置和方法本文所描述的裝置的實施方案可在Cordemans等的第10/358445號的美國申請和第6,540,922號的美國申請中找到，這兩個申請的全部內容通過引用而合併到本發明中。可使用本文公開的裝置來實現對切削液進行處理的方法。圖1示出了利用可用於處理切削液的裝置的一個特定的實施方案。在某些實施方案中，待處理的切削液可包含微生物，這些微生物包括例如細菌、病毒、真菌、原生生物等。
參照圖1，本文描述的裝置可包括隔間(compartment)2，優選地，具有柱狀或矩形截面的形狀。在另外的實施方案中，隔間2可與保存待處理的切削液的儲存裝置(未示出)相連通。術語「儲存裝置(reservoir)」可寬泛地解釋，通常涉及容納切削液的裝置。在特定的實施方案中，本文提供的裝置通過油箱(sump)連接(例如，經過側流)，以對切削液進行再循環。在另外的實施方案中，本文提供的裝置未與儲存裝置連通，而是直接連接到待處理的切削液。
在另外的實施方案中，隔間2包括(例如，沿著其壁)一個或多個高頻超聲波發射器1，其將超聲波4發射到隔間2中(優選地，進入隔間2的中心)。在另一個實施方案中，該容器還可包括一個或多個微泡發射器3，用來發射氣體微泡5，這些微泡發射器設置成可將氣體微泡5發射到隔間2中所發射的超聲波4的場中。
本文所用的術語「微泡(microbubble)」旨在表示平均直徑小於1毫米的氣泡。在一些實施方案中，該直徑可小於或等於50微米。在其它的實施方案中，微泡具有小於約30微米的直徑。在一些實施方案中，微泡可選自空氣微泡、氧氣微泡和臭氧微泡。為降低操作成本，使用例如空氣微泡而不使用臭氧微泡可能是有利的。
術語「microorganism(微生物)」的縮寫是microbe，通常涉及病原或非病原微生物，可對切削工具(例如機器、工具等)、人類、哺乳動物或其它動物產生有害影響。這樣的微生物例如可包括需氧和厭氧細菌(例如，耶爾森氏桿菌、葡萄狀球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、食油吸毛桿菌、副大腸菌、普通變形桿菌、肺炎桿菌、微球菌(Micrococcus pyogenes)、產氣桿菌、檸檬酸桿菌、無色菌)、病毒(例如，HIV、HCV、HBV)、真菌(鐮刀黴、假頭狀孢子頭、芽枝黴屬、麴黴菌)、原生生物(例如，黴菌、藻類)等等。
在特定的實施方案中，本文的方法和裝置包括用以處理切削液的低能、高頻的超聲波。術語「高頻」用於表示頻率高於200kHz並可達到數兆赫茲的頻率。在一些實施方案中，所使用的高頻介於200kHz和10MHz之間。在其它一些方面，高頻可介於200kHz和20MHz之間。在各種其它的實施方案中，高頻可介於800kHz(此時可獲得較少的自由基效應(radical effect)和較多的生物效應)和5MHz之間。在另一實施方案中，所使用的頻率介於1MHz和3MHz之間。更具體地，該頻率可為約1.8MHz。
本文描述的方法和裝置的各種實施方案中，用於發射氣體微泡5的微泡發射器3設置在隔間2的底座11處(即，隔間2的底部)，這樣微泡可通過自然地上升或通過切削液的流動之中空氣的帶動而移動。
在另外的實施方案中，本文提供的裝置和方法抑止、處理或阻止切削液中微生物的生長。儘管這裡的教導絕對不會受到它們精確作用機制的影響，但在更多的特定實施方案中，本文提供的裝置可產生類似H·、OH·和HOO·的基團。這些基團還可伴隨基團而形成H2O2，這對於微生物來說是有毒的，可導致它們失活和/或破壞。
所形成的物種被認為來自高頻超聲波作用於水分子的反應，很大程度上可能會導致以下反應(尤其在有水存在時)
有利地，如果本文所述的方法在有微泡存在時執行，則將降低形成這些有毒物種所需的能量。
最近，人們意識到，向超聲波場中注射微泡會導致聲致發光現象的增加，通過微泡和由超聲波引起的空穴氣泡相重疊，活躍的和有毒的物種數目將成倍的增加。當超聲波處理與所存在的合適大小的微泡互相促進地結合時，可通過肉眼觀察到這一現象。
在另外的實施方案中，本文提供的裝置和方法具有無需將超聲波專用於特定區域的有益效果，這是因為，通過觀察可知，處理系統通過向待處理的切削液的儲存裝置就地擴散所形成的產物(例如，所形成的ROS(活性氧)、自由基和H2O2)來發揮作用。
在另外的實施方案中，本文所述裝置中的一個或多個超聲波發射器1設置成不會在實際中導致任意的駐波現象。舉例來說，在一些實施方案中，一個或多個超聲波發射器1可相對於隔間2的軸線9(與軸線9成銳角而不是垂直)以及相對於切削液的流動和微泡的流動傾斜設置(見圖1)。這一特點使得隔間2中的所有微泡5能以統計一致的方式來處理，而不需要在隔間2內建立固定的區域。因而，本文的一些實施方案所用的裝置和方法可提供在時間上一致的處理或基本一致的處理以及保護。
根據其它的實施方案，本文描述的裝置和方法可包括光發射器12(即，電磁輻射發射器)，它以主要位於可見光譜範圍內的頻率將輻射發送到超聲波4的場內的隔間2中。然而，對於某些應用來說，為了消除某些特殊的微生物，將電磁輻射以不可見的頻率發送可能是有利的，例如，紫外線(例如，UVA、UVB或UVC類型)、紅外線、雷射、微波等。
出乎意料的是，人們最近發現，包括向結合了超聲波和光輻射的場中噴射微泡的處理對使得切削液中存在的微生物的失活和去除以及防止它們生長來說特別有效。聲致冷光現象可促進極活躍氧化物的生成(通常稱為ROS(活性氧))，例如，超氧自由基、·OH或單電鍵氧，這樣可產生對於某些微生物來說極具毒性的一系列生化反應。
在不同實施方案中，本文的教導是專門針對這樣的裝置，它們不需要額外的化學產品(例如，抗微生物劑、光敏劑)就能抑制或防止切削液中微生物生長。在另外的實施方案中，本文的方法和裝置可結合額外的化學製劑來使用。
在另外的實施方案中，本文描述的裝置和方法可包括用於使得切削液再循環的泵或其它裝置，以及用於恢復存在於切削液中的微生物的裝置。用於恢復微生物的裝置非排它地包括用於過濾、離心分離和沉澱的設備(例如旋流器等)。在一些實施方案中，用於恢復的泵和/或裝置設置在容納待處理的切削液的儲存裝置和隔間2之間。
在一些實施方案中，本文提供的裝置可連接到切削液分配器和/或切削液收集系統(例如溝渠或油箱)。例如，圖2表示再循環切削液系統21，該系統包括連接到切削液分配器20和切削液收集裝置22的超聲波/微泡處理裝置。在另外的實施方案中，待處理的切削液可通過人工方式施加到工具的切削區24，或者以噴霧方式輸送。在特定的實施方案中，切削液以連續流的形式來分配，由泵輸送並通過噴嘴26引導至加工工具的切削刃28，或者通過工具完成上述操作，在工作完成後將加工材料碎片或碎屑帶走。在其它的實施方案中，根據特殊應用所需，可使用多個液體噴嘴的設計。在另外的實施方案中，分配系統20可用來控制切削液的流量和流動壓力。在其它的實施方案中，切削液可儲藏在再循環系統21中。可與本文的裝置一起使用的切削液分配器的非排它性實施方案在Ripley的第6,450,738號美國專利和Kanebako等的第4,514,149號美國專利中公開，這兩個專利的全部內容通過引用而合併到本發明中。
在另外的實施方案中，切削液可通過重力流、速度流或溝槽(例如，傳送帶化的溝道(conveyorized trench))來收集。在特定的實施方案中，在收集切削液以後，可根據本文提供的方法來處理切削液，並使之再循環至加工工具的切削區域。在其它的實施方案中，切削液並未收集，而是直接從切削區域傳送到本文提供的裝置，以待處理。可與本文的裝置和方法一起使用的切削液收集系統的一個非排它性實施例在Bratten的第5,593,596號美國專利中公開，該專利的全部內容通過引用而合併到本發明中。在另外的方面，本文的裝置和方法可與任何合適的切削液監控和/或控制系統一起使用(例如，在Johnson的第5,224,051號美國專利中公開的內容，該專利的全部內容通過引用而合併到本發明中)。
本文的方法和裝置可用來實際處理任何類型的切削液(例如，切削液與能夠切削或處理諸如金屬等的硬質材料的任何適當工具(例如，機器)一起使用)。術語「切削」可寬泛地解釋，包括對各種類型的硬質材料(例如金屬)的處理。在某些實施方案中，術語「切削」例如可涉及刨削(planing)、鑽孔(boring)、拉削(broaching)、鏜孔(counter-boring)、成形(forming)、車削螺紋(threading)、整形刨削(shaping)、變薄翻孔(hole extruding)、銑削(milling)、鋸切(sawing)、穿孔(drilling)、鍃孔(spot facing)、開孔(tapping)、滾銑(hobbing)、衝壓成形(drawing)、刻紋(engraving)、刺穿(piercing)、內部鑿口(internal breaching)、鉸孔(reaming)、衝孔(punching)(例如，使用衝床)、滾軋成形(roll forming)、基座成形(seat forming)、衝壓(stamping)、車削(turning)、鑽石切片(diamond wafering)等。因此，本文的方法和裝置可與具有上面列出的功能或類似功能的任何合適的工具或機器一起使用。舉例來說，合適的工具和機器包括銑刀(milling cutter)、鉸孔機(broaching machine)、鏜床(boringmachine)、鏜孔機(counter boring machine)、成型機(forming machine)、鏜床(boring mill)、鋸(例如，圓鋸和帶鋸)、磨床(例如，帶式和輪式)、鑽床(drilling machine)、衝床等。
在一些特殊的實施方案中，如上所述並如圖4所示的實施方案，本文所述的方法和裝置可用來對輥軋成形(roll forming)系統中使用的液體進行處理，例如冷軋潤滑油(rolling oil)乳狀液。在更多的特定實施方案中，本文的教導可用於對鋁輥軋中使用的冷軋潤滑油乳狀液進行處理。通過本文的方法和裝置來處理冷軋潤滑油乳狀液不會使液體的潤滑特性或pH值變差。另外，本文的教導防止難聞氣味的加重，並防止生物廢料阻塞系統內的過濾器。在優選的實施方案中，本文所述的方法和裝置可對溫度介於35℃-60℃之間的冷軋潤滑油乳狀液進行處理。
在某些實施方案中，本文提供的方法和裝置可對特定切削工具所使用的各種切削液進行處理，而不用考慮切割工具是否使用了一種或多種類型的切削液，或連接到一個或多個切削液儲存裝置。
本文的方法和裝置可用來對現有或是將來才有的任何合適類型的的切削液進行處理。術語「切削液」可寬泛地解釋，通常涉及在切割諸如金屬等的硬質材料中作為潤滑劑、冷卻劑、抗焊劑或阻蝕劑而使用的液體。在某些實施方案中，術語「切割液」包括金屬加工液(MWF)。在其它的實施方案中，術語「切削液」包括用來處理、操作或是切割其它硬質材料的液體，這類硬質材料例如為玻璃、陶瓷、碳化物、礦物、陶器、鑽石和其它寶石、塑膠等。
基於上述功能，切削液的使用例如可延長工具的壽命，降低工件的熱變形，獲得較好的表面光潔度，並便於處理碎片和碎屑等。
實際上，任何切削液(包括以下三種普通類型的切削液，即溶性油、半合成液和合成液)可與本文描述的裝置和方法一起使用。
在某些實施方案中，本文的方法和裝置可用來處理合成切削液。合成切削液通常不包含石油或礦物油基，而是由鹼性無機或有機化合物配製。合成切削液可包括合成碳氫化合物、有機酯、聚乙二醇、磷酸酯、有機或無機鹽以及以及其它合成潤滑液。此外，合成切削液可包括添加劑，例如抑制腐蝕的製劑。合成液通常以稀釋的形式使用。例如，每份合成濃縮液可用9-41、10-40、11-40、11-39、10-35和10-30份的水來稀釋。合成液通常提供所有切削液中最好的冷卻性能，但通常無法提供最佳的潤滑作用。
在另外的實施方案中，本文的方法和裝置可用來處理溶性油切削液。儘管在整個業界得到使用，但是術語「溶性油」是典型的用詞不當，這是因為其組分通常是不溶解於水的。溶性油通常是混有乳化劑和/或其它添加劑的「油」(例如礦物油和石油)，當將其添加了水並攪拌時，可形成油水(oil-in-water)乳狀液。例如，該乳狀液使得水的良好冷卻特性能夠用於金屬加工過程，而油和其它的添加劑可提供潤滑和抑制腐蝕的特性。通常，濃縮液包括基礎礦物油和一種或多種乳化劑，以幫助產生穩定的乳狀液。含脂過多的乳狀液通常通過添加脂肪油、脂肪酸或酯而產生。舉例來說，特壓乳狀液可包括例如氯、氯化石蠟、硫磺、磷等。
通常，溶性油切削液可提供良好的潤滑和熱傳導性能。另外，溶性油切削液在工業上廣泛使用，並且通常在所有切削液中價格最便宜。溶性油切削液通常還被稱為基於水的油、基於水的溶性油、基於水的乳化油、乳化油、水溶性油等。
溶性油切削液中的油通常是被稀釋的。舉例來說，在某些實施方案中，油在切削液中的比例為3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。在某些實施方案中，在溶性油切削液中使用的水是去離子或軟化的。在其它的實施方案中，所使用的水可包括約70-140、80-125或90-115ppm的碳酸鈣。
在其它的實施方案中，本文的方法和裝置可用來處理半合成切削液。半合成切削液通常涉及合成物和溶解油的混合液，並具有二者共有的性質。半合成液的成本和熱傳導性能通常介於合成液和溶性油液之間。
根據將由本文的方法進行處理的切削液的具體類型，切削液可包含水、油和一種或多種乳化劑、螯合劑、耦合劑、粘度指數改進劑、清潔劑、增塑劑(plasticizer)、抗霧劑(anti-mist agent)、抗焊劑、油性劑、表面活性潤溼劑(surfactant wetting agent)、分散劑，鈍化劑、消泡劑、鹼儲量(alkaline reserve)、染色劑、添味劑、阻蝕劑、特壓添加劑、潤滑增強劑(lubricity enhancer)、清潔劑、開孔複合物(tapping compound)、指紋中和劑(fingerprint neutralizer)或任何其它合適的添加劑。
在某些實施方案中，本文提供的裝置和方法可與抗菌劑聯合使用，所述抗菌劑例如胺、醯胺、苯基、胍、咪鮮胺(prochloraz)、丙環唑(propiconazole)、iodocarb、次溴酸鈉、5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、3-異噻唑酮(Isothiazolone)(其可用銻鹽穩定)、三(羥甲基)硝基甲烷、六氫-1，3，5-三(2-羥乙基)-S-三嗪、六氫-1，3，5-三乙基-S-三嗪、1-(3-氯烯丙基)-3，5，7-三氮雜-1-氮鎓金剛烷氯化物、4-(2-硝基丁基)嗎啉-4，4′-(2-乙基-2-硝基三亞甲基)雙嗎啉、O-苯基苯酚、2-吡啶硫醇-1-氧化物鈉鹽、1，2-BIT、6-乙酸基-2，4-二甲基間二噁烷、2，2-二溴-3-次氮基丙醯胺、對氯間二甲苯酚等。微生物殺滅劑的非排它性實施例已由以下專利公開Mason等的第6,342,522號美國專利、McCarthy等的第6,322,749號美國專利、Sherba等的第5,416,210號美國專利、Friedman，Jr等的第4,975,109號和第5,256,182號美國專利、Willingham的第5,145,981號美國專利和Williams等的第4,294,853號美國專利，所有這些專利的全部內容通過引用而合併到本發明中。
在一些實施方案中，本文的方法和裝置可與如上所述的微生物殺滅劑一起使用，必須注意到，所提供的方法和裝置在處理、防止微生物的生長或抑制微生物方面的有效性與附加的化學製劑(例如抗微生物劑)無關。因此，本文描述的方法和裝置可不與抗菌劑一起使用。
可由本文的方法和裝置所處理的切削液的實施例包括但不限於以下專利所公開的切削液Fukutani等的第6,518,225號和第6,242,391號美國專利、Perry等的第5,534,172號美國專利、Kaburagi等的第6,221,814號美國專利、Windgassen等的第4,605,507號美國專利、Futahashi等的第6,258,759號美國專利以及Kalota等的第5,616,544號美國專利，所有這些專利的全部內容通過引用而合併到本發明中。
切削液可在對任何合適的硬質材料切削或處理中使用。在某些實施方案中，由本文的方法所處理的切削液可在對任何合適類型的金屬工件的切削中使用。在特定的實施方案中，工件舉例來說可以是(或包括)碳、合金和工具鋼、不鏽鋼、鈦和其它的高溫合金、灰口鑄鐵和球墨鑄鐵、鋁和鋁合金、有色金屬材料、鎂、銅和銅合金、青銅、黃銅、碳鋼、不鏽鋼、鉻鉬鋼、釩、鈦、尼特合金(nitalloy)、因科鐐合金、蒙乃爾銅-鎳合金、鈹銅(berylium copper)、碳化硼等。
在其它的實施方案中，由本文描述的方法和裝置處理的切削液可用於對硬質材料的切削和處理，除了金屬以外，這些硬質材料包括但不限於玻璃、陶瓷、碳化物、礦物、陶器、鑽石和其它寶石、塑膠等。
在另外的實施方案中，本文的裝置和方法可結合一種或多種其它防止微生物繁殖的方法來使用。這些方法例如可包括離心分離、過濾、通風(aerating)、清理油箱、維持適當的切削液濃度、清除表面積油(surface tramp oil)以及添加抗微生物劑。因此，在某些實施方案中，本文的裝置和方法涉及在一種或多種上述處理方法或其它抗菌劑處理方法操作之前、之中或之後應用高頻超聲波。
第二部分用於處理潤溼液的裝置和方法在單獨的實施方案中，本文的教導提供了用於對印刷系統中使用的潤溼液進行處理的裝置和方法。膠印是基於這樣一種原理的方法，即，印刷板的圖案區域(也稱為印刷區域)接受墨，而非圖案區域(也稱為非印刷區域或背景)排斥墨。使用膠印，覆蓋有墨的圖案最終轉移到諸如紙的基底，從而製作出與板上的圖案相對應的圖案。
通常，術語「潤溼液」也稱為「潮溼液(dampening fluid)」，其涉及應用於印刷板表面的溶液，從而使得板的非圖案區域排斥墨，而使得圖案區域接受墨。潤溼液還可用於在印刷開始時快速地將墨從非圖案區域清除、促進水在印刷板表面的快速擴散、幫助水通過潤版輥(dampening roller)均勻流過、潤滑印刷板和橡皮布(blanket)或者控制墨和水的乳化作用等等。
參照圖3，印刷系統中的潤溼液通常收集在一個或多個潤溼液儲存裝置(一般稱為託盤32)中。通常，位於託盤32內的一個或多個輥38可將潤溼液從託盤32向印刷板34輸送。在潤溼液輸送到印刷板34後，墨輥36將墨輸送到印刷板34。循環系統30通常用於使潤溼液從託盤32的潤溼液出口再循環至油箱，然後通過潤溼液的入口回到印刷系統的託盤。驅動潤溼液從潤溼液託盤到達油箱的通常方法是重力自流進料或重力輔助進料，而泵使得潤溼液從油箱回到印刷系統的潤溼液託盤。
對於潤溼液的常見問題是，它們隨時間而變質，這一部分取決於微生物的生長和由於機械加工的汙染。當常規的補充操作對於維護潤解液來說已變得不太經濟時，潤溼液通常會被拋棄。
因此，本文的教導部分地針對能夠抑制、防止潤溼液中的微生物生長以及消除它們的裝置和方法。更具體的，本文的實施方案包括，通過防止由微生物造成的變質來延長潤溼液的使用壽命。在另外的實施方案中，當潤溼液變質到失去其效用時，本文所述方法可在拋棄潤溼液之前使其達到安全水平(抑止微生物的繁殖)。
方法和裝置本文所提供的裝置的實施方案可在Cordemans的第10/358445號美國申請和第6,540,922號美國申請中找到，這兩個申請的全部內容通過引用而合併到本發明中。處理潤溼液的方法可與本文公開的裝置一起來實現。圖1示出可用於處理潤溼液的裝置的特定實施方案。在某些實施方案中，待處理的潤溼液可包含微生物，例如包括細菌、病毒、真菌、原生生物等。
參照圖1，本文描述的裝置可包括隔間2，優選地，具有柱狀或矩形截面的形狀。在另外的實施方案中，隔間2可與保存待處理的潤溼液的儲存裝置(未示出)相連通。術語「儲存裝置」可寬泛地解釋，通常涉及容納潤溼液的裝置。在特定的實施方案中，本文提供的裝置通過連接(例如，經過側流)到潤溼液分配、供應、收集、混合或循環系統。在另外的實施方案中，本文提供的裝置未與儲存裝置連通，而是直接連接到待處理的潤溼液。
在其它的實施方案中，隔間2包括(例如，沿著其壁)一個或多個高頻超聲波發射器1，其將超聲波4發射到隔間2中，優選地，進入隔間2的中心。在另一個實施方案中，該容器還可包括一個或多個微泡發射器3，用來發射氣體微泡5，這些微泡發射器設置成可將氣體微泡5發射到隔間2中所發射的超聲波4的場中。
本文所用的術語「微泡」旨在表示平均直徑小於1毫米的氣泡。在一些實施方案中，該直徑可小於或等於50微米。在其它的實施方案中，微泡具有小於約30微米的直徑。在一些實施方案中，微泡可選自空氣微泡、氧氣微泡和臭氧微泡。為降低操作成本，使用例如空氣微泡而不使用臭氧微泡可能是有利的。
術語「microorganism」的縮寫是microbe，通常涉及病原或非病原微生物，可對印刷系統(例如，潤溼液、印刷板、機器、工具)、人類、哺乳動物或其它動物產生有害影響。這樣的微生物例如可包括需氧和厭氧細菌(例如，耶爾森氏桿菌、葡萄狀球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、食油吸毛桿菌、副大腸菌、普通變形桿菌、肺炎桿菌、微球菌、產氣桿菌、檸檬酸桿菌、無色菌)、病毒(例如，HIV、HCV、HBV)、真菌(鐮刀黴、假頭狀孢子頭、芽枝黴屬、麴黴菌)、原生生物(例如，黴菌、藻類)等等。
在特定的實施方案中，本文的方法和裝置包括用以處理潤溼液的低能、高頻的超聲波。術語「高頻」用於表示頻率高於200kHz並可達到數兆赫茲的頻率。在一些實施方案中，所使用的高頻介於200kHz和10MHz之間。在其它一些方面，高頻可介於200kHz和20MHz之間。在各種其它的實施方案中，高頻可介於800kHz(此時可獲得較少的自由基效應和較多的生物效應)和5MHz之間。在另一實施方案中，所使用的頻率介於1MHz和3MHz之間。更具體地，該頻率可為約1.8MHz。
本文描述的方法和裝置的各種實施方案中，用於發射氣體微泡5的氣體微泡發射器3設置在隔間2的底座11處(即，隔間2的底部)，這樣微泡可通過自然地上升或通過潤溼液的流動之中空氣的帶動而移動。
在另外的實施方案中，本文描述的裝置和方法可抑止、處理或阻止潤溼液中微生物的生長。儘管這裡的教導絕對不會受到它們精確作用機制的影響，但在更多的特定實施方案中，本文提供的裝置可產生諸如ROO·、H·、OH·和HOO·的基團，這些基團可能形成H2O2。這些分子和/或這些基團對於微生物來說是有毒的，因而可導致它們失活和/或破壞。
所形成的物種被認為來自高頻超聲波作用於水分子的反應，很大程度上可能會導致以下反應(尤其在有水存在時)
有利地，如果本文所述的方法在有微泡存在時執行，則將降低形成這些有毒物種所需的能量。
最近，人們意識到，向超聲波場中注射微泡會導致聲致發光現象的增加，通過微泡和由超聲波引起的空穴氣泡相重疊，活躍的和有毒的物種數目將成倍的增加。當超聲波處理與所存在的合適大小的微泡互相促進地結合時，可通過肉眼觀察到這一現象。
在另外的實施方案中，本文提供的裝置和方法具有無需將超聲波專用於特定區域的有益效果，這是因為，通過觀察可知，處理系統通過向待處理的潤溼液的儲存裝置就地擴散所形成的產物(例如，所形成的ROS(活性氧)、自由基和H2O2)來發揮作用。
在另外的實施方案中，本文所述裝置中的一個或多個超聲波發射器1設置成不會在實際中導致任意的駐波現象。舉例來說，在一些實施方案中，一個或多個超聲波發射器可相對於隔間2的軸線9(與軸線9成銳角而不是垂直)以及相對於潤溼液的流動和微泡的流動傾斜設置(見圖1)。這一特點使得隔間2中的所有微泡5能以統計一致的方式來處理，而不需要在隔間2內建立固定的區域。因而，本文的一些實施方案所用的裝置和方法可提供在時間上基本一致的處理以及保護。
根據其它的實施方案，本文描述的裝置和方法可包括光發射器12(即，電磁輻射發射器)，它以主要位於可見光譜範圍內的頻率將輻射發送到超聲波4的場內的隔間2中。然而，對於某些應用來說，為了消除某些特殊的微生物，將電磁輻射以不可見的頻率發送可能是有利的，例如，紫外線(例如，UVA、UVB或UVC類型)、紅外線、雷射、微波等。
出乎意料的是，人們最近發現，包括向結合了超聲波和光輻射的場中噴射微泡的處理對使得潤溼液中存在的微生物的失活和去除來說特別有效。聲致冷光現象可促進極活躍氧化物的生成(通常稱為ROS活性氧)，例如，超氧自由基、·OH或單電鍵氧，這樣可產生對於某些微生物來說極具毒性的一系列生化反應。
在不同實施方案中，本文的教導是專門針對這樣的裝置，它們不需要額外的化學產品(例如，抗微生物劑、光敏劑)就能抑制或防止潤溼液中微生物的生長。在另一個實施方案中，本文的裝置可用來通過使用有限量的化學產品(例如，抗微生物劑、光敏劑)抑制或防止潤溼液中微生物的生長。術語「有限量」涉及包含小於5ppm的抗微生物劑的溶液。舉例來說，有限量的抗微生物劑可包括約4.9、4.5、4.0、3.0、2.0、1.0和0ppm，以及其它任何值或任何介於這些值之間的值的範圍。術語「抗微生物劑」可寬泛地解釋，通常涉及能夠防止或停止微生物的生長的任何合適的製劑，這些微生物例如包括細菌、黴菌、藻類、真菌、病毒、原生生物等。
在另外的實施方案中，本文描述的裝置和方法可包括用於使得潤溼液再循環的泵或其它裝置，以及用於恢復存在於潤溼液中的微生物的裝置。用於恢復的裝置非排它地包括用於過濾、離心分離和沉澱的設備(例如旋流器等)。在一些實施方案中，用於恢復的泵和/或裝置設置在容納待處理的潤溼液的儲存裝置和隔間2之間。
在某些實施方案中，本文提供的裝置和方法可連接到實際任何潤溼液分配、混合、收集、供應或循環系統。在更多的特定實施方案中，本文的裝置可連接到以下專利所公開的潤溼液系統，這些專利例如為Sibilia的第6,508,069號美國專利、MacPhee的第5,713,282號美國專利、MacPhee的第5,619,920號美國專利、Hughes的第4,969,480號美國專利、Juhasz的第4,754,779號美國專利、Beckley的第4,523,854號美國專利、MacPhee等的第4,394,870號美國專利以及Patsko的第4,151,854號美國專利。上述這些專利的全部內容通過引用而合併到本發明中。
新的環境意識及嚴格的處理規定需要系統對再循環的潤溼液進行處理，使其保持相對較小的汙染。舉例來說，在許多地方，廢棄的潤溼液被劃歸到危險廢料的類別。頻繁廢棄和更換潤溼液的實踐因而變得極其昂貴。因此，在另外的實施方案中，除了在重新利用之前處理潤溼液之外，本文的方法和裝置可用來使得潤溼液適於丟棄，例如，符合政府的處理條例。
典型的，潤溼液主要包括水和附加的物質。一般來說，根據潤溼液的具體使用而向潤溼液添加附加的物質。因此，另外的實施方案包括處理潤溼液的方法，該潤溼液包含調節pH值的製劑，從而確保與印刷墨的兼容性或保持印刷板溼潤。在另外的實施方案中，本文的方法可對包含一種或多種以下製劑的潤溼液進行處理，這些製劑為螯化形成物(chelate former)、溶劑、防腐劑(包括抗微生物劑)、表面活性劑、阻蝕劑(例如，硝酸鋅、硝酸鎂、硝酸鋁)、消泡劑、染色劑、粘度調節劑、乳狀液控制劑、非堆積(non-piling)製劑(例如乙二醇)、減感(desensitizing)鹽(例如，矽酸鹽，磷酸鹽)、水溶性樹膠(例如，阿拉伯樹膠、松膠、澱粉、CMC、PVP和丙烯酸)或滑潤劑(例如，乙醇、酒精替代品、聚合體和乙二醇)等。
可以有限數量與本文所述方法一起使用的常規殺蟲劑包括Bromopol[1，3-丙二醇，2-溴-2-硝基]、各種異噻唑酮、戊二醛、苯甲酸鈉、苯酚、6-乙酸基-2，4-二甲基間二噁烷、1，2-苯並異噻唑啉-3-酮、2-[(羥甲基)氨基]乙醇、甲醛、三烷基苄基型季銨鹽等等。
在更多的特定實施方案中，本文提供的方法和裝置可用來對在實際各種類型的膠印或基於水油非混合的印刷中使用的潤溼液進行處理。在更多的特定實施方案中，本文的方法和裝置可用來對在實際任何平版印刷系統中使用的潤溼液進行處理。
可由本文的方法和裝置進行處理的潤溼液的實施例包括但不限於在以下專利中公開的潤溼液Whitehead的第5,897,693號美國專利、Matsumoto的第5,720,800號美國專利、Marx等的第5,695,550號美國專利、Matsumoto的第5,637,444號美國專利、Schell的第5,308,388號美國專利、Chase的第5,279,648號美國專利、Gamblin的第5,164,000號美國專利以及Bassemir等的第4,854,969號美國專利。這些專利中的每一個的全部內容通過引用而合併到本發明中。
在另外的實施方案中，本文的裝置可結合一種或多種其它可阻止潤溼液中微生物繁殖的方法來使用。這些方法例如包括離心分離、過濾、通風、清理油箱、維持適當的潤溼液濃度以及添加抗微生物劑等。因此，在某些實施方案中，本文提供的方法涉及在一種或多種上述處理方法或其它類似的抗菌劑處理方法操作之前、之中或之後應用高頻超聲波。可與本文的方法結合用來處理潤溼液的設備的實施例在例如Mizuno的第6,293,198號美國專利以及Meenan等的第5,622,620號美國專利中公開。這兩個專利的全部內容通過引用而合併到本發明中。
儘管上述的描述細化了本文的教導，但是可以理解，不論上述描述在文字上如何詳細，但是本文的裝置和方法能以很多種方式來實施。同樣如上所述，應該注意到，在描述本文的教導的特徵或方面時，特定的術語的使用並不意味著該術語被重新定義，從而被限制成與該術語相關的本文的教導的特徵或方面的具體特性。因此，本文的教導的範圍應該由所附的權利要求及其等價物來限定。
權利要求
1.一種處理切削液的方法，包括使所述切削液同時暴露於氣體微泡和具有200kHz或更高頻率的超聲波。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述氣體微泡基本由周圍空氣構成。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述微泡的直徑小於約50微米。
4.一種用於減少切削液中存活的微生物的裝置，所述裝置包括隔間，用於容納切削液的儲存裝置；超聲波發射器，配置成將頻率大於200kHz的超聲波信號發射到所述隔間中；以及氣體微泡發射器，配置成將具有小於1毫米的平均直徑的氣體微泡發射到包含所述切削液的所述隔間中的超聲波場中。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述氣體微泡不是臭氧微泡。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述氣體微泡選自由空氣和氧氣微泡構成的組。
7.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述切削液是水溶性的切削液。
8.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述切削液是合成的切削液。
9.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述切削液是半合成的切削液。
10.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於50微米。
11.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於30微米。
12.根據權利要求4所述的裝置，其中，發射到所述隔間中的所述超聲波不會產生恆定場現象。
13.根據權利要求4所述的裝置，進一步包括電磁輻射發射器，其配置成在可見光譜區內將電磁輻射發射到所述超聲波場中。
14.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述微生物是細菌。
15.一種處理切削液的方法，包括從液體輸送迴路收集切削液；將所述切削液輸送到隔間；使所述隔間中的所述切削液同時暴露於氣體微泡和具有200kHz或更高頻率的超聲波。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述微泡基本由周圍空氣構成。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，所述微泡的直徑小於約50微米。
18.一種加工系統，包括切削裝置；連接到所述切削裝置的切削液迴路；隔間，用於容納切削液的儲存裝置，所述切削液通過所述儲存裝置進行輸送；超聲波發射器，配置成將頻率大於200kHz的超聲波信號發射到所述隔間中；以及氣體微泡發射器，配置成將具有小於1毫米的平均直徑的氣體微泡發射到包含所述切削液的所述隔間中的超聲波場中。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述氣體微泡不是臭氧微泡。
20.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述氣體微泡選自由空氣和氧氣微泡構成的組。
21.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述切削液是水溶性的切削液。
22.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述切削液是合成的切削液。
23.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述切削液是半合成的切削液。
24.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於50微米。
25.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於30微米。
26.根據權利要求18所述的裝置，其中，發射到所述隔間中的所述超聲波不會產生恆定場現象。
27.根據權利要求18所述的裝置，進一步包括電磁輻射發射器，其配置成在可見光譜區內將電磁輻射發射到所述超聲波場中。
28.一種處理潤溼液的方法，包括使所述潤溼液同時暴露於氣體微泡和具有100kHz或更高頻率的超聲波。
29.根據權利要求28所述的方法，其中，所述氣體微泡基本由周圍空氣構成。
30.根據權利要求28所述的方法，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於約50微米。
31.一種用於減少潤溼液中存活的微生物的裝置，所述裝置包括隔間，用於容納潤溼液的儲存裝置；超聲波發射器，配置成將頻率大於100kHz的超聲波信號發射到所述隔間中；以及氣體微泡發射器，配置成將具有小於1毫米的平均直徑的氣體微泡發射到包含所述潤溼液的所述隔間中的超聲波場中。
32.根據權利要求31所述的裝置，其中，所述氣體微泡不是臭氧微泡。
33.根據權利要求31所述的裝置，其中，所述氣體微泡選自由空氣和氧氣微泡構成的組。
34.根據權利要求31所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於50微米。
35.根據權利要求31所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於30微米。
36.根據權利要求31所述的裝置，其中，發射到所述隔間中的所述超聲波不會產生恆定場現象。
37.根據權利要求31所述的裝置，進一步包括電磁輻射發射器，其配置成在可見光譜區內將電磁輻射發射到所述超聲波場中。
38.根據權利要求31所述的裝置，其中，所述微生物為細菌。
39.一種處理潤溼液的方法，包括從液體輸送迴路收集潤溼液；將所述潤溼液輸送到隔間；使所述隔間中的所述潤溼液同時暴露於氣體微泡和具有100kHz或更高頻率的超聲波。
40.根據權利要求39所述的方法，其中，所述氣體微泡基本由周圍空氣構成。
41.根據權利要求39所述的方法，其中，所述微泡的平均直徑小於約50微米。
42.一種加工系統，包括印刷設備；連接到所述印刷設備的潤溼液迴路；隔間，用於容納潤溼液的儲存裝置，所述潤溼液通過所述儲存裝置進行輸送；超聲波發射器，配置成將頻率大於100kHz的超聲波信號發射到所述隔間中；以及氣體微泡發射器，配置成將具有小於1毫米的平均直徑的氣體微泡發射到包含所述潤溼液的所述隔間中的超聲波場中。
43.根據權利要求42所述的裝置，其中，所述氣體微泡不是臭氧微泡。
44.根據權利要求42所述的裝置，其中，所述氣體微泡選自由空氣和氧氣微泡構成的組。
45.根據權利要求42所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於50微米。
46.根據權利要求42所述的裝置，其中，所述氣體微泡的平均直徑小於30微米。
47.根據權利要求42所述的裝置，其中，發射到所述隔間中的所述超聲波不會產生恆定場現象。
48.根據權利要求42所述的裝置，進一步包括電磁輻射發射器，其配置成在可見光譜區內將電磁輻射發射到所述超聲波場中。
全文摘要
結合氣體微泡(5)，使用高頻、低能的超聲波(4)對切削液(cutting fluid)或潤溼液(fountain solution)中的微生物進行處理，阻止微生物生長以及抑制微生物的裝置和方法。
文檔編號C02F1/36GK1819972SQ200480019607
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月7日 優先權日2003年7月8日
發明者馬裡奧·斯溫納恩, 哈羅德·莫法特, 愛德華·S·比爾德伍德, 鮑德溫·阿內卡爾, 埃裡克·D·科爾迪曼斯·德莫伊勒內爾 申請人:阿什蘭許可&智慧財產權有限公司