CN101982323A - 精准定位印制全息图案的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种精准定位印制全息图案的装置，包括放卷辊、紫外灯和收卷辊，在放卷辊的下游设有涂布紫外光油的涂布单元；在涂布单元下游设有全息模板辊，在全息模板辊旁边设有压力辊；在全息模板辊周围还设有导膜辊，导膜辊与全息模板辊两者并不互相触压；全息模板辊与压力辊两者之间的切点为A点，导膜辊与全息模板辊之间的内切线为BC线段，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长为3～100cm；所述紫外灯朝向全息模板辊，其照射区域包括B点和A点之间的部分区域但避开A点。本发明不需要基膜而能够直接在承印物印制出精美的全息图案，而且紫外光油层与印版剥离彻底，避免发生糊版的问题。本发明还提供一种精准定位印制全息图案的方法。
Description
技术领域
本发明属于印制全息图案的技术领域，具体涉及一种采用一步法印制全息图案的装置和方法。
背景技术
全息图案是在承印材料表面的紫外光油层形成精细的凹凸纹理图案，这些密集的微小的凹凸纹理经过衍射、干涉等光学作用后，可以形成激光效果、动感效果、透镜效果等特殊光学效果(通称“全息效果”)，因此具有防伪和美观的双重功效，广泛应用于烟、酒、礼品等高档商品的包装。承印材料表面的全息图案的纹理(凹凸全息纹理)是经过转压印得到的，而最原始的凹凸全息纹理由于太精细，利用普通设备雕刻比较困难，大都需要利用激光雕刻。
在传统技术中，全息图案的印制都是采用两步法(间接印制法)，且必须用到中间材料——基膜。两步法具体如下：第一步是模压工序，先制作刻有凹凸全息纹理的金属镍版，将金属镍版的凹凸全息纹理利用高温高压模压到基膜上，使基膜也产生凹凸全息纹理，然后将基膜收卷备用；第二步是印制工序，将带有凹凸全息纹理的基膜放卷，同时在承印材料表面涂上紫外光油，在紫外光油尚未固化之前，将基膜与承印膜复合，使承印膜表面的紫外光油层形成凹凸全息纹理图案(全息图案)，接着使紫外光油层固化，从而印制出具有镭射效果的图案。
显然，上述传统工艺存在诸多方面的不足：1、必须耗用中间材料——基膜(塑料膜)，而且由于基膜的材质不坚硬，在印制工序中图案的凹凸形状容易磨损，使每张基膜能够使用的次数相当有限，因此每印制一批包装盒，就需要耗用很多张基膜；2、模压工序需要高温高压，不但耗能，而且对温度和压力的精度要求高，工艺参数控制难度大，稍微不慎就会使基膜变形，基膜半成品的合格率低；3、需要经过两次转印，不但使工序繁琐，步骤多，费工费时，还需要两种设备(模压机和复合机)，设备成本高，而且更为严重的是，由于每次转印都会损失一部分图文凹凸信息，所以经过两次转印，图文凹凸信息损失的比例将更大，这意味着最终图案的完整清晰度更差。
由于上述原因，近年来，关于如何在承印材料的紫外光油层印制全息图案，行业界孜孜不倦地探求一次性直接压印全息图案的方法(简称直接模压法或“一步法”)。
虽然，在印刷行业，印制平面图案不需分为两步(所谓“平面图案”，是与具有全息效果的凹凸图案相对而言，也就是依靠明暗、色彩表达的通常图案，平面图案无需凹凸纹理)，但印制全息图案与印制平面图案有诸多实质的不同之处，而印制全息图案的“一步法”也与“两步法”有诸多实质的不同之处，印制全息图案的“一步法”并非轻而易举的事情，人们提出的“一步法”方案仍然存在这样那样的问题需要解决。例如：
在2010年6月23日公布的申请公布号为CN101746202A的中国专利文献中，公开了一种在纸张表面直接模压全息图案的方法，该方法先在纸张表面涂布紫外光油树脂层，先使紫外光油树脂层固化，接着在80～140℃条件下用金属镍版对纸张表面进行模压，使金属镍版的凹凸全息纹理压印到固化的紫外光油树脂层上。上述方案的问题是：由于印制凹凸全息纹理图案时树脂层已经固化，树脂层可塑性相当差，因此凹凸全息纹理信息很难完整清晰地压印传递到树脂层上，图案印制效果差，全息图案不精美，而且需要高温高压的条件，容易损害承印物。
在2010年2月10日公布的公开号为CN101642978A的中国专利文献中，公开了一种直接在承印膜上印制全息图案的方法，该方法先在承印膜表面涂布紫外光油，接着将全息模板的凹凸全息纹理转印到尚未固化的紫外光油层上，转印后承印膜继续沿转印点的切线方向运行，最后使承印膜表面的紫外光油固化。上述方案的问题是：由于在承印膜与全息模板分离的瞬间，紫外光油层尚未固化，因此剥离时，紫外光油容易黏入全息模板的微小凹坑(凹槽)中，使全息模板的微小凹坑(凹槽)被紫外光油占据，全息模板的凹凸图文信息变得模糊(又称“糊版”)，严重时会使昂贵的全息模板报废。
而在2010年8月11日公布的公开号为CN101797850A的中国专利文献中，公开了一种印制全息图案的装置及方法，该装置将紫外灯设置在圆辊内部中心，这样可以在紫外光油层印制凹凸图文的同时进行固化。但是，该方案也存在不足：1、圆辊的辊壁材质必须是透明的，同时圆辊的辊壁材质要求非常坚硬，使圆辊制作成本非常高；2、紫外灯的强度调控非常困难，遇到左右两难的问题，这是因为，由于圆辊是透明的，所以紫外灯不但能够照射到正在印制图文的部位(即两辊的切点位置)，而且还能照射到尚未印制图文的部位(即位于切点前方的位置，在该文献中表现为图1中位于紫外灯8左下方的承印膜)；所以，如果紫外灯的强度太高，则紫外光油尚未印制凹凸图文就已经固化，会发生紫外光油可塑性差、难以清晰完整雕刻出凹凸图文的问题；反之，如果紫外灯的强度不够高，则紫外光油在印制凹凸图文的瞬间无法完全固化，又会在剥离时发生紫外光油容易黏入圆辊凹坑中的问题。
总之，近年来，虽然人们努力探索直接模压法，但尚未找到一种满意的解决方案，因而，直接模压法尚未正式应用于实际生产。现在，行业内实际生产中仍然只能采用两步法(间接印制法)；而现有关于在紫外光油层印制全息图案的专利文献中，绝大多数也是采用两步法。
另外，由于两步法采用的基膜是塑料材质，使用过程或多或少必然会产生伸缩变形，因此在第二步的印制工序，基膜的凹凸全息纹理难以与承印材料的目标位置精确对准，印制出来的全息图案位置在承印材料上不能精确定位，只能是粗略控制，因此，印制出来的全息图案不能与其它普通平面图案叠印或套印(所谓“叠印”，就是前后两次印制的图案精准地上下叠加到一起；所谓“套印”，就是后一次印制的图案位于前一次印制的图案的周围且两者精准地拼接在一起，两者的交界位置既不出现叠加也没有空白的缝隙部位)。由于现有全息图案不能与其它普通平面图案叠印或套印，只能独自出现在承印物上，而且紫外光油又几乎是无色的，使得现有全息图案的显得很单调。为了克服这种单调，人们能够采取的补偿措施只有两种：1、往紫外光油添加某种颜料，使紫外光油变成某一颜色，但其配方复杂，又会改变紫外光油性质，损害紫外光油层固化后的坚固程度，而且也只能获得单调的一种颜色；2、在全息图案表面增加镀铝层，但这样工序较多，成本高，而且铝层也只有单调的银色。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种精准定位印制全息图案的装置和方法，它们不需要基膜而能够直接在承印物印制出精美的全息图案，而且紫外光油层与印版剥离彻底，避免发生糊版的问题。
其目的可以按以下方案实现：该精准定位印制全息图案的装置包括放卷辊、紫外灯和收卷辊，在放卷辊的下游设有涂布紫外光油的涂布单元；在涂布单元下游设有全息模板辊，全息模板辊表面刻有凹凸全息纹理，在全息模板辊旁边设有压力辊，压力辊压在全息模板辊上；其主要特点在于，在全息模板辊周围还设有导膜辊，导膜辊与全息模板辊两者并不互相触压；从竖向截面看，全息模板辊与压力辊两者之间的切点为A点，导膜辊与全息模板辊之间代表承印物运行轨迹的内切线为BC线段，其中B点位于全息模板辊圆周上，C点位于导膜辊圆周上，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长为3～100CM；所述紫外灯朝向全息模板辊，其照射区域包括B点和A点之间的部分区域但避开A点。所谓“竖向截面”，是指垂直于全息模板辊中心轴线的截面。
在涂布单元的上游还设有印刷平面图案的的印刷机组。“印刷平面图案的的印刷机组”也就是现有平面印刷技术中的常用设备，它可以包括若干个印刷工位，每个印刷工位对应负责印刷一种颜色。
在导膜辊的下游还设有印刷平面图案的的印刷机组。
一种精准定位印制全息图案的方法，其主要特点在于采用上述的印制全息图案的装置，并采用透明、卷状的承印膜，包括以下步骤：(1)、放卷辊将透明的承印膜放卷；(2)、承印膜向下游运行至涂布单元，涂布单元将紫外光油涂布到承印膜的其中一表面上；(3)、承印膜继续向下游运行，经过全息模板辊和压力辊的切点A位置，使承印膜涂有紫外光油的一面朝向全息模板辊，压力辊对承印膜施加压力，使全息模板辊上的凹凸全息纹理压印到承印膜表面的紫外光油层上；(4)、承印膜沿全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧形轨迹继续运行，同时全息模板辊不停转动，且全息模板辊转动的线速度等于承印膜运行的线速度，全息模板辊位于AB之间圆弧形曲面上的凹凸全息纹理的每一点与紫外光油层全息图案的对应点保持相对静止，在此过程中，紫外灯发出的紫外光线穿透过承印膜并照射到紫外光油层，使紫外光油层完全固化；(5)、承印膜运行至全息模板辊的B点，承印膜在B点与全息模板辊剥离，然后沿BC线段继续运行至C点，经过导膜辊，最后由收卷辊收卷。
在上述步骤(2)之前，涂布单元上游的印刷机组先在承印膜表面印刷平面图案；在上述步骤(2)中，紫外光油精确叠加到平面图案上面；在上述步骤(3)中印制出来的全息图案与平面图案形成叠印。
在上述步骤(2)之前，涂布单元上游的印刷机组先在承印膜表面印刷平面图案；在上述步骤(2)中，紫外光油精确拼接在平面图案周围；在上述步骤(3)中印制出来的全息图案与平面图案形成套印。
在上述步骤(5)中，承印膜经过导膜辊后，印刷机组在承印膜表面印刷平面图案；平面图案精确拼接在全息图案周围，平面图案与全息图案形成套印。
本发明具有以下优点和效果：
1、本发明的直接模压方案不需要基膜而能够直接在承印物印制出精美的全息图案，且能够实现先压印图案、压印后再固化紫外光油、固化后再剥离；进一步地，本发明中，在压印图案时紫外光油完全未被照射，具有充分的可塑性，有利于完整地吸收凹凸图文信息；而在紫外光油从未固化到完全固化的若干秒钟内，承印膜沿弧形轨迹运行，运行的线速度等于全息模板辊转动的线速度，全息模板辊位于AB之间圆弧形曲面上的的“母图案”的每一点还能与紫外光油层的“子图案”的对应点保持相对静止，相当于在“子图案”定型过程中，全息模板辊的“母图案”还能护送“子图案”一程(3～100CM)，更确保了紫外光油的“子图案”在固化过程中不会因为固化而变形；在剥离时，由于导膜辊靠近全息模板辊但并不互相触压，避免对固化成型后的“子图案”造成骚扰。因此，本发明紫外光油层印制出来的全息图案完整清晰，凹凸图文信息损失比例极少，印制出来的全息图案与全息模板辊的凹凸全息纹理基本完全吻合而不失真，全息图案精美亮丽，而且紫外光油层完全固化后再与全息模板辊剥离，紫外光油层剥离彻底，避免发生糊版的问题。
2、本发明的凹凸全息纹理是刻制在圆辊上，而非刻制在塑料基膜上，由于圆辊不象基膜那样会变形，所以凹凸全息纹理压印在承印膜上的位置容易实现精确定位；另外，本发明首次提出将全息图案与普通平面图案叠印或套印，使全息图案能够与普通彩色平面图案精准叠加或拼接套合，使全息图案与普通彩色图案两者天衣无缝地凑在一起，相益得彰，克服了全息图案单调的弱点。
3、由于紫外光油层是透明的，而平面图案一般可以是彩色图案，当全息图案叠加在平面彩色图案层上面，平面彩色图案可以透过紫外光油层表露出来，而紫外光油层的全息图案进一步叠加在平面彩色图案上面且不会将彩色图案遮挡，显现出特殊的美仑美奂的视觉效果。另外，由于彩色图案层位于全息图案层下面，彩色图案层的油墨不会填充到全息图案层的凹凸纹理中，即不会使全息图案层的纹理模糊，不会损害全息图案层的亮丽清晰度。
4、本发明的全息模板辊的辊壁材质不要求透明，便于制作，降低成本。
5、本发明在压印图案时，紫外光油层具有充分的可塑性，因此对压力、温度要求不高；而在固化过程中，紫外光油层有充裕的时间和行程(3～100CM)进行固化，因此固化过程不急促，对紫外灯的强度要求较低。总之，本发明对压力、温度、紫外灯的强度调控容易。
6、与传统的两步法比较，本发明具有工序简单、节省设备、印制图案精美、能耗低、避免耗用中间材料等优点。
附图说明
图1是本发明第一种印制全息图案的装置及其使用方法示意图。
图2是图1中的全息模板辊、压力辊、导膜辊三者在竖向截面上的几何位置关系示意图。
图3是全息模板辊与导膜辊两者的内切线示意图。
图4是本发明第二种印制全息图案的装置及其使用方法示意图。
图5是本发明第三种印制全息图案的装置及其使用方法示意图。
具体实施方式
实施例一
图1所示的精准定位印制全息图案的装置包括放卷辊1、紫外灯2和收卷辊3，在放卷辊1的下游设有涂布紫外光油的涂布单元4；在涂布单元4下游设有全息模板辊5，全息模板辊5表面的镍版刻有凹凸全息纹理，在全息模板辊5旁边设有压力辊6，压力辊6压在全息模板辊5上；在全息模板辊5周围还设有导膜辊7，导膜辊7靠近全息模板辊5但两者并不互相触压；图2所示，从竖向截面看，全息模板辊与压力辊两者之间的切点为A点，导膜辊与全息模板辊之间代表承印物运行轨迹的内切线为BC线段，其中B点位于全息模板辊圆周上，C点位于导膜辊圆周上，BC线段其实是代表承印材料运行轨迹，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长为50CM；紫外灯朝向全息模板辊，其照射区域位于B点和A点之间，且避开A点。所谓竖向截面，是指垂直于全息模板辊中心轴线的截面。
图3所示，从几何角度看，导膜辊圆周与全息模板辊圆周之间有两条内切线，即图3中的BC线段及EF线段，其中B点、E点位于全息模板辊的圆周，C点、F点位于导膜辊的圆周。当某一个点从A点沿全息模板辊表面顺时针转动，先经过的B点，而后才经过E点。所谓“导膜辊与全息模板辊之间代表承印物运行轨迹的内切线”，是指两条内切线中，以B点为起始端的那条内切线，即BC线段。所谓“顺时针”，就是工作时全息模板辊转动的方向，在图3中用弧线箭头表示。
实施例二
图4所示，在该实施例中，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长为3CM；另外，在实施例二中，在涂布单元的上游还设有印刷平面图案的的印刷机组9。
在该实施例二中，紫外灯朝向全息模板辊，其照射区域位于C点和A点之间的区域但避开A点，虽然照射区域的右边超出AB之间的范围，也算是“包括了B点和A点之间的部分区域”。
在该实施例二中，全息模板辊的凹凸全息纹理直接雕刻在圆辊辊体表面。
其余与实施例一相同。
实施例三
在该实施例中，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长为100CM，另外，在实施例二中，在导膜辊的下游还设有印刷平面图案的的印刷机组9，如图5所示。其余与实施例一相同。
上述实施例一、二、三中，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长可以改为10CM，或30CM，或40CM，或60CM，或80CM。
实施例四
图1、图2所示，一种精准定位印制全息图案的方法，采用实施例一的印制全息图案的装置，并采用透明、卷状的承印膜8，包括以下步骤：(1)、放卷辊1将透明的承印膜8放卷；(2)、承印膜8向下游运行至涂布单元4，涂布单元4将紫外光油涂布到承印膜8的其中一表面上；(3)、承印膜8继续向下游运行，经过全息模板辊5和压力辊6的切点A位置，使承印膜8涂有紫外光油的一面朝向全息模板辊5，压力辊6对承印膜8施加压力，使全息模板辊5上的凹凸全息纹理压印到承印膜8表面的紫外光油层上；(4)、承印膜8沿全息模板辊5圆周上A点与B点之间的弧形轨迹继续运行，同时全息模板辊5不停转动，且全息模板辊5转动的线速度等于承印膜运行的线速度，全息模板辊位于AB之间圆弧形曲面上的凹凸全息纹理的每一点与紫外光油层全息图案的对应点保持相对静止；在此过程中，紫外灯2发出的紫外光线从承印膜8背面穿透过承印膜8照射到紫外光油层，使紫外光油层完全固化；(5)、承印膜8运行至全息模板辊的B点，承印膜8在B点与全息模板辊5剥离，然后沿BC线段继续运行至C点，经过导膜辊7，最后由收卷辊3收卷。
实施例五
该实施例是精准定位印制全息图案的方法，采用实施例二的设备，实施例五与实施例四的区别点是：在上述步骤(2)之前，印刷机组9先在承印膜8表面印刷平面图案；在上述步骤(2)中，紫外光油精确叠加到平面图案上面；在上述步骤(3)中印制出来的全息图案与平面图案形成叠印。
实施例六
该实施例是精准定位印制全息图案的方法，采用实施例二的设备，实施例六与实施例四的区别点是：在上述步骤(2)之前，印刷机组9先在承印膜8表面印刷平面图案；在上述步骤(2)中，紫外光油精确拼接在平面图案周围；在上述步骤(3)中印制出来的全息图案与平面图案形成套印。
实施例七
该实施例是精准定位印制全息图案的方法，采用实施例三的设备，实施例七与实施例四的区别点是：在上述步骤(5)中，承印膜8经过导膜辊7后，印刷机组9在承印膜8表面印刷平面图案；平面图案精确拼接在全息图案周围，平面图案与全息图案形成套印。
本领域的技术人员可以知道，导膜辊可以非常靠近全息模板辊，当导膜辊与全息模板辊之间的距离接近于零时，BC线段也接近于零，B点和C点几乎重合。
在印刷领域，不同颜色之间进行叠印或套印是常用技术，本发明的平面图案本身也可以由叠印或套印而成。但是，尚未有人想到将全息图案与平面图案之间进行叠印或套印。本发明将带来全息图案行业的新飞跃。
本领域的技术人员知道，全息模板辊的结构至少可以包括以下两种类型：1、凹凸的全息纹理直接雕刻在圆辊辊体表面；2、凹凸的全息纹理图案雕刻在金属版(例如金属镍版)上，再将金属版包覆在圆辊辊体表面，这种情况下全息模板辊由金属版和圆辊组成。
本领域的技术人员在阅读本说明书后可以知道，紫外光油层固化后再接受照射并无妨。所以，即使紫外灯的照射区域延伸到B点，或进一步扩展到BC之间也无妨，这些情况下也算是“包括B点和A点之间的部分区域”。
Claims (7)
1.一种精准定位印制全息图案的装置，包括放卷辊、紫外灯和收卷辊，在放卷辊的下游设有涂布紫外光油的涂布单元；在涂布单元下游设有全息模板辊，全息模板辊表面刻有全息凹凸纹理，在全息模板辊旁边设有压力辊，压力辊压在全息模板辊上；其特征在于：在全息模板辊周围还设有导膜辊，导膜辊与全息模板辊两者并不互相触压；从竖向截面看，全息模板辊与压力辊两者之间的切点为A点，导膜辊与全息模板辊的一条内切线为BC线段，其中B点位于全息模板辊圆周上，C点位于导膜辊圆周上，全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧长为3～100CM；所述紫外灯朝向全息模板辊，其照射区域包括B点和A点之间的部分区域但避开A点。
2.根据权利要求1所述的精准定位印制全息图案的装置，其特征在于：在涂布单元的上游还设有印刷平面图案的的印刷机组。
3.根据权利要求1所述的精准定位印制全息图案的装置，其特征在于：在导膜辊的下游还设有印刷平面图案的的印刷机组。
4.一种精准定位印制全息图案的方法，其特征在于采用权利要求1所述的印制全息图案的装置，并采用透明、卷状的承印膜，包括以下步骤：(1)、放卷辊将透明的承印膜放卷；(2)、承印膜向下游运行至涂布单元，涂布单元将紫外光油涂布到承印膜的其中一表面上；(3)、承印膜继续向下游运行，经过全息模板辊和压力辊的切点A位置，使承印膜涂有紫外光油的一面朝向全息模板辊，压力辊对承印膜施加压力，使全息模板辊上的全息凹凸纹理压印到承印膜表面的紫外光油层上；(4)、承印膜沿全息模板辊圆周上A点与B点之间的弧形轨迹继续运行，同时全息模板辊不停转动，且全息模板辊转动的线速度等于承印膜运行的线速度，全息模板辊位于AB之间圆弧形曲面上的全息凹凸纹理的每一点与紫外光油层全息凹凸纹理图案的对应点保持相对静止，在此过程中，紫外灯发出的紫外光线穿透过承印膜并照射到紫外光油层，使紫外光油层完全固化；(5)、承印膜运行至全息模板辊的B点，承印膜在B点与全息模板辊剥离，然后沿BC线段继续运行至C点，经过导膜辊，最后由收卷辊收卷。
5.根据权利要求4所述的精准定位印制全息图案的方法，其特征在于采用权利要求2所述的印制全息图案的装置，且在上述步骤(2)之前，印刷机组先在承印膜表面印刷平面图案；在上述步骤(2)中，紫外光油精确叠加到平面图案上面；在上述步骤(3)中印制出来的全息图案与平面图案形成叠印。
6.根据权利要求4所述的精准定位印制全息图案的方法，其特征在于采用权利要求2所述的印制全息图案的装置，且在上述步骤(2)之前，印刷机组先在承印膜表面印刷平面图案；在上述步骤(2)中，紫外光油精确拼接在平面图案周围；在上述步骤(3)中印制出来的全息图案与平面图案形成套印。
7.根据权利要求4所述的精准定位印制全息图案的方法，其特征在于采用权利要求3所述的印制全息图案的装置，且在上述步骤(5)中，承印膜经过导膜辊后，印刷机组在承印膜表面印刷平面图案；平面图案精确拼接在全息图案周围，平面图案与全息图案形成套印。
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