CN105283321A - 热压印设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有压印设备(2)的热压印设备(1)，该热压印设备用于将设置在热压印薄膜(15)的载体层(15t)上的转印层(15u)转印到基质(14)上。所述热压印设备包括能被加热的压印辊(11)和反压辊(12)以及包括在下游设置的剥离设备(3)，在所述压印辊和所述反压辊之间形成压印间隙(16)，所述剥离设备用于将载体层(15t)从被转印到基质(14)上的转印层(15u)上剥离。在所述压印间隙(16)和所述剥离设备(3)之间在被压印过的基质(17)下方直接邻接压印间隙(16)地或者与压印间隙(16)间隔小于1mm地或搭接压印间隙(16)地设置平坦的支承元件(18)。

Description

热压印设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1内容的前序部分的热压印设备。
热压印设备被用于在温度和压力的作用下将设置在热压印薄膜的载体层上的转印层转印到基质上。对此设置被加热的压印辊，该压印辊与反压辊配合作用。载体层在构成在压印辊和反压辊之间的压印间隙的下游借助剥离装置从已转印到基质上的转印层上脱离。在使用具有凹凸轮廓的压印辊时，仅转印层的尤其是与压印辊的凹凸部的形状相对应的区域被转印到基质上，使得脱离的载体层也具有转印层的尤其是与压印辊的凹凸部的阴模相对应的剩余部分。
背景技术
由DE10159661C1已知一种所述类型的热压印设备。
在压印间隙和剥离装置之间的间隔空间内至少在压印间隙附近所述转印层还可以相对容易地从基质上剥离，因为基质和热压印薄膜的复合结构还具有相对较高的温度并且压紧力不再作用。如果载体薄膜太早地分离，则导致在压印过程中的不清洁，特别是在精细的和极精细的结构的情况下。越来越多地使用具有极精细结构的结构化转印层，这些转印层例如可以由在压印过程中被施加到载体层上的调色剂构成，如在EP0191592B1中描述。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种热压印设备，该热压印设备避免在压印过程中的不清洁。
根据本发明，该任务利用权利要求1的内容解决。建议一种具有压印设备的热压印设备，该热压印设备用于将设置在热压印薄膜的载体层上的转印层转印到基质上，该热压印设备包括能被加热的压印辊和反压辊以及设置在下游的剥离设备，在所述压印辊和所述反压辊之间形成压印间隙，该剥离设备用于将载体层从被转印到基质上的转印层上剥离，其中，规定：在所述压印间隙和所述剥离设备之间在基质下方直接邻接压印间隙地或者与压印间隙间隔小于1mm地或者搭接压印间隙地设置平坦的用于被压印过的基质的支承元件。
按本发明的热压印设备具有平坦的支承元件，该支承元件给被覆层的基质在压印间隙和剥离设备之间的对压印质量起决定性的部分提供支承面，所述被覆层的基质在全部面积上靠放在该支承面上。热压印设备可以是在根据辊对辊原理的加工设备中的加工站。基质可以根据辊对辊原理进行处理，即不断地从一个辊退绕，然后进行处理并且继而重新绕上。基质也可以按纸张的形式进行加工，其中，各单个纸张从堆垛中被供给并且在处理后再次收集到堆垛上。热压印薄膜通常根据辊对辊原理进行处理，即从一个辊不断地退绕、然后进行处理并且继而重新卷绕。
可以规定，支承元件由一种材料制成，该材料具有在60°ShoreA到95°ShoreA范围内、优选在80°ShoreA到95°ShoreA范围内的硬度和/或具有在450HV10(HV＝维氏硬度)至520HV10范围内、优选在465HV10至500HV10范围内的硬度。由于该硬度范围，支承元件可以特别有利地作为用于基质和靠放在该基质上的热压印薄膜的机械支座并且防止转印层和/或载体层过早地从基质上剥离，特别是在施加的转印层的特别高分辨率的结构的情况下。
另外可以规定，支承元件是刚性的元件，在运行过程的负载的情况下该元件的最大挠曲小于10μm或者处于大约1μm至10μm的范围内。由于如此小的挠曲，支承元件可以是特别有利地作为用于基质和靠放在该基质上的热压印薄膜的机械支座并且防止转印层和/或载体层过早地从基质上剥离。
在一个有利的构造形式中可以规定，支承元件由优质钢制成。由优质钢制成的支承元件尤其是可以实现上述的在硬表面和低挠曲方面的特性并且特别适合作为用于基质和靠放在该基质上的热压印薄膜的机械支座。由优质钢制成的支承元件的另外有利的特性是，由于优质钢的高导热性可以借助带以有利的方式将多余的热量从压印间隙排出。特别是在长时间不间断运行的压印过程的情况下已证明：尤其是反压辊尽管由于附加的冷却措施仍越来越热并且由此渐渐地不利地改变在压印间隙中的压印条件。由优质钢制成的支承元件现在附加地可以将热能从压印间隙中导出，由此在压印间隙中的压印条件可以更好地被调节和控制。
作为替代方案可以规定，支承元件由铜、铝、其他钢合金或优质钢合金、钛、纸、薄膜或纤维增强材料制成。
在一个有利的构造形式中可以规定，支承元件构造为支承板。因为在支承板的情况下在支承板的表面和所述被覆层的基质的下侧之间会出现相对运动，所以所述表面优选是抛光的，即设计为最小的摩擦，其中，支承面与理想平面的偏差可忽略不计。
支承板的面向压印间隙的端部部分优选可以构造为刀刃状的。通过刀刃状的设计，在支承板和压印间隙之间的要求距离可以设定为小于1mm。
在另一个有利的构造形式中可以规定，支承元件构造为环绕的带。在该情况下，可以避免在支承板的表面和所述被覆层的基质的下侧之间的相对运动，如果所述带支承在反压辊上的话。在该构造形式中也已证明有利的是，所述表面是抛光的，即支承面与理想平面的偏差可忽略不计。
可以规定所述带构造为无缝带。无接缝的无缝带作为用于基质和靠放在该基质上的热压印薄膜的机械支座在其全部面积上提供在特性方面的相同条件。根据这些由此以有利的方式恒定的机械特性可以相应地精确和恒定地设定剩余的压印参数。
另外可以规定，无缝带具有在0.2mm至0.5mm范围内、优选为0.3mm至0.35mm范围内的厚度。具有该厚度的带尤其是可以实现上述的在硬表面和低挠曲方面的特性并且特别合适作为用于基质和靠放在该基质上的热压印薄膜的机械支座。
在另一个构造形式中可以规定，所述带构造为由板状链节组成的链带，其中，相邻的链节通过旋转铰链彼此相连，使得这些链节在伸展状态中形成无间隙的、尤其是在很大程度上均匀的支承面。链带可以具有边缘侧的输送凹部并且导向辊可以具有相应的链齿，这些链齿嵌入到输送凹部中。
压印辊可以具有由弹性体制成的涂层，该涂层具有在3至10mm范围内、优选在5mm至10mm范围内的厚度。在形成压印压力时，涂层的表面变形成，使得取代线状的压印间隙而形成面状的压印间隙。压印间隙例如可以具有5mm至20mm的宽度。已证明有利的是，设定具有5mm至10mm的宽度的压印间隙。相对应的压印压力例如可以在从1bar到6bar的范围内。已被证明有利的是，在3bar至6bar的范围内选择压印压力。
所述弹性体优选可以是硅橡胶。
可以规定，所述涂层具有在60°ShoreA到95°ShoreA范围内、优选在70°ShoreA到90°ShoreA范围内的硬度。
在另一个构造形式中可以规定，支承元件构造为超声波支承装置的超声波发生器的端面。超声波支承装置包括超声波发生器和超声转换器。在超声波发生器和被压印过的基质的下侧之间通过超声波作用形成空气膜，所述被压印过的基质在该空气膜上滑行。在由此构成的支承间隙中在超声波发生器的端面和所述被压印过的基质的下侧之间建立压力，该压力同样如空气膜的厚度那样可以被灵敏调节。另外可能的是，超声波发生器的端面构成有吸口，这些吸口经由通道与真空泵连接，以便克服在支承间隙中的压力地吸取基质并且因而利用所形成的平衡压力能对支承间隙进行更精确地调节。
为了加热压印辊可以规定在压印辊外侧设置加热装置。优选可以设置具有温度控制器的红外线加热装置。压印温度可以在100℃至250℃的范围内，优选在130℃至190℃的范围内。
也可以规定在压印辊内部设置加热装置。在压印辊内部的这种加热装置例如可以是电加热元件、尤其是加热线圈或加热螺旋。同样可以在压印辊内部设置温度受控的油回路，该油回路热将压印辊加热到所希望的温度。
附图说明
现在根据实施例详细解释本发明。在附图中：
图1以示意图示出按本发明的热压印设备的第一实施例；
图2以示意图示出按本发明的热压印设备的第二实施例；
图3以示意图示出按本发明的热压印设备的第三实施例；
图4以示意图示出按本发明的热压印设备的第四实施例；
图5以示意图示出按本发明的热压印设备的第五实施例；
图6以示意图示出按本发明的热压印设备的第六实施例。
具体实施方式
图1示出一种热压印设备1，其具有压印设备2和剥离设备3。压印设备2包括压印辊11、反压辊12和加热装置13。
压印辊11在其外圆周上具有由弹性体制成的涂层11b，该涂层具有在3至10mm范围内、优选在5至10mm范围内的厚度。所述弹性体优选为硅橡胶。在图1所示的实施例中，硅橡胶具有80°ShoreA的硬度。反压辊12由钢制成。
加热装置13在压印辊11上方设置并且在图1中所示的实施例中构造为借助温度控制器进行控制的红外线辐射加热装置。
在压印设备2上游将待压印的基质14和热压印薄膜15送入，在构成在压印辊11和反压辊12之间的压印间隙16中在形成压印压力的情况下所述基质和所述热压印薄膜彼此相连。
热压印薄膜15具有设置在载体层15t上的转印层15u。载体层15t例如可以由PET制成或由聚丙烯、聚苯乙烯、PVC、PMMA、ABS、聚酰胺制成。热压印薄膜15设置成，使得转印层15u面向待压印的基质14的上侧。转印层15u可以涂覆有可热活化的粘合剂层或者构造为自贴型的(冷胶)。可以在转印层15u和载体层15t之间设置分离层，该分离层使转印层15u从载体层15t上的剥离变得容易。
热压印薄膜的转印层通常具有多个层，尤其是具有剥离层(例如由蜡或含蜡的化合物制成)、保护漆层、可热活化的粘合剂层。附加地可以包含一个或多个在部分面积上或在全部面积上施加的装饰层和/或功能层。装饰层例如是彩色的(不透明或透明或半透明的)漆层、金属层或浮雕结构(触觉或光学折射或光学衍射作用)。功能层例如是导电层(金属，ITO(ITO＝铟锡氧化物))、半导电层(例如半导体聚合物)或不导电层(电绝缘漆层)或者光学消光或抗反射作用的层(例如具有显微无光泽结构)或者改变粘附作用和/或表面应力的结构(莲花效应结构或类似结构)。在各单层之间可以存在附加的辅助层、尤其是增附剂层。转印层的各单层的厚度大约在1nm和50μm之间。
所述待压印的基质14优选是柔性的基质，例如具有30g/m2至350g/m2、优选80g/m2至350g/m2的单位面积重量的纸、纸板、塑料或混合材料或层压体。
通过将转印层15u转印到基质14上形成被压印过的基质17，该基质仍与载体层15t连接。
压印间隙16的宽度主要通过压印压力和通过压印辊11的涂层11b在压印压力下出现的局部变形被确定。压印间隙16具有5至20mm的宽度、优选5至10mm的宽度。在压印间隙16中产生1bar至6bar的压印压力、优选3bar至6bar的压印压力。压印温度可在100℃至250℃的范围内，优选在130℃至190℃的范围内。转印层15u以至多75m/min的速度被转印到基质14上。压力、温度和速度的待设定的值与许多参数(如所使用的热压印薄膜的材料特性、压印装饰和基质的材料特性)相关。因为多方面的依赖关系，数学建模是如此复杂的，使得上述的值以热压印设备1的基本设定为出发点优选通过实验来确定。
载体层15t在设置在压印设备2下游的剥离设备3中从被压印过的基质17上剥离。剥离设备3例如可以构造为具有剥离边缘的梁，该梁设置在与载体层15t相连的被压印过的基质17上方。载体层15t经由剥离边缘被拉出并且输送给未示出的卷取辊。
在压印间隙16和剥离设备3之间在被压印过的基质17下方设置刚性的平坦的支承板18，该支承板到压印间隙的距离小于1mm，使得从压印间隙16出来的被压印过的基质17在全部面积上靠放在支承板18上。支承板18的面向压印间隙16的端部部分构造为刀刃状的，使得在支承板18的面向压印间隙16的端侧边缘和压印间隙16之间的距离可以设定为小于1mm。支承板18优选由优质钢制成、构造为胶合板或构造为经过适当表面处理(表面涂覆)的塑料板。支承板18的面向被覆层的基质17的上侧优选构成为具有抛光的表面，即平均表面粗糙度小于0.1μm。
在图1至6所示的实施例中用于基质14、17以及热压印薄膜15或者说载体层15t的输送设备以及存储辊和卷取辊未示出。可以规定，热压印设备1是在根据辊对辊原理的加工设备中的加工站。
图2示出一种热压印设备1，其构造成如在图1中所描述的热压印设备，区别是：在压印间隙16和剥离设备3之间设置无缝带19作为刚性的平坦的支承元件。无缝带19形成搭接压印间隙16的刚性的支承装置。无缝带19在反压辊12和导向辊20上引导，其中，反压辊12和导向辊20的轴承中心距被设定成，使得带19被加载有如此大的拉力，使得该带形成用于被覆层的基质17的刚性的平坦的支承面。
在一个优选的实施形式中，带19由优质钢制成。也可以提供其他材料代替优质钢，例如硅树脂、涂层橡胶、纸、薄膜或纤维增强材料。重要的是，带材料在优质钢带的情况下具有在450HV10至520HV10范围内、优选在465HV10至500HV10范围内的硬度(HV＝维氏硬度)，并且带材料在硅树脂或涂层橡胶的情况下具有在60°ShoreA到95°ShoreA范围内、优选在80°ShoreA到95°ShoreA范围内的硬度。
上述的优质钢带构造为具有在0.2mm至0.5mm范围内、优选在0.3mm至0.35mm范围内的厚度。
在由优质钢制成的带19的情况下已证明有利的是：该带防止在压印间隙16中的过热，因为该带由于其良好的热传导性将多余的热量从压印间隙导出。
在一个案例中例如设定如下压印参数：
图3示出一种热压印设备1，其构造为如在图2中所描述的热压印设备，区别是：取代无缝带19设置由板状的链节21g构成的链带21，其中相邻的链节21g通过旋转铰链彼此相连，使得这些链节在伸展状态中形成无间隙的平坦的支承面。
链带21可以具有边缘侧的输送凹部并且导向辊20可以具有相应的链齿，这些链齿嵌入到输送凹部中。
图4示出一种热压印设备1，其构造为如在图2中所描述的热压印设备，区别是：设置有另外的导向辊20，并且反压辊12仅需实现施加用于压印的反压的功能。在图4所示的实施例中，反压辊12的直径因而比两个导向辊20的直径小。
图5示出一种热压印设备1，其构造为如在图1中所描述的热压印设备，区别是：在压印间隙16和剥离设备3之间设置超声波支承装置22作为刚性的平坦的支承元件。所述超声波支承装置包括超声波发生器22s和超声波转换器22w。在超声波发生器22s和被压印过的基质17的下侧之间通过超声波作用形成厚度恒定的空气膜，所述被压印过的基质17在该空气膜上靠放和滑行。在由此构成的支承间隙中在超声波发生器22s的端面和所述被压印过的基质17的下侧之间建立压力，该压力同样如支承间隙的厚度那样可以被灵敏调节。同样可能的是，超声波发生器22s的端面构成有吸口，这些吸口经由通道与真空泵连接，以便克服支承间隙压力地吸取基质17并且因而利用所形成的平衡压力能够对支承间隙进行更精确地调节。
图6示出一种热压印设备1，其构造为如在图5中所描述的热压印设备，区别是：取代反压辊设置第二超生波支承装置23，第二超生波支承装置包括超声波发生器23s和超声波转换器23w。也可以仅设置一个超声波支承装置，该超声波支承装置的超声波发生器的宽度等于超声波发生器22s和23s的宽度的总和。
附图标记列表
1热压印设备
2压印设备
3剥离设备
11压印辊
11b涂层
12反压辊
13加热装置
14待压印的基质
15热压印薄膜
15t载体层
15u转印层
16压印间隙
17被压印过的基质
18支承板
19无缝带
20导向辊
21链带
21g板状链节
22超声波支承装置
22s超声波发生器
22w超声波转换器
23第二超声波支承装置
23s超声波发生器
23w超声波转换器

Claims (15)

1.一种具有压印设备(2)的热压印设备(1)，该热压印设备用于将设置在热压印薄膜(15)的载体层(15t)上的转印层(15u)转印到基质(14)上，该热压印设备包括能被加热的压印辊(11)并且包括反压辊(12)以及包括设置在下游的剥离设备(3)，在所述压印辊和所述反压辊之间形成压印间隙(16)，该剥离设备用于将载体层(15t)从被转印到基质(14)上的转印层(15u)上剥离，其特征在于，在压印间隙(16)和剥离设备(3)之间在被压印过的基质(17)下方直接邻接压印间隙(16)地或者与压印间隙(16)间隔小于1mm地或搭接压印间隙(16)地设置用于被压印过的基质(17)的平坦的支承元件(18、19、21、22s)。
2.根据权利要求1所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件(18、19、21、22s)由一种材料制成，该材料具有在60°到95°ShoreA范围内、优选在80°到95°ShoreA范围内的硬度和/或具有在450HV10(HV＝维氏硬度)至520HV10范围内、优选在465HV10至500HV10范围内的硬度。
3.根据权利要求1或2所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件(18、19、21、22s)是刚性的元件，在运行过程的负载的情况下该元件的最大挠曲小于10μm。
4.根据权利要求2或3所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件(18、19、21、22s)由优质钢制成。
5.根据权利要求2或3所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件(18、19、21)由硅树脂、涂层橡胶、纸、薄膜或纤维增强材料制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件构造为支承板(18)。
7.根据权利要求6所述的热压印设备，其特征在于，所述支承板(18)的面向压印间隙(16)的端部部分构造为刀刃状的。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件构造为环绕的带(19、21)。
9.根据权利要求8所述的热压印设备，其特征在于，所述带构造为无缝带(19)。
10.根据权利要求9所述的热压印设备，其特征在于，所述无缝带(19)具有在0.2mm至0.5mm范围内、优选在0.3mm至0.35mm范围内的厚度。
11.根据权利要求8所述的热压印设备，其特征在于，所述带构造为由板状链节(21g)组成的链带(21)，其中，相邻的链节(21g)通过旋转铰链彼此相连，使得这些链节在伸展状态中形成无间隙的支承面。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的热压印设备，其特征在于，所述压印辊(11)具有由弹性体制成的涂层(11b)，该涂层具有在3mm至10mm范围内、优选在5mm至10mm范围内的厚度。
13.根据权利要求12所述的热压印设备，其特征在于，所述弹性体是硅橡胶。
14.根据权利要求12或13所述的热压印设备，其特征在于，所述涂层(11b)具有在60°到95°ShoreA范围内、优选在70°到90°ShoreA范围内的硬度。
15.根据权利要求1所述的热压印设备，其特征在于，所述支承元件构造为超声波支承装置(22)的超声波发生器(22s)的端面。
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