CN108290438A - 用于压印微米或纳米结构的压印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造防伪元件的设备，其中，防伪元件布置在薄膜幅面的正面和背面上并且由漆层中的、尺寸在微米或纳米范围内的压印结构组成。按照本发明，所述设备沿薄膜幅面的输送方向具有以下装置：用于提供薄膜幅面的装置；用于将能借助紫外线硬化的第一漆层施加在薄膜幅面的背面上的第一印刷机构；用于将尺寸在微米或纳米范围内的第一结构压印在第一漆层中的第一压印机构；用于将能借助紫外线硬化的第二漆层施加在薄膜幅面的正面上的第二印刷机构；用于将尺寸在微米或纳米范围内的第二结构压印在第二漆层中的第二压印机构。按照本发明，薄膜幅面从下方或斜下方导入第一印刷机构、从上方或斜上方导入第一压印机构、同样从上方或斜上方导入第二印刷机构并且又从下方或斜下方导入第二压印机构。作为对其的备选，薄膜幅面从上方或斜上方导入第一印刷机构、从下方或斜下方导入第一压印机构、同样从下方或斜下方导入第二印刷机构并且又从上方或斜上方导入第二压印机构。

Description

用于压印微米或纳米结构的压印设备

本发明涉及一种用于制造防伪元件的设备，其中，防伪元件布置在薄膜幅面的正面和背面上并且由漆层中的、尺寸在微米或纳米范围内的压印结构组成。

用于制造有价文件衬底的设备由WO 2013/075811A2已知，其中，所述设备沿衬底的输送方向具有用于提供衬底尤其是纸衬底的装置、用于将第一薄膜元素施加在第一衬底侧上的第一薄膜施加装置和用于将第二薄膜元素施加在第二衬底侧上的第二薄膜施加装置。在这种设备中，第一薄膜施加装置和第二薄膜施加装置布置为，使得第一薄膜元素和第二薄膜元素在衬底不翻转的情况下施加在衬底的对置侧上。

然而，施加薄膜元素不等同于将漆层施加在形式为薄膜幅面的衬底的侧面上并且接着引入尺寸在微米或纳米范围内的压印结构。漆层的施加和接下来压印结构的引入需要不同的技术器件和不同的技术途径。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，这样对按照本发明所述类型的方法进行扩展设计，从而克服现有技术的缺点。

该技术问题按本发明通过独立权利要求的特征解决。本发明的扩展设计是从属权利要求的主题。

按照本发明的第一方面，设备沿薄膜幅面的输送方向具有以下装置：

·用于提供薄膜幅面的装置，

·用于将能借助紫外线硬化的第一漆层施加在薄膜幅面的背面上的第一印刷机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第一印刷机构，这种印刷机构例如是苯胺印刷机构(Flexodruckwerk)，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第一结构压印在第一漆层中的第一压印机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第一压印机构，

·用于将能借助紫外线硬化的第二漆层施加在薄膜幅面的正面上的第二印刷机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第二印刷机构，这种印刷机构例如是苯胺印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第二结构压印在第二漆层中的第二压印机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第二压印机构。

按照本发明的备选的第二方面，所述设备沿薄膜幅面的输送方向具有以下装置：

·用于提供薄膜幅面的装置，

·用于将能借助紫外线硬化的第一漆层施加在薄膜幅面的背面上的第一印刷机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第一印刷机构，这种印刷机构例如是苯胺印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第一结构压印在第一漆层中的第一压印机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第一压印机构，

·用于将能借助紫外线硬化的第二漆层施加在薄膜幅面的正面上的第二印刷机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第二印刷机构，这种印刷机构例如是苯胺印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第二结构压印在第二漆层中的第二压印机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第二压印机构。

在此，本发明的第一方面与第二方面的不同只在于，薄膜幅面导入印刷机构或者压印机构的方向分别是相反的。在本发明的第一方面中，薄膜幅面从下方或斜下方导入第一印刷机构、从上方或斜上方导入第一压印机构、同样从上方或斜上方导入第二印刷机构并且又从下方或斜下方导入第二压印机构，而在第二方面中，薄膜幅面从上方或斜上方导入第一印刷机构、从下方或斜下方导入第一压印机构、同样从下方或斜下方导入第二印刷机构并且又从上方或斜上方导入第二压印机构。

在相应的两个压印机构中，薄膜幅面沿输送方向首先以尚未硬化的漆层所处的一侧通过配合圆筒(Presseur)压在压印圆筒上，待压印的在微米或纳米范围内的结构处于所述压印圆筒的表面上。在此，微米或纳米范围内的结构在漆层中成型。接着，通过紫外线源的紫外线使漆层硬化。

从上方按照本发明意味着薄膜幅面竖直地或者至少几乎竖直地从上方或者说沿重力方向或者接近重力方向地输送至压印机构的压印圆筒或者印刷机构的印刷圆筒。至少从斜上方按照本发明意味着薄膜幅面以在大于水平至几乎竖直的范围内的角从上方输送至压印圆筒或者印刷圆筒，其中，薄膜幅面尤其不是水平地输送至压印圆筒或者印刷圆筒。

从下方按照本发明在此相应地意味着薄膜幅面竖直地或者至少几乎竖直地从下方或者说与重力方向相反地或者几乎与重力方向相反地输送至压印机构的压印圆筒或者印刷机构的印刷圆筒。至少从斜下方按照本发明意味着薄膜幅面以在大于水平至几乎竖直的范围内的角从下方输送至压印圆筒或者印刷圆筒，其中，薄膜幅面尤其不是水平地输送至压印圆筒或者印刷圆筒。

术语薄膜幅面的“正面”或者“背面”是相对术语，它们也可以称为“一”侧和“对置”侧并且形成薄膜幅面的整个表面的大部分。这些术语明确地不包括薄膜幅面的侧边面，所述侧边面在薄膜幅面的厚度中(其在卡体中只有约一毫米或者在钞票中只有一毫米的一部分)小到可忽略并且通常不配设或者不能配设防伪元件或者涂层。

按照本发明，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导引至第一或第二压印圆筒。在此惊讶地业已证明，尚未硬化的漆层的沿输送方向直接积聚在漆层接触压印圆筒并且在该处形成所谓的“漆楔”的位置之前的那部分漆导致压印圆筒表面上的较大的润湿面积。此外，按照本发明的设备的漆楔不是不均匀地分布，并且其几何形状和分布不是随机的。由此在压印微米或纳米范围内的结构之前、之中和之后均在薄膜幅面上形成具有可预知和均匀的厚度和较大宽度的漆层，以及所述漆层在薄膜幅面上具有可预知并且恒定的位置。这特别有利地实现了具有恒定和可预知的性能的最终产物并且产生较少的废品，也就是产生较少的错误压印的或者不符合规定地压印的最终产物，例如在钞票之中或之上出现具有衍射或者镜面状结构的防伪线或者防伪条。

在按照本发明的方法中，压印圆筒表面上的较大润湿面积的原因在于，除了薄膜幅面的运动方向，重力还将漆层导向薄膜幅面接触压印圆筒的位置。与之不同，在现有技术的方法中，重力使漆层远离压印圆筒。

漆楔的其它优点在于，通过压印圆筒表面上的较大润湿面积提高了用于使空气从压印圆筒表面上的压印结构中漏出的时间，因此漆层可以在薄膜幅面速度较高和压印漆层中的气泡数量保持不变的情况下被压印或者作为对此的备选，在薄膜幅面速度相同但压印漆层中的气泡数量降低的情况下被压印。

这种尺寸在微米或纳米范围内的结构尤其用于提高对有价文件的防伪保护，所述有价文件尤其是钞票、股票、债券、证书、优惠券、支票、高档入场券，但也可以是其它有伪造风险的纸，如护照和其它身份文件，以及卡，例如信用卡或者借记卡，并且也可以是产品保护元素，如标签、印章、包装和类似元素。尺寸在微米或纳米范围内的结构例如是衍射结构、微型镜、无光泽结构或者蛾眼结构。

按照一种优选实施形式规定，第一印刷机构、第一压印机构、第二印刷机构和第二压印机构布置为，使得在薄膜幅面不翻转的情况下将尺寸在微米或纳米范围内的压印结构引入到第一漆层和第二漆层中。因此，薄膜幅面特别有利地不必导引通过翻转设备，在所述翻转设备中薄膜幅面沿输送方向这样旋转180°，使得薄膜幅面的当前的正面和当前的背面交换。

通过取消翻转或者翻转设备形成的特殊优点在于，薄膜幅面的导引明显更安静地进行，因此薄膜幅面不进行在薄膜幅面的平面中或者在垂直于薄膜幅面表面的方向上的振动或者随机运动，或者在很大程度上避免了这种振动或者随机运动。因此，在尺寸在微米或纳米范围内的第一结构在薄膜幅面背侧所处的第一漆层中的压印与尺寸在微米或纳米范围内的第二结构在薄膜幅面正面所处的第二漆层中的压印之间实现了特别好的适配或者套准稳定性(Registerhaltigkeit)。

按照另一优选实施形式规定，沿薄膜幅面的输送方向在第一印刷机构之前布置有用于借助电晕放电、大气等离子体或者火焰预处理对薄膜幅面的背面进行表面处理的设备。作为对此的补充或备选，也可以沿薄膜幅面的输送方向在第二印刷机构之前布置用于对薄膜幅面的正面进行表面处理的相应设备。通过所述表面处理，有利地提高了薄膜幅面的正面或背面对于漆层的附着和/或走向。

漆层的厚度优选为0.5μm至20μm，特别优选为2μm至15μm并且完全特别优选为2μm至8μm。

薄膜幅面例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)或者聚碳酸酯(PC)构成，其厚度对于防伪线或者防伪条优选为8μm至36μm，对于由聚合物构成的钞票或者对于薄膜复合钞票不超过100μm或者对于卡体不超过200μm。

按照另一优选实施形式规定，沿薄膜幅面的输送方向在第二印刷机构之后布置有用于将可洗颜料施加在薄膜幅面的正面上的第二漆层上的第三印刷机构。这种印刷机构和印刷方法例如由WO 99/13157 A1已知。通过所述印刷机构施加可洗颜料，通过所述可洗颜料可以将对置的、在之后的方法中施加在可洗颜料上的覆盖层再次用液体通过清洗移除。覆盖层例如由一个或多个金属层构成，所述金属层汽化渗镀在可洗颜料上。

在现有技术的压印设备中，使用具有沿薄膜幅面的运动方向越来越大的直径的压印圆筒，以便在整个印刷和压印设备内部将薄膜幅面的机械应力保持恒定。再次，压印圆筒的直径或者周长随着与薄膜卷的距离的增大而分别增大0.1mm至0.5mm。各个单独过程之间的可能偏差的校正通过套准调节实现。这意味着，套准偏差通过改变相应压印圆筒的旋转速度被校正。然而在此不利地形成了在压印圆筒表面的速度与薄膜幅面表面的速度之间的差异。然而，在UV压印时，薄膜幅面或者漆层上的硬化结构与压印圆筒这样强烈地交错，使得这种套准误差的校正是不可行的。

因此按照另一优选实施形式规定，所述第一压印机构具有第一压印圆筒，待压印的在微米或纳米范围内的第一结构处于所述第一压印圆筒的表面上，并且所述第二压印机构具有第二压印圆筒，待压印的在微米或纳米范围内的第二结构处于所述第二压印圆筒的表面上，其中，第一压印圆筒的直径和第二压印圆筒的直径一样大并且第一压印圆筒和第二压印圆筒具有相同的旋转速度。然而，两个压印圆筒的直径或者周长不必精确地一样大。而是也可行的是，第二压印圆筒的周长比第一压印圆筒小不超过2mm，因此与现有技术的压印设备不同，压印圆筒的周长可以随着与薄膜卷的距离的增大而变小。压印轴的较小周长不只可以通过其制造公差实现，而是也可以通过使用套筒实现，因为其厚度同样影响压印圆筒的有效周长。套筒同样在厚度上有明显波动，因为其制造通过公认存在较大制造公差的电流成型实现。

因此，在薄膜幅面的两侧上的压印或者在薄膜幅面的一侧上的多次压印可以分别彼此适配，也就是以彼此精确的套准被施加。所述设备为此优选分为三个区域。用于提供薄膜幅面的装置和第一印刷机构和直至进入第一压印机构的入口的区域形成第一区域。在这个区域中，薄膜被展开并且被全面地或者以图案的形式印刷漆层，所述漆层能够借助紫外线硬化，即所谓的UV漆。接着，这样调节薄膜幅面的机械应力，使得第一结构的压印引入到弹性伸展的薄膜幅面的第一漆层中。

第一压印机构和直至进入第二印刷机构的入口的区域形成第二区域。在这个区域中，薄膜幅面的机械应力相对于第一区域下降。由此使薄膜幅面松弛并且几乎弹性地再次收缩，这导致弧线长度变短。

第二印刷机构和第二压印机构形成第三区域。在这个区域中，薄膜幅面的机械应力这样适配，使得伸展的薄膜幅面的弧线长度精确地相当于第二压印圆筒的周长。第二漆层相对于第一漆层的适配可以借助套准调节进行，因为印刷圆筒允许具有由于尚未硬化的漆层而造成的一定滑转。

因此，通过提高和降低薄膜幅面的机械应力可以确定或者校正薄膜幅面在压印第一结构与压印第二结构之间的位置和几何形状，因此第一结构的压印和第二结构的压印彼此精确适配地进行。

薄膜幅面例如具有12μm的厚度和810mm的宽度。在第一区域中，以200N的薄膜幅面机械应力进行压印，其中，第一压印圆筒具有500mm的周长。在伸展状态下形成500mm的弧线长度。在第二区域中，薄膜幅面的机械应力降低至50N，形成498.5mm的弧线长度。在第三区域中，薄膜幅面的机械应力的适配这样进行，使得弧线长度精确地相当于第二压印圆筒的周长。在此，在第二压印圆筒的周长例如为499.5mm时，形成约150N的薄膜幅面机械应力。

第一结构的压印相对于第二结构的压印的定位优选根据套准标记进行，所述套准标记被自动读取并且实现薄膜幅面的机械应力的校正。在此，例如可以使用光学套准标记、例如双楔标记，它们附加地引入到压印圆筒中并且在压印过程中共同成型在漆层中。在通过第二压印机构之后，测取两个压印机构的套准标记彼此的相对位置并且确定位置误差。

例如通过光栅读取两个双楔标记，一个是第一压印机构的标记并且一个是第二压印机构的标记。由光栅的信号确定第一双楔标记与第二双楔标记之间的时间差。所述时间差必须对于所有套准标记是恒定的，偏差导致需要进行调节，例如使薄膜幅面的机械应力适配。

不言而喻的是，之前提到的和之后还将阐述的特征不只可以在给出的组合中、而且也可以在其它组合中使用，只有不背离包含在权利要求书的保护范围中的本发明范围即可。

根据以下实施例和附图阐述本发明的优点。实施例是优选的实施形式，然而本发明不以任何方式局限于此。此外，为了更好地理解，附图中的视图强烈地示意化并且不表现实际情况。在附图中示出的比例尤其不与现实中的比例一致并且只用于更好地直观性。此外，在以下实施例中描述的实施形式为了更好地理解而减少至重要的核心信息。在实际转化时可能使用明显更复杂的图案或者图像。在附图中单独示意性地：

图1示出按照本发明的用于制造防伪元件的设备的侧视图；

图2示出按照现有技术的压印方法的侧视图；

图3示出按照本发明的压印方法的侧视图。

图1示出用于制造防伪元件的设备的侧视图，所述防伪元件布置在薄膜幅面的正面和背面上并且由漆层中的、尺寸在微米或纳米范围内的压印结构组成。

设备首先具有用于提供薄膜幅面2的装置1，其中，薄膜幅面2具有正面2.1和背面2.2。装置1例如由卷轴或者卷筒构成，薄膜幅面2卷绕在装置1上地被提供并且薄膜幅面2从装置1通过设备再次被展开。薄膜幅面2经由转向辊输入用于借助电晕放电对薄膜幅面2的背面2.2进行表面处理的设备A，其中，设备3.1产生电晕放电。薄膜幅面2的运动方向通过箭头9显示。

接着，薄膜幅面2输入印刷机构B，所述印刷机构将能借助紫外线硬化的第一漆层施加在薄膜幅面2的背面2.2上。薄膜幅面2在此沿箭头9的方向从下方或者至少从斜下方导入具有印刷机构5.1的第一印刷机构B中。所述印刷机构B例如是苯胺印刷机构。

接着，薄膜幅面2运行到第一压印机构C中，其将尺寸在微米或纳米范围内的第一结构压印在第一漆层中。在此，薄膜幅面沿箭头9的方向从上方或者至少从斜上方导入具有压印圆筒6.1和配合圆筒7.1的第一压印机构C中，其中，漆层通过紫外线源8.1的紫外线被硬化。

接着，薄膜幅面2运行到第二印刷机构D中。在第二印刷机构D中，首先借助电晕放电处理薄膜幅面2的正面2.1的表面，其中，设备3.2产生电晕放电。接着，印刷圆筒5.2将能借助紫外线硬化的第二漆层施加在薄膜幅面2的正面2.1上。在此，薄膜幅面2沿箭头9的方向从上方或者至少从斜上方导入具有印刷圆筒5.2的第二印刷机构D中。所述印刷机构D例如指的是苯胺印刷机构。

接着，薄膜幅面2运行到第二压印机构E中，其将尺寸在微米或纳米范围内的第二结构压印在第二漆层中。在此，薄膜幅面2沿箭头9的方向从下方或者至少从斜下方导入具有压印圆筒6.2和配合圆筒7.2的第二压印机构E中，其中，漆层通过紫外线源8.2的紫外线被硬化。

接着，薄膜幅面2运行到第三印刷机构F中，其将印刷颜料或者可洗颜料施加在薄膜幅面的正面2.1上或者第二漆层上。

薄膜幅面2通过转向辊输入用于借助电晕放电对薄膜幅面2的正面2.1或者第二漆层进行表面处理的设备G中，其中，设备3.3产生电晕放电。接着，设备10将薄膜幅面2再次卷绕在卷轴或者卷筒上。

对薄膜幅面2的背面2.2的可选的检查通过检查机构4.1和4.2进行，对薄膜幅面2的正面2.1的检查通过检查机构4.3进行。检查机构4.1、4.2和4.3例如是交叉的摄像机系统，它们光学地监测薄膜幅面2的或者相应施加的漆层的各个表面。

图2以侧视图示出由现有技术已知的压印方法。在薄膜幅面15上具有漆层16，其中，薄膜幅面沿运动方向9从斜下方输送至压印设备。在此，所述压印设备由压印圆筒11、设计为辊形的配合圆筒12、紫外线源14以及两个转向辊13组成，待压印的尺寸在微米或纳米范围内的结构引入到压印圆筒11的表面中。薄膜幅面15通过第一转向辊13这样转向，使得漆层16与压印圆筒11接触。紧接在线形接触部位之前或者线形接触部位处积聚有一部分尚未硬化的漆层16并且其在此形成不均匀成型的漆楔18。接着，薄膜幅面15和漆层6共同通过配合圆筒12压靠在压印圆筒11上并且在漆层16中成型出尺寸在微米或纳米范围内的结构。接着，漆层16通过源14的紫外波长范围中的电磁辐射硬化并且通过第二转向辊13远离压印圆筒11地导引并且输送至接下来的处理步骤。

图3以侧视图示出按照本发明的压印方法，其中与图2中的压印方法不同，薄膜幅面15从斜上方输入压印设备。薄膜幅面15通过第一转向辊13这样转向，使得漆层16与压印圆筒11接触。紧接在线形接触部位之前或者线形接触部位处积聚有一部分尚未硬化的漆层16并且其在此形成之前描述的并且特别有利地均匀成型的漆楔19。接着，薄膜幅面15和漆层16共同通过配合圆筒12压靠在压印圆筒11上并且在漆层16中成型出尺寸在微米或纳米范围内的结构。接着，漆层16通过源14的紫外波长范围中的电磁辐射硬化并且通过第二转向辊13远离压印圆筒11地导引并且输送至接下来的处理步骤。

Claims (7)

1.一种用于制造防伪元件的设备，其中，防伪元件布置在薄膜幅面的正面和背面上并且由漆层中的、尺寸在微米或纳米范围内的压印结构组成，其中，所述设备沿薄膜幅面的输送方向具有以下装置：

·用于提供薄膜幅面的装置，

·用于将能借助紫外线硬化的第一漆层施加在薄膜幅面的背面上的第一印刷机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第一印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第一结构压印在第一漆层中的第一压印机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第一压印机构，

·用于将能借助紫外线硬化的第二漆层施加在薄膜幅面的正面上的第二印刷机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第二印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第二结构压印在第二漆层中的第二压印机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第二压印机构。

2.一种用于制造防伪元件的设备，其中，防伪元件布置在薄膜幅面的正面和背面上并且由漆层中的、尺寸在微米或纳米范围内的压印结构组成，其中，所述设备沿薄膜幅面的输送方向具有以下装置：

·用于提供薄膜幅面的装置，

·用于将能借助紫外线硬化的第一漆层施加在薄膜幅面的背面上的第一印刷机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第一印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第一结构压印在第一漆层中的第一压印机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第一压印机构，

·用于将能借助紫外线硬化的第二漆层施加在薄膜幅面的正面上的第二印刷机构，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导入第二印刷机构，

·用于将尺寸在微米或纳米范围内的第二结构压印在第二漆层中的第二压印机构，其中，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导入第二压印机构。

3.按权利要求1或2所述的设备，其特征在于，第一印刷机构、第一压印机构、第二印刷机构和第二压印机构布置为，使得在薄膜幅面不翻转的情况下将尺寸在微米或纳米范围内的压印结构引入到第一漆层和第二漆层中。

4.按前述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，沿薄膜幅面的输送方向在第一印刷机构之前布置有用于借助电晕放电对薄膜幅面的背面进行表面处理的设备。

5.按前述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，沿薄膜幅面的输送方向在第二印刷机构之前布置有用于借助电晕放电对薄膜幅面的正面进行表面处理的设备。

6.按前述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，沿薄膜幅面的输送方向在第二印刷机构之后布置有用于将可洗颜料施加在薄膜幅面的正面上的第二漆层上的第三印刷机构。

7.按前述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述第一压印机构具有第一压印圆筒，待压印的在微米或纳米范围内的第一结构处于所述第一压印圆筒的表面上，并且所述第二压印机构具有第二压印圆筒，待压印的在微米或纳米范围内的第二结构处于所述第二压印圆筒的表面上，其中，第一压印圆筒的直径和第二压印圆筒的直径至少几乎一样大并且第一压印圆筒和第二压印圆筒具有至少几乎相同的旋转速度。