CN108472981B - 用于压印微结构或者纳米结构的压印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将具有在微米或者纳米范围内尺寸的结构压印到由漆构成的漆层(6)中的方法，其中，该漆层(6)被设置在薄膜幅面(5)的一侧上并且能借助紫外辐射硬化。首先，将薄膜幅面(5)以其上存在还未被硬化的漆层的那侧沿输送方向通过加压辊子(2)压在压印筒(1)上，待压印的、微米或者纳米范围内的结构处于压印筒的表面上。在此，微米或者纳米范围内的结构在漆层中成形。接着，漆层(6)通过用于紫外辐射的源的紫外辐射硬化。按照本发明，薄膜幅面(5)从上方或者至少从斜上方导引至压印筒(1)。

Description

用于压印微结构或者纳米结构的压印方法
技术领域
本发明涉及一种用于向由漆构成的漆层中压印具有在微米或者纳米范围内尺寸的结构的方法，其中，该漆层被设置在薄膜幅面的一侧上并且能借助紫外辐射硬化。首先，将薄膜幅面以其上存在还未被硬化的漆层的那侧沿输送方向通过加压辊子压在压印筒上，待压印的、微米或者纳米范围内的结构处于压印筒的表面上。在此，微米或者纳米范围内的结构在漆层中成形。接着，通过用于紫外辐射的源的紫外辐射使漆层硬化。
背景技术
这种方法已经已知多年，其中，薄膜幅面从下方或者至少从斜下方导引至压印筒。还未被硬化的漆层的一部分漆沿输送方向堵在漆层接触压印筒的位置近前，并且构成所谓的“漆楔块”。然而这种漆楔块在由现有技术已知的方法中是不均匀分布的，其中，不仅该楔块的厚度而且其沿压印筒的转动轴线的方向的分布都是持续和不可预见地变化的。漆楔块的几何形状和分布因而是随机的，以此特别不利地形成漆层在薄膜幅面不均匀的分布。在微米或纳米范围内的结构因而被压印在不均匀分布的漆层中，其中，在压印和接着的借助UV辐射对漆层的硬化之后也形成了不一样厚的和沿分别基于薄膜幅面的水平方向不均匀分布的、具有被压入的微米或纳米范围内的结构的漆层。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，改进这种方法，以克服现有技术的缺点。
该技术问题通过独立权利要求的特征解决。本发明的改进设计方案是从属权利要求的内容。
按照本发明，薄膜幅面从上方或者至少从斜上方导引至压印筒。令人意料不到的是，还未硬化的漆层的漆的沿输送方向积聚在漆层接触压印筒的位置近前的部分导致在压印筒的表面上更大的被润湿的面。此外，与现有技术的方法的漆楔块相反，按照本发明的方法的漆楔块不是不均匀分布的并且其几何形状和分布不是随机形成的。因而在薄膜幅面上，不仅在用微米或纳米范围内的结构压印前，而且在期间和之后，都得到具有可预知和均匀的厚度和更大宽度，以及具有在薄膜幅面上可预知的和不变的位置的漆层。这特别有利地导致具有稳定和可预知的特性的最终产品和导致更低的废品率，就是说导致更少瑕疵或者说与规定不符的压印的最终产品，例如在钞票中或者说在钞票上的具有衍射的或者镜状结构的防伪线或者防伪带。
在按照本发明的方法中在压印筒的表面上更大的被润湿的面的原因是，重力把漆层除了薄膜幅面的运动方向以外还附加地导引至薄膜幅面接触压印筒的位置。与此相反的是在现有技术的方法中，漆层被重力从压印筒拉走。
本发明另外的优点是，通过在压印筒的表面上的更大的被润湿的面，空气从压印筒的表面上的压印结构逸出的时间增加，使得漆层能在薄膜幅面速度更高并且在被压印的漆层中的气泡数量不变的情况下被压印，或者相对于此备选地在薄膜幅面速度不变但是在压印的漆层中的气泡数量减少的情况下被压印。
在按照本发明的压印方法中，加压辊子以高机械压力压在压印筒上，使得漆层的漆的可明显辨别的量被挤压。这意味着，漆层在压印后的宽度不再与在压印筒之前的漆层的宽度一样，而是更宽。例如，在压印之前漆的宽度为620mm，压印后为720mm。
本发明要解决的另一个技术问题是，实现在被压印漆层中气泡数量保持不变情况下薄膜幅面更高的速度，或者在在被压印漆层中气泡数量减小情况下薄膜幅面的速度相同或者还更高，即所谓的“无气泡”压印。
本发明因而涉及另一种按照独立权利要求前序部分的方法，其中，为了快速的、无气泡的压印，在压印筒的区域中和/或在漆楔块中的漆层的漆具有低粘度。漆粘度的减小可以通过漆的加热实现。例如，一种确定的漆可以在漆的温度为20℃时以20m/min的薄膜幅面速度无气泡地被压印，并且在漆的温度为60℃时以45m/min的薄膜幅面速度无气泡地被压印。因此，漆的加热特别优选地导致多于两倍的薄膜幅面速度并且以此导致压印过程的经济性的提高。
按照本发明的、用于通过减小粘度或者说通过加热漆而实现无气泡地压印的方法可以与薄膜幅面向压印筒的导入方向无关地进行，也就是说不仅在按照本发明的、从上方或者至少从斜上方向压印筒输送(或进给)薄膜幅面的情况下，而且也在由现有技术已知的、从下方或者至少从斜下方向压印筒输送薄膜幅面的情况下都可以进行。
通过薄膜幅面的速度、漆层的漆的粘度或者说温度、设置在薄膜幅面上的漆量和加压辊子压力可以对压印过程之后漆层宽度产生影响。
然而，对于温度和薄膜幅面的速度这些参数的变化，无气泡的压印仅有非常小的变化幅度，也就是说这些参数的小的变化对压印后漆层的宽度就有大的影响。例如，在压印之前漆的宽度为620mm，压印后应为720mm。幅面速度变化1m/min就已经对压印后的漆层宽度有了明显的影响。明显过低的约5m/min至10m/min的幅面速度导致漆被挤压超出薄膜幅面的边，略微过高的约3m/min的速度导致气泡。
这尤其也意味着，通过薄膜幅面速度的变化能把压印后的漆层宽度不变地保持在预定值上。若压印后漆层宽度增大超过预定的值，则幅面速度必须被提高，若压印后漆层宽度减小超过预定的值，则幅面速度必须被降低。
本发明要解决的另外的技术问题是，检控压印后在薄膜幅面上漆层的宽度或者说该宽度是否符合预定的值。
本发明因而涉及另一种按照独立权利要求前序部分的方法，其中，向在压印筒的边棱上的缎光区域(Velinbereich)的表面中至少部分地、优选全面地引入附加的结构或者微结构，在所述缎光区域中不具有用于被压印的最终产物的待压印的、微米范围或者纳米范围内的结构。尽管缎光区域不再被无缺陷地向薄膜幅面上的漆层中转移，但是薄膜幅面被缎光区域压印的部分本来就是边角料并且被切掉和处理，使得在该区域中的结构或者微结构对后来的最终产品没有影响。
附加的结构或者微结构一方面由于其更大的表面而对漆有更高需求，使得压印后漆层宽度的波动区域被减小。
此外，附加的结构或者微结构还使得透明的漆的本身不可辨别的漆边棱、也就是说在薄膜幅面上在漆层的左外边缘或者右外边缘上漆层的边棱能被辨别，方法是附加的结构或者微结构导致散射或者吸收的提高或者导致向漆层上射入的光的反射的可辨别的变化。例如，附加的结构可以设计为国际象棋棋盘图案的形式，单个区块的尺寸分别为10μm，该图案在视觉上导致漆相比于未结构化的光滑的面的磨毛。该附加的结构也可以由微反射镜或者衍射的结构构成，其导致漆的表面的磨毛或者入射光的取决于方向的镜面反射。
按照本发明的、对压印后在薄膜幅面上漆层的宽度或者说该宽度是否符合预定的值的检控可以与薄膜幅面向压印筒的导入方向无关地进行，也就是说不仅在按照本发明的、从上方或者至少从斜上方向压印筒输送薄膜幅面的情况下，而且也在由现有技术已知的、从下方或者至少从斜下方向压印筒输送薄膜幅面的情况下都可以进行。
按照优选的实施方式，压印后在薄膜幅面上漆边棱的位置通过光学系统确定，该光学系统例如由至少一个光栅或者至少一个摄像机系统构成。
在此，光栅沿薄膜幅面的输送方向在压印筒之后地布置在薄膜幅面的漆层上方，其中，光栅被这样地布置在薄膜幅面的漆层上方，即光栅对在漆边棱外部或者说在漆边棱另一侧的其中不应在薄膜幅面上布置漆层的区域进行监控。当幅面速度被正确设置时，由光栅发出的光因而照在不具有漆层的薄膜幅面的光滑如镜的表面上，使得光栅的探测器示出第一值。若幅面速度被设置得过低，则压印后漆层宽度超出预定的量并且漆边棱向薄膜幅面的外边棱的方向移动。由光栅发出的光就照在被附加的结构或者微结构压印的并且例如是漆层被磨毛的表面上。因而相比于在不具有漆层的薄膜幅面的光滑如镜的表面情况，有更少的光反射回光栅的探测器，使得光栅的探测器显示第二值，第二值与第一值不同。对于调节来说，该第二值是信号，即这样提高幅面速度，直至光栅的探测器又显示第一值。
对此附加地或者备选地，可以这样地布置第二光栅，即第二光栅对在漆边棱的内部或者说在漆边棱那一侧的其中漆层应当布置在薄膜幅面上的区域进行监控。该光栅的探测器因而显示漆层的被附加的结构或者微结构压印的并且例如被磨毛的表面的第二值。若该光栅的探测器显示不具有漆层的薄膜幅面的光滑如镜的表面的第一值，则漆层的宽度过小并且必须减小幅面速度直至该光栅的探测器又显示第二值。
也可以进行沿垂直于漆边棱的线的探测，而非通过一个或者两个光栅的对漆边棱位置的点式探测。这例如借助摄像机系统进行，该摄像机系统分析沿垂直于漆边棱的线的图像。这种分析有利地也允许对趋势的分析并且以此实现前瞻性的介入。在此，传感器或者说摄像机系统必须被触发，例如借助额外的双楔形标记的信号触发或者借助压印筒上的旋转编码器触发。
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，对于防伪线或者防伪膜具有优选8μm至36μm的厚度，对于由聚合物构成的钞票或者对于膜复合钞票具有最多100μm的厚度，或者对于卡体具有最多200μm的厚度。
漆层的厚度优选为0.5μm直至20μm、特别优选4μm直至15μm并且十分特别优选从4μm至8μm的厚度。漆层优选借助苯胺印刷法(Flexodruckverfahren)施加在薄膜幅面上。
按照优选的实施方式规定，薄膜幅面通过转向辊子转向并且向压印筒上导引，其中，转向辊子沿输送方向布置在加压辊子之前。薄膜幅面通过第二转向辊子可以又被导引离开压印筒。通过第一转向辊子和必要时的第二转向辊子实现了漆层在更大的周围面上环绕压印筒。
按照本发明，术语“从上方”意味着，薄膜垂直地或者至少近似垂直地从上方或者说沿重力方向或者近似沿重力方向地导引到压印筒上。按照本发明，术语“至少从斜上方”意味着，薄膜以在从超过水平直至近似垂直的范围内的角度从上方导引到压印筒上，其中，薄膜尤其不是水平地导引到压印筒上。
这种具有微米或者纳米范围尺寸的结构尤其用于提高有价值的文件的防伪保护，尤其钞票、股票、债券、证书、凭证、支票、高品质入场券，不过也用于其他有伪造危险的纸张，例如护照和其他证明文件，以及卡、例如信用卡或者借记卡，也包括产品防伪元件、例如标签、印章、包装等等。具有微米或者纳米范围尺寸的结构例如是衍射结构、微反射镜、磨毛结构或者蛾眼结构。
当然，上文所述的和下文还会阐述的特征不仅能以给出的组合、而且也能以其他组合应用而不离开本发明的保护范围，只要保护范围包括了这些组合。
根据下述实施例和补充的附图阐述本发明的优点。这些实施例表现了优选的实施方式，然而本发明不以任何方式局限于这些实施方式。此外，为更好的理解，附图中所示内容是强烈示意性的并且不反映真实的情况。尤其，图中所示比例与实际上存在的关系不一致，仅用于使视图清晰。此外，为便于理解，在下面实施例中说明的实施方式被缩减为本质的核心信息。在实际应用时基本上可以使用更复杂的图案或者图像。
附图说明
示意图中：
图1示出按照现有技术的压印方法的侧视图，
图2示出按照本发明的压印方法的侧视图，
图3示出在通过两个光栅探测漆边棱的情况下压印后薄膜幅面上的漆层的边缘区域的俯视图，
图4示出图3所示对象的侧视图，
图5示出在通过摄像机系统探测漆边棱的情况下压印后薄膜幅面上的漆层的边缘区域的俯视图。
具体实施方式
图1示出现有技术已知的压印方法的侧视图。漆层6处于薄膜幅面5上，其中，薄膜幅面沿运动方向7从斜下方导引到压印装置上。在此，压印装置由压印筒1、辊子形设计的加压辊子2、紫外辐射源4以及两个转向辊子3构成，在压印筒1的表面中引入具有微米或者纳米范围内的尺寸的待压印结构。薄膜幅面5通过第一转向辊子3被这样地转向，即漆层6与压印筒接触。还未硬化的漆层的一部分在线形的接触位置近前或者说在该线形的接触位置上积聚并且在此构成不均匀成形的漆楔块8。接着，薄膜幅面5连同漆层6被加压辊子2压在压印筒1上并且将具有微米或者纳米范围内的尺寸的结构成形在漆层6中。接着，漆层6通过源4的紫外波长范围中的电磁辐射硬化并且通过第二转向辊子3导引离开压印筒1并且导引至后续的处理步骤。
图2示出按照本发明的压印方法的侧视图，其中，与图1的压印方法相反，薄膜幅面5从斜上方导引至压印装置。薄膜幅面5通过第一转向辊子3被这样地转向，使得漆层6与压印筒接触。还未硬化的漆层的一部分在线形的接触位置近前或者说在该线形的接触位置上积聚并且在此构成上文所述的和特别有利地均匀成形的漆楔块9。接着，薄膜幅面5连同漆层6被加压辊子2压在压印筒1上并且将具有微米或者纳米范围内的尺寸的结构成形到漆层6中。接着，漆层6通过源4的紫外波长范围中的电磁辐射硬化并且通过第二转向辊子3导引离开压印筒1并且导引至后续的处理步骤。
图3示出在通过两个光栅探测漆边棱的情况下压印后薄膜幅面上的漆层的边缘区域的俯视图。图4示出图3所示物体的沿剖切面LL的侧视图。
第一光栅18由光源18.1和探测器18.2构成，第一光栅18沿薄膜幅面5的输送方向在压印筒1之后地布置在在薄膜幅面5的漆层6上方，使得第一光栅18沿线16对在漆边棱15外部或者说对在漆边棱15另一侧的其中在薄膜幅面5上未布置漆层的区域13进行监视。当幅面速度被正确设置时，由光源18.1发出的光因而照在不具有漆层的薄膜幅面的光滑如镜的表面上，使得探测器18.2示出第一值。
第二光栅19由光源19.1和探测器19.2构成，第二光栅19被这样地布置，即第二光栅19沿线17对在漆边棱15内部或者说在漆边棱15那一侧的其中在薄膜幅面5上布置有漆层6的区域14进行监视。在压印筒的缎光区域中的附加的结构或者微结构处于区域12中，附加的结构或者微结构仅在区域14中压印到漆层6中。探测器19.2示出漆层6的被附加的结构或者微结构压印的和例如磨毛的表面14造成的第二值，第二值与第一值不同。
图5示出在通过摄像机系统探测漆边棱的情况下压印后薄膜幅面上的漆层的边缘区域的俯视图。在此，探测沿垂直于漆边棱15的线20进行。该探测例如借助摄像机系统进行，摄像机系统沿线20分析图像，方法是确定相应表面的光泽度值。

Claims (2)

1.一种用于将具有在微米或者纳米范围内的尺寸的结构压印到漆层中的方法，其中，该漆层被设置在薄膜幅面的一侧上并且能借助紫外辐射硬化，其中，首先将薄膜幅面以其上存在还未被硬化的漆层的那侧沿输送方向通过加压辊子压在其表面上有待压印的、微米或者纳米范围内的结构的压印筒上，使得微米或者纳米范围内的结构在漆层中成形，接着，漆层通过用于紫外辐射的源的紫外辐射硬化，其特征在于，为了无气泡的压印，在压印筒的区域中和/或在沿输送方向漆层接触压印筒并且还未硬化的漆层的一部分漆积聚的位置上，漆层的漆具有低粘度。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，漆粘度的减小通过漆的加热实现。
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