CN1484577A - 在塑料物件内模塑双凸透镜板材时保护油墨并提供增强接合的方法 - Google Patents

在塑料物件内模塑双凸透镜板材时保护油墨并提供增强接合的方法 Download PDF

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Abstract

一种带有整体的双凸透镜材料的塑料产品的制造方法,它热保护双凸透镜材料的油墨层和外透镜表面。提供一个带有双凸透镜层的双凸透镜插入件,并且带有光学脊岭(22)的一个外表面和一个油墨层(28)接合至一个透明的透镜层(24)。一个热保护基片(30)包括不透明的石版印刷油墨涂覆至油墨层。涂覆热保护基片是使用一台石版印刷机的涂覆装置进行的。一个双凸透镜插入件是由涂覆的双凸透镜材料形成的以及插入件定位在模具空腔内。热保护基片热隔离油墨层。随后模具的邻接插入件的部分被冷却至低于光学脊岭的变形温度。

Description

在塑料物件内模塑双凸透镜板 材时保护油墨并提供增强接合的方法

本发明的领域本发明一般地涉及塑料容器和物件的制造,以及更具体地说,涉及具有双凸透镜板材或插入件的塑料物件的一种制造方法。制造方法包括在模塑工艺中接合双凸透镜材料至物件的容器的组成塑料的工艺,而不会损坏双凸透镜材料。

本发明的背景这是一种增长的实践,它使用普通的塑料模塑的杯子和容器来显示促销信息和增加杯子和容器的市场价值,其方法是增加一些运动图片、电影和电视人物和其它照片。虽然印刷工艺可用于产生这些信息,近年来随着印刷工艺的进步,这些图片和照片已经改进,这些信息,字符和其它照片一般仍保持为二维的、静止和不可移动的。这些容器的采购方的期待继续增长,以及一般公众继续企望在全部媒体内增加和改进视觉效果。尤其是,娱乐业常规地许可他们的肖像权使用于杯子、包装、以及一切形式的容器上,由塑料的汽水杯至爆米花容器和它们的盖子。娱乐业使用明亮的色彩和模塑的形状强烈地刺激这些容器的顾客和收集者的兴趣。这里还有来自电影制片人、运动器件促销商和娱乐业其它人士的压力,发展新的产品,以更好地吸引公众对他们的促销和许可产品的注意。

除了与产生更刺激的图像有关的问题外,塑料杯子和容器的制造商面临的设计限制是,它们必须从事于创立任何新的产品。例如在传统的塑料杯子制造业中,制造商持续地奋斗的愿望是生产一种廉价的杯子,使它们的使用具有吸引力,作为免费的促销运动的一部分(例如,杯子被汽水、啤酒或其它饮料的采购零售人抛弃)以及作为有利可图的单独的产品。

一种用于降低成本的方法是借助减小杯子的壁厚来减少每个杯子的塑料用量或用其它的方法。

减少使用的塑料的重量可以降低材料费用以及使杯子的制造(即模塑)更快和更价廉,因为模具充填得更快和塑料冷却的时间更短。然而,减少材料重量和壁厚的愿望必须与杯子的环向强度相平衡,以控制杯子的被压合和变形。典型地,环向强度的解决方法是增加重量或压力至侧壁的外表面上接近杯子顶的一点以及解决杯子的开口端的倾斜量。

为了进一步降低容器的价格,其内壁和外壁典型地保持平滑和形状保持较简单以减少模具费用。这些平滑的表面还需要是因为放置图像和照片至容器和其它塑料件上的典型的方法是标准的印刷工艺,比如胶版印刷,它在平滑的印刷表面上是最有效的。

本发明人理解娱乐业的需要和了解提供视觉上更吸引人的图像和照片作为促销的容器和其它塑料产品的一部分是有利的。这些塑料产品借助加入一个三维的(“3D”)动作图像而显著地改进,其方法是使用双凸透镜材料或板材(即图像的隔行区段与双凸透镜相结合以提供一系列的视觉效果,比如,移动、变焦移入和移出以及3D效果)。

使用双凸透镜材料在印刷业中是已知的,用于产生促销材料和典型地包括制造一个双凸透镜材料的板材以及粘接地连接双凸透镜材料至一个单独制造的物件上用于显示。双凸透镜的生产是已知的以及公开于一系列美国专利,包括U.S.Patent No.5,967,032 to Bravenec etal。通常,制造工艺包括由可视图像选择区段以产生希望的可视效果以及隔行放置这些区段(即计划数字图像的布置)。双凸透镜随后被分布至隔行的或计划的区段,以及双凸透镜按照此分布图制造。双凸透镜通常包括一个透明的腹版,它具有一个平坦的侧面或面层以及一个带有光学脊岭和凹槽的侧面,它是由并排的双凸透镜(即凸透镜)与双凸透镜或光学脊岭形成的,相互平行地沿着腹板的长度延伸。为了保证独特的可视的效果,将油墨(例如四色油墨)直接地涂覆或印刷在透明的腹板的平坦的侧面上,以形成一个薄的油墨层,它随后可以通过光学脊岭的透明的薄片被观察。

虽然这些双凸透镜材料提供了优异的可视效果,而使用粘接剂和其它连接方法不能保证生产高质量的、耐用的和廉价的塑料产品。

由于在生产塑料杯子和容器之后的双凸透镜材料的连接效果不佳和价格较高,塑料制造工业希望有一种连接双凸镜材料至塑料杯子或容器的方法,作为杯子或容器的制造工艺的一部分。

不幸的是,塑料制造工业并未能够克服使用普通的双凸透镜材料作为标准的塑料制造工艺的一部分带来的问题。这些问题的产生是由于塑料的制造通常包括注射模塑这样的工艺,它包含加热原始塑料材料至较高的温度(例如400至500°F或更高)以及随后注射流体的塑料进入带有希望的塑料件形状的模具或者使用其它处理熔融塑料的方法。油墨或油墨层具有一种化学性能,当油墨被加热至这样的高温时它不能保持完好无损,以及图像畸变或至少是显著地改变。

为了解决这个问题,塑料制造工业已采用一些措施以便在注射模塑工艺中保护油墨层隔离高温度的熔融的塑料。典型地,这些措施包括涂覆一个热熔的聚乙烯的粘接的和保护的基片至油墨或油墨层,以提供隔离熔融塑料的保护以及提供双凸透镜和形成的杯子或容器的塑料之间的一个连接界面。保护的基片材料的厚度可以是2.5mils(密耳)或更大,以提供油墨层适当的热隔离。

尽管提供了一个基本上有效的接合表面以及提供了一些保护油墨的措施,涂覆和使用保护的基片未能解决面对塑料制造业的全部的制造问题。例如,已经证明,在注射模塑时涂覆基片至油墨层,其厚度可适当地保护油墨隔离高温度的熔融的塑料是困难的和经常昂贵的。另一个正在进行的挑战已获得在凸镜和油墨层下面所需的适当的不透明度,以提供一个清晰的和色彩丰富的图像。典型地,正确的不透明度是使用增加数量的(即厚度的)在保护基片内的材料来达到的,它增加了费用和在油墨层上涂覆厚的保护涂层的制造难度。

另一个正在解决的问题是在注射模塑工艺中的双凸透镜的热保护。虽然双凸透镜典型地不直接地接触熔融的注射的塑料,双凸透镜放置在模具的阴模部分以及定位顶住模具的外壁。当模具的阳模部分插入以及热的塑料、即达到或接近500°F,注射进入密闭的模具,阴模或模具的外部分提高温度至接近热的塑料的温度,比如在250°F至400°F范围内。锯齿形表面(即由双凸透镜形成的光学脊岭和凹槽)是由APET、PETG或其它材料制成的,它们虽然具有较好的耐热性能,但在冷却和形成杯子或容器所需的闭模时间内有时会变形或变平。当然,这些光学脊岭的任何变平或变形可能减少图像的清晰度,甚至损坏双凸透镜的焦距,使得图像显现模糊和脱离焦距。

因此,需要一种制造塑料容器和其它物件的改进的方法,它具有双凸透镜材料可与塑料匹配。这种方法最好能解决对涂覆保护的热基片的廉价方法的需要,它还可提供适当的不透明度。此外,这种制造方法还应该选择以提供对双凸透镜改进的保护,以及尤其是在注射模塑工艺中双凸透镜的光学脊岭或锯齿形表面的保护,以便更好地保持在最终的塑料产品上透镜和油墨组合的聚集效果。

本发明的概要为了解决上述的设计限制和塑料制造及娱乐业的其它需要,本发明提供一种塑料构件,比如容器的有效的和经济的生产方法,它带有双凸透镜材料作为一个整体的插入件(即一个双凸透镜插入件)加入。重要地,本方法提供技术和特点是借助使用一种不透明的油墨用于热保护基片以增强获得的图像以及借助使用一种石版印刷机的涂覆装置(而不是标准的油墨涂覆装置)来降低制造插入件的费用。此外,本方法设计为在双凸透镜插入件的两个侧面提供热保护,即使用油墨以产生一个图像和光学脊岭形成在一个透镜层的外表面上。本方法生产一种带有3D照片特点的塑料物件和/或激励的视频芯片,当通过双凸透镜插入件由塑料物件的外表面观察时,它显示几分之一秒至数秒。

提供独特的可视图像的双凸透镜插入件包括双凸透镜材料,它具有光学脊岭和凹槽在外表面上以及一个透镜层或透明的薄片,它们一起形成一种刚性较高的材料,并带有空气通道或空穴。一层油墨附着在透明的透镜层的平坦的侧面(以及在一个实施例中一个接合的底胶层首先涂覆在透明的透镜层以增强接合)。实际的图像是预先印刷在预先挤压的或随后埋入的塑料透镜材料的背面或第二表面上的油墨层内,塑料透镜材料可以是由各种塑料材料制造的,包括APET,柔性的或刚性的PVC,苯乙烯和PETG。图像隔行放置,相当于双凸透镜材料(即光学脊岭和凹槽及透明的透镜层)的频率,以及随后使用胶版印刷、轮转印刷、活版印刷、数字印刷、丝网印刷或任何其它印刷工艺印刷。

按照本发明的一个方面,提供一种制造塑料产品的方法,它可以有效地集成双凸透镜材料进入已生产的塑料产品,它以一种廉价的和有效的方式热保护双凸透镜插入件的油墨层。在此方法中,一种双凸透镜材料是由带有光学脊岭的外表面的双凸透镜层以及接合至透明的透镜层的油墨层制造的。一种含有油墨的热保护基片涂覆在油墨层。在一个优选的实施例中,保护的油墨是一种不透明的柔版印刷油墨,它借助提供用于油墨层的不透明的背景而增强获得的图像。

重要地,使用柔版印刷油墨允许使用一台石版印刷机的涂覆装置实现热保护基片的涂覆(它允许有效地涂覆厚层的油墨,它可控制所需的涂覆次数)。一个双凸透镜插入件随后由涂覆的双透镜材料形成以及插入件定位在塑料模塑组件的模具空腔内。物件随后的成形是借助操作模塑组件以插入一个液体塑料装料进入模具空腔。液体的塑料可以处于温度范围300至700°F,以及热保护基片选择在厚度范围由0.5mils至2mils,以便使油墨层与熔融的塑料热隔离。在一个实施例中,一个另外的接合层涂覆至热保护基片(比如可紫外线(UV)固化底胶层或定向的聚丙烯(OPP),以增加油墨层的热保护和增加双凸透镜插入件和液体的塑料之间的接合。

按照本发明的另一方面,提供一种制造塑料产品的方法,它带有双凸透镜插入件,在塑料模塑操作时,对双凸透镜插入件的两个侧面提供热保护。本方法提供一种双凸透镜插入件,它具有一个双凸透镜层,并且带有一个光学脊岭的第一表面和一个第二表面,以及油墨层接合至双凸透镜层的第二表面。为了油墨层的热防护,油墨层用热保护基片封装,比如,不透明的白色的可紫外线固化油墨或热熔的聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯或乙烯。双凸透镜插入件定位在一个外模具身和一个中心模具限定的模具空腔内。这些部件的组合限定了塑料产品的尺寸,提供液体塑料用的流动路径。双凸透镜插入件定位在模具空腔内,并且使光学脊岭邻接和热传导接触模具身的一个插入件接触区。液体的塑料在塑料加工温度(例如由300至700°F)充填进入模具空腔,它导致中心模具加热至第一工作温度(例如,250至400°F)。

方法继续进行,并且带有模具身的插入件接触区冷却至第二工作温度的独特的特点,它低于第一工作温度以及也低于光学脊岭的大致的预定的变形温度。在一个实施例中,光学脊岭是由APET制造的,以及变形温度为约170°F,以及在另一个实施例中,光学脊岭是由PETG制造的,其变形温度为约160°F。因此,第二工作温度比第一工作(内部)温度低得多,它在成形塑料物件的闭模阶段保护光学脊岭。第一插入件接触区可以想像为邻接光学脊岭的全部模具身,或者稍大或稍小的区域,这取决于希望的双凸透镜插入件的结果(即是否希望甚至在边缘上具有一个清晰的聚焦的图像或者具有一个非常牢固的接合和塑料的框架在边缘处,并且分别地带有可能的模糊的边缘)。

本发明的其它的特点和优点,包括一个双凸透镜插入件并且带有一个油墨热保护层以及一个内和/或外接合层,可以由本发明的进展的专门的实施例的下列说明结合参见附图而明显地体现。

附图的说明这里列出的附图形成本说明书的一部分,用以说明本发明的优选的实施例,以及与说明书一起作为本发明的原理的解释,其中:图1是按照本发明的一个优选的方法的塑料的模塑杯子的透视图,它带有一个双凸透镜插入件接合至外壁。

图2是沿图1的直线2-2切取的杯子的部分的剖面图,示出双凸透镜插入件的各层,包括一个按照本发明的接合的和热保护层,以及示出在双凸透镜的接缝处本发明的框架特点。

图3是沿图1的直线3-3切取的杯子的部分的剖面图,示出本发明的框架特点的上和下部分。

图4是按照本发明的一种容器制造方法的一般加工步骤的流程图。

图5是按照本发明的一个注射模塑组件的剖面图,处于注射液体塑料进入模具之前双凸透镜定位于已抽真空顶住模具空腔的外壁。

图6是与图2类似的双凸透镜插入件的剖面图,示出一个双凸透镜插入件,它使用一个热保护基片,包括与一个内底胶接合层组合的油墨(在图像油墨层与透明透镜层之间)以及外底胶接合层用于与原料的熔融的塑料接合。

图7是一个实施例的流程图,它涂覆热保护基片至图像油墨层,当基片含有柔版印刷油墨时它是特别适用的。

本发明的详细说明本发明在下列的讨论和下列的权利要求中的说明特别地涉及各种方法以便更有效地对油墨提供热防护,它产生一个图像,以及用于改进双凸透镜插入件产生的可视效果(透镜和油墨层组合),它接合在塑料容器或物件内或上面。发明人理解,一种使用于油墨热保护的保护层可以选择用于改进图像的清晰度,方法是提供希望的不透明度,而且还可以设置或定位,达到有效和可接受的价格。在此方面,下列的说明将涉及补充的油墨层的使用,它带有希望的不透明度和厚度,作为图像用的热保护层或者双凸透镜插入件的四色油墨层。重要地,发明人不仅确认使用油墨作为一个保护层的优点,而且还确定,标准的油墨涂覆装置不能有效地涂覆一个希望的厚度。为了增强油墨涂覆工艺,发明人创造一种涂覆热油墨层至双凸透镜插入件的工艺,它使用一种石版印刷机的涂覆装置,以获得希望厚度的油墨(比如0.5mils至2mils)。在本发明之前,油墨不是用这种涂覆装置涂覆,而现有技术的装置大多是使用标准的油墨涂覆装置。

此外,发明人确定,在注射模塑时,热保护可以有效地提供用于双凸透镜插入件的外表面的脊岭表面,以降低这些脊岭变形的机会以及双凸透镜插入件的焦距的损伤。在注射工艺中的变形是一个意料不到的问题,但是在实践中双凸透镜插入件的脊岭表面的变平可能产生,这是在要求形成容器的闭模时间内当阴模或外模具段接触加热至250至400°F的脊岭表面时产生脊岭的变平。为了解决这个问题,在下述的工艺中包括控制注射模具的此两部分(即阴模或外部分以及阳模或内部分)以保持在两个不同的温度范围内,更具体地,外部分或者至少接触脊岭表面的区域)典型地保持低于预定的变形温度(例如,约170°F,当外脊岭是由APET制造的),而内部分允许加热至正确固化注射的塑料的使用温度(比如约350°F)。这种对模具的各段使用两种不同的模塑温度是现有的塑料模塑工艺没有建议过的,因为标准的实践是使两部分加热至相同的温度范围,以保证贯穿生产的容器或物件的注射的塑料的恒定的固化。

为了对本发明的这些制造工艺提供一个完整的背景,下列的说明首先讨论按照本发明的塑料物件,它具有一个集成的可视的图像,这是由于一个双凸透镜插入件被作为塑料物件的一个整体部分而列入。由按照本发明制造的容器的特点的讨论出发,讨论进行至完全地说明塑料物件的制造方法,它具有一个双凸透镜插入件,整体地接合至形成件身、件壁或物件其它部分的塑料。讨论专门地说明一种容器的制造步骤,它带有双凸透镜插入件连接至一个外壁。自然,在本方法范围内的这些相同的或类似的步骤可以用于制造任何数目的具有双凸透镜的其它塑料物件。

现在参见图1-3,说明一个按照本发明的容器10,由图可见,容器10包括一系列的特点,尤其是它用于解决塑料制造业在容器设计中面临的问题,以及提供其它的特点。

按照容器10的一个重要的方面,一个双凸透镜插入件20包括和连接至容器10的一个外壁12,以提供一系列的希望的结构和热传输特性,以及增强容器10的可视效果。双凸透镜插入件20的典型的功能是提供一个带有3D特点的图像,移动、变焦移入和移出以及其它特点。在此方面,双凸透镜插入件20最好实质上沿着外壁12的整个周边延伸,覆盖外壁12表面积的大部分。为了提供增强的图像,双凸透镜插入件20包括双凸透镜材料和油墨,它可以想像具有三层材料如图2和图3所示:一个光学脊岭22的外层,带有相关的光学凹槽,一个内透明层24,具有一系列透镜,形成在层24内的空气通道26,以及一个油墨层28印刷在透明层24的平坦的表面上。此外,一个接合的和热保护层30接合至油墨层28以提供一个与容器10的外壁12的接合表面,以便在塑料制造工艺中热保护油墨层28(两种功能将结合容器的制造工艺讨论)。层24和脊岭22的挤压的透镜材料通常是下列材料制造的:PETG,APET,PVC,OFP或者任何具有良好质量反射指数的其它塑料。在制造时,透镜材料(即透明层24的平坦的表面)可以预先涂覆一层底胶以保证在制造容器10的整个工艺中油墨层28较好的粘附(以下的说明参见图4)。这种底胶可以是水基的,溶剂基的或可紫外线固化的。优异的油墨层28的粘接性是重要的,因为在整个的容器制造工艺中,油墨必须保持在透明层24上。用底胶的预先涂覆可以借助腹板或平板供给工序或其它适当的涂覆方法进行。

在双凸透镜插入件20的制造时,预先挤压的透镜材料22和24通过腹板或胶版印刷机工序随后印刷到透明层24的反面或第二表面上,以形成油墨层28。透镜层24用相应的隔行设置的图像结合透镜材料24和22正确的数学印刷。该数学最好不仅与透镜材料24和22匹配,而且与制件的最终的形状引起的畸变匹配(即通常不是平坦的表面)。

在一个杯子或其它锥形物件的情况下,透镜或光学脊岭22“开放向上”,以及形成一个新的数学节距。这个节距是在板片制造和印刷产生前预定的,从而使双凸透镜插入件20可以在它的最终形状被观察到。作为对非平面表面或取向的调节的此工艺的结果,在双凸透镜插入件20上的图像可能在以平坦的板材或腹板的形式离开印刷设备时不能正确显现(即畸变)。

使用一个相对于外壁12的表面面积较大的双凸透镜插入件20具有几个重要的目的。如前所述,塑料容器和杯子的制造商连续地寻求容器和杯子的设计,它可从借助减少材料费用而降低制造成本。在此方面,双凸透镜插入件20最好是一种实质上刚性的塑料材料板材,具有总厚度约8mils至约25mils或更大(取决于使用的材料和产生的图像的复杂程度),它在插入容器10的外壁12时起的作用是增加容器10的强度。由于,至少是部分地由于光学脊岭22,双凸透镜插入件20产生一个力学支承,当外壁12的塑料树脂经模塑之后,它作为容器10的外壁12的一个背衬、支承和加强件,从而给予容器10增加的环向强度。改进环向强度的一个利益是可以保持容器10的材料费用,而又获得带有改进环向强度的容器10。更合理和更希望的是,双凸透镜插入件20的尺寸足够大,这样原始的塑料等于或大于双凸透镜插入件20的体积的情况可以在制造外壁时在双凸透镜插入件20定位的地方省去,因为插入件20提供了更大的强度足以补偿省去的外壁12材料的强度,结果是较轻的塑料容器10与没有插入件和外壁12塑料用量较大的标准的容器比较,具有相同的或更好的环向强度。当然,对带有增加的环向强度的容器的期望对于任何消费者是明显的,他手持一满塑料杯饮料,以及会关心,如果手持的任何地方接近开口端,饮料是否会被挤压至容器10的外面。

在传统的杯子或容器中,每个杯子的侧壁是平滑的,从而它可以胶版印刷以及增加任何的凹槽虽可以为消费者提供更好的握持表面,却显著地增加了模具的费用(以及使壁上的印刷困难或不可能)。借助增加双凸透镜插入件20到外壁12上,并且使印刷已就位在杯子的侧壁上,光学脊岭22的功能是改善消费者或使用者握持容器10外壁12的能力,这是借助提供一个较粗糙的握持表面,而又消除了任何与粗糙表面相关的印刷问题,因为双凸透镜20是“预先印刷的”。此外,光学凹槽有助于收集和清除或排放在杯子外表面上的任何冷凝水,它能使容器10的使用者握持外壁12的外表面更加困难。以这种方式,双凸透镜插入件20可以被认为是容器10的一个插入的或附着的握持表面。

双凸透镜插入件20最好成形以提供一个热障层或比标准的塑料容器外壁热传导率低的层。这种设计典型地包括一些空气或其它气体通道或者简单的空气槽,不同于仅是塑料材料的固体层。在此方面,一系列的透镜布局和形状可以使用(例如,比图2所示的空气通道26更不规则)。如图所示,双凸透镜插入件20的一个优选的实施例包括空气通道26,它典型地含有空气以及它在容器10的外壁12上产生一个有效的热障。由双凸透镜插入件20产生的热障的功能是降低容器20内的内容物的热传导,它增强了容器的用途,可用于热和冷服务(即保持热和冷的液体)。在一个优选的实施例中,约35%或更多的外壁12的表面面积被双凸透镜插入件20覆盖,以提供热障。

按照容器10的另一个重要的特点,容器10包括一个框架系统或塑料材料的框架,它的功能是接合双凸透镜插入件20至容器10的外壁12。框架系统进一步消除双凸透镜插入件20的匹配边缘之间的接缝,以及双凸透镜插入件20和外壁12之间的粗糙的匹配表面或接缝。借助提供的这些功能,框架系统克服了结构的弱点,它可能存在于双凸透镜插入件20匹配处的接缝处,当围绕容器10敲击时。这个强度问题,它可能导致开裂,是锥形的或截锥形物件比如典型的塑料杯子重要的关心问题。通常,框架系统具有跨过双凸透镜插入件20的每个侧边缘的塑料材料的一个搭接。如图1-3所示,框架系统包括一个上框架元件14,它在光学脊岭22上搭接双凸透镜插入件20的上边缘的深度为dU,以及一个下框架元件16,它在光学脊岭22上搭接双凸透镜插入件20的下边缘的深度为dL。如图所示,容器10的一个优选的实施例成形为这样,使双凸透镜插入件20的两个侧边轻度分离(即距离约1/4in或更小)。此间距用一个接缝框架18充填,它在光学脊岭22上搭接双凸透镜插入件的宽度为w。

框架元件14,16,18可以采用典型地被光学脊岭22的匹配表面限定的一系列形状,以及也可以如图所示,是带三角形截面的倾斜元件。框架元件14,16和18最好用与外壁12相同的材料制造以及接合至外壁12,典型地,这种接合是作为制造工艺的一部分产生,这时框架元件14,16和18是在与外壁相同的工艺中形成的(例如,注射塑料进入模具空腔),或者这种接合是在外壁12成形时产生,如果框架元件14,16和18是在单独的工艺步骤中预先成形的(这就是在外壁成形之前,成形框架元件14,16和18,以及接合它们至双凸透镜插入件20)。搭接量w,dU和dL将取决于一系列的因素,比如双凸透镜插入件20的重量和厚度,以及框架元件14,16和18所使用的材料的强度特点。在一个实施例中搭接量w,dU和dL是相同的,为约0.60in或更小,但是应该理解,这些搭接量可以相互不同(例如,w可以小于或大于dU和dL,反过来也是这样)以及可以是大于本实施例中使用的。

在其它未说明的实施例中,容器10内的潜在的弱点是双凸透镜插入件20对接到一起,使掌握困难。在一个代替的实施例中,双凸透镜插入件20的每个侧边上形成一个倾斜面。倾斜的边具有的形状(例如45°倾斜面)提供良好的强度性能以及最好具有适当的厚度以提供一个搭接的匹配表面,保证提高的结构强度。在一个实施例中,搭接深度与双凸透镜插入件20的厚度相等。达到倾斜有一系列方法,比如,剃削双凸透镜插入件20两个侧边缘上的一部分材料,产生一个倾斜搭接。在另一个代替的实施例中,一种“拉链”结构制成在双凸透镜插入件20的两个侧边之间形成的接缝处。在双凸透镜插入件20的每个侧边上形成的拉链图案是在制造前,比如在容器10用的模具空腔内,定位和匹配到一起(或者在零件被放置到模具空腔内之前)。显然,大量的其它交织的形状和匹配的技术可以使用于实践本发明以及获得容器10的有利的特点(即克服双凸透镜插入件20的两个侧边之间对接接头的固有的弱点)。

作为上述特点的结果,容器10成为一个耐用的单件的部件,具有优秀的图片,改进的物理强度特性,热障,改进的握持性,以及减少的塑料材料费用和制造时间费用。虽然所示的容器10是一个杯子,应该理解,制造为能获得某些上述的优点的容器的形状,可以广泛地改变,但带有一个关键的特点是增加双凸透镜插入件20。在此方面,双凸透镜插入件20是从带有专门的3层的实施例来说明,以便说明清晰,但是双凸透镜材料和凸透镜材料可以是各种各样形状的,以及许多,如果不是所有的可能的形状均可使用于双凸透镜插入件20。这些代替可考虑包括在本发明的范围内,以及仅需要容器10的设计极小的改变(比如,框架系统内搭接长度或类似件的改变)。并且理解一个物件(即容器10)的独特的特点包括在外壁上的一个双凸透镜插入件,它现在将用于充分地讨论按照本发明的容器(以及其它物件)的制造方法。重要地,下列的制造方法提供一种独特的方法接合双凸透镜插入件至熔融的塑料,其中双凸透镜插入件20的油墨或油墨层28以及光学脊岭22不会由于暴露于高的加工温度而损坏或变化。

现在参见图4,说明一个容器(比如图1的容器10)的制造方法的基本的步骤和特点。制造方法40由步骤42开始,其内容为总的计划用双凸透镜插入件提供的可视图像,容器,在其上或其内将接合双凸透镜插入件的尺寸和形状。在下面的实例中,图1的容器10的制造与双凸透镜插入件的接合一起讨论。一旦开始的计划步骤42完成,制造方法继续进入步骤44,其内容为制造一个双凸透镜材料板材。这些板材的物理设计和制造在上面已结合容器10的双凸透镜插入件20的形状讨论,以及可由图2和3看见。典型地,双凸透镜材料板材包括透明的塑料的光学脊岭22,一个透明的透镜层24或薄片,以及一个涂覆的油墨或油墨层28。实际的双凸透镜件的印刷可以是3D的或激励的,以及透镜的规格(例如,脊岭22和层24的组合)可以是垂直的或水平的。在一个垂直的格式中,3D图像或移动可以被观察到,而在水平的格式中仅有移动可以被观察到。双凸透镜材料板材的制造,如在步骤44中所示,已为印刷技术的技术人员所熟知,在此点不需要深入地讨论。双凸透镜材料的制造公开于美国专利NO.5,967,032(Bravence et al和美国专利NO.5,753,344(Jacobsen),列于此处供参考。此外,铺设或安排锥形容器,比如美国专利NO.5,908,590(Yoshimiet al)的图1所示的容器10用的插入件(或标签)的方法也列于此供参考,它的目的是制造泡沫塑料容器用的标签。用这种方式,一系列双凸透镜插入件的图案可以排列在一个大的双凸透镜材料的板材上,它可以在相同的加工线内或在一个单独的加工系统内继续加工。

容器制造工艺40的下一步骤,是保证由在步骤44内制造的双凸透镜板材切割的双凸透镜插入件20能够接合至模具内的液体塑料(即在工艺40的步骤52时)或者其它塑料制造或加工步骤。发明人意识到,在使用双凸透镜材料作为制造工艺40内的插入件时有两个重要的问题要克服。首先,在典型的双凸透镜材料板材的制造工艺中使用的印刷油墨没有具有化学相容性可接合至热的(例如约500°F)塑料,比如用于形成容器10的外壁12的塑料。其次,即使层28内的油墨能够接合至塑料,在双凸透镜材料板材上使用的油墨层28典型地不能保持至标准的模塑工艺经历的高温度,比如注射模塑和吹制模塑,以及会损坏或大大地降级。

按照本发明的一个重要的方面,制造工艺40包括独特的工艺,它保护涂覆的油墨隔离高温度以及它还提供在已生产的板材内的双凸透镜材料和用于形成容器10的外壁12的熔融的塑料之间的一个接合表面。作为背景,早先已经确信,提供这种保护和接合特点的一种方法可以使用热熔的聚乙烯的化学性能,它典型地使用于薄膜叠层工业。因此,制造商首先企图发现一种方法,以放置一层热熔的聚乙烯跨过透镜材料22和24的油墨侧面28。不幸的是,这种技术存在问题,因为要求聚乙烯流动至预先印刷的双凸透镜材料板材上的温度破坏了透镜材料板材上的油墨28或者至少减弱了它与透镜材料层24的接合。

为了响应这种情况,发明人确认一种优选的方法,用以保护放置在透镜材料层24上的四色油墨以及也用于产生在双凸透镜插入件和液体的或注射模塑时注射的熔融的塑料之间的一个接合面。

因此优选的工艺制造的一个双凸透镜插入件120的横剖面图示于图6。如图所示,双凸透镜插入件120包括光学脊岭22和带有空气通道26的透明的透镜层24。一种任选的底胶涂层140可以作为制造步骤44的一部分涂覆,以及四色油墨层28涂覆在底胶涂层140上。底胶涂层140虽然是任选的,它在整个注射模塑工艺中增强油墨层28的接合。在一个优选的实施例中,底胶涂层140是一种石版印刷的可紫外线固化的底胶材料,它是透明的和增强油墨材料和透镜层24的平坦侧面之间的接合。例如,但不是一个限制,底胶涂层140可以是一种底胶产品,可以由Northwest Cotings公司供应,产品代号LX-3。除了可紫外线固化的底胶外,底胶涂层140可以是水基的或溶剂基的。使用底胶的预先涂覆也可以借助薄片或平板供给工序或任何其它适当的涂覆方法进行。四色的或其它使用的油墨随后涂覆至底胶以形成油墨层28(至底胶涂层140上或直接至透明的透镜层24)。

现在参见图7,示出步骤46的一个优选的实施例,用于涂覆热保护的油墨层150至和覆盖图像油墨层28。发明人确定,在许多用途中需要一个热保护层,它还提供一个希望的不透明度水平。这种实质上不透明的热油墨层150可以用于增强由图像油墨层28与透镜层24和光学脊岭22产生的彩色的和3D效果。然而,如前所述,热保护基片150最好也提供适当的热保护以及通常一个与壁12良好的接合表面。在本发明的一个实施例中,所有这些特点是借助涂覆一层或多层白色油墨至图像油墨层28以形成热保护的基片150(如图6中所示)。

涂覆保护的基片150的专门的步骤示于图7。在步骤170,一个厚度选择用于油墨材料,以形成基片150。厚度的选择可以根据将要生产的塑料物件的形状和其它因素改变,比如所选油墨的类型,用于注射塑料以形成外壁12的温度,以及基片150的希望的不透明度。在一个优选的实施例中,用于形成基片150的油墨是柔版印刷油墨,当用紫外线辐射或光辐射固化时,实质上是不透明的(但是油墨的化学成分不应含有硅酸盐,因为硅的化学成分可能在注射模塑时妨碍接合)。

这种类型油墨用的基片150的厚度通常的范围由约0.5mils至2mils(虽然较薄的和较厚的基片150也可在一些用途中使用),并且优选的厚度为约1.5mils。

在步骤174,涂覆油墨以形成基片150。而油墨的涂覆可使用轮转凹版、网版印刷或其它的工艺。发明人确定,油墨(以及尤其是柔版印刷油墨)可以使用石版印刷机的涂覆装置成功地和有效地涂覆(例如,不是典型地用于涂覆油墨的普通的油墨装置)。使用涂覆装置是有利的,因为涂覆装置具有可能或能力在每次涂覆时涂覆比其它装置或工艺更厚的油墨层,它增强了效率和降低了制造费用。柔版印刷油墨可以使用于此方面,因为它的化学成分允许它使用物理技术涂覆,而不是使用耗时的和昂贵的化学方法(然而应注意,柔版印刷油墨通常不能供普通的油墨装置使用,因为它使用平版和石版化学,以及在一个印刷装置内难以通过油墨滚系流动)。在实践中,一个转移滚筒可以用于转移油墨至空白滚筒,以及随后至图像油墨层28,其厚度典型地在由0.5至2mils范围内。柔版印刷油墨的粘度可以迅速地调节以配合特定的涂覆装置的力学不规则性,这种涂覆装置可由Heidelberg和Komori公司供应。

由于可能需要油墨的一次以上的涂覆,继续在工艺的步骤178验证油墨的厚度是否适合,如果不是,则重复油墨涂覆工艺174。在步骤182已涂覆的油墨用紫外线固化以结束热保护基片150的成形。在一些实施例中,步骤182是不需要的,因为不同固化的油墨使用于基片150。此外,在另一些实施例中,步骤182是工艺46的最终步骤,因为所选择的油墨不仅提供所需的热保护,而且还提供注射模塑时所需的接合表面。

然而,在一些实施例中,有可能希望借助步骤186的进行来增强接合的效率,它包括涂覆接合层160至热保护层150。接合层160最好是用易于涂覆至热保护层150的材料制造,以及它在注射模塑时提供与熔融的塑料良好的接合。虽然一系列的材料可以使用,但最好涂覆一种类似于层140的底胶涂层,比如可紫外线固化的底胶(例如,LX-3产品,可由Northwest Coatings供应)。厚度可以改变以便提供适当的接合,1至2mils的厚度典型地是满意的。此外,涂层对四色油墨28提供补充的热保护以及可以用以降低热保护基片150所需的厚度。

为了进一步与壁12的熔融的塑料接合,接合层160可以制成带有织构表面的,以增加接合层160上的接合面积。此织构表面可以在涂覆接合层160时获得,或者在层160固化后用机械方法制成。在另一个实施例中,涂覆另外的材料层(例如一个织构接合层)以提供接合的脊岭164。例如,定向的聚丙烯(OPP),带有聚乙烯热熔层或其它接合性能良好的材料(与层160材料和壁12材料接合)可以供使用(叠层和与其相关的技术详见下述有关涂覆接合基片)。织构接合层的厚度可以改变,以成功地实践本发明,以及在一个实施例中,其厚度范围为由约1.5至3mils。在另一个实施例中,OPP用于代替底胶材料用于层160,以及直接地涂覆至热油墨基片150。

在工艺40的另一个实施例中,步骤46包括借助由步骤44取出预先印刷的透镜板材来涂覆一个热保护基片以及使用一个热熔的或压敏的聚酯一聚丙烯或PVC乙烯封装在透镜材料24的背面上的油墨层28,以形成一个保护基片30或150。薄膜放置在四色油墨层28上面完全地封装油墨层28以及提供在注射模塑工艺中的一个适当的接合面,以及对抗壁12的熔融的塑料的一个热障。代替的方案是,封装技术可以包括使用一种压敏的PVC、聚丙烯、或其它与注射模塑的塑料相容的材料,以产生永久的或有效的接合。

按照方法40的代替的实施例以及再次参见图1-5,其它的方法可以使用于实现涂覆一个接合的和保护的基片30至已生产的双凸透镜材料的油墨层28。在一个实施例中,涂覆步骤46包括用腹板形式的第一次涂覆,在诱导涂覆工作中涂覆热熔的聚合物材料至一个载体或临时衬层(图中未示出)以及随后第二次涂覆或接合热熔的聚合物材料至印刷的透镜材料(即至油墨层28),在一个单独的工艺或子工艺内进行。重要地,第二步骤可以在比热熔流动技术低得多的温度进行。激活所需的温度可以根据使用于热熔的聚合物和载体或衬层以及它们的厚度而改变,但是在一个优选的实施例中,激活温度的范围为190至250°F,以及最好范围为约210至220°F。第二步骤的功能是形成接合的和保护的基片30,如图2和3所示,它牢固地和实质上永久地接合至油墨层28。聚酯化合物可以使用于载体或者衬层可以作为载体使用,因为聚酯容易承受步骤46的热熔涂覆部分中(即完全在涂覆基片30之前的预先的制造子步骤)的热,但是,当然其它的材料也可使用于衬层。发明人发现,此预先的制造子步骤是有效的和经济的,因为材料价格低以及因为它可以用高速度进行和完成。

由于热熔的聚合物是随后在单独的工序中涂覆或接合至双凸透镜材料板材(顶住油墨层28),聚酯载体或衬层(图中未示出)具有迅速和无损伤释放衬层的特点。换句话说,涂覆了热熔的聚合物的衬层的侧面最好应具有低的表面张力,从而使热熔的聚合物不会永久地接合至衬层的聚酯或其它材料。为了附着或接合热熔的衬层组合,即叠层至双凸透镜材料板材,衬层的背面(即远离双凸透镜材料板材的部分)是在整个叠层件在压力下放置到双凸透镜材料板材的背面(即印刷面28)时被加热。

更具体地,在一个实施例中,载体或释放衬层是由一种聚酯材料制造的,它能够承受在使用热熔的聚合物涂覆聚酯衬层时使用的腹板涂覆工艺产生的热量。在腹板涂覆工艺中,聚酯衬层被在约400°F混合的聚乙烯涂覆,它的高温度足以达到树脂的流动。大致0.5至3mils厚的聚乙烯放置在聚酯衬层上,并且厚度经精确地测量和控制。最好,热聚合物的厚度(它变成接合的和热保护的基片30)为2.5mils,以提供一个适当的对于油墨28的热障以及在双凸透镜插入件20上的一个良好的固定和接合表面。在叠层工艺中,衬层的聚酯被加热,从而使相对的表面(即聚乙烯)被加热至转变为半液体和粘接或胶粘的温度点。聚乙烯典型地开始转变在约180°F,以及正确的叠层的窗口或范围一般在190和300°F之间。在本发明的一个工作模式中,聚乙烯(与聚酯衬层)涂覆至双凸透镜插入件20的油墨层侧面,温度在约220和250°F之间,涂覆或供给速率为100至200ft/min。作为此涂覆工艺的结果,叠层和双凸透镜材料板材形成一个整件。随后,或者在此工艺内,或者在充分的冷却后,叠层的临时的衬层部分由双凸透镜材料板材清除,留下精确测量数量的热熔的材料接合在油墨层28上,从而形成双凸透镜插入件20的接合的和热保护基片30。

在一个实施例中,上述的叠层工艺使用于涂覆织构的(或无织构的)接合层160至图6所示的双凸透镜插入件120内的热油墨基片150。叠层工艺用的优选的叠层设备是由Belhoffer公司供应的叠层机,但其它的叠层机器和设备也可使用于制造插入件120。在一个优选的实施例中,用于形成接合层160的叠层材料是一种清晰定向的聚丙烯(OPP)以及层160具有最终的厚度选择自范围约1.5至3mils。典型地,OPP材料可以用低熔的聚乙烯涂覆而获得,它在185至230°F之间“湿润”以及以2至200ft/min的速率有效地涂覆。

为了作为一列的工艺进行上述的工作,在衬层清除以留下热熔层30在油墨层28上未触动之前,充分的冷却可以借助放置叠层和双凸透镜材料板材在激冷滚筒上经一定冷却时间而实现。在制造方法40的一个实施例中,衬层经一次硅处理(或者代替地,也可以使用其它类型的释放化学剂),涂覆在衬层的侧面,它与热熔的聚合物匹配,以允许衬层容易地由热熔聚合物30释放,以及在工艺中保留附着至油墨层28。工艺工作良好的一个理由,至少部分是事实上激活热熔的聚合物用于接合至油墨层28所需的温度仅约200°F,而在薄膜叠层的现有技术方法中,使聚合物流动需要高得多的温度,它取决于双凸透镜材料板材中使用的油墨。使用于进行上述的步骤的这类设备可以是一台Belhoffer,D.K或任何类型的热叠层机。最好使用带有较高速度的叠层机的装置,以降低制造费用。

由于基片涂覆步骤46是本发明方法的关键特点。充分地讨论基片30的涂覆以及讨论可作为步骤46的一部分的代替的工艺将是有帮助的。在步骤44中双凸透镜材料板材制造后(即预先涂覆和印刷的,仍保持板材或卷材形状),板材可以与各种基片叠层,以提供本发明的接合的和热保护特点。在此方面,模具内工艺(即塑料模塑工艺52)通常要求油墨层28被保护,以及按照本发明是借助放置一个基片30在油墨层28和用于形成容器10的外壁12的热模塑材料(熔融的塑料)之间。如前所述,模塑材料可以是聚丙烯、苯乙烯、聚乙烯(比如HDPE)、PVC或一系列其它适用于注射和吹制模塑的塑料。因此,基片30在上述的热熔的聚合物衬层上的涂覆工艺46在某些实施例中包括的材料,它容易地接合至这些塑料,比如,但不局限于聚丙烯、聚酯、PVC、聚碳酸酯、以及APET。

对于本发明的制造方法重要的是两件事情:(1)在模塑工艺52中油墨28必须保护隔离熔融塑料的极高温度,这样使它们不会损坏,以及(2)与外壁12邻接的双凸透镜插入件20必须与注射或其它模塑工艺相容(换句话说,工艺40需要提供适当的或有利的接合至注射或其它模塑工艺52使用的熔融的塑料)。因此,用于在透镜层24的背面产生油墨层28的标准的油墨对此目的是不适合的。

作为上述的涂覆基片30用的叠层工艺的一个代替方案,基片30可以借助其它技术涂覆,它有效地连接基片30至油墨28,而衬层涂覆的取消和清除步骤如上所述。在代替的步骤46中,形成基片30的聚合物材料直接地涂覆至透镜层24的背面上覆盖油墨28,而不覆盖衬层或载体。在代替的步骤46中,基片30的聚合物材料的涂覆可以借助一系列的方法,包括,但是不局限于使用一种热粘接剂,热熔粘接剂或热敏粘接剂。此外,这里也可使用氨基甲酸乙酯和环氧族的其它液体化学的粘接剂,它们可在本发明的一些实施例中使用。再者,基片30也可以用其它材料代替,它可达到接合和热保护的目的,而又允许使用代替的涂覆步骤46。例如,各种涂层可以使用于基片30,以实现作为聚合物叠层的模塑工艺的相同的目的。虽然涂层一般使用较困难,它可以提供功能以保护油墨28,而且提供一个表面,以便在注射或其它模塑工艺52中用于接合制件。下列的涂层可适用作基片30:可紫外线固化的、溶剂基的、可电子束固化的以及水基的涂层。这些涂层的厚度按照热保护油墨28所需的和在某些情况下,在模塑工艺中接合至外壁12的材料将随每种材料而改变,但是通常,一个涂层基片30具有的厚度在0.5至2.0mils之间。任何这些涂层可以使用不同的方法和设备涂覆至零件或板材,比如滚筒涂覆设备,包层涂覆设备(比如印刷机)网版设备和喷涂设备。

再次参见图4,制造工艺40继续至步骤48,其中由双凸透镜材料板材切割或用其它方法清除双凸透镜插入件20,双凸透镜材料板材现在具有接合的和热保护基片30附着在或没有附着在衬层上。在步骤48,双凸透镜材料板材继续处理和/或由双凸透镜插入件20切割为希望的形状,用于模具内工艺的步骤52。典型地,步骤48是以用闸刀剪切机完成,以获得方形的或矩形件,以及用模具切割器获得其它的形状,比如所示的双凸透镜插入件20。在双凸透镜插入件20用模具切割或其它方法成形后,临时的衬层(如果附着在基片30)被清除,从而使基片30的热熔的聚合物材料被暴露。代替的方案是,衬层可以在步骤48之前的步骤40的一列式的涂覆中被清除。

参见图4和5,双凸透镜插入件20随后借助手工或机器人放置进入一个模塑工具60的模具80的模具空腔90(图中示出一个注射模塑组件,但其它的模塑装置,比如吹制模塑组件也可以使用。模塑工具60的模塑空腔90专门地成形以容纳双凸透镜插入件20。双凸透镜插入件20放置在模具空腔90内从而使双凸透镜插入件20的热熔的聚合物侧面或双凸透镜插入件20的基片30在步骤52时暴露于模具空腔90内的熔融的塑料。

在步骤52,容器10被模塑。在一个实施例中,模塑步骤52以塑料注射模塑工艺完成。参见图5,示出一个注射模塑工具60,它成形用于模塑带有双凸透镜20的容器10。如图所示,成形用于模塑工具60的注射装置是一台单级的往复螺杆型,它倾向于充分地准备材料用于注射以及经常较快,然而显然,其它的模塑工具也可以使用,比如,普通的单级的柱塞型或双级的柱塞型或螺杆塑炼机型。在工作时,原始的塑料72(即热塑性材料的装料)供给进入料斗70,在此处它与注射器螺杆74接触。当螺杆74被螺杆驱动电机62转动时,螺杆74向后推进(至图5的右边)以及材料装料72被迫进入加热筒68的舱室76。当足够的材料72充填模具空腔90已准备(即根据塑料的类型加热至300)700°F之间)螺杆驱动电机62断开以停止螺杆74的转动。拉入筒66工作以移动在滑轨64上的螺杆74,冲压材料装料72通过入口孔78进入模具80的模具空腔90。

塑性的液体树脂72被注射进入模具空腔90,它被模具的部分82、模具身84和中心模具88之间和其中的通道限定。塑料72在高温和高压力下(5000至50,000psi)被注射以及与双凸透镜插入件20的暴露部分接触。当基片30的热熔的聚合物材料暴露于液体的塑料72(约500°F,但是可以根据使用于液体的塑料材料装料72的聚合物而改变)它实质上立即被激活以及至少基片30的外部分(或在一些实施例中的外层150,或在另一些实施例中的层160)暴露在液体的塑料中变成液体。基片30的暴露的和加热的部分暴露于液体的塑料72变成液体。基片30的暴露的和加热的部分保持为液体经很短的时间,以及随后在整个容器10的冷却步骤54中凝固。这个工艺产生一个几乎立即的和实质上永久的接合位于容器10的双凸透镜插入件20和外壁12之间的界面32,基片30的薄层的热熔的聚合物接合至双凸透镜插入件20,它的作用是热隔离油墨28避免油墨受热以及物理上保护油墨28避免工艺的压力,从而保留油墨完整。基片30的厚度可以根据所使用的材料而显著地改变,但是最好减少以控制价格以及允许插入件20成为外壁12的整体的部分,以及在一个实施例中,基片的厚度保持在1至3mils的范围内。

在实践中,在步骤52液体塑料72的注射引起中心模具88(即模具82的阳模或内部分)和模具身84(即模具82的阴模或外部分)的温度增加,直至它接近注射的液体塑料72的温度。如上所述,液体塑料72可以在300至700°F注射(例如,对于聚乙烯约500°F),它取决于所选的原始材料,以及它引起中心模具88和模具身84升高温度至300至700°F范围,以及更典型,至250至400°F范围。保护基片30或150有效地提供一个热隔离障用于图像油墨层28避免液体塑料72和中心模具88的热量。然而,光学脊岭22是压紧或保持与模具身84紧密地直接的热传导接触。没有一定形式的热保护,由APET、PTEG、或其它材料制造的光学脊岭22可能对高温变形敏感,当加热至超过变形温度(它最好对每种光学脊岭22的材料测定)可能变成变形的或变平的,从而改变或损害由透镜层22和24达到的聚焦。这样可能损坏或至少劣化由双凸透镜插入件20获得的光学效果。变形或变平典型地产生在形成和冷却杯子或容器10所需的闭模时间内。液体塑料72的高温度最好用于步骤52时的正确的流动和注射,以及保持或闭模时间最好用于杯子10的外壁12的正确的固化和成形。由于中心模具88和液体塑料72典型地需要保持在高温度以形成容器10,这里需要一种方法保护光学脊岭22避免这些高的加工温度。

为了解决变形问题,一个冷却系统(图中未示出)可以包括在注射模塑工具60内,以保持模具身84,以及最好是邻接双凸透镜插入件20的模具身84的一部分,低于对于光学脊岭22的预定的变形温度。以这种方式,中心模具88允许升高至一个可接受的变形或加工温度(比如对于聚乙烯或聚丙烯液体塑料72为约350°F),而模具身84或模具身84的一个较小的插入件接触区同时保持在第二较低的工作温度,等于或低于预定的变形温度。典型地,最好第二较低的工作温度是低于预定的或预期的变形温度的一个选择的容差水平或数量,以更有效地保证光学脊岭22不会有害地变形。例如,由PETG制成的光学脊岭22的变形温度为约160°F(即真实的变形温度减去所选择的容差0至20°F)以及由APET制成的光学脊岭的变形温度为约170°F(即真实的变形温度减去所选择的容差0至20°F)。当然,其它的变形温度应使用于其它的光学脊岭22的材料。

在一个优选的实施例中,仅有插入件接触区保持在第二较低的工作温度,而不是整个模具身84,以允许液体塑料72在杯子10的区域内正确地成形,它不包括双凸透镜插入件20。插入件接触区可以包括邻接插入件20的模具身84的整个区,延伸小的距离进入成形的塑料72,以保证即使插入件20的边缘未加热超过变形温度,或者代替地,可以包括一个邻接插入件20的区域,它小于插入件20以保证邻接插入件20边缘的塑料72正确地成形(带有小量的光学脊岭22,以允许在插入件20的边缘处变形)。控制中心模具88和模具身84(或一个插入件接触区)在两个不同温度的技术是本发明的重要的和独特的特点,它典型地不应在标准的注射工艺中实践,后者试图工作以便在整个模具较恒定的加工温度下达到注射的塑料恒定的固化和变形。

一系列实施例设想用于选择地冷却(即移走热量)模具身84的插入件接触区。虽然图中未示出,这种热传输装置可以通过下列说明为热传输和/或制造技术熟练的技术人员容易地理解。例如,冷却系统可以包括一个冷却套,与位于模具身84附近的一个或多个激冷器连接,并带有流体通道,提供一个流动路径供冷却流体流动进入与模具身84的插入件接触区的热传输接触。当然,流体通道的形状和尺寸可以改变,以便更好地适应双凸透镜插入件20的形状。使用的冷却流体可以是气体,比如空气,或者最好是液体,比如水,带有较高的热传输效率,以达到更有效的热传输,即以少的流体流动的冷却。输入冷却流体用的选择温度和流动速率最好建立在有效地提供插入件接触区的冷却,以便保持模具身84的此部分在等于或低于变形温度。在一个代替的实施例中,一个或多个流体通道可以结合入模具身84,以达到希望的温度控制(即冷却)。温度传感器可以插入模具身84内放置的传感器井内,接近插入件接触区,以便在注射工艺中探测工作温度以及探测的温度可以用于建立一个输入冷却液体的温度以及使用的流体的流动速率,使用于一个特定的入口温度。冷却套和内部冷却通道的实施例仅作为实例提出,以及一系列的其它有用的冷却或排热的实施例可以用于实现本发明。

重要地,本发明提供的一个重要的特点是在一个单独的注射模塑工艺中结合两个温度控制。注射模塑装置和冷却系统可以与以上所示和说明的有所改变,只要内模具允许加热至加工温度,用于有效地塑料注射和成形,同时与(或至少部分地同时与)模具的外部分或阴模部分(以及特别是邻接或靠近双凸透镜插入件20的区域)冷却以保持其温度等于或低于一个预定的变形温度,以保护光学脊岭22。

再者,前述的框架系统是在模塑步骤52中产生的,以及双凸透镜插入件20成形以留下流动通道用于熔融的塑料成形为框架元件14,16和18(接缝框架18是由于双凸透镜插入件20的侧边缘之间的间隙或流动通道而形成的,它是当双凸透镜插入件20放置在模具空腔90内和施加真空时形成的,详见下述)。在步骤54,模具80内的注射的材料允许在模具80内冷却,直到它适当地硬化。在此点,带有整体地接合的双凸透镜插入件20的容器10硬化和成形后被位于模具身84内的排出器86排出,以及容器制造工艺40在步骤56结束(容器10的毛边和不希望的顶部的清除由模具80的入口流动通道进行)。

按照制造工艺40的一个重要的特点,外表面(即光学脊岭22)受力定位于与模具空腔90的外壁邻接地接触。这点之所以重要,是因为这样做失败,会导致熔融的塑料72开辟道路至双凸透镜插入件20的前面,以及泄漏至光学脊岭22上,从而妨碍图像的一部分被看见,以及产生不希望的毛刺的塑料接缝和框架。为了避免熔融塑料72的渗漏,在其它的保持技术之间,下列的位置保持工艺可作为塑料模塑步骤52的一部分使用。

在图5所示的实施例中,模塑工具60成形为这样,它借助真空的建立和施加使它保持双凸透镜插入件20紧密压至模具空腔90的壁。以这种方式熔融塑料72被锁闭不会流动至光学脊岭22和局限于至流动通道,以形成容器10的形状和外壁12。这样做可以借助成形模塑工具60以便在工具的外壁处建立真空,以拉动双凸透镜插入件20在开始注射熔融塑料之前牢固地顶住模具空腔90的外壁。当然,建立的真空必须足够强,以便克服在注射工艺中施加在双凸透镜插入件20上的任何力和压力。如图5所示,真空产生在一个真空舱96内,它围绕模具80和形成在真空外壳92内,它附着至模具身84。一个真空软管94与真空舱室96贯通,以保证必须的吸力以建立(以及也释放)真空。真空或吸力通过真空舱室96和双凸透镜插入件20施加在双凸透镜插入件20。虽然任何数目和位置的真空通道可以使用,在一个实施例中使用两个真空通道98,100,它们是循环的,用以实质上在其整个周边以及在双凸透镜插入件20的两端或边缘与双凸透镜插入件20接触,一系列的设计可以使用于真空通道98,100,比如,在模具身84内完全或部分开启的空气流动通道。在所述的实施例中,一种松孔的塑料材料用于提供控制的空气流,以及也用于减少树脂塑料72的任何流动,它可能潜在地进入真空通道98,100。

在一个第二优选的实施例中(图中未示出),一种位置保持方法提供塑料渗漏问题的一种解决方法,它通过一补充的步骤在插入模具空腔90之前提供凸粒,凹槽或其它凸起的表面至双凸透镜插入件20的基片30侧面。当具有凸粒或凸起表面的双凸透镜插入件20定位在模具空腔90内以及中心模具88已定位,凸粒是凸起的表面,它邻接地接触中心模具88以及被推动向外和接近模具空腔90的外壁,从而迫使光学脊岭22顶住模具空腔90的壁以及切断任何渗漏通道。

凸粒或凹槽最好围绕双凸透镜插入件20对称地分布以及成锥形件,比如杯子和容器10,它们主要地在双凸透镜插入件的部分接近入口孔78处需要,此处液体塑料72插入和压力较大。这些凸粒或凹槽的厚度最好选择为接近于如果不是严格的相等于物件的厚度,如在某些用途中或如图所示,外壁12的厚度(小于双凸透镜板材或其它插入件)。凸粒或凹槽典型地由塑料材料制成,它与注射模塑工艺中使用的材料相容。在许多情况下,最好使用与模塑的物件所用材料相同的材料。

小的凸粒或凹槽是在插入模具80之前附着至双凸透镜插入件20。它们可以用各种方法涂覆,由手涂覆至自动化的自供给机器。凸粒或凹槽可以借助压敏胶接剂或任何适当的粘接剂涂覆。除了使用预制的凸粒或凹槽外,希望的凸起的或隔片表面可以使用放置在双凸透镜插入件20上的任何类型的热或液体材料(可以是环氧)制成的(作为步骤44开始制造的一部分或步骤48切断后的一部分)。这样就会允许熔融塑料或某些类型的聚合物的小滴具有足够的体积以保持三维,以及不会流动至此部分。液体或熔融塑料的小滴可能部分地固化或干燥,而仍保持韧性和柔软足以在用碾光滚筒加工的工艺中变形和变平,碾光滚筒碾平凸起的表面至模塑工艺52所需的精确的高度(大约至容器或其它模塑物件的外壁12的精确的厚度)。

在位置保持工艺的实施例中,二次部分(或凸粒)可以迅速而经济地以一种自动化工艺涂覆。在凸起表面附着工艺中,双凸透镜材料板材或双凸透镜插入件20应在一个传送带系统上移动,以及液体材料的点件,凹槽或凸粒涂覆在其上。在传送带下数英尺远,双凸透镜板材或插入件20应在一个滚筒下通过,其中液体的点件、凹槽或凸粒被碾压或压平至希望的水平或厚度,精确地在点件、凹槽或凸粒完全地固化或干燥(成形)之前进行。碾压工艺是非常精确的以及保持所需的厚度,以保证双凸透镜材料板材或双凸透镜插入件20与点件,凹槽或凸粒一起允许板材或部件被保持在位置上,顶住模具空腔90的外侧面,从而防止不希望的熔融或液体塑料72充填双凸透镜插入件20的前侧面或可视侧面(光学脊岭22上),方法是保持双凸透镜插入件20在压力下压紧模具空腔90。

塑料制造业的技术人员将会理解,本发明的方法40可以用其它塑料模塑技术实践,以及本发明不应局限于注射模塑步骤52。例如,模塑步骤52可以借助吹制模塑技术实现。在此种工作模式中(图中未示出)热塑性材料的一个加热的长度成形为管形(称为型胚)放置在一个开启模具的两个半模之间的空气喷口处(虽然型胚可以在某些模塑机的空腔内挤压)。双凸透镜插入件20插入在模具的空腔内,以及模具关闭,以箍紧型胚的开启的末端,与空气喷口相对。空气随后吹入型胚,从而使仍旧热的热塑性材料接触双凸透镜插入件20的基片30,在容器10的外壁12之间的界面32处形成接合。

当然,吹制模塑更适合于空心的塑料物件,比如挤压瓶子和类似物件,而不是成形为容器10这样的物件。在此方面,应该指出,在按照本发明的工艺的上述讨论中,一个容器的制造是按照说明和讨论的简单性,以及由于本发明的方法在成形这种带有双凸透镜插入件的杯子的特殊的有效性。然而,本发明的制造方法同样地适用于具有双凸透镜插入件接合至一个表面的任何塑料物件。本发明的方法的重要的特点是,双凸透镜材料的油墨被保护以及一个独特的接合表面设置在双凸透镜材料和熔融塑料之间。

显然,大量塑料项目的一个完整的清单不可能在此处提供,但是,以下列出的是塑料物件类型的代表性的实例,它可以使用本发明的制造方法制造:所有形状和尺寸的容器、信用卡、转帐卡、货币卡、电话卡、偿还购买卡、识别卡、录像和录音媒体容器、玩具、手表、书籍和文学作品封面、商标卡、装饰品等。

以上的叙述仅作为本发明的原理的说明,此外,由于许多改进和变化容易为技术熟练人员接受,不希望限制本发明为上述的严格的结构和工艺。例如,虽然容器10是这样制造的,双凸透镜插入件是借助一个框架系统和在32处基片30和外壁12之间的接合保持至外壁12,许多用途可以想像,其中仅使用本发明的这些特点之一,以保持或接合双凸透镜插入件20至容器或其它塑料物件。因此,仅使用这些技术之一以生产带有双凸透镜的塑料物件是在本公开和本发明的范围内。

此外,按照本发明的方法,双凸透镜插入件的油墨被保护离开极高的热,以及这种热保护也可以提供给其它的热敏感器件,它能够叠层在双凸透镜插入件20内(比如在透镜层24和基片30之间)。这些器件可以用于进一步增强双凸透镜插入件20提供的图像,以及可以用于提供颜色的移动和改变,提供照明和甚至相互作用。这样包含的器件可以包含平板电池以供电至包含的智能组件、生产芯片、照明管或其它照明器件、以及其它微型电子器件。

此外,经常希望增加编码或编号至收集者的杯子或物件以控制防伪,以及上述的制造工艺可以容易地包括编号或其它识别制造的物件的步骤(借助增加编号至双凸透镜插入件20的油墨层)使得此物件是独特的和更适合于收集。与此类似,编码或编号可以用于一个扫描标记的编码,它含有编号或密码(即可改变的数据)在油墨层28上,它是不暴露的。当容器或物件已经用容器或物件的塑料和透镜层22成形后,油墨层28被保护避免损伤或回火,从而可以控制防伪和复制以增加保密性以及保持双凸透镜插入件20的高质量的图像至较长的时期(这就是,增加双凸透镜插入件20的使用寿命,因为由于普通的使用比如放置一个容器在一个托盘上时,磨损不会产生在被保护的油墨层28上)。此外,制造工艺40的中间步骤在某些情况下可以删除,而仍旧实践公开的本发明。因此,可以采取措施以实现所有的适当的改进和等同方案,它们包括在本发明的范围内,如下列的权利要求书所限定。

Claims (27)

1.一种带有整体的双凸透镜材料的塑料产品的制造方法,它包括:提供一种双凸透镜材料,它带有一双凸透镜层,该层具有含光学脊岭的第一表面以及含外油墨层的第二表面,该第二表面接合至一个透明的透镜层;施加一个热保护基片至含一种带有预定不透明度油墨的外油墨层;由热保护双凸透镜材料形成一个双凸透镜插入件;定位双凸透镜插入件在塑料模塑组件的模具空腔内;以及操作塑料模塑组件,以便在模塑温度下加工进入模具空腔的液体塑料供料,以及形成一个塑料物件;其中,基片适用于在操作塑料模塑组件时热隔离外油墨层。
2.按照权利要求1的方法,其特征在于,模塑温度是在300至700°F范围内,其中塑料供料是选择自以下材料组:聚丙烯、苯乙烯、聚乙烯和聚氯乙烯。
3.按照权利要求1的方法,其特征在于,热保护基片具有柔版印刷油墨以及具有基本上不透明的不透明度。
4.按照权利要求3的方法,其特征在于,基片具有的厚度选择自约0.5至约2.0mils的范围。
5.按照权利要求3的方法,其特征在于,涂覆步骤包括操作一台石版印刷机的涂覆装置,以涂覆油墨至外油墨层。
6.按照权利要求1的方法,其特征在于,它还包括在涂覆热保护基片之前,用一种底胶涂层涂覆外油墨层,它是透明的和含有一种材料可以增强外油墨层和基片之间的接合。
7.按照权利要求1的方法,其特征在于,它还包括涂覆一个接合层至热保护层,它含有一种材料在操作塑料模塑组件时与热保护层接合以及与塑料装料接合。
8.按照权利要求7的方法,其特征在于,接合层包括一种可紫外线固化的底胶。
9.按照权利要求7的方法,其特征在于,接合层具有定向的聚丙烯。
10.按照权利要求7的方法,其特征在于,接合层制造为包括一个外织构表面用于与塑料装料匹配,以增强接合。
11.按照权利要求1的方法制造的一种塑料产品。
12.一种带有双凸透镜插入件的塑料产品的制造方法,它包括:提供一种双凸透镜插入件,它带有一双凸透镜层,该层具有一个光学脊岭的第一表面和一个第二表面,以及一个油墨层,接合至双凸透镜层的第二表面以及用一个热保护基片封装,定位双凸透镜插入件在塑料模塑组件的模具空腔内,它被一个外模具身和一个中心模具限定以及成形为限定塑料产品的尺寸,并且使第一表面邻接模具身的一个插入件接触区;操作塑料模塑组件用于在塑料加工温度下用液体塑料至少部分地充填模具空腔;从而使中心模具被加热至第一工作温度;以及至少部分地与操作同时冷却模具身的插入件接触区至第二工作温度,其中第二工作温度低于光学脊岭的预定的变形温度以及低于第一工作温度。
13.按照权利要求12的方法,其特征在于,光学脊岭包括PETG以及变形温度为约160°F。
14.按照权利要求12的方法,其特征在于,光学脊岭包括APET以及变形温度为约170°F。
15.按照权利要求12的方法,其特征在于,塑料加工温度是在约300至700°F的范围内。
16.按照权利要求12的方法,其特征在于,插入件接触区包括模具身的全部面积中的一部分面积,它邻接双凸透镜插入件,小于邻接双凸透镜插入件的模具身的全部面积,以及邻接双凸镜插入件的模具身的全部面积与一个面积相结合,它被由双凸透镜插入件的第一表面的周边延伸的容差距离限定。
17.按照权利要求12的方法,其特征在于,热保护基片具有不透明油墨层,其厚度为约0.5至2.0mils。
18.按照权利要求12的方法,其特征在于,热保护基片包括热熔的聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯或乙烯。
19.按照权利要求12的方法,其特征在于,热保护基片包括热敏的聚氯乙烯或聚丙烯。
20.一种双凸透镜插入件,在用熔融塑料制造塑料物件时使用,它包括:一个透镜层,含有一个光学脊岭表面和一个透明的透镜层,该透镜层带有一个平面表面与光学脊岭表面相对;一个图像层,包括油墨,排列得当通过透镜层观察时限定一个图像;以及一个热保护基片,邻接图像层,其中,热保护基片包括油墨。
21.按照权利要求20的双凸透镜插入件,其特征在于,热保护基片的油墨包括不透明的白色油墨,其厚度在约0.5至2.0mils范围内。
22.按照权利要求20的双凸透镜插入件,其特征在于,热保护基片的油墨是柔版印刷油墨。
23.按照权利要求22的双凸透镜插入件,其特征在于,它还包括一个接合层位于透明透镜层和图像层之间,以及图像层包括石版印刷的可紫外线固化的底胶材料。
24.按照权利要求20的双凸透镜插入件,其特征在于,它还包括一个接合层,涂覆热保护基片。
25.按照权利要求24的双凸透镜插入件,其特征在于,接合层包括石版印刷的可紫外线固化的底胶材料。
26.按照权利要求24的双凸透镜插入件,其特征在于,接合层包括定向的聚丙烯。
27.按照权利要求24的双凸透镜插入件,其特征在于,接合层还包括一个织构接合表面用于匹配和接合至熔融塑料。
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