CN1668392A - 定向磁性颜料片的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

排列在一个载体，如墨水介质或涂料介质中的磁性颜料片的装置以及相关的方法，以在一个高速，线性印刷操作中生成光学可变图案。图案可以在高价值文件，如银行纸币上提供安全特性。墨水中的磁性颜料片在一个线性印刷操作中用磁铁定向。磁性颜料片的选择定向可以获得在装饰或安全应用中很有用的各种虚幻光学效果。

Description

定向磁性颜料片的方法和装置
技术领域
本发明涉及光学可变颜料，薄膜，器件和图案，特别涉及在上涂料或印刷过程中排列或定向磁性颜料片，以获得一个虚幻的光学效果。
背景技术
光学可变器件在装饰和实用方面得到广泛地应用。光学可变器件可以通过各种方法制作得到以获得各种效果。光学可变器件的例子包括印刷在信用卡和授权软件文件上的全息图案，印刷在纸币上的变色图案，和加强表面外观图案如摩托车头盔和车轮覆盖面。
光学可变器件可以由薄膜或箔作成，并以压模，压印，粘贴或其它方法粘贴到一个物体上，也可以用光学可变颜料做成。光学可变颜料的一种通常叫做变色颜料，因为适当地印有这种颜料的图案的外观颜色会随着观察和/或照明角度的倾斜而变化。一个常见的例子就是在二十美元纸币的右下角处用变色颜料印刷的“20”字体，它用作一个防伪器件。
一些防伪器件是隐蔽的，而其它则为了能被看出。不过，由于器件的光学可变性不够直观生动，一些为了能被看出的光学可变器件并没有得到广泛地应用。例如，用变色颜料片印刷的一个图案的变色在均一日光灯下可能不会被看出，但在直射阳光或单点照明下就更容易被看出。这使一个伪造者更容易使用没有光学可变特性的伪造纸币，因为接收者可能没有意识到光学可变特性，或因为伪造纸币在一定条件下看起来几乎与真币一样。
光学可变器件也可以用磁性颜料做成，在将颜料(通常置于如一个墨水媒介或一个涂料媒介的载体中)涂到一个表面之后用一个磁场磁性颜料排列好。不过，用磁性颜料的涂料大多用于装饰目的。例如，磁性颜料的使用被描述用来生成带有一个呈现三维形状的装饰特性的涂色轮胎外套。在涂料载体还仍然是液体时，通过在产品上施加一个磁场就会在涂色的产品上形成一种图案。涂料载体散有沿着磁场线排列的磁性非球形粒子。磁场有两个区域。第一区域包括与表面平行并形成一个所需图形形状的磁力线。第二区域包括与涂色产品的表面不平行并围绕图形的磁力线。为了形成图形，在涂料还是湿的时候，具有与所需图形形状相对应形状的永久磁铁或电磁铁被置于上了涂料的产品下面，以在磁场中定向被散入涂料中的非球形磁性粒子。当涂料干了之后，可以看到在涂色产品的表面上的图形，因为入射到涂层上的光束会不同程度地被定向的磁性粒子影响。
同样地，在一个含氟聚合物矩阵中用来生成磁性颜料粒子图案的过程已经被描述。在用一种液体形式的混合物镀膜一个产品后，一个带有所需形状的磁铁被放在基座的下面。散入一个液体有机媒介中的磁性颜料片自身定向与磁场线平行，从原先的定向平面倾斜。这种倾斜从垂直于一个基座的表面变到最先的定向，它包括几乎平行于产品表面的颜料片。平面定向的颜料片将入射光束反射回观察者，而重新定向的颜料片则不反射，而在镀膜中提供一个三维的图案外观。
虽然这些方法描述了在涂料层中形成三维样图案的方法和装置，但它们并不适用于高速的印刷过程，因为它们基本上是批量处理工序。有必要提供一个重新定向磁性颜料片的高速线性印刷和涂漆的方法和装置。同时也有必要在金融文件和其它产品上生成更可见的光学可变安全特性。
发明内容
本发明提供涉及带有一个虚幻光学效果图案的物品，方法和装置。图案可以在一个高速的连续印刷操作或一个批量印刷操作中印制。
在本发明的一个实施例中，一个图案印刷在一个基座上。图案有一个带有排列好的第一许多磁性颜料片以在一个第一方向反射光的第一图案部分，及一个与第一图案部分相邻，带有排列好的第二许多磁性颜料片以在一个第二方向反射光的第二图案部分，当从一个第一观察方向看时，第一图案部分看起来比第二图案部分更淡，从一个第二观察方向看时，第一图案部分看起来比第二图案部分更深。
在另一个实施例中，一个印刷在基座上的图案有许多的磁性颜料片，其中许多磁性颜料片的一部分相对于基座的一个表面以弓形排列，以在一个第一相邻场和一个第二相邻场之间出现的图案上生成一个的对比条。当图案被相对于一个观察角倾斜时，该对比条似乎移动。
在另一个实施例中，在一个线性印刷工序中一个用来定向印刷在一个基座的一个第一面上在一个液体载体内的磁性颜料片的装置包括一个贴近基座的一个第二面的磁铁。磁铁生成一个选择性磁场结构以定向磁性颜料片形成一个图案。
在另一个实施例中，一个用来印刷一种叫作滚动条的虚幻图案的装置有一个带有一个北极面，一个南极面，和一个上边缘的磁铁，该上边缘沿着基座的一个移动方向延伸，一个横断基座的移动方向的在北极面和南极面之间磁轴，及一个带有一个上削角的后缘。
在另一个实施例中，一种用来在基座上形成图案的方法包括将散入一个液体载体内的磁性颜料片印刷在一个基座上，相对于一个磁铁移动基座以有选择地定向磁性颜料片以形成图案，及固定图案等步骤。
附图说明
图1A是一个在此称为“反转”的印刷图案的简化横截面图。
图1B是在一个文件上的印刷图案在一个第一选择观察角下的简化平面图。
图1C是通过相对于观察点倾斜图案获得的在一个第二选择观察角下的印刷图案的平面简化图。
图2A是根据本发明的另一个实施例的一个印刷图案的简化横截面图，为了讨论方便在此称为“滚动条”。
图2B是在一个第一选择观察角度下的滚动条图案的简化平面图。
图2C是一个第二选择观察角度下的滚动条图案的简化平面图。
图3A是用来生成一个反转型图案的装置的简化横截面图。
图3B是用来生成一个反转型图案的装置的简化横截面图。
图3C显示通过图3B的装置的计算磁场强度大小。
图4是一个可以安装到线性印刷或涂漆装置中的磁性组件的简化图。
图5A是根据本发明的一个实施例的用来生成带有更陡转换的反转型图案的装置的简化横截面图。
图5B是根据本发明的另一个实施例的用来生成一个图案的装置的简化横截面图。
图5C为图5B中所示的装置的一部分的简化横截面图，显示在这种磁性装置中的颜料片的方向。
图5D为图5B和图5C中的装置的计算出的磁场强度的曲线图。
图6为可以安装到线性印刷和涂漆装置中的一个磁性组件的简化示意图。
图7A为根据本发明的另一个实施例的用来形成用于滚动条类型图案的在涂料或墨水内的半圆定向颜料片的简化横截面图。
图7B为根据图7A的装置的简化侧示图。
图7C为根据本发明的另一个实施例的用来形成一个滚动条图案的装置的简化侧面图。
图8为根据本发明的另一个实施例的可以安装到线性印刷和涂漆装置中的用来印刷滚动条图案的装置的简化示意图。
图9A是可以在高速印刷过程中用磁性定向技术获得的另一种光学效果的简化横截面图。
图9B为根据本发明的一个实施例的能够生成图9A中所示的图案的装置的简化横截面图。
图9C为根据本发明的另一个实施例的装置的简化横截面图。
图9D为根据本发明的又一个实施例的装置的简化横截面图。
图9E表示一个相联5-磁铁装置的计算磁场强度。
图10A为根据本发明的另一个实施例的用来印刷虚幻图案的在一个选择的方向倾斜磁性颜料的装置的简化侧面图。
图10B为根据本发明的另一个实施例的用来印刷虚幻图案的包括辅助磁铁的装置的简化侧面图。
图10C为显示图10A和图10B中所示的装置的磁场强度简化图。
图11A为印刷后将磁性颜料片定向到基座平面的装置的简化侧面图。
图11B为用来加强用可磁性定向的颜料片印刷的图案的视觉效果的装置的一部分的简化侧面图。
图12A为根据本发明的一个实施例的滚筒印刷装置的简化侧面示意图。
图12B为根据本发明的另一个实施例的滚筒印刷装置的简化侧面示意图。
图12C为根据图12A和12B所示的装置的带有磁性组件的一个滚筒的简化侧示图。
图12D为根据本发明的一个实施例的带有一个磁性图案表面的一个滚筒的简化侧示图。
图12E为根据本发明的另一个实施例的用来印刷虚幻三维图案的磁性组件的简化侧面图。
图12F为根据本发明的另一个实施例的用来印刷虚幻三维图案的一个磁铁的简化侧面图。
图13A为根据本发明的一个实施例的用来印刷一个图案的方法的简化流程图。
图13B为根据本发明的另一个实施例用来印刷一个图案的方法的简化流程图。
具体实施方式
前言
在各种实施例中的本发明解决了在高速印刷过程中预先定向光学可变墨水的磁性颜料片的问题。通常，散入一个液体涂料或墨水介质的光学可变颜料粒子，当其被印刷或涂到一个表面上时一般会与表面自相平行。平行于表面的定向在镀膜表面提供入射光束的高反射率。在液体介质中的磁性颜料片可以被一个磁场倾斜。颜料片通常以最长对角线沿着磁场线的形式取向。根据磁铁的位置和强度，磁场线可以以不同的角度穿过基座，并将磁性颜料片倾斜到这些角度。一个倾斜的颜料片与平行于印刷基座表面的颜料片不同地反射入射光束。反射率与色度都可以不同。在一个法线观察角，倾斜的颜料片通常比平行于表面的颜料片看起来更暗，并有一个不同的颜色。
在印刷图案中定向磁性颜料片存在几个问题。许多现代印刷工序相对于分批类型工序来说速度快，分批类型工序将一个磁铁施加在一个静态(不运动的)镀膜粒子上，并在涂料或墨水变干时保持磁铁的位置。在一些印刷过程中，纸张基座以100-160米/分钟的速度移动。在一个印刷操作后，纸张被垒成堆，并被输入另一个工序。这种操作中使用的墨水通常在几毫秒中变干。传统的工序不适合这种应用。
现已发现一种在涂漆/印刷图案中获得加强的光学效果方法是使磁性颜料片与移动基座的方向垂直定向。换句话说，散有颜料片的涂在或印在基座上的液体涂料或墨水介质垂直于磁场磁线移动使颜料片重新定向。这种类型的定向可以在印刷图案中提供显著的虚幻光学效果。为了讨论方便，一种光学效果在此称为运动光学效果。一个虚幻运动光学效果当图案相对于观察角度倾斜时，通常在一个固定的照明光源在印刷图案中提供一种虚幻的移动。另一种虚幻光学效果为一个印刷的二维图案提供虚幻的深度。一些图案既可以提供运动也可以提供虚幻深度。另一种类型的虚幻光学效果转换一个印刷场的外观，如当图案前后倾斜时出现亮与暗交替颜色。
印刷的虚幻图案例
图1A是根据本发明的一个实施例的一个印刷图案20的简化横截面图，为了讨论方便，该图案在此称为“切换”光学效果，或“反转”。反转包括一个第一印刷部分22和一个第二印刷部分24，被一个过渡25分开。被载体28，如一个墨水介质或一个涂料介质包围的颜料片26在第一部分与一个第一表面平行，在第二部分中的颜料片26’与一个第二表面平行。颜料片在横截面图中以短线表示。颜料片是磁性颜料片，既颜料片可以用一个磁场取向。它们可以保持或不保持永久磁性。在每个部分并不是所有的颜料片都精确地相互平行或平行于相应的取向面，但总体效果基本上被表示出来了。图示并没有按比例画出。一种典型的颜料片可以是二十微米长和一微米厚，因此，图示只是用来说明的。图案被印到或涂到基座29上，如纸张，塑料膜，碾压膜，纸片，或其它表面。为了便于讨论，术语“印刷”将一般性地用来描述将一个载体中的颜料片应用到一个表面上，它可以包括其它技术，包括那些可以称为“涂漆”的技术。
通常，垂直于颜料片平面去观察颜料片会更亮，沿着平面边缘去观察颜料片会更暗。例如，来自一个照明光源30的光束被在第一区域内的颜料片反射回观察者32。如果将图案向箭头34所示的方向倾斜，在第一区域22内的颜料片将会在端面被观察，而光将被在第二区域24内的颜料片反射。这样，在第一观察角度第一区域会显得更亮，第二区域显得更暗，而在第二观察位置会反转，第一区域内会变暗，第二区域会变亮。这就提供了一种非常明显的光学效果。同样地，如果颜料片是变色的，一部分会出现一种第一颜色，另一部分会出现另一种颜色。
载体通常是透明的，或是无色的，或是淡色的，颜料片通常具有反射性。例如，载体可以是淡绿色的，颜料片可以包括一个金属层，如薄膜铝，金，镍，铂或金属合金，或是一个金属颜料片，如镍或合金片。经过淡绿色载体被金属层反射的光看上去会更绿，而带有颜料片的另一部分在端面观察时会变得暗绿或其它颜色。如果颜料片只是在一个无色载体内的金属颜料片，那么图案的一部分可能会呈现亮金属色，而另一部分则呈现暗色。或者，金属颜料片可以镀有一个淡色层，或颜料片可以包括一个光学干涉结构，如一个吸收层-间隔层-反射层的法布里-柏乐(Fabry-Perot)型结构。
图1B为在基座29上的印刷图案20在一个第一选择观察角下的简化平面图，该基座可以是一个文件，如银行纸币或股票证卷。印刷图案可以起到安全和/或证明特性的作用，因为虚幻图案不能复印也不能用传统的印刷技术作成。第一部分22变亮，第二部分24变暗。横截线40表示图1A中的横截面。第一和第二部分之间的转换25相对来说比较陡。例如文件可以是银行纸币，股票证卷或其它高价值的印刷材料。
图1C是印刷在基座29上的图案20在一个第二观察角下的简化平面图，它是通过相对于观察点倾斜图案获得的。第一部分22现在变得更暗，而第二部分24变亮。图案反转的倾斜角取决于在图案的不同部分的颜料片的取向平面之间的角度。在一个例子中，当倾斜约15度时，图案从亮变到暗。
图2A是根据本发明的另一个实施例的一个运动光学器件的印刷图案42的简化横截面图，为了讨论方便该图案在此称作“滚动条”。图案包括由一个透明载体28包围的印刷在基座29上的颜料片26。颜料片以一个弯曲的方式取向。与反转相同，将光从颜料片表面反射到观察者的滚动条的区域会比不直接将光反射到观察者的区域更亮。当图案被相对于观察角而倾斜时(假定一个固定照明光源)，这种图案提供一种看起来穿过图案移动(滚动)的光带或光条，。
图2B是在一个第一选择观察角下滚动条图案42的简化平面图。一个亮条44在一个第一位置出现在两个对比区域46，48之间的图案上。图2C是在一个第二选择观察角下滚动条图案的简化平面图。亮条44’看起来在图案中移到了一个第二位置，并且对比区46’，48’的大小也变化了。当倾斜图案时(在一个固定的观察角和固定的照明条件下)颜料片的取向生成一个滚下图案的滚动条的虚幻。向另一个方向的倾斜图案使得滚动条看起来向相反方向滚动(滚上)。
滚动条也可许看起来有深度，即使它是印在一个平面上。虚拟深度可以比印刷图案的物理厚度更深。在一个选择形式下倾斜颜料片将光反射以提供一个虚幻的深度或通常所指的“三维”。三维效果可以通过将一个有形状的磁铁放在印有在一个液体载体中的磁性颜料片的纸张或其它基座后面获得。颜料片沿着磁场线取向，并在固定(烘干或固化)载体后生成一个三维图案。当倾斜它时，图案经常看起来是运动着的，因此，可以形成运动的三维图案。
反转和滚动条可以用磁性颜料片，即可以用磁场定向的颜料片印刷。印刷的反转类型图案提供一个带有两个不同场的光学可变器件，该场可用一个单一印刷步骤及一个单一墨水成分获得。当倾斜图案时，滚动条类型图案提供一个带有看起来移动的对比带的光学可变器件，类似于如大家所知的半珍贵宝石虎眼。这些印刷图案很引人注目，虚幻特征不会被复印。这种图案可以应用于银行纸币，股票证卷，软件文件，安全封条，以及类似的物体作为证明和/或防伪器件。它们对于大量印刷的文件，如银行纸币，包装和标签来说尤其理想，因为它们可以在高速印刷操作中印刷，如在下列第III部分所述。
III.制造装置例
图3A是用来生成一个反转类型图案的一个装置50的一部分的简化截面图。颜料片26以V字形排列，其中V形的两个分叉表示倾斜的方向，顶点表示转换点。当两个磁场相互对向时，可以形成颜料片的这种定向。两个磁铁52，54以相对极(在这个例子是北极对北极)的方式排列。为了模拟方便，磁铁假定为强度为40MOe，2英寸宽，1.5英寸高的NdFeB磁铁，北极间的间隔为0.125英寸。磁铁的类型(材料和强度)是根据颜料片的材料，涂料介质的粘性，和基座的转动速度选择的。在许多例子中，钕-硼-铁，钐-钴，和/或磁钢(ALNICO)都可以使用。对一个特定的印刷图案大小来说，磁铁间的最佳间隔对于光效果的均一性的形成是非常重要的。
图案56被印刷到一个薄的印刷或涂料基座58上，如前面印刷步骤中的一张纸，塑料，薄膜，或卡片，这在图示中没有表示出来。在一个典型的操作中，几个图案被印刷到基座上，它接着被切成单个的文件，如印刷的一大张纸币后被切成一张张单独纸币。载体28仍然是湿的或至少有足够的流动性以充许用磁场排列磁性颜料片。载体通常在取向后很快的就固定下来以便能够处理印刷的基座而不弄模糊图案。磁性颜料片26顺从磁线60的方向，并倾斜。
图案3B是用来生成一个反转类型图案的一个装置的一部分的简化横截面图，其中磁铁52，54被装在一个由高磁导率金属合金如超磁合金(SUPERMALLOY)做成的底座62上。如果磁铁装在一个底座上，就更容易将几个磁铁做成一个组件，而且底座为在磁铁的对面上磁场提供一个通路，改变组件印刷面上的磁场线。磁性底座对磁场起到分路作用，并减少在组件后面(下面)的磁场，这样就将离背面很近的物体从高磁场和磁力屏蔽。磁性底座也使磁铁牢固地定位而不需螺钉，铆钉，焊点或其它类似的东西。磁场在底座62内循环在磁铁间提供了均一的磁场。在磁铁间和磁铁上面之的空隙内的磁场最强。
图3C为计算出的图3B中的装置的磁场强度。强度在磁铁的边缘附近很低，在中间则变得很高，在图案相邻部分的颜料片间提供一个陡的转换。
图4是一个可以被安装在线性印刷或涂料装置中的磁铁组件64的简化示意图。永久磁铁66，68，70，72，74，76的北极和南极分别以“N”和“S”表示，与图3B中所示的类似，这些磁铁以磁吸引的方式装到基座62上。磁铁可以是磁条，或也可以是分段的。也就说，可以使用磁铁排，如74，76等等。塑料间隔器(没有图示)可以插入到磁铁间以阻止它们相互碰撞，并提供安全性。组件被装入一个带有一个盖子80的盒子78中。例如盒子和盖子可以是铝或其它非磁性材料。
带有印刷区20’(如方形或其它形状)的一个塑料或纸基座29以箭头82所示的方向以高速在组件的顶部移动，使磁场线的交叉通过印刷区。可以使基座与磁性组件对准，以使磁场线的交叉通过印刷区的中心。或者，磁铁间的中心可以与印刷区的中心有错位。同样地，基座可以是一个连续的一卷，而不是一个依次的薄片。在许多情况下，在印刷结束之后，几组图案被印刷到纸张上，接着纸张被切成一个个单一的文件，如银行纸币。
在倾斜颜料片之后，图案20有一个虚幻的光学效果。通常在生产线上紧接着磁性组件的是一个用来烘干基于水或溶剂的涂料或墨水(在图中没有图示)的烘干机或用于感光性树脂的紫外线(UV)光源，以将墨水或涂料介质烘干及在排好的位置再定向的颜料片。通常在使用前最好避免使颜料片磁化，否则它们会聚成一堆。带有约100-150纳米厚的镍或磁合金(PERMALLOY)层的颜料片被发现合适。
图5A是根据本发明一个实施例的用来生成一个带有一个陡转换的反转类型图案的一个装置的简化横截面图。两个NdFeB磁铁84(以2英寸宽，1.5英寸高模拟)被放在磁性底座62上并且北极朝上。磁铁之间的间隔为约一英寸。一个由高磁导率金属或金属合金，如超磁合金做成的刀片88被装到磁铁之间的底座上。刀片的切割刀尖90在约5到150度的范围内。刀片重新组形磁场线，将它们拉得更近并使刀尖成为磁场线的起源。
图5B是根据本发明的另一个实施例的用来生成一个图案的装置的简化横截面图。成形的超磁合金盖92被放在磁铁84的顶部以弯曲磁场线，如图所示。盒子弯曲磁场，将磁场与刀尖拉得更近，使磁线的V形变得更陡。
图5C为图5B所示装置的一部分的简化横截面图，显示在一个磁性器件中的颜料片的定向。基座29被放在器件的顶部，并沿着盖子92(或图5A中的磁铁)从观察者滑到纸面的方向。印刷图案85置于刀尖的上部。颜料片26沿着磁线94并倾斜。这张图更清晰地显示刀片的刀尖的点特性，它可以在虚幻图案的两个区域间生成明显的转换。
图5D是图5B，5C中的装置的磁场强度的计算值。与图3C中的磁场强度曲线相比，此磁场强度更窄，生成一个更陡的转换。
图6为可以安装到线性印刷或涂料装置中的一个磁组件100的简化示意图。带有如图5A，5B所示的北极和南极的永久磁铁84装在一个磁底座62上。或者，南极可以朝上。盖板92可以以磁性方式粘接到磁铁的顶部。刀片88装在底座上，刀片的边缘沿着基座29，29’的转换方向82延伸出来。在线磁铁84可以相邻安装或在它们之间有一个间隔102。磁组件通常被装入带有一个盖板80的盒子78中。
印在基座29上的场104’通常有一个非定向的颜料片。作为印刷过程中的一个副产品可能会有一些颜料片的定向出现，并且一些颜料片通常会沿着基座的平面排列。当基座在磁组件上以箭头82所示的方向高速移动时，颜料片会沿着磁场的磁力线方向改变它们的定向，形成一个虚幻的图案104(反转)。该图案带有两个向不同的方向反射光的区域，及在这两个区域间的一个相对较陡的边界(转换)。
图7A是本发明的另一个实施例的用来在涂料或墨水中形成用于滚动条类型图案的颜料片的半圆定向的简化横截面图。一个薄永久磁铁106磁化在它的薄区被磁化，如图所示。磁铁在端面有一个环形的磁力线108。带有散入一个液体载体的印刷磁性颜料片的基座29沿着磁铁从观察者移向纸张。颜料片26沿着磁力线108的方向倾斜并在磁铁上部形成一个半圆图案。
图7B是根据图7A的一个装置的简化侧示图。基座29以箭头方向移动经过磁铁106。图案110形成一个滚动条特性114，当图案被倾斜或改变观察角度时，图案看起来会向上或向下移动。颜料片26以相对于磁场线倾斜的方式显示。如图所示，图案通常非常薄，颜料片不会形成一个小堆，但一般会沿着磁场线排列，以提供所需的弓形反射特性，生成一个滚动条的效果。在一个例子中，当倾斜通过一个约25度的角度时，滚动条看起来在图案上滚上滚下。
现已发现滚动条效果的强度可以通过在磁铁的后缘118切角116得到加强。可以相信当切角在图案经过磁铁时逐渐减弱磁场。否则，在磁铁的一个尖锐角出现的磁转换可能会重新定向颜料片，并降低滚动条的视觉效果。在一个特定的实施例中，磁铁角在基座平面内以一个三十度的角度被切角。另一种方法是在颜料片通过磁铁的后缘之前固定颜料片。这可以通过例如为紫外固化载体提供一个紫外光源，或为蒸发载体提供烘干源来得到。
图7C为根据本发明的另一个实施例的用来形成一个滚动条图案的另一个装置120的简化侧示图。滚动条效果通过用两个磁铁122获得。磁性颜料片26在液体载体28内沿着椭圆磁场性自我定向。
图8是根据本发明的一个实施例的可以安装到线性印刷或涂料设备中用来印刷滚动条图案的一个装置130的简化示意图。带有如图所示的北-南极偏振的薄垂直磁铁106装在一个塑料外壳132中，该外壳以选定的距离，通常根据印刷场110’在基座29上的位置分开磁铁。磁铁以面对面的形式排列。换句话说，一排磁铁的北极面向相邻排的北极，而南极面向另一面的相邻排磁铁的南极。
与图4和6中所示的有一个用高磁导率合金做成的用来安装磁铁的底座和在间隔的中间或刀片的尖端上部有聚积的磁场力的磁器件相比，图8中的装置没有金属底座。一个由有高磁导率金属做成的底座在用来倾斜颜料片的磁铁的侧面会减弱磁场强度。磁铁被插入塑料外壳的切口中，而不是在底座上，使磁铁上部分进入印刷区中心的下面，但也可以从中心错位。基座29，29’以箭头82的方向在磁铁上快速移动。经过磁铁上面，在印刷图案中的颜料片沿着磁场线自我定向，在滚动条图案110中生成一个虚幻光学效果。
图9A为在高速印刷过程中通过采用磁性定向技术可以获得的另一种光学效果的简化横截面图。图案134中的颜料片26一般相互平行排列，但不与基座29的表面平行。同样，没有必要每一个颜料片都相互排列得很齐，但获得的视觉印象几乎如图所示。以图中所示的方法排列的大多数的颜料片会产生一个有趣的光学效果。当从方向136观察时，图案会变暗，而当从另一方向138观察时则会变亮。
图9B是根据本发明的一个实施例的一个能够生成如图9A所示的图案的装置139的简化横截面图。带有仍然是湿的涂料或墨水的一个印刷场134被放在永久磁铁140的上面，并与磁轴有一个相对的错位。磁场分析是根据假定一个2英寸X1.5英寸强度为40MOe的NdFeB磁铁模拟的。磁场强度在磁铁的中心更低，在离边缘处则更高。
通常，电磁铁也可以用于一些实施例中，但在一个高速印刷机器的狭窄空间内很难获得与现有超级磁铁一样强的磁场。电磁铁的线圈也容易产生热量，这会影响墨水或涂料的固化时间，增加又一个工序变量。虽然如此，电磁铁在本发明的一些实施例中也还是有用的。
图9C是根据本发明的另一个实施例的一个装置的简化横截面图。带有一个菱形横截面的磁铁142，，142’被用来扩展磁场，使其变得更宽。该装置用三个一英寸间隔的两英寸乘一点五英寸的NdFeB磁铁模拟。磁铁显示在一个磁场中用来重新定向颜料片的一个磁组件的横截面。基座29从观察者到图案的方向高速运动。两个磁铁的北极朝上，而居中的磁铁142’南极朝上。每个磁铁有与如图9B所示的磁铁相同的磁场强度，但提供一个更宽的区域来放置场134’以定向颜料片26。
图9D是根据本发明的又一个实施例的一个装置的简化横截面示意图。与图9C中所示的装置得到的类似的效果可以通过用带有屋脊形横截面的磁铁144，，144’，及带六边形，圆形，梯形或其它横截面的磁铁获得。不同形状的磁铁提供不同的性能，这些性能能用倾斜颜料片生成各种印刷或涂料图案。例如，磁场强度的大小对有不同形状(横截面)的磁铁会很不一样。
图9E显示一个五磁铁装置的磁场强度计算值。第一个磁铁142是一个大小约为2英寸乘1.5英寸，北极朝上的强度为40MOe的NdFeB菱形磁件。第二个磁铁146是一个2英寸乘1.5英寸，南极朝基座29的强度为40MOe的NdFeB矩形磁铁。第三个磁铁148是一个强度为40MOe的上表面为圆形的NdFeB磁铁。该磁铁的北极朝基座。第四个磁铁150的南极朝上，并是屋脊形(顶尖的角度约为185度)。第五个磁铁152也是一个屋脊形，但顶尖约为175度。曲线160表示该组件的磁场强度大小的计算值。不同磁铁的磁场强度形状不同。在矩形，菱形，屋顶形磁铁的中心部的磁场强度低，而对圆形磁铁148来说其磁场强度几乎平坦达到380,000A/m。曲形显示磁铁的形状帮助获得一个足以为颜料片提供一个转矩以定向它的磁场强度。
图10A是根据本发明的一个实施例的一个在一个理想的方向倾斜颜料片，并适合于高速印刷的应用的装置162的简化侧面图。三个2英寸乘1.5英寸的强度为40MOe的NdFeB磁铁164，164’相对于基座29和印刷图案166倾斜了10度。颜料片26随从磁力线并自我定向。磁铁的排列与图9D中所示排列相似。两个磁铁164的北极向上，它们之间的磁铁164’的南极朝基座29。印刷图案166应该放在磁铁的中心轴的上方，以便充分利用由倾斜磁铁生成的倾斜磁场线。这种排列在一个比图9A-9E所示的磁组件更大的区域内生成颜料片的均一倾斜。
磁场中的磁力线并不相互平行。差异在近次中很小，并随着磁力线间间隔的增加开始变大。这说明，在放在磁场中的一个大印刷图案上的所有颜料片都有不同的倾斜，而导致图案看起来不一致。可以通过向磁铁的中心偏转磁力线以使磁力线更平行来减小这种不一致性。这可以用小的辅助磁铁来完成。
图10B是根据本发明的一个实施例的一个包括辅助磁铁170，170’的装置168的简化侧面图。倾斜的主磁铁172，172’与图10A中所示的磁铁有类似的排列，交替的磁铁表示在基座29附近交替的极(北极-南极-北极)。小的辅助磁铁在基座的下面及大的主磁铁之间。辅助磁铁的这种排列使一个辅助磁铁的北极面向一个主磁铁的北极，及它的南极面向一个主磁铁的南极。在这种排列中，两个磁场(北-北，南-南)相互对应，磁力线变成偏向主磁铁的中心。
图10C为显示图10A和10B中所示的磁性组件的计算磁场强度的简化曲线图，分别以曲线174和176表示。所示的基座29，主磁铁172，172’和辅助磁铁170，170’表示曲线如何与组件的尺寸相应，虽然辅助磁铁只与第二条曲线176相关。第一条曲线174表示图10A中的组件的磁场强度的大小如何从基座的一边变到另一边。曲线有两个最小值178，180与主磁铁172，172’的中心对应。中间磁铁172’的一个中心轴182显示磁铁的中心在哪与磁场强度的曲线一致。
在组件内放入辅助磁铁170，170’使磁场强度的大小移到左边。第二条曲线176表示图10B中所示的组件的磁场强度大小。曲线上的最大值184，186与图10A相关的第一条曲线174相比移到了左边。这表示辅助磁铁上的反向磁场偏转了主磁铁的磁场。
图11A表示在印刷之后用来定向在一个基座的平面内的印刷场192内的磁性颜料片的一个装置190的简化侧面图。排列磁铁194，196以生成与基座29的表面基本平行的磁场线198。在采用颜料片的一些印刷过程中，在施加(印刷)之后，颜料片与基座基本平行，但移开印刷网时，这些颜料片就被“拉”出平面。颜料片的这种排列破坏会减少印刷物的视觉效果，如减弱色度。
在一例中，用传统的丝印刷程序将磁性变色颜料片施加在一张纸卡上。同样的墨水加在另一张纸卡上，但在墨水载体变干之前，用一个磁铁在纸卡的平面来重新定向颜料片。视觉的不同，如颜色的强度，非常戏剧性。测试表明在色度上得到了10％的改善。这种程度的改善是很显著的，据信通过颜料片制造技术的改良，如改变基座或颜料片的薄膜层是很难获得这种改善的。可以认为在色度上的甚至更大的改善也是可能，当将磁性再定向技术用于由凹雕印刷工序形成的图案中时，也许可以获得40％的改善。
图11B是根据本发明的另一个实施例的用来加强由可磁性定向颜料片印刷的图案的视觉质量的一个装置的一部分的简化侧面图。磁铁194，196生成磁场线198，它基本上与基座29平行，这使在液体载体28中的磁性颜料片26更平。磁铁可以以一定的间隔分开以提供所需的磁场，该装置可以用于一个线性印刷过程中。
用旋转磁铁的印刷
图12A是根据本发明的一个实施例的一个印刷装置200的一部分的简化侧示图。磁铁202，204，206，208放在一个压印滚筒210内，形成一种与印刷图案相关的图形。基座212，如一大张连续的纸张，塑料膜，或压膜，在印刷圆柱214和压印滚筒210之间高速移动。印刷圆柱从一个容器源216卷起一层相对厚的含有磁性颜料片的液体涂料或墨水215层212。涂料或墨水被一个刀片218在印刷圆柱上刮成所需的厚度。在印刷圆柱和压印滚筒间印刷一个图案的过程中，在压印滚筒中的磁铁定向(既有选择地排列)在印刷图案220的至少一部分的磁性颜料片。通常用一个张紧轮222来维持从压印滚筒和印刷圆柱出来的基座的所需张力，在基座上的图案被一个烘干器224烘干。例如，烘干器可以是加热器，或者墨水或涂料可以是紫外可固化的，可以用一个紫外灯固化。
图12B是根据本发明的另一个实施例的印刷装置200’的一部分的简化侧示图。磁铁202’，204’，206’，208’装在张紧轮222’或其它滚筒中。在墨水或涂料的液体载体烘干或固化之前，磁铁定向在印刷图案中的磁性颜料片。带有非选择定向颜料片的场219从压印滚筒210’和印刷圆柱214中出来，一个湿的图案220’在颜料片被固定之前由张紧轮中的一个磁铁206’定向。烘干器224加快或完成烘干或固化过程。
图12C是根据本发明的一个实施例的一个磁性滚筒232的简化侧示图。滚筒可以是一个印刷圆柱或张紧轮，如前面图12A和12B中所讨论的，或是一个印刷系统中在墨水或涂料被固化前与印刷基座接触的另一个滚筒。磁性组件234，236，238，240，241用螺丝242装到滚筒上，这样可以换磁性组件而不需从印刷机上取下滚筒。磁性组件可以组装成用来生成反转234，236或滚动条238图案，或可以是在印刷基座上生成一个有形图案的成形磁性材料240，241，或其它选择性磁性构造。在滚筒上的磁性结构与纸张或纸卷对齐，以给基座上的带有磁性颜料片的印刷场提供所需的磁场形状。所示的形状表示沿着滚筒四周的曲线的平面形状。或者，磁性结构可以放在滚筒中，或者带有一个合适表面材料的滚筒可以以选择的图案磁化。
图12D是带有装入滚筒内的一个磁性组件244的一个滚筒的一部分的简化侧示截面图。磁性组件有一个星形的横截面，它的表面244与滚筒的表面基本平齐。磁性组件可以是有形的永久磁化的材料，如图12F中所示，或可以有一个超磁合金，MU金属或类似材料的顶尖部分，如下图12E中所示。滚筒以第一箭头246的方向旋转，一个纸或薄膜基座248以第二个箭头250的方向移动。包括磁性颜料片的一个印刷场252被印刷到基座上。当滚筒离基座很近时，印刷场在星形磁性组件的表面上方，在印刷场内形成一个星形的虚幻光学特征。在一个理想的实施例中，当磁性组件仍与基座接触时将磁性颜料片固定。
虚幻光学效果254是一个有比印刷场的物理厚度更深的视觉深度的星。现已发现，用于磁性颜料片的载体类型会影响最终结果。例如，一个基于溶剂(包括水)的载体当溶剂蒸发时，会减小体积。这会引起再排列，如将已部分倾斜的颜料向基座的平面倾斜。紫外可固化载体不会缩小，在与磁场形状接触后的磁性颜料片的排列会更精确地保留下来。是否需要保留定向，或通过蒸发载体中溶剂来加强定向取决于打算应用在什么方面。
图12E是带有一个永久磁铁258的一个磁性组件256的简化侧面图，永久磁铁通过一个超磁合金或其它高磁导率材料的成型尖260提供指向基座248的磁场。所示的模拟的磁场线262只是用作图示。一些“超磁铁”材料硬，易碎，通常很难加工成复杂的形状。例如，超磁合金比NdFeB磁铁更容易加工，这样可以提供一个带有足够磁场强度的复杂磁场形状以将磁性颜料片排列成所需的图案。超磁合金和类似合金的低剩余磁性也使它们更容易被加工。
图12F是一个带有一个成形的永久磁铁258’的磁性组件264的简化侧面图。并不需要磁铁的整个长度都成形，只要在基座248上生成所需的磁场的部分成形就可。虽然通常用来做成永久磁铁的一些材料很难加工，可以在至少尖端部分做成简单的图案。用来做成永久磁铁的其它材料是可以加工的，并可以提供足够的磁场强度以生成所需的虚幻光学效果。类似的，磁合金可以用铸造或粉末冶金技术做成相对复杂的形状。
范例方法
图13A是根据本发明的一个实施例的在一个基座上印刷一个图案的一个方法300的简化流程图。用在一个液体载体中的磁性颜料片，一个印刷场被印刷到一个薄平面基座上，如纸张，塑料膜，或压膜上(步骤302)。在载体被烘干或固定之前，基座以线性方式相对于一个磁性组件移动(步骤304)以定向磁性颜料片(步骤306)。在磁性定向磁性颜料片后，图案被固定(如烘干或固定)(步骤308)以获得由颜料片的定向形成的光学可视图案。通常，基座移动经过一个固定的磁铁组件。在一些情况下，图案可以有其它的光学可变效果，如变色。在一个特定的实施例中，磁铁组件设计成用来提供一个反转图案。在另一个实施例中，磁铁组件设计成用来提供一滚动条图案。在一些实施例中，薄平面基座是一张印有几个图案的纸张。纸张上的图案可以相同也可以不同，不同的墨水或涂料可以用来将图案印刷到纸张上。类似地，不同的磁铁组件可以用来在一个单一基座片上生成不同的图案。在另一些实施例中，基座可以是一个基本连续的基座，如一卷纸。
图13B是根据本发明的另一个实施例的在一个移动基座上印刷一个图案的一个方法310的简化流程图。一个基座移动经过带有磁铁的旋转滚筒(步骤312)以定向施加在基座上的在一个液体载体中的磁性颜料片(步骤314)。磁性颜料片接着被固定(步骤316)以获得由颜料片的定向形成的一个光学可变图案。在一个实施例中，当墨水或涂料被印到基座上时，磁性颜料片通过在压印滚筒中的磁铁定向。在另一个实施例中，磁性颜料片被在一个后续滚筒，如张紧轮中的磁铁定向。颜料片被定向之后，墨水或涂料被烘干或固化以固定图案。
各种磁性结构可以加入滚筒中，包括来形成反转或滚动条图案的磁性结构。其它磁性结构，如带有一个选择形状表面的磁铁可以放入滚筒中以提供光学可变图案的高速印刷。例如，在表面(滚筒表面)上带有一个环状的磁铁可以用磁性颜料片印刷的场中生成一个“鱼眼”效果。滚筒中的磁铁可以被做成其它形状，如星状，$形，或 形。在烘干器附近的张紧轮或其它滚筒上提供磁铁可以避免与图案中与磁性颜料片相关联的问题，如当图案离开磁铁延伸边缘时，磁性颜料片被降低性能。在另一些实施例中，基座从磁性滚筒的切向分离避免了磁性定向图案的劣化。在其它实施例中，基座可以是固定的，磁性滚筒可以滚过基座。
尽管本发明参照上述的特定实施例得以描述，实施本发明的最好模式，各种修改及替代对于业内人士来说会很明显而不脱离本发明的范围和精神。因此，可以理解上述的只是范例，本发明将由下列的权利要求书决定。

Claims (44)

1.一种印刷在一个基座上的图案，包括：
带有为了以一个第一方向反射光束而排列的一个第一组许多磁性颜料片的一个第一图案部分；及
与第一图案部分相邻，带有为了以一个第二方向反射光束而排列的一个第二组许多磁性颜料片的一个第二图案部分，当从一个第一观察方向观察时，第一图案部分比第二图案部分看起来更亮，当从一个第二观察方向观察时，第一图案部分比第二图案部分更暗。
2.根据权利要求1所述的图案，其中磁性颜料片是彩色的。
3.根据权利要求1所述的图案，其中磁性颜料片包括一个光学干涉结构。
4.根据权利要求1所述的图案，其中磁性颜料片被散入一个着色的载体中。
5.一种文件，包括；
一个提供一种安全特性的虚幻图案，该虚幻图案包括
带有为了以一个第一方向反射光束而排列的一个第一组许多磁性颜料片的一个第一图案部分；及
与第一图案部分相邻，带有为了以一个第二方向反射光束而排列的一个第二组许多磁性颜料片的一个第二图案部分，当从一个第一观察方向观察时，第一图案部分比第二图案部分看起来更亮，当从一个第二观察方向观察时，第一图案部分比第二图案部分更暗。
6.根据权利要求5所述的文件，其中所述文件是一种银行纸币。
7.一种印刷在一个基座上的图案，该图案包括：
许多磁性颜料片，其中该许多磁性颜料片的一部分相对于基座的一个表面以弓形排列，以在一个第一相邻场和一个第二相邻场之间出现的图案上生成一个对比条，当图案被倾斜时，该对比条看起来相对于第一相邻场和第二相邻场而移动。
8.根据权得要求7所述的图案，其中对比条看起来比第一相邻场更亮。
9.根据权利要求7所述的图案，其中磁性颜料片被散入一个着色的载体中。
10.根据权利要求7所述的图案，其中磁性颜料片印制在一个反射背景之上。
11.根据权得要求7所述的图案，其中磁性颜料片是彩色的。
12.根据权利要求7所述的图案，其中磁性颜料片包括一个光学干涉结构。
13.一种文件，包括：
一个提供一种安全特性的虚幻图案，该虚幻图案包括
许多磁性颜料片，其中该许多磁性颜料片的一部分排列成一种式样，以在一个第一相邻场和一个第二相邻场之间出现的图案上生成一个对比条，当图案相对于一个观察角度被倾斜时，该对比条看起来相对于第一相邻场和第二相邻场而移动。
14.根据权得要求13所述的文件，其中所述文件是一种银行纸币。
15.一种用来定向在一个线性印刷过程中印刷在一个基座的一个第一面上的一个流体载体内的磁性颜料的装置，该装置包括：
贴近基座的一个第二面的一个磁铁，该磁铁生成一个预选的磁场结构，用来定向磁性颜料以形成一个图案。
16.根据权利要求15所述的装置，其中磁铁被放在一个旋转元件中。
17.根据权利要求16所述的装置，其中磁铁被放在一个凹形滚筒中。
18.根据权利要求16所述的装置，其中磁铁被放在一个张紧轮中。
19.根据权利要求15所述的装置，其中磁铁的一个表面成一个符号形状。
20.根据权利要求15所述的装置，其中图案是一个带有一个比图案的厚度更深的表观深度的虚幻三维图案。
21.根据权利要求15所述的装置，其中磁铁被配置成在基座上生成一个滚动条。
22.根据权利要求15所述的装置，还包括一个第二磁铁。
23.根据权利要求22所述的装置，其中磁铁和第二磁铁被配置成在基座上生成一个反转图案。
24.根据权利要求22所述的装置，还包括一个磁性底座。
25.根据权利要求22所述的装置，还包括一个在磁铁和第二磁铁之间的一个磁性刀片。
26.根据权利要求25所述的装置，其中磁性刀片的刀尖被削尖以形成一个限定在5度到150度之间的角度的边缘。
27.根据权利要求15所述的装置，还包括一个在磁铁和基座第一面之间的磁性盖。
28.根据权利要求15所述的装置，其中磁铁有一个后缘，后缘的一角被削除，以当图案移过磁铁的后缘时逐渐减弱磁场的强度。
29.一种用来在一个线性印刷过程中在一个基座上印刷反转图案的装置，该装置包括：
沿着附加在底座上的基座的移动方向延伸的一个第一延伸磁铁和一个第二延伸磁铁；及
置于第一延伸磁铁和第二延伸磁铁之间的一个刀片，该刀片也沿着基座的移动方向延伸。
30.一种用来在一个线性印刷过程中在一个基座上印刷滚条图案的装置，该装置包括：
带有一个北极面，一个南极面，和一个上边缘的磁铁，该上边缘沿着基座的一个移动方向延伸，
一个在北极面和南极面之间的磁轴，横断基座的移动方向，以及
一个带有一个上削角的后缘。
31.根据权利要求30所述的装置，还包括：
与第一磁铁几乎相同的一个第二磁铁，带有一个第二北极面，一个第二南极面，和一个第二上边缘，磁铁和第二磁铁被置于
一个非磁性的外壳中，以使北极面面向第二北极面，或南极面面向第二南极面，并且上边缘与第二上边缘在同一个平面内。
32.一种用来在一个基座上形成一个图案的方法，包括下列步骤：
在一个基座上印刷一个散入到一个流体载体的磁性颜料区；
相对于一个磁铁移动基座以有选择地定向磁性颜料以生成图案；及
固定图案。
33.根据权利要求32所述的方法，其中固定的步骤出现在图案移过磁铁之前。
34.根据权利要求32所述的方法，其中基座是一张纸。
35.根据权利要求32所述的方法，其中基座是一卷纸。
36.根据权利要求32所述的方法，其中许多图案被同时印刷。
37.根据权利要求36所述的方法，其中许多图案包括一个第一图案和一个第二图案，第一图案与第二图案看上去不同。
38.根据权利要求36所述的方法，其中第一图案用第一墨水印刷，第二图案用第二墨水印刷。
39.根据权利要求36所述的方法，其中第一图案有第一形状，第二图案有第二形状。
40.根据权利要求32所述的方法，其中图案是一个带有比图案的厚度更深的表观深度的虚幻三维图案。
41.一种在一个基座上形成一个图案的方法，包括以下步骤：
移动基座经过一个磁性滚筒；
排列在基座的一个表面上的散入一个流体载体中的磁性颜料片以形成图案；及
固定图案。
42.根据权利要求41所述的方法，其中磁性滚筒是一个凹形滚筒，它将磁性颜料片和流体载体涂到基座上。
43.根据权利要求41所述的方法，其中磁性颜料片和流体载体在磁性滚筒排列磁性颜料片之前被涂到基座上。
44.根据权利要求41所述的方法，其中固定图案的步骤在磁性滚筒维持磁性颜料片的排列时出现。
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