DE102018009601A1 - Retroreflective relief structure in embossed lacquer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Prägewerkzeug zur Herstellung eines flächigen Retroreflektors, der eine in einem aushärtbaren Prägelack, insbesondere einem UV-Lack, ausgebildete, retroreflektierende Cornercube-Reliefstruktur aufweist und eine von einer Einfallsseite einfallende elektromagnetische Strahlung retroreflektiert. Das Prägewerkzeug weist hierbei auf einer Seite eine Anzahl n von aneinander angrenzenden Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf, wobei jede der n Vertiefungen und/oder Erhöhungen aus drei mit einem bestimmten Winkel (α') zueinander angeordneten Planflächen gebildet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Prägewerkzeugs.Erfindungsgemäß ist der bestimmte Winkel (α') um einen bestimmten Wert X kleiner als 90°, also α' = 90° - X, so dass die durch das Prägewerkzeug in den Prägelack abgeformte Anzahl n von aneinander angrenzenden Erhöhungen und/oder Vertiefungen nach einem Aushärten des aushärtbaren Prägelacks jeweils aus drei mit einem Winkel von 90° zueinander angeordneten Planflächen bestehen. Erhöhungen des Prägewerkzeugs entsprechen hierbei Vertiefungen im Prägelack und Vertiefungen im Prägewerkzeug Erhöhungen des Prägelacks.The invention relates to an embossing tool for producing a flat retroreflector which has a retroreflective corner cube relief structure formed in a curable embossing varnish, in particular a UV varnish, and retroreflects electromagnetic radiation incident from an incident side. The embossing tool here has on one side a number n of adjacent depressions and / or elevations, each of the n depressions and / or elevations being formed from three planar surfaces arranged at a certain angle (α ') to one another. The invention further relates to a method for producing such an embossing tool. According to the invention, the specific angle (α ') is smaller than 90 ° by a specific value X, that is, α' = 90 ° - X, so that the embossed tool is shaped by the embossing tool Number n of adjoining elevations and / or depressions after the hardenable embossing lacquer has hardened each consist of three planar surfaces arranged at an angle of 90 ° to one another. Increases in the embossing tool correspond to depressions in the embossing lacquer and recesses in the embossing tool correspond to increases in the embossing lacquer.
Description
Die Erfindung betrifft ein Prägewerkzeug zur Herstellung eines flächigen Retroreflektors, der eine in einem aushärtbaren Prägelack, insbesondere einem UV-Lack, ausgebildete, retroreflektierende Cornercube-Reliefstruktur aufweist und eine von einer Einfallsseite einfallende elektromagnetische Strahlung retroreflektiert. Das Prägewerkzeug weist hierbei auf einer Seite eine Anzahl n von aneinander angrenzenden Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf, wobei jede der n Vertiefungen und/oder Erhöhungen aus drei mit einem bestimmten Winkel (
Eine retroreflektierende Struktur reflektiert einfallende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Licht, weitgehend unabhängig von der Einfallsrichtung sowie der Ausrichtung des Reflektors in die Richtung, aus der die Strahlung einfällt. Dies wird als Retroreflexion bezeichnet. Bei Planspiegeln hingegen hängt die Rückstrahlung von der Spiegelorientierung ab, die nur in Ausnahmefällen senkrecht zum Betrachter ausgerichtet ist. Flächige Retroreflektoren haben eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Einzel-Retroreflektoren. Retroreflektierende Folien sind eine häufige Realisierung flächiger Retroreflektoren. Sie finden vielfältig Anwendungen, insbesondere in der Verkehrstechnik, aber auch in der Sicherheitstechnik, beispielsweise gemäß
Generell sind zwei Varianten von Retroreflektoren weit verbreitet: Eingebettete hoch brechende Mikrokugeln, welche auf der Unterseite verspiegelt sind, wie z.B. in
Üblicherweise wird Retroreflexfolie für KFZ-Kennzeichen und Straßenschilder im Heißprägeverfahren hergestellt. Hierbei werden die Strukturen eines Prägewerkzeugs nahezu formtreu in einen Thermoplasten überführt.Retroreflective sheeting for license plates and street signs is usually produced using the hot stamping process. The structures of an embossing tool are converted into a thermoplastic almost true to form.
Die Herstellung eines Prägewerkzeugs mit Cornercube-Strukturen mittels rotierender Stichel ist beispielsweise aus
Cornercube-Strukturen für eine Retroreflexfolie sind bedingt durch ihre Tiefe von üblicherweise 15 µm bis 80 µm anspruchsvoll in der Prägung. Bei einer Prägung in einen aushärtbaren Prägelack, beispielsweise einen UV-Lack, der nach Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung im ultravioletten (UV) Wellenlängenbereich aushärtet, wird zur Vermeidung von Luftblaseneinschlüssen und zur leichteren Entformung von UV-Lack und Prägewerkzeug ein sehr fließfähiger UV-Lack benötigt. Dieser UV-Lack erfährt im Umkehrschluss während seiner Aushärtung einen relativ hohen Volumenschrumpf, der nicht isotrop ist, sondern in Richtung vertikal zur Oberfläche der Folie ausgeprägter als in horizontaler Richtung ist, da der UV-Lack auf der Folie form- und kraftschlüssig verankert ist. Dieser „anisotrope“ Schrumpf führt zu einem Abflachen der Cornercube-Strukturen und einer Vergrößerung des Cornercube-Winkels (abhängig von Lackviskosität, chemischer Zusammensetzung, Substrat, Temperatur ...).Corner cube structures for retroreflective sheeting are demanding to be embossed due to their depth of usually 15 µm to 80 µm. When embossing in a curable embossing varnish, for example a UV varnish, which hardens after being irradiated with electromagnetic radiation in the ultraviolet (UV) wavelength range, a very flowable UV varnish is required to avoid air bubble inclusions and to make it easier for the UV varnish and embossing tool to be removed from the mold . Conversely, this UV varnish experiences a relatively high volume shrinkage during its curing, which is not isotropic, but is more pronounced in the direction vertical to the surface of the film than in the horizontal direction, since the UV varnish is anchored to the film in a positive and non-positive manner. This "anisotropic" shrinkage causes the corner cube structures to flatten and the corner cube angle to increase (depending on the viscosity of the paint, chemical composition, substrate, temperature ...).
Cornercube-Strukturen, bei denen der Winkel zwischen den jeweiligen Planflächen nicht mehr 90° beträgt, sondern von 90° um mehr als +/- 0,5° abweicht, verlieren jedoch nahezu vollständig ihre retroreflektierende Eigenschaft.Corner cube structures, in which the angle between the respective plane surfaces is no longer 90 °, but deviates from 90 ° by more than +/- 0.5 °, lose their retroreflective properties almost completely.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Prägewerkzeug für Cornercube Strukturen derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben werden. Aufgabe der Erfindung ist es somit, Retroreflexfolie mit Cornercube-Strukturen in Prägelack, insbesondere in UV-Lack, zu realisieren. The invention is therefore based on the object of developing a generic embossing tool for corner cube structures in such a way that the disadvantages of the prior art are eliminated. The object of the invention is therefore to implement retroreflective sheeting with corner cube structures in embossed lacquer, in particular in UV lacquer.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist der bestimmte Winkel (
Die Erfindung sieht somit ein Prägewerkzeug vor, welches den Lackschrumpf vorhält bzw. kompensiert indem die Prägestrukturen überspitz gefertigt sind. Das Prägewerkzeug an sich zeigt deswegen keine retroreflektiven Eigenschaften. Daraus ergibt sich als weiterer besonderer Vorteil der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Prägewerkzeug zu einem Zylinder oder einem Zylindersegment gebogen und angrenzende Kanten des Zylinders oder eines angrenzenden Zylindersegments mit einem elektromagnetischen Strahl, beispielsweise einem Laserstrahl, zu einem Prägezylinder miteinander verschweißt werden können. Denn trifft ein Laserstrahl auf die nicht retroreflektierenden Strukturen des Prägewerkzeugs, wird er grundsätzlich nicht zum Laser zurückreflektiert. Bei einem Prägewerkzeug mit retroreflektierenden Strukturen hingegen, wird der Laserstrahl grundsätzlich zum Laser zurückreflektiert und kann dabei den Laser beschädigen oder zerstören.The invention thus provides an embossing tool which maintains or compensates for the paint shrinkage in that the embossing structures are made to be exaggerated. The embossing tool itself therefore shows no retroreflective properties. This results in a further particular advantage of the invention that the embossing tool according to the invention can be bent into a cylinder or a cylinder segment and that adjacent edges of the cylinder or an adjacent cylinder segment can be welded together with an electromagnetic beam, for example a laser beam, to form an embossing cylinder. If a laser beam hits the non-retroreflective structures of the embossing tool, it is fundamentally not reflected back to the laser. With an embossing tool with retroreflective structures, however, the laser beam is fundamentally reflected back to the laser and can damage or destroy the laser.
Ein aushärtbarer Prägelack im Sinne dieser Erfindung ist ein Prägelack, der im plastisch verformbaren Zustand auf ein Substrat als Träger aufgebracht wird und in den mit einem Prägewerkzeug eine Prägestruktur abgeformt wird. Ein derartiges Prägewerkzeug ist beispielsweise ein Prägestempel oder ein Prägezylinder. Anschließend wird der Prägelack ausgehärtet, beispielsweise mittels UV-Strahlung oder Wärmestrahlung, so dass der Prägelack nicht mehr plastisch verformbar ist und die Prägestrukturen nicht mehr verändert werden können.A curable embossing lacquer in the sense of this invention is an embossing lacquer which is applied in the plastically deformable state to a substrate as a carrier and into which an embossing structure is molded using an embossing tool. Such an embossing tool is, for example, an embossing stamp or an embossing cylinder. The embossing lacquer is then cured, for example by means of UV radiation or thermal radiation, so that the embossing lacquer can no longer be plastically deformed and the embossed structures can no longer be changed.
Als strahlungshärtende Prägelacke werden beispielsweise radikalisch oder kationisch härtende Lacke eingesetzt, die auf einer Vielzahl von Substraten wie PET, PVC, PE, PP, PMMA oder PC verwendet werden können. Für eine stabile Verankerung des UV-Lacks auf dem Substrat kann eine haftvermittelnde Zwischenschicht zum Einsatz kommen.Radical or cationic hardening lacquers are used as radiation-curing embossing lacquers, for example, which can be used on a variety of substrates such as PET, PVC, PE, PP, PMMA or PC. An adhesion-promoting intermediate layer can be used for stable anchoring of the UV lacquer on the substrate.
Das erfindungsgemäße Prägewerkzeug weist eine Anzahl n von aneinander angrenzenden Vertiefungen auf. Die mit diesem Prägewerkzeug abgeformte Anzahl n von aneinander angrenzenden Erhöhungen im aushärtbaren Prägelack entsprechen vor dem Aushärten des Prägelacks in ihrer Geometrie und ihren Abmessungen den korrespondierenden Vertiefungen des Prägewerkzeugs. Nach dem Aushärten des Prägelacks entsprechen die Erhöhungen im Prägelack in ihrer Geometrie und ihren Abmessungen nicht mehr den korrespondierenden Vertiefungen des Prägewerkzeugs. Vielmehr flachen die Erhöhungen durch den Schrumpf während des Aushärtens ab, so dass der Winkel zwischen drei jeweils zueinander angeordneten Planflächen zunimmt. Erfindungsgemäß flachen die Erhöhungen durch den Schrumpf während des Aushärtens um den bestimmten Wert X derart ab, so dass der Winkel zwischen drei jeweils zueinander angeordneten Planflächen 90° beträgt und die Erhöhungen retroreflektive Eigenschaften zeigen.The embossing tool according to the invention has a number n of adjacent depressions. The number n of adjoining elevations in the curable embossing lacquer molded with this embossing tool correspond in geometry and dimensions to the corresponding depressions in the embossing tool before the embossing lacquer hardens. After the embossing lacquer has hardened, the elevations in the embossing lacquer no longer correspond in their geometry and dimensions to the corresponding depressions in the embossing tool. Rather, the increases due to the shrinkage flatten out during curing, so that the angle between three planar surfaces arranged in relation to one another increases. According to the invention, the increases due to the shrinkage flatten out during the hardening by the specific value X such that the angle between three plane surfaces arranged in relation to one another is 90 ° and the increases show retroreflective properties.
Der Wert von X, um den der bestimmte Winkel (
Der bestimmte Wert X weist für handelsübliche aushärtbare Prägelacke üblicherweise einen Wert von kleiner oder gleich 3,5° auf, bevorzugt von 0,3° bis 3,5° auf, so dass der bestimmte Winkel (
X ist somit der Wert, um den der Prägelack nach der Aushärtung schrumpft, üblicherweise um 0,3° bis 3,5°. Beispielsweise zeigen Strukturen in einem bestimmten UV-Lack nach UV-Prägung mittels eines Prägewerkzeugs mit Vertiefungen mit einem Öffnungswinkel
Abhängig vom Aufbau der retroreflektiven Folie, insbesondere davon, ob der Betrachter durch den UV-Lack auf die Würfeleckstrukturen blickt oder durch die den UV-Lack komplementär einebnende Schicht, wird die Ausgestaltung des Prägewerkzeugs bestimmt. Im ersten Fall wird das Werkzeug Vertiefungen in Form von Würfelecken aufweisen, deren Öffnungswinkel erfindungsgemäß hinsichtlich des zu erwartenden Lackschrumpfs modifiziert sind. Im zweiten Fall weist das Prägewerkzeug Erhöhungen in Gestalt der modifizierten Würfelecken auf, die im UV-Lack entsprechende Vertiefungen hinterlassen.The design of the embossing tool is determined depending on the structure of the retroreflective film, in particular on whether the viewer looks at the cube corner structures through the UV lacquer or through the layer that levels the UV lacquer complementarily. In the first case, the tool will have depressions in the form of cube corners, the opening angles of which, according to the invention, have been modified with regard to the paint shrinkage to be expected. In the second case, the embossing tool has elevations in the form of the modified cube corners, which leave corresponding depressions in the UV varnish.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs. Das Prägewerkzeug besteht hierbei aus einem Substrat, wobei in eine Seite des Substrats Vertiefungen mit einem Stichel eingebracht werden, wobei der Stichel an seiner Spitze einen Winkel von 70,52°-X aufweist. Derartige Stichel bestehen beispielsweis aus Diamant, Vollhartmetall, HSS-Co, SiC, TiC, Wolfram oder TiCN.The invention also relates to a method for producing an embossing tool according to the invention. The embossing tool consists of a substrate, recesses with a stylus being made in one side of the substrate, the stylus having an angle of 70.52 ° -X at its tip. Such gravers consist, for example, of diamond, solid carbide, HSS-Co, SiC, TiC, tungsten or TiCN.
Im Stand der Technik werden entsprechende Prägewerkzeuge per Diamantzerspanung hergestellt. Hierbei wird ein Diamantstichel mit einem Winkel an der Spitze von 70,52° benutzt, der ein Raster an parallelen Furchen in das Substrat eines Prägewerkzeugs zieht. Im Anschluss werden zwei weitere Sätze an Rastern gezogen die um 60° bzw. 120° zum ersten Raster verdreht sind. Bei der Verwendung eines Diamantstichels mit 70,52° bleiben im Prägewerkzeug so Cornercubes mit einem Öffnungswinkel
Das Substrat des Prägewerkzeugs besteht bevorzugt aus Messing (einer Legierung aus Kupfer und Zink), Kupfer, Nickel, Nickelphosphor, Nickelvanadium, Neusilber (einer Legierung aus Nickel, Kupfer und Zink) oder Kobalt. Häufig werden auch weichere Trägersubstrate eingesetzt, an deren Oberfläche eine Hartbeschichtung abgeschieden wird, z.B. Cr, CrN, Ti, TiN, Karbide, W, DLC (diamond like carbon).The substrate of the stamping tool is preferably made of brass (an alloy of copper and zinc), copper, nickel, nickel phosphorus, nickel vanadium, nickel silver (an alloy of nickel, copper and zinc) or cobalt. Often, softer carrier substrates are also used, on the surface of which a hard coating is deposited, e.g. Cr, CrN, Ti, TiN, carbide, W, DLC (diamond like carbon).
Um ein erfindungsgemäßes Prägewerkzeug mit spitzerem Öffnungswinkel von 90°-X herzustellen, wird ein entsprechend spitzerer Diamantstichel mit einem Winkel an der Spitze von 70,52°-X verwendet. Beispielsweise wird bei einem Lackschrumpf mit den Wert X = 2,5° ein Diamantstichel mit einem Öffnungswinkel von 70,52° - 2,5° = 68,02° benötigt.In order to produce an embossing tool according to the invention with a more acute opening angle of 90 ° -X, a correspondingly more pointed diamond stylus with an angle at the tip of 70.52 ° -X is used. For example, with a paint shrinkage with the value X = 2.5 °, a diamond stylus with an opening angle of 70.52 ° - 2.5 ° = 68.02 ° is required.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, soweit dies von dem Schutzumfang der Ansprüche erfasst ist.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations without departing from the scope of the present invention, insofar as this is covered by the scope of protection of the claims.
Anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und der ergänzenden Figuren werden die Vorteile der Erfindung erläutert. Die Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Des Weiteren sind die Darstellungen in den Figuren des besseren Verständnisses wegen stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wider. Insbesondere entsprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Des Weiteren sind die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausführungsformen der besseren Verständlichkeit wegen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert. Bei der praktischen Umsetzung können wesentlich komplexere Muster oder Bilder zur Anwendung kommen.The advantages of the invention are explained on the basis of the following exemplary embodiments and the additional figures. The exemplary embodiments represent preferred embodiments, to which, however, the invention is not to be restricted in any way. Furthermore, the representations in the figures are highly schematic for better understanding and do not reflect the real situation. In particular, the proportions shown in the figures do not correspond to the conditions that exist in reality and serve only to improve clarity. Furthermore, the embodiments described in the following exemplary embodiments are reduced to the essential core information for better understanding. Much more complex patterns or images can be used in practical implementation.
Im Einzelnen zeigen schematisch:
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1 einen aus dem Stand der Technik bekannten flächigen Retroreflektor und hierbei in1a den Retroreflektor in Seitenansicht, in1b in Draufsicht den Pfad der Retroreflexion, wie er bei Dreiecksflächen eines Tripelspiegels auftritt, und in1c und1d geeignete Würfeleckflächen für die Reliefstruktur in Aufsicht bzw. perspektivisch, -
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit einem erfindungsgemäßen Prägewerkzeug hergestellten Retroreflektors in Seitenansicht, -
3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs in Seitenansicht, -
4 ein mitdem Prägewerkzeug aus 3 geprägten aushärtbaren Prägelack und hierbei in4a vor dem Aushärten des Prägelacks und in4b nach dem Aushärten des Prägelacks, -
5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines mit einem erfindungsgemäßen Prägewerkzeug hergestellten Retroreflektors in Seitenansicht, -
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs in Seitenansicht, -
7 ein mitdem Prägewerkzeug aus 6 geprägten aushärtbaren Prägelack und hierbei in7a vor dem Aushärten des Prägelacks und in7b nach dem Aushärten des Prägelacks.
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1 a flat retroreflector known from the prior art and here in1a the retroreflector in side view, in1b in plan view the path of retroreflection, as it occurs with triangular surfaces of a triple mirror, and in1c and1d suitable cube corner surfaces for the relief structure in plan or perspective, -
2nd a first embodiment of a retroreflector made with an embossing tool according to the invention in side view, -
3rd a first embodiment of an embossing tool according to the invention in side view, -
4th one with the embossing tool3rd embossed curable embossing lacquer and here in4a before the embossing lacquer hardens and in4b after the embossing lacquer has hardened, -
5 a side view of a second embodiment of a retroreflector produced with an embossing tool according to the invention, -
6 a second embodiment of an embossing tool according to the invention in side view, -
7 one with theembossing tool 6 embossed curable embossing lacquer and here in7a before the embossing lacquer hardens and in7b after the embossing lacquer has hardened.
Gestrichelt dargestellt ist entsprechend
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