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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich generell gesehen auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Strukturen auf ein Medium,
welches auf einer Bahn gefördert
wird. Das Verfahren und die Vorrichtung verwenden einen Formprozess, in
welchem Strukturen in oder auf die Oberfläche des Mediums geformt werden.
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In
einer bestimmten Ausführungsform
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Prozess zum Erleichtern
der Replikation von Strukturen in einer herkömmlichen Druckmaschine. Das
Replikationsverfahren ist integriert als ein Teil der Maschine,
wodurch es ermöglicht
wird, die Applikation von Strukturen in-line auszuführen. Da
die Replikation der Struktur in-line vonstatten geht, wird die Applikation
von z. B. Hologrammen passgenau zu dem gedruckten Material sein.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
UND EINFÜHRUNG
IN DIE ERFINDUNG
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US 4,294,792 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum im Wesentlichen instantanen flüssigen Formen
von Artikeln, beispielhaft erläutert durch
Grammophonplatten und Wandverkleidungen.
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Die
Applikation von Strukturen, wie etwa Hologrammen, als ein integraler
Teil von gedruckten Materialien, welche Strukturen als Dekoration
oder als ein Sicherheitselement oder als eine Kombination von beiden
verwendet werden können,
wird ausgeführt,
wenn das gedruckte Material auf einer rotierenden Druckmaschine
hergestellt wird, in dem das Hologramm transferiert wird, welches
in einem vorhergehenden Prozess dem gedruckten Material durch Hitzeeinprägung eingeprägt worden
ist. Solch ein Prozess ist teuer, da die Hologramme typischerweise auf
einem Bahnmaterial eingeprägt
werden, auf welchem sie unabhängig
von der Wiederholfrequenz der für
das Drucken verwendeten Druckmaschine wiederholt werden, wobei jedes
Hologramm mit Bezug auf ein entsprechendes Bild, welches durch die Druckmaschine
gedruckt wurde oder zu drucken ist, positioniert werden muss. Diese
Positionierung wird natürlich
die Herstellungsgeschwindigkeit der Druckeinheit begrenzen, genauso,
wie sie den Abfall von Material aus Hologrammen erhöht.
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EP 0 338 378 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von blattförmigem Material
in einem kontinuierlichen Prozess mit den Schritten:
Drucken
eines sichtbaren Musters auf mindestens einer Seite des blattförmigen Materials
in einem ersten Bereich desselben, anschließend Auftragen eines Harzes
in flüssiger
Form auf einen zweiten Bereich der mindestens einen Seite des blattförmigen Materials,
wobei der zweite Bereich getrennt von dem ersten Bereich ist, wobei
dem Harz eine Form eines Oberflächenreliefmusters
in der Form eines Lichtbrechungsmusters entgegengehalten wird, wodurch eine
Oberfläche
des Harzes veranlasst wird, sich an das Muster anzupassen, wobei
eine aktinische Strahlung durch das bahnförmige Material auf das Harz
in einer Weise gerichtet wird, um das Harz auszuhärten, während es
durch die Form getragen wird, Trennen der Form von dem gehärteten Harz,
wodurch das gehärtete
Harz an seiner Stelle auf dem blattförmigen Material, das Oberflächenreliefmuster aufweisend,
verbleibt, und Beschichten von im wesentlichen nur des gehärteten Harzes
in den bestimmten Bereichen mit einem reflektiven Material in einer
Weise, um dem Oberflächenreliefmuster
zu folgen, wodurch das blattförmige
Material sowohl mit herkömmlichem
Drucken als auch einem Lichtbrechungsmuster in sequenziellen Schritten
eines kontinuierlichen Prozesses behandelt wird.
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WO 94/18609 offenbart einen
Prozess für
die gleichzeitige Replikation und direkte Applikation von Hologrammen
und anderen Brechungsgittern auf verschiedenen Druckmaterialien.
Sie offenbart ein lichtaushärtendes
Hologrammdrucksystem, in welchem das aushärtbare Polymer optional auf
eine Bahn transferiert wird und anschließend durch einen Druckzylinder
im Bereich der Peripherie, von der die Bahn geführt wird, kontaktiert wird,
wobei Licht von innerhalb des Druckzylinders über eine wesentliche Länge der
Bahn appliziert wird.
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US 5,760,003 offenbart ein
Verfahren zum Bilden eines holografischen Bildes oder Brechungsgitterbildes
auf einem Substrat mit den Schritten: (a) Bilden eines zusammengesetzten
Bogens durch (i) direktes Abscheiden von einer Metallschicht mit
einer Dicke in dem Bereich von 20 μm bis 100 μm auf einer Oberfläche einer
Plastikschicht; (ii) Auftragen einer durch Hitze aufweichbaren Lackschicht
auf die Metallschicht; (iii) Auftragen eines hitzeaktivierbaren Klebers
auf die Lackschicht; (b) ein Substrat wird in Kontakt mit dem Kleber
gebracht; (c) Applizieren von Hitze und Druck auf die Schicht, um
den zusammengesetzten Bogen gegen das Substrat zu komprimieren,
um (i) zu Verursachen, dass der Kleber an dem Substrat haftet, und
(ii) zu verursachen, dass der zusammengesetzte Bogen von der Schicht
delaminiert; (d) Entfernen der Schicht von dem zusammengesetzten
Bogen, wodurch der zusammengesetzte Bogen mit einer ersten Oberfläche an dem
Substrat haftend und einer zweiten Oberfläche freiliegend verbleibt,
wobei die zweite freiliegende Oberfläche eine Oberfläche der
Metallschicht ist; und (e) anschließendes direktes Kontaktieren
der zweiten Oberfläche unter
Hitze und Druck mit einem Prägestempel
mit einem holografischen Bild oder einem Brechungsgitterbild darin,
um ein Bild in der Metallschicht und der Lackbeschichtung zu bilden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prozess, in welchem
die Struktur in der Druckeinheit repliziert wird, und die Erfindung
macht die Vorproduktion der Strukturhologramme überflüssig. Ein Formprozess, der
die Geschwindigkeit der Produktion der Druckeinheit nicht begrenzt,
liefert die Produktion der Struktur. Auch der Abfall von Material,
auf welchem in bekannten Systemen die Strukturen zur Verfügung gestellt
werden, wird vermieden, da die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer Druckfarbe oder einem Lack niedergelegt ist, welche/welcher
nahezu immer eine Komponente des Druckmaterial ist, beispielsweise kann
die Struktur der Oberfläche
von Druckfarbe oder Lack appliziert werden, die das normale gedruckte
Bild, Muster und/oder Text definieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dieser
und viele weitere Vorteile werden zur Verfügung gestellt durch ein Verfahren
und eine Vorrichtung, die einem Medium Strukturen zur Verfügung stellen,
welche Verfahren und Vorrichtungen auch die oben erwähnten Probleme im
Zusammenhang mit dem Aufbringen gemäß den Verfahren des Standes
der Technik lösen.
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In
einem ersten und allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Der
Begriff Struktur bezeichnet, wenn er hier verwendet wird, ein geometrisches
Muster, welches beispielsweise Erhebungen und Vertiefungen aufweist,
wodurch Licht, wenn es auf die Struktur gerichtet wird, in einer
Weise gebrochen und/oder reflektiert wird, die zumindest teilweise
durch das geometrische Muster bestimmt ist.
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Der
Begriff Struktur sollte im Kontext der vorliegenden Anmeldung auch
so verstanden werden, dass er Strukturen erfasst, die kleine Abmessungen aufweisen.
Dieser Begriff ist daher nicht in dem Sinne zu verstehen, dass nur
Strukturen mit einer typischen Längeskala
im Mikrometer-Bereich durch die vorliegende Erfindung berücksichtigt
werden. Daher umfasst der Schutzbereich der Ansprüche Strukturen mit
einer charakteristischen Längenskala
unterhalb des Mikrometer-Bereichs, wie etwa Nanostrukturen, und
mit einer charakteristischen Längeskala
oberhalb des Mikrometer-Bereichs.
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Das
Zurverfügungstellen
der Struktur in oder auf dem Medium kann gemäß der vorliegenden Erfindung
auf verschiedene Wege ausgeführt
werden. Vorzugsweise wird die Struktur in einem begrenzten Bereich
appliziert, wie etwa dem Fortsatz des Mediums, und diesen Fällen wird
die Struktur durch ein Verfahren des Fortschreitens der Vorderseite
zur Verfügung
gestellt. In diesem Fall wird die Vorderseite (welches die Linie
ist, die den Teil des Mediums, welche mit der Struktur versehen
wurde, und den Teil des Mediums, welche nicht mit Strukturen versehen wurde,
voneinander trennt) voranschreiten, bis die gesamte Struktur dem
Medium appliziert wurde.
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Der
Begriff „fördernde
Bahn" kann in dem Sinne
verstanden werden, dass das Medium und die Bahn zusammen zu der
Formstation transportiert werden. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist
die Bahn ein Bogen mit einem Fortsatz, welcher länger ist, als der Abstand zwischen
der Position der Ap plikation und der Formstation. In diesem Fall
ist das Fördern
der Bahn bevorzugt als ein Fördern
mindestens des Teils der Bahn zu verstehen, auf welchem das Medium
appliziert ist.
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Das
Aushärten
ist ein Schritt, in welchem das Medium in einer Art und Weise behandelt
wird, dass es ohne Beschädigung
der in oder auf dem Medium zur Verfügung gestellten Struktur gefördert werden kann.
Ein typisches Bespiel hiervon ist, wenn das Medium ursprünglich weich
ist, wie etwa eine Flüssigkeit,
und der stabilisierende Schritt mindestens die Oberfläche des
Medium aushärtet.
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Wie
durch die folgende Beschreibung der Erfindung zu verstehen ist,
bezieht sich die Erfindung und beziehen sich die Ansprüche auf
diffraktive optische Elemente, auch als holografische optische Elemente
bekannt einschließlich
Hologrammen, die für Sicherheit
und Dekoration verwendet werden können.
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Gemäß einem
allgemeinen Aspekt der folgenden Erfindung ist die Reihenfolge,
in der die verschiedenen Schritte in dem Verfahren aufgelistet sind,
nicht beliebig gewählt,
da die Reihenfolge eine natürliche
Reihenfolge zum Ausführen
der verschiedenen Schritte reflektiert. In dieser Aussage ist auch die
Situation eingeschlossen, in welcher das Aushärten des Mediums gleichzeitig
oder im wesentlichen gleichzeitig mit dem Zurverfügungstellen
der Struktur auftritt.
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Der
erste auszuführende
Schritt ist es, das Medium auf eine Art von Trägerbahn zu applizieren, die
angepasst ist, um das Medium zu einer Formstation zu tragen/zu fördern. Der
nächste
Schritt ist es, die Struktur dem Medium zur Verfügung zu stellen, nachdem das
Medium zu der Formstation gefördert/gewonnen
wurde. Das Wort Formstation ist so gemeint, dass es Prozesse einschließt, in denen
die physikalischen Eigenschaften des Mediums verändert werde, beispielsweise
während
der Applikation der Struktur. Die Veränderung der physikalischen
Eigenschaften kann in bestimmten Ausführungsformen temporär verändert werden,
während
die Struktur appliziert wird, wonach die ursprünglichen Eigenschaften des
Mediums entweder aktiv oder passiv wiedererhalten werden.
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Typische Änderungen
der Eigenschaften sind Phasenveränderungen,
wie etwa von der flüssigen
in die feste Phase, oder etwa von der festen Phase in die flüssige Phase
während
des Formens und zurück
in die feste Phase während
des Stabilisierens.
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Durch
Setzen der Schritte des Verfahrens gemäß der folgenden Erfindung in
der oben dargestellten Ordnung wird der Prozess des Formens der Strukturen
getrennt von dem Prozess der Applikation des Mediums auf die Bahn,
was als sehr vorteilhaft eingestuft wird, da die beiden Prozesse
unabhängig voneinander
optimiert werden können,
wodurch Lösungen
für Probleme
zur Verfügung
gestellt werden, die durch Verfahren und Systeme des Standes der Technik
auftraten, wie aus der folgenden Beschreibung der Erfindung klarer
werden wird.
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In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
wird das Medium gefördert,
wenn die Struktur zur Verfügung
gestellt wird. Durch das Fördern
des Mediums während
die Struktur zur Verfügung
gestellt wird, ist die Geschwindigkeit der Verfahrens nicht durch
das Zurverfügungstellen
der Struktur beschränkt.
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Darüber hinaus
tritt das Aushärten
des Mediums, um die Form von Strukturen zu stabilisieren, die diesem
zugeführt
werden, im Wesentlichen auf, während
das Medium der Struktur zur Verfügung
gestellt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Aushärten
ausgeführt
durch Fokussieren eines Streifens elektromagnetischer Strahlung
in einen Fokussierbereich zum Aushärten des Mediums in diesem
Fokussierbereich. Der Fokussierbereich wird typischerweise danach
bestimmt, wann der Prozess des Aushärtens auszuführen ist.
Der Streifen elektromagnetischer Strahlung wird auf den Bereich
gerichtet, in welchem das Zurverfügungstellen der Strukturen
vonstatten geht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der folgenden
Erfindung wird der Streifen elektromagnetischer Strahlung zur Verfügung gestellt
durch Ausrichten eines Strahls elektromagnetischer Strahlung in
den Fokussierbereich. In einer Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der folgenden
Erfindung wurde dieser Schritt verkörpert durch Verwendung eines
Lasers, der einen Laserstrahl in Richtung auf einen beweglichen
Spiegel richtet, der den Laserstrahl entlang einer Linie reflektiert,
wodurch der Laserstrahl in den Fokussierbereich fokussiert wird.
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Gemäß einem
sehr wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren
weiterhin den Schritt des nachträglichen
Aushärtens
des Mediums nach dem Zurverfügungstellen
der Struktur auf. Der Schritt des nachträglichen Aushärtens ist
ein Schritt, der objektiv dazu da ist, das Verfahren des Zurverfügungstellens
der Struktur abzuschließen oder
zu beenden. Dies ist in dem Sinne zu verstehen, dass dann, wenn
das Medium nach dem Stabilisierungsschritt seine endgültigen physikalischen
Eigenschaften, wie etwa Stärke,
Phase, Farbe oder dergleichen, nicht erreicht hat, das Medium nachträglich ausgehärtet wird,
um so seine endgültigen
physikalischen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
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Der
Postaushärtungsschritt
wird mittels elektromagnetischer Strahlung von einer zweiten Quelle durchgeführt.
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Mit
Bezug auf das allgemeine Verfahren bezieht sich die Erfindung, wie
sie im Anspruch 1 definiert ist, in einem anderen und verbundenen
Aspekt auch auf ein Verfahren, welches Mittel zum Ausführen der
verschiedenen Schritte gemäß der folgenden Erfindung
verwendet.
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Applizieren
des Mediums auf die Bahn kann durch Verwendung eines Applikationsmittels
geschehen, wobei Einwirkapplikation verwendet wird, wie etwa eine
Druckeinheit, eine flexografische Druckeinheit, eine Offseteinheit,
eine Buchdruckeinheit oder dergleichen, oder wobei nicht einwirkende
Applikation verwendet wird, wie etwa Tintenstrahlapplikation oder
eine Spritze.
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Das
Applikationsmittel wird/die Applikationsmittel werden natürlich abhängig davon
ausgewählt, welches
Medium zu applizieren ist und in welchem Ausmaß das Medium zu applizieren
ist. Beispielsweise umfasst die Erfindung auch die Situation, in
welcher das Medium nicht entweder als auf der Länge abgeschiedenen Portionen
dosiert ist oder mit bestimmten geometrischen Abmes sungen dosiert
ist. Auch kann das Medium als ein Teil des normalen Druckprozesses
des Druckens von Bildern, Text oder dergleichen auf der Bahn appliziert
werden, und die Struktur kann der Oberfläche des Mediums zur Verfügung gestellt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Verfahren zum Zurverfügungstellen
der Struktur als ein Teil, ein in-line-Teil, eines normalen Druckprozesses
implementiert, das heißt
eines Prozesses, in welchem Muster, wie etwa Bilder oder dergleichen, der
Bahn appliziert werden, und in dieser Ausführungsform -und in anderen
Ausführungsformen-
wird das Medium vorzugsweise auf einer Länge gefördert.
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Auch
wird die Struktur an oder in dem Medium zur Verfügung gestellt, indem das Medium
mit der Form kontaktiert wird, wenn die Bahn gefördert wird, welches kombiniert
wird mit dem Aushärten
des Mediums im wesentlichen in dem Moment, wenn das Medium sich
in Kontakt mit der Form in einem Kontaktbereich befindet. Der Kontaktbereich
ist als der Bereich der Form definiert, die in Kontakt mit dem Medium
während
des Formens steht.
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Das
Aushärten
des Mediums wird durch Exponieren des Mediums gegenüber elektromagnetischer
Strahlung, wie etwa Röntgenstrahlung,
ultraviolettem Licht, Infrarotlicht, einem Elektronenstrahl und/oder
sichtbarem Licht zur Verfügung
gestellt.
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In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
kann die Form den Bereich des Mediums abdecken, welcher gegenüber elektromagnetischer
Strahlung zu exponieren ist, so dass die Strahlung dem Medium nicht
exponiert sein kann. In solchen Fällen, kann die Form transparent
sein, mit Bezug auf die elektromagnetische Strahlung, der das Medium
ausgesetzt ist, um so auszuhärten,
so dass die Strahlung die Form durchdringen kann, um das Medium
zu beeinflussen.
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Auch
kann die mit der Form kombinierte Walze den Bereich des Mediums
abdecken, welcher der elektromagnetischen Strahlung auszusetzen
ist. In solchen Fällen
kann die die Form aufweisende rotierende Walze auch mit Bezug auf
die für
die Aushärtung
des Mediums verwendete elektromagnetische Strahlung transparent
sein, so dass die Strahlung in der Lage ist, die Walze sowie die
Form zu durchdringen, um das Medium auszuhärten.
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Da
elektromagnetische Strahlung oft von einer Quelle zur Verfügung gestellt
wird, die entweder einen nicht fokussierten Strahl oder einen in
einem kleinen kreisförmigen
Bereich fokussierten Strahl aufweist, kann die Formstation vorzugsweise
mindestens ein Mittel zum im wesentlichen Transformieren der Stahlgeometrie
aufweisen, beispielsweise indem die zum Aushärten des Mediums verwendete elektromagnetische
Strahlung fokussiert wird. Die Fokussiermittel fokussieren die elektromagnetische Strahlung
vorzugsweise in einen Streifen, der sich quer über das Medium erstreckt.
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Das
Fokussiermittel ist/die Fokussiermittel sind in bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ein integraler Teil der Walze. Das Wort integral deckt
in diesem Zusammenhang auch die Situation ab, in der ein Fokussiermittel
innerhalb einer Röhre
in der Walze angeordnet ist, in welchem Fall die Fokussiermittel
an ihrem Ort durch externe Fixiermittel gehalten werden können, die
nicht mit der Walze verbunden sind, oder in welchem Fall die Fokussiermittel
fest mit der Walze verbunden sind, um so der Bewegung der Walze
zu folgen.
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Die
Fokussiermittel können
alternativ ein integraler Teil der Form sein und/oder mit der integrierte
Fokussiermittel aufweisenden Walze kombiniert sein.
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Auch
wird das Medium nachträglich
ausgehärtet,
nachdem die Struktur zur Verfügung
gestellt wurde. Solch ein nachträgliches
Aushärten
wird zur Verfügung
gestellt, indem das Medium elektromagnetischer Strahlung, wie etwa
Röntgenstrahlung,
ultraviolettem Licht, Infrarotlicht, einem Strahl aus Elektronen,
Mikrowellen und/oder Licht ausgesetzt wird.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weisen die Applikationsmittel eine rotierende
Walze auf, mit einer Applikationslage oder Platte oder dergleichen,
welche das Medium zu der geförderten
Bahn durch Kontaktieren der Walze mit der Bahn transferiert.
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In
einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in welcher das Medium eine Flüssigkeit ist, wenn es der Bahn appliziert
wird, umfassen die Applikationsmittel (umfasst das Applikationsmittel)
mindestens zwei rotierende Walzen, von denen eine in Kontakt mit
einem Reservoir zum Enthalten des Mediums steht und die rotierende
Rolle mit der Applikationslage oder dergleichen mit dem Medium versorgt
wird/das Medium aufnimmt von mindestens einer der beiden rotierenden
Walzen. Die in Kontakt mit dem Reservoir stehende Walze ist bevorzugt
derart angeordnet, dass sich ein Teil von ihr in dem Medium befindet.
Durch diese Konfiguration wird das Medium von dem Reservoir über die
eingetauchte Walze auf die Walze mit der Applikationslage und schließlich auf
die Bahn transferiert. Diese Konfiguration kann vorzugsweise eine
Zwischenwalze aufweisen, die derart angeordnet ist, dass das Medium
von der eingetauchten Walze über
die Zwischenwalze zu der Walze mit der Applikationslage transferiert
wird.
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Neben
dem allgemeinen Verfahren und dem die genannten Mittel verwendenden
Verfahren bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Vorrichtung
gemäß Anspruch
11, um einem einer Bahn appliziertem Medium eine Struktur zur Verfügung zu
stellen.
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Die
Strukturformvorrichtung wird vorteilhaft in-line mit einem normalen
Druckprozess implementiert, der normalen Text und/oder Bilder auf
die Länge appliziert,
jedoch kann die Formvorrichtung auch sehr vorteilhaft als alleinstehende
Vorrichtung verwendet werden.
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Wenn
sie als alleinstehende Vorrichtung verwendet wird, ist die Bahn
typischerweise ein Bogen und die Vorrichtung kann bevorzugt mit
einer Bogenzuführeinrichtung
und Transportmitteln versehen sein, die angepasst sind, um die Bogen
von der Applikationsstation zu der Formstation zu transportieren.
Auch wenn die Vorrichtung als alleinstehende Vorrichtung verwendet
wird, die das Medium einer Bahn appliziert und Struktur in oder
auf der Oberfläche
des Mediums welches der Bahn appliziert ist, appliziert, sollte
die Bahn, auf welcher das Medium zu applizieren ist, vorzugsweise
auf einer Winde aufgewickelt sein, und die Bahn wird dann der Vorrichtung zur
Applikation des Mediums zur Verfügung gestellt, wobei
das Medium seinerseits wiederum mit einer Struktur versehen wird.
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In
Ausführungsformen
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Vorrichtung Mittel auf, die angepasst sind,
um die verschiedenen Schritte des Verfahrens zu ermöglichen,
welches die Struktur dem Medium zur Verfügung stellt. Derartige Mittel
sind
- – Aushärtungsmittel,
die Mittel aufweisen, die angepasst sind, um das Medium elektromagnetischer
Strahlung, wie etwa Röntgenstrahlung,
ultraviolettem Licht, Infrarotlicht und/oder sichtbarem Licht auszusetzen.
- – eine
Form, die transparent bezüglich
der elektromagnetischen Strahlung, der das Medium zum Aushärten ausgesetzt
wird, ist, so dass die Strahlung die Form durchdringen kann, um
das Medium zu beeinflussen.
- – eine
rotierende Walze mit einer Form, die transparent mit Bezug auf die
zur Aushärtung
des Mediums verwendete elektromagnetische Strahlung ist, so dass
die Strahlung in der Lage ist, die Walze sowie die Form zu durchdringen,
um das Medium auszuhärten.
eine Form oder eine Formstation mit mindestens einem Fokussiermittel
zum im wesentlichen Fokussieren der elektromagnetischen Strahlung,
die verwendet wird, um das Medium auszuhärten.
- – Fokussiermittel,
die ein integraler Teil der Walze sind.
- – Fokussiermittel,
die ein integraler Teil der Form sind, schließlich kombiniert mit Fokussiermitteln, die
ein integraler Teil der Walze sind.
- – Postaushärtmittel
zum nachträglichen
Aushärten
des Mediums nachdem das Medium ausgehärtet wurde.
- – Postaushärtmittel,
die angepasst sind, um das Medium elektromagnetischer Strahlung,
wie etwa Röntgenstrahlung,
ultraviolettem Licht, Infrarotlicht und/oder Licht auszusetzen.
- – Applikationsmittel,
die eine rotierende Walze aufweisen, mit einer Drucklage, einer
Druckplatte oder dergleichen, welche das Medium zu der geförderten
Länge durch
kontaktieren der Walze mit der Bahn transferiert.
- – Applikationsmittel,
die mindestens zwei rotierende Walzen aufweisen, wobei mindestens
eine von diesen in Kontakt mit einem Reservoir zum Enthalten des
Mediums steht, und wobei die rotierende Walze, die die Druckplatte
trägt,
mit dem Medium versorgt wird/das Medium aufnimmt von mindestens
einer der beiden rotierenden Walzen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
des Verfahrens/der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird das Medium der Bahn mittels eines nicht einwirkenden Applikationsmittels,
wie etwa einer Spritze, appliziert. In diesem Fall kann das Medium entweder
appliziert werden, während
die Bahn bewegt wird, oder das Medium wird während eines Halts der Bahn
appliziert. Die letztere Möglichkeit kann
vorteilhaft in einer Situation implementiert werden, in der die
Bewegung der Bahn beispielsweise zum Herausschneiden von Abschnitten
der Bahn unterbrochen wird.
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In
der Ausführungsform
der Erfindung, in welcher Walzen in den Applikations- und Formmitteln verwendet
werden, und das Formen kann beim Formen der Wiederholabstand zwischen
dem Medium leicht verändert
werden, indem die Walzen durch Walzen mit anderen Durchmessern ersetzt
werden
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Darüber hinaus
kann der Wiederholabstand der Formvorrichtung leicht gleich dem
Wiederholabstand der normalen Druckvorrichtung eingestellt werden,
und die Notwendigkeit für
Positioniermittel aus dem Stand der Technik zum Positionieren des
Mediums auf der Bahn ist überflüssig gemacht
worden, wenn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer normalen Druckvorrichtung in-line angeordnet
wird.
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Wie
oben erwähnt,
liefern das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine
sehr elegante Lösung
für das
Problem, einem auf einer Bahn appliziertem Medium Oberflächenstrukturen
zur Verfügung
zu stellen. Eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden ist, dass
das Verfahren und die Vorrichtung in der Lage sein können, das
Medium dem gleichen Material, wie es gedruckt wurde oder zu drucken
ist, in einer normalen Art und Weise zu applizieren. Daher ist die
Notwendigkeit zum Positionieren einer vorproduzierten Oberflächenreliefstruktur
relativ zu einer Position auf einer Bahn in einem in-line Prozess;
von dem es ein Teil sein kann, überflüssig gemacht
worden, da das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
Strukturen einer bevorzugt rotierenden Form replizieren, wodurch
die gleiche Technologie in Bezug auf das Wiederholen (Schritt aus),
welches beim Drucken verwendet wird, in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung
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Im
folgenden wird die Erfindung detaillierter und in bestimmten bevorzugten
Ausführungsformen derselben
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Applizieren von Strukturen auf ein Medium
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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2 eine
Oberflächenabtastung
eines Fotolackvorlagenbrechungsgitters unter Verwendung eines atomaren
Kraftmikroskops (AFM) zeigt. Die Tiefe des Gitterprofils beträgt 300 nm
und die Periode liegt bei etwa 1000 nm. Die Vorlage ist diejenige,
von der eine Form hergestellt wird.
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3 eine
Oberflächenabtastung
der Polydimethylsiloxan (PDMS)-Form unter Verwendung eines atomaren
Kraftmikroskops (AFM) zeigt.
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4 eine
Oberflächenabtastung
unter Verwendung eines atomaren Kraftmikroskops (AFM) der Replikation
zeigt, die in einem UV-aushärtbarem
Polymer von der PDMS-Form gebildet wurde.
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Mit
Bezug auf 1 wird nun eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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Die
Bahn 28, auf welche die Struktur aufzubringen ist, wird
durch die holografische Druckvorrichtung 10 mittels Walzen 16, 26 in
Kombination mit dem Paar von Walzen 18, 19 transportiert.
In der bevorzugten Ausführungsform
gemäß 1 ist
die Walze 16 die Walze, welche die Bahn 28 durch
die rotierende Formvorrichtung zieht. In diesem Fall folgt der Formvorrichtung
eine andere Verarbeitungsstation, welche eine Walze aufweist, die
die Bahn durch das Paar von Rollen 18, 19 zieht
und vorbei an der Rolle 26.
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Auch
in dem Fall, in dem sich die Form 20 über den gesamten Umfang der
Walze erstreckt, kann die Walze 25 in die Grundstellung
versetzt werden, da die Bahn 28 dann die Form 20 zu
jeder Zeit kontaktieren wird, was die Walze 25 zur Rotation bringen
wird.
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Darüber hinaus,
kann die Druckvorrichtung eine Aufwickelwalze aufweisen, die die
Bahn aufwickelt, nachdem sie die Druckvorrichtung verlassen hat,
das heißt
nachdem sie die Walze 26 passiert hat.
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Die
Rotation der Walzen wird ausgeführt durch
Motoren, wie etwa elektrische Motoren, die direkt mit dem Schaft
der jeweiligen Walze verbunden sind oder über eine Übertragung verbunden sind, wenn
ein Getriebe verwendet wird, um die Rotation der Walze unterschiedlich
zu der Rotation des Motors einzustellen.
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Im
Falle des gleichen Motors zur Rotation sowohl des Paares von Walzen 18, 19 als
auch der Walze 16 wird ein Getriebe eingesetzt, um so die
Umfangsgeschwindigkeit für
alle rotierten Walzen gleich einzustellen.
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Eine
Druckfarbe, wie etwa Lack, Kleber oder ein anderes nach der Bestrahlung
aushärtendes
Medium wird dem Material, der Bahn, appliziert, auf welche die Struktur
aufzubringen ist. In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist
dieses Material eine Bahn, die aus Papier, einer Plastikschicht,
aus Aluminiumfolien oder dergleichen besteht und die Applikation
des Mediums wird durch einen Druckprozess ausgeführt.
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Das
Medium wird typischerweise aus der Gruppe ausgewählt, die des folgende enthält: strahlungsaushärtende Polymere,
wie etwa Druckfarben, Lacke, Kleber oder dergleichen.
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Der
Druckprozess kann angemessenerweise Verwendung machen von Flexodruckmaschinen mit
Walzen 13, 14 zum Transportieren des Mediums und
einer Druckstockwalze 15 mit einer Druckplatte 17.
Das Medium 12, wie etwa Lack, welcher in dem Trog 27 enthalten
ist, wird über
Walzen 13, 14 zu der Druckplatte 17 transferiert,
die auf der Druckstockwalze 15 angebracht ist, die durch
Verwendung der Walze 16 als Gegendruckmittel den Lack teilweise oder
als Gesamtabdeckung (oder Beschichtung) auf die Bahn 28 transferiert.
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Das
Material der Walzen 13, 14 und das Material der
Druckplatte 17 ist abhängig
davon, welches Medium auf die Bahn aufzubringen ist. 13 ist
in der bevorzugten Ausführungsform
eine flache Walze, welche gebildet wird durch eine gummibeschichtete Walze. 14 ist
in der bevorzugten Ausführungsform eine
siebflächenartige
(screened) Walze mit einer Oberfläche aus Keramik oder Stahl
und 17 ist eine Fotopolymerplatte oder alternativ eine
strukturierte Gummiplatte.
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Auch
davon abhängig,
welcher Typ von Medium der Bahn zu applizieren ist, können der
Oberfläche
der Walzen 13, 14 und der Druckplatte 16 eine Oberflächenbehandlung
zuteil werden, um die Anhafteigenschaften der Oberflächen zu
intensivieren. Ein kritischer Punkt in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
ist es, in der Lage zu sein, zu kontrollieren, dass die richtige
Menge von Medium der Bahn appliziert wird.
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Die
Wiederholung des Mediums auf der Bahn kann gesteuert werden durch
Anbringen von mehr als einer Druckplatte 17 an der Walze 15,
verteilt entlang des Umfangs der Walze 15. In der bevorzugten
Ausführungsform
gemäß 1 wird
die Druckplatte 17 als eine als ein auf einem sich entlang des
gesamten Umfangs der Walze 15 erstreckenden Druckstock
zur Verfügung
gestellten Verlängerung zur
Verfügung
gestellt.
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Nachdem
das Medium 23 der Bahn 28 appliziert wurde, wird
das Medium 23 zu der Formstation 29 zum Formen
der Struktur in die obere Oberfläche des
Mediums 23 transportiert. Die Formstation beinhaltet ein
Paar von Rollen 18, 19 und eine transparente Form,
die einen integralen Teil der Walze 19 bildet oder auf
dieser montiert ist. Die Walze 19 ist auch transparent,
um es so zu erlauben, einfallender ultravioletter Strahlung oder
im allgemeinen elektromagnetischer Strahlung zu passieren.
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Die
Natur der Oberfläche
der Form 20 sollte derart sein, dass das Medium 23 nicht
an der Form haftet, wenn sich das Medium 23 stabilisiert
hat. In der bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung wird die Form 28 aus einem Elastomer des
Typs Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt, und die Form wurde
hergestellt, indem eine Form einer fotoresistenten Oberflächenreliefvorlage
oder einer Nickelunterlage verwendet wurde.
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Die
Struktur ist niedergelegt in der transparenten Form 20,
die auf der transparenten Formwalze 19 montiert ist, die
eine Optik 25 zum Fokussieren von Strahlung in eine vorbestimmte
Richtung aufweist in dem vorliegenden Beispiel ist die Strahlung ultraviolettes
Licht, welches von der Lampe 21 herrührt, und die Optik ist eine
konvexe Linse, die einen Lichtstrahl in einen Lichtstreifen fokussiert,
der auf den Zwickel 30 zwischen dem Medium 23 und
der Form 20 fokussiert ist. Eine solche konvexe Linse ist ein
Teil eines Zylinders mit einem Querschnitt, der einen Sektor eines
Kreises und eine gerade Linie aufweist. Mehr als eine Linse kann
in dem Fall verwendet werden, indem die Struktur derart unter teilt
ist, dass Licht nur in die Bereiche des Mediums eingestrahlt wird,
die exponiert werden sollen.
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Die
Birne der Lampe 21 wurde teilweise durch eine Abdeckung
abgedeckt, um so Strahlung in der Umgebung zu vermeiden, um so Augenschäden an Personen
zu vermeiden, die die holografische Druckvorrichtung betreiben.
Darüber
hinaus umfasst die Lampe einen Reflektor zum Fokussieren der Strahlung
in die Richtung der Walze 19. Die Lampe 21 kann
innerhalb der Walze 19 angeordnet werden, aber durch Anordnung
der Lampe außerhalb
der Walze kann ein Selbstreinigungsprozess erreicht werden.
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Alternativ
zu der Verwendung der Optik wird ein Lichtstrahl, der quer über den
Zwickelbereich geschwenkt wird, verwendet. In diesem Fall wird ein
Laserstrahl durch Verwendung eines Spiegels reflektiert und die
Reflektion wird gesteuert durch Verwendung beispielsweise eines
Computers, der einen Schrittmotor steuert, der den Spiegel in einer
derartigen Bewegung dreht, dass der reflektierte Lichtstrahl über den
Zwickelbereich verschwenkt wird.
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Wenn
die Bahn 28 das Medium in Richtung auf das Paar von Rollen 18, 19 fördert, wird
das Medium in einem bestimmten Augenblick die Form kontaktieren.
Um zu steuern, dass das Medium 23 die Form im richtigen
Augenblick (in der richtigen Position) kontaktiert, muss eine Einstellung
oder Steuerung der Phasenwinkel zwischen der Walze 15 und der
Walze 19 vorgenommen werden. Der richtige Moment oder die
richtige Position ist dann gegeben, wenn das vordere Ende des Mediums 23 kontaktiert wird
durch das vordere Ende der Form (das vordere Ende mit Bezug auf
die Bewegung der Form 20 und des Mediums 23).
Diese Steuerung oder Einstellung kann durch festes Verbinden der
beiden Walzen 15, 19, beispielsweise mittels eines
Getriebes, zur Verfügung
gestellt werden.
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Ein
Weg der Steuerung der Bewegung der Bahn in Relation zu den Phasenwinkeln
der Formstation 29 und/oder der Applikationsstation 31 ist,
Indexmarkierungen an der Bahn zur Verfügung zu stellen. Ein Sensor,
der mit einer Steuereinheit verbunden ist, die die Phasenwinkel
der Walzen 19 und/oder 15 steuert, kann dann diese Indexmarkierungen
lesen.
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Der
Abstand zwischen der Applikationsstation 31 und der Formstation 29 muss
durch Anpassung der Phasenwinkel zwischen den Rollen 15 und 19 angepasst
werden, damit das Medium 23 die Form 20 im richtigen
Augenblick erreicht.
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Der
Moment, in dem die Strukturen, die in der Form 20 niedergelegt
sind, in Kontakt mit dem Medium 23 durch die Rolle 18 als
ein Gegendruckmittel geraten, wird mindestens die Oberfläche des Mediums 23 (aus
Lack hergestellt), die die Strukturen enthält, durch das ultraviolette
Licht, welches auf den Lack eingestrahlt wird, ausgehärtet, wodurch
eine Replikation der Struktur, die in der Form 20 niedergelegt
ist, auf die Oberfläche
des Mediums 23 transferiert wird.
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Wie
oben erwähnt,
wurde das Licht durch die Optik 25 fokussiert, die das
Licht in einem Lichtstrahl von dem in dem Zwickel 30 fokussiert,
so dass nur der Teil des Mediums, der sich in dem Zwickelbereich befindet,
ausgehärtet
wird, was impliziert, dass der stromaufwärts gelegene Teil des Mediums
durch das Licht nicht beeinflusst wird. Wenn das Medium ausgehärtet ist,
wird es stärker
an der Bahn 28 haften als die Form 20 (die Aushärtung verändert die
Adhäsion der
Oberfläche
des Mediums 23 in Richtung einer schwächeren Adhäsion), wodurch es auf die Bahn
an dem Punkt (Bereich) des Lösens,
das heißt
dem Punkt oder Bereich, der ausgehärtet ist, transferiert werden
wird.
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Die
Höhe des
Zwickels 30, das heißt
der Abstand zwischen der Oberfläche
der Form 20 und der Bahn 28 (normal zu der Bahn 28 gemessen)
muss an die Dicke des Mediums 23 angepasst werden. Beispielsweise
kann dieser Abstand derart sein, dass ein Kontakt zwischen dem Boden
der Vertiefungen der Struktur, die in der Form 20 niedergelegt
ist, und der Oberfläche
des Mediums 23 garantiert ist. Diese Maßnahme kann auch verwendet
werden, um die Dicke des Mediums einzustellen, da die Höhen der Struktur
die Bahn 28 normalerweise nicht kontaktieren dürfen. Dies
zeigt an, dass die Menge – oder
die Dicke – der
Struktur derart zu dosieren ist, dass eine Penetration des Mediums 23 durch
die Erhöhungen nicht
auftritt.
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Ein
Weg, um sicherzustellen, dass ein voller Kontakt im Falle eines
komprimierbaren Mediums vorhanden ist, ist es, die Walzen 18 und 19 derart
zu arrangieren, dass die Höhe
des Zwickels kleiner ist als die Höhe des Mediums 23.
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Nachdem
das Medium die Formstation 29 passiert hat, wird eine zusätzliche
nachträgliche
Aushärtung
verwendet, um die Struktur vollständig durchzuhärten. Solch
eine zusätzliche
nachträgliche Aushärtung wird
ausgeführt,
indem das Medium 23 an einer zusätzlichen Quelle von ultraviolettem
Licht 22, die in der Ausführungsform gemäß 1 dargestellt
ist, vorbeigeführt
wird.