EP0153693B1

EP0153693B1 - Druckvorrichtung

Info

Publication number: EP0153693B1
Application number: EP85101843A
Authority: EP
Inventors: Frank Dorner
Original assignee: Kunz KG
Current assignee: Kunz KG
Priority date: 1984-02-23
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1989-05-17
Also published as: DE3570211D1; CA1230999A; DE3406470C1; AU3906785A; EP0153693A2; EP0153693A3; ES540526A0; DE3406470C2; AU578451B2; JPH0380429B2; JPS61179765A; ATE43102T1; US4650350A; ES8607828A1; ZA851204B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Prägefolie zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere von Kunststoffkarten.
Zum fälschungssicheren Personalisieren von Identitätskarten, Berechtigungskarten, wie Scheckkarten und dergleichen, aus Kunststoff ist es bekannt, Druckvorrichtungen mit positiven Prägetypen zu verwenden, mit denen die entsprechenden personenbezogenen alphanumerischen Daten in die Karten eingeprägt werden, so daß sie beim Prägen von der Kartenvorderseite her erhaben vorstehen bzw. beim Prägen in die Kartenvorderseite hinein als Vertiefungen vorliegen.
Im erstgenannten Fall wird im allgemeinen nach dem Einprägen noch ein Einfärben der erhaben vorstehenden Daten mit einer Prägefolie durchgeführt. Aufbau und Funktion einer solchen Prägefolie werden nachstehend noch näher erläutert. Im letzteren Fall kann der Druckvorrichtung beim Prägen ein Farbband zum Einfärben der Daten zugeführt werden.
Bei der geschilderten bekannten Art der Personalisierung können nur die in der Druckvorrichtung vorhandenen Buchstaben- und Zahlentypen gedruckt werden. Auch ist die Geschwindigkeit beim Drucken mit Prägetypen bekanntlich beschränkt. Die dafür nötigen Maschinen sind mechanisch sehr aufwendig, reparaturanfällig und teuer.
Weiterhin kann in dem für das Einprägen vorgesehenen Bereich der Karte kein mit magnetisch ablesbaren Daten versehenes Magnetband vorgesehen werden, das heutzutage bei Identitäts- und Berechtigungskarten häufig vorliegt. Ein derartiges Magnetband würde nämlich beim Einprägen der Daten zerstört werden. Gleiches gilt für Karten mit integrierter Mikroschaltung (IC's), da sich diese im allgemeinen zumindest über einen Großteil der Kartenfläche erstrecken. Mit IC's versehene Karten sind nach den geschilderten bekannten Druckverfahren daher überhaupt nicht bedruckbar.
Auch ist es bekannt, Identitäts- und Berechtigungskarten mit einer Papierschicht zwischen der Kunststoffträgerschicht und einer Schutzfolie zu verwenden und die Papierschicht mit einem programmgesteuerten Laserstrahl zu verfärben. Damit können zwar nicht nur vorgegebene Buchstaben und Zahlen erzeugt werden, vielmehr ist es auch möglich, die Größe der Buchstaben und Zahlen zu variieren oder chinesische oder arabische Schriftzeichen oder Bilder aufzuzeichnen. Die mit einem Laserstrahl arbeitenden Vorrichtungen sind jedoch außerordentlich kostspielig. Darüber hinaus dürften auch sie sich nicht zur Herstellung von mit einem IC versehenen Karten eignen.
Um eine rasche Wiedergabe der Daten in der modernen Datenverarbeitung und Datenübertragung zu ermöglichen, sind sogenannte Thermodrucker entwickelt worden. Diese weisen einen Druckkopf auf, der mit einem mit thermosensitiver Farbe beschichteten Papier in Kontakt gebracht wird. Thermodrucker haben den Vorteil, daß mit ihnen nicht nur vorbestimmte Buchstaben und Zahlen gedruckt werden können, sondern beispielsweise auch Bilder, Buchstaben und Zahlen unterschiedlicher Größe und Schriftart sowie chinesische und arabische Schriftzeichen.
Die bekannten Thermodrucker arbeiten üblicherweise nach dem Prinzip eines Punktdruckers, bei dem eine Vielzahl von Punkten zusammengesetzt die auszudruckenden Zeichen ergeben. Zu diesem Zweck weist der Druckkopf eine Vielzahl von Heizelementen auf, welche in einer Reihe angeordnet sind und diese Punkte ausdrucken. Das thermosensitive Druckpapier wandert dabei im rechten Winkel zu der Heizelementen-Reihe. Die Heizelemente werden einzeln angesteuert, so daß sich die Farbe des thermosensitiven Papiers nur an den angesteuerten Heizelementen ändert. Auf diese Weise wird das gewünschte Muster auf das Papier aufgedruckt. Ein derartiger Thermodruckkopf ist beispielsweise in dem Prospekt « Introduction to Thermal Print Head Technology der Firma Rohm beschrieben.
Zur Personalisierung von Identitäts- und Berechtigungskarten sind diese Thermodrucker jedoch nicht geeignet. Das thermosensitive Papier ist nämlich weder UV- noch chemikalienbeständig, so daß es sich mit der Zeit verfärbt. Auch ein Aufpressen einer Schutzschicht ist wegen der dazu erforderlichen erhöhten Temperatur nicht möglich. Ferner läßt sich die thermosensitive Schicht mit sichtbarer Farbe kaum bedrucken, was jedoch für unveränderbare, z. B. nicht personenbezogene Daten häufig gefordert wird.
Aus der DE-A-2 315 226 und der EP-A-0 098 033 sind Thermodrucker mit einem Farbband bekannt. Ein solches Farbband besteht aus einer Trägerfolie und einer Schicht aus einer schmelzbaren Masse mit einem Farbstoff und ist zum Bedrucken von Papier bestimmt. Um unter Verwendung derartiger Farbbänder Kunststoffoberflächen mit einem Thermodruckkopf zu bedrucken, ist es bekannt, die Farbschicht mit einem sublimierbaren Farbstoff zu versehen, wobei der abgelöste Farbpunkt auf der Kunststoffoberfläche mit einer Infrarotquelle bestrahlt wird, um ihn in die Kunststoffoberfläche eindringen zu lassen (Prospekt « A new method of non-impact printing •, Seite 10, der Firma Armor S. A., Nantes, Frankreich). Die Anordnung ist durch das spezielle Farbband und die Infrarotquelle relativ aufwendig und erlaubt darüber hinaus nur ein relativ langsames Drucken.
Bekannt sind weiterhin sogenannte Prägefolien. Dabei handelt es sich um Verbundfolien, die aus einer Trägerfolie, z. B. einer Polyesterfolie mit einer im allgemeinen wachshaltigen Trennschicht, einer sich an die Trennschicht anschließenden Farbschicht und einer an die Farbschicht anschließenden thermoreaktiven Kleberschicht bestehen, wobei zwischen Trennschicht und Farbschicht üblicherweise noch eine Lackschutzschicht vorgesehen ist.
Die Prägefolien werden mit heißen Prägepressen (sogenanntes Hot Stamping) mit einem Druck von mehreren 100 kp oder gar mehreren Tonnen aufgepreßt, wie beispielsweise dem Prospekt « Prägefolien Programm •, letzte Seite, der Firma Leonhard Kurz, Fürth, vom Mai 1978 zu entnehmen. Dabei wird die Kleberschicht aktiviert, so daß eine Trennung der Verbundfolie an der Trennschicht herbeigeführt wird, wobei die Trägerfolie entfernt wird und die gegebenenfalls mit einer Lackschutzschicht versehene Farbschicht an dem betreffenden Gut haftet. Eine heiße Prägepresse für Prägefolien mit einem elektromagnetisch betätigbaren Prägestempel ist aus der CH-A-458 411 bekannt. Derartige Prägefolien werden für die verschiedensten Zwecke verwendet. Dank ihrer ausgezeichneten Haftfähigkeit werden sie z. B. zum Beschichten von Kraftfahrzeugstoßstangen oder von Badewannen eingesetzt. Auch dienen sie zum Bedrucken unterschiedlichster Materialien, wie Papier, Leder, Holz usw. Das Bedrucken erfolgt dabei mit einem auf die Aktivierungstemperatur des Klebers erwärmbaren, erhöhten Druckstempel als Druckklischee.
Aus der DE-A-1 449 637 ist es bekannt, mehrere derartigen Druckklischees entsprechende Druckstempel, die selektiv bewegbar sind, um den bei Verwendung einer Prägefolie erforderlichen hohen Druck zu erhalten, nebeneinander anzuordnen, um Buchstaben auf irgendwelche Träger aufzubringen. Die bekannte Stempelanordnung ist jedoch im wesentlichen mit den gleichen Nachteilen behaftet, wie die eingangs geschilderten Prägevorrichtungen, d. h. die Druckgeschwindigkeit ist gering, die dazu erforderliche Druckvorrichtung ist mechanisch aufwendig, reparaturanfällig und teuer und der Zeichenvorrat wird durch die Anzahl der Druckstempel begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststoffoberflächen durch eine einfach aufgebaute Druckanordnung schnell und mit weitgehend variablen Zeichen zu bedrucken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Prägefolie als Farbübertragungsmaterial für eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffo- ber^flächen mit einem einzeln ansteuerbare Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf verwendet wird, der mit einem für derartige Druckköpfe üblichen, relativ geringen Druck an die Prägefolie angedrückt wird.
Erfindungsgemäß kann ein handelsüblicher Thermodruckkopf verwendet werden. Die Kosten der erfindungsgemäß verwendeten Druckvorrichtung sind dadurch um ein Vielfaches geringer als bei den vorstehend geschilderten bekannten Vorrichtungen zum fälschungssicheren Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere von Identitäts- oder Berechtigungskarten aus Kunststoff. Auch wird erfindungsgemäß die hohe Druckgeschwindigkeit des Thermodruckkopfes ausgenutzt, d. h. es lassen sich beispielsweise Scheckkaten in wenigen Sekunden personifizieren.
Als Prägefolien können gleichfalls handelsübliche Prägefolien mit Erfolg eingesetzt werden, beispielsweise die Prägefolien der Firma Leonhard Kurz, Fürth. Dabei kann es sich um Metallfolien handeln, bei denen als Trägerschicht z. B. ein Polyesterfilm dient und als Metall aufgedampftes Reinst-Aluminium zur Anwendung kommt. Weitere geeignete Metallfolien sind z. B. Echtgoldfolien, Chromfolien oder Bronzefolien. Auch Farbfolien, Imitationsgoldfolien usw. sind geeignet.
Der Umstand, daß es im Hinblick auf die hohen Drücke, die beim Aufpressen von Prägefolien mit Prägepressen erforderlich sind, möglich ist, mit einem Thermodruckkopf, der nur einen relativ mäßigen Andruck erlaubt, mit einer Prägefolie einen zufriedenstellenden Abdruck auf einer Kunststoffoberfläche zu erhalten, ist als überraschend anzusehen.
Der Grund für diesen nicht vorhersehbaren Umstand dürfte darin bestehen, daß trotz der kurzen Ansteuerzeit die Heizelemente auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt werden, wodurch eine explosionsartige Ausdehnung der Trägerfolie an den betreffenden Stellen erfolgt. Dadurch wird eine zusätzliche Druckkomponente auf den sich ablösenden Farbpunkt ausgeübt und damit eine innige Verbindung desselben mit der Kunststoffoberfläche herbeigeführt.
Um eine gute Temperaturübertragung von den Heizelementen des Thermodruckkopfes auf die Prägefolie bzw. die Kleberschicht zu gewährleisten, ist eine plane Auflage für das zu bedruckende Material erforderlich.
Aus dem gleichen Grund ist es erforderlich, daß das zu bedruckende Material zumindest quer zur Transportrichtung die gleiche Dicke aufweist. Auch sollte die Rauhtiefe des zu bedruckenden Materials unter 10 f.Lm liegen. Andernfalls muß die Einwirkungszeit und/oder der Druck des Druckkopfs erhöht werden.
Da die Heizelemente des Thermodruckkopfes einzeln EDV-ansteuerbar sind, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beliebige Druckwerke hergestellt werden, also neben alphanumerischen Daten z. B. auch Bilder oder Strichcodes. Auch kann die Farbe der Prägefolie und damit des Druckwerks beliebig gewählt werden.
Wie erwähnt, weisen die im Handel befindlichen Prägefolien eine derart große Haftung auf, daß sie selbst für hochbeanspruchte Bauteile, wie Kraftfahrzeugstoßstangen, heuzutage Verwendung finden. Diese hohe Haftung kommt auch nach der Erfindung voll zur Geltung und hat eine entsprechende hohe Fälschungssicherheit der erfindungsgemäß hergestellten Druckwerke zur Folge.
Weiterhin können erfindungsgemäß auch mit einem Magnetband oder einem IC versehene Identitäts- oder Berechtigungskarten fälschungssicher bedruckt werden, und zwar über die volle Fläche der Karte.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen :

Figur 1 einen Schnitt durch eine handelsübliche Prägefolie in stark vergrößerter Wiedergabe;
Figur 2 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Druckvorrichtung ;
Figur 3 eine Ansicht des Thermodruckkopfes der Vorrichtung von unten in stark vergrößerter, schematischer Wiedergabe ; und
Figur 4 eine nach der Erfindung mit alphanumerischen Daten bedruckte Karte.

Gemäß Figur 1 wird eine handelsübliche Prägefolie durch eine Verbundfolie gebildet, die aus einer Trägerschicht 1, z. B. aus Polyethylen, einer Trennschicht 2, z. B. aus Wachs oder einem wachsähnlichen Material, einer Lackschicht 3, einer Farbschicht 4 und einer beispielsweise bei einer Temperatur von ca. 110°C thermoaktivierbaren Kleberschicht 5 besteht.
Statt Polyethylen kann die Trägerschicht lauch aus Polyester bestehen. Sie weist meistens eine Dicke von 5 bis 50 µm, vorzugsweise 12 bis 25 µm auf. Die Trennschicht 2 ist als Ablöseschicht sehr dünn ausgebildet. Die Lackschicht 3 besitzt eine Dicke von 0,5 bis 3µm, vorzugsweise 1,25-1,50 µm. Die Farbschicht 4 kann z. B. durch eine Metallisierung mit einer Dicke von 0,01 bis 0,10 J.Lm, vorzugsweise 0,02 bis 0,05 µm gebildet sein. Die Klebeschicht 5 wird meistens in mehreren Lagen aufgebracht und hat eine Dicke von 0,5 bis 5 µm, vorzugsweise 1,5 bis 3 µm.
Die Lackschicht 3 verleiht die gewünschte Farbe. So entsteht bei einer farblosen Lackschicht 3 und einer nachfolgenden Metallisierung oder Farbschicht 4 aus Reinstaluminium eine silberne Farbe. Ist die Lackschicht 3 z. B. gelb transparent eingefärbt wird eine goldene Farbe erzeugt. Falls die Farbschicht 4 durch einen Pigmentfarbstoff gebildet wird, weist sie eine Stärke von einigen µm auf. Der Aufbau der Prägefolie ist z. B. auch beschrieben in der Broschüre « Das Prägen auf Kunststoffen der Firma Leonhard Kurz, Fürth.
Wird ein z. B. auf 120 °C erhitztes Preßwerkzeug auf die Trägerschicht 1 gedrückt, so wird die Kleberschicht 5 aktiviert, wodurch sie die Farbschicht 4 einschließlich der Schutzlackschicht 3 mit der Unterlage verbindet, während sich die Trägerfolie 1 unter Erweichung der Wachsschicht 2 löst.
Gemäß Figur 2 weist die Druckvorrichtung beispielsweise ein um Rollen 6 und 7 umlaufendes Transportband 8 auf, auf dem das zu bedruckende Material 9, z. B. Scheckkarten, dem Thermodruckkopf 10 zugeführt wird. Falls sie einen magnetisierbaren Träger (z. B. ein Magnetband) aufweisen, können auf die Scheckkarten vorher die gewünschten Daten magnetischaufgezeichnet werden.
Weiterhin sind zwei Druckrollen 11 und 12 vorgesehen, die das zu bedruckende Material 9 fest gegen das Transportband 8 drücken, sowie eine Gegendruckwalze 13, die direkt unter dem Druckkopf 10 angeordnet ist und das auf dem Transportband 8 liegende, zu bedruckende Material 9 beim Drucken gegen die Unterseite des Thermodruckkopfes 10 hält.
Die Prägefolie 14 wird von einer Abwickelwalze 15 abgewickelt und dem zu bedruckenden Material 9 und dem Druckkopf 10 über eine Umlenkwalze 16 zugeführt. Die Rolle 6, die das Transportband 8 antreibt, wird ihrerseits von einem Schrittmotor 17 angetrieben.
Der Schrittmotor 17 ist so ausgelegt, daß er z. B. je ein Millimeter Transportweg des zu bedruckenden Materials 9 drei Schritte durchführt.
Gemäß Figur 3 weist der Druckkopf 10 an seiner Unterseite eine sich über die gesamte Druckbreite erstreckende, quer zur Transportrichtung des Materials 9 verlaufende Reihe von Heizelementen 18 auf. Bei den Heizelementen 18 kann es sich um Widerstände handeln, die auf einem Keramiksubstrat 19 angeordnet sind. Der Abstand benachbarter Heizelemente voneinander beträgt dabei beispielsweise 0,3 mm, gemessen von Mitte Heizelement 18 zu Mitte Heizelement 18.
Die Heizelemente 18 sind über auf das Keramik- Substrat 19 aufgedampfte Leiterbahnen 21 an Mikrochips 22 angeschlossen. Die Mikrochips 22 weisen dabei eine Dicke auf, die größer ist als der Vorstand der Heizelemente 18 über das Keramik- Substrat 19, der ca. 0,3 bis 0,4 mm beträgt. D. h. ein ebenes, starres oder schwer biegsames Material, insbesondere eine Kunststoffkarte, kann mit den Heizelementen 18 nicht in Kontakt gebracht werden, wenn die Mikrochips 22 und die Heizelemente 18 in einer Ebene des Keramik-Substrats 19 aufgebracht sind.
Um einen Kontakt zwischen den Heizelementen 18 und einer nicht oder schwer biegsamen Karte herzustellen, wird bevorzugt der Thermodruckkopf 10 so ausgestaltet, daß die Heizelemente 18 die am weitesten vorstehenden Bereiche an der Unterseite des Thermodruckkopfes 10 bilden, d. h. von dem Keramik-Substrat 19 weiter vorstehen als die Mikrochips 22. Dies kann beispielsweise durch Anordnung der Mikrochips 22 in einer Ausnehmung im Keramik-Substrat 19 erreicht werden oder durch Anordnung der Mikrochips an einer Fläche des Keramik-Substrats 19, die mit der Ebene der Unterseite des Thermodruckkopfs, an der sich die Heizelemente 18 befinden, einen Winkel von vorzugsweise weniger als 90° einschließt, um scharfe Kanten für die leiterbahnen 21 zu verhindern.
Die Heizelemente 18 erreichen die für die Aktivierung der Kleberschicht 5 erforderliche Temperatur von z. B. 120 °C bei einem Strom im Bereich von 1 mA in wenigen ms.
Die Heizelemente 18 sind mit einer EDV-Anlage ansteuerbar. Der Druckkopf 10 ist um eine quer zur Transportrichtung bzw. parallel zur Reihe der Heizelemente 18 verlaufende Achse, wie in Figur 2 durch den Pfeil 20 angedeutet, mittels einer nicht dargestellten Einrichtung von dem Transportband 8 bzw. dem darauf liegenden Material 9 weg und auf dieses zu verschwenkbar. Auf diese Weise wird der Druckkopf beim Drucken zwischen jeweils zwei Transportschritten gegen das zu bedruckende Material 9 gedrückt und während des Transports des Materials 9 entlastet. Auch kann eine Entlastung des Druckkopfes dann durchgeführt werden, wenn die Heizelemente 18 nicht angesteuert sind. Die Ansteuerung der Einrichtung, mit der der Druckkopf 10 gegen das zu bedruckende Material 9 gedrückt wird, erfolgt ebenfalls mittels der EDV-Anlage.
Die in Figur 2 und 3 dargestellte Druckvorrichtung kann in zwei Koordinaten schreiben. Die x-Koordinate erstreckt sich dabei in der Transportrichtung des zu bedruckenden Materials, die y-Koordinate im rechten Winkel dazu. Die Daten für die x-Koordinate, also das Zeitraster bestehen aus einem Bit. Die Daten für die y-Koordinate, aufgrund deren die EDV-Anlage die zu aktivierenden Heizelemente 18 ansteuert, bestehen aus mehreren Bit. Die Steuerung und Taktun-g des Transports des zu bedruckenden Materials erfolgt mit dem x-Bit in der Weise, da nach dem Setzen des x-Bits der Motor 17 das zu bedruckende Material 9 um beispielsweise 0,3 mm am Druckkopf vorbeitransportiert. Wie erwähnt, wird im Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Transportschritten die Einrichtung angesteuert, die den Druckkopf gegen das Material 9 drückt. Gleichzeitig werden aufgrund der y-Bit die zu aktivierenden Heizelemente 18 angesteuert und dadurch erwärmt. Jedes angesteuerte Heizelement 18 führt zu einer punktförmigen Aktivierung der Kleberschicht 5 und damit zu einem fixierten Punkt der Farbschicht 4. Durch die Größe des Abstands benachbarter Heizelemente 18 und die Größe der Transportschritte in x-Richtung wird die Rasterdichte des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Druckwerks bestimmt.
Da der Druckkopf 10 die Prägefolie 14 gegen das zu bedruckende Material 9 drückt, braucht - bei der Vorrichtung keine separate Transporteinrichtung für die Prägefolie 14 vorgesehen werden.
Der Druckkopf 10 ist mittels einer elektrischen Widerstandsheizung auf eine konstante Temperatur von 110°C vorgeheizt, also auf 10 °C unter der Aktivierungstemperatur der Kleberschicht 5 der Folie 14. Dadurch wird die Aufheizzeit des Heizelements 18 reduziert und ein rascheres und gleichmäßigeres Bedrucken ermöglicht.
In Figur 4 ist eine Kunststoffkarte abgebildet, die mit der Vorrichtung mit alphanumerischen Daten versehen worden ist.
Weiterhin kann die Vorrichtung statt des in Figur 2 gezeigten stationären Druckkopfes 10 auch so ausgebildet sein, daß der Druckkopf 10 schrittweise über das zu bedruckende Material bewegt wird, was beispielsweise beim Bedrucken großer Gegenstände sinnvoll ist. Beispielsweise ist diese Ausführungsform der Vorrichtung beim Bedrucken von Skiern anwendbar, um z. B. abhängig von variablen Daten, wie der Fabrikationsnummer, einen Strichcode aufzubringen.

Claims

Verwendung einer Prägefolie als Farbübertragungsmaterial für eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen mit einem, einzeln ansteuerbare Heizelemente aufweisenden Thermodruckkopf, der mit einem für derartige Druckköpfe üblichen, relativ geringen Druck an die Prägefolie angedrückt wird.