JP2005535483A - レーザー支援複製プロセス - Google Patents

Abstract

基体にマーキングを施す装置およびプロセスである。マーキングが施された基体は偽造を防止するセキュリティー機能として、例えば、クレジット・カード、身分証明書、あるいは銀行券のようなドキュメントに貼付される。このようなセキュリティー機能は回折またはホログラフィック構造体を備えている。マーキングはモールド成形によって施される。成形型を交換することにより、マーキングの構成を変更することは可能であるが、それには時間を要する。本発明の新しい装置およびプロセスの目的は安価な装置によって個別化されたマーキングを基体に施すことができるようにすることである。
新しい装置は、複製面を有する複製ローラの形態を成す複製装置（４１）、放射線（３０）を発生する装置、および、反対圧力面を有する反対圧力装置（４２）を備え、複製装置（４１）の複製面と反対圧力装置（４２）の反対圧力面との間に基体（４３）を配することにより、複製面と基体（４３）との接触領域（５３）において、複製面の付形領域が基体（４３）に造形される。

Description

本発明は基体、好ましくはフィルム、特に転写フィルムに、マーキング、例えば、数字、文字、表面パターン、表面画像、または装飾を施すプロセスに関するものである。このプロセスは制御可能なエネルギー源からの放射線の形態を成すエネルギー、好ましくはレーザー光を複製装置の複製面に注入することにより、少なくとも１つの付形領域を画成し、この付形領域を複製装置によって押圧された基体に造形するものである。また、本発明は基体、好ましくはフィルム、特に転写フィルムにマーキング、例えば、数字、文字、表面パターン、表面画像、または装飾を施す装置に関するものでもある。この装置は、複製面を有する複製装置、複製面の少なくとも１つの領域に放射線を照射することにより、少なくとも１つの付形領域を画成するための放射線発生装置、好ましくはレーザー装置、および反対圧力面を有する反対圧力装置を備え、複製装置の複製面と反対圧力装置の反対圧力面との間に基体を配し、複製面と基体との接触領域において、基体に付形領域を造形するものである。

セキュリティー機能によってクレジット・カード、身分証明書、あるいは銀行券のようなドキュメントを保護することは今や通例になっている。セキュリティー機能の偽造防止特性は高度かつ特別な知識に基づいていると共に、その製造には広範囲に及ぶ装置が必要である。特に成功を収めている複写が困難なセキュリティー機能に光学可変素子がある。このセキュリティー機能の実施の形態においては、セキュリティー機能の真正性の目視検査において光の入射角または視角が変化すると、例えば、色彩、モチーフ、またはその両方が変化する回折構造体またはホログラフィック構造体が用いられている。従って、別に補助器具がなくても真正性をチェックすることができる。一般に、このようなセキュリティー素子の主要構成要素は、回折構造体またはホログラフィック構造体が表面レリーフとしてエンボス加工されている熱可塑性層またはＵＶ固化層である。この層は転写フィルムの一部を成すことができ、その場合には、まずセキュリティー素子が製造され、その後保護するドキュメントに転写される。また、保護物品に直接貼付可能な別の層を前記層に付加することもできる。表面レリーフは、例えば、特許文献１に記載されているような回転式型押シリンダー、または特許文献２に記載されているような型押パンチによって成形型から熱可塑性層に転写される。回折構造体またはホログラフィック構造体は繊細であるため、成形型の製造には高い技術力と高コストが要求される。成形型の製造に当っては、まずマスターとも呼ばれるパターンが、例えば、干渉性レーザー・ビームとエッチング処理、または電子ビームによって形成され、次いで一般にガルバニック成形によって作製される。

前記周知のプロセスの場合、偽造防止機能を向上させるため、各々のドキュメントに同じセキュリティー機能を使用せず、それぞれのドキュメントまたはドキュメントの所有者に対応して作製する努力がなされている、即ち個別化されている。ここにおいて、前記プロセスには２つの問題がある。

１つは多数の個別マスターを作製する必要があり、非常にコスト高になることである。もう１つは複製装置の成形型を交換する必要があり、装置の準備時間が非常に長くなることである。成形型の部分領域のみを造形する個別化セキュリティー機能を製造するための別のプロセスおよび装置が知られている。

成形型の部分領域のみを選択的に熱可塑性層に造形するレリーフ・パターンを熱可塑性情報担体に型押しするプロセスが特許文献３に記載されている。プロセス工学の面から見ると、電流を通す加熱バンドによって選択された付形領域のみが加熱されるか、または高さが調整可能な部分領域を備えた反対圧力装置によって選択された付形領域のみが基体に押圧される。このプロセスにおいては、加熱バンドの長時間のヒートアップおよび冷却時間中における熱伝導によって付形領域の境界が不明瞭になるため高局部解像度が望めないこと、あるいは付形領域の寸法が加熱バンドの寸法または高さが調整可能な部分領域の寸法に限定されてしまうという問題があるため、局部解像度が低いものに限定される。

基体にマーキングを施す装置およびプロセスが特許文献４に記載されている。この装置は非加熱式型押成形型を成す複製装置および反対圧力装置を成す加圧プレートを備えている。型押成形型は造形予定の微細構造体を備えた複製面を有している。また、前記装置は反対圧力装置を通して基体に照射されるレーザー・ビームを発生するレーザー装置も備えている。この周知の装置においては、まず型押パンチによって基体が加圧プレートに押圧される。基体の型押領域に直接入射したレーザー・ビーム、および型押パンチの複製面で反射した放射線が吸収されることにより、基体が局部的に選択加熱され、永続的に変形可能な温度に達する。このように、レーザー・ビームの位置を合わせることにより、付形領域を選択し転写することができる。このプロセスおよび装置の限界は複製装置が型押パンチの形態を成していることである。即ち、プロセスが循環処理モードに限定され、高生産性が望めないことである。
欧州特許第０４１９７７３号明細書 独国特許発明第２５５５２１４号明細書 瑞西国特許第５９４４９５号明細書 欧州特許第０１６９３２６号明細書

本発明の目的は、基体、好ましくはフィルムに適切に個別化されたマーキングを施すことができるプロセスおよび安価な装置を提供することである。

この目的は請求項１記載のプロセスおよび請求項１１記載の装置によって達成される。

本発明のプロセスにより、基体、好ましくはフィルム、特に転写フィルムにマーキングを施すことができる。基体に付形領域を画成するため、制御可能な付加エネルギー源により複製面の少なくとも部分領域を温度制御し、放射線源からの放射線によるエネルギーおよび制御可能な付加エネルギー源からのエネルギーを注入することにより、複製面の少なくとも一部に複合熱領域を画成する。複合熱領域を成す複製面の部分、または複合熱領域を補完する領域が付形領域となる。

本発明のプロセスにおいて、まず、成形型の構造化された複製面の領域または少なくとも部分領域が第１温度になるよう付加エネルギー源によって複製装置が加熱される。

次に、複製装置の複製面に放射線を照射し、その一部を複製面に吸収させることによりエネルギーが注入される。

付加エネルギー源による複製装置の加熱効果と放射線の選択的加熱効果とが相まって、温度が異なる領域、特に異なる温度に設定された少なくとも２つの領域が複製面に生じる。この領域の一部が第１温度に設定され、別の部分が放射線の付加に伴う第２温度に設定されることが好ましい。第２温度の領域が、その画成方法から複合熱領域と呼ぶことができる。

第１温度または第２温度のいずれかを造形処理時の作業温度としてプロセスを実行することができるため、造形処理によって第１温度または第２温度の部分領域のいずれか一方を基体に永続的に造形することができる。

個別化されたマーキングは、造形処理における前記温度制御によって選択された複製面の部分領域の付形体から成っていることが好ましい。従って、複製面の温度分布を変更することにより、マーキングの個別化、即ち、付形領域を選択することができる。放射線発生装置、例えば、レーザー装置、またはそれに付随したビーム誘導装置およびビーム成形装置を制御することにより、前記温度分布を変更することができる。

プロセスの好ましい実施の形態において、前記第１温度を基体の可塑温度範囲Ｔ_plastの温度とし、第２温度を基体の可塑温度範囲より高いフロー温度範囲Ｔ_fliessの温度とすることができる。第１温度は少なくとも１００℃、特に、少なくとも１７０℃であることが好ましい。可塑温度は造形結果がマーキングとして基体に永続的に残る基体固有の温度である。可塑温度範囲は基体固有の可塑温度の±２％の範囲であることが好ましい。一般的な可塑温度範囲は１８０℃±３．６℃である。部分領域が可塑温度範囲の温度を有している間に複製装置を基体に加圧接触させると、その部分領域の構造化された複製面が基体に永続的に造形される。前記温度がフロー温度範囲の温度にある場合、成形型を基体から分離したとき、基体の変形材料が流れ始める。その結果、基体材料の造形表面構造体が平坦化され光学的活性構造体としての形態を成さなくなる。このプロセスの実行において、可塑温度に設定され、放射線による付加熱が注入されなかった部分領域が基体に造形される。放射線によって部分領域をネガティブに選択することができる。

プロセスの別の実施の形態によれば、第１温度が可塑温度範囲Ｔ_plastより低い基体の弾性温度範囲Ｔ_elastの温度に、また第２温度が基体の可塑温度範囲に設定される。第２温度は少なくとも１００℃、特に少なくとも１７０℃に設定されることが好ましい。部分領域が可塑温度範囲の温度を有している間に複製装置を基体に加圧接触させると、その部分領域の構造化された複製面が基体に永続的に造形される。弾性温度範囲の温度を有する部分領域は基体を弾性変形するのみである。複製装置を基体から分離すると、造形された表面構造体が弾性復元力によって略元の表面形状に戻り、光学的活性構造体として基体に残らない。従って、この実施の形態は複合熱領域が選択的に転写される。それ故、放射線による付加熱の注入は部分領域をポジティブに選択することを意味する。

基体は複数の層から成ることができる。基体の仕様温度または仕様温度範囲は、特に基体の一部を成す熱可塑性層の温度または温度範囲を意味する。基体の別の層、例えば、担体層は別の温度であってよい。

本発明の好ましい実施の形態において、複製装置が複製ローラの形態を成し、複製ローラの第１角度位置において放射線が照射され、第２角度位置において複製ローラが基体に接触する。複製ローラの回転方向における第１角度位置と第２角度位置との成す角度が非常に小さく、第１角度位置において画成された熱潜像が、複製ローラが第２角度位置に回転した後も明確な輪郭を保持している。このことは、例えば、熱伝導に起因する熱潜像の不鮮明度が複製プロセスの望ましい解像度の逆数より低い場合に達成される。幾何光学における錯乱円の定義を不鮮明度または鮮明さの欠如の尺度とすることができる。限定された実施の形態において、前記角度を０°に近づけ２つの角度位置を重複させることができる。

また、本発明の目的は、複製装置の複製面が複製ローラの外面に設けられた請求項１１記載の装置によって達成することができる。

本発明の装置は基体にマーキングを施す装置である。マーキングは、複製処理によって基体の熱可塑性層、特に本体に造形された、好ましくは回折的またはホログラフ的作用を成す表面構造体、あるいは、好ましくは拡散的または特定の方向に光を散乱する無光沢構造体を有している。基体は各種層材料から成る別の層および担体層を有することができる。マーキングは、図形、数字、文字、表面パターン、表面画像、テキスト、番号、セキュリティー機能、あるいはその他任意の形態を成すことができる。

マーキングは表面付形体を備えた複製面を有する複製装置によって基体に施すことができる。複製装置は少なくとも一部が円筒形を成し回転軸を中心に回転可能な複製ローラの形態を成すことができる。シリンダーの表面、特に外被が複製面を成すことができる。

基体が複製ローラと反対圧力装置との間に配されることにより接触領域が得られる。

例えば、反対圧力プレートまたは反対圧力ローラの形態を成す反対圧力装置が、少なくとも基体の接触領域を支持する反対圧力面を備え、それによって加圧複製ローラが接触領域において基体と協働することができる。

本発明の装置により、造形処理における型押成形型の部分領域を放射線によって意図的に選択することができるため、部分領域の付形体によって形成されるマーキングを個別構成とすることができる。この点において、部分領域から成る個別化された識別表示の複製処理において、セキュリティー機能、具体的には、例えば、回折領域を同時に転写することにより特に有益な効果が得られる。また、本発明の装置は連続非循環モードで動作するため生産性が高い。

本発明の好ましい実施の形態において、放射線が反対圧力装置を通して供給される。この場合、付形領域を画成するための放射線が反対圧力装置またはその一部によって伝送され複製装置に入射する。

この実施の形態において、反対圧力装置も透明にすることができる。反対圧力装置またはその一部、特に反対圧力面の一部に開口部および/または放射線に対し透明な材料を挿入しおよび／または前記装置またはその一部を放射線に対し透明な材料で構成することができる。

別の実施の形態において、反対圧力装置は反対圧力ローラの形態を成している。この場合、反対圧力ローラは円筒形で、シリンダーの表面が反対圧力面を成していることが好ましい。特に、反対圧力ローラは回転軸を中心に回転可能に取り付けられていることが好ましい。

反対圧力装置が反対圧力ローラの形態を成している場合、たとえば、以下に説明する幾つかの方法によって放射線を供給することができる。

第１の方法として、放射線を反対圧力装置の外部を通し、好ましくはビーム伝搬方向が基体の裏面および/または表面に対し角度を成すようにして基体を通して複製面に入射させることができる。

第２の方法として、放射線を直径方向に沿って反対圧力装置内を通すことができる。この場合、放射線は反対圧力ローラの接触面から離間した反対圧力面領域から入射し、接触領域の反対圧力面から出射する。その後、放射線は、好ましくは裏面および/または表面に対し直角に基体を透過し、複製ローラ、好ましくはその接触領域に入射することができる。

第３の方法として、反対圧力ローラが中空体、好ましくは中空シリンダーの場合、放射線は中空体の中空空間から中空体の壁、特にシリンダー壁を透過することができ、好ましくは圧力装置の接触領域から出射することができる。その後、放射線は、好ましくは裏面および/または表面に対し直角に基体を透過し、複製ローラの接触領域に入射することができる。特に、第３の方法において、放射線発生装置、好ましくはレーザー装置、あるいはその一部、またはビーム偏向装置を反対圧力装置内に配することができる。

本発明の装置またはプロセスの別の好ましい実施の形態において、付形領域を画成するための放射線が基体を通して複製面に供給される。放射線が基体の裏面から入射し反対側の表面から出射し複製面に入射する。基体は放射線に対し透明であることが好ましい。別の実施の形態において、放射線が１つ以上の層に部分的または略完全に吸収される。別の実施の形態において、放射線が傾斜を成して基体を透過する。この場合、基体内の放射線の伝搬方向が、基体の裏面および/または表面に対しある傾斜角、特に６０°〜９０°の傾斜角を成して透過する。

本発明の有益な開発成果により、複製面を冷却するための冷却装置が提供される。これにより、特に、熱潜像を消去またはある程度変更することができる。

冷却装置は送風機の形態を成すことができ、この場合、送風機による空気流を複製面に誘導して冷却する。ガス流による冷却も同様に可能であり、この場合にはガス流、好ましくは不活性ガスまたは窒素ガス流によって複製面を冷却する。

別の実施の形態において、冷却装置は冷却ローラの形態を成すことができる。複製ローラから平行移動した位置に配され、線状表面に沿って複製ローラに接触する。複製ローラと冷却ローラとが熱的に接触し、放熱によって複製ローラが冷却される。

複製ローラを用いる場合、複製ローラの回転方向における複製ローラと基体との接触領域と放射線の入射点との間の複製面領域に作用するよう冷却装置を配することが好ましい。
本発明の装置の別の実施の形態において、放射線発生装置がレーザー装置の形態を成している。レーザー装置はスキャナーおよび/またはマスク投影システムを備えていることが好ましい。スキャナーを使用する場合、複製装置の入射点におけるレーザー・ビームのスポット径が０．０５〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。このレーザー・スポットをスキャナーで誘導することにより、複製装置に順次書き込むことができる。この場合、スキャナーは、例えば、偏向ミラーまたは飛行光学系から成る偏向装置を備えたシステムとすることができる。制御手段、好ましくは経路制御手段によって複製装置上のレーザー・スポットの位置を変えることができるため、多様な幾何学的形状、画像、文字および数字を複製装置に書き込むことができる。別の実施の形態において、複製装置の表面をマスク投影システムによって覆うことができる。この場合、ビーム形成システムは、例えば、４ｆ構造体によってレーザー・スポットの形状をマスク開口部の形状に対応させて複製装置にマスク・イメージを形成するものとすることができる。この場合、マスクは剛体マスクであってよいが、制御によってレーザー・ビームを伝送または消衰させる素子、例えば、可動ミラーまたは液晶素子から成るマトリックス配列が必要である。

好ましい実施の形態において、好ましくは放射線発生装置を駆動制御することにより、照射領域を選択制御する制御手段、特に完全にプログラマブルな制御手段が提供される。この実施の形態において、画像処理プログラム、コンピュータ支援プロセス等によって生成された、好ましくはデジタル化されたマーキング・パターンが、例えば、データ・ファイルとして提供される。この情報が制御手段によって変換され、特にレーザー装置を駆動制御することにより、複製装置に入射するレーザー放射面領域のパワー密度が時間に応じて変更される。照射領域を選択制御することにより、付形領域、従って、マーキング・パターンが決定される。

パワー、ビーム方向および/またはレーザー・ビームの表面領域のパワー密度を制御することにより、レーザー・ビームを複数の動作モードで使用することができる。

第１の動作モードにおいて、制御シーケンスに基づいてレーザー・ビームをオン/オフすることにより互いに離間したマーキングを基体に施すことができる。これらのマーキングの構成をすべて同じにするか、または、例えば、通し番号のような個別構成を採ることもできる。

第２の動作モードにおいて、レーザー・ビームを連続的に発生させ、複製ローラ上のレーザー・ビームの入射点を移動させる。レーザー・ビームの入射点は複製ローラの軸と平行に同一方向または異なる方向に移動することができる。レーザー・ビームそのものを平行移動するか、またはレーザー・ビームの角度を変更することにより入射点を移動することができる。この動作モードにより、基体の進行方向に応じて異なるパターンを有するマーキングを施すことができる。この動作モードにより、特に、レーザー・ビームの移動シーケンスを制御することにより、複製ローラの複数回転、即ち、複数の作業サイクルにわたり個別マーキングを施すことができる。このようにして、例えば基体の進行方向の長さが任意のテキストを形成することができる。この動作モードにおける別の方法において、レーザー・ビームを連続的に発生させ、レーザー・ビームのビーム・プロファイルが時間に応じて変更される。

前記２つの動作モードを組み合せることもできる。

本装置の好ましい開発成果により、複製面が表面レリーフによって構造化される。この表面レリーフは造形処理において基体に転写される構造体の陰型である。複製面の一部または全体を構造化することができる。表面レリーフの深さは約０〜２０μｍの範囲が好ましく、０．１〜０．５μｍの範囲が特に好ましい。特に、回折構造体またはホログラフィック構造体を基体に造形する場合、部分領域または関係する全表面領域に表面レリーフを格子構造体として造形することができる。格子間隔、即ち、空間周波数は１０〜４０００本/ｍｍの範囲であることが好ましく、１０００本/ｍｍが特に好ましい。また、空間周波数、格子方向、格子の種類またはその他のパラメータがそれぞれ異なる、好ましくは０．３ｍｍ未満の部分領域に複製面を分割することができる。

本発明の別の実施の形態において、部分領域を周期的に、好ましくは交互に反復させることができる。いくつかの実施の形態において、部分領域を様々に組み合わせることができる。例えば、２〜６、好ましくは３つの部分領域によって画素単位が構成される。複数の画素単位によって表面画像を形成することができる。例として示した３つの部分領域の格子構造体により３原色が表されることが好ましい。前記画素単位または部分領域を定期的または周期的に、例えば格子形状単位または交互に反復させて複製面に配することができる。

また、無光沢構造体を基体に造形する場合、表面レリーフが確率論的または疑似確立論的分布を成す表面付形体を備えることができる。基体上の無光沢構造体は、特別な光学的効果として入射する光を拡散散乱する。無光沢構造体を造形する場合、複製面に均一、確率論的、または疑似確率論的に配することができる、個々の形状および/または方向が同じか、または任意の特性を有する、例えば、溝、チャネル、窪み、孔等を表面レリーフに設けることができる。例えば、表面レリーフが毛羽立った表面に似た面を有することができる。

別の好ましい実施の形態において、金属、特にニッケルまたはニッケル化合物のフィルムから成る圧力押出型または成形型が複製装置に備えられる。ニッケルまたはニッケル化合物から成る金属フィルムを用いることにより、マスター作製のための回折構造体のガルバニック成形が促進される。別の材料として、使用レーザー波長に対する吸収率の高い材料、特にニッケルより吸収率の高い材料を用いることができる。これにより、複製装置、好ましくは複製面における熱潜像の画成に必要なエネルギーを大幅に低減することができる。これにより、パワーの低いレーザー、従って安価なレーザー装置を用いることができる。

本発明の装置およびプロセスの特別な効果は、例えば、ドキュメントまたは個人に固有の個々のマーキングを１つの成形型によって基体に施すことができることである。この場合、造形処理において成形型の部分領域を選択的に活性化または非活性化することができる。

以下、添付図面を参照し、本発明のマーキングを施すプロセスおよび装置の実施の形態の例について説明する。

図１ａは基体４３にマーキングを施す装置の実施の形態の構成を示す概略断面図である。この装置は複製ローラ４１およびその直下に軸が平行に配された反対圧力ローラの形態を成す反対圧力装置４２を備えている。フィルム状の基体４３が複製ローラ４１と反対圧力装置４２との間に水平に配されている。レーザー・ビーム３０が基体４３を透過して複製ローラ４１に入射する。レーザー・ビームの経路は後で詳細に説明する。

金属から成るかまたは金属の外被を備えた複製ローラ４１は、シリンダーの形態を成し、シリンダーの外被が回折体押型４６を成す表面付形体を備えた複製面を構成している。回折体押型４６の深さは略０〜２０μｍであることが好ましく、ライン間隔または空間周波数が１０本/ｍｍ〜４０００本/ｍｍである。複製ローラ４１は内部熱源、即ち、内部で作用する制御可能な熱源（図示せず）によって加熱され、回折体押型４６を備えた複製面全体を温度制御することができる。反対圧力装置４２は円筒ローラの形態を成し、ゴムから成るかまたはゴムから成る外被を備えている。シリンダーの外被が複製ローラ４１の複製面と協働する反対圧力面を構成している。

フィルム状の基体４３は、図１ａにおいて、複製ローラ４１に対向して上方に向いている面である表面１０３と反対圧力装置４２に対向して下方に向いている裏面１０２を有し、厚さ１ｍｍ未満の層複合体を成している。層複合体は熱可塑性層５１、担体フィルム５０、および任意として１つ以上の層、特に異なる層５２、例えば、金属層、干渉層、保護ラッカー層、分離層、担体材料層または接着層を備えている。

矢印４８および４９はそれぞれ複製ローラ４１および反対圧力装置４２の回転方向を示し、図１ａにおいて、複製ローラ４１は時計方向、また反対圧力装置４２は反時計方向に回転する。矢印４７は、図１ａにおいて左方向である基体４３が進む方向を示している。複製ローラ４１、基体４３、および反対圧力装置４２が協働することにより、複製ローラ４１と反対圧力装置４２とが回転する間に、回折体押型４６を有する複製面が一般に調整可能な所定圧力によって基体４３に押圧される。複製ローラ４１、反対圧力装置４２、および基体４３との接触領域によって複製ギャップが構成される。

図１ａにおいて、レーザー・ビーム３０が右下から斜めに延びている矢印によって示されている。図示のレーザー・ビーム３０の経路は、装置入力側の基体４３の下方、即ち、裏面１０２から開始している。レーザー・ビーム３０は反対圧力装置４２を透過せずに複製ローラ４１に達している。レーザー・ビーム３０は３０°未満の入射角で裏面１０２から基体４３入射する。レーザー・ビーム３０の基体４３への入射点は基体４３の進行方向における上流に設定されている。入射角は入射点における基体４３の法線に対する角度である。レーザー・ビーム３０は基体４３を透過して表面１０３から出射し複製面に入射する。複製面の表面部分は複製表面区域７０ａ、７０ｂで示されている。この領域はレーザー・ビーム処理が行われる複製面の領域である。

図１ａに示す装置位置において、第１複製表面区域７０ａが、複製ローラ４１の回転方向において、複製ギャップ５３の手前にある。正確に言えば、基体４３を透過したレーザー・ビーム３０が照射される位置にある。

装置が作動している間、複製ローラ４１は時計方向に連続回転し、レーザー照射ステップの後、複製表面区域７０ａが複製ギャップ５３を通過する。複製ギャップ５３において、レーザーの照射を受けた複製表面区域７０ａが、マーキングとして基体４３に造形される。

図１ａに示す装置位置において、第２複製表面区域７０ｂが、複製ローラ４１の回転方向において、複製ギャップ５３の下流領域にある。複製表面区域７０ｂは既に複製ギャップ５３の上流においてレーザーの照射を受け、複製ギャップ５３において造形を行ったものである。従って、複製表面区域７０に対応して施されたマーキング４５は、基体４３の進行方向において、複製ギャップ５３の下流領域に配されている。

図１ａに示すプロセスの実施の形態において、複製面が制御可能な内部熱源によって弾性温度範囲Ｔ_elastの温度に加熱される。

複製表面区域７０ａおよび７０ｂは、照射プロセスにおいて、レーザー・ビーム３０によって付加エネルギーが注入されることにより更に加熱される。内部熱源の加熱によるエネルギーの注入、およびレーザー・ビーム３０による付加エネルギーの注入により、複製表面区域７０ａ、７０ｂに複合熱領域が画成される。複合熱領域は、例えば、円、多角形 閉じ多角形のような簡単な幾何学形状のみならず、文字、数字、または記号を表す熱潜像を画成する。

図１ａの例では、複合熱領域、即ち、複製表面区域７０ａ、７０ｂが、複製ギャップ５３において基体４３に接触するとき、可塑温度範囲Ｔ_plastの温度になるようエネルギーが注入される。これらの領域が基体４３に永続的に造形される。

複製面の他の部分は、複製ギャップ５３において基体４３に接触するとき、可塑温度範囲Ｔ_plast未満の温度、即ち、弾性温度範囲Ｔ_elastの温度にある。これらの領域は基体４３に永続的に形成されることはない。

造形ギャップにおける造形処理の後、現在画成されている熱潜像を消去し、新たな熱潜像を複製面に画成できるようにすることが好ましい。

現在画成されている熱潜像を消去するため、複製ローラ４１の回転方向における下流に冷却領域が設けられている。複製面が冷却領域を通過し、冷却装置（図示せず）と協働することにより、可塑温度範囲Ｔ_plast未満の温度に冷却される。

その後、再び複製面の温度を弾性温度範囲Ｔ_elastの温度に制御する。

このように、複製面の温度を制御することにより熱潜像を消去することができる。

別の方法として、またはこれに加え、熱伝導によって熱潜像を徐々に消滅させることにより自然に消去することもできる。

図１ｂを参照し、図ａの装置に用いられる基体４３にマーキングを施すプロセスの原理について説明する。

図１ｂは複製面が複製ギャップを通過するときの温度を温度プロファイルＴとして表した座標２０を示す図である。また、図１ｂには温度プロファイルＴに対応したマーキングを担持している図１ａに示す基体４３の領域を拡大した断面も示してある。

造形ギャップにおける造形処理時の複製面の温度が座標２０の縦軸Ｙにプロットされている。また、複製ローラ４１の外周に沿った複製面上の対応する位置が座標２０の横軸Ｘにプロットされている。

Ｙ軸の温度スケールが定性的に３つの範囲に分割されている。即ち、第１の温度範囲は弾性温度範囲Ｔ_elast であり、その上の温度範囲は可塑温度範囲Ｔ_plastである。また、図において最も高い温度範囲はフロー温度範囲Ｔ_fliessである。

造形処理時の複製面の温度がもたらす造形処理後の効果を示すため、座標２０の下部に温度プロファイルＴに対応する基体４３の領域が示されている。基体４３は長手方向が座標２０のＸ軸に平行な方向に向いている。

Ｘ軸に沿った複製面の温度プロファイルが３つの領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩに分割されている。

複製ギャップ５３を通過する際、領域ＩおよびＩＩＩの複製面は弾性温度範囲Ｔ_elastの温度にある。複製ギャップ５３を通過する際の領域ＩＩの複製面の温度は可塑温度範囲Ｔ_plastにある。

領域Ｉの複製面が基体４３に接触すると、弾性変形により基体４３に構造体が造形される。複製面が基体４３から分離すると、基体４３のこれらの領域が弾性復元力によって元の形状に戻り構造体が表面に残らない。

領域ＩＩの複製面と基体４３とが接触すると、基体４３に永続的なマーキングが施される。図１ｂのマーキングは図１ａのマーキングに対応している。

領域ＩＩＩの複製面が基体４３に接触すると、領域Ｉ同様、基体４３には表面構造体が形成されない。

図１ａおよび１ｂのプロセスによって、マーキング４５が基体４３に施される。この点において、レーザー・ビーム３０の照射を受けた表面区域７０ａおよび７０ｂ、即ち、複合熱領域のみが基体に造形される。このようにして施されたマーキング４５を以下ポジティブ画像とも呼ぶ。

以下、図１ａおよび１ｂのプロセスの時間に依存した副次的作用、およびその補償方法について説明する。

図１ａにおいて、回転中の複製ローラ４１の複製ギャップの上流、正確には、複製ギャップ５３に対し略２０°の回転角差を有する領域にレーザー・ビーム３０が入射することにより、複製表面領域７０ａにエネルギーが注入される。照射位置と造形位置とに空間的な間隔があるため、レーザー・ビームの照射プロセスと造形プロセスとの間に時間差が生じる。

この時間差により、例えば、熱伝導によって、複合熱領域の熱（エネルギー）が奪われる。極端な場合、複製ギャップにおける複合熱領域の温度が可塑温度範囲Ｔ_plast未満の温度に低下する。

この熱損失を補償するため、レーザー・ビーム３０によるエネルギーの注入量を適切に増加することにより、複製ギャップを通過する際の複合熱領域の温度が可塑温度範囲Ｔ_plastの温度になるようにする。この増加量は、照射直後、複合熱領域がフロー温度範囲Ｔ_fliessの温度に加熱され、複製ギャップ５３に到達する間に冷却され可塑温度範囲Ｔ_plastの温度になるよう調整される。

前記副次的作用は可塑温度または可塑温度範囲のみならず、例えば、Ｔ_fliess、Ｔ_elastの温度または温度範囲においても同様に発生する。これらに対する補償も前記と同様に行うことができる。

図２ａは図１ａの装置の実施の形態に、本発明のプロセスの第２の実施の形態を用いたものであり、両者の違いは温度管理にある。

図２ａのプロセスにおいて、複製面が制御可能な内部熱源によって可塑温度範囲Ｔ_plastの温度に加熱される。

照射複製領域７０ａ、７０ｂがレーザー・ビーム３０による付加エネルギーの注入により更に加熱される。複製表面区域７０ａ、７０ｂが複製ギャップ５３において基体４３に接触するとき、フロー温度範囲Ｔ_fliessの温度になるようエネルギーが注入される。

複製ギャップにおいて基体４３に接触するとき、非照射領域のみが可塑温度範囲Ｔ_plastの温度にあり、照射領域はフロー温度範囲Ｔ_fliessの温度にある。

第２のプロセスの実施の形態においては、レーザー・ビームの照射を受けた複製表面区域７０ａ、７０ｂ、即ち、複合熱領域を補完する複製面領域が造形される。

このようにして画成された複製面の熱潜像は、図１ａに関連して説明した方法によって消去することができる。

図１ｂと同様の概略図により図２ａのプロセスの実行原理を図２ｂ示す。この場合、温度パターンが図１ｂのものと異なっている。

図２ｂに示す複製ギャップ５３を通過する際の複製面の温度プロファイルＴは、領域ＩおよびＩＩＩにおいて可塑温度範囲Ｔ_plastにあるのに対し、領域ＩＩにおいてはフロー温度範囲Ｔ_fliessにある。

領域Ｉの複製面が基体４３に接触すると、永続的なマーキングが基体４３に施される。

領域ＩＩの複製面が基体４３に接触すると、弾性変形により基体４３に構造体が造形される。複製面が基体４３から分離すると、基体材料が流れ始め、基体４３に造形された構造体は永続的には残らない。

領域ＩＩＩの複製面が基体４３に接触すると、領域Ｉ同様、永続的な表面構造体が造形される。

図２ｂの基体４３は領域ＩおよびＩＩＩに対応する領域に表面構造体を有し、領域ＩＩに対応する領域は言わば治癒され略平坦な表面または確率論的構造を成す表面になる。いずれにしても、領域ＩＩと領域ＩおよびＩＩＩとは肉眼で識別できる。

図２ａおよび２ｂのプロセスにより、マーキング４５が基体４３に施される。この点において、レーザー・ビームの照射を受けなかった領域のみが形成される。このようなマーキングを以下ネガティブ画像とも呼ぶ。

図３は図１ａの複製ローラに相当する複製装置３５の断面図である。複製装置３５は複製面に表面付形体３６を備えている。等温線３２は複製装置３５の表面付形体３６の領域の温度分布を示している。簡略化のため、図ではそれぞれＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３の温度を有する領域を区分する３つの等温線のみを示してある。また、表面付形体３６を有する複製面に誘導照射されるレーザー・ビーム３０、およびその吸収域３１も図解してある。

プロセスの第１ステップにおいて、表面付形体３６を有する複製面の近傍において、複製装置３５の領域Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩが制御可能な熱源によって第１温度に設定される。

第１ステップと時間的に重複することができる次のステップにおいて、複製装置３５の領域ＩＩにレーザー・ビーム３０が照射される。この場合、レーザー・ビーム３０が、表面付形体３６を有する複製面の吸収域３１に吸収される。エネルギーが注入されることにより、吸収域３１の温度Ｔ_１が温度Ｔ_３に上昇する。熱伝導により、温度範囲Ｔ_１が複製装置の下部に移動し、図３に示す熱分布が形成される。初期温度Ｔ_１、エネルギー注入量、レーザー・ビーム３０の照射位置および範囲に依存するが、ポジティブ画像を形成するための図１ｂの温度プロファイル、またはネガティブ画像を形成するための図２ｂの温度プロファイルを複製面に画成することができる。

図４ａおよび４ｂは、本発明のプロセスのそれぞれの実施の形態によって個別セキュリティー機能を形成する方法を示している。それぞれの図の左側に平面図として示してあるのは、例えば、図１ａの複製ローラ４１のような構造化面２を有する複製面の部分領域である。図の右側に平面図として示してあるのは造形処理後の、例えば、図１ａの基体４３のような基体の部分４である。

図４ａにおいて、表面２の文字Ｋを成す表面部分３が基体の可塑温度範囲Ｔ_plastの温度Ｔを有している。この領域以外の表面２は可塑温度範囲Ｔ_plast外の温度を有している。この温度分布による造形処理により、鏡像文字Ｋを成す表面部分が構造化面２の表面付形体によって型押しされることによりポジティブ画像５が基体４３に形成される。

図４ｂにおいて、文字Ｋを成す表面部分が基体の可塑温度範囲Ｔ_plast外の温度Ｔを有し、この領域以外の表面２が可塑温度範囲Ｔ_plastの温度を有している。この温度分布による造形処理によって得られる基体上の永続的な型は、鏡像文字Ｋを成す表面部分を補完する領域が構造化面２の表面付形体によって型押しされたネガティブ画像である。

図５ａは各種部分領域に細分割された回折体押型４６を備えた図１ａに示す複製ローラ４１の複製面の部分を示す図である。これらの部分領域は、空間周波数、レリーフの深さ、方位、格子曲率、プロファイル形状、またはその他のパラメータが異なる限定された数の回折パターンから成っている。多くの可能なオプションの代表として、図では特に方位がそれぞれ異なる３つの回折パターンを有する領域、８０、８１、８２が示されている。各々の部分領域８０、８１、８２はそれぞれ１つの回折パターンのみを有している。これら異なる部分領域８０、８１、８２がピクセルとして規則的に交互に配されている。部分領域８０、８１、８２は、例えば、辺の長さが０．３ｍｍ以下の方形輪郭によって画成された表面フィールドであることが好ましい。本明細書記載のプロセスにより、複製処理において放射線、特にレーザーを照射し、部分領域８０、８１、８２を活性化または非活性化することにより、ポジティブ画像またはネガティブ画像を複製ローラから基体に形成することができる。このようにして形成された画像８５は、部分領域８０、８１、８２に対応する部分領域造形体８０’、８１’、８２’を有している。

この実施の形態において、形成された画像８５がそれぞれ１つの回折パターンを有する画像領域８６、８７、８８を有するよう、即ち、それぞれの画像領域が１つの部分領域８０、８１、８２によって形成された画像領域８６、８７、８８を有するよう回折体押型４６の部分領域８０、８１、８２が複製装置の熱分布によって選択される。即ち、画像領域８６が専ら部分領域８０によって形成され、画像領域８７が専ら部分領域８１によって形成され、画像領域８８が専ら部分領域８２によって形成される。画像８５を観察すると、個別部分領域造形体から成る画像領域８６、８７、８８が、周知技術による画像のように全体が一様な画像領域として見えるが、それぞれが特定の光学特性、例えば、ホログラフィック特性を有している点が異なっている。

図５ｂは回折体押型４６を備えた図１ａに示す複製ローラ４１の複製面の別の部分を図５ａと同様に左側に示した図である。ここでも、回折体押型は異なる部分領域８０、８１、８２を備えている。図５ｂの右側には前記プロセスに従って部分領域８０、８１、８２が選択され、形成された後の異なる画像９５が図解してある。画像９５は画像領域９６、９８、および画像領域９７、９９を有している。画像領域９６、９８はそれぞれ数字、具体的には１および５を成し、１つの種類の部分領域造形体、即ち、部分領域造形体８２’によって構成されている。これに対し、画像領域９７、９９は文字ＡおよびＤを成し、複数の部分領域造形体８１’を含んでいる。図５ｂの部分領域造形体８１’および８２’は回折格子の配列、特に方位が異なっている。図５ｂにおいて、部分領域造形体８２’の回折格子は横に配されているのに対し、部分領域造形体８１’の回折格子は縦に配されている。回折格子を異なる方向に配することにより、角度に依存した回折効果が得られ、幾何学的な情報である数字または文字に加え、画像領域９６、９８、および９７、９９はホログラフィック情報も担持している。画像９５の場合、第１視角において第１文字９６、９８のみが見え、第２視角において第２文字９７、９９のみが見える。

図６ａはマーキングを施す装置の第２の実施の形態を示す、図１ａと同様の図である。図１ａの装置同様、図６ａの装置は複製ローラ４１、基体４３、および反対圧力装置４２から成る構成を採っている。しかし、図６ａの装置は反対圧力装置、およびレーザー・ビーム３０の配置および経路が異なっている。図１ｂを参照して既に説明したプロセスの原理が図６ａに明確に示されている。

図６ａの実施の形態において、反対圧力装置４２は中空空間１０１および外面が反対圧力面を成すシリンダー壁１００を有する中空シリンダーの形態を成している。シリンダー壁１００の内表面は反対圧力面と同心円の関係にある。シリンダー壁１００は放射線に対し透明である、例えば、ガラスまたはプラスチック材料から成っている。

中空空間１０１を発端とするレーザー・ビーム３０は複製ローラ４１に誘導される。レーザー・ビーム３０は中空空間１０１から端を発し、内表面に入射してシリンダー壁１００を透過し反対圧力面から出射する。次いで、レーザー・ビーム３０は基体４３を透過する。基体４３から出射した後、レーザー・ビーム３０は複製ギャップ５３の近傍領域に配された複製表面区域７０ａに照射される。従って、この実施の形態においては、複合熱領域が複製ギャップ５３領域において直接画成される。

別の実施の形態において、レーザー光源の一部または全部、例えば、レーザー・ダイオードが複製ローラ４１に組み込まれるか、または、例えば、複製ローラ４１と同軸方向に延びる１つ以上の導光体または空中ビーム誘導によってレーザー・ビーム３０が中空空間１０１に供給される。また、ビーム誘導装置またはスキャナーのようなビーム成形装置も複製ローラに備えることができる。

構造的および機能的特徴の他、マーキング形成プロセスおよびレーザー・ビーム３０の制御方法も図１ａに示す第１の実施の形態と同様であり、図６ａの装置を用いてポジティブおよびネガティブ画像を形成することができる。

基体にマーキングを施す装置の第１の実施の形態の断面図。 協働システムにおける、図１ａの複製装置の複製面の温度プロファイル、および温度プロファイルに対応した基体上のマーキングの断面を示す図。 別のプロセスを用いた図１ａの装置と同様の装置の断面図。 図２ａの複製装置の複製面の温度プロファイル、および温度プロファイルに対応した基体上のマーキングを示す図１ｂと同様の図。 レーザー・ビームが照射されたときの図１ａの複製装置の複製面の熱分布を示す概略断面図。 ポジティブ画像を形成する方法を説明する図。 ネガティブ画像を形成する方法を説明する図。 図１ａの複製装置の複製面の部分領域および複製装置によって形成されたマーキングを示す概略平面図。 基体にマーキングを施す装置の第２の実施の形態の断面図。 図６ａの複製装置の複製面の温度プロファイル、および温度プロファイルに対応した基体上のマーキングの断面を示す図１ｂと同様の図。

符号の説明

３０ レーザー・ビーム
３１ 吸収域
３２ 等温線
３５、４１ 複製装置
３６ 表面付形体
４２ 反対圧力装置
４３ 基体
４５ マーキング
４６ 回折体押型
５３ 複製ギャップ
７０ａ、７０ｂ 複製表面区域

Claims (19)

1. 基体（４３）に転写フィルムにマーキング（４５）を施すプロセスであって、
   制御可能なエネルギー源からの放射線の形態を成すエネルギー（３０）を複製装置（４１）の複製面に注入することにより少なくとも１つの付形領域を画成し、加圧接触している前記複製装置（４１）によって前記付形領域を前記基体（４３）に造形するプロセスにおいて、
   制御可能な付加エネルギー源により少なくとも前記複製面の部分領域を温度制御し、
   前記放射源からの放射線エネルギー、および前記制御可能な付加エネルギー源からのエネルギーを複製面に注入することにより前記複製面の少なくとも一部に複合熱領域を画成し、
   前記複合熱領域を成す前記複製面の一部によって直接および/または間接的に画成された前記付形領域を前記基体に造形することを特徴とするプロセス。
2. 前記造形処理の間、前記複合熱領域以外の前記複製面の温度を前記基体の可塑温度または可塑温度範囲の温度に設定し、前記複合熱領域の温度を前記基体のフロー温度またはフロー温度範囲の温度に設定することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
3. 前記造形処理の間、前記複合熱領域以外の前記複製面の温度を前記基体の弾性温度または弾性温度範囲の温度に設定し、前記複合熱領域の温度を前記基体の可塑温度または可塑温度範囲の温度に設定することを特徴とする請求項１記載のプロセス。
4. 前記少なくとも１つの付形領域を画成するための前記放射線を、好ましくは複製装置の外部から、または複製装置を通し、前記基体（４３）を通して供給することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のプロセス。
5. 外面に前記複製面を有する回転式複製ローラ（４１）を前記複製装置として用い、前記複製ローラの複製面への前記放射線の照射を、該照射によって画成される複合熱領域を前記基体（４３）に接触させて造形処理を行う前および/または該造形処理の間に行うことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のプロセス。
6. 前記複製ローラ（４１）と協働する反対圧力装置（４２）を用い、前記少なくとも１つの付形領域を画成するための前記放射線を、前記反対圧力装置（４２）または該反対圧力装置（４２）の一部を通して前記複製ローラ（４１）の複製面に供給することを特徴とする請求項５記載のプロセス。
7. 前記複製ローラ（４１）の回転方向における第１角度位置と第２角度位置との成す角度を３０°未満、好ましくは５°未満に設定し、前記第１角度位置において前記複製ローラの複製面に前記放射線を注入し、前記第２角度位置において前記複製ローラ（４１）の複製面を前記基体（４３）に接触させて前記複製処理を行うことを特徴とする請求項５または６記載のプロセス。
8. 前記放射線を前記複製面、例えば、前記複製ローラ（４１）の複製面に領域単位および/または逐次的な点として作用させることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のプロセス。
9. 前記放射線を一次元的または多次元的に移動することにより、該放射線が前記複製面に入射する位置の制御が可能でありおよび／または前記複製面に入射した位置における前記放射線の表面領域のパワー密度の制御が可能であることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載のプロセス。
10. 前記放射線発生装置の駆動制御シーケンスが、前記複製ローラ（４１）の１回転を超えていることを特徴とする請求項５〜９いずれか１項記載のプロセス。
11. 基体（４３）にマーキング（４５）を施すプロセスを実行するための装置であって、
    複製面を備えた複製装置（４１）、
    前記複製面の少なくとも１つの区域（７０ａ、ｂ）に照射することにより少なくとも１つの付形領域を画成する放射線（３０）を発生する装置、および
    反対圧力面を備えた反対圧力装置（４２）
    を有して成り、
    前記複製装置（４１）の複製面と反対圧力装置（４２）の反対圧力面との間に前記基体（４３）を配し、前記複製面と前記基体（４３）との接触領域（５３）において、該基体（４３）に前記付形領域を造形する装置において、
    前記複製面が前記複製ローラ（４１）の外面に配されていることを特徴とする装置。
12. 前記エネルギーの照射において該エネルギーが前記複製面の前記区域に作用する位置と、前記複製面と基体（４３）とが接触する領域との位置が重複および/または前記複製ローラの回転方向において、３０°未満の空間角を成していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記少なくとも１つの付形領域を画成するための放射線（３０）が、前記反対圧力装置（４２）または該反対圧力装置（４２）の一部を通して供給されることを特徴とする請求項１１または１２記載の装置。
14. 前記反対圧力装置（４２）、好ましくは前記反対圧力面が前記放射線（３０）に対し透明であることを特徴とする請求項１１〜１３いずれか１項記載の装置。
15. 前記反対圧力装置が反対圧力ローラ（４２）の形態を成していることを特徴とする請求項１１〜１４いずれか１項記載の装置。
16. 前記反対圧力装置（４２）が完全または部分的な中空体、好ましくは前記反対圧力面に平行および/または該反対圧力面と同心である内表面、および特に前記放射線に対して透明なシリンダー壁（１００）を備えた中空シリンダー、特にガラス中空シリンダーの形態を成していることを特徴とする請求項１１〜１５いずれか１項記載の装置。
17. 前記放射線（３０）発生装置および/またはビーム偏向装置が、前記反対圧力装置（４２）または複製ローラ（４１）の内部に配されていることを特徴とする請求項１１〜１６いずれか１項記載の装置。
18. 前記付形領域を画成するための放射線（３０）が、前記基体（４３）を通して供給されることを特徴とする請求項１１〜１７いずれか１項記載の装置。
19. 前記複製面の温度を制御するための温度制御装置、例えば、特に前記複製面の部分領域を加熱する、好ましくはレーザー加熱装置、誘導加熱装置、抵抗加熱装置、または輻射熱発生装置の形態を成す加熱装置、および/または、特に前記複製面の部分領域を冷却する、好ましくは送風機、ガス流冷却装置、または冷却ローラの形態を成す冷却装置を有して成ることを特徴とする請求項１１〜１８いずれか１項記載の装置。

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