JP4426836B2 - 平面材料をサテン加工およびエンボス加工するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、平板材料をサテン加工およびエンボス加工するための装置であって、第１エンボスロールおよび少なくとも１個の嵌合ロールを含み、該ロールが駆動システムに接続されており、且つ個別にまたは共通に駆動され、互いに弾性的に押しつけられるよう適合されており、該ロールの個々の歯が平坦化されており、エンボス歯が通過する間に平板材料の対応する位置にエンボスマークを作るように設計されており、該エンボスマークの外観が観者の視角ならびに／または光源の種類および／もしくは位置によって変化し、該可変マークを作るエンボス歯がサテン加工を意図したサテン歯とは異なる幾何学的形状および／または面を有する装置に関する。本発明はさらに、本発明の装置内で作られる金属化および／または反射包装ホイルと、本発明の装置の運転方法に関する。

この種の装置は本発明の出願人の国際特許出願ＷＯ０２／３０６６１から公知である。この文献は、目視位置および／または光源に応じて光学的効果を有するサインを作るため、サテン歯とは異なる幾何学的形状および／または面を有し、これにより複製が非常に困難なセキュリティ特徴を作ることを可能にする歯の使用を開示している。開示されている、歯の形状および高さの幾何学的偏差がすべて３０〜１００μｍ（ミクロメートル）の巨視的範囲に含まれる一方で、歯および歯空間底部の表面設計に関していかなる詳細も指定されていない。

同出願人の国際特許出願ＷＯ０２／０７６７１６は、個々の歯が設けられたエンボスロールが同じ歯列が設けられた第２の嵌合ロールおよび個々の歯を有さない嵌合ロールかまたは個々の歯を有さないロールのみと協働する平板材料の処理のための装置を開示している。これは上述の効果のための、特に正確なエンボス加工操作を可能にする。

本発明の出願人の先願特許の知識に基づき出願人の欧州特許ＥＰ−Ｂ−９２５ ９１１において説明されているホイルをサテン加工するための装置は、ロールの歯が、相互に貫入する際に自動安定効果が生じるよう、相互に変位可能に配置された2個のロールを含み、これによって一方で高い加工速度を、他方で高い精度を提供する。第一に、これは均一なサテン加工操作、および相当する歯の機械加工により、精度の高いホイルのエンボス加工を可能にする。

欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ２−０ １９４ ０４２は、基板上のエンボス加工された、第１および第２のパターンを画定する第１および第２の光学的に非回折レリーフ要素がエンボス加工されている物体を開示している。このパターンは均一の反射率を有しており、それらの外観は視角に応じて変化する。この明細書は線状パターンのみを開示しており、サテン加工を意図するものではない。

この従来技術に基づき、本発明の目的は偽造に対するセキュリティ性および装飾効果を高める、より多くの種類の光学的サインをエンボス加工することを可能にするサテン加工装置を提供することである。

これは、該エンボス歯の面および／または該エンボスロールの歯空間底部がミクロ構造を備えることを特徴とする装置により達成される。さらなる利点および特徴は、独立した請求項に関して説明する。

以下、図面を参照しつつ、この発明をより詳細に説明する。

アルミニウム裏打紙または金属化ホイル、あるいはタバコ製品またはチョコレート等の食品の包装用のいわゆる金属化インナーライナー、以下単純化のため「ホイル」と称する、をサテン加工する操作において、表面に、ブランクまたはサテン加工されていない箇所を除いて、ミリメートルおよびサブミリメートル域の非常に微細な正規格子を備える。拡散的に輝くサテン加工された部分が公知のサテン光沢を生じさせる一方、反射する表面のサテン加工されていない部分はロゴ、銘文等に用いられる。これらの箇所に、真正のマークを容易に作ることが可能であろう。

冒頭部分で言及した特許出願のなかで、サテン加工処置のための方法が提案されているが、複製が困難であるセキュリティ特徴を備えるエンボス加工された媒体を提供するために第２処置を追加する。これらのセキュリティ特徴の制作は、当時当業公知であったホイルの繊維状部分の厚さの幾何学的寸法、すなわち１００μｍ程度に基づくものであった。巨視的手段により作られるこのような効果は常にそれらを取り囲む広範なサテン加工された表面との関連において見られなければならない。説明したエンボス加工装置が１００μｍ程度の光学活性幾何学を作る限り、後者は物理学において公知の反射現象および回折現象をもたらすであろう。この方法で得られるコントラスト比は、エンボス加工された材料が光線の進路における障害を形成するのに限られた能力しか有さないため、被覆効果および暗化効果に関して内在的に限定される。この状況において、理想的には、全体的に反射するレリーフパターンに関心が寄せられる。

以下、本発明を微視的領域で、ならびにエンボス加工動作に影響を及ぼす圧力および他のパラメータの最適利用によって動作するエンボス加工装置の開発という側面下で説明すると、サテン加工処置において追加されるパターンが、優れたセキュリティ特徴を作ることが分かる。この目的を達成するため、光学から公知の格子を適当な方法でエンボス歯に設け、それによりホイルのエンボス加工された側を処理する。

従って、本発明のエンボス加工された構造は、１μｍ（マイクロメーター）未満、最大３０μｍの格子距離の、ポジティブな格子構造、すなわち歯表面から突出している構造、またはネガティブな格子構造により作られる。それらのエンボス加工された材料上の配置次第では、これらの格子構造は、ホログラムに類似した多くの回折オーダーまたはカラー現象を妨害するような無色のミクロ構造を作る可能性がある。得られるコントラスト、すなわちいわゆる回折効率は、金属表面を用いることから非常に高いであろう。

適当な格子距離および視角により、視角に応じた色彩効果を生むことが可能である。これは、例えば３０°の視角で１〜３μｍの格子距離を有するミクロ構造によって達成される。以下に説明するが、これらのミクロ構造は、国際特許出願ＷＯ０２／３０６６１に従う、反射効果を作る、より粗いマクロ構造と組み合わせることができ、それにより例えば視角に応じた変化する色の回転ポイント等の装飾効果を可能にする。ミクロ構造はより広い表面およびより長い長さ、すなわち歯の長さおよび表面に渡って延在することができる。

本発明の核心、すなわちロールの個々の歯上に設けられたミクロ構造について述べる前に、可能なロールアセンブリの例を説明する。これに関連して、国際特許出願ＷＯ０２／０７６７１６において説明されている種々のアセンブリを参照して、一例を示すことにする。この明細書において、装置の駆動システムにより駆動されるロールはエンボスロールと呼ばれ、これは従ってサテン効果を提供し、且つ、機械加工された場合、セキュリティ特徴、サイン、および装飾効果を作る個々の歯を備える。要約すれば、装置はロールを備えるが、ロールの構造が関連する場合に、識別がなされる。

ロールの個々の歯は、図示されているとおり、先端を切断したピラミッドまたは切頭円錐形、または半球の形態であってよく、且つ平坦化された部分を備える。

図１はいわゆるピンアップ構成におけるエンボスロール１の断面を示し、すなわち、エンボスロール１の歯２は外方へと突出し、一方第２ロール、すなわち嵌合ロール３は対応するインデント４を備える。ロールは、エンボスロールの歯が嵌合ロールのそれぞれのインデントに係合するよう配置されている。この場合、突出した歯２が平坦化するだけでなく、インデント４の底部が相補的に、平坦化されていない歯として小さい深さを有するならば、より高い効果が達成される。

代替的に、エンボスロールの歯それぞれが嵌合ロールの４個の歯の間に係合する、いわゆるピンアップ−ピンアップ構成を用いることができる。この組み合わせは主に、駆動されたエンボスロールが嵌合ロールを駆動する際に用いられる。

図２の実施態様において、駆動ユニット５を備える装置は、国際特許出願ＷＯ０２／０７６７１６において説明されているように、駆動されたエンボスロール１および、リング７を備えたロールの形態である第１嵌合ロールを含む。続く嵌合ロール８はエンボスロール１のものと同一の歯列、すなわちベースが長手方向の軸に平行または横断して設けられている、同じ歯２、または、図示されているとおり、相補的なインデント４のいずれかを備える。

特殊なパターンをエンボス加工するために、図３中に象徴的に示されているとおり、歯車Ｇ１〜Ｇ３を用いて、それぞれ歯２およびインデント４が設けられたロール１および８をポジティブに同期させることが有利であろう。歯車は一般的に、電子部品等の、それ自体は当業で公知である他の同期化手段を含む同期化要素を代表するものである。

図２および図３の実施態様の変形として、嵌合ロール自体がエンボスロール１により駆動される一方、歯ベルトＺＲを用いた、駆動滑車Ｇ４およびＧ５を有する２個の嵌合ロール６および８の相互同期を図２Ａおよび図３Ａに示す。

また、エンボス加工のプロセスにおいて材料９が強い歪みを受ける場合、ポジティブ同期は特に望ましい。以下の説明において、材料バンド９は、エンボス加工されるべきその金属化された表面が、駆動されたエンボスロール１１へと指向するような方法で装置中を通過する。

図２および図３、ならびに図２Ａおよび図３Ａの例において全てのロールまたはそれらのうちの２個はポジティブに同期されているが、米国特許ＵＳ−Ａ−５ ５９８ ７８４において説明されているとおり、駆動されたエンボスロール１が静止して支持され、且つ歯を備える嵌合ロールがフリーホイールおよび軸支されるような操作を選択することも可能である。この文献によれば、ロールの軸は長手方向、および／または材料の圧力方向ならびに／または移動方向の双方に変位することが可能である。これは、歯の正確な相互係合を提供するという観点からロールの調整を可能とし、従って材料に皺を寄せることなく完全な処理が可能となる。これはまた、本発明の出願人の欧州特許ＥＰ−Ｂ−９２５ ９１１において説明されている。移動可能に軸支されたロールの変位はばね力、空圧、または磁気力によって調整されてもよい。

一般的に、被駆動エンボスロールは、以下で説明するとおり、マクロ構造および／またはミクロ構造が設けられ、且つエンボス加工およびサテン加工を可能とする、エンボス歯を備える。これらのエンボス歯は一般的にピンアップ歯である。他のロール、すなわち嵌合ロールは最も多様化した幾何学的形状、すなわちピンアップ歯、またはピンダウン・インデント、放射リング７、長手方向リッジ、または円滑なラバー表面も有することができる。さらに、場合によっては、いくつかのホイルは構造が駆動されたロール上よりもむしろ嵌合ロール上に設けられることを必要または可能とするであろう。

個々の歯、および、本特許出願においてミクロ構造と呼ばれる、駆動されたエンボスロール１の歯空間底部の表面処理を図４〜図６に示す。図４は、歯２を有するピンアップエンボスロール１の詳細を拡大して示しており、図中、図５に図示した部分Ｐが実線で縁取られている。６個の歯２Ｓ１〜２Ｓ６を図５に示し、適用ミクロ構造にはハッチングを施した。歯は切頭ピラミッドとして図示され、その側端は平行であり、それぞれロールの長手方向に対して垂直であり、ピラミッドは平坦化される。

歯２Ｓ１は、歯の平坦化された部分上にミクロ構造２０と、一方または双方の歯の横側上にミクロ構造２１を備え、且つ歯２Ｓ４は同一の表面構造２０および一方または双方の歯の長手方向側上に、ミクロ構造２２を備える。歯空間底部ＺＧは歯の長手方向側に沿って延在するミクロ構造２３または特定の長さにわたって延在するミクロ構造２４、あるいは歯に対して横方向に延在するミクロ構造２５を備える。

歯２Ｓ２は、側面全体にわたって延在するミクロ構造２６が長手方向側面の一方または双方の上に設けられ、且つ歯２Ｓ３はその平坦化された部分の表面全体を覆うミクロ構造２７を備える。歯２Ｓ５および２Ｓ６は、それぞれ、長手側面の高さに渡って延在する細長いミクロ構造２８または、横側に沿ったミクロ構造２９のみを備える。種々のミクロ構造がホイル上に均等に広範囲にわたってパターンを作るよう設けられることが理解される。

図６Ａ〜Ｄにおいて、歯の頂端および側面上にある直線または弯曲したミクロ構造のいくつかの可能な例を拡大して示す。図６Ａにおいて、ポジティブな格子構造を断面図が示され、個々のリッジ３０は数μｍ離隔している。この構造を任意のミクロ構造２０、２１、２８、または２９に用いてもよく、または例えばミクロ構造２３、２４、または２５内の、歯空間底部上に設けてもよい。

図６Ｂにおいて、陥没部３１が数μｍ離隔した、ネガティブな格子構造を象徴的に示す。

図６Ｃにおいて、格子状の、弯曲したリッジ３２からなる可能なポジティブ・ミクロ構造を斜視図で示す。

図６Ｄにおいて、格子状の、弯曲したグルーブ３３からなる可能なネガティブ・ミクロ構造を斜視図で示す。この構造は、例えばミクロ構造２４または２５に適応されていてもよい。

これら僅かな例に基づき、このようなミクロ構造の製造に関する技術水準に応じて、それぞれ個々の歯上および歯空間底部上、あるいは、歯空間底部のみの上にあるミクロ構造の配置と、ミクロ構造自体との双方のミクロ構造の広範な多様化が可能である。しかし、ミクロ構造の製造は、業界では公知であるが特に電子チップの製造に適合される。このような微細なミクロ構造の製造において、ラッカーまたはエッチング技術等の適当な方法の使用は非常に重要である。

図７は、歯２および部分Ｐを含む、図４と同一のエンボスロール部位１を示す。図８の歯は、マクロ構造およびミクロ構造の双方を備え、マクロ構造という表現は歯の幾何学修正に関し、一方ミクロ構造という表現は歯表面の変更に関する。

図８は、３個の幾何学的に変更のない、図５と同様ミクロ構造が設けられている歯２Ｓ１、２Ｓ４、および２Ｓ６と歯２Ｍ１、２Ｍ２、および２Ｍ３を示し、「Ｍ」という文字はマクロ構造を示す。歯２Ｍ１は、２Ｓ１等の通常の歯よりも強い平坦化を示し、平坦化された部分にはミクロ構造２０が設けられている。

歯２Ｍ２は、より強い平坦化のみを備え、それ以外では不変であり、一方歯２Ｍ３はその幅を半分に減らされる。歯２Ｍ２および２Ｍ３は、ミクロ構造も設けられていてよいことが理解される。歯空間底部は、図８の例において処理されていてもよく、ミクロ構造２５と同様に図５と同一のミクロ構造２３を備えていてもよい。図８の説明は結果的により多くの種類の可能な歯の変更をもたらし、したがって非常に多くの種類のエンボス加工パターンを可能にする。また、エンボス加工用の歯空間底部上の構造のみを用いることも可能である。

歯および歯空間底部上のミクロ構造の製造に関して、いくつかの事項を検討事項が考慮に入れられるであろう。したがって、対応する処理を可能にし、且つ適当な構造を示す、その表面の粗さがミクロ構造のインプレッションを妨害しない材料が選択される。換言すれば、このような基本材料のみをエンボスロール用に選択することができ、その粒径は本質的には例えばこのような格子の完全性および表面品質に支障をきたすことはない。これらの材料は、当技術に優れた者により選択されることができ、ミクロ構造は例えばリソグラフィック彫刻または他の減法または加法方法により生み出されてもよい。

ピンアップ−ピンダウン構成において、歯の平坦化された部分に従いインデントの深さを減らすだけでなく、インデントにおいて相補的なマクロ構造および／またはミクロ構造を提供することが可能である。

色彩効果を生じさせることを可能にする、マクロ構造およびホイル上にエンボス加工されたミクロ構造を、大幅に拡大した倍率で、それぞれ図９および図１０に示す。エンボス加工材料として、例えば６μｍのアルミ層および５０μｍの繊維体積からなるアルミ紙、または本質的に１０〜１００μｍの厚みを有する紙繊維構造および１００Ａ程度の厚みを有し、次いで非常に薄い合成材料の層で保護された蒸着金属の薄層からなる金属化インナーライン等、タバコ産業において通例のものを用いる。

食品包装産業において、少なくとも一部の領域では透明である被覆単層または合成多層を有する、例えばその表面全体または一部の上にエンボス加工された金属ホイル、または金属化された合成ホイルからなる多層材料等のさらに他の材料が一般的に用いられている。金属ホイルは、例えば鉄、鋼、銅、銀、金、および特にアルミニウムのホイルであってよい。合成層は透明または一部の領域で透明および色付きまたは灰色であってよい。単層または多層を含むことができ、熱可塑性材料、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエステル等を用いてもよい。

例えば、適合されたミクロ構造の位置および種類、紙の種類およびその金属コーティング、エンボス加工する位置でのロールの特定の圧力等、エンボス加工の品質に影響する多くの要因がある。

図９の例において、ホイル３５上のエンボス加工されたピラミッド型構造のフランク３４は３０°の傾斜を有する反射平面であると推定される。回折要素に基づき色彩効果を生じさせるために、光の入射の優勢な方向が必要とされ、これは視角と共に見られる色を決定付ける。

図９は、目３６を有する観察者がホイルを水平位置に維持し、一方それを垂直方向に対して約３０°の角度からそれを視察することが可能な構成を示す。太陽３７の光は、３０°の優勢角度で正面から入射する。ｅ＝０．５５μｍを伴う緑色の光に対する回折式ｓｉｎ ａ＝ｅ／Ｅによれば、最適な格子距離はＥ＝０．７μｍという結果になる。利用可能な色彩効果の外観に対する条件は、回折効果、すなわち角分散は、例えばサテン加工による拡散分散よりも大きい。

図１０において、再生困難な識別記号を示す。１８０°回転する際、色彩効果が消滅するよう、ホイル３５の特定のフランク３８のみが格子を設けられている。

図１１において、マクロ構造を持つホイル９の例を示す。垂直または鋭角から目視すると、矢Ｘ１およびＸ３で図示のすべてのピラミッドＰ１〜Ｐ６が可視となる。例えば方向Ｘ２の小角度から目視すると、ピラミッドＰ２、Ｐ４、またはＰ５は消滅し、これにより暗化効果を達成することが可能となる。

図１２はサテン加工されたホイル表面９の詳細を示す。表面上には文字Ｈが以下のように形成されている：インプレッション１１〜１５および１１１〜１１５は、外側面の一方に、図９の原則に従うミクロ構造が設けられている歯の結果である。インプレッション０１３は巨視的に変造された歯によって生じ、残りのインプレッション０１１、０１２、０１４、および０１５は変造されない歯によって生じる。上部から目視されると、ホイル部のすべてのインプレッションはサテン加工された表面として可視である。

方向Ｚから傾斜角で目視した場合、文字Ｈは２個の平行な、着色された脚および暗化された接続脚と共に全体的に可視である。しかし、方向ＸおよびＹから目視すると、文字Ｈは見えず、０１３で暗化されたスポットが顕著である。

上述のとおり、この技術はパターン、文字、数字等を含む非常に多くの種類のエンボス加工された構造を可能にする一方、再生がほとんど困難なミクロ効果がホログラムに類似した構造を生み、製造業者が現場において１回の（単独の）機械的エンボス加工操作で、且つ複雑な技術を用いることなく、もっとも多様なセキュリティマークを製造することを可能にする。

前明細書から、サテン加工装置上に重ね合わされているサブミクロメートル域および最大３０ミクロメートルの微細な構造の用途が、機械的エンボス加工プロセスにおいてホログラムに類似した効果またはコントラストを生じさせることを可能にし、これは、一方で、ホログラムを含むラベルまたはシールと同様に変造不可能なオリジンの表示を提供し、他方で、効果的な装飾を提供する。

いわゆるピンアップ−ピンダウン構成のエンボスロールおよび嵌合ロールを示す。 ３個の同期されたロールのアセンブリを示す。 図２の代替的実施態様を示す。 図２に示すアセンブリのための同期ギアを示す。 歯列ベルトを用いた嵌合ロールの同期を示す。 図１に示すエンボスロールの詳細を拡大して示す。 図４の詳細をさらに拡大して、歯に設けられたミクロ構造を示す。 図５の歯表面上に設けられた異なる可能なミクロ構造をさらに拡大して示す。 エンボスロールの図４と同一部分を示す。 歯がマクロ構造および表面のミクロ構造を含む場合の、図５の代替的実施態様を示す。 図５および８に従うミクロ構造を用いてエンボス加工されたホイルの外略図である。 構造化されたホイルの初期位置および１８０°回転した位置を図示する。 ホイルのエンボス加工された表面の断面図である。 複数の効果形成するエンボス加工されたパターンを有するホイルのエンボス加工された表面の概略上面図である。

Claims (17)

1. 平板材料をサテン加工およびエンボス加工するための装置であって、該装置が第１エンボスロール（１）および少なくとも１個の嵌合ロール（６、８）を含み、該ロールが駆動システム（５）に接続されており、且つ個別にまたは共通に駆動され、互いに弾性的に押しつけられるように適合されており、該ロールの個々の歯が平坦化されており、エンボス歯が通過する間に平板材料の対応する位置にエンボスマークを作るように設計されており、該エンボスマークの外観が観察者の視角ならびに／または光源の種類および／もしくは位置によって変化し、該可変マークを作るエンボス歯がサテン加工を意図したサテン歯とは異なる幾何学的形状および／または面を有し、該エンボス歯の面（２Ｓ１−２Ｓ６；２Ｍ１−２Ｍ３）および／または該エンボスロール（１）の歯空間底部（ＺＧ）がミクロ構造（２０−２２、２６−３３、２３−２５）を備えることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記ミクロ構造が、最大３０マイクロメーターの相互距離で格子状に配置されたリッジ（３０、３２）またはグルーブ（３３）を含むことを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、前記幾何学的に異なるエンボス歯（２Ｍ１−２Ｍ３）が残りの歯よりも小さい高さを有することを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、前記幾何学的に異なるエンボス歯（２Ｍ１−２Ｍ３）の側面または端面形状が残りの歯の形状と異なることを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、前記エンボス歯が前記駆動されるエンボスロール（１）上に設けられていることを特徴とする装置。
6. ２個のロールを含む請求項１に記載の装置であって、前記エンボスロール（１）が個々の歯（２）からなる歯列を備え、前記嵌合ロール（６）が個々の歯を持たない表面構造を備えることを特徴とする装置。
7. ２個のロールに加えて付加的ロールを含む請求項１に記載の装置であって、前記エンボスロール（１）が個々の歯（２）からなる歯列を備え、少なくとも１個の嵌合ロール（６）が個々の歯を持たない表面構造を備えることを特徴とする装置。
8. 請求項６または７に記載の装置であって、前記嵌合ロール（６）がリング（７）を備えることを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置であって、前記ロールが同期手段（Ｇ１−Ｇ３；Ｇ４、Ｇ５、ＺＲ）により互いに同期されることを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、前記嵌合ロールの少なくとも１個が、軸の長手方向ならびに／またはホイル（９）の接触圧力方向および／もしくは移動方向に変位可能に支持されており、前記変位がばね力手段、空圧手段、または磁気手段により調整可能であることを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の装置であって、ピンアップ−ピンダウン構成の場合に、前記嵌合ロール（３、８）のインデント（４）が前記平坦化された歯（１）との関係において、それより小さい深さを有することを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、前記インデント（４）が前記エンボス歯（２）に相補的なマクロ構造および／またはミクロ構造を備えることを特徴とする装置。
13. 請求項１に記載の装置であって、前記ロールの少なくとも１個がベアリング台に挿入可能な交換可能なユニットに包含されることを特徴とする装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、前記ロールが、個々に、グループで、または共通して交換可能なユニット内に配置されることを特徴とする装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置内で作られる金属化および／または反射包装ホイルであって、該ホイルがサテン加工され、且つサテン加工された背景上にミクロ構造（３４、３８）を備えており、その強度および色が視角ならびに／またはミクロ構造の種類ならびに／または光源の種類および／もしくは位置によって変化することを特徴とする金属化および／または反射包装ホイル。
16. 請求項１５に記載の包装ホイルであって、タバコ製品を包装するためのホイル（９）であることを特徴とするホイル。
17. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置の運転方法であって、前記ホイルが同時にサテン加工およびエンボス加工されることを特徴とする方法。

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