JP6314988B2 - ホットスタンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の主題のプリアンブルに従う、ホットスタンプ装置に関する。

ホットスタンプ装置は、温度及び圧力の作用により、ホットスタンプフィルムのキャリア層上に配置される転写層を基板へ転写するために、用いられる。このために、対圧ローラーと組み合わせて作用する、加熱されるスタンプローラーが提供される。キャリア層は、スタンプローラーと対圧ローラーとの間に実現されたスタンプギャップの下流後方で、分離装置により、基板に転写された転写層から引き剥される。外形が与えられたスタンプローラーが用いられる場合、特に、スタンプローラー上の外形の形状に対応する、転写層の一部のみが、基板上に転写され、その結果、引き剥されたキャリア層は、特にスタンプローラーの外形のネガ形状に対応する、転写層の残部を有する。

説明したタイプのホットスタンプ装置は、特許文献１で知られている。

スタンプギャップと分離装置との間のスペースにおいては、基板とスタンプフィルムとの複合材が、依然として比較的高い温度を有し、作用する接触力が存在しないため、少なくともスタンプギャップの近くで、転写層は、比較的容易に基板から分離可能である。キャリアフィルムの分離が早すぎると、特に、細かく、非常に繊細な構造の場合、スタンプにおいて、不都合が生じる。特許文献２に記載されるように、近年、例えば、印刷プロセスにおいてキャリア層に適用されたトナーから成る、非常に繊細な構造を有する構造化された転写層が、用いられる。

本発明の目的は、スタンプにおける不都合を避けるホットスタンプ装置を特定することである。

本発明によれば、この主題は、請求項１の内容で実現される。ホットスタンプフィルムのキャリア層上に配置される転写層を基板上に転写するスタンプ装置を有するホットスタンプ装置であって、加熱可能なスタンプローラーと、対圧ローラーとを含み、それらの間にスタンプギャップが実現され、また、下流に配置され、前記基板に転写された前記転写層から前記キャリア層を分離するための、分離装置を含み、スタンプされた基板用の平らな支持エレメントが、前記スタンプギャップと前記分離装置との間で、前記スタンプギャップに直接接して、または、前記スタンプギャップから1 mm未満の距離で、あるいは、前記スタンプギャップと重なって、前記スタンプされた基板の下方に配置されることが意図される、ホットスタンプ装置が提案される。

本発明によるホットスタンプ装置は、スタンプの品質に決定的な、スタンプギャップと分離装置との間の部位に、コーティングされた基板がその全表面に亘って支持される支持面をコーティングされた基板に提供する、平らな支持エレメントを有する。ホットスタンプ装置は、リールトゥリールの原理に従って稼働される製造工場における製造ステーションであってもよい。基板は、リールトゥリールの原理に従って処理されてもよく、すなわち、リールからエンドレスに引き出され、続いて処理され、続いて再び巻き取られる。基板は、シートとして処理されてもよく、個別のシートがスタックから供給され、処理後に、再びスタックに集められる。ホットスタンプフィルムは、通常、リールトゥリールの原理に従って処理され、すなわち、リールからエンドレスに引き出され、続いて処理され、続いて再び巻き取られる。

前記支持エレメントは、60°ショアAから95°ショアAの範囲、好ましくは80°ショアAから95°ショアAの範囲の硬度、及び／または、450 HV 10（HV＝ヴィッカース硬度）から520 HV 10の範囲、好ましくは、465 HV 10から500 HV 10の範囲の硬度を有する材料で作られることが意図されてもよい。この硬度の範囲により、支持エレメントは、基板及びその上に支持されるホットスタンプフィルムに対する機械的な対支持手段として、特に有利に機能し、特に、適用される転写層の構造が特に細かい解像度である場合、基板からの転写層及び／またはキャリア層の早過ぎる分離を防止することができる。

さらに、前記支持エレメントが、硬いエレメントであり、適切な作業負荷の場合、最大のたわみが、10 μm未満である、または、略1 μmから10 μm の範囲であることが、意図されてもよい。たわみの程度が非常に僅かであるため、支持エレメントは、基板及びその上に支持されるホットスタンプフィルムに対する機械的な対支持手段として、特に有利に機能し、基板からの転写層及び／またはキャリア層の早過ぎる分離を防止することができる。

前記支持エレメントが、高級鋼で作られることが、有利な実現において意図されてもよい。高級鋼で作られる支持エレメントは、硬い表面及び僅かなたわみに関して、特に、前述した特性を与えることができ、基板及びその上に支持されるホットスタンプフィルムに対する機械的な対支持手段として、特に適している。高級鋼で作られる支持エレメントのさらなる有利な特性は、高級鋼の高い熱伝導率により、ベルトによって、余分な熱が、スタンプギャップから有利に除去可能であることである。特に、中断なく稼働する長いスタンププロセスの場合、付加的な冷却手段にもかかわらず、特に、対圧ローラーがずっと熱くなり、その結果、スタンプギャップにおけるスタンプ条件が、ゆっくりと劣化する。ここで、高級鋼で作られる支持エレメントは、スタンプギャップから熱エネルギーをさらに消散することができ、これにより、スタンプギャップにおけるスタンプ条件の設定及び制御の改善を可能とする。

さらに、前記支持エレメントは、銅、アルミニウム、他の鋼または高級鋼の合金、チタン、紙、フィルム、または、繊維強化材料で作られることが意図されてもよい。

前記支持エレメントが、支持プレートとして実現されることが、有利な実現において意図されてもよい。支持プレートの場合、支持プレートの表面とコーティングされた基板の下面との間に相対運動が生じるため、表面が研磨され、すなわち、最小抵抗でデザインされることが好ましく、支持表面の理想面からの偏差が無視できる。

前記スタンプギャップに対向する前記支持プレートの端部が、ブレードの形で実現されることが好ましい。ブレード型のデザインにより、支持プレートとスタンプギャップとの間に、1 mm未満の必要な距離が設定可能である。

さらなる有利な実現では、前記支持エレメントが、連続するベルトとして実現されることが意図されてもよい。この場合、支持プレートの表面とコーティングされた基板の下面との間の相対運動は、ベルトが対圧ローラー上で運搬される場合、回避することができる。また、この実現の場合、表面が研磨され、すなわち、支持表面の理想面からの偏差が無視できる場合が、成功している。

前記ベルトが、シームレスなベルトとして実現されることが意図されてもよい。継ぎ手のないシームレスなベルトは、その特性に関して、基板及びその上に支持されるホットスタンプフィルムに対する機械的な対支持手段と同じ条件を、その全表面に亘って提供する。結果的に有利なこれらの一定の機械的特性と同様に、スタンプパラメータの残りは、相応に正確かつ一定に設定することができる。

さらに、前記シームレスなベルトが、0.2 mmから0.5 mmの範囲、好ましくは、0.3 mmから0.35 mmの範囲の厚みを有することが意図されてもよい。この厚みまたは深さのベルトは、硬い表面及び僅かなたわみに関して、特に、前述した特性を与えることができ、基板及びその上に支持されるホットスタンプフィルムに対する機械的な対支持手段として、特に適している。

さらなる実現では、前記ベルトが、プレート型の連結板の連結ベルトとして実現され、隣り合う連結板が、旋回ジョイントにより互いに連結され、伸ばされた状態で、それらが隙間のない、特に、非常に均一な、支持表面を形成することが意図されてもよい。連結ベルトは、周囲に送り用の凹部を有し、リターンローラーは、この送り用の凹部に噛み合う、対応するスプロケットを有してもよい。

前記スタンプローラーは、3から10 mmの範囲、好ましくは、5 mmから10 mmの範囲の厚みを有する、エラストマーのコーティングを有してもよい。スタンプ圧が生じる際に、コーティングの表面は変形し、直線状のスタンプギャップに代わり、平面状のスタンプギャップが実現される。このスタンプギャップは、例えば、5 mmから20 mmの幅を有してもよい。5 mmから10 mmの幅のスタンプギャップを設定することも成功している。関連するスタンプ圧は、例えば、1 barから6 barの範囲であってもよい。3 barから6 barの範囲のスタンプ圧を選択することも、成功している。

前記エラストマーは、シリコンゴムであることが好ましい。

前記コーティングは、60°ショアAから95°ショアAの範囲、好ましくは70°ショアAから90°ショアAの範囲の硬度を有することが意図されてもよい。

さらなる実現では、前記支持エレメントが、超音波支持装置のソノトロードの端面として実現されることが意図されてもよい。超音波支持装置は、ソノトロードと超音波トランスデューサーとを含む。超音波の作用により、ソノトロードとスタンプされた基板の下面との間に、スタンプされた基板が上を滑る、エアフィルムが実現される。その結果生じる支持ギャップにおいて、ソノトロードの端面とスタンプされた基板の下面との間で、圧力が高まり、この圧力は、エアフィルムの厚みと同様に、正確に設定可能である。吸引窓を備えるソノトロードの端面を実現することもでき、この吸引窓は、支持ギャップにおける圧力に対抗して吸引力により基板を引き付け、適正な平衡圧によって支持ギャップのさらにより正確な設定を可能とするために、導管を通じて真空ポンプに接続される。

スタンプローラーを加熱するために、スタンプローラーの外側に配置される加熱装置が、提供されてもよい。温度コントローラを有する赤外線放射加熱装置が提供されることが好ましい。スタンプ温度は、100℃から250℃の範囲、好ましくは、130℃から190℃の範囲であってもよい。

また、スタンプローラー内に配置される加熱装置が、提供されてもよい。スタンプローラー内に配置されるこのような加熱装置は、例えば、電気加熱エレメント、特に、加熱コイルまたは加熱らせん状コイルであってもよい。同様に、スタンプローラーを所望の温度に加熱する温度制御されるオイルの巡回路が、スタンプローラー内に配置されてもよい。

本発明は、実施形態を参照して、より詳細に説明される。

本発明によるホットスタンプ装置の第一の実施形態の概略図である。 本発明によるホットスタンプ装置の第二の実施形態の概略図である。 本発明によるホットスタンプ装置の第三の実施形態の概略図である。 本発明によるホットスタンプ装置の第四の実施形態の概略図である。 本発明によるホットスタンプ装置の第五の実施形態の概略図である。 本発明によるホットスタンプ装置の第六の実施形態の概略図である。

図１は、スタンプ装置２と分離装置３とを有する、ホットスタンプ装置１を示す。スタンプ装置２は、スタンプローラー１１と、対圧ローラー１２と、加熱装置１３とを含む。

スタンプローラー１１は、その外周に、3から10 mmの範囲、好ましくは5から10 mmの範囲の厚みを有する、エラストマーのコーティング１１ｂを有する。このエラストマーは、シリコンゴムであることが好ましい。図１に示す実施形態では、シリコンゴムは、80°ショアAの硬度を有する。対圧ローラー１２は、鋼で作られる。

加熱装置１３は、スタンプローラー１１の上方に配置され、図１に示す実施形態では、温度コントローラにより制御される赤外線放射加熱として実現される。

スタンプ装置２の上流手前には、スタンプされる基板１４及びホットスタンプフィルム１５が供給され、スタンプローラー１１と対圧ローラー１２との間に実現される、スタンプ圧が生じるスタンプギャップ１６で、共に結合される。

ホットスタンプフィルム１５は、キャリア層１５ｔ上に配置される転写層１５ｕを有する。キャリア層１５ｔは、例えば、PET、ポリプロピレン、ポリスチレン、PVC、PMMA、ABS、ポリアミドで作られてもよい。ホットスタンプフィルム１５は、転写層１５ｕが、スタンプされる基板１４の表面に対向するように配置される。転写層１５ｕは、熱により活性化可能な接着層でコーティングされてもよく、または、自己接着層（低温接着剤）として実現されてもよい。キャリア層１５ｔからの転写層１５ｕの分離を促進する、離型層が、転写層１５ｕとキャリア層１５ｔとの間に配置されてもよい。

ホットスタンプフィルムの転写層は、一般に、複数の層、特に、（例えば、ワックスまたはワックスを含む化合物の）分離層、保護ラッカー層、熱により活性化可能な接着層、を有する。また、表面の一部に亘って、または、全表面に亘って適用される、一つ以上の加飾層、及び／または、機能層を含んでもよい。加飾層は、例えば、着色（不透明または透明または半透明）ラッカー層、金属層、または、レリーフ構造（触覚的な、または、光学的に屈折性の、あるいは光学的に回折性の効果）である。機能層は、例えば、導電性層（金属、ITO（ITO＝インジウムスズ酸化物））、半導体層（例えば、半導体ポリマー）、または、非導電性層（電気的絶縁ラッカー層）、または、光学的なマット効果または非反射効果の層（例えば、微視的なマット構造）、または、付着力及び／または表面張力を調整する構造（ロータス効果構造等）である。さらなる補助層、特に、接着促進層が、各層の間に存在してもよい。転写層の各層は、略1 nmと50 μmの間の厚みである。

スタンプされる基板１４は、フレキシブルな基板、例えば、単位面積当たりの重量が、30 g/m²から350 g/m²、好ましくは、80 g/m²から350 g/m²を有する紙、ボール紙、樹脂またはハイブリッド材料、あるいは、積層、であることが好ましい。

キャリア層１５ｔに未だに接合している、スタンプされた基板１７は、転写層１５ｕが基板１４に転写される結果として、実現される。

スタンプギャップ１６の幅は、スタンプ圧と、スタンプ圧下で生じるスタンプローラー１１のコーティング１６ｂの局所的変形とにより、実質的に決定される。スタンプギャップ１６は、5から20 mmの幅、好ましくは、5から10 mmの幅を有する。1 barから6 barのスタンプ圧、好ましくは、3 barから6 barのスタンプ圧が、スタンプギャップ１６において生じる。スタンプ温度は、100℃から250℃の範囲、好ましくは、130℃から190℃の範囲であってもよい。転写層１５ｕは、75 m/minまでの速度で、基板１４に転写される。圧力、温度、及び、速度に設定される値は、使用されるホットスタンプフィルムの材料特性、スタンプの装飾、及び、基板の材料特性等、多数のパラメータに依存する。多様な依存性に因り、数学的なモデル化は非常に複雑であり、上述した値は、ホットスタンプ装置１の基本設定から開始して、実験により決定されることが好ましい。

キャリア層１５ｔは、スタンプ装置２の後方下流に配置される分離装置３において、スタンプされた基板１７から分離される。分離装置３は、例えば、分離エッジを有し、キャリア層１５ｔに結合するスタンプされた基板１７の上方に配置される、バーとして、実現される。キャリア層１５ｔは、分離エッジの上に引かれ、図示しない巻き取りリールに供給される。

硬く平らな支持プレート１８が、スタンプギャップ１６と分離装置３との間で、スタンプギャップ１６から1 mm未満の距離で、スタンプされた基板１７の下方に配置され、スタンプギャップ１６から現れるスタンプされた基板１７が、支持プレート１８上で、全面積に亘り、支持される。スタンプギャップ１６に対向する支持プレート１８の端部は、ブレードの形で実現され、その結果、スタンプギャップ１６と、スタンプギャップ１６に対向する支持プレート１８の端部との間に、1 mm未満の距離を設定することができる。支持プレート１８は、高級鋼で、ベニア板として、または、適切な表面処理（表面コーティング）を有する樹脂板として、作られることが好ましい。コーティングされた基板１７に対向する支持プレート１８の表面は、研磨された表面で実現され、すなわち、0.1 μm未満の平均の山−谷の高さを有することが、好ましい。

基板１４、１７、及び、ホットスタンプフィルム１５、または、キャリア層１５ｔの、運搬装置と、供給及び巻き取りリールは、図１から図６に示される実施形態には、図示されていない。ホットスタンプ装置１は、リールトゥリールの原理に従って稼働される製造工場における製造ステーションであることが意図されてもよい。

図２は、図１において説明されるホットスタンプ装置と同様に実現される、ホットスタンプ装置１を示し、スタンプギャップ１６と分離装置３との間に、硬く平らな支持エレメントとして、シームレスなベルト１９が提供される点が異なる。シームレスなベルト１９は、スタンプギャップ１６と重なる、硬い支持装置を形成する。シームレスなベルト１９は、対圧ローラー１２とリターンローラー２０との上にガイドされ、対圧ローラー１２とリターンローラー２０との支持距離は、ベルト１９が、コーティングされた基板１７に対して、硬く平らな支持表面を形成するような伸長力を受けるように、設定される。

好ましい実施形態では、ベルト１９は、高級鋼で作られる。また、高級鋼以外の材料、例えば、シリコン、コーティングされたゴム、紙、フィルム、または、繊維強化材料が、提供されてもよい。重要なことは、高級鋼のベルトの場合、450 HV 10から520 HV 10の範囲、好ましくは、465 HV 10から500 HV 10の範囲の硬度（HV＝ヴィッカース硬度）を有し、シリコンまたはコーティングされたゴムの場合、60°ショアAから95°ショアAの範囲、好ましくは80°ショアAから95°ショアAの範囲の硬度を有する、という点である。

前述した高級鋼のベルトは、0.2 mmから0.5 mmの範囲、好ましくは、0.3 mmから0.35 mmの範囲の厚みで実現される。

高級鋼で作られるベルト１９の場合、非常に良好な熱伝導率に因って、余分な熱をスタンプギャップから逃がすので、スタンプギャップ１６における過熱を防ぐ、ということが、有利であると判明している。

例として、以下のスタンプのパラメータが、例えば、設定される。

図３は、図２において説明されるホットスタンプ装置と同様に実現される、ホットスタンプ装置１を示し、シームレスなベルト１９に代わり、プレート型のリンク２１ｇのリンクベルト２１が提供され、隣り合うリンク２１ｇが、旋回ジョイントにより互いに結合され、伸ばされた状態で、それらが、隙間のない、平らな支持表面を形成する点が異なる。

リンクベルト２１は、周囲に送り用の凹部を有し、リターンローラー２０は、この送り用の凹部に噛み合う、対応するスプロケットを有してもよい。

図４は、図２において説明されるホットスタンプ装置と同様に実現される、ホットスタンプ装置１を示し、さらなるリターンローラー２０が備えられ、対圧ローラー１２が、スタンプ用の対圧を適用する機能のみを行う点が、異なる。従って、図４に示される実施形態では、対圧ローラー１２は、二つのリターンローラー２０よりも小さい直径を有する。

図５は、図１において説明されるホットスタンプ装置と同様に実現される、ホットスタンプ装置１を示し、スタンプギャップ１６と分離装置３との間に、硬く平らな支持エレメントとして、超音波支持装置２２が提供される点が異なる。超音波支持装置は、ソノトロード２２ｓと、超音波トランスデューサー２２ｗとを有する。超音波の作用により、一定の厚みのエアフィルムが、ソノトロード２２ｓとスタンプされた基板１７の下面との間に実現され、その上を、スタンプされた基板１７が支持され、滑る。その結果生じる支持ギャップにおいて、ソノトロード２２ｓの端面とスタンプされた基板１７の下面との間で、圧力が高められ、この圧力は、支持ギャップの厚みと同様に、正確に設定可能である。吸引窓を備えるソノトロード２２ｓの端面を実現することもでき、この吸引窓は、支持ギャップにおける圧力に対抗して吸引力により基板１７を引きつけ、適正な平衡圧によって支持ギャップのさらにより正確な設定を可能とするために、導管を通じて真空ポンプに接続される。

図６は、図５において説明されるホットスタンプ装置と同様に実現される、ホットスタンプ装置１を示し、対圧ローラーに代わり、ソノトロード２３ｓと超音波トランスデューサー２３ｗとを含む、第二の超音波支持装置２３が備えられる点が異なる。ソノトロードが、ソノトロード２２ｓ及び２３ｓの幅の和に等しい幅を有する、唯一の超音波支持装置を備えることもできる。

１ ホットスタンプ装置
２ スタンプ装置
３ 分離装置
１１ スタンプローラー
１１ｂ コーティング
１２ 対圧ローラー
１３ 加熱装置
１４ スタンプされる基板
１５ ホットスタンプフィルム
１５ｔ キャリア層
１５ｕ 転写層
１６ スタンプギャップ
１７ スタンプされた基板
１８ 支持プレート
１９ シームレスなベルト
２０ リターンローラー
２１ リンクベルト
２１ｇ プレート状のリンク
２２ 超音波支持装置
２２ｓ ソノトロード
２２ｗ 超音波トランスデューサー
２３ 超音波支持装置
２３ｓ ソノトロード
２３ｗ 超音波トランスデューサー

DE 10159661 C1 EP 0191592 B1

Claims (14)

1. ホットスタンプフィルムのキャリア層上に配置される転写層をフレキシブルな基板上に転写するスタンプ装置を有するホットスタンプ装置であって、加熱可能なスタンプローラーと、対圧ローラーとを含み、それらの間にスタンプギャップが実現され、また、下流に配置され、前記基板に転写された前記転写層から前記キャリア層を分離するための、分離装置を含み、
   スタンプされた基板用の平らな支持エレメントが、前記スタンプギャップと前記分離装置との間で、前記スタンプギャップに直接接して、または、前記スタンプギャップから1 mm未満の距離で、あるいは、前記スタンプギャップと重なって、前記スタンプされた基板下方に配置され、前記支持エレメントが、60°ショアAから95°ショアAの範囲、好ましくは80°ショアAから95°ショアAの範囲の硬度、及び／または、450 HV 10（HV＝ヴィッカース硬度）から520 HV 10の範囲、好ましくは、465 HV 10から500 HV 10の範囲の硬度を有する材料で作られること、
   を特徴とするホットスタンプ装置。
2. 前記支持エレメントの最大のたわみは、適切な作業負荷の場合、10 μm未満であること、を特徴とする請求項１に記載のホットスタンプ装置。
3. 前記支持エレメントが、高級鋼で作られること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のホットスタンプ装置。
4. 前記支持エレメントが、シリコン、コーティングされたゴム、紙、フィルム、または、繊維強化材料で作られること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のホットスタンプ装置。
5. 前記支持エレメントが、支持プレートとして実現されること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のホットスタンプ装置。
6. 前記スタンプギャップに対向する前記支持プレートの端部が、ブレードの形で実現されること、
   を特徴とする請求項５に記載のホットスタンプ装置。
7. 前記支持エレメントが、連続するベルトとして実現されること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のホットスタンプ装置。
8. 前記ベルトが、シームレスなベルトとして実現されること、
   を特徴とする請求項７に記載のホットスタンプ装置。
9. 前記シームレスなベルトが、0.2 mmから0.5 mmの範囲、好ましくは、0.3 mmから0.35 mmの範囲の厚みを有すること、
   を特徴とする請求項８に記載のホットスタンプ装置。
10. 前記ベルトが、プレート型のリンクのリンクベルトとして実現され、隣り合うリンクが、旋回ジョイントにより互いに結合され、伸ばされた状態で、それらが隙間のない支持表面を形成すること、
    を特徴とする請求項７に記載のホットスタンプ装置。
11. 前記スタンプローラーが、3 mmから10 mmの範囲、好ましくは、5 mmから10 mmの範囲の厚みを有する、エラストマーのコーティングを有すること、
    を特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のホットスタンプ装置。
12. 前記エラストマーが、シリコンゴムであること、
    を特徴とする請求項１１に記載のホットスタンプ装置。
13. 前記コーティングが、60°ショアAから95°ショアAの範囲、好ましくは70°ショアAから90°ショアAの範囲の硬度を有すること、
    を特徴とする請求項１１または１２に記載のホットスタンプ装置。
14. 前記支持エレメントが、超音波支持装置のソノトロードの端面として実現されること、
    を特徴とする請求項１に記載のホットスタンプ装置。