WO1999012748A1 - Vorrichtung zur herstellung eines substrats mit optisch variabler struktur - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung eines substrats mit optisch variabler struktur Download PDF

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WO1999012748A1
WO1999012748A1 PCT/EP1998/005642 EP9805642W WO9912748A1 WO 1999012748 A1 WO1999012748 A1 WO 1999012748A1 EP 9805642 W EP9805642 W EP 9805642W WO 9912748 A1 WO9912748 A1 WO 9912748A1
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substrate
layer
embossing
printing
relief structure
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PCT/EP1998/005642
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French (fr)
Inventor
Wittich Kaule
Original Assignee
Giesecke & Devrient Gmbh
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/355—Security threads

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a substrate with an optically variable structure in the form of a relief structure and information arranged in register with this optically variable structure.
  • the invention further relates to a method for producing such a substrate and the substrate and its use.
  • Optical diffraction structures have long been used in a variety of different products, such as Credit cards, banknotes, passports, securities, CDs etc. are used to protect against counterfeiting.
  • These diffraction structures can be conventional holograms, kinegrams, pixelgrams, etc., which are each produced using a slightly different process.
  • the brilliant play of colors of the original is very striking and can therefore be checked quickly and easily without technical aids.
  • a color copy does not have this color interplay with a change in the viewing angle, since the copiers merely reproduce the optical impression of the original from a certain viewing angle.
  • a total falsification of the diffraction structures is already prevented by the high expenditure which is necessary for the production of such products and which becomes profitable only in the case of large quantities.
  • the mass production of the diffraction structures usually takes place by converting the diffraction structures into a relief structure, which is then used as an embossing stamp.
  • the embossing is usually carried out in a thermoplastic layer or in a lacquer or resin layer that is curable during the embossing process. These layers can possibly be provided with a thin metal layer before the embossing process, which is finished Product ensures that the diffraction structures are recognizable in reflection.
  • the metallization process only takes place after the embossing, in particular if embossing is carried out in liquid to viscous flowing materials, such as UV-curable lacquers, which are only treated during the embossing process by appropriate treatment, eg. B. irradiation with UV light.
  • EP 0 330 733 AI To increase protection against counterfeiting, it has also already been proposed to provide the reflective layer of such a diffraction structure with cutouts in the form of characters, patterns or the like (EP 0 330 733 AI).
  • EP 0 330 733 A1 also specifies various methods for producing such cutouts.
  • the diffraction structure already provided with the metal layer can be printed with a thermoplastic base color in the form of the later cutouts.
  • the printing ink must be selected so that it forms a firm bond with the metal coating in the softened state, which after the thermoplastic printing ink has hardened again is greater than the adhesion between the metal coating and the underlying substrate layer.
  • a substrate pretreated in this way is laminated against a second untreated substrate web using heat and pressure, the two substrates adhere to one another in the area of the printed characters or patterns. When the two are separated, the metal coating in the area of the characters or patterns is finally removed.
  • An alternative method provides for a printed image in the form of the later cutouts to be applied before the metal coating is applied, and only then to vapor-deposit the metal coating. Printing inks or varnishes are used for the printed image, which have low adhesion either to the substrate layer or to the metal coating, so that either the metal coating alone or together with the printing ink can then be mechanically removed in an air or liquid jet.
  • EP 0 279 880 A1 describes further processes for producing partially metallized plastic security threads.
  • etching technique for example, a polyester film is first coated over its entire area with an aluminum layer using the vacuum vapor process. The aluminum layer is then printed with an alkali-resistant printing ink in the form of the desired characters, and finally the non-printed area of the metal layer is removed in an alkaline solution. The polyester film thus provided with metallic signs is then cut into strips of a certain width and completely embedded as security thread in security paper.
  • the security elements with diffraction structures used in the area of general product security and on the surface of valuable documents are usually prepared on a transfer film and then transferred with the desired outlines to the product to be secured.
  • This transfer film is a plastic film of a certain width and length that exceeds the width many times ("endless web").
  • This plastic film serves as a carrier film. It is provided with a thermoplastic layer over the entire surface, in which it is in a continuous process The diffraction structures are embossed in. Then, in a separate operation, the vapor deposition with the reflective aluminum layer takes place.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a device and a method which also enables a placed arrangement of diffraction structures and information provided in the reflection layer in the web running direction.
  • the invention is based on the knowledge that the warping can be avoided if all the work steps that are essential for producing the diffraction structures and the cutouts take place in one work step, ie in one device. In this way, the various work steps can be carried out in a controlled and correlated manner, so that a The exact arrangement of the information represented by the diffraction structures and the cutouts results.
  • the device according to the invention can be designed particularly simply and inexpensively if a method is selected for the production of the recesses, in which a printing or lacquer layer influencing the adhesion or layer formation of this reflection layer is applied before the reflection layer is applied.
  • the printing process for this printing or lacquer layer can directly follow the embossing process, so that only these two work steps have to be coordinated with one another.
  • This has the advantage that all subsequent complex process steps, such as the metallization and the subsequent treatment with a solvent for the printing or lacquer layer, can be carried out in separate systems which have been specifically matched to these process steps, without the precise registration between the is affected by the recesses and the information represented by the diffraction structures.
  • the device according to the invention has an embossing station with an embossing cylinder, on the surface of which the diffraction structures are arranged in the form of a relief.
  • the device also has a printing station in which information is printed using conventional printing inks or varnishes.
  • the printing station and the embossing station are connected by a coupling device, which controls the printing process in the printing station as a function of the embossing process.
  • This coupling device can consist of two gearwheels with a predetermined number of teeth and a belt running between the gearwheels, both the embossing cylinder and the impression cylinder of the printing station each being provided with a gearwheel and the ratio of the number of teeth corresponds to the ratio of the circumference of the embossing cylinder to the circumference of the impression cylinder.
  • the circulating belt can be a chain or a toothed belt.
  • the coupling device can also consist of two electronically controllable motors, one of the motors driving the embossing station and one driving the printing station.
  • an electronically controllable motor every speed and every angular position can be programmed electronically, thus creating the same effect as a rigid connection via a chain between the two motors.
  • This variant also has the advantage that the embossing cylinder and the impression cylinder can also be guided in the register very easily if the cylinder circumferences are different and have uneven repeat lengths. For example, after each rapport, the cylinders can be readjusted by removing the counter-pressure roller in the printing unit by briefly changing the printing cylinder speed. Other known methods from multicolor printing can also be used to register two printing cylinders.
  • the device is also preferably provided with a transport device for endless webs.
  • the device can of course have any other stations, such as a coating station.
  • the substrate material preferably paper or plastic
  • the substrate material can be provided with a thermoplastic or radiation-curable lacquer layer, into which the diffraction structures are subsequently transferred using the embossing cylinder.
  • the device according to the invention can not only produce cutouts in a metal layer that otherwise covers the diffraction structure, but also any metallic or metal layer-free pattern.
  • Even positive metallic characters, as known from EP 0 279 880 AI can be produced in a very simple manner with the device according to the invention in register-specific fashion for a diffraction structure on a substrate.
  • FIG. 7 shows a sketch of the substrate material in cross-section after further separate work steps to create recesses in the reflection layer of the diffraction structure
  • FIG 9 shows another variant of the substrate material after treatment in the device according to the invention.
  • This security element 2 is a diffraction optically effective relief structure which is provided with a reflective metal layer in order to make the information contained in the diffraction structures visible in reflection.
  • This security element 2 is either produced directly on the substrate material of the value document or prepared on a separate carrier film in the layer structure and then attached to the document 1 with the aid of an adhesive or lacquer layer. After the transfer, the carrier film can also remain on the document as a protective film or, as is customary in the transfer process, can be removed from the document. 2 and 3 show an enlarged section of the security element 2 in supervision.
  • the entire surface of the element 2 is provided with a metallic coating 4, for example made of aluminum. Only in certain areas does the metal coating 4 have recesses 5 in the form of characters, patterns or the like. These recesses 5 are repeated a number of times along the security element 2. Exactly in register with these recesses 5, the security element 2 has diffraction structures 6 in the form of a relief structure, which likewise represent certain information. This can be any image, letter or drawing motifs, such as logos.
  • the metallization 4 and the diffraction structures 6 contained therein only extend over a partial area along the security element 2.
  • Metallic characters, patterns or the like 7 are arranged here in register with the information represented by the diffraction structures 6.
  • the intermediate area 8 has no metallization.
  • the processing of the substrate material is usually carried out in the form of a so-called endless web, which has several identical value documents 1 and / or its length and width. has a plurality of security elements 2 intended for security documents 1.
  • FIG. 4 shows a section of a transfer film 10, which has several identical security elements 2 both over its width and over its length. Care should therefore be taken in the production of this transfer film 10. ten that the position of the diffraction structures 6 and the recesses 5 is maintained both laterally to one another, as a so-called side register a, as well as the exact position of the diffraction structures 6 and the recesses 5 in the web running direction, the so-called longitudinal register b.
  • the device 11 shows a device 11 with which the longitudinal register b can be implemented.
  • the device 11 consists of a plurality of processing stations 12, 13, 14.
  • the station 12 is a coating device with which a substrate material 15 in endless form can be provided either partially or over the entire area with a thermoplastic or hardenable lacquer layer. If the substrate material 15 itself already consists of thermoplastic material, the coating station 12 can also be dispensed with.
  • the embossing station 13 has an embossing cylinder 16, on the outer surface of which the diffraction structures are located in the form of the relief structure.
  • the station 13 must additionally have a corresponding radiation, heating or cooling device in order to harden the lacquer or the resin.
  • the station 14 is a printing station with a printing cylinder 17 with which the embossed substrate material 15 is printed with a soluble printing ink.
  • the embossing cylinder 16 and the pressure roller 17 each have a gear wheel. The gears are connected by a chain or a toothed belt so that they run synchronously.
  • a displaceable roller 18 Arranged below the embossing station 13 is a displaceable roller 18, with which the substrate length between the embossing station 13 and the printing station 14 can be adjusted such that the printed image applied in the printing station 14 is always printed in register with the intended location next to or on the diffraction structures.
  • this device 11 it is not absolutely necessary for the individual stations 12, 13 and 14 to actually be accommodated within a housing, rather the work processes taking place in the individual stations must connect directly to one another without the substrate material being removed from the device and and and must be reinserted into another device.
  • the embossing cylinder 16 and the impression cylinder 17 have the same circumference, so that the gears and the number of teeth arranged thereon are also of the same size.
  • the embossing cylinder and impression cylinder 17 can, however, also have different diameters and have a different number of repetitions of the diffraction structures or of the printed image on the cylinder circumference.
  • the ratio of the cylinder sizes corresponds to the ratio of the number of repetitions.
  • the gear wheels attached to the cylinders 16, 17 must have the same number of teeth in order to ensure that the embossing and printing cylinder surfaces run at the same speed and register accuracy even when the cylinder circumferences are not the same.
  • 6a to 6c the processing state of the substrate material 15 after the respective stations 12, 13 and 14 is shown schematically.
  • 6 a shows the substrate material 15 after the coating station 12.
  • the substrate material 15 here has a thermoplastic or curable lacquer or resin coating 19.
  • the coating 19 has an essentially smooth surface at this stage.
  • 6 b shows the substrate material and the coating 19 after leaving the embossing station 13.
  • the freely accessible surface of the coating 19 was brought into contact with the cylinder jacket of the embossing roller 16 and during the contact depending on the coating material 19 used, hardened, heated or cooled in order to fix the relief structure 20 transferred by the embossing roller in the coating 19.
  • 6c shows the substrate material after the printing station 14.
  • a print image 21 is applied to the substrate material 15 by means of a soluble printing ink to the diffraction structure 20 in register. In the case shown, the print image
  • FIG. 7 shows the substrate material 15 after further processing steps, the associated processing stations of which have not been shown in FIG. 5, since all processing stations known from the prior art can be used for this.
  • 7a shows the substrate material 15 after the application of a thin metal layer 22 to the entire embossed and printed surface of the substrate material 15.
  • the metal layer 22 can be produced, for example, by means of a vacuum steam system. In the non-printed areas of the diffraction structure 20, the metal layer 22 ensures that the information represented by the diffraction structures becomes visible in reflection.
  • the substrate material 15 is treated with a solvent for the printing ink applied in the printing station 14.
  • the solvent dissolves the printing ink 21.
  • the overlying metal layer 22 is also removed, so that the cutouts 5 in the metal layer
  • This substrate material 15 now has diffraction structures 20 visible in reflection as well as visually readable information in the form of
  • the metal layer In order to be able to attach the element to the value document, the metal layer must also be provided with an adhesive layer. This can also be radiation-curable, pressure-sensitive or thermally activatable adhesives.
  • the entire surface of the coating 19 it is not absolutely necessary for the entire surface of the coating 19 to be provided with the embossing structure in the embossing station 13. It is often sufficient to provide only a part with the embossed structure 20 and to leave a part 23 unembossed and thus with a smooth surface. The printed image 21 can then be arranged in this unembossed area.
  • the embossed diffraction structures can be any structures that have an optical diffraction effect, such as kinegrams, real holograms,
  • the substrate material is also possible not to use the substrate material as a transfer film, but to disassemble it into individual labels, one of the surfaces of the substrate material being additionally provided with a pressure sensitive adhesive. These labels can then be attached to any product in a very simple manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Substrats mit einer optisch variablen Struktur in Form einer Reliefstruktur. Die Vorrichtung weist einer erste Station (13) zur Erzeugung der optisch variablen Struktur auf und eine zweite Station (14), in welcher eine Information registergenau zu der optisch variablen Struktur aufgebracht wird.

Description

Vorrichtung zur Herstellung eines Substrats mit optisch variabler Struktur
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Substrats mit einer optisch variablen Struktur in Form einer Reliefstruktur und einer regi- stergenau zu dieser optisch variablen Struktur angeordneten Information. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Substrats sowie das Substrat und dessen Verwendung.
Optische Beugungsstrukturen werden seit langem bei einer Vielzahl unter- schiedlichster Produkte, wie z.B. Kreditkarten, Banknoten, Pässe, Wertpapiere, CDs etc. zum Schutz gegen Fälschungen eingesetzt. Bei diesen Beugungsstrukturen kann es sich um konventionelle Hologramme, Kinegram- me, Pixelgramme etc. handeln, die jeweils nach einem etwas anderen Verfahren hergestellt werden. Allen gemeinsam ist jedoch das brillante Farbspiel, welches sich bei Änderung des Betrachtungswinkels ergibt. Hierauf beruht auch der Fälschungsschutzeffekt dieser Elemente. Das brillante Farbspiel des Originals ist sehr augenfällig und kann daher schnell und einfach ohne technische Hilfsmittel überprüft werden. Eine Farbkopie dagegen weist dieses Farbwechselspiel mit Änderung des Betrachtungswinkels nicht auf, da die Kopiergeräte lediglich den optischen Eindruck des Originals unter einem bestimmten Betrachtungswinkel wiedergeben. Eine Totalfälschung der Beugungsstrukturen wird bereits durch den hohen Aufwand verhindert, der für die Herstellung derartiger Produkte notwendig ist und erst bei hohen Stückzahlen rentabel wird.
Die Massenproduktion der Beugungsstrukturen erfolgt üblicherweise durch Umsetzung der Beugungsstrukturen in eine Reliefstruktur, die anschließend als Prägestempel verwendet wird. Die Prägung erfolgt meist in eine thermoplastische Schicht oder eine während des Prägevorgangs härtbare Lack- oder Harzschicht. Diese Schichten können eventuell vor dem Prägevorgang mit einer dünnen Metallschicht versehen werden, die am fertigen Produkt dafür sorgt, dass die Beugungsstrukturen in Reflexion erkennbar sind. Häufig erfolgt der Metallisierungsvorgang allerdings erst nach dem Prägen, insbesondere wenn in flüssige bis zäh fließende Materialien, wie UV- härtbare Lacke, geprägt wird, die erst während des Prägevorgangs durch entsprechende Behandlung, z. B. Bestrahlung mit UV-Licht, gehärtet werden.
Zur Erhöhung des Fälschungsschutzes wurde auch bereits vorgeschlagen, die Reflexionsschicht einer derartigen Beugungsstruktur mit Aussparungen in Form von Zeichen, Mustern oder dergleichen zu versehen (EP 0 330 733 AI). In der EP 0 330 733 AI werden auch verschiedene Verfahren zur Erzeugung derartiger Aussparungen angegeben. So kann beispielsweise die bereits mit der Metallschicht versehene Beugungsstruktur mit einer thermoplastischen Grundfarbe in Form der späteren Aussparungen bedruckt werden. Die Druckfarbe muß hierbei so gewählt werden, dass sie im erweichten Zustand eine feste Verbindung mit der Metallbeschichtung eingeht, die nach dem erneuten Erhärten der thermoplastischen Druckfarbe größer ist als die Haftung zwischen Metallbeschichtung und darunterliegender Substratschicht. Kaschiert man ein so vorbehandeltes Substrat unter Anwendung von Wärme und Druck gegen eine zweite unbehandelte Substratbahn, so haften die beiden Substrate im Bereich der aufgedruckten Schriftzeichen oder Muster aneinander. Beim Trennen der beiden wird schließlich die Metallbeschichtung im Bereich der Zeichen oder Muster herausgelöst. Ein alternatives Verfahren sieht vor, vor der Aufbringung der Metallbeschichtung ein Druckbild in Form der späteren Aussparungen aufzubringen und erst anschließend die Metallbeschichtung aufzudampfen. Für das Druckbild werden dabei Druckfarben oder Lacke verwendet, die entweder zur Substratschicht oder zur Metallbeschichtung eine geringe Haftung aufweisen, so dass entweder die Metallbeschichtung allein oder zusammen mit der Druckfarbe anschließend mechanisch im Luft- oder Flüssigkeitsstrahl entfernt werden kann.
In der EP 0 279 880 AI werden weitere Verfahren zur Herstellung teilweise metallisierter Kunststoffsicherheitsfäden beschrieben. Bei der sogenannten Ätztechnik wird beispielsweise eine Polyesterfolie zuerst vollflächig mit einer Aluminiumschicht im Vakuumdampfverfahren beschichtet. Anschließend wird die Aluminiumschicht mit einer alkalibeständigen Druckfarbe in Form der gewünschten Zeichen bedruckt und schließlich der nichtbedruckte Bereich der Metallschicht in einer alkalischen Lösung entfernt. Die so mit metallischen Zeichen versehene Polyesterfolie wird anschließend in Streifen von bestimmter Breite geschnitten und als Sicherheitsfaden in Sicherheitspapier vollständig eingebettet.
Die im Bereich der allgemeinen Produktsicherung und auf der Oberfläche von Wertdokumenten verwendeten Sicherheitselemente mit Beugungsstrukturen werden üblicherweise auf einer Transferfolie vorbereitet und anschließend mit den gewünschten Umrissen auf das zu sichernde Produkt übertragen. Bei dieser Transferfolie handelt es sich um eine Kunststofffolie bestimm- ter Breite und Länge, welche die Breite um ein Vielfaches übersteigt („Endlosbahn"). Diese Kunststofffolie dient als Trägerfolie. Sie wird vollflächig mit einer thermoplastischen Schicht versehen, in welche in einem kontinuierlichen Prozess die Beugungsstrukturen eingeprägt werden. Anschließend erfolgt in einem separaten Arbeitsgang die Bedampfung mit der reflektieren- den Aluminiumschicht.
Sollen nun in der Aluminiumschicht zusätzlich Aussparungen in Form von visuell lesbaren Zeichen vorgesehen werden, so sind weitere Arbeitsgänge in unterschiedlichen separaten Vorrichtungen nötig. Bei der Ätztechnik bei- spielsweise muss die Transferfolie einer weiteren Druckmaschine zugeführt werden, in welcher der lösungsmittelresistente Lack auf die Metallschicht aufgedruckt wird. Jeder separate Arbeitsgang erzeugt jedoch Verzüge der Trägerfolie. Während man für seitliche Verzüge nur mit geringen Verände- rungen an der Folie rechnen muß, addieren sich Verzüge in Bahnlaufrichtung zu beträchtlicher Größe. So ergibt beispielsweise 0,1 %o Verzug bei 1 m Bahnbreite 0,1 mm Breitenänderung. Der gleiche Verzug bei 5.000 m Bahnlänge dagegen ergibt 50 cm Verschiebung.
Dies bedeutet, dass eine definierte und korrekte Anordnung der Beugungsstrukturen und der Aussparungen seitlich zueinander - d.h. über die Breite der Kunststofffolie gesehen - noch relativ einfach einzuhalten ist. Mit großen Problemen verbunden ist jedoch die Einhaltung einer genauen Lage von Beugungsstrukturen und Aussparungen in Bahnlaufrichtung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren vorzuschlagen, welches auch eine platzierte Anordnung von Beugungsstrukturen und in der Reflexionsschicht vorgesehenen Informationen in Bahnlaufrichtung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den unabhängigen Ansprüchen. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verzüge vermieden werden können, wenn alle für die Erzeugung der Beugungsstrukturen und der Aussparungen wesentlichen Arbeitsschritte in einem Arbeitsgang, d.h. in einer Vorrichtung erfolgen. Auf diese Weise können die verschiedenen Arbeitsschritte kontrolliert und korreliert durchgeführt werden, so dass eine registergenaue Anordnung der durch die Beugungsstrukturen dargestellten Information und der Aussparungen resultiert.
Besonders einfach und kostengünstig lässt sich die erfindungsgemäße Vor- richtung gestalten, wenn für die Erzeugung der Aussparungen ein Verfahren gewählt wird, bei welchem vor dem Aufbringen der Reflexionsschicht eine die Haftung oder Schichtbildung dieser Reflexionsschicht beeinflussende Druck- oder Lackschicht aufgebracht wird. In diesem Fall kann der Druckvorgang für diese Druck- bzw. Lackschicht direkt an den Prägevorgang an- schließen, so dass lediglich diese beiden Arbeitsschritte aufeinander abgestimmt werden müssen. Dies hat den Vorteil, dass alle nachfolgenden aufwendigen Verfahrensschritte, wie das Metallisieren und die anschließende Behandlung mit einem Lösungsmittel für die Druck- bzw. Lackschicht in separaten, speziell auf diese Verfahrensschritte abgestimmten Anlagen er- folgen können, ohne dass die register genaue Ausrichtung zwischen den durch die Aussparungen und den durch die Beugungsstrukturen dargestellten Informationen beeinträchtigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Prägestation mit einem Prägezylinder auf, auf dessen Manteloberfläche die Beugungsstrukturen in Form eines Reliefs angeordnet sind. Die Vorrichtung weist ferner eine Druckstation auf, in welcher Informationen mit üblichen Druckfarben oder Lacken aufgedruckt werden. Druckstation und Prägestation sind durch eine Kopplungseinrichtung verbunden, wel- ehe den Druckvorgang in der Druckstation in Abhängigkeit vom Prägevorgang steuert. Diese Kopplungseinrichtung kann aus zwei Zahnrädern mit einer vorbestimmten Anzahl von Zähnen und einem zwischen den Zahnrädern umlaufenden Band bestehen, wobei sowohl der Prägezylinder als auch der Druckzylinder der Druckstation mit jeweils einem Zahnrad versehen sind und das Verhältnis der Zahnzahlen dem Verhältnis von Prägezylinder- umfang zu Druckzylinderumfang entspricht. Bei dem umlaufenden Band kann es sich um eine Kette oder einen Zahnriemen handeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Kopplungseinrichtung auch aus zwei elektronisch steuerbaren Motoren bestehen, wobei einer der Motoren die Prägestation und einer die Druckstation antreibt. Bei einem elektronisch steuerbaren Motor lässt sich jede Geschwindigkeit und jede Winkelstellung elektronisch programmieren und damit die Wir- kung wie bei einer starren Verbindung über eine Kette zwischen den beiden Motoren herstellen. Diese Variante besitzt zudem den Vorteil, dass der Prägezylinder und der Druckzylinder auch dann sehr einfach im Register geführt werden können, wenn die Zylinderumfänge verschieden sind und ungleiche Rapportlängen aufweisen. So kann beispielsweise nach jedem Rap- port durch Abnehmen der Gegendruckwalze im Druckwerk über eine kurzzeitige Veränderung der Druckzylindergeschwindigkeit eine Neujustierung der Zylinder erfolgen. Ebenso können andere bekannte Verfahren aus dem Mehrfarbendruck zur Registerführung zweier Druckzylinder verwendet werden.
Die Vorrichtung ist zudem vorzugsweise mit einer Transportvorrichtung für Endlosbahnen versehen. Zusätzlich kann die Vorrichtung selbstverständlich beliebige weitere Stationen aufweisen, wie z.B. eine Beschichtungsstation. In einer derartigen Beschichtungsstation kann beispielsweise das Substratma- terial, vorzugsweise Papier oder Kunststoff, mit einer thermoplastischen oder strahlungshärtbaren Lackschicht versehen werden, in welche anschließend mit Hilfe des Prägezylinders die Beugungsstrukturen übertragen werden. Selbstverständlich können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur Aussparungen in einer die Beugungsstruktur ansonsten vollflächig abdeckenden Metallschicht erzeugt werden, sondern beliebige metallische bzw. metallschichtfreie Muster. Auch positive metallische Schriftzeichen, wie aus der EP 0 279 880 AI bekannt, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf sehr einfache Weise registergenau zu einer Beugungsstruktur auf einem Substrat erzeugt werden. In diesem Fall muss lediglich der Bereich des Substrats, in welchem später die Metallschicht entfernt werden soll, in der Druckstation mit einer löslichen Druckfarbe oder Lackschicht versehen werden. Nach der Metallisierung und dem Ablösen der Metallschicht in den bedruckten Bereichen bleiben die metallischen Schriftzeichen auf dem Substrat zurück.
Weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Sicherheitsdokument mit einem Sicherheitselement, wel- ches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde,
Fig. 2 Skizze einer Ausführungsform des Sicherheitselements in Aufsicht,
Fig. 3 Skizze einer weiteren Ausführungsform des Sicherheitselements in Aufsicht,
Fig. 4 Skizze des Substratmaterials in Aufsicht, Fig. 5 Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6 Skizze eines Substratmaterials im Querschnitt nach den einzelnen Bearbeitungsstationen der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung,
Fig. 7 Skizze des Substratmaterials im Querschnitt nach weiteren separaten Arbeitsgängen zur Erzeugung von Aussparungen in der Reflexionsschicht der Beugungsstruktur,
Fig.8 Variante eines Substratmaterials im Querschnitt nach der Bearbeitung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 9 weitere Variante des Substratmaterials nach einer Behandlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt ein Wertdokument 1, wie eine Banknote, Scheck oder dergleichen, das mit einem Sicherheitselement 2 versehen ist. Bei diesem Sicherheitselement 2 handelt es sich um eine beugungsoptisch wirksame Relief - Struktur, die mit einer reflektierenden Metallschicht versehen ist, um die in den Beugungsstrukturen enthaltene Information in Reflexion sichtbar zu machen. Dieses Sicherheitselement 2 wird entweder auf dem Substratmaterial des Wertdokuments direkt erzeugt oder auf einer separaten Trägerfolie im Schichtaufbau vorbereitet und anschließend mit Hilfe einer Klebstoff - oder Lackschicht auf dem Dokument 1 befestigt. Die Trägerfolie kann nach dem Übertrag als Schutzfolie ebenfalls auf dem Dokument verbleiben oder, wie im Transferverfahren üblich, vom Dokument abgezogen werden. Die Fig. 2 und 3 zeigen einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Sicherheitselement 2 in Aufsicht. Gemäß Fig. 2 ist die gesamte Oberfläche des Elements 2 mit einer metallischen Beschichtung 4, z.B. aus Aluminium, versehen. Lediglich in bestimmten Bereichen weist die Metallbeschichtung 4 Aussparun- gen 5 in Form von Zeichen, Mustern oder dergleichen auf. Diese Aussparungen 5 wiederholen sich mehrmals entlang des Sicherheitselements 2. Registergenau neben diesen Aussparungen 5 weist das Sicherheitselement 2 Beugungsstrukturen 6 in Form einer Reliefstruktur auf, die ebenfalls eine bestimmte Information darstellen. Hierbei kann es sich um beliebige Bild-, Buchstaben- oder Zeichenmotive, wie Logos, handeln.
In Fig. 3 ist eine weitere Designvariante des Sicherheitselements 2 dargestellt. Hier erstreckt sich die Metallisierung 4 und die darin enthaltenen Beugungsstrukturen 6 lediglich über einen Teilbereich entlang des Sicherheits- elements 2. Registergenau zu der durch die Beugungsstrukturen 6 dargestellten Information sind hier metallische Zeichen, Muster oder dergleichen 7 angeordnet. Der Zwischenbereich 8 trägt keine Metallisierung.
Unabhängig davon, ob der Schichtaufbau des Sicherheitselements 2 direkt auf dem endgültigen Dokumentenmaterial oder auf einer separaten Transferfolie vorbereitet wird, erfolgt die Bearbeitung des Substratmaterials üblicherweise in Form einer sogenannten Endlosbahn, die sowohl über ihre Länge als auch über ihre Breite mehrere identische Wertdokumente 1 bzw. mehrere für Sicherheitsdokumente 1 bestimmte Sicherheitselemente 2 auf- weist.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Transferfolie 10, die sowohl über ihre Breite als auch über ihre Länge mehrere identische Sicherheitselemente 2 aufweist. Bei der Herstellung dieser Transferfolie 10 ist daher darauf zu ach- ten, dass die Lage der Beugungsstrukturen 6 und der Aussparungen 5 sowohl seitlich zueinander, als sogenanntes Seitenregister a, eingehalten wird, als auch die genaue Lage der Beugungsstrukturen 6 und der Aussparungen 5 in Bahnlaufrichtung, das sogenannte Längsregister b.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung 11, mit welcher das Längsregister b realisiert werden kann. Die Vorrichtung 11 besteht aus mehreren Bearbeitungsstationen 12, 13, 14. Bei der Station 12 handelt es sich um eine Beschichtungsvor- richtung, mit welcher ein Substratmaterial 15 in Endlosform entweder par- tiell oder vollflächig mit einer thermoplastischen oder härtbaren Lackschicht versehen werden kann. Sofern das Substratmaterial 15 bereits selbst aus thermoplastischem Kunststoff besteht, kann auf die Beschichtungsstation 12 auch verzichtet werden. Die Prägestation 13 weist einen Prägezylinder 16 auf, auf dessen Manteloberfläche sich die Beugungsstrukturen in Form der Reliefstruktur befinden. Wurde das Substratmaterial 15 in der Beschichtungsstation 12 mit einem härtbaren Lack versehen, so muss die Station 13 zusätzlich eine entsprechende Strahlungs-, Heiz- oder Kühlvorrichtung aufweisen, um den Lack oder das Harz zu härten. Bei der Station 14 handelt es sich um eine Drucks tation mit einem Druckzylinder 17, mit welchem das geprägte Substratmaterial 15 mit einer löslichen Druckfarbe bedruckt wird. Der Prägezylinder 16 sowie die Druckwalze 17 weisen jeweils ein Zahnrad auf. Die Zahnräder sind über eine Kette oder einen Zahnriemen miteinander verbunden sind, so dass sie synchron laufen. Unterhalb der Prägestation 13 ist eine verschiebbare Walze 18 angeordnet, mit welcher die Substratlänge zwischen Prägestation 13 und Druckstation 14 so einjustiert werden kann, dass das in der Druckstation 14 aufgebrachte Druckbild registergenau immer an die vorgesehene Stelle neben oder auf die Beugungsstrukturen gedruckt wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die einzelnen Stationen 12, 13 und 14 tatsächlich innerhalb eines Gehäuses untergebracht sind, vielmehr müssen die in den einzelnen Stationen ablaufenden Arbeitsgänge direkt aneinander anschließen, ohne dass das Substratmaterial aus der Vorrichtung entfernt und und erneut in eine andere Vorrichtung eingeführt werden muss.
Gemäß der in Fig. 5 gezeigten Variante besitzen der Prägezylinder 16 und der Druckzylinder 17 den gleichen Umfang, so dass auch die Zahnräder und die hierauf angeordnete Zahl an Zähnen gleich groß ausgeführt sind. Prägezylinder und Druckzylinder 17 können jedoch auch verschieden große Durchmesser haben und eine verschiedene Anzahl von Wiederholungen der Beugungsstrukturen oder des Druckbildes auf dem Zylinderumfang aufweisen. Das Verhältnis der Zylinderumfänge entspricht dabei dem Verhältnis der Anzahl an Wiederholungen. Die an den Zylindern 16, 17 angebrachten Zahnräder müssen in diesem Fall Zahnzahlen im selben Verhältnis aufweisen, um sicherzustellen, dass die prägenden und druckenden Zylinderoberflächen auch bei ungleichen Zylinderumf ängen gleich schnell und registergenau laufen.
In den Fig. 6a bis 6c wird der Bearbeitungszustand des Substratmaterials 15 nach den jeweiligen Stationen 12, 13 und 14 schematisch dargestellt. Fig. 6 a zeigt das Substratmaterial 15 nach der Beschichtungsstation 12. Das Substratmaterial 15 trägt hier eine thermoplastische oder härtbare Lack- oder Harz- beschichtung 19. Die Beschichtung 19 weist in diesem Stadium eine im Wesentlichen glatte Oberfläche auf. Fig. 6 b zeigt das Substratmaterial und die Beschichtung 19 nach dem Verlassen der Prägestation 13. In der Prägestation wurde die frei zugängliche Oberfläche der Beschichtung 19 mit dem Zylindermantel der Präge walze 16 in Kontakt gebracht und während des Kon- takts je nach verwendetem Beschichtungsmaterial 19 gehärtet, geheizt oder gekühlt, um die durch die Prägewalze übertragene Reliefstruktur 20 in der Beschichtung 19 zu fixieren. In Fig. 6c ist das Substratmaterial nach der Druckstation 14 dargestellt. In der Druckstation 14 wird auf das Substratma- terial 15 ein Druckbild 21 mittels einer löslichen Druckfarbe registergenau zur Beugungsstruktur 20 aufgebracht. Im gezeigten Fall wird das Druckbild
21 direkt auf die Beugungsstrukturen aufgedruckt.
Fig. 7 zeigt das Substratmaterial 15 nach weiteren Verarbeitungsschritten, deren zugehörige Bearbeitungsstationen in Fig. 5 nicht gezeigt wurden, da hierfür alle aus dem Stand der Technik bekannten Bearbeitungsstationen verwendet werden können. Fig. 7a zeigt das Substratmaterial 15 nach dem Aufbringen einer dünnen Metallschicht 22 auf die gesamte geprägte und bedruckte Oberfläche des Substratmaterials 15. Die Erzeugung der Metall- Schicht 22 kann beispielsweise mittels einer Vakuumdampfanlage erfolgen. Die Metallschicht 22 sorgt in den nichtbedruckten Bereichen der Beugungsstruktur 20 dafür, dass die durch die Beugungsstrukturen dargestellten Information in Reflexion sichtbar werden.
Anschließend wird das Substratmaterial 15 mit einem Lösungsmittel für die in der Druckstation 14 aufgebrachte Druckfarbe behandelt. Das Lösungsmittel löst die Druckfarbe 21. Gleichzeitig wird die darüberliegende Metallschicht 22 ebenfalls entfernt, so dass die Aussparungen 5 in der Metallschicht
22 entstehen. Dieses Substratmaterial 15 weist nun in Reflexion sichtbare Beugungsstrukturen 20 sowie eine visuell lesbare Information in Form von
Aussparungen 5 in der Metallschicht 22 auf, die in Bahnlaufrichtung gesehen registergenau zueinander angeordnet sind. Dieses Substratmaterial 15 wird anschließend in kleinere Bahnen und schließlich in Sicherheitselemente der gewünschten Form geschnitten. Um das Element auf dem Wertdokument befestigen zu können, muss die Metallschicht zusätzlich mit einer Klebstoff Schicht versehen werden. Hierbei kann es sich ebenfalls um strahlungshärtbare, druckempfindliche oder thermisch aktivierbare Klebstoffe handeln.
Wie Fig. 8 zeigt, ist es nicht unbedingt notwendig, dass in der Prägestation 13 die gesamte Oberfläche der Beschichtung 19 mit der Prägestruktur verse- hen wird. Häufig genügt es, auch nur einen Teil mit der Prägestruktur 20 zu versehen und einen Teil 23 ungeprägt und damit mit glatter Oberfläche zu belassen. In diesem ungeprägten Bereich kann anschließend das Druckbild 21 angeordnet werden.
Ebenso ist es denkbar, bereits die Beschichtung 19 nur in einem Teilbereich des Substrats 15 anzuordnen und das Druckbild 21 im nichtbeschichteten Bereich vorzusehen.
Bei den eingeprägten Beugungsstrukturen kann es sich um beliebige beu- gungsoptisch wirksame Strukturen, wie Kinegrame, echte Hologramme,
Gyrograme, Movigrame etc. handeln. Ebenso ist es möglich, das Substratmaterial nicht als Transferfolie zu verwenden, sondern in einzelne Etiketten zu zerlegen, wobei eine der Oberflächen des Substratmaterials zusätzlich mit einem Haftkleber versehen wird. Diese Etiketten können anschließend auf sehr einfache Weise auf beliebige Produkte aufgeklebt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Herstellung eines Substrats mit einer optisch variablen Struktur in Form einer Reliefstruktur, wobei die Vorrichtung zumindest eine erste Station zur Erzeugung der optisch variablen Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine zweite Station aufweist, in welcher eine Information registergenau zu der optisch variablen Struktur aufgebracht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest folgende Komponenten aufweist:
eine Prägestation, in welcher das Substrat oder eine auf dem Substrat angeordnete Schicht mit der optisch variablen Struktur versehen wird,
eine Druckstation, in welcher die Information aufgebracht wird,
eine Kopplungseinrichtung zwischen Prägestation und Druckvorrichtung, die für eine registergenaue Bearbeitung des Substrats sorgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestation einen Prägezylinder mit vorbestimmten Prägezy linderumfang zum Übertragen der Reliefstruktur aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstation einen Druckzylinder mit einem vorbestimmten Druckzylin- derumf ang aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung aus zwei Zahnrädern mit einer vorbestimmten Anzahl von Zähnen und einem zwischen den Zahnrädern umlaufenden Band besteht, wobei jeder der Zylinder mit jeweils einem Zahnrad versehen ist und das Verhältnis der Zahnzahlen dem Verhältnis von Prägezylinderum- f ang zu Druckzylinderumfang entspricht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band eine Kette oder ein Zahnriemen ist.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung aus zwei elektronisch steuerbaren Motoren besteht, wobei einer der Motoren die Prägestation und einer die Druckstation antreibt.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung zusätzlich eine verschiebbare Walze aufweist, die in Transportrichtung zwischen der Prägestation und der Druckstation angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Transportvorrichtung für Endlosbahnen aufweist, und dass das Substrat in Endlosform vorliegt.
10. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer optisch variablen Reliefstruktur und einer die Reliefstruktur nur bereichsweise abdeckenden Reflexionsschicht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen eines Substrats in Endlosform, Einprägen der Reliefstruktur in das Substrat oder eine eventuell auf dem Substrat angeordnete Schicht,
Aufdrucken einer Trennschicht in den Bereichen, die später refle- xionsschichtfrei sein sollen, wobei der Druckvorgang in räumlicher und zeitlicher Korrelation zum Prägevorgang abläuft, so dass die Trennschicht in Transportrichtung des Substrats gesehen registergenau zu der Reliefstruktur angeordnet ist,
- Aufbringen einer vollflächigen Reflexionsschicht,
Entfernen der Trennschicht und der darüberliegenden Reflexionsschicht, so dass reflexionsschichtfreie Bereiche entstehen.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselements mit einer optisch variablen Reliefstruktur und einer die Reliefstruktur nur bereichsweise abdeckenden Reflexionsschicht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen eines Substrats in Endlosform,
Einprägen der Reliefstruktur in das Substrat oder eine eventuell auf dem Substrat angeordnete Schicht,
Aufdrucken einer Trennschicht in den Bereichen, die später refle- xionsschichtfrei sein sollen, wobei der Druckvorgang in räumlicher und zeitlicher Korrelation zum Prägevorgang abläuft, so dass die Trennschicht in Transportrichtung des Substrats gesehen registergenau zu der Reliefstruktur angeordnet ist, Aufbringen einer vollflächigen Reflexionsschicht,
Entfernen der Trennschicht und der darüberliegenden Reflexionsschicht, so dass die Aussparungen entstehen,
eventuell Aufbringen einer Klebstoffschicht,
Schneiden des Substrats in Sicherheitselemente vorbestimmter Form.
12. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsdokuments mit einem Sicherheitselement bestehend aus einer optisch variablen Reliefstruktur und einer die Reliefstruktur nur bereichsweise abdeckenden Reflexionsschicht, die Aussparungen in Form von Zeichen, Muster oder dergleichen aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen eines Substrats in Endlosform,
Einprägen der Reliefstruktur in das Substrat oder eine eventuell auf dem Substrat angeordnete Schicht,
Aufdrucken einer Trennschicht in den Bereichen, die später refle- xionsschichtfrei sein sollen, wobei der Druckvorgang in räumlicher und zeitlicher Korrelation zum Prägevorgang abläuft, so dass die Trennschicht in Transportrichtung des Substrats gesehen registerge- nau zu der Reliefstruktur angeordnet ist,
Aufbringen einer vollflächigen Reflexionsschicht, Entf ernen der Trennschicht und der darüberliegenden Reflexionsschicht, so dass die Aussparungen entstehen.
Schneiden des Substrats in Sicherheitselemente vorbestimmter Form,
Befestigen des Sicherheitselements am Sicherheitsdokument.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Bänder vorgegebener Breite geschnitten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor dem Schneiden mit einer Klebstoff schicht versehen wird.
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Sicherheitselement im Transferverfahren auf der
Oberfläche des Sicherheitsdokuments befestigt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder während der Herstellung einer Papierbahn der Papiermaschine zugeführt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder in Form eines Fenstersicherheitsfadens in die Papierbahn eingebettet werden und die Papierbahn schließlich in Sicherheitsdokumente geschnitten wird.
18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht eine Druckfarbe ist, die mit einem Lösungsmittel entfernt werden kann.
19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht in Form von Zeichen oder Mustern aufgedruckt wird.
20. Verfahren nach wenigsten einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht eine im Vakuumdampfverfahren aufgebrachte Metallschicht ist.
21. Folienmaterial mit einer optisch variablen Struktur in Form einer Relief- Struktur und einer Reflexionsschicht, die Aussparungen in Form von Zeichen, Mustern oder dergleichen aufweist, wobei das Folienmaterial eine bestimmte Breiten- und Längenausdehnung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Aussparungen in Richtung der Längenausdehnung des Folienmaterials registergenau zur Reliefstruktur angeordnet ist.
22. Verwendung des Folienmaterials nach Anspruch 20 für die Herstellung von Sicherheitselementen und hiermit versehenen Produkten.
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