WO2001058658A1 - Spritzgussteil, spritzgussform und spritzgussverfahren - Google Patents

Spritzgussteil, spritzgussform und spritzgussverfahren Download PDF

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Thomas KNÖDLER
Horst Woydich
Dieter Ebert
Frank Knocke
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Xetos Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26—Moulds
    • B29C45/37—Mould cavity walls, i.e. the inner surface forming the mould cavity, e.g. linings
    • B29C45/372—Mould cavity walls, i.e. the inner surface forming the mould cavity, e.g. linings provided with means for marking or patterning, e.g. numbering articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/722—Decorative or ornamental articles
    • B29L2031/7224—Holograms

Definitions

  • the invention relates to an injection molded part with at least one outer surface, an injection mold with at least one inner surface and an injection molding process.
  • Injection molded parts of this type are often housing shapes for electronic components, computer components, image, sound and data carriers, other consumer articles, etc. These injection molded parts generally have at least one outer surface on which the information is visible to the outside. The information can be printed on the outer surface, stuck on with stickers with the corresponding information, entered as color information directly on differently colored injection molding material in this outer surface or appear as a directly cast lettering
  • Holographically stored information provides particularly effective protection against copying, since coherent light sources in the form of complicated laser structures must be used to copy a hologram.
  • the invention has for its object to provide an injection molded part which serves as a carrier of information in an alternative representation or which offers increased copy protection.
  • the outer surface of the injection molded part comprises at least in sections a surface structure with optically diffractive properties.
  • information which is represented, for example, by a corresponding surface structure can advantageously be made visible to the outside, but also simply a new design option can be offered.
  • the surface structure can "shimmer" the light falling on the outer surface in various colors by means of suitable diffraction structures, which makes completely new color appearances possible than by classic painting or pasting with appropriate foils.
  • suitable choice of injection molding material and surface structure numerous new design options are created.
  • already uncoded or coded information can be introduced into the surface structures, which does not appear immediately, only after decoding and / or only after irradiation with visible electromagnetic waves.
  • the surface structure can be a diffraction pattern, for example.
  • the diffraction pattern can be designed such that it shows different motifs or information depending on the viewing angle from the injection molded part to the illumination source or its illumination color.
  • optical diffraction phenomena of surface structures only occur with structure sizes in the size range of the electromagnetic radiation used.
  • the surface structure for generating diffraction phenomena when irradiated with visible light has line spacings or areas in which the structure changes in the order of magnitude of, for example, 1000 lines per millimeter.
  • the surface structure has a different number of lines per millimeter. If this surface structure is irradiated with light in the visible range, the underlying information is also visible, but distorted in depth (shortened or extended).
  • the information displayed by the surface structure via diffraction effects can include any type of optically readable information, including purely geometric or irregular, (apparently) random patterns.
  • the surface structure is a hologram to increase copy protection or to display particularly effective information.
  • This can be a three-dimensional hologram (spatial rendering of an object in full three-dimensional rendering), a two / three-dimensional hologram (flat motif against a three-dimensional background) act two-dimensional hologram (flat graphic).
  • hologram is to be understood in the sense that the information contained in the hologram as a whole is only contained in surface sections of the surface structure. The technical effort involved in the production of such holograms offers effective protection against simple copying and thus against the distribution of counterfeit products.
  • At least the outer surface with a surface structure is preferably coated with a transparent copy protection layer with properties that rotate and / or filter the polarization of the light.
  • a particularly effective protection against copying is advantageously created.
  • coherent light sources must be used to copy a hologram. These light sources also have the property that they emit polarized light (circular or linearly polarized light) send.
  • a reconstruction beam of the hologram which has to pass through the copy protection layer at least once, must interfere with a reference light beam that is not diffracted by the surface structure (and thus does not pass through the copy protection layer).
  • the copy protection layer can polarize the reconstruction light beam or the subsequent object beam just perpendicular to the reference beam. If the copying layer has essentially pure polarization-filtering properties, the linearly polarized reconstruction beam is filtered so strongly, for example, that it can no longer interfere with the reference beam.
  • an embossing stamp for embossing surface structures with optically diffractive properties of the injection molded part is contained in the inner surface of the injection mold. This creates a particularly easy-to-manufacture injection mold, which can produce the desired surface structure.
  • the surface structure preferably represents a hologram.
  • a stamp is preferably used as the embossing stamp, as is used for the normal production of foils with diffraction structures or holograms.
  • the stamp preferably consists of a sufficiently thick metallic material. This special material is advantageously able to dissipate the heat that occurs during injection molding sufficiently into the material inside the die, so that no significant changes occur.
  • the surface structure of the die can occur due to thermal material expansion.
  • the method for injection molding an injection molded part comprises the following steps: a metal copy is made of a surface structure with optically diffractive properties, the metal copy is inserted as an embossing stamp into an injection mold, and the injection molded part is cast.
  • the production of a metal copy with a surface hologram is usually similar to the pressing of records.
  • an embossing die e.g. a photoresist hologram
  • a surface structure containing the hologram as a diffraction pattern is used, which is then chemically silver-plated with a silver solution or vapor-coated with a metal film in a high vacuum.
  • the metal film is then galvanically reinforced sufficiently that a solid metallic (e.g.
  • the nickel stamp is created and detached from the original.
  • the embossing stamp can then be firmly inserted into a recess provided for this purpose in the injection mold.
  • the optically diffractive surface structure is advantageously molded onto the injection molded parts. All plastic granules, in particular thermoplastic materials, that produce a smooth surface (e.g. PC, PE, PU, ABS) are suitable as injection molding material.
  • the pressure and / or the temperature are preferably controlled such that the surface structure of the stamping die remains essentially unchanged. It is advantageously ensured, under control of the pressure and / or the temperature, that material expansions or strains of the stamping die remain so small during the injection molding process that the surface structure of the injection molded part is not significantly impaired.
  • the molding material is doped with certain substances in certain proportions. These substances and their proportions can then be detected again using mass spectroscopy, but usually only if the substances introduced and their proportions are known. If this information is kept as secret as possible, a copy is practically impossible, or a copy can be distinguished from the original with great reliability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spritzgussteil mit wenigstens einer Aussenfläche, eine Spritzgussform mit wenigstens einer Innenfläche sowie ein Spritzgussverfahren. Zum Schaffen eines Spritzgussteils, welches als Träger von Information in alternativer Darstellungsweise dient oder welches einen erhöhten Kopierschutz bietet, umfasst die Aussenfläche des Spritzgussteils zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur mit optisch beugenden Eigenschaften. Ferner ist hierfür in der Innenfläche der Spritzgussform ein Prägestempel zum Prägen von Oberflächenstrukturen mit optisch beugenden Eigenschaften des Spritzgussteils enthalten. Beim entsprechenden Spritzgussverfahren wird von einer Oberflächenstruktur mit optisch beugenden Eigenschaften eine Metallkopie angefertigt, die Metallkopie als Prägestempel in eine Spritzgussform eingesetzt, und das Spritzgussteil gegossen.

Description

Spritzgußteil, Spritzgußforπi und Spritzgußverfahren
Die Erfindung betrifft ein Spritzgußteil mit wenigstens einer Außenfläche, eine Spritzgußform mit wenigstens einer Innenfläche sowie ein Spritzgußverfahren.
Bei derartigen Spritzgußteilen handelt es sich häufig um Gehäuseformen von elektronischen Bauteile, Computerbauteilen, Bild-, Ton- und Datenträgern, sonstigen Gebrauchsartikeln, etc.. Dabei besitzen diese Spritzgußteile in der Regel wenigstens eine Außenfläche, auf welcher die Information nach außen hin sichtbar ist. Die Information kann dabei auf die Außenfläche aufgedruckt, über Aufkleber mit der entsprechenden Information aufgeklebt, als Farbinformation unmittelbar über verschieden farbiges Spritzgußmaterial in diese Außenfläche eingegeben oder als unmittelbar eingegossener Schriftzug erscheinen
(letzterer ragt anschließend als Schriftzugrelief aus der
Außenfläche des Spritzgußteils heraus) . Ferner gibt es auch transparente Materialien für die Spritzgußteile, in welche farbige Materialien eingegossen werden, die bei Durchsicht durch das transparente Material ihre Information preisgeben. Diese aufgedruckte, aufgeklebte bzw. eingegossene Information ist sichtbar (d.h. mit Licht im optisch sichtbaren Bereich lesbar bzw. darstellbar) .
Häufig werden solche Spritzgußteile bzw. die entsprechenden Geräte, Datenträger, etc. dadurch authentifiziert, daß Sicherheitssiegel in Form von Folien-Hologrammen aufgeklebt werden. Sicherheitssiegel in Form von Hologrammen beruhen auf optischen Beugungsstrukturen, die in die Fo- lienschicht eingelagert sind. Je nach Beleuchtungs- und Blickwinkel nimmt der Betrachter unterschiedliche Farben, Muster und Motive wahr. Der Aufbau dieser Folienschichten und der technische Aufwand bei ihrer Produktion bieten einen wirkungsvollen Schutz vor einem einfachen Kopieren und damit vor einem Vertreiben von gefälschten Produkten mit einem kopierten Sicherheitssiegel.
Holografisch gespeicherte Information schützt besonders wirkungsvoll gegen Kopieren, da zum Kopieren eines Hologramms grundsätzlich kohärente Lichtquellen in Form komplizierter Laseraufbauten verwendet werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgußteil zu schaffen, welches als Träger von Information in alternativer Darstellungsweise dient oder welches einen erhöhten Kopierschutz bietet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe jeweils mit den Gegenständen der Ansprüche 1, 4 und 7.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach Anspruch 1 umfaßt die Außenfläche des Spritzgußteils zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur mit optisch beugenden Eigenschaften. Vorteilhaft kann hierdurch eine beispielsweise durch eine entsprechende Ober- flächenstruktur dargestellte Information nach außen sichtbar gemacht werden, aber auch einfach eine neuartige Gestaltungsmöglichkeit geboten werden. So kann die Oberflächenstruktur durch geeignete Beugungsstrukturen das auf die Außenfläche einfallende Licht in verschiedenen Farben "schillern" lassen, wodurch ganz neuartige Farberscheinungen möglich sind, als durch das klassische Bemalen oder Bekleben mit entsprechenden Folien. Bei geeigneter Wahl des Spritzgußmaterials und der Oberflächenstruktur sind nämlich zahlreiche neuartige Gestaltungsmöglich- keiten geschaffen. Außerdem können bereits uncodierte oder codierte Informationen in die Oberflächenstrukturen eingebracht werden, die unmittelbar, erst nach Decodie- rung und/oder erst bei Bestrahlung mit optisch nicht sichtbaren elektromagnetischen Wellen erkennbar werden. Somit ist ein besonders wirkungsvoller Produktschutz möglich, da keine Sicherheitssiegel mehr benötigt werden, die auf das Gehäuse aufgeklebt werden müssen und als Pro- duktschutz unmittelbare erkennbar sind. Der Produktschutz kann nach außen mit bloßem Auge nicht mehr erkennbar sein. Wird das Spritzgußteil einfach in Kopie abgegossen, so enthält die Kopie nicht mehr diese Oberflächenstruktur, da die herkömmlichen Spritzgußformen solche Oberflä- chenstrukturen nicht herstellen können.
Die Oberflächenstruktur kann beispielsweise ein Diffraktionsmuster sein. Das Diffraktionsmuster kann dabei so ausgelegt sein, daß es je nach Betrachtungswinkel von Spritzgußteil zur Beleuchtungsquelle bzw. dessen Beleuchtungsfarbe unterschiedliche Motive bzw. Informationen zeigt .
Grundsätzlich treten optische Beugungserscheinungen von Oberflächenstrukturen lediglich bei Strukturgrößen im Größenbereich der verwendeten elektromagnetischen Strah-- lung auf. Insofern weist die Oberflächenstruktur zum Erzeugen von Beugungserscheinungen bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht Linienabstände bzw. Bereiche in denen die Struktur sich ändert in der Größenordnung von beispielsweise 1000 Linien pro Millimeter auf. Für Beugungserscheinungen bei Bestrahlung mit UV- oder IR-Licht weist die Oberflächenstruktur eine unterschiedliche Linienanzahl pro Millimeter auf. Wird diese Oberflächenstruktur mit Licht im sichtbaren Bereich bestrahlt, so wird die zugrunde liegende Information zwar ebenfalls sichtbar, jedoch in der Tiefe verzerrt (verkürzt oder in die Länge gezogen) . Dies kann ausgenutzt werden, Information so in die "UV- bzw- IR-Beugungsstrukturen" einzubringen, daß sie bei der in der Tiefe verzerrten Darstellung unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht" nicht mehr erkennbar ist. So kann beispielsweise das reelle Bild betrachtet werden, daß abhängig von der eingestrahlten Lichtwellenlänge im unterschiedlichen Abstand oberhalb der Außenfläche des Spritzgußteils "schwebt". Der gemessenen Abstand in Verbindung mit der vorgegebenen Lichtwellenlänge ist folglich eine "versteckte" Information, die nicht ohne weite- res im sichtbaren Licht erkennbar ist.
Die von der Oberflächenstruktur über Beugungseffekte dargestellte Information kann jede Art optisch lesbarer Information umfassen, auch rein geometrische oder unregel- mäßige, (scheinbar) zufällige Muster.
Zum Erhöhen des Kopierschutzes oder zum Darstellen besonders wirkungsvoller Information stellt die Oberflächenstruktur ein Hologramm dar. Es kann sich hierbei um ein dreidimensionales Hologramm (räumliche Wiedergabe eines Objektes in voller dreidimensionaler Wiedergabe), ein zwei/dreidimensionales Hologramm (flächiges Motiv vor dreidimensionalem Hintergrund) , ein zweidimensionales Hologramm (flächige Grafik) handeln.
Der Begriff Hologramm ist in dem Sinne zu verstehen, daß in dem Hologramm enthaltene Information als ganzes auch nur in Flächenabschnitten der Oberflächenstruktur enthalten ist. Der technische Aufwand bei der Produktion sol- eher Hologramme bietet einen wirkungsvollen Schutz vor einem einfachen Kopieren und damit vor einem Vertreiben von gefälschten Produkten.
Bevorzugt ist zumindest die Außenfläche mit Oberflächen- Struktur mit einer transparenten Kopierschutzschicht mit die Polarisation des Lichtes drehenden und/oder filternden Eigenschaften überzogen. In Verbindung mit einem Hologramm als Oberflächenstruktur ist vorteilhaft ein besonders wirkungsvoller Schutz vor einem Kopieren geschaf- fen. Zum Kopieren eines Hologramms müssen grundsätzlich kohärente Lichtquellen verwendet werden. Diese Lichtquellen haben zusätzlich die Eigenschaft, daß sie polarisiertes Licht (zirkulär oder linear polarisiertes Licht) aus- senden. Ferner muß für das Kopieren ein Rekonstruktions- strahl des Hologramms, welcher wenigstens einmal die Kopierschutzschicht passieren muß, mit einem nicht von der Oberflächenstruktur gebeugten (und damit nicht durch die Kopierschutzschicht hindurchgetretenen) Referenzlichtstrahl interferieren. Interferenz tritt jedoch nur bei Lichtstrahlen auf, die nicht senkrecht zueinander polarisiert sind. Durch geeignete Wahl der Kopierschutzschicht kann diese den Rekonstruktionslichtstrahl bzw. den an- schließenden Objektstrahl gerade senkrecht zu dem Referenzstrahl polarisieren. Hat die Kopierschicht im wesentlichen reine polarisationsfilternde Eigenschaft, so wird der linear polarisierte Rekonstruktionsstrahl beispielsweise so stark gefiltert, daß er nicht mehr mit dem Refe- renzstrahl interferieren kann. Für weitere Details und Ausgestaltungen der Kopierschutzschicht sowie des Hologramms wird auf die parallele Anmeldung mit der Bezeichnung "Informationsträger" derselben Anmelder verwiesen, welche denselben Anmeldetag trägt, deren Offenbarung vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung übernommen wird.
Nach Anspruch 4 ist in der Innenfläche der Spritzgußform ein Prägestempel zum Prägen von Oberflächenstrukturen mit optisch beugenden Eigenschaften des Spritzgußteils enthalten. Hierdurch ist ein besonders einfach fertigbare Spritzgußform geschaffen, welche die gewünschte Oberflächenstruktur herstellen kann. Bevorzugt stellt die Oberflächenstruktur ein Hologramm dar. Als Prägestempel wird vorzugsweise ein Stempel verwendet, wie er zum normalen Herstellen von Folien mit Beugungsstrukturen bzw. Hologrammen verwendet wird.
Bevorzugt besteht der Prägestempel aus einem ausreichend dicken metallischen Material. Dieses spezielle Material ist vorteilhaft in der Lage, die beim Spritzgießen auftretende Wärme ausreichend in das Materialinnere des Prägestempels abzuleiten, so daß keine wesentlichen Verände- rungen der Oberflächenstruktur des Prägestempels durch thermische Materialdehnungen auftreten können.
Nach Anspruch 7 umfaßt das Verfahren zum Spritzgießen ei- nes Spritzgußteils folgende Schritte: Von einer Oberflächenstruktur mit optisch beugenden Eigenschaften wird eine Metallkopie angefertigt, die Metallkopie wird als Prägestempel in eine Spritzgußform eingesetzt, und das Spritzgußteil wird gegossen. Das Anfertigen einer Metall- kopie mit einem Flächenhologramm erfolgt gewöhnlich ähnlich dem Pressen von Schallplatten. Als Original wird dabei beispielsweise eine Prägematrize (z.B. ein Photore- sisthologramm) mit einer das Hologramm als Beugungsmuster enthaltenden Oberflächenstruktur verwendet, die anschlie- ßend chemisch mit einer Silberlösung versilbert oder im Hochvakuum mit einem Metallfilm bedampft wird. Der Metallfilm wird anschließend genügend stark galvanisch verstärkt, daß ein massiver metallischer (z.B. Nickel) Prägestempel entsteht und von dem Original abgelöst . Der Prägestempel kann anschließend in eine dafür vorgesehene Aussparung in der Spritzgußform fest eingesetzt werden. Beim Spritzvorgang formt sich die optisch beugende Oberflächenstruktur vorteilhaft auf die Spritzgußteile ab. Als Spritzgußmaterial eignen sich alle Plastikgranulate, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, die eine glatte Oberfläche erzeugen (z.B. PC, PE, PU, ABS).
Bevorzugt werden während des Gießens des Spritzgußteils der Druck und/oder die Temperatur so gesteuert, daß die Oberflächenstruktur des Prägestempels im wesentlichen unverändert bleibt . Vorteilhaft wird unter Steuerung des Drucks und/oder der Temperatur gewährleistet, daß Materialdehnungen bzw. -verspannungen des Prägestempels während des Spritzgießvorganges so gering bleiben, daß die Ober- flächenstruktur des Spritzgußteils nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Zum weiteren Erhöhen des I ^ Schutzes ist das Spritzgußmaterial mit bestimmten Stoffen in bestimmten Mengenverhältnissen dotiert. Diese Stoffe und deren Mengenverhältnisse können anschließend wieder über eine Massen- Spektroskopie detektiert werden, in der Regel jedoch nur bei Kenntnis der eingebrachten Stoffe und deren Mengenverhältnis. Wird diese Information möglichst geheim gehalten, so ist eine Kopie praktisch unmöglich, bzw. läßt sich eine Kopie mit großer Zuverlässigkeit von dem Origi- nal unterscheiden. Die Anmelder behalten sich vor, diese spezielle Dotierung von Spritzgußteilen (ohne Oberflächenstruktur mit optisch beugenden Eigenschaften) getrennt weiterzuverfolgen.

Claims

Patentansprüche :
1. Spritzgußteil mit wenigstens einer Außenfläche, da- durch gekennzeichnet, daß die Außenfläche zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur mit optisch beugenden Eigenschaften umfaßt .
2. Spritzgußteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, daß die Oberflächenstruktur ein Hologramm darstellt.
3. Spritzgußteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Außenfläche mit Oberflächen- Struktur mit einer transparenten Schutzschicht überzogen ist .
4. Spritzgußform mit wenigstens einer Innenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenfläche ein Prägestempel zum Prägen von Oberflächenstrukturen mit optisch beugenden Eigenschaften des Spritzgußteils enthalten ist.
5. Spritzgußform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, daß die Oberflächenstruktur ein Hologramm darstellt.
6. Spritzgußform nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prägestempel aus einem ausrei- chend dicken metallischen Material besteht.
7. Verfahren zum Spritzgießen eines Spritzgußteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Oberflächenstruktur mit op- tisch beugenden Eigenschaften eine Metallkopie angefertigt wird, die Metallkopie als Prägestempel in eine Spritzgußform gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 eingesetzt wird, und das Spritzgußteil gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Gießens des Spritzgußteils der Druck und die Temperatur so gesteuert werden, daß die Oberflächenstruktur des Prägestempels im wesentlichen unverändert bleibt .
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