WO2011131475A1 - Durch ein urformverfahren hergestellter, mit einem beugungsgitter markierter gegenstand und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Durch ein urformverfahren hergestellter, mit einem beugungsgitter markierter gegenstand und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2011131475A1
WO2011131475A1 PCT/EP2011/055196 EP2011055196W WO2011131475A1 WO 2011131475 A1 WO2011131475 A1 WO 2011131475A1 EP 2011055196 W EP2011055196 W EP 2011055196W WO 2011131475 A1 WO2011131475 A1 WO 2011131475A1
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lattice
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article
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PCT/EP2011/055196
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Klaus Franken
Alfred Rutz
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U-Nica Technology Ag
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    • G03H2270/00—Substrate bearing the hologram
    • G03H2270/52—Integrated surface relief hologram without forming layer

Definitions

  • the present invention relates to a marked object produced by an original molding method, wherein the marking comprises a lattice structure on or in its surface, the lattice structure having a lattice constant which generates a diffraction structure when the lattice structure is exposed to light visible to the human eye.
  • WO 2006/027688 a process for the production of tablets is known, on which a visible flex microstructure is introduced.
  • the flex microstructure of the article When the flex microstructure of the article is irradiated with white light, it shows a hologram-like rainbow effect. This visual effect may indicate the authenticity of the tablet.
  • the microstructures are grating structures with 500 nanometers to a few microns distance. They are obtained by pressing or molding with a press tool having the negative version of the microstructure. The method is only aimed at the pressing of tablets in the pharmaceutical sector and not generally applicable.
  • An article having the features of the preamble of claim 1 is known from US 2004/0187997, in which a decorative element is applied to a rubber tire. become.
  • the decorative element comprises various macroscopic areas with dimensions of each square centimeter, each with a lattice structure oriented at different angles to each other. Thus arises for the viewer with natural lighting from a different scattering and reflective Elements composed motif.
  • the lattice constant is given as advantageous at 0.5 to 0.7 microns with a motif height of between 0.1 and 0.3 microns.
  • the object of the invention is to specify a marked article and a method for producing a diffractive optical security feature in plastic articles of utility.
  • the grid structure has at least two areas, wherein the grid lines of different areas are each phase-shifted from one another or angularly displaced.
  • a marked object produced by a primary shaping method comprising a lattice structure on or in its surface, wherein the lattice structure has a lattice constant which generates a diffraction structure when the lattice structure is exposed to light visible to the human eye.
  • Either different diffraction structures are produced with this grating structure, or surfaces with and without diffraction structures form on the surface, which together form an optically recognizable symbol.
  • the individual, in particular macroscopic, elements of the optically recognizable symbol are subdivided into a multiplicity of, in particular microscopic, regions, wherein the grating lines of different regions are in each case phase-shifted relative to one another and / or are angularly offset.
  • An advantage of the invention lies in the fact that the security feature for a consumer can be checked with the naked eye under the conditions that can be reached at the point of sale of the article of daily use. On the other hand, the security feature is not disturbing because the hologram is not visible in normal diffuse room lighting.
  • the areas mentioned in the claims are microscopic and are not visible to the viewer macroscopically, especially in normal diffuse room lighting and are visible only when using a strong light source such as a halogen spotlight, a strong LED lamp or direct sunlight.
  • the verifiability is mainly, but not exclusively, to recognize the new, for example, originally packaged item.
  • the structures of the security element for example due to grease or dust, settle. By cleaning, the structure can be re-exposed and made visible by the mentioned illumination. Thus, the authenticity can also prove later.
  • the article is advantageously at least partially made of one Soft polymer, in particular made of PVC-P, wherein the primary molding process is an injection molding process and the lattice structure in the surface of the soft polymer.
  • a substance with a shrinkage volume of at least 1% is used and / or the substance is granular with grains in the region of the lattice constant.
  • a lattice constant of the lattice structure between 200 nanometers and 5 micrometers, preferably between 500 and 1200 nanometers, is advantageously used in the marked object.
  • the invention provides a method with the features of claim 6, with which an article according to the invention can be produced.
  • the method for marking an object during its manufacture comprises forming a lattice structure on or in the surface of the article, wherein the marker has a lattice structure with a lattice constant, which generates a diffraction structure when exposed to the lattice structure with visible to the human eye light
  • the lattice structure is produced by a primary shaping method of the object and either provides different diffraction structures or the surface is in areas with and regions without diffraction structures which together form an optically recognizable symbol.
  • the mold used in the primary molding process is equipped with a negative version of said lattice structure.
  • these individual elements of the optically recognizable symbol are subdivided into a plurality of, in particular microscopic, regions, the lattice lines of different regions being phase-shifted relative to each other and / or angle shifted.
  • Fig. 1 shows a sketch of a power plug as a marked object according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a section of the article with individual grid areas of the marking not shown in scale
  • Fig. 3 shows an SEM image with individual grating areas
  • FIG. 4 shows a detail of the article with a plurality of motif areas and in these existing grid areas in a detailed representation.
  • FIG. 1 shows a schematic sketch of a power plug 1 at the end of a power cable 2 with two contact pins 3 here.
  • the plug 1 is injection molded, that is to say in a tool on an injection molding machine through the enclosure of the cable 2 and the contact pins 3 produced by a plastic mass in a single process step.
  • the manufacturing process of a security feature on a plastic utility object uses the injection molding process.
  • an injection molding tool not shown in the drawings is used.
  • an insert with the holographic structure is introduced as a negative master in the injection mold. If the object to be molded is to be provided over a large area with the holographic structure, the injection mold was correspondingly large area provided as such with the negative holographic structure.
  • the diffractive structures may be raised or recessed.
  • the security feature is produced in the normal production process by molding the surface structure of the negative master.
  • Curved surfaces can be parts of spherical surfaces or partially spherical surfaces, or cylinder jacket surfaces.
  • the surfaces can thus be simple, i. be bent about an axis, or twice, about two mutually perpendicular axes. Corresponding security features are even more difficult to fake.
  • the holographic structure 10 on the front side 11 of the plug 1, from which the contact pins 3 protrude, is arranged centrally between these contact pins 3. It is square, it can also have a different shape. It can also extend around one or more contact pins 3. It can also be arranged on curved surfaces of the plug such as cambered side surfaces 4 of the plug or Rejuqungsfizzen 5 on the transition to the cable 2.
  • the structure 10 is the image of a negative master provided on the injection molding tool.
  • the negative master is a diffraction structure.
  • a diffractive structure includes one or more microstructures and grids. These each contain a large number of line-like structures, which in the simplest case are straight, parallel and equidistant. These are ridges or furrows on the surface. These ridges / grooves have a distance of 200 nanometers to 5 microns to each other. This distance is also called the lattice constant. In particular, they are advantageously spaced 500 nanometers to 3 micrometers, 500 to 1200 nanometers, and more preferably between 700 nanometers and 2 micrometers. They form a reflection grid on the utensil after the impression.
  • a plurality of these grids are of different orientation to display a recognizable image or graphic information under illumination.
  • the lattice constants are always in the range between 0.2 and 5 microns, which allows observation of the diffraction structures with the naked eye in many areas.
  • Applicant has used various masters in experiments, for example gratings with a period of 700 nanometers.
  • the structure depth of the grating of a region homogeneous in the master was 50 to 600 nanometers in one embodiment, and in another master the height of the grating structure was 50 to 400 nanometers.
  • the negative master of the injection mold is made of a hard metal such as steel or a hard-coated metal, for example a metallic multilayer structure with an outer hard nickel layer, in order to ensure high quantities in injection molding. Due to the low operating pressures, it is also possible to provide inserts in the injection molds, which consist of materials that are easier to process, such as nickel.
  • the injection molding process can be carried out with an open mold.
  • Such an open shape also allows the overmolding of chains, ropes or cables.
  • pressures of 200 to 600 bar are used in contrast to pressures of 800 to 2000 bar in conventional plastic injection molding.
  • FIG. 2 shows a section of this plug 1 with individual grid areas 21, 22 and 23 of the marking, ie the structure generated with the negative master.
  • This structure is not uniform as the master.
  • the grating structure here has three regions 21, 22 and 23, wherein the grating lines 31, 32, 33 of different regions 21, 22 and 23 are respectively phase-shifted relative to each other.
  • the grid lines 31, 32 and 33 are each, for example, the raised structures in the surface.
  • the grid lines 31 in the region 21 are arranged parallel to one another and have a certain distance from one another.
  • the grating lines 33 of the region 23 are transversely displaced relative to the grating lines of the regions 21 and 22, wherein the grating lines of different regions are in particular angularly displaced relative to one another, which also leads to a weakening of the resulting image from elements of the two regions which overlap each also out of phase.
  • each one of said areas 21, 22 and 23 forms a diffraction structure.
  • the unarmed eye looking for the security feature 10 between the pins 3 will not see it in poor or inappropriate lighting because the diffractive structures in the image taken by the eye cancel each other out. Only in strong lighting, for example, then the structure can be seen, with such lighting is given by the use of a strong light source such as a halogen or a strong LED lamp or by direct sunlight.
  • the security feature 10 does not form a uniform square but a character with recognition value, ie it has either different diffraction areas or areas with and areas without diffraction structures that form the symbol.
  • Such a symbol may then comprise the areas forming a cloverleaf in US 2004/0187997 in FIGS. 3 and 4.
  • Soft PVC is also referred to as PVC-P, which is a blend of the polymer and a plasticizer. More generally, polymers can be used which have a large volume of shrinkage and a low viscosity. In particular, the soft polymer may have a shrinkage volume of at least 1% or at least 5% and / or be granular.
  • the security feature 10 can be used for example in a very simple manner on the housing 1 of power cables 2, for example on the front side of the connector surface 11 in which the electrical contacts are mounted.
  • Other plugs are plugs of USB cables, cables themselves and all products made as PVC molded parts.
  • multi-part housings for example of electrical appliances, are to be provided in this manner with a security feature 10.
  • FIG. 3 shows an SEM image with individual grating regions.
  • the scale can be recognized by specifying the distance of 1 micrometer.
  • the grid structure is well shaped from the profile. There are a number of grid lines. However, the lines of the grid are not parallel or not in phase in several areas.
  • the third line 41, ie the third elevation, from the top in the right image area is in the left image area in a valley between two lines, ie 180 degrees out of phase.
  • a further line provided with the reference numeral 42 is 180 degrees out of phase where it ends.
  • shifts between 60 and 180 degrees, or between 90 and 180 degrees can occur between each of the groups of lines.
  • the lines in the lower right area for example, one referred to as line 43, are not parallel to the lines 41 and 42 in the upper area. This corresponds macroscopically to curvatures of the grid lines.
  • the lines which are out of phase with each other, partially compensate for the diffraction effects, so that the security feature is visible as a so-called hidden feature only under special illumination.
  • the individual areas, which can be identified by the lines 41, 42, 43, can have a size of 5 by 5 microns to.
  • the security feature 10 consists of a base 55 and here four different motif areas 51, 52, 53 and 54,
  • the motif areas can also contain picture elements, in particular nested picture elements
  • the base area 55 can also be a grid area in the illustrated embodiment But there are other dimensions of the range 10 possible, from under 5 times 5 millimeters to several square centimeters.
  • Each individual motif area 51, 52, 53 and 54, and thus the image as such, is difficult to perceive in itself under normal illumination by a viewer. This is due to the fact that the said plurality of grating regions 21, 22 and 23 exist in each individual motif region. It is shown here in FIG. 4, for example, in the motif area 51, the letter "L", an enlarged area 50, not drawn to scale, and illustrated by way of example with three or more hundreds of such areas 21, 22, 23 all the symbol, here build the "L". From the Fig. 4 can be recognized by the scale comparison between connector 1, security feature 10, therein letter "L” 51 and finally section 50 of this letter "L” that the sizes of the individual areas in the range of, for example, from 5 times Micrometer are located.
  • a logo component 51 such as the letter L with dimensions on a base of 10 millimeters by 6 millimeters with a "line width" of 2 millimeters can then have a surface area of 28 square millimeters between less than 100 and 1 million such areas 21, 22, 23
  • this information is based on square areas only rough and by way of example, the individual areas 21, 22, 23 have a resulting from the production form and can also very irregular shapes have, as can be seen from the not sharply limited transition regions in FIG.
  • Another application of the present invention is to create an actively distorted diffraction grating in the master, which is then redone by fading To produce deteriorated diffraction grating in the article 1.
  • This deteriorated diffraction grating in the article 1 would then be improved only by applying a mechanical pressure and thus inhomogeneous distortion of the security feature area 10, so that it is visible.
  • Grid structure 50 enlarged area

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Abstract

Ein Verfahren zur Markierung eines Gegenstandes (1) während seiner Herstellung umfasst das Ausformen mindestens einer Gitterstruktur (10) auf oder in der Oberfläche des Gegenstandes (1). Dabei weist diese eine Gitterkonstante auf, die eine Beobachtung der mit sichtbarem Licht erzeugbaren Beugungsstrukturen durch das blosse Auge gestattet. Die mindestens eine Gitterstruktur (10) ist durch ein Urformverfahren des Gegenstandes (1) erzeugt, bei dem die eingesetzte Form mit einer Negativversion der besagten Gitterstruktur ausgestattet ist. Der Gegenstand (1) besteht nun mindestens teilweise aus einem Weichpolymer, insbesondere aus PVC-P, wobei das Urformverfahren als ein Spritzguss mit einer offenen Form durchgeführt wird. Dabei umfasst durch den Spritzguss bedingt die Gitterstruktur (10) mindestens zwei Bereiche (21, 22, 23), wobei die Gitterlinien (31, 32, 33) verschiedener Bereiche (21, 22, 23) jeweils gegeneinander phasenverschoben und/oder winkelverschoben sind und sich das Beugungsbild teilweise aufhebt, so dass die Beugungsstrukturen durch das blosse Auge nur bei geeigneter Beleuchtung erkennbar ist.

Description

TITEL
DURCH EIN URFORMVERFAHREN HERGESTELLTER, MIT EINEM BEUGUNGSGITTER MARKIERTER GEGENSTAND UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen durch ein Urformverfahren hergestellten, markierten Gegenstand, wobei die Markierung eine Gitterstruktur auf oder in seiner Oberfläche umfasst, wobei die Gitterstruktur eine Gitterkonstante aufweist, die bei Beaufschlagung der Gitterstruktur mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht eine Beugungsstruktur erzeugt.
STAND DER TECHNIK
Aus der WO 2006/027688 ist ein Verfahren zur Herstellung von Tabletten bekannt, auf der eine sichtbare Beugemikrostruktur eingebracht ist. Wenn die Beugemikrostruktur des Gegenstandes mit weissem Licht bestrahlt wird, zeigt diese einen einem Hologramm ähnlichen Regenbogeneffekt. Diese optische Wirkung kann auf die Authentizität der Tablette hinweisen. Die Mikrostrukturen sind Gitterstrukturen mit 500 Nanometer bis einige wenige Mikrometer Abstand. Sie werden durch Pressen oder Ausformen mit einem Presswerkzeug erhalten, welches die negative Version der Mikrostruktur aufweist. Das Verfahren ist nur auf das Pressen von Tabletten im Pharmaziebereich ausgerichtet und nicht allgemein anwendbar.
Ein Gegenstand mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US 2004/0187997 bekannt, bei der ein dekoratives Element auf einem Gummireifen aufgebracht ist. werden. Das dekorative Element umfasst verschiedene makroskopische Bereiche mit Dimensionen von jeweils Quadratzentimeten mit jeweils einer im Winkel zueinander unterschiedlich ausgerichteten Gitterstruktur. Somit ergibt sich für den Betrachter bei natürlicher Beleuchtung ein aus verschieden streuenden und reflektierenden Elementen zusammengesetztes Motiv. Die Gitterkonstante ist als vorteilhaft mit 0,5 bis 0,7 Mikrometer angegeben mit einer Motivhöhe von zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometer. Diese Parameter gestatten eine deutliche Erkennbarkeit eines Motivs, welches durch die unterschiedlichen makroskopischen Bereiche mit unterschiedlichen Ausrichtungen der einzeln erkennbaren Gitterstrukturen verstärkt wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen markierten Gegenstand und ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven optischen Sicherheitsmerkmals bei Gebrauchsgegenständen aus Kunststoff anzugeben.
Insbesondere da ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, dass ein nicht direkt sichtbares Sicherheitselement besteht, wobei das nicht direkt sichtbar bedeutet, dass das menschliche Auge das Merkmal beispielsweise nur bei heller Beleuchtung wie Sonnenlicht oder in einem relativ gebündelten Lichtstrahl sehen kann.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, dadurch, dass die Gitterstruktur mindestens zwei Bereiche aufweist, wobei die Gitterlinien verschiedener Bereiche jeweils gegeneinander phasenverschoben oder winkelverschoben sind.
Es wird damit ein durch ein Urformverfahren hergestellter, markierter Gegenstand angegeben, wobei die Markierung eine Gitterstruktur auf oder in seiner Oberfläche umfasst, wobei die Gitterstruktur eine Gitterkonstante aufweist, die bei Beaufschlagung der Gitterstruktur mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht eine Beugungsstruktur erzeugt. Mit dieser Gitterstruktur werden entweder unterschiedliche Beugungsstrukturen erzeugt oder es handelt sich auf der Oberfläche um Bereiche mit und Bereiche ohne Beugungsstrukturen, die zusammen ein optisch erkennbares Symbol bilden. Dabei sind die einzelnen, insbesondere makroskopischen, Elemente des optisch erkennbaren Symbols in eine Vielzahl von, insbesondere mikroskopischen, Bereichen unterteilt, wobei die Gitterlinien verschiedener Bereiche jeweils gegeneinander phasenverschoben und/oder winkelverschoben sind.
Damit heben sich bei normaler Beleuchtung die gegeneinander phasenverschobenen und/oder winkelverschobenen mikroskopischen Bereiche für den Betrachter optisch auf und das Element des optischen Symbols ist nicht erkennbar. Bei entsprechend heller Beleuchtung sind diese einzelnen Bereiche aber erkennbar, so dass das (jedes) makroskopische Teil-Element des Logos oder der Markierung und damit das Symbol als solche erkennbar wird. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Sicherheitsmerkmal für einen Konsumenten mit dem blossen Auge unter üblichen am Verkaufspunkt des Gebrauchsgegenstandes erreichbaren Bedingungen überprüfbar ist. Andererseits ist das Sicherheitsmerkmal nicht störend, da das Hologramm bei normaler diffuser Raumbeleuchtung nicht sichtbar ist. Bei der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die in den Ansprüchen genannten Bereiche mikroskopisch und sind für den Betrachter makroskopisch insbesondere bei normaler diffuser Raumbeleuchtung nicht sichtbar und werden nur bei Verwendung einer starken Lichtquelle wie einem Halogenstrahler, einer starken LED-Lampe oder auch direktem Sonnenlicht sichtbar.
Die Überprüfbarkeit ist vor allem, jedoch nicht ausschliesslich, beim neuen zum Beispiel ursprünglich verpackten Gegenstand zu erkennen. Wenn der Gegenstand benutzt und dabei verschmutzt wird, setzen sich die Strukturen des Sicherheitselementes zu, beispielsweise durch Fett oder Staub. Durch Reinigung kann die Struktur wieder freigelegt und durch die genannte Beleuchtung sichtbar gemacht werden. Somit lässt sich die Authentizität auch später belegen.
Es ist überraschend, dass ein weiches Polymer mit hohem Schwundvolumen eine verlässliche Reproduktion des Sicherheitsmerkmals in Gestalt eines ausgeformten Gitters gewährleistet. Durch das Bestehen eines Schwundvolumens werden einzelne Gitterbereiche ausgeformt, die unterschiedliche Gitterlinienausrichtungen oder Abstände haben und somit Beugungsstrukturen erzeugen, die sich gegenseitig teilweise aufheben. Dabei ist vorteilhafterweise der Gegenstand mindestens teilweise aus einem Weichpolymer, insbesondere aus PVC-P, hergestellt, wobei das Urformverfahren ein Spritzgussverfahren ist und die Gitterstruktur in der Oberfläche des Weichpolymers besteht. Dabei wird ein Stoff mit einem Schwundvolumen von mindestens 1% eingesetzt und/oder der Stoff ist körnig mit Körner im Bereich der Gitterkonstante.
Dabei wird bei dem markierten Gegenstand vorteilhafterweise eine Gitterkonstante der Gitterstruktur zwischen 200 Nanometer und 5 Mikrometer, bevorzugt zwischen 500 und 1200 Nanometer, eingesetzt. Weiterhin gibt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 an, mit dem ein erfindungsgemässer Gegenstand herstellbar ist.
Dabei umfasst das Verfahren zur Markierung eines Gegenstandes während seiner Herstellung das Ausformen einer Gitterstruktur auf oder in der Oberfläche des Gegenstandes, wobei die Markierung eine Gitterstruktur mit einer Gitterkonstanten aufweist, die bei Beaufschlagung der Gitterstruktur mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht eine Beugungsstruktur erzeugt Dabei wird die Gitterstruktur durch ein Urformverfahren des Gegenstandes erzeugt und liefert entweder unterschiedliche Beugungsstrukturen oder es handelt sich auf der Oberfläche um Bereiche mit und Bereiche ohne Beugungsstrukturen, die zusammen ein optisch erkennbares Symbol bilden. Dabei ist die in dem Urformverfahren eingesetzte Form mit einer Negatiwersion der besagten Gitterstruktur ausgestattet. Dabei werden beim Abformen der Gitterstruktur in der Oberfläche des Gegenstandes in den mindestens einzelnen, insbesondere makroskopischen Bereichen des optisch erkennbaren Symbols, diese einzelnen Elemente des optisch erkennbaren Symbols in eine Vielzahl von, insbesondere mikroskopischen, Bereichen unterteilt, wobei die Gitterlinien verschiedener Bereiche jeweils gegeneinander phasenverschoben und/oder winkelverschoben sind.
Diese Vielzahl von Hunderten bis Tausenden Bereiche der einzelnen Logo-Bestandteile heben sich dann bei normaler Beleuchtung gegenseitig auf und sind nur bei geeigneter, insbesondere stärkerer und/oder gerichteter Beleuchtung sichtbar.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Stromsteckers als markierter Gegenstand gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Gegenstandes mit einzelnen nicht massstäblich dargestellten Gitterbereichen der Markierung;
Fig. 3 zeigt eine SEM-Aufnahme mit einzelnen Gitterbereichen, und
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Gegenstandes mit mehreren Motivbereichen und in diesen bestehenden Gitterbereichen in einer Detaildarstellung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Die Fig. 1 zeigt eine schematische Skizze eines Stromsteckers 1 am Ende eines Stromkabels 2 mit hier zwei Kontaktstiften 3. Üblicherweise wird der Stecker 1 im Spritzgussverfahren, das heisst in einem Werkzeug auf einer Spritzgiessmaschine durch die Umhüllung des Kabels 2 und der Kontaktstifte 3 durch eine Kunststoffmasse in einem einzigen Prozessschritt hergestellt.
Der Herstellprozess eines Sicherheitsmerkmals auf einem Gebrauchsgegenstand aus Kunststoff nutzt das Spritzgussverfahren. In dem Spritzgussverfahren wird ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Spritzgusswerkzeug eingesetzt. In diesem Spritzgusswerkzeug ist ein Einsatz mit der holographischen Struktur als negativer Master in der Spritzgussform eingebracht. Sofern der abzuformende Gegenstand grossflächig mit der holographischen Struktur versehen werden soll, kam auch die Spritzgussform entsprechend grossflächig als solche mit der negativen holographischen Struktur versehen sein. Die beugenden Strukturen können erhaben oder vertieft angeordnet sein. Das Sicherheitsmerkmal wird dabei im normalen Produktionsprozess durch Abformung der Oberflächenstruktur des negativen Masters hergestellt.
Besonders vorteilhaft ist es, da das Verfahren gemäss der Erfindung es ermöglicht, die beugenden Strukturen in gebogenen Flächen einzubringen. Gebogene Flächen können Teile von Kugelflächen oder teilweise sphärischen Flächen, oder Zylindermantelflächen sein. Die Flächen können also einfach, d.h. um eine Achse, oder zweifach, um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen, gebogen sein. Entsprechende Sicherheitsmerkmale sind nochmals schwieriger zu fälschen.
Im hier in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die holographische Struktur 10 auf der Frontseite 11 des Steckers 1, aus der die Kontaktstifte 3 herausragen, mittig zwischen diesen Kontaktstiften 3 angeordnet. Sie ist quadratisch dargestellt, sie kann auch eine andere Form haben. Sie kann sich auch um einen oder mehrere Kontaktstifte 3 erstrecken. Sie kann sich auch auf gebogenen Flächen des Steckers wie bombierte Seitenflächen 4 des Steckers oder Verjüngungsfiächen 5 auf dem Übergang zum Kabel 2 angeordnet sein.
Die Struktur 10 ist das Abbild eines negativen Masters, der auf dem Spritzgusswerkzeug vorgesehen ist. Bei dem negativen Master handelt es sich um eine Beugungsstruktur. Eine Beugungsstruktur umfasst eine oder mehrere Mikrostrukturen und Gitter. Diese beinhalten jeweils eine grosse Zahl von linienartigen Strukturen, die im einfachsten Fall gerade, parallel und gleichabständig sind. Dabei handelt es sich um Stege oder Furchen auf der Fläche. Diese Stege/Furchen haben einen Abstand von 200 Nanometer bis 5 Mikrometer zueinander. Dieser Abstand wird auch als Gitterkonstante bezeichnet. Insbesondere haben sie vorteilhafterweise einen Abstand von 500 Nanometer bis 3 Mikrometer, 500 bis 1200 Nanometer, und noch bevorzugter zwischen 700 Nanometer und 2 Mikrometer. Sie bilden nach der Abformung ein Reflexionsgitter auf dem Gebrauchsgegenstand. Vorteilhafterweise bestehen eine Vielzahl dieser Gitter mit unterschiedlicher Ausrichtung, um ein erkennbares Bild oder grafische Information unter Beleuchtung anzuzeigen. Die Gitterkonstanten liegen dabei immer im Bereich zwischen 0,2 und 5 Mikrometer, was in weiten Bereichen eine Beobachtung der Beugungsstrukturen mit dem blossen Auge gestattet. Die Anmelderin hat in Versuchen verschiedene Master eingesetzt, beispielsweise Gitter mit einer Periode von 700 Nanometer. Die Strukturtiefe des Gitters eines im Master homogenen Bereichs betrug bei einer Ausführungsform 50 bis 600 Nanometer, bei einem anderen Master betrug die Höhe der Gitterstruktur 50 bis 400 Nanometer.
Vorteilhafterweise ist der negative Master der Spritzgussform aus einem harten Metall wie Stahl oder einem hartbeschichteten Metall, beispielsweise einem metallischen Mehrschichtaufbau mit einer äusseren Hartnickelschicht, hergestellt, um hohe Stückzahlen im Spritzguss zu gewährleisten. Durch die niedrigen Betriebsdrücke ist es auch möglich, Einsätze in den Spritzgussformen vorzusehen, die aus einfacher zu bearbeitenden Materialien bestehen wie Nickel.
Das Spritzgussverfahren kann mit einer offenen Form durchgeführt werden. Eine solche offene Form gestattet auch das Umspritzen von Ketten, Seilen oder Kabeln. Beim Spritzgussverfahren mit einer offenen Form werden Drücke von 200 bis 600 bar verwendet im Gegensatz zu Drücken von 800 bis 2000 bar bei üblichen Kunststoffspritzgussverfahren.
Der negative Master mit einer einzigen regelmässigen Gitterstruktur mit einer hier quadratischen Aussenform erzeugt das diffraktiv optische Sicherheitselement 10 auf dem Stecker 1. Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt dieses Steckers 1 mit einzelnen Gitterbereichen 21, 22 und 23 der Markierung, also die Struktur, die mit dem negativen Master erzeugt wird. Diese Struktur ist nicht gleichmässig wie der Master. Es lassen sich vielmehr einzelne Gitterbereiche 21, 22 und 23 unterscheiden, die unterschiedliche Gitterlinienanordnungen aufweisen. Man kann sagen, dass die Gitterstruktur hier drei Bereiche 21, 22 und 23 aufweist, wobei die Gitterlinien 31, 32, 33 von verschiedenen Bereiche 21 bzw. 22 bzw. 23 jeweils gegeneinander phasenverschoben sind. Die Gitterlinien 31, 32 und 33 sind jeweils beispielsweise die erhöhten Strukturen in der Oberfläche. Die Gitterlinien 31 im Bereich 21 sind zueinander parallel angeordnet und weisen einen bestimmten Abstand zueinander auf. Sie bilden eine Beugungsstruktur in dem Bereich 21. Das gleiche gilt für die Gitterlinien 32 im Bereich 22 und die Gitterlinien 33 im Bereich 23. Allerdings sieht man zwischen den Gitterlinien 31 und 32 jeweils eine Phasenverschiebung von 180 Grad, da die Linien genau zwischen den Linien des anderen Bereichs enden.
Die Gitterlinien 33 des Bereichs 23 sind dagegen zu den Gitterlinien der Bereiche 21 bzw. 22 quer verschoben, wobei die Gitterlinien verschiedener Bereiche jeweils gegeneinander insbesondere winkelverschoben sind, was auch zu einer Schwächung des entstehenden Bildes aus Elementen der beiden Bereiche führt, die in der Überlappung jeweils auch phasenverschoben sind.
Es ist nun - im Gegensatz zum Stand der Technik US 2004/0187997 - vorgesehen, dass einzelne vorbestimmte unterschiedlich ausgerichtete Bereiche im Master angeordnet sind, die sich dann in der Betrachtung in die Bereiche 21, 22 und 23 unterteilen lassen, wie es in der Beschreibimg zu Fig. 4 erläutert wird. Es ergeben sich durch den regelmässig und (für einen Teilbereich) nur einen homogenen Gitterbereich aufweisenden Master durch das Abformen die unterschiedlichen Bereiche 21, 22 und 23. Dabei weisen diese Bereiche 21, 22 und 23 bei Versuchen mit den oben genannten Ausführungsformen von Mastern (mit einer Periode von 700 Nanometern) eine Periode der Gitterstruktur von etwas 650 Nanometer, was sich durch den Schrumpfungsprozess erklären lässt. Durch diese Abformung, auch umfassend den Schrumpfungsprozess, ergeben sich aber einzelne unterschiedliche Bereiche von Gitterstrukturen auf den abgeformten Gegenständen, wobei diese Unterschiede als solche mit dem blossen Auge nicht sichtbar sind. Vielmehr führen diese Ungleichmässigkeiten in der Ausrichtung von Gitterstrukturen, zu denen auch Zacken und schwankende Grathöhen hinzukommen, dass das Gitter als solches, also die Zusammenschau der Bereiche 21, 22 und 23 durch das unbewaffnete Auge bei üblicher Beleuchtung nicht mehr erkennbar ist.
Jeder einzelne der genannten Bereiche 21 bzw. 22 bzw. 23 bildet eine Beugungsstruktur. Das unbewaffenete Auge, welches das Sicherheitsmerkmal 10 zwischen den Kontaktstiften 3 sucht, wird es allerdings bei schwacher oder ungeeigneter Beleuchtung nicht sehen, da sich die Beugungsstrukturen im vom Auge aufgenommenen Bild gegeneinander aufheben. Nur bei starker Beleuchtung beispielsweise ist dann die Struktur zu sehen, wobei eine solche Beleuchtung durch die Verwendung einer starken Lichtquelle wie einem Halogenstrahler oder einer starken LED-Lampe beziehungsweise auch durch direktes Sonnenlicht gegeben ist. Vorteilhafterweise bildet also das Sicherheitsmerkmal 10 kein einheitliches Quadrat sondern ein Zeichen mit Wiedererkennungswert, weist also entweder unterschiedliche Beugungsbereiche auf oder Bereiche mit und Bereiche ohne Beugungsstrukturen, die das Symbol bilden. Ein solches Symbol kann dann die bei der US 2004/0187997 in den Figuren 3 und 4 verschiedenen, ein Kleeblatt bildenden Bereiche umfassen. Innerhalb dieser einzelnen in jedem Bereich gleichartig orientierten Beugungsstrukturen bestehen dann diese sich gegenseitig teilweise aufhebenden Bereiche 21, 22, 23, so dass dann das Symbol als solches unter üblicher Beleuchtung nicht erkennbar ist.
Das ist insbesondere bei einem Weichpolymer realisierbar, insbesondere weiches PVC. Weiches PVC wird auch als PVC-P bezeichnet, bei dem es sich um eine Mischung aus dem Polymer und einem Weichmacher handelt. Allgemeiner können Polymere verwendet werden, die ein grosses Schwundvolumen haben und eine niedrige Viskosität. Insbesondere kann das Weichpolymer ein Schwundvolumen von mindestens 1% oder mindestens 5% aufweisen und/oder körnig sein.
Es ist auch möglich, dass Spritzgussverfahren mit einer geschlossenen Form durchzuführen, sofern nur die tiefen Drücke von 200 bis 600 bar eingesetzt werden. Hierfür ist es notwendig, einen polymeren Grundstoff mit niedriger Viskosität einzusetzen. Das Sicherheitsmerkmal 10 kann beispielsweise in sehr einfacher Weise auf dem Gehäuse 1 von Stromkabeln 2 verwendet werden, zum Beispiel frontseitig auf der Steckerfläche 11, in der die elektrischen Kontakte befestigt sind. Andere Stecker sind Stecker von USB- Kabeln, Kabel selber und alle Produkte, die als Formteile aus PVC hergestellt werden. Auch kann man zum Beispiel Werkzeuge aller Art mit entsprechenden Sicherheitsmerkmalen 10 versehen, bei denen Griffteile im Spritzguss hergestellt sind, wie Schraubendreher, Zangen, etc. Dazu gehören auch Gartengeräte und Schläuche mit angespritztem Flansch, Gewinde oder Bajonett. Insbesondere mehrteilige Gehäuse, beispielsweise von elektrischen Geräten, sind in dieser Art und Weise mit einem Sicherheitsmerkmal 10 zu versehen.
Es ist möglich, den gesamten Gegenstand mit dem Sicherheitsmerkmal zu versehen oder nur einzelne Bereiche und Ausschnitte. Dabei kann es räumlich mit einem Herstellerkennzeichen verbunden werden.
Die Fig. 3 zeigt eine SEM-Aufnahme mit einzelnen Gitterbereichen. Der Massstab ist durch Angabe des Abstandes von 1 Mikrometer zu erkennen. Die Gitterstruktur ist vom Profil her gut abgeformt. Es bestehen eine Reihe von Gitterlinien. Die Linien des Gitters sind aber in mehreren Bereichen nicht parallel beziehungsweise nicht in Phase. Die dritte Linie 41, also die dritte Erhebung, von oben im rechten Bildbereich ist im linken Bildbereich in einem Tal zwischen zwei Linien, also um 180 Grad phasenverschoben. Eine mit dem Bezugszeichen 42 versehene weitere Linie ist im rechten Bereich, wo sie endet, um 180 Grad phasenverschoben. Es ist natürlich nicht notwendig, dass eine solche vollständige Verschiebung eintritt, es können auch Verschiebungen zwischen 60 und 180 Grad oder zwischen 90 und 180 Grad, zwischen jeweils Liniengruppen auftreten. Die Linien im unteren rechten Bereich, beispielhaft ist eine als Linie 43 bezeichnet, sind nicht parallel zu den Linien 41 und 42 im oberen Bereich. Dies entspricht makroskopisch Verkrümmungen der Gitterlinien. Die Linien, die gegeneinander phasenverschoben sind, kompensieren die Beugungseffekte teilweise, so dass das Sicherheitsmerkmal als sogenanntes verstecktes Merkmal nur unter besonderer Beleuchtung sichtbar ist. Die einzelnen Bereiche, die sich durch die Linien 41, 42, 43 kennzeichnen lassen, können eine Grössenordnung von 5 mal 5 Mikrometer bis aufweisen.
Gründe für diese Phasenverschiebung sind der Schwund im Elastomermaterial (beispielsweise mindestens 1% oder mindestens 5%) und der Versatz des Elastomermaterials mit kömigen Additiven, die nicht oder deutlich weniger schrumpfen als das umgebende Elastomer. Eine einfachere Sichtbarkeit wäre mit weniger inhomogenem Schwund erreichbar, aber für ein verstecktes Sicherheitsmerkmal nicht wünschenswert. Auch ist es ein Zeichen, dass dieses Zeichen 10 auf dem Stecker 1 mit einem Originalspritzgusswerkzeug erstellt worden ist und nicht nachträglich aufgeprägt wurde, wo sich eine solche Qualität der inhomogenen Sichtbarkeit nicht erzeugen lässt. Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Gegenstandes 1 mit mehreren makroskopischen Motivbereichen 51, 52, 53 und 54 und in diesen Bereichen 51 bis 54 bestehenden Gitterbereichen 21 bin einer Detaildarstellung. Das Sicherheitsmerkmal 10 besteht aus einer Grundfläche 55 und hier vier unterschiedlichen Motivbereichen 51, 52, 53 und 54, die das Wort „Logo" erzeugen. Grundsätzlich können die Motivbereiche auch Bildelemente, insbesondere ineinander verschachtelte Bildelemente enthalten. Es kann auch die Grundfläche 55 einen Gitterbereich aufweisen. Die Grundfläche 55 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Fläche von ungefähr 10 mal 10 Millimeter aus dem Abstand der Kontakte des Steckers. Aber es sind andere Dimensionen des Bereichs 10 möglich, von unter 5 mal 5 Millimeter bis zu mehreren Quadratzentimetern.
Jeder einzelne Motivbereich 51, 52, 53 und 54, und damit das Bild an sich, ist in sich selber unter gewöhnlicher Beleuchtung durch einen Betrachter schlecht wahrzunehmen. Dies rührt daher, dass in jedem einzelnen Motivbereich die genannte Vielzahl von Gitterbereichen 21, 22 und 23 bestehen. Es ist hier beispielsweise in der Fig. 4 in dem Motivbereich 51, dem Buchstaben„L", ein vergrösserter Bereich 50, nicht massstäblich, herausgezogen und mit beispielhaft dreien aus einer Vielzahl von eventuell mehreren hundert solcher Bereiche 21, 22, 23 dargestellt, die allesamt das Symbol, hier das„L" aufbauen. Aus der Fig. 4 kann durch den Massstabsvergleich zwischen Stecker 1, Sicherheitsmerkmal 10, darin Buchstabe„L" 51 und schliesslich Ausschnitt 50 aus diesem Buchstaben„L" erkannt werden, dass sich die Grössen der einzelnen Bereiche im Bereich von beispielsweise ab 5 mal 5 Mikrometer befinden. Es können einzelne Bereiche 21, 22, 23 Grössen bis zu 1 mal 1 Millimeter haben. Durch diese Dimensionen haben die einzelnen Bereiche eine streuende Wirkung, sind aber klein genug, um sich gegeneinander in einem einzigen Motivbereich 51, wie dem Buchstaben L, für den externen Betrachter wieder durch Interferenzen aufzuheben. Ein Logobestandteil 51, wie der Buchstabe L mit Ausmassen auf einer Grundfläche von 10 Millimeter mal 6 Millimeter mit einer „Strichbreite" von 2 Millimetern kann dann bei 28 Quadratmillimetern Fläche zwischen unter 100 und 1 Million solcher Bereiche 21, 22, 23 aufweisen. Bei einer Ausdehnung der Gitterbereiche von 100 mal 100 Mikrometer sind es knapp 3000. Natürlich sind diese Angaben basierend auf quadratischen Bereichen nur überschlagsmässig und als Beispiel gedacht. Die einzelnen Bereiche 21, 22, 23 haben eine sich aus der Herstellung ergebende Form und können auch sehr unregelmässige Formen aufweisen, wie man aus den nicht scharf begrenzten Übergangsbereichen in der Fig. 3 erkennt.
Eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein aktiv verzerrtes Beugungsgitter im Master zu erzeugen, welches dann ein durch Schwund nochmals verschlechtertes Beugungsgitter im Gegenstand 1 zu erzeugen. Dieses verschlechterte Beugungsgitter im Gegenstand 1 wäre dann nur durch Anlegen eines mechanischen Druckes und damit inhomogener Verzerrung des Sicherheitsmerkmalbereichs 10 zu verbessern, so dass es sichtbar wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Gegenstand 31 Gitterlinien
2 Kabel 32 Gitterlinien
3 Kontaktstift 33 Gitterlinien
4 bombiertes Gehäuse 41 Linie
5 Verjüngung 42 Linie
10 Sicherheitsmerkmal / 43 Linie
Gitterstruktur 50 vergrößerter Bereich
11 Oberfläche 51 Motivbereich
21 ein Gitterbereich 52 Motivbereich
22 anderer Gitterbereich 53 Motivbereich
23 weiterer Gitterbereich 54 Motivbereich

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Durch ein Urformverfahren hergestellter, markierter Gegenstand (1), wobei die Markierung eine Gitterstruktur (10) auf oder in seiner Oberfläche (11) umfasst, wobei die
Gitterstruktur (10) eine Gitterkonstante aufweist, die bei Beaufschlagung der Gitterstruktur (10) mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht eine Beugungsstruktur erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur mindestens zwei Bereiche (21, 22, 23) aufweist, wobei die Gitterlinien (31, 32, 33) verschiedener Bereiche jeweils gegeneinander phasenverschoben (21, 22; 22, 23) und/oder winkelverschoben (21, 23) sind.
2. Markierter Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise aus einem Weichpolymer, insbesondere aus PVC-P, besteht, wobei das Urformverfahren ein Spritzgussverfahren ist und die Gitterstruktur (50) in der Oberfläche des Weichpolymers besteht
3. Markierter Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichpolymer ein Schwundvolumen von mindestens 1% aufweist und/oder dass es körnig ist.
4. Markierter Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterkonstante der Gitterstruktur (50) zwischen 200 Nanometer und 5 Mikrometer, bevorzugt zwischen 500 und 200 Nanometer, ist.
5. Markierter Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung mehrere Teilbereiche (51, 52, 53, 54) der Gitterstruktur (10) aufweist, mit denen entweder unterschiedliche Beugungsstrukturen erzeugbar sind oder es sich um Bereiche mit und Bereiche ohne Beugungsstrukturen handelt, die ein optisch erkennbares Symbol bilden, wobei innerhalb (50) jeder dieser Beugungsstrukturen dann die besagten jeweils gegeneinander phasenverschobenen (21, 22; 22, 23) und/oder winkelverschobenen (21, 23) Bereiche bestehen.
6. Verfahren zur Markierung eines Gegenstandes während seiner Herstellung, umfassend das Ausformen einer Gitterstruktur (10) auf oder in der Oberfläche (11) des Gegenstandes (1), wobei die Gitterstruktur (10) eine Gitterkonstante aufweist, die bei Beaufschlagung der Gitterstruktur (10) mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht eine Beugungsstruktur erzeugt, wobei die Gitterstruktur durch ein Urformverfahren des Gegenstandes (1) erzeugt wird, bei dem die in dem Urformverfahren eingesetzte Form mit einer Negatiwersion der besagten Gitterstruktur ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abformen der Gitterstruktur (10) in der Oberfläche (11) des Gegenstandes (1) mindestens zwei Bereiche (21, 22, 23) hergestellt werden, wobei die Gitterlinien (31, 32, 33) verschiedener Bereiche (21, 22, 23) jeweils gegeneinander phasenverschoben und/oder winkelverschoben (41, 42, 43) sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand mindestens teilweise aus einem Weichpolymer, insbesondere aus PVC-P, besteht, wobei das Urformverfahren ein Spritzgussverfahren ist, insbesondere als ein Spritzgussverfahren mit einer offenen Form durchgeführt wird.
8. Verfahren gemäss Anspruch 6 oder 7, bei dem der Spritzguss bei einem Druck zwischen 200 und 600 bar durchgeführt wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 6 oder 7, bei dem das Weichpolymer ein inhomogenes Schwundvolumen, optional insbesondere mehr als 1% oder mehr als 5%, aufweist, insbesondere durch Verwendung körnigen Polymerausgangsmaterials.
10. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Gitterstruktur der Negativversion auf einer gebogenen Fläche, insbesondere einer Zylindermantelfläche oder teilweise sphärischen Fläche vorgesehen ist.
11. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Gitterkonstante zwischen 200 Nanometer und 5 Mikrometer, bevorzugt zwischen 500 und 1200 Nanometer, liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem dieses entweder unterschiedliche Beugungsstrukturen (51, 52, 53, 54, 55) liefert oder es sich auf der Oberfläche um Bereiche mit Beugungsstrukturen (51, 52, 53, 54) und Bereiche ohne Beugungsstrukturen (55) handelt, die zusammen ein optisch erkennbares Symbol bilden, wobei beim Abformen der Gitterstruktur in der Oberfläche des Gegenstandes in den mindestens einzelnen, insbesondere makroskopischen, Bereichen des optisch erkennbaren Symbols diese einzelnen Elemente (51, 52, 53, 54) des optisch erkennbaren Symbols in eine Vielzahl von, insbesondere mikroskopischen, Bereichen (21, 22, 23; 50) unterteilt werden, wobei die Gitterlinien (31, 32, 33) verschiedener Bereiche (21, 22, 23) jeweils gegeneinander phasenverschoben und/oder winkelverschoben (41 , 42, 43) sind.
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