Изобретение относится к устройству для изготовления маркировки на подложке, преимущественно пленке, в частности переводной пленке, содержащему реплицирующее устройство с реплицирующей поверхностью и излучатель, формирующий излучение, преимущественно лазерную установку, взаимодействующую с реплицирующим устройством за счет того, что излучение для выполнения, по меньшей мере, одной формующей зоны направлено, по меньшей мере, на одну облучаемую зону реплицирующего устройства, и ответное прижимное устройство, причем подложка расположена между реплицирующим и ответным прижимным устройствами для формования на подложке в зоне контакта между реплицирующим устройством и подложкой формующей зоны, и к способу изготовления маркировки на подложке, преимущественно пленке, в частности переводной пленке, причем для выполнения на реплицирующей поверхности реплицирующего устройства, по меньшей мере, одной формующей зоны используют энергию в виде излучения, преимущественно лазерного излучения, от излучателя, формирующего излучение, и причем формующую зону реплицирующей поверхности формуют на подложке за счет контакта реплицирующего устройства с подложкой под давлением.
Защита документов посредством защитных признаков стала стандартной процедурой, например, у кредитных карточек, удостоверений или денежных знаков. Защита от подделки этих признаков основана на том, что для их изготовления необходимы специальные знания и обширное оборудование. Особенно успешным и трудноподделываемым защитным признаком является оптически изменяемое устройство (OVD). Примеры выполнения этого защитного признака имеют дифракционные или голографические структуры, которые при изменении угла падения света или угла зрения во время визуальной проверки подлинности защитного признака вызывают оптический эффект, например изменение цвета, изменение узора или комбинацию обоих. Защитный признак может быть, таким образом, проверен на его подлинность без дополнительных технических вспомогательных средств. Важным компонентом этих защитных признаков является в большинстве случаев термопластичный или УФ-отверждаемый слой, в котором осуществляют тиснение дифракционной или голографической структуры в виде поверхностного рельефа. Этот слой может быть частью переводной пленки, причем защитный элемент сначала изготавливают, а затем переносят на защищаемый документ. Этот слой может быть выполнен также в виде дополнительного слоя непосредственно на защищаемом предмете. Для переноса поверхностного рельефа с матрицы на термопластичный слой используют вращающиеся цилиндры для тиснения, описанные, например, в патенте ЕР 0419773, или пуансоны для тиснения, раскрытые, например, в патенте DE 2555214. Изготовление матрицы является технически очень сложным и к тому же дорогостоящим делом из-за мелких дифракционных или голографических структур. Для изготовления матриц сначала изготавливают шаблоны, называемые также оригиналы, например, посредством интерферирующих лазерных лучей и способов травления или электроннолучевой записи, которые затем формуют в большинстве случаев гальваническими методами.
Для повышения защиты от подделки в известных из уровня техники способах стремятся наносить один и тот же защитный признак не на каждый документ, а защитные признаки согласовывают с соответствующим документом или идентифицируют с владельцем документа, т.е. индивидуализируют. У указанных выше способов возникают при этом две трудности.
Во-первых, пришлось бы изготавливать множество индивидуализированных образцов, что является весьма дорогостоящим делом, а, во-вторых, пришлось бы каждый раз менять в реплицирующих устройствах матрицы, что привело бы к очень длительному подготовительно-заключительному времени.
В качестве альтернативы известны способы и устройства, которые формуют лишь участки матрицы для создания индивидуализированных защитных признаков.
В патенте СН 594495 описан способ тиснения рельефного узора в термопластичном носителе информации, причем в термопластичном слое выборочно формуют лишь зоны матрицы. Технологически эти формующие зоны отбирают за счет того, что эти зоны нагревают нагревательными лентами, через которые проходит ток, или посредством ответного прижимного устройства, имеющего регулируемые по высоте участки, на подложке выдавливают только отобранные формующие зоны. Высокой локальной разрешающей способности при отборе формующих зон ожидать не следует, поскольку за счет теплопроводности во время длительной фазы нагрева и охлаждения нагревательных лент границы формующих зон можно определить лишь неточно или размеры формующих зон определены размерами лент или размерами регулируемых по высоте участков. Этот способ, следовательно, ограничен тем, что он имеет низкую локальную разрешающую способность.
В патенте ЕР 0169326 описаны устройство для изготовления маркировки на подложке и соответствующий этому способ. Устройство содержит реплицирующее устройство в виде ненагреваемой матрицы для тиснения и прижимную плиту, выполненную в виде ответного прижимного устройства. Матрица для тиснения имеет реплицирующую поверхность, структурированную формуемыми микроструктурами. Устройство содержит лазерное устройство, формирующее лазерное излучение, направляемое ответным прижимным устройством на подложку. У известного способа сначала с помощью пуансона для тиснения подложку прижимают к прижимной плите. За счет поглощения лазерного излучения, падающего на подложку непосредственно в зоне тиснения и за счет поглощения отраженного от реплицирующей поверхности пуансона излучения подложка выборочно локально нагревается и доводится до температуры, при которой она может быть длительно деформирована. За счет позиционирования лазерного излучения формующие зоны могут быть выборочно отобраны и перенесены. Ограничивающим применение этих способа и устройства фактором является то, что лазерное излучение направляют через подложку. Из-за этого способ ограничен обработкой проницаемых для лазерного излучения подложек и дополнительно очень восприимчив к колебаниям поглощающих свойств подложки, которые могут возникнуть, например, в результате зависимых от поставок колебаний материала.
В основе изобретения лежит задача создания устройства и способа, которые обеспечивали бы изготовление преимущественно индивидуализированных маркировок на подложке, преимущественно пленке, с небольшими затратами на оборудование.
Эта задача решается посредством устройства по п.1 и способа по п.15 формулы.
Устройство, согласно изобретению, предназначено для нанесения или изготовления маркировки на подложке. Маркировка имеет поверхностное структурирование преимущественно дифракционного или голографического действия или преимущественно диффузно или направленно рассеивающую матовую структуру, которую способом реплицирования выполняют в термопластичном слое подложки, в частности тела. Маркировка может быть выполнена в виде фигуры, цифры, знака, поверхностного узора, поверхностного изображения, надписи, нумерации, защитного признака или в другой произвольной форме.
Устройство содержит реплицирующее устройство, которое может быть выполнено в виде валка или пуансона для тиснения. Реплицирующее устройство имеет реплицирующую поверхность, которая в зоне контакта при взаимодействии реплицирующего устройства и подложки вступает в контакт с подложкой.
На реплицирующей поверхности посредством излучения, вводимого в облучаемые зоны реплицирующего устройства, могут быть выполнены формующие зоны, причем в формующих зонах в подложке формуют поверхностное структурирование реплицирующей поверхности и формованное поверхностное структурирование выполняют в подложке преимущественно с длительным сохранением.
Излучение формируют преимущественно посредством лазерной установки, однако может быть использовано немонохроматическое или некогерентное излучение.
Излучение проходит преимущественно полностью за пределами подложки и попадает на реплицирующее устройство, в котором оно частично или полностью поглощается. Путь прохождения излучения перед попаданием на реплицирующее устройство таков, что подложка не перекрывается излучением. Перед попаданием на реплицирующее устройство подложка не пронизывается излучением и, в частности, никакие существенные части излучения не поглощаются подложкой. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения излучение от лазерной установки может проходить параллельно подложке и может быть направлено на реплицирующее устройство, так что излучение проходит за пределами подложки.
С помощью устройства, согласно изобретению, за счет излучения целенаправленно участки матрицы для тиснения могут быть произвольно выбраны для формования, а маркировки, образованные формованиями участков, могут быть индивидуализированы. Особенно предпочтительно при этом, что за счет этого устройства способ может быть осуществлен независимо от поглощающих свойств соответствующей подложки, поскольку поглощение излучения происходит в значительной степени в реплицирующем устройстве, а не в подложке. Далее предпочтительно, что индивидуализированная маркировка переносится в виде выборки зон во время самого процесса реплицирования с защитным признаком, а именно, например, с самими дифракционными участками.
При этом в устройстве согласно изобретению вектор Пойнтинга излучения при попадании на реплицирующее устройство (41) не указывает на зону контакта и/или вектор Пойнтинга излучения при попадании на реплицирующее устройство (41) указывает на зону контакта, однако излучение не достигает подложки (43) в зоне контакта.
Одно предпочтительное усовершенствование изобретения в том, что устройство содержит дополнительный источник энергии, выполненный преимущественно отдельно от излучателя, формирующего излучение. Дополнительный источник энергии, который может быть выполнен в виде управляемого источника тепла, устанавливает температурный режим реплицирующего устройства в зоне реплицирующей поверхности, преимущественно однородно для относительно большого отрезка реплицирующей поверхности. Указанный дополнительный источник энергии находится в тепловом контакте с реплицирующим устройством или может бесконтактно передавать энергию на реплицирующее устройство посредством излучения. Далее, дополнительный источник энергии в предпочтительных вариантах осуществления изобретения выполнен отдельно от излучателя. Дополнительный источник энергии может обеспечивать ввод в реплицирующее устройство энергии в заданное время и местоположение независимо от излучателя. У предпочтительных вариантов осуществления ввод энергии дополнительного источника энергии в реплицирующее устройство осуществляется в период времени или перед вводом энергии излучателя преимущественно непрерывно в направлении движения реплицирующей поверхности локально. Ввод энергии в реплицирующее устройство посредством дополнительного источника энергии преимущественно не требует или требует лишь низкой локальной разрешающей способности, а, кроме того, локальное распределение вводимой энергии не должно быстро изменяться. Благодаря этим низким требованиям дополнительный источник энергии может быть выполнен конструктивно проще и дешевле в противоположность излучателю.
В результате взаимодействия созданного дополнительным источником энергии температурного поля реплицирующей поверхности с вызванным за счет излучения скрытым тепловым изображением на реплицирующей поверхности могут быть созданы зоны с разными температурами. В подложке с длительным сохранением могут быть формованы только те зоны реплицирующей поверхности, температуры которой лежат в пределах допусков процесса формования.
Дополнительный источник энергии может воздействовать на всю площадь или на части площади реплицирующей поверхности. У форм выполнения, где дополнительный источник энергии оказывает на реплицирующую поверхность в значительной степени или по всей площади преимущественно однородно поддержание температурного режима, формующие зоны могут определяться излучением, например лазерным излучением. У других форм выполнения, в частности, однородно поддерживают температурный режим только участки реплицирующей поверхности, причем за счет этого процесса, в этом случае формующие зоны ограничены преимущественно зонами поддержания температурного режима. У этих форм выполнения первый предварительный выбор формующих зон осуществляют путем выбора участков, на которые воздействует дополнительный источник энергии.
Дополнительный источник энергии может быть на длительное время или временно связан с реплицирующим устройством за счет непосредственного теплового контакта, например, в виде нагревательных проволок, или лент, или индуктивных нагревательных устройств, полностью или частично встроенных в реплицирующее устройство. Перенос энергии может происходить у других форм выполнения за счет когерентного или некогерентного излучения, в частности лазерного излучения или конвекции, причем дополнительный источник энергии выполнен, например, в виде нагревательного лазерного устройства или теплоизлучателя.
Один предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает управляющее устройство, в частности произвольно программируемое управляющее устройство, которое преимущественно за счет управления излучателем, формирующим излучение, управляет выбором облучаемых зон.
У этого предпочтительного варианта осуществления изобретения узоры маркировок выполняют в виде преимущественно цифровой информации, например в виде файла, создаваемой с помощью программ обработки изображений, компьютерных способов и т.п. Эту информацию преобразуют посредством управляющего устройства, в частности путем управления лазерной установкой, в зависимое от времени изменение плотности удельной мощности попадающего на реплицирующее устройство излучения. Изменение плотности удельной мощности происходит преимущественно посредством последовательно сканирующего лазерного луча или изменения профиля луча с помощью управляемой отображающей маски. За счет управляемой выборки облучаемых зон определяют формующие зоны и, тем самым, узор маркировки.
В частности, если реплицирующее устройство реализовано в виде реплицирующего валка, то можно создавать протяженную маркировку с узорами, причем узоры в направлении подачи подложки могут быть выполнены длиннее периметра реплицирующего валка. Могут быть созданы также узоры, продольная протяженность которых в направлении подачи подложки многократно превышает ее поперечную протяженность, например баннер в поперечном формате с надписью или обои. В частности, узор может иметь бесконечный дизайн, т.е. выполнение, у которого части узора не повторяются или повторяются независимо от периметра валка.
При этом согласно изобретению вращающийся валок имеет длину 500-2500 мм и/или окружность 500-1500 мм.
Кроме того, в устройстве предусмотрено управляющее облучаемыми зонами устройство, в частности произвольно программируемое управляющее устройство, причем управляющее устройство выполнено для управления излучателем.
Устройство предпочтительно может быть усовершенствовано, если предусмотрено охлаждающее устройство для охлаждения реплицирующей поверхности, с помощью которого, в частности, введенное скрытое тепловое изображение может быть стерто или иным образом модифицировано. Охлаждающее устройство может быть выполнено в виде вентилятора, причем созданный вентилятором воздушный поток направлен на реплицирующую поверхность и охлаждает ее. Аналогичную функцию охлаждения можно выполнять газовым потоком, причем у этого выполнения газовый поток, преимущественно поток инертного газа или азота, попадает на реплицирующую поверхность и также охлаждает ее.
В других вариантах осуществления охлаждающее устройство может быть реализовано в виде охлаждающего валка, который расположен с параллельным смещением относительно реплицирующего валка и контактирует с ним вдоль линейной поверхности. За счет теплового контакта между реплицирующим и охлаждающим валками происходит теплоотвод и, тем самым, охлаждение реплицирующего валка.
Охлаждающее устройство при использовании реплицирующего валка расположено преимущественно с возможностью воздействия на реплицирующую поверхность в зоне, лежащей в направлении вращения реплицирующего валка между зоной контактирования реплицирующего устройства и подложки и точкой падения излучения на реплицирующую поверхность.
Устройство может быть усовершенствовано, если реплицирующая поверхность структурирована поверхностным рельефом. Этот поверхностный рельеф является негативом структур, переносимых на подложку в процессе формования. Реплицирующая поверхность может быть структурирована частично или полностью. Глубина поверхностного рельефа составляет преимущественно 0-20 мкм, в частности 0,1-0,5 мкм. Поверхностный рельеф, в частности, для образования дифракционной или голографической структуры на подложке, может быть выполнен на отдельных участках или на всей поверхности в виде решетки. Шаг решетки, т.е. пространственная частота, составляет преимущественно 4000-10 линий/мм, в частности 1000 линий/мм. Реплицирующая поверхность может быть также разделена на участки, размеры которых преимущественно меньше 0,3 мм и которые отличаются друг от друга пространственной частотой, ориентацией решетки, видом решетки или другими параметрами.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения эти участки могут быть расположены, периодически повторяясь, в частности попеременно. Возможными формами выполнения являются те, у которых соответственно расположены различные участки, т.е., например, расположение двух-шести, преимущественно трех участков, образует совокупность элементов изображения. Совокупности элементов изображения могут быть расположены для образования поверхностного изображения. Преимущественно названные в качестве примера три участка представляют за счет своей решетчатой конструкции три основных цвета. Эта совокупность элементов изображения или же участки могут быть расположены на реплицирующей поверхности, регулярно или периодически повторяясь, например в виде решетки или попеременно.
Поверхностный рельеф, в частности, для создания матовой структуры на подложке, может быть также снабжен поверхностными структурами, имеющими стохастическое или квазистохастическое распределение. Матовая структура на подложке вызывает в качестве особого оптического эффекта диффузное рассеяние света, падающего на подложку. Для создания матовой структуры поверхностный рельеф имеет поверхностные структуры, например риски, желобки, кратеры, отверстия и т.д., соответствующие формы и/или ориентации которых могут быть выполнены однородными или произвольными и распределены на реплицирующей поверхности равномерно, стохастически или квазистохастически. Например, поверхностный рельеф может быть выполнен со структурой аналогично обработанной щеткой поверхности.
Реплицирующее устройство содержит в другом предпочтительном варианте осуществления печатную матрицу из металлической фольги, в частности, из никеля или никелевого сплава. За счет использования металлической фольги из никеля или никелевых сплавов облегчается гальваническое формование дифракционной структуры для создания оригинала. В качестве альтернативы может использоваться также материал, который обладает особенно высоким поглощением для длины волны используемого лазерного излучения, в частности более высоким, чем у никеля, поглощением. За счет этого заметно уменьшилась бы необходимая энергия для создания скрытого теплового изображения на реплицирующем устройстве, преимущественно на реплицирующей поверхности. Соответственно можно было бы использовать в устройстве лазеры меньшей мощности и, тем самым, более дешевые.
Лазерная установка может быть преимущественно снабжена системой сканирования и/или системой проекционной литографии. Для использования системы сканирования лазерный луч формируют таким образом, что диаметр лазерного пятна при попадании на реплицирующее устройство лежит преимущественно в диапазоне 0,05-2,0 мм. Это лазерное пятно, будучи последовательно сформировано системой сканирования, может направляться по реплицирующему устройству. Система сканирования может представлять собой при этом систему с отклоняющими устройствами, например отклоняющим зеркалом, или систему с «летучей» оптикой. Положение лазерного пятна на реплицирующем устройстве может быть измерено пользователем посредством управления, преимущественно контурного управления, так что лазерным пятном на реплицирующем устройстве могут быть гибко написаны различные геометрические формы, изображения, буквы и цифры. Реплицирующее устройство в других формах выполнения может поверхностно засвечиваться системой проекционной литографии. При этом луч может быть сформирован с возможностью формования маски, например, за счет четырехфокусной конструкции, на реплицирующем устройстве таким образом, что форма лазерного пятна соответствует форме вырезов маски. Маска может быть при этом жесткой маской или же матричным устройством из элементов, управляемым образом пропускающих или ослабляющих лазерный луч, которые могут представлять собой, например, подвижные зеркала или ЖК-элементы.
Далее устройство может быть выполнено с возможностью управления или регулирования лазерного луча, формируемого лазерной установкой по другим параметрам, таким как мощность и/или удельная плотность мощности и/или распределение плотности удельной мощности. За счет мощности и продолжительности включения лазера определяют общий ввод энергии в реплицирующее устройство. Зависимая от времени удельная плотность мощности на реплицирующей поверхности вместе с продолжительностью включения лазера определяют ввод энергии в реплицирующее устройство на единицу площади.
В лазерной установке могут использоваться полупроводниковые, твердотельные или газовые лазеры, в частности Nd:YAG-, эксимерные или диодные лазеры. Диодные лазеры, относящиеся к полупроводниковым лазерам, имеют преимущества, поскольку могут быстро модулироваться по мощности и недороги при приобретении. Лазерное излучение, сформированное блоком диодных лазеров, может быть направлено на реплицирующее устройство через общую оптическую систему с образованием общего фокуса, или блок диодных лазеров конфигурируют по поверхности, причем путем включения и выключения отдельных диодов или участков блока диодных лазеров можно осуществлять поверхностное засвечивание реплицирующего устройства с управляемой удельной плотностью мощности или распределением плотности удельной мощности. В других формах выполнения лазерный луч направляют через один или несколько, в частности также передающих изображение, световодов.
Один предпочтительный вариант осуществления устройства обеспечивается, если лазерный луч направлен на реплицирующую поверхность реплицирующего устройства, причем он падает на реплицирующую поверхность. Лазерный луч у этого варианта осуществления направлен за счет введения или формирования луча на реплицирующую поверхность реплицирующего устройства, так что он, по меньшей мере, частично, поглощается в реплицирующем устройстве в зоне реплицирующей поверхности и вводит энергию в реплицирующую поверхность. При выполнениях реплицирующего устройства в виде вращающегося цилиндра местоположение лазерного засвечивания находится преимущественно на цилиндре в направлении его вращения перед реплицирующим зазором, причем реплицирующий зазор является зоной контакта между реплицирующим устройством и подложкой. Расстояние между точкой падения на цилиндре и реплицирующим зазором может быть обеспечено таким образом, что сформированное скрытое тепловое изображение из-за теплопроводности еще не становится нерезким и реплицирующее устройство еще не скрыто подложкой. Взаимодействие лазерного луча с реплицирующим устройством происходит у этого варианта осуществления на реплицирующей поверхности. Согласно указанному варианту осуществления предпочтительно, что процесс создания температурного поля и, тем самым, выборка формующих зон зависит от материала матрицы и не зависит от свойств материала используемой подложки, в частности свойств поглощения или прозрачности материала.
Другой предпочтительный вариант осуществления устройства обеспечивается, когда реплицирующее устройство имеет параллельное реплицирующей поверхности и/или концентрическую внутреннюю поверхность, а излучение направлено на внутреннюю поверхность, так что лазерный луч падает на внутреннюю поверхность. Лазерный луч не направляют или направляют не только на реплицирующую поверхность, а он может падать на поверхность, расположенную на обратной стороне реплицирующей поверхности. Эта вторая поверхность может находиться в теплопроводящем контакте с реплицирующей поверхностью, причем, в частности, тепловое сопротивление выполнено так, что оно по всей площади или на отдельных участках аналогично или одинаково. Когда эту вторую поверхность засвечивают и нагревают лазерным излучением, вследствие теплопроводности нагревается и реплицирующая поверхность. Для засвечивания второй поверхности в части оборудования может быть предусмотрено, что лазерный луч ориентируют навстречу нормали ко второй поверхности, в результате чего он падает на внутреннюю поверхность. Зона засвечивания при выполнении реплицирующего устройства в виде вращающегося цилиндра может находиться в зоне, которая начинается перед реплицирующим зазором и заканчивается в реплицирующем зазоре, причем реплицирующим зазором называется зона контакта между подложкой и цилиндром в процессе формования. Положение лазерного луча может также зависеть от скорости вращения, мощности лазера и теплового сопротивления между второй и реплицирующей поверхностями.
Одно предпочтительное усовершенствование изобретения состоит в том, что между внутренней второй и реплицирующей поверхностями расположены различные слои. Внешний слой, как уже сказано, образован металлической фольгой, в частности фольгой из никеля или никелевого сплава. На обращенной от реплицирующей поверхности стороне этого слоя может быть расположен теплопроводящий слой и/или поглощающий слой, причем поглощающий слой имеет иное, в частности более высокое поглощение, нежели металлическая фольга. Далее может быть расположен прозрачный слой, который может представлять собой проницаемое для длины волны лазера тело, в частности пластину или боковую поверхность цилиндра.
Другим объектом изобретения является способ по п.15 формулы изобретения. Этим способом на подложке, преимущественно пленке, в частности переводной пленке, изготавливают маркировку, причем для выполнения на реплицирующей поверхности реплицирующего устройства, по меньшей мере, одной формующей зоны используют энергию в виде излучения, преимущественно лазерного излучения, от излучателя, причем формующую зону реплицирующей поверхности формуют на подложке за счет контакта реплицирующего устройства с подложкой под давлением и причем подвод излучения для выполнения формующих зон осуществляют полностью за пределами подложки.
Реплицирующее устройство засвечивают излучением, причем излучение может воздействовать непосредственно на реплицирующую поверхность матрицы и нагревает матрицу или может поглощаться другими участками реплицирующего устройства и нагревает матрицу, в частности реплицирующую поверхность матрицы, за счет теплопроводности.
Посредством облучения выбранных участков реплицирующего устройства на реплицирующей поверхности матрицы могут быть созданы зоны с разными температурами. В частности, создают зоны, которые имеют температуру, соответствующую рабочей температуре процесса формования, и обозначаемые как формующие зоны.
Излучение направляют при этом так, что оно перед попаданием на реплицирующее устройство не проникает в подложку.
При взаимодействии подложки и реплицирующего устройства под давлением созданные формующие зоны матрицы могут быть формованы в подложке с длительным сохранением.
Индивидуализированная маркировка состоит преимущественно из формовании участков реплицирующей поверхности, отобранных посредством описанного выше управления температурой для формования. Индивидуализация маркировки, т.е. изменение выбора формующих зон, может происходить, тем самым, путем изменения распределения температуры на реплицирующей поверхности. Подобное изменение можно осуществлять посредством управления излучателем, например лазерной установкой, или управления соответствующим ведением луча или соответствующими устройствами формирования луча.
У предпочтительных вариантов осуществления способа в реплицирующем устройстве, по меньшей мере, на участках реплицирующей поверхности осуществляют поддержание температурного режима с использованием дополнительного источника энергии, который выполнен преимущественно отдельно от излучателя.
Согласно указанному варианту осуществления способа на одном этапе реплицирующее устройство нагревают дополнительным источником энергии, так что зоны или, по меньшей мере, участки структурированной реплицирующей поверхности матрицы имеют первую температуру. Ввод энергии рассчитан при этом, в частности, так, что нагретые зоны или участки реплицирующей поверхности, не получившие никакого дополнительного ввода энергии за счет излучения, имеют в процессе формования первую температуру.
На следующем этапе способа реплицирующее устройство засвечивают излучением.
За счет взаимодействия нагрева реплицирующего устройства дополнительным источником энергии и выборочного нагрева излучением на реплицирующей поверхности матрицы возникают зоны с разной температурой, в частности, по меньшей мере, две зоны с разными температурными режимами. Одна часть зон имеет преимущественно первую температуру, а другая часть - преимущественно вторую температуру, достигаемую за счет дополнительного ввода энергии излучением. Зоны со второй температурой можно назвать на основе из возникновения тепловыми комбинированными зонами.
Процесс можно вести так, что либо первая, либо вторая температура соответствует рабочей температуре процесса формования, так что на следующем этапе способа на износостойкой подложке могут быть формованы либо участки с первой температурой, либо участки со второй температурой.
Между вводом энергии дополнительным источником энергии или излучателем и процессом формования может возникнуть временной промежуток вследствие продолжительности движения участка из положения ввода энергии в положение процесса формования. Если между нагревом участка реплицирующей поверхности и формованием этого участка имеется временной промежуток, то созданное сначала распределение теплового поля на реплицирующей поверхности может измениться за счет эффектов теплопроводности. В частности, установленные температуры могут уменьшиться в зонах поддержания температурного режима, поскольку тепло может распространяться, например, в реплицирующее устройство. Для возможной компенсации этого эффекта зоны или участки реплицирующей поверхности могут быть сначала установлены на более высокую температуру, чем, в частности, соответственно первая или вторая температура, с тем чтобы эти зоны или участки после тепловых потерь за счет теплопроводности имели в последующем процессе формования соответственно первую или вторую температуру.
Предпочтительно, если этот временной промежуток как можно меньше или если этот временной промежуток для всех участков реплицирующей поверхности, по меньшей мере, одинаков, поскольку на всех участках эффекты теплопроводности выражены тогда аналогично.
Способ может осуществляться также непрерывно, причем этапы способа осуществляют одновременно.
Способ можно осуществлять так, что первая температура лежит в диапазоне температур пластичности соответствующей подложки, а вторая температура - в диапазоне температур течения.
Кроме того, в качестве диапазона температур пластичности используют диапазон в пределах ±2% от специфичной для подложки температуры пластичности.
А также в качестве диапазона температур пластичности используют диапазон 180°С±2,5°С.
При контактировании реплицирующего устройства с подложкой под давлением, в то время как один участок имеет температуру, лежащую в диапазоне температур пластичности, структурированная реплицирующая поверхность на этом участке пластически деформируется с длительным сохранением.
Если температура лежит в пределах диапазона температур течения, которая выше диапазона температур пластичности, то после отделения матрицы от подложки деформированный материал подложки начинает течь. В результате формованное поверхностное структурирование материала подложки разглаживается, так что они не сохраняются на подложке в качестве структур оптического действия.
У этого варианта осуществления способа на подложку могут быть перенесены, следовательно, участки, нагреваемые до температуры пластичности и не получившие дополнительного ввода тепла излучением. За счет излучения можно осуществлять негативный отбор участков.
Согласно другому варианту осуществления способа, первую температуру устанавливают в диапазоне температур эластичности, а вторую - в диапазоне температур пластичности, причем диапазон температур эластичности лежит ниже диапазона температур пластичности.
При осуществлении процесса формования участки, температура которых лежит в диапазоне температур эластичности, вызывают только упругую деформацию подложки. После отделения матрицы от подложки выполненные поверхностные структуры упруго спружинивают обратно, и подложка снова принимает приблизительно свою первоначальную поверхностную форму.
У этого варианта осуществления способа выборочно переносят, следовательно, тепловые комбинированные зоны. Дополнительный ввод тепла излучением представляет собой, следовательно, позитивный отбор участков.
Подложка может быть выполнена из нескольких слоев. У указанных температур или температурных диапазонов подложки речь идет, в частности, о температурах или температурных диапазонах термопластичного слоя, являющегося составной частью подложки. Другие слои подложки, например ее несущий слой, могут иметь другую температуру. В целом, у температуры или температурного диапазона подложки речь идет, в частности, о температуре или температурном диапазоне термопластичного слоя.
Способ может быть предпочтительно усовершенствован за счет того, что реплицирующую поверхность перед взаимодействием с излучением однородно нагревают полностью или только на отдельных участках. За счет нагрева участков поверхности уже предварительно можно осуществить грубый отбор переносимых участков, поскольку, возможным образом, участки без этого нагрева не достигнут необходимой для процесса формования рабочей температуры.
Кроме того, согласно изобретению осуществляют поддержание температурного режима реплицирующей поверхности, по меньшей мере, до 100°С, преимущественно, по меньшей мере, до 170°С.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения реплицирующую поверхность по окончании процесса формования и перед последующим вводом энергии излучателем, формирующим излучение, охлаждают полностью или на отдельных участках. Охлаждение может происходить за счет теплоотвода посредством теплового контакта и/или воздушного или газового охлаждения. В результате нагрева, в частности при длительной эксплуатации устройства, температурное поле реплицирующей поверхности контролируемым образом понижается до температур, лежащих преимущественно ниже необходимой для процесса формования температуры. К тому же охлаждение препятствует перегреву реплицирующего устройства.
В других вариантах осуществления излучение направляют либо непосредственно на реплицирующую поверхность, либо вводят в поверхность, обращенную от реплицирующей поверхности. При засвечивании реплицирующей поверхности, в частности, когда реплицирующее устройство выполнено в виде валкообразного цилиндра для тиснения, угол падения лазерного излучения можно изменять. Изменения угла падения лазерного излучения на реплицирующую поверхность могут привести к заметным изменениям поглощения лазерного излучения. Таким образом, угол падения можно использовать в качестве дополнительного изменяемого параметра при осуществлении способа.
Предпочтительным при вводе излучения на поверхность, обращенную от реплицирующей поверхности, является то, что облучение может происходить незадолго до вступления матрицы в контакт с подложкой или уже во время контакта матрицы с подложкой. Поверхность, обращенная от реплицирующей поверхности, может быть выполнена с возможностью ее доступа для излучения, если матрица уже находится в контакте с подложкой. Временной промежуток между облучением и процессом формования может быть за счет этого установлен произвольно.
У предпочтительного усовершенствования способа в качестве реплицирующего устройства используют реплицирующий валок, причем ввод излучения в реплицирующий валок происходит в первом угловом положении реплицирующего валка, а контакт реплицирующего валка с подложкой - во втором угловом положении. В качестве варианта охлаждение реплицирующего валка происходит в третьем угловом положении, а поддержание температурного режима реплицирующего валка - в четвертом угловом положении. Способ осуществляют предпочтительно тогда, когда промежуточный угол между первым и вторым угловыми положениями в направлении вращения реплицирующего валка настолько мал, что введенное излучением в первом угловом положении скрытое тепловое изображение после вращения реплицирующего валка во втором угловом положении еще имеет резкие контуры. Это обеспечивается, например, тогда, когда возникшая за счет теплопроводности нерезкость скрытого теплового изображения меньше обратного требуемого разрешения способа реплицирования. Мерой нерезкости может служить определение кружка нерезкости из геометрической оптики. Угол между вторым и третьим угловыми положениями в направлении вращения следует устанавливать предпочтительно как можно больше, в частности больше 180°, для достижения однородности температурного профиля на реплицирующей поверхности. Углы между вторым и третьим угловыми положениями и/или между третьим и четвертым угловыми положениями следует устанавливать в направлении вращения преимущественно как можно меньше, в частности меньше 90°, чтобы также способствовать однородности температурного профиля на реплицирующей поверхности.
В предпочтительных вариантах осуществления излучение переносят на реплицирующее устройство по поверхности и/или с последовательной записью в виде точек. В частности, преимущества возникают тогда, когда записывающий способ применяют вместе с вращающимся цилиндром для тиснения и засвечивают реплицирующую поверхность. У этого варианта осуществления, обусловленного устройством, имеет место временной промежуток между нагревом участка реплицирующей поверхности и формованием этого участка, поскольку реплицирующая поверхность в процессе формования закрыта подложкой и не может быть засвечена. Если посредством излучения информацию передают на матрицу с построчной записью и эта строка расположена параллельно реплицирующему зазору, то, по меньшей мере, гарантировано, что временной промежуток между этапами засвечивания и формования для каждой засвеченной точки на матрице приблизительно одинаков.
Соответствующие преимущества возникают при комбинировании поверхностного засвечивания и использования пуансона для тиснения. При этом одинаковый временной промежуток между нагревом и формованием участков достигается за счет того, что сначала все участки одновременно засвечивают, а затем все участки одновременно формуют. Возможны также комбинации записывающего способа и пуансона для тиснения или поверхностного засвечивания и цилиндра для тиснения, если это дает другие преимущества, например преимущества в процессе засвечивания.
Благодаря этим устройству и способу, следовательно, можно с помощью единственной матрицы формовать различные, например, также специфические в отношении документов или удостоверения личности, маркировки на подложке, причем участки этой матрицы могут быть выборочно активированы или дезактивированы для процесса формования.
Другие признаки, подробности и преимущества изобретения приведены в нижеследующем описании примера выполнения способа, а также примеров выполнения устройств для изготовления маркировки. На чертежах изображают:
фиг.1a, b, c - примеры выполнения устройства для нанесения маркировки на подложку;
фиг.2а - детальный разрез по линии II-II в плоскости, перпендикулярной подложке примера выполнения согласно фиг.1а согласно первому варианту осуществления способа;
фиг.2b - представлены схематично взаимосвязи между распределением тепла на реплицирующем устройстве и формующей зоной на подложке согласно способу на фиг.2а;
фиг.3а - детальный разрез по линии II-II в плоскости, перпендикулярной подложке примера выполнения на фиг.1а согласно второму варианту осуществления способа;
фиг.3b представлены схематично взаимосвязи между распределением тепла на реплицирующем устройстве и формующими зонами на подложке согласно способу на фиг.3а;
фиг.4 представлено схематично распределение тепла во фрагменте реплицирующего устройства в сечении при засвечивании лазерным лучом;
фиг.5a, b представлен схематично принцип создания негативного и позитивного изображений;
фиг.6 представлен фрагмент поверхности реплицирующего устройства согласно фиг.1а при виде сверху и маркировка, изготовленная посредством реплицирующего устройства;
фиг.7 - детальный разрез по линии II-II в плоскости, перпендикулярной подложке устройства на фиг.1а в модифицированном примере выполнения.
На фиг.1а схематично изображена конструкция примера выполнения устройства для изготовления маркировки на подложке 43. В изображенном примере подложка 43 выполнена в виде пленки. Пленка может представлять собой переводную пленку. Устройство содержит реплицирующий валок 41 и выполненное в виде валка ответное прижимное устройство 42, между которыми направляют подложку 43. Реплицирующий валок засвечивают снаружи лазерным лучом 30.
Подложка 43 имеет толщину менее 1 мм и может быть выполнена в виде многослойной компоновки. По меньшей мере, один слой состоит из термопластичного материала. Другие слои могут быть выполнены в виде металлизированных слоев, интерференционных слоев, защитных слоев, слоев материала-основы или клеевых слоев.
Преимущественно металлический или покрытый металлической оболочкой реплицирующий валок 41 снабжен на реплицирующей поверхности поверхностным структурированием в виде дифракционных тисненых структур 46. Дифракционные тисненые структуры 46 имеют глубину 0-20 мкм и расстояние между линиями или пространственные частоты 10-4000 линий/мм.
Ответное прижимное устройство 42 выполнено в виде цилиндрообразного валка и может быть изготовлено из резины или содержать резиновую оболочку.
Стрелки 48, 49 обозначают соответствующие направления вращения реплицирующего валка 41 и ответного прижимного устройства 42, причем реплицирующий валок 41 вращается по часовой стрелке, а ответное прижимное устройство 42 - против часовой стрелки. Стрелка 47 указывает направление подачи подложки 43, движущейся на фиг.1а влево. Реплицирующий валок 41, подложка 43 и ответное прижимное устройство 42 взаимодействуют между собой с возможностью прижатия реплицирующей поверхности с дифракционными тиснеными структурами 46 с определенным, в большинстве случаев регулируемым давлением к подложке 43 во время вращения реплицирующего валка 41 и ответного прижимного устройства 42. В зоне контакта между реплицирующим валком 41 и подложкой 43 происходит формование поверхности 44 в виде маркировки 45 на подложке 43.
Лазерный луч 30 может засвечивать поверхность 44 поверхностно или в модифицированных вариантах осуществления последовательно по точкам. Управление лазерным лучом 30 в отношении мощности, направления, плотности удельной мощности и т.д. происходит посредством управляющего устройства. Лазерный луч 30 может быть импульсным или модулированным по мощности, преимущественно луч обеспечивается с постоянной мощностью. Лазерный луч 30 может быть в процессе засвечивания неподвижным или подвижным. При поверхностном засвечивании, например способом проекционной литографии, лазерный луч преимущественно неподвижен, тогда как реплицирующий валок вращается. В модифицированных вариантах осуществления перемещение лазерного луча 30 происходит вместе с вращением вращающегося реплицирующего валка 41 по стрелке 90. При записывающем способе засвечивания точечным или почти точечным лазерным лучом 30 его движение может происходить вместе с вращением вращающегося реплицирующего валка 41 по стрелке 90 и параллельно продольной протяженности оси вращения реплицирующего валка 41 по стрелке 91. Для точечного засвечивания лазерный луч может быть сфокусирован и иметь небольшой диаметр, например менее 1 мм.
Реплицирующий валок 41 нагревают посредством управляемого внутреннего, т.е. действующего изнутри, источника тепла (не показан), так что вся зона реплицирующей поверхности, снабженная дифракционными тиснеными структурами 46, имеет преимущественно единую температуру, которая ниже температуры формования подложки 43, т.е. ниже диапазона температур пластичности в диапазоне температур эластичности подложки 43.
Формуются только участки реплицирующего валка 41 с получением длительно сохраняющейся маркировки 45, если эти участки в дополнение к нагреву внутренним источником тепла засвечены лазерным лучом 30 с образованием тепловой комбинированной зоны. За счет лазерного луча 30, который может быть направлен на реплицирующий валок 41 под любым углом, в пределах облученной поверхности 44 происходит дополнительный ввод энергии, так что на реплицирующем валке 41 возникает скрытое тепловое изображение, показанное на фиг.1а в виде прямоугольной поверхности 44. Скрытое тепловое изображение может иметь простую геометрическую форму, например окружности, многоугольника, замкнутого многоугольника, а также букв, цифр или символов. Ввод энергии в поверхность 44 посредством лазерного луча 30 происходит вращающимся реплицирующим валком 41 в зоне, которая отстоит от зоны, где осуществляют формование, на угловое расстояние примерно 90°. Из этого локального расстояния в результате получается временной промежуток между облучением и формованием. Ввод энергии посредством лазерного луча 30 рассчитан так, что в пределах облученной поверхности температура после засвечивания лежит в пределах или, чтобы компенсировать эффекты теплопроводности на основе временного промежутка, выше диапазона температур пластичности подложки 43. За счет этого управления температурой участок 44 реплицирующего валка 41 имеет в процессе реплицирования поверхностную температуру, которая лежит в пределах диапазона температур пластичности и в зоне контакта между реплицирующим устройством 41 и подложкой 43 с длительным сохранением формуется в подложке 43. За счет изменения формы и структуры облученной поверхности 44 можно получить любую форму и структуру маркировки 45 на подложке 43.
В одном возможном режиме функционирования устройства лазерный луч 30 в управляющих последовательностях включают и выключают, в результате чего получают преимущественно смещенные друг от друга, в частности локально отделенные, маркировки 45. Выполнение этих различных маркировок 45 может быть одинаковым или отличаться от маркировки к маркировке индивидуализированными признаками, например сквозной нумерацией.
В другом возможном режиме работы устройства на фиг.1а лазерный луч 30 может быть непрерывно включен, и точка падения лазерного луча 30 на реплицирующий валок 41 перемещается вместе с вращением реплицирующего валка 41 по стрелке 90 и в поперечном ему направлении по стрелке 91, например за счет параллельного смещения или углового отклонения лазерного луча 30. В этом режиме функционирования маркировка 45 может быть образована узором, изменяющимся в направлении 47 подачи подложки 43.
Прежде всего, этот режим обеспечивает то, что управляющие последовательности движений лазерного луча 30 для изготовления отдельной маркировки могут происходить в течение нескольких оборотов реплицирующего валка 41, т.е. в течение нескольких рабочих циклов.
Например, за счет этого на подложке можно получить надпись любой длины в направлении 47 подачи.
При модификации этого режима функционирования лазерный луч 30 постоянно включают, а изменение плотности удельной мощности на реплицирующем валке 41 происходит за счет изменения профиля лазерного луча 30.
Возможна также комбинация этих режимов функционирования устройства согласно изобретению.
На фиг.1b изображен модифицированный вариант осуществления устройства из фиг.1а со способом поверхностного засвечивания. Устройство на фиг.1b выполнено аналогично устройству на фиг.1а, причем устройство на фиг.1b содержит блок 93 диодных лазеров в качестве излучателя.
Блок 93 включает в себя множество диодных лазеров 94, расположенных параллельно друг другу и с одинаковой ориентацией в блоке, так что направление излучения у всех диодных лазеров 94 одинаково. Диодные лазеры 94 выполнены с возможностью управления с помощью управляющего устройства (не показано) по отдельности и с возможностью модулирования их мощности. Блок 93 диодных лазеров расположен в своей продольной протяженности параллельно продольной протяженности оси вращения реплицирующего валка 41, причем лазерные лучи 30 направлены на реплицирующий валок 41. Расстояние между блоком 93 диодных лазеров и реплицирующим валком 41 зависит от характеристики излучения диодных лазеров 94 или от опционного промежуточного оптического устройства (не показано) и рассчитано так, что возникает заданное распределение плотности мощности лазерных лучей 30 на реплицирующем валке 41. За счет комбинации изменений плотности удельной мощности, вызванных управляемой модуляцией диодных лазеров 94, и вращательного движения реплицирующего валка 41 в последнем могут быть выполнены любые засвеченные узоры, посредством которых на подложке 43 могут быть получены любые маркировки 45.
На фиг.1 с изображен другой модифицированный вариант осуществления устройства на фиг.1а со способом записывающего засвечивания. Устройство на фиг.1 с содержит устройство, в котором аналогично устройству на фиг.1а между реплицирующим валком 41 и ответным прижимным устройством 42 направляют подложку 43, на которой изготавливают маркировку 45. Реплицирующий валок 41 засвечивают снаружи также лазерным лучом 30. Лазерный луч 30 направляют от источника 94 лазерного излучения через оптическое устройство 95 и отклоняющий блок 96 на реплицирующий валок 41, куда лазерный луч падает с образованием точки 101.
Источник 94 лазерного излучения схематично изображен на фиг.1b в форме прямоугольного параллелепипеда и может иметь любую конструкцию, например в виде Nd:YAG-, эксимерного, твердотельного, газового, полупроводникового лазера и т.п. Источник 94 лазерного излучения расположен над подложкой 43 и на расстоянии от реплицирующего валка 41, причем он ориентирован таким образом, что выходящее на выходе лазерное излучение 30 смещено приблизительно параллельно продольной протяженности оси вращения реплицирующего валка 41. В других вариантах осуществления устройства источник 94 лазерного излучения может быть расположен с возможностью обеспечения выходящего из него лазерного излучения 30 приблизительно перпендикулярно подложке 43 и соответствующего отклонения. Оптическое устройство 95 расположено в направлении распространения лазерного луча 30 за источником 94 лазерного излучения и содержит оптические компоненты для ведения и формирования луча.
В последующем в направлении распространения лазерного луча 30 отклоняющем блоке 96 лазерный луч 30 отклоняют на регулируемый угол α, так что точка 101 падения может направляться в движениях параллельно продольной протяженности оси вращения реплицирующего валка 41 по нему.
Отклоняющий блок 96 содержит приводной блок 98, например двигатель, в частности, серводвигатель или шаговый двигатель, или гальванометрический привод, и соединенное через приводной вал 99 зеркало 97 с отражающей передней стороной. Приводной вал 99 приводится приводным блоком 98 и жестко соединен с зеркалом 97. Приводной вал 99 и зеркало 97 могут быть расположены по отношению друг к другу так, что ось вращения приводного вала 99 лежит в плоскости отражающей передней стороны зеркала 97 и что приводной вал 99 не закрывает или лишь незначительно закрывает отражающую переднюю сторону зеркала 97. В этом устройстве за счет вызванного приводным блоком 98 вращательного движения приводного вала 99 отражающая передняя поверхность зеркала 97 может поворачиваться на определенный угол с образованием оси вращения.
Отклоняющий блок 96 расположен таким образом, что лазерный луч 30 падает на отражающую переднюю поверхность зеркала 97 под углом α/2, а ось наклона отражающей передней поверхности зеркала 97 приблизительно перпендикулярна плоскости, образованной падающим на отклоняющий блок 96 и отраженным от него лазерным лучом 30.
Оптическое устройство 95 может быть расположено также за отклоняющим блоком 96.
Положением точки 101 падения на реплицирующий валок 41 параллельно продольной протяженности оси вращения реплицирующего валка 41 управляют с помощью отклоняющего блока 96. В комбинации с вращательным движением реплицирующего валка 41 на нем создают засвеченный узор 100. Засвеченный узор 100 выполнен на фиг.1 с в виде построчно записанной, последовательно засвеченной, линейной и взаимосвязанной тепловой дорожки. Тепловая дорожка проходит приблизительно параллельно оси вращения реплицирующего валка 41, причем при каждой смене строчки изменяется направление подачи точки 101 падения.
На фиг.2а изображен разрез устройства на фиг.1а. Подложка 43 имеет многослойную конструкцию с термопластичным слоем 51, вторым слоем 52 и пленкой-основой 50, представляющей собой полиэфирную или поликарбонатную пленку. Второй слой 52 и дополнительные слои могут быть предусмотрены опционально. Этот второй слой 52 или другие преимущественно разные слои выполнены в виде защитного лакового слоя, металлизированного слоя, интерференционного слоя или клеевого слоя.
Реплицирующий валок 41 содержит дифракционные тисненые структуры 46, которые, как здесь схематично показано, либо проходят по всей периферии преимущественно по всей поверхности, либо могут быть нанесены только на отдельных участках.
Реплицирующий валок 41 и подложка 43, как указывалось выше, взаимодействуют между собой при обкатывании реплицирующего валка 41 под давлением, причем реплицирующий валок 41 вращается в направлении вращения по стрелке 48, а подложка 43 движется без проскальзывания по стрелке 47. Реплицирующий валок 41 нагрет управляемым внутренним источником тепла (не показан) полностью или на отдельных участках. Лазерный луч 30 направлен снаружи на реплицирующий валок 41 и в зоне перед реплицирующим зазором 53 падает на несущую дифракционные тисненые структуры 46 реплицирующую поверхность реплицирующего валка 41, причем реплицирующим зазором 53 обозначена зона контакта между реплицирующим валком и подложкой в процессе формования.
У изображенного на фиг.2 варианта осуществления способа с помощью внутреннего управляемого источника тепла реплицирующую поверхность нагревают до температуры, лежащей в пределах диапазона температур эластичности. За счет дополнительного ввода энергии лазерным лучом 30 облученные поверхности 70 дополнительно нагреваются и представляют собой, тем самым, тепловые комбинированные зоны. Ввод энергии рассчитан таким образом, что реплицирующая поверхность реплицирующего валка 41 при контакте с подложкой 43 имеет в зонах 70 температуру, лежащую ниже диапазона температур пластичности и, например, в диапазоне температур эластичности подложки 43. При формовании дифракционной тисненой структуры 46 на подложке 43 при этом распределении температуры в термопластичном слое 51 с длительным сохранением формуются только зоны 70. Таким образом, в подложке 43 в качестве индивидуализированного защитного признака выполняют маркировку 45, при этом части поверхности маркировки, формованные в подложке 43, имеют дифракционные структуры.
Принцип позитивного или негативного отбора участков на реплицирующей поверхности реплицирующего устройства для формования на подложке более подробно поясняется с помощью графика на фиг.2b.
На фиг.2b изображена система 20 координат, причем на горизонтальной оси Х нанесен фрагмент периметра валка для тиснения, а на вертикальной оси Y нанесена температура на реплицирующей поверхности этого валка в соответствующем положении вдоль периметра валка.
Температурная шкала может быть качественно разделена, по меньшей мере, на три области. Первая область - это диапазон Telast температур эластичности. Вышележащая область с более высокими температурами - это диапазон Tplast температур пластичности. Самая высокая область - это диапазон Tfliess температур течения.
Только в диапазоне Tplast температур пластичности структурированная поверхность валка с длительным сохранением формуется на подложке. Этот диапазон является отражением процесса для успешного процесса формования.
Диапазон Telast температур эластичности имеет место при более низких температурах. Здесь при контактировании валка для тиснения и подложки под давлением происходит, правда, по меньшей мере, при температурах близко к Tplast, упругая деформация подложки, однако как только валок и подложка отделятся друг от друга, подложка, упруго спружинивая или демпфированно выгибаясь назад, снова принимает свою первоначальную, большей частью гладкую поверхностную форму.
В диапазоне Tfliess температур течения при контактировании валка для тиснения и подложки под давлением сначала происходит деформация. Если же валок и подложка отделяются друг от друга, то из-за высокой температуры подложки ее материал начинает течь. В результате сглаживаются выполненные поверхностные шероховатости, куда входит также перенесенное структурирование. Как в диапазоне температур течения, так и в диапазоне температур эластичности выполненное структурирование сохраняется в подложке недолго.
На фиг.2b поверхность валка для тиснения в области I имеет температуру в пределах диапазона Telast температур эластичности. В области II температура лежит в пределах диапазона Tplast температур пластичности, а в области III - снова в пределах диапазона температур эластичности. При формовании структурированной поверхности валка на подложке структуры в областях I и III формуются, однако подложка, упруго спружинивая, снова принимает свою первоначальную форму. В области II в процессе формования в подложке осуществляется долговременное поверхностное структурирование. Так, при подобном температурном профиле возникает подложка 43 с позитивным изображением, где в областях I и III не происходит тиснения поверхностного структурирования с длительным сохранением, а в области II осуществляется тиснение поверхностного структурирования с длительным сохранением. Подложка 43 соответствует подложке 43 на фиг.2а в увеличенном виде.
На фиг.3а изображен тот же фрагмент, что и на фиг.2а в другом варианте осуществления способа. На фиг.3а несущую дифракционную тисненую структуру 46 поверхность реплицирующего валка 41 нагревают с помощью внутреннего управляемого источника тепла до температуры, лежащей в пределах диапазона температур пластичности подложки 43.
За счет ввода энергии лазерным излучением 30 в зоны 70 вводят дополнительную энергию, так что они имеют более высокую температуру. Если дополнительная энергия рассчитана так, что в результате нагрева зоны 70 достигают температуры, лежащей за пределами, а именно выше диапазона температур пластичности, то переносятся только зоны реплицирующей поверхности с дифракционной тисненой структурой 46, которые не были дополнительно засвечены излучением.
Это другое ведение процесса еще раз схематично показано на фиг.3b. Здесь температурный профиль Т валка находится в областях I и III в диапазоне Tplast температур пластичности, а в области II, напротив, температура лежит в диапазоне Tfliess температур течения. В процессе формования с помощью такого ведения процесса получают подложку 43 с негативным изображением, которое в областях I и III имеет поверхностное структурирование, а в области II, напротив, поверхностный профиль почти снова восстановлен. Подложка 43 представляет собой подложку 43 на фиг.3а в увеличенном виде.
Способом на фиг.2а можно получить на подложке позитивные изображения, а способом на фиг.3а - негативные изображения.
На фиг.4 схематично изображен фрагмент сечения реплицирующего устройства 35, например реплицирующего валика 41 на фиг.1а. Реплицирующее устройство 35 снабжено на своей реплицирующей поверхности поверхностным структурированием 36. Изотермами 32 обозначено распределение тепла в реплицирующем устройстве в зоне поверхностного структурирования 36. Для простоты показаны только три изотермы, которые отделяют друг от друга области с разными температурами T1, Т2, Т3. Далее показан лазерный луч 30, который направлен на реплицирующую поверхность с поверхностным структурированием 36 и падает на нее, а также схематичное обозначение поглощающего объема 31. С помощью фиг.4 подробно представлен вариант осуществления способа получения зон с разными температурами. Реплицирующее устройство 35 на первом этапе вблизи реплицирующей поверхности с поверхностным структурированием 36 посредством управляемого источника тепла нагревают в показанных здесь областях I, II, III до первой температуры T1. На следующем этапе, который по времени может также совпадать с первым этапом, реплицирующее устройство 35 в области II засвечивают лазерным лучом 30. При этом лазерный луч 30 поглощается реплицирующей поверхностью с поверхностным структурированием 36 в поглощающем объеме 31. Ввод энергии в поглощающий объем 31 вызывает повышение температуры поглощающего объема от температуры T1 до температуры Т3. За счет теплопроводности температурный диапазон T1 смещается дальше в реплицирующее устройство, и происходит распределение тепла, как показано на фиг.4. В зависимости от начальной температуры T1 и ввода энергии, а также положения и протяженности лазерного луча на реплицирующей поверхности может быть получен температурный профиль на фиг.2b для позитивного изображения или температурный профиль на фиг.3b для негативного изображения.
На фиг.5а, b изображен принцип, как различными вариантами осуществления способа может быть получен индивидуализированный защитный признак. Слева при виде сверху показан участок реплицирующей поверхности, например, реплицирующего валка 41 из фиг.1а со структурированной поверхностью 2. Справа при виде сверху показан фрагмент 4 подложки по окончании процесса формования, например, подложки 43 на фиг.1а.
На фиг.5а k-образный участок 3 поверхности 2 имеет температуру Т, лежащую в пределах диапазона Tplast температур пластичности подложки. За пределами этого диапазона поверхность 2 имеет температуру, лежащую за пределами диапазона Tplast температур пластичности. В процессе формования с этим распределением температуры на подложке 43 возникает позитивное изображение 5, зеркально-симметричная k-образная поверхность которого заполнена оттиском поверхностного структурирования структурированной поверхности 2.
На фиг.5b k-образная поверхность имеет температуру Т за пределами, а остальные зоны поверхности 2 - температуру Т в пределах диапазона Tplast температур пластичности. Результирующий в процессе формования из этого распределения температуры длительно сохраняющийся оттиск на подложке 43 представляет собой негативное изображение 6, причем зоны, являющиеся дополнительными к зеркально-симметричной k-образной поверхности, заполнены оттиском поверхностного структурирования структурированной поверхности 2.
На фиг.6 изображен другой фрагмент реплицирующей поверхности реплицирующего валка 41 на фиг.1а с дифракционной тисненой структурой 46, разделенной на различные участки. Эти участки образованы ограниченным числом дифракционных узоров, которые отличаются друг от друга пространственной частотой, шагом решетки, кривизной решетки, симметрией решетки или другими параметрами. Здесь, представляя многие возможности, показаны участки с тремя различными дифракционными узорами, а именно 80, 81, 82. Каждый участок 80, 81, 82 имеет соответственно только один дифракционный узор. Эти различные участки 80, 81, 82 расположены равномерно попеременно. Преимущественно участки 80, 81, 82 выполнены в виде ограниченных поверхностных полей квадратного контура, например, с длиной сторон меньше или равной 0,3 мм. С помощью представленного способа можно за счет засвечивания излучением, в частности лазерным излучением, активировать или дезактивировать участки 80, 81, 82 для переноса с реплицирующего валка на подложку, для получения в процессе реплицирования позитивного или негативного изображения. Полученное подобным образом изображение 85 имеет формования 80а, 81а, 82а участков 80, 81, 82.
У этого примера выполнения участки 80, 81, 82 дифракционной тисненой структуры 46 были отобраны за счет распределения тепла в реплицирующем устройстве таким образом, что в изображении 85 возникают участки 86, 87, 88, каждый из которых имеет только один вид дифракционных узоров, т.е. образован только одним видом формовании 80а, 81а, 82а участков 80, 81, 82. При рассмотрении изображения 85 эти состоящие из отдельных формовании участки 86, 87, 88 представляются в виде полноповерхностных однородных участков изображения, как они известны из традиционно созданных изображений, с тем отличием, что участки 86, 87, 88 обладают особыми оптическими свойствами.
У примера выполнения на фиг.7 конструкция устройства аналогична устройству на фиг.2а. Засвечивание реплицирующего валка 41 лазерным лучом 30 происходит на фиг.7 посредством засвечивания облучаемых зон 71 на второй поверхности 60, которая расположена концентрично внутри поверхности валка, несущей дифракционную тисненую структуру 46. Лазерный луч полностью или частично поглощается в облучаемых зонах 71, и происходит ввод тепла в реплицирующее устройство. Нагрев зон 70 на реплицирующей поверхности происходит за счет теплопроводности, исходя от внутренних облучаемых зон 71. Форма засвеченных лазерным лучом 30 облучаемых зон 71 может быть получена способами проекционной литографии или записывающими способами аналогично выполнению на фиг.2а. У этого примера выполнения временной промежуток между облучением и формованием может быть очень малым, поскольку смещение по углу вращения между облучаемой поверхностью 71 и зоной контакта подложки и реплицирующего валка 41 может быть очень малым. В некоторых особых вариантах осуществления весь источник лазерного излучения может быть встроен в реплицирующее устройство, в частности при применении диодных лазеров. Также возможен подвод по одному или нескольким световодам, как и открытое ведение луча, преимущественно коаксиально реплицирующему валку 41.
Изобретение относится к устройству и способу изготовления маркировки на подложке. Маркированные подобным образом подложки наносят на документы, например кредитные карты, удостоверения или денежные знаки, в качестве признаков защиты от подделки. Выполнения этих защитных признаков содержат дифракционные или голографические структуры. Изготовление маркировки осуществляют посредством формования с матрицы. Изменение оформления маркировки возможно за счет замены матрицы, отнимающей много времени. Устройство и способ согласно изобретению должны позволить изготавливать индивидуализированные маркировки на подложке с небольшими затратами на оборудование. Одно выполнение устройства для изготовления маркировки на подложке, преимущественно пленке, содержит реплицирующее устройство и лазерную установку, взаимодействующую с реплицирующим устройством за счет того, что излучение для выполнения по меньшей мере одной формующей зоны направлено, по меньшей мере, на одну облучаемую зону реплицирующего устройства. Устройство содержит ответное прижимное устройство, причем подложка расположена между реплицирующим и ответным прижимным устройствами для формования на подложке в зоне контакта между реплицирующим устройством и подложкой формующей зоны, и причем подвод излучения для образования формующих зон происходит за пределами подложки. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 12 ил.
| US 4761253 A, 02.08.1988 | |||
| DE 19801346 A, 18.02.1999 | |||
| US 5858298 A, 12.01.1999 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ | 1988 |
|
SU1508468A1 |
| Устройство для лазерной обработки | 1983 |
|
SU1092856A1 |
