用于产生磁感应视觉效果的设备、系统和方法 |
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| 申请号 | CN201180045791.4 | 申请日 | 2011-09-23 | 公开(公告)号 | CN103119521B | 公开(公告)日 | 2015-09-23 |
| 申请人 | 锡克拜控股有限公司; | 发明人 | P·德戈特; C-A·德斯普兰; M·施米德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于产生磁感应视觉效果的设备、系统和方法。本发明涉及一种用于在含有可定向磁颗粒的尤其作为安全和装饰性特征的涂层内产生视觉效果的设备、系统和方法。所述设备包括印刷单元、定向装置、 基板 引导系统和光 固化 单元。将印刷单元布置为采用涂层成分在基板的第一面上印刷图像。所述定向装置包括用于对印刷图像中的涂层成分中的磁颗粒定向的 磁场 生成元件。将所述基板引导系统布置为使所述基板与所述定向装置发生并保持 接触 。在使基板仍然与所述定向装置接触的同时，光固化单元照射在所述基板上印刷的图像，从而使所述图像的涂层成分至少部分固化。将所述光固化单元配置为限制其发射的热 辐射 能，从而避免将所述定向装置加热到超过100°C的平均 温度 T1。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于产生磁感应视觉效果的设备，所述设备包括： |
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| 说明书全文 | 用于产生磁感应视觉效果的设备、系统和方法技术领域背景技术[0002] 在（例如）US2005/0123764、US2418479、US2570856、WO2000/12622、EP-A0686675、WO2008/153679、US2008/0292862、US5364689、US2004/0251652、DE-A2006848、US3791864和WO1998/56596中公开了针对模具和涂层成分中的磁性颗粒的定向的各种材料和技术。 [0003] 可定向磁性颗粒还应用于印刷工艺，尤其是用于印刷安全和装饰特征。具体而言，曾经公开过采用光学可变片状磁性颗粒产生特殊的可视和色移效果。用于产生所述效果的这些设备和技术是已知的，例如，在EP-B1641624、EP-B1819525、EP-B1937415、EP-A1880866、EP-B2024451、WO2010/066838、US6759097、WO2002/090002和WO2004/007095中对其给出了说明。 [0004] 含有可定向磁性颗粒的涂层以及基于这些磁性颗粒的定向的视觉效果的产生的应用通常是根据下述离散步骤的序列进行的： [0007] c)通过提高涂层的粘度而固定磁性颗粒的取向。 [0008] 步骤c)包括涂层的硬化。本领域技术人员已知（例如）通过物理干燥（溶剂蒸发）、UV固化、电子束固化、热定形、氧化聚合、这些方法的组合或者其他固化机制执行这一步骤。硬化机制取决于涂层材料。例如，US-B7691468描述了用于安全特征的墨水，这些墨水通过热空气或者UV固化干燥，具体取决于墨水成分。 [0009] 涂层粘度和层厚度（干燥之前和之后）是磁性颗粒定向的关键参数。为了达到最佳的可能效果，关键是将磁性颗粒的取向一直保持到实现硬化步骤。在印刷过程中，所保持的片状磁性颗粒的取向确保尽可能高的图像清晰度和尽可能好的总体视觉效果。 [0010] US-A2829862教导了载体材料的粘弹特性的重要性，其用于避免在去除了外部磁体之后磁性颗粒发生重新定向。 [0011] EP-B2024451教导了，涂层载体的类型在所述过程中起着决定性作用，因为其在干燥过程中通过涂覆层的体积变化而影响最终的图案：在物理干燥过程中，随着溶剂的蒸发，载体倾向于体积缩小；这一收缩对薄片的取向造成了重要影响；通过UV过程固化的载体倾向于不会收缩太多，从而保持片状磁性颗粒的初始取向。 [0012] 此外，基板的类型和涂层成分的粘度可能影响基板对湿的涂层成分的吸收，从而影响层厚度。因而，EP2024451公开了层厚度在包括可定向片状磁性颗粒的涂层成分的使用当中的关键作用。WO2010/058026公开了采用底漆层降低多孔基板对含有磁性颗粒的墨水承载剂的吸收的优点。 [0013] 在硬化过程中使涂层保持在磁场中能够保持磁性颗粒的取向。例如，US-A2570856教导了用于形成含有磁性颗粒的涂层的过程。使受到涂覆的基板保持在磁场内，知道其被充分干燥，由此在不使磁性颗粒发生重定向的情况下将其从磁场中移开。在WO2008/153679和US2418479中公开了类似的过程。 [0014] 然而，上文讨论的所有这些文献仅描述了不适于印刷应用的过程或者以远低于工业印刷应用所需的工艺速度运作的过程。 [0016] WO-A2004/007095公开了用于在作为伸长薄层（sheet）的基板上进行安全特征的工业印刷的工具。设置包括承载磁元件的滚筒以及放在磁滚筒之后不远或者放在其上方的扩散干燥能量源。所述干燥能量可以是热能和/或光化学能。然而，这种设置表现出了很多缺点： [0017] (a)一方面，在将这一设置用于单张给送过程时，可能发生各种机械问题，尤其是在薄层的末端，例如，薄层在滚筒上偏移、滑动、折叠或波动，薄层末端在脱离滚筒的过程中发生浮动。而且，所述工具的固化设置既不能解决这些问题也未描述如何在单张给送过程中解决这些问题。 [0018] (b)另一方面，可能发生各种与固化设置相关的问题，尤其是： [0019] -固化设置的扩散能量源可能导致涂层在根据所要取得的视觉效果使磁性颗粒得到最佳对准之前过早地干燥。 [0020] -固化过程的热方面以及其对（例如）涂层成分的影响可能带来问题，其中，所述影响是由处于磁滚筒之上的扩散固化能量源散发的热量导致的。具体而言，热量可能降低涂层成分的粘度，从而促进基板对涂层成分的吸收。因此，能量源释放的热量可能干扰磁性颗粒的取向，进而干扰所要取得的视觉效果。 [0021] -热量可能降低纸张的含湿量，从而改变基板的尺寸，从而导致配准问题。这一影响对于纸张基板以及单张给送过程尤其关键；热量可能导致印刷机械的一些机械组成部分的膨胀，从而导致配准问题或者未对准问题；以及 [0022] -热能可能改变磁场生成元件的特性。已知磁性材料的特性随问题而变化：铁磁性和亚铁磁性材料中磁畴的对准将随着温度的升高而降低。在将磁性材料加热到被称为居里温度的临界温度时将变为顺磁物质。居里温度是材料相关参数。 发明内容[0024] 因而，本发明涉及一种用于在含有可定向磁性颗粒的涂层内产生磁感应视觉效果的设备、系统和方法。具体而言，本发明涉及在工业印刷机上印刷和固化含有可定向磁性颗粒的安全或装饰性特征。具体而言，所述印刷机可以是单张给送（sheet-fed）型的。 [0026] 所述设备包括印刷单元、定向装置、基板引导系统和光固化单元。将印刷单元布置为采用含有可定向磁性颗粒的涂层成分在基板的第一面上印刷图像。所述定向装置包括至少一个磁场生成元件，其用于对印刷图像的涂层成分中的磁性颗粒定向。将所述基板引导系统布置为使所述基板的第二面与所述定向装置接触并保持接触。所述光固化单元包括辐射源，其相对于所述定向装置布置，从而在使所述基板的第二面仍然与所述定向装置接触的同时照射在所述基板的第一面上印刷的图像，从而至少部分固化所述图像的涂层成分。将所述光固化单元配置为限制其发射的热辐射能量，从而避免将所述定向装置及其至少一个磁场发生元件加热至超过100℃的平均温度T1。由于这一构造的原因，能够显著减少或者避免上文提及的对基板、印刷图像和设备自身的不利影响。 [0027] 根据本发明的第二方面，提供了一种用于产生磁感应视觉效果的系统。所述系统包括根据本发明的第一方面的设备和含有可定向磁性颗粒的涂层成分。 [0028] 就本发明的第三方面而言，提供了一种用于产生磁感应视觉效果的方法。 [0030] 结合于本说明书中并构成了本说明书的部分的附图示出了本发明的某些方面，但本发明不限于此。具体而言，附图示出了几个实施例，其中，以包括至少一个磁场生成元件的滚筒的形式提供了定向装置，并且其中，基板是薄的细长基板，例如，纸张、聚合物的薄层或复合基板。 [0031] 图1-3示出了说明根据本发明的实施例的磁滚筒体、固化单元和具有由涂覆于其上的涂层成分构成的图像的薄的细长基板（薄层）的示意性截面图。具体地，[0032] 图1示出了光固化单元包括UV-LED灯的实施例； [0033] 图2示出了光固化单元包括设有二向性滤光器的UV灯的实施例；以及[0034] 图3示出了光固化单元包括设有波导的UV灯的实施例。 [0035] 图4a-c示出了根据本发明的实施例，生成磁感应视觉效果的过程的各个阶段的相对时机的变化。 [0036] 图5示出了基板引导系统包括一组滚子的本发明的实施例的示意图；以及[0037] 图6示出了基板引导系统包括一组刷子的本发明的备选实施例的示意图。 具体实施方式[0038] 图1到4a-c示出了本发明的优选实施例，其中，一种用于通过以可定向磁性颗粒为基础印刷和固化安全或装饰性特征而生成磁感应视觉效果的设备，包括位于磁滚筒之上的光固化单元。图5和图6示出了使携带着涂层成分的基板（薄层）与磁滚筒保持紧密接触的基板引导系统的不同优选实现。 [0039] 这里，“磁滚筒”一词是指承载着至少一个能够对磁性颗粒进行定向以生成视觉效果的磁场生成元件的圆柱体。例如，在EP1641624、EP1937415、US2010/0040845或者WO2004/007095中描述了这样的磁场生成元件。 [0040] 用于对磁性颗粒定向的一个或多个磁场生成元件可以是由各种各样的磁性材料构成的，例如，所述磁性材料可以是但不限于钕-铁-硼、钐-钴、铝-镍-钴（铝镍钴）合金、铁氧体或者聚合物结合磁体，例如磁箔或塑性铁氧体。这样的材料可以从市场上购得，例如，Maurer Magnetic AG公司有售。磁性材料的商品目录通常会指出该材料的最高使用温度。最高使用温度是材料相关的，其远低于材料的居里温度：例如，对于铝镍钴合金而言，居里温度约为850℃，而最高使用温度则为500℃左右。对于硬铁氧体而言，居里温度约为450℃，而最高使用温度则为250℃左右（参考Maurer Magnetic AG目录）。对于聚合物结合磁性材料而言，最高使用温度还取决于聚合物化合物本身。因而，塑性铁氧体的最高使用温度通常处于80℃到100℃的范围内。 [0041] 根据本发明，磁滚筒体的温度局限于不超过100℃，优选限于甚至不达到磁场生成元件的磁性材料的最高使用温度。因而，磁滚筒体的平均温度应当保持低于100℃，优选低于70℃，最优选低于50℃。这一点是通过采用光固化单元实现的，所述光固化单元是一种包括辐射源的器具，其被配置为使得其在工作过程中发射的热辐射能受到限制，从而避免将设备的机械部分加热至超过100℃的平均温度T1，在这一实施例中，所述机械部分具体是指磁滚筒体和磁场生成元件。更优选地，将光固化单元配置为在工作过程中使设备的机械部分以及磁场生成元件的平均温度保持在温度T≤100℃，更优选保持在温度T≤70℃，最优选保持在温度T1<50℃。 [0042] 因而，光固化单元与温度敏感磁性材料兼容，从而通过避免基板尺寸的变化以及通过避免设备的机械部分的热膨胀而避免了基板和磁场生成元件的配准和偏移问题，例如，所述的基板尺寸变化是由所述基板的含湿量的降低导致的。 [0043] 具体而言，所述光固化单元可以包括UV灯，优选包括UV-LED灯，如图1所示。如图2所示，所述UV灯可以设有至少一个分色反射镜，其被配置为使对应于UV谱波长的辐射射向受到涂覆的基板，使对应于IR谱波长的辐射远离受到涂覆的基板。也可以将光固化单元实现为设有波导的UV灯，所述波导朝向涂覆基板引导辐射能量。 [0044] 有很多存在很大差别的UV和/或VIS光源都适于作为光固化单元的辐射源，只要光固化单元不会向磁滚筒发射过多的热能来将其加热至超过温度T1即可。为了使滚筒体的温度在辐射过程中低于T1，所述光源可能需要（例如）上文所述的某一分色反射镜结构和/或某一波导单元。 [0045] 点源、线源和阵列（灯幕）都是光固化单元的适当辐射源。例子为碳弧灯、氙弧灯，中压、超高压、高压和低压汞灯、可能掺杂了金属卤化物的灯（金属-卤素灯）、微波激励金属蒸汽灯、受激子灯、超光化荧光管、荧光灯、氩白炽灯、电子闪光灯、照相泛光灯和激光器。可以从UV灯供应商那里了解灯的例子，例如，1ST METZ集团。 [0046] 优选的光固化单元包括LED（发光二极管）VIS或UV灯、设有波导的汞灯或者设有分色反射镜的汞灯，其中，至少一个所述分色反射镜使对应于UV谱波长的辐射射向涂覆了的基板，至少一个所述分色反射镜引导对应于IR谱波长的辐射远离涂覆了的基板。最优选的光固化单元是LED UV灯，例如，由Phoseon Technology提供。可以从UV灯供应商（例如，1ST METZ集团）了解分色反射镜的例子。 [0047] 可以采用光固化单元使含有可定向片状磁性颗粒的涂层成分完全固化，或者可以仅使所述涂层成分部分固化到一定的粘度，从而避免在将基板从磁滚筒上去除的过程中和/或之后使受到定向的磁性颗粒完全或部分丧失其定向。就仅对涂层成分部分固化的情况而言，在将基板从磁滚筒上去除之后，通过对涂层成分执行额外的热处理和/或光化学处理完成固化。 [0048] 文中采用的“可定向磁性颗粒”是指能够在磁场中受到定向从而产生能够被用作安全或者装饰性特征的视觉效果的颗粒。这里，“可定向磁性颗粒”优选是非球状磁性颗粒、更优选是针状磁性颗粒，最优选是片状磁性颗粒。 [0049] 此外，优选可定向磁性颗粒是还具有反射性的颗粒。这里，“反射颗粒”一词是指产生高反射率效果的颗粒。取得高反射率的颗粒具有跨越可见光谱的高镜面反射率成分，例如，如EP1305373或US7449239中所述。反射颗粒尤其可以是金属颗粒，例如，如US4321087或者US6929690中所述；或者反射颗粒是如（例如）US6838166中公开的干涉多层片状颗粒。 [0050] 文中采用的“可定向反射磁性颗粒”一词包括但不限于如（例如）WO2003/000801或WO2002/09002中公开的可定向光可变片状磁性颗粒或者如US6838166中公开的可定向反射磁性颗粒。 [0051] 因而，根据本发明，优选可定向磁性颗粒是可定向反射片状磁性颗粒。在本发明的最优选实施例中，所述可定向反射片状磁性颗粒是可定向反射光可变片状磁性颗粒。 [0052] 任选地，本发明的涂层成分可以含有不同可定向反射磁性颗粒的混合物，更优选地，含有包含至少一种类型的可定向反射光可变片状磁性颗粒的混合物。由（例如）WO-A2003/000801或WO02/073250可以了解用于本申请的磁性墨水。 [0053] 除了可定向反射磁性颗粒之外或者除了不同的可定向反射磁性颗粒的混合物之外，所述涂层成分还可以任选地包括色素颗粒，所述色素颗粒选自包括有色或无色磁性色素颗粒、光可变或者有色或无色非磁性色素颗粒的组。 [0054] 涂层成分的配方可以如WO2007/131833或EP-B2024451中所述，优选通过丝网印刷、苯胺印刷或照相凹版印刷涂覆所述涂层成分。 [0055] 可以优选通过施加对应地构造的磁场执行磁性颗粒的定向，这一点可以从WO2004/007095、WO2005/002866、WO2008/009569或者WO2008/046702中已知。 [0056] 如图4a-c所示，能够通过下述步骤定义产生磁感应视觉效果的工艺序列： [0057] -在时刻t0之前：采用包括可定向磁性颗粒的涂层成分在基板的第一面上印刷图像； [0058] -时刻t0：使所述基板的与印刷图像（104）相反的一面与包括磁元件（101）的定向装置接触，这时含有可定向磁性颗粒的涂层成分仍然处于湿润相状。磁性颗粒的定向从时刻t0开始。 [0059] -时刻t1：光固化单元对印刷图像（104）的辐射开始。t0和t1之间的时间差是磁性颗粒发生定向从而产生安全或装饰性特征所需的时间。 [0060] -时刻t2：将t2定义为将基板上的印刷图像从定向单元（即这里的磁滚筒体）上释放的时间。 [0061] -时刻t3：基板上的印刷图像离开了辐射区。时刻t3可以在时刻t2之前、与之同时或在其之后。 [0062] 所述光固化单元尤其可以放置到定向装置的上方，即，在所示的实施例中，放置到磁滚筒的上方。这里，光固化单元位于磁滚筒的“上方”是指，光固化单元和磁滚筒的相对位置使得对涂覆了的基板上的印刷图像的辐射发生在时刻t1和t3之间。 [0064] 位置x1是对应于基板进入辐射区的位置的横坐标。时刻t1是所述印刷图像抵达位置x1的时刻。 [0065] 位置x2是对应于基板从滚筒体释放的位置的横坐标。时刻t2是所述印刷图像（104）处于位置x2的时刻。 [0066] 位置x3是对应于辐射区结束的位置的横坐标。时刻t3是印刷图像处于位置x3的时刻，其意味着印刷图像离开辐射区的时刻。 [0067] 在基板（103）在时刻t0、在坐标x0与滚筒体（100）发生接触时，所述印刷图像（104）的可定向磁性颗粒开始受到磁场生成元件（101）定向。在所述图像在时刻t1抵达坐标x1时，根据可视特征的最佳对准对所述可定向磁性颗粒定向，并由来自光固化单元（102）的辐射开始固化。在基板抵达位置x2时，其从滚筒体（100）释放。 [0068] 位置x3可能处于3个不同的相对于x2的位置：x3可能位于x2前（x3(1)，图4a），或者x3处于与x2相同的位置（x3(2)，图4b），或者x3处于x2之后（x3(3)，图4c）。对应地，时间t3可以处于时间t2之前、与之同时或者在其之后，取决于设备的构造。 [0069] 本发明对于倾向于吸收涂层成分的基板上的含有可定向片状磁性颗粒的涂层成分的印刷和固化尤为有利。如图4a-c所示，能够在对可定向片状磁性颗粒定向之后立即执行对涂层成分的彻底或部分干燥（固化）。因而，与（例如）WO2004/007095中举例说明的现有技术工艺相比，在根据本发明的工艺中，涂层成分在短得多的时间段内保持湿润。因此，可以极大地减少基板对涂层成分的吸收。 [0070] 文中采用的“基板引导系统”是指使基板（例如，薄层）与定向装置保持紧密接触的结构，在这里所述定向装置为磁滚筒。 [0071] 在已知的印刷机中，通常通过反压力滚筒使基板与各种印刷筒保持紧密接触。 [0072] 然而，对于可定向磁性颗粒的印刷而言，在基板表面上的墨水仍然是湿的时候是不能在磁滚筒上采用反压力滚筒的。因此，作为替代，通过抓爪和/或真空系统使基板（薄层）保持在定向装置上。具体而言，抓爪可以用于固持薄层的前沿，从而允许将薄层从印刷机的一部分传送到下一部分，且真空系统可用于在于拉住薄层表面使之抵靠在定向装置的表面上，并使薄层保持与定向装置的严格对准。然而，可能会出现一些与基板（薄层）在磁滚筒上的定位相关的机械问题，具体而言，如果基板是薄层，那么在薄层的尾部末端：薄层可能向旁边或者沿基板运动的方向偏移或滑动，或者薄层可能在滚筒上打褶，或者薄层可能在滚筒上形成凸起，或者薄层可能浮动，尤其是在其边缘处。 [0073] 因而，根据本发明的另一优选实施例，所述基板引导系统除了包括抓爪和/或真空系统之外或者代替抓爪和/或真空系统，可以包括其他若干件基板引导设备，例如其可以是但不限于滚子或者一组可以是窄滚子的滚子（图5）、刷子或一组刷子（图6）、皮带和/或一组皮带、叶片或一组叶片或者弹簧或一组弹簧。 [0074] 可以在各种各样的不同基板上涂覆涂层，所述基板包括纸张、不透明或不透明的聚合物基板以及透明聚合物基板。在采用倾向于吸收湿的涂层成分的基板时，本发明尤为有利。具体而言，可以将本发明有利地应用于在用作钞票或有价证券的纸上印刷和固化包括可定向片状磁性颗粒的涂层成分。具体地，可以将涂层中的磁感应图像用作对钞票或其他有价证券予以保护的安全元素或者用作点缀物品的装饰性元素。 |
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