ИЗДЕЛИЕ С ИЗОГНУТЫМИ УЗОРАМИ, СФОРМИРОВАННЫМИ ИЗ ВЫРОВНЕННЫХ ПИГМЕНТНЫХ ХЛОПЬЕВ
ARTICLE WITH BENT PATTERNS FORMED FROM ALIGNED PIGMENT FLAKES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к оптически изменяемым элементам и, более конкретно, к выравниванию или ориентированию магнитных хлопьев в процессе рисования или печати для получения динамического оптического эффекта.
Уровень техники
Оптически изменяемые элементы используются в самых разных вариантах применения, как декоративных, так и утилитарных; например, такие элементы используются как защитные элементы на коммерческих продуктах. Оптически изменяемые элементы могут быть изготовлены различными способами и позволяют достигать различных эффектов. Примеры оптически изменяемых элементов включают в себя голограммы, напечатанные на кредитных картах и на документации подлинного программного обеспечения, изображения со сдвигом цвета, напечатанные на банкнотах и улучшающие внешний вид поверхности изделий, таких как мотоциклетные шлемы и колесные колпаки.
Оптически изменяемые элементы могут быть изготовлены как пленка или фольга, которые прессуют, штампуют, приклеивают или по-другому закрепляют на объекте, и также могут быть изготовлены, используя оптически переменные пигменты. Один тип оптически переменных пигментов обычно называется пигментами со сдвигом цвета, поскольку видимый цвет изображений, соответствующим образом напечатанных такими пигментами, изменяется при изменении угла обзора и/или освещения. Общий пример представляет собой цифру "20", напечатанную пигментами со сдвигом цвета в нижнем правом углу двадцатидолларовой банкноты США, которая используется как элемент защиты от подделки.
Оптически изменяемые элементы также могут быть изготовлены с магнитными пигментами, которые выравниваются под действием магнитного поля. После покрытия продукта жидкими чернилами или красящим составом магнит с магнитным полем, имеющим требуемую конфигурацию, помещают с нижней стороны подложки. Выравниваемые магнитным полем хлопья, распределенные в жидкой органической среде, ориентируют сами себя параллельно линиям магнитного поля, отклоняясь от исходной ориентации. Такое отклонение изменяется от нормали к поверхности подложки до исходной ориентации, которая включает хлопья, расположенные, по существу, параллельно поверхности продукта. Хлопья с плоской ориентацией отражают падающий свет обратно зрителю, в то время как переориентированные хлопья не делают это, обеспечивая определенный внешний вид трехмерной структуры в покрытии.
Некоторые элементы для защиты от подделки являются скрытыми, в то время как другие предназначены для того, чтобы их заметили. К сожалению, некоторые оптически изменяемые элементы, которые предназначены для того, чтобы их заметили, не являются широко известными, поскольку оптически переменный аспект элемента не является существенно выраженным. Например, сдвиг цвета изображения, напечатанного пигментами со сдвигом цвета, может быть не заметным при освещении однородным флуоресцентными светом, направленным с потолка, но в большей степени заметен при прямом солнечном свете или при освещении из одной точки. Это может облегчить для фальшивомонетчика возможность передать поддельные банкноты без оптически переменного элемента, потому что получатель может не знать об оптически переменном элементе или поскольку поддельная банкнота может выглядеть, по существу, аналогично аутентичной банкноте в определенных условиях.
В соответствии с этим, существует потребность уменьшения недостатков существующих оптических элементов защиты. Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить в высокой степени заметные элементы защиты, наблюдаемые оптические эффекты которых формируются с помощью выравниваемых магнитным полем пигментов и которые могут быть сформированы, используя процесс высокоскоростной печати.
Сущность изобретения
Изделие включает в себя подложку и покрытие, которое содержит пигментные хлопья в связующем и удерживается на подложке. Каждое из пигментных хлопьев включает в себя магнитный или намагничиваемый материал для магнитного выравнивания пигментных хлопьев, и пигментные хлопья выравниваются таким образом, что формируется выровненная структура, в которой основные, по существу, плоские поверхности участка пигментных хлопьев располагаются параллельно подложке вдоль непрерывной воображаемой линии на поверхности подложки между ее первой и второй точками, и пигментные хлопья формируют изогнутые узоры во множестве поперечных сечений, нормальных непрерывной воображаемой линии, таким образом, что радиусы изогнутых узоров увеличиваются вдоль воображаемой линии от первой точки до второй точки. Когда свет падает на пигментные хлопья от источника света, свет, отраженный от выровненной структуры, формирует яркое изображение, которое выглядит, как постепенно изменяющее свою форму и движущееся от одной стороны непрерывной воображаемой линии к другой стороне непрерывной воображаемой линии, когда подложку наклоняют относительно источника света.
В одном аспекте изобретения изделие включает в себя изображение, напечатанное немагнитными чернилами, под покрытием, содержащим пигментные хлопья, как описано выше. Радиусы изогнутых узоров сначала увеличиваются и затем уменьшаются вдоль непрерывной воображаемой линии, таким образом, что яркое изображение движется от одной стороны до другой стороны изображения.
В другом аспекте изобретения изделие включает в себя подложку и покрытие, которое содержит пигментные хлопья в связующем и поддерживается подложкой. Каждое из пигментных хлопьев включает в себя магнитный или намагничиваемый материал для магнитного выравнивания пигментных хлопьев, и пигментные хлопья выравниваются так, что формируется выровненный узор, в котором основные, по существу плоские поверхности участка пигментных хлопьев, расположены параллельно подложке вдоль непрерывной воображаемой линии на поверхности подложки между ее первой и второй точками, и пигментные хлопья формируют изогнутые узоры во множестве поперечных сечений, нормальных непрерывной воображаемой линии, и в котором непрерывная воображаемая линия представляет собой зигзагообразную или волнистую линию между первой и второй точками. Когда свет падает на пигментные хлопья от источника света, свет, отраженный от области изображения, формирует яркий зигзаг или волну, которая выглядит, как движущаяся, когда подложку наклоняют относительно источника света.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более подробно описано со ссылкой на приложенные чертежи, которые представляют предпочтительные варианты его осуществления, на которых:
на фиг. 1 показана фотография печатного изделия под нормальным углом наблюдения;
на фиг. 2 показана фотография печатного изделия, представленного на фиг. 1 под первым углом наблюдения;
на фиг. 3 показана фотография печатного изделия, представленного на фиг. 1 под вторым углом наблюдения;
на фиг. 4 показана схема магнита;
на фиг. 5 показана схема магнитного поля, произведенного магнитом, показанным на фиг. 4;
на фиг. 6 показана схема изображения, сформированного, используя магнит, показанный на фиг. 4;
на фиг. 7 (29b) показана схема поперечных сечений изображения, сформированного, используя магнит, показанный на фиг. 4;
на фиг. 8 показан график углов, сформированных хлопьями, в поперечном сечении, показанном на фиг. 7;
на фиг. 9 представлена иллюстрация отражающей поверхности, сформированной хлопьями, выровненными, используя магнит, показанный на фиг. 4;
на фиг. 10 показана схема магнитной сборки, включающей в себя четыре магнита, как показано на фиг. 4;
на фиг. 11 представлена иллюстрация отражающей поверхности, сформированной хлопьями, выровненными, используя магнитную сборку, показанную на фиг. 10;
на фиг. 12 показана фотография печатного изделия под нормальным углом наблюдения;
на фиг. 13 показана фотография печатного изделия под первым углом наблюдения;
на фиг. 14 показана фотография печатного изделия под вторым углом наблюдения;
на фиг. 15 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 16 и 16A показаны схемы магнитного поля, произведенного магнитной сборкой, показанной на фиг. 15;
на фиг. 17 представлена иллюстрация отражающей поверхности, сформированной хлопьями, выровненными, используя магнитную сборку, показанную на фиг. 15;
на фиг. 18 показана схема магнитного поля, произведенного магнитной сборкой, показанной на фиг. 15;
на фиг. 19 показана фотография печатного изделия под углом наблюдения, близким к нормальному;
на фиг. 20 показана фотография печатного изделия под первым углом наблюдения;
на фиг. 21 показана фотография печатного изделия под вторым углом наблюдения;
на фиг. 22 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 23 и 24 показаны фотографии печатного изделия;
на фиг. 25 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 26-28 показаны фотографии печатного изделия;
на фиг. 29 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 30 показана схема держателей, используемых в магнитной сборке, показанной на фиг. 29;
на фиг. 31 показана схема магнитного поля;
на фиг. 32 показана схема держателей, используемых в магнитной сборке;
на фиг. 33 показана схема магнитного поля;
на фиг. 33А показаны фотографии печатного изделия;
на фиг. 34 показана схема магнитного поля;
на фиг. 35 показана схема магнитного поля;
на фиг. 36 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 37 показана фотография печатного изделия;
на фиг. 38 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 39 и 40 показаны фотографии печатного изделия;
на фиг. 41 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 42 и 43 показаны фотографии печатного изделия;
на фиг. 44 показана схема магнитной сборки;
на фиг. 45 и 46 показаны фотографии печатного изделия; и,
на фиг. 47-50 показаны фотографии печатного изделия.
Осуществление изобретения
Ранее неизвестный эффект был обнаружен авторами изобретения в их поиске новых печатных элементов, которые могли бы обеспечить чрезвычайно заметные динамические оптические эффекты. Определили, что квадратный магнит, намагниченный по его диагонали, может выравнивать выравниваемые магнитным полем пигментные хлопья для получения оптического эффекта "бумеранг", видимого невооруженным глазом человека и представленного на фиг. 1-3.
Со ссылкой на фиг. 4, показан квадратный магнит, намагниченный по его диагонали; силовые линии магнитного поля представлены на фиг. 5. Радиусы силовых линий меняются поперек магнита. Следовательно, радиусы степени выравнивания, формируемые в пигментных хлопьях, также изменяются, что приводит к динамическому изображению, одновременно движущемуся и постепенно изменяющему свою форму.
Когда чернила или краску, содержащую выравниваемые магнитным полем хлопья, наносят на поверхность подложки, и хлопья выравнивают, используя магнит, показанный на фиг. 4, хлопья формируют выровненную структуру, которая может быть описана со ссылкой на фиг. 6 и 7. Подложка 100 имеет воображаемый контур 110 лежащего под ней магнита с полюсами, обозначенными как "N" и "S"; в поперечном сечении 200 печатного изображения, которое было получено вдоль линии NS (фиг. 6), при этом выравниваемые магнитным полем хлопья формируют изогнутый узор. Два других поперечных сечения 201 и 202, показанные на фиг. 7, расположены параллельно поперечному сечению 200 и схематично показаны как линии 121 и 122 на фиг. 6. Следует отметить, что в поперечных сечениях 201 и 202 выравниваемые магнитным полем хлопья также формируют изогнутые узоры, которые, однако, характеризуются меньшими радиусами, чем в поперечном сечении 200.
В общем, в поперечных сечениях, нормальных непрерывной воображаемой линии 130 между точками A и B, выравниваемые магнитным полем хлопья формируют изогнутые узоры, в которых радиусы изогнутых узоров увеличиваются вдоль воображаемой линии, при перемещении от A до B, в которой под радиусом изогнутых узоров, формируемых хлопьями в поперечном сечении покрытия, понимают средний радиус кривой, сформированной соединением от начала до конца хлопьев. Предпочтительно, радиусы изогнутых узоров дополнительно уменьшаются вдоль воображаемой линии, то есть за пределами точки B (фиг. 6), таким образом, что яркое изображение, движущееся через воображаемую ось симметрии, включает в себя полный двухлопастной бумеранг. Особое преимущество получения полного бумеранга проявляется, когда лежащее в основе изображение, например напечатанное немагнитными чернилами, включает в себя символ, или логотип, или любое другое локализованное изображение, над которым, как кажется, движется бумеранг, возможно, частично, время от времени закрывая изображение.
Концентрация выравниваемых магнитным полем хлопьев в чернилах или в краске может составлять от 4 до 25% массы, предпочтительно от 4 до 14% массы таким образом, что лежащий в основе графический узор или сплошной фон будут видимы в областях, рядом с ярким изображением, то есть для минимизации затенения за пределами яркого изображения. Определили, что вопреки интуиции, яркие динамические изображения, напечатанные разбавленными чернилами, имеют лучше определенные формы и выглядят более отчетливо на фоне, чем рамки, напечатанные концентрированными чернилами. Очевидно, разбавленные магнитные чернила позволяют удалять нежелательные эффекты и тени. В частности, фоновые изображения, напечатанные магнитными чернилами малой концентрации, являются видимыми через магнитные чернила практически повсюду, за исключением области, где выравниваемые магнитным полем хлопья выровнены заданным образом так, что фокусируют отраженный свет, формируя яркое изображение.
Для фокусирования или концентрации отраженного света магнитные отражающие хлопья выравниваются в виде изогнутого узора таким образом, что поперечное сечение узора включает в себя хлопья, выровненные параллельно подложке, в центральной части узора, определенной воображаемой линией 130, и также включает в себя хлопья, наклоненные так, что углы между хлопьями и подложкой постепенно увеличиваются в направлении воображаемой линии 130 до внешней кромки узора. Хлопья можно рассматривать, как формирующие отражатель Френеля, который фокусирует отраженный свет в виде яркого изображения, видимого наблюдателю. Оказалось, что разбавленные чернила с концентрацией в диапазоне от 4 до 14% масс. обеспечивают адекватно заметное изображение, формируемое фокусирующим узором из выровненных отражающих хлопьев.
Непрерывная воображаемая линия 130 на поверхности подложки определена расположенным под ней магнитом и расположена ортогонально магнитным линиям на поверхности магнита, используемого для выравнивания хлопьев. Часть выравниваемых магнитным полем хлопьев, которые расположены непосредственно над непрерывной воображаемой линией 130, располагается параллельно подложке вдоль сегментов AB и BC.
На фиг. 8 показан график углов, формируемых выравниваемыми магнитным полем хлопьями в поперечном сечении 200, показанном на фиг. 7, то есть в направлении северного и южного полюсов магнита, показанного на фиг. 5. Хлопья могут быть выровнены таким образом, что в большинстве или, по меньшей мере, в одном из множества поперечных сечений углы, которые формируют хлопья, выровненные под действием магнитного поля подложкой, увеличиваются от нуля на воображаемой линии до 80 градусов с обеих сторон воображаемой линии, предпочтительно до 85, и идеально, до нормального направления (90 градусов), как показано на фиг. 8, что было получено в результате компьютерного моделирования магнитного поля, формируемого описанным магнитом, используя программу Amperes для решения трехмерного магнитного поля, поставляемую Integrated Engineering Software (integratedsoft.com).
Для того чтобы оптический эффект бумеранга был видимым для невооруженного глаза человека, узор пигментных хлопьев должен иметь достаточный размер. Например, ширина изогнутого узора в максимальном поперечном сечении 200 между двумя точками с наклоном 80 градусов предпочтительно находится в пределах диапазона от 8 до 25 мм.
На фиг. 9 представлена 3-х мерная отражающая поверхность, сформированная хлопьями, выровненными в поле магнита, показанного на фиг. 4, когда хлопья соединяются из конца в конец. Показанная отражающая поверхность представляет изменение радиуса, описанное выше со ссылкой на поперечные сечения 200-202.
На фиг. 1-3 показаны фотографии получаемого в результате изделия, снятого под разными углами, которые, конечно, формируют такой же эффект, как и наклон изделия относительно источника света, в то время как наблюдатель остается неподвижным. Когда свет падает от источника света на выравниваемые магнитным полем хлопья, свет, отражаемый от изделия, формирует изогнутое яркое изображение, которое выглядит, как постепенно изменяющее свою форму, напоминающее бумеранг в определенный момент и постепенно приближающееся к линии 130, перемещаясь от одной стороны воображаемой линии 130 на другую сторону воображаемой линии, когда подложку наклоняют относительно источника света. Непрерывная воображаемая линия 130 представляет собой ось симметрии, вокруг которой яркое воображаемое изображение постепенно переворачивается, и, таким образом, непрерывная воображаемая линия 130 определяет изображение.
В случае необходимости, изделие включает в себя, по меньшей мере, фон, напечатанный или нарисованный таким образом, что обеспечивается покрытие, содержащее немагнитные пигменты, так что яркое изображение выглядит, как движущееся относительно этого фона. Предпочтительно, расположенное в основании немагнитное покрытие обеспечивает изображение, и радиусы изогнутых узоров первоначально увеличиваются и затем уменьшаются вдоль непрерывной воображаемой линии, таким образом, что яркое изображение движется с одной стороны на другую сторону изображения, как показано на фиг. 1-3.
В конкретном примере, описанном выше, изогнутые узоры, формируемые хлопьями в поперечных сечениях покрытия, представляют собой выпуклые узоры; однако, другие магнитные компоновки или технологии печати могут привести к получению вогнутых узоров. В качестве примера магнитные чернила или краска могут быть нанесены на прозрачный пластиковый держатель; выравниваемые магнитным полем хлопья могут быть выровнены магнитом, показанным на фиг. 4, и затем пластиковый держатель может быть нанесен на документ или другой объект так, что печатная сторона располагается рядом с поверхностью документа, как более подробно описано со ссылкой на фиг. 19-21. Для наблюдателя, который смотрит на документ или объект, выровненные магнитным полем хлопья будут формировать вогнутый узор в поперечном сечении чернил, и яркое изображение также будет приводить к эффекту бумеранга, с постепенным изменением его формы и переворачиванием с одной стороны воображаемой линии на другую сторону воображаемой линии.
Кроме того, различные магниты можно использовать вместо квадратного магнита, включая в себя магниты с плоской поверхностью (например, круглой или ромбовидной), параллельной магнитной оси магнита. В случае симметричного магнита или сборки магнитов, воображаемая линия представляет собой прямую линию, которая используется, как ось симметрии для движущегося изображения. В случае асимметричного магнита, воображаемая линия, где хлопья выравниваются параллельно подложке, будет кривой.
Комбинация из нескольких магнитов, собранных вместе, позволяет сформировать более сложные оптические эффекты на основе описанного выше выравнивания выравниваемых магнитным полем хлопьев. Как показано на фиг. 10, магнитная сборка включает в себя четыре идентичных квадратных магнита, собранных вместе; эти четыре магнита имеют одинаковый размер и диагональное намагничивание, как показано на фиг. 4, и удерживаются вместе с помощью держателей (не показаны). На фиг. 11 иллюстрируется отражающая поверхность, получаемая при соединении из конца в конец выравниваемых магнитным полем хлопьев, которые выравниваются в поле сборки, показанной на фиг. 10.
На фиг. 12-14 показаны фотографии получаемого в результате изделия, в котором выравниваемые под действием магнитного поля хлопья выравниваются с помощью магнитной сборки, показанной на фиг. 10. Эти фотографии были сняты камерой под разными углами, что формирует тот же эффект, как и наклон изделия относительно источника света, в то время как наблюдатель остается неподвижным. Фотографии представляют выпуклый оптический эффект "цветка горянки". Изображения были сняты под разными углами наблюдения. На фиг. 12 показано изделие под нормальным углом наблюдения. На фиг. 13 показано изделие, верхняя кромка которого наклонена от камеры, и на фиг. 14 верхняя кромка наклонена в направлении камеры. Изделие имеет внешний вид лепестков цветка горянки, колеблющихся при наклоне изделия.
Как показано на фиг. 15, узел из четырех магнитов имеет клиновидную выдавленную область, сформированную через центр узла. На фиг. 16 иллюстрируется вид в поперечном сечении магнитного поля вдоль диагонали D (фиг. 15), которая представляет собой нулевую зону магнитного узла; магнитуда плотности потока вдоль этой диагонали практически равна нулю. На фиг. 16A демонстрируется поле в поперечном сечении, перпендикулярном диагонали D. На фиг. 17 представлена 3-D отражающая поверхность, сформированная хлопьями, выровненными в поле магнитного узла, показанного на фиг. 15, когда хлопья соединяются из конца в конец. Отражающая поверхность имеет изменение радиусов, как на фиг. 9. В соответствии с этим, узел, показанный на фиг. 15, может использоваться для выравнивания выравнивающихся под действием магнитного поля хлопьев для формирования изображения таким образом, что свет, отраженный от выровненного узора, мог бы формировать яркое изображение, которое выглядит, как постепенно изменяющее свою форму и движущееся с одной стороны непрерывной воображаемой линии до другой стороны непрерывной воображаемой линии, когда подложку наклоняют относительно источника света, как показано на фиг. 19-21.
Отличительное свойство отражающих поверхностей на фиг. 9, 11 и 17 представляет собой вариацию их радиусов. На фиг. 18 показано, что вдоль прямой воображаемой линии радиус выравнивания хлопьев сначала увеличивается, например, когда радиус увеличивается от R1 до R2>R1, и затем уменьшается. Конечно, возможны другие варианты радиусов.
На фиг. 19-21 показаны фотографии получаемого в результате изделия, в котором выравниваемые под действием магнитного поля хлопья, выравнивают с использованием магнитного узла, показанного на фиг. 15. Эти фотографии были сняты с помощью камеры под разными углами, в результате чего получается тот же эффект, как и при наклоне изделия относительно источника света, в то время как наблюдатель остается неподвижным. На фотографиях представлен оптический эффект "бумеранга", образуемый вогнутым выравниванием хлопьев, изготовленных в результате печати 5% масс. чернилами Gold/Green Spark (золотисто-зеленая искра) на тонком прозрачном листе полиэфира, с воздействием на чернила поля магнитов, показанных на фиг. 15, отверждением чернил под действием ультрафиолетового света и наклеивания листа так, чтобы его печатная сторона располагалась ближе к поверхности защитной Гильош розетты на бумажной подложке.
На фиг. 19 показано под углом наблюдения, близким к нормальному, изделие, проявляющее яркую линию в его середине. Эта линия имеет широкую центральную область и два сужающихся конца. На фиг. 20 показано изделие, наклоненное влево, и на фиг. 21 - вправо. При наклонах влево и вправо яркое изображение выглядит, как бумеранг. Когда образец наклоняют слева (справа) направо (налево), оно начинается с бумеранга (фиг. 20), затем превращается в прямую линию с сужающимися концами, когда угол становится нормальным (фиг. 19) и затем становится снова бумерангом, когда образец наклонен вправо (фиг. 21).
На фотографиях на фиг. 19-21 показан очень притягивающий и привлекательный эффект, который может использоваться для борьбы с подделками.
На фиг. 22 показан другой узел из четырех магнитов, который имеет пирамидальный вырез через центр узла. Внешний вид оптического эффекта "острия" в чернилах, содержащих 15% масс., напечатанных на черном фоне, демонстрируется на фиг. 23. Однако когда концентрация пигмента уменьшается до 5% масс., и чернила наносят на бумагу с защитной графикой, изображение становится намного более привлекательным, как показано на фиг. 24.
На фиг. 25 показан магнитный узел, включающий в себя отклоняющий элемент, который может представлять собой лист с высокой или средней магнитной проницаемостью. Назначение отклоняющего элемента состоит в том, чтобы отклонять поле в заданном направлении от его исходного направления. Отклоняющий элемент, показанный на фиг. 25, выполнен в виде тонкого листа металла с высокой магнитной проницаемостью (супермаллой, мю-металл, пермаллой и т.д.). Толщина отклоняющего элемента может изменяться в широком диапазоне и определена по конфигурации поля и качеству магнита. Отклоняющий элемент с квадратным вырезом в центре, показанный на фиг. 25, был изготовлен из листа мю-металла толщиной 0,006″. Отклоняющий элемент разместили непосредственно поверх магнита, показанного на фиг. 22. Бумажную подложку, предварительно покрытую влажными чернилами, содержащими распределенные магнитные хлопья, поместили поверх отклоняющего элемента.
Чернила подвергли отверждению ультрафиолетовым светом после окончания выравнивания хлопьев. В результате, выровненные магнитные хлопья сформировали выпуклую отражающую поверхность. Отклоняющий элемент отклонял поле вокруг кромок квадратного выреза, по-разному выравнивая хлопья на краях выреза. На фиг. 26 показан печатный графический компонент, включающий в себя Гильош розетту в виде переплетающихся лент с круглыми выступами между ними, темный цветной ромб и цифру в центре розетты. Ромб имеет такой же размер, как и вырез отклоняющего элемента. Графический компонент напечатан поверх магнитными чернилами, и выравниваемые магнитным полем хлопья в чернилах выравнивали, используя магнитный узел, показанный на фиг. 25. Магнитные хлопья, отклоненные вокруг кромок отклоняющего элемента, сформировали внешний контур для графического изображения. Графические компоненты изделия на фиг. 26 включают в себя несколько Гильош-структур и темный ромб, напечатанный в центре графического компонента и содержащий контрастную белую цифру "10". На фиг. 26 показано изделие, напечатанное с использованием как графических, так и оптических компонентов под нормальным углом наблюдения. Эффект наблюдается, как сияющий ромб с двумя остриями, выдвигающимися из него в противоположных направлениях. Выровненный магнитным полем ромб выглядит непрозрачным и закрывает графический ромб, напечатанный под выровненным магнитным полем оптическим компонентом. Эффект выравнивания магнитным полем изменяется, когда образец наклоняют так, что его правая кромка отклоняется в сторону от наблюдателя (фиг. 27). Теперь непрозрачный ромб становится прозрачным с яркой стрелкой, окружающей напечатанный графический ромб. Напечатанный графический ромб с цифрой "10" очень хорошо виден. Когда образец наклоняют так, что его левая кромка отклоняется дальше от наблюдателя, эффект перемещается в противоположном направлении (фиг. 28). На фиг. 26-28 присутствует эффект бумеранга (или "качания"), который имеет вид шпинделя, который выглядит самым широким в середине и сужается вверху и снизу. Яркое изображение постепенно изменяет свою форму и переворачивается с левой стороны центральной вертикальной оси (относительно чертежа) печатного изображения на правую сторону оси. Эффект обеспечивается изогнутым выравниванием хлопьев, в котором хлопья вдоль центральной вертикальной оси располагаются параллельно подложке, и в поперечных сечениях, нормальных вертикальной оси, хлопья формируют изогнутый узор с радиусами дуги, увеличивающимися и затем уменьшающимися вдоль оси. Особенность в виде острия стрелы, показанная на фиг. 26-28 рядом с двумя сторонами ромба, прикасается к бумерангу, когда образец наклоняют. Часть хлопьев, расположенных ближе к кромкам, магнитного отклоняющего элемента с вырезом, локально перекошены, в результате чего появляется внешний контур в виде острия стрелы элемента ромба графического компонента.
Выше было показано, что различные магниты и магнитные сборки можно использовать для получения эффекта бумеранга, определяемого воображаемой линией на поверхности подложки, в котором свет, падающий на выравниваемые магнитным полем хлопья от источника света, отражаются от изделия, формируя изогнутую яркую область, которая внешне постепенно изменяет свою форму и перемещается с одной стороны воображаемой линии на другую сторону воображаемой линии, когда подложку наклоняют относительно источника света. Выравниваемые магнитным полем хлопья, выравниваются так, чтобы сформировать изображение, определенное воображаемой линией, таким образом, что в каждом из множества поперечных сечений, нормальных воображаемой линии между первой и второй ее точками, выравниваемые магнитным полем хлопья формируют вогнутый или выпуклый узоры, в которых радиус вогнутого или выпуклого узоров увеличивается вдоль воображаемой линии от первой точки до второй точки. Предпочтительно, радиус уменьшается за пределами второй точки, формируя общий бумеранг, который выглядит, как изогнутая рамка с ярким контуром с широким средним участком и сужающимися концами. Однако, в качестве примера, можно напечатать магнитные чернила только в нижней части (относительно чертежа на фиг. 4) магнита, в результате чего получают эффект половины бумеранга, который также в значительной степени привлекает внимание и может использоваться с целью защиты.
На фиг. 29 показан магнитный узел, который включает в себя четыре соединенные обжимом, пригодные для механической обработки неодим-бор-железные магниты, которые были вырезаны, как показано на фиг. 29, и удерживаются вместе держателями, как показано на фиг. 30. Верхние поверхности магнитов выровнены в виде зигзагообразной линии. Каждый из этих четырех магнитов имеет свои северный и южный полюса на боковых поверхностях магнита. В соответствии с этим, когда покрытие, содержащее выравниваемые магнитным полем хлопья в связующем, печатают на подложке, и подложку затем помещают поверх узла, показанного на фиг. 30, над каждым сегментом зигзагообразной линии хлопья выравниваются так, что поперечные сечения, нормальные к сегментам зигзагообразной линии, имеют выравнивание 200 хлопьев (фиг. 7). Магнитный узел определяет воображаемую непрерывную зигзагообразную линию на поверхности подложки, и углы, которые формируют выравниваемые магнитным полем хлопья с подложкой, уменьшаются до нуля и затем увеличиваются в каждом из множества поперечных сечений, нормальных воображаемой непрерывной зигзагообразной линии между двумя точками этой линии. Отражающая поверхность, соответствующая выравниванию хлопьев, сформированная узлом, показанным на фиг. 30, схематично представлена на фиг. 31. Выравниваемые магнитным полем хлопья выравниваются таким образом, что формируется выровненный узор, в котором участок выравниваемых магнитным полем хлопьев распложен параллельно подложке вдоль непрерывной воображаемой линии на поверхности подложки между ее первой и второй точками, и выравниваемые магнитным полем хлопья формируют изогнутые узоры во множестве поперечных сечений, нормальных непрерывной воображаемой линии, и в котором непрерывная воображаемая линия представляет собой зигзагообразную или волнистую линию между первой и второй точками.
Полученное в результате изображение можно рассматривать, как зигзагообразную или волнистую планку. Когда свет падает на выравниваемые магнитным полем хлопья от источника света, свет, отраженный от изделия, формирует яркий зигзаг или волну, которая выглядит, как движущаяся, когда подложку наклоняют относительно источника света. Яркий зигзаг может включать в себя, по меньшей мере, три участка. Хлопья могут быть выровнены таким образом, что в большинстве или, по меньшей мере, в одном из множества поперечных сечений углы, которые выравниваемые магнитным полем хлопья формируют с подложкой, увеличиваются от нуля на воображаемой линии до 80 градусов с обеих сторон воображаемой линии. Для того чтобы сделать динамический и оптический эффект зигзага или изогнутой линии, видимым для невооруженного человеческого глаза, выровненный узор пигментных хлопьев должен иметь достаточный размер. Например, ширина изогнутого узора в поперечных сечениях между двумя точками с наклонами 80 градусов, предпочтительно, находится в диапазоне от 3 до 20 мм.
На фиг. 32 представлен способ формирования печатного изделия, которое включает в себя укладку 1 из гибких магнитов, изогнутых между держателями 2, так что формируется зигзаг или волна. Магниты могут представлять собой Plastalloy™ (связанный резиной стронциевый феррит) или гибкие неодимовые магниты Reance™ F и Reance™ SF, поставляемые Electrodyne Company, Inc. Профиль поля волнистой катящейся планки схематично показан на фиг. 33 и на фотографии, на фиг. 33A.
Укладка из тонких гибких магнитов позволяет получить эффект катящейся планки с множеством нечетных форм одного и того же радиуса катящейся планки. Кроме того, используя гибкие магниты с различными размерами, зафиксированные и согнутые между держателями, можно получить изогнутую катящуюся планку, радиус выравнивания хлопьев на которой изменяется вдоль кривой, образующей катящуюся планку.
Следующие комментарии и конкретные детали относятся ко всем вариантам осуществления, описанным здесь.
Подложка может быть бумажной, пластиковой или картонной подложкой и т.д., и получаемое в результате изделие может представлять собой банкноту, кредитную карту или любой другой объект, на который наносят выравниваемые магнитным полем хлопья, как описано здесь.
В вариантах осуществления, где магнитные чернила печатают на пластиковую подложку (например, прозрачный полиэфир), подложка может иметь прозрачную голограмму, на которой расположен символ или узор, который может быть графически согласован с узором подложки. Голограмма, предпочтительно, покрыта материалом с высоким показателем преломления. Включение голограммы предусматривает дополнительное средство защиты для устройства, поскольку изготовление устройства подразумевает наличие не только навыков в области печати защищенных документов и магнитного выравнивания, но также и навыки при изготовлении голограмм.
Описанные выше изделия можно использовать как устройства оптической защиты, и они могут иметь два компонента: графический и оптический, при этом оптический компонент, вероятно, находится вверху графического компонента, и которые могут быть интегрированы в банкноту или в защитную этикетку. Графический компонент может включать в себя один из узоров безопасности, используемый в отрасли защиты документов и/или изображений, или символ. Оптический компонент может быть изготовлен с интерференционными пигментами со сдвигом цвета или отражающими металлическими пигментными хлопьями. Оптический компонент улучшает внешний вид графического компонента. Оптический компонент отражает свет от вогнутой, выпуклой, двояковыпуклой или выпукло-вогнутой и т.д. компоновок магнитных пигментов (хлопьев), распределенных в связующем и выравниваемых вдоль линий приложенного магнитного поля. Связующее выполнено пропускающим свет, предпочтительно, представляет собой прозрачное, отверждаемое ультрафиолетом связующее. Концентрация частиц в связующем, предпочтительно, находится в диапазоне от 4% масс. до 14% масс. таким образом, что большая часть покрытия из выравниваемых магнитным полем хлопьев является прозрачной, и расположенный под ним графический компонент является видимым. Покрытие с малой концентрацией обеспечивает яркое изображение, например, бумеранга или зигзага, только в областях, где хлопья выровнены в виде изогнутого узора и могут фокусировать отраженный свет в заданном направлении. Низкая концентрация (4% масс. - 14% масс.) хлопьев является полезной для устранения или, по меньшей мере, сведения к минимуму теней от яркого бумеранга, зигзага или другого волнистого изображения.
Оба компонента могут быть напечатаны с использованием обычных технологий. Графический и оптический эффекты, формируемые оптическим компонентом, должны дополнять друг друга. Оптический компонент может быть предусмотрен либо поверх графического компонента или под ним. Оптический компонент может быть покрыт узорами или может быть покрыт непрерывным слоем. Оптический компонент может быть выполнен в форме выпуклого отражателя (когда подложку, напечатанную влажными магнитными чернилами, помещают поверх магнита), или вогнутый отражатель (когда тонкий прозрачный полимерный лист, на который нанесена печать влажными магнитными чернилами, помещают поверх магнита, хлопья выравниваются в соответствии с полем, чернила отвердевают и прозрачный лист, ламинированный печатной стороной на графическое изображение), или в виде комбинации вогнутых и выпуклых отражателей.
Графические и оптические компоненты могут быть напечатаны с помощью пигментов одного и того же цвета. Предпочтительно, оптический эффект, генерируемый оптическим компонентом, закрывает только небольшой участок всей области, оставляя часть печатного изображения, доступной для наблюдения.
2
Выравниваемые магнитным полем пигментные хлопья могут быть сформированы из одного или больше слоев тонкой пленки, включающей в себя слой магнитного или намагничиваемого материала, такого как никель, кобальт и их сплавы, для обеспечения возможности магнитного выравнивания хлопьев, пока они находятся в жидком связующем под воздействием магнитного поля. Такие хлопья иногда называются магнитными хлопьями, под которыми следует понимать, что они включает в себя намагничивающиеся пигментные хлопья. Магнитный слой может быть скрыт между двумя слоями отражателя, предпочтительно, изготовленными из алюминия. Кроме того, диэлектрический слой может быть предусмотрен на каждом отражающем слое и слое поглотителя - на каждом диэлектрическом слое, формируя, таким образом, хлопья со сдвигом цвета. В качестве примера пигментные хлопья имеют структуру отражатель/магнитный материал/отражатель или поглотитель/диэлектрический материал/отражатель/магнитный слой/отражатель/диэлектрический слой/поглотитель, в которой слои поглотителя, предпочтительно, представляют собой слои Cr, диэлектрические слои, предпочтительно, представляют собой слои MgF, и слои отражателя предпочтительно представляют собой слои Al; конечно, другие материалы можно использовать, как известно в данной области техники. Различные тонкопленочные хлопья и способы их изготовления раскрыты, например, в патентах США №№5,571,624, 4,838,648, 7,258,915, 6,838,166, 6,586,098, 6,815,065, 6,376,018, 7,550,197, 4,705,356, которые представлены здесь по ссылке. Выравниваемые магнитным полем хлопья, по существу, выполнены плоскими, однако могут включать в себя символы или дифракционные решетки. Хлопья имеют толщину от 50 нанометров до 2000 нанометров и длину от 2 микрон до 200 микрон. Хлопья могут иметь неправильную форму. В качестве альтернативы, формованные хлопья, такие как квадратные, шестиугольные или другие хлопья с выбранной формой, могут использоваться с тем, чтобы способствовать степени покрытия и улучшенным оптическим характеристикам.
Предпочтительно, выравниваемые магнитным полем хлопья представляют собой в высокой степени отражающие хлопья, имеющие отражающую способность, по меньшей мере, 50% и, предпочтительно, 70%, в видимом спектре.
Пигментные хлопья обычно изготовляют, используя слоистую тонкопленочную структуру, сформированную на гибкой ткани, также называемой подложкой осаждения. Различные слои наносят на ткань с помощью хорошо известных в данном уровне техники способов для формирования тонких структур покрытия, таких как физическое и химическое нанесение из паров и т.п. Тонкопленочную структуру затем удаляют с материала ткани и разбивают на хлопья тонкой пленки, которые могут быть добавлены в полимерную среду, такую как различные связующие вещества для пигмента (связующие), для использования в качестве чернил, краски или лака, которые совместно называются здесь "чернилами", и могут быть нанесены на поверхность подложки, используя обычный процесс, называемый здесь "печатью". Связующее вещество, предпочтительно, представляет собой прозрачное связующее вещество, но может быть окрашено малым количеством или обычным красителем и может включать в себя малое количество примесей, например немагнитные хлопья скрытого маркера с нанесенным на них символом.
В чернилах или в краске выравниваемые магнитным полем хлопья могут быть ориентированы при приложении магнитного поля, формируемого одним или больше постоянными магнитами или электромагнитами. Предпочтительно, магнитное выравнивание хлопьев, как описано в данной заявке, может выполняться, как часть высокоскоростного процесса печати, в котором подложка с напечатанным или нарисованным изображением движется со скоростью от 20 футов/минут до 300 футов/минут на держателе, например на ленте или на пластине, в непосредственной близости к магнитной сборке, как описано выше. Магнитный узел может быть размещен под держателем или может быть встроен в валок, используемый, как вращающееся печатное устройство. В общем, хлопья проявляют тенденцию выравнивания вдоль магнитных линий приложенного магнитного поля, в то время как чернила все еще влажные. Предпочтительно, чернила затвердевают, когда печатное изображение все еще находится в магнитном поле. Различные способы выравниваемых магнитным полем хлопьев раскрыты, например, в патенте США №7,047,883 и в заявке №20060198998 на патент США, причем оба эти документа представлены здесь по ссылке.
В общем, в вогнутых и выпуклых узорах отражающих хлопьев поперечное сечение узора включает в себя хлопья, выровненные параллельно подложке в центральной части узора, и наклоненные хлопья под углом между хлопьями и подложкой, постепенно увеличивающимся в направлении от центра к внешней кромке узора. Предпочтительно, хлопья на внешних кромках узора ориентированы практически нормально, по меньшей мере, под углом 80 градусов, и предпочтительно под углом 85 градусов к подложке, для уменьшения теней динамического изображения, путем минимизации нежелательного эффекта "уменьшения глубины". Для ясности, под углом между хлопьями и подложкой понимают угол между первой плоскостью, параллельной хлопьям, и второй плоскостью, параллельной подложке.
Предпочтительно, яркий бумеранг, который постепенно переворачивается с одной стороны на другую сторону изображения, яркий катящийся зигзаг или волну можно использовать как средство защиты, а также как декоративные элементы.
Внедрение листового металла между верхней частью магнита и нижней частью печатной подложки с помощью слоя влажных чернил, содержащих магнитные хлопья, позволяет настраивать направление поля и его магнитуду магнитного потока. Магнитные поля могут быть перенаправлены вокруг объектов. В результате окружения объекта материалом, который может "проводить" магнитный поток лучше, чем материалы вокруг него, магнитное поле проявляет тенденцию протекать вдоль этого материала и избегать объекты, находящиеся внутри.
Когда ферромагнитный лист или пластина помещена в магнитное поле, она втягивает в себя это поле, обеспечивая путь для линий магнитного поля через себя. Поле с другой стороны пластины практически равно нулю, поскольку пластина отклонила поле, приводя к тому, что большая его часть протекает внутри самой пластины, а не через воздух.
Магнитные свойства металлов определяют, как эти металлы отклоняют магнитное поле, когда их в листовой форме помещают в поле. С этой целью обычно используют металлы или сплавы с высокой магнитной проницаемостью. С целью экранирования используют мю-металл или пермаллой; они обычно имеют относительные значения проницаемости 80,000-100,000 по сравнению с несколькими тысячами для обычной стали.
Мю-металл и пермаллой также имеют очень низкую степень насыщения, состояние, в котором увеличение силы намагничивания больше не приводит к дальнейшему увеличению магнитной индукции в магнитном материале. Таким образом, в то время, как эти материалы являются чрезвычайно хорошими, как проводник для очень слабых полей, по существу, они не намного лучше, чем воздух, когда они попадают в очень сильные магнитные поля. Поле отклоняется в направлении магнитного полюса, расположенного в центре печати, при этом в магнитных чернилах уменьшается радиус выровненного под действием магнитного поля кольца, которое зафиксировано так, как если бы поле было сфокусировано. Однако, в действительности, такое экранирование поля практически в два раза уменьшает магнитуду его потока.
На фиг. 34 и 35 представлены результаты моделирования, которые иллюстрируют изменения в магнитном поле, когда лист из разных материалов помещают над магнитом. Лист из мю-металла поместили сверху на магнит, на фиг. 34, и холоднокатаный лист стали 1018 поместили поверх самого магнита.
Как представлено на этих чертежах, лист мю-металла рассеивает поле через свой объем. Лист из стали, имеющий меньшую проницаемость, притягивает множество полей рядом с магнитом.
Расстояние между магнитом и листом также влияет на распространение поля через металл и магнитуду поля над экраном. Хорошую демонстрацию этого можно видеть в виде анимированного изображения на сайте http://www.coolmagnetman.com/motion10.htm.
Назначение отклоняющих перегородок состоит в отклонении поля в заданном направлении от его исходного состояния, для изменения выравнивания частиц предсказуемым способом.
Два материала использовали, как отклоняющие элементы в двух разных способах выравнивания. Они представляли собой листы мю-металла и листы холоднокатаной стали (в результате холодной прокатки получают листы с более крупным размером зерен, что улучшает магнитную проницаемость). Толщина листов изменялась в диапазоне от 0,004″ до 0,1″.
Листы из мю-металла, используемые в первом способе, были выбраны с толщиной, которая позволяла полю проникать через лист. Отклоняющие элементы имели вырез в середине. Вырезы имели разную форму для разных магнитов. Поле, искривленное вокруг кромок выреза, соответствующим образом выравнивало магнитный пигмент в дополнение к хлопьям, выровненным в поле, проникшем через магниты, как представлено на фиг. 25. Оптические эффекты, получаемые в результате введения отклоняющих перегородок, показаны на фиг. 26-28. Магнит с отклоняющим элементом показан на фиг. 36, и оптический эффект, генерируемый этой сборкой, представлен на фиг. 37.
Для получения еще более необычных оптических эффектов в отклоняющих элементах делали вырезы в разных частях и помещали поверх магнита, для управления полем вокруг кромок, что позволяло ему также проникать через плоскость отклоняющего элемента. Примеры таких эффектов с соответствующими магнитами демонстрируются на фиг. 38-46.
Оптический эффект на фиг. 39 был получен при нормальном угле, в то время как на фиг. 40 при наклоне в сторону от камеры.
Магнитный узел, схематично представленный на фиг. 41, формирует эффекты, показанные на фотографиях под нормальным углом (фиг. 42) и при наклоне образца (фиг. 43).
Магнитный узел на фиг. 44 формирует эффекты, демонстрируемые на фотографиях под нормальным углом (фиг. 45) и с наклоном образца (фиг. 46).
Второй способ включал стальные отклоняющие элементы, полностью блокирующие магнитное поле. Эти отклоняющие элементы также были разрезаны на части и помещены в определенных местах поверх магнита, блокируя поле в этих местах и обеспечивая возможность протекания поля из незаблокированных мест.
Тот же узел, который показан на фиг. 38, но с другими отклоняющими элементами, формирует эффект "галстука-бабочки", продемонстрированный на фиг. 47 под нормальным углом, на фиг. 48 с наклоном влево, на фиг. 49 с наклоном от камеры, и на фиг. 50 с наклоном в направлении камеры. На фиг. 47-50 проявляется эффект преобразования. Преобразование представляет собой специальный эффект движущихся изображений и в анимациях, который изменяет (или преобразует) одно изображение в другое посредством перехода без стыков. Лучше всего преобразование представлено на фигуре 49 среди всех четырех изображений: верхняя часть "дуги" расширяется, в то время как нижняя часть сокращается при наклоне образца в сторону от камеры.
Выбор толщины и материала для отклоняющего элемента зависят от силы магнита и его конфигурации. Например, магниты, спеченные из неодима-бора-железа, являются очень сильными. Размещение толстой стальной пластины поверх магнита на фиг. 38 не предотвращает пропуск поля через отклоняющий элемент для выравнивания хлопьев и формирования узора, представленного на фиг. 39 и 40. При замене спеченного магнита на магнит из взаимосвязанных неодима, бора и железа полностью преобразуется поле в пределах объема отклоняющего элемента, предотвращая его появление на поверхности отклоняющего элемента, как показано на фиг. 38 и 47-50. Поле проходит через отверстия между отклоняющими элементами и изгибается вокруг кромок отклоняющих перегородок, формируя объемный эффект.