УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТИСНЕНИЯ И/ИЛИ САТИНИРОВАНИЯ ПЛОСКОГО МАТЕРИАЛА И МЕТАЛЛИЗИРОВАННАЯ И/ИЛИ ОТРАЖАЮЩАЯ УПАКОВОЧНАЯ ФОЛЬГА

Область техники
Настоящая полезная модель относится к устройству для тиснения и/или сатинирования плоского материала, в частности упаковочной фольги, и к упаковочной фольге, полученной с помощью такого устройства.
Уровень техники
Подобное устройство известно, например, из патентной заявки EP-B 925911 того же заявителя. Описанное в этой заявке устройство для сатинирования фольги, основанное на предыдущих патентах того же заявителя, содержит два валка для тиснения, установленных с возможностью движения в противоположных направлениях таким образом, чтобы при взаимном зацеплении зубцов валков для тиснения возникал эффект самостабилизации, обеспечивающий, с одной стороны, высокую пропускную способность, а с другой стороны, высокую точность. В результате достигается, прежде всего, равномерное сатинирование, а при соответствующей обработке зубцов - очень точное тиснение фольги.
В патентной заявке EP-A2-0194042 описан тисненый объект, на подложке которого вытиснены первый и второй не преломляющие свет рельефные элементы, определяющие первый и второй рисунок, причем рисунки равномерно отражают свет и изменяют свой внешний вид при изменении угла обзора. В описании упомянуты только линейные рисунки, а сатинирование не предусмотрено.
Исходя из уровня техники, отличающегося высоким качеством тиснения и сатинирования, возникло желание и потребность в разработке устройства для тиснения, которое выполняло бы на плоском материале тиснение символов с оптическими эффектами, зависящими от местоположения и/или источника света, что позволило бы реализовать функции безопасности, трудно поддающиеся копированию. Упаковочная фольга, произведенная с помощью данного устройства, должна содержать не только символы, но и сатинирование.
Принципиальная конструкция устройства сатинирования описана в патентной заявке US-A-5007271 того же заявителя. Полоску фольги пропускают между двумя рифлеными валками, один из которых установлен неподвижно и соединен с приводом, а другой установлен на оси с возможностью вращения и может прижиматься к приводному валку усилием пружины, пневматическим элементом или упруго с регулируемым давлением.
В устройстве, соответствующем уровню техники, например, описанном в патентной заявке EP-B 925911, оба валка тиснения имеют одинаковое поверхностное рифление, схематично показанное на фигуре 1 в развернутом виде. При этом речь идет о зубцах пирамидальной формы, которые расположены рядами в направлении по окружности или в направлении вращения, показанном стрелкой, а также в перпендикулярном ему осевом направлении. Как показано на фигуре 2, вершины зубцов притуплены, причем на практике это укорачивание составляет, по меньшей мере, 2%, предпочтительно, до 25% от теоретической геометрической высоты зубца. Кроме того, целесообразно, кромки зубцов в форме пирамиды или усеченной пирамиды скошены.
В предпочтительном варианте исполнения согласно вышеуказанному документу валки имеют относительный осевой зазор, равный, по меньшей мере, половине шага зубцов, предпочтительно 0,75 шага зубцов, в результате чего их можно смещать в противоположных направлениях, чтобы они могли быть смещены друг относительно друга в устойчивое положение.
При использовании известных из уровня техники валков с одинаковыми зубцами обнаружилось, что изменение конструкции зубцов, в частности, высоты и поверхности зубцов, по меньшей мере, на одном валике позволяет выполнять тиснение, которое может быть определено, например, как теневое тиснение, причем вытисненные в середине сатинированного основания символы наблюдаются с различной интенсивностью и демонстрацией подобных тени эффектов в зависимости от угла обзора и/или направления и типа источника освещения.
При этом, разумеется, геометрические осевые линии зубцов (растр) всегда находятся на одном и том же расстоянии, так как в противном случае синхронизация или самосинхронизация окажется невозможной. Кроме того, по техническим причинам целесообразно использовать зубцы, имеющие одинаковую горизонтальную проекцию, то есть, изменения ограничиваются либо высотой зубцов, либо исполнением боковых поверхностей и/или кромок зубцов и/или исполнением поверхности, например, нанесением шероховатости, канавок или рисунка, или сочетанием двух или всех величин.
Пример решения устройства для тиснения, выполняющего на плоском материале тиснение символов с оптическими эффектами, зависящими от местоположения и/или источника света, что позволяет реализовать функции безопасности, трудно поддающиеся копированию, описан в международной публикации WO 02/0306617. В этой публикации описано устройство для тиснения и/или сатинирования плоского материала при помощи, по меньшей мере, двух валков для тиснения, соединенных с приводом, причем валки могут быть упруго прижаты друг к другу, а пирамидальные или конические зубцы валков имеют сглаженную оконечность; зубцы, по меньшей мере, одного валка выполнены таким образом, чтобы они при пропускании листового материала формировали на этих участках рельефные символы, восприятие которых изменяется в зависимости от угла обзора, и/или типа и/или расположения источника освещения.
В варианте исполнения, описанном в патентной заявке WO 02/0306617 (см. фиг. 4), можно увидеть два зубца Т1, то есть, сатинирующие зубцы, форма которых соответствует форме зубцов, показанных на фигурах 1-3, имеющих одинаковые геометрические размеры и выполняющих нормальное сатинирование. На фигуре 4 слева показаны зубцы Т2, то есть, теневые зубцы, имеющие, например, меньшую высоту. Также возможны другие формы боковых поверхностей зубцов или другие варианты поверхности. Известный из уровня техники способ тиснения предусматривает полный съем материала на участке, на котором на фольге должны появиться символы.
В принципе, зубцы T2, высота, форма или поверхность которых отличается от зубцов T1, могут быть расположены в произвольных местах, однако выгодно расположить зубцы Т2 в определенном порядке, чтобы сформировать узоры, буквы или другие символы. На фигуре 8 представлен результат простого расположения, при котором формируется, например, буква L. Расположение зубцов T2 в такой конфигурации позволяет сформировать эту букву таким образом, чтобы в зависимости от угла обзора изменялась контрастность и интенсивность изображения, причем условием является постоянная интенсивность и неподвижность источника освещения. В другом варианте можно менять расположение и/или длину волны источника освещения при сохранении угла обзора символов, или же изменять как угол обзора, так и характеристики источника освещения. При этом результат, в принципе, останется тем же самым, а внешний вид символа будет изменяться при изменении одного или обоих или всех параметров.
Следует отметить, что теневое тиснение и теневой эффект в контексте патентной заявки WO 02/0306617 не связаны с затенением, то есть, фактом препятствования распространению света в определенной области, но обеспечиваются отражением и рассеиванием падающего света от точечного источника освещения на рельефных структурах различной высоты и формы. При использовании зубцов различной высоты отражение и рассеивание возникает на верхних поверхностях (имеющих различные размеры) усеченных пирамид различных размеров, а также на наклонных боковых поверхностях усеченных пирамид, имеющих различные размеры и углы наклона. В результате наблюдатель, в зависимости от направления взгляда и угла обзора плоских поверхностей фольги, на которых было выполнено тиснение с помощью зубцов различных размеров и формы, видит изображение, отличающееся различной интенсивностью освещения и, тем самым, контрастностью различной степени.
Подобный оптический эффект можно было бы назвать контрастным тиснением, однако этот термин будет понятен только человеку, хорошо разбирающемуся в оптике. Наблюдатель, не знакомый с оптическими эффектами, воспринимает этот контраст как своеобразную тень, поэтому в данном описании этот эффект будет называться теневым, хотя контраст в данной случае не обусловлен частичным блокированием компонентов света и, тем самым, образованием тени.
На фигурах 10 и 11 оптический эффект демонстрируется на примере отражения света точечного источника освещения на металлизированной фольге, на которой было выполнено тиснение с помощью валка для тиснения, оснащенного зубцами в форме усеченной пирамиды (в данном варианте), верхние поверхности которых имеют различную величину. Используемые в данном примере материалы и структуры поверхности выбраны таким образом, чтобы возможное рассеяние света не оказывало существенного влияния на результат, так как речь идет о наблюдении, ограничивающемся только существенными признаками.
На фигуре 10 в разрезе показаны три последовательно расположенных, рельефных зубца в форме усеченной пирамиды, имеющих разную высоту и, тем самым, различную площадь верхних поверхностей.
Свет с интенсивностью I0, падающий от источника света под заданным углом на эти поверхности, отражается. За счет различной площади верхних поверхностей интенсивность отраженного света, обозначенная на фигуре количеством отраженных от этих участков световых лучей, имеет различные значения. Лучи, отраженные от наклонных боковых поверхностей зубцов, не достигают наблюдателя и показаны на фигуре 10 в укороченном виде.
Таким образом, наблюдатель воспринимает свет, отраженный от самой обширной поверхности F2.2 зубца T2.2, как имеющий наивысшую интенсивность I2.2. Наблюдатель воспринимает свет, отраженный от поверхности F1 зубца T1, имеющей наименьшую площадь, как имеющий наименьшую интенсивность I1. Разность между двумя этими значениями интенсивности, разделенная на их сумму, то есть, (I2.2-I1)/(I1+12.2), соответствует воспринимаемому наблюдателем контрасту между тиснением, полученным с помощью зубцов Т2 и T1.
При изменении направления /угла падения света или направления/ угла взгляда наблюдателя изменится также контраст. На фигуре 11 угол падения света и направление взгляда выбраны таким образом, чтобы наблюдатель воспринимал только тот свет, который отражается от наклонных боковых поверхностей FS1, FS2.1 и FS2.2 зубцов. Эффект затенения, то есть, предотвращение распространения света в определенной области, в данном случае отсутствует.
Особенно сильный контраст возникает в том случае, если поверхности, тисненые с помощью зубцов T2, находятся в пределах поверхностей, сатинированных с помощью зубцов T1, отличающихся, например, большей высотой и, следовательно, существенно меньшими верхними прямоугольными или круговыми поверхностями, отражающими свет в одном направлении. Оптические эффекты, полученные в соответствии с полезной моделью, будут особенно ярко восприниматься наблюдателем, если рельефные участки находятся в сатинированном окружении.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является улучшение потенциальных аспектов безопасности, связанных с защитными элементами, с большим трудом поддающимися копированию.
Эта задача решена полезной моделью с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы полезной модели. Устройство предназначено для тиснения и/или сатинирования плоского материала при помощи по меньшей мере двух валков для тиснения, которые соединены с приводом и выполнены с возможностью приведения в движение по отдельности или совместно, причем валки могут быть упруго прижаты друг к другу и содержат зубцы пирамидальной формы со срезанными вершинами, причем предусмотрены другие зубцы (T2), по меньшей мере, одного валка, имеющие геометрическую форму и/или поверхность, отличающуюся от остальных зубцов (T1), при этом другие зубцы (T2) при пропускании листового материала формируют на этих участках тисненые символы (L), внешний вид которых меняется в зависимости от угла взгляда наблюдателя (0) и/или типа и/или местонахождения источника (18) освещения, причем каждый из других зубцов (T2) имеет пирамидальный корпус. Вместо каждого из других зубцов (Т2) сформировано, по меньшей мере, две отдельные небольшие пирамиды, причем каждая из этих отдельных небольших пирамид меньше одного из известных пирамидальных корпусов, а площадь основания, по меньшей мере, двух отдельных пирамид соответствует площади основания известного пирамидального корпуса.
Это позволяет получить структуры, отличающиеся повышенной безопасностью по сравнению с уровнем техники, поскольку они труднее поддаются копированию.
В предпочтительном варианте исполнения вместо каждого из других зубцов (T2) предусмотрено четыре отдельных пирамиды (DP1, DP2) меньшего размера.
В другом предпочтительном варианте исполнения вместо каждого из других зубцов (T2) предусмотрено девять отдельных пирамид (TP1, TP2, TP3) меньшего размера.
В другом предпочтительном варианте исполнения другие зубцы (T2) имеют меньшую высоту по сравнению с остальными зубцами (T1), а, по меньшей мере, две отдельные пирамиды меньшего размера имеют, в свою очередь, меньшую высоту по сравнению с другими зубцами (T2).
В следующем предпочтительном варианте исполнения другие зубцы (T2) имеют другую форму боковых поверхностей или кромок по сравнению с остальными зубцами (T1).
В следующем предпочтительном варианте исполнения шаг между парой других зубцов (T2) составляет от 200 мкм до 400 мкм как в осевом, так и в радиальном направлении.
В следующем предпочтительном варианте исполнения угол расхождения (α; β) при вершине каждой из по меньшей мере двух отдельных пирамид (DP1, DP2; TP1, TP2, TP3) меньшего размера составляет от 70° до 110°.
В следующем предпочтительном варианте исполнения устройство содержит два валка для тиснения.
В следующем предпочтительном варианте исполнения устройство содержит два валка для тиснения, при этом второй валок для тиснения установлен после, по меньшей мере, одного дополнительного валка для тиснения, взаимодействующего с первым или предыдущим валком для тиснения, для получения в ходе последующего тиснения символов с меняющимся внешним видом, причем на одном или нескольких валках расположены по меньшей мере две отдельные пирамиды (DP1, DP2; TP1, TP2, TP3) меньшего размера.
В следующем предпочтительном варианте исполнения валки для тиснения синхронизированы друг с другом с помощью средств синхронизации.
В следующем предпочтительном варианте исполнения по меньшей мере один из неприводных валков для тиснения установлен с возможностью отклонения вдоль оси и/или в направлении прижимания и/или в направлении движения материала, подлежащего тиснению.
Кроме того, заявлена изготовленная при помощи устройства по п. 1 металлизированная и/или отражающая упаковочная фольга, имеющая сатинирование, при этом на фоне этого сатинирования выполнен, по меньшей мере, один символ (L), интенсивность которого изменяется в зависимости от угла обзора (0) и/или типа и/или местонахождения источника (LS) освещения.
В следующем предпочтительном варианте исполнения упаковочная фольга содержит по меньшей мере одну группу символов (L), которые по отдельности, попарно или группами имеют одинаковый внешний вид.
Дополнительные преимущества и признаки раскрываются в зависимых пунктах формулы полезной модели. Признаки упаковочной фольги, прошедшей тиснение в подобном устройстве, раскрываются в пункте 12 формулы.
Краткое описание чертежей
Полезная модель детально описывается ниже со ссылкой на фигуры, на которых изображены варианты исполнения, а именно:
Фигура 1: схематичная развертка традиционного рифления сатинирующего валка.
Фигура 2: стабильное положение зацепления зубцов традиционного рифления двух валков.
Фигура 3: традиционное рифление в увеличенном виде.
Фигура 4: еще один вариант традиционного рифления в том же масштабе, что и на фигуре 3.
Фигура 5: стабильное положение зацепления зубцов традиционного рифления двух сатинирующих валков.
Фигура 6: вариант описываемого полезной моделью двойного пирамидального теневого рифления, в поперечном разрезе.
Фигура 7: другой вариант описываемого полезной моделью тройного пирамидального теневого рифления, в поперечном разрезе.
Фигуры 8A-8F: эффект описываемого полезной моделью специального тиснения на примере одного символа.
Фигура 9: возможная схема расположения нескольких рельефных символов.
Фигуры 10 и 11: блок-схемы, иллюстрирующие оптический эффект, применяющийся в уровне техники в соответствии с патентной заявкой WO 02/0307717, описывающей форму, размер и расположение зубцов на валках для тиснения, а также в описываемой полезной модели.
Осуществление полезной модели
Согласно полезной модели, известные пирамидальные корпуса заменяют, по меньшей мере, двумя отдельными небольшими пирамидами, причем каждая из этих отдельных небольших пирамид меньше известного пирамидального корпуса, а площадь основания указанных по меньшей мере двух отдельных пирамид соответствует площади основания известного пирамидального корпуса.
Согласно полезной модели, ниже описывается, по меньшей мере, два варианта исполнения, в которых каждый из известных пирамидальных корпусов зубцов T2 заменен, соответственно, на четыре или девять отдельных пирамид меньшего размера.
На фигуре 6 представлен вариант описываемого полезной моделью двойного пирамидального теневого рифления, причем на месте каждого зубца T2, предусматриваемого в уровне техники, находится четыре отдельные пирамиды меньшего размера. Поскольку фигура 6 представляет собой поперечное сечение, на ней видны только две из четырех отдельных пирамид меньшего размера, а именно, DP1 и DP2. Исходная пирамида, соответствующая зубцу T2 уровня техники, показана пунктирными линиями и имеет вершину с углом расхождения α.
Предпочтительно, четыре отдельных пирамиды меньшего размера, в том числе, DP1 и DP2, имеют одинаковое исполнение.
На фигуре 7 представлен вариант описываемого полезной моделью тройного пирамидального теневого рифления, причем на месте каждого зубца T2, предусматриваемого в уровне техники, находится девять отдельных пирамид меньшего размера. Поскольку фигура 7 представляет собой поперечное сечение, на ней видны только три из девяти отдельных пирамид меньшего размера, а именно, TP1, TP2 и TP3. Исходная пирамида, соответствующая зубцу T2 уровня техники, показана пунктирными линиями и имеет вершину с углом расхождения β.
Предпочтительно, девять отдельных пирамид меньшего размера, в том числе, TP1, TP2 и TP3, имеют одинаковое исполнение.
Предпочтительно, каждая из небольших отдельных пирамид имеет срезанную вершину, как показано, например, на фигурах 6 и 7.
Увеличение количества пирамид, как показано на примере фигур 6 и 7, может происходить в осевом и/или радиальном направлении - в зависимости от желаемого эффекта.
Размер в 220 мкм, указанный на фигурах 6 и 7, приведен исключительно в качестве примера шага между отдельными зубцами двойного пирамидального теневого рифления или тройного пирамидального теневого рифления, в зависимости от конкретного случая.
Особенно выгодным в рамках полезной модели считают шаг, составляющий от 200 мкм до 400 мкм в обоих направлениях. Угол расхождения пирамиды (α и β на фигурах 6 и 7) составляет от 70° до 110°. Этот угол расхождения подходит как для зубцов двойного пирамидального теневого рифления, так и для зубцов тройного пирамидального теневого рифления. Пирамиды могут быть симметричными или асимметричными относительно вертикальной главной оси в радиальном и/или осевом направлении.
Структуры, описываемые полезной моделью и показанные, в частности, на фигурах 6 и 7, можно изготавливать методом коротких лазерных импульсов.
Так как метод коротких лазерных импульсов практически не вызывает плавления, но отличается низкой скоростью съема, можно использовать комбинированный метод, заключающийся в механической грубой обработке и точной обработке короткоимпульсным лазером для получения нескольких пирамид. Точная обработка оптической поверхности короткоимпульсным лазером описана в европейской патентной заявке EP 2711666.
Открытие эффекта двойного и тройного пирамидального теневого рифления удивительно и связано с тем, что новые производственные технологии впервые позволили изготавливать малые пирамиды с высокой точностью. Новые производственные технологии позволяют выполнять обработку в микронном диапазоне, причем неожиданно оказалось, что это позволяет усовершенствовать возможные аспекты безопасности. Новые производственные технологии основаны на применении лазеров пикосекундного диапазона, позволяющих выполнять структуры размером менее 150 мкм.
На видах A, B, C фигуры 8 соответствующий наблюдатель обозначен «0», причем стрелка указывает угол обзора, а наблюдатель смотрит на сатинированную фольгу с вытисненной L с тенью, в частности, справа сверху, сверху или слева (положения 8A, 8B, 8C), причем контраст на виде D фигуры 8 сильный, на виде E слабый, а на виде F средний. При этом предполагается наличие постоянного освещения.
На фигуре 9, например, показано, какими способами можно организовать группы символов для того, чтобы объединить различные признаки или получать различные коды. На фигуре 9 видно, что под определенным углом обзора и освещении LS с определенного места буква «L» в зависимости от положения выглядит следующим образом: слабо выражена в положении M вверху и справа, очень слабо выражена в положении N вверху справа, средне выражена в положении P внизу и слева, очень сильно выражена в положении Q слева внизу. Как показано на фигуре 8, внешний вид символа изменяется с изменением угла обзора, а также при изменении местоположения, типа, яркости и длины волны источника освещения.
Простоты ради на фигуре 9 используется один и тот же символ «L», причем очевидно, что на его месте может стоять любой символ или число. Этот метод хорошо подойдет для кодирования или создания защитных элементов, причем можно также использовать последовательность цифр, которая может изменяться.
Отсюда следует, что эти специальные эффекты можно воспроизводить на упаковочных лентах, фольге или коробках с очень высокой вариабельностью, причем эти эффекты можно наблюдать под любым углом, а угол обзора и/или источник освещения может меняться. Эти эффекты, зависящие от угла обзора или освещения или от длины волны света, определяются конфигурацией зубцов. Так, например, изменение расположения или конфигурации боковых поверхностей и/или кромок зубцов также приводит к появлению эффектов, зависящих от угла обзора и освещения и вызванных, по существу, тем, что зубцы имеют очень малые размеры, вследствие чего изменения формы или исполнения верхней поверхности зубцов, наносящих символы на тисненый объект, позволяют создавать в результате различных отражений или дифракции света оптические эффекты, зависящие от углового положения.
Такие символы можно наносить на упаковку табачных изделий, сигарет, продуктов питания, шоколада, лекарств и т.п. Подобные упаковочные ленты или фольгу изготавливают преимущественно из алюминия или преимущественно из легко складываемой бумаги. В последнее время по соображениям защиты окружающей среды материал, на котором выполняется тиснение, был усовершенствован таким образом, чтобы подлежащие тиснению материалы, в том числе, металлизированная бумага, содержали прочные волокна при одновременном уменьшении толщины металлизированного слоя, в результате чего ухудшилась способность такого материала к складыванию. Это недостаток может также иметь место в том случае, если вместо бумаги используют полимерную подложку, или вместо металлизации применяют полимерное покрытие, обладающее аналогичными свойствами. В настоящее время различают многослойную фольгу с бумажной подложкой и слоем металла и фольгу с тонким осажденным слоем металла.
До сих пор мы рассматривали тиснение с созданием вышеупомянутых оптических эффектов при помощи системы из двух валков для тиснения. Чтобы учесть, прежде всего, вышеописанные изменения состава материала, подлежащего тиснению, или его уменьшенную металлизацию, вследствие чего расширяется область применения, и увеличиваются возможности изготовления такого тиснения с оптическими эффектами, выгодным образом, применяют устройство для обработки плоского материала, описанное в патентной заявке PCT/00/02399, причем эта заявка не была предварительно опубликована. В этом устройстве за вторым валком для тиснения расположен, по меньшей мере, один дополнительный валок для тиснения, взаимодействующий с первым или предыдущим валком для тиснения и предназначенный для получения на этапе последующего тиснения, по существу, такой же рисунок. Такая конструкция может быть изменена таким образом, чтобы на этапе последующего тиснения не воспроизводился тот же рисунок, но выполнялось бы упомянутое выше тиснение с оптическими эффектами, полученное за счет того, что зубцы с отличающимися геометрическими размерами и/или другим исполнением верхней поверхности расположены на валке или на одном или нескольких из, по меньшей мере, трех валков для тиснения.
Согласно этой заявке, валки для тиснения могут быть синхронизированы друг с другом с помощью средств синхронизации, а настоящая полезная модель не ограничивается валками для тиснения, один из которых установлен таким образом, чтобы его можно было отклонять вдоль оси и/или в направлении прижимания и/или в направлении движения материала, подлежащего тиснению, с целью обеспечения самосинхронизации. Кроме того, каждый зубец валка не обязательно должен входить в зацепление с четырьмя соседними зубцами другого валка, как показано на фигуре 3, на которой показана так называемая конфигурация «Pinup-Pinup», в которой зубцы всех валков обращены наружу. Для выполнения тиснения, описываемого полезной моделью, может оказаться более целесообразной принудительная синхронизация валков для тиснения друг с другом, причем в этом случае можно использовать также так называемую конфигурацию «Pinup-Pindown», в которой зубцы одного валка обращены наружу, а зубцы взаимодействующего валка обращены вовнутрь.
Описанные выше конструкции позволяют не только получать меняющиеся оптические эффекты путем тиснения, но и реализовывать защитные элементы, которые отличаются высокой степенью защищенности от подделок и, как правило, могут распознаваться невооруженным глазом. Такие защитные элементы можно использовать, например, для дорогих лекарств, электронных изделий или в табачной промышленности.