安全元件及用于制造安全元件的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】安全元件及用于制造安全元件的方法和設(shè)備
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年1月28日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180016445.3、名稱為"安全元件 及用于制造安全元件的方法和設(shè)備"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 本發(fā)明涉及用于物品（諸如有價(jià)票證，包括鈔票等）的安全元件，以及用于制造所 述安全元件的方法和設(shè)備。
[0003] 有價(jià)票證(諸如鈔票、護(hù)照、許可證、證書(shū)、支票和身份證)往往是偽造者的目標(biāo)，因 此能夠測(cè)試它們的真實(shí)性是重要的。為此，這樣的票證設(shè)置有被設(shè)計(jì)為非常難以偽造的安 全特征(security feature)。尤其，所述安全特征應(yīng)是不能例如使用復(fù)印機(jī)來(lái)復(fù)制的。用于 此目的的眾所周知的特征包括安全印花(諸如凹雕）、安全插件(諸如磁性線）、水印等。眾所 周知的安全元件還有光學(xué)可變裝置(諸如全息圖像、色移油墨、液晶材料）以及浮雕的衍射 或反射結(jié)構(gòu)，其可以作為印刷器件、浮雕、補(bǔ)丁(patch)、條帶(stripe)、線來(lái)施加，且近期作 為寬的嵌入式或貼敷式帶子(tape)來(lái)施加。光學(xué)可變裝置根據(jù)觀察條件(例如觀察角度)而 表現(xiàn)出不同的外觀，因此十分適合用于鑒定。
[0004] 作為成功的安全裝置，所述裝置顯示的可變光學(xué)效果必須對(duì)于觀察者而言能被清 楚且無(wú)疑地檢測(cè)到，且對(duì)于偽造者而言不能或至少難于通過(guò)常規(guī)方式復(fù)制或生產(chǎn)近似物。 如果所述光學(xué)效果不明確或?qū)τ谟^察者而言不特別明顯，那么所述裝置將是無(wú)效的，因?yàn)?用戶將難于區(qū)分真實(shí)的元件與被設(shè)計(jì)為具有相似的總體外觀卻沒(méi)有真品效果(例如高品質(zhì) 彩色復(fù)印）的可變特征的偽造品。
[0005] 文獻(xiàn)中描述的一類光學(xué)可變裝置利用了定向的（oriented)磁性顏料來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài) 的和三維狀的圖像。描述這樣的特征的相關(guān)技術(shù)的實(shí)例包括EP-A-1674282、W0-A-02/ 090002、US-A-20040051297、US-A-20050106367、TO-A-2004007095、W0-A-2006069218、EP-A-1745940、EP-A-1710756、W0-A-2008/046702 和 W0-A-2009/033601。通常，當(dāng)所述磁性顏料 被施加到一個(gè)表面之后與一個(gè)磁場(chǎng)配準(zhǔn)。散布在液體有機(jī)介質(zhì)中的磁性肩自身定向?yàn)槠叫?于磁場(chǎng)線，而偏斜于原始的平面取向。此偏斜從垂直于基底的表面到原始取向不一而足，包 括本質(zhì)上平行于產(chǎn)品表面的肩。平面定向的肩將入射光反射回觀察者，而重新定向的肩卻 不將入射光反射回觀察者，從而在覆層中提供了三維圖案。
[0006] W0-A-2004007095描述了已知為"滾動(dòng)條(rolling-bar)"特征的動(dòng)態(tài)光學(xué)可變效 果的建立。所述"滾動(dòng)條"特征為由磁性配準(zhǔn)的顏料肩構(gòu)成的圖像提供了運(yùn)動(dòng)的光學(xué)幻象。 所述肩相對(duì)于所述基底的表面以弓形圖案配準(zhǔn)，從而在出現(xiàn)于第一鄰場(chǎng)(adjacent field) 與第二鄰場(chǎng)之間的圖像上建立了對(duì)比條(contrasting bar)，當(dāng)所述圖像相對(duì)于觀察角度 傾斜時(shí)，所述對(duì)比條顯現(xiàn)移動(dòng)。這樣的動(dòng)態(tài)圖像的運(yùn)用在EP-A-1674282中進(jìn)一步拓展，其中 所述肩以第一弓形圖案或第二弓形圖案配準(zhǔn)，從而建立了第一對(duì)比條和第二對(duì)比條，當(dāng)所 述圖像相對(duì)于觀察角度傾斜時(shí)，所述第一對(duì)比條和所述第二對(duì)比條顯現(xiàn)同時(shí)以不同方向移 動(dòng)。EP-A-1674282也描述了其他滾動(dòng)對(duì)象(諸如滾動(dòng)半球)的建立。
[0007] TO-A-2005/002866和W0-A-2008/046702都公開(kāi)了用于在一個(gè)層中定向磁性顆粒 以顯示標(biāo)記（indicia)的設(shè)備和方法。在這兩個(gè)文獻(xiàn)中，待顯示的標(biāo)記是通過(guò)提供一層表面 具有銘刻(engraving)的永磁材料來(lái)配置的。所述銘刻使得所述材料發(fā)出的場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，且 當(dāng)含有磁性顆粒的層被放置在該場(chǎng)內(nèi)時(shí)，所述顆粒采取相應(yīng)的取向（orientation)。在實(shí)踐 中，只有某些磁性材料適于加工以生產(chǎn)必要的銘刻，且通常使用柔性的聚合物聯(lián)結(jié)合成物 (polymer-bonded composite)，其含有永磁粉，諸如Max Baermann GmbH的Tromaflex?。這 樣的材料與常規(guī)的脆的鐵磁體相比具有相對(duì)低的磁強(qiáng)度。因此，由這樣的布置實(shí)現(xiàn)的顆粒 重新定向的程度低，且所產(chǎn)生的光學(xué)效果在如下兩方面都弱:所述磁性標(biāo)記顯現(xiàn)不明確，以 及所述圖像的三維性質(zhì)（這導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)幻象）對(duì)于觀察者而言不特別明顯。在W0-A-2008/ 046702中，通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)附加的永磁體設(shè)置在銘刻的磁性層后方(這增加了磁性顆粒 層經(jīng)受的磁場(chǎng)），某一程度上改善了所述光學(xué)效果。這些附加的永磁體可以采取例如一系列 條形磁體的形式。然而，所述附加的磁體必須處在與所述銘刻的磁性層隔開(kāi)的位置，以免損 害所述銘刻的層的固有磁性。因此，對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的整體改進(jìn)不大，且所產(chǎn)生的光學(xué)效果仍不 明確。當(dāng)將所述安全元件與已知的全息裝置和透鏡裝置實(shí)現(xiàn)的效果相比時(shí)，情況尤其如此。
[0008] EP-A-1710756也公開(kāi)了一種包括磁性肩的安全元件，所述磁性肩被定向?yàn)楫a(chǎn)生諸 如漏斗、穹頂和錐體圖像的光學(xué)效果，使用永磁體的多種配置來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。然而，所實(shí)現(xiàn)的 視覺(jué)效果不特別明確，且所實(shí)現(xiàn)的圖像的形狀有限。
[0009] 因此，需要這樣一種安全元件，其具有更明確從而對(duì)于觀察者更易辨識(shí)的光學(xué)效 果，以提高鑒定所述安全元件的能力。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于將標(biāo)記磁性地壓印到物品上的一個(gè)層中 的設(shè)備，所述層包括懸浮有磁性或可磁化顆粒的成分，所述設(shè)備包括:軟的可磁化片材，其 具有外表面和對(duì)立的內(nèi)表面，所述外表面被布置為在使用中面向所述物品；以及永磁體，其 被塑造為使得其磁場(chǎng)包含產(chǎn)生標(biāo)記的擾動(dòng)，所述永磁體被布置為與所述軟的可磁化片材的 內(nèi)表面相鄰，借此，所述軟的可磁化片材增強(qiáng)了所述永磁體的磁場(chǎng)的擾動(dòng)，以使得當(dāng)待被壓 印的層與所述軟的可磁化片材的外表面位置相鄰時(shí)，所述磁性或可磁化顆粒被所述磁場(chǎng)定 向以顯示所述標(biāo)記。
[0011] "軟的"可磁化材料是非永磁體，且通常，至少與永磁體相比，具有低的矯頑力 (coercivity)。例如，在沒(méi)有施加磁場(chǎng)的情況下，軟的可磁化材料通常自身(至少在外部)不 產(chǎn)生任何顯著的磁場(chǎng)。
[0012] 通過(guò)在所述永磁體與待被壓印的層之間提供軟的（在磁性意義上，而不是在物理 意義上）可磁化層，可以實(shí)現(xiàn)若干優(yōu)點(diǎn)。首先，由于所述永磁體可以被布置為在使用中靠近 或接觸所述軟的可磁化片材而不造成損害，所述永磁體可以更緊密地接近待被壓印的層， 優(yōu)選地僅隔著所述可磁化片材自身。由于磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著距磁源的徑向距離依照r 3而減小， 這確保了被壓印的層在實(shí)用的程度上盡量經(jīng)受所述磁體的全部磁場(chǎng)強(qiáng)度。另外，所述軟的 可磁化層借助于其固有的高導(dǎo)磁率(與周圍的空氣相比）強(qiáng)化了所述場(chǎng)中的擾動(dòng)。于是，穿 過(guò)所述片材的厚度，磁場(chǎng)線被"加速"，導(dǎo)致所述場(chǎng)在緊鄰所述永磁體之處變得聚焦或集中。 在與所述片材的外表面相鄰的區(qū)域內(nèi)（在使用中所述磁性顆粒層將被放置在這里），所述擾 動(dòng)的曲率增強(qiáng)，局部磁通密度(從而磁場(chǎng)強(qiáng)度)也增強(qiáng)。最后，所述設(shè)備有助于使用常規(guī)的、 高磁通密度的永磁材料，因?yàn)椴恍枰庸ぁ＝Y(jié)果是，非常高程度的顆粒重新排列 (realignment)被集中到所述永磁體附近。這導(dǎo)致了由所述層顯示的標(biāo)記具有非常鮮明和 良好界定的視覺(jué)外觀，其對(duì)于觀察者非常醒目和可辨識(shí)，從而提高了區(qū)分該元件的能力，并 且增強(qiáng)了該標(biāo)記作為鑒別器的功能。
[0013] 根據(jù)想要的標(biāo)記，所述永磁體可以以多種形狀被提供。由于由所述磁體產(chǎn)生的場(chǎng) 被所述可磁化片材所局限，所以所述磁體的構(gòu)造將對(duì)所得到的標(biāo)記具有直接和顯著的效果 (盡管可以不是精確匹配）。已發(fā)現(xiàn)特別優(yōu)選的磁體布置會(huì)在所壓印的圖像中產(chǎn)生強(qiáng)的三維 效果，同時(shí)所述標(biāo)記清晰地顯現(xiàn)為具有"深度"且當(dāng)該層傾斜時(shí)相對(duì)于該層移動(dòng)。為了得到 特別強(qiáng)的三維外觀，優(yōu)選地所述永磁體應(yīng)具有上表面(面向所述軟的可磁化片材），所述上 表面的形態(tài)(profi 1 e)不與所述片材的形態(tài)共形（conform)。例如，所述永磁體的上表面的 至少一部分可以是彎曲的或相對(duì)于所述片材傾斜的。球形或半球形的永磁體是特別優(yōu)選的 實(shí)施例。已發(fā)現(xiàn)，這樣的彎曲或"有錐度"的磁體，與上文描述的軟的可磁化片材結(jié)合使用， 在待被壓印的層中在橫向距離上產(chǎn)生了顆粒角度的逐漸(而不是突發(fā))改變。所述磁體優(yōu)選 地與所述片材在至少一點(diǎn)處接觸(且由于有錐度的形態(tài)而在其他點(diǎn)處與所述片材隔開(kāi)），以 使所述磁體與所述顆粒之間的間隔最小化。
[0014] 然而，也已發(fā)現(xiàn)，使用"扁平的（flat)"永磁體（其上表面與所述片材的內(nèi)表面共 形），在該扁平的磁體與所述片材有少許間隔的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)逐漸的顆粒角度改變，從 而實(shí)現(xiàn)三維效果。所述間隔可以例如通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn):在所述磁體與所述片材之間設(shè)置 非磁性間隔材料(諸如塑料），或者使用被設(shè)計(jì)為保持所述磁體與所述片材處于間隔關(guān)系的 殼體。在所述磁體與所述片材之間不應(yīng)存在磁性或可磁化材料。因此，在其他優(yōu)選實(shí)施方案 中，所述永磁體具有面向所述軟的可磁化片材的上表面，所述上表面的形態(tài)與所述片材的 形態(tài)基本共形，且其中所述永磁體的上表面與所述片材的內(nèi)表面的間距在0.5mm與10mm之 間，優(yōu)選地在1mm與5mm之間。
[0015] 為了實(shí)現(xiàn)最大的磁場(chǎng)聚焦，優(yōu)選的是，在垂直于所述片材的法線的一個(gè)平面內(nèi)，所 述永磁體的橫向周緣（1 at era 1 p er i phery)在所述片材的橫向周緣內(nèi)。在特別優(yōu)選的例子 中，所述片材的（最小)橫向尺度（lateral dimens ion)是所述永磁體的至少1.5倍，優(yōu)選地 至少2倍。有利地，所述永磁體被塑造為使得其橫向周緣具有標(biāo)記的形式，所述標(biāo)記優(yōu)選地 是幾何形狀、符號(hào)、文字?jǐn)?shù)字混編碼或數(shù)字。通常，集中的磁場(chǎng)將使具有最大曲率的區(qū)域與 所述磁體的周緣極限（extreme)近似對(duì)準(zhǔn)(在它們距所述可磁化片材不太遠(yuǎn)的情況下），從 而這可以導(dǎo)致在最終顯示的標(biāo)記中形成相同的形狀。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述永磁體 基本是球形、穹頂形或金字塔形的。有利地，所述永磁體被布置為使得限定在其南磁極與北 磁極之間的軸線基本垂直于所述片材。一般，優(yōu)選的是，所述永磁體被塑造為，使得在所述 片材附近，所述磁場(chǎng)的方向在所述永磁體的中心與橫向周緣之間改變。所述永磁體的橫向 尺度可以根據(jù)想要的標(biāo)記來(lái)選擇，但在有利的實(shí)施方案中在5mm與50mm之間，優(yōu)選地為5_ 到20mm，更優(yōu)選地為5mm到10mm，再優(yōu)選地為8mm到9mm。也可以提供多于一個(gè)的永磁體來(lái)產(chǎn) 生所述標(biāo)記。
[0016] 如上所述，優(yōu)選的是，所述永磁體在至少一個(gè)點(diǎn)處接觸所述片材，尤其是在所述磁 體具有彎曲或有錐度的上部形態(tài)的情況下。這導(dǎo)致在壓印期間所述磁體與所述顆粒層之間 的間距最小。然而，如果想要，則可以包括窄的間隔層，例如以將所述磁體固定就位，盡管優(yōu) 選地它由非磁性材料形成。
[0017] 為了實(shí)現(xiàn)高水平的顆粒排列，非常想要強(qiáng)磁場(chǎng)。于是，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述 永磁體的剩磁(magnetic remanence)為至少3000高斯，優(yōu)選地為至少8000高斯，更優(yōu)選地 為至少10000高斯，最優(yōu)選地為至少12000高斯?？梢允褂谜宫F(xiàn)出這樣屬性的任何永磁材料， 但在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述永磁體包括硬的鐵氧體(ferrite)、釤鈷（samarium cobalt)、 AlNiCo或釹(neodymium)，優(yōu)選地是N33到N52中任何等級(jí)的釹。
[0018] 為了減小所述磁體與所述層之間的間距，且為了防止將磁場(chǎng)完全屏蔽在所述磁性 顆粒層之外，所述軟的可磁化片材優(yōu)選地被配置為盡量薄(在平行于所述片材的法線的方 向上）。有利地，所述軟的可磁化片材的厚度小于5_，優(yōu)選地小于2mm，更優(yōu)選地小于或等于 1mm，再優(yōu)選地小于或等于0.5mm，最優(yōu)選地小于或等于0.25mm。在實(shí)踐中，大約為0.01mm更 優(yōu)選地為0.05mm的最小厚度可以是合適的。所述軟的可磁化片材優(yōu)選地至少在所述永磁體 的區(qū)域內(nèi)具有基本均勻的厚度。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述軟的可磁化片材在至少一個(gè)方 向上是彎曲的，它的內(nèi)表面面向該曲面的內(nèi)部。這使得所述片材能夠與安裝有所述設(shè)備的 輥的表面齊平。
[0019] 所述軟的可磁化片材優(yōu)選地具有盡可能低、理想地為零的矯頑力（且相應(yīng)地具有 盡可能低的剩磁），以使它線性地響應(yīng)所述永磁體的磁場(chǎng)，且不施加任何沖突磁場(chǎng)。所述軟 的可磁化片材的矯頑力優(yōu)選地低于所述永磁體的矯頑力。有利地，所述片材的矯頑力小于 或等于250e，優(yōu)選地小于或等于120e，更優(yōu)選地小于或等于10e，再優(yōu)選地小于或等于 0 · l〇e，最優(yōu)選地在0 · 010e與0 · 020e之間（lA/m = 0 · 0125663710e)。
[0020] 為了實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的場(chǎng)濃度，所述片材優(yōu)選地也應(yīng)具有高導(dǎo)磁率。在優(yōu)選的實(shí)施例 中，所述軟的可磁化片材在0.002特斯拉的磁通密度下的相對(duì)導(dǎo)磁率為大于或等于100,優(yōu) 選地大于或等于500，更優(yōu)選地大于或等于1000，再優(yōu)選地大于或等于4000，最優(yōu)選地大于 或等于8000?？梢詫⑷魏魏线m的軟磁材料用于所述軟的可磁化片材，優(yōu)選地是坡莫合金 (permalloy)、鐵氧體、鎳、鋼、電爐鋼(electrical steel)、鐵、鉬金屬(Mu-metal)或超透磁 ^^(supermalloy)。
[0021] 優(yōu)選地，所述軟的可磁化片材的磁性質(zhì)在整個(gè)所述片材上，至少在所述永磁體的 區(qū)域內(nèi)，是基本均勻的。
[0022] 可以用任何方便的方式來(lái)安裝所述設(shè)備。然而，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述設(shè) 備還包括殼體，所述殼體被配置為以彼此固定的關(guān)系支承所述永磁體和所述軟的可磁化片 材，所述殼體具有上表面，所述上表面被布置為在使用中面向所述物品，所述上表面內(nèi)設(shè)置 有一個(gè)或多個(gè)凹陷，所述永磁體被容納在所述一個(gè)或多個(gè)凹陷內(nèi)，所述軟的可磁化片材被 安裝在所述殼體的上表面上且覆蓋所述一個(gè)或多個(gè)凹陷。此布置確保所述永磁體保持與該 組件的最外表面緊密貼近，從而在使用期間接近待被壓印的層。優(yōu)選地，所述凹陷或每個(gè)凹 陷完全容納所述永磁體，以使得所述軟的可磁化片材與所述一個(gè)或多個(gè)凹陷齊平。有利地， 所述軟的可磁化片材經(jīng)由粘合層，或經(jīng)由布置在所述軟的可磁化片材上且與所述殼體毗鄰 的膠帶，安裝到所述殼體的上表面。優(yōu)選地，所述殼體的上表面在至少一個(gè)方向上是彎曲 的，以用在輥組件中。
[0023] 還提供了一種壓印組件，其包括設(shè)備陣列，每個(gè)設(shè)備如上所述。它可以采取平板的 形式，但優(yōu)選地所述組件被形成在輥的表面中。
[0024] 本發(fā)明的第二方面提供了一種制造安全元件的方法，包括:提供一個(gè)層，所述層包 括懸浮有磁性或可磁化顆粒的成分;使所述層與根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備的軟的可磁化 片材的外表面貼近，從而定向所述磁性或可磁化顆粒以顯示標(biāo)記；以及使所述層硬化，從而 固定所述磁性或可磁化顆粒的取向，以使得所述標(biāo)記被永久顯示。
[0025] 出于前述所有原因，此制造技術(shù)形成了一種顯示非常醒目和可辨識(shí)的光學(xué)效果的 安全元件。
[0026] 含有磁性顆粒的層可以在先前的、分立的進(jìn)程中形成，且被供應(yīng)為即可用于磁性 壓印。在優(yōu)選的例子中，所述層是通過(guò)將所述成分印刷或涂覆到基底上而提供的，優(yōu)選地通 過(guò)篩網(wǎng)印刷（screen printing)、轉(zhuǎn)動(dòng)絲網(wǎng)印刷（rotary silkscreen printing)、凹版印刷 (gravure)或反轉(zhuǎn)凹版印刷(reverse gravure)。這可以是片材供給(sheet-fed)或腹板供 給(web-fed)技術(shù)。
[0027] 為了使所產(chǎn)生的光學(xué)效果可以被完整地看到，優(yōu)選的是所述層的至少一個(gè)橫向尺 度大于所述永磁體的相應(yīng)橫向尺度，以使得所顯示的標(biāo)記在所述層的周緣內(nèi)。然而，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)最佳的效果，所述標(biāo)記不應(yīng)表現(xiàn)為距所述層的周緣太遠(yuǎn)，以使得所述標(biāo)記的表 觀運(yùn)動(dòng)被固定的周緣強(qiáng)化。因此，優(yōu)選地，所述層被放置在與所述軟的可磁化片材的外表面 相鄰的一個(gè)位置，由此所述層的周緣從所述永磁體的最近橫向周緣的橫向偏移在〇.5cm與 2cm之間，優(yōu)選地在0.5cm與1.5cm之間，更優(yōu)選地在0.5cm與lcm之間。為了使所述標(biāo)記表現(xiàn) 為合理地貼近所述周緣的每一側(cè)，在優(yōu)選的例子中，所述層的橫向尺度在所述永磁體的橫 向尺度的1.25倍與5倍之間，優(yōu)選地在所述永磁體的橫向尺度的1.25倍與3倍之間，更優(yōu)選 地在所述永磁體的橫向尺度的1.25倍與2倍之間。
[0028] 為了進(jìn)一步增強(qiáng)三維運(yùn)動(dòng)的外觀，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述層設(shè)置有一個(gè)或多 個(gè)配準(zhǔn)特征(registration feature)(或"基準(zhǔn)（datum)"特征），對(duì)照所述配準(zhǔn)特征可判斷 由所述層顯示的標(biāo)記的位置，所述配準(zhǔn)特征優(yōu)選地包括所述層中的間隙和/或所述層的周 緣中的構(gòu)造。通過(guò)設(shè)置基準(zhǔn)特征還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)附加效果：由定向的磁性顏料限定的圖像 可以增強(qiáng)所述基準(zhǔn)特征。例如，所述圖像的運(yùn)動(dòng)可以被布置為使得表現(xiàn)為出現(xiàn)在所述基準(zhǔn) 特征下方，從而強(qiáng)調(diào)所述特征。這尤其可用在多個(gè)所述基準(zhǔn)特征布置成一個(gè)序列的情況下， 當(dāng)所述元件被傾斜時(shí)，所述磁性層展現(xiàn)出的效果被適配為在對(duì)應(yīng)于想要閱讀方向的方向上 "移動(dòng)"經(jīng)過(guò)所述基準(zhǔn)特征。
[0029] 在間隙的情形下，優(yōu)選地所述磁性層被印刷或涂