水印片板、装置和文档、以及用于提供水印片板、装置和文档的方法与流程

相关申请

本申请对2017年9月11日提交的序列号为62/556,734的美国临时专利申请要求优先权，所述专利申请通过引用以其全部被并入本文中。

本发明涉及适合用于在形成水印时使用的一种制品。该制品——在本文中被称为水印片板（watermarksheet）——还用于形成一种装置（即水印套管），所述装置在制造水印纸张时被使用，所述水印纸张进而用于制造加水印的文档。另外，本发明还涉及用于提供水印片板、提供所述装置以及提供水印纸张和文档的方法。

背景技术：

高安全性文档（诸如，纸币、支票、护照等等）依赖于各种认证工具来帮助减轻伪造品的激增。在可用于高安全性文档的制造商/用户的各种工具之中的一个特定的认证工具是水印。水印充当防伪工具，部分是因为它们呈现给将来的伪造者的障碍，将来的伪造者通常依赖于当代的和先进的印刷和影印技术来复制/拷贝真正的纸币。

纸币的用户依赖于某个水印标记的存在，所述水印标记可以是对人、数字、字母、符号和/或风景的描绘，以便对高安全性文档进行认证。这种水印标记通常在用于形成高安全性文档的纸张制造过程期间被并入到所述高安全性文档中。为了有效地作为认证工具，水印标记被灌注有某些能动性（motility）效果，凭此，在观察者的视角中的微妙或更明显的改变会导致标记外观中的可观察到的改变。例如，在反射光中查看水印标记，观察者将看到所述标记具有第一外观，而在透射光（即，当纸张被保持在观察者与光源之间的时候透射通过所述纸张的光）中查看水印标记提供第二外观。依赖于当代的和先进的印刷和影印技术来用于伪造真正的高安全性文档的伪造者努力提供这些能动性效果。当真正的高安全性文档具有非常清楚的水印标记的时候，该努力是特别显著的。清楚的水印标记典型地被理解为具有高分辨率、高清晰度或高对比度中的至少一个；优选地具有这些特征的组合。因此，以如下方式来在高安全性文档中呈现被并入到所述高安全性文档中的水印标记具有很大的重要性：即，尽可能清楚地使得用户能够容易地将纸张制造期间应用的水印特征与在制造后（诸如通过影印）应用的水印特征进行区分。对这种区别的识别从而使得最终用户能够容易地将伪造品与真正的高安全性文档进行区分。

虽然存在对于本领域普通技术人员（下文中是“phosita”）而言已知的各种种类的水印，但是通常理解到的是：最合适的之一是多色调（multi-tonal）水印，其依赖于纸张纤维的密度失真（distortion）来产生高分辨率特征。例如，通常通过圆柱形模塑过程来将水印应用到高安全性文档。在这里，通过线丝网格（wiremesh）来覆盖圆柱形塑模（cylindermold），向所述线丝网格中形成负水印标记（nwi）的集合或图案。这些负水印标记中的每一个通常包括升高的地方、凹陷的地方和平面的地方。在纸张的制造过程期间，使具有nwi的线丝网格与纸张纤维的浆体（slurry）接触，并且从而在所得到的纸张的对应水印区域中形成正水印标记（pwi）。因此，在这些对应的水印区域中，与凹陷的地方接触的区域将具有高纤维密度（hfd）；与升高的地方接触的区域将具有低纤维密度（lfd）；并且与平面的地方接触的区域将具有纤维密度梯度（gfd），所述纤维密度梯度（gfd）处于由凹陷的地方形成的那些与由升高的地方形成的那些之间。高纤维密度区域形成pwi中的暗区域，而低纤维密度的区域形成pwi中的亮区域。在暗与亮之间的各种色调由平面的地方所形成。水印的清透度通常取决于暗与亮区域之间的对比度，并且通常取决于暗与亮区域之间的邻近度。

虽然以上过程可以提供具有合理品质的水印，但是它具有某些缺点。例如，用于形成pwi的过程涉及双图像转印过程。在这里，首先在模具中形成水印图像，并且然后在浮凸（emboss）步骤中，使用所述模具以将水印图像转印到线丝网格，从而形成nwi；在后续的水印步骤中，然后使用nwi以使浆体中的纤维重新分布以便在纸张中形成pwi。由于在浮凸步骤期间在线丝网格中的孔洞，存在于模具中的某些图像信息将不被转印到线丝网格，并且因此将不被转印到纸张。这降低了水印的清透度。另外，由于纤维密度中的高变化产生更高分辨率的水印，所以通常需要线丝网格在水印区域中高度变形，使得升高的地方和凹陷的地方相当经常地彼此相邻，从而产生显著的对比度。为了产生这种显著的对比度，线丝网格将被显著地变形和加压，这可能导致减少的强度、增加的应力、减少的寿命周期、减少的可重复性、增加的费用和对塑模覆盖物的损害。这还限制了对任何复杂水印特征的使用。此外，线丝网格相当经常地在整个纸张上而不仅仅在水印区域中给予经线丝网格化的标印（marking），这相当经常地使水印特征的分辨率劣化。该经线丝网格化的标印是不受控的，并且从而变成随机图案，这减小了最终用户确定文档真实性的能力。

使用线丝网格来在水印区域中产生非常亮的区域而不损害纸张或在纸张中产生不想要的孔洞也是非常困难的。一个解决方案是使用电铸版（electrotype）过程。在这里，将薄片金属通过如下方式附着到线丝网格：将它缝制或焊接在其上以产生通常以字母、数字或符号形式的升高的区域。电铸版金属防止浆体中的液体通过升高的地方出去，从而减小了这些区域中的纤维密度。电铸版化过程对于phosita而言将是显而易见的，并且由匈牙利国家银行在us1,901,049中进一步阐明。然而，甚至用于产生亮区域的该方法也有其缺点和缺陷。例如，通常非常难以将电铸版附到线丝网格，并且甚至更加难以将电铸版附着到凹陷的地方，特别是如果期望在暗区域内产生非常亮的区域的话。将电铸版添加到线丝网格也是相当耗时的。此外，非常难以通过使用电铸版来生成复杂的标记、诸如阿拉伯字。

还相当经常发现的是：为了产生高分辨率水印，浆体液体的排水速率必须被控制。在线丝网格的情况下，这通常通过增加凹陷地方中的排水速率来完成，这是通过向凹陷的地方应用真空，使得液体的排水速率相对于线丝网格的周围区域可以局部地增加。可替换地，为了减小排水速率，速率减小元件（例如，不透水的金属板、塑料元件等等）被安置在线丝网格下方。然而，这些中没有一个很好地起作用，这是因为真空相当经常地同时影响升高的地方和凹陷的地方两者，并且速率减小元件不防止侧面排水。

对于线丝网格的可替换方案是将插入元件应用到线丝网格中。在这里，插入件被穿孔，并且通常被注塑（injectionmold）以提供用于水印的负像。这也还具有实质缺陷。例如，难以将插入元件附着，并且通常发现在纸张制造过程期间，插入元件松开或与线丝网格分离。美国专利us8,349,132描述了一种插入件，其需要将旋钮形压痕（knob-shapedindentation）模塑到插入件上，以便将插入件附到线丝网格。然而，这些旋钮形压痕通常不能维持在线丝网格与插入件之间的连接。此外，这种旋钮形压痕难以准确地形成，并且甚至更加难以附着到具有其他浮凸的线丝网格。这种插入件在形成单个水印特征时被使用，并且仍需要线丝网格，所述线丝网格将通常在纸张上留下不想要的图案。在us8,840,756中描述了类似的插入件，其中，所述插入件中的穿孔通过注塑来形成，所述注塑同时形成水印特征的浮雕（relief）以及穿孔。因而，所争论的是，所述穿孔与浮雕结构的深度直接相关。这种插入件再次遭受先前所述的插入件的缺陷，即难以将插入件附着到线丝网格，难以维持连接，并且不允许将插入件应用到线丝网格的浮凸区域。更重要地是，在每个插入件中仅形成单个水印特征。

如从上文中明显的是，可以看到高安全性文档的认证仍然是有挑战性然而重要的任务。仍然存在对用于认证这种文档的改进手段的需要，并且特别地，仍然存在对经改进的水印技术以及用于部署这种技术的制品的需要。本发明人已经开发了如下方法和制品，所述方法和制品在提供具有改进品质的水印时令人惊讶地有效。

本发明如在本文中所呈现的权利要求中被阐明。然而，出于清楚的目的，使得phosita可以能够在没有过度实验的情况下制成并使用所要求保护的发明，以下描述和附图被提供作为所要求保护的发明的示例性实施例。应当理解到的是：本文中所呈现的每个实施例的元件或组件可以被应用到本文中所呈现的另一实施例，并且从而形成进一步的实施例。

技术实现要素：

鉴于上面标识的缺陷，本发明的目的是提供：（i）一种制品，（ii）一种装置，（iii）用于形成并且使用所述制品和装置的一种方法，以及（iv）用于使用所述方法、制品和装置来在纸张和文档中产生水印，而没有上面标识的缺陷中的至少一些。发明人已经惊讶地发现，本发明满足该目的。

在本文中从若干视角来呈现本发明。在第一方面中，本发明是以水印片板形式的一种制品。在第二方面中，本发明是以水印套管形式的一种装置。在第三方面中，本发明是用于制造所述水印片板的一种方法。在第四方面中，本发明是用于制造所述水印套管的一种方法。在第五方面中，本发明是用于制造水印纸张的一种方法。在第六方面中，本发明是用于制造高安全性文档的一种方法，并且在第七方面中，本发明是一种高安全性文档。

在进一步的方面中，本发明是一种按过程产生的产品（productbyprocess），其采用根据上面强调的并且在本文中进一步阐明的相应过程而特别制造的任何制品或装置的形式。在本文中还设想的是：在某些方面中，本发明是上面强调的并且在本文中进一步阐明的出于应用水印的目的或在制造高安全性纸张或高安全性文档的过程中或者用于在认证高安全性文档中使用的制品或装置的用途。

在一个实施例中，所述水印片板包括：（a）基底层，其包括（i）水表面、以及（ii）与所述水表面相对地布置的纤维表面；（b）至少两个水印标记的图案；以及（c）从所述水表面延伸朝向所述纤维表面的一组孔口；其中至少两个水印标记的图案分布在所述纤维表面的连续区域之上。

在一个实施例中，所述水印套管包括：（a）具有外直径表面的圆柱形塑模；以及（b）如本文中所述的、诸如权利要求1中的水印片板；其中所述水印片板直接地或间接地被卷绕或包绕到、并且被附到所述圆柱形塑模的外直径表面。在更一般的实施例中，必须理解的是，所述水印片板以如下方式被附到圆柱形塑模：使得当纸张纤维的浆体在水印套管上通过时，存在于水印片板上的水印标记（nwi）的压印（impression）被转印到纸张中（pwi）。

在一个实施例中，用于形成水印片板的方法包括：（a）向基底层提供水表面以及与水表面相对地布置的纤维表面；（b）对基底层进行穿孔以形成孔口；以及（c）通过对纤维表面的区域进行烧蚀以在纤维表面的连续区域之上形成多个水印标记的图案，来在纤维表面上形成水印区域。

在一个实施例中，形成水印套管的方法包括：（a）如本文中所描述的那样、或更特别地如权利要求15中所描述的那样形成水印片板；（b）提供圆柱形塑模；以及（c）将水印片板附到圆柱形塑模的外直径表面之上。在更一般的实施例中，必须理解的是，水印片板以如下方式被附到圆柱形塑模：使得当纸张纤维的浆体在水印套管上通过时，存在于水印片板上的水印标记的压印被转印到纸张中/纸张上。

在一个实施例中，所述水印纸张包括：（a）纸张基底，其具有水印区域和背景区域；（b）在水印区域中与纸张基底集成的水印标记；以及（c）集成在背景区域之上的背景标记或背景图案。在更具体的实施例中，水印区域被插入有背景标记或背景图案。在优选的实施例中，背景标记或图案在人类裸眼的情况下觉察不到，但是在光学设备的情况下可观察到。

在一个实施例中，高安全性文档包括：（a）如本文中所描述的或更特别地如权利要求22中所描述的水印纸张；以及（b）表面应用的印刷物。

在一个实施例中，用于制造水印纸张的方法包括：（a）提供如本文中所描述的水印套管，（b）跨水印套管来输送纸张纤维的浆体，使得存在于水印套管上的水印标记的压印被转印到纸张上/纸张中。

在一个实施例中，用于制造高安全性文档的方法包括（a）提供如本文中所描述的水印纸张；以及（b）将进一步的表面处理（例如，印刷）应用到所述纸张以形成高安全性文档。

上面一般概述的方面和实施例将在随后的段落和附图中进一步发展。

定义

如本文中所使用的，术语“圆柱形塑模”应当被理解为包括在其上可以应用水印片板以便向纸张中形成水印标记和/或背景标记或图案的造纸机器的任何组件。

如本文中所使用的，术语“亮元件”包括电铸版材料（诸如金属），但是还包括对能够被烧蚀以形成亮元件或电铸版区域的集成材料或附加材料的使用。

如本文中所使用的，术语“电铸版”包括适合用于在纸张中形成孔洞或非常低的纤维密度区域的任何亮元件。

如本文中所使用的，术语“基底层”排除常规的线丝网格，并且包括可锻（malleable）并且可以被烧蚀或变形以形成水印特征的任何单层或多层结构。

如本文中所使用的，术语“水印区域”应当被理解为跨基底层的不同区域，所述区域具有被限界在其中并且由水印特征的横向边界来划界的单个浮雕结构图案。

如本文中所使用的，术语“水印特征”应当被理解为水印区域内的具有浮雕结构的不同图案、设计、图像、文本、数字或任何标记。

附图说明

图1示出了具有水印标记的水印片板的自顶向下的视图，所述水印标记由以成形孔口的形式的背景图案所围绕。

图2示出了具有水印标记的水印片板的自顶向下的视图，所述水印标记由以有差别的分布来组织以对背景标记进行投影的孔口的背景图案所围绕。

图3示出了具有复合标记的水印片板的自顶向下的视图，所述复合标记由背景图案结合水印标记所形成。

图4示出了水印片板上的水印区域中的浮雕结构的自顶向下的视图，其中水印标记包括亮元件。

图5示出了高安全性文档的自顶向下的视图，所述高安全性文档具有水印片板，所述水印片板具有水印标记、背景图案和表面处理。

图6示出了水印套管的视图，所述水印套管在圆柱形辊圆柱塑模上具有水印片板。

图7示出了具有多层构造的水印片板的横截面视图。

图8示出了具有锥形孔口的水印片板的横截面视图。

具体实施方式

发明人已经惊讶地发现了本发明满足本发明的某些目的。特别地，已经发现的是，通过避免使用常规的线丝网格塑模覆盖物、并且代替地使用更可锻的套管材料（诸如，聚合物、塑料、橡胶似的或橡胶状的材料）来形成水印片板，水印套管的耐久性得以改进。还令人惊讶地发现的是，具有非常暗和非常亮的区域的高分辨率水印是可能的。此外，无需将单独的亮元件（例如电铸版）附着，这是因为可以通过使用相同的连续材料来形成亮元件，这减小了脱离的可能性并且减小了附着的困难。重要地，还已经发现的是，有可能通过水印套管/片板的水印区域和背景区域的组合来在纸张/文档的整个表面区域之上应用水印。通过将背景图案集成到纸张中，这种背景标记或图案可以被用作级别1或级别2的安全性或标识特征。这些背景图案可以与水印标记相组合，这是通过插入这两者或使这两者重叠来实现的，以便形成新的标记或者突出显示一个或另一个。此外，令人惊讶地发现的是，更容易控制排水速率，并且这种控制在水印套管的完整表面区域之上可以变化，这意味着可用于集成到纸张中的图案可以被应用在纸张的完整表面区域之上。相当令人惊讶地，还发现了有可能使片板、套管或塑模覆盖物中的孔口的分布变化，以形成背景标记并且还局部地影响水印标记位于其中的水印区域中的排水速率。有利地，还发现的是，通过使用本发明，纸张和高安全性文档可以被灌注有高频线，所述高频线改进了纸张和文档的耐久性、尤其是在边缘和拐角区域中的耐久性。当鉴于本发明和描述来考虑时，附加的益处对于phosita而言将是显而易见的。

在一个方面中，本发明是一种水印片板。在一个实施例中，所述水印片板除了其他元素之外还包括基底层。发明人已经发现了最合适的基底层材料是不具有经暴露的线丝网格的材料，或更具体地是如下材料：所述材料足够柔性以被卷绕到圆柱形塑模，并且足够耐久以经受造纸过程的严苛而不会以显著方式使水印标记进一步变形，同时容易被烧蚀以直接向片板中形成水印标记而无需双图像转印过程。在这方面，发明人已经发现了各种合适的材料，并且鉴于本公开内容，phosita将能够容易地标识某些其他合适的材料。

应当注意并且理解到的是，基底层可具有单层或多层构造。在某些实施例中，所述单层由多种材料所构成，使得在某个第一部分中，该层具有一种可锻材料，而在另一部分中，它具有不同的可锻材料或不太可锻的材料。在其中基底层具有多层构造的实施例中，本文中所描述的单层构造可以被耦合作为多层中的任一个。

在一个特定实施例中，（一个或多个）基底层、或其至少一部分由以下可锻材料中的至少一个所构成：聚合物、塑料、弹性物、橡胶、橡胶似的物质、弹性纤维、热塑性、热固性塑料、或涂覆有这些可锻材料中的至少一个的非可锻材料。

所述基底层具有纤维表面以及与所述纤维表面相对的水表面。在纸张制造过程中，纤维表面影响和/或接触纸张纤维，而水表面远离纤维表面并且存在于基底层的一侧上，在其中，纤维浆体中的液体被排走。

虽然不是优选的实施例，但是还设想的是，在某些实施例中，线丝网格被集成在基底层的多层构造的层之间。在单层构造中，还优选的是不采用任何线丝网格，然而在一个实施例中，所述单层构造如果被可锻材料围绕或者仅仅在边缘区中则包括由线丝网格所构成的部分。这在基底层的边缘区中是特别（尽管不排他地）优选的，这是因为已经发现：尽管没有要求，但是采用线丝网格以用于将基底层连结到圆柱形塑模是有利的。

在一个实施例中，基底层包括由涂覆的丝状物构成的织物材料，所述涂覆的丝状物被组织以形成基底层。在优选的实施例中，所述涂层包括如本文中所描述的可锻材料。还设想的是，基底层可以可替换地被构造为非织物材料。在一个这种特定实施例中，丝状物在非织物基质中对齐，并且然后被涂覆有可锻材料。

还设想的是，基底层被形成为多层系统，其具有被布置在可锻材料的多层之间的柔韧金属（例如，铝等等）材料。

塑模套管的基底层必须是可锻的，以使得它可以被扭曲以适合圆柱形塑模。如本文中所使用的圆柱形塑模是指：例如，圆柱形辊或水印辊（dandyroll），或者可以与所附的水印片板相结合地使用以在纸张的制造过程期间将水印集成到纸张中的造纸机器的任何组件。在其中圆柱形塑模是圆柱形辊的情况下，水印片板的基底层由如下材料所构成：所述材料可以被扭曲以适合圆柱形辊的直径或圆周表面。由于任何造纸机器被设想用于与本发明一起使用，因此在长网造纸机器上的水印辊也是合适的圆柱形塑模。其他圆柱形塑模包括长网机器的成形线丝、短成形器（former）或顶部成形器。可替换地，圆柱形塑模可以是典型地存在于浆槽过程（vatprocess）中的圆柱形辊。旋转的设备也可以存在于其他造纸机器上，诸如双线成形器或多层（multi-ply）成形器。

基底层具有连续的区域，在其之上分布了多个水印标记。这排除了具有插入件的线丝网格，这是因为这种插入件是不连续的。发明人已经发现的是，具有覆盖圆柱形塑模的很大一部分的连续部分的基底层允许向全纸张表面给予特定图案。此外，套管的整个表面可以被图案化有水印标记和/或背景标记、而不使水印套管的寿命周期劣化。因此，在优选的实施例中，水印片板覆盖大于圆柱形塑模的10%。在优选实施例中，水印片板覆盖圆柱形塑模的20%与100%之间；更优选地在大约80%与大约100%之间。更优选地，水印片板具有的宽度尺寸大于50毫米（mm）；优选地范围从50mm到5米（m）；更优选地从大约70mm到大约100mm。在优选的实施例中，水印片板或套管上的水印区域分布在水印片板/套管的连续区域之上；具体地，该连续区域不被线丝网格中断。如本文中所使用的，术语连续区域一般是指基底层的具有多个水印标记或多个水印标记的图案的区域，其中水印区域中的材料与背景区域中的材料相同。因而，被附着到线丝网格的传统插入件超出本发明的范围。在这里，连续区域仅仅被水印区域中的任何水印标记的浮雕结构所中断。优选地，连续区域具有的宽度覆盖圆柱形塑模的很大一部分；例如圆柱形塑模的所暴露表面区域的全部；更优选地大于圆柱形塑模的宽度的80%；或可替换地，它具有的宽度范围从60mm到大约150mm。

如本文中所描述的基底层可以具有单层或多层构造，但是在任何情况中都将具有水表面以及被布置在基底层的相对侧上的纤维表面。水表面将水从纤维的浆体中排走，而纤维表面将影响纸张纤维并且将水印集成到纸张中。纤维表面包括连续区域，所述连续区域具有多个水印标记、至少两个水印标记的图案。在一个实施例中，水表面通过一组孔口而连接到纤维表面，在一些区域中，所述一组孔口从水表面到纤维表面延伸通过基底层的全厚度。

在一个实施例中，水印片板除了其他元素之外还包括至少两个水印标记的图案。所述图案是分布在纤维表面的连续区域之上的水印标记的阵列。每个水印标记包括浮雕结构，所述浮雕结构描绘了负水印标记（nwi）或正水印标记（pwi）。所述浮雕结构具有凹陷的地方、升高的地方和平面的地方。凹陷的地方用于通过增加纸张中的纤维密度而在纸张的水印区域中形成暗区域。相比之下，升高的地方用于通过减小纸张中的纤维密度而在纸张的水印区域中形成亮区域。平面的地方用于形成暗到亮的梯度，包括与纸张的背景区域等同的纤维密度（即nfd）。

在一个实施例中，水印标记选自字母、肖像、风景、文本、数字或符号。通过纸张中形成的亮和暗区域的协作来描绘所述标记。在使纸张纤维的浆体与水印套管接触时，水印片板上的水印标记引起纤维的错位，使得形成高纤维密度（hfd），其中浆体接触凹陷的地方，并且在纸张中形成低纤维密度（lfd），其中浆体接触水印标记的浮雕结构的升高的地方。基底层上的水印区域被具有标称纤维密度（nfd）的背景区域所围绕。

在一个实施例中，水印标记被背景标记或背景图案所围绕。优选地，背景图案或标记极邻近于水印标记，或被插入有水印标记。已经令人惊讶地发现的是：通过对水印标记和背景标记/图案进行集成，在所得到的纸张中提供了经改进的水印对比度。

在一个实施例中，水印标记围绕背景标记/图案。

还设想的是，在一些实施例中，背景图案在人类裸眼的情况下觉察不到。此外，在一个实施例中，形成背景标记或图案的孔口可以具有任何形状，包括椭圆形、圆形、三角形、或方形。还设想的是，在本发明的范围内，个别孔口自身以文本、数字、或符号的形式而成形，从而形成成形孔口。此外，在进一步的实施例中，还设想的是，成形孔口被组织诸如以便形成与该成形孔口相同或不同的标记。例如，在一个实施例中，成形孔口是字母p，而背景标记包括被组织以形成字母x的p的图案。在一个实施例中，背景标记或图案可由人类裸眼感知到，而成形孔口需要借助于视觉或触觉辅助。

背景标记/图案由孔口形成，所述孔口从水表面延伸朝向纤维表面，并且优选地延伸通过基底层的全厚度。有利地，已经发现的是，通过改变基底层中的孔口的分布，或改变基底层之上的孔口的大小，可以在纸张中生成各种背景图案。例如，有可能通过改变孔口大小或分布而形成背景标记。在一个实施例中，孔口在水表面和纤维表面之上变化以形成具有恒定或可变色调的字母、微字母、符号、微符号、文本、微文本、肖像或微肖像。

鉴于本公开内容，有后见之明的phosita将能够标识用于形成孔口的各种手段。在优选的实施例中，通过钻孔技术来形成孔口。合适的钻孔技术包括激光蚀刻和机械穿孔技术，包括注塑以及机械或手动钻孔。例如，在本发明的范围内设想到的是：注塑模用于形成基底层，并且通过注塑模的元件而在基底层中同时形成孔口，所述元件对基底层的部分进行穿孔。在一个实施例中，所述方法是激光蚀刻方法，由此，激光被应用到基底层以形成孔口。对于phosita而言，各种激光将是显而易见的。优选地，采用二氧化碳（co2）激光以用于对孔口进行钻孔。在优选的实施例中，孔口在形状上是圆锥形的，其具有邻近于激光源的较宽开口、以及远离激光源的较窄开口。因而，优选的是：从背侧（水表面）朝向前侧（纤维表面）对孔口进行激光成形。已经令人惊讶地发现的是：在纤维表面上具有经窄化的孔口开口使孔口的堵塞最小化。

遍及本文中所描述的水印片板的一个实施例除了其他元素之外还包括一组孔口。该组孔口从水表面延伸朝向纤维表面。在一些实施例中，孔口不延伸通过基底层的全厚度。在一些实施例中，水印区域连同浮雕结构一起包括一组孔口，该组孔口从水表面延伸朝向纤维表面，并且优选地延伸通过水印区域的全厚度。这些孔口控制液体从纤维浆体的排水速率，并且在水印区域中，这通过浮雕结构而被进一步控制，这是因为可以跨浮雕结构来修改孔口的大小。例如，在一个实施例中，基底层中的孔口的大小是锥形的。因此，跨浮雕结构的排水速率可以跨水印区域中的浆体而增加或减小，这是因为水印区域中的孔口开口将必要地变化。可替换地，孔口可以从水表面至纤维表面保持恒定，使得排水速率不太受浮雕结构所影响。

在一个实施例中，通过以如下方式从水表面朝向纤维表面进行钻孔来形成孔口：使得在孔口靠近纤维表面时孔口成锥形（即，变窄）。已经发现的是：在本发明中所使用的可锻材料的大小的情况下，从水表面进行钻孔（尤其是通过激光钻孔）便于对跨水印区域的锥形效果的改进控制，从而允许在多个水印标记的全图案之上的孔口大小均匀性。因此，在每个水印区域中的该组孔口和排水可以大体上相同或如期望的那样变化。

在一个实施例中，通过从纤维表面进行钻孔来形成孔口。例如，通过激光钻孔，其使孔口朝向水表面成锥形，或者通过机械钻孔，其在孔口从纤维表面延伸朝向水表面时维持孔口的宽度。

在一个实施例中，水印片板除了其他元素之外还包括电铸版区域。如本文中所使用的电铸版是指水印片板中的给予了两色调或亮水印效果的元件。在某些实施例中，本发明的电铸版形成基底层的集成部分。它不在单独的过程中被附着，而是代替地通过烧蚀过程而形成，所述烧蚀过程与用于形成水印标记的浮雕结构的烧蚀过程类似或甚至与其同时进行。在这里，电铸版区域已经减少了排水，这要么是由于在纤维表面上不存在孔口开口，要么是由于孔口数目的减小，要么是由于所述开口相对于基底层的其他部分的大小方面的减小。在减少的排水的情况下，并且由于电铸版区域被升高到它们紧邻的周围区域上方，在纸张中形成非常亮的区域。可以在水印标记的凹陷的地方、升高的地方、平面的地方或其任何组合中形成电铸版区域。还设想的是，电铸版区域如果被充分地升高则在纸张中形成孔洞。

在可替换的实施例中，亮元件可以是与所附着的电铸版类似的附加件。然而，在这里，通过如下方式来添加电铸版：将熔化形式的基底层材料投到基底层上以便增加受控区域中的基底层的厚度，使附加材料固化，并且然后对经固化的附加材料进行烧蚀以形成亮元件，所述亮元件被升高到水印片板的背景区域上方。还设想的是，附加过程可以是通过使亮元件胶合或以其他方式生长到基底层上。3d印刷和化学气相沉积是在本发明的范围内所设想的其他附加技术。

在一个实施例中，在水印标记上的升高的地方中形成电铸版区域，并且所述电铸版区域从而形成被插入在纸张中的水印区域之上的非常亮的区域。发明人已经发现的是：通过对电铸版区域与基底层进行集成，有可能形成复杂的字母、符号和数字标记作为电铸版。因此，在一个实施例中，电铸版区域形成了符号、复杂的标记，诸如阿拉伯语、韩语、汉语或日语文本。

还设想的是，电铸版区域被集成到凹陷的地方中，从而提供在紧接的并排位置中并置的暗区域和亮区域的高对比度。在一个实施例中，形成孔洞，所述孔洞被水印区域中的非常暗的区域所围绕。在另一实施例中，电铸版区域被插入有水印区域中的至少一个，使得它处于凹陷的地方、升高的地方或其两者中。如本文中所使用的，凹陷的地方被理解为在背景平面下方的浮雕结构的部分，而升高的地方被理解为在背景平面上方的浮雕结构的部分。背景平面是指没有水印区域的基底层的部分。

在一个实施例中，通过烧蚀过程来形成水印区域，所述烧蚀过程形成描绘了标记的浮雕结构。鉴于本公开内容，各种烧蚀技术对于phosita而言将是显而易见的。然而，在优选的实施例中，烧蚀过程采用激光，所述激光以相对于基底表面的烧蚀角而被应用到基底；优选地，烧蚀角不垂直于法线。烧蚀过程可以在穿孔过程之前、在穿孔过程之后、或与穿孔过程同时进行。然而，在其中要避免毛刺（burring）的优选实施例中，已经发现的是，烧蚀在穿孔之后在浮雕结构中提供较少的毛刺，这是因为烧蚀过程一般将减少由于对孔口进行钻孔所引起的毛刺效应。尽管如此，在本发明的范围内还设想的是：在已经形成了浮雕结构之后形成孔口；这在钻孔是从纤维表面朝向水表面进行的时候是尤其合适的。穿孔在烧蚀之前的另一令人惊讶的益处是：在水印区域中，穿孔可以在没有达到基底层的全厚度时停止，使得随后的烧蚀将使孔口从纤维表面显露。这减小了对于形成孔口而言所需要的能量的量，并且还减少了毛刺缺陷。

在另一方面中，本发明包括用于形成水印片板的一种方法。在一个这种实施例中，用于形成水印片板的方法包括：（a）提供如本文中所描述的基底层，其中所述基底层包括水表面和相对的纤维表面；（b）对基底层进行穿孔以形成一组孔口，所述一组孔口从水表面延伸朝向纤维表面——并且优选地延伸通过基底层的全厚度；以及（c）通过对纤维表面的区域进行烧蚀以在纤维表面的连续区域之上形成多个标记的图案，来在纤维表面上形成水印区域。

如本文中所描述，在本发明的范围内设想各种顺序来用于形成孔口以及形成水印区域。无论穿孔和烧蚀步骤是同时的还是一个在另一个之前发生，这种顺序都在本发明的范围内。在一个实施例中，特别是在其中要避免毛刺的情况中，优选的是从水表面对基底层进行穿孔，并且穿孔步骤在烧蚀步骤之前。

设想了用于形成基底层的各种方法，包括但不限于注塑、3d印刷和真空沉积。

在一个实施例中，用于形成水印片板的方法除了其他元素之外还包括通过如下方式来形成水印标记：对水印区域进行烧蚀以形成浮雕结构，所述浮雕结构具有凹陷的地方、平面的地方和/或升高的地方。如本文中所指出的，水印区域还可以被烧蚀以形成亮元件，或者其他可锻材料可以被添加到基底层上并且被烧蚀以形成亮元件。鉴于本公开内容，各种烧蚀方法对于phosita而言将是显而易见的。优选的烧蚀方法包括利用co2激光的激光钻孔。

在优选的实施例中，水印标记跨纤维表面而分布，作为多个水印标记的图案。虽然设想的是水印标记中的至少两个分布在纤维表面的连续区域之上，但是优选的是水印标记的全图案分布在纤维表面的单个连续区域之上。连同水印区域一起，基底层还被修改成包括穿孔，并且优选地孔口以图案来分布或者分布以便形成标记，其中的任一个可以被用作高安全性文档的级别1或级别2安全性特征。在特定的实施例中，背景标记或图案的至少部分由人类裸眼觉察不到，但是在光学辅助（诸如，显微镜）或其他放大或触觉设备的帮助下是明显的。

在一个实施例中，以图案对孔口进行穿孔使得在背景区域中存在孔口的有差别的分布。例如，沿着一个或多个轴来调整孔口的频率或孔口的集合。可替换地或组合地，形成孔口使得孔口的直径或孔口的集合沿着一个或多个轴而变化，使得排水速率相应地变化。类似地，在一个实施例中，通过如下方式在纸张中形成标记：使孔口的频率和/或大小变化，使得凹陷的地方和升高的地方协作以形成hfd区域和lfd区域，所述hfd区域和lfd区域进而协作以在纸张中描绘水印标记。

在另一方面中，本发明包括水印套管装置。在一个实施例中，所述水印套管包括：（a）具有外直径表面的圆柱形塑模；以及（b）如本文中所描述的、尤其如权利要求1中所阐明的水印片板。所述水印片板被卷绕并且附到圆柱形塑模的外周长表面。

在一个实施例中，如本文中所阐明的水印套管除了其他元素之外还包括如本文中所定义的圆柱形塑模。如本文中所使用的，圆柱形塑模包括例如成形线丝、水印辊、圆柱形辊、短成形装置、顶部成形装置、或造纸机器的如下任何组件：所述组件可以被应用到造纸机器，使得当水印片板附着到所述组件的时候可以使它与纤维的浆体接触，以便向正在造纸机器上形成的纸张给予水印标记。

在一个实施例中，如本文中所阐明的水印套管除了其他元素之外还包括如本文中所描述的水印片板。在一个特定的实施例中，水印片板被附着到圆柱形塑模，使得水印片板在纸张制造期间暴露于纤维的浆体。鉴于本公开内容，各种附着方法对于phosita而言将变得显而易见。在本发明的范围内设想到所有这种方法。在优选的实施例中，水印片板被胶合或紧固到圆柱形塑模。

在一个实施例中，如本文中所阐明的水印套管包括适合用于形成水印岛的孔口的图案。在这里，术语岛是指被具有不同色调的均匀背景所围绕的水印中的区域。例如，在一个实施例中，背景区域包括以大约50个到大约90个孔洞/cm的图案而布置的孔口。具有以90个与100个孔洞/cm之间的图案而布置的孔口的第一岛区域被布置在背景区域内。具有以150个到大约250个孔洞/cm之间的图案而布置的孔口的第二岛区域被布置在第一岛区域内。还设想类似的岛图案，其中背景具有以150个到大约250个孔洞/cm之间的图案而布置的孔口、以及90个到大约100个孔洞/cm的第一岛区域和以大约50个到大约90个孔洞/cm的图案而布置的孔口的第二岛区域。在特定的实施例中，背景包括以大约65个孔洞/cm的图案而布置的孔口、大约100个孔洞/cm的第一岛、以及大约195个孔洞/cm的第二岛。令人惊讶地，已经发现的是，对于纤维表面上的孔口开口而言最合适的是小于水表面上的孔口开口。

水印片板被附到暴露于纤维浆体的圆柱形塑模的表面。该表面在本文中一般被称为直径表面。例如，在其中圆柱形塑模是成形线丝的情况下，直径表面是在其上承载了纤维浆体的顶部表面，而在浆槽或长网操作中，直径表面可以例如是最靠近于纤维浆体的圆柱形辊的表面。通过本发明，已经令人惊讶地发现的是：不像线丝网格，在本发明中所采用的可锻材料不需要单独的支撑层或支撑部分。尽管如此，在本文中还设想的是，水印片板直接或间接地被附到圆柱形塑模。例如，附加的组件可以被添加到基底层的水表面以调节排水速率。

本发明的附加的方面包括用于形成水印套管的一种方法。在一个实施例中，该方法包括：（a）形成如本文中所描述的水印片板；（b）提供圆柱形塑模；以及（c）将水印片板附到圆柱形塑模的外侧或所暴露的直径表面之上。

本发明的另一方面包括水印纸张。在一个实施例中，水印纸张包括：（a）纸张基底，其具有水印区域和背景区域；（b）在水印区域之上与纸张基底集成的水印标记；以及（c）在背景区域之上与纸张基底集成的背景标记或背景图案。

鉴于本公开内容，各种纸张基底对于phosita而言将是显而易见的。然而，在优选的实施例中，纸张基底由纤维素或者纤维素与其他材料（诸如，例如聚合物材料）的混合物所形成。所设想的是：纸张基底是单层或多层构造。

如本文中所描述的，水印标记被布置在纸张基底的水印区域中作为浮雕结构，其具有高纤维密度（hfd）、低纤维密度（lfd）和标称纤维密度（nfd）。hfd、lfd和nfd协作以在纸张中形成标记。

在一个实施例中，背景标记或图案通过背景区域中的孔口的有差别的分布来形成。因而，孔口频率、孔口大小或其组合被组织成使得hfd区域和lfd区域协作以形成背景标记或图案。

本发明的另一方面包括用于形成水印纸张的一种方法。在一个实施例中，用于形成水印纸张的方法包括：（a）向造纸机器提供如本文中所描述的水印套管；（b）跨水印片板的纤维表面来引导纤维浆体，使得水印标记、或者背景标记或图案中的至少一个浮凸到所形成的或所得到的纸张中。各种造纸机器对于phosita而言将是显而易见的，并且在本发明中被设想到。在优选的实施例中，造纸机器选自圆网（vat）或长网造纸机器。在圆网机器中，圆柱形塑模是圆柱形辊，并且根据本发明被附有水印片板以形成水印套管。它然后被引导到填充有纤维浆体的浆槽中。在水印套管转动时，纤维以各种纤维密度而收集在套管上，所述各种纤维密度对应于浮雕结构以及水印区域中的任何存在的孔口的深度，并且对应于背景区域中的孔口的有差别的分布。在某些实施例中，所形成的背景标记或图案被插入有水印标记。

在某些实施例中，纸张包括由亮元件（例如电铸版）形成的亮区域或孔洞，它们自身可以被插入有背景区域、水印区域或其两者。例如，在一个实施例中，标记是复合标记，凭此，标记的部分由水印标记所形成，而其他部分由背景图案或标记所形成。

本发明的另一方面包括一种高安全性文档。在一个实施例中，所述高安全性文档包括：（a）如本文中所描述的水印纸张；以及（b）表面处理。

在本发明的范围内设想到各种高安全性文档，并且鉴于本发明，所述各种高安全性文档对于phosita而言将是显而易见的。在优选的实施例中，所述高安全性文档是纸币或其他货币或政府发行的文档。

在本发明的范围内还设想到各种表面处理，并且鉴于本发明，所述各种表面处理对于phosita而言将是显而易见的。例如，抗污物处理、设计处理或安全性设备处理是合适的表面处理。在一个实施例中，抗污物处理通过浸渍（impregnation）而被应用到纸张的表面和/或纸张的大部分。可替换地或附加地，在另一实施例中，设计处理被应用到纸张，诸如通过凹版进行的文本印刷，或其他高安全性印刷，诸如微文本印刷。另一可替换的或附加的表面处理是安全性设备处理，诸如全息图、具有机器可读特征（例如，磁性的、ir等等）的线（thread）（例如，窗口化的、全暴露的或全嵌入的）。在本文中还设想的是，微光学安全性线可以被添加到纸张。如本文中所使用的表面处理因此包括对纸张的表面和/或大部分进行的任何处理。

在一个实施例中，表面处理是被插入有水印标记或背景标记的线，使得所述线和/或水印标记或背景标记或图案的可视特性被增强或形成复合标记或图案。

在本发明的另一方面中，提供了用于形成高安全性文档的方法。在一个实施例中，该方法包括：（a）提供如本文中所描述的水印纸张；以及（b）向水印纸张应用表面处理。

将通过参考附图中所描绘的某些特定实施例来进一步描述本发明。

示例

在第一示例中，在图1中描绘了水印片板100。在该实施例中，水印片板100包括水印区域102'，所述水印区域102'具有以浮雕结构形式的水印标记102。水印片板还包括由以一组字母（即“p”）的形式的成形标记103所形成的背景图案。水印标记102被连续片板100的背景区域101围绕，并且增强水印标记102的视觉差别。

在另一示例中，在图2中描绘了水印片板200。在该实施例中，水印片板200包括水印区域202'，所述水印区域202'具有以浮雕结构形式的水印标记202。水印片板200还包括在背景区域201中形成的背景图案。背景图案由孔口203的有差别的分布所形成。在这里，背景孔口203对于人类裸眼而言是觉察不到的，但是通过光学辅助（诸如，显微镜或放大镜）可以容易地被标识。在一个区域中，孔口203被组织以提供以字母“r”形式的标记204。该字母“r”204在透射光中用人类裸眼可观察到。然而，在反射光中，它用人类裸眼也是觉察不到的。

在另一示例中，在图3中描绘了水印片板300。在该实施例中，水印标记302是复合水印标记，所述复合水印标记部分地由水印区域302'中的水印标记302以及由背景图案304所形成，所述背景图案304由背景区域中的孔口303的有差别的分布所形成。这些片段一起协作以显示由背景区域301中的孔口303所围绕的字母“e”。

在另一示例中，在图4中描绘了水印片板400，其具有水印区域405，所述水印区域405包括以浮雕结构形式的水印标记，所述浮雕结构具有凹陷的地方407和升高的地方408，所述凹陷的地方407和升高的地方408协作以在片板400中投影负水印图像（nwi）或标记402。该水印标记402还包括在钟状物顶部处的亮元件406，这将减小该区域中的纤维密度。该亮元件阻止或减小排水速率，从而减小纤维密度，使得在对应纸张中形成孔洞或非常亮的区域。

在另一示例中，图5中所描绘的是一种高安全性文档500；在这里是纸币。在这里，纸币500包括水印片板，所述水印片板具有：带有亮元件506的水印标记502、以及孔口图案504，这些孔口被组织以描绘背景区域501中的级别2微文本504，所述微文本504用于标识纸币500。存在表面处理509，所述表面处理509以印刷特征的形式被应用到水印片板。

在图6中所描绘的另一示例中，提供了水印套管600。水印套管600包括以圆网机器圆柱形辊611的形式的圆柱形塑模。水印片板610被卷绕到直径表面，并且通过紧固和/或胶合而附着到直径表面。在套管的外直径上是水印标记602以及钟状物601的背景图案。从水表面延伸的孔口603被暴露在纤维表面（即，所述装置的外直径区域）中。在纸张制造期间，使水印套管600与用于造纸的纤维的浆体接触。水印标记602和背景图案601的图像被压印到纸张纤维中，从而在纸张的水印区域中留下浮雕结构，所述浮雕结构对应于水印片板610中的水印标记。

在图7中所描绘的另一示例中，水印片板700被提供有多层构造，其中2个可锻层712、714夹入了不太可锻的层713，诸如金属中间层。如在这里所示出的水印片板描绘了水印标记702、以及背景区域701中的孔口703。

在图8中所描绘的另一实施例中，提供了水印片板800的横截面视图，其示出了水印标记802以及背景区域801中的孔口803，以及锥形孔口815，如它们从顶侧819（即纤维表面816）朝向底侧818（即水表面817）而成锥形。在这里，对孔口的钻孔可以通过各种过程（包括激光钻孔）来进行。

虽然已经在上面描述了本发明的各种实施例，但是应当理解到，它们已经仅仅作为示例而非限制地被呈现。因而，本发明的宽度和范围不应当被示例性实施例中的任一个所限制。