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    技術應用

    模切機專利技術綜述
    來源:科健儀器 時間:2017-06-14
    模切壓痕技術是傳統印刷制品(比如紙張,不干膠貼,商標,標簽等)后期加工的一項重要裁切工藝,主要針對各類印刷制品表面按照設計好圖案的刀模版進行壓力切割和壓力印花。這種裁切方式使得印刷制品的形狀不再是呆板的直角直邊,而是形成具有一定標識作用和審美情趣的圖案,因此模切質量的好壞將直接影響到整個產品的效用和形象。模切壓痕技術已經過幾十年的發展,模切機相應也經歷了3代技術革新,且應用范圍延伸至手機、數碼相機、光學膜、LCD、LED、汽車等產品上,下面將通過對國內和國外模切機專利技術的統計分析,歸納模切機的發展概況與最新動態。
    1 模切機發展概況概述
     
    模切壓痕的設備通常簡稱為模切機,目前市場上主流的模切機包括以下三種類型:平壓平模切機,圓壓平模切機和圓壓圓模切機。但是不論哪種類型的模切機,其結構都是由模切版(或稱為模切模具)和壓切機構兩大部分組成的,而被加工的印刷制品或者電子產品就處于上述二者之間。
     
    1.1 平壓平模切機
     
    模切版被固定在平整的工作臺上,模切材料放置在壓板上,工作時,通過曲軸連桿或者氣缸等動力源推動壓板作往復運動,實現與模切版不斷的離、合壓,每合壓一次,便進行了一次模切動作。常見的平壓平模切機因模切版和壓板的方向位置不同,有立式和臥式兩種。
     
    1.2 圓壓平模切機
     
    其模切版臺是平板狀的,模切版被固定在其上表面,且可以借助背面的滑輪機構作前后回程運動,壓切機構則是輥筒狀。工作時,在壓力輥筒運轉的同時,版臺隨之向前運動,從而實現模切。因為圓壓平模切機工作時是線接觸,模切時只需較小壓力,機器的負載也就相對平穩。缺點是壓切時刀線容易變形和移位,導致其應用范圍有限。
     
    1.3 圓壓圓模切機
     
     
    圖為哈德勝多工位圓刀機
     
    圓壓圓模切機的模切版和壓切機構兩者都是圓筒形,工作時,送料輥將待模切制品送到模切版輥筒與壓力輥筒之間,由兩者將其夾住,并對滾模壓,模切版輥筒每旋轉一周,完成一個工作循環。圓壓圓模切機在工作時,由于輥筒連續旋轉,停機時間少,因而其生產效率最高;模切時為線接觸,工作壓力小,產品穩定性高;現有的圓壓圓模切機已能在生產線上一次完成生產、印刷和模切動作,所以更加適合大批量生產。
     
    2 模切機專利基礎現狀分析
     
    模切機或模切壓痕技術在國際專利分類表(International Patent Classification)中并沒有專門定義的組別,其主要分布在小類為B26F(打孔;沖孔;切下;沖裁;除切割外的切斷)和B26D(切割;用于切斷,例如切割、打孔、沖孔、沖裁的機器的通用零件)下,另外在紙品制作加工、層狀產品和印刷工程單元下也有一定數量的分布。下面以國家知識產權局專利數據庫為基礎,對在中國申請的模切機專利的分類號分布進行統計。
     
    筆者按分類號的大類統計,實際發現模切機申請涉及到的大類有二十幾個,具體分布在B26、B65、B31、B41和B32等多個大類中,為了掌握其主要分布規律,現以模切機專利申請量占前10位的大類進行統計,得到的結果,如圖1所示。 
     
    圖1 模切機專利申請分布圖-大類
     
    從圖1可以看出,模切機申請集中分布在大類B26(手動切割工具;切割;切斷)中,百分比高達42%。
     
    另外,筆者通過統計發現目前世界上生產模切機設備的廠商主要集中在美國(US)、德國(DE)、瑞士(CH)、英國(GB)、日本(JP)、韓國(KR)和中國(CN),最新的專利技術也都來自于上述國家,各個國家的模切機專利申請量分布情況,如圖2所示。
     
    圖2 世界模切機專利申請量統計
     
    從圖2所示的世界模切機專利申請量排名中可以看出:中國模切機專利申請總量截止到目前已經排在了第一位,而其余國家的專利申請量則比中國少得多,這充分說明模切機在中國仍然具有很大的發展空間,正處于活躍上升期。
     
    事實上,從1985年至2001年,模切機專利在中國的申請量每年都不會超過10件,且這段時期國內主要使用的是平壓平模切機;2001年以后,國內的企業針對日漸擴大的市場需求也開始借鑒國外先進技術,然后進行了模仿的道路,2002年至2013年期間,模切機專利在中國的申請量保持飛速增長,并在2013年達到最大申請量274件,中國模切機專利申請量的年度分布圖,如圖3所示。
     
    圖3 中國模切機專利申請量年度分布圖(1985~2013年)
     
    中國模切機專利申請量的猛烈增長,主要源于國內模切機設備制造企業的快速增長,上海亞華、天津長榮已占據了國內的主要市場,下面筆者對在中國申請模切機專利的主要申請人與國別進行統計(截止至2014年底),見表1。
     
    從上表可以看出,排名前5位的模切機專利申請人中有4家是國內企業,只有1家國外企業,其中,上海亞華印刷機械有限公司是國內最大的模切機專利申請人,申請總量為96件;德國海德堡印刷機械股份公司則是國外在中國最大的模切機專利申請人,其申請總量達到35件。雖然國內在申請總量上占據一定優勢,但是在專利改進上缺乏創造性,通常是邊緣結構上的改進,不涉及實質技術。其中,有些專利申請在國外已經是被延用多年的成熟技術,特別是一些模切機的核心技術和先進技術都掌握在國外企業的手中。
     
    目前,國內模切機但與世界先進機型相比,在速度、精度、穩定性、自動化程度等方面還存在較大差距。因而國內企業在進行模切機技術研發時,其專利法務部門應當特別注意已經申請專利的國外模切機專利,從而立足自身特色專利的保護范圍,這實際上也對國內企業的創新發展提出了更高的要求。
     
    3 重要模切機生產企業的專利特點及發展趨勢
     
    3.1 重要模切機生產企業的專利特點
     
    上海亞華印刷機械有限公司是國內最重要的模切機生產制造企業,其主要產品包括自動/半自動燙印模切機,用來對紙張、紙板、瓦楞紙、塑料等材料進行模切、清廢、燙印,其最新申請的專利均集中在“模切機清廢裝置的設計,清廢裝置的安裝、轉換,模切刀版的保護”等技術領域,比如,根據印品的需求,有的需要清廢,有的不需要清廢,以往都是利用手動轉換,該公司為了克服上述缺陷,即發明了一種清廢與不清廢轉換機構裝置(專利申請號為CN 200620043815.9)。
     
    坂崎雕刻模具有限公司則主要是針對“圓壓圓模切機的模切刀具”進行技術改進,比如為了排除圓壓圓模切機在切產品時產生的廢料,通過在刀輥的內腔設計一吸氣裝置來將模切廢料吸走排掉。但是,上述兩家國內公司的專利申請都以實用新型居多,創造性不足,這也間接導致其專利保護的不穩定性。
     
    海德堡印刷機械股份公司作為國際上最知名印刷成套設備供應商,旗下產品眾多,除了各類印刷設備之外,印后加工設備中的模切機也是其主要產品之一。目前,海德堡印刷機械股份公司在全世界申請的模切機專利總數約為152件,以德國專利局和歐洲專利局收到的專利申請數量最多。該公司申請的模切機專利產品創新性較高,幾乎全部是發明專利申請,朝著集裁切、剝離和燙印于一體的方向,最突出的特點是它的高性能不停機飛達,使活件更換與模切更換簡單明了,有效縮短作業時間。
     
    另外,歐洲頂尖模切機生產企業還有瑞士的Bobst公司,該公司推出的一款平壓平模切機帶有自動聯線清廢、自動連線紙料分離、自動紙堆傳送、印張紙堆傳送、自動輸紙裝置和精密的套準系統等功能,且其最高速度可以達到12 000張/h。而在亞洲,日本IIJIMA公司的MJ1040自動模切機、韓國永信K&C公司的YT-1040NCS自動模切機,最高速度均可達到7500張/h,較于國內的6 000張/h的模切速度更具效率。
     
    3.2 模切機的發展趨勢
     
    不可否認,傳統類型的模切機依舊占據了國內外的主要市場,但是隨著市場需求的多樣化、產品標準的不斷提升,目前已經出現了聯機型模切機、具有加固型刀片的模切機和磁性模切機等先進機型。
     
    3.2.1 聯機型模切機
     
    所謂聯機型模切機主要指聯機平壓平模切機和聯機圓壓圓模切機,其與印刷機等設備連成一條生產線,自動進行壓模、模切、清廢等一系列操作,從而將材料一次性加工成最終產品,具有速度快、精度好、生產效率高、生產周期短等優勢。
     
    3.2.2 具有改進型刀片的模切機
     
    模切刀作為模切機的重要組成部件,無論是剛性模切刀還是柔性模切刀,在生產中都不會只裁切一次,為了有效安裝使用,一般會通過各種涂覆和淬火對刀片進行表面處理。而Wilson公司開發的加固型模切刀片是由特殊處理的鋼制成,通過提供直線式和步進式兩種類型的加固型模切刀片來延長整個模切刀組件的使用壽命。
     
    3.2.3  磁性模切機
     
    磁性模切機中的磁性輥和裝有模切刀片的磁性版都是利用磁場原理制作而成的將單個永磁鐵片按極性排列鑲嵌在不銹鋼輥基體的槽內,由于優異的極性分布使磁性輥產生很強的磁場和永磁力,利用磁場引力把模切刀版吸附在輥體表面。磁性模切技術加工精度高,同心度誤差可控制在21μm以內,其在國外已經得到了廣泛應用,比如在歐美發達國家至少60%的不干膠產品都是采用磁性模切機加工的,國內最早有關磁性模切機專利申請則出現在2005年。
     
    4 結論與展望
     
    傳統模切機技術雖然比較成熟,但是仍然存在模切壓痕位置不準、起毛等問題,并且越來越不能滿足消費者對特殊包裝、特殊功用、特殊材質的需求。而隨著模切新技術的不斷開發,一些新技術如磁性模切、激光模切也在國外開始被應用于實踐生產,這些缺點將逐漸被克服。在21世紀電子、汽車產品等新生領域的猛烈沖擊下,圓壓圓模切機及其聯動線等機型的需求量將會進一步擴大,國內和國際對相關機型的研發力度也勢必增強,這將給模切機行業的發展提供了新的廣闊空間。
     
    另外,雖然國內企業在模切機領域的專利申請目前處于較為活躍時期,但是申請質量還有待提高;同時我們不應當忽視通過巴黎公約或者PCT進入中國的外國申請,目前世界上最先進的模切機專利技術都集中在外國申請人手上,特別是海德堡印刷機械股份公司等幾家國際知名模切機制造商。
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