阅读说明：本技术 包括具有全色调的一个或多个多色调水印的纸以及用于制造这种纸的改进的加水印工具 (Paper comprising one or more multi-tonal watermarks having full tones and improved watermarking tools for making such paper ) 是由 N.G.皮尔森 G.D.普瑞特 于 2018-02-26 设计创作，主要内容包括：提供了一种包括具有全色调(深度)的一个或多个多色调水印的纸以及一种用于制造这种纸的改进的加水印工具。改进的加水印工具选自以下的组：(a)由代表水印的半色调图像的电铸版元件和用于制造加水印的纸的金属丝网构成的组件,其中,电铸版元件固定到金属丝网,并且其中,电铸版元件和金属丝网在配准的情况下单独地抑或一起被压制或压花,其中水印的图像由电铸版元件代表；以及(b)增强型金属丝网,其由可以以规则的或基本上规则的网格布置的编织金属丝构成,其中,网格的一些区域填充有聚合物材料,其形成被阻塞的排水区域,其中,金属丝网包括开放区域以及填充有聚合物材料的那些区域,用水印的图像对填充有聚合物材料的那些区域单独地抑或一起进行压制或压花。(A paper comprising one or more multi-tonal watermarks having a full tone (depth) and an improved watermarking tool for making such paper are provided. The improved watermarking tool is selected from the group consisting of: (a) an assembly of an electrotype element representing a halftone image of the watermark and a wire mesh for making watermarked paper, wherein the electrotype element is secured to the wire mesh and wherein the electrotype element and the wire mesh are pressed or embossed either separately or together in registration, wherein the image of the watermark is represented by the electrotype element; and (b) a reinforced wire mesh comprised of woven wires that may be arranged in a regular or substantially regular grid, wherein some areas of the grid are filled with a polymer material that forms blocked drainage areas, wherein the wire mesh includes open areas and those areas filled with a polymer material that are either individually or together embossed with a watermarked image.)

包括具有全色调的一个或多个多色调水印的纸以及用于制造 这种纸的改进的加水印工具

相关申请

本申请要求2017年2月27日提交的美国临时专利申请号62/464,011的优先权，该专利申请通过引用完整地并入本文。

技术领域

本发明大体涉及包括具有全色调的一个或多个多色调水印的纸以及用于制造这种纸的改进的加水印工具。

背景技术

安全纸用于制造诸如纸币、护照、邮票等的安全文件。常规地，各种各样的安全特征被结合到这种安全纸中或被提供在它们的表面上。已知的示例包括水印、嵌入式和开窗式安全线、荧光颜料等等。

数百年来，水印已提供了保护以防止伪造安全文件，水印是纸中的可识别图像或图案，其在通过透射光或深色背景顶上的反射光观察时表现为各种亮/暗度阴影。事实上，水印及其迷人的设计是公众可用于认证诸如纸币的安全文件的最容易辨认的安全特征。

通常使用圆网网笼（cylinder mould）工艺来制成高安全性的多色调水印。多色调水印经常是图形图像（例如，肖像），其可源自期望主题的灰度图像，诸如图1中所示的约翰·肯尼迪的灰度图像。多色调水印可以非常详细且复杂，这显著地降低了伪造的风险。通过改变纸纤维的密度形成这些水印，使得在一些区域中纤维集合体（collection）的密度较大，并且在其他区域中纤维集合体的密度小于包围并分离这些区域中的一些或全部的原纸的密度。当在透射光下观察时，密度较小的区域比原纸更亮，并且密度较大的区域比原纸更暗。

在使用圆网网笼工艺的常规加水印中，纸在部分浸没的金属丝网覆盖的圆网网笼上形成，该网笼在包含纸纤维稀释悬浮液的桶中旋转。当圆网网笼旋转时，水通过金属丝网被抽出，将纤维沉积到网上。当使用一对模（凸形和凹形压花模）以详细的图像来对金属丝网进行压花时，纤维以较小或较大的厚度沉积在压花的凸起元件和凹入元件上，以在成品纸中形成完整的三维水印。图2中示出了图1中所示的约翰•肯尼迪的相同灰度图像，其被生成为三维（3D）凸形压花模。图3中示出了用该3D凸形压花模和用对应的3D凹形压花模压花的金属丝网，其也从相同的图像生成。

也可使用长网工艺来制成高安全性的多色调水印，长网工艺采用表面上具有凸起区域和/或凹入区域的压胶辊。

如图4中最佳地所示，关于常规加水印所提到的缺点包括：（1）对金属丝网进行压花的工艺不能将所有信息从模转移到成型表面，这意味着水印将永远不会像原始底图那样详细；（2）金属丝网形成其自己的印痕，这有损水印的美观和分辨率；（3）水印缺乏色调（即，亮暗对比度不太明显）；以及（4）水印的对比度部分地由压花的深度限定，因此虽然增加压花深度可以改进水印对比度，但这通常对网笼面（mould cover）的寿命具有负面影响。

用于在纸中产生均匀的亮色调区域的替代性工艺是电铸版工艺。这种电铸版工艺在造纸中是众所周知的，并且已在美国专利号 1,901,049和美国专利号 2,009,185中进行了描述。在电铸版工艺中，将通常呈图像形式的薄金属片（即，多孔板）施加（通过缝合或焊接）到圆网网笼面的金属丝网，从而导致排水和纤维沉积的显著减少，并由此在纸中形成亮水印。电铸版水印通常比通过常规压花产生的水印更亮。与该技术相关联的缺点是电铸版的功能有限，因为很难产生诸如***字之类的复杂特征。

电铸水印的示例是由Arjowiggins Security开发的Pixel^TM水印。Pixel™水印是多色调水印，其具有通过背景纸上的亮点或亮条的对比度获得的独特外观。EP 1 122 360A1描述了像素水印，其中电铸版水印元件承载呈半色调形式的图像（见图5）。将半色调图像形成在平坦的基板（诸如，镍或铜的薄片）上，并且然后将其焊接到网笼表面。所得到的水印是带有半色调的亮水印，从而给人以色调的印象。Pixel™水印不提供全色调（深度）。

发明内容

特别地，本发明提供了基于纤维组合物的纸，所述纸包括具有全色调（深度）的至少一个多色调水印。如本文所使用的，术语“全色调”旨在意指在最亮区域（通常比背景纸更亮）和最暗区域（通常比背景纸更暗）之间覆盖所有色调的渐变（即，覆盖所有色调）。

本发明还提供了一种改进的加水印工具，其选自以下的组：

（I）包括代表水印的半色调图像的电铸版元件（即，多孔板）和用于制造加水印的纸的金属丝网组件，其中，电铸版元件固定到金属丝网，并且其中，电铸版元件和金属丝网在配准的情况下单独地抑或一起被压制或压花，其中水印的图像由电铸版元件代表；

（a）在一个示例性实施例中，所述组件是加水印装置，该加水印装置包括：（i）金属丝网元件，其包括具有金属丝网浮雕结构的压花金属丝区域，并且包括穿孔图案；以及（ii）电铸版元件，其包括具有电铸版浮雕结构的压花电铸版区域，并且包括优选地以某种图案分布的一组穿孔；其中，电铸版元件联接到金属丝网元件，使得金属丝网浮雕结构和电铸版浮雕结构至少部分地重叠以形成重叠区域，该重叠区域由电铸版浮雕结构和金属丝网浮雕结构之间的重叠区域界定；

以及

（II）增强型金属丝网，其包括以网格（例如，规则的或基本上规则的网格）布置的编织金属丝，其中，网格的一些区域填充有聚合物材料，这些区域形成被阻塞的排水区域，其中，金属丝网包括开放区域以及填充有聚合物材料的那些区域，以水印的图像对填充有聚合物材料的那些区域进行压制或压花。包含聚合物材料的区域是一端不通的但未凸起超过金属丝网的水平。

加水印装置

在优选实施例中，加水印装置通过将标记压花到金属丝网元件中并将标记压花到电铸版元件中形成。虽然众多压花方法对于本领域普通技术人员（PHOSITA）而言将是显而易见的，但是一种合适的手段是通过使用互补的凸模和凹模，图像分别正向和负向地形成到所述凸模和凹模中。金属丝网元件和电铸版元件放置在凸模和凹模之间。优选地，电铸版元件设置在金属丝网元件和凸模之间，而金属丝网元件设置在凹模和电铸版元件之间。具有比金属丝网元件更大的表面区域的电铸版元件允许来自模（凸和/或凹）的更多信息转移到金属丝网电铸版联接件。因而，该联接件将更多信息从模转移到基底（即，安全文件）。因而，可以以图像分辨率的高保真度将图像从模转移到文件。此外，具有重叠区域（其中分别在金属丝网元件与电铸版元件中的金属丝网浮雕结构和电铸版浮雕结构重叠）的联接件提供了具有全色调的水印元件。

本发明还提供了一种形成加水印装置的方法（诸如，贯穿本文所公开的方法），其中，该方法包括：（1）提供金属丝网元件，该金属丝网元件包括具有金属丝网浮雕结构的压花金属丝区域；（2）提供电铸版元件，该电铸版元件包括具有电铸版浮雕结构的压花电铸版区域，并且包括一组穿孔，优选地某种图案的穿孔（穿孔图案）；以及（3）将电铸版元件联接到金属丝网元件，使得金属丝网浮雕结构中的至少一者和电铸版浮雕结构中的至少一者至少部分地重叠，由此形成重叠区域。

本发明还提供了一种加水印的文件，其包括：（1）基底；（2）基底的至少一个表面中的水印元件；其中，水印元件包括文件浮雕结构，该文件浮雕结构具有：（i）金属丝网标记；以及（ii）电铸版标记，其与金属丝网标记至少部分地重叠以形成重叠区域，使得水印元件在重叠区域中具有全色调。

本发明还提供了一种形成加水印的文件的方法，该方法包括：（1）使贯穿本文所描述的加水印装置与纤维浆料界面接合（interface）；（2）通过电铸版元件和金属丝网元件联接件从浆料排出液体；其中，水印元件具有浮雕结构，该浮雕结构具有：（i）金属丝网标记；以及（ii）电铸版标记，其与金属丝网标记至少部分地重叠以形成重叠区域，使得水印元件在重叠区域中具有全色调。

本发明还提供了如本文所公开的加水印装置的用途，以通过将水印元件赋予文件的基底表面来保护文件。在特定实施例中，水印元件具有浮雕结构，该浮雕结构具有：（i）金属丝网标记；以及（ii）电铸版标记，其与金属丝网标记至少部分地重叠以形成重叠区域，使得水印元件在重叠区域中具有全色调。

在本发明的一个特定实施例中，以高保真度转移来自一个或多个模的图像，同时允许所得到的水印中的范围为从很亮到很暗的宽色调谱，所述一个或多个模用于将图像压制或压花到电铸版元件和金属丝网中。在电铸版元件中所见的图像增加了水印的色调。压制或压花发生到“损耗”小于金属丝网的表面中。换句话说，与成型表面是金属丝网的情况相比，在成型表面是电铸版的情况下，更多来自模的信息将被转移到成形表面。这至少部分是由于金属丝网具有模图像可以被转移到其上的较少可压花表面区域的事实引起的。此外，在成型表面的压花深度无任何增加且因此网笼面寿命无任何损耗的情况下实现了水印中的色调的增加。

本发明还提供了一种制造本发明组件的方法，该方法包括：

（a）提供代表水印的半色调图像的电铸版元件；

（b）提供用于制造加水印的纸的金属丝网；并且，或者：

将电铸版元件固定到金属丝网以形成组件，并且然后用由电铸版元件代表的水印的图像来对组件进行压制或压花；或者

在配准的情况下用水印的图像对电铸版元件和金属丝网单独地抑或一起进行压制或压花，然后，将经压制或压花的电铸版元件固定到经压制或压花的金属丝网以形成组件。

还提供了根据以上方法制成的组件。

还提供了一种用于改进用于制造加水印的纸的金属丝网的方法，该方法包括将代表水印的半色调图像的电铸版元件固定到金属丝网，其中，或者（a）用水印的图像对电铸版元件和金属丝网单独地进行压制或压花，并且然后在配准的情况下将它们联结在一起以形成组件，或者（b）用由电铸版元件代表的水印的图像对电铸版元件和金属丝网元件的联结的组件进行压制或压花。

增强型金属丝网

通过本发明的该实施例，在金属丝网内形成阻塞的排水区域，这具有应用一个或多个微型和复杂的电铸版的类似效果。

一种制造本发明的增强型金属丝网的方法包括：

使用定位在金属丝网的相对侧上的一组印模或模将图像压制或压花到金属丝网中以形成压花区域，所述一组印模或模为：第一模（即，凹形压花模），其定位在金属丝网的背侧上并且包括这样的面：该面具有在该面内凹陷的图像；以及第二模（即，凸形压花模），其定位在金属丝网的前侧上并且包括其上具有凸起的图像的面；

从压花区域的前侧移除第二模或凸模，同时将第一模或凹模留在压花区域的背侧上的适当位置；

将一件聚合物材料（例如，可延展的聚合物膜，诸如热塑性或热固性弹性体材料）放置在金属丝网的压花区域上；

提供定制凸模，该定制凸模包括其上具有图像的选定凸起部分的面，其中，这些选定凸起部分定位将在金属丝网上发生排水阻塞的位置处；

仅在模的选定凸起部分与聚合物材料和金属丝网接触的地方，才使用定制凸模迫使聚合物材料进入金属丝网的编织结构中，由此形成增强型金属丝网；以及

从增强型金属丝网去除多余的聚合物材料，

其中，增强型金属丝网将在造纸期间在被聚合物材料所占据的区域中阻塞排水，这将导致形成更薄的纸，由此扩大所得到的水印的色调范围。

还提供了一种根据以上方法制成的增强型金属丝网。

还提供了一种用于使用定制凸模来增强金属丝网的方法，该金属丝网具有压花有图像的编织结构，该方法包括：使用定制凸模来迫使聚合物材料进入金属丝网的被压花的编织结构中，该定制凸模包括其上具有图像的选定凸起部分的面，其中，仅在模的选定凸起部分与聚合物材料或者聚合物材料和金属丝网接触的那些区域中，才迫使聚合物材料进入编织结构中，其中，增强型金属丝网将在造纸期间在被聚合物材料占据的区域中阻塞排水，这将导致在纸中形成更薄的区域，由此扩大所得到的水印的色调范围。

还提供了一种用于扩大多色调水印的色调范围的方法，该方法包括在造纸期间使用上述组件或增强型金属丝网以形成具有全色调的一个或多个多色调水印。

本发明还提供了具有全色调（深度）的多色调水印、以及具有一个或多个这种多色调水印的纸，所述一个或多个这种多色调水印使用本发明的组件抑或本发明的增强型金属丝网制成。

对于普通技术人员来说，本发明的其他特征和优点将从以下详细描述和附图中显而易见。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。本文提到的所有公开案、专利申请、专利和其他参考通过引用完整地并入本文。如有冲突，将以本说明书包括定义在内为准。另外，材料、方法和示例仅是说明性的并且不意图起限制作用。

附图说明

通过参考附图来图示所公开的发明的特定特征，在附图中：

图1是约翰•肯尼迪的底图，其被示为灰度图像；

图2是约翰•肯尼迪的相同底图，其被生成作为三维（3D）凸形压花模；

图3是在用图2中所示的3D凸形压花模和用3D凹形压花模进行压花之后的金属丝网，3D凹形压花模也从图1中所示的底图生成；

图4是在常规加水印工艺中使用3D凸形和凹形压花模制成的水印的图像；

图5是半色调光栅化电铸版的图像，如EP 1 122 360 A1中所示；

图6是在压花之前的本发明的电铸版元件的实施例的图像，其由图1中所示的约翰•肯尼迪的底图在被光栅化成半色调之后形成；

图7是本发明的电铸版元件/金属丝网组件的实施例的图像，其中图6的半色调光栅化电铸版元件被施加/固定到金属丝网，并且用约翰•肯尼迪的相同图像的3D浮雕对所得到的组件进行压花；

图8a是本发明的具有全色调（深度）的多色调水印的实施例的图像，该水印使用图7中所示的电铸版元件/金属丝网组件制成，而图8b是在常规加水印工艺中使用3D凸形和凹形压花模制成的水印的图4中所示的图像；

图9是在用图10a中所示的3D凹形压花模和图10b中所示的3D凸形压花模压花之后的金属丝网的图像；

图10a是从约翰•肯尼迪的底图生成的3D凹形压花模的图像，而图10b是从约翰•肯尼迪的相同底图生成的3D凸形压花模的图像；

图11是图9中所示的金属丝网在一件聚合物材料已被放置在该金属丝网的压花区域上之后的图像；

图12是定制凸模的图像，该定制凸模包括其上具有约翰•肯尼迪的底图的选定凸起部分的面；以及

图13是本发明的增强型金属丝网的实施例的图像，该增强型金属丝网通过使用图12中所示的定制凸模迫使聚合物材料进入金属丝网的编织结构中制成。

具体实施方式

本发明的纸基于纤维组合物，所述纸包括具有全色调（深度）的至少一个多色调水印。纸可构成单层或多层片材材料，其可由包括合成纤维或天然纤维或两者的混合物的一系列纤维类型制成。例如，这些片材材料可由诸如蕉麻、棉、亚麻、木浆、聚合物/塑料及其共混物的纤维制成。如本领域技术人员公知的，棉和棉/亚麻或棉/合成纤维共混物对于纸币来说是优选的，而木浆通常用于非纸币安全文件中。

加水印装置

本发明的加水印装置包括联接到电铸版元件的金属丝网元件。在一个实施例中，金属丝网元件是纬线金属丝和经线金属丝的金属丝网筛子，其中经线金属丝在纬线金属丝的上方和下方交替地交叉，反之亦然，使得在筛子中形成由纬线金属丝和经线金属丝的交叉对界定的开口。筛子中的开口可以采用多种形状，不过优选的是开口具有平行四边形形状，诸如菱形、正方形或矩形。

被压花的金属丝区域也形成在金属丝网元件中，所述被压花的金属丝区域具有呈标记形式的金属丝网浮雕结构。该金属丝网浮雕结构可以通过各种方法形成，包括用具有期望的正标记和负标记的一组凸模和凹模压花。

在一个实施例中，电铸版元件选自可使标记（诸如，文本、数字、符号或图像）形成到其中的任何材料。优选地，电铸版元件材料在至少一种状态下是可延展的，使得其可以被模制或压花以形成呈期望标记形式的期望浮雕结构。在优选实施例中，电铸版元件是小金属或类似金属的零件。

在一个实施例中，电铸版元件包括被压花的电铸版区域，所述被压花的电铸版区域具有电铸版浮雕结构并且包括一组穿孔。被压花的电铸版区域对应于电铸版中的这样的区域：在这些区域处，模被压印到电铸版元件的表面中，使得模中的标记被转移到电铸版元件。这些被压花的电铸版区域具有诸如文本、数字、符号或图像的标记。标记被形成为电铸版元件中的电铸版浮雕结构。可随机分布或以优选的图案组织的一组穿孔从电铸版元件的顶表面朝向电铸版元件的底表面延伸。在一些实施例中，至少一些穿孔终止于电铸版元件的高度内，而在其他实施例中，穿孔延伸穿过电铸版元件的底表面。穿孔可采用任何形状，包括但不限于圆形、椭圆形、平行四边形或其任何组合。在优选实施例中，穿孔是圆锥形的，使得它们从电铸版元件的底部到顶部或从顶部到底部逐渐变细，或者可从两个或任一表面到顶表面和底表面之间的点逐渐变细。在穿孔是圆锥形并且电铸版元件联接到金属丝网元件的情况下，优选的是，穿孔从电铸版元件的顶表面延伸穿过电铸版元件的底表面，顶表面在金属丝网元件的远侧，底表面靠近金属丝网元件。这些圆锥形穿孔的内周向部分随着圆锥形穿孔从顶表面朝向底表面行进而扩大。穿孔可通过任何合适的方法形成，包括但不限于模制、激光穿孔或机械钻孔。穿孔的布置可使得它们在所得到的纤维基底中产生像素化图案，使得亮点的高积聚或暗点的低积聚在所得到的水印中产生亮区域的印痕，而暗点的高积聚或亮点的低积聚在所得到的水印中产生暗区域的印痕。在优选实施例中，所述一组穿孔以某种图案布置，由此产生半色调暗区域和亮区域的期望点图案。重要地，在一个实施例中，所述一组穿孔以标记的形状布置，使得点/像素的图案形成一个或多个文本、字母、符号、数字或图像。

电铸版元件联接到金属丝网元件（如图7中所例示），使得由金属丝网浮雕结构形成的标记的至少一部分与由电铸版浮雕结构形成的标记的至少一部分重叠，由此形成重叠区域，该重叠区域在所得到的水印文件中提供全色调。在优选实施例中，在重叠区域中，电铸版浮雕结构具有位于金属丝网浮雕结构的边界内的区域，反之亦然。然而，本文还构想，重叠区域包括金属丝网浮雕结构的一部分与电铸版浮雕结构的一部分的重叠。重叠区域被电铸版浮雕结构和金属丝网浮雕结构之间的重叠的区域限定。将金属丝网元件联接到电铸版元件可通过PHOSITA已知的各种手段进行，包括将金属丝网元件联接到电铸版元件，使得金属丝网浮雕结构中的至少一者和电铸版浮雕结构中的至少一者至少部分地重叠。联接可通过胶合、焊接、钎焊、缝合、装订或其他紧固手段实现。例如，已发现，在一个实施例中对金属丝网元件和电铸版元件同时进行压花适合用于联接这两个元件，并且因此在本文中被构想为将这两个元件联接以形成金属丝网电铸版联接件的合适手段。

本文构想的是，金属丝网元件和电铸版元件的联接实现电铸版浮雕结构和金属丝网浮雕结构的完全重叠。替代地，本文还构想，这些浮雕结构仅部分地重叠或以互补的方式重叠以形成复合标记。虽然由金属丝网和电铸版中的每个浮雕结构提供的标记可以是相同的，但是也构想每个标记不同。

在本发明的另一个方面中，提供了一种形成加水印装置的方法。该方法包括：提供如本文所公开的金属丝网元件；提供如本文所公开的电铸版元件；以及将电铸版元件联接到金属丝网元件，使得金属丝网浮雕结构中的至少一者和电铸版浮雕结构中的至少一者至少部分地重叠。这些元件的联接可在对金属丝网和电铸版中的标记进行压花之前或之后进行。例如，在一个实施例中，在金属丝网元件中形成第一浮雕结构（金属丝网浮雕结构）。在电铸版元件中形成第二浮雕结构（电铸版浮雕结构），第二浮雕结构与金属丝网浮雕结构相同或与第一浮雕结构不同。在任一情况下，第二浮雕结构的至少一部分与第一浮雕结构的至少一部分重叠以形成重叠区域。将金属丝网元件联接到电铸版元件包括在金属丝网元件和电铸版元件之间设置联接机构。因而，这意味着，这些元件或者通过粘合剂、胶水或焊接联接；或者在替代例中，通过同时对金属丝网元件和电铸版元件进行压花而被紧固在一起，以一起形成金属丝网浮雕结构和电铸版浮雕结构。本文还构想，按顺序对电铸版元件和金属丝网元件进行压花以分别形成电铸版浮雕结构和金属丝网浮雕结构。

在本发明的另一方面中，提供了一种用途，其中，加水印装置用于通过将水印元件赋予文件来保护文件。加水印装置用于通过将水印元件赋予文件的基底表面来保护文件。例如，加水印装置在造纸期间与纤维浆料界面接合，使得来自浆料的液体的一部分在造纸工艺期间通过加水印装置排出。

如贯穿本文所描述的那样，具有来自金属丝网元件和来自电铸版元件的重叠浮雕结构并且具有电铸版元件中的一组穿孔的重叠区域产生水印元件，水印元件具有：（1）水印浮雕特征，其基于来自金属丝网元件和来自电铸版元件的重叠的浮雕结构；以及（2）水印像素特征，其基于电铸版元件中的所述一组穿孔的布置。水印浮雕特征和水印像素特征的组合提供具有全色调的水印。如本领域普通技术人员将容易理解的，金属丝网元件中的浮雕结构允许来自浆料的更多纤维积聚在浆料的与浮雕结构的具有更大深度的区域界面接合的区域中，由此在所得到的文件（例如，纸币）中产生更暗的区域（相对于周围区域）。替代地，浮雕结构的具有较小深度或突出于浮雕结构的周围区域之上的区域将限制纤维的积聚，由此在所得到的文件中产生更亮的区域（相对于周围区域）。同样，电铸版元件中的重叠浮雕结构也通过相同的工艺产生类似的暗色调和亮色调。在被联接在一起并重叠的情况下，这些相应的浮雕结构用于重新分布浆料中的纤维，以在水印元件中产生从暗到亮的一系列色调。由于存在电铸版元件，更亮的区域可以直接放置在暗区域旁边而不会有损坏金属丝网筛子的风险。此外，电铸版元件中的穿孔（所述穿孔可以以任何期望的图案布置）的存在优选地布置成使得穿孔以这样的方式分布：在存在穿孔的高积聚的地方产生暗区域并在存在穿孔的低积聚的地方产生亮区域。这些暗区域和亮区域由此给人以色调的印象。在优选实施例中，全范围色调与由浮雕结构提供的色调范围相协调。该水印像素特征与水印浮雕特征的组合提供了具有全色调的水印，由此显示从暗到亮的全系列灰色调。

如贯穿本文所使用的，术语“水印元件”将被理解为这样的水印；其至少一些部分具有由金属丝网电铸版联接件的重叠区域提供的全色调。

虽然优选的是在浮雕结构形成到电铸版元件中之前形成穿孔，但是还构想在标记形成到电铸版元件中之后形成穿孔。此外，还构想，在电铸版元件联接到金属丝网元件之前或之后形成穿孔。

在本发明的另一方面，提供了一种加水印的文件，其包括（1）基底；以及（2）基底的至少一个表面中的水印元件。如本文所使用的基底指的是文件，诸如由纤维材料制成的纸。示例性文件包括但不限于身份文件、纸币、支票和官方政府文件。水印元件是全色调水印。全色调水印存在于文件的至少一个表面中，并且在至少透射光下可观察到。水印元件具有文件浮雕结构，文件浮雕结构具有：（i）金属丝网标记；以及（ii）电铸版标记，其与金属丝网标记至少部分地重叠以形成重叠区域，使得水印元件在重叠区域中具有全色调。为了形成加水印的元件，加水印装置与基底界面接合，使得重叠区域在基底中产生文件浮雕结构。在一个实施例中，金属丝网标记由金属丝网元件中的金属丝网浮雕结构形成，而电铸版标记由电铸版元件中的电铸版浮雕结构形成。

在一个实施例中，金属丝网标记与在重叠区域内的重叠的电铸版标记相同，但在重叠区域之外不同。在替代性实施例中，金属丝网标记和电铸版标记相同且完全重叠。

在另一方面，提供了一种形成加水印的文件的方法，其中该方法包括：（1）使本文所公开的加水印装置与纤维浆料界面接合；以及（2）通过联接的电铸版元件和金属丝网元件从浆料中排出液体以形成水印元件。水印元件具有浮雕结构，该浮雕结构具有：（i）金属丝网标记；以及（ii）电铸版标记，其与金属丝网标记至少部分地重叠以形成重叠区域，使得水印元件至少在重叠区域中具有全色调。所得到的加水印的文件包括加水印的元件，该加水印的元件具有与水印像素特征重叠的水印浮雕特征。像素特征由存在于电铸版元件中的一组穿孔形成，并且水印浮雕特征由金属丝网元件和电铸版元件中的浮雕结构的组合形成。

在特定示例中，呈组件形式的本发明的改进的加水印装置包括代表水印的半色调图像的电铸版元件，该电铸版元件固定到金属丝网。电铸版元件和金属丝网具有在配准的情况下对准的加水印图像，使得电铸版元件中的图像的至少一部分与金属丝网中的图像的至少一部分重叠。这在本文将被理解为将电铸版元件配准到金属丝网。配准优选地是完全配准，并且图像优选地是相同的。然而，本文还构想，图像可以不同或者可仅基本上类似。电铸版元件和金属丝网用水印的图像可单独地进行压制或压花，然后在配准的情况下联结在一起，或者它们可联结在一起并且然后用水印的图像对这两者进行压制或压花。

金属丝网或金属丝布是由金属丝织成的织物（例如，铜筛子、青铜筛子或合成筛子）。通常，网目尺寸的范围为从每英寸约60×60股至每英寸约70×90股，并且金属丝网的厚度的范围为从约0.15至约0.4毫米（mm）。在这是编织结构的情况下，编织物内的开放区域将通常具有平行四边形形状（例如，菱形、正方形或矩形）。

本发明的电铸版元件是小的金属或类似金属的零件或板，在图6中所示的示例性实施例中，其以约翰•肯尼迪的图像的形式成形和穿孔。由电铸版元件代表的图像不受限制，并且可采用任何形状或大小，包括或大或小的图形图像（例如，肖像）、字母、数字、符号等。电铸版元件的厚度的范围通常为从约0.05 mm至约0.75 mm。孔延伸穿过电铸版元件的厚度，其中每个孔的直径测得为从约0.2 mm至约2.0 mm。电铸版元件中的孔之间的间距可以是规则的或不规则的，并且其范围通常为从约0.2 mm至约4.0 mm。

可使用例如软金属（例如，铜或镍）、固化聚合物（例如，聚氨酯）、或树脂（例如，环氧树脂）来制备电铸版元件，其被蚀刻（例如，激光蚀刻、化学蚀刻）、生长（即，电铸）、3D打印抑或通过光化学技术而形成以反映图像和/或文本。在用于制造电铸版元件的优选方法中，通过激光蚀刻穿过薄铜、磷青铜或德国银薄片来制成该元件。

在电铸版元件固定到金属丝网之前或之后，用电铸版元件中所反映的相同图像对电铸版元件和金属丝网进行压制或压花（使用压花模）。可使用定位在金属丝网的相对侧上的一组印模或模对金属丝网进行压制或压花，定位在金属丝网的背侧上的第一模包括这样的面：该面具有在该面内凹陷的图像，并且定位在金属丝网的前侧的第二模包括其上具有凸起的图像的面。

电铸版元件通过例如焊接、钎焊、粘合、缝合或装订被固定到金属丝网，从而产生图7中所示的电铸版元件/金属丝网组件。

可使用已知技术从任何图像制备用于制造本发明的加水印的金属丝网或金属丝布的压花模，无论该图像是否预先存在（例如，图1中被示为灰度图像的约翰•肯尼迪的底图）还是在例如工作站处制成。

作为解释，从图1中所示的灰度图像开始，可使用本领域公知的技术通过像素或矢量将该图像数字化。例如，可借助于使用商业软件的扫描仪从灰度图像进行图像感测。当以数字方式感测图像时，获得对应于x-y坐标点并具有对应于期望的雕刻深度z的灰色阴影的若干值。

使用商业软件，可以例如通过放大、缩小或变换（对称地或同位相似地（homothetically））这些值来修改图像值。然后，将图像值或经修改的图像值存储在档案中，并且接下来将其馈送到配备有软件的另一台计算机，从而允许它使用所存储的图像值来形成图像的3D版本。

然后，将图像的3D版本转换成曲线，从而形成限定雕刻路径的“网格”。然后，通过软件处理所得到的曲线数据，以确定雕刻工具或铣床（例如CNC铣床）的路径。然后，通过自动化来雕刻模（凸的雕刻模和凹的雕刻模）。

图8a中示出了使用本发明的电铸版元件/金属丝网组件制成的多色调水印。如在将本发明的多色调水印与常规水印进行比较时将容易了解的，如图8b中所示，本发明的多色调水印提供更多的图像细节和宽得多的色调谱。

如上所述，通过本发明，还提供了根据以上方法制成的组件。

还提供了一种用于改进用于制造加水印的纸的金属丝网的方法。该方法包括：将代表水印的半色调图像的电铸版元件固定到金属丝网，其中，或者（a）用水印的图像对电铸版元件和金属丝网单独地进行压制或压花，然后在配准的情况下将它们联结在一起以形成组件，或者（b）用由电铸版元件代表的水印的图像对联结的组件进行压制或压花。

增强型金属丝网

本发明的呈改进的金属丝网形式的改进的加水印工具包括编织的金属丝，所述编织的金属丝可以以规则的或基本上规则的网格布置。网格的一些区域填充有聚合物材料，聚合物材料形成被阻塞的排水区域。金属丝网包括开放区域以及填充有聚合物材料的那些区域，用水印的图像对填充有聚合物材料的那些区域进行压制或压花。

在示例性实施例中，通过以下方式制成本发明的增强型金属丝网：

使用定位在金属丝网的相对侧上的一组印模或模将图像压制或压花（如上文所描述）到金属丝网中以形成压花区域（诸如，图9中所示的压花区域）。第一模（诸如，图10a中所示的第一模）定位在金属丝网的背侧上并且包括这样面：该面具有在该面内凹陷的图像。第二模（诸如，图10b中所示的第二模）定位在金属丝网的前侧上并且包括在其上具有凸起的图像的面；

从压花区域的前侧移除第二模或凸模，同时将第一模或凹模留在压花区域的背侧上的适当位置；

将一件聚合物材料（诸如，图11中所示的聚合物材料）放置在金属丝网的压花区域上；

提供定制凸模（诸如，图12中所示的定制凸模），该定制凸模包括在其上具有图像的选定凸起部分；

使用定制凸模迫使聚合物材料进入金属丝网的编织结构中。仅在模的那些选定凸起部分与聚合物材料和金属丝网接触的地方，迫使聚合物材料进入金属丝网的编织结构中；以及

从增强型金属丝网去除多余的聚合物材料，

其中，所得到的增强型金属丝网（诸如图13中所示的增强型金属丝网）将在造纸期间在被聚合物材料占据的区域中阻塞排水，这将导致形成更薄的加水印的纸区域，由此扩大所得到的水印的色调范围。

聚合物材料可完全地或部分地在金属丝网的压花区域上延伸，并且可由可延展的聚合物膜制成，诸如厚度的范围为从约0.25至约1.5 mm的热塑性或热固性弹性体材料。例如，可使用以下各者来制备聚合物膜：玻璃化转变温度（T_g）低于干燥温度但高于造纸机（PM）操作温度的无定形聚合物的水基分散体（例如，一些聚氨酯、丙烯酸酯、含氟聚合物、聚乙烯醇）；无定形聚合物的溶剂基分散体，其中溶剂的蒸发产生耐水的硬质材料（例如，丙烯酸酯（强力胶））；热塑性塑料，其熔化并热成型成期望的位置、形状和厚度，并且在操作温度下是硬质的，是耐水的，并且任选地是耐磨的（例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、PC/ABS、烯烃、热塑性聚氨酯（TPU）、聚氯乙烯（PVC）（增塑）、丙烯酸酯类（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））；高模量热固性材料（交联）（例如，环氧树脂、紫外线（UV）可固化树脂（丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯））。可用于向聚合物膜提供耐磨性的添加剂包括但不限于聚四氟乙烯（PTFE）。

如上所述，定制凸模包括其上具有图像的选定凸起部分的面。定制凸模仅具有底图中的高亮区域，这些高亮区域将通过因聚合物材料导致的对编织结构的阻塞而进一步增强。换句话说，选定凸起部分定位将在金属丝网上发生排水阻塞的位置处。在图12中所示的定制凸模中，高亮区域是面部区域的部分（包括前额、鼻子、颧骨和下巴）以及在领带任一侧上的衬衫部分。

在示例性实施例中，聚合物材料是热塑性聚合物膜，测得的总厚度在0.25和1 mm之间，并且使用定制凸模在一定温度下迫使其进入金属丝网的编织结构中，该温度高到足以软化热塑性聚合物膜但不会将热塑性聚合物熔化至熔融状态。用定制凸模将软化的聚合物膜压制到金属丝网中，其中模的凹半部位于先前被压花的成型金属丝的另一侧上。将软化的聚合物膜推入金属丝网的选择性区域中所需的压力远低于制造初始压花以形成水印所需的力。该力将取决于水印的大小和复杂性而变化，但应在每平方英寸（psi）约10至约100磅的范围内。

如上所述，通过本发明，还提供了根据以上方法制成的增强型金属丝网。

还提供了一种用于使用定制凸模来增强金属丝网的方法，该金属丝网具有压花有图像的编织结构。该方法包括：使用定制凸模来迫使聚合物材料进入到金属丝网的压花编织结构中，其中聚合物材料仅在模的选定凸起部分与聚合物材料和金属丝网接触的那些区域中被迫使进入编织结构中，其中增强型金属丝网将在造纸期间在被聚合物材料占据的区域中阻塞排水，这将导致形成更薄的纸，由此扩大所得到的水印的色调范围。

还如上文所述，通过本发明，提供了一种用于扩大多色调水印的色调范围的方法。该方法包括在造纸期间使用上述组件或增强型金属丝网以形成具有全色调的一个或多个多色调水印。