DE102007026958B4 - Press tool with diffractive microstructure and method for producing such a tool and tableting press - Google Patents
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Abstract
Presswerkzeug (1, 1a, 1b, 3) für die Herstellung von Tabletten (4), insbesondere pharmazeutischen Tabletten, durch Pressen eines Pulvergemisches (2) mit dem Presswerkzeug (1, 1a, 1b, 3), wobei während des Pressvorgangs mit dem Presswerkzeug (1, 1a, 1b, 3) eine Mikrostruktur auf die Tabletten (4) aufbringbar ist, wobei auf einer Pressoberfläche des Presswerkzeuges (1, 1a, 1b, 3) diffraktive Gitter-Mikrostrukturen (11) angeordnet sind, wobei die genannten Gitter-Mikrostrukturen (11) Dimensionen aufweisen, welche kleiner sind als die Dimensionen der einzelnen Kristallite (30) des Materials der Pressoberfläche des Presswerkzeuges (1, 1a, 1b, 3), und wobei die Gitter-Mikrostrukturen (11) im sichtbaren Spektralbereich erkennbare Beugungseffekte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter-Mikrostrukturen (11) ein Relief mit einem im wesentlichen sinusförmigen oder gerundeten Profil aufweisen.Press tool (1, 1a, 1b, 3) for the production of tablets (4), in particular pharmaceutical tablets, by pressing a powder mixture (2) with the press tool (1, 1a, 1b, 3), with the press tool during the pressing process (1, 1a, 1b, 3) a microstructure can be applied to the tablets (4), diffractive grating microstructures (11) being arranged on a pressing surface of the pressing tool (1, 1a, 1b, 3), said grating Microstructures (11) have dimensions which are smaller than the dimensions of the individual crystallites (30) of the material of the pressing surface of the pressing tool (1, 1a, 1b, 3), and wherein the grating microstructures (11) have visible diffraction effects in the visible spectral range , characterized in that the lattice microstructures (11) have a relief with an essentially sinusoidal or rounded profile.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug zur Herstellung von Tabletten mit einem optischen Sicherheitsmerkmal in Form einer diffraktiven Mikrostruktur, und ein Verfahren zum Herstellen solcher Werkzeuge, sowie eine Tablettierungspresse mit einem solchen Werkzeug.The invention relates to a pressing tool for producing tablets with an optical security feature in the form of a diffractive microstructure, and to a method for producing such tools, and to a tableting press with such a tool.
Stand der TechnikState of the art
Fälschungen, Graumarkt und illegale Reimporte sind ein großes Problem für Arzneimittel. Immer mehr Arzneimittel und Medikamente werden gefälscht, wobei dies nicht nur ein Problem in Entwicklungsländern ist, wo der Anteil der gefälschten Produkte in der Lieferkette manchmal bereits bei über 50% liegt. Das Problem besteht auch in den Industrieländern, in denen die Preise von Arzneimitteln oft viel höher sind. So werden beispielsweise aus sozialen Überlegungen die Preise für AIDS- oder Krebsmedikamente in Entwicklungsländern oft deutlich gesenkt, was jedoch die Gefahr missbräuchlicher Reimporte in Industriestaaten vergrößert.Counterfeiting, gray market and illegal re-imports are a big problem for pharmaceuticals. More and more medicines and medicines are being counterfeited, and this is not only a problem in developing countries, where the share of counterfeit products in the supply chain is sometimes over 50%. The problem also exists in industrialized countries, where drug prices are often much higher. For example, for social reasons, the prices of AIDS or cancer drugs in developing countries are often significantly reduced, but this increases the risk of improper re-imports in industrialized countries.
Zur Verhinderung von Missbrauch werden Verpackungen von Arzneimitteln mit fälschungssicheren Merkmalen versehen. Hologramme, optisch variable Tinten, Fluoreszenzfarbstoffe, spezielle Drucktechniken wie Mikrodruck und andere Sicherheitsmerkmale werden mit Klebeetiketten auf der Verpackung befestigt, auf den Karton laminiert oder direkt auf der Verpackung angebracht. Der Hauptnachteil solcher Kennzeichnungen besteht darin, dass sie vom Produkt oder der Verpackung entfernt und danach wieder verwendet oder analysiert werden können. Einige Unternehmen bringen Sicherheitsmerkmale auf die Versiegelungsfolie von Blisterverpackungen an, doch weisen diese die gleichen Nachteile auf.In order to prevent abuse, packaging of medicines is provided with counterfeit-proof features. Holograms, optically variable inks, fluorescent dyes, special printing techniques such as micro-printing and other security features are affixed to the packaging with adhesive labels, laminated to the carton or placed directly on the packaging. The main disadvantage of such labels is that they can be removed from the product or packaging and then reused or analyzed. Some companies put security features on the sealing foil of blister packs, but they have the same drawbacks.
Methoden, bei denen fälschungssichere Signaturen, wie z. B. DNA von bekannter Sequenz (
Einige Versuche, ein Hologramm auf essbare Produkte anzubringen, sind veröffentlicht.
Aus der
In der
In der
Zum Stand der Technik wird ferner auf die
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Presswerkzeug sowie eine Tablettierungspresse zur Verfügung zu stellen, mit welchem Tabletten mit integriertem Sicherheitsmerkmal hergestellt werden können, welche im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie herkömmliche Tabletten aufweisen und ohne erhöhte Temperaturen während des Herstellungsprozesses produziert werden können, und dies ohne Verlängerung des Produktionsprozesses gegenüber den herkömmlichen Verfahren, wobei die Ablösung der fertigen Tablette von dem Presswerkzeug erleichtert sein soll. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem solche Werkzeuge hergestellt werden können.The object of the present invention is to provide a pressing tool and a tableting press, with which tablets with integrated security feature can be produced, which have substantially the same composition as conventional tablets and can be produced without elevated temperatures during the manufacturing process, and this without lengthening the production process over the conventional methods, wherein the detachment of the finished tablet is to be facilitated by the pressing tool. Another object of the invention is to provide methods by which such tools can be made.
Unter dem Begriff Tablette ist in diesem Zusammenhang nicht nur Tabletten und Pillen gemeint, die zum Schlucken, Lutschen, Kauen oder Zergehenlassen im Mund vorgesehen sind, sondern auch andere medikamentöse Darreichungsformen wie Zäpfchen/Suppositorien oder Produkte, welche vor der Einnahme in Flüssigkeiten aufgelöst werden. Ebenfalls mitgemeint sind neben pharmazeutischen Tabletten auch nicht-pharmazeutische Produkte wie beispielsweise Bonbons oder Süßstofftabletten.By the term tablet is meant in this context not only tablets and pills intended for swallowing, sucking, chewing or gulping in the mouth, but also other medicinal forms such as suppositories or suppositories or products which are dissolved in liquids prior to ingestion. Also contemplated are, in addition to pharmaceutical tablets, non-pharmaceutical products such as candies or sweetener tablets.
Diese und andere Aufgaben werden gelöst durch ein Presswerkzeug nach Patentanspruch 1, eine Tablettierungspresse nach Patentanspruch 9 sowie durch Verfahren zur Herstellung solcher Werkzeuge, gemäß den Patentansprüchen 11 und 16. Bevorzugte Varianten sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.These and other objects are achieved by a pressing tool according to
Ein erfindungsgemäßes Presswerkzeug besteht aus einer Pressform und zwei Pressstempeln. Die dem zur Tablette zu verpressenden Pulvergemisch zugewandte Oberfläche der Pressform und/oder eines oder beider Pressstempel ist mit einer diffraktiven Mikrostruktur versehen. Während des Pressvorgangs, genauer gesagt während dem Kompressions- und Verdichtungsprozess, wird diese diffraktive Mikrostruktur auf die Oberfläche der Pulverpartikel abgebildet. Eine mit einem solchen erfindungsgemäßen Presswerkzeug hergestellte Tablette weist auf Ihrer Oberfläche eine dauerhafte, diffraktive Mikrostruktur auf, welche im optischen Spektralbereich wahrnehmbare Beugungs-Effekte erzeugt, und so als Sicherheitsmerkmal dient. Die mikrostrukturierte Fläche kann auch makroskopisch strukturiert sein, um beispielsweise Logos, Markennamen etc. zu formen. Das Sicherheitsmerkmal kann nicht von der Tablette entfernt werden, und kann auch nicht nachträglich auf gefälschte Produkte übertragen werden.An inventive pressing tool consists of a mold and two press dies. The surface of the press mold facing the powder mixture to be compressed for the tablet and / or one or both of the press dies is provided with a diffractive microstructure. During the pressing process, more specifically during the compression and compression process, this diffractive microstructure is imaged onto the surface of the powder particles. A tablet produced with such a pressing tool according to the invention has on its surface a permanent, diffractive microstructure, which produces perceptible diffraction effects in the optical spectral range, and thus serves as a security feature. The microstructured surface can also be structured macroscopically, for example, to form logos, brand names, etc. The security feature can not be removed from the tablet and can not be subsequently transferred to counterfeit products.
Die erfindungsgemäßen Werkzeuge können in herkömmlichen Tablettierungsmaschinen eingesetzt werden. Zur Herstellung der Tabletten können die herkömmlichen Temperaturen, Druckstärken und Prozessgeschwindigkeiten von bekannten Tablettenpressen beibehalten werden. Insbesondere genügt eine Kompressionszeit pro Tablette von weit unter 100 ms. Die Herstellung der Tabletten ist somit kompatibel mit den bestehenden und qualifizierten Tablettenherstellungsverfahren, und ist somit kostengünstig.The tools according to the invention can be used in conventional tabletting machines. To prepare the tablets, the conventional temperatures, pressures and processing speeds of known tablet presses can be maintained. In particular, a compression time per tablet of far less than 100 ms is sufficient. The preparation of the tablets is thus compatible with the existing and skilled tablet manufacturing processes, and thus is inexpensive.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Im Folgenden wird die Erfindung unter Mithilfe von Zeichnungen näher erklärt.The invention will be explained in more detail below with the aid of drawings.
Pulvergemische für pharmazeutische TablettenPowder mixtures for pharmaceutical tablets
Die meisten Tabletten werden durch Verpressen einer Pulvermischung in einer Pressform hergestellt. Werden aktive Pulver und Füllstoffe lediglich gemischt und anschließend direkt zu Tabletten gepresst, spricht man von direkter Tablettierung. Dieser Prozess ist hauptsächlich ein Hochdruckformprozess.Most tablets are made by compressing a powder mixture in a mold. If active powders and fillers are merely mixed and then pressed directly into tablets, this is called direct tableting. This process is mainly a high pressure molding process.
Die zu verpressende Mischung besteht aus Partikeln verschiedener Größe, wobei die Größenverteilung der Partikel für den Tablettenpressprozess kritisch ist. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel einer typischen Mischung inkl. Hilfsstoffen zur Herstellung einer pharmazeutischen Tablette. Tabelle 2 zeigt die dazugehörige typische Partikel-Größenverteilung. Tabelle 1
Laktose und Cellulose sind die am weitesten verbreiteten Binder und Füllstoffe bei direkten Tablettierungsprozessen. Diese Substanzen sind besonders dazu geeignet, mit einer diffraktiven Mikrostruktur versehen zu werden.Lactose and cellulose are the most widely used binders and fillers in direct tabletting processes. These substances are particularly suitable for being provided with a diffractive microstructure.
Der Pulvertransport in den Tablettenpressapparaturen erfolgt durch die Schwerkraft. Somit ist ein gutes Rieselverhalten zwingend. Aerosil verbessert den Pulverfluss.The powder transport in the tablet press apparatuses takes place by gravity. Thus, a good trickling behavior is mandatory. Aerosil improves powder flow.
Magnesium-Stearat wird als Gleitmittel eingesetzt. Gleitmittel funktionieren, indem sie sich über die Oberfläche des Pulvers verteilen. Sie verringern die Reibungskräfte zwischen dem Pulver und den Presswerkzeugen, und verhindern so, dass die Tablette am Presswerkzeug haften bleibt.Magnesium stearate is used as a lubricant. Lubricants work by spreading over the surface of the powder. They reduce the frictional forces between the powder and the pressing tools, thus preventing the tablet from sticking to the pressing tool.
Der Pulvermischung können Dekompositionswirkstoffe beigefügt werden, um die Dekomposition, also die Auflösung in Wasser, zu verbessern. Die Dekompositionszeit von Pillen wird typischerweise in Wasser bei 37°C gemessen. Manchmal wird ein Farbstoff hinzugefügt, jedoch sind nur wenige Farbstoffe zur Verwendung in Medikamenten zugelassen. Praktisch alle pharmazeutischen Tabletten sind deshalb matt weiß. Einige sind knallrot oder hellblau. Somit haben alle im direkten Tablettierungsprozess hergestellten Tabletten eine leuchtende und/oder lichtstreuende Oberfläche. Decomposition agents can be added to the powder mixture to improve the decomposition, ie the dissolution in water. The decomposition time of pills is typically measured in water at 37 ° C. Sometimes a dye is added but only a few dyes are approved for use in medicines. Virtually all pharmaceutical tablets are therefore matt white. Some are bright red or light blue. Thus, all tablets produced in the direct tableting process have a luminous and / or light-scattering surface.
Für den Pressprozess sind Partikel kritisch, die größer als 500 μm bzw. kleiner als 75 μm sind. Erstere vermindern die mechanische Stabilität der gepressten Tablette, und letztere sind problematisch für den Partikelfluss während des Auffüllens des Hohlraumes des Presswerkzeugs. Somit muss der Anteil dieser Partikel möglichst klein gehalten werden. insgesamt kann festgestellt werden, dass praktisch alle im Tablettenpressprozess verwendeten Pulverpartikel deutlich größer sind als die in die Oberfläche einzubringenden diffraktiven Mikrostrukturen, welche typischerweise Strukturen kleiner als 5 μm aufweisen. Um eine unerwünschte chemische Veränderung der Inhaltsstoffe während der Herstellung der Tabletten zu verhindern, sollte die Temperatur vorteilhaft 50°C, und noch besser 40°C, nicht überschreiten. Bevorzugt beträgt die Temperatur zwischen 15°C und 35°C, bzw. Raumtemperatur.For the pressing process particles are critical, which are greater than 500 microns or less than 75 microns. The former reduce the mechanical stability of the pressed tablet, and the latter are problematic for the flow of particles during the filling of the cavity of the pressing tool. Thus, the proportion of these particles must be kept as small as possible. Overall, it can be stated that virtually all powder particles used in the tablet pressing process are significantly larger than the diffractive microstructures to be introduced into the surface, which typically have structures smaller than 5 μm. In order to prevent undesirable chemical changes of the ingredients during the preparation of the tablets, the temperature should advantageously not exceed 50 ° C, and more preferably 40 ° C. Preferably, the temperature is between 15 ° C and 35 ° C, or room temperature.
Parameter der diffraktiven MikrostrukturenParameters of diffractive microstructures
Das zuverlässige und dauerhafte Einbringen und der Erhalt typischer diffraktiver Mikrostrukturen mit einer Periode Λ von ca. 1–2 μm und einer Tiefe t in der Größenordnung von 200–300 nm, wie sie beispielsweise in
Eine Herausforderung beim Tablettierungsprozess besteht darin, zu vermeiden, dass die aus der Oberfläche der erfindungsgemässen Tablette herausragenden diffraktiven Mikrostrukturen abgebrochen werden. Mikrostrukturen, welche aus linearen Gitterlinien bestehen (1d-Gitter) sind geeigneter als Punktgitter (2d-Gitter), da die Linien eine mechanische größere Stabilität aufweisen als die Punkte. Gekreuzte Gitter mit der Form eines Lochrasters sind dank der Stabilität der verbundenen Gitterlinien ähnlich geeignet.A challenge in the tabletting process is to avoid breaking off the diffractive microstructures protruding from the surface of the tablet according to the invention. Microstructures consisting of linear grid lines (1d gratings) are more suitable than point gratings (2d gratings) because the lines have mechanical greater stability than the points. Crossed gratings with the shape of a grid of holes are similarly suitable thanks to the stability of the connected grid lines.
Die Mikrostrukturierung vergrößert die Oberfläche des Presswerkzeugs und somit die Kontaktfläche zwischen dem Presswerkzeug und der gepressten Tablette. Dies führt zu einer verstärkten Adhäsion und kann somit die Ablösung der fertigen Tablette vom Werkzeug stören. Um diesen Effekt zu minimieren, weist die Mikrostruktur vorteilhaft eine gerundete oder eine dreieckige Form auf, z. B. ein sinusförmiges Gitter (
Herstellung von Tabletten mit diffraktiven Mikrostrukturen Production of tablets with diffractive microstructures
Das Pulver füllt den Hohlraum in der Pressform
Die diffraktive Mikrostruktur wird hauptsächlich durch diese plastische bzw. viskoelastische Deformation in die Tablettenoberfläche eingebracht. Viele zum Tablettenpressen verwendete Materialien, wie z. B. einige als Bindemittel verwendete Polymere, zeigen viskoelastisches Verhalten. Wird die Oberfläche der Partikel mit einem plastischen Material beschichtet, kann die Plastizität eines Pulvers weiter verbessert werden. Partikel können mit einem Binder wie beispielsweise Polyvinylpyrrolidon (PVP) teilbeschichtet werden, z. B. in feuchter Granulation, wodurch die Kompressibilität der Partikel verbessert wird. Aufgrund von Partikel-Partikel-Wechselwirkungen wird die mechanische Widerstandskraft der Tablettierungsmasse immer stärker, je größer die angewandte Presskraft ist. Bei Partikel-Partikel-Wechselwirkungen werden an den Partikeloberflächen Bindungen gebildet, da die Anzahl Berührungspunkte zunimmt. Je nach chemischer Zusammensetzung sind die Bindungen ionische oder kovalente Bindungen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und van-der-Waals Kräfte. Oft ist eine Mischung dieser Bindungen vorhanden. Zusätzlich kann es zu einer Verfestigung flüssiger Filme kommen. Die Verfestigung flüssiger Filme kann auf zwei Arten erfolgen. Erstens, wenn Reibungswärme an den Berührungspunkten dazu führt, dass ein Inhaltsstoff mit tiefem Schmelzpunkt erweicht oder schmilzt, wodurch die mechanische Spannung an dieser Stelle abgebaut wird. Der Inhaltsstoff verhärtet sich dann über eine Schmelzverbindung wieder. Zweitens kann sich ein Inhaltsstoff an Berührungspunkten mit hoher Spannung in dem an der Oberfläche eines Partikels vorhandenen Flüssigkeitsfilm lösen. Auch hier wird die mechanische Spannung abgebaut und das Material rekristallisiert sich, um eine Bindung zu bilden. Erfolgt die Verhärtung nahe der Oberfläche des mikrostrukturierten Presswerkzeugs, unterstützt der erweichte, geschmolzene oder gelöste Inhaltsstoff die Replikation der diffraktiven Mikrostruktur.The diffractive microstructure is introduced into the tablet surface mainly by this plastic or viscoelastic deformation. Many materials used for tablet pressing, such as. For example, some polymers used as binders show viscoelastic behavior. If the surface of the particles is coated with a plastic material, the plasticity of a powder can be further improved. Particles may be partially coated with a binder such as polyvinylpyrrolidone (PVP), e.g. B. in wet granulation, whereby the compressibility of the particles is improved. Due to particle-particle interactions, the mechanical strength of the tabletting compound becomes stronger as the applied pressing force increases. In particle-particle interactions bonds are formed on the particle surfaces as the number of points of contact increases. Depending on the chemical composition, the bonds are ionic or covalent bonds, dipole-dipole interactions, and van der Waals forces. Often there is a mixture of these bonds. In addition, solidification of liquid films may occur. The solidification of liquid films can be done in two ways. First, when frictional heat at the points of contact causes a low melting point ingredient to soften or melt, thereby relieving the stress at that point. The ingredient then hardens again via a fusion bond. Second, an ingredient may dissolve at high voltage touch points in the liquid film present on the surface of a particle. Again, the stress is relieved and the material recrystallizes to form a bond. If the hardening occurs near the surface of the microstructured pressing tool, the softened, molten or dissolved ingredient will aid in the replication of the diffractive microstructure.
Am Ende des Tablettenpressprozesses wird der Druck weggenommen,
Für Tabletten mit diffraktiven Mikrostrukturen in ihren Oberflächen bedarf es also einer Rezeptur, welche alle Anforderungen der Tablettenherstellung erfüllt und immer noch eine genügend hohe plastische Deformierbarkeit aufweist, um die Mikrostruktur einbringen zu können. Wie bereits erwähnt, bestehen die zu pressenden Pulver aus einer Mischung verschiedener Substanzen mit unterschiedlichen Funktionen. Der Anteil der plastisch deformierbaren Materialien in der Rezeptur muss so groß wie möglich gewählt sein, wobei jedoch die Anforderungen des Endprodukts wie auch der FDA nach wie vor erfüllt sein müssen. Der Anteil mikrokristalliner Cellulose oder plastischer Bindemittel wie PVP kann z. B. vergrößert werden, oder diese Materialien werden anstelle von äquivalenten, jedoch plastisch weniger deformierbaren Hilfsstoffen verwendet.Tablets with diffractive microstructures in their surfaces thus require a formulation which fulfills all the requirements of tablet production and still has sufficiently high plastic deformability in order to be able to introduce the microstructure. As already mentioned, the powders to be pressed consist of a mixture of different substances with different functions. The proportion of plastically deformable materials in the formulation must be as large as possible, but the requirements of the final product as well as the FDA still have to be met. The proportion of microcrystalline cellulose or plastic binder such as PVP can, for. Example, or these materials are used in place of equivalent, but plastically less deformable excipients.
Moderne industrielle Tablettenpressen sind Hochleistungs-Maschinen, die Tabletten bei sehr hohen Geschwindigkeiten herstellen können. Die Produktionsgeschwindigkeit modernster Einfachrotationspressen beträgt ungefähr 30'000 bis 300'000 Tabletten pro Stunde. Darüber hinaus müssen sie eine extreme Zuverlässigkeit und Genauigkeit bieten, da alle Tabletten strengen Spezifikationen bezüglich Dicke, Gewicht, Härte und Form erfüllen müssen. Die Maschinen sowie alle ihre Bestandteile müssen GMP (Good Manufacturing Process) und FDA-konform sein. Modern industrial tablet presses are high performance machines that can manufacture tablets at very high speeds. The production speed of state-of-the-art single-rotary presses is approximately 30,000 to 300,000 tablets per hour. In addition, they must offer extreme reliability and accuracy, as all tablets must meet strict specifications regarding thickness, weight, hardness and shape. The machines and all their components must be GMP (Good Manufacturing Process) and FDA compliant.
In Tabelle 3 sind Beispiele für geschwindigkeitsspezifische Daten für verschiedene Tablettenpressen aufgeführt. Weitere Ausführungen findet man in N. A. Armstrong, ”Considerations of Compression Speed in Tablet Manufacture”, Pharmaceutical Technology, September 1990, S. 106–114. Die kurze Presszeit genügt, um das pulverförmige Rohmaterial in eine harte Tablette zu pressen. Tabelle 3
Die Absenkzeit plus die Haltezeit ist etwa gleich oder etwas weniger lang wie die Zeit, um in Roll-to-Roll-Prozessen (R2R) diffraktive Mikrostrukturen in Polymerfolien heisszuprägen. Solche R2R-Prozesse werden z. B. zur Herstellung von Hologrammen für Banknotensicherheit eingesetzt und arbeiten mit Polymer-Zuführgeschwindigkeiten von ca. 100 m/min. Das Polymersubstrat, die Prozessparameter sowie die Temperatur werden für eine gute Replikation der Mikrostruktur optimiert.The settling time plus the hold time is about the same or a little less than the time to heat-roll diffractive microstructures in polymer films in roll-to-roll processes (R2R). Such R2R processes are z. B. used for the production of holograms for banknote security and work with polymer feed rates of about 100 m / min. The polymer substrate, the process parameters and the temperature are optimized for a good replication of the microstructure.
Analog dazu wird der Pressprozess im erfindungsgemäßen Verfahren an die Anforderungen der Mikrostrukturierung angepasst. Die meisten pharmazeutischen Pillen haben eine runde Form. Dies erleichtert den Produktionsprozess, da das Presswerkzeug rotationssymmetrisch ist und während des Pressprozesses frei rotieren kann. Für die Einbringung der diffraktiven Mikrostruktur ist es jedoch von Vorteil, wenn eine Rotation der Pressstempel verhindert wird, um die auftretenden Scherkräfte, insbesondere während der Ablösung des Werkzeugs von der Tablette, zu vermindern, denn während sich die Pressstempel von der Oberfläche der Tabletten wegbewegen, können aufgrund elastischer Rückformung die Tablette und die Werkzeugoberflächen für kurze Zeit in Kontakt bleiben.Analogously, the pressing process in the method according to the invention is adapted to the requirements of microstructuring. Most pharmaceutical pills have a round shape. This facilitates the production process, since the pressing tool is rotationally symmetrical and can rotate freely during the pressing process. For the introduction of the diffractive microstructure, however, it is advantageous if rotation of the press dies is prevented in order to reduce the occurring shear forces, in particular during the detachment of the tool from the tablet, because as the press dies move away from the surface of the tablets, Due to elastic recovery, the tablet and the tool surfaces may remain in contact for a short time.
Schutz der mikrostrukturierten Tablettenoberfläche vor mechanischer BeschädigungProtecting the microstructured tablet surface from mechanical damage
Zum Schutz der Mikrostruktur während des ganzen Produktlebenszyklus vor mechanischen Einwirkungen, insbesondere vor abrasiven Kräften, kann beispielsweise der Kontakt der mikrostrukturierten Fläche mit andern Flächen minimiert werden, indem die diffraktive Mikrostruktur
Solche makroskopischen Vertiefungen
Die mikrostrukturierten Tabletten können alternativ oder zusätzlich auch mit einer zusätzlichen Schutzschicht beschichtet werden, ohne den diffraktiven Effekt zu zerstören, vorausgesetzt, die Schutzschicht ist im sichtbaren Spektralbereich transparent und hat einen Brechungsindex, der nicht demjenigen des Materials entspricht, das die Mikrostruktur trägt. Eine solche Beschichtung schützt die diffraktive Mikrostruktur ebenfalls. Ist der Brechungsindex dieser Beschichtung höher, die Dicke unterhalb von 1 μm und die Gitterperiode der Mikrostruktur unter 500 nm, dann können diffraktive Farbeffekte nullter Ordnung realisiert werden. Diese Farbeffekte sind äußerst fälschungssicher und leicht zu erkennen.The microstructured tablets may alternatively or additionally also be coated with an additional protective layer without destroying the diffractive effect, provided that the protective layer is transparent in the visible spectral range and has a refractive index which does not correspond to that of the material carrying the microstructure. Such a coating also protects the diffractive microstructure. If the refractive index of this coating is higher, the thickness is less than 1 μm, and the grating period of the microstructure is less than 500 nm, zero-order diffractive color effects can be realized. These color effects are extremely tamper-proof and easy to spot.
Beispiel einer erfindungsgemäßen pharmazeutische Tablette mit einer diffraktiven Mikrostruktur Example of a pharmaceutical tablet according to the invention with a diffractive microstructure
Ein gemäß Tabelle 1 zusammengesetztes Pulvergemisch wurde in einer Einfachrotationspresse des Typs 1200i der Firma Fette, Deutschland, mit 24 Pressstempelpaaren zu Tabletten komprimiert. Die Pressstempel hatten einen Durchmesser von 11,8 mm und eine hartverchromte Oberfläche. In die hartverchromte Oberfläche wurde eine diffraktive Mikrostruktur mit einer Periode von 1.4 um und einer Tiefe von ca. 500 nm ionengeätzt, siehe
Authentifizierung von erfindungsgemäßen TablettenAuthentication of tablets according to the invention
Falls erfindungsgemäße Tabletten eine helle und/oder leuchtende Farbe aufweisen, kann dieser starke Hintergrund das Erkennen eines Regenbogeneffekts der diffraktiven Mikrostrukturen erschweren. Da die üblichen Pulverkomponenten im sichtbaren Spektralbereich einen Brechungsindex von ungefähr 1,5 haben, wird nur ein kleiner Prozentsatz des auf die Tablettenoberfläche einfallenden Lichts in die erste oder höhere Beugungsordnungen zurückgebeugt. Die Winkelverteilung des gebeugten Lichts ist gegeben durch:
Da Beugungseffekte höherer Ordnung schwächer sind, ist ein Erkennen des typischen Beugungsmusters für einen Laien eventuell nicht ganz einfach. Die tiefe reflektierte Intensität ist jedoch kein Nachteil, da starke diffraktive Farbeffekte den Endverbraucher irritieren könnten. Viele Patienten schrecken vor stark gefärbten Pillen zurück. Andererseits kann die Sichtbarkeit des Beugungs-Effekts leicht durch eine geeignete Beleuchtung bei einem optimierten Einfallswinkel erhöht werden. Dies macht den Effekt zu einem so genannten Sicherheitsmerkmal zweiter Stufe. In der Arzneimittelindustrie sind Sicherheitsmerkmale zweiter oder dritter Stufe weit verbreitet, da die Unternehmen ihren Endverbrauchern nicht unbedingt zu erkennen geben wollen, dass Fälschungen ein Problem darstellen. Unter Beleuchtung mit beispielsweise einer weißen LED leuchtet der Regenbogeneffekt der diffraktiven Mikrostruktur bei einem gewissen Betrachtungswinkel auf. Eine geübte Person kann mit Hilfe eines solchen Verifizierungsgeräts das Vorhandensein der diffraktiven Mikrostruktur in weniger als einer Sekunde überprüfen.Since higher-order diffraction effects are weaker, recognizing the typical diffraction pattern for a layman may not be easy. However, the deep reflected intensity is not a disadvantage, as strong diffractive color effects could irritate the end user. Many patients are afraid of heavily colored pills. On the other hand, the visibility of the diffraction effect can be easily increased by suitable illumination at an optimized angle of incidence. This makes the effect a so-called second-level security feature. Second- or third-level security is widely used in the pharmaceutical industry as companies do not necessarily want to tell their end-users that counterfeiting is a problem. Under illumination with, for example, a white LED, the rainbow effect of the diffractive microstructure lights up at a certain viewing angle. A skilled person can verify the presence of the diffractive microstructure in less than a second using such a verification device.
Die Überprüfung des Vorhandenseins einer diffraktiven Mikrostruktur ist eine qualitative Authentifizierung. Eine einfache und schnelle Methode zur quantitativen Prüfung diffraktiver Mikrostrukturen besteht darin, die Strukturen mit dem Strahl aus einer Laserdiode (z. B. λ = 650 nm) in einem festgelegten Einfallswinkel zu beleuchten. Der Laserstrahl wird gemäß der oben angegebenen Formel in die verschiedenen Beugungsordnungen gebeugt. Da die Laserwellenlänge λ sowie der Einfallswinkel θl bekannt sind, kann die Periode Λ der Mikrostruktur ermittelt werden, indem der Beugungswinkel mindestens einer Ordnung gemessen wird. Dies geschieht z. B. mit Hilfe eines tragbaren Lesegeräts, welches eine Vertiefung aufweist, in der die Pille fixiert wird und die einen festgelegten Einfallswinkel des Laserstrahls gewährleistet (siehe
Herstellen eines erfindungsgemäßen PresswerkzeugsProducing a pressing tool according to the invention
Das Material des Werkzeugs, das die Mikrostruktur trägt, muss sehr hart sein, um eine lange Lebensdauer zu garantieren. Gleichzeitig muss es jedoch möglich sein, die Mikrostruktur in seine Oberfläche einzubringen. Geeignete Materialien sind z. B. gehärteter Stahl, hartverchromter Stahl, Wolframkarbid oder Molybdänkarbid. All diese Materialien sind von der FDA genehmigt und können für die Pressstempel oder die Pressformen verwendet werden. Diese Materialien sind jedoch mit den herkömmlichen holographischen und lithographischen Techniken nicht kompatibel. Sie können jedoch mit anderen Verfahren mikrostrukturiert werden, die nachfolgend beschrieben werden.The material of the tool carrying the microstructure must be very hard to guarantee a long life. At the same time, however, it must be possible to introduce the microstructure into its surface. Suitable materials are for. As hardened steel, hard chromium-plated steel, tungsten carbide or molybdenum carbide. All of these materials are approved by the FDA and can be used for the press dies or dies. However, these materials are not compatible with conventional holographic and lithographic techniques. However, they can be microstructured with other methods, which are described below.
Ionenätzen ion etching
Gehärteter Stahl, Stahl mit Hartchrombeschichtung, Wolframkarbid oder Molybdänkarbid kann mit einer speziellen Ionenätztechnik mikrostrukturiert werden. Diese Technik umfasst folgende Schritte, welche in
- 1. Eine dünne, lichtempfindliche Schicht
20 , ein so genannter Photoresist, wird auf die Oberfläche des Presswerkzeuges aufgetragen, welche mikrostrukturiert wird. In5(a) ist diesein Pressstempel 1 . Die Beschichtung wird in einem speziellen Raum ohne Blau- und UV-Strahlung vorgenommen. Geeignete Photoresist-Materialien sind z. B. ma-N440 (MRT) Microposit S1800 (Röhm & Haas) und AZ1500 (Clariant). Die optimale Dicke der Schicht20 liegt im Bereich von 300 nm bis 2000 nm. Die Beschichtung kann, falls das Werkzeug angemessen fixiert wird, durch Spin-Coaten (Convac 1001 s) oder durch Spray-Coaten (EFD MicroCoat MC780S) erfolgen. Letzteres muss für eine gute Homogenität im gewünschten Dickebereich optimiert sein. Nach der Beschichtung wird bei 100 bis 120°C während 1–60 min (je nach Dicke und Material der Schicht) gehärtet (sog. Soft Bake). - 2. Als nächstes wird die Photoresist-
Schicht 20 in einem holographischen Belichtungs-Aufbau mit zwei interferierenden Laserstrahlen21 belichtet (siehe5(a) ). Gekreuzte Gitter werden durch zwei orthogonale Belichtungen realisiert. Die integrierte Leistung wird durch eine Photodiode kontrolliert und hängt vom Photoresist-Material und den gewünschten Gitterparametern ab. Der Laser ist beispielsweise ein HeCd-Laser mit einer Wellenlänge λ = 441.6 nm. Je nach Einfallswinkel Θ der beiden Strahlen sowie den optischen Komponenten des verwendeten Holographie-Aufbaus sind Gitterperioden Λ von 270 nm bis zu 16'000 nm möglich, A = λ/(2n sin Θ). n ist der Brechungsindex des Materials, durch welches die Laserstrahlen die Photoresistoberfläche beleuchten. Findet die Beleuchtung in Luft statt, ist n = 1. Um die Form der Gitterfläche zu definieren, können Schattenmasken benutzt werden. Auf diese Weise können z. B. Logos, Markennamen etc. realisiert werden. - 3. Nach der Belichtung wird die Photoresist-Schicht in einer geeigneten Entwicklungslösung entwickelt. Dafür können z. B. der Grundentwickler S303 (Microposit) oder Konzentrat (Microposit) verwendet werden. Die Entwicklungszeit hängt von den herzustellenden Gitterparametern ab. Sofort nach der Entwicklung wird das Werkzeug in ein Stoppbad mit reinem Wasser gelegt. Die Temperaturen beider Bäder liegen bei 30°C und werden auf ±0.2°C kontrolliert. Am Ende des Entwicklungsschrittes verfügt die Photoresist-Schicht auf dem Pillenpresswerkzeug über ein Gitter mit der gewünschten Periode und Tiefe (siehe
5(b) ). Die Form kann wie gezeigt sinusförmig oder auch komplexer sein. - 4. Um das Gitter in der Werkzeugoberfläche trockenätzen zu können, muss ein Kontrast in der Ätzrate von mindestens 2:1 realisiert werden. Dies wird erreicht, indem eine Metallhaube, vorzugsweise eine Chromhaube, mit einer
Massendicke von 10 nm bis 200 nm auf die erhöhten Stellen des Gitters auf der Photoresist-Schicht 20 aufgetragen wird. Die optimale Dicke hängt von der Gittertiefe und -periode ab. Das Tablettenpresswerkzeug mit der entwickelten Photoresist-Schicht 20 wird so in einer Vakuumkammer (Balzers BAK550) angeordnet, dass die aufgedampften Atome die Vertiefungen des Gitters nicht erreichen können. Diese Schiefbedampfung wird in5(b) schematisch dargestellt. Der Einfallswinkel α der Metallatome liegt dabei je nach Gittertiefe und -periode zwischen 3° bis 45°. Falls nötig wird die Schiefbedampfung von zwei oder mehr Seiten her vorgenommen, um symmetrische Metallkappen zu erhalten. - 5. Nun wird die Photoresist-
Schicht 20 geöffnet, womit eineMaske 22 resultiert. Wie in5(c) gezeigt, werden die Teile des Polymer-Resistmaterials ohne Chromkappen mit O2-Plasma (Oxford-RIE) geätzt. Die kinetische Energie der reaktiven Sauerstoffionen liegt im Bereich von 500 eV. Die Ätzrate hängt darüber hinaus vom Druck in der Vakuumkammer ab. Das Ende dieses Öffnungsschrittes wird durch ein Endpunktdetektionssystem festgestellt, welches auf Laser-Interferometrie basiert. - 6.
Die geöffnete Maske 22 wird anschliessend dazu benutzt, dieGitterstruktur 11 durch einen weiteren Trockenätzschritt in die Werkzeugoberfläche zu transferieren. Diese Ätzung in die harte Oberfläche des Pillenpresswerkzeugs erfolgt durch Beschießung mit Argon-Ionen (Veeco RF 350) mit einer kinetischen Energie in der Größenordnung von 500 eV. Bei 500 eV ist die Energie niedrig genug, um eine hohe Eindringtiefe der Quellionen in die Probe zu verhindern, ohne jedoch die Ätzrate zu vermindern. InTabelle 4 werden für verschiedene Elemente und Verbindungen typische Ätzraten r für eine solche Argon-Beschießung bei einerIonenstromdichte von 1 mA/cm2, einer kinetischen Energie der Ionen von 500 eV und bei senkrechtem Beschuss aufgelistet.
- 1. A thin,
photosensitive layer 20 , a so-called photoresist, is applied to the surface of the pressing tool, which is microstructured. In5 (a) This is apress stamp 1 , The coating is done in a special room without blue and UV radiation. Suitable photoresist materials are for. Ma-N440 (MRI) Microposit S1800 (Rohm & Haas) and AZ1500 (Clariant). The optimal thickness of thelayer 20 is in the range of 300 nm to 2000 nm. If the tool is adequately fixed, the coating can be done by spin coating (Convac 1001s) or by spray coating (EFD MicroCoat MC780S). The latter must be optimized for good homogeneity in the desired thickness range. After coating, hardening takes place at 100 to 120 ° C. for 1-60 minutes (depending on the thickness and material of the layer) (so-called soft bake). - 2. Next, the
photoresist layer 20 in a holographic exposure setup with two interferinglaser beams 21 exposed (see5 (a) ). Crossed grids are realized by two orthogonal exposures. The integrated power is controlled by a photodiode and depends on the photoresist material and the desired lattice parameters. The laser is, for example, a HeCd laser with a wavelength λ = 441.6 nm. Depending on the angle of incidence Θ of the two beams and the optical components of the holography structure used, grating periods Λ of 270 nm to 16,000 nm are possible, A = λ / (2n sin Θ). n is the refractive index of the material through which the laser beams illuminate the photoresist surface. If lighting is in air, n = 1. Shadow masks can be used to define the shape of the grid surface. In this way, for. B. logos, brand names, etc. can be realized. - 3. After exposure, the photoresist layer is developed in a suitable developing solution. For z. For example, the basic developer S303 (Microposit) or concentrate (Microposit) can be used. The development time depends on the grid parameters to be produced. Immediately after development, the tool is placed in a stop bath of pure water. The temperatures of both baths are at 30 ° C and are controlled at ± 0.2 ° C. At the end of the development step, the photoresist layer on the pill press tool has a grid of the desired period and depth (see
5 (b) ). The shape may be sinusoidal or more complex as shown. - 4. In order to be able to dry etch the grid in the tool surface, a contrast in the etching rate of at least 2: 1 must be realized. This is achieved by placing a metal cap, preferably a chrome cap, with a bulk thickness of 10 nm to 200 nm on the raised areas of the grating on the
photoresist layer 20 is applied. The optimum thickness depends on the grid depth and period. The tablet press tool with the developedphotoresist layer 20 is placed in a vacuum chamber (Balzers BAK550) so that the vapor deposited atoms can not reach the wells of the grid. This slate evaporation is in5 (b) shown schematically. The angle of incidence α of the metal atoms is between 3 ° and 45 °, depending on the grating depth and period. If necessary, the oblique evaporation from two or more sides is made to obtain symmetrical metal caps. - 5. Now the photoresist layer is
20 opened, bringing amask 22 results. As in5 (c) The parts of the polymer resist material without chromium caps are etched with O 2 plasma (Oxford-RIE). The kinetic energy of the reactive oxygen ions is in the range of 500 eV. The etch rate also depends on the pressure in the vacuum chamber. The end of this opening step is detected by an endpoint detection system based on laser interferometry. - 6. The opened
mask 22 is then used to thegrid structure 11 to transfer into the tool surface by another dry etching step. This etch into the hard surface of the pellet press tool is by bombardment with argon ions (Veeco RF 350) with a kinetic energy of the order of 500 eV. At 500 eV, the energy is low enough to prevent a high penetration of the source ions into the sample, but without reducing the etch rate. Table 4 lists typical etch rates r for such elements and compounds for such argon bombardment at an ion current density of 1 mA / cm 2 , a kinetic energy of the ions of 500 eV, and normal bombardment.
Ist die gewünschte Gittertiefe erreicht, wird das restliche Chrom und Photoresist-Material entfernt und zurück bleibt die fertige, mikrostrukturierte Oberfläche des erfindungsgemäßen Presswerkzeugs (siehe
Für eine kostengünstige Herstellung der diffraktiven Mikrostrukturen auf den erfindungsgemäßen Presswerkzeugen werden bei den zeitaufwendigsten Schritten, der Schiefbedampfung und Trockenätzung, mehrere solche Werkzeuge parallel hergestellt.For cost-effective production of the diffractive microstructures on the pressing tools according to the invention, a plurality of such tools are produced in parallel in the time-consuming steps of oblique deposition and dry etching.
Mit der genannten Ionenätzmethode lassen sich auch beschichtete Presswerkzeuge mikrostrukturieren, wie beispielsweise galvanische Hartchrombeschichtungen.
Prägungembossing
Eine weitere Methode zur Einbringung einer diffraktiven Mikrostruktur auf einen erfindungsgemäßen Presstempel besteht darin, die gewünschte Mikrostruktur durch ein Prägungsverfahren mit Hilfe eines Hauptwerkzeugs in die Oberfläche der erfindungsgemäßen Presswerkzeuge einzuhämmern. Dieses Hauptwerkzeug kann mit der obenstehend beschriebenen Ionenätzmethode mikrostrukturiert werden.Another method for introducing a diffractive microstructure on a pressing die according to the invention is to hammer the desired microstructure into the surface of the pressing tools according to the invention by means of an embossing process with the aid of a main tool. This main tool can be microstructured by the ion etching method described above.
Es ist bekannt, makroskopische Strukturen, wie z. B. Fahrgestellnummer oder Markennamen, in Metall einzuhämmern. Solche Strukturen sind im kleinsten Fall typischerweise einige Millimeter gross. Die benötigte Genauigkeit der Strukturierung ist gering, da die einzige Anforderung darin besteht, die Zahlen und Buchstaben lesen zu können. Das Einhämmern diffraktiver Mikrostrukturen mit Perioden in der Größenordnung von 1 μm in erfindungsgemäßen Presswerkzeugen ist natürlich erheblich komplizierter. Die erforderliche Genauigkeit ist sehr hoch, um den Interferenzeffekt der Mikrostrukturen zu erhalten. Darüber hinaus sind die Mikrostrukturen kleiner als die inneren Strukturen von Metallen (Körnergröße), und die Werkzeuge sind aus sehr harten Metalllegierungen gefertigt.It is known macroscopic structures such. For example, chassis number or brand name, hammer in metal. Such structures are typically a few millimeters in the smallest case. The required accuracy of the structuring is low, since the only requirement is to be able to read the numbers and letters. The hammering of diffractive microstructures with periods in the order of 1 .mu.m in pressing tools according to the invention is of course considerably more complicated. The required accuracy is very high in order to obtain the interference effect of the microstructures. In addition, the microstructures are smaller than the internal structures of metals (grain size), and the tools are made of very hard metal alloys.
Für ein leichteres Verständnis dieser Methode werden nachfolgend einige charakteristische mechanische Eigenschaften von Metallen zusammengefasst. Metalle neigen dazu, wegen der Stärke der metallischen Bindung hohe Schmelzpunkte zu haben. Die Bindungsstärke ist von Metall zu Metall verschieden und hängt unter anderem von der Anzahl Elektronen ab, die jedes Atom in das sogenannte freie Elektronengas abgibt. Darüber hinaus hängt sie von der Packungsdichte ab. Jedes Metall besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Körnern bzw. Kristalliten, also perfekt geordneten mikrokristallinen Gebieten. Der durchschnittliche Durchmesser solcher Körner liegt typischerweise zwischen 10 μm und 100 μm. An den Korngrenzen, auch Dislokationen genannt, sind die Atome falsch ausgerichtet. Spezialbehandlungen ermöglichen kleinere Korngrößen und somit härtere Metalle.To facilitate understanding of this method, some characteristic mechanical properties of metals are summarized below. Metals tend to have high melting points because of the strength of the metallic bond. The bond strength differs from metal to metal and depends, among other things, on the number of electrons that each atom emits into the so-called free electron gas. In addition, it depends on the packing density. Each metal consists of a large number of individual grains or crystallites, ie perfectly ordered microcrystalline regions. The average diameter of such grains is typically between 10 μm and 100 μm. At the grain boundaries, also called dislocations, the atoms are misaligned. Special treatments enable smaller particle sizes and thus harder metals.
Wirkt auf ein Metall eine kleine mechanische Spannung, beginnen einzelne Metalllagen übereinander zu gleiten. Sobald die Spannung abgebaut wird, fallen die Atome wieder zurück in ihre Ursprungsposition (elastische Verformung). Ist die Spannung größer, gleiten die Atome in eine neue Position; das Metall ist dauerhaft verformt (plastische Deformation). Durch die Bewegung der Dislokationen führt sie zur Aufbrechung einer beschränkten Anzahl atomarer Bindungen. Die Kraft, die dazu benötigt wird, die Bindungen aller Atome in einer Kristallebene gleichzeitig aufzubrechen, ist sehr groß. Die Bewegung der Dislokationen erlaubt es Atomen in Kristallebenen jedoch, bei viel geringeren Spannungen aneinander vorbeizugleiten. Da die zur Bewegung benötigte Energie entlang der dichtesten Kristallebenen am geringsten ist, haben die Dislokationen innerhalb eines Metallkornes eine bevorzugte Bewegungsrichtung. Dies führt zu Gleitverschiebungen entlang paralleler Ebenen innerhalb des Kornes. Der Durchmesser solcher Gleitlinien liegt typischerweise im Bereich von 10 nm bis 1000 nm. Diese Gleitlinien gruppieren sich und formen Gleitlinienstreifen. Letztere sind unter einem optischen Mikroskop bereits sichtbar. Wie untenstehend beschrieben werden wird, unterstützen die Gleitlinien und Gleitlinienstreifen die Replikation von Mikrostrukturen. Die Verschiebung der Atomlagen übereinander wird durch Korngrenzen behindert, die auf eine unpassende Konstellation der Atomreihen zurückzuführen sind. Das bedeutet, dass je mehr Korngrenzen ein Metallstück aufweist, d. h. je kleiner die einzelnen Kristallkörner sind, desto härter ist das Metall. Da die Korngrenzen Gebiete sind, wo die Atome keinen guten Kontakt zu einander haben, neigen Metalle dazu, an Korngrenzen zu brechen. Somit wird das Metall durch eine Erhöhung der Anzahl Korngrenzen nicht nur härter, sondern auch brüchiger. Je härter ein Metall ist, desto schwieriger ist es zu verformen. In Tabelle 5 sind Vickers Härtegrade (HV), die Materialdichte ρ sowie der Elastizitätsmodul oder Young'sche Modul E für verschiedene Materialien (nicht nur Metalle und Legierungen) aufgeführt. Tabelle 5
Der Elastizitätsmodul ist unabhängig vom Härtegrad. Der Härtegrad ist ein Maß, bei dem die plastische Deformation durch mechanische Spannung beginnt. Der Young'sche Modul E = dσ/dε ist die Steigung des linearen Teils der Spannungs-/Dehnungskurve σ(ε).
Um die diffraktive Mikrostruktur mit einem Hauptwerkzeug in ein erfindungsgemäßes Presswerkzeug einhämmern zu können, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:
- 1. Die Härte des Hauptwerkzeugs muss größer sein als diejenige des Presswerkzeugs.
- 2. Der Young'sche Modul muss für beide so hoch wie möglich sein, um die elastische Deformation zu minimieren.
- 3. Die angewandte Spannung muss höher als die Streckgrenze, jedoch tiefer als die ultimative Zugspannung des Presswerkzeugs sein. Außerdem muss sie niedriger sein als die Streckgrenze (falls vorhanden) und die ultimative Zugspannung des Hauptwerkzeugs.
- 1. The hardness of the main tool must be greater than that of the pressing tool.
- 2. The Young's modulus must be as high as possible for both to minimize elastic deformation.
- 3. The applied stress must be higher than the yield strength but lower than the ultimate tensile stress of the press tool. In addition, it must be lower than the yield strength (if any) and the ultimate tensile stress of the main tool.
Gegebenenfalls kann das Presswerkzeug oder dessen Oberfläche nach dem Einhämmern der Mikrostruktur durch eine anschließende Wärmebehandlung oder Ionen-Implantation gehärtet werden.Optionally, the crimping tool or its surface may be hardened after hammering the microstructure by subsequent heat treatment or ion implantation.
Um ein Presswerkzeug mit einer galvanisch hartverchromten Oberfläche mikrostrukturieren zu können, ist beispielsweise ein Hauptwerkzeug aus Wolframkarbid notwendig, und eine Prägekraft von ca. 400–500 MPa. Alternativ dazu kann das Hauptwerkzeug auch aus gehärtetem Stahl bestehen, mit einer Beschichtung z. B. aus Wolframkarbid, Si3N4 oder ZrO2, welche die Mikrostruktur trägt. Letztere Variante ist kostengünstiger, da nur die Beschichtung aus dem sehr harten und bruchresistenten Material bestehen muss.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1a, 1b1, 1a, 1b
- Pressstempelpress die
- 22
- Pulvermischungpowder mixture
- 33
- Pressformmold
- 44
- Tablettetablet
- 1010
- Gitterliniegrid line
- 1111
- Gitter-MikrostrukturLattice microstructure
- 1212
- Vertiefungdeepening
- 2020
- Photoresist-SchichtPhotoresist layer
- 2121
- Interferierende LaserstrahlungInterfering laser radiation
- 2222
- Maskemask
- 3030
- Körner, KristalliteGrains, crystallites
- 4040
- Elastische GrenzeElastic border
- 4141
- Bruchfracture
- 5050
- Laserlaser
- 5151
- Photodiodenphotodiodes
- 6060
- Nickel-ShimNickel shim
- 6161
- Metallblockmetal block
- ΛΛ
- Periodeperiod
- tt
- Tiefedepth
- θm.theta..sub.M
- Reflexionswinkel der m-ten BeugungsordnungReflection angle of the mth diffraction order
- θiθi
- Einfallswinkelangle of incidence
- mm
- Beugungsordnungdiffraction order
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