CN1404542A - 具有改进透镜的隆起路面标志器 - Google Patents

Abstract

本揭示涉及具有全内反射透镜的改进隆起路面标志器(52)。本揭示还涉及制造隆起路面标志器的方法。下面描述的隆起路面标志器(52)包括连接到全内反射透镜的外壳(54)。全内反射透镜包括后向反射单元(58)，后向反射单元(58)具有一般与多个立方隅角(88)单元相对的光滑表面。在立方隅角单元(88)的顶点(98)处把薄膜(60)附加到后向反射单元，以在薄膜和立方体之间形成间隔(108)，即空隙。使薄膜(60)和后向反射单元(58)相配合，以形成全内反射透镜。通过光滑表面入射后向反射单元的光在立方体/空气界面处被后向反射。例如，制造方法包括形成具有后向反射单元的壳体，并把薄膜附加到立方隅角单元的顶点。

Description

具有改进透镜的隆起路面标志器

背景

使用隆起路面标志器作为交通车道的图型，向驾驶员警告诸如小山、弯路和出口坡道之类的道路改变，并改进车道线指引，特别在晚上或驾驶条件恶劣时。隆起路面标志器许多应用中的一些使识别交通车道分隔、边缘线、消防栓、机场出租车道以及其它特殊应用成为可能。通常，隆起路面标志器包括附着于标志器主体的后向反射透镜。与镜子型(或镜面)反射相反，一般后向反射透镜直接使光返回到它的源。后向反射透镜向光源附近的观看者显示最大亮度-例如，车头灯和驾驶员。这对任何观察角度处的驾驶员几乎都是真实的，这使后向反射透镜的晚间能见度极优良。隆起路面标志器中两种常用的后向反射透镜包括真空镀金属后向反射透镜和全内反射透镜。

真空镀金属后向反射透镜是立方隅角棱镜单元，它具有直接沉积在棱镜单元表面上的镜子状金属表面。立方体和镜子状表面使来自车头灯的光后向反射回车辆驾驶员处。用于制造这种类型透镜的直接劳动和材料是相当便宜的，但是制造最初需要购买形成镜子状表面的昂贵沉积设备。镜子状表面吸收一些光。还有，渗入透镜中的潮气可能腐蚀镜子状表面，进一步降低效率。

另外类型的后向反射透镜是全内反射透镜，它包括与立方隅角棱镜单元有间隔并在立方隅角棱镜单元后面的刚性衬底(backing)，以在棱镜单元和衬底之间形成密封的空隙。在物理原理下选择棱镜单元的折射率，致使空隙使进入棱镜的光在棱镜-空隙界面处被全内后向反射。全内反射透镜是极有效的后向反射产品。然而，全内反射透镜通常较昂贵，并且制造起来比真空镀金属后向反射透镜困难。通常，用超声波焊接刚性衬底，或直接热焊封到棱镜单元，形成提供密封空隙的隔板。一般，全内反射透镜比它们对应的真空镀金属后向反射透镜更昂贵。

许多团体根据价值来购买隆起路面标志器，即，他们根据给定应用所要求的性能来选择合适的隆起路面标志器。然而，对于某些团体，低成本比价值更重要。由于预算或其它原因，即使交通应用需要较佳性能的标志器，这些团体也必须满足于低成本的标志器。当然，交通安全是所有人关心的并影响每一个人。因此，存在对低成本、高性能隆起路面标志器的需求。

概要

本揭示涉及具有全内反射透镜的经改进的隆起路面标志器。本揭示还涉及制造隆起路面标志器的方法。下述隆起路面标志器包括连接到全内反射透镜的外壳。全内反射透镜包括具有光滑表面的后向反射单元，一般所述光滑表面与多个立方隅角单元相对。在立方隅角单元的顶点处，把薄膜附加到后向反射单元上，以形成薄膜和立方体之间的间隔，即空隙。薄膜和后向反射单元一起形成全内反射透镜。通过光滑表面进入后向反射单元的光在立方体/空气界面处被后向反射。例如，制造方法包括形成具有后向反射单元的壳体，并把薄膜附加到立方隅角单元的顶点处。

下面揭示的隆起路面标志器包括优于其它标志器的数个优点，下面描述这些优点中的一些。优点之一是该标志器是高性能的，但是制造成本相当低。例如，可以制造全内反射透镜而无需隔板。如上所述，隔板使可用于后向反射的表面面积减少。此外，下面揭示的隆起路面标志器明显地比蒸汽涂覆透镜更能后向反射。在近代实验室分析中，每次测量具有0度的水平入射角，0.2度的观察角以及0度的旋转角(根据ASTM-D 4280-96)，对于下面描述的标志器，发现后向反射发光强度(以每勒克司的毫烛光，或mcd/lx，为单位测量)是1349mcd/lx，而对于蒸汽涂覆透镜是487mcd/lx。同样，每次测量具有20度的水平入射角，0.2度的观察角以及0度的旋转角(根据ASTM-D 4280-96)，对于下面描述的标志器，发现后向反射发光强度是849mcd/lx，而对于蒸汽涂覆透镜是303mcd/lx。

附图简述

图1示出共同应用隆起路面标志器的几个例子的透视图。

图2示出图1中示出的隆起路面标志器例子的透视图。

图3示出图1中示出的隆起路面标志器的另一个例子的透视图。

图4示出图2的标志器的分解图。

图5示出一部分全内反射透镜，所述全内反射透镜是图1中标志器的一部分。

图6a-c示出全内反射透镜一个例子中一部分的截面图，所述全内反射透镜是图1中标志器的一部分。

图7-9示出在一个制造实例中，图1的隆起路面标志器的各阶段。

图10-11示出在另一个制造实例中，图1的隆起路面标志器的各阶段。

图12-13示出在另一个制造实例中，图1的隆起路面标志器的各阶段。

详细说明

本揭示涉及具有改进透镜的隆起路面标志器。包括附图的本揭示参考几个例子来描述隆起路面标志器。本发明的范围不限于几个例子，即，所描述的本发明的实施例。而是，所附的权利要求书定义本发明的范围。可以对例子(包括未揭示的另外的设计)作出改变，以致仍属于权利要求书的范围内。

图1示出共同应用几种形式的隆起路面标志器的一个例子的透视图。把例子中的隆起路面标志器30附加到道路表面32，以加强诸如交通车道转移线34和边缘线36之类的路面标志。在一个例子中，用特殊粘合剂把隆起路面标志器30附加到沥青或混凝土道路表面上。在另一个例子中，隆起路面标志器包括铸铁外壳(保护器)38，以防止例如扫雪机等损坏隆起路面标志器。把一部分铸铁外壳(保护器)38埋在道路表面中。当车头灯44(光源)照射到标志器30时，标志器30产生高强度的后向反射光40。因为驾驶员与车头灯44相当接近，所以驾驶员46看到后向反射光。除了提供可见告警之外，当车辆轮胎越过隆起路面标志器时，标志器还使车辆48产生“震击声”，给予驾驶员46一个声音告警。

图2和3示出隆起路面标志器两个例子50、52的透视图，一般，隆起路面标志器50、52如同图1中的标志器30。图4示出图3中标志器52的部分分解图。在这些例子中，标志器50、52的相同单元在附图和说明中具有相同的标号。每个标志器50、52包括具有侧面56的外壳54。至少一个侧面56包括后向反射单元58。已知标志器50是单向标志器，而已知标志器52是双向标志器。具体而言，标志器50包括一个具有后向反射单元58的侧面，而标志器52包括两个侧面56，一般这两个侧面在外壳54上彼此相对，其中两个侧面56中的每一个包括一个后向反射单元58。薄膜60接触后向反射单元58以形成一般封闭的空隙，并提供全内反射透镜62。具有一个全内反射透镜62的单向标志器50通常可用于标记边缘线36和坡道线，其中后向反射的光从单一交通方向发出。具有两个全内反射透镜62的双向标志器52可用于标记交通车道转移线34，其中后向反射的光从相对交通方向发出。此外，可以对外壳54、后向反射单元58或两者着色，以配合交通标志。

可以根据应用或指定的使用来构成各种形状、尺寸或材料的外壳54。在一个例子中，外壳包括基座表面64，基座表面64适用于通过粘合剂或其它连接器附加到道路表面32上。为了便于安放和处理标志器50、52，标志器还可以包括指状抓取器(未示出)。根据应用，外壳包括一个或多个带有接收区域68的侧面56。在例子中，使每个接收区域68从基座64的垂线倾斜一个角度。一般，该角度与垂线成约45到75度的角度(或与基座表面成15到45度的角度)。在所示的例子中，该角度与垂线成60度的角度。倾斜的接收区域68提供斜面，以减少对于轮胎的冲击，并提供使全内反射透镜62被最佳定位使用的接收区域。

外壳54能够经受一般的冲击，并构造成各种形式。例如，可以把外壳54制造成实心的，其中，把全内反射透镜62附加到具有接收区域68的侧面56上，即，附加到接收区域68顶部的外壳54。接收区域68可以是平面的(光滑)或有纹理的。在图4中示出的例子中，外壳54包括凹形壳体72内的填充物70。填充物70可以包括现有本领域中已知的封装复合物或封装混合物。还有，填充物70可以包括本领域中已知的模制肋状基座。设想其它填充物70。在图4中示出的例子中，壳体72是凹形的，并且至少部分包围填充物70。填充物70提供基座表面64的大部分。在例子中，壳体72还提供侧面56和接收区域68。接收区域68包括框架76围绕的开口74。把全内反射透镜62连接到接收区域68，其中，一部分透镜62放置在开口74中，并且例如通过粘合剂连接到框架76。在下面用图8-10更详细地描述的另一个例子中，接收区域包括整体形成的后向反射单元58。

图4和5示出具有后向反射单元58的全内反射透镜62，所述后向反射单元58具有与结构表面82相对的观看表面80。入射在观看表面80上的光通过后向反射单元58传播，并在结构表面82处后向反射回光源。在一个例子中，把单元58整体形成在外壳54的侧面56中，因此单元58由与壳体72的材料相同的材料制造。在所示的例子中，用与外壳54所用材料不同的材料制造单元58。选择材料使外壳54以及单元58的性能最优化，并把单元58附加到外壳54上。用基本上透明的、尺寸稳定的、耐用的、抗寒耐热的，且容易形成期望结构的材料形成后向反射单元58。在一个例子中，一般单元58是刚性的。形成单元58所用材料的一个例子是丙烯酸类，诸如从Rohm and Haas可购得的Plexiglas牌树脂。

在隆起路面标志器50、52中，观看表面80面向外朝着环境。为了减少入射在表面80上的光的散射，一般在例子中的观看表面80是光滑的，或一般是平面的。在一个例子中，后向反射单元还包括耐磨损涂层82或覆盖层，以便减少损坏或磨损。在例子中，后向反射单元58在多个层中形成，并用不同的材料。例如，陶瓷(ceramer)涂层增加观看表面80的耐磨损性。其它例子包括单片单元58。

结构表面82包括多个立方隅角单元88，也熟知为棱镜、三垂面反射镜或本领域中使用的其它术语。如图5中所示，一般每个立方隅角单元88是具有三个相互基本垂直表面92、94、96(光学表面)的结构，这三个表面相结合使入射光后向反射。光学表面在顶点98处交叉。因此，多个顶点98从结构表面82上的后向反射单元58凸出。在垂直表面92、94、96之间形成腔体100。每个立方隅角单元88还具有光轴102，这是通过立方隅角顶点98延伸的轴。把光轴102偏离后向反射单元58平面的法线方向的立方隅角单元88称为“倾斜的立方隅角单元”。在所示的例子中，立方隅角单元88以约60度的角度倾斜。从性能方面考虑，可以使立方体单元倾斜以对应于接收区域68的倾斜角。

设想立方隅角单元88配置的许多例子。在所示的例子中，在本领域中众知的立方隅角单元88相对于也可使用的斜立方体是“全立方体”。通常，模制全立方体使之成形。在一个例子中，一般通过在平坦表面上划出相互成120度的3条凹槽，而制成斜立方体，3条线的交点形成60度的凹槽角。在本领域中众知许多不同型式的斜立方体。还有，立方隅角单元88的尺寸一般不重要。例子示出宏立方体(立方体的光轴102高度大于10mm)，但是也可以使用微立方体(小于10mm)。

把薄膜60连接到顶点98处的结构表面82，致使一部分立方隅角单元88与薄膜60隔开，以形成全内反射透镜62。图6a示出薄膜60连接到结构表面82的全内反射透镜62的一个例子的横截面。理想地，薄膜60只在顶点98处接触结构表面82。然而，实际上这是困难的-通常薄膜60还接触顶点周围的垂直表面94、96、98的一部分。由于制造公差，顶点98还可以是圆形的。即使顶点98“沉入”薄膜60中，一部分立方隅角单元88仍不接触薄膜60，因此与薄膜60隔开。接触薄膜的立方隅角单元88部分的量可以变化，但是在所示的例子中，薄膜60尽可能少地接触立方隅角单元88，以使薄膜保持在原位。在薄膜60和立方隅角单元88的不接触部分之间形成空隙108，它们一起形成全内反射透镜62。

本发明选用的薄膜60足够柔韧，以致可以围绕后向反射单元58的外围弯折，并且还有足够的刚性，不至于紧压立方隅角单元88的表面94、96、98。在制造中，对于固化粘合剂所需要的时间周期和温度循环，薄膜强度最好强到足以支持在封装混合物期间的压力，所述混合物包括含有诸如环氧树脂之类的粘合剂的混合物。如果薄膜60太柔软，则粘合剂上的封装压力将把薄膜60过多地推向表面94、96、98。薄膜60为立方体的面提供空隙。薄膜可以向透镜62提供彩色的外观，隔绝灰尘和水，并提供设计灵活性和提供衬垫以吸收轮胎对透镜的冲击。在所示的例子中，薄膜60具有约0.001mm到约1cm之间的厚度，尤其，在约0.01mm到约1.6mm之间。一般，薄膜越厚，薄膜的柔性越差，但是吸收轮胎对透镜的冲击的能力更强。相反，一般降低薄膜的厚度试图使薄膜更柔软或更可弯折。

用于薄膜的一些示例的材料例子包括热塑的、热激励的、紫外线固化的以及电子束固化的聚合物系统。已经发现合适的薄膜包括对于诸如黏合胶带之类的各种物品，一般作为衬底和载体使用的那些薄膜。因此，薄膜的组成包括聚氯乙烯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、氟聚合物、丙烯酸酯类、以及它们的组合。也可以选择多层的薄膜。

存在合适的薄膜60的许多例子，下面只列出这种例子中的几个例子。作为薄膜使用的氨基甲酸乙酯聚合物包括来自Morton的MORTHANE热塑聚氨基甲酸乙酯聚合物，它包括基于聚己酸内酯的无环的热塑聚氨基甲酸乙酯，诸如MORTHANEPN03-214，以及基于聚酯的无环的热塑聚氨基甲酸乙酯，诸如MORTHANE PN343-101、PN343-200、PN343-201、PN343-203以及PN3429-105。作为薄膜使用的乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物包括来自杜邦的ELVAX树脂以及乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。来自Quantum/Equistar的ULTRATHENE高级乙烯乙酸乙烯酯共聚物。在本发明的薄膜中使用的乙烯丙烯酸甲酯共聚物包括来自Chevron的EMAC和EMAC+树脂。在薄膜吸收轮胎对透镜的冲击的应用中，可以使用自然的和人工的橡胶，诸如三种成分(例如，乙烯、丙烯、和二烯烃)组成的三元共聚物(EPDM)。也可以使用包括空气单元或气泡的薄膜以及“发泡带”来吸收轮胎对透镜的冲击。

在图6b中示出的例子中，用粘合剂把薄膜60附加到后向反射单元58。在一个例子中，薄膜包括黏合层110，诸如压敏黏合层。在另一个例子中，薄膜60是一片黏合带。全部可从3M购得的，以产品号SCOTCH牌355、845书带、471、以及4101DSL002AC91130识别的黏合带，可作为薄膜60使用。尤其，SCOTCH牌355封箱带是聚酯衬底层上的压敏热融橡胶-树脂黏合层。橡胶-树脂PSA层粘合到许多表面并提供可靠的封闭，并且聚酯衬底层是强固和防撕裂的。如图6c中所示，可以使用双面黏合薄膜111来形成全内反射透镜62，并把透镜62附加到外壳54上，当实心时，附加到接收区域68的顶部。

在一个例子中，把薄膜60压到后向反射单元58的结构表面82的顶点98，以形成全内反射透镜62。在一个例子中，薄膜60所具有的尺寸稍大于后向反射单元58的外围，并且形状与后向反射单元58的外围相似。因此，可以围绕后向反射单元58的外围折叠薄膜60，有助于空隙108与环境隔离。在另一个例子中，薄膜60和后向反射单元58的尺寸相同和形状相同。可以预先拉伸或拉伸薄膜60，以致薄膜60没有皱纹并保持平坦。可以用许多方法把薄膜附加到后向反射单元。例如，当薄膜60包括压敏黏合层时，可以用橡胶滚筒使薄膜60紧贴后向反射单元58。另外的方法是使用一种薄膜60，这种薄膜60具有与后向反射透镜的化学成分可热兼容的化学成分，然后使薄膜60热密封到结构表面88的顶点。第三种方法是用超声波把薄膜60密封到结构表面88的顶点98。这是如何产生全内反射透镜的例子的短清单，熟悉本技术领域的人员应该会明了其它的例子。

存在许多形成隆起路面标志器的方法，下面讨论几种方法。在这些例子中，形成具有后向反射单元58的壳体72，其中把薄膜60附加到后向反射单元58的结构表面82。对于单向和双向隆起路面标志器50、52两者都可以使用这些例子。

图7-9示出隆起路面标志器的制造，其中，后向反射单元58与壳体整体形成。图7示出与后向反射单元58整体形成的壳体72。在一个例子中，用注模法制造壳体72以形成单块结构。然而，设想形成或模制壳体的其它方法。图8示出把薄膜60放置在后向反射单元的结构表面82上以形成全内反射透镜62。图9示出具有薄膜的壳体适当地充满填充物70。

图10-11示出隆起路面标志器的制造，其中，把后向反射单元58附加到壳体72上。在图10中示出的例子中，可以形成具有接头114的壳体72，可以使用接头114来适当地支撑后向反射单元58。在这个例子中，壳体72是用注模法制造的。在模制壳体72之后，把后向反射单元58附加到壳体的内部，并粘合到壳体72的框架76上，如在图11中所示。在把后向反射单元58插入壳体72之前或之后，可以把薄膜60附加到后向反射单元58上。接着，把填充物70放置在壳体72内部。

图12-13示出隆起路面标志器的制造，其中，壳体72是围绕后向反射单元58用注模法制造的。图12示出放在壳体72的模子112内部的后向反射单元。后向反射单元58可以包括所附加的薄膜60，或可以在添加填充物70之前某个时间附加薄膜60。后向反射单元58在模子112中的适当位置，用注模法制造壳体，所以壳体就附加到后向反射单元58上，如图13中所示。如果不是在模制之前先加薄膜60，则现在把薄膜60附加到后向反射单元58上，并把填充物70添加到壳体72中。

Claims (24)

1.一种隆起路面标志器，其特征在于，它包括：

外壳，所述外壳具有至少一个后向反射单元的侧面，

其中，后向反射单元包括与结构表面相对的一般光滑表面，结构表面具有多个立方隅角单元，所述立方隅角单元具有三个一般相互垂直的表面，立方隅角单元的垂直表面形成从后向反射单元凸出的多个顶点；以及

薄膜，所述薄膜在多个顶点中的至少一些处接触结构表面，致使至少一部分立方隅角单元与薄膜隔开，以形成全内反射透镜。

2.如权利要求1所述的隆起路面标志器，其特征在于，与外壳一起整体形成后向反射单元。

3.如权利要求1所述的隆起路面标志器，其特征在于，用不同的材料形成外壳和后向反射单元，并且把全内反射透镜附加到外壳上。

4.如权利要求1所述的隆起路面标志器，其特征在于，外壳包括两个相对的侧面，并且每个相对侧面包括一个形成全内反射透镜的后向反射单元。

5.如权利要求1所述的隆起路面标志器，其特征在于，用封装混合物填充外壳。

6.如权利要求1所述的隆起路面标志器，其特征在于，一般所有顶点都接触薄膜。

7.一种隆起路面标志器，其特征在于，它包括：

外壳，所述外壳具有一个基座表面和至少一个具有接收区域的侧面，其中，使侧面从垂直于基座的一个角度倾斜；

在接收区域处连接到外壳的全内反射透镜，全内反射透镜具有连接到薄膜的后向反射单元，其中后向反射单元包括与结构表面相对的一般平面表面，结构表面具有多个立方隅角单元，每个立方隅角单元具有三个一般相互垂直的表面，立方隅角单元的垂直表面形成多个从后向反射单元凸出的顶点；以及

柔性薄膜，所述柔性薄膜在多个凸出的顶点处接触结构表面，致使每个立方隅角单元的至少一部分与薄膜隔开，以形成薄膜和部分立方隅角单元之间的间隙。

8.如权利要求7所述的隆起路面标志器，其特征在于，外壳包括一般凹形的壳体，致使在壳体上形成至少一个侧面和接收区域。

9.如权利要求8所述的隆起路面标志器，其特征在于，接收区域包括一个开口，并且把至少一部分全内反射透镜放置在开口内。

10.如权利要求9所述的隆起路面标志器，其特征在于，开口包括边缘，并把全内反射透镜粘合到边缘上。

11.如权利要求8所述的隆起路面标志器，其特征在于，用封装材料填充一般凹形的壳体，以形成外壳。

12.如权利要求7所述的隆起路面标志器，其特征在于，外壳包括平面接收区域，其中把全内反射透镜附加到接收区域顶部的外壳上。

13.如权利要求8所述的隆起路面标志器，其特征在于，后向反射单元的立方隅角单元是斜立方体。

14.如权利要求7所述的隆起路面标志器，其特征在于，薄膜包括衬底和粘合剂，粘合剂在粘合剂处接触立方隅角单元。

15.如权利要求7所述的隆起路面标志器，其特征在于，外壳包括多个接收区域，其中每个接收区域连接一个全内反射透镜。

16.一种制造隆起路面标志器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

形成壳体，所述壳体具有后向反射单元，其中后向反射单元包括与结构表面相对的一般光滑表面，结构表面具有多个立方隅角单元，所述立方隅角单元具有三个一般相互垂直的表面，立方隅角单元的垂直表面形成从后向反射单元凸出的多个顶点；以及

把薄膜附加到多个顶点中至少一些处的结构表面，致使至少一部分立方隅角单元与薄膜隔开，以形成全内反射透镜。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，壳体是注模法制造的。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，壳体是围绕后向反射单元用注模法制造的。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在围绕后向反射单元用注模法制造壳体之前把薄膜附加到后向反射单元上。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在用注模法制造壳体之后把后向反射单元附加到壳体上。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在把后向反射单元附加到壳体上之前把薄膜附加到后向反射单元的结构表面上。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，与壳体一起整体地形成后向反射单元。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在把薄膜附加到后向反射单元的结构表面上之后用封装混合物填充壳体。

24.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在形成壳体之后把后向反射单元附加到壳体上。

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