DE68915367T2

DE68915367T2 - Effizientes Material für einen Retroreflektor.

Info

Publication number: DE68915367T2
Application number: DE68915367T
Authority: DE
Inventors: Sanford Cobb Jr; John C Nelson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2009-07-25
Also published as: AU618615B2; KR0152071B1; CN1040440A; DE68915367D1; ATE105941T1; JP2735299B2; ES2052920T3; CA1321726C; KR910003404A; CN1020003C; EP0356005B1; US4895428A; EP0356005A1; JPH0285884A; AU3891189A; MX166717B; BR8903688A

Description

Technisches Gebiet

Die Vorliegende Erfindung betrifft einen retroreflektierenden Gegenstand, insbesondere einen für eine Orientierung und einen großen Einfallswinkel optimierten retroreflektierenden Gegenstand.

Ausgangssituation

Retroreflektierende Materialien werden umfassend zur Herstellung von Verkehrszeichen, Straßenschildern, Fahrbahnmarkierungen u.dgl. verwendet. Ein retroreflektierendes Material ist gekennzeichnet durch seine Fähigkeit, Licht in Richtung auf die Quelle eines nicht senkrecht einfallenden Strahls zurückzuwerfen. Diese Art der Reflexion muß von der bei Spiegeln unterschieden werden, die eine gerichtete Reflexion bewirken, oder von derjenigen diffus reflektierender Oberflächen, die das einfallende Licht in allen Richtungen streuen.
Retroreflektierende Materialien, bei denen ein Typ von reflektierenden Elementen mit Würfelkanten eingesetzt wird, sind in der Technik weithin bekannt. Reflektierende Elemente mit Würfelkante sind Triederstrukturen mit drei zueinander senkrechten Flächen, die sich an einer einzelnen Kante derart treffen, daß diese Konfiguration durch die Kante eines Raums oder eines Kubus festgelegt wird. Das Retroreflexionsvermögen des Typs von reflektierenden Elementen mit Würfelkante wird normalerweise nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion erzielt. Ein transparentes Würfelkantenelement empfängt in einem Winkel einen einfallenden Lichtstrahl und sendet ihn in derselben Richtung zurück. Siehe hierzu beispielsweise die US-P-3 924 929 und 4 672 089.
Retroreflektierende Materialien vom Würfelkantentyp zeigen normalerweise mit zunehmendem Einfallswinkel des zu sehenden Lichts zunehmend geringeres Reflexionsvermögen. Im allgemeinen verlieren diese Materialien bei Einfallswinkeln von größer als etwa 20º merkliche Beträge des Reflexionsvermögens und verlieren nahezu ihr gesamtes Reflexionsvermögen, wenn der Einfallswinkel größer ist als etwa 40º. Der Einfallswinkel wird an der Linie senkrecht zu der Oberfläche des retroreflektierenden Folienmaterials gemessen.
Ein retroreflektierendes Material, bei dem die retroreflektierenden Eigenschaften einer Würfelkante genutzt werden, das jedoch bei sehr hohen Einfallswinkeln wirksam bleibt, wurde in der Patentschrift von White, US-P-4 349 598, (nachfolgend bezeichnet als das "White"-Patent) beschrieben. Das im White-Patent offenbarte retroreflektierende Material kann Retroreflexion von einer Oberfläche erhalten, die sich nahezu parallel zum einfallenden Licht befindet. Die in dem White-Patent beschriebenen reflektierenden Elemente sind reflektierende, transparente rechtwinklige Prismen mit einer rechtwinkligen Grundfläche, zwei zueinander senkrechten rechteckigen Flächen, die in Winkeln von 45º auf die Grundfläche treffen, und zwei parallelen Dreiecksflächen senkrecht zu den rechteckigen Flächen.
Obgleich sie bei der Lösung der Probleme der Verwendung von retroreflektierendem Material bei hohen Einfallswinkeln erfolgreich ist, hat die Konstruktion nach White bestimmte Nachteile. Die erforderlichen vertikalen Schnitte zwischen den reflektierenden Elementen nach White bewirken einen 25%igen bis 50%igen Verlust der effektiven Fläche des Materials, von dem das Licht retroreflektiert wird (effektive Fläche). Darüber hinaus macht die Anwesenheit der zwei parallelen vertikalen Oberflächen an jedem Ende der einzelnen reflektierenden Elemente die Formgebung zu einer schwierigen Aufgabe. Die vertikalen Oberflächen gewähren keine Reliefwinkel, um das Entfernen der reflektierenden Folie aus der Form zu erleichtern. Als Folge wird eine große Spannung auf jedes der einzelnen retroreflektierenden Elemente ausgeübt, wenn das Material von der Form abgezogen wird. Derartige Spannungen können zur Deformation der einzelnen retroreflektierenden Elemente führen, indem sie Abweichungen in dem vorgesehenen Retroreflexionsmuster des retroreflektierenden Materials hervorrufen.
Viele Würfelkantenkonstruktionen, einschließlich die Konstruktion von White, sind nicht so bemessen, daß eine maximale effektive Öffnungsweite für jedes retroreflektierende Element erhalten wird. Beispielsweise können die einzelnen Elemente eines Würfelkantenmaterials mit schrägem Trieder eine wirksame öffnungsweite von ungefähr 30 % haben und ein Element der Konstruktion nach White ungefähr 70 %.
Es besteht daher ein Bedarf für ein verbessertes retroreflektierenden Material, das bei hohen Einfallswinkeln wirksam ist. Ferner besteht ein Bedarf für ein derartiges retroreflektierendes Material, das Elemente mit einem hohen Prozentanteil effektiver Öffnungsweite und einem hohen Prozentanteil effektiver Fläche der Folie aufweist und das eine Konstruktion hat, die in kommerziellen Formgebungsverfahren leicht geformt werden kann.

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung schafft ein retroreflektierendes Material, das ein verbessertes Retroreflexionsvermögen bei hohen Einfallswinkeln aufweist. Jedes der reflektierenden Elemente des erfindungsgemäßen retroreflektierenden Materials hat eine Dreiecksfläche, die zur Senkrechten geneigt ist. Zusätzlich zu ihren optischen Vorteilen hilft diese geneigte Fläche beim Formgeben des retroreflektierenden Materials.
Das erfindungsgemäße retroreflektierende Material umfaßt eine transparente Oberflächenschicht und ein Feld reflektierender Elemente, wobei jedes der reflektierenden Elemente aufweist: eine rechteckige Grundfläche einer Länge L, zwei zueinander nahezu senkrechte tetragonale Flächen mit einer Schnittlinie der Länge Y, welche Länge Y kleiner ist als die Länge L und welche Schnittlinie in einer zu der rechteckigen Grundfläche im wesentlichen parallelen Ebene liegt, und eine nichtsenkrechte Dreiecksfläche, die mit der Ebene senkrecht zu der Grundfläche den Winkel Alpha bildet, wobei der Winkel Alpha im Bereich von 6º bis 65º liegt, vorzugsweise etwa sin&supmin;¹ (0,25/n) bis sin&supmin;¹ (1/n) und mehr bevorzugt etwa sin&supmin;¹ (0,35/n) bis sin&supmin;¹ (0,9/n), worin n der Brechungsindex der reflektierenden Elemente ist, wobei die senkrechte Dreiecksfläche und die tetragonalen Flächen dazwischen näherungsweise eine Würfelkante festlegen und die nichtsenkrechte Dreiecksfläche und die tetragonalen Flächen eine nichtorthogonale Kante dazwischen bilden und die reflektierenden Elemente mit ihren Grundflächen angrenzend an der Oberflächenschicht angeordnet sind.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Materialien können auch individuell so nach Maß angefertigt werden, daß sie das von den Gegenständen retroreflektierte Licht in einem gewünschtem Muster oder Divergenzprofil verteilen. Die erfindungsgemäßen reflektierenden Elemente werden durch zwei sich senkrecht schneidende Reihen paralleler Rillen gebildet. Eine erste Reihe von V-förmigen Rillen hat eine erste und zweite Fläche. Eine zweite Reihe von Rillen hat eine zu der Oberflächenschicht näherungsweise senkrechte dritte Fläche und eine vierte Fläche, die zu der Oberflächenschicht nicht senkrecht ist. Mindestens eine der ersten, zweiten oder dritten Reihen von Flächen umfaßt in einem sich wiederholenden Muster mindestens einen Rillenseitenwinkel, der von einem anderen Rillenseitenwinkel der gleichen Reihe verschieden ist. Das Feld von retroreflektierenden Elementen umfaßt Untergruppen oder Unterfelder, von denen jedes aus einer Vielzahl von retroreflektierenden Elementen mit Würfelkante in einer Vielzahl von verschiedenen Formen besteht, die einfallendes Licht in unterscheidbar geformten Mustern retroreflektieren. Mindestens eine der unterscheidbaren Formen ist ein nichtorthogonales retroreflektierendes Element mit Würfelkante, worunter zu verstehen ist, daß mindestens eine Fläche des Elements in einem Winkel geneigt ist, der von dem Winkel verschieden ist, der bei allen Diederwinkeln im Inneren des Elements erforderlich wäre, um orthogonal zu sein. Obgleich die Diederwinkel nicht alle orthogonal sind, wird eine derartige Konfiguration nachfolgend noch als eine Würfelkante betrachtet, da sie in Form und Funktion der orthogonalen Würfelkante sehr ähnelt.
Ein Rillenseitenwinkel wird als der Winkel zwischen der Rillenseite und einer sich parallel zur Länge der Rille und senkrecht zu der Ebene erstreckenden Ebene festgelegt, welche Ebene durch die Unterkanten der zwei sich schneidenden Reihen von Rillen festgelegt ist. Wenn die Rillenunterseiten nicht coplanar sind, ist die Bezugsoberfläche (d.h. die Seite des reflektierenden Materials, die normalerweise dem Betrachter zugewandt ist) die Vorderseite der transparenten Oberflächenschicht. Damit würde die Bezugsebene parallel zur Länge der Rille und senkrecht zur Vorderseite Oberfläche der transparenten Oberflächenschicht sein. Beispielsweise würde bei den ersten und zweiten Flächen der V-förmigen Rillen, welche die tetragonalen Flächen begrenzen, der Rillenseitenwinkel bei Elementen mit senkrechter Winkelhalbierenden näherungsweise 45º betragen. Bei den Rillen, welche die dritte, nahezu senkrechte Dreiecksfläche und die vierte, nicht senkrechte Fläche begrenzen, wird der Rillenseitenwinkel bzw. der Winkel Alpha näherungsweise 0º betragen. Obgleich hierin die Begriffe, wie beispielsweise "nahezu senkrecht" oder "näherungsweise senkrecht", verwendet wurden, liegen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen retroreflektierenden Materials (Folie) mit Diederwinkeln, die tatsächlich 90º sind, ebenfalls im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise schematische perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen reflektierenden Elemente;
Fig. 2 eine Teilansicht als Draufsicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen reflektierenden Materials;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Materials nach Fig. 2;
Fig. 4 einen vertikalen Schnitt entlang der Linie 4- 4 von Fig. 2;
Fig. 5 einen schematischen, teilweise vertikalen Schnitt einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen retroreflektierenden Materials;
Fig. 6 einen schematischen vertikalen Schnitt eines retroreflektierenden Elements und
Fig. 7 eine Kurvendarstellung zum Vergleichen des Retroreflexionsvermögens eines erfindungsgemäßen Materials mit einem konventionellen Material und mit einem Material nach White.

Detaillierte Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst ein retroreflektierendes Material 10 mit reflektierenden Elementen 20 gezeigt, die an eine Abdeckfolie 40 angrenzen. Die reflektierenden Elemente 20 umfassen eine rechteckige Grundfläche 22 mit einer Länge L und einem Paar tetragonaler Flächen 24 und 25. Die tetragonalen Flächen 24 und 25 schneiden sich entlang der Linie 26, die eine Länge Y hat. Das reflektierende Element 20 umfaßt ferner eine senkrechte Dreiecksfläche 28, die näherungsweise senkrecht zu der Grundfläche 22 liegt, und eine nichtsenkrechte Dreiecksfläche 30, die mit der Ebene senkrecht zu der Grundfläche 22 einen Winkel Alpha bildet. Der Winkel Alpha ist am besten in Fig. 4 und 6 zu sehen.
Die tetragonalen Flächen 24 und 25 und die nichtsenkrechte Fläche 30 bilden eine nichtorthogonale Kante 32. Die tetragonalen Flächen 24 und 25 und die senkrechte Fläche 28 bilden eine Würfelkante 34.
In Fig. 1 ist ein Beispiel der Eigenschaften der inneren Totalreflexion des Materials 10 anhand des einfallenden Lichtstrahls 42 veranschaulicht, der in die Abdeckfolie 40 eintritt und auf das Element 20 auftrifft. Der Lichtstrahl 42 wird durch innere Reflexion des Strahls 42 von der Fläche 28 zu der Fläche 25 und zu der Fläche 24 reflektiert und kehrt zur Quelle durch die Folie 40 als retroreflektierter Lichtstrahl 44 zurück.
Bezug nehmend auf Fig. 2 bis 4 sind die in Fig. 2 gezeigten reflektierenden Elemente 20 gleichförmig in Reihen angeordnet, und zwar mit nichtsenkrechten Dreiecksflächen 30 angrenzend an den senkrechten Flächen 28 benachbarter reflektierender Elemente 20. Diese Anordnung liefert einen Retroreflektor mit einer hohen effektiven Fläche, d.h. der prozentuale Anteil der Fläche der Abdeckschicht 40 über der die Retroreflexion stattfindet, ist relativ hoch. In der in Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform teilen die benachbarten Dreiecksflächen 30 und 28 miteinander eine gemeinsame Grundfläche 29. Die Flächen 28 und 30 bilden entsprechend der Darstellung in Fig. 4 eine Rille 50. Wenn zwischen den Zeilen reflektierender Elemente 20 Kanäle (nicht gezeigt) gelassen werden, ist das retroreflektierende Material 10 noch immer funktionsfähig, wird jedoch mit abnehmender effektiver Fläche weniger wirksam.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die retroreflektierenden Elemente auf ein Trägermaterial 60 aufgebracht, das eine Klebstoff schicht 62 aufweist, die zum Anbringen des retroreflektierenden Materials 10 auf ein zeichenträgermaterial 64 verwendet wird. In Fig. 4 werden ebenfalls der Winkel Alpha, die Längen L und Y und die Tiefe D dargestellt. Die Breite W der Elemente 20 ist in Fig. 2 dargestellt.
Bezug nehmend auf Fig. 5 wird ein schematischer Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es wird eine Teilansicht eines retroreflektierenden Materials 70 gezeigt, das eine verbesserte Winkeligkeit in der horizontalen Richtung ermöglicht. Eine derartige verbesserte Winkeligkeit ist beispielsweise bei Fahrbahnmarkierungen oder vertikalen Grenzmarkierungen von Bedeutung. Retroreflektierendes Material mit geringer Winkeligkeit wird lediglich Licht hell retroreflektieren, von dem es innerhalb eines schmalen winkelbereichs getroffen wird, der sich näherungsweise um seine optische Achse zentriert. Winkeligkeit wird in einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Einfallswinkels gemessen. Beispielsweise ist der Einfallswinkel bei einer auf einer straße aufgebrachten Fahrbahnmarkierung der Winkel zwischen dem Lichtstrahl von den Autoscheinwerfern zur Fahrbahnmarkierung und einer zu der reflektierenden Folienoberfläche in der Fahrbahnmarkierung senkrechten Linie. Winkeligkeit ist eine Eigenschaft der Folie und als der größte Winkel in jeder Richtung festgelegt, einschließlich abseits von einer zur reflektierenden Oberfläche senkrechten Linie, bei der die Markierung noch ein effektiver Retroreflektor ist.
In Fig. 5 werden reflektierende Elemente 72 und 74 mit einer Grundfläche 71 gezeigt. Element 72 hat ein Paar senkrechter tetragonaler Flächen 76, die sich unter Begrenzung eines im wesentlichen rechten Winkels schneiden. Eine Winkelhalbierende 78 halbiert den Winkel zwischen den Flächen 76 und schneidet die Grundfläche 71 in einem im wesentlichen rechten Winkel. Dieses ist eine ähnliche Konstruktion, wie sie in Fig. 1 bis 4 gezeigt wurde, und wird hierin gelegentlich als Elemente mit senkrechter Winkelhalbierenden bezeichnet.
Das Element 74 hat ein Paar tetragonale Flächen 80, die sich unter Begrenzung eines im wesentlichen rechten Winkels schneiden, der eine winkelhalbierende 82 hat. Die Winkelhalbierende 82 schneidet die Grundfläche 71 in einem anderen Winkel als im wesentlichen 90º. Der Winkel Beta ist der Winkel zwischen der Linie senkrecht zu der Grundfläche 71 und der Winkelhalbierenden 82. Elemente wie diese, werden gelegentlich als Elemente mit schräger Winkelhalbierenden bezeichnet.
Ein mit verbesserter Winkeligkeit bemessenes retroreflektierendes Material kann Elemente umfassen, von denen einige oder alle Elemente mit schräger Winkelhalbierenden sind, wie beispielsweise Element 74. Der Winkel Beta kann beispielsweise der gleiche Winkel für alle Elemente sein, kann regellos variiert sein, kann gleichförmig variiert sein oder kann für eine spezielle Endanwendung auf eine Zahl von sich wiederholenden oder zufälligen Mustern bemessen sein.
Bezug nehmend auf Fig. 6 wird eine schematische Ansicht eines reflektierenden Elements 120 dargestellt. Das reflektierende Element 120 hat eine rechteckige Grundfläche 122 mit einer Länge L, die größer ist als die Schnittlinie 126, die eine Länge Y hat. Zwischen der Grundfläche 122 und der Linie 126 liegt eine nichtsenkrechte Dreiecksfläche 130, die in das reflektierende Element 120 von der Grundfläche 122 gegen eine senkrechte Fläche 123 geneigt ist.
Der Winkel Alpha ist vorzugsweise nicht größer als der kritische Winkel des Materials und liegt normalerweise innerhalb des Bereichs von 6º bis 65º. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird, wenn ein einfallender Lichtstrahl auf die Oberfläche des Elements 120 in einem Winkel I entsprechend dem Snelliusschen Gesetz auftriff t, dieser in einem durch den Brechungsindex n des Elements 120 bestimmten Winkel R gebrochen, R = sin&supmin;¹ (sinI/n). Es wird bevorzugt, daß die Winkel Alpha und R gleich dem vorgesehenen Winkel I für das reflektierende Material im praktischen Einsatz sind. Tabelle I zeigt den Winkel R für verschiedene Einfallswinkel I, berechnet für Polyacryl-Kunstharz, n = 1.492, und Polycarbonat-Kunstharz, n = 1,586. Tabelle I
Man nähert sich einer 100%igen effektiven retroreflektierenden Öffnungsweite stark an, wenn die Länge y gleich 0,5 D tan α und die Länge gleich D tan α sind. Effektive Öffnungsweiten beziehen sich auf den Abschnitt jedes reflektierenden Elements, der für die Retroreflexion des Lichts genutzt wird. Bei einigen früheren bekannten Konfigurationen haben die reflektierenden Elemente große dunkle oder blinde Flecke, die nicht zum Retroreflektieren von Licht verwendet werden.
Obgleich reflektierende Elemente und Materialien der 0berflächenschicht mit unterschiedlichen Brechungsindices n gewählt werden können, komplizieren unterschiedliche Brechungsindices normalerweise die Konstruktion. So wird evorzugt, daß die reflektierenden Elemente und die Materialien der Abdeckfolie den gleichen Brechungsindex aufweisen.
Verwendbare Materialien zur Herstellung der Abdeckfolie und reflektierenden Elemente sind vorzugsweise Materialien, die formstabil sind, dauerhaft, wetterbeständig und leicht zu der angestrebten Konfiguration verformbar sind. Beispiele geeigneter Materialien umfassen Acrylharz, das normalerweise einen Brechungsindex von etwa 1,5 hat, wie beispielsweise Plexiglas-Kunstharz von Rohm und Haas, Polycarbonate, die einen Brechungsindex von etwa 1,6 haben, reaktionsfähige Materialien, wie sie beispielsweise in der GB-P-2 027 441 offenbart werden, Ionomere auf Polyethylen-Basis (unter der Bezeichnung "SURLYN" vertrieben), Polyester und Celluloseacetat-Butyrate. Die Abdeckfolie kann bei Bedarf ebenfalls Lichtschutzmittel oder andere Additive umfassen.
Eine geeignete Trägerschicht kann aus jedem transparenten oder lichtundurchlässigen Material, einschließlich gefärbt er oder nichtgefärbter Materialien, hergestellt werden, das mit den retroreflektierenden Elementen 20 im dichtenden Eingriff sein kann. Geeignete Trägermaterialien umfassen Aluminiumfolie, verzinktes Stahlblech, polymere Materialien, wie beispielsweise Polymethylmethacrylate, Polyester, Polyamide, Polivinylfluoride, Polycarbonate, Polyvinylchloride und eine große Vielzahl von Laminaten, die aus diesen oder anderen Materialien hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Materialien können nach einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, einschließend Hohlprägen, Gießen, Stanzen oder mit Hilfe anderer Mittel zum Formen von Mustern in oder mit einem transparenten Kunststoffmaterial. Die nicht senkrechte Dreiecksfläche jedes Elements hilft bei der Herstellung des Materials bei allen diesen Verfahren, indem eine Relieffläche geschaffen wird, um das Entfernen des Mittels zum Musterformen von dem Material zu erleichtern.
Eine besonders anwendbare Methode zum Herstellen umfaßt die Herstellung eines Bezugsformstücks, indem Rillen in zwei zueinander senkrechten Richtungen geschnitten werden. Das eine Rillenmuster wird mit einem symmetrischen Werkzeug mit einem eingeschlossenen Winkel von näherungsweise 90º geschnitten. Die Rillen in der anderen Richtung werden mit einem abgesetzten Werkzeug geschnitten, das eine vertikale Seitenwand (Fläche 28) und eine Relieffläche (Fläche 30) bildet. Normalerweise haben die 90º-Rillen, die zur Bildung der tetragonalen Flächen 24 und 25 geschnitten wurden, eine Tiefe D und eine Breite W, die etwa gleich 2D ist. Damit beträgt der Abstand zwischen den Spitzen der reflektierenden Elemente 20 etwa 2D. D liegt normalerweise zwischen etwa 0,02 mm und 10 mm.
Zum Herstellen von erfindungsgemäßen retroreflektierendem Material, das Elemente mit Winkelhalbierenden enthält, wird ein Bezugsformstück hergestellt, indem eine erste Rille mit einem Werkzeug mit eingeschlossenem Winkel von näherungsweise 90º geschnitten wird. Das Werkzeug mit einem eingeschlossenen Winkel von 90º ist winkelsymmetrisch (45º der Rille auf jeder Seite der Senkrechten) bei einigen Schnitten (Elemente mit senkrechter Winkelhalbierenden) und bei anderen mit variierendem Grad der Asymmetrie angeordnet (Elemente mit schräger Winkelhalbierenden). Der Schnitt in der zweiten Richtung erfolgt wie vorstehend mit einem abgesetzten Werkzeug, um eine vertikale Seitenwand und eine Relieffläche in einem Winkel Alpha zu bilden.
Der Winkel Beta oder der Winkel von der Senkrechten, zu der die Winkelhalbierende schräg ist, beträgt vorzugsweise etwa 5º bis 45º und mehr bevorzugt etwa 5º bis 15º. Der Betrag der Schräge der Winkelhalbierenden entspricht der Zunahme der Winkeligkeit in Richtung der Schräge.
Nach dem Schneiden der Form dient sie als ein Bezugsformstück für die Herstellung von Negativformen. Duplikate von dem Bezugsformstück können von den Negativformen durch Galvanoformung oder andere gut bekannte Verfahren zum Vervielfältigen von Formen hergestellt werden. Ein transparenter Kunststoffilm oder -folie wird sodann gegen die Duplikatform oder -matrize gedrückt, um in dem Film oder der Folie das Muster des Bezugsformstücks zu formen oder zu prägen. Durch Kontrollieren der Tiefe der Eindrucks auf dem Kunststoffilm oder der Kunststoffolie wird dann der Grundflächenabschnitt des Films oder der Folie, der nicht den Formeindruck erhält, zur transparenten Abdeckfolie für das resultierende retroreflektierende Material, wie beispielsweise Abdeckfolie 40 von Fig. 1.
Der Verbundstoff von reflektierenden Elementen und transparent er Abdeckfolie kann mit einer Schicht von Material zum Verstärken des Verbundstoffs und zum Schützen der reflektierenden Elemente gegen Staub und Feuchtigkeit kaschiert werden. Normalerweise ist die Kaschierschicht ((auch genannt Trägerschicht)) ein lichtundurchlässiger thermoplastischer Film oder Folie, die vorzugsweise gute Wetterfestigkeitseigenschaften aufweisen.
Der Trägerfilm oder die Trägerfolie können in einem Gittermuster oder in jeder anderen geeigneten Konfiguration mit den reflektierenden Elementen versiegelt werden. Das Versiegeln kann durch Anwendung einer Reihe von Verfahren, einschließlich Ultraschallschweißen, Klebstoffe oder durch Warmversiegeln an diskreten Stellen auf dem Feld der reflektierenden Elemente erfolgen (siehe hierzu beispielsweise die US-P-3 924 929). Das Versiegeln ist zum Verhindern des Eintritts von Schmutz und Feuchtigkeit und zum Bewahren der Lufträume um die reflektierenden Oberflächen der Winkelkanten wichtig.
Auf Wunsch können die retroreflektierenden Elemente metallisiert werden. Sofern die Elemente metallisiert sind, sind die Lufträume um die Elemente herum nicht wichtig, da das Metall das aus den Elementen austretende Licht reflektiert.
Sofern in dem Verbundstoff zusätzliche Festigkeit oder Zähigkeit benötigt werden, können Trägerfolien aus Polycarbonat, Polybutyrat oder faserverstärktem Kunststoff verwendet werden. Je nach dem Grad der Biegsamkeit des resultierenden retroreflektierenden Materials kann das Material gerollt oder zu Streifen oder anderen geeigneten Formen geschnitten werden. Das retroreflektierende Material kann ebenfalls mit einer Klebstoff- und Release-Folie kaschiert werden, um es für Anwendungen auf jedem beliebigen Substrat ohne den zusätzlichen Schritt der Aufbringung eines Klebstoffs oder zur Verwendung anderer Befestigungsmittel geeignet zu machen.
Das retroreflektierende Material der vorliegenden Erfindung ist besonders zur Anwendung bei Fahrbahnmarkierungen verwendbar, die auf einen kleinen Bereich der Einfallswinkel optimiert sind. Wenn beispielsweise die Folie auf einen Einfallswinkel von 60º optimiert wurde, kann die Folie auf eine Fläche einer Fahrbahnmarkierung aufgebracht werden, die mit der Fahrbahn einen Winkel von 30º bildet. Der Fahrer eines Autos würde damit das Material in einem Einfallswinkel von näherungsweise 60º sehen. Das erfindungsgemäße Material ist besonders bei vorgesehenen Einfallswinkeln von etwa 15º bis 90º, vorzugsweise etwa 20º bis 60º, verwendbar.
Bezug nehmend auf Fig. 7 wurde das Retroreflexionsvermögen als Funktion des Einfallswinkels für einen konventionellen Würfelkantenfilm gemessen, einem Film, wie er im White-Patent beschrieben wurde, und einen Film unter Einbeziehung eines retroreflektierenden Materials der vorliegenden Erfindung. Die drei Materialien wurden unter Verwendung von reflektierenden Elementen mit dem gleichen Brechungsindex (etwa 1,5) verglichen. Der konventionelle Würfelkantenfilm enthielt Trieder-Würfelkanten mit einem Rillenabstand von 300 Mikrometer, wie sie von Stamm (US-P-3 712 706) beschrieben wurden. Der Film nach dem White-Patent enthielt Prismen-Retroreflektoren mit einem Rillenabstand von 350 Mikrometer quer zur rechteckigen Grundfläche, mit einem Abstand von 325 Mikrometer zwischen den parallelen Endflächen und einer Lücke von 175 Mikrometer zwischen den Endflächen angrenzender Prismen. Der Film der vorliegenden Erfindung hatte einen Rillenabstand von 350 Mikrometer quer zu der einen Richtung der rechteckigen Grundfläche (entsprechend W in Fig. 2), einen Abstand von 228 Mikrometer quer zu der anderen ((Richtung)) (entsprechend L in Fig. 4) und einen Winkel Alpha (siehe Fig. 4) von 30º. Sämtliche Materialproben hatten nominell orthogonal reflektierende Flächen.
Wie gezeigt wurde, wird maximales Retroreflexionsvermögen für konventionelle Retroreflektoren mit Würfelkante (Kurve 140) bei geringen Einfallswinkeln erhalten, und zwar in der Größenordnung von etwa 0º bis 20º mit der auf sehr kleine Niveaus bei einem Einfallswinkel von etwa 40º fallenden retroreflektierenden Energie. Von dem kleinen Peak, der bei 60º gemessen wurde, wird angenommen, daß er durch gerichtete Reflexion verursacht wurde. Im Fall von Filmen, bei denen die retroreflektierenden Materialien nach White (Kurve 140) verwendet werden, nimmt das Retroreflexionsvermögen zu Beginn mit dem Einfallswinkel zu, erhält gute Resultate bei etwa 20º bis 80º aufrecht und nimmt dann ab, wenn sich der Einfallswinkel 90º nähert. Das retroreflektierende Material der vorliegenden Erfindung (Kurve 144) folgt einem Weg mit einer Form, die nahezu ähnlich derjenigen der Konfiguration nach White ist, und erreicht hervorragende Niveaus bei 20º bis 60º. Das retroreflektierende Material der vorliegenden Erfindung zeigt wesentlich höhere Absolutwerte als das nach dem White-Patent und ebenfalls stark erhöhte Niveaus gegenüber dem der konventionellen Würfelkante bei Einfallswinkeln oberhalb von etwa 15º. Die zur Konstruktion von Fig. 7 verwendeten aktuellen Resultate sind nachfolgend in Tabelle II zusammengestellt. Tabelle II candela/m² lux Einfallswinkel konventionel (140) White (142) vorliegende Erfindung (144)
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Elemente können individuell so nach Maß angefertigt werden, daß das von den Gegenständen retroreflektierte Licht in einem gewünschten Muster oder Divergenzprofil entsprechend der Lehre der US-A-933 470, angemeldet am 21. November 1986, verteilt wird. Mindestens eine der tetragonalen Flächen oder der senkrechten Dreiecksflächen kann in einem Winkel geneigt sein, der von dem Winkel verschieden ist, der für alle Diederwinkel im Innen der dazwischen gebildeten Würfelkante erforderlich ist, um orthogonal zu sein. Normalerweise wird es nur nötig sein, die Flächen um eine Zahl von Minuten und Sekunden von 90º wegzuneigen. Derartige Variationen können durch leichte Änderungen der Werkzeugwinkel erzielt werden.
Die Neigungen in den Winkeln der Flächen zum Bilden nichtorthogonaler Kanten werden zu Reihen zusammengefaßt oder zu sich wiederholenden Mustern, die zu sich wiederholenden Unterfeldern unterteilt sind. Das Gesamtmuster des von einem Gegenstand retroreflektierten Lichts, d.h. das Divergenzprofil des Gegenstands, umfaßt die Summe der verschiedenen Lichtmuster, in denen die Unterfelder einfallendes Licht retroreflektieren. Es können individuelle, voneinander verschieden geformte Lichtmuster gewählt werden, um dem Gesamtmuster eine gewünschte Form oder Kontur zu geben.
Es wird angestrebt, daß der Winkel Alpha in Übereinstimmung mit den vorstehend diskutierten Ausführungen eingestellt wird. Die ersten, zweiten und dritten Rillenflächen sind die zwei tetragonalen Flächen bzw. die nahezu senkrechte Fläche. Diese drei Flächen begrenzen für jedes reflektierende Element eine Würfelkante dazwischen. Die Rillenseitenwinkel für die ersten, zweiten und dritten Flächen mit sich wiederholendem Muster werden variiert, um geringfügig nichtorthogonale Würfelkanten zu bilden, die in sich wiederholenden Unterfeldern unterteilt sind, um einfallendes Licht in voneinander verschieden geformten Mustern zu retroreflektieren.

Claims

1. Retroreflektierendes Material (10), umfassend eine transparente Oberflächenschicht (40) und ein Feld reflektierender Elemente (20), dadurch gekennzeichnet, daß jedes der reflektierenden Elemente aufweist:

a) eine rechteckige Grundfläche (22) einer Länge L,

b) zwei zueinander im wesentlichen senkrechte tetragonale Flächen (24, 25) mit einer Schnittlinie (26) der Länge Y, welche Länge Y kleiner ist als die Länge L und welche Schnittlinie in einer zu der rechteckigen Grundfläche im wesentlichen parallelen Ebene liegt,

c) eine zu den tetragonalen Flächen im wesentlichen senkrechte Dreiecksfläche (28)

eine nichtsenkrechte Dreiecksfläche (30), die mit einer Ebene einen Winkel Alpha bildet, die senkrecht zu der Grundfläche ist, wobei der Winkel Alpha im Bereich von 6º bis 65º liegt;

wobei die Dreiecksfläche (28) und tetragonalen Flächen (24, 25) dazwischen eine Würfelkante (34) festlegen und die nichtsenkrechte Dreiecksfläche (30) und die tetragonalen Flächen (24, 25) eine nichtorthogonale Kante (32) dazwischen bilden und die reflektierenden Elemente mit ihren Grundflächen angrenzend an der Oberflächenschicht angeordnet sind.

2. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tetragonalen Flächen (24, 25) auf die Grundfläche in Winkeln von im wesentlichen 45º treffen.

3. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material reflektierende Elemente (74) mit schräger Winkelhalbierenden aufweist, von denen jedes eine Winkelhalbierende (82) des Schnittwinkels der zueinander senkrechten tetragonalen Flächen hat, die die Grundfläche schneidet, wobei die Winkelhalbierenden (82) einen Winkel Beta mit einer Linie senkrecht zu der Grundfläche bilden und wobei Beta zwischen 5º und 45º beträgt.

4. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Beta zwischen 5º und 15º beträgt.

5. Retroreflektierendes Material nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Beta für jedes der reflektierenden Elemente (74) mit schräger Winkelhalbierenden gleich ist.

6. Retroreflektierendes Material nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Beta für die reflektierenden Elemente (74) mit schräger Winkelhalbierenden regellos variiert.

7. Retroreflektierendes Material nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Beta für die reflektierenden Elemente (74) mit schräger Winkelhalbierenden in einem gleichförmigen Muster variiert.

8. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Elemente (20) durch zwei sich senkrecht schneidende Reihen von parallelen Rillen gebildet werden, und zwar einer ersten Reihen von V-förmigen Rillen, von denen jede eine erste und eine zweite Fläche hat, und eine zweite Reihe von Rillen, von denen jede eine zu der Oberflächenschicht nahezu senkrechte dritte Fläche hat, sowie eine vierte Fläche, die zu der Oberflächenschicht nicht senkrecht ist.

9. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der ersten, zweiten oder dritten Reihe von Flächen in einem sich wiederholenden Muster mindestens einen Rillenseitenwinkel einschließt, der sich von einem anderen Rillenseitenwinkel der gleichen Reihe unterscheidet.

10. Retroreflektierendes Material nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Alpha sin&supmin;¹ (0,25/n) bis sin&supmin;¹ (1/n) beträgt, worin n der Brechungsindex der reflektierenden Elemente (20) ist und zwischen 1,4 und 1,6 beträgt.

11. Retroreflektierendes Material nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Alpha sin&supmin;¹ (0,35/n) bis sin&supmin;¹ (0,9/n) beträgt.

12. Retroreflektierendes Material nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Elemente gleichförmig angeordnet sind.

13. Retroreflektierendes Material nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Elemente in Zeilen und Spalten angeordnet sind.

14. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtsenkrechten Flächen (30) in einer Säule von reflektierenden Elementen und die im wesentlichen senkrechten Dreiecksflächen (28) an der angrenzenden Säule von reflektierenden Elementen eine gemeinsame Grundlinie (22) teilen.

15. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die tetragonalen Flächen in einer Zeile von reflektierenden Elementen und solche in der angrenzenden Zeile von reflektierenden Elementen eine gemeinsame Grundlinie (22) teilen.

16. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Längen Y von reflektierenden Elementen in angrenzenden Zeilen das Zweifache der Tiefe D der reflektierenden Elemente beträgt.

17. Retroreflektierendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Elemente eine Tiefe D aufweisen, wobei D zwischen 0,02 mm und 10 mm beträgt und L etwa das Zweifache von Y ist.

18. Retroreflektierendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Elemente metallisiert sind.

19. Retroreflektierendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ferner eine Trägerschicht aufweist (60).

20. Retroreflektierendes Material nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Würfelkanten (34) und nichtorthogonalen Kanten (32) an der Trägerschicht (60) angrenzen.