JP2008528842A - 布地で裏当てされた巻き取り式の標識材料および衣類テープ - Google Patents
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Abstract
【課題】柔軟性があり、しっかりと巻き取ることができる再帰反射性構造体を提供する。
【解決手段】再帰反射性構造体(10)が熱可塑性ポリマーを含んでいるベース層(12)を備え、プリズム層(16)がベース層(12)上に位置している。布地層(24)が片面に熱可塑性コーティング(23)を有しており、熱可塑性コーティング(23)がプリズム層(16)に面し、ベース層(12)、プリズム層(16)、熱可塑性コーティング(23)および布地層(24)の一部分が、接着されてシールを形成している。
【選択図】 図1
【解決手段】再帰反射性構造体(10)が熱可塑性ポリマーを含んでいるベース層(12)を備え、プリズム層(16)がベース層(12)上に位置している。布地層(24)が片面に熱可塑性コーティング(23)を有しており、熱可塑性コーティング(23)がプリズム層(16)に面し、ベース層(12)、プリズム層(16)、熱可塑性コーティング(23)および布地層(24)の一部分が、接着されてシールを形成している。
【選択図】 図1
Description
この出願は、2005年1月31日付の米国特許仮出願第60/648,613号の利益を主張する。上記出願の教示の全体は、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
再帰反射性の標識は、交通安全標識など、多数の用途を有している。これらの標識は、前方での道路工事を知らせる標識や、車が道端で故障していることを知らせる標識など、一時的な使用のためにのみ必要とされることも多い。これらの標識は、使用の前後において、可能な限り小さな空間に保管される必要があると考えられる。一般的には、巻き取り式または折り畳み式の標識が求められる。
公知の再帰反射性標識の課題の1つは、それらが裏当てとしてプラスチック製のシートを有している点にある。プラスチック製のシートは、柔軟性があり、巻き取ることが可能であるが、相対的に堅いものである。
したがって、より柔軟性があり、よりしっかりと巻き取ることができる再帰反射性構造体が求められている。
再帰反射性構造体であるシートが、熱可塑性ポリマーを含んでいるベース層と、布地層とを備えている。プリズム層が、ベース層上に位置している。布地層は、片面に熱可塑性コーティングを有している。布地層は、熱可塑性コーティングがプリズム層に面するように配置されている。ベース層、プリズム層、熱可塑性コーティング、および布地層の一部分が、お互いのうちの少なくとも1に接着され、シールを形成している。
一実施形態においては、熱可塑性コーティングが、熱可塑性ポリウレタンを含んでいる。
他の実施形態においては、熱可塑性コーティングが、ポリ塩化ビニルを含んでいる。
再帰反射性構造体を形成するための方法が、熱可塑性ポリマーを含んでいるベース層上にプリズム層を形成する工程を含んでいる。片面に熱可塑性コーティングを有している布地層が、熱可塑性コーティングをプリズム層に向けて配置される。充分な熱の存在下でダイがベース層および布地層に当接され、布地上の熱可塑性コーティングとベース層とを溶融し、ベース層の一部分を布地層上の熱可塑性コーティングへと接着させて再帰反射性構造体を形成する。熱可塑性コーティングは、熱可塑性ポリウレタンまたはポリ塩化ビニルを含んでもよい。
本発明の利点は、布地を裏当て材料として使用することによって、裏当てにプラスチック・シートを使用した場合に比べ、より柔軟な再帰反射性構造体がもたらされる点にある。
本発明による再帰反射性構造体は、巻き取り式の交通標識および道路標識に使用することが可能であり、さらには衣類テープとして使用することも可能である。
本発明の目的、構成、および利点は、添付の図面に示されているような本発明の好ましい実施の形態から、明らかになるであろう。添付の図面においては、複数の図面における、同一の符号が同一部分を指し示している。図面は、必ずしも比例尺ではなく、むしろ本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
本発明の好ましい実施の形態を、以下で説明する。
本発明の方法および装置の構成および他の詳細を、添付の図面を参照しつつさらに詳しく説明し、特許請求の範囲において指摘する。複数の図面における同一番号は、同一部品を表わしている。図面は、本発明の実施形態を示しているに過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の範囲内で、本発明の基本的な構成を種々の実施の形態にて採用することが可能である。
再帰反射性構造体10が、図1に示されているように、透明熱可塑性フィルムからなるベースフィルム12を有している。ベースフィルム12は、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ウレタン・フィルム、ポリフルオロカーボンポリマー、などのような比較的変形温度の低い他の熱可塑性樹脂からなる。一実施形態においては、そのような低い変形温度が、約180°F(82℃)〜200°F(93℃)の間の範囲にある。変形温度とは、ポリマーが溶融して流動を開始する温度である。他の実施形態においては、熱可塑性樹脂が、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体である。
ベースフィルム12は、可視光に対して透明であってもよく、無色または色付きであってもよい。
ベースフィルム12の厚みは、約0.003〜0.02インチ(0.0076〜0.051cm)の間の範囲とする。一実施形態においては、この厚みは、ポリ塩化ビニルのシートについて、約10ミル(0.0254cm)である。選択される厚さは、高周波溶着または超音波溶着などといった製造方法、選択された熱可塑性樹脂、および再帰反射性構造体について望まれる特性によって決まる。適切なシール方法の例は、米国特許第6,039,909号、第6,143,224号、および第6,231,797号により公知であり、これらの教示は、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
再帰反射性の立方体の角形(立方体の角部を切り出した形状)プリズム・エレメント(要素)16を含みうるプリズム・アレイ(列)14が、ベースフィルム12に形成されている。プリズム・アレイ14には、窓側18とプリズム・アレイ14の開いた山側であるファセット側20があり、窓側18で、ベースフィルム12に取り付けられている。
プリズム・アレイ14は、透明なポリマーで形成されている。このプリズム・ポリマーは、ベースフィルムよりも高い変形温度を有する。あるいは、プリズム・ポリマーおよびベースフィルムが、ほぼ同じ変形温度を有してもよい。例えば、一実施形態においては、プリズム・アレイ14のポリマーの変形温度が、約350°F(177℃)である。
このポリマーは、形成後には、室温において実質的に剛体である。実質的に剛体とは、実質的に硬くて殆どたわまないことである。プリズム・アレイのポリマーが剛体であるので、プリズム・エレメントがそれらの光学特性を維持できる。さらに、プリズム・アレイ・ポリマーは、非伸張性であってよく、非伸張性とは、破断なしに引き伸ばすことが実質的にできない特性である。
プリズム・アレイ14に使用されるポリマーは、ウレタン、アクリル酸エステル、セルロース・エステル、エチレン系不飽和ニトリル、ポリアクリレート、硬質エポキシ・アクリレート、などのポリマーを含む多種多様のポリマーから選択される。前記ポリアクリレートは、ウレタン・アクリレート、ポリエステル・アクリレート、およびエポキシ・アクリレートの反応生成物を含んでいる。他のポリマーとしては、ポリカーボネート、ポリエステルおよびポリオレフィン、アクリル化・シラン、硬質ポリエステル・ウレタン・アクリレートが挙げられる。ポリマーを、プリズム状の成形型に入れて紫外線によってモノマーまたはオリゴマーを重合させるのが好ましい。あるいは、低い変形温度を有するポリマーを使用してもよい。そのようなポリマーとして、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン、および他のハロゲン化ビニルがある。
プリズム・アレイ14のプリズム・エレメント16は、形状を立方体の角形とし、プリズム間隔を約0.003〜0.02インチ(0.0076〜0.051cm)の範囲とする。一実施形態においては、プリズム間隔が、約0.006インチ(0.015cm)である。好ましくは、プリズム間隔が、約0.004〜0.008インチ(0.01〜0.02cm)である。
剛体プリズム・エレメント16が交差する谷22におけるプリズム・アレイ14の厚さは、再帰反射性構造体に最小限の力が加えられたときにプリズム・アレイ14が谷22に沿ってひび割れして裂けるほど、充分に薄い。一実施形態においては、プリズム・アレイ14の厚さが、約0.0028〜0.009インチ(0.007〜0.023cm)である。
ベースフィルム12が、プリズム・エレメント16、好ましくはプリズム・エレメント16の窓側18を付着させる平滑な表面をもつプリズム・アレイ14の基板となる。プリズム・アレイ14は、透明な接着剤によってベースフィルム12に積層される。別法として、プリズム・アレイ14を、ベースフィルム12上に直接型成形してもよい。
また、ベースフィルム12とプリズム・アレイ14を、同じ材料で形成してもよい。この構成によれば、加熱されると、ベース層およびプリズムが、一体に溶融し、流動する。
裏当て24が、ファセット側20に配置されている。裏当て24は、プリズム・アレイ14に面する側に熱可塑性コーティング23を有する布地層として形成される。布地は、ベース層よりも高い変形または溶融温度を有するナイロンである。他の実施形態においては、布地による裏当て24が、織成ポリエステルまたは微細化ポリエステルを含んでいる。裏当て用に選択される布地は、或る範囲の番手を含む。例えば、番手が、約70〜210デニールである。適切なナイロン布地の例は、New Jersey州WycoffのDAF Products, Inc.から入手可能である。布地は、36または48インチ(91.44または121.94cm)など、任意の幅であってよい。他の適切な布地が、Connecticut州VernonのAmerbelle Textilesから入手可能である。この布地からなる再帰反射性構造体は、プラスチック・シートからなる再帰反射性構造体よりも大きな柔軟性を発揮することが知られている。
布地製の裏当て24は、片側に裏当て24と、プリズム・アレイ14と、ベースフィルム12とをコーティングによって一体に接合できるようにするための充分な熱可塑性コーティング23を備えている。適切な熱可塑性コーティング23は、ベースフィルムとほぼ同じ温度で軟化して、コーティングとベースフィルム12とが一体に流動して結合をするコーティングである。例えば、熱可塑性コーティング23は、高周波溶着が可能である。適切な熱可塑性コーティング23の例は、熱可塑性ポリウレタンおよびポリ塩化ビニルである。熱可塑性ポリウレタン・コーティングの例は、DAF Products, Inc.から入手できる製品7558210 DTPU 75である。他の適切な熱可塑性ポリウレタンが、Connecticut州WindsorのAmerbelleから入手可能である。そのような熱可塑性樹脂の低い溶融温度は、約180°F(82℃)〜200°F(93℃)である。
プリズム・アレイ14は、第1層たるベースフィルム12の布地24上のコーティング層23への溶着に、障害となるようである。シートを溶着して形成する効果的な方法は、ベースフィルム12と裏当てフィルム24の熱可塑性樹脂を接着させるために、プリズムを邪魔にならない所に移動させることである。プリズムがピラミッド形であると一層不安定で、ベースフィルム12を軟化させれば、プリズムを邪魔にならないように移動または転倒させることができる。プリズム・アレイ14が変形温度の低い材料で形成されている場合、プリズム・アレイ14を容易に溶融させ、ベース層12および熱可塑性コーティング23と一体に混合させることができる。
高周波溶着とは、分子摩擦によってもたらされる熱および圧力のもとでの溶融によって、2つの熱可塑性表面を接合することである。材料内の分子が、1秒間に数百万回極性の変化する電界によって引き起こされる内部応力にさらされる。この熱が加圧下のベースフィルム12の融点(変形温度)を超えるとき、2つの表面がつぶれて融合し、接合部が形成される。図2が、溶着部25によって溶着された後の再帰反射性構造体の一実施形態の断面図を示している。
溶着は、高周波シール装置または誘電シール装置を使用して行うことができる。適切な溶着装置としては、Thermatron、Kosmos、Kiefel、およびCallananといった商品名で販売されている装置が挙げられる。この装置は、約27.12MHzで高周波エネルギーを出す発振器の原理にもとづいて動作する。プレスが、上プラテンおよび下プラテンを有している。ダイを、上プラテンまたは下プラテンに配置することができる。持ち上げたすなわち上方位置で、プリズム・アレイを備えたベースフィルム12と裏当てフィルムがパターンの間に配置される。上プラテンまたは下プラテンに位置しているダイが、シールパターンを有している。プレスが閉じられて高周波エネルギーが印加され、ベースフィルム12および裏当てフィルムの熱可塑性コーティングの極性分子がそれらの変形温度および融点まで攪拌加熱される。
ベースフィルムおよび布地へと押し付けられるダイは、ランドとランドから突出したエッジを含んでいる。プリズム・エレメントが移動して、ベースフィルムと布地との接触を可能にし、これによりベースフィルムと布地との融合すなわち一体接合を可能にする。この溶着の量は、時間、温度、および高周波電力レベルによって調節される。例えば、ポリアクリレートプリズムと布地上の熱可塑性コーティングで塩化ポリマー・シートを、毎秒6フィート(1.83cm)の速度で形成する場合、プラテン圧力は約413.7kPa(60psi)とし、プラテン温度は約90°F(32℃)とすることができる。高周波エネルギーは、約30キロワットにできる。プラテン電流は約3.5DCアンペアとし、格子電流は約0.08DCアンペアとすることができる。
高周波への暴露に先立つ約2秒間の前シール工程、次いでシートとプリズムに高周波エネルギーを当てる間の約3.3秒間のシール工程、次いで高周波エネルギーに当てた後の約1秒間の冷却工程の間、加熱プラテンによって圧力を加えることができる。
一実施形態において、使用されるダイが真ちゅうである。ランドは、0.013インチ(0.0325cm)〜0.030インチ(0.075cm)の幅範囲を有するくさび(center bevel)または平坦な罫線(flat rule)であってよい。ダイは、マグネシウム、エッチング加工された鋼、銅、またはこの技術分野において公知のあらゆるダイ製作用材料で形成することできる。マグネシウム製のダイにおいては、内部シール幅が、9ポイントの線太さ(0.013インチ、0.033cm)とされているが、これはそれらのエッチングの幅を表わしている。しかしながら、線太さは、約0.1〜3.0ポイント、すなわち約0.001〜0.042インチ(0.025〜0.107cm)である。
或る実施形態を製作するために使用される他のダイには、切断とシールを行う、鋭い縁である約0.001〜0.042インチ(0.0025〜0.107cm)の外部切裂きシールがある。これにより、再帰反射性構造体の周辺のスケルトン、すなわち非布地のポリ塩化ビニル基板からなる廃棄部分から、形成された再帰反射性構造体を、取り外すことができる。内部シールが使用される場合、区画されたプリズム列の集合である内部のセルを裂くことがないよう、ランドが切裂きシールの高さに対して約0.014インチ(0.036cm)下方まで機械加工される。黄銅ダイの場合には、内部シールが、チアシールの表面に対して約0.008インチ(0.02cm)下方の高さに保たれる。
黄銅ダイは、黄銅の塊から機械加工するか、黄銅棒からつくることができる。
ダイの内部シールは、周辺が仕切りのある多数のセル36を形成し、ベースフィルム12(第1層)、プリズム・アレイ14、および裏当てフィルム24(コーティングされた布地層)に当接すると、プリズム・アレイ14の一部を移動または溶融させることにより、ベース層がコーティング層に接着されることになる。セル36の周辺は、仕切りのある複数の溝で形成されている。
さらに、テープなどの製品は、約0.25インチ(0.64cm)の幅で両側をシールされた縁がある。このシールは、或る特定のパターンで製作される。シール・パターンは、区分線のない中実型、縁に沿って複数層の幅を有するれんが型、正方形、ダイアモンド、三角形、などであってよい。一実施形態においては、パターンは、長方形からなる複数の食い違った列(れんがパターン)であり、この長方形は約0.0625×0.125インチ(0.16×0.32cm)である。ダイのランドは平坦であってよく、各長方形について均等なくぼみが形成される。あるいは、図3に示されているように、セルに中実型の外周38が形成される。
パターンによって、シールされたテープのような製品、特に空気で裏当てされた再帰反射性製品に強度が与えられる。また、それぞれのセル36にポケットもできて、製品の一部が裂け、ほころびや漏れによって壊れても、再帰反射性構造体の残りの部分が装飾的にも反射性能でもなお機能する。
また、層の接合のためのエネルギーは、超音波エネルギー、赤外線エネルギー、または誘導加熱によって供給することができる。適切な超音波溶着装置として、BransonおよびDukaneの商品名で販売されている装置が挙げられる。連続ウェブ・プロセスにおいて、ベースフィルム12、プリズム・アレイ14、および裏当てフィルム24が、内部シールおよびパターンを有している回転ダイ中に入れられる。次いで、テープが第2加工部へと進み、そこで縁が回転ホイール・カッターによって一体にシールされる。ホイール・カッターが回転していない場合、材料はシールされず、内部シールおよび縁シールを同じ加工部においてテープに設けることができない。さらに、超音波プランジ・シーラが、すでに高周波によってシールされた製品の縁をシールするために使用され、コーンまたはリングに溶着できるようにしている。例えば、超音波の周波数は、約1〜2キロワットの電力レベルにおいて20kHzにできる。再帰反射性構造体を、毎分5〜20フィート(1.5〜6.1メートル)の速度で形成することができる。
高周波エネルギーによって生成される熱を最大限に利用するために、ベースフィルム12、プリズム・アレイ14、および裏当てフィルム24の界面が、確実に上および下プラテンの中間点に位置するように、注意を払わなければならない。
通常のシール滞留時間および誘電電流の設定を、プロセス最適化を開始するためのベースラインとして使用するとよい。締め付け圧力は、従来の高周波溶着の場合と同じにする。高周波溶着機は、製造者ごとに、また同じ型の機械の間で、出力と圧力の点で異なる。一般に、設定が機械ごとに異なるので、種々のダイおよび裏当てについてそれぞれの機械の性能を評価することが賢明である。
締め付け圧力が高すぎるか、プラテン、ダイのいずれかまたは両者が傾いていると、オーバーシールにつながる。オーバーシールは、溶着部の周囲の材料を弱め、表面を非平坦にして印刷を困難にする。裏当てを介してシールされると、正面(前面)がわずかに非平坦になる。シールがあまり深くない場合、すなわち加えられる圧力が小さすぎると、溶着が不十分であるか、あるいは全くできなくなる。
プラテンおよびダイは、プリズム・シートを溶着するために可能な限り平坦でなければならない。これは、バー・シールの場合に特にそうである。ダイが基板へと押し込まれすぎないよう、下方ストッパを使用するとよい。
溶着強度を、以下の方法によって検査することが可能である。材料に切り込みを行い、2つの基板を引き離す。いずれかのフィルムが溶着部よりも先に裂けるのであれば、大抵の用途にとって、この溶着部は十分である。一般に、最も信頼できる検査は、材料の試料へと切り込みを行い、基板を分離させてみることである。シール用装置が適切に較正されており、ダイおよびプラテンが平坦にされ、プラテン温度および誘電設定が維持されておれば、溶着部の性能を確認するために定期的に検査を行うだけでよい。
均等物
本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照しつつ詳しく示して説明したが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の技術的範囲から離れることなく、これらの実施の形態において形態および細部についてのさまざまな変更が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。
本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照しつつ詳しく示して説明したが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の技術的範囲から離れることなく、これらの実施の形態において形態および細部についてのさまざまな変更が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。
Claims (29)
- a)熱可塑性ポリマーを含んでいるベースと、
b)前記ベース層上に配置されたプリズム層と、
c)片面に熱可塑性コーティングを施している布地層と
を有しており、
前記熱可塑性コーティングが前記プリズム層に面しており、前記ベース層、プリズム層、熱可塑性コーティング、および布地層の一部分が、貼り合わせられてシールを形成している再帰反射性構造体。 - 請求項1において、前記熱可塑性コーティングが、熱可塑性ポリウレタンを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記熱可塑性コーティングが、ポリ塩化ビニルを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記布地層が、ナイロンおよびポリエステルを含む一群から選択される布地を含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記熱可塑性ポリマーが、ポリ塩化ビニルを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記プリズム層が、ポリアクリレートを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記プリズム層が、ポリ塩化ビニルを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記プリズム層および前記ベース層が、同じ材料で形成されている再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記布地の前記熱可塑性コーティングが、約0.8ミルの厚さである再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記熱可塑性コーティングが、180°F〜200°Fの間の範囲の溶融温度を有するポリウレタンを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記熱可塑性ポリマーが、180°F〜200°Fの間の範囲の溶融温度を有するポリマーを含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記布地層が、70〜210デニールの範囲のサイズを有する糸を含んでいる再帰反射性構造体。
- 請求項1において、前記プリズム層が、キューブ・コーナー・プリズムを備えている再帰反射性構造体。
- 再帰反射性構造体を形成する方法であって、
a)熱可塑性ポリマーを含んでいるベース層に、プリズム層を形成する工程と、
b)片面に熱可塑性コーティングを有している布地層を、該熱可塑性コーティングが前記プリズム層に面するように配置する工程と、
c)充分な熱の存在下でダイを前記ベース層および布地層に当接して、前記布地上の熱可塑性コーティングとベース層とを溶融し、ベース層の一部分を前記布地層上の前記熱可塑性コーティングに接着させて再帰反射性構造体を形成する工程と、
を含んでいる方法。 - 請求項14において、前記熱可塑性コーティングが、熱可塑性ポリウレタンを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記熱可塑性コーティングが、ポリ塩化ビニルを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記布地層が、ナイロンおよびポリエステルからなる一群から選択される布地を含んでいる方法。
- 請求項14において、前記熱可塑性ポリマーが、ポリ塩化ビニルを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記ベース層および熱可塑性コーティングが、180°F〜200°Fの間の範囲の温度で加熱される方法。
- 請求項14において、熱が、高周波加熱によってもたらされる方法。
- 請求項14において、前記プリズム層が、ポリアクリレートを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記プリズム層が、ポリ塩化ビニルを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記プリズム層および前記ベース層が、同じ材料で形成される方法。
- 請求項14において、前記布地上の前記熱可塑性コーティングが、約0.8ミルの厚さである方法。
- 請求項14において、前記熱可塑性コーティングが、180°F〜200°Fの間の範囲の溶融温度を有するポリウレタンを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記熱可塑性ポリマーが、180°F〜200°Fの間の範囲の溶融温度を有するポリマーを含んでいる方法。
- 請求項14において、前記布地層が、70〜210デニールの範囲のサイズを有する糸を含んでいる方法。
- 請求項14において、前記プリズム層が、キューブ・コーナー・プリズムを備えている方法。
- 請求項1に記載の再帰反射性構造体で形成された標識。
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