JP4541625B2 - 金属特性のキューブコーナシートを有する標識を製造する方法 - Google Patents
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Description
背景
本発明は、再帰反射キューブコーナシートを使用する標識、特にキューブコーナ面の正反射層を利用したこのようなシートを使用する標識の製造方法に関する。
【0002】
本明細書で用いる用語「標識」は、通常は英数字、シンボル、グラフィックまたは他の標示によって情報を伝え、使用時に支柱、ブラケット、壁または同様の物体に装着される独立型の物品を指す。特定の例として、交通制御目的に使用される標識(一時停止(STOP)、相手優先(YIELD)、速度制限、情報、道路マーカ等)、街路標識、および自動車ナンバプレートが含まれる。本明細書で用いる用語「再帰反射」は、斜めに入射した光線を入射方向に対して逆平行の方向またはほぼ逆平行の方向に反射して、光源にまたは光源の近傍に戻すようにする属性を指す。
【0003】
再帰反射シートの既知の2つのタイプは、微小球をベースとするシートおよびキューブコーナシートである。微小球をベースとするシートは「ビーズ」シートと呼ばれることがあり、典型的にバインダ層に少なくとも部分的に埋設される多数の微小球を使用し、これらの微小球は、入射光を再帰反射するための関連の正反射または拡散反射材料(例えば、顔料粒子、金属フレーク、蒸着被覆等)を有する。例示的な例は、米国特許第3,190,178号(McKenzie)、第4,025,159号(McGrath)、および第5,066,098号(Kult)に開示されている。対照的に、キューブコーナ再帰反射シートは、複数のキューブコーナ要素を備える構造化表面を有する本体部分を具備する。各キューブコーナ要素は、入射光を再帰反射するように協働するほぼ相互に垂直の3つの光学面を具備する。本体部分は、実質的に平坦な前面と、構造化表面と一致する後面とを通常有するが、そうとは限らない。例として、米国特許第1,591,572号(Stimson)、第4,588,258号(Hoopman)、第4,775,219号(Appledorn等)、第5,138,488号(Szczech)、第5,213,872号(Pricone等)、第5,691,846号(Benson,Jr.等)、および第5,696,627号(Benson等)が含まれる。
【0004】
キューブコーナシートは、所定のキューブコーナ要素の各面が光を反射するメカニズムによってさらに分類することができる。1つの分類では、全内部反射(「TIR」)によって反射が行われる。この場合、キューブコーナ要素は、透過材料から成るピラミッド状の構造であり、問題の反射面は、透過材料と良性な空気(または他の低屈折率の媒体)環境との間の境界である。同時係属中の米国出願番号第09/087,683はキューブコーナシートのこの分類について記述している。
【0005】
本出願は、キューブコーナ要素面に配設された正反射材料の薄層によって反射が行われるキューブコーナシートの他の分類に関する。アルミニウム、銀、金、銅等、あるいはそれらの組合せ、また多層誘電スタックのような非金属さえも、キューブコーナ要素面に蒸着するか、さもなければ貼付され、正反射材料として使用できる。使用される正反射材料のタイプに関係なく、正反射材料が金属を含まないとしても、このようなシートは本出願において金属特性のキューブコーナシートと呼ぶ。
【0006】
近年、金属特性のキューブコーナシートを使用した再帰反射標識の製造工程において、金属、木、プラスチック等の剛性体を含む標識板が用意されている。本明細書で使用される「標識板」とは、意図する最終用途の装着に適切な剛性基材を意味する。次に、金属特性のキューブコーナシートが用意され、このようなシートそれ自体は、別個のステップで作製されており、少なくとも滑らかな前面と、ピラミッド状のキューブコーナ要素群を形成する後部構造化表面を有する第1のポリマ層と、構造化表面に貼付されるアルミニウムの薄層と、アルミニウム層に貼付される感圧接着剤(「PSA」)の層と、PSA層を覆うシート背部の剥離ライナとを含む。このような金属特性のシートは、PSA層を露出するように剥離ライナを除去することによって用意できる。シートは標識板の滑らかな平坦前面に貼付され、接着剤層はこのような前面に接触する。シート10を標識板に貼付する前または後に、文字、シンボルまたは他の標示を第1のポリマ層の上方の層に付与し得る。
【0007】
再帰反射標識のコストを低減し、かつその製造を単純化することが、引き続き必要とされている。
【0008】
概要
接着剤と剥離ライナとを金属特性のキューブコーナシートに貼付する別個のステップを省略できる方法が本明細書に開示される。その代わりに、再帰反射標識は、標識板として使用するのに適切な剛性基材層と、接着剤層とを同時押出しするステップと、正反射材料を有する複数のキューブコーナ要素を含む構造化表面を有するキューブコーナシートを用意するステップと、キューブコーナシートを接着剤層に貼付するステップとによって製造される。剛性基材はポリオレフィン材料を含むことが好ましく、一実施形態では、剛性基材は押出しされて、重量およびコストを低減しつつ剛性を向上するためにその中に管路を含む。接着剤層は、キューブコーナシートおよび剛性基材層に対して高い接着強度を示し、また1つ以上の個々の層を含むことができる。接着剤層は、熱活性化される感圧接着剤または他の適切な接着剤を含むことができる。
【0009】
本方法は、構造化表面がシート後面に形成される金属特性のキューブコーナシートに使用可能であり、キューブコーナ要素面はこのような後面にピラミッド状の突出部を形成する。本方法は、構造化表面がシート前面に形成される金属特性のキューブコーナシートにも使用可能であり、キューブコーナ要素面はこのような前面にキャビティを形成する。
図面では、便宜上同一の参照番号を用いて、同一要素、あるいは同一または同様の機能を果たす要素を示している。
【0010】
例示的な実施形態の詳細な説明
図1において、装置10は再帰反射標識を製造する工程を実施する。標識板を構成する溶融した材料は、同時押出成形ダイ14を通して1つ以上の押出機12から送られる。ダイ14はまた、1つ以上の押出機16から、接着剤として適切な溶融した材料を受容する。押出機の流量およびダイの構造体14は、比較的厚い剛性基材層18と比較的薄い接着剤層20とを形成するように選択される。これらの層はローラ22a、22bを通してカレンダ加工される。一実施形態では、後面24aを有する金属特性のキューブコーナシートのロール24はまた、図示したようにローラ22a、22bを通過し、この結果シート24は接着剤層20を介して剛性基材層18と接合される。代わりに、シート24はカレンダ加工操作の後に個別に適用し得る。層状構造体が型押しまたは切断ステーション26に向かって前進するとき、層状構造体を冷却するためにファン、水浴等を使用することができる。切断ステーション26において、構造体は、個々の標識28に、あるいは後に標識を切断することができる標準長さに切断される。それほど望ましくない代替的態様では、剛性基材層18/接着剤層20との組合せを個々の標識板に切断した後に、シート24を適用し得る。この場合、例えばキューブコーナシート24を適用する直前に加熱することによって、接着剤層20を用意する必要があるかもしれない。キューブコーナシート24が標示または他のグラフィックを当初組み込んでいないならば、切断操作の前または後に、1つまたは複数の付加層をシート24にラミネートするか、さもなければ適用し得る。
【0011】
上述のようなキューブコーナ再帰反射標識を製造する工程は、別個の操作により接着剤層をキューブコーナシートに適用する必要性を省き、また不経済な剥離ライナの必要性をなくす。
【0012】
本工程において、剛性基材層18と接着剤層20の一方または両方は、多数の構成材料および層を含むことができる。基材層18は、ポリオレフィンのような比較的低コストのポリマ材料、特に高濃度ポリエチレンから構成されることが好ましい。環境上の利点から、リサイクルによるプラスチックを使用することができる。このような材料の小球は簡単に押出機12に送られる。
【0013】
接着剤層20は熱活性化または感圧接着剤、あるいはキューブコーナシートの後面24aに対してまた剛性基材層に対して高い接着強度を有する他の適切な材料を含むことができる。エチレンアクリル酸(EAA)および/またはエチレンビニルアセテートのポリマ(EVA)は、接合すべきキューブコーナシートの後面にアルミニウム蒸着被覆または他の金属層が設けられる場合にも、一般的に適切である。E.I.du Pont de Nemours and Company(“DuPont”)of Wilmington,Delaware販売のBynel(商標)ブランドの樹脂も、特に、接合すべきキューブコーナシートの後面がポリカーボネートのようなポリマを含む場合、よく機能する。アクリル酸とイソオクチルアクリレートとの混合物(「IOA」)を利用する感圧接着剤も考えられる。再発行米国特許第Re.24,906号(Ulrich)および第5,660,922号(Herridge等)は、さらに他の適切な接着剤を教示している。さらなる接着剤の組成は、米国特許第5,637,646号(Elis)および第4,181,752号(Martens等)に確認することができる。米国特許出願番号第09/393,369に開示された三層または二層または他の多層の接着剤構造(Lasch等による“Retroreflective Articles Having Multilayer Films and Methods of Manufacturing Same”)も利用できる。接着剤層20はまた、接着を促進するかまたは同時押出しを容易にする中間ポリマ層(関連技術において結合層と呼ばれる)を含むことができる。
【0014】
図2は、図1の工程に使用可能な種々の層の部分断面図を示している。前面32と後面34とを有する金属特性のキューブコーナシート30は、本体層36を含み、この本体層は、この場合後面34と一致するシート表面のキューブコーナ要素の構造化表面の完全性を維持する。図2では見えない正反射材料の層は構造化表面に配設される。前面32に入射する光は、シートの本体層を通過し、キューブコーナ要素の金属特性面に反射し、また前面32から光源の全体的方向に出る。シート30がまた頂部層38を含むことができる。層38は、従来のUV吸収材料、パターン化インク層、あるいは英数字、シンボルまたはグラフィックのような標示を形成する他のパターン化層、およびそれらの組合わせを含むことができる。頂部層38はまた、Minnesota Mining and Manufacturing Company(「3M」)販売のElectrocut(商標)フィルムおよび標示を形成できる同様のフィルムを含むことができる。シート30の拡大図が図3に示され、本図では、正反射材料37の層は本体層36の構造化表面に用意される。
【0015】
図2に戻ると、最初はキューブコーナシート24から分離しており、次にそれに接合される剛性基材層18および接着剤層20が示されている。接着剤層20は構造化表面の突出部の周囲に流れ、剛性層18に対してまた金属特性層37に対して高い接合強度を有する。
【0016】
図4と図5は、幾分修正された工程によって製造された代わりの再帰反射標識の部分断面図を示している。これらの図面は、図1に部分A−Aとして示した工程のアップウェブ方向に対応する方向の標識を通して見ている。図4と図5の両方の図面では、剛性基材層18は異なる剛性基材層40に置き換えられている。層18と同様に、層40は接着剤層20と同時押出しされて、キューブコーナシートが装着される標識板を形成する。層18と異なり、層40は、優れた剛性を維持しつつ製品の重量と材料使用を低減するボイドまたは管路42を含む。標識板の重量の減少は、高速道路上において車両が標識板に衝突した場合、標識板が引き起こす損傷可能性の低減に一般的に一致する。材料使用の減少は製造コストの低減に一致する。管路42は、同時押出しされる層の行程方向に対応する方向に標識板の長さにわたって走る。2つのみの管路42が図4と図5の部分図に示されているが、このような管路は標識板の幅にわたって繰り返すことが意図される。管路42は、図示したように閉鎖、すなわち、断面図で剛性基材層から材料によって囲むことができるか、あるいは、例えば管路が断面図で逆「U」字形を有する場合、管路は開口できる。
【0017】
図5は、金属特性のキューブコーナシート30が金属特性のキューブコーナシート44に置き換えられていることを除いて、図4の標識と同様の標識の部分を示している。キューブコーナシート44は前面46と後面48とを有する。しかし、シートは本体層50を含み、キューブコーナ要素が形成される前記本体層の構造化表面52は、後面48と一致しない。構造化表面52のキューブコーナ要素は、ちょうどシート30のように、互いにほほ直角の3つの面を有するが、このような面は、シート30のようなピラミッド状の突出部よりも、むしろシート44のキャビティとして配設される。本発明の方法に適切なこのようなキューブコーナキャビティベースのシートの例は、米国特許第4,127,693号(Lemelson)と係属中の米国特許出願番号第09/227,963号(Smith等による“Cube Corner Cavity Based Retroreflectors and Methods For Making Same”)、および同第09/228,367号(Smith等による“Cube Corner Cavity Based Retroreflectors With Transparent Fill Material”)に確認することができる。正反射材料の連続または不連続層は、個別面が十分に反射性であるように、構造化表面52に貼付される。頂部層54は、層38に関連して前述した特徴と同一の特徴を有することができる。さらに、頂部層54(またはその部分)は、図5に示したように個々のキューブコーナキャビティに通じてもよく、通じなくてもよい。代わりに、ある場合には、標示を形成することが必要な場合以外は、頂部層54を単に省略することが許容可能である。
【0018】
図6は、図1の工程の代替的工程を実施する装置60を示している。図示したように、図6の工程によって図5の再帰反射標識が製造される。図1と同様の押出機12、16が用意される。同時押出成形ダイ14に代わって同時押出成形ダイ62が置かれている。ダイ62は、管路42を剛性基材層40に用意するように設計される。なお溶融中に、層20、40をカレンダ加工することは管路42を潰し、有害であろう。したがって、ローラ22a、22bの代わりに従来の真空チラー64が置かれる。真空チラー64は、移動ウェブに接触する金属プレート64a、64bの表面に設けられた開口を有する前記金属プレートを具備し、このような開口はポンプ66に結合される。ポンプ66は、開口を通して移動しているウェブが、なお溶融している間にそれ自体の重さで潰れないように、十分な負圧を供給する。プレート64a、64bは、それらを通して冷却剤68を循環することによって積極的に冷却される。チラー64を出ると、製品は、切断ステーション26において個々の標識に切断される用意ができており、これによって標識70を製造する。
【0019】
図7と図8は、本発明の方法によって製造できる代表的な標識の図面である。図7では、標識72は前述の層40または18のような標識板74と、前述のシート44、30または24のような金属特性のキューブコーナシート76とを具備し、例示目的のために、標識板から部分的に剥がれたシート76が示されている。標識板74は、図に別個に示していない同時押出しされた薄い接着剤層を含む。標識72は、その中に設けられた1つ以上の穴78を有し、その穴を通してボルト、リベット、ねじ、くぎのような機械的締結具80、あるいは他の従来の締結具が用意され、標識を支柱82のような装着部材に取り付けることができる。文字「STOP」の形態の標示はシート76の頂部層に設けられる。
【0020】
図8は、分解図で標識72と同様の標識84を示している。標識84は車両ナンバプレートとして構成される。シート76と同様の金属特性のキューブコーナシート86は、標識板88の前面88aに接触する後面(図8に示していない)を有する。前面88aには、同時押出しされた接着剤層が設けられる。標示はキューブコーナシート86の頂部層に設けられる。装着目的のために穴88bが標識板88に設けられ、このような穴は、シート86の対応する穴と位置合わせされる。穴は、金属特性のキューブコーナシートを標識板に貼付した後に打ち抜くことが好ましい。
【0021】
再帰反射シートの製造時、所望の構造化表面を有するマスタ型が典型的に作製され、次に、電気鋳造技術または他の従来の複製技術を利用して複製される。構造化表面は実質的に同一のキューブコーナ素子を含むことができるか、あるいは変化する寸法、形状部、あるいは配向のキューブコーナ素子を含むかもしれない。関連技術で「スタンパ(stamper)」と呼ばれるレプリカの構造化表面は、キューブコーナ要素のネガ画像を含む。このレプリカは、再帰反射体を形成するための型として使用することができる。しかし、より一般には、多数のポジまたはネガのレプリカを組み立てて、再帰反射シートの形成に有用であるのに十分に大きな型を形成する。次に、再帰反射シートは、例えば、上述のようなキューブコーナ要素の配列を有する予備形成シートをエンボスすることによって、あるいは流体材料を型に流し込むことによって、一体材料として製造することができる。代わりに、再帰反射シートは、PCT出願第WO95/11464号(Benson,Jr.等)および米国特許第3,648,348号(Rowland)に教示されているように、予備形成フィルムに対してキューブコーナ要素を注型することによって、または予備形成フィルムを予備形成キューブコーナ要素にラミネートすることによって、層状製品として製造することができる。実施例によって、このようなシート材料は、ニッケルをマスタ型に電着することによって形成されたニッケル型を使用することによって作製することができる。電鋳型をスタンパとして使用して、約1.59の屈折率を有する約500μmの厚さのポリカーボネートフィルムに、型のパターンをエンボスすることができる。型はプレスで使用することができ、プレスは約175〜200℃の温度で実行される。
【0022】
このような再帰反射シートを作製するために有用な材料は、寸法的に安定し、耐久性、耐候性があり、所望の形状に容易に形成可能な材料である。適切な材料の例は、例えばRohm and Haasのプレキシガラス樹脂のような一般的に約1.5の屈折率を有するアクリル樹脂、約1.6の屈折率を有する熱硬化性アクリレートおよびエポキシアクリレート、好ましくは放射線硬化のポリカーボネート、ポリエチレンベースのイオノマ(「SURLYN」という名前で市販)、ポリエステル、およびセルロースアセテートブチレートを含む。典型的に熱および圧力下で形成可能な任意の光透過性材料を使用することができる。再帰反射シートを形成するために適切な他の材料は、米国特許第5,450,235号(Smith等)に開示されている。シートはまた、必要に応じて、着色剤、染料、UV吸収剤または他の添加剤を含むことができる。
【0023】
本発明に使用可能な標識板は、特定の厚さのために、風、雨、日光、また雹等の同様の環境力、および0℃未満の温度における投射物からの衝撃の存在下で、標識の構造的完全性を維持する任意の材料を含むことができる。このような材料は、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、高密度ポリエチレン、グリコール改質ポリエチレンテレフタレート(PET−G)、およびポリアミドを含むが、それらに限定されない。
【0024】
実施例
約50〜75ミルの厚さ(1.3〜1.9mm)を有する剛性基材層と、約2〜3ミル(0.05〜0.08mm)の厚さを有する接着剤層とを同時押出しすることによって、標識板を製造した。約12インチ(300mm)の幅を有する2層押出ダイを使用した。剛性基材層は、高濃度ポリエチレン、特にChevron Chemical Co.of Houston,Texas販売のタイプHiD9512のポリエチレンから構成された。接着剤層は、EAA、特にDow Chemical Company of Midland,Michigan販売のPrimacor商標のタイプ3440(9%の酸)から構成された。押出ダイは、薄い接着剤層が底部にあり、また剛性基材層が頂部にあるように配向された。基材流量(すなわち剛性基材層材料と接着剤の両方の流量)は、約50ポンド/時間(23kg/時間)であった。これらの溶融した層は、1対のローラの間でカレンダ加工され、冷却され、また処理しやすい寸法に切断された。
【0025】
このように製造された標識板は、接着剤層を軟化するために約250°F(120℃)で約10分間オーブンに配置された。次に、金属特性のキューブコーナシートを用意した。シートは、構造化前面を有する本体層から本質的に構成され、本体層の中に多数のキューブコーナキャビティおよび平坦な後面が形成された。本体層の前面と後面の両方に、アルミニウム蒸着被覆が付与された。キューブコーナキャビティを覆う頂部層はなかった。加熱された標識板をオーブンから取り出して、ハンドローラによって金属特性のキューブコーナシートを標識板に適用した。かくして、キューブコーナシートの後面は、その後の剥離試験のためにScotch(商標)Magic(商標)テープのストリップが前もって適用されていた標識板の前面の一方の縁部に沿った箇所を除いて、軟化された接着剤層の前面全体に圧接された。冷却するために、この構造体を周囲室温のアルミニウムプレートの間に配置した。キューブコーナシートは、テープが貼られていた縁部に沿ったシートのフラップを除いて、標識板に充分に接合した。この標識板の1インチ幅のストリップは、フラップを収容する縁部に垂直に切断され、標準試験方法ASTM D903に記述されたのと同様の方法で、180°剥離試験を受けた。使用した剥離試験装置により測定可能な4.4ポンドの最大力は、キューブコーナシートと標識板基材との間の接合不具合を引き起こすほど大きくなかった。したがって、接合強度は4.4ポンド/インチ(7.7ニュートン/cm)よりも大きかった。
【0026】
本発明について好ましい実施形態を参考にして説明してきたが、当業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、形態および詳細における変更をなし得ることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 再帰反射標識の製造時に使用可能な本出願に記載されている工程を示している。
【図2】 図1に示した種々の層の部分断面図である。
【図3】 金属特性のキューブコーナシートの1つのタイプの拡大部分断面図である。
【図4】 修正された工程によって製造された代わりの再帰反射標識の部分断面図である。
【図5】 修正された工程によって製造された代わりの再帰反射標識の部分断面図である。
【図6】 このような修正された工程を示している。
【図7】 開示した方法の1つに従って製造された代表的な再帰反射標識の斜視図であり、標識板から剥がされた金属特性のキューブコーナシートの一部分が示されている。
【図8】 開示した方法に従って製造された他の代表的な標識の分解図である。
Claims (1)
- 標識(28、70、72、84)を製造する方法であって、
標識板(74、88)として使用するのに適切な剛性基材層(18、40、74、88)と、接着剤層(20)とを、同時押出しすることと、
複数のキューブコーナ要素を含む構造化表面を有するキューブコーナシート(24、30、44、76、86)であって、前記キューブコーナ要素が該キューブコーナ要素上に正反射材料(37)を有する、キューブコーナシートを用意することと、
前記キューブコーナシートを前記接着剤層に貼付することと、
を含むことを特徴とする方法。
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