【発明の詳細な説明】
再帰反射隆起路面標識
本発明は、交通標識及び境界標識に使用する再帰反射隆起路面標識に関し、特
に、車両衝撃に耐えるために高曲げ弾性率及び衝撃強さを有する見掛けモジュラ
スの高い耐久性のある隆起した路面標識に関する。
隆起した路面標識は、車線を説明するために広く使用されている。隆起した路
面標識の型の一つは、堅くてもろい注封材料で充填したシェルハウジングを有す
る再帰反射標識である。これらの標識は、定期的な車両衝撃により高ジュラスで
破損及び破砕を受ける傾向がある。しかし、少なくとも標識製造業者１社はハウ
ジングの耐久性を改善しようと試みた。たとえば、Steereらに付与された米国特
許第５，３４０，２３１号（Stimsonite社に譲渡）は、ハウジングを形成するた
めに切刻ガラス繊維で強化したブロック三量体アクリルスチレンアクリロニトリ
ルの使用を教示しているが、依然としてハウジングの空隙には剛性エポキシ化合
物を充填している。
ハウジングを製造するために衝撃強さの高いプラスチック材（たとえば、ASTM
D1822によって定義され測定された１フートポンド／インチを超える衝撃強さを
有するプラスチック材）を使用することは、本願の譲受人、Minnesota Mining a
nd Manufacturing Company Inc.（「3M」）により１９８０年代中頃より行われて
いる。このように衝撃抵抗の高い材料の使用は、Mayに付与された米国特許第４
，８７５，７９８号（「3M」に譲渡）に開示され、高性能3Mモデル 280,SP280,240
及びSP240標識に商品化される結果となった。
本発明の第１の目的は、長く存続する標識を達成するために道路交通からの衝
撃に耐える改良された本体構造物に収納される再帰反射レンズを有する耐久性の
ある隆起した路面標識を提供することである。これは、標識の基部で圧縮剪断衝
撃力を圧縮引張力に向け直す方法を提供することによって一部達成される。
本発明の別の目的は、車輌衝撃を最小にするために断面が小さく縁が湾曲した
改良された標識本体の設計を提供することである。
本発明の更に別の目的は、取り扱いが容易なように握りスロットを有する改良
された標識本体の設計を提供することである。
本発明の更に別の目的は、複合構造を使用して標識の耐久性を改良することで
ある。
本発明の更に別の目的は、標識ハウジングの硬度を強化するために成形され模
造化され平らでヤング率の高い基板含む複合構造を使用し、ビチュメン及びエポ
キシを含む種々の接着剤との互換性を改良するすることによって標識道路接着を
改良することである。
本発明の別の目的は、見掛け曲げ弾性率の高い標識を製造することである。
これら及びその他の目的は、内部を有するハウジングを規定する非注封（非充
填）上部シェル及び低部基板と、基板の内壁に実質的に垂直な向きにあるハウジ
ング内部の複数のリブとを具備する路面標識を提供することによって達成される
。上部シェルは、傾斜した第１及び第２の対向する端面と、第１及び第２の対向
する凸状の側面と、上面と、外周底面と、内壁とを有し、下記に定義するように
中度から高度の曲げ弾性率を有するプラスチック材料から製造される。上部シェ
ルは、車輌衝撃を最小にするために断面が小さく、縁は湾曲している。低部基板
は、平面の内壁と、対向する平面の、路面と係合する外壁とを有し、少なくとも
およそ300,000 PSI(20.7
ｘ108パスカル)、好ましくは400,000 PSI(27.58ｘ108パスカル)を超え、更に好
ましくは500,000 PSI(34.48ｘ108パスカル)を超えるヤング率を有する材料から
製造される。基板もプラスチック材料から製造されることが好ましい。
本願に使用されるヤング率は、ASTM D638,vol.08.01に従って定義され測定さ
れる。本願に使用される曲げ弾性率は、ASTM D790に従って定義され測定される
。本発明に使用される熱硬化性又は熱可塑性のいずれかであるプラスチック材料
において、(ヤング率または曲げ弾性率の)低率とは50,000 PSI(3.45ｘ108パスカ
ル)未満、(ヤング率または曲げ弾性率の)中率とは50,000 PSI(3.45ｘ108パスカ
ル)から300,000 PSI(20.7ｘ108パスカル)の間、(ヤング率または曲げ弾性率の)
高率とは300,000 PSI(20.7ｘ108パスカル)を超えるとみなす。中度から高度の曲
げ弾性率とは、曲げ弾性率が中程度及び高程度の範囲の両方を含むことを意味し
、少なくとも50,000 PSI(3.45ｘ108パスカル)の曲げ弾性率である。
リブは、内壁（すなわち、上部シェルの内壁または基板の内壁）の一つと一体
的に形成され(すなわち、１個として形成され)、基板の内壁からシェルの内壁へ
上方に延在してシェルの内壁を支持する。再帰反射レンズを、標識の第１及び第
２の対向する側面の少なくとも一方に配置する。
上部シェルは、好ましくはポリカーボネート等の熱可塑性樹脂から製造され、
好ましくは約１５％から約３０％のガラス繊維強化材を含む。ガラス繊維強化材
は、上部シェルの曲げ剛性を増加する。上部シェルの形、材料選択及びリブ間隔
は、成形がしやすく、材料の使用量及び費用を最小にするよう選択されることが
好ましい。基板は、使用中の曲げに耐えるよう十分な剛性のある標識を達成する
よう選択される。シェルの外周底面は基板を受けるためにその中に
形成された外辺窪みを有する。
本発明の第１の実施の態様では、リブはシェルの内壁と一体的に形成される。
本発明の第２の実施の態様では、リブは基板の内壁と一体的に形成される。各プ
ロトタイプ内でリブパターンの変形は可能である。あるリブパターンでは、リブ
を格子状に縦方向及び横方向に延在して配置される。別のリブパターンでは、リ
ブが円形で同心の第１群と、リブが第１群に対して半径方向に延在する第２群と
に分割される。
本発明のある態様において、路面標識は、約80,000 PSI(5.52ｘ108パスカル)
、好ましくは100,000 PSI(6.90ｘ108パスカル)、の最小見掛けモジュラス（下記
に定義する）を有する。
本発明の別の態様において、第１及び第２の端面はおよそ３０度の角度で傾斜
しており、第１及び第２の側面は上下間及び端面間で凸状である。
本発明の更に別の態様において、第１及び第２の側面はその中に形成された対
向する窪んだ握りスロットを有する。
本願発明者らは、エポキシ型接着剤だけではなくビチュメン接着剤ででも道路
に接着する耐久性のある標識を設計するために、道路接着破壊モードを研究する
ことによって高性能標識分野での知識を広げ続けている。標識が中立軸を中心に
曲がるためには、上部本体及びリブは圧縮しなければならず、基部は伸張しなけ
ればならない。圧縮及び伸張が起こるときには、ピールフロントまたはフロント
の浮きが発生し、結局標識の結合破壊となる。破壊は、道路面と接着剤との間ま
たは標識基部と接着剤との間に起こりうる。「ピールフロント」とは、ビチュメン
接着剤のはがれ、標識基部からのビチュメン接着剤の破壊(ビチュメンの結合力
破壊)、または道路面からのビチュメン接着剤の破壊を記述するために使用する
用語であ
る。この現象を研究するために行った有限要素分析（FEA）において、「ピールフ
ロント」は、はがれの長さ及び／またはこれらの破壊の型のいずれかを明記する
。たとえば、図８では、ピールフロントの長さが、陰性反応力を有する接着剤-
道路界面で一組のノードで表される。これらの力は、接着剤Ａの引張力（または
浮き力）である。水平荷重（力）及び垂直荷重（力）はそれぞれ参照文字Ｘ及び
Ｙで示す。
我々は、我々の研究に応じて、衝撃荷重を最小にし、本体に対するタイヤによ
る擦り傷及び泥はねを減少する新規標識構造を開発した。種々の市販標識から収
集した衝撃力データで比較FEAを行い、標識材料の性能特性が道路標識接着に重
要な効果を持ち、特に、標識の剛性には、標識が道路に軟接着剤で良好に接着す
る範囲が重大であることを発見した。
見掛けモジュラスが高い標識の一つの利点は、ハウジング用に、中度から高度
の曲げ弾性率と高衝撃強さとを有するプラスチック材料と、少なくともおよそ30
0,000 PSI(20.7ｘ108パスカル)、好ましくは400,000 PSI(27.58ｘ108パスカル)
を超え、更に好ましくは500,000 PSI(34.48ｘ108パスカル)を超えるヤング率を
有する基板用材料との構造組合せを効果的にすることによって、高出力量で実行
可能に処理することができる材料を選択する能力である。
従って、本発明の別の利点は、簡略射出成形工法により軽量な標識を容易に製
造する我々の能力である。この工法により色を変更する簡略な手段が得られ、上
部シェルを充填する必要がなくなる。
本発明の別の利点は、開示した手順及びテスト手順を使用して標識を製造する
ことにより材料使用量を最適化するために、射出成形に関する我々の知識を使用
することである。
本発明は、同様の部材には同様の参照符号を付してある添付の
図面とともに、下記の好適な実施の態様の詳細な説明を読むことによって、より
よく理解することができる。
図１は、本発明の第１の実施の態様の路面標識の上面斜視図である。
図２は、本発明の第２の実施の態様の路面標識の上部シェルの内面の斜視図で
ある。
図３は、図２の上部シェルとともに使用する第１のリブパターンを有する低部
基板の上面斜視図である。
図４は、図２の上部シェルとともに使用する第２のリブパターンを有する低部
基板の上面斜視図である。
図５は、基板を展開して上部シェルの第１のリブパターンと外周底面の外辺窪
みを示す図１の標識の底面斜視図である。
図６は、基板を展開して上部シェルの第２のリブパターンを示す本発明の路面
標識の第２の実施の態様の底面斜視図である。
図７は、基板を展開した路面標識の第３の実施の態様の底面斜視図である。
図８は、3Mモデル280標識の当初タイヤ衝撃と反応力との有限要素モデルの線
図である。
図９は、一つのエネルギーダイレクターの第１の実施の態様である。
図１０は、一つのエネルギーダイレクターの第２の実施の態様である。
図１１は、一つのエネルギーダイレクターの第３の実施の態様である。
本発明は、隆起した路面標識の道路接着破壊モードに関する我々の研究と、エ
ポキシ型接着剤同様ビチュメン接着剤を使用して道路に接着することのできる耐
久性のある標識を設計するという我々の
意図との結果である。本発明を開発するために行った当初ステップの一つは、道
路に結合するために標識底部の表面積を考察することであった。これには、リブ
間の空間を充填するために使用されるエポキシ、アクリル、スチレン等の一定の
材料の使用を含む。結合面積が増加すると道路接着が改良されるが、長期の十分
な耐久性はないということがわかった。基部面積が大きい標識は、基部面積が小
さい標識よりも、接着剤への切れ目が狭いこともあることを我々の結果は示した
。これは「クッキー・カッター」効果と称される。
我々は、標識基部の大きさを増やすためにフランジ状の基部を加えることによ
って結合面積を増やすことを研究した。驚くべきことに、その結果は、我々の標
準標識よりも道路保持が悪いことを示した。我々は、既存の3M及び競合会社の標
識と類似した他の形で、ポリカーボネート及びアクリロニトリルブタジエンスチ
レン共重合体（ABS）等の硬質材料製の標識を製造して、道路接着を改善しよう
と試みた。結果は混沌としていた。これらの3Mの標識は、既存の3M標識に対して
わずかの改善を示した。一方、競合会社のテスト標識は、モデルとした既存の競
合会社の標識よりも性能が劣ったが、3Mのテスト標識よりも幾分良好であった。
後者の結果が、標識の形だけでなく標識の材料特性も含むという改良された道路
標識接着に関する我々の仮説の引き金となった。衝撃力を調べ、FEAを行い、実
験室でプロトタイプをテストし、実地で実験室結果を立証することにより、自己
の仮説を研究した。
標識の基部への伝達力（道路標識接着破壊を導く）と、標識の形状寸法との間
の関係を慎重に検討した。極めて感度の良い圧電変換器を据えて、車輌摩耗シミ
ュレーター（荷重下を走る自動車タイヤをシミュレートする実験室テスト装置）
からと、ミネソタハイウェイ１０３の制御したテストデッキにおける実際の乗用
車やセミト
ラックからとの車輌衝撃力を収集した。この研究により、既存の3M標識モデル２
８０と競合会社の標識に関して、驚くべき結果が判明した。3M標識は実際に競合
会社の標識よりも荷重が低かった。この結果により、標識材料の曲げ特性の役割
に関する我々の当初の仮説が更に強化された。断面の効果のほかに、この結果は
、圧縮力上の乗用車のタイヤまたはセミトラックのタイヤの種類とタイヤ破壊と
の依存性も示した。これらの衝撃力データにより、衝撃荷重を最小にするための
標識の形を再設計して、本体に対するタイヤによる擦り傷及び泥はねを減少した
。
衝撃力データを自由に用いて、代表的な競合会社の標識3Mの既存の標識モデル
２８０とに関する比較FEAを行った。結果は再び驚くべきものであった。第１に
、我々の結合面積に関する疑念が確認された。3Mの既存の標識はリブ付底面を有
する。リブがあるため、基部には、引張力を有する領域もあれば、圧縮力を有す
る領域もある。この影響により標識は前後に揺れ、結果としてクッキーカッター
のように接着剤を切り離す。この引張力は図８に示す。第２に、引張力（ピール
力または浮き力）を維持する領域は２カ所あり、１カ所は標識の前縁、もう１カ
所は標識の後縁である。これは、衝撃場所にもっとも近い領域で特に明らかであ
る。
この結果により、我々の衝撃強さの高い材料が、エポキシ等の硬接着剤に比較
してビチュメン等の軟接着剤ではよく機能しない理由が説明される。エポキシを
接着剤として使用し、標識を道路に結合すると、エポキシは硬化して基部で硬質
になる。この硬質結合が標識の屈曲を防止し、接着剤に誘発される歪を制御する
。軟接着剤では標識本体は屈曲する。この屈曲作用が次に接着剤に歪を誘発し、
結局前縁及び後縁から接着剤がはがれる。更に、結合面積の不足により、クッキ
ーカッター作用によって標識の下の接着剤パッドの量
が減少する。従って、全体的結果はエポキシ接着剤にそぐわない性能である。
我々が行った次の分析は、標識の曲げの大きさを最小にすることである。まず
、リブのない硬質の標識を製造し、その浮き力を分析した。その結果、浮き力の
減少が示され、曲げ弾性率が高い材料を評価するに至った。結果は、曲げ弾性率
が増加すると、浮き力が減少することも示した。略中空またはリブ付標識でこの
結果を再現しようと試みて、標識の基部を、薄いがヤング率の高い材料で補強し
た。その結果、ピール力が減少した。かなり少ない材料で同量のピール力減少を
得たことは重要な発見であった。標識基部で少なくとも300,000 PSI(20.7ｘ108
パスカル)のヤング率があるため、伸縮を防止することができ、従って衝撃を受
ける間の標識の屈曲作用を防止することができる。FEAモデルは更に、ちょうど
０．０９０インチ（０．２２９cm）厚さのFR-4積層材（Allied Signal Lamina
te System Inc.が販売）で、新規設計は、同一の荷重条件を与えられた競合会社
の標識よりも低い浮き力を維持した。
このテスト結果をもとにして、六つの異なるシェル材料と六つの異なる基板材
料とで成形するために二つのプロトタイプ金型を作製した。両プロトタイプとも
、内部を有するハウジングを規定する非注封（非充填）上部シェル及び低部基板
と、基板の内壁に実質的に垂直な向きにあるハウジング内部に複数のリブとを共
通に有することを特徴とする。上部シェルは、傾斜した第１及び第２の対向する
端面と、第１及び第２の対向する凸状の側面と、上面と、外周底面と、内壁とを
有し、高衝撃強さを伴う中度から高度の曲げ弾性率を有するプラスチック材料か
ら製造される。上部シェルは、車輌衝撃から生じる剪断成分を最小にするために
断面が小さく、縁は湾曲している。低部基板は、平面の内壁と、対向する平面の
、路面と係
合する外壁とを有し、少なくともおよそ300,000 PSI(20.7ｘ108パスカル)、好ま
しくは400,000 PSI(27.58ｘ108パスカル)を超え、更に好ましくは500,000 PSI(3
4.48ｘ108パスカル)を超えるヤング率を有する材料から製造される。リブは、内
壁（すなわち、上部シェルの内壁または基板の内壁）の一つと一体的に形成され
、基板の内壁からシェルの内壁へ上方に延在してシェルの内壁を支持する。再帰
反射レンズを、標識の第１及び第２の対向する側面の少なくとも一方に配置する
。
リブはほとんど材料を使用せずに標識ハウジングに構造安定性を提供する。リ
ブは立体面における枠構造に類似して機能する。基部に平行な平面に沿って切っ
た標識の断面図は、好適な実施の態様においては三角形状を有する部材の三次元
トラス状網目構造である。これらのリブは、車輌衝撃から生ずる剪断力及び圧縮
力の両方を支持するよう作用する細長い部材に類似し、枠構造同様、主に圧縮荷
重から生じる軸方向荷重と、剪断力及び各接続リブのモーメントとを有する。
上部シェルは、所望の色を達成するために十分な色素を含む。基板は、加えら
れる力に耐えるために、少なくともおよそ300,000 PSI(20.7ｘ108パスカル)、好
ましくは400,000 PSI(27.58ｘ108パスカル)を超え、更に好ましくは500,000 PSI
(34.48ｘ108パスカル)を超えるヤング率を有する材料から製造される。上部シェ
ルの形、材料の選択及びリブの間隔は、成形がしやすく、材料の使用量及び費用
を最小にするよう選択される。基板は、使用中の曲げに耐えるのに十分な剛性の
ある標識を達成するよう選択される。この条件を満たす基板の一つが、エポキシ
含浸繊維グラスマットである。他の基板は、熱可塑性マトリックスから成形され
、その中にグラスマットを挿入する。可能な熱可塑性プラスチックとグラスマッ
トと
の組合せは、Lexan 3412とJPSグラスマット 1362 (サウスカロライナ州スレータ
ーのJPS Converter and Industrial corporationの一部門であるJPS Fabricsが
販売)、Lexan 3412とJPSグラスマット 1358 (JPS Fabricsが販売)、及びLexan 3
412とJPSグラスマット 1353（JPS Fabricsが販売）である。
レンズは、所望の再帰反射特性を達成して上部シェルに結合するよう選択され
た材料から製造される。適切な例は、Nelsonに付与された米国特許第４，８７５
，７９８号に見られる。レンズは適切な接着剤で接着されるが、封止を達成する
ためにたとえば超音波溶接または振動溶接によって標識本体を溶接することがよ
り好ましい。
二つのプロトタイプはリブの場所が異なる。本発明の第１のプロトタイプでは
、リブはシェルの内壁と一体的に形成される。本発明の第２のプロトタイプでは
、リブは基板の内壁と一体的に形成される。下記に詳述するように、各プロトタ
イプ内でリブパターンの変形は可能である。
第２のプロトタイプでは、上部シェルがカバーする総材料のパーセンテージが
高い。リブ及び基板には、色及び外観にかまわずに、類似基部材料の再循環プラ
スチックを最大限使用するが、上部シェルには未使用材料を使用する。このよう
にして、標識の目に見える部分、すなわち、上部シェルは色及び外観に関して制
御することができる一方、全体的低コストと、廃材にならざるを得なかったもの
の有効活用とを達成できる。使用されているサイズの部品を組み立てることがで
き、平面度と材料複合の不均衡を許容し、更にまた、接着剤よりも結合が良好で
あるため、振動溶接を使用するのが好ましい。
これらの新規プロトタイプ金型を使用して我々の指示のもとで
数多くの見本が製造された。見本及び市販の標識をテストしてFEA結果を確認し
た。これらの見本のいくつかは下記の実施例に詳述し、添付の表に要約する。こ
れらの見本のテスト結果を添付の表に要約する。実施例に詳述される見本は、数
多く製造されたものの例示的なものであり、いずれにせよ本発明を制限するとは
見なされないものとする。
各標識の構造が異なるため、比較可能なテスト結果を達成する唯一の方法は、
標識の寸法を標準化する装置によるものであった。ASTMテストメソッドD790は、
材料の曲げ弾性率のテストを記載する。このテストメソッドは、メソッド Ｉ及
びプロシージャＡで標識の曲げ弾性率を測定する際に使用される。ASTM D790は
、見本の寸法と、曲げ弾性率を計算するために必要な方程式を明記する。ASTM D
790及びセクション6.2.1のスパンは、見本の厚さの１６倍であると明記されてい
る。隆起した路面標識の形状寸法はこの寸法比とは異なる。従って、我々がテス
トした種々の隆起した標識において、均一の比較可能なテスト結果を得るために
、標識のスパンは１．８５インチ（４．７０cm）に固定して種々の型の標識すべ
てを適応させた。この固定スパンの導入により、モジュラス計算における剪断の
影響はすべての標識で均一であることが保証された。この標準化されたモジュラ
スは、見掛け曲げ弾性率または見掛けモジュラスと称される。この見掛けモジュ
ラスは、ポンド／平方インチ（PSI）またはパスカル（Pa）で表される数字であ
り、標識の曲げ弾性率を現し、その標識に特有のものである。見掛けモジュラス
の値により、車輌衝撃によって生じる屈曲に耐える標識の能力をランクづけるこ
とができる。
ASTMテストメソッドD790に従って、一対のMTSモデル632.17B-20伸び計付コン
ピュータインターフェース材料テスト機
械MTSモデル810で、曲げ弾性率テストを行った。見本は、三点曲げモード用のAS
TM D790に記載された二つの支持体に載せた。測定中のすべての標識見本に関し
て同一の剪断影響が維持されるように、見本の厚さ及び長さの寸法は標識の厚さ
及び標識の長さであり、スパンは１．８５インチ（４．７０cm）であった。一対
の伸び計を使用して、底部における各標識の撓みを測定した。伸び計の針は、傾
斜した面の下の領域に隣接する標識底部に中心線に沿って置かれた。伸び計は、
高精度の撓み測定を行うために使用された。プラスチックシェルハウジング及び
／または注封材料を含むか、または、荷重下に置くと底部からよりも頂部からの
方が多く変形する基板によって囲まれる本体との複合構造を有する標識があるた
め、高精度の撓み測定が必要である。接着剤／道路、接着剤／接着剤、接着剤／
標識基部の界面に損傷を与える屈曲が標識基部に発生するため、高精度伸び計を
使用して基部の撓みを測定する。
標識の頂部中央に最大1,000lbsまでの荷重をかけるようにMTSを設定して、撓
み率は０．１インチ（０．２５cm）／分に設定した。撓み率は、ASTM D790のセ
クション9.1.3に記載された方程式から計算した。
測定した力及び撓みを図表に記入し、勾配を計算してモジュラスを得た。標識
の寸法は標識ごとに異なった。従って、比較可能なデータを得る唯一の方法は、
標識の厚さ及び長さによって標準化することである。見掛けモジュラスは、ASTM
テストメソッドD790に明記された次式によって決定した。
Ｅ＝スパン3 Ｘ 傾斜／（４ Ｘ 長さ Ｘ 厚さ3）
ただし、スパン＝１．８５
傾斜＝荷重の変化／支持体に対する底部の撓みの変化
長さ＝標識の長さ
厚さ＝標識の厚さ
実験室テストは、上部シェルには中度から高度の曲げ弾性率を有するプラスチ
ック材料を使用し、基板には少なくともおよそ300,000 PSI(20.7ｘ108パスカル)
、好ましくは400,000 PSI(27.58ｘ108パスカル)を超え、更に好ましくは500,000
PSI(34.48ｘ108パスカル)を超えるヤング率を有する材料を使用して、容易に標
識を建造し、見掛けモジュラスが高い標識を得ることができることを例証した。
テストは更に、ビチュメン等の軟接着剤を使用して良好に接着する標識では、80
,000 PSI(5.52ｘ108パスカル)の最小見掛けモジュラスを有することを示すが、
これは、公知の道路接着性能が良好な既存の標識はこの範囲の見掛けモジュラス
を有するからである。現在のところ、増加した接着性能に関して、見掛けモジュ
ラスが増加しても何ら利益をもたらさなくなる上限は知られていない。これを確
認するために、「サンベルト」州の一つにある3Mの極秘テストデッキでテストを行
った。テスト結果は、高見掛けモジュラスを有するように標識を建造すれば損失
は最小になり、見掛けモジュラスが低い標識では損失が増大するという我々の理
論を一貫して確認した。実地データもまた、「クッキーカッター」効果に抵抗する
標識の能力において平らな基部と高見掛けモジュラスとを組み合せて有すること
の便益を示した。実施例１
標識路面接着の原則は、車輌衝撃に耐え得る高曲げ弾性率及び高衝撃強さのプ
ラスチック標識材料を必要とする。本発明の第１の実施の態様において、これら
の特性を有する標識１０は、加えられた荷重に耐えるのに十分な曲げ強さを備え
てない既存の市販プラスチック材料を使用して実施可能である。図１及び図７を
参照すると、
これは、高衝撃上部シェル１２を成形して、それを少なくともおよそ300,000 PS
I(20.7ｘ108パスカル)、好ましくは400,000 PSI(27.58ｘ108パスカル)を超え、
更に好ましくは500,000 PSI(34.48ｘ108パスカル)を超えるヤング率を有する低
部基材で補強することにより達成される。上部シェル１２は、中度から高度の曲
げ弾性率及び高衝撃強さのポリカーボネート材料、実施例１の場合はLexan 141
、から射出成形される(Lexanは、ビスフェノールＡとホスゲンを反応させて生成
する熱可塑性カーボネート結合ポリマーの商標である。Lexan 141は、マサチュ
ーセッツ州ピッツフィールドのGE Plasticsが販売)。好ましくは、上部シェル１
２の最大厚さは０．０８０インチ（０．２０３cm）である。
上部シェル１２は、外周底面１２aと、二つの鏡像傾斜端面１２b、１２cと、
端面１２b、１２cに隣接した二つの凸状湾曲側面１２d、１２eと、上面１２fと
、内壁１２gとを備える。図１及び図７に示すように、側面１２d、１２eは、上
下間及び端面間で凸状に湾曲している。
端面１２b、１２cは窪みがあり、そこから上方に突出する成形超音波エネルギ
ーダイレクター２２、２４、２６を有する。反楕円形の窪んだ握りスロット３０
a、３０bが、傾斜した端面１２b、１２cに隣接する側面１２d、１２eに形成され
る。スロット３０a及び３０bの底面は、標識１０の底面上およそ０．２５インチ
（０．６４cm）である。
低部基板１４は、平面の（上部）内壁１４aと、対向する平面のの、路面と係
合する（低部）外壁１４bとを有し、１／１６インチ（０．１５９cm）のAllied
Signalの複合積層板FR-4材料から製造される。低部基板１４は、上部シェル１２
の外周底面１２aと同一の形の外辺を有し、低部基板１４の内壁１４aは接着剤を
使用し
て上部シェル１２の外周底面１２aに接着する。実施例１の場合、接着剤は3Mの
クイックセットJet-Weld（登録商標）TE-031熱硬化性接着剤である。
同心円形リブ４０は、上部シェル１２の内壁１２gから突出し、外周底面１２a
と同一の平面で終結する。半径方向リブ４２も内壁１２gから突出し、円形リブ
４０に接続する。半径方向リブ４２は、円形リブ４０の共通中心に対しおよそ３
０度の間隔をおき、円形リブ４０と同一の平面で終結する。
レンズ５０、５２等の二つの再帰反射要素は、傾斜した面１２b、１２cから上
方に延在するエネルギーダイレクター２２、２４、２６を介して上部シェル１２
に超音波溶接される。再帰反射レンズの超音波溶接にエネルギーダイレクターを
使用することは、米国特許第４，８７５，７９８号に記載されており、ここにそ
のすべてを参照として組み込む。レンズ５０、５２及びエネルギーダイレクター
２２、２４、２６は、レンズ５０、５２の上面が上部シェル１２の外周面と実質
的に水平になるような寸法にする。
エネルギーダイレクター２２は、その間のセルを規定する中核の形態を取り、
エネルギーダイレクター２４は、セル内に位置する支柱の形態を取る。エネルギ
ーダイレクター２４は、図９に示すように円錐形であり、図１０及び図１１の参
照番号２４＿、２４”で示すように、円筒の上に重ねた円錐の形態を取ってもよ
く、あるいは、レンズ５０、５２と点接触するならば他のどのような形でもよい
。少なくともエネルギーダイレクター２２のいくつかは三角形に配置される。エ
ネルギーダイレクター２２の配置は、矩形でも台形でも他の幾何学図形でもよい
が、これらの幾何学図形の中で、三角形が構造的にもっとも安定している。
エネルギーダイレクター２４は、頂上セルに沿って特別な支持
をする。車輌は頂上領域から約３分の１の距離で標識１０に衝突する傾向がある
ため、この特別支持が所望される。エネルギーダイレクター２２のみでは、衝突
が繰り返されることにより依然としてレンズは壊れ得る。単独のエネルギーダイ
レクター２４を加えることにより追加支持となる。エネルギーダイレクター２４
の更なる利点は、再帰反射性の損失を最小にすることである。ウエルドラインご
とに再帰反射レンズ構造の立方体隅が破壊される。単独のエネルギーダイレクタ
ー２４はウエルドラインを最小にする一方、車輌衝撃に耐えるのに十分な支持を
提供する。
エネルギーダイレクター２６は、端面１２a、１２bの外辺部内に設けられる。
エネルギーダイレクター２６は、レンズの外辺部を気密封止して湿気から保護す
るために、エネルギーダイレクター２２、２４の高さをわずかに超える高さを有
する。外辺部エネルギーダイレクター２６は、他の内部エネルギーダイレクター
２２、２４の頂上の上に立方体隅のレンズ高さにほぼ等しい量だけ隆起すること
がわかった。エネルギーダイレクター２２が規定するセルは、レンズの一部が壊
れた場合には汚染を包含する。
標識１０は、車輌衝撃を最小にするために断面が小さく、縁は湾曲している。
かくして、実例としてのみ、一例の標識１０は、高さ約０．６２５インチ(１．
５９cm)、側面間の幅（側面１２d、１２eを横切る）は最大幅点で約４．００イ
ンチ(１０．２cm)、端面間の長さ（端面１２b、１２cを横切る）は約３．５イン
チ（８．９cm）である。端面１２b、１２cは、底面１２aに対し約３０度の角度
で傾斜し、底面１２aとの接点では約０．０３１インチ（０．０７９cm）の曲率
半径である。上面１２fは約６．４５インチ（１６．３８３cm）の曲率半径であ
る。側面１２d、１２eは上下間で約０．７５０インチ（１．９０５cm）の曲率半
径、端面間で約３．
００インチ（７．６２cm）の曲率半径であり、底面１２a上約０．５７５インチ
（１．４６１cm）で終結する。握りスロット３０a、３０bの底面は、底面１２a
に対し約１３度の角度で傾斜し、底面１２b上約０．１４インチ（０．３６cm）
で終結する。上縁は側面１２d、１２eとの接点で約０．０６インチ（０．１５cm
）の曲率半径である。実施例２
実施例２の標識は、基板がFR-4積層板（エポキシ含浸グラスマット）であり、
厚さ約１／８インチ（０．３１８cm）であることを除いて、実施例１の標識１０
と同様である。実施例３
実施例３の標識１００（図６に示す）は、格子模様を形成する縦方向リブ１４
０と横方向リブ１４２とを有することを除いて、実施例１の標識１０と同様であ
る。実施例４
実施例４の標識は、実施例３の標識のように、リブが縦方向及び横方向である
ことを除いて、実施例２の標識と同様である。実施例５
実施例５の標識２００（図５に示す）は、２０％ガラス充填ポリカーボネート
Lexan 3412材製の射出成形基板２１４を有し(Lexan 3412はGE Plasticsが販売)
、上部シェル２１２の外周底面２１２aが基板２１４を受ける窪み２１２a'をそ
の中に有し、基板２１４は熱硬化性接着剤を使用して固定される代わりに窪み領
域２１２a内の上部シェル２１２に振動溶接されることを除いて、実施例１の標
識１０と同様である。実施例６
実施例６の標識３００（図２及び図３に示す）は、上部シェル３
１２が中空であり、同心リブ３４０及び半径方向リブ３４２は基板３１４の内壁
３１４aから垂直に延在し、リブ３４０、３４２及び基板３１４はLexan 3412か
ら一体として成形され、基板３１４は上部シェル３１２に振動溶接されることを
除いて、実施例１の標識１０と同様である。このテスト用には製造されていない
が、基板は図４に示すようにリブが横方向及び縦方向に延在する形状でもよい。実施例７
実施例７の標識は、基板がガラス繊維スクリム上の突出Lexan 141から製造さ
れ、基板は上部シェルに振動溶接されることを除いて、実施例１の標識１０と同
様である。実施例８〜１３
実施例８〜１３の標識は、上部シェルがLexan 3412から成形されることを除い
て、実施例１〜６の標識１０と同様である。実施例１４
実施例１４の標識は、ハウジングがLexan 3413材から成形される（Lexan 3413
はGE Plasticsが販売）ことを除いて、実施例１の標識１０と同様である。実施例１５
実施例１５の標識は、ハウジングがLexan 3413材から成形されることを除いて
、実施例２の標識と同様である。実施例１６
実施例１６の標識は、ハウジングがDurethan BKV 130材から成形される（３０
％ガラス入ガラス強化耐衝撃性改良ポリアミド。ペンシルバニア州ピッツバーグ
Bayer Inc.（元 Miles,Inc.）が販売）ことを除いて、実施例１の標識１０と同
様である。実施例１７
実施例１７の標識は、ハウジングがDurethan BKV 130材から
成形されることを除いて、実施例２の標識と同様である。実施例１８
実施例１８の標識は、ハウジングがEntec N1033E1材から成形される（３３％
ガラス充填ナイロン。Entec Polymer Inc.が販売）ことを除いて、実施例３の標
識１００と同様である。実施例１９
実施例１９の標識は、ハウジングがXenoy 6370材から成形される（GE Plastic
sが販売）ことを除いて、実施例１の標識１０と同様である。実施例２０
実施例２０の標識は、3M Jet-Weld（登録商標）で上部シェルに接着されたFR-
4積層板１／１６インチ（０．１６cm）基板で製造されることを除いて、市販の3
M 280標識と同様である。実施例２１
実施例２１の標識は、Stimsonite製の市販のモデル９１１標識と同様であり、
エポキシ、ガラスビーズ及び砂からなる注封充填剤による射出成形上部シェルを
有するシェルタイプである。実施例２２
実施例２２の標識は、Pac-Tech製の市販の標識（Apex標識モデル９１８）であ
り、エポキシ-砂注封充填剤による射出成形上部シェルを有するシェルタイプで
ある。実施例２３
実施例２３の標識は、市販のSwareflex標識であり、縦横方向のリブパターン
の肉厚射出成形本体を有する。実施例２４
実施例２４の標識は、市販のRayOlite標識モデル８７０４（S）であり、注封
充填剤としてエポキシ-砂化合物を有するシェルタイ
プである。実施例２５
実施例２５の標識は、グラスマットを有する０．０５５インチ(１．４mm)の射
出成形基板２１４を有することを除いて、実施例６の標識と同様である。見本を
成形したときに、標識のおよそ四つの隅に四つのピンホールが発生し、マットの
中央に１インチ（２．５４cm）の穴が発生したため、この標識の見掛けモジュラ
スはいかなる改良も示さない。４本のピンは、金型にマットを保持するために使
用した。マットの穴は、ガラスマットを動かさずに材料をキャビティ内に射出す
るために必要であった。更に、ガラスマットは基板の底に適切に含浸していなか
った。基板及びガラスマットの穴は、曲げ弾性率テスト目的の構造を弱めたもの
と思われる。しかし、この見本は、実施例６の標識の補強していない基部とほぼ
同一のモジュラスに達したため、ガラスマットは依然として標識基部の補強に役
立ったと思われる。
見掛けモジュラス測定及び計算の結果は添付の表に示した。表中のデータは、
見掛けモジュラスの高い熱硬化性射出成形標識がモジュラスの高い強化基板を使
用することによって達成されることを明らかに例証する。更に、これらの見掛け
モジュラスは、これらのモジュラスの高い基板標識が、他の脆弱標識より何倍も
高い衝撃力に耐える高衝撃抵抗を達成することは除いて、比較可能な、一体式、
剛性及び脆弱タイプの標識の範囲内であることを例証する。これらのプロトタイ
プ標識の半数以上の基板は、達成されるモジュラスの一種の大きさを得るに適切
な接着剤を使用して接着される。しかし、上部シェルを基板に接着する方法の効
果についても研究した。たとえば、実施例１〜５、８〜１１及び１４〜１９の標
識はホットメルト接着剤を使用して組み立てられる。実際には、基板はハウジン
グ
に振動溶接することが好ましい。振動溶接は結合力を何倍も増大する。
更に、我々は基部を標識につけるのに使用される接着方法の効果について研究
した。実施例６の標識は、基板を標識のハウジングに接着するために振動溶接法
を使用している。基板はモジュラスの低いプラスチック材料から製造されるが、
得られる見掛けモジュラスは、たとえば、曲げ弾性率が高いFR-4積層板材料を使
用する実施例１の標識よりも、かなり高い。これは、FR-4積層板の厚さの増加し
ても見掛けモジュラスの増加は最小であることの理由を説明する。これは、接着
剤中の離層により、荷重移動が最適化されないからである。
標識の使用に適切なものとして、種々の型の再帰反射レンズ及び接着方法が構
想された。適切な再帰反射レンズの詳細な説明は、Nelsonらに付与された米国特
許第３，７１２，７０６号、第４，８７５，７９８号及び第４，８９５，４２８
号、Holmenに付与された米国特許第３，９２４，９２９号、Whiteに付与された
米国特許第４，３４９，５９８号、Attarに付与された米国特許第４，７２６，
７０６号に記載されており、すべてをここに参照として組み込む。
第１の実施の態様において、レンズ機構は、立方体隅成形型に透明なポリカー
ボネートのシート（マサチューセッツ州ピッツフィールドのGE Plasticsが販売
）を載せて、熱と圧力を加えて、次にシートを冷却して、微立方体隅シーチング
を形成することによって製造される。このシーチングをレンズ片に打ち抜いて、
二つの方法の一つに使用することができる。第１の方法では、レンズ片をハウジ
ングのスロットに超音波溶接する。これらのスロットは、車輌衝撃及びレンズの
再帰反射性に対するレンズの構造的一体性を最適化す
るように選択された略三角形パターンのエネルギーダイレクターを含む。第２の
方法では、レンズ片にアルミニウムを蒸着塗布する。次に、たとえば、感圧接着
剤を使用して、レンズ片を上部シェルの端面に接着させる。レンズ片をアルミニ
ウム蒸着塗布で提供する場合、上部シェルの端面にエネルギーダイレクターは提
供されない。
第１の方法は、明るいレンズを有する標識を提供し、第２の態様のレンズは、
アルミニウム蒸着塗布により明るさの約４０％を失う。第１の態様のレンズも幾
分明るさを失うが、第２の態様のレンズに比べるとはるかに少ない。更に、エネ
ルギーダイレクターパターンによって規定される永久防湿シールポケット領域を
有する。
第３の態様において、レンズは射出成形方法を使用して製造される。微立方体
隅成形型を、エネルギーダイレクターパターンが各レンズに形成されたレンズ片
の形にカットする。従って、各レンズを成形するときに、レンズは打ち抜きをせ
ずに適切な形を有し、組み込み式のエネルギーダイレクターを含む。第３の態様
のレンズ機構も、上部シェルの端面にエネルギーダイレクターパターンを形成す
る必要がない。上部シェルの端面は、かくして、平面で提供される。レンズに形
成される超音波エネルギーダイレクターは、利用できる立方体の数に従ってレン
ズの明るさを設計できるという便益を提供する。端面にエネルギーダイレクター
パターンを形成する場合、超音波溶接法で破壊される立方体の数を予測する方法
はない。射出溶接により一体エネルギーダイレクター付レンズを形成すると、立
方体の損失数をレズの設計時に決定できるため、溶接中の立方体の破壊を制御で
きる。一体エネルギーダイレクター付レンズは、レンズを開口端面に置くことに
より、一体エネルギーダイレクターのないレンズと同一の方法で上部シェルの端
面に超音波溶接することができる。
本発明の上述の実施の態様の修正及び変形は、上記の教示に鑑み、当業者によ
って認識されるように可能である。たとえば、リブの格子模様は、縦方向リブと
横方向リブとの交点及びリブと上部シェルの内壁との接点で、半径を変えること
によって変更することができる。半径の長い（およそ０．０６２インチ(０．１
５７cm)）プロトタイプと半径の短い（およそ０．０３１インチ(０．０７９cm)
）プロトタイプとの比較テストにより、長い半径のリブパターンは疲れストレス
によく耐えることが示された。しかし、同心リブ及び半径方向リブを具備するリ
ブパターンの比較テストでは、同心／半径方向パターンがいずれの格子パターン
よりも強いことが示された。
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
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ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ
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ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ
Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ
，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，
ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ
Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ
，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ
(72)発明者 キーウ，シスヤ エス.
アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427,
セントポール，ポスト オフィス ボック
ス 33427
(72)発明者 トーマス，クリスティーナ ユー.
アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427,
セントポール，ポスト オフィス ボック
ス 33427
(72)発明者 ジョンソン，ウォーレン ジェイ.
アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427,
セントポール，ポスト オフィス ボック
ス 33427
(72)発明者 ジャーデス，ロナルド ダブリュ.
アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427,
セントポール，ポスト オフィス ボック
ス 33427
(72)発明者 ランディン，デイビッド ジェイ.
アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427,
セントポール，ポスト オフィス ボック
ス 33427
【要約の続き】
へ上方に延在してシェルの内壁を支持する。再帰反射レ
ンズ(５０，５２)は、標識の第１及び第２の対向する側
面の少なくとも一方に配置される。リブは格子状に縦方
向及び横方向に延在して配置させることができる。また
は、リブが円形で同心の第１群と、第１群に対してリブ
が半径方向に延在する第２群とにリブを分割することが
できる。路面標識は、好ましくは、およそ80,000 PSI
(5.52ｘ108パスカル)の最小見掛けモジュラスを有す
る。