JPH11505339A - 気泡を中に含む再帰反射性プリズムアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 昼間の白色性が改善された再帰反射性シートの製造方法と装置であり、再帰反射性シートは、プリズムのベース体が成形型の中のプリズムに付けられる時に、プリズム構造体に空気球が閉じ込められている。

Description

【発明の詳細な説明】 気泡を中に含む再帰反射性プリズムアレイ 発明の背景 本発明は、側端面の寸法が０．０２５インチ以下の小型の密集状を為す立方体 の角形（cube corner:立方体の角部を切り取った形）構成物群の再帰反射性マイ クロプリズムの製造に関するものである。かかるプリズムは、車、又は衣服、更 に再帰反射性の高速道路標識に安全反射照明装置として用いられる再帰反射性シ ートのような多くの用途に用いられる（例えば、ダブル・ピー・ローランドに対 して１９７２年９月５日に発行された米国特許第３，６８９，３５６号を参照の こと）。 発明の概要 再帰反射性シートは、プリズムをシートのベース体に取付ける工程に於いて、 プリズム構造体に気泡を介在せしめる発明に基づいて製造される。これを実施す る為の一つの方法は、プリズム成形型の凹所にプリズム材料を充填する際に空隙 をその一部に残すことに在る。ベース体が成形材料にかぶせられ、成形材料が硬 化する時に、凹所の空気はプリズム体の中に閉じこめられ、固体プリズム全体に 無秩序に分散し、泡状、又は球状の空気ポケットとなる。 下記に詳述されているように、気泡は、入射光の一部の光路を変更し、又は散 乱させることにより、物質を種々の角度から見た場合に、白色（高いＣａｐＹ） の外観を呈する。光線の一部は光を散乱させる方法で進路を変える。他の光線は 、細いビームの形で再帰反射される。 図面の簡単な説明 図１は、成形型のドラム軸周辺部の部分断面図であり、その上に在るコーティ ングヘッドから成形型の中に液体プリズム成形材料が充填される状態を図示して いる。 図２は、プリズム６８の中に気泡を封じ込める為に、成形型１６のプリズム材 料６４にローラー５０によりベース材料４６のフィルムを接着する為の装置の拡 大部分断面図である。 図３は、本発明により作られた再帰反射性シートの裏面の部分図である。 図４は、図３の４−４線に沿った拡大部分断面図である。 図５は、本発明の空気層に裏当てされた実施形態におけるシートに白色裏当て 層１２が加えられた図３の４−４線に沿った拡大部分断面図である。 図６は、本発明の金属反射体の実施形態におけるシートに金属反射層１４が加 えられた図３の４−４線に沿った拡大部分断面図である。 図７は、本発明の原理を図示する光路概略図である。 発明の詳細な説明 図１から図７に従って、本発明をは以下に詳述する。詳述する実施形態の製造 、ならびに実施形態に関して用いられる装置および方法の多くは、上記の米国特 許３，６８９，３５６に既に記述されている為にここで改めて反復することは避 け、本発明の正しい理解に必要なものにとどめることとする。 本発明の装置は、矢印により示された方向（即ち反時計方向）に回転する為に 軸体、又はシャフトに設置された成形型ドラム１００を有する。ドラム１００の 外周部は、外周ベース部に接合された多数の金属プレート１６から成る。各プレ ート１６は、多数の隣接し合う同一サイズの立方体の角形状の凹所、又は陥入部 ２２が配置されて形成されている。プレート１６は、その全体がドラム１００の 外周に設けられることにより、立方体の角形状の凹所２２のほぼ連続的なアレー を有する成形型表面を提供する。 コーティングヘッド２６は、ドラム１００の軸方向に往復運動を行う ことの出来る外周上の一点に取付けられている。ドラムが連続的に回転する時に 、液状の硬化性成形材料６４がコーティングヘッド２６からその上に注入される 。フィルム４６は、供給リール（図示せず）から連続的に引き出され、ドラム１ ００上に加圧ロール５０により施され、しかもロール５０は、ドラム１００との 間に硬化材料６４が成形型プレート１６の表面上に均一に分散する挟圧部を作り 、この位置では材料６４とフィルム４６とが密着する。 成形型表面を予め濡らす工程を単に省略することだけで、上記の立方体の角形 状の凹所に形成される再帰反射性マイクロプリズム７０（図３から図６）に空気 球１０が混入することを我々は知った。プリズム材料６４は粘性を持った故に、 湿潤剤６４を用いなければプリズムキャビティ２２には、完全に充填されること はない。従って、材料６４とフィルム４６とが接触する時には、各種のサイズの 空気球１０がプリズム体７０の中に閉じ込められる。 付されたばかりの材料６４とフィルム４６とは、共に熱輻射エレメントの列（ 図示せず）の中を通過することにより、材料６４の硬化とフィルム４６への接着 とが同時に果たされる。その後、冷却媒質が材料６４を恒久的に固める為に、材 料６４はフィルム４６に接着され、再帰反射性シート５４が完成した状態でドラ ム１００から簡単にロールの周りに剥ぎ取られ巻き取りリールに巻き取られる。 生成される空気球１０の数は、ドラムの処理速度、ドラム温度およびプリズム 材料の粘度によって決まる。ラミネートロールの径およびロール材料のデュロメ ータも又、生成される空気球の数に影響するものと考えられている。 個々のプリズム７０の中の空気球１０の位置およびフィルムの断面内の空気球 の位置は、本来不規則である。 シート５４用の空気層裏当てとして材料１２が用いられている図５に示された タイプのサンプルから得られた下記の表ＩおよびIIに於ける比 較データから知り得るように、空気球を持つ材料の白色性（Ｃａｐ Ｙ値）は著 しく大きい。このＣａｐ Ｙ値は、サンプルに４５°の入射角で光源の標準光を 投射し、光源と反対位置に設置された検出器により４５°の角度でサンプルから の反射光を検出する測色計（ミノルタ社製）で測定される。サンプルは、堅い表 面に平坦に置き３６０°回転して、４５°刻みに読み取りを行う。 注：表IIのデータは、表ＩのそれよりもＣａｐ Ｙに関して約１４．０ポイン ト、又は４４％高いことを示す。Ｃａｐ Ｙが高ければ高い程、物質の現わす白 色性は大きくなる。Ｃａｐ Ｙが低い時は、灰色を呈す。 Ｃａｐ Ｙテストは、プリズム表面１５にアルミニウム皮膜１４を持つ、２つ の金属化されたサンプルに於いても実施され、以下の表に示す結果となった。 この実施例では、表IVのＣａｐ Ｙは、表IIIのＣａｐ Ｙに比較して約１７ ．５０ポイント、即ち３００％高いことを示している。我々の考えるＣａｐ Ｙ の増大の理由は、図７の簡単化された一次元概略図に示されている。図７は、マ イクロプリズム再帰反射体７０に入射した光が、プリズムを通る光路により、ど の様に反射および屈折をするかを示す。 光線“ａ”は、プリズム窓面に垂直に入射し、プリズム７０を破線で示された 光路に進む。プリズムの反射面Ｆ１，Ｆ２が金属化されていない時には、光線“ ａ”は、プリズムから光線ａ’として出て行き、次に、空気層で裏当てされた再 帰反射性構造体に通常用いられる白色裏当て 層１２（図５）から拡散光として反射する。プリズムの反射面が図６に示された ように銀、又はアルミニウムのような金属の層１４により金属化されている時に は、光線はプリズムおよび気泡１０を通る長い光路（ｘを付けた線）を進み、光 線がａ''としてプリズム窓面から出て行く。ある角度でプリズム窓面に入射する 光線“ｂ”（黒丸を付けた線）は、プリズムの中を全く異なる進路を進む。光線 “ｂ”が空気球１０に達すると空気球の表面の入射角は、４１．８°の臨界角を 上回り（４１．８°は、立方体の角形状のプリズムのプリズム材料の屈折率が１ ．５であり、空気球の中の空気の屈折率が１．０を示した場合の臨界角である） 、光線は、そのすべてが内部で反射する。光線“ｂ”がプリズムの反射面に達す ると、面が空気層で裏当てされている時には光線ｂ’としてプリズムから出て行 く。面が金属化されている時には光線“ｂ”は、図示された長い光路を進み、プ リズムからｂ''として出て行く。 光線“ｃ”（実線）は、プリズム内面で反射され、空気球を通って直線光路を 進み、光線ｃ’、又はｃ''として進む。光線“ｃ”は、プリズムおよび空気球を 通りプリズムの反射面の皮膜には無関係に同じ光路を進む。 上記の光線概略図が示すように、一部の光線は、空気球を含むプリズムにより 再帰反射され、一部の光線は次の何れかの動作を行うように方向を変えることに より、累積効果が得られる。 ａ）再帰反射される光線パターンを拡げる。 これは光線“ｃ”に平行に、かつその何れかの側に僅かにずれて入射する光線 に対して当てはまる。これらの光線がプリズムから出る時には、光線ｃ’および ｃ''の方向に対して、何れかの側にずれる。 ｂ）材料のＣａｐ Ｙ、又は白色性の値を高める。 光線“ａ”および“ｂ”は、空気層で裏当てされたプリズムについては光線ａ ’およびｂ’のように、金属化されたプリズムについては光線ａ''およびｂ''の ように、Ｃａｐ Ｙの値を高める方向に出射される。 光線ａ’およびｂ’は、白色裏当て材料から拡散反射することによりＣａｐ Ｙ を高める。光線ａ''およびｂ''は、金属化された面で１回、又は２回反射した後 にプリズムから反射し、高いＣａｐ Ｙ値、又は物質の白色外観を高める。 上記の例に基づくと、プリズム内に空気球を含む立方体の角形状のマイクロプ リズムを通る光路は、無数に在ることが判る。実際には空気球は、サイズと位置 に関しては不規則であり、空気球の大部分はマイクロプリズム体の中心の近くに 散在することが判る。然し又、単一の立方体の中に２つの空気球がある場合、お よび立方体の角の中心から大幅に偏移している空気球も見出される。 空気球１０は、再帰反射される光線パターンに対して有利な作用を持っており 、通常の集光回折パターンで通常再帰反射される光線（即ち、生じる発散はマイ クロプリズムの小さい出口開口で起きる回折によるものに限られる）が方向を転 じて、観測角を拡げ、更に通常は明るさの低い向き角度を大きくする。この有利 な効果は、金属化されたプリズムに対しては当てはまるが、以下の表ＶからVII に示された代表的なデータが示すように、すべての空気層で裏当てされたプリズ ムに当てはまるとは言えない。 ＳＩＡ変化が増大するのは６０°の入射角に於いてのみである。 上記の表VIのデータは、観測角０．３３°での改善の大部分が３０度 よりも小さい入射角に限られ、観測角１．５０°での改善が６０°以外のすべて の入射角に見られることを明らかにしている。 ＳＩＡ（ｃｄ／ｌｕｘ／ｍ²）レベルは大抵の角度条件、特に観測角が狭い場 合に低下している。 表VIIの上記のデータは、大抵の角度条件の場合に、０°から１６５°の方向 の変化が明るさを増大させることを示している。即ち、空気球が含まれると、物 質は、方向に対する敏感性を高める。空気層に裏当てされた製品構造は、空気球 が含まれた場合、金属化された製品とは反対の効果をもたらす。 空気球を含む空気層に裏当てされた製品は、通常、空気球を含まぬ同等の材料 に比較されるとＳＩＡ値が低い。 本発明の幾つかの特定の実施形態を上記に示したが、種々の変更、修正および 改善を加えることは当業者にとっては容易なことである。この開示により自明と 見なされるような変更、修正および改善は、明記されぬ場合にも開示の一部を為 すものと考えられ、本発明の範囲に含まれるものと見なされる。従って以上の開 示は単なる例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。本発明は、下記の 請求の範囲に記載されたものおよび均等物でのみ限定される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ベース体上に形成された再帰反射性プリズムアレイを備えた再帰反射性シ ートであって、前記プリズム内に空気球が閉じ込められている再帰反射性シート 。 ２． 請求項１に於いて、前記空気球は前記ベース体を前記プリズムにかぶせる 際に無秩序に分散して形成されている再帰反射性シート。 ３． 露出した再帰反射性プリズムアレイを含む衣服類であって、前記プリズム 内に空気球が閉じ込められている衣服類。 ４． 再帰反射性プリズムアレイを含む再帰反射性シートから形成された標識で あって、前記プリズム内に空気球が閉じ込められている標識。 ５． 再帰反射性シートの製造方法であって、 ａ）立方体の角形状のプリズムアレイが密に接し合うように構成されたキャビ ティーを有する成形型に空間を残してプリズム形成用材料を部分充填する工程と 、 ｂ）プリズム内に空気球を閉じ込めた再帰反射性プリズムシートを形成する材 料の硬化中に前記成形型にベースを付ける工程とを備えた再帰反射性シートの製 造方法。 ６． 再帰反射性複合シートの製造方法であって、 ａ）微小な隣接する立方体の角形状の凹所のアレイを有する成形型表面に、硬 化する成形材料を、前記凹所を満たすことなく充填する工程と、 ｂ）柔軟なフィルム状のシート材料を前記成形型表面上の前記成形材料に充分 な加圧力で接触させて両者を密着させることにより、前記成形材料の中に空気ポ ケットを形成する密着工程と、 ｃ）前記成形材料をほぼ硬化させ、前記シート材料の隣接表面に前記成形材料 を接着するのに充分な条件下に置くことにより、前記成形材料の中に空気ポケッ トが閉じ込められた複合構造体を形成する工程と、 ｄ）前記複合構造体を前記成形型表面から取り外すことにより、ほぼ 平滑な表面をなす前記シート材料から予備形成されたベース体と、内部に空気ポ ケットを有する前記凹所に合致する多数の微小立方体の角形構成物群とを備えて 、前記ベース体の前面を通り前記シートに入射する光線が主として前記立方体の 角形構成物群に入る際に前記空気ポケットに突き当たるか否かにより種々の光路 上を進み前記シートを通って反射される再帰反射性シートを得るための取り外し 工程とを備えた再帰反射性複合シートの製造方法。 ７． 請求項６に於いて、さらに、前記成形型表面上に硬化可能な成形材料を均 一に分散させる工程を備え、前記分散させる工程は、前記成形材料とシート材料 とが適切に重ね合わされ形で前記成形型表面とこれに隣接する部材との間に形成 されたほぼ固定された間隔の挟圧部に挿入されることにより前記密着工程と同時 に行われる再帰反射性複合シートの製造方法。 ８． 請求項６に於いて、前記成形材料は溶融した合成樹脂であり、その硬化の 少なくとも一部は冷却により果たされる再帰反射性複合シートの製造方法。 ９． 請求項６に於いて、さらに、前記成形型表面から前記複合構造体を取り外 した後に、前記立方体の角形構成物群に反射膜を施す工程を備えた再帰反射性複 合シートの製造方法。 １０． 請求項６に於いて、さらに、前記立方体の角形構成物群の上に空間を残 して白色反射層を形成する工程を備えた再帰反射性複合シートの製造方法。 １１． 内部に空気ポケットを有する多数の微小固化された立方体の角形構成物 に接着された柔軟なフィルム状の材料のシート体を備え、このシート体は、その 表面を通り入射する光線は主として前記立方体の角形構成物に入る際に光線が前 記空気ポケットに突き当たるか否かにより種々の光路を進み前記シート体を通っ て再帰反射され、これにより光線の反射量は前記空気ポケットの無い場合の反射 量を下回ることのあるがよ うに形成されている再帰反射性シート。 １２． 請求項１に於いて、前記プリズムに金属蒸着がほどこされている再帰反 射性シート。 １３． 請求項１に於いて、前記プリズム上に白色裏当て材料がほどこされて、 前記裏当てと前記プリズムとの間にエアー空間が形成されている再帰反射性シー ト。 １４． 再帰反射性複合体シートの製造方法であって、 ａ）微小な隣接する立方体の角形状の凹所のアレイを有する移動成形型表面上 に硬化する成形材料を充填し、前記凹所の各々は約０．０２５インチ以下の最大 側端面寸法を持ち、しかも前記成形材料は前記凹所の中に完全に充填されない透 明の流動体である充填工程と、 ｂ）前記成形型表面上の前記成形材料の上に柔軟なフィルム状の透明のシート 材料を両者が互いに密着する為に充分な加圧力下で密着させ、それにより前記成 形材料に空気ポケットを形成する密着工程と、 ｃ）前記成形材料をほぼ硬化させ、前記シート材料の隣接面にその成形材料を 接着するのに充分な条件下に置くことにより、前記成形材料の中に空気ポケット が閉じ込められた複合構造体を形成する工程と、 ｄ）前記複合構造体を前記成形型表面から取り外すことにより、ほぼ平滑な表 面をなす予備形成された前記シート材料と、内部に空気ポケットを有する前記凹 所に合致する多数の微小立方体の角形構成物群とを備えて、前記シート材料の表 面を通り前記シートに入射する光線は主として前記立方体の角形構成物群に入る 際に前記空気ポケットにに突き当たるか否かにより種々の光路上を進み前記シー トを通って反射される再帰反射性シートを得るための取り外し工程とを備えた再 帰反射性複合シートの製造方法。 １５． 請求項１４に於いて、さらに、前記成形型表面から前記複合構造体を取 り外した後に、前記立方体の角形構成物群の表面に反射膜を施す工程を備えた再 帰反射性複合シートの製造方法。 １６． 請求項１４に於いて、さらに、前記立方体の角形構成物群上に空間を残 して白色反射層を形成する工程を備えた再帰反射性複合シートの製造方法。