KR20140063819A - 재귀반사성 요소 - Google Patents

Abstract

본 출원은 돌출부들이 연장되는 코어 및 인접한 돌출부들 사이의 공동을 포함하는 도로 표지병에 관한 것이다. 미소구체 렌즈들이 코어 내에 배치된 연화 재료 및 공동 내에 배치된 접착제 중 하나에 의해 공동 내에 고정된다.

Description

재귀반사성 요소{RETROREFLECTIVE ELEMENTS}

본 출원은 일반적으로 재귀반사성 요소 및 이를 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다.

도로 표지(pavement marking)(예컨대, 페인트, 테이프 및 개별적으로 장착된 물품)는 운전자 및 보행자가 차도 및 보도를 따라 이동하는 것을 안내 및 지시한다. 페인트는 다년간 바람직한 도로 표지였다. 그러나, 현대 도로 표지 재료는 증가된 가시성, 재귀반사율, 향상된 내구성, 및 임시 및/또는 제거가능 표지 선택사양과 같이, 페인트에 비해 상당한 이점을 제공한다.

다양한 유형의 재귀반사성 요소가 도로 표지병(pavement marker)으로서 사용되어 왔다. 예를 들면, 국제 공개 팜플렛 03038191호는 광학(예컨대, 반사성) 요소가 유리 또는 세라믹 코어(core)에 인접된 결합제 내에 적어도 부분적으로 매립된 도로 표지병을 위한 조성물을 기술한다. 입자는 코어 재료보다 높은 연화점을 갖고, 반사성 요소는 코어가 실질적으로 입자를 함유하지 않는 반사성 요소와 비교할 때 충돌 강도에 있어서 대략 10% 이상의 증가를 나타낸다.

미국 특허 제5,942,280호는 향상된 강도 및 증가된 보유 반사성을 갖는 세라믹 재귀반사성 요소를 제조하는 방법을 기술한다. 방법은 하기 단계: a) 유리 플레이크(glass flake)를 제공하는 단계; b) 제1 장벽 층으로 상기 유리 플레이크를 코팅하여 코팅된 유리 플레이크를 생성하는 단계; c) 광학 요소를 제공하는 단계; d) 선택적으로 제2 장벽 층으로 상기 광학 요소를 코팅하는 단계; e) 상기 광학 요소와 상기 코팅된 유리 플레이크를 블렌딩하는 단계; f) 상기 광학 요소와 상기 코팅된 유리 플레이크를 교반하면서 상기 광학 요소와 상기 코팅된 유리 플레이크를 가열하여 상기 플레이크를 구상화(spheroidize)하는 단계와; g) 상기 광학 요소와 상기 구상화된 플레이크를 교반하면서 상기 광학 요소와 상기 구상화된 유리 플레이크를 추가로 가열하여 상기 구상화된 플레이크 내에 상기 광학 요소를 부분적으로 매립하는 단계; 및 h) 부분적으로 매립된 광학 요소를 갖는 상기 구상화된 플레이크를 냉각하는 단계에 의해 재귀반사성 요소를 형성하는 것을 포함한다.

일본 특허 공개 제7-109709호는 재료의 코팅을 제어하는 재료 셔터(shutter), 코팅의 폭을 결정하는 에지 플레이트, 및 호퍼(hopper)의 저부에서 그 내에 삽입된 재료로 코팅 필름의 두께를 설정하는 필름 두께 조정 기구를 갖는 시스템을 포함하여 도로의 표면 상에의 특정 폭의 도로 표지를 수행하는 건설 장비를 기술한다. 일본 특허 공개 제7-109709호는 또한 코팅이 적용되기 전 또는 재료가 건조되기 전에 유리 비드(glass bead)를 분산시키는 것을 포함하는 도로 표지 방법을 기술한다. 유리 비드의 표면은 큰 입자 직경을 갖는 윤곽 입자가 빗살 모양으로 형상화된 보드를 형성한 후에 코팅된 표면 상에서 외부로 돌출하는 것을 허용함으로써 조면화된다. 필름의 두께는 코팅 필름의 두께보다 큰 입자 직경을 갖는 윤곽 입자와 혼합된 코팅을 사용함으로써 조정된다.

도로 표지는 도로 화학물질뿐만 아니라 요소에 대한 연속적인 마모 및 노출을 겪게 된다. 결과적으로, 일단 표면에 적용된 보유 반사성 및 내구성을 제공하는 도로 표지병 및 도로 표지 조성물에 대한 필요성이 존재한다. 본 출원의 발명자는 기존 광학 요소가 사용될 때 결합제 및 재귀반사성 층이 계면으로부터 탈착될 수 있다는 것을 인식하였다. 또한, 응력(예컨대, 도로 표지병 위로 운행하는 차량)에 기인하여 유리 비드에 균열이 생성된 때, 광학 요소의 효율이 감소된다. 결과적으로, 장기간에 걸쳐 도로 표지병의 내구성을 유지하는 것은 어렵다. 이들 문제를 해소하기 위해, 본 출원의 발명자는 더욱 내구성 있는 재귀반사성 도로 표지병을 발명하였다.

본 출원은, 돌출부들이 연장되는 코어와; 인접한 돌출부들 사이의 공동(cavity)을 포함하고, 공동이 선택적으로 공동 내에서 적어도 2개의 미소구체 렌즈(microsphere lens)들을 결합시키는 접착제를 포함하는, 도로 표지병에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 접착제는 반사성 착색제를 포함한다. 다른 실시예에서, 미소구체 렌즈들은 코어 내에 포함된 연화 재료에 의해 공동 내에 고정된다. 몇몇 실시예에서, 미소구체 렌즈들은 유리 비드들이다. 몇몇 실시예에서, 미소구체 렌즈들의 총 체적의 80% 이상 100% 이하가 공동 내에 존재한다. 몇몇 실시예에서, 코어는 30% 이상 100% 이하인 개방 면적비(open area ratio)를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 공동은 역전된 테이퍼(reverse taper) 형상의 단면을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 공동은 복수의 나선형으로 연속하여 연장된 슬릿(slit)을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 슬릿들은 100 μm 내지 800 μm인 개방 면적 폭을 갖는다.

<도 1a>
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 형상을 갖는 재귀반사성 요소를 도시하는 사시도.
<도 1b>
도 1b는 y-축을 따른 도 1a의 재귀반사성 요소의 단면도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재귀반사성 요소의 y-축을 따른 단면도.
<도 3a>
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 3b>
도 3b는 도 3a의 코어의 y-축을 따른 단면도.
<도 4a>
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 4b>
도 4b는 IV 방향으로부터의 도 4a의 코어의 평면도.
<도 5a>
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 5b>
도 5b는 V방향으로부터의 도 5a의 코어의 평면도.
<도 6a>
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 6b>
도 6b는 VI 방향으로부터의 도 6a의 코어의 평면도.
<도 7a>
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 7b>
도 7b는 VII 방향으로부터의 도 7a의 코어의 평면도.
<도 8a>
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 8b>
도 8b는 VIII 방향으로부터의 도 8a의 코어의 평면도.
<도 9a>
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 형상을 도시하는 사시도.
<도 9b>
도 9b는 도 9a의 코어의 IX-IX 방향의 단면도.
<도 10>
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어의 공동 깊이 방향의 단면 형상을 예시하는 단면도.
<도 11>
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어의 공동 깊이 방향의 단면 형상을 예시하는 단면도.
<도 12>
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어의 공동 깊이 방향의 단면 형상을 예시하는 단면도.
<도 13>
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어의 공동 깊이 방향의 단면 형상을 예시하는 단면도.
<도 14a>
도 14a는 둥근 바아 상에 나사 형상을 제조함으로써 재귀반사성 요소를 위한 코어가 제조되는 실시예의 현미경 이미지.
<도 14b>
도 14b는 반사성 안료를 함유하는 접착제에 의해 나사-형상 코어에 유리 비드가 접착되는 실시예의 현미경 이미지.
<도 14c>
도 14c는 재귀반사성 요소가 나사 형상 코어를 포함하는 실시예의 현미경 이미지.
<도 15>
도 15는 실시예 및 비교예의 JSPS 시험에 따른 내구성 시험 후의 확대된 현미경 이미지.
<도 16>
도 16은 실시예 및 비교예의 JSPS 시험에 따른 1000회 트립(trip) 내구성 시험 후의 건조 상태 및 습윤 상태에서의 재귀반사성 요소 표면의 확대된 현미경 이미지.
<도 17>
도 17은 실시예 및 비교예의 반사 휘도 시험 하에서의 광의 산란을 도시하는 이미지.
<도 18>
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀반사성 요소의 y-축을 따른 단면도.

다양한 실시예가 기술될 것이다. 몇몇 실시예가 도면에 도시된다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 기술되거나 특정 도면에 도시된 임의의 특정 실시예로 제한되지 않는다. 추가로, 달리 지시되지 않는 한, 도면은 축척대로 도시된 것이 아니다.

본 출원은 돌출부들이 연장되는 코어 및 인접한 돌출부들 사이의 공동을 포함하는 도로 표지병에 관한 것이다. 일 실시예에서, 공동은 공동 내에서 적어도 2개의 미소구체 렌즈들을 결합시키는 접착제를 포함한다. 다른 실시예에서, 코어는 열에 대한 노출 시에 연화되어 미소구체 렌즈들이 공동 내에 고정되도록 하는 연화 재료를 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 복수의 대체로 직사각형 돌출부(12)가 연장되는 대체로 둥근 코어 부분(S)을 갖는 코어(1)를 포함하는 예시적인 재귀반사성 요소의 일 실시예를 도시한다. 공동들(11)은 인접한 돌출부들(12) 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(11)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다.

도 2는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시하는 y-축을 따른 부분 단면도이다. 도 2의 실시예는 또한 복수의 대체로 직사각형 돌출부(12)가 연장되는 코어 부분(S)을 갖는 코어(20)를 포함한다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(11)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 접착제(14)는 공동(11) 내에서 적어도 2개의 미소구체 렌즈들(13)(예컨대, 유리 비드들)을 접착시킨다. 미소구체 렌즈(13A)는 접착제 내에 부분적으로 매립되고, 미소구체 렌즈(13B)는 접착제 내에 완전히 매립된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 공동 내의 미소구체 렌즈의 개념은 그들의 개별 물리적인 구조의 80% 이상이 공동의 깊이(D) 및 폭(W1) 내에 포함된 하나 이상의 미소구체 렌즈(예컨대, 유리 비드)를 지칭한다.

돌출부들(12)은 임의의 원하는 폭(W2)을 가질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 피치(P)는 인접한 돌출부들(12)의 대응하는 부분들 사이의 거리이다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 피치(P)는 인접한 돌출부들의 우측 코너 사이에서 측정된다. 몇몇 실시예에서, 피치는 약 100 μm 내지 약 800 μm이다. 다른 실시예에서, 피치는 약 200 μm 내지 약 600 μm이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "공동"은 코어의 중심 부분으로부터 연장되는 인접한 돌출부들(12) 사이에 형성되는 만입부를 지칭한다(본 명세서에서 모든 정의에 제공된 도면 부호 및 특정 도면에서의 그들의 관계는 예시적이며 제한하는 것으로 의도되지 않음). 코어는 원하는 대로 많거나 적은 공동을 가질 수 있다. 공동들(12)은 깊이(D)(도 1b에 도시됨) 및 폭(W)을 갖는다. 공동들은 임의의 원하는 깊이 또는 폭을 가질 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 공동의 깊이(D)는 (1) 2개의 인접한 돌출부들 각각의 최상측 지점을 연결하는 평면(도면 부호 O)과 (2) 이들 2개의 인접한 돌출부들 사이의 공동의 최하측 지점 사이의 최대 거리이다. 몇몇 실시예에서, 코어는 깊이가 변하는 하나 이상의 공동을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 코어는 다수의 공동을 포함하고, 그 중 적어도 일부는 동일한 코어 상에서 다른 공동 깊이와 상이한 공동 깊이를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 깊이는 약 50 μm 내지 약 500 μm이다. 몇몇 실시예에서, 깊이는 약 100 μm 내지 약 300 μm이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 공동의 폭(W1)은 인접한 돌출부들(12) 상의 동일한 위치들 사이의 거리이다. 공동 폭은 공동의 깊이에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 공동은 그의 최하측 부분에서보다 그의 최상측 부분에서 더 큰 폭을 갖고(예컨대 도 1b 및 도 2 참조), 이는 본 명세서에서 "역전된 테이퍼 형상"으로 지칭된다. 다른 실시예에서, 공동은 그의 최상측 부분에서보다 그의 최하측 부분에서 더 큰 폭을 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "평균 폭"은 단일 공동의 깊이를 따른 폭 측정치들의 평균을 지칭한다. 몇몇 실시예에서, 코어는 다수의 공동을 포함하고, 그 중 적어도 일부는 동일한 코어 상에서 다른 공동 폭과 상이한 공동 폭을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 평균 폭은 약 100 μm 내지 약 800 μm이다. 몇몇 실시예에서, 평균 폭은 약 200 μm 내지 약 600 μm이다.

몇몇 실시예에서, 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 30% 내지 약 95%이다. 몇몇 실시예에서, 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 40% 내지 약 90%이다. 몇몇 실시예에서, 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 50% 내지 약 80%이다.

2개의 미소구체 렌즈들이 단일 공동 내에 접착될 수 있는 한 임의의 원하는 코어 및/또는 공동 형상 또는 구조가 본 발명의 재귀반사성 요소에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 용이하게 제조될 수 있는 코어 및/또는 공동 형상을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 예시적인 코어 및/또는 공동 형상이 이하 논의되는 도면에 도시된다.

도 3a 및 도 3b는 복수의 대체로 삼각형 돌출부(32)가 연장되는 대체로 둥근 코어 부분(S)을 갖는 코어(30)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 공동들(31)은 인접한 돌출부들(32) 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(31)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 3a 및 도 3b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(32) 내에 접착될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 최상측 부분에서 공동(31)의 폭(W1)은 돌출부들(32)의 피치(P)와 동일하다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 90% 내지 약 100%이다.

도 4a 및 도 4b는 복수의 대체로 삼각형 돌출부(42)가 연장되는 대체로 삼각형 코어 부분(S)을 갖는 코어(40)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 공동들(41)은 인접한 돌출부들(42) 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(41)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 4a 및 도 4b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(42) 내에 접착될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 최상측 부분에서 공동(41)의 폭(W1)은 돌출부들(42)의 피치(P)와 동일하다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 90% 내지 약 100%이다.

도 5a 및 도 5b는 복수의 대체로 정사각형 돌출부(52)가 연장되는 대체로 직사각형 코어 부분(S)을 갖는 코어(50)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 공동들(51)은 인접한 돌출부들(52) 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(51)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 5a 및 도 5b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(52) 내에 접착될 수 있다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 5a 및 도 5b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 30% 내지 약 60%이다.

도 6a 및 도 6b는 2개의 슬릿(66)을 포함하는 대체로 정사각형 코어 부분(S)을 갖는 코어(60)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 슬릿들(66)의 포함은 코어(60)의 공동 면적의 총 백분율을 증가시킬 수 있다. 복수의 대체로 정사각형 돌출부(62)가 코어 부분(S)으로부터 연장된다. 공동들(61)은 인접한 돌출부들(62) 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(61)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 6a 및 도 6b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(62) 내에 접착될 수 있다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 60% 내지 약 90%이다.

도 7a 및 도 7b는 대체로 둥근 코어 부분(S)을 갖는 코어(70)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 복수의 대체로 삼각형 돌출부(72)가 코어 부분(S)으로부터 연장된다. 공동들(71)이 인접한 돌출부들(72) 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(71)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 7a 및 도 7b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(72) 내에 접착될 수 있다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 7a 및 도 7b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 90% 내지 약 100%이다.

도 8a 및 도 8b는 대체로 둥근 코어 부분(S)을 갖는 코어(80)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 대체로 삼각형 형상의 돌출부(82)가 코어 부분(S)으로부터 연장되어 단일의 긴 대체로 나선형 돌출부를 형성한다. 단일의 긴 대체로 나선형 공동(81)이 돌출부(82)의 인접한 부분들 사이에 형성된다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(81)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 8a 및 도 8b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(82) 내에 접착될 수 있다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 90% 내지 약 100%이다.

도 9a 및 도 9b는 대체로 둥근 코어 부분(S)을 갖는 코어(90)를 포함하는 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시한다. 돌출부들(92)이 코어 부분(S)으로부터 연장되어 인접한 돌출부들(92) 사이에 복수의 대체로 둥근 공동(81)을 형성한다. 이러한 형상은 "딤플(dimple) 형상의 공동"으로 지칭될 수 있고, 딤플을 가진 골프 공과 유사하다. 코어의 최대 직경에 대응하는 직경을 갖는 점선이 공동들(91)을 도시함에 있어서 편의상 포함된다. 도 9a 및 도 9b에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(92) 내에 접착될 수 있다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 9a 및 도 9b에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 90% 내지 약 100%이다.

도 10 내지 도 13은 재귀반사성 요소의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 10은 대체로 직사각형 코어 부분(S)을 갖는 코어(100)를 포함하는 재귀반사성 요소를 도시한다. 복수의 대체로 직사각형 돌출부(102)가 코어 부분(S)으로부터 연장되어 인접한 돌출부들(102) 사이에 복수의 대체로 직사각형 공동(101)을 형성한다. 코어(100) 상의 돌출부들(102)의 깊이(D)에 가변성이 있다. 가변 깊이는 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율에 영향을 주는 방식일 수 있다. 도 10에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(102) 내에 접착될 수 있다. 이러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도 10에 도시된 유형의 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율은 약 50% 내지 약 95%일 수 있다.

도 11은 대체로 둥근 코어 부분(S)을 갖는 코어(110)를 포함하는 재귀반사성 요소를 도시한다. 복수의 대체로 직사각형 돌출부(112)가 코어 부분(S)으로부터 연장되어 인접한 돌출부들(112) 사이에 복수의 공동(111)을 형성한다. 코어(110) 상의 공동 폭(W1), 돌출부 폭(W2), 및 돌출부들(112)의 피치(P)에 가변성이 있다. 가변 공동 폭, 돌출부 폭 및 피치 중 하나 이상은 단일 코어 상의 공동 면적의 총 백분율에 영향을 주는 방식일 수 있다. 도 11에 도시되지는 않았지만, 적어도 2개의 미소구체 렌즈가 예를 들어 접착제에 의해 공동(112) 내에 접착될 수 있다.

도 12는 대체로 직사각형 코어 부분(S)을 갖는 코어(120)를 포함하는 재귀반사성 요소를 도시한다. 복수의 대체로 삼각형 돌출부(122)가 코어 부분(S)으로부터 연장되어 인접한 돌출부들(122) 사이에 복수의 공동(121)을 형성한다.

도 13은 대체로 삼각형 코어 부분(S)을 갖는 코어(130)를 포함하는 재귀반사성 요소를 도시한다. 복수의 대체로 정사각형 돌출부(132)가 코어 부분(S)으로부터 연장되어 인접한 돌출부들(132) 사이에 복수의 대체로 정사각형 공동(131)을 형성한다.

몇몇 실시예에서, 코어는 약 0.3 mm 내지 약 3.0 mm의 종방향 길이(L)를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 코어는 약 0.5 mm 내지 약 2.0 mm의 길이를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 코어는 약 0.8 mm 내지 약 1.5 mm의 길이를 갖는다. 코어가 나사의 형상인 실시예에서, 코어 길이는 바람직하게는 약 1.0 mm 내지 약 2.0 mm이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 코어의 길이는 (물리적인) 물체의 최대 길이이고, 마이크로미터(micrometer)(예컨대, 마이크로미터 캘리퍼)를 사용하여 측정될 수 있다.

코어는 하기 특징: 내구성, 가공성, 저비용 및 내후성 중 하나 이상을 전달하는 임의의 원하는 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수지는 우수한 가공성 및 저비용을 제공할 수 있다. 예시적인 수지는 예를 들어 폴리카르보네이트 수지, 아크릴 수지 및 폴리염화바이페닐을 포함한다. 코어 내에 수지를 포함하는 실시예는 약 70 내지 약 120, 더 바람직하게는 약 100 내지 약 110의 로크웰(Rockwell) 경도(M 스케일, JIS Z 2245를 따라 측정됨)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 금속은 우수한 내구성을 제공할 수 있다. 예시적인 금속은 예를 들어 알루미늄 및 철을 포함한다. 코어 내에 금속을 포함하는 실시예는 금속이 코어의 구성성분인 경우 약 800 N/㎟ 내지 약 7,000 N/㎟의 비커스(Vickers) 경도(JIS Z 2245에 따라 측정됨)를 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 본 발명의 재귀반사성 요소들은 공동 내의 미소구체 렌즈들(예컨대, 유리 비드들)에 더하여, 공동의 외측에 미소구체 렌즈들(예컨대, 유리 비드들)을 포함한다. 그러한 실시예의 몇몇 구현예에서, 도로 표지병 내의 미소구체 렌즈들의 총수의 약 70% 이상 또는 약 80% 이상이 공동들 내에 있다.

본 명세서에 기술된 재귀반사성 요소들은 공동 내에 적어도 2개의 미소구체 렌즈를 포함한다. 유리 비드는 미소구체 렌즈의 하나의 예시적인 유형이다. 미소구체 렌즈들은 임의의 원하는 굴절률을 가질 수 있다. 몇몇 실시예는 약 1.5 내지 약 2.4의 굴절률을 갖는 미소구체 렌즈들을 포함한다. 몇몇 실시예는 약 1.5 내지 약 2.0의 미소구체 렌즈들의 굴절률을 포함한다. 이들 실시예는 건조 상태에서 우수한 재귀반사 특성을 나타낸다. 이들 비드의 비드 크기는 전형적으로 약 0.02 mm 내지 약 1.7 mm이다(JIS 표준 체(sieve)를 사용하여 측정됨). 몇몇 실시예는 약 2.2 내지 약 2.4의 미소구체 렌즈들의 굴절률을 포함한다. 이들 실시예는 습윤 상태에서 우수한 재귀반사 특성을 나타낸다. 이들 비드의 비드 크기는 전형적으로 약 30 μm 내지 약 90 μm이다(JIS 표준 체를 사용하여 측정됨).

몇몇 바람직한 실시예에서, 다양한 굴절률을 갖는 미소구체 렌즈들이 높은 내후성을 갖는 도로 표지병을 생성하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이들 실시예의 일 구현예는 2가지 이상의 유형의 유리 비드; (1) 약 1.5 내지 약 1.9의 굴절률을 갖는 유리 비드들(건조 상태에서 우수한 성능을 나타냄) 및 (2) 약 2.2 내지 약 2.4의 굴절률을 갖는 유리 비드들(습윤 상태에서 우수한 성능을 나타냄)을 포함한다.

본 명세서에 기술된 재귀반사성 요소들은 공동 내에 고정된 적어도 2개의 미소구체 렌즈를 포함한다. 일 실시예에서, 접착제가 공동 내에서 미소구체 렌즈들을 유지한다. 접착제는 바람직하게는 미소구체 렌즈들이 도로 표지병에 대한 응력(예컨대, 도로 표지병 위로 운행하는 차량)이 가해지는 동안 코어로부터 쉽게 이탈되지 않는 것을 보장하기 위한 충분한 강도를 갖는다.

몇몇 실시예에서, 접착제는 결합제 내에 분산된 반사성 안료 및/또는 재귀반사성 착색제를 포함한다. 접착제는 또한 접착제 재료의 조성물의 유동성을 개선하기 위해 용매를 포함할 수 있다. 예시적인 결합제는 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리카르보네이트 수지, ABS 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지 및 규소 수지를 포함한다. 몇몇 접착제 실시예는 약 20% 내지 약 50%의 반사성 안료 및/또는 재귀반사성 착색제를 포함한다. 반사성 안료 및/또는 재귀반사성 착색제는 도로 표지병에 의한 유입 광의 재귀반사를 돕는다. 몇몇 예시적인 반사성 안료 및/또는 재귀반사성 착색제는 예를 들면 티타늄 분말(예컨대, 산화티타늄), 운모, 펄(pearl) 안료, 펄 에센스(pearl essence) 안료, 및 금속 분말(예컨대, 알루미늄 분말, 아연 분말, 산화티타늄 파우더, 지르코니아 분말, 및 은가루 분말)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 바람직한 접착제는 우수한 저온 가요성 및 수분 흡수로 인한 강도의 최소 변동을 나타낸다. 몇몇 실시예에서, 바람직한 접착제는 투명하거나, 무색이거나, 옅은 황색이거나, 크림 같은 백색이다. 몇몇 실시예에서, 바람직한 접착제는 약 Y=30 내지 약 Y=60의 확산 반사율을 갖는다(흑색 필름 상에 접착제의 4 μm 두께 코팅을 배치하고 건조시키고; 이어서 건조된 접착제를 색상 측정 표준의 D65 광에 노출시킴으로써 측정됨).

다른 실시예에서, 미소구체 렌즈들은 코어 내에 배치된 용융 및/또는 연화 재료에 의해 공동 내에 고정된다. 용융 및/또는 연화 재료는 예를 들어 세라믹, 유리 프릿(glass frit) 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 미소구체 렌즈들은 돌출부-포함 코어의 공동들 내에 배치되고, (예를 들어, 1시간과 같은) 미리설정된 기간 동안 고온(예컨대, 700℃)에 노출되어, 미소구체 렌즈들은 코어에 소결된다. 코어는 열에 대한 노출 시에 용융되고/되거나 연화되어 미소구체 렌즈들이 공동 내에 고정되거나 소결되어 유지되도록 한다. 몇몇 실시예에서, 용융 및/또는 연화 재료는 유리 프릿 또는 열가소성 수지, 첨가제(예컨대, 전술된 것과 같은 반사성(예컨대, 펄 광택) 안료), 및 결합제(예컨대, 열가소성 중합체, 셀룰로오스 또는 폴리비닐 알코올) 중 적어도 하나를 포함한다. 본 발명의 재귀반사성 요소들은 우수한 내구성 및 광학 성능을 나타낸다. 미소구체 렌즈들이 공동 내에 위치되어 통과하는 차량과의 직접 접촉에 노출되지 않기 때문에, 미소구체 렌즈들은 현재 입수가능한 도로 표지병보다 덜한 응력에 노출된다. 결과적으로, 본 발명의 도로 표지병은 재귀반사 성능의 유의한 손실 없이 장기간 동안 사용될 수 있다.

본 발명의 재귀반사성 요소들은 다양한 방법을 통해 제조될 수 있다. 하나의 예시적인 방법은 원하는 형상으로 코어를 제조하는 것을 포함한다. 이는 예를 들어 압출 성형 또는 주조에 의해 예를 들어 성형된 코어 재료 내에 공동을 생성함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 구매가능한 물품이 코어로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 헤드가 없는 스크류가 사용될 수 있다. 접착제는 예를 들어 침지 또는 교반에 의해 코어 상에 배치될 수 있다. 미소구체 렌즈들은 예를 들어 트레이 내에 미소구체 렌즈들을 확산시키고 이어서 트레이 내의 미소구체 렌즈들을 통해 접착제로 코팅된 코어 재료를 롤링시키거나 달리 통과시킴으로써 공동에 적용된다. 필요할 경우, 코어는 건조되고 접착제는 가교결합된다. 이어서, 코어는 필요할 경우 원하는 크기로 절단된다.

본 발명의 이점 및 실시예는 하기 예에 의해 추가로 예시되며, 이들 예에 열거되는 특정 재료 및 그의 양, 및 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이들 예에서, 모든 백분율, 비율 및 비는 달리 지시되지 않는 한 중량 기준이다.

예

예 1

코어는 하기와 같았다: 2개의 백색 아크릴 수지 스틱, 각각 2 mm의 직경 및 1,000 mm의 길이 및 둥근 바아 형상(각각 JIS Z 2245에 따른 공칭 로크웰 경도, 100 (M 스케일, 예 1에 사용됨) 및 78(M 스케일, 예 2에 사용됨))을 가짐. 아크릴 수지 스틱들은 나선형 공동들을 갖는 코어를 형성하기 위해 0.4 mm의 피치를 가진 스크류 다이를 사용하여 성형하였다. 미소구체 렌즈들은 실란(타낙 코.(TANAC Co.)로부터 실퀘스타(SILQUESTA)-1100으로 입수가능함)로 처리된 고굴절률을 가진 유리 비드(미국 미네소타주 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수됨, 2.4의 굴절률을 가짐)였다. JIS 표준 체를 사용하여 측정된 유리 비드의 직경은 30 내지 90 μm였다.

접착제는 폴리아이소시아누레이트(수미카 바이엘 우레탄 코., 엘티디.(Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.)로부터 데스모두르(Desmodur) N320) ---- 질량비 47.9%, 폴리올(다이셀 케미칼 인더스트리즈, 엘티디.(Daicel Chemical Industries, Ltd.)로부터 플라셀(PLACCEL) 303으로 입수가능함) ---- 질량비 24.0%, 펄 안료(머크 앤드 코., 인크.(Merc & Co., Inc.)로부터 이리오딘(IRIODIN) 123으로 입수가능함) ---- 질량비 19.1%, 희석 용매(아이소프로필 알코올/메틸 에틸 케톤 = 2/1 (질량비)의 화합물) ---- 9.0% 질량비를 포함하였다. 접착제의 확산 반사를 하기와 같이 측정하였다: 접착제의 40 μm 두께 층을 흑색 색상 필름(스카치칼(Scotchcal) 3655)의 표면 상에 코팅하였고, 이어서 건조시켰다. Y=30이었다. 과잉의 접착제를 더스트-크로스(dust-cross)를 사용하여 제거하였다. 유리 비드들이 부착된 아크릴 수지 스틱을 1시간 동안 오븐 내에서 65℃에서 프라잉하여(fried), 유리 비드들이 아크릴 수지 스틱에 결합되게 하였다.

예 2

접착제가 에폭시 접착제(쓰리 본드 코., 엘티디.(Three Bond Co., Ltd.)로부터 2247D로 입수가능함) ---- 질량비 41.7%, 펄 안료(머크 앤드 코., 인크.로부터 이리오딘 123으로 입수가능함) ---- 질량비 16.6%, 희석 용매(아이소프로필 알코올/메틸 에틸 케톤 = 2/1 (질량비)의 화합물) ---- 41.7% 질량비를 포함한 것을 제외하고는, 예 1과 동일하다. 접착제의 확산 반사를 하기와 같이 측정하였다: 접착제의 40 μm 두께 층을 흑색 색상 필름(스카치칼 3655)의 표면 상에 코팅하였고, 이어서 건조시켰다. 측정된 확산 반사는 Y=40이었다.

도 14a 내지 도 14c는 예 1 및 예 2에 사용된 나사 형상의 코어를 보여주는 현미경 사진 이미지이다. 도 14a는 2 mm의 직경을 갖는 백색 아크릴 수지 스틱 내의 나선형 공동을 보여준다. 도 14a의 나선형 공동은 회전 스크류 다이(M2, 0.4 mm 피치)에 의해 수동으로 형성하였다. 도 14b는 그에 부착된 유리 비드들을 포함하는 도 14a의 나선형 공동을 보여준다. 도 14c는 도 14b의 나선형 공동을 1 내지 2 mm의 길이를 각각 갖는 단편들로 절단함으로써 형성된 다수의 재귀반사성 요소를 보여준다. 단편들은 이어서 도로 표지병 내에 포함될 수 있다. 예 1 및 예 2에서 제조된 재귀반사성 요소들은 약 45% 내지 약 55%의 코어 개방 면적비, 400 μm의 코어 개방 폭, 300 μm의 공동 깊이, 및 약 1.5 내지 약 2.0 mm의 코어 직경을 가졌다.

예 3

코어 및 유리 비드들을 포함하는 재귀반사성 요소를 제공하였다. 코어는 하기의 원재료를 혼합함으로써 제조하였다: 235 g의 베이스 재료(일본 소재의 니폰 프릿(Nippon Frit)으로부터 상표명 TH1368M196으로 입수됨), 65 g의 반사성 (펄) 안료(상표명 이리오딘 123으로 입수됨), 165 g의 결합제(일본 소재의 니폰 소다(Nippon Soda)로부터 상표명 셀니(CELNY) SL로 입수됨), 및 6 g의 안정제(아사히 카세이(Asahi Kasei)로부터 상표명 세오루스(CEOLUS) TG-101로 입수됨). 혼합물을 성형하고, 절단하고, 180분 동안 90℃에서 건조하여, 8개의 동일하게 이격된 돌출부를 포함하는 대체로 둥근 코어를 형성하였다.

유리 비드들 및 코어를 1:2 중량비로 혼합하고, 약 1시간 동안 약 700℃의 온도로 전기로 내에서 가열하고, 노로부터 제거하기 전에 실온으로 냉각시켰다. 도 18은 예 3에 기술된 바와 같이 제조된 재귀반사성 요소를 보여준다.

예 4

재귀반사성 요소를 예 3에 기술된 바와 같이 제조된 코어를 사용하여 제조하였다. 예 1의 우레탄 접착제를, 예 1에 개략적으로 설명된 절차를 따라, 코어에 유리 비드들을 결합시키는 데 사용하였다.

비교예

내후성 도로 표지판 재료를 위한 반사성 요소들(미국 소재의 쓰리엠 코., 엘티디.(3M Co., Ltd.)로부터 AWT 엘리먼츠 미들 화이트(AWT ELEMENTS MIDDLE WHITE) 100% 75-030-5930-7로 입수가능함)을 사용하였다. 일반적으로, 이들 요소는 반사 안료를 포함하는 접착제에 의해 코어 주위에 견고하게 고정된, 2.4의 굴절률을 가진 유리 비드들의 형태인 미세 볼(microscopic ball)들이다.

코어에 대한 유리 비드들의 결합 강도를 내구성의 지수로서 평가하였다. 1000회의 마찰 시험을, 각각의 요소를 에폭시 수지가 그 상에 적용된 알루미늄 포일의 표면과 접촉시킴으로써 가쿠샤인 테스터(Gakushine tester)(테스터 인더스트리(Tester industry), 모델 AB-301)를 사용하여 수행하였다. 요소를 500 g 중량의 마찰 헤드 내에 매립된 상기 고무 시트로 문질렀다. 마찰 후의 요소의 외관을 평가하였다. 결과가 아래 표 1에 제공된다.

도 16은 확대된 반사성 요소가 건조 상태 및 습윤 상태에서 JSPS 시험에 따른 1000회의 내구성 시험 후의 결과를 보여주는, 실시예 및 비교예의 현미경 이미지이다. 도면에서, 둘러싸인 부분은 반사성 재료의 손실로 인해 반사성을 나타내지 않는 영역이다. 비교예에서, 유리 비드들은 건조 상태 및 습윤 상태 모두에서 재귀반사성 요소로부터 떨어져 나갔다. 그러나, 예 1 및 예 2는 반사성 요소로부터 훨씬 더 적은 유리 비드들이 떨어져 나가는 것을 보여주었다. 이는 돌출부들이 유리 비드들을 보호하고 그들의 재귀반사성에 부정적인 영향을 주는 유리 비드들의 표면 상의 스크래치의 발생 정도를 최소화하기 때문인 것으로 추정된다. 예 1 및 예 2는 성능의 감소를 나타내지 않았다.

반사율(캡 휘도(cap brightness) OA/EA = 0.2°/5°)을 하기와 같이 측정하였다. 요소의 반사 성능을 건조 상태 및 습윤 상태에서 측정하였다. 예 1 내지 예 4 및 비교예 각각으로부터의 40 g의 재귀반사성 요소를 각각 백색 플레이트 상에 배치된 185 mm 실험용 접시 상에 균일하게 확산시켰고, 반사율을 휴대용 반사율 측정 장치(로드 비스타 코., 엘티디.(ROAD VISTA Co., Ltd.) 모델 930C)를 사용하여 암실에서 측정하였다. 결과가 아래 표 2에 제공된다.

굴절률(실제 사용 조건 하)을 하기와 같이 측정하였다. 유리 비드들(포터스 볼로티니 코., 엘티디.(Potters Ballotini Co., Ltd.)로부터 T-16으로 입수가능함, 1.5의 굴절률)을, 각각 예 1 및 예 2와 비교예로부터의 요소들과 혼합하였고, 열가소성 코팅(쓰리엠 내후성 용융 유형 도로 표지판 재료)의 표면에 적용하였다. 분산 영역은 0.15 m² 인 것으로 고려하였다. 적용량은 아래 표 3에 제시된다.

도 17은 예 1 및 예 2와 비교예의 사용 조건에 따른 반사 휘도 시험에 제공된 요소의 분산 상태를 보여주는 이미지이다.

분산 질량비는 거의 없는데, 이는 비중이 비교예에 비해 예 1에서 최소라는 사실에 기인하였다. 이러한 실험에서, 반사율은 스프레이 영역의 단위 면적당 요소의 스프레이 체적을 취함으로써, 하기 장치들, 즉 (A) LTL-X (트래픽 데이터 시스템(Traffic Data System)이 제조한 도로 표지판을 위한 반사 휘도 측정 장치)(OA/EA = 1.05°/88.8°) 및 (B) Mirolux-7 (포터스 볼로티니 제조)(OA/EA = 1.5°/86.5°)에 의해 평가하였다. 결과가 아래 표 4에 제공된다.

본 발명에 따른 재귀반사성 요소는 도로 표면을 표시하기 위해, 그리고 특히 내후성 도로 표지판을 위해 이상적으로 사용될 수 있다.

본 발명에 대한 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예 및 예에 의해 과도하게 제한되도록 의도되지 않으며, 그러한 예 및 실시예는 단지 예로서 제시되고, 본 발명의 범주는 하기와 같이 본 명세서에 기재된 특허청구범위에 의해서만 제한되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (12)

1. 도로 표지병(pavement marker)으로서,
   돌출부들이 연장되는 코어(core);
   인접한 돌출부들 사이의 공동(cavity); 및
   미소구체 렌즈(microsphere lens)들을 포함하고,
   상기 미소구체 렌즈들은 상기 코어 내에 배치된 연화 재료 및 상기 공동 내에 배치된 접착제 중 하나에 의해 상기 공동 내에 고정되는, 도로 표지병.
2. 제1항에 있어서, 상기 미소구체 렌즈들은 접착제에 의해 고정되는, 도로 표지병.
3. 제2항에 있어서, 상기 접착제 또는 연화 재료는 반사성 착색제를 포함하는, 도로 표지병.
4. 제1항에 있어서, 상기 미소구체 렌즈들은 연화 재료에 의해 고정되는, 도로 표지병.
5. 제4항에 있어서, 상기 연화 재료는 세라믹, 프릿 유리(frit glass) 또는 열가소성 수지를 포함하는, 도로 표지병.
6. 제5항에 있어서, 상기 연화 재료는 프릿 유리를 포함하는, 도로 표지병.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소구체 렌즈들은 유리 비드(glass bead)들인, 도로 표지병.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도로 표지병 내의 상기 미소구체 렌즈들의 총 체적의 80% 이상 100% 이하가 상기 공동 내에 존재하는, 도로 표지병.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는 30% 이상 100% 이하인 개방 면적비(open area ratio)를 갖는, 도로 표지병.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동은 역전된 테이퍼(reverse taper) 형상의 단면을 갖는, 도로 표지병.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동은 단일의 연속적인 나선형 돌출부를 갖는, 도로 표지병.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부들은 100 ㎛ 내지 800 ㎛인 폭을 갖는, 도로 표지병.

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