【発明の詳細な説明】
高照射角再帰反射製品および製造法
発明の分野
本発明は、濡れた条件下において高照射角と低照射角で、高い再帰反射輝度を
示す再帰反射製品と、このような製品の製造方法に関する。製品は道路標示とし
て、あるいは垂直防護壁またはデリニエーター標識として使用するのに良く適し
ている。
背景
道路の中央線および車道最外側線などの上にある道路標示は、自動車のドライ
バーに視線誘導を提供する上で重要である。道路標示材料は交通標示として車線
減少の表示、停止線、および交差点における横断歩道などの様々な用途に用いら
れている。道路標示の一般的形態は、希望する位置と長さで路面に適用される粘
着テープである。テープの上面は、選択された色と典型的に再帰反射特性を有す
る。
現在、多くの平面道路標示は、例えば二酸化チタン(TiO2)またはクロム酸
鉛(PbCrO4)などの顔料粒子を反射体として含有する結合層内に、部分的に
包埋された透明微小球を含む露出レンズ光学系に依存している。使用時には、車
両のヘッドライトからの光が微小球に入って屈折され、反射顔料粒子に当たる。
光の一部は、ドライバーの目に見えるように、一般に最初の光学的入射経路に沿
って車両の方向に反射される。これらの微小球の屈折量および集光量は、微小球
露出部分上の空気界面における低屈折率の保持に、ある程度左右される。雨天の
際には、光の屈折性能を低下させる水が微小球
を濡らすので、再帰反射性能が大幅に低下する。
この問題の解決策の1つは、幾分垂直な立体配置に再帰反射要素が提示される
隆起道路標示である。米国特許第4,388,359号(Ethenら)、第4,988,555号(H
edblom)、および第4,988,541号(Hedblom)では、露出レンズ再帰反射要素を
担持する突起が側面に付いた道路標示が開示されている。
また、封入レンズ再帰反射構造体を道路標示の上に使用することも、知られて
いる。これらの構造体は、連続的ペイントまたはテープ標示で増強されたスポッ
トガイドとして、典型的に使用される。例えば米国特許第5,277,513号(Flanag
anら)および第5,340,231号(Steereら)を参照されたい。平面カバーフィルム
(カバーシート、トップシート、トップフィルムなどと称されることもある)の
付いた封入レンズ再帰反射シートが、濡れ再帰反射性を改善する手段として構築
されている。例えば、カプセル化レンズ再帰反射製品を開示する米国特許第4,02
5,159号(McGrath)、包埋レンズ再帰反射製品を開示する米国特許第4,505,96
7(Bailey)および第4,664,966号(Baileyら)を参照されたい。
米国特許第4,145,112号(Crone)では、基底ベース再帰反射層と、前方およ
び後方(再帰反射される光の予期される光源に関して定義される)上向きにのび
る縁表面をそれぞれ有する、長軸方向にのびる一連の短い透明突出部を含む光方
向付け層とを含む製品が開示されている。前縁表面は、高入射角光の予期される
経路を横切って(すなわち比較的垂直に)配置されるため、接近する自動車から
の入射光を高百分率で反射するよりも、むしろ透過する。後縁表面は、前縁表面
を通る透過光を、再帰反射要素による再帰反射の所定角度範囲内の経路に反射し
、また再帰反射要素によって再帰反射される光を、前縁表面を透過させて、その
光源に向けてはねかえすよ
うに配置される。適切な再帰反射性を維持するためには、各突出部の前後上向き
にのびる縁表面の正確な立体配置関係を、確立して保持しなくてはならない。さ
らに長軸方向にのびる突出部は、このようなシートの柔軟性を低下させがちであ
る。米国特許第4,236,788号(Wyckoff)では、側面からベースシート内への下
向き内部反射、および別の側面からベースシート内への連続プリズム間隙への屈
折を提供するために、横行プリズムの2側面が調節される、関連タイプの路面マ
ーカーストリップが開示されている。米国特許第4,145,112号で開示される製品
と同様に、プリズムの上向きの2面間の正確な立体配置的関係を保持する事が重
要である。
米国特許第3,920,346号(Wyckoff)では、湾曲した縁のある突起を含み、包
埋され上向きに配置された再帰反射部材を有するのこ歯様マーカーストリップが
開示されている。隆起突起の湾曲した縁は、入射光損失を低下すると言われてお
り、マーカーストリップ上への広い角度にわたる入射光に対してマーカーは明る
い。さらに上向きに配置された再帰反射部材を突起に組み込みむことで、接近す
る自動車からの光の照射または入射角がより狭くなり、製品によるより効果的な
再帰反射が可能になる。
米国特許第4,072,403号(Eigenmann)では、雨天条件下で再帰反射が要求さ
れる状況において特に有用な、再帰反射アセンブリーが開示されている。そこで
開示されるアセンブリーは、小球の特定部分上に透明微小球単層を有する透明小
球、および微小球の後方に配置された反射層を含む。「小球/微小球再帰反射ア
センブリー」と称されることもある再帰反射アセンブリーは、道路標示の上面に
配置されて、高入射角において改善された光の再帰反射を提供する。米国特許第
5,268,789号(Bradshaw)では、改善された小球/微小球再帰反射アセンブリー
と、このようなアセンブリーの改善された
製造方法とが教示される。
ヨーロッパ特許第385746 B1号(Kobayashiら)では、再帰反射包埋レンズタ
イプベースシート上に包埋された、大きなガラス微小球層を含む道路標示が開示
される。より大きなガラス微小球は空気中に部分的に露出しているので、再帰反
射道路標示は雨天条件下で特に有用であると言われる。しかし開示された道路標
示は、集光光源としての微小球の使用に限られている。さらに路面マーカーは、
60°〜80°の照射角で、ベースシートの再帰反射性を増大させると教示されるの
みである。道路標示用途では、およそ85°を超える高照射角がより一般的である
ことが、技術分野では知られている。
現在入手できる道路標示は、時に希望するよりもより狭い照射角範囲に対して
のみ、効果的な再帰反射反応を提供する。さらに現在入手できる道路標示は、用
途によっては希望されるほど効果的な再帰反射体ではない。例えば、顔料粒子を
含む層に部分的に包埋された微小球に依存する現在の商業的な平面道路標示は、
約80m以下の距離で最も容易に見ることができる。これを超える距離では、入射
光の比較的より大きな照射角と、限られた再帰反射効率のために再帰反射輝度は
低下する。高入射角での一般に低い再帰反射性に加えて、平面道路標示は雨天条
件下で特に見えにくい。隆起道路標示では雨が隆起部分を流れ落ちるので、濡れ
反射性がより良好である。しかし隆起道路標示の付いた道路では、雪かき車が隆
起突起を引っかけて路面から標示を剥がしがちなので、除雪が問題になることが
多い。
高入射角でも連続的ラインで高再帰反射輝度を示し、濡れた際にも高入射角で
効果的な再帰反射輝度を保持する、低プロフィールの再帰反射製品に対する必要
性が存在する。ここでの用法では「低プロフィール」とは、高さが雪かきの衝撃
に耐えるのに十分低く、1
冬の後に製品に対する損傷が最小である製品を言う。さらにガードレールやジャ
ージー防護壁などの垂直面に使用するために、広い照射角範囲にわたり効果的な
再帰反射反応を示す再帰反射製品に対する必要性が存在する。
発明の要約
本発明は、道路標示が観察されるような非常な高照射角(88°以上)での改善
された再帰反射性と、低照射角での明るい再帰反射性、濡れ条件下での典型的な
道路標示よりもはるかに大きな再帰反射性の非自明性の組み合わせを提供する新
しい、好ましくは低プロフィールの再帰反射製品提供する。発明は、さらにこの
ような再帰反射製品の新しい製造方法を提供する。
簡単に述べると発明の製品は、封入レンズ再帰反射ベースシートと、ベースシ
ート前面上の屈折要素配列とを含む。ベースシートは、連続的なオーバーレイす
る透明カバー層の下に、再帰反射要素配列を含む。屈折要素は、屈折要素配列に
高照射角で入射する光が屈折し、ベースシート内を透過してベースシートによっ
て再帰反射されるように、再帰反射ベースシートに対して配置される。米国特許
第4,145,112号および第4,236,788号で開示された製品中の屈折要素とは異なり、
発明の製品の屈折要素の前および後側は、効果的な再帰反射を達成するために互
いに正確な立体配置を有する必要がない。ヨーロッパ特許第385746 B1号とは異
なり、屈折要素は微小球に限定されない。その結果、発明の再帰反射製品は、非
常に容易かつ安価に製造できる。ここで述べるように屈折要素の前と後ろ側は丸
みをがあっても良く、あるいは比較的まっすぐなプロフィールでも良い。発明の
再帰反射製品は、屈折要素前面における屈折を用いて、高照射角で入射した光を
ベースシート内に方向付ける。その結果、
発明の製品は、驚くほど明るい再帰反射を提供し、驚くほど耐久性がある。
発明の再帰反射製品は、例えば道路標示の形状寸法におけるように、光が約85
°を超える高照射角で入射する用途に特に良好に適している。このような用途と
しては、道路標示と、水平標示のように入射光があらゆる方向から来る用途が挙
げられる。このような水平標示の実例としては、身障者用駐車区域を示すために
一般的に駐車場で路面に配置される指示や記号、および交差点で路面に配置され
る矢印や車線標示が挙げられる。
さらに発明の再帰反射製品は、ガードレール、通りに沿った建物の壁、ジャー
ジー防護壁、橋脚、支柱、トラフィックバレルなど、特に高入射角で観察される
垂直面での使用にも良く適している。発明の再帰反射製品の利点は、高入射角で
改善された再帰反射輝度を示すことに加えて、標示が観察されることが多い、例
えば垂直線の30°〜40°以内のより低い照射角でも、高い再帰反射輝度を示すこ
とである。これによって発明の製品は、幹線道路に沿った壁および防護壁上での
使用、および車両が広範な角度で構造体に接近する、効果的な再帰反射輝度が望
ましいその他の用途に、特に良く適するようになる。例えば第1の道路は、その
部分と実質的に平行に配置された垂直防護壁を有し、第2の道路が第1の道路と
交差するかもしれない。防護壁が本発明の製品を表面に有するならば、双方の道
路の防護壁に接近する車両に効果的な再帰反射を提供して、安全性を向上させる
であろう。発明の再帰反射製品は、例えばトラフィックコーンおよびバレルの周
囲や、湾曲したガードレール上に巻いて湾曲した形態で使用でき、製品の特別優
れた照射角のために、本質的に全ての可視部分沿いに優れた再帰反射輝度を提供
する。
濡れた際に再帰反射しない露出レンズ反射性シートとは異なり、
発明の再帰反射製品は濡れ反射性である。すなわち発明の製品は、雨天条件下、
雨は止んでも製品がまだ乾いていない時、早朝で製品上に結露がある時、または
類似条件下で再帰反射する。さらに道路標示用途では、屈折要素は隆起表面を提
供し、水が流れ落ち易くして製品の濡れ反射性保持を向上させる。しかし隆起表
面は、比較的低プロフィールなので、雪かき車が使用される地域でも再帰反射製
品の有用性が保たれる。
簡単にまとめると、発明の方法は、(1)再帰反射要素配列と、カバー層とを
含む再帰反射ベースシートを提供するステップと、(2)屈折要素配列に入射し
た光が屈折されてベースシート内を透過し、ベースシートによって再帰反射され
て、屈折要素によってさらに屈折されることによって、再帰反射製品によって再
帰反射されるように、ベースシートに対して配置される屈折要素配列をカバー層
の上に付着または形成するステップとを含む。
発明の再帰反射製品の製造工程は、光方向付け層と、再帰反射ベースシートと
を含む再帰反射製品を作り上げる、以前の工程に比べてはるかに単純である。米
国特許第4,145,112号および第4,236,788号に開示されるような以前の再帰反射製
品では、光方向付け層を注意深く配列しなくてはならない。対照的に発明の屈折
要素は、希望するならば再帰反射ベースシート上に無作為に配置し、無作為に形
作ることができる。また再帰反射を達成するために、正確な立体配置の保持は決
定的ではないので、以前の再帰反射製品の光方向付け層を歪める道路交通からの
衝撃および摩耗が、発明の屈折要素に及ぼす影響ははるかに小さい。最後に正確
な形状寸法の保持が決定的ではなく、より柔軟でより従順な材料を選択すること
ができるので、発明の道路標示が路面に留まる性能は向上する。
図の簡単な説明
図を参照して発明をさらに詳しく説明する。
図1は、ベース再帰反射層の上に配置された光方向付け層がある既知の道路標
示の平面図である。
図2は、図1に示した道路標示の断面図である。
図3は、発明の再帰反射製品実施例の平面図である。
図4は、さらに別の再帰反射製品実施例の断面図である。
図5は、発明に基づいたさらに別の屈折要素実施例の垂直断面図である。
図6は、発明に基づいた屈折要素実施例の垂直断面図である。
図7は、接触角を示す発明の再帰反射製品実施例の部分垂直断面図である。
これらの図は理想化されており、一定比率では描かれておらず、例示のみを意
図したもので制限は意図しない。
発明実施例の詳細な説明
発明の再帰反射シートは、その他のあらゆる照射角での再帰反射性を著しく損
なうことなく、高照射角におけるベースシートの再帰反射性を増大する新しい光
学系を有する。「照射」角は、基準軸と入射軸間の角度として定義される(用語
集がこの明細書の終わりにある)。ここでの用法では「高照射角」とは、およそ
85°を超える角度を意味する。発明の製品は、高照射角において光を再帰反射で
きるので、道路標示などの水平用途に有用である。発明のシートは良好な成角と
、良好な正面再帰反射輝度を有するので、デリニエーターおよび防護壁標識など
の垂直用途に有用である。「正面」輝度とは、典型的に0°から約30°〜40°ま
での低照射角を言う。
図1および2は、米国特許第4,145,112号が開示するような既知
の再帰反射製品示し、製品10は、内的反射する突出部16のある光方向付け層12と
、基底の再帰反射ベースシート14と、基底の任意の順応層18とを含む。典型的に
このような製品は、さらに順応層18の下側に接着剤層(図示せず)を含み、それ
によって例えば路面(図示せず)などの希望する表面に製品が結合される。上記
のように突出部16は、内部反射を用いて高照射角光をベースシート14内へ方向転
換し、次に内部反射を用いてベースシート14によって再帰反射される光を光源に
向けて方向転換する。層12は中間の接着剤層13と共に、ベースシート14に付着し
て示される。ベースシート14は、主要層22の裏側のキューブコーナ再帰反射要素
20の配列と、主要層22に相互結合ボンド26の網目状組織でシールされて、再帰反
射に必要なキューブコーナ要素20上の界面を提供するシールフィルム24とを含む
。
I.発明の製品の一般的構造
ここでは、道路標示である発明の再帰反射製品の実施例を図3に示す。道路標
示30は、光屈折要素34の配列が上面にある再帰反射ベースシート32、基底ベース
シート32の下にある任意の順応層36、および順応層36の下にある任意の接着剤層
38を含む。
ベースシート32として、異なるタイプの再帰反射シートを使用することもでき
る。典型的に再帰反射ベースシートそれ自体は、例えば角度86°〜89°のような
極端な高照射角では、十分な再帰反射性を提供しない。しかし発明の複合材製品
中にこれらのベースシートを使用すると、高照射角および低照射角の双方で非常
に良好な再帰反射性能が達成される。
光屈折要素34は、再帰反射ベースシートの比較的平らな前面に付着する。この
ような配置のためこれらの屈折要素は、普通は高照射
角で正反射される光を捕捉する。捕捉された光は、屈折要素によって屈折されて
ベースシート32に入り、ベースシート32によって再帰反射され、再度屈折されて
元の光源に向けて方向付けられる。
発明の再帰反射製品は、例えば屈折要素中、および/またはベースシートの1
つ以上の成分中など、少なくとも一部分に着色剤を含有しても良い。一般的な着
色剤の例としては、白色、黄色および赤色が挙げられるが、その他の着色剤を希
望に応じて使用してもよい。
また交通による損耗や汚れの蓄積から保護するために、薄くて耐摩耗性が高く
、および/または汚れ抵抗性のコーティングを再帰反射製品の上面に適用しても
良い。好ましくはコーティングは光透過性であり、発明の製品の滑り抵抗性を低
下させない。
発明の再帰反射製品の別の実施例を図4に示す。道路標示80は、屈折要素60、
滑り止め粒子62、高成角再帰反射ベースシート82、任意の順応層74、任意の接着
剤層76、および任意のライナー78を含む。ベースシート82は、透明ポリマーマト
リックス65内に包埋された再帰反射要素68、正反射被覆70、接着剤層72、および
任意のトップフィルム66を含んでも良いカバー層64をさらに含む。図4に示すよ
うに、屈折要素60は実質的に半球状である。屈折要素60とベースシート82間の付
着を向上させるために、トップフィルム66を使用しても良い。
II.再帰反射ベースシート
本発明には、異なるタイプの再帰反射ベースシートを使用することもできる。
発明に使用できる再帰反射ベースシートの実例としては、包埋レンズ再帰反射シ
ートおよびカプセル化レンズ再帰反射シート(すなわち微小球タイプとキューブ
コーナタイプの両者)が挙げられるが、これに限定されるものではない。またキ
ューブコーナ
要素表面が正反射被覆、または金属化されたキューブコーナシートもベースシー
トとして機能できる。キューブコーナシートの金属化によってシート照射角が増
大することは、技術分野で知られている。
発明に使用される再帰反射ベースシートは、好ましくは良好な成角を有する。
すなわちベースシートの再帰反射性は、約80°以上の比較的高照射角でも相当高
い。再帰反射ベースシートの全成分層は、道路標示用途の場合、シート上を通過
する道路交通に起因する反復性衝撃と剪断応力の下でも、あらゆるタイプの天候
条件下で好ましくは共に付着する。
カプセル化レンズシートの例としては、後方(すなわち包埋された)部分の上
に反射層がある、結合層内に部分的に包埋された透明微小球の単層を含む、微小
球ベースの再帰反射シートが挙げられる。微小球の前に配置されたカバー層によ
って、空気界面が提供される。代案としては、密閉層で保護された空気界面を有
するキューブコーナ再帰反射要素の単層を含む、キューブコーナタイプシートを
使用することもできる。キューブコーナ要素が正反射性金属層でカバーされた、
キューブコーナタイプシートを使用することもできる。キューブコーナタイプシ
ートでは、カバー層がキューブコーナ構成体の一体部分でも、または独立したフ
ィルムでも良い。米国特許第4,025,159号(McGrath)では、ここで使用できる
いくつかの微小球タイプおよびキューブコーナタイプカプセル化レンズ再帰反射
シートが開示されている。
包埋レンズシートの例としては、(1)前後表面が透明マトリックス内に包埋
された透明微小球単層と、(2)微小球後表面から選択された距離に配置された
反射層とを含む、微小球ベースの再帰反射シートが挙げられる。ここでの用法で
は、カバー層とは微小球の前にある、あらゆる層を意味する。米国特許第4,505,
967号(Bailey)
では、ここで使用するのに特に良好に適した好ましい包埋レンズ再帰反射シート
が開示されている。
ここで使用される再帰反射ベースシートは、前面に比較的平らなカバー層を含
む。カバー層はベースシートの基底成分を保護し、単層または複層でも良い。カ
バー層は典型的にポリマーであるが、希望次第でその他の光透過性材料でも良い
。それらはシート独自の特性を別々に最適化するように選択できる。
道路標示として使用する場合、典型的に包埋レンズ再帰反射シートが、カプセ
ル化レンズ再帰反射シートよりも好ましい。交通条件に曝された場合、カプセル
化レンズシートのような内部空隙を持たない包埋レンズシートの中実構造は、耐
久性がより高いと考えられる。包埋レンズ再帰反射シートは、耐久性がかなり高
く柔軟な商業的形態で入手できる。これらは高い照射角で、多くのカプセル化レ
ンズ系よりも効果的な、明るい再帰反射性能を提供する実施例において入手でき
る。さらに多くの包埋レンズシート中の反射層はアルミニウムであり、道路標示
材料には一般的にアルミニウム順応層が使用される。この類似点により、異なる
金属を使用する場合に生じるかもしれない腐蝕問題の可能性が、最小化されるか
もしれない。
微小球ベースの封入レンズ光学系は、微小球の光の屈曲および集束効果を用い
て反射体部材上に光を屈折し、光は反射後、屈折されて光源に向けかってはね返
される。屈折の程度、すなわち正反射体の最適な配置は、微小球上のカバー層、
微小球、存在する場合は微小球と反射体部材間のスペーシング層の相対屈折率に
左右される。例えば屈折率が約1.5のカバー層、およびスペーシング層材料と共
に使用される場合、屈折率2.25の微小球は、半径の約0.44倍の距離の後方に光を
集中させる。スペーシング層の厚さは、好ましくはこれに近似して、光を正反射
体の上に集中させる。これらの正確な
光学的関係からのいかなる逸脱も、ベースシートの再帰反射性の損失につながる
傾向がある。したがってカバー層は、好ましくは微小球層に堅固に付着したまま
であり、微小球は好ましくは安定してマトリックス内に配置され、光が再帰反射
されるために透過しなくてはならない全ての層は、好ましくは透明で歪みがない
。さらに典型的に蒸着アルミニウムである正反射体は、好ましくは亀裂または腐
蝕のない実質的に連続的で歪みのない層を保つ。スペーシング層と正反射層の界
面は、好ましくはなめらかでしわのない状態を保つ。これらの光学的関係におけ
る非常に小さな変化は、ベースシート再帰反射性能、すなわちこのようなベース
シートを使用して作られた製品の再帰反射性能の劣化を招く傾向がある。極端に
小さな変化では、許容できない輝度の損失は起きないかもしれないが、わずかな
変化がこれらの正確な関係に著しい影響を与えることもある。これらの正確な光
学的関係を使用して作られたいかなる再帰反射シートでも、日光、雨、道路の油
、滑り止めの砂、塩化カルシウム、および車両排気ガスなどその他の影響と組み
合わさった、繰り返す交通衝撃および剪断応力に耐えることができるのは驚異で
ある。
光が包埋レンズ再帰反射シートに高照射角で入り、微小球を透過すると、光が
より垂直に低入射角で入射する場合に集中する微小球の後ではなく、その側面に
集中する傾向がある。したがって微小球と反射層間に、適当なスペーシングを維
持することがことが重要である。当業者には理解されるように、スペース被覆層
の厚さは、加工方法によってある程度調節できる。スペーシング層が微小球裏側
に半球状に、すなわち同心状に従う場合、様々な照射角のために最適なスペーシ
ングが達成できる。米国特許第4,505,967号(Bailey)は、ここでの使用に適し
た包埋レンズ再帰反射シートを開示しており、スペーシング層の立体配置と、シ
ートの再帰反射反応との関係
を詳細に考察している。3M SCOTCHLITE商標の反射性ナンバープレー
トシート No.3750は、発明で使用できる商業的な再帰反射シートの実例である
。
用途によっては、道路標示は高い交通量に曝されるため、再帰反射ベースシー
トのカバー層上に光透過性トップフィルムがある場合は、耐久性であることが重
要である。トップフィルムは、実質的に連続的で屈折要素と類似の化学族に属し
、要素とカバーが共に溶融して永久結合を生じることが好ましい。代案として、
要素が良好に付着するならば、その他の組成物も使用できる。
トップフィルムはまた、好ましくは汚れの蓄積に抵抗性であり、透明で路面に
沿わせるのに十分柔軟であり、弾性力はできるだけ小さく、無機物の滑り止め粒
子に結合し、使用中に明らかな変色をしない。
III.屈折要素
本発明に従って、ベース再帰反射シートのカバー層に付着した光屈折要素配列
がある。ここでの用法では、配列とは要素が一定順序に配列しているか、または
無作為に配列されているかに関わらず、複数の屈折要素を意味する。要素は典型
的に不連続である。加工中に融合する要素の最小限の重なりを除いて、典型的に
屈折要素は、相互に実質的に離れてベースシートのカバー層に付着する。しかし
不連続の屈折要素が好ましいものの、連続した要素を使用することもでき、例え
ば屈折要素は基底のシートで結合されても良い。例えばカバーフィルムは、適切
な形状の突起(すなわち屈折要素)配列が片側に付いた、概して平らなシートか
ら作ることもできる。このカバーフィルムは、押し出しエンボス加工またはキャ
ストおよび硬化加工などの便利な方法のいずれかによって作ることができる。カ
バーフィルムは、ベースシートのカバー層に付着させることができる。要素は形
と大きさが実質的に一様でも、あるいは異なっても良い。要素は、規則正しく配
列されてもあるいは無作為に配列されても良い。
屈折要素に望ましい特性としては、高度な透明度および光沢のある引っかき抵
抗性の表面が挙げられる。要素の透過に伴う入射光の損失が最小で、光の大部分
が光源に向けて再帰反射されるためには、要素の透明度が重要である。要素表面
は、好ましくは引っかき抵抗性で光沢を保ち、引っかき傷による光の散乱を生じ
ない。要素は好ましくは硬度が十分であり、交通の押し延ばし効果に抵抗し、75
℃未満の温度(170°F)で明らかな軟化を生じてはならない。好ましくは少な
くとも一部の要素は、少なくとも45のショアーD硬度を有する。さらに要素は、
-40℃〜75℃(-40°F〜170°F)の温度で、交通の衝撃により亀裂を生じては
ならない。要素はまた、好ましくは再帰反射ベースシートに良好に付着して、好
ましくは耐油性、汚れ抵抗性、および耐湿性である。要素のその他の望ましい、
または好ましい特性としては、淡色、低経費、低融点、および低溶融粘度が挙げ
られる。
発明に従ってベース再帰反射シートに適用される屈折要素は、ガラス、セラミ
ック、またはポリマーのいずれでも良い。
屈折要素として使用するのに適したポリマー材料の実例としては、ポリカーボ
ネートと、アクリルと、ポリウレタンと、ポリ塩化ビニルと、エチレンメタクリ
ル酸(EMAA)、エチレンアクリル酸(EAA)、イオン性架橋EMAAまた
はEAAを含むポリエチレン酸コポリマーなどのポリオレフィンコポリマーとが
挙げられる。好ましい材料は、高い耐衝撃性、低温での柔軟性、色、透明度、耐
摩耗性、および好ましいベースシートカバー層への結合強度を有する脂肪族ポリ
ウレ
タンである。
上に要素が直接形成されると、加工に伴う高温によって破損する再帰反射ベー
スシートは、代わりに要素が前もって付着されたシートにラミネートすることも
できる。代案としては、カバー層を望ましくないほど劣化させずにカバー層上に
形成、付着できるように、より低い溶融温度特性を有する要素組成物を選択する
こともできる。さらに望まれる場合は、例えば電子線または紫外線照射によって
硬化される硬化性液体モノマー組成物、溶剤蒸発組成物、水分硬化系、および二
成分反応系などの非溶融系を使用して、屈折要素を形成することもできる。
屈折要素は、水平断面、すなわち道路標示表面と平行な平面において、例えば
楕円形、半円形、長円形、長方形、異形などのいかなる希望の形をとることもで
きることが理解される。あらゆる方向からの最適再帰反射輝度が望ましい、いく
つかの実施例(例えば交差点の道路標示)では、屈折要素の水平断面は好ましく
は実質的に円形である。
例えば最低75%、頻繁に最低85%、実質的に要素全体であることも多い各屈折
要素の大部分は、典型的にカバー層上に露出する。
典型的に屈折要素の高さは約0.2mm〜約6.0mm、より好ましくは約1mm〜約4mm
の範囲にあり、水平断面で丸みを帯びる場合、直径は1mm〜20mmの範囲にあるこ
とが好ましい。また屈折要素基部の平均幅が、屈折要素の平均高さの2〜5倍で
あることが望ましい。理想的な屈折要素の形は、半円形またはその一部である。
要素のベースシートとの接触角は、好ましくは約45°〜135°、より好ましくは6
0°〜110°である。このような立体配置では、高照射角光はベースシートの前縁
によって屈折されて、ベースシートに入る。ここでの用法では「接触角」とは、
(1)屈折要素がベースシート
と交わる箇所に終点を有し、終点で屈折要素の表面に正接する第1の光線と、(
2)正接線と同一平面、およびベースシート表面と同一平面にある同一終点を有
する第2の光線と、によって形成される角度を意味する。図7に示すように屈折
要素90は、第1の光線Aおよび第2の光線Bによって画定される終点Pで、ベー
スシート92の上面と接触角θを形成する。
屈折要素の形の別の実例は、角錐台である。例えば高さが約1mmで約1mm四方
の平らな頂点を有し、約4mm四方の底部を有して、頂点と底部が互いに整列しあ
るいは中心が一致し、側面が約33.5°の夾角(すなわち接触角)で底部と交差す
る要素は、発明での使用に良好に適する。このような要素は、高照射角光の大部
分をベースシート内に屈折する。一般に角錐台の少なくとも1つの面が垂直断面
においてまっすぐで、ベースシートと30°〜70°の接触角を形成することが好ま
しい。
屈折要素はまた、滑り抵抗性を増大させるようにとがった部分を含有しても良
い。場合によっては、とがった部分はポリマーである。希望するならば、それは
屈折要素の形成と同時に形成することができる。例えばとがった部分を要素上に
含む屈折要素配列を、連続シート上部に含むカバーフィルムを押し出すことがで
きる。とがった部分は、要素を構成する材料の突出の代わりに、要素から突出す
る滑り抵抗性粒子でも良い。滑り抵抗性粒子は、屈折要素内に包埋できる。好ま
しくはとがった部分は、滑り抵抗性を最大化するためにできる限り屈折要素の上
面近くに位置する。しかしとがった部分は滑り抵抗性を増大させるならば、屈折
要素表面のどこにでも配置することができる。
屈折要素の垂直断面の形、すなわちベースシート表面に垂直な平面の断面は、
要素が高照射角光を再帰反射ベースシート内に屈折す
るのに十分なだけ傾斜する面(前面と称される)を、少なくとも1つ含むべきで
ある。しかし非常に緩やかな傾斜を有する、すなわち10°未満の接触角を有する
屈折要素は、避けるべきである。これらの緩やかな傾斜は、光が屈折要素から遠
ざかるように正反射する傾向がある。典型的に要素は、垂直断面において丸みを
持ったプロフィールを呈する。
図5に示すような実施例では、屈折要素が垂直断面で直線端を有しても良い。
ベースシート52上の屈折要素50は、まっすぐな前面54およびまっすぐな後面56を
有する。前面54に入射する光58は、面54によって屈折されてベースシート52に入
り、再帰反射される。米国特許番号第4,145,112号(Crone)および第4,236,788
号(Wyckoff)が開示する要素とは異なり、要素の前および後側は、再帰反射を
達成するために互いに正確な立体配置を有する必要がない。さらにこれらの参考
文献で開示された反射機能性光方向付け要素とは異なり、発明の製品の光屈折要
素は、比較的柔軟な剛性の低い材料から形成することもできるので、より高い製
品耐久性が達成される。これらの特許で開示された要素は、要素の第2の面が第
1の面と共に方向付けられ、かつベースシート内に光を反射するような性質であ
ることを必要とする。対照的に発明の屈折要素は、典型的に単一面(すなわち正
面)における屈折に依存する。これによって第2の面からの再帰反射を達成する
ように、第1および第2の面を配置する必要性がなくなり、さらに第2の面を例
えば研磨して、反射可能な性質にする必要性もなくなる。反射に必要な性質は、
典型的に屈折に要求されるよりもさらに厳しい。最後に、これれらの参考文献で
開示されている製品では、本発明で使用するのに好ましいような高入射角光の再
帰反射ができるベースシートの使用は知られていない。
好ましくは光屈折要素の形は、製品に約70°〜90°に入射する光の大部分が屈
折されて、再帰反射ベースシートに入るような形である。発明に従って、89°を
超え典型的には85°を超える照射角における発明の製品の再帰反射輝度は、ベー
スシートのみの再帰反射輝度よりも高い。
屈折要素間の間隔は、一様でも良く、あるいは要素が無作為に配列されていて
も良い。最適輝度を必要としない用途では、最適に満たない要素の間隔を使用す
ることもできる。この無作為の屈折要素配置の特性により、簡単で安価な製造が
可能になる。しかし本発明では、各要素が他の要素の陰にならないように要素を
特定位置に配置できる、特定模様の一様な配置が有利な場合もある。このように
して入射光の大部分は、道路標示の形状寸法における再帰反射輝度を最適化する
ように、要素によって捕捉される。例えば予想される照射角における隣接要素の
陰影妨害を最小化し、車両のタイヤと、突出した滑り止め粒子を含有する屈折要
素間のスペースとの接触表面をより大きくするように、屈折要素を離して配置す
ることもできる。例えば道路、ガードレール、またはその他の構造体に対する発
明の製品の順応性を最大にするために、好ましくは屈折要素が占める表面積は、
ベースシートの50%未満である。より好ましくは、屈折要素が覆う表面積は、25
%未満である。
屈折要素を含めた発明の製品全体は、保護コーティングなどによって保護でき
る。このようなコーティングは、耐摩耗性および/または汚れ抵抗性を提供する
利点がある。保護コーティング構成物の実例としては、セラマーコーティングま
たは架橋水性ポリウレタンコーティングが挙げられるが、これに限定されるもの
ではない。
ここでの用法では、「セラマー」とは、遊離基重合性有機液体中に拡散する表
面変性コロイドシリカ粒子を含む液体を意味する。コ
ーティングの利点としては、水分、光および熱に対して優れた抵抗性を有する屋
外条件に耐える性能と、耐摩耗性と、化学的攻撃および自動車のエンジンオイル
やカーボンブラック(例えばタイヤのカーボンブラック)による着色に対する抵
抗性と、透明性などの望ましい光学特性と、屈折要素への良好な付着と、優れた
柔軟性とが挙げられる。第1のステップでは、セラマー前駆体コーティング構成
物が、好ましくは屈折要素上面、および屈折要素で被覆されないベースシート部
分を含めた、再帰反射製品の表面に適用される。コーティング構成物は、コーテ
ィング総重量の重量%で表した百分率が、約20重量%〜約80重量%のエチレン性
不飽和モノマーと、約10重量%〜約50重量%のアクリレート官能コロイドシリカ
と、約5重量%〜約40重量%のN,N-二置換アクリルアミドモノマーまたはN-
置換-N-ビニルアミドモノマーとを含む。次に構成物を硬化させて、耐摩耗性で
光透過性のセラマーコーティングを有する再帰反射製品を形成する。セラマー構
成物は、吹付け、ロール塗り、浸し塗り、またはナイフ塗布を含めた、技術分野
で既知のいくつかの方法のいずれによっても塗布できる。譲受人の係属出願であ
る米国特許出願通し番号第08/444076号(1995年5月19日提出、ここにその全文
を参考文献として含めた)では、道路標示および再帰反射シート上でのセラマー
の使用が開示されている。
発明での使用に適した架橋水性ポリウレタン保護コーティングの実例としては
、CX100商標架橋剤で架橋されたNEOREZ商標R-960ポリウレタン樹脂(
どちらもマサチューセッツ州ウィルミントンのZeneca Resinsから入手できる
)が挙げられる。当業者には理解されるように、保護コーティングの配合にその
他の水性システムおよび架橋剤を使用することもできる。
IV.製造方法
発明の方法は、(1)反射性要素配列と、カバー層とを含む再帰反射ベースシ
ートを提供するステップと、(2)屈折要素配列に高照射角で入射する光が屈折
されて、ベースシート内を透過しベースシートによって再帰反射されて、屈折要
素によってさらに屈折されることによって、再帰反射製品によって再帰反射され
るように、ベースシートに対して配置される屈折要素配列をカバー層に付着また
は形成するステップとを含む。
道路標示を製造するための典型的な加工工程では、ベースシート(例えば3M
SCOTCHLITE商標反射性ナンバープレートシート No.3750)が、アル
ミニウム順応層に適用される。続いて屈折要素が、ベースシートのカバー層に付
着される。
屈折要素をベースシートに付着するために、いくつかの方法が使用できる。例
えば屈折要素が予備形成される場合、例えば加熱および加圧下で、または接着剤
などによって、それらをラミネートしてベースシートのカバー層前面に個別に簡
単に結合できる。代案としては、例えば押し出しエンボス加工を用いて、トップ
フィルムの付いたオーバーレイ上の突出として屈折要素配列を形成し、カバーフ
ィルムを製造することができる。このカバーフィルムは、ベースシートのカバー
層にラミネートできる。
屈折要素が熱可塑性樹脂からできているような場合、例えば散布などにより、
適切な大きさの樹脂粒子がカバー層前面に適用される。続いて十分な時間、十分
に加熱して樹脂粒子を変形させ、丸みのある形に流動させてカバー層に結合させ
る。この場合、カバー層および屈折要素は、加熱時に相互に良好な結合を形成す
る。これらは典型的に、同様のポリマー族の熱可塑性プラスチックであることが
好ましい。望むならばカバー層は、熱可塑性樹脂粒子と同様のポリマ
ー族であるように選択されたトップフィルムを含む。
加工工程において滑り止め粒子を使用する場合、屈折要素をベースシートに付
着するのと同時に、添加するのが典型的である。また製品の着色を希望する箇所
によって、例えば染料および/または顔料などの着色剤を、加工工程の適切な時
点で導入することもできる。
再帰反射ベースシートの下側にある発明の製品の成分は、好ましくは希望する
用途に適するように選択される。例えばスクリム接着剤(すなわち接着剤で飽和
されたポリマースクリム)は、再帰反射製品に追加的な強度と同時に接着特性を
与える。ふさわしい順応層、接着剤層、強化層などの選択は、当業者にとって容
易である。
ポリマー屈折要素の最終的な形は、(1)加工条件、(2)要素の元々の形、(
3)ポリマーの溶融特性、および(4)ベース再帰反射シートのカバー層によって
異なる。屈折要素は初期形状および続く加工条件次第で、無作為な形状でも、あ
るいは比較的一様でも良い。
図6は、発明に従った再帰反射ベースシートカバー層の上または前主要表面48
上の3つの屈折要素42、44および46の垂直断面プロフィールを表す。発明の屈折
要素は、ガラス、セラミックまたはポリマーの別に関わらず、球形ではなくその
一部分である。表面48上の要素42の部分は、ほとんど完全に球形である。例えば
要素42は、ベースシートのカバー層内に部分的に包埋された屈折要素、あるいは
部分的に溶融した熱可塑性樹脂である。要素44は半球状であり、すなわちこれは
ベースシートのカバー層内により深く包埋された脂屈折要素、あるいは溶融の程
度がより大きい熱可塑性樹脂である。要素46は比較的平らであり、すなわちこれ
は過度に長時間加熱された熱可塑性材料である。
好ましくは屈折要素の縁と、屈折要素基底のベースシート上面との間に形成さ
れる接触角は、約60°〜110°である。より大きな接触
角でベースシートに接触する要素は、光学的性能を低下させるかもしれない汚れ
の蓄積を保持する可能性がより高い間隙を呈する。より大きな接触角はまた、屈
折要素のベースシートへの結合程度を弱める。しかしより小さな接触角でベース
シートに接触する屈折要素は、入射光が再帰反射されるようにベースシート内に
屈折するよりも、むしろそれを正反射する傾向がある。さらに接触角のより小さ
い屈折要素は、より低い垂直高を有する傾向があり、集光能力が低下する。
発明の製品の屈折要素は、典型的に好ましくは要素44のプロフィール、すなわ
ち実質的に半球状の垂直断面プロフィールを有する。屈折要素は好ましくは、入
射光の大部分が屈折されてベースシート内に入るような形状を有する。
要素42のような垂直断面プロフィールを有する要素は、汚れや岩屑の蓄積を生
じやすい傾向があり、結果的に再帰反射輝度が低下する。またこのような丸みの
ある要素は、ベースシートと接触する屈折要素の表面積がより狭いので、ベース
の再帰反射シートから抜け落ちやすい。要素42のような屈折要素は、比較的短い
オーブン時間および/または比較的低いオーブン温度を用いて形成されるので、
熱可塑性要素はあまり流動せず平らにならない。しかし、例えば交通防護壁側面
などの(車に轢かれる道路標識に比べて)衝撃の可能性が低く、雨が洗浄作用を
提供する垂直用途においては、このような形を有する屈折要素の付いた発明の再
帰反射製品で、十分であることが理解されるであろう。
要素46は、より長時間および/またはより高温で加熱され、より平らになった
熱可塑性要素を表す。このような平らな要素は、丸みのある要素よりも再帰反射
ベースシートにより堅固に付着するが、前縁の垂直プロフィール次第では、屈折
性がより小さい場合もあり、
結果的に得られる製品は高照射角での再帰反射性がより低くなる。例えば要素44
のようなさらに丸みのある要素は、光の屈折程度がより大きいために、結果的に
より高い再帰反射性をもたらす。入射光を捕捉する投影面積はより大きく、散乱
あるいは反射されて面から遠ざかる入射光は典型的により少ない。
ポリマー要素が無作為に適用され、続いて加熱される場合、要素の一部が加熱
時に共に流動することもある。結果的に得られる要素の再帰反射性は、個々の2
つの要素よりも低いが、この新たな楕円形要素からの再帰反射性は概してかなり
高い。要素が道路交通に対して横向きに方向付けられると、楕円形要素からの最
大再帰反射性が得られる。
V.着色剤
再帰反射製品の選択された部分、または全体に着色剤を添加するために多くの
方法が使用できる。道路標示用途においては、望ましい着色剤の例としては、特
に白色、黄色、赤色および青色が挙げられる。着色剤は希望に応じて、光透過性
でも不透明でも良い。
着色剤が光路内に配置される場合、再帰反射性能が望ましくないほど低下しな
いように、典型的に光透過性であることが好ましい。しかし場合によっては、例
えばより明るい全体的な色、または外観その他の希望する効果を提供しながら、
再帰反射輝度を低下させる位置に配置された不透明着色剤の使用が望ましいこと
が理解される。
光透過性着色剤は、日中および夜間の双方における発明の製品の色を向上でき
る。道路標示およびその他の用途においては、例えば黄色と白色の標識のような
着色マーカーを、運転者が相互に区別することが重要である。夜間に色を得る1
つの方法は、光路内に光透過性着色材料を配置することである。
1つのアプローチでは、着色ベースシートを用いて色が得られる。例えば図4
では、光透過性マトリックス65は、例えば黄色のような希望する色を用いて作ら
れる。カプセル化レンズキューブコーナベースシートにおいては、キューブコー
ナそれ自体を着色することもできる。別のアプローチは、必要に応じて着色トッ
プフィルムを使用することである。例えば発明の製品は、光透過性の黄色、赤色
または青色着色トップフィルムを用いて作ることができる。また着色屈折要素を
使用しても良い。光透過性着色屈折要素と共に光透過性着色トップフィルムを使
用すると、結果的に非常に効果的な着色再帰反射製品が得られる。代案としては
、ベースシートのカバー層上に光透過性着色層を印刷することもできる。印刷さ
れたベースシート上に、無色トップフィルムを適用することもできる。このアプ
ローチには、着色層を埋めてその耐久性を向上させる利点がある。また印刷によ
り、複数の着色層の模様を加えて希望する記号または指示を形成することができ
る。
不透明着色剤は、主に発明の製品の日中の色を向上するために典型的に使用さ
れ、好ましくは光路の外にあって再帰反射性能を低下させない。したがって、ア
ルミニウム反射層のために最初灰色に着色されたベースシートを、不透明着色剤
の添加により希望する色に変化させることができる。例えばより白い製品を製造
するための1つのアプローチは、ベースシートのカバー上に屈折要素と共に、白
色で不透明なセグメントを使用することである。これらの特定のセグメントは入
射光を再帰反射しないが、これらを少量使用するとシートの白さが増大する。例
えば白色に染色された樹脂ペレット(おそらくは光屈折要素に用いたのと同一の
樹脂)を屈折要素間のベースシート上に適用し、加熱溶融させてベースシートに
付着させることもできる。
代案としては、再帰反射反応が幾分低下するものの、希望する色の着色セグメ
ントを光屈折要素の一部分ならびにベースシートに適用することもできる。例え
ば着色再帰反射製品の製造方法には、(1)再帰反射要素配列とカバー層とを含
む再帰反射ベースシートを提供するステップと、(2)ベースシート底部に順応
層をラミネートするステップと、(3)ベースシートのカバー層上に屈折要素配
列を付着させるステップと、(4)屈折要素をデボスして比較的平らな上面を製
造するステップと、(5)着色層を上面に適用するステップと、(6)屈折要素が
ベースシートから突出するようにベースシートをエンボスするステップとが含ま
れる。
「デボス」とはエンボスの逆、すなわちテクスチャのある表面を比較的平らに
することを意味する。ここでの用法では、最初にベースシート上面から突出する
屈折要素が、押し込まれてベースシートと比較的同じ高さになることを言う。デ
ボスの1つの方法は、付着する順応層および屈折要素と共に、ベースシートを1
組のローラーに送り込むことである。例えば、屈折要素を鋼ロールに接触させる
一方、順応層はラミネート加工の圧力下で変形できるゴムロールに接触させる。
圧力がかけられて、屈折要素が順応層内に押し込まれる。デボス後、シート上面
が完璧に平滑である必要はない。いくらかの表面の形状は許される。好ましくは
結果的に得られるベースシート表面は、可能な限り屈折要素とほぼ同一面にある
。デボス後、いずれかの便利な方法によって、着色層がベースシート部分、屈折
要素部分、および存在すれば滑り止め粒子に適用される。
ベースシートの選択された部分の上に屈折要素を付加する前に、不透明着色層
を転写することもできる。例えば着色再帰反射製品の製造方法は、(1)反射性
要素配列と熱可塑性カバー層とを含む再帰反射ベースを提供するステップと、(
2)非連続的熱硬化ポリマ
ーを規則正しい模様にカバー層上に提供して、部分的に印刷されたベースシート
を製造するステップと、(3)部分的に印刷されたベースシートを加熱してカバ
ー層を軟化するステップと、(4)カバー層が軟化している間に、部分的に印刷
されたベースシート上に屈折要素を配置して、屈折要素を選択的に付着させるス
テップと、(5)冷却するステップとを含む。熱硬化ポリマー部分が、希望する
着色剤を含有しても良い。例えば1つの実施例では、屈折要素の下側領域、すな
わちそれらのカバーシートへの結合箇所を除いて、ベースシートの全領域を熱硬
化性着色層で印刷できる。別の実施例では、屈折要素を一定半径で囲むように、
光透過性熱硬化ポリマーを印刷することができる。シートの残りの部分は別の着
色熱硬化ポリマーで、例えば白色に印刷できる。屈折要素の直下の領域は印刷さ
れない。光線は屈折要素基部外のベースシートに入ることができるので、屈折要
素を囲む光透過性ポリマー領域は、光線がベースシートに入り、ベースシートに
よって再帰反射されることを可能にする。同方法には、屈折要素を順序良く配置
することで、費用有効性のために屈折要素の使用量を最小化する一方で、製品の
光学的効率を増大させるという利点がある。
着色層の構成物が存在する場合、それは溶剤、交通による摩耗、および紫外線
に対して抵抗性でなくてはならない。着色剤溶液の一例は、78重量%のNEOR
EZ商標R960水性ウレタン樹脂(マサチューセッツ州ウィルミントンのZeneca
Resins)、19重量%のWW3000商標二酸化チタン分散液(ペンシルベニア州フ
ェアレスヒルズのHeucotech Ltd.)および3重量%のCX100架橋剤(マサチ
ューセッツ州ウィルミントンのZeneca Resins)を含む。その他の着色層構成
物も使用できることは、当業者には明らかである。
不透明および光透過性着色剤の組み合わせを使用することは、当
業者には明らかである。例えば光路にある光透過性着色屈折要素を、光路外にあ
る不透明着色層と共に使用することもできる。このようにすれば製品は、効果的
な日中および夜間色を有することができる。したがって、上記の不透明および光
透過性着色システムの組み合わせのいずれでも使用できる。
VI.滑り止め粒子
滑り止め粒子は、多くの道路標示製品において、路面マーカーの滑り抵抗性を
増大させるための一般的成分であり、技術分野で広く用いられている。これらは
、車両のタイヤと接触する製品表面のどこにでも配置できる。
典型的に滑り止め粒子は、ベースシートのカバーフィルムが軟化状態にあるう
ちに、その上に無作為に撒くことができる。滑り止め粒子が、屈折要素の天頂近
くに優先的に配置できることが明らかにされた。例えば、屈折要素が上にあるベ
ースシートのウェブを、結合材構成物でキスロール塗装できる。キスロール塗装
とは、構成物が屈折要素の上部のみに、望ましく塗布される塗装方法を意味する
。すなわち溶液は、屈折要素の上のみに「キス」することを許される。この工程
は塗装ロール間のギャップを調節し、屈折要素の上部のみがコーティング構成物
に接触するように、ウェブを保持することで実施される。構成物が濡れている内
に、大量の滑り止め粒子がウェブ上に撒かれる。ベースシートの残りの部分は乾
いているので、粒子は濡れた領域のみに付着する。余分な滑り止め粒子は、ウェ
ブから振り落とされる。続いてウェブを一連のオーブンに送り、濡れた結合材構
成物を乾燥、硬化または固化する。その結果、滑り止め粒子は選択的に屈折要素
の上部領域に固着するので、滑り止め抵抗性が提供される。
VII.用途
本発明の再帰反射製品は、いくつもの異なる用途、特に濡れた条件下、および
特に光が高照射角で入射する際に有利に使用できる。製品は特に、道路標示また
は水平標示として使用するのに良く適している。高照射角および低照射角双方に
おける高い再帰反射性のために、製品はジャージー防護壁またはガードレールな
どの垂直用途や、トラフィックバレル、チューブおよびコーンなどの湾曲した表
面用途や、あるいは車両表面や、製品の特別優れた効果的照射角が有利であるそ
の他の用途にも良く適している。例えば発明のシートの多くの実施例は、0°か
らほぼ90°までの照射角全体にわたり効果的な再帰反射を提供できる。その結果
、シートが電信柱またはバレルなどの物体の周囲に巻かれた場合、視線内のシー
トの表面全体は、観察者から湾曲して遠ざかる製品表面の部分を含めて、効果的
な再帰反射を提供できる。これによって効果的な再帰反射領域が拡大し、より多
くの可視標識が提供されることで安全性が向上する。さらに第1の道路に平行し
、第1の道路の第2の道路からの反対側で、第1の道路と交差する第2の道路に
垂直であるガードレール、ジャージー防護壁、または壁の上のストリップなどの
単一の標識は、第1および第2の道路双方の車両ドライバーから見える、非常に
明るく効果的な再帰反射反応を提供できる。
本発明の別の利点は、再帰反射製品が多くの方向から見えることである。この
多方向性特性によって、発明は、車両が多くの角度から接近する水平標示用途、
交差点標識、その他に特に良く適したものになる。
このシートの着色の容易さも、特に水平標示おいて同シートを有用にする。再
帰反射される光が、日中見られるのとほぼ同じ色合い
と模様を呈するように、透明色層をシート上に図形模様に印刷することもできる
。このような印刷は、要素および連続的にオーバーレイする透明中実カバーの両
者によって道路上の摩耗から保護されるように、トップフィルム層の下にインク
が印刷されれば特に有用である。一般的に使用されるインクは薄く、露出したま
まであると道路交通によって急速に摩耗するので、この特徴は特に重要である。
発明の材料は、ロール状に巻くことができる。屈折要素が形成する突出部は、
巻き取りの障害になるほど実質的なものではない。
VIII.実施例
発明を以下の制限を意図しない実施例によって説明する。
濡れ再帰反射性
88.76°の照射角および1.05°の観測角度で再帰反射輝度を測定するLTL 20
00(デンマーク、リングリーのDelta Light&Opticsから入手できる)を用い
て、反射性シートの濡れ再帰反射性を測定した。このような立体配置は、反射性
道路標示から30mの距離にいる平均的な自動車のドライバーが経験するのと同様
である。最初にシートを試験領域に水平に置いて、次に水道水と0.1重量%AJ
AX商標食器洗い用洗剤の溶液を大量にかけた。溶液が流れ落ちてから、約10秒
以内に輝度測定を行った。シートの表面水和性を増大させるために、洗剤を水に
添加した。洗剤はまた、反射性道路標示が道路にしばらく設置され、日光、摩耗
性の砂、および汚れの蓄積の作用によって水和性が増大した後の雨の影響を良好
にシミュレートする。
再帰反射輝度測定
いくつかのサンプルの再帰反射輝度測定は、ASTM D 4061-94に従って行
った。ASTM E 808-94に述べられた内的形状寸法を使用した。提示角は一定
に0°に保ち、方向角は-180°に保った。
いくつかのサンプルのミリカンデラ/ルクス/m2での再帰反射輝度、すなわち
再帰反射輝度RLの係数は、1989年型Pontiac Bonnevilleの運転者に対する、
以下のような4つの異なる観測距離に対応する照射角および観測角で測定した。
色の測定
CAPYは、シートの白さの色度測定である。CAP Yの値はASTME 97
-77に従って、Hunter分光光度計(Hunter MiniScan XE)を使用して測定
した。
滑り抵抗性の測定
滑り抵抗性は、シート上でタイヤが滑る傾向の測定値である。この滑り抵抗性
は、ASTM E 303に従って測定した。
実施例1
脂肪族ポリエステル熱可塑性ポリウレタンであるMORTHANE商標 PN3
429-215(ニューハンプシャー州ブルックのMorton Internationalから入手で
きる)を、標準押し出し条件下で一軸スクリュー押出機およびフィルムダイを使
用して、ポリエチレンテレフタレート(PET)担体上に押し出した。この押し
出しによって、厚さ50ミクロン(2ミル)のウレタンフィルムトップフィルムが
形
成された。
Q-THANE商標 QI 4820(K.J.Quinn&Company,Inc.から入手でき
る)を含有する下塗り溶液を、トルエン/ブタノール混合液(50/50重量%)に
よって約200cpsに希釈した。希釈下塗り溶液を150ライン四角グラビアロールを
用いて、一般的グラビアコーティング技術により、高成角ベースシート 3M S
COTCHLITE商標反射性ナンバープレートシート No.3750(ミネソタ州
セントポールの3M Companyから入手できる)上面に塗布した。シートにはシリ
コン紙ライナーが付いていた。。66℃〜121℃(150°F〜250°F)に加熱した
一連のオーブンに、約9.1m/分(30フィート/分)の速度で通過させて溶液を乾燥
させた。
加熱ホット缶とゴム被覆加圧ロールを使用して、高成角ベースシートの下塗り
された表面にPET担体の付いたポリウレタンフィルムをラミネートした。加圧
ロールは、速度6.1m/分(20フィート/分)、圧力 19kg/幅 1cm、および温度150
℃(300°F)で操作された。
ポリウレタンフィルムからPET担体を剥がして除去した。シリコン紙ライナ
ーを高成角ベースシートから剥がして、接着剤を露出させた。厚さ75ミクロン(
3ミル)のNo.1145-O単ロールアルミ箔(A.J.Oster Foils,Inc.から入手
できる)順応層を露出接着剤にラミネートして、複合材シートを製造した。
この複合材シートをアルミ箔側を下にして、225℃(440°F)の空気対流オー
ブンに入れた。15秒後にオーブンを開いて、熱可塑性ポリウレタンであるMOR
THANE商標L425.91ペレット(Mortonから入手できる)をシート表面に振
りかけた。オーブンを再度閉じて、ペレットの付いたシートをさらに5分間加熱
した。ペレットで被覆されたシートをオーブンから取り出して、室温でおよそ1
分間冷却
した。
大きさがほぼ一様な熱可塑性ペレットは、複合シート上に無作為に適用された
。ペレットは、ペレット相互の陰影妨害が最小になるようににまばらに、しかし
結果的に強い再帰反射特性を与えるように十分緻密に適用した。ペレットの塗布
量は、シート1平方メートルあたり約300g、あるいはシート1平方メートルあた
りおよそペレット13,000個であった。ペレットは最初、長軸が4.5mmで単軸が3m
mの楕円形であった。加熱が進むに従って、ペレットの底面は平らになった。ペ
レットの露出部分は丸みを帯び、あるいは球形になった。結果的に得られた屈折
要素は高さが約4.5mmで、幅は基部で約5mmであった。
次に複合材シートのアルミ箔側を、アスファルトおよびコンクリートへの付着
に適したゴムベースの感圧接着剤にラミネートして、再帰反射製品を製造した。
再帰反射製品は再帰反射分析のために、アルミニウムの試験パネルにラミネート
された。
表1では、加工前の、および上記の説明に従って実施例を製造した後の、3M
SCOTCHLITE商標反射性ナンバープレートシート No.3750の再帰反射
性能が、あらゆる照射角で比較される。輝度測定は観測角1.0°で行った。輝度
はミリカンデラ/ルクス/m2、すなわち再帰反射輝度RLの係数として測定した
。
表1が示すように、低照射角においても発明の製品の輝度は損なわれない。事
実、より低い照射角(約50°未満)においても、発明の製品の輝度は低下しない
。約88.5°の非常に高い照射角では、輝度が少なくとも10倍増加する。
実施例1B
1平方メートルあたり94gのペレットを使用して、1平方メートルあたり約40
00個の屈折要素を形成したこと以外は、実施例1と同様にして道路標示材料を製
造した。
実施例2
熱可塑性ポリエチレンメタクリル酸コポリマー(EMAA)樹脂(DuPontか
らのNUCREL商標699)を、一軸スクリュー押出機を使用して、およそ50μm
の厚さにPET担体上に押し出しコーティ
ングした。コーティングダイおよび押し出し条件は、この特定の樹脂に対してD
uPontが提案するのと同様であった。高成角ベースシート(3M SCOTCHL
ITE商標反射性ナンバープレートシート No.3750「3750シート」)の上面(
シリコン保護ライナーから遠位の側)をMorton Chemical Co.から入手できる
水性EAA(ポリエチレンアクリル酸)であるADCOTE商標50T4983で下塗
りした後に、その前面に結果的に得られたPET担体上のフィルムを熱ラミネー
トした。20部のエチルアルコールを、100部のADCOTE商標50T4983に添加
した。この溶液を150ライン四角グラビア模様を用いて、通常のグラビアコーテ
ィング技術により、3750シートの表面に塗布し、強制空気対流オーブンで1分間
93℃(200°F)で乾燥した。実施例1と同一のラミネート条件を用いて、PE
T担体上に担持された厚さ50μm(2ミル)のEMAAフィルムを、3750シート
の下塗りした側に熱ラミネートした。実施例1と同様に、PET担体を剥がして
除去し、75ミクロン(3ミル)のアルミ箔(A.J Oster Foils,Incから入手
できるNo.1145-O単ロールアルミ箔)に複合材をラミネートした。
結果的に得られたシートを205℃(400°F)のオーブンで15秒間予熱した後、
シートにNUCREL商標699ペレット(トップフィルムを製造するために前に
使用したのと同一材料)を散布した。このNUCREL商標ペレットの付いたシ
ートを、閉じた205℃(400°F)のオーブンに様々な時間入れてから、取り出し
て水中で1分間冷却した。
実施例2A
余熱した複合材シートの上にNUCREL商標699ペレットを散布してから、2
05℃(400°F)のオーブンに約45秒間入れた。結果的
に得られた屈折要素は、図6の要素42と同様の形を有した。実施例1と同様にし
て感圧接着剤に複合材シートをラミネートし、再帰反射製品を製造した。
実施例2B
余熱した複合材シートの上にNUCREL商標699ペレットを散布してから、2
05℃(400°F)のオーブンに約60秒間入れた。結果的に得られた屈折要素は、
図6の要素44と同様の形を有した。実施例1と同様にして感圧接着剤に複合材シ
ートをラミネートし、再帰反射製品を製造した。
実施例2C
余熱した複合材シートの上にNUCREL商標699ペレットを散布してから、2
05℃(400°F)のオーブンに約90秒間入れた。結果的に得られた屈折要素は、
図6の要素46と同様の形を有した。実施例1と同様にして感圧接着剤に複合材シ
ートをラミネートし、再帰反射製品を製造した。
実施例3
PET担体上に厚さ250μmのポリウレタンフィルムを製造するように、押し出
し条件(毎分スクリュー回転速度およびフィルム引き取り速度)を調節したこと
以外は、この実施例の押し出しフィルムおよび担体は、実施例1と同様であった
。ベース再帰反射シートへのポリウレタンフィルムのラミネート、PET担体の
除去、および75ミクロン(3ミル)アルミ箔へのラミネートは、実施例1と同様
であった。アルミ箔へのラミネート後、12ミクロン(0.5ミル)シリコン被覆P
ETフィルム(シリコンPETフィルムはCourtaldsから
入手できる)を型に接触させ、複合材シートのポリウレタン側をシリコンPET
に接触させ、およそ3mm(0.125インチ)厚さの平面鋼板受け板を複合材シート
のアルミ箔側に接触させて、複合材アルミ箔裏打ちシートを型の上の加熱した油
圧プレスに入れた。41,300kPa(6000 PSI)の圧力下で油圧プレスを閉じて
、型を190℃(370°F)の温度に加熱した。次にプレスから取り出す前に、型を
52℃(125°F)に冷却した。PETを除去して廃棄した。プレス中の型は、米国
特許番号第4,145,112号の図2に示されるのと同様のひだつき模様を有した。し
かしPETが堅いため、実際の成形品は、ここに示した図5により良く似ていた
。最後にひだ状でアルミ箔で裏打ちされた複合材シートを、ゴムベースの感圧接
着剤にラミネートした。
実施例4
EMAAトップフィルムの厚さが50μmではなく250μmであり、使用されたポ
リマーペレットが、SURLYN商標9910(DuPontから入手できるポリエチレ
ンメタクリル酸と亜鉛塩のイオノマー)であったこと以外は、実施例4の製造方
法は実施例2と同様であった。SURLYN商標ペレットの付いたシートを250
℃(480°F)のオーブンで5分間加熱し、結果的に図4の要素44と同様の形を
得た。SURLYN商標樹脂の高い溶融粘度のために、ペレットはかなり球形を
保つ傾向があったが、より厚い最上層は毛管作用のためSURLYN商標ペレッ
トの側面を這い上がる傾向があり、結果的にこれらの球形ペレットは良好に固着
した。
実施例について、上記のようにしてミリカンデラ/ルクス/m2で測定した濡れ
再帰反射輝度は、以下のようである。
比較すると、3つの商業的道路標示テープ3M SCOTCH-LANE商標脱
着式道路標示テープ620、3M SCOTCH-LANE商標脱着式道路標示テープ
No.5710、および3M STAMARK商標高性能道路標示テープ380は、全て再
帰反射輝度が100ミリカンデラ/ルクス/m2未満であった。
実施例5
以下の手順を用いて、再帰反射製品を製造した。
A)ポリマーペレットの調製
メルトインデックスが12である粉末脂肪族ポリウレタンL425.91(ASTM
D1238方法A、条件200/8.7に従って試験した)を、共回転モード操作および450
回転/分(RPM)のスクリュー速度を用いて、34mm二軸スクリュー押出機に13.
6kg/時間の速度で送り込んだ。二孔ストランドダイを通してポリマーを溶融押し
出しして、即座に水浴中で急冷した。過剰な水を吹き飛ばし、Conair model 30
4ペレット製造機を使用してストランドを切断した。平均長2.74mmおよび平均直
径2.36mmのほぼ円筒形のペレットを作り出すように、ペレット製造機速度を調節
した。ペレットを室温で1週間エージングしてから、個々のフリーフローペレッ
ト内に形成したかもしれないペレットの凝集を、強力ミキサー(Waring blende
r モデル 91-
263)に入れて破砕した。押し出し後、同一試験方法および条件を用いてペレッ
トをメルトインデックスについて再度試験したところ、およそ60メルトインデッ
クスであることが分かった。これらのペレットを使用して、トップフィルムおよ
び屈折要素を製造した。
B)トップフィルムの押し出し
上(セクションA)で製造したペレットを脱湿乾燥機中で18時間54℃で乾燥し
た。次に通常の押し出しコーティング技術を用いて、これらをスクリュー速度80
RPMで31.75mm 24:1 一軸スクリュー押出機を通して押し出し、屈曲リップフ
ィルムダイを通して溶融フィードして、0.06mmペリエチレンテレフタレート(P
ET)フィルム上に押し出しコーティングした。キャスチングホイールの引き取
り速度を調節して、縁が幅0.317mに化粧裁ちされた塗り厚約0.1mmのフィルムを
製造した。フィルムは後の使用に備えて巻かれた。
C)ベース再帰反射シートおよび順応層の調製
脂肪族ポリウレタン溶液(K.J.Quinn&CoからのQC4820)を使用して、3
M SCOTCHLITE商標反射性ナンバープレートシートNo.3750(「3750
シート」と称されミネソタ州セントポールの3Mから入手できる)を下塗りした
。QC4820溶液は最初にイソプロパノール/トルエン混合液(50/50重量%)を
用いて、粘度約200cpsに希釈した。次に150ライン四角グラビアシリンダーを用
いて、一般的グラビアコーティング技術により、この希釈溶液を3750シート上面
に塗布し、各オーブン長さが約7.6m、オーブン温度が65/79/93/107/121(全て℃
)の一連のオーブン5台を通過速度30.5m/分で通して乾燥し、下塗りシートを製
造して保存のために巻いた。3750シートは、接着剤および保護ライナーと共に提
供される。
次に以下のような熱ラミネート加工を用いて、下塗りされた3750シートを上の
セクションBで製造したトップフィルムに結合した。トップフィルムの巻きをほ
どいて、直径が0.61mで表面温度が149℃であるホット缶の上を(フィルムのPE
T側をホット缶に接触させて)通した。3750シートの下塗り表面にトップフィル
ムをラミネートする前に、ロールの円周の約4分の1をホット缶上に残した。ホ
ット缶と、圧力1300kgの直径0.2mのゴム被覆加圧ロール間でラミネートが生じた
。ゴムロールのショアーA堅さは、55と測定された。ホット缶と加圧ロールは、
それぞれ幅が0.46mであった。下塗りした3750シートは幅が0.311mであり、一方
トップフィルムは幅が0.317mであった。ロールは全て、分速約9.1mの表面速度で
回転された。組み合わせたシートを缶の円周の約4分の1、ホット缶上に残した
。続いてそれをホット缶から取り除き、水冷ローラーの上を通した。インライン
でPETをトップフィルムから引き剥がしながら、再帰反射ベースシートを製造
して保管のために巻いた。
ユニットを室温で操作したこと以外は、上と同一のホット缶と加圧ローラー装
置を用いてベースシート(下塗りした3750シートにラミネートしたトップフィル
ム)の巻きをほどいて、厚さ0.076mmのアルミ箔順応層(A.J.Oster Foils
Inc.から入手できるNo.1145-0単ロールアルミ箔)にラミネートした。最初に
3750シートの裏面保護ライナーを除去して、感圧接着剤を露出した。次に加圧ロ
ーラーを使用して、ベースシートをアルミ箔にラミネートした。
D)滑り止め粒子および屈折要素の適用
上のセクションCで製造したアルミ箔上のベースシートの巻きをほどいて、上
のセクションCで3750シートの下塗りに使用したのと同じ一連のオーブン5台を
通過させた。オーブン温度は
232/232/232/232(全て℃)に設定され、ウェブ速度は分速12.2mに設定された。
5番目のオーブンのスイッチは切った。1番目のオーブンを通過した後、ウェブ
は1番目と2番目のオーブンの間の領域に入り、セラミックの滑り止め粒子が16
.7g/m2の割で加熱したウェブ上に散布された。ウェブが熱くトップフィルムは柔
軟であるので、滑り止め粒子は表面に軽く留まった。次にウェブを残りのオーブ
ンに即座に入れて加熱した。結果的に滑り止め粒子は、重力作用と毛管作用によ
り軟化したトップフィルムにより堅固に付着して、滑り止め被覆ベースシートが
製造された。5番目のゾーンは、ウェブを保管のために巻く前に、冷却時間を与
えるために意図的にスイッチを切った。
滑り止め被覆ベースシートの巻きをほどき、続いて同じ一連のオーブンによっ
て加工した。ここではオーブン温度は、210/210/210/210(全て℃)に設定され
、分速は13.7mであった。5番目のゾーンはスイッチを切った。ウェブが5番目
のオーブンを通過した後、再度1番目と2番目のオーブンの間の領域に入り、セ
クションAで製造されたウレタンペレットがウェブ上に散布された。ペレットは
138g/m2の割合で適用し、熱いシートの表面に部分的に留まった。再びウェブを
即座に第2のオーブンとそれに続くオーブンに入れて、加熱し軟化させて図6の
屈折要素44と同様のほぼ半球状の屈折要素を形成した。巻き取り前に、ウェブを
ゾーン5のオーブン内で冷却した。最後にゴムベースの感圧接着剤をアルミニウ
ム順応層に塗って、再帰反射製品を製造した。これらの製品を道路表面に適用し
たところ、乾燥および濡れ(雨天)条件下の双方で、優れた再帰反射を有するこ
とが分かった。
実施例5A
ペレットの適用と屈折要素への形成を、分速9.1mのウェブ速度で実施したこと
以外は、実施例5に従ってシートを製造した。結果的に得られた再帰反射製品は
、図6の要素46と同様の屈折要素を含んだ。
実施例5B
ペレットの適用と屈折要素への形成を、分速19.8mのウェブ速度で実施したこ
と以外は、実施例5に従ってシートを製造した。結果的に得られた再帰反射製品
は、図6の要素42と同様の屈折要素を含んだ。
実施例6
以下の点を除いて、実施例5に従って再帰反射製品を製造した。セクションA
では、ペレットが製造されない。セクションBでは、NUCREL商標699(Du
Pontから入手できるポリエチレンメタクリル酸(EMAA)コポリマー)を同
様のPETライナー上に押し出して、ポリマーとフィルムの厚さのために温度、
速度、その他を調節して、厚さ0.05のフィルムを製造した。セクションCは、使
用した下塗り剤がADCOTE商標50T4983(Morton Chemical Co.から入手
できる水性EAA(ポリエチレンアクリル酸)コポリマー)であり、20重量%の
エチルアルコールで希釈したこと以外は、全く同じであった。セクションDでは
、滑り止め粒子は使用しなかった。また屈折要素は、SURLYN商標1702(D
uPontから入手できるイオン性架橋結合EMAA)を使用して製造された。再び
ゴムベースの接着剤を適用して再帰反射製品が製造され、次にそれはセメント垂
直防護壁(「ジャージー防護壁」と称されることが多い)に適用された。この場
合もやはり、反射は乾燥および濡れ双方の環境で優れていた。
実施例7
順応層にゴムベースの接着剤を適用しなかったこと以外は、実施例5に従って
再帰反射製品を製造した。この中間体再帰反射シートをさらに加工して、以下の
手順によって着色剤を添加した。
中間体再帰反射シート(ベースシート、屈折要素および滑り止め粒子、および
順応層を含む)を、実施例5のセクションCで使用したのと同じホット缶装置に
送り込んで、(滑り止め粒子および屈折要素の)現存の三次元隆隆起表面をデボ
スし、可能な限り平らな上面を製造した。ホット缶のスイッチを切り、加工は室
温で実施した。中間体シートの屈折要素を未加熱のホット缶の表面に接触させて
配置し、加圧ローラーを通過させてデボス加工を行った。この処置の間に、より
柔軟なゴム加圧ローラーに接触して保持されるので変形可能なアルミ箔順応層に
、屈折要素と滑り止め粒子が圧入された。ライン速度は分速6.1m、加圧ローラー
は2310kgに設定され、結果的に得られたデボス加工シートは保管のために巻かれ
た。デボス加工シートの巻きをほどいて、100ライングラビアロールと分速12.2m
のライン速度を用いて、白色不透明のグラビアインクで印刷した。印刷されたデ
ボス加工シートを、温度が65/79/93/107/121(全て℃)の同じ5台のオーブンで乾
燥した。このグラビア印刷操作では、シートをさらにデボスして、屈折要素と滑
り止め粒子間の領域にインクを適用するために、より高いニップロール圧を用い
た。加圧ローラーは、約70ショーアAのデュロメータを有し、圧力は(幅0.317m
の加圧ローラーを使用して)およそ740kgであった。
インク組成物は、78重量%のNEOREZ商標R960(マサチューセッツ州ウィ
ルミントンのZeneca Resinsから入手できる)、19重量%のWW3000白色着色剤
濃縮物(ペンシルベニア州フェアレスヒルズ
のHeucotech Ltd.から入手できる)、および3重量%のCX100架橋剤(これも
Zenecaから入手できる)を含んだ。インクのコーティングおよび乾燥後、シー
トは再度保管ロールに巻き取った。
印刷してデボスしたシートの巻きを戻し、シートをデボスするのと同じ技術を
用いて室温でエンボスした。しかしエンボス手順では、アルミニウム順応層をホ
ット缶に接触させた。エンボス加工シートが加圧ローラーを通過する際、アルミ
ニウム表面は再度押し延ばされ、反射要素と滑り止め粒子は、ほぼ元の三次元配
列に押し上げられた。全屈折要素の上部、全滑り止め要素の上部、および滑り止
め要素と屈折要素の間のベースシートの平坦な領域のほとんどを、インクが被覆
することが観察された。しかし屈折要素の側面は、(アルミ箔内部に押し込まれ
ていたため)印刷されないままであり、シートの日中の白色度が増大する一方、
再帰反射の大部分が保持された。乾燥反射の測定値は768、濡れ反射は670であり
、一方CapYの測定値は(CapYが47であった印刷されない実施例5との比較で
)52であった。
実施例8
中間体再帰反射シート(ベースシート、トップフィルムおよび順応層を含有す
る)を製造するセクションCまでは、実施例5に従って着色再帰反射製品が製造
された。これをさらに加工して、以下の手順を用いて着色剤を添加した。
螺旋バー模様グラビアロールを使用して、中間体シートのトップフィルムを実
施例7で使用したのと同じ白色不透明のグラビアインクで印刷し、部分的に印刷
されたシートを製造した。印刷されない領域は、25.4mm間隔で2.8mm幅および横
方向のピッチが30°のバーで表される。シートは印刷されない領域にインクを残
さないよ
うに注意して、一般のグラビア印刷技術を使用して印刷し、次に温度65/79/93/1
07/121(全て℃)およびライン速度が分あたり15.2mの5台のオーブンを通過さ
せて乾燥した。この印刷中間体シートをロールに巻いて保管した。グラビアセル
は100ライン四角彫刻を用いて作成した。
部分的に印刷された中間体シートの巻きをほどいて、232/232/232/232/オフ(
全て℃)に設定した同じ一連のオーブンを通過させて加工した。実施例5のセク
ションAで製造したペレットを、1番目と2番目のオーブンの間のウェブ上に散
布した。部分的に印刷された中間体シートにペレットを適用する間に、ウェブの
裏側に接触させて配置した1000RPMの速度で回転する32mm四方の棒鋼を用いて
、シートに振動を加えた。振動する棒鋼によって、印刷されない領域と接触しな
い散布ペレットは、シート上で跳ね返った。熱硬化性インクを使用したので、こ
の条件では印刷領域は非粘着性であった。熱によって印刷されない領域は軟化し
て、ペレットは中間体シートの印刷されない領域に選択的に付着した。過剰なペ
レットは棒鋼によってシートから振り落とされ、再利用のため回収された。選択
的にペレット被覆されたシートは、続けてオーブンを通過し、ペレットはほぼ半
球状の屈折要素に溶融された。意図的にスイッチを切った5番目のオーブン内で
シートを冷却し、保管ロールに巻き取った。印刷されない領域に屈折要素が選択
的に付着した部分的に印刷された中間体シートが結果的に得られた。この工程の
結果、屈折要素はある程度規則正しく並んだ。
「キスロール塗装」技術を使用して滑り止め粒子を適用することで、この中間
体シートをさらに加工した。キスロール塗装では、下側のロールが溶液の溝槽内
で回転するように、シートを2つのロールコーターの間に通過させた。ロール上
の溶液は、溶液の溝槽から
回転して出てくる際に、調節された厚さにドクターされた。中間体シートは、屈
折要素の上部が下側ロールの調節された厚さの溶液と接触するように、上下ロー
ル間の固定ギャップを通過させた。その溶液の部分が、屈折要素の最上部に適用
される。
使用したインクは、97重量%のNeorez R960と3重量%のCX100を含んだ。
下側ロール上の溶液の厚さはおよそ0.3mmであった。屈折要素の上部に溶液をキ
スロール塗装した後、過剰なセラミックの滑り止め粒子で流し塗りした。過剰な
粒子は、軽くはたき落とされた。この時点ではインクはまだ濡れていたので、滑
り止め粒子はインク領域に選択的に接着した。室温になって乾燥した中間体シー
トの残りの部分から、粒子をはたき落とした。温度を全て65℃に設定した5つの
ゾーンのオーブンに、中間体シートを入れた。ライン速度は、分あたり12.2mで
あった。次にウェブシートをロール状に巻いた。インクがかなり厚いためこの時
点では完全に乾燥しなかったが、乾燥は室温で継続し、その後硬化した。
実施例9
以下の点を除いて、実施例5に従って着色再帰反射製品を製造した。
トップフィルムおよび屈折要素の双方に黄色透明染料を添加した。二軸スクリ
ュー押出機を用いて屈折要素を製造する際に使用した着色調合物は、99.949部の
L425.91顆粒状樹脂、0.05部のAmaplast GHS(ジョージア州アトランタのC
olorchem Internationalから入手できる)および0.001部のAmaplast 赤 LB(
これもColorchem Internationalから入手できる)から構成された。この組み合
わせからは、透明性に優れた赤みを帯びた黄色ペレットが製造された。
着色トップフィルムを製造するための調合物は、99.135部の
L425.91樹脂、0.85部のAmaplast GHS、および0.015部のAMAPLAST
商標赤LBから構成された。トップフィルムを製造するために使用した押し出し
条件は、実施例5と同一であった。しかし結果的に得られたトップフィルムは、
透明性に優れた赤みの強い黄色であった。その他のあらゆる手順は実施例5と同
一であり、結果的に得られた黄色再帰反射製品は、乾燥および濡れ双方の条件下
で、濃い黄色の日中色と優れた夜間の再帰反射色(夜間色)を有した。
実施例10
以下の点を除いて、実施例5に従って再帰反射製品を製造した。
セクションAに従って、ポリマーペレットを調製した。セクションBは使用し
なかった。続いてセクションCで、トップフィルムなしに3750シートを下塗りし
、アルミ箔順応層にラミネートした。3750シートをセクションCに従って下塗り
した。押し出しエンボス加工技術を用いてカバーフィルムを製造し、トップフィ
ルムと屈折要素を同時に形成し、アルミ箔に付着した下塗り済みの3750シートに
ラミネートした。
カバーフィルムを形成するために、次のようにしてエンボス加工キャスチング
ロールを製造した。3.175mmのボールエンドミルを用いて、直径0.61mのホイール
に深さ1.4mmの丸みのある窪みを穿孔した。屈折レンズが形成した際、それらが
接線方向に配列されてシートへの入射光を可能な限り捕捉するするように、窪み
の模様をホイールに穿孔した。平均的車両のヘッドライトが88.76°の照射角で
シートに当たり、30mの距離から観察した際の屈折要素の陰影妨害を除外するよ
うに、窪みの縦方向の反復模様を50.8mm間隔に設定した。押し出された樹脂が、
接線および縦方向の関係を保持しながら、窪み中への移動距離ができるだけ短く
なるように、窪みの
ずらしもこの模様に組み込まれた。押し出しは模様の付いたホイールの上にキャ
スチングダイを配置して、31.75mm押し出し機によって行った。適切な圧力を達
成して溶融物で窪みを満たし、窪みの間のフィルム厚を最小化するようにダイリ
ップ間のギャップ、およびダイとキャスチングホイール間のギャップを調節した
。窪みは押し出された樹脂で満たされると、屈折要素として作用する。次に全て
の要素を連続フィルムで結合した。2つの組み合わせによって、カバーフィルム
が製造された。
形生後、次のようにしてカバーフィルムを下塗り済み3750シートと組み合わせ
た。最初に下塗り済みシートを149℃に余熱した。形成したカバーフィルムをイ
ンラインで下塗りしたシートにラミネートして、屈折要素とその基底フィルムと
、ベースシートと、順応層とを含有する再帰反射製品を製造した。製造および結
合速度は分あたり1.5mであり、押し出し機は60RPMであった。
比較実施例A
市販の3M SCOTCH-LANE商標シリーズNo.620道路標示(ミネソタ州
セントポールの3Mから入手できる)を比較目的で使用した。620は、(1)微小
球と滑り止め粒子が包埋されたTiO2着色結合剤、(2)アルミ箔順応層、およ
び(3)スクリム付き感圧接着剤を含む平らな露出レンズ脱着式道路標示テープ
である。
比較実施例B
市販の3M STAMARK商標シリーズNo.380道路標示(ミネソタ州セント
ポールの3Mから入手できる)を比較目的で使用した。380は、(1)典型的に角
錐台の形であるプロフィールを作り上げるようにエンボスされた、アクリロニト
リルゴムベースの順応層と、
(2)屈折率1.75の微小球が包埋される、角錐台上の垂直プロフィール付き領域
と、(3)例えば道路などの基材への付着のための感圧接着剤とを含むプロフィ
ール付き耐久性標示テープである。
実施例5、5A、および5Bは、再帰反射輝度性能に対する屈折要素の形状寸法
の影響を示す。図6の要素44によって示される実施例5のように屈折要素がほぼ
半球状である場合に、最も高い輝度測定を記録した。対照的に、図6の要素42に
よって示される実施例5Aのように屈折要素が平らな場合、最も低い再帰反射測
定を記録した。この傾向は、30mから120mのあらゆる距離に関して一定していた
。事実、半球状の屈折要素は30mおよび120mで比較した際、それぞれ平らな屈折
要素に比べて約5倍から約20倍良好に機能した。
同様に実施例5の半球状屈折要素は、図6の要素42によって示される実施例5
Bのほとんど球形の屈折要素よりも良好に機能した。表3に示されるように、半
球状の屈折要素は30mおよび120mで
比較した際、それぞれほぼ球形の屈折要素に比べて約2倍から約4倍良好に機能
した。
さらに実施例5におけるあらゆる方向の再帰反射輝度は、驚くほど高い。距離
の増大(すなわち照射角の増大)に連れて、実施例5の発明の製品は、より高い
再帰反射性能を示す。従来の道路標示テープのほとんどには、高照射角における
このような高い再帰反射性能がない。
用語集
再帰反射の形状寸法について述べる際には、以下の定義を使用した。
「基準軸」とは、光が入射する点における再帰反射製品への垂直な線である。
「入射軸」とは、例えば自動車のヘッドライトなどの光源から、製品上の入射
点への入射光経路によって画定される軸である。
「照射角」(「入射角」または「入射の角度」およびβと称されることもある
)とは、基準軸と入射軸間の角度である。
「観測軸」とは、製品上への入射点から、例えば自動車ドライバーの目のよう
な観測点に至る、再帰反射される光の経路によって画定される軸である。
「観測角度」(αと称されることもある)とは、入射軸と観測軸間の角度であ
る。
「照射平面」とは、基準軸と入射軸によって画定される平面である。
「観測平面」とは、観測軸と入射軸によって画定される平面である。
発明の範囲と精神を逸脱することなく、この発明に様々な修正お
よび変更ができることは、当業者には明らかである。
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(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
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,
DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I
L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK
,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,
MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R
U,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR
,TT,UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 ベリズル,ルイーズ シー.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
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ス 33427
(72)発明者 スタンプ,ラリー ケー.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
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(72)発明者 ジャコブス,グレゴリー エフ.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
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ス 33427
(72)発明者 シューラー,デビット ジー.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
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(72)発明者 ハウンシルド,デール エイチ.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133−3427,
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