DE69724465T2

DE69724465T2 - Würfelecken-rückstrahlfolie, giessformen dafür, und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE69724465T2
Application number: DE69724465T
Authority: DE
Inventors: L. Kenneth SMITH; M. Gerald BENSON
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: US6533887B1; JP4310420B2; KR100574610B1; US6302992B1; CN1259898A; CA2295071A1; KR20010014413A; EP0993363B1; WO1999001273A1; CN1086981C; AU5356898A; EP0993363A1; DE69724465D1; JP2002508085A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen zur Verwendung bei der Herstellung einer Würfelecken-Rückstrahlfolie geeignete Formen, die aus mehreren Plättchen bestehen, Verfahren zum Herstellen solcher Formen, und eine aus solchen Formen hergestellte Folie, welche Opferplättchen nutzen, um die Konfiguration der strukturierten Oberfläche in einer gewünschten Weise zu verändern.
Hintergrund der Erfindung
Retroreflektierende Materialien sind durch die Fähigkeit gekennzeichnet, auf das Material einfallendes Licht zurück zu der erzeugenden Lichtquelle zu leiten. Diese Eigenschaft hat zu einem breit gestreuten Einsatz einer Rückstrahlfolie in einer Vielzahl von Auffälligkeits-Anwendungen geführt. Eine Rückstrahlfolie wird häufig auf ebenen, starren Artikeln, wie z. B. Verkehrszeichen und Absperrungen verwendet, wird jedoch auch auf unregelmäßigen oder flexiblen Oberflächen verwendet. Beispielsweise kann eine Rückstrahlfolie an der Seite eines LKW-Anhängers befestigt werden, was es erfordert, daß die Folie über Wellungen und vorstehende Nieten hinweg verläuft, oder die Folie kann an einem flexiblen Körperabschnitt, wie z. B. an der Sicherheitsweste eines Straßenarbeiters oder an anderer derartiger Sicherheitskleidung befestigt sein. In Si tuationen, in welchen die darunter liegende Oberfläche unregelmäßig oder flexibel ist, besitzt die Rückstrahlfolie erwünschte die Fähigkeit, sich der darunter liegenden Oberfläche anzupassen ohne das retroreflektierende Verhalten zu opfern. Zusätzlich wird die Rückstrahlfolie häufig in Rollenform verpackt und transportiert und erfordert somit, daß die Folie für einen Aufwicklung um einen Kern ausreichend flexibel ist.
Zwei bekannte Arten einer Rückstrahlfolie sind eine auf Mikrokügelchen-basierende Folie und eine Würfeleckenfolie. Die Mikrokügelchen-basierende Folie, manchmal als "Perlen"-Folie bezeichnet, verwendet eine Vielzahl von Mikrokügelchen, welche wenigstens teilweise in einer Binderschicht eingebettet sind und zugeordnete spiegelnde oder diffus reflektierende Materialien (z. B. Pigmentpartikel, Metallflocken oder Dampfbeschichtungen usw.) besitzen, um einfallendes Licht zu retroreflektieren. Veranschaulichende Beispiele sind in den U.S. Patenten Nr. 3,190,178 (McKenzie), 4,025,159 (McGrath), und 5,066,098 (Kult) offenbart. Vorteilhafterweise kann eine Mikrokügelchen-basierende Folie im allgemeinen an welligen oder flexiblen Oberflächen befestigt werden. Ferner zeigt aufgrund der symmetrischen Geometrie der mit Perlen versehenen Retroreflektoren die Mikrokügelchen-basierende Folie eine relativ richtungsmäßig gleichmäßige Gesamtlichtrückführung, wenn sie um eine Achse senkrecht zu der Oberfläche der Folie gedreht wird. Somit weist eine derartige Mikrokügelchenbasierende Folie eine relativ niedrige Empfindlichkeit gegenüber den Orientierungen auf, in welcher die Folie auf einer Oberfläche angeordnet ist. Im allgemeinen weist jedoch eine derartige Folie einen niedrigeren Rückstrahlungswirkungsgrad als eine Würfeleckenfolie auf.
Eine Würfelecken-Rückstrahlfolie weist einen Körperabschnitt typischerweise mit einer im wesentlichen ebenen Basisoberfläche und einer strukturierten Oberfläche auf, welche mehrere Würfeleckenelemente gegenüber der Basisoberfläche aufweist. Jedes Würfeleckenelement weist drei wechselseitig im wesentlichen senkrechte optische Flächen auf, die sich an nur einem einzigen Bezugspunkt oder Scheitelpunkt schneiden. Die Basis des Würfeleckenelementes dient als eine Apertur, durch welche Licht in das Würfeleckenelement übertragen wird. Im Einsatz wird auf die Basisoberfläche der Folie einfallendes Licht an der Basisoberfläche der Folie gebrochen, durch die Basen der Würfeleckenelemente, die auf der Folie angeordnet sind, hindurch übertragen, von jeder von den drei optischen Flächen des Würfeleckes reflektiert und zu der Lichtquelle zurückgeleitet. Die auch als die optische Achse bezeichnete Symmetrieachse eines Würfeleckenelementes ist die Achse, die sich durch den Würfeleckenscheitelpunkt hindurch erstreckt und einen gleichen Winkel mit den drei optischen Flächen des Würfeleckenelementes bildet. Würfeleckenelemente zeigen typischerweise den höchsten optischen Wirkungsgrad als Reaktion auf Licht, das auf die Basis des Elementes in etwa entlang der optischen Achse einfällt. Die Menge des von einem Würfeleckenreflektor retroreflektierten Lichtes nimmt ab, wenn der Einfallswinkel von der optischen Achse abweicht.
Der maximale Rückstrahlungswirkungsgrad einer Würfelecken-Rückstrahlfolie ist eine Funktion der Geometrie der Würfeleckenelemente auf der strukturierten Oberfläche der Folie. Die Begriffe "optisch aktiver Bereich" und "effektive Apertur" werden in der Würfeleckentechnik verwendet, um den Abschnitt eines Würfeleckenelementes zu kennzeichnen, der auf die Basis des Elements einfallendes Licht retroreflektiert. Eine detaillierte Erläuterung bezüglich der Ermittlung der aktiven Apertur für ein Würfeleckenelement liegt außerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung. Eine Prozedur zur Ermittlung der effektiven Apertur einer Würfeleckengeometrie ist in Eckhardt, Applied Optics, v. 10, n.7, July, 1971, pp. 1559–1566 dargestellt. Das U.S. Patent Nr. 835,648 an Straubel offenbart ebenfalls das Konzept der effektiven Apertur. Bei einem gegebenen Einfallswinkel kann der optisch aktive Bereich durch den topologischen Schnitt der Projektion der drei Würfeleckenflächen auf eine Ebene senkrecht zu dem gebrochenen einfallenden Strahl mit der Projektion der Bildoberflächen für die dritten Reflektionen auf dieselbe Ebene, ermittelt werden. Der Begriff "prozentualer aktiver Bereich" ist dann als der aktive Bereich, dividiert durch den gesamten Bereich der Projektion der Würfeleckenflächen definiert. Der Rückstrahlungswirkungsgrad der Rückstrahlfolie korreliert direkt mit dem prozentualen aktiven Bereich der Würfeleckenelemente auf der Folie.
Zusätzlich sind die optischen Eigenschaften des Retroreflexionsmusters der Rückstrahlfolie zum Teil eine Funktion der physikalischen Geometrie der Würfeleckenelemente. Somit können Abweichungen in der Geometrie der Würfeleckenelemente entsprechende Abweichungen in den optischen Eigenschaften der Folie bewirken. Um eine unerwünschte physikalische Verformung zu hemmen, werden die Würfeleckenelemente der Rückstrahlfolie typischerweise aus einem Material mit einem relativ hohen Elastizitätsmodul hergestellt, der ausreicht, um die physikalische Verzerrung der Würfeleckenelemente während Biegung oder elastomerischer Streckung der Folie zu hemmen. Wie vorstehend diskutiert ist es häufig erwünscht, daß eine Rückstrahlfolie ausreichend flexibel ist, um zu ermöglichen, daß die Folie an einem Substrat befestigt wird, das wellig ist, oder das selbst flexibel ist, oder um zu ermöglichen, daß die Rückstrahlfolie in einer Rolle aufgewickelt wird, um Lagerung und Transport zu erleichtern.
Eine Würfelecken-Rückstrahlfolie wird hergestellt, indem zuerst eine Urform hergestellt wird, die eine Abbildung, entweder eine negative oder ein positive einer gewünschten Würfeleckenelementgeometrie enthält. Die Form kann unter Verwendung von Nickel-Elektroplattierung, chemischer Dampfabscheidung oder physikalischer Dampfabscheidung zum Erzeugen eines Werkzeuges für die Herstellung einer Würfelecken-Rückstrahlfolie repliziert werden. Das U.S. Patent Nr. 5,156,863 für Pricone et al. stellt eine veranschaulichende Übersicht eines Prozesses zur Erzeugung eines Werkzeuges bereit, das bei der Herstellung einer Würfelecken-Rückstrahlfolie verwendet wird. Bekannte Verfahren zur Herstellung der Urform umfassen Stiftbündelungstechniken, Direkt-Bearbeitungstechniken und Laminattechniken. Jede von diesen Techniken hat Vorteile und Einschränkungen.
In den Stiftbündelungstechniken werden mehrere Stifte, wovon jeder eine geometrische Form an einem Ende besitzt, zusammengefügt, um eine retroreflektierende Würfeleckenoberfläche auszubilden. Die U.S. Patente Nr. 1,591,572 (Stimson), 3,926,408 (Heenan), 3,541,606 (Heenan et al.) und 3,632,695 (Howel) stellen veranschaulichende Beispiele bereit. Die Stiftbündelungstechniken bieten die Fähigkeit eine breite Vielfalt von Würfeleckengeometrien in einer einzigen Form herzustellen. Stiftbündelungstechniken sind jedoch wirtschaftlich und technisch für die Herstellung kleiner Würfeleckenelemente (z. B. kleiner als etwa 1 mm) nicht praktikabel.
In den Direkt-Bearbeitungstechniken wird eine Reihe von Rillen in nur einem Substrat ausgebildet, um eine retroreflektierende Würfeleckenoberfläche auszubilden. Die U.S. Patente Nr. 3,712,706 (Stamm) und 4,588,258 (Hoopman) stellen veranschaulichende Beispiele bereit. Direkt-Bearbeitungstechniken können genau sehr kleine Würfeleckenelemente (z. B. kleiner als 1 mm) erzeugen, was für die Herstellung einer flexiblen Rückstrahlfolie erwünscht ist. Jedoch ist es derzeit nicht möglich, bestimmte Würfeleckengeometrien, welche sehr effektive Aperturen bei niedrigen Eintrittswinkeln besitzen, unter Anwendung von Direkt-Bearbeitungstechniken herzustellen. Beispielsweise ist die maximale theoretische Gesamtlichtrückführung der Würfeleckenelementgeometrie, die in dem U.S. Patent Nr. 3,712,706 dargestellt ist, ungefähr 67%.
In den Laminattechniken werden mehrere Plättchen, wovon jedes Plättchen Geometrieformen an einem Ende besitzt, zusammengefügt, um eine retroreflektierende Würfeleckenoberfläche zu erzeugen. Die vorläufige deutsche Veröffentlichung (OS) 19 17 292, die internationalen Veröffentlichungen Nr. WO 94/18581 (Bohn et al.) WO 97/04939 (Mimura et al.) und WO 97/04940 (Mimura et al.) offenbaren alle einen geformten Reflektor, in welchem eine gerillte Oberfläche auf mehreren Platten ausgebildet wird. Die Platten werden dann in einen bestimmten Winkel geneigt und jede zweite Platte wird quer dazu verschoben. Dieser Prozeß führt zu mehreren Würfeleckenelementen, wobei jedes Element von zwei bearbeiteten Oberflächen gebildet wird und von einer Seitenoberfläche einer Platte. Das deutsche Patent DE 42 36 799 für Gubela offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines Formwerkzeuges mit einer kubischen Oberfläche für die Erzeugung von Würfelecken. Eine schiefe Oberfläche wird in einer ersten Richtung über die gesamte Länge einer Kante eines Bandes geschliffen oder geschnitten. Mehrere Kerben werden dann in einer zweiten Richtung erzeugt, um Würfeleckenreflektoren auf dem Band zu erzeugen. Zum Schluß werden mehrere Kerben vertikal in den Seiten des Bandes erzeugt. Das vorläufige deutsche Patent 44 10, 994 C2 für Gubela ist ein verwandtes Patent.
Eine Würfelecken-Rückstrahlfolie ist typischerweise aus einem im wesentlichen optisch transmissiven Polymerbasisfolie mit einer im wesentlichen ebenen Vorderseitenoberfläche und mehreren Würfeleckenelementen auf ihrer hinteren Oberfläche aufgebaut. Die Folie enthält typischerweise eine Rückseitenschicht, die einen geeigneten Kleber aufweist oder eine andere Einrichtung zum Befestigen der Folie an einem gewünschten Objekt.
Der Begriff "Eintrittswinkelabhängigkeit" wird auf dem Gebiet der Rückstrahlung zur Beschreibung des Rückstrahlungsder Folie als eine Funktion des Eintrittswinkels des einfallenden Lichtes verwendet, wie es in ASTM E808-94 Standard Practice for Describing Retroreflection beschrieben ist. Die Eintrittswinkelabhängigkeit von Würfelecken-Rückstrahlfolien ist typischerweise als eine Funktion des Eintrittswinkels des einfallenden Lichtes gemessen von einer Achse senkrecht zu der ebenen Oberfläche der Folie und als eine Funktion der Orientierung der Folie gekennzeichnet.
Es gibt typischerweise einen Kompromiß zwischen der Verbesserung der Eintrittswinkelabhängigkeit einer Würfelecken-Rückstrahlfolie bei hohen Eintrittswinkeln und dem Rückstrahlwirkungsgrad bei niedrigen Eintrittswinkeln. Somit leidet eine Würfeleckenfolie, die bezüglich ihrer Eintrittswinkelabhängigkeit modifiziert wurde, typischerweise an einer Verschlechterung ihres Rückstrahlungsverhaltens als Antwort auf Licht, das auf die Folie in Eintrittswinkeln von kleiner als etwa 10 bis 20° von einer Achse senkrecht zu der Folie einfällt. Diese Verschlechterung verringert die Anwendbarkeit der Rückstrahlfolie für einige Anwendungen. Somit besteht in dem Fachgebiet ein Bedarf nach einer Rückstrahlfolie, die eine starke Eintrittswinkelabhängigkeitsleistung zeigt, ohne unter einer deutlichen Verschlechterung des Rückstrahlungs wirkungsgrades bei niedrigen Eintrittswinkeln zu leiden, und nach Herstellungstechniken zum Herstellen einer solchen Rückstrahlfolie.
Kurzzusammenfassung der Erfindung
Die hierin offenbarte bevorzugte Rückstrahlfolie besitzt eine verbesserte Eintrittswinkelabhängigkeit ohne signifikante Reduzierung im Rückstrahlungswirkungsgrad für Licht, das auf die Folie bei relativ niedrigen Eintrittswinkeln einfällt. Ferner werden bevorzugte Verfahren zur Herstellung einer derartigen Rückstrahlfolie einschließlich Verfahren zum Herstellen einer Urform offenbart, welche für die Herstellung einer Rückstrahlfolie aus mehreren Plättchen geeignet ist. Vorteilhafterweise ermöglichen gemäß diesen Verfahren hergestellte Urformen die Herstellung einer Würfelecken-Rückstrahlfolie, die 100% erreichende Rückstrahlungswirkungsgradwerte als Reaktion auf Licht zeigt, das auf die Folie bei relativ niedrigen Eintrittswinkeln einfällt. Bevorzugte Herstellungsverfahren ermöglichen die Herstellung von retroreflektierenden Würfeleckenelementen mit einer Breite von etwa 0,050 mm bis 0,25 mm für die Flexibilität der Folie. Effiziente kostengünstige Verfahren zum Herstellen der Formen die aus mehreren Plättchen hergestellt werden, werden ebenfalls offenbart.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen von mehreren Plättchen zur Verwendung in einer Form offenbart, welche zur Verwendung bei der Herstellung von Würfelecken-Rückstrahlgegenständen geeignet ist. Jedes Plättchen weist gegenüberliegende erste und zweite Hauptoberflächen auf, welche dazwischen eine erste Bezugsebene definieren. Jedes Plättchen besitzt ferner eine die ersten und zweiten Hauptoberflächen verbindende Arbeitsoberfläche. Die Arbeitsoberfläche definiert eine zweite Bezugsebene im wesentlichen parallel zu der Arbeitsoberfläche und senkrecht zu der ersten Bezugsebene. Eine dritte Bezugsebene ist senkrecht zu der ersten Bezugsebene und der zweiten Bezugsebene definiert. Das Verfahren beinhaltet die Orientierung einer Vielzahl von Plättchen in einer Anordnung, so daß deren entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und in einem ersten Winkel in Bezug auf die erste Bezugsebene angeordnet sind. Mehrere Würfeleckenelemente sind auf den Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen ausgebildet, wobei die mehreren Würfeleckenelemente drei angenähert wechselseitig senkrechte Seitenflächen besitzen, die sich wechselseitig schneiden, um ein Würfeleckenelement zu definieren. Ein Teil der Plättchen wird aus der Anordnung entfernt, um die Konfiguration der Formoberfläche zu verändern.
Der Schritt der Erzeugung mehrerer Würfeleckenelemente auf der Formoberfläche umfaßt die Erzeugung von zwei zweiten Rillensätzen, welche die Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen durchqueren, und diese schneiden, um einen ersten Basiswinkel β₁ der entsprechenden Würfeleckenelemente zu erzeugen. Ein erster Rillensatz ist ausgebildet, der sich zwischen den Hauptoberflächen der entsprechenden Plättchen erstreckt, und der Rillen des zweiten Rillensatzes schneidet, um einen zweiten Basiswinkel β₂ und einen dritten Basiswinkel β₃ der entsprechenden Würfeleckenelemente zu erzeugen. In einer Ausführungsform werden mehrere Plättchen aus der Anordnung entfernt, um die Konfiguration der Formoberfläche vor dem Erzeugen des ersten Rillensatzes zu verändern.
In einer alternativen Ausführungsform, in welcher der erste Winkel größer als Null ist, können die Würfeleckenelemente mit zwei Rillensätzen ausgebildet sein. Der Schritt der Erzeugung mehrerer Würfeleckenelemente auf der Formoberfläche umfaßt das Erzeugen eines ersten Rillensatzes, welcher wenig stens zwei parallele benachbarte V-förmige Rillen in der Arbeitsoberfläche von jedem von den Plättchen enthält. Jede von den benachbarten Rillen definiert eine erste Rillenoberfläche und eine zweite Rillenoberfläche, die sich im wesentlichen rechtwinklig schneiden, um eine erste Referenzkante auf jeden von den entsprechenden Plättchen zu erzeugen. Ein zweiter Rillensatz wird erzeugt, welcher wenigstens eine Rille in der Arbeitsoberfläche von den mehreren von den Plättchen enthält. Jede Rille in dem zweiten Rillensatz definiert eine dritte Rillenoberfläche, die im wesentlichen rechtwinklig die ersten und zweiten Rillenoberflächen schneidet, um wenigstens ein erstes Würfeleckenelement zu erzeugen. Die mehreren Plättchen sind bevorzugt so orientiert, daß ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und in einem zweiten Winkel in Bezug auf die feste Bezugsachse vor der Erzeugung des zweiten Rillensatzes liegen. Mehrere von den Plättchen können um 180° um eine Achse senkrecht zu der zweiten Bezugsebene gedreht werden. Der Schritt der Entfernung eines Teils der Plättchen kann die Entfernung von mehreren Plättchen aus der Anordnung und/oder die Bearbeitung von wenigstens einer Hauptoberfläche eines Plättchens beinhalten.
Eines oder mehrere von den Plättchen können innerhalb der Anordnung um 180° gedreht werden, wodurch die Arbeitsoberfläche im allgemeinen in derselben Ebene wie benachbarte Arbeitsoberflächen liegt. Die Plättchen können so orientiert werden, daß ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und in einem ersten Winkel in Bezug auf eine feste Bezugsachse angeordnet sind, wobei die mehreren Plättchen in einer geeigneten Halterung gehalten werden, und wobei die Halterung eine Basisebene definiert. Die feste Bezugsachse ist im wesentlichen senkrecht zu der Basisebene. In einer ersten Ausführungsform mißt der erste Winkel 0°. In einer zwei ten Ausführungsform mißt der erste Winkel zwischen 0° und etwa 40°, und bevorzugter von etwa 7° bis etwa 30°.
In einer weiteren Ausführungsform werden die mehreren Plättchen so orientiert, daß ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und in einem ersten Winkel, der größer als 0 ist, während des Schrittes der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente angeordnet sind. Die mehreren Plättchen werden nach dem Schritt der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente neu orientiert, so daß ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und in einem zu dem ersten Winkel unterschiedlichen zweiten Winkel angeordnet sind. Der zweite Winkel ist bevorzugt kleiner als der erste Winkel und besonders bevorzugt Null.
Der Schritt der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente umfaßt die Entfernung von Abschnitten von den mehreren Plättchen in der Nähe der Arbeitsoberfläche der mehreren Plättchen. Der Schritt der Entfernung von Abschnitten von jedem von den mehreren Plättchen umfaßt eine Materialentfernungstechnik, welche aus der aus Reißen, Schlagfräsen, Schleifen oder Fräsen bestehenden Gruppe ausgewählt wird. Die benachbarten Rillen in einem Rillensatz können bei unterschiedlichen Tiefen in der Arbeitsoberfläche der Plättchen liegen. Der Abstand zwischen benachbarten Rillen in einem Rillensatz kann in der Arbeitsoberfläche der Plättchen variiert werden. Eine ebene Grenzfläche zwischen den Hauptoberflächen wird bevorzugt zwischen benachbarten Plättchen während der Bearbeitungsphase und in der anschließend daraus erzeugten Form eingehalten, um so Ausrichtungsprobleme und eine Beschädigung aufgrund der Handhabung der Plättchen zu minimieren.
Der erste Basiswinkel β₁ mißt zwischen 0° und etwa 60° und bevorzugter zwischen etwa 10° und etwa 45° und am meisten bevorzugt zwischen etwa 24° und etwa 40°. Der erste Rillensatz kann in jedem n-ten Plättchen ausgebildet werden, wobei n eine Zahl größer als 1 ist. Die Würfeleckenelemente werden typischerweise in gegenüberliegenden Paaren angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform können die optischen Achsen der Würfeleckenelemente im allgemeinen parallel angeordnet sein, um eine asymmetrische Gesamtlichtrückführung um einen Bereich von Orientierungswinkeln von 360° bereitzustellen.
Der Schritt der Entfernung von mehreren Plättchen umfaßt das Entfernen von Plättchen, welche aus der Gruppe von Plättchen ausgewählt werden, welchen eine erste Rille in ihren entsprechenden Arbeitsoberflächen fehlt. Das Verfahren umfaßt auch das Wiedereinfügen mehrerer Plättchen, welche eine primäre Rille in ihren entsprechenden Arbeitsoberflächen aufweisen, um eine Formoberfläche zu erzeugen, welche mehrere Würfeleckenelementsegmente enthält. Die Würfeleckenelementsegmente stellen bevorzugt optisch aktivere Abschnitte der entsprechenden Würfeleckenelemente dar.
Das vorliegende Verfahren beinhaltet bevorzugt auch die Replizierung der Arbeitsoberfläche der Form, um eine negative Kopie von den mehreren Würfeleckenelementen zu erzeugen, die zur Verwendung als eine Form für die Erzeugung von retroreflektierenden Gegenständen geeignet ist. Außerdem wird eine Form offenbart, welche eine negative Kopie von den mehreren Würfeleckenelementen aufweist, die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurden. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung einer Rückstrahlfolie offenbart, das die Bereitstellung der bevorzugten Form und die Erzeugung der Rückstrahlfolie in der Form umfaßt.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Form, die zum Erzeugen eines Würfelecken-Rückstrahlgegenstandes geeig net ist, beinhaltet die Bereitstellung einer Anordnung mit mehreren Plättchen. Mehrere von den Würfeleckenelementen werden in einer Arbeitsoberfläche der mehreren Plättchen ausgebildet. Ein Abschnitt von jedem der mehreren Würfeleckenelemente erstreckt sich bevorzugt quer zu einem Abschnitt von zwei oder mehreren Plättchen, wobei jedes von den Würfeleckenelementen drei angenähert wechselseitig senkrechte Seitenflächen aufweist, die sich wechselseitig schneiden, um ein Würfeleckenelement zu definieren. Mehrere Plättchen werden aus der Anordnung entfernt, welche optisch weniger aktive Abschnitte der Würfeleckenelemente enthalten.
Eine bevorzugte Urform, welche zur Verwendung bei der Erzeugung von Würfeleckengegenständen geeignet ist, weist mehrere Plättchen auf, die benachbart zueinander in einer Anordnung angeordnet sind. Die entsprechenden Plättchen enthalten eine mikrostrukturierte Arbeitsoberfläche, die mehrere Würfeleckenelementsegmente enthalten. Jedes Würfeleckenelementsegment entspricht einem Abschnitt eines vollständig ausgebildeten abgeschnittenen Würfeleckenelementes. Die Plättchen besitzen bevorzugt eine Dicke von etwa 0,05 mm bis etwa 0,25 mm.
Eine bevorzugte Rückstrahlfolie, die so modifiziert ist, daß sie einen verbesserten Rückstrahlungswirkungsgrad bei hohen Eintrittswinkeln zeigt, während gleichzeitig ein hoher Rückstrahlungswirkungsgrad bei niedrigen Eintrittswinkeln beibehalten wird, welche ein Substrat mit einer Basisoberfläche und einer strukturierten Oberfläche gegenüber der Basisoberfläche enthält, wird ebenfalls offenbart. Die strukturierte Oberfläche enthält mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente oder vollständig ausgeformte abgeschnittene Würfeleckenelemente. Die Würfeleckenelementsegmente weisen primär den optisch aktiven Abschnitt eines voll ständig ausgebildeten abgeschnittenen Würfeleckenelementes bei einem Auslegungseintrittswinkel und -orientierungswinkel auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Plättchens, das zur Verwendung in den offenbarten Verfahren geeignet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht von mehreren Plättchen.
3 ist eine Draufsicht von oben auf die Arbeitsoberfläche nach der Erzeugung von zwei Rillensätzen.
4 ist eine Seitenaufrißansicht durch die Ebene I-I der in 3 dargestellten Arbeitsoberfläche.
5 ist eine Seitenaufrißansicht durch die Ebene II-II der in 3 dargestellten Arbeitsoberfläche.
6 ist eine Querschnittsansicht durch die Ebene III-III der in 3 dargestellten Arbeitsoberfläche.
7 ist eine Draufsicht auf die Arbeitsoberfläche von 6 nach der Erzeugung eines dritten Rillensatzes, der mehrere Würfeleckenelemente in der Arbeitsoberfläche erzeugt.
8 ist eine Draufsicht auf die in 7 dargestellten mehreren Würfeleckenelemente, die schattiert ist, um deren optisch aktiveren Abschnitte bei einem Auslegungseintrittswinkel und -orientierungswinkel darzustellen.
9 ist eine Draufsicht auf mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente, die durch Entfernen mehrerer Plättchen aus der in 8 dargestellten Anordnung erzeugt wurden.
10 ist eine Draufsicht auf die Arbeitsoberfläche von 6 nach der Erzeugung eines dritten Rillensatzes, der mehrere Würfeleckenelemente in der Arbeitsoberfläche gemäß einer alternativen Ausführungsform erzeugt.
11 ist eine Draufsicht auf mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente, die durch Entfernen mehrerer Plättchen aus der in 10 dargestellten Anordnung erzeugt wurden.
12 ist eine Seitenaufrißansicht von mehreren Plättchen zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einer alternativen Ausführungsform.
13 ist eine Seitenaufrißansicht der Plättchen von 12 nach der Erzeugung von zwei Rillensätzen in der Arbeitsoberfläche.
14 ist eine Seitenaufrißansicht der Plättchen von 12 nach der Erzeugung eines dritten Rillensatzes in der Arbeitsoberfläche.
15 ist eine Draufsicht auf die Arbeitsoberfläche von 14.
16 ist eine Draufsicht auf mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente, die durch Entfernen und Neuorientieren mehrerer Plättchen aus der in 15 dargestellten Anordnung erzeugt wurden.
17 ist eine Seitenaufrißansicht einer Gruppe von Plättchen von 16.
18 ist eine Draufsicht auf eine Gruppe der Plättchen von 16.
19 ist eine Endansicht der mehreren Plättchen, die in einer ersten Orientierung angeordnet sind.
20 ist eine Seitenansicht der mehreren Plättchen nach einem ersten Bearbeitungsvorgang.
21 ist eine Endansicht der mehreren Plättchen nach einem zweiten Bearbeitungsvorgang.
22 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Würfeleckenelementes.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bei der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird eine spezifische Terminologie zum Zwecke der Klarheit verwendet. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die so ausgewählten spezifischen Begriffe beschränkt sein und es dürfte sich verstehen, daß jeder gewählte Begriff alle technischen Äquivalente umfaßt, die ähnlich funktionieren.
Die bevorzugten Ausführungsformen können Rückstrahlelemente mit einer Vielzahl von Größen und Formen, wie z. B. vollständige Würfeleckenelemente und abgeschnittene Würfeleckenelemente verwenden. Die Basiskanten von benachbarten abgeschnittenen Würfeleckenelementen in einer Anordnung liegen typischerweise alle in einer Ebene. Die Basiskanten von benachbarten vollständigen Würfeleckenelementen liegen nicht alle in derselben Ebene. Vollständige Würfeleckenelemente besitzen eine höhere Gesamtlichtrückführung als abgeschnittene Würfeleckenelemente für einen gegebenen Neigungsbetrag, wobei aber die vollständigen Würfel die Gesamtlichtrückführung bei größeren Eintrittswinkeln rascher verlieren. Ein Vorteil von vollständigen Würfeleckenelementen ist eine höhere Gesamtlichtrückführung bei kleineren Eintrittswinkeln ohne einen zu großen Verlust in der Leistung bei größeren Eintrittswinkeln.
Die vorhergesagte Gesamtlichtrückführung (TLR – Total Light Return) für eine angepaßte Würfeleckenpaaranordnung kann aus einer Kenntnis der prozentualen aktiven Fläche und der Strahlintensität berechnet werden. Die Strahlintensität kann durch Vorderseitenoberflächenverluste und durch Reflektion von jeder der drei Würfeleckenoberflächen für einen retroreflektierten Strahl verringert werden. Die Gesamtlichtrückführung ist als das Produkt der prozentualen aktiven Fläche und der Strahlintensität oder als ein Prozentsatz des gesamten einfallenden Lichtes, welches retroreflektiert wird, definiert. Eine Diskussion der Gesamtlichtrückführung für direkt bearbeitete Würfeleckenanordnungen ist in dem U.S. Patent Nr. 3,712,706 (Stamm) dargestellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Plättchens, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben werden nun unter Bezugnahme auf 1–11 beschrieben. 1 stellt ein repräsentatives Plättchen 10 dar, welches in der Herstellung einer zum Erzeugen einer Rückstrahlfolie geeigneten Form nützlich ist. Das Plättchen 10 enthält eine erste Hauptoberfläche 12 und eine gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 14. Das Plättchen 10 enthält ferner eine Arbeitsoberfläche 16 und eine gegenüberliegende Bodenoberfläche 18, die sich zwischen der ersten Hauptoberfläche 12 und der zweiten Hauptoberfläche 14 erstrecken. Das Plättchen 10 enthält ferner eine erste Endoberfläche 20 und eine gegenüberliegende zweite Endoberfläche 22. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Plättchen 10 ein rechtwinkliger Quader, in welchem gegenüberliegende Oberflächen im wesentlichen parallel sind. Man wird jedoch erkennen, daß gegenüberliegende Oberflächen des Plättchens 10 nicht parallel sein müssen.
Für Beschreibungszwecke kann das Plättchen 10 im dreidimensionalen Raum durch Überlagerung eines kartesischen Koordinatensystems über seinen Aufbau charakterisiert werden. Eine erste Bezugsebene 24 ist zwischen den Hauptoberflächen 12 und 14 mittig angeordnet. Die auch als die x-z Ebene bezeich nete erste Bezugsebene 24 hat die y-Achse als ihren Normalvektor. Eine auch als die x-y-Ebene bezeichnete zweite Bezugsebene 26 erstreckt sich im wesentlichen koplanar zu der Arbeitsoberfläche 16 des Plättchens 10 und besitzt die z-Achse als ihren Normalvektor. Eine auch als die y-z Ebene bezeichnete dritte Bezugsebene 28 ist zwischen der ersten Endoberfläche 20 und der zweiten Endoberfläche 22 mittig angeordnet und besitzt die x-Achse als ihren Normalvektor. Zum Zwecke der Klarheit werden verschiedene geometrische Attribute der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die hierin vorstehend beschriebenen kartesischen Bezugsebenen beschrieben. Man wird jedoch deutlich erkennen, daß derartige Attribute unter Verwendung anderer Koordinatensysteme oder unter Bezugnahme auf den Aufbau des Plättchens beschrieben werden können.
Die Plättchen werden bevorzugt aus einem dimensionsstabilen Material hergestellt, welches in der Lage ist, Präzisionstoleranzen einzuhalten, wie etwa aus bearbeitbaren Kunststoffen (z. B. Polyethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat und Polycarbonat) oder aus Metallen, einschließlich Messing, Nickel, Kupfer oder Aluminium. Die physikalischen Abmessungen der Plättchen sind hauptsächlich durch Bearbeitungseinschränkungen begrenzt. Die Plättchen messen bevorzugt wenigstens 0,1 mm in der Dicke, zwischen 5,0 und 100,0 mm in der Höhe und zwischen 10 und 500 mm in der Breite. Diese Maße sind nur für Veranschaulichungszwecke angegeben und sollen nicht einschränkend sein.
Mehrere Würfeleckenelemente mit drei im wesentlichen rechtwinkligen Innenflächenwinkeln sind auf der Arbeitsoberfläche 16 der Plättchen 10 ausgebildet. Das Würfeleckenelement erstreckt sich bevorzugt über zwei oder mehr Plättchen. Durch selektives Entfernen von Plättchen werden Abschnitte der Würfeleckenelemente entfernt. Ein Abschnitt eines Würfeleckenelementes auf nur einem einzigen Plättchen, das drei wechselseitig senkrechte optische Facetten enthält, wird als ein Würfeleckenelementsegment bezeichnet. Die Abschnitte der Würfeleckenelemente, die typischerweise entfernt werden, weisen keine drei wechselseitig senkrechte optische Flächen auf, und sind demzufolge keine Würfeleckenelementsegmente. Die Dichte der optisch aktiveren Würfeleckenelementsegmente wird konzentriert, um verbesserte optische Eigenschaften zu erzeugen. Eine ebene Grenzfläche zwischen den Hauptoberflächen 12, 14 wird zwischen benachbarten Plättchen während der Bearbeitungsphase und in der anschließend daraus erzeugten Form beibehalten, um so Ausrichtungsprobleme und Beschädigung aufgrund der Handhabung der Plättchen zu minimieren.
2–9 stellen ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Plättchen dar, welche zur Verwendung in einer für die Erzeugung von retroreflektierenden Gegenständen geeigneten Form geeignet sind. Kurz zusammengefaßt, werden mehrere Würfeleckenelemente in den Arbeitsoberflächen von mehreren von den Plättchen erzeugt, wobei die Plättchen in einer Anordnung befestigt sind. Die mehreren Plättchen 10a bis 10n (welche zusammengenommen hierin mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet sind) sind bevorzugt so zusammen angeordnet, daß ihre entsprechenden Arbeitsoberflächen 16 im wesentlichen koplanar sind, und daß deren entsprechenden Hauptebenen in einem ersten Winkel relativ zu einer ersten Bezugsachse 79 senkrecht zu der Basisebene 81 angeordnet sind. In der Ausführungsform von 2 ist der erste Winkel Null und die Arbeitsoberflächen 16 sind zu der festen Bezugsachse 79 senkrecht.
Erste und zweite Rillensätze, welche bevorzugt mehrere parallele, benachbarte V-förmige Rillen aufweisen, sind in der Arbeitsoberfläche 16 der mehreren Plättchen 10 ausgebil det, um eine strukturierte Oberfläche mit einer Vielzahl von vierseitigen Pyramiden (3–6) zu erzeugen. Ein dritter Rillensatz, welcher mehrere V-förmige Rillen aufweist, ist in der Arbeitsoberfläche 16 von mehreren Plättchen 10 ausgebildet. Die Erzeugung des dritten Rillensatzes führt zu einer strukturierten Oberfläche, die mehrere vollständig ausgebildete abgeschnitten Würfeleckenelemente auf der Arbeitsoberfläche der mehreren Plättchen 10 (7) enthält. Mehrere von den Plättchen 10 werden dann aus der Anordnung entfernt, und die restlichen Plättchen 10 werden wieder zusammengefügt, um eine Formoberfläche mit mehreren Würfeleckenelementsegmenten zu erzeugen, die einem Abschnitt der vollständig ausgebildeten Würfeleckenelemente entsprechen (9). Alternativ können die ersten und/oder zweiten Hauptoberflächen 12, 14 so bearbeitet werden, daß im wesentlichen nur die vollständig ausgebildeten Würfeleckenelementsegmente von 9 zurück bleiben. Bevorzugt entsprechen die Würfeleckenelementsegmente den optisch aktiveren Abschnitten der vollständig ausgebildeten Würfeleckenelemente. Alternativ können die mehreren Plättchen nach dem Bearbeiten der ersten und zweiten Rillensätze, jedoch vor dem Bearbeiten des dritten Rillensatzes entfernt werden.
Die in 2–9 dargestellte Ausführungsform wird nun detaillierter beschrieben. Gemäß 1–2 werden mehrere dünne Plättchen 10 so zusammengefagt, daß die erste Hauptoberfläche 12 auf einem Plättchen 10 benachbart zu der zweiten Hauptoberfläche 14 eines benachbarten Plättchens 10 liegt. Bevorzugt werden die mehreren Plättchen 10 in einem Halter zusammengefagt, welcher in der Lage ist, die mehreren Plättchen angrenzend aneinander zu befestigen. Details der Halterung sind für die vorliegende Erfindung nicht kritisch. Für die Zwecke der Beschreibung definiert jedoch die Halterung bevorzugt eine Basisebene, welche in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen parallel zu den Bodenoberflächen 18 der entsprechenden Plättchen 10 ist, wenn die Plättchen 10 wie dargestellt in 2 positioniert sind. Die mehreren Plättchen 10 können im dreidimensionalen Raum durch ein kartesisches Koordinatensystem gemäß Überlagerung in 2 charakterisiert werden. Bevorzugt sind die entsprechenden Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10 im wesentlichen koplanar, wenn die Plättchen mit ihren entsprechenden ersten Bezugsebenen 24 senkrecht zu der Basisebene positioniert sind.
Gemäß 3 wird ein erster Rillensatz, welcher mehrere parallele, benachbarte, im allgemeinen V-förmige Rillen 30 aufweist, in den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10 erzeugt. Ein zweiter Rillensatz, welcher mehrere parallele, benachbarte, im allgemeinen V-förmige Rillen 38 aufweist, wird in den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10 erzeugt. Die Rillen 38 schneiden die Rillen 30 an mehreren Schnittstellen 54 auf den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10. Die Schnittstellen 54 sind angenähert entlang der Kante der Arbeitsoberfläche 16 des entsprechenden Plättchens 10 angeordnet. Alternativ können einige von den Plättchen in nur ein einziges Plättchen zusammengefaßt sein. Beispielsweise können die Plättchen 10a, 10b; 10d, 10e; und 10g, 10h so zusammengefaßt werden, daß die Schnittstelle 54 angenähert in der Mitte des zusammengefaßten Plättchens liegt.
Die Rillen 30 und 38 werden durch Entfernen von Abschnitten der Arbeitsoberfläche 16 von den mehreren Plättchen unter Verwendung einer geeigneten Materialentfernungstechnik erzeugt. Die Erfindung bezieht die Verwendung einer breiten Vielfalt von Materialentfernungstechniken einschließlich Präzisionsbearbeitungstechniken, wie z. B. Fräsen, Reißen und Schlagfräsen, in Betracht. Ferner wird die Verwendung von chemischen Ätz- oder Laserabtragstechniken in Betracht gezogen. Gemäß einer Ausführungsform werden die Rillen des ersten Rillensatzes in einer hochgenauen Bearbeitungsoperation erzeugt, in welcher ein Diamantschneidwerkzeug mit einem Einschlußwinkel von 84,946° wiederholt quer zu den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10 entlang Achsen geführt wird, welche im wesentlichen parallel zu der Basisebene 81 sind. Ebenso werden die Rillen 38 des zweiten Rillensatzes durch Bewegen eines Diamantschneidwerkzeuges mit einem Einschlußwinkel von 84,946° quer zu den Arbeitsoberflächen 16 des entsprechenden Plättchens entlang Achsen geführt, welche im wesentlichen parallel zu der Basisebene 81 sind, die die Rillen 30 des ersten Rillensatzes in einem Einschlußwinkel β₁ von angenähert 33,06° schneidet. Man wird jedoch deutlich erkennen, daß das Diamantschneidwerkzeug entlang einer Achse bewegt werden kann, die nicht-parallel zu der Basisebene 81 ist, so daß das Werkzeug in einer variierenden Tiefe quer die mehreren Plättchen 10 schneidet. Man wird ferner deutlich erkennen, daß das Bearbeitungswerkzeug festgehalten werden kann, während die mehreren Plättchen in Bewegung versetzt werden; jede relative Bewegung zwischen den mehreren Plättchen 10 und dem Bearbeitungswerkzeug wird in Betracht gezogen.
Die Erzeugung des ersten Rillensatzes 30 und des zweiten Rillensatzes 38 führt zu einer strukturierten Oberfläche, welche ein sich wiederholendes Muster von vierseitigen pyramidenförmigen Strukturen 60 (siehe 4) auf den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10 aufweist. Die Rillen 30, 38 sind so ausgebildet, daß sich Oberflächen 62, 66 der Strukturen 60 entlang einer gemeinsamen Kante 64 schneiden, um im wesentlichen rechtwinklige Innenflächenwinkel zwischen den Oberflächen zu definieren. In gleicher Weise schneiden sich Oberflächen 68, 72 entlang einer gemeinsamen Kante 70, um im wesentlichen einen rechtwinkligen Innenflächenwinkel zwischen den Oberflächen zu definieren. Auf dem Gebiet der Würfelecken-Rückstrahltechnik wird die Beziehung zwischen diesen Oberflächen üblicherweise als wechselseitig senkrechte Beziehung bezeichnet. Der Begriff "angenähert wechselseitig senkrecht oder im wesentlichen wechselseitig senkrecht" wird allgemein verwendet, um Abweichungen von einer perfekten Rechtwinkligkeit zu ermöglichen, welche für die Modifizierung der Verteilung des retroreflektierten Lichtes gemäß Offenbarung in dem U.S. Patent Nr. 4,775,210 an Appledorn et al. nützlich sind. Wichtig ist, daß sich die Oberflächen 62, 66, 68 und 72 entlang den Arbeitsoberflächen von wenigstens einem Abschnitt der zwei Plättchen erstrecken. Zusätzlich wird man erkennen, daß sich die Oberflächen 62 und 68 entlang einer gemeinsamen Kante 74 erstrecken, und daß Oberflächen 66 und 72 sich entlang einer gemeinsamen Kante 76 erstrecken. Wie vorstehend erwähnt, können durch Zusammenfassen von einigen der Plättchen die gemeinsamen Kanten 74 und 76 der entsprechenden Strukturen angenähert zwischen den Hauptoberflächen 12, 14 der entsprechenden Plättchen zentriert werden, auf welchen sie angeordnet sind.
Ein in 7 dargestellter dritter Rillensatz weist mehrere Rillen 46 auf, die in den Arbeitsoberflächen 16 von mehreren Plättchen in dem Stapel ausgebildet sind. Die Hinzufügung des dritten Rillensatzes erzeugt mehrere vollständig ausgebildete abgeschnittene Würfeleckenelemente auf den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10. Ein Abschnitt der Würfeleckenelemente erstreckt sich bevorzugt über mehrere Plättchen. Eine Veränderung der Lage und der Rillenwinkel der Rillen 46 ermöglicht die Herstellung von Würfeleckenelementen mit variierenden Geometrien. Eine Ausführungsform ist in 7 dargestellt, in welcher mehrere im wesentlichen V-förmige Rillen entlang einer Achse ausgebildet sind, die im wesentli chen parallel und bevorzugt koaxial zu den Achsen ist, entlang welchen die entsprechenden gemeinsamen Kanten 74 und 76 gemäß Darstellung in 3 sich erstrecken. In einer Ausführungsform werden die Rillen 46 durch das Bewegen eines Diamantschneidwerkzeuges mit einem Einschlußwinkel von 34,528° entlang einer Achse koaxial zu den Achsen, entlang welchen die entsprechenden gemeinsamen Kanten 74 und 76 sich erstrecken, und im wesentlichen parallel zu den Plättchenkanten erzeugt.
Die Ausbildung des dritten Rillensatzes erzeugt mehrere optisch entgegengesetzte Würfeleckenelemente 80a, 80b auf den Arbeitsoberflächen 16 der mehreren Plättchen 10. In der offenbarten Ausführungsform sind die Würfeleckenelemente 80a und 80b im wesentlichen in Form und Größe identisch, sind jedoch in Ausrichtungen von 180° in Bezug zueinander angeordnet. Die Würfeleckenelemente 80a weisen drei wechselseitig senkrechte optische Flächen auf: Zwei optische Flächen, die von den Oberflächen 62 und 66 gebildet werden und eine dritte optische Fläche 86, welche der einen Oberfläche der dritten Rille 46 entspricht. Die unteren Kanten der Flächen 62, 66 und 86 definieren Basisdreiecke mit eingeschlossenen Winkeln β₁, β₂ und β₃. Die optischen Flächen 62, 66 und 86 schneiden sich wechselseitig an einer Würfeleckenelementspitze 88. Alternativ müssen sich die Oberfläche 62, 66, 86 nicht notwendigerweise in einer Spitze schneiden. Statt dessen kann ein Plateau oder ein flacher Bereich ausgebildet sein, welcher es ermöglicht, daß Licht durch die Rückstrahlfolie hindurchgelassen wird. Die Würfeleckenelemente 80b weisen drei wechselseitig senkrechte optische Flächen auf: Zwei optische Flächen, die von den Oberflächen 68 und 72 gebildet werden, und eine dritte optische Fläche 82, die der gegenüberliegenden Seite der dritten Rille 46 entspricht. Die unteren Kanten der Flächen 68, 72 und 82 definieren Basisdreiecke mit einge schlossenen Winkel β₁, β₂ und β₃. Die optischen Flächen 68, 72 und 82 schneiden sich wechselseitig bei einer Würfeleckenelementspitze 84.
In der hierin beschriebenen Ausführungsform mißt der Basiswinkel β₁ 33,06°, der Basiswinkel β₂ mißt 73,47° und der Basiswinkel β₃ mißt 73,47°. Würfeleckenelemente mit nicht gleichseitigen Basisdreiecken werden üblicherweise auf dem Gebiet der Würfeleckentechnik als "geneigte" Würfeleckenelemente bezeichnet. Die Bezeichnung "Vorwärtsneigung" oder "positive Neigung" wurde in dem Gebiet der Würfeleckentechnik verwendet, um Würfeleckenelemente zu beschreiben, welche in einer Weise geneigt sind, daß der Basiswinkel β₁ zunimmt. Umgekehrt wurde die Bezeichnung "Rückwärtsneigung" oder "negative Neigung" in dem Gebiet der Würfeleckentechnik verwendet, um Würfeleckenelemente zu beschreiben, die in einer solchen Weise geneigt sind, daß der Basiswinkel β₁ abnimmt. Siehe U.S. Patent Nr. 5,565,151 (Nielsen) und 4,88,258 (Hoopman).
Rückwärts geneigte Würfeleckenelemente können ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß nur ein eingeschlossener Winkel des Würfeleckenelementes-Basisdreiecks weniger als 60° mißt. Die anderen zwei eingeschlossenen Winkel messen wenigstens 60°. Im Gegensatz dazu können vorwärts geneigte Würfel dadurch gekennzeichnet sein, daß zwei von den eingeschlossenen Winkeln des Basisdreiecks weniger als 60° messen, und daß nur ein Einschlußwinkel des Basisdreiecks mehr als 60° mißt. Es dürfte sich verstehen, daß die hierin diskutierte spezifische Geometrie eine bevorzugte Ausführungsform betrifft. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch erkennen, daß verschiedene Grade von Neigung und verschiedene Würfelgrößen ebenfalls verwendet werden können. Unwesentliche Veränderungen in den Würfelgeometrien, welche im wesentlichen dieselben optischen Ergebnisse liefern, sollen daher als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend betrachtet werden.
Das Neigen von Würfeleckenelementen entweder rückwärts oder vorwärts verbessert die Eintrittswinkelabhängigkeit. Das Neigen der Würfelecken in der Rückwärtsrichtung verlängert die optischen Flächen 62, 66 und verkleinert den Basiswinkel β₁. Zusätzlich verbessert das Neigen der Würfeleckenelemente 80 in der Rückwärtsrichtung das Eintrittswinkelabhängigkeitsverhalten der Würfeleckenelemente 80 in wenigstens einer Ebene im wesentlichen parallel zu den gemeinsamen Kanten 64 und 70. Wie es nachstehend diskutiert wird, sind die optisch aktiveren Abschnitte der Würfeleckenelemente 80 im allgemeinen entlang selektierten Plättchen konzentriert. Diese Eigenschaft findet in Anwendungen der Rückstrahlfolie Verwendung, welche dafür ausgelegt sind, Licht zu retroreflektieren, das auf die Folie mit hohen Eintrittswinkeln einfällt. Alternativ können die Basiswinkel β₁, β₂ und β₃ alle unterschiedlich sein (ungleichseitige Dreiecke), wie es beispielsweise in WO 96/42024 (Smith et al.) offenbart ist.
8 ist eine allgemeine Darstellung der in 7 gezeigten Würfeleckenelemente, die schattiert sind, um die optisch aktiveren Abschnitte 89 der Würfeleckenelemente bei einem Eintrittswinkel von etwa 0° bis etwa 45° zu veranschaulichen. Die optisch aktiveren Abschnitte 89 der Würfeleckenelemente (Würfeleckenelementsegmente) sind angrenzend an die dritte Nut 46 konzentriert, während die optisch weniger aktiven Abschnitte 91 der Würfeleckenelemente von der dritten Rille 46 entfernt angeordnet sind. Die optisch aktiveren Abschnitte 89 können optisch weniger aktive Abschnitte 87 enthalten, welche in der Nähe der Winkel (β₂, β₃ angeordnet sind. 8 veranschaulicht, daß ein relativ kleiner Abschnitt von den in 7 dargestellten Würfeleckenelemente optisch aktiv ist. Wenn der Eintrittswinkel in Richtung 0 abnimmt, nimmt die Fläche der optisch aktiveren Anteile 89 und die effektive Apertur dieses Bereichs ab. Bei einem bestimmten Pegel wird die effektive Apertur zu einer Schlitzapertur, welche das Licht beugt, und den retroreflektierenden Gegenstand primär in eine Ebene verlässt, welche die optische Achse des Würfeleckenelementes enthält und senkrecht zu dem Schlitz ist.
9 präsentiert eine Draufsicht auf mehrere von optisch gegenüberliegenden Würfeleckenelementsegmenten, die durch Entfernen mehrerer Plättchen (10c, 10f) aus der in 8 dargestellten Anordnung erzeugt werden. Die Würfeleckenelementsegmente sind in angepaßten Paaren angeordnet, welche durch Abschnitte der drei im wesentlichen wechselseitig senkrechten Oberflächen 62, 66 und 86 und durch Abschnitte der Oberflächen 68, 72 und 82 definiert sind. In einer alternativen Ausführungsform können die Plättchen 10c, 10f mit einem der benachbarten Plättchen zusammenhängen, wie z. B. 10b bzw. 10e. Der Abschnitt der Plättchen 10b, 10e, der 10c und 10f entspricht kann durch Bearbeitung, wie z. B. einem Einebnungsvorgang entfernt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich die in 9 dargestellte Vielzahl aus dem Entfernen derjenigen Plättchen aus der Anordnung, welche die optisch weniger aktiven Abschnitte der Würfeleckenelementsegmente auf ihren entsprechenden Arbeitsoberflächen angeordnet haben. Die aus der Anordnung 10c, 10f entfernten Plättchen werden hierin als Opferplättchen bezeichnet. In einer Ausführungsform werden Opferplättchen aus der Anordnung entfernt und die restlichen Plättchen werden wieder in einer geeigneten Halterung zusammengefügt, um eine strukturierte Oberfläche zu erzeugen, welche mehrere Würfeleckenelementsegmente aufweist, die den optisch aktiveren Abschnitten der vollständig ausgebildeten Würfeleckenelemente entsprechen, die auf den Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen in der Originalanordnung ausgebildet sind. Da die optisch weniger aktiven Abschnitte der Würfeleckenelementsegmente entfernt sind, kann ein als Replikat dieser Form erzeugter Retroreflektor über einen breiten Bereich von Eintrittswinkeln einen wesentlich höheren Rückstrahlungswirkungsgrad zeigen, als ein Retroreflektor, der als ein Replikat der Oberfläche der Originalanordnung erzeugt wird. Wie vorstehend diskutiert, können die Plättchen 10c, 10f optional aus der Anordnung entfernt werden, bevor der dritte Rillensatz 46 erzeugt wird. Eine ebene Grenzfläche zwischen den Hauptoberflächen 12, 14 benachbarter Plättchen wird bevorzugt während der Bearbeitungsphase und in der anschließenden Form, die daraus erzeugt wird, beibehalten, um so Ausrichtungsprobleme und Beschädigung aufgrund einer Handhabung der Plättchen zu minimieren.
Nach der Entfernung der Opferplättchen 10c, 10f weist der optisch aktive Abschnitt 89 des Würfeleckenelementes 80a eine vierkantige Basis mit einer ersten Seite auf, welche durch den Rillenscheitel 46 definiert ist, eine zweite virtuelle Seite gegenüber der ersten Seite, die durch den Schnitt der Plättchen 10e und 10e definiert ist, und gegenüberliegende dritte und vierte Seiten, die durch die Rillen 30, 38 definiert sind, welche die ersten und zweiten Seiten verbinden. Die ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen 62, 66 erstrecken sich von den entsprechenden dritten und vierten Seiten 30, 38 der Basis aus und schneiden sich entlang einer gemeinsamen Kante 64, um einen angenähert senkrechten Flächenwinkel zu definieren. Die dreieckige optische Fläche 86 erstreckt sich von der ersten Seite der Basis aus, die angenähert senkrecht zu den vierkantigen optischen Flächen 62, 66 angeordnet ist. Die dreieckige optische Fläche 86 definiert zusammen mit den ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen 62, 66 ein Würfeleckenelementsegment.
Der optisch aktive Abschnitt 89 des Würfeleckenelementes 80b besitzt eine vierkantige Basis mit einer ersten Seite, die durch einen Rillenscheitel 46 definiert ist, eine zweite virtuelle Seite gegenüber der ersten Seite, die durch den Schnitt der Plättchen 10b und 10d definiert ist, und gegenüberliegende dritte und vierte Seiten, die durch die Rillen 30, 38 definiert sind, welche die ersten und zweiten Seiten verbinden. Die ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen 68, 72 erstrecken sich von den entsprechenden dritten und vierten Seiten 30, 38 der Basis aus und schneiden sich entlang einer gemeinsamen Kante 70, um einen angenähert senkrechten Flächenwinkel zu definieren. Die dreieckige optische Fläche 82 erstreckt sich von der ersten Seite der Basis aus, die angenähert senkrecht zu den viereckigen optischen Flächen 68, 72 angeordnet ist. Die dreieckige optische Fläche 82 definiert zusammen mit den ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen 68, 72 ein weiteres Würfeleckenelementsegment.
10 präsentiert eine Draufsicht auf die Arbeitsoberfläche von 3 anschließend an die Erzeugung eines dritten Rillensatzes, der eine Vielzahl von Würfeleckenelementen in der Arbeitsoberfläche gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erzeugt. Man wird erkennen, daß die Rillen 46 des dritten Rillensatzes entlang Achsen erzeugt werden können, die von den Achsen, welche die Kanten 74, 76 enthalten, wie es in 7–9 dargestellt ist, verschoben sind. In der Ausführungsform von 10 werden die Rillen 46 des dritten Rillensatzes entlang Achsen ausgebildet, welche im wesentlichen mit den Hauptoberflächen 12, 14 jedes dritten Plättchens 10 (10c, 10f, 10i, 10l) zusammenfallen. Dieses führt zu einer strukturierten Oberfläche, in welcher jedes dritte Plättchen 10 mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente enthält, die angrenzend aneinander entlang der Arbeitsoberfläche des Plättchens angeordnet sind. Die restlichen Plättchen (10a, 10b, 10d, 10e, 10g, 10h, 10j, 10k, 10m, 10n) können als Opferplättchen betrachtet werden und aus der Anordnung entfernt werden, um eine Arbeitsoberfläche zu erzeugen, welche mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelemente enthält.
In der in 10 dargestellten Ausführungsform werden die Rillen 46 des dritten Rillensatzes durch Bewegen eines Diamantschneidwerkzeuges mit einem Halbwinkel von etwa 17,264° Einschlußwinkel, der asymmetrisch um eine vertikale Achse quer zu der Arbeitsoberfläche 16 ist, erzeugt. Die Rillen können alternativ mit einem Werkzeug erzeugt werden, das um die vertikale Achse symmetrisch ist, was zu einem Wegschneiden von Abschnitten in der Arbeitsoberfläche der Opferplättchen 10b, 10d, 10e, 10g, 10h, 10j, 10k, 10m führt. Wie vorstehend diskutiert, können einige von den Plättchen wie z. B. 10a, 10b in einziges Plättchen zusammengefaßt werden.
11 ist eine Draufsicht ähnlich der von 9 von mehreren optisch gegenüberliegenden Würfeleckenelementsegmenten, die durch Entfernen der Opferplättchen (10a, 10b, 10d, 10e, 10g, 10h, 10j, 10k, 10m, 10n) aus der in 10 dargestellten Anordnung erzeugt werden. Die in 11 dargestellten Würfeleckenelementsegmente enthalten drei im wesentlichen senkrechte optische Flächen 90, 92, 94, die sich an einer Würfeleckenspitze 98 und an einer vierten Fläche 96 treffen, welche nicht wechselseitig senkrecht zu den optischen Flächen 90 und 92 sein muß.
Da der Einschlußwinkel des dritten Rillensatzes 46 abnimmt, wird es zunehmend schwierig, den Rillensatz 46 zu be arbeiten, teilweise deshalb, weil das Schneidwerkzeug zunehmend schmäler wird und zu Brechen neigt. Daher ist das vorliegende Opferplättchen-Bearbeitungsverfahren insbesondere für die Erzeugung von stark geneigten Würfeleckenelementen nützlich, da ein breites Werkzeug ohne Berücksichtigung des Einflusses auf die Opferplättchen 10a, 10b, 10d usw. verwendet werden kann. Das breitere Werkzeug kann entweder asymmetrisch im Aufbau oder im Bezug auf die Arbeitsoberfläche 16 geneigt sein, um den Rillensatz 46 zu erzeugen.
Stark geneigte Würfeleckenelemente haben den Vorteil, daß, da die Neigung der Würfeleckenelemente zunimmt, die optisch weniger aktiven Bereiche 87, 141 abnehmen. Andererseits leitet die Beugung innerhalb der Schlitzapertur das reflektierte Licht primär in einer Ebene und verschlechtert die Gleichmäßigkeit des Divergenzprofils des retroreflektierten Lichts gemäß Diskussion im ASTM E808-94.
12 bis 18 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform, in welcher die Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen 100 mit den Plättchen so geneigt bearbeitet werden, daß Seitenoberflächen 134 in einem Winkel θ von einer ersten Bezugsachse 106 aus senkrecht zu der Basisebene 104 angeordnet sind. Das Neigen erzeugt eine symmetrischere Apertur in dem fertiggestellten Würfeleckenelementsegment und reduziert somit die Beugungs-Ungleichmäßigkeiten. Die Arbeitsoberflächen 102 sind bevorzugt parallel aber nicht koplanar. Die Plättchen 100 weisen abwechselnde Schichten von relativ dünnen Plättchen 100a, 100c, 100e mit etwa ein Drittel der Dicke der relativ dicken zusammengefügten Plättchen 100b, 100d, 100f auf obwohl die Dicke variieren kann. Bevorzugt werden die mehreren Plättchen 100 in einer Halterung zusammengefügt, welche die mehreren Plättchen benachbart zueinander befestigen kann. Die mehreren Plättchen 100 können im dreidimensio nalen Raum durch ein kartesisches Koordinatensystem, wie z. B. das in 1 dargestellte charakterisiert sein. Wie es nachstehend diskutiert wird, sind die Plättchen 100b, 100d, 100f die Opferabschnitte, welche zum Schluß vor dem Zusammenbau entfernt werden.
13 ist eine Seitenaufrißansicht der Plättchen 100 von 12 nach der Ausbildung von zwei Rillensätzen in den Arbeitsoberflächen 102. 14 ist eine Seitenaufrißansicht der Plättchen 100 von 13 nach der Ausbildung eines dritten Rillensatzes in der Arbeitsoberfläche 102. Ein Neigen der Plättchen neigt die Symmetrieachsen 135, was zu stark geneigten Würfeleckenelementen 124 während der Zwischenbearbeitungsphase führt. Wenn der Neigwinkel später reduziert wird, wird die Neigung der Würfeleckenelementsegmente verringert. Wie bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen kann der dritte Rillensatz nach dem Entfernen der Opferplättchen 100b, 100d, 100f eingearbeitet werden.
15 ist eine Draufsicht von oben auf die Arbeitsoberflächen 102 von 14. Die ersten, zweiten und dritten Rillensätze weisen mehrere parallele, benachbarte, im allgemeinen V-förmige Rillen 110, 112, 114 auf, die in den Arbeitsoberflächen 102 der mehreren Plättchen 100 ausgebildet sind. Die Rillen 110, 112, 114 schneiden sich bevorzugt an mehreren Schnittstellen 116 auf den Arbeitsoberflächen 102 der mehreren Plättchen 100. Bevorzugt sind der dritte Rillensatz 114 und die Schnittstellen 116 entlang einer Seitenoberfläche 134 der Arbeitsoberflächen 102a, 102c und 102e der dünnen Plättchen 100a, 100c, 100e (siehe 14) angeordnet.
Alternativ müssen sich alle drei Rillen 110, 112, 114 nicht an einer Stelle schneiden, so daß ein flacher Bereich oder ein Plateau erzeugt wird, um Licht durch die Rückstrahlfolie hindurchtreten zu lassen. Die V-förmigen Rillen werden bevorzugt unter Verwendung geeigneter Materialentfernungstechniken gemäß vorstehender Beschreibung, wie z. B. durch Bewegen eines Diamantschneidwerkzeuges quer zur Arbeitsoberfläche 16 erzeugt. Die Rillen 110, 112 werden bevorzugt unter Verwendung eines Werkzeuges mit einem Einschlußwinkel von etwa 86,147° erzeugt und das Werkzeug für die Rillen 114 weist bevorzugt einen Einschlußwinkel von etwa 30,048° auf. Da die Plättchen 100b, 100d, 100f zum Schluß aus der Anordnung entfernt werden, beeinflußt eine Beschädigung der Arbeitsoberflächen 102b, 102d und 102f nicht die optischen Eigenschaften der retroreflektierenden Gegenstände, welche aus der vorliegenden Form erzeugt werden.
Die Rillen 110, 112 werden so erzeugt, daß die Oberflächen 120, 122 der Struktur 124 sich entlang einer gemeinsamen Kante 126 schneiden, um einen im wesentlichen rechtwinkligen Innenflächenwinkel dazwischen zu definieren. Die Rillen 114 erzeugen eine dritte optische Oberfläche 140 auf dem Würfeleckenelement 124. Die optischen Flächen 120, 122, 140 schneiden sich bei einer Würfeleckenspitze 144, um drei wechselseitig senkrechte optische Flächen eines voll ausgebildeten abgeschnittenen Würfeleckenelementes 124 zu bilden. Die Flächen 128, 130, 142 schneiden sich an einer Spitze 146, bilden aber nicht notwendigerweise drei wechselseitig senkrechte optische Flächen, da dieser Abschnitt der Anordnung verworfen wird. Die unteren Kanten der Flächen 120, 122, 140 definieren Basisdreiecke mit eingeschlossenen Winkeln δ₁, δ₂, δ₃, wobei δ₁ 29,066° und δ₂, δ₃ jeweils 75,467° messen.
15 ist schattiert, um die tatsächliche aktive Apertur der Würfeleckenelemente 124 bei einem Auslegungseintrittswinkel und einem Auslegungsorientierungswinkel als Reaktion auf einen Lichteintrittswinkel von 0° darzustellen. Die Form der aktiven Apertur ändert sich, wenn der Grad der Neigung verringert wird. Der von der Rille 114 erzeugte Einschlußwinkel reduziert die Größe der optischen Oberfläche 140 und verkleinert den optisch aktiveren Abschnitt des Würfeleckenelementes 124. Die Abschnitte 143 des Würfeleckenelementes 124 sind optisch weniger aktiv als die Würfeleckenelementsegmente 132. Die Würfeleckenelementsegmente 132 können optisch weniger aktive Abschnitte 141 enthalten.
16–18 stellen mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente dar, welche durch Entfernen mehrerer Plättchen (100b, 100d, 100f) aus der in 15 dargestellten Anordnung und durch Neigen der restlichen Plättchen 100a, 100c, 100e aufrecht und parallel zu der Bezugsachse 106 erzeugt werden. Alternativ können beispielsweise die Plättchen 100a, 100b ein einzelnes Plättchen sein und der Abschnitt 100b kann durch Bearbeitung, wie z. B. durch eine Einebnungsoperation, entfernt werden. Das Würfeleckenelement 132 ist schattiert, um die optisch aktiveren Abschnitte zu veranschaulichen. Die Würfeleckenelementsegmente 132 auf den restlichen Plättchen 100a, 100c, 100e sind im allgemeinen die optisch aktivsten Abschnitte der verbleibenden Würfeleckenelemente 124. Wie es am besten in 17 zu sehen ist, können die Plättchen 100a und 100e vertikal und um 180° gedreht angeordnet werden, um so angepaßte Paare von Würfelecken-Rückstrahlungselementsegmenten zu erzeugen, während gleichzeitig eine ebene Grenzfläche dazwischen eingehalten wird. Die Neuanordnung der Plättchen 100a, 100e in vertikaler Weise hat den zusätzlichen Vorteil der Orientierung der optischen Achsen 135 in vertikalerer Weise, was zu einer negativen oder rückwärts geneigten Würfeleckenelementen führt.
Die restlichen Plättchen werden in einer geeigneten Halterung neu angeordnet, um eine strukturierte Oberfläche zu erzeugen, welche mehrere Würfeleckenelementsegmente aufweist, die den optisch aktiveren Abschnitten der vollständig ausgebildeten Würfeleckenelemente 124 entsprechen, die in den Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen in der Originalanordnung ausgebildet sind. Da die optisch weniger aktiven Abschnitte der Würfeleckenelementsegmente entfernt sind, kann ein als Replikat dieser Form erzeugter Retroreflektor über einen breiten Bereich von Eintrittswinkeln einen wesentlich höheren Rückstrahlungswirkungsgrad zeigen als ein Retroreflektor, welcher aus einem Replikat der Oberfläche der Originalanordnung hergestellt wird,.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Plättchen 100a und 100e nicht gedreht, so daß die optischen Achsen 135 der Würfeleckenelemente 132 im allgemeinen parallel sind. Die Gesamtlichtrückführung für Würfeleckenelemente 132, die in derselben Richtung ausgerichtet sind, ist über einen Bereich von etwa 360° von Orientierungswinkeln asymmetrisch. Ein asymmetrisches Retroreflektionsmuster kann für einige Anwendungen erwünscht sein, wie z. B. für Fahrbahnmarkierungen oder andere Elemente, die aus einem schmalen Bereich von Orientierungswinkeln betrachtet werden.
19–21 veranschaulichen ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer Würfeleckenelemente mit zwei Rillensätzen anstelle von drei, wie es in unserer verwandten Anmeldung, die an demselben Datum wie diesem eingereicht wurde unter dem Titel "Retroreflective Cube Corner Sheeting and Method of Making the Same" (U.S. Ser. Nr. 08/887074) eingereicht wurde, offenbart ist. Die mehreren Plättchen 210 sind so orientiert, daß sie ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen 224 in einem ersten Winkel θ₁ von einer festen Bezugsachse 282 senkrecht zu der Basisebene 280 angeordnet haben. Ein erster Rillensatz, welcher mehrere parallele, benachbarte V-förmige Rillen 230 aufweist, wird in den Arbeitsoberflächen 216 der mehreren Plättchen 210 erzeugt, wobei die Plättchen bei einem Winkel θ1 angeordnet sind. Minimal werden wenigstens zwei benachbarte Rillen 230 in der Arbeitsoberfläche 216 der mehreren Plättchen 210 erzeugt. Die Rillen 230a, 230b, 230c usw. (zusammengefaßt als 230 bezeichnet) definieren erste Rillenoberflächen 232a, 232b, 232c usw. (zusammengefaßt als 232 bezeichnet) und zweite Rillenoberflächen 234b, 234c, 234d, usw. (zusammengefaßt als 234 bezeichnet), die sich bei Rillenscheiteln 233b, 233c, 233d usw. (zusammengefaßt als 233 bezeichnet) gemäß Darstellung schneiden. Die Rillenoberflächen 232a und 234b benachbarter Rillen schneiden sich angenähert rechtwinklig entlang einer Bezugskante 236a. In ähnlicher Weise schneiden sich benachbarte Rillenoberflächen 232b und 234c bevorzugt angenähert rechtwinklig entlang einer Bezugskante 236b. Diese Geometrie kann sich aus der Erzeugung von Rillen 230 unter Verwendung eines Schneidwerkzeuges mit einem Einschlußwinkel von 90° ergeben. Bevorzugt wird dieses Muster über die gesamten Arbeitsoberflächen 216 der mehreren Plättchen 210 wiederholt. Die entsprechenden Rillenscheitel 233 weisen bevorzugt einen Abstand zwischen etwa 0,01 mm und etwa 1,0 mm auf, wobei jedoch diese Abmessungen nicht als einschränkend gedacht sind.
Die Rillen 230 des ersten Rillensatzes werden in einer solchen Tiefe erzeugt, daß die entsprechenden ersten Bezugskanten 236 die erste Hauptoberfläche 212 und die zweite Hauptoberfläche 214 jedes Plättchens schneiden. Alternativ können Rillen 230 mit kleineren Tiefen erzeugt werden. Beispielsweise liegen, wenn die Tiefe des Werkzeugs verringert wird die Rillenscheitelpunkte 233 näher an der Arbeitsoberfläche 216 und es werden flache, durchlässige Bereiche erzeugt.
Zur Vervollständigung der Erzeugung von Würfeleckenelementen auf den Arbeitsoberflächen 216 der entsprechenden Plättchen 210 wird ein zweiter Rillensatz durch Bearbeiten einer oder mehrerer Rillen 246 in jedem Plättchen 210 entlang einer Achse im wesentlichen parallel zu der ersten Bezugsebene 224 erzeugt. Gemäß einer in 21 dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden die mehreren Plättchen 210 in einem zweiten Winkel parallel zu der fixierten Bezugsachse 282 vor der Erzeugung des zweiten Rillensatzes angeordnet. Zusätzlich können die Plättchen aus der Anordnung entfernt werden und die Hauptoberflächen 212, 214 bearbeitet werden, um den optisch weniger aktiven Abschnitt zu entfernen. Abwechselnde Plättchen (210b, 210d, 210f, usw.) können um 180° um eine Achse senkrecht zu der zweiten Bezugsebene 226 oder zur Basisebene 280 gedreht werden und die mehreren Plättchen werden dann wieder zusammengefügt, wobei deren entsprechenden ersten Bezugsebenen 224 bevorzugt im wesentlichen senkrecht zur Basisebene 280 angeordnet werden. In einer alternativen Ausführungsform wird der zweite Rillensatz 246 an einer Stelle so erzeugt, daß einige von den Plättchen optisch aktiver sind als andere. Die optisch weniger aktiven Plättchen werden dann bevorzugt aus der Anordnung entfernt.
22 veranschaulicht schematisch eine mögliche Beziehung zwischen der Dicke "L" eines Plättchens und der Geometrie eines Würfeleckenelementes 150. Der Werkzeug-Halbwinkel δ bildet einen von den Rillensätzen, ε ist der Eintrittswinkel und ϕ ist der Strahleneintrittswinkel nach der Brechung. "H" ist die Höhe des Würfeleckenelementes 150. Die Dicke des Plättchens "L" entspricht der Länge des Würfeleckenelementsegmentes. Der Brechungsindex η₀ ist 1 und η₁ ist größer als 1. Die Oberfläche 154 des Würfeleckenelementsegmentes ist in zwei Bereiche D₁, D₂ auf jeder Seite des Lichtstrahls mit ei nem Eintrittswinkel 156 unterteilt, der den Scheitelpunkt 158 schneidet, wobei: D1 = (L – H tanδ) (1 – tanδ tanϕ); und D2 = H(tanδ + tanϕ)
Das Verhältnis D₁: D₂ ist bevorzugt in dem Bereich von etwa 0,5 bis 2,0 und bevorzugter etwa 1.
Ferner wird hierin ein Verfahren zur Herstellung einer Rückstrahlfolie mit einer im wesentlichen optisch durchlässigen Oberflächenschicht und mehreren optisch gegenüberliegenden retroreflektierenden Würfeleckenelementsegmenten offenbart. Die Würfeleckenelementsegmente enthalten eine vierkantige Basis mit einer ersten Seite, die durch einen Scheitelpunkt definiert ist, eine zweite virtuelle Seite gegenüber der ersten Seite, und gegenüberliegende dritte und vierte Seiten, welche die ersten und zweiten Seiten verbinden. Die ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen erstrecken sich von den entsprechenden dritten und vierten Seiten der Basis aus. Die vierkantigen optischen Flächen schneiden sich entlang einer gemeinsamen Kante, um einen angenähert senkrechten Flächenwinkel zu definieren. Eine dreieckige optische Fläche erstreckt sich von der ersten Seite angenähert senkrecht zu den vierkantigen optischen Flächen aus. Die dreieckige optische Fläche, welche die ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen entlang entsprechenden gemeinsamen Kanten schneidet, definiert ein Würfeleckenelementsegment.
In der Herstellung von retroreflektierenden Gegenständen, wie z. B. einer retroreflektierenden Folie wird die strukturierte Oberfläche der mehreren Plättchen als eine Urform verwendet, welche unter Verwendung von Elektroformungstechniken oder einer anderer herkömmlichen Replizierungstechnologie re pliziert werden können. Die mehreren Plättchen können im wesentlichen identische Würfeleckenelemente enthalten oder können Würfeleckenelemente mit variierenden Größen, Geometrien oder Orientierungen enthalten. Die strukturierte Oberfläche des Replikats, die im Fachgebiet als ein "Stempel" bezeichnet wird, enthält ein Negativbild der Würfeleckenelemente. Dieses Replikat kann als eine Form zur Erzeugung eines Retroreflektors verwendet werden. Häufiger wird jedoch eine große Anzahl von positiven oder negativen Replikaten zusammengesetzt, um eine Form zu erzeugen, die groß genug ist, daß sie für die Erzeugung einer retroreflektierenden Folie brauchbar ist. Die Plättchen besitzen bevorzugt eine Dicke von etwa 0,05 mm bis 0,25 mm
Die bevorzugte Rückstrahlfolie kann dann als ein einteiliges Material hergestellt werden, indem beispielsweise eine vorgeformte Folie mit einer Anordnung von Würfeleckenelementen wie vorstehend beschrieben geprägt wird, oder indem ein Fluidmaterial in eine Form gegossen wird. Siehe JP 8-309851 und U.S. Patent Nr. 4,601,861 (Pricone). Alternativ kann die retroreflektierende Folie als ein geschichtetes Produkt durch Gießen der Würfeleckenelemente auf einen vorgeformten Film, wie es beispielsweise in der PCT-Anmeldung Nr. WO 95/11464 (veröffentlicht am 27. April 1995) und dem U.S. Patent Nr. 3,648,348 gelehrt wird, oder durch eine Laminierung eines vorgeformten Films auf vorgeformte Würfeleckenelemente hergestellt werden. Beispielsweise kann eine effektive Folie unter Verwendung einer Nickelform, die durch elektrolytische Abscheidung von Nickel auf einer Urform erzeugt wird, hergestellt werden. Die elektrisch erzeugte Form kann als ein Stempel zum Prägen des Musters der Form auf einem Polykarbonatfilm von etwa 500 μm Dicke mit einem Brechungsindex von etwa 1,59 verwendet werden. Die Form kann in einer Presse verwendet werden, wobei das Pressen bei einer Temperatur von etwa 175° bis 200°C durchgeführt wird.
Nützliche Materialien für die Herstellung einer bevorzugten reflektierenden Folie sind bevorzugt Materialien, die dimensionsstabil, widerstandsfähig, witterungsbeständig und leicht in die gewünschte Konfiguration formbar sind. Beispiele von geeigneten Materialien umfassen Acrylharze, welche im allgemeinen einen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweisen, wie z. B. Plexiglasharz von Rohm & Haas; wärmehärtende Acrylate und Epoxidacrylate, bevorzugt strahlungsgehärtete Polycarbonate, welche einen Brechungsindex von etwa 1,6 aufweisen; Polyethylen-basierende Ionomere (vertrieben unter dem Namen "SURLYN"); Polyester; und Zelluloseacetatbutyrate. Im allgemeinen kann jedes optisch durchlässige Material, das typischerweise unter Wärme und Druck verformbar ist, verwendet werden. Weitere geeignete Materialien für die Herstellung einer retroreflektierenden Folie sind in dem U.S. Patent Nr. 5,450,235 für Smith et al. offenbart. Die Folie kann auch Farbstoffe, Färbungsmittel, UV-Absorber und weitere Zusätze nach Bedarf enthalten.
In einigen Fällen ist es erwünscht, eine retroreflektierende Folie mit einer Rückseitenschicht vorzusehen. Eine Rückseitenschicht ist insbesondere für eine retroreflektierende Folie nützlich, die Licht gemäß den Prinzipien der totalen internen Reflektion reflektiert. Eine geeignete Rückseitenschicht kann aus jedem transparenten oder opaken Material hergestellt werden, einschließlich gefärbten Materialien, welche effektiv mit der offenbarten retroreflektierenden Folie in Eingriff stehen können. Geeignete Rückseitenmaterialien umfassen eine Aluminiumfolie, galvanisierten Stahl, polymerische Materialien, wie z. B. Polymethylmethacrylate, Polyester, Polyamide, Polyvinylfluoride, Polycarbonate, Polyvi nylchloride, Polyurethane und eine breite Vielfalt von Laminaten, welche aus diesen und weiteren Materialien hergestellt werden.
Die Rückseitenschicht oder Folie kann in einem Gittermuster oder jeder anderen für reflektierende Elemente geeigneten Konfiguration aufgesiegelt werden. Die Siegelung kann durch die Verwendung einer Anzahl von Verfahren einschließlich Ultraschallschweißen, Kleben oder durch Wärmesiegeln an diskreten Stellen der Anordnungen der reflektierenden Elemente (siehe U.S. Patent Nr. 3,924,928) bewirkt werden. Die Siegelung ist erwünscht, um den Eintritt von Verunreinigungen wie z. B. Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu verhindern, und um Lufträume angrenzend an die reflektierenden Oberflächen der Würfeleckenelemente zu bewahren.
Wenn zusätzliche Stärke oder Belastbarkeit in dem Verbundstoff erforderlich ist, können Verstärkungsschichten aus Polycarbonat, Polybutyrat oder faserverstärkter Kunststoff verwendet werden. Abhängig von dem Grad der Flexibilität des sich ergebenden retroreflektierenden Materials kann das Material gerollt oder in Streifen oder andere geeignete Formen geschnitten werden. Das retroreflektierende Material kann auch mit einem Kleber und einer Ablösefolie versehen werden, um es nützlich für die Aufbringung auf jedem Substrat ohne den zusätzlichen Schritt einer Aufbringung eines Klebers oder Verwendung anderer Befestigungseinrichtungen zu machen.
Bevorzugte Würfeleckenelemente können individuell ausgelegt werden, um so das von den Gegenständen retroreflektierte Licht in ein gewünschtes Muster oder Divergenzprofil zu verteilen, wie es durch das U.S. Patent Nr. 4,775,219 gelehrt wird. Typischerweise ist der induzierte Rillenhalbwinkelfehler kleiner als ±20 Bogenminuten und oft kleiner als ±5 Bogenminuten.
Alle angegebenen Patente und Patentanmeldungen einschließlich der im Hintergrund der Erfindung offenbarten, sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen. Die vorliegende Erfindung wurde nun unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen davon beschrieben. Für den Fachmann auf diesem Gebiet wird es ersichtlich sein, daß viele Veränderungen in den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Somit soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen bevorzugten Strukturen und Verfahren beschränkt sein, sondern lediglich durch den breiten Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Herstellen mehrerer Plättchen (10a–n, 100a– f, 210a–f) zur Verwendung in einer Form, welche für die Erzeugung von Würfelecken-Rückstrahlgegenständen geeignet ist, wobei jedes Plättchen gegenüberliegende erste und zweite Hauptoberflächen (12, 14, 134, 212, 214) aufweist, welche dazwischen eine erste Bezugsebene (24, 224) definieren, jedes Plättchen ferner eine Arbeitsoberfläche (16, 216) enthält, welche die ersten und zweiten Hauptoberflächen verbindet, die Arbeitsoberfläche eine zweite Bezugsebene (26) im wesentlichen parallel zu der Arbeitsoberfläche und senkrecht zu der ersten Bezugsebene und einer dritte Bezugsebene (28) senkrecht zu der ersten Bezugsebene und der zweiten Bezugsebene definiert, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Orientieren mehrerer Plättchen in einer Anordnung so, daß deren entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und in einem ersten Winkel in Bezug auf eine feste Bezugsachse angeordnet sind; Erzeugen mehrerer Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) auf den Arbeitsoberflächen von wenigstens einigen von den mehreren Plättchen, wobei die mehreren Würfeleckenelemente drei angenähert wechselseitig senkrechte Seitenflächen aufweisen, die sich wechselseitig schneiden, um ein Würfeleckenelement zu definieren; und Entfernen wenigstens eines Abschnittes von wenigstens einem Plättchen (10c, 10f, 10i, 101, 100b, 100d, 100f) aus der Anordnung, um die Konfiguration der Formoberfläche zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Erzeugung von mehreren Würfeleckenelementen (80a–b, 124, 150) auf der Formoberfläche aufweist: Erzeugen von zwei zweiten Rillensätzen (30, 38, 110, 112) welche die Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen überqueren und die sich schneiden, um einen ersten Basiswinkel β₁ der entsprechenden Würfeleckenelemente zu definieren; und Ausbilden eines ersten Rillensatzes (46, 114), der Rillen der zweiten Rillensätze schneidet, um einen zweiten Basiswinkel β₂ und einen dritten Basiswinkel β₃ der entsprechenden Würfeleckenelemente zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das Entfernen mehrerer Plättchen aus der Anordnung vor dem Erzeugen des ersten Rillensatzes (46, 114) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Drehen von einem oder mehreren von den Plättchen innerhalb der Anordnung um 180° aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Entfernung von wenigstens einem Abschnitt von wenigstens einem Plättchen aufweist: (a) Entfernen mehrerer von den Plättchen aus der Anordnung; oder (b) Bearbeiten wenigstens einer Hauptoberfläche (12, 14, 134, 212, 214) eines Plättchens.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die Schritte aufweist: Orientieren der mehreren Plättchen so, daß ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen (24, 224) parallel zueinander und in einem ersten Winkel angeordnet sind, der größer als Null ist, während des Schrittes der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) ist; und Neuorientieren der mehreren Plättchen nach dem Schritt der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) so, daß deren entsprechenden ersten Bezugsebenen (24, 224) parallel zueinander und in einem von dem ersten Winkel unterschiedlichen zweiten Winkel angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) eine Materialentfernungstechnik aufweist, welche aus der Gruppe von Reißen, Schlagfräsen, Schleifen und Fräsen ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) das Erzeugen benachbarter Rillen in einem Rillensatz an unterschiedlichen Tiefen in der Arbeitsoberfläche (16, 216) der Plättchen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Erzeugung der mehreren Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) das Variieren eines Abstandes zwischen benachbarten Rillen in einem Rillensatz in der Arbeitsoberfläche (16, 216) der Plättchen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt der Erzeugung der entsprechenden Rillen in dem ersten Rillensatz (46, 114) das Erzeugen von Rillen in jedem n-ten Plättchen aufweist, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Entfernung von wenigstens einem Abschnitt von wenigstens einem Plättchen das Entfernen von Plättchen aufweist, welche aus der Gruppe von Plättchen ausgewählt werden, welchen eine erste Rille in ihren entsprechenden Arbeitsoberflächen fehlt.
Form, welche eine Kopie der mehreren Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) aufweist, welche gemäß dem Verfahren von Anspruch 1 hergestellt werden.
Verfahren zum Erzeugen einer Rückstrahlfolie, welches aufweist: Bereitstellen einer Form gemäß Anspruch 12; und Erzeugen einer Rückstrahlfolie aus einem Replikat der Form.
Verfahren zum Herstellen einer Form, welche zur Verwendung bei der Erzeugung von Würfelecken-Rückstrahlgegenständen aus einer Vielzahl von Plättchen (10a–n, 100a–f, 210a–f) geeignet ist, wobei jedes Plättchen gegenüberliegende erste und zweite Hauptoberflächen (12, 14, 134, 212, 214) aufweist, die dazwischen eine erste Bezugsebene (24, 224) definieren, jedes Plättchen ferner eine Arbeitsoberfläche (16, 216) enthält, welche die ersten und zweiten Hauptoberflächen verbindet, die Arbeitsoberfläche eine zweite Bezugsebene (26) im wesentlichen parallel zu der Arbeitsoberfläche und senkrecht zu der ersten Bezugsebene und eine dritte Bezugsebene (28) senkrecht zu der ersten Bezugsebene und der zweiten Bezugsebene definiert, wobei das Verfahren aufweist: Zusammenfügen der mehreren Plättchen in einer geeigneten Halterung, wobei die Halterung eine Basisebene (104, 280) definiert, so daß die mehreren Plättchen ihre entsprechenden ersten Bezugsebenen parallel zueinander und im wesentlichen senkrecht zu der Basisebene haben; maschinelles Entfernen von Abschnitten der Arbeitsoberfläche, um mehrere Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) auf der Arbeitsoberfläche auszubilden, wobei die mehreren Würfeleckenelemente durch wenigstens drei sich schneidende Rillensätze definiert sind, welche aufweisen: zwei zweite Rillensätze (30, 38, 110, 112), welche die Arbeitsoberflächen der mehreren Plättchen überqueren, und die sich schneiden, um einen ersten Basiswinkel β₁ der entsprechenden Würfeleckenelemente zu definieren; und einen ersten Rillensatz aus Rillen (46, 114), die sich wechselseitig mit Rillen der zweiten Rillensätze schneiden, um einen zweiten Basiswinkel β₂ und einen dritten Basiswinkel β₃ der entsprechenden Würfeleckenelemente zu definieren; und Entfernen mehrerer Plättchen (10c, 10f, 10i, 10l, 100b, 100d, 100f), um eine Formoberfläche auszubilden mit mehreren Würfeleckenelementsegmenten (132), wobei die Würfeleckenelementsegmente Abschnitten der Würfeleckenelemente entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Würfeleckenelementsegmente (132) optisch aktivere Abschnitte in Bezug auf die restlichen Abschnitte der entsprechenden Würfeleckenelementsegmente bei einem vorbestimmten Eintrittswinkel und Orientierungswinkel darstellen.
Form, welche eine negative Kopie der mehreren Würfeleckenelementsegmente (132) aufweist, welche gemäß dem Verfahren von Anspruch 14 hergestellt sind.
Verfahren zum Erzeugen einer Rückstrahlfolie, aufweisend: Bereitstellen einer gemäß Anspruch 16 hergestellten Form; und Erzeugen einer Rückstrahlfolie aus einem Replikat der Form.
Verfahren zum Herstellen einer Form, welche für die Erzeugung eines Würfelecken-Rückstrahlgegenstandes geeignet ist, aufweisend: Bereitstellen einer Anordnung, welche mehrere Plättchen (10a–n, 100a–f, 210a–f) mit Arbeitsoberflächen (16, 216) aufweist; Erzeugen mehrerer Würfeleckenelemente (80a–b, 124, 150) in den Arbeitsoberflächen so, daß eine Vielzahl von den Würfeleckenelementen sich quer wenigstens über einen Abschnitt von zwei oder mehr Plättchen erstrecken, wobei jedes von den Würfeleckenelementen drei angenähert wechselseitig senkrechte Seitenflächen aufweist, die sich wechselseitig schneiden, um ein Würfeleckenelement zu definieren; und Entfernen mehrerer Plättchen (10c, 10f, 10i, 10l, 100b, 100d, 100f) aus der Anordnung, welche optisch weniger aktive Abschnitte (91, 143) der Würfeleckenelemente enthalten,
Urform, welche für die Verwendung bei der Erzeugung von Würfeleckengegenständen geeignet ist, wobei die Urform mehrere Plättchen (10a–b, 10d–e, 10g–h, 10j–k, 100a, 100c, 100e) aufweist, die benachbart zueinander in einer Anordnung angeordnet sind, wobei die entsprechenden Plättchen eine mikrostrukturierte Arbeitsoberfläche enthalten, die eine Vielzahl von Würfeleckenelementsegmenten (132) enthält, wobei jedes Würfeleckenelementsegment ei nem Abschnitt eines vollständig ausgebildeten beschnittenen Würfeleckenelementes (80a–b, 124, 150) entspricht.
Urform nach Anspruch 19, wobei die vollständig ausgebildeten beschnittenen Würfeleckenelemente einen Basiswinkel β₁ aufweisen, der zwischen etwa 24° und etwa 40° mißt.
Urform nach Anspruch 19, wobei jedes beschnittene Würfeleckenelement einen optisch aktiveren Abschnitt und einen optisch weniger aktiven Abschnitt (91, 143) aufweist, wobei die Urform primär optisch aktivere Abschnitte aufweist.
Rückstrahlfolie, welche so modifiziert ist, daß sie einen verbesserten Rückstrahlungswirkungsgrad bei hohen Eintrittswinkeln aufweist, während sie einen hohen Rückstrahlungswirkungsgrad bei niedrigen Eintrittswinkeln beibehält, wobei die Folie ein Substrat mit einer Basisoberfläche und eine strukturierte Oberfläche gegenüber der Basisoberfläche aufweist, die strukturierte Oberfläche mehrere optisch gegenüberliegende Würfeleckenelementsegmente (132) von vollständig ausgebildeten beschnittenen Würfeleckenelementen (80a–b, 124, 150) enthält, und die Würfeleckenelementsegmente primär einen optisch aktiven Abschnitt eines vollständig ausgebildeten beschnittenen Würfeleckenelementes (80a–b, 124, 150) bei einem Auslegungseintrittswinkel und einem Orientierungswinkel aufweisen.
Rückstrahlfolie, welche im wesentlichen eine optisch durchlässige Oberflächenschicht und mehrere optisch gegenüberliegende retroreflektierende Würfeleckenelementsegmente (132) aufweist, wobei die Würfeleckenelementsegmente aufweisen: eine vierkantige Basis mit einer ersten Seite, die durch einen Rillenscheitel (46) definiert wird, einer zweiten virtuellen Seite gegenüber der ersten Seite und gegenüberliegenden dritten und vierten Seiten (30, 38) welche die ersten und zweiten Seiten verbinden; erste und zweite wechselseitig vierkantige optische Flächen (62, 66), die sich von den entsprechenden dritten und vierten Seiten der Basis aus erstrecken, wobei sich die vierkantigen optischen Flächen entlang einer gemeinsamen Kante (70) schneiden, um einen angenähert senkrechten Flächenwinkel zu bilden; und eine dreieckige optische Fläche (86), die sich von der ersten Seite der Basis aus erstreckt, die angenähert senkrecht zu den vierkantigen optischen Flächen angeordnet ist, wobei die dreieckige optische Fläche die ersten und zweiten wechselseitig vierkantigen optischen Flächen entlang entsprechenden gemeinsamen Kanten schneidet, um ein Würfeleckenelementsegment (132) zu definieren.