專利名稱：反光立體角片材、其模具和用于制造該片材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及適用來形成由多個薄片制成的立體角反光片材的模具，本發(fā)明還涉及一種用來制造該模具的方法，以及用這些模具形成的反光片材，所述模具采用犧牲薄片的辦法，從而能以一種理想方式來改變結(jié)構(gòu)化表面的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
反光材料的特征是，能改變?nèi)肷涔獾姆较蚴怪脊庠捶祷?。這一特性使反光片材能被廣泛地應(yīng)用于各種希望引人注意的場合。反光片材經(jīng)常用于平的、剛性的制品，例如道路標(biāo)記和路障；但是，它們也往往用于不規(guī)則的或柔性的表面。例如，可以將反光片材粘附于一需要該片材覆蓋住波紋形和突出的鉚釘?shù)目ㄜ囃宪嚨膫?cè)部，或者可以將片材粘附于諸如道路工的安全背心或其它安全衣物之類的柔性體部分。在下層表面為不規(guī)則的或柔性的情況下，反光片材最好是能與下層表面相吻合，并且不會犧牲反光性能。此外，反光片材經(jīng)常需要成卷地包裝和運輸，因而需要片材有足夠的柔性以卷繞到一芯軸上。
兩種已知類型的反光片材是微球型片材和立體角片材。微球型片材有時又稱作“珠形片材”，它采用了多個微球體，這些微球體一般至少部分地嵌入一粘結(jié)劑層，并具有相關(guān)的鏡面或漫反射材料(例如，顏料顆粒、金屬薄片或蒸鍍層等)以反射入射光線。美國專利No.3,190,178(McKenzie)、4,025,159(McGrath)和5,066,098(Kult)揭示了這樣的例子。有利的是，通?？梢詫⑽⑶蛐推恼掣接诓y狀或柔性的表面。還有，由于珠形反光片具有對稱的幾何結(jié)構(gòu)，當(dāng)圍繞一垂直于微球型片材表面的軸線旋轉(zhuǎn)時，該片材可顯示取向比較均勻的總的返回光。因此，這樣的微球型片材對片材置放在一表面上時其取向的敏感程度相對較低。然而，總的來說，與立體角片材相比，這種片材的反光效率較低。
立體角反光片材包括一本體部分和一結(jié)構(gòu)化的表面，前者具有一基本上平的基礎(chǔ)平面，后者包括與基礎(chǔ)平面相對的多個立體角單元。每個立體角單元包括三個基本上相互垂直的光學(xué)表面，它們相交在一單個的基準(zhǔn)點或頂點上。立體角單元的底部可作為讓光線進入立體角單元的孔徑。使用時，入射到片材基礎(chǔ)平面上的光線在片材的基礎(chǔ)平面上折射，同時透射過設(shè)置在片材上的立體角單元的底面，并且在立體角單元的三個垂直的立體角光學(xué)面中的每一個面上發(fā)生反射而重新射向光源。立體角單元的對稱軸線(又稱作光軸)是穿過立體角頂點延伸的軸線，它與立體角單元的三個光學(xué)面形成相等的角度。立體角單元可對大致沿光軸入射到單元底部的光線顯示出最高的光學(xué)效率。由一立體角反射件向后反射的光線數(shù)量會隨著入射角度偏離光軸而變少。
立體角反光片材的最大反光效率是在片材結(jié)構(gòu)化表面上的各立體角單元之幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。在立體角技術(shù)中，用術(shù)語“有效面積”和“有效孔徑”來表示可將入射到立體角單元底部的光線向后反射的那一部分單元。關(guān)于如何確定一立體角單元的有效孔徑的問題不在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。1971年7月7日的《Eckhardt，Applied Optics》v.10，n.7第1559-1566頁上描述了一種可用來確定立體角幾何結(jié)構(gòu)的有效孔徑的方法，授予Straubel的美國專利835,648號也揭示了有效孔徑的概念。對某一給定的入射角度，可以這樣來確定有效面積，即再將三個立體角面在一垂直于折射光的平面上的投影與第三反射圖象表面在同一平面上的投影拓撲相交來確定有效面積。術(shù)語“有效面積百分比”是有效面積除以立體角表面之投影的總面積。反光片材的反光效率直接與片材上的立體角單元的有效面積百分比相關(guān)。
另外，反光片材的反光圖案的光學(xué)特性部分地是各立體角單元的幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)。因此，立體角單元的扭曲變形會導(dǎo)致片材的光學(xué)特性也發(fā)生相應(yīng)的扭曲變形。為了抑制不希望有的物理變形，反光片材的立體角單元通常是用具有相對較高的彈性模量的材料制成的，所述材料的彈性模量要足以抑制各立體角單元在片材撓曲或彈性拉伸的過程中所發(fā)生的物理變形。如上所述，人們經(jīng)常希望反光片材的柔性足以允許它粘附于一波紋狀的或本身為柔性的基體上，或者允許反光片材卷成一卷以便于保存和運輸。
立體角反光片材傳統(tǒng)上是這樣制造的，即，先制造一個母模，它包括一種由所需的立體角單元的幾何結(jié)構(gòu)所形成的圖案，圖案可以是陰的或陽的?？梢圆捎面嚨碾婂?、化學(xué)蒸汽沉積或物理蒸汽沉積的方式來復(fù)制該母模，以便產(chǎn)生用于形成立體角反光片材的工具，授予Pricone等人的美國專利5,156,863綜述了用于形成立體角反光片材制造工具的方法。用于制造該母模的方法包括已知的諸如模塊拼合(pin-bundling)技術(shù)、直接機加工技術(shù)和層壓技術(shù)。每一種技術(shù)都有其優(yōu)點和缺點。
在模塊拼合技術(shù)中，是將多個小模塊組裝在一起而形成一立體角反光表面，每個小模塊都有一個具有一定幾何結(jié)構(gòu)的端部。美國專利1,591,572(Stimson)、3,926,402號(Heenan)3,541,606(Heenan等人)和3,632,695號(Howell)描述了這樣的例子。模塊拼合技術(shù)可以在一單個模具內(nèi)形成種種立體角幾何結(jié)構(gòu)。然而，對制造小型立體角單元(例如小于大約1.0毫米)而言，顯得不太經(jīng)濟，而且在技術(shù)上不太實用。
在直接機加工技術(shù)中，是在一單一基片上形成一系列的槽以構(gòu)成若干個立體角單元，美國專利3,712,706(Stamm)和4,558,258(Hoopman)揭示了這樣的例子。直接機加工技術(shù)能精確地機加工非常小的立體角單元，例如小于1.0微米左右，這些單元可用于制造柔性反光片材。然而，目前采用直接機加工技術(shù)不可能產(chǎn)生在較小入射角情況下具有很高有效孔徑的立體角幾何結(jié)構(gòu)。例如，在美國專利3,712,706中，立體角幾何結(jié)構(gòu)的理論最大總返回光是大約67％。
在層壓或疊層技術(shù)中，是將多個薄片組合起來而形成一立體角反光表面，每個薄片都有一個具有一定幾何形狀的端部。德國臨時公告(OS)1917292、國際公告WO94/18581(Bohn等人)、WO97/04939(Mimura等人)和WO97/04940(Mimura等人)都揭示了模制的反光件，其中在多個薄片上形成一開槽表面。隨后將這些薄片傾斜某一角度，并使每一第二片橫向移動。該過程可產(chǎn)生多個立體角單元，每個單元都由片的兩個被機加工面和一個側(cè)面構(gòu)成。授予Gubela的德國專利DE4236799揭示了一種用于生產(chǎn)模制工具的方法，該模制工具具有一用于生產(chǎn)高效立體角的立體角表面。在一條帶一邊的整個長度方向上，沿第一方向磨削或切削出一個斜面。隨后，沿第二方向形成多個槽，從而在該條帶上形成立體角反射器。最后，在條帶的兩側(cè)垂直地形成多個槽。授予Gubela的德國臨時專利4410994 C2是一個相關(guān)的專利。
立體角反光片材通常是由一種基本透光的聚合物基片構(gòu)造而成，所述基片具有一基本平面狀的前表面和多個位于其背面上的立體角單元。所述基片通常還包括一背襯片，它具有一種適當(dāng)?shù)恼辰觿┗蚱渌O(shè)施，以將所述片材粘附于一所需物體上。
在反光技術(shù)領(lǐng)域中，術(shù)語‘入射斜度’是用來描述隨入射光的入射角度而變化的片材反光效率的，諸如ASTM E808-94描述后向反射的標(biāo)準(zhǔn)方法所描述的那樣。立體角反光片材的入射斜度通常是離一垂直于片材的平面狀表面的軸線的入射光的入射角的函數(shù)，并且是片材取向的函數(shù)。
通常，在增強立體角反光片材在入射角較大情況下的入射斜度(即反光效率)和增強立體角反光片材在入射角較小情況下的反光效率之間是有矛盾的。因此，當(dāng)人們對立體角片材作改進以增強其入射斜度時，當(dāng)光線以下述入射角入射在片材上時，即，與一垂直于所述片材的軸線的夾角小于大約10度至大約20度，這種立體角片材的反光性能通常會降低。這種反光性能的降低削減了反光片材在一些應(yīng)用場合中的實用性。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中，人們要求反光片材能具有較強的入射斜度性能，而同時不會使反光效率在入射角較小的情況下有顯著降低，并且還需要一種制造這種反光片材的技術(shù)。
發(fā)明概要本文所揭示的較佳反光片材具有一增強的入射斜度，而不會顯著降低光線在以相對較小的入射角入射在所述片材上這一情況下的反光效率。本文還揭示了幾種用來制造這種反光片材的較佳方法，這些方法包括那些用來制造一種適用于形成由多個薄片制成的反光片材的母模的方法。有利的是，根據(jù)這些方法制造的母模能制造這樣一種反光立體角片材，該反光立體角片材在入射光以較小入射角入射在片材上的情況下仍能呈現(xiàn)出接近100％的反光效率。較佳的制造方法能制造出寬度約為0.050毫米至0.25毫米的立體角反光單元，從而可使所述片材具有柔性。本發(fā)明還揭示了幾種對由多個薄片形成的模具進行制造的有效且成本較低的方法。
在一實施例中，揭示了一種用來制造多個使用在一模具中的薄片的方法，所述模具適用于形成反光立體角制品。每一薄片具有對置的第一和第二主表面，所述兩表面之間形成一第一參考平面。每一薄片還包括一將第一和第二主表面連接起來的工作或加工面。所述工作面形成一基本平行于所述工作面并垂直于所述第一參考平面的第二參考平面。一第三參考平面被形成得垂直于所述第一參考平面和第二參考平面。所述方法包括以下步驟對一組件內(nèi)的多個薄片進行取向，以使它們各自的第一參考平面彼此相互平行，并設(shè)置得與一固定參考軸線呈一第一角度。在所述多個薄片的工作面上形成多個立體角單元，其中，所述多個立體角單元具有三個大體相互垂直的側(cè)面，這些側(cè)面彼此相交而形成一立體角單元。從所述組件中除去多個薄片的一部分，以改變所述模具表面的構(gòu)造。
在所述模具表面上形成多個立體角單元的步驟包括以下步驟形成兩個次槽組，所述次槽組橫向穿過所述多個薄片的工作面，并相交而形成各立體角單元的第一底角β1。形成一個主槽組，所述主槽組在相應(yīng)諸薄片的主表面之間延伸與所述次槽組的各槽相交，而形成各立體角單元的第二底角β2和第三底角β3。在一實施例中，在形成主槽組之前，從所述組件中除去多個薄片，以改變模具表面的構(gòu)造。
在其中所述第一角度大于0的另一實施例中，可以將所述立體角單元形成得具有兩個槽組。在模具表面上形成多個立體角單元的步驟包括以下步驟在每一薄片的工作面內(nèi)形成一包括至少兩個平行且相鄰的V形槽的第一槽組。每一相鄰槽形成一第一槽面和一第二槽面，所述第一和第二槽面基本垂直地相交，從而在每一薄片上形成一第一參考邊緣。在多個薄片的工作面內(nèi)形成一包括至少一個槽的第二槽組。第二槽組內(nèi)的每一槽形成一第三槽面，所述第三槽面與所述第一和第二槽面基本垂直地相交，從而形成至少一個立體角單元。在形成第二槽組之前，最好將所述多個薄片定向得使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并設(shè)置得與固定參考軸線呈一第二角度。可以使多個薄片圍繞一垂直于第二參考平面的軸線旋轉(zhuǎn)180°。除去諸薄片的一部分的步驟包括從所述組件中除去多個薄片和/或?qū)σ槐∑闹辽僖粋€主表面進行機械加工。
可以使其中一個或多個薄片在所述組件內(nèi)轉(zhuǎn)過180°，從而使工作面與相鄰的工作面大體上在同一平面內(nèi)。可以將所述多個薄片定向得使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并設(shè)置得與固定參考軸線呈一第一角度，將多個薄片夾持在一適當(dāng)?shù)膴A具內(nèi)，所述夾具形成一基礎(chǔ)平面。所述固定參考軸線基本上垂直于所述基礎(chǔ)平面。在一實施例中，第一角度的測量值約為0°。在另一實施例中，第一角度的值在大約0°和大約40°之間，較佳的是，大約7°至大約30°。
在另一實施例中，在形成多個立方體單元的過程中，使所述多個薄片定向得使它們各自的第一參考平面彼此平行并以一大于0度的第一角度進行設(shè)置。在形成所述多個立體角單元使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并以一不同于第一角度的第二角度進行設(shè)置的步驟之后，對所述多個薄片進行重新定向。所述第二角度最好小于所述第一角度，較佳的是0度。
形成多個立體角單元的步驟包括將最接近多個薄片的工作面的所述多個薄片的某些部分除去。將所述多個薄片中的每一薄片的某些部分除去的步驟包括一種從刻線、快速切削、研磨和銑削中選擇出來的材料去除技術(shù)。一槽組內(nèi)的各相鄰槽在所述薄片工作面內(nèi)的槽深可以是不同的。在多薄片的工作表面內(nèi)，槽組的相鄰槽之間的距離是可以改變的。在機械加工階段以及隨后的模具形成過程中，在相鄰薄片之間最好在所述各主表面之間保持一平面界面，從而可以將因?qū)Ρ∑M行搬動而產(chǎn)生的不對齊問題和損壞現(xiàn)象減至最低限度。
所述第一底角β1的值在大約0°和大約60°之間，較佳的是在大約10°和大約45°之間，最佳的是在大約24°和大約40°之間?？梢栽诿扛舻趎個薄片內(nèi)形成一主槽組，其中，n是一個大于1的數(shù)字。立體角單元通常是設(shè)置成彼此相對的各對。在另一實施例中，各立體角單元的光軸大體上是相互平行的，以提供取向角約在360°范圍內(nèi)的不對稱的總反光。
除去多個薄片的步驟包括從相應(yīng)工作面內(nèi)沒有一主槽的那一組薄片中選擇除去薄片的步驟。所述方法還包括以下步驟對各工作面內(nèi)上具有一主槽的多個薄片進行重新組裝，以形成一包括多個立體角單元段的模具表面。各立體角單元段最好具有各立體角單元的較多的光學(xué)有效部分。
本發(fā)明方法最好還包括對所述模具的工作面進行復(fù)制，以形成多個立體角單元的一陰復(fù)制件，所述陰復(fù)制件適于用作形成反光制品的模具。本發(fā)明還揭示了一種模具，它包括根據(jù)本發(fā)明方法所制造的多個立體角單元的一陰復(fù)制件。本發(fā)明還揭示了了一種形成反光片材的方法，它包括提供所述的較佳模具；以及在所述模具內(nèi)形成一反光片材。
一種用來制造一適于形成反光立體角制品的模具的方法，它包括以下步驟提供一具有多個薄片的組件。在多個薄片的一工作面內(nèi)形成多個立體角單元。多個立體角單元的每個的一部分最好延伸橫穿過兩個或多個薄片的一部分，其中每一立體角單元包括三個相互垂直的側(cè)面，這些側(cè)面相交形成一立體角單元。從所述組件中除去含有立體角單元的較少光學(xué)有效部分的多個薄片。
一種適于在形成立體角制品中使用的較佳母模，所述母模包括多個在一組件內(nèi)彼此相鄰設(shè)置的薄片。各薄片包括一具有微觀結(jié)構(gòu)的工作面，所述工作面包括多個立體角單元段。每一立體角單元段與一全成形的截頭立體角單元的一部分相對應(yīng)。所述薄片的厚度最好約為0.05毫米至大約0.25毫米。
本發(fā)明還揭示了一種改進的較佳反光片材，它可以提高在較大的入射角情況下的反光效率，同時還可以保持低入射角情況下具有較高的反光效率，所述片材包括一具有一基礎(chǔ)平面和一與所述基礎(chǔ)平面相對的結(jié)構(gòu)化表面的基底層，所述結(jié)構(gòu)化表面包括多個全成形截頭立體角單元的光學(xué)相對立體角單元段，所述立體角單元段主要包括一具有一設(shè)計入射角和取向角的全成形截頭立體角的光學(xué)有效部分。
附圖簡要說明

圖1是適于在本發(fā)明方法中使用的單層薄片的立體圖。
圖2是多個薄片的立體圖。
圖3是在形成兩槽組之后的工作面的俯視圖。
圖4是沿圖3所示的工作面的平面I-I截取的側(cè)視剖視圖。
圖5是沿圖3所示工作面的平面II-II截取的側(cè)視剖視圖。
圖6是沿圖3所示工作面的平面III-III截取的橫剖視圖。
圖7是在形成了第三槽組之后的圖6所示工作面的俯視圖，所述第三槽組在所述工作面內(nèi)形成多個立體角單元。
圖8是圖7所示的多個立體角單元的俯視圖，圖中陰影部分是為了說明那些具有一設(shè)計入射角和定向角的較強光學(xué)有效的部分。
圖9是從圖8所示組件中除去多個薄片而形成的多個光學(xué)相對立體角單元段的俯視圖。
圖10是在形成了第三槽組之后的圖6所示工作面的俯視圖，所述第三槽組可在根據(jù)另一實施例的工作面內(nèi)形成多個立體角單元。
圖11是從圖10所示組件中除去多個薄片而形成的多個光學(xué)相對立體角單元段的俯視圖。
圖12是在根據(jù)另一實施例的方法中使用的多個薄片的側(cè)視圖。
圖13是在所述工作面內(nèi)形成了兩槽組之后的圖12所示薄片的側(cè)視圖。
圖14是在所示工作面內(nèi)形成一第三槽組之后的圖13所示薄片的側(cè)視圖。
圖15是圖14所示工作面的俯視圖。
圖16是從圖15所示組件中除去多個薄片并重新進行定向而形成的多個光學(xué)相對立體角單元段的俯視圖。
圖17是圖16所示的一組薄片的側(cè)視圖。
圖18是圖16所示的一組薄片的俯視圖。
圖19是以一第一方向取向的所述多個薄片的端視圖。
圖20是在第一次機加工作業(yè)之后的所述多個薄片的側(cè)視圖。
圖21是在第二次機加工作業(yè)之后的所述多個薄片的端視圖。
圖22是一示意性立體角單元的示意圖。
較佳實施例的具體描述為了清楚起見，在描述本發(fā)明的較佳實施例時將采用一些專用術(shù)語。但是，不應(yīng)認為本發(fā)明僅限于所選定的專用術(shù)語，而應(yīng)予理解的是，所選定的每一術(shù)語均包含所有在功能上相類似的等效技術(shù)。于同一日提出的有關(guān)申請包括立體角片材模具及其制造方法(代理案號No.51946USA9A)；反光立體角片材模具以及由此形成的片材(代理案號No.53305USA5A)；由高度傾斜的立體角單元構(gòu)成的傾斜型反光片(代理案號No.53285USA9A)；反光立體角片材模具及其制造方法(代理案號No.51952USA6A)；以及雙取向的反光片材(代理案號No.52303USA8B)。
較佳實施例可以采用多種尺寸和形狀的反光單元，諸如全立體角單元和截頭立體角單元。一陣列中的相鄰的截頭立體角單元的底緣通常在同一平面內(nèi)。在一陣列中相鄰的全立體角單元的底緣則不都在同一平面內(nèi)。對一給定量的傾斜度全立體角單元所具有的總回光量比截頭立體角單元的為高，但是，在較大的入射角時，全立體角單元很快損失總返光量。全立體角單元的一個優(yōu)點是在小入射角時，它具有較高的總返光量，而在較大的入射角時，其性能也不會有太大的損失。
一立體角配對陣列的預(yù)期總回光量(TLR)可由已知的百分有效面積和光線強度來計算。光線強度可以因前表面損失和后反光光線的三個立體角表面中每一表面的反射而降低。總回光量定義為百分有效面積和光線強度的乘積，或者定交為被后向反射的總?cè)肷涔獍俜直?。對直接機加工的立體角陣列的總回光量的討論可參閱美國專利3,712,706(Stamm)。
下面將結(jié)合圖1至圖11對一薄片的一較佳實施例和制造所述薄片的方法進行描述。圖1示出了一種在適于用來形成反光片的模具的制造中較為有用的、有代表性的薄片10。薄片10包括一第一主表面12和一對置的第二主表面14。薄片10還包括一工作面16和一在第一主表面12和第二主表面14之間延伸的對置的底面18。薄片10還包括一第一端面20和一對置的第二端面22。在一較佳實施例中，薄片10是一其中對置表面基本相互平行的直角矩形多面體。但是，應(yīng)予理解的是，薄片10的對置表面不一定是要相互平行的。
為了描述清楚，可以通過疊加一笛卡爾坐標(biāo)系來說明薄片10在三維空間內(nèi)的各特征。將一第一基準(zhǔn)平面24定位在主表面12和14的中心處。一也可稱為x-z平面的第一基準(zhǔn)平面24以y軸作為其法向矢量。一也可稱為x-y平面的第二基準(zhǔn)平面26與薄片10的工作面16基本共平面地延伸，并以z軸作為其法向矢量。將一稱為y-z平面的第三基準(zhǔn)平面28定位在第一端面20和第二端面22的中間位置，并以x軸作為其法向矢量。為了清楚起見，下面將結(jié)合如本文所指出的笛卡爾參考平面來對各較佳實施例的各種幾何特征進行描述。但是，應(yīng)予理解的是，這種幾何特征也可以利用其它的坐標(biāo)系或結(jié)合所述薄片的結(jié)構(gòu)來加以描述。
較佳的薄片是由一種能保持精確容差的、尺寸穩(wěn)定的材料制成的。所述薄片可以由多種材料構(gòu)造而成，諸如可機加工的塑料(例如，聚對苯二甲酸乙酯，聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯)和包括黃銅、鎳、銅和鋁在內(nèi)的金屬。所述薄片的物理尺寸主要是受機加工的限制條件所約束的。所述薄片的厚度最好是至少0.1毫米，其高度是在5.0和100.0毫米之間，其寬度在10和500毫米之間。以上這些測得值僅僅是為了說明的目的而提供的，它們不應(yīng)該認為是限制于這些數(shù)值的。
具有三個基本直角的內(nèi)二面角的多個立體角單元形成在薄片10的工作面16上。所述立體角單元最好延伸得橫過兩或多個薄片。通過有選擇地除去薄片，可以除去所述各立體角單元的某些部分。在一片薄片上，一立體角單元的那一具有三個相互垂直的光學(xué)表面的部分被稱為立體角單元段。立體角單元的除去部分通常都不具有三個相互垂直的光學(xué)表面，因此，它們不是所述立體角單元段。較強光學(xué)有效立體角單元段的密度是集中起來的，從而可以增強光學(xué)性能。在機加工過程中以及后來由此形成的模具內(nèi)，主表面12、14之間有一平面狀界面保持在相鄰薄片之間，從而可以將因?qū)Ρ∑釀佣斐傻牟粚R問題和損壞現(xiàn)象減至最低限度。
圖2-圖9示出了一種用來形成多個薄片的方法，所述薄片適于在一適用于形成反光片的模具內(nèi)使用。簡言之，將多個立體角單元形成在多個薄片的工作面內(nèi)，此時將所述薄片固定在一組件內(nèi)。最好將多個薄片10a-10n(在本文中以標(biāo)號10來總的標(biāo)示)裝配成使它們各自的工作面16基本上在同一平面內(nèi)，并且它們各自的主平面與垂直于基礎(chǔ)平面81的第一參考軸線79呈一第一角度。在圖2所示的實施例中，所示第一角度是零，并且工作面16垂直于固定參考軸線79。
第一和第二槽組形成在多個薄片10的工作面16內(nèi)，每一第一、第二槽組最好包括多個相互平行、彼此相鄰的V形槽，從而可以提供一具有多個四面角錐體的結(jié)構(gòu)化表面(圖3-圖6)。包括多個V形槽的第三槽組形成在多個薄片10的工作面16內(nèi)。所述第三槽組的形成導(dǎo)致了這樣一種結(jié)構(gòu)化表面，它包括在多個薄片10的工作面上的多個全成形的截頭立體角單元(圖7)。然后，將多個薄片10從所述組件上除去，并對其余的薄片10重新進行裝配，以提供這樣一種模具表面，所述模具表面具有多個與所述全成形的立體角單元的一部分相對應(yīng)的立體角單元段(圖9)?；蛘?，可以對第一和/或第二主表面12、14進行機加工，以使得基本上只有圖9所示的全成形的立體角單元段保留下來。較佳的是，各立體角單元段與全成形的立體角單元的較強光學(xué)有效部分相對應(yīng)?；蛘?，可以在機加工第一和第二槽組之后，但在機加工第三槽組之前，除去所述多個薄片。
下面將對圖2一圖9所示的實施例進行更具體的描述?，F(xiàn)請參閱圖1-圖2，將多個較薄的薄片10組裝在一起，以使一薄片10的第一主表面12位于一相鄰薄片10的第二主表面附近。較佳的是在一能將多個薄片彼此緊鄰地固定住的夾具內(nèi)對多個薄片10進行組裝。夾具的具體結(jié)構(gòu)并不是本發(fā)明的關(guān)鍵所在。但是，為了描述的目的，所述夾具最好形成一基礎(chǔ)平面，在一較佳實施例中，當(dāng)將薄片10如圖2所示那樣定位時，所述基礎(chǔ)平面與各薄片10的基礎(chǔ)平面18相平行。多個薄片10可以由一如圖2所疊加的迪卡爾坐標(biāo)系來表示其在三維空間內(nèi)的特征。較佳的是，當(dāng)薄片被定位得使它們各自的第一參考平面24垂直于所述基礎(chǔ)平面時，多個薄片10的各工作面16基本上在同一平面內(nèi)。
現(xiàn)請參閱圖3，在多個薄片10的工作面16內(nèi)形成有一具有多個相互平行并彼此相鄰的大體V形槽30的第一槽組。在多個薄片10的工作面16內(nèi)形成有一具有多個相互平行并彼此相鄰的大體V形槽38的第二槽組。槽38與槽30在多個薄片10的工作面16上的多個相交位置54處相交。相交位置54大約沿著各薄片10的工作面16的邊緣而設(shè)置?；蛘?，可以將幾片薄片組合成一片薄片。例如，可以將薄片10a、10b；10d、10e和10g、10h組合起來，這樣，相交位置54就近似位于組合薄片的中心處。
槽30和38是利用一種適當(dāng)?shù)牟牧先コ夹g(shù)、通過去除多個薄片的工作面16的某些部分而形成的。本發(fā)明可以采用多種材料去除技術(shù)，包括精密機械加工技術(shù)，諸如磨削、刻線(ruling)和快速切削。也可以采用化學(xué)蝕刻或激光燒蝕技術(shù)。根據(jù)一實施例，第一槽組的各槽30是以一種高精密機械加工方法而形成的，該方法是使一夾角為84.946°的金剛石切削工具沿著與基礎(chǔ)平面81基本平行的軸線、反復(fù)地橫向移動而橫穿過多個薄片10的工作面16。同樣，第二槽組的各槽38是藉助使一夾角為84.946°的金剛石切削工具沿著與基礎(chǔ)平面81基本平行的軸線、橫向地移動而橫穿過各薄片10的工作面16來形成的，它以夾角β1(33.06°左右)與第一槽組的槽30相交。但是，應(yīng)予理解的是，也可以使所述金剛石切削工具沿著一與基礎(chǔ)平面81不平行的軸線移動，這樣，所述切削工具切削橫穿過所述多個薄片10的切削深度就將是變化的。還應(yīng)予理解的是，可以使所述機械加工工具保持固定，而將所述多個薄片設(shè)置成可運動的；所述多個薄片10和所述機械加工工具之間的相對運動可以為任一種方式。
第一槽組30和第二槽組38的形成造成了這樣一種結(jié)構(gòu)化表面，所述結(jié)構(gòu)化表面在所述多個薄片10的工作面16上具有一種四面錐體結(jié)構(gòu)60的重復(fù)圖案(圖4)。槽30、38被形成得使結(jié)構(gòu)60的表面62、66沿著一共同邊64相交，從而可在所述兩表面之間形成一基本垂直的內(nèi)二面角。同樣，表面68、72沿著一共同邊70相交，從而在所述兩表面之間形成一基本垂直的內(nèi)二面角。在立體角反光技術(shù)領(lǐng)域中，通常將這些表面之間的相互關(guān)系稱為相互垂直的關(guān)系。之所以用近似相互垂直或基本相互垂直這樣的術(shù)語通常是因為考慮到與完全正交的情況稍有偏差的情況，稍有偏差可以很好地改變反射光的分布情況，如授予Appeldorn等人的美國專利N0.4,775,219中所揭示的那樣。重要的是，表面62、66、68和72延伸橫穿過兩薄片的至少一部分薄片的工作面。此外，應(yīng)注意的是，表面62和68也沿著一共同邊74相交，表面66和72沿著共同邊76相交。正如上面所指出的那樣，通過將一些薄片組合起來，可以將各結(jié)構(gòu)的共同邊74和76定位在各薄片的主表面12、14之間的近似中心位置，如圖7所示的第三槽組包括形成在堆疊起來的多個薄片的工作面16內(nèi)的多個槽46。所述第三槽組的加入在多個薄片10的工作面16上形成了多個全成形的截頭立體角單元。一部分立體角單元最好延伸得橫穿過幾片薄片。改變各槽46的位置和槽的角度可以制造出種種幾何形狀的立體角單元。圖7示出了一實施例，其中，沿著一軸線形成有多個基本V形的槽，所述軸線與圖3中共同邊74和76沿其延伸的各軸線基本平行并且最好與它們共軸。所述V形槽最好是利用如上文所述的適當(dāng)?shù)牟牧先コ夹g(shù)來形成。在一實施例中，槽46是通過使一夾角為34.528°的金剛石切削工具沿著一軸線移動來形成的，所述軸線與共同邊74和76沿其延伸的軸線共軸，并與薄片邊緣基本平行。
第三槽組的形成在多個薄片10的工作面16上提供多個光學(xué)相對的立體角單元80a、80b。在所揭示的實施例中，立體角單元80a和80b的形狀和尺寸基本上是相同的，但是它們彼此之間是以180°的取向角來設(shè)置的。立體角單元80a具有三個相互垂直的光學(xué)表面兩個光學(xué)表面由表面62和66形成，第三光學(xué)表面86對應(yīng)于第三槽46的一表面。表面62、66和86的底緣形成了具有夾角β1、β2和β3的底三角。光學(xué)表面62、66和86在一立體角單元尖峰88處相交?；蛘撸鈱W(xué)表面62、66和86不必相交呈一尖峰。相反，可以形成一平頂或平整區(qū)域，以使光穿過所述反光片。立體角單元80b具有三個相互垂直的光學(xué)表面兩個光學(xué)表面由表面68和72形成，第三光學(xué)表面82與第三槽46的對置側(cè)相對應(yīng)。光學(xué)表面68、72和82的底緣形成了具有夾角β1、β2和β3的底三角。光學(xué)表面68、72和82在一立體角單元尖峰84處相交。
在本文所描述的所述實施例中，底角β1的值為33.06°，底角β2的值為73.47°，底角β3的值為73.47°。在立體角技術(shù)領(lǐng)域中，通常將具有不等邊底三角的立體角單元稱為‘傾斜式’立體角單元。在立體角技術(shù)領(lǐng)域中，采用術(shù)語‘前傾’或‘正傾’來描述其傾斜使底角β1增加的立體角單元。相反，在立體角技術(shù)領(lǐng)域中采用術(shù)語“后傾”或“負傾”來描述其傾斜使底角β1減小的立體角單元。對此，請參見美國專利No.5,565,151(Nilsen)和4,88,258(Hoopman)。
后傾式立體角單元的特征還在于，所述立體角單元底三角中只有一個夾角的值是小于60°的。其它兩個夾角的值至少為60°。與之相比較，前傾式立體角的特征是，所述底三角中有兩個夾角的值小于60°，并且有一個夾角的值大于60°。應(yīng)予理解的是，這里所描述的具體幾何形狀僅僅是一較佳實施例。對于本技術(shù)領(lǐng)域的那些熟練人員來說，應(yīng)予理解的是，也可以采用其它的傾斜度和立體角尺寸。對立方體的幾何形狀所作的非實質(zhì)性變化將呈現(xiàn)出的基本相同的光學(xué)效果，因此這些變化應(yīng)視為在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
向后或向前傾斜的立體角單元可以增強入射傾斜度。向后傾斜的立體角單元可以伸長光學(xué)表面62、66，并可減小底角β1。此外，向后傾斜的立體角單元80還可以改善至少在與共同邊64和70基本平行的平面內(nèi)的立體角單元80的入射傾斜度特性。正如將在下文中描述的那樣，立體角單元80的較強光學(xué)有效部分大體上是沿著所選擇的薄片集中的。這種特性在那些設(shè)計成反射大入射角光的反光片材應(yīng)用中是有用的?；蛘?，底角β1、β2和β3可以是不同的(不等邊三角形)，諸如WO96/42024(Smith等人)中所描述的那樣。
圖8是圖7所示立體角單元的總體示意圖，其中陰影部分表示在入射角從大約0°至大約45°的情況下、立體角單元的較強光學(xué)有效部分89。立體角單元(立體角單元段)的較強光學(xué)有效部分89被集中在第三槽46的附近，而立體角單元的較弱光學(xué)有效部分91是偏離第三槽46的。較強光學(xué)有效部分89可以包括位于角β2、β3附近的較弱光學(xué)有效部分87。圖8示出了圖7所示的立體角單元的一相對較小部分是光學(xué)有效的。當(dāng)所述入射角向0度逐漸減小時，較強光學(xué)有效部分89的面積和該區(qū)域的有效孔徑減小。達某一程度時，所述有效孔徑就變?yōu)橐华M縫孔徑，使離開反光制品的光主要在一含有所述立體角單元的光軸并垂直于所述狹縫的平面內(nèi)衍射。
圖9示出了藉助從圖8所示的組件中除去多個薄片(10c和10f)而形成的多個光學(xué)相對的立體角單元段的俯視圖。各立體角單元以配對的形式進行設(shè)置，各配對的立體角單元是由三個基本相互垂直的表面62、66和86的某些部分以及表面68、72和82的某些部分形成的。在另一實施例中，薄片10c、10f可以與相鄰薄片諸如例如10b和10e中的一個是連續(xù)的。薄片10b、10e與10c和10f相對應(yīng)的部分可以藉助機械加工來除去，諸如用平面化加工作業(yè)來除去。
在一較佳實施例中，圖9所示的是從所述組件中除去了一些薄片的結(jié)果，所述的這些薄片具有一些設(shè)置在它們各自工作面上的立體角單元段的較弱光學(xué)有效部分。在本文中，將從組件10c、10f中除去的薄片稱為犧牲或除去薄片。在一實施例中，將犧牲薄片從所述組件中除去，并在一適當(dāng)?shù)膴A具內(nèi)對其余的薄片重新進行組裝，以提供一結(jié)構(gòu)化表面，該表面包括多個與形成在原始組件內(nèi)的多個薄片的工作面上的全成形立體角單元的較強光學(xué)有效部分相對應(yīng)的立體角單元段。由于立體角單元段的較弱光學(xué)有效部分被除去，因此，與作為原始組件的表面的復(fù)制器而形成的反光器相比，作為此模的復(fù)制品而形成的反光器在大的入射角范圍內(nèi)可以呈現(xiàn)出高得多的反光效率。如上文所描述的那樣，在形成第三槽組46之前，可以有選擇地將薄片10c、10f從所述組件中除去。在機械加工過程中，并且在隨后的模具中，最好在相鄰薄片的主表面12、14之間維持一平面狀的界面，從而可以將因?qū)Ρ∑M行搬動而產(chǎn)生的不對齊問題和損壞現(xiàn)象減至最低限度。
在除去犧牲薄片10c、10f之后，立體角單元80a的光學(xué)有效部分89具有一四方基底，并具有一由槽頂點46形成的第一側(cè)、由薄片10e和10g相交而形成的、與第一側(cè)相對的第二虛側(cè)、以及由將第一、第二側(cè)連接起來的槽30、38所形成的對置第三和第四側(cè)。所述第一和第二互呈四方形的光學(xué)表面62、66自所述基底的第三和第四側(cè)30、38延伸出來并沿著一共同邊64相交，從而形成一近似垂直的二面角。三角形光學(xué)表面86自近似垂直于四方形光學(xué)表面62、66設(shè)置的基底的第一側(cè)延伸出來。三角形光學(xué)表面86與第一、第二互呈四方形光學(xué)表面62、66一起形成另一立體角單元段。
立體角單元80b的光學(xué)有效部分89具有一四角形基底，其第一側(cè)邊由一槽頂46形成，一第二虛側(cè)邊與第一側(cè)邊相對而由薄片10b和10d的相交形成，相對的第三、第四側(cè)則由連接第一、第二側(cè)的槽30、38形成。所述第一、第二互成四角形的光學(xué)表面68、72從基底的相應(yīng)第三、第四側(cè)邊30、38延伸并沿一共同邊70相交以形成一近似垂直的兩面角。三角形光學(xué)表面從基底的第一側(cè)延伸，它設(shè)置得近似地垂直于四角形光學(xué)表面68、72。三角形光學(xué)表面連同第一、第二互成四角形的光學(xué)表面68，72一起形成另一個立體角單元段。
圖10示出了在形成了一第三槽組之后的圖3所示工作面的俯視圖，所述第三槽組在根據(jù)本發(fā)明另一實施例的工作面內(nèi)形成有多個立體角單元。應(yīng)予理解的是，第三槽組的各槽46可以沿著這樣一些軸線來形成，所述軸線偏離含有邊緣74、76的軸線，如圖7-圖9所示的那樣。在圖10所示的實施例中，第三槽組的各槽46是沿著與每一第三薄片10(10c、10f、10i、10l)的主表面12、14基本重合的軸線來形成的。這樣就形成了一結(jié)構(gòu)化表面，其中，每一第三薄片10均包括多個沿著薄片工作面彼此相鄰設(shè)置的光學(xué)相對立體角單元段。其余的薄片(10a、10b、10d、10e、10g、10h、10j、10k、10m、10n)可以考慮作為犧牲薄片，可以從所述組件中除去，以提供一包括多個光學(xué)相對立體角單元在內(nèi)的工作面。
在圖10所示的實施例中，第三槽組的槽46是通過一夾角為17.264°且相對于縱軸不對稱的金剛石切削工具移動橫穿過工作面16來形成的。各槽可以交替地利用一相對于其縱軸對稱的工具來形成，由此可以切除掉犧牲薄片10b、10d、10e、10g、10h、10j、10k、10m的工作面的某些部分。正如上文所描述的那樣，可以將一些薄片，諸如10a、10b組合成一單一薄片。
圖11是與圖9相類似的、藉助將犧牲薄片(10a、10b、10d、10e、10g、10h、10j、10k、10m、10n)從圖10所示組件中除去而形成的多個光學(xué)相對立體角單元段的俯視圖。圖11所示的立體角單元段包括三個相互垂直并在立體角尖峰98處相交的光學(xué)表面90、92、94以及一不必與光學(xué)表面90和92相互垂直的第四光學(xué)表面96。
當(dāng)?shù)谌劢M46的夾角減小時，對槽組46的機械加工就變得越來越困難，這一部分是由于切削工具逐漸變窄并容易斷裂的緣故。所以，本發(fā)明的犧牲薄片機械加工方法對于形成高度傾斜的立體角單元段是特別有用的，因為可以使用較寬范圍的切削工具，不必考慮它們對犧牲薄片10a、10b、10d等的沖擊。所述較寬范圍的切削工具其結(jié)構(gòu)可以是不對稱的，或者可以相對于工作面16是傾斜的，以形成所述槽組46。
高度傾斜的立體角單元具有以下優(yōu)點當(dāng)立體角單元的傾斜角度增大時，較弱光學(xué)有效區(qū)域87、141就減小。另一方面，狹縫孔內(nèi)的衍射可將反射光主要導(dǎo)引在一平面內(nèi)，并且可以降低后向反射光的發(fā)散輪廓的均勻性，如ASTM E808-94中所描述的那樣。
圖12-圖18示出了另一實施例，其中，多個薄片100的工作面被加工時所述薄片是傾斜的，從而使側(cè)表面134被設(shè)置得與垂直于基礎(chǔ)平面104的第一參考軸線106呈θ角。這種傾斜可使成品立體角單元段內(nèi)具有更為對稱的孔徑，因此降低了衍射的不均勻性。工作面102最好是平行的，但不在同一平面內(nèi)。薄片100包括交替設(shè)置相對較薄的薄片100a、100c、100e，這些薄片的厚度大約是組裝在一起的相對較厚薄片100b、100d、100f的厚度的三分之一，但所述厚度是可以改變的。較佳的是在一能將多個薄片彼此相鄰地固定住的夾具內(nèi)對多個薄片100進行組裝。所述多個薄片100可以用圖1所示的笛卡爾坐標(biāo)系來描述其在三維空間內(nèi)的特征。正如將在下文中描述的那樣，薄片100b、100d、100f是最終將要從所述組件上除去的犧牲部分。
圖13是圖12所示薄片100在工作面102內(nèi)形成了兩組槽組之后的側(cè)視圖。圖14是圖13所示薄片100在工作面102內(nèi)形成了一第三槽組之后的側(cè)視圖。薄片100的傾斜使得對稱軸線135傾斜，從而在中間的機械加工過程中，可以制得高度傾斜的立體角單元124。當(dāng)傾斜角度以后降低時，立體角單元段的傾斜度也降低。正如上文所描述的那樣，可以在除去犧牲薄片100b、100d、100f之后，對第三槽組進行機械加工。
圖15是圖14所示工作面的俯視圖。第一、第二和第三槽組包括多個形成在多個薄片100的工作面102內(nèi)的、相互平行且彼此相鄰的大體上呈V形的槽110、112、114。槽110、112和114最好在多個薄片100的工作面102上的多個相交處116相交。較佳的是，第三槽組114和相交處116沿著較薄薄片100a、100c、100e的工作面102a、102c、102e的側(cè)面134而設(shè)置(參見圖14)。
或者，所有的三槽110、112和114不必在一個位置相交，這樣就形成了一平整的區(qū)域或平頂，以使光穿過反光片材。所述V形槽最好是利用上文所描述的較適當(dāng)?shù)牟牧先コ夹g(shù)來形成，諸如使一金剛石切削工具橫穿過工作面16。槽110、112最好是利用一夾角約為86.147°的工具來形成，用來形成槽114的工具最好具有一約為30.048°的夾角。由于薄片100b、100d、100f最終是從所述組件上除去的，因此，工作面102b、102d、102f的損壞不會影響由本模具制得的反光制品的光學(xué)性能。
槽110、112被形成得使結(jié)構(gòu)124的表面120、122沿著一共同邊126相交，從而在其間形成一基本垂直的二面角。槽114可在立體角單元124上提供一第三光學(xué)表面140。光學(xué)表面120、122、140在一立體角尖峰144處相交，從而形成一全成形截頭立體角單元124的三個相互垂直的光學(xué)表面。光學(xué)表面128、130、142在尖峰146處相交，但是由于所述組件的部分將被廢棄掉，因此，不必要形成三個相互垂直的光學(xué)表面。光學(xué)表面120、122、140的底緣形成具有夾角δ1、δ2、δ3的底三角，其中，δ1的值為29.066°、δ2、δ3的值為75.467°。
圖15以加陰影的方式示出了響應(yīng)于0°入射角的光具有一在設(shè)計的入射角和一設(shè)計的定向角的立體角單元124的實際有效孔徑。當(dāng)傾斜角度減小時，所述有效孔徑的形狀將變化。由槽114形成的夾角減小了光學(xué)表面140的尺寸，并使得立體角單元124的較強光學(xué)有效部分變窄。與立體角單元段132相比，立體角單元124的部分143的光學(xué)有效作用較弱。立體角單元段132可以包括較弱光學(xué)有效部分141。
圖16-圖18示出了藉助從圖15所示組件中除去多個薄片(100b、100d、100f)并使其余的薄片100a、100c、100e傾斜得豎直并平形于參考軸線10b而形成的多個光學(xué)相對立體角單元段?；蛘撸?，薄片100a、100b可以是一單一的薄片，并且部分100b可以藉助諸如平面化作業(yè)之類的機械加工而除去。立體角單元132添加了陰影，以說明較強光學(xué)有效部分。其余薄片100a、100c、100e上的立體角單元段132大體上是其余立體角單元124的光學(xué)有效作用最強的部分。從圖17中可以最清楚地看到，薄片100a和100e可以垂直取向，并且可旋轉(zhuǎn)180度，從而形成立體角單元段的匹配對，同時在兩者之間維持一平面狀界面。重新取向使薄片100a、100e垂直具有以下優(yōu)點光軸135可以更垂直地取向，從而形成負的或向后傾斜的立體角單元。
在一適當(dāng)?shù)膴A具內(nèi)對其余的薄片進行重新組裝，以提供這樣一個結(jié)構(gòu)化表面，它具有多個與形成在原始組件的多個薄片的工作面內(nèi)的全成形立體角單元124的較強光學(xué)有效部分相對應(yīng)的多個立體角單元段。由于立體角單元段的較弱光學(xué)有效部分將被除去，因此，和從原始組件的表面復(fù)制的反光器相比，用該模具復(fù)制的反光器基本上可以在較大的入射角范圍內(nèi)呈現(xiàn)出更高的反光效率。
在另一實施例中，薄片100a和100e未經(jīng)旋轉(zhuǎn)，因此，立體角單元132的光軸135大體上是平行的。沿相同方向?qū)R的各立體角單元132的總回光量相對于360°范圍的取向角來說是不對稱的。對于某些應(yīng)用場合來說，諸如從一較窄的取向角范圍看的道路標(biāo)記或其它物品，不對稱的反射圖案可能是較有用的。
圖19-圖21示出了用來形成多個具有兩槽組而不是三個槽組的立體角單元的方法，如與本申請同一天提出的題為“反光立體角片材的模具和制造該模具的方法”(代理案號51952 USA6A)中所揭示的那樣。對多個薄片210進行定向，以使它們各自的第一參考平面224與一垂直于基礎(chǔ)平面280的固定參考軸線282呈一第一角θ1。一包括多個平行且相鄰的V形槽230的第一槽組形成在多個以θ1為夾角設(shè)置的薄片210的工作面216內(nèi)。最低限度，至少兩個相鄰的槽230形成在多個薄片210的工作面216內(nèi)。槽230a、230b、230c等(總的稱作230)限定了第一槽面232a、232b、232c等(總的稱作232)以及第二槽面234b、234c、234d等(總的稱作234)，所述第一槽面和第二槽面如圖所示在槽頂233b、233c、233d等(總的稱作233)處相交。相鄰槽的槽面232a和234b沿著一參考緣236a近似地垂直相交。同樣，相鄰的槽面232b和234c最好也沿著參考緣236b近似地垂直相交。這種幾何形狀可利用一夾角為90°的切削工具來形成各槽230而得。這種圖案最好能在多個薄片210的整個工作表面216上重復(fù)。各槽頂233的間隔距離最好是在大約0.01毫米到1.0毫米之間，但本發(fā)明并不限于這些尺寸。
第一槽組的各槽230形成得具有一深度，以使各第一參考緣236與每一薄片的第一主表面212和第二主表面214相交。或者，也可以形成深度較淺的槽230。例如，如果切削工具的深度減小，各槽頂233將更靠近工作面216，因此，將形成較平整的的透射區(qū)。
為了在各薄片210的工作面216上最后形成立體角單元，可藉助沿著一與第一參考平面224平行的軸線、在每一薄片210內(nèi)機加工出一個或多個槽246來形成一第二槽組。根據(jù)圖21所示的本發(fā)明的一實施例，在形成所述第二槽組之前，以一第二角度來設(shè)置多個薄片210，使它們平行于固定參考軸線282。此外，可以將多個薄片從所述組件中除去和機加工主表面212、214以除去較弱光學(xué)有效部分。可以交替地將薄片(210b、210d、210f等)圍繞一垂直于第二參考平面226或基礎(chǔ)平面280的軸線轉(zhuǎn)過180°，然后，對多個薄片重新組裝，使它們各自的第一參考平面224最好基本上垂直于基礎(chǔ)平面280來設(shè)置。在另一實施例中，第二槽組246是形成在一位置處，從而使某些薄片的光學(xué)有效作用比其它薄片的光學(xué)有效作用強。然后最好將較弱光學(xué)有效薄片從所述組件中除去。
圖22示意地示出了薄片厚度“L”和一立體角單元150的幾何形狀之間的一種可能的相互關(guān)系。工具半角δ形成了其中一個槽組，ε是入射角，φ是折射后的光線入射角?！癏”是立體角單元150的高度。薄片“L”的厚度與所述立體角單元段的長度相對應(yīng)。折射率η0是1，η1大于1。所述立體角單元段的表面154分成兩個區(qū)域D1、D2，所述兩區(qū)域位于具有一入射角156的光線的兩側(cè)上，與頂點158相交，其中D1＝(L-Htanδ)(1-tanδtanφ)；以及D2＝H(tanδ+tanφ)D1∶D2之比最好在大約0.5至大約2.0的范圍內(nèi)，更佳的是約為1。
在本文中還揭示了一種用來制造反光片材的方法，所述反光片材包括一基本透光的表面層和多個光學(xué)相對的反光立體角單元段。所述立體角單元段包括一四角形基底，它具有一由一槽頂形成的第一側(cè)邊、與所述第一邊相對的第二虛邊，以及將所述第一、第二側(cè)邊連接起來的對置的第三和第第四側(cè)邊。所述第二虛邊是一將第三和第四側(cè)邊的槽頂連接起來的虛軸線。所述第一和第二互成四角形的光學(xué)表面從所述基底的第三和第四側(cè)邊延伸出來。四角形光學(xué)表面沿著一共同邊相交，從而形成一近似垂直的二面角。一三角形光學(xué)表面從所述基底的第一側(cè)邊延伸出來，它與所述四角形光學(xué)表面近似垂直，沿各自的共同邊與第一和第二互成四角形的光學(xué)表面相交的所述三角形光學(xué)表面構(gòu)成一立體角單元段。
在制造諸如反光片材之類的反光制品時，將多個薄片的結(jié)構(gòu)化表面用作母模，它可以采用電成形技術(shù)或其它傳統(tǒng)的復(fù)制技術(shù)來進行復(fù)制。多個薄片可以包括基本上相同的立體角單元，或者可以包括交替地具有不同尺寸、幾何結(jié)構(gòu)或取向的各種立體角單元。在本技術(shù)領(lǐng)域中稱作“壓模(stamper)”的復(fù)制品的結(jié)構(gòu)化表面包含諸立體角單元的陰圖像?？梢詫⒃搹?fù)制品用作一用來形成一反光器的模具。然而，更通常的是，將大量的陽或陰復(fù)制品組合在一起，以形成一大得足以用來成形反光片材的模具。所述薄片所具有的厚度最好是約為0.05毫米至大約0.25毫米。
可以將較佳的反光片材制成一整體式材料，例如，用上述的立體角單元陣列對一預(yù)成型的片材進行模壓，或者將一種流體材料注入一模具。對此，請參見JP8-309851和美國專利No.4,601,861(Pricone)?；蛘撸梢韵鄬τ谝活A(yù)成型的薄膜來模制各立體角單元，從而將反光片材制造層片式的產(chǎn)品，如PCT申請No.WO 95/11464(于1995年4月27日公開)和美國專利No.3,648,348所揭示的那樣，或者將一預(yù)成型的薄膜層壓到預(yù)成型的立體角單元上。舉例來說，可以利用一鎳模具來制造有效的片材，該鎳模具是通過將鎳電解沉積到一母模上而形成的。可以將電成型模具用作壓模，以將模具的圖案模壓到厚度約為500μm、折射率約為1.59的聚碳酸酯薄膜上。還可以將該模具用在一壓機中，在大約175°至200℃下進行壓制。
用來制造較佳反光片材的較有用的材料是那些尺寸穩(wěn)定、耐用、耐氣候和能方便地成形為所需構(gòu)造的材料。合適材料的例子包括丙烯酸類樹脂(其折射率通常為大約1.5)，諸如來自Rohm和Haas的有機玻璃(Plexiglas)樹脂；熱固性的(最好是輻射固化的)丙烯酸酯和環(huán)氧丙烯酸酯、聚碳酸酯，它們的折射率約為1.6；基于聚乙烯的離聚物(商品名為“SURLYN”)；聚酯；以及乙酸丁酸纖維?？偟膩碚f，可以采用一般在受熱和受壓情況下可成形的任何一種透光材料。授予Smith等人的美國專利No.5,450,235揭示了用于本發(fā)明的形成反光片材的其它合適的材料。所述片材還可包括著色劑、染料、UV吸收劑或其它需要的添加劑。
在某些情況下，人們希望能為反光片材提供一背襯層。背襯層對于按照總內(nèi)反射原理來反射光線的反光片材是特別有用的。合適的背襯層可以利用透明或不透明的材料(包括著色材料)制成，這些材料可以與本發(fā)明所揭示的反光片材有效地配合。合適的背襯材料包括鋁片、電鍍鋼材、聚合物材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚酰胺、聚氟乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚氨基甲酸乙酯)、以及由這些和其它材料制成的各種薄片。
背襯層或片材可以被密封在一個格子圖案或適用于反光單元的其它任何構(gòu)造內(nèi)。密封作業(yè)可以利用種種方法來實施，這些方法包括在反光單元陣列上的各離散位置進行超聲波焊接、粘合劑粘結(jié)或熱封(例如參見美國專利No.3,924,928)。密封有利于防止污染物(如塵土和/或水分)進入，并且可以在立體角單元的相鄰反光表面附近保留空氣空間。
如果該復(fù)合物需要另外增加強度或韌性，可以采用由聚碳酸酯、聚丁酸酯或纖維加強的塑料制成的背襯片材。根據(jù)所獲得的反光材料的不同的柔性，可以將材料卷起或切割成條或其它合適的樣式。還可以為反光材料背襯一粘合劑以及一防粘片，以便能直接施加于各種基體上而無需另加粘合劑或采用其它緊固裝置。
文中所揭示的各立體角單元可以分別形成，以便使由制品反射的光線分布成一個合適的圖案或發(fā)散形狀，如美國專利No.4,775,219所揭示的那樣。通常，所產(chǎn)生的槽半角誤差小于±20弧度分，經(jīng)常小于±5弧度分。
文中所提到的所有專利和專利申請，包括在本發(fā)明背景描述部分中所揭示的那些都援引在本發(fā)明中作參考之用。上面已結(jié)合若干個實施例對本發(fā)明進行了描述。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)該可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下根據(jù)所述實施例作出很多變化。因此，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)限于所述的較佳結(jié)構(gòu)和方法，而應(yīng)由范圍更廣的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種用來制造多個使用在模具中的薄片的方法，所述模具適于在形成反光立體角制品中使用，每一薄片具有對置的第一和第二主表面，所述兩表面之間形成一第一參考平面，每一薄片還包括一將第一和第二主表面連接起來的工作面，所述工作面形成一基本平行于所述工作面并垂直于所述第一參考平面的第二參考平面以及一垂直于所述第一參考平面和第二參考平面的第三參考平面，所述方法包括以下步驟對一組件內(nèi)的多個薄片進行取向，以使它們各自的第一參考平面彼此相互平行，并設(shè)置得與一固定參考軸線呈一第一角度；在所述多個薄片的工作面上形成多個立體角單元，其中，所述多個立體角單元具有三個大體相互垂直的側(cè)面，這些側(cè)面彼此相交而形成一立體角單元；以及從所述組件中除去至少一薄片的一部分，以改變所述模具表面的構(gòu)造。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述模具表面上形成多個立體角單元的步驟包括以下步驟形成兩個次槽組，所述次槽組橫穿過所述多個薄片的工作面，并相交而形成各立體角單元的第一底角β1；以及形成一個主槽組，所述主槽組與所述次槽組的各槽相交，而形成各立體角單元的第二底角β1和第三底角β3。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，它還包括在形成主槽組之前，從所述組件中除去多個薄片。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括使其中一個或多個薄片在所述組件內(nèi)部旋轉(zhuǎn)180°。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一角度大于0，并且在模具表面上形成多個立體角單元依次包括以下步驟在每一薄片的工作面內(nèi)形成一包括至少兩個平行且相鄰的V形槽的第一槽組，每一相鄰槽形成一第一槽面和一第二槽面，所述第一和第二槽面基本垂直地相交，從而在每一薄片上形成一第一參考緣；以及在多個薄片的工作面內(nèi)形成一包括至少一個槽的第二槽組，第二槽組內(nèi)的每一槽形成一第三槽面，所述第三槽面與所述第一和第二槽面基本垂直地相交，從而形成至少一個立體角單元。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在形成第二槽組之前，對所述多個薄片進行定向，使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并設(shè)置得與固定參考軸線呈一第二角度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對所述多個薄片進行定向使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并設(shè)置得與固定參考軸線呈一第二角度的步驟包括使多個薄片圍繞一垂直于第二參考平面的軸線旋轉(zhuǎn)180°。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，相鄰的第一和第二主表面包括一基本平面狀的界面。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，除去至少一個薄片的一部分的步驟包括從所述組件中除去多個薄片。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，除去至少一個薄片的一部分的步驟包括對一薄片的至少一個主表面進行機械加工。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述多個薄片進行定向使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并設(shè)置得與固定參考軸線呈一第一角度的步驟包括在一適當(dāng)?shù)膴A具內(nèi)對多個薄片進行組裝，所述夾具形成一基礎(chǔ)平面。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述固定參考軸線基本上垂直于所述基礎(chǔ)平面，并且所述薄片被定向成使它們各自的第一參考平面平行于所述固定參考軸線，以使所述第一角度的值約為0°。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述固定參考軸線基本上垂直于所述基礎(chǔ)平面，并且所述薄片被定向成使它們各自的第一參考平面相對于所述固定參考軸線來說是傾斜的，從而使所述第一角度的值在大約0°和大約40°之間。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述固定參考軸線基本上垂直于所述基礎(chǔ)平面，并且所述薄片被定向成使它們各自的第一參考平面相對于所述固定參考軸線來說是傾斜的，從而使所述第一角度的值在大約7°和大約30°之間。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括以下步驟在形成多個立體角單元的過程中，對所述多個薄片進行定向，使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并以一大于0°的第一角度設(shè)置；以及在形成所述多個立體角單元使它們各自的第一參考平面彼此相互平行并以一不同于第一角度的第二角度設(shè)置的步驟之后，對所述多個薄片進行重新定向。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二角度小于所述第一角度。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二角度約為0度。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成多個立體角單元的步驟包括將最接近多個薄片的工作面的所述多個薄片的某些部分除去。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，將所述多個薄片中的每一薄片的某些部分除去的步驟包括從刻線、快速切削、研磨和銑削中選擇出一種材料去除技術(shù)。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成多個立體角單元的步驟包括使多個薄片和一切削工具之間產(chǎn)生相對運動。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成多個立體角單元的步驟包括在一槽組內(nèi)、在所述薄片工作面內(nèi)形成不同槽深的相鄰槽。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成多個立體角單元的步驟包括在一在所述薄片工作面內(nèi)的一組槽組內(nèi)使相鄰槽之間的間距有所改變的步驟。
23.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，角β1的值在0°和60°之間。
24.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，角β1的值在大約10°和大約45°之間。
25.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，角β1的值在大約24°和大約40°之間。
26.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，形成主槽組內(nèi)的各槽的步驟包括每隔第n個薄片形成各槽，其中，n是一個大于1的數(shù)字。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，除去多個薄片的步驟包括從各工作面內(nèi)沒有一主槽選擇的那一組薄片中除去薄片的步驟。
28.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括以下步驟對各工作面內(nèi)上具有一主槽的多個薄片進行重新組裝，以形成一包括多個立體角單元段的模具表面。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，各立體角單元段具有各立體角單元的較強光學(xué)有效部分。
30.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各立體角單元的光軸大體上是相互平行的。
31.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括以下步驟對所述模具的工作面進行復(fù)制，以形成多個立體角單元的陰復(fù)制件，它適于用作一用來形成反光制品的模具。
32.一種模具，它包括一具有多個根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制造的立體角單元的復(fù)制件。
33.一種形成反光片材的方法，它包括提供一種如權(quán)利要求32所述的模具；以及在所述模具內(nèi)形成一反光片材。
34.一種用來制造一模具的方法，所述模具適于用來利用多個薄片來形成反光立體角制品，每個薄片均具有相對的第一和第二主表面，在該兩表面之間形成一第一參考平面，每一薄片還包括一將第一和第二主表面連接起來的工作面，該工作面形成一基本平行于所述工作面并垂直于第一參考平面的第二參考平面以及一垂直于第一和第二參考平面的第三參考平面，所述方法包括如下步驟在一適當(dāng)?shù)膴A具內(nèi)對所述多個薄片進行組裝，所述夾具形成一基礎(chǔ)平面，以使所述多個薄片的各第一參考平面彼此相互平行并且基本上垂直于所述基礎(chǔ)平面；機械加工除去所述工作面的某些部分，以在所述工作面上形成多個立體角單元，所述多個立體角單元由至少三個相交的槽組形成，所述槽組包括兩個次槽組，它們橫穿過所述多個薄片的工作面并相交而形成各立體角單元的第一底角β1；以及一具有諸槽的主槽組，它與次槽組的各槽相交，而形成各立體角單元的第二底角β2和第三底角β3；以及除去多個薄片以形成一具有多個立體角單元段的模具表面，所述立體角單元段與所述立體角單元的某些部分相對應(yīng)。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在預(yù)定的入射角和取向角下，所述立體角單元段相對于其余的立體角單元段來說具有較強的光學(xué)有效部分，
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，它還包括以下步驟對所述模具的工作面進行復(fù)制，以形成多個立體角單元段的陰復(fù)制件，它適于用作一用來形成反光制品的模具。
37.一種模具，它包括一具有多個根據(jù)權(quán)利要求34所述方法制造的立體角單元段的陰復(fù)制件。
38.一種形成反光片材的方法，它包括提供一種如權(quán)利要求37所述的模具；以及在所述模具內(nèi)形成一反光片材。
39.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，它還包括以下步驟使其中一個或多個薄片在所述組件內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°，從而使所述工作面大體上與相鄰的工作面在同一平面內(nèi)。
40.一種用來制造一適于形成反光立體角制品的模具的方法，它包括以下步驟提供一包括多個具有工作面的薄片的組件；在所述工作面內(nèi)形成多個立體角單元，從而使多個立體角單元延伸橫穿過兩個或多個薄片的至少一部分，其中每一立體角單元包括三個相互垂直的側(cè)面，這些側(cè)面相交形成一立體角單元；以及從所述組件中除去具有立體角單元中的較弱光學(xué)有效部分的多個薄片。
41.一種適于在形成立體角制品中使用的母模，所述母模包括多個在一組件內(nèi)彼此相鄰設(shè)置的薄片，各薄片包括一具有微觀結(jié)構(gòu)的工作面，所述工作面包括多個立體角單元段，每一立體角單元段與一全成形的截頭立體角單元的一部分相對應(yīng)。
42.如權(quán)利要求41所述的母模，其特征在于，所述全成形的截頭立體角單元包括一在大約10°和大約45°之間的底角β1。
43.如權(quán)利要求41所述的母模，其特征在于，所述全成形截頭立體角單元包括一在大約24°和大約40°之間的底角β1。
44.如權(quán)利要求41所述的母模，其特征在于，各薄片的工作面包括成匹配對形式的光學(xué)相對立體角單元段。
45.如權(quán)利要求41所述的母模，其特征在于，每一截頭立體角單元包括一較強光學(xué)有效作用部分和一較弱光學(xué)有效作用部分，所述母模主要包括較強光學(xué)有效作用部分。
46.如權(quán)利要求41所述的母模，其特征在于，所述薄片的厚度約為0.05毫米至大約0.25毫米。
47.一種改進型反光片材，它可以提高在較大的入射角情況下的反光率，同時還可以保持低入射角情況下具有較高的反光率，所述片材包括一具有一基礎(chǔ)平面和一與所述基礎(chǔ)平面相對的結(jié)構(gòu)化表面的底層，所述結(jié)構(gòu)化表面包括多個全成形立體角單元的光學(xué)相對立體角單元段，所述立體角單元段主要包括在一設(shè)計入射角和取向角下的全成形截頭立體角的光學(xué)有效部分。
48.一種反光片材，它包括一基本透光的表面層和多個光學(xué)相對的反光立體角單元段，所述立體角單元段包括一四角形基底，它具有一由一槽頂形成的第一側(cè)邊、一與所述第一側(cè)邊相對的第二虛側(cè)，以及一將所述第一和第二側(cè)邊連接起來的、相對置的第三和第四側(cè)邊；第一和第二互成四角形的光學(xué)表面，它們從所述基底的第三和第四側(cè)邊延伸出來，所述四角形光學(xué)表面沿著一共同邊相交，以形成一近似垂直的二面角；以及一從所述基底的第一側(cè)邊延伸出來的三角形光學(xué)表面，它設(shè)置得近似地與所述四角形光學(xué)表面相垂直，所述三角形光學(xué)表面沿著各共同邊與第一和第二互成四角形的光學(xué)表面相交，以形成一立體角單元段。
全文摘要
一種用來制造多個使用在模具中的薄片(10a、b、c、d、e、f、g、h)的方法,所述模具適用于形成反光立體角制品。每一薄片具有對置的第一和第二主表面,所述兩表面之間形成一第一參考平面。每一薄片還包括一將第一和第二主表面連接起來的工作面。所述工作面形成一基本平行于所述工作面并垂直于所述第一參考平面的第二參考平面以及一垂直于所述第一參考平面的第三參考平面。所述方法包括以下步驟:(a)對一組件內(nèi)的多個薄片進行取向,以使它們各自的第一參考平面彼此相互平行,并設(shè)置得與一固定參考軸線呈一第一角度;(b)在所述多個薄片的工作面上形成多個立體角單元,其中,所述多個立體角單元具有三個大體相互垂直的側(cè)面,這些側(cè)面彼此相交而形成一立體角單元頂峰;以及(c)從所述組件中除去多個薄片(10c,f),以改變所述模具表面的構(gòu)造。
文檔編號B29C33/38GK1259898SQ97182329
公開日2000年7月12日 申請日期1997年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月2日
發(fā)明者肯納·L·史密斯, 杰拉爾德·M·本森 申請人:美國3M公司