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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Gegenstände,
die ein Bahnenmaterial mit einer mikrostrukturierten Oberfläche aufweisen,
die Licht in einem Moiré-artigen Muster
reflektiert. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung
einer Vorform und Abdrücken
davon, einschließlich
eines Bearbeitungsmittels, das zu dem Bahnenmaterial mit solch einem
Muster führt. Ein
bevorzugtes Verfahren weist das Bilden von V-förmigen Rillen in einem Substrat
(zum Beispiel Metallplatte) auf, wobei die Überschneidungen von drei Rillen
Würfeleckelemente
bilden. Die Würfeleckelemente
werden derart gebildet, dass benachbarte parallele Rillen überall in
der Anordnung im Wesentlichen den gleichen Rillenabstand und die
gleiche Rillentiefe aufweisen. Die Vorform sowie das entsprechende
Bearbeitungsmittel und Bahnenmaterial weisen überall in der Anordnung vorzugsweise
einen Rillenabstand im Bereich von etwa 0,0005 Inch (0,0127 mm)
bis etwa 0,007 Inch (0,1778 mm) und mehr bevorzugt einen Rillenabstand
von weniger als etwa 0,004 Inch (0,1016 mm) auf.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Retroreflektierende
Würfeleck-Bahnmaterialien
werden gewöhnlich
für verschiedene
dekorative Zwecke und Sicherheitszwecke eingesetzt. Das Würfeleck-Bahnenmaterial
wird angesichts seiner hohen retroreflektierten Helligkeit oft für Verwendungen
wie Verkehrsschilder, Gehwegmarkierungen, Fahrzeugmarkierungen und
persönliche
Sicherheitsgegenstände
bevorzugt. Seit seiner Einführung
wurden verschiedene Verbesserungen vorgenommen, wie diejenigen,
die von der Patentliteratur beschrieben sind, die retroreflektierendes
Würfeleck-Bahnenmaterial betrifft.
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In
jüngerer
Zeit lehrt zum Beispiel die
US-Patentschrift
Nr. 6,206,525 ein retroreflektierendes Bahnenmaterial zum
Bilden von orientierungsfreien Kegeln reflektierten Lichts, die
einen Beobachtungswinkel von 0,5 Grad aufweisen und aus kleinen
mit Metall unterlegten Würfeleckprismen
in einer Anordnung gebildet sind, in der die Größe der Prismen bezüglich des
Zentrums im Bereich zwischen 0,0005 Inch bis 0,003 Inch liegt. Die
Anordnung wird durch Gießen transparenter
Kunststoffprismen in eine Form gebildet, die durch Linieren von
drei Gruppen von Rillen gebildet wird, die sich bei einem Winkel überschneiden.
Die Rillen sind bezüglich
des Zentrums im Bereich von 0,0005 Inch bis 0,003 Inch voneinander
beabstandet. Vor oder nach der Bildung werden die Prismen mit einem
reflektierenden Material wie einem Metall beschichtet. Der Hauptnachteil
von sehr kleinen Prismen wird dahingehend beschrieben, dass es sehr
schwierig ist, eine Anordnung von 0,002 Inch von zentrierten Prismen über eine
große
Fläche zu
linieren, da sich der Linierschneiddiamant abnutzt. Jedoch wird
beschrieben, dass sehr kleine Prismen auch Vorteile aufweisen, zu
denen eine erhöhte
Flexibilität
gehört.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn sehr kleine
Würfeleckprismen aus
einer Vorform mit genau positionierten V-förmigen sich überschneidenden
Rillen gebildet werden, retroreflektierende Vorformen und retroreflektierende Abdrücke davon
wie retroreflektierendes Bahnenmaterial ein Moiré-artiges Muster aufweisen.
Es wird angenommen, dass das Auftreten solch eines Moiré-artigen
Musters durch eine optische Interferenz zwischen benachbarten Würfeln (das
heißt,
Würfelgruppe,
wobei das einfallende Licht kohärent
ist) bewirkt wird. Die Gegenwart dieses Moiré-artigen Musters in dem Bahnenmaterial
ist ohne weiteres erkennbar und kann für verschiedene Verwendungen
bei Verkehrskontrollen, Deutlichkeit und Dokumentenechtheits prüfungen,
insbesondere für
Fälle benutzt
werden, wobei die Gegenwart des Musters auf eine Weise eingesetzt
wird, welche die Lesbarkeit nicht beeinträchtigt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein retroreflektierendes Bahnenmaterial,
das eine polymere Bahn mit einer Anordnung geometrischer Elemente (zum
Beispiel Würfelecken)
aufweist, wobei das Bahnenmaterial ein Moiré-artiges Muster nach Anspruch 1
aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elemente
durch eine kontinuierliche Anschlussschicht untereinander verbunden.
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Ebenfalls
offenbart wird ein Verfahren nach Anspruch 10 zur Herstellung einer
Vorform durch Bilden von drei Gruppen aus V-förmigen Rillen in einem Substrat,
so dass die Überschneidungen
eine Anordnung von Würfeleckelementen
bilden; wobei die Rillen in jeder Gruppe im Wesentlichen einen identischen
Rillenabstand und eine identische Rillentiefe und einen Rillenabstand
im Bereich von 0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,0070 Inch (0,1778 mm)
aufweisen.
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Die
Elemente werden vorzugsweise aus drei Gruppen von sich gegenseitig
schneidenden V-förmigen
Rillen gebildet. Die Rillen weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen
Rillenabstand im Bereich von 0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,007 Inch
(0,1778 mm) und mehr bevorzugt weniger als 0,004 Inch (0,1016 mm)
auf. Die Würfeleckelemente
weisen überall
in der Anordnung oder untergeordneten Anordnung im Wesentlichen
die gleiche Größe auf.
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Die
Rillen weisen im Wesentlichen einen identischen Abstand und eine
identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–800 nm,
typisch von mindestens +/–500
nm, typischer von mindestens +/–200
nm, vorzugsweise mindestens +/–100
nm, mehr bevorzugt mindestens +/–50 nm, sogar noch mehr bevorzugt
mindestens +/–25
nm und am meisten bevorzugt mindestens +/–10 nm über eine Strecke von 10 aufeinander
folgenden Rillen auf. Die Würfeleckelemente
können verkantet
oder nicht verkantet sein.
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Die
Rillen sind mit einer Genauigkeit des Rillenwinkels gebildet, die
mindestens so genau wie +/–2
Bogenminuten, vorzugsweise mindestens so genau wie +/–1 Bogenminute
und mehr bevorzugt mindesten so genau wie +/–1/2 Bogenminute ist.
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Ebenfalls
erläutert
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungsmittels, aufweisend das
Bereitstellen einer Vorform, die solch ein Moiré-artiges Muster bereitstellt,
galvanisches Beschichten der Vorform, wodurch ein negatives Bearbeitungsmittel
gebildet wird, Entfernen des Bearbeitungsmittels von der Vorform,
wahlweise mindestens einmaliges galvanisches Beschichten des negativen Bearbeitungsmittels,
wodurch mindestens ein positives Bearbeitungsmittel gebildet wird,
und wahlweise galvanisches Beschichten des positiven und des negativen
Werkzeugs, wodurch ein Mehrgenerationen-Bearbeitungsmittel gebildet
wird.
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Ebenfalls
erläutert
wird ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Bahnenmaterials,
aufweisend das Bereitstellen eines Bearbeitungsmittels, das solch
ein Moiré-artiges
Muster bereitstellt, Gießen
einer flüssigen
Harzzusammensetzung auf die mikroprismatische Oberfläche des
Bearbeitungsmittels, Härtenlassen
der Zusammensetzung zum Bilden einer Bahn und Entfernen des Bearbeitungsmittels.
Ein alternatives Verfahren weist das Bereitstellen eines Bearbeitungsmittels,
das solch ein Moiré-artiges
Muster bereitstellt, Bereitstellen eines formbaren Substrats, Inkontaktbringen
einer Oberfläche
des Bearbeitungsmittels mit dem Substrat, so dass das Muster dem
Substrat verliehen wird, und Entfernen des Bearbeitungsmittels auf.
Die Verfahren können
ferner das Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung auf das
Harz oder Substrat aufweisen. Die Harzzusammensetzung ist vorzugsweise
transparent. Ein bevorzugtes Harz ist Polycarbonat.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine vergrößerte Draufsicht
eines Abschnitts einer Vorform, die drei Gruppen aus V-förmigen parallelen
Rillen aufweist. Eine vorliegende Vorform von 6 Quadratinch (15,24
Quadratzentimeter) mit einem Rillenabstand von 0,004 Inch (0,1016
mm) würde
1.500 Würfeleckelemente
entlang der Breite aufweisen, was über 2 Millionen für die gesamte
Fläche
summiert. Diese Figur stellt auch eine auseinander gezogene Ansicht
eines Abschnitts des retroreflektierenden Bahnenmaterials dar, das aus
einem Werkzeug gebildet ist, das ein negativer Abdruck der Vorform
war.
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2 stellt
eine Fotografie eines Bearbeitungsmittels dar, das ein Moiré-artiges
Muster gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Das Bearbeitungsmittel war ein negativer Abdruck
einer Vorform mit einem konstanten Rillenabstand von weniger als 0,003500
Inch (0,088900 mm) überall
in der Anordnung, wobei die Rillen mit einer Genauigkeit von mindestens
+/–100
nm geschnitten wurden. Die Fotografie wurde mit einer Olympus C700-Digitalkamera
unter Verwendung eines Blitzes bei einem Abstand von 10 Fuß (3 Meter)
aufgenommen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Vorform und insbesondere ein Bahnenmaterial, das ein Moiré-artiges
Muster aufweist. Wie hier verwendet, bezieht sich „Moiré-artiges
Muster" auf das
beobachtete Erscheinungsbild, das demjenigen aus 2 ähnlich ist,
wenn es durch Scheinen des Lichts aus einem gewöhnlichen Blitzlicht ausgewertet
wird, das nahe der Augen des Betrachters ungefähr auf Höhe der Nase bei einem Abstand
von einer retroreflektierenden Vorform oder Abdruck von bis zu zwanzig
Fuß gehalten
wird, wobei die retroreflektierende Vorform oder Abdruck ungefähr senkrecht
zu seiner Ebene ist.
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Die
Vorform ist vorzugsweise mit einer Rillenbildungsmaschine hergestellt,
die eine direkte Maschinenbearbeitungstechnik einsetzt, die das
Bilden eines Musters von Rillen aufweist, die sich gegenseitig überschneiden,
um Würfeleckelemente
zu bilden. Das mit Rillen versehene Substrat wird als eine Vorform
bezeichnet, aus der eine Reihe von Abdrücken gebildet werden können. Zu
Beispielen von direkten Bearbeitungstechniken gehören Flycutting,
Mahlen, Schleifen und Linieren, wie in den
US-Patentschriften Nr. 4,588,258 (Hoopman)
und
3,712,706 (Stamm) beschrieben,
die einfache oder mehrfache Durchgänge eines Maschinenwerkzeugs
mit zwei gegenüberliegenden
Schneidoberflächen
zum Schneiden der Rillen offenbaren, um optische Würfeleckflächen in
einem Substrat zu bilden.
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Jedes
beliebige Substrat, das zum Bilden von direkt maschinenbearbeiteten
Rillengruppen geeignet ist, kann bei dem Verfahren zur Herstellung der
Vorform der Erfindung eingesetzt werden. Geeignete Substrate sollten
sauber ohne Gratbildung arbeiten, eine geringe Duktilität und geringe
Körnigkeit aufweisen
und die Maßgenauigkeit
nach der Rillenbildung bewahren. Verschiedene maschinell bearbeitbare
Kunststoffe oder Metalle können
benutzt werden. Geeignete Kunststoffe weisen thermoplastische oder
duroplastische Materialien wie Acrylharze oder andere Materialien
auf. Zu maschinell bearbeitbaren Metallen gehören Aluminium, Messing, stromlose
Nickellegierungen und Kupfer. Zu bevorzugten Metallen gehören Nichteisen-Metalle.
Bevorzugte Maschinenbearbeitungsmaterialien sind in der Regel derart
ausgewählt,
dass sie die Abnutzung des Schneidwerkzeugs während der Bildung der Rillen minimieren.
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Die
Diamantwerkzeuge, die zum direkten Maschinenbearbeiten der Rillengruppen
geeignet sind, sind von hoher Qualität, wie Diamantwerkzeuge, die
von K&Y Diamond
(Mooers, NY) oder Chardon Tool (Chardon, OH) erhältlich sind. Insbesondere sind
geeignete Diamantwerkzeuge innerhalb von 10 mil der Spitze kratzfrei,
wie mit einem 2000×-Weißlichtmikroskop
ausgewertet werden kann. In der Regel weist die Spitze des Diamanten
einen flachen Abschnitt auf, der eine Größe im Bereich von etwa 0,00003
Inch (0,000762 mm) bis etwa 0,00005 Inch (0,001270 mm) aufweist.
Ferner weist die Oberflächengüte von geeigneten
Diamantwerkzeugen vorzugsweise eine durchschnittliche Rauheit von
weniger als etwa 3 nm und eine Spitze-Tal-Rauheit von weniger als
etwa 10 nm auf. Die Oberflächengüte kann
durch Bilden eines Prüfschnitts
in einem maschinell bearbeitbaren Substrat und Auswerten des Prüfschnitts
mit einem Mikro-Interferometer wie einem, das von Wyko (Tucson,
AZ), einer Abteilung von Veeco, erhältlich ist, ausgewertet werden.
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Wenngleich
das Verfahren zur Herstellung einer Vorform gemäß der vorliegenden Erfindung
direkte Maschinenbearbeitungsverfahren betrifft, könnten das
Bearbeitungsmittel und das retroreflektierende Bahnenmaterial von
einer Vorform abgeleitet werden, die durch andere Verfahren hergestellt
wird, sowie derart bereitgestellt werden, dass die genaue Bildung
von reflektierenden geometrischen Elementen zum Auftreten solch
eines Moiré-artigen
Musters führt.
Die resultierenden Würfeleckelemente
in Draufsicht können
andere Form aufweisen, die nicht dreieckig sind, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf Trapeze, Rechtecke, Vierecke, Fünfecke oder Sechsecke.
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In
einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Vorform der Erfindung
werden mehrere V-förmige
Rillen in einem Substrat (zum Beispiel Metallplatte) gebildet. Wie
hier verwendet, bezieht sich der „Schneidwinkel" auf die relative
Ausrichtung der Rillengruppen zueinander. Der „Rillenabstand" bezieht sich auf
die Strecke (zum Beispiel in der x-Richtung) zwischen dem Tiefpunkt
einer Rille und dem Tiefpunkt einer benachbarten Rille, wobei der
Tiefpunkt der niedrigste Punkt der Rille ist. Die „Rillentiefe" bezieht sich auf
die Strecke (zum Beispiel in der y-Richtung) zwischen der Oberfläche des
Substrats (zum Beispiel Platte) und dem Tiefpunkt der Rille. Die „Rillenposition" bezieht sich auf
die zweidimensionale Position der Rille (zum Beispiel x-, y-Koordinaten) innerhalb
der Vorform. Die dritte Dimension (zum Beispiel z-Richtung) ist
in der Regel konstant und verläuft
von einer äußeren Kante
der Vorformplatte zu einer gegenüberliegenden äußeren Kante.
Dementsprechend wird die Rillenposition durch den Rillenabstand
und die Rillentiefe bestimmt. „Rillenhalbwinkel" bezieht sich auf
den Winkel, der auf jeder Seite der V-förmigen Rille gebildet wird.
Die Rillenhalbwinkel werden bezüglich
einer Bezugsebene gemessen, die mit der Schneidrichtung und senkrecht
zu der Ebene des Substrats ausgerichtet ist. Der „Rillenwinkel" ist die Summe benachbarter
Halbwinkel, die den gleichen Tiefpunkt teilen.
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In
der Regel wird eine erste Gruppe aus parallelen Rillen in einer
Ebene gebildet, wie durch die Rillen 1,1 bis 1,20 aus 1 dargestellt;
eine zweite Gruppe aus parallelen Rillen wird in der Ebene bei einem
Schneidwinkel bezüglich
der ersten Gruppe gebildet, wie durch die Rillen 2,1 bis 2,31 aus 1 dargestellt;
und eine dritte Gruppe aus parallelen Rillen wird in der Ebene bei
einem Schneidwinkel bezüglich der
ersten Gruppe gebildet, wie durch die Rillen 3,1 bis 3,31 aus 1 dargestellt.
Jede Gruppe weist mehrere benachbarte parallele Rillen auf. Wie
hier verwendet, bezieht sich „benachbarte
parallele Rille" auf
die Rille auf jeder Seite in der gleichen Gruppe. Zum Beispiel ist eine
benachbarte parallele Rille bezüglich
Rille 1,2 Rille 1,1 oder 1,3.
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Jede
Rille innerhalb einer Gruppe sowie jede Gruppe von Rillen wird in
der Regel bei einer gemeinsamen Tiefe gebildet. Der Schneidwinkel
beträgt
in der Regel etwa 60° und
wird spezifisch ausgewählt, um
einen genau angegebenen Winkel innerhalb des Bereichs von etwa 45° bis etwa
75° sein.
Die Rillenwinkel für
jede Rillengruppenüberschneidung
werden derart ausgewählt,
dass die V-Winkel etwa 90° betragen,
wodurch Würfeleckelemente
gebildet werden. Bei nicht verkanteten Würfeln ist der nominale Rillenwinkel
für alle
drei Gruppen gleich. Als Alternative können die Würfeleckelemente verkantet sein,
wobei die Rille und die Schneidwinkel derart ausgewählt werden,
dass die optischen Achsen der Elemente geneigt sind. Ein Beispiel
einer Vorwärtsverkantung
ist in der
US-Patentschrift Nr.
4,588,258 (Hoopman) beschrieben. Ferner können die
verkanteten oder nicht verkanteten Würfel derart gebildet werden,
dass der Rillenwinkel leicht variiert wird (zum Beispiel +/–10 Bogenminuten),
um die Streuung von retroreflektiertem Licht zu steuern. Wie in
1 dargestellt,
führen die
drei Gruppen aus sich überschneidenden
Rillen zu einer Anordnung von Würfeleckelementen,
die in einem gleichmäßigen Muster
angeordnet sind. Die Anordnung weist vorzugsweise im Wesentlichen
die maximale Anzahl von Elementen pro Bereich von Würfeleckelementen
auf.
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Die
V-förmigen
Rillen werden mit einer Diamantwerkzeugmaschine gebildet, die jede
Rille mit feiner Genauigkeit bilden kann. Moore Special Tool Company,
Bridgeport, CT; Precitech. Keene. NH; und Aerotech Inc., Pittsburg,
PA stellen für
solch einen Zweck geeignete Maschinen her. Solche Maschinen weisen
in der Regel eine Laserinterferometer-Positionierungsvorrichtung
auf. Ein geeigneter Präzisionsdrehtisch
ist im Handel von AA Gage (Sterling Heights, MI) erhältlich;
wohin gegen ein geeignetes Mikro-Interferometer im Handel von Zygo
Corporation (Middlefield, CT) und Wyko (Tucson, AZ), einer Abteilung
von Veeco, erhältlich
ist. Die Genauigkeit (das heißt,
Punkt-zu-Punkt-Positionierung) des Rillenabstands und der Rillentiefe
beträgt
in der Regel mindestens +/–750
nm, vorzugsweise mindestens +/–500
nm, mehr bevorzugt mindestens +/–250 nm und sogar noch mehr
bevorzugt mindestens +/–100 nm.
Ferner beträgt
die Auflösung
(das heißt,
die Fähigkeit
der Rillenbildungsmaschine zum Erkennen einer gegenwärtigen Achsenposition)
in der Regel mindestens etwa 10 der Genauigkeit. Folglich beträgt die Auflösung mindestens
+/–10
nm für
eine Genauigkeit von +/–100
nm. Über
kurze Strecken (das heißt,
10 benachbarte parallele Rillen) entspricht die Genauigkeit ungefähr der Auflösung. Die
Genauigkeit des Rillenwinkels beträgt in der Regel mindestens
+/–2 Bogenminuten
(+/–0,033
Grad), mehr bevorzugt mindestens +/–1 Bogenminute (+/–0,017 Grad)
und am meisten bevorzugt mindestens +/–1/2 Bogenminute (+/–0,0083
Grad).
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Zum
beständigen
Bilden mehrerer Rillen mit solch einer feinen Genauigkeit über eine
Zeitdauer wird die Temperatur des Verfahrens innerhalb von +/–0,1°C und vorzugsweise
innerhalb von +/–0,01°C gehalten.
Um ferner die Rillenwinkeltoleranzen beizubehalten, werden alle
Rillen in der Vorform zuerst vorzugsweise auf eine Tiefe von etwa
10 Mikron untiefer als die Endtiefe grob geschnitten und dann in abwechselnde
Richtungen fertig geschnitten. Wie in 1 dargestellt,
ist die erste Rille 1,1 (das heißt, erste Gruppe, erste Rille)
fertig geschnitten. Die zweite Rille wird ausgelassen und die dritte
Rille 1,3 wird in gleicher Weise fertig geschnitten, jedoch in der
entgegengesetzten Richtung. Die vierte Rille wurde ausgelassen und
die fünfte
Rille 1,5 wurde in der ersten Richtung fertig geschnitten, usw.,
bis die letzte Rille an dem Boden der Platte gebildet wurde. Danach wurden
die sich abwechselnden (das heißt,
ausgelassenen, geradzahligen) Rillen von unten nach oben in gleicher
Weise fertig geschnitten. Die zweite und die dritte Rillengruppe
wurden dann in gleicher Weise geschnitten.
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Die
Anmelder haben herausgefunden, dass, wenn kleine Würfel in
einer Vorform mit solch einer Genauigkeit gebildet werden, die retroreflektierenden Abdrücke davon
(das heißt,
Bearbeitungsmittel und Bahnenmaterial) ein Moiré-artiges Muster aufweisen. Für Fälle, wobei
die Vorform aus einem geeigneten Substrat gefertigt ist, so dass
die Vorform selbst retroreflektierend ist (zum Beispiel transparenter Kunststoff),
weist die Vorform auch dieses Moiré-artige Muster auf. Für Ausführungsformen,
wobei ein Bearbeitungsmittel aus einer Vorform gebildet wird, wird
das Muster während
der Herstellung des Bearbeitungsmittels abgedruckt. Ferner wird
das Muster danach wieder abgedruckt, wenn das retroreflektierende
Bahnenmaterial aus solch einem Bearbeitungsmittel gebildet ist.
Folglich ist die Oberfläche des
retroreflektierenden Bahnenmaterials für Ausführungsformen, wobei ein negatives
Kopiewerkzeug eingesetzt wird, um ein retroreflektierendes Bahnenmaterial
mit positiver Kopie zu bilden, im Wesentlichen die gleiche wie die
Vorform, aus der sie abgeleitet wurde.
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Ohne
die Absicht, durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen,
dass die Gegenwart solch eines Moiré-artigen Musters eine Störwirkung ist,
die durch die Kohärenz
von einfallendem Licht verursacht wird, das benachbarte Würfel beleuchtet und
von diesen reflektiert. Der Bereich, über den das Licht kohärent ist,
definiert die Größe der Nachbarschaft
und ist größer als
die Öffnungsgröße der Würfel. Das
Aggregat von Würfeln,
die diese Nachbarschaft definieren, beeinflusst ankommendes Licht
in identischer Weise. Benachbarte Würfel weisen innerhalb einer
kleinen Fraktion einer Wellenlänge
von sichtbarem Licht eine identische, sich wiederholende Geometrie
auf. Das reflektierte elektrische Feld des Lichts wird derart theoretisiert,
dass es sich nur durch die Position der Würfel unterscheidet, wobei die Summe
der Felder aus einzelnen Würfeln
das beobachtete Moiré-artige
Muster entstehen lässt.
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Aus
Gründen,
die noch nicht vollständig
verstanden worden sind, war das Auftreten dieses Moiré-artigen
Musters in größeren Würfeln mit
einem Rillenabstand von zum Beispiel 0,01 Inch (0,254 mm) nicht
ohne weiteres ersichtlich. Dementsprechend betreffen die Verfahren
und Gegenstände
der vorliegenden Erfindung primär
relativ kleine Würfel
mit einem Rillenabstand (das heißt, Abstand) im Bereich von
0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,007 Inch (0,1778 mm). Ferner wird
angenommen, dass der Grad des Auftretens dieses Moiré-artigen
Musters tendenziell zunimmt, wenn der Abstand abnimmt. Folglich
ist die Erfindung am meisten für
Verfahren zur Herstellung von Vorformen und entsprechenden Gegenständen geeignet,
wobei der Rillenabstand geringer als 0,004 Inch (0,1016 mm) und
vorzugsweise geringer als 0,0035 Inch (0,0889 mm) ist. Ungeachtet
der Technik, durch welche die Elemente gebildet werden, liegt das
Seitenmaß der
Elemente (das heißt,
die zwischen gegenüberliegenden
Seiten oder Merkmalen gemessene Größe der Elemente) vorzugsweise
im Bereich von 0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,007 Inch (0,1778 mm).
Das Seitenmaß der
Elemente ist vorzugsweise kleiner als 0,004 Inch (0,1016 mm) und mehr
bevorzugt kleiner als 0,0035 Inch (0,0889 mm).
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Die
Anmelder haben entdeckt, dass das Auftreten solch eines Musters
durch Einführen
einer bestimmten Größe und Häufigkeit
der Rillenpositionsvariabilität
in das Verfahren zur Herstellung der Vorform verringert oder beseitigt
werden kann, wobei die Variabilität beabsichtigt und gesteuert
ist. Dementsprechend wird solch eine Variation zum beständigen Herstellen
von Gegenständen
mit solch einem Moiré-artigen
Muster im Wesent lichen verringert. Im Gegensatz zur Bildung von
Würfeleckelementen
mit im Wesentlichen unterschiedlichen Größen, wie zum Beispiel in
US-Patentschrift Nr. 6,168,275 beschrieben,
weisen die Würfeleckelemente
der Vorform, des Bearbeitungsmittels und des Bahnenmaterials überall in
der Anordnung oder untergeordneten Anordnung im Wesentlichen die
gleiche Größe auf,
was bedeutet, dass der kleinste Würfel mindestens 85% und vorzugsweise
mindestens 90% so groß wie
der größte Würfel ist.
In anderer Hinsicht ist die aktive Öffnung jedes Würfels in
der Anordnung im Wesentlichen die gleiche. Der Wirkbereich (das
heißt,
aktive Öffnung) für ein einzelnes
oder individuelles Würfeleckelement kann
durch die topologische Überschneidung
der Projektion der drei Würfeleckflächen auf
einer Ebene, die zu dem gebrochenen einfallenden Strahl senkrecht
ist, bestimmt werden und entspricht dieser, wobei sich die Projektion
auf den Bildflächen
der dritten Reflexion auf der gleichen Ebene befindet. Ein Verfahren
zum bestimmen der wirksamen Öffnung
ist zum Beispiel von Eckhardt, Applied Optics, Bd. 10n. 7. Juli
1971, S. 1559–1566,
beschrieben. Straubel,
US-Patentschrift
Nr. 835,648 , analysiert ebenfalls das Konzept des wirksamen
Bereichs oder der wirksamen Öffnung.
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In
der Regel werden die Rillen mit einem Diamantwerkzeug in dem Substrat
derart gebildet, dass der Rillenabstand, die Rillentiefe und der
Rillenwinkel überall
in jeder Rille gleichmäßig sind.
Die Größe der Rillenpositionsvariation
entspricht der Genauigkeit der Rillenbildungsmaschine. Folglich
ist die Rillenpositionsvariation kleiner als 1 Mikron, in der Regel
kleiner als etwa 750 nm, typischer kleiner als etwa 500 nm, vorzugsweise
kleiner als etwa 250 nm, mehr bevorzugt kleiner als etwa 100 nm,
sogar noch mehr bevorzugt kleiner als etwa 50 nm und am meisten
bevorzugt etwa 10 nm bis 25 nm. Dementsprechend ist die Rillenpositionsvariation
klein genug, so dass das gebrochene Licht überall in der Anordnung oder
untergeordneten Anordnung in dem Maße in Phase steht, in dem sie
vom menschlichen Auge erkannt werden kann.
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Je
nach dem Substrat, in das die Rillen gebildet wurden, kann die Vorform
selbst als ein retroreflektierender Gegenstand nützlich sein, wie in dem Fall,
wobei die Rillen in einem geeigneten transparenten Kunststoffsubstrat
gebildet sind. In der Regel ist die Vorform selbst jedoch nicht
retroreflektierend, wie in dem Fall, wenn eine Metallplatte als
das Substrat eingesetzt wird. Zur Bildung eines Vorformwerkzeugs
von geeigneter Größe zum Bilden
eines retroreflektierenden Bahnenmaterials werden mehrere Bearbeitungsmittel
(auch als Platten bezeichnet) durch galvanisches Beschichten der
gerillten Oberfläche
der Vorform zur Bildung von negativen Kopien, nachfolgendes galvanisches
Beschichten der negativen Kopien zur Bildung von positiven Kopien,
galvanisches Beschichten der positiven Kopien zur Bildung einer
zweiten Generation von negativen Kopien, usw. gebildet. Galvanische
Beschichtungstechniken sind im Allgemeinen bekannt, wie in den
US-Patentschriften Nr. 4,478,769 und
5,156,863 an Pricone et
al. beschrieben. Ein Vorformwerkzeug der gewünschten Größe kann dann durch Aneinanderplattieren
solcher Bearbeitungsmittel zusammengebaut werden.
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Man
wird zu schätzen
wissen, dass das Plattierverfahren eine Rillenpositionsvariation
an der Grenzfläche
zwischen genähten
Platten einführen kann.
Dementsprechend wird bevorzugt, dass die untergeordnete Anordnung
mit dem Moiré-artigen Muster
größer als
etwa 1/4 Inch (0,635 cm) ist, damit das Moiré-artige Muster als Folge
des Plattierens nicht vermindert wird. Im Falle von relativ kleinen
Sicherheitsmarkierungen wird bevorzugt, dass die Platte ungefähr der Größe der beabsichtigten
Markierung entspricht, um zu gewährleisten,
dass das Muster durch die Markierung nicht unterbrochen wird.
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Die
retroreflektierende Bahn wird vorzugsweise als ein einstückiges Material
hergestellt, das heißt,
wobei die Würfeleckelemente
in einer kontinuierlichen Schicht in dem gesamten Ausmaß der Form untereinander
verbunden sind, wobei die einzelnen Elemente und Verbindungen dazwischen
das gleiche Material aufweisen. Die Oberfläche des Bahnenmaterials, die
der mikroprismatischen Oberfläche
gegenüberliegt,
ist in der Regel glatt und eben und wird auch als die „Anschlussschicht" bezeichnet. Diese Anschlussschicht
weist in der Regel eine Dicke im Bereich von etwa 0,001 Inch (25
Mikron) bis etwa 0,006 Inch (150 Mikron) und vorzugsweise mindestens
0,002 Inch (50 Mikron) bis 0,003 Inch (75 Mikron) auf. Die Herstellung
solch eines Bahnenmaterials wird in der Regel durch Gießen einer
flüssigen Harzzusammensetzung
auf das Vorformwerkzeug und Härtenlassen
der Zusammensetzung zur Bildung eine Bahn erreicht.
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Wahlweise
können
die gerillte Vorform oder Vorformen oder positive Kopie oder Kopien
davon als ein Prägewerkzeug
benutzt werden, um retroreflektierende Gegenstände zu bilden, wie in
JP 8-309851 und
US-Patentschrift Nr. 4,601,861 (Pricone)
beschrieben. Als Alternative kann das retroreflektierende Bahnenmaterial
als ein geschichtetes Produkt durch Gießen der Würfeleckelemente gegen eine vorgeformte
Folie, wie in der PCT-Anmeldung
Nr.
WO 95/11464 und
US-Patentschrift Nr. 3,684,348 gelehrt,
oder durch Laminieren einer vorgeformten Folie an vorgeformte Würfeleckelemente
hergestellt werden. Dabei werden die einzelnen Würfeleckelemente durch die vorgeformte
Folie untereinander verbunden. Ferner bestehen die Elemente und
die Folie in der Regel aus unterschiedlichen Materialien.
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Geeignete
Harzzusammensetzungen für
das retroreflektierende Bahnenmaterial dieser Erfindung sind vorzugsweise
transparente Materialien, die dimensional stabil, dauerhaft, wetterbeständig und ohne
weiteres in die gewünschte
Konfiguration formbar sind. Zu Beispielen von geeigneten Materialien gehören Acrylharze,
die einen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweisen, wie das Harz der
Marke Plexiglas, das von Rohm und Haas Company hergestellt wird;
Polycarbonate, die einen Brechungsindex von etwa 1,59 aufweisen;
reaktionsfähige
Materialien wie duroplastische Acrylate und Epoxyacrylate; auf Polyethylen
basierende Ionomere, wie diejenigen, die unter der Markenbezeichnung
SURLYN von E. I. Dupont de Nemours and Co., Inc. vertrieben werden;
(Poly)ethylen-co-acrylsäure;
Polyester; Polyurethane und Celluloseacetatbutyrate. Polycarbonate
sind aufgrund ihrer Härte
und ihres verhältnismäßig höheren Brechungsindexes
besonders geeignet, was im Allgemeinen zu einer verbesserten retroreflektierenden Leistung über einen
größeren Bereich
von Einfallswinkeln beiträgt.
Sofern das Bahnenmaterial in dem Maße reflektierend ist, in dem
das Moiré-artige
Muster unter vorgeschriebenen Betrachtungsbedingungen beobachtbar
ist, sind auch weniger transparente Harze für nicht retroreflektierende
Verwendungen wie Sicherheitsmarkierungen geeignet.
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Eine
Spiegelreflexionsbeschichtung wie eine metallische Beschichtung
kann auf der Rückseite
der Würfeleckelemente
angeordnet werden. Die metallische Beschichtung kann durch bekannte
Techniken wie Dampfabscheidung oder chemische Abscheidung eines
Metalls wie Aluminium, Silber oder Nickel aufgebracht werden. Eine
Grundierungsschicht kann auf die Rückseite der Würfeleckelemente
aufgebracht werden, um die Haftung der metallischen Beschichtung
zu verbessern. Neben oder anstatt einer metallischen Beschichtung
kann eine Versiegelungsfolie auf die Rückseite der Würfeleckelemente
aufgebracht werden; siehe zum Beispiel
US-Patentschrift Nr.
4,025,159 und
5,117,304 .
Die Versiegelungsfolie bewahrt eine Luftgrenzfläche an der Rückseite
der Würfel,
die eine vollständige
interne Reflexion an der Grenzfläche
ermöglicht
und den Ein tritt von Kontaminanten wie Schmutz und/oder Feuchtigkeit
verhindert.
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Eine
Haftschicht kann auch hinter den Würfeleckelementen oder der Versiegelungsfolie
angeordnet werden, um zu bewirken, dass das retroreflektierende
Würfeleck-Bahnenmaterial an
einem Substrat befestigt wird. Zu geeigneten Substraten gehören Holz,
Aluminiumbahnenmaterial, galvanisierter Stahl, polymere Materialien
wie Polymethylmethacrylate, Polyester, Polyamide, Polyvinylfluoride,
Polycarbonate, Polyvinylchloride, Polyurethane und eine große Vielfalt
an Laminaten, die aus diesen und anderen Materialien hergestellt
sind.
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Farbmittel
(zum Beispiel Pigmente und/oder Farbstoffe), UV-Lichtabsorber, Lichtstabilisatoren, Freie-Radikale-Fänger, Antioxidationsmittel
und andere Zusatzstoffe wie Verarbeitungshilfsmittel wie Antiblockmittel,
Trennmittel, Gleitmittel und Schmiermittel können zu dem Würfeleck-Bahnenmaterial,
der Versiegelungsfolie und der Haftschicht wie gewünscht hinzugefügt werden.
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Die
Gegenstände
der Erfindung können
ferner eine zusätzliche „Farbschicht" aufweisen, um die Sichtbarkeit
oder Deutlichkeit bei Tageslicht zu erhöhen. Solche Farbschichten weisen
mindestens einen Farbstoff oder ein Pigment auf, der oder das in
einer polymeren Matrix aufgelöst
oder dispergiert wird. Eine bevorzugte Farbschicht, insbesondere
zur Deutlichkeit, weist bei Tageslicht fluoreszierenden Farbstoff
(das heißt,
einen Farbstoff, der bei Aussetzung von sichtbarem Licht sichtbares
Licht emittiert) auf, der in einer polymeren Matrix aufgelöst ist.
Die polymere Matrix ist vorzugsweise gegenüber sichtbarem Licht im Wesentlichen
durchlässig,
insbesondere gegenüber
Licht der Wellenlängen,
die von dem Farbstoff emittiert werden, und Licht der Wellenlängen, die
bewirken, dass der Farbstoff fluoresziert. Der fluoreszierende Farbstoff
wird in der Regel basierend auf der gewünschten Farbe, Löslichkeit
mit der polymeren Matrix und Stabilität in der polymeren Matrix ausgewählt. In
manchen Fällen
besteht der Farbstoff in der Farbschicht vorzugsweise im Wesentlichen
aus Thioxanthen, Thioindigo, Isovaleranthron, einem Napthalamid,
Benzoxazolcumarin, Perylen- und/oder Perylenimidfarbstoffen. In
anderen Fällen kann
die Farbschicht neben den oben beschriebenen jedoch auch Farbmittel
wie Pigmente oder andere Farbstoffe enthalten, um die Farbe und
Erscheinung des Gegenstands einzustellen.
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Das
mikrostrukturierte Bahnenmaterial ist angesichts des ohne weiteres
erkennbaren Moiré-artigen
Musters einzeln oder in Kombination mit seiner hohen und oftmals
unregelmäßigen retroreflektierten Helligkeit
für eine
Vielzahl von Verwendungen nützlich.
Zu Verwendungen für
dieses einzigartig gemusterte mikrostrukturierte Bahnenmaterial
gehören
Verkehrsschilder, Gehwegmarkierungen, persönliche Sicherheitsgegenstände, Dokumentenechtheitsprüfungssticker
und Abdeckfolien sowie kommerzielle grafische Anwendungen, einschließlich Bodengrafiken,
Fahrzeugwerbungen, Schildgrafiken, Markisengrafiken, Flaggen und
Banner.
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Im
Falle von zum Beispiel Verpackungsprodukten, Bändern und Abziehbildern wird
ein Selbstkleber in der Regel auf die gegenüberliegende Oberfläche des
Laminats aufgetragen, um das Laminat oder den Gegenstand an einem
Gehäuse,
Kegel, Pfosten, Fahrbahn, Nummernschild, Schutzwall oder Schildoberfläche anzubringen.
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Das
Moiré-artig
gemusterte Bahnenmaterial ist auch in einer großen Vielfalt an retroreflektierenden
Sicherheitsvorrichtungen nützlich,
einschließlich Kleidungsgegenständen, Bauarbeitswesten,
Rettungsschwimmkörpern
(zum Beispiel Rettungswesten); Regenkleidung, Logos, Aufnähern, Werbeelementen,
Gepäck,
Brieftaschen, Büchertaschen, Rucksäcken, Rettungsinseln,
Gehstöcken,
Regenschirmen, Tierhalsbändern,
Lkw-Beschriftungen, Sattelschlepperabdeckungen und Vorhängen usw. Das
gemusterte Bahnenmaterial kann an solche Sicherheitsvorrichtungen
geklebt, genäht
oder geschweißt
(zum Beispiel durch Wärme-,
Hochfrequenz-, Ultraschallschweißen) werden.
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Der
Retroreflexionskoeffizient des retroreflektierenden Bahnenmaterials
RA, der wie von der CIE-Veröffentlichung
Nr. 54 empfohlen bei –4° Einfall, 0° Orientierung,
0,2° Beobachtung
gemessen wird, beträgt
in der Regel mindestens 100 Candela pro Lux pro Quadratmeter, vorzugsweise
mindestens etwa 300 Candela pro Lux pro Quadratmeter und mehr bevorzugt
mindestens etwa 800 Candela pro Lux pro Quadratmeter. Jedoch ist
die Standardabweichung tendenziell relativ hoch und liegt im Bereich
von etwa 3% bis etwa 10% des Durchschnitts, da das Moiré-artige
Muster die Fähigkeit
zum Messen des Retroreflexionskoeffizienten beeinträchtigt.
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Wenn
der Gegenstand mit einer Beschriftung oder Zeichen abgebildet wird,
wird bevorzugt, dass das gemusterte Bahnenmaterial in einer Weise
benutzt wird, um die Deutlichkeit zu verbessern, jedoch nicht die
Lesbarkeit einzuschränken.
Zum Beispiel kann die Beschriftung farbig, dunkel, aus einem anderen
Material gefertigt oder derart sein, dass nur der Hintergrund das
Moiré-artig gemusterte
Bahnenmaterial aufweist. Ferner kann der Gegenstand einen Rand oder
Rahmen des gemusterten Bahnenmaterials aufweisen.
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Das
Bahnenmaterial, welches das Moiré-artige Muster aufweist,
ist bei der Herstellung verschiedener Dokumente wie Führerscheinen,
Nummernschildern, Reisepässen,
Angestelltenausweisen, Militärabzeichen
usw. nützlich.
Aufgrund der zur Herstellung solch eines Bahnenmaterials erforderlichen Genauigkeit
ist das Muster schwer zu fälschen,
weshalb das Vorhandensein davon zur Echtheitsprüfung solcher Gegenstände nützlich ist.
Wieder wird bevorzugt, dass das Bahnenmaterial in einer Weise verwendet
wird, die nicht die Lesbarkeit beeinträchtigt. Das Bahnenmaterial
soll als ein Rand oder Rahmen, kleine Sticker aus solch einem Bahnenmaterial
unterhalb einer transparenten Abdeckfolie oder auf der äußeren Oberfläche des
Gegenstands verwendet werden. Für
Ausführungsformen,
wobei das hierin beschriebene erfinderische Bahnenmaterial als ein transparenter Überzug zum
Schutz von Dokumenten vor Fälschung
verwendet wird, können
die Gegenstände
wie in
US-Patentschrift Nr. 5,743,981 beschrieben
hergestellt werden. Je nach der Wahl des polymeren Materials und
der Dicke des Bahnenmaterials kann das gemusterte Bahnenmaterial
selbst zerbrechlich sein. Eine andere Art und Weise der Aufnahme
eines kleinen Abschnitts des gemusterten Bahnenmaterials ist die
Verwendung einer Platte der gewünschten
Form oder gewünschten
Symbols als ein Prägewerkzeug
zum Abdrucken des Musters in einer Folienschicht (zum Beispiel Abdeckfolie).
Das Moiré-artig
gemusterte Bahnenmaterial kann auch derart modifiziert werden, dass
es Wellenlängen
von Licht außerhalb
des sichtbaren Lichtspektrums (retro)reflektiert, wie in
US-Patentschrift Nr. 5,200,851 beschrieben.
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Die
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch die folgenden Beispiele
weiter erläutert,
jedoch sollen die in den Beispielen zitierten bestimmten Materialien
und Mengen davon sowie andere Bedingungen und Details nicht unangemessen als
die Erfindung einschränkend
ausgelegt werden.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Eine
Vorform wurde mittels eines aus maschinell bearbeitbarem Metall
bestehenden Blocks mit einem Durchmesser von 9 Inch (22,86 cm) und
einer Dicke von etwa 1 Inch hergestellt. Der Block wurde maschinell
bearbeitet, um einen um etwa 0,005 Inch (0,127 mm) erhöhten viereckigen
Abschnitt von 4,75 Inch (12,06 cm) zu bilden. Der Block wurde auf einer
Rillenbildungsmaschine mit einer Rillenabstands- und Rillentiefengenauigkeit
(das heißt, Punkt-zu-Punkt-Positionierung) von
+/–100
nm und einer Auflösung
(das heißt,
die Fähigkeit
der Laserinterferometer-Positionierungsvorrichtung
zum Erkennen einer gegenwärtigen
Achsenposition) von mindestens +/–10 nm positioniert.
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Mehrere
Diamantwerkzeuge, die von K&Y Diamond
(Mooers, NY) oder Chardon Tool (Chardon, OH) erhältlich sind, wurden überprüft, um zu
gewährleisten,
dass jedes Werkzeug geeignet war. Jedes Diamantwerkzeug wurde mit
einem 2000×-Weißlichtmikroskop
ausgewertet, um zu gewährleisten,
dass die Oberfläche
innerhalb von 10 mil der Diamantenspitze kratzfrei war. Die Oberflächengüte jedes
Diamanten wurde auch untersucht, indem ein Prüfschnitt in einem maschinell
bearbeitbaren Substrat gebildet und der Prüfschnitt mit einem Mikro-Interferometer, das
von Wyko unter der Handelsbezeichnung „RST" erhältlich
ist, ausgewertet wurde, um zu gewährleisten, dass der Rauheitsmittelwert
geringer als 3 nm war und dass die Spitzen-Tal-Rauheit geringer
als 10 nm war. Die Spitze des Diamanten wies einen flachen Abschnitt
auf, der eine Größe im Bereich
von etwa 0,00003 Inch (0,000762 mm) bis etwa 0,00005 Inch (0,001270
mm) aufwies. Ein geeignetes Diamantwerkzeug wurde auf der Rillenbildungsmaschine
derart befestigt, dass die V-förmigen Rillen
in den erhöhten
mittleren Abschnitt des Blocks gebildet werden konnten. Während der
Bildung jeder Rille in dem Prüfblock
und Vorformblock wurde die Temperatur der Rillenbildungsmaschine,
des Blocks und des Diamantwerkzeugs bei 20°C +/– 0,01°C gehalten. Die Schnitte in
dem Prüfblock
wurden durch wiederholtes Einstellen des Diamantwerkzeugs, um den
Rillenwinkel auf eine Toleranz von +/–30 Bogenminuten (0,008 Grad)
einzustellen, und durch Messen der resultierenden Winkel auf einem
Präzisionsdrehtisch
und Mikro-Inter ferometer zum optischen Referenzieren der Ebene der
Rillenoberflächen
ausgeführt.
Ein geeigneter Präzisionsdrehtisch
ist im Handel von AA Gage (Sterling Heights, MI) erhältlich;
wohingegen ein geeignetes Mikro-Interferometer im Handel von Zygo
Corporation (Middlefield, CT) und Wyko (Tucson, AZ), einer Abteilung
von Veeco, erhältlich
ist.
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Zum
Beibehalten der Rillenwinkeltoleranzen auf der Vorform wurde ein
Diamantwerkzeug benutzt, das etwa 1° kleiner als der kleinste Rillenzielwinkel war,
um jede Rille in allen drei Gruppen nacheinander grob zu schneiden.
Jede Rille wurde auf eine Tiefe, die 10 Mikron untiefer war als
die Zieltiefe, und eine Spitze-Tal-Oberflächengüte von 0,000002
Inch (0,000051 mm) grob hin und her geschnitten. Zur Minimierung
der Diamantabnutzung wurden die fertigen Rillen in der Vorform in
abwechselnde Richtungen auf eine Spitze-Tal-Oberflächengüte von 0,000001 Inch (0,000025
mm) geschnitten. Die erste Rille wurde in einer ersten Richtung
fertig geschnitten. Die zweite Rille wurde ausgelassen und die dritte
Rille wurde in gleicher Weise fertig geschnitten, jedoch in der
entgegengesetzten Richtung. Die vierte Rille wurde ausgelassen und
die fünfte
Rille wurde in der ersten Richtung fertig geschnitten, usw., bis
die letzte Rille an dem Boden der Platte gebildet wurde. Das Diamantwerkzeug
wurde dann auf Abnutzung untersucht, wie oben beschrieben, um zu
gewährleisten, dass
die durchschnittliche Oberflächenrauheit
weiterhin nicht mehr als 3 nm betrug und dass sich der Rillenwinkel
um nicht mehr als 30 Bogensekunden (0,008 Grad) geändert hat.
Danach wurden die sich abwechselnden (das heißt, ausgelassenen, geradzahligen)
Rillen von unten nach oben in gleicher Weise fertig geschnitten.
Die zweite und die dritte Rillengruppe wurde in gleicher Weise geschnitten,
wobei das Diamantenwerkzeug vor dem Schneiden sich abwechselnder
Rillen überprüft wurde.
Außerdem wurde
das Diamantwerkzeug durch die Verwendung des Prüfblocks nach jeder Rillengruppe
ersetzt und eingestellt.
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Für jedes
der Beispiele wurden die Rillen überall
in der Anordnung mit einem konstanten Rillenabstand in jeder Gruppe
gebildet. Bezüglich
Beispiel A wird die erste Rillengruppe in der Vorformplatte mit
einem Abstand (das heißt,
Rillenabstand) von 0,003200 Inch (0,081280 mm), einem Rillenwinkel von
67,301 Grad und einem Schneidwinkel von 0 Grad geschnitten. Die
zweite Rillengruppe wird in der Vorformplatte mit einem Abstand
von 0,003102 Inch (0,078791 mm), einem Rillenwinkel von 72,081 Grad und
einem Schneidwinkel von +61 Grad (bezüglich der ersten Richtung)
geschnitten. Die dritte Rillengruppe wird mit einem Abstand, Rillenwinkel
und Schneidwinkel von jeweils 0,003102 Inch (0,078791 mm), 72,081
Grad und –61
Grad (bezüglich
der ersten Richtung) geschnitten. Die Rillentiefe der ersten, zweiten
und dritten Richtung wurde derart ausgewählt, dass die Höhe jedes
Würfels
etwa 0,001476 Inch (0,037490 mm) betrug.
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Die
Vorform wurde von der Rillenbildungsmaschine entfernt. Bearbeitungsmittel
wurden aus der Vorform durch Nickel-Elektroformen der Vorform hergestellt,
wie in
US-Patentschrift 4,478,769 und
5,156,863 beschrieben. Positive
und negative Mehrgenerationenkopien wurden derart gebildet, dass
die Werkzeuge im Wesentlichen das gleiche Maß an genauer Würfelbildung
wie die Vorform aufwiesen. Ein elektrogeformtes negatives Werkzeug
wurde benutzt, um das Muster des Werkzeugs auf eine Polycarbonatfolie
mit einer Dicke von etwa 200 Mikron und einem Brechungsindex von
etwa 1,59 zu bringen. Es wurde beobachtet, dass das negative Werkzeug
ein Moiré-artiges Muster aufwies,
wie in
2 dargestellt. Das Werkzeug wurde in einer Formteilpresse
benutzt, wobei die Pressung bei einer Temperatur von etwa 375°F bis 385°F, einem
Druck von etwa 1.600 psi und einer Verweilzeit von 20 Sekunden ausgeführt wurde.
Das geformte Polycarbonat wurde dann auf etwa 200°F (100°C) 5 Minuten
abgekühlt.
Das resultierende Bahnenmaterial wies eine strukturierte Oberfläche auf,
die mehrere Würfeleckelemente
mit einem konstanten Rillenabstand aufwies, wobei die Basis der
Elemente in der gleichen Ebene in einer kontinuierlichen Anschlussschicht
einstückig
verbunden war, wobei solch eine Anschlussschicht im Wesentlichen
glatt und flach auf der gegenüberliegenden
Oberfläche
war, so dass die Gegenwart der Anschlussschicht die retroreflektierenden
Eigenschaften des Bahnenmaterials nicht beeinträchtigte.
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Das
retroreflektierende Bahnenmaterial, das einen konstanten Rillenabstand
von weniger als 0,003500 Inch (0,088900 mm) aufwies und in gleicher
Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt wurde, wurde durch
Scheinen von Licht aus einem gewöhnlichen
Blitzlicht, das von der Nase eines Betrachters aus gehalten wurde,
wodurch das retroreflektierende Bahnenmaterial nominal senkrecht
zu seiner Ebene beleuchtet wurde, ausgewertet. Aus einer Entfernung
von etwa zwei Fuß wies
das Licht, das von dem Bahnenmaterial retroreflektiert wurde, bei
Betrachtung von den Augen des gleichen Betrachters ein Moiré-artiges
Muster auf. Das Moiré-artige Muster wurde
retroreflektiert, wie ebenfalls von den Augen dieses Betrachters
gesehen, wenn das Blitzlicht durch das als CIE-Standardleuchtmittel
A angegebene Licht ersetzt wurde. Das Moiré-artige Muster war bei Entfernungen
von etwa 100 Fuß deutlich
sichtbar. Der Retroreflexionskoeffizient RA wurde wie in der CIE-Veröffentlichung
Nr. 54 empfohlen bei –4° Einfall,
0° Orientierung,
0,2° Beobachtung
gemessen. Der Mittelwert von 9 Punktlesungen über die gesamte Fläche der
Probe betrug 764 Candela pro Lux pro Quadratmeter mit einer Standardabweichung von
36 Candela pro Lux pro Quadratmeter.
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Beispiel 2
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Die
Würfeleckoberfläche des
retroreflektierenden Bah nenmaterials aus Beispiel A wurde durch Dampfabscheidung
bei einer Dicke von 950 Ångström mit Aluminium
beschichtet.
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Das
resultierende retroreflektierende Bahnenmaterial wurde in gleicher
Weise wie in Beispiel A ausgewertet. Es wurde beobachtet, dass das
Licht, das von dem Bahnenmaterial retroreflektierte, das Moiré-artige
Muster aufwies. Der Retroreflexionskoeffizient RA wurde wie in der
CIE-Veröffentlichung
Nr. 54 empfohlen bei –4° Einfall,
0° Orientierung,
0,2° Beobachtung
gemessen. Der Mittelwert von 9 Punktlesungen über die gesamte Fläche der
Probe betrug 1085 Candela pro Lux pro Quadratmeter mit einer Standardabweichung
von 37 Candela pro Lux pro Quadratmeter.
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Beispiel 3
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Eine
Vorform wurde in gleicher Weise wie in Beispiel A beschrieben hergestellt.
Ein positives Kopie-Bearbeitungsmittel wurde benutzt, um das Bahnenmaterial
aus diesem Bearbeitungsmittel zu bilden. Die mit Würfelecken
strukturierte Oberfläche dieses
negativen Kopie-Bahnenmaterials
wurde durch Dampfabscheidung mit Aluminium beschichtet.
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Das
resultierende retroreflektierende Bahnenmaterial wurde in gleicher
Weise wie in Beispiel A ausgewertet. Es wurde beobachtet, dass das
Licht, das von dem Bahnenmaterial retroreflektierte, das Moiré-artige
Muster aufwies. Der Retroreflexionskoeffizient RA wurde wie in der
CIE-Veröffentlichung
Nr. 54 empfohlen bei –4° Einfall,
0° Orientierung,
0,2° Beobachtung
gemessen. Der Mittelwert von 9 Punktlesungen über die gesamte Fläche der
Probe betrug 1950 Candela pro Lux pro Quadratmeter mit einer Standardabweichung
von 98 Candela pro Lux pro Quadratmeter.