DE60319372T2 - Moire-muster zeigende retroreflektierende artikel - Google Patents

Moire-muster zeigende retroreflektierende artikel Download PDF

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David W. Saint Paul MEITZ
Madeleine B. Saint Paul FLEMING
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/12Reflex reflectors
    • G02B5/122Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/60Systems using moiré fringes

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • 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.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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.
  • 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.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispiel 2
  • Die Würfeleckoberfläche des retroreflektierenden Bah nenmaterials aus Beispiel A wurde durch Dampfabscheidung bei einer Dicke von 950 Ångström mit Aluminium beschichtet.
  • 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.
  • Beispiel 3
  • 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.
  • 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.

Claims (16)

  1. Retroreflektierendes Bahnenmaterial, aufweisend eine polymere Bahn mit einer Anordnung von Würfeleckelementen mit einem Rillenabstand im Bereich von 0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,0070 Inch (0,1778 mm), wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–800 nm aufweisen, wobei von der Anordnung von Würfeleckelementen reflektiertes Licht ein Moiré-artiges Muster aufweist.
  2. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Würfeleckelemente in Draufsicht Dreiecke, Trapeze, Rechtecke, Vierecke, Fünfecke oder Sechsecke sind.
  3. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Würfeleckelemente ein Seitenmaß im Bereich von 0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,007 Inch (0,1778 mm) aufweisen.
  4. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 3, wobei die Würfeleckelemente ein Seitenmaß von weniger als 0,004 Inch (0,1016 mm) aufweisen.
  5. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Elemente durch eine kontinuierliche Anschlussschicht untereinander verbunden sind.
  6. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Elemente überall in der Anordnung im Wesentlichen dieselbe Größe und Geometrie aufweisen.
  7. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Elemente aus drei Gruppen sich gegen seitig schneidender V-förmiger Rillen gebildet sind.
  8. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–500 nm aufweisen.
  9. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–200 nm aufweisen.
  10. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–100 nm aufweisen.
  11. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–50 nm aufweisen.
  12. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–25 nm aufweisen.
  13. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei die Rillen einen identischen Abstand und eine identische Tiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–10 nm über eine Strecke von 10 aufeinander folgenden Rillen aufweisen.
  14. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Würfeleckelemente nicht verkantet sind.
  15. Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt der Würfeleckelemente verkantet ist.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Vorform durch Bilden von drei Gruppen aus V-förmigen Rillen in einem Substrat derart, dass die Überschneidungen eine Anordnung von Würfeleckelementen bilden; wobei die Rillen in jeder Gruppe im Wesentlichen einen identischen Rillenabstand und eine identische Rillentiefe auf eine Genauigkeit der Rillenposition von mindestens +/–800 nm aufweisen und der Rillenabstand im Bereich von 0,0005 Inch (0,0127 mm) bis 0,0070 Inch (0,1778 mm) liegt.
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