微棱鏡母型的制作方法

專利名稱：微棱鏡母型的制作方法
技術領域：
本發明涉及到微棱鏡母型，該母型可用于制造立方隅角式返回反射體即入射光大都向光源反射的物體。具體地說，本發明涉及到這樣的微棱鏡母型，所述母型可用于制造在道路標識，建筑標識等標識類、汽車、摩托車等車輛的車牌類、衣料、救生設備等安全物品類、告示牌等標記物、可見光或激光反射式傳感器類的反射板中有用的返回反射元件以及由上述返回反射元件構成的優良的廣角性返回反射板。
背景技術：
以往周知有入射光向光源反射的返回反射板，利用上述返回反射性的返回反射板在上述利用領域中廣泛的應用。其中，立方隅角式返回反射板等利用返回反射原理的返回反射板要比先有的利用微玻璃球的返回反射板有更優的光返回反射率，由于有這種返回反射性性能，故用途逐年擴大。
但是，立方隅角式返回反射部件從其反射原理來說在直角反射部件(以下簡稱“棱鏡元件”)所具有的光學軸(離構成棱鏡元件的相互成90°角的三個面等距離的軸)與入射光間的角度即入射角在小角度的范圍內會表現出良好的返回反射性，但入射角增加，返回反射效率就會降低，而且，以超出滿足由構成上述返回反射部件的透明媒體的折射率與空氣的折射率之比所決定的內部全反射條件的臨界角的角度入射到棱鏡面的光線在棱鏡元件的界面處不會全反射，大部分光線會在棱鏡的背面透過，從而存在著用于返回反射的入射角度條件受限的缺陷。
作為改善上述缺陷的目的，對用來形成棱鏡的模具的制造方法進行了多種改善的嘗試。以下對以往提出的有代表性的棱鏡模具制造方法進行說明。
(1)銷釘集束法(參照美國專利第1591572號說明書，美國專利第3922065號說明書以及美國專利第2029375號說明書)這是在金屬銷的前端形成棱鏡并將它們捆扎起來以形成棱鏡集合體的方法。其特征在于形成在前端上的棱鏡的結構可以任意變化，適于制造較大的棱鏡，但是，在作為本發明的目的即例如要形成2000個/cm2以上的微棱鏡時卻不實用。
(2)電鍍法(參照美國專利第1591572號說明書，美國專利第3069721號說明書以及美國專利第4073568號說明書)這是一種這樣的六角棱鏡式微棱鏡模具形成方法，所說的模具是這樣得到的，即將具有相互平行的兩個平面的平板重疊起來，沿相對所述平面成直角的方向等間隔地切削出V形槽，從而形成頂角約為90°的連續屋頂形突起群，然后，使形成在各平板上的屋頂形突起群的屋頂頂部移動成與形成在相鄰平板上的V形槽的底部相一致，其特征在于，盡管不如銷釘集束法，但結構的自由度仍然較大。這種方法能夠改善是上述銷釘集束法缺點的棱鏡模具制造的低生產率，但是，在形成微棱鏡情況下，因V形槽切削時平板強度不足而有平板容易扭曲的缺點，但仍能用于制造較大的棱鏡。
(3)三角棱鏡法(參照美國專利第3712706號說明書及美國專利第2380447號說明書)這是在金屬等平板的表面上從三個方向切削出V形槽從而形成棱鏡集合體的方法，在使用先有棱鏡元件的返回反射板的制造中多采用這種方法。原因是通過切削加工來形成微棱鏡較為簡單，而且，由于能夠形成所形成的三角棱鏡的底面配置在共用面內的集合體，所以，所得到的返回反射板較薄。但是，這種方法存在著這樣的問題即能采用的棱鏡形狀限于可進行V形槽加工的三角棱鏡，從而能夠的自由度小。
以下說明希望返回反射板有的性能以及使用了棱鏡元件的立方隅角式返回反射板的問題。
一般地說，希望返回反射板所具有的基本性能是高亮度性，即來自該反射板的入射光的反射亮度所表示的反射亮度要大，以及廣角性，對廣角性要求有以下三個性能。
涉及到廣角性的所希望有的第一個性能是觀察角特性。在返回反射板例如用于交通標志等各種標志類的場合中，通常光源與觀察者的位置是不同的，所以，必須要使較強的光到達處在離開入射光軸的位置處的觀察者。為此，即使觀察角大，反射亮度的下降也必須要小。
涉及到廣角性的所希望有的第二個性能是入射角特性。例如，在汽車接近交通標志時，自該汽車發出的前燈燈光相對所述標志的入射角會逐漸增大。由此，到達作為觀察者的駕駛者的光的亮度會逐漸減小。即使駕駛者接近標志，也要使該標志保持充足的亮度，所以，需要有優良的入射角特性。
涉及到廣角性的所希望有的第三個性能是旋轉角特性。作為棱鏡元件特有的現象，存在著這樣的性質即返回反射亮度會隨著光從返回反射板的哪個方向入射而變化。為此，存在著這樣的煩雜問題即在將返回反射板貼于標志時，必須按一定的方向調整和貼合該反射板。在微玻璃球式返回反射板中，因反射部件呈旋轉體的形狀，故沒有這種問題。
通常，使用棱鏡元件的立方隅角式返回反射板的正面反射亮度據稱為比微玻璃球式返回反射板的正面反射亮度高2-3倍的特征。原因據說是后者因一般用于微玻璃球式返回反射材料的玻璃球作為透鏡部件的光學不完全性及球面誤差或設置在反射面上的金屬反射面的反射率低等原因而容易導致返回反射效率降低，而在用于前者的立方隅角式返回反射板的棱鏡元件的情況中，據說可以形成精度較高的光學部件。相反，立方隅角式返回反射板在廣角性方面據說一般都較差。
為了改善如前所述有比玻璃球高的反射亮度但在廣角性方面不足的棱鏡元件的廣角性，有必要進一步研究上述三個特性，以下對它們進行說明。
觀察角特性返回反射板所反射的光束必須有一定程度的擴展并且能到達處于入射光軸之外位置處的觀察者。為此，必須設計成反射光有小角度(擴散角)以便擴展。這是通過以下方式實現的使由棱鏡元件相鄰面構成的理論上的棱鏡頂角即90°略有改變、使棱鏡元件的反射面略有變曲或利用微小的棱鏡元件具有的折射效應。
若按大型卡車等運輸設備的前車燈與駕駛員的相對位置來說，觀察角通常最大為3°左右，所以，應該按略超出該觀察角的角度來控制上述擴散角。
入射角特性一般地說，隨著入射角增大，返回反射板的返回反射效率會下降。這是因為，為了滿足立方隅角返回反射原理的三面反射原理，入射角應接近于0°，也就是說，光線應按接近于垂直的角度入射到返回反射板的表面上，若入射角變大，則光線不會到達應在其后進行反射的第二或第三棱鏡面，光線跑到棱鏡之后，從而返回反射效率會下降。這種缺陷在使用三角棱鏡的場合下特別顯著，通過使用六角棱鏡而有一定程度的緩和。而且，如果入射角變大，則會隨之不滿足內部全反射條件，光線會透過棱鏡的后面。
一般采用這樣的方法來作為改善上述缺欠的方法即使以往相對返回反射板的表面沿垂直方向定向的棱鏡元件的光學軸沿各種方向略微傾斜，從而增加朝傾斜方向的返回反射效率。
例如，在三角棱鏡法中，提出了使得V形槽相互交叉60°的交叉角有若干變化(參照美國專利第4588258號說明書以及美國專利第4775219號說明書)，但是，按這種方法傾斜的光學軸僅會以按180°方向相對的一對棱鏡組的形式得到，所以，可在光學軸傾斜方向上改善廣角性，但在此外的方向上無法作改善，而且，不能改善旋轉角特性。
另外，為了改善在前述特定入射角以上的情況下不能滿足內部全反射條件的缺欠，提出了用金屬膜等覆蓋棱鏡反射面從而作鏡面反射的方法(參照美國專利第3712706號說明書以及美國專利第2380447號說明書)，但是，在這種方法中存在有反射板外觀會變暗、金屬膜易受水分等侵襲的缺點。
旋轉角特性特別是在三角棱鏡的場合中會顯著地出現旋轉角特性。作為改進這一特性的方法，已知有將棱鏡集合的表面劃分成一定的區域并使該集合表面的方向發生變化的方法(參照美國專利第4243618號說明書)。在這種方法中，區域單元內朝棱鏡入射的旋轉角是不同的，因此，反射亮度會改變，所以，若從遠距離看，會平均化，故旋轉角特性會均勻化，但是，從返回反射板的表面可相當清楚地見到棱鏡集合表面的區域，從而存在著該反射板外觀性差的問題。
使用六角棱鏡時，部件的形狀接近于圓形，所以不易出現上述三面反射未能實現的現象，故旋轉角特性的下降現象較少。實現三面反射的大致區域近似于棱鏡元件的內切圓，在三角棱鏡的情況下約為棱鏡元件投影面積的60％，在六角棱鏡的情況下約為90％。
此外，就能用于本發明應用領域的可用來制造較薄且柔軟的返回反射板的棱鏡模具而言，希望棱鏡元件的大小是例如在500μm以下的微小尺寸，但是，用前述銷釘集束法和電鍍法難以制造這樣的反射板，而且，即使能用三角棱鏡法形成微小的棱鏡，也難以設計實現本發明其它目的的優良的廣角性棱鏡。
在Stimson的上述美國專利第1591572號說明書中，記述了使用前端形成有棱鏡形狀的玻璃棒或薄板的棱鏡模具形成法，但是，在該說明書所記述的方法中，平板的強度小，不適于形成實現本發明目的的有薄板形狀的返回反射板中需要的微棱鏡。
在Arni等人的上述美國專利第3069721號說明書中，記述了這樣的內容通過用金剛石切削器切削金屬平板，可在光學平面內得到的金屬切削面，并且，用通過這種方法得到的棱鏡形成金屬平板可以形成棱鏡板。但是，在該說明書中，對于通過將兩種以上不同類型的屋頂形突起組合起來而改善微棱鏡的特性沒有任何記述，也沒有建議。
本發明的目的是通過著眼于上述電鍍法并保持其優點同時克服其缺點而提供微棱鏡母型，該母型適于制造立方隅角式返回反射體特別是適于制造有薄板形狀的返回反射體并且能夠制造兼有高亮度性和優良廣角性的微棱鏡。
發明的公開依照本發明，提供了一種微棱鏡母型，它是多個平板重合而成的，所說的平板是具有相互平行的兩個平面的平板，該平板的一側上沿相對所述平面成直角的方向按相等的重復間隔連續地形成有底角約90°的V形槽及頂角約90°的屋頂形突起，所說的平板重合成相鄰的一個平板的屋頂形突起的頂部與另一個平板的V形槽的底部相一致，所述微棱鏡母型的特征在于，該微棱鏡母型是以包含有兩種以上不同類型的屋頂形突起的方式構成的，并且，各平板的厚度是屋頂形突起的短斜邊長度的0.6～2.0倍。
以下參照適當的附圖更詳細地說明本發明。
對附圖的簡單說明

圖1(I)是在構成本發明微棱鏡母型基礎的電鍍法中用的平板在平面方向上的剖面圖，圖1(II)是平板在厚度方向上的側面圖；圖2是將多個圖1所示的平板組合起來的平板組的斜視圖；圖3是用于先有技術的電鍍法的平板組的斜視圖；圖4是由圖3所示的平板組所形成的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖；
圖5是同一平板上形成有頂角不同的三種對稱屋頂形突起的平板組的斜視圖；圖6是本發明由圖5所示平板組形成的一個實施例的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖；圖7是形成有頂角為90°光學軸朝同一方向傾斜的左右非對稱的相同屋頂形突起的平板組的斜視圖；圖8是形成有頂角為90°光學軸朝不同于圖7的方向傾斜的左右非對稱的相同屋頂形突起的平板組的斜視圖；圖9是圖7和圖8所示的兩種平板組組合而成的本發明另一實施例的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖；圖10是形成有左右非對稱屋頂形突起的平板組的斜視圖，所述突起的光學軸朝同一方向傾斜，并且，所述突起有三種不同的頂角；圖11是形成有左右非對稱的相同屋頂形突起的平板組的斜視圖，所述突起的光學軸朝不同于圖10的方向傾斜，并且，所述突起有三種不同的頂角；圖12是圖4，圖10及圖11所示三種平板組組合而成的本發明再一實施例的立方隅角式微棱鏡母型；圖13是由厚度與屋頂形突起的短斜邊相同的平板組形成的立方隅角式微棱鏡母型在平板厚度方向上的側面圖；圖14是由厚度為屋頂形突起的短斜邊0.7倍的平板組形成的立方隅角式微棱鏡母型在平板厚度方向上的側面圖；圖15是用厚度為屋頂形突起的短斜邊0.7倍的平板以與圖10相同的方式形成的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖；圖16是由厚度為屋頂形突起的短斜邊1.5倍的平板組形成的立方隅角式微棱鏡在平板厚度方向上的側面圖；圖17是用厚度為屋頂形突起的短斜邊長度1.5倍的平板以與圖10相同的方式形成的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖；圖18是微棱鏡母型的斜視圖，該母型是通過將三種相互厚度不同的微棱鏡集合體組合起來而形成，每種微棱鏡集合體則是相同厚度的平板組形成的。
發明的詳細說明在圖1(I)中，標號(1)是V形槽(6)的傾斜角，標號(4)是V形槽(6)的底角，標號(5)是屋頂形突起(7)的頂角。標號(8)是棱鏡光學軸朝該剖面圖的投影，棱鏡光學軸的傾斜角朝該剖面圖的投影與V形槽的傾斜角(1)相一致。在按單側切削角(2)和(3)單側切削出V形槽時，V形槽的傾斜角(1)可用單側切削角(2)與(3)之差的1/2來表示，V形槽的底角(4)可用單側切削角(2)及(3)之和來表示。V形槽及屋頂形突起(7)按相等的重復間隔連續地形成。而且，在圖1(II)中，用標號(W)表示平板的厚度，用標號(D)表示V形槽的深度。
圖2中，屋頂形突起(7)是由平板組(9)中按直角切削出來的V形槽(6)形成的。標號(10)是作為V形槽切削面的棱鏡反射面。標號(11)是屋頂形突起的頂部，標號(12)表示V形槽的底部。
圖3是用于先有技術的前述電鍍法的平板組的斜視圖，它示出了這樣的平板組，該平板組是將具有相互平行的兩個平面的平板重疊起來并通過V形槽切削法沿相對所述平面成直角的方向按相等的重復間隔連續地形成有底角為90°的V形槽及頂角為90°的屋頂形突起的平板組。圖4示出了可通過將形成在圖3的平板組的各平板上的屋頂形突起的頂部移動成與相鄰平板上的V形槽的底部相一致而制成立方隅角式微棱鏡。
本發明的原理在于，通過將形成在構成微棱鏡母型的平板上的兩種以上不同形狀的屋頂形突起(屋頂形突起的形狀可因平板而異，或者，一個平板有兩種以上的不同形狀的屋頂形突起)組合起來并且適當地改變這種組合以及/或者通過將厚度不同的平板組合起來用作構成微棱鏡母型的多個平板，可以設計出能夠形成適合要求特性的棱鏡元件的微棱鏡母型。
以下說明棱鏡元件所要求的特性以及為形成具有這些特性的棱鏡元件而使用的微棱鏡母型的設計。
高亮度性使用棱鏡元件的立方隅角式返回反射板的正面返回反射亮度具有比微玻璃球式返回反射板高2～3倍的特征。其理由據稱是因為在棱鏡元件的情況下可以形成精度較高的光學部件。因此，即使在本發明中，也需要使形成棱鏡元件的三個反射面相互所構成的棱鏡頂角約為90°。
另外，上述反射面要有平滑性，以便使得棱鏡反射面(10)中的光線的散射變得最小。為此推薦在形成平板的屋頂形突起時，用前端設置有天然金鋼石的切削工具按著快速切削法等加工方法來切削加工出V形槽。切削精度最好能使得用通過上述加工法所得到的棱鏡母型而形成的樹脂制微棱鏡的平均表面粗糙度Ra在0.05μm以下特別是在0.01μm以下。
而且，作為所使用的被切削材料即用于被切削的平板組(9)的材料，最好使用組織均勻的合成樹脂材料、組成單一且結晶粒度邊界細密的金屬材料以及進行熱處理等形成的結晶組織細密且均勻的合金材料等。若使用上述材料，結晶粒度邊界處的切斷面不會出現凸凹，從而能很容易地得到平滑的棱鏡反射面。
但是，作為本發明中適用于用來制作平板的合成樹脂材料，基于不易產生切削加工時會軟化從而難以進行高精度的切削等缺陷的理由，最好是玻璃化轉換點在150℃以上特別是在200℃以上且洛式硬度(JISZ2245)在70以上特別是在75以上的合成樹脂材料，具體地說可列舉出例如聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂，聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂，聚碳酸酯樹脂，聚甲基丙烯酸甲脂樹脂，聚酰亞胺樹脂，多芳基樹脂，聚醚砜類樹脂、聚醚酰亞胺樹脂以及三乙酸纖維素樹脂。
上述合成樹脂構成的平板可由通常的樹脂成形法例如擠壓成形法、壓延成形法、溶液澆注法等來形成，必要的話再進行加熱處理、延伸處理等處理。為了能便于在制作由通過本發明方法制造的棱鏡母型構成的電鑄模時的導電處理和/或電鑄加工，可對如前述那樣形成的平板的平面進行預導電處理。作為預導電處理，可以列舉出蒸發金、銀、銅、鋁、鋅、鉻、鎳、硒等金屬的真空蒸發法，使用這些金屬的陰極濺鍍法，使用銅或鎳的無電解電鍍法等。而且，可以在合成樹脂中配入碳黑等導電性微粉末或有機金屬鹽等，使平板自身有導電性。
而且，作為本發明中適于用來制做平板的金屬材料，維氏硬度(JISZ2244)最好在350以上，特別是在380以上，具體地說，例如可列舉出不定形銅、電析鎳等，作為合金材料，例如可列舉出銅-鋅合金、銅-錫-鋅合金、鎳-鈷合金、鎳-鋅合金等。
觀察角特性(頂角變化)使返回反射光束有小擴散角并擴散的一種方法是使棱鏡元件的表面相互構成的90°理論棱鏡頂角略有變化。由此可以實現改善如前所述觀察角特性的目的。
棱鏡頂角即屋頂形突起的頂角(5)的變化可通過使切削出的V形槽的底角(4)相對90°略有改變而實現。變化量可略小于也可略大于90°，而且，不必改變所有的V形槽的底角，可以按一定的重復圖案改變所說的底角。利用上述方法，通過改變不是屋頂形突起的全部頂角而只是有限的一部分頂角，可以防止返回反射光過度擴散，所以，能獲得更優的觀察角特性。
屋頂形突起的頂角(5)的變化量最好在89.83°～90.17°的范圍內。若頂角在上述范圍內，則不會出現因反射光過度擴散而導致的到達觀察者的光的強度下降等缺陷。
本發明中，通過使同一平板中按一定的重復周期含有兩種以上頂角(5)有所不同的屋頂形突起，可以獲得廣泛的觀察角特性。原因是，通過使屋頂形突起的頂角相對90°略有變化，可以使光線沿略微離開光線入射軸的角度方向作返回反射，所以，可以按對應于各屋頂形突起的頂角變化的角度分配返回反射光。
圖5是同一平板上形成有三種頂角不同的對稱屋頂形突起的平板組的斜視圖，圖6是由圖5中所示平板組形成的本發明一個實施例的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖。
圖5中示出了屋頂形突起的頂角θ1、θ2和θ3是這樣的角度，它們對應于構成與相應突起相鄰的V形槽的切削角，這些頂角是90°或具有相對90°略有變化的不同角度并且按重復的周期形成。
圖6中示出了通過使形成在各平板上的屋頂形突起群的突起的頂部移動成與形成在相鄰平板上的V形槽的底部相一致而獲得的微棱鏡母型群。
為了避免返回反射光過度擴散，最好使V形槽的底角的角度變化在±10′之內(即底角在89.83°～90.17°的范圍內)切削出V形槽。依照本發明使屋頂形突起的頂角角度發生變化的方法，由于按不同的V形槽底角在同一平板中切削出了V形槽，所以，能形成不同高度的屋頂形突起。因此，即使采用了含有上述高度不同的屋頂形突起的平板組并使形成在平板上的屋頂形突起群的突起的頂部移動成與形成在相鄰平板上的屋頂形突起群的V形槽的底部相一致，也會出現不一致的突起。但是，在有±10′的角度變化時，若使用50μm的平板，上述高度誤差約為0.3μm，即使使用500μm的平板，上述高度誤差也僅為3μm，故此，在形成棱鏡集合體時，不會出現實用上的缺陷。
入射角特性(1)-V形槽的傾斜角在改善廣角性的方法中，通過使棱鏡元件所具有的光學軸沿多種方向傾斜，可以對入射角特性加以改善。
本發明中，首先，在形成屋頂形突起群時，通過使V形槽的中心線(V形槽底角的二等分線-對應于圖1中的線8)向右或向左適當地傾斜以進行切削，可形成有預定傾斜角(1)(相對于和返回反射板表面相垂直方向的偏移角)的V形槽，并形成左右非對稱的屋頂形突起，由此，可以使棱鏡元件的光學軸在與平板平面相平行的平面內左右傾斜。
圖7是形成有頂角為90°光學軸沿同一方向傾斜的左右非對稱的相同屋頂形突起的平板組的斜視圖，圖8是形成有頂角為90°光學軸沿不同于圖7方向傾斜的左右非對稱的相同屋頂形突起的平板組的斜視圖，圖9是將圖7和圖8所示的兩種平板組組合起來而形成的本發明另一實施例的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖。
圖7及圖8所示的平板組是通過切削出分別具有相同傾斜角的左右非對稱的V形槽而獲得的。這種非對稱的V形槽的切削最好是使前端約為90°的切削工具傾斜一定的傾斜角而進行切削加工的，或者使有一定銳角前端角度的切削工具傾斜預定的角度并進行單側切削。這時，若兩個單側切削角的和約為90°，則可以使V形槽傾斜任意的角度。
V形槽的傾斜角，即光學軸的傾斜角，以與返回反射板的表面相垂直方向為中心朝左側(逆時針方向)的傾斜表示為一、朝右側(順時針方向)的傾斜表示為+，則V形槽的傾斜角(5)包含非傾斜的情況(即傾斜角為0°)并且最好在-15°～+15°，特別是在-10°～+10°的范圍內。若傾斜角的絕對值在15°以下(+15°以下或-15°以上)，則對從正面方向入射的光的返回反射性能不會下降。而且，在使V形槽傾斜的情況下，上述傾斜角的絕對值最好在5°以上。若傾斜角的絕對值在5°以上(即+5°以上或-5°以下)，則會出現使獲得優秀入射角特性等的光學軸傾斜的效果。
為了在反射板的所有方向上都獲得優秀的入射角特性，必須使V形槽的傾斜方向不是同一方向而是至少沿左右方向分開。具體地說，例如在圖7或圖8中那樣，使得通過一種V形槽切削加工左右非對稱地切削有V形槽的相同形狀的屋頂形突起形成平板組中每隔一個平板均左右翻轉，從而能使光學軸如圖9所示那樣左右分開。而且，在圖7及圖8中，通過組合使用兩個以上的平板可以獲得更均勻的入射角特性，所說的平板在相同的平板上形成有相同的屋頂形突起，并且，屋頂形突起的形狀是不同的。
此外，除了先前說明的通過使屋頂形突起的頂角略有變化而改善觀察角的方法以外，通過使屋頂形突起的頂角及V形槽的傾斜以不同方式同時發生變化而使得光學軸朝不同方向傾斜的方法可以同時改善觀察角特性和入射角特性，所以，可以高為本發明所希望的實施例。
圖10是形成有左右非對稱的屋頂形突起的平板組的斜視圖，所述突起的光學軸朝同一方向傾斜，并且，所述突起有三種不同的頂角，圖11是形成有左右非對稱的相同屋頂形突起的平板組的斜視圖，所述突起的光學軸朝不同于圖10的方向傾斜，并且，所述突起有三種不同的頂角，圖12是將圖5、圖10及圖11所示的三種平板組組合而成的本發明另一實施例的立方隅角式微棱鏡母型的斜視圖。因此，如圖12所示，可以使屋頂形突起的頂角及光學軸的方向沿不同方向分開。
圖10及圖11示出了屋頂形突起的頂角θ4、θ5、θ6、θ7、θ8、θ9是分別按90°或相對90°略有變化的不同角度以重復的周期形成的。
入射角特性(2)-平板的厚度上述使光學軸傾斜的方法僅在光學軸沿平行于所使用的平板面的方向傾斜時有效，但是，通過使用所采用的平板厚度是屋頂形突起的短斜邊長度的0.6～2.0倍的平板，可以使光學軸沿垂直于所用平板的側面的方向傾斜。圖13、圖14及圖16示出了使光學軸相對與其中所說明的平板表面相平行的方向傾斜的實施例。
圖13是由厚度與屋頂形突起的短斜邊長度相同的平板組形成的立方隅角式微棱鏡母型在平板厚度方向上的側面圖，圖14是由厚度為屋頂形突起的短斜邊0.7倍的平板組形成的立方隅角式微棱鏡母型在平板厚度方向上的側面圖，圖16是由厚度為屋頂形突起的短斜邊1.5倍的平板組形成的立方隅角式微棱鏡在平板厚度方向上的側面圖。
本發明中，作為使光學軸朝垂直于平板的方向傾斜的方法，可以列舉出用平板厚度為所形成的屋頂形突起的短斜邊的0.6～2.0倍最好為0.7～1.5倍這樣適當厚度的平板以同樣方式形成的立方隅角式微棱鏡集合體母型。但是，在對稱的屋頂形突起中，其相等的斜邊可看作是短斜邊。
如果所用平板的厚度不足V形槽的斜邊長的0.6倍或超出2倍，則光學軸的傾斜會過度，以小入射角角度入射的光即反射板正面方向上的返回反射效率會下降。平板厚度為上述斜邊長的0.6倍時，光學軸的傾斜約為15°，為2.0倍時也約為15°。而且，由于棱鏡的過度變形會使三個面的面積比增加，所以，按三面反射進行返回反射的光的比例會下降。另外，圖13中的棱鏡所具有的光學軸垂直于返回反射板與將棱鏡頂點連接起來的線相平行的那個面。而且，圖14及圖16中棱鏡的光學軸分別向圖面右側傾斜約10°并向圖面左側傾斜約10°。
因此，在使用相同厚度的平板時，朝向垂直于平板方向的光學軸僅向一個方向傾斜，所以，在本發明中，通過將兩種以上的使用厚度各不相同的平板的組而形成的棱鏡集合體平面組合起來，可以使光學軸以垂直于平板平面的方式朝兩個以上相互不同的方向傾斜。
再有，在本發明中，通過將使光學軸朝平行于前述平板的方向傾斜的方法與使光學軸朝垂直于平板的方向傾斜的方法這兩種傾斜方法組合起來，可以形成使光學軸沿所有方向傾斜的棱鏡集合體。圖18示出了將三種相互厚度不同的微棱鏡集合體組合起來而形成的微棱鏡母型，每種微棱鏡集合體則是由相同厚度的平板組形成的。
旋轉角特性本發明所采用的棱鏡元件的形狀是六角棱鏡形，它不同于用于通常薄返回反射板的三角棱鏡，所以，能很容易地顯示出對從平板各個方向入射的光進行均勻返回反射的性能。原因是，在使用六角棱鏡時，部件的形狀比三角棱鏡中的更接近于圓形，所以，不太可能出現未實現三面反射的情況，旋轉角特性下降很小。可實現三面反射的概略區用棱鏡元件的內切圓來表示，在三角棱鏡的情況下約為棱鏡元件投影面積的60％，在六角棱鏡的情況下，約為該面積的90％，所以，本發明的棱鏡除旋轉角特性外還可改善反射亮度本身。而且，平板厚度為短斜邊長度的0.6倍時，有效面積38％，為2.0倍時，有效面積約為65％，所以，平板厚度按超出上述厚度比范圍的比率變化時，有效面積會顯著地下降。
再有，在本發明中，與先有的六角棱鏡不同，可以實現光學軸在上述與平板相平行和垂直的方向上的傾斜，所以，可進一步改善旋轉角特性。
本發明的棱鏡母型的大小沒有特定的限制，但是，作為用該棱鏡母型形成的返回反射體的一般用途，可以列舉出例如道路標識、建筑標識等標識類、汽車、摩擦車等車輛車牌類、衣料、救生用具等安全物品類、告示等標記物、可見光或激光反射式傳感器類的反射板等比較柔軟且薄的板狀物，所以，例如可獲得用50～500μm、最好60～200μm的平板所形成的大小。若平板厚度在50μm以上，則切削加工時平板的扭曲小，故形成的棱鏡的光學精度變高，而且，棱鏡的開口面積不會過于變小，所以，可防止反射光因折射效應而有過大的擴散。另一方面，若平板厚度在500μm以下，則容易形成本發明一個目的的薄且柔軟的返回反射板。
本發明的微棱鏡母型，其表面受電鑄加工從而形成了金屬鍍膜。通過從母型表面上取下上述金屬鍍膜，可以制成用于形成作為立方隅角式返回反射體的微棱鏡板等的金屬制模。
在金屬制的微棱鏡母型的情況下，根據需要對其表面清洗后，可直接進行電鑄加工，但是，在合成樹脂制的母型的情況下，在進行電鑄加工，必須事先進行使母型的棱鏡表面有導電性的導電處理。作為這種導電處理，可以采用銀鏡處理、無電解電鍍處理、真空蒸發處理、陰極濺鍍處理等。
作為上述銀鏡處理，具體地說，可以列舉出用堿性洗滌劑等清洗由前述方法形成的母型的表面從而除去油等污物之后用丹寧酸等表面活化劑進行活化處理再用硝酸銀水溶液快速進行銀鏡化的方法。這種銀鏡化可以采用使用硝酸銀水溶液和還原劑(葡萄糖或乙二醛)水溶液的雙筒式噴槍的噴布法、浸漬在硝酸銀水溶液與還原劑水溶液的混合液中的浸漬法等。而且，銀鏡鍍膜的厚度最好薄得在能滿足電鑄時的導電性的范圍內，例如，可例舉出0.1μm以下的厚度。
在無電解電鍍處理中，可使用銅或鎳等。在無電解鎳電鍍液中，可以使用為鎳的水可溶性金屬鹽的硫酸鎳或氯化鎳等，其中，作為電鍍液可以使用填加有作為復合劑的以檸檬酸鹽或蘋果酸鹽為主要成分的溶液以及作為還原劑的次磷酸鈉，氫硼化鈉，氨基硼烷等溶液。
真空蒸發處理可通過下述方式進行即在與銀鏡處理同樣地洗凈母型表面之后放入真空裝置，使金、銀、銅、鋁、鋅、鎳、鉻、硒等金屬加熱氣化而析出到冷卻的母型表面上從而形成導電鍍膜。而陰極濺鍍處理則是通過下述方式進行的即將按與真空蒸發處理相同方式處理過的母型放入內部設有平滑地安裝有預定金屬箔的陰極板以及載有被處理材料的鋁或鐵等金屬制陽極臺的真空裝置內從而放置到陽極臺上，將與真空蒸發的場合所使用的相同的金屬箔安裝到陰極上并且加電以進行輝光放電，由此，所產生的陽離子流會沖擊陰極的金屬箔，從而使金屬原子或微粒蒸發，因此而析出到母型的表面上，從而形成導電鍍膜。上述方法中，作為所形成的導電鍍膜的厚度例如可列舉出300的厚度。
為了在電鑄加工時在合成樹脂制棱鏡母型上獲得平滑且均勻的電鑄層，必須對該母型的整個表面進行均勻的前述導電處理。在導電處理不均勻的情況下，就可能出現導電性差的部分的電鑄層表面的平滑性會下降或者有未形成電鑄層的欠損部分等問題。
為了避免上述問題，例如可以采用在銀鏡處理之前用乙醇等溶液處理一下處理面從而改善銀鏡液的可濕性，但是，在本發明中，所形成的合成樹脂制棱鏡母型有非常深的成銳角的凹部，所以，可濕性的改善不充分。基于這種凹形形狀的導電鍍膜的缺陷即使在蒸發處理等中也很容易產生。
而且，在用于形成母型的重疊的合成樹脂平板的厚度不均勻的情況下，這些平板的密合性不充分，從而會出現形成在母型表面上的導電鍍膜會在平板間的交界面處斷開等缺陷。這些缺陷均會阻礙形成均勻的電鑄層。
為了避免上述缺陷，應在母型形成用的合成樹脂平板的兩側平面上進行如前所述的預導電處理。這種予導電處理可改善銀鏡液的可濕性，特別是對為使平板間導電性良好而改善基于平板密合不良的缺陷特別有效。
為了進一步均勻地進行電鑄加工，要對形成有導電鍍膜的母型進行各種前處理。
為了使得經電鑄加工獲得的電鑄層的表面均勻化，每每要進行活化處理。作為這種活化處理，例如可以采用在按重量計10％的氨基磺酸水溶液中浸漬的方法。
在對進行了銀鏡處理的母型進行電鑄加工的場合下，銀層與電鑄層成一體，從而能很容易地從合成樹脂制的母型剝離下來，但是，在用無電解電鍍或陰極噴濺處理來形成鎳等的導電鍍膜的場合下，合成樹脂表面和導電鍍膜之間密合良好，所以難以剝離開電鑄加工后的電鑄層與合成樹脂層。這時，最好在電鑄加工前在導電鍍膜上進行鉻酸鹽光澤處理等所謂的剝離處理。這時，導電鍍膜會在剝離后殘留在合成樹脂層上。
表面上形成有導電鍍膜層的合成樹脂制棱鏡母型在進行了上述各種前處理之后通過電鑄加工在導電鍍膜層上形成電鑄層。而對金屬制母型來說，則如前述那樣根據需要洗凈其表面后，在該金屬上直接形成電鑄層。
電鑄加工一般在例如氨基磺酸鎳按重量計60％的水溶液、40℃、電流條件為10A/dm2左右的條件下進行。至于電鑄層的形成速度，例如，在48小時/mm以下的程度可獲得均勻的電鑄層，在上述速度以上的速度下，容易導致表面平滑性差或電鑄層中會出現缺損部分等缺欠。
而且，在電鑄加工中，作為改善模具表面磨耗性的目的，可進行增加鈷等成分的鎳鈷合金電鍍。通過增加按重量計10-15％的鈷，所得到的電鑄層的維氏硬度HV可達到300-400，所以，在用所得到的電鑄模對合成樹脂成形從而制造作為產品的返回反射體的微棱鏡板時，可以改善該模的耐久性。
按上述方式由合成樹脂母型制成的第一代電鑄模可以反射地用作用來制成第二代電鑄模的電鑄壓模。因此，用一個合成樹脂母型可制成多個電鑄模。
制成的多個電鑄模在被精確地切斷之后用來組合接合成最終的模具的大小，該最終的模具可用于用合成樹脂成形出微棱鏡板。作為所說的接合方法，可以采用使切斷的端面簡單對接的方法或用例如電子束熔接、YAG激光熔接、二氧化碳激光熔接等方法將組合后的接合部分熔接起來的方法。
組合后的電鑄模可作為合成樹脂成形用模而用于合成樹脂的成形。作為上述合成樹脂成形的方法可采用擠壓成形或注射成形。
擠壓成形是這樣進行的，例如，將形成后的薄壁狀鎳電鑄模、既定厚度的合成樹脂板以及作為緩沖材料的5mm左右的硅橡膠板插進加熱到預定溫度的壓縮成形壓力機內之后，在成形壓力的10-20％的壓力下預熱30秒，然后在180℃～250℃、10-30kg/cm2左右的條件下加熱加壓約兩分鐘。此后，通過在原加壓狀態下冷卻至室溫并解除壓力，可以獲得棱鏡的成形品。
另外，可通過下述方式獲得連續的板狀制品例如，用上述熔接法將按前述方法形成的厚約0.5mm的薄壁電鑄模接合起來從而制成循環帶模，此帶狀模設置在由加熱輥和冷卻輥構成的一對輥上并可旋轉，將熔融的合成樹脂以板狀的形狀供給位于加熱輥上的帶狀模，用一個以上的硅制輥進行加壓成形，之后，在冷卻輥上冷卻到玻璃化轉換點溫度以下并從帶狀模上剝離下來。
實施例以下用實施例更具體地說明本發明。
實施例1(對應于圖5和圖6的實施方式)將1000個75mm×200mm×100μm的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET；軟化點為220℃，洛式硬度為70)板制的平板重疊起來從而形成75mm×200mm×100mm的PET制塊體。用固定卡具有上述塊體的兩面牢固地固定成切削時PET制平板不會移動，之后，用快速切削法沿垂直于平板表面的方向平面切削上述固定好的塊體端面。
然后，用快速切削法并使金剛石切削工具的V形槽的底角順序地略有變化，以便沿與平板的平面成直角的方向按重復的間隔141.4μm順次重復地加工出深70.6μm，70.7μm和70.9μm三種類型左右對稱的V形槽，從而在平面的端面上形成連續的屋頂形突起群，這些突起群按重復的圖案具有89.9°，90.0°及90.1°三種頂角。平板厚度與屋頂形突起的斜邊之比為1.000(屋頂形突起群a的形成圖5)。
使這樣形成的按重復圖案形成有屋頂形突起群的平板的集束中的各個平板先沿板的平面方向移動V形槽的重復間隔的一半，再沿槽的深度方向移動槽的深度，由此，形成在各平板上的屋頂形突起群的突起的一端會與相鄰的屋頂形突起群的槽的底部相一致，從而形成有三種頂角的微棱鏡母型(棱鏡母型A圖6)。
實施例2(對應于圖7、圖8及圖9的實施例)用將金真空蒸發處理到厚100μm的PET板的兩個平面上然后切成寬75mm、長200而得到的平板來代替實施例1中75mm×200mm×100μm的PET板制的平板，除了用不使V形槽的底角發生變化但使V形槽的切削角度朝圖面左側傾斜8°從而切削出左右非對稱的V形槽來代替使金剛石切削工具的V形槽的底角順序地略微發生變化從而切削出左右對稱的V形槽以外，以與實施例1相同的方式形成朝圖面左側傾斜8°(V形槽傾斜角為-8°)的屋頂形突起群。平板厚度與屋頂形突起的短斜邊之比為0.928(屋頂形突起群的形成圖7)。
然后，使V形槽切削角度朝圖面右側傾斜8°并進行同上的切削，從而形成朝圖面右側傾斜8°(V形槽傾斜角為+8°)的屋頂形突起群。平板厚度與屋頂形突起的短斜邊之比為0.928。而且，所述突起群是通過使前述屋頂形突起群b左右顛倒而獲得的(屋頂形突起群C的形成圖8)。
使按上述方式制成的屋頂形突起群b和c以組合順序為b-c的方式交替組合，從而形成兩種屋頂形突起群重組的平板的集束。這樣獲得的重組平板集束，通過使各板先沿板的平面方向移動V形槽的重復間隔的一半、再沿V形槽的深度方向移動槽的深度，可以使形成在各平板上的屋頂形突起群的突起的頂部與形成在相鄰的屋頂形突起群的V形槽的底部相一致，從而形成光學軸朝兩個方向分開的的微棱鏡母型B(棱鏡母型B圖9)。
實施例3(對應于圖5、圖10、圖11及圖12的實施例)用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，軟化點為180℃，洛氏硬度為98)板制的平板代替使用實施例1中的PET板制平板，除了用使V形槽底角順序地略微變化同時使V形槽的切削角度朝圖面左側傾斜8°從而切削出左右非對稱的V形槽來代替使金剛石切削工具的V形槽底角順序地略有變化從而切削出左右對稱的V形槽以外，以與實施例1同樣的方式形成連續的屋頂形突起群，它們朝圖左側傾斜8°(V形槽傾斜角為-8°)且以重復的圖案具有89.9°、90.0°和90.1°的三種頂角。平板厚度與屋頂形突起的短斜邊之比為1(屋頂形突起群d的形成圖10)。
然后，用除在上述制做方法中使V形槽切削角度朝圖面右側傾斜8°切削以外均相同的方法形成朝圖面右側傾斜8°(V形槽傾斜角為+8°)且以重復的圖案具有89.9°、90.0°及90.1°的三種頂角的連續屋頂形突起群。平板厚度與屋頂形突起的短斜邊之比為1。而且，上述突起群是通過使前述屋頂形突起群B左右顛倒而獲得的(屋頂形突起群e的形成圖11)。
而且，除了用75mm×200mm×100μm的PMMA板制的平板來代替用實施例中的75mm×200mm×100μm的PET板制的平板以外，以同樣的方式形成屋頂形突起群(相當于圖5)。
使按上述方式制成的屋頂形突起群a、d和e以組合順序為a-d-a-e的方式順次組合，從而形成三種屋頂形突起群重組的平板的集束。這樣獲得的重組平板集束，通過使各板先沿板的平面方向移動V形槽重復間隔的一半，再沿V形槽的深度方向移動V形槽的深度，可以使形成在各平板上的屋頂形突起群的突起的頂部與形成在相鄰的屋頂形突起群的V形槽的底部相一致，從而形成有三種頂角且光學軸朝三個方向分開的微棱鏡母型C(棱鏡母型C圖12)。
實施例4(對應于圖9、圖15、圖17及圖18的實施例)除了實施例2中的使用100μm的PET板由使用75μm的PET板代替并且使用對該板的兩平面作金的真空蒸發處理然后切成寬75mm、長200mm而獲得的平板以外，以同樣的方式形成微棱鏡母型D(平板厚度與屋頂形突起的短斜邊之比為0.7)，而且，除用125μm的PET板并且對該板的兩平面作金的真空蒸發處理然后切成寬75mm、長200mm而獲得的平板以外，以同樣的方式形成微棱鏡母型E(平板厚度與屋頂形突起的短斜邊之比為1.5)(棱鏡母型D圖15、棱鏡母型E圖17)。
用堿性洗滌劑洗凈所得到的微棱鏡母型D的表面，用丹寧酸作為表面活化劑進行活化處理，然后，用硝酸銀水溶液和還原劑水溶液的雙筒式噴槍按噴涂法進行銀鏡處理，從而在該母型的表面上形成導電鍍膜。將形成有上述導電鍍膜的母型浸漬到按重量計為10％氨基磺酸水溶液中以對導電鍍膜進行表面活化處理，再在按重量計的氨基磺酸鎳水溶液中于40℃、8A/dm2的條件下進行48小時的電鑄處理。
從母型上剝下經電鑄處理而得到的電鑄層，從而得到表面上設置有立方隅角元件的厚度為0.8mm的形狀顛倒了的鎳制電鑄層D′。同樣，用鑄鏡母型E及在實施例2中所獲得的棱鏡母型B，可以得到鎳制電鑄層E′及B′。
這樣，通過用金剛石切削工具的快速切削法沿棱鏡的列將鎳制電鑄層切成長180mm、寬5mm的帶狀，之后，使這種表面上具有三種顛倒微棱鏡母型的鎳板以排列順序為B′-D′-B′-E′的重復次序無間隙地并置，從而形成180mm×200mm的互狀棱鏡集合面。
再有，以與上述同樣的方式對所述棱鏡集合面進行鎳電鑄，從而形成棱鏡F(棱鏡母型F圖18)。
產業上利用的可能性本發明中，通過改變有上述多種角度的屋頂形突起的頂角，可以按受控的擴散度使返回反射的光束有均勻的分布，從而能形成觀察角特性優秀的棱鏡母型。
而且，在本發明中，通過改變上述V形槽的傾斜及平板的厚度這樣的方法，可以使棱鏡所具有的光學軸沿與加工時所用平板的平面相平行的方向及相垂直的方向按多種角度傾斜，由此，可防止返回反射亮度隨入射角增加而顯著下降，從而能夠形成入射角優秀的棱鏡。
再有，就本發明的棱鏡母型而言，可通過使用六角棱鏡來改善觀察角特性及入射角特性，所以，可以形成這樣的棱鏡，它同時兼備了六個棱鏡所固有的優秀旋轉角特性及高亮度性。
權利要求
1.一種微棱鏡母型，它是多個平板重合而成的，所說的平板是具有相互平行的兩個平面的平板，該平板的一側上沿相對所述平面成直角的方向按相等的重復間隔連續地形成有底角約90°的V形槽及頂角約90°的屋頂形突起，所說的平板重合成相鄰的一個平板的屋頂形突起的頂部與另一個平板的V形槽的底部相一致，所述微棱鏡母型的特征在于，該微棱鏡母型是以包含有兩種以上不同類型的屋頂形突起的方式構成的，并且，各平板的厚度是屋頂形突起的短斜邊長度的0.6～2.0倍。
2.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，兩種以上不同類型的屋頂形突起是有兩種以上不同頂角的屋頂形突起。
3.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，頂角在89.83°～90.17°的范圍內。
4.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，屋頂形突起的形狀是對稱形的。
5.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，屋頂形突起的形狀是非對稱形的。
6.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，V形槽的傾斜角為-15°～+15°。
7.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，兩種以上的不同屋頂形突起形成在同一平板上。
8.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，兩種以上的不同屋頂形突起形成在不同的平板上。
9.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，它是由兩種以上的用同厚度的平板組形成的微棱鏡母型組合而成的。
10.如權利要求9的微棱鏡母型，其特征在于，組合出的微棱鏡母型是由厚度相互不同的平板組構成的。
11.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，平板是由合成樹脂材料，金屬材料或合全材料構成的平板
12.如權利要求11的微棱鏡，其特征在于，合成樹脂材料是由玻璃化轉換點在150℃以上的合成樹脂構成的材料。
13.如權利要求11的微棱鏡母型，其特征在于，合成樹脂材料是從聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、多芳基樹脂、聚醚砜類樹脂、聚醚酰亞胺樹脂以及三乙酸纖維素樹脂構成的集合中選出的。
14.如權利要求1的微棱鏡母型，其特征在于，金屬是非晶體銅或電解鎳。
15.一種微棱鏡模具的制造方法，其特征在于，根據需要對按權利要求1的微棱鏡母型進行導電處理之后，再進行電鑄用表面處理及電鑄加工，此后，從前述母型上剝離所形成的電鑄模。
全文摘要
本發明涉及微棱鏡母型,它適于制造立方隅角式返回反射體,特別是制造薄且柔軟的板狀返回反射板,并且能制造兼有高亮度和優秀廣角性的微棱鏡,所述微棱鏡母型是多個平板重合而成的,所說的平板是具有相互平行的兩個平面的平板,該平板的一側上沿相對所述平面成直角的方向按相等的重復間隔連續地形成有底角約90°的V形槽及頂角約90°的屋頂形突起,所說的平板重合成相鄰的一個平板的屋頂形突起的頂部與另一個平板的V形槽的底部相一致,所述微棱鏡母型的特征在于,該微棱鏡母型是以包含有兩種以上不同類型的屋頂形突起的方式構成的,并且,各平板的厚度是屋頂形突起的短斜邊長度的0.6～2.0倍。
文檔編號B29D11/00GK1192175SQ96195971
公開日1998年9月2日 申請日期1996年7月26日 優先權日1995年7月28日
發明者三村育夫, 安達惠二 申請人:日本碳化物工業株式會社