突起的反光路面标志的制作方法

专利名称：突起的反光路面标志的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于交通标识和示意的突起的反光路面标志，尤其涉及一具有高弯曲模量和抵抗车辆冲击的冲击强度的高表面模量的耐用的突起的路面标志。
突起的路面标志广泛地用作高速公路的交通标识以提供道路车道的示意。一种突起的路面标志是一具有一外壳的可反光的标志，外壳内填充一种硬而脆性的封装化合物。一旦受到反复的车辆碰撞，这些标志的破裂和粉碎率往往会很高。目前，至少有一个标志生产厂商已试图提高外壳的耐用性。例如在Steere等人的美国专利No.5,340,231(已转让给Stimsonite公司)中说明使用碎玻璃纤维增强的丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物块来模制外壳，但是它仍然向外壳空腔内填充一坚硬的环氧树脂混合物。
本申请的受让人，美国3M公司(“3M”)从八十年代中期就已经开始使用高冲击强度的塑性材料(即按美国材料试验标准(ASTM)D 1822规定并测量的具有超过1尺磅/英寸冲击强度的塑性材料)来制造外壳。这种高性能的抗冲击材料的使用已在May的美国专利No.4,875,798(转让给“3M”)中公开说明，并且已生产出高特性的3M的280型、SP280型、240型以及SP240型标志。
本发明的一个主要目的是提供一种在经得住道路交通碰撞的改进主体结构内放置一个反光透镜的耐用的突起的路面标志，以得到一使用时间较长的标志。通过在标志底座上将挤压和剪切碰撞力重新导向为拉伸力和挤压力可以部分实现上述目的。
本发明的另一个目的是提供一具有低轮廓和弯曲边缘的改进的标志体以使车辆碰撞减至最小。
本发明的又一个目的是提供一改进的标志体，它具有一便于搬运的指捏槽。
本发明的又一个目的是通过使用一合成结构来提高标志的耐用性。
本发明的又一个目的是通过使用一包括一模制的、具有图案的、平坦的以及高杨氏模量底板的合成结构来提高标志道路粘合性，以加强标志外壳坚硬性以及提高与许多粘合剂(包括沥清和环氧树脂)的相容性。
本发明的又一目的是生产一高表面弯曲模量的标志。
通过提供一个含有由一未封装(未填充的)的上壳体以及一下底板共同形成的具有内部的一外壳，以及多条在外壳内部基本垂直于底板内壁定向的肋的路面标志来实现这些及其他目的。上壳体具有倾斜的、相对的第一和第二端面，相对的第一和第二凸出侧面，一上表面，一周边底面以及一内壁，如下文将详细说明的，它是由具有中高弯曲模量的塑性材料制成的。上壳体具有一低的轮廓以及一弯曲的边缘以使车辆碰撞减至最小。下底板具有一平面内壁和一相对的平面(路面接合外壁)，下底板是由杨氏模量至少约为300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)的材料制成的，但较可取的是由杨氏模量大于400,000 PSI(27.58×108帕斯卡)，或更可取地是由杨氏模量大于500,000 PSI(34.48×108帕斯卡)的材料制成。底板较好也由塑性材料制成。
本申请中所用的杨氏模量是根据美国材料试验标准(ASTM)D638，卷08.01进行确定和测量的；本申请中所用的弯曲模量是根据美国材料试验标准(ASTM)D790进行确定和测量的。对于本发明中使用的塑性材料，热凝固或热塑材料，我们认为小于50,000 PSI(3.45×108帕斯卡)或更小模量(不论是杨氏模量或弯曲模量)的是低模量；50,000 PSI(3.45×108帕斯卡)到300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)范围内的模量(不论杨氏模量或弯曲)是中等模量；高于300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)的模量是高模量。中高弯曲模量是指一弯曲模量包括中等和高模量范围，即一弯曲模量至少50,000 PSI(3.45×108帕斯卡)。
肋与一个内壁(即上壳体的内壁或底板的内壁)形成整体(即形成单个部件)并从底板内壁向上延伸至上壳体的内壁以支撑壳体的内壁。一反光透镜至少设置于标志相对的第一和第二侧面的一侧面上。
上壳体较好由诸如聚碳酸酯之类热塑性树脂制成，并且较可取地是包含大约15％至30％的玻璃纤维加固物。玻璃纤维加固物提高上壳体的弯曲刚度。上壳体的形状，选择的材料以及肋的间隔的选择最好能够易于模制和使材料的使用和成本降至最低。选择底板使它在使用中能使标志达到足够的抵抗弯曲的刚性。可在壳体的周边底面内形成一周边凹口用来放置底板。
在本发明的第一实施例中，肋与壳体内壁形成整体。在本发明的第二实施例中，肋与底板内壁形成整体。在每个例子中，可能有不同式样的肋。在一个肋式样中，肋可按网格式样纵向和横向延伸布置肋。在另一个肋式样中，肋被分成圆形同心的第一组肋，以及相对于第一组肋径向延伸的第二组肋。
在本发明的一方面中，路面标志的最小表面模量(下文中将详细说明)大约为80,000 PSI(5.52×108帕斯卡)，但较可取地是100,000 PSI(6.90×108帕斯卡)。
在本发明的另一方面中，第一和第二端面倾斜的角度大约是30°，第一和第二侧面呈从顶部向底部以及一端向另一端凸出的形状。
在本发明的又一方面中，在第一和第二侧面内形成相对的内凹指捏槽。
为了设计一种不仅能使用环氧形粘合剂还可以使用沥清粘合剂与道路粘合的耐用标志，通过研究道路粘合失效的模式，本发明者继续拓展有关高性能标志方面的知识。为了使标志围绕着中轴弯曲或弯折，上部和肋必须压缩，而底座则需伸长。当发生压缩和伸长时，会产生前部的剥离或提升，这将最终导致标志粘结的失效。失效可能发生在道路表面与粘合剂间，也可能发生在标志底座与粘合剂间。“剥离前部”是我们用来描述沥清粘合剂撕裂(沥清粘结的失效)，标志底座沥清粘合剂的失效或者道路表面沥清粘合剂的失效的术语。在我们为研究这种现象所进行的有限之分析中，“剥离前部”是指撕裂和/或任一这些类型失效的长度。例如，在图8中剥离前部的长度由一组在粘合剂-道路界面间具有负的反力的节点表示。这些力是在粘合剂A上的拉伸(或提升)力。水平和垂直负载(力)分别由参数X和Y表示。
根据我们的研究，我们已开发了一种使碰撞负载减至最小，减少轮胎磨损以及本体上产生的污染的新的标志结构。利用我们收集的各种可买到的标志的碰撞数据，进行一个可资比较的有限元分析，发现标志的材料特性对道路标志粘合有显著的影响；特别是有一个标志刚度的临界范围，在这个范围内使用一软粘合剂可以很好地使标志与道路粘合。
高表面模量标志的一个优点是通过优化制造外壳的中高弯曲模量和高冲击强度塑性材料的结构组合，以及杨氏模量至少为300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)，较好地是大于400,000 PSI(2758×108帕斯卡)，更好地是大于500,000 PSI(34.48×108帕斯卡)的底板材料，能够挑选和选择易于大批量加工的材料。
因此本发明的另一个优点是我们能通过一简单的喷射模塑工艺流程很容易地制造出一重量轻的标志。这个工艺流程使变化颜色的装置简单化并消除了填充上壳体的必要性。
本发明的另一优点是利用我们喷射模塑的知识，通过使用公开的方法和测试程序制造标志来优化材料的使用。
通过参阅附图来阅读本发明较佳实施例的详细说明，将更好地理解本发明，在附图中，相同的标号代表相同的部件，其中；

图1是本发明第一实施例路面标志的俯视立体图；图2是本发明第二实施例路面标志上壳体底面的立体图；图3是具有供图2中上壳体使用的第一肋式样的下底板的俯视立体图；图4是具有供图2中上壳体使用的第二肋式样的下底板的俯视立体图；图5是图1中标志的仰视立体图，其中将底板分解以示出第一肋式样以及上壳体底部周边表面内的一周边凹口；图6是本发明第二实施例路面标志的仰视立体图，其中将底板分解以示出第二肋式样；图7是路面标志第三实施例底板分解后的仰视图；图8是作用在3M 280型标志上的初始轮胎碰撞及反力的有限元模型图表；
图9是一单源导向器的第一实施例；图10是一单源导向器的第二实施例；以及图11是一单源导向器的第三实施例。
本发明起因于我们对突起的路面标志的道路粘合失效模式的研究，并且我们希望设计一种耐用的，可同时使用一沥清粘合剂和一环氧树脂型粘合剂与道路粘合的标志。开发本发明的初始步骤之一是考虑与道路粘合的标志底部表面积大小。这涉及使用某些用来填满肋间间距的材料，诸如沥清、丙烯酸、苯乙烯等。我们发现增加粘合表面积有助于提高与道路的粘合，但不能维持足够长的时间。在某些情况下，我们的结果显示较大底面积的标志比较小底面积的标志更浅地切削粘合剂。这被称为“饼干(cookie)切削刀”效应。
我们还考虑通过附加一凸缘状底座增加标志底座的尺寸来增加粘结面积。令人吃惊地是，结果显示出它的道路固定性比我们标准标志更差。我们也试图通过生产与现有的3M标志及竞争者标志在形状上相似的其他形状，但由诸如聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)所制成的标志来提高道路粘合，但结果是形形色色的。这些3M标志相对于现有的3M标志稍有改进；而仿造现有竞争者标志制成的受测试标志比现有竞争者的标志差，但比3M受测试标志稍好一点。后面的结果启发我们作出过这样的假设，即提高标志道路粘结不仅包括改进标志的形状而且还包括改进标志的材料特性。我们通过分析碰撞力、进行有限元分析、在实验室内测试原型以及在现场验正实验室结果，来论证我们的假设。
已仔细地研究过经过标志底座的传递力(它导致标志道路粘合失效)与标志几何形状间的关系。设有一非常灵敏的压电力传感器装置，从我们的车辆磨耗模拟器(模拟一负载下汽车轮胎的实验室测试装置)以及明尼苏达103高速公路上受控制的测试平台上真实汽车和(二轮)半卡车收集车辆碰撞力。对现有的3M 280型标志以及竞争者标志的研究显示出令人惊奇的结果。3M标志实际承担的负载比竞争者标志少。这些结果进一步加强了我们关于标志材料弯曲属性作用的最初假设。除了轮廓影响外，实验结果还示出压力下轮胎破裂与汽车轮胎或半卡车轮胎类型间的相关性。这些碰撞力数据使我们能重新设计标志形状使碰撞负载最小，减少轮胎磨损以及本体上产生的污染。
使用由我们掌握的碰撞力数据，我们在一典型的竞争者标志和3M现有280型标志上进行一用来比较的有限元分析。结果再次让人吃惊。首先，它们证实了我们对粘合面积的假设。3M现有标志具有一有肋的底部表面。肋使得在底座的某些区域受到拉力而某些区域受到压力，结果是动摇了标志，最终使它像饼干(cookie)切削刀一样切削粘接剂。在图8中示出这些拉力。其次，有两个区域承受拉(剥落或抬升)力，一个在标志的前边缘另一个在标志的后边缘，这在最靠近碰撞位置的区域尤为明显。
这些结果可以解释为什么高冲击强度材料与一较软的粘接剂(例如沥青)一起使用时，其性能不如与一种较硬的粘接剂(例如环氧树脂粘接剂)一起使用时好；当使用环氧树脂作为粘合剂将标志粘合到道路上时，环氧树脂将在底座上凝固变硬。这种刚性粘接防止了标志的弯曲，这就控制了粘合剂上所产生的应变。如果使用软粘合剂，就会使标志主体弯曲；这种弯曲动作接着产生粘合剂的应变，这最终将粘合剂从前边缘和后边缘撕裂。另外，粘合面积的不足使得在标志底面通过它的饼干(cookie)切割刀作用减少粘合剂垫的数量；因此整个结果表现出与环氧树脂粘合剂不相匹配。
我们接着进行的分析是将标志的弯曲量减至最小。首先我们制成无肋的实心标志，并且分析它的提升力。结果显示提升力减小，这样也启发我们对高弯曲模量材料作评估。结果再次显示出当弯曲模量提高时提升力变得更小。在对通常的空心或有肋的标志作重现这些结果的实验中，我们使用一种薄的但具有高杨氏模量的材料来加强标志的底座；这导致了剥落力的减小。这是一个重要的发现即我们可以使用少得多的材料得到相同量的提升力减小。至少300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)杨氏模量将防止标志底座的拉伸，因此防止了在碰撞时标志的弯曲动作。有限元分析模型进一步显示使用仅0.090英寸(0.229厘米)厚的FR-4薄板材料(可从Allied Signal Laminate system Inc.公司得到)在相同负载条件下，新的设计比竟争者的标志承受更小的提升力。
根据我们的测试结果，被制造的两原型模型可以用来模制使用六种不同壳体材料及六种不同的底板材料的标志。两原型的特点是都有一个未封装(未填充)上壳体和一下底板共同构成的具有一内部的外壳，并且在外壳内部的许多肋基本上是垂直于底板内壁定向。上壳体包括倾斜的、相对的第一和第二端面，第一和第二相对的凸状侧面，一上表面，一圆周底面和一内壁，并且它是由中高弯曲模量具有高冲击强度的塑性材料制成的。上壳体具有一下侧面和弯曲边缘以将车辆碰撞所产生的剪切分量减至最小。下底板具有一平面内壁和一相对平面的、与路面连接的外壁，它们由杨氏模量至少大约300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)，或较好由大于400,000 PSI(27.58×108帕斯卡)，或更好由大于500,000 PSI(34.48×108帕斯卡)的材料制成。肋与其中的一个内壁(即上壳体的内壁或底板的内壁)形成整体。一反光镜片至少位于标志第一和第二相对侧面的一个侧面上。
使用非常少量的材料即可使肋提供标标志外壳的结构稳定性。它们以与三维空间内的框架结构相似的方式作用。沿着平行于底座的一平面所截取的横剖面示出了部件的一三维桁架状网络，在较佳实施例中它的几何形状是三角形的。这些肋与承受车辆碰撞所引起的剪切力和压力的细长部件相似，像一框架结构，肋承受主要由压力负载所引起的轴向负载，同时也承受剪切力以及每个连接肋附近的力矩。
上壳体可以含有足够的颜料来得到所希望的色彩。底板可由杨氏模量至少约300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)，较好为大于400,000 PSI(27.58×108帕斯卡)，或更好为大于500,000 PSI(34.48×108帕斯卡)的材料制成，以承受外加力。选择上壳体的形状、材料以及肋间隔以便于模制并使材料的使用和成本降至最小。选定底板使标志足够坚硬以抵抗使用中的弯曲。满足这种要求的一底板是一充满环氧树脂的纤维玻璃板。另一种底板可由插有玻璃纤维板的热塑性基片模制而成；热塑性和玻璃纤维板的组合可以是Lexan3412和JPS玻璃纤维板1362(可从位于南卡罗莱纳州斯莱特的JPS Converter and Industrial公司的分部JPS Fabrics得到)，也可以是Lexan 3412和JPS玻璃纤维板1358(也从JPS Fabrics得到)，也可以是Lexan 3412和JPS玻璃纤维板1353(从JPS Fabrics得到)。
透镜由能实现所需反光特性的材料制成，并与上壳体粘合。可在一适用的例子Nelson的美国专利No.4,875,789中找到。可以使用一适当的粘合剂粘合透镜，但更可取地是将它焊接到标志体上，例如通过超声波或振动焊接实现密封。
这两个原型的不同之处在于其肋的位置不同。在本发明的第一个原型中，肋与壳体的内壁形成一整体。在本发明的第二原型中，肋与底板的内壁形成一个整体。正如下文中详细描述的那样，在每个原型中，肋的式样可能有不同的变形。
第二原型可使上壳体覆盖更多百分比的材料。然后不管它的颜色和外观，将一与底座材料相似的再利用塑性材料最大限度地用于肋和底板，而将一纯塑性材料用于上壳体。通过这种方法，标志的可见部分，即，上壳体仍可按照颜色和外观控制，从而获得一总体较低的成本和使本来的废料得到绝好的利用。较可取地是使用振动焊接，因为它可以装配正被使用的部件尺寸，并且容许平面度和材料组织的不相同；同时，它能比粘合剂更好地结合。
在我们的指导下，使用这些新原型模具制作了大量的样品。对这些样品和一些可买到的标志进行测试以验证有限元分析的结果。这些样品中的一部分将在下面的例子中描述，并且在所附图表中总结概括。在所附的图表中概括了这些样品的测试结果。例子中所描述的样品是说明性的，不能认为构成对本发明的任何限制。
因为每个标志的构造都是不同的，实现可比较测试结果的唯一方法是使用一使标志尺寸标准化的装置。美国材料试验标准(ASTM)测试方法D790描述了对材料弯曲模量的测试。使用这个测试方法来测量由方法I和程序A所制成的标志的弯曲模量。美国材料试验标准(ASTM)D790同时还规定了样品的尺寸，以及计算弯曲模量所必须的方程式。在美国材料试验标准(ASTM)D790及6.2.1节中规定跨距为样品厚度的16倍。突起的路面标志的几何形状与这个尺寸比率不同。因此，为了在我们所测试的不同的突起标志中取得一致的可比较的测试结果，标志的跨距被定为1.85英寸(4.70厘米)以适应所有不同类型的标志。这个固定跨距的引进也确保对于所有标志，模量计算中的剪切效果是一致的。这个标准化的模量被称为表面弯曲模量，或表面模量。这个表面模量的单位以每平方英寸上的英磅数(PSI)或帕斯卡(Pa)来表示，它们用来代表标志的弯曲模量并特别用于那个标志。表面模量值允许我们排列标志抵抗车辆碰撞引起的弯曲的能力。
根据美国材料试验标准(ASTM)测试方法D790，在一与计算机连接的材料测试机MTS810型和一对632.17B-20型MTS应变测量仪进行弯曲模量测试。正如在美国材料试验标准(ASTM)D790中所述将样品放置在两个支撑物上以形成一三点弯曲模式。为了在测试过程中对所有标志样品保持相同的剪切效果，样品厚度和长度的尺寸是标志的厚度和长度，跨度是1.85英寸(4.70厘米)。这对应变测量仪用来测量每个标志在底部的偏斜。在毗邻倾斜面下方区域的标志底部上，应变测量仪的指针沿着中心线指示。应变测量仪用来实现高精度的偏斜测量。高精度的偏斜测量是必须的，因为一些标志是由塑料壳外壳和/或装有封装材料或由一置于负载下时顶部变形大于底侧变形的底板封闭的主体所构成的混合结构。高精度应变测量仪将用来测量底座上的偏斜，因为引起粘合剂/道路、粘合剂/粘合剂以及粘合剂/标志底座界面间损坏的弯曲是发生在标志底座上。
调整MTS使作用在标志顶部中心处的负载达到一最大力1,000 lbs，并且偏斜率被设为每秒0.1英寸(2.5厘米)。由美国材料试验标准(ASTM)D790中9.1.3节中所给出的方程式计算出偏斜率。
绘制出被测量的力和偏斜，计算出斜度以取得模量。不同标志的标志尺寸不同。因此取得可比较数据的唯一办法是通过标志的厚度和长度将它们标准化。表面模量由美国材料试验标准(ASTM)测试方法D790中给定的下列方程式决定E＝跨度3×斜度/(4×长度×厚度3)，其中跨度＝1.85斜度＝在底部相对于支撑物的负载变化/偏斜变化长度＝标志的长度厚度＝标志的厚度实验室的测试结果表明我们可以很容易地使用制造上壳体的中高弯曲模量的塑性材料，以及制造底板的一杨氏模量至少约为300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)，或较佳的为大于400,000 PSI(27.58×108帕斯卡)，或更佳的为大于500,000PSI(34.48×108帕斯卡)的材料来制造标志，以得到高表面模量的标志。测试结果进一步显示，对使用一软粘合剂而得以较好粘合的标志，诸如沥清之类的粘合剂，其表面模量应是最小的，即大约80,000 PSI(5.52×108帕斯卡)，因为一些具有良好道路粘合特性的现有标志的表面模量是在这个范围内的。就目前所知还没有上限，除此以外，表面模量的提高可能不会在提高粘合特性方面取得很多的利益。为了证实这一点我们在一个位于“阳光地带”的州内的3M秘密测试平台上进行了测试。测试结果一致地证明我们的理论损失在由高表面模量制成的标志处是最小的而在低表面模量的标志中损失将增加。应用数据也显示一平底座和高表面模量结合在标志抵抗“饼干(cookie)切削刀”效应能力方面的有利之处。
例子1标志道路粘合的要素包括一能经得住车辆碰撞的高弯曲模量和高冲击强度的塑性标志材料。在本发明的第一实施例中，通过利用现有的能买到的塑性材料可以方便地制造出具有这些特性的一标志10，这些塑性材料本身不具有足够的承受外加负载的抗弯强度。参阅图1和图7，通过模制一高冲击强度的上壳体12制成标志，并且使用一具有杨氏模量至少约为300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)，或较佳的大于400,000 PSI(27.58×108帕斯卡)，或更佳的大于500,000 PSI(34.48×108帕斯卡)的下底板增强它。在例子1中，上壳体12是由一中高弯曲模量和高碰撞强度的聚碳酸酯材料Lexan 141(Lexan是由双酚甲和碳酰氯反应生成的热塑性碳酸链聚合物的一个商标；可从位于马萨诸塞州皮茨菲尔德的GE塑料公司得到Lexan141)注射塑模而成。较可取地是，上壳体12具有0.080英寸(0.203厘米)的最大厚度。
上壳体12包括一周边底部表面12a，两镜像倾斜端面12b和12c，相邻于端面12b和12c的两凸侧面12d和12e，一上表面12f以及一内壁12g。如图1和图7所示，侧面12d和12e都是从端部到端部从顶端到底部凸弯的。
端面12b和12c是内凹的，并且模制有从它上面向上突出的超声波能量导向器22、24、26。在相邻于倾斜端面12b和12c的侧面12d和12e上形成半椭圆形的内凹指捏凹槽30a和30b。凹槽30a和30b的底部表面高于标志10底部表面大约025英寸(0.64厘米)。
下底板14具有一平面内(上)壁14a以及一相对的、平面的路面接合外(下)壁14b，它是由一1/16英寸(0.159厘米)相似标号合成薄板材料FR-4制成。下底板14具有一与上壳体12的周边底部表面12a的形状相同的周边，并且使用一粘合剂使下底板14的内壁14a固附在上壳体12的周边底面12a上。在例子1中，粘合剂是3M快速凝固Jet-WeldTMTE-031热固性粘合剂。
同心圆形肋40从上壳体12的内壁12g突出并终止于与周边底面12a共面的一平面内。径向肋42也从内壁12g突出并与圆形肋40连接。径向肋42围着圆形肋40的共同中心间隔的角度大约是30°，也同样终止于和圆形肋40相同的平面。
通过从倾斜表面12b和12c向上延伸的能量导向器22、24和26将诸如透镜50和52之类的两反光部件与上壳体12超声波地焊接。使用能量导向器超声波焊接反光透镜的方法在美国专利No.4,875,798中有描述，在这里作为一整体被引为参考。透镜50和52以及能量导向器22、24和26的尺寸使得透镜50和52的上表面基本与壳体12周围的外表面齐平。
能量导向器22是多个隔板形式，在它们之间形成小隔室，能量导向器24以柱状物的形式设置在小隔室内。如图9所示，能量导向器24可以是锥形的，它们可以是如图10和11中示出的标号24和24”所说明的叠加在圆柱体上的一锥体形式，或者是能提供与透镜50和52点接触的任何其他形状。至少一些能量导向器22是以三角形形式设置的。虽然能量导向器22也可以布置成长方形、梯形和其他其他几何形状，但三角形在这些几何形状中结构上是最稳固的。
能量导向器24沿着顶部小隔室提供附加的支撑。需要这个附加的支撑，因为车辆往往在离顶部区域三分之一的位置附近碰撞标志10。单独使用能量导向器22，在反复碰撞下透镜仍会破裂。添加了一个能量导向器24提供了附加的支撑。能量导向器24的另一优点在于它们能使反光损失减至最小。在每条焊缝处，反光透镜的立体棱结构遭到破坏。单个能量导向器24能将焊缝减至最小，同时提供足够支撑来抵抗车辆碰撞。
能量导向器26设置在端面12a和12b的周边内。为了气密地封闭透镜的周界保护不受湿气的影响，能量导向器26的高度稍微大于能量能量导向器22和24的高度。已发现能量导向器26的周界应突出于其他顶部之上，内能量导向器22和24的高度量大约等于立体棱透镜的高度。当部分透镜破裂时，由能量导向器22限定的小隔室来容纳污染物。
标志10具有一低的轮廓和弯曲的边缘以便将车辆碰撞减至最小。从而仅通过说明，一个较佳标志的高度大约是0.625英寸(1.59厘米)，一侧面到侧面的宽度(横穿过侧表面12d和12e)在它的最宽点处大约4.00英寸(10.2厘米)，一端部到端部长度(穿过端面12b和12c)大约是3.5英寸(8.9厘米)。端面12b和12c向着底部表面12a倾斜大约30°，并且在它们与底部表面12a连接位置处按大约0.31英寸(0.79厘米)的半径被弯曲。按大约6.45英寸(16.383厘米)的半径弯曲上表面12f。按大约0.750英寸(1.905厘米)的半径从顶端向底端弯曲侧面12d和12e，并按大约3.00英寸(7.62厘米)的半径侧向弯曲侧面12d和12e；它们在底部表面12a上面大约0.575英寸处终止。指握凹槽30a和30b的底部表面向底部表面12a倾斜大约13°并在底部表面12b上方大约0.14英寸(0.36厘米)处终止；按大约0.06英寸(0.15厘米)的半径在它们与侧面12d和12e连接处弯曲上边缘。
例子2除了底板是一厚度为1/8英寸(0.318厘米)的FR-4(一充满环氧树脂的玻璃纤维板)薄板以外，例子2中的标志与例子1中的标志类似。
例子3除了使纵向肋140和横向肋142形成网格式样以外，例子3的标志100(在图6中示出)与例子1中的标志10类似。
例子4除了与例子3中标志一样有纵向和横向肋以外，例子4中的标志与例子2中的标志类似。
例子5除了具有由20％充满聚碳酸酯Lexan 3412的玻璃材料(Lexan 3412可从GE塑胶中获得)制成的一喷射模塑底板214，上壳体212的周边底部表面212a具有一放置底板214的凹口212a，以及由振动焊接替代一热固粘合剂来将底板214固定到凹口区域212a内之外，例子5中的标志200(在图5中示出)与例子1中的标志类似。
例子6除了上壳体312是空的、同心肋340和径向肋342从底板314的内壁314a垂直延伸、肋340和342以及底板3 14是由一Lexan 3412模制成整体以及底板3 14通过振动焊接到上壳体312上以外，例子6中的标志(在图2和图3中示出)与例子1中的标志类似。虽然没有对它们进行测试，但是底板也可以如图4中所示具有横向和纵向延伸的肋。
例子7除了底板是由在纤维玻璃scrim上模压的Lexan 141制成，并通过振动焊接到上壳体上的以外，例子7中的标志与例子1中的标志10类似。
例子8到例子13除了上壳体是由Lexan 3412模制而成的以外，例子8-13中的标志是与例子1-6中的标志类似的。
例子14除了外壳是由Lexan 3413材料(Lexan 3413可从GE塑胶中得到)模制的以外，例子14中的标志与例子1中的标志10类似。
例子15除了外壳是由Lexan 3413材料模制的以外，例子15中的标志是与例子2中的标志类似的。
例子16
除了外壳是由Durethan BKV 130材料模制而成的以外(是一玻璃加强的，减轻碰撞的具有30％玻璃的聚酰胺，它可从位于宾夕法尼亚州匹茨堡的Bayer公司(以前的Mile公司)那里买到)，例子16中的标志与例子1中的标志类似。
例子17除了外壳是由Durethan BKV 130材料模制成的以外，例子17中的标志与例子2中的标志类似。
例子18除了外壳是由Entec N1033E1材料(一可从Entec聚合物公司买到的含有33％玻璃的尼龙)模制而成的以外，例子18中的标志与例子3中的标志100类似。
例子19除了外壳是由Xenoy 6370材料(可从GE Plastic买到)模制而成以外，例子19中的标志与例子1中的标志10类似。
例子20除了便用3M Jet-WeldTM将1/16英寸(0.16厘米)底板FR-4薄板与上壳体粘合制成例子20中的标志以外，例子20中的标志与可买到的3M 280标志类似。
例子21例子21中的标志与可买到的，具有喷射模塑而成的装入含环氧树脂、玻璃滴和沙的填充物的壳体的壳形标志Stimsonite 911型标志类似。
例子22例子22中的标志是可买到的，具有喷射模制而成的具有环氧树脂沙填充物的上壳体的Pac-Tech标志(Apex 918型标志)。
例子23例子23中的标志是具有一厚壁的、及纵向和横向肋式样喷射模制主体的，可买到的Swareflex标志。
例子24例子24中的标志是一可买到的RayOlite 8704(S)型标志，它是具有将环氧树脂-沙混合物作为填充物的壳形标志。
例子25除了有一具玻璃纤维板的0.055英寸厚的(1.4毫米)喷射模塑底板214以外，例子25中的标志与例子6中的标志类似。这个标志的表面模量未显出任何的改进，因为当模制样品时，已在标志四个角附近形成四个销孔，并在纤维板的中央形成一1英寸(2.54厘米)的孔。四个销子用来将纤维板固定在模具中，并且纤维板中的孔必须使材料能在不移动玻璃纤维板的情况下喷入空腔内。另外，玻璃纤维板不充分地充满底板的底部。在底板和玻璃纤维板上的孔被认为将减弱用来进行弯曲模量测试的结构。但是玻璃纤维板仍可能有助于加强标志的底座，在那些样品中，如例子6中未加强底座的标志也能基本达到相同的模量。
在所附的图表中给出了表面模量测量和计算的结果。在图表中的数据清楚地证明了可以通过使用一高模量的加强底板来实现高表面模量的热凝固喷射模塑标志；除了这些高模量底板标志具有一高碰撞抵抗力使它们能经得住的碰撞力较之其他易碎标志所能承受碰撞力有数量级上的提高以外，它还证明了这些表面模量是在可比较的、整体形、坚硬及易碎型标志的区域内。用于这些原型标志中半数以上的底板是使用一粘合剂固定的，它足够能估计出可得到的模量大小。然而，我们也研究了固定上壳体与底板的方法的效果。例如例子1-5，8-11以及14-19中的标志都是使用热熔粘合剂装配的。在实践中，底板较可取地是与外壳振动焊接。振动焊接可使弯曲强度有数量级上的提高。
另外，我们也研究了用来将底座放置于标志上的固定方法的效果。例子6中的标志使用振动焊接过程来将底板具定到标志外壳上。虽然底板仅由低模量的塑性材料所制成，但它所得到的表面模量可以远远大于例子1中由具有较高弯曲模量的FR-4薄板材料制成的标志的表面模量。这就可以解释为什么增加FR-4薄板的厚度而表面模量仅提高很少，因为粘合剂的分层使负载传递不能达到最优。
可以预见多种类型的反光透镜和固定方法可以适用于标志。在Nelson等人的美国专利Nos.3,712,706,4,875,798以及4,895,428；Holmen的美国专利No.3,924,929；White的美国专利No.4,349,598以及Attar的美国专利No.4,726,706，中对合适的反光透镜作了详细说明，在这里将这些专利全面结合起来进行参考。
在第一个实施例中，通过在一立体棱工具上设置一层透明的聚碳酸酯(可从位于马萨塞州皮茨菲尔德的GE Plastics买到)制成一透镜系统，加热和加压，然后使透明层冷却，从而形成一微立体棱薄片。这薄片被模切成透镜片，然后就可以按二种方法中的一种使用它们。在第一种方法中，透镜片超声波地焊接进外壳内的狭隙中。在这些狭隙内容纳着基本上是模制成三角形式样的选择用来优化抵抗车辆碰撞的透镜结构整体性以及透镜反光性的能量导向器。在第二种方法中，一铝蒸气涂层沉淀在透镜片上。然后可使用一压敏粘合剂将透镜片粘到上壳体的端面。当透镜片具有一铝蒸气涂层时，上壳体的端面不再设置能量导向器。
第一种方法提供了一种具有较明亮透镜的标志，由于铝蒸气涂层的缘故，根据第二实施例制成的透镜将损失大约40％的亮度。虽然第一实施例的透镜将损失它的一些亮度，但它的损失比第二实施例的小得多。另外，它具有由能量导向器式样限定的长久水密的小块区域。
在第三实施例中，可以使用喷射模塑过程制造透镜。微立体棱工具被切割成透镜片的形式，并在每个单独透镜上形成能量导向器的式样。因此，当模制每个透镜时，它不必再模切就已有了适当的形状，同时还包括已制好的能量导向器。根据第三实施例所制成的透镜系统也不必在上壳体端部上面形成一能量导向器式样；因此上壳体端面具有平坦的表面。在透镜上形成超声波能量导向器所提供的一个优点是可以根据将得到的立方体数来设计透镜的亮度。当在端部形成能量导向器时，没有办法预测立方体的数目，因为它将在超声波焊接过程中被破坏。通过喷射模塑制成具有整体能量导向器的透镜控制焊接过程中立方体的破坏，这是因为立方体损失的数目是在设计透镜时就决定的。可以如未具有整体化的能量导向器的透镜一样的方法，将透镜放置在端面开口内，从而把具有整体能量导向器的透镜超声波地焊接到上壳体的端面上。
根据以上的说明，对于本领域的普通技术人员很容易理解本发明的上述实施例的修改和变化。例如可以在纵向和横向交接处以及在肋与上壳体内壁的连接处变化半径来变化肋的网格式样。较大半径(大约0.062英寸(0.157厘米))原形与较小半径(大约0.031英寸(0.079(厘米))原型的比较测试表明一具有较大半径的肋式样较好地抵抗疲劳应力。但是，对包括同心和径向肋的肋式样的比较测试表明同心/径向式样比其他网格式样的肋强度更大。
权利要求
1.一种突起的路面标志，它包括一具有倾斜的、相对的第一和第二端面，相对的第一和第二侧面，一上表面，一周边底部表面及一内壁的未填充上壳体，所述壳体由具有中高弯曲模量和高冲击强度的塑性材料制成；一下底板，它具有一平面的内壁和一相对的、平面的、与路面接合的外壁，所述底板的内壁与上壳体下周边底部表面连接，壳体和底板共同形成一外壳，并且这个外壳具有一由所述壳体内壁和底板所形成的内部，底板由一杨氏模量至少为300,000 PSI(20.7×108帕斯卡)的材料制成；许多基本垂直于底板内壁定向的肋，肋与一个内壁形成整体并从所述底板内壁向上延伸至壳体的内壁来支撑壳体的内壁；以及一设置在相对的第一和第二端面至少一个端面上的反光透镜。
2.如权利要求1所述的路面标志，其特征在于，第一和第二端面的倾斜角度大约是30°。
3.如权利要求1-2所述的路面标志，其特征在于，第一和第二侧面是从顶端和底部以及从一端向另一端弯曲的，其中在第一和第二侧面内形成内凹的指捏槽。
4.如权利要求1-4所述的路面标志，其特征在于，壳体的最大厚度大约是0.080英寸。
5.如权利要求1-4所述的路面标志，其特征在于，在壳体的底部表面内有一周边凹口用来放置底板，并且选定可以放进凹口内的底板尺寸。
6.如权利要求1-5所述的路面标志，其特征在于，肋与所述壳体的内表面形成整体。
7.如权利要求1-5所述的路面标志，其特征在于，肋与所述底板的内壁形成整体。
8.如权利要求6-7所述的路面标志，其特征在于，肋以网格的形式布置。
9.如权利要求8所述的路面标志，其特征在于，肋被分成圆形同心的第一组以及相对于第一组肋径向延伸的第二组。
10.如权利要求1-11所述的路面标志，其特征在于，在底板内模制一玻璃纤维板。
11.如权利要求1-12所述的路面标志，其特征在于，至少端面中的一个具有模制于其中的多个能量导向器，并且能量导向器向上延伸以便于将透镜超声波焊接其上。
12.如权利要求1-13所述的路面标志，其特征在于，至少端面中的一个具有模制于其中的第一和第二多个能量导向器，并且能量导向器向上延伸以便于将透镜超声波焊接其上，所述多个第一能量导向器以隔板的形式限定了许多小隔室，并且第二多个能量导向器以单独的柱状物形式位于至少一些小隔室内。
13.如权利要求1-14所述的路面标志，其特征在于，路面标志最小表面模量大约是80,000 PSI(5.52×108帕斯卡)。
14.如权利要求1-14所述的路面标志，其特征在于，路面标志最小表面模量大约是100,000 PSI(6.90×108帕斯卡)。
15.如权利要求1-16所述的路面标志，其特征在于，路面标志的杨氏模量大于400,000 PSI(27.58×108帕斯卡)。
16.如权利要求1-17所述的路面标志，其特征在于，路面标志的杨氏模量大于500,000 PSI(34.48×108帕斯卡)。
17.如权利要求1-18所述的路面标志，其特征在于，第一和第二端面的倾斜角度大约是30°，并从顶端向底部以及从一侧向另一侧凸出。
全文摘要
一路面标志,包括共同构成外壳的一未封装上壳体和一下底板以及许多在外壳内部基本垂直于底板内壁定向的肋。上壳体具有大约倾斜30°的相对的第一和第二端面,具有在其中形成有相对内凹捏指槽、相对的第一和第二凸出的侧面,及一由中高弯曲和冲击模量塑性材料制成的上表面。上壳体具有一低的轮廓和弯曲的边缘以便将车辆碰撞减至最小,它较好由热塑性树脂制成。下底板具有一平面的内壁和一相对的、平面的、由塑性材料制成的路面接合外壁。在壳体的底部周边内形成一周边的凹口以放置底板。肋可与上壳体或底板的任一内壁形成整体,并从底板的内壁向上延伸至壳体的内壁以支撑壳体的内壁。将一反光透镜设置于标志相对的、第一和第二侧面的至少一个侧面上。肋可以横向和纵向地呈网格状布置;或者可被分隔成圆形同心的第一组肋和相对于第一组肋径向延伸的第二组肋。路面标志的最小表面模量大约是80,000PSI(5.52×10
文档编号E01F9/04GK1184517SQ96193980
公开日1998年6月10日 申请日期1996年4月11日 优先权日1995年5月19日
发明者D·C·梅, S·S·乔, C·U·托马斯, W·J·约翰逊, R·W·赫德斯, D·J·伦丁 申请人:美国3M公司