专利名称：带图案薄片的系统、方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及带图案的薄片。具体地，本发明涉及反射薄片和后反射薄片。
图1是在根据本发明实施例的压花辊和另一个辊子之间挤压的薄膜的透视图；图2是图1压花辊中的图案圆环或垫片和一对间隔圆环或垫片的分解图；图3是图2中一部分的放大视图；图4A是部分装配的压花辊的另一个实施例的透视图；图4B是图4A中压花辊的透视图，带有装配好的全部图案圆环或垫片和/或间隔圆环或垫片；图4C是图4A中压花辊一部分的放大视图；图5是图4A中压花辊的图案圆环或垫片的透视图；图6是图4A中压花辊一部分的放大视图；图7是图6中一部分的放大视图；
图8A-8B示出了反射薄膜的一部分，这种反射薄膜具有反射入射光线的全角棱镜；图9A-9B是其它层的分解侧视图，示出了这些层在与反射薄膜层压到一起之前的取向；图10是说明性制造系统的示意图，这种制造系统带有包含压花辊的轧辊叠加组件；图11是包括压花辊的压花辊设备的前视图；图12是一卷示例性反射薄膜的透视图；图13A-13G示出了反射薄膜的应用。
附图中相同的标号和符号表示具有类似功能的相同部件。
具体实施例方式
在下面对本发明的详细说明中，阐述了许多细节以便彻底地理解本发明。但是，应当认识到如果没有这些细节，本发明仍然可以实施。在其它情况下，并没有详细介绍众所周知的方法、步骤、元件、部件和装置以免无谓地使本发明的特征变得模糊不清。
反射体可以使用一系列用光学材料制成的球形或球面透镜来反射光线。在其它情况下，反射体可以使用一系列用光学材料制成的半角棱镜来反射光线。有时候，半角棱镜可以与球形或球面透镜结合来反射光线。在其它一些情况下，反射体可以使用一系列用光学材料制成的全角棱镜来反射光线。
本发明涉及用来制造反光薄片或薄膜的方法和设备，反光薄片或薄膜可以用作反射体或反射体的元件。反光薄片或薄膜可以具有由一系列微结构半角棱镜或全角棱镜形成的光学材料表面以反射光线。在一实施例中，本发明的反光薄片或薄膜可以利用压花辊通过挤压工艺制成。
半角棱镜具有两个分界面，其中入射光线被反射两次而重新返回入射光源。全角棱镜采用三个分界面，其中入射光线被反射三次而重新返回入射光源。全角棱镜一般来说可提供较大范围的角度使入射光线可以被接收并重新返回光源。如果光学材料中的损耗很低，全角棱镜能够比半角棱镜更加有效地进行反射。然而，全角棱镜较难制造。一般来说，反射薄膜由压印有半角棱镜图案的薄膜制成，所述半角棱镜图案以预定角度自然地反射入射光线。
在反光薄片或薄膜中制造一系列半角棱镜的典型方法是通过模塑、机械切割和冲压工艺。
模制加工通常需要有一个对于给定图案来说是确定的模具。将液体形式的熔融塑料或其它类似的光学材料浇注到模具中。光学材料在模具中需要有一段固化时间以形成具有反光特性的形状。固化时间会相当长。而且，模具并不适合于光学材料形成全角棱镜。
机械切割加工通常需要用机床将图案逐一刻画到塑料或其它光学材料。逐一刻画图案十分费时，因而并不是制造反射材料连续薄片的一种经济合算的方法。
冲压过程一般来说需要有具有固定图案的矩形冲模。柔软的半固体或半液体的光学材料如塑料由冲模冲压成具有反光特性的形状。用矩形冲模冲压有限的区域也很慢而且不太经济合算。
这些典型工艺常常会在反光薄片或薄膜的反光图案之间加入接缝以提供足够的尺寸。接缝破坏反光图案并且是不反光的，因而会降低反射率或光强效率。
这些典型工艺可以在有限区域上形成连续的半角棱镜图案，比如不大于九英寸乘九英寸的连续图案(即“九英寸图案块”)，在一块四十八英寸乘四十八英寸的薄片中有三十六个九英寸图案方块。在某些情况下，九英寸图案块可能使实际应用限于这一尺寸，否则需要仔细拼接以形成较大的图案。
本发明能够形成没有接缝的微结构薄膜连续卷，从而为顾客提供几乎可以是任何长度的无缝反射薄膜。通过在制造反光薄片时消除接缝，能够提高反射效率，而且由于反光图案密度的增大可以降低成本。
为了提供连续的反射薄膜卷，需要有一种表面上刻有光学图案的微结构圆筒形模。这种微结构圆筒形模在此称作压花辊。通过连续不断地将图案印刻到热的光学材料如热塑料中，这种微结构圆筒形模将其图案压印到塑料薄膜中。利用普通的工艺难以将半角或全角棱镜图案刻入圆筒形模。
压花辊提供了用于制造过程的工具，使得能够连续制造带有半角棱镜和/或全角棱镜的微结构反射薄膜。精确的角隅棱镜凹槽可以在三维表面上形成。与实心的圆柱体或轧辊不同，压花辊的圆筒形图案由多片子图案构成。压花辊使用一个或多个紧密叠在一起的窄环圈或垫片来形成整个圆筒形图案。每个圆环或垫片被逐一切割以构成图案的一部分。在实施例中，圆环的宽度小于一毫米。通过使用各种不同数目的并排紧密布置的圆环或垫片，可以形成带有所要求图案的不同宽度的圆筒。
压花辊能够提供大的带有全角棱镜的连续反射面。即，反射薄膜或薄片的表面能够形成宽的无限长的连续反射面。通过使用一个或多个圆环或垫片来形成压花辊的整个圆筒形图案，可以对全角棱镜表面的角度进行调节，包括使每个圆环具有不同的角度。通过交替变换从圆环到圆环的子图案对齐方式可以形成全角棱镜。结果，可以在光学材料的表面中形成很多反射角度和反射效果以反射或后反射入射光线。通过改变整个圆筒形图案的圆环或垫片能够容易地调整棱镜的立方角(即变宽或变窄)和深度(即变浅或变深)以改变其正交性，从而改变反射薄膜和最终产品的反射特性。较大较深的棱镜能够在表面中形成而不会使反射质量受到损失。压花辊的适应性很强，因为利用同一工具的不同构造方式能够制造不同的反射薄片或薄膜。只须通过改变圆环或垫片的构造方式就能修改整个圆筒形图案。在一个压花辊上，可以有许多尺寸和种类的角隅棱镜同时共存于压花辊圆柱面的范围内以形成整个圆筒形图案。
压花辊包括底部圆筒，作为圆环或垫片的保持架。底部圆筒含有一个或多个纵向导轨，用来使圆环适当地对准并牢固地保持相互连接。底部圆筒的外径和形状与圆环的内径和形状类似，以保持圆环/垫片的位置并避免图案产生移动。
现在参考图1，图中示出了压花辊100A的第一个实施例。压花辊100A还可以被称作压花滚筒或带有图案的回转圆筒。压花辊100A包括一种圆筒形图案。在优选实施例中，圆筒形图案用来在材料层的表面中形成微结构。
可以将光学薄膜或层夹在压花辊100A与另一个辊104之间。在优选实施例中，压花辊100A的图案在光学薄膜或层的表面形成以产生反射薄膜片层102的连续图案。
在一实施例中，光学薄膜或层是一种加热到处于液态和固态之间柔软状态的塑胶材料，因此压花辊100A的圆筒形图案印刻到光学薄膜的表面中。在另一实施例中，压花辊100A的图案足够尖锐以刻入处于固态的光学薄膜的表面。
如图1所示，压花辊100A可以包括一个或多个可转动的轴杆、转轴或辊颈112；N个(一个或多个)图案垫片/圆环114；M个间隔垫片/圆环(未在图1中示出)；一对端部法兰116；一对连杆118；一个中心圆筒形套管120；以及一个或多个在端部法兰116上的紧固件122。中心圆筒形套管120还可以称作圆筒形芯部120。一个或多个图案圆环和间隔垫片/圆环的相应数目N和M取决于所要求的压花辊和光学薄膜的圆筒形图案。在一实施例中，M＝N+1。在另一实施例中，M＝0，因而没有使用间隔垫片/圆环。图案垫片/圆环114的宽度随所要求的图案而变。间隔垫片/圆环可以不包含切出或形成的图案，但是可以具有适当的尺寸而在薄膜表面中形成直线、凹槽或凹痕图案。间隔垫片/圆环可以认为是具有边缘图案，可在表面中形成直线、凹槽或凹痕图案。
压花辊100A绕一个或多个轴杆112转动，同时推动和/或拉动薄膜的一个或多个材料层经过压花辊和辊子104之间以形成反射薄膜102。当压花辊在反射薄膜102上滚过时，N个图案垫片和M个间隔垫片的圆筒形图案在反射薄膜102的表面中形成。在薄膜表面中形成的图案可以认为是一种连续图案。N个图案垫片114布置在中心圆筒形套管120的周围。一对连杆118使N个图案垫片114和M个间隔垫片(未示出)，如果有的话，保持在压花辊100A上的固定位置。端部法兰116将N个图案垫片114；M个间隔垫片，如果有的话；一个或多个连杆118；以及中心圆筒形套管120夹在它们之间。在每个端部法兰116处的紧固件122将端部法兰116紧压在一起并使夹在它们之间的其它部件保持在一起成为一个单元。在一实施例中，紧固件122是螺母与螺栓的组合。
N个图案垫片和M个间隔垫片，如果有的话，可滑动地连接到一个或多个连杆118上。一个或多个连杆118平行于轴杆112布置在压花辊周围。一个或多个连杆118可以象图示那样布置在压花辊100A的相对侧，或者围绕压花辊100A以一定角度相互间隔布置。图1示出了一对位于相对侧并相互间隔一百八十度的连杆118。然而，可以有一个、两个、三个、四个或更多个围绕压花辊100A布置的连杆118以固定垫片。
现在参考图2，图中示出了图案垫片114和一对间隔垫片214的部件分解图。当装配到压花辊100A上时，可以将图案垫片114夹在一对间隔垫片/圆环214之间。每个间隔垫片214包括一个或多个对准孔218用以在一个或多个连杆118上面滑动。类似地，每个图案垫片114包括一个或多个对准孔218′用以在一个或多个连杆118上面滑动。而且，每个间隔垫片214和图案垫片114都包括一中心开口220用以在中心圆筒形套管120上面滑动。
现在参考图3，图中示出了图2中一部分的放大视图。一个或多个图案垫片114中的每一个都包括在其外缘周围的子图案300。在只有一个图案垫片114的情况下，如果不使用间隔垫片214来形成整个图案一部分的话，这一个图案垫片114中的子图案300可以是整个图案。每一图案垫片114中的每一个子图案300可以是类似的或者是唯一的以完成压花辊的整个圆筒形图案，压花辊的整个圆筒形图案被滚压到反射薄膜102的表面中。子图案300可以在奇偶图案垫片114之间交替变化。每个图案垫片114的子图案300可以是同样的，但是在压花辊100A上从一个图案垫片114到下一个图案垫片子图案可以略微偏移。通过用不同构造形式的图案垫片和间隔垫片更换图案垫片114和任何间隔垫片，可以容易地改变压花辊100A的整个圆筒形图案。
每个图案垫片具有厚度302，这一厚度可根据给定图案垫片上所选择的子图案而变化。比较起来，间隔垫片214的厚度相当小。比如，在一实施例中，间隔垫片的厚度为图案垫片厚度的百分之二十五。然而，间隔垫片214确实在整个图案中形成其自身的子图案。在某种情况下，间隔垫片214可以在薄膜表面中形成一凹槽或一直线。虽然间隔垫片214的厚度在图3中相当小或表示为零，但是它们可以具有更大的厚度以进一步在整个图案中构成子图案。
现在参考图4A，图中示出了压花辊100B的第二个实施例。压花辊100B还可以被称作压花滚筒或带有图案的回转圆筒。压花辊100B包括许多压花辊100A中的部件。压花辊100B包括一圆筒形图案。在优选实施例中，圆筒形图案用来在材料层的表面中形成微结构。然而，在每个相应的压花辊中图案垫片和间隔垫片以不同方式固定。
压花辊100B包括一个或两个转轴、辊颈或轴杆112；N个(一个或多个)图案垫片114′；M个间隙垫片214′；一对端部法兰116′；一个中心圆筒形套管120′；以及一个或多个紧固件122。中心圆筒形套管120′还可以被称作圆筒形芯部120′。在压花辊100B的实施例中，中心圆筒形套管120′包括一导向槽418。导向槽418与每个图案垫片114′以及每个间隔垫片214′中的导向突片接合以维持其环绕中心圆筒形套管120′的角度方向。端部法兰116′与图1中的端部法兰116略微不同，因为导向槽418可以在没有一个或多个连杆118的情况下使用。
现在参考图4B，将全部图案垫片114′和/或间隔垫片214′在压花辊100B上装配起来以形成圆筒形图案400。由于一个或多个图案垫片114′中的微加工表面，圆筒形图案400的细部未在图4B中示出而好象是全黑的。
现在参考图4C，图中示出了压花辊100B的一部分的放大视图。圆筒形图案400可以包括在一对端部法兰116′之间的一个或多个图案垫片114′以及零个或更多个间隔垫片214′。间隔垫片214′可以布置在图案垫片114′的两侧。或者，在某些圆筒形图案400中，图案垫片114′可以是相邻的。一个或多个图案垫片114′可以布置在一间隔垫片214′的两侧。或者，在另一种圆筒形图案400中，间隔垫片214′可以是相邻的。
每个图案垫片114′的子图案300可以围绕每个垫片的外圆周或外缘形成。围绕图案垫片的外圆周，子图案300可以重复。或者，沿给定图案垫片114′的任一弧段或整个圆周，子图案300可以是唯一的。
在整个圆筒形图案400中，子图案300对于每个垫片114′来说可以是唯一的。即，没有两个图案垫片114可以是相同的。或者，在一组图案垫片114中，每个图案垫片可以是唯一的，而这组图案垫片114从整个圆筒形图案400的一边到另一边是重复的。在还有一个实施例中，每个图案垫片114′可以具有完全相同的子图案300以形成整个圆筒形图案400。通过这种方式，很容易对圆筒形图案400进行修改而在材料表面中形成图案。
回头参见图4B，图中示出了在一个或多个轴杆112中形成的传动凹槽420。传动凹槽420平行于一个或多个轴杆112并靠近其一端。在一个或多个轴杆112的其中一个轴杆上或在轴杆112的一侧，可以设有传动凹槽420用以将轴杆连接到一传动齿轮或马达使压花辊100B转动。在一实施例中，可以将一个键(未示出)布置在传动凹槽420中以连接至齿轮或其它传动联轴器中的键槽。在另一实施例中，齿轮或其它传动联轴器可以具有在传动凹槽420中滑动的连接片。在还有一个实施例中，传动凹槽420可以设计成从轴杆的圆柱面向外延伸的传动键。
现在参考图5，图中示出了图案垫片114′的透视图。在图5中示出的图案垫片114′是压花辊100B中的N个图案垫片114′的示范性实例。图案垫片114′包括中心开口220′、导向突片518和子图案300。导向突片518位于中心开口220′内图案垫片114′的内缘。中心开口220′使得图案垫片114′能够在中心圆筒形套管120′的外表面上滑动。当中心开口220′在圆筒形套管120′的外表面上滑动时，图案垫片114′的导向突片518在导向槽418内滑动。
图案垫片114和114′以及间隔垫片214和214′大体上是环形的或圆环形的。图案垫片114和114′以及间隔垫片214和214′也可以被认为大体上是空心圆柱体形的，具有有限的厚度和高度。由于子图案300的原因，每个图案垫片的外缘或圆周是变化的。间隔垫片可以是不变的或者围绕其外缘或圆周变化。图案垫片和间隔垫片的内缘或内表面的形状设计成与中心圆筒形套管120的形状相配。在一实施例中，中心圆筒形套管120是一个圆筒，因此每个间隔垫片和图案垫片的内缘或内表面大体上也是圆筒形的。在其它实施例中，所述内缘可以是与中心圆筒形套管的形状相配的正方形、矩形、六边形或别的圆筒形。
间隔垫片214′和图案垫片114′装配在中心圆筒形套管120′上，其中每个垫片的导向突片518与导向槽418对准。
现在参考图6，图中示出了压花辊100B中圆环/垫片的另一部分的放大视图。如前面所介绍的，图案垫片114′可以夹在一对间隔垫片214′之间。每个图案垫片114′的子图案300围绕其外圆周或外缘是重复的。
现在参考图7，图中示出了图6中垫片/圆环的一部分的放大视图。子图案300围绕图案圆环114′的外缘或圆周延伸。子图案300可以在反射薄膜102的一个区域内形成角隅棱镜。间隔垫片或圆环214′可以在反射薄膜102中形成凹槽、狭槽或直线，以隔开由每个图案垫片/圆环114′的子图案300形成的角隅棱镜列。
可以用精密切割工具在图案圆环114或114′中加工出子图案300。或者，图案圆环114或114可以模制或铸造而沿外缘包括子图案300。在每个图案圆环中可以形成唯一的子图案。或者，在每个图案圆环中可以形成类似的子图案，但围绕圆筒形套管处于不同的角度位置。或者，从装配在压花辊100A和100B上的图案圆环114或114′的一边到另一边，子图案300的形状和位置可以周期性地变化。
一个或多个图案圆环114或114′中的每一个都可以唯一地编号以识别其在圆筒形套管120或120′上相对于其它图案圆环以及任何间隔圆环的位置。类似地，零个或多个间隔圆环214或214′中的每一个都可以唯一地编号以识别其在圆筒形套管120或120′上相对于其它间隔圆环以及图案圆环114或114′的位置。
现在参考图8A-8D，反射薄膜102的一部分被作为反射薄膜102′示出。图8A是反射薄膜102′的顶视图。图8B是反射薄膜102′的侧视图。图8B是反射薄膜102′的透视图。图8B是反射薄膜102′的横剖面图。因为压花辊100A和100B的任何一个实施例都可以在薄膜中形成图案，所以将这些压花辊统称为压花辊100。
如前面所介绍的，当推动或拉动薄膜102经过压花辊100和辊子104之间时，在反射薄膜102的表面中形成整个图案。用压花辊100在反射薄膜102中形成图案不是模制加工。
反射薄膜102′包括若干个全角棱镜800。反射薄膜102′包括主体部位802和微结构部位804。若干角隅棱镜800在反射薄膜102′的微结构部位804中形成。反射薄膜102′的主体部位802支承微结构部位804。
在压花辊100的图案的一个实施例中，若干个全角棱镜800布置在列814A-814F中。每一列814A-814F由相应的直线、狭缝或凹槽824A-824G隔开。
每个角隅棱镜800具有底部边缘(B)、尾部(T)、头部(H)、顶点(A)、以及三个可以反射光线的表面(S1、S2和S3)。三个表面(S1、S2和S3)连接在一起形成的顶端靠近每个角隅棱镜800的头部。每个角隅棱镜800的尾部与头部相对。每个角隅棱镜800的底部边缘可以与反射薄膜的底面齐平。沿每一列，某个角隅棱镜800的底部边缘可以连接下一个角隅棱镜的底部边缘。每个角隅棱镜类似于一个四面体。即，每个角隅棱镜类似于具有三个三角形侧面和一个三角形底面的三棱锥。三棱锥的形状可以是对称或不对称的。即三个三角形侧面可以不相等以形成非对称的三棱锥或非正规的四面体。
在每一列中，每个角隅棱镜800相对于下一个角隅棱镜颠倒方向。每一列中的角隅棱镜800的方向与下一列中的角隅棱镜的方向一致。举例来说，反射薄膜中某一列的角隅棱镜800与左侧的尾部以及右侧的头部对准。在与其相邻的下一列中，角隅棱镜800与反射薄膜102左侧的头部以及右侧的尾部对准。
在图8A-8D中示出的反射薄膜102′可能只是整张或整卷反射薄膜的一部分。对于在图8A-8D中示出的部分来说，反射薄膜102′可能由压花辊100中的六个图案垫片114或114′和七个间隔垫片214或214′形成。在反射薄膜中形成的每一列角隅棱镜814A-814F由相应的图案垫片114或114′形成。反射薄膜102′中列814A-814F之间的每个凹槽824A-824G由相应的间隔垫片214或214′形成。
在一实施例中，在反射薄膜102的表面中形成的角隅棱镜是阳角隅棱镜。在另一实施例中，表面中形成的角隅棱镜可以是阴角隅棱镜。不论是哪一种情况，滚压到反射薄膜102中的整个图案可以是无缝的连续图案。
现在参考图9A-9B，反射薄膜102或102′根据所要求的具体应用可以与其它材料层叠合以形成反光层合薄片。切割或印刻到反射薄膜102或102′的表面中的光学微结构如全角棱镜可以在其中形成以反射从光学微结构前侧或后侧入射的光线。
在图9A中，光线910A被耦合到光学微结构的后侧而光线910B被耦合到光学微结构的前侧，所述光学微结构在反光层合薄片900A的反光层102′中。
在图9B中，光线910A被耦合到光学微结构的后侧而光线910B被耦合到光学微结构的前侧，所述光学微结构在反光层压薄片900B的反光层102′中。
图9A还示出了一层或多层可层压到反光层102′的顶部或底部以及这两者之上的其它材料。一层或多层材料901A-901N可以在第一表面上与反光层102′层压到一起。一层或多层材料902A-902N可以在与第一表面相反的第二表面上与反光层102′层压到一起。
图9B还示出了一层或多层具有各种宽度和各种厚度的其它材料，它们可以与反光层102′层压在一起。举例来说，层911具有宽度W1和厚度T1。层912具有宽度W2和厚度T2，其分别不同于层911的宽度W1和厚度T1。这些层的长度也可以沿层压薄膜变化。而且，从反光层102′的一边到另一边，其它材料层的宽度、厚度和长度不必是均匀一致的。
不同的宽度和长度比如可以用来改变反射效率以显示文字，或者可以用来改变反射回光源的光线的颜色或频率。类似地，不同的厚度可以用来改变反射效率，或者可能与达到所要求效果需要的材料数量有关。用来形成反光薄片102的材料的类型可以改变反光层合薄片的反射效率。其它材料的类型、它们的折射率、以及相对于光学微结构的位置也可以改变任何反光层合薄片的反射效率。而且，通过适当地选择其它材料层的厚度和尺寸，可以使反射效率对于某些频率或颜色的光线达到最大，而对其它频率或颜色的光线减到最小。有一些其它材料层对于所要求的某些波长或频率的光线可以是透明或不透明的，而对于其它波长或频率的光线却不是这样。
反光薄片层102可以是一种聚合物层或塑料层如热塑性塑料，或者可以是具有光学特性的其它材料层，它们可以被切割或者用压花辊100压印上图案。在一实施例中，反光层102是一种透明的半晶质聚合物。
可以与反光层102层压在一起的其它类型的材料层的实例包括反射薄膜涂料、颜料、油墨、荧光剂、硅石、极化剂、密封剂、防护涂料、粘结剂、基片、粘合剂、以及可除去的分离薄片层。粘合剂层可以是一种压敏粘合剂、热激活粘合剂或辐射激活粘合剂。可除去的分离薄片层可以用来保护粘合剂层直至反光层合薄片准备好与某一表面相连。
硅石(二氧化硅)可用来填充到由光学微结构形成的空洞中以形成更为平整的表面。可以使用的一种形式的硅石是云母。
防护涂料层可以用来防止磨损和污染，比如被轮胎辗过的人行道标识所遇到的情形。防护涂料层还可以具有防土壤和露水的性能使层合薄片在暴露于湿气、尘土或污垢之后能够保持原有的反射效率。
基片使得能够用机械方法将反光层合薄片固定到某个表面上，比如缝合到服装或鞋子中。粘结剂层或粘合剂层可以用来将反光层合薄片粘贴到某个表面上。
一反射薄膜比如用铝、黄铜、红铜、金、镍、铂、银或钛薄层形成的金属箔也可以用来反射光线和/或使折射率产生差异。反射薄膜可以层压或溅射到反光层102上。其它材料如二氧化钛、氧化锆、钴/铁混合物、二氧化锆、氧化锌、白铅、氧化锑、硫化锌、氧化铝和氧化镁也可以用来形成反射薄膜层。
其它层还可以是用两种聚合物制成的多个交替层，其中每一层的厚度小于一百纳米，这一厚度是这样选择的，使得折射率不匹配以引起光线的相长干涉。
可以在挤压过程中通过加压加热将这些层层压在一起。或者可以在这些层之间选择性地使用一薄层粘合剂、粘结剂或环氧树脂并通过加压使这些层被层压和保持在一起。
现在参考图10，图中示出了加工线、生产线或制造系统1000的说明性示意图。在一实施例中，制造系统1000是一种挤出反射薄膜的共挤出系统。在此说明性制造系统1000中，材料从页面的左边流向右边。制造系统1000在输入端接收许多球粒、珠粒、粉末、碎块或其它形式的原材料1001并在其输出端形成一卷反射薄膜1002。
说明性制造系统1000包括挤出机1014、挤压模1016、压花辊叠式组件1020、惰辊(“惰轮”)1030、一对轧辊1032、以及收卷辊1034。在说明性制造系统1000的各个位置还可以包括喂料器、搅拌器、过滤网组合、齿轮泵、供料头、厚度规、切条机以及浮辊。另外，对于多层反射薄膜来说，说明性制造系统1000还可以包括一股或多股由供料头混合的熔融或液化材料流。或者，可以用层压机将包含反射薄膜层102的多个材料层层压在一起。在另一种情况下，可以用真空成形机将额外的材料层加到反射薄膜层102上。
压花辊叠式组件1020包括第一辊1022、压花辊100和第二辊1024。压花辊100由马达驱动，用以将挤出来的薄膜拉入压花辊叠式组件1020中压印图案。挤出薄膜的第一表面与压花辊100紧密接触，因此压花辊100的圆筒形图案可以被印入或刻入第一表面。在叠式组件顶部的第一辊1022紧压在挤出薄膜的第二表面上用以挤压在压花辊100和第一辊1022之间的薄膜。第一辊1022还可以使挤出薄膜部分冷却。因此，第一辊1022也可以被称作顶部冷却辊。在叠式组件底部的第二辊1024可以由一马达驱动用以从压花辊叠式组件1020拉出反射薄膜。第二辊1024还可以使压出的反射薄膜冷却到固态。因此，第二辊1024也可以被称作底部冷却辊。压花辊叠式组件1020还可以包括底架、机架或框架1026，第一辊1022、压花辊100和第二辊1024可转动地连接到框架1026上。框架1026支承这些辊的位置并可以将一个或多个辊移动到一起以挤压和施加压力到挤出薄膜上。
当开始制造挤出反射薄膜时，将适当比例的原材料1001加入挤出机1014中。挤出机1014使原材料从固态加热到液化或熔融状态，将这些原材料混合在一起，然后将其推出而成为液化或熔融的原材料1004。
需要改变液化原材料1004的横截面为一层或一片材料的横截面。液化原材料1004被送入挤压模1016中。挤压模1016使液化原材料的第一横截面转变为挤出薄膜1006的又薄又宽的片状、膜状或层状横截面。挤出薄膜1006具有一对侧缘以及一顶面和一底面。挤出薄膜1006的侧缘相对较薄，而挤出薄膜1006的顶面和底面相对较宽。
变平了的挤出薄膜1006被送入压花辊叠式组件1020中的第一辊1022和压花辊100之间。
如上所述，压花辊100包括由一个或多个图案圆环114或114′和/或零个或多个间隔片214或214′形成的圆筒形图案400。压花辊100的连续圆筒形图案400被印入、压入或刻入挤出薄膜1006的表面中以形成薄膜102的微结构。在一实施例中，薄膜中的所述微结构是全角棱镜而薄膜102是一种挤出反射薄膜或反射层。压花辊100的连续圆筒形图案400在反射层102的表面中形成连续图案800。
反射层102环绕压花辊叠式组件1020的第二辊1024的一部分使薄膜102改变方向。第二辊1024还提供了使材料片从柔软状态加速冷却到坚硬状态的手段。从压花辊叠式组件1020输出的材料薄片接着被送至收卷辊1034。
薄膜102缠在惰辊1030上以改变薄膜在制造系统中流动的角度。薄膜102由一对轧辊1032从惰辊1030上拉过来。每个轧辊1032都是由一马达驱动的辊子。薄膜102在一对轧辊1032之间被挤压并流向收卷辊1034。
收卷辊1034接收薄膜102并将薄片缠绕成一卷1002。在薄膜102是挤出反射薄膜的情况下，卷1002是挤出反射薄片或薄膜的反射薄膜卷。驱动收卷辊1034使挤出薄膜紧密地缠绕成一个螺旋形卷。收卷辊1034可以包括一个卷筒，其边缘能够使薄膜102在卷绕成螺旋形卷的时候保持对齐。
概括地说，制造系统1000包括挤出或液化过程、变平过程、压印过程和收卷过程。挤出或液化过程是由挤出机1014进行的。变平过程是由挤压模1016进行的。压印过程是由压花辊叠式组件1020进行的。收卷过程是由轧辊1032和收卷辊1034进行的。
现在参考图11，图中示出了一种示例性的压花辊组合件1100。压花辊组合件1100包括连接在一起的压花辊100、一对轴承1102、一个齿轮箱1104和一个交流马达1106，如图11所示。一对轴承1102的内侧为连接到轴杆或辊颈112的压花辊100提供支承点。这对轴承1102的外侧可以连接到压花辊叠式组件1020的框架以支撑压花辊组合件1100。这对轴承1102使得压花辊100能够在压花辊叠式组件中转动。每个轴承1102可以是一个滚柱轴承。
马达1106包括用以驱动齿轮箱1104的转轴。齿轮箱1104包括用来使转轴的转动与压花辊的转动成比例的齿轮。在一实施例中，齿轮箱的传动比使传递给压花辊的马达转数减小。在另一实施例中，齿轮箱1104的传动比使传递给压花辊100的马达转数增大。在还有一个实施例中，齿轮箱1104的传动比是一，因而传递给压花辊100的马达1106的转数不变。可以类似于变速装置那样选择齿轮箱1104的传动比以改变压花辊100的转速。
现在参考图12，图中示出了包括反光薄片1200的卷1002。如前面所介绍的，可以将其它材料层层压在反光薄片102上以形成反光层合薄片1200。反光层合薄片包括反光薄片102和一个或多个其它材料层如层1201-1204。如图9A-9B中所介绍和示出的，一个或多个其它材料层的尺寸可以不同并且可以布置在反光薄片的任一侧。
因此，在没有其它层的情况下，卷1002可以只是一卷反光薄片102。或者，卷1002可以是一卷反光层合薄片1200，包括与反光薄片102层压在一起的其它层。卷1002还可以包含一个中心圆筒芯1210，反光薄片102或反光层合薄片1200可以螺旋卷绕在上面。中心圆筒芯1210可以是一个卷筒，其边缘使反光薄片102或反光层合薄片1200卷绕到收卷辊上时能够对齐。
现在参考图13A-13G，图中示出了反射薄膜102的应用实例。反射薄膜102可广泛地用于反光体应用中，包括但不限于反光标志、人行道标识、运动装以及安全服。反光体和反射薄膜能够通过许多方式结合到制品中。反光体可以成为制品的一部分，比如用于自行车的辐条反光体或用于汽车的尾部反光体。或者，可以将反光体制成片状或条状的材料层然后粘贴或连接到制品上。比如，可以将反光胶带加到服装上。还可以将反射薄片或薄膜加到公路标志或标识上。可以在制造过程中将反射薄膜102或反光层合薄片从卷1002上卷开并加到制品上。
在图13A中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002A被加到汽车牌照1300A中。字母和数字可以通过将一层或多层不同颜色的油墨加到反光层合薄片1200上形成。
在图13B中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002B被加到鞋子1300B中。反射薄膜1002B可以包括基片，使得能够被缝合到鞋子1300B上，和/或包括粘合剂，使得能够粘贴到那里。
在图13C中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002C被加到高速公路标牌，比如停止标牌1300C中。
在图13D中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002D被加到一件衣服，如背心1300D中。
在图13E中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002E被加到人行道标识1300E中。人行道标识1300E用粘合剂1354固定在人行道1352上，如图13E所示。
在图13F中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002F被加到汽车1360的反光体1300F和1300F′中。反光体1300F是汽车1360的侧标识或侧反光体。反光体1300F′是汽车1360的后反光体或前反光体。
在图13G中，代表卷1002一部分的反射薄膜1002G被加到自行车1370的反光体1300G、1300G′和1300G″中。反光体1300G是辐条或车轮反光体。反光体1300G′是自行车的前反光体或后反光体。反光体1300G″是脚踏板反光体。
由于压花辊起到印刷辊或切割辊的作用而非作为一个模具，因此光学反光薄片所需的固化时间很少或没有，从而提供快速形成挤出反光薄片的方法。压花辊使得能够在一张光学材料的表面中形成连续的全角棱镜片。通过使用压花辊，连续薄片上的图案是无缝的。压花辊是可以修改的。即，通过改用另一种构造形式的图案圆环和间隔圆环可以改变由压花辊形成的图案。
虽然已经在附图中介绍和示出了某些示范实施例，但是应当认识到这样的实施例只是说明性的而非限制性的，本发明并不限于所示出和介绍的具体构造方式和布置方式，因为所属领域的普通技术人员在阅读了本说明书之后可以想到其它各种修改形式。举例来说，在此介绍的压花辊被用来制造挤出反射薄膜。然而，压花辊也可以用来在材料薄膜或薄片的表面中形成其它类型的结构或微结构。本发明应当由所附权利要求限定，而不是由在此示出和介绍的具体构造方式和布置方式限定。
权利要求
1.一种用于制造工艺的压花辊，所述压花辊包括轴杆；围绕所述轴杆的圆筒形套管，所述圆筒形套管与所述轴杆同轴；一个或多个图案圆环，可与所述圆筒形套管可滑动地接合，并与之正交，所述一个或多个图案圆环的外缘都具有所述压花辊图案的子图案，所述一个或多个图案圆环的内缘形状设计成可滑动地与所述圆筒形套管接合，所述一个或多个图案圆环与所述轴杆同轴；把所述圆筒形套管和所述一个或多个图案圆环夹在中间的第一端部法兰和第二端部法兰，所述第一端部法兰和第二端部法兰正交连接到所述轴杆并与所述轴杆同轴；和一个或多个紧固件，连接在所述第一端部法兰和第二端部法兰之间，所述一个或多个紧固件可保持所述第一端部法兰和第二端部法兰夹紧所述圆筒形套管和所述一个或多个图案圆环。
2.根据权利要求1所述的压花辊，其特征在于，所述一个或多个图案圆环，各具有所述子图案，构成可滚压到一片材料表面的所述压花辊图案。
3.根据权利要求1所述的压花辊，其特征在于，所述一个或多个紧固件是一对或多对相互连接的螺母和螺栓。
4.根据权利要求1所述的压花辊，还包括一个或多个间隔圆环，可与所述圆筒形套管可滑动地接合并与之正交，所述一个或多个间隔圆环的外缘都具有所述压花辊图案的边缘图案，所述一个或多个间隔圆环的内缘形状设计成可滑动地与所述圆筒形套管接合，所述一个或多个间隔圆环与所述轴杆同轴。
5.根据权利要求4所述的压花辊，其特征在于，所述一个或多个图案圆环，各带有所述子图案，所述一个或多个间隔圆环构成可滚压到一片材料表面的所述压花辊图案。
6.根据权利要求4所述的压花辊，其特征在于，所述一个或多个间隔圆环中的一对把所述一个或多个图案圆环中的图案圆环夹在中间。
7.根据权利要求1所述的压花辊，还包括一个或多个连杆，平行于连接在所述第一和第二法兰之间的所述轴杆，所述一个或多个连杆可滑动地接合所述一个或多个图案圆环，并与之正交；其中，所述一个或多个图案圆环都具有开口，以滑动地与所述一个或多个连杆接合，并保持围绕所述轴杆的固定旋转位置。
8.根据权利要求1所述的压花辊，其特征在于，所述圆筒形套管包括平行于所述轴杆的导向槽；且所述一个或多个图案圆环的内缘都包括导向突片，以可滑动地与所述导向槽接合，并保持围绕所述轴杆的固定旋转位置。
9.根据权利要求1所述的压花辊，还包括驱动所述压花辊的马达；支承所述压花辊的第一和第二轴承，所述第一轴承靠近所述轴杆的第一端，所述第二轴承靠近所述轴杆的第二端；和连接在所述马达和所述轴杆的所述第一端之间的齿轮箱，所述齿轮箱具有传动装置，在所述马达转轴的旋转作用下使所述压花辊按比例转动。
10.一种轧辊叠加组件，可在薄膜表面中形成图案，所述轧辊叠加组件包括第一辊；和第二辊，所述第二辊具有圆筒形图案，可滚压到所述薄膜表面并在其中形成所述图案，所述第二辊包括，可旋转的转轴，和相互平行连接到所述转轴的一个或多个圆环，所述一个或多个圆环的外缘都具有相应的子图案，可对齐以形成所述圆筒形图案；和在所述第一辊和所述第二辊之间的所述薄膜，所述第二辊可压在所述薄膜表面，以在其中形成所述图案。
11.根据权利要求10所述的轧辊叠加组件，还包括冷却所述薄膜的第三辊。
12.根据权利要求10所述的轧辊叠加组件，还包括相连的马达，可驱动所述第二辊的所述可旋转的转轴，支承所述第二辊的第一和第二轴承，所述第一轴承靠近所述可旋转转轴的第一端，所述第二轴承靠近所述可旋转转轴的第二端；和连接在所述马达和所述可旋转转轴之间的齿轮箱，所述齿轮箱具有传动装置，在所述马达的旋转作用下使所述第二辊按比例转动。
13.根据权利要求12所述的轧辊叠加组件，还包括冷却所述薄膜的第三辊。
14.根据权利要求13所述的轧辊叠加组件，还包括框架，可转动地平行支承所述第一辊、所述第二辊和所述第三辊。
15.一种制造挤出薄膜的制造系统，所述制造系统包括挤出机，接收固态的原材料，所述挤出机还能够加热和挤出液化的原材料；和挤压模，用以接收所述液化的原材料，所述挤压模还能够压平所述液化原材料，成为又薄又宽的半固态原材料片；和轧辊叠加组件，接收所述又薄又宽的半固态原材料片，所述轧辊叠加组件包括第一辊和第二辊，可在其间接收所述又薄又宽的半固态原材料片，所述第二辊还具有圆筒形图案，由一个或多个圆环构成，用以滚压所述又薄又宽的半固态原材料片的表面并在其中形成图案，所述轧辊叠加组件可输出具有所述图案的又薄又宽的固态原材料片；一对夹辊，用以拉动所述又薄又宽的固态原材料片进行输送；和收卷辊，接收所述又薄又宽的固态原材料片并将其卷成一卷薄片。
16.根据权利要求15所述的制造系统，其特征在于，所述第一辊可使所述又薄又宽的半固态原材料片冷却。
17.根据权利要求15所述的制造系统，其特征在于，所述轧辊叠加组件还包括第三辊，使所述又薄又宽的半固态原材料片冷却成为所述又薄又宽的固态原材料片。
18.根据权利要求15所述的制造系统，其特征在于，所述第二辊压在所述又薄又宽的半固态原材料片的表面，用以在其中形成所述图案。
19.根据权利要求15所述的制造系统，其特征在于，所述第二辊还包括可旋转的转轴，连接到所述可旋转转轴一端的马达，用以驱动所述可旋转的转轴，相互平行连接到所述转轴的一个或多个圆环，所述一个或多个圆环的外缘都具有相应的子图案，可对齐以形成所述第二辊的所述圆筒形图案。
20.一种制造带图案薄膜的方法，所述方法包括以下步骤提供液化形态的原材料；使所述液化形态的原材料成形为薄片；在所述薄片的表面上用压花辊进行滚压，所述压花辊包括一个或多个圆环，分别具有构成所述压花辊的圆筒形图案的子图案；和将所述薄片卷绕成卷。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤用第一冷却辊和第二冷却辊冷却所述薄片。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，利用收卷辊可将所述薄片卷绕成卷。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，利用挤出模具可使所述液化形态原材料成形为薄片。
24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，利用挤出机可提供所述液化形态的原材料。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在卷绕所述薄片之前，所述方法还包括拉动所述薄片。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，利用一对夹辊拉动所述薄片。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，在拉动所述薄片之前，所述方法还包括使所述薄片改变方向。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，利用惰辊可使所述薄片改变方向。
29.挤出的薄膜卷，通过以下方法形成挤出液化形态的原材料；使所述液化形态的原材料成形为薄片；在所述薄片的表面上用压花辊进行滚压，所述压花辊包括一个或多个圆环，分别具有构成所述压花辊的圆筒形图案的子图案；冷却所述薄片；和将所述薄片卷绕成卷。
30.一种制造反射薄膜的方法，所述方法包括以下步骤将薄膜连接到轧辊叠加组件；将压花辊的角隅棱镜图案滚压到所述薄膜的表面，以形成所述反射薄膜，所述角隅棱镜图案由一个或多个图案圆环的子图案构成；和将所述反射薄膜冷却到固态。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，利用冷却辊可将所述反射薄膜冷却到所述固态。
32.根据权利要求30所述的方法，还包括以下步骤拉动所述薄膜到所述轧辊叠加组件。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，可驱动所述压花辊将所述薄膜拉入所述轧辊叠加组件。
34.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，利用第一冷却辊和所述压花辊可将所述压花辊的所述角隅棱镜图案滚压到所述薄膜表面，以形成所述反射薄膜。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，利用第二冷却辊可将所述反射薄膜冷却到所述固态。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述轧辊叠加组件包括所述压花辊、所述第一冷却辊和所述第二冷却辊。
37.根据权利要求30所述的方法，还包括以下步骤从所述轧辊叠加组件中拉出所述反射薄膜。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，可驱动所述第二冷却辊将所述反射薄膜从所述轧辊叠加组件中拉出。
39.反射薄膜，通过以下方法形成将薄膜连接到轧辊叠加组件；将压花辊的角隅棱镜图案滚压到所述薄膜的表面，以形成所述反射薄膜，所述角隅棱镜图案由一个或多个图案圆环的子图案构成；和将所述反射薄膜冷却到固态。
40.一卷反光层合片，包括一层通过以下方法形成的反射薄膜将薄膜连接到轧辊叠加组件；将压花辊的角隅棱镜图案滚压到所述薄膜的表面，以形成所述反射薄膜，所述角隅棱镜图案由一个或多个图案圆环的子图案构成；和将所述反射薄膜冷却到固态。
41.一种制品，包括通过以下方法形成的反射薄膜的一部分将薄膜连接到轧辊叠加组件；将压花辊的角隅棱镜图案滚压到所述薄膜的表面，以形成所述反射薄膜，所述角隅棱镜图案由一个或多个图案圆环的子图案构成；和将所述反射薄膜卷绕成卷。
42.根据权利要求41所述的制品，其特征在于，所述制品是下述制品的其中一项或多项汽车牌照、鞋子、高速公路标牌、衣服、人行道标识、汽车反光体和自行车反光体。
43.一卷薄膜，包括卷绕成卷的光学薄膜，所述光学薄膜包括第一侧面，所述第一侧面具有许多列全角棱镜，每个相邻列中的全角棱镜的图案偏离下一个列中的全角棱镜的图案，和在所述许多列全角棱镜的每一列之间的凹槽。
44.根据权利要求43所述的薄膜卷，其特征在于，所述光学薄膜还包括第二侧面，所述第二侧面具有将所述光学薄膜粘贴到表面上的粘合剂。
45.根据权利要求44所述的薄膜卷，其特征在于，所述光学薄膜的第二侧面还具有可除去的分离层，用以保护所述粘合剂。
46.根据权利要求43所述的薄膜卷，其特征在于，在所述第一侧面的所述全角棱镜反射入射光线，和所述光学薄膜还包括第二侧面，所述第二侧面具有一反光层，以进一步反射所述入射光线。
47.根据权利要求43所述的薄膜卷，其特征在于，在所述第一侧面的所述全角棱镜反射入射光线，和所述光学薄膜的所述第一侧面还具有反光层，用以进一步反射所述入射光线。
48.根据权利要求47所述的薄膜卷，其特征在于，所述光学薄膜的所述第一侧面还具有将所述光学薄膜粘贴到表面上的粘合剂。
49.根据权利要求43所述的薄膜卷，其特征在于，所述许多列全角棱镜之间是无缝的。
50.反射薄膜，包括主体部位和光学部位的光学材料，所述主体部位支承所述光学部位；和所述光学部位具有N列不带接缝的角隅棱镜，所述光学部位通过以下步骤形成用压花辊在薄膜表面上滚压，所述压花辊包括N个图案圆环。
51.根据权利要求50所述的反射薄膜，其特征在于，所述光学部位还具有M个散布在所述N列角隅棱镜之间的凹槽，所述光学部位进一步通过还包括M个间隔圆环的所述压花辊形成。
52.根据权利要求50所述的反射薄膜，其特征在于，所述光学材料是一种热塑性塑料。
53.一种反光体，能够以反射角反射具有入射角的入射光源，所述反光体包括具有反射层的层合片，所述反射层包括由以下元件构成的表面，N列不带接缝的全角棱镜，每个所述全角棱镜是三棱锥形的，和M个凹槽，每个凹槽隔开两列不带接缝的全角棱镜。
54.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，每个全角棱镜包括底部、头部、尾部和在顶点接合的三个反射面。
55.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，全角棱镜是阳角隅棱镜。
56.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，所述全角棱镜对准成列。
57.根据权利要求56所述的反光体，其特征在于，偶数列中的所述全角棱镜从头到尾对准成列，而奇数列中的所述全角棱镜从尾到头对准成列。
58.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，所述层合片还包括粘合剂层，用以将所述反射薄膜连接到表面上。
59.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，所述N列不带接缝的全角棱镜和所述M个凹槽通过以下步骤形成，用压花辊在薄膜表面上滚压，所述压花辊包括N个图案圆环和M个间隔圆环。
60.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，所述反光体是汽车牌照、鞋子、高速公路标牌、衣服、人行道标识、汽车反光体和自行车反光体的其中一项或多项。
61.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，每个所述全角棱镜的形状是非对称的三棱锥。
62.根据权利要求53所述的反光体，其特征在于，每个所述全角棱镜的形状是对称三棱锥。
全文摘要
一种压花辊，包括一个或多个构成整个圆筒形图案的图案圆环。压花辊还可以包括一个或多个间隔圆环，用以在表面形成凹槽或沟道。压花辊可以包括在轧辊叠加组件中，成为图案薄膜制造系统的一部分。这种压花辊能够以连续的方式沿不带接缝的反射薄片的长度和宽度形成具有许多不同尺寸和/或几何形状的全角棱镜。制造方法包括将压花辊的圆筒形图案滚压到挤出薄片的表面。使用这种制造方法可以制造包括牌照、鞋子、高速公路标牌、衣服、人行道标识、汽车反光体和自行车反光体等制品。
文档编号A01B29/00GK1694614SQ03824992
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月11日 优先权日2002年9月11日
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