[发明专利]一种等腰微棱镜及制造模具的方法

说明书

技术领域

本发明属于逆反射材料制造技术领域，涉及一种微棱镜及其模具。

背景技术

反光材料，也称为回归反射材料或逆反射材料，包括反光膜、反光油墨、反光标线、反光布、反光革、反光织带和反光安全性丝织物等。逆反射材料具有节省能源、绿色环保的优点，同时不受日照、天气等环境影响，是国家交通标志和安全保证的重要体现。

美籍华裔董祺芳博士于1950年首先研发出玻璃微珠定向反光膜，开启了反光材料的研发之路，随后又研制出反光布系列材料。微棱镜(microprism)结构是逆反射材料的主要结构，与传统微珠阵列结构相比，具有反光面积大、逆反射效率高、安全耐磨等优良特性，已成为逆反射材料的重要发展方向。微棱镜由类似角锥棱镜结构组成的阵列，是角锥棱镜微小化和阵列化应用的重要方法，其规格等同，排列精确。其单元结构仍由三个互相垂直表面组成。根据形状可以分为两类：一类是三角形微棱镜，顶面通常由平面相截三个面形成三角形，侧面也为三角形；另一类是立方体微棱镜，三个侧面均为正方形。这类微棱镜的其光学性能和角锥棱镜类似，均利用三个侧面的反射产生逆反射现象。整个结构可由光学塑料注塑制成全密封式器件，光线在结构中发生折射和全反射现象后，实现逆反射功能。

1968年美国ROWLAND兄弟发明并专利注册微棱镜逆反射技术，并成立了美国Reflexite(瑞飞)公司，专门生产微棱镜系列产品。随后美国3M、艾利丹尼森，日本电石、碳化物工业株式会社等也开始了相关产品的研发。美国专利4478769公开了一个普通微棱镜的制作过程，模具V形槽具有70.53°夹角，三组槽的夹角均为60°。但这种微棱镜的逆反射性能随入射角增大下降的幅度较大，不利于大入射角度时的逆反射应用。为此，大量专利开展了相关研究，如：专利02811691.7公开了一种模具，V型槽在加工过程中刀具和工件之间相对振动，模具具有可控的和更宽的发散；专利01804407.7公开了一种模具，三组V形槽的深度至少有两个实质上不等，解决入射角增大后，不能满足内部全反射条件，在侧面穿透元件的问题，从而增大可用入射角范围；专利00817106.8提供了一种模具，三面交点高于或低于标准高度，提高了入射角和旋转角特性。

发明内容

本发明提出一种新型微棱镜结构，该种结构具有使微棱镜的逆反射性能随入射角增加而减缓减小趋势，同时提出一种制造该种结构微棱镜模具的方法。本发明采用如下的技术方案：

一种等腰微棱镜，构成等腰微棱镜的微棱镜单元为四面体，四面体的底面为等腰三角形；三个侧面有一个为等腰三角形，其余两个为相同的斜边三角形，三个面相互垂直交于结构顶点；两个斜边三角形侧面与相邻单元夹角相等，夹角在40°～100°之间，等腰三角形侧面与相邻单元夹角也在40°～100°之间。

本发明同时提供一种等腰微棱镜模具制造方法，该方法在微棱镜基片上切削凹槽形成电铸制模所需模具，所制造的微棱镜结构为：构成等腰微棱镜的微棱镜单元为四面体，四面体的底面为等腰三角形，三个边的边长为：底a，腰b，底对应的三角形顶角角度为α，腰对应的两个三角形顶角角度均为β；三个侧面有一个为等腰三角形，其余两个为相同的斜边三角形，三个面相互垂直交于结构顶点；每个微棱镜单元与相邻单元的夹角有两个不同的角度，等腰三角形侧面与相邻单元夹角为t_α，斜三角形侧面与相邻单元夹角均为t_β；其特征在于，利用两把采用不同切削角度的三角形刀具制作模具，一把的切削角度为t_β，称之为t_β刀具，另一把切削角度为t_α，称之为t_α刀具；并采用具有五个自由度超精密车削机床对该微棱镜模具进行飞切加工，切削机床设置有一个可以沿X轴运动的X轴平移台，在X轴平移台上设置有沿Y轴运动的升降台，在升降台上设置有机床的旋转主轴C，所述的两把三角形刀具借助刀架固定于主轴C上；机床上还设置有一个沿Z轴运动的Z轴平移台，其上设置有沿B轴旋转的旋转台，微棱镜基片固定于旋转台上，通过B轴旋转来控制刀具在基片上的每个切削方向的夹角；切削过程如下：