专利名称：使用包封反光管的辐条轮反光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及辐条轮的安全装置，特别是使用反光材料以改善夜间自行车轮的可见度从而改善夜间对自行车的识别的安全装置。
反光材料被广泛地使用在各种各样的场合，包括车辆和行人交通。由于反光材料改善了车前灯或其它光源照射时物体的能见度，因此它有助于交通安全。这样的例子之一是自行车的两个辐条轮的轮圈或车带被做成是反光的。以一定间隔分开的两个园的反光图像可以使人准确地将自行车识别出来，即便自行车的其它部位不反光。如果不是垂直于轮子看，所观察到的自行车车轮则是椭园的，但是图像仍可以被人识别出是自行车。
侧壁带反光的车带要比普通的车带贵，而且还要替换掉现有的不反光车带。相应地，适合于附加在装有普通车带自行车的产品便得以开发。能够加到现有自行车上并能产生出园的图像的材料包括述于美国专利3，834，765和4，285，573、欧洲专利局公开的专利文献0003498和0094700以及德国公开的专利文献2750200中的材料。
通常，反光材料有一定的限制角度，也就是说反光材料仅仅在一束入射光周围固定角度的狭窄区域内反射的光较为明亮。在许多应用中，这并不是什么严重的缺陷，因为反光材料可以这样进行设计和安置，即设想的观察者总是在所选择的狭窄角度区域内。例如，许多反光材料被设计成反射靠近反光材料法线的光线。为了反射公路上已知方向车辆的光，可以放置用这样材料做成的交通标志。对比之下，在一个观察者的视野里，自行车可以在各种方向上行驶。因此，园形图像从各个角度(不论是自行车的正前方还是自行车的正后方)应该都可以看到。迄今设计的自行车反光器的形状都是用来弥补反光材料的性能以改善从各个角度观察反光器的能见度。
例如，美国专利3，834，765提到了一种加长的管状部件，该部件顺车轮辐条编线。该部件曲形的外表面确保了实际上任何方向来的光将射到反光材料最有效的角度区域中反光表面的某一部位。
本发明涉及一种适于顺车轮辐条编绕的反光管，该反光管是由芯材料、包括附于芯材料外表面玻璃微球体的反光材料和使在反光材料和包封材料内表面之间形成空隙的包封材料。
图1是在自行车车圈的边缘使用本发明一个实例的侧视图。
图2是图1自行车车轮的局部放大图。
图3是沿图23-3线剖开的放大的顶视图。
图4是沿图34-4线剖开的剖视图。
图5是本发明另一实例的剖视图。
图6是图4实例的局剖侧视图。
图7是本发明另一实例的侧视图，该图对反光片71的局部给予剥离。
如图1所示，自行车10装有车轮11。车轮11是由多根辐条12、车圈13、车带14和阀杆15构成的。在本发明的一个实例中，反光管16是顺辐条12编绕的。
在设计这样的加长管中一种实例的考虑是与辐条12和车圈13有关的反光器的放置问题。为了改善能见度，应尽量把反光管16靠近车圈13的内园上，如图1所示，最好是直接接触。这样放置反光器，当从侧面看车轮时，反射的图像将是更为规整的园，而且具有的园周也大，这两点均改善了能见度。如图2和图3所示，在车圈13最里边的表面上必须以障碍滑雪那样的方式顺辐条弯曲反光管16。
在所示的实例中，在辐条12和/或辐条螺帽17中弯曲的管16产生的应力使得反光管16固定住。这个实例要求材料的柔性足以使反光管像所示那样顺辐条编绕。反光管16还可以选用外粘结剂18附着于车圈13上，但并不是必需的。粘结也有助于把反光管16保持在车圈的适合位置上，另外也能够防止反光管的移动。
图4显示的是反光管16的横截面。反光管16是由芯材料40、以反光材料45为衬底并嵌在粘结材料42B中的玻璃微球体42A、将粘结材料42B粘结到芯材料40上的内粘结剂42C和包封材料46构成的。在所示较好的实例中，玻璃微球体42A层的外径比包封材料46的内径小，所以形成了空隙44。
在图4所示的实例中，芯材料40和包封材料46的横截面都是园形的，但这不是要求的。通常，芯材料40的横截面应该是使反光材料尽量在自行车周围的大角度区域内有效地起作用为前提。最好是芯材料至水应有一部分离开车圈13的内表面弯曲。这样，至少一部分反光材料优先对准偏离垂直车轮方向的入射角。而且包封材料和芯材料的横截面不需要是一致的。
适用于芯材料40的材料包括半硬质塑料。它可以经得起过度的扭曲或弯曲，沿着车圈13的内园保持园的形状。聚烯烃、聚氯乙烯和尼龙均是可选材料。标准的挤压方法适于制做芯材料40。芯材料可以是如图4所示的实心的。但是空心结构是更可取的，因为空心结构可以节约材料和降低成品的重量。
玻璃微球体42A具有高的反射率，典型的约为1.9。为了把微球体42A装进粘结层42B，使用美国专利4，377，988所述的方法。将微球体首先以单层形式在载带，例如在聚乙烯涂层的纸上涂覆。加热载带使微球体部分下沉到聚乙烯中，最好沉到微球体直径的约为20%至50%的深度。然后用反光材料45复盖在微球体裸露的表面上，例如汽相沉积铝或银、化学沉积银、或电介镜，或美国专利3，700，305中所述的涂层。
反光微球体上的粘结层42B最好是丁基橡胶树脂或醇酸树脂。这样，微球体42A就被以其直径50%至80%深度支撑在粘结层42B中。内粘结剂42C被用在与微球体相对应的粘结层42B一侧。可以使用防粘衬保护裸露的粘结剂。如果粘结层42B是在芯材料40从挤压工序出来冷却后加在芯材料40上，适用的内粘结剂为一种牌号为Y9469的丙烯酸脂粘结剂(可从MinnesotaMiningandManufacturing公司购得)。如果粘结层42B是在芯材料40刚挤出便立即加上，粘结剂42C最好是一种牌号为5713的聚氨酯产品(可从B.F.Goodrich公司购得)。
载带可在内粘结剂42C加在芯材料上之前或之后去除，使微球体42A的表面裸露。如果防粘衬被用来保护裸露的内粘结剂，那么在内粘结剂加附在芯材料上之前将其去除。结果得到一根实际上用一层反光层覆盖的反光管。
影响反光微球体42A性能的一个因素是反光微球体是否与水或者空气接触，因为水和空气的折射率是不一样的。所选择的玻璃微球体42A的折射率约在1.8到2.0之间，而且它们被设计成折射穿过空气立即进入微球体的光。然而，像本发明这样的交通安全设施裸露于各种气候条件中，包括雨。因为空气和水的折射率不同(分别为1.0和1.33)，所以当反光微球体是湿的时候则对它们的性能有一定的影响。因此，在优选的实例中，空隙44确保了玻璃微球体42A按照设计正常发挥作用，甚至包封材料46的外表面是湿的时候也可以正常发挥作用。
包封材料可以是无色的，如果需要的话还可以是带色的，但是对车辆的车前灯的可见光必须是透明的。如同心材料40一样，包封材料46也应能承受过份的扭曲和弯曲，这样反光管16才能够保持应有的形状并安置在车圈13上。另外，包封材料46的抗磨性应该好。适用的材料包括(1)聚氨酯(例如可从B.F.Goodrich公司购得的58810型);(2)乙烯丙烯酸的聚合物;或(3)用离子键树脂生产的热塑材料(例如可从杜邦公司购得的9910型“SURLYN”)。聚氯乙烯也是适用的，但它不耐磨。
标准的挤压技术对包封材料46的制造都适用。所采用的工艺是用一个带中心孔的挤压模、预先制造的附有微球体的芯材料穿过该孔。该模的中心孔是由挤压包封材料时包封材料所穿过的同心环孔所包围。该园孔和环孔是由一个足以在最终的挤压结构中形成空隙44的径向尺寸所隔开。
外粘结剂18如果被使用的话，那么最好由两边均涂有压敏粘结剂的薄泡沫塑料构成。一种合适的材料即为牌号4032(可从Minnesota矿业和制造公司购得)的粘结剂。总之，外粘结剂18必须把包封材料16和典型的车圈牵牵地粘住。至于包封材料的粘结，最好的方法是把切成适当宽度的外粘结剂从绕轴上绕下若干长度，复到连续的反光管上。
应采用某种方法使空隙形成，避免水和脏物从反光管的管端进入反光管。如美国专利文献3，834，765中的第3栏第15～20行所述，使用反光管管端相接的塞子和套管，但它没有提出塞子或套管也可以密封反光管。如果制造时使塞子或套管每个管端紧密配合，这样的塞子或套管适用于密封所发明的反光管。
另外，塞子或套管可以钻一个孔(但不要求)，为在阀杆周围安装所设计的。在把反光管装在车轮上、反光管的两个管端靠近阀杆时，这一点是适宜的，如图1所示。所装的塞子或套管帮助反光管保持在车圈四周上。如果在塞子或套管上没钻孔，反光管的两个管端就可以在车轮的任何适当的位置相遇。塞子或套管可以是反光的，也可以不是反光的。
对于本发明来说，空隙最好是用将包封材料密封到微球体层或芯材料上的方法形成。图6所显示的是图4反光管16的局部侧视图。该图仅显示了包封材料的横截面而没有示出外粘结剂。包封材料46能以任何方法，以围绕反光管完整一周的园形槽进行密封，如例中的密封环槽60。
切割成适宜长度的反光管必须至少具有两个封口，以便在封口间至少有一个反光管的密封区，两个封口中的每一个最好是尽量靠近按长度切下的一个相对应的管端，以最大限度地增加密封的反光材料的数量。对于连续地挤压反光管的制造过程来说，这种选择包括必须把一个切口准确地置于两个间隔很小的封口之间。在批量生产中，不需要如此的高精度。这样，在较好的实例中，多个封口可以以较小的间隔有规划地设置，从而使切口的位置精度要求低。而且即使在两个间隔小的封口间的某一部位上包封层损伤，水和脏物也不可能影响整条反光管的反光性能。
如上所述，在挤压出包在反光芯周围的包封材料46后，可以立即制出封口。例如当包封材料46仍是半液态时，可以用直接把包封材料裹到复盖着微球体的芯管上的方法形成皱形封口。一旦移去成型的温度和压力(例如用水冷法)，包封材料就会快速以沟形密封裹到微球层上，密封好的形状如图6所示。
密封方法能够影响到材料的选择。例如，在制造以沟形密封的热成型图6的封口工艺中，自由流动的包封材料46趋于包在微球体上，这样也就直接接触到粘结层42B。因此，应该考虑包封材料和粘结材料的相容性问题。不论是杜邦公司“SURLYN”牌号为9910树脂还是乙烯丙烯酸聚合物，如果用于包封材料46中，那么相容的粘结层42B即为由杜邦公司命名的“ELVAX”牌号5950的乙烯丙烯酸聚合物。如果包封材料用的是聚氯乙烯(如从阿尔法化学和塑料公司购得的牌号为2222C)，那么适合的粘结层42B即为83.5%(重量)的聚氨酯树脂和16.5%的密胺甲醛聚合物的混合物。
例1制做适宜长度的两条反光管，将用反光微球体结构(样品A)的性能与用柔性立体角反光材料结构(样品B)的性能进行比较。
每个样品中使用的都是用常规挤压法生产的芯材料。该芯材料是5毫米直径中空的聚乙烯管。样品A采用的是图4所示的实例，芯材料40复盖着一层65微米直径(平均值)、折射率为1.9的玻璃微球体42A。样品B用的是一类柔性立体角反光材料(可从Reflexite公司购买由该公司命名的147-1564)替代反光微球体。
为了构成样品A的反光层，将一种柔性的、背面有粘结剂的反光材料包裹在芯材料的周围。玻璃微球体42A以单层的形式附在涂覆聚乙烯的载纸带上，并加热到微球体部分沉到聚乙烯中。然后先给微球体裸露的表面用汽相沉积铝层45，接着用粘结层42B复盖。粘结层42B是由55%高丙烯腈丙烯腈-丁二烯橡胶(由B.F.Goodrich公司提供;其牌号为“HYCAR”1001)、35%热固酚醛树脂(由Hooker化学公司提供，其牌号为“DUREZ”175)和10%做为增塑剂使用的邻苯二甲酸二辛酯组成的混合物。在粘结层42B上，施用牌号M41的侵蚀性丙烯酸酯PSA(可从Minnesota矿业和制造公司购得)作为内粘结剂42c。然后将载带除去，留下一层嵌在粘结层42B一侧的反光微球体。然后在加压下将嵌着微球体的粘结层42B包在芯层周围，使之粘到芯材料40上。
样品B的反光层的构建是将柔性立体角反光材料包裹在芯材料周围即可。包封层(见后述)可充分地把柔性片包裹固定，没有使用任何类似的内粘结剂42C。
每种样品都用一层0.38毫米厚的离子键树脂同轴包封。离子键树脂可从杜邦公司购得，商品为“SURLYN”9910。每种样品在反光管内没有进行分段密封。
反光的测量是在校正标准的设备上进行的，该设备是为测量以4度入射角和0.2度观察角射到样品上的可见光的反射光强度而设计的。12次对样品A测量的平均值的测量光强要比12次对样品B测量的平均值的光强高近3倍。
图5是本发明另一个实例的剖视图。反光管50是由芯材料56、玻璃微球体52A、粘结材料52B、支撑层52C和镜面反射体55组成的。由于本实例的横截面大体上为U型，所以芯材料56也用来包封反光玻璃微球52A，从而形成了空隙54。反光管50用外粘剂58粘到车圈53上。
为了在连续挤压过程中生产反光管50，最好是在支撑层52C周围挤压U形芯材料前，先以一独立步骤构建一层嵌在支撑层52C的反光微球体。常规的重磅纸是适用于支撑层52C的材料，因为它对适合的粘结材料有较好的粘结性，并且能热固于所用的芯材料上。另一方面，本实例选择的材料与图4的实例相同部分的结构类似。
图5的实例是优选的，因为有效地使用了反光材料，从而减少了反光材料的用量。U形结构的两个基本上平的侧面部分使得微球体扩大了对大入射角度线的反射能力。这样，这些部分的作用则更像在该技术中已知的平片反光材料。弯用部分对于所有方向，从位于垂直车轮到车子行进方向，至少部分提供反光材料，这样一来，反射的图像就可以从围绕自行车更大区域的方向上见到。U形反光管节约了大量所需反光材料，因为对着车圈的反光管部分没有微球体、粘结层、或内粘结剂。
前述的实例提到了在包封层和玻璃微球体之间产生空隙。这种包封的“开式透镜”的结构是由实例选择的微球体的光学设计所确定，特别是接近1.8到2.0的折射率的微球体。一些反光材料使用的是高折射率的微球体，不需要在微球体的光线入射一侧设置空气界面。例如，美国专利2，407，680提出一种单层嵌于透明聚合片中的微球体。这种材料镜面反射体不直接与微球体接触。镜面反光体是以适于反射所要求光线的距离稍稍脱离微球体。可以把一层这样的材料粘结到园形截面的芯材料上(图4中实例)，或者粘结到U型截面的芯材料上(图5中的实例)。也可以使用上述的外部粘结剂。然而，使用折射率超过2.0的微球体是不可取的，因为已知这些微球体的反光强度要比折射率为1.9的开式透镜微球体反光强度差。
预制的柔性反光片能构成本发明的其它实例。通常适用的反光片是由粘结层(作为支撑用)，聚合底层、复在底层的反光材料和保护反光材料的透明复盖层等构成。图7所示的是反光管70的一个实例。在该反光管70中聚乙烯芯管72周围包裹着柔性反光片71(例如可从Minnesota公司购得的商品为“SCOTCHLITE”3810的柔性好密度高的反光片)。由于在反光片背部涂有压敏粘结剂，所以反光片71被粘到芯材料72上。如美国专利4，025，159中所述，反光片71有一层在复盖层和反光材料之间形成空隙“细胞”的透明复盖层。于是，反光管70中透明复盖层的功能与在图4的实例中包封材料46的功能一致。可以采用园形截面或U型截面，以及外粘结剂。
在介绍了颇有代表性的实例和细节来阐明本发明的同时，还要提及的一点是对本发明所做的各种变化和改型很显然都不能脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种适于顺车轮辐条编绕的反光管，其特征在于是由芯材料、由附在芯材料外表面上的玻璃微球体形成的反光材料和在反光材料和包封材料的内表面间形成空隙的包封材料构成。
2.根据权利要求1所述的反光管，其特征在于还包括在反射材料和包封材料的内表面之间形成空隙的结构。
3.根据权利要求2所述的反光管，其特征在于反光材料和包封材料的内表面之间形成空隙的结构，至少包括在反光管的末端的两个封口。
4.根据权利要求3所述的反光管，其特征在于多个相隔规则的封口使反光材料和包封材料的内表面之间产生多个空隙。
5.根据权利要求1所述的反光管，其特征在于其截面是园形的。
6.根据权利要求1所述的反光管，其特征在于其截面大体上是U型的。
7.根据权利要求1所述的反光管，其特征在于还包括置于反光管外表面上的粘结剂。
8.一种适于绕行轮辐条编绕的反光管，包括一种芯材料，和附于芯材料外表面的反光材料，反光材料包括嵌于单层聚合片的单层微球体，和与微球体不相接触的镜面反光体。
9.一种适于绕车轮辐条编绕的反光管，包括一种芯材料，和一种柔性反光片材，反光片材包括粘结层，底层，附着于底层的玻璃微球体，和附于底层以覆盖微球体的透明层，其中用粘结层使反光片材附着于芯材的外表面。
10.一种绕其车轮辐条编绕着反光管的辐条轮，其中反光管包括芯材料、反光材料和包封材料、所述反光材料包括附着于芯材料外表面的玻璃微球体，所述包封材料使反光材料和包封材料的内表面间形成空隙。
11.一种绕其车轮辐条编绕着反光管的辐条轮，其中反光管包括一种芯材料，和附着于芯材料外表面的反光材料，所述反光材料包括嵌于透明聚合片的单层微球，和与微球不相接触的镜面反光体。
12.一种绕其车轮辐条编绕着反光管的辐条轮，其中反光管包括一种芯材料，和一种柔性反光片材，所述反光片材包括粘结层，底层，附着于底层的玻璃微球，和附着于底层以覆盖微球的透明层，其中用粘结层使片材附着于芯材附着于芯材的外表面。
全文摘要
一种适于绕车轮辐条编绕的反光管，由芯材料、附于芯材料外表面的反光微球体和在微球体周围起保护作用的包封材料组成。在优选实例中，U型截面的芯材料可以最大限度地增加该反光管的反光特性，包封材料在微球体的外表面和该包封材料的内表面之间形成多个密封空隙。
文档编号B60B7/00GK1041317SQ89107410
公开日1990年4月18日 申请日期1989年9月18日 优先权日1988年9月19日
发明者小·切斯特·阿瑟培根, 詹姆斯·柯蒂斯·科德尔 申请人:明尼苏达州采矿制造公司