JP6394633B2

JP6394633B2 - 構造物製造方法

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Description

本発明は、構造物製造方法に関する。

立体構造物を製造する技術の一つとして、加熱により膨張する膨張層を含む被印刷媒体に黒いインク又はトナーで所望のパターンを印刷し、その後、被印刷媒体に一様に光を照射する技術が知られている。この技術は、黒いインク又はトナーで印刷された領域は印刷されていない領域に比べて熱の吸収率が高く高温に加熱されることを利用したものであり、黒いインク又はトナーで印刷された領域が膨張して***するというものである。特許文献１には、この技術を用いた立体印刷装置が記載されている。

立体構造物は、視覚を通じて情報を提供するだけではなく、それに触れた者の触覚を通じて情報を提供することが可能である。このため、印刷技術を用いて立体構造物を製造する上述した技術は、点字、触図などの分野での利用が大いに期待されている。

特開２０１２−１７１３１７号公報

ところで、上述した技術では、形成される構造物の高さは印刷濃度により指定される。しかしながら、上述した技術には、所定領域を一定の濃度で印刷したにも関わらず、その領域に形成された構造物の高さが均一にならず、構造物のエッジ部分が鈍ってしまうといった課題がある。このため、所望の形状の構造物を製造することが難しい。

以上のような実情を踏まえ、本発明は、被印刷媒体に所望の形状の立体構造物を製造するための技術を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、加熱により膨張する膨張層を含む被印刷媒体の第１の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第１の材料で第１のパターンを形成し、前記被印刷媒体の前記第１の表面の反対側の表面であって前記第１の表面よりも前記膨張層に近い第２の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第２の材料で、前記第１のパターンによる前記膨張層の膨張を補完するように前記膨張層を膨張させるための第２のパターンを形成し、前記被印刷媒体の前記第１の表面側から電磁波を照射し、前記被印刷媒体の前記第２の表面側から電磁波を照射する構造物製造方法を提供する。

上記の構造物製造方法では、前記第１のパターンは、一様な濃度である一様濃度領域を含む濃淡パターンであり、前記第２のパターンは、前記被印刷媒体のうち前記一様濃度領域の外周縁に対応する部分に設けられてもよい。また、前記第２のパターンは、前記第１のパターンを前記被印刷媒体の前記第１の表面に形成し、かつ、前記第２のパターンを前記被印刷媒体の前記第２の表面に形成しなかった場合に比べて、製造しようとする構造物のうち前記第１のパターンの境界領域に対応する部分における断面形状の曲率をより大きくするためのパターンである、当該断面形状の角部を直角により近い形状に近づけるためのパターンである、及び、当該構造物のエッジ部分をより鋭くするためのパターンである、の少なくともいずれかであってもよい。また、前記第２のパターンは、前記第１のパターンで特定される製造されるべき構造物の形状と、前記第１の表面側からの電磁波の照射により前記膨張層が膨張することで製造される構造物の形状との差を補完するパターンであってもよい。

上記の構造物製造方法では、前記第２のパターンは、前記被印刷媒体と前記第１のパターンに基づいて決定されたパターンであってもよい。また、上記の構造物製造方法では、前記第１の表面の側から電磁波を照射する前に、前記第２の表面の側から電磁波を照射してもよい。

本発明によれば、被印刷媒体に所望の形状の立体構造物を製造するための技術を提供することができる。

構造物製造システム１の構成を示した図である。被印刷媒体Ｍの構成を示した図である。印刷装置４０の構成を示した図である。加熱装置５０の構成を示した図である。従来の立体構造物製造システムで製造された立体構造物を例示した図である。構造物製造システム１で製造された立体構造物を例示した図である。第１のパターンＰ１と第２のパターンＰ２を例示した図である。従来の立体構造物製造システムで製造され得る立体構造物を例示した図である。画像データ生成処理のフローチャートである。第２の濃度画像データ生成処理のフローチャートである。第１のパターンＰ１により形成される構造物の形状について説明するための図である。第２の濃度画像データ生成処理で参照する予め記憶されているデータの構造を例示した図である。第１のパターンＰ１´と第２のパターンＰ２´を例示した図である。第１の実施形態に係る立体構造物形成処理のフローチャートである。第２の実施形態に係る立体構造物形成処理のフローチャートである。第３の実施形態に係る立体構造物形成処理のフローチャートである。

図１は、構造物製造システム１の構成を示した図である。図２は、被印刷媒体Ｍの構成を示した図である。図３は、印刷装置４０の構成を示した図である。図４は、加熱装置５０の構成を示した図である。

構造物製造システム１は、図１に示すように、コンピュータ１０と、表示装置２０と、入力装置３０と、印刷装置４０と、加熱装置５０を備えている。構造物製造システム１は、コンピュータ１０で生成された濃度画像である濃淡パターンを、膨張層を含む被印刷媒体Ｍに印刷装置４０で形成し、濃淡パターンが形成された被印刷媒体Ｍを加熱装置５０で加熱することで、被印刷媒体Ｍに立体構造物を製造する。構造物製造システム１は、さらに、コンピュータ１０で生成されたカラー画像であるカラーパターンを印刷装置４０で被印刷媒体Ｍに形成し、着色された立体構造物を製造する。

被印刷媒体Ｍは、図２に示すように、基材Ｍ１に膨張層Ｍ２が積層された多層構造を有する熱膨張性シートである。膨張層Ｍ２は、熱可塑性樹脂内に加熱により膨張する無数のマイクロカプセルを含む層であり、吸収した熱量に応じて膨張する。基材Ｍ１は、例えば、紙、キャンバス地などの布、プラスティックなどのパネル材などからなるが、その材質は特に限定されない。なお、膨張層Ｍ２の表面ＦＳと基材Ｍ１の表面ＢＳには、後述するように印刷装置により黒の濃淡パターンが形成される。なお、表面ＦＳについては、後述する第２のパターンが形成されることから第２の表面とも記す。また、表面ＢＳについては、後述する第１のパターンが形成されることから第１の表面とも記す。表面ＢＳと表面ＦＳは、被印刷媒体Ｍの互いに反対側の表面であると言える。

後述するように、膨張層Ｍ２には、その表面に直接又は近接して電磁波熱変換材料（例えば、カーボンブラックを含むブラックＫのインク）で面積階調による濃淡のパターンが形成される。この材料に照射された電磁波エネルギーは電磁波熱変換材料により吸収され、熱エネルギーに変換される。ここで、膨張層Ｍ２のうち電磁波熱変換材料でパターンが形成されている部分では、電磁波熱変換材料でパターンが形成されていない部分に比べて、より効率良く電磁波熱エネルギー変換が行われる。このようにして生成された熱エネルギーが伝導することによって、膨張層Ｍ２のうち電磁波熱変換材料でパターンが形成された部分が主に加熱されて、膨張層Ｍ２は電磁波熱変換材料で形成されたパターンに対応する形状に膨張する。なお、膨張層Ｍ２に電磁波熱変換材料で面積階調による濃淡を含むようにパターンを形成することで、電磁波熱変換材料の形成濃度が高い部分では、その形成濃度が低い部分よりも多くの熱エネルギーが伝導し、膨張層Ｍ２をより高く膨張させることができる。なお、本明細書では、膨張層Ｍ２の表面にある物質でパターンを形成すると言う場合、その表面に直接又は近接してその物質でパターンを形成することを意味するものとする。

コンピュータ１０は、図１に示すように、プロセッサ１１、メモリ１２、ストレージ１３を備える演算装置である。コンピュータ１０は、プロセッサ１１がプログラムを実行することにより画像データを生成し、画像データに応じた印刷データを印刷装置４０へ出力する。表示装置２０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイなどであり、コンピュータ１０からの信号に従って画像を表示する。入力装置３０は、例えば、キーボード、マウスなどであり、コンピュータ１０へ信号を出力する。

印刷装置４０は、入力された印刷データに基づいて被印刷媒体Ｍに印刷を行うインクジェットプリンタである。印刷装置４０は、図３に示すように、媒体搬送方向（副走査方向Ｄ１）に直交する両方向矢印で示す方向（主走査方向Ｄ２）に往復移動可能に設けられたキャリッジ４１を備える。キャリッジ４１には、印刷を実行する印刷ヘッド４２と、インクを収容したインクカートリッジ４３（４３ｋ、４３ｃ、４３ｍ、４３ｙ）が取り付けられている。カートリッジ４３ｋ、４３ｃ、４３ｍ、４３ｙには、それぞれ、ブラックＫ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクが収容されている。各色のインクは、印刷ヘッド４２の対応するノズルから吐出される。

なお、後述するように、ブラックＫのインクは、電磁波熱変換材料としてのカーボンブラックを含む場合と、含まない場合がある。カーボンブラックを含むブラックＫのインクを用いて膨張層Ｍ２の表面に濃度画像（グレースケール画像）を形成した場合には、その画像に対して電磁波を照射することで生成された熱エネルギーが伝導し、膨張層Ｍ２が膨張する。しかし、カーボンブラックを含まないブラックＫのインクや、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクの混色により同様の濃度画像を形成した場合には、その濃度画像に対して電磁波を照射しても熱エネルギーが生成されないので、膨張層Ｍ２の濃度画像が形成された部分が膨張することはない。

キャリッジ４１は、ガイドレール４４に滑動自在に支持され、駆動ベルト４５に狭持されている。モータ４５ｍの回転により駆動ベルト４５を駆動することで、キャリッジ４１は、印刷ヘッド４２とインクカートリッジ４３とともに、主走査方向Ｄ２に移動する。フレーム４７の下部には、印刷ヘッド４２と対向する位置に、主走査方向Ｄ２に延在したプラテン４８が配設されている。さらに、給紙ローラ対４９ａ（下のローラは不図示）と排紙ローラ対４９ｂ（下のローラは不図示）は、プラテン４８に支持された被印刷媒体Ｍを副走査方向Ｄ１に搬送するように配設されている。

フレキシブル通信ケーブル４６を介して印刷ヘッド４２に接続された印刷装置４０の制御部は、コンピュータ１０からの印刷データ及び印刷制御データに基づいて、モータ４５ｍ、印刷ヘッド４２、給紙ローラ対４９ａ、及び排紙ローラ対４９ｂを制御する。これにより、被印刷媒体Ｍに、少なくとも濃淡パターンが形成され、さらに必要に応じてカラーパターンが形成される。換言すると、少なくとも上述の濃度画像が形成され、さらに必要に応じてカラー画像が印刷される。なお、膨張層Ｍ２を膨張させる必要がない場合は、濃淡パターンを形成せずに、カラーパターンのみを膨張層Ｍ２に形成して良いことは言うまでもない。

ここで、濃淡パターンは、その形成後に電磁波を照射することにより、加熱によって膨張層Ｍ２を所望の高さまで膨張させることで所望の構造物を得るため、膨張層Ｍ２の表面に形成される画像である。従って、本明細書において濃淡パターンと言う場合は、上述の電磁波熱変換材料を用いて膨張層Ｍ２の表面に形成された画像のことを意味し、電磁波熱変換材料を含まない材料を用いて形成された濃淡を含む画像は、濃淡パターンではない。また、カラー画像の少なくとも一部を、電磁波熱変換材料を用いて形成しても良い。ただし、詳しくは後述するが、そのようなカラー画像を形成後に電磁波を照射すると、膨張層Ｍ２が、濃淡パターンの形成によって予定される所望の高さを超えて膨張してしまうため、カラー画像を形成した後は、カラー画像が形成された膨張層Ｍ２の表面側から電磁波を照射することは避けることが望ましい。

加熱装置５０は、電磁波を照射することで被印刷媒体Ｍを加熱する装置である。加熱装置５０は、図４に示すように、案内溝５２が形成された載置台５１と、光源ユニット５４を支持する支柱５３と、光源を備えた光源ユニット５４を備える。載置台５１には、濃淡パターンが形成された被印刷媒体Ｍが載置される。支柱５３は、案内溝５２に沿って摺動するように構成されている。光源ユニット５４に設けられた光源は、電磁波を放射する。

加熱装置５０では、光源ユニット５４が電磁波を放射しながら方向Ｄ３に支柱５３と共に移動することで、被印刷媒体Ｍに一様に電磁波が照射される。前述の通り、電磁波は濃淡パターンが印刷された領域で効率よく吸収されて熱エネルギーに変換されるため、濃淡パターンに応じた領域が加熱されて膨張し、濃淡パターンに応じた立体構造物が製造される。

なお、濃淡パターンがカーボンブラックを含むブラックＫのインクで印刷される場合には、電磁波は赤外領域の波長を含むことが望ましい。ただし、濃淡パターンの形成に使用されるインクで印刷された領域が印刷されていない領域によりも効率よく熱を吸収し加熱される限り、電磁波の波長域は特に限定されない。また、濃淡パターンの形成に使用されるインクは、電磁波を吸収して熱に変換する材料を含んでいればよい。

図５は、従来の立体構造物製造システムで形成された立体構造物を例示した図である。上述したように、従来の構造物製造システムでは、被印刷媒体Ｍの表面ＢＳに全体が一様な濃度の濃淡パターンである第１のパターンＰ１を形成し電磁波を照射しても、第１のパターンＰ１が形成された領域全体にわたって一様な高さを有する構造物は形成されず、図５に示すように、エッジ部分が鈍った構造物Ｅ１が形成されてしまう。言い換えると、第１のパターンＰ１の境界領域、即ち、外周縁（輪郭）での断面形状の曲率が小さい構造物Ｅ１が形成されてしまう。これは、立体構造物の表面に黒いインクが残ってしまうことを避けるために、第１のパターンＰ１を膨張層Ｍ２の表面ＦＳに形成した場合に比べて、膨張層Ｍ２から遠い表面ＢＳに形成した場合に、より顕著である。なお、本明細書では、第１のパターンＰ１の外周縁に略直交する平面を切断面としたときに現れる構造物Ｅ１の平面形状を断面形状と言うものとする。

そこで、構造物製造システム１では、被印刷媒体Ｍ（表面ＢＳ、第１の表面）に図７（ａ）に示すような一様な濃度の第１のパターンＰ１を形成しても、その境界領域においてエッジ部分が鈍った構造物が形成されてしまうことを見越して、図６（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、表面ＢＳの反対側の表面であって表面ＢＳよりも膨張層Ｍ２に近い表面ＦＳ（第２の表面）に第１のパターンＰ１による膨張層Ｍ２の膨張を補完するように膨張層Ｍ２を膨張させるための第２のパターンＰ２を形成する。より詳細には、第２のパターンＰ２は、第１のパターンＰ１で特定される形成されるべき構造物の形状と、表面ＢＳ側からの電磁波の照射により膨張層Ｍ２が膨張することで形成される構造物の形状との差を補完するパターンである。その結果、第２のパターンＰ２に対応する構造物Ｅ２（図６（ｂ）に示す構造物Ｅのうちその断面形状にて破線よりも外側の部分）により構造物Ｅのエッジ部分が補われるため、図６（ｂ）に示すように、全体にわたって略一様な高さを有する所望の構造物Ｅを形成することができる。

言い換えると、第２のパターンＰ２は、第１のパターンＰ１を基材Ｍ１の表面ＢＳに形成し、かつ、第２のパターンＰ２を膨張層Ｍ２の表面ＦＳに形成しなかった場合に比べて、製造しようとする構造物Ｅのうち第１のパターンＰ１の境界領域に対応する部分における断面形状の曲率をより大きく（つまり、曲率半径を小さく）するためのパターン、その断面形状の角部を直角により近い形状に近づけるためのパターン、又は、構造物Ｅのエッジ部分をより鋭くするためのパターンである。このように、第２のパターンＰ２は、特に、第１のパターンＰ１の境界領域での断面形状を改善する、即ち、境界領域においても構造物Ｅを所望する高さにまで膨張させるのに有効である。

第２のパターンＰ２は、第１のパターンＰ１を補完する為のパターンであるので、図７（ｂ）に示すように第１のパターンＰ１に比べて狭い範囲に形成される。このため、立体構造物の表面に黒いインクが残ってしまうことに起因する好ましくない影響を少なく抑えることができる。

なお、表面ＦＳに形成する濃淡のパターンが第１のパターンＰ１を補完する第２のパターンＰ２ではない場合には、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、所望の構造物Ｅは形成されない。これは、第１のパターンＰ１の濃度や被印刷媒体Ｍ等を考慮することなく形成したパターン（第３のパターンＰ３）に対応する構造物Ｅ３は、所望の形状を有する構造物のエッジ部分を補うような形状を有しないからである。

以下、第１のパターンＰ１と第２のパターンＰ２の画像データを生成する方法について、図９から図１２を参照しながら具体的に説明する。図９は、画像データ生成処理のフローチャートである。図１０は、第２の濃度画像データ生成処理のフローチャートである。図１１は、第１のパターンＰ１により形成される構造物の形状について説明するための図である。図１２は、第２の濃度画像データ生成処理で参照する予め記憶されているデータの構造を例示した図である。なお、第１のパターンＰ１と第２のパターン２は、いずれも黒インクＫによって形成される濃淡のパターンであり、濃度画像である。従って、以降では、第１のパターンＰ１、第２のパターンＰ２を、それぞれ第１の濃度画像、第２の濃度画像とも記す。

図９に示す画像データ生成処理は、例えば、コンピュータ１０が画像生成プログラムを実行することにより行われる。まず、コンピュータ１０は、第１の濃度画像の画像データ（以降、第１の濃度画像データと記す）を取得する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、コンピュータ１０は、例えば、利用者が入力装置３０を用いて入力した情報から第１の濃度画像データを生成することで第１の濃度画像データを取得しても良く、図示しない外部装置から第１の濃度画像データを取得してもよい。

第１のパターンＰ１（第１の濃度画像）は、形成されるべき構造物の形状を濃淡のパターンに置き換えたものであり、被印刷媒体Ｍに形成されるべき構造物の形状は、第１のパターンＰ１により特定される。なお、以降では、説明を簡略化するため、図７（ａ）に示すような全体が一様な濃度の濃淡パターンである第１のパターンＰ１を表す第１の濃度画像データを取得した場合を例に説明する。

第１の濃度画像データを取得すると、コンピュータ１０は、取得した第１の濃度画像データと第１のパターンＰ１が形成される被印刷媒体Ｍとに基づいて、第２の濃度画像データを生成する（ステップＳ２０）。第２の濃度画像データは、第１のパターンＰ１を補完する第２のパターンＰ２である第２の濃度画像の画像データである。

図１０に示す第２の濃度画像データ生成処理が開始されると、コンピュータ１０は、第１の濃度画像から輪郭を抽出する（ステップＳ２１）。例えば、第１の濃度画像が図７（ａ）に示すパターンＰ１の場合、長方形の輪郭が抽出される。

輪郭が抽出されると、コンピュータ１０は、抽出した輪郭に基づいて、補完対象箇所を特定する（ステップＳ２２）。例えば、被印刷媒体Ｍの輪郭を構成する部分については補完する必要性が乏しいため、被印刷媒体Ｍの輪郭を構成しない部分を補完対象箇所として特定する。これにより無駄な補完処理を省くことができる。ここでは、図７（ａ）に示すパターンＰ１の長方形の輪郭のうち、被印刷媒体Ｍの輪郭を構成しない２つの長辺ｌ_１、ｌ_２に沿って延在する部分を補完対象箇所として特定する。なお、必要であれば、被印刷媒体Ｍの輪郭を構成する２つの短辺ｓ_１、ｓ_２に沿って延在する部分も含めて、補完対象箇所として特定してよい。また、補完対象箇所は少なくとも前述の一様濃度領域に含まれる。この例では、図７（ｂ）に示すように、補完対象箇所は２つの長辺ｌ_１、ｌ_２に沿って延在する細長い矩形状をなす。

補完対象箇所が特定されると、コンピュータ１０は、第１の濃度画像の代表濃度に基づいて、形成されるべき構造物の高さＨを算出する（ステップＳ２３）。代表濃度は、例えば、第１の濃度画像中の補完対象箇所の濃度である。高さＨと濃度との関係は、被印刷媒体Ｍ毎に既知であるので、ステップＳ２３ではこの既知の関係に基づいて高さＨを算出する。

高さＨを算出すると、コンピュータ１０は、第１の濃度画像の幅Ｗに基づいて補完の要否を判定する（ステップＳ２４）。ここでは、コンピュータ１０は、例えば、第１の濃度画像の幅Ｗが所定の長さよりも短い場合に補完不要と判定してもよい。また、幅Ｗと高さＨに基づいて、補完の要否を判定してもよい。図１１に示すように、第１のパターンＰ１が全体にわたって一様な濃度を有する場合、第１のパターンＰ１により形成される構造物の高さＨとそのエッジ部分の長さＬは一定の相関関係を有する。そして、例えば、２Ｌ＜Ｗの条件を満たさない場合には、第１のパターンＰ１により形成される構造物の高さＨの領域が狭すぎるため、補完不要と判定してもよい。

幅Ｗに基づいて補完が必要であると判定されると、コンピュータ１０は、さらに、高さＨに基づいて補完の要否を判定する（ステップＳ２５）。ここでは、ステップＳ２３で算出した高さＨが所定の高さ（例えば、0.5mm）以上であるか否かを判定する。高さＨが低すぎる場合には、補完によって得られる効果が小さいため、補完不要と判定する。

なお、ステップＳ２４又はステップＳ２５で補完不要と判定した場合には、コンピュータ１０は、第２の濃度画像データを生成せずに、第２の濃度画像データ生成処理を終了する。

高さＨに基づいて補完が必要であると判定されると、コンピュータ１０は、被印刷媒体Ｍと高さＨに基づいて、グレースケールデータを取得する（ステップＳ２６）。グレースケールデータは、エッジ部分を補完するための濃度分布を表すデータであり、被印刷媒体Ｍと高さＨの組み合わせ毎に、コンピュータ１０のストレージ１３に予め記録されている。コンピュータ１０は、被印刷媒体ＭとステップＳ２３で算出した高さＨとに基づいて、ストレージ１３から該当するグレースケールデータを取得する。

ストレージ１３には、図１２に示すように、被印刷媒体Ｍの種類毎にテーブル（ここでは、被印刷媒体Ｍ１からＭ４に対応するテーブルＴ１からＴ４）が設けられている。各テーブルには、構造物の高さＨ毎に、エッジ部分の長さＬ、データ長、グレースケールデータが格納されている。データ長は印刷装置４０で補完対象箇所に印刷するピクセル数（ドット数）であり、グレースケールデータは、そのデータ長分のグレースケール階調値からなるデータである。グレースケールデータは、およそ中心のピクセル（例えば、ｎピクセル分の階調値からなるグレースケールデータであればｎ／２番目のピクセル）で最大の階調値を有し、中心から外側に向かって階調値が低下するような階調分布を有している。グレースケールデータは、例えば、被印刷媒体Ｍと高さＨの組み合わせ毎に予め実験等を行い、その結果、各エッジ部分を補完できる濃淡のパターンが求められ、その濃淡のパターンに基づいて決定されて、ストレージ１３に記録される。

グレースケールデータを取得すると、コンピュータ１０は、ステップＳ２２で特定した補完対象箇所とステップＳ２６で取得したグレースケールデータとに基づいて、第２の濃度画像データを生成する（ステップＳ２７）。ここでは、コンピュータ１０は、まず、矩形状の補完対象箇所の輪郭をなす長辺ｌ_１、ｌ_２を構成するピクセルを順番に選択する。そして、選択したピクセル毎に、そのピクセルから長辺ｌ_１、ｌ_２と直交する方向へ輪郭の内側に向かって（第１のパターンＰ１の内方へ向かって）１ピクセルずつグレースケールデータを構成する階調値を順に割り当てる。即ち、データ長がｎのグレースケールデータが取得された場合であれば、矩形領域から内側に向かってｎピクセルだけ階調値が割り当てられる。コンピュータ１０は、補完対象箇所の全てのピクセルに対して、上述した処理を繰り返すことで、第２の濃度画像データを生成する。なお、上記の例では、補完対象箇所の輪郭は直線であったが、曲線の場合も同様に処理できる。その場合に、ある一つのピクセルに複数の濃度値（階調値）が対応する場合は、例えば、それらの平均値をその一つのピクセルの濃度値としても良い。また、ある一つのピクセルに濃度値が一つも対応しなかった場合は、近傍のピクセルの平均値をその一つのピクセルの濃度値としても良い。

第２の濃度画像データが生成されると、コンピュータ１０は、ステップＳ１０で取得した第１の濃度画像データとステップＳ２０で生成した第２の濃度画像データを記録して（ステップＳ３０）、図９に示す画像データ生成処理を終了する。

図９に示す画像データ生成処理によれば、第１のパターンＰ１で特定される形成されるべき構造物の形状と、第１のパターンＰ１により形成される構造物の形状との差を補完する第２のパターンＰ２を算出し、第２のパターンＰ２を表す第２の濃度画像データを生成して記録することができる。

なお、以上では、補完対象箇所が２つある例を示したが、補完対象箇所は１つ以上であればよく、第２のパターンは第１のパターンの輪郭の少なくとも一部に対応するパターンであることが望ましい。例えば、第１の濃度画像が図１３（ａ）に示すパターンＰ１´である場合には、ステップＳ２２で特定される補完対象箇所は長方形の輪郭の１辺のみである。この場合、図１３（ｂ）に示すパターンＰ２´を表す第２の濃度画像データが生成される。

以下、図９に示す画像データ生成処理で生成された第１の濃度画像データと第２の濃度画像データを用いて被印刷媒体Ｍに所望の形状の構造物を製造する方法について、第１の実施形態から第３の実施形態で具体的に説明する。

［第１の実施形態］
図１４は、本実施形態に係る立体構造物形成処理のフローチャートである。本実施形態では、印刷装置４０のインクカートリッジ４３ｋには、カーボンブラックを含むブラックＫのインクが収容されている。なお、カーボンブラックを含むブラックＫのインクは、電磁波を吸収し熱エネルギーに変換する材料である。

構造物製造システム１は、まず、第２の表面（表面ＦＳ）に第２のパターンＰ２を形成する（ステップＳ１０１）。ここでは、まず、利用者が、表面ＦＳが印刷ヘッド４２側を向くように印刷装置４０に被印刷媒体Ｍをセットし、コンピュータ１０に第２のパターンＰ２の形成指示を入力する。これにより、コンピュータ１０が第２の濃度画像データに対応する印刷データ及び印刷制御データを生成し印刷装置４０へ出力する。印刷装置４０は、印刷データ及び印刷制御データに基づいて、被印刷媒体Ｍに表面ＦＳに、ブラックＫのインクで第２のパターンＰ２を形成する。なお、印刷装置４０は、印刷濃度を、例えば面積階調によって制御する。

さらに、構造物製造システム１は、第２の表面（表面ＦＳ）にカラーパターンを形成する（ステップＳ１０２）。ここでは、利用者が、コンピュータ１０にカラーパターンの形成指示を入力する。これにより、コンピュータ１０がカラー画像データに対応する印刷データ及び印刷制御データを生成し印刷装置４０へ出力する。印刷装置４０は、印刷データ及び印刷制御データに基づいて、被印刷媒体Ｍに表面ＦＳに、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクでカラーパターンを形成する。なお、カラーパターンに含まれるブラックは、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの混色によって作られる。シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクは、カーボンブラックを初めとする、電磁波を吸収し熱エネルギーに変換する材料を一切含まない。従って、これらの混色により作られるブラックを構成するインクに電磁波を照射しても、それが電磁波を吸収し熱エネルギーに変換することはない。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２のパターン形成は、１度に行われても良い。

第２の表面にパターンが形成されると、構造物製造システム１は、第１の表面（表面ＢＳ）に第１のパターンＰ１を形成する（ステップＳ１０３）。ここでは、利用者が、表面ＢＳが印刷ヘッド４２側を向くように印刷装置４０に被印刷媒体Ｍをセットし、コンピュータ１０に第１のパターンＰ１の形成指示を入力する。これにより、コンピュータ１０が第１の濃度画像データに対応する印刷データ及び印刷制御データを生成し印刷装置４０へ出力する。印刷装置４０は、印刷データ及び印刷制御データに基づいて、被印刷媒体Ｍに表面ＢＳに、ブラックＫのインクで第１のパターンＰ１を形成する。

これにより、例えば図６（ａ）に示すような、第１の表面に第１のパターンＰ１が電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する材料で形成され、第２の表面に第１のパターンを補完する第２のパターンが電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する材料で形成されている加工媒体が出来上がる。この加工媒体を所定の条件で電磁波を照射するだけで、所望の形状の構造物を製造することができる。

その後、構造物製造システム１は、被印刷媒体Ｍの第２の表面（表面ＦＳ）側から被印刷媒体Ｍに向けて電磁波を照射する（ステップＳ１０４）。ここでは、利用者が、パターンが形成された被印刷媒体Ｍを、表面ＦＳを上に向けた状態で、加熱装置５０の載置台５１に載置する。その後、加熱装置５０が被印刷媒体Ｍの表面ＦＳに赤外線などの電磁波を一様に照射する。これにより、第２のパターンＰ２を形成したカーボンブラックを含むブラックＫのインクに電磁波が照射されて熱が発生する。その結果、膨張層Ｍ２のうち、第２のパターンＰ２が形成された領域が加熱されて膨張し、最終的な立体構造物においてエッジ部分を補完することとなる補完立体構造物が形成される。

最後に、構造物製造システム１は、被印刷媒体Ｍの第１の表面（表面ＢＳ）側から被印刷媒体Ｍに向けて電磁波を照射し（ステップＳ１０５）、図１４に示す立体構造物形成処理を終了する。ここでは、利用者が、パターンが形成された被印刷媒体Ｍを、表面ＢＳを上に向けた状態で、加熱装置５０の載置台５１に載置する。その後、加熱装置５０が被印刷媒体Ｍの表面ＢＳに赤外線などの電磁波を一様に照射する。これにより、第１のパターンＰ１を形成したカーボンブラックを含むブラックＫのインクに電磁波が照射されて熱が発生する。これにより、第１のパターンＰ１に応じた膨張層Ｍ２の領域が基材Ｍ１を通じて加熱されて膨張する。

本実施形態によれば、エッジ部分の鈍りが抑制されて、全体にわたって略一様な高さとされた構造物Ｅを製造することができる。言い換えれば、第２のパターンＰ２を膨張層Ｍ２の表面ＦＳに形成しなかった場合に比べて、製造しようとする構造物のうち第１のパターンＰ１の境界領域に対応する部分における断面形状の曲率を大きくし、その断面形状の角部を直角により近い形状に近づけ、又は、そのエッジ部分をより鋭くすることができる。

［第２の実施形態］
図１５は、本実施形態に係る立体構造物形成処理のフローチャートである。本実施形態でも構造物製造システム１が使用される。ただし、構造物製造システム１には、印刷装置４０の代わりに、カーボンブラックを含むブラックＫのインクを収容するインクカートリッジ４３ｋに加えて、カーボンブラックを含まないブラックＫ´のインクを収容するインクカートリッジ４３ｋ´を有する印刷装置が備えられている。

構造物製造システム１は、まず、第２の表面（表面ＦＳ）に第２のパターンＰ２とカラーパターンを形成する（ステップＳ２０１）。ここでは、まず、利用者が、表面ＦＳが印刷ヘッド４２側を向くように印刷装置４０に被印刷媒体Ｍをセットし、コンピュータ１０に第２のパターンＰ２とカラーパターンの形成指示を入力する。これにより、コンピュータ１０が第２の濃度画像データとカラー画像データに対応する印刷データ及び印刷制御データを生成し印刷装置４０へ出力する。印刷装置４０は、印刷データ及び印刷制御データに基づいて、被印刷媒体Ｍに表面ＦＳに、ブラックＫのインクで第２のパターンＰ２を形成し、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ及びブラックＫ´のインクでカラーパターンを形成する。

第２の表面にパターンが形成されると、構造物製造システム１は、第１の表面（表面ＢＳ）に第１のパターンＰ１を形成する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０２は、図１４のステップＳ１０３と同様である。ここまでの処理により、第１の表面に第１のパターンＰ１が電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する材料で形成され、第２の表面に第１のパターンを補完する第２のパターンが電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する材料で形成されている、たとえば、図６（ａ）に示すような加工媒体が出来上がる。

さらに、構造物製造システム１は、第２の表面（表面ＦＳ）に電磁波を照射し（ステップＳ２０３）、その後、第１の表面（表面ＢＳ）に電磁波を照射して（ステップＳ２０４）、図１５に示す立体構造物形成処理を終了する。なお、ステップＳ２０３、ステップＳ２０４は、図１４のステップＳ１０４、ステップＳ２０５と同様である。

本実施形態によっても、エッジ部分の鈍りが抑制されて、全体にわたって略一様な高さとされた構造物Ｅを製造することができる。言い換えれば、第２のパターンＰ２を膨張層Ｍ２の表面ＦＳに形成しなかった場合に比べて、製造しようとする構造物のうち第１のパターンＰ１の境界領域に対応する部分における断面形状の曲率を大きくし、その断面形状の角部を直角により近い形状に近づけ、又は、そのエッジ部分をより鋭くすることができる。また、本実施形態では、カラーパターンに含まれるブラックがカーボンブラックを含まないブラックＫ´のインクで表現されるため、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹでブラックを表現する場合に比べて、インクの消費量を抑えながら、発色のよい表現が可能となる。

［第３の実施形態］
図１６は、本実施形態に係る立体構造物形成処理のフローチャートである。本実施形態でも、印刷装置４０のインクカートリッジ４３ｋには、カーボンブラックを含むブラックＫのインクが収容されている。

構造物製造システム１は、まず、第２の表面（表面ＦＳ）に第２のパターンＰ２を形成する（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１は、図１４のステップＳ１０１と同様である。

次に、構造物製造システム１は、第２の表面（表面ＦＳ）側から電磁波を照射する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２は、図１４のステップＳ１０４と同様である。

その後、構造物製造システム１は、第２の表面（表面ＦＳ）にカラーパターンを形成する（ステップＳ３０３）。ここでは、利用者が、コンピュータ１０にカラーパターンの形成指示を入力する。これにより、コンピュータ１０がカラー画像データに対応する印刷データ及び印刷制御データを生成し印刷装置４０へ出力する。印刷装置４０は、印刷データ及び印刷制御データに基づいて、被印刷媒体Ｍに表面ＦＳに、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、及び、ブラックＫのインクでカラーパターンを形成する。

なお、ステップＳ３０３では、表面ＦＳには第２のパターンに対応する立体構造物が形成されているが、後述する第１のパターンにより形成される立体構造物のエッジ部分を補うためのものであるので、その最大高さも規定の高さ以内である。このため、印刷装置４０によるカラーパターンの形成を妨げるものではなく、又、印刷品位の低下もほとんど生じない。

第２の表面にカラーパターンが形成されると、構造物製造システム１は、第１の表面（表面ＢＳ）に第１のパターンＰ１を形成し（ステップＳ３０４）、その後、第１の表面（表面ＢＳ）側から電磁波を照射し（ステップＳ３０５）、図１６に示す立体構造物形成処理を終了する。ステップＳ３０４、ステップＳ３０５は、図１４のステップＳ１０３、ステップＳ１０５と同様である。

本実施形態によっても、エッジ部分の鈍りが抑制されて、全体にわたって略一様な高さとされた構造物Ｅを製造することができる。言い換えれば、第２のパターンＰ２を膨張層Ｍ２の表面ＦＳに形成しなかった場合に比べて、製造しようとする構造物のうち第１のパターンＰ１の境界領域に対応する部分における断面形状の曲率を大きくし、その断面形状の角部を直角により近い形状に近づけ、又は、そのエッジ部分をより鋭くすることができる。また、本実施形態では、カラーパターンに含まれるブラックが、カーボンブラックを含むブラックＫのインクで表現されるため、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹでブラックを表現する場合に比べて、インクの消費量を抑えながら、発色のよい表現が可能となる。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。構造物製造方法、加工媒体、データ生成方法、及びプログラムは、特許請求の範囲に記載される本発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

図３では、インクジェットプリンタを例示したが、印刷装置は、インクジェットプリンタに限られない。例えば、レーザプリンタなど任意の印刷装置であってもよい。図４では、光源ユニットが被印刷媒体Ｍに対して移動する加熱装置を例示したが、これは加熱装置５０の一例にすぎず、加熱装置は、被印刷媒体Ｍに一様に電磁波を照射するものであればよい。即ち、例えば、加熱装置５０は、載置台５１に光源ユニット５４が固定設置されて、かつ、図示しない搬送機構を備えるように構成し、搬送機構によって、被印刷媒体Ｍが光源ユニット５４に対して相対的に移動するように、被印刷媒体Ｍを搬送させるものであっても良い。また、被印刷媒体Ｍ全体に同時に電磁波を照射する光源ユニットを備える加熱装置であってもよい。

また、上述した実施形態で示した手順は立体構造物を製造する手順の例示であり、各工程の順番は変更してもよい。例えば、図１４から図１６では、第２のパターンを形成後に第１のパターンを形成する例が示されているが、第１のパターンを形成した後に第２のパターンを形成しても良く、また、これらのパターンを同時に形成してもよい。また、図１４から図１６では、第１の表面の側から第１のパターンを形成した材料に電磁波を照射する前に、第２の表面の側から第２のパターンを形成した材料に電磁波を照射する例が示されている。この点については、実施形態で示した順番で処理すること、つまり、第２の表面に電磁波を照射した後に、第１の表面に電磁波を照射することが望ましい。これは、第２のパターンにより形成される構造物は第１のパターンにより形成される構造物に比べて小さいため、条件（例えば、膨張層Ｍ２の状態や光源までの距離）の変化によって形状が変化しやすいからである。

また、第１のパターンと第２のパターンを同じ材料で形成する例を示したが、第１のパターンを形成する材料と第２のパターンを形成する材料は、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する材料であればよい。このため、第１のパターンを形成する第１の材料と第２のパターンを形成する第２の材料は、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する異なる材料であってもよい。

また、第２のパターンが第１のパターンの輪郭部分の少なくとも一部である例を示したが、第２のパターンは第１のパターンの輪郭部分に限られない。例えば、第１のパターン中に段差が有る場合には、第２のパターンはその段差部分の少なくとも一部であってもよい。段差部分は、輪郭部分と同様に構造物がなまりやすい部分であり、補完することにより所望の形状に近づける効果が発揮されやすいという点で好適である。

また、上述の各実施形態においては、第１のパターンＰ１は、その全体にわたって一様な濃度の濃淡パターンであるとして説明したが、少なくともその境界領域を含む周縁部に一様な濃度である一様濃度領域を含む濃淡パターンであっても良い。その場合、膨張層Ｍ２の表面ＦＳにおける、一様濃度領域の外周縁のうち第１のパターンＰ１の外周縁と一致する部分に、第２のパターンＰ２を形成することによって、構造物のエッジ部分がより鋭くなった構造物を製造することができる。言い換えれば、第２のパターンＰ２を膨張層Ｍ２の表面ＦＳに形成しなかった場合に比べて、製造しようとする構造物のうち第１のパターンＰ１の境界領域（外周縁）に対応する部分における断面形状の曲率を大きくし、その断面形状の角部を直角により近い形状に近づけ、又は、そのエッジ部分をより鋭くすることができる。

以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
加熱により膨張する膨張層を含む被印刷媒体の第１の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第１の材料で第１のパターンを形成し、
前記被印刷媒体の前記第１の表面の反対側の表面であって前記第１の表面よりも前記膨張層に近い第２の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第２の材料で、前記第１のパターンによる前記膨張層の膨張を補完するように前記膨張層を膨張させるための第２のパターンを形成し、
前記被印刷媒体の前記第１の表面側から電磁波を照射し、
前記被印刷媒体の前記第２の表面側から電磁波を照射する
ことを特徴とする構造物製造方法。
［付記２］
付記１に記載の構造物製造方法において、
前記第１のパターンは、一様な濃度である一様濃度領域を含む濃淡パターンであり、
前記第２のパターンは、前記被印刷媒体のうち前記一様濃度領域の外周縁に対応する部分に設けられる
ことを特徴とする構造物製造方法。
［付記３］
付記１又は付記２に記載の構造物製造方法において、
前記第２のパターンは、
前記第１のパターンを前記被印刷媒体の前記第１の表面に形成し、かつ、前記第２のパターンを前記被印刷媒体の前記第２の表面に形成しなかった場合に比べて、
製造しようとする構造物のうち前記第１のパターンの境界領域に対応する部分における断面形状の曲率をより大きくするためのパターンである、当該断面形状の角部を直角により近い形状に近づけるためのパターンである、及び、当該構造物のエッジ部分をより鋭くするためのパターンである、の少なくともいずれかである
ことを特徴とする構造物製造方法。
［付記４］
付記１乃至付記３のいずれか一つに記載の構造物製造方法において、
前記第２のパターンは、
前記第１のパターンで特定される製造されるべき構造物の形状と、前記第１の表面側からの電磁波の照射により前記膨張層が膨張することで製造される構造物の形状との差を補完するパターンである
ことを特徴とする構造物製造方法。
［付記５］
付記１乃至付記４のいずれか１つに記載の構造物製造方法において、さらに、
前記第２のパターンは、前記被印刷媒体と前記第１のパターンに基づいて決定されたパターンである
ことを特徴とする構造物製造方法。
［付記６］
付記１乃至付記５のいずれか１つに記載の構造物製造方法において、
前記第１の表面の側から電磁波を照射する前に、前記第２の表面の側から電磁波を照射する
ことを特徴とする構造物製造方法。
［付記７］
加熱により膨張する膨張層を含む加工媒体の第１の表面であって、第１のパターンが電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第１の材料で形成されている前記第１の表面と、
前記加工媒体の前記第１の表面の反対側の表面であって前記第１の表面よりも前記膨張層に近い第２の表面であって、前記第１のパターンによる前記膨張層の膨張を補完するように前記膨張層を膨張させるための第２のパターンが電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第２の材料で形成されている前記第２の表面と、を備える
ことを特徴とする加工媒体。
［付記８］
加熱により膨張する膨張層を含む被印刷媒体の第１の表面に電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第１の材料で形成すべき第１のパターンである第１の濃度画像の画像データを取得し、
前記第１の濃度画像の画像データと前記被印刷媒体に基づいて、前記被印刷媒体の前記第１の表面の反対側の表面であって前記第１の表面よりも前記膨張層に近い第２の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第２の材料で形成すべき第２のパターンであって前記第１のパターンによる前記膨張層の膨張を補完するように前記膨張層を膨張させるための第２のパターンである第２の濃度画像の画像データを生成する
ことを特徴とするデータ生成方法。
［付記９］
コンピュータを、
加熱により膨張する膨張層を含む被印刷媒体の第１の表面に電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第１の材料で形成すべき第１のパターンである第１の濃度画像の画像データを取得する手段、
前記第１の濃度画像の画像データと前記被印刷媒体に基づいて、前記被印刷媒体の前記第１の表面の反対側の表面であって前記第１の表面よりも前記膨張層に近い第２の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第２の材料で形成すべき第２のパターンであって前記第１のパターンによる前記膨張層の膨張を補完するように前記膨張層を膨張させるための第２のパターンである第２の濃度画像の画像データを生成する手段
として機能させることを特徴とするプログラム。

１・・・構造物製造システム、１０・・・コンピュータ、１１・・・プロセッサ、１２・・・メモリ、１３・・・ストレージ、２０・・・表示装置、３０・・・入力装置、４０・・・印刷装置、４１・・・キャリッジ、４２・・・印刷ヘッド、４３・・・インクカートリッジ、４４・・・ガイドレール、４５・・・駆動ベルト、４５ｍ・・・モータ、４６・・・フレキシブル通信ケーブル、４７・・・フレーム、４８・・・プラテン、４９ａ・・・給紙ローラ対、４９ｂ・・・排紙ローラ対、５０・・・加熱装置、５１・・・載置台、５２・・・案内溝、５３・・・支柱、５４・・・光源ユニット、Ｍ・・・被印刷媒体、Ｍ１・・・基材、Ｍ２・・・膨張層、ＦＳ、ＢＳ・・・表面、Ｐ１、Ｐ１’、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ３・・・パターン、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３・・・構造物、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４・・・テーブル

Claims

加熱により膨張する膨張層を含む被印刷媒体の第１の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第１の材料で第１のパターンを形成し、
前記被印刷媒体の前記第１の表面の反対側の表面であって前記第１の表面よりも前記膨張層に近い第２の表面に、電磁波エネルギーを熱エネルギーに変換する第２の材料で、前記第１のパターンによる前記膨張層の膨張を補完するように前記膨張層を膨張させるための第２のパターンを形成し、
前記被印刷媒体の前記第１の表面側から電磁波を照射し、
前記被印刷媒体の前記第２の表面側から電磁波を照射する
ことを特徴とする構造物製造方法。
請求項１に記載の構造物製造方法において、
前記第１のパターンは、一様な濃度である一様濃度領域を含む濃淡パターンであり、
前記第２のパターンは、前記被印刷媒体のうち前記一様濃度領域の外周縁に対応する部分に設けられる
ことを特徴とする構造物製造方法。
請求項１又は請求項２に記載の構造物製造方法において、
前記第２のパターンは、
前記第１のパターンを前記被印刷媒体の前記第１の表面に形成し、かつ、前記第２のパターンを前記被印刷媒体の前記第２の表面に形成しなかった場合に比べて、
製造しようとする構造物のうち前記第１のパターンの境界領域に対応する部分における断面形状の曲率をより大きくするためのパターンである、当該断面形状の角部を直角により近い形状に近づけるためのパターンである、及び、当該構造物のエッジ部分をより鋭くするためのパターンである、の少なくともいずれかである
ことを特徴とする構造物製造方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の構造物製造方法において、
前記第２のパターンは、
前記第１のパターンで特定される製造されるべき構造物の形状と、前記第１の表面側からの電磁波の照射により前記膨張層が膨張することで製造される構造物の形状との差を補完するパターンである
ことを特徴とする構造物製造方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の構造物製造方法において、さらに、
前記第２のパターンは、前記被印刷媒体と前記第１のパターンに基づいて決定されたパターンである
ことを特徴とする構造物製造方法。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の構造物製造方法において、
前記第１の表面の側から電磁波を照射する前に、前記第２の表面の側から電磁波を照射する
ことを特徴とする構造物製造方法。