JP6834824B2 - 立体画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸収した熱量に応じて発泡して膨張する熱膨張性シートを用いた立体画像形成方法に関する。

従来、基材シートの一方の面上に、吸収した熱量に応じて発泡し膨張する熱膨張性材料を含む熱膨張層を形成した熱膨張性シートが知られている。この熱膨張性シートの熱膨張層を部分的又は全体的に膨張させることで、熱膨張性シート上に立体的な凹凸を有する造形物（立体画像）を形成する方法も知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開昭６４−２８６６０号公報 特開２００１−１５０８１２号公報

このような熱膨張性シートでは、立体画像を形成する際に、シートに反りがあると、特に反りがある領域において良好に立体画像を形成することが難しいという問題がある。このため、反りが抑制された熱膨張性シート、膨張性シートの製造方法及び立体画像形成方法が求められている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、反りが抑制された熱膨張性シートを用いた立体画像形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る立体画像形成方法は、
基材の一面上に設けられ、吸収した熱量に応じて膨張する熱膨張層と、前記熱膨張層上に設けられ、樹脂からなる第１のフィルムと、前記基材の他面上に設けられ、樹脂からなる第２のフィルムと、を備える熱膨張性シートを用い、
前記第１のフィルム上に電磁波を熱へ変換する第１の変換層を形成する第１の変換層形成工程と、
前記第１の変換層へ電磁波を照射し、前記熱膨張層を膨張させる第１の膨張工程と、
前記基材の他面上に形成され、電磁波を熱へ変換する第２の変換層へ電磁波を照射する第２の膨張工程と、
を有し、
前記第２のフィルムを前記第１の膨張工程の前に剥離し、
前記第１のフィルムを前記第２の膨張工程の前に剥離する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、反りが抑制された熱膨張性シートを用いた立体画像形成方法を提供することができる。

実施形態に係る熱膨張性シートの概要を示す断面図である。 実施形態に係る熱膨張性シートの製造方法を模式的に示す断面図である。 実施形態に係るラミネート装置の構成を模式的に示す図である。 実施形態に係る熱膨張性シートの立体画像形成システムを示す 実施形態に係る立体画像形成プロセスを示すフローチャートである 実施形態に係る立体画像形成プロセスを示す断面図である 実施形態に係る立体画像形成プロセスを示す断面図である （ａ）実施例において、反り量を計測した部分を説明する図である。（ｂ）実施例における各温度の反り量、収縮率、粘着力を示す図である。（ｃ）比較例における各温度の反り量、収縮率、粘着力を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る熱膨張性シート、膨張性シートの製造方法及び立体画像形成方法について、図面を用いて詳細に説明する。ここで、本実施形態では「立体画像」とは、造形物を示し、造形物には単純な形状、幾何学形状、文字等広く形状一般が含まれる。更に造形物は、加飾の結果として形成される装飾をも含む。装飾とは、視覚及び／又は触覚を通じて美感を想起させるものである。また、「立体画像形成」とは、造形物を形成することだけでなく、加飾（造飾）をも含む。

本実施形態に係る熱膨張性シート１０は、図１に模式的に示すように、基材１１と、熱膨張層１２と、第１のインク受容層１３と、第１のフィルム１４と、第２のインク受容層１５と、第２のフィルム１６と、を備える。また、詳細に後述するように、熱膨張性シート１０は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に概要を示す立体画像形成システム５０で、印刷が施され、熱膨張性シート１０の熱膨張層１２が膨張により、***することにより、熱膨張性シート１０の表面にバンプ面状が形成される。本実施形態において、バンプ面状は、熱膨張層１２の***により形成されるシート表面の状態又は形態を示す。バンプ面状は、その表面に凸若しくは凹凸を有し、それにより立体画像の形状を表現する。なお、バンプ面状は、表現される立体画像（造形物）に応じ、熱膨張性シート１０上に１つ又は複数形成される。

基材１１は、熱膨張層１２等を支持するシート状の部材である。基材１１の一方の面（表面、図１では上面）上には、熱膨張層１２が形成される。基材１１としては、上質紙等の紙、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂製のシート（フィルムを含む）を使用する。樹脂製のシートとしては、ＰＥＴに限らず、一般に使用されているポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリイミド系樹脂等から選択される材料からなるシートを使用することができる。また、基材１１は、熱膨張層１２が全体的又は部分的に発泡により膨張した時に、基材１１の反対側（図１に示す下側）に***せず、また、しわを生じたり、大きく波打ったりしない程度の強度を備える。加えて、熱膨張層１２を発泡させる際の加熱に耐える程度の耐熱性を有する。

熱膨張層１２は、基材１１の一方の面（図１では、上面）上に形成される。熱膨張層１２は、加熱温度、加熱時間に応じた大きさに膨張する層であって、バインダ中に複数の熱膨張性材料（熱膨張性マイクロカプセル、マイクロパウダー）が分散配置されている。また、詳細に後述するように、本実施形態では、基材１１の上面（表面）に設けられた第２のインク受容層１５上に、及び／又は基材１１の下面（裏面）に電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層（以下、単に変換層と称する）を形成し、光を照射することで、変換層が設けられた領域を発熱させる。電磁波熱変換層は、電磁波の照射により、熱を帯びるため、帯熱層とも呼べる。熱膨張層１２は、熱膨張性シート１０の表面及び／又は裏面に設けられた変換層で生じた熱を吸収して発泡し、膨張する。これにより、熱膨張性シート１０の特定の領域のみを選択的に膨張させることができる。

熱膨張層１２のバインダとしては、酢酸ビニル系ポリマー、アクリル系ポリマー等の熱可塑性樹脂を用いる。また、熱膨張性マイクロカプセルは、プロパン、ブタン、その他の低沸点気化性物質を、熱可塑性樹脂の殻内に含むものである。殻は、例えば、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、あるいは、それらの共重合体等の熱可塑性樹脂から形成される。熱膨張性マイクロカプセルの平均粒径は、約５〜５０μｍである。このマイクロカプセルを熱膨張開始温度以上に加熱すると、樹脂からなる高分子の殻が軟化し、内包されている低沸点気化性物質が気化し、その圧力によってカプセルが膨張する。用いるマイクロカプセルの特性にもよるが、マイクロカプセルは膨張前の粒径の５倍程度に膨張する。なお、マイクロカプセルの粒径には、ばらつきがあり、全てのマイクロカプセルが同じ粒径を有するものではない。

第１のインク受容層１３は、熱膨張層１２上に形成される。第１のインク受容層１３は、印刷工程で使用されるインク、例えば、インクジェットプリンタのインクを受容し、定着させる層である。第１のインク受容層１３は、印刷工程で使用されるインクに応じて、汎用されている材料を使用して形成される。例えば水性インクを利用する場合で、空隙を利用してインクを受容するタイプでは、第１のインク受容層１３は、例えば多孔質シリカを用いて形成される。インクを膨潤させて受容するタイプでは、第１のインク受容層１３は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂等から選択される樹脂を用いて形成される。

第１のフィルム１４は、第１のインク受容層１３の上に設けられ、第１のフィルム１４上には第２のインク受容層１５が形成される。詳細に後述するように、第１のフィルム１４上に設けられた第２のインク受容層１５には、例えばカーボンを含むインクを用いて変換層を形成され、変換層に光を照射することにより熱膨張層１２を発泡、膨張させる。また、熱膨張層１２の膨張後は、第１のフィルム１４は剥離される。このため、第１のフィルム１４は、第１のインク受容層１３上に、剥離可能に接着されている。例えば、第１のフィルム１４は、ラミネート装置等を用いた熱圧着により、第１のインク受容層１３上に剥離可能な程度の力で接着されてもよいし、第１のフィルム１４の第１のインク受容層１３に対向する面（図１では下面）に図示しない接着層を別途備え、この接着層により接着されていてもよい。このように、熱膨張層１２の発泡、膨張後、第１のフィルム１４を剥離させることにより、熱膨張性シート１０の表面に形成される変換層（表側変換層）も一緒に剥離させることができる。従って、変換層の形成に用いられるインクにより、カラー画像の色味に影響が及ぶ（濁り等）ことを抑制することができる。

また、第１のフィルム１４は、樹脂製のフィルム、例えば、ポリエチレン系、ポリビニルアルコール系、ポリプロピレン系、ポリ塩化ビニル系、又はこれらの共重合体等から選択される樹脂からなるフィルムである。第１のフィルム１４は、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなるフィルムである。なお、第１のフィルム１４は、単層のフィルムに限られず、複数の層を有するラミネートフィルムであってもよい。

第２のインク受容層１５は、第１のフィルム１４上に形成される。第２のインク受容層１５は、印刷工程で使用されるインク、例えば、インクジェットプリンタのインクを受容し、定着させる層である。第２のインク受容層１５は、第１のインク受容層１３と同様に印刷工程で使用されるインクに応じて、汎用されている材料を使用して形成される。例えば水性インクを利用する場合では、第２のインク受容層１５は、多孔質シリカ、又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂等から選択される樹脂を用いて形成される。なお、第２のインク受容層１５は、第１のインク受容層１３と同じ材料から形成されても、異なる材料から形成されてもよい。

第２のフィルム１６は、基材１１の他方の面（裏面、図１に示す下面）に設けられる。第２のフィルム１６は、樹脂製のフィルムであり、例えば、ポリエチレン系、ポリビニルアルコール系、ポリプロピレン系、ポリ塩化ビニル系、又はこれらの共重合体等から選択される樹脂からなるフィルムである。第２のフィルム１６は、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなるフィルムである。第２のフィルム１６は、後述するように製造時に基材１１の下面に設けられる。第２のフィルム１６を設けることにより、第１のフィルム１４のみを形成した場合と比較し、製造時において熱膨張性シート１０に生ずる反りを低減することが可能となる。

（熱膨張性シート１０の製造方法）
次に、熱膨張性シート１０の製造方法を図２（ａ）〜図２（ｄ）及び図３を用いて説明する。

まず、基材１１としてシート状の紙を用意する。基材１１は、例えばロール紙を使用する。また、以下に示す製造方法はロール式に限らず、枚葉式で行うことも可能である。

次に、熱可塑性樹脂等からなるバインダと熱膨張性材料（熱膨張性マイクロカプセル）とを混合させ、熱膨張層１２を形成するための塗布液を調製する。続いて、バーコータ、ローラーコータ、スプレーコータ等の公知の塗布装置を用いて、塗布液を基材１１の一方の面上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図２（ａ）に示すように熱膨張層１２を形成する。なお、目標とする熱膨張層１２の厚みを得るため、塗布液の塗布及び乾燥を複数回行ってもよい。

次に、第１のインク受容層１３を構成する材料、例えば多孔質シリカ、ＰＶＡ等から選択される材料を用いて塗布液を調製する。続いて、この塗布液を、バーコータ、ローラーコータ、スプレーコータ等の方式による公知の塗布装置を用いて、熱膨張層１２上に塗布する。なお、目標とする第１のインク受容層１３の厚みを得るため、塗布液の塗布及び乾燥を複数回行ってもよい。続いて、塗膜を乾燥させ、図２（ｂ）に示すように、第１のインク受容層１３を形成する。

次に、図３に示すラミネート装置７０を用いて、第１のフィルム１４及び第２のフィルム１６を基材１１に対して貼り付ける。ラミネート装置７０は、図３に示すように、入力ローラ７１、第１のヒータローラ７２、第２のヒータローラ７３、出力ローラ７４、を備える。熱膨張層１２及び第１のインク受容層１３が形成された基材１１は、巻き取られた状態で、装置の巻き出し位置に置かれる。基材１１は、入力ローラ７１へと搬送され、一対の入力ローラ７１の間を通り、第１のヒータローラ７２及び第２のヒータローラ７３へと搬送される。第１のヒータローラ７２へは、第１のフィルム１４が供給され、第２のヒータローラ７３へは、第２のフィルム１６が供給される。第１のフィルム１４は、第１のヒータローラ７２によって、第２のフィルム１６は第２のヒータローラ７３によって熱せられる。また、第１のヒータローラ７２及び第２のヒータローラ７３によって、第１のフィルム１４及び第２のフィルム１６は、基材１１に対して押しつけられ、基材１１に対して同時に圧着される。続いて、基材１１は一対の出力ローラ７４の間を通り、巻き取られる。なお、第２のヒータローラ７３は、ヒータを備えないゴムローラ等としてもよい。この場合は、第２のフィルム１６は、第１のヒータローラ７２等から伝わる熱によって加熱される。なお、本実施形態において「同時」とは、図３に示すラミネート装置７０のように、上下からフィルムを供給し、一対の第１のヒータローラ７２及び第２のヒータローラ７３でほぼ同時に圧着する構成に限らず、第１のヒータローラ７２及び第２のヒータローラ７３と対応するローラをもう一組備え、第１のフィルム１４を貼りつけた後に続いて第２のフィルム１６を貼りつけるという程度の時差を設けた圧着も含む。この場合、図３のように上下からフィルムを供給する構成の方が、よりシートの反りを低減でき、好ましい。

次に、第２のインク受容層１５を構成する材料、例えば多孔質シリカ、ＰＶＡ等から選択される材料を用いて塗布液を調製する。続いて、この塗布液を、バーコータ、ローラーコータ、スプレーコータ等の方式による公知の塗布装置を用いて、第１のフィルム１４上に塗布する。なお、目標とする第２のインク受容層１５の厚みを得るため、塗布液の塗布及び乾燥を複数回行ってもよい。続いて、塗膜を乾燥させ、図２（ｄ）に示すように、第２のインク受容層１５を形成する。また、第２のインク受容層１５は、塗布液を用いて形成する構成に限られず、例えば第１のフィルム１４として、表面に予めインク受容層が形成されたフィルムを使用し、この予め形成されているインク受容層を第２のインク受容層１５として用いることも可能である。
また、ロール状の基材１１を用いた場合は、立体画像形成システム５０に適合する大きさに裁断を行う。

以上の工程により、熱膨張性シート１０が製造される。

本実施形態の熱膨張性シート１０及び熱膨張性シート１０の製造方法では、第１のインク受容層１３上に第１のフィルム１４を形成するだけでなく、基材１１の下面にも第２のフィルム１６を形成する。製造時において、フィルムは、貼り付けた後の冷却時に収縮が生じるため、フィルムを片面のみに設ける構成では、フィルムの収縮力により、シート全体が反ってしまう。これに対し、本実施形態の熱膨張性シート１０では、熱膨張性シート１０の上下の面に、それぞれ第１のフィルム１４と第２のフィルム１６とが設けられているため、製造時に生ずる反りを抑制することができる。従って、反りの抑制された熱膨張性シート１０及び熱膨張性シート１０の製造方法を提供することができる。

（立体画像形成システム）
次に、本実施形態の熱膨張性シート１０に立体画像を形成する立体画像形成システム５０について説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、立体画像形成システム５０は、制御ユニット５１と、印刷ユニット５２と、膨張ユニット５３と、表示ユニット５４と、天板５５と、フレーム６０と、を備える。図４（ａ）は、立体画像形成システム５０の正面図であり、図４（ｂ）は、天板５５を閉じた状態における立体画像形成システム５０の平面図であり、図４（ｃ）は、天板５５を開いた状態における立体画像形成システム５０の平面図である。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）において、Ｘ方向は水平方向と同一であり、Ｙ方向はシートが搬送される搬送方向Ｄと同一であり、更にＺ方向は鉛直方向と同一である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交する。

制御ユニット５１、印刷ユニット５２、膨張ユニット５３は、それぞれ図４（ａ）に示すようにフレーム６０内に載置される。具体的に、フレーム６０は、一対の略矩形状の側面板６１と、側面板６１の間に設けられた連結ビーム６２とを備え、側面板６１の上方に天板５５が渡されている。また、側面板６１の間に渡された連結ビーム６２の上に印刷ユニット５２及び膨張ユニット５３がＸ方向に並んで設置され、連結ビーム６２の下に制御ユニット５１が固定されている。表示ユニット５４は天板５５内に、天板５５の上面と高さが一致するように埋設されている。

制御ユニット５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、印刷ユニット５２、膨張ユニット５３及び表示ユニット５４を制御する。

印刷ユニット５２は、インクジェット方式の印刷装置である。図４（ｃ）に示すように、印刷ユニット５２は、熱膨張性シート１０を搬入するための搬入部５２ａと、熱膨張性シート１０を排出するための排出部５２ｂと、を備える。印刷ユニット５２は、搬入部５２ａから搬入された熱膨張性シート１０の表面又は裏面に指示された画像を印刷し、画像が印刷された熱膨張性シート１０を排出部５２ｂから排出する。また、印刷ユニット５２には、後述するカラーインク層４２を形成するためのカラーインク（シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ））、と、表側変換層４１と裏側変換層４３とを形成するための黒色インク（カーボンブラックを含む）とが備えられている。なお、カラーインク層４２において黒又はグレーの色を形成するため、カラーインクとして、カーボンブラックを含まない黒のカラーインクを更に備えてもよい。

印刷ユニット５２は、熱膨張性シート１０の表面に印刷するカラー画像（カラーインク層４２）を示すカラー画像データを制御ユニットから取得し、カラー画像データに基づいて、カラーインク（シアン、マゼンタ、イエロー）を用いてカラー画像（カラーインク層４２）を印刷する。カラーインク層４２の黒又はグレーの色は、ＣＭＹの３色を混色して形成する。もしくは、カーボンブラックを含まない黒のカラーインクを更に使用して形成する。

また、印刷ユニット５２は、熱膨張性シート１０の表面において発泡及び膨張させる部分を示すデータである表面発泡データに基づき、黒色インクを用いて表側変換層４１を印刷する。同様に、熱膨張性シート１０の裏面において発泡及び膨張させる部分を示すデータである裏面発泡データに基づき、黒色インクを用いて裏側変換層４３を印刷する。また、カーボンブラックを含む黒色インクは、電磁波を熱に変換する材料の一例である。なお、電磁波を熱に変換する材料としては、これ以外を利用してもよい。黒色インクの濃度がより濃く形成された部分ほど、熱膨張層の膨張高さは高くなる。このため、黒色インクの濃度は、目標高さに対応するように濃淡が決定される。

膨張ユニット５３は、熱膨張性シート１０に熱を加えて膨張させる膨張装置である。図４（ｃ）に示すように、膨張ユニット５３は、熱膨張性シート１０を搬入するための搬入部５３ａと、熱膨張性シート１０を排出するための排出部５３ｂと、を備える。膨張ユニット５３は、搬入部５３ａから搬入された熱膨張性シート１０に熱を加えて膨張させ、膨張した熱膨張性シート１０を排出部５３ｂから排出する。膨張ユニット５３は内部に照射部（図示せず）を備える。照射部は、例えば、ハロゲンランプであり、熱膨張性シート１０に対して、近赤外領域（波長７５０〜１４００ｎｍ）、可視光領域（波長３８０〜７５０ｎｍ）又は中赤外領域（波長１４００〜４０００ｎｍ）の光（電磁波）を照射する。カーボンブラックを含む黒色インクが印刷された熱膨張性シート１０に光を照射すると、黒色インクが印刷された部分では、黒色インクが印刷されていない部分に比べて、より効率良く光が熱に変換される。そのため、熱膨張層１２のうち、黒色インクが印刷された領域が主に加熱されて、その結果、熱膨張層１２は、黒色インクが印刷された領域が膨張する。また、照射部から電磁波を照射する際、出力、時間、スピード、距離、温度、湿度、冷却時間などを制御することにより、立体画像を良好な精度で表現することが可能となる。なお、照射部はハロゲンランプに限られず、電磁波を照射可能であれば、他の構成を採ることも可能である。また、電磁波の波長も上記の範囲に限定されるものではない。

表示ユニット５４は、タッチパネル等から構成される。表示ユニット５４は、例えば図４（ｂ）に示すように、印刷ユニット５２によって熱膨張性シート１０に印刷される画像（図４（ｂ）に示す星）を表示する。また、表示ユニット５４は、操作ガイド等を表示し、ユーザは、表示ユニット５４に触れることで、立体画像形成システム５０を操作することが可能である。

（立体画像形成方法）
次に、図５に示すフローチャート及び図６（ａ）〜図７（ｇ）に示す熱膨張性シート１０の断面図を参照して、立体画像形成システム５０によって熱膨張性シート１０上に立体画像を形成する処理の流れを説明する。

第１に、ユーザは、立体画像が形成される前の熱膨張性シート１０を準備し、表示ユニット５４を介して、カラー画像データ、表面発泡データ及び裏面発泡データを指定する。そして、熱膨張性シート１０を、その表面を上側に向けて印刷ユニット５２に挿入する。印刷ユニット５２は、挿入された熱膨張性シート１０の表面（第２のインク受容層１５上）に変換層（表側変換層４１）を印刷する（ステップＳ１）。表側変換層４１は、光を熱に変換する材料、具体的にはカーボンブラックを含む黒色インクで形成された層である。印刷ユニット５２は、指定された表面発泡データに従って、熱膨張性シート１０の表面に、カーボンブラックを含む黒色インクを吐出する。その結果、図６（ａ）に示すように、第２のインク受容層１５上に表側変換層４１が形成される。なお、理解を容易とするため、第２のインク受容層１５上に表側変換層４１が形成されているように図示しているが、より正確には黒色インクは第２のインク受容層１５中に受容されているため、第２のインク受容層１５中に表側変換層４１が形成されている。

第２に、ユーザは、熱膨張性シート１０の裏面に設けられた第２のフィルム１６を剥離する（ステップＳ２）。その結果、図６（ｂ）に示すように基材１１の裏面から第２のフィルム１６が取り除かれる。ここで、第２のフィルム１６の剥離は、表側変換層４１への光の照射（ステップＳ３）に先だって行うことが好適である。なぜなら、表側変換層４１への光の照射後は、第２のフィルム１６が収縮してしまい、熱膨張層１２の膨張後の熱膨張性シート１０の反りを増加させてしまうため、ステップＳ３の前に剥離されていることが好適だからである。加えて、第２のフィルム１６の剥離は、表側変換層４１の印刷に先立って行ってもよいが、表側変換層４１の印刷工程（ステップＳ１）と、表側変換層４１への光の照射（ステップＳ３）との間で行うのが好適である。なぜなら、表側変換層４１の印刷時には、第２のフィルム１６が存在した状態で行う方が、シートの反りが抑えられるためである。

第３に、ユーザは、表側変換層４１が印刷された熱膨張性シート１０を、その表面を上側に向けて膨張ユニット５３に挿入する。膨張ユニット５３は、挿入された熱膨張性シート１０へ表面から光を照射して加熱する（ステップＳ３）。具体的に説明すると、膨張ユニット５３は、照射部によって熱膨張性シート１０の表面に光を照射する。熱膨張性シート１０の表面に印刷された表側変換層４１は、照射された光を吸収することによって発熱する。その結果、図６（ｃ）に示すように、熱膨張性シート１０のうちの表側変換層４１が印刷された領域が盛り上がって膨張する。また、表側変換層４１の黒色インクの濃度を、濃くすることにより、濃く印刷された領域をより高く膨張させることが可能となる。

第４に、ユーザは、熱膨張性シート１０の表面に設けられた第１のフィルム１４を剥離する（ステップＳ４）。これにより、図６（ｄ）に示すように、第１のインク受容層１３が露出する。ここで、第１のフィルム１４は、ステップＳ３の終了直後は、光の照射により加熱された状態にある。この温度が高い状態から冷却が進むほど、第１のフィルム１４が収縮し、第１のフィルム１４が収縮する力により、熱膨張性シート１０の反りが強く生ずる。熱膨張性シート１０への反りの発生を抑えるため、第１のフィルム１４は、ステップＳ３の終了後速やかに剥離することが好ましい。具体的には第１のフィルム１４が冷え切る前に、換言すれば、第１のフィルム１４が表側変換層４１から発せられる熱により温度が上昇し、その後周辺環境の温度に冷却されるまでの間に、剥離されることが好ましい。

第５に、熱膨張層１２が膨張した熱膨張性シート１０を、その表面を上側に向けて印刷ユニット５２に挿入する。印刷ユニット５２は、挿入された熱膨張性シート１０の表面にカラー画像（カラーインク層４２）を印刷する（ステップＳ５）。具体的には、印刷ユニット５２は、指定されたカラー画像データに従って、熱膨張性シート１０の表面に、シアンＣ、マゼンタＭ及びイエローＹの各インクを吐出する。その結果、図７（ｅ）に示すように、第１のインク受容層１３上にカラーインク層４２が形成される。なお、第１のインク受容層１３上にカラーインク層４２が形成されているように図示しているが、より正確にはカラーインクは第１のインク受容層１３中に受容されている。また、ステップＳ４により、表側変換層４１が設けられた第１のフィルム１４を剥離することにより、熱膨張性シート１０の表面に表側変換層４１を取り除くことができる。特に変換層をカーボンブラックを含むインクを用いて印刷した場合、変換層の上に形成されるカラーインク層の色味が濁る、又は鮮やかな色を再現しにくいという問題がある。本実施形態では、第１のフィルム１４の剥離により、表側変換層４１が取り除くことができるため、表側変換層４１によるカラーインク層４２の色味への影響を除くことができる。また、カラーインク層４２が不要な場合は、ステップＳ５は省略することが可能である。

第６に、カラーインク層４２の形成後、カラーインク層４２を乾燥させる（ステップＳ６）。例えば、ユーザは、カラーインク層４２が印刷された熱膨張性シート１０を、その裏面を上側に向けて膨張ユニット５３に挿入し、膨張ユニット５３は、挿入された熱膨張性シート１０を裏面から加熱し、熱膨張性シート１０の表面に形成されたカラーインク層４２を乾燥させる。具体的に説明すると、膨張ユニット５３は、照射部によって熱膨張性シート１０の裏面に光を照射させ、カラーインク層４２を加熱し、カラーインク層４２中に含まれる溶媒を揮発させる。なお、ステップＳ６は省略することも可能である。

第７に、ユーザは、カラーインク層４２が印刷された熱膨張性シート１０を、その裏面を上側に向けて印刷ユニット５２に挿入する。印刷ユニット５２は、挿入された熱膨張性シート１０の裏面に変換層（裏側変換層４３）を印刷する（ステップＳ７）。裏側の変換層４３は、熱膨張性シート１０の表面に印刷された表側変換層４１と同様に、光を熱に変換する材料、具体的にはカーボンブラックを含む黒色インクで形成された層である。印刷ユニット５２は、指定された裏面発泡データに従って、熱膨張性シート１０の裏面に、カーボンブラックを含む黒色インクを吐出する。その結果、図７（ｆ）に示すように、基材１１の裏面に裏側変換層４３が形成される。裏側変換層４３についても、裏側変換層４３の黒色インクの濃度を、濃くすると、濃く印刷された領域をより高く膨張させることが可能となる。

第８に、ユーザは、裏側変換層４３が印刷された熱膨張性シート１０を、その裏面を上側に向けて膨張ユニット５３に挿入する。膨張ユニット５３は、挿入された熱膨張性シート１０へ裏面から光を照射して加熱する（ステップＳ８）。具体的に説明すると、膨張ユニット５３は、照射部（図示せず）によって熱膨張性シート１０の裏面に光を照射させる。熱膨張性シート１０の裏面に印刷された裏側変換層４３は、照射された光を吸収することによって発熱する。その結果、図７（ｇ）に示すように、熱膨張性シート１０のうちの裏側変換層４３が印刷された領域が盛り上がって膨張する。ここで、裏側変換層４３への光の照射時に、第１のフィルム１４が存在すると、照射後に第１のフィルム１４が収縮し、熱膨張性シート１０に反りが発生する。このため、裏側変換層４３への光の照射前に第１のフィルム１４が剥離されていることが好適である。

以上のような手順によって、熱膨張性シート１０に立体画像が形成される。

なお、変換層は表側のみ又は裏側のみに形成されてもよい。表側変換層４１のみを利用して熱膨張層１２を膨張させる場合、上記の処理のうちステップＳ１〜Ｓ６を実施する。一方、裏側変換層４３のみを利用して熱膨張層１２を膨張させる場合、上記の処理の内、ステップＳ２、ステップＳ４〜ステップＳ８を実施する。なお、ステップＳ２、ステップＳ４の順は入れ替えてもよい。

本実施形態の立体画像形成方法では、特に表側変換層４１への光の照射に先だって、第２のフィルム１６を剥離する。これにより、表側変換層４１への光の照射後に、第２のフィルム１６が収縮し、熱膨張性シート１０の反りを増加させることを防ぐことができる。また、第２のフィルム１６の剥離を、表側変換層４１の印刷工程と、表側変換層４１への光の照射との間に行うことにより、熱膨張性シート１０の反りの発生を抑制することができる。更に、第１のフィルム１４は、表側変換層４１への光の照射後、第１のフィルム１４が冷え切る前に、速やかに剥離することにより、シートに生ずる反りを抑制することができる。加えて、裏側変換層４３への光の照射前に第１のフィルム１４を剥離することによっても、熱膨張性シート１０に反りが生ずることを抑制することができる。

（実施例）
紙上に熱膨張層が形成されたＡ４サイズの紙を用意し、実施例に係るシートとして、本実施形態の熱膨張性シート１０と同様に、基材上に熱膨張層等を形成し、両面にフィルム（１２μｍ厚、１５μｍ厚）を貼り付けたシートを作成した。また、比較例として、一方の面（熱膨張層が設けられた面）のみにフィルム（１２μｍ厚、１５μｍ厚）を貼り付けたシートを作成した。これらのシートについて、フィルムを貼り付ける際の温度を変え、反り量（ｍｍ）、フィルム収縮率（％）、フィルムの粘着力（ｎ／ｃｍ）を測定した。なお、ラミネータとしては、市販されている家庭用のラミネータを使用した。搬送速度は、０．４ｍ／分とした。ラミネータは、１３０℃、１５０℃に設定した。また、フィルムとしては１２μｍ厚、１５μｍ厚のフィルム（エチレン−ビニルアルコール共重合体）を使用した。また、本実施例の反り量は、図８（ａ）に示すように、用紙の端が反り返った高さ（ｍｍ）を測定した。反り量は、用紙の最も低い部分（図８（ａ）に示す用紙の中心部分）からみた用紙端の高さとも表現できる。フィルム収縮率は、熱をかける前のフィルム幅（２１０ｍｍ）に対する、熱をかけた後のフィルム幅の縮み量（ｍｍ）の割合（％）を示すものである。また、粘着力は、用紙にフィルムを貼り付けた状態で、１８０°に折り返し、どの程度の力に耐えられるかにより測定を行った。

実施例に係るシートでは、図８（ｂ）に示すように、１２μｍ厚のフィルム、１５μｍ厚のフィルムのいずれを使用した場合であっても、温度１５０℃において、反り量は、５ｍｍ、収縮率０．４％、粘着力０．０３Ｎ／ｃｍであった。

これに対し、比較例に係るシートでは、図８（ｃ）に示すように、１２μｍ厚のフィルムを片面に設けた場合（熱膨張層が設けられた面）、温度１３０℃では反り量が９ｍｍであり、１５０℃では１４ｍｍと増加した。収縮率も同様であり、温度１３０℃では０．３％であり、１５０℃では０．４％と増加した。粘着力は、温度１３０℃では０．０２Ｎ／ｃｍ、１５０℃では０，０３Ｎ／ｃｍと増加した。１５μｍ厚のフィルムを片面に設けた場合、反り量は、温度１３０℃では１２ｍｍであり、１５０℃では１４ｍｍと増加した。収縮率は、温度１３０℃では０．４％であり、１５０℃では０．４％であった。粘着力は、温度１３０℃では０．０３Ｎ／ｃｍであり、１５０℃では０．０３Ｎ／ｃｍであった。なお、温度９０℃、１１０℃でも実験を行ったが、９０℃ではフィルムが接着されず、１１０℃ではフィルムの粘着力が低く、搬送時等に剥離が生じることがあった。また、フィルムの圧着は、熱膨張層の膨張温度以上で行ったが、貼り付けるフィルムと、ラミネータとの間に樹脂製シートを介在させており、熱膨張層は発泡しなかった。また、樹脂製シートを使用しなくとも瞬間的な加熱による圧着であれば熱膨張層は発泡しない。

このように、本実施例の熱膨張性シートでは、１５０℃において、フィルムは０．４％と比較例と同様に収縮しており、粘着力も同程度の数値が得られつつ、反り量は５ｍｍに抑えられている。実施例のシートではいずれも、比較例の両方のシートの反り量９ｍｍ〜１４ｍｍと比較して、１／２〜１／３程度に反りを抑えることができた。また、フィルムを備えない熱膨張性シートに熱をかけると１ｍｍ程度の反りが発生することを考慮しても、本実施例の熱膨張性シートでは、十分にシートの反りを抑えられていることが言える。

本発明は上述した実施形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。
上述した実施形態で挙げた熱膨張性シート１０を構成する各層の材料は、一例であって、これに限られず、例示した材料以外の材料を使用することを排除するものではない。また、熱膨張性シート１０の各層の厚みは、図示の都合上、誇張して表現されており、図示されている比率に限定されるものではない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の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］
基材の一面上に設けられ、吸収した熱量に応じて膨張する熱膨張層と、
前記熱膨張層上に設けられ、樹脂からなる第１のフィルムと、
前記基材の他面上に設けられ、樹脂からなる第２のフィルムと、
を備えることを特徴とする熱膨張性シート。
［付記２］
基材の一面上に設けられ、吸収した熱量に応じて膨張する熱膨張層上に樹脂からなる第１のフィルムを設ける第１のフィルム形成工程と、
前記基材の他面上に、樹脂からなる第２のフィルムを設ける第２のフィルム形成工程と、
を有することを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
［付記３］
前記第１のフィルム形成工程と、前記第２のフィルム形成工程とは、熱圧着により行われる、
ことを特徴とする付記２に記載の熱膨張性シートの製造方法。
［付記４］
前記第１のフィルム形成工程と、前記第２のフィルム形成工程とは、同時に行われる、ことを特徴とする付記２又は３に記載の熱膨張性シートの製造方法。
［付記５］
基材の一面上に設けられ、吸収した熱量に応じて膨張する熱膨張層と、前記熱膨張層上に設けられ、樹脂からなる第１のフィルムと、前記基材の他面上に設けられ、樹脂からなる第２のフィルムと、を備える熱膨張性シートを用い、
前記第１のフィルム上に電磁波を熱へ変換する第１の変換層を形成する第１の変換層形成工程と、
前記第１の変換層へ電磁波を照射し、前記熱膨張層を膨張させる第１の膨張工程と、を有し、
前記第２のフィルムを前記第１の膨張工程の前に剥離する、
ことを特徴とする立体画像形成方法。
［付記６］
前記第２のフィルムは、前記第１の変換層形成工程の後であって、前記第１の膨張工程の前に、剥離される、
ことを特徴とする付記５に記載の立体画像形成方法。
［付記７］
前記第１のフィルムは、前記第１の膨張工程の後、前記第１のフィルムが冷却される前に剥離される、
ことを特徴とする付記５又は６に記載の立体画像形成方法。
［付記８］
前記基材の他面上に形成され、電磁波を熱へ変換する第２の変換層へ電磁波を照射する第２の膨張工程を更に備え、
前記第１のフィルムは、前記第２の膨張工程の前に剥離される、
ことを特徴とする付記５乃至７のいずれか１つに記載の立体画像形成方法。

１０・・・熱膨張性シート、１１・・・基材、１２・・・熱膨張層、１３・・・第１のインク受容層、１４・・・第１のフィルム、１５・・・第２のインク受容層、１６・・・第２のフィルム、４１・・・表側変換層、４２・・・カラーインク層、４３・・・裏側変換層、５０・・・立体画像形成システム、５１・・・制御ユニット、５２・・・印刷ユニット、５２ａ・・・搬入部、５２ｂ・・・排出部、５３・・・膨張ユニット、５３ａ・・・搬入部、５３ｂ・・・排出部、５４・・・表示ユニット、５５・・・天板、６０・・・フレーム、６１・・・側面板、６２・・・連結ビーム、７０・・・ラミネート装置、７１・・・入力ローラ、７２・・・第１のヒータローラ、７３・・・第２のヒータローラ、７４・・・出力ローラ

Claims (5)

1. 基材の一面上に設けられ、吸収した熱量に応じて膨張する熱膨張層と、前記熱膨張層上に設けられ、樹脂からなる第１のフィルムと、前記基材の他面上に設けられ、樹脂からなる第２のフィルムと、を備える熱膨張性シートを用い、
   前記第１のフィルム上に電磁波を熱へ変換する第１の変換層を形成する第１の変換層形成工程と、
   前記第１の変換層へ電磁波を照射し、前記熱膨張層を膨張させる第１の膨張工程と、
   前記基材の他面上に形成され、電磁波を熱へ変換する第２の変換層へ電磁波を照射する第２の膨張工程と、
   を有し、
   前記第２のフィルムを前記第１の膨張工程の前に剥離し、
   前記第１のフィルムを前記第２の膨張工程の前に剥離する、
   ことを特徴とする立体画像形成方法。
2. 前記第２のフィルムは、前記第１の変換層形成工程の後であって、前記第１の膨張工程の前に、剥離される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成方法。
3. 前記第１のフィルムは、前記第１の膨張工程の後、前記第１のフィルムが冷却される前に剥離される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像形成方法。
4. 前記第１のフィルムを剥離後、前記熱膨張層上にカラーインクでカラー画像を形成するカラー画像形成工程を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体画像形成方法。
5. 前記第２のフィルムを剥離後、前記基材の他面上に前記第２の変換層を形成する第２の変換層形成工程を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体画像形成方法。

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