JP6923018B2 - 熱膨張性シート及び立体画像の製造方法 - 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及び立体画像を製造する方法に関する。

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上に光を熱に変換する光熱変換層を形成し、光熱変換層に光を照射することで、熱膨張層を部分的又は全体的に膨張させることができる。また、光熱変換層の形状を変化させることで、熱膨張性シート上に立体的な造形物（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、立体画像の形を、高低差を付けて鮮明に表現するためには、熱膨張層を発泡、膨張させた際の膨張高さを増加させることが求められる。

膨張高さを増加させるためには、熱膨張性材料が基材上により多く存在するように、熱膨張層を厚く形成するということが考えられる。しかし、熱膨張層を厚く形成すると、熱膨張性シート全体の厚みが増すという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、熱膨張層を膨張させた際、良好な膨張高さを有する熱膨張性シートと立体画像の製造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、本発明に係る熱膨張性シートは、
基材上に熱膨張材料を含む熱膨張層が形成された熱膨張性シートであって、
前記熱膨張層を膨張させた際、前記基材は当該熱膨張層が膨張する力によって上側に引かれて変形する、
ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る立体画像の製造方法は、
基材の上に熱膨張材料を含む熱膨張層を形成する工程と、
前記基材又は前記熱膨張層上に光を熱に変換する光熱変換層を形成する工程と、
前記光熱変換層に光を照射する工程と、
を含み、
前記熱膨張層を膨張させた際、前記基材は当該熱膨張層が膨張する力によって上側に引かれて変形する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、熱膨張層を膨張させた際、良好な膨張高さを有する熱膨張性シートと立体画像の製造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熱膨張層を膨張させた例を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る熱膨張性シートの製造方法の概要を示す断面図である。 実施形態に係る立体画像形成ユニットの概要を示す図である。 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模式的に示す断面図である。 （ａ）熱膨張性シートの熱膨張層を膨張させた後、測定した箇所を説明する図である。（ｂ）各基材における光熱変換層の黒濃度と凸量との関係を示すグラフである。 （ａ）各基材における光熱変換層の黒濃度と基材変形量との関係を示すグラフである。（ｂ）各基材における光熱変換層の黒濃度と純粋な発泡量（差分）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態に係る熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

熱膨張性シート１０は、図１に示すように、基材１１、アンカー層１２、熱膨張層１３、第１のインク受容層１４、第２のインク受容層１５、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、凹凸を有する造形物（立体画像）が形成される。また、詳細に後述するように、本実施形態の熱膨張性シート１０は、立体画像形成システム５０で、印刷を施し、熱膨張層１３を膨張させる際に基材１１が図２に示すように熱膨張層１３に追従して変形する点に特徴を有する。

基材１１は、熱膨張層１３等を支持するシート状の部材である。基材１１としては、上質紙、中質紙等の紙、又は、一般的に使用されている樹脂製のシート状（フィルムを含む）の材料を適宜選択して使用することができる。樹脂製のシートは、例えば、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、シリコーン系樹脂等から選択される樹脂を含むシートを使用することができる。また、本実施形態では、詳細に後述するように、基材１１は、熱膨張層１３が加熱により全体的又は部分的に発泡により膨張した時に、熱膨張層１３の膨張に追従して変形する点に特徴を有する。このため、基材１１は、熱変形しやすいことが求められ、基材１１として用いる材料、基材１１の厚さ等は、熱変形が容易であるように選択される。例えば、基材１１の厚みは、熱膨張層１３の厚みと同じか、熱膨張層１３より薄く形成されることが好ましい。

基材１１は、熱膨張層１３を発泡、膨張させる際に熱膨張層１３の膨張する方向に追従する形で変形し、変形後はその形状を維持する。より具体的に、熱膨張層１３が膨張すると、熱膨張層１３には図２に示す凸部１３ａが形成される。この凸部１３ａが形成される際、膨張する力は基材１１とは反対の方向（図２に示す上側）に働く。この膨張する力に引かれるようにして、基材１１が変形する。そして、図２に示すように、周囲の領域から突出するように、基材１１の表面に凸部１１ａが形成される。また、基材１１の裏面では、表面に形成される凸部１１ａの形状に対応する凹部１１ｂが形成される。本明細書では、このような熱膨張層１３の凸部１３ａ、基材１１の凸部１１ａ及び凹部１１ｂの形状をエンボス状と表現する。

所謂エンボス加工の一つの手法では、上下の型に対応する凹凸の形状を形成し、上下の型内に紙等の基材を挟み込み、基材に凹凸の形状を形成する。これに対し、本実施形態では、基材１１は、熱膨張層１３が膨張する力に引かれて変形するため、エンボス加工のように熱膨張層の膨張後の形状と一致する形が、細部まで正確に基材１１の裏面に形成されるわけではない。例えば、多数の突起を有する、複数の段があるなど、平面的及び／又は立体的に複雑な輪郭を有する形が熱膨張層１３に形成された場合、基材１１の裏面にはこの突起や段といった複雑な輪郭は現れない。基材１１の裏面に現れる形は、輪郭が略された形となり、細部の輪郭が正確に一致するわけではない。しかし、基材１１に形成される凸部１１ａ及び凹部１１ｂは、熱膨張層１３に形成される凸部１３ａの直下に形成され、その形成される領域はほぼ同じである。また、凸部１１ａの形状は、凸部１３ａを概ね縮小させた形となり、凹部１１ｂの形も同様である。従って、エンボス加工によって生ずる形状と類似し、本実施形態のような基材１１の形状は、エンボス状と表現し得る。

また、このように基材１１が変形することにより、熱膨張層１３だけが膨張する場合と比較し、基材１１の変形分だけ膨張高さが高くなり、全体の膨張高さを増加させる効果がある。つまり、熱膨張性シート１０全体から見ると、膨張後の高さは、熱膨張層１３自身の膨張高さと基材１１の変形した高さとなる。従って、熱膨張層１３自体の膨張高さを少なくしても、基材１１によって膨張高さを補うことができ、熱膨張性シート１０全体としては、良好な膨張高さを得ることができる。また、同じ膨張高さを得る場合、基材１１が変形する分、基材が変形しない従来の構成と比較し、熱膨張層１３を薄く形成することも可能となる。

なお、本実施形態では、熱膨張層１３が膨張した領域下の基材１１が、全てが変形するものではない。ある厚み以上に熱膨張層１３を膨張させた場合に、基材１１の裏面がエンボス状に変形される。光熱変換層の濃度を薄くするなどして、熱膨張層１３の発泡、膨張の程度が低い場合は、基材１１が変形しないこともある。従って、本実施形態では、熱膨張層１３を膨張させた領域下の基材１１が全て変形し、エンボス状となる、ということを意図するものではなく、熱膨張層１３をある高さ以上に膨張させた領域下の基材１１を変形させ、エンボス状とするものである。

アンカー層１２は、基材１１の一方の面（図１に示す上面）に設けられ、アンカー層１２の上には熱膨張層１３が形成される。アンカー層１２は、基材１１と熱膨張層１３とに良好な接着性を有する層であり、熱膨張層１３が膨張した際に、基材１１から剥離することを抑制する。アンカー層１２は、ポリエステル、アクリル、ポリウレタン又はこれらのいずれかの共重合体からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂を含む。例えば、アンカー層１２に含まれる樹脂は、例えばポリエステル系樹脂のみを含んでもよく、ポリエステル系樹脂とポリウレタン系樹脂とを含んでもよい。また、アンカー層１２に含まれる樹脂は変性剤によって変性されていてもよい。特に、本実施形態では、アンカー層１２は、ポリエステル・アクリル・ウレタン複合樹脂を含むことが好ましい。なお、これに限られるものではないが、ポリエステル・アクリル・ウレタン複合樹脂を含む水分散液としては、高松油脂（株）社製「ＷＡＣ−１７ＸＣ」等が挙げられる。

本実施形態では、上述したように基材１１が熱膨張層１３の膨張に追従して変形するため、剥離が生じないよう基材１１と熱膨張層１３とは良好に接着していることが好ましく、両者の間にアンカー層１２が設けられていることが好ましい。なお、アンカー層１２は、基材１１と熱膨張層１３とが良好に接着し、熱膨張層１３の膨張によって剥離が生じにくければ、省略することも可能である。

熱膨張層１３は、基材１１の一方の面（図１では、上面）上に設けられたアンカー層１２の上に形成される。熱膨張層１３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、マイクロカプセル）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１のインク受容層１４上、及び／又は基材１１の下面（裏面）に光熱変換層を形成し、光を照射することで、光熱変換層が設けられた領域を発熱させる。熱膨張層１３は、熱膨張性シート１０の表面及び／又は裏面の光熱変換層で生じた熱を吸収して発泡し、膨張するため、特定の領域のみを選択的に膨張させることができる。

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から選択される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封入したものである。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から選択される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。

第１のインク受容層１４は、基材１１の一方の面上に形成された熱膨張層１３の上に形成される。第１のインク受容層１４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１４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は、第１のインク受容層１４は、多孔質シリカ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等から選択される材料を使用して形成される。

第２のインク受容層１５は、基材１１の他方の面上に形成される。第２のインク受容層１５は、第１のインク受容層１４と同様に、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も、汎用されている材料を使用して形成され、例えば水性インクを利用する場合では、多孔質シリカ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等から選択される材料を使用して形成される。特に、基材１１としてプラスチックフィルム等、インクを受容しにくい材料を用い、更に基材１１の裏側に光熱変換層を形成する場合は、図１に示すように第２のインク受容層１５を設けることが好ましい。なお、基材１１がインクを受容、定着させることが可能である場合、熱膨張性シート１０の表側のみに光熱変換層を形成する場合等、基材１１の材質、熱膨張性シート１０の用途に応じ、第２のインク受容層１５は省略することが可能である。

（熱膨張性シートの製造方法）
次に、熱膨張性シート１０の製造方法を図３（ａ）〜図３（ｄ）を用いて説明する。
まず、基材１１としてシート状の材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるシートを用意する。基材１１は、ロール状であっても、予め裁断されていてもよい。この際、基材１１の材料、厚みは、熱膨張層１３の膨張に応じ追従して変形することができるよう、熱変形しやすいものを選択する。例えば、基材１１の厚みは、熱膨張層１３の厚みと同じか、熱膨張層１３より薄く形成されることが好ましい。

次に、アンカー層１２を形成するため、ポリエステル、アクリル、ポリウレタン又はこれらのいずれかの共重合体からなる群から選択される少なくとも１つの樹脂を含む塗布液を調製する。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上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図３（ａ）に示すようにアンカー層１２を形成する。

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１３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、塗布液をアンカー層１２上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図３（ｂ）に示すように熱膨張層１３を形成する。なお、目標とする熱膨張層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。

次に、第１のインク受容層１４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、インク受容層１４を形成するための塗布液を調製する。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１３の上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図３（ｃ）に示すように、第１のインク受容層１４を形成する。

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、インク受容層１５を形成するための塗布液を調製する。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、基材１１の他方の面上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図３（ｄ）に示すように、第２のインク受容層１５を形成する。
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。
なお、第２のインク受容層１５を形成する工程は、アンカー層１２を形成する工程の前に行ってもよい。

（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）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ））、と、表側光熱変換層４１と裏側光熱変換層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、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光熱変換層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光熱変換層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、光を熱に変換する材料の一例である。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１３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１３は、黒色インクが印刷された領域が膨張する。

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。

（立体画像形成処理）
次に、図５に示すフローチャート及び図６（ａ）〜図６（ｄ）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の表面に光熱変換層（表側光熱変換層４１）を印刷する（ステップＳ１）。表側光熱変換層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１のインク受容層１４上に表側光熱変換層４１が形成される。なお、理解を容易とするため、第１のインク受容層１４上に表側光熱変換層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１のインク受容層１４中に受容されているため、第１のインク受容層１４中に表側光熱変換層４１が形成されている。

第２に、ユーザは、光熱変換層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を表面から加熱する。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の表面に光を照射させる（ステップＳ２）。熱膨張性シート１０の表面に印刷された表側光熱変換層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（ｂ）に示すように、熱膨張性シート１０のうちの光熱変換層４１が印刷された領域が盛り上がって膨張する。特に本実施形態では、光熱変換層４１が印刷された領域下の基材１１が、熱膨張層１３の膨張に伴い、図６（ｂ）に示す上方に盛り上がって変形し、これにより基材１１の下面に窪み（凹部）が形成される。

第３に、ユーザは、表面が加熱されて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Ｓ３）。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６（ｃ）に示すように、第１のインク受容層１４及び光熱変換層４１の上にカラーインク層４２が形成される。

第４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（ステップＳ４）。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。

第５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の裏面に設けられた第２のインク受容層１５上に光熱変換層（裏側光熱変換層４３）を印刷する（ステップＳ５）。裏側光熱変換層４３は、熱膨張性シート１０の表面に印刷された表面光熱変換層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６（ｃ）に示すように、基材１１の裏面に光熱変換層４３が形成される。

第６に、ユーザは、裏側光熱変換層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を裏面から加熱する。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（ステップＳ６）。熱膨張性シート１０の裏面に印刷された光熱変換層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６（ｄ）に示すように、熱膨張性シート１０のうちの裏側光熱変換層４３が印刷された領域が盛り上がって膨張する。また、特に本実施形態では、裏側光熱変換層４３が印刷された領域の上の基材１１が、熱膨張層１３の膨張に伴い、図６（ｄ）に示す上方に盛り上がって変形し、基材１１の下面に窪み（凹部）が形成される。

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、図５及び図６（ａ）〜図６（ｄ）では、熱膨張性シート１０の表面及び裏面に光熱変換層を形成し、熱膨張性シート１０の表面及び裏面から熱膨張層１３を発泡、膨張させる構成を例に挙げているが、光熱変換層は表面のみ又は裏面のみに形成してもよい。表面のみに光熱変換層を形成する場合は、図５に示すステップＳ１〜Ｓ４を行い、裏面のみに光熱変換層を形成する場合は、図６に示すステップＳ３〜Ｓ６を行う。また、これらのステップの順番は適宜変更することも可能である。

次に、本実施形態の熱膨張性シートとして、基材及び厚みを異ならせた熱膨張性シートの熱膨張層を膨張させ、その膨張高さ等を測定した例を説明する。本実施形態の熱膨張性シートの例として、基材として１００μｍの厚みの紙、１００μｍの厚みのＰＥＴフィルム、５０μｍの厚みのＰＥＴフィルムを用意し、これらの基材の上に、同一条件（厚み、材料）の熱膨張層を形成した。また、従来の熱膨張性シートの例として、１９０μｍの厚みの紙の上に同じ条件の熱膨張層を形成した。これらの熱膨張性シートの表面上に、異なる黒濃度の光熱変換層を形成し、同一の条件で光を照射して、熱膨張層を発泡、膨張させた。光熱変換層は熱膨張性シートの表側のみに形成し、光熱変換層は全て同一の形とした。

このようにして熱膨張層を膨張させた各シートについて、図７（ａ）に示す、熱膨張層の上面からの熱膨張層の膨張高さ（凸量）と、基材１１の上面にあたる高さからの基材１１の凹部の変形量（基材変形量）とを測定した。また、凸量から基材変形量を減算し、純粋な発泡（膨張）量（差分）を算出した。このように測定された、凸量、基材変形量及び差分と、黒濃度との関係を、図７（ｂ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。なお、図７（ｂ）、図８（ａ）及び（ｂ）において、黒濃度は、光熱変換層を印刷する際のカラーデータ上でのブラック（Ｋ）の濃度を示す。Ｋ１００は、所謂ベタ黒（Ｋ１００％）である。Ｋ１０、Ｋ２０、Ｋ３０、Ｋ４０、Ｋ５０、Ｋ６０、Ｋ７０、Ｋ８０及びＫ９０は、それぞれカラーデータ上でのブラック（Ｋ）の濃度が、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％及び９０％であることを示す。

まず、図７（ｂ）に示すように、ＰＥＴ５０μｍと紙１００μｍにつき、特に紙１９０μｍと比較して、より高い膨張高さ（凸量）が得られたことが分かる。ＰＥＴ１００μｍについても、紙１９０μｍと比較し、特にＫ６０以降の濃度で高い膨張高さが得られた。なお、紙１００μｍではＫ８０以上の濃度において、ＰＥＴ５０μｍではＫ７０以上の濃度において、熱膨張層の膨張が強く生じすぎ、基材から剥離してしまった。

次に、図８（ａ）に示すように、紙１９０μｍについては、どの黒濃度においても基材の変形がほとんど見られなかった。これに対し、紙１００μｍと、ＰＥＴ５０μｍ、ＰＥＴ１００μｍについては、いずれも基材に変形が見られた。特にＰＥＴ５０μｍと紙１００μｍとは、Ｋ３０以降から基材の変形がみられ、ＰＥＴ１００μｍについては、Ｋ６０以上の濃度において、比較的横ばいの基材変形量が見られた。

このように、図７（ｂ）及び図８（ａ）から、基材に変形の見られる紙１００μｍ、ＰＥＴ５０μｍ及びＰＥＴ１００μｍについては、いずれも基材が変形しない紙１９０μｍと比較して、基材の変形量が加わり、明らかに凸量が増加した。また、図８（ｂ）に示すように、純粋な発泡量（差分）も、基材の変形が見られる紙１００μｍ、ＰＥＴ５０μｍ及びＰＥＴ１００μｍは、紙１９０μｍと比較してより高くなる傾向にあった。従って、本実施形態の熱膨張性シートによれば、基材を熱膨張層の膨張に追従して変形させることにより、熱膨張層の膨張高さの増加を図ることが可能と言える。

また、図７（ｂ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）から、同じ厚みを有する紙１００μｍ、ＰＥＴ１００μｍとで比較すると、凸量、基材変形量、差分のいずれも紙１００μｍが上回った。同じ材料の基材で厚みの異なるＰＥＴ５０μｍとＰＥＴ１００μｍとで比較すると、凸量、基材変形量、差分のいずれもＰＥＴ５０μｍが上回った。また、紙１００μｍと紙１９０μｍとで比較すると、凸量、基材変形量、差分のいずれも紙１００μｍが上回った。更に、例えば、ＰＥＴ５０μｍ、紙１００μｍの凸量と、紙１９０μｍとの凸量とを比較すると、ＰＥＴ５０μｍ、紙１００μｍの凸量では、紙１９０μｍでの凸量の２倍からそれ以上の値が得られた。従って、このように熱膨張層に追従して変形する基材を用いれば、同じ熱膨張層の厚みでも、より高く熱膨張層を膨張させることができる。反面、熱膨張層の厚みを減じても、基材が変形しない熱膨張性シートと同程度の高さを得ることができる。

このように、本実施形態の熱膨張性シートでは、基材１１を熱膨張層１３の膨張に追従させて変形させることにより、熱膨張層１３の厚みを増やすことなく、熱膨張性シート１０の膨張可能な高さを増加させることができる。また、同じ膨張高さを出せる場合は、熱膨張層１３の厚みを減らすことができ、熱膨張性シート１０の厚みを減らすこともできる。

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。
熱膨張性シート１０を、容器等に貼り付けて使用する場合は、基材１１の裏面に接着剤、剥離紙などを設けてもよい。この場合、第２のインク受容層１５は、剥離紙上に形成するとよい。また、アンカー層１２は、上述した以外の材料から形成することも可能である。

なお、各実施形態において用いられている図は、いずれも各実施形態を説明するためのものである。従って、熱膨張性シートの各層の厚みが、図に示されているような比率で形成されると限定して解釈されることを意図するものではない。

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］
基材の一方の面上に熱膨張性材料を含む熱膨張層が形成された熱膨張性シートであって、
前記熱膨張層を膨張させた際、前記基材は前記熱膨張層の膨張に追従して変形し、前記基材がエンボス状に変形する、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
［付記２］
前記基材と前記熱膨張層との間にアンカー層が設けられる、
ことを特徴とする付記１に記載の熱膨張性シート。
［付記３］
前記基材の厚みは、前記熱膨張層の厚みと同じ、又は前記熱膨張層より薄く形成される、
ことを特徴とする付記１又は２に記載の熱膨張性シート。
［付記４］
基材の一方の面上に、当該基材の厚みと同じ、又は当該基材の厚みより厚い熱膨張性材料を含む熱膨張層を形成する工程を含む、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
［付記５］
前記基材の前記一方の面上にアンカー層を形成する工程を更に備え、
前記熱膨張層を、前記アンカー層の上に形成する、
ことを特徴とする付記４に記載の熱膨張性シートの製造方法。

１０・・・熱膨張性シート、１１・・・基材、１２・・・アンカー層、１３・・・熱膨張層、１４・・・第１のインク受容層、１５・・・第２のインク受容層、４１・・・表側光熱変換層、４２・・・カラーインク層、４３・・・裏側光熱変換層、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，５３ａ・・・搬入部、５２ｂ，５３ｂ・・・排出部、５３・・・膨張ユニット、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

Claims (8)

1. 基材上に熱膨張材料を含む熱膨張層が形成された熱膨張性シートであって、
   前記熱膨張層を膨張させた際、前記基材は当該熱膨張層が膨張する力によって上側に引かれて変形する、
   ことを特徴とする熱膨張性シート。
2. 前記基材の厚みは、前記熱膨張層の厚みと同じ、又は前記熱膨張層より薄く形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱膨張性シート。
3. 前記基材が変形した場合、前記熱膨張層の膨張に伴い形成される当該熱膨張層の凸部に対応して前記基材の下面に凹部が形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱膨張性シート。
4. 前記熱膨張性シートの膨張後の高さは、当該熱膨張性シートが膨張する前の高さと比較して、
   前記基材が膨張する前の当該基材の上面の高さから、当該基材が膨張して前記凹部が形成された当該基材の下面の高さの差分及び、前記熱膨張層自身の膨張高さ分増加する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱膨張性シート。
5. 前記凹部の形状は、前記熱膨張層の膨張後の表面形状と異なる、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の熱膨張性シート。
6. 前記基材は、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、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、シリコーン系樹脂の少なくとも一つの樹脂を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱膨張性シート。
7. 前記基材は、変形した形状を維持することが可能である、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱膨張性シート。
8. 基材の上に熱膨張材料を含む熱膨張層を形成する工程と、
   前記基材又は前記熱膨張層上に光を熱に変換する光熱変換層を形成する工程と、
   前記光熱変換層に光を照射する工程と、
   を含み、
   前記熱膨張層を膨張させた際、前記基材は当該熱膨張層が膨張する力によって上側に引かれて変形する、
   ことを特徴とする立体画像の製造方法。

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