JP2001088423A - 発泡造形装置および発泡造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複写対象となる立体物の凹凸形状を簡単に、
かつ正確に再現した半立体画像を得ることができる発泡
造形装置および発泡造形方法を提供するとともに、半立
体画像の形成に伴って、色、柄、模様を半立体画像に付
することができる発泡造形装置および発泡造形方法を提
供する。 【解決手段】 発泡ユニットＦＭと、コンピュータ支援
設計（ＣＡＤ）、コンピュータグラフィックス（ＣＧ）
などを実現するコンピュータ、あるいは３次元測定器な
どで構成される形状情報作成部２０と、形状情報作成部
２０で作成された形状情報を発泡制御データ等の制御デ
ータに変換するデータ処理部３０と、データ処理部３０
で作成された発泡制御データに基づいて発泡ユニットＦ
Ｍを制御し、発泡ユニットＦＭから発泡性素材ＦＢに与
える発泡のためのエネルギーを制御して発泡性素材ＦＢ
の発泡量をコントロールする制御部４０と備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発泡性の素材を発泡
させてレリーフ画などの立体的な造形物を製造する発泡
造形装置および発泡造形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発泡性の素材上に光吸収性の高い材料で
濃淡を付けて所望の画像を形成し、全面的に光照射を行
って光吸収の差により画像を選択的に加熱発泡させて、
画像の濃淡により高さの異なる隆起画像（半立体画像）
を得る方法が米沢義道（特公昭５９−３５３５９号公
報）によって提唱されている。

【０００３】また、発泡性の素材にトナーを転写して、
加熱することで立体的な文字や点字を得る立体コピー装
置（ミノルタ株式会社）や、発泡性の熱転写シートを選
択的に熱膨張させ、膨張層を被転写シート上に転写した
後、膨張層をさらに加熱して発泡させることで半立体画
像を得る装置（特開平１０−１３８６３９号公報）が知
られている。

【０００４】なお、半立体画像とは立体物を一方向から
見た場合の凹凸を再現した画像であり、立体物の全体を
再現したものではないので半立体と呼称される。なお、
２．５次元の画像と呼称される場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの装置は、文字
や線画のような２次元画像を、半立体画像として複写す
るには適しているが、複写対象が立体物であり、当該立
体物の凹凸を反映した半立体画像、例えば人の顔の正面
立体像等の作成は困難である。

【０００６】また、米沢の方法では、画像の濃淡により
高さの異なる半立体画像を得ることができるが、光吸収
材の濃淡だけで立体物の複雑な凹凸を正確に再現するこ
とは困難であった。

【０００７】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、複写対象となる立体物の凹凸形状
を簡単に、かつ正確に再現した半立体画像を得ることが
できる発泡造形装置および発泡造形方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】また、半立体画像の形成に伴って、色、
柄、模様を半立体画像に付することができる発泡造形装
置および発泡造形方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の発泡造形装置は、立体物の情報に基づいて、シート
状の発泡性素材を発泡させて前記立体物の半立体画像を
形成する発泡造形装置であって、前記発泡性素材を発泡
させる発泡ユニットと、前記立体物の情報に基づいて前
記発泡ユニットの発泡動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記立体物の形状データに基づいて前記
発泡ユニットから前記発泡性素材に与えるエネルギーを
制御することで、前記発泡性素材の発泡高さを制御す
る。

【００１０】本発明に係る請求項２記載の発泡造形装置
は、前記制御部が、前記立体物の形状データに基づいて
複数の発泡位置を定めるとともに、前記複数の発泡位置
ごとに与えるエネルギー量を定め、各発泡位置において
所定のエネルギー量を与えたか否かで前記発泡ユニット
の発泡動作の停止あるいは継続を制御する。

【００１１】本発明に係る請求項３記載の発泡造形装置
は、前記発泡性素材の発泡高さを計測する発泡計測ユニ
ットをさらに備え、前記制御部は、前記発泡計測ユニッ
トが取得した発泡高さのデータに基づいて前記発泡ユニ
ットの発泡動作の停止あるいは継続を制御する。

【００１２】本発明に係る請求項４記載の発泡造形装置
は、前記立体物の画像データに基づいて前記発泡性素材
上に彩色画像を形成する画像形成装置をさらに備え、前
記制御部は、前記彩色画像に合わせて前記発泡ユニット
の発泡動作を制御する。

【００１３】本発明に係る請求項５記載の発泡造形装置
は、前記立体物の高さ情報を階調表現した階調画像デー
タに基づいて、前記発泡性素材上に発泡エネルギーの吸
収度合いが濃度によって異なる吸収層の濃淡で階調画像
を形成する画像形成装置をさらに備え、前記制御部は、
前記階調画像に合わせて前記発泡ユニットの発泡動作を
制御する。

【００１４】本発明に係る請求項６記載の発泡造形装置
は、前記画像形成装置が、電子写真現像転写装置であ
る。

【００１５】本発明に係る請求項７記載の発泡造形装置
は、前記画像形成装置が、インクジェット印刷装置であ
る。

【００１６】本発明に係る請求項８記載の発泡造形装置
は、前記発泡性素材が加熱により発泡し、前記発泡ユニ
ットはレーザー光により前記発泡性素材を加熱する装置
である。

【００１７】本発明に係る請求項９記載の発泡造形装置
は、前記発泡性素材がシート状の非発泡の基材上に形成
され、前記発泡ユニットは前記基材側から前記発泡性素
材を加熱するように配設される。

【００１８】本発明に係る請求項１０記載の発泡造形装
置は、前記発泡性素材が加熱により発泡し、前記発泡ユ
ニットはレーザー光により前記発泡性素材を加熱する装
置であり、前記発泡計測ユニットはレーザー光により前
記発泡性素材の発泡高さを計測する装置である。

【００１９】本発明に係る請求項１１記載の発泡造形装
置は、前記発泡性素材がシート状の非発泡の基材上に形
成され、前記発泡ユニットは、前記基材側から前記発泡
性素材を加熱するように配設され、前記発泡計測ユニッ
トは、前記基材および前記発泡性素材を挟んで前記発泡
ユニットに対向するように配設されている。

【００２０】本発明に係る請求項１２記載の発泡造形装
置は、前記発泡性素材は加熱により発泡し、前記発泡計
測ユニットは前記発泡ユニットを兼用し、レーザー光に
より前記発泡性素材を加熱するとともに、レーザー光に
より前記発泡性素材の発泡高さを計測する装置である。

【００２１】本発明に係る請求項１３記載の発泡造形方
法は、立体物の情報に基づいて、シート状の発泡性素材
を発泡させて前記立体物の半立体画像を形成する発泡造
形方法であって、前記立体物の形状データに基づいて前
記発泡性素材に与えるエネルギーを制御することで、前
記発泡性素材の発泡高さを制御するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明は、複写対象となる立体物
の凹凸形状を、立体物の３次元形状を表す形状情報に基
づいて発泡性素材の発泡量を制御することで簡単に、か
つ正確に再現するという技術的思想に基づくものであ
る。以下、当該技術的思想を実現する実施の形態につい
て説明する。

【００２３】＜Ａ．実施の形態１＞ ＜Ａ−１．装置構成＞図１は本発明に係る実施の形態１
の発泡造形装置１００の構成を示す図である。図１にお
いて発泡造形装置１００は、発泡ユニットＦＭと、コン
ピュータ支援設計（ＣＡＤ）、コンピュータグラフィッ
クス（ＣＧ）などを実現するコンピュータ、あるいは３
次元測定器などで構成される形状情報作成部２０と、形
状情報作成部２０で作成された形状情報を発泡制御デー
タ等の制御データに変換するデータ処理部３０と、デー
タ処理部３０で作成された発泡制御データに基づいて発
泡ユニットＦＭを制御し、発泡ユニットＦＭから発泡性
素材ＦＢに与える発泡のためのエネルギーを制御して発
泡性素材ＦＢの発泡量をコントロールする制御部４０と
備えている。

【００２４】＜Ａ−１−１．発泡性素材＞図１に示す発
泡性素材ＦＢとしては、従来より熱により発泡する熱発
泡性素材が使用されている。熱発泡性素材は熱可塑性樹
脂で構成される微小球殻の内部に、低沸点炭化水素を封
入したマイクロカプセルとバインダーとで構成される。

【００２５】上記微小球殻の粒径は１０〜３０μｍであ
り、殻壁材としては、例えば塩化ビニリデン、アクリロ
ニトリル等が使用され、低沸点炭化水素としては、プロ
パン、ブタン、ペンタンなどが使用される。また、バイ
ンダーとしては熱可塑性の酢酸ビニル系ポリマー、アク
リル系ポリマー等が使用される。

【００２６】＜Ａ−１−２．発泡ユニット＞図１に示す
発泡ユニットＦＭは、発泡性素材ＦＢを加熱する加熱手
段であり、制御部４０からのコントロールにより、発泡
性素材ＦＢに適宜熱量を与える。なお、発泡ユニットＦ
Ｍの現実的な構成としては、熱量の制御性、発泡ポイン
トの大きさを制御して半立体画像の解像度を向上させる
という観点から、レーザー光による加熱が有効である。

【００２７】図２にレーザー光を用いた発泡ユニットＦ
Ｍ１の構成を示す。図２において、発泡ユニットＦＭ１
はレーザー光源ＬＤと、レーザー光源ＬＤから放射され
たレーザー光を収束させ、かつ所定位置に導く光学系Ｏ
Ｐとを有して構成されている。

【００２８】レーザー光源ＬＤとしては半導体レーザー
を使用することで装置を小型化でき、レーザー光の波長
は赤外光に近い波長とすることで発泡性素材ＦＢ照射さ
れた場合に効率良く熱を発生させることができる。

【００２９】＜Ａ−２．装置動作＞次に、図３に示すフ
ローチャートを用いて発泡造形装置１００の動作につい
て説明する。

【００３０】まず、形状情報作成部２０において複写対
象となる立体物の形状情報を作成する（ステップＳ
１）。これは、コンピュータを用いて作成された、また
はコンピュータに与える立体物の形状データや、３次元
測定器などで測定した立体物の形状データに基づいて作
成される。

【００３１】形状情報作成部２０で作成した形状情報を
データ処理部３０に入力し（ステップＳ２）、形状情報
を発泡制御データに変換する（ステップＳ３）。発泡制
御データは、発泡性素材ＦＢ上において発泡ユニットＦ
Ｍを走査させる走査経路（走査パス）、走査速度、各発
泡部の発泡高さに応じて各発泡部に投入する熱量、加熱
温度に関するデータを含んでいる。

【００３２】次に、制御部４０において発泡制御データ
に基づいて設定された発泡性素材ＦＢの所定位置を発泡
ユニットＦＭにより加熱して発泡させる（ステップＳ
４）。この加熱は発泡部の高さと投入熱量に関するデー
タに基づいて行われるので、発泡高さが異なれば投入熱
量が異なる。

【００３３】そして、制御部４０において所定位置の発
泡部に対して設定された熱量を与えたか否かを確認し
（ステップＳ５）、設定された熱量を与えていない場合
にはステップＳ４の動作を繰り返し、設定された熱量を
与えた場合には、全ての発泡部の発泡が完了したか否か
を確認し（ステップＳ６）、発泡が完了した場合には加
熱動作を終了し、発泡が完了していない場合には、ステ
ップＳ４以降の動作を繰り返すことになる。

【００３４】なお、ステップＳ４の動作は、１つの発泡
部に対して設定熱量に達するまで連続して加熱を行うよ
うにしても良いが、１つの発泡部に対する加熱をある程
度の熱量に達するまで行った後、他の発泡部上に発泡ユ
ニットＦＭを移動させて加熱するという動作を繰り返
し、全ての発泡部上を複数回走査しながら最終的に各発
泡部にそれぞれ設定された熱量を投入するというよう
に、積算的に各発泡部を加熱するようにしても良い。

【００３５】図４に発泡性素材上に半立体画像を形成し
た場合の概念図を示す。図４においては、発泡性素材Ｆ
Ｂ上に四角錐状の発泡部ＦＰが形成されている。このよ
うに、発泡量を制御することで任意の形状の発泡部ＦＰ
を形成することができる。

【００３６】なお、図１に示した発泡造形装置１００に
おいては、発泡ユニットＦＭを１つ有する構成であった
が、発泡ユニットＦＭを複数有する構成であっても良
い。

【００３７】すなわち、図５に示すように、発泡性素材
ＦＢ上に複数の発泡ユニットＦＭを配置し、同時に加熱
動作を行うことで半立体画像の形成時間を短縮できる。

【００３８】＜Ａ−３．作用効果＞以上説明したよう
に、本発明に係る実施の形態１の発泡造形装置１００に
おいては、複写対象となる立体物の形状情報に基づいて
作成された発泡制御データにより、発泡性素材への投入
熱量を制御することで発泡量、すなわち発泡高さを制御
するので、立体物の形状を半立体画像として簡単に、か
つ正確に再現することができる。

【００３９】＜Ａ−４．変形例＞図２を用いて説明した
レーザー光を用いた発泡ユニットＦＭ１は、何らかの可
動装置に取り付けられ、発泡制御データに基づいて発泡
性素材ＦＢ上を移動するという構成であったが、レーザ
ー光、あるいは他の光ビームを加熱に用いることの利点
の１つには、光路を変更させることで光源は移動させる
ことなく発泡性素材ＦＢ上の走査ができるという点が挙
げられる。

【００４０】図６に、レーザー光の光路を変更すること
で、発泡性素材ＦＢ上をレーザー光で走査する発泡ユニ
ットＦＭ２の構成を示す。

【００４１】図６において、発泡ユニットＦＭ２はレー
ザー光源ＬＤと、レーザー光源ＬＤから放射されたレー
ザー光を所望の方向に反射するガルバノミラーＧＭ１お
よびＧＭ２を有している。ガルバノミラーは、磁界中に
置かれた回転駆動可能なコイルの回転軸に反射ミラーを
取り付け、コイルに電流を流すことでコイルを回転させ
てミラーの傾きを調整する装置である。

【００４２】レーザー光源ＬＤから放射されたレーザー
光はガルバノミラーＧＭ１でガルバノミラーＧＭ２に向
けて反射され、ガルバノミラーＧＭ２により発泡性素材
ＦＢに向けて反射される。従ってガルバノミラーＧＭ１
およびＧＭ２の傾きを刻々と変更することでレーザー光
の照射位置を変更でき、発泡性素材ＦＢ上をレーザー光
で走査することが可能となる。

【００４３】なお、レーザー光の反射はガルバノミラー
に限定されるものではなく、反射角度を精度良く調整で
きる装置であれば良い。例えば、反射ミラーを回転方向
に多数取り付けたポリゴンミラーなどでも良い。

【００４４】＜Ｂ．実施の形態２＞ ＜Ｂ−１．装置構成＞図７は本発明に係る実施の形態２
の発泡造形装置２００の構成を示す図である。図７にお
いて発泡造形装置２００は、図１に示した発泡ユニット
ＦＭ、形状情報作成部２０、データ処理部３０、制御部
４０に加えて発泡ユニットＦＭにより発泡された発泡性
素材ＦＢの発泡量（発泡高さ）を計測する発泡量計測ユ
ニットＦＤを備えている。

【００４５】＜Ｂ−１−１．発泡量計測ユニット＞発泡
量計測ユニットＦＤは発泡ユニットＦＭに付随して移動
し、発泡ユニットＦＭが形成した発泡部の発泡量（発泡
高さ）を計測し、その結果を制御部４０にフィードバッ
クする機能を有している。制御部４０では発泡量の情報
に基づいて発泡ユニットＦＭを制御し、発泡部に与える
熱量をコントロールする。

【００４６】図８は発泡ユニットＦＭが形成した発泡部
ＦＰの発泡高さを発泡量計測ユニットＦＤが計測してい
る状態を示す概念図である。

【００４７】発泡量計測ユニットＦＤの動作の一例とし
ては、図７に示す状態で発泡部に所定量の熱量を与えて
発泡させた後、発泡ユニットＦＭと発泡量計測ユニット
ＦＤとを相対的に移動させて、発泡量計測ユニットＦＤ
を発泡部ＦＰに対向させる。この状態を図８に示す。図
８に示す状態において発泡部ＦＰの高さを計測し、所望
の高さに達していればこの部分の発泡を終了し、次の発
泡部へ移動する。なお、所望の高さに達していない場合
には、図７に示す状態に戻り、発泡ユニットＦＭからさ
らに熱量を与える。このように発泡部が所望の高さに達
するまで発泡と計測とを繰り返す。

【００４８】なお、発泡量計測ユニットＦＤと発泡ユニ
ットＦＭとが近接して配設され、発泡位置と計測位置と
をほぼ一致させれば発泡量をリアルタイムで計測しなが
ら発泡を行うことができる。この場合、発泡量制御に費
やす時間を短縮して発泡造形物の製作を短時間で行うこ
とが可能となる。この場合の動作については図１１を用
いて後述する。

【００４９】なお、発泡量計測ユニットＦＤの現実的な
構成としては、非接触での測定が可能という点、高い測
定精度という観点から、レーザー光による測定が有効で
ある。

【００５０】図９にレーザー光を用いた発泡量計測ユニ
ットＦＤ１の構成を示す。図９において、発泡量計測ユ
ニットＦＤ１はレーザー光源ＬＤ１と、レーザー光源Ｌ
Ｄ１から放射されたレーザー光を収束させ、かつ所定位
置に導く光学系ＯＰ１と、レーザー光の光軸に対してそ
の光軸が所定角度をなすように配置された位置センサＰ
Ｓとを有している。

【００５１】位置センサＰＳは光学系と、光学系の光軸
上に配置された半導体位置検出器（ＰＳＤ：Semiconduc
tor Position Sensitive Device）を有し、発泡性素材
ＦＢ上に照射されたレーザースポットの反射光が光学系
に結像される構成となっている。

【００５２】そして、発泡性素材ＦＢが発泡してレーザ
ー光源ＬＤ１からレーザースポットまでの距離が変化す
ると、その変化量はＰＳＤ上での変化量として検出さ
れ、ＰＳＤ上での変化量から発泡高さを知得することが
できる。この手法は光学的三角測量法と呼称される手法
である。

【００５３】この他にレーザー光による発泡量計測ユニ
ットの構成としては、フォーカシングセンサを用いる構
成がある。

【００５４】図１０にレーザー光を用いた発泡量計測ユ
ニットＦＤ２の構成を示す。図１０において、発泡量計
測ユニットＦＤ２はレーザー光源ＬＤ１と、レーザー光
源ＬＤ１から放射されたレーザー光を収束させ、かつ所
定位置に導く光学系ＯＰ２と、光学系ＯＰ２内の光軸上
に配置されたハーフミラーＨＭと、ハーフミラーＨＭに
よって反射される光の光軸上に配置されたフォーカシン
グセンサＦＳとを有している。

【００５５】フォーカシングセンサＦＳは、光軸上に配
置されたセパレータレンズと、その後に配置されたＣＣ
Ｄ（Charge Coupled Device）とを有している。

【００５６】発泡性素材ＦＢ上に照射されたレーザース
ポットの反射光はハーフミラーＨＭによりフォーカシン
グセンサＦＳに向けて反射され、セパレータレンズで分
割されてＣＣＤ上に結像する。この分割されたスポット
像の間隔は、レーザースポットの位置が光軸方向に変わ
ると変化する。この変化量を検出することで、レーザー
スポットまでの距離、すなわち発泡高さを知得すること
ができる。

【００５７】＜Ｂ−２．装置動作＞次に、図１１に示す
フローチャートを用いて発泡造形装置２００の動作につ
いて説明する。

【００５８】まず、形状情報作成部２０において作成し
た複写対象となる立体物の形状情報に基づいて設定され
た発泡性素材ＦＢの所定位置を、制御部４０から発泡ユ
ニットＦＭを制御して加熱し、発泡させる（ステップＳ
１０）。

【００５９】なお、形状情報作成部２０で作成した形状
情報は、データ処理部３０に入力され発泡ユニットＦＭ
の走査経路（走査パス）、走査速度、発泡高さを含む走
査制御データに変換され、制御部４０に与えられる。

【００６０】次に、発泡ユニットＦＭで加熱して発泡さ
せながら発泡量計測ユニットＦＤで発泡部の発泡量（発
泡高さ）を計測する（ステップＳ１１）。計測結果は制
御部４０に与えられ、各発泡部ごとに設定された設定高
さとの比較を行って、所定位置の発泡部の発泡高さが設
定高さに達したか否かを確認し（ステップＳ１２）、設
定高さに達していない場合には再度加熱を行って計測を
行い、設定高さに達した場合には当該発泡部への加熱動
作を終了する。なお、発泡ユニットＦＭから発泡性素材
ＦＢに与える熱量は、例えば単位時間に発泡性素材ＦＢ
を最小限発泡させる程度とし、単位時間での加熱と、高
さ計測を繰り返すような加熱動作を行う方法を採ること
ができる。

【００６１】続いて、走査制御データによって設定され
た全ての発泡部の発泡が完了したか否かを確認し（ステ
ップＳ１３）、発泡が完了した場合には加熱動作を終了
し、発泡が完了していない場合には、次の所定位置へ移
動させて、ステップＳ１０以降の動作を繰り返すことに
なる。

【００６２】なお、ステップＳ１０の動作は、１つの発
泡部に対して設定高さに達するまで連続して加熱を繰り
返すようにしても良いが、１つの発泡部がある程度の高
さに達するまで加熱を行った後、他の発泡部上に発泡ユ
ニットＦＭを移動させて加熱するという動作を繰り返
し、全ての発泡部上を複数回走査しながら、最終的に各
発泡部をそれぞれの設定高さにするというように、積算
的に各発泡部を加熱するようにしても良い。

【００６３】＜Ｂ−３．作用効果＞以上説明したよう
に、本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置２００に
おいては、発泡部の形成過程で発泡量計測ユニットＦＤ
で発泡高さを計測し、各発泡部が予め設定された設定高
さになるように制御するので、立体物の形状を半立体画
像として簡単に、かつ、より正確に再現することができ
る。

【００６４】＜Ｂ−４．変形例１＞以上説明した本発明
に係る実施の形態２の発泡造形装置２００においては、
発泡ユニットＦＭと発泡量計測ユニットＦＤとは別個の
装置として構成した例を示したが、両者を１つの装置と
して構成することもできる。

【００６５】図１２に、発泡ユニットと発泡量計測ユニ
ットとが一体となった発泡および発泡量計測ユニットＦ
ＤＭを有する発泡造形装置２００Ａを示す。

【００６６】発泡および発泡量計測ユニットＦＤＭを使
用することで、発泡位置と計測位置を正確に一致させる
ことができ、正確な発泡量制御が可能となる。

【００６７】発泡および発泡量計測ユニットＦＤＭは、
加熱および計測にレーザー光を用いることで実現可能で
ある。すなわち、図９を用いて説明した発泡量計測ユニ
ットＦＤ１の構成において、レーザー光源ＬＤ１を図２
を用いて説明した発泡ユニットＦＭ１のレーザー光源Ｌ
Ｄに変えることで発泡と高さ検出を同時に行うことがで
きる。もちろん、レーザー光源ＬＤ１がレーザー光源Ｌ
Ｄと同じ能力、例えば出力などが同じであれば発泡量計
測ユニットＦＤ１を発泡および発泡量計測ユニットＦＤ
Ｍとして使用することができる。

【００６８】また、図１２を用いて説明した発泡および
発泡量計測ユニットＦＤＭは、何らかの可動装置に取り
付けられ、走査制御データに基づいて発泡性素材ＦＢ上
を移動するという構成であったが、レーザー光を用いて
いるので光路を変更することで光源は移動させることな
く発泡性素材ＦＢ上を走査するようにでき、また高さ検
出と発泡位置の検出を同時に行うこともできる。

【００６９】図１３に、レーザー光の光路を変更するこ
とで、発泡性素材ＦＢ上をレーザー光で走査するととも
に発泡部の高さ検出と発泡位置の検出を同時に行う発泡
および発泡量計測ユニットＦＤＭ１の構成を示す。

【００７０】図１３において、発泡および発泡量計測ユ
ニットＦＤＭ１はレーザー光源ＬＤと、レーザー光源Ｌ
Ｄから放射されたレーザー光を所望の方向に反射するガ
ルバノミラーＧＭ１およびＧＭ２、ガルバノミラーＧＭ
２で反射されたレーザー光を発泡性素材ＦＢに向けて透
過させるとともに、発泡性素材ＦＢで反射されたレーザ
ー光を所定方向に反射させるハーフミラーＨＭと、ハー
フミラーＨＭで反射したレーザー光を受ける位置センサ
ＰＳ１と、発泡性素材ＦＢで反射されたレーザー光を所
定の角度で受ける位置センサＰＳ２とを有している。

【００７１】位置センサＰＳ２は、光学的三角測量法に
よって発泡部ＦＰの発泡高さを検出し、位置センサＰＳ
１は発泡部ＦＰの発泡性素材ＦＢ上での位置を検出す
る。

【００７２】このように、発泡部の形成と、発泡高さお
よび発泡位置の検出を同時に行うことができるので、光
源は移動させることなく発泡性素材ＦＢ上の走査ができ
るとともに、発泡量制御に費やす時間を短縮して発泡造
形物の製作を短時間で行うことができる。

【００７３】＜Ｂ−５．変形例２＞発泡量をリアルタイ
ムで計測するためには、発泡ユニットＦＭと発泡量計測
ユニットＦＤを発泡性素材ＦＢを間に挟んで対向して配
設する構成も有効である。

【００７４】すなわち、図１４に示す発泡造形装置２０
０Ｂのように、発泡の方向を規制するようにシート状の
基材ＢＰの一方面上に発泡性素材ＦＢがコーティングさ
れた発泡シートＳＨを使用し、基材ＢＰ側に発泡ユニッ
トＦＭを、発泡性素材ＦＢ側に発泡量計測ユニットＦＤ
を配置することで、基材ＢＰ側から発泡性素材ＦＢを加
熱しながら発泡量をリアルタイムで計測できる。なお、
基材ＢＰとしては、例えば紙、あるいはＰＥＴ（ポリエ
チレンテレフタレート）などの樹脂シートが使用でき
る。

【００７５】このような構成を採ることで、発泡性素材
ＦＢが直接加熱されることがないので、発泡性素材ＦＢ
の表面が過剰に加熱されて破損するようなことが防止で
き、発泡部ＦＰをより大きく発泡させることが可能とな
る。

【００７６】図１５に、発泡性素材ＦＢ側から加熱して
発泡させた場合と、基材ＢＰ側から加熱して発泡させた
場合とで、発泡部の発泡形状の違いを示す。

【００７７】図１５において、発泡部ＦＰ１は発泡性素
材ＦＢ側から加熱して形成され、発泡部ＦＰ２は基材Ｂ
Ｐ側から加熱して形成されており、発泡部ＦＰ１の頂上
部は過剰な加熱により窪んで、発泡高さが低くなってい
るのに対し、発泡部ＦＰ２の頂上部は突出した形状を保
ち、発泡高さが高くなっている。

【００７８】ここで発泡造形装置２００Ｂの、より現実
的な構成を図１６に示す。すなわち、図１６に示すよう
に、発泡シートＳＨの基材ＢＰ側に発泡ユニットＦＭ１
を、発泡性素材ＦＢ側に発泡量計測ユニットＦＤ１を配
置することで、精度の良い発泡および計測が可能とな
る。

【００７９】なお、発泡ユニットＦＭ１および発泡量計
測ユニットＦＤ１構成は、それぞれ図２および図９を用
いて説明しているので説明は省略する。

【００８０】発泡ユニットＦＭと発泡量計測ユニットＦ
Ｄを発泡性素材ＦＢを間に挟んで対向して配設する構成
においては、両者が互いの位置関係を保って移動するこ
とが望ましく、そのためには共通の駆動機構を使用すれ
ば良い。

【００８１】＜Ｂ−５−１．駆動機構の構成＞図１７に
発泡ユニットＦＭおよび発泡量計測ユニットＦＤを共通
の駆動機構に取り付けた構成を示す。

【００８２】図１７において発泡ユニットＦＭおよび発
泡量計測ユニットＦＤは、基部ＢＳと、基部ＢＳから対
向して平行に延在するアームＡＭ１およびＡＭ２とで構
成されるヘッド部ＨＤの、アームＡＭ１およびＡＭ２の
先端部に取り付けられている。そしてヘッド部ＨＤは直
交する２方向に移動可能なように駆動装置ＤＸＹに取り
付けられている。

【００８３】駆動装置ＤＸＹは、ヘッド部ＨＤが取り付
けられ、平面上の第１の方向（Ｘ方向と呼称）にヘッド
部ＨＤを直線的に移動させるＸ方向移動軸ＭＬＸと、上
記第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ方向と呼称）に
Ｘ方向移動軸ＭＬＸを直線的に移動させるＹ方向移動軸
ＭＬＹとで構成されている。なお、Ｘ方向移動軸ＭＬＸ
およびＹ方向移動軸ＭＬＹの動作制御は、図示しない制
御部４０（図１参照）によって行われることは言うまで
もない。

【００８４】また、Ｘ方向移動軸ＭＬＸおよびＹ方向移
動軸ＭＬＹは、それぞれアクチュエータＡＣＸおよびＡ
ＣＹを有し、その駆動力によってヘッド部ＨＤおよびＸ
方向移動軸ＭＬＸを移動させる。

【００８５】このような構成の駆動装置ＤＸＹを用い、
発泡シートＳＨを発泡性素材ＦＢが発泡量計測ユニット
ＦＤ側となるように、アームＡＭ１およびＡＭ２の間に
配設することで、発泡ユニットＦＭと発泡量計測ユニッ
トＦＤとが、発泡性素材ＦＢを間に挟んで互いの位置関
係を保って移動することになり、精度の良い発泡および
計測が可能となる。

【００８６】＜Ｂ−５−２．発泡シートを移動させる構
成＞以上の説明においては、発泡ユニットＦＭおよび発
泡量計測ユニットＦＤを互いの位置関係を保ってＸおよ
びＹ方向に移動させる構成について示したが、発泡ユニ
ットＦＭおよび発泡量計測ユニットＦＤは固定し、発泡
シートＳＨをＸおよびＹ方向に移動させるようにしても
良い。

【００８７】すなわち図１８に示すように、発泡ユニッ
トＦＭおよび発泡量計測ユニットＦＤを、ヘッド部ＨＤ
の、アームＡＭ１およびＡＭ２の先端部に取り付け、ヘ
ッド部ＨＤは固定し、発泡シートＳＨを図示しない移動
装置によってＸおよびＹ方向に移動させる。発泡シート
ＳＨの移動装置は、図１７に示したＸ方向移動軸ＭＬＸ
およびＹ方向移動軸ＭＬＹ等を使用することで実現でき
る。

【００８８】＜Ｃ．実施の形態３＞これまでに説明した
実施の形態１においては、複写対象となる立体物の形状
情報に基づいて作成された発泡制御データにより、発泡
性素材への投入熱量を制御することで発泡量（発泡高
さ）を制御する構成について説明し、実施の形態２にお
いては、発泡量計測ユニットＦＤにより発泡性素材ＦＢ
の発泡量（発泡高さ）を計測し、各発泡部が予め設定さ
れた設定高さになるように制御する構成について説明し
たが、両実施の形態の発泡量制御の手法を併用するよう
にしても良い。

【００８９】以下、本発明に係る実施の形態３として、
発泡制御データにより投入熱量を制御することで発泡量
を制御するとともに、発泡量を計測することで発泡量を
制御する手法について説明する。

【００９０】＜Ｃ−１．装置構成＞なお、本実施の形態
における装置構成は、基本的には、図７に示す発泡造形
装置２００と同様であるが、データ処理部３０では、形
状情報作成部２０で作成した形状情報に基づいて、発泡
ユニットＦＭの走査経路（走査パス）、走査速度、発泡
高さ、各発泡部の発泡高さに応じて各発泡部に投入する
熱量、加熱温度に関するデータを含む発泡制御データが
作成される。

【００９１】＜Ｃ−２．装置動作＞次に、図１９に示す
フローチャートを用いて動作について説明する。まず、
形状情報作成部２０（図７参照）において複写対象とな
る立体物の形状情報を作成する（ステップＳ２０）。こ
れは、コンピュータを用いて作成された、またはコンピ
ュータに与える立体物の形状データや、３次元測定器な
どで測定した立体物の形状データに基づいて作成され
る。

【００９２】形状情報作成部２０で作成した形状情報を
データ処理部３０（図７参照）に入力し（ステップＳ２
１）、形状情報を上述した発泡制御データに変換する
（ステップＳ２２）。

【００９３】次に、制御部４０（図７参照）において発
泡制御データに基づいて設定された発泡性素材ＦＢの所
定位置を発泡ユニットＦＭにより加熱して発泡させる
（ステップＳ２３）。この加熱は発泡部と投入熱量に関
するデータに基づいて行われるので、発泡高さが異なれ
ば投入熱量が異なる。

【００９４】次に、発泡量計測ユニットＦＤで発泡ユニ
ットＦＭが形成した発泡部の発泡量（発泡高さ）を計測
する（ステップＳ２４）。計測結果は制御部４０に与え
られ、各発泡部ごとに設定された設定高さとの比較を行
って、所定位置の発泡部の発泡高さが設定高さに達した
か否かを確認し（ステップＳ２５）、設定高さに達して
いない場合には再度加熱を行って計測を行い、設定高さ
に達した場合には当該発泡部への加熱動作を終了する。

【００９５】そして、発泡制御データによって設定され
た全ての発泡部の発泡が完了したか否かを確認し（ステ
ップＳ２６）、発泡が完了した場合には加熱動作を終了
し、発泡が完了していない場合には、ステップＳ２３以
降の動作を繰り返すことになる。

【００９６】＜Ｃ−３．作用効果＞以上説明したよう
に、本発明に係る実施の形態３においては、複写対象と
なる立体物の形状情報に基づいて作成された発泡制御デ
ータにより、発泡性素材への投入熱量を制御するととも
に、発泡高さを計測することで発泡量を制御するので、
投入熱量の制御だけで発泡量を制御する場合よりも発泡
量制御が正確にできる。また、投入熱量の制御により大
まかに発泡させた後に、発泡高さを計測しつつ発泡させ
ることにより、発泡高さの計測だけで発泡量を制御する
場合よりも発泡作業を迅速に行うことが可能となる。

【００９７】＜Ｃ−４．変形例＞発泡性素材への投入熱
量を制御するとともに、発泡高さを計測することで発泡
量を制御する場合、図２０に示すような制御動作を行う
ようにしても良い。

【００９８】すなわち、図２０に示すフローチャートに
示すように、制御部４０（図７参照）において発泡制御
データに基づいて設定された発泡性素材ＦＢの所定位置
を、発泡ユニットＦＭにより加熱して発泡させる（ステ
ップＳ３０）。なお、発泡制御データを生成するまでの
過程は、図１９に示したフローチャートのステップＳ２
０〜Ｓ２２までの動作と同じなので説明は省略する。

【００９９】次に、発泡量計測ユニットＦＤで発泡ユニ
ットＦＭが形成した発泡部の発泡量（発泡高さ）を計測
する（ステップＳ３１）。計測結果は制御部４０に与え
られ、各発泡部ごとに設定された設定高さとの比較を行
って、所定位置の発泡部の発泡高さが設定高さに達した
か否かを確認し（ステップＳ３２）、設定高さに達して
いない場合には再度加熱を行って計測を行う。ここで、
予め設定された設定高さとは、発泡部の最終的な高さで
はなく、最終高さよりも所定値だけ低い値である。例え
ば、最終高さの８０％の値などのように設定される。

【０１００】そして、発泡部が予め設定された設定高さ
に達した後は、発泡高さに基づいて、制御データの投入
熱量あるいは加熱温度を変更して発泡を再開する（ステ
ップＳ３３）。例えば、発泡部の高さが、最終高さの８
０％に達した後は、加熱温度を低下させて発泡速度を遅
くすることで、発泡過剰になることを防止できる。

【０１０１】なお、制御データの変更は発泡部の高さに
応じて行うようにでき、例えば発泡部の高さが最終高さ
の８０％であれば加熱温度はそれまでの８０％に、発泡
部の高さが最終高さの９０％であれば加熱温度はそれま
での５０％にするなど、段階的に制御データを変更する
ようにしても良い。

【０１０２】次に、発泡部の発泡高さを発泡量計測ユニ
ットＦＤで計測する（ステップＳ３４）。計測結果は制
御部４０に与えられ、各発泡部ごとに設定された最終高
さとの比較を行って、所定位置の発泡部の発泡高さが最
終高さに達したか否かを確認し（ステップＳ３５）、最
終高さに達していない場合には再度加熱を行って計測を
行い、最終高さに達した場合には当該発泡部への加熱動
作を終了する。

【０１０３】そして、発泡制御データによって設定され
た全ての発泡部の発泡が完了したか否かを確認し（ステ
ップＳ３６）、発泡が完了した場合には加熱動作を終了
し、発泡が完了していない場合には、ステップＳ３０以
降の動作を繰り返すことになる。

【０１０４】このように、制御データを発泡部の発泡状
態に合わせて変更することで、発泡過剰になることが防
止でき、より正確な半立体画像を得ることができる。

【０１０５】＜Ｄ．実施の形態４＞これまで説明した本
発明に係る実施の形態１〜３においては、レーザー光を
用いた発泡ユニットを前提として説明したが、レーザー
光を使用する場合、図２１に示すように、発泡シートＳ
Ｈのレーザー光照射面にレーザー光のエネルギー吸収率
を高める吸収層ＡＢＬをコートすることで、レーザー光
を効率良く吸収させ、発泡に伴うエネルギー消費を低減
することができる。なお、吸収層ＡＢＬの材質としては
カーボンブラック等を使用すれば良い。

【０１０６】以下、本発明に係る実施の形態４として、
吸収層の塗布濃度を変えることにより発泡量を制御する
発泡造形方法について説明する。

【０１０７】＜Ｄ−１．吸収層の濃淡による発泡高さの
制御の概念＞図２２は、塗布濃度の異なる吸収層ＡＢＬ
１〜ＡＢＬ４を発泡シートＳＨのレーザー光照射面側に
連続して塗布した状態を示す平面図であり、吸収層ＡＢ
Ｌ１が最も塗布濃度が低く、吸収層ＡＢＬ４に向かうに
つれて塗布濃度が高くなるように塗布されている。この
ような吸収層ＡＢＬ１〜ＡＢＬ４に対して何れも同じ投
入熱量となるようにレーザー光を照射すると、エネルギ
ー吸収率の差異に応じて各吸収層の発泡高さが異なるこ
とになる。

【０１０８】図２３は、図２２におけるＡ−Ａ線での断
面形状を示す図である。図２３に示すように、塗布濃度
が最も高い吸収層ＡＢＬ４の塗布位置に対応する部分の
発泡高さが最も高くなり、吸収層ＡＢＬ１の塗布位置に
対応する部分の発泡高さが最も低くなっている。このよ
うに、吸収層の濃淡により発泡高さを制御することが可
能である。

【０１０９】＜Ｄ−２．制御動作の具体例＞次に、図２
４に示すフローチャートを用いて、吸収層の濃淡により
発泡高さを制御する方法について説明する。

【０１１０】なお、本実施の形態における装置構成は、
基本的には、図１に示す発泡造形装置１００と同様であ
るが、データ処理部３０では、形状情報作成部２０で作
成した形状情報に基づいて、発泡ユニットの走査経路
（走査パス）、走査速度、各発泡部の発泡高さに応じて
各発泡部に投入する熱量、加熱温度に関するデータを含
む発泡制御データおよび階調画像データが作成される。

【０１１１】図２４において、まず、形状情報作成部２
０で作成した形状情報に基づいて階調画像データを作成
する（ステップＳ４０）。これは、複写対象となる立体
物の高さ情報を階調表現して得られるデータであり、例
えば立体物を等高線で表示し、隣り合う等高線間に、そ
れぞれ所望の発泡高さが得られるように濃度の異なる吸
収層を塗布するためのデータである。

【０１１２】次に、階調画像データに基づいて、発泡シ
ートのレーザー光照射面に吸収層の濃淡で階調画像を形
成する（ステップＳ４１）。階調画像の形成方法は、例
えば黒色のトナーを発泡量に応じた濃淡が得られるよう
に電子写真で転写、定着する方法や、インクジェットで
黒インクを転写する方法がある。

【０１１３】次に、発泡制御データに基づいて階調画像
の表面に所定の投入熱量となるようにレーザー光を照射
し、発泡シートの発泡性素材を発泡させる（ステップＳ
４２）。このとき、各階調画像の表面に与える投入熱量
は同じで良く、レーザー光は発泡制御データの走査経
路、走査速度に関するデータに基づいて各発泡部に所定
の熱量を与えるように階調画像上を走査することにな
る。

【０１１４】そして、制御部４０において全ての発泡部
の発泡が完了したか否かを確認し（ステップＳ４３）、
発泡が完了した場合には加熱動作を終了し、発泡が完了
していない場合には、ステップＳ４２以降の動作を繰り
返すことになる。

【０１１５】なお、図１６を用いて説明したように発泡
シートを基材ＢＰと発泡性素材ＦＢとで構成し、階調画
像を基材ＢＰ側に転写し、レーザー光を基材ＢＰに照射
するようにしても良い。

【０１１６】このような構成を採ることで、発泡性素材
ＦＢが直接加熱されることがないので、発泡性素材ＦＢ
の表面が過剰に加熱されて破損するようなことが防止で
き、また発泡性素材ＦＢの表面が着色されることもな
い。

【０１１７】＜Ｄ−３．作用効果＞このように、吸収層
の濃淡により発泡高さを制御することで、レーザー光の
投入熱量を発泡部ごとに変更する必要がなく、形状情報
に応じた発泡高さを有する半立体画像を容易に得ること
ができる。

【０１１８】なお、各階調画像ごとに与える投入熱量を
変え、例えば黒色のトナーの濃度が高く、より高く発泡
させたい部分にはレーザー光の投入熱量を大きくするよ
うに制御しても良い。このように投入熱量の制御を併せ
て行うことで形状情報に応じた発泡高さを有する半立体
画像をより正確に得ることができる。

【０１１９】＜Ｄ−４．変形例＞以上説明した本発明に
係る実施の形態４においては、レーザー光を用いた発泡
ユニットを用いることを前提として説明したが、吸収層
の濃淡で階調画像を形成する方法においては、レーザー
光以外にも、マイクロ波あるいは赤外ランプ光、ハロゲ
ンランプ光などが使用できる。

【０１２０】すなわち、各吸収層に照射するエネルギー
量は共通であるので、レーザー光のように局所的な加熱
手段ではなく、加熱領域が広範囲に渡るランプ加熱など
の加熱方法であっても形状情報に応じた発泡高さを有す
る半立体画像を得ることができる。

【０１２１】＜Ｅ．実施の形態５＞これまで説明した本
発明に係る実施の形態１〜４においては、発泡シートの
レーザー光照射面にレーザー光の吸収層を塗布する場合
以外は発泡シートに彩色を施す構成は説明しなかった
が、複写対象となる立体物が色、柄、模様などの画像情
報を有する場合は、当該画像情報に基づき発泡性素材表
面に彩色された画像を形成した後、形状情報に基づいて
発泡性素材を所定の形状に発泡させることにより色、
柄、模様付きの彩色された立体物を得ることができる。

【０１２２】以下、本発明に係る実施の形態５として、
彩色された立体物を得る発泡造形方法および発泡造形装
置について説明する。

【０１２３】＜Ｅ−１．制御動作の具体例１＞図２５に
示すフローチャートを用いて、彩色された立体物を得る
ための制御動作の具体例１について説明する。

【０１２４】なお、本実施の形態における装置構成は、
基本的には、図１に示す発泡造形装置１００と同様であ
るが、形状情報作成部２０では形状情報だけでなく立体
物の色、柄、模様などの画像情報が作成され、データ処
理部３０では、形状情報作成部２０で作成した形状情報
および画像情報に基づいて、発泡ユニットの走査経路
（走査パス）、走査速度、各発泡部の発泡高さに応じて
各発泡部に投入する熱量、加熱温度に関するデータを含
む発泡制御データおよび複写対象の画像データが作成さ
れる。

【０１２５】図２５において、まず、発泡性素材表面に
画像データに基づいて画像形成装置により彩色画像を形
成する（ステップＳ５０）。なお彩色画像の形成方法
は、例えば電子写真現像転写装置によりカラートナーを
転写、定着する方法や、インクジェットでカラーインク
を転写する方法がある。

【０１２６】次に、制御部４０において発泡制御データ
に基づいて設定された発泡性素材の所定位置を発泡ユニ
ットにより加熱して発泡させる（ステップＳ５１）。な
お、発泡制御データを得るまでの過程は、図３に示した
フローチャートのステップＳ１〜Ｓ３までの動作と同じ
なので説明は省略する。

【０１２７】そして、制御部４０において所定位置の発
泡部に対して設定された熱量を与えたか否かを確認し
（ステップＳ５２）、設定された熱量を与えていない場
合にはステップＳ５１の動作を繰り返し、設定された熱
量を与えた場合には、全ての発泡部の発泡が完了したか
否かを確認し（ステップＳ５３）、発泡が完了した場合
には加熱動作を終了し、発泡が完了していない場合に
は、ステップＳ５１以降の動作を繰り返すことになる。

【０１２８】＜Ｅ−２．制御動作の具体例２＞次に、図
２６に示すフローチャートを用いて、彩色された半立体
画像を得るための制御動作の具体例２について説明す
る。

【０１２９】なお、本実施の形態における装置構成は、
基本的には、図７に示す発泡造形装置２００と同様であ
るが、形状情報作成部２０では形状情報だけでなく立体
物の色、柄、模様などの画像情報が作成され、データ処
理部３０では、形状情報作成部２０で作成した形状情報
および画像情報に基づいて、発泡ユニットの走査経路
（走査パス）、発泡高さのデータを含む走査制御データ
および複写対象となる画像データが作成される。

【０１３０】図２６において、まず、発泡性素材表面に
画像データに基づいて画像形成装置により彩色画像を形
成する（ステップＳ６０）。

【０１３１】次に、形状情報作成部２０において作成し
た複写対象となる立体物の形状情報に基づいて設定され
た発泡性素材ＦＢの所定位置を、制御部４０から発泡ユ
ニットＦＭを制御して加熱し、発泡させる（ステップＳ
６１）。

【０１３２】なお、形状情報作成部２０で作成した形状
情報は、データ処理部３０に入力され発泡ユニットＦＭ
の走査経路（走査パス）、走査速度、発泡高さを含む走
査制御データに変換され、制御部４０に与えられる。

【０１３３】次に、発泡量計測ユニットで発泡ユニット
が形成した発泡部の発泡量（発泡高さ）を計測する（ス
テップＳ６２）。計測結果は制御部４０に与えられ、各
発泡部ごとに設定された設定高さとの比較を行って、所
定位置の発泡部の発泡高さが設定高さに達したか否かを
確認し（ステップＳ６３）、設定高さに達していない場
合には再度加熱を行って計測を行い、設定高さに達した
場合には当該発泡部への加熱動作を終了する。

【０１３４】続いて、走査制御データによって設定され
た全ての発泡部の発泡が完了したか否かを確認し（ステ
ップＳ６４）、発泡が完了した場合には加熱動作を終了
し、発泡が完了していない場合には、ステップＳ６１以
降の動作を繰り返すことになる。

【０１３５】＜Ｅ−３．装置構成の具体例１＞図２７を
用いて、彩色された半立体画像を得るための装置構成の
具体例１として発泡造形装置３００について説明する。

【０１３６】発泡造形装置３００においては、シート状
の基材ＢＰの一方面上に発泡性素材ＦＢがコーティング
された発泡シートＳＨを使用し、発泡シートＳＨの基材
ＢＰ側に発泡ユニットＦＭ１を、発泡性素材ＦＢ側に発
泡量計測ユニットＦＤ１を配置することで、精度の良い
発泡および計測が可能となる。なお、発泡ユニットＦＭ
１および発泡量計測ユニットＦＤ１の構成は、それぞれ
図２および図９を用いて説明しているので説明は省略す
る。

【０１３７】また、発泡造形装置３００においては、画
像形成装置として電子写真現像転写装置ＥＧを使用して
いる。電子写真現像転写装置ＥＧは、例えばＣ（シア
ン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂｋ（ブラッ
ク）の各色のトナーを有する現像器１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄと、各現像器に付設された現像スリーブ１
２と、当該現像スリーブ１２に接触する感光体ドラム１
８と、感光体ドラム１８から各色のトナーが転写される
中間転写ベルト１３とを主たる構成として備えている。
そして、画像データに基づいて、感光体ドラム１８上に
各色のトナーを順次現像し、中間転写ベルト１３に重ね
て転写された後、２次転写ローラ１０と支持ローラ１６
との間に発泡シートＳＨとトナーが転写された中間転写
ベルト１３を挟むことでトナーが発泡シートＳＨの発泡
性素材ＦＢ上に静電転写され彩色画像が形成されること
になる。なお、中間転写ベルト１３は、駆動用ローラ１
４ａ、従動用ローラ１４ｂ、１次転写ローラ１５、支持
ローラ１６によってループ状に駆動される構成となって
いる。

【０１３８】彩色画像を形成した部分はレーザー光を用
いた発泡ユニットＦＭ１の上部に移動し、走査制御デー
タに基づいて基材ＢＰ側から加熱され、発泡する。

【０１３９】このように、彩色画像の形成された発泡面
とは反対側の面から加熱することにより、トナーの溶融
や発泡性素材の破壊による画像の乱れを防止することが
できる。さらに、発泡量計測ユニットＦＤ１により発泡
面の発泡高さを計測し、レーザーにより発泡性素材に与
える熱量を制御することにより、彩色された正確な半立
体画像が得られる。

【０１４０】なお、発泡性素材ＦＢ側に彩色画像を形成
し、実施の形態４において説明したように基材側ＢＰに
形状情報に基づいて階調画像を転写し、その階調画像の
転写面をランプ光、あるいはレーザー光を照射すること
により、階調画像に応じて発泡量を制御して彩色された
半立体画像を得るようにしても良い。ランプ光として
は、ハロゲンランプ光、赤外線ランプ光などを使用すれ
ば良い。

【０１４１】＜Ｅ−４．装置構成の具体例２＞図２８を
用いて、彩色された立体物を得るための装置構成の具体
例２として発泡造形装置４００について説明する。

【０１４２】発泡造形装置４００においては、シート状
の基材ＢＰの一方面上に発泡性素材ＦＢがコーティング
され、発泡性素材ＦＢの表面にインクの接着性を高め、
にじみを防止するインク親和材ＡＦＬがコーティングさ
れた発泡シートＳＨ１を使用している。

【０１４３】インク親和材ＡＦＬとしては、ＰＶＡ（ポ
リビニルアルコール）、ＰＶＰ（ポリビニルピロリド
ン）、セルロース、セラミック（アルミナゾル）、水性
ウレタン樹脂などが知られている。

【０１４４】そして、発泡シートＳＨ１、発泡シートＳ
Ｈ１の基材ＢＰ側に発泡ユニットＦＭ１を、発泡性素材
ＦＢ側に発泡量計測ユニットＦＤ２を配置することで、
精度の良い発泡および計測が可能となる。なお、発泡ユ
ニットＦＭ１および発泡量計測ユニットＦＤ２の構成
は、それぞれ図２および図１０を用いて説明しているの
で説明は省略する。

【０１４５】また、発泡造形装置４００においては、画
像形成装置としてインクジェットヘッドＩＪを使用して
いる。インクジェットヘッドＩＪは、画像データに基づ
いて、彩色キャリアである各色のインクを吐出し、イン
ク親和性材料をコーティングした発泡シートＳＨ１の発
泡面に彩色画像を形成する。

【０１４６】彩色画像を形成した部分はレーザー光を用
いた発泡ユニットＦＭ１の上部に移動し、走査制御デー
タに基づいて基材ＢＰ側から加熱され、発泡する。

【０１４７】以上説明した発泡造形装置４００の発泡ユ
ニットＦＭ１および発泡量計測ユニットＦＤ２は、両者
が互いの位置関係を保って移動することが望ましく、そ
のためには共通の駆動機構を使用すれば良い。

【０１４８】＜Ｅ−４−１．駆動機構の構成＞図２９に
発泡ユニットＦＭおよび発泡量計測ユニットＦＤ２を共
通の駆動機構に取り付けた構成を示す。

【０１４９】図２９において発泡ユニットＦＭ１および
発泡量計測ユニットＦＤ２は、基部ＢＳと、基部ＢＳか
ら対向して平行に延在するアームＡＭ１およびＡＭ２と
で構成されるヘッド部ＨＤの、アームＡＭ１およびＡＭ
２の先端部に取り付けられている。そしてヘッド部ＨＤ
は直交する２方向に移動可能なように駆動装置ＤＸＹ１
に取り付けられている。

【０１５０】駆動装置ＤＸＹ１は、ヘッド部ＨＤが取り
付けられ、平面上の第１の方向（Ｘ方向と呼称）にヘッ
ド部ＨＤを直線的に移動させるＸ方向移動軸ＭＬＸと、
上記第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ方向と呼称）
にＸ方向移動軸ＭＬＸを直線的に移動させるＹ方向移動
軸ＭＬＹとで構成されている。なお、Ｘ方向移動軸ＭＬ
ＸおよびＹ方向移動軸ＭＬＹの動作制御は、図示しない
制御部４０（図１参照）によって行われることは言うま
でもない。

【０１５１】また、Ｘ方向移動軸ＭＬＸおよびＹ方向移
動軸ＭＬＹは、それぞれアクチュエータＡＣＸおよびＡ
ＣＹを有し、その駆動力によってヘッド部ＨＤおよびＸ
方向移動軸ＭＬＸを移動させる。

【０１５２】このような構成の駆動装置ＤＸＹ１を用
い、発泡シートＳＨ１を発泡性素材ＦＢが発泡量計測ユ
ニットＦＤ２側となるように、アームＡＭ１およびＡＭ
２の間に配設することで、発泡ユニットＦＭ１と発泡量
計測ユニットＦＤ２とが、発泡性素材ＦＢを間に挟んで
互いの位置関係を保って移動することになり、精度の良
い発泡および計測が可能となる。

【０１５３】なお、インクジェットヘッドＩＪは駆動装
置ＤＸＹ１とは別個の駆動装置ＤＸＹ２に取り付けられ
ている。

【０１５４】駆動装置ＤＸＹ２は、インクジェットヘッ
ドＩＪが取り付けられ、平面上のＸ方向にインクジェッ
トヘッドＩＪを直線的に移動させるＸ方向移動軸ＭＬＸ
と、Ｙ方向にＸ方向移動軸ＭＬＸを直線的に移動させる
Ｙ方向移動軸ＭＬＹとで構成され、基本的には駆動装置
ＤＸＹ１と同じ構成となっている。

【０１５５】なお、インクジェットヘッドＩＪは発泡ユ
ニットＦＭ１および発泡量計測ユニットＦＤ２とともに
共通の駆動装置に取り付けるようにしても良い。

【０１５６】すなわち、図３０に示すように、基部ＢＳ
１と、基部ＢＳ１から対向して平行に延在するアームＡ
Ｍ１およびＡＭ２と、アームＡＭ１に平行になるように
基部ＢＳ１に取り付けられたインクジェットヘッドＩＪ
とで構成されるヘッド部ＨＤ１の、アームＡＭ１および
ＡＭ２の先端部に発泡ユニットＦＭ１および発泡量計測
ユニットＦＤ２が取り付けられている。

【０１５７】そして、駆動装置ＤＸＹ３は、ヘッド部Ｈ
Ｄ１が取り付けられ、平面上のＸ方向にヘッド部ＨＤ１
を直線的に移動させるＸ方向移動軸ＭＬＸと、Ｙ方向に
Ｘ方向移動軸ＭＬＸを直線的に移動させるＹ方向移動軸
ＭＬＹとで構成されている。

【０１５８】このように、インクジェットヘッドＩＪ
と、発泡ユニットＦＭ１および発泡量計測ユニットＦＤ
２を共通の駆動装置に取り付けることで、彩色画像の形
成位置と半立体画像の形成位置のずれを防止できる。

【０１５９】図３１に彩色された半立体画像の概念図を
示す。図３１においては発泡シートＳＨ１上に四角錐状
の発泡部ＦＰが形成され、発泡部ＦＰ上には複数のハッ
チングで示すように異なる彩色が施されている。

【０１６０】以上説明した実施の形態１〜５において
は、発泡のエネルギー源にレーザー光を用いる構成を示
したが、発泡に必要なエネルギーを局所的に集中できる
のであればレーザー光に限定されるものではなく、可視
光、赤外光、紫外光を収束させたものでも良く、また、
光以外のエネルギー源を用いても良い。

【０１６１】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の発泡造形装
置によれば、立体物の形状データに基づいて発泡ユニッ
トから発泡性素材に与えるエネルギーを制御すること
で、発泡性素材の発泡高さを制御するので、立体物の形
状を半立体画像として簡単に、かつ正確に再現すること
ができる。

【０１６２】本発明に係る請求項２記載の発泡造形装置
によれば、複数の発泡位置ごとに与えるエネルギー量を
定め、各発泡位置において所定のエネルギー量を与えた
か否かで発泡ユニットの発泡動作の停止あるいは継続を
制御するので、発泡量制御が容易である。

【０１６３】本発明に係る請求項３記載の発泡造形装置
によれば、発泡計測ユニットが取得した発泡高さのデー
タに基づいて発泡ユニットの発泡動作の停止あるいは継
続を制御するので、正確な発泡量制御が可能となる。

【０１６４】本発明に係る請求項４記載の発泡造形装置
によれば、画像形成装置により発泡性素材上に彩色画像
を形成し彩色画像に合わせて発泡ユニットの発泡動作を
制御することで、彩色された半立体画像を得ることがで
きる。

【０１６５】本発明に係る請求項５記載の発泡造形装置
によれば、吸収層の濃淡と投入エネルギー量の制御によ
って発泡高さを制御することができ、形状情報に応じた
発泡高さを有する半立体画像をより正確に得ることがで
きる。

【０１６６】本発明に係る請求項６記載の発泡造形装置
によれば、画像形成装置を電子写真現像転写装置で構成
することで、保守が比較的容易な装置となる。

【０１６７】本発明に係る請求項７記載の発泡造形装置
によれば、画像形成装置をインクジェット印刷装置で構
成することで、画像印刷が高速にできるとともに、非接
触印刷ができるので発泡性素材が柔らかな場合にも対応
できる。

【０１６８】本発明に係る請求項８記載の発泡造形装置
によれば、加熱により発泡する発泡性素材を、レーザー
光を用いた発泡ユニットにより加熱するので、熱量の制
御性が良好であり、また発泡ポイントの大きさの制御が
容易なので、半立体画像の解像度を向上させることがで
きる。

【０１６９】本発明に係る請求項９記載の発泡造形装置
によれば、基材側から発泡性素材を加熱するように発泡
ユニットを配設することで、発泡性素材が直接加熱され
ることがなく、発泡性素材の表面が過剰に加熱されて破
損するようなことが防止でき、発泡部をより大きく発泡
させることが可能となる。

【０１７０】本発明に係る請求項１０記載の発泡造形装
置によれば、加熱により発泡する発泡性素材を、レーザ
ー光を用いた発泡ユニットにより加熱するので、熱量の
制御性が良好であり、また発泡ポイントの大きさの制御
が容易なので、半立体画像の解像度を向上させることが
できるとともに、レーザー光を用いた発泡計測ユニット
により発泡性素材の発泡高さを計測するので、発泡高さ
を正確に計測できる。

【０１７１】本発明に係る請求項１１記載の発泡造形装
置によれば、基材側から発泡性素材を加熱するように発
泡ユニットを配設し、発泡計測ユニットを基材および発
泡性素材を挟んで発泡ユニットに対向するように配設す
るので、発泡と、発泡高さの計測を同時に行うことがで
きる。

【０１７２】本発明に係る請求項１２記載の発泡造形装
置によれば、発泡計測ユニットが発泡ユニットを兼用す
るので、発泡と、発泡高さの計測を同時に行うことがで
きるとともに、装置構成が簡単になる。

【０１７３】本発明に係る請求項１３記載の発泡造形方
法によれば、発泡ユニットから発泡性素材に与えるエネ
ルギーを制御することで、発泡性素材の発泡高さを制御
するので、立体物の形状を半立体画像として簡単に、か
つ正確に再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態１の発泡造形装置の
構成を説明する図である。

【図２】 レーザー光を用いた発泡ユニットの構成を示
す図である。

【図３】 本発明に係る実施の形態１の発泡造形装置の
動作を説明するフローチャートである。

【図４】 発泡性素材上に形成した半立体画像の概念図
である。

【図５】 複数の発泡ユニットを備えた構成を説明する
図である。

【図６】 本発明に係る実施の形態１の発泡造形装置の
変形例の構成を説明する図である。

【図７】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置の
構成を説明する図である。

【図８】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置の
構成を説明する図である。

【図９】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置の
構成を説明する図である。

【図１０】 レーザー光を用いた発泡量計測ユニットの
構成を示す図である。

【図１１】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置
の動作を説明するフローチャートである。

【図１２】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置
の変形例１の構成を説明する図である。

【図１３】 発泡および発泡量計測ユニットの構成を示
す図である。

【図１４】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置
の変形例２の構成を説明する図である。

【図１５】 加熱方向の違いによる発泡部の発泡形状の
違いを示す図である。

【図１６】 本発明に係る実施の形態２の発泡造形装置
の変形例２の具体的な構成を示す図である。

【図１７】 発泡ユニットおよび発泡量計測ユニットを
共通の駆動機構に取り付けた構成を示す図である。

【図１８】 発泡ユニットおよび発泡量計測ユニットを
固定した構成を示す図である。

【図１９】 本発明に係る実施の形態３の発泡造形装置
の動作を説明するフローチャートである。

【図２０】 本発明に係る実施の形態３の発泡造形装置
の動作の変形例を説明するフローチャートである。

【図２１】 吸収層をコートした発泡シートの構成を示
す図である。

【図２２】 塗布濃度の異なる吸収層を発泡シートに塗
布した状態を示す図である。

【図２３】 塗布濃度の異なる吸収層を発泡シートに塗
布して発泡させた状態を示す図である。

【図２４】 本発明に係る実施の形態４の発泡造形装置
の動作を説明するフローチャートである。

【図２５】 本発明に係る実施の形態５の発泡造形装置
の動作の一例を説明するフローチャートである。

【図２６】 本発明に係る実施の形態５の発泡造形装置
の動作の一例を説明するフローチャートである。

【図２７】 本発明に係る実施の形態５の発泡造形装置
の構成の一例を示す図である。

【図２８】 本発明に係る実施の形態５の発泡造形装置
の構成の一例を示す図である。

【図２９】 発泡ユニットおよび発泡量計測ユニットを
共通の駆動機構に取り付けた構成を示す図である。

【図３０】 発泡ユニット、発泡量計測ユニットおよび
インクジェットヘッドを共通の駆動機構に取り付けた構
成を示す図である。

【図３１】 彩色された半立体画像を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

ＦＢ 発泡性素材、ＦＭ，ＦＭ１，ＦＭ２ 発泡ユニッ
ト、ＦＤ，ＦＤ１，ＦＤ２ 発泡量計測ユニット、ＦＤ
Ｍ，ＦＤＭ１ 発泡および発泡量計測ユニット

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体物の情報に基づいて、シート状の発
   泡性素材を発泡させて前記立体物の半立体画像を形成す
   る発泡造形装置であって、 前記発泡性素材を発泡させる発泡ユニットと、 前記立体物の情報に基づいて前記発泡ユニットの発泡動
   作を制御する制御部とを備え、 前記制御部は、前記立体物の形状データに基づいて前記
   発泡ユニットから前記発泡性素材に与えるエネルギーを
   制御することで、前記発泡性素材の発泡高さを制御す
   る、発泡造形装置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、前記立体物の形状データ
   に基づいて複数の発泡位置を定めるとともに、前記複数
   の発泡位置ごとに与えるエネルギー量を定め、各発泡位
   置において所定のエネルギー量を与えたか否かで前記発
   泡ユニットの発泡動作の停止あるいは継続を制御する、
   請求項１記載の発泡造形装置。
3. 【請求項３】 前記発泡性素材の発泡高さを計測する発
   泡計測ユニットをさらに備え、 前記制御部は、 前記発泡計測ユニットが取得した発泡高さのデータに基
   づいて前記発泡ユニットの発泡動作の停止あるいは継続
   を制御する、請求項１記載の発泡造形装置。
4. 【請求項４】 前記立体物の画像データに基づいて前記
   発泡性素材上に彩色画像を形成する画像形成装置をさら
   に備え、 前記制御部は、前記彩色画像に合わせて前記発泡ユニッ
   トの発泡動作を制御する、請求項２または請求項３記載
   の発泡造形装置。
5. 【請求項５】 前記立体物の高さ情報を階調表現した階
   調画像データに基づいて、前記発泡性素材上に発泡エネ
   ルギーの吸収度合いが濃度によって異なる吸収層の濃淡
   で階調画像を形成する画像形成装置をさらに備え、 前記制御部は、前記階調画像に合わせて前記発泡ユニッ
   トの発泡動作を制御する、請求項２記載の発泡造形装
   置。
6. 【請求項６】 前記画像形成装置は、電子写真現像転写
   装置である、請求項４または請求項５記載の発泡造形装
   置。
7. 【請求項７】 前記画像形成装置は、インクジェット印
   刷装置である、請求項４または請求項５記載の発泡造形
   装置。
8. 【請求項８】 前記発泡性素材は加熱により発泡し、 前記発泡ユニットはレーザー光により前記発泡性素材を
   加熱する装置である、請求項１記載の発泡造形装置。
9. 【請求項９】 前記発泡性素材はシート状の非発泡の基
   材上に形成され、 前記発泡ユニットは前記基材側から前記発泡性素材を加
   熱するように配設される、請求項８記載の発泡造形装
   置。
10. 【請求項１０】 前記発泡性素材は加熱により発泡し、 前記発泡ユニットはレーザー光により前記発泡性素材を
    加熱する装置であり、 前記発泡計測ユニットはレーザー光により前記発泡性素
    材の発泡高さを計測する装置である、請求項３記載の発
    泡造形装置。
11. 【請求項１１】 前記発泡性素材はシート状の非発泡の
    基材上に形成され、 前記発泡ユニットは、前記基材側から前記発泡性素材を
    加熱するように配設され、 前記発泡計測ユニットは、前記基材および前記発泡性素
    材を挟んで前記発泡ユニットに対向するように配設され
    る、請求項１０記載の発泡造形装置。
12. 【請求項１２】 前記発泡性素材は加熱により発泡し、 前記発泡計測ユニットは前記発泡ユニットを兼用し、レ
    ーザー光により前記発泡性素材を加熱するとともに、レ
    ーザー光により前記発泡性素材の発泡高さを計測する装
    置である、請求項３記載の発泡造形装置。
13. 【請求項１３】 立体物の情報に基づいて、シート状の
    発泡性素材を発泡させて前記立体物の半立体画像を形成
    する発泡造形方法であって、 前記立体物の形状データに基づいて前記発泡性素材に与
    えるエネルギーを制御することで、前記発泡性素材の発
    泡高さを制御する発泡造形方法。