JP2007196668A - 立体物の製造方法、立体物、立体物製造用記録媒体、及び立体物の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくともインク受容層と接着層を有する記録媒体7にインクジェット方式により平面画像10〜13を記録する。そして、平面画像が記録された記録媒体同士が接着層により接着されるように記録媒体を積層することにより、立体像を内方する立体物を形成する。
【選択図】 図4
Description
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態では、例えば、図1に示すような立体物1を形成(製造)する。すなわち、図1に示す立体物1は、直方体形状を有する透明体2の中に、着色された複数の立体像(例えば3,4,5,6)が内包されたものとなっている。
この記録工程では、図15のインクジェット記録装置を用いて記録媒体上に平面画像を形成する。本実施形態で使用できる記録媒体としては、インクを定着させ得る材料で構成されるインク受容層71と上述した接着層72を有する記録媒体であれば制限なく使用できる。インク受容層71はインクを吸収する材料で構成されたもの(例えば、インク吸収性を持つ多孔質体や、インク溶解性を有する樹脂)の方が、形成された立体像の積層部のなめらかさを向上させる上で望ましい。
・C.Iダイレクトブルー6、8、22、34、70、71、76、78、86、142、199、
・C.Iアシッドブルー9、22、40、59、93、102、104、117、120、167、229、
・C.Iダイレクトレッド1、4、17、28、83、227、
・C.Iアシッドレッド1、4、8、13、14、15、18、21、26、35、37、249、257、289、
・C.Iダイレクトイエロー12、24、26、86、98、132、142、
・C.Iアシッドイエロー1、3、4、7、11、12、13、14、19、23、25、34、44、71、
・C.Iフードブラック1、2、
・C.Iアシッドブラック2、7、24、26、31、52、112、118
・C.Iピグメントブルー1、2、3、15:3、16、22
・C.Iピグメントレッド5、7、12、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、112、122
・C.Iピグメントイエロー1、2、3、13、16、83
・カーボンブラックNo2300、900、33、40、52、MA7、8、MCF88(三菱化成製)、RAVEN1255(コロンビア製)、REGAL330R、660R、MOGUL(キャボット製)、Color Black FW1、FW18、S170、S150、Printex35(デグッサ製)
この積層工程では、上記記録工程においてスライス画像が記録された記録媒体を積層・固定する。
基本的には、記録媒体上のインクが乾いたら、その記録媒体を積層する。図3に示すように、1枚の記録媒体内の複数の媒体チップに各スライス画像が形成されている場合には、それらの媒体チップをカットして積層する。このとき、複数の媒体チップを重ね合わせる際に基準となる面(基準面)が必要となるため、基準面が正確に形成されるように注意する。この後、カットした媒体チップの基準面を合わせながらスライス画像の順番に従って記録媒体を重ねていく。このとき、チップ同士は接着層72を介して互いに接着されながら積層される。各媒体チップの位置合わせを容易に行うため、基準面を突き当てるような専用冶具を用いることが望ましい。
次に、本発明の具体例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、文中「部」及び「%」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
以下、具体例1の立体物形成方法を工程別に説明する。
A:記録工程
この記録工程では、インクジェット記録装置を用いて記録媒体上に立体物のスライス画像を形成する。
まず、記録媒体基材として80μm厚のPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを用いた。そして、このPETフィルムの両面の表面改質を、大気圧プラズマ照射装置(キーエンス社製 ST−7000)を用いて下記条件にて行った。
照射距離 :5mm
プラズマモード:High
処理速度 :100mm/sec
表面改質された一方の面に市販の溶剤型粘着剤(東洋インキ製造株式会社製 BPS−5127)を、乾燥時に30μmとなるように塗布した。この後、粘着剤面に剥離紙用離型剤(信越化学製 KS779H)を薄層に塗布した150μm厚のPETフイルムを、セパレータ(剥離層)7aとして張り合わせた。
次に、記録媒体基材のもう一方の面に、下記処方によるインク受容層材料をその乾燥時に70μmの厚さとなるようにバーコーターにて塗布した。
ポリビニルアルコール(クラレ社製 PVA102) :30部
ポリビニルピロリドン(GAF社製 K=90 分子量36万):15部
純水 :55部
次に、カットマシンによって記録媒体を200mm×280mmのサイズに断裁した。さらに、セパレータ7a上の層(インク受容層71、基材70、粘着層72)に20mm間隔で縦横に切り込みを入れた。これにより一枚のセパレータ7a上に20mm×20mmの記録媒体チップが140個配置された記録媒体が完成した。
次に市販インクジェット記録装置(本出願人製 PIXUS950i)を用いて立体物をスライスした平面画像を記録した。ここでは、「花火」の立体像を内包する立体画像データを、記録媒体の厚さ毎に高さ方向へとスライスして得られる平面画像データに従って記録媒体の各記録媒体チップに記録した。
この積層工程では、上記記録工程においてスライス画像が記録された記録媒体を積層・固定する。
スライスされた平面画像が記録された記録媒体チップを順番に従い、セパレータ7aから剥がして重ねてゆく。記録媒体チップの裏面には粘着剤が塗布されているので、圧着により積層・固定できる。このとき、ユーザが手動で積層する場合には、チップ表面に指紋等の汚れが付着しないように手袋等を使用して作業するとよい。また、機械を利用した全自動方式でチップを積層することも可能である。この場合、セパレータ7aからチップを剥がすための剥離手段、剥離されたチップを積層するための積層部並びに積層されたチップで構成される立体物を積層部から取り出すための手段を装置内に設置すればよい。
作業動作としては、まず、ベースフィルム7aに配置された複数の媒体チップ9のうち、スライスされた順番とは逆の順番に従って、記録媒体チップ9をセパレータ7aから剥離させる。そして、剥離させた記録媒体チップ9を治具20の底面21上に積層してゆく。図6(a)は、最後にスライスされた画像の形成された記録媒体チップ9をセパレータ7aから剥がし、そのセパレータ7aとの接触面を治具2の底面に押し当てて、貼り付けた状態を示している。この際、記録媒体チップ9の隣接する2つの端面21,22を基準面とする。この基準面を治具の両側面(基準面)に当接させることで記録媒体チップ9の位置決めを行う。
ポリビニルアルコール(クラレ社製 PVA102) :10
純水 :90部
A:記録工程
この記録工程では、インクジェット記録装置を用いて記録媒体上に立体物のスライス画像を形成する。
まず、記録媒体の基材として100μm厚のPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを用いた。このPETフィルムの片面を大気圧プラズマ照射装置(日本ペイント社製 プラズマアトム・ハンディ)を用いて下記条件にて転写体の表面改質を行った。
照射距離 :接触
プラズマモード:標準
処理速度 :10mm/sec
次に、基材上にインク高粘度化成分として、塩化カルシウム・2水和物の10質量%水溶液に、フッ素系界面活性剤(セイミケミカル社製 サーフロンS−141)を0.5%添加した処理液を、ロールコーターにて0.3mg/m2塗布した。
このようにして、インクとの接触により接着性を発現するインク受容層71と基材70とを有する記録媒体を得る。
次に、カットマシンによって記録媒体を、50mm×50mmのサイズにカットし、シート状記録媒体チップとした。
次に、インクジェット記録装置(ノズル密度1200dpi、吐出量4pl、駆動周波数8kHz)を用いると共に、5色のインクを用い、インク高粘度化成分が表面に塗布されている記録媒体上に平面記録画像を形成した。ここでは、「噴水」の立体画像データを高さ方向にスライスして得られる画像データに従って平面記録画像を形成した。また、インクとして、下記の組成のものをそれぞれ用いた。
・下記の各顔料 :5部
ブラック:カーボンブラック(三菱化学株式会社製 MCF88)
シアン:ビグメントブルー15
マゼンタ:ピグメントレッド7
イエロー:ピグメントイエロー74
ホワイト:酸化チタン
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体
(酸価240、重量平均分子量5000) :1部
・グリセリン :10部
・エチレングリコール :5部
・界面活性剤(川研ファインケミカル製
アセチレノールEH) :1部
・イオン交換水 :78部
この積層工程では、上記記録工程においてスライス画像が記録された記録媒体を積層・固定する。
スライスされた平面画像が記録された記録媒体上のインクが適度に乾燥し、表面に接着性が発現してきたら、順番に従い、重ねていく。具体的には接着性を発現したインク受容層71によって記録媒体7同士が接着されるように、記録媒体を順次接着しながら積層していく。積層が完了したら、積層された記録媒体の側面から感光性樹脂接着剤をスポイトにて供給する。これにより、毛管力にて記録媒体の重ね合わせた隙間に感光性樹脂接着剤が充填される。ここで用いた感光性樹脂接着剤は下記の組成の物を用いた。
光重合開始剤(チバスペシャリティケミカル製 イルガキュア184) :5部
この後、紫外線照射して感光性樹脂を硬化させ、その後に側面を研磨する。
以上により、「噴水」の立体像を内包する立体物を得ることができた。
次に、本発明の第2の実施形態を詳細に説明する。
図7に本発明の実施形態において形成される立体物の一例を、図8ないし図11および図12Aないし図12Cに本発明の立体物形成方法の概略図を示した。
図8は、本実施形態の記録工程において使用可能なシート状の記録媒体7の一例を示している。この記録媒体7は、図17の層構成、すなわち、水溶性およびインク着色性を有する材料によるインク受容層71と接着層72によって構成されている。そして、この記録媒体7には、縦横に形成されたカット溝8により一定サイズの矩形領域(記録媒体チップ)9が複数形成されている。
この記録工程では、インクジェット記録装置を用いて記録媒体上に平面画像を形成する。この工程に使用するインク受容層には、単独では溶解性を持ち、インク付着部は不溶化する特性が必要とされる。このため、インク受容層に用いられる材料はインクとの組み合わせで決定される。すなわち、多孔質の水溶性フィルムに油性インクを用いて画像形成し、水洗にて非画像記録部(画像記録部以外)を除去する方法が最も単純な方法となる。しかし、現在は、インクは取り扱いや環境衛生的な観点から水系インクが好んで使用される状況にあるため、水溶性樹脂と架橋剤による不溶化反応を利用することが好適である。
1)記録媒体:水溶性樹脂(非反応性)
インク:水溶性樹脂(反応性)+架橋剤
2)記録媒体:水溶性樹脂(反応性)
インク:架橋剤
3)記録媒体:水溶性樹脂(非反応性)+架橋剤
インク:水溶性樹脂(反応性)
4)記録媒体:水溶性樹脂(反応性)
インク:水溶性樹脂(反応性)+架橋剤
また、本実施形態に用いる記録媒体には、上記のような材料に無色の微粉末をフィラーとして加えることもできる。
この積層工程では、上記記録工程においてスライス画像が記録された記録媒体を積層・固定する。
インク受容層と接着層を兼ねるインク受容層を用いる場合、記録媒体上のインクがある程度乾いたら、その記録媒体を積層する。これにより、接着性を発現したインク受容層によって記録媒体同士を接着しながら順次積層していくことができる。完全にインクが乾いてしまうと積層するシート間での接着性がなくなってしまう。しかし、通常はインク中に含まれる有機溶剤の一部は揮発性が低いために残留しやすく、接着不良は生じにくい。逆に乾燥不十分であると重ね合わせの際にインクが押し広げられて画像を乱す場合があるが、この場合、記録媒体裏面もインク吸収性を持っているので、画像が乱れることは殆どない。
除去工程では、図11に示す積層体45から、画像形成部以外の部分の除去を行う。すなわち、全ての記録媒体あるいは記録媒体チップを重ね終えたら、積層状態をしばらく保持して樹脂の固定化を行う。この固定化の時間を短縮しようとする場合は、ドライアー等で加熱してやると良い。しかし、あまり高温にすると非画像部が除去しにくくなる可能性があるため、加熱は適度に行うことが必要である。
上記のようにして作成された立体物表面に、透明なラッカーやニスを塗ると、さらに仕上がりを良くすることができる。
次に、具体例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、文中「部」及び「%」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
(具体例3)
以下、具体例3の立体物形成方法を工程別に説明する。
A:記録工程
この工程では、インクジェット記録装置を用いて記録媒体上に立体物のスライス画像(平面画像)を形成する。
まず、記録媒体セパレータとして100μm厚のPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを用い、その表面に下記塗工液を乾燥膜厚で100μm厚となるように塗布し、乾燥させてインク受容層とした。
塗工液の処方
・ポリビニルアルコール クラレ社製 PVA102 :20部
・塩化ベンザルコニウム 三洋化成株式会社製 G50 :1部
・ポリアリルアミン塩酸塩 日東紡績株式会社製 PAA−HCL−L:2部
・界面活性剤 信越化学工業株式会社製 サーフィノール465 :1部
・純水 :76部
この積層工程では、上記記録工程においてスライス画像が記録された記録媒体チップを積層・固定する。ここでは、インクと接触することにより接着性を発現したインク受容層によって記録媒体同士を接着しながら順次積層していく。
積層に際しては、図12(a)ないし図12(c)に示すような積層台47を用いることで効率的に積層作業を行うことができる。この積層台47は、透明のアクリル材によって形成されている。ここでは、この積層台47は、20mm角の立方体形状をなしている。記録工程によりスライスされた平面画像が記録された記録媒体チップ9を、積載台47の底面に、スライスした順番に従って重ねていく。
この除去工程では、積層体45のうち、画像形成部以外の部分44(図11参照)を除去し、立体物31を取り出す。
積層体45における樹脂を固定化するために、ドライアーで積層体45に送風加熱を行った。その後、約40℃の温水で非画像部44を溶解して除去することにより、立体物31を取り出した。その後、ドライアーで乾燥させることにより、所望の立体物である「クリスマスツリー」の模型を得ることができた。
A:記録工程
この記録工程では、インクジェット記録装置を用いて記録媒体上に立体物のスライス画像を形成する。
まず、セパレータとして100μm厚のPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを用いた。このPETフィルムの表面に下記塗工液を乾燥膜厚で200μm厚となるように塗布し、乾燥させてインク受容層とした。
・ポリビニルアルコール クラレ社製 PVA102 :20部
・塩化カルシウム2水和物 試薬 :2部
・架橋剤 日清紡績株式会社製 カルボジライトV02 :1部
・界面活性剤 セイミケミカル社製 サーフロンS141 :0.5部
・純水 :76.5部
・各顔料 :5部
ブラック:カーボンブラック(三菱化学製 MCF88)
シアン:ビグメントブルー15
マゼンタ:ピグメントレッド7
イエロー:ピグメントイエロー74
ホワイト:酸化チタン
透明:シリカ微粒子(平均粒径100nm)
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体
(酸価200、重量平均分子量4700) :1部
・グリセリン :10部
・エチレングリコール :5部
・界面活性剤(川研ファインケミカル製
アセチレノールEH) :1部
・イオン交換水 :78部
この積層工程では、上記具体例3と同様に記録工程においてスライス画像が記録された記録媒体を積層・固定した。
具体例3と同様に樹脂を固定化するために、ドライアーで積層した記録媒体を送風加熱した。その後、約40℃の温水で非画像部を溶解させ、除去した。取り出された立体物を再びドライアーで乾燥し、所望の立体物である「一戸建て住宅」の模型を得ることができた。
第1、第2の実施形態は、立体画像データを高さ方向に分割して得られる平面画像データに従って平面画像をチップに形成し、この平面画像が形成されたチップを高さ方向に積層することで立体物を製造している。しかし、チップを高さ方向に積層していく形態に本発明は限定されるものではない。この第3の実施形態では、立体のスライス方向やチップの積層方向を第1、第2の実施形態と異ならせた点を特徴としている。以下、この第3の実施形態の特徴について説明するが、特徴部分以外は上述した第1、第2の実施形態と同様なので説明を省略する。
第1〜第3の実施形態では、同一の記録媒体に複数のチップが形成されており、これらチップを積層することで立体物を製造していたが、本発明はこれに限られるものではない。チップなしの記録媒体に平面画像を記録し、平面画像が記録された記録媒体を積層することで立体物を製造してもよい。この構成によれば、チップを基材から剥離する必要がないため、第1〜第3の実施形態に比べて、簡単な製造方法を提供できる。
なお、本実施形態においても、上述した第1〜第3の実施形態の同じ積層方法により記録媒体を積層していく。すなわち、少なくともインク受容層と接着層を有する記録媒体を用いる場合には、これら記録媒体同士が接着層により接着されるように記録媒体を順次接着しながら積層していくのである。また、インクとの接触により接着性が発現するインク受容層を少なくとも有する記録媒体を用いる場合には、接着性を発現したインク受容層により記録媒体同士が接着されるように記録媒体を順次接着しながら積層していくのである。
2 透明体
3,4,5,6 立体物の構成部分
7 記録媒体
7a セパレータ
7b カバーフィルム
71 インク受容層
72 接着層
8 カット溝
9 媒体チップ
10,11,12,13 スライス画像
15 積層体
150 給紙部
151 インクジェットヘッド
152 剥離手段
153 積層部
R 研磨ローラ
SP スプレー
Claims (17)
- インク受容層と接着層を少なくとも有する記録媒体の前記インク受容層に対してインクジェットヘッドからインクを吐出することにより、前記記録媒体に画像を記録する記録工程と、
前記画像が記録された記録媒体同士が前記接着層により接着されるように前記記録媒体を順次積層する積層工程と、
を含むことを特徴とする立体物の製造方法。 - 前記積層工程は、前記画像が記録された記録媒体のインク受容層に対し前記画像が記録された別の前記記録媒体の接着層が当接するように、前記記録媒体を積層する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の立体物の製造方法。
- 前記記録媒体は、前記インク受容層と前記接着層の他に少なくとも剥離層を有し、
前記記録工程の後であって且つ前記積層工程の前に、前記画像が記録された記録媒体において剥離層を剥離する剥離工程を、更に含むことを特徴とする請求項1または2に記載の立体物の製造方法。 - 前記積層工程は、前記画像が記録された記録媒体と前記画像が記録されていない記録媒体が前記接着層により接着するように前記記録媒体を積層する工程を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の立体物の製造方法。
- 前記記録媒体は透明性を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の立体物の製造方法。
- 前記積層工程において積層された記録媒体における前記画像が記録されている画像記録部以外の部分を除去する除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の立体物の製造方法。
- 前記記録工程では、製造すべき立体物を表す立体画像データを一定の平面方向に沿ってスライスして得られる複数の平面画像データに基づき、前記記録媒体のインク受容層に記録を行うことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の立体物の製造方法。
- 前記画像が記録された記録媒体を積層することで製造された立体物の側面の透明度を増加させるための処理を行う工程を更に備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の立体物の製造方法。
- 前記記録工程では、同一の記録媒体を複数に分割してなる分割媒体に前記画像を記録し、
前記積層工程では、前記画像が記録された分割媒体を順次積層することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の立体物の製造方法。 - 前記記録媒体は、前記インク受容層と前記接着層を少なくとも含んで構成されるチップを複数有し、
前記記録工程では、前記チップに前記画像を記録し、
前記積層工程では、前記画像が記録されたチップを積層することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の立体物の製造方法。 - 前記画像が記録されたチップを積層することで製造された立体物の側面の透明度を増加させるための処理を行う工程を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の立体物の製造方法。
- インクと接触することにより接着性を発現するインク受容層を少なくとも有する記録媒体の前記インク受容層に対してインクジェットヘッドからインクを吐出することにより、前記記録媒体に画像を記録する記録工程と、
前記画像が記録された記録媒体同士が前記接着性を発現したインク受容層により接着されるように前記記録媒体を順次積層する積層工程と、
を含むことを特徴とする立体物の製造方法。 - 立体物の製造に使用される記録媒体に対して画像を記録する方法であって、
インク受容層と接着層を少なくとも有する前記記録媒体の前記インク受容層に対してインクジェットヘッドからインクを吐出することにより前記画像を記録する工程を有し、
前記立体物は、前記画像が記録された記録媒体同士が前記接着層を介して積層されたものであることを特徴とする記録方法。 - 請求項1に記載の製造方法によって製造されることを特徴とする立体物。
- 立体物の製造用記録媒体であって、
インク受容層と接着層を少なくとも含んで構成されるチップであって、前記チップ同士を前記接着層により接着して積層するためのチップを同一平面上に複数配置してなることを特徴とする立体物の製造用記録媒体。 - インク受容層と接着層を少なくとも有する記録媒体の前記インク受容層に対して、インクを吐出するためのインクジェットヘッドと、
前記インクが吐出された記録媒体同士が前記接着層により接着されるように前記記録媒体を順次積層するための積層部と、
を有することを特徴とする立体物の製造装置。 - インクと接触することにより接着性を発現するインク受容層を少なくとも有する記録媒体の前記インク受容層に対して、インクを吐出するためのインクジェットヘッドと、
前記インクが吐出された記録媒体同士が前記接着性を発現したインク受容層により接着されるように前記記録媒体を順次積層する積層部と、
を有することを特徴とする立体物の製造装置。
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