JP2015071286A - 立体印刷装置及び立体画像形成方法並びに立体画像 - Google Patents

Abstract

【課題】熱容量が異なる熱膨張性シートに対して常に所望の凸量を持った画像を形成する立体印刷装置及び立体画像形成方法並びに立体画像形成方法により形成される立体画像を提供する。
【解決手段】通常の加熱量で通常時と同様の凸量をモノクロ画像６０の面に形成するために、画像６０の二値化画像６４を生成し、二値化画像６４を鏡面反転画像６５に変換し、鏡面反転画像６５を１８０°回転させた鏡面回転画像６６を作成する。画像６０を二次転写部で転写され、定着部で定着され、両面印刷用搬送ユニットに逆送され、上下左右を反転させ裏返しとなって、再び二次転写部に搬送されてくる記録媒体１７の裏面に対し、鏡面回転画像６６を二次転写し、定着部で定着し、熱膨張加工部で裏面から通常時と同じ熱量で加熱して、裏面の鏡面回転画像６６の吸収熱と表面のモノクロ画像６０の吸収熱とを合わせた熱を発泡樹脂層に伝達して発泡樹脂層を膨張させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、熱容量が異なる熱膨張性シートに対して常に所望の凸量を持った画像を形成する立体印刷装置及び立体画像形成方法並びに立体画像形成方法により形成される立体画像に関する。

従来、熱膨張性シートの熱膨張性被覆層の形成されていないシート裏面に、所望の面像の表裏反転画像を光吸収特性の優れた画像形成材科で形成し、熱膨張性シートを画像形成側から光照射して面像形成材科の光吸収特性を利用して選択的に画像部分を加熱し、熱膨張性被覆層を膨張させて立体画像を形成する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

特開昭６４−０２８６６０号公報

ところで、特許文献１に記載の熱膨張性シートにおける表面（画像印刷の対象面）に形成されている被覆層には、低沸点気化性物質を熱可塑性樹脂によりマイクロカプセル化した微小球が分散されている。この熱膨張性シートに熱を加えることでマイクロカプセルが膨張し、用紙表面に凸状部を形状するものである。

この特許文献１に記載の技術では、立体画像を得るために、面像形成材科の光吸収特性を利用して選択的に画像部分を加熱すとしている。しかし、被覆層を形成する前の用紙（シート基材）が厚くなる、つまり坪量が大きくなると、用紙の熱容量が大きくなるためマイクロカプセルに加わる熱量が下がって、その結果、凸状部の凸量が小さくなるという問題がある。

これはシート基材の坪量の問題だけでなく、シート基材に別素材のシートが貼り付いている場合も熱容量が大きくなる。つまり熱膨張性シート自体の熱容量の大小によって、被覆層の熱膨張による凸状部の凸量の大小が大きく変動する。

熱容量の大きな熱膨張性シートの場合、加える熱量を大きくすると、凸状部の凸量が小さくなることを防げるが、熱膨張性シートに加わる熱量が大きいと、印刷を行っていない部分が熱膨張するといった不具合が発生する。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、熱容量が異なる熱膨張性シートに対して常に所望の凸量を持った画像を形成する立体印刷装置及び立体画像形成方法並びに立体画像形成方法により形成される立体画像を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の立体印刷装置は、熱膨張層が形成された熱膨張性シートの一面側に第１の印刷画像を形成する第１の印刷画像形成手段と、上記熱膨張性シートの他面側に熱膨張性シートの熱容量に応じた濃度の第２の印刷画像を形成する第２の印刷画像形成手段と、上記熱膨張性シートの他面側に熱エネルギーを付与して上記熱膨張層を膨張させる熱付与膨張手段と、を有するように構成される。

本発明は、熱容量が異なる熱膨張性シートに対して常に所望の凸量を持った画像を形成する立体印刷装置及び立体画像形成方法並びに立体画像形成方法により形成される立体画像を提供することができる。

実施例１に係る立体印刷装置の内部構成を模式的に示す断面図である。 実施例１に係る立体印刷装置のインクジェットプリンタ部の構成を示す斜視図である。 実施例１に係る立体印刷装置の制御装置を含む回路ブロック図である。 (a),(b),(c)は実施例１に係る立体印刷装置において記録媒体に対し黒色トナーで印刷した画像の黒濃度と熱膨張加工部で形成される膨張量とにより立体面を作成する基本概念を示す図（その１）である。 実施例１に係る立体印刷装置において記録媒体に対し黒色トナーで印刷した画像の黒濃度と熱膨張加工部で形成される膨張量とにより立体面を作成する基本概念を示す図（その２）である。 (a),(b)は実施例１に係る立体印刷装置において記録媒体に対し黒色トナーで印刷した画像の黒濃度と熱膨張加工部で形成される膨張量とにより立体面を作成する基本概念を示す図（その３）である。 実施例１に係る立体印刷装置において記録媒体に対し黒色トナーで印刷した画像の黒濃度と熱膨張加工部で形成される膨張量とにより立体面を作成する基本概念を示す図（その４）である。 実施例１に係る立体印刷装置の制御装置のＣＰＵにおいて記録媒体の熱容量の大小に関わり無く記録媒体への印刷画像に所望の凸量を形成する処理動作を示すフローチャートである。 (a)〜(d)は図８のフローチャートが示す処理動作を分かり易く説明するための図（その１）である。 (a),(b)は図８のフローチャートが示す処理動作を分かり易く説明するための図（その２）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［実施例１］

図１は、実施例１に係る立体印刷装置の内部構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、立体印刷装置１は、最下部の黒トナー印刷部２と、その上の熱膨張加工部３と、最上段のフルカラーインクジェットプリンタ部（以下、単にインクジェットプリンタ部という）４とで構成される。

黒トナー印刷部２は、装置内部中央において、水平方向に延在する無端状の転写ベルト６を備えている。転写ベルト６は、不図示の張設機構によって張設されながら、駆動ローラ７と従動ローラ８に掛け渡され、駆動ローラ７により駆動されて、図の矢印ａで示す反時計回り方向に循環移動する。

転写ベルト６の上循環移動面に接して画像形成ユニット９の感光体ドラム１１が配設されている。感光体ドラム１１には、その周面を取り巻くように近接して、図示を省略したクリーナ、初期化帯電器、光書込ヘッドに続いて現像ローラ１２等が配置されている。

上記の現像ローラ１２は、トナー容器１３の側部開口部に配置されている。トナー容器１３の中には黒色トナーＫが収容されている。黒色トナーＫは非磁性一成分トナー又は非磁性二成分トナーから成っている。

上記の現像ローラ１２は、トナー容器１３に収容されている黒色トナーＫの薄層を表面に担持して、光書込ヘッドによって感光体ドラム１１の周面上に形成されている静電潜像に黒色トナーＫの画像を現像する。

感光体ドラム１１の下部には、転写ベルト６を介して一次転写ローラ１４が圧接して、ここに一次転写部を形成している。一次転写ローラ１４には、不図示のバイアス電源からバイアス電圧を供給される。

一次転写ローラ１４は一次転写部において、バイアス電源から供給されるバイアス電圧を転写ベルト６に印加して、感光体ドラム１１の周面上に現像されている黒色トナーＫの画像を転写ベルト６に転写する。

転写ベルト６の図に示す右端部が掛け渡されている従動ローラ８には、転写ベルト６を介して二次転写ローラ１５が圧接し、ここに二次転写部を形成している。二次転写ローラ１５には、不図示のバイアス電源からバイアス電圧が供給される。

二次転写ローラ１５は二次転写部において、バイアス電源から供給されるバイアス電圧を転写ベルト６に印加し、転写ベルト６に一次転写されている黒色トナーＫの画像を、画像形成搬送路２０に沿って矢印で示すように図の下方から搬送されてくる記録媒体１７に転写する。尚、本例の記録媒体１７には熱膨張シートが使用されている。

上記の記録媒体１７は、給紙カセット等から成る記録媒体収容部１８に積載されて収容され、給紙ローラ１９により最上部の一枚が取り出されて、待機ローラ対１６に送出され、搬送路２０を搬送されて、上記の二次転写部を通過しながら黒色トナーＫの画像を転写される。

黒色トナーＫの画像を転写されながら二次転写部を通過した記録媒体１７は、定着部２１へと搬送される。定着部２１の加熱ローラ２２と押圧ローラ２３は、記録媒体１７を挟持し、熱と圧力を加えながら搬送する。これにより、記録媒体１７は、二次転写されている黒色トナーＫの画像を紙面に定着される。

画像を紙面に定着され、加熱ローラ２２と押圧ローラ２３により更に搬送される記録媒体１７は、排出ローラ対２４に搬送を引き継がれ、上方の熱膨張加工部３に途中まで排出されて、後端部が排出ローラ対２４を通過する直前に一時停止する。

尚、定着部２１における記録媒体１７（熱膨張シート）の搬送速度は比較的速いため加熱ローラ２２の加熱で熱膨張シートの黒色トナー印刷部分が膨張することはない。

ここで、両面印刷用搬送ユニット５について説明する。両面印刷用搬送ユニット５は、排紙ローラ対２４の直前から図の右横方向に分岐する返送開始路２５ａ、それから下方に曲がる返送中間路２５ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる返送終端路２５ｃから成る返送路２５を備えている。

また、返送路３９の途中には、５組の返送ローラ対２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ）が配置されている。上記返送終端路２５ｃの出口は、記録媒体収容部１８の給紙ローラ１９から待機ローラ対１６へ連絡する搬送路に合流している。

上述したように、後端部が排出ローラ対２４を通過する直前に一時停止した記録媒体１７は、不図示の切り替え機構が搬送路を切り替えることと、排紙ローラ対２４が逆回転を開始することにより、後端部を先頭にして両面印刷用搬送ユニット５の返送開始路２５ａへ送り込まれる。

返送開始路２５ａへ送り込まれた記録媒体１７は、続く返送ローラ対２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、及び２６ｅにより、返送中間路２５ｂ、返送終端路２５ｃを通って前後と表裏を反転させて待機ローラ対１６へ送り戻される。

待機ローラ対１６に送り戻された記録媒体１７は、再び搬送路２０を搬送され、二次転写部を通過しながら裏面に黒色トナーＫの画像を転写され、定着部２１へ搬送されて、裏面に転写されている黒色トナーＫの画像を紙面に定着される。

画像を黒色トナー像を表裏両面に定着された記録媒体１７は、排出ローラ対２４に搬送を引き継がれ、今度は一時停止することなく熱膨張加工部３に送り込まれる。

熱膨張加工部３は、上部に媒体搬送経路２７を形成され、この媒体搬送経路２７に沿って４組の搬送ローラ対２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ）が配置されている。そして、媒体搬送経路２７のほぼ中央部の下方に、熱光線放射部２９が配置されている。

熱光線放射部２９は、赤外線ランプ２９ａと、この赤外線ランプ２９ａの下方向半分を取り囲む断面がほぼ半円状の反射鏡２９ｂとで構成されている。本例では、赤外線ランプ２９ａは、媒体搬送経路２７を搬送される記録媒体１７の面から適宜の距離だけ離れた位置に配置される。

記録媒体１７を搬送する搬送ローラ対２８の搬送速度は最適速度（ｍｍ／秒）に設定されており、この条件で記録媒体１７は用紙劣化を起こさない程度の高温に熱せられ、記録媒体１７の黒ベタ印刷部分が熱膨張する。

尚、２の記録媒体１７の搬送速度は速く、熱膨張加工部３の記録媒体１７の搬送速度は遅いが、記録媒体１７は記録媒体収容部１８から一枚ごとに搬送され、熱膨張加工部３の搬送が終了するまでは連続搬送は行われない。

したがって、熱膨張加工部３に搬送された記録媒体１７は、黒トナー印刷部２の排出ローラ対２４と熱膨張加工部３の最初の搬送ローラ対２８ａとの間の搬送経路ｂで撓んだ状態で、少しの時間滞留するだけで、全体として搬送に不都合は生じない。

熱膨張加工部３で黒ベタ印刷部分が熱膨張して盛り上がった記録媒体１７は、搬送経路ｃに沿ってインクジェットプリンタ部４に搬入される。

尚、上記の搬送ローラ対２８は、搬送方向に直交する記録媒体１７の幅方向に延在する長尺のローラ対で構成してもよく、又は記録媒体１７の両側端部のみを挟持して搬送する短尺のローラ対で構成することもできる。

図２は、インクジェットプリンタ部４の構成を示す斜視図である。図２に示すインクジェットプリンタ部４は、図１に示した搬送経路ｃと排紙トレー３１を外部に備えた媒体排出口３２との間に、図２に示す内部フレーム３３が配置されている。

インクジェットプリンタ部４は、用紙搬送方向に直交する両方向矢印ｄで示す方向に往復移動可能に設けられたキャリッジ３４を備えている。キャリッジ３４には、印字を実行する印字ヘッド３５とインクを収容しているインクカートリッジ３６（３６ｗ、３６ｃ、３６ｍ、３６ｙ）が取り付けられている。

カートリッジ３６ｗ、３６ｃ、３６ｍ、３６ｙは、それぞれ、ホワイトＷ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクを収容する。これらのカートリッジは、個別に、又は各インク室が１個の筐体内に一体化された構成をしており、各色インクを吐出するそれぞれのノズルを有する印字ヘッド３５に連結されている。

また、キャリッジ３４は、一方ではガイドレール３７により滑動自在に支持され、他方では歯付き駆動ベルト３８に固着している。これにより、印字ヘッド３５及びインクカートリッジ３６（３６ｗ、３６ｃ、３６ｍ、３６ｙ）は、キャリッジ３４と共に、図の両方向矢印ｄで示す用紙搬送方向と直交する方向つまり印字の主走査方向に往復駆動される。

この印字ヘッド３５と立体印刷装置１の後述する制御装置との間には、フレキシブル通信ケーブル３９が内部フレーム３７を介して接続されている。このフレキシブル通信ケーブル３９を通して制御装置から印字データと制御信号が印字ヘッド３５に送出される。

この印字ヘッド３５に対向し、印字ヘッド３５の上記主走査方向に延在して、内部フレーム３７の下端部に用紙搬送路の一部を構成するプラテン４１が配設されている。

このプラテン４１に接して記録媒体１７が給紙ローラ対４２（下のローラは記録媒体１７の陰になっていて図では見えない）と排紙ローラ対４３（下のローラは同様に記録媒体１７の陰になって見えない）により図の矢印ｅで示す印字副走査方向に間欠的に搬送される。

この記録媒体１７の間欠搬送の停止期間中に、印字ヘッド３５は、モータ４４により歯付き駆動ベルト３８及びキャリッジ３４を介して駆動されながら、記録媒体１７に近接した状態でインク滴を噴射して紙面に印字する。このように記録媒体１７の間欠搬送と印字ヘッド３５による往復移動時の印字との繰り返しによって記録媒体１７の全面に印字（印刷）が行われる。

尚、後述する白塗りの上にフルカラーの印字を重ねて印刷するときは、白印刷した印字媒体１７を矢印ｅで示す印字副走査方向と逆方向に逆搬送して、再び矢印ｅ方向に搬送しながらフルカラーの印字を行う。

また、後述する印字媒体１７の裏面から加熱して、熱膨張して盛り上がった表面にフルカラーの印刷を行うときは、図には示していないが、内部フレーム３７の上方に配置された図には示していないが、内部フレーム３７の上方に配置された通常の両面印刷に用いられると同様の記録媒体反転機構を用いて、熱膨張加工部３から搬送経路ｃを通って搬入された記録媒体１７を表裏反転させる。

図３は、上記構成の立体印刷装置１の制御装置を含む回路ブロック図である。図３に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit)４５を中心にして、このＣＰＵ４５に、それぞれデータバスを介して、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ（インターフェイスコントローラ）４６、ＰＲ＿ＣＯＮＴ（プリンタコントローラ）４７、及び熱容量測定部４８が接続されている。

上記のＰＲ＿ＣＯＮＴ４７にはプリンタ印字部４９が接続されている。また、熱容量測定部４８は、他方ではＩ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４６にも接続されている。

また、ＣＰＵ４５には、ＲＯＭ（read only memory）５１、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）５２、本体操作部の操作パネル５３、及び各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部５４が接続されている。ＲＯＭ５１はシステムプログラムを格納されている。操作パネル５３はタッチ式の表示画面を備えている。

ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ５１に格納されているシステムプログラムを読出して、その読出したシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４６は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ５５に展開する。

フレームメモリ５５には、黒トナーＫの印字データ、ホワイトＷ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクそれぞれの印字データに対応する記憶エリアが設定されており、この記憶エリアに上記各色の画像の印字データが展開される。展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ４７に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７からプリンタ印字部４９に出力される。

プリンタ印字部４９は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７からの制御の下で、図１に示した黒トナー印刷部２の感光体ドラム１１、一次転写ローラ１４等を含む回転駆動系、図１には図示を省略した初期化帯電器、光書込ヘッド等の被駆動部を有する画像形成ユニット９の印加電圧や、転写ベルト６、定着部２１の駆動などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。

更にプリンタ印字部４９は、図１に示した熱膨張加工部３の４組の搬送ローラ対２８の駆動、熱光線放射部２９の発光駆動と、そのタイミングを制御する。そして、更にプリンタ印字部４９は、図１及び図２に示したインクジェットプリンタ部４の各部の動作を制御する。

そして、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力された黒トナーＫの画像データは、プリンタ印字部４９から図１に示した黒トナー印刷部２の画像形成ユニット９の図示を省略した光書込ヘッドに供給される。また、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力されたホワイトＷ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクそれぞれの画像データは、図２に示した印字ヘッド３５に供給される。

図４(a),(b),(c)、図５、図６(a),(b)及び図７は、上記構成の立体印刷装置１において、記録媒体１７に対し黒色トナーＫにより印刷した画像の黒濃度と熱膨張加工部３において形成される膨張量とにより立体面を作成する基本概念を示す図である。

図４(a),(b)は、記録媒体１７を選択的に膨張させて部分隆起させる加工の原理を説明する図、図４(c)は、隆起した面積と高さを含む膨張量（以下、単に凸量という）と、黒トナーＫにより印刷された画像の濃度（以下、単に黒濃度という）の関係を模式的に示す図である。

図４(a)に示すように、熱膨張性シートとしての記録媒体１７は、基材５６と、この基材５６上にコーティングされた熱発泡剤を含む発泡樹脂層５７とから成る。基材５６は、紙、キャンバス地などの布、プラスチックなどのパネル材などからなり、材質は特に限定されるものではない。この基材５６と熱発泡剤を含む発泡樹脂層５７とからなる記録媒体１７は、既知の市販品を使用することができる。

この記録媒体１７の発泡樹脂層５７の立体化させたい部分に、図１の黒トナー印刷部２において後述する黒トナーＫ画像５８を印刷する。そして、図４(b)に示すように、黒トナーＫ画像５８を印刷された記録媒体１７の発泡樹脂層５７の面に、熱光線放射部２９と同様の熱源ヒータにより熱輻射線を放射して加熱する。

これにより、黒トナーＫ画像５８が熱輻射線を吸収して、その熱を発泡樹脂層５７に含まれる熱発泡剤に伝達し、熱発泡剤が熱膨張反応を起こして、図４(b)に示すように、記録媒体１７は黒トナーＫ画像５８を印刷された部分Ｇが膨張して盛り上がる。

このように、熱源ヒータ５９によって加熱された記録媒体１７は、黒トナーＫで印刷された部分Ｇと、印刷されていない部分Ｆとの熱吸収率の差によって黒トナーＫで印刷された部分Ｇの発泡剤のみが発泡して印刷面が立体化する。

この立体化する印刷面の黒トナーＫ画像５８の高さＨ（この場合も以下、単に凸量という）は、図４(c)に示すように、黒濃度が低いと黒トナーＫ画像５８の高さが低く（凸量が小さく）、黒濃度が高いと黒トナーＫ画像５８の高さは高く（凸量が大きく）なる。ただし、この黒濃度と凸量との関係は記録媒体１７の熱容量によって異なってくる。

図５は、記録媒体１７の熱容量の違いによる黒濃度と凸量との関係を示す特性図である。同図は横軸に黒濃度（％）を示し、縦軸に凸量を高さｍｍで示している。なお、図５には、熱容量の違いの一例として、用紙坪量の違いを取り上げて示している。

図５に示す特性図の○印のプロットで示す曲線は、熱容量の比較的小さい坪量１０５ｇ／ｍ^2の記録媒体１７の場合の特性を示し、×印のプロットで示す曲線は、熱容量の比較的大きい坪量１５７ｇ／ｍ^2の記録媒体１７の場合の特性を示している。いずれも、同一の黒濃度の黒トナーＫ画像に対して、同一の加熱条件を与えたものである。

図５に示す特性図で判明するように、黒濃度と凸量との関係は、単に黒濃度の高低と黒トナーＫ画像５８の凸量の大小が比例するだけでなく、記録媒体１７の坪量の大小（シート基材の坪量の問題だけでなく、シート基材に別素材のシートが貼り付いていても熱容量が大きくなる）によって、凸量の大小が大きく変動する。

したがって、画像の黒濃度に対して常に同一の凸量を得るためには、記録媒体１７の熱容量を測定し、熱容量が大きい場合には、凸量が小さくならないように、加熱量を上げればよいことになる。

しかし、記録媒体１７全体に対して加熱量を上げると、画像の印刷を行っていない部分も熱膨張するといった不具合が発生することは前述した。そこで、記録媒体１７全体に対して加熱量を上げるのではなく、画像の印刷部分にのみ加熱量を上げる方法がないかを考えた。

そこで、赤外線は他の光に比べて透過度が良いことに着目し、黒トナーＫ画像５８の裏面に、黒トナーＫ画像５８の鏡面画像をベタ黒画像で印刷して加熱してみることにした。

図６(a)は、黒トナーＫ画像５８のベタ黒鏡面画像５９を記録媒体１７の裏面つまり基材５６の面に印刷した場合の形態を示す断面図であり、図６(b)は、記録媒体１７の表面又は裏面から加熱した場合の発泡樹脂層５７の膨張した凸部の状態を示す図である。

基材５６は、熱容量の比較的大きなシートとして変形性を持たない剛性のあるシート状素材を採用した、そのように基材５６は変形性を持たない剛性を有するので、発泡樹脂層５７が膨張したとき基材５６側への膨張を抑止する作用がある。

したがって、黒トナーＫ黒画像５８（５８ａ、５８ｂ）のベタ黒鏡面画像５９が印刷された記録媒体１７の表裏のいずれかを加熱しても、記録媒体１７のベタ黒鏡面画像５９に対応する樹脂層部分は、ベタ黒鏡面画像５９が吸収した熱量の伝達を受けて一様に発泡して均一に膨張する。

そして、濃度の薄い黒トナーＫ黒画像５８ａと濃度の濃い黒トナーＫ黒画像５８ｂに対応する図６(b)に示す樹脂層部分Ｎ及びＬは、黒トナーＫ黒画像５８ａ、５８ｂの濃度に比例して吸収した熱量の伝達を受けて、黒トナーＫ黒画像５８ａ、５８ｂの濃度に比例して発泡し膨張する。

なお、図６(b)は、ベタ黒鏡面画像５９による一様に均一に膨張した分と、黒トナーＫ黒画像５８ａ、５８ｂの濃度に比例して膨張した分とを合わせた凸量の大きさを示している。このように記録媒体１７は、加熱に対して両面から画像形成領域に限定した熱の伝達を受けて膨張できるので、加熱エネルギーは、少なくても所望の凸量が得られる。

すなわち、熱容量が通常の記録媒体１７に対しては、表面のみに対する黒トナーＫ黒画像５８を形成して加熱して膨張させ、熱容量が通常よりも大きな記録媒体１７に対しては、表面の黒トナーＫ黒画像５８と裏面のベタ黒鏡面画像５９を形成してから加熱して膨張させると、いずれの場合も所望の大きさの凸量が得られることになる。

なお、図６(a),(b)では、黒トナーＫ黒画像５８として黒トナーＫ黒画像５８ａと５８ｂという濃度差（階調）のある画像を形成した場合について例を示したが、単純に１階調（例えばベタ黒）の黒トナーＫ黒画像５８を用いて調べると、裏面にベタ黒鏡面画像５９が有る場合と無い場合とでは、明確な差が現れてくる。

図７は、熱容量の比較的大きな記録媒体１７に対して、裏面にベタ黒鏡面画像５９が有る場合と無い場合との、黒濃度と凸量との関係を示す特性図である。同図は横軸に黒濃度（％）を示し、縦軸に凸量（ｍｍ）を示している。

図７に◇印のプロットで示す曲線は裏面にベタ黒鏡面画像５９が有る場合の黒濃度と凸量との関係特性を示し、□印のプロットで示す曲線は裏面にベタ黒鏡面画像５９が無い場合の黒濃度と凸量との関係特性を示している。

図７の特性図において、黒濃度５０％の場合を例にとると、裏面にベタ黒鏡面印刷が無しの場合の凸量０．９ｍｍに対し、裏面にベタ黒鏡面印刷が有る場合の凸量は１．５ｍｍとなっている。つまり裏面印刷無しに比べて凸量が６割強も大きくなっている。熱容量の比較的大きな記録媒体１７に対してベタ黒鏡面画像５９の裏面印刷は加熱効果が大きいことが分かる。

図８は、本例の制御装置のＣＰＵ４５において、記録媒体１７の熱容量の大小に関わり無く、記録媒体１７への印刷画像に所望の凸量を形成する処理動作を示すフローチャートである。

図９(a)〜(d)及び図１０(a),(b)は、上記フローチャートのステップＳ３及びステップＳ５の処理動作を分かり易く説明するための図である。

先ず、図８において、ＣＰＵ４５は、熱容量測定部４８によって、記録媒体１７の用紙（基材５６）の坪量の測定を行う（ステップＳ１）。この処理では、発泡樹脂層５７の発泡前の厚さが分かっているので、例えば記録媒体１７の厚さを測定して坪量の測定に代えることができる。記録媒体１７の厚さの測定は、待機ローラ対１６から排出ローラ対２４までの経路の間であれば、待機ローラ対１６、定着部２１内の加熱ローラ２２と押圧ローラ２３、または、排出ローラ対２４にて記録媒体１７を挟み込んだ際に測定するか、不図示の厚さ測定用センサーを使用して測定するなどの方法が考えられる。或いは、予め使用者が厚さを測定して値を入力し記憶しておき、熱容量測定部４８がその値を使用するなどの方法であってもよい。

次に、ＣＰＵ４５は、上記測定した坪量データを、ＥＥＰＲＯＭ５２の所定の領域に格納し（ステップＳ２）、続いて、印刷画像を用紙の表面に印刷する（ステップＳ３）。この処理では、例えば、図９(a)に示した画像が印刷される。

図９(a)に示す画像６０は、背景の山の輪郭６１、山の輪郭６１の下方の犬の立像６２、その足元のそれぞれ三階調に分かれたＡＢＣの文字６３からなる。この画像６０が、黒トナーＫ画像５８として矢印ｆの方向に搬送される用紙の表面に印刷される。

次に、図８において、ＣＰＵ４５は、ＥＥＰＲＯＭ５２の所定の領域に格納されている坪量データを読み出し、その読み出した坪量データが坪量１５７ｍ^2以上であるか否かを判別する（ステップＳ４）。

そして、坪量データが坪量１５７ｍ^2未満であるときは（ステップＳ４の判別がＮｏ）、記録媒体１７の基材５６は通常の熱容量の用紙であると判断して、ただちに用紙の加熱処理を実行する（ステップＳ６）。

この処理では、図１に示した従動ローラ８と二次転写ローラ１５の対向部である二次転写部で、図９(a)に示す画像６０を発泡樹脂層５７の面に印刷され、その画像６０を定着部２１で定着された記録媒体１７が、熱膨張加工部３で搬送されながら加熱される。

なお、この後に続くインクジェットプリンタ部４によるカラー印刷と排紙の処理は、図１及び図２で説明したので、ここでの説明は省略する。

また、上記ステップＳ４の判別で、坪量データが坪量１５７ｍ^2以上であるときは（ステップＳ４の判別がＹｅｓ）、ＣＰＵ４５は、画像６０の鏡面１８０°回転画像を黒ベタで、両面印刷用搬送ユニット５を経由して二次転写部に搬送されてきた記録媒体１７の裏面に印刷する（ステップＳ５）。

この処理では、先ず図９(b)に示すように、画像６０の黒ベタ画像（二値化画像）６４がフレームメモリ５５内で作成される。そして更にＣＰＵ４５は、その二値化画像６４を鏡面反転させて、図９(c)に示すように鏡面反転画像６５を作成する。更にＣＰＵ４５は、鏡面反転画像６５を１８０°回転させた鏡面回転画像６６を作成する。

この複雑な画像処理を行う理由を説明する。坪量データが坪量１５７ｍ^2以上である熱容量の大きな記録媒体１７の場合は、図９(a)に示す画像６０に所望の凸量を得るために、画像６０（黒トナーＫ画像５８）の裏面に画像６０に対応するベタ黒鏡面画像５９を印刷する必要がある（図６(a),(b)参照）。

裏面にも印刷を行うために、つまり両面印刷のために、図９(a)に示す画像６０を定着された記録媒体１７が、両面印刷用搬送ユニット５を経由して、表裏を反転させ、更に上下を反転させて、画像６０の後端部を先頭にして二次転写部に搬送されてくる。

そのとき、記録媒体１７を二次転写ローラ１５側から見ると、画像６０は図１０(a)に示すように上下左右が反転して二次転写ローラ１５に対峙するようにして搬送される。この図１０(a)に示す上下左右が反転した画像６０の輪郭を、転写ベルト６及び駆動ローラ７側から透視的に見ると、図１０(b)のようになっている。

この図１０(b)に示す輪郭は、図９(d)に示した鏡面回転画像６６の輪郭と同じものである。ＣＰＵ４５は、ステップＳ５において、上記の鏡面回転画像６６を、二次転写部に搬送されてくる記録媒体１７の裏面に印刷する。これにより、画像６０の鏡面反転した黒ベタ画像が記録媒体１７の裏面に印刷される（図６(a)参照）。

この後、ＣＰＵ４５は、上述したステップＳ６の処理を実行する。これにより、熱容量の大きな記録媒体１７に対しても、加熱量を大きくすることなく、通常の熱容量の記録媒体１７の場合と同様な大きさの凸量を形成することができる。

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。例えば、上記実施例では熱膨張加工部３における熱光線放射部２９は媒体搬送経路２７の下方に配置されるとしているが、熱膨張性シートの熱容量に応じて更に上方に追加で配置されるとしてもよい。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]

熱膨張層が形成された熱膨張性シートの一面側に第１の印刷画像を形成する第１の印刷画像形成手段と、
前記熱膨張性シートの他面側に熱膨張性シートの熱容量に応じた濃度の第２の印刷画像を形成する第２の印刷画像形成手段と、
前記熱膨張性シートの他面側に熱エネルギーを付与して前記熱膨張層を膨張させる熱付与膨張手段と、
を有することを特徴とする立体印刷装置。
[付記２]

前記第２の印刷画像形成手段は、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により前記第２の印刷画像を形成する、
ことを特徴とする付記１記載の立体印刷装置。
[付記３]

前記熱膨張性シートは、前記光熱変換特性により、前記一面側の表面に前記第１の印刷画像に応じた凹凸形状を形成する、ことを特徴とする付記２記載の立体印刷装置。
[付記４]

前記熱エネルギーは、前記熱膨張性シートの前記一面側にも更に付与することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の立体印刷装置。
[付記５]

前記熱エネルギーは、赤外線波長を含む光照射エネルギーである、
ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の立体印刷装置。
[付記６]

付記１乃至５のいずれか１項に記載の立体印刷装置を用いて形成される立体画像。
[付記７]

付記１乃至５のいずれか１項に記載の立体印刷装置を用いて形成される立体画像を得る立体画像形成方法。

本発明は、熱容量が異なる熱膨張性シートに対して常に所望の凸量を持った画像を形成する立体印刷装置に利用することができる。

１ 立体印刷装置
２ 黒トナー印刷部
３ 熱膨張加工部
４ フルカラーインクジェットプリンタ部（インクジェットプリンタ部）
５ 両面印刷用搬送ユニット
６ 転写ベルト
７ 駆動ローラ
８ 従動ローラ
９ 画像形成ユニット
Ｋ 黒色トナー
１１ 感光体ドラム
１２ 現像ローラ
１３ トナー容器
１４ 一次転写ローラ
１５ 二次転写ローラ
１６ 待機ローラ対
１７ 記録媒体
１８ 記録媒体収容部
１９ 給紙ローラ
２０ 搬送路
２１ 定着部
２２ 加熱ローラ
２３ 押圧ローラ
２４ 排出ローラ対
２５ 返送路
２５ａ 返送開始路
２５ｂ 返送中間路
２５ｃ 返送終端路
２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ） 返送ローラ対
２７ 媒体搬送経路
２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ） 搬送ローラ対
２９ 熱光線放射部
２９ａ 赤外線ランプ
２９ｂ 反射鏡
３１ 排紙トレー
３２ 媒体排出口
３３ 内部フレーム
３４ キャリッジ
３５ 印字ヘッド
３６（３６ｗ、３６ｃ、３６ｍ、３６ｙ） インクカートリッジ
３７ ガイドレール
３８ 歯付き駆動ベルト
３９ フレキシブル通信ケーブル
４１ プラテン
４２ 給紙ローラ対
４３ 排紙ローラ対
４４ モータ
４５ ＣＰＵ（central processing unit)
４６ Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ（インターフェイスコントローラ）
４７ ＰＲ＿ＣＯＮＴ（プリンタコントローラ）
４８ 熱容量測定部
４９ プリンタ印字部
５１ ＲＯＭ（read only memory）
５２ ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
５３ 操作パネル
５４ センサ部
５５ フレームメモリ
５６ 基材
５７ 発泡樹脂層
５８（５８ａ、５８ｂ） 黒トナーＫ画像
６０ 画像
６１ 山の輪郭
６２ 犬の立像
６３ ＡＢＣの文字
６４ 黒ベタ画像（二値化画像）
６５ 鏡面反転画像
６６ 鏡面回転画像

Claims (7)

1. 熱膨張層が形成された熱膨張性シートの一面側に第１の印刷画像を形成する第１の印刷画像形成手段と、
   前記熱膨張性シートの他面側に熱膨張性シートの熱容量に応じた濃度の第２の印刷画像を形成する第２の印刷画像形成手段と、
   前記熱膨張性シートの他面側に熱エネルギーを付与して前記熱膨張層を膨張させる熱付与膨張手段と、
   を有することを特徴とする立体印刷装置。
2. 前記第２の印刷画像形成手段は、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により前記第２の印刷画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の立体印刷装置。
3. 前記熱膨張性シートは、前記光熱変換特性により、前記一面側の表面に前記第１の印刷画像に応じた凹凸形状を形成する、ことを特徴とする請求項２記載の立体印刷装置。
4. 前記熱エネルギーは、前記熱膨張性シートの前記一面側にも更に付与することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体印刷装置。
5. 前記熱エネルギーは、赤外線波長を含む光照射エネルギーである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体印刷装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の立体印刷装置を用いて形成される立体画像。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の立体印刷装置を用いて形成される立体画像を得る立体画像形成方法。