JP2018099851A - 光照射装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態に係る光照射装置の構成について、図1および図2を参照して説明する。図1は、実施形態に係る光照射装置の要部の構成を示す側面に平行な断面図である。図2は、実施形態に係る光照射装置による媒体の搬送を説明するモデルであって、(a)は図1の要部に相当し、(b)、(c)は(a)の部分拡大図である。本明細書において、光照射装置とは、加熱されることによって膨張する層を備えたシート状の媒体である熱膨張性シートを被処理体とし、光を照射して、前記層を膨張させて立体画像を製造する装置である。
図1に示すように、本実施形態に係る光照射装置10は、熱膨張性シート(媒体)9に光を照射する光照射部(光照射手段)2、熱膨張性シート9を白抜き矢印で示す一方向(図中、右方向)に搬送する駆動ローラ51〜55およびシート押さえ板56からなるシートローダ(搬送手段)50、放熱ローラ46、案内板61〜64、および光照射部2近傍を冷却する冷却器3を筐体11(前面と後面の一部を示す)の内部に備える。光照射装置10はさらに、光照射部2の温度を検知する温度センサ42、主駆動ローラ55の温度を検知する温度センサ45、熱膨張性シート9の裏面に付されたバーコード類を読み取る読取り機43およびミラー44、光照射装置10の動作を制御する制御回路(図示省略)、ならびに、筐体11の外側に設けられた、熱膨張性シート9を載置する供給トレイ12、光照射後の熱膨張性シート9(立体画像)が排出されるための排出トレイ13、運転操作のためのスイッチ類や表示パネル(図示省略)等を備える。本実施形態に係る光照射装置10は、熱膨張性シート9を水平にして搬送しながら、上面に光を照射する構造である。なお、本明細書においては、別途記載のない限り、図1、図2およびその他の断面図における上下を同じく上下として説明する。ここで、図2(b)を参照して、熱膨張性シートについて説明する。
熱膨張性シート9は、基材92と、その一方の面上に一定の厚さに積層された熱膨張層91とを備える。熱膨張層91は、熱可塑性樹脂をバインダとして熱膨張性のマイクロカプセルを含有する。マイクロカプセルは、熱可塑性樹脂で形成され、揮発性溶媒を内包し、膨張温度域、具体的には前記熱可塑性樹脂や揮発性溶媒の種類にもよるが約80℃以上に加熱されると、加熱温度、さらには加熱時間に応じた大きさに膨張する。熱膨張層91の膨張温度域における最小値(前記約80℃)を、膨張開始温度Tsと称する。膨張温度域での加熱により、熱膨張層91は、最大で膨張前の10倍程度の厚さに膨張させることができる。そのため、熱膨張性シート9は、部分的に加熱されることで、この部分で熱膨張層91が発泡、膨張して厚さが増大して、熱膨張層91を設けた側の表面に凹凸が形成される。基材92は、表面で熱膨張層91を支持して、熱膨張層91が部分的に膨張したときに熱膨張性シート9が皺を生じたり大きく波打ったりしない程度の強度(剛性)を有し、かつ、裏面に形成された光熱変換層93(図2(b)参照)が放出した熱を表面側の熱膨張層91へ十分に伝播させることのできる材料および厚さで形成される。具体的には、基材92は、厚口の紙等からなる。このような基材92を備えることにより、熱膨張性シート9は、可撓性と剛性とを有する。
光照射部2は、光照射装置10における主要部材であり、水平に搬送される熱膨張性シート9の上面に光を照射するように、熱膨張性シート9の搬送経路の上方に設けられる。光照射部2は、熱に変換される近赤外線を含む光を放射する光源21、および反射板22を備え、熱膨張性シート9の、搬送方向での所定長さの範囲において、搬送幅方向(搬送方向に直交する方向)における全体(全幅)に光を照射する。この、光照射部2から光を照射される範囲を光照射領域1i(図2参照)と称する。光源21は、例えばハロゲンランプであり、熱膨張性シート9へその全幅にわたって設けられる。反射板22は、光源21から熱膨張性シート9へ光を効率的に照射するために設けられ、略半円柱の柱面形状の曲面に形成されて内側に鏡面を有し、光源21の熱膨張性シート9と対向する側の反対側、すなわち上側を覆う。光照射領域1iは光照射部2の直下であり、搬送方向においては、反射板22の内面の両端間(始端から終端まで)である。
シートローダ50は光照射装置10における搬送機構であり、熱膨張性シート9を、光照射領域1iを通過するように水平に搬送する。なお、図1、図2、および以降の断面図において、搬送方向は右向きに示され、すなわち図中右側が前である。シートローダ50は、搬入側駆動ローラ51,52、搬出側駆動ローラ53,54、主駆動ローラ55、およびシート押さえ板56を備える。一対の搬入側駆動ローラ51,52は、熱膨張性シート9を、光照射領域1iの後方(搬入側)において上下面から挟持するように配置される。別の一対の搬出側駆動ローラ53,54は、熱膨張性シート9を、光照射領域1iの前方(搬出側)において上下面から挟持するように配置される。主駆動ローラ55およびシート押さえ板56は、搬入側駆動ローラ51,52と搬出側駆動ローラ53,54の間において、熱膨張性シート9を両面から挟持するように配置される。シートローダ50はさらに、モータ、およびプーリやギア等を備える(図示省略)。
放熱ローラ46は、主駆動ローラ55の温度を調整するために、主駆動ローラ55の外周面に接触させて回転可能に軸支される。放熱ローラ46は、主駆動ローラ55に対して光照射部2から距離を空けつつ主駆動ローラ55の外周面に接触し、かつ筐体11に設けた通気口に対向するように配置され、主駆動ローラ55と共に回転し、主駆動ローラ55の熱を外部へ放熱して、主駆動ローラ55の温度の光照射部2による過剰な上昇を抑制する。そのために、放熱ローラ46は、幅方向長さ(軸長さ)が主駆動ローラ55と同等以上で、熱伝導性の高い材料で形成され、例えば金属製である。また、放熱ローラ46は、外気によらずに、冷媒を内部に循環させて冷却する構造としてもよい。また、放熱ローラ46は、軸が移動可能に設けられてもよく、主駆動ローラ55との接触、非接触を切り替えて、主駆動ローラ55の温度をいっそう適切に調整することができる。
搬入案内板61は、供給トレイ12上に載置された熱膨張性シート9を支持して搬入側駆動ローラ51,52間に案内するために、筐体11の入口に設けられた水平な平板状の部材である。搬入案内板61は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属で形成され、軽量化等のために小径の孔が多数空けられている。搬入案内板62は、熱膨張性シート9を搬入側駆動ローラ51,52間から主駆動ローラ55とシート押さえ板56の間に案内するために、これらの間に設けられ、搬入側駆動ローラ52に合わせた上下位置として、シート押さえ板56との間隙が熱膨張性シート9の厚さに対してマージンのあるように配置される。搬入案内板62は、搬入側駆動ローラ52および主駆動ローラ55の各外周面に合わせて、前後の端面を斜めに切断されている。搬入案内板62は、主駆動ローラ55の位置に合わせて、光照射領域1iの後方(搬入側)近傍に配置される。そのため、搬入案内板62は、ガラスや樹脂等の加熱され難い耐熱性の材料で形成されることが好ましく、例えばシート押さえ板56と同じ材料で形成されてもよい。また、搬入案内板62は、熱膨張性シート9を支持する上下位置が、主駆動ローラ55とシート押さえ板56による挟持位置よりもある程度下方になるように配置されることが好ましい。このような構造により、搬入案内板62の上面を摺動して搬送された熱膨張性シート9の前端が、前記したように、シート押さえ板56の水平な接触面(下面)に対して間隙を有する高さ位置に搬送されるので、主駆動ローラ55とシート押さえ板56の間に不具合なく進入して挟持される。
搬出案内板63,64は、熱膨張層91の膨張の進行が完了した(図2に示す熱膨張領域1fを通過した)熱膨張性シート9を排出トレイ13上へ案内するために、主駆動ローラ55およびシート押さえ板56の前方(搬出側)から筐体11の出口にわたって、熱膨張性シート9を両面から挟むように設けられる。本実施形態では、搬出案内板63,64は、熱膨張性シート9の前端がある程度垂れ下がっていても、または反対に浮き上がっていても、間に挟まれて位置を矯正しつつ案内するように、光照射領域1i側(搬入側)の端が上下に広がるように折り曲げられた板状に形成されている。あるいは、搬出案内板63,64は、前方の水平部分と光照射領域1i側の傾斜部分とが分離した構造であってもよい。また、上側の搬出案内板63は、搬出側駆動ローラ53,54の前側において、下面の上下位置を、搬出側駆動ローラ53,54により挟持される熱膨張性シート9の上面よりも僅かに上方になるように配置されることが好ましい。このような構造により、熱膨張性シート9は、後端が接触領域1cを通過した後、前方が搬出側駆動ローラ53,54間と搬出案内板63の下面とによって支持されていることにより、後端が上に大きく跳ね上がって反射板22に接触したり、反対に、下へ大きく垂れ下がることを抑制される。また、搬出案内板63,64は、搬出側駆動ローラ53,54が配置されている部分に矩形の切込み(図示せず)や孔が形成されている。このような搬出案内板63,64は、搬入案内板61と同様に、小径の孔が多数空けられた金属板で形成される。そのため、搬出案内板63,64は、熱膨張層91の膨張開始温度Ts以上に加熱されないように、光照射部2から十分に距離を空けて配置される。
冷却器3は、光照射部2による光照射装置10の過剰な温度上昇を防止するために、光照射部2の近傍に設けられ、例えばプリンタやパーソナルコンピュータ等に内蔵される一般的な水冷式のラジエータを適用することができる。
温度センサ42は、反射板22の表面温度を計測して、制御回路に伝達する。同様に、温度センサ45は、主駆動ローラ55の表面温度を計測して、制御回路に伝達する。温度センサ42,45は、接触式、非接触式のいずれでもよく、また、温度自体を計測するものでなくてもよく、熱電対のように、設定した温度範囲に対して高いか低いかを検知するものでよい。読取り機43は、筐体11の入口近傍に設けられて、供給トレイ12上に載置された被処理体が熱膨張性シート9のような専用の媒体であるかを判別する。読取り機43は、例えば、熱膨張性シート9の裏面に付されたバーコード類を読み取るバーコードリーダ、QRコード(登録商標)リーダ、OCR(Optical character recognition)リーダであり、さらに、熱膨張性シート9が表裏いずれの面を上にして供給トレイ12に載置されても読み取るように、ミラー44を備える。制御回路は、例えばCPUおよびメモリを備え、外部からの操作やセンサ類の信号等を受けて、光照射装置10を統括制御する。具体的には、例えば、光源21のON/OFF、シートローダ50の搬送開始と停止、搬送速度の切替え、温度センサ42,45からの反射板22、主駆動ローラ55の温度や読取り機43からの信号による、運転可能か等の判定を行う。
本発明の実施形態に係る光照射装置の動作について、図1および図2(a)、(b)を参照して説明する。ここでは、裏面(基材92側)に光熱変換層93を印刷した熱膨張性シート9に、光を照射する。
光照射装置10は、表面(熱膨張層91側)に光熱変換層93を印刷した熱膨張性シート9(9A)に対しても、全面に光を照射して、熱膨張層91を膨張させることができる。このような熱膨張性シート9Aは、光照射装置10において、図2(c)に示すように、表面(熱膨張層91側)を上に向けた状態で搬送される。光照射装置10は、シート押さえ板56が接触領域1cの終端(終点PcE)のすぐ前まで設けられて、その前方は熱膨張性シート9Aの上側が空いているので、熱膨張層91の膨張が妨げられず、また、表面の膨張した箇所等がシート押さえ板56に接触しないので熱膨張層91の温度が局所的に変化させられず、均一に(光熱変換層93に基づいて)膨張させることができる。なお、熱膨張性シート9Aの表面への光照射においては、熱膨張層91の表面に直接に光熱変換層93を形成されているため、図2(b)に示す裏面への光照射と比較して、早期に熱膨張層91の膨張が開始され、搬送速度が同一であれば、熱膨張領域1fの始点が接触領域1cにより近付くことになる。一方で、主駆動ローラ55は、基材92に接触するので、表面温度Troが熱膨張層91に伝達し難い。
本実施形態に係る光照射装置10は、全体が平板状のシート押さえ板56を水平にして備えるが、接触領域1cおよびその近傍のみを水平として、その後側(搬入側)を上方へ傾斜させた形状としてもよい。この場合、搬入案内板62による熱膨張性シート9を支持する上下位置を、主駆動ローラ55と水平なシート押さえ板56による挟持位置に合わせた構造としても、シート押さえ板56の搬入側の端と搬入案内板62との間隙にマージンがある配置となる。これに伴い、搬入側駆動ローラ51,52および搬入案内板61による熱膨張性シート9を挟持、支持する上下位置も主駆動ローラ55と水平なシート押さえ板56による挟持位置に合わせて、熱膨張性シート9を水平に搬送する構造とする。また、シート押さえ板56は、接触領域1cの前側を上方へ傾斜させて延伸させてもよい。特に、シート押さえ板56が、反射板22の直下全体(光照射領域1i)を内包するように設けられることによって、熱膨張性シート9(9A)が上方へ浮き上がっても反射板22に接触することがなく、安全性が向上する。この場合、シート押さえ板56は、熱膨張性シート9Aの熱膨張層91側(表面)に光を照射して熱膨張層91を膨張させたときに(図2(c)参照)、熱膨張性シート9Aの上方への湾曲も含めて、膨張した熱膨張層91に接触されないような形状とする。さらに、シート押さえ板56は、前記と同様に上方へ傾斜させて熱膨張領域1fの終端まで延伸させてもよく、このような構成とすることで、冷却器3に空冷式の冷却ファンを適用して、風除けとすることができる(後記の図3(a)を参照して説明する別の実施形態参照)。
本発明の実施形態に係る光照射装置は、熱膨張性シートの下面に光を照射する構造であってもよい。以下、別の実施形態に係る光照射装置の構成について、図3を参照して説明する。
図3(a)に示すように、本実施形態に係る光照射装置10Aは、図1および図2に示す光照射装置10の、主駆動ローラ55と、シート押さえ板56、光照射部2との天地を入れ替えた構造である。さらに光照射装置10Aは、光照射装置10と比較して、径の小さな主駆動ローラ55A、搬送方向に伸張したシート押さえ板56Aを備え、また、主駆動ローラ55Aの後方、熱膨張性シート9の上側に、搬入案内板62Aを備える。また、放熱ローラ46(図1参照)は、主駆動ローラ55Aの外周面に接触させるように、上側に配置されている。また、光照射装置10Aは、冷却器3に代えて冷却器3Aを、光照射部2(反射板22)の下方近傍に備える。光照射装置10Aのその他の構成は、図1を参照して説明した光照射装置10と同様である。以下、各部材の構成の、光照射装置10と相違するものについて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る光照射装置の動作について、図3(a)を参照して説明する。図3(a)は、別の実施形態に係る光照射装置による媒体の処理を説明するモデルであって、図1の要部に相当する。ここでは、図2(a)、(b)を参照して説明した前記実施形態と同様、裏面(基材92側)に光熱変換層93を印刷した熱膨張性シート9に、光を照射する。したがって、熱膨張性シート9は、光照射装置10Aにおいて、表面(熱膨張層91側)を上に向けた状態で搬送される。
本実施形態に係る光照射装置10Aは、水冷式の冷却器3を備えてもよく、この場合には、風除けが不要であるので、シート押さえ板56Aは、搬送不具合等がなければ、光照射領域1iの前方へ張り出して延伸しなくてよい。また、シート押さえ板56Aは、シート押さえ板56と同様、少なくとも接触領域1cにおいて平坦かつ水平であればよく、例えば図3(b)に示すように、接触領域1cの前側(搬出側)に僅かに張り出すまでに短縮したシート押さえ板56Bとしてもよい。このような形状のシート押さえ板56Bを備えることにより、光照射装置10Bは、熱膨張性シート9が接触領域1cを通過した直後に下側が空くので、熱膨張性シート9だけでなく、下面が熱膨張する熱膨張性シート9A(図2(c)参照)に対して光を照射することができる。以下、本発明の実施形態の変形例に係る光照射装置の動作について、図3(b)を参照して説明する。図3(b)は、別の実施形態の変形例に係る光照射装置による媒体の処理を説明するモデルであって、図1の要部に相当する。
〔付記〕
《請求項1》
シート状の媒体の一面に向けて所定の波長の光を含む光を照射する光照射手段と、
前記媒体を、前記一面側に設けた少なくとも前記所定の波長の光を透過させる押さえ部材と、他面側に設けた搬送ローラと、で挟持して搬送して、前記光照射手段から光を照射される光照射領域を通過させる搬送手段と、を備えることを特徴とする光照射装置。
《請求項2》
前記搬送手段は、前記媒体を、搬送直交方向における全体にわたって挟持することを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
《請求項3》
前記搬送手段は、前記媒体を、前記光照射領域内で挟持することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射装置。
《請求項4》
前記搬送ローラは、表面に弾性部材を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光照射装置。
《請求項5》
前記搬送ローラの表面温度を計測する温度計測手段を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の光照射装置。
《請求項6》
前記搬送ローラの表面温度を制御する搬送ローラ温度制御手段を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の光照射装置。
《請求項7》
前記搬送ローラ温度制御手段は、前記搬送ローラを加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項6に記載の光照射装置。
《請求項8》
前記搬送ローラ温度制御手段は、前記搬送ローラを冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項6に記載の光照射装置。
1c 接触領域
1i 光照射領域
2 光照射部(光照射手段)
21 光源
22 反射板
3,3A 冷却器
45 温度センサ(温度計測手段)
46 放熱ローラ(搬送ローラ温度制御手段)
55,55A 主駆動ローラ(搬送ローラ)
55o 表面部材(弾性部材)
56,56A,56B シート押さえ板(押さえ部材)
9,9A 熱膨張性シート(媒体)
Claims (8)
- シート状の媒体の一面に向けて所定の波長の光を含む光を照射する光照射手段と、
前記媒体を、前記一面側に設けた少なくとも前記所定の波長の光を透過させる押さえ部材と、他面側に設けた搬送ローラと、で挟持して搬送して、前記光照射手段から光を照射される光照射領域を通過させる搬送手段と、を備えることを特徴とする光照射装置。 - 前記搬送手段は、前記媒体を、搬送直交方向における全体にわたって挟持することを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
- 前記搬送手段は、前記媒体を、前記光照射領域内で挟持することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射装置。
- 前記搬送ローラは、表面に弾性部材を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記搬送ローラの表面温度を計測する温度計測手段を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記搬送ローラの表面温度を制御する搬送ローラ温度制御手段を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の光照射装置。
- 前記搬送ローラ温度制御手段は、前記搬送ローラを加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項6に記載の光照射装置。
- 前記搬送ローラ温度制御手段は、前記搬送ローラを冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項6に記載の光照射装置。
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