JP2018144377A

JP2018144377A - 熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法

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Publication number: JP2018144377A
Application number: JP2017042814A
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Inventors: 本柳　吉宗; Yoshimune Motoyanagi; 吉宗本柳; 堀内　雄史; Yushi Horiuchi; 雄史堀内
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Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-20
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Abstract

【課題】シートの表面が良好な白色度を備える熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法を提供する。【解決手段】熱膨張性シート１０は、基材１１と、基材１１の一方の面上に形成され、吸収する熱量に応じて膨張する熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層１２と、第１の熱膨張層１２上に形成され、吸収する熱量に応じて膨張する熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層１３とを備える。第２の熱膨張層１３は、更に白色顔料を含有する。【選択図】図１

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熱膨張性シート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

ところで、従来の熱膨張性シートでは、その表面が黄色みがかっており、白色度が低いという問題がある。このような熱膨張性シートでは、その表面に立体画像を形成する際に、鮮やかな色を表しにくいという問題もある。

従って、シートの表面が良好な白色度を備える熱膨張性シートが求められている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、シートの表面が良好な白色度を備える熱膨張性シート及び熱膨張性シート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、
基材の一方の面上に形成され、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層上に形成され、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層と、を備え、
前記第２の熱膨張層は、白色顔料を更に含む、ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱膨張性シートの製造方法は、
基材の一方の面上に、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層を形成する工程と、
前記第１の熱膨張層上に、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第２の熱膨張層を形成する工程では、白色顔料を含ませる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、シートの表面が良好な白色度を備える熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法を提供することができる。

実施形態１に係る熱膨張性シートを模式的に示す断面図である。実施形態１に係る熱膨張性シートの製造方法を模式的に示す断面図である。実施形態１に係る立体画像形成システムの概要を示す図である。実施形態１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１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。比較例と本実施形態の熱膨張層との比較を示す断面図である。実施形態２に係る熱膨張性シートを模式的に示す断面図である。

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。

（実施形態１）
本実施形態１に係る熱膨張性シート１０は、図１に示すように、基材１１、第１の熱膨張層１２、第２の熱膨張層１３及びインク受容層１４を備える。第１の熱膨張層１２と第２の熱膨張層１３とは、熱膨張性シート１０の熱膨張層を構成する。また、詳細に後述するように、熱膨張性シート１０は、図３（ａ）〜図３（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、その表面に凹凸を有する造形物（立体画像）が形成される。

基材１１は、熱膨張層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、合成紙等の紙、又はポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の通常使用されるプラスチックフィルムを用いる。また、基材１１は、第１の熱膨張層１２及び第２の熱膨張層１３が全体的又は部分的に発泡により膨張した時に、基材１１の反対側（図１に示す下側）に隆起せず、また、しわを生じたり、大きく波打ったりしない程度の強度を備える。加えて、熱膨張層を発泡させる際の加熱に耐える耐熱性を有する。基材１１の厚みは、例えば２００μｍ程度である。

第１の熱膨張層１２は、基材１１の一方の面（図１に示す上面）上に形成される。第１の熱膨張層１２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Ｂ１中に複数の熱膨張性材料ＭＣ１（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。第２の膨張層１３は、後述するように、白色顔料を含むが、第１の膨張層１２は、白色顔料を含まない。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。第１の熱膨張層１２は、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。また、第１の熱膨張層の厚みは、例えば１００μｍ程度である。

バインダＢ１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ＭＣ１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。なお、図１では、便宜上マイクロカプセルＭＣ１の粒径がほぼ同じに図示されているが、実際はマイクロカプセルＭＣ１の粒径には、ばらつきがあり、全てのマイクロカプセルが同じ粒径を有しているわけではない。

第２の熱膨張層１３は、基材１１の一方の面上に形成された第１の熱膨張層１２の上に形成される。第２の熱膨張層１３も、第１の熱膨張層１２と同様に、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Ｂ２中に熱膨張性材料ＭＣ２（熱膨張性マイクロカプセル）が分散配置されている。また、第２の熱膨張層１３は、図１に示すように白色顔料Ｗを含む。白色顔料Ｗとしては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛等から選択される材料を用いることができ、特に酸化チタンが好ましい。第２の熱膨張層１３が白色顔料を含むことにより、熱膨張層の白色度を向上させることができる。また、バインダＢ２及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ２は、第１の熱膨張層１２のバインダＢ１及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ１として挙げた材料が用いられる。なお、バインダＢ２及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ１は、それぞれ第１の熱膨張層１２のバインダＢ１及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ１と異なる材料を用いても、同じ材料を用いてもよい。第１の熱膨張層１２と第２の熱膨張層１３とで同じ材料を用いると、原料が共通化され、製造工程を簡易化でき、加えて製造コスト削減に寄与することができ好ましい。また、第２の熱膨張層１３は、第１の熱膨張層１２と同様に、基材１１の上面及び／又は下面に形成された光熱変換層で生じた熱を吸収して発泡し、膨張する。

また、第２の熱膨張層１３において、バインダＢ２に対して熱膨張性材料ＭＣ２が含有される割合（含有率とも称する）は、第１の熱膨張層１２におけるバインダＢ１に対して熱膨張性材料ＭＣ１が含有される割合（含有率とも称する）と同一であってもよく、低くしてもよい。なお、図１では、バインダＢ２に対する熱膨張性材料ＭＣ２の含有率を第１の熱膨張層１２と比較して低くする例を図示している。ここで、バインダに対して熱膨張性材料が含有される割合は、体積比、重量比などを用いて定義される。例えば、重量比を用いると、バインダＢ２に対する熱膨張性材料ＭＣ２の重量比（第２の割合）は、バインダＢ１に対する熱膨張性材料ＭＣ１の重量比（第１の割合）と比較して同じである。もしくは第２の割合は、第１の割合と比較して小さく、具体的には１／３〜１／８程度である。換言すれば、例えば、１００重量部のバインダＢ２に対して分散される熱膨張性材料ＭＣ２がＸ２重量部であり、１００重量部のバインダＢ１に対して分散される熱膨張性材料ＭＣ１がＸ１重量部とすると、Ｘ２／Ｘ１は１と同じ、もしくは１／３〜１／８程度とされる。なお、バインダに対して熱膨張性材料が含有される割合は、密度によって定義されてもよい。この場合、第２の熱膨張層１３は、第１の熱膨張層１２と比較して、同じ密度又は低い密度で熱膨張性材料を含有すると言える。

第２の膨張層１３の厚みは、第１の膨張層１２の厚みと同じであってもよく、第１の膨張層１２より薄くともよい。

なお、第２の膨張層１３において熱膨張性材料の含有率を低くする場合は、第２の膨張層１３は、第１の熱膨張層１２と比較して膨張させた場合に高さを得られにくくなるため、第１の熱膨張層１２よりも薄く形成されることが好ましい。また、第２の熱膨張層１３は、必要以上に厚く形成されないことが好ましい。従って、第２の熱膨張層１３の厚みは、熱膨張性材料ＭＣ２の数個分に相当する厚み、例えば、１〜１０個、好ましくは１〜５個に相当する厚みに形成されるのが好ましい。換言すれば、マイクロカプセルの平均粒径の１〜１０倍、好ましくは１〜５倍の厚みに形成されることが好ましい。例えば、第２の熱膨張層１３は、５０μｍ程度の厚みに形成される。

インク受容層１４は、基材１１の一方の面上に形成された第２の熱膨張層１３上に形成される。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。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、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用いて形成される。インク受容層１４として多孔質シリカのような白色の材料を用いると、熱膨張性シート１０の表面の白色度を更に向上させることができ、好ましい。なお、インクジェット方式で紫外線硬化タイプのインクを用いる場合は、インク受容層１４を省略することも可能である。また、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、基材１１の他方の面（下面）にもインク受容層を設けることが好ましい。

本実施形態の熱膨張性シート１０では、詳細に後述するように、第１の膨張層１２上に設けられた第２の膨張層１３内に白色顔料Ｗを含有させることにより、熱膨張性シート１０の表面の白色度を向上させることが可能となる。なお、本実施形態において、熱膨張性シートの表面又はシートの表面とは、第１の熱膨張層１２等が設けられた側の熱膨張性シート１０の表面のことを示す。従って、本実施形態によれば、熱膨張性シート１０を第１の熱膨張層１２等が設けられた側から見た際に、熱膨張性シート１０の見た目の白色度が向上するとも言える。

（熱膨張性シートの製造方法）
次に、熱膨張性シート１０の製造方法について、図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。
まず、基材１１としてシート状の材料、紙等を用意する。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。

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、第１の熱膨張層１２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、塗布液を基材１１上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図２（ａ）に示すように第１の熱膨張層１２を形成する。なお、目標とする第１の熱膨張層１２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、バインダと熱膨張性材料とを混合させ、第２の熱膨張層１３を形成するための塗布液を調製する。バインダと熱膨張性材料とは、第１の熱膨張層１２を形成するための塗布液と異なる材料を用いてもよいが、同じ材料を用いることが好ましい。この際、バインダに対する熱膨張性材料の含有率は、第１の熱膨張層１２におけるバインダに対する熱膨張性材料の含有率と同じとしてもよく、比較して低く、例えば重量比で１／３〜１／８程度としてもよい。また、塗布液中には、白色顔料、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛等から選択される材料を混入させる。

続いて、バーコータ、ローラーコータ、スプレーコータ等の方式による公知の塗布装置を用いて、第２の熱膨張層１３を形成するための塗布液を第１の熱膨張層１２上に塗布する。次に、塗膜を乾燥させ、図２（ｂ）に示すように第２の熱膨張層１３を形成する。なお、目標とする第２の熱膨張層１３の厚みを得るため、塗布及び乾燥は複数回行ってもよい。ここで、第２の熱膨張層１３は、第１の膨張層１２の厚みと同じであってもよく、第１の膨張層１２より薄くともよい。第２の膨張層１３において熱膨張性材料の含有率を低くする場合は、第２の膨張層１３は、第１の熱膨張層１２よりも薄く形成されることが好ましい。また、第２の熱膨張層１３の厚みは、熱膨張性材料ＭＣ２の数個分に相当する厚み、例えば、１〜１０個、好ましくは１〜５個に相当する厚みに形成されるのが好ましい。

次に、インク受容層１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溶剤中に分散させ、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、第２の熱膨張層１３上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図２（ｃ）に示すように、インク受容層１４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。

（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３（ａ）〜図３（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３（ａ）は、立体画像形成システム５０の正面図であり、図３（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３（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３（ａ）〜図３（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３（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３（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）、マゼンダ（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色を混色して形成する、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３（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（第１の熱膨張層及び第２の熱膨張層）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３（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３（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４に示すフローチャート及び図５（ａ）〜図５（ｅ）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５（ａ）に示すように、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、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インク受容層１４中に受容されているため、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、表側光熱変換層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５（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。また、図５（ｂ）において、右に示す光熱変換層４１の黒色インクの濃度を、左に示す光熱変換層４１と比較して濃くすると、図示するように、濃く印刷された領域をより高く膨張させることが可能となる。

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５（ｃ）に示すように、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側光熱変換層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５（ｄ）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。裏側光熱変換層４３についても、左に示す光熱変換層４３の黒色インクの濃度を、右に示す光熱変換層４３と比較して濃くすると、図示するように濃く印刷された領域をより高く膨張させることが可能となる。

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５（ｅ）に示すように、熱膨張性シート１０のうちの光熱変換層４３が印刷された領域が盛り上がって膨張する。

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。

本実施形態の熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法によれば、第１の熱膨張層１２の上に設けられた第２の熱膨張層１３に白色顔料を含有させることにより、熱膨張性シート１０の表面の白色度を良好とすることができる。更に、多孔質シリカのような白色の材料を含むインク受容層１４が第２の熱膨張層１３上に形成されると、更に熱膨張性シート１０の表面の白色度を向上させることができる。また、本実施形態では、特に第１の熱膨張層１２には白色顔料を含有させず、第２の熱膨張層１３に白色顔料を含有させるため、第１の熱膨張層１２中において熱膨張性材料が含まれる割合を白色顔料によって低下させることを防ぐことができ、第１の熱膨張層１２の膨張可能な高さを低減させることを防ぐことができる。加えて、熱膨張性シート１０の最表面に位置するインク受容層１４へ白色顔料を分散させることも避けられ、インク受容層１４がインクを受容する性能を下げることも防ぐことができる。更に、第２の熱膨張層１３自体も発泡し膨張するため、第２の熱膨張層１３は、熱膨張層全体の高さの増加にも寄与することができる。このように、熱膨張性材料を含む第２の熱膨張層１３を更に設けた上で、この層に白色顔料Ｗを分散させることにより、他の層の機能を阻害することなく、更には熱膨張層全体の高さの増加にも寄与した上で、シート表面の白色度を良好とすることができる。

上記に加えて、第２の熱膨張層中における熱膨張性材料の含有率を第１の熱膨張層よりも低下させることにより、熱膨張層の表面に生ずる凹凸の発生を緩和し、熱膨張性シートの表面を良好に平滑化させ、良好な耐擦過性を備えることも可能となる。例えば、比較例として、図６（ａ）に第１の熱膨張層のみ、換言すれば第２の熱膨張層を備えない熱膨張性シートを膨張させた構成を模式的に示す。この構成では、図６（ａ）に示すように、熱膨張層の表面にマイクロカプセルが凝集し、表面に段差ｄ１の凹凸が発生する。また、熱膨張層の表面に位置するマイクロカプセルは、図示するように剥がれやすく、耐擦過性が劣る。これに対し、本実施形態と同様の構成を採る図６（ｂ）に示す熱膨張性シートでは、第２の熱膨張層は、直下に基材のような剛性を備える層が形成されていないため、上方向だけでなく下方向にも膨張する。これにより、第２の熱膨張層の膨張によって第１の熱膨張層で生ずる凹凸内を埋めることが可能であり、第１の熱膨張層表面での凹凸の発生も抑制される。更に、第２の熱膨張層ではマイクロカプセルが含有されている量が少ないため、第２の熱膨張層の表面ではマクロカプセルの凝集が抑えられる。従って、第２の熱膨張層の表面で生ずる段差ｄ２は、段差ｄ１と比較して小さく抑えられ、第２の熱膨張層を備えない構成と比較し、本実施形態の構成では、表面の平滑性が向上し、耐擦過性が向上する。また、インク受容層は、熱膨張性シートの表面にインクを受容、定着させるための層であるが、この層を第２の熱膨張層上に備えることにより、熱膨張性シートの表面は更に良好に平滑化され、耐擦過性も更に良好となる。

（実施形態２）
実施形態２に係る熱膨張性シート２０について図面を用いて説明する。実施形態２に係る熱膨張性シート２０が、実施形態１に係る熱膨張性シート１０と異なる点は、第１の熱膨張層１２と基材１１との間に、第３の熱膨張層２１を備える点にある。換言すれば、本実施形態では、第１の熱膨張層１２、第２の熱膨張層１３及び第３の熱膨張層２１が、熱膨張層を構成する。実施形態１と同様の構成を採る部分については、同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。

第３の熱膨張層２１は、図７に表すように、基材１１と第１の熱膨張層１２との間に形成される。第３の熱膨張層２１は、第１の熱膨張層１２と同様に、バインダＢ３中に熱膨張性材料ＭＣ３（熱膨張性マイクロカプセル）が分散配置されている。第３の熱膨張層２１は、第１の熱膨張層１２と同様に、熱膨張性シート２０の上面及び／又は下面に形成された光熱変換層で生じた熱を吸収して発泡し、膨張する。また、第３の熱膨張層２１のバインダＢ３と熱膨張性材料ＭＣ３とは、それぞれ第１の熱膨張層１２及び第２の熱膨張層１３のバインダとマイクロカプセルと、異なる材料であってもよいが、同じ材料を用いることが好ましい。

また、第３の熱膨張層２１において、バインダＢ３に対して熱膨張性材料ＭＣ３が含有される割合（第３の割合）は、第１の熱膨張層１１においてバインダＢ１に対して熱膨張性材料ＭＣ１が含有される割合（第１の割合）と比較して低くされる。実施形態１と同様に、バインダＢ３に対して熱膨張性材料ＭＣ３が含有される割合は、体積比、重量比などを用いて定義される。例えば、重量比を用いると、バインダＢ３に対する熱膨張性材料ＭＣ３の重量比は、バインダＢ１に対する熱膨張性材料ＭＣ１の重量比と比較して小さく、具体的には、１／３〜１／８程度である。換言すれば、例えば１００重量部のバインダＢ３に対して分散される熱膨張性材料ＭＣ３のＸ３重量部であり、１００重量部のバインダＢ１に対して分散される熱膨張性材料ＭＣ１がＸ１重量部とすると、Ｘ３／Ｘ１は、１より小さく、１／３〜１／８程度である。なお、バインダに対して熱膨張性材料が含有される割合は、密度によって定義されてもよく、この場合、第３の熱膨張層２１は、第１の熱膨張層１２と比較して低い密度で、熱膨張性材料を含有すると言える。

実施形態２の熱膨張性シート２０は、第３の熱膨張層２１を更に設けることにより、熱膨張層を膨張させた際に、熱膨張層が基材１１から剥離することを抑制することも可能となる。なお、第３の熱膨張層２１は、第１の熱膨張層１２と比較して熱膨張性材料の含有率が低く、膨張させた場合に高さを得られにくいため、第１の熱膨張層１２より薄く形成されることが好ましい。また、第３の熱膨張層２１は、必要以上に厚く形成されないことが好ましい。

次に、実施形態２に係る熱膨張性シート２０の製造方法を説明する。
まず、基材１１を用意する。次に、第３の熱膨張層２１を形成するための塗布液を調製する。バインダ中に、熱膨張性材料を公知の分散装置を用いて分散させ、第３の熱膨張層２１を形成するための塗布液を調製する。バインダと熱膨張性材料とは、第１の熱膨張層１２を形成するための塗布液に用いられる材料と同じものを用いると好ましい。この際、第３の熱膨張層２１におけるバインダに対する熱膨張性材料の含有率は、第１の熱膨張層１２におけるバインダに対する熱膨張性材料の含有率と比較して低くされる。例えば、重量比では、１／３〜１／８程度とする。続いて、バーコータ、ローラーコータ、スプレーコータ等の方式による公知の塗布装置を用いて、塗布液を基材上に塗布し、続いて塗膜を乾燥させる。塗布及び乾燥は複数回に分けて行ってもよく、基材１１の上に目標とする厚さの第３の熱膨張層２１を形成する。

続いて、実施形態１と同様にして第１の熱膨張層１２を形成するための塗布液を調製し、公知の塗布装置を用いて、塗布液を第３の熱膨張層３１上に塗布し、乾燥させ、第１の熱膨張層１２を形成する。以降は、実施形態１と同様に、第２の熱膨張層１３及びインク受容層１４を形成する。
これにより、実施形態２に係る熱膨張性シート２０が製造される。

一般に熱膨張性シートでは、基材上に設けられた熱膨張層は、基材が設けられた面とは反対の方向（例えば図７に示す上方向）へと膨張する。この膨張により、基材とその直上に設けられた熱膨張層との間に剥離が発生することがある。また、一般に熱膨張性材料の含有率が高くなるほど基材からの剥離も発生しやすくなる。これに対し、本実施形態の熱膨張性シート２０では、基材１１と第１の熱膨張層１２の間に、熱膨張性材料の含有率が第１の熱膨張層１２よりも低い第３の熱膨張層２１が介在する。この第３の熱膨張層２１は発泡、膨張する程度が第１の熱膨張層１２と比較して抑制されているため、熱膨張層が基材１１からの剥離することを抑制することができる。加えて、第３の熱膨張層２１自体も膨張するため、第３の熱膨張層２１は、熱膨張層全体の高さの増加に寄与するという効果も有している。

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。
例えば上述した各実施形態は、適宜組み合わせることが可能である。

上述した実施形態では、図４に示すプロセスで印刷が施される構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、プロセスを行う順番は適宜変更することが可能である。例えば、基材の両方の面に光熱変換層を形成し、カラーインク層も形成した後に、基材の表側、裏側からそれぞれ光を照射し、熱膨張層を膨張させることも可能である。

また、上述した各実施形態では、表面、裏面ともに光熱変換層を形成する構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。印刷物の用途、印刷方法に応じ、表面のみ又は裏面のみに光熱変換層を形成してもよい。なお、表面のみに印刷を施す場合は、インク受容層は、少なくとも表面に形成されていればよい。

また、例えばシールとして使用するといったように、印刷物の用途に応じて、基材の裏面に接着剤と剥離紙とを設けてもよい。この場合、基材の裏面上に接着剤からなる層を形成し、その上に剥離紙を設ける。なお、インク受容層は、剥離紙上に設けてもよい。

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形成され、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層上に形成され、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層と、を備え、
前記第２の熱膨張層は、白色顔料を更に含む、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
［付記２］
基材の一方の面上に形成され、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層上に形成され、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層と、を備え、
前記第２の熱膨張層は、酸化チタンを含む、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
［付記３］
前記第２の熱膨張層上に、インクを受容するインク受容層を備える、
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］
前記インク受容層は多孔質シリカを含む、
ことを特徴とする付記３に記載の熱膨張性シート。
［付記５］
前記第２の熱膨張層の厚みは、前記第１の熱膨張層の厚みと比較して薄く形成される、
ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の熱膨張性シート。
［付記６］
前記第１の熱膨張性材料と前記第２の熱膨張性材料とは、同じ材料である、
ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の熱膨張性シート。
［付記７］
前記第１の熱膨張性材料と前記第２の熱膨張性材料とは、殻の中に気化性物質を含むマイクロカプセルであって、
前記第２の熱膨張層の厚みは、前記マイクロカプセルの数個分に相当する厚みである、
ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１つに記載の熱膨張性シート。
［付記８］
基材の一方の面上に、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層を形成する工程と、
前記第１の熱膨張層上に、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第２の熱膨張層を形成する工程では、白色顔料を含ませる、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
［付記９］
基材の一方の面上に、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層を形成する工程と、
前記第１の熱膨張層上に、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第２の熱膨張層を形成する工程では、酸化チタンを含ませる、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
［付記１０］
前記第２の熱膨張層の厚みを前記第１の熱膨張層の厚みと比較して薄く形成する、
ことを特徴とする付記８又は９に記載の熱膨張性シートの製造方法。
［付記１１］
前記第２の熱膨張層上に、インクを受容するインク受容層を形成する工程を更に備える、
ことを特徴とする付記８又は９に記載の熱膨張性シートの製造方法。

本発明は、吸収した熱量に応じて膨張する熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法に利用することができる。

１０、２０・・・熱膨張性シート、１１・・・基材、１２・・・第１の熱膨張層、１３・・・第２の熱膨張層、１４・・・インク受容層、２１・・・第３の熱膨張層、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、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・バインダ、ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３・・・熱膨張性材料

Claims

基材の一方の面上に形成され、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層上に形成され、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層と、を備え、
前記第２の熱膨張層は、白色顔料を更に含む、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
基材の一方の面上に形成され、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層上に形成され、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層と、を備え、
前記第２の熱膨張層は、酸化チタンを含む、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
前記第２の熱膨張層上に、インクを受容するインク受容層を備える、
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。
前記インク受容層は多孔質シリカを含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の熱膨張性シート。
前記第２の熱膨張層の厚みは、前記第１の熱膨張層の厚みと比較して薄く形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱膨張性シート。
前記第１の熱膨張性材料と前記第２の熱膨張性材料とは、同じ材料である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱膨張性シート。
前記第１の熱膨張性材料と前記第２の熱膨張性材料とは、殻の中に気化性物質を含むマイクロカプセルであって、
前記第２の熱膨張層の厚みは、前記マイクロカプセルの数個分に相当する厚みである、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱膨張性シート。
基材の一方の面上に、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層を形成する工程と、
前記第１の熱膨張層上に、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第２の熱膨張層を形成する工程では、白色顔料を含ませる、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
基材の一方の面上に、第１の熱膨張性材料を含有する第１の熱膨張層を形成する工程と、
前記第１の熱膨張層上に、第２の熱膨張性材料を含有する第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第２の熱膨張層を形成する工程では、酸化チタンを含ませる、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
前記第２の熱膨張層の厚みを前記第１の熱膨張層の厚みと比較して薄く形成する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の熱膨張性シートの製造方法。
前記第２の熱膨張層上に、インクを受容するインク受容層を形成する工程を更に備える、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の熱膨張性シートの製造方法。