JP2018144378A - 熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法 - Google Patents

熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱膨張層を膨張させた際に、熱膨張層が基材から剥離することを抑制可能な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上に設けられた第１の膨張層１２と、第１の膨張層１２上に設けられた第２の膨張層１３と、を備える。基材１１と第２の膨張層１３との間に設けられた第１の熱膨張層１２は、第２の熱膨張層１３よりも低い割合で熱膨張性材料を含有する。【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、熱膨張性シートでは、熱膨張層を加熱すると、熱膨張層は基材が設けられた面とは反対の方向へと膨張する。この際、熱膨張層の下面が基材から剥離することがある。基材と熱膨張層との間に剥離が生ずると、剥離が生じた部分では、熱膨張層がその形状や高さを維持できず、力がかかった際等に変形してしまう等の問題がある。
このため、熱膨張層を膨張させた際に、熱膨張層が基材から剥離することを抑制可能な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、熱膨張層を膨張させた際に、熱膨張層が基材から剥離することを抑制可能な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の熱膨張性材料をバインダに対して第１の割合で含む第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層の上に形成され、第２の熱膨張性材料をバインダに対して第２の割合で含む第２の熱膨張層と、を備え、
前記第１の割合は、前記第２の割合と比較して小さい、
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の熱膨張性材料をバインダに対して第１の割合で含む第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の熱膨張性材料をバインダに対して第２の割合で含む第１の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第１の割合を、前記第２の割合と比較して小さくする、
ことを特徴とする。
本発明によれば、熱膨張層を膨張させた際に、熱膨張層が基材から剥離することを抑制可能な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。 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。 比較例と実施形態２に係る熱膨張性シートとを膨張させた状態を模式的に示す断面図である。 実施形態３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。本実施形態では、第１の熱膨張層１２と第２の熱膨張層１３とが、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、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ことができる。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、しわが生じたり、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。
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。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。
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、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。バインダＢ２及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ２としては、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。また、バインダＢ２及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ２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、熱膨張性シート１０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。
本実施形態では、第１の熱膨張層１２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（含有率とも称する）は、第２の熱膨張層１３におけるバインダ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）と比較して低くされる。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Ｂ１に対する熱膨張性材料ＭＣ１の重量比（第１の割合）は、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）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Ｂ１に対して分散される熱膨張性材料ＭＣ１がＸ１重量部であり、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重量部とすると、Ｘ１／Ｘ２は１より小さく、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１の熱膨張層１２は、第２の熱膨張層１３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。
また、第１の熱膨張層１２は、第２の熱膨張層１３と比較して熱膨張性材料が含有される割合が少ないため、同じ条件で膨張させた場合、第２の熱膨張層１３と比較して膨張後の高さは低くなる。このため、第１の熱膨張層１２は、第２の熱膨張層１３よりも薄く形成されることが好ましい。加えて、第１の熱膨張層１２は、必要以上に厚く形成されないことが好ましい。このような観点から、第１の熱膨張層１２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個の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。
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。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等、インク受容層１４は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（図１に示す下面）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は、基材１１と第２の熱膨張層１３との間に、第２の熱膨張層１３と比較して低い割合で熱膨張性材料を含む第１の熱膨張層１２を備えることにより、熱膨張性シート１０を膨張させた際に、基材１１から熱膨張層が剥離することを抑制することができる。
（熱膨張性シートの製造方法）
次に、熱膨張性シート１０の製造方法を図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、例えば紙を用意する。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。この際、バインダに対する熱膨張性材料の含有率は、この工程の次に行う第２の熱膨張層１３を形成する工程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し、例えば、重量比で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。また、第１の熱膨張層１２は、第２の熱膨張層１３と比較して薄く形成する。第１の熱膨張層１２の厚みは、熱膨張性材料ＭＣ１の数個分に相当する厚み、例えば、１〜１０個、好ましくは１〜５個の厚みに形成されるのが好ましい。
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、同じ材料を用いると好ましい。
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。
次に、インク受容層１４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中に光熱変換層が形成されている。
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。
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１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１０では、基材１１と第２の熱膨張層１３の間に、熱膨張性材料の含有率が第２の熱膨張層１３よりも低い第１の熱膨張層１２が介在する。この第１の熱膨張層１２は発泡、膨張する程度が第２の熱膨張層１３と比較して抑制されているため、基材１１から熱膨張層が剥離することを抑制することができる。加えて、第１の熱膨張層１２自体も膨張するため、第１の熱膨張層１２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。
このように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、熱膨張層を膨張させた際に、熱膨張層が基材から剥離することを抑制可能な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と異なる点は、第２の熱膨張層１３の上に更に第３の熱膨張層２６を備える点にある。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。
実施形態２に係る熱膨張性シート２０は、図６に示すように、基材１１と、第１の熱膨張層１２と、第２の熱膨張層１３と、インク受容層１４と、第３の熱膨張層２６と、を備える。また、第１の熱膨張層１２と第２の熱膨張層１３と第３の熱膨張層２６とが、熱膨張性シート２０の熱膨張層を構成する。また、本実施形態ではインク受容層１４は、第２の熱膨張層１３の上に設けられた第３の熱膨張層２６の上に形成されている。
第３の熱膨張層２６は、第２の熱膨張層１３とインク受容層１４との間に形成される。第３の熱膨張層２６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２６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る光熱変換層で生じた熱を吸収して発泡し、膨張する。また、バインダＢ３及び熱膨張性マイクロカプセルＭＣ３としては、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。第３の熱膨張層２６の熱膨張性材料ＭＣ３は、第１の熱膨張層１２の熱膨張性材料ＭＣ１と、第２の熱膨張層１５の熱膨張性材料ＭＣ２とは異なる材料を用いても、いずれか若しくは両方と同じ材料を用いてもよい。第３の熱膨張層２６として、第１の熱膨張層１２及び／又は第２の熱膨張層１３と同じ材料を用いると、原料が共通化されるため好ましい。バインダＢ３についても、同様に、バインダＢ１とバインダＢ２と異なっていてもよいが、いずれか若しくは両方と同じ材料を使用することが好ましい。
また、第３の熱膨張層２６において、バインダＢ３に対して熱膨張性材料ＭＣ３が含有される割合は、第２の熱膨張層１３におけるバインダＢ２に対して熱膨張性材料ＭＣ２が含有される割合と比較して低い。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Ｂ２に対する熱膨張性材料ＭＣ２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、１００重量部のバインダＢ３に対して分散されるＭＣ３がＸ３重量部であり、１００重量部のバインダＢ２に対して分散されるＭＣ２がＸ２重量部とすると、Ｘ３／Ｘ２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２６は、第２の熱膨張層１３と比較して低い密度で、熱膨張性材料を含有するとも言える。
なお、第３の熱膨張層２６は、第２の熱膨張層１３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２の熱膨張層１３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２６は、必要以上に厚く形成されないことが好ましく、熱膨張性材料ＭＣ３の数個分に相当する厚み、例えば、１〜１０個、好ましくは１〜５個の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。
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を用意し、実施形態１と同様に、基材１１上に第１の熱膨張層１２及び第２の熱膨張層１３を形成する。
次に、第３の熱膨張層２６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等を用いて分散させ、第３の熱膨張層２６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２の熱膨張層１３を形成するための塗布液と同じ材料を用いるとよい。この際、バインダに対する熱膨張性材料の含有率は、第２の熱膨張層１３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、塗膜を形成する。次いで、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、第２の熱膨張層１３の上に目標の厚さの第３の熱膨張層２６を形成する。
続いて、実施形態１と同様にして第３の熱膨張層２６の上にインク受容層１４を形成し、必要に応じて裁断等を行う。
これにより、実施形態２の熱膨張性シート２０が製造される。
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２の熱膨張層１３の上に、更に第２の熱膨張層１３よりも低い含有率で熱膨張性材料を含む第３の熱膨張層２６を形成することにより、熱膨張層を膨張させた際に熱膨張性シート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が可能である。
例えば、比較例として、図７（ａ）に第３の熱膨張層を備えない構成の熱膨張性シートを膨張させた場合のシート表面を模式的に示す。この構成では、図７（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。図示するように、熱膨張層の表面に位置するマイクロカプセルは、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７（ｂ）に示す熱膨張性シートでは、第３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る。第３の熱膨張層は上方向だけでなく下方向にも膨張するため、第３の熱膨張層の膨張によって第２の熱膨張層で生ずる凹凸内を埋めることが可能である。また、第３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３の熱膨張層の表面でのマクロカプセルの凝集を抑制することができる。加えて、特に本実施形態の第３の熱膨張層２６は、熱膨張性材料を含むため、第３の熱膨張層自体も膨張し、熱膨張層全体の高さの増加に寄与するという効果もある。また、インク受容層１４は、熱膨張性シート２０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３の熱膨張層２６上に備えることにより、熱膨張性シート２０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３）
実施形態３に係る熱膨張性シート３０について図面を用いて説明する。実施形態３に係る熱膨張性シート３０が、上記の実施形態の熱膨張性シート１０又は２０と異なる点は、図８に示すように第３の熱膨張層３６を備え、第３の熱膨張層３６が白色顔料Ｗを含む点にある。なお、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３６が、熱膨張層を構成する。他の実施形態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。
実施形態３に係る熱膨張性シート３０は、図８に示すように、基材１１と、第１の熱膨張層１２と、第２の熱膨張層１３と、インク受容層１４と、第３の熱膨張層３６と、を備える。また、第１の熱膨張層１２と第２の熱膨張層１３と第３の熱膨張層３６とが、熱膨張性シート２０の熱膨張層を構成する。また、本実施形態ではインク受容層１４は、第２の熱膨張層１３の上に設けられた第３の熱膨張層３６の上に形成されている。
第３の熱膨張層３６は、基材１１の一方の面上に設けられた第２の熱膨張層１３の上に形成される。第３の熱膨張層３６は、実施形態２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３６は、更に白色顔料Ｗを含む点に特徴を備える。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。また、バインダＢ３に対する熱膨張性材料ＭＣ３の含有率は、実施形態２と同様に、第２の熱膨張層１３におけるバインダＢ２に対する熱膨張性材料ＭＣ２の含有率と比較して低く設定されている。
また、本実施形態では、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、インク受容層１４の白色度も向上する。従って、インク受容層１４によっても熱膨張性シート１０の表面の白色度が向上して好ましい。
本実施形態の熱膨張性シート３０では、第２の熱膨張層が白色顔料を更に含むことにより、熱膨張性シートの表面の白色度を高めることができ、熱膨張性シート上に設けられるカラーインクの色の映えを良好とすることができる。
次に、実施形態３の熱膨張性シート３０を製造する方法を説明する。
実施形態１と同様に、基材１１を用意し、基材１１上に第１の熱膨張層１２及び第１の熱膨張層１３を形成する。
次に、バインダに対し熱膨張材料と白色顔料とを公知の分散装置を用いて分散させ、第３の熱膨張層を形成するための塗布液を調製する。この際、塗布液において、バインダに対して混入される熱膨張性材料の重量は、実施形態２と同様に第２の熱膨張層を形成するための塗布液と比較し、１／３〜１／８程度の量とする。続いて、バーコータ、ローラーコータ、スプレーコータ等の公知の塗布装置を用いて、塗布液を基材上に塗布し、塗膜を形成する。次いで、塗膜を乾燥させる。目標とする厚さの第３の熱膨張層３６を形成するために、塗布及び乾燥は複数回に分けて行ってもよい。
続いて、実施形態１と同様にインク受容層１４を形成し、必要により裁断を行う。
これにより、実施形態３に係る熱膨張性シート３０が製造される。
本実施形態の熱膨張性シートでは、第３の熱膨張層３６が白色顔料を更に含むことにより、熱膨張層の白色度を向上させることができ、熱膨張性シート３０上に設けられるカラーインクの色の映えを良好とすることができる。更に、インク受容層１４を多孔質シリカのような白色の材料を用いて形成すると、インク受容層１４によっても熱膨張性シート３０の白色度が向上して好ましい。加えて、本実施形態では、白色顔料Ｗが、第１の膨張層１２、第２の膨張層１３及びインク受容層１４ではなく、第３の熱膨張層３６に含まれる。このため、第１の膨張層１２及び第２の膨張層１３に白色顔料を混入させる必要がなく、第１の膨張層１２及び第２の膨張層１３の膨張可能な高さを減ずることが避けられる。更にインク受容層１４にも白色顔料が混入されないため、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避けられるという優れた効果も有する。
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。
また、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の熱膨張性材料をバインダに対して第１の割合で含む第１の熱膨張層と、
前記第１の熱膨張層の上に形成され、第２の熱膨張性材料をバインダに対して第２の割合で含む第２の熱膨張層と、を備え、
前記第１の割合は、前記第２の割合と比較して小さい、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
［付記２］
前記第１の熱膨張層の厚みは、前記第２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に記載の熱膨張性シート。
［付記３］
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又は２に記載の熱膨張性シート。
［付記４］
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１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３のいずれか１つに記載の熱膨張性シート。
［付記５］
前記第２の熱膨張層の上に設けられ、第３の熱膨張性材料をバインダに対して第３の割合で含む第３の熱膨張層を更に備え、
前記第３の割合は、前記第２の割合と比較して小さい、
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３の熱膨張層は、白色顔料を更に含む、
ことを特徴とする付記５に記載の熱膨張性シート。
［付記７］
前記第３の熱膨張層上に、インクを受容するインク受容層を更に備える、
ことを特徴とする付記５又は６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の熱膨張性材料をバインダに対して第１の割合で含む第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の熱膨張性材料をバインダに対して第２の割合で含む第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
前記第１の割合を、前記第２の割合と比較して小さくする、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
［付記９］
前記第１の熱膨張層の厚みを、前記第２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に記載の熱膨張性シートの製造方法。
［付記１０］
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１の熱膨張層の厚みを、前記マイクロカプセルの数個分に相当する厚みとする、
ことを特徴とする付記８乃至１０のいずれか１つに記載の熱膨張性シートの製造方法。
［付記１２］
前記第２の熱膨張層の上に、第３の熱膨張性材料をバインダに対して第３の割合で含む第３の熱膨張層を形成する工程を更に備え、
前記第３の割合を、前記第２の割合と比較して小さくする、
ことを特徴とする付記８乃至１１のいずれか１つ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、３０・・・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、２６、３６・・・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 (12)

  1. 基材の一方の面上に形成され、第１の熱膨張性材料をバインダに対して第１の割合で含む第１の熱膨張層と、
    前記第１の熱膨張層の上に形成され、第２の熱膨張性材料をバインダに対して第２の割合で含む第２の熱膨張層と、を備え、
    前記第１の割合は、前記第２の割合と比較して小さい、
    ことを特徴とする熱膨張性シート。
  2. 前記第１の熱膨張層の厚みは、前記第２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に記載の熱膨張性シート。
  3. 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又は２に記載の熱膨張性シート。
  4. 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１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３のいずれか１項に記載の熱膨張性シート。
  5. 前記第２の熱膨張層の上に設けられ、第３の熱膨張性材料をバインダに対して第３の割合で含む第３の熱膨張層を更に備え、
    前記第３の割合は、前記第２の割合と比較して小さい、
    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。
  6. 前記第３の熱膨張層は、白色顔料を更に含む、
    ことを特徴とする請求項５に記載の熱膨張性シート。
  7. 前記第３の熱膨張層上に、インクを受容するインク受容層を更に備える、
    ことを特徴とする請求項５又は６に記載の熱膨張性シート。
  8. 基材の一方の面上に、第１の熱膨張性材料をバインダに対して第１の割合で含む第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の熱膨張性材料をバインダに対して第２の割合で含む第２の熱膨張層を形成する工程と、を備え、
    前記第１の割合を、前記第２の割合と比較して小さくする、
    ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
  9. 前記第１の熱膨張層の厚みを、前記第２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に記載の熱膨張性シートの製造方法。
  10. 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８又は９に記載の熱膨張性シートの製造方法。
  11. 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１の熱膨張層の厚みを、前記マイクロカプセルの数個分に相当する厚みとする、
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の熱膨張性シートの製造方法。
  12. 前記第２の熱膨張層の上に、第３の熱膨張性材料をバインダに対して第３の割合で含む第３の熱膨張層を形成する工程を更に備え、
    前記第３の割合を、前記第２の割合と比較して小さくする、
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の熱膨張性シートの製造方法。
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