JP2020019268A - 熱膨張性シート - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の実施形態に係る熱膨張性シートの構成について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る熱膨張性シートの構成を模式的に示す断面図である。本明細書において、熱膨張性シートとは、主に立体造形物の材料であり、立体造形物とは、部分的に厚いことにより一面側の表面に凹凸を有するシート状の印刷物である。
基材2は、軟質な熱膨張積層膜1を表面で支持し、熱膨張性シート10を被印刷物として十分な、また、熱膨張積層膜1が部分的に膨張したときに、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、また、熱膨張積層膜1(第1熱膨張層11および第2熱膨張層12)を形成する際の塗布装置や印刷機の搬送機構に対応した可撓性を有する。また、基材2は、耐熱性を有し、さらに熱伝導率の低いことが好ましい。本明細書において、耐熱性とは、立体造形物の製造における温度、特に熱膨張層11,12を膨張させるための加熱温度に対する耐熱性を指す。具体的には、基材2は、厚口の紙や、伸縮性の低い耐熱性の樹脂フィルム等からなる。
熱膨張積層膜1は、熱膨張性シート10の主たる要素であり、部分的に膨張することによって、基材2に固定されていない表面側へ突出して表面に凹凸を生じさせる。熱膨張積層膜1を構成する第1熱膨張層11および第2熱膨張層12(適宜まとめて、熱膨張層11,12)は、それぞれ所定の温度域(膨張温度域)に加熱されると膨張する部材で、均一な厚さh1,h2に形成された塗膜であり、公知の熱膨張性シートに適用されるものと同様の構成である。すなわち、熱膨張層11,12は、熱膨張性のマイクロカプセルと、バインダとして熱可塑性樹脂を含有し、さらに酸化チタン等の白色顔料や、黒色以外の(カーボンブラックを含有しない)顔料を含有して、所望の色に着色されていてもよい。マイクロカプセルは、直径数〜数十μmであり、熱可塑性樹脂で殻が形成され、揮発性溶媒を内包し、加熱されて膨張温度域に到達すると、加熱温度、さらには加熱時間に応じた大きさに膨張する。したがって、熱膨張層11,12は、加熱されてその膨張温度域の下限(膨張開始温度)に到達すると膨張し始め、さらに高温になるにしたがいより大きく膨張する。そして、マイクロカプセルの膨張率が最大となる温度(最大膨張温度)を超えるとマイクロカプセルが収縮するので、膨張率が低下する。揮発性溶媒には、例えばブタン(C4H10)等の炭化水素が適用され、沸点によって膨張温度域が決定される。すなわち、マイクロカプセルは、内包物によって膨張温度域の異なるものとなり、膨張開始温度を約70℃の低温から300℃近い高温まで適宜設計することができる。
インク受容層3は、熱膨張層11,12が一般に疎水性で膨張前においてインクを付着させ難いことから、立体造形物の製造において黒色インク(光熱変換部材4)、あるいはさらにカラーインクを付着させるために、熱膨張性シート10の最表面に設けられる。インク受容層3は、一般的なインクジェットプリンタ印刷用紙に使用されるものが適用され、空隙にインクを吸収させる多孔質のシリカ、アルミナ(空隙型)や、膨潤してインクを吸収する高吸水性ポリマー(膨潤型)等からなり、材料等に応じて10〜数十μm程度の厚さに形成される。本発明においては、インク受容層3は、耐熱性に優れる空隙型が好ましい。
第1の実施形態に係る熱膨張性シート10は、公知の熱膨張性シートと同様の方法で製造することができる。熱膨張積層膜1の形成においては、まず、第1熱膨張層11を構成する熱膨張性のマイクロカプセルおよび熱可塑性樹脂溶液、さらに必要に応じて白色顔料等を混合してスラリーを調製し、塗布装置でスラリーを基材2に塗布し、乾燥させ、さらに必要に応じて重ね塗りを行って、一定の厚さh1の第1熱膨張層11を形成する。同様に、第2熱膨張層12の原料のスラリーを第1熱膨張層11上に塗布して、一定の厚さh2の第2熱膨張層12を形成する。塗布装置は、バーコーター、ローラー、スプレー等の方式による公知の装置を適用することができ、特に、均一な厚塗りに好適なバーコーター方式のものが好ましい。その後、インク受容層3の原料のスラリーを第2熱膨張層12上に塗布して、インク受容層3を形成する。その後、断裁機でA4用紙サイズ等に断裁して、熱膨張性シート10が得られる。
第1の実施形態に係る熱膨張性シートを膨張させる方法について、この熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法と共に、図2A,2B、図3、および図4を参照して説明する。図2A,2Bは、本発明の第1の実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法を説明する模式図であり、図2Aは印刷工程、図2Bは光照射工程、のそれぞれにおける断面図を示す。図3は、本発明に係る熱膨張性シートを加熱したときの温度と膨張高さの推移を説明するモデルである。図4は、本発明の第1の実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の断面図である。本実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法は、公知の熱膨張性シートを用いる場合と同様に、印刷工程と、光照射工程と、を順に行う。
本実施形態に係る熱膨張性シートは、膨張開始温度の異なる熱膨張層を3層以上積層して備えてもよい。以下、本発明の第1の実施形態の変形例に係る熱膨張性シートについて、図5を参照して説明する。図5は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る熱膨張性シートの構成を模式的に示す断面図である。前記実施形態(図1参照)と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
第1の実施形態に係る熱膨張性シートは、熱膨張層(熱膨張積層膜)を設けた表側の面に黒色インクのパターンを印刷して立体造形物を得るものであるが、裏側の面すなわち基材に印刷して立体造形物を得ることもできる。以下、本発明の第2の実施形態に係る熱膨張性シートについて、図6を参照して説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る熱膨張性シートの構成を模式的に示す断面図である。第1の実施形態(図1〜5参照)と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
第2の実施形態に係る熱膨張性シートを膨張させる方法について、この熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法と共に、図7A,7Bを参照して説明する。図7A,7Bは、本発明の第2の実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法を説明する模式図であり、図7Aは印刷工程、図7Bは光照射工程、のそれぞれにおける断面図を示す。本実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法は、第2の実施形態と同様に、印刷工程と、光照射工程と、を順に行う。
本実施形態に係る熱膨張性シートは、表面に画像パターンを印刷されない場合には、熱膨張積層膜1上にインク受容層3を備えなくてよい。また、本実施形態に係る熱膨張性シートは、第1の実施形態の変形例(図5参照)と同様に、膨張開始温度の異なる熱膨張層を3層以上積層して備えてもよい。すなわち、基材2Aの側から第3熱膨張層13、第2熱膨張層12、第1熱膨張層11を積層した熱膨張積層膜1Aを備えることができる。
本発明に係る熱膨張性シートは、両面から光を照射して、さらに大きく膨張させた立体造形物を得ることもできる。以下、本発明の第3の実施形態に係る熱膨張性シートについて、図8を参照して説明する。図8は、本発明の第3の実施形態に係る熱膨張性シートの構成を模式的に示す断面図である。第1、第2の実施形態(図1〜7参照)と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
第3の実施形態に係る熱膨張性シートを膨張させる方法について、この熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法と共に、図9A,9B,9Cを参照して説明する。図9A,9B,9Cは、本発明の第3の実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法を説明する模式図であり、図9Aは印刷工程、図9Bは表面光照射工程、図9Cは裏面光照射工程、のそれぞれにおける断面図を示す。本実施形態に係る熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法は、公知の熱膨張性シートを用いて両面に光照射を行う場合と同様に、印刷工程と、表面光照射工程と、裏面光照射工程と、を順に行う。
本実施形態に係る熱膨張性シートは、第1熱膨張層を、膨張開始温度の異なる上下2層に分けてもよい。以下、本発明の第3の実施形態の変形例に係る熱膨張性シートについて、図10を参照して説明する。図10は、本発明の第3の実施形態の変形例に係る熱膨張性シートの構成を模式的に示す断面図である。前記第1、第2、第3実施形態(図1〜9参照)と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。
〔付記〕
《請求項1》
所定の膨張開始温度以上に加熱されると膨張する熱膨張層を2層以上積層してなる熱膨張性シートであって、
隣接する2層の前記熱膨張層は、前記膨張開始温度が異なることを特徴とする熱膨張性シート。
《請求項2》
一面側に近い前記熱膨張層ほど、前記膨張開始温度が高いことを特徴とする請求項1に記載の熱膨張性シート。
《請求項3》
前記熱膨張層を3層以上積層し、
最上層と最下層とを除く一層の前記熱膨張層の前記膨張開始温度が最も低く、前記一層の熱膨張層に近い前記熱膨張層ほど、前記膨張開始温度が低いことを特徴とする請求項1に記載の熱膨張性シート。
《請求項4》
一面側または他面側の表面に基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熱膨張性シート。
《請求項5》
一面側の表面にインク受容層を備え、他面側の表面に基材を備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の熱膨張性シート。
《請求項6》
前記熱膨張層は、炭化水素を内包したマイクロカプセルを分散して含有し、
前記膨張開始温度の異なる前記熱膨張層は、前記マイクロカプセル内の炭化水素の沸点が異な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熱膨張性シート。
1,1A,1C,1D 熱膨張積層膜
11,11A 第1熱膨張層
12 第2熱膨張層
13 第3熱膨張層
14 第4熱膨張層
15 第3熱膨張層
2,2A 基材
3 インク受容層
4,4A 光熱変換部材
Claims (6)
- 所定の膨張開始温度以上に加熱されると膨張する熱膨張層を2層以上積層してなる熱膨張性シートであって、
隣接する2層の前記熱膨張層は、前記膨張開始温度が異なることを特徴とする熱膨張性シート。 - 一面側に近い前記熱膨張層ほど、前記膨張開始温度が高いことを特徴とする請求項1に記載の熱膨張性シート。
- 前記熱膨張層を3層以上積層し、
最上層と最下層とを除く一層の前記熱膨張層の前記膨張開始温度が最も低く、前記一層の熱膨張層に近い前記熱膨張層ほど、前記膨張開始温度が低いことを特徴とする請求項1に記載の熱膨張性シート。 - 一面側または他面側の表面に基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熱膨張性シート。
- 一面側の表面にインク受容層を備え、他面側の表面に基材を備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の熱膨張性シート。
- 前記熱膨張層は、炭化水素を内包したマイクロカプセルを分散して含有し、
前記膨張開始温度の異なる前記熱膨張層は、前記マイクロカプセル内の炭化水素の沸点が異な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熱膨張性シート。
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