JP2020097128A - 造形物の製造方法、造形物及び造形システム - Google Patents

Abstract

【課題】より複雑な凹凸を有する造形物を製造できる造形物の製造方法、造形物及び造形システムを提供する。【解決手段】造形物の製造方法は、基材と、熱膨張材料を含み基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える、成形シートを準備する準備工程と、熱膨張層の第１部分を、熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱工程と、熱膨張層の第１部分に含まれる第２部分を、熱膨張材料の最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱工程と、を含む。【選択図】図１０

Description

本発明は、造形物の製造方法、造形物及び造形システムに関する。

基材シートと熱膨張性微小球を含む被覆層とを有し、所定の画像を光吸収特性に優れた画像形成材料で形成された熱膨張性シートに、光を照射して、画像形成材料の光吸収特性を利用して選択的に画像部分を加熱することによって、被覆層の熱膨張性微小球を膨張させて、立体画像（造形物）を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開昭６４−２８６６０号公報

特許文献１では、画像を形成する画像形成材料が発する熱により、熱膨張性微小球を加熱するので、画像に対応する被覆層の熱膨張性微小球だけでなく、その周辺の熱膨張性微小球も加熱される。これにより、熱膨張性シートにおける画像部分の周辺も隆起するので、複雑な凹凸を有する造形物を製造することは、困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、より複雑な凹凸を有する造形物を製造できる造形物の製造方法、造形物及び造形システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る造形物の製造方法は、
基材と、熱膨張材料を含み前記基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える、成形シートを準備する準備工程と、
前記熱膨張層の第１部分を、前記熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱工程と、
前記熱膨張層の前記第１部分に含まれる第２部分を、前記熱膨張材料の前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱工程と、を含む。

本発明の第２の観点に係る造形物は、
基材と、
前記基材の第１主面の上に積層され、前記基材と反対側の面に凹凸を有する熱膨張層と、を備え、
前記熱膨張層は、膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱された熱膨張材料と、前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱された熱膨張材料とを含む。

本発明の第３の観点に係る造形システムは、
基材と、熱膨張材料を含み前記基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える成形シートから造形物を製造する造形システムであって、
前記熱膨張層の第１部分を、前記熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱手段と、
前記熱膨張層の前記第１部分に含まれる第２部分を、前記熱膨張材料の前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱手段と、を備える。

本発明によれば、より複雑な凹凸を有する造形物を製造できる。

本発明の実施形態１に係る成形シートの断面を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る熱膨張材料の加熱温度と粒径との関係を示す図である。 本発明の実施形態１に係る造形物を示す斜視図である。 図３に示す造形物をＡ−Ａ線で矢視した断面図である。 本発明の実施形態１に係る造形システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る制御ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る制御ユニットのハードウェアの構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る電磁波照射装置を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係るレーザ光照射装置を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る造形物の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る熱変換層を積層された成形シートの断面を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る第１凹凸を形成された成形シートの断面を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る造形物の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る第３凸部を形成された成形シートの断面を示す模式図である。 本発明の変形例に係る第１凸部の裾引き部を示す模式図である。 本発明の変形例に係る第１凸部の断面を示す模式図である。 本発明の変形例に係る造形物の断面を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る造形物の製造方法について、図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
本実施形態では、成形シート１０から造形物１００を製造する。造形物１００は、加飾シート、壁紙等として使用される。本明細書において、「造形物」は所定の面に凹凸を造型（形成）されているシートであり、凹凸は、幾何学形状、文字、模様、装飾等を構成する。ここで、「装飾」とは、視覚及び／又は触覚を通じて美感を想起させるものである。「造形（又は造型）」は、形のあるものを作り出すことを意味し、装飾を加える加飾、装飾を形成する造飾のような概念をも含む。また、本実施形態の造形物１００は、所定の面に凹凸を有する立体物であるが、いわゆる３Ｄプリンタにより製造された立体物と区別するため、本実施形態の造形物１００を２．５次元（２．５Ｄ）オブジェクト又は疑似三次元（Ｐｓｅｕｄｏ−３Ｄ）オブジェクトとも呼ぶ。本実施形態の造形物１００を製造する技術は、２．５Ｄ印刷技術又はＰｓｅｕｄｏ−３Ｄ印刷技術とも呼べる。

（成形シート）
まず、図１、図２を参照して、成形シート１０を説明する。成形シート１０は、図１に示すように、基材２０と基材２０の第１主面２２の上に積層された熱膨張層３０とを備える。本実施形態では、熱膨張層３０は第１主面２２の全面に積層されている。

成形シート１０の基材２０は、熱膨張層３０を積層される第１主面２２と、第１主面２２と反対側の第２主面２４とを有する。基材２０は熱膨張層３０を支持する。基材２０は、例えば、シート状に形成される。基材２０を構成する材料は、例えば、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等）、ポリエステル系樹脂（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）等の熱可塑性樹脂である。基材２０を構成する材料の種類と基材２０の厚さは、造形物１００の用途に応じて選択される。

成形シート１０の熱膨張層３０は、基材２０の第１主面２２の上に積層される。熱膨張層３０は、バインダ３１と、バインダ３１中に分散された熱膨張材料（すなわち、膨張前の熱膨張材料）３２とを含む。バインダ３１は、酢酸ビニル系ポリマー、アクリル系ポリマー等の任意の熱可塑性樹脂である。熱膨張材料３２は、例えば、熱膨張性マイクロカプセルである。熱膨張性マイクロカプセルは、プロパン、ブタン、その他の低沸点物質から構成された発泡剤を、熱可塑性樹脂製の殻内に包み込んだマイクロカプセルである。熱膨張性マイクロカプセルの殻は、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、これらの共重合体等の熱可塑性樹脂から形成される。

熱膨張材料３２は、図２に示すように、膨張開始温度Ｔｓ以上に加熱されると、殻の軟化と発泡剤の気化により膨張する。熱膨張材料３２は、膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱される場合、加熱された温度に応じた所定の粒径を有する状態まで膨張する。最大膨張温度Ｔｍは、熱膨張材料３２が最大の粒径を有する状態になる温度である。熱膨張材料３２は、最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱された場合、最大の粒径を有する状態まで膨張した後、加熱された温度に応じた粒径を有する状態まで収縮する。以下では、膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱されて、所定の粒径を有する状態まで膨張した熱膨張材料３２を、膨張済みの熱膨張材料３２ｂと記載する。また、最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱され、最大の粒径を有する状態まで膨張した後、加熱された温度に応じた粒径を有する状態まで収縮した熱膨張材料３２を、収縮済みの熱膨張材料３２ｃと記載する。

また、膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱された熱膨張材料３２は、前回より高い温度に加熱されると、加熱された温度に応じた粒径まで、膨張、又は膨張した後収縮する。一方、最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱された熱膨張材料３２は、前回より高い温度に加熱されても、気化した発泡剤が殻から拡散しているので、膨張も収縮もしない。

熱膨張材料３２は、膨張前の粒径の５倍程度まで膨張する。膨張前の熱膨張材料３２の平均粒径は、例えば、５〜５０μｍである。また、熱膨張材料３２の膨張開始温度Ｔｓは、例えば８０℃、熱膨張材料３２の最大膨張温度Ｔｍは、例えば１２０℃である。以下では、膨張開始温度Ｔｓと最大膨張温度Ｔｍは、成形シート１０の熱膨張層３０に含まれている熱膨張材料３２の膨張開始温度Ｔｓと最大膨張温度Ｔｍを指す。

成形シート１０の熱膨張層３０は、熱膨張材料３２の膨張により膨張され、基材２０と反対側の面３５に、後述する第１凹凸１１０と第２凹凸１２０を形成される。

（造形物）
次に、図３、図４を参照して、造形物１００を説明する。造形物１００は、図３、図４に示すように、基材２０と、基材２０の第１主面２２の上に積層され、基材２０と反対側に第１凹凸１１０と第２凹凸１２０とを有する熱膨張層３０と、第１凹凸１１０に対応するパターンで積層された熱変換層１３０とを備える。

造形物１００は、シート状の造形物であり、表面に第１凹凸１１０と第２凹凸１２０とを有している。造形物１００の基材２０の構成は成形シート１０の基材２０と同様であるので、ここでは、造形物１００の熱膨張層３０と熱変換層１３０について、説明する。

造形物１００の熱膨張層３０は、図４に示すように、バインダ３１と、膨張前の熱膨張材料３２ａ（すなわち、成形シート１０の熱膨張材料３２）と、膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱された膨張済みの熱膨張材料３２ｂと、最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱された収縮済みの熱膨張材料３２ｃとを含んでいる。ここで、粒径の大きさは、膨張済みの熱膨張材料３２ｂ＞収縮済みの熱膨張材料３２ｃ＞膨張前の熱膨張材料３２ａの順に大きい。

熱膨張層３０の第１凹凸１１０は、膨張済みの熱膨張材料３２ｂを含む第１凸部１１２と、膨張前の熱膨張材料３２ａを含む第１凹部１１４とから構成されている。また、熱膨張層３０の第２凹凸１２０は、第１凸部１１２に形成され、膨張済みの熱膨張材料３２ｂを含む第２凸部１２２と、収縮済みの熱膨張材料３２ｃを含む第２凹部１２４とから構成されている。

本実施形態では、造形物１００の熱変換層１３０は、第１凹凸１１０を形成するために設けられる。熱変換層１３０は、基材２０の第２主面２４の上に、熱膨張層３０の第１凹凸１１０に対応したパターンで積層される。

熱変換層１３０は、照射された電磁波を熱に変換し、変換された熱を放出する。これにより、成形シート１０の熱膨張層３０は、所定の温度に加熱される。膨張前の熱膨張材料３２ａが加熱される温度は、後述する熱変換材料を含む熱変換層１３０の濃淡（すなわち熱変換材料の密度又は濃度）と、熱変換層１３０に照射される電磁波の単位面積と単位時間当たりのエネルギー量とにより制御できる。熱変換層１３０は、成形シート１０の他の部分に比べて速やかに、電磁波を熱に変換するので、熱変換層１３０の近傍の領域（熱膨張層３０）が選択的に加熱される。

熱変換層１３０は、吸収した電磁波を熱に変換する熱変換材料から構成される。熱変換材料は、カーボン分子であるカーボンブラック、六ホウ化金属化合物、酸化タングステン系化合物等である。例えば、カーボンブラックは、可視光、赤外光等を吸収して熱に変換する。また、六ホウ化金属化合物と酸化タングステン系化合物は、近赤外光を吸収して熱に変換する。六ホウ化金属化合物と酸化タングステン系化合物の中では、近赤外光領域で吸収率が高く、かつ可視光領域の透過率が高いことから、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）とセシウム酸化タングステン（Ｃｓ_２ＷＯ_４）が好ましい。

（造形物の製造方法）
次に、図５〜図１２を参照して、造形物１００の製造方法を説明する。本実施形態では、シート状（例えば、Ａ４用紙サイズ）の成形シート１０から、造形物１００を製造する。

まず、造形物１００の製造方法において使用される造形システム５００を説明する。造形システム５００は、図５に示すように、制御ユニット６００と、成形シート１０に熱変換層１３０を積層する印刷装置７００と、熱変換層１３０に電磁波を照射する電磁波照射装置８００と、熱膨張層３０にレーザ光を照射するレーザ光照射装置９００とを備える。

制御ユニット６００は、印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００とを制御する。制御ユニット６００は、図６に示すように、制御部６１０と記憶部６１２と通信部６１４と操作部６１６と表示部６１８とを備える。制御ユニット６００又は制御部６１０は制御手段として機能する。

制御ユニット６００の制御部６１０は、制御ユニット６００の各部を制御すると共に、印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００の動作を制御する。制御ユニット６００の記憶部６１２は、印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００の制御に用いられる、データとプログラムとを記憶する。制御ユニット６００の通信部６１４は、印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００と通信する。制御ユニット６００の操作部６１６は、ユーザから操作を受け付ける。ユーザは、操作部６１６を操作することによって、制御ユニット６００に指令を入力できる。制御ユニット６００の表示部６１８は、データ、印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００の状態を表す情報等を表示する。

図７は、制御ユニット６００のハードウェアの構成を示す。制御部６１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６３１とＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６３２から構成される。制御部６１０の機能は、ＣＰＵ６３１が記憶部６１２に記憶されたプログラムを実行することによって実現される。記憶部６１２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６３３とハードディスク６３４とを備える。通信部６１４は通信インタフェース６３５である。操作部６１６は、例えば、タッチパネル６３６、キーボード、マウスである。表示部６１８は、例えば、液晶ディスプレイ６３７である。ＣＰＵ６３１と各部は、バス６３９を介して接続する。

図５に戻り、印刷装置７００は、制御ユニット６００により制御され、成形シート１０の基材２０の第２主面２４の上に熱変換層１３０を印刷する。印刷装置７００は、例えば、インクジェットプリンタである。印刷装置７００は、図示しない、ＣＰＵから構成される制御部とＲＯＭとＲＡＭから構成される記憶部とを備えている。印刷装置７００は印刷手段として機能する。

印刷装置７００は、制御ユニット６００の記憶部６１２に記憶されている第１凹凸１１０を表すデータに基づいて、第１凹凸１１０に対応したパターンで、熱変換層１３０を印刷する。具体的には、印刷装置７００は、第１凹凸１１０の第１凸部１１２の高さに応じた濃淡パターンを、熱変換材料を含むインクで印刷する。これにより、熱変換層１３０が基材２０の第２主面２４に積層される。

電磁波照射装置８００は、図８に示すように、筐体８０１内に、熱変換層１３０を積層された成形シート１０を載置するトレイ８１０と、成形シート１０に積層された熱変換層１３０に電磁波を照射する照射部８２０と、照射部８２０を移動させる図示しない移動機構とを備える。また、電磁波照射装置８００は、図示しない、ＣＰＵから構成される制御部とＲＯＭとＲＡＭから構成される記憶部とを備えている。本実施形態では、電磁波照射装置８００又は照射部８２０は第１加熱手段として機能する。なお、理解を容易にするため、本明細書では、図８における電磁波照射装置８００の長手右方向（紙面の右方向）を＋Ｘ軸方向、上方向（紙面の上方向）を＋Ｚ軸方向、＋Ｘ軸方向と＋Ｚ軸方向に垂直な方向（紙面の手前方向）を＋Ｙ軸方向として説明する。

電磁波照射装置８００のトレイ８１０は、熱変換層１３０を積層された成形シート１０を、電磁波照射装置８００における所定の位置に配置する。トレイ８１０は、例えば、成形シート１０の外周部を固定する枠状のトレイである。熱変換層１３０を積層された成形シート１０は、熱変換層１３０を−Ｚ軸方向に向けてトレイ８１０に固定される。

電磁波照射装置８００の照射部８２０は、成形シート１０に積層された熱変換層１３０に電磁波を照射して熱変換層１３０に熱を放出させ、熱膨張層３０を膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱する。本実施形態では、熱変換層１３０が第１凸部１１２の高さに応じた濃淡パターンで形成されているので、熱膨張層３０の第１凸部１１２に対応する第１部分３０ａが膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱される。これにより、熱膨張層３０の第１部分３０ａの膨張前の熱膨張材料３２ａが膨張され、膨張済みの熱膨張材料３２ｂが形成される。膨張済みの熱膨張材料３２ｂが形成されることにより、熱膨張層３０の第１部分３０ａが膨張し、第１凸部１１２（すなわち第１凹凸１１０）が熱膨張層３０に形成される。

本実施形態では、照射部８２０は、＋Ｘ側から−Ｘ方向に移動しつつ、−Ｚ側（すなわち熱変換層１３０側）から電磁波を熱変換層１３０に照射する。

照射部８２０は、カバー８２１と、ランプ８２２と、反射板８２３と、ファン８２４とを備える。カバー８２１は、ランプ８２２と反射板８２３とファン８２４とを収納する。ランプ８２２は、例えば、直管状のハロゲンランプから構成される。ランプ８２２は、熱変換層１３０に、近赤外領域（波長７５０ｎｍ〜１４００ｎｍ）、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、中赤外領域（波長１４００ｎｍ〜４０００ｎｍ）等の電磁波を照射する。反射板８２３は、ランプ８２２から照射された電磁波を熱変換層１３０に向けて反射する反射板である。ファン８２４は、カバー８２１内に空気を送り込み、ランプ８２２と反射板８２３とを冷却する。

レーザ光照射装置９００は、図９に示すように、筐体９０１内に、第１凹凸１１０を形成された成形シート１０を載置するトレイ９１０と、熱膨張層３０を最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱するレーザ照射部９２０と、レーザ照射部９２０を移動させる図示しない移動機構とを備える。また、レーザ光照射装置９００は、図示しない、ＣＰＵから構成される制御部とＲＯＭとＲＡＭから構成される記憶部とを備えている。本実施形態では、レーザ光照射装置９００又はレーザ照射部９２０は第２加熱手段として機能する。

レーザ光照射装置９００のトレイ９１０は、第１凹凸１１０を形成された成形シート１０をレーザ光照射装置９００における所定の位置に配置する。トレイ９１０は、例えば、＋Ｚ軸方向の面が開口した箱形状のケースである。第１凹凸１１０を形成された成形シート１０は、熱膨張層３０を＋Ｚ軸方向に向けてトレイ９１０に載置される。

レーザ光照射装置９００のレーザ照射部９２０は、熱膨張層３０の第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂに、レーザ光を照射して、第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する。第２凹部１２４は第１凸部１１２に形成されるので、熱膨張層３０の第２部分３０ｂは、熱膨張層３０の第１凸部１１２に対応する第１部分３０ａに含まれている。

具体的には、レーザ照射部９２０は、制御ユニット６００の記憶部６１２に記憶されている第２凹凸１２０を表すデータに基づいて、第１凸部１１２の第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂにレーザ光を照射して、第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する。これにより、第２部分３０ｂに含まれる膨張済みの熱膨張材料３２ｂが、最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱されて収縮し、収縮済みの熱膨張材料３２ｃが形成される。収縮済みの熱膨張材料３２ｃが形成されることにより、第２部分３０ｂは収縮し、第２凹部１２４（すなわち第２凹凸１２０）が第１凸部１１２に形成される。

本実施形態では、レーザ照射部９２０は、−Ｘ側から＋Ｘ方向に移動しつつ、＋Ｚ側（すなわち熱膨張層３０側）からレーザ光を第１凸部１１２に照射する。

レーザ照射部９２０は、例えば炭酸ガスレーザ照射器であり、炭酸ガスレーザ発振部、ポリゴンミラー、レンズ等（図示せず）を備える。レーザ照射部９２０は、炭酸ガスレーザ発振部で発振された炭酸ガスレーザ光をポリゴンミラーで反射させて、＋Ｘ方向に移動しつつ、炭酸ガスレーザ光を＋Ｙ方向と−Ｙ方向に走査して、熱膨張層３０の第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂに炭酸ガスレーザ光を照射する。なお、本明細書において、熱膨張層３０にレーザ光又は電磁波を照射して加熱するとは、レーザ光又は電磁波のエネルギーを熱エネルギーに変換せず（すなわち、熱変換層１３０を介さず）、レーザ光又は電磁波で直接的に加熱することを意味する。

図１０〜図１２を参照して、造形物１００の製造方法を説明する。図１０は、造形物１００の製造方法を示すフローチャートである。造形物１００の製造方法は、成形シート１０を準備する準備工程（ステップＳ１０）と、成形シート１０の基材２０の第２主面２４に電磁波を熱に変換する熱変換層１３０を第１凹凸１１０に対応したパターンで積層する熱変換層積層工程（ステップＳ２０）と、熱変換層１３０に電磁波を照射して、熱膨張層３０の第１凸部１１２に対応する第１部分３０ａを、熱膨張材料３２の膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱する第１加熱工程（ステップＳ３０）と、第１部分３０ａに含まれ第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂにレーザ光を照射して、第２部分３０ｂを熱膨張材料３２の最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する第２加熱工程（ステップＳ４０）と、を含む。

準備工程（ステップＳ１０）では、成形シート１０と、第１凹凸１１０を表すデータと、第２凹凸１２０を表すデータとを準備する。成形シート１０は、例えば、基材２０の第１主面２２に、バインダ３１と熱膨張材料３２とを混合した塗布液をスクリーン印刷し、印刷された塗布液を乾燥することにより製造される。第１凹凸１１０を表すデータと第２凹凸１２０を表すデータは、ユーザにより作成される。

熱変換層積層工程（ステップＳ２０）では、印刷装置７００によって、第１凹凸１１０を表すデータに基づいて、成形シート１０の基材２０の第２主面２４に、熱変換材料を含むインクを、第１凸部１１２の高さに応じた濃淡パターン（すなわち、第１凹凸１１０に対応したパターン）で印刷する。これにより、熱変換層１３０が、図１１に示すように、成形シート１０の基材２０の第２主面２４に積層される。

図１０に戻り、第１加熱工程（ステップＳ３０）では、電磁波照射装置８００によって、成形シート１０に積層された熱変換層１３０に、熱変換層１３０が熱に変換する電磁波を照射する。熱変換層１３０は電磁波を熱に変換し、変換された熱を放出する。本実施形態では、熱変換層１３０から放出された熱により、熱膨張層３０が熱膨張材料３２の膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱されて、膨張済みの熱膨張材料３２ｂが、膨張前の熱膨張材料３２ａから形成される。熱変換層１３０は、第１凸部１１２の高さに応じた濃淡パターンで形成されているので、図８、図１２に示すように、熱膨張層３０の第１凸部１１２に対応する第１部分３０ａが加熱されて膨張し、第１凸部１１２が形成される。

図１０に戻り、第２加熱工程（ステップＳ４０）では、レーザ光照射装置９００によって、第２凹凸１２０を表すデータに基づいて、第１凸部１１２を形成された熱膨張層３０の第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂにレーザ光を照射する。本実施形態では、レーザ光を照射して、第２部分３０ｂを熱膨張材料３２の最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する。これにより、熱膨張層３０の第２部分３０ｂにおいて、収縮済みの熱膨張材料３２ｃが膨張済みの熱膨張材料３２ｂから形成される。そして、第２部分３０ｂが収縮し、図４に示すように、第２凹部１２４が第１凸部１１２に形成される。以上により、造形物１００を製造できる。

本実施形態では、熱膨張層３０の第１部分３０ａを膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱し膨張させた後に、第１部分３０ａに含まれる第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱し収縮させるので、膨張のみで凹凸を形成する製造方法よりも、複雑な凹凸を形成できる。また、電磁波照射装置８００は、熱変換層１３０を介して、熱膨張層３０の厚さ方向全体に渡って加熱するので、大きく高い第１凹凸１１０を形成できる。レーザ光照射装置９００は、レーザ光により、熱膨張層３０を局所的に加熱できるので、より細かな第２凹凸１２０を形成できる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、造形物１００は、熱膨張層３０の第１部分３０ａを膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱した後、第１部分３０ａに含まれる第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱して製造されているが、造形物１００は、第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱した後、第１部分３０ａを膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱して製造されてもよい。

本実施形態の成形シート１０と造形物１００と造形システム５００は、実施形態１と同様であるので、造形物１００の製造方法について説明する。

図１３は、本実施形態の造形物１００の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の造形物１００の製造方法は、準備工程（ステップＳ１０）と、熱変換層積層工程（ステップＳ２０）と、第１部分３０ａに含まれ第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂにレーザ光を照射して、第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する第２加熱工程（ステップＳ５０）と、熱変換層１３０に電磁波を照射して、熱膨張層３０の第１凸部１１２に対応する第１部分３０ａを、膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱する第１加熱工程（ステップＳ６０）と、を含む。本実施形態の準備工程（ステップＳ１０）と熱変換層積層工程（ステップＳ２０）は実施形態１と同様であるので、第２加熱工程（ステップＳ５０）と第１加熱工程（ステップＳ６０）について説明する。

第２加熱工程（ステップＳ５０）では、レーザ光照射装置９００によって、熱変換層１３０を積層された成形シート１０の熱膨張層３０の第２凹部１２４に対応する第２部分３０ｂにレーザ光を照射して、第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する。これにより、収縮済みの熱膨張材料３２ｃが膨張前の熱膨張材料３２ａから形成され、図１４に示すように、第２凹部１２４の元となる第３凸部２１２が熱膨張層３０の第２部分３０ｂに形成される。なお、収縮済みの熱膨張材料３２ｃの粒径は、膨張前の熱膨張材料３２ａの粒径よりも大きい。

次に、第１加熱工程（ステップＳ６０）では、電磁波照射装置８００によって、第３凸部２１２を形成された成形シート１０に積層されている熱変換層１３０に電磁波を照射して、第２部分３０ｂ（すなわち第３凸部２１２）を含む第１部分３０ａを膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱する。これにより、第１部分３０ａの第２部分３０ｂ以外の部分３０ｃにおいて、膨張済みの熱膨張材料３２ｂが膨張前の熱膨張材料３２ａから形成される。一方、第１部分３０ａに含まれる第２部分３０ｂでは、第２加熱工程（ステップＳ５０）により、収縮済みの熱膨張材料３２ｃが既に形成されおり、収縮済みの熱膨張材料３２ｃは、加熱によって膨張も収縮もしない。したがって、熱変換層１３０に電磁波を照射して、第１部分３０ａを膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱することにより、第１部分３０ａの第２部分３０ｂ以外の部分３０ｃが膨張し、結果として、図４に示すような、第１凸部１１２と第１凹部１１４と、第２凸部１２２と第２凹部１２４とが形成される。以上により、造形物１００を製造できる。なお、膨張済みの熱膨張材料３２ｂの粒径は、収縮済みの熱膨張材料３２ｃの粒径よりも大きい。

本実施形態では、第２部分３０ｂを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱することにより、加熱によって膨張も収縮もしない収縮済みの熱膨張材料３２ｃを形成した後に、第１部分３０ａを膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱して、膨張済みの熱膨張材料３２ｂを形成するので、第２部分３０ｂ（第３凸部２１２）の状態を維持したまま、第１部分３０ａの第２部分３０ｂ以外の部分３０ｃを膨張させることができる。第２部分３０ｂに影響を与えず、第１部分３０ａの第２部分３０ｂ以外の部分３０ｃを膨張させることができるので、より複雑な凹凸を形成できる。

（変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、造形物１００はロール状の成形シート１０からロール状に製造されてもよい。

基材２０を構成する材料は、熱可塑性樹脂に限らず、紙、布等であってもよい。基材２０を構成する熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系樹脂とポリエステル系樹脂に限らず、ポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）系樹脂、ポリイミド系樹脂等であってもよい。

実施形態１と実施形態２では、熱変換層１３０は基材２０の第２主面２４に積層されているが、熱変換層１３０は熱膨張層３０に積層されてもよい。また、熱変換層１３０は、基材２０の第２主面２４に設けられた剥離層に積層されてもよい。これにより、造形物１００から剥離層を剥離して、造形物１００から熱変換層１３０を除去できる。

成形シート１０と造形物１００は、各層の間に他の任意の材料による層を形成されてもよい。例えば、基材２０と熱膨張層３０との間に、基材２０と熱膨張層３０とをより密着させる密着層が形成されてもよい。密着層は、例えば、表面改質剤から構成される。

また、造形物１００は、カラー画像を印刷されてもよい。例えば、造形物１００は、熱膨張層３０の上に、シアンとマゼンタとイエローとブラックの４色のインクから構成され、カラー画像を表すカラーインク層を積層されてもよい。

印刷装置７００は、インクジェットプリンタに限られない。例えば、印刷装置７００はレーザプリンタであってもよい。また、印刷装置７００は、造形物１００にカラー画像を印刷してもよい。

熱膨張材料３２の膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱する第１加熱手段は、電磁波照射装置８００又は照射部８２０に限られない。第１加熱手段は、例えば、電熱ヒータであってもよい。電熱ヒータは、熱変換層１３０を積層されていない成形シート１０の熱膨張層３０の第１部分３０ａを、膨張開始温度Ｔｓ以上最大膨張温度Ｔｍ以下に加熱する。

熱膨張材料３２の最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱する第２加熱手段は、レーザ光照射装置９００又はレーザ照射部９２０に限られない。第２加熱手段は、例えば、熱抵抗素子を配列されたサーマルプリントヘッド、赤外線ランプからの出射光を集光して照射する集光照射装置等であってもよい。

最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱される第２部分３０ｂは、第１部分３０ａに含まれていればよい。例えば、熱変換層１３０に電磁波を照射して、第１凸部１１２を形成すると、熱膨張層３０の熱変換層１３０に対応する部分よりも広い部分（第１部分３０ａに相当）が膨張開始温度Ｔｓ以上に加熱され、図１５に示すように、第１凸部１１２に裾引き部１１２ａが生じることがある。この場合、第１凸部１１２の裾引き部１１２ａ（第２部分３０ｂに相当）を、最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱して、裾引き部１１２ａの膨張済みの熱膨張材料３２ｂを収縮させることにより、裾引き部１１２ａをなくし、図１６に示すように、第１凸部１１２の外形を整えることができる。第１凸部１１２を形成した後に第１凸部１１２の外形を整えられるので、より複雑な凹凸を有する造形物１００を製造できる。なお、膨張前の熱膨張材料３２ａを最大膨張温度Ｔｍよりも高い温度に加熱して、膨張前の熱膨張材料３２ａの粒径よりも小さい粒径を有する収縮済みの熱膨張材料３２ｃを形成することにより、成形シート１０に凹部を形成することもできる。

実施形態２では、第３凸部２１２を造形物１００の第２凹部１２４の元となるように形成しているが、第３凸部２１２を造形物１００の凸部として形成してもよい。例えば、第２加熱工程（ステップＳ５０）において形成される、収縮済みの熱膨張材料３２ｃの粒径よりも、第１加熱工程（ステップＳ６０）において形成される膨張済みの熱膨張材料３２ｂの粒径を小さくすることにより、図１７に示すような、凹凸を有する造形物１００を製造できる。

実施形態１と実施形態２において、制御ユニット６００は、ＣＰＵ６３１を備えており、ＣＰＵ６３１の機能によって、印刷装置７００と電磁波照射装置８００レーザ光照射装置９００を制御している。本発明では、制御ユニット６００は、ＣＰＵ６３１に代えて、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、制御回路等の専用ハードウェアを備えてもよい。この場合、処理のそれぞれを、個別のハードウェアにより実行してもよい。また、処理のそれぞれをまとめて、単一のハードウェアにより実行してもよい。処理の一部を専用ハードウェアにより実行し、処理の他の一部をソフトウェア又はファームウェアにより実行してもよい。また、制御ユニット６００の制御部６１０が実現する機能は、印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００の制御部により実現されてもよい。

なお、本発明に係る機能を実現するための構成を予め備えた印刷装置と電磁波照射装置とレーザ光照射装置として提供できることはもとより、プログラムの適用により、印刷装置と電磁波照射装置とレーザ光照射装置を制御するコンピュータに、上記の実施形態で例示した印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００による各機能構成を実現させることもできる。すなわち、上記の実施形態で例示した印刷装置７００と電磁波照射装置８００とレーザ光照射装置９００による各機能構成を実現させるためのプログラムを、既存の情報処理装置等を制御するＣＰＵ等が実行できるように適用することができる。

また、このようなプログラムの適用方法は任意である。プログラムを、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納して適用できる。さらに、プログラムを搬送波に重畳し、インターネットなどの通信媒体を介して適用することもできる。例えば、通信ネットワーク上の掲示板（ＢＢＳ：Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｂｏａｒｄ Ｓｙｓｔｅｍ）にプログラムを掲示して配信してもよい。そして、このプログラムを起動し、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上記の処理を実行できるように構成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。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）
基材と、熱膨張材料を含み前記基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える、成形シートを準備する準備工程と、
前記熱膨張層の第１部分を、前記熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱工程と、
前記熱膨張層の前記第１部分に含まれる第２部分を、前記熱膨張材料の前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱工程と、を含む、
造形物の製造方法。

（付記２）
前記第１加熱工程、前記第２加熱工程の順に実施され、
前記第１加熱工程では、前記熱膨張材料を膨張させて前記第１部分を膨張させ、
前記第２加熱工程では、前記第１加熱工程により膨張済みの前記熱膨張材料を収縮させ、前記第１加熱工程により膨張した前記第１部分に含まれる前記第２部分を収縮させる、
付記１に記載の造形物の製造方法。

（付記３）
前記第２加熱工程、前記第１加熱工程の順に実施され、
前記第２加熱工程では、前記熱膨張材料を膨張させた後収縮させて、前記第２部分を膨張させ、
前記第１加熱工程では、前記第２加熱工程により収縮済みの前記熱膨張材料以外の前記熱膨張材料を膨張させて、前記第１部分の、前記第２加熱工程により膨張した前記２部分以外の部分を膨張させる、
付記１に記載の造形物の製造方法。

（付記４）
前記成形シートの前記第１主面と反対側の第２主面、又は前記熱膨張層に、前記第１部分に対応するパターンで、電磁波を熱に変換する熱変換層を積層する熱変換層積層工程を含み、
前記第１加熱工程では、前記熱変換層に前記電磁波を照射する、
付記１乃至３のいずれか１つに記載の造形物の製造方法。

（付記５）
前記第２加熱工程では、前記熱膨張層の前記第２部分にレーザ光を照射して、前記熱膨張層の前記第２部分を加熱する、
付記１乃至４のいずれか１つに記載の造形物の製造方法。

（付記６）
基材と、
前記基材の第１主面の上に積層され、前記基材と反対側の面に凹凸を有する熱膨張層と、を備え、
前記熱膨張層は、膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱された熱膨張材料と、前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱された熱膨張材料とを含む、
造形物。

（付記７）
前記熱膨張層の前記凹凸の凹部は、前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱された前記熱膨張材料を含む、
付記６に記載の造形物。

（付記８）
基材と、熱膨張材料を含み前記基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える成形シートから造形物を製造する造形システムであって、
前記熱膨張層の第１部分を、前記熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱手段と、
前記熱膨張層の前記第１部分に含まれる第２部分を、前記熱膨張材料の前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱手段と、を備える、
造形システム。

（付記９）
前記成形シートは、前記成形シートの前記第１主面と反対側の第２主面、又は前記熱膨張層に、前記第１部分に対応するパターンで積層された、電磁波を熱に変換する熱変換層を備え、
前記第１加熱手段は、前記電磁波を前記熱変換層に照射して、前記熱膨張層を加熱する、
付記８に記載の造形システム。

（付記１０）
前記第２加熱手段は、前記熱膨張層の前記第２部分にレーザ光を照射して、前記熱膨張層の前記第２部分を加熱する、
付記８又は９に記載の造形システム。

１０・・・成形シート、２０・・・基材、２２・・・基材の第１主面、２４・・・基材の第２主面、３０・・・熱膨張層、３０ａ・・・第１部分、３０ｂ・・・第２部分、３０ｃ・・・第１部分の第２部分以外の部分、３１・・・バインダ、３２・・・熱膨張材料、３２ａ・・・膨張前の熱膨張材料、３２ｂ・・・膨張済みの熱膨張材料、３２ｃ・・・収縮済みの熱膨張材料、３５・・・熱膨張層の基材と反対側の面、１００・・・造形物、１１０・・・第１凹凸、１１２・・・第１凸部、１１２ａ・・・裾引き部、１１４・・・第１凹部、１２０・・・第２凹凸、１２２・・・第２凸部、１２４・・・第２凹部、１３０・・・熱変換層、２１２・・・第３凸部、５００・・・造形システム、６００・・・制御ユニット、６１０・・・制御部、６１２・・・記憶部、６１４・・・通信部、６１６・・・操作部、６１８・・・表示部、６３１・・・ＣＰＵ、６３２・・・ＲＡＭ、６３３・・・ＲＯＭ、６３４・・・ハードディスク、６３５・・・通信インタフェース、６３６・・・タッチパネル、６３７・・・液晶ディスプレイ、６３９・・・バス、７００・・・印刷装置、８００・・・電磁波照射装置、８０１・・・筐体、８１０・・・トレイ、８２０・・・照射部、８２１・・・カバー、８２２・・・ランプ、８２３・・・反射板、８２４・・・ファン、９００・・・レーザ光照射装置、９０１・・・筐体、９１０・・・トレイ、９２０・・・レーザ照射部、Ｔｓ・・・膨張開始温度、Ｔｍ・・・最大膨張温度

Claims (10)

1. 基材と、熱膨張材料を含み前記基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える、成形シートを準備する準備工程と、
   前記熱膨張層の第１部分を、前記熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱工程と、
   前記熱膨張層の前記第１部分に含まれる第２部分を、前記熱膨張材料の前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱工程と、を含む、
   造形物の製造方法。
2. 前記第１加熱工程、前記第２加熱工程の順に実施され、
   前記第１加熱工程では、前記熱膨張材料を膨張させて前記第１部分を膨張させ、
   前記第２加熱工程では、前記第１加熱工程により膨張済みの前記熱膨張材料を収縮させ、前記第１加熱工程により膨張した前記第１部分に含まれる前記第２部分を収縮させる、
   請求項１に記載の造形物の製造方法。
3. 前記第２加熱工程、前記第１加熱工程の順に実施され、
   前記第２加熱工程では、前記熱膨張材料を膨張させた後収縮させて、前記第２部分を膨張させ、
   前記第１加熱工程では、前記第２加熱工程により収縮済みの前記熱膨張材料以外の前記熱膨張材料を膨張させて、前記第１部分の、前記第２加熱工程により膨張した前記２部分以外の部分を膨張させる、
   請求項１に記載の造形物の製造方法。
4. 前記成形シートの前記第１主面と反対側の第２主面、又は前記熱膨張層に、前記第１部分に対応するパターンで、電磁波を熱に変換する熱変換層を積層する熱変換層積層工程を含み、
   前記第１加熱工程では、前記熱変換層に前記電磁波を照射する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の造形物の製造方法。
5. 前記第２加熱工程では、前記熱膨張層の前記第２部分にレーザ光を照射して、前記熱膨張層の前記第２部分を加熱する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の造形物の製造方法。
6. 基材と、
   前記基材の第１主面の上に積層され、前記基材と反対側の面に凹凸を有する熱膨張層と、を備え、
   前記熱膨張層は、膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱された熱膨張材料と、前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱された熱膨張材料とを含む、
   造形物。
7. 前記熱膨張層の前記凹凸の凹部は、前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱された前記熱膨張材料を含む、
   請求項６に記載の造形物。
8. 基材と、熱膨張材料を含み前記基材の第１主面に積層された熱膨張層とを備える成形シートから造形物を製造する造形システムであって、
   前記熱膨張層の第１部分を、前記熱膨張材料の膨張開始温度以上最大膨張温度以下に加熱する第１加熱手段と、
   前記熱膨張層の前記第１部分に含まれる第２部分を、前記熱膨張材料の前記最大膨張温度よりも高い温度に加熱する第２加熱手段と、を備える、
   造形システム。
9. 前記成形シートは、前記成形シートの前記第１主面と反対側の第２主面、又は前記熱膨張層に、前記第１部分に対応するパターンで積層された、電磁波を熱に変換する熱変換層を備え、
   前記第１加熱手段は、前記電磁波を前記熱変換層に照射して、前記熱膨張層を加熱する、
   請求項８に記載の造形システム。
10. 前記第２加熱手段は、前記熱膨張層の前記第２部分にレーザ光を照射して、前記熱膨張層の前記第２部分を加熱する、
    請求項８又は９に記載の造形システム。

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