JP2020104455A - 熱膨張性シート、熱膨張性シートの製造方法及び造形物 - Google Patents

Abstract

【課題】造形後における形状変化の発生を抑制することが可能な熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法と、これを用いた造形物とを提供する。【解決手段】基材１１の一方の面に設けられた熱膨張層１２を備える熱膨張性シート１０を用いる。熱膨張層１２は、第１の最大膨張温度を有する第１の熱膨張性材料３２ａと、第１の最大膨張温度より高い第２の最大膨張温度を有する第２の熱膨張性材料３２ｂと、を少なくとも含む。第１の熱膨張性材料３２ａの膨張開始温度と第２の熱膨張性材料３２ｂの膨張開始温度とは、造形物が置かれる環境における温度よりも高い。【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の製造方法と、熱膨張性シートを用いた造形物とに関する。

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凹凸を有する造形物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

このような熱膨張性シートを用いて形成された造形物は、造形後に置かれる環境によって、形状が変化してしまうことがある。特に高温（例えば、６０℃等）環境下に置かれると、熱膨張性材料が更に膨張してしまう、もしくは過加熱により熱膨張性材料が収縮してしまい、造形物の形状が変化することがある。

従って、造形後における形状変化の発生を抑制することが可能な熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法と、これを用いた造形物が求められている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、造形後における形状変化の発生を抑制することが可能な熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法と、これを用いた造形物とを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る熱膨張性シートは、
基材の一方の面に設けられた熱膨張層の少なくとも一部を隆起させることで造形物が製造される熱膨張性シートであって、
前記熱膨張層は、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも含み、
前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高く、
前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高い、
ことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る熱膨張性シートの製造方法は、
基材の一方の面に設けられた熱膨張層の少なくとも一部を隆起させることで造形物が製造される熱膨張性シートを製造する方法であって、
前記基材の一方の面に前記熱膨張層を形成する熱膨張層形成工程を備え、
前記熱膨張層形成工程では、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも用い、
前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高くし、
前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高くする、
ことを特徴とする。

本発明の第３の観点に係る造形物は、
基材の一方の面に設けられた熱膨張層を有する熱膨張性シートを備える造形物であって、
前記熱膨張層は、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも含み、
前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高く、
前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高く、
前記熱膨張層の少なくとも一部が隆起している、
ことを特徴とする。

本発明によれば、造形後における形状変化の発生を抑制することが可能な熱膨張性シート及び熱膨張性シートの製造方法と、これを用いた造形物とを提供することができる。

実施形態に係る熱膨張性シートを模式的に示す断面図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施形態に係る熱膨張性シートの製造方法を模式的に示す図である。 熱膨張性材料の加熱温度と粒径との関係を説明する図である。 実施形態に係る造形物の製造方法を示すフローチャートである。 実施形態に係る造形物の製造方法を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る造形物を模式的に示す断面図である。 熱変換層の濃淡と膨張高さとの関係とを説明する図である。

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と、これを用いた造形物とについて、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を膨張により隆起させることにより造形物を形成する。

本実施形態では、熱膨張性シートの熱膨張層の隆起を利用することで、造形物を製造する。ここで、本明細書において、「造形物」は、単純な形状、幾何学形状、文字、装飾等、形状を広く含む。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。また、「造形（又は造型）」は、単に造形物を形成することに限らず、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。更に装飾性のある造形物とは、加飾又は造飾の結果として形成される造形物を示す。

本実施形態の造形物は、三次元空間内の特定の二次元面（例えば、ＸＹ平面）を基準とし、その面に対し垂直な方向（例えばＺ軸）に凹凸を有する。このような造形物は、立体（３Ｄ）画像の一例であるが、所謂３Ｄプリンタ技術によって製造される立体画像と区別するため、２．５次元（２．５Ｄ）画像又は疑似三次元（Pseudo-3D）画像と呼ぶ。また、このような造形物を製造する技術は、三次元画像印刷技術の一例であるが、所謂３Ｄプリンタと区別するため、２．５Ｄ印刷技術又は疑似三次元（Pseudo-3D）印刷技術と呼ぶ。

（熱膨張性シート）
本実施形態に係る熱膨張性シート１０について、以下説明する。熱膨張性シート１０は、図１に模式的に示すように、基材１１と、熱膨張層１２と、を備える。熱膨張層１２の少なくとも一部が隆起することにより、熱膨張性シート１０の表面に凸若しくは凹凸が形成される。このような凸若しくは凹凸の高さ、これらを形成する位置等を組み合わせることにより、造形物を表現することができる。

基材１１は、熱膨張層１２を支持するシート状の部材である。基材１１の一方の面（表面、図１では上面）上に、熱膨張層１２が形成される。基材１１としては、上質紙等の紙、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂からなるシート（フィルムを含む）を使用する。紙としては、上質紙に限らず、一般に使用されている任意の紙を使用することができる。また、樹脂としては、ＰＥＴに限らず、任意の樹脂を使用可能である。樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等から選択される材料を挙げることができる。

また、基材１１は、熱膨張層１２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）に隆起しない程度の強度を備える。基材１１の厚さは、これに限るものではないが、１００μｍ〜１０００μｍである。また、基材１１は、熱膨張層１２が膨張した際に、しわを生じたり、大きく波打ったりする等、シートとしての形態が損なわれることがない程度の強度を備える。加えて、基材１１は、熱膨張層１２を発泡させる際の加熱に耐える程度の耐熱性を有する。基材１１は更に伸縮性を有してもよい。

熱膨張層１２は、図１に示すように基材１１の一方の面上に設けられる。熱膨張層１２は、加熱の程度（例えば、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３１中に熱膨張性材料（熱膨張性マイクロカプセル、マイクロパウダー）３２が分散配置される。本実施形態では、熱膨張性材料３２は、第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂとを含む。熱膨張層１２は、１つの層を有する場合に限らず、複数の層を有してもよい。また、熱膨張層１２は、これに限るものではないが、５μｍ〜２００μｍの厚さである。

熱膨張層１２のバインダとしては、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を用いる。バインダとしては、熱可塑性エラストマーを用いてもよい。熱可塑性エラストマーとしては、これに限るものではないが、ポリ塩化ビニール、エチレンプロピレンラバー（ＥＰＲ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、及びポリエステル系熱可塑性エラストマーから選択される。

熱膨張性材料３２は、プロパン、ブタン、その他の低沸点気化性物質（発泡剤）を、熱可塑性樹脂の殻内に含むものである。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の熱可塑性樹脂から形成される。例えば、熱膨張性材料３２の平均粒径は、約５〜５０μｍである。この熱膨張性材料３２を熱膨張開始温度以上に加熱すると、樹脂からなる殻が軟化し、内包されている低沸点気化性物質が気化し、その圧力によって殻がバルーン状に膨張する。用いるマイクロカプセルの特性にもよるが、マイクロカプセルの粒径は膨張前の粒径の５倍程度に膨張する。なお、熱膨張性材料３２の粒径には、ばらつきがある。

第１の熱膨張性材料３２ａは、図３に示すように、膨張開始温度Ｔｓ１以上に加熱されると、殻の軟化と発泡剤の気化とにより膨張する。第１の熱膨張性材料３２ａは、膨張開始温度Ｔｓ１以上、最大膨張温度Ｔｍ１以下に加熱される場合、加熱された温度に応じた粒径を有する状態まで膨張する。膨張開始温度Ｔｓ１は第１の熱膨張性材料３２ａが膨張を開始する温度であり、最大膨張温度Ｔｍ１は第１の熱膨張性材料３２ａが、膨張して最大粒径を有する状態になる温度である。第１の熱膨張性材料３２ａは、最大膨張温度Ｔｍ１よりも高い温度に加熱された場合、最大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。第１の熱膨張性材料３２ａの平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、１０μｍ〜１８μｍである。また、第１の熱膨張性材料３２ａの膨張開始温度Ｔｓ１と最大膨張温度Ｔｍ１は、例えば、Ｔｓ１：９５℃〜１０５℃、Ｔｍ１：１２５℃〜１３５℃である。

第２の熱膨張性材料３２ｂは、図３に示すように、膨張開始温度Ｔｓ２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。第１の熱膨張性材料３２ａと同様に、膨張開始温度Ｔｓ２以上、最大膨張温度Ｔｍ２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。また、第２の熱膨張性材料３２ｂは、最大膨張温度Ｔｍ２よりも高い温度に加熱された場合、最大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。本実施形態では、第２の熱膨張性材料３２ｂの最大膨張温度Ｔｍ２は、第１の熱膨張性材料３２ａの最大膨張温度Ｔｍ１よりも高い。また、第２の熱膨張性材料３２ｂの膨張開始温度Ｔｓ２は、第１の熱膨張性材料３２ａの膨張開始温度Ｔｓ１よりも高く、第１の熱膨張性材料３２ａの最大膨張温度Ｔｍ１よりも低いことが好適である。具体的には、第２の熱膨張性材料３２ｂの平均粒径（Ｄ５０）は、例えば、１２μｍ〜１８μｍである。第２の熱膨張性材料３２ｂの膨張開始温度Ｔｓ２と最大膨張温度Ｔｍ２は、例えば、Ｔｓ２：１０５℃〜１１５℃、Ｔｍ２：１４５℃〜１５５℃である。

バインダ３１と第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂとの割合は、重量比で例えば、２：１：１である。本実施形態では、詳細に後述するように、第１の熱膨張性材料３２ａの収縮によって生ずることのある凸部１２ａの沈降を第２の熱膨張性材料３２ｂによって補い、凸部１２ａの高さを維持する。このため、バインダ３１と、第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂの和の割合は、凸部１２ａの形状の安定性の観点から、４：１〜１：１が好ましい。また、第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂの割合は１：１に限られない。第１の熱膨張性材料３２ａに対する第２の熱膨張性材料３２ｂの重量比率は０．２以上４以下が好ましい。

また、第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂとの膨張開始温度Ｔｓ１，Ｔｓ２は、造形物２０が置かれる環境の温度（想定される温度を含む）から決定される。具体的には、膨張開始温度Ｔｓ１，Ｔｓ２は、造形物２０が置かれる環境の温度（環境温度）より高いことが好適である。また、膨張開始温度Ｔｓ１，Ｔｓ２は、環境温度より２０℃以上高いことが好適であり、３０℃以上高いことが更に好適であり、３５℃以上高いことがより好適である。

また、置かれる環境とは、例えば耐環境試験である。この場合、想定される温度とは、耐環境試験の温度である。耐環境試験は、例えば、６０℃、湿度９０％の環境試験機内に造形物２０を１２０時間置き、造形物２０の変化（例えば、高さの変化）をみるものである。膨張開始温度Ｔｓ１，Ｔｓ２は、９０℃以上であることが好ましく、９５℃以上であることが更に好ましい。

詳細に後述するように第１の熱膨張性材料３２ａの収縮によって生ずることがある凸部１２ａの沈降を第２の熱膨張性材料３２ｂによって補う。第２の熱膨張性材料３２ｂの最大粒径は、第１の熱膨張性材料３２ａの最大粒径より小さくともよく、同じ、もしくは大きくともよい。第２の熱膨張性材料３２ｂの最大粒径が、第１の熱膨張性材料３２ａの最大粒径と同じか、大きいことが好適である。

（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）及び図２（ｂ）を用いて説明する。

まず、基材１１を準備する（図２（ａ））。基材１１としては、例えばロール紙を使用する。また、以下に示す製造方法はロール式に限らず、枚葉式で行うことも可能である。

次に、バインダ３１と熱膨張性材料（熱膨張性マイクロカプセル）３２とを混合させ、熱膨張層１２を形成するための塗布液を調製する。この際、熱膨張性材料３２としては、上述した第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂとを使用する。本実施形態では、バインダ３１と第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂの割合は、重量比で例えば２：１：１である。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の一方の面上に塗布する。続いて、塗膜を乾燥させ、図２（ｂ）に示すように熱膨張層１２を形成する。なお、目標とする熱膨張層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、熱膨張層１２の形成は、スクリーン印刷装置等の公知の印刷装置を用いて行ってもよい。

続いて、ロール状の基材１１を用いた場合は、所望の大きさに裁断する。
以上の工程により、熱膨張性シート１０が製造される。

（造形物の製造方法）
次に、図４に示すフローチャート及び図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す熱膨張性シート１０の断面図を参照して、熱膨張性シート１０を用いて造形物２０を製造する処理の流れを説明する。

第１に、印刷装置等を用いて、熱膨張性シート１０の表面に熱変換層８１を形成する（ステップＳ１）。熱変換層８１は、電磁波熱変換材料を含むインク、例えば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。印刷装置は、公知の装置を使用することができ、例えばインクジェットプリンタを使用する。この場合、インクジェットプリンタは、ユーザによって指定された表面発泡データ（熱変換層８１を印刷するためのデータ）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、熱膨張層１２上に熱変換層８１が形成される。なお、理解を容易とするため、熱膨張層１２上に熱変換層８１が形成されているように図示しているが、熱変換層８１は図示するような明確な層とはならない場合もある。また、ステップＳ１では、熱変換層８１の濃淡によって、熱膨張層１２の膨張高さの制御を行う。

第２に、熱変換層８１が設けられた熱膨張性シート１０へ電磁波を照射する（ステップＳ２）。電磁波の照射は、例えばハロゲンランプを用いて行う。例えば、ハロゲンランプ等の電磁波照射手段が、筐体内部に設置された装置を用い、装置内の電磁波照射手段の下を、熱膨張性シート１０を搬送させることによって行う。ハロゲンランプは、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）の電磁波（光）を照射する。熱変換材料を含むインクによる熱変換層（濃淡画像）８１が印刷された熱膨張性シート１０に電磁波を照射すると、熱変換層８１が印刷された部分では、濃淡画像が印刷されていない部分に比べて、より効率良く電磁波が熱に変換される。そのため、熱膨張性シート１０のうちの熱変換層８１が印刷された部分が主に加熱され、熱膨張性材料３２が、膨張開始温度に達すると膨張を開始する。なお、電磁波を照射可能であれば、ハロゲンランプ以外を用いてもよく、電磁波の波長も上記の範囲に限定されるものではない。

熱膨張性シート１０の表面に印刷された熱変換層８１に含まれる熱変換材料は、照射された電磁波を吸収することによって発熱する。その結果、熱変換層８１が発熱し、図５（ｂ）に示すように、熱膨張性シート１０の熱膨張層１２のうちの熱変換層８１が印刷された領域が膨張し、盛り上がる。

上述したように、第２の熱膨張性材料３２ｂの最大膨張温度Ｔｍ２は、第１の熱膨張性材料３２ａの最大膨張温度Ｔｍ１と比較して高い。従って、ステップＳ２において、第１の熱膨張性材料３２ａを最大粒径近くまで膨張させた場合でも、第２の熱膨張性材料３２ｂは、最大粒径まで膨張せず、過加熱状態に陥らない。

ここで、熱変換層の濃淡と、熱膨張層に形成される凸部（図５（ｂ）等に示す凸部１２ａに相当）の高さｈとの関係を示す図７を参照する。図７は、熱膨張性シート１０と同様の構成を採るシートにおいて、熱膨張層１２を第１の熱膨張性材料３２ａのみで形成した場合を示す。また、熱変換層は図５（ａ）と同様にシートの表側に形成した。図７に示す熱変換層の濃淡は、上記の熱変換層８１を形成する工程（ステップＳ１）において印刷されるインクのドット密度（すなわち熱変換材料の密度）により制御され、ドット密度を最大にして熱変換層８１を印刷した場合を１００としている。膨張工程（ステップＳ２）において、熱変換層８１は所定（一定値）のエネルギーを有する電磁波を照射されるので、熱変換層８１の濃淡は、熱膨張層１２に加えられる熱量に比例する。

図７に示すように、熱変換層の濃淡が９０までは、熱変換層８１の濃淡が高くなるにつれ、換言すれば熱膨張層１２に加えられる熱量の増加に応じて、凸部の高さｈは高くなる。しかし、９０を境に、高さｈは低減する。これは、第１の熱膨張性材料３２ａが最大膨張温度を超えて加熱され（過加熱状態）、収縮する方向に向かっていることを意味する。

詳細に後述するように、本実施形態では、過加熱状態（図７に示す９０以上）に至ることによる第１の熱膨張性材料３２ａの収縮によって生ずることがある凸部の沈降を第２の熱膨張性材料３２ｂによって抑制する。このため、第１の熱膨張性材料３２ａが最大粒径まで膨張する時点で、第２の熱膨張性材料３２ｂは、膨張を開始していることが好適である。従って、第２の熱膨張性材料３２ｂの膨張開始温度Ｔｓ２は、第１の熱膨張性材料３２ａの最大膨張温度Ｔｍ１より低いことが好適である。

第３に、熱膨張層１２の少なくとも一部が膨張した熱膨張性シート１０の表面にカラー画像（カラーインク層８２）を形成する（ステップＳ３）。印刷装置は、公知の装置を使用することができ、例えばインクジェットプリンタを使用する。この場合、インクジェットプリンタは、ユーザによって指定されたカラー画像データ（カラーインク層８２を印刷するためのデータ）に従って、熱膨張性シート１０の表面に、公知のカラーインクを吐出する。その結果、図５（ｃ）に示すように、熱膨張層１２上にカラーインク層８２が形成される。なお、カラーインク層８２についても、熱変換層８１と同様には図示するような明確な層とはならない場合もある。なお、ステップＳ３は、造形物２０によって省略することが可能である。

以上のような手順によって、熱膨張性シート１０を用いて造形物２０が製造される。

（造形物）
本実施形態に係る造形物２０の断面図を図６に示す。造形物２０は、熱膨張層１２の少なくとも一部が膨張され、凸部１２ａが形成されている。ここで、図６では、凸部１２ａにおいて、第１の熱膨張性材料３２ａが最大粒径近くまで膨張されている場合を例に挙げる。

図７を参照すると、造形物２０では、第１の熱膨張性材料３２ａは、図７に示す熱変換層の濃淡９０のように、第１の熱膨張性材料３２ａによる熱膨張層１２の隆起が最大になるまで、膨張されている。一方、第２の熱膨張性材料３２ｂは、膨張されているが、最大粒径まで膨張されていない。

図６に示すように、第１の熱膨張性材料３２ａを最大粒径近くまで膨張させた場合は、造形物２０が置かれる環境により第１の熱膨張性材料３２ａが過加熱状態に至って収縮することがある。しかし、第１の熱膨張性材料３２ａが収縮を開始する段階では、第２の熱膨張性材料３２ｂは膨張した状態を維持する、若しくは更に膨張するため、第２の熱膨張性材料３２ｂによって凸部１２ａの高さを維持できる。これにより、造形物２０の凸部１２ａの沈降を防ぎ、造形物２０の形状変化を防ぐことができる。

また、本実施形態の造形物２０では、第１の熱膨張性材料３２ａの膨張開始温度Ｔｓ１と、第２の熱膨張性材料３２ｂの膨張開始温度Ｔｓ２とが、造形物２０が置かれる環境で想定される温度よりも高くされている。このため、図６とは異なり、第１の熱膨張性材料３２ａを最大粒径近くまで膨張させていない場合は、凸部１２ａの高さがほとんど変わらず維持できる。

例えば、上記の第１の熱膨張性材料３２ａだけを使用した熱膨張層を備えるシートを用い、図７に示すような複数の濃度の熱変換層を形成して、熱膨張層を膨張させた後、耐環境試験（６０℃、湿度９０％、１２０時間）を行う。この場合、熱膨張層の膨張高さ（図６の高さｈに相当）が最大となる手前の濃度の部分（図７では、１０〜８０に相当）では、高さの変化がほとんど生じない。しかし、膨張高さが最大になる濃度（図７の９０に相当）では、耐環境試験後に、高さの低下が生ずる。これは、第１の熱膨張性材料３２ａが過加熱状態に至るためと推測される。

これに対し、本実施形態の造形物２０では、膨張高さが最大になる部分でも、第２の熱膨張性材料３２ｂの存在により、膨張高さを維持することができる。

従って、本実施形態の造形物２０では、造形後の形状変化を抑制することができる。

本実施形態によれば、膨張開始温度Ｔｓ１，Ｔｓ２が造形物２０が置かれる環境の温度（環境温度）より高く、更に最大膨張温度Ｔｍ１，Ｔｍ２が異なる第１の熱膨張性材料３２ａと第２の熱膨張性材料３２ｂとを熱膨張層１２中に含む熱膨張性シート１０を使用することによって、造形物２０の形状の変化を抑制することができる。

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。熱膨張性材料は、第１の熱膨張性材料と第２の熱膨張性材料とを含む場合に限られず、３種類以上の熱膨張性材料を含んでもよい。この場合、更に含まれる熱膨張性材料の膨張開始温度も環境温度と比較して高い。加えて、更に含まれる熱膨張性材料の最大膨張温度は、第２の熱膨張性材料の最大膨張温度より高くてもよく、第１の熱膨張性材料の最大膨張温度と第２の熱膨張性材料の最大膨張温度との間であってもよい。

また、上述した実施形態では、電磁波熱変換材料を含む熱変換層を形成し、熱変換層に対して電磁波を照射し、熱膨張層の特定の領域を加熱する構成を例に挙げた。しかし、熱膨張層を膨張させる方法は上述した実施形態に限られない。例えば、ヒータなどによって熱膨張層を加熱することもできる。

また、上述した熱膨張性シート１０の熱膨張層１２は、表面（図１に示す上側の面）にインク受容層を備えてもよい。インク受容層は、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。インク受容層は、印刷工程で使用されるインクに応じて、公知の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、空隙を利用してインクを受容するタイプでは、インク受容層は、例えば多孔質シリカを用いて形成される。インクを膨潤させて受容するタイプでは、インク受容層は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂等から選択される樹脂を用いて形成される。同様に、基材１１も裏面（図１に示す下側の面）にインク受容層を備えてもよい。

また、上述した実施形態では、熱膨張性シート１０の表側（図１に示す熱膨張層１２の上）に熱変換層８１を形成する場合を例示した。しかし、熱膨張層１２を膨張させる場合を例に挙げたが、熱膨張層１２を膨張させる方法はこれに限られない。例えば、熱変換層８１は、熱膨張性シート１０の裏側の面（図１に示す基材１１の下面）に形成してもよい。加えて、熱膨張性シート１０の表側と裏側の面に熱変換層８１を形成し、それぞれの熱変換層８１に電磁波を照射することも可能である。加えて、熱変換層８１を形成せずに、熱膨張性シート１０へ電磁波を照射する等して、熱膨張層１２を膨張させてもよい。

加えて、熱変換層８１は、熱膨張層１２上に直接形成する場合に限られない。例えば、熱膨張層１２が最表面にフィルムを備え、このフィルム上に熱変換層８１を形成してもよい。フィルムは剥離可能に接着されており、熱変換層８１を使用した後、フィルム後と熱膨張性シート１０から除去することができる。基材１１の裏面に熱変換層を形成する場合も同様である。

なお、各実施形態において用いられている図は、いずれも各実施形態を説明するためのものである。従って、熱膨張性シートの各層の厚みは任意であって、図に示されているような比率で形成されると限定して解釈されることを意図するものではない。また、「表」、「裏」の用語は説明のために使用されており、造形物の使用方法等を限定する意図として解されるものではない。

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とが含まれる。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］
［付記１］
基材の一方の面に設けられた熱膨張層の少なくとも一部を隆起させることで造形物が製造される熱膨張性シートであって、
前記熱膨張層は、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも含み、
前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高く、
前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高い、
ことを特徴とする熱膨張性シート。

［付記２］
前記第１の膨張開始温度は、前記第２の膨張開始温度と比較して低い、
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２の膨張開始温度は、前記第２の最大膨張温度と比較して低い、
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］
基材の一方の面に設けられた熱膨張層の少なくとも一部を隆起させることで造形物が製造される熱膨張性シートを製造する方法であって、
前記基材の一方の面に前記熱膨張層を形成する熱膨張層形成工程を備え、
前記熱膨張層形成工程では、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも用い、
前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高くし、
前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高くする、
ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。

［付記５］
前記第１の膨張開始温度を、前記第２の膨張開始温度と比較して低くする、
ことを特徴とする付記４に記載の熱膨張性シートの製造方法。

［付記６］
前記第２の膨張開始温度を、前記第２の最大膨張温度と比較して低くする、
ことを特徴とする付記４又は５に記載の熱膨張性シートの製造方法。

［付記７］
基材の一方の面に設けられた熱膨張層を有する熱膨張性シートを備える造形物であって、
前記熱膨張層は、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも含み、
前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高く、
前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高く、
前記熱膨張層の少なくとも一部が隆起している、
ことを特徴とする造形物。

１０…熱膨張性シート、１１…基材、１２…熱膨張層、１２ａ…凸部、２０…造形物、３１…バインダ、３２…熱膨張性材料、３２ａ…第１の熱膨張性材料、３２ｂ…第２の熱膨張性材料、８１…熱変換層、８２…カラーインク層

Claims (7)

1. 基材の一方の面に設けられた熱膨張層の少なくとも一部を隆起させることで造形物が製造される熱膨張性シートであって、
   前記熱膨張層は、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも含み、
   前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高く、
   前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高い、
   ことを特徴とする熱膨張性シート。
2. 前記第１の膨張開始温度は、前記第２の膨張開始温度と比較して低い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱膨張性シート。
3. 前記第２の膨張開始温度は、前記第２の最大膨張温度と比較して低い、
   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. 基材の一方の面に設けられた熱膨張層の少なくとも一部を隆起させることで造形物が製造される熱膨張性シートを製造する方法であって、
   前記基材の一方の面に前記熱膨張層を形成する熱膨張層形成工程を備え、
   前記熱膨張層形成工程では、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも用い、
   前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高くし、
   前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高くする、
   ことを特徴とする熱膨張性シートの製造方法。
5. 前記第１の膨張開始温度を、前記第２の膨張開始温度と比較して低くする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の熱膨張性シートの製造方法。
6. 前記第２の膨張開始温度を、前記第２の最大膨張温度と比較して低くする、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の熱膨張性シートの製造方法。
7. 基材の一方の面に設けられた熱膨張層を有する熱膨張性シートを備える造形物であって、
   前記熱膨張層は、第１の膨張開始温度と第１の最大膨張温度とを有する第１の熱膨張性材料と、第２の膨張開始温度と第２の最大膨張温度とを有する第２の熱膨張性材料と、を少なくとも含み、
   前記第１の膨張開始温度と前記第２の膨張開始温度とは、前記造形物が置かれる環境の温度と比較して高く、
   前記第２の最大膨張温度は、前記第１の最大膨張温度と比較して高く、
   前記熱膨張層の少なくとも一部が隆起している、
   ことを特徴とする造形物。

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