JP2020203386A - 造形物の製造方法及び造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高さが高い凸部を有する造形物を容易に製造できる、造形物の製造方法及び造形装置を提供する。【解決手段】造形物の製造方法は、基材と、バインダと熱膨張材料とを含み基材の第１主面の上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（Ｓ１０）と、成形シートの基材を、熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程（Ｓ２０）と、基材を加熱された成形シートの熱膨張層を、熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層を膨張させる膨張工程（Ｓ３０）と、を含む。【選択図】図６

Description

本発明は、造形物の製造方法及び造形装置に関する。

基材シートと熱膨張性微小球を含む発泡層とを有する熱膨張性シートに光吸収性の高い材料で画像を形成し、次いで、画像を形成された熱膨張性シートに光照射を行い、画像部を選択的に加熱隆起させることにより、立体画像を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特公昭５９−３５３５９号公報

特許文献１の製造方法では、画像部を加熱する熱が基材シートに拡散又は吸収されることにより、発泡層の温度が十分に上昇せず、隆起する部分（凸部）の高さが低くなる虞がある。例えば、基材シートの厚さが厚い場合には、光照射により生じた熱量の多くが基材シートに拡散又は吸収され、隆起する部分の高さが低くなる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高さが高い凸部を有する造形物を容易に製造できる、造形物の製造方法及び造形装置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、バインダと熱膨張材料とを含み前記基材の第１主面の上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、
前記成形シートの前記基材を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程と、
前記基材を加熱された前記成形シートの前記熱膨張層を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、前記熱膨張層を膨張させる膨張工程と、を含む。

本発明の第２の観点に係る造形装置は、
基材と、バインダと熱膨張材料とを含み前記基材の第１主面の上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装置であって、
前記成形シートの前記基材を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する加熱手段と、
前記成形シートの前記熱膨張層を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、前記熱膨張層を膨張させる膨張手段と、を備える。

本発明によれば、高さが高い凸部を有する造形物を容易に製造できる。

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に係る造形物の斜視図である。 図２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に係る造形装置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に係る造形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２に係る造形物の斜視図である。 図７に示す造形物をＢ−Ｂ線で矢視した断面図である。 本発明の実施形態２に係る造形装置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２に係る造形装置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３に係る造形物の斜視図である。 図１２に示す造形物をＣ−Ｃ線で矢視した断面図である。 本発明の実施形態３に係る造形物の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の変形例に係る造形装置を示す模式図である。 本発明の変形例に係る造形装置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。

まず、図１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（膨張前の熱膨張材料）３２ａ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３２ａは、例えば、熱膨張性マイクロカプセルであり、所定の温度以上に加熱されることにより、加熱される熱量（具体的には、加熱温度、加熱時間等）に応じた大きさに膨張する。熱膨張材料３２ａは、例えば、８０℃〜１２０℃以上に加熱されることによって膨張する。以下では、熱膨張材料３２ａが膨張を開始する温度を膨張開始温度と記載する。

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の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。熱膨張性マイクロカプセルは、所定の温度（膨張開始温度）以上に加熱されると、殻が軟化すると共に発泡剤が気化し、発泡剤が気化した圧力により、殻がバルーン状に膨張する。熱膨張性マイクロカプセルは、膨張前の粒径の５倍程度まで膨張する。膨張前の熱膨張性マイクロカプセルの平均粒径は、例えば、５〜５０μｍである。

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

（造形物）
次に、図２、図３を参照して、造形物１００を説明する。造形物１００は、図２、図３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と反対側に凹凸１１０を有する熱膨張層３０とを備える。

造形物１００は、シート状の造形物であり、表面に凹凸１１０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について、説明する。

造形物１００の熱膨張層３０は、図３に示すように、バインダ３１と、熱膨張材料（すなわち、膨張前の熱膨張材料）３２ａと、膨張済みの熱膨張材料３２ｂとを含んでいる。造形物１００の熱膨張層３０のバインダ３１は、成形シート１０の熱膨張層３０のバインダ３１と同様である。また、造形物１００の熱膨張層３０の熱膨張材料３２ａは、成形シート１０の熱膨張層３０の熱膨張材料３２ａと同様である。膨張済みの熱膨張材料３２ｂは、熱膨張材料３２ａが膨張開始温度以上に加熱されて膨張した、熱膨張材料である。熱膨張層３０の凹凸１１０は、膨張済みの熱膨張材料３２ｂを含む凸部１１２と、膨張前の熱膨張材料３２ａを含む凹部１１４とから構成されている。

（造形物の製造方法）
次に、図４〜図６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装置３００を説明する。造形装置３００は、成形シート１０から造形物１００を製造する。造形装置３００は、図４、図５に示すように、金属製で箱型の筐体３０１内に、成形シート１０を搬送する搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂと、成形シート１０の基材２０を加熱する加熱手段３１０と、成形シート１０の熱膨張層３０を膨張させる膨張手段３２０と、各部を制御する制御部３５０とを備える。なお、理解を容易にするため、本明細書では、図５における造形装置３００の長手右方向（紙面の右方向）を＋Ｘ方向、上方向（紙面の上方向）を＋Ｚ方向、＋Ｘ方向と＋Ｚ方向に垂直な方向（紙面の手前方向）を＋Ｙ方向として説明する。

造形物１００の搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂは、搬送手段として機能する。図５に示すように、搬送ローラ３０２ａと搬送ローラ３０２ｂと、搬送ローラ３０４ａと搬送ローラ３０４ｂは対をなし、成形シート１０を挟持する。搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂは、回転して、成形シート１０を−Ｘ側から＋Ｘ方向に搬送する。

本実施形態では、成形シート１０は、図示しない搬送ガイドに導かれ、熱膨張層３０を＋Ｚ方向に基材２０の第２主面２４を−Ｚ方向に向けて、−Ｘ側から＋Ｘ方向に搬送される。

造形物１００の加熱手段３１０は、搬送されている成形シート１０の基材２０を、膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。具体的には、加熱手段３１０は、成形シート１０の基材２０側（−Ｚ側）から、搬送されている成形シート１０の基材２０に赤外線（電磁波）を照射して、基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。本実施形態では、加熱手段３１０は、成形シート１０の搬送経路よりも−Ｚ側に配置され、−Ｚ側、すなわち基材２０側から赤外線を照射する。

加熱手段３１０は、例えば赤外線ランプヒーターであり、カバー３１１とランプ３１２と反射板３１３とファン３１４とを備える。カバー３１１は、ランプ３１２と反射板３１３とファン３１４とを収納する。ランプ３１２は、例えば、直管状の赤外線ランプから構成される。ランプ３１２は、成形シート１０の基材２０に、赤外線を照射する。反射板３１３は、ランプ３１２からの赤外線を成形シート１０の基材２０に向けて反射する。ファン３１４は、カバー３１１内に空気を送り込み、ランプ３１２と反射板３１３とを冷却する。

造形物１００の膨張手段３２０は、成形シート１０の熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層３０を膨張させる。具体的には、加熱手段３１０により基材２０を加熱され、搬送されている成形シート１０の熱膨張層３０に、レーザ光（例えば、炭酸ガスレーザ光）を照射する。これにより、熱膨張層３０が膨張開始温度以上の温度に加熱されて、熱膨張層３０の熱膨張材料３２ａが膨張して膨張済みの熱膨張材料３２ｂが形成され、熱膨張層３０が膨張する。本実施形態では、膨張手段３２０は、成形シート１０の搬送経路よりも＋Ｚ側に配置され、＋Ｚ側、すなわち熱膨張層３０側からレーザ光を照射する。また、膨張手段３２０は加熱手段３１０よりも＋Ｘ側に配置されている。

膨張手段３２０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。膨張手段３２０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、炭酸ガスレーザ光を＋Ｙ方向と−Ｙ方向に走査し、熱膨張層３０の凸部１１２を形成される位置に、炭酸ガスレーザ光を照射する。

造形物１００の制御部３５０は、搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂと、加熱手段３１０と、膨張手段３２０とを制御する。制御部３５０は、図４に示すように、各種の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３５２と、プログラムとデータとを記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３５４と、データを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３５６と、各部の間の信号を入出力する入出力インタフェース３５８とを備える。制御部３５０の機能は、ＣＰＵ３５２が、ＲＯＭ３５４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。入出力インタフェース３５８は、ＣＰＵ３５２と、搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂと加熱手段３１０と膨張手段３２０との間の信号を入出力する。

造形物１００の製造方法を説明する。図６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、基材２０と、バインダ３１と熱膨張材料３２ａとを含み基材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を、膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程（ステップＳ２０）と、基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０を、膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層３０を膨張させる膨張工程（ステップＳ３０）と、を含む。

準備工程（ステップＳ１０）では、成形シート１０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３２ａ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。

基材加熱工程（ステップＳ２０）では、成形シート１０を造形装置３００にセットし、成形シート１０を搬送しつつ、造形装置３００の加熱手段３１０により、成形シート１０の基材２０に赤外線を照射して、基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。基材２０は、膨張工程（ステップＳ３０）において、熱膨張層３０を膨張させる熱量が基材２０に拡散することを防ぐために、４０℃以上に加熱されることが好ましい。また、基材２０は、本工程での熱膨張層３０の膨張を防ぐために、膨張開始温度よりも５℃低い温度以下に加熱されることが好ましい。基材２０の温度は、成形シート１０を搬送する速度と、加熱手段３１０から照射される赤外線の単位面積と単位時間当たりのエネルギー量とを制御することによって、調整できる。

膨張工程（ステップＳ３０）では、基材２０を加熱された成形シート１０を搬送しつつ、造形装置３００の膨張手段３２０により、基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０にレーザ光を照射し、熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱する。これにより、熱膨張層３０の熱膨張材料３２ａが膨張して、膨張済みの熱膨張材料３２ｂが形成され、熱膨張層３０が膨張する。そして、図５に示すように、熱膨張層３０の膨張により、凹凸１１０が熱膨張層３０の面３５に形成される。

凹凸１１０の形状と凹凸１１０の凸部１１２の高さは、膨張手段３２０から熱膨張層３０に照射されるレーザ光の強度とパターンにより、制御できる。本実施形態では、基材２０が膨張開始温度よりも低い温度に予め加熱されているので、レーザ光の照射により熱膨張層３０に生じる熱量が基材２０に拡散することを抑制でき、凸部１１２の高さを高くできる。特に、従来の製造方法により、厚い基材２０（例えば厚さ１ｍｍ以上）を備える成形シート１０から造形物１００を製造すると、熱膨張層３０から基材２０に拡散する熱量が多くなるので、従来の製造方法により、高い凸部１１２を形成することは困難である。本実施形態の製造方法は、熱量が基材２０に拡散することを抑制できるので、厚い基材２０を備える成形シート１０から高い凸部１１２を有する造形物１００を製造できる。
以上により、造形物１００を製造できる。

以上のように、造形物１００の製造方法は、基材加熱工程（ステップＳ２０）において、成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱しているので、膨張工程（ステップＳ３０）において、成形シート１０の熱膨張層３０を膨張させる熱量が基材２０に拡散することを抑制でき、凸部１１２の高さを高くできる。したがって、本実施形態の製造方法は、高さが高い凸部１１２を有する造形物１００を容易に製造できる。基材加熱工程（ステップＳ２０）において、基材２０と共に熱膨張層３０も加熱され、熱膨張層３０のバインダ３１が軟化されるので、凸部１１２の高さをより高くできる。

本実施形態では、造形装置３００の加熱手段３１０が成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱し、造形装置３００の膨張手段３２０が基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱して熱膨張層３０を膨張させる。したがって、造形装置３００は、熱膨張層３０を膨張させる熱量が基材２０に拡散することを抑制でき、高さが高い凸部１１２を有する造形物１００を容易に製造できる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、造形装置３００の加熱手段３１０が、成形シート１０の基材２０に赤外線を照射して基材２０を加熱しているが、加熱手段３１０は他の手段であってもよい。また、造形装置３００の膨張手段３２０が、成形シート１０の熱膨張層３０にレーザ光を照射して熱膨張層３０を膨張させているが、他の方法により、熱膨張層３０を膨張させてもよい。

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

本実施形態の造形物１００は、図７、図８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と反対側に凹凸１１０を有する熱膨張層３０と、熱膨張層３０の上に積層された熱変換層１３０とを備える。

本実施形態の造形物１００は、実施形態１の造形物１００と同様に、シート状の造形物であり、表面に凹凸１１０を有している。凹凸１１０は、実施形態１と同様に、凸部１１２と凹部１１４とから構成されている。本実施形態の造形物１００の基材２０と熱膨張層３０は、実施形態１の造形物１００の基材２０と熱膨張層３０と同様であるので、熱変換層１３０について説明する。

造形物１００の熱変換層１３０は、熱膨張層３０の凸部１１２の上に設けられている。熱変換層１３０は、凹凸１１０を形成するために、成形シート１０の熱膨張層３０の上に、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（すなわち熱膨張材料３２ａ）は所定の温度に加熱される。熱膨張層３０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が好ましい。

次に、図９〜図１１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。

造形物１００の製造方法において使用される造形装置３００を説明する。造形装置３００は、成形シート１０から造形物１００を製造する。本実施形態の造形装置３００は、図９、図１０に示すように、筐体３０１内に、成形シート１０を載置されるトレイ３０５と、トレイ３０５に設けられ、成形シート１０の基材２０を加熱する加熱手段３１０と、移動しつつ成形シート１０の熱膨張層３０を膨張させる膨張手段３２０と、膨張手段３２０を移動させる移動機構３３０と、各部を制御する制御部３５０とを備える。

造形装置３００のトレイ３０５は、底板３０６に載置された成形シート１０を造形装置３００の所定の位置に配置する。成形シート１０は、基材２０を底板３０６に向けて、トレイ３０５の底板３０６に載置される。

本実施形態の加熱手段３１０は、トレイ３０５の底板３０６に設けられ、成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。加熱手段３１０は、例えば、底板３０６に埋め込まれた電熱ヒーターである。

本実施形態の膨張手段３２０は、移動しつつ、成形シート１０の熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層３０を膨張させる。具体的には、膨張手段３２０は、移動機構３３０により、加熱手段３１０により基材２０を加熱された成形シート１０の＋Ｚ側を＋Ｘ側から−Ｘ側へ移動される。膨張手段３２０は、移動しつつ、成形シート１０に積層されている熱変換層１３０に電磁波を照射する。これにより、膨張手段３２０は、熱変換層１３０に熱を放出させ、基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱する。熱膨張層３０が膨張開始温度以上の温度に加熱されると、熱膨張層３０の熱膨張材料３２ａが膨張して膨張済みの熱膨張材料３２ｂが形成され、熱膨張層３０が膨張する。

膨張手段３２０は、例えば、電磁波を出射するランプである。膨張手段３２０は、カバー３２１とランプ３２２と反射板３２３とファン３２４とを備える。カバー３２１は、ランプ３２２と反射板３２３とファン３２４とを収納する。ランプ３２２は、直管状のハロゲンランプであり、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、近赤外領域（波長７５０ｎｍ〜１４００ｎｍ）、中赤外領域（波長１４００ｎｍ〜４０００ｎｍ）等の電磁波を出射する。反射板３２３は、ランプ３２２からの電磁波を成形シート１０の熱変換層１３０に向けて反射する。ファン３２４はランプ３２２と反射板３２３とを冷却する。

本実施形態の移動機構３３０は、膨張手段３２０を＋Ｘ方向と−Ｘ方向に移動させる。移動機構３３０は、例えば、膨張手段３２０を取り付けられる搬送レール３３２と、膨張手段３２０を移動させるステッピングモータ（図示せず）とを備える。

本実施形態の制御部３５０は、加熱手段３１０と膨張手段３２０と移動機構３３０とを制御する。制御部３５０は、実施形態１の制御部３５０と同様に、ＣＰＵ３５２と、ＲＯＭ３５４と、ＲＡＭ３５６と、入出力インタフェース３５８とを備える。制御部３５０の機能は、ＣＰＵ３５２が、ＲＯＭ３５４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。

本実施形態の造形物１００の製造方法を説明する。図１１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、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の熱膨張層３０の上に、電磁波を熱に変換する熱変換層１３０を積層する熱変換層積層工程（ステップＳ１５）と、成形シート１０の基材２０を、膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程（ステップＳ２０）と、基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０を、膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層３０を膨張させる膨張工程（ステップＳ３０）と、を含む。本実施形態の準備工程（ステップＳ１０）は、実施形態１の準備工程（ステップＳ１０）と同様であるので、熱変換層積層工程（ステップＳ１５）と基材加熱工程（ステップＳ２０）と膨張工程（ステップＳ３０）について説明する。

熱変換層積層工程（ステップＳ１５）では、印刷装置によって、成形シート１０の熱膨張層３０の上に、熱変換材料を含むインクを凹凸１１０の凸部１１２の高さに応じた濃淡パターン（すなわち、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１２に示すように、熱膨張層３０の上に積層される。印刷装置は、例えば、インクジェットプリンタである。

ここで、熱変換層１３０から放出される熱の熱量は、熱変換材料の密度（又は濃度）と、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依存する。したがって、熱変換材料を含むインクの濃淡と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によって、凹凸１１０の形状（凸部１１２の形状と高さ、凹部１１４の形状と深さ等）を制御できる。

図１１に戻り、基材加熱工程（ステップＳ２０）では、成形シート１０を本実施形態の造形装置３００のトレイ３０５にセットし、加熱手段３１０により、成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。本実施形態においても、基材２０は、膨張工程（ステップＳ３０）において、熱膨張層３０を膨張させる熱量が基材２０に拡散することを防ぐために、４０℃以上に加熱されることが好ましい。また、基材２０は、本工程での熱膨張層３０の膨張を防ぐために、膨張開始温度よりも５℃低い温度以下に加熱されることが好ましい。

最後に、膨張工程（ステップＳ３０）では、本実施形態の造形装置３００の膨張手段３２０を移動させつつ、膨張手段３２０からの電磁波を、基材２０を加熱された成形シート１０の熱変換層１３０に照射する。そして、熱変換層１３０から放出される熱により、成形シート１０の熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層３０を膨張させる。熱変換層１３０は凸部１１２の高さに応じた濃淡パターンで積層されているので、図１０に示すように、凸部１１２が熱膨張層３０に形成され凹凸１１０が形成される。本実施形態の造形物１００の製造方法においても、基材２０が、予め、膨張開始温度よりも低い温度に加熱されているので、電磁波の照射により熱変換層１３０から放出される熱量が基材２０に拡散することを抑制でき、凸部１１２の高さを高くできる。
以上により、造形物１００を製造できる。

以上のように、本実施形態の造形物１００の製造方法は、基材加熱工程（ステップＳ２０）において、成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱しているので、膨張工程（ステップＳ３０）において、成形シート１０の熱膨張層３０を膨張させる熱量が基材２０に拡散することを抑制でき、凸部１１２の高さを高くできる。したがって、本実施形態の製造方法は、高さが高い凸部１１２を有する造形物１００を容易に製造できる。また、基材加熱工程（ステップＳ２０）において、熱膨張層３０のバインダ３１が軟化されるので、凸部１１２の高さをより高くできる。

本実施形態の造形装置３００では、加熱手段３１０が成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱し、膨張手段３２０が基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱して熱膨張層３０を膨張させる。したがって、造形装置３００は、熱膨張層３０を膨張させる熱量が基材２０に拡散することを抑制でき、高さが高い凸部１１２を有する造形物１００を容易に製造できる。

＜実施形態３＞
実施形態１と実施形態２の基材加熱工程（ステップＳ２０）では、基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。基材加熱工程（ステップＳ２０）では、基材２０の領域に応じて、基材２０を加熱する温度を変えてもよい。本実施形態の成形シート１０は実施形態１の成形シート１０と同様であるので、造形物１００と造形物１００の製造方法について説明する。

本実施形態の造形物１００は、図１２、図１３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と反対側に凹凸１１０を有する熱膨張層３０とを備える。本実施形態の造形物１００と実施形態１の造形物１００では、凹凸１１０の構成が異なる。本実施形態の造形物１００のその他の構成は、実施形態１の造形物１００と同様である。なお、図１３では、熱膨張層３０のバインダ３１と熱膨張材料３２ａと膨張済みの熱膨張材料３２ｂとを省略している。

本実施形態の凹凸１１０は、凸部１１２と凸部１１２ａと凹部１１４から構成されている。本実施形態の凸部１１２と凹部１１４は、実施形態１の凸部１１２と凹部１１４と同様である。凸部１１２と凸部１１２ａは、形状が異なる。具体的には、図１３に示すように、凸部１１２ａの傾斜面１１３ａの傾斜角θ２は凸部１１２の傾斜面１１３の傾斜角θ１よりも小さい。凸部１１２ａのその他の構成は、凸部１１２と同様である。

次に、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。本実施形態では、実施形態１の造形装置３００を使用して造形物１００を製造する。

図１４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を、領域に応じて温度を変えて、膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程（ステップＳ２０）と、基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０を、膨張開始温度以上の温度に加熱して、熱膨張層３０を膨張させる膨張工程（ステップＳ３０）と、を含む。本実施形態の準備工程（ステップＳ１０）は、実施形態１の準備工程（ステップＳ１０）と同様であるので、基材加熱工程（ステップＳ２０）と膨張工程（ステップＳ３０）について説明する。

基材加熱工程（ステップＳ２０）では、実施形態１と同様に、成形シート１０を搬送しつつ、造形装置３００の加熱手段３１０により、成形シート１０の基材２０に赤外線を照射して、基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。本実施形態では、基材２０に照射される赤外線の単位面積と単位時間当たりのエネルギー量とを制御することによって、基材２０の領域に応じて加熱する温度を変える。具体的には、図１３に示す基材２０の凸部１１２ａに対応する領域２６ａを、基材２０の凸部１１２に対応する領域２６の温度よりも低い温度に加熱する。

図１４に戻り、膨張工程（ステップＳ３０）では、実施形態１と同様に、基材２０を加熱された成形シート１０を搬送しつつ、造形装置３００の膨張手段３２０により、基材２０を加熱された成形シート１０の熱膨張層３０にレーザ光を照射し、熱膨張層３０を膨張開始温度以上の温度に加熱する。これにより、熱膨張層３０が膨張して、凸部１１２と凸部１１２ａと凹部１１４、すなわち凹凸１１０が形成される。
本実施形態では、基材２０の凸部１１２ａに対応する領域の温度が基材２０の凸部１１２に対応する領域の温度より低いので、凸部１１２ａを形成するための熱量は凸部１１２を形成するための熱量よりも多い。したがって、凸部１１２ａを形成するための熱量は、凸部１１２を形成するための熱量よりも拡散しやすく、凸部１１２ａの傾斜面１１３ａの傾斜角θ２は凸部１１２の傾斜面１１３の傾斜角θ１よりも小さくなる。

以上のように、本実施形態の造形物１００の製造方法は、基材加熱工程（ステップＳ２０）において、基材２０の領域２６と領域２６ａの温度を変えて膨張開始温度よりも低い温度に加熱しているので、凸部１１２、１１２ａの傾斜面１１３、１１３ａの傾斜角θ１、θ２を変えることができる。また、本実施形態の造形物１００の製造方法は、実施形態１と実施形態２の製造方法と同様に、高さが高い凸部１１２、１１２ａを有する造形物１００を容易に製造できる。

（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２では、熱変換層１３０は成形シート１０の熱膨張層３０の上に積層されているが、熱変換層１３０は成形シート１０の基材２０の第２主面２４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又は熱膨張層３０の上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、実施形態１の造形物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。

実施形態１の造形装置３００では、加熱手段３１０は、赤外線を照射して、成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱している。実施形態１の造形装置３００の加熱手段３１０は、これに限られない。例えば、実施形態１の造形装置３００の加熱手段３１０は、図１５に示すように、電熱ヒーター３１６を備えたヒーターであってもよい。加熱手段３１０は成形シート１０の搬送経路の−Ｚ側に設けられる。成形シート１０が加熱手段３１０の＋Ｚ側を搬送される時に、成形シート１０の基材２０は、加熱手段３１０により膨張開始温度よりも低い温度に加熱される。

実施形態２の造形装置３００では、熱変換層１３０を積層された成形シート１０は、トレイ３０５に載置されているが、熱変換層１３０を積層された成形シート１０は、搬送されてもよい。例えば、造形装置３００は、図１６に示すように、トレイ３０５に代えて搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂを備え、加熱手段３１０として電熱ヒーター３１６を備えたヒーターを備えてもよい。搬送ローラ３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂは、実施形態１と同様に、成形シート１０を搬送する。加熱手段３１０は、成形シート１０の搬送経路の−Ｚ側に設けられ、成形シート１０が加熱手段３１０の＋Ｚ側を搬送される時に、成形シート１０の基材２０を膨張開始温度よりも低い温度に加熱する。

また、実施形態２の造形装置３００の膨張手段３２０は、電磁波を出射するランプに限られず、レーザ照射器であってもよい。

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、バインダと熱膨張材料とを含み前記基材の第１主面の上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、
前記成形シートの前記基材を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程と、
前記基材を加熱された前記成形シートの前記熱膨張層を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、前記熱膨張層を膨張させる膨張工程と、を含む、
造形物の製造方法。

（付記２）
前記基材の前記第１主面と反対側の第２主面又は前記熱膨張層の上に、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、
前記膨張工程では、前記電磁波を前記熱変換層に照射する、
付記１に記載の造形物の製造方法。

（付記３）
前記基材加熱工程では、前記基材の領域に応じて、前記基材を加熱する温度を変える、
付記１又は２に記載の造形物の製造方法。

（付記４）
前記基材加熱工程では、ヒーターにより前記基材を加熱する、
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）
基材と、バインダと熱膨張材料とを含み前記基材の第１主面の上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装置であって、
前記成形シートの前記基材を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する加熱手段と、
前記成形シートの前記熱膨張層を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、前記熱膨張層を膨張させる膨張手段と、を備える、
造形装置。

（付記６）
前記膨張手段は、前記基材を前記膨張開始温度よりも低い温度に加熱された前記成形シートの前記熱膨張層を膨張させる、
付記５に記載の造形装置。

（付記７）
前記成形シートは、前記基材の前記第１主面と反対側の第２主面又は前記熱膨張層の上に、電磁波を熱に変換する熱変換層を備え、
前記膨張手段は、前記電磁波を前記熱変換層に照射する、
付記５又は６に記載の造形装置。

（付記８）
前記加熱手段がヒーターである、
付記５乃至７のいずれか１つに記載の造形装置。

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、２６，２６ａ・・・基材の領域、３０・・・熱膨張層、３１・・・バインダ、３２ａ・・・熱膨張材料（膨張前の熱膨張材料）、３２ｂ・・・膨張済みの熱膨張材料、３５・・・熱膨張層の基材と反対側の面、１００・・・造形物、１１０・・・凹凸、１１２，１１２ａ・・・凸部、１１３，１１３ａ・・・傾斜面、１１４・・・凹部、１３０・・・熱変換層、３００・・・造形装置、３０１・・・筐体、３０２ａ，３０２ｂ，３０４ａ，３０４ｂ・・・搬送ローラ、３０５・・・トレイ、３０６・・・底板、３１０・・・加熱手段、３１１・・・カバー、３１２・・・ランプ、３１３・・・反射板、３１４・・・ファン、３１６・・・電熱ヒーター、３２０・・・膨張手段、３２１・・・カバー、３２２・・・ランプ、３２３・・・反射板、３２４・・・ファン、３３０・・・移動機構、３３２・・・搬送レール、３５０・・・制御部、３５２・・・ＣＰＵ、３５４・・・ＲＯＭ、３５６・・・ＲＡＭ、３５８・・・入出力インタフェース、θ１，θ２・・・傾斜角

Claims (8)

1. 基材と、バインダと熱膨張材料とを含み前記基材の第１主面の上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、
   前記成形シートの前記基材を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する基材加熱工程と、
   前記基材を加熱された前記成形シートの前記熱膨張層を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、前記熱膨張層を膨張させる膨張工程と、を含む、
   造形物の製造方法。
2. 前記基材の前記第１主面と反対側の第２主面又は前記熱膨張層の上に、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、
   前記膨張工程では、前記電磁波を前記熱変換層に照射する、
   請求項１に記載の造形物の製造方法。
3. 前記基材加熱工程では、前記基材の領域に応じて、前記基材を加熱する温度を変える、
   請求項１又は２に記載の造形物の製造方法。
4. 前記基材加熱工程では、ヒーターにより前記基材を加熱する、
   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. 基材と、バインダと熱膨張材料とを含み前記基材の第１主面の上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装置であって、
   前記成形シートの前記基材を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度よりも低い温度に加熱する加熱手段と、
   前記成形シートの前記熱膨張層を、前記熱膨張材料が膨張を開始する膨張開始温度以上の温度に加熱して、前記熱膨張層を膨張させる膨張手段と、を備える、
   造形装置。
6. 前記膨張手段は、前記基材を前記膨張開始温度よりも低い温度に加熱された前記成形シートの前記熱膨張層を膨張させる、
   請求項５に記載の造形装置。
7. 前記成形シートは、前記基材の前記第１主面と反対側の第２主面又は前記熱膨張層の上に、電磁波を熱に変換する熱変換層を備え、
   前記膨張手段は、前記電磁波を前記熱変換層に照射する、
   請求項５又は６に記載の造形装置。
8. 前記加熱手段がヒーターである、
   請求項５乃至７のいずれか１項に記載の造形装置。

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