JP2021045969A

JP2021045969A - 造形物の製造方法

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Publication number: JP2021045969A
Application number: JP2020186235A
Authority: JP
Inventors: 高橋　秀樹; Hideki Takahashi; 秀樹高橋; 堀内　雄史; Yushi Horiuchi; 雄史堀内; 本柳　吉宗; Yoshimune Motoyanagi; 吉宗本柳; 郷史三井; Goshi Mitsui
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP7004051B2

Abstract

【課題】造形物の色味への影響を低減させることが可能な光熱変換層を形成するためのインク、これを用いた熱膨張性シート及び造形物の製造方法を提供する。【解決手段】インクは、赤外線領域の少なくともいずれかの波長域における光の吸収率が、可視光領域域での光の吸収率よりも高い無機赤外線吸収剤を含む。また、インクのベースを白色とする。このインクを用いて、熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を膨張させるために使用される光熱変換層を印刷することで、造形物の色味への影響を低減することができる。【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を部分的又は全体的に膨張させるための光熱変換層を形成するためのインクを用いた熱膨張性シート及び造形物の製造方法に関する。

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

従来、光熱変換層は、カーボンを含む黒色インクを用いて形成されていた。しかし、光熱変換層の印刷に用いる黒色インクは、形成される立体画像の色味に影響を与えることがある。例えば、熱膨張性シートの表面に光熱変換層を形成し、更にその上にカラーインクを用いてカラー画像を印刷すると、カラー画像が光熱変換層に含まれる黒色インクによってくすむことがある。また、カラー印刷を行わないが熱膨張性シートの表面に光熱変換層を形成して膨張させたい領域では、光熱変換層の色味がそのまま現れてしまうという問題もある。

このため、立体画像（造形物）の色味への影響を低減させることが可能な光熱変換層が求められていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、造形物の色味への影響を低減させることが可能な光熱変換層を形成するためのインクを用いた熱膨張性シート及び造形物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、
熱により膨張する熱膨張層と、前記熱膨張層を膨張させるための光熱変換層と、を備える熱膨張性シートであって、
前記光熱変換層は、赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、ベースが白色であるインクを用いて、前記熱膨張性シートの一方及び／又は他方の面に形成され、
前記インクは、前記無機赤外線吸収剤として１０重量％のセシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンを含み、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、
且つ、前記インクの少なくとも一部が前記熱膨張性シートに吸収されるように、前記光熱変換層が形成されている、
ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る造形物の製造方法は、
熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を光熱変換層を用いて膨張させることによる造形物の製造方法であって、
赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、ベースが白色であるインクを用いて、前記熱膨張性シートの一方及び／又は他方の面に前記光熱変換層を形成する第１工程を備え、
前記インクは、前記無機赤外線吸収剤として１０重量％のセシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンを含み、
前記第１工程は、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、
且つ、前記インクの少なくとも一部が前記熱膨張性シートに吸収されるように、前記光熱変換層を形成する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、造形物の色味への影響を低減させることが可能な光熱変換層を形成するためのインクを用いた熱膨張性シート及び造形物の製造方法を提供することができる。

各材料の透過率の分布、太陽光のスペクトル及びハロゲンランプの分光分布を示す図である。各波長におけるハロゲンランプからの放射エネルギー（％）に、セシウム酸化タングステン又はＬａＢ_６の吸光率を掛けあわせたグラフである。実施形態に係る熱膨張性シートの概要を示す断面図である。インク層を備える熱膨張性シートを示す断面図である。実施形態に係る立体画像形成ユニットの概要を示す図である。実施形態に係るインクを備える印刷ユニットの概要を示す図である。実施形態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。実施形態に係る立体画像形成プロセスを示す図である。変形例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。変形例に係る立体画像形成プロセスを示す図である。実施例に係る熱膨張層の膨張前後の熱膨張性シートと光熱変換層との間の色差を示すグラフである。実施例に係る熱膨張層を膨張させた熱膨張性シートを示す画像である。実施例に係る熱膨張層の膨張前後の熱膨張性シートと光熱変換層との間の色差を示すグラフである。実施例に係る熱膨張層の膨張前後の熱膨張性シートと光熱変換層との間の色差を示すグラフである。実施例に係る熱膨張層の膨張前後の熱膨張性シートと光熱変換層との間の色差を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態に係るインクと、これを用いた熱膨張性シート及び造形物の製造方法について、図を用いて説明する。インク１０は後述するように、熱膨張層２２を膨張させるためのインク（以下、発泡インクと呼ぶ）である。また、本実施形態では、詳細に後述するように、印刷装置の例として、図５（ａ）〜図５（ｃ）に概要を示す立体画像形成システム５０を例に挙げて説明する。また、印刷方法の例として、この立体画像形成システム５０を使用して、凹凸を有する造形物（立体画像）を形成する構成を例に挙げて説明する。また、本実施形態のインク１０は、立体画像形成システム５０内に設けられた図６に示す印刷ユニット５２内に設置され、熱膨張性シート２０上に光熱変換層を形成するために使用する。

本実施形態では、熱膨張性シート２０の表面に、熱膨張層２２の隆起により凸若しくは凹凸を形成し、造形物を表現する。また、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。また、本実施形態では、造形物を立体画像とも呼ぶ。

本実施形態に係るインク１０は、白色のインク中に無機赤外線吸収剤を含む。換言すると、インク１０は、無機赤外線吸収剤を混合させていない状態で白色である。また、インク１０のベースが白色であるとも言える。なお、インク１０に着色剤が添加される場合は、無機赤外線吸収剤と着色剤とを含まない状態で白色である。

また、本実施形態に係るインク１０としては、紫外線（ＵＶ）硬化型のインクを例に挙げる。この場合、インク１０は、無機赤外線吸収剤を含み、更に紫外線硬化樹脂（紫外線硬化性モノマー、紫外線硬化性オリゴマー）と重合開始剤とを含む。また、本実施形態のインク１０は、白色であるため、インク１０は、更に白色を呈する材料を含む。白色を呈する材料としては、これに限るものではないが、白色顔料（酸化亜鉛、酸化チタン等）が挙げられる。

インク１０に含まれる紫外線硬化性モノマーとしては、イソボルニルアクリレート、フェノキシエチルアクレート等の単官能モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート等の多官能モノマー等が挙げられる。また、紫外線硬化性オリゴマーとして、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等が挙げられる。なお、ウレタンアクリレートのオリゴマーを用いることが好ましい。重合開始剤としては、光開裂型開始剤、水素引き抜き型開始剤のいずれをも使用でき、複数種の光重合開始剤を組み合わせることができる。光開裂型開始剤としてアシルフォスフィンオキサイド化合物、アセトフェノン化合物等、水素引き抜き型開始剤としてベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物が挙げられる。いずれについても例示以外の公知の材料を使用することが可能である。また、インク１０は、その他の溶剤、添加剤を含んでよい。

インク１０によって形成される光熱変換層は、熱膨張層２２の変形に追従して変形することが好ましい。従って、インク１０に含まれる紫外線硬化樹脂はゴム弾性を有することが好ましい。このような、ゴム弾性を有する紫外線硬化樹脂（紫外線硬化性モノマー、紫外線硬化性オリゴマー）としては、これに限るものではないが、ウレタンアクリレートが好適である。

また、本実施形態のインク１０は、例えば図６に示すインクジェット方式の印刷ユニット５２で使用される。具体的に、インク１０は、インクカートリッジ７３内に充填されて、図６に示すように印刷ユニット５２内に設置される。

インク１０は、白色以外の着色剤を含んでもよい。例えば、熱膨張性シート２０の表面の色味に近づけるためにインク１０の色味を調整する等の目的に応じ、インク１０は着色剤を含んでもよい。着色剤の色は、特に限定されるものではない。着色剤は、イエローの他、シアン、マゼンタ等から適宜選択されてもよく、これら以外の任意の色であってもよい。また、インク１０中の着色剤の濃度も、任意である。

また、インク１０に含有される無機赤外線吸収剤としては、赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い光の吸収率（吸光率）を有する無機材料を用いる。無機赤外線吸収剤は、特に近赤外領域で、可視光領域と比較して高い光の吸収率を有することが好ましい。可視光領域において光の透過率が高い（吸収率が低い）材料を選択することにより、インク１０の可視光透過性を向上させ、インク１０の色味を抑えることができる。特に従来使用されてきたカーボンを使用するインクと比較し、インク１０を用いて印刷された光熱変換層によってカラーインク層の色味がくすむことを防ぐことができる。従って、白色又はほぼ白色の光熱変換層を形成することができる。

本実施形態では無機赤外線吸収剤としては、例えば、金属酸化物、金属ホウ化物、金属窒化物等を用いる。

具体的に、金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン系化合物、酸化インジウム、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化セシウム、酸化亜鉛等を用いることができる。

また、金属ホウ化物としては、多ホウ化金属化合物が好ましく、六ホウ化金属化合物が特に好ましく、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、六ホウ化プラセオジム（ＰｒＢ_６）、六ホウ化ネオジム（ＮｄＢ_６）、六ホウ化ガドリニウム（ＧｄＢ_６）、六ホウ化テルビウム（ＴｂＢ_６）、六ホウ化ディスプロシウム（ＤｙＢ_６）、六ホウ化ホルミウム（ＨｏＢ_６）、六ホウ化イットリウム（ＹＢ_６）、六ホウ化サマリウム（ＳｍＢ_６）、六ホウ化ユーロピウム（ＥｕＢ_６）、六ホウ化エルビウム（ＥｒＢ_６）、六ホウ化ツリウム（ＴｍＢ_６）、六ホウ化イッテルビウム（ＹｂＢ_６）、六ホウ化ルテチウム（ＬｕＢ_６）、六ホウ化ランタンセリウム（（Ｌａ，Ｃｅ）Ｂ_６）、六ホウ化ストロンチウム（ＳｒＢ_６）、六ホウ化カルシウム（ＣａＢ_６）等からなる群から選択される１つ又は複数の材料を用いる。

また金属窒化物としては、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化バナジウムなどが挙げられる。

酸化タングステン系化合物は、以下の一般式によって示される。
ＭｘＷｙＯｚ・・・（Ｉ）
ここで、元素ＭはＣｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｆｅ及びＳｎからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｗはタングステンであり、Ｏは酸素である。
また、ｘ／ｙの値は、０．００１≦ｘ／ｙ≦１．１の関係を満足することが好ましく、特にｘ／ｙが０．３３付近であることが好適である。加えて、ｚ／ｙの値は、２．２≦ｚ／ｙ≦３．０の関係を満足することが好ましい。具体的には、Ｃｓ_０．３３ＷＯ_３、Ｒｂ_０．３３ＷＯ_３、Ｋ_０．３３ＷＯ_３、Ｔｌ_０．３３ＷＯ_３などである。

上記の中では、六ホウ化金属化合物又は酸化タングステン系化合物が好ましく、特に近赤外領域で吸収率が高く（透過率が低く）、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）又はセシウム酸化タングステンが好ましい。なお、上記無機赤外線吸収剤はいずれかを単独で用いてもよく、又は２つ以上の異なる材料を併用してもよい。

また、本実施形態のインク１０は、これに限られるものではないが、無機赤外線吸収剤を、２０重量％〜０．１０重量％の割合で含む。

次に、カーボン、ＩＴＯ、ＡＴＯ、セシウム酸化タングステン及びＬａＢ_６の透過率の分布と、太陽光のスペクトルと、ハロゲンランプの分光分布とを図１に示す。図１では、太陽光のスペクトル及びハロゲンランプの分光分布は、いずれもピークを１００とした強度である。図１に示すように、従来、光熱変換層を形成するために使用されていたカーボンは、各波長域でほぼ一定の低い透過率を示す。また、カーボンは、可視光領域でも透過率が低く（吸光率が高く）、黒色を呈する。これに対し、金属酸化物の一例であるＩＴＯ、ＡＴＯは、特に可視光領域での透過率が高い。また、ＩＴＯ、ＡＴＯは、可視光領域と比較して近赤外領域での透過率が低く、更に中赤外領域で低い透過率（高い吸光率）を示す。更に、タングステン系酸化物の一例として、セシウム酸化タングステンでは、可視光領域と比較して近赤外領域での透過率が低い。加えて、六ホウ化金属化合物の一例である六ホウ化ランタンは、赤外領域内の近赤外領域において可視光領域と比較して低い透過率を示す。

また、図１では照射部で用いられるハロゲンランプの分光分布を示す。ハロゲンランプから照射される光は、特に近赤外領域において高い強度を示す。図１に示すセシウム酸化タングステンと六ホウ化ランタンとは、このハロゲンランプから照射される光が強い強度を示す近赤外領域において透過率が低く、高い吸光率を示す。このため、ハロゲンランプを照射部として使用する場合、セシウム酸化タングステン又はＬａＢ_６は、ハロゲンランプから照射される光が強い強度を示す近赤外領域において、特に効率良く光を吸収できるため、好ましい。また、近赤外領域に高い吸光率を示す材料であれば、セシウム酸化タングステンと六ホウ化ランタン以外も、使用可能である。

また、図２は、各波長におけるハロゲンランプからの放射エネルギー（％）にセシウム酸化タングステン又はＬａＢ_６の吸光率を掛けあわせたグラフである。なお、放射エネルギー（％）は、基準温度（２０００Ｋ）での黒体放射エネルギー（ピークを１００％とする）に対する、温度（２９００Ｋ）における放射エネルギーの比（％）を使用する。セシウム酸化タングステンは、特に近赤外領域、中赤外領域で良好にエネルギーを吸収可能であることがわかる。

また、このグラフを波長で積分した値が、セシウム酸化タングステン又はＬａＢ_６が吸収可能なエネルギー量に相当する。従って、熱膨張性材料の発泡高さが飽和しない限り、この積分値の比は発泡高さに比例する。
具体的に積分値の比は、
セシウム酸化タングステン：ＬａＢ_６＝１：０．５８
である。従って、ＬａＢ_６を用いた光熱変換層では、セシウム酸化タングステンを用いた光熱変換層と比べても、約０．５８倍の高さが得られる。

次に、本実施形態のインク１０によって光熱変換層を形成する熱膨張性シート２０について図を用いて説明する。熱膨張性シート２０は、図３に示すように、基材２１と、熱膨張層２２とを備える。また、詳細に後述するように、熱膨張性シート２０は、図５（ａ）〜図５（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２１は、熱膨張層２２等を支持するシート状の部材（フィルムを含む）である。基材２１としては、上質紙等の紙、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２１としては布地などを用いることも可能である。基材２１は、熱膨張層２２が全体的又は部分的に発泡により膨張した時に、基材２１の反対側（図３に示す下側）に隆起せず、また、しわを生じたり、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２２を発泡させる際の加熱に耐える程度の耐熱性を有する。

熱膨張層２２は、基材２１の一方の面（図３に示す上面）上に形成される。熱膨張層２２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、バインダ中に複数の熱膨張性材料（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２１の上面（表面）に設けられた熱膨張層２２上、及び／又は基材２１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。熱膨張層２２は、熱膨張性シート２０の表面及び／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、熱膨張性シート２０の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。

本実施形態では、インク１０が白色である、又はほぼ白色である。従って、本実施形態のインク１０から形成される光熱変換層も白色又はほぼ白色を呈する。

熱膨張性シート２０の表面（熱膨張層２２が形成される面）が、白色ではない場合であっても、光熱変換層が白色又はほぼ白色であるため、光熱変換層上に設けられるカラーインク層の色味を鮮やかに発色させることができる。従って、造形物の色味への影響を低減することができる。

加えて、特に熱膨張性シート２０のうち光熱変換層が形成される面が白色の場合、熱膨張性シート２０上に設けられた光熱変換層は、視認されない、又はわずかに視認できる程度の色しか有さない。従って、造形物の色味への影響を低減することができる。また、この場合はカラーインク層４２が形成されない領域でも、光熱変換層を視認できない、又は視認しにくくなる。

また、本実施形態では、熱膨張性シート２０が白色（ほぼ白色も含む）の場合に、光熱変換層と、光熱変換層が形成されていない熱膨張性シートの表面とを比較した場合に色差がない又は色差が極めて小さいとも表現できる。具体的には、色差は以下のように比較する。図４に示すように、本実施形態のインク１０を熱膨張性シート２０上に設け、インク層２５（光熱変換層に相当する）を形成する。なお、インク１０は熱膨張性シート２０表面に一部が吸収されるなどして、図示するような明確な境界を有する層とならないこともあるが、説明の便宜のため、熱膨張性シート２０上に設けられたインクを層の形に図示し、インク層２５と呼ぶ。次に、インク層２５の色（図４に示す領域Ａの色）、とインク層２５が設けられていない熱膨張性シート２０表面との色（図４に示す領域Ｂの色）を、図４に示す上方向から比較する。なお、比較は、熱膨張性シート２０の熱膨張層２２を膨張させる前又は熱膨張層２２を膨張させた後の少なくともいずれか一方において行い、少なくともいずれか一方で色差がない、又は色差が極めて小さければよい。

また、本実施形態の色差は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系（以下、Ｌａｂ表色系）を用いて表してもよい。この場合、インク層２５の色（図４に示す領域Ａの色）と、インク層２５が設けられていない熱膨張性シート２０表面との色（図４に示す領域Ｂの色）とを色彩計を用いて測定し、Ｌ*、ａ*及びｂ*の数値を求める。次に、測定された領域Ａと領域ＢのＬ*、ａ*及びｂ*の値から、下記の式を使用し、ΔＥ*ａｂ（以下、ΔＥと表記する）を算出する。
ΔＥ*ａｂ＝［（ΔＬ*）^２＋（Δａ*）^２＋（Δｂ*）^２］^１／２・・・（式１）
ΔＬ*は、領域ＡのＬ*値と領域ＢのΔＬ*との差である。Δａ*、Δｂ*も同様に、領域Ａでの値と領域Ｂでの値の差である。また、以下、Ｌ*ａ*ｂ*につき、「*」を省略して表記する。

ここで、本実施形態において色差がないとは、Ｌａｂ表色系における色差ΔＥが、１．６〜３．２の範囲に含まれる、又はこれらの範囲を下回ることを示す（ΔＥが３．２以下である）。ここで、ΔＥの範囲１．６〜３．２は、Ａ級許容差と呼ばれ、色の離間比較ではほとんど気付かれないレベルの色差であり、一般的には同じ色と思われているレベルである。色差ΔＥは、０．８〜１．６の範囲に含まれるか、これらの範囲を下回ると更に好適である。ΔＥの範囲０．８〜１．６は、ＡＡ級許容差と呼ばれ、色の隣接比較でわずかに色差が感じられるレベルである。

（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２０に印刷を施し、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５（ａ）〜図５（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５（ａ）は、立体画像形成システム５０の正面図であり、図５（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５（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５（ａ）〜図５（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５（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５（ｃ）に示すように、印刷ユニット５２は、熱膨張性シート２０を吸入するための搬入部５２ａと、熱膨張性シート２０を搬出するための搬出部５２ｂと、を備える。印刷ユニット５２は、搬入部５２ａから吸入された熱膨張性シート２０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２０を搬出部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インク１０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。また、カラーインクとして、ＵＶ硬化型のインクを用いてもよい。

印刷ユニット５２は、熱膨張性シート２０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５１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４２の黒又はグレーの色は、ＣＭＹの３色を混色して、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２０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、インク１０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２０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、インク１０を用いて裏側光熱変換層４３を印刷する。インク１０の濃度がより濃く形成された部分ほど、熱膨張層２２の膨張高さは高くなる。このため、インク１０の濃度は、目標高さに対応するように、面積階調方式等によって濃淡が決定される。

図６に、印刷ユニット５２の詳細な構成を示す。図６に示すように、印刷ユニット５２は、熱膨張性シート２０が搬送される方向である副走査方向Ｄ１（Ｙ方向）に直交する主走査方向Ｄ２（Ｘ方向）に往復移動可能なキャリッジ７１を備える。

キャリッジ７１には、印刷を実行する印刷ヘッド７２と、インクを収容したインクカートリッジ７３（７３ｅ，７３ｃ，７３ｍ，７３ｙ）が取り付けられている。インクカートリッジ７３ｅ，７３ｃ，７３ｍ，７３ｙには、それぞれ、本実施形態のインク１０、シアンＣ、マゼンタＭ、及びイエローＹの色インクが収容されている。各インクは、印刷ヘッド７２の対応するノズルから吐出される。また、印刷ヘッド７２は図示しないＵＶ照射部を備え、インクは吐出された後に硬化される。

キャリッジ７１は、ガイドレール７４に滑動自在に支持されており、駆動ベルト７５に狭持されている。キャリッジ７１は、モータ７５ｍの回転により駆動ベルト７５が駆動することで、印刷ヘッド７２及びインクカートリッジ７３と共に、主走査方向Ｄ２に移動する。

フレーム７７の下部には、印刷ヘッド７２と対向する位置に、プラテン７８が設けられている。プラテン７８は、主走査方向Ｄ２に延在しており、熱膨張性シート２０の搬送路の一部を構成している。熱膨張性シート２０の搬送路には、給紙ローラ対７９ａ（下のローラは不図示）と排紙ローラ対７９ｂ（下のローラは不図示）とが設けられている。給紙ローラ対７９ａと排紙ローラ対７９ｂとは、プラテン７８に支持された熱膨張性シート２０を副走査方向Ｄ１に搬送する。

印刷ユニット５２は、フレキシブル通信ケーブル７６を介して制御ユニット５１と接続されている。制御ユニット５１は、フレキシブル通信ケーブル７６を介して、印刷ヘッド７２、モータ７５ｍ、給紙ローラ対７９ａ及び排紙ローラ対７９ｂを制御する。具体的に説明すると、制御ユニット５１は、給紙ローラ対７９ａ及び排紙ローラ対７９ｂを制御して、熱膨張性シート２０を搬送させる。また、制御ユニット５１は、モータ７５ｍを回転させてキャリッジ７１を移動させ、印刷ヘッド７２を主走査方向Ｄ２の適切な位置に搬送させる。

膨張ユニット５３は、熱膨張性シート２０に熱を加えて膨張させる膨張装置である。図５（ｃ）に示すように、膨張ユニット５３は、熱膨張性シート２０を搬入するための搬入部５３ａと、熱膨張性シート２０を搬出するための搬出部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２０を搬送しながら熱を加えて膨張させ、膨張した熱膨張性シート２０を搬出部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。照射部は膨張ユニット５３内で固定されており、照射部の近傍を熱膨張性シート２０を一定の速度で移動させることにより、熱膨張性シート２０全体を加熱する。なお、光熱変換層を視認しにくいよう、インク１０の濃度を低く印刷した場合は、この搬送速度を遅くし、光を照射する時間を長くすることで、目標とする膨張高さを得ることも可能である。

照射部は、例えば、ハロゲンランプであり、熱膨張性シート２０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。ハロゲンランプから照射される光の波長は、図２に示す特徴を有しており、特に近赤外領域において光を強く照射する。本実施形態のインク１０中に含まれる無機赤外線吸収剤として、特に、可視光領域と比較して近赤外領域において高い吸収率を有する材料を用いると、ハロゲンランプが強い強度を持つ波長域と、無機赤外線吸収剤が効率よく吸収する波長域が一致するため好ましい。なお、照射部としては、ハロゲンランプ以外に、キセノンランプ等を使用することもできる。この場合、使用するランプに応じて、ランプの照射強度の高い波長域において高い吸収率を有する材料を、無機赤外線吸収剤として選択することが好ましい。また、光熱変換層が印刷された領域では、光熱変換層が印刷されていない領域に比べて、より効率よく光が熱に変換される。そのため、熱膨張層２２のうち、光熱変換層が印刷された領域が主に加熱されて、その結果、熱膨張層２２は、光熱変換層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５（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２０に印刷される画像（図５（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７に示すフローチャート及び図８（ａ）〜図８（ｅ）に示す熱膨張性シート２０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２０に立体画像を形成する処理の流れを説明する。立体画像形成処理によって造形物が製造されるため、立体画像形成処理は造形物の製造方法でもある。

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２０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２０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２０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、上述したインク１０によって形成される層である。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２０の表面に、本実施形態のインク１０を吐出する。その結果、図８（ａ）に示すように、基材２１の表面に表側光熱変換層４１が形成される。

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２０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２０を表面から加熱する（ステップＳ２）。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２０の表面に光を照射させる。熱膨張性シート２０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８（ｂ）に示すように、熱膨張性シート２０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８（ｂ）において、右に示す表側光熱変換層４１のインク１０の濃度を、左に示す表側光熱変換層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２０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２０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２０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８（ｃ）に示すように、熱膨張層２２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２０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２０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Ｓ４）。裏側の光熱変換層４３は、熱膨張性シート２０の表面に印刷された表側光熱変換層４１と同様に、本実施形態のインク１０によって形成される層である。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２０の裏面に、インク１０を吐出する。その結果、図８（ｄ）に示すように、基材２１の裏面に裏側光熱変換層４３が形成される。裏側光熱変換層４３についても、左に示す裏側光熱変換層４３のインク１０の濃度を、右に示す裏側光熱変換層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５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２０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２０を裏面から加熱する（ステップＳ５）。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２０の裏面に光を照射させる。熱膨張性シート２０の裏面に印刷された裏側光熱変換層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８（ｅ）に示すように、熱膨張性シート２０のうちの裏側光熱変換層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２０に立体画像が形成される。

本実施形態のインク１０は、赤外領域の少なくともいずれかの波長域において、可視光領域と比較して強い吸光率を示す無機赤外吸収剤を含むことにより、形成される光熱変換層を白色又はほぼ白色とすることができる。これにより、白色の光熱変換層を有する熱膨張層を提供することができる。従って、光熱変換層の上に設けられるカラーインク層の色味に影響を与えることを抑制することができる。また、熱膨張性シートの表面が白色である場合は、視認されない、又はほぼ視認されない光熱変換層を形成することができる。このように、本実施形態のインク１０を用いることにより、立体画像の色味への影響を大きく低減する光熱変換層を印刷することが可能なインク、これを用いた熱膨張性シート及び造形物の製造方法を提供することができる。

（立体画像形成処理の変形例）
立体画像形成処理は、図７に示すプロセスの順番に限られず、以下に詳細に記述するように各ステップの順番は入れ替えることが可能である。

また説明の便宜のため、図７に示す各ステップを以下に示すように称する。熱膨張性シートの表側（図４に示す上面）に表側光熱変換層（以下、表側変換層）を形成する工程（図７におけるステップＳ１）は、表側変換層形成工程と呼ぶ。熱膨張性シートの表側から、電磁波（光）を照射し、熱膨張層を膨張させる工程（図７におけるステップＳ２）は、表側膨張工程と呼ぶ。熱膨張性シートの表側にカラー画像を印刷する工程（図７におけるステップＳ３）は、カラー印刷工程と呼ぶ。熱膨張性シートの裏側（図４に示す下面）に裏側光熱変換層（以下、裏側変換層）を形成する工程（図７におけるステップＳ５）は、裏側変換層形成工程と呼ぶ。熱膨張性シートの裏側から、電磁波を照射し、熱膨張層を膨張させる工程（図７におけるステップＳ６）は、裏側膨張工程と呼ぶ。

例えば、立体画像形成処理は、図７に示すプロセスの順番に限られず、裏側変換層を先に形成することもできる。具体的には、裏側変換層形成工程を最初に行い、続いて裏側膨張工程を行った上で、表側変換層形成工程等を行う。この場合、図７に示すフローチャートを用いて説明すると、ステップＳ４、ステップＳ５を行い、続いて、ステップＳ１〜Ｓ３をこの順に行う。また、熱膨張層を膨張させる工程を全て終えた後に、カラー画像を印刷することも可能である。この場合、表側変換層形成工程、表側膨張工程、裏側変換層形成工程、裏側膨張工程をこの順に行った後、カラー印刷工程を行う。図７に示すステップＳ１、ステップＳ２を行った後、ステップＳ４、ステップＳ５を実行し、その後、ステップＳ３を実行する。また、先に裏側変換層形成工程、裏側膨張工程を行うことも可能である。

また、カラー印刷工程と表側変換層形成工程とを組み合わせ、１つの工程でカラーインク層と表側変換層とを印刷することも可能である。この例では、カラーインク層４２と表側変換層４１とが同時に印刷される。

以下、図９に示すフローチャート及び図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示す熱膨張性シート２０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２０に立体画像を形成する処理の流れを説明する。本変形例でも、図６に示すように、カラー画像を印刷するためのカラーインクと、光熱変換層を形成するためのインク１０とは印刷ユニット５２にセットされている。印刷ユニット５２は、熱膨張性シート２０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、インク１０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２０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、インク１０を用いて裏側光熱変換層４３を印刷する。

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２０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２０を、その表面を上側に向けて印刷ユニット５２に挿入する。次に、印刷ユニット５２は、挿入された熱膨張性シート２０の表面に表側変換層（表側光熱変換層）４１及びカラー画像（カラーインク層４２）を印刷する（ステップＳ２１）。具体的に印刷ユニット５２は、熱膨張性シート２０の表面に、指定された表面発泡データに従って本実施形態のインク１０を吐出するとともに、指定されたカラー画像データに従ってシアン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１０（ａ）に示すように、熱膨張層２２上に表側変換層４１とカラーインク層４２とが形成される。また、表側変換層４１とカラーインク層４２とは、同時に形成されているため、図１０（ａ）等では、表側変換層４１は、破線を用いて図示している。

第２に、ユーザは、表側変換層４１及びカラーインク層４２が印刷された熱膨張性シート２０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２０を表面から加熱する（ステップＳ２２）。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２０の表面に光を照射させる。熱膨張性シート２０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１０（ｂ）に示すように、熱膨張性シート２０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。

第３に、ユーザは、熱膨張性シート２０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２０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Ｓ２３）。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２０の裏面に、インク１０を吐出する。その結果、図１０（ｃ）に示すように、基材２１の裏面に裏側光熱変換層４３が形成される。

第４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２０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２０を裏面から加熱する（ステップＳ２４）。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２０の裏面に光を照射させる。その結果、図１０（ｄ）に示すように、熱膨張性シート２０のうちの裏側光熱変換層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２０に立体画像が形成される。
特に本実施形態のインク１０は色味が抑制されているため、表側変換層４１を構成するインク１０がカラーインク層４２の色味へ影響を与えることを抑制することができる。従って、本変形例のステップＳ２１に示すように、表側変換層４１とカラーインク層４２とを１つの工程で形成し、表側変換層４１とカラーインク層４２とを同時に形成することが可能となる。

また、図９に示すプロセスの順番に限られず、裏側変換層を先に形成することもできる。具体的には、図９に示すフローチャートを用いて説明すると、ステップＳ２３、ステップＳ２４を行った上で、ステップＳ２１、ステップＳ２２を行う。

また、表側変換層を形成した後、直後に表側膨張工程を行わず、表側変換層形成工程と表側膨張工程との間に他の工程、例えばカラー印刷工程を設けることも可能である。この場合、図７に示すステップＳ１及びＳ３を行い、熱膨張性シートの表側への印刷工程を全て終えた後に、表側膨張工程を行うことも可能である。この場合は、図７に示すフローチャートのステップＳ１を実行し、表側変換層を形成し、続いてステップＳ３を実行し、カラー画像を印刷する。その後、ステップＳ２を実行し、熱膨張層を膨張させる。続いて、図７に示すステップＳ４及びステップＳ５を実行し、裏側光熱変換層の形成及び熱膨張層の膨張を行う。この例において、裏側変換層形成工程を先に行うこともできる。この場合は、ステップＳ４及びＳ５を実行した後にステップＳ１、Ｓ３、Ｓ２の順に各工程を実行する。また、カラー印刷工程は、裏側変換層形成工程と裏側膨張工程との間に行うことも可能である。この場合は、ステップＳ５、Ｓ３及びＳ５をこの順に実行した後にステップＳ１、Ｓ２を実行する、又はステップＳ１、Ｓ２を実行した後にステップＳ４、Ｓ３及びＳ５をこの順に実行する。

また、表側変換層形成工程、カラー印刷工程、裏側変換層形成工程を先に行った後に、表側膨張工程、裏側膨張工程を行うことも可能である。この場合、図７に示すフローチャートのステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４を先に実行し、その後、ステップＳ２及びＳ５を実行する。なお、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４を実行する順番は、この順に限られず任意に入れ替えることができる。また、ステップＳ２及びＳ５についても、この順で実行してもよく、逆の順番に実行してもよい。

また、表側変換層形成工程、裏側変換層形成工程を先に行い、表側膨張工程、裏側膨張工程を行った上で、カラー印刷工程を行うことも可能である。この場合は、例えば、図７に示すフローチャートのステップＳ１、ステップＳ４の順、又はステップＳ４、ステップＳ１の順で行う。続いて、ステップＳ２、ステップＳ５の順、又はステップＳ５、ステップＳ２の順で行い、熱膨張層を膨張させる。その後、ステップＳ３を実行し、カラー画像を印刷する。また、カラー印刷工程を、表側膨張工程、裏側膨張工程の間に実行することも可能である。この場合、ステップＳ１、Ｓ４を実行した後、ステップＳ２又はステップＳ５のいずれか一方を実行し、続いてステップＳ３を実行した後、ステップＳ２又はステップＳ５の他方を実行する。

（変形例）
上述した実施形態では、インク１０としてＵＶ硬化型のインクを例に挙げて説明したが、インク１０は、非水性（油性型、溶剤型）のインクであってもよい。この場合、無機赤外線吸収剤の他、有機溶剤、樹脂等を含む。有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類、エチレングルコールモノメチルエーテル、グリコールエーテル類、グリコールアセテート類、飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類、等が挙げられる。また、樹脂としては、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、スチレン−マレイン酸系樹脂、ロジン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ブチラール樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。いずれも例示した以外の公知の材料を用いることができ、インク１０はその他の添加剤を含んでもよい。

上述した実施形態では、インクジェット式のプリンタ内に設置されるカートリッジにインクが充填される場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。本実施形態のインクを、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷など、その他の印刷方式（印刷装置）で使用することも可能である。また、図７に示す印刷工程（ステップＳ１、Ｓ３及びＳ５）は、全て同じ方式で印刷される必要はなく、上記の印刷方式を任意に組み合わせることが可能である。

また、インク１０は、印刷方式に応じ、水性インク、油性インク、紫外線硬化インクのいずれであってもよい。この場合、インク１０は、各印刷方式に応じた材料、例えば、溶剤、造膜のための樹脂、補助剤などを含む。これらの材料は、上述した材料若しくは、その他の公知の材料を使用する。

インク１０が水性インクである場合、無機赤外線吸収剤と、水と、水性有機溶剤と、樹脂と、を含む。水性有機溶剤としては、これに限るものではないが、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類、エチレングリコール、トリエチレングリコール等のアルキレングリコール類、グリセリン、グリセロール類、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールメチル（エチル）エーテル、ジエチレングリコールメチル（エチル）エーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、エタノール又はイソプロパノールが挙げられる。また、樹脂としては、樹脂としては、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、スチレン−マレイン酸系樹脂、ロジン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ブチラール樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。インク１０は、添加剤を更に含んでもよい。いずれについても例示以外の公知の材料を使用することが可能である。

インク１０が紫外線硬化インクである場合、インク１０は、無機赤外線吸収剤を含み、更に紫外線硬化樹脂（紫外線硬化性モノマー、紫外線硬化性オリゴマー）と重合開始剤とを含む。紫外線硬化性モノマーとしては、イソボルニルアクリレート、フェノキシエチルアクレート等の単官能モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート等の多官能モノマー等が挙げられる。また、紫外線硬化性オリゴマーとして、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等が挙げられる。なお、ウレタンアクリレートのオリゴマーを用いることが好ましい。重合開始剤としては、光開裂型開始剤、水素引き抜き型開始剤のいずれをも使用でき、複数種の光重合開始剤を組み合わせることができる。光開裂型開始剤としてアシルフォスフィンオキサイド化合物、アセトフェノン化合物等、水素引き抜き型開始剤としてベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物が挙げられる。いずれについても例示以外の公知の材料を使用することが可能である。また、インク１０は、その他の溶剤、添加剤を含んでよい。

インク１０は、非水性（油性型、溶剤型）のインクであってもよい。この場合、無機赤外線吸収剤の他、有機溶剤、樹脂等を含む。有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類、エチレングルコールモノメチルエーテル、グリコールエーテル類、グリコールアセテート類、飽和炭化水素類、不飽和炭化水素類、等が挙げられる。また、樹脂としては、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、スチレン−マレイン酸系樹脂、ロジン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ブチラール樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。いずれも例示した以外の公知の材料を用いることができ、インク１０はその他の添加剤を含んでもよい。

インク１０がオフセット印刷装置等で用いられる場合も、インク１０中に含有される樹脂はゴム弾性を有していることが好ましい。このような樹脂としては、これに限るものではないが、紫外線硬化型インクでは、ウレタンアクリレートが挙げられる。

加えて、例えばオフセット印刷装置を利用し、図９及び図１０に示すように、カラー印刷工程と表側変換層形成工程とを組み合わせ、１つの工程でカラーインク層と表側変換層とを印刷する場合、オフセット印刷装置は、ＣＭＹＫのようなカラー画像を印刷するためのインクと、本実施形態のインク１０とを備え、これらのインクを用いて、カラーインク層と表側変換層と順番に印刷する。この場合、インク１０を用いた印刷を先に行う。ＣＭＹＫのカラーインクによる印刷の順番は任意である。オフセット印刷装置以外の印刷装置でも同様である。

（実施例１）
無機赤外線吸収剤を含まない状態で白色であるインク（インク１０のベース）が下地となるシートの色味を遮蔽することを示すため、インクのベースの一例として、着色剤等を含まない紫外線硬化型の白色のインクジェットプリンタ用インクを使用し、黒色のシート上に印刷を行った。印刷は、同じ濃度で複数回行った。また、複数回の印刷は、前に印刷された場所に重なるように行った。この場合のインク層のＬａｂ値及び黒濃度を表１に示す。Ｌａｂ値及び黒濃度はイグザクト反射分光濃度計（サカタインクスエンジニアリング社製）を用いて測定した。印刷回数０に示すＬａｂ値及び黒濃度が、シートの色に相当する。表１に示すように、白インクを用いた場合は、２回印刷することで、黒濃度は０．０４まで低下し、４回印刷で黒濃度は０に至った。このように、印刷回数を重ねる毎に、白インクによって下地の色は遮蔽され、下地となるシートの色を視認できなくなる。

（実施例２）
次に、実施例２では、ＵＶ硬化樹脂としてウレタンアクリレートを含む白色のＵＶ硬化オフセットインク中にセシウム酸化タングステンを混合し、実施例２に係るインクを調製した。セシウム酸化タングステンは、インク中に１０重量％で含有させた。このインクを用いてオフセット印刷機で、光熱変換層を熱膨張性シート（５００μｍ厚）上に印刷した。光熱変換層を印刷する濃度は、１０％刻みで、０％〜１００％の範囲とした。また、インクは２回又は３回重ねて印刷した。熱膨張層を膨張させる前に、それぞれの光熱変換層の色（Ｌａｂ値）を、イグザクト反射分光濃度計（サカタインクスエンジニアリング社製）を用いて測定した。また、ハロゲンランプ（１０００Ｗ、２５００Ｋ）を２０ｍｍ／秒の速度で熱膨張性シート上を移動させた。これにより、熱膨張性シート上の光熱変換層に電磁波を照射し、熱膨張層を膨張させた。続いて、熱膨張層を膨張させた後の光熱変換層の色（Ｌａｂ値）を、イグザクト反射分光濃度計（サカタインクスエンジニアリング社製）を用いて測定した。

熱膨張層の膨張前における２回の印刷によって形成した光熱変換層のＬａｂ値を、表２に示す。また、表２に示すΔＥは、濃度０％の領域のＬａｂ値から、上述した式１を用いて算出した。濃度０％の領域ではインクが存在しないため、濃度０％の領域のＬａｂ値が熱膨張性シートの表面のＬａｂ値に相当する。また、黒濃度と、以下に示す式２を用いてＬａｂ値から算出したハンター白色度とを表２に示す。
白色度＝１００−［（１００−Ｌ）^２＋ａ^２＋ｂ^２］^１／２・・・（式２）

次に、熱膨張層の膨張後における２回の印刷によって形成した光熱変換層のＬａｂ値を、表３に示す。また、表３に示すΔＥも、濃度０％の領域のＬａｂ値から、式１の数式を用いて算出した。また、黒濃度と、上記式２を用いてＬａｂ値から算出したハンター白色度とを表３に示す。

また、図１１は、表２及び表３に示すΔＥ値を示すグラフである。図１１では、熱膨張層の膨張の前と後における各印刷濃度でのΔＥ値を示す。また、図１２は、熱膨張層を膨張させた後の熱膨張性シートの画像である。図１２に示すように、濃度４０％〜濃度１００％の範囲で発泡が見られた。なお、濃度３０％以下では、図１２に示す破線で囲んだ領域にインクが塗布されているが、発泡が見られなかった。また、発泡が見られた濃度である４０％〜１００％のΔＥは、発泡前が１．４〜４．１、発泡後が１．７〜４．２であった。従って、濃度４０％〜８０％の範囲で、ΔＥが３．２以下の光熱変換層を形成することができ、更にΔＥが３．２以下の光熱変換層によって熱膨張層を膨張させることができた。また、この範囲では黒濃度も０．０２以下であり、ハンター白色度からも白色度が高いことが分かる。

次に、熱膨張層の膨張前における３回の印刷によって形成した光熱変換層のＬａｂ値を、表４に示す。また、表４に示すΔＥも、濃度０％の領域のＬａｂ値から、上記の数式を用いて算出した。また、黒濃度と、上記式２を用いてＬａｂ値から算出したハンター白色度とを表４に示す。

熱膨張層の膨張後における３回の印刷によって形成した光熱変換層のＬａｂ値を、表５に示す。また、表５に示すΔＥも、濃度０％の領域のＬａｂ値から、式１の数式を用いて算出した。また、黒濃度と、上記式２を用いてＬａｂ値から算出したハンター白色度とを表５に示す。

また、図１３は、表４及び表５に示すΔＥ値を示すグラフである。図１３では、熱膨張層の膨張の前と後における各印刷濃度でのΔＥ値を示す。３回の印刷によって形成した光熱変換層では、濃度４０％〜濃度１００％の範囲で良好に発泡が見られた。特に、２回の印刷では発泡の程度が低い濃度４０％で良好に発泡が得られた。また、実験の条件では３０％はわずかな発泡が見られた。また、良好に発泡が得られた濃度である、４０％〜１００％のΔＥは、発泡前が２．０〜６．１、発泡後が２．２〜５．９であった。ΔＥが３．２以下となるのは６０％以下であった。従って、４０％〜６０％の範囲で、ΔＥが３．２以下の光熱変換層を形成することができ、更にΔＥが３．２以下の光熱変換層によって熱膨張層を膨張させることができた。また、黒濃度も０．０４以下であり、ハンター白色度も、白色度が高いことが分かる。

（実施例３）
次に、実施例２に係るインクを用い、実施例２で用いた熱膨張性シートと比較して熱膨張層が薄く形成された熱膨張性シート（４００μｍ厚）上に光熱変換層を形成した例を示す。光熱変換層を印刷する濃度は、１０％刻みで、０％〜１００％の範囲とした。また、インクはオフセット印刷機を用いて１回印刷した。熱膨張層を膨張させる前に、それぞれの光熱変換層の色（Ｌａｂ値）を、イグザクト反射分光濃度計（サカタインクスエンジニアリング社製）を用いて測定した。また、ハロゲンランプ（１０００Ｗ、２５００Ｋ）を１８ｍｍ／秒の速度で熱膨張性シート上を移動させた。これにより、熱膨張性シート上の光熱変換層に電磁波を照射し、熱膨張層を膨張させた。続いて、熱膨張層を膨張させた後の光熱変換層の色（Ｌａｂ値）を、イグザクト反射分光濃度計（サカタインクスエンジニアリング社製）を用いて測定した。

熱膨張層の膨張前における光熱変換層のＬａｂ値を表６に示す。また、熱膨張層の膨張後における光熱変換層のＬａｂ値を、表７に示す。表６及び表７に示すΔＥは、濃度０％の領域のＬａｂ値から、上記の数式１を用いて算出した。また、上記式２を用いてＬａｂ値から算出したハンター白色度も表６及び表７に示す。

また、図１４は、表６及び表７に示すΔＥ値を示すグラフである。図１４では、熱膨張層の膨張の前と後における各印刷濃度でのΔＥ値を示す。実施例３では、熱膨張層が薄く形成されているため、印刷回数は１回であるが、実施例２及び３と比較して低い濃度でも発泡させることができた。良好に発泡が見られたのは、濃度３０％〜濃度１００％であった。濃度２０％では、わずかな発泡がみられた。良好に発泡が見られた濃度である、３０％〜１００％のΔＥは、発泡前が０．６〜２．２、発泡後が０．３〜２．６であった。実施例３では、良好に発泡した濃度３０％〜１００％の全てでΔＥを３．２以下とすることができた。従って、３０％〜１００％の範囲で、ΔＥが３．２以下の光熱変換層を形成することができ、更にΔＥが３．２以下の光熱変換層によって熱膨張層を膨張させることができた。

（実施例４）
次に、実施例２に係るインクを用い、実施例２で用いた熱膨張性シートとは熱膨張性材料及びバインダの材料が異なる熱膨張性シート（５００μｍ厚）上に光熱変換層を形成した例を示す。光熱変換層を印刷する濃度は、１０％刻みで、０％〜１００％の範囲とした。また、インクはオフセット印刷機を用いて１回印刷した。また、ハロゲンランプ（１０００Ｗ、２５００Ｋ）を１８ｍｍ／秒の速度で熱膨張性シート上を移動させた。これにより、熱膨張性シート上の光熱変換層に電磁波を照射し、熱膨張層を膨張させた。上記実施例２と同様に熱膨張層の膨張前と膨張後の両方で、光熱変換層の色（Ｌａｂ値）を、イグザクト反射分光濃度計（サカタインクスエンジニアリング社製）を用いて測定した。

熱膨張層の膨張前における光熱変換層のＬａｂ値を表８に示す。また、熱膨張層の膨張後における光熱変換層のＬａｂ値を、表９に示す。表８及び表９に示すΔＥは、濃度０％の領域のＬａｂ値から、上記の数式１を用いて算出した。また、上記式２を用いてＬａｂ値から算出したハンター白色度を表８及び表９に示す。

また、図１５は、表８及び表９に示すΔＥ値を示すグラフである。また、図１５は、熱膨張層の膨張の前と後における各印刷濃度でのΔＥ値を示す。実施例４では、濃度５０％〜濃度１００％の範囲で発泡が見られた。また、発泡が見られた濃度である、５０％〜１００％のΔＥは、発泡前が０．７〜２．７で、発泡後がそれぞれ、０．７〜１．９であった。従って、ΔＥが３．２以下の光熱変換層を形成することができ、更にΔＥが３．２以下の光熱変換層によって熱膨張層を膨張させることができた。実施例４で用いたシートは、黄色みを帯びているが、このような色味のシートでも、ΔＥを３．２以下とし、光熱変換層形成することができた。従って、５０％〜１００％の範囲で、ΔＥが３．２以下の光熱変換層を形成することができ、更にΔＥが３．２以下の光熱変換層によって熱膨張層を膨張させることができた。

以上より、本実施形態のインク１０によれば、色味が抑制された白色の光熱変換層を形成することが可能である。

本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。
本実施形態の光熱変換層は、熱膨張性シートの裏面に形成されてもよい。この場合、光熱変換層と熱膨張性シートとの色差は、図１と同様にして、光熱変換層と熱膨張性シートの裏面との間で算出される。この場合、色差が極めて少なく、ΔＥが３．２以下であることが好適である。なお、熱膨張性シートの裏面が視認されにくい等、裏側光熱変換層が色味を有していて問題がない場合は、裏側光熱変換層は、ΔＥが３．２より大きくともよい。また、本実施形態の光熱変換層は、熱膨張性シートの表面及び／又は裏面に形成される。

また、本実施形態では、印刷装置として、制御ユニット５１、膨張ユニット５３等を備える立体画像形成システム５０を例に挙げているが、これに限られず、印刷装置は、図５に示すようなインクジェット式の印刷ユニット５２のみから構成されてもよい。

また、上述した実施の形態では、熱膨張性シートの特定の領域を加熱する光熱変換層を印刷する構成を例に挙げて説明したが、特定の領域を加熱するためのインクとして使用するものであれば、熱膨張性シート以外に使用することも可能である。

上述した実施形態では、熱膨張性シートの表面及び裏面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。いずれの実施形態でも光熱変換層は、表面のみ又は裏面のみに形成することも可能である。

また、図では、熱膨張性シートの各層、光熱変換層（表側及び裏側）、及びカラーインク層は、いずれも説明のため、必要に応じて誇張して図示されている。従って、これらの形状、厚み、色味等が図示したものに限定されることを意図するものではない。

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］
熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を膨張させるために使用される光熱変換層を形成するインクであって、
前記インクは、赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、
前記インクのベースが白色である、
ことを特徴とするインク。
［付記２］
前記インクを用いて前記光熱変換層が形成される前記熱膨張性シートの一方の面又は他方の面が白色であり、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下である、
ことを特徴とする付記１に記載のインク。
［付記３］
前記無機赤外線吸収剤は、セシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンである、
ことを特徴とする付記１又は２に記載のインク。
［付記４］
熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を光熱変換層を用いて膨張させることによる造形物の製造方法であって、
赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、ベースが白色であるインクを用いて、前記熱膨張性シートの一方及び／又は他方の面上に前記光熱変換層を形成する工程を備える、
ことを特徴とする造形物の製造方法。
［付記５］
前記インクを用いて前記光熱変換層が形成される前記熱膨張性シートの一方の面又は他方の面が白色であり、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下である、
ことを特徴とする付記４に記載の造形物の製造方法。
［付記６］
前記無機赤外線吸収剤は、セシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンである、
ことを特徴とする付記４又は５に記載の造形物の製造方法。
［付記７］
熱により膨張する熱膨張層と、前記熱膨張層を膨張させるための光熱変換層と、を備える熱膨張性シートであって、
前記光熱変換層は、赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、ベースが白色であるインクにより形成される、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
［付記８］
前記インクを用いて前記光熱変換層が形成される前記熱膨張性シートの一方の面又は他方の面が白色であり、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下である、
ことを特徴とする付記７に記載の熱膨張性シート。
［付記９］
前記無機赤外線吸収剤は、セシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンである、
ことを特徴とする付記７又は８に記載の熱膨張性シート。

１０・・・インク、２０・・・熱膨張性シート、２１・・・基材、２２・・・熱膨張層、２５・・・インク層、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・・・搬出部、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、７１・・・キャリッジ、７２・・・印刷ヘッド、７３，７３ｅ，７３ｃ，７３ｍ，７３ｙ・・・インクカートリッジ、７４・・・ガイドレール、７５・・・駆動ベルト、７５ｍ・・・モータ、７６・・・フレキシブル通信ケーブル、７７・・・フレーム、７８・・・プラテン、７９ａ・・・給紙ローラ対、７９ｂ・・・排紙ローラ対

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を部分的又は全体的に膨張させるための光熱変換層を形成するためのインクを用いた造形物の製造方法に関する。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、造形物の色味への影響を低減させることが可能な光熱変換層を形成するためのインクを用いた造形物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、本発明に係る造形物の製造方法は、熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を光熱変換層を用いて膨張させることによる造形物の製造方法であって、赤外領域の少なくともいずれかの波長領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤がベースに含有されたインクを用いて、白色に形成された前記熱膨張性シートの一方及び／又は他方の面に前記光熱変換層を形成する第１工程と、前記第１工程で形成された前記光熱変換層に向けて、照射量が所定の光量となるように赤外光を含む光を照射することにより前記光熱変換層に対応する領域の前記熱膨脹層を膨張させる第２工程と、を有し、前記インクは、白色顔料が含有されており、前記第１工程は、前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、前記光熱変換層を形成する、ことを特徴とする。

本発明によれば、造形物の色味への影響を低減させることが可能な光熱変換層を形成するためのインクを用いた造形物の製造方法を提供することができる。

Claims

熱膨張性シートの熱膨張層の少なくとも一部を光熱変換層を用いて膨張させることによる造形物の製造方法であって、
赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、ベースが白色であるインクを用いて、前記熱膨張性シートの一方及び／又は他方の面に前記光熱変換層を形成する第１工程を備え、
前記インクは、前記無機赤外線吸収剤として１０重量％のセシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンを含み、
前記第１工程は、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、
且つ、前記インクの少なくとも一部が前記熱膨張性シートに吸収されるように、前記光熱変換層を形成する、
ことを特徴とする造形物の製造方法。
前記光熱変換層に重なる箇所の前記熱膨張層を、前記光熱変換層を用いて膨張させる第２工程を備え、
前記第１工程は、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、前記第２工程の実施後における前記光熱変換層と、の間における前記色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、前記光熱変換層を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の造形物の製造方法。
前記光熱変換層に重なる箇所の前記熱膨張層を、前記光熱変換層を用いて膨張させる第２工程を備え、
前記第１工程は、前記第２工程の実施前における前記光熱変換層と、前記第２工程の実施後における前記光熱変換層と、の間における前記色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、前記光熱変換層を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の造形物の製造方法。
前記熱膨張性シートの一方及び他方の面のうち、少なくとも前記光熱変換層が形成される方の面が予め白色に形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の造形物の製造方法。
熱により膨張する熱膨張層と、前記熱膨張層を膨張させるための光熱変換層と、を備える熱膨張性シートであって、
前記光熱変換層は、赤外領域の少なくともいずれかの領域で、可視光領域と比較して高い吸光率を有する無機赤外線吸収剤を含み、ベースが白色であるインクを用いて、前記熱膨張性シートの一方及び／又は他方の面に形成され、
前記インクは、前記無機赤外線吸収剤として１０重量％のセシウム酸化タングステン又は六ホウ化ランタンを含み、
前記光熱変換層と、前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、の間におけるＬ*ａ*ｂ*表色系を用いて算出される色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、
且つ、前記インクの少なくとも一部が前記熱膨張性シートに吸収されるように、前記光熱変換層が形成されている、
ことを特徴とする熱膨張性シート。
前記熱膨張性シートの前記光熱変換層が形成される面と、前記光熱変換層に重なる箇所の前記熱膨張層を前記光熱変換層を用いて膨張させた後における前記光熱変換層と、の間における前記色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、前記光熱変換層が形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の熱膨張性シート。
前記光熱変換層に重なる箇所の前記熱膨張層を前記光熱変換層を用いて膨張させる前における前記光熱変換層と、前記光熱変換層に重なる箇所の前記熱膨張層を前記光熱変換層を用いて膨張させた後における前記光熱変換層と、の間における前記色差ΔＥ*ａｂが、３．２以下となるように、前記光熱変換層が形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の熱膨張性シート。
前記熱膨張性シートの一方及び他方の面のうち、少なくとも前記光熱変換層が形成される方の面が予め白色に形成されている、
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の熱膨張性シート。