JP2021100818A - 造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱膨張層を効率的に大きく膨張させ、さらに表面の凹凸形状の制御が容易な熱膨張性シートを提供する。【解決手段】基材2上に、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11,12を積層してなり、表面に黒色インクのパターンの光熱変換部材4を印刷される熱膨張性シートであって、熱膨張層12の膨張開始温度が熱膨張層11よりも高温である。近赤外線光を照射されて発熱した光熱変換部材4から遠い側の熱膨張層11が先に膨張開始温度に到達するので、その後に膨張開始温度に到達して膨張する熱膨張層12によって光熱変換部材4からさらに遠ざかっても十分に大きく膨張する。【選択図】図2B
Description
本発明は、造形物の製造方法に関する。
熱によって膨張する発泡性のマイクロカプセルを分散させた熱可塑性樹脂材料(オリゴマー等)は、多孔質の発泡体の原料であり、充填材、断熱材、緩衝材、クッション材等に適用される。また、表面に突出するように膨張させて凹凸を形成することができることから、基材上に塗布してから膨張させて、壁紙等の装飾品にも適用される(例えば、特許文献1)。さらに、全面に塗布したものを局所的に加熱することによって、凹凸を形成することができる。具体的には、フィルム状の基材にこのようなマイクロカプセル配合樹脂材料を膜状に積層した熱膨張性シート(または熱発泡性シートという)を用い、印刷と近赤外線照射によって、表面に所望の凹凸形状を有するレリーフ状の立体造形物を容易に製造することができる(例えば、特許文献2)。
詳しくは、図11の上段に断面図で表すように、熱膨張性シート110は、厚口の紙等からなる伸縮性の低い基材2上に、マイクロカプセルを分散させた樹脂材料を塗布して熱膨張層101を形成してなり、さらにインクジェットプリンタに対応するために、熱膨張層101上の表面がインク受容層3で被覆されている。そして、ここでは、熱膨張性シート110の熱膨張層101側の表面(インク受容層3上)に、凸状にしようとする領域のパターンを黒色インク4で印刷する。印刷面に近赤外線を照射すると、光吸収性の高い黒色インク4が発熱し、図11の下段に示すように、黒色インク4の直下とその近傍で熱膨張層101が次第に膨張し、基材2に固定されていない表面へ突出して盛り上がる。さらに、マイクロカプセルは加熱温度によって膨張の程度が変化するので、黒色インク4の濃淡(グレースケール)によって黒色インク4の発熱温度を調整して、異なる膨張高さの凹凸形状を形成することができる。詳しくは、マイクロカプセルは、内包する揮発性溶媒の種類等によって膨張する温度域が異なり、温度域の下限を膨張開始温度TEsとし、膨張率が最大となる最大膨張温度TEmaxを超える高温下では収縮するので膨張率が低くなる。なお、図11では、熱膨張層101を、マイクロカプセルを模したドットパターンで表し、膨張の程度(膨張率)をドット(円)径の大小で表す。
マイクロカプセル配合樹脂材料は、マイクロカプセルの配合等によっては最大で膨張前の体積の10倍程度に膨張する。そのため、例えば、表面の段差のより大きな立体造形物を製造するためには、熱膨張性シートの熱膨張層を厚く形成すればよいことになる。ここで、熱膨張性シート120の熱膨張層101は、熱源である黒色インク4に近い表層がまず膨張し(図11下段左側)、その後、深さ方向(厚さ方向)に熱が伝播して深部(下層)が膨張する(図11下段右側)。このときの熱膨張性シート120における黒色インク4、ならびに熱膨張層101の表層および深部のそれぞれの温度推移を図12に示す。
近赤外線の照射開始により、黒色インク(4)は発熱して昇温し、その濃度に応じた加熱温度(最高温度)に到達する。ここでは、加熱温度は、熱膨張層101の最大膨張温度TEmaxに設定されている。一定時間経過後、近赤外線の照射を停止されると自然冷却される。熱膨張層101の表層(101s)は、黒色インク4から僅かに遅れて昇温し、膨張開始温度TEsに到達すると膨張を開始する。それによって、黒色インク4からの距離が遠くなり、また、気泡を含むことで熱伝導性が低下するので、熱伝播が遅くなり昇温速度が黒色インク4よりも低速になる。ただし、膨張前の距離が近いのでこれらの影響は小さく、減速の程度は少ない。そして、黒色インク4から遅れて最大膨張温度TEmaxに到達すると、膨張が最高速度で進行し、近赤外線照射の停止によって、膨張開始温度TEs未満まで降下すると膨張が停止する。または、マイクロカプセルが最大まで膨張すると、膨張温度域でも膨張が停止する(飽和する)。
一方、熱膨張層101の深部(101d)は、表層からさらに遅れて昇温するが、熱膨張層101の一部すなわち表層が膨張を開始すると、黒色インク4からさらに距離が遠くなるので昇温速度が減速し、膨張開始温度TEs到達までに時間を要する。さらに膨張開始温度TEsに到達して膨張を開始した後も、熱膨張層101(101s,101d)の膨張に伴い昇温速度が漸減し、最大膨張温度TEmax到達が表層に対していっそう遅れる。したがって、熱膨張層101は、厚み全体を十分に膨張させるために、表層の膨張が飽和した後も継続して黒色インク4を発熱させる必要があり、生産性や近赤外線照射におけるエネルギー効率がよくない。このような挙動は、熱膨張層101が厚いほど顕著である。
さらに、熱膨張性シート120において、黒色インク4からの熱が厚さ方向と同時に面内方向に伝播するので、熱膨張層101が黒色インク4の直下の外側でも膨張する。したがって、膨張高さ(厚さ)を大きくしようと加熱時間を長くするほど、黒色インク4のパターンに対して凸状の領域が広くなり、また、表面の凹凸がなだらかになって、凹凸形状の制御が困難になる。
本発明の課題は、熱膨張層を厚膜化しても、厚み全体を効率的に膨張させることができる造形物の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明に係る第1の態様の造形物の製造方法は、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が基材上に設けられた熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第1工程と、前記パターン層に向けて前記光を照射する第2工程と、を有し、前記熱膨張層は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造とされているとともに、前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられた方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度が高く設定されており、前記第1工程は、熱膨張性シートにおいて前記基材上に前記熱膨張層が設けられている方の面に前記パターン層を設ける、ことを特徴とする。
また、本発明に係る第2の態様の造形物の製造方法は、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が基材上に設けられた熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第1工程と、前記パターン層に向けて前記光を照射する第2工程と、を有し、前記熱膨張層は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造とされているとともに、前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられた方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度が低く設定されており、前記第1工程は、前記熱膨張性シートにおいて前記熱膨張層が設けられている方の面とは反対側の面に前記パターン層を設ける、ことを特徴とする。
また、本発明に係る第3の態様の造形物の製造方法は、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基材上に設けることにより、熱膨張性シートを生成する第1工程と、前記熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第2工程と、前記パターン層に向けて前記光を照射する第3工程と、を有し、前記第1工程は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造となるように前記熱膨張層を設けるとともに、前記第2工程において前記パターン層が、前記熱膨張層が設けられる方の面に設けられる場合には前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられる方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度を高く設定する一方で、前記熱膨張層が設けられる方の面とは反対側の面に設けられる場合には前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられる方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度を低く設定する、ことを特徴とする。
また、本発明に係る第2の態様の造形物の製造方法は、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が基材上に設けられた熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第1工程と、前記パターン層に向けて前記光を照射する第2工程と、を有し、前記熱膨張層は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造とされているとともに、前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられた方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度が低く設定されており、前記第1工程は、前記熱膨張性シートにおいて前記熱膨張層が設けられている方の面とは反対側の面に前記パターン層を設ける、ことを特徴とする。
また、本発明に係る第3の態様の造形物の製造方法は、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基材上に設けることにより、熱膨張性シートを生成する第1工程と、前記熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第2工程と、前記パターン層に向けて前記光を照射する第3工程と、を有し、前記第1工程は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造となるように前記熱膨張層を設けるとともに、前記第2工程において前記パターン層が、前記熱膨張層が設けられる方の面に設けられる場合には前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられる方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度を高く設定する一方で、前記熱膨張層が設けられる方の面とは反対側の面に設けられる場合には前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられる方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度を低く設定する、ことを特徴とする。
本発明によれば、熱膨張層を厚膜化しても、厚み全体を効率的に膨張させることができる。
以下、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための熱膨張性シートを例示するものであって、以下に限定するものではない。図面に示す部材は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、また、形状を単純化していることがある。また、以下の説明において、同一のまたは同質の部材や工程については、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
〔第1の実施形態〕
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。
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。
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る熱膨張性シート10は、一様な厚さのシート状の可撓性部材であり、基材2、熱膨張積層膜1、インク受容層3を順に積層してなり、さらに熱膨張積層膜1は、基材2の側から第1熱膨張層11、第2熱膨張層12を積層した二層膜である。熱膨張性シート10は、表側の面すなわちインク受容層3に黒色インクで印刷されるための被印刷物である。したがって、熱膨張性シート10は、立体造形物を製造する際の印刷機に対応した寸法(定形サイズ)とし、立体造形物以上の寸法であればよく、例えばA4用紙サイズである。
(基材)
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。
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。
(第1熱膨張層、第2熱膨張層)
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。
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。
本発明においては、第1熱膨張層11と第2熱膨張層12は、互いに膨張開始温度が異なるものが適用される。基材2側の第1熱膨張層11の膨張開始温度TE1sよりも、表面側の第2熱膨張層12の膨張開始温度TE2sの方が高温であり(TE1s<TE2s)、第2熱膨張層12の厚さh2が厚いほど差(TE2s−TE1s)が大きいことが好ましい。また、第1熱膨張層11の最大膨張温度TE1maxよりも第2熱膨張層12の最大膨張温度TE2maxの方が高温であることが好ましい(TE1max<TE2max)。なお、第1熱膨張層11の最大膨張温度TE1maxと第2熱膨張層12の膨張開始温度TE2sの関係は特に規定されないが、立体造形物を段階的な膨張高さに形成するためには、第2熱膨張層12の膨張開始温度TE2sの方が高温であることが好ましい(TE1max<TE2s)。これら熱膨張層11,12の熱的性質については、後記の立体造形物製造方法で詳細に説明する。
熱膨張層11,12の厚さの合計(h1+h2)すなわち熱膨張積層膜1の厚さが大きいほど、膨張高さの大きな立体造形物を得ることができる。一方、第2熱膨張層12の厚さh2が小さい方が、表面の凸状の領域を所望の形状に制御し易く、表面の凹凸の段差のより急峻な立体造形物を得ることができる。また、第1熱膨張層11は、膨張温度域(TE1s,TE1max)ならびに第2熱膨張層12の最大膨張温度TE2maxおよび厚さh2によって、膨張させることができる表面からの厚さ(深さ)に限界があるので、これらに応じて厚さh1を設計することが好ましい。
熱膨張積層膜1の局所的な膨張は、熱膨張積層膜1への局所的な加熱によるものであり、後記の立体造形物の製造方法で説明するように、熱膨張性シート10の表面に付着させた黒色インクからなる光熱変換部材4が、照射された光を変換して熱を放出することによって行われる。
(インク受容層)
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。
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。
(熱膨張性シートの製造方法)
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。
(立体造形物の製造方法)
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。
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。
印刷工程において、図2Aに示すように、熱膨張性シート10の表面のインク受容層3上に、立体造形物において凸状とする領域の形状のパターンに、黒色インクで光熱変換部材4を印刷する。印刷機は、被印刷物が第1熱膨張層11の膨張開始温度TE1s以上に加熱されない方式とし、オフセット、インクジェット等の公知の装置から印刷品質等に対応したものを選択することができる。また、必要に応じて、光熱変換部材4を印刷した後または同時に、フルカラー印刷等によって所望の画像パターンを熱膨張性シート10の表面に印刷してもよい。画像パターンは、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色インクからなり、カーボンブラックを含有する黒色インクは使用しない。ここで、光熱変換部材について説明する。
光熱変換部材4は、図2Aに示すように、熱膨張性シート10の表面に形成されるモノクロまたはグレースケールのパターンである。光熱変換部材4は、特定の波長域の光、例えば近赤外線(波長780nm〜2.5μm)を吸収して、熱に変換して放出する部材であり、具体的にはカーボンブラックを含有する一般的な印刷用の黒色(K)インクからなる。光熱変換部材4は、濃淡、すなわち面積あたりのカーボンブラックの濃度(黒色濃度)に応じて光を照射されたときの発熱温度が変化し、この温度に応じて熱膨張性シート10の熱膨張積層膜1を膨張させて、表面に凹凸を形成する。図2Aにおいては、左側に最高濃度(黒色)、右側に中間濃度(灰色)の、各一色のパターンを示す。本明細書において、「光」とは、別途記載のない限り、光熱変換部材4のカーボンブラックによって熱に変換される近赤外線(近赤外光)とする。なお、熱に変換されるのであれば光に限られず、電波等を含めた電磁波を適用し得る。
光照射工程において、熱膨張性シート10の光熱変換部材4印刷面すなわち表面に、近赤外線を含む光を照射する。熱膨張性シート10に近赤外線を照射する光照射装置は、熱膨張性シートで立体造形物を形成するための公知の装置を適用することができる。詳しくは、光照射装置は、印刷機のようにシート状の被照射物を一方向に搬送する搬送機構と、光熱変換部材4によって熱に変換される近赤外線を含む光を放射する光源と、反射板と、当該光照射装置を冷却する冷却器と、を主に備える。光源は、例えばハロゲンランプであり、被照射物へその全幅にわたって設けられる。反射板は、光源から被照射物へ光を効率的に照射するために、略半円柱の柱面形状の曲面に形成されて内側に鏡面を有し、光源の被照射物と対向する側の反対側を覆う。冷却器は、空冷方式のファンや水冷方式のラジエータ等であり、反射板の近傍に設けられる。
熱膨張性シート10に照射された光が光熱変換部材4に入射、吸収されると熱に変換され、光熱変換部材4がその黒色濃度に対応した温度に加熱される。この熱が表面から第2熱膨張層12を厚さ方向に伝播して、第1熱膨張層11が加熱される。そして、図2B左側に示すように、光熱変換部材4の直下において、第1熱膨張層11が、膨張開始温度TE1s以上に到達すると膨張を開始する。このとき、第1熱膨張層11は、下側が基材2に固定されているので、上側の軟質な第2熱膨張層12を伸長させて表面へ突出して膨張する。なお、図2Bにおいては、光熱変換部材4は、図2Aにおける左側の黒色のパターンを示す。また、図2B、および後記の第2の実施形態以降における立体造形物の製造方法を説明する断面図においては、熱膨張層11,12を、マイクロカプセルを模したドットパターンで表し、膨張の程度(膨張率)をドット(円)径の大小で表す。
その後、第2熱膨張層12が、膨張開始温度TE2s以上に到達すると、図2B右側に示すように第1熱膨張層11に続いて膨張を開始する。熱膨張性シート10への光の照射を停止して一定時間(短時間)経過すると、第2熱膨張層12が膨張開始温度TE2s未満に、第1熱膨張層11が膨張開始温度TE1s未満に、それぞれ冷却されることによって、膨張が停止する。
光照射工程における、光熱変換部材4および熱膨張層11,12のそれぞれの温度推移、ならびに熱膨張積層膜1の膨張高さの推移を詳細に説明する。図3に示すように、光照射開始により、光熱変換部材(4)は発熱して昇温し、その濃度に応じた加熱温度(最高温度)に到達する。ここでは、加熱温度が、第2熱膨張層12の最大膨張温度TE2maxに設定されている。第2熱膨張層(12)は、光熱変換部材4から僅かに遅れて昇温し、膨張開始温度TE2sに到達すると膨張を開始する。すなわち、第2熱膨張層12は、厚さ(H2)が漸増するので、下層において光熱変換部材4からの距離が遠くなり、また、気泡を含むことで熱伝導性が低下するので、熱伝播が遅くなって昇温速度が光熱変換部材4よりも低速になる。ただし、膨張前の距離が近い(h2以下)のでこれらの影響は小さく、減速の程度は少ない。そして、第2熱膨張層12は、光熱変換部材4と同等の温度(最大膨張温度TE2max)に到達すると膨張の速度が最高速になり、光照射の停止後に温度が降下すると、膨張の速度が減速し、さらに膨張開始温度TE2s未満に降下すると膨張が停止する。
第1熱膨張層11は、第2熱膨張層12からさらに遅れて昇温するが、膨張開始温度TE1sが低温であるので、第2熱膨張層12が膨張を開始する前に、膨張開始温度TE1sに到達して膨張を開始し、厚さ(H1)が漸増する。第1熱膨張層11は、第2熱膨張層12と同様に膨張によって昇温速度が減速し、その後、第2熱膨張層12が膨張を開始するとさらに減速する。第1熱膨張層11は、第2熱膨張層12と同様に加熱温度である最大膨張温度TE2maxに近付くように昇温するので、第2熱膨張層12よりは低速だが膨張の速度が緩やかに加速する。そして、第1熱膨張層11は、その最大膨張温度TE1max近傍に到達するが、さらに昇温する前に、光照射の停止によって光熱変換部材4、第2熱膨張層12が順次温度が降下するので、それ以上には昇温せず、第2熱膨張層12から遅れて温度が降下し始め、その後、膨張開始温度TE1s未満に降下すると膨張が停止する。すなわち、第1熱膨張層11は、第2熱膨張層12が膨張を停止した後も継続して膨張する。したがって、最終的に図4の左側に示すように、第1熱膨張層11は、第2熱膨張層12と同程度に膨張して、熱膨張層11,12をそれぞれ大きく膨張させた立体造形物が得られる。さらに、第1熱膨張層11が膨張を完了するまでの時間が短縮され、その結果、熱膨張層11,12、特に第2熱膨張層12は、膨張温度域である時間が短縮されたことによって、面内方向への熱の伝播が少なく、光熱変換部材4の直下でその外側に広く拡張しない領域に限定して膨張することができる。
このように、第2熱膨張層12が膨張開始温度TE2sに到達する以前に、第1熱膨張層11が膨張開始温度TE1sに到達するので、長時間加熱しなくても、熱源である光熱変換部材4から遠い第1熱膨張層11も第2熱膨張層12と同程度に膨張する。なお、先に第2熱膨張層12が膨張開始温度TE2sに到達してもよいが、その後、より短時間で第1熱膨張層11が膨張開始温度TE1sに到達することが好ましい。また、第1熱膨張層11、第2熱膨張層12がそれぞれの最大膨張温度TE1max,TE2max近傍よりも高温にならないように、光熱変換部材4の黒色濃度、光照射の光強度および時間等を設定する。具体的には、第1熱膨張層11、第2熱膨張層12がTE1max+5℃以下、TE2max+5℃以下であることが好ましく、TE1max以下、TE2max以下であることがさらに好ましい。
また、光熱変換部材4の黒色濃度を調整して、加熱温度を第1熱膨張層11の膨張開始温度TE1s以上、第2熱膨張層12の膨張開始温度TE2s未満に設定することによって、図4の右側に示すように、第1熱膨張層11のみを膨張させることができる。特に、TE1max<TE2sである場合、膨張させる層を、第1熱膨張層11のみ、または第1熱膨張層11と第2熱膨張層12の両方の2通りから選択して、段階的な膨張高さに形成することが容易となる。
(変形例)
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。
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。
図5に示すように、第1の実施形態の変形例に係る熱膨張性シート10Aは、基材2、熱膨張積層膜1A、インク受容層3を順に積層してなり、さらに熱膨張積層膜1Aは、基材2の側から第1熱膨張層11、第2熱膨張層12、第3熱膨張層13を積層した3層膜である。第3熱膨張層13は、第2熱膨張層12よりもさらに膨張開始温度が高温であり、すなわち、第2熱膨張層12と第3熱膨張層13の関係は、第1熱膨張層11と第2熱膨張層12の関係と同様である。
本変形例に係る熱膨張性シート10Aによれば、熱膨張積層膜1Aを厚く設けて、より膨張高さの大きな立体造形物を得ることができ、あるいは、熱膨張層11,12,13の各層の厚さを抑制して、表面の凹凸形状を制御し易いものとすることができる。また、膨張させる層を、第1熱膨張層11のみ、熱膨張層11,12の二層、または熱膨張層11,12,13の3層すべての3通りから選択して、段階的な膨張高さに形成することが容易となる。
〔第2の実施形態〕
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。
図6に示すように、本発明の第2の実施形態に係る熱膨張性シート10Bは、第1の実施形態に係る熱膨張性シート10(図1参照)と同様に、基材2A、熱膨張積層膜1、インク受容層3を順に積層してなるが、熱膨張積層膜1は、基材2Aの側から第2熱膨張層12、第1熱膨張層11の順に積層される。すなわち、熱膨張性シート10Bは、第1の実施形態に係る熱膨張性シート10の第1熱膨張層11と第2熱膨張層12の積層順を入れ替えた構造である。熱膨張性シート10Bは、少なくとも裏側の面に黒色インクで印刷されるための被印刷物である。熱膨張層11,12、およびインク受容層3の各構成は、第1の実施形態と同様である。基材2Aは、第1の実施形態の基材2と同様の構成であるが、厚さ方向に熱を伝播し易いように、必要な強度が得られる範囲で厚さが小さいことが好ましい。さらに、基材2Aは、裏面に黒色インクで印刷可能であるように、必要に応じてインク受容層3を有する(図示省略)。
(立体造形物の製造方法)
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。
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。
印刷工程において、図7Aに示すように、熱膨張性シート10Bの基材2A側の面(裏面)に、黒色インクで光熱変換部材4Aを印刷する。光熱変換部材4Aは、立体造形物において凸状とする領域の形状のパターンの鏡像に形成される。また、光熱変換部材4Aは、放出した熱が基材2Aを経由して熱膨張積層膜1へ伝播するので、第1の実施形態と比較して、その直上から外側に広く拡張した領域で熱膨張積層膜1が膨張する傾向があり、そのため、凸状とする領域よりも小さなパターンに形成する。それ以外において光熱変換部材4Aは、第1の実施形態の光熱変換部材4と同様の構成である。また、光熱変換部材4Aの印刷の次または前に、熱膨張性シート10Bの表面のインク受容層3上に、黒色インクを含む色インクで所望の画像パターンを印刷してもよい。
光照射工程において、熱膨張性シート10Bの光熱変換部材4A印刷面すなわち裏面に、近赤外線を含む光を照射する。光熱変換部材4Aがその黒色濃度に対応した温度に加熱され、その熱が裏面から基材2A、第2熱膨張層12を厚さ方向に伝播して、第1熱膨張層11が加熱される。すると、図7B左側に示すように、光熱変換部材4Aの直上において、第1熱膨張層11が、膨張開始温度TE1s以上に到達し、膨張を開始する。その後、同図右側に示すように、第2熱膨張層12が、膨張開始温度TE2s以上に到達し、膨張を開始する。
このように、第1の実施形態に係る熱膨張性シート10と同様に、第2熱膨張層12が膨張開始温度TE2sに到達する以前に、第1熱膨張層11が膨張開始温度TE1sに到達するので、第1熱膨張層11と第2熱膨張層12を同程度に大きく膨張させることができる。さらに、黒色パターンが熱膨張性シート10Bの裏面に印刷されるので、立体造形物の表面の画像パターンが鮮明なものとなる。なお、本実施形態において、第1熱膨張層11は、厚さの小さなインク受容層3のみを介して表面に設けられているので、光照射停止後、第2熱膨張層12の温度降下からほとんど遅れることなく温度が降下する。したがって、第1熱膨張層11は、第1の実施形態と比較して、光照射停止後、膨張を停止するまでの期間が短いので、それを考慮して光照射時間等を設定する。
(変形例)
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。
〔第3の実施形態〕
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。
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。
図8に示すように、本発明の第3の実施形態に係る熱膨張性シート10Cは、基材2A、熱膨張積層膜1C、インク受容層3を順に積層してなり、さらに熱膨張積層膜1Cは、基材2Aの側から、第3熱膨張層15、第1熱膨張層11A、第2熱膨張層12を積層した3層膜である。熱膨張性シート10Cは、両側の面に黒色インクで印刷されるための被印刷物である。基材2Aの構成は、第2の実施形態と同様である。インク受容層3の構成は、第1の実施形態と同様である。
第1熱膨張層11Aおよび第2熱膨張層12の各構成は、第1の実施形態における第1熱膨張層11および第2熱膨張層12と同様であり、膨張開始温度TE1s,TE2sの関係も同様である(TE1s<TE2s)。ただし、第1熱膨張層11Aは、後記の立体造形物の製造方法で説明するように、上層と下層を分けて膨張させるため、これに対応した厚さh1に設計することができる。第3熱膨張層15は、第1熱膨張層11Aとの関係において第2熱膨張層12と同様であり、すなわち膨張開始温度TE3sが第1熱膨張層11Aの膨張開始温度TE1sよりも高温である(TE1s<TE3s)。なお、第2熱膨張層12と第3熱膨張層15の関係については特に規定されず、膨張開始温度TE2s,TE3s等の熱的性質や厚さh2,h3が同じであっても異なるものであってもよい。
(立体造形物の製造方法)
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。
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。
印刷工程において、図9Aに示すように、熱膨張性シート10Cの表面のインク受容層3上に光熱変換部材4を、裏面の基材2Aに光熱変換部材4Aを、それぞれ黒色インクで印刷する。光熱変換部材4,4Aの各構成は、それぞれ第1、第2の実施形態と同様である。また、必要に応じて、光熱変換部材4を印刷した後または同時に、黒色インクを除いた色インクで所望の画像パターンを熱膨張性シート10Cの表面に印刷してもよい。
表面光照射工程において、熱膨張性シート10Cの表面に、近赤外線を含む光を照射する。第1実施形態の光照射工程(図2B参照)と同様に、光熱変換部材4がその黒色濃度に対応した温度に加熱され、光熱変換部材4の直下で、第1熱膨張層11A、第2熱膨張層12が順次膨張を開始する。ここでは、加熱温度が、第2熱膨張層12の最大膨張温度TE2maxに設定されている。図9Bに示すように、表面光照射工程では、第2熱膨張層12が最大膨張温度TE2maxに対応した膨張高さに膨張する。一方、第1熱膨張層11Aは、上層が第2熱膨張層12と同程度に膨張し、光熱変換部材4からの距離が大きい下層は、熱が伝播せず、膨張量が少ない、または膨張しない。
裏面光照射工程において、熱膨張性シート10Cの裏面に、近赤外線を含む光を照射する。第2実施形態の光照射工程(図7B参照)と同様に、光熱変換部材4Aがその黒色濃度に対応した温度に加熱され、光熱変換部材4Aの直上で、第1熱膨張層11A、第3熱膨張層15が順次膨張を開始する。ここでは、加熱温度が、第3熱膨張層15の最大膨張温度TE3maxに設定されている。図9Cに示すように、裏面光照射工程では、第3熱膨張層15が最大膨張温度TE3maxに対応した膨張高さに膨張する。一方、第1熱膨張層11Aは、下層すなわち、表面光照射工程で大きく膨張しなかった部分が、第3熱膨張層15と同程度に膨張する。
このように、両面から光を照射して、光の照射面から遠い第1熱膨張層11Aを上層と下層に分けて膨張させ、その際に、照射面に近い第2熱膨張層12または第3熱膨張層15よりも先に膨張を開始するので、熱膨張層11A,12,15を同程度に大きく膨張させることができる。
(変形例)
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。
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。
図10に示すように、第3の実施形態の変形例に係る熱膨張性シート10Dは、基材2A、熱膨張積層膜1D、インク受容層3を順に積層してなり、さらに熱膨張積層膜1Dは、基材2Aの側から第3熱膨張層15、第4熱膨張層14、第1熱膨張層11、第2熱膨張層12を積層した4層膜である。本変形例は、第3の実施形態に係る熱膨張性シート10C(図8参照)の第1熱膨張層11Aを、膨張開始温度の異なる第1熱膨張層11と第4熱膨張層14の二層に分割した構成である。
第4熱膨張層14は、第3熱膨張層15よりも膨張開始温度が低温であり(TE4s<TE3s)、厚さh4は、第1の実施形態の第1熱膨張層11の厚さh1と同様に設計される。すなわち、第4熱膨張層14と第3熱膨張層15の関係は、第1熱膨張層11と第2熱膨張層12の関係と同様である。また、第1熱膨張層11と第4熱膨張層14は、膨張開始温度が異なり、ここでは、第4熱膨張層14の膨張開始温度TE4sが第1熱膨張層11の膨張開始温度TE1sよりも低温である(TE4s<TE1s)。すなわち、熱膨張性シート10Dにおいては、TE4s<TE1s<TE2s、TE4s<TE3sとなるように、熱膨張層11,12,14,15が設計される。
本変形例に係る熱膨張性シート10Dは、第3の実施形態に係る熱膨張性シート10Cと同様に、両面に光熱変換部材4,4Aを印刷する印刷工程と、表面光照射工程と、裏面光照射工程と、を順に行って熱膨張積層膜1Dを膨張させる。本変形例では、表面光照射工程において、第2熱膨張層12および第1熱膨張層11を膨張させ、その際、膨張開始温度TE4sが低い第4熱膨張層14も、第1熱膨張層11近傍(上層)が膨張する。一方、裏面光照射工程においては、第3熱膨張層15および第4熱膨張層14を膨張させるが、第1熱膨張層11ができるだけ膨張しないように、光熱変換部材4Aの黒色濃度等を設計する。したがって、膨張高さや表面の凹凸形状がより制御し易い。
第3の実施形態の別の変形例として、第1の実施形態の変形例に係る熱膨張性シート10A(図5参照)と同様に、第2熱膨張層12上に、第2熱膨張層12よりも膨張開始温度の高い熱膨張層13を積層して備えてもよい。このような熱膨張性シートは、表面光照射工程で、熱膨張層13,12および第1熱膨張層11Aの上層を膨張させる。
また、例えば第1の実施形態に係る熱膨張性シート10(図1参照)について、両面に光熱変換部材4,4Aを印刷して、両面それぞれに光を照射してもよい。すなわち、表面光照射工程において、第2熱膨張層12と第1熱膨張層11の上層とを膨張させ、裏面光照射工程において、第1熱膨張層11のみを膨張させる。
本発明に係る熱膨張性シートは、黒色インクのパターン形成と光照射以外の方法で加熱して膨張させることもできる。例えば、加熱した金属等の型を接触させたり、熱風を吹き付けたりしてもよい。
本発明に係る熱膨張性シートは、用途が立体造形物に限られない。例えば、基材を備えずに熱膨張積層膜で構成され、接着剤等で対象物に貼り合わせたり、直接に塗膜を形成したりした後、表面から加熱して膨張させることもできる。さらに、装飾部材に限られず、発泡シートやエアクッションのようなシート状の緩衝材や、断熱材として、壁や窓等の建築資材に貼り付けて使用することもできる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔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。
〔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。
10,10A,10B,10C,10D 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
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 (4)
- 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が基材上に設けられた熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第1工程と、
前記パターン層に向けて前記光を照射する第2工程と、
を有し、
前記熱膨張層は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造とされているとともに、前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられた方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度が高く設定されており、
前記第1工程は、熱膨張性シートにおいて前記基材上に前記熱膨張層が設けられている方の面に前記パターン層を設ける、
ことを特徴とする造形物の製造方法。 - 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が基材上に設けられた熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第1工程と、
前記パターン層に向けて前記光を照射する第2工程と、
を有し、
前記熱膨張層は、互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造とされているとともに、前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられた方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度が低く設定されており、
前記第1工程は、前記熱膨張性シートにおいて前記熱膨張層が設けられている方の面とは反対側の面に前記パターン層を設ける、
ことを特徴とする造形物の製造方法。 - 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基材上に設けることにより、熱膨張性シートを生成する第1工程と、
前記熱膨張性シートの一方の面に、所定の光が照射された場合に発熱する材料でパターン層を設ける第2工程と、
前記パターン層に向けて前記光を照射する第3工程と、
を有し、
前記第1工程は、
互いに膨張開始温度が異なる第1熱膨張層と第2熱膨張層とが積層された積層構造となるように前記熱膨張層を設けるとともに、
前記第2工程において前記パターン層が、前記熱膨張層が設けられる方の面に設けられる場合には前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられる方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度を高く設定する一方で、前記熱膨張層が設けられる方の面とは反対側の面に設けられる場合には前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層とのうち前記基材側に設けられる方の熱膨張層が他方の熱膨張層よりも膨張開始温度を低く設定する、
ことを特徴とする造形物の製造方法。 - 前記第1熱膨張層及び前記第2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、
前記第1熱膨張層と前記第2熱膨張層との間で、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から3のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
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