JP6406312B2 - 構造物製造システム - Google Patents

Description

本発明は、構造物を製造する構造物製造システムに関する。

従来、吸収した熱量に応じて発泡膨張する膨張層を一方の面上に有する媒体（例えば、熱膨張性シート）上に、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層を印刷により形成し、膨張層のうち媒体に電磁波熱変換層が形成された部位を電磁波の照射によって膨張させて盛上げることにより、構造物を製造する方法が知られている（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

ところで、このような構造物を製造するためには、媒体上に電磁波熱変換層を形成するための装置と、媒体に電磁波を照射するための装置が必要になると考えられるが、それらの装置を組み合わせたシステムを用いて構造物を製造する際に、いかに作業性を高めるかということについては何ら考慮されていない。

本発明の目的は、電磁波熱変換層を形成するための装置と電磁波を照射するための装置とを組み合わせたシステムを用いて構造物を製造する際、その作業性を高めることができる構造物製造システムを提供することである。

１つの態様では、構造物製造システムは、加熱により膨張する膨張層を含む媒体に対し、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層を印刷する印刷装置と、前記印刷装置と横に並ぶように配置され、前記媒体に向けて電磁波を照射することにより前記膨張層を膨張させる膨張装置と、前記印刷装置と前記膨張装置との上方を覆うように配置された天板と、を備え、前記印刷装置及び前記膨張装置のそれぞれは、前記媒体を吸入するための吸入部と、前記媒体を排出するための排出部と、を有し、前記印刷装置の前記吸入部と前記膨張装置の前記吸入部とは、前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向に対し交差する方向において、前記天板に対し一方の側に前記横方向に沿って並んで配置され、前記印刷装置の前記排出部と前記膨張装置の前記排出部とは、前記交差する方向において、前記天板に対し前記一方の側とは反対側に前記横方向に沿って並んで配置されている、ことを特徴とする構造物製造システム。

本発明によれば、電磁波熱変換層を形成するための装置と電磁波を照射するための装置とを組み合わせたシステムを用いて構造物を製造する際、その作業性を高めることができる。

本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを模式的に示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを模式的に示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムの天板を引き出す前の閉状態を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムの天板を引き出した後の開状態を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを正面左上から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを背面右上から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムの天板を引き出した後の開状態を正面左上から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを示す右側面図である。 本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムを正面右上から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるフレームを正面右上から見た斜視図である。 本発明の一実施の形態における構造物製造用の媒体を示す断面図である。 本発明の一実施の形態における構造物を示す断面図である。 本発明の一実施の形態における構造物製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施の形態における制御ユニットとして動作することが可能なコンピュータのハードウェア構成例である。 本発明の一実施の形態における印刷ユニット本体を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態における膨張ユニットの内部構造を簡略化した断面図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る構造物製造システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、構造物製造システム１を模式的に示す正面図及び平面図である。

図１Ｃ及び図１Ｄは、構造物製造システム１の天板３０を引き出す前の閉状態及び引き出した後の開状態を模式的に示す平面図である。
図２及び図３は、構造物製造システム１を正面左上から見た斜視図及び背面右上から見た斜視図である。

図４は、構造物製造システム１の天板３０を引き出した後の開状態を正面左上から見た斜視図である。
図５、図６、及び図７は、構造物製造システム１を示す正面図、右側面図、及び正面右上から見た斜視図である。

図８は、フレーム６０を正面右上から見た斜視図である。
なお、図１Ａ〜図８並びに後述する図１２及び図１３において、Ｘ方向（第１の方向）は、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが並ぶ方向（水平方向）と同一であり、Ｙ方向（第２の方向）は、図１２及び図１３に示す媒体Ｍ１１〜Ｍ１４が搬送される搬送方向Ｄと同一であり、Ｚ方向は鉛直方向と同一であり、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交する。

図１Ａ〜図７に示すように、構造物製造システム１は、印刷装置の一例である印刷ユニット１０と、膨張装置の一例である膨張ユニット２０と、天板３０と、表示ユニット４０と、制御ユニット５０と、フレーム６０と、を備える。

印刷ユニット１０は、後述する図１２に示す印刷ユニット本体３００と、媒体Ｍ１１〜Ｍ１３を吸入するための吸入部１１と、この媒体Ｍ１１〜Ｍ１３に印刷が行われてなる媒体Ｍ１２〜Ｍ１４を排出するための排出部１２と、を有する。詳しくは後述するが、印刷ユニット１０は、媒体Ｍ１１，Ｍ１３に対し、図９Ａに示す表側電磁波熱変換層１０４及び裏側電磁波熱変換層１０６を印刷する。また、印刷ユニット１０は、媒体Ｍ１２に対し、図９Ａに示すカラーインク層１０５を印刷する。

膨張ユニット２０は、媒体Ｍ１４を吸入するための吸入部２１と、媒体Ｍ１４を排出するための排出部２２と、を有し、図１３に示す照射部２４によって、媒体Ｍ１４に向けて電磁波を照射することにより図９Ａに示す発泡樹脂層１０２を膨張させることにより、図９Ｂに示す構造物Ｍ１５を製造する。

印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とは、第１の方向（Ｘ方向）に並ぶように配置されている。印刷ユニット１０の吸入部１１と膨張ユニット２０の吸入部２１とは、第１の方向に交差する第２の方向であるＹ方向の一方側（背面側）に配置され、印刷ユニット１０の排出部１２と膨張ユニット２０の排出部２２とは、Ｙ方向の他方側（正面側）に配置されている。言い換えると、印刷ユニット１０の吸入部１１と膨張ユニット２０の吸入部２１とは、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが並ぶＸ方向に対し交差する方向（Ｙ方向）において、天板３０に対し一方の側にＸ方向に沿って並んで配置され、印刷ユニット１０の排出部１２と膨張ユニット２０の排出部２２とは、該交差する方向において、天板３０に対し該一方の側とは反対側にＸ方向に並んで配置されている。

ここで、正面側とは、通常、図１Ｂ〜図１Ｄに示すオペレータ４００が構造物製造システム１に対して対峙する側である。また、正面側は、表示ユニット４０における表示内容の上下方向の下側といえる。そして、背面側は、表示ユニット４０における表示内容の上下方向の上側である。なお、表示ユニット４０が表示の向きを任意に変更可能であってもよい。ここで、上述のようにＹ方向の一方側が背面側でＹ方向の他方側が正面側であるため、Ｙ方向に直交（交差）する水平方向であるＸ方向は横方向、或いは左右方向とも称する。図１Ｂには、表示ユニット４０に表示されている表示内容（山を描いた絵画）の一例を示している。

なお、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０は正面パネル６５を取り外した状態で、例えば正面側に引き出し可能に配置されていることが望ましい。また、後述する制御ユニット５０も、例えば正面側に引き出し可能に配置されていることが望ましい。

天板３０は、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０との上方を覆うように配置されている。天板３０は、図８に示すフレーム６０の左右一対のスライド機構６７によって、図１Ｃに示す閉状態、すなわち印刷ユニット１０と膨張ユニット２０との上方を覆う状態と、図１Ｄに示す開状態Ｓ、すなわち印刷ユニット１０と膨張ユニット２０との上方を開放する引き出した状態とに、Ｙ方向に沿ってスライドする。即ち、天板３０は、このスライド機構６７によって、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが並ぶＸ方向に対し交差する方向（Ｙ方向）にスライド可能となっている。なお、天板３０は、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０との上方全体を開放する位置までスライドしなくともよいが、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０のメンテナンスなどの作業を行うことが可能な位置までスライド可能であることが望ましい。図１Ｄには、構造物製造システム１を用いて製造される構造物Ｍ１５と、構造物Ｍ１５を製造する途中の作製物である媒体Ｍ１２〜Ｍ１４とをあわせて示した。また、この図１Ｄでは、表示ユニット４０の表示内容と上下方向が同じ向きに印刷された媒体Ｍ１２〜Ｍ１４が出力されている。

表示ユニット４０は、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０のうちの少なくとも一方に関する情報を表示する。図１Ａに示すように、表示ユニット４０の上面は、天板３０の上面と同一面上に位置することが望ましい。表示ユニット４０は、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０のうちの少なくとも一方の操作を行うためのタッチパネルを有するとよい。

表示ユニット４０のＸ方向における中心Ｃ２は、天板３０のＸ方向における中心Ｃ１よりも膨張ユニット２０側にシフトした位置に組み込まれている。換言すると、表示ユニット４０は、Ｘ方向において、天板３０の中心Ｃ１よりも膨張ユニット２０側にシフトした位置、即ち、Ｘ方向において天板３０の端に寄った位置に組み込まれている。なお、表示ユニット４０は、Ｘ方向において、天板３０の中心Ｃ１よりも印刷ユニット１０側にシフトした位置に組み込まれていてもよい。但し、後述するように印刷ユニット１０の直下には制御ユニット５０が位置するため、座った状態のオペレータ４００の足が制御ユニット５０に接触することを避けるためにオペレータ４００が膨張ユニット２０に対峙するように座る場合、この場合のオペレータ４００の見やすさの観点からは、表示ユニット４０は膨張ユニット２０側にシフトしていることがより望ましい。

なお、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０のうちの少なくとも一方を操作する操作ユニットが、表示ユニット４０に代えて配置されるか或いは表示ユニット４０とともに配置されてもよい。この場合、操作ユニットは、例えば、ボタン、スイッチ、ダイヤルなどを有し、天板３０に組み込まれるか或いは天板３０上に配置されているとよい。

図１Ａに示すように、制御ユニット５０は、印刷ユニット１０の直下に配置されている。ここで、直下とは、印刷ユニット１０のＸ方向及びＹ方向の中心の下に制御ユニット５０の少なくとも一部が位置し、且つ、制御ユニット５０のＸ方向及びＹ方向の中心の上に印刷ユニット１０の少なくとも一部が位置する場合をいうものとする。

制御ユニット５０は、印刷ユニット１０、膨張ユニット２０、及び表示ユニット４０のうちの少なくとも１つを制御するための制御部を有する。また、制御ユニット５０は、印刷ユニット１０、膨張ユニット２０、及び表示ユニット４０のうちの少なくとも１つに電源を供給する電源供給部を有するとよい。図２及び図５に示すように、制御ユニット５０の下部には、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０のうちの少なくとも一方の動作を停止させるための緊急停止ボタン５１が設けられている。この緊急停止ボタン５１は、制御ユニット５０のうちオペレータ４００側である正面側に設けられることが望ましい。

図６に示すように、制御ユニット５０の正面側の端部（図６における左端）は、印刷ユニット１０（及び膨張ユニット２０）の正面側の端部よりも背面側（図６における右側）に奥まって配置されている。また、図５に示すように、制御ユニット５０の右側面側の端部は、印刷ユニット１０の右側面側の端部よりも左方に位置する。そのため、図７に示すように、制御ユニット５０は、正面側及び右側面側から視認しづらくなっている。なお、制御ユニット５０が視認されない場合、視認される場合よりもすっきりした外観イメージをオペレータ４００に与えることで、デザイン性が高まるといえる。

図８に示すように、フレーム６０は、一対の側面ベース６１，６１と、一対の側面パネル６２，６２と、４つの可動脚６３と、４つの固定脚６４と、図２、図５、及び図７に示す正面パネル６５と、図３に示す背面パネル６６と、一対のスライド機構６７，６７と、２本の上連結ビーム６８，６８と、３本の下連結ビーム６９，６９，６９と、を有する。

一対の側面ベース６１，６１は、側面視において、上辺よりも下辺が長く且つ角部が丸まった台形の枠状（或いは略矩形の枠状）を呈する。一対の側面ベース６１，６１には、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０が上部に固定される３本の下連結ビーム６９それぞれの端部を支持する支持ビーム６１ａがＹ方向に延びるように設けられている。

一対の側面パネル６２，６２は、側面視において、側面ベース６１の中空部分のうち上側半分以上を多い且つ下側に中空部分を残すように、側面ベース６１の上端から支持ビーム６１ａに亘って設けられている。また、図５及び図６に示すように、一対の側面パネル６２，６２は、側面視において、側面ベース６１の上端から印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の下端よりも下方に亘って設けられている。そして、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０は、側面視において、吸入部１１，２１を除いて側面ベース６１及び側面パネル６２からはみ出さない。なお、すっきりした外観イメージをオペレータ４００に与えることでデザイン性を高める観点では、上述のように印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０が左右から視認されにくくなっていることが望ましい。また、側面パネル６２が側面ベース６１の中空部分の全体を覆ってもよいが、材料費を抑制する観点では、中空部分の一部のみを覆うことがより望ましい。

可動脚６３は、構造物製造システム１を運搬可能にするためのキャスターであり、各側面ベース６１に２つずつ計４つ設けられている。固定脚６４は、各側面ベース６１において、２つの可動脚６３の間に２つずつ計４つ設けられている。固定脚６４は、構造物製造システム１の運搬を許容する上方の位置と、地面に接触し構造物製造システム１を移動不能にするための下方の位置とに高さ調整自在に設けられていることが望ましい。

図２、図５、及び図７に示すように、正面パネル６５は、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の正面側を覆い、排出部１２，２２において開口する。また、正面パネル６５は、側面パネル６２と同様にデザイン性を高めるために、側面ベース６１の上端から印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の下端よりも下方に亘って設けられている。正面パネル６５の下端は、一対の側面パネル６２，６２の下端や支持ビーム６１ａと同程度の高さに位置する。なお、正面パネル６５は、着脱容易であることが望ましい。

正面パネル６５のうち印刷ユニット１０の正面側に位置する第１面６５ａは、膨張ユニット２０の正面側に位置する第２面６５ｂよりも正面側に突出している。そのため、それぞれＸ方向及びＺ方向に拡がる第１面６５ａと第２面６５ｂとの間は段差になっている。なお、正面パネル６５の第１面６５ａ及び第２面６５ｂは、側面ベース６１の正面側の端部よりも背面側に奥まった位置に設けられている。

図３に示すように、背面パネル６６は、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の背面側を覆い、吸入部１１，２１において開口する。また、背面パネル６６は、一対の側面ベース６１，６１の間において、側面パネル６２と同様にデザイン性を高めるために、側面ベース６１の上端から印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の下端よりも下方に亘って設けられている。背面パネル６６の下端は、一対の側面パネル６２，６２の下端や支持ビーム６１ａと同程度の高さに位置する。なお、背面パネル６６は、着脱容易であることが望ましい。

背面パネル６６は、側面ベース６１の背面側の端部に沿うように設けられている。そのため、背面パネル６６の上部には、側面ベース６１の正面側上端の湾曲部分に沿うように湾曲する湾曲部６６ａが設けられている。

図８に示す一対のスライド機構６７，６７は、一対の側面ベース６１，６１ａの互いに対向する面の上端にそれぞれ設けられている。各スライド機構６７は、天板３０のうち例えばＸ方向の両端から下方に突出する部分に固定されたスライダ６７ａと、このスライダ６７ａがＹ方向に移動するのをガイドするガイドレール６７ｂと、を有する。これにより、各スライド機構６７は、上述のように、天板３０をＹ方向にスライドさせる。

２本の上連結ビーム６８，６８は、一対の側面ベース６１，６１を連結するために、一対の側面ベース６１，６１の間に架け渡されるように設けられている。２本の上連結ビーム６８，６８のうちの一方は、一対の側面ベース６１，６１の上端のうち背面側の端部に固定され、他方は、ガイドレール６７ｂの正面側の端部の下部において、側面ベース６１及びガイドレール６７ｂに固定されている。

３本の下連結ビーム６９，６９，６９は、一対の側面ベース６１，６１を連結するために、一対の側面ベース６１，６１の支持ビーム６１ａ，６１ａの間に架け渡されるように、Ｙ方向に互いに間隔を隔てて設けられている。３本の下連結ビーム６９，６９，６９の上部には、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０が固定されている。また、３本の下連結ビーム６９，６９，６９の下部には制御ユニット５０が固定されている。

３本の下連結ビーム６９，６９，６９のうちの１本は、支持ビーム６１ａの背面側の端部に固定され、残りの２本は支持ビーム６１ａのＹ方向の中心付近に配置されている。そして、３本の下連結ビーム６９，６９，６９は、構造物製造システム１のメンテナンス時などにオペレータ４００の作業を邪魔しないように、支持ビーム６１ａの正面側には設けられていない。

なお、２本の上連結ビーム６８，６８上には天板３０が位置し、３本の下連結ビーム６９，６９，６９上には印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０が位置することで、上連結ビーム６８及び下連結ビーム６９も外部から視認されづらいといえる。

図９Ａは、本実施の形態における構造物製造用の媒体Ｍ１４を示す断面図であり、図９Ｂは、本実施の形態における構造物Ｍ１５を示す断面図である。
図９Ａに示す媒体Ｍ１４は、発泡樹脂層１０２を加熱により膨張させる前の状態であり、図１３に示すように、膨張ユニット２０の吸入部２１から膨張ユニット２０に挿入され、照射部２４により電磁波を照射されることで発泡樹脂層１０２が加熱により膨張し、図９Ｂに示す構造物Ｍ１５が製造される。

また、基材１０１と発泡樹脂層１０２とインク受容層１０３とが順に積層された媒体Ｍ１１は、印刷ユニット１０の吸入部１１から印刷ユニット１０に挿入され、例えば図１２に示す印刷ユニット本体３００において、表側電磁波熱変換層１０４が印刷されて排出部１２から排出される。この表側電磁波熱変換層１０４が印刷された媒体Ｍ１２には、カラーインク層１０５が印刷される。また、このカラーインク層１０５が印刷された媒体Ｍ１３には、裏側電磁波熱変換層１０６が印刷される。なお、表側電磁波熱変換層１０４及び裏側電磁波熱変換層１０６は、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層の一例である。また、カラーインク層１０５は、画像層の一例である。

基材１０１は、紙、キャンバス地などの布、プラスチックなどのパネル材などからなり、材質は特に限定されるものではない。
発泡樹脂層１０２には、基材１０１上に設けられた熱可塑性樹脂であるバインダー内に熱発泡剤（熱膨張性マイクロカプセル）が分散配置されている。これにより、発泡膨張層１０２は、吸収した熱量に応じて発泡膨張する。なお、発泡樹脂層１０２は、加熱により膨張する膨張層の一例である。

インク受容層１０３は、発泡樹脂層１０２の上面全体を覆うように、例えば、１０μｍの厚さに形成されている。インク受容層１０３は、インクジェット方式のプリンタに用いられる印刷用のインク、レーザー方式のプリンタに用いられる印刷用のトナー、ボールペンや万年筆のインク、鉛筆の黒鉛などを受容し、少なくともその表面に定着させるために好適な材料からなり、インクジェット用紙などに用いられている汎用的なインク受容層を用いることができる。

インク受容層１０３、表側電磁波熱変換層１０４、及び裏側電磁波熱変換層１０６は、それぞれ伸縮性を有する場合、発泡樹脂層１０２の発泡膨張に追従して変形することで、発泡樹脂層１０２とインク受容層１０３との間、インク受容層１０３と表側電磁波熱変換層１０４との間、及び基材１０１と裏側電磁波熱変換層１０６との間に隙間が生じにくくなる。このような隙間が生じると、表側電磁波熱変換層１０４から発泡樹脂層１０２への熱伝導量が抑制されるおそれがある。

図１０は、本実施の形態における構造物製造方法を説明するためのフローチャートである。
まず、上述の媒体Ｍ１１を準備し、次いで、媒体Ｍ１１の膨張層１０２が設けられた側の面である第１面、即ち、インク受容層１０３の表面において、膨張層１０２を膨張させたい部分に表側電磁波熱変換層１０４として、カーボンブラックを含む黒色インク（黒色材料）を、図１２に示す汎用的なインクジェットプリンタである印刷ユニット本体３００を用いてインクジェット方式により印刷することにより、表側電磁波熱変換層１０４が形成される（ステップＳ１１：第１面電磁波熱変換層形成工程）。表側電磁波熱変換層１０４が形成された媒体Ｍ１１を媒体Ｍ１２と称する。

印刷ユニット本体３００は、座標毎に設定されたグレースケール値を読み取り、読み取った値に基づいて、黒色材料（黒色インク）を、例えば、面積階調によりその濃度を制御しながら印刷する。なお、表側電磁波熱変換層１０４は、媒体Ｍ１１に含まれる、基材１０１、発泡樹脂層１０２、及びインク受容層１０３の各材料よりも、電磁波を熱エネルギーに変換しやすい材料により形成される。また、表側電磁波熱変換層１０４は、電磁波を熱に変換するものであればよく、印刷ユニット本体３００によって形成される層以外の層であってもよい。

なお、裏側電磁波熱変換層１０６についても同様であるが、表側電磁波熱変換層１０４が同量の電磁波を照射された場合、表側電磁波熱変換層１０４の濃度（例えば、面積階調）が濃い部分に対応する領域ほど、発泡樹脂層１０２は、より多くの熱エネルギーを吸収する。基本的には、発泡樹脂層１０２の発泡高さは、発泡樹脂層１０２の吸収する熱量に正の相関を有するため、結局、表側電磁波熱変換層１０４や裏側電磁波熱変換層１０６の濃度がより濃く形成された部分ほど、発泡樹脂層１０２の発泡高さは高くなる。そこで、表側電磁波熱変換層１０４は、後述する裏側電磁波熱変換層１０６とともに、発泡樹脂層１０２が発泡膨張することにより形成される立体形状の目標高さに対応するように濃淡が決定される。

次いで、媒体Ｍ１２の第１面、即ち、表側電磁波熱変換層１０４が設けられた表面に、彩色材料としてのシアンＣ、マゼンタＭ、及びイエローＹの３色のカラーインクを、図１２に示す印刷ユニット本体３００を用いてインクジェット方式により印刷することにより、カラーインク層１０５が形成される（ステップＳ１２：画像層形成工程）。このカラーインク層１０５が形成された媒体Ｍ１２を媒体Ｍ１３と称する。

ここで、画像層形成工程Ｓ１２においてカーボンブラックを含む黒インクを用いると、この黒インク部分が電磁波から変換した熱が発泡膨張層１０２に伝導することにより、発泡樹脂層１０２の所望の発泡状態を得ることができなくなる。そのため、カラーインク層１０５における黒又はグレーの色合いは、シアンＣ、マゼンタＭ、及びイエローＹの混色により形成するか、又は、熱エネルギーを吸収しない黒インク、即ちカーボンブラックを含まないブラックＫのインクを用いて形成するとよい。或いは、上述のように、カラーインク層１０５の部位ごとの熱吸収性を考慮して、この熱吸収性を差し引いて表側熱変換層１０４の熱吸収性、即ち濃淡が決定されてもよい。

また、発泡樹脂層１０２が発泡膨張して発泡樹脂層１０２の表面積が拡がるのに伴い、カラーインク層１０５の密度が小さくなることで、発泡樹脂層１０２の後述する発泡膨張後に、発泡膨張前に比べて、視覚的な色合いが薄くなる。このため、カラーインク層１０５は、発泡樹脂層１０２の膨張後において視覚的に所望の色合いになるように設定されるとよい。即ち、発泡樹脂層１０２の膨張量が大きく設定された部分ほど、その部分へ形成されるカラーインク層１０５の形成濃度が高くなるとよい。

なお、画像層形成工程Ｓ１２において、カラーインク層１０５を形成するのに代えて、白黒印刷によって黒インク層を形成してもよい。また、これらのカラーインク層１０５及び黒インク層は、インクジェットプリンタである印刷ユニット本体３００以外の手段、例えばレーザープリンタなどによって形成されてもよい。

次いで、媒体Ｍ１１の膨張層１０２が設けられた側の面である第１面とは反対側の第２面、即ち、基材１０１の裏面において、カーボンブラックを含む黒色インク（黒色材料）を、図１２に示す印刷ユニット本体３００を用いてインクジェット方式により印刷することにより、裏側電磁波熱変換層１０６が形成される（ステップＳ１３：第２面電磁波熱変換層形成工程）。裏側電磁波熱変換層１０６が形成された媒体Ｍ１３を媒体Ｍ１４と称する。裏側電磁波熱変換層１０６の形成方法については、上述の表側電磁波熱変換層１０４と同様にすることができる。なお、表側電磁波熱変換層１０４及び裏側電磁波熱変換層１０６のうちの一方を省略してもよい。また、裏側電磁波熱変換層１０６の形成を、表側電磁波熱変換層１０４の形成前、或いは、表側電磁波熱変換層１０４の形成後で且つカラーインク層１０５の形成前に行ってもよい。

次いで、媒体Ｍ１４は、第２面側、即ち裏側電磁波熱変換層１０６側から、電磁波を放射され（ステップＳ１４：第２面側電磁波照射工程）、その後、第１面側、即ちカラーインク層１０５側から、電磁波を放射される（ステップＳ１５：第１面側電磁波照射工程）。なお、第２面側電磁波照射工程Ｓ１４の前又は第２面側電磁波照射工程Ｓ１４と同時に第１面側電磁波照射工程Ｓ１５を行ってもよい。また、表側電磁波熱変換層１０４及び裏側電磁波熱変換層１０６のうちの一方を省略した場合には、それに合わせて第２面側電磁波照射工程Ｓ１４又は第１面側電磁波照射工程Ｓ１５が省略される。

これらの第２面側電磁波照射工程Ｓ１４及び第１面側電磁波照射工程Ｓ１５は、裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４により吸収される波長領域の電磁波を照射することによって発泡樹脂層１０２を加熱により膨張させる工程であればよく、図１３に示す照射部２４によって行われる。これにより、特に裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４が電磁波を熱に変換し、その熱が発泡樹脂層１０２に含まれる熱発泡剤に伝導し、熱発泡剤が膨張反応を起こす。そのため、特に裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４の黒濃度に応じた程度、発泡樹脂層１０２が発泡膨張する。以上のようにして、媒体Ｍ１１から構造物が製造される。なお、発泡樹脂層１０２のうち裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４の両方とも形成されていない部分が熱エネルギーを吸収したとしてもその熱量は十分小さく抑えられており、実質的に高さが変化しないか、裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４を形成された部分に比べれば高さの変化は十分小さい。

ここで、裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４へ向けて照射される電磁波の波長は、裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４に応じて適宜変更してよい。裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４に用いられるカーボンブラックは、他の波長の電磁波に比べ、近赤外領域（７５０〜１４００ｎｍ）を中心に、可視光領域（３８０〜７５０ｎｍ）及び中赤外領域（１４００〜４０００ｎｍ）を含む波長の電磁波を吸収しやすい。カーボンブラック以外の材料を裏側電磁波熱変換層１０６及び表側電磁波熱変換層１０４として用いてもよく、用いる材料に応じて、全波長領域のうちから所望の波長領域の電磁波を照射すればよい。従って、材料によっては、近紫外領域（２００〜３８０ｎｍ）、遠紫外領域（１０〜２００ｎｍ）、近赤外、中赤外を除く赤外領域（４０００〜１５０００ｎｍ）等、他の波長の電磁波を照射してもよい。なお、上記の数値は一例であり、波長領域の境界はこの数値に限らない。

上述の制御ユニット５０としては、図１１に示すコンピュータ２００、即ち、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、記憶部２０２と、入力部２０３と、インターフェース部２０４と、記録媒体駆動部２０５とを備えるコンピュータを用いることができる。これらの構成要素は、バスライン２０６を介して接続されており、各種のデータを互いに授受する。

ＣＰＵ２０１は、コンピュータ２００全体の動作を制御する演算処理装置である。ＣＰＵ２０１は、構造物製造用のプログラムを読み出して実行することにより、構造物の製造の制御を行う。

記憶部２０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクなどを含む。
ＲＯＭは、所定の基本制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリである。なお、ＲＯＭとして、フラッシュメモリ等の、電力供給の停止に対して記憶データが不揮発性であるメモリを使用してもよい。

ＲＡＭは、ＣＰＵ２０１が各種の制御プログラムを実行する際に、必要に応じて作業用記憶領域として使用される随時書き込み読み出し可能な半導体メモリである。
ハードディスクは、ＣＰＵ２０１によって実行される各種の制御プログラムや各種のデータを記憶する。

入力部２０３は、例えばキーボード装置やマウス装置であり、コンピュータ２００のユーザにより操作されると、その操作内容に対応付けられているユーザからの各種の入力情報を取得し、取得した入力情報をＣＰＵ２０１に送る。

インターフェース部２０４は、各種機器との間での各種情報の授受の管理を行う。
記録媒体駆動部２０５は、可搬型記録媒体２０７に記録されている各種の制御プログラムやデータの読み出しを行う装置である。ＣＰＵ２０１は、可搬型記録媒体２０７に記録されている所定の制御プログラムを、記録媒体駆動部２０５を介して読み出して実行することによって、構造物製造の各処理を行うようにすることもできる。

なお、可搬型記録媒体２０７としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）やＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、ＵＳＢ規格のコネクタが備えられているフラッシュメモリなどがある。

このようなコンピュータ２００を構造物製造システム１の制御ユニット５０として動作させるために、まず、各処理をＣＰＵ２０１に行わせるための制御プログラムが作成される。この作成された制御プログラムは、記憶部２０２のハードディスク装置又は可搬型記録媒体２０７に予め格納される。そして、ＣＰＵ２０１に所定の指示が与えられることで、制御プログラムが読み出されて実行される。これにより、コンピュータ２００が、制御ユニット５０として動作する。

図１２は、本実施の形態における印刷ユニット本体３００を示す斜視図である。
印刷ユニット本体３００は、印刷ユニット１０の内部に配置され、媒体搬送方向に直交する両方向矢印ａで示す方向に往復移動可能に設けられたキャリッジ３０１を備える。このキャリッジ３０１には、印刷を実行する印刷ヘッド３０２とインクを収容しているインクカートリッジ３０３（３０３ｗ，３０３ｃ，３０３ｍ，３０３ｙ）とが取り付けられている。

カートリッジ３０３ｗ，３０３ｃ，３０３ｍ，３０３ｙは、それぞれ、ホワイトＷ，シアンＣ，マゼンタＭ，イエローＹの色インクを収容する。これらのカートリッジは、個別に独立して配置されているか、又は各インク室が１個の筐体内に一体化された構成をしており、各色インクを吐出するそれぞれのノズルを有する印刷ヘッド３０２に連結されている。

また、キャリッジ３０１は、一方ではガイドレール３０４により滑動自在に支持され、他方では歯付き駆動ベルト３０５に固着している。これにより、印刷ヘッド３０２及びインクカートリッジ３０３（３０３ｗ，３０３ｃ，３０３ｍ，３０３ｙ）は、キャリッジ３０１と共に、図１２の両方向矢印ａで示す、搬送方向Ｄに直交する方向つまり印刷の主走査方向に往復駆動される。

印刷ヘッド３０２と上述の制御ユニット５０との間には、フレキシブル通信ケーブル３０６が内部フレーム３０７を介して接続されている。これにより、フレキシブル通信ケーブル３０６を通して印刷データ及び印刷制御データが印刷ヘッド３０２に送出され、これらのデータに基づいて印刷ヘッド３０２が制御される。

内部フレーム３０７の下部には、印刷ヘッド３０２に対向する位置に、印刷ヘッド３０２の上記主走査方向に延在するように、プラテン３０８が配設されている。このプラテン３０８は、媒体搬送路の一部を構成している。表側電磁波熱変換層１０４を形成される媒体Ｍ１１、カラーインク層１０５が形成される媒体Ｍ１２、及び、裏側電磁波熱変換層１０６を形成される媒体Ｍ１３のそれぞれは、下面がプラテン３０８上に接した状態で、吸入ローラ対４０９（下のローラは媒体Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３の陰になっていて図１２では見えない）及び排出ローラ対３１０（下のローラは同様に見えない）により上述の搬送方向Ｄである図１２の矢印ｂで示す印刷副走査方向に間欠的に搬送される。吸入ローラ３０９及び排出ローラ対３１０は、制御ユニット５０によって制御される。

制御ユニット５０は、モータ３１１、印刷ヘッド３０２、吸入ローラ対３０９、及び排出ローラ対３１０を制御することで、モータ３１１に連結された駆動ベルト３０５を介してキャリッジ３０１とともに印刷ヘッド３０２を主走査方向の適切な位置へと搬送させるとともに、媒体Ｍ１２の搬送の停止期間中に、印刷ヘッド３０２によりシアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの各カラーインク滴、及び、ブラックＫの黒色インク滴を媒体Ｍ１２へ向けて噴射させることにより、媒体Ｍ１２上にカラーインク層１０５の印刷が行われる。また、媒体Ｍ１１又は媒体Ｍ１３の搬送の停止期間中に、印刷ヘッド３０２によりブラックＫの黒色インク滴を媒体Ｍ１１又は媒体Ｍ１３へ向けて噴射させることにより、媒体Ｍ１１には表側電磁波熱変換層１０４の印刷が行われ、媒体Ｍ１３には裏側電磁波熱変換層１０６の印刷が行われる。

図１３は、本実施の形態における膨張ユニット２０の内部構造を簡略化した断面図である。
図１３に示すように、膨張ユニット２０は、上述の吸入部２１及び排出部２２と、筐体２３と、この筐体２３の内部に設けられた照射部２４と、を有する。膨張ユニット２０においては、吸入部２１から吸入された媒体Ｍ１４は、吸入部２１の搬送ガイド２１ｂ及び筐体２３の搬送ガイド２３ｂによってガイドされながら、搬送部の一例である、吸入部２１の搬送ローラ２１ａ及び筐体２３の搬送ローラ２３ａによって搬送される。

照射部２４は、上述のように、媒体Ｍ１４に対し電磁波を照射する。照射部２４は、例えば、ハロゲンランプであり、近赤外領域（７５０〜１４００ｎｍ）の光を照射する。

以上説明した本実施の形態では、構造物製造システム１は、加熱により膨張する膨張層の一例である発泡樹脂層１０２を含む媒体Ｍ１１，Ｍ１３に対し、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層の例である表側電磁波熱変換層１０４及び裏側電磁波熱変換層１０６を印刷する印刷装置の一例である印刷ユニット１０と、この印刷ユニット１０と横（Ｘ方向）に並ぶように配置され、媒体Ｍ１４に向けて電磁波を照射することにより発泡樹脂層１０２を膨張させる膨張装置の一例である膨張ユニット２０と、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０との上方を覆うように配置された天板３０と、を備える。

ところで、電磁波熱変換層の形成と電磁波の照射とをそれぞれ独立した印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０において互いに独立して行うことによって、電磁波熱変換層の形成と電磁波の照射とを望ましいタイミングで且つ専用の装置で行うことができるため、所望の発泡膨張状態の構造物を製造しやすくすることができる。一方で、オペレータ４００は、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０に対して、それぞれ媒体Ｍ１２，Ｍ１３又は媒体Ｍ１４の挿入及び取り出しの作業を行うことになる。しかしながら、本実施の形態では、上述のように、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが横に並ぶように配置され、これら印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の上方に天板３０が位置することで、オペレータ４００は、構造物製造システム１に対峙するのみで移動せずに或いはわずかな移動で上述の印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の作業を互いに同程度の高さで行うことができるため、作業性を高めることができる。また、天板３０上に媒体Ｍ１１〜Ｍ１４や、他の作業に関する物を載置することができることによっても、作業性を高めることができる。よって、本実施の形態によれば、電磁波熱変換層を形成するための装置（印刷ユニット１０）と電磁波を照射するための装置（膨張ユニット２０）とを組み合わせたシステムを用いて構造物を製造する際、その作業性を高めることができる。

また、本実施の形態では、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０のうちの少なくとも一方に関する情報を表示する表示ユニット４０が、天板３０に組み込まれている。これにより、オペレータ４００は、天板３０に組み込まれた表示ユニット４０を見ながら、天板３０上で他の作業を行うことができるため、更に作業性を高めることができる。

また、本実施の形態では、表示ユニット４０の上面は、天板３０の上面と同一面上に位置する。そのため、天板３０上での作業が容易になり、更に作業性を高めることができる。

また、本実施の形態では、表示ユニット４０は、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが並ぶ横方向（Ｘ方向）において、天板３０の端に寄った位置に組み込まれている。これにより、天板３０上のうち、表示ユニット４０が端に寄った向きとは反対側の天板３０上のスペースで作業を行うことができるため、更に作業性を高めることができる。

また、本実施の形態では、印刷ユニット１０の吸入部１１と膨張ユニット２０の吸入部２１とは、印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが並ぶ横方向（Ｘ方向）に対し交差する方向（Ｙ方向）において、天板３０に対し一方の側に横方向に沿って並んで配置され、印刷ユニット１０の排出部１２と膨張ユニット２０の排出部２２とは、上記交差する方向（Ｙ方向）において、天板３０に対し上記一方の側とは反対側に横方向（Ｘ方向）に沿って並んで配置されている。これにより、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０に対する媒体の挿入と取り出しとをそれぞれ同一側から行うことができる。そのため、排出部１２，２２が設けられた正面側から印刷状態や発泡膨張状態を確認しやすくなるなど、更に作業性を高めることができる。

また、本実施の形態では、スライド機構６７，６７は、天板３０を印刷ユニット１０と膨張ユニット２０とが並ぶ横方向（Ｘ方向）に対し交差する方向（Ｙ方向）にスライドさせる。このように、天板３０をスライドさせ、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０の上方を開放させることで、印刷ユニット１０におけるインク交換、印刷ユニット１０及び膨張ユニット２０におけるジャムの解消などのメンテナンスやその他の作業を行うことができる。そのため、更に作業性を高めることができる。

また、本実施の形態では、制御ユニット５０は、印刷ユニット１０の直下に配置されている。そのため、印刷ユニット１０よりも高温になりやすい膨張ユニット２０の直下に配置される場合と比較して、制御ユニット５０を構成する電子部品などが高温環境に起因して破損するのを防ぐことができる。

以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本願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を含む。以下に、本願の出願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］
加熱により膨張する膨張層を含む媒体に対し、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層を印刷する印刷装置と、
前記印刷装置と横に並ぶように配置され、前記媒体に向けて電磁波を照射することにより前記膨張層を膨張させる膨張装置と、
前記印刷装置と前記膨張装置との上方を覆うように配置された天板と、
を備えることを特徴とする構造物製造システム。

［付記２］
前記印刷装置及び前記膨張装置のうちの少なくとも一方に関する情報を表示する表示ユニットを更に備え、
前記表示ユニットは、前記天板に組み込まれている、
ことを特徴とする付記１記載の構造物製造システム。

［付記３］
前記表示ユニットの上面は、前記天板の上面と同一面上に位置する、
ことを特徴とする付記２記載の構造物製造システム。

［付記４］
前記表示ユニットは、前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向において、前記天板の端に寄った位置に組み込まれている、
ことを特徴とする付記２又は３記載の構造物製造システム。

［付記５］
前記印刷装置及び前記膨張装置のそれぞれは、前記媒体を吸入するための吸入部と、前記媒体を排出するための排出部と、を有し、
前記印刷装置の前記吸入部と前記膨張装置の前記吸入部とは、前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向に対し交差する方向において、前記天板に対し一方の側に前記横方向に沿って並んで配置され、
前記印刷装置の前記排出部と前記膨張装置の前記排出部とは、前記交差する方向において、前記天板に対し前記一方の側とは反対側に前記横方向に沿って並んで配置されている、
ことを特徴とする付記１から４のいずれか記載の構造物製造システム。

［付記６］
前記天板を前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向に対し交差する方向にスライドさせるスライド機構を更に備える、
ことを特徴とする付記１から５のいずれか記載の構造物製造システム。

［付記７］
前記印刷装置の直下に配置された制御ユニットを更に備える、
ことを特徴とする付記１から６のいずれか記載の構造物製造システム。

１…構造物製造システム、１０…印刷ユニット、２０…膨張ユニット、１１，２１…吸入部、１２，２２…排出部、３０…天板、４０…表示ユニット、５０…制御ユニット、６０…フレーム、６７…スライド機構、３００…印刷ユニット本体、Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４…媒体、Ｍ１５…構造物

Claims (6)

1. 加熱により膨張する膨張層を含む媒体に対し、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層を印刷する印刷装置と、
   前記印刷装置と横に並ぶように配置され、前記媒体に向けて電磁波を照射することにより前記膨張層を膨張させる膨張装置と、
   前記印刷装置と前記膨張装置との上方を覆うように配置された天板と、を備え、
   前記印刷装置及び前記膨張装置のそれぞれは、前記媒体を吸入するための吸入部と、前記媒体を排出するための排出部と、を有し、
   前記印刷装置の前記吸入部と前記膨張装置の前記吸入部とは、前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向に対し交差する方向において、前記天板に対し一方の側に前記横方向に沿って並んで配置され、
   前記印刷装置の前記排出部と前記膨張装置の前記排出部とは、前記交差する方向において、前記天板に対し前記一方の側とは反対側に前記横方向に沿って並んで配置されている、
   ことを特徴とする構造物製造システム。
2. 前記印刷装置及び前記膨張装置のうちの少なくとも一方に関する情報を表示する表示ユニットを更に備え、
   前記表示ユニットは、前記天板に組み込まれている、
   ことを特徴とする請求項１記載の構造物製造システム。
3. 前記表示ユニットの上面は、前記天板の上面と同一面上に位置する、
   ことを特徴とする請求項２記載の構造物製造システム。
4. 前記表示ユニットは、前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向において、前記天板の端に寄った位置に組み込まれている、
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の構造物製造システム。
5. 前記天板を前記印刷装置と前記膨張装置とが並ぶ横方向に対し交差する方向にスライドさせるスライド機構を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の構造物製造システム。
6. 前記印刷装置の直下に配置された制御ユニットを更に備える、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の構造物製造システム。