JP6844598B2 - 立体画像形成システム、プログラム及び造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱膨張性シートに立体画像を形成する立体画像形成システム、プログラム及び造形物の製造方法に関する。

従来、熱膨張性シートと称される、吸収した熱量に応じて膨張する膨張層を一方の面上に有する媒体が知られている。そして、電磁波を熱に変換する電磁波熱変換層を印刷により熱膨張性シート上に形成し、電磁波を熱膨張性シートに照射して、電磁波熱変換層が形成された部位の膨張層を膨張させて盛り上げることにより、立体画像を形成する立体画像形成システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来の立体画像形成システムは、熱膨張性シートを搬送しながら、光加熱手段で可視光及び近赤外光を照射することによって、熱膨張性シートを加熱する構造になっている。

特許第５２１２５０４号公報

従来の立体画像形成システムは、以下に説明するように、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができないときがある、という課題があった。

立体画像の形成時の膨張高さは、環境温度に応じて変化する。従来の立体画像形成システムは、立体画像の形成時に、環境温度に応じて制御を自動的に変更する構造になっていなかった。そのため、従来の立体画像形成システムは、環境温度が変化すると、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができず、膨張高さにバラツキを発生させてしまうことがあった。

本発明の課題は、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することである。

本発明に係る立体画像形成システムは、熱膨張性シートに光を照射することにより前記熱膨張性シートを加熱する光照射手段と、前記光照射手段の周囲の温度を計測する温度センサと、前記熱膨張性シートへの光の照射に先立って、前記光照射手段の周囲の温度を調整するために前記光照射手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記温度センサによって計測された温度が前記光照射手段の周囲を予熱するために定められた予熱温度未満であるときに、前記予熱温度よりも高い加熱温度以上になるまで前記光照射手段に光を照射させた後、前記予熱温度以下になるまで照射を停止させ、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、ことを特徴とする。
また、本発明に係るプログラムは、熱膨張性シートに光を照射することにより前記熱膨張性シートを加熱する光照射手段と、前記光照射手段の周囲の温度を計測する温度センサを制御するコンピュータに、前記熱膨張性シートへの光の照射に先立って、前記温度センサによって計測された温度が前記光照射手段の周囲を予熱するために定められた予熱温度未満であるときに、前記予熱温度よりも高い加熱温度以上になるまで前記光照射手段に光を照射させた後、前記予熱温度以下になるまで照射を停止させ、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、ことを特徴とする。
また、本発明に係る造形物の製造方法は、光照射手段によって光を熱膨張性シートに照射することにより前記熱膨張性シートを加熱する加熱ステップと、前記加熱ステップに先立って、前記光照射手段の周囲の温度を調整する調整ステップと、を有し、前記調整ステップは、温度センサによって計測された温度が前記光照射手段の周囲を予熱するために定められた予熱温度未満であるときに、前記予熱温度よりも高い加熱温度以上になるまで前記光照射手段で光を照射した後、前記予熱温度以下になるまで照射を停止し、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

実施形態に係る立体画像形成システムの構成を示す概略図である。 実施形態に係る立体画像形成システムの動作を示すフローチャート（１）である。 実施形態に係る立体画像形成システムの動作を示すフローチャート（２）である。 実施形態に係る立体画像形成システムの動作例を示すシーケンス図である。 搬送前の熱膨張性シートの断面形状を示す断面図である。 １回目の搬送後における熱膨張性シートの断面形状を示す断面図である。 ２回目の搬送後における熱膨張性シートの断面形状を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

［実施形態］
本発明は、例えば、以下の課題を解決することも意図している。
（１）立体画像の形成時の膨張高さは、環境温度（室温）に応じて変化する。従来の立体画像形成システムは、標準モードで立体画像を形成した後に、その立体画像の膨張高さをオペレータに目視確認させている。そして、従来の立体画像形成システムは、膨張高さが不十分な場合（例えば、膨張高さが高過ぎたり、又は、低過ぎたりする場合）に、オペレータに設定条件を変更させ、設定条件が変更された非標準モードで再度立体画像を形成していた。このような従来の立体画像形成システムは、設定条件の変更操作を避けるために、一定な室温環境下で立体画像の形成を行う必要があった。
そこで、本実施形態では、一定な室温環境下でなくても立体画像の形成を行うことができるように、室温に応じて熱膨張性シートの搬送速度を変更することによって、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成する立体画像形成システム１を提供することも意図している。

（２）また、立体画像の形成では、前回の立体画像が形成された際の余熱が残り、光加熱手段の周囲の温度が高い状態で次回の立体画像を形成すると、所望の膨張高さが得られなくなる可能性がある。
そこで、本実施形態では、前回の立体画像が形成された際の余熱が残らずに、光加熱手段の周囲の温度が十分に冷えた温度であることを検知した後に、次回の立体画像を形成することによって、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成する立体画像形成システム１を提供することも意図している。

＜立体画像形成システムの構成＞
以下、図１を参照して、本実施形態に係る立体画像形成システム１の構成につき説明する。図１は、立体画像形成システム１の構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態に係る立体画像形成システム１は、タッチパネルディスプレイ２、コンピュータ３、光照射ユニット４を備えている。

コンピュータ３は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）や記憶手段を備え、光照射ユニット４を制御する。
タッチパネルディスプレイ２は、液晶表示パネルにタッチパネルが張り合わされて構成され、コンピュータ３の操作に用いられる。

光照射ユニット４は、熱膨張性シート７を搬送しながら、熱膨張性シート７に可視光及び近赤外光を照射するユニットである。熱膨張性シート７は、吸収した熱量に応じて膨張する膨張層を内部に有する媒体である。熱膨張性シート７の裏面には、カーボンブラックによる濃淡画像（電磁波熱変換層）が形成されている。可視光及び近赤外光が熱膨張性シート７の濃淡画像が形成された部分に照射されると、その部分で近赤外光が熱に変換されて、熱が発生する。これに応じて、その部分の膨張層が膨張して盛り上がり、その結果、立体画像が形成される。

光照射ユニット４は、光照射制御回路４１、冷却ファン４２、温度センサ４３、ランプヒータ４４、反射板４４１、バーコードリーダ４５、鏡４５１、モータ４８、挿入ローラ５１，５２、排出ローラ５３，５４、室温センサ４９の各部を備える。

光照射制御回路４１は、冷却ファン４２、ランプヒータ４４、挿入ローラ５１，５２、排出ローラ５３，５４の動作を制御する制御手段である。光照射制御回路４１は、例えば不図示のＣＰＵとメモリとを備え、コンピュータ３の指示に基づき、光照射ユニット４を統括制御する。光照射制御回路４１は、バーコードリーダ４５と入口センサ４６と出口センサ４７とからの入力信号に基づき、冷却ファン４２を制御する。また、光照射制御回路４１は、温度センサ４３からの入力信号に基づき、ランプヒータ４４の点灯及び消灯を制御する。また、光照射制御回路４１は、バーコードリーダ４５と入口センサ４６と出口センサ４７とからの入力信号に基づき、挿入ローラ５１，５２及び排出ローラ５３，５４を駆動するモータ４８の回転を制御する。なお、光照射制御回路４１は、任意のタイミングに応じて熱膨張性シート７の搬送速度を変更する機能を有している。

冷却ファン４２は、反射板４４１を空気冷却する冷却手段である。温度センサ４３は、後記する光加熱手段の周囲の温度として、反射板４４１の温度ＴＨ１を計測する計測手段である。ランプヒータ４４は、可視光及び近赤外光を発生する部材である。本実施形態では、ランプヒータ４４がハロゲンランプによって構成されているものとして説明する。反射板４４１は、ランプヒータ４４で発生した可視光及び近赤外光を反射する部材である。反射板４４１は、ランプヒータ４４の背面を覆う形状になっており、ランプヒータ４４の背面側に配置されている。反射板４４１の正面は、鏡面状になっており、光を反射する反射面として機能する。反射板４４１の背面には、温度センサ４３が取り付けられている。ランプヒータ４４と反射板４４１とは、可視光及び近赤外光を熱膨張性シート７に照射して、熱膨張性シート７の濃淡画像（電磁波熱変換層）が形成されている部分を近赤外光で加熱する光加熱手段として機能する。本実施形態では、光加熱手段（ランプヒータ４４と反射板４４１）が搬送路６の上方に配置されているものとして説明する。ただし、光加熱手段（ランプヒータ４４と反射板４４１）は、搬送路６の下方に配置することもできる。

バーコードリーダ４５は、熱膨張性シート７の裏面の端部に印刷されたバーコードを読み取る装置である。鏡４５１は、熱膨張性シート７の裏面が上方向を向くように給紙部５０内にセットされているときに、熱膨張性シート７のバーコードを反射して、バーコードリーダ４５から読み取れるようにする。立体画像形成システム１は、バーコードリーダ４５がバーコードを読み取ることにより、熱膨張性シート７の表面と裏面の向きを判別することができる。

モータ４８は、挿入ローラ５１，５２、排出ローラ５３，５４の駆動源である。挿入ローラ５１，５２は、光加熱手段（ランプヒータ４４と反射板４４１）よりも上流側に配置された搬送手段である。排出ローラ５３，５４は、光加熱手段（ランプヒータ４４と反射板４４１）よりも下流側に配置された搬送手段である。室温センサ４９は、立体画像形成システム１が設置されている部屋の温度（室温）ＴＨ２を計測する計測手段である。

光照射ユニット４の内部には、一点鎖線で示す搬送路６が形成されている。搬送路６は、熱膨張性シート７が挿入される挿入部５から熱膨張性シート７が排出される排出部（不図示）に亘って形成されている。挿入部５の内側には、給紙部５０が配置されている。光照射ユニット４は、搬送路６に沿って、給紙部５０、入口センサ４６、挿入ローラ５１，５２、下ガイド５５、上ガイド５６、排出ローラ５３，５４、出口センサ４７を備える。

給紙部５０は、熱膨張性シート７を光加熱手段に供給する部位である。光照射ユニット４は、熱膨張性シート７が挿入部５から内部に挿入されて給紙部５０にセットされ、タッチパネルディスプレイ２から光照射が指示されると、熱膨張性シート７の搬送と光照射とを開始する。この搬送は、給紙部５０が備える不図示の搬送機構によって開始される。

入口センサ４６は、熱膨張性シート７を検出する検出センサである。入口センサ４６は、熱膨張性シート７の前端が挿入ローラ５１，５２の直前の位置に到達したことや、熱膨張性シート７の後端が挿入ローラ５１，５２の直前の位置を通過したことを検知する。

挿入ローラ５１，５２は、それぞれ搬送路６の左右に分かれて設けられ、熱膨張性シート７の端部を上下から挟み込んで搬送する。これら挿入ローラ５１，５２は、図示せぬ動力伝達機構を介してモータ４８と接続されており、モータ４８によって駆動される。

下ガイド５５と上ガイド５６とは、熱膨張性シート７の搬送をガイドするガイド部材である。本実施形態では、下ガイド５５と上ガイド５６とは、長尺な平板状の形状を呈しており、搬送路６の下と上とから熱膨張性シート７をガイドする。下ガイド５５は、熱膨張性シート７の搬送の支障にならないように、前端部及び後端部が下方向に屈曲された形状になっている。下ガイド５５は、好ましくは、頑丈な金属材で構成するとよい。また、上ガイド５６は、熱膨張性シート７の搬送の支障にならないように、前端部及び後端部が上方向に屈曲された形状になっている。上ガイド５６は、好ましくは、透明なガラスやプラスチック材等で構成するとよい。

なお、本実施形態では、下ガイド５５と上ガイド５６の「前端」及び「後端」は、搬送媒体である熱膨張性シート７を基準にしている。図示例では、排出ローラ５３，５４に近い側（つまり、搬送方向における下流側）が下ガイド５５と上ガイド５６の前端側となり、挿入ローラ５１，５２に近い側（つまり、搬送方向における上流側）が下ガイド５５と上ガイド５６の後端側となっている。

排出ローラ５３，５４は、熱膨張性シート７を上下から挟み込んで搬送する。これら排出ローラ５３，５４も、図示せぬ動力伝達機構を介してモータ４８と接続されており、モータ４８によって駆動される。

出口センサ４７は、入口センサ４６と同様に、熱膨張性シート７を検出する検出センサである。出口センサ４７は、熱膨張性シート７の前端が排出ローラ５３，５４の直後の位置に到達したことや、熱膨張性シート７の後端が排出ローラ５３，５４の直後の位置を通過したことを検知する。

光照射ユニット４の内部の機構は、光加熱手段（ランプヒータ４４と反射板４４１）の直下の熱膨張性シート７を加熱する加熱領域部ＨＳと、加熱領域部ＨＳよりも上流側の上流側機構部ＵＳと、加熱領域部ＨＳよりも下流側の下流側機構部ＬＳとに大別される。

なお、本実施形態では、上ガイド５６は、搬送路６の幅方向（図１の紙面に対して垂直方向）に沿って並べて配置された複数本の長尺な板状の部材によって構成されている。それぞれの上ガイド５６は、搬送方向と平行に配置されることで熱膨張性シート７に強い影を落とさないように、側面視で斜め方向に傾斜して設けられている。具体的には、それぞれの上ガイド５６は、搬送路６と光加熱手段（ランプヒータ４４と反射板４４１）との間で、後端側が搬送路６から離間するように傾斜して配置されている。これによりランプヒータ４４の直下において、上ガイド５６と熱膨張性シート７とは所定距離だけ離れているので、強い影を落とすことはない。また、上ガイド５６は、搬送方向と平行に配置されることで熱膨張性シート７の同じ箇所に影を落とさないように、上面視で斜め方向に傾斜して設けられている。

なお、温度センサ４３は、仮にその影が熱膨張性シート７に落ちてしまった場合に、影が落ちた部分での電磁波の熱への変換効率を低下させてしまう。そのため、本実施形態では、温度センサ４３は、その影が熱膨張性シート７に落ちないように、反射板４４１の背面に取り付けられている。しかしながら、反射板４４１の正面の温度は、反射板４４１の背面の温度よりも大きくなる傾向にある。そして、反射板４４１の正面の温度と反射板４４１の背面の温度とが大きく異なることがある。その結果、光加熱手段から照射される光の照射方向の温度と温度センサ４３で計測された反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とが大きく異なることがある。このような反射板４４１の正面の温度と反射板４４１の背面の温度とが大きく異なる現象は、特に、温度の上昇時に発生し易い。そこで、立体画像形成システム１は、このような現象の影響を解消するために、以下の「立体画像形成システムの動作」の章で説明する方法で立体画像の形成を行う。

＜立体画像形成システムの動作＞
以下、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３を参照して、立体画像形成システム１の動作につき説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、立体画像形成システム１の動作を示すフローチャートである。図３は、立体画像形成システム１の動作例を示すシーケンス図である。

図３は、立体画像形成システム１の温度制御のグラフを上側に示し、ランプヒータ４４と冷却ファン４２とモータ４８と出口センサ４７のオン／オフ状態のシーケンス例を下側に示している。図３のグラフでは、横軸が時間（ｓ）を示しており、縦軸が温度（℃）を示している。図３のグラフ中、一点鎖線は反射板４４１の正面の温度ＬＨ（つまり、光の照射方向の温度）を示しており、実線は反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１を示している。

図３から分かるように、一点鎖線で示す反射板４４１の正面の温度ＬＨと実線で示す反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とは、温度の上昇時に大きく異なった値になり易い。しかしながら、一点鎖線で示す反射板４４１の正面の温度ＬＨと実線で示す反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とは、温度が下降すると、近似した値となる。そこで、立体画像形成システム１は、立体画像の形成時に、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の周囲を予め決められた予熱温度Ｔ１（図３参照）に予熱させた後に、搬送手段（挿入ローラ５１，５２及び排出ローラ５３，５４）に熱膨張性シート７を搬送させるものとする。

なお、本実施形態では、光照射制御回路４１は、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の動作を制御する光加熱制御手段として、また、搬送手段（挿入ローラ５１，５２及び排出ローラ５３，５４）の動作を制御する搬送制御手段として機能する。

また、立体画像形成システム１は、図示せぬタイマによって計測された時間に基づいて動作する。また、立体画像形成システム１の動作は、光照射制御回路４１の図示せぬ記憶部に読み出し自在に予め格納されたプログラムによって規定されており、光照射制御回路４１によって実行される。以下、これらの点については、情報処理では常套手段であるので、その詳細な説明を省略する。

立体画像形成システム１は、オペレータが熱膨張性シート７（用紙）を挿入部５から内部に挿入して給紙部５０にセットし、タッチパネルディスプレイ２に表示されているスタートボタン（不図示）を押下（タップ）することによって、動作を開始する。

図２Ａに示すように、立体画像形成システム１の光照射制御回路４１は、バーコードリーダ４５により熱膨張性シート７の挿入を検知する（ステップＳ１０５）。このとき、光照射制御回路４１は、バーコードリーダ４５の出力信号に基づいて熱膨張性シート７の表裏の向きを判別する。そして、熱膨張性シート７の裏面が上を向くようにセットされていれば、光照射制御回路４１は、温度センサ４３で計測された反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１（図３参照）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。予熱温度Ｔ１は、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の周囲を予熱するために予め決められた温度である。

ステップＳ１１０の判定で、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１未満であると判定された場合（Ｙｅｓの場合）に、光照射制御回路４１は、計測温度ＴＨ１を上昇させるために、ランプヒータ４４をオンにして光の照射を開始する（ステップＳ１１５）。これにより、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の周囲の温度が上昇する。

例えば、図３に示す例では、立体画像形成システム１は、時刻Ａ１のときに、光の照射を開始している。そして、時刻が時刻Ａ１から時刻Ａ２に進むことにより、反射板４４１の正面の温度ＬＨと反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とが上昇している。このとき、反射板４４１の正面の温度ＬＨと反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とが大きく異なった値になる。具体的には、反射板４４１の正面の温度ＬＨが反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１よりも比較的大きな値になる。

この後、光照射制御回路４１は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が加熱温度Ｔ２（図３参照）以上に上昇したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。加熱温度Ｔ２は、予熱温度Ｔ１（図３参照）よりも高い値に予め設定されている。

ステップＳ１２０の判定で、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が加熱温度Ｔ２（図３参照）以上に上昇したと判定された場合（Ｙｅｓの場合）に、光照射制御回路４１は、以下の制御を行う。すなわち、光照射制御回路４１は、ランプヒータ４４をオフにして光の照射を停止するとともに、冷却ファン４２をオンにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を開始する（ステップＳ１２５）。これにより、光照射制御回路４１は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１を下降させる。その結果、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の周囲の温度が下降する。

例えば、図３に示す例では、時刻が時刻Ａ２から時刻Ａ３に進むことにより、反射板４４１の正面の温度ＬＨと反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とが下降する。このとき、反射板４４１の正面の温度ＬＨと反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とが近似した値になる。具体的には、反射板４４１の正面の温度ＬＨが反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１よりも少しだけ大きな値になる。

この後、光照射制御回路４１は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１（図３参照）以下に下降したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１（図３参照）以下に下降したと判定された場合（Ｙｅｓの場合）に、光照射制御回路４１は、冷却ファン４２をオフにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を停止する（ステップＳ１５０）。この後、処理は、ステップＳ１５５（図２Ｂ参照）に進む。

一方、ステップＳ１１０の判定で、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１未満でない（つまり、予熱温度Ｔ１以上である）と判定された場合（Ｎｏの場合）に、光照射制御回路４１は、以下の制御を行う。すなわち、光照射制御回路４１は、冷却ファン４２をオンにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を開始する（ステップＳ１４０）。これにより、光照射制御回路４１は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１を下降させる。その結果、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の周囲の温度が下降する。

この後、光照射制御回路４１は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１（図３参照）以下に下降したか否かを判定する（ステップＳ１４５）。反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が予熱温度Ｔ１（図３参照）以下に下降したと判定された場合（Ｙｅｓの場合）に、処理は、ステップＳ１５０に進む。その結果、ステップＳ１５０で、光照射制御回路４１は、冷却ファン４２をオフにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を停止する。

図２Ｂに示すように、ステップＳ１５０の後、光照射制御回路４１は、熱膨張性シート７に立体画像を形成するために、ランプヒータ４４をオンにして光の照射を開始する（ステップＳ１５５）。そして、光照射制御回路４１は、予め決められた設定時間分だけ時間が経過するまで待つ（ステップＳ１６０）。これにより、例えば、図３に示す例では、時刻が時刻Ａ３から時刻Ａ４に進む。この設定時間は、熱膨張性シート７の膨張層（不図示）を膨張させることが可能な形成温度まで、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１を上昇させるための時間である。また、図３に示す時刻Ａ４は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が形成温度に到達した時刻である。時刻Ａ４は、立体画像の形成開始時刻となる。

設定時間が経過したら、光照射制御回路４１は、以下の式（１）に基づいて、熱膨張性シート７の搬送速度を決定する（ステップＳ１６５）。
Ｖ＝ａ＋ｂ×ＴＨ２ …（１）
ここで、各記号の意味は、以下の通りである。
Ｖ ：搬送速度
ａ ：定数
ｂ ：温度係数
ＴＨ２：室温
定数ａと温度係数ｂは、事前に室温を変更しながら立体画像の形成実験を行うことによって得ることができる。室温ＴＨ２は、立体画像の形成時に室温センサ４９で室温を計測することによって得ることができる。

ここで、搬送速度Ｖを決定する理由は、以下に説明するように、室温に応じて搬送速度Ｖを変更することによって、近赤外光の強さの変化を相殺するためである。すなわち、立体画像の形成時に照射される近赤外光の強さは、室温に応じて変化する。そのため、立体画像の膨張高さが、室温によって大きく変化する。そこで、本実施形態では、立体画像形成システム１は、室温に応じて搬送速度Ｖを変更して、近赤外光の強さの変化を相殺している。このような立体画像形成システム１は、室温が変化しても、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

なお、ステップＳ１６５の処理は、ステップＳ１６０の処理と並行して行ってもよいし、又は、ステップＳ１６０の処理よりも前に行ってもよい。

この後、光照射制御回路４１は、モータ４８をオンにする（ステップＳ１７０）。このとき、熱膨張性シート７は、給紙部５０から繰り出され、搬送手段（挿入ローラ５１，５２及び排出ローラ５３，５４）によってステップＳ１６５で決定された搬送速度Ｖで下流側に向けて搬送される。これにより、熱膨張性シート７の先端部分は、入口センサ４６上を通過し、上流側機構部ＵＳから加熱領域部ＨＳに進入する。このとき、加熱領域部ＨＳでは、熱膨張性シート７の裏面に可視光及び近赤外光が照射され、その結果、熱膨張性シート７に立体画像が形成される。

なお、図３に示す例では、期間ＦＩは、立体画像が形成される立体画像形成期間を示している。例えば、図３に示す例では、期間ＦＩの開始時刻である時刻Ａ４において、立体画像の形成が開始される。この後、期間ＦＩの終了時刻である時刻Ａ５で熱膨張性シート７の後端が出口センサ４７上を通過したことが検知されるまで、立体画像の形成が行われる。そして、時刻Ａ５で熱膨張性シート７の後端が出口センサ４７上を通過したことが検知されると、立体画像の形成が終了する。以下、時刻Ａ５等における立体画像の形成時の温度を「形成温度」と称する。

光照射制御回路４１は、熱膨張性シート７の後端が出口センサ４７上を通過したか否かを監視する（ステップＳ１７５）。そして、熱膨張性シート７の後端が出口センサ４７上を通過したら（Ｙｅｓの場合）、光照射制御回路４１は、以下の制御を行う。すなわち、光照射制御回路４１は、ランプヒータ４４をオフにして光の照射を停止するとともに、冷却ファン４２をオンにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を開始する。更に、光照射制御回路４１は、モータ４８をオフにして熱膨張性シート７の搬送を停止する（ステップＳ１８０）。これにより、光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）の周囲の温度が下降する。また、熱膨張性シート７が光照射ユニット４の排出部（不図示）に排出される。

この後、光照射制御回路４１は、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が形成温度（時刻Ａ５等における立体画像の形成時の温度）から予め決められた終了温度Ｔ０（図３参照）以下に下降したか否かを判定する（ステップＳ１８５）。終了温度Ｔ０（図３参照）は、一連のルーチンの処理（立体画像の形成処理）を終了するために予め決められた温度である。

ステップＳ１８５の判定で、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が終了温度Ｔ０（図３参照）以下に下降したと判定された場合（Ｙｅｓの場合）に、光照射制御回路４１は、冷却ファン４２をオフにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を停止する（ステップＳ１９０）。
これにより、一連のルーチンの処理（立体画像の形成処理）が終了する。

なお、図３に示す例では、時刻Ａ６で、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が終了温度Ｔ０まで下降している。そのため、光照射制御回路４１は、時刻Ａ６で、冷却ファン４２をオフにして光加熱手段（ランプヒータ４４及び反射板４４１）への送風を停止している。これにより、時刻Ａ６以降において、反射板４４１の正面の温度ＬＨと反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１とがゆっくりと下降している。

そして時刻Ａ６以降において、再び、熱膨張性シート７が給紙部５０にセットされ、タッチパネルディスプレイ２から光照射が指示されている。これに応答して、立体画像形成システム１は、立体画像の形成を再開している。その結果、時刻Ｂ１〜時刻Ｂ６の期間で、前記した時刻Ａ１〜時刻Ａ６で行った処理と同様の処理を行っている。

その際に、時刻Ｂ５〜時刻Ｂ６の期間で、反射板４４１の背面の計測温度ＴＨ１が終了温度Ｔ０に下降する前に、再び、熱膨張性シート７が給紙部５０にセットされ、タッチパネルディスプレイ２から光照射が指示されている。これに応答して、立体画像形成システム１は、立体画像の形成を終了せずに、次回の立体画像の形成を連続して行っている。その結果、時刻Ｃ１〜時刻Ｃ６の期間で、前記した時刻Ａ１〜時刻Ａ６で行った処理と同様の処理を行っている。ただし、時刻Ｂ６と時刻Ｃ１は同じ時刻である。また、時刻Ｃ１〜時刻Ｃ２の期間は、前回の立体画像を形成した際の時刻Ｂ１〜時刻Ｂ２の期間よりも短くなっている。

なお、熱膨張性シート７は、光照射ユニット４の中を繰り返し搬送させることができる。これにより、立体画像形成システム１は、熱膨張性シート７に対して図２Ａ及び図２Ｂに示すルーチンの処理を繰り返し行うことができる。

その搬送に伴い、熱膨張性シート７の断面形状は、例えば、図４〜図６に示す熱膨張性シート７Ａ，７ｂ，７Ｃのように変化する。図４〜図６は、熱膨張性シート７を２回搬送して、図２Ａ及び図２Ｂに示すルーチンの処理を表面と裏面の２回行った場合における熱膨張性シート７の断面形状の変化を示している。

図４は、搬送前の熱膨張性シート７Ａの断面形状を示す断面図である。
図４に示す熱膨張性シート７Ａは、基材７１と発泡樹脂層（膨張層）７２とインク受容層７３とが順に積層されている。
基材７１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（膨張層）７２には、基材７１上に設けられた熱可塑性樹脂であるバインダ内に熱発泡剤（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、発泡樹脂層（膨張層）７２は、吸収した熱量に応じて発泡膨張する。

インク受容層７３は、発泡樹脂層（膨張層）７２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７３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て、その表面に定着させるために好適な材料で構成される。

熱膨張性シート７Ａは更に、表面（インク受容層７３側）に電磁波熱変換層７４とカラーインク層７５ａ，７５ｂが印刷され、裏面（基材７１側）に電磁波熱変換層７６が印刷されている。電磁波熱変換層７４，７６は、例えばカーボンブラックを含むインクで印刷された層であり、可視光や近赤外光（電磁波）を熱に変換する。また、カラーインク層７５ａ，７５ｂは、シアン・マゼンタ・イエローなどのインクで印刷された画像層の一例である。

熱膨張性シート７Ａは、発泡樹脂層（膨張層）７２を加熱により膨張させる前の状態なので、この発泡樹脂層（膨張層）７２の厚さは一様である。熱膨張性シート７Ａは、図１に示すように、光照射ユニット４の給紙部５０に、電磁波熱変換層７４が印刷されたインク受容層７３を上に向けてセットされる。そののち熱膨張性シート７Ａは、搬送路６で可視光や近赤外光（電磁波）を照射されることで発泡樹脂層（膨張層）７２が加熱により膨張し、図５に示した熱膨張性シート７Ｂが形成される。

図５は、１回目の搬送後における熱膨張性シート７Ｂの断面形状を示す断面図である。
電磁波熱変換層７４は、第１回目の搬送において、図の上側から光の照射を受けて熱に変換する、この電磁波熱変換層７４は、熱膨張性シート７に細かな立体パターンを形成するために設けられている。この電磁波熱変換層７４の直下の発泡樹脂層（膨張層）７２は、熱を受けて発泡膨張する。インク受容層７３、電磁波熱変換層７４、カラーインク層７５ｂは、それぞれ伸縮性を有し、発泡樹脂層（膨張層）７２の発泡膨張に追従して変形する。このようにして熱膨張性シート７Ｂが形成される。

なお、これらの層間に隙間が生じると、電磁波熱変換層７４から発泡樹脂層（膨張層）７２への熱伝導量が抑制されるおそれがある。

この熱膨張性シート７Ｂは更に、光照射ユニット４の給紙部５０に、電磁波熱変換層７６が印刷された基材７１を上に向けてセットされたのち、搬送路６で可視光や近赤外光（電磁波）を照射されることで発泡樹脂層（膨張層）７２が加熱により膨張し、図６に示した熱膨張性シート７Ｃが形成される。熱膨張性シート７Ｂは、１回目の加熱により、熱膨張性シート７Ａよりも用紙の水分量が減少している。この熱膨張性シート７Ｂの２回目の加熱は、その水分減少を見込んで、加熱における搬送速度を上げている。更に１回目の加熱終了から２回目の加熱までの経過時間により、２回目の加熱における搬送速度を変化させている。

図６は、２回目の搬送後における熱膨張性シート７Ｃの断面形状を示す断面図である。
電磁波熱変換層７６は、第２回目の搬送において、図の下側から光の照射を受けて熱に変換する、この電磁波熱変換層７６は、粗い立体パターンを形成するために設けられている。この電磁波熱変換層７６の近傍の発泡樹脂層（膨張層）７２は、熱を受けて発泡膨張する。インク受容層７３、電磁波熱変換層７４、カラーインク層７５ａは、それぞれ伸縮性を有し、発泡樹脂層（膨張層）７２の発泡膨張に追従して変形する。このようにして、立体画像を含む熱膨張性シート７Ｃが形成される。

＜立体画像形成システムの主な特徴＞
係る構成において、本実施形態に係る立体画像形成システム１は、以下のような特徴を有している。

（１）立体画像形成システム１の光照射制御回路４１は、立体画像の形成時に、光加熱手段の周囲を予め決められた予熱温度Ｔ１（図３参照）に予熱させた後に、搬送手段に熱膨張性シート７を搬送させる。このような立体画像形成システム１は、予熱温度Ｔ１（図３参照）に基づいて立体画像を形成することができるため、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

（２）立体画像形成システム１の光照射制御回路４１は、光加熱手段の周囲の温度を予熱温度Ｔ１（図３参照）よりも高い加熱温度Ｔ２（図３参照）まで上昇させてから予熱温度Ｔ１まで下降させた後に、搬送手段に熱膨張性シート７を搬送させる。これにより、立体画像形成システム１は、反射板４４１の正面の温度を所望の温度に制御することができる。その結果、立体画像形成システム１は、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

（３）立体画像形成システム１の光照射制御回路４１は、立体画像の形成時に、熱膨張性シート７の搬送を開始する直前に室温センサ４９で計測された室温ＴＨ２に応じた搬送速度Ｖで熱膨張性シート７を搬送して立体画像を形成する。このような立体画像形成システム１は、一定な室温環境下でなくても、つまり、環境温度（室温ＴＨ２）の変化に影響されることなく、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

（４）立体画像形成システム１の光照射制御回路４１は、熱膨張性シート７の断続挿入（図３に示す時刻Ａ１〜時刻Ａ６の処理）又は連続挿入（図３に示す時刻Ｂ１〜時刻Ｃ６の処理）においても、ランプヒータ４４の予熱制御を行い、その後に、室温センサ４９で計測された室温ＴＨ２に応じた搬送速度Ｖで熱膨張性シート７を搬送して立体画像を形成する。このような立体画像形成システム１は、立体画像の膨張高さに影響する環境温度（室温ＴＨ２）の変化がある場合であっても、断続挿入（図３に示す時刻Ａ１〜時刻Ａ６の処理）又は連続挿入（図３に示す時刻Ｂ１〜時刻Ｃ６の処理）に拘わらず、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

（５）立体画像形成システム１は、前回の立体画像が形成された際の余熱が残らずに、光加熱手段の周囲の温度が十分に冷えた温度であることを検知した後に、次回の立体画像を形成する。このような立体画像形成システム１は、立体画像形成システム１の状態に影響されることなく、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。なお、前記した「十分に冷えた温度」とは、例えば、連続挿入（図３に示す時刻Ｂ１〜時刻Ｃ６の処理）を行う場合の時刻Ｃ１のときの温度を意味している。立体画像形成システム１は、時刻Ｃ１のときの温度以下であれば、次回の立体画像を形成することができる。

以上の通り、本実施形態に係る立体画像形成システム１によれば、所望の膨張高さの立体画像を安定して形成することができる。

なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や変形を行うことができる。
例えば、前記した実施形態は、本発明の要旨を分かり易く説明するために詳細に説明したものである。そのため、本発明は、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、本発明は、ある構成要素に他の構成要素を追加したり、一部の構成要素を他の構成要素に変更したりすることができる。また、本発明は、一部の構成要素を削除することもできる。

また、例えば、立体画像形成システム１は、熱膨張性シート７の両面に近赤外光を照射して、熱膨張性シート７の両面に立体画像を形成することも可能である。この場合に、図２Ａ及び図２Ｂに示す立体画像形成システム１の動作や、前記した式（１）の搬送速度等は、状況に応じて変更される可能性がある。

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＞
搬送路に沿って熱膨張性シートを搬送する搬送手段と、
前記熱膨張性シートに光を照射して加熱する光加熱手段と、
前記光加熱手段の周囲の温度を計測する温度センサと、
前記光加熱手段及び前記搬送手段の動作を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記光加熱手段の周囲を予め決められた予熱温度に予熱させた後に、前記搬送手段に前記熱膨張性シートを搬送させることを特徴とする立体画像形成システム。
＜請求項２＞
前記制御手段は、前記光加熱手段の周囲の温度を前記予熱温度よりも高い加熱温度まで上昇させてから前記予熱温度まで下降させた後に、前記搬送手段に前記熱膨張性シートを搬送させることを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成システム。
＜請求項３＞
前記制御手段は、
前記搬送手段に前記熱膨張性シートの搬送を実行させるとともに、前記光加熱手段に光の照射を実行させることによって立体画像の形成を行い、
立体画像の形成が終了すると、前記光加熱手段に光の照射を停止させて、立体画像の形成時に光の照射によって前記予熱温度よりも高い形成温度に上昇した前記光加熱手段の周囲の温度を下降させ、かつ、
前記光加熱手段の周囲の温度が前記予熱温度よりも低い予め決められた終了温度に下降する前に次の前記熱膨張性シートのセットが検知されたときに、次の立体画像の形成を連続して行うことを特徴とする請求項２に記載の立体画像形成システム。
＜請求項４＞
前記制御手段は、前記光加熱手段の周囲の温度が前記終了温度に下降した後に次の前記熱膨張性シートのセットが検知されたときに、立体画像の形成を一時的に終了し、前記光加熱手段の周囲を前記加熱温度まで上昇させてから前記予熱温度まで下降させた後に、前記搬送手段に前記熱膨張性シートを搬送させて、立体画像の形成を再開することを特徴とする請求項３に記載の立体画像形成システム。
＜請求項５＞
前記光加熱手段の背面側には、光を反射させる反射板が配置されており、
前記温度センサは、前記反射板の背面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。
＜請求項６＞
前記光加熱手段に送風するファンを更に有しており、
前記制御手段は、前記搬送手段に前記熱膨張性シートを搬送させる前に、前記ファンによる送風を制御することで、予め決められた温度まで前記光加熱手段の周囲を冷却させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。
＜請求項７＞
室温を計測する室温センサを更に有しており、
前記制御手段は、前記室温センサによって計測された室温に応じて前記搬送手段の搬送速度を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。

１ 立体画像形成システム
２ タッチパネルディスプレイ
３ コンピュータ
４ 光照射ユニット
４１ 光照射制御回路（制御手段）
４２ 冷却ファン（冷却手段）
４３ 温度センサ
４４ ランプヒータ（光加熱手段の一部）
４４１ 反射板（光加熱手段の一部）
４６ 入口センサ
４７ 出口センサ
４８ モータ
４９ 室温センサ
５０ 給紙部
５１，５２ 挿入ローラ（搬送手段）
５３，５４ 排出ローラ（搬送手段）
５５ 下ガイド（ガイド部材）
５６ 上ガイド（ガイド部材）
７ 熱膨張性シート

Claims (14)

1. 熱膨張性シートに光を照射することにより前記熱膨張性シートを加熱する光照射手段と、
   前記光照射手段の周囲の温度を計測する温度センサと、
   前記熱膨張性シートへの光の照射に先立って、前記光照射手段の周囲の温度を調整するために前記光照射手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記温度センサによって計測された温度が前記光照射手段の周囲を予熱するために定められた予熱温度未満であるときに、前記予熱温度よりも高い加熱温度以上になるまで前記光照射手段に光を照射させた後、前記予熱温度以下になるまで照射を停止させ、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、
   ことを特徴とする立体画像形成システム。
2. 前記制御手段は、
   前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度以上であるときに、前記予熱温度以下になるまで前記光照射手段の照射を停止させ、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成システム。
3. 前記制御手段に制御されて前記光照射手段に送風するファンを備え、
   前記制御手段は、前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度未満であるときに、前記加熱温度以上になるまで前記光照射手段に光を照射させた後、前記光照射手段の照射が停止されている際に、前記予熱温度以下になるまで前記ファンに送風させ、
   前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度以上であるときに、前記予熱温度以下になるまで前記ファンに送風させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像形成システム。
4. 前記制御手段は、前記熱膨張性シートを膨張させる際に、前記ファンの前記光照射手段への送風を停止させた状態で前記光照射手段に光を照射させる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体画像形成システム。
5. 室温の温度を計測する室温センサと、
   搬送路に沿って前記熱膨張性シートを搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段の動作を制御する搬送制御手段と、を備え、
   前記搬送制御手段は、前記室温センサによる室温に基づいて、前記搬送制御手段が前記熱膨張性シートを搬送する速度を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体画像形成システム。
6. 熱膨張性シートに光を照射することにより前記熱膨張性シートを加熱する光照射手段と、前記光照射手段の周囲の温度を計測する温度センサを制御するコンピュータに、
   前記熱膨張性シートへの光の照射に先立って、前記温度センサによって計測された温度が前記光照射手段の周囲を予熱するために定められた予熱温度未満であるときに、前記予熱温度よりも高い加熱温度以上になるまで前記光照射手段に光を照射させた後、前記予熱温度以下になるまで照射を停止させ、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、
   ことを特徴とするプログラム。
7. 前記コンピュータに、前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度以上であるときに、前記予熱温度以下になるまで前記光照射手段の照射を停止させ、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載のプログラム。
8. 前記光照射手段に送風するファンを制御する前記コンピュータに、
   前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度未満であるときに、前記加熱温度以上になるまで前記光照射手段に光を照射させた後、前記光照射手段の照射が停止されている際に、前記予熱温度以下になるまで前記ファンに送風させ、
   前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度以上であるときに、前記予熱温度以下になるまで前記ファンに送風させる、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のプログラム。
9. 前記コンピュータに、前記熱膨張性シートを膨張させる際に、前記ファンの前記光照射手段への送風を停止させた状態で前記光照射手段に光を照射させる、
   ことを特徴とする請求項８に記載のプログラム。
10. 前記コンピュータを、搬送路に沿って前記熱膨張性シートを搬送する搬送手段を制御する搬送制御手段として機能させ、
    前記搬送制御手段は、室温センサによる室温に基づいて、前記熱膨張性シートを搬送する速度を制御する、
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のプログラム。
11. 光照射手段によって光を熱膨張性シートに照射することにより前記熱膨張性シートを加熱する加熱ステップと、
    前記加熱ステップに先立って、前記光照射手段の周囲の温度を調整する調整ステップと、
    を有し、
    前記調整ステップは、温度センサによって計測された温度が前記光照射手段の周囲を予熱するために定められた予熱温度未満であるときに、前記予熱温度よりも高い加熱温度以上になるまで前記光照射手段で光を照射した後、前記予熱温度以下になるまで照射を停止し、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始させる、
    ことを特徴とする造形物の製造方法。
12. 前記調整ステップは、前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度以上であるときに、前記予熱温度以下になるまで前記光照射手段の照射を停止し、その後、前記光照射手段に前記熱膨張性シートを膨張させる照射光量での光照射を開始する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の造形物の製造方法。
13. 前記調整ステップは、前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度未満であるときに、前記加熱温度以上になるまで前記光照射手段で光を照射した後、前記光照射手段の照射が停止している際に、前記予熱温度以下になるまでファンで送風し、
    前記温度センサによって計測された温度が前記予熱温度以上であるときに、前記予熱温度以下になるまで前記ファンで送風する、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の造形物の製造方法。
14. 前記調整ステップは、前記熱膨張性シートを膨張させる際に、前記ファンの前記光照射手段への送風を停止した状態で前記光照射手段に光を照射する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の造形物の製造方法。

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