JP7055999B2 - 立体画像形成装置および立体画像 - Google Patents
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また、熱膨張時の周囲の環境等に、膨張の程度が影響を受けるため、隆起の高さが所定の値になるように制御することも困難である。
基材層と熱膨張層とが積層された平面状の熱膨張性シートを載置する載置面と、
前記載置面の上側に、平行に離間して配設された透明な規制板と、
前記規制板の上方に設けられ、光を下方に照射する光照射部と、
を備えることを特徴とする立体画像形成装置である。
図12は、表面に画像24を印刷した熱膨張性シート2aを、比較例の立体画像形成装置5Aによって搬送しているときの断面図である。
立体画像形成装置5Aは、上流側のローラ43,44および下流側のローラ41,42(図13に記載)と、ハロゲンランプ31と、反射板32とを備えている。
ローラ43,44は、熱膨張性シート2aを挟んで回転することにより、この熱膨張性シート2aを図の左方向に搬送(移動)させる搬送手段(移動手段)である。このローラ43,44は、不図示のモータ等によって駆動される。
熱膨張層22には、基材層21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、熱膨張層22は、吸収した熱量に応じて発泡膨張する。
画像24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。この画像24は、例えば印刷用のトナーやボールペンや万年筆のインクによって描かれた画像であってもよい。
図13の立体画像形成装置5Aにおいて、熱膨張性シート2aは、ハロゲンランプ31と反射板32(光照射部)の直下に搬送され、ローラ41,42で挟まれた位置に近づいている。
熱膨張性シート2eには、そのインク受容層23の表面に、図12に示した画像24よりも薄い濃度の画像26が形成されている。
本実施形態の立体画像形成装置5は、ガラス板11,12の間に熱膨張性シート2が設置されたものを搬送している。この熱膨張性シート2は、膨張前であり、厚みはTである。ガラス板12の上面121(載置面)に、熱膨張性シート2aが載置されている。ガラス板11は、このガラス板12の上側に、距離Dだけ離れて平行に離間して配設されている。ガラス板11と熱膨張性シート2aとの距離は、所望の立体画像の高さH1である。ガラス板11,12は、不図示の固定具により、相対的な距離Dが変化しないように固定されている。なお、ガラス板11とガラス板12の距離Dは、膨張前の熱膨張性シート2の厚みT以上、且つ、隆起部分を含めた膨張後の熱膨張性シート2の厚み(T+H1)以下である。また、言い換えると、距離Dは、膨張前の熱膨張性シート2の厚みT以上、且つ、熱膨張層を最大限膨張させた際の隆起部分を含めた熱膨張性シート2の厚み(T+Hmax)以下である。
ガラス板11,12および熱膨張性シート2は、ローラ43,44などによって、ハロゲンランプ31と反射板32の直下に搬送されて、光の照射を受ける。なお、無駄な光の照射を減らすために、ガラス板11,12および熱膨張性シート2は、ハロゲンランプ31が光の照射を開始する際に、ハロゲンランプ31と反射板32の直下に搬送されて、光の照射を受けるような構成にするとよい。
図2に示すように、立体画像形成装置5は、ハロゲンランプ31と、反射板32と、ローラ41~44(移動手段)と、ガラス板11,12とを含んで構成されている。
固定されたガラス板11,12は、下流側のローラ43,44と、上流側のローラ41,42に挟まれ、これらローラ41~44の回転により、矢印の方向に搬送される。
これらガラス板11,12と熱膨張性シート2の上方には、ハロゲンランプ31と反射板32が設けられている。ハロゲンランプ31と反射板32は、下方に光を照射することにより、ガラス板11を通して熱膨張性シート2に光を照射して加熱する光照射部である。ハロゲンランプ31と反射板32は、図の奥行き方向が長手方向であり、熱膨張性シート2aの奥行き方向の幅とほぼ同じ長さである。このハロゲンランプ31と反射板32は、上下左右方向が短手方向である。ローラ41~44は、固定されたガラス板11,12を、ハロゲンランプ31と反射板32に対して短手方向(図の左方向)に相対的に移動させる搬送手段(移動手段)である。ローラ41~44は、固定されたガラス板11,12の間に保持された熱膨張性シート2の全域に亘ってハロゲンランプ31の光が照射されるように、固定されたガラス板11,12を矢印方向に搬送する。
第1変形例の立体画像形成装置5Bは、ハロゲンランプ31と反射板32を図の右側に走査させる走査手段33(移動手段)を備えている。この走査手段33は、固定されたガラス板11,12の間に保持された熱膨張性シート2の全域に亘ってハロゲンランプ31の光が照射されるように、このハロゲンランプ31と反射板32の組合せを矢印方向に走査する。この第1変形例において、ガラス板11,12は固定されており、搬送されない。
変形例の立体画像形成装置5Bによっても、ガラス板11,12と熱膨張性シート2を、ハロゲンランプ31と反射板32に対して相対的に移動させることができる。なお、この場合、立体画像形成装置5Bには、熱膨張性シート2を載置する上面121が形成されていればよく、ガラス板12は必須の構成ではない。
第2変形例の立体画像形成装置5Cは、図2に示した立体画像形成装置5において、ガラス板11の上方に設けられていたハロゲンランプ31と反射板32を、ガラス板12の下方に配設したものである。そのため、立体画像形成装置5Cでは、ハロゲンランプ31と反射板32は、上方に光を照射して、熱膨張性シート2を下側から加熱するものとなっている。第2変形例の立体画像形成装置5Cでは、透明な平板であるガラス板12の上面121に熱膨張性シート2を載置する。
なお、第2変形例では、透明なガラス板11の代わりに、不透明な白色平板や鏡面板を設けて、熱膨張性シート2の膨張を規制してもよい。更に、この第2変形例に限られず、ガラス板12の下方に設けたハロゲンランプ31と反射板32を、図3に示したように、ハロゲンランプ31の短手方向に走査させるような構成にしてもよい。
以下、図5から図11に示した本実施形態における説明は、全てハロゲンランプ31と反射板32をガラス板11の上方に配設した際のものである。よって、第2変形例の立体画像形成装置5Cのようにハロゲンランプ31と反射板32をガラス板12の下方に配設した場合には、本実施形態における熱膨張性シート2の表裏を反転させてガラス板12に載置し、立体画像の形成を行う必要がある。
立体画像形成装置5において、熱膨張性シート2aが搬送されて、画像24がハロゲンランプ31と反射板32の直下となる。このとき、画像24を構成するカーボンインクが光を熱に変換し、画像24が形成された領域における熱膨張層22が膨張すると、立体画像が形成される。しかし、比較例とは異なり、本実施形態ではガラス板11,12により、熱膨張の高さが、高さH1に規制されている。更に、熱膨張層22が膨張してガラス板11に到達すると、このガラス板11によって放熱して膨張が抑制される。よって、隆起した上端に幅Wの平坦な部分を含む立体画像が得られる。また、隆起の高さH1は、ガラス板11と熱膨張性シート2aとの間隔に等しい。このように、本実施形態の立体画像形成装置5は、立体画像における隆起部分の形成を制御することができる。
熱膨張性シート2bは、図1に示した熱膨張性シート2aと同様な構成に加えて更に、裏面である基材層21側に、カーボンインクによって画像25が形成されている。この画像25は、画像24の裏面の対応する位置に形成されおり、画像24と同様に、可視光や近赤外光(電磁波)を熱に変換する。熱膨張性シート2bでは、裏面に黒を印刷することで、その領域の蓄熱が助長され、効率良く発泡することができる。
立体画像形成装置5は、この熱膨張性シート2bがガラス板11,12の間に設置されたものを搬送している。それ以外は、図1に示した構成と同様である。
立体画像形成装置5において、熱膨張性シート2bが搬送されて、画像24がハロゲンランプ31と反射板32の直下となる。このとき、画像24を構成するカーボンインクが光を熱に変換し、更に画像25を構成するカーボンインクが透過した赤外光などを熱に変換する。これにより、画像24,25が形成された領域における熱膨張層22が膨張し、立体画像が形成される。しかし、図1に示した例とは異なり、図7に示した熱膨張性シート2bは、表面の画像24に加えて裏面の画像25によって光を熱に変換するので、その領域の蓄熱が助長され、効率良く発泡することができる。
ガラス板11,12により、熱膨張が規制され、膨張の上部に幅W2の平坦な部分を持つ立体画像が得られる。また、熱膨張層22の上下で熱が発生するため、膨張がより迅速に完了する。
なお、熱膨張性シート2bの表面を上にして光を照射したのち、上下反転して裏面を上にして光を照射してもよい。これにより、更に効率良く発泡させることができる。
熱膨張性シート2cは、平面状であり、基材層21と熱膨張層22とが順に積層されている。この熱膨張性シート2cには、基材層21の表面に画像25が形成されている。
熱膨張性シート2cの基材層21と熱膨張層22は、図1に示した熱膨張性シート2aと同様である。
熱膨張性シート2cは、基材層21の側を上に、つまり裏面を上に向けて、ガラス板12の上面121に載置されている。ガラス板11は、熱膨張性シート2cの上側に、平行に離間して配設されている。これにより、熱膨張性シート2cの膨張を規制する。
立体画像形成装置5において、熱膨張性シート2cが搬送されて、画像25がハロゲンランプ31と反射板32の直下となる。このとき、画像25を構成するカーボンインクが光を熱に変換する。これにより、画像25が形成された領域における熱膨張層22が膨張し、立体画像が形成される。このように、インク受容層23を有さない熱膨張性シート2cにおいても、裏面側の画像25により、立体画像を形成可能である。
ガラス板11,12により、熱膨張が規制され、膨張の上部に幅W3の平坦な部分を持つ立体画像が得られる。また、インク受容層23が不要なため、熱膨張性シート2cをより容易に製造することができる。
熱膨張性シート2dは、平面状であり、基材層21と熱膨張層22とインク受容層23とが順に積層されている。この熱膨張性シート2cには、基材層21の表面に画像25が形成されている。
熱膨張性シート2dの基材層21と熱膨張層22とインク受容層23は、図1に示した熱膨張性シート2aと同様である。
熱膨張性シート2dは、基材層21の側を上に、つまり裏面を上に向けて、ガラス板12の上面121に載置されている。
立体画像形成装置5において、熱膨張性シート2dが搬送されて、画像25がハロゲンランプ31と反射板32の直下となる。このとき、画像25を構成するカーボンインクが光を熱に変換する。これにより、画像25が形成された領域における熱膨張層22が膨張し、立体画像が形成される。このように、インク受容層23を有する熱膨張性シート2dにおいても、裏面側の画像25により、立体画像を形成可能である。
ガラス板11,12により、熱膨張が規制され、膨張の上部に幅W4の平坦な部分を持つ立体画像が得られる。
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り、例えば、次の(a)~(h)のようなものがある。
(a) 図3に示した第1変形例の立体画像形成装置5Bに、表面に濃淡画像を印刷した熱膨張性シート2を設定してもよく、裏面に濃淡画像を印刷した熱膨張性シート2の裏面を上に設定してもよく、限定されない。
(b) 熱膨張性シート2に印刷する印刷材料は、光を熱に変換する特性を有するものであればよく、カーボンインクなど黒色のものに限定されない。
(c) 上記実施形態において、下側のガラス板12の代わりに、所定の剛性を有する平面状の断熱材料を使用してもよい。これにより、熱膨張性シート2の温度低下を抑止可能である。なお、この断熱材料は、自身が光の照射によって加熱されることを防ぐため、その表面が白色または鏡面状であることが望ましい。
(d) 第2変形例において、上側のガラス板11の代わりに、所定の剛性を有する平板を使用してもよい。更にこの平板は、自身が光の照射によって加熱されることを防ぐため、その下面が白色または鏡面状であることが望ましい。
(e) 規制板となるガラス板11の下面に凹凸があるもの(例えば、模様ガラス)を用い、かつ熱膨張性シート2の表面を上側にして設置してもよい。こうすることで、熱膨張性シート2の隆起部分をガラス板11の下面の凹凸にあわせた形に変形することができる。
(f) ガラス板12の上面に凹凸があるもの(例えば、模様ガラス)を用い、かつ熱膨張性シート2の裏面を上側にして設置してもよい。これにより、熱膨張性シート2の隆起部分をガラス板12の上面の凹凸にあわせた形に変形することができる。更に熱膨張性シート2とガラス板12との接触部分を減らして熱伝導を低下させ、熱膨張性シート2の加熱効率を向上させることもできる。
(g) ガラス板12の上面に微細な凹凸があるもの(例えば、磨りガラス)を用い、かつ熱膨張性シート2の表面を上側にして設置してもよい。これにより、熱膨張性シート2とガラス板12との接触部分を減らして熱伝導を低下させ、熱膨張性シート2の加熱効率を向上させることができる。
(h) 規制板となるガラス板11は、熱膨張性シート2以上の大きさとすることで、1枚の熱膨張性シート2上で熱膨張する隆起部分をすべて平面化することができるが、これに限定されるものではない。例えば、隆起部分の中で、平面化したい部分にだけ規制板を設けるような構成とすることも可能である。
〔付記〕
《請求項1》
基材層と熱膨張層とが積層された平面状の熱膨張性シートを載置する載置面と、
前記載置面の上側に、平行に離間して配設された透明な規制板と、
前記規制板の上方に設けられ、光を下方に照射する光照射部と、
を備えることを特徴とする立体画像形成装置。
《請求項2》
前記規制板は、膨張前の前記熱膨張性シートの厚み以上、且つ、膨張後の前記熱膨張性シートの厚み以下だけ前記載置面から離間して配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の立体画像形成装置。
《請求項3》
前記規制板は、膨張前の前記熱膨張性シートの厚み以上、且つ、前記熱膨張層が仮に最大に熱膨張した場合の前記熱膨張性シートの厚み以下だけ前記載置面から離間して配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の立体画像形成装置。
《請求項4》
前記光照射部に対して前記規制板と前記載置面を、当該光照射部の短手方向に相対的に移動させる移動手段、
を備えることを特徴とする請求項1から3のうち何れか一項に記載の立体画像形成装置。
《請求項5》
前記移動手段は、前記規制板と前記載置面との間に載置された前記熱膨張性シートの全面に亘って前記光照射部の光が照射されるように、前記光照射部を相対的に移動させる、
ことを特徴とする請求項4に記載の立体画像形成装置。
《請求項6》
前記移動手段は、前記光照射部が光の照射を開始する際に、前記規制板と前記載置面が前記光照射部の下方に位置するように、前記光照射部に対して前記規制板と前記載置面を相対的に移動させる、
ことを特徴とする請求項4に記載の立体画像形成装置。
《請求項7》
前記載置面は、透明な平板の表面である、
ことを特徴とする請求項1から6のうち何れか一項に記載の立体画像形成装置。
《請求項8》
前記載置面は、白色である、
ことを特徴とする請求項1から7のうち何れか一項に記載の立体画像形成装置。
《請求項9》
基材層と熱膨張層とが積層された平面状の熱膨張性シートを載置する透明な平板と、
前記平板の上側に、平行に離間して配設された規制板と、
前記平板の下方に設けられ、光を上方に照射する光照射部と、
を備えることを特徴とする立体画像形成装置。
《請求項10》
平面状の基材層と、
前記基材層の一方の面上に積層された熱膨張層と、
前記熱膨張層上に積層され、かつ光熱変換特性を有する印刷材料により画像が形成された受容層と、
を備え、
前記画像が形成された領域における前記熱膨張層が膨張しており、かつ前記領域に平坦な部分を含む、
ことを特徴とする立体画像。
《請求項11》
前記基材層の他方の面上に、光熱変換特性を有する印刷材料により他の画像が形成されている、
ことを特徴とする、請求項10に記載の立体画像。
《請求項12》
光熱変換特性を有する印刷材料により画像が形成された平面状の基材層と、
前記基材層の画像が形成される面とは反対の面に積層されている熱膨張層と、
を備え、
前記画像が形成された領域における前記熱膨張層が膨張しており、かつ前記領域に平坦な部分を含む、
ことを特徴とする立体画像。
12 ガラス板 (平板)
121 上面 (載置面)
2,2a~2e 熱膨張性シート
21 基材層
22 熱膨張層
23 インク受容層
24,25 画像
26 画像
31 反射板 (光照射部の一部)
32 ハロゲンランプ (光照射部の一部)
33 走査手段 (移動手段)
41~44 ローラ (搬送手段かつ移動手段)
Claims (9)
- 基材層と熱膨張層とが積層された平面状の熱膨張性シートを載置する載置面と、
前記載置面の上側に、平行に離間して配設された透明な規制板と、
前記規制板の上方に設けられ、光を下方に照射する光照射部と、
を備えることを特徴とする立体画像形成装置。 - 前記規制板は、膨張前の前記熱膨張性シートの厚み以上、且つ、膨張後の前記熱膨張性シートの厚み以下だけ前記載置面から離間して配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の立体画像形成装置。 - 前記規制板は、膨張前の前記熱膨張性シートの厚み以上、且つ、前記熱膨張層が仮に最大に熱膨張した場合の前記熱膨張性シートの厚み以下だけ前記載置面から離間して配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の立体画像形成装置。 - 前記光照射部に対して前記規制板と前記載置面を、当該光照射部の短手方向に相対的に移動させる移動手段、
を備えることを特徴とする請求項1から3のうち何れか一項に記載の立体画像形成装置。 - 前記移動手段は、前記規制板と前記載置面との間に載置された前記熱膨張性シートの全面に亘って前記光照射部の光が照射されるように、前記光照射部を相対的に移動させる、
ことを特徴とする請求項4に記載の立体画像形成装置。 - 前記移動手段は、前記光照射部が光の照射を開始する際に、前記規制板と前記載置面が前記光照射部の下方に位置するように、前記光照射部に対して前記規制板と前記載置面を相対的に移動させる、
ことを特徴とする請求項4に記載の立体画像形成装置。 - 前記載置面は、透明な平板の表面である、
ことを特徴とする請求項1から6のうち何れか一項に記載の立体画像形成装置。 - 前記載置面は、白色である、
ことを特徴とする請求項1から7のうち何れか一項に記載の立体画像形成装置。 - 基材層と熱膨張層とが積層された平面状の熱膨張性シートを載置する透明な平板と、
前記平板の上側に、平行に離間して配設された規制板と、
前記平板の下方に設けられ、光を上方に照射する光照射部と、
を備えることを特徴とする立体画像形成装置。
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