JP6627945B2 - 構造物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の製造方法に関する。

従来、加熱により膨張する膨張層を有する媒体の膨張層が設けられた側とは逆の面上に、その媒体の所望の領域に濃淡画像を形成し、この濃淡画像が形成された媒体を加熱することにより、媒体の膨張層における濃淡画像が形成された部位を膨張させて盛上げる発泡造形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、カラー画像などの可視的な平面画像は、媒体の膨張層を盛上げる前に、媒体の膨張層が設けられた側の面に形成されるが、媒体の膨張層を盛上げた後に、当該盛上げられた膨張層の面上に画像を形成する発泡造形物を形成する方法については、何ら開示するものではない。

特開２００１−１５０８１２号公報

ところで、媒体の表面を盛上げた後に、更にその媒体に対して印刷を行う場合は、媒体の表面が盛り上げられているため、オフセット方式などのような、インクジェット方式に比べて印刷速度が比較的速い印刷方式を用いて印刷することができない。また、例えば、一般家庭に普及している汎用的なインクジェット方式のプリンタは、印刷媒体の表面が平坦であることを前提として設計されているので、膨張されて平坦でない表面を有する印刷媒体に対して高品質の印刷を行うことは難しいため、表面が平坦でない印刷媒体に対してインクジェット方式で印刷する際には、高品質の印刷を行うためには、汎用的なプリンタではなく、専用のプリンタが必要となっていた。

そこで、本発明の目的は、色合いが高品位に再現された構造物を製造することが可能な構造物の製造方法を提供することである。

本発明に係る構造物の製造方法は、加熱により膨張する膨張層に所定の第１平面パターンが重なるように、所定の波長の赤外光を熱に変換可能な材料により前記第１平面パターンとしての光熱変換層を印刷形成する第１工程と、前記第１平面パターンよりも面積が広い第２平面パターンで前記第１平面パターンが覆われるように、前記所定の波長の赤外光を透過可能な白色材料または彩色材料により前記第２平面パターンとしての白色層または彩色層を印刷形成する第２工程と、前記白色層または前記彩色層を介して前記所定の波長の赤外光を前記光熱変換層に照射することにより、前記光熱変換層が前記第１平面パターンとして重なっている領域の前記膨張層を膨張させる第３工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、色合いが高品位に再現された構造物を製造することが可能になる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る構造物形成用加工媒体を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係る膨張後の構造物形成用加工媒体を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る構造物形成方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態における光熱変換材料層及び彩色材料層からの熱伝導量の関係を表すグラフである。 本発明の実施形態に係る構造物形成装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る構造物形成装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態におけるオフセット印刷部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施形態におけるインクジェットプリンタ部の構成を示す斜視図である。 （ａ）は加熱部の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は加熱部の構成を示す側面図である。 （ａ）は本発明の変形例に係る構造物形成用加工媒体を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の変形例に係る膨張後の構造物形成用加工媒体を示す断面図である。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る構造物形成用加工媒体Ｍ１４を示す断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る構造物（膨張後の構造物形成用加工媒体）Ｍ１５を示す断面図であり、図２は、本発明の実施形態に係る構造物形成方法を説明するためのフローチャートである。各図面を参照しながら、本発明の実施形態の構造物形成用加工媒体Ｍ１４及び構造物形成方法について説明する。

［構造物形成用加工媒体］
図１（ａ）に示す構造物形成用加工媒体（以下、単に「加工媒体」と記す）Ｍ１４は、基材１０１と熱膨張層１０２とインク受容層１０３とが順に積層された媒体Ｍ１１から加工されたものであり、熱膨張層１０２を加熱により膨張させる前の状態である。媒体Ｍ１１は、熱膨張層１０２を加熱により膨張させる前は表面が平坦であり、印刷により表面に層を形成した場合であっても、熱膨張層１０２を加熱により膨張させない限り表面の平坦性は維持される。本明細書において、媒体の表面が平坦であるとは、オフセット方式の印刷が行える程度に、または、表面が平坦な印刷媒体に印刷することを前提として設計された汎用的なインクジェット方式やレーザー方式のプリンタを用いた印刷によって、作成しようとする印刷物の本来の色合いが再現できる程度に、媒体の表面が平滑であるか、又は媒体表面の凹凸が小さい或いは少ないことを意味する。

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。
熱膨張層１０２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、熱膨張層１０２は、吸収した熱量（熱エネルギー）に応じて膨張する。
インク受容層１０３は、熱膨張層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や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。なお、熱膨張層の表面に対して適切な加工処理（インク受容層の塗布処理等）を施すことによりインクを受容できるようにし、これを熱膨張層１０２としてもよく、この場合、インク受容層１０３は備えなくてよい。また、熱膨張層１０２のバインダー材料を、インクを受容できる材料により作製するようにしてもよい。インク受容層１０３は、表面の少なくとも一部が、後述する光熱変換材料層１０４、白色材料層１０５、及び、彩色材料層１０６によって覆われずに露出した状態とされている。これにより、インク受容層１０３の表面の露出された部分に、印刷用のインクやトナー、その他筆記具のインクなどにより、メッセージや図表、絵などを追記しやすくしておくことができる。

インク受容層１０３と、光熱変換材料層１０４、白色材料層１０５、及び、彩色材料層１０６とが、それぞれ伸縮性を有する場合には、これらの層が熱膨張層１０２の膨張に追従して変形することで、インク受容層１０３と光熱変換材料層１０４の間、光熱変換材料層１０４と白色材料層１０５の間、及び、白色材料層１０５と彩色材料層１０６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、後述する光熱変換材料層１０４から熱膨張層１０２への熱伝導量が抑制されるおそれがあるため、インク受容層１０３、光熱変換材料層１０４、白色材料層１０５、及び、彩色材料層１０６は、伸縮性が比較的高いことが望ましい。

［構造物形成方法］
以下に、実施形態に係る構造物形成方法について説明する。まず、上述の媒体Ｍ１１を準備する（ステップＳ１１：媒体準備工程）。次いで、媒体Ｍ１１のインク受容層１０３上において、熱膨張層１０２を膨張させたい部分に対応する領域に、予め準備した光熱変換材料形成用画像データに基づいて、光熱変換特性を有する光熱変換材料としてのカーボンブラックを含む黒色インク（黒色材料）を、図５に示すオフセット印刷部２００を用いて、オフセット方式により印刷することにより、光熱変換材料層１０４を形成する（ステップＳ１２：光熱変換材料形成工程）。光熱変換材料層１０４は、媒体Ｍ１１に含まれる、基材１０１、熱膨張層１０２、インク受容層１０３の各層の材料よりも、光エネルギーを熱エネルギーに変換しやすい材料により形成される。光熱変換材料形成用画像データは、当該画像データを構成する平面内の各座標に対応させて黒色インクの形成濃度が設定されたデータである。また、この光熱変換材料形成用画像データは、その元になる彩色された二次元画像データに基づいて、任意の既知の方法により生成されてよい。オフセット印刷部２００は、光熱変換材料形成用画像データに設定された形成濃度を読み取り、この形成濃度に基づいて、例えば、面積階調により形成濃度を制御しながら黒色インクを印刷する。光熱変換材料層１０４が形成された媒体Ｍ１１を加工媒体Ｍ１２と記す。

ここで、媒体Ｍ１１は、熱膨張層１０２を膨張させる前であるので、インクジェット方式よりも高速に印刷を行うことができるオフセット方式などの印刷方式を選択することができる。これにより、インクジェット方式やレーザー方式により印刷する場合に比べて、印刷時間を短縮し、ひいては、構造物形成にかかる時間を短縮しながら、高品位な印刷を行うことができる。大量の印刷を行う場合には、特に、時間短縮の効果が大きい。オフセット方式に限らず、インクジェット方式よりも高速に印刷を行うことができる方式であれば良く、例えば、グラビア方式や、シルクスクリーン方式により印刷してもよい。

また、必要があれば、インクジェット方式やレーザー方式により印刷してもよい。この場合、媒体Ｍ１１は、熱膨張層１０２を膨張させる前であるので、表面が平坦な印刷媒体に印刷することを前提として設計された汎用的なインクジェット方式やレーザー方式のプリンタを用いたとしても、作成しようとした本来の色合いが高品位に再現された構造物を形成することができる。このような汎用的なプリンタには、例えば、家庭用のインクジェットプリンタやオフィス用のレーザープリンタが含まれる。なお、媒体Ｍ１１の印刷面が平坦ではない場合は、このような汎用的なインクジェット方式やレーザー方式のプリンタを用いた場合、印刷ができないか、又は、表面が平坦な媒体に印刷する場合に比べて、印刷品質が低下、即ち、作成しようとした本来の色合いが高品位に再現されなくなってしまう。

上述の光熱変換材料形成用画像データは、その元になる原画像のデータ、例えば、彩色された二次元画像データに基づいて、任意の既知の方法により生成されてよい。原画像は、例えば、デジタルカメラにより撮像された画像や、任意の手法で生成されたコンピュータ・グラフィック画像などであってもよい。このような原画像のデータに基づいて、光熱変換材料形成用画像データ、明度向上材料形成用画像データ、及び、彩色材料形成用画像データが生成される。

光熱変換材料形成用画像データは、この原画像に基づいて構造物を形成する際に、当該原画像のうちの所望の領域を所望の高さに盛上げるために必要になる光熱変換材料の形成濃度であって、当該画像データを構成する平面内の各座標に対応させた形成濃度のデータを含む。明度向上材料形成用画像データは、加工媒体Ｍ１２のうち光熱変換材料が形成された部分の視覚的な明度を所望の程度向上させるために必要になる明度向上材料（白色インク）の形成濃度であって、当該画像データを構成する平面内の各座標に対応させた形成濃度のデータを含む。彩色材料形成用画像データは、上述の原画像に基づいて形成された構造物を所望の通りに彩色するために必要になる１色以上の彩色材料（カラーインク）の形成濃度であって、当該画像データを構成する平面内の各座標に対応させた形成濃度のデータを含む。

光熱変換材料層１０４に対して、その表面の位置によらず一様に光エネルギーを照射した場合、光熱変換材料層１０４の表面において光熱変換材料の形成濃度が高い部分ほど、当該部分において生じる熱エネルギー（熱量）が大きくなる。これにより、熱膨張層１０２のうち光熱変換材料層１０４における光熱変換材料の形成濃度が高く設定された部分に重なる部分には、その形成濃度が低く設定された部分に重なる部分よりも多くの熱量が伝導され、ひいては、より多くの熱量を吸収する。また、熱膨張層１０２のある部分が膨張する高さは、その部分が吸収する熱量に正の相関を有する。従って、光熱変換材料層１０４の表面に対して、その表面の位置によらず一様に光エネルギーを照射した場合、光熱変換材料層１０４の表面において光熱変換材料の形成濃度が高く設定された部分に重なる部分は、その形成濃度が低く設定された部分に重なる部分よりも、熱膨張層１０２が膨張する高さは高くなる。また、熱膨張層１０２の膨張量には限度があるが、その限度の範囲内においては、光熱変換材料層１０４の形成密度が同じであれば、単位面積及び単位時間当たりに光熱変換材料層１０４に向けて照射される光エネルギーの量が多いほど、光エネルギーが照射された部分の熱膨張層１０２の膨張量は大きい。従って、光熱変換材料層１０４の光熱変換材料の形成濃度と、そこへ向けて照射される光エネルギーの量とは、互いの影響を考慮して、適宜変更して設定されてよい。

なお、実施形態では、光熱変換材料層１０４の少なくとも一部は、その上面に白色材料層１０５と彩色材料層１０６とが形成された状態、即ち、上面が露出していない状態であるが、光エネルギーとして例えば赤外線波長を含む光を照射した場合であって、かつ、白色材料層１０５及び彩色材料層１０６が、光熱変換特性を有する材料であるカーボンブラック等を含まない場合には、光エネルギーは、白色材料層１０５及び彩色材料層１０６によって実質的に吸収されずに透過する。従って、光熱変換材料層１０４の上方に白色材料層１０５及び彩色材料層１０６が形成されていても、これらの上層が形成されていない場合に比べて熱膨張層１０２が膨張する高さが著しく減少することはなく、上層の影響は実質的に無視できる。

ここで、彩色材料層１０６を形成する彩色材料が光熱変換特性を有する材料であるカーボンブラック等を含む場合には、彩色材料層１０６において光熱変換された熱量も、熱膨張層１０２の膨張に寄与する。この場合、光熱変換材料層１０４及び彩色材料層１０６の両方において光熱変換されて伝導した熱量の合計が、熱膨張層１０２を所望の高さまで膨張させるために必要な熱量に等しくなるように、光熱変換材料形成用画像データ及び彩色材料形成用画像データを設定しておくとよい。即ち、光熱変換材料層１０４を形成する光熱変換材料の形成濃度を、彩色材料層１０６を形成する彩色材料が光熱変換特性を有する材料を含まない場合に比べて、彩色材料層１０６からの熱伝導量に対応する分だけ低く設定してよい。なお、彩色材料層１０６がカーボンブラック等の光熱変換材料を含まず、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの３色のカラーインクのみを含む場合には、彩色材料層１０６が吸収した熱による熱膨張層１０２の膨張への寄与は無視できる。

図３は、光熱変換材料層１０４及び彩色材料層１０６から熱膨張層１０２への熱伝導量の相関関係を示す概念図である。図３に示すように、彩色材料層１０６から熱膨張層１０２への熱伝導量が大きい部分では、光熱変換材料層１０４から熱膨張層１０２への熱伝導量が小さくなるように光熱変換材料の形成濃度を小さく設定し、これにより、光熱変換材料層１０４及び彩色材料層１０６から熱膨張層１０２への熱伝導量の合計が所望の値になるようにすればよい。光熱変換材料層１０４及び彩色材料層１０６以外の層からの熱伝導が熱膨張層１０２の膨張に寄与する場合は、熱膨張層１０２の膨張に寄与する全ての層からの熱伝導量の合計が、所望の値になるように、光熱変換材料層１０４を形成する光熱変換材料の形成濃度を設定してよい。

なお、図１（ａ）では、光熱変換材料層１０４を基材１０１の表面にのみ形成しているが、これに加えて、基材１０１の裏面、つまり、基材１０１のうち熱膨張層１０２が形成された側とは反対側の面にも形成してよい。これにより、基材１０１の表面に形成した光熱変換材料層１０４等からの熱伝導量だけでは、熱膨張層１０２を所望の量、膨張させることができない場合に、熱伝導量の不足分を補完することができる。

次いで、予め準備した明度向上材料形成用画像データに基づいて、加工媒体Ｍ１２上に、当該加工媒体Ｍ１２上の光熱変換材料の少なくとも一部を覆うように、明度向上材料としての白色インクを、図５に示すオフセット印刷部２００を用いて、オフセット方式により印刷することにより、明度向上材料層１０５を形成する（ステップＳ１３：明度向上材料形成工程）。明度向上材料層１０５が形成された加工媒体Ｍ１２を加工媒体Ｍ１３と記す。なお、明度向上材料形成工程Ｓ１３では、白色インクが用いられるので、この工程を経ることにより、媒体Ｍ１１のうち黒色インクが形成された部分の視覚的な明度が向上される。黒色インク上に白色インクを形成せずに、カラーインクを形成した場合、形成したカラーインクの色合いがくすんだようになり、発色が比較的悪い。しかし、黒色インク上に白色インクを形成し、さらにその上にカラーインクを形成すると、白色インクを形成しない場合に比べて、カラーインクの発色が良くなり、ひいては、形成された構造物の品質を高めることができる。また、図１（ａ）に示すように、本実施形態では、黒色インクの形成領域全体を覆うように、白色インクが形成されている。これにより、黒色インクが形成された領域全体の明度を向上させることができる。白色インクの形成領域は、必ずしも、黒色インクの形成領域と一致しなくても良く、黒色インクの形成領域の少なくとも一部を覆う領域であれば良い。従って、白色インクの一部は、黒色インクが形成されていない領域に形成されていても良い。

なお、加工媒体Ｍ１２は、熱膨張層１０２を膨張させる前であるので、前述の光熱変換材料形成工程Ｓ１２と同様、明度向上材料形成工程Ｓ１３では、オフセット方式などの比較的高速に印刷を行うことができる印刷方式を選択することができる。この場合、インクジェット方式やレーザー方式により印刷する場合に比べて、印刷時間を短縮し、ひいては、構造物形成にかかる時間を短縮しながら、高品位な印刷を行うことができることは、前述の光熱変換材料形成工程Ｓ１２と同様である。また、必要があれば、汎用的なインクジェット方式やレーザー方式のプリンタのみを用いて印刷してもよく、その場合も、前述の光熱変換材料形成工程Ｓ１２と同様の効果が得られる。

上述の明度向上材料形成用画像データは、例えば、加工媒体Ｍ１２のうち光熱変換材料層１０４が形成されない部分の座標に対して０が設定され、光熱変換材料層１０４が形成される部分の座標に対して０以外の値が設定されてよい。これにより、媒体Ｍ１１のうち光熱変換材料が形成されることによって視覚的な明度が低下された部分についてのみ、明度向上材料層１０５を形成して、逆に明度を向上させることができる。従って、白インクの消費量を最小限に抑えながら、明度向上効果を高めることができる。

明度向上材料形成用画像データは、例えば、光熱変換材料層１０４が形成される部分に対して一律の値を設定されてもよいし、当該部分における光熱変換材料の形成濃度が大きいほど、白色インクの形成濃度が大きくなるようなデータであってよい。これにより、視覚的な明度が低い部分ほど当該部分の視覚的な明度を向上させる度合いが高められるので、明度向上材料形成後の加工媒体Ｍ１３の視覚的な明度を、その部分によらず全体的により一様に近づけることができる。

また、明度向上材料形成用画像データは、加工媒体Ｍ１２の表面全体に対して一律の値を設定されてもよい。この場合も、加工媒体Ｍ１２のうち少なくとも光熱変換材料層１０４が形成された部分の明度を向上させることができる。なお、媒体Ｍ１１の表面は、真っ白ではなく、少しくすんだような白色である場合には、光熱変換材料層１０４が形成されない部分においても明度を向上させる効果が得られる。

上述の明度向上材料形成工程Ｓ１３では、白色インクを形成する場合を例に挙げて説明したが、この明度向上材料形成工程Ｓ１３では、次に述べるイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの３色のカラーインクのうちの少なくとも１色のカラーインクを印刷するようにしてもよい。この場合も、黒色インクが形成された媒体Ｍ１１の視覚的な明度が向上される。この場合、この少なくとも１色のカラーインクが明度向上材料として機能する。

次いで、予め準備した彩色材料形成用画像データに基づいて、加工媒体Ｍ１４上に、彩色材料としてのイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの３色のカラーインクを、図５に示すオフセット印刷部２００を用いて、オフセット方式により印刷することにより彩色材料層１０６を形成する（ステップＳ１４：彩色材料形成工程）。彩色材料層１０６が形成された加工媒体Ｍ１３を加工媒体Ｍ１４と記す。彩色材料形成工程Ｓ１４では、３色のカラーインクが用いられるので、この工程を経ることにより、加工媒体Ｍ１４の表面全体が視覚的に所望の色合いになるように彩色される。また、図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、光熱変換材料層１０４の黒色インクが形成された複数の部分と、明度向上材料層１０５の白色インクが形成された複数の部分との少なくとも一つの部分において、黒色インクの形成領域全体及び白色インクの形成領域全体と、黒色インクの形成領域の境界全体及び白色インクの形成領域の境界全体とを覆うように、３色のカラーインクのうちの少なくとも１色のカラーインクが形成されている。なお、図示しないが、光熱変換材料層１０４の黒色インクが形成された複数の部分の全て、及び、明度向上材料層１０５の白色インクが形成された複数の部分の全てにおいて、黒色インクの形成領域全体及び白色インクの形成領域全体と、黒色インクの形成領域の境界全体及び白色インクの形成領域の境界全体とを覆うように、少なくとも１色のカラーインクが形成されていても良い。

なお、加工媒体Ｍ１３は、熱膨張層１０２を膨張させる前であるので、前述の光熱変換材料形成工程Ｓ１２及び明度向上材料形成工程Ｓ１３と同様、彩色材料形成工程Ｓ１４でも、オフセット方式などの比較的高速に印刷を行うことができる印刷方式を選択することができる。この場合、インクジェット方式やレーザー方式により印刷する場合に比べて、印刷時間を短縮し、ひいては、構造物形成にかかる時間を短縮しながら、高品位な印刷を行うことができることは、前述の光熱変換材料形成工程Ｓ１２及び明度向上材料形成工程Ｓ１３と同様である。また、必要があれば、汎用的なインクジェット方式やレーザー方式のプリンタのみを用いて印刷してもよく、その場合も、前述の光熱変換材料形成工程Ｓ１２及び明度向上材料形成工程Ｓ１３と同様の効果が得られる。

上述の彩色材料形成用画像データは、例えば、加工媒体Ｍ１３の表面全体が彩色されるように、加工媒体Ｍ１２の表面全体において少なくとも１色のカラーインクについて０以外の値が設定されてもよいし、加工媒体Ｍ１２の表面の少なくともある部分において彩色されないように、その部分において当該画像データの値、即ち、カラーインクの形成濃度が全ての色について０に設定されてもよい。

本実施形態のように、光熱変換材料層１０４、白色材料層１０５、及び、彩色材料層１０６を形成する場合に、インク受容層１０３の少なくとも一部において、光熱変換材料層１０４、白色材料層１０５、及び、彩色材料層１０６のいずれもが形成されない部分、即ち、インク受容層１０３の表面の露出された部分を設けておいてよい。光熱変換材料形成用画像データ、白色材料形成用画像データ、及び、彩色材料形成用画像データの全てについて、画像データの一部において値（形成濃度）を０に設定しておくことで、インク受容層１０３の表面の露出された部分を設けることができる。

ここで、後述する膨張工程Ｓ１５において、熱膨張層１０２が膨張してその表面積が拡がるに伴い、形成された彩色材料層１０６の密度も小さくなり、これにより、加工媒体Ｍ１４を膨張させて形成した構造物Ｍ１５は、膨張前の加工媒体Ｍ１４に比べて、視覚的な色合いが薄くなる。このため、彩色材料形成用画像データは、加工媒体Ｍ１４が膨張後において視覚的に所望の色合いになるように値が設定されてよい。即ち、加工媒体Ｍ１４を膨張させる前に、当該加工媒体Ｍ１４上に少なくとも１色のカラーインクを形成した段階においては、加工媒体Ｍ１４は視覚的に所望の色合いよりも濃い色合いになるように、彩色材料形成用画像データの値が設定されてよい。また、加工媒体Ｍ１４の一の部分と他の部分とが、当該加工媒体Ｍ１４を膨張させた後に視覚的な色合いが同じになるようにする場合であって、かつ、当該一の部分を他の部分よりも大きく膨張させる場合、膨張量がより大きい一の部分における彩色材料形成用画像データの値、即ち、彩色材料の形成濃度は、他の部分よりも大きく設定されてよい。

次いで、加工媒体Ｍ１４を加熱部５に搬入する。加熱部５は、ハロゲンランプ等の光源５４ａを含む光源ユニット５４（放射部）を有し、光源５４ａは、光エネルギーの一例として赤外線波長を含む光を、加熱部５内に搬入された加工媒体Ｍ１４へ向けて照射する。加工媒体Ｍ１４へ向けて照射された光の一部は、光熱変換材料層１０４において熱エネルギーに変換され、変換された熱エネルギーが熱膨張層１０２へ伝導することにより熱膨張層１０２が加熱されて膨張する（ステップＳ１５：膨張工程）。この膨張工程Ｓ１５を経て、加工媒体Ｍ１４の熱膨張層１０２が膨張し、図１（ｂ）に示す、構造物（膨張後の構造物形成用加工媒体）Ｍ１５が得られる。熱膨張層１０２の膨張量は、光熱変換材料層１０４の光熱変換材料の形成濃度及びそこへ照射される光エネルギーの量に応じて変わる。熱膨張層１０２のうち光熱変換材料層１０４を形成されていない部分では、光エネルギーが熱エネルギーに変換されにくいので、当該部分では、光熱変換材料層１０４は実質的に膨張しないか、他の部分に比べれば膨張量は無視できるほど小さい。

本実施形態では、図１（ａ）に示すように、黒色インクの形成領域全体及び白色インクの形成領域全体と、黒色インクの形成領域の境界全体及び白色インクの形成領域の境界全体とを覆うように、少なくとも１色のカラーインクが形成されている。このようにカラーインクが形成された部分では、図１（ｂ）に示すように、熱膨張層１０２の膨張後に、光熱変換材料層１０４の黒色インクの全体及び側面と、明度向上材料層１０５の白色インクの全体及び側面とが、彩色材料層１０６により覆われる。これにより、黒色インクと白色インクがカラーインクにより隠れて見えなくなることにより、視覚的に所望の色合いに近い、又は所望の色合いとなった加工媒体Ｍ１４を形成することができる。

［構造物形成装置］
図４は、本発明の実施形態に係る構造物形成装置１の機能ブロック図である。
図４に示すように、構造物形成装置１は、光熱変換材料を形成するための光熱変換材料形成部（第１形成部）２と、明度向上材料を形成するための明度向上材料形成部（第２形成部）３と、彩色材料を形成するための彩色材料形成部（第２形成部）４と、搬入された加工媒体Ｍ１４に向けて光エネルギーを照射する光源を有する加熱部５と、を備える。

図５は、本発明の実施形態に係る構造物形成装置１の制御ブロック図である。構造物形成装置１の制御部４００は、オフセット印刷部２００又は／及びインクジェット印刷部３００を含む印刷部１００及び加熱部５を制御し、これらと協働して構造物を形成する構造物形成制御部４０１として機能する。また、構造物形成装置１の制御部４００は、メモリ制御回路６００に記憶された印刷データ及び印刷制御データを、印刷データ取得部４０２を制御することにより取得し、取得したデータに基づいて構造物形成を制御する構造物形成制御部４０１として機能する。

図６は、本発明の実施形態の光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４のうちのいずれか１つとして用いられるオフセット印刷部２００の構成を示す概略断面図である。図７は、本発明の実施形態の光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４のうち、オフセット印刷部２００が用いられなかったものについて用いられる、汎用的なインクジェット方式のプリンタであるインクジェットプリンタ部３００の構成を示す斜視図である。以下、本実施形態では、光熱変換材料形成部２としてオフセット印刷部２００を用い、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４としてインクジェットプリンタ部３００を用いる場合を例示して説明するが、オフセット印刷部２００は、光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４のうちのいずれか１つとして用いればよいので、例えば、光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４の全てについて、オフセット印刷部２００を用いてもよい。この場合、本実施形態に係る構造物形成装置１は、インクジェットプリンタ部３００を含まなくてよい。また、光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４の全てについて、インクジェットプリンタ部３００を用いてもよく、この場合、本実施形態に係る構造物形成装置１は、オフセット印刷部２００を含まなくてよい。

図６を参照し、オフセット印刷部２００の一般的な構成について説明する。本発明の実施形態において、オフセット印刷部２００は、本実施形態に特有の構成を備えるものではなく、印刷分野において一般的に用いられているものを利用できる。オフセット印刷部２００は、版胴２１、インクローラ２２、水ローラ２３、ブランケット胴２４、圧胴２５、給紙ローラ対２６、及び、排紙ローラ対２７を含む。図６のａ〜ｅは、版胴２１、インクローラ２２、水ローラ２３、ブランケット胴２４、圧胴２５の回転方向をそれぞれ示しており、白抜き矢印ｆ１は媒体Ｍ１１の搬送方向を示す。構造物形成装置１の制御部４００は、オフセット印刷部２００の版胴２１、インクローラ２２、水ローラ２３、ブランケット胴２４、圧胴２５、給紙ローラ対２６、及び、排紙ローラ対２７の各部を制御し、以下の印刷制御を行う。

構造物形成装置１の制御部４００は、印刷データ取得部４０２を制御することにより、メモリ制御回路６００から取得した印刷データ及び印刷制御データに基づいて、予め、原版を形成する。予め形成された原版が巻き付けられた版胴２１を水ローラ２３に接触させることで、版胴２１の周面上のうち媒体Ｍ１１に印刷が行われない部分に対応する部分に水が付着する。続けて、版胴２１をインクローラ２３に接触させることで、版胴２１の周面上に水が付着しなかった部分、即ち、媒体Ｍ１１に印刷が行われる部分に対応する部分に光熱変換材料が付着する。次に、版胴２１の光熱変換材料が付着した部分をブランケット胴２４に接触させることで、版胴２１に付着した光熱変換材料を、中間転写体であるブランケット胴２４に転写する。

一方で、給紙ローラ対２６は、媒体Ｍ１１の表面と裏面に接して挟持しながら、媒体Ｍ１１を図６の白抜き矢印の向きｆ１へと搬送する。媒体１１は、給紙ローラ対２６によって、ブランケット胴２４と圧胴２５との隙間を通して搬送される。排紙ローラ対２７は、ブランケット胴２４と圧胴２５との隙間を通り抜けてきた媒体Ｍ１１の表面と裏面に接して挟持しながら、白抜き矢印の向きｆ１へとさらに搬送する。

以上の通り、構造物形成装置１の制御部４００は、オフセット印刷部２００の各部を制御することにより、媒体Ｍ１１をブランケット胴２４と圧胴２５との隙間を通して搬送中に、ブランケット胴２４に転写された光熱変換材料が、媒体Ｍ１１上の適切な位置へ印刷される。

次に、図７を参照し、インクジェットプリンタ部３００の一般的な構成について、説明する。本発明の実施形態において、インクジェットプリンタ部３００は、本実施形態に特有の構成を備えるものではなく、汎用的なものを利用できる。インクジェットプリンタ部３００は、用紙搬送方向（副走査方向）に直交する両方向矢印ａで示す方向（主走査方向）に往復移動可能に設けられたキャリッジ３１を備える。このキャリッジ３１には、インクが収容されたカートリッジ３３と、カートリッジ３３内のインクを用いて媒体への印刷を行う印刷ヘッド３２とが、取り付けられている。

カートリッジ３３は、光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４のうちオフセット印刷部２００が用いられなかったものによって形成される材料の視覚的な色合いと同等の色のインクを、内部に収容する。本実施形態では、光熱変換材料形成部２としてオフセット印刷部２００を用いているので、インクジェットプリンタ部３００を明度向上材料形成部３として用いる場合には、当該インクジェットプリンタ部３００のカートリッジ３３には白色のインクが収容されていてよい。また、インクジェットプリンタ部３００を彩色材料形成部４として用いる場合には、当該インクジェットプリンタ部３００のカートリッジ３３にはシアン、マゼンタ、イエローの各カラーインクが互いに分離されて収容されていてよい。カートリッジ３３のインク収容部は、各インクに対応する個別の印刷ヘッド３２に連結されている。

キャリッジ３１には貫通孔が設けられ、貫通孔を貫通するガイドレール３４により滑動自在に支持されている。また、キャリッジ３１には被挟持部が設けられ、この被挟持部が駆動ベルト３５に挟持されており、駆動ベルト３５を駆動することで、キャリッジ３１とともに印刷ヘッド３２及びカートリッジ３３が主走査方向に移動する。

構造物形成装置１の制御部４００は、フレキシブル通信ケーブル３６を介して印刷ヘッド３２に接続されている。構造物形成制御部４０１は、取得した印刷データ及び印刷制御データを、フレキシブル通信ケーブル３６を介して印刷ヘッド３２に送出し、これらのデータに基づいて印刷ヘッド３２を制御する。

内部フレーム３７の下部には、印刷ヘッド３２に対向する位置に、主走査方向に延在するように、プラテン３８が配設されている。このプラテン３８は、用紙搬送路の一部を構成している。加工媒体Ｍ１２及び加工媒体Ｍ１３は、下面がプラテン３８上に接した状態で、給紙ローラ対３９（下のローラは不図示）及び排紙ローラ対４１（下のローラは不図示）によって、副走査方向に間欠的に搬送される。給紙ローラ対３９及び排紙ローラ対４１は、構造物形成装置１の制御部４００により駆動される。

構造物形成装置１の制御部４００は、モータ４２、印刷ヘッド３２、給紙ローラ対３９及び排紙ローラ対４１を制御することで、モータ４２に連結された駆動ベルト３５を介してキャリッジ３１とともに印刷ヘッド３２を主走査方向の適切な位置へと搬送させるとともに、加工媒体Ｍ１２及び加工媒体Ｍ１３の搬送の停止期間中に、印刷ヘッド３２によりインク滴を各媒体へ向けて噴射させる。これにより、加工媒体Ｍ１２及び加工媒体Ｍ１３の表面全体に明度向上材料層１０５及び彩色材料層１０６の印刷が行われ、加工媒体Ｍ１２及び加工媒体Ｍ１３は加工媒体Ｍ１３及び加工媒体Ｍ１４にそれぞれ加工される。

なお、明度向上材料形成部３と彩色材料形成部４の両方について、インクジェットプリンタ部を用いる場合には、カートリッジ３３は、白色、シアン、マゼンタ、イエローの４色のインクが互いに分離されて収容されたものであってもよい。この場合、構造物形成装置１の制御部４００は、キャリッジ３１を介して印刷ヘッド３２を主走査方向の第１の向きへ移動させる間に、印刷ヘッド３２により白色インクを用いて各媒体への印刷を行わせるとともに、印刷ヘッド３２を主走査方向の第１の向きとは反対の向きへ移動させる間に、印刷ヘッド３２によりシアン、マゼンタ、イエローの各色インクを用いて各媒体への印刷を行わせるようにしてもよい。これにより、媒体全体への白色インクを用いた印刷が終了してから、当該媒体全体へのシアン、マゼンタ、イエローの各色インクを用いた印刷を開始する場合に比べて、インクジェットプリンタ部３００を用いた印刷工程にかかる時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、光熱変換材料形成部２、明度向上材料形成部３、及び、彩色材料形成部４のうちオフセット印刷部２００が用いられなかったものについて、インクジェットプリンタ部３００を用いて印刷する場合について説明したが、これに限らず、オフセット印刷部２００が用いられなかったものについて、既知の他の印刷方式、例えば、レーザー方式による印刷を行ってもよい。

図８（ａ）は、加熱部５の構成を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、加熱部５の構成を示す側面図である。図８（ａ）に示すように、加熱部５内に搬入される際、加工媒体Ｍ１４は、加熱部５の載置台５０上に固定設置された媒体支持フレーム５３に載置される。加熱部５は、矩形状の載置台５０の対向する二辺に沿って移動可能に設けられた熱源部５１を備える。熱源部５１は、その両側を支持柱５２ａ，５２ｂによって支持されており、構造物形成装置１の制御部４００は、支持柱５２ａ，５２ｂを載置台５０の対向する二辺に沿って、図８の白抜き両矢印ｆ２で示す方向に移動させる制御を行うことにより、熱源部５１を載置台５０上に固定設置された加工媒体Ｍ１４に対して相対移動させる。熱源部５１を加工媒体Ｍ１４に対して相対移動させる間、構造物形成装置１の制御部４００は、熱源部５１が有する光源ユニット５４の光源５４ａを制御し、光源ユニット５４により、加工媒体Ｍ１４に向けて光エネルギーを照射させる。光源ユニット５４は反射鏡５４ｂを有し、反射鏡５４ｂによって、光源５４ａから放射された光エネルギーを効率的に加工媒体Ｍ１４に対して照射させることができる。

前述したように、熱膨張層１０２は、その表面に形成された光熱変換材料層１０４に向けて単位面積及び単位時間当たりに照射される光エネルギーの量が多いほど、大きく膨張する。構造物形成装置１の制御部４００は、例えば、熱源部５１の加工媒体Ｍ１４に対する相対移動速度が一定で、かつ、光源５４ａの出力が一定になるように、支持柱５２ａ，５２ｂ及び光源５４ａを制御してよい。しかし、熱膨張層１０２の光熱変換材料層１０４に向けて単位面積及び単位時間当たりに照射される光エネルギーの量が加工媒体Ｍ１４の全体にわたって一様になるのであれば、構造物形成装置１の制御部４００による制御の方法は、これに限らない。

光源２７ａとしては、例えば９００Ｗのハロゲンランプが使用され、加工媒体Ｍ１４から約４ｃｍ離れて配置される。光源ユニット２７の加工媒体Ｍ１４に対する相対移動速度は、約２０ｍｍ／秒に設定される。この条件下で、加工媒体Ｍ１４は１００℃〜１１０℃に熱せられ、加工媒体Ｍ１４の熱膨張層１０２のうち光熱変換材料層１０４を形成された部分が膨張する。

以上説明した実施形態では、加熱により膨張する膨張層１０２を含む媒体Ｍ１１上に、膨張層１０２を膨張させる前に、光熱変換材料層１０４を印刷により形成し、次いで、光熱変換材料層１０４上に、膨張層１０２を膨張させる前に、白色材料層１０５及び彩色材料層１０６の少なくとも一方を印刷により形成し、次いで、媒体Ｍ１１の膨張層１０２を加熱により膨張させるので、光熱変換材料層１０４が形成された媒体Ｍ１１の膨張層１０２を加熱により膨張させることにより形成された構造物Ｍ１５であって、かつ、光熱変換材料層１０４上にさらに白色材料層１０５及び彩色材料層１０６の少なくとも一方を用いた印刷が施された当該構造物Ｍ１５を形成するにあたって、光熱変換材料層１０４、及び、白色材料層１０５及び彩色材料層１０６の少なくとも一方の印刷を、膨張層１０２を膨張させる前に行うことにより、これらの材料層１０４、１０５、及び、１０６を印刷する際に、オフセット方式の印刷を行うことができ、これにより、構造物Ｍ１５の形成にかかる時間を短縮しながら、高品位な印刷を行うことができる、または、これらの材料層１０４、１０５、及び、１０６を印刷する際に、表面が平坦な印刷媒体に印刷することを前提として設計された汎用的なインクジェット方式やレーザー方式のプリンタを用いたとしても、作成しようとした本来の色合いが高品位に再現された構造物Ｍ１５を形成することができる。

なお、本実施形態に係る構造物形成装置１は、加工媒体Ｍ１４を搬送せずに一箇所に留めたまま、光源ユニット５４を加工媒体１４に対して相対移動させながら、加工媒体Ｍ１４全体を満遍なく加熱する場合を例示して説明したが、これに限らず、少なくとも加工媒体Ｍ１４を移動させながら、必要に応じて光源ユニット５４も移動させることにより、加工媒体１４と光源ユニット５４とを相対移動させながら、加工媒体Ｍ１４全体を満遍なく加熱するものであってもよい。

＜変形例＞
以下に、図９を用いて、本発明の変形例について説明する。本変形例の説明において、上述の実施形態と共通する内容については説明を適宜省略する。図９（ａ）は本発明の変形例に係る構造物形成用加工媒体を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の変形例に係る膨張後の構造物形成用加工媒体を示す断面図である。

図９（ａ）に示すように、本変形例においては、光熱変換材料層１０４の黒色インクが形成された複数の部分の少なくとも一つの部分において、黒色インクの形成領域全体と、黒色インクの形成領域の境界全体とを覆うように、白色インク、及び、３色のカラーインクのうちの少なくとも１色のカラーインクが形成されている。なお、図示しないが、光熱変換材料層１０４の黒色インクが形成された複数の部分の全てにおいて、黒色インクの形成領域全体と、黒色インクの形成領域の境界全体とを覆うように、白色インク、及び、少なくとも１色のカラーインクが形成されていても良い。

本変形例では、図９（ａ）に示すように、黒色インクの形成領域全体と、黒色インクの形成領域の境界全体とを覆うように、白色インク、及び、少なくとも１色のカラーインクが形成されている。このようにカラーインクが形成された部分では、図９（ｂ）に示すように、熱膨張層１０２の膨張後に、光熱変換材料層１０４の黒色インクの全体及び側面が、白色材料層１０５及び彩色材料層１０６により覆われる。これにより、黒色インクが白色インク及びカラーインクにより隠れて見えなくなることにより、視覚的に所望の色合いに近い、又は所望の色合いとなった加工媒体Ｍ１４を形成することができる。なお、本変形例では、光熱変換材料層１０４の黒色インクの全体及び側面が、白色材料層１０５の白色インク及び彩色材料層１０６のカラーインクの２層で覆われているので、光熱変換材料層１０４の黒色インクの全体及び側面が彩色材料層１０６のカラーインクの１層だけで覆われている上述の実施形態に比べても、視覚的に所望の色合いにより一層近い、又は所望の色合いとなった加工媒体Ｍ１４を形成することができる。

以上、本発明の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上に、当該膨張層を膨張させる前に、光熱変換材料を印刷により形成し、次いで、
前記光熱変換材料上に、前記膨張層を膨張させる前に、白色材料及び彩色材料の少なくとも一方を印刷により形成し、次いで、
前記媒体の前記膨張層を加熱により膨張させる、
ことを特徴とする構造物形成方法。
［付記２］
前記白色材料及び前記彩色材料の少なくとも一方を、前記光熱変換材料の形成領域全体、及び、当該光熱変換材料の形成領域の境界全体を覆うように形成する、
ことを特徴とする付記１に記載の構造物形成方法。
［付記３］
前記光熱変換材料上に前記白色材料を印刷により形成し、次いで、
前記白色材料上に前記彩色材料を印刷により形成し、次いで、
前記媒体の前記膨張層を加熱により膨張させる、
ことを特徴とする付記１に記載の構造物形成方法。
［付記４］
前記白色材料を、前記光熱変換材料の形成領域全体、及び、当該光熱変換材料の形成領域の境界全体を覆うように形成する、
ことを特徴とする付記３に記載の構造物形成方法。
［付記５］
前記彩色材料を、前記白色材料の形成領域全体、及び、当該白色材料の形成領域の境界全体を覆うように形成する、
ことを特徴とする付記３又は４に記載の構造物形成方法。
［付記６］
前記光熱変換材料を、オフセット方式の印刷、又は、汎用的なインクジェットプリンタ方式或いはレーザー方式のプリンタを用いた印刷により形成する、
ことを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載の構造物形成方法。
［付記７］
前記媒体は、その表面にインク受容層が設けられ、
前記光熱変換材料と、前記白色材料及び前記彩色材料の少なくとも一方とを、前記インク受容層を露出するように形成する、
ことを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の構造物形成方法。
［付記８］
加熱により膨張する膨張層を含む媒体上に、当該膨張層を膨張させる前に、光熱変換材料を印刷により形成する第１形成部と、 前記第１形成部により前記光熱変換材料を形成した後に、前記光熱変換材料上に、前記膨張層を膨張させる前に、白色材料及び彩色材料の少なくとも一方を印刷により形成する第２形成部と、
前記第２形成部により前記白色材料及び前記彩色材料の少なくとも一方を形成した後に、前記媒体の前記膨張層を加熱により膨張させる加熱部と、を備える
ことを特徴とする構造物形成装置。
［付記９］
前記第２形成部は、前記白色材料及び前記彩色材料の少なくとも一方を、前記光熱変換材料の形成領域全体、及び、当該光熱変換材料の形成領域の境界全体を覆うように形成する、
ことを特徴とする付記８に記載の構造物形成装置。
［付記１０］
第１形成部、第２形成部、加熱部、及び、制御部を備える構造物形成装置の前記制御部により実行されるプログラムであって、
当該制御部を、
加熱により膨張する膨張層を含む媒体上に、当該膨張層を膨張させる前に、光熱変換材料を、前記第１形成部を用いて印刷により形成させ、次いで、
前記光熱変換材料上に、前記膨張層を膨張させる前に、白色材料及び彩色材料の少なくとも一方を、前記第２形成部を用いて印刷により形成させ、次いで、
前記媒体の前記膨張層を、前記加熱部を用いて加熱により膨張させる、
ように機能させることを特徴とする構造物形成プログラム。
［付記１１］
前記制御部を、
前記白色材料及び前記彩色材料の少なくとも一方を、前記光熱変換材料の形成領域全体、及び、当該光熱変換材料の形成領域の境界全体を覆うように、前記第２形成部を用いて形成させる、
ように機能させることを特徴とする付記１０に記載の構造物形成プログラム。
［付記１２］
加熱により膨張する膨張層を含み当該膨張層を膨張させる前の媒体であって、当該膨張層の表面が平坦な前記媒体と、
当該媒体上に形成された光熱変換材料と、
当該光熱変換材料上に形成された白色材料及び彩色材料の少なくとも一方と、を備える
ことを特徴とする構造物形成用加工媒体。
［付記１３］
前記白色材料及び前記彩色材料の少なくとも一方が、前記光熱変換材料の形成領域全体、及び、当該光熱変換材料の形成領域の境界全体を覆うように形成されている、
ことを特徴とする付記１２に記載の構造物形成用加工媒体。

１…立体物形成装置、２…光熱変換材料形成部（第１形成部）、３…白色材料形成部（第２形成部）、４…彩色材料形成部（第２形成部）、５…加熱部、１００…印刷部、１０１…基材、１０２…膨張層、１０３…インク受容層、１０４…光熱変換材料層、１０５…白色材料層、１０６…彩色材料層、２００…オフセット印刷部、３００…インクジェットプリンタ部、Ｍ１１…媒体、Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４…立体物形成用加工媒体（加工媒体）

Claims (3)

1. 加熱により膨張する膨張層に所定の第１平面パターンが重なるように、所定の波長の赤外光を熱に変換可能な材料により前記第１平面パターンとしての光熱変換層を印刷形成する第１工程と、
   前記第１平面パターンよりも面積が広い第２平面パターンで前記第１平面パターンが覆われるように、前記所定の波長の赤外光を透過可能な白色材料または彩色材料により前記第２平面パターンとしての白色層または彩色層を印刷形成する第２工程と、
   前記白色層または前記彩色層を介して前記所定の波長の赤外光を前記光熱変換層に照射することにより、前記光熱変換層が前記第１平面パターンとして重なっている領域の前記膨張層を膨張させる第３工程と、
   を有することを特徴とする構造物の製造方法。
2. 前記第３工程は、前記白色層または前記彩色層が前記膨張層に重なっている領域であって前記光熱変換層が前記膨張層に重なっていない領域に、前記所定の波長の赤外光を照射する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造物の製造方法。
3. 前記白色層または彩色層は、少なくとも前記膨張層の膨張に追従可能な程度の伸縮性を有している、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の製造方法。