(57)【要約】【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
2020019268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱膨張性シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５４１５７号公報
【特許文献２】特開平１−２８６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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１１０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１１０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。
【０００６】
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）。
【０００７】
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。
【０００８】
さらに、熱膨張性シート１１０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。
【０００９】
本発明の課題は、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ことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る熱膨張性シートは、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２層以上積層してなり、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構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る熱膨張性シートによれば、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、また、印刷等で形成した黒色インクのパターンに対して誤差の小さな凸状領域を形成することができ、表面の凹凸差が大きく、段差の急峻な立体造形物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２Ａ】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、印刷工程における断面図を示す。
【図２Ｂ】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、光照射工程における断面図を示す。
【図３】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】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７Ａ】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、印刷工程における断面図を示す。
【図７Ｂ】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、光照射工程における断面図を示す。
【図８】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。
【図９Ａ】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、印刷工程における断面図を示す。
【図９Ｂ】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、表面光照射工程における断面図を示す。
【図９Ｃ】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、裏面光照射工程における断面図を示す。
【図１０】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。
【図１１】従来の熱膨張性シートを用いた立体造形物の製造方法における工程を模式的に説明する断面図である。
【図１２】従来の熱膨張性シートを加熱したときの温度の推移を説明するモデルである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
〔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。
【００１５】
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２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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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、後記の立体造形物の製造方法で詳細に説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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２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。
【００３６】
〔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。
【００３７】
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）。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
〔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。
【００４４】
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。
【００４５】
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ので、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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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２層に分割した構成である。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
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
【図１】
2020019268.tif 000003
【図２Ａ】
2020019268.tif 000004
【図２Ｂ】
2020019268.tif 000005
【図３】
2020019268.tif 000006
【図４】
2020019268.tif 000007
【図５】
2020019268.tif 000008
【図６】
2020019268.tif 000009
【図７Ａ】
2020019268.tif 000010
【図７Ｂ】
2020019268.tif 000011
【図８】
2020019268.tif 000012
【図９Ａ】
2020019268.tif 000013
【図９Ｂ】
2020019268.tif 000014
【図９Ｃ】
2020019268.tif 000015
【図１０】
2020019268.tif 000016
【図１１】
2020019268.tif 000017
【図１２】
2020019268.tif 000018