JPH03174376A

JPH03174376A - 石材やコンクリート製材の表面溶融硬化処理法と表面溶融硬化処理した建築用材

Info

Publication number: JPH03174376A
Application number: JP5055190A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamada; 哲夫山田; Tomoo Fujioka; 知夫藤岡; Kenji Sugimoto; 賢司杉本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1991-07-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、石材、セメント、コンクリート製材等の建
築用材の表面に、レーザを照射することによって、薄い
ガラス状の硬化被膜層を形威し、この建築用材の附加価
値を高める表面溶融硬化処理法と、その表面溶融硬化処
理した建築用材に関するものである。

（従来の技術）各種材料の表面硬さや耐摩耗性、耐食性さらには耐熱性
などを高める手段として、熱処理（キルン、窯内で）に
よる表面硬化処理法がある。

しかし、従来の熱処理は表面層だけを処理するのでなく
、加工物全体に熱を加えることになり、収縮率の違いか
ら、冷却に際して歪が生じ、板として歪曲したりするの
で、後加工が必要であった。

また、従来の表面硬化処理技術の対象材料は、金属材料
で多く利用されているが、石材やセメントコンクリート
製品のような非金属材料では用いられていなかった。す
なわち石材やコンクリート製材からなる建築用材を対象
としたものではない。

更にこのような建築用材の耐摩耗性等の強化方法として
は表面に強化プラスチック材を塗布被覆する方法も行わ
れている。

（発明が解決しようとする課題）いずれにしても大理石や花崗岩のような硬度の高い、い
わゆる高級石材はともかくとし、きわめて−船釣に使用
されている吸水性の高い、しかも表面硬さや耐摩耗性、
耐食性に難点のある石材やコンクリート製材からなる建
築用材は、その利用面が限られているのが現状である。

また、強化プラスチック処理は高価なものとなっている
。

この発明は、このような利用面に限度のある石材やコン
クリート製材からなる建築用材の利用範囲を拡大するこ
とを目的として開発した表面熔融硬化処理法と、この表
面溶融硬化処理によって附加価値を高めた建築用材を提
供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）ところで、上記目的を達成する手段として、この発明が
とった表面溶融硬化処理法の特徴とするところは、（１）　　単独または複数の鉱物からなる石材、セメン
ト材、コンクリート製材等の建築用材の表面に、レーザ
を直接照射するか、または釉薬を施したのちレーザを照
射して、前記表面をガラス状を呈する硬化被膜層に形成
させるようにしたことにある。

（２）その際、前記表面に顔料を用いて彩色もしくは絵
付けを行い釉薬を施してからレーザを照射することによ
って、彩色もしくは絵付けしたガラス状の硬化被膜層を
形成させるようにしたことにある。

（３）　　さらには、前記顔料に代え、表面にセラ果ツ
クの粉末を薄く散布してレーザを照射し、石材やコンク
リート製材の表面にガラス状の硬化被膜層を形成させる
ようにしたことにある。

（４）そして、前記レーザ照射による表面溶融硬化処理
した単独、または複数の鉱物からなる石材。

セメント、コンクリート製材を附加価値の高い、例えば
内外装の仕上げ材とし、また各種建築用材として利用す
ることができるようにしたことにある。

（作用）この発明による表面溶融硬化処理法は、以上説明したよ
うに石材等の建築用材の表面にレーザを照射するもので
あるため、その表面はレーザのもつ密度の高いエネルギ
ーによって溶融されることになる。

すなわちレーザによって溶融された表面溶融層は、ガラ
ス状を呈し、冷却凝固することにより、石材やコンクリ
ート製材の表面に薄いガラス状の硬化被膜を形成するこ
とになる。その結果、その石材やコンクリート製材は、
耐摩耗性、耐食性を備えた疲労特性に優れた建築用材と
なる。

また彩色ないし絵付けした場合は、内外装材として広く
利用することができる。

なお、本発明の表面溶融処理される建築用材としては従
来から一般に知られるものが用いられる。

例えば硅酸（ＳｉＯｚ）、アルミナ（ＡｆｚＣｈ）。

酸化鉄（ＦｅｚＯ：＋）１石灰（ＣａＯ）等から構成さ
れる石材、コンクリート材、セメント材等である。

また、これらの石材等の建築用材に、光熱処理を施すこ
とによって、必要に応じて１０００〜３０００℃の光熱
処理を施すことによって溶融してガラス状の被・膜を形
成するような大谷石、伊豆青石、抗火石等の鉱物を種石
として混入せしめたものが用いられる。例えば水硬性無
機材料、特殊メラミン、混和材および水からなるセメン
ト、前記種石を混入したもの、あるいは耐熱セメントよ
りなるコンクリート材の表面にセラミック釉薬を施した
もの等が用いられる。

さらに本発明の表面溶融硬化処理法は、後記の具体的装
置によって、前記石材等の建築用材の表面にレーザを照
射することによって行われる。

レーザとしては、ガスレーザ（Ｃｏｔ、　エキシマ、ヘ
リウムネオン、よう素イオン）、液体レーザ、固体レー
ザ（ＹＡＧ、ルビー）および半導体レーザ等一般に知ら
れるものが用いられる。

（実施例）次に大谷石（栃木県）を素材として、これに表面溶融硬
化処理を行った場合の実施例に基づいて、本発明の構成
をさらに具体的に説明する。

ちなみに大谷石は、凝灰岩類に属し、軟質軽量。

吸水性大２強度小、とくに飽水状態の圧縮強度は絶乾状
態の約４０％で耐久性に劣しく、崖埃が付着しやすく汚
れが目立つ難点がある。しかし加工性に冨み、やわらか
い感触を有しているため、板石として壁の内装や角石と
して利用されているものである。

そこでこの大谷石の附加価値を高めるため、すなわち本
発明を適用するため、次のような手段方法をもって表面
溶融硬化処理を行った。

まず第１図は、表面溶融硬化処理を施すためのＣＯ２レ
ーザ加工装置の要部を示すものである。

すなわちレーザ発振器より発振されたレーザＩを４５°
に傾斜して設けた反射ミラー３で直角方向に曲げ、シリ
ンドリカルレンズ４を備えた照射ヘッド５から断面円形
のレーザｌ′を垂直下方に照射する加工装置である。照
射ヘッド５の下方に設置した加工テーブル１１上に材料
、すなわち大谷石からなる板石２１をセットし、前記レ
ーザｌ′を照射するように構成されている。

第２図は、第１図ＣＯ２レーザ加工装置を組み込んだＣ
Ｏ８レーザ装置の概要図である。

図において、ＤＣ（直流）電源３１は、発振器３２に直
流高圧を供給するためのものである０発振器３２の放電
管３３を一度真空にし、レーザガスボンベ３４によりＨ
ｅ−Ｎｔ−Ｃｏｔの混合ガスを封入する。そして前記混
合ガスを送風器（インペラー付き電動機）３５で高速ガ
ス流として放電管３３に送り込む。放電管３３では、放
電電極３６間に直流グロー放電を起こさせ、励起させて
レーザｌを発振させる。その際、放電管３３内を通過し
て温度上昇した混合ガスは、熱交換器３７で冷却し再び
送風器３５で放電管３３へ送り込み、循環して使用する
ように構成している。なお熱交換器３７はチラー装置３
８で冷却した水で冷却し、チラー装置３８はクーリング
タワー３９で冷却されるようになっている。また励起さ
れたし、−ザ１は、放電管３３の前後に設置した反射鏡
（ミラー）４０および出力鏡４１によって発振される構
造となっている。

加工室２に導かれたレーザ１は、すでに第１図で説明し
たように反射ミラー３で直角に曲げられ、照射ヘッド５
を通過して加工テーブルｌｌ上の材料（板石）２１に照
射されるようになっている。

なお、前記加工テーブル１１はＮ　Ｇ　（Ｎｕｍｅｒｉ
ｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ＋　）装置と組み合わせ、能率よ
く加工できる構成となっている。

次にレーザ加工装置による加工要領を説明する。

まず断面円型のレーザ１を断面直線状に、適当な光学系
を用いて、例えばシリンドリカルレンズ４に依り変えて
、被加工材である板石２１に照射して加工する。その加
工手順を第３図に基づいて説明する。板石２１は、Ａ、
　　８寸法の矩形状を呈する大谷石の切片である。なお
照射中ａで加工する。

但し３・ａ≧Ｂの時、照射中ａはレーザの出力と材料で
ある大谷石切片の加工温度に依り変わる。

手順としては、まず板石２１の端よりａの巾で、レーザ
１を照射し、加工テーブル１１＠ＮＣ装置１２で操作し
、Ｙ方向にＡだけ移動する。その後で照射中ａだけＸ方
向に移動し、次は逆のＹ方向にＡだけ移動し、順次板石
２１の表面を加工して行く。（（イ）→（Ｄ）→（ハ）
）更にＸ方向に照射巾ａだけ移動し、後Ｙ方向にレーザ
１を照射しながら、Ａだけ移動すると一枚の加工が終る
。（（＝）→（ネ）　→（へ）　　）すなわち加工テーブル１１を、まず第３図（イ）で示す
ようにＹ軸方向のに移動させるとともに、以下（ロ）（
ハ）（ニ）（ホ）（へ）において■■■■■の符号順に
、それぞれ加工テーブル１１を移動させ、板石２１全面
にレーザを照射する。

実施例では、前記加工テーブル１１を数値制御（ＮＣ装
置）によりＸ−Ｙ軸方向に自動操作し、自動加工ができ
るように構成したので、きわめて効率的な加工を行うこ
とができた。

なおレーザの出力、照射時間（照射速度）は、板石２１
に直接レーザを照射する場合、釉薬を施したのち照射す
る場合、さらにはセラミック粉末を散布したのち照射す
る場合と、その照射対象の材料およびスポット形状によ
り異なる。但し対象が石材やコンクリート製材のいわゆ
る非金属材料であるためｌ０Ｋ−以下の出力もので充分
で、実施例によると５〜ｌ０Ｋ−の発振装置で充分加工
することが可能であると判明した。

前記板石２１に直接照射した結果は、その表層にガラス
状の薄い溶融硬化被膜が形成され、表面硬さはもちろん
、耐摩耗性、耐食性が飛躍的に向上し、外観も光沢を備
えていた。

他の実施例としては、一般に建築材に用いられる水硬化
性無機材料に、レーザによって溶融する鉱物である大谷
石、伊豆青石、抗火石等を種石として混入し、テラゾー
ブロック化し、この表面にＣＯ２レーザを照射した。そ
の結果、プロ・ツク材表面にガラス状薄膜を有するもの
が得られた。これをＰＣ版として利用した。

またセメント素材に特殊メラミン、混和材、水および前
記種石としての鉱物を加えて、高剪断能率の二軸ミキサ
ー内で混練処理を施し、充分な粘性をこのセメント混和
物に附与し、ついで混和物を振動装置に入れて、振動さ
せて流動状混和物とし、固型化した。そしてこの固型化
物表面に前記加工装置を使用してレーザを照射し、表面
をガラス化したら墓石等として利用できる新規な建材が
得られた。

さらに、耐熱セメント（アルミナセメント系）を主成分
とする固化物の表面にセラミック釉薬を塗布し、レーザ
を照射したら、従来にないガラス状薄膜を有する建築パ
ネルとしての利用が可能な建築用材が得られた。

（発明の効果）以上説明したように、本発明による表面溶融硬化処理法
は、石材等の建築用材の表面に、薄いガラス状の硬化被
膜層を形成させることができるものであるため、従来、
建築用材として、その使用領域が比較的限られていた石
材やコンクリート製材を、さらに拡大利用することがで
き、しかも附加価値の高い建築用材として提供すること
ができた。以下本発明の効果を列記する。

（１）方法として、 ■　レーザのもつエネルギーを利用したものであるため
、表面のみが溶融され溶融硬化される。母材内部の物性
に対する熱影響が少なく、熱ひずみによる変形も少ない
、すなわち石材やコンクリート製材としての基本的な物
性に影響を与えることなく、表面硬度、耐摩耗性、耐食
性、耐熱性を向上させ、同時に吸水性を低下させること
ができる。

レーザの照射であるため設備構成が簡単であり、しかも
ＮＣ制御方式による加工方法を用いれば多量生産が可能
である。

■　加工時間が短時間でよい。

■　加工を大気中で行え加工設備が容易にできる。

■　レーザの出力も５〜ｌ０Ｋｗ程度のものでよい、し
たがってレーザ発振装置の入手も容易であり、生産ライ
ンを工夫することにより加工コストを下げることが可能
である。

（２）建築用材として、 ■　表面がガラス状の溶融硬化被膜で覆われた石材また
はコンクリート製材であるため、前項（１）で説明した
ように石材またはコンクリート製材としての基本的な材
料特性を損◎ うことなく、光沢のある耐摩耗性、耐食性。

耐熱性を備えたものとなる。したがって内外装の建築用
材としてはもちろん、さらにその利用範囲を拡大させる
ことができる。

◎　とくに加工処理の段階において、釉薬を施したり、
顔料を用いて彩色ないし絵付は処理を施した場合は、そ
の建築用材としての附加価値が高められる。

■　セラミック粉末を添加することにより、レーザ照射
後は、母材である石材やコンクリート製材のもつ材料特
性を損うことなく、機能性をもった用材、例えば遠赤外
線放射のマントルピースなどとして提供することができ
る。

■　また、石版材やコンクリート版上にタイルを配列し
、その上から施釉して、本発明の表面溶融硬化処理を行
えば、目地張りの丈夫な内外装材を得ることができる。

以上のように本発明による表面溶融硬化処理法は、従来
限られた領域にのみ利用された石材やコンクリート製材
を、附加価値の高い建築用材として提供することができ
、広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明に
よる表面溶融硬化処理法を実施するためのＣＯｔガスレ
ーザ加工装置における要部構成を示す構造図、第２図は
、ＣＯｔ　レーザ装置全体を示す概要図、第３図（イ）
（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（へ）は被加工材である板石
に対するレーザ光の照射手順を示す平面図である。１．１’・・・レーザ、　　　２・・・加工室、３・・
・反射旦う− ４・・・シリンドリカルレンズ、５・・・照射ヘッド、　　　　１１・・・加工テーブル
、２１・・・板石（大谷石）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）単独または複数の鉱物からなる石材やコンクリー
ト製材の表面に、レーザを直接照射するか、またはあら
かじめ表面に釉薬を施したのちレーザを照射して、前記
表面をガラス状の硬化被膜層に形成することを特徴とす
る石材やコンクリート製材の表面溶融硬化処理法。
（２）前記表面に顔料を用いて彩色もしくは絵付けを行
い釉薬を施したのちレーザを照射する請求項１記載の石
材やコンクリート製材の表面溶融硬化処理法。
（３）前記表面にセラミックの粉末を薄く散布したのち
レーザを照射することを特徴とする石材やコンクリート
製材の表面溶融硬化処理法。
（４）単独または複数の鉱物からなる石材、セメント材
、コンクリート製材等の建築用材の表面がレーザ加工に
基づく薄いガラス状の硬化被膜層で覆われていることを
特徴とする建築用材。
（５）水硬性無機材料に、１０００〜３０００℃で溶融
する鉱物からなる種石を混入して得られた石材の表面に
レーザを照射して表面を溶融させてガラス化してなる請
求項４記載の建築用材。
（６）特殊メラミン、混和材、水および１０００〜３０
００℃で溶融する鉱物を配合したセメントをミキサーに
より充分混練した後、この混和物に振動を加えて、固型
化し、この表面にレーザ光を照射してなる請求項４記載
の建築用材。
（７）耐熱セメントよりなるコンクリート材の表面にセ
ラミック用の釉薬をかけ、この表面にレーザ光を照射し
て表面層をガラス化してなる請求項４記載の建築用材。