JPH0333084A - セメント質材の熔射施釉方法 - Google Patents

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 本発明は、プラズマ炎またはレーザー光を用いた釉薬の
溶射によるセメント質材の施釉方法に関する。詳しくは
、特定の組成の表面層を有するセメント質材の表面に、
プラズマ炎またはレーザー光中に釉薬を導入して得られ
る熔化釉薬粒を溶射して釉層を形成することからなる、
セメント質材の施釉方法に関する。本発明によれば、高
熱ビームによって溶射されたセメント質材の表面が高温
度に加熱されても熱劣化することなく、高能率にて施釉
が達成できる。

従来の技術およびその問題点 コンクリート板等のセメント質材の施釉は、施釉のため
の加熱によってセメント質材の強度が熱劣化するので、
かっては実質的に不可能であった。

この熱劣化の解決方法として、釉薬を塗布したセメント
質材全体を９５０℃以下の温度で加熱焼成して施釉し、
次いで脱水した熱劣化セメント質材を水蒸気等によって
再水和して強化する面倒な工程が一般に採用されている
。なお、９５０℃以上に加熱すると、再水和が不可能と
なる。

焼成するかわりに、釉薬を塗布したセメント質材表面に
高熱のプラズマ炎を照射して施釉する方法、並びにプラ
ズマ炎中で熔融させた釉薬をセメント質材表面に溶射す
る施釉方法が提案されている。しかしこの場合において
も、セメント質材表面層が（イ）約４００℃以上に加熱
されなも１ように注意深く照射して熱劣化を防止する面
倒な工程が必要であるか、または（ロ）約６００〜９０
０℃前後に加熱された場合には上記と同様に再水和処理
が必要であった。いずれにせよ、セメント質材表面を９
５０℃以上に加熱しない条件ならびに９００℃程度で熔
融する特定の釉薬が必要であった。なお、このような釉
薬は高価でありまた釉層の性能にも相対的に問題があっ
た。

問題点を解決するための手段 本発明者は、施釉するセメント質材の少なくも表面層に
焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉（例えばガラス粉）
を存在させることによって、セメント質材表面層が例え
ば９００℃以上に加熱されてセメント硬化物が脱水して
も、該ガラス粉等によって脱水表面層が焼結して熱劣化
を防止できることを見出した。更に、ガラス粉を含有す
るセメント質材を高温度加熱すると白華を形成する傾向
があるが、特定の鉱物粉をセメント質材中に存在させる
ことによって、白華が実質的に防止できることを見出し
た。

従って、本発明によって、セメント質成形硬化物からな
り、該成形物の少なくも施釉する表面層が水硬性セメン
トおよび焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉から本質的
になるセメント質材の所要の表面に：プラズマまたはレ
ーザーの照射ガンのプラズマ炎またはレーザー光中に粉
粒状の釉薬を導入して熔融させてなる熔化釉薬粒を、該
ガンから噴出熔射して釉層を形成することを特徴とする
；該釉層およびセメント質材の表面層および該表面層内
部の接合強度を改善したセメント質材の施釉方法が提供
される。

該成形物の施釉する表面層が、水硬性セメント、焼結有
効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグネシウ
ム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱物粉お
よびこれらの二組上の混合物からなる群から選ばれる鉱
物粉から本質的になるセメント質層であることが望まし
く、これによって該表面層の白華を更に改善した施釉方
法が提供される。

なお、上記の鉱物粉およびガラス粉等は相対的に安価で
あるので、該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメ
ント、焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪
酸マグネシウム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニ
ウム鉱物粉およびこれらの二組上の混合物からなる群か
ら選ばれる鉱物粉から本質的になる混和物を成形しそし
て水和硬化してなる、セメント質材であることができる
。

該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメント、熔融
ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグネシウム鉱物粉、
活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱物粉およびこれら
の二組上の混合物からなる群から選ばれる鉱物粉から本
質的になる、成形および焼成（例えば！０００℃以上）
してなるセメント質系セラミック材であることが材料強
度の観点から有利である。

作用および効果 上記のように施釉するセメント質材の少なくも表面層に
焼結有効量のガラス粉等を存在させることによって、該
表面層内部が例えば１４００℃程度まで加熱されてもガ
ラス粉等の焼結によって熱劣化が防止できる。従って、
高エネルギーのプラズマ炎またはレーザー光を用いて強
力に溶射することが可能であり、また再水和工程も不要
であるので、高能率に施釉が達成できる。高熔融温度の
釉薬が使用できるので、釉薬のコストおよび性能の観点
からも極めて有利である。また〈セメント質材全体の加
熱達成を必要としないので、セメント質材の部分的な施
釉が容易であり、そして施釉した釉層に修復個所がある
場合には部分的な再施釉が容易に達成できる。更に、セ
メント質材中に特定の鉱物粉を存在させることによって
、白華現象も有利に防止できる。

発明の詳しい記述 （１）セメント質材の原材料 水硬性セメントとしては、ポルトランドセメント、アル
ミナセメント、高炉セメント、混合ポルトランドセメン
ト等、の水硬結合性材料粉がいずれも使用可能である。

また任意材料である骨材は、焼成工程において急激な膨
張、収縮を生じない安定なもの（例えば陶磁器質シャモ
ット）が望ましく、また川砂、海砂、珪砂、安山岩、玄
武岩、硬質砂岩等も用いられる。

上記のガラス化性材料粉は、加熱時においてガラス性熔
融物等のフラックスを形成し他の材料粒子間に侵入して
、焼結効果を達成するものである。

具体的には各種のガラス粉、市販のフリット、長石、シ
ラス、火山灰、その他のガラス化性火成岩粉等が例示さ
れる。通常はガラス粉、長石粉またはこれらの混合物が
用いられる。

上記の群から選ばれる鉱物粉（好ましい成分）は、その
焼結性または高温度反応性の観点から、微粒状であるこ
とが必要であり、そして一般的には平均粒径が約５０ミ
クロン以下そして通常は約５〜３０ミクロン程度である
。該鉱物粉は、セメント用の骨材とは区別されるもので
あり、（イ）加熱中に活性化して焼結するものおよび／
または（ロ）セメント中のカルシウム成分と高温度反応
して焼結高強度物質を形成するものである。

珪酸成分および酸化マグネシウム成分を含む珪酸マグネ
シウム鉱物粉としてはタルク、蛇紋岩、緑泥石等の粉体
が例示される。通常は蛇紋岩粉、タルク粉、またはこれ
らの混合物が有利に採用される。

活性珪酸鉱物粉または珪酸成分および酸化アルミニウム
成分を含む珪酸アルミニウム鉱物粉としては、非晶質シ
リカ、微粉末珪砂（骨材用粗珪砂は効果がない）、ろう
石粉（パイロフィライト）、カオリンまたはセリサイト
等の粘土鉱物粉が例示される。通常は、ろう石、微粉末
珪砂、非晶質シリカ、またはこれらの混合物が有利に使
用される。

（２）原材料の配合量 ガラス化性材料粉を含有する耐熱劣化性のセメント質材
料の好ましい配合重量の範囲を下表に示す。これに、成
形およびセメントの水和に必要な量の水（例えばセメン
ト１部に対して０．１−０゜５重量部の水）を加えて混
和し、成形する。これ、−ハ幻ム墨神　−ｋ　ｈ　ＲＲ
ハに田輔眼尤通虚＋ヱ欠時材料の好ましい有効量を示す
ものである。

一般的な原材料の配合量（重量ｇ５） 水硬性セメント　　　　　　　　　　　１００部ガラス
化性材料粉　　　　　約５０〜３００４上記の鉱物粉ま
たは混合物 （望ましい成分）　　　　　約２０〜４００部（好まし
くは約５０〜３００部） 骨材　　　　　　　　　　　　約５００−０部典型的な
原材料の配合量（重量部） 水硬性セメント（例　ポルトランドセメント）！　００
部 ガラス化性材料粉（例　ガラス粉） 約５０〜２００部 （例えば１００部前後） 珪酸マグネシウム鉱物（例　蛇紋岩） 約５０〜２００部 （例えば１００部前後） 珪酸鉱物および／または珪酸アルミニウム鉱物（例　ろ
う石）　　　　　　　　約５〜１５０部にｍ堂１＋Ｗ；
＋冒ｎＡ−１ｎ（ＭＦ）（例えば５０部前後） 骨材　　　　　　　　　　　　　約３００〜０部（例え
ば１５０部前後） なお、セメント１００部に対して、他の成分の合計量は
一般的に６００部以下である。

（３）プラズマおよびレーザーの定義 プラズマ炎 本発明で使用するプラズマ炎とは、主として、窒素ガス
、アルゴンガス、ネオンガス等の不活性ガスを電離させ
て形成する高温高速のプラズマジェットを意味する。更
に必要に応じて該不活性ガスに加えて水素又は空気等も
使用される。

レーザー光 本発明で使用するレーザー光とは、原子および分子内の
束縛電子のエネルギー準位系による誘導放出によって、
光波を発振増幅したコヒーレントな光ビームを意味する
。代表的には、Ｃｏｔレーザー等の気体レーザーおよび
ヤグ（ＹＡＧ）レーザー等の固体レーザーが効果的に使
用できる。

（４）プラズマ炎による溶射 本発明にて使用するセメント質材は充分に耐熱性である
ので、使用するプラズマガンの出力は特に制限されない
が、通常約１０ｋｗ〜約６０ｋｗの範囲が適当である。

また、ガンとセメント質材表面との距離は通常約３０ｍ
ｍ〜３００ｍｍ程度である。減圧プラズマ炎射の場合は
約１０００ｍｍ程度までである。該距離が約３０ｍｍ未
満であると基材および装置の破損が生じ易い。なお、プ
ラズマ炎の基材上の溶射面積は、一般的に直径が約５〜
２０ｍｍ程度の円形状となる。

プラズマ炎射は通常、プラズマガンまたはセメント質基
材を左右方向に一定の走査速度（通常、数ｃｍないし数
十０ｍ７秒）にて一定の走査間隔（プラズマ炎の照射面
積によるが通常数ｍｍ〜十数ｍ　ｍ　）で移動させて行
われる。粉粒状釉薬の供給割合は１回の走査で数十ない
し数百ミクロンの釉層が得られるように凋整される。上
記の走査を通常は１回実施して、所望厚さの釉層を得る
。もちろん、２回走査することも可能である。

上記の粉粒状釉薬の平均粒度範囲は、その熔融性にもよ
るが、一般的には径約ｌ〜約４００ミクロン、好ましく
は約４〜約２５０ミクロン、最も好ましくは約１０〜約
１５０ミクロンであるのが溶射に適当である。該釉薬と
しては、通常は釉薬を熔融してガラス化しそして粉砕し
たものが用いられるが、その他の普通ガラスの粉末であ
って゛もよい。本発明によれぼセメント質材表面が例え
ば１４００℃程度まで加熱されても差し支えないので、
高熔融温度の釉薬を用いて高熱ビーム中で実質的に熔融
させ、モして該施紬表面にて更に該釉薬を熔融させるこ
とも可能である。

本発明の方法は、通常は、実質的に平面状の施紬すべき
表面を有するセメント質基材に有利に適用されるが、急
激な形状変化のない曲面状の該表面を有する該基材にも
適用できる。即ち、後者の場合、施紬すべき表面とプラ
ズマ溶射装置（例えばプラズマガン）との距離の変化が
約２％以内であれば、平面の場合と同様に実施可能であ
る。

両者の距離が約３％以上に渡って変化する場合には施紬
すべき該曲面との距離がほぼ一定となるように、該曲面
の変化にそってプラズマガンの位置を該間隔方向に移動
してプラズマ炎射炎を適用するのが望ましい。なお後記
のレーザー光による溶射の場合は、あまり該距離に留意
しなくともよい。円筒状または円柱状等の棒状のセメン
ト質基材表面に施釉する場合は、例えば施紬すべき棒状
の基材を回転させながら相対的に移動させて、プラズマ
炎を適用することができる。

本発明に使用する装置は、少なくも一個のプラズマガン
並びに該プラズマガンおよび必要に応じて施釉すべき基
材をそれぞれ保持する支持具から本質的に成る。更に、
施紬すべき表面全体にプラズマ炎射炎を均一に適用する
ため、該ガンの支持具および／または該基材の支持具を
移動させる手段を備える。例えば、複数個のプラズマガ
ンを所定の間隔に配置して固定し、該ガンの配列と実質
的に垂直方向に該ガンから一定の距離を維持して、施紬
すべき基材を移動させる搬送機を備えた構成の装置が例
示される。この複数個のガンの代わりに一個のプラズマ
ガンを該搬送方向と垂直方向に往復して移動させる態様
も例示される。更に上記の曲面を有する基材の場合は、
該曲面の変化に応じ、プラズマガンの位置を両者の間隔
方向に変化させることができる。なお、上記の各態様に
おける各移動手段は、エレクトロニクスによって自動的
に制御することが可能である。これらの制御手段は、例
えば、自動工作機械等の技術常識に基づき容易に成し得
る。

（５）レーザー光による溶射 レーザー光による溶射の態様は、プラズマ炎の場合と本
質的に同様である。プラズマ炎の場合の「ガンとセメン
ト質材表面との距離」は、「集光レンズとセメント質材
表面との距離」に読みかえるのが正しい。なおレーザー
光にょる溶射は、プラズマ炎の場合と比較して、（イ）
レーザー光は実質的に減衰しないので、ミラーおよび導
管等を用いて任意の場所にレーザー光を誘導できる、（
ロ）光であるので、プラズマ炎構成物質による影響がな
い、（ハ）光学系の利用によって、照射ビームの形状お
よびエネルギー分布を自由に変化できる、（ニ）風　　
　　　　　　等の影響が少ない、等の利点がある。

具体例 例１： 重量部にてガラス粉３０部、セメント（普通ポルトラン
ドセメント）３ＬＪ、骨材としての磁器シャモット（粒
径１■以下）４０１．水１６部およびメチルセルロース
１．２部を調合して混練した後、押出成形法で幅５０部
ｍ、長さＩＯＬ＋ａｍ、厚さＩＯａｍの寸法に成形し、
水和養生しそして１０５℃にて空気乾燥して試験体２と
した。

粉粒径を約３０〜１００ミクロンの範囲にした青色柚フ
リット４を、プラズマテクニック社製のプラズマ炎射ガ
ン５のプラズマ炎６中に送入して、溶化した釉薬粒４を
該試験体２の上表面に噴出熔射した。溶射の条件は下記
の通りであった。

プラズマ用入力エネルギー：約５０ＫＷガン／上表面の
距離　　　：約９０ｆｆｉＩＩ＋ガンの走査速度（左右
方向）：　８ｃｒ＊／秒ガンの走査間隔（幅方向）：Ｉ
２ｍｍ このようにして、該試験体の上表面に約０．１ｍｍの厚
さの欠陥のない釉層３を有する施釉板１が得られた。該
釉層およびセメント質材表面およびセメント質材２の表
面内部の接合強度は充分であった。なお、照射によって
施釉した該表面層の側部に僅かの白華か認められたが、
実用上は全く問題がない程度であった。

例２： 重量部にて珪酸アルミニウム鉱物としてろう石２０部、
ガラス粉２０部、セメントとして曽通ポルトランドセメ
ント２０部、骨材として磁器シャモット（粒径１＋ｕ＋
以下）４０部、水１７部およびメチルセルロース１部を
凋合し、混練した後、押出成形法で幅５０■−１長さ１
００■、厚さＩＱｍｍの寸法に成形し、水和養生しそし
て乾燥して試験体とした。

この試験体を用いて、例１と同条件にて実施した。例１
と同様な美麗な釉層が得られた。なお、例１におけるよ
うな表面層側部の白華は、目視にて検出されなかった。

例３： 重量部にて珪酸マグネシウム鉱物として蛇紋岩２０部、
ガラス粉２０部、セメントとして普通ポルトランドセメ
ント２０ｅＢ、骨材として磁器シャモット（粒径１＋ｕ
＋以下）４０部、水１７部およびメチルセルロース１部
を調合し、これを混練した後、押出成形法で幅５０ｍ５
、長さ１００＋ｎｍ、厚さ１（ｌｎｓの寸法に成形し、
水和養生しそして乾燥して試験体とした。

この試験体を用いて、例１と同条件にて実施した。例２
と同様に優れた釉層が得られ、表面層側部の白華は検出
されなかった。

例４（比較例）： 例１においてガラス粉を含有せずシャモブト骨材を７０
部含有する試験体を用いて、例１と同条件にて施釉した
。照射による釉層下のセメント質材の表面から約１５０
ミクロン前後内部のセメント質層までの材質が熱劣化し
、強外圧によって剥離する。怖れがある程度の強度低下
が認められた。

例５： 原材料として、下記の混合物（重量部）を使用した７ 普通ポルトランドセメント　　　　１００部蛇紋岩（１
５０メツシユ以下）５０部 ガラス粉（１００メツシユ以下）１２５部ろう石（２０
０メツシユ以下）２５部 色シャモット骨材（粒径１ｍｍ以下）２００部上記の混
合物に水およびメチルセルロースを加えて混練し、幅５
０旧そして厚さｌｅａｍに押出成形し、長さ１００ａｓ
に切断して試料とした。該試料を水和養生しそして１０
５℃にて空気乾燥した。

島田理化工業（株）ｆｆＪのレーザー（ＣＯｍ）ガンの
レーザービーム７の集光レンズ８の下流に、例１にて用
いた青色柚フリット粒４を釉薬噴出ノズル９から噴出投
入し、溶化した釉薬粒４を該試験体２の上表面に溶射し
た。溶射の条件は下記の通りであった。（なお、本例で
は低出力レーザーを使用したが、工業的には出力５ＫＷ
以上のものが望ましい。） レーザー光エネルギー密度　：約２００１／平方ｃｍ集
光レンズ／試験体表面の距離：約１０ｃ１ｍガンの走査
速度（左右方向）　　：１０ｃ＋＋／分ガンの走査間隔
（幅方向）　　　：　８ａｍ例２および例３と同様な美
麗な釉層３を有する施釉板１が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるプラズマ炎による溶射を例示す
る説明図である。 第２図は、本発明におけるレーザー光による溶射を例示
する説明図である。 ■・・・施釉セメント質板：　２・・・セメント質板；
３・・・施釉層；　４・・・釉薬粉：　５・・・プラズ
マ溶射ガン二　６・・・プラズマ炎；　７・・・レーザ
ー光ビーム；　８・・・集光レンズ：　９・・・釉薬噴
出ノズル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セメント質成形硬化物からなり、該成形物の少な
   くも施釉する表面層が水硬性セメントおよび焼結有効量
   の熔融ガラス化性材料粉から本質的になるセメント質材
   の所要の表面に；プラズマまたはレーザーの照射ガンの
   プラズマ炎またはレーザー光中に粉粒状の釉薬を導入し
   て熔融させてなる熔化釉薬粒を、該ガンから噴出熔射し
   て釉層を形成することを特徴とする；該釉層およびセメ
   ント質材の表面層および該表面層内部の接合強度を改善
   したセメント質材の施釉方法。
2. （２）該成形物の施釉する表面層が、水硬性セメント、
   焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグ
   ネシウム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱
   物粉およびこれらの二以上の混合物からなる群から選ば
   れる鉱物粉から本質的になるセメント質層である、該表
   面層の白華を更に改善した請求項１の施釉方法。
3. （３）該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメント
   、焼結有効量の熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マ
   グネシウム鉱物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム
   鉱物粉およびこれらの二以上の混合物からなる群から選
   ばれる鉱物粉から本質的になる混和物を成形しそして水
   和硬化してなるセメント質材である、請求項１の施釉方
   法。
4. （４）該セメント質成形硬化物全体が、水硬性セメント
   、熔融ガラス化性材料粉、ならびに珪酸マグネシウム鉱
   物粉、活性珪酸鉱物粉、珪酸アルミニウム鉱物粉および
   これらの二以上の混合物からなる群から選ばれる鉱物粉
   から本質的になる、成形および焼成してなるセメント質
   系セラミック材である、請求項１の施釉方法。