JPH11505185A - 滑らない床被覆材およびこの被覆材の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、例えば石材あるいは花崗岩あるいはセラミックスのような、特に鉱物材料の滑らない床被覆材、およびそのような滑らない床被覆材を作製する方法に関する。この発明によれば、床被覆材の表面上に窪み（吸盤作用を持つマイクロクレータ）を統計的に配分された配置にして、床被覆材の表面を滑り滑り止めしている。吸盤作用を持つこれ等のマイクロクレータは、この発明により、レーザーパルスの狙い通りで一定の作用により得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 滑らない床被覆材およびこの被覆材の作製方法 この発明は、滑らない床被覆材およびこの被覆材の製造方法に関する。この発 明の特に優れた応用分野は公共の建物あるいは大衆の出入りする建物にしばしば 使用されるように、例えば石材（例えば花崗岩）のような特に鉱物材料、あるい はセラミックスから成る非常に磨かれた床に関連する。 滑って転ぶことはドイツで最も多出する事故の原因である。このような事故の 深刻さは大抵過小評価されている。歩行の安全性を高めるため、靴底や床を滑ら ないように設計する必要がある。これは、何よりも滑らかさを助成する媒体を床 に付けるとこには必要である。公衆の多くの領域や個人的な領域でも、代表的な 床被覆材として磨いたすべすべの天然石板を乾燥したところや湿ったところでも 、および移行領域（ロビー）に使用することが普通である。この場合、滑り止め 特性を建築美学と調和させている。滑り止めの評価は傾いた面を用いて［ドイツ 工業規格 DIN 51097・滑り止め特性の測定・湿気を加える素足の領域・巡視方法 、傾斜面および DIN 51130・滑り止め特性の測定、滑りの恐れが大きい作業空間 と作業領域、巡視方法、傾斜面］により行われる。 一定しない摩擦係数を測定する測定装置[研究報告書Fb 701，床上の一定しな い摩擦係数を測定する比較研究(労災防止に対するドイツ連邦機関の叢書)]も存 在する。 天然石の床に滑り止め特性を与えたり高めるために種々の方法がある。これ等 の方法の採用することは、主に床被覆材を敷き詰めるべきあるいは既に敷き詰め てある場所に依存している（内部領域、外部領域、予測される汚れ度合、等）。 以下では、最も重要な方法を簡単に説明する。 ビームジェットでは、望ましい粗さに合った高圧のビームジェット材を表面に 当てる。多かれ少なかれ硬いビームジェット材は表面に不規則な粗さと強い艷消 しを与える［ドイツ特許第 31 39 427号明細書］。 火炎ビームジェットでは、高エネルギの燃料ガスと酸素の火炎を発生させ、こ の火炎で処理すべき表面を短時間に強く加熱する。火炎の作用により、石材の最 上部で石英の爆発や石材の一部の溶融が生じる。これ等の石材の一部は次いでガ ス状に凝固し、比較的穏やかに表面に付着する［ドイツ特許第 35 45 064号明細 書］。 打砕は一様に配置された多数の尖ったのみのある打砕器具（打砕ハンマー）を 使用して行われる。加工品が連続的に移動する間には、打砕ハンマーを一定の周 期で表面に打ち当てる［ドイツ特許第 39 33 843号明細書］。 研磨手段あるいはのみ状の工具を使用する説明した方法または似たような方法 は、歩行の安全性を高め、例えば製造側で僅かに磨いた面のように、著しく光沢 がなくなり、美観を低減する。 滑らない特性を高めるため表面に被覆を施すと、扱う表面にケバを付けること になる［ドイツ特許第 33 42 266号明細書］。この方法は外観上の特性に何ら変 化を与えないが、ただ長持ちには限界がある。何故なら、磨耗を避けることがで きないからである。 天然石材の表面を化学腐食処理する場合には、弗酸を含む物質の作用により、 取り分け長石成分が侵される［ドイツ連邦機関の情報提供パンフレット、歩行の 安全性、広報活動部門］。損傷は僅かに数ミクロンに過ぎず、石英は大部分損傷 しない。光沢のなくなるのは、作用期間に依存し、全体の見栄えの変化は試料面 に付いて検査される必要がある。この方法は、現在、磨いた天然石の床の歩行の 安全性を高めるの最も優れている。もっとも、これは鉱物の床被覆材の応用に大 部分限定されている。化学組成と濃度は異なったタイプの被覆材に合わせる必要 がある。長い作用時間により、また濃度を正確に維持して、この方法がタイルの 製造処理に非常に大きな経費を払って組み入れできるか、あるいは組み入れるこ とが全くできない。プラスチックの被覆材にはこの方法は簡単には適していない 。弗酸を含む物質の不適切な使用と廃棄では、環境と労災防止に関して危険を高 める。 ここに、この発明の課題は、従来の技術の全ての難点を持っていない、表面を 十分滑らかに磨くことができる滑らない床被覆材と、この床被覆材を作製する方 法を提示することにある。 従って、この発明の課題は、滑り止め特性があるにも係わらず、十分滑らかに 磨かれた表面に対して外観上の低減を行う必要がなく、簡単で環境に優しく作製 できる、冒頭に述べた種類の滑り止め床被覆材を提案することにある。 更に、この発明の課題は、滑り止め特性が床被覆材の使用場所で後処理として 初めて生じるのでなく、作製位置でも同じように発生し、簡単で、環境に優しく 、床被覆材の表面の見栄えと美学を完全に得ることのできる冒頭に述べた種類の 方法を開発することにある。 この発明によれば、上記の課題は請求の範囲第１〜８項の一つあるいはそれ以 上の滑り止め床被覆材により、また請求の範囲第９〜１１項の一つまたはそれ以 上の方法により解決されている。 十分滑らかに磨かれた表面を持つ、例えば石材、花崗岩のような特に鉱物材料 の滑らない床被覆材は、この発明により、十分滑らかに研磨されている表面に付 いて更に滑らないようになっている。これは、床被覆材の十分滑らかに研磨され た表面上に、主にレンズ状で、鋭い角で、できる限り平坦で、そして肉眼で見え ない吸盤作用を持つ窪み（マクロクレータ）が統計的に分布し、好ましくは不規 則に配置されていることによって達成されている。この場合、見えないことは、 人間の目の分解能のため、マイクロクレータが一定の距離からそのように認識さ れないことを意味する。この分解能のしきい値は通常の観測者にとって最適照明 状況の下で約１分の角度となる[Warnecke，H．J.；Dutschke，W.：Fertigungs- Berlin，Heiderberg，New York，Tokio，1984]。即ち、1.5 m の最短の観察距離 （まっとうに成長した人の）により 0.44 mmの横方向の最大の延びを持つクレー タを識別できる。好ましくはこれ等のマイクロクレータは直径が 0.03 〜 0.4 m m で、深さが 0.01 〜 0.2 mm である。床板では、好ましくは cm²当たり 100以 上のマクロクレータが存在すると有利である（花崗岩の床板の場合、250 以上で あることが望ましい）。 十分に滑らかに研磨された表面を持つこの発明による滑らない床被覆材は、パ ルスレーザー照射により作製される。この発明によれば、パルスビームを狙い通 りに作用させて、肉眼で見えない吸盤作用を示すレンズ状で鋭角のマイクロクレ ータが統計的に分布し、不規則な配置に形成されている。例えばエネルギ密度、 パルス期間等のようなレーザービームパラメータは、マイクロクレータを発生さ せる材料剥離が実質上蒸発で行われるように、床被覆材の材料に応じて選択され る。 例えば花崗岩のような天然石の床被覆材の高度に研磨された表面を処理する場 合には、パルスエネルギは 0.4 mJ 〜 1.5 mJ で、パルス期間は 20 ns〜 250 n s で、処理個所の直径は 0.05 mm〜 0.2 mm で、マイクロクレータ間の間隔は 0 .25 〜 0.8 mmである。 前記方法、つまり火炎、打砕およびビームとは異なり、このレーザーパターン 構造処理は表面の無接触微細処理である。パターン構造は規則正しく、狙い通り のに不規則でもあり、全表面を僅かに傷付けることに特徴がある。材料の硬度や 組成は問題ではない。この方法はパラメータを良好に制御できることに特徴があ る。つまり、マイクロクレータの密度、深さおよび直径を任意に可変できる点に ある。従って、滑り防止作用は多かれ少なかれ強く現れる。国内および国際的な 研究結果は現在のところ靴底あるいは足底と床の間でμ＝ 0.43 の摩擦係数は十 分安全であるため滑りのないものになる[Fb 701・床上の一定しない摩擦係数測 定に対する比較研究（労災防止に対するドイツ連邦の研究報告の叢書）]。この 値は何れにしても達成されているか、それ以上になっている。従って［DIN 5113 0・滑り防止特性の測定・滑りの恐れの大きい作業空間と作業領域・巡視方法・ 傾斜面・ ZH 1/571 ・滑りの恐れのある作業空間と作業領域での床に対する注意 書およひ GUV 26.17・濡れた素足領域に対する床被覆材に付いて政府の事故保険 所持者のドイツ連邦連盟］により評価と格付けが行える。 例えば石材の床被覆材の表面の巨視的な光特性の破壊は確実に排除できる。そ れ故、この応用は磨かれたあるいはすべすべする、光沢のある面に優先的に関連 する。 弗酸を含む物質を有する鉱物の床被覆材を化学処理するのに比べて、レーザー 処理の利点はこの処理が天然石材の板を含めて、床被覆材の作製に直接組み込め る点にある（工場渡しの歩行の安全性）。つまり、建築家あるいは建築主は、例 えば天然石材の被覆材を敷設する前にその特性を納得する。後処理とそれに関連 する床を外観上可変することは不要である。 レーザー加工は環境に好ましい。何故なら化学物質を使用しないからである。 発生した後産物は組成に関して初期材料に対応する一定の材料であり、この材料 を問題なく吸引して排除できる。この方法は十分滑り止めされていない全ての床 被覆材に利用できる。 滑り止め作用を改善する既存の付着方法に反して、レーザーパターン構造処理 は長期間の保持特性で優れている。磨耗は、基礎石材の硬度を持っていない付加 的な被覆がある場合より著しく少ない。 この発明により、前記難点を排除し、更に異なった床被覆材に対して採用でき 、その製造処理中に組み込める方法が実現される。 この発明によれば、吸盤作用を持つマイクロクレータの形成はレーザーパルス の作用で行われる。この効果に達するのに重要なパラメータ、 ・作業スポット径（吸盤の横方向の伸びを決める） ・パルスエネルギの作用時間（クレータの深さと、レーザーの波長に関連して 相互作用のタイプ（蒸発／溶融）を決める）および ・作用個所の間隔（クレータの数と配置） は容易に調節できるので、その時の材料と外観上の印象や摩擦係数に関して達成 されるべき作用とに合わせることができる。 上に述べたパラメータは、溶融体の膨らみや鈍角の角部分の発生を防止するた め、好ましくは材料の剥離が実質上蒸発で行われるようにも調整すべきである。 何故なら、それ以外で吸盤作用が影響を受けないからである。高エネルギを非常 に短時間に取り入れることが実際できるべきである。その場合、材料依存性が考 慮される。 更に、形状、深さ、および幅は、好ましくはレンズ状あるいは平らな窪みが発 生し、この窪みの深さが大きくともクレータの横方向の最大の広がりの半分であ るように調整すべきであり、この深さがクレータの横方向の最大の広がりの半分 を越えないので、汚れは恒久的に付着しない。表面上でのレーザービームの偏向 は、この発明の対象に属さない周知の構造群、例えば記入や表面検査のためにレ ーザーの使用で知られているような構造群で行われる（平坦場の光特性に関連し たスキャナーとポリゴンミラー）。 クレータの配置は規則正しいか、あるいは不規則に行われる。その場合、もっ と高い歩行の安全性を要求するれば、マイクロクレータの規則正しい配置が、ま た磨いた表面の外観上の影響が未だ小さいなら、吸引作用のあるマイクロクレー タの不規則な配置が有利である。 この方法は、適当なセンサ回路（例えば光走査）により表面特性（例えばカラ ー）および／または局部的な材料組成（例えば材料固有な吸収および／または反 射により）を処理すべき場所で検出し、この信号をレーザー源（例えばパルスエ ネルギ）を制御するために利用することにより改善できる。こうして、外観上得 られる（例えば天然石で一定の結晶のタイプの）面で加工を中断することも実現 できる。 この発明による解決策には、外観上の特性とどっしりとした特性を維持して滑 らかな床被覆材（例えば研磨された鉱物質の床板、合成樹脂の被覆材等）の需要 に即し、必要に応じた滑り止めの装備を行う環境に優しく柔軟な方法がある。そ の場合、表面にはパルス化されたレーザービームの作用で、必要に応じた個数の 主としてレンズ状の肉眼で見えないマイクロ吸盤が表面上に必要な幾何学配置と 分布を伴って発生する。材料に合わせることを含め、必要に応じたあるいは需要 に即した滑り止め装備は、レーザー照射のパラメータ、作業ビーム径、波長、パ ルスエネルギ、作用時間およびマイクロ吸盤の間隔を狙い通りに可変および／ま たは選択して達成される。その場合、これ等のパラメータは、剥離作用が作用個 所の材料を主として蒸発させて行われるように選択されるべきである。適当なセ ンサ回路により局部的な表面特性（例えば表面を形成する床の個々の構成要素の 色合いおよび／または局部的な化学組成、例えば鉱物質の被覆材の場合の結晶の 組成）を検出し、これ等の情報をレーザーパラメータおよび／またはレーザーの 作用個所の幾何学配置を調整するために利用できる。 この発明による方法の大きな利点は床被覆材の製造処理に問題なく組み込める 点にある。 従来の技術の全ての難点をこの発明で排除できる。 この発明による床被覆材とこの発明による方法を以下の実施例で説明する。 第１図はマイクロクレータを付ける様子を示す。 そして 第２図はマクロクレータ自体を示す。 実施例 要求：・ラウジッツ（ドイツの地名）の花崗岩から成る床タイルの研磨 ・水の作用で滑り止めする ・ホテルの入口のところに敷設する→外観上の品位を最良に維持する 実施：・Ｎd:ＹＡＧレーザーで加工 ・エネルギ密度 17 J/cm²，パルス期間 130 ns，焦点距離 150 mm ・加工品の表面へ集束させる ・主にｙ方向の偏向光学系と加工品のｘ方向の送りによりレーザーの集 束点と加工品の間の相対運動を行う ・形成すべきクレータ当たりに１個のパルス ・形成されたクレータの直径ｄ_w 0.04〜 0.45 mm ・クレータのｘおよびｙ方向の間隔ａ 0.5mm ・形成された深さ 0.1 mm 結果 ・得られた摩擦係数：μ＝ 0.47 （FSC 2000で測定、合成樹脂の摺動子 、潤滑剤：界面活性化された水） ・光沢の損失：＜ 11 ％ ・全体の外観上の影響非常に少ない 使用した参照符号と用語のリスト １ レーザービーム ２ 集束ミラー ３ 加工品／床板 ｔ マイクロクレータの形成された深さ ａ マイクロクレータ間の間隔 ｄ_w マイクロクレータの形成された直径＝作業スポット径 Ｖ_y レーザービームの偏向速度 Ｖ_x 床板／加工品のｘ方向の送り速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィーデマン・ギュンター ドイツ連邦共和国、Ｄ−01237 ドレスデ ン、ルーフベルクストラーセ、14 (72)発明者 スチュールマー・ウドー ドイツ連邦共和国、Ｄ−01737 タラント、 ロスメッスラーストラーセ、25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に鉱物材料から成る滑らない床被覆材において、床被覆材の表面に吸盤作 用を持つマクロクレータの形の窪みを統計的に分布させて配置することにより、 床被覆材の表面が更に滑り止めされていることを特徴とする滑り止め床被覆材。 ２．吸盤作用を持つマクロクレータの形に統計的に分布させて配置された窪みは できる限り平坦であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の滑り止め床被 覆材。 ３．窪みは肉眼で見えないことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記 載の滑り止め床被覆材。 ４．窪みは鋭角であることを特徴とする請求の範囲第１〜３項の何れか１項に記 載の滑り止め床被覆材。 ５．窪みはレンズ状の幾何学形状を有することを特徴とする請求の範囲第１〜４ 項の何れか１項に記載の滑り止め床被覆材。 ６．窪みの横方向の最大の広がりが 0.4 mm であり、深さが 0.01 〜 0.2mmであ ることを特徴とする請求の範囲第１〜５項の何れか１項に記載の滑り止め床被覆 材。 ７．滑らない床板では、表面上に cm²当たり 100個以上の窪みが配置されている ことを特徴とする請求の範囲第１〜６項の何れか１項に記載の滑り止め床被覆材 。 ８．花崗岩の滑らない床板では、表面上に cm²当たり 250個以上の窪みが配置さ れていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の滑り止め床被覆材。 ９．パルスレーザー照射により請求の範囲第１〜８項の一つまたはそれ以上によ り、例えば石材または花崗岩またはセラミックスのような、特に鉱物材料から成 る滑らない床被覆材を作製する方法において、床被覆材の表面にレーザーパルス を狙い通りに作用させて、肉眼で見えない吸盤作用のあるマイクロクレータを統 計的に分布させて形成することを特徴とする方法。 10．例えばエネルギ密度、パルス期間等のようなレーザービームパラメータは、 床被覆材の材料に応じて、マイクロクレータを発生する材料の剥離が実質上蒸発 で行われるように選択されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載 の方法。 11．例えば花崗岩のような天然石の床被覆材の表面を十分滑らかに磨く処理の場 合には、パルスエネルギは 0.4 mJ 〜 1.5 mJ であり、パルス期間は 50 ns〜25 0 ns であり、作業スポット径は 0.05 mm〜 0.2 mm であり、個々のマイクロク レータの間隔は 0.25 mm〜 0.8 mm であることを特徴とする請求の範囲第１０項 に記載の方法。