(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含んで構成される表層を形成し、その上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材の表面に前記表層が形成された状態とし、この表層に赤外線レーザーを照射して、当該無機質基材の表面に着色ガラス層を形成することを特徴とするレーザー照射による無機質基材表面の着色ガラス化方法。
【請求項２】
セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤を含み、着色剤を含まず、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤および前記低融点化剤を含み着色剤を含まないで構成される外側層を形成し、その上に前記ガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含んで構成される内側層を形成し、さらにその上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材の表面に前記内側層および外側層が形成された状態とし、この外側層と内側層とに赤外線レーザーを照射して、当該無機質基材の表面に着色ガラス層を形成することを特徴とするレーザー照射による無機質基材表面の着色ガラス化方法。
【請求項３】
前記着色剤は、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が同系統で明度が大きくなるものであることを特徴とする請求項１記載のレーザー照射による無機質基材表面の着色ガラス化方法。
【請求項４】
前記着色剤は、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものであることを特徴とする請求項２記載のレーザー照射による無機質基材表面の着色ガラス化方法。
【請求項５】
セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含む表層を形成し、その上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材の表面に前記表層を形成したことを特徴とする化粧材用基材。
【請求項６】
セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤を含み、着色剤を含まず、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤および前記低融点化剤を含み着色剤を含まないで構成される外側層を形成し、その上に前記ガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含んで構成される内側層を形成し、さらにその上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材の表面に前記内側層および外側層を形成したことを特徴とする化粧材用基材。
【請求項７】
前記着色剤は、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が同系統で明度が大きくなるものであることを特徴とする請求項５記載の化粧材用基材。
【請求項８】
前記着色剤は、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものであることを特徴とする請求項６記載の化粧材用基材。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載された方法で得られた、無機質基材の側に着色ガラス層、外側に透明ガラス層が形成された二層構造の表面層を有する化粧材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本件各発明は、セメント成形品等の無機質基材の表面に着色剤を存在させた状態で、当該表面に赤外線レーザーを照射することにより、無機質基材の表面に着色ガラス層を形成する方法と、この方法に好適な化粧材用基材とに関し、この方法で得られる着色ガラス層を有する化粧材は建築用の内装材や外装材として好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、天然石材やセメント成形品等の無機質基材の表面改質法として、赤外線レーザー、特に炭酸ガスレーザーを無機質基材の表面に照射して、当該表面にガラス層を形成することが行われている。このガラス層は、無機質基材に含まれるシリカ等のガラス成分が、レーザーの熱エネルギによって溶融されてガラス化されるために生じる。例えば、表面が脆くて、爪を立てると石の粉が取れてくる大谷石（凝灰岩）や田下石（凝灰岩）等の切断面に対して炭酸ガスレーザーを照射すると、前述のガラス層が形成されて表面が硬くなり、爪で擦っても石の粉が取れるようなことはなくなる。
【０００３】
このような方法で表面改質された無機質基材は、建築材料として表面の耐久性が高いという点で有用なものであるが、美観や意匠性を高めるために、前記ガラス層に対して着色や模様付けなどができることが望まれている。
赤外線レーザーにより無機質基材の表面に着色ガラス層を形成する方法としては、特開平４−２７０６８５号公報に、無機質基材の表面に、発色性の無機塩が溶けている水溶液を含浸させ、乾燥後にその表面に炭酸ガスレーザーを照射する技術が開示されている。また、着色したい色に応じた顔料を含む塗料を無機質基材の表面に塗布して、乾燥後にその表面に炭酸ガスレーザーを照射する技術もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、着色剤の種類によっては着色されなかったり、本来の色とは異なる色に着色されたりするとともに、着色ガラス層が不均質に形成されたり、気泡が発生したりして安定した着色ガラス層が得られないという問題点がある。
【０００５】
具体的に、従来の技術では、着色剤としてコバルト系顔料を使用した青色と、クロム系顔料を使用した緑色とについては、本来の色に発色した着色ガラス層が得られたが、赤色、ピンク色、黄色、および白色等については、従来使用している顔料でガラス層が形成可能な条件下で本来の色に発色しなかった。例えば、赤色を出すためにベンガラを使用すると黒色に、白色を出すためにチタンホワイトを使用すると黄褐色に、黄色を出すためにジルコニア−プラゼオジウム系顔料を使用すると色が飛んで全体に白っぽい色になっていた。
【０００６】
本件各発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、赤外線レーザーにより無機質基材の表面に着色ガラス層を形成する方法において、特に、従来の技術で本来の色に着色することが不可能であったピンク色、黄色、赤色、褐色の着色ガラス層を安定的に形成する方法と、この方法に好適な化粧材用基材とを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本件発明者等が検討を行った結果、従来の技術で本来の色に着色されなかった着色剤は、本来の発色を呈するための着色適温が、無機質基材表面のガラス化剤が溶融してガラス化されるガラス化温度より低いものであり、このような着色剤を単に無機質基材表層に存在させて、ここにレーザーからガラス化剤が溶融可能な熱を与えると、当該着色剤が着色適温を超えた高い温度に加熱されるために本来の発色を呈しないことを見いだし、この知見に基づいて本件各発明を完成させた。
【０００８】
このような知見に基づき、請求項１に係る発明は、セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含んで構成される表層を形成し、その上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材の表面に前記表層が形成された状態とし、この表層に赤外線レーザーを照射して、当該無機質基材の表面に着色ガラス層を形成することを特徴とするレーザー照射による無機質基材表面の着色ガラス化方法を提供するものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤を含み、着色剤を含まず、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤および前記低融点化剤を含み着色剤を含まないで構成される外側層を形成し、その上に前記ガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含んで構成される内側層を形成し、さらにその上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材の表面に前記内側層および外側層が形成された状態とし、この外側層と内側層とに赤外線レーザーを照射して、当該無機質基材の表面に着色ガラス層を形成することを特徴とするレーザー照射による無機質基材表面の着色ガラス化方法を提供するものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の方法において、前記着色剤が、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が同系統で明度が大きくなるものであることを特徴とするものである。
請求項４に係る発明は、請求項２記載の方法において、前記着色剤が、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５〜８に係る発明は、前記請求項１〜４に係る方法で使用される化粧材用基材であり、請求項５に係る発明は、図１に示すように、セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含む表層を形成し、その上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材１の表面に前記表層２を形成したことを特徴とするレーザー照射により表面が着色ガラス化される化粧材用基材３を提供するものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、図２に示すように、セメントを含み赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤を含み、着色剤を含まず、水で混練したものを、型枠内に入れて硬化させることで、前記ガラス化剤および前記低融点化剤を含み着色剤を含まないで構成される外側層２２を形成し、その上に前記ガラス化剤と、当該ガラス化剤のガラス化温度を低下させる低融点化剤と、着色剤とを含み、水で混練したものを入れて硬化させることで、前記ガラス化剤、前記低融点化剤、および着色剤を含んで構成される内側層２１を形成し、さらにその上にセメントを含む材料を打設することで、セメントを含む無機質基材１の表面に前記内側層２１および外側層２２を形成したことを特徴とするレーザー照射により表面が着色ガラス化される化粧材用基材４を提供するものである。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項５記載の化粧材用基材において、前記着色剤が、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が同系統で明度が大きくなるものであることを特徴とするものである。
請求項８に係る発明は、請求項５記載の化粧材用基材において、前記着色剤が、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものであることを特徴とするものである。
請求項９に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載された方法で得られた、無機質基材の側に着色ガラス層、外側に透明ガラス層が形成された二層構造の表面層を有する化粧材を提供する。
【００１４】
前記無機質基材としては、ポルトランドセメント、白セメント、高炉スラグセメント、アルミナセメント等の成形体または、これらに種々の骨材を混入させたコンクリートやモルタル成形体などが挙げられる。特に、骨材を入れる場合には、照射されるレーザー光を吸収しやすいものが好ましく、シリカ、アルミナ等を含むものが適しており、その両者を含むゼオライトを使用することが特に好ましい。
【００１５】
前記ガラス化剤としては、赤外線レーザーの照射により溶融してガラス化されるガラス成分であればいずれのものでもよく、前記無機質基材を構成する前述のセメント類や骨材が挙げられる。
前記低融点化剤としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属およびその塩、ケイ酸およびその塩、ホウ酸およびその塩、リン酸およびその塩、またはこれらの混合物などが挙げられる。また、これらの成分を含むものとして陶磁器の釉薬が挙げられるため、このような釉薬、特に、ホウ酸系の釉薬を使用することが好ましい。
【００１６】
前記低融点化剤の添加量は、着色剤が、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が同系統で明度が大きくなるものの場合、ガラス化剤１００重量部に対して１０〜５００重量部であることが好ましい。また、着色剤が、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものの場合には、ガラス化剤に対して１００重量部に対して１〜３０重量部であることが好ましい。
【００１７】
前記着色剤は、これとともに表層に存在させる低融点化剤によって分解されたり、分離されたりしないように、カオリン、シリカ、および酸化スズ等の微粉と結合して安定化させた顔料であることが好ましい。
このような顔料としては、請求項３における本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が同系統で明度が大きくなるものの例では、黄色用のジルコニア−プラゼオジウム（Ｚｒ−Ｐｒ）系顔料、ピンク色用のクロム−スズ（Ｃｒ−Ｓｎ）系顔料およびカルシア−クロミア−酸化スズ（Ｃａ−Ｃｒ−Ｓｎ）系顔料、青色用の酸化コバルト−アルミナ（Ｃｏ−Ａｌ）系顔料、および緑色用のシリカ−クロミア（Ｓｉ−Ｃｒ）系顔料が挙げられる。
【００１８】
また、請求項４における、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものの例では、褐色ないし赤色用の三酸化二鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）系顔料、および酸化銅（ＣｕＯ）系顔料が挙げられる。
前記赤外線レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧ−レーザー等の赤外線領域の波長のレーザー光を発振可能なものであればいずれのものでもよいが、高出力で高高率な炭酸ガスレーザーを用いることが好ましい。
【００１９】
請求項１および３に係る方法で使用される請求項５および７に係る化粧材用基材は、例えば以下のようにして作製される。すなわち、型枠内に先ず、セメント（ガラス化剤）、低融点化剤、着色剤、および必要に応じて配合される骨材を水で混練したものを所定の厚さ（２〜１０ｍｍ程度）となるように入れて硬化させることで表層を形成し、次に、その上にコンクリートやモルタル材料を打設して無機質基材を形成する。
【００２０】
請求項２および４に係る方法で使用される請求項６および８に係る化粧材用基材は、例えば以下のようにして作製される。すなわち、型枠内に先ず、セメント（ガラス化剤）、低融点化剤、および必要に応じて配合される骨材を水で混練したものを所定の厚さ（１〜３ｍｍ程度）となるように入れて硬化させることで外側層を形成し、次に、その上に、セメント（ガラス化剤）、低融点化剤、着色剤、および必要に応じて配合される骨材を水で混練したものを所定の厚さ（１〜５ｍｍ程度）となるように入れて硬化させることで内側層を形成し、さらにその上に、コンクリートやモルタル材料を打設して無機質基材を形成する。
【００２１】
【作用】
請求項１および３に係る方法では、無機質基材の表面に形成された表層に赤外線レーザが照射されると、当該表層が加熱されてガラス化剤が溶融するとともに着色剤が発色するが、当該表層に含まれている低融点化剤によりガラス化剤は本来のガラス化温度より低い温度でガラス化される。そのため、赤外線レーザーの照射によって当該表層に与える熱エネルギを従来より少なくして、当該表層の温度上昇を抑えても、無機質基材の表面はガラス化される。
【００２２】
したがって、無機質基材表面の着色ガラス化の際に、表層の温度を従来より低くすることができるため、表層に含まれている着色剤の着色適温が低いものであっても、当該表層の温度を前記着色適温を超えない温度に抑えて、本来の発色を得ることができる。また、表層に含まれている着色剤の着色適温の上限が高く、ガラス化剤の本来のガラス化温度でも本来の発色がなされる場合でも、低い温度でガラス化された方が得られる着色ガラス層の均質性が向上する。
【００２３】
請求項２および４に係る方法では、無機質基材の当該表面に形成された内側層と外側層とからなる表層に赤外線レーザが照射されると、先ず外側層が加熱されて、ここに含まれるガラス化剤が溶融してガラス化される。このとき、低融点化剤の存在により前記ガラス化剤は本来のガラス化温度より低い温度でガラス化される。その後、このガラス化された外側層を透過して光量が低下したレーザ光により、内側層が加熱されてガラス化剤が溶融するとともに着色剤が発色する。
【００２４】
したがって、無機質基材表面の着色ガラス化の際に、内側層の温度を請求項１の表層よりも低くすることができるため、内側層に含まれている着色剤の着色適温がさらに低いものであっても、当該内側層の温度を前記着色適温を超えない温度に抑えて、本来の発色を得ることができる。
なお、前記いずれの方法でも、図３に示すように、無機質基材１の側に着色ガラス層５、外側に透明ガラス層６が形成された二層構造の表面層を有する化粧材が得られる。
【００２５】
また、請求項５および７に係る化粧材用基材によれば、当該表層に赤外線レーザを照射することにより、前記請求項１および３に係る方法で製造される化粧材が容易に得られる。
また、請求項６および８に係る化粧材用基材によれば、当該内側層と外側層とからなる表層に赤外線レーザを照射することにより、前記請求項２および４に係る方法で製造される化粧材が容易に得られる。
【００２６】
【実施例】
以下、本件各発明について実施例を挙げて詳細に説明する。
＜実施例１：ピンク色の着色ガラス層の形成＞
サンプルNo. １−１については、型枠内に先ず、白色ポルトランドセメント（ガラス化剤）、低融点化剤として水野釉薬（株）製の釉薬No. １４（主成分ＳｉＯ2 ，Ｎａ2 Ｏ）、および着色剤としてＣａ−Ｃｒ−Ｚｎ系顔料（クレバーン製No. ３２２２）を、１００：５：５の割合で配合し、水で混練したものを厚さ２ｍｍとなるように入れて硬化させることで表層を形成し、次に、その上に白色ポルトランドセメントを入れ、プレス法により硬化させて厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成することで、化粧材用基材を作製した。この化粧材用基材の前記表層に、図４に示す光学系を用いて炭酸ガスレーザーを照射することにより、当該表層を加熱して、無機基材表面を着色ガラス化した。
【００２７】
図４から分かるように、この光学系は、化粧材用基材７を載せるＸ−Ｙテーブル８と、レーザー光線９の焦点をＸ−Ｙテーブル８より上側とするための集光レンズ９１とで構成されている。ここでは、最大出力１．２ｋＷ、発振波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザーを用い、ビーム幅を１６ｍｍとし、化粧材用基材７の上面から前記焦点までの距離（焦点はずし距離：ＤＦＳ）を１００〜１５０ｍｍとした。
【００２８】
また、このサンプルの化粧用基材の表面に前記光学系でレーザー照射を行い、本来の色に発色されガラス化も良好になされる温度（以下、「バランス温度」と称する。）を調べたところ、６００〜９００℃であったため、レーザーの出力を０．２〜０．６ｋＷとし、Ｘ−Ｙテーブル８を１〜２ｍ／ｍｉｎで移動させた。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００２９】
サンプルNo. １−２については、表層形成材料として前記No. １−１の構成に骨材としてゼオライトを加えたものを用い、当該各構成成分の配合比を、セメント：ゼオライト：釉薬：着色剤＝１００：２００：２００：５とした以外は前記No. １−１と同様にして化粧剤用基材を作製した。このサンプルのバランス温度はNo. １−１と同じ６００〜９００℃であったため、同じ条件でレーザー光の照射を行ったところ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００３０】
サンプルNo. １−３については、前記No. １−１と同じ化粧剤用基材に対して、出力を０．７ｋＷとして、化粧材用基材の表層の最大到達温度を１３００℃とた以外は前記No. １−１と同じ条件でレーザーを照射した。
サンプルNo. １−４については、白色ポルトランドセメントに水を加えたものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面を前記No. １−１と同じ顔料が水に分散されている懸濁液に浸漬して、当該顔料を無機質基材の表層に含浸させ水を乾燥させることにより、無機質基材に対して５重量％の割合で顔料が存在する化粧材用基材を作製した。このサンプルについてはバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. １−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００３１】
サンプルNo. １−５については、白色ポルトランドセメント１００に対してゼオライトを２００の割合で配合し水を加えて混練したものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面に前記No. １−４と同じようにして顔料を存在させることにより化粧材用基材を作製した。このサンプルについてもバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面側に前記No. １−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００３２】
これらのサンプルについて、レーザー照射により得られた無機基材表面の着色ガラス化層の均質性、発色の状態を調べた。その結果を各サンプル毎の構成とともに下記の表１に示す。
【００３３】
【表１】
0003813195.tif 000002
【００３４】
この表から分かるように、請求項１および３の方法により請求項５および７の化粧材用基材を用いて作製されたサンプルNo. １−１とNo. １−２では、着色剤の本来の発色であるピンク色がきれいに得られ、ガラス化剤のガラス化も均質になされていた。これは、低融点化剤である釉薬によってガラス化剤のガラス化温度が低下した結果、８００℃でも均質なガラス化が可能となったためである。
【００３５】
これに対して、サンプルNo. １−４は、サンプルNo. １−１で釉薬を入れていない構成となっているため、８００℃ではガラス化されなかった。また、このサンプルは全く着色されなかった。サンプルNo. １−５は、サンプルNo. １−２で釉薬を入れていない構成となっているため、８００℃ではガラス化が不均質となった。また、このサンプルはきれいなピンク色には着色されず、褐色に近い色となってしまった。
【００３６】
また、サンプルNo. １−３は、請求項１および３の方法により請求項５および７の化粧材用基材を用いて作製されたものであるが、表層の最大到達温度をバランス温度（６００〜９００℃）より高い１３００℃とした結果、ガラス層に気泡ができてしまった。また、発色むらが生じていた。
＜実施例２：黄色の着色ガラス層の形成＞
サンプルNo. ２−１については、型枠内に先ず、白色ポルトランドセメント（ガラス化剤）、低融点化剤として水野釉薬（株）製の釉薬No. １４、および着色剤としてＺｒ−Ｐｒ系顔料（クレバーン製No. １５４１）を、１００：１０：５の割合で配合し、水で混練したものを厚さ２ｍｍとなるように入れて硬化させることで表層を形成し、次に、その上に白色ポルトランドセメントを入れ、プレス法により硬化させて厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成することで、化粧材用基材を作製した。この化粧材用基材の前記表層に実施例１と同様にしてレーザーを照射することにより、当該表層を加熱して無機基材表面を着色ガラス化した。また、このサンプルのバランス温度は７００〜９００℃であったため、レーザーの出力を０．２〜０．４ｋＷとし、Ｘ−Ｙテーブル８を１〜２ｍ／ｍｉｎで移動させた。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００３７】
サンプルNo. ２−２については、表層形成材料として前記No. ２−１の構成に骨材としてゼオライトを加えたものを用い、当該各構成成分の配合比を、セメント：ゼオライト：釉薬：着色剤＝１００：２００：２００：５とした以外は前記No. ２−１と同様にして化粧剤用基材を作製した。このサンプルのバランス温度はNo. ２−１と同じ７００〜９００℃であったため、同じ条件でレーザー光の照射を行ったところ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００３８】
サンプルNo. ２−３については、白色ポルトランドセメントに水を加えたものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面を前記No. ２−１と同じ顔料が水に分散されている懸濁液に浸漬して、当該顔料を無機質基材の表層に含浸させ水を乾燥させることにより、無機質基材に対して５重量％の割合で顔料が存在する化粧材用基材を作製した。このサンプルについてはバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. ２−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００３９】
サンプルNo. ２−４については、白色ポルトランドセメント１００に対してゼオライトを２００の割合で配合し水を加えて混練したものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面に前記No. ２−３と同じようにして顔料を存在させることにより化粧材用基材を作製した。このサンプルについてもバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面側に前記No. ２−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００４０】
これらのサンプルについて、レーザー照射により得られた無機基材表面の着色ガラス化層の均質性、発色の状態を調べた。その結果を各サンプル毎の構成とともに下記の表２に示す。
【００４１】
【表２】
0003813195.tif 000003
【００４２】
この表から分かるように、請求項１および３の方法により請求項５および７の化粧材用基材を用いて作製されたサンプルNo. ２−１とNo. ２−２では、着色剤の本来の発色である黄色がきれいに得られ、ガラス化剤のガラス化も均質になされていた。これは、低融点化剤である釉薬によってガラス化剤のガラス化温度が低下した結果、８００℃でも均質なガラス化が可能となったためである。
【００４３】
これに対して、サンプルNo. ２−３は、サンプルNo. ２−１で釉薬を入れていない構成となっているため、８００℃ではガラス化されなかった。また、このサンプルはきれいな黄色には着色されず、黄土色に近い色となってしまった。サンプルNo. ２−４は、サンプルNo. ２−２で釉薬を入れていない構成となっているため、８００℃ではガラス化が不均質となった。また、このサンプルはきれいな黄色には着色されず、こげ茶色に近い色となってしまった。なお、ガラス化状態を良くしようとしてこれらのサンプルの表層を１１００℃まで上昇させると、色が飛んできれいには着色されなかった。
＜実施例３：青色の着色ガラス層の形成＞
サンプルNo. ３−１については、型枠内に先ず、白色ポルトランドセメント（ガラス化剤）、低融点化剤として水野釉薬（株）製の釉薬No. １４、および着色剤としてＣｏ−Ａｌ系顔料（クレバーン製No. ４５７７）を、１００：５：１の割合で配合し、水で混練したものを厚さ２０ｍｍとなるように入れて硬化させることで表層を形成し、次に、その上に白色ポルトランドセメントを入れ、プレス法により硬化させて厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成することで、化粧材用基材を作製した。この化粧材用基材の前記表層に実施例１と同様にしてレーザーを照射することにより、当該表層を加熱して無機基材表面を着色ガラス化した。また、このサンプルのバランス温度は７００〜１０００℃であったため、レーザーの出力を０．２〜０．６ｋＷとし、Ｘ−Ｙテーブル８を１〜２ｍ／ｍｉｎで移動させた。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は９００℃となった。
【００４４】
サンプルNo. ３−２については、表層形成材料として、前記No. ３−１の構成に骨材としてゼオライトを加えたものを用い、当該各構成成分の配合比を、セメント：ゼオライト：釉薬：着色剤＝１００：２００：５０：１とした以外は前記No. ３−１と同様にして化粧剤用基材を作製した。このサンプルのバランス温度はNo. ３−１と同じ７００〜９００℃であったため、同じ条件でレーザー光の照射を行ったところ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は９００℃となった。
【００４５】
サンプルNo. ３−３については、白色ポルトランドセメントに水を加えたものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面を前記No. ３−１と同じ顔料が水に分散されている懸濁液に浸漬して、当該顔料を無機質基材の表層に含浸させ水を乾燥させることにより、無機質基材に対して１重量％の割合で顔料が存在する化粧材用基材を作製した。このサンプルについてはバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. ３−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は９００℃となった。
【００４６】
サンプルNo. ３−４については、白色ポルトランドセメント１００に対してゼオライトを２００の割合で配合し水を加えて混練したものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面に前記No. ３−３と同じようにして顔料を存在させることにより化粧材用基材を作製した。このサンプルについてもバランス温度が特定できなかったが、この化粧材用基材の前記表面側に前記No. １−３と同じ条件でレーザーを照射したことろ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は１３００℃となった。
【００４７】
これらのサンプルについて、レーザー照射により得られた無機基材表面の着色ガラス化層の均質性、発色の状態を調べた。その結果を各サンプル毎の構成とともに下記の表３に示す。
【００４８】
【表３】
0003813195.tif 000004
【００４９】
この表から分かるように、請求項１および３の方法により請求項５および７の化粧材用基材を用いて作製されたサンプルNo. ３−１とNo. ３−２では、着色剤の本来の発色である青色がきれいに得られ、ガラス化剤のガラス化も均質になされていた。これは、低融点化剤である釉薬によってガラス化剤のガラス化温度が低下した結果、９００℃でも均質なガラス化が可能となったためである。
【００５０】
これに対して、サンプルNo. ３−３は、サンプルNo. ３−１で釉薬を入れていない構成となっているため、９００℃ではガラス化が不十分であり、きれいな青色には着色されなかった。サンプルNo. ３−４は、サンプルNo. ３−２で釉薬を入れていない構成となっているため、１３００℃まで表層温度を上げたが、ガラス化も不均質であり、ゼオライトの一部が黒くなって鮮明な青色は得られなかった。
＜実施例４：緑色の着色ガラス層の形成＞
サンプルNo. ４−１については、型枠内に先ず、白色ポルトランドセメント（ガラス化剤）、低融点化剤として水野釉薬（株）製の釉薬No. １４、および着色剤としてＳｉ−Ｃｒ系顔料（クレバーン製No. ４５６４）を、１００：１０：１の割合で配合し、水で混練したものを厚さ２ｍｍとなるように入れて硬化させることで表層を形成し、次に、その上に白色ポルトランドセメントを入れ、プレス法により硬化させて厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成することで、化粧材用基材を作製した。
【００５１】
この化粧材用基材の前記表層に実施例１と同様にしてレーザーを照射することにより、当該表層を加熱して無機基材表面を着色ガラス化した。また、このサンプルのバランス温度は９００〜１２００℃であったため、レーザーの出力を０．６〜１．０ｋＷとし、Ｘ−Ｙテーブル８を１〜２ｍ／ｍｉｎで移動させた。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は９００℃となった。
【００５２】
サンプルNo. ４−２については、表層形成材料として、前記No. ４−１の構成に骨材としてゼオライトを加えたものを用い、当該各構成成分の配合比を、セメント：ゼオライト：釉薬：着色剤＝１００：２００：１００：１とした以外は、前記No. ４−１と同様にして化粧剤用基材を作製した。このサンプルのバランス温度はNo. ４−１と同じ９００〜１２００℃であったため、同じ条件でレーザー光の照射を行ったところ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は９００℃となった。
【００５３】
サンプルNo. ４−３については、白色ポルトランドセメントに水を加えたものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面を前記No. ４−１と同じ顔料が水に分散されている懸濁液に浸漬して、当該顔料を無機質基材の表層に含浸させ水を乾燥させることにより、無機質基材に対して１重量％の割合で顔料が存在する化粧材用基材を作製した。このサンプルについてはバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. ４−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は９００℃となった。
【００５４】
サンプルNo. ４−４については、白色ポルトランドセメント１００に対してゼオライトを２００の割合で配合し水を加えて混練したものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面に前記No. ４−３と同じようにして顔料を存在させることにより化粧材用基材を作製した。このサンプルについてもバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. ４−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は１４００℃となった。
【００５５】
これらのサンプルについて、レーザー照射により得られた無機基材表面の着色ガラス化層の均質性、発色の状態を調べた。その結果を各サンプル毎の構成とともに下記の表４に示す。
【００５６】
【表４】
0003813195.tif 000005
【００５７】
この表から分かるように、請求項１および３の方法により請求項５および７の化粧材用基材を用いて作製されたサンプルNo. ４−１とNo. ４−２では、着色剤の本来の発色である緑色がきれいに得られ、ガラス化剤のガラス化も均質になされていた。これは、低融点化剤である釉薬によってガラス化剤のガラス化温度が低下した結果、９００℃でも均質なガラス化が可能となったためである。
【００５８】
これに対して、サンプルNo. ４−３は、サンプルNo. ４−１で釉薬を入れていない構成となっているため、９００℃ではガラス化が不十分であり、発色状態もNo. ４−１と比べると良くなかった。サンプルNo. ４−４は、サンプルNo. ４−２で釉薬を入れていない構成となっているため従来と同様に１４００℃まで表層温度を上げた結果、ガラス層は形成されたが気泡が多く、発色状態も緑ではなくほとんど黒に近い色となってしまった。
＜実施例５：赤色ないし褐色の着色ガラス層の形成＞
サンプルNo. ５−１については、型枠内に先ず、白色ポルトランドセメント（ガラス化剤）、および低融点化剤として水野釉薬（株）製の釉薬No. ５（主成分ＳｉＯ2 ，ＰｂＯ）を１００：１００の割合で配合し、水で混練したものを厚さ２ｍｍとなるように入れて硬化させることで外側層を形成し、白色ポルトランドセメント（ガラス化剤）、低融点化剤として水野釉薬（株）製の釉薬No. １４、および着色剤としてＦｅ2 Ｏ3 系顔料（べんがら）を、１００：１００：１０の割合で配合し、水で混練したものを厚さ２ｍｍとなるように入れて硬化させることで内側層を形成し、次に、その上に、さらにその上に、白色ポルトランドセメントを入れ、プレス法により硬化させて厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成することで、化粧材用基材を作製した。
【００５９】
この化粧材用基材の前記表層に実施例１と同様にしてレーザーを照射することにより、当該表層を加熱して無機基材表面を着色ガラス化した。また、このサンプルのバランス温度は６００〜９００℃であったため、レーザーの出力を０．４〜０．６ｋＷとし、Ｘ−Ｙテーブル８を１〜２ｍ／ｍｉｎで移動させた。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００６０】
サンプルNo. ５−２については、内側層および外側層の形成材料として、前記No. ５−１の構成にそれぞれ骨材としてゼオライトを加えたものを用い、当該配合比を、セメント：ゼオライト：着色剤＝１００：２００：２０とした以外は、前記No. ５−１と同様にして化粧剤用基材を作製した。このサンプルのバランス温度はNo. ５−１と同じ９００〜１２００℃であったため、同じ条件でレーザー光の照射を行ったところ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００６１】
サンプルNo. ５−３については、内側層および外側層の形成材料における配合比をセメント：着色剤＝１００：１０とした以外は、前記No. ５−２と同様にして化粧剤用基材を作製した。このサンプルのバランス温度は６００〜９００℃であったが、出力を０．７ｋＷとしてレーザー光の照射を行ったところ、化粧材用基材の表層の最大到達温度は１０００℃となった。
【００６２】
サンプルNo. ５−４については、白色ポルトランドセメントに水を加えたものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面を前記No. ５−１と同じ顔料が水に分散されている懸濁液に浸漬して、当該顔料を無機質基材の表層に含浸させ水を乾燥させることにより、無機質基材に対して１０重量％の割合で顔料が存在する化粧材用基材を作製した。このサンプルについてはバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. ５−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００６３】
サンプルNo. ５−５については、白色ポルトランドセメント１００に対してゼオライトを２００の割合で配合し水を加えて混練したものをプレス法により硬化させて、厚さ１０ｍｍの無機質基材を形成し、その一表面に前記No. ５−４と同じようにして顔料を２０重量％の割合で存在させることにより化粧材用基材を作製した。このサンプルについてもバランス温度が特定できなかったため、この化粧材用基材の前記表面に前記No. ５−１と同じ条件でレーザーを照射した。これにより、化粧材用基材の表層の最大到達温度は８００℃となった。
【００６４】
これらのサンプルについて、レーザー照射により得られた無機基材表面の着色ガラス化層の均質性、発色の状態を調べた。その結果を各サンプル毎の構成とともに下記の表５に示す。
【００６５】
【表５】
0003813195.tif 000006
【００６６】
この表から分かるように、請求項２および５の方法により請求項６および８の化粧材用基材を用いて作製されたサンプルNo. ５−１とNo. ５−２では、着色剤の本来の発色である褐色がきれいに得られ、ガラス化剤のガラス化も均質になされていた。これは、低融点化剤である釉薬によってガラス化剤のガラス化温度が低下した結果、８００℃でも均質なガラス化が可能となったためである。また、無機質基材の表面に形成する表層を内側層と外側層の二重構造とし、当該内側層にのみ着色剤を存在させたことで、特に外側層でのガラス化を均質にさせながら、内側層の着色剤の加熱温度を低く保持することができたためである。
【００６７】
これに対して、サンプルNo. ５−４は、サンプルNo. ５−１との対比で従来の構成の化粧材用基材となっているおり、８００℃ではガラス化が不十分であった。サンプルNo. ５−５は、サンプルNo. ５−２との対比で従来の構成の化粧材用基材となっているおり、８００℃ではガラス化が不十分であった。
また、サンプルNo. ５−３は、請求項２および５の方法により請求項６および８の化粧材用基材を用いて作製されたものであるが、表層の最大到達温度をバランス温度（６００〜９００℃）より高い１０００℃とした結果、ガラス層は均質に形成されたが、発色はほとんど黒色であり、本来の発色が得られなかった。
【００６８】
このように、本件各発明の実施例に相当するサンプルでは、使用した着色材の本来の発色が得られるとともにガラス層も均質に得られることが分かる。また、着色剤を予め模様や図柄となるように配置すれば、無機質基材の表面に着色模様を形成することができるため、さらに美観や意匠性に優れた化粧材を得ることができる。したがって、このようにして得られた化粧材は、壁や床用の大型パネルやタイルとして有効に利用することができる。
【００６９】
なお、着色剤が、褐色ないし赤色用等の、本来の発色を呈するための着色適温より高い温度で発色されると色相が変化して明度が小さくなるものの場合には、前述のように、基材の表面に内側層（ガラス化層）と外側層（着色層）の二層を形成してレーザ照射を行うことにより容易に本来の発色がなされるが、基材の表面に外側層に相当する表層のみを形成して、これに低融点化材を多量に含有させることによってもガラス化温度を大幅に低下させて本来の発色を得ることができる。
【００７０】
また、化粧材用基材の構成を着色材に応じた本件各発明のものとしても、前記バランス温度を超えた高い温度まで加熱すると本来の発色が得られなくなるため、予めバランス温度を測定しその温度の範囲内となるようにレーザー照射を行う必要がある。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４に係る方法によれば、赤外線レーザーにより無機質基材の表面に着色ガラス層を形成する方法において、特に、従来の技術で本来の色に着色することが不可能であったピンク色、黄色、赤色、褐色の着色ガラス層が安定的に形成することができる。したがって、このようにして得られた化粧材は、表面の耐久性のみでなく美観や意匠性が高い建築用内外装材となり、壁や床用の大型パネルやタイルとして有効に利用することができる。
【００７２】
また、請求項５〜８の化粧材用基材によれば、前記請求項１〜４に係る方法が容易に実施されて、無機質基材の側に着色ガラス層、外側に透明ガラス層が形成された二層構造の表面層を有する化粧材が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項５および７に係る化粧材用基材を示す断面図である。
【図２】請求項６および８に係る化粧材用基材を示す断面図である。
【図３】請求項１〜４に係る方法で得られる化粧材を示す断面図である。
【図４】実施例で使用した光学系を示す概要図である。
【符号の説明】
１    無機質基材
２    表層
３    化粧材用基材
４    化粧材用基材
７    化粧材用基材
９    レーザー光
２１  内側層
２２  外側層
【図１】
0003813195.tif 000007
【図２】
0003813195.tif 000008
【図３】
0003813195.tif 000009
【図４】
0003813195.tif 000010