特許 6792430 ３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792430

(24)【登録日】2020年11月10日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置

(51)【国際特許分類】

   B28B 1/30 20060101AFI20201116BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20201116BHJP

   B05B 1/02 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   B28B1/30

   B33Y30/00

   B05B1/02

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-230102(P2016-230102)

(22)【出願日】2016年11月28日

(65)【公開番号】特開2018-86747(P2018-86747A)

(43)【公開日】2018年6月7日

【審査請求日】2019年10月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130362

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 嘉英

(72)【発明者】

【氏名】絹村 剛士

(72)【発明者】

【氏名】南 浩輔

(72)【発明者】

【氏名】茂木 順一

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 友基

(72)【発明者】

【氏名】安井 利彰

【審査官】 田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３６７５８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１５−５０２８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８１８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０６９６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２６３８２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１０７３３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−２１７６８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ２８Ｂ ３／２０ − ３／２６

Ｂ０５Ｂ １／０２

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルから材料を吐出させて建設構造物を構築する構築装置であって、
前記ノズルは、外筒と、外筒の内部に設置する型部材と、外筒の内部に型部材を固定する固定バーとを備え、材料の送出側から吐出側へ向かって、外筒の中心軸に対する位相をずらして外筒と型部材の間に固定バーを設けることにより、外筒の内部に型部材を固定するとともに、ノズルの吐出口近傍では外筒と型部材との間に固定バーを設けないで、吐出する材料の断面が材料の吐出口において所望の形状となるように、材料の送出側から吐出側へ向かって内空形状を徐々に変化させた状態で形成されており、
前記ノズルを材料の送出経路の先端側に取り付けたことを特徴とする３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。

【請求項2】

前記ノズルは、前記材料の送出経路に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。

【請求項3】

添加剤を添加することにより流動性に変化を生じる材料を使用する場合に、前記ノズルの先端部付近において当該材料に添加剤を混入させる添加剤混入装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。

【請求項4】

温度により流動性に変化を生じる材料を使用する場合に、前記ノズルの先端部付近において当該材料の温度を調整する温度調整装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置。

【請求項5】

前記ノズルの材料吐出側に材料送出部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設構造物の構築装置。

【請求項6】

前記ノズルは、吐出する材料の周面を均すための周面平滑部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設構造物の構築装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置に関するものであり、特に材料を吐出するノズル形状に特徴を持たせて所望形状の建設構造物を構築するための装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、３Ｄプリンターが実用化されており、小さな製品だけではなく、建設構造物の構築に応用する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１（特開２０１３−５０７６７９号公報）に、３Ｄプリンターにより構築可能な建築構造の製造に関する技術が開示されている。この特許文献１に記載された技術は、３Ｄプリンターでプリント可能な建築構造の表現を生成する方法に関するものであり、建築構造を構築するために、多面体を含む建築モデルを提供するステップと、多面体のうちの少なくとも１つと、サイズがプリンターの性能を表す別の形状とをミンコフスキー加算するステップと、結合された出力多面体を使用して、３Ｄプリンターでプリント可能な建築構造の表現を生成するステップとを含むものである。

【0003】

また、建築廃材等にセメントを混ぜた材料を３Ｄプリンターにより施工することより、３階建て程度の低層家屋を型枠なしで造形する技術や、３Ｄプリンターを建築機械として利用する技術や、３Ｄプリンターを利用して継ぎ目のない住宅を建築する技術や、３Ｄプリンターを利用して型枠を作製し、コンクリート製の柱や壁などを複雑な形状に施工する技術が発表されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−５０７６７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

現在、開示されている３Ｄプリンターを用いた建設構造物の構築に関する技術の中には、既に実現されているものもあるが、未だ構想に止まっているものもあり、それぞれ以下に示す問題点が存在する。

【0006】

３Ｄプリンターを用いてセメント系材料（例えば、モルタル）を打設することで、モルタルが層をなした構造となることは確かであるが、各層間をつないで引っ張り力を負担する軸部材が存在しない。すなわち、セメント系材料で、構造物全体を造形する場合には、引張抵抗力を付加することが困難であるため、構造部材としての適用に課題がある。

【0007】

また、セメント系材料で型枠を造形する場合には、引張抵抗力を付加することが困難であるため、充填材料の圧力に耐えられない可能性があり、適用先が限定される。

【0008】

また、セメント系材料で、高さ方向に層をなすように造形する場合には、材料そのものが自立するような配合を選定する必要があり、施工性（圧送抵抗）への影響や品質低下（ひび割れ）等の課題がある。

【0009】

さらに、樹脂系材料による造形において、壁構造やスラブ構造の場合には、反りが発生する可能性が高く、設計通りの構造物とすることが難しい。

【0010】

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、建設構造物を構築する際に、造形物の構造を自由に設定して、品質の安定及び生産性向上を実現可能な３Ｄプリンターを用いた建設構造物の構築装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置は、ノズルから材料を吐出させて建設構造物を構築する構築装置であって、ノズルは、外筒と、外筒の内部に設置する型部材と、外筒の内部に型部材を固定する固定バーとを備え、材料の送出側から吐出側へ向かって、外筒の中心軸に対する位相をずらして外筒と型部材の間に固定バーを設けることにより、外筒の内部に型部材を固定するとともに、ノズルの吐出口近傍では外筒と型部材との間に固定バーを設けないで、吐出する材料の断面が材料の吐出口において所望の形状となるように、材料の送出側から吐出側へ向かって内空形状を徐々に変化させた状態で形成されており、ノズルを材料の送出経路の先端側に取り付けたことを特徴とするものである。

【0012】

また、上述した３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置において、ノズルは、材料の送出経路に対して着脱可能であることが好ましい。

【0013】

また、上述した３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置において、添加剤を添加することにより流動性に変化を生じる材料を使用する場合に、ノズルの先端部付近において当該材料に添加剤を混入させる添加剤混入装置を備えることが可能である。

【0014】

また、上述した３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置において、温度により流動性に変化を生じる材料を使用する場合に、ノズルの先端部付近において当該材料の温度を調整する温度調整装置を備えることが可能である。

【0015】

また、上述した３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置において、ノズルの材料吐出側に材料送出部を設けることが可能である。

【0016】

また、上述した３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置において、ノズルは、吐出する材料の周面を均すための周面平滑部を有する構成とすることが可能である。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置によれば、材料の送出経路の先端側にノズルを取り付けることにより、所望形状の建設構造物を容易に構築することができる。また、構築する建設構造物の形状に応じて複数のノズルを作製し、作業の進行状況に応じてノズルを取り替えることにより、様々な形状の建設構造物を容易に構築することができる。

【0018】

また、ノズルの先端付近において、添加剤を添加することにより流動性に変化を生じる材料（例えば、セメント系材料）に添加剤を加えたり、温度により流動性に変化を生じる材料（例えば、樹脂系材料）の温度を調整したりすることにより、材料の流動性を調整することができる。例えば、添加剤の添加や温度調節を行うことにより、材料の送出方向の上流側では材料の流動性を確保してワーカビリティを向上させ、材料の吐出部で材料を硬化させて自立性を確保することにより、圧送性と自立性とを両立させることができる。

【0019】

また、ノズルの材料吐出側に材料送出部を設けることにより、ノズルから吐出した材料を所望の構造とした状態で、その形状を乱すことなく送出することができる。また、所望の形状で吐出した材料の外周面に模様を施すことができる。

【0020】

また、吐出する材料の周面を均すための周面平滑部（例えば、ポリテトラフルオロエチレン材）を有するノズルとすることにより、ノズルから吐出した材料の周面を平滑化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置に用いるノズルの模式図（円筒状）。

【図2】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置に用いるノズルの模式図（四角筒状）。

【図3】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置に用いるノズルの模式図（多角筒状）。

【図4】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置における構築手順を示す模式図（多角筒状）。

【図5】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置における構築手順を示す模式図（多角筒状の集合体）。

【図6】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置における構築手順を示す模式図（ハニカム状）。

【図7】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置におけるノズルと建設構造物の関係を示す模式図（中空状）。

【図8】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置におけるノズルと建設構造物の関係を示す模式図（中実状）。

【図9】添加剤を添加することにより流動性が変化する材料を用いた場合の材料圧送過程における流動性調整の模式図。

【図10】温度により流動性が変化する材料を用いた場合の材料圧送過程における流動性調整の模式図。

【図11】材料送出部を設けたノズルの模式図。

【図12】周面平滑部を有するノズルの模式図。

【図13】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置の模式図（重機）。

【図14】本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置の模式図（門型クレーン）。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る３Ｄプリント技術を用いた建設構造物の構築装置（以下、構築装置と略記することがある）を説明する。図１〜１４は本発明の実施形態に係る構築装置を説明するもので、図１〜図３はノズルの模式図、図４〜図６は構築手順を示す模式図、図７及び図８はノズルと建設構造物の関係を示す模式図、図９及び図１０は材料圧送過程における流動性調整の模式図、図１１は材料送出部を設けたノズルの模式図、図１２は周面平滑部を有するノズルの模式図、図１３及び図１４は建設構造物の構築装置の具体的な模式図である。

【0023】

詳細には、図１、図２、図３において、（ａ）及び（ｃ）はノズルの吐出口側から見た斜視図、（ｂ）はノズルの基端部側（材料圧送側）から見た斜視図である。図４において、（ａ）は外筒、（ｂ）〜（ｄ）はノズルの基端部側（材料圧送側）から吐出口側へ向かって順に設けた型部材、（ｅ）は建設構造物、（ｆ）は鉄筋を挿入した建設構造物の断面図である。図５において、（ａ）〜（ｄ）はノズルの基端部側（材料圧送側）から吐出口側へ向かって順に設けた型部材、（ｅ）は建設構造物、（ｆ）は鉄筋を挿入した建設構造物の断面図である。

【0024】

図６において、（ａ）は建設構造物の一単位、（ｂ）は集合状態の建設構造物、（ｃ）は充填材及び鉄筋を挿入した集合状態の建設構造物の斜視図である。図７において、（ａ）は角柱格子状の中空建設構造物、（ｂ）は円柱格子状の中空構造物、（ｃ）は円筒状の中空構造物の斜視図である。図８において、（ａ）は角柱格子状の中実建設構造物、（ｂ）は円柱格子状の中実構造物、（ｃ）は円筒状の中実構造物の斜視図である。

【0025】

また、図７及び図８は、ノズル１０の最終断面形状と建設構造物の関係をイメージした模式図であり、薄板状として表現した部分によりノズル１０の最終断面形状を表現している。また、図１３及び図１４において、（ａ）は略水平方向に建設構造物を構築する場合の模式図、（ｂ）は略鉛直方向に建設構造物を構築する場合の模式図である。

【0026】

＜ノズル＞
本発明の実施形態に係る構築装置で構築する建設構造物は、埋設型枠、鉄筋、ＦＲＰ構造物、ジオポリマー構造物等であり、これらの構造物を構築するための材料をノズル１０の吐出口から吐出させる。材料は、セメント系材料、樹脂系材料、金属材料等からなる。図示しないが、セメント系材料や樹脂系材料は、材料貯留部から材料の送出経路（例えば、圧送パイプ）を介してノズル１０に圧送され、材料の吐出口において所望の形状となって吐出される。

【0027】

所望の形状とは、構築する建設構造物に対応した形状のことであり、例えば、外周形状を角柱状、円柱状、壁状等とし、断面形状を網目状、中実状、中空状等とすることができる。すなわち、本発明では、ノズル１０の内部形状を変更することにより、３Ｄプリント技術を用いて所望形状の建設構造物を構築することができる。

【0028】

＜材料送出部＞
また、図１１に示すように、ノズル１０の材料吐出側に材料送出部１５を設けることが可能である。材料送出部１５は、ノズル１０から吐出した材料の形状を保ったままで、材料を送出するための部材であって、例えば、ノズル１０から吐出した材料の外径と同等の内径、あるいは若干大きな内径を有する筒状の部材からなる。このような材料送出部１５を設けることにより、ノズル１０から吐出した材料を所望の構造とした状態で、その形状を乱すことなく送出することができる。また、材料送出部１５に長さ方向のスリット等を設けることにより、所望の形状で吐出した材料の外周面に模様を施すことができる。

【0029】

＜周面平滑部＞
また、図１２に示すように、ノズル１０は、吐出する材料の周面を均すための周面平滑部１６を有する構成とすることが可能である。周面平滑部１６は、例えば、低摩擦であるポリテトラフルオロエチレン材等でノズル１０を形成したり、ノズル１０の内面にポリテトラフルオロエチレン材等からなる平滑層を設けたりすることにより形成する。このような周面平滑部１６を有するノズル１０とすることにより、ノズル１０から吐出した材料の周面を平滑化することができる。

【0030】

＜材料＞
圧送パイプを介してセメント系材料や樹脂系材料を圧送するには、圧送過程における圧送のし易さ（圧送性）が重要となる一方、材料の吐出口から材料を吐出する際には自立性が重要となる。このため、圧送過程では圧送に差し支えのない程度の柔らかさを有する一方、吐出後には自立できる程度の硬さを有している必要がある。

【0031】

材料の吐出口から吐出する材料を所望形状とするためには、材料の吐出口の形状を規定しなければならない。このため、材料の送出経路（例えば、圧送パイプ）の先端側にノズル１０を取り付け、ノズル１０の形状を規定することにより、種々の形状の建設構造物を構築するようになっている。ノズル１０は、材料の送出経路（例えば、圧送パイプ）の先端側に着脱可能としてあり、これにより、ノズル１０を交換するだけで、種々の形状の建設構造物を構築することができる。

【0032】

例えば、円筒状の建設構造物を構築する場合には、図１（ａ）〜（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、ノズル１０の内部を通過する材料が、材料の吐出口において円筒状となる必要がある。この場合、円筒状の外筒１１と、外筒１１の内部にあって中実円柱状の型部材１２とによりノズル１０を形成し、ノズル１０の内部で材料が円筒状となるようにする。外筒１１の内部に型部材１２を固定するには、外筒１１の内周部と型部材１２の外周部とを接続しなければならないが、先端部の吐出口付近でこのような接続を行うと、接続部となる接続部材（固定バー１３）が障害物となって所望形状となった材料を吐出させることができない。

【0033】

そこで、本発明では、ノズル１０から吐出した材料の断面が吐出口において所望の形状となるように、材料の送出経路（例えば、圧送パイプ）の先端側に、材料の送出側から吐出側へ向かって内空形状を徐々に変化させた状態で形成したノズル１０を取り付けてある。ノズル１０は、外筒１１と、型部材１２と、固定バー１３とを備えている。

【0034】

具体的には、図１〜図５に示すように、材料の送出側から吐出側へ向かって、中心軸に対する位相をずらした接続部材（固定バー１３）を設けて外筒１１の内部に型部材１２を固定し、ノズル１０の吐出口近傍では接続部材（固定バー１３）を設けずに、吐出する材料が所望形状となるようにしている。図１、図７（ｃ）、図８（ｃ）は円筒状の建設構造物を構築する場合のノズル１０、図２は四角筒状の建設構造物を構築する場合のノズル１０、図３及び図４は６角筒状の建設構造物を構築する場合のノズル１０である。また、同様にして、図５に示す六角柱格子状の建設構造物、図６に示すハニカム状の建設構造物、図７（ａ）及び図８（ａ）に示す四角柱格子状の建設構造物、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示す円柱格子状の建設構造物、図１３及び図１４に示す壁状の建設構造物を構築することができる。

【0035】

＜８角筒状の建設構造物に対応したノズル＞
図４を参照して、８角筒状の建設構造物を構築するためのノズル１０について、詳細に説明する。図４に示す例では、８角筒状の外筒１１の内部に複数段の型部材１２を固定してノズル１０を形成する。図４では、材料の送出側から吐出側に向かって、１段目（ａ）、２段目（ｂ）、３段目（ｃ）、４段目及び５段目（ｄ）としている。

【0036】

型部材１２は、８角形状の鋼材板からなり、１段目では型部材１２を設置せず、２段目では外筒１１と型部材１２との間のすべての角部において、合計８本の固定バー１３を用いて外筒１１と型部材１２とを接続し、３段目では外筒１１と型部材１２との間の１つ置きの角部において、合計４本の固定バー１３を用いて外筒１１と型部材１２とを接続し、４段目及び５段目では外筒１１と型部材１２との間に固定バー１３を設置しない。また、２段目〜５段目の型部材１２の中心部には上下に連通する上下連結用ボルト貫通孔（図示せず）を設けてあり、この上下連結用ボルト貫通孔にボルト１４を挿通して、各段の型部材１２を上下方向に接続する。

【0037】

このようなノズル１０を用いると、図４（ｅ）に示すような８角筒状の建設構造物１００を構築することができる。また、図４（ｆ）に示すように、８角筒状の建設構造物の中心部に後挿入鉄筋１１０を配設してもよい。なお、型部材１２の枚数を増減することにより、ノズル１０の内部形状を変更して、材料の性状に適応することができる。

【0038】

＜８角筒状の集合体からなる建設構造物に対応したノズル＞
図５を参照して、８角筒状の集合体からなる建設構造物を構築するためのノズル１０について、詳細に説明する。図５に示す例では、８角筒状の外筒１１の内部に複数段の型部材（中心型部材１２ａ、外縁型部材１２ｂ、中間型部材１２ｃ）を固定してノズル１０を形成する。図５では、材料の送出側から吐出側に向かって、１段目（ａ）、２段目及び３段目（ｂ）、４段目（ｃ）、５段目及び６段目（ｄ）としている。

【0039】

型部材（中心型部材１２ａ、外縁型部材１２ｂ、中間型部材１２ｃ）は、鋼材板からなり、１段目では中心型部材１２ａ及び外縁型部材１２ｂを設置し、２段目〜６段目では、中心型部材１２ａ、外縁型部材１２ｂ及び８個の８角形の中間型部材１２ｃを円環状に並べてある。また、１段目では固定バー１３を用いて外筒１１と中心型部材１２ａとを接続し、２段目〜４段目にかけて、固定バー１３の数を減らしながら、外筒１１、中心型部材１２ａ、外縁型部材１２ｂ、中間型部材１２ｃを相互に接続する。

【0040】

また、１段目〜６段目の中心型部材１２ａの中心部と、２段目〜６段目の中間型部材１２ｃの中心部には、上下に連通する上下連結用ボルト貫通孔（図示せず）を設けてあり、この上下連結用ボルト貫通孔にボルト１４を挿通して、各段の中心型部材１２ａ及び中間型部材１２ｃを上下方向に接続する。

【0041】

このようなノズル１０を用いると、図５（ｅ）に示すような８角筒状の集合体からなる建設構造物を構築することができる。また、図５（ｆ）に示すように、８角筒状の集合体からなる建設構造物の中心部及び各８角筒状の中心部に後挿入鉄筋１１０を配設してもよい。なお、中心型部材１２ａ、外縁型部材１２ｂ、中間型部材１２ｃの枚数を増減することにより、ノズル１０の内部形状を変更して、材料の性状に適応することができる。

【0042】

＜ノズル先端付近における材料の流動性と自立性＞
ノズル１０から吐出させる材料が添加剤を添加することにより流動性に変化を生じる場合には、図９に示すように、ノズル１０の先端部付近において当該材料に添加剤を混入させる添加剤混入装置２０を備えることが好ましい。詳細には図示しないが、添加剤混入装置２０は、ノズル１０の先端部付近においてノズル１０の側面に設けた添加剤混入口に添加剤を送出するための送出パイプと送出ポンプとを備えている。

【0043】

圧送パイプを介してノズル１０まで圧送する材料は、材料の送出方向の上流側では材料の流動性を確保してワーカビリティを向上させ、材料の吐出部で添加剤を加えて材料を硬化させることにより自立性を確保する。これにより、材料の圧送性と自立性とを両立させることができる。

【0044】

添加剤を添加することにより流動性が変化する材料としては、セメント系材料、ジオポリマー、ウレタン等を例示することができる。セメント系材料の場合には、急結剤を添加することにより、短時間で硬化させることができる。また、高炉スラグとフライアッシュからなるジオポリマーの場合には、ジオポリマーにケイ酸アルカリ溶液を添加することにより、短時間で硬化させることができる。また、材料がウレタンの場合には、原材料の２液を混合することにより、発泡・硬化させることができる。

【0045】

ノズル１０から吐出させる材料が温度により流動性に変化を生じる場合には、図１０に示すように、ノズル１０の適宜箇所に、材料の温度を調整する温度調整装置３０を備えることが好ましい。詳細には図示しないが、温度調整装置３０は、例えば、ノズル１０の先端部付近においてノズルの周面を冷却するための冷却装置からなる。

【0046】

圧送パイプを介してノズル１０まで圧送する材料は、材料の送出方向の上流側では材料の温度を高めて流動性を確保することによりワーカビリティを向上させ、材料の吐出部で温度を低下させて硬化させることにより自立性を確保する。これにより、材料の圧送性と自立性とを両立させることができる。

【0047】

温度により流動性が変化する材料としては、樹脂系材料、無機材料であるジオポリマー等を例示することができる。樹脂系材料は所定温度以上で流動性を有し、冷却することにより硬化させることができる。また，無機材料であるジオポリマーは、所定温度を保つことで流動性を保持することができ、所定温度を超えて加熱することにより短時間で硬化させることができる。

【0048】

＜建設構造物の構造＞
上述した態様の構築装置を用いて、種々の形状の建設構造物を構築することができる。この際、構築した建設構造物に中空部が存在する場合には、図６（ｂ）、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、中空部をそのままにして中空構造としてもよいし、図６（ｃ）、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、中空部内にコンクリート等の充填材１２０を充填して中実構造としてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、中空部に後挿入鉄筋を挿入するとともに、コンクリート等の充填材１２０を充填することにより、構造的に安定させることができる。

【0049】

また、図示しないが、建設構造物の中空部内に軽量コンクリート（発泡ビーズ等）を充填することにより、断熱壁を構築することができる。さらに、図示しないが、透光性を有する樹脂系材料を用いて構築した建設構造物の中空部内にカラービーズ等を充填することにより、採光性を有する壁を構築することができる。

【0050】

このように、本発明の実施形態に係る構築装置を用いることにより、機械化、自動化による建設構造物を構築することができるため、品質の安定および生産性向上を実現できる。また、３Ｄプリント技術を適用しているので、複雑な形状の型枠を容易に造形することができる。また、材料の送出経路（例えば、圧送パイプ）の先端側に、種々のパターンのノズル１０を取り付けて材料を吐出することにより、造形物の内部構造（造形物の構造特性）を自由に制御することができる。また、ノズル１０のパターンを変更して構造物形状や吐出量を制御しているため、付帯設備としてのポンプ等の変更はほとんど必要がない。また、ノズル１０を使用することで、閉構造の造形が可能となり、樹脂系材料を使用しても建設構造物の反りを防止することができる。

【0051】

＜建設構造物の複合構造＞
また、本発明の実施形態に係る構築装置を用いることにより、挿入鉄筋（鉄筋、ステンレス鉄筋、プラスチック鉄筋、鋼材、アルミニウム材）によるＲＣ構造や引張材としてのメッシュ材や繊維補強（無機繊維（金属繊維（鋼繊維，ステンレス繊維）、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維）、合成繊維（アラミド繊維、ナイロン繊維、ＰＶＡ繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維）、半合成繊維、再生繊維、植物繊維、動物繊維、鉱物繊維）等を使用した複合構造物を構築することができる。

【0052】

＜構築装置の概要＞
本発明の実施形態に係る構築装置は、材料の送出経路（例えば、圧送パイプ）の先端側に、上述したノズル１０を着脱可能に取り付けてある。この構築装置の本体部分は、建設構造物を構築する際に、ほぼすべての部材を総合的に構築することができるようにした装置であり、埋設型枠、鉄筋、ＦＲＰ、コンクリート、ジオポリマー等の部材を施工するようになっている。

【0053】

例えば、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、構築材料のタンク、圧送装置、動力源等を搭載した重機４０を用い、アーム４１の先端にノズル１０を取り付けた構築装置を用いることができる。また、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように、門型クレーン５０のホイスト５１にノズル１０を取り付け、別途設置した構築材料のタンク、圧送装置、動力源等により門型クレーン５０及びホイスト５１を駆動するとともに、ノズル１０に材料を供給してもよい。このとき、材料の送出方向は図１３（ａ）、図１４（ａ）のような水平方向および図１３（ｂ）、図１４（ｂ）のような垂直方向など、上下左右のいずれの向きから材料を送出してもよい。

【0054】

さらに、図示しないが、複数のロボットアームと、ロボットアーム走行用レールと、ロボットアーム移動装置と、架台と、架台移動装置とを主要な構成要素として構築装置を構成することができる。

【0055】

＜ロボットアーム＞
ロボットアームは、構造物構築用の部材を施工するための装置であり、先端部に材料施工部であるノズルを備えている。また、複数（例えば３カ所、４カ所等）の関節を備えることにより、三次元で材料の施工を行うことができる。なお、関節数（自由度）や、アームの長さは、施工対象となる建設構造物の形状や大きさ、施工場所の環境等に応じて、適宜変更して実施することができる。本発明では、関節を有しないアームもロボットアームに含まれる。この場合、ロボットアーム移動装置及び架台移動装置の機能を用いてロボットアームを所望の位置に移動させることにより、建設構造物を構築する。

【0056】

また、ロボットアームは、施工する材料に合わせて複数設置することが好ましい。例えば、埋設型枠施工用、鉄筋施工用、ＦＲＰ施工用、ジオポリマー施工用等である。なお、施工する材料が同様の部材、例えば流動体である場合には、一つのロボットアームを使い分けて二つ以上の材料を施工してもよい。さらに、同一の材料に対して複数のロボットアームを使用してもよい。

【0057】

各ロボットアームには、材料施工部へ材料を圧送するための圧送装置（例えば、圧送パイプ）が取り付けられており、送出装置には材料供給装置（例えば、ポンプ）が連通接続されている。また、各ロボットアームは、ロボットアーム走行用レールに支持されており、ロボットアーム移動装置の機能により、ロボットアーム走行用レールに沿って移動することができる。

【0058】

＜ロボットアーム走行用レール＞
ロボットアーム走行用レールは、複数のロボットアームを移動可能に支持するためのレールである。このロボットアーム走行用レールは、構築する建設構造物に合わせて、種々の形状とすることができる。例えば、水平方向であってもよいし、鉛直方向であってもよいし、斜めに傾いていてもよい。すなわち、ロボットアーム走行用レールは架台に支持されているが、架台は架台移動装置により構造物の構築方向に沿って移動するため、構造物の形状に応じて向きが異なることになる。

【0059】

＜ロボットアーム移動装置＞
ロボットアーム移動装置は、各ロボットアームに設けられ、各ロボットアームをロボットアーム走行用レールに沿って移動させるための装置である。ロボットアーム走行用レールは、例えば、パイプ状または中実状のレールの隅部が湾曲した方形の環状、または長円形の環状としたものであり、ロボットアーム移動装置は、このロボットアーム走行用レールに取り付けられたロボットアームを所望の位置に移動させるための装置である。

【0060】

ロボットアーム移動装置は、例えば、ロボットアーム走行用レールを挟み込む一対のローラ及び当該ローラを回転駆動させるためのモータ等の駆動源により構成することができる。また、ロボットアーム走行用レールの表面にラックギヤを形成し、このラックギヤに噛み合うピニオンギアをロボットアームの基端部に取り付け、ピニオンギアをモータ等の駆動源により駆動する機構としてもよい。すなわち、ロボットアーム移動装置は、各ロボットアームをロボットアーム走行用レールに沿って移動させることができれば、どのような機構を用いてもよい。

【符号の説明】

【0061】

１０ ノズル
１１ 外筒
１２ 型部材
１２ａ 中心型部材
１２ｂ 外縁型部材
１２ｃ 中間型部材
１３ 固定バー
１４ ボルト
１５ 材料送出部
１６ 周面平滑部
２０ 添加剤混入装置
３０ 温度調整装置
４０ 重機
４１ アーム
５０ 門型クレーン
５１ ホイスト
１００ 建設構造物
１１０ 後挿入鉄筋
１２０ 充填材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】