特開 2022-135432 構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135432

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B28B 1/30 20060101AFI20220908BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220908BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220908BHJP

   E04G 21/02 20060101ALN20220908BHJP

   E04G 21/20 20060101ALN20220908BHJP

【ＦＩ】

B28B1/30

B33Y30/00

B33Y10/00

E04G21/02 103Z

E04G21/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035229

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】小倉 大季

(72)【発明者】

【氏名】磯田 和彦

【テーマコード（参考）】

2E172

2E174

4G052

【Ｆターム（参考）】

2E172AA01

2E172AA05

2E172AA09

2E172DB01

2E172DE04

2E174AA03

2E174EA07

4G052DA01

4G052DB12

4G052DC06

(57)【要約】

【課題】熱交換パイプや光ファイバーなどの管体や線材が埋設されたコンクリート部材などの構造部材を容易に製造することができる構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法を提供する。
【解決手段】構造部材の付加製造装置１は、水硬性混合物３を吐出する吐出部５と、吐出部５から吐出された水硬性混合物３の内部または上に管体４または線材を送り出す送り出し部６と、を有する。構造部材の製造方法は、上記の構造部材の付加製造装置１を使用して管体４または線材が埋設された構造部材２を製造する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水硬性混合物を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記水硬性混合物の内部または上に管体または線材を送り出す送り出し部と、を有する構造部材の付加製造装置。

【請求項2】

前記管体および前記線材は、設備の機能を有する請求項１に記載の構造部材の付加製造装置。

【請求項3】

前記送り出し部は、前記吐出部による前記水硬性混合物の吐出と同時に前記水硬性混合物の内部に前記管体または前記線材を送り出す請求項１または２に記載の構造部材の付加製造装置。

【請求項4】

前記送り出し部は、前記吐出部によって吐出された前記水硬性混合物の上に前記管体または前記線材を載置し、
前記吐出部が前記水硬性混合物の上に載置された前記管体または前記線材の上に更に前記水硬性混合物を吐出することで前記管体または前記線材を前記水硬性混合物に埋設する請求項１または２に記載の構造部材の付加製造装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の構造部材の付加製造装置を使用して管体または線材が埋設された構造部材を製造する構造部材の製造方法。

【請求項6】

付加製造装置で水硬性混合物を吐出させ、
前記付加製造装置で吐出された前記水硬性混合物の上または内部に管体または線材を配置する構造部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、コンクリート構造物やコンクリート部材を製造する方法として、付加製造装置でノズルから吐出されるコンクリート材料を吐出して製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、地中熱を利用し、再生可能エネルギーによって冷暖房を効率的に行うことができるヒートポンプシステムが知られている。コンクリート構造物にヒートポンプシステムを採用する場合、コンクリート構造物に熱交換パイプを埋設している。また、コンクリート構造物の温度分布、ひずみ分布を計測する技術として、コンクリート構造物に埋設された光ファイバーを用いる技術がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４５２７１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

熱交換パイプや光ファイバーが埋設されたコンクリート構造物を構築する場合、熱交換パイプや光ファイバーをコンクリートに埋設することに労力がかかる。特に、鉄筋が配筋された型枠内に熱交換パイプや光ファイバーを設置することは、コンクリート打設時の移動を防止したりコンクリートの充填性を確保したりするため、手間がかかる作業である。また、付加製造装置でコンクリート構造物やコンクリート部材を製造する場合も熱交換パイプや光ファイバーを予め設置する必要があり労力がかかる。

【0006】

そこで、本発明は、熱交換パイプや光ファイバーなどの管体や線材が埋設されたコンクリート部材などの構造部材を容易に製造することができる構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法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】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る構造部材の付加製造装置は、水硬性混合物を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記水硬性混合物の内部または上に管体または線材を送り出す送り出し部と、を有する。

【0008】

本発明に係る構造部材の製造方法では、上記の構造部材の付加製造装置を使用して管体または線材が埋設された構造部材を製造する。

【0009】

本発明では、付加製造装置によって水硬性混合物の吐出と、管体または線材の送り出しを行うため、管体や線材が埋設された構造部材を容易に製造することができる。

【0010】

また、本発明に係る構造部材の付加製造装置では、前記管体および前記線材は、設備の機能を有していてもよい。

【0011】

このような構成とすることにより、例えば、冷暖房設備や給排水設備、温度分布やひずみ分布などを測定する測定設備が埋設された構造部材を容易に製造することができる。

【0012】

また、本発明に係る構造部材の付加製造装置では、前記送り出し部は、前記吐出部による前記水硬性混合物の吐出と同時に前記水硬性混合物の内部に前記管体または前記線材を送り出すようにしてもよい。

【0013】

このような構成とすることにより、送り出し部で管体や線材を送り出す際に、管体や線材の位置を制御することができ、管体や線材をより正確な位置に配置することができる。

【0014】

また、本発明に係る構造部材の付加製造装置では、前記送り出し部は、前記吐出部によって吐出された前記水硬性混合物の上に前記管体または前記線材を載置し、前記吐出部が前記水硬性混合物の上に載置された前記管体または前記線材の上に更に前記水硬性混合物を吐出することで前記管体または前記線材を前記水硬性混合物に埋設するようにしてもよい。

【0015】

このような構成とすることにより、上下の水硬性混合物で管体または線材を挟むことで、管体または線材が水硬性混合物に埋設される。このため、水硬性混合物の内部に直接管体または線材を埋設しておく必要がない。また、吐出部と送り出し部とを別々に稼働させることができる。

【0016】

また、本発明に係る構造部材の製造方法は、付加製造装置で水硬性混合物を吐出させ、前記付加製造装置で吐出された前記水硬性混合物の上に管体または線材を載置して前記管体又は線材を前記水硬性混合物に埋設させる。

【0017】

このような構成とすることにより、付加製造装置で吐出された水硬性混合物の上に、作業者が管体または線材を必要な箇所のみに適宜埋設することで、管体や線材が埋設された構造部材を容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、管体や線材が埋設された構造部材を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態による構造部材の付加製造装置を示す図である。

【図2】本発明の第２実施形態による構造部材の付加製造装置を示す図である。

【図3】本発明の実施形態による構造部材の製造方法の変形例で管体や線材を積層体に埋設する工程を示す図である。

【図4】図３のＡ－Ａ線断面図である。

【図5】積層体の表面を補修する工程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法について、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態による構造部材の付加製造装置１および構造部材の製造方法は、水硬性混合物３の内部に管体４や線材が埋設された構造部材２を製造する付加装置および製造方法である。水硬性混合物３は、例えばコンクリートで、硬化することでコンクリート部材（構造部材２）になる。管体４や線材とは、熱交換パイプ、中空管、光ファイバーなどである。管体４や線材は、例えば、冷媒管やセンサーなど設備の機能を有する部材である。このような管体４や線材が埋設された構造部材２は、設備の機能を有している。以下では、水硬性混合物３の内部に管体４を埋設して構造部材２を製造するケースについて説明する。なお、線材を水硬性混合物３の内部に埋設して構造部材２を製造する構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法は、管体４を水硬性混合物３の内部に埋設して構造部材２を製造する構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法と同様の形態である。

【0021】

本実施形態の構造部材の付加製造装置１は、水硬性混合物３を吐出する吐出部５と、吐出部５から吐出された水硬性混合物３の内部または上に管体４または線材を送り出す送り出し部６と、吐出部５および送り出し部６を移動させる移動機構（不図示）と、これらを制御する制御部（不図示）と、を有している。

【0022】

吐出部５は、水硬性混合物３を吐出するノズル５１と、ノズル５１に水硬性混合物３を供給する水硬性混合物供給部５２と、を有している。水硬性混合物供給部５２は、既に製造された水硬性供給部をノズル５１に供給するように構成されていてもよいし、水硬性混合物３を製造してノズル５１に供給するように構成されていてもよい。ノズル５１から吐出される水硬性混合物３は、積層されることで構造部材２の形状に成形されてもよいし、吹き付けられることで構造部材２の形状に成形されてもよい。

【0023】

送り出し部６は、ロール状に巻かれた管体４をノズル５１が吐出した水硬性混合物３の内部または上に送り出すように構成されている。本実施形態では、送り出し部６は、ノズル５１が水硬性混合物３を吐出すると同時に、吐出された水硬性混合物３の内部に管体４を送り出すよう構成されている。これにより、管体４を水硬性混合物３の内部に埋設することができる。なお、送り出し部６は、構造部材２の全体に管体４が配置される場合には、構造部材２の全体に管体４を送り出し、構造部材２に対して部分的に管体４が配置される場合には、管体４が配置される領域のみ管体４を送り出すように構成されている。

【0024】

第１実施形態による構造部材の付加製造装置１の動作（構造部材の製造方法）について説明する。
まず、水硬性混合物供給部５２からノズル５１に水硬性混合物３を供給し、ノズル５１から水硬性混合物３を吐出する。ノズル５１から吐出された水硬性混合物３の内部に、送り出し部６で管体４を送り出す。水硬性混合物３の形状および管体４の配置に合わせてノズル５１および送り出し部６が送り出す管体４の位置を制御する。このようにして、水硬性混合物３に管体４が埋設された構造部材２が製造される。

【0025】

上記の第１実施形態による構造部材の付加製造装置１および構造部材の製造方法の作用・効果について説明する。
上記の第１実施形態による構造部材の付加製造装置１および構造部材の製造方法では、付加製造装置によって水硬性混合物３の吐出と、管体４または線材の送り出しを行うため、管体４や線材が埋設された構造部材２を容易に製造することができる。

【0026】

また、第１実施形態による構造部材の付加製造装置１では、送り出し部６は、吐出部５による水硬性混合物３の吐出と同時に水硬性混合物３の内部に管体４を送り出している。これにより、送り出し部６で管体４や線材を送り出す際に、管体４や線材の位置を制御することができ、管体４や線材をより正確な位置に配置することができる。

【0027】

また、第１実施形態による構造部材の付加製造装置１では、管体４は、設備の機能を有している。これにより、例えば、冷暖房設備や給排水設備、温度分布やひずみ分布などを測定する測定設備が埋設された構造部材２を容易に製造することができる。

【0028】

例えば、管体４が金属、ゴム、合成樹脂など中空管であり、水硬性混合物３がコンクリートの場合、製造されたコンクリート部材（構造部材２）には、中空管による空間路が設けられる。中空管を熱交換パイプとし、内部にヒートポンプシステムの媒体を流通させることで、熱容量の大きいコンクリート部材を躯体蓄熱に利用することができる。また、熱交換パイプとなる中空菅を杭や地中連続壁となる構造部材２の内部（特に外表面近く）に設けることで、杭や地中連続壁に接する地盤の地中熱を熱交換対象として有効に利用することができる。

【0029】

また、中空管として注入材の充填に利用される、例えば「ＦＵＫＯホース」（商品名）などの注入用ホースを構造部材２に埋設すれば、供用中に構造部材２にひび割れが発生した際に、注入用ホースからひび割れ部分に補修モルタルを浸透圧入させることができ、容易に補修することができる。Ｆｕｋｏホースは、表面を鱗状にして圧入時の内圧が高いときは開いて中から補修モルタルがホース外に浸透し、内圧が低くなると弁が閉じる仕組みで、圧入後にホース内を洗浄することで何度も再使用できる特徴がある。例えば、常時中空にしておき、ひび割れが生じた際には補修モルタルを圧入して補修し、補修後は内部を洗浄して中空状態に戻すようにして使用する。

【0030】

また、送り出し部６から送り出す線材を、光ファイバーとし、連続的に埋め込んだ場合、構造部材２を製造する際の養生時や、構造部材２の供用時における地震時の温度計測およびひずみ計測などをモニタリングすることが可能となる。光ファイバーは、通常の石英ガラス製のものでも１％以上の引張破断ひずみを有し、さらにプラスチック製の光ファイバーは数％以上の引張破断ひずみを有するため、この特性を利用して、光ファイバーを適用することにより，構造部材２の引張補強にも寄与できる。

【0031】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図２に示すように、第２実施形態による構造部材の付加製造装置１Ｂでは、送り出し部６Ｂは、吐出部５Ｂから既に吐出された水硬性混合物３の上に管体４を送り出すように構成されている。そして、水硬性混合物３の上に送り出された管体４の上に更に吐出部５Ｂから水硬性混合物３が吐出されることで、管体４が上下の水硬性混合物３に挟まれ、管体４が水硬性混合物３の内部に埋設されるように構成されている。

【0032】

第２実施形態による構造部材の付加製造装置１Ｂの動作（構造部材の製造方法）について説明する。
まず、吐出部５Ｂの水硬性混合物供給部５２からノズル５１に水硬性混合物３を供給し、ノズル５１から硬性混合物を吐出する。続いて、ノズル５１から吐出された水硬性混合物３の上に、送り出し部６Ｂで管体４を送り出して載置する。続いて、水硬性混合物３の上に載置された管体４の上にノズル５１から水硬性混合物３を吐出し、管体４の上下の水硬性混合物３で管体４を挟んで埋設する。このとき、水硬性混合物３の形状および管体４の配置に合わせてノズル５１および送り出し部６Ｂが送り出す管体４の位置を制御する。

【0033】

第２実施形態による構造部材の付加製造装置１Ｂおよび構造部材の製造方法では、第１実施形態と同様の効果を奏する。
また、第２実施形態による構造部材の付加製造装置１Ｂおよび構造部材の製造方法では、上下の水硬性混合物３で管体４を挟むことで、管体４または線材が水硬性混合物３に埋設されるため、水硬性混合物３の内部に直接管体４または線材を埋設する必要がなく、吐出部５Ｂと送り出し部６Ｂとを別々に稼働させることができる。

【0034】

以上、本発明による構造部材の付加製造装置および構造部材の製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、送り出し部６，６Ｂが管体４や線材を吐出部５，５Ｂから吐出される水硬性混合物３の内部に送り出したり、管体４や線材をその上下に吐出された水硬性混合物３で挟んだりして管体４や線材を水硬性混合物３の内部に埋設している。これに対し、送り出し部が吐出部によって吐出された水硬性混合物３の上に管体４や線材を載置し、管体４または線材を水硬性混合物３の内部に下降させることで管体４や線材を水硬性混合物３に埋設してもよい。

【0035】

また、上記の実施形態では水硬性混合物３の吐出方向に沿って（平行に）管体４や線材を設置するものだが、吐出された水硬性混合物３が硬化する前に水硬性混合物３の外表面から、管体４や線材を押し込んで埋設するようにしてもよい。このようにすることにより、管体４や線材を配置する位置が水硬性混合物３の吐出された（積層された）界面に制約されず、水硬性混合物３の吐出される方向に直交する方向（積層直交方向）などの任意方向に管体４や線材を設置することができる。なお、管体４や線材を押し込んだ後に水硬性混合物３に外部から硬化材などを吹付ければ、断面欠損の虞が減り、更に、水硬性混合物３の表面をコテ仕上げすれば押し込んだ跡を消して平滑化することもできる。

【0036】

また、上記の実施形態では、構造部材の付加製造装置１，１Ｂで水硬性混合物３を吐出するとともに、管体４または線材を送り出しているが、付加製造装置で水硬性混合物３を吐出し、作業者が管体４または線材を埋設するようにしてもよい。
また、図３および図４に示すように、付加製造装置で水硬性混合物３を吐出して積層した水硬性混合物３の積層体３１の内部に、作業者が管体４または線材を表面３２から押し込んで埋設し、図５に示すように、管体４または線材が埋設された水硬性混合物３の積層体３１の表面３２に付加製造装置１Ｃで水硬性混合物３を吐出して補修するようにしてもよい。図３－図５に示すように、管体４または線材は、水硬性混合物３の吐出された方向に平行でなく、水硬性混合物３の吐出された方向に対して斜め方向であってもよい。管体４または線材は、一直線状に延びておらず、屈曲したり湾曲したりしていてもよい。

【0037】

上記の実施形態では、水硬性混合物３は、コンクリートであるが、コンクリート以外に種々のセメント系材料（例えば、セメントペースト、モルタルなど）、ジオポリマー組成物などを含む水硬性混合物３であってもよい。

【符号の説明】

【0038】

１，１Ｂ，１Ｃ 付加製造装置
２ 構造部材
３ 水硬性混合物
４ 管体
５，５Ｂ 吐出部
６，６Ｂ 送り出し部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】