特開 2023-158985 コンクリート型枠、コンクリート型枠の造形方法及びコンクリート型枠用の３Ｄプリンタ

(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】P2023158985

(43)【公開日】2023-10-31

(54)【発明の名称】コンクリート型枠、コンクリート型枠の造形方法及びコンクリート型枠用の３Ｄプリンタ

(51)【国際特許分類】

   E04G 9/05 20060101AFI20231024BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20231024BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20231024BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20231024BHJP

   B28B 7/34 20060101ALI20231024BHJP

【ＦＩ】

E04G9/05

B33Y80/00

B33Y10/00

B29C64/118

B28B7/34 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069107

(22)【出願日】2022-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(71)【出願人】

【識別番号】598121341

【氏名又は名称】慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松岡 康友

(72)【発明者】

【氏名】田中 浩也

【テーマコード（参考）】

2E150

4F213

4G053

【Ｆターム（参考）】

2E150AA27

2E150BA14

2E150BA19

2E150BA37

2E150MA14X

4F213AG03

4F213AG15

4F213WA25

4F213WB01

4F213WF23

4F213WL02

4F213WL32

4F213WL64

4G053CA21

4G053DA01

(57)【要約】

【課題】コンクリート型枠の造形に使用する樹脂材料の使用量を削減する
【解決手段】筒状のコンクリート型枠１０は、樹脂製の第一線材５１が交差して重ねられ構成された網目状部４０と、網目状部４０の外縁部である上下に設けられた樹脂製の枠部２０、２１と、を有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂製の第一線材が交差して重ねられ構成された網目状部と、
前記網目状部の外縁部に設けられた樹脂製の枠部と、
を有する、コンクリート型枠。

【請求項2】

前記網目状部に交差して重ねられると共に前記枠部に接合され、前記第一線材よりも太い樹脂製の第二線材で構成された補強部を有している、
請求項１に記載のコンクリート型枠。

【請求項3】

３次元造形物を造形する３Ｄプリンタによって、溶融した熱可塑性樹脂を吐出口から吐出して、請求項１又は請求項２に記載のコンクリート型枠を造形するコンクリート型枠の造形方法。

【請求項4】

前記吐出口は、列状に複数設けられており、列状に並んだ複数の前記吐出口から同方向に溶融した熱可塑性樹脂を吐出して同時に複数本の第一線材を形成する、
請求項３に記載のコンクリート型枠の造形方法。

【請求項5】

溶融した熱可塑性樹脂が流れる主流路と、
前記主流路から分岐した複数の分岐流路と、
前記分岐流路の先端部にそれぞれ設けられ、列状に並んだ複数の吐出口と、
を備えたコンクリート型枠用の３Ｄプリンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート型枠、コンクリート型枠の造形方法及びコンクリート型枠用の３Ｄプリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、造形物の構築方法に関する技術が開示されている。この先行技術ｍｐ造形物の構築方法は、３次元造形物を造形する３Ｄプリンタによって、対象造形物の少なくとも一部の外枠に対応する形状を有する外枠部であって、中空空間部を囲繞する外枠部を造形する外枠部造形工程と、外枠部造形工程において造形した外枠部を補強する補強工程と、を含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１８６８５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、３Ｄプリンタから樹脂材料を吐出してコンクリート型枠の造形は、吐出した樹脂材を重ねて積み上げて面を形成するため、樹脂材が多く必要とされ、その結果、例えば、造形時間が長時間に亘る。よって、この点において、改善の余地がある。

【0005】

本発明は、上記事実を鑑み、コンクリート型枠の造形に使用する樹脂材料の使用量を削減することが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第一態様は、樹脂製の第一線材が交差して重ねられ構成された網目状部と、前記網目状部の外縁部に設けられた樹脂製の枠部と、を有する、コンクリート型枠である。

【0007】

第一態様のコンクリート型枠によれば、樹脂製の第一線材が交差して重ねられ構成された網目状部が打設されたコンクリートの形状を維持する。よって、樹脂製のコンクリート型枠が、面材で構成されている場合と比較し、使用する樹脂材料の使用量が削減する。

【0008】

第二態様は、前記網目状部に交差して重ねられると共に前記枠部に接合され、前記第一被線材よりも太い樹脂製の第二線材で構成された補強部を有している、第一態様に記載のコンクリート型枠である。

【0009】

第二態様のコンクリート型枠によれば、網状部を構成する第一線材よりも太い樹脂製の第二線材で構成された補強部を有しているので、コンクリート型枠の強度が大きくなる。

【0010】

第三態様は、３次元造形物を造形する３Ｄプリンタによって、溶融した熱可塑性樹脂を吐出口から吐出して、第一態様又は第二態様に記載のコンクリート型枠を造形するコンクリート型枠の造形方法である。

【0011】

第三態様のコンクリート型枠の造形方法によれば、コンクリート型枠の造形に使用する樹脂材料の使用量が削減されるので、造形時間が短くなる。

【0012】

第四態様は、前記吐出口は、列状に複数設けられており、列状に並んだ複数の前記吐出口から同方向に溶融した熱可塑性樹脂を吐出して同時に複数本の第一線材を形成する、第三態様に記載のコンクリート型枠の造形方法である。

【0013】

第四態様のコンクリート型枠の造形方法によれば、列状に並んだ複数の吐出口から同方向に溶融した熱可塑性樹脂を吐出して同時に複数本の第一線材を造形するので、樹脂製のコンクリート型枠の網目状部を造形する造形時間が短くなる。

【0014】

第五態様は、溶融した熱可塑性樹脂が流れる主流路と、前記主流路から分岐した複数の分岐流路と、前記分岐流路の先端部にそれぞれ設けられ、列状に並んだ複数の吐出口と、を備えたコンクリート型枠用の３Ｄプリンタである。

【0015】

第五態様のコンクリート型枠用の３Ｄプリンタによれば、複数の吐出口から溶融した熱可塑性樹脂を吐出して同時に列状の線材を造形するので、樹脂製のコンクリート型枠を造形する造形時間が短くなる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、コンクリート型枠の造形に使用する樹脂材料の使用量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態の３Ｄプリンタの斜視図である。

【図2】（Ａ）は第一ノズルの流路の構造を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は吐出口を示す平面図である。

【図3】（Ａ）は第二ノズルの流路の構造を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は吐出口を示す平面図である。

【図4】第二ノズルで格子状の補強部を構築する工程図であり、（Ａ）は格子の一段目を造形している図であり、（Ｂ）は格子の二段目を造形している図である。

【図5】第一ノズルで網目状部を構築する工程図であり、（Ａ）は第一斜材を造形している図であり、（Ｂ）は第二斜材を第一斜材に交差して重ねて造形している図である。

【図6】本発明の一実施形態の樹脂製のコンクリート型枠の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜実施形態＞
本発明の一実施形態のコンクリート型枠、コンクリート型枠の造形方法及びコンクリート型枠用の３Ｄプリンタについて説明する。なお、水平方向の直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、それぞれ矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。また、鉛直方向をＺ方向とし、矢印Ｚで示す。

【0019】

［コンクリート型枠］
まず、本発明の一実施形態の樹脂製のコンクリート型枠について説明する。

【0020】

図６に示すように、樹脂製のコンクリート型枠１０は、側面が湾曲した筒状とされている。なお、図１に示すコンクリート型枠１０は一例であって、これに限定されるものではない。

【0021】

樹脂製のコンクリート型枠１０は、上下の環状の枠部２０、２１と、格子状の補強部３０と、網目状の網目状部４０と、を有して構成されている。また、枠部２０、２１と補強部３０と網目状部４０とは、一体化されている。

【0022】

格子状の補強部３０は、樹脂製の太い第二線材５２で構成されている。補強部３０は、第二線材５２で構成された縦材３１と横材３２とが格子状に接合されて構成されている。

【0023】

網目状の網目状部４０は、細い樹脂製の第一線材５１で構成されている第一斜材４１と第二斜材４２とが交差して重ね合わされることで網目状の織物ように構成されている。網目状部４０の第一斜材４１及び第二斜材４２は、補強部３０の縦材３１及び横材３２に対して斜めに、本実施形態では約４５°の角度を持って補強部３０の内側に重ねられている。

【0024】

なお、補強部３０の格子の目は、網目状部４０の網の目よりも大きい。また、網目状部４０を構成する第一線材５１は、補強部３０を構成する第二線材５２よりも細い。

【0025】

本実施形態の環状の枠部２０、２１は、コンクリート型枠１０の上下に設けられ、網目状部４０の外縁部である上下端部及び補強部３０の縦材３１の上下端部に接合されている。なお、本実施形態の枠部２０、２１は、第二線材５２で構成されている。

【0026】

そして、本実施形態の筒状で樹脂製のコンクリート型枠１０内にコンクリートが充填され、コンクリートが固化することで、造形物が構築される。コンクリートは高粘度であるので、コンクリート型枠１０の網目状部４０の網目から流れ出ることなく、形状が維持される。

【0027】

なお、本実施形態では、樹脂製のコンクリート型枠１０は、コンクリートが固化後もそのまま残され、造形物の外殻部の一部を構成するが、これに限定されるものではない。コンクリート型枠１０は、コンクリートが固化後に撤去してもよい。

【0028】

［３Ｄプリンタ］
次に、本発明の一実施形態の樹脂製のコンクリート型枠用の３Ｄプリンタについて説明する。

【0029】

図１に示す３Ｄプリンタ１００は、ロボット装置１０２と吐出装置１５０とを有して構成されている。また、３Ｄプリンタ１００は、図示されていない操作装置と制御装置とを有している。

【0030】

ロボット装置１０２は、架台１０４と、架台１０４の上面に設けられた旋回台１０６と、旋回台１０６に取り付けられたロボットアーム１１０と、を有して構成されている。

【0031】

架台１０４は、図示されていない車輪等を有する移動機構によって床の上を移動可能となっている。ロボットアーム１１０は、６軸の多関節型のアームであり、旋回台１０６によって架台１０４に対して旋回可能となっている。

【0032】

吐出装置１５０は、ロボットアーム１１０の先端部１１２に取り付けられている。吐出装置１５０は、内部に熱可塑性樹脂を溶融して貯留している。また、吐出装置１５０の先端部には、ノズル１６０が設けられている。そして、内部に設けられた図示されていないポンプによって溶融した熱可塑性樹脂がノズル１６０から吐出する。また、吐出装置１５０におけるノズル１６０の周囲には、ノズル１６０が吐出された熱可塑性樹脂に冷却風を吹き付ける吹付口１５２が設けられている。

【0033】

なお、吐出装置２００に用いる熱可塑性樹脂は、リサイクル樹脂を使用することが可能とされている。また、熱可塑性樹脂は、樹脂材料の一例である。

【0034】

ここで、本実施形態のノズル１６０は、第一ノズル１６０Ａ（図２参照）と第二ノズル１６０Ｂ（図３参照）とを切り替えて使用することが可能となっている。第一ノズル１６０Ａと第二ノズル１６０Ｂとは、３Ｄプリンタ１００の図示されていない制御装置が適宜自動的に切り替えるようになっている。第一ノズル１６０Ａと第二ノズル１６０Ｂとを区別する必要がない場合等は、「ノズル１６０」と記す場合がある。

【0035】

なお、第一ノズル１６０Ａ（図２参照）と第二ノズル１６０Ｂ（図３参照）とを切り替える切替機構は、どのようなものであってよい。例えば、回転部材に第一ノズル１６０Ａと第二ノズル１６０Ｂが設けられ、回転部材が回転することで、両者を切り替える機構等を用いることができる。或いは、作業者が付け替えてもよい。

【0036】

図２に示す第一ノズル１６０Ａは、図示されていないポンプから押し出された溶融した熱可塑性樹脂が流れる主流路１６１Ａ（図２（Ａ）参照）と、主流路１６１Ａから分岐した複数（本実施形態では五本）の分岐流路１６３Ａ（図２（Ａ）参照）と、を有している。分岐流路１６３Ａのそれぞれの先端部には、列状に並んだ複数（本実施形態では五個）の吐出口１６５Ａが設けられている。

【0037】

図３に示す第二ノズル１６０Ｂは、図示されていないポンプから押し出された溶融した熱可塑性樹脂が流れる一つの流路１６２Ｂ（図３（Ｂ）参照）を有している。この流路１６２Ｂの先端部に吐出口１６４Ｂが設けられている。

【0038】

なお、図２に示す第一ノズル１６０Ａの吐出口１６５Ａは、図３に示す第二ノズル１６０Ｂの吐出口１６４Ｂよりも小さい。

【0039】

図２に示す第一ノズル１６０Ａの場合は、五個の吐出口１６５Ａからそれぞれ溶解した熱可塑性樹脂が同方向に吐出し、同時に五本の第一線材５１（図５及び図６参照）が形成される。なお、図５は、第一ノズル１６０Ａの五個の吐出口１６５Ａからそれぞれ溶解した熱可塑性樹脂を同方向に吐出し、同時に五本の第一線材５１が形成される様子を示している。

【0040】

図３に示す第二ノズル１６０Ｂの場合は、吐出口１６４Ｂから溶解した熱可塑性樹脂が吐出し、一本の第二線材５２（図４及び図６参照）が形成される。

【0041】

なお、前述したように、図２に示す第一ノズル１６０Ａの吐出口１６５Ａは、図３に示す第二ノズル１６０Ｂの吐出口１６４Ｂよりも小さいので、前述したように第一線材５１の方が第二線材５２よりも細い。

【0042】

［造形方法］
次に、樹脂製のコンクリート型枠１０の造形方法の一例について説明する。

【0043】

まず、作業者が３Ｄプリンタ１００における図示されていない操作装置にコンクリート型枠１０のデータを入力する。３Ｄプリンタ１００における図示されていない制御装置は、３Ｄプリンティング処理を実行してコンクリート型枠１０を自動で造形する。

【0044】

まず、３Ｄプリンタ１００は、第二ノズル１６０Ｂ（図３参照）を用いて、第二線材５２で補強部３０及び枠部２０、２１（図６参照）を造形する。補強部３０及び枠部２０、２１の造形方法は、どのような方法であってもよいが、その一例を以下で説明する。

【0045】

３Ｄプリンタ１００は、先ず図４（Ａ）に示すように下側の枠部２０を造形し、その上に補強部３０の格子の一段目の縦材３１を造形する。次に、３Ｄプリンタ１００は、図４（Ｂ）に示すように、補強部３０の格子の一段目の横材３２を一段目の縦材３１に掛け渡す。そして、この上に、補強部３０の格子の二段目の縦材３１造形し、図示されてない二段目の横材３２を掛け渡す。これを繰り返して枠部２０、２１と補強部３０とを造形する。

【0046】

次に、３Ｄプリンタ１００は、第一ノズル１６０Ａを用いて、第二線材５２で補強部３０の内側に網目状部４０を造形する。具体的には、３Ｄプリンタ１００は、所定範囲において、図５（Ａ）に示すように、第一ノズル１６０ＡをＦ１方向に移動させながら五個の吐出口１６５Ａからそれぞれ溶解した熱可塑性樹脂を同方向に吐出し、同時に五本の第一線材５１を形成し第一斜材４１を造形する。

【0047】

次に、３Ｄプリンタ１００は、その内側にＦ１方向に対して９０°の角度のＦ２方向に第一ノズル１６０Ａを移動させながら五個の吐出口１６５Ａからそれぞれ溶解した熱可塑性樹脂を同方向に吐出し、同時に五本の第一線材５１を形成し、第二斜材４２を造形する。このように、第一斜材４１に第二斜材４２を交差して重ねることで、網目状部４０を造形する。

【0048】

なお、第一ノズル１６０Ａの吐出口１６５Ａ及び第二ノズル１６０Ｂの吐出口１６４Ｂから吐出された熱可塑性樹脂は、外気によって冷却され短時間で硬化する。よって、第一線材５１及び第二線材５２は短時間でその形状が維持されるので、網目状の網目状部４０及び格子状の補強部３０を造形することができる。

【0049】

また、本実施形態の３Ｄプリンタ１００の吐出装置２００では、第一ノズル１６０Ａの吐出口１６５Ａ及び第二ノズル１６０Ｂの吐出口１６４Ｂから吐出された熱可塑性樹脂は、吹付口１５２から吹き付けられる冷却風によって、更に短時間で冷却されて硬化する。

【0050】

なお、本実施形態の樹脂製のコンクリート型枠１０は、工場等の建築現場とは別の場所で造形して、建築現場に輸送しているが、これに限定されるものではない。コンクリート型枠１０を分割して造形し、建築現場で組み合わせて完成させてもよい。或いは、建築現場で３Ｄプリンタ１００を用いてコンクリート型枠１０を造形してもよい。

【0051】

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0052】

コンクリート型枠１０は、樹脂製の第二線材５２で構成された上下の環状の枠部２０、２１及び格子状の補強部３０と、樹脂製の第一線材５１が交差して重ねられ構成された網目状の網目状部４０と、で構成されている。よって、樹脂製のコンクリート型枠１０が、面材で構成されている場合と比較し、使用する樹脂材料（本実施形態では熱可塑性樹脂）の使用量が削減される。

【0053】

また、コンクリート型枠１０は、第一線材５１よりも太い樹脂製の第二線材５２で構成された格子状の補強部３０を有しているので、コンクリート型枠１０の強度が大きくなる。したがって、多くコンクリートを打設できるので、大きな造形物を造形することができる。

【0054】

また、前述のように、コンクリート型枠１０の造形に使用する樹脂材料の使用量が削減されるので、３Ｄプリンタ１００での造形時間が短くなる。したがって、樹脂製のコンクリート型枠１０の製造コストを抑えることができる。

【0055】

また、網目状部４０は、３Ｄプリンタ１００の第一ノズル１６０Ａの複数、本実施形態では五個の列状に並んだ吐出口１６５Ａから同方向に溶融した熱可塑性樹脂を吐出して同時に五本の第一線材５１を形成するので、樹脂製のコンクリート型枠１０を造形する造形時間が更に短くなる。したがって、樹脂製のコンクリート型枠１０の製造コストを更に抑えることができる。

【0056】

また、３Ｄプリンタ１００の吐出装置２００に用いる熱可塑性樹脂は、リサイクル樹脂を使用することが可能とされている。よって、資源循環型社会に貢献すると共に木製のコンクリート型枠が削減されることで森林資源保護に寄与する。

【0057】

また、コンクリート型枠１０は、樹脂製であり、且つ使用する樹脂材料の使用量が削減されているので、軽量であり、運搬や設置等が行いやすい。

【0058】

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

【0059】

上記実施形態では、コンクリート型枠１０は、上下の環状の枠部２０、２１と格子状の補強部３０と網目状部４０とを有して構成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、補強部３０は、縦材３１のみで構成されていてもよい。或いは、補強部３０が無く、枠部２０、２１と網目状部４０とを有して構成されていてもよい。

【0060】

また、例えば、上記実施形態では、樹脂製のコンクリート型枠１０は、側面が湾曲した筒状とされていたが、これに限定されるものではない。例えば、樹脂製のコンクリート型枠は、平面視矩形状の型枠でもよい。この場合、矩形の四辺が外縁部となり、四辺に枠部が設けられる。

【0061】

また、例えば、上記実施形態では、網目状部４０は、複数、上記実施形態では五個の列状に並んだ吐出口１６５Ａから同方向に溶融した熱可塑性樹脂を吐出して同時に五本の第一線材５１を形成して造形したが、これに限定されるものではない。一つの吐出口から溶融した熱可塑性樹脂を吐出して一本の第一線材５１を形成して造形してもよい。要は、樹脂製の第一線材５１が交差して重ねられ構成された網目状部４０が造形されればよい。

【0062】

また、例えば、上記３Ｄプリンタ１００は、第一ノズル１６０Ａと第二ノズル１６０Ｂとを切り替えたが、これに限定されるものではない。第三のノズルを持っていてもよい。或いは、３Ｄプリンタ１００は、第一ノズル１６０Ａと第二ノズル１６０Ｂとのいずれか一方のみを有していてもよい。

【0063】

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

【符号の説明】

【0064】

１０ コンクリート型枠
２０ 枠部
２１ 枠部
４０ 網目状部
５１ 第一線材
５２ 第二線材
３０ 補強部
１００ ３Ｄプリンタ
１５０ 吐出装置
１６０Ａ 第一ノズル
１６１Ａ 主流路
１６３Ａ 分岐流路
１６５Ａ 吐出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】