特開 2024-6539 建設用３Ｄプリンティング装置

(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】P2024006539

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】建設用３Ｄプリンティング装置

(51)【国際特許分類】

   B28B 1/30 20060101AFI20240110BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240110BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20240110BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20240110BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240110BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B28B1/30

B33Y30/00

B29C64/106

B29C64/232

B29C64/393

B29C64/209

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107538

(22)【出願日】2022-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100154014

【弁理士】

【氏名又は名称】正木 裕士

(74)【代理人】

【識別番号】100154520

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 祐子

(72)【発明者】

【氏名】程宇軒

(72)【発明者】

【氏名】シビニン ミハイル

(72)【発明者】

【氏名】白 楊

【テーマコード（参考）】

4F213

4G052

【Ｆターム（参考）】

4F213AH47

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL85

4F213WL87

4G052DA01

4G052DB12

4G052DC06

(57)【要約】

【課題】印刷できる容積の制限を無くすことができると共に、小型化することができる建設用３Ｄプリンティング装置を提供する。
【解決手段】自走可能な移動機構３を備え、この移動機構３には、鉛直上下方向に延びる支持棒３０ｄが設けられている。そして、この支持棒３０ｄに沿って上昇可能な上昇機構４を備え、この上昇機構４には、印刷機構２が接続されている。そのため、印刷機構２は、上昇機構４の上昇に伴って上昇する。この際、印刷機構２には、建設構造物を構築可能な第１ノズル２２が存在しているから、印刷機構２の上昇に合わせて第１ノズル２２も上昇する。これにより、建設構造物を構築することが可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自走可能な移動機構と、
前記移動機構に設けられ、鉛直上下方向に延びる支持部と、
前記支持部に沿って上昇可能な上昇機構と、
前記上昇機構に接続されている印刷機構と、を有し、
前記印刷機構は、前記上昇機構の上昇に伴って上昇すると共に、建設構造物を構築可能な構築用ノズルを有してなる建設用３Ｄプリンティング装置。

【請求項2】

前記上昇機構は、
前記支持部に沿って上昇する上昇部と、
前記上昇部の上昇を制御する制御手段と、を有し、
前記上昇部は、前記印刷機構に接続されてなる請求項１に記載の建設用３Ｄプリンティング装置。

【請求項3】

前記上昇機構は、
前記支持部に沿って上昇する第１上昇部と、
前記支持部に沿って上昇する第２上昇部と、
前記第１上昇部の上昇及び前記第２上昇部の上昇を制御する第１制御手段と、を有し、
前記第１上昇部は、前記支持部を掴むことが可能な第１固定部と、第１可動部とを備え、さらに、前記第１可動部を、前記支持部を掴んでいる状態から解放させる方向に移動させることが可能で、且つ、前記支持部を掴んでいる状態となる方向に移動させることが可能な第２制御手段と、を有し、
前記第２上昇部は、前記印刷機構に接続されてなり、さらに、前記支持部を掴むことが可能な第２固定部と、第２可動部とを備え、さらに、前記第２可動部を、前記支持部を掴んでいる状態から解放させる方向に移動させることが可能で、且つ、前記支持部を掴んでいる状態となる方向に移動させることが可能な第３制御手段と、を有し、
前記第１制御手段は、
前記第２上昇部に取り付けられている駆動手段によって回転可能なネジ軸と、
前記ネジ軸を回転可能に支持すると共に、前記第１上昇部に取り付けられているナットと、を有してなる請求項１に記載の建設用３Ｄプリンティング装置。

【請求項4】

前記印刷機構は、前記支持部の上部に該支持部の高さを継ぎ足す継ぎ足し構造物を構築可能な継ぎ足し用ノズルをさらに有してなる請求項１に記載の建設用３Ｄプリンティング装置。

【請求項5】

前記印刷機構は、前記継ぎ足し用ノズルを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることが可能な移動手段をさらに有してなる請求項４に記載の建設用３Ｄプリンティング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建設用３Ｄプリンティング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

住宅の建設は、人類史上長く存続している問題であり、人々は様々な天災が発生したとしても、安全に、そして快適に暮らせる住み場を求め続けている。しかしながら、建設にかかるコストは増加傾向にあり、これによって、人々への経済的負担も増加傾向にある。そのため、このような経済的負担を軽減させるべく、近年急速に発展している３Ｄプリンティング技術を活用した建設用３Ｄプリンティング装置が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１～２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１９４７９０号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Pan, Y., Zhang, Y. et al, “3D printing in construction: state of the art and applications” Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 115, pp. 1329-1348 (2021), https://doi.org/10.1007/s00170-021-07213-0

【非特許文献2】Nematollahi, B., Xia, M., & Sanjayan, J, “Current Progress of 3D Concrete Printing Technologies”, Proceedings of the 34th International Symposium On Automation And Robotics In Construction (IAARC), Taipei, Taiwan, 2017, pp. 260-267, https://doi.org/10.22260/ISARC2017/0035

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような従来の建設用３Ｄプリンティング装置は、主に伝統フレーム式、Ｚ軸回しレール式、そして、アーム式という三種類に分けることができる。伝統フレーム式は、印刷できる容積が、枠の中に制限されているため、枠を建設物と同等のサイズにするか、或いは、別の場所で印刷したものを建設現場に運ぶしかないという問題があった。

【0006】

また、Ｚ軸回しレール式とアーム式は、レールとアームの長さが固定されているため、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が制限されているという問題があった。すなわち、Ｘ軸方向とＹ軸方向が制限されているということは広さが制限されているということであり、さらに、Ｚ軸方向が制限されているということは高さが制限されているということである。そのため、結局のところ、印刷できる容積が制限されてしまうという問題があった。

【0007】

またさらには、上記のような従来の建設用３Ｄプリンティング装置は、大型機械であるため、装置自身を建設現場に持ち込むのは非常に困難を伴うという問題があった。特に道の狭い建設空間が少ない都市（例えば、東京等）では、この問題が顕著であるという問題があった。

【0008】

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、印刷できる容積の制限を無くすことができると共に、小型化することができる建設用３Ｄプリンティング装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0010】

請求項１に係る建設用３Ｄプリンティング装置は、自走可能な移動機構（３）と、
前記移動機構（３）に設けられ、鉛直上下方向に延びる支持部（支持棒３０ｄ）と、
前記支持部（支持棒３０ｄ）に沿って上昇可能な上昇機構（４）と、
前記上昇機構（４）に接続されている印刷機構（２）と、を有し、
前記印刷機構（２）は、前記上昇機構（４）の上昇に伴って上昇すると共に、建設構造物（Ｋ１）を構築可能な構築用ノズル（第１ノズル２２）を有してなることを特徴としている。

【0011】

請求項２に係る建設用３Ｄプリンティング装置は、上記請求項１に記載の建設用３Ｄプリンティング装置において、前記上昇機構（４）は、
前記支持部（支持棒３０ｄ）に沿って上昇する上昇部（下部上昇部４１）と、
前記上昇部（下部上昇部４１）の上昇を制御する制御手段（ステッピングモータ４２、ネジ棒４３、ナット４４、シャフト軸４５）と、を有し、
前記上昇部（下部上昇部４１）は、前記印刷機構（２）に接続されてなることを特徴としている。

【0012】

請求項３に係る建設用３Ｄプリンティング装置は、上記請求項１に記載の建設用３Ｄプリンティング装置において、前記上昇機構（４）は、
前記支持部（支持棒３０ｄ）に沿って上昇する第１上昇部（上部上昇部４０）と、
前記支持部（支持棒３０ｄ）に沿って上昇する第２上昇部（下部上昇部４１）と、
前記第１上昇部（上部上昇部４０）の上昇及び前記第２上昇部（下部上昇部４１）の上昇を制御する第１制御手段と、を有し、
前記第１上昇部（上部上昇部４０）は、前記支持部（支持棒３０ｄ）を掴むことが可能な第１固定部（上部固定部４０ａ）と、第１可動部（上部可動部４０ｂ）とを備え、さらに、前記第１可動部（上部可動部４０ｂ）を、前記支持部（支持棒３０ｄ）を掴んでいる状態から解放させる方向に移動させることが可能で、且つ、前記支持部（支持棒３０ｄ）を掴んでいる状態となる方向に移動させることが可能な第２制御手段（シャフト軸４０ａ１、ナット４０ｄ、ネジ棒４０ｅ、サーボモータ４０ｇ）と、を有し、
前記第２上昇部（下部上昇部４１）は、前記印刷機構（２）に接続されてなり、さらに、前記支持部（支持棒３０ｄ）を掴むことが可能な第２固定部（下部固定部４１ａ）と、第２可動部（下部可動部４１ｂ）とを備え、さらに、前記第２可動部（下部可動部４１ｂ）を、前記支持部（支持棒３０ｄ）を掴んでいる状態から解放させる方向に移動させることが可能で、且つ、前記支持部（支持棒３０ｄ）を掴んでいる状態となる方向に移動させることが可能な第３制御手段（シャフト軸４１ａ１、ナット４１ｄ、ネジ棒４１ｅ、サーボモータ４１ｇ）と、を有し、
前記第１制御手段は、
前記第２上昇部（下部上昇部４１）に取り付けられている駆動手段（ステッピングモータ４２）によって回転可能なネジ軸（ネジ棒４３）と、
前記ネジ軸（ネジ棒４３）を回転可能に支持すると共に、前記第１上昇部（上部上昇部４０）に取り付けられているナット（４４）と、を有してなることを特徴としている。

【0013】

請求項４に係る建設用３Ｄプリンティング装置は、上記請求項１に記載の建設用３Ｄプリンティング装置において、前記印刷機構（２）は、前記支持部（支持棒３０ｄ）の上部に該支持部（支持棒３０ｄ）の高さを継ぎ足す継ぎ足し構造物（Ｋ２）を構築可能な継ぎ足し用ノズル（第２ノズル２７）をさらに有してなることを特徴としている。

【0014】

請求項５に係る建設用３Ｄプリンティング装置は、上記請求項４に記載の建設用３Ｄプリンティング装置において、前記印刷機構（２）は、前記継ぎ足し用ノズル（第２ノズル２７）を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることが可能な移動手段（ノズル移動ラック２５）をさらに有してなることを特徴としている。

【発明の効果】

【0015】

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0016】

請求項１に係る発明によれば、移動機構（３）は自走可能であるから、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の制限を無くすことができる。また、印刷機構（２）は、鉛直上下方向に延びる支持部（支持棒３０ｄ）に沿って上昇する上昇機構（４）の上昇に伴って上昇すると共に、建設構造物（Ｋ１）を構築可能な構築用ノズル（第１ノズル２２）を有しているから、上昇しながら、構築用ノズル（第１ノズル２２）にて、建設構造物（Ｋ１）を構築することができることから、Ｚ軸方向の制限を無くすことができる。さらに、建設用３Ｄプリンティング装置（１）は、自走し、上昇することができることから、従来の建設用３Ｄプリンティング装置に比べて、小型化することが可能となる。

【0017】

したがって、本発明によれば、印刷できる容積の制限を無くすことができると共に、小型化することができる。

【0018】

上昇機構（４）としては、請求項２に記載の構成、又は、請求項３に記載の構成にするのが好ましい。なお、請求項３に記載の構成にすれば、第１上昇部（上部上昇部４０）によって、ナット（４４）の位置を上昇させることができることから、第２上昇部（下部上昇部４１）及び印刷機構（２）の上昇位置が制限されないという利点がある。

【0019】

請求項４に係る発明によれば、支持部（支持棒３０ｄ）の上部に該支持部（支持棒３０ｄ）の高さを継ぎ足す継ぎ足し構造物（Ｋ２）を構築することができるから、支持部（支持棒３０ｄ）を１つ用意するだけで、建設現場の様々な高さに対応することができる。さらに、継ぎ足し構造物（Ｋ２）を構築することで、強度の強い支持部（支持棒３０ｄ）を構築することができる。

【0020】

請求項５に係る発明によれば、継ぎ足し用ノズル（第２ノズル２７）を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることができるから、様々な支持部（支持棒３０ｄ）に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る建設用３Ｄプリンティング装置の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】同実施形態に係る建設用３Ｄプリンティング装置の正面図である。

【図3】同実施形態に係る建設用３Ｄプリンティング装置の側面図である。

【図4】同実施形態に係る建設用３Ｄプリンティング装置の縦断面図である。

【図5】同実施形態に係る建設用３Ｄプリンティング装置の使用例を示す説明図であって、（ａ）は、使用前の状態を示し、（ｂ）は、下部上昇部と印刷機構を上昇させて、１層目の建設構造物と、１層目の継ぎ足し構造物を構築している状態を示し、（ｃ）は、下部上昇部と印刷機構をさらに上昇させて、２層目の建設構造物と、２層目の継ぎ足し構造物を構築している状態を示し、（ｄ）は、下部上昇部と印刷機構の上昇を停止させ、上部上昇部を上昇させている状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施形態に係る建設用３Ｄプリンティング装置を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

【0023】

＜建設用３Ｄプリンティング装置の説明＞
本実施形態に係る建設用３Ｄプリンティング装置は、印刷できる容積の制限を無くすことができると共に、小型化することができるものである。具体的に説明すると、図１に示すように、建設用３Ｄプリンティング装置１は、印刷機構２と、移動機構３と、上昇機構４とで、主に構成されている。以下、各構成について詳しく説明することとする。

【0024】

＜印刷機構の説明＞
印刷機構２は、図４に示すように、断面視逆Ｌ字状のフレーム２０を有している。このフレーム２０は、図４に示すように、断面視矩形状の水平フレーム部２０ａと、断面視縦長矩形状の垂直フレーム部２０ｂと、断面視矩形状の連結部２０ｃと、で構成されている。さらに詳しく説明すると、図４に示すように、水平フレーム部２０ａの左側面２０ａ１と、連結部２０ｃの右側面２０ｃ１とが溶接等によって連結され、さらに、垂直フレーム部２０ｂの上部右側面２０ｂ１と、連結部２０ｃの左側面２０ｃ２とが溶接等によって連結されている。これにより、水平フレーム部２０ａと垂直フレーム部２０ｂとは、連結部２０ｃを介して連結固定されることとなる。かくして、このようにして、フレーム２０は、構成されることとなる。

【0025】

一方、図３及び図４に示すように、垂直フレーム部２０ｂの下部左側面２０ｂ２には、矩形状のノズル支持部２１が連結固定されており、このノズル支持部２１には、第１ノズル２２が鉛直下向きとなるように連結固定されている。この第１ノズル２２は、モルタル等のセメント系材料やＦＲＰ等の樹脂系材料等の各種材料を吐出することができるもので、図５に示すような建設構造物Ｋ１を構築することができるものである。なお、この第１ノズル２２には、図示はしないが、各種材料が供給されるチューブなどの付帯設備が接続されている。

【0026】

他方、図３に示すように、水平フレーム部２０ａの下部には、側面視横長矩形状のノズル支持台２３が設けられており、このノズル支持台２３と水平フレーム部２０ａとは、側面視縦長矩形状の複数の柱２４にて固定支持されている。これにより、ノズル支持台２３と水平フレーム部２０ａとは、複数の柱２４を介して連結固定されることとなる。

【0027】

一方、図３に示すように、ノズル支持台２３の上部には側面視横長矩形状のノズル移動ラック２５が設けられている。このノズル移動ラック２５は、図２に示すように、正面視Ｈ形状の本体２５ａを有しており、この本体２５ａの上部には、ラックレール２５ｂが固定支持されている。このラックレール２５ｂには、図２に示すように、歯車２５ｃが噛み合っており、この歯車２５ｃは、図４に示すモータ２５ｄを駆動させることにより回転するようになっている。そして、このモータ２５ｄは、図４に示すように、矩形状の可動枠２５ｅ内に設けられており、この可動枠２５ｅには、一対のシャフト軸２５ｆが挿入支持されている。このシャフト軸２５ｆは、図２に示すように、本体２５ａの左右方向に架け渡されるように本体２５ａに固定されている。これにより、モータ２５ｄが駆動し歯車２５ｃが回転すると、歯車２５ｃとラックレール２５ｂとの噛み合いによって、可動枠２５ｅは、一対のシャフト軸２５ｆに沿って、図２に示す、矢印Ｙ１方向（図示左右方向）に移動することとなる。

【0028】

ところで、この可動枠２５ｅには、図４に示すように、矩形状のノズル支持部２６が連結固定されており、このノズル支持部２６には、第２ノズル２７が鉛直下向きとなるように連結固定されている。これにより、可動枠２５ｅが、図２に示すように、矢印Ｙ１方向（図示左右方向）に移動すると、それに合わせて、第２ノズル２７も矢印Ｙ１方向（図示左右方向）に移動することとなる。なお、この第２ノズル２７は、モルタル等のセメント系材料やＦＲＰ等の樹脂系材料等の各種材料を吐出することができるもので、図５に示すような継ぎ足し構造物Ｋ２を構築することができるものである。なおまた、この第２ノズル２７には、図示はしないが、各種材料が供給されるチューブなどの付帯設備が接続されている。

【0029】

一方、図１に示すように、本体２５ａの側面には、本体２５ａと間隔を開けて、長手方向（図示左右方向）に向かってラックレール２８が設けられている。このラックレール２８には、図１及び図３に示すように、モータ２５ｇを介して本体２５ａに回転可能に取り付け固定されている歯車２５ｈが噛み合っている。この歯車２５ｈは、モータ２５ｇを駆動させることにより回転するものである。

【0030】

一方、図４に示すように、本体２５ａの下部には、シャフト軸２５ｉが挿入支持されている。このシャフト軸２５ｉは、図４に示すように、ノズル支持台２３の図示左右方向に架け渡されるようにノズル支持台２３に固定されている。これにより、モータ２５ｇが駆動し歯車２５ｈが回転すると、歯車２５ｈとラックレール２８との噛み合いによって、本体２５ａは、シャフト軸２５ｉに沿って、図４に示す、矢印Ｙ２方向（図示左右方向）に移動することとなる。それゆえ、上記説明したように、本体２５ａには第２ノズル２７が設けられているから、本体２５ａの移動に合わせて、第２ノズル２７も矢印Ｙ２方向（図示左右方向）に移動することとなる。

【0031】

したがって、上記のような構成とすることにより、第２ノズル２７は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への移動が可能となる。なお、言うまでもないが、第２ノズル２７が各種材料を鉛直下向きに吐出し、図５に示すような継ぎ足し構造物Ｋ２を構築できるように、ノズル支持台２３には、図４に示すように、上下方向に貫通した空洞Ｓが形成されている。

【0032】

＜移動機構の説明＞
移動機構３は、図１に示すように、一対の前輪３０ａと、一対の後輪３０ｂとを支持する矩形状の支持台３０ｃとで主に構成されており、図４に示すように、この支持台３０ｃの上面には、側面視縦長矩形状の支持棒３０ｄが起立状に固定配置されている。なお、一対の前輪３０ａと、一対の後輪３０ｂとは、図示しないモータにて駆動できるようになっており、これによって、移動機構３は、自走できるようになっている。

【0033】

＜上昇機構の説明＞
上昇機構４は、図１に示すように、上部上昇部４０と、上部上昇部４０の下方向に所定間隔開けた位置に設けられている下部上昇部４１と、で主に構成されている。上部上昇部４０は、図１、図３、図４に示すように、上部固定部４０ａと、上部可動部４０ｂと、で主に構成されている。上部固定部４０ａは、図３に示すように、側面視矩形状の板状に形成されており、支持棒３０ｄを跨ぐように、図１に示す前後方向に一対設けられている。そして、この一対の上部固定部４０ａは、図４に示す、断面視略矩形状の上部連結部４０ｃによって、連結固定されており、この上部連結部４０ｃは、支持棒３０ｄに接触している。

【0034】

一方、上部固定部４０ａには、図３に示すように、上下方向に一対のシャフト軸４０ａ１が突出して取り付け固定されており、このシャフト軸４０ａ１は、上部可動部４０ｂに挿入支持されている。なお、上部固定部４０ａには、図１に示すように、それぞれ、一対のシャフト軸４０ａ１が突出して取り付け固定されている。

【0035】

上部可動部４０ｂは、図２に示すように、正面視横長矩形状の板状に形成されており、シャフト軸４０ａ１に沿って、矢印Ｙ３方向（図示左右方向）に移動できるようになっている。すなわち、上部可動部４０ｂは、支持棒３０ｄに接触し、さらに、支持棒３０ｄから離間する方向に移動できるようになっている。

【0036】

一方、上部可動部４０ｂには、図１に示すように、右側面４０ｂ１に、上下方向に位置する一対のシャフト軸４０ａ１間にナット４０ｄが取り付け固定されている。そして、このナット４０ｄには、図１に示すように、長尺状のネジ棒４０ｅが回転可能に挿入支持されている。

【0037】

ところで、このネジ棒４０ｅは、図１及び図３に示すように、上部可動部４０ｂにも挿入支持されており、さらに、コネクタ４０ｆを介して、上部可動部４０ｂの外方の側面に取り付け固定されているサーボモータ４０ｇに回転可能に取り付けられている。

【0038】

かくして、サーボモータ４０ｇを駆動させると、ネジ棒４０ｅが所定方向に回転し、その回転に伴い、リニアアクチュエータの動作原理に基づき、シャフト軸４０ａ１に沿って、上部可動部４０ｂが、図３に示す矢印Ｙ３の図示右方向、すなわち、支持棒３０ｄから離間する方向に移動する。一方、サーボモータ４０ｇを駆動させて、ネジ棒４０ｅを所定方向とは逆方向に回転させると、その回転に伴い、リニアアクチュエータの動作原理に基づき、シャフト軸４０ａ１に沿って、上部可動部４０ｂが、図３に示す矢印Ｙ３の図示左方向、すなわち、支持棒３０ｄに接触する方向に移動する。

【0039】

したがって、このような動作を行い、上部可動部４０ｂと支持棒３０ｄとを接触させれば、上部可動部４０ｂと上部固定部４０ａ（上部連結部４０ｃ）とで、支持棒３０ｄを挟み込むことができる。これにより、上部上昇部４０は、支持棒３０ｄを掴むことが可能となる。一方、上記のような動作を行い、上部可動部４０ｂと支持棒３０ｄとを離間させれば、支持棒３０ｄの挟み込みを解放するすることができ、これによって、上部上昇部４０による支持棒３０ｄの掴みを解放することができる。

【0040】

下部上昇部４１は、図１、図３、図４に示すように、下部固定部４１ａと、下部可動部４１ｂと、で主に構成されている。下部固定部４１ａは、図３に示すように、側面視矩形状の板状に形成されており、支持棒３０ｄを跨ぐように、図１に示す前後方向に一対設けられている。そして、この一対の下部固定部４１ａは、図４に示す、断面視略矩形状の下部連結部４１ｃによって、連結固定されており、この下部連結部４１ｃは、支持棒３０ｄに接触している。

【0041】

一方、下部固定部４１ａには、図３に示すように、上下方向に一対のシャフト軸４１ａ１が突出して取り付け固定されており、このシャフト軸４１ａ１は、下部可動部４１ｂに挿入支持されている。なお、下部固定部４１ａには、図１に示すように、それぞれ、一対のシャフト軸４１ａ１が突出して取り付け固定されている。

【0042】

下部可動部４１ｂは、図２に示すように、正面視横長矩形状の板状に形成されており、シャフト軸４１ａ１に沿って、矢印Ｙ３方向（図示左右方向）に移動できるようになっている。すなわち、下部可動部４１ｂは、支持棒３０ｄに接触し、さらに、支持棒３０ｄから離間する方向に移動できるようになっている。

【0043】

一方、下部可動部４１ｂには、図１に示すように、右側面４１ｂ１に、上下方向に位置する一対のシャフト軸４１ａ１間にナット４１ｄが取り付け固定されている。そして、このナット４１ｄには、図１に示すように、長尺状のネジ棒４１ｅが回転可能に挿入支持されている。

【0044】

ところで、このネジ棒４１ｅは、図１及び図３に示すように、下部可動部４１ｂにも挿入支持されており、さらに、コネクタ４１ｆを介して、下部可動部４１ｂの外方の側面に取り付け固定されているサーボモータ４１ｇに回転可能に取り付けられている。

【0045】

かくして、サーボモータ４１ｇを駆動させると、ネジ棒４１ｅが所定方向に回転し、その回転に伴い、リニアアクチュエータの動作原理に基づき、シャフト軸４１ａ１に沿って、下部可動部４１ｂが、図３に示す矢印Ｙ３の図示右方向、すなわち、支持棒３０ｄから離間する方向に移動する。一方、サーボモータ４１ｇを駆動させて、ネジ棒４１ｅを所定方向とは逆方向に回転させると、その回転に伴い、リニアアクチュエータの動作原理に基づき、シャフト軸４１ａ１に沿って、下部可動部４１ｂが、図３に示す矢印Ｙ３の図示左方向、すなわち、支持棒３０ｄに接触する方向に移動する。

【0046】

したがって、このような動作を行い、下部可動部４１ｂと支持棒３０ｄとを接触させれば、下部可動部４１ｂと下部固定部４１ａ（下部連結部４１ｃ）とで、支持棒３０ｄを挟み込むことができる。これにより、下部上昇部４１は、支持棒３０ｄを掴むことが可能となる。一方、上記のような動作を行い、下部可動部４１ｂと支持棒３０ｄとを離間させれば、支持棒３０ｄの挟み込みを解放するすることができ、これによって、下部上昇部４１による支持棒３０ｄの掴みを解放することができる。

【0047】

ところで、下部上昇部４１の下部連結部４１ｃには、図４に示すように、ステッピングモータ４２が取り付け固定されている。そして、このステッピングモータ４２には、図４に示すように、長尺状のネジ棒４３が回転可能に取り付けられている。このネジ棒４３は、図４に示すように、鉛直上下方向に延びて設けられており、上部上昇部４０の上部連結部４０ｃに取り付け固定されているナット４４に回転可能に挿入支持され、さらに、フレーム２０の水平フレーム部２０ａに回転可能に挿入支持されている。

【0048】

また、図４に示すように、下部上昇部４１の下部連結部４１ｃには、一対のシャフト軸４５が取り付け固定されており、この一対のシャフト軸４５は、図４に示すように、鉛直上下方向に延びて設けられており、上部上昇部４０の上部連結部４０ｃに挿入支持され、さらに、フレーム２０の水平フレーム部２０ａに取り付け固定されている。これにより、下部上昇部４１の下部連結部４１ｃと、フレーム２０の水平フレーム部２０ａとは、一対のシャフト軸４５を介して接続されている。

【0049】

かくして、上部上昇部４０が支持棒３０ｄを掴み、下部上昇部４１が支持棒３０ｄの掴みを解放している状態で、ステッピングモータ４２を駆動させると、ネジ棒４３が図３及び図４に示すように、矢印Ｙ４方向（時計回り）に回転する。これにより、ネジ棒４３は上昇することとなるから、リニアアクチュエータの動作原理に基づき、ステッピングモータ４２が取り付け固定されている下部連結部４１ｃ、すなわち、下部上昇部４１が図３及び図４に示す矢印Ｙ５方向に上昇する。そしてさらに、一対のシャフト軸４５を介して下部連結部４１ｃとフレーム２０の水平フレーム部２０ａが接続されているから、下部上昇部４１の上昇に合わせて、印刷機構２も図３及び図４に示す矢印Ｙ５方向に上昇することとなる。なお、上部上昇部４０は、支持棒３０ｄを掴んでいる状態であるから、そのままの位置に固定されることとなる。

【0050】

次いで、上部上昇部４０が支持棒３０ｄの掴みを解放し、下部上昇部４１が支持棒３０ｄを掴んでいる状態で、ステッピングモータ４２を駆動させて、ネジ棒４３を図３及び図４に示す矢印Ｙ４方向（時計回り）とは反対方向に回転させると、ネジ棒４３は下降することとなる。しかしながら、下部上昇部４１が支持棒３０ｄを掴んでいる状態であるから下部上昇部４１はそのままの位置に固定され、さらに、印刷機構２もそのままの位置に固定されることとなる。一方で、上部上昇部４０が支持棒３０ｄの掴みを解放しているから、リニアアクチュエータの動作原理に基づき、上部上昇部４０が図３及び図４に示す矢印Ｙ５方向に上昇する。

【0051】

＜建設用３Ｄプリンティング装置の使用例の説明＞
ここで、上記のように構成される建設用３Ｄプリンティング装置１の使用例を説明することで、上記のように構成される建設用３Ｄプリンティング装置１の使用方法を詳しく説明することとする。

【0052】

まず、図５（ａ）に示すように、上部上昇部４０が支持棒３０ｄを掴み、下部上昇部４１が支持棒３０ｄを掴んでいる状態にする。この際、フレーム２０の水平フレーム部２０ａと、上部上昇部４０の上部固定部４０ａとの距離をｈ１とし、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離をｈ２とする。

【0053】

かくして、この状態で、図５（ｂ）に示すように、下部上昇部４１における支持棒３０ｄの掴みを解放し（サーボモータ４１ｇを駆動させて、ネジ棒４１ｅを所定方向に回転させて、下部可動部４１ｂを支持棒３０ｄから離間させる方向に移動させる）、ステッピングモータ４２を駆動させて、下部上昇部４１及び印刷機構２を上昇させていくようにする。この際、図示しないモータを制御し移動機構３を自走させると（例えば、図５（ｂ）に示す矢印Ｙ６参照）、それに合わせて、建設用３Ｄプリンティング装置１も移動、すなわち、第１ノズル２２も移動することとなる。それゆえ、その移動に合わせて第１ノズル２２から各種材料を吐出すれば、図５（ｂ）に示すような第１層目の建設構造物Ｋ１を構築することができる。そしてさらに、印刷機構２の上昇に合わせて、第２ノズル２７から各種材料を吐出すれば、図５（ｂ）に示すように、支持棒３０ｄの上部に第１層目の継ぎ足し構造物Ｋ２を構築することができる。なお、上部上昇部４０の上部固定部４０ａとの距離ｈ１は、図５（ａ）に比べて大きくなり、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離ｈ２は、図５（ａ）に比べて小さくなる。また、第２ノズル２７から各種材料を吐出する際、支持棒３０ｄの位置や幅に合わせて、第２ノズル２７をＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動させるようにすれば良い。したがって、このように第２ノズル２７をＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動できる構成にしておけば、様々な支持棒３０ｄに対応することが可能となる。

【0054】

次いで、ステッピングモータ４２を駆動させて、図５（ｃ）に示すように、さらに、下部上昇部４１及び印刷機構２を上昇させていくようにする。この際、図示しないモータを制御し移動機構３を自走させると（例えば、図５（ｃ）に示す矢印Ｙ６参照）、それに合わせて、建設用３Ｄプリンティング装置１も移動、すなわち、第１ノズル２２も移動することとなる。それゆえ、その移動に合わせて第１ノズル２２から各種材料を吐出すれば、図５（ｃ）に示すような第１層目に積層された第２層目の建設構造物Ｋ１を構築することができる。そしてさらに、印刷機構２の上昇に合わせて、第２ノズル２７から各種材料を吐出すれば、図５（ｃ）に示すように、支持棒３０ｄの上部に第１層目に積層された第２層目の継ぎ足し構造物Ｋ２を構築することができる。なお、上部上昇部４０の上部固定部４０ａとの距離ｈ１は、図５（ｂ）に比べて大きくなり、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離ｈ２は、ほとんど無い状態となる。

【0055】

そこで、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離ｈ２を取るべく、図５（ｄ）に示すように、上部上昇部４０における支持棒３０ｄの掴みを解放し（サーボモータ４０ｇを駆動させて、ネジ棒４０ｅを所定方向に回転させて、上部可動部４０ｂを支持棒３０ｄから離間させる方向に移動させる）、下部上昇部４１が支持棒３０ｄを掴んでいる状態（サーボモータ４１ｇを駆動させて、ネジ棒４１ｅを所定方向とは逆方向に回転させて、下部可動部４１ｂを支持棒３０ｄに接触させる方向に移動させる）にする。

【0056】

次いで、この状態で、ステッピングモータ４２を駆動させて、図５（ｄ）に示すように、上部上昇部４０を上昇させていくようにする。これにより、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離ｈ２は、図５（ｄ）に示すように、図５（ｃ）に比べ大きくなる。なお、この際、図示しないモータを制御し移動機構３を自走させても良いし、停止させても良い（本実施形態においては停止させている）。

【0057】

次いで、この状態で、再び、上部上昇部４０に対し支持棒３０ｄを掴ませ（サーボモータ４０ｇを駆動させて、ネジ棒４０ｅを所定方向とは逆方向に回転させて、上部可動部４０ｂを支持棒３０ｄに接触させる方向に移動させる）、下部上昇部４１における支持棒３０ｄの掴みを解放（サーボモータ４１ｇを駆動させて、ネジ棒４１ｅを所定方向に回転させて、下部可動部４１ｂを支持棒３０ｄから離間させる方向に移動させる）させる。そして、この状態で、図５（ｂ）～（ｃ）を用いて説明した動作を繰り返し、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離ｈ２が、ほとんど無い状態となれば、図５（ｄ）を用いて説明した動作を行い、再び、図５（ｂ）～（ｃ）を用いて説明した動作を繰り返す・・・・といような動作を繰り返し行うようにすれば、複数の層に積層された建設構造物Ｋ１、継ぎ足し構造物Ｋ２を構築することが可能となる。

【0058】

ところで、上部上昇部４０の上部固定部４０ａと、下部上昇部４１の下部固定部４１ａとの距離ｈ２を取った後、上記説明では、再び、上部上昇部４０に対し支持棒３０ｄを掴ませると説明したが、図５（ｄ）に示すように、上部上昇部４０は、既存の支持棒３０ｄの上部に構築されている継ぎ足し構造物Ｋ２の位置に位置していることから、正確には、上部上昇部４０は、支持棒３０ｄの上部に位置している継ぎ足し構造物Ｋ２を掴むこととなる。したがって、このように、既存の支持棒３０ｄの上部に継ぎ足し構造物Ｋ２を構築していくようにすれば、支持棒３０ｄの高さは、継ぎ足し構造物Ｋ２によって高くなっていくから、上部上昇部４０及び下部上昇部４１並びに印刷機構２は、高さ（Ｚ軸方向）の制限なく上昇していくことが可能となる。

【0059】

また、上記説明したように、建設用３Ｄプリンティング装置１は自走することが可能であるから、縦横自由に移動することができる。そのため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の制限を無くすことができる。

【0060】

さらに、上記説明したように、建設用３Ｄプリンティング装置１は自走することができ、さらに、上部上昇部４０及び下部上昇部４１並びに印刷機構２は、上昇していく構成であるから、建設用３Ｄプリンティング装置１自体を小型化することが可能となる。

【0061】

したがって、上記説明してきた建設用３Ｄプリンティング装置１によれば、印刷できる容積の制限を無くすことができると共に、小型化することができる。これにより、従来よりも簡単容易に建設現場に持ち込むことができ、建設現場の人件費、また、フレームなどを設置する建材費や器材レンタル費を削減することができる。

【0062】

また、上記説明してきた建設用３Ｄプリンティング装置１の移動ルートは、事前に設定することができる。これにより、人の制御が不要となり、建設現場の省人化、乃至、無人化に大きく貢献することができる。

【0063】

＜変形例の説明＞
なお、本実施形態において示した形状等はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態において例示した支持棒３０ｄの形状は、側面視縦長矩形状に限らず、上部上昇部４０及び下部上昇部４１が支持棒３０ｄを掴めればどのような形状でも良い。

【0064】

また、本実施形態においては、支持棒３０ｄの上部に継ぎ足し構造物Ｋ２を構築している例を示したが、それに限らず、さらに長尺の支持棒３０ｄを用意するだけでも良い。しかしながら、これでは、建設現場に応じた支持棒３０ｄを用意しなければならず、製造コストが増すこととなる。そのため、支持棒３０ｄの上部に継ぎ足し構造物Ｋ２を構築するようにすれば、建設現場の様々な高さに対応することが可能となるから、支持棒３０ｄの上部に継ぎ足し構造物Ｋ２を構築した方が好ましい。また、支持棒３０ｄ内に伸縮可能な別の支持棒を用意しておき、シリンダ機構等で、別の支持棒を上昇させるようにしても良い。しかしながら、これでは、支持棒３０ｄ内を空洞にしなければならないことから、強度が弱くなる可能性がある。してみると、上部上昇部４０及び下部上昇部４１が支持棒３０ｄを掴んだ際、不具合が生じる可能性が高くなる。それゆえ、強度を考慮すれば、本実施形態のように、支持棒３０ｄの上部に継ぎ足し構造物Ｋ２を構築するのが好ましい。この際、継ぎ足し構造物Ｋ２を構築する際の材料としては、強度の高いモルタル等のセメント系材料を用いるのが好適である。

【0065】

また、第１ノズル２２及び第２ノズル２７に接続されている付帯設備は、建設用３Ｄプリンティング装置１に乗せても良いし、別の場所に用意しておいても良い。

【0066】

また、本実施形態においては、上部上昇部４０を設ける例を示したが、単にナット４４だけを設けて、上部上昇部４０を無くしても良い。しかしながら、これでは、ナット４４の位置が固定されることとなるから、下部上昇部４１及び印刷機構２の上昇位置が制限されてしまうこととなる。そのため、本実施形態のように、上部上昇部４０にナット４４を取り付け固定しておけば、上部上昇部４０の上昇によってナット４４の位置も上昇することとなるから、下部上昇部４１及び印刷機構２の上昇位置が制限されてしまうことがない。それゆえ、上部上昇部４０を設けた方が好ましい。

【0067】

ところで、本実施形態における建設用３Ｄプリンティング装置１は、高層ビルに適用させることもできるし、宇宙開発事業等、様々な建設現場に適用可能である。なお、高層ビルに適用させた際、鳶職人などが不要となり、高所での作業リスクを低減させることができるという利点がある。

【符号の説明】

【0068】

１ 建設用３Ｄプリンティング装置
２ 印刷機構
２２ 第１ノズル（構築用ノズル）
２５ ノズル移動ラック（移動手段）
２７ 第２ノズル（継ぎ足し用ノズル）
３ 移動機構
３０ｄ 支持棒（支持部）
４ 上昇機構
４０ 上部上昇部（第１上昇部）
４０ａ 上部固定部（第１固定部）
４０ａ１ シャフト軸（第２制御手段）
４０ｂ 上部可動部（第１可動部）
４０ｄ ナット（第２制御手段）
４０ｅ ネジ棒（第２制御手段）
４０ｇ サーボモータ（第２制御手段）
４１ 下部上昇部（上昇部、第２上昇部）
４１ａ 下部固定部（第２固定部）
４１ａ１ シャフト軸（第３制御手段）
４１ｂ 下部可動部（第２可動部）
４１ｄ ナット（第３制御手段）
４１ｅ ネジ棒（第３制御手段）
４１ｇ サーボモータ（第３制御手段）
４２ ステッピングモータ（制御手段、駆動手段）
４３ ネジ棒（制御手段、ネジ軸）
４４ ナット（制御手段）
４５ シャフト軸（制御手段）
Ｋ１ 建設構造物
Ｋ２ 継ぎ足し構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】