特開 2024-87973 外壁施工システム

(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】P2024087973

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】外壁施工システム

(51)【国際特許分類】

   E04G 21/16 20060101AFI20240625BHJP

   E04G 21/02 20060101ALI20240625BHJP

   E04B 1/35 20060101ALI20240625BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240625BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240625BHJP

   B29C 64/106 20170101ALI20240625BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240625BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20240625BHJP

   E04F 21/08 20060101ALN20240625BHJP

【ＦＩ】

E04G21/16

E04G21/02 103Z

E04B1/35 L

B29C64/209

B33Y10/00

B29C64/106

B33Y30/00

B28B1/30

E04F21/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202900

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000001096

【氏名又は名称】倉敷紡績株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100167988

【弁理士】

【氏名又は名称】河原 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】福島 健一

(72)【発明者】

【氏名】平山 貴之

(72)【発明者】

【氏名】保科 篤宏

(72)【発明者】

【氏名】西松 英明

(72)【発明者】

【氏名】森田 真由

(72)【発明者】

【氏名】藤田 隆弘

【テーマコード（参考）】

2E172

2E174

4F213

4G052

【Ｆターム（参考）】

2E172AA06

2E172DB05

2E172DC01

2E174CA02

2E174CA06

2E174CA30

2E174DA14

2E174DA43

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL24

4F213WL32

4G052DA01

4G052DB12

4G052DC06

(57)【要約】

【課題】伝統的な建築物の構造を維持しながら３Ｄプリンタを用いて外壁を施工可能で、かつ、建築物の周囲に余裕のない狭小地でも使用可能な外壁施工システムを提供する。
【解決手段】建築物の骨格４０を構成する柱に装着され、少なくとも水平レール１４を有するプリンタヘッド走行手段１１と、前記水平レールに沿って移動可能で、コンクリート、モルタルまたはジオポリマーからなる外壁材料を吐出するノズルを少なくとも有するプリンタヘッド３５とを備える外壁施工システム１０。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建築物の骨格を構成する柱に装着され、少なくとも水平レールを有するプリンタヘッド走行手段と、
前記水平レールに沿って移動可能で、コンクリート、モルタルまたはジオポリマーからなる外壁材料を吐出するノズルを少なくとも有するプリンタヘッドと、
を備えた外壁施工システム。

【請求項2】

前記プリンタヘッド走行手段は、２本の前記柱に溝が形成され、前記溝に嵌合して上下に移動可能な水平レール取付部を有し、
前記水平レールが２つの前記水平レール取付部に固定されている、
請求項１に記載の外壁施工システム。

【請求項3】

前記プリンタヘッド走行手段は、２本の前記柱に穴が形成され、前記穴に固定された垂直レール取付部と、前記垂直レール取付部に固定された垂直レールと、前記垂直レール上を上下に移動可能な水平レール取付部を有し、
前記水平レールが２つの前記水平レール取付部に固定されている、
請求項１に記載の外壁施工システム。

【請求項4】

前記プリンタヘッドに内蔵または連結されて、前記プリンタヘッドとともに前記水平レールに沿って移動可能で、前記ノズルから吐出された前記外壁材料が硬化する前に前記外壁材料に釘を打ち込む釘打ち機をさらに有する、
請求項１に記載の外壁施工システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築物の外壁、より詳細には木造軸組構造、２×４工法などによる木造枠組壁構造、軽量鉄骨構造などの伝統的な構造を有する建築物の外壁を３Ｄプリンタを用いて施工するためのシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、木造軸組構造、木造枠組壁構造、軽量鉄骨構造を有する住宅の建設時には、住宅の骨格が完成した後、周囲に足場を組んで外壁のサイディング材等が施工される。このとき、サイディング材を加工する際の採寸、サイディング材を現場で所要の大きさに切断する際に発生する端材の廃棄や近隣への粉塵の問題があった。また、敷地が狭小で足場用に十分な広さの敷地が取れない場合には単管足場を用いることとなり、作業に危険が伴うという問題があった。

【0003】

一方、近年、コンクリートの３Ｄプリンタを用いて建築物を造形する技術が開発されている。特許文献１には、３Ｄプリンタを用いた複合構造物の構築装置であって、コンクリート系材料、ジオポリマーなどを施工可能なロボットアームを、複数の支柱に支持されて、構造物を囲うように配設された環状の走行用レールに沿って移動させる構築装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１０８８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載された３Ｄプリンタを用いる構築装置では、走行用レールを支持する支柱を設置する必要があり、さらに、構築物の周囲に広い敷地が必要であった。

【0006】

本発明は、上記を考慮してなされたものであり、伝統的な建築物の構造を維持しながら３Ｄプリンタを用いて外壁を施工可能で、かつ、外壁施工に足場を配置する必要がなく、さらに建築物の周囲の敷地に余裕のない狭小地でも使用可能な外壁施工システム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】

上記課題に対して、本発明の外壁施工システムは、３Ｄプリンタのヘッド部分の走行手段を、建築物の骨格を構成する柱に装着することを特徴とする。

【0008】

具体的には、本発明の外壁施工システムは、建築物の骨格を構成する柱に装着され、少なくとも水平レールを有するプリンタヘッド走行手段と、前記水平レールに沿って移動可能で、コンクリート、モルタルまたはジオポリマーからなる外壁材料を吐出するノズルを少なくとも有するプリンタヘッドとを備える。

【0009】

前記プリンタヘッド走行手段は、２本の前記柱に溝が形成され、前記溝に嵌合して上下に移動可能な水平レール取付部を有し、前記水平レールが２つの前記水平レール取付部に固定された構造とすることができる。

【0010】

あるいは、前記プリンタヘッド走行手段は、２本の前記柱に穴が形成され、前記穴に固定された垂直レール取付部と、前記垂直レール取付部に固定された垂直レールと、前記垂直レール上を上下に移動可能な水平レール取付部を有し、前記水平レールが２つの前記水平レール取付部に固定された構造とすることができる。

【0011】

好ましくは、上記外壁施工システムは、前記プリンタヘッドに内蔵または連結されて、前記プリンタヘッドとともに前記水平レールに沿って移動可能で、前記ノズルから吐出された前記外壁材料が硬化する前に前記外壁材料に釘を打ち込む釘打ち機をさらに有する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の外壁施工システムによれば、伝統的な木造軸組構造、木造枠組壁構造、軽量鉄骨構造などを維持しつつ、３Ｄプリンタによって外壁を施工することができるので、住宅用途などでも受け入れられやすい建築物を構築できる。また、足場を組むことなく外壁を施工できるので、サイディング材を現場で切断する必要がない。また、プリンタヘッドの走行手段を、建築物の骨格を構成する柱に固定するので、走行手段を支持するための専用の支柱が不要で、狭小な敷地でも好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】建築物の骨格と第１実施形態の外壁施工システムを示す図である。

【図2】第１実施形態の走行手段を説明するための図である。

【図3】プリンタヘッドを、Ａ：建築物側、Ｂ：屋外側から見た図である。

【図4】第２実施形態の走行手段を説明するための図である。Ａ：屋外側から見た立面図、Ｂ：柱の中心を通る垂直断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の外壁施工システムの第１実施形態を図１～３に基づいて説明する。

【0015】

図１を参照して、本実施形態の外壁施工システム１０は、３Ｄプリンタシステム３０と、３Ｄプリンタシステムのプリンタヘッド３５を走行させるための走行手段１１を備える。走行手段１１は、建築物の軸組み（骨格）４０を構成する柱に固定される。走行手段は水平レール１４を有し、プリンタヘッド３５が水平レール１４に沿って移動可能に取り付けられている。

【0016】

軸組み４０は、木造の骨組みであって、土台、柱、胴差し、桁、筋交いなどで構成される。土台４１は、コンクリート製の基礎の上に固定されて、柱の下部を連絡する。胴差し４４は、下階の壁を構成する柱を連絡して、上階の壁や床を受ける。桁４５は軸組みの上端を繋ぐ。柱には、通し柱、管柱、間柱等がある。通し柱４２は、土台から軒まで上下階を通して用いられる。管柱４３は、土台から軒までの途中で胴差し、桁などで中断され、上方の荷重を支える。間柱（図示せず）は、通し柱と管柱の中間に立てて、壁材の取り付けに用いられる小柱である。

【0017】

図２を参照して、走行手段１１は、第１の柱５０と第２の柱５２に装着される。第１の柱と第２の柱は、同じ壁に属する２本の柱であって、好ましくは、強度の高い通し柱または管柱である。第１の柱５０には、屋外側に向いた面に、上下に延びる第１の溝５１が形成されている。第２の柱５２には、第１の柱に第１の溝が形成された面と同じ方向を向いた面に、上下に延びる第２の溝５３が形成されている。第１の溝５１には、第１の水平レール取付部１２が溝５１に沿って移動可能に嵌合している。第２の溝５３には、第２の水平レール取付部１３が溝５３に沿って移動可能に嵌合している。第１の水平レール取付部１２と第２の水平レール取付部１３には、水平レール１４が固定されている。この構造により、第１の水平レール取付部１２、第２の水平レール取付部１３および水平レール１４が一体となって、走行手段１１を構成し、上下方向に移動可能となる。

【0018】

図１および図２を参照して、３Ｄプリンタシステム３０は、プリンタヘッド３５と、外壁材料をプリンタヘッドへ供給する手段と、制御装置３４からなる。外壁材料は、コンクリート、モルタルまたはジオポリマーからなる。一般に、３Ｄプリンタで用いられるコンクリートやモルタルには、急結剤や硬化促進剤が混合される。外壁材料は、ホッパー３１から押出機３２によって圧送され、ホース３３を通って、プリンタヘッド３５が備えるノズル（図３の３６）から吐出される。押出機等の重量の大きい装置は、建築物から離れた地面や運搬車両上に設置され、水平レール１４には軽量のプリンタヘッドだけが取り付けられる。

【0019】

そして、水平レール１４が上下に移動し、プリンタヘッド３５が水平レール１４に沿って水平に移動することによって、施工する外壁の所望の位置に外壁材料を吐出することができる。水平レールおよびプリンタヘッドの移動、外壁材料の吐出の開始と停止は、制御装置３４によって制御される。

【0020】

図３ＡおよびＢを参照して、プリンタヘッド３５は外壁材料を吐出するノズル３６、釘打ち機３７およびセンサ３９を有する。

【0021】

釘打ち機３７は、ノズル３６から吐出された外壁材料に向かって、釘射出孔３８から釘を打ち込む。釘の種類は特に限定されず、釘には、一般的な丸釘の他、ねじ釘やＵ字状のステープルを含む。釘は、外壁材料が硬化する前に打ち込まれ、外壁材料を貫通して、管柱や間柱に突き刺さる。釘打ち機３７としては、エア式の釘打ち機やタッカーなどの公知のものを用いることができる。

【0022】

センサ３９は、釘打ち機３７が釘を打ち込むタイミングを検知することができれば特に種類は限定されない。例えば、光電センサやレーザセンサ、画像センサなどを用いることができる。また、レールや柱側にマーキングや検出物体などを設置しておき、これらをセンサで検知することで釘打ちのタイミングを制御してもよい。

【0023】

本実施形態の外壁施工システム１０の使用方法を以下に説明する。

【0024】

走行手段１１を固定する第１の柱５０および第２の柱５２には、予めそれぞれ第１の溝５１および第２の溝５３を形成しておく。建築現場で軸組み４０が完成した後、第１の水平レール取付部１２、第２の水平レール取付部１３および水平レール１４を、第１の柱および第２の柱に装着する。プリンタヘッド３５を水平レールに装着する。

【0025】

プリンタヘッド３５を施工する外壁の下端、左または右端に移動させる。プリンタヘッドを水平レール１４に沿って移動させながら、外壁材料をノズル３６から吐出する。以後、水平レールを少しずつ上げながら外壁材料を順次積層して、外壁を造形する。このとき、プリンタヘッドの移動速度を変化させることによって外壁の厚さを変化させることができ、意匠性に富んだ外壁を造形することもできる。上下に適当な間隔を取りながら、施工済みの外壁材料に釘を打ち込む。

【0026】

次に、本発明の外壁施工システムの第２実施形態を説明する。本実施形態の外壁施工システムは、走行手段の柱への装着方法が第１実施形態と異なる。以下に、第１実施形態と異なる点を説明する。

【0027】

図４を参照して、本実施形態の外壁施工システム２０の走行手段２１は、第１の柱５５と第２の柱５７に装着される。第１の柱と第２の柱は、同じ壁に属する２本の柱であって、好ましくは、強度の高い通し柱または管柱である。第１の柱５５には、屋外側に向いた面に第１の穴５６が形成されており、第１の穴５６には、第１の垂直レール取付部２２が固定される。第１の穴および第１の垂直レール取付部は、第１の柱５５の１箇所に設けられていてもよいし、高さ方向に間隔を空けて、複数の箇所に設けられていてもよい。第１の垂直レール取付部２２には、第１の垂直レール２３が固定される。第１の垂直レールには、第１の水平レール取付部２４が第１の垂直レールに沿って移動可能に装着される。同様に、第２の柱５７には、屋外側に向いた面に第２の穴５８が形成されており、第２の穴５８には、第２の垂直レール取付部２５が固定される。第２の穴および第２の垂直レール取付部は、第２の柱５７の１箇所に設けられていてもよいし、高さ方向に間隔を空けて、複数の箇所に設けられていてもよい。第２の垂直レール取付部２５には、第２の垂直レール２６が固定される。第２の垂直レールには、第２の水平レール取付部２７が第２の垂直レールに沿って移動可能に装着される。第１の水平レール取付部２４と第２の水平レール取付部２７には、水平レール２８が固定されている。この構造により、第１の水平レール取付部２４、第２の水平レール取付部２７および水平レール２８が一体となって、上下方向に移動可能となる。

【0028】

そして、水平レール２８が上下に移動し、プリンタヘッド３５が水平レール２８に沿って水平に移動することによって、施工する外壁の所望の位置に外壁材料を吐出することができる。

【0029】

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0030】

１０ 外壁施工システム
１１ 走行手段（プリンタヘッド走行手段）
１２ 第１の水平レール取付部
１３ 第２の水平レール取付部
１４ 水平レール
２０ 外壁施工システム
２１ 走行手段（プリンタヘッド走行手段）
２２ 第１の垂直レール取付部
２３ 第１の垂直レール
２４ 第１の水平レール取付部
２５ 第２の垂直レール取付部
２６ 第２の垂直レール
２７ 第２の水平レール取付部
２８ 水平レール
３０ ３Ｄプリンタシステム
３１ ホッパー
３２ 押出機
３３ ホース
３４ 制御装置
３５ プリンタヘッド
３６ ノズル
３７ 釘打ち機
３８ 釘射出孔
３９ センサ
４０ 軸組み（骨格）
４１ 土台
４２ 通し柱
４３ 管柱
４４ 胴差し
４５ 桁
５０ 第１の柱
５１ 第１の溝
５２ 第２の柱
５３ 第２の溝
５５ 第１の柱
５６ 第１の穴
５７ 第２の柱
５８ 第２の穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】