JP2016078269A - 自在型枠及び自在型枠を使用した曲面成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】型枠の構造を簡単にして製作コストを低く抑え、複雑な三次元曲面にも対応できる高精度、高強度の自在型枠を提供する。【解決手段】本発明の自在型枠１は、可撓性を有する型枠パネル５と、型枠パネル５に複数組取り付けられる自在支柱装置７と、自在支柱装置７を支持する支持フレーム９と、を備え、上記自在支柱装置７は、型枠パネル５の法線方向Ｖに固定状態で取り付けられる第１支持柱１１と、支持フレーム９の支持面１０と交差する方向Ｚに移動可能な第２支持柱１３と、第１支持柱１１と第２支持柱１３を三次元方向に回転可能な状態で接続する第１ボールジョイント１５と、第２支持柱１３を支持フレーム９に対して三次元方向に回転可能な状態で接続する第２ボールジョイント３７と、第２支持柱１３を突出方向Ｐと退避方向Ｒとに移動させる駆動手段１７と、を具備することによって構成されている。【選択図】 図４

Description

本発明は、三次元曲面を有するコンクリート構造物や大型の樹脂成形品等を製作する場合に適用でき、成形面の形状を自由に変化させることが可能な自在型枠及び該自在型枠を使用した曲面成形方法に関する。

デザインの多様化、複雑化に伴って三次元曲面を有するコンクリート構造物や大型の樹脂成形品等の需要が高まっている。これらを正確に製作するためには、成形するコンクリート構造物等の三次元曲面に合わせて、三次元曲面を有する型枠を製作し、当該型枠を使用して原料の充填、養生、固化等の工程を経てコンクリート構造物等が製作される。
しかし、三次元曲面を有する型枠の製作は難しく、型枠の製作コストが高額になる。また、このような特殊な形状の型枠は成形するコンクリート構造物等が違えば最初から作り直さなければならず、繰り返しての使用は原則として不可能であった。

このような背景の下、特許文献１に開示されているような新たな工法が提案されている。当該工法は可撓板と多数のピン群を組み合わせ、個々のピンの高さを変えることで可撓板を弾性変形させて所望の三次元曲面に対応できるようにしたものである。そして、この工法ではピンは予め設定された所定の方向のみに直線的に移動して、その先端の出没高さを可変し得る構成になっている。

また、特許文献２に開示されているような型枠装置も提案されている。この型枠装置は、上述した特許文献１で使用したピンに相当する部材としてアクチュエータが採用されており、大型のアクチュエータの先端部に、斜め方向に出没する小型のアクチュエータを取り付けることによって、より複雑な三次元曲面にも対応できるようにしたものである。

特公平１−４４１２７号公報 特許第３０８２６０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている型枠は、ピンを直線的に移動させているだけの構造であるから、構造が簡単で製作コストを低く抑えられる反面、複雑な三次元曲面には対応することができない。
一方、上記特許文献２に開示されている型枠装置は、複雑な三次元曲面に対応できる反面、構造が複雑で製作コストが増大してしまうという欠点を有している。

また、特許文献１で使用するピンの先端と、特許文献２で採用されている小型のアクチュエータの先端部は、必ずしも型枠パネルの法線方向に作用して支持している訳ではなく、成形する三次元曲面の形状の違いによって、これらの支持方向は随時変化している。
従って、上記ピンやアクチュエータによって支持されている型枠パネルは、その曲率の変化や傾き等によって各支持点での支持力の方向と大きさにばら付きが生じてしまい、型枠パネルの正確な位置出しと確実な固定とが困難になっていた。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、構造が簡単で製作コストを低く抑えることが可能で、複雑な三次元曲面にも対応することができる、型枠パネルの正確な位置出しと確実な固定とが可能な自在型枠と該自在型枠を使用した曲面成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するべく本発明の請求項１による自在型枠は、成形面の形状を自在に変化させ、種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な自在型枠において、一面に成形面が形成され、該成形面の形状を自由に変化させることが可能な可撓性を有する型枠パネルと、上記型枠パネルの他面側に複数組取り付けられる自在支柱装置と、上記複数組の自在支柱装置を支持する支持フレームと、を備え、上記自在支柱装置は、上記型枠パネルの他面に対して法線方向に延びるように固定状態で取り付けられる第１支持柱と上記支持フレームの支持面に対して交差する方向に移動可能な第２支持柱と、上記第１支持柱と、第２支持柱を三次元方向に回転可能な状態で接続する第１ボールジョイントと、上記第２支持柱を上記支持フレームに対して三次元方向に回転可能な状態で接続する第２ボールジョイントと、上記第２支持柱を突出方向と退避方向とに移動させる駆動手段と、を具備していることを特徴とするものである。

また、請求項２による自在型枠は、請求項１記載の自在型枠において、上記第１支持柱は、上記第２支持柱との接続側端部に上記第１ボールジョイントの保持構造を備えており 上記第１ボールジョイントの保持構造は、上記第１ボールジョイントの周面に摺接する摺接凹部と、上記摺接凹部に収容された第１ボールジョイントの第１支持柱からの脱落を防止する抜止め部材と、を具備していることを特徴とするものである。

また、請求項３による自在型枠は、請求項１または２記載の自在型枠において、上記第２支持柱は、上記第２ボールジョイントの雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が形成されたネジ軸によって構成されており、上記第２支持柱の上記第１支持柱との接続側端部には、上記第１ボールジョイントに形成された接続穴部に嵌合する接続軸部が形成されていると共に、上記第１支持柱との接続側端部寄りの雄ネジ部には、第１ロックナットが取り付けられていて、該第１ロックナットを締め付けることによって上記第１ボールジョイントが上記第１支持柱と第１ロックナットとの間で保持されるように構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４による自在型枠は、請求項３記載の自在型枠において、上記支持ベースは、上記支持フレームの支持面に対して固定状態で取り付けられ、内周面の一部に摺接凹面が形成された支持筒体と、上記支持筒体の摺接凹面に摺接するように支持筒体の内部に収容され、当該支持フレームの支持面と交差する方向に貫通し、上記第２支持柱の雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第２ボールジョイントと、上記支持筒体の側胴部の一部に設けられるネジ穴に螺合し、軸部の先端を上記第２ボールジョイントの周面に当接させて該第２ボールジョイントの揺動角度を固定するロックボルトと、を備えており、上記支持ベース近傍の第２支持柱の雄ネジ部には、第２ロックナットが取り付けられていて、該第２ロックナットを締め付けることによって上記第２ボールジョイントが上記支持筒体と第２ロックナットとの間で保持されるように構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項５による自在型枠は、請求項１〜４のいずれかに記載の自在型枠において、上記駆動手段は、出力軸が上記第２支持柱の支持側端部に接続される駆動モータと、一端部が上記支持フレームに固定され、他端部が上記型枠パネルと反対側に突出するように設けられる回転止めロッドと、上記駆動モータが取り付けられるモータ取付け板と、を備えており、上記モータ取付け板には、上記回転止めロッドの外径よりも大きな内径の受入れ穴部が形成されていて、該受入れ穴部に対して上記回転止めロッドの一部が挿嵌されるように構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項６による自在型枠は、請求項１〜５のいずれかに記載の自在型枠において、被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力部と、入力した三次元曲面形状データに基づいて上記第１支持柱が取り付けられている各支持点の三次元位置データを求め、該三次元位置データに基づいて上記第２支持柱の移動方向と移動量を設定するデータ処理部と、上記データ処理部で設定した情報に基づいて駆動手段に実行指令を出す実行指令部と、を備える制御装置を具備していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７による曲面成形方法は、成形面の形状を自由に変化させて種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な自在型枠を使用することによって実行される曲面成形方法において、被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力工程と、入力した三次元曲面形状データに基づいて型枠パネルの各支持点の三次元位置データを求め、該三次元位置データに基づいて上記型枠パネルを支持する各支持柱の移動方向と移動量を設定するデータ処理工程と、上記データ処理工程で設定した情報に基づいて駆動手段を駆動して各支持柱の位置決めと固定を実行して自在型枠の設置を完了させる型枠設置工程と、設置が完了した自在型枠内に原料を充填し、養生、固化させる成形工程と、自在型枠を離型して、成形された被成形品から自在型枠を取り除く離型工程と、を備えていることを特徴とするものである。

そして、上記手段によって以下のような効果が得られる。即ち、本発明の自在型枠によると、型枠パネルを支持している自在支柱装置が第１支持柱と、第２支持柱と、これらの支持柱を接続する第１ボールジョイントと、第２支持柱と支持フレームを接続する第２ボールジョイントと、第２支持柱を移動させる駆動手段と、を備える比較的簡単な構造によって構成されているから自在型枠の製作コストを低く抑えることが可能になる。
また、第１ボールジョイントを設けたことで第１支持柱と第２支持柱を屈曲させた状態で設置することが可能になり、第２ボールジョイントを設けたことで第２支持柱を支持フレームに対して揺動させた状態で設置することが可能になるから複雑な三次元曲面形状にも対応できるようになる、また、第１支持柱を型枠パネルの他面に対して法線方向に延びるように固定状態で取り付ける構造を採用したから、型枠パネルの各支持点には、常に直交する方向（法線方向）の支持力が作用するようになる。従って、自在型枠の正確な位置決めと剛性の高い位置固定とが図られるようになる。

また、第１支持柱に第１ボールジョイントの保持構造を備え、該第１ボールジョイントの保持構造を、第１ボールジョイントの周面に摺接する摺接凹部と、第１ボールジョイントの脱落を防止する抜止め部材と、を具備することによって構成した場合には、第１ボールジョイントの中心を支点として三次元的に自由に第１支持柱の角度を変えられる、構造が簡単な第１ボールジョイントの保持構造が提供できるようになる。

また、第２支持柱をネジ軸によって構成し、第２支持柱の一部に第１ボールジョイントの接続穴部に嵌合する接続軸部を形成すると共に、第１支持柱との接続端部寄りに第１ロックナットを配置し、該第１支持柱と第１ロックナットとの間に第１ボールジョイントを収容して保持させるように構成した場合には、第２支持柱が回転しても第１支持柱は第１ボールジョイントの周面に摺接するだけで回転することなくその姿勢を保つことが可能になる。また、第１ロックナットを締め付けることによって接続穴部からの接続軸部の抜落が防止される。

また、支持ベースを、支持フレームの支持面に対して固定状態で取り付けられる支持筒体と、該支持筒体の内部に収容される第２ボールジョイントと、該第２ボールジョイントの揺動角度を固定するロックボルトと、を備えることによって構成し、更に、上記支持ベースの近傍に第２ロックナットを配置する構成を採用した場合には、上記第２ボールジョイントの中心を支点として第２支持柱は、三次元的に自由に揺動角度を変えられ、その揺動角度を固定できる、構造が簡単な第２支持柱の支持構造が提供できるようになる。従って、複雑な形状の三次元曲面形状にも対応できるようになる。

また、駆動手段を、駆動モータと、回転止めロッドと、該回転止めロッドが挿嵌される回転止めロッドの外径よりも内径が大きな受入れ穴部が形成されたモータ取付け板とを備えることによって構成した場合には、駆動モータの出力軸が回転して第２支持柱を移動させる時、モータ取付け板に形成された受入れ穴部の内周面に回転止めロッドとの外周面が当接して駆動モータとモータ取付け板のそれ以上の回転が防止される。
従って、駆動モータの出力軸が回転すると、駆動モータとモータ取付け板は、回転することなく第２支持柱と一体になって支持フレームの支持面と交差する方向に移動し得るようになる。

また、被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力部と、入力した三次元曲面形状データに基づいて第２支持柱の移動方向と移動量を設定するデータ処理部と、該データ処理部で設定した情報に基づいて駆動手段に実行指令を出す実行指令部と、を備える制御装置を具備している場合には、複数組設けられる自在支柱装置の各第２支持柱の移動方向と移動量の調整を短時間に効率良く行うことが可能になる。

また、本発明の曲面成形方法によると、作業者が被成形品の三次元曲面形状データを入力するだけで、各支持柱の移動方向と移動量が自動的に設定されて正確で剛性の高い自在型枠の設置を完了することが可能になる。
以下、通常の型枠を使用した時と同様に原料の充填、養生、固化そして離型を行えば、三次元曲面を有する被成形品を効率良く成形することが可能になる。

本発明の実施の形態を示す図で、自在型枠を示す正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、自在型枠を示す平面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、自在型枠を示す底面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、自在支柱装置を示す縦断正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、駆動手段を示す縦断正面図である。 本発明の実施の形態を示す図で、第２支持柱を退避方向に移動させた時の一組の支持点とボールジョイントの位置関係を示す動作原理図である。 本発明の実施の形態を示す図で、第２支持柱を突出方向に移動させた時の一組の支持点とボールジョイントの位置関係を示す動作原理図である。 本発明の実施の形態を示す図で、第２支持柱を退避方向に移動させた時の複数組の支持点とボールジョイントの位置関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態を示す図で、第２支持柱を突出方向に移動させた時の複数組の支持点とボールジョイントの位置関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態を示す図で、曲面成形方法の各工程を示すブロック図である。

以下、図１〜図９に示す実施の形態を例にとって、本発明の自在型枠の構成と動作原理について最初に説明し、図１０に示すブロック図に基づいて上記自在型枠を使用することによって実行される本発明の曲面成形方法の構成を上記自在型枠の作動態様と併せて具体的に説明する。
（１）自在型枠の構成（図１〜図５参照）
本発明の自在型枠１は、成形面３の形状を自由に変化させて種々の形状の三次元曲面を有する被成形品Ｗを繰り返して成形することが可能な自在型枠であって、鉄筋コンクリート製の建築物や構造物あるいは大型の樹脂成形品等を製作する場合に適用することが可能な型枠である。

具体的には、一面に成形面３が形成され、該成形面３の形状を自由に変化させることが可能な可撓性を有する型枠パネル５と、該型枠パネル５の他面側に複数組取り付けられる自在支柱装置７と、当該複数組の自在支柱装置７を支持する支持フレーム９と、を備えることによって本発明の自在型枠９は基本的に構成されている。
そして、上記自在支柱装置７が上記型枠パネル５の他面に対して法線方向Ｖに延びるように固定状態で取り付けられる第１支持柱１１と、上記支持フレーム９の支持面１０に対して交差する方向Ｚに移動可能な第２支持柱１３と、上記第１支持柱１１と第２支持柱１３を三次元方向に回転可能な状態で接続する第１ボールジョイント１５と、上記第２支持柱１３を上記支持フレーム９に対して三次元方向に回転可能な状態で接続する第２ボールジョイント３７と、上記第２支持柱１３を突出方向Ｐと退避方向Ｒとに移動させる駆動手段１７と、を具備することを特徴としている。

型枠パネル５としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の平板材料が一例として適用でき、このものは型枠パネル５としての使用に耐えられる機械的強度としなやかさと軽さを有し、取り付けボルトとの接合部を強く引いたり、押したりしても、引っ張り痕や押出痕が生じない特徴を有している。また、型枠パネル５の成形面３を形成する部分については、表面が滑らかでありそのまま使用することができる。
尚、型枠パネル５としては、曲げ弾性率が３０〜１５００ＭＰａの可撓性を有する平板材料が一例として適用でき、型枠パネル５としての使用に耐えられる機械的強度を有することが条件になる。また、型枠パネル５の成形面３を形成する部分については、離型性に優れる材料で滑らかに形成することが好ましく、本実施の形態では一例として金属製薄板がその表面に貼設される。また、型枠パネル５の本体の材料としては、「株式会社キヤマ」が発売する４ｍｍ厚のソリッドＡＢＳ樹脂と８ｍｍ厚の発泡ＡＢＳ樹脂を積層した積層パネルである商品名「３Ｄサンプラパネル」が一例として適用可能である。

また、図示の実施の形態では、一例として６００mｍ×６００ｍｍにカットされた型枠パネル５を使用し、図２に示すように該型枠パネル５に対して一例として格子状に等間隔で１６組の自在支柱装置７を取り付けた構成の自在型枠１が図示されている。
また、支持フレーム９としては、図３に示すように金属製の角パイプを矩形枠状に組み立てた構成のものが一例として適用でき、該支持フレーム９における自在支柱装置７の取付け部には、第２支持柱１３を受け入れる口径の大きな１６個の穴部１９と、該穴部１９の近傍に後述する駆動手段１７の構成部材になっている１６本の回転止めロッド２１が退避方向Ｒに向けて突設されている。

また、自在支柱装置７の構成部材である第１支持柱１１は、第２支持柱１３との接続側端部に第１ボールジョイント１５の保持構造２３を備えている。そして、当該保持構造２３は、第１ボールジョイント１５の周面に摺接する一例として半球状にえぐられた摺接凹部２５と、該摺接凹部２５に収容された第１ボールジョイント１５の第１支持柱１１からの脱落を防止する抜止め部材２７と、を具備することによって構成されている。
尚、本実施の形態では上記抜止め部材２７として所定寸法の平ワッシャーが使用されており、該平ワッシャーは、第１支持柱１１の接続側端面に溶接することによって固定状態で取り付けられている。

また、第１支持柱１１は、内部に雌ネジ部１１ａが形成された長寸の六角ナット状の部材によって一例として構成されており、該雌ネジ部１１ａには、型枠パネル５に第１支持柱１１を取り付けるための一例としてボス付きの取り付けボルト２９の雄ネジ部が螺合するようになっている。該取り付けボルト２９はボスにおいて、型枠パネル５に接着剤を用いて強固に接着されて取り付けられている。
尚、皿ネジによって構成される取付けボルト２９を型枠パネル５に埋め込んで取り付けることも可能である。
また、上記第１支持柱１１の上部には、同じく取付けボルト２９の雄ネジ部に螺合するロックナット３１が設けられており、該ロックナット３１により、上記第１支持柱１１の取付けボルト２９に対する緩みが防止されている。
また、図４中、符号Ａで示す部分は、型枠パネル５に対して第１支持柱１１が取り付けられる支持点であり、第１支持柱１１によって保持されている第１ボールジョイント１５の中心Ｂとの距離Ｌは、一例として１００ｍｍに設定されている。

第２支持柱１３は、上記支持フレーム９の支持面１０に取り付けられている支持ベース３３における第２ボールジョイント３７の雌ネジ部３８と螺合する雄ネジ部１４が形成されたネジ軸によって構成されている。
そして、上記第２支持柱１３の上記第１支持柱１１との接続側端部には、第１ボールジョイント１５に形成された円形断面の接続穴部４１に嵌合する同じく円形断面の接続軸部４３が形成されている。
また、上記第２支持柱１３の上記第１支持柱１１との接続側端部寄りの雄ネジ部１４には、第１ロックナット４５が取り付けられており、該第１ロックナット４５を締め付けることによって第１ボールジョイント１５が上記第１支持柱１１と第１ロックナット４５との間で保持されるように構成されている。

第１ボールジョイント１５は、一例としてステンレス鋼製の球体によって構成されており、該第１ボールジョイント１５には、上述した接続穴部４１が貫通状態で設けられている。
そして、上記接続穴部４１には、上述したように第２支持柱１３の接続軸部４３が挿嵌され、挿嵌された接続軸部４３の外周縁と上記接続穴部４１の内周面との間に溶接を施して両者を一体に接合している。

支持ベース３３は、上記支持フレーム９の支持面１０に対して固定状態で取り付けられ、内周面の一部に摺接凹面３６が形成された支持筒体３５と、上記摺接凹面３６に摺接するように支持筒体３５の内部に収容され、当該支持フレーム９の支持面１０と交差する方向Ｚに貫通し、上記第２支持柱１３の雄ネジ部１４と螺合する雌ネジ部３８が形成された第２ボールジョイント３７と、上記支持筒体３５の側胴部の一部に刻設されたネジ孔３５ａに螺合し、軸部の先端を上記第２ボールジョイント３７の周面に当接させて該第２ボールジョイント３７の揺動角度θ１を固定するロックボルト３９と、を備えることによって一例として構成されている。

支持筒体３５は、外形が一例として６角柱形状をしたステンレス鋼製の短寸の筒状部材であり、その側胴部の一部にロックボルト３９の軸部の外径より内径の大きな穴部が形成されていて、当該穴部と軸心を一致させて溶接によって取り付けられるナット４７を利用して上述したネジ穴３５ａが形成されている。
第２ボールジョイント３７は、一例としてステンレス鋼製の球体の対向する２つの端面を太鼓状に切り落とした外形形状を有しており、上記対向する端面の中心を垂直に貫くように上述した雌ネジ部３８が形成されている。
また、ロックボルト３９は、上記ナット４７のネジ穴３５ａに螺合する一例として六角穴付きボルトによって構成されている。

また、上記支持ベース３３近傍の第２支持柱１３の雄ネジ部１４には、第２ロックナット４９が取り付けられていて、該第２ロックナット４９を締め付けることによって上記第２ボールジョイント３７が上記支持筒体３５と第２ロックナット４９との間で保持されるように構成されている。
尚、第２ロックナット４９としては、第１支持柱１１の上部に取り付けられているロックナット３１と同じ、ステンレス鋼製の六角ナットが一例として適用可能である。

駆動手段１７は、出力軸５２がカップリング５７等を介して上記第２支持柱１３の支持側端部に形成されている一例として四角形断面の係合軸部５３と接続される駆動モータ５１と、一端部が上記支持フレーム９に固定され、他端部が上記型枠パネル５と反対側の退避方向Ｒに突出するように設けられる回転止めロッド２１と、上記駆動モータ５１が取り付けられるモータ取付け板６１と、を備えることによって一例として構成されている。
また、上記モータ取付け板６１には、上記回転止めロッド２１の外径よりも大きな内径の受入れ穴部６３が形成されていて、該受入れ穴部６３に対して上記回転止めロッド２１が挿嵌されることによって駆動モータ５１の出力軸５２が回転しても駆動モータ５１の本体とモータ取付け板６１の回転が規制されるように構成されている。

尚、駆動モータ５１としては、２相または５相のパルスモータが一例として適用でき、回転止めロッド２１としては、ステンレス鋼製の丸パイプが一例として適用可能である。また、回転止めロッド２１は、図５に示すように支持フレーム９の角パイプを上下に貫くように配置され、一例として溶接によって支持フレーム９に対して、その基端部が固定されている。
また、上記モータ取付け板６１には、上述した受入れ穴部６３の他に、上記駆動モータ５１を取り付けるための図示しない取付け穴と駆動モータ５１の出力軸５２を受け入れる図示しない開口とが形成されている。

また、図５に併せて図示されているように、本実施の形態に係る自在型枠１には制御装置６５が具備されており、該制御装置６５には、被成形品Ｗの三次元曲面形状データを入力するデータ入力部６７と、入力した三次元曲面形状データに基づいて上記第１支持柱１１が取り付けられている各支持点Ａの三次元位置データを求め、該三次元位置データに基づいて上記第２支持柱１３の移動方向と移動量を設定するデータ処理部６９と、該データ処理部６９で設定した情報に基づいて駆動手段１７に実行指令を出す実行指令部７１と、が一例として備えられている。
そして、上述した制御装置６５によって本発明の自在型枠１は以下に述べるように動作して自在型枠１の位置決めが実行され、当該位置が固定されることによって自在型枠１の設置が完了される。

（２）自在型枠の動作原理（図６〜図９参照）
以下、本発明の自在型枠１の動作原理を第２支持柱１３を退避方向Ｒに移動させた時の（ａ）退避時と、第２支持柱１３を突出方向Ｐに移動させた時の（ｂ）突出時に分けて具体的に説明する。
（ａ）退避時（図６及び図８参照）
第２支持柱１３を退避方向Ｒに移動させた状態では、型枠パネル５は退避位置Ｑに移動して平面形状を保っている。これに伴い、すべての第１支持柱１１は、型枠パネル５の成形面３と直交する法線方向Ｖに沿う方向に位置しており、図示のように支持点Ａの位置がＡ０と、第１ボールジョイント１５の中心Ｂの位置がＢ０と、第２ボールジョイント３７の中心Ｃとは、ほぼ一直線上に位置し、第１支持柱１１の屈曲角度θ２と、第２支持柱１３の揺動角度θ１は、ほぼ０°である。尚、この時のＡＢ間の距離Ｌは一定で約１００ｍｍ、ＢＣ間の距離Ｍ０を一例として約３００ｍｍとした時、ＡＣ間の距離Ｎ０は、一例として約４００ｍｍとなる。

（ｂ）突出時（図７及び図９参照）
上記退避位置Ｑから型枠パネル５を成形位置Ｓに移動させた状態では、図９に示すように支持点Ａの位置によって第１支持柱１１の屈曲角度θ２と第２支持柱１３の揺動角度θ１と第２支持柱１３の移動方向と移動量が異なっている。
これは、成形する三次元曲面が支持点Ａの位置によって傾きと曲率が異なっていることに関係している。図７では、支持点Ａの位置がＡ１で、支持点Ａの法線方向Ｖが図示のように傾斜している時の支持点Ａと２つのボールジョイント１５、３７の位置関係を示している。

上記条件では、第１ボールジョイント１５の中心Ｂの位置はＢ１に移動する。尚、この時のＡＢ間の距離Ｌは、上記退避時と同じで約１００ｍｍ、ＢＣ間の距離Ｍ１を一例として約４９２．３ｍｍとした時、第２支持柱１３の移動量Ｄは、Ｍ１−Ｍ０＝４９２．３ｍｍ−３００ｍｍ＝１９２．３ｍｍで約１９２．３ｍｍとなる。

（３）曲面成形方法の構成（図８〜図１０参照）
本発明の曲面成形方法は、上述した本発明の自在型枠１を使用することによって実行される三次元曲面を有する被成形品Ｗの成形方法である。
具体的には、（ａ）データ入力工程と、（ｂ）データ処理工程と、（ｃ）型枠設置工程と、（ｄ）成形工程と、（ｅ）離型工程と、を備えることによって本発明の曲面成形方法は構成されている。以下、これらの工程を、上記自在型枠１の作動態様と併せて具体的に説明する。

（ａ）データ入力工程
データ入力工程は、被成形品Ｗの三次元曲面形状データを入力する工程である。三次元曲面形状データは、ＣＡＤデータ等を利用することが可能であり、現物やサンプルがある場合には、現物やサンプルから計測して三次元曲面形状データを抽出することも可能である。

（ｂ）データ処理工程
データ処理工程は、入力した三次元曲面形状データに基づいて型枠パネル５の各支持点Ａの三次元位置データを求め、該三次元位置データに基づいて上記型枠パネル５を支持する各支持柱１１、１３の移動方向と移動量を設定する工程である。
具体的には、各支持点Ａにおける型枠パネル５の傾きと曲率から第１支持柱１１の移動方向と移動量、位置が一義的に定まり、上記各支持点Ａの三次元位置データと、移動する前後の第１支持柱１１の上記情報から第２支持柱１３の移動方向と移動量Ｄが設定される。

（Ｃ）型枠設置工程
型枠設置工程は、上記データ処理工程で設定した情報に基づいて駆動手段１７を実際に駆動して第１支持柱１１と第２支持柱１３の位置決めと固定を実行して自在型枠１の設置を完了させる工程である。
例えば、コンクリート構造壁を成形する場合には、基礎から張り出している鉄筋に対し更にコンクリート構造壁用の鉄筋を組み上げ、組み上げた鉄筋を囲むように自在型枠１をセットする。

自在型枠１の型枠パネル５は、予め退避位置Ｑに位置させておき、自在型枠１のセット完了後、上記（ｂ）データ処理工程で設定した情報に基づいて各支持点Ａの自在支柱装置７の駆動モータ５１を駆動して第２支持柱１３を設定したそれぞれの移動方向に所定の移動量Ｄずつ移動させる。
これに伴ない、各支持点Ａと第１ボールジョイント１５は、図８に位置から図９の位置に移動し、第１支持柱１１は、第１ボールジョイント１５の中心Ｂを支点として所定の屈曲角度θ２傾き、第２支持柱１３は、第２ボールジョイント３７の中心Ｃを支点として所定の揺動角度θ１傾倒する。

すべての各支持点Ａと第１ボールジョイント１５、第１支持柱１１と第２支持柱１３の移動が完了すると型枠パネル５は、図８に示す平面状態から図９に示す三次元曲面状態に移行し、この状態を各ロックナット３１、４５、４９とロックボルト３９を締め付けることによって固定すれば自在型枠１の設置が完了する。

（ｄ）成形工程
成形工程は、設置が完了した自在型枠１内に原料Ｗ０を充填し、養生、固化させる工程である。
例えば、上述したコンクリート構造壁を成形する場合には、自在型枠１の型枠パネル５によって囲まれた成形空間内にコンクリート原料を打設し、脱泡処理等をした後、所定時間養生させてコンクリート原料を固化させる。

（ｅ）離型工程
離型工程は、自在型枠１を離型して、成形された被成形品Ｗから自在型枠１を取り除く工程である。
即ち、上記（ｃ）型枠設置工程で締め付けた各ロックナット３１、４５、４９とロックボルト３９を緩め、駆動手段１７を駆動して成形位置Ｓに存していた三次元曲面形状の型枠パネル５を退避位置Ｑに移動して平面状態にした後、自在型枠１を撤去する。そして、自在型枠１が撤去されると、三次元曲面を有する例えばコンクリート構造壁が出現する。

そして、このようにして構成される本発明の自在型枠１と該自在型枠１を使用した曲面成形方法によれば、三次元曲面を有する被成形品Ｗの成形を比較的構造が簡単な自在型枠１を使用して実行できるから被成形品Ｗの製作コストを低く抑えることが可能になる。
また、本発明の自在型枠１は、複雑な三次元曲面にも対応できるから種々の三次元曲面を有する被成形品Ｗの成形が可能になる。また、型枠パネル５の正確な位置出しと確実な固定により、品質の良い被成形品Ｗを安定して効率良く繰り返し製作することが可能になる。

尚、本発明の自在型枠１と該自在型枠１を使用した曲面成形方法は、上述した実施の形態のものに限定されず、その発明の要旨内での変更が可能である。
例えば、駆動手段１７としては、上記実施の形態のように駆動モータ５１を使用したものの他、油圧シリンダ等、他のアクチュエータを使用したものであっても構わない。そして、その場合には、第２支持柱１３はネジ軸でなくてもよく、単なる丸棒状のロッドによって構成し、第２ボールジョイント３７には、当該ロッドと嵌合する穴部のみを形成したり、滑り軸受等を配置する構成を採用することが可能である。
この他、駆動手段１７としては、第２支持柱１３の退避方向Ｒの端部に形成されている係合軸部５３と係合するボックスレンチ等を装着したハンディータイプの電動ドリルを採用することも可能である。
また、型枠パネル５の大きさや形状、自在支柱装置７の数や配置も成形する被成形品Ｗの構造や大きさに合わせて適宜変更することが可能である。

本発明の自在型枠及び自在型枠を使用した曲面成形方法は、三次元曲面を有するコンクリート構造物や大型の樹脂成形品等の製造、使用分野で利用でき、特に型枠の構造を簡単にして製作コストを低く抑え、複雑な三次元曲面にも対応できる品質の良い被成形品を安定して効率良く繰り返し成形したい場合に利用可能性を有する。

１ 自在型枠
３ 成形面
５ 型枠パネル
７ 自在支柱装置
９ 支持フレーム
１０ 支持面
１１ 第１支持柱
１１ａ 雌ネジ部
１３ 第２支持柱
１４ 雄ネジ部
１５ 第１ボールジョイント
１７ 駆動手段
１９ 穴部
２１ 回転止めロッド
２３ 保持構造
２５ 摺接凹部
２７ 抜止め部材
２９ 取付けボルト
３１ ロックナット
３３ 支持ベース
３５ 支持筒体
３５ａ ネジ穴
３６ 摺接凹面
３７ 第２ボールジョイント
３８ 雌ネジ部
３９ ロックボルト
４１ 接続穴部
４３ 接続軸部
４５ 第１ロックナット
４７ ナット
４９ 第２ロックナット
５１ 駆動モータ
５２ 出力軸
５３ 係合軸部
５７ カップリング
６１ モータ取付け板
６３ 受入れ穴部
６５ 制御装置
６７ データ入力部
６９ データ処理部
７１ 実行指令部
Ｗ０ 原料
Ｗ 被成形品
Ｖ 法線方向
Ｚ 交差する方向
Ｐ 突出方向
Ｒ 退避方向
Ａ 支持点
Ｂ （第１ボールジョイントの）中心
Ｃ （第２ボールジョイントの）中心
Ｌ 距離
M 距離
Ｎ 距離
θ１ 揺動角度
θ２ 屈曲角度
Ｑ 退避位置
Ｓ 成形位置
Ｄ 移動量

Claims (7)

1. 成形面の形状を自在に変化させ、種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な自在型枠において、
   一面に成形面が形成され、該成形面の形状を自由に変化させることが可能な可撓性を有する型枠パネルと、
   上記型枠パネルの他面側に複数組取り付けられる自在支柱装置と、
   上記複数組の自在支柱装置を支持する支持フレームと、を備え、
   上記自在支柱装置は、上記型枠パネルの他面に対して法線方向に延びるように固定状態で取り付けられる第１支持柱と、
   上記支持フレームの支持面に対して交差する方向に移動可能な第２支持柱と、
   上記第１支持柱と第２支持柱を三次元方向に回転可能な状態で接続する第１ボールジョイントと、
   上記第２支持柱を上記支持フレームに対して三次元方向に回転可能な状態で接続する第２ボールジョイントと、
   上記第２支持柱を突出方向と退避方向とに移動させる駆動手段と、を具備していることを特徴とする自在型枠。
2. 上記第１支持柱は、上記第２支持柱との接続側端部に上記第１ボールジョイントの保持構造を備えており、
   上記第１ボールジョイントの保持構造は、上記第１ボールジョイントの周面に摺接する摺接凹部と、
   上記摺接凹部に収容された第１ボールジョイントの第１支持柱からの脱落を防止する抜止め部材と、を具備していることを特徴とする請求項１記載の自在型枠。
3. 上記第２支持柱は、上記第２ボールジョイントの雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が形成されたネジ軸によって構成されており、
   上記第２支持柱の上記第１支持柱との接続側端部には、上記第１ボールジョイントに形成された接続穴部に嵌合する接続軸部が形成されていると共に、上記第１支持柱との接続側端部寄りの雄ネジ部には、第１ロックナットが取り付けられていて、該第１ロックナットを締め付けることによって上記第１ボールジョイントが上記第１支持柱と第１ロックナットとの間で保持されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の自在型枠。
4. 上記支持ベースは、上記支持フレームの支持面に対して固定状態で取り付けられ、内周面の一部に摺接凹面が形成された支持筒体と、
   上記支持筒体の摺接凹面に摺接するように支持筒体の内部に収容され、当該支持フレームの支持面と交差する方向に貫通し、上記第２支持柱の雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第２ボールジョイントと、
   上記支持筒体の側胴部の一部に設けられるネジ穴に螺合し、軸部の先端を上記第２ボールジョイントの周面に当接させて該第２ボールジョイントの揺動角度を固定するロックボルトと、を備えており、
   上記支持ベース近傍の第２支持柱の雄ネジ部には、第２ロックナットが取り付けられていて、該第２ロックナットを締め付けることによって上記第２ボールジョイントが上記支持筒体と第２ロックナットとの間で保持されるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の自在型枠。
5. 上記駆動手段は、出力軸が上記第２支持柱の支持側端部に接続される駆動モータと、
   一端部が上記支持フレームに固定され、他端部が上記型枠パネルと反対側に突出するように設けられる回転止めロッドと、
   上記駆動モータが取り付けられるモータ取付け板と、を備えており、
   上記モータ取付け板には、上記回転止めロッドの外径よりも大きな内径の受入れ穴部が形成されていて、該受入れ穴部に対して上記回転止めロッドの一部が挿嵌されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自在型枠。
6. 被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力部と、
   入力した三次元曲面形状データに基づいて上記第１支持柱が取り付けられている各支持点の三次元位置データを求め、該三次元位置データに基づいて上記第２支持柱の移動方向と移動量を設定するデータ処理部と、
   上記データ処理部で設定した情報に基づいて駆動手段に実行指令を出す実行指令部と、を備える制御装置を具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自在型枠。
7. 成形面の形状を自由に変化させて種々の形状の三次元曲面を有する被成形品を繰り返し成形することが可能な自在型枠を使用することによって実行される曲面成形方法において、
   被成形品の三次元曲面形状データを入力するデータ入力工程と、
   入力した三次元曲面形状データに基づいて型枠パネルの各支持点の三次元位置データを求め、該三次元位置データに基づいて上記型枠パネルを支持する各支持柱の移動方向と移動量を設定するデータ処理工程と、
   上記データ処理工程で設定した情報に基づいて駆動手段を駆動して各支持柱の位置決めと固定を実行して自在型枠の設置を完了させる型枠設置工程と、
   設置が完了した自在型枠内に原料を充填し、養生、固化させる成形工程と、
   自在型枠を離型して、成形された被成形品から自在型枠を取り除く離型工程と、を備えていることを特徴とする曲面成形方法。

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