JP2024087973A

JP2024087973A - Exterior wall construction system

Info

Publication number: JP2024087973A
Application number: JP2022202900A
Authority: JP
Inventors: 健一福島; 貴之平山; 篤宏保科; 英明西松; 真由森田; 隆弘藤田
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2024-07-02

Abstract

To provide an exterior wall construction system that can construct exterior walls using a 3D printer while maintaining the traditional structure of a building and can be used even on small plots of land with little space around the building.
[Solution] An exterior wall construction system 10 comprising a printer head running means 11 attached to a column that constitutes the framework 40 of a building and having at least a horizontal rail 14, and a printer head 35 movable along the horizontal rail and having at least a nozzle that ejects exterior wall material consisting of concrete, mortar or geopolymer.
[Selected Figure] Figure 1

Description

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。 The present invention relates to a system for constructing the exterior walls of buildings, more specifically, the exterior walls of buildings having traditional structures such as wooden frame construction, wooden frame wall construction using the 2x4 construction method, and light steel frame construction, using a 3D printer.

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。 Traditionally, when constructing a house with a wooden frame structure, wooden frame wall structure, or lightweight steel frame structure, after the skeleton of the house is completed, scaffolding is set up around it and siding materials for the exterior walls are installed. This poses problems such as the need to measure the siding materials when processing them, the disposal of scraps generated when cutting the siding materials to the required size on-site, and the generation of dust in the neighborhood. Also, when the site is small and there is not enough space for scaffolding, single-pipe scaffolding has to be used, which can be dangerous during work.

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。 Meanwhile, in recent years, technology has been developed to model buildings using concrete 3D printers. Patent Document 1 describes a construction device for composite structures using a 3D printer, in which a robot arm capable of applying concrete-based materials, geopolymers, etc., is supported by multiple supports and moves along a circular running rail that is arranged to surround the structure.

特開２０１６－１０８８０１号公報JP 2016-108801 A

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。 However, the construction device using a 3D printer described in Patent Document 1 requires the installation of supports to support the running rails, and also requires a large area around the structure.

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。 The present invention was made in consideration of the above, and aims to provide an exterior wall construction system that can construct exterior walls using a 3D printer while maintaining the traditional structure of a building, does not require scaffolding for exterior wall construction, and can be used even on small plots of land with limited space around the building.

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。 To address the above-mentioned issues, the exterior wall construction system of the present invention is characterized by attaching the travel means of the head part of the 3D printer to the columns that form the framework of the building.

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。 Specifically, the exterior wall construction system of the present invention is equipped with a printer head travel means that is attached to the pillars that form the framework of a building and has at least a horizontal rail, and a printer head that is movable along the horizontal rail and has at least a nozzle that ejects an exterior wall material made of concrete, mortar, or geopolymer.

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。 The printer head travel means can be structured such that grooves are formed in the two pillars, the horizontal rail mounting part can be fitted into the groove and moved up and down, and the horizontal rail is fixed to the two horizontal rail mounting parts.

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。 Alternatively, the printer head travel means can have a structure in which holes are formed in the two pillars, a vertical rail mounting part fixed to the holes, a vertical rail fixed to the vertical rail mounting part, and a horizontal rail mounting part that can move up and down on the vertical rail, and the horizontal rail is fixed to the two horizontal rail mounting parts.

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。 Preferably, the exterior wall construction system further includes a nailer that is built into or connected to the printer head and can move along the horizontal rail together with the printer head, and drives nails into the exterior wall material ejected from the nozzle before the exterior wall material hardens.

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。 The exterior wall construction system of the present invention allows exterior walls to be constructed using a 3D printer while maintaining traditional wooden frame construction, wooden frame wall construction, lightweight steel frame construction, etc., making it possible to build buildings that are easily accepted for residential use. In addition, exterior walls can be constructed without erecting scaffolding, so there is no need to cut siding materials on-site. In addition, the printer head's travel means is fixed to the pillars that make up the framework of the building, so there is no need for dedicated pillars to support the travel means, making it suitable for use even on small sites.

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。FIG. 1 is a diagram showing the skeleton of a building and an exterior wall construction system of a first embodiment. 第１実施形態の走行手段を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a traveling means of the first embodiment. 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。FIG. 1 shows the printer head as viewed from the building side (A) and the outdoor side (B). 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。13A and 13B are diagrams for explaining a traveling means of a second embodiment, in which A is an elevational view seen from the outdoor side, and B is a vertical cross-sectional view passing through the center of a pillar.

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。 The first embodiment of the exterior wall construction system of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 3.

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。 Referring to FIG. 1, the exterior wall construction system 10 of this embodiment includes a 3D printer system 30 and a travel means 11 for traveling the printer head 35 of the 3D printer system. The travel means 11 is fixed to a pillar that constitutes the framework (skeleton) 40 of the building. The travel means has a horizontal rail 14, and the printer head 35 is attached so as to be movable along the horizontal rail 14.

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。 The frame 40 is a wooden framework, consisting of a foundation, columns, girder support, beams, and diagonal braces. The foundation 41 is fixed onto a concrete foundation and connects the lower parts of the columns. The girder support 44 connects the columns that make up the walls of the lower floor and supports the walls and floors of the upper floors. The beam 45 connects the upper ends of the frame. Columns include through columns, tubular columns, and partition columns. Through columns 42 are used from the foundation to the eaves on both the upper and lower floors. The partition columns 43 are interrupted by girder support, beams, etc. midway from the foundation to the eaves, and support the load above. Partition columns (not shown) are small columns that are erected between the through columns and tubular columns and are used to attach wall materials.

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。 Referring to FIG. 2, the traveling means 11 is attached to a first pillar 50 and a second pillar 52. The first pillar and the second pillar are two pillars belonging to the same wall, and are preferably through pillars or tubular pillars with high strength. The first pillar 50 has a first groove 51 extending vertically on the surface facing the outdoors. The second pillar 52 has a second groove 53 extending vertically on the surface facing the same direction as the surface on which the first groove is formed on the first pillar. The first horizontal rail mounting part 12 is fitted in the first groove 51 so as to be movable along the groove 51. The second horizontal rail mounting part 13 is fitted in the second groove 53 so as to be movable along the groove 53. The horizontal rail 14 is fixed to the first horizontal rail mounting part 12 and the second horizontal rail mounting part 13. With this structure, the first horizontal rail mounting part 12, the second horizontal rail mounting part 13, and the horizontal rail 14 are integrated to form the traveling means 11, which can move in the vertical direction.

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。 Referring to Figures 1 and 2, the 3D printer system 30 comprises a printer head 35, a means for supplying exterior wall material to the printer head, and a control device 34. The exterior wall material is made of concrete, mortar, or geopolymer. In general, the concrete or mortar used in the 3D printer is mixed with an accelerator or hardening accelerator. The exterior wall material is pumped from a hopper 31 by an extruder 32, passes through a hose 33, and is discharged from a nozzle (36 in Figure 3) provided on the printer head 35. Heavy equipment such as the extruder is installed on the ground or on a transport vehicle away from the building, and only the lightweight printer head is attached to the horizontal rail 14.

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。 The horizontal rail 14 moves up and down, and the printer head 35 moves horizontally along the horizontal rail 14, allowing the exterior wall material to be dispensed at the desired position on the exterior wall to be constructed. The movement of the horizontal rail and the printer head, and the start and stop of dispensing the exterior wall material are controlled by the control device 34.

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。 Referring to Figures 3A and B, the printer head 35 has a nozzle 36 for ejecting exterior wall material, a nail gun 37, and a sensor 39.

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。 The nail gun 37 drives nails from the nail ejection hole 38 into the exterior wall material discharged from the nozzle 36. There are no particular limitations on the type of nail, and nails include general round nails as well as screw nails and U-shaped staples. The nails are driven into the exterior wall material before it hardens, penetrating the exterior wall material and piercing the pipe column or partition. The nail gun 37 can be any known type such as an air nail gun or tacker.

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。 The sensor 39 is not particularly limited in type as long as it can detect the timing when the nail gun 37 drives a nail. For example, a photoelectric sensor, a laser sensor, an image sensor, etc. can be used. In addition, markings or detection objects can be placed on the rail or pillar side, and the timing of nail driving can be controlled by detecting these with a sensor.

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。 The method of using the exterior wall construction system 10 of this embodiment is described below.

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。 The first and second pillars 50 and 52 to which the traveling means 11 is fixed have a first groove 51 and a second groove 53 formed in advance, respectively. After the frame 40 is completed at the construction site, the first horizontal rail mounting portion 12, the second horizontal rail mounting portion 13, and the horizontal rail 14 are attached to the first and second pillars. The printer head 35 is attached to the horizontal rail.

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。 The printer head 35 is moved to the bottom, left or right edge of the exterior wall to be constructed. As the printer head is moved along the horizontal rail 14, the exterior wall material is ejected from the nozzle 36. Thereafter, the horizontal rail is raised little by little while stacking the exterior wall material in sequence to form the exterior wall. At this time, the thickness of the exterior wall can be changed by changing the moving speed of the printer head, and an exterior wall with a rich design can be formed. Nails are driven into the constructed exterior wall material, leaving appropriate spacing above and below.

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。 Next, a second embodiment of the exterior wall construction system of the present invention will be described. The exterior wall construction system of this embodiment differs from the first embodiment in the method of attaching the traveling means to the pillar. The differences from the first embodiment will be described below.

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。 With reference to FIG. 4, the traveling means 21 of the exterior wall construction system 20 of this embodiment is attached to the first pillar 55 and the second pillar 57. The first pillar and the second pillar are two pillars belonging to the same wall, and are preferably through pillars or pipe pillars with high strength. The first pillar 55 has a first hole 56 formed on the surface facing the outdoors, and the first vertical rail mounting part 22 is fixed to the first hole 56. The first hole and the first vertical rail mounting part may be provided at one location on the first pillar 55, or may be provided at multiple locations spaced apart in the height direction. The first vertical rail 23 is fixed to the first vertical rail mounting part 22. The first horizontal rail mounting part 24 is attached to the first vertical rail so as to be movable along the first vertical rail. Similarly, the second pillar 57 has a second hole 58 formed on the surface facing the outdoors, and the second vertical rail mounting part 25 is fixed to the second hole 58. The second hole and the second vertical rail mounting part may be provided at one location on the second pillar 57, or may be provided at multiple locations spaced apart in the height direction. The second vertical rail 26 is fixed to the second vertical rail mounting part 25. The second horizontal rail mounting part 27 is attached to the second vertical rail so as to be movable along the second vertical rail. The horizontal rail 28 is fixed to the first horizontal rail mounting part 24 and the second horizontal rail mounting part 27. With this structure, the first horizontal rail mounting part 24, the second horizontal rail mounting part 27, and the horizontal rail 28 are integrally movable in the up and down direction.

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。 Then, the horizontal rail 28 moves up and down, and the printer head 35 moves horizontally along the horizontal rail 28, so that the exterior wall material can be ejected at the desired position on the exterior wall to be constructed.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the technical concept of the invention.

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
３０３Ｄ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 10 Exterior wall construction system 11 Traveling means (printer head traveling means)
12 First horizontal rail mounting portion 13 Second horizontal rail mounting portion 14 Horizontal rail 20 Exterior wall construction system 21 Traveling means (printer head traveling means)
22 First vertical rail mounting portion 23 First vertical rail 24 First horizontal rail mounting portion 25 Second vertical rail mounting portion 26 Second vertical rail 27 Second horizontal rail mounting portion 28 Horizontal rail
30 3D printer system 31 Hopper 32 Extruder 33 Hose 34 Control device 35 Printer head 36 Nozzle 37 Nail gun 38 Nail ejection hole 39 Sensor 40 Frame (skeleton)
41 Base 42 Through pillar 43 Pipe pillar 44 Girth 45 Beam 50 First pillar 51 First groove 52 Second pillar 53 Second groove 55 First pillar 56 First hole 57 Second pillar 58 Second hole

Claims

A printer head traveling means is attached to a pillar that constitutes the framework of a building and has at least a horizontal rail;
A printer head movable along the horizontal rail and having at least a nozzle for discharging an exterior wall material made of concrete, mortar or geopolymer;
An exterior wall construction system equipped with

The printer head traveling means has grooves formed in the two pillars, and has horizontal rail mounting parts that can be fitted into the grooves and moved up and down,
The horizontal rail is fixed to the two horizontal rail mounting portions.
The exterior wall construction system according to claim 1 .

the printer head traveling means has holes formed in the two pillars, a vertical rail mounting part fixed to the holes, a vertical rail fixed to the vertical rail mounting part, and a horizontal rail mounting part movable up and down on the vertical rail,
The horizontal rail is fixed to the two horizontal rail mounting portions.
The exterior wall construction system according to claim 1 .

The method further includes a nailer that is built into or connected to the printer head and is movable along the horizontal rail together with the printer head, and drives nails into the exterior wall material discharged from the nozzle before the exterior wall material hardens.
The exterior wall construction system according to claim 1 .