JP6682126B2

JP6682126B2 - 壁状構造物の構築方法

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Publication number: JP6682126B2
Application number: JP2018040306A
Authority: JP
Inventors: 雄太平山
Original assignee: 雄太平山
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: JP2019157336A; US20190277045A1

Description

本発明は、壁状構造物の構築方法及び自走式の材料塗工装置に関する。

従来、立体造形物を形成する材料を、印刷のインクと同様に吐出して塗膜を形成し、該塗膜を硬化させて薄膜硬化物とした後、その薄膜硬化物上に塗膜を形成する工程（ステップ）を繰り返して薄膜硬化物が積層された立体造形物を製造する３Ｄプリンタと呼ばれる装置が知られている。３Ｄプリンタは、従来、製造業において部品の試作等に汎用されていたが、最終製品や部品の製造にも使用されるようになり、近年においては、医療や建築等、応用分野が拡大し、建築分野への応用も報告されている。

ホームページ、Large Scale 3D Printing、[online]、The Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC)、[2018年2月23日検索]、インターネット<URL:https://iaac.net/research-projects/large-scale-3d-printing/minibuilders/>

一般的な３Ｄプリンタは、材料が押し出される部分であるノズルと、ノズルを搭載する部分であるヘッドと、壁状構造物を構築する土台であるステージ等を含んで構成されており、従来の建築用の３Ｄプリンタも、同様の機構を応用したものである。
しかし、そのような機構の３Ｄプリンタは、ステージの広さやヘッドの可動域によって製造可能な壁状構造物の大きさが制限されるため、建築物のような大きなスケールの壁状構造物等を製造する場合には、ステージの広さやヘッドの可動域が有限であることが、設計の自由度を狭める要因となる。また、既存の技術では、建設を行うための機構を、建築物の建設前に構築する必要があり、狭小地や異形の敷地への対応が難しい。
また自走式の材料塗工装置に材料が押し出されるノズルを搭載し、硬化性材料を吐出させながら材料塗工装置を周回させることで、硬化した硬化性材料の積層構造を有する壁状構造物を製造する技術が提案されている（非特許文献１）。
しかし、その技術により製造される壁状構造物は、厚みが小さく強度不足から大型化が困難であり、厚みを大きくした場合には材料コストが嵩むといった問題を有していた。

本発明の課題は、多様な厚みの壁状構造物を容易に構築でき、設計の自由度が高い、壁状構造物の構築方法、及びそれに好ましく用いられる自走式の材料塗工装置を提供することにある。

本発明は、自走式の材料塗工装置を用いて、帯状硬化層が積層された構造を有する相互に離間した一対の積層構造壁を含む壁状構造物を構築する、壁状構造物の構築方法であって、走行する前記材料塗工装置における相互に離間した２か所から硬化性材料を吐出させ、吐出させた該硬化性材料を硬化させることにより一対の前記積層構造壁に対応する一対の帯状硬化層を形成する第１ステップと、該材料塗工装置を、一対の前記帯状硬化層それぞれの上に該材料塗工装置の車輪を当接させて走行させながら該帯状硬化層上に前記硬化性材料を吐出させ、該硬化性材料を硬化させることにより前記帯状硬化層それぞれの上に新たな帯状硬化層を形成する第２ステップとを有し、第２ステップを繰り返すことにより、前記帯状硬化層が積層された構造を有する一対の前記積層構造壁を含む壁状構造物を構築する、壁状構造物の構築方法を提供するものである。

また本発明は、走行方向に直交する直交方向に離間した第１車輪及び第２車輪と、該直交方向に離間した２か所において硬化性材料を塗工可能な２つのノズル部と、装置を走行させる動力源としての電動モータ又はエンジンを備えた自走式の材料塗工装置であって、第１及び第２車輪は、前記硬化性材料が硬化して形成された帯状硬化層の上面に接触する踏面と、該踏面の片側又は両側に形成された脱輪防止フランジ部を有し、前記２つのノズル部は、第１車輪が接触する帯状硬化層の上面上と第２車輪が接触する帯状硬化層の上面上とに、前記硬化性材料をそれぞれ塗工可能に構成されている、材料塗工装置を提供するものである。

本発明の壁状構造物の構築方法によれば、所望の厚みの壁状構造物や、所望の平面視形状の壁状構造物を構築することができ、比較的サイズの大きな壁状構造物についての設計の自由度を高めることができる。
本発明の自走式の材料塗工装置によれば、硬化した硬化性材料から形成された帯状硬化層の積層構造を有する複数の積層構造壁を含む壁状構造物を安定して効率よく構築することができる。

図１は、本発明の壁状構造物の構築方法の一実施態様の概略を示す斜視図である。図２は、本発明の壁状構造物の構築方法に用いられる自走式の材料塗工装置の一例を示す斜視図である。図３は、図２に示す材料塗工装置をその進行方向の前方から見た正面図である。図４（ａ）は、図２に示す材料塗工装置を斜め下方から見た斜視図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部の拡大図である。図５は、図２に示す材料塗工装置を一部断面として示す模式図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、材料塗工装置の車輪の別の形態を示す模式図である。図７（ａ）〜図７（ｇ）は、構築する壁状構造物の平面視形状のバリエーションを示す模式平面図である。図８（ａ）〜図８（ｇ）は、構築する壁状構造物の縦断面形状のバリエーションを示す模式断面図である。図９は、本発明の壁状構造物の構築方法の他の実施態様の概略を示す斜視図である。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の壁状構造物の構築方法の一実施態様の概略を示す斜視図である。
本発明の壁状構造物の構築方法においては、例えば、図１に示すように、自走式の材料塗工装置２を用いて、相互に離間した一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む壁状構造物１００を構築する。
壁状構造物１００が含む一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂは、図２に示すように、走行する自走式の材料塗工装置２における相互に離間した２か所から導出された硬化性材料１０が、それぞれ多層に積層されて形成されたもので、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂは、それぞれ、硬化性材料が硬化して形成された帯状硬化層１が２層以上、好ましくは３層以上に積層された積層構造を有している。壁状構造物１００に含まれる積層構造壁１０ａ，１０ｂにおける帯状硬化層１の積層数は、構築する壁状構造物の用途や要求される強度、サイズ等に応じて適宜に決定することができ、特に制限されないが、例えば３層〜１０万層とすることができ、好ましくは５層〜１万層である。積層構造壁１０ａ，１０ｂの高さ１０ｃｍ当たりの帯状硬化層１の積層数も、構築する壁状構造物１００の用途やその壁状構造物１００に要求される強度等に応じて適宜に決定することができ、建築物の壁を構築する場合は、好ましくは２層〜１０００層であり、より好ましくは３層〜５０層である。

壁状構造物１００として、建築物の壁を築造する場合、例えば、構築した壁状構造物１００に、各種の公知の材料からなる屋根や各階のフロア等を加えて、平屋の建物やビル等の建築物とすることができる。壁状構造物１００として、屋根のある建築物の壁に代えて、屋根のない建築物の壁を構築することもできる。屋根のない建築物としては、建築物の外構、煙突の壁、公園の周囲の塀、柵の土台部分等が挙げられる。建築物の壁を形成する場合、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂの上端には、それら両積層構造壁１０ａ，１０ｂに跨る任意の材料からなる蓋（図示せず）を配置することが好ましい。蓋の材質としては、例えば、コンクリート、モルタル、ジオポリマー組成物、セラミック、金属、及びこれらの一以上の複合材料等が挙げられる。

本発明において構築する壁状構造物１００は、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂが、高さ方向の全域に亘っていても良いが、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂが、高さ方向の一部のみを占めているものであっても良い。
一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂの高さは、特に制限されず、製造する壁状構造物１００の用途等に応じて適宜に決定することができ、例えば、本発明の方法及び装置は、高さが１ｍ〜５００ｍの建築物、好ましくは２〜１００ｍの建築物の製造等に用いることができる。また、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む壁状構造物１００の壁厚も、製造する壁状構造物１００の用途やデザイン等に応じて適宜に決定することができ、特に制限されず、例えば、本発明の方法及び装置は、壁厚が８ｃｍ〜１０ｍの壁状構造物、好ましくは壁厚が１０ｃｍ〜２ｍの壁状構造物の製造等に用いることができる。ここでいう壁厚は、壁状構造物１００の一方の外面と他方の外面との間の距離であり、鉛直方向又は材料塗工装置の走行方向に沿って壁厚が相互に異なる部分を有する場合は壁厚が最大の部分の厚みである。

本発明に使用する硬化性材料としては、例えば、コンクリート、モルタル、ジオポリマー組成物等の土木建築材料、溶融した熱可塑性樹脂若しくは熱硬化前の熱硬化性樹脂又はそれらに各種の骨材を配合した混合物が挙げられるが、これらに制限されるものではない。土木建築材料である硬化性材料としては、例えばコンクリート、モルタル、ジオポリマー組成物等が挙げられる。コンクリートは、セメント、水、細骨材及び粗骨材を基本材料とし、モルタルは、セメント、水及び細骨材を基本材料とするものである。セメント及びモルタルには、所望によりＡＥ剤や減水剤等の各種公知の混和材料が配合される。セメントとしては、例えばポルトランドセメントが用いられ、細骨材としては、例えば砂や、水砕スラグの粒径の小さいもの、例えば粗骨材としては砂利や、水砕スラグの粒径が比較的大きいもの等が用いられる。ジオポリマー組成物は、アルミナシリカ粉末とアルカリ溶液との縮重合反応によって硬化するものであり、アルミナシリカ粉末としては、フライアッシュや高炉スラグ微粉末などを用いることができ、アルカリ溶液としては、水ガラスと苛性ソーダの混合液などを用いることができる。ジオポリマー組成物は、アルミナシリカ粉末とアルカリ溶液の他に、コンクリートやモルタルに使用される公知の骨材等を含んでいても良い。

本発明の壁状構造物の構築方法には、自走式の材料塗工装置を用いる。本明細書においては、自走式の材料塗工装置を「自走式材料塗工装置」又は「材料塗工装置」ともいう。
自走式材料塗工装置は、自走機能と硬化性材料の塗工機能とを有し、塗工した硬化性材料が硬化して生じる一対の帯状硬化層上を走行させながら、該帯状硬化層を形成させ得るものである。自走式材料塗工装置における「自走」とは、少なくとも、電動モータ又はエンジン等の動力源を備え、外部から外力を加えなくても、それ自体で走行可能であることを意味するが、外部に設けた制御装置から入力される走行制御信号又は材料塗工装置に搭載された制御装置から出力される走行制御信号に基づき、設計どおりの形状の複数の積層構造壁が形成されるように予め設定された所定の２次元又は３次元ルートを移動するものであることが好ましい。

図２には、本発明の壁状構造物の構築方法に用いられる自走式の材料塗工装置の好ましい例が示されている。図２に示す材料塗工装置は、本発明の材料塗工装置の好ましい一実施形態でもある。本発明の方法に好ましく用いられるとともに本発明の材料塗工装置の好ましい一実施形態である図２に示す材料塗工装置２について、以下、単に材料塗工装置２と表現して、より具体的に説明する。
図２に示すように、材料塗工装置２は、装置本体２１と、装置本体２１に取り付けられた複数の脚部３とを備えており、複数の脚部３のそれぞれに一つの車輪３１が取り付けられている。より具体的には、図４に示すように、装置本体２１の走行方向ｄにおける前側の２個及び後側の２個の合計４個の脚部３を備えており、材料塗工装置２は、その走行方向ｄの前側及び後側に、それぞれ一対の車輪３１を有している。

各車輪３１は、それぞれの回転軸３１ｃを、図３に示すように、各脚部３の下部に設けられた車輪保持ユニット３２における車輪ホルダ３２ａに回転可能に支持されているとともに、複数のギア３３等からなる動力伝達系を介して、同じく車輪保持ユニット３２に設けられた動力源であるサーボモータ３４に接続されており、サーボモータ３４からの駆動力を受けて回転駆動されるように構成されている。車輪３１を回転駆動する動力源としては、サーボモータ以外の電動モータやエンジン等を用いることもできるが、サーボモータ３４、特にエンコーダが付設されたサーボモータを用いることが、走行速度や走行距離の高精度の制御が可能となることから好ましい。

また材料塗工装置２は、前述したように、その走行方向ｄにおける前側及び後側に、それぞれ一対の車輪３１を有しており、いずれの車輪３１も、図３及び図４に示すように、踏面３１ａと、踏面３１ａの両側に形成された脱輪防止用のフランジ部（脱輪防止フランジ部）３１ｂを有している。踏面３１ａとは、図３及び図５に示すように、材料塗工装置２を、硬化性材料が硬化して形成された一対の帯状硬化層１ｂ，１ｂ上を走行させる際に、各帯状硬化層１ｂ，１ｂの上面に接触する部分である。斯かる車輪３１のフランジ部３１ｂは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、車輪３１の回転軸の軸長方向ｃにおける片側のみに設けることもできる。走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した第１車輪及び第２車輪、好ましくは全ての車輪３１として、踏面３１ａの片側又は両側にフランジ部３１ｂを有する車輪３１を用いることで、車輪３１の脱輪が防止され、材料塗工装置２の走行が安定し、材料塗工装置２の進行方向等の走行の制御や所望の形状の壁状構造物１００の構築が容易となる。また、走行方向ｄの前側の一対の車輪と後側の一対の車輪とで、フランジ部３１ｂを設ける側を変えたり、走行方向ｄと直交する直交方向の一方の側に位置する車輪と他方の側に位置する車輪とで、フランジ部３１ｂを設ける側を変えることもできる。

また材料塗工装置２は、図２に示すように、走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した車輪３１どうし間の間隔、より詳細には、図５に示すように、一対の帯状硬化層１ｂ，１ｂのうちの一方に当接する車輪３１（以下「第１車輪」ともいう）と他方に当接する車輪３１（以下「第２車輪」ともいう）との間隔を増減可能である。材料塗工装置２においては、第１車輪と第２車輪との間の間隔を、走行停止中及び走行中のいずれにおいても増減可能であり、そのための機構として、装置本体２１と車輪３１との間、より具体的には、装置本体２１と脚部３との接続部に、脚部３を、装置本体２１の幅方向と同方向ｅにスライド移動させるスライド機構４を介在させてある。装置本体２１の幅方向は、材料塗工装置２の走行方向と直交する方向である。

スライド機構４としては、例えば、ガイドレール等のスライドガイド、そのスライドガイドに沿って移動するスライダ、及び該スライダを移動させるアクチュエータを備えるもの等を用いることができる。スライドガイド及びスライダは、スライドガイドを装置本体２１に固定し、スライダを脚部３側に固定しても良いし、その逆としても良い。アクチュエータとしては、各種市販のものを用いることができ、サーボモータやステッピングモータ、リニア直流モータ等の電気式のもの、油圧シリンダ等の油圧式、空気圧シリンダ等の空気圧式のもの等を用いることができる。スライド機構として、スライドガイド、スライダ及びアクチュエータが一体化された市販のリニアアクチュエータや、リニアモータを用いたリニアアクチュエータを用いることもできる。個々の脚部３や車輪３１を、スライド移動させる方向は、走行方向ｄと直交する方向と角度を有していても良い。

第１車輪及び第２車輪のうちの一方又は両方を移動させるアクチュエータを、外部に設けた制御装置から入力される間隔制御信号又は材料塗工装置に搭載された制御装置から出力される間隔制御信号に基づき動作させることで、走行中においても、走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した車輪どうし間の間隔（第１車輪と第２車輪との間隔）を増減制御可能である。
なお、材料塗工装置２のように、走行方向ｄの前後にそれぞれ一対の車輪を有する場合、前側の一対の車輪間の間隔と後側の一対の車輪の間隔とを、実質的に同時に拡大又は減少させることが好ましい。また走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した車輪どうし間の間隔（第１車輪と第２車輪との間隔）を増減する場合、装置本体２１の幅方向の任意の位置、例えば中央位置を基準位置とし、該基準位置からの距離を左右対称に増大又は減少させることが、材料塗工装置２の安定走行の観点等から好ましい。

また材料塗工装置２は、図２に示すように、走行方向ｄの前側に位置する一対の車輪３１及び後側に位置する一対の車輪３１の向きをそれぞれ左右に変化させるステアリング機能を備えている。より具体的には、前述した車輪保持ユニット３２は、装置本体２１と車輪保持ユニット３２との間に位置する中間ユニット３５を介して装置本体２１に接続されており、その車輪保持ユニット３２は、中間ユニット３５に対して回動可能に連結されている。より詳細には、中間ユニット３５と車輪保持ユニット３２との間は、車輪保持ユニット３２を回動可能とする回動軸３６を介して接続されており、また、車輪保持ユニット３２上に固定されたギア３７を、中間ユニット３５内に設けられているサーボモータ（図示せず）によって回動される駆動ギアにより回動させることで、車輪保持ユニット３２が、回動軸３６周りに回動し、それによって車輪保持ユニット３２に保持された車輪３１の向きを、図２に示すように、直進方向、右方向又は左方向等に変化させることができる。

中間ユニット３５内に設けられているサーボモータ（図示せず）の回転や回転角度を、外部に設けた制御装置から入力される進行方向制御信号又は材料塗工装置に搭載された制御装置から出力される進行方向制御信号に基づき制御することで、走行停止中及び走行中のいずれにおいても、車輪保持ユニット３２を回動して、車輪３１の向きを、材料塗工装置２が直進する方向、右に曲がる方向、左に曲がる方向のいずれにも変化させることができる。
なお、材料塗工装置２のように、走行方向ｄの前後にそれぞれ一対の車輪を有する場合、前側の一対の車輪又は後側の一対の車輪のいずれか一方のみの向きのみが可変であっても良いが、少なくとも前側の一対の車輪の向きが可変であることが好ましく、前側の一対の車輪及び後側の一対の車輪のいずれについても向きが可変であることが好ましい。

また材料塗工装置２は、前述したように、硬化性材料の塗工機能を有している。具体的には、図２に示すように、走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した２か所にノズル部５，５を有し、図５に示すように、材料塗工装置２に供給された流動性を有する硬化性材料１０を、下方に向けて開口した開口部５０から吐出することにより、帯状硬化層が形成されていない基面Ｇや、その基面Ｇ上に塗工した硬化性材料が硬化して形成された帯状硬化層１ａ，１ａ上に、硬化性材料１０を塗工可能である。帯状硬化層が形成されていない基面Ｇとしては、例えば、地面や、地面上にコンクリート、モルタル、アスファルト等を平面状に打設した面等が挙げられる。

材料塗工装置２に対する硬化性材料の供給は、例えば、図１に示すように、ホッパ６１を有する一時的貯留部に貯留した硬化性材料を、ポンプ６２及びポンプ６２と材料塗工装置２との間を連結する可撓性のチューブ６３を介して材料塗工装置２に圧送する方法が挙げられるが、これに制限されず、任意の方法を採用することができる。例えば、築造する壁状構造物が比較的小さい場合などには、材料塗工装置２に、硬化性材料の貯留部を設け、該貯留部からノズル部５に硬化性材料が供給されるようにしても良く、また、その場合、材料塗工装置２の軌道上の一部に、該貯留部に硬化性材料を補充する補充ステーションを設けても良い。チューブ６３を介してポンプ６２から材料塗工装置２に硬化性材料を圧送する場合、当該チューブ６３は、装置本体２１に対してチューブ６３を回動自在なように、回転ニップルなどを介して接続することが好ましい。

上述した材料塗工装置２を用いて、図１に示すような、相互に離間した一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む壁状構造物１００を構築する方法について一例を示して説明する。相互に離間した一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む壁状構造物１００を構築するには、第１ステップとして、図２に示すように、帯状硬化層が形成されていない基面Ｇに対して、走行する材料塗工装置２の進行方向を、走行方向ｄの前側の車輪３１，３１の向き及び後側の車輪３１，３１の一方又は双方、好ましくは双方を変えて、その進行方向を適宜に変更させながら、２つのノズル部５から硬化性材料１０を２本の帯状に導出させ、基面Ｇに対して硬化性材料１０を塗工する。硬化性材料１０は、ある程度の厚みを有する一対の帯状硬化層１が形成されるように、ある程度の粘度を有した状態で塗工することが好ましい。そして、硬化性材料１０を２本帯状に塗工させながら材料塗工装置２を、構築しようとする壁状構造物１００の平面視形状と同様の形状の軌跡を描くように走行させ、塗工した硬化性材料を硬化させ、壁状構造物１００の平面視形状と同様の平面視形状の一対の帯状硬化層１ａ，１ａを形成させる。

平面視において閉じた形状の壁状構造物を構築させる場合、第１ステップにおいては、材料塗工装置２を、硬化性材料１０の塗工開始地点まで走行させる。材料塗工装置２が塗工開始地点に到達した時点で、１周前に塗工した硬化性材料は、その上に材料塗工装置２を載せて走行させることが可能な程度に硬化していることが好ましく、硬化していない場合は、材料塗工装置２の走行速度の減速、硬化性材料の硬化速度の調整、硬化性材料に対する硬化促進処理等の一又は二以上を行うことが好ましい。
１周前に塗工した硬化性材料１０が、その上に材料塗工装置２を載せて走行させることが可能な程度に硬化している場合は、第２ステップに移行する。

第２ステップにおいては、材料塗工装置２を、１周目に塗工した硬化性材料が硬化して形成された一対の帯状硬化層１ａ，１ａの上に載せ、一対の帯状硬化層１ａ，１ａそれぞれの上に車輪３１を当接させる。より具体的には、材料塗工装置２の幅方向ｅに離間した一対の車輪３１のうちの一方の車輪３１の踏面３１ａが一方の帯状硬化層１ａの上面上に載り、他方の車輪３１の踏面３１ａが他方の帯状硬化層１ａの上面に載るように載せる。材料塗工装置２を、一周前に塗工した硬化性材料により形成された一対の帯状硬化層１ａ，１ａ上に載せる方法は、材料塗工装置２が自走して載るようにすることが好ましいが、第１ステップにおいては、段差が大きくなりやすいため、手で持ち上げて載せても良いし、大型の場合はフォークリフト等の装置を用いて載せても良い。また、塗工開始時に、塗工する硬化性材料の厚みを漸増させ、生じる帯状硬化層の端部にスロープが形成されるようにしても良い。

次いで、その材料塗工装置２を、一対の帯状硬化層１ａ，１ａそれぞれの上に、材料塗工装置２の車輪３１を当接させて走行させながら該帯状硬化層１ａ上に、硬化性材料を吐出させ、その硬化性材料を硬化させることにより帯状硬化層１ａそれぞれの上に新たな帯状硬化層１を形成する。そして、図５に示すように、第２ステップを繰り返すことにより、帯状硬化層１が多層に積層された構造を有する一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む壁状構造物１００を構築する。

本発明の壁状構造物の構築方法においては、材料塗工装置２を、平面視において閉じた形状の軌跡を描くように３回以上周回させ、積層構造壁１０ａ，１０ｂとして、帯状硬化層１が３層以上に積層された積層部分を有する積層構造壁１０ａ，１０ｂを形成することが好ましい。周回させる回数に特に上限はなく、例えば１０万回以下である。

上述した本発明の壁状構造物の構築方法の一実施態様によれば、自らが塗工した硬化性材料によって形成された帯状硬化層１上を走行させつつ、その帯状硬化層１上に次の帯状硬化層１を形成でき、それを繰り返して一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む壁状構造物１００を形成できるため、施工範囲の限界を小さくし、また壁状構造物１００の形状を自由な形状のものとすることができ、壁状構造物１００の形状についての設計の自由度を向上させることができる。

図７（ａ）〜図７（ｆ）に、本発明により構築する壁状構造物１００の平面視形状の例を示した。図７（ａ）〜図７（ｆ）に示すように、本発明の方法及び装置によれば、多様な平面視形状の壁状構造物１００を形成することができる。また材料塗工装置２は、平面視において閉じた形状の軌跡を描くように周回させることが好ましいが、それに制限されるものではない。また、材料塗工装置２が描く平面視において閉じた形状は円形であっても良いが、非円形であることが、平面視形状が非円形の意匠性等に優れた壁状構造物１００が得られることから好ましい。材料塗工装置２が描く軌跡及び壁状構造物１００の平面視形状は、曲率半径若しくは湾曲の向きが相互に異なる複数の円弧状部分を含むことが好ましい。図７（ａ）〜図７（ｅ）は、その例である。湾曲の向きが相互に異なる円弧状部分が連続して形成されている部分を有することは、壁状構造物１００が構造的に安定する利点がある。

また材料塗工装置２は、車輪３１の向きを変えて進行方向を変更可能であり、図２に示すように、第１ステップにおいて、帯状硬化層が形成されていない基面Ｇに対して、走行する材料塗工装置２の進行方向を制御しながら、次の周において自己の軌道となる一対の帯状硬化層１ａ，１ａを形成することができるため、予め材料塗工装置２が走行するにあたって案内となる構造物等を形成しておく必要がないため、壁状構造物１００の構築に先立ち行うべき準備作業が少なくて済む。

材料塗工装置２が周回して塗工開始点に戻ったときに、先の塗工して形成した一対の帯状硬化層上に材料塗工装置２が自走して載るようにするため、あるいは材料塗工装置２の走行軌道を高精度に制御し、設計通りの壁状構造物を高精度に構築するには、各種公知のトラッキング技術を用いて、走行する材料塗工装置２の位置や、向きや移動速度等の走行条件のデータを継続的に収集及び監視し、それらのデータに基づき走行条件等を修正しながら走行させることが好ましい。例えば、自走する材料塗工装置２の３次元座標上の現在位置を、公知のトラッキングシステムを用いて検知し、検知した現在位置の情報及びその時点の進行方向や速度等の走行条件から所定時間後の予想位置を割り出し、その予想位置と理想位置との差が小さくなるように、走行条件に修正を加えつつ走行させ、それによって、材料塗工装置２が目的とする壁状構造物を形成するために設定した最適な経路で走行するようにすることが好ましい。公知のトラッキング技術としては、ＨＴＣ社のＰＣ向けのＶＲヘッドマウントディスプレイＨＴＣＶｉｖｅに搭載されているトラッキングシステムやそれを複数連携させたもの等が挙げられる。その場合、材料塗工装置２には、その向きも検知可能なようなに複数の個所にセンサーを設けることが好ましい。

また上述した材料塗工装置２は、図５に示すように、走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した２つのノズル部５，５間の間隔を走行中に増減可能である。材料塗工装置２においては、２つのノズル部５，５間の間隔を走行中に増減可能とする機構として、ノズル部５を下端に備えたノズルユニット５１を、走行方向後側の脚部３の車輪保持ユニット３２に対して、車輪３１の回転軸の軸長方向ｃに沿ってスライド移動可能に支持するホルダー（図示せず）と、該ホルダーに支持にされたノズルユニット５１を軸長方向ｃの所定の位置に移動させるアクチュエータ５３とを備えるもの等を用いることができる。アクチュエータ５３としては、各種市販のものを用いることができ、サーボモータやステッピングモータ、リニア直流モータ等の電気式のもの、油圧シリンダ等の油圧式、空気圧シリンダ等の空気圧式のもの等を用いることができる。図５には、アクチュエータ５３として、車輪保持ユニット３２に固定されたボックス５２内に固定されたサーボモータ（図示せず）と、サーボモータにより回転するピニオンと該ピニオンと噛合するラックとを備えたものが示されており、サーボモータの回転角度を制御することによりノズルユニット５１及び該ノズルユニット５１に取り付けられたノズル部５を、車輪３１の回転軸の軸長方向ｃの任意の位置に移動させることが可能である。

アクチュエータ５３により、車輪３１を保持した車輪保持ユニット３２に対するノズルユニット５１の相対位置を変更可能であることにより、材料塗工装置２によれば、アクチュエータ５３を、外部に設けた制御装置から入力される進行方向制御信号又は材料塗工装置に搭載された制御装置から出力される進行方向制御信号に基づき作動させることにより、走行停止中及び走行中のいずれにおいても、走行方向ｄと直交する直交方向ｅに離間した２つのノズル部５，５の一方又は双方の位置を、車輪保持ユニット３２に保持された車輪３１の位置との関係で、車輪３１の回転軸の軸長方向ｃと同方向、あるいは材料塗工装置２の走行方向ｄと直交する直交方向ｅにずらすことができる。

材料塗工装置２として、一対の帯状硬化層１，１のうちの一方に当接する車輪３１と他方に当接する車輪３１との間隔、及び硬化性材料を吐出する２か所間の間隔を、増減可能なものを用いることによって、構築する壁状構造物１００における壁厚を容易に変更することができる。そのため、目的や用途等に応じて所望の壁厚の壁状構造物１００を構築することができ、例えば、高さの高い比較的大型の壁状構造物１００を構築する場合は、一対の積層構造壁間の間隔を広げて強度不足になることを防止したり、高さの低い比較的小型の壁状構造物１００を構築する場合は、一対の積層構造壁間の間隔を狭めて、内部空間の広さを拡大するといった工夫が可能である。また、板厚が比較的厚い大型の壁状構造物１００を製造する場合も、材料の使用量や材料コストの増大を抑制しながら適切な厚み（壁厚）の壁状構造物１００を構築することができる。

しかも、材料塗工装置２として、一対の帯状硬化層１，１のうちの一方に当接する車輪３１と他方に当接する車輪３１との間隔、及び硬化性材料を吐出する２か所間の間隔を、走行中に増減可能なものを用いることによって、走行中に、車輪３１，３１間の間隔及び形成する帯状硬化層１，１間の間隔を増加又は減少させることができるため、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｅ）に示すように、壁状構造物１００として、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂの間隔が、鉛直方向Ｐの上方に向かって拡大する部分１２を有するものを構築することができ、また図８（ｃ）、図８（ｄ）及び図８（ｅ）に示すように、壁状構造物１００として、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂの間隔が、鉛直方向Ｐの上方に向かって減少する部分１３を有するものを構築することもできる。
しかも、材料塗工装置２は、２つのノズル部５のそれぞれが、対応する第１又は第２車輪の回転軸の軸長方向ｃにおける所定の位置を基準位置として、走行方向と直交する直交方向ｅの位置を制御可能であるため、走行中に、ノズル部５の一方又は双方の位置を、車輪３１との関係において高精度にずらしていくことができ、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂの間隔が、鉛直方向Ｐの上方に向かって拡大する部分１２又は減少する部分１３を有する意匠性等に優れた壁状構造物１００を容易に構築することができる。

なお、２つのノズル部５の位置を、それぞれに対応する車輪３１に対して同方向に漸次ずらしていくことで、壁面に直交する縦断面形状が、図８（ｆ）及び図８（ｇ）に示す形状の壁状構造物１００を構築することもできる。図８（ｆ）及び図８（ｇ）に示す壁状構造物１００は、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂが、鉛直方向Ｐに対して同方向に傾斜した部分１４を有している。

また本発明の方法に用いる材料塗工装置及び本発明の材料塗工装置は、硬化性材料の硬化促進手段を備えていることが好ましい。硬化促進手段は、使用する硬化性材料に応じて、その硬化性材料の硬化を促進し得るものを選択して用いることが好ましい。例えば、加熱により硬化が促進されるものについては、硬化促進手段として、電熱線ヒータや赤外線ヒータ、温風ドライヤー等の各種公知の加熱手段を設けることが好ましく、冷却により硬化が促進されるものについては、冷水や冷風の吹き付け装置等の各種公知の冷却手段を設けることが好ましい。また紫外線その他のエネルギー線により硬化促進されるものについては、そのエネルギー線の照射装置等を設けることが好ましい。
また硬化促進手段による硬化促進処理は、材料塗工装置を走行させながら、該材料塗工装置２により塗工された直後の硬化性材料１０に対して硬化促進処理を施すことが好ましい。図４には、前述した材料塗工装置２に対して、塗工された直後の硬化性材料に対して硬化促進処理が可能なように、材料塗工装置２の走行方向においてノズル部５の直後に硬化促進手段としてヒータ７を設けた例を示してある。

また本発明の方法に用いる材料塗工装置及び本発明の材料塗工装置は、図４（ｂ）に示すように、ノズル部５の開口部の近傍に、吐出された硬化性材料の形状を成形する一対の成形板６，６を有している。一対の成形板６，６は、吐出された材料を成形するとともに、仕上げ表面を仕上げることを目的として設けられており、好ましくは、図４（ｂ）に示すように、硬化性材料が吐出される空間の両側を挟むように配置されており、また走行方向ｄの後方に向かって延出し、該後方に向かって互いの距離が漸減している。一対の成形板６，６は、最も後方における両者間の幅が、形成しようとする個々の積層構造壁の幅と略等しくなっている。斯かる成形板６，６を配置することにより、積層構造壁の幅を一定に保つことが可能であり、壁の仕上げをなだらかにすることを可能にするといった利点がある。なお、成形板６，６は、車輪３１が載る硬化した帯状硬化層１ｂの上面より上方に位置する部分と該上面より下方に位置する部分とを有し、硬化した帯状硬化層１ｂの一方又は両方の側面の位置と、塗工する硬化性材料の一方又は両方の側面の位置とを一致させ得ることが好ましい。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に制限されず、適宜変更可能である。
例えば、構築する壁状構造物は、車輪が載る一対の積層構造壁間に、他の積層構造壁を有していても良い。例えば、走行方向と直交する方向に離間した一対の車輪間に、周回遅れで、左右に揺動しながら硬化性材料を塗工するノズル部を設け、段ボール紙のように、一対の積層構造壁間に波状の積層構造壁を有する壁状構造物を構築しても良い。
また、走行方向と直交する方向に離間した一対の車輪間に、左右に揺動することなく硬化性材料を塗工する第２のノズル部を設け、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂ間に、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを構成する硬化性材料と異なる材料からなる積層構造を形成することもできる。第２のノズル部は、走行方向と直交する方向において、一対の車輪間に位置する車輪のない位置に設けても良く、第２のノズル部から吐出された硬化性材料によって形成される積層構造部は、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂのうちの一方の積層構造壁１０ａから他方の積層構造壁１０ｂとの間に亘る幅を有していても良いし、一方又は双方の積層構造壁１０ａ，１０ｂとの間に隙間を有していても良い。第２のノズル部から吐出する積層構造部を形成するためのの硬化性材料は、車輪３１が載る一対の積層構造壁の上端を形成する帯状硬化層との間に段差が生じるように、環状の軌道を周回させて壁状構造物を構築する場合は、周回遅れ又は複数周遅れで塗工を開始する等、時間差を設けて塗工することが好ましい。

また、一対の積層構造壁が完成した後、あるいはその構築途中に、一対の積層構造壁間に、他の材料、例えば、断熱材となる発泡性樹脂組成物の注入やグラスウール等の他の材料の充填を行うこともできる。一対の積層構造壁が完成した後、あるいはその構築途中に、一対の積層構造壁間に充填する他の材料は、コンクリート等の硬化性材料等であっても良い。本発明における「相互に離間した一対の積層構造壁」間には、一対の積層構造壁を形成するために塗工した硬化性材料とは異なる材料や、一対の積層構造壁を形成するために塗工した硬化性材料とは異なるタイミングで塗工された硬化性材料により形成された積層構造が形成されていても良い。
また、自走する材料塗工装置における走行方向と直交する方向に離間した３か所以上（例えば３か所以上５か所以内）から硬化性材料を吐出させ、一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂを含む３以上の積層構造壁を含む壁状構造物を構築することもできる。その場合、車輪３１を上面に当接しながら形成する積層構造壁のうち、走行方向と直交する直交方向の両端に位置する積層構造壁を一対の積層構造壁１０ａ，１０ｂと考える。

また材料塗工装置を周回させて環状の壁状構造物を形成する際に、周方向の特定位置に塗工する硬化性材料として、水溶性の硬化層を形成し得るものを周期的に塗工して、一部に水溶性の硬化層の積層構造を有する壁状構造物を構築した後、水溶性の硬化層の積層部分を水で溶解又は破壊し、壁状構造物の一部に開口部を形成することもできる。
また２つの材料塗工装置を所定の間隔を開けて周回させ、２つの材料塗工装置により塗工した硬化性材料により一の壁状構造物を構築することもできる。また図７（ｇ）に一例を示すように、１つの材料塗工装置２により形成した環状の壁状構造物１００と、他の材料塗工装置２Ａにより形成した環状の壁状構造物１００Ａとを近接させて形成し、間仕切り壁を有する建築物を構築することもできる。

また、本発明の方法及び装置は、図９に示すように、建築物の建設の際、複数台の自走式の材料塗工装置を用いて建築物の施工を行う建築物の構築方法に用いることもできる。複数の材料塗工装置のそれぞれが同時に別々の部位を施工することによって、工期の短縮にも寄与する。一つの建築物の構築する際に同時に走行させる自走式の材料塗工装置の数は、例えば２台〜１００台、好ましくは２台〜２０台とすることができ、特に制限されない。

なお、外部に設けた制御装置又は材料塗工装置２に搭載された制御装置は、汎用コンピュータが備える表示部、入力部、記憶装置、中央演算部、内部タイマー等を備えていることが好ましい。表示部は、例えば、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−ＲａｙＴｕｂｅ）、ＥＬディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｄｉｓｐｌａｙ）等によって構成され、入力部は、例えばキーボードやタッチパネル、ＵＳＢ等の外部メモリを接続可能なインターフェース等によって構成される。記憶装置は、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ）等によって構成され、中央演算部は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等によって構成される。コンピュータの表示部、入力部、記憶装置、中央演算部等は、コンピュータにインストールされたＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）及び該ＯＳ上で動作するアプリケーションソフトによって相互に連関して動作することによって、材料塗工装置２の制御装置として機能し、目的とする壁状構造物のＣＡＤデータ等に基づき、材料塗工装置２が、適切なタイミングで適切な位置に適切な状態で存在するように、材料塗工装置２に対して、前述した走行制御信号、進行方向制御信号、間隔制御信号等を出力する。

走行制御信号を出力する制御装置を外部に設けた場合、材料塗工装置は、その制御装置から出力される各種の信号を、無線又は有線で受信する受信装置及びその受信した信号に基づき、適切な順序で各部を駆動させる補助制御装置を備えることが好ましい。無線には、赤外線通信、Wi-Fi等の任意の通信方式を採用することができる。材料塗工装置は、電動モータや制御装置に電力を供給する任意の電源を搭載していることが好ましいが、配線により外部から供給することもできる。電源としては、２次電池、燃料電池、充填不可能な電池等が挙げられ、２次電池としては、例えばＮａＳ電池、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池等が挙げられる。
また図２や図４（ａ）に示す材料塗工装置２は、４輪駆動であり、それが好ましいが、前側の２輪のみ又は後側の２輪のみを駆動して走行させるものであっても良い。
また本発明における材料塗工装置２は、非走行中に車輪間の間隔を増減調整できる一方、走行中には車輪間の間隔を増減調整できないものであっても良い。走行前に車輪間の間隔を調整することで、壁厚が異なる壁状構造体を製造することができる。

１，１ａ，１ｂ帯状硬化層
２，２Ａ材料塗工装置
２１装置本体
３脚部
３１車輪
３１ａ踏面
３１ｂフランジ部
４スライド機構
５ノズル部
６成形板
１０ａ，１０ｂ積層構造壁
１０硬化性材料
１００壁状構造物

Claims

自走式の材料塗工装置を用いて、帯状硬化層が積層された構造を有する相互に離間した一対の積層構造壁を含む壁状構造物を構築する、壁状構造物の構築方法であって、
走行する前記材料塗工装置における相互に離間した２か所から硬化性材料を吐出させ、吐出させた該硬化性材料を硬化させることにより一対の前記積層構造壁に対応する一対の帯状硬化層を形成する第１ステップと、該材料塗工装置を、一対の前記帯状硬化層それぞれの上に該材料塗工装置の車輪を当接させて走行させながら該帯状硬化層上に前記硬化性材料を吐出させ、該硬化性材料を硬化させることにより前記帯状硬化層それぞれの上に新たな帯状硬化層を形成する第２ステップとを有し、第２ステップを繰り返すことにより、前記帯状硬化層が積層された構造を有する一対の前記積層構造壁を含む壁状構造物を構築する、壁状構造物の構築方法。
前記材料塗工装置として、前記一対の帯状硬化層のうちの一方に当接する車輪と他方に当接する車輪との間隔、及び前記硬化性材料を吐出する前記２か所間の間隔を、走行中に増減可能なものを用いる、請求項１に記載の壁状構造物の構築方法。
構築する前記壁状構造物として、前記一対の積層構造壁の間隔が、鉛直方向の上方に向かって拡大又は減少する部分を有するものを構築する、請求項１又は２に記載の壁状構造物の構築方法。
前記材料塗工装置として、前記車輪の向きを変えて進行方向を変更可能なものを用い、第１ステップにおいて、前記帯状硬化層が形成されていない基面に対して、走行する前記材料塗工装置の進行方向を制御しながら、前記一対の帯状硬化層を形成する、請求項１〜３の何れか１項に記載の壁状構造物の構築方法。
前記材料塗工装置を、平面視において閉じた形状の軌跡を描くように３回以上周回させ、前記積層構造壁として、前記帯状硬化層が３層以上に積層された積層部分を有する積層構造壁を形成する、請求項１〜４の何れか１項に記載の壁状構造物の構築方法。
前記平面視において閉じた形状が非円形である、請求項５に記載の壁状構造物の構築方法。
前記硬化性材料として、所定の処理により硬化が促進されるものを用い、且つ前記材料塗工装置として、前記硬化性材料の硬化促進手段を備えたものを用いる、請求項１〜６の何れか１項に記載の壁状構造物の構築方法。
自走する前記材料塗工装置における走行方向と直交する方向に離間した３か所以上から前記硬化性材料を吐出させ、前記一対の積層構造壁を含む３以上の積層構造壁を含む壁状構造物を構築する、請求項１〜７の何れか１に記載の壁状構造物の構築方法。
走行方向に直交する直交方向に離間した第１車輪及び第２車輪と、該直交方向に離間した２か所において硬化性材料を塗工可能な２つのノズル部と、装置を走行させる動力源としての電動モータ又はエンジンを備えた自走式の材料塗工装置であって、
第１及び第２車輪は、前記硬化性材料が硬化して形成された帯状硬化層の上面に接触する踏面と、該踏面の片側又は両側に形成された脱輪防止フランジ部を有し、前記２つのノズル部は、第１車輪が接触する帯状硬化層の上面上と第２車輪が接触する帯状硬化層の上面上とに、前記硬化性材料をそれぞれ塗工可能に構成されている、材料塗工装置。
第１車輪と第２車輪との間隔及び前記２つのノズル部の間隔を走行中に増減可能である、請求項９に記載の材料塗工装置。
前記２つのノズル部は、その一方又は双方が、対応する第１又は第２車輪の回転軸方向における所定の位置を基準位置として前記直交方向の位置を制御可能である、請求項１０に記載の材料塗工装置。