JP7336340B2 - 補強コンクリート柱の製造装置 - Google Patents

Description

ＲＣ造柱などの補強コンクリート柱の製造装置に関する。

ビルディングなどの建築物では、鉄筋コンクリート造の柱（ＲＣ造柱）や、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱（ＳＲＣ造柱）、鉄骨造の柱（Ｓ造柱）など、鋼材が埋め込まれているコンクリート製の柱（本明細書では補強コンクリート柱ともいう）が用いられている。

補強コンクリート柱は、各階層に対応した所定の長さ（例えば４～５ｍ）に形成されていて、これらを縦方向に連結することで、求める高さまで延長していく。補強コンクリート柱は、在来工法やプレキャスト工法などで製造されている（例えば、特許文献１参照）。

在来工法の場合、建設現場で、施工箇所に鉄筋や鉄骨を組み付ける。その後、コンパネなどの型枠でその周囲を覆い、その中にコンクリートを打設することで、補強コンクリート柱を形成する（いわゆる型枠支保工）。プレキャスト工法の場合、建設現場とは異なる場所で、事前に、鉄筋などとコンクリートの外郭部分とからなる中空の柱材を形成する。そして、その中空の柱材を施工箇所に組み付け、その中にコンクリートを打設することで、補強コンクリート柱を形成する。

これらいずれの工法においても、補強コンクリート柱の製造時には、コンクリートを成形するために型枠を用いるので、その設置や回収に手間がかかる。

それに対し、近年では、３次元プリンタの技術を建設に利用することが試みられている（特許文献２，３）。特許文献２や特許文献３には、ロボットアームでノズルを支持した装置が開示されている。その装置を用いることで、型枠を用いなくても、柱状構造物の製造が可能になる。

具体的には、ノズルからモルタルなどを押し出しながら、ロボットアームで、柱状構造物の外郭線に沿って、繰り返しそのノズルを移動させていく。そうして、モルタルを所定の高さまで積層することで、中空の柱状構造物を形成する。特許文献２では、更にその後、その柱状構造物の中にコンクリートを打設することで、中実の柱状構造物を形成している。

特開２０１７－１７９８４１号公報 特開２０１９－１４７３３８号公報 特開２０１８－６９６６１号公報

特許文献２や特許文献３で形成される中空や中実の柱状構造物には、鉄筋などの鋼材は埋め込まれていないので、補強コンクリート柱のような強度は無い。従って、そのままではビルディングなどの柱には使用できない。

鋼材を用いることにより、特許文献２や特許文献３の装置で補強コンクリート柱を製造することが考えられる。

ところが、補強コンクリート柱を製造する場合、所定の長さの鉄筋や鉄骨で構成された骨組みの周囲に、中空の柱状構造物を形成しなければならない。そのためには、ノズルをその骨組みの外周側で周回させながらモルタルを積層していく必要がある。特に、ＲＣ造柱の場合、適切なかぶり厚さを確保するために、鉄筋を補強コンクリート柱の外面の近傍（数ｃｍ程度）に位置させる必要があり、鉄筋に沿うようにノズルを移動させなければならない。

そのためには、骨組みを中心にしてロボットアームを大きく旋回させながら、ノズルの吐出口が適切な位置で適切な方向に向くように、ロボットアームでノズルを姿勢制御し、更に、骨組みの下端から上端まで、ロボットアームを上昇させていく必要がある。従って、その制御は極めて複雑なものとなる。

更にロボットアームの場合、その構造上、骨組みの反対側にアームが届き難いため、そこでの移動が制限される。骨組みの反対側でもノズルを適切に移動できるようにすると、ロボットアームは巨大なものになってしまう。このように、特許文献２や特許文献３の装置で補強コンクリート柱を製造するには、問題が多く、実用化は難しい。

しかも、補強コンクリート柱は、角柱形状が一般的である。そのため、その外周は、直線状のストレート部と、略直角に曲がったコーナー部とが存在する。モルタルを安定して積層していくには、これらストレート部およびコーナー部の双方において、モルタルを同じ高さで吐出させなければならない。従って、よりいっそう複雑な制御が求められる。

そこで開示する技術の目的は、型枠を用い無くても、ＲＣ造柱などの補強コンクリート柱が精度高く製造できる製造装置を、実用化できるレベルで提供することにある。

開示する技術の一つは、直線状のストレート部に連なる曲がったコーナー部を外周に有するとともに鋼材が埋め込まれている補強コンクリート柱の製造装置に関する。

前記製造装置は、セメント系材料に加水して形成された成形材料を吐出する吐出装置と、前記吐出装置に前記成形材料を供給する材料供給機構と、前記吐出装置を水平方向および垂直方向の各々に変位させる三次元移動機構と、前記吐出装置、材料供給機構、および前記三次元移動機構の各々を制御する制御装置と、を備える。

前記吐出装置は、前記材料供給機構から前記成形材料を導入する材料導入部と、前記材料導入部に旋回可能な状態で支持されていて、先端に開口する吐出口から前記成形材料を吐出するノズル部と、を有している。前記制御装置は、前記吐出装置に前記成形材料が供給されるように、前記材料供給機構を制御するのと同時に、前記吐出装置が前記鋼材の外方を周回しながら上昇するように、前記三次元移動機構を制御するとともに、前記ノズル部が旋回して前記吐出口が前記鋼材に沿って周回するように、前記吐出装置を制御することにより、前記補強コンクリート柱の外郭部分を形成する。

そして、前記吐出口が周回する内回り経路のうち、前記ストレート部に対応したストレート領域よりも、前記コーナー部に対応したコーナー領域の方が、前記吐出口の移動が遅くなるように、前記制御装置が、前記三次元移動機構を制御する。

すなわち、この製造装置では、比較的簡単な構造および制御でもって、鋼材の外方から、適切に補強コンクリート柱の外郭部分を形成することができるので、型枠を用い無くても、ＲＣ造柱などの補強コンクリート柱が製造できる。

そして、この製造装置で、角柱形状等、ストレート部に連なるコーナー部を外周に有する補強コンクリート柱を製造する場合、コーナー領域では、吐出装置は、大きく外回りしなければならない。そのため、極端な加速および減速が必要になるが、そのような極端な加減速を実行するためには、三次元移動機構の強度や駆動力を大幅に高める必要がある。そうすると、製造装置は巨大なものとなり、実用化が困難になる。

それに対し、この製造装置では、吐出口が周回する内回り経路のうち、ストレート領域よりもコーナー領域の方が、吐出口の移動が遅くなるように、三次元移動機構を制御する。それにより、吐出装置は、コーナー領域でも、比較的遅い速度、かつ、比較的円滑な動作で移動できるようになる。従って、三次元移動機構の強度や駆動力を実用可能なレベルに維持できる。

好ましくは、前記材料導入部は、前記成形材料の吐出量を調整する流量調整機構を有し、前記制御装置が、前記吐出口の移動速度の増減に連動して前記成形材料の吐出量が増減するように、前記流量調整機構を制御する。

好ましくは、前記材料供給機構は、前記吐出装置から離れた位置で前記成形材料を受け入れる材料受入部と、前記材料受入部で受け入れた前記成形材料を送り出す送りポンプと、を有し、前記制御装置が、前記送りポンプの制御と協働させた状態で前記流量調整機構を制御する。

好ましくは、前記内回り経路における前記コーナー領域の直前部位に、移行区間が設けられていて、前記移行区間で、前記制御装置が前記吐出口の移動速度を加速させる。

開示する技術によれば、型枠を用い無くても、ＲＣ造柱などの補強コンクリート柱が精度高く製造できるようになる。

補強コンクリート柱の製造装置を示す概略図である。 制御装置およびその関連装置の関係を示すブロック図である。 補強コンクリート柱の外郭部分を形成する過程を示す概略斜視図である。 吐出装置の移動経路を示す概略図である。 補強コンクリート柱の製造方法の主な工程を示すフローチャートである。 内回り経路を示した概略図である。 コーナー領域およびその前後における主な要素の経時変化を表したグラフである。グラフＡは吐出装置の移動速度、グラフＢは吐出口の移動速度、グラフＣは成形材料の吐出量、グラフＤは吐出された成形材料の高さ、の経時変化をそれぞれ表している。 コーナー領域における吐出口の移動制御の主な流れを示したフローチャートである。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

＜補強コンクリート柱の製造装置の構成＞
図１に、本実施形態で開示する補強コンクリート柱の製造装置（柱枠製造装置１）を示す。この柱枠製造装置１は、ＲＣ造柱や、ＳＲＣ造柱、Ｓ造柱などの補強コンクリート柱（本実施形態ではＲＣ造柱を例示）の製造過程で用いられる。

すなわち、従来であれば、ＲＣ造柱を所定形状に成形する際には、コンパネなどの型枠を用いるが、この柱枠製造装置１では、その型枠の代わりに、ＲＣ造柱の外郭部分を形成する。従って、この柱枠製造装置１の利用により、型枠の設置や回収の作業が不要になるので、工数削減や工期短縮の効果が得られる。

しかも、建築基準法などにおいて要求される強度は、従来と同様に、ＲＣ造柱の外郭部分の中にコンクリート系材料を打設することによって形成され、かつ、鋼材が埋め込まれているＲＣ造柱の中核部分によって確保される。従って、この柱枠製造装置１が形成するＲＣ造柱の外郭部分は、型枠と同程度の強度があればよい。

図１では、ビルディングなどの各階のフロアＦにおいて、その下層の階に形成したＲＣ造柱１００に継ぎ足すようにして、そのフロアＦの上にＲＣ造柱１００を形成する場合を例示している。図１は、フロアＦの上に露出した下層の階のＲＣ造柱１００の上端に鉄筋１０１を継ぎ足すことにより、施工するＲＣ造柱１００の骨組みが形成されている状態を示している。

一般に、ＲＣ造柱１００は、四隅がアール加工された角柱状に形成される。すなわち、ＲＣ造柱１００は、その四辺の各々を構成する直線状のストレート部１００ｓと、その四隅の各々を構成する半円状に曲がったコーナー部１００ｃとを、外周に有している（図４参照）。通常、各階層において形成されるＲＣ造柱１００の高さは、３ｍ～５ｍ程度であり、横幅は１ｍ程度である。

柱枠製造装置１は、施工するＲＣ造柱１００に隣接した所定位置に位置決めされた状態で、フロアＦの上に設置される。柱枠製造装置１は、三次元移動機構２、材料供給機構４、吐出装置６、制御装置８などで構成されている。

（三次元移動機構２）
三次元移動機構２は、縦移動部１０および横移動部２０を有している。縦移動部１０は、その下端部に吐出装置６を支持していて、吐出装置６を垂直方向（図１のＺ方向）に変位させる。横移動部２０は、縦移動部１０を支持していて、縦移動部１０を水平方向（図１のＸ方向、およびＸ方向に直交した紙面に垂直なＹ方向の成分を含む方向）に変位させる。

これら縦移動部１０および横移動部２０が協働しながら作動することで、三次元移動機構２は、ＲＣ造柱１００の大きさに対応した所定の範囲内で、吐出装置６を水平方向および垂直方向の各々に変位させる。水平方向および垂直方向の各々で吐出装置６の移動が制御できるので、制御の簡素化が図れる。

横移動部２０は、固定マスト２１、回転マスト２２、旋回アーム２３、マストモータ２４、スライドモータ２５などで構成されている。固定マスト２１および回転マスト２２の各々は、円柱状の部材からなる。固定マスト２１は、垂直方向に延びるようにして、フロアＦの上の所定位置に、ボルトの締結などにより取り外し可能な状態で固定される。

回転マスト２２は、固定マスト２１の上に、ベアリング２６などを介して第１縦軸Ｊ１（Ｚ方向に延びる軸）を中心に回転可能な状態で設置されている。マストモータ２４は、固定マスト２１と回転マスト２２との間に設置されている。マストモータ２４の駆動により、ＲＣ造柱１００に対応した所定の範囲で、回転マスト２２は正逆双方向に回転する。

旋回アーム２３は、スライドガイド２３ａ、スライダー２３ｂなどで構成されていて、回転マスト２２の上部から水平方向に延びるように設置されている。スライドガイド２３ａは、互いに平行した一対の細長いレール状の部材（レール部材）で構成されている。

スライドガイド２３ａは、その一端が回転マスト２２の上部に固定されていて、そこから水平方向に延びている。リブ、ビーム、およびブレースなどにより、片持ち支持されたスライドガイド２３ａの剛性は強化されている。

スライダー２３ｂは、各レール部材に支持された一対の部材からなる。スライダー２３ｂは、スライドガイド２３ａの先端側にスライド可能な状態で設置されている。スライドモータ２５は、スライドガイド２３ａの上に設置されている。スライドモータ２５の駆動により、ＲＣ造柱１００に対応した所定の範囲ｒ１で、スライダー２３ｂがＸ方向にスライドする。

縦移動部１０は、その旋回アーム２３の先端部を構成しているスライダー２３ｂの突端部分に、垂直方向に延びるように設置されている。

縦移動部１０は、昇降アーム１１、昇降モータ１２などで構成されている。昇降アーム１１は、支持パイプ１１ａおよびスライドパイプ１１ｂを有している。支持パイプ１１ａは、円筒状の部材からなり、スライダー２３ｂの先端部分に、その中心が第２縦軸Ｊ２（Ｚ方向に延びる軸）に一致して垂直方向に延びるように固定されている。

スライドパイプ１１ｂは、支持パイプ１１ａよりも小径で長い円筒状の部材からなり、支持パイプ１１ａの内部に、同軸かつスライド可能な状態で挿通されている。スライドパイプ１１ｂには吐出装置６が設置されており、スライドパイプ１１ｂはまた、材料供給機構４の一部を構成している。昇降モータ１２は、スライダー２３ｂの先端部分に設置されており、昇降モータ１２の駆動により、ＲＣ造柱１００に対応した所定の範囲ｒ２で、スライドパイプ１１ｂがＺ方向にスライドする。

（材料供給機構４）
材料供給機構４は、上述したスライドパイプ１１ｂの他、ホッパー４０（材料受入部の一例）、送りポンプ４１、移送ホース４２などで構成されている。この実施形態のホッパー４０は、作業員が作業し易いように、フロアＦの上に設置されている。ホッパー４０には、柱枠製造装置１の材料が投入される。例えば、モルタルや化学薬品などを含むセメント系材料に、適量の水を加えて混練し、適度な粘度に調整した材料（成形材料）が、ホッパー４０に投入される。

吐出装置６から離れた位置に設置されているホッパー４０から成形材料を安定して移送するため、ホッパー４０には、送りポンプ４１が併設されている。成形材料は、この送りポンプ４１によってホッパー４０から送り出される。送りポンプ４１の送出口には、移送ホース４２の一端が接続されている。移送ホース４２の他端は、スライドパイプ１１ｂの上端に接続されている。

移送ホース４２の途中には、スライダー２３ｂの上に設置されたバッファータンク４３が設置されている。ホッパー４０に投入された成形材料は、移送ホース４２、バッファータンク４３、およびスライドパイプ１１ｂを経由して吐出装置６に供給される。なお、バッファータンク４３は必須でない。ホッパー４０から移送ホース４２およびスライドパイプ１１ｂを経由して吐出装置６に供給してもよい。

（吐出装置６）
吐出装置６は、材料導入部６０、ノズル部６１、およびノズルモータ６２などで構成されている。材料導入部６０は、スライドパイプ１１ｂの下端部に設置されている。材料導入部６０の内部に、スライドパイプ１１ｂから成形材料が導入される。

詳細な図示は省略するが、材料導入部６０には、成形材料の吐出量を開度によって調整する流量調整バルブ６０ａ（流量調整機構の一例）や、ロータリージョイント６０ｂ、スリップリング６０ｃなどが組み込まれている。材料導入部６０の横にはノズルモータ６２が併設されている。

ノズル部６１は、短寸の短筒部６１ａと、短筒部６１ａの一端に連なる長寸の長筒部６１ｂとで構成された略Ｌ形状に曲がったパイプ状の部材を有している。短筒部６１ａは、第２縦軸Ｊ２を中心に回転可能な状態で材料導入部６０（ロータリージョイント６０ｂ）に支持されている。ノズルモータ６２の駆動により、長筒部６１ｂは、第２縦軸Ｊ２を中心に旋回する。

長筒部６１ｂの先端には、ボックス状の吐出部６１ｃが設けられている。吐出部６１ｃの下端部分には、横方向（水平方向）に開口する吐出口６１ｄが形成されている。吐出口６１ｄは、材料導入部６０の中心からその半径方向に十分に離れて位置するように構成されている。吐出口６１ｄは、ノズル部６１および材料導入部６０を介してスライドパイプ１１ｂと連通している。なお、吐出口６１ｄの開口は、進行方向側でなければ横方向に限らず鉛直方向側でも構わない。

吐出部６１ｃには、吐出口６１ｄを開閉するシャッター機構６１ｅも設置されている。吐出部６１ｃにはまた、吐出口６１ｄの高さを検出する位置センサ６１ｆも設置されている。シャッター機構６１ｅおよび位置センサ６１ｆは、スリップリング６０ｃを介して、制御装置８と電気的に接続されている。

（制御装置８）
制御装置８は、ＣＰＵ、メモリ、インターフェースなどのハードウエアと、ハードウエアに実装された制御プログラムなどのソフトウエアとで構成されていて、柱枠製造装置１を構成している各装置や各機構の作動を総合的に制御する。制御装置８は、モニターや操作ボタンなど、制御装置８との間で入力信号および出力信号を送受信する入出力装置１ｂとともに操作盤１ａに設置されている。

図２に、制御装置８と、その主な関連装置を示す。制御装置８には、その機能的な構成として、三次元位置制御部８０、ノズル旋回制御部８１、材料供給制御部８２を有している。三次元位置制御部８０は、入出力装置１ｂを通じて入力されるＲＣ造柱１００の位置や大きさ、形状などの情報に基づいて、マストモータ２４、スライドモータ２５、昇降モータ１２の駆動を制御する。

特に、この柱枠製造装置１では、三次元移動機構２の強度や、マストモータ２４、スライドモータ２５の駆動の負担が軽減できるように、製造装置８の制御が工夫されている（詳細は後述）。

ノズル旋回制御部８１は、三次元位置制御部８０から得られる吐出装置６の水平位置およびノズル部６１の回転位置などの情報に基づいて、ノズルモータ６２の駆動を制御する。材料供給制御部８２は、吐出圧や送りポンプ４１の出力などの情報に基づいて、送りポンプ４１の出力や流量調整バルブ６０ａの開度を制御する。

＜補強コンクリート柱の製造装置の動作＞
枠製造装置は、成形材料を吐出するノズル部６１を必要に応じて旋回させるとともに、吐出装置６を、鉄筋１０１の下端部位から鉄筋１０１の周囲を周回しながら上昇させていく。そうして、鉄筋１０１の周りにＲＣ造柱１００の外郭部分１００ａを形成する。

具体的には、制御装置８（三次元位置制御部８０、ノズル旋回制御部８１）は、その運転が開始されると、三次元移動機構２を制御し、吐出口６１ｄが、鉄筋１０１の下端近傍の所定の開始位置に位置するように、マストモータ２４を制御して回転マスト２２を回転させ、スライドモータ２５を制御して旋回アーム２３をスライドさせ、ノズルモータ６２を制御してノズル部６１を旋回させる。

吐出口６１ｄが開始位置にセットされると、制御装置８（材料供給制御部８２）は、シャッター機構６１ｅを制御して吐出口６１ｄを開く。それとともに、吐出装置６に成形材料を供給し、その所定量が所定の速度で吐出されるように、送りポンプ４１の出力や流量調整バルブ６０ａの開度を制御する。

それと同時に、制御装置８（三次元位置制御部８０）は、吐出装置６が鉄筋１０１の外方の所定のコースを周回するように、回転マスト２２を回転させたり旋回アーム２３をスライドさせたりする。それにより、鉄筋１０１の周囲には、吐出された成形材料によって堤状の構造物が形成される。

そして、制御装置８（三次元位置制御部８０）は、吐出装置６が骨組みの周りを一周する度に、吐出された成形材料の高さ分だけ上昇するように、昇降アーム１１をスライドさせる。このような動作を繰り返すことにより、図３に示すように、成形材料による堤状の構造物を積層し、ＲＣ造柱１００の外郭部分１００ａを形成していく。

このように、この柱枠製造装置１によれば、旋回アーム２３を旋回やスライドさせ、昇降アーム１１をスライドさせるだけなので、比較的簡単な制御や構造で、鉄筋１０１の周囲の任意の位置に吐出装置６を移動できる。

このとき、位置センサ６１ｆは、吐出口６１ｄから積層した成形材料の上面までの距離を計測し、その計測値を制御装置８に出力する。積層した成形材料は、高くなるほど圧縮されて低くなる傾向がある。制御装置８（三次元位置制御部８０）は、位置センサ６１ｆから入力される計測値に基づいて、昇降アーム１１のスライド量を補正する。従って、ＲＣ造柱１００の外郭部分１００ａを精度高く形成できる。

更に、ＲＣ造柱１００の場合、その外面の近傍（数ｃｍ程度）に鉄筋１０１を位置させる必要があり、鉄筋１０１に沿うように、吐出口６１ｄを移動させなければならない。対して、吐出装置６や昇降アーム１１は、ある程度横幅があるので、鉄筋１０１からある程度離れた位置を周回するようにコース取りせざるを得ない。

それに対し、この柱枠製造装置１では、吐出装置６に旋回可能なノズル部６１が設けられている。ノズル部６１を旋回させることにより、そのノズルの先端に設けられている吐出口６１ｄを、吐出装置６から十分に離れた位置で回動できる。

従って、図４に示すように、制御装置８（ノズル旋回制御部８１）が、ノズル部６１を旋回させることで、吐出口６１ｄを鉄筋１０１に沿って周回させることができる。それにより、昇降アーム１１や材料導入部６０は、所定のコースに沿って周回させながら、成形材料を、鉄筋１０１の近傍の適切な位置に連続して吐出することができる。

柱枠製造装置１は、鉄筋１０１の上端近傍の所定の終了位置に達するまで、このような動作を繰り返し実行する。それにより、開始位置から終了位置まで、途切れることなく成形材料を吐出しながら、ＲＣ造柱１００の外郭部分１００ａを形成することができる。継ぎ目が形成されないので、継ぎ目に起因した亀裂を防止できる。

＜補強コンクリート柱の製造方法＞
図５に、補強コンクリート柱の製造方法の主な流れを例示する。補強コンクリート柱は、鋼材を立てた状態で所定位置に配置する工程（第１工程Ｓ１）、柱枠製造装置１を用いて、鋼材の周囲に、補強コンクリート柱の外郭部分を形成する工程（第２工程Ｓ２）、形成した外郭部分の中にコンクリート系材料を打設する工程（第３工程Ｓ３）などを経て製造される。

例えば、建設現場でＲＣ造柱１００を製造する場合には、図１に示すように、新たにＲＣ造柱１００を形成する箇所に、鉄筋１０１を立てた状態で配置する。図１では、鉄筋１０１は１つのみを表示しているが、通常は複数箇所に配置される。そうした後、図１に示すように、これら複数箇所に対応可能な所定位置に、柱枠製造装置１を設置し、その柱枠製造装置１を用いて、複数の鉄筋１０１の周囲に、ＲＣ造柱１００の外郭部分１００ａを形成する。

所定時間、養生することによって成形材料を硬化させた後、これらＲＣ造柱１００の外郭部分１００ａの中に、砂利、砂、セメント、添加剤などの混合物に適量の水を加水して作製した材料（コンクリート系材料）を打設する。

この製造方法によれば、コンパネなどの型枠の設置や回収が不要なので、工数削減や工期短縮の効果が得られる。

＜制御装置８の制御の工夫＞
この柱枠製造装置１の場合、図４に示すように、吐出口６１ｄは、鉄筋１０１に沿って周回し、成形材料を積層していく。対して、吐出装置６は、吐出口６１ｄよりも、鉄筋１０１から大きく外方に離れた位置を周回する。

なお、吐出口６１ｄが周回する経路を内回り経路ＣＩ、吐出装置６が周回する経路を外回り経路ＣＯともいう。そして、これら内回り経路ＣＩおよび外回り経路ＣＯの各々において、ストレート部１００ｓに対応した範囲をストレート領域ＲＳといい、コーナー部１００ｃに対応した範囲をコーナー領域ＲＣともいう。

吐出装置６は、外回り経路ＣＯのうち、ストレート領域ＲＳでは、吐出口６１ｄと平行して移動するので、これらは略同等の速度で移動すればよいが、コーナー領域ＲＣでは、内回り経路ＣＩに対して大回りしなければならないので、極端な加速および減速が必要になる。

そのような極端な加減速を、旋回アーム２３の旋回およびスライドで実行するためには、三次元移動機構２の強度や、マストモータ２４およびスライドモータ２５の駆動力を、大幅に高める必要がある。そうすると、柱枠製造装置１は巨大なものとなり、実用化が困難になる。

それに対し、この柱枠製造装置１では、そのような不具合が解消できるように、三次元位置制御部８０の制御が工夫されている。具体的には、吐出口６１ｄの移動速度の制御を工夫することにより、コーナー領域ＲＣでも、吐出装置６が比較的遅い速度かつ円滑な動作で移動できるようにした。

それにより、コーナー領域ＲＣで吐出装置６を極端な加速および減速する必要が無くなり、吐出装置６の動作制御も比較的簡単にできるので、柱枠製造装置１の巨大化を回避できる。

（コーナー領域ＲＣでの制御の具体例）
図６、図７、図８を参照して、制御装置８（三次元位置制御部８０）が行う、コーナー領域ＲＣにおける吐出装置６や吐出口６１ｄの移動制御の具体例を示す。図６は、内回り経路ＣＩを示した概略図であり、説明で用いる主なポイントを示してある。

図７は、上から順に、コーナー領域ＲＣおよびその前後における、吐出装置６の移動速度、吐出口６１ｄの移動速度、成形材料の吐出量、および吐出された成形材料の高さの各々の経時変化を表したグラフである（便宜上、上から順にグラフＡ～Ｄとする）。図８は、制御装置８が行う、コーナー領域ＲＣにおける吐出口６１ｄの移動制御の主な流れを示したフローチャートである。

図４に、実線で示すように、ストレート領域ＲＳでは、吐出装置６は吐出口６１ｄと略平行に移動する。ノズル部６１も旋回せず、ストレート部１００ｓと略直交した状態を保持する。吐出装置６および吐出口６１ｄは、所定の基準速度Ｖｓで移動する。

図４に二点鎖線で示すように、コーナー領域ＲＣでは、ノズル部６１は、吐出口６１ｄが内回り経路ＣＩに沿って移動するように、ノズル旋回制御部８１の制御によって旋回する。このとき、図７のグラフＢに二点鎖線で示すように、吐出口６１ｄが、基準速度Ｖｓでコーナー領域ＲＣを移動するとすると、図７のグラフＡに二点鎖線（一部省略）で示すように、吐出装置６は、極端な加速および減速を行わなければならない。

それに対し、この柱枠製造装置１では、図７のグラフＢに実線で示すように、コーナー領域ＲＣでは、吐出口６１ｄは、基準速度Ｖｓよりも遅い速度で移動するように制御される。それにより、図７のグラフＡに実線で示すように、吐出装置６は、コーナー領域ＲＣでも、比較的遅い速度、かつ、比較的円滑な動作で移動できるようになる。従って、三次元移動機構２の強度や、マストモータ２４およびスライドモータ２５の駆動力を、実用可能なレベルに維持できる。

更に、この柱枠製造装置１では、ストレート領域ＲＳからコーナー領域ＲＣへ、吐出装置６が円滑に移行できるように、内回り経路ＣＩにおけるコーナー領域ＲＣの直前部位に、移行区間（入口側移行区間ＫＩ）が設けられている。

具体的には、図６に示すように、ストレート領域ＲＳからコーナー領域ＲＣに入る点（コーナー開始点Ｐ２）の前の、内回り経路ＣＩの所定位置に移行開始点Ｐ１が設定されていて、移行開始点Ｐ１からコーナー開始点Ｐ２までの間が入口側移行区間ＫＩとされている。そして、コーナー領域ＲＣから出る点（コーナー終了点Ｐ５）の後の、内回り経路ＣＩの所定位置に移行終了点Ｐ６が設定されていて、コーナー終了点Ｐ５から移行終了点Ｐ６までの間が出口側移行区間ＫＯとされている。

図８に示すように、制御装置８は、吐出口６１ｄの周回中に、吐出口６１ｄが入口側移行区間ＫＩに入ったか否かを判断している（ステップＳ１０）。そして、吐出口６１ｄが入口側移行区間ＫＩに入っていない場合には（ステップＳ１０でＮｏ）、吐出口６１ｄはストレート領域ＲＳを移動中であるので、上述したように、吐出口６１ｄ（および吐出装置６）は基準速度Ｖｓで移動する（ステップＳ２０）。

吐出口６１ｄは、入口側移行区間ＫＩに入ると、コーナー開始点Ｐ２において移動速度がＶｓ１となるように加速する（ステップＳ１１）。それにより、吐出装置６は、吐出口６１ｄと共に、コーナー領域ＲＣに入るタイミングで加速されるので、急激な動作が困難な吐出装置６も、増速されるコーナー経路に円滑かつ安定して移行できる。

制御装置８には、コーナー領域ＲＣで予め目標とする吐出口６１ｄの速度（コーナー速度Ｖｒ）が設定されている。コーナー速度Ｖｒは、基準速度Ｖｓよりも遅い、コーナー領域ＲＣでの最高速設定値である。コーナー経路の中間点までの所定箇所Ｐ３において、吐出口６１ｄは、コーナー速度Ｖｒの所定割合（例えば、５０％）の速度Ｖｒ１となるように減速する（ステップＳ１２）。この間も、吐出装置６は、更に加速するが、急激な変化は抑制される。

その後、吐出口６１ｄは、移動速度がコーナー速度Ｖｒになるように加速する。この間も、吐出装置６は、更に加速するが、急激な変化は抑制される。そうして、吐出口６１ｄがコーナー速度Ｖｒに達すると、コーナー領域ＲＣの中間点を超える所定時間ｔｒの間、コーナー速度Ｖｒで移動する（ステップＳ１３）。この間、吐出装置６は一定の速度で移動する。

所定時間ｔｒに達すると、コーナー終了点Ｐ５よりも手前の所定箇所Ｐ４において吐出口６１ｄが速度Ｖｒ１となるように減速する（ステップＳ１４）。この間、吐出装置６は減速するが、急激な変化は抑制される。

その後、吐出口６１ｄは、コーナー終了点Ｐ５において移動速度がＶｓ１となるように加速する（ステップＳ１５）。この間も、吐出装置６は減速するが、急激な変化は抑制される。

そして、吐出口６１ｄが、出口側移行区間ＫＯに入ると、移行終了点Ｐ６において移動速度がＶｓとなるように減速する（ステップＳ１６）。それにより、吐出装置６は、吐出口６１ｄと共に減速されるので、急激な動作が困難な吐出装置６も、ストレート領域ＲＳに円滑かつ安定して移行できる。

このように、この柱枠製造装置１では、ノズル部６１の旋回動作を利用して、コーナー領域ＲＣにおける吐出口６１ｄの移動速度を遅くすることにより、コーナー領域ＲＣで吐出装置６が極端に加減速するのを抑制している。

更に、この柱枠製造装置１では、コーナー領域ＲＣでも、ストレート領域ＲＳとほぼ同じ高さで成形材料が積層されるように、吐出口６１ｄの移動速度の増減に連動して成形材料の吐出量も増減するように構成されている。

すなわち、上述したように、吐出装置６には、成形材料の吐出量を開度によって調整する流量調整バルブ６０ａが組み込まれている。コーナー領域ＲＣでは、吐出口６１ｄの移動速度が増減するので、吐出口６１ｄから一定の流量で成形材料を吐出すると、コーナー領域ＲＣで積層される成形材料の高さが不揃いになる。

そこで、この柱枠製造装置１では、図７のグラフＣに示すように、吐出口６１ｄの移動速度の増減に正比例して成形材料の吐出量も増減するように、制御装置８（材料供給制御部８２）が、流量調整バルブ６０ａを制御するように構成されている。それにより、コーナー領域ＲＣおよびストレート領域ＲＳの双方において、吐出口６１ｄの移動時間当たりの成形材料の吐出量が略一定になるので、図７のグラフＤに示すように、吐出される成形材料の高さも略一定になる。

その結果、コーナー領域ＲＣで積層される成形材料の高さが不揃いになるのを抑制でき、ＲＣ造柱１００の外郭部分を精度高く形成できる。

更にこの柱枠製造装置１では、ＲＣ造柱１００の外郭部分をより精度高く形成できるように工夫されている。すなわち、制御装置８（材料供給制御部８２）は、送りポンプ４１と協働させた状態で流量調整バルブ６０ａを制御するように構成されている。

上述したように、ホッパー４０は吐出装置６から離れた位置に配置されているので、成形材料は、移送ホース４２等、長い経路を経由して、送りポンプ４１で吐出装置６まで送られる。成形材料は、粘度が比較的高く、流動抵抗も大きいため、流量調整バルブ６０ａの開度の変化に対する応答性は高くない。そのため、コーナー領域ＲＣを移動する比較的短時間で、成形材料の流量調整を、流量調整バルブ６０ａだけで精度高く行うのは難しい。

そこで、この柱枠製造装置１では、流量調整バルブ６０ａの開度調整に、送りポンプ４１の出力の制御を協働させることにより、コーナー領域ＲＣでの成形材料の流量調整が、安定的かつ高精度で実現できるようにしている。

このように、この柱枠製造装置１では、制御の工夫により、三次元移動機構２の強度や、マストモータ２４、スライドモータ２５の駆動の負担が軽減できるうえに、ＲＣ造柱１００の外郭部分を精度高く形成できるので、型枠を用い無くても、ＲＣ造柱１００を精度高く製造できる。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、実施形態では、ＲＣ造柱を例示したが、対象とする補強コンクリート柱は、ＲＣ造柱に限らない。ストレート部とコーナー部とがあれば、その形状も角柱状に限らない。

横移動部２０は、所定の範囲で縦移動部１０をＸＹ方向に移動できればよいので、上述したようなトンボクレーン形状に限らず、橋形クレーン形状などであってもよい。縦移動部１０も、所定の範囲でＺ方向に移動できればよいので、上述したような１本のパイプを昇降する形態に限らず、複数の多段状のパイプを伸縮する形態などであってもよい。

１ 柱枠製造装置
２ 三次元移動機構
４ 材料供給機構
６ 吐出装置
８ 制御装置
１０ 縦移動部
１１ 昇降アーム
２０ 横移動部
２１ 固定マスト
２２ 回転マスト
２３ 旋回アーム
４０ ホッパー
４２ 移送ホース
６０ 材料導入部
６１ ノズル部
６１ｄ 吐出口
１００ ＲＣ造柱（補強コンクリート柱）
１００ｓ ストレート部
１００ｃ コーナー部
１０１ 鉄筋（鋼材）
Ｆ フロア
Ｊ１ 第１縦軸
Ｊ２ 第２縦軸
ＣＩ 内回り経路
ＲＳ ストレート領域
ＲＣ コーナー領域
ＫＩ 入口側移行区間

Claims (4)

1. 直線状のストレート部に連なる曲がったコーナー部を外周に有するとともに鋼材が埋め込まれている補強コンクリート柱の製造装置であって、
   セメント系材料に加水して形成された成形材料を吐出する吐出装置と、
   前記吐出装置に前記成形材料を供給する材料供給機構と、
   前記吐出装置を水平方向および垂直方向の各々に変位させる三次元移動機構と、
   前記吐出装置、材料供給機構、および前記三次元移動機構の各々を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記吐出装置は、
   前記材料供給機構から前記成形材料を導入する材料導入部と、
   前記材料導入部に旋回可能な状態で支持されていて、先端に開口する吐出口から前記成形材料を吐出するノズル部と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記吐出装置に前記成形材料が供給されるように、前記材料供給機構を制御するのと同時に、前記吐出装置が前記鋼材の外方を周回しながら上昇するように、前記三次元移動機構を制御するとともに、前記ノズル部が旋回して前記吐出口が前記鋼材に沿って周回するように、前記吐出装置を制御することにより、前記補強コンクリート柱の外郭部分を形成し、
   前記吐出口が周回する内回り経路のうち、前記ストレート部に対応したストレート領域よりも、前記コーナー部に対応したコーナー領域の方が、前記吐出口の移動が遅くなるように、前記制御装置が、前記三次元移動機構を制御する、補強コンクリート柱の製造装置。
2. 請求項１に記載の補強コンクリート柱の製造装置において、
   前記材料導入部は、前記成形材料の吐出量を調整する流量調整機構を有し、
   前記制御装置が、前記吐出口の移動速度の増減に連動して前記成形材料の吐出量が増減するように、前記流量調整機構を制御する、補強コンクリート柱の製造装置。
3. 請求項２に記載の補強コンクリート柱の製造装置において、
   前記材料供給機構は、
   前記吐出装置から離れた位置で前記成形材料を受け入れる材料受入部と、
   前記材料受入部で受け入れた前記成形材料を送り出す送りポンプと、
   を有し、
   前記制御装置が、前記送りポンプの制御と協働させた状態で前記流量調整機構を制御する、補強コンクリート柱の製造装置。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の補強コンクリート柱の製造装置において、
   前記内回り経路における前記コーナー領域の直前部位に、移行区間が設けられていて、
   前記移行区間で、前記制御装置が前記吐出口の移動速度を加速させる、補強コンクリート柱の製造装置。

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