JP7782955B2 - 構造物の構築方法 - Google Patents
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Description
本発明は、構造物の構築方法に関するものである。
従来から、壁や柱の表面に立体的な凹凸をつけた芸術性の高い外層仕上げが知られている。
一方、近年では、付加製造装置等を用いて、セメント系材料のコンクリート部材を所定箇所に押し出して、構造物を構築する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の付加製造装置では、コンクリート部材を積層することはできるものの、表面を所望の形状に加工して芸術性の高い構造物を製造できないという問題点がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、付加製造装置を用いて芸術性の高い構造物を製造できる構造物の構築方法を提供する。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る構造物の構築方法は、付加製造装置の付加製造部から水硬性混合物を吐出して構造物を構築する構造物構築工程と、仕上げ加工部によって、前記水硬性混合物が凝結する前に、前記構造物の側方に位置する表面に凹凸を形成する加工をする仕上げ加工工程と、を備え、前記仕上げ加工部は、前記構造物の前記表面に、第一種類の凹凸を形成する加工をする第一加工部を有し、前記第一加工部は、ブラシまたはヘラであり、前記第一加工部は、前記付加製造部から延び、アーム部材どうしが節部を介して変形自在とされたアーム部の先端部に設けられている。
すなわち、本発明に係る構造物の構築方法は、付加製造装置の付加製造部から水硬性混合物を吐出して構造物を構築する構造物構築工程と、仕上げ加工部によって、前記水硬性混合物が凝結する前に、前記構造物の側方に位置する表面に凹凸を形成する加工をする仕上げ加工工程と、を備え、前記仕上げ加工部は、前記構造物の前記表面に、第一種類の凹凸を形成する加工をする第一加工部を有し、前記第一加工部は、ブラシまたはヘラであり、前記第一加工部は、前記付加製造部から延び、アーム部材どうしが節部を介して変形自在とされたアーム部の先端部に設けられている。
このように構成された構造物の構築方法では、付加製造装置の付加製造部から水硬性混合物を吐出して構造物を構築する。水硬性混合物が凝結する前に、仕上げ加工部によって、構造物の表面に凹凸を形成する加工をする。よって、構造物の表面に凹凸を形成して立体装飾仕上げとすることで、単に水硬性混合物を積層または吹き付けだけではできない、複雑で精緻な芸術性の高い構造物を構築することができる。なお、「水硬性混合物」とは、種々のセメント系材料（例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリートなど）、およびジオポリマー組成物などを含む材料のことである。
また、仕上げ加工部は、付加製造部に接続されている。よって、仕上げ加工部と付加製造部とを連動して操作することができる。
また、仕上げ加工部は、付加製造部に接続されている。よって、仕上げ加工部と付加製造部とを連動して操作することができる。
また、本発明に係る構造物の構築方法では、前記仕上げ加工部は、前記構造物の前記表面に、前記第一種類とは異なる第二種類の凹凸を形成する加工をする第二加工部を有していてもよい。
このように構成された構造物の構築方法では、第一加工部によって、構造物の表面には、第一種類の凹凸が形成される。第二加工部によって、構造物の表面には、第一種類とは異なる第二種類の凹凸が形成される。よって、構造物の表面には、第一種類の加工及び第二種類の加工が施されるため、より一層芸術性の高い構造物を構築することができる。
本発明に係る構造物の構築方法によれば、付加製造装置を用いて芸術性の高い構造物を製造することができる。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る構造物の構築方法について、図面を用いて説明する。本実施形態では、壁や柱等のコンクリート構造物の表面に凹凸を形成する加工をする場合の説明を行う。構造物の構築方法は、構造物構築工程と、仕上げ加工工程と、を備えている。
本発明の第一実施形態に係る構造物の構築方法について、図面を用いて説明する。本実施形態では、壁や柱等のコンクリート構造物の表面に凹凸を形成する加工をする場合の説明を行う。構造物の構築方法は、構造物構築工程と、仕上げ加工工程と、を備えている。
図１に示すように、付加製造装置１を用いる。付加製造装置１は、付加製造部１０と、仕上げ加工部２０と、を有している。
付加製造部１０は、ノズル１１と、リフター部１２と、自走部１３と、ホース１４と、を有している。リフター部１２は、ノズル１１及びノズル１１に未硬化（未凝結）状態のコンクリート流動体（水硬性混合物）３１を供給するホース１４を支持し、ノズル１１を所定の高さまで昇降させる。自走部１３は、リフター部１２と連結されている。自走部１３は、所定の箇所を自走し、リフター部１２と連動してノズル１１を移動させる。ノズル１１からコンクリート流動体３１が吐出される。コンクリート流動体３１はノズル１１から、押し出されるように吐出される。付加製造部１０の構成は、特に限定されない。付加製造部１０は、遠隔操作可能であってもよい。
水硬性混合物の一例のコンクリート流動体３１は、種々のセメント系材料（例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリートなど）、およびジオポリマー組成物などを含む材料のことである。また、水硬性混合物は、漆喰であってもよい。
仕上げ加工部２０は、第一加工手段２１と、第二加工手段２６と、を有している。
図２に示すように、第一加工手段２１は、第一接続部２２と、第一アーム部２３と、第一加工部２４と、を有している。第一接続部２２は、リフター部１２に接続されている。なお、第一接続部２２は、付加製造部１０のリフター部１２以外の一部に接続されていてもよい。第一アーム部２３は、第一接続部２２から延びている。第一アーム部２３は、複数の第一アーム部材２３ａどうしが第一節部２３ｂを介して変形自在に接続されている。第一加工部２４は、第一アーム部２３の先端部に設けられている。第一加工部２４は、コンクリート流動体３１（構造物３）の表面３ｆをならす（第一種類の凹凸を形成する加工する）ことが可能なブラシやガイド板であり、表面３ｆに大まかな加工を施す。
第二加工手段２６は、第二接続部２７と、第二アーム部２８と、第二加工部２９と、を有している。第二接続部２７は、リフター部１２に接続されている。なお、第二接続部２７は、付加製造部１０のリフター部１２以外の一部に接続されていてもよい。第二アーム部２８は、第二接続部２７から延びている。第二アーム部２８は、複数の第二アーム部材２８ａどうしが第二節部２８ｂを介して変形自在に接続されている。第二加工部２９は、第二アーム部２８の先端部に設けられている。第二加工部２９は、コンクリート流動体３１（構造物３）の表面３ｆからコンクリート流動体３１を削ったり盛ったりする（第二種類の凹凸を形成する加工する）ことが可能なヘラであり、表面３ｆに細かい加工を施す。
第一加工手段２１及び第二加工手段２６は、付加製造部１０のリフター部１２と連動して移動可能である。仕上げ加工部２０は、不図示の学習部を備えていて、ＡＩ（artificial intelligence：人工知能）を用いた学習が可能であり、芸術性の高い立体装飾仕上げが可能であってもよい。
構造物構築工程では、付加製造部１０のノズル１１からコンクリート流動体３１を吐出して、下方から上方に積層することによって、所定の形状の構造物３を構築する。なお、ノズル１１からコンクリート流動体３１を吹き付ける（噴出する）ように吐出して、所定の形状の構造物３を構築する構成でもよい。このとき吹き付けられる対象物は水平面でも鉛直面でも勾配を持った面でも構わない。
仕上げ加工工程では、仕上げ加工部２０の第一加工部２４及び第二加工部２９によって、コンクリート流動体３１が凝結する前に、構造物３の表面３ｆに凹凸を形成する加工をする。まず、構造物３の表面３ｆに対して第一加工手段２１がアクセスして、第一加工部２４によって、表面３ｆが大まかな形状にならされた中間仕上げ面３ａを形成する。第一加工部２４によってならされた中間仕上げ面３ａに対して第二加工手段２６がアクセスして、第二加工部２９によって、中間仕上げ面３ａからコンクリート流動体３１を削ったり盛ったりされた最終仕上げ面３ｂを形成する。なお、表面３ｆの一部に第一加工部２４によって表面３ｆがならされた中間仕上げ面３ａを形成し、表面３ｆの他の部分に第二加工部２９によって表面３ｆからコンクリート流動体３１を削ったり盛ったりされた最終仕上げ面３ｂを形成するようにして、最終的に、構造物３の表面３ｆに中間仕上げ面３ａ及び最終仕上げ面３ｂが併存する構成であってもよい。なお、コンクリート流動体３１が凝結する前とは、ＪＩＳＡ１１４７：２０１９ コンクリートの凝結時間試験方法における貫入抵抗試験装置で測定した貫入抵抗値が８Ｎ／ｍｍ２以下の状態である。
このように構成された構造物の構築方法では、付加製造装置１の付加製造部１０からコンクリート流動体３１を吐出して構造物３を構築する。コンクリート流動体３１が凝結する前に、仕上げ加工部２０によって、構造物３の表面３ｆに凹凸を形成する加工をする。よって、構造物３の表面３ｆに凹凸を形成して立体装飾仕上げとすることで、単にコンクリート流動体３１を積層または吹き付けだけではできない、複雑で精緻な芸術性の高い構造物３を構築することができる。
また、第一加工部２４によって、構造物３の表面３ｆはならされて中間仕上げ面３ａが形成される。第二加工部２９によって、構造物３の表面３ｆからコンクリート流動体３１を削ったり盛ったりされて最終仕上げ面３ｂが形成される。よって、構造物３の表面３ｆは、ならされた加工及びコンクリート流動体３１を削ったり盛ったりされた加工が施されるため、より一層芸術性の高い構造物３を構築することができる。
また、仕上げ加工部２０は、付加製造部１０に接続されている。よって、仕上げ加工部２０と付加製造部１０とを連動して操作することができる。
また、構造物３の表面３ｆの立体装飾仕上げは、構造物３と一体化した材料で構築されるため、構造物３の表面３ｆにレリーフパネルを後付けで設置したもののように剥落するおそれがなく、耐久性及び耐候性に優れたものとなる。
また、構造物３の大きな表面３ｆであっても仕上げ面を継ぎ目なく製作できるため、芸術性に優れている。
（第二実施形態）
次に、本発明第二実施形態に係る構造物の構築方法について、主に図３及び図４を用いて説明する。なお、下記に示す実施形態において、第一実施形態と略同一の構成の箇所については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
次に、本発明第二実施形態に係る構造物の構築方法について、主に図３及び図４を用いて説明する。なお、下記に示す実施形態において、第一実施形態と略同一の構成の箇所については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態では、付加製造システム１Ａを用いる。付加製造システム１Ａは、付加製造装置１０Ａと、仕上げ加工装置２０Ａと、を有している。本実施形態では、付加製造装置１０Ａと仕上げ加工装置２０Ａとが接続されておらず、別々に設けられている（独立している）。
付加製造装置１０Ａは、付加製造部１０を有している。つまり、付加製造装置１０Ａは、ノズル１１と、リフター部１２と、自走部１３と、ホース１４と、を有している。
仕上げ加工装置２０Ａは、リフター部４１と、自走部４２と、仕上げ加工部２０と、を有している。つまり、仕上げ加工装置２０Ａは、リフター部４１と、自走部４２と、第一加工手段２１と、第二加工手段２６と、を有している。
自走部４２は、所定の箇所を自走可能である。リフター部４１は、自走部４２に連結されている。図４に示すように、第一加工手段２１及び第二加工手段２６は、付加製造装置１０Ａのリフター部４１の先端部に設けられている。リフター部４１は、第一加工手段２１の第一加工部２４及び第二加工手段２６の第二加工部２９を移動させる。仕上げ加工装置２０Ａは、遠隔操作可能であってもよい。
このように構成された構造物の構築方法では、付加製造装置１０Ａの付加製造部１０からコンクリート流動体３１を吐出して構造物３を構築する。コンクリート流動体３１が凝結する前に、仕上げ加工部２０によって、構造物３の表面３ｆに凹凸を形成する加工をする。よって、構造物３の表面３ｆに凹凸を形成して立体装飾仕上げとすることで、単にコンクリート流動体３１を積層または吹き付けだけではできない、複雑で精緻な芸術性の高い構造物３を構築することができる。
また、仕上げ加工部２０は、付加製造部１０とは別に設けられている。よって、仕上げ加工部２０を備えた仕上げ加工装置２０Ａと付加製造部１０を備えた付加製造装置１０Ａとを別々にすることで、仕上げ加工装置２０Ａ及び付加製造装置１０Ａをそれぞれ小型化することができる。特に仕上げ加工装置２０Ａは、コンクリート流動体３１を供給せずにブラシやヘラといった軽量の道具をもつだけの構成であるため、小型軽量な産業用ロボットを採用することもできる。
なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、第一加工部２４及び第二加工部２９は、ブラシやヘラ以外にも、コンクリート流動体３１の表面３ｆに凹凸を形成する加工ができるものであれば適宜採用可能である。例えば、コテでコンクリート流動体３１の表面３ｆを平滑にした後に、第二加工部で凹凸を形成する加工をする構成であってもよい。
また、上記に示す本実施形態では、仕上げ加工部２０は第一加工部２４及び第二加工部２９の二種類の加工部を備えているが、三種類以上の加工手段を備えていてもよい。加工部の数が多ければ、凹凸を形成する多くの加工作業を並行して行うことができる、作業性が良い。また、構造物３の表面３ｆ及び裏面（表面３ｆと反対側の面）等の複数の面の加工作業を行うこともできる。一方、ヘラをもつ加工部が１つだけで全ての加工作業をするようにしてもよい。また、付加製造装置１で造形した構造物３の表面３ｆに対して、追加で水硬性混合物を吹き付けて、より立体的な凸凹を形成してもよい。
また、構造物３の表面３ｆを保護し劣化を防止するためにコーティングを施してもよい。耐久性、耐候性及び光触媒など防汚性を高めるコーティングを併用してもよい。また、構造物３の表面３ｆを着色しても、顔料を混ぜて着色したカラーのコンクリート流動体を用いてもよい。
また、コンクリート流動体３１が凝結する前に、小型ロボットでＬＥＤランプ等の照明器具を所定の位置に埋設することも可能である。例えば、立体装飾で描かれた目に照明器具を組み込んで光らせるとかも可能である。
また、光造形や金属３Ｄプリンタと組合せて、コンクリート流動体３１が凝結する前にコンクリート流動体３１の中に造形物を貫入させ異種仕上材料を一体化することも可能である。これによって、光沢のある部分を構成することもできる。
また、３Ｄスキャナーと組み合わせれば、任意の形状を立体的に模写復元することが可能となる。
また、図３３に示すように、仕上げ加工工程と並行して、構造物３の表面３ｆにタイル４を設置する表面材設置工程を行ってもよい。つまり、構造物３の表面３ｆのうち一部には凹凸が形成され、構造物３の表面３ｆのうち他の部分にはタイル４が設置される。なお、構造物３の表面３ｆに設置されるものは、タイル４以外にも太陽光パネルや照明パネル等であってもよい。
表面材設置工程では、ロボットアーム５１等の機械装置を用いて、ロボットアーム５１の先端部に設けられた真空吸着パット５２に、タイル４の仕上げ面４ｆを吸着させる。タイル４を、構造物３の表面３ｆに押圧する。タイル４における構造物３の表面３ｆに設置される設置面４ｂには、タイル４の板厚方向に凹む凹部４ａが形成されている。タイル４の設置面４ｂは、凹部４ａが形成されることによって、凹凸形状になっている。タイル４の凹部４ａ内に未硬化のコンクリート流動体３１が入り込み、タイル４と構造物３とが一体化させる。これによって、付加製造装置１から吐出されたコンクリート流動体３１からなる構造物３の表面３ｆに、コンクリート流動体３１が凝結する前にタイル４を設置することができる。よって、タイル４を接着するための接着剤等の材料が不要であり、コンクリート流動体３１が凝結する前にタイル４を構造物３に設置するため早期に仕上がるため、施工性が良い。また、構造物３とタイル４との一体性が高まり、タイル４の剥落が抑制される。
１…付加製造装置
１Ａ…付加製造システム
３…構造物
３ａ…中間仕上げ面
３ｂ…最終仕上げ面
３ｆ…表面
１０…付加製造部
１０Ａ…付加製造装置
２０…仕上げ加工部
２０Ａ…仕上げ加工装置
２１第一加工手段
２４…第一加工部
２６…第二加工手段
２９…第二加工部
３１…水硬性混合物
１Ａ…付加製造システム
３…構造物
３ａ…中間仕上げ面
３ｂ…最終仕上げ面
３ｆ…表面
１０…付加製造部
１０Ａ…付加製造装置
２０…仕上げ加工部
２０Ａ…仕上げ加工装置
２１第一加工手段
２４…第一加工部
２６…第二加工手段
２９…第二加工部
３１…水硬性混合物
Claims (2)
- 付加製造装置の付加製造部から水硬性混合物を吐出して構造物を構築する構造物構築工程と、
仕上げ加工部によって、前記水硬性混合物が凝結する前に、前記構造物の側方に位置する表面に凹凸を形成する加工をする仕上げ加工工程と、を備え、
前記仕上げ加工部は、
前記構造物の前記表面に、第一種類の凹凸を形成する加工をする第一加工部を有し、
前記第一加工部は、ブラシまたはヘラであり、
前記第一加工部は、前記付加製造部から延び、アーム部材どうしが節部を介して変形自在とされたアーム部の先端部に設けられている構造物の構築方法。 - 前記仕上げ加工部は、
前記構造物の前記表面に、前記第一種類とは異なる第二種類の凹凸を形成する加工をする第二加工部を有する請求項１に記載の構造物の構築方法。
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