(57)【要約】【課題】  流動性が高い材料を使用した場合であっても、ノズルの吐出口から材料が垂れ落ちることを防止する。【解決手段】  ３Ｄプリンタで建設構造物を構築する際に、建設材料を吐出するためのノズルであって、下方向に材料を吐出するノズル本体１０の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構（屈曲部）４０を設ける。トラップ機構４０は、ノズル本体１０の材料送出経路を屈曲させた屈曲部からなる。ノズル本体１０の下端部に、吐出口２０の外周から外方へ向かって延長して設けたコテ部３０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄプリンタで建設構造物を構築する際に、建設材料を吐出するためのノズルであって、
下方向に材料を吐出するノズル本体の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構を設けたことを特徴とする建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズル。
【請求項２】
前記トラップ機構は、ノズル本体の材料送出経路を屈曲させた屈曲部からなることを特徴とする請求項１に記載の建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズル。
【請求項３】
ノズル本体の下端部に、吐出口の外周から外方へ向かって延長して設けたコテ部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルに関するものであり、詳しくは、３Ｄプリンタで建設構造物を作成する際に建設材料を吐出するためのノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄプリンタが実用化されており、建設、医療、デザイン等、種々の分野における造形技術として、広汎な利用が期待されている。代表的な３Ｄプリンタは、流動性を有する材料（例えば、モルタルや樹脂等）をノズルから吐出させ、設計データに基づいて材料の吐出量や吐出位置を制御することにより、所望形状の造形物を作成するようになっている。従来、３Ｄプリンタに関する種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された技術は、ノズル形状に特徴を有する３Ｄプリンタ技術を用いた建設構造物の構築装置に関するものである。この技術において、材料の送出経路の先端側に取り付けたノズルは、吐出する材料の断面が材料の吐出口において所望の形状となるように、材料の送出側から吐出側へ向かって内空形状を徐々に変化させた状態で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−８６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、種々の分野で３Ｄプリンタが実用化されており、所望形状の造形物を作成するために、ノズルの形状や構造に種々の工夫がなされている。例えば、特許文献１に記載された技術では、構築する建設構造物の形状に応じて複数のノズルを作製し、作業の進行状況に応じてノズルを取り替えることにより、様々な形状の建設構造物を容易に構築することができるという利点があるが、自由な断面形状の造形物を作成するために、更なる工夫の余地があった。
【０００６】
例えば、流動性が高い材料を使用した場合には、ノズルの吐出口から材料が垂れ落ちてしまう場合がある。そして、バネを使用して吐出口を開閉したり、ノズルの内部形状を複雑化したりする等、吐出口から材料が垂れ落ちるのを防止するための機構を設けた場合には、ノズルの構造が複雑化するとともに、製造コストが上昇する。さらに、このような機構を設けた場合には、材料送出経路内で材料が詰まる等、機構が正常に機能しないことも考えられる。また、材料送出経路内に滞留する材料を洗い流すことが困難であり、メンテナンス作業が面倒なものとなる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、流動性が高い材料を使用した場合であっても、ノズルの吐出口から材料が垂れ落ちることを防止可能な建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルは、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルは、３Ｄプリンタで建設構造物を構築する際に、建設材料を吐出するためのノズルに関するものである。この建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルは、下方向に材料を吐出するノズル本体の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構を設けたことを特徴としている。
【０００９】
また、トラップ機構は、ノズル本体の材料送出経路を屈曲させた屈曲部により形成することができる。さらに、ノズル本体の下端部に、吐出口の外周から外方へ向かって延長して設けたコテ部を備えることが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルによれば、ノズル本体の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構を備えているため、流動性が高い材料を使用した場合であっても、トラップ機構により材料の流下速度が調整され、吐出口から材料が垂れ落ちることがない。また、トラップ機構は材料送出経路を屈曲させた簡易な構造であるため、製造コストを低減することができるとともに、材料の詰まりを防止することができる。
【００１１】
また、コテ部を有しているため、吐出された材料が盛り上がったり捻れたりした場合であっても、材料の上面をコテ部で均すことができるため、造形物の上面が均一かつ平坦なものとなる。このため、各層間において材料が接触する面積が大きくなり、造形物の安定性を増加させることができる。さらに、吐出した材料を密に積層できるため、構造上の強度を増加させることができ、複数層に高く積み上げたり、一層の高さを大きくしたりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルを斜め上から見た状態の斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルを斜め下から見た状態の斜視図。
【図３】トラップ機構の他の例を示す斜視図。
【図４】トラップ機構の他の例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズル（以下、下方向吐出型ノズルと称する）を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係る下方向吐出型ノズルを説明するもので、図１及び図２はコテ部を有するノズルの斜視図、図３及び図４はトラップ機構の他の例を示す斜視図である。
【００１４】
＜下方向吐出型ノズルの概要＞
本発明の実施形態に係る下方向吐出型ノズルは、図１〜図４に示すように、下方向に材料を吐出するノズル本体１０の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構４０を設けた点に特徴がある。トラップ機構４０とは、ノズル本体１０の材料送出経路において、送出される材料の流下を抑制し、流動性が高い材料であっても、吐出口２０から材料が漏れ落ちることを防止するための機構である。
【００１５】
＜トラップ機構＞
トラップ機構４０は、ノズル本体１０の材料送出経路を屈曲させて屈曲部を設けることにより形成している。屈曲部の形状は、縦断面で略Ｕ字状（図１）や略Ｓ字状となっており、円弧状に湾曲していてもよいし（図３）、角部を有するように屈曲していてもよい（図４）。屈曲させる回数、曲率（角部を有して屈曲させる場合には、屈曲角度）、屈曲部の長さは、送出する材料の流動性等に応じて適宜設定することができ、例えば、１回だけ屈曲させてもよいし、複数回屈曲させてもよい。
【００１６】
ノズル本体１０の材料送出経路により送出する材料は、トラップ機構（屈曲部）４０において流下方向が略鉛直下方向から斜め下方向に変更されるため、吐出口２０から材料が漏れ落ちることを防止することができる。すなわち、略鉛直下方向にストレートに材料を流下させて吐出口２０から吐出する場合には、材料の送出を停止しても、材料の自重により材料が流下し、吐出口２０から漏れ出してしまう。このような態様に対して、トラップ機構４０を備えている場合には、材料の送出を停止すると、材料が屈曲部において一時的に貯留状態となるため、材料が吐出口２０から漏れ出すことはない。
【００１７】
＜コテ部＞
ノズル本体１０の下端部には、図１及び図２に示すように、吐出口２０の外周から外方へ向かって延長して設けたコテ部３０を備えている。すなわち、ノズル本体１０の下端部には、吐出口２０の周囲にフランジ状のコテ部３０が設けられている。
【００１８】
コテ部３０は、吐出口２０から吐出された材料の上面に押し当たって、材料の上面を均すための部分である。コテ部３０はある程度の厚みを持っており、下面は材料の上面を均すために平面状となっている。また、ノズル本体１０からの突出長さ（横方向への広がり）は、吐出口２０の大きさ（径）、使用する材料等に応じて、適宜設定することができる。
【００１９】
＜コテ部の形状＞
コテ部３０の形状はどのようなものであってもよいが、例えば、円柱状、多角柱状、四角柱状、逆円錐台状とすることができる。逆円錐台状のコテ部３０は、下方に向かって縮径しているため、側面が傾斜面となっている。このように、コテ部３０を下方に向かって縮径させることにより、吐出した材料に対してコテ部３０の側面が接触したとしても、側面は傾斜しているので材料を円滑に均すことができる。
【００２０】
＜吐出口＞
本実施形態の吐出口２０は、ノズル本体１０の下端部で下向きに開口している。また、図２に示す吐出口２０の断面形状は円形であるが、使用する材料や建設構造物の態様に応じて、楕円形、四角形、多角形等であってもよい。
【００２１】
＜付帯する機器及び材料＞
ノズル本体１０は、吐出口２０を下向きとした状態で、移動装置により所望の方向（３次元方向）へ移動可能に支持されている。また、ノズル本体１０には、圧送パイプを介して材料供給装置（材料貯留部、圧送ポンプ等を含む装置）が接続されている。ノズル本体１０から吐出する材料は、建設構造物の態様に応じて適宜選択するが、例えば、セメント系材料や樹枝系材料とすることができる。
【００２２】
＜建設構造物＞
本実施形態に係る下方向吐出型ノズルを用いて構築する建設構造物は、どのような形状のものであってもよいが、例えば、壁、中実又は中空の柱、方形・円錐形・円筒状等の建物、これらの複合建設物を構築することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ノズル本体
２０  吐出口
３０  コテ部
４０  トラップ機構（屈曲部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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