(57)【要約】      （修正有）【課題】支柱やレールフレームを不要とし、３Ｄプリンターの小型、軽量化をする。【解決手段】住宅の外壁及び内壁を建設する為の、自己自動運転型の３Ｄプリンターの実現の為に必須な、移動手段としての駆動機能を有し、建築に必要な設計データを無線信号にて受信する機能を有し、建築資材（ジオポリマー等）を定型パターンに形成する為のロボットアーム５とその先端に建築資材（ジオポリマー等））を吹き出する吹出ノズル６を有し、外壁に必要な開口部を設ける為のダミーボックス１０を設置する機構を有し、その他、転倒防止機能等を備えることを特徴とする３Ｄプリンターの構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
住宅の外壁及び内壁を建設する為の、自己自動運転型の３Ｄプリンターの実現の為に必須な、移動手段としての駆動機能を有し、建築に必要な設計データを無線信号にて受信する機能を有し、建築資材（ジオポリマー等）を定型パターンに形成する為のロボットアームとその先端に建築資材（ジオポリマー等））を吹き出する吹出ノズルを有し、外壁に必要な開口部を設ける為のダミーボックスを設置する機構を有し、その他、転倒防止機能を等を備えることを特徴とする３Ｄプリンターの構造。
【請求項２】
自己自動運転型の３Ｄプリンターによる建築物の構築方法は、建築物を構築する土地を整地し平らにし、必要に応じて平基礎コンクリートを設置し、該３Ｄプリンターを建設設計データの任意の外壁のおおよそ壁芯になるように設置し、建築資材（ジオポリマー等）専用プラン装置に、圧送ホース及び電源を接続する。建築の必要な設計データを無線信号にて該３Ｄプリンターが受信し、予めプログラニングされた設計データの通り、外壁のラインに沿って該３Ｄプリンターが移動を開始する。同時に、該ロボットアームと吹出ノズルは壁構築の一単位である定型パターンを、予めプログラミングされた設計データの通り、建築資材（ジオポリマー等）を形成する。該３Ｄプリンターは定型パターンを繰り返し構築する。開口部には該定型パターンの代わりに、ダミーボックスを設置する。外壁構築の１層目が完了すると、最初に構築を始めた箇所に戻ってくるので、該３Ｄプリンターは自ら構築した１層目の上に登り、１層目の上に２層目の構築を開始する。該３Ｄプリンターは同じよう建築資材（ジオポリマー等）による定型パターンとダミーボックスの構築を積層していく。建築物に必要な壁の高さまで、積層が完了すると、建物の外壁部分が完成する。設計プランによっては、内壁を構築する場合もある。該３Ｄプリンターによる壁の構築は、該定型パターンとダミーボックスを切れ目なく一筆書きに構築し、積層を続けることで外壁及び、内壁を構築する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、自己自動運転型３Ｄプリンターの構造、及び該３Ｄプリンターを使用して建築物を構築する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の３Ｄプリンターは、およそ２種類のタイプが存在する。１つ目は建築物の内部に３Ｄプリンターの本体を設置し、支柱を中心に３６０度の回転動作を行い、繰り返し積層を重ねる回転積層タイプ（例えば、建築スタートアップＡｐｉｓ  Ｃｏｒ社製）と、建築物より大きい門型フレームを構築し、レールフレームに沿ってプリントヘッドが上下左右にスライド動作を繰り返し、積層を重ねるスライド積層タイプ（例えば、Ｎｅｗ  Ｓｔｏｒｙ，ＩＣＯＮ社製）である。いずれも建築設計データをプリンター本体の一部に接続された、吹出ノズルを稼働させ、建築資材（ジオポリマー等）を積層して、構造物を構築するシステムである。いずれも、システムの構造上、大型で、設置、運搬に労力を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開  ２０１６−１０８８０１
【特許文献２】特開  ２０１８−０６９６６１
【特許文献３】特開  ２０１８−０１６５１４
【特許文献４】特開  ２０１１−０８９６２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  そこで、本発明は、３Ｄプリンター自体が自走する事により、従来必要であった支柱やレールフレームを不要とし、３Ｄプリンターの小型、軽量化をする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  自己自動運転型の３Ｄプリンターの実現の為に必須な、移動手段としての駆動機能、建築に必要な設計データを無線信号にて受信する機能、建築資材（ジオポリマー等）を定型パターンに形成する為のロボットアームとその先端に建築資材（ジオポリマー等））を噴出するノズル、建設する壁に必要な開口部を設ける為のダミーボックスを設置する機構、を備えることを特徴とする３Ｄプリンターの構造を有すること。【０００６】ここで自走式自動走行型３Ｄプリンターを仮にＳｅｌｆ  Ｍｏｖｅ  ３  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｒｉｎｔｅｒ（以降、ＳＭ３ＤＰ１８）と称する。【０００７】  ＳＭ３ＤＰ１８による建築物の構築方法は、建築物を構築する土地を整地し平らにし、必要に応じて平基礎コンクリートを設置する。【０００８】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は建設設計データに従い、建物の外壁及び、内壁の構築を行う。任意の外壁のおおよそ壁芯になるようにＳＭ３ＤＰを設置し、建築資材（ジオポリマー等）専用プラン装置１６に、圧送ホース７及び電源１３を接続する。建築の必要な設計データは例えば、人口衛星（ＧＰＳ）２０から送信された無線信号２２を無線受信器２６にて受信し、予めプログラニングされた設計データの通り、外壁のラインに沿ってＳＭ３ＤＰ１８が移動を開始する。【０００９】いくつかの形態において、ロボットアーム５と吹出ノズル６は建築資材（ジオポリマー等）を壁構築の一単位である定型パターン２１を、予めプログラミングされた設計データの通り形成する。ＳＭ３ＤＰ１８は定型パターン２１を繰り返し構築する。扉開口２３、窓開口２４には定型パターン２１の代わりに、ダミーボックス１０を設置する。外壁構築の１層目が完了すると、一周して、最初に構築を始めた箇所に戻ってくるので、ＳＭ３ＤＰ１８は自ら構築した１層目の上に登り、１層目の同じ軌道の上に２層目の構築を開始する。
建築物に必要な壁の高さになるまで積層を繰り返すと建物の外壁部分が完成する。設計プランによっては、内壁を構築する場合もある。ＳＭ３ＰＤ１８による壁の構築は、定型パターン２１とダミーボックス１０を切れ目なく一筆書きに構築し、積層を続けることで外壁及び、内壁を構築する。【００１０】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は、自走可能な駆動機能を有する。駆動機能は、電動モーター２、タイヤ又は、キャタピラ３、ギヤ類４である。【００１１】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は、ロボットアーム５を備える。ロボットアーム５の先端には、吹出ノズル６を有す。該吹出ノズル６からは建築資材であるモルタル又は、ジオポリマー等が、必要に応じて適当量吹出される。吹出された建築資材は円筒形で、必要に応じて連続的に吹出続ける。吹出される建築資材はある一定の形状パターン２１を基本とし、吹出を繰り返しながら、積層を続ける。形状パターン２１はＭ字型に近く、連続的に吹出可能で、且つ、構造的に強固なものである。【００１２】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は、無線信号２２にて建築設計データを受信する機能を有する。無線信号２２を無線受信機２６にて受信し建築設計データの通り建築物の壁ラインに沿って移動する。ロボットアーム５は必ずしも、該無線信号２２に依存しない。【００１３】  いくつかの形態において、ロボットアーム５は前記した一定の定型パターン２１とその変形パターンを構成するようにプログラミングされている。先端の吹出ノズル６から建築資材を吹出する事により、ＳＭ３ＤＰ１８は動きながら定型パターン２１を構築する。定型パターン２１の構築はＳＭ３ＰＤ１８の進行方向と反対側に構築していく。これは吹出された直後の建築資材は濡れた状態で強度が無いので乾燥を促すためである。【００１４】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は、転倒防止板８を有する。転倒防止板８は、自ら構築した建築物の壁厚に合わせて本体１の片側に２ヶ所、両側４ヶ所以上備える。転倒防止板８は、定型パターン２１とダミーパネル１０の積層の高さによって下方向にスライド回転し、転倒防止板８のレベルを調整しＳＭ３ＤＰ１８の転落を防止する。【００１５】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は、ダミーボックス１０を設置する機能を有する。ダミーボックス１０とは、建築物の扉開口２３や窓開口２４など、壁を構築したくない部分に設置する事により建築物に扉開口２３や窓開口２４を構築する為のもので、おおよそ２００ｘ２００ｘ３０Ｈ程度の大きさで、厚みは、ＳＭ３ＤＰ１８が噴出する定型パターン２１の１積層分の厚みとほぼ同じ厚みとする。材質は建築資材の構築に耐えられる構造とし、プラスチック製等とする。【００１６】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８は、ダミーボックス１０を設置する機能として、ダミーボックス搭載ケース１１、ローラーコンベア９、センサー１５、を有する。【００１７】  いくつかの形態において、ダミーボックス搭載ケース１１には、縦積みにダミーボックス１０が１０枚程度搭載出来る。ダミーボックス１０はＳＭ３ＰＤ１８が建築壁の開口部分に差し掛かると、予めプログラミングされた建築設計データに基づき扉開口２３��窓開口２４部分に自動的に設置される。設置はローラーコンベア９が稼働する事により、ＳＭ３ＤＰ１８の進行方向とは逆側に設置していく。扉開口２３や窓開口２４のダミーボックス１０の設置が完了した後は、元のように吹出ノズル６による定型パターン２１の構築を行う。センサー１５はダミーボックス１０を感知し、吹出ノズル６と圧送ポンプユニット２５の制御を行う。【００１８】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８に搭載されたダミーボックス１０は、設置されると、数が減るので、随時補給する必要がある。手動、又は、自動で補給される。自動の補給方法として、ダミーボックス自動補給装置（専用ドローン）１９による自動補給も有効である。【００１９】  いくつかの形態において、建築資材（ジオポリマー等）は、専用の建築資材（ジオポリマー等）プラント装置１６にて製造され、圧送ポンプユニット２５にてＳＭ３ＤＰ１８の吹出ノズル６に圧送される。【００２０】  いくつかの形態において、建築資材（ジオポリマー等）は、例えば、特開２０１８−０１６５１４による。ジオポリマー組成物としては、フィラー、アルカリ溶液及び骨材で構成されるものが提案されている。フィラーは、ケイ素とアルミニウムとを豊富に含有するものが使用され、例えば、カオリン、粘土、フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ、もみ殻灰等のポゾラン活性物質と称されるものが挙げられる。アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムと、水ガラス（Ｎａ２ＳｉＯ３）またはケイ酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）との水溶液が一般的である。【００２１】  いくつかの形態において、圧送ホース７の自重と建築資材重量は、ＳＭ３ＤＰ１８の動作を阻害する恐れがある。その為、圧送ホース７に掛かる応力がＳＭ３ＤＰ１８の動作に影響の無いように、吊り補助ジグ１７を有する。【００２２】  いくつかの形態において、吊り補助ジグ１７は、ポールの先が先細りした釣り竿のような形状をしており、伸び縮みし可搬性が良い。吊り補助ジグ１７は、常時圧送ホース７を吊り上げ、圧送ホース７に掛かる荷重を低減させると同時に、圧送ホース７が絡まないように調整する。【００２３】  いくつかの形態において、ＳＭ３ＤＰ１８に建設設計データ信号を送信するのに、人口衛星（ＧＰＳ）２０を使用する事も有効である。ＳＭ３ＤＰ１８が人口衛星（ＧＰＳ）２０信号を活用するのは、被災地ではインフラが崩壊してしまい、地上間の通信が寸断する可能性がある。衛星からの信号は途絶える事なく継続的に続けられる為、データ通信が可能である。なお、建設設計データの送信は人工衛星（ＧＰＳ）に限らず、例えばドローン等でも良い。
【発明の効果】
【００２４】  上述したように本発明によれば、従来の３Ｄプリンターに比べ、小型で軽量且つ、設置が容易な３Ｄプリンターが提供される。【００２５】３Ｄプリンターによる住宅の外壁及び、内壁の構築時間は、建築物大きさに依存するが、６５ｍ２程度の１階建ての平屋程度であれば、短時間（２４時間以内）で建設できるので、災害時の仮設住宅の建設等への活用が期待される。【００２６】  課題として、日本の住宅としての建築基準法を満たす為には、木造住宅以上の耐震強度が必要である。これを解決する為に、例えば、［特許文献４］特開  ２０１１−０８９６２３のようなエアー免震システムを採用する。例えば、パスカルの原理を利用した免震構造（日本ＡＩＲ断震システム）を採用することにより、建物自体を中に浮かせて免震する。これにより従来の木造建築以上の対地震対策性能を確保する。３【００２７】  ポルランドセメントではなくジオポリマーを使用することにより、建築資材の製造過程で発生する二酸化炭素排出量を８０パーセント近く低減できる。又、コンクリートの建築物構築に必要不可欠だった型枠，鉄筋工事が不要になり、資材の低減も出来る。又、昨今の社会的問題である建設現場の人手不足も解消出来る。【００２８】  ３Ｄプリンターにて大幅に建設コストが低減された結果、住宅に対する概念が変わる可能性がある。多数の地域に、住宅を多数所有することが容易になり、各所に住宅を持ち暮らすといったライフスタイルも期待できる。【００２９】ＳＭ３ＰＤは、将来的には、月面上になんらかの建築物を無人で建設する技術に発展する可能性を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＳＭ３ＤＰ本体の構造図である。
【図２】定型パターン図である。
【図３】ＳＭ３ＤＰによる建設イメージ図である。
【図４】ＳＭ３ＤＰの全体概要図である。
【図５】ＳＭ３ＤＰによって建築される住宅の平面図の１例である。
【図６】計装装置のシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】  以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３２】  図１（Ａ）は、本体１はアルミ製等のケーシングに、モーター２、及び、ギヤ類４、タイヤ又は、キャタピラ３、計装装置１２、電源１３、データ読取用ＵＳＢ１４、センサー１５、ダミーボックス１０、ダミーボックス搭載ケース１１、ローラーコンベア９、転倒防止板８、ロボットアーム５、吹出ノズル６、圧送ホース７、吊り補助ジグ１７、自動ダミーボックス補給装置（専用ドローン）９の構成を表す。図１（Ｂ）は本体部分を下から見た図である。
【００３３】  図２（Ａ）は建設資材（ジオポリマー等）を吹出ノズル６吹出して形成する一単位の定型パターン２１を表す。図２（Ｂ）は該定型パターン２１を３連結した状態を表す。定型パターン２１は必ずしも特定の形に拘らない。
【００３４】  図３（Ａ）はＳＭ３ＤＰ１８にてダミーパネル１０を設置しているイメージを表す。
建築物を構築するに当りドアや窓のような開口を必要とする箇所には、定型パターン２１を構築する代わりに、ダミーボックス１０を設置する。ＳＭ３ＰＤ１８が壁の構築を進める過程で、開口部に達した時、ＳＭ３ＰＤ１８に装備されているダミーボックス搭載ケース１１に格納されたダミーボックス１０は、ローラーコンベア９により押し出され、開口部に配置される。開口部を過ぎるとセンサー１５が感知し、吹出ノズル６による定型パターン２１の構築を再開する。ダミーボックス１０は本体１におおよそ１０枚程度格納出来るが、設置と共に数が減る為、自動ダミーボックス補充装置（専用ドローン）１９にて、随時補給される。
図３（Ｂ）はＳＭ３ＤＰ１８にて定型パターン２１を構築しているイメージを表す。ＳＭ３ＤＰ１８の進行方向と反対側に定型パターン２１を構築する。
【００３５】  図４は、建築資材（ジオポリマー等）プラント装置１６にて製造された建築資材は、圧  送ポンプユニット２５により圧送ホース７を通り、ＳＭ３ＤＰ１８に供給される。
ＳＭ３ＰＤ１８の移動軌道は建築設計データの通り自動運転し、その信号は人工衛星（ＧＰＳ）２０からの無線信号２２に依存する。圧送ホース７の重さでＳＭ３ＤＰ１８の動作が阻害されない様に、吊り補助ジグ１７にて吊り下げる。自動ダミーボックス補給装置（専用ドローン）１９は自動的に随時補給行う。
【００３６】  図２の定型パターン２１の構築は、人工衛星（ＧＰＳ）２０からの信号に必ずしも依存しない。
【００３７】  図５はＳＭ３ＤＰによって建設した住宅の平面図の一例で、外壁部分を定型パターン２１とダミーボックスを繰り返し設置することで住宅の外壁部分を構築している。建物内部には、トイレ３３、キッチン３４、洗面器３５、ユニットバス３６、ベット３７、椅子３８、テーブル３９等が配置することが想定され、生活に十分耐えうる施設が構築できる。
【００３８】  図６は計装装置のシステムを表し、人工衛星（ＧＰＳ）２０からの無線信号２２をアンテナ３０と無線受信機２６で受信し、信号変換機２８にて必要な信号に変換した後、ＰＬＣ（ＣＰＵ）２７にてプログラミングを行い、マグネットスイッチ２９を経由して、電気モーター２、タイヤ、キャタピラ等３、建築資材（ジオポリマー等）プラント装置１６等に制御信号を出力する。
【符号の説明】
【００３９】１  本体
２  電動モーター
３  タイヤ又は、キャタピラ等
４  ギヤ類
５  ロボットアーム
６  吹出ノズル
７  圧送ホース
８  転倒防止板
９  ローラーコンベア
１０  ダミーボックス
１１  ダミーボックス搭載ケース
１２  計装装置
１３  電源
１４  データ読取用ＵＳＢ
１５  センサー
１６  建設資材（ジオポリマー等）プラント装置
１７  吊り補助ジグ
１８  自己自動運転型３Ｄプリンター（ＳＭ３ＤＰ）
１９  自動ダミーボックス補給装置（専用ドローン）
２０  人工衛星（ＧＰＳ）
２１  定型パターン
２２  無線信号
２３  扉開口
２４  窓開口
２５  圧送ポンプユニット
２６  無線受信器
２７  ＰＬＣ（ＣＰＵ）
２８  信号変換機
３９  マグネットスイッチ
３０  アンテナ
３１  窓
３２  扉
３３  トイレ
３４  キッチン
３５  洗面器
３６  ユニットバス
３７  ベット
３８  椅子
３９  テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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