(57)【要約】本発明の方法は、建築物、橋梁又はそれらに類似する建造物の建築に用いられる複合材料建築要素を、コンピュータ制御された装置を用いて製造する方法であり、複合材料建築要素の３Ｄモデルに由来するコンピュータの指示を前記装置に提供する工程と、第１建築材料からコアを製造するために、前記装置を選択的に操作する工程と、凝固可能な第２建築材料を前記コアに選択的に提供して、前記コアに外層を形成する工程と、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルを形成するために、前記外層を少なくとも部分的に硬化する工程とを含むことにより、コア及びシェルが前記複合材料建築要素を形成する。
2017513730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ制御された装置を用いた、複合材料建築要素の製造方法であって、
コア形状に関連するコンピュータの指示を、前記装置によって受信する工程と、
第１建築材料を含み、前記コア形状に対応するコアを選択的に製造するために、前記装置を駆動及び選択的に操作する工程と、
前記コアの少なくとも一部に、凝固可能な第２建築材料を選択的に供給し、凝固可能な第２建築材料の外層を形成する工程と、
前記コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルを形成するために、前記外層を少なくとも部分的に硬化させる工程と、を含む、複合材料建築要素の製造方法。
【請求項２】
前記装置は、前記コンピュータの指示に応じて駆動可能なフライス主軸をさらに備え、
前記コアを選択的に製造する工程は、前記第１建築材料の塊から前記第１建築材料の部分を選択的に除去するように前記フライス主軸を駆動及び選択的に操作し、前記コアを徐々に製造することを含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項３】
前記装置は、前記コンピュータの指示に応じて駆動可能であり、かつ前記第１建築材料の供給が伝達される材料堆積ヘッドをさらに備え、
前記コアを選択的に製造する工程は、前記第１建築材料の部分を選択的に堆積するように前記材料堆積ヘッドを駆動及び選択的に操作し、前記コアを徐々に製造することを含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項４】
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する工程は、前記第２建築材料の貯留槽中に前記コアの少なくとも一部を浸漬して、前記外層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項５】
前記装置は、凝固可能な第２建築材料の供給が伝達され、かつコンピュータの指示に応じて駆動するスプレーガンをさらに備え、
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する工程は、コアに対してスプレーガンを駆動し、前記コアの少なくとも一部に前記凝固可能な第２建築材料を選択的に噴射して、前記外層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項６】
前記第１建築材料の部分を選択的に堆積する前に、少なくともいくつかの当該部分の密度を選択的に調整することをさらに含む、請求項３に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項７】
前記装置は、ガスの供給が伝達される前記材料堆積ヘッドをさらに備え、
可変の比率で前記ガスと前記第１建築材料とを選択的に混合して発泡材料を形成するように前記材料堆積ヘッドを駆動する工程をさらに含む、請求項６に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項８】
前記装置は、繊維の供給が伝達される前記材料堆積ヘッドをさらに備え、
可変の比率で前記繊維と前記第１建築材料とを選択的に混合するように前記材料堆積ヘッドを駆動する工程をさらに含む、請求項７に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項９】
前記装置は、第３建築材料の供給が伝達される前記材料堆積ヘッドをさらに備え、
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する前に、前記材料堆積ヘッドを駆動し、前記コア上に前記第３建築材料の部分を選択的に堆積する工程をさらに含む、請求項３に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１０】
前記第３建築材料の部分を選択的に堆積する工程は、少なくとも部分的に前記コアを取り囲む、第３建築材料の少なくとも１つの層を形成することを含む、請求項９に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１１】
前記シェルの少なくとも一部に、凝固可能な第４建築材料を選択的に供給して、当該凝固可能な第４建築材料の第２外層を形成し、当該第２外層を少なくとも部分的に硬化させて、第２シェルを形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１２】
前記材料堆積ヘッドを駆動する前に、前記装置に隣接して補強構造を配置し、前記補強構造を前記第１建築材料の堆積した部分と連結する工程をさらに含む、請求項３に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１３】
前記装置は、前記コンピュータの指示応じて駆動するグリッパーをさらに備え、
前記装置に隣接して前記補強構造を配置するように、前記グリッパーを駆動することを含む前記補強構造を配置する工程をさらに含む、請求項１２に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１４】
前記装置に隣接して前記補強構造を配置する工程は、メッシュパネルが充填された少なくとも１つの開口部を有する補強フレームを配置することを含む、請求項１２または１３に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１５】
前記コアを選択的に製造する工程は、少なくとも１つの供給配管を有するコアを製造することをさらに含み、
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する前に、前記少なくとも１つの供給配管内に供給部を配置する工程をさらに含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１６】
前記コアを選択的に製造する工程は、少なくとも１つのリブ凹部を有するコアを製造することをさらに含む、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１７】
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する前に、前記少なくとも１つの前記リブ凹部内に１つ以上の補強バーを配置する工程をさらに含む、請求項１６に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１８】
前記フライス主軸を駆動し、前記シェルにおける特定箇所を選択的にフライス削りする工程をさらに含む、請求項２に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項１９】
前記装置は、前記コンピュータの指示に応じて駆動可能なフライス主軸をさらに備え、
前記フライス主軸を駆動し、前記シェルにおける特定箇所を選択的にフライス削りする工程をさらに含む、請求項３に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項２０】
前記装置は、前記コンピュータの指示に応じて駆動可能なフライス主軸をさらに備え、
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する前に、前記コアにおける特定箇所を選択的にフライス削りする工程をさらに含む、請求項３に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項２１】
前記コアを製造する工程は、縁を形成する２つの隣接する面を有するコアを製造することをさらに含み、
前記隣接する面のそれぞれは、それぞれの面から離れるように傾斜する傾斜部を前記縁に隣接して有する、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項２２】
前記凝固可能な第２建築材料を選択的に供給する前に、１つ以上の側板を前記コアの縁に固定する工程をさらに含み、
前記側板のそれぞれは、前記縁の何れかの側に設けられた面を連結するための２つの対向する表面連結アームと、前記表面連結アームに連結されており、前記表面連結アームから離れるように延伸した障壁アームとを有する、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項２３】
前記第１建築材料は発泡材である、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【請求項２４】
前記第２建築材料はセメント質である、請求項１に記載の複合材料建築要素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物、橋梁、又はそれらに類似する建造物の建築において使用される対象となる建築要素の製造に関する。より具体的には、本発明は、異なる材料特性を有する少なくとも２つの部位を備えた複合材料建築要素の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
建造物を建築する際は、床及び屋根と同様に、内壁及び外壁を形成する一般的な方法として、構造断熱パネル（ＳＩＰ）として知られている、予め組み立てられたパネルを設置する。ＳＩＰは、実質的に硬く、構造的に平坦な１つのシート又はボード間に挟まれた、発泡材料コアからなる複合材料建築要素である。このようなパネルは、巨大かつ構造的で、一般に軽量なパネルであり、速やかかつ容易に設置可能であり、頑丈かつ高い断熱性を有し、建築計画の効率向上が可能であるという理由から普及している。
【０００３】
ＳＩＰは、通常、発泡ポリスチレン又は発泡ポリウレタンのような発泡ポリマーコアを含み、ベニヤ板、金属またはセメントを含む材料の範囲において形成された２つの平面シートに連結される。
【０００４】
ＳＩＰは他の建造技術を超える利点を有するかもしれないが、いくつかの欠点に悩まされている。例えば、ＳＩＰが平面パネルとして構成されている場合、その上に形成可能な構造の形態を本質的に制限することになる。
【０００５】
また、従来のＳＩＰは、有機発泡材料から形成された発泡質コアを有し、その高い可燃性が既に実証されており、重大な火災リスクを呈するという欠陥にも悩まされている。
【０００６】
さらに、従来のＳＩＰは、その構造がゆえに、パネルを制限された方向において特定の最大負荷未満しか支えることができない。
【０００７】
したがって、ＳＩＰと同様の特性を有し、非平面形状若しくは複雑な幾何学的形状を有し、および／または、様々な方向から受ける負荷を支え、あるいは、機能上の要求に応じて特定の負荷を支えるために最適な構造性を有する建築要素を提供することは有益である。
【０００８】
また、従来技術における現存のいかなる欠点をも回避若しくは緩和する解決法、または、従来技術の手法に対する代替案を提供することは有益である。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一態様によれば、コンピュータ制御された装置を用いた複合材料建築要素の製造方法を提供し、当該製造方法は、コア形状に関連するコンピュータの指示を、前記装置によって受信する工程と、前記コア形状に対応する第１建築材料を含むコアを選択的に製造するために、前記装置を駆動及び選択的に操作する工程と、前記コアの少なくとも一部に、凝固可能な第２建築材料を選択的に供給し、凝固可能な第２建築材料の外層を形成する工程と、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルを形成するために、前記外層を少なくとも部分的に硬化させる工程と、を含む。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、前記装置は、フライス主軸及び／又は第１建築材料の供給が伝達される材料堆積ヘッドをさらに備え、コアの選択的な製造は、第１建築材料の塊を選択的にフライス削りして、第１建築材料の部分を除去すること、又は、第１建築材料の部分を選択的に堆積することのいずれかにより、コアを徐々に製造することを含む。
【００１１】
本発明の別態様によれば、凝固可能な第２材料の選択的な塗布は、凝固可能な第２材料の貯留槽中にコアの少なくとも一部を１回以上浸漬すること、及び凝固可能な第２材料をコアの少なくとも一部に選択的に噴射することにより、外層を形成することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】コンピュータ制御されたフライス主軸を用いて製造された複合材料建築要素のコアを示す図である。
【図１Ｂ】コンピュータ制御されたフライス主軸を用いて製造された複合材料建築要素のコアを示す図である。
【図２Ａ】コンピュータ制御された材料堆積装置を用いて製造された他の複合材料建築要素のコアを示す図である。
【図２Ｂ】コンピュータ制御された材料堆積装置を用いて製造された他の複合材料建築要素のコアを示す図である。
【図３Ａ】さらに他の複合材料建築要素の製造途中を示す図である。
【図３Ｂ】コンピュータ制御されたフライス主軸を用いて製造された、図３Ａに示す複合材料建築要素のコアを示す図である。
【図４Ａ】複合材料建築要素に組み込まれる前及び後のアセンブリを示す図である。
【図４Ｂ】複合材料建築要素に組み込まれる前及び後のアセンブリを示す図である。
【図５】直線型の複合材料建築要素を示す図である。
【図６】直線型の他の複合材料建築要素を示す図である。
【図７Ａ】組み込まれた供給管を有するさらに他の複合材料建築要素を製造する段階を示す図である。
【図７Ｂ】組み込まれた供給管を有するさらに他の複合材料建築要素を製造する段階を示す図である。
【図７Ｃ】組み込まれた供給管を有するさらに他の複合材料建築要素を製造する段階を示す図である。
【図７Ｄ】組み込まれた供給管を有するさらに他の複合材料建築要素を製造する段階を示す図である。
【図７Ｅ】組み込まれた供給管を有するさらに他の複合材料建築要素を製造する段階を示す図である。
【図８Ａ】多層型複合材料建築要素の一部を示す図である。
【図８Ｂ】他の多層型複合材料建築要素の一部を示す図である。
【図８Ｃ】さらに他の多層型複合材料建築要素の一部を示す図である。
【図９】組み込まれた建築付属品を有する代替の複雑な建築要素の断面図である。
【図１０Ａ】複合材料建築要素の好ましい、実際の、かつ調整された形状を示す図である。
【図１０Ｂ】他の複合材料建築要素の好ましい、実際の、かつ調整された形状を示す図である。
【図１０Ｃ】さらに他の複合材料建築要素の好ましい、実際の、かつ調整された形状を示す図である。
【図１０Ｄ】さらに他の複合材料建築要素の好ましい、実際の、かつ調整された形状を示す図である。
【図１０Ｅ】さらに他の複合材料建築要素の好ましい、実際の、かつ調整された形状を示す図である。
【図１０Ｆ】さらに他の複合材料建築要素の好ましい、実際の、かつ調整された形状を示す図である。
【図１１Ａ】側板の構成部品の断面図である。
【図１１Ｂ】他の側板の構成部品の断面図である。
【図１１Ｃ】さらに他の側板の構成部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施形態を、付随する図面を参照して、例示の目的でのみここに記載する。
【００１４】
まず、複合材料建築要素を製造する方法を説明する。一般的に、建築要素とは、建築物、橋梁もしくはそれらに類似する建造物の一部、例えば造園用要素のような小さな構造等を建造するために、または、全体の構成を形成するために用いられるいずれかの対象物である。複合材料建築要素は、異なる特性を有する部分を少なくとも２つ備え、当該部分は、一般的には異なる材料から形成される。特に、本方法では、コンピュータ制御された装置を駆動し、複合材料建築要素のコンピュータモデルに由来するコンピュータの指示に応じて複合材料建築要素を製造する。当該装置は、コンピュータの指示に従い、第１建築材料を選択的に除去または供給することで第１建築材料からコアを製造し、当該コアの少なくとも一部を、凝固可能な第２建築材料で覆って外層を形成することにより、複合材料建築要素を製造する。その後、凝固可能な第２材料を硬化することにより、シェルを形成する。なお、複合材料建築要素の構造及び／又は外観に影響する追加工程を実行してもよい。
【００１５】
本明細書の全体を通して、「コンピュータの指示」とは、コンピュータアプリケーションによりもたらされる、建築要素の三次元（３Ｄ）モデルに由来するコンピュータの指示に、少なくとも部分的に関連するものを参照する。３Ｄモデルは、例えば、コンピュータ補助設計（ＣＡＤ）ソフトウェアのようなユーザ電算モデリングソフトウェア、コンピュータアルゴリズム、またはこの両者の組み合わせによって作られてもよい。当該指示は、他の物との間で、コンピュータ制御された装置の移動、及び、当該装置に連結された建築要素の製造に適した１つ以上の付属機構、例えばフライス主軸の操作を指定する。
【００１６】
図１Ａ〜１Ｂは、複合材料建築要素を製造する初期段階として、建築要素コア９の製造を示している。
【００１７】
図１Ａは、地面４に固設されたドッキングステーション３に連結された係止ピン２に固定された第１建築材料の塊１を示している。なお、例示の目的で、塊１は、所望の建築要素コアの形状を示し、これにより他から区分する概念的な輪郭５を有する。通常、係止ピン２は、除去可能に塊１に連結されており、コア９を製造した後に除去される。ただし、例えば、要素を構造に組み込むとき、又は、メンテナンスのために要素を構造から取り出すとき等の一部の場合において、完成した建築要素の移動を支持するために、係止ピン２を残しておいてもよい。以上の目的を達成するために、コア９は、周囲領域との隙間に配置された複数の係止ピン２（図示せず）または雌ネジ（図示せず）を有してもよい。
【００１８】
図１Ｂでは、図１Ａに示されたアセンブリは、コンピュータ制御された装置６の隣接する位置にある。装置６は、可動のロボットアーム８に取り付けられたフライスヘッド７を有する。アーム８は、建築要素コアの所望の形状に対応するコンピュータの指示に応じて、フライスヘッド７を材料の塊１に対して駆動すると共に、フライスヘッド７を選択的に操作する。これにより、塊１の特定部位を除去し、建築要素コアの所望の形状に一致するコア９を製造する。
【００１９】
図２Ａ〜２Ｂは、他の複合材料建築要素を製造する初期段階として、他の建築要素コア１７の製造を示している。
【００２０】
図２Ａは、係止ピン２およびドッキングステーション３を介して床４上に固定されている別の材料塊１０を示している。塊１０の少なくとも一部の外面上には、第１建築材料１１からなる追加部位が配置される。
【００２１】
図２Ｂでは、塊１０が別のコンピュータ制御型の装置１２に隣接した位置にある。装置は、可動なロボットアーム１３に取り付けられた材料堆積ヘッド１４を有する。堆積ヘッドは、１つ以上の管１６を介して、貯留槽１５内に格納され得る実質的に液体の第１建築材料の供給を流体伝達する。建築要素コアの所望の形状に関連するコンピュータの指示に応じて、アーム１３は、材料堆積ヘッド１４を材料の塊１に対して駆動すると共に、材料堆積ヘッド１４を選択的に操作して、特定の位置に第１材料１１の部分を連続して堆積し、建築要素コアの所望の形状に一致するコア１７を製造する。第１建築材料１１の部位は、典型的にはビーズ材として堆積し、典型的には層を形成する。各層は、単一の連続したビーズ、または複数のビーズによって形成されてもよい。また、各層は、平面であってもよく、平面ではなく三次元であってもよく、例えば、双曲部または小面部位を有するものであってもよい。堆積は、第１建築材料の押出、吹付または噴射を含むと認識されるべきである。
【００２２】
なお、図２Ｂには、第１建築材料１１の部分を塊１０の表面上に直積堆積するコンピュータ制御された装置１２が示されているが、装置１２は、第１材料を、地面４、又はコア１７を製造するためのいかなる基材上に堆積してもよいと認識されるべきである。塊１０の存在は、多数の要因、例えば、堆積可能な第１材料の有効性、コア１７の形状、又は第１材料の堆積可能時間に、任意で依存する。
【００２３】
また、任意の構成として、コンピュータ制御された装置１２は、材料堆積ヘッド１４と、例えば前述した図１Ｂに関して述べたようなフライスヘッド（図示せず）との交換を可能にする、交換可能な製造ヘッドを有するように改造されてもよい。この場合、装置１２は、例えば優れた装飾的または機能的部材を加える等、コア１７の表面改良加工を行うために、追加の製造工程を実行し、堆積した第１材料の特定の部分をフライスヘッドで除去してもよい。選択的な堆積工程または選択的なフライス削り工程は、コア１７における特定の形態を製造するように複数回繰り返してもよい。
【００２４】
コア９、１７は、コア９、１７の製造に必要な材料の量、及びコア９、１７の重量を減らすために、複数の隙間を定義することが好ましい。この構成は、予め定められた量の気泡を含む発泡材を、第１建築材料として用いることで実現され得る。このような材料は、好ましい防火性、入手し易さ、軽量性であり、良好な防音及び／又は断熱性を提供する。一般に、これらの目的に適した無機発泡材は、例えば玄武岩質材のようなものであるが、場合によっては、有機発泡材と無機発泡材との組み合わせも適しており、玄武岩が耐火性の外部シェルを形成することが可能になる。また、コア９、１７の少なくとも外面には、第２建築材料の外層との物理的結合がより強固になることから、開放気泡発泡材を用いることが望ましい。この構成は後述する。
【００２５】
任意の構成として、密度が一定ではない第１建築材料からコア９、１７を形成することにより、製造されるコア９、１７の特定部位に、異なる密度を与えてもよい。この構成は、コア９、１７の製造工程中に、発泡第１建築材料中の気泡密度を変化させることによって実現できる。例えば、塊１は、異なる密度の発泡材から形成された異なる層を有する積層ブロック(図示せず)を含んでもよく、装置６は、図１Ａ〜１Ｂに関して前述したように、当該積層ブロックからコア９を製造してもよい。また、代替の構成として、装置１２を用い、第１建築材料の様々な層又はビーズの堆積中に、発泡第１建築材料のガス含有量を変化させることによって、図２Ａ〜２Ｂに関して前述したコア１７を製造してもよい。
【００２６】
また、代替の構成として、第１建築材料に追加材料を選択的に添加することにより、第１建築材料の密度に多様性および非均一性を与えてもよい。この構成は、例えば、第１建築材料の密度を堆積前に調整するために、第１建築材料に選択的に混合される繊維や木屑の供給を材料堆積ヘッド１４に伝達し、コア１７の一部を形成する工程を含む。こうして、コア１７を通じて積層体の各層を形成することが可能となる。追加材料に対する第１建築材料の比率は、多様に変化してもよい。例えば、第１建築材料が発泡材であって、追加材料がガラス繊維である場合、発泡材は低量でも繊維を容易に固定することができるため、比較的重い層または部位の製造が可能である。
【００２７】
図３Ａは、実質的に液体の凝固可能な第２建築材料の槽２２の上方に持ち上げられた複合材料建築要素２０を示している。当該建築要素は、コア２１に外層を形成するための凝固可能な材料により、少なくとも部分的に覆われているコア２１を含む。コア２１は、前述した何れかの工程によって製造した複雑な（自由形式）形状を有する。外層２３は、コア２１を槽２３に浸漬すること、すなわち、コア２１の各浸漬部位が凝固可能な建築材料に覆われ、または付着することによって塗装される。
【００２８】
浸漬工程は、コア２１に連結された１つ以上の係止ピン（図示せず）によりコア２１を持ち上げ、コア２１を凝固可能な建築材料２２の槽内に浸漬するように設計されたコンピュータ制御された装置（図示せず）が、コンピュータの指示に従って実行する。これは、コア２１を製造する装置６、１２であり得、又は、別の装置であってもよい。１回以上の浸漬の後、コア２１を取り出して外層２３を硬化させることにより、少なくとも部分的にコア２１を取り囲むシェル２４を形成する。また、任意の構成として、コアの未コーティング部位に位置する第２シェル（図示せず）を形成するために、または、第１シェルを少なくとも部分的に取り囲むために、浸漬工程及び硬化工程を繰り返してもよい。
【００２９】
また、代替の構成として、凝固可能な第２建築材料をコア２１に噴射して、外層２３（図示せず）を形成することにより、複合材料建築要素２０を製造してもよい。一般的には、凝固可能な第２建築材料の供給が伝達されると共に、ロボットアーム８、１３に取り付けられた付属のスプレーガン（図示せず）を有する装置６、１２が、噴射を実行してコア２１を製造する。アーム８は、外層２３の所望の形状に対応するコンピュータの指示に応じて、材料堆積ヘッド１４をコア２１に対して駆動すると共に、凝固可能な建築材料をコア２１に選択的に噴射し、凝固可能な建築材料の部分を特定箇所に連続的に堆積することにより、外層２３を製造する。外層２３が形成されると、第２外層の塗装前に外層２３を少なくとも部分的に硬化させ、または全面的に硬化させることで、シェル２４を形成する。なお、別の凝固可能な材料を第２外層に含めることで、異なる材質を有する複数のシェル層を形成してもよい。
【００３０】
凝固可能な第２建築材料は、優れたセメント質複合材料であることが好ましい。これにより、第２建築材料が、コア２１の周りを速やかに流れると共に、凹部を充填または被覆し、コア２１の表面、特に第１建築材料として用いられる開放気泡発泡材の表面に付着することにより、当該表面が速やかに硬化し、頑丈で堅固なシェル２３が形成される。この構成は、シェル２３の硬化を促進する追加の硬化工程、例えば、加熱されたガス及び／又は液体中にシェル２３を曝す工程、又は、化学的に調整された媒体もしくは触媒をシェル２３に噴射する工程を含んでもよい。また、任意の構成として、コア２１を槽２２内に浸漬する前、又は、凝固可能な第２材料をコア２１に噴射する前に、装置６、１２を用いて、凝固可能な材料がコア２１に付着するのを支持する１種類以上の材料、例えば繊維質の糸又は接着剤を選択的に噴射してもよい。さらに、任意の構成として、化学的に調整された媒体または触媒をコア２１に塗布し、シェル２４の硬化を促進してもよい。凝固可能な第２建築材料の複合材料は、セメント、コンクリート、石膏、セラミック又はゲル重合体の何れか１つ以上を含んでもよい。
【００３１】
図３Ｂは、建築要素２０をドッキングステーション３に再度連結すると共に、コンピュータ制御された装置６のフライスヘッド７により建築要素２０からシェルの特定部位を除去する、任意の別の製造工程を示している。この製造工程において、耐久性を満たすために、及び／又は、装飾若しくは機能的部材をシェルに追加するために、要素２０の外面を改良してもよい。例えば、要素２０を比較的大きな構造と組み合わせることを保証するために、または、要素２０を別の構成要素、例えば窓や扉のフレームに接合可能なように、要素２０の特定部位をフライス削りしてもよい。また、代替の構成として、フライス削りにより、テキスト表記又は点字のような細部を、要素２０の特定部位に形成してもよい。
【００３２】
図４Ａは、複数のネジ込みコネクター３２を有する補強（鉄筋）フレーム３１を備えたアセンブリ３０を示しており、フレーム３１は、ネジ込みコネクター３４を有する台座３３から空間的に離間している。フレーム３１は、少なくとも一部のフレーム同士間に取り付けられた網パネル３５を有する。図２Ａ及び２Ｂに関して説明した製造工程における塊１０の代わりに、アセンブリ３０は、通常、材料堆積ヘッド１４が第１建築材料を堆積する前に、装置１２上に連結された付属グリッパ（図示せず）によって、装置１２に隣接する位置に配置される。アセンブリ３０は、フレーム３１上又はその周囲に形成されるコア（図示せず）の構造的完全性を鉄筋フレーム３１が提供すると共に、第１建築材料を網パネル３５に堆積又は付着させるための表面に、網パネル３５を提供するという理由から、多数の状況においてその有用性が証明されている。また、ネジ込みコネクター３２、３４は、アセンブリ３０を製造工程中に固定及び移動すること、並びに、完成後の複合材料建築要素（図示せず）を他の要素、又は当該要素に連結された構造に固定することを支持する。
【００３３】
図４Ｂは、多層型の複合材料建築要素４０内の他のアセンブリ４１を示している。例示の目的で、複合要素４０の一部を図示している。アセンブリ４１は、ケージ４２として配置された鉄筋フレームと、複数のネジ込みコネクター４３とを備える。複合材料建築要素４１は、図１Ａ〜１Ｂ又は２Ａ〜２Ｂに関して説明した製造工程に従って、低密度の発泡材から内部コア４４を製造することにより、一旦形成される。アセンブリ４１は、内部コア４４の周りに一旦配置される。そして、材料堆積ヘッド１４が、繊維が充填された発泡材を内部コア４４及びケージ４２に選択的に堆積することにより、緻密な繊維発泡層４５が形成される。次に、材料堆積ヘッド１４が、中密度の発泡材を繊維発泡層４５上に堆積することにより、外部コア４６を形成する。次に、凝固可能な第２材料の貯留槽内にアセンブリ４１及び層４４〜４６を浸漬し、又は、凝固可能な第２材料を外部コア４６に噴射することにより、外部シェル４７を形成する。その後、凝固可能な材料を硬化させ、堅固なシェル４７を形成する。
【００３４】
図５は、複合材料建築要素５０の断面を示しており、要素５０は、実質的に直線の壁又は天井パネルとして構成されている。要素５０は、前述した工程に従って形成され、第１軽量材料から形成されたコア５１と、コア５１の周りに配置され、第２堅固材料が形成されたシェル５２とを有する。コア５１は、供給配管５３と、機能的加工面５４と、装飾加工面５５とを含む。供給配管５３は、例えば電気ケーブルまたはデータケーブルのような従来の供給部品（図示せず）を収納するように改造されている。機能的加工面５４は、搭載又は摩擦に対するシェルの抵抗を改善する、吸音処理、テキスト表記、点字、または他の機能的構成を含んでもよい。装飾部材５５は、二次元又は三次元の構成若しくは凹部を含んでもよい。また、パネル５０は、また、パネル５０を隣接するパネル又は別の構造に設置及び固定することを支持する階段状の結合部５６を含む。結合部５６は、パネル５０を取り付けた構造への埃や湿気の侵入を抑制することにも寄与する。
【００３５】
図６は、実質的に直線状の壁又は天井パネルとして構成された、他の複合材料建築要素６０を示している。建築要素６０は、要素５０の部材と部材番号が一致する同様の部材を多数含んでいる。要素６０は、要素６０と隣接パネル又は隣接構造との連結を確保する膨張手段（図示せず）を収納する、膨張後導管６１を含む。膨張手段は、凹状の接合部、膨張ケーブル又は膨張繊維、高強度の可塑性接着剤などを含んでいてもよい。要素の装飾部材５５は、現代建築材の外観、例えば特別なコーニス造形を呈するように改造されている。
【００３６】
図７Ａ〜７Ｅは、統合型の供給部を有する建築要素を製造する様々な工程を示す断面図である。
【００３７】
図７Ａは、前述した工程における１つ以上の工程用いて、第１建築材料から形成したコア７０を示している。コア７０は、平面状の前部７１と背面７２とを有する実質的に直線状のパネルとして構成されている。背面７２には、複数の供給配管７３が配置されている。背面７２から空間的に離間した位置に、供給配管の１つを封止するように構成された、分離した充填パネル７４が図示されている。コア７０は、背面７２から前面７１に延伸する複数のリブ凹部７５もまた有する。各リブ凹部７５は、予め決められた距離で空間的に離間した２つの対向する壁を有する。また、コア７０は、その両側において、隣接するパネル又は隣接する構造に連結するように延伸した２つの階段状の結合部７６もまた有する。
【００３８】
図７Ｂは、供給配管７３内に挿入された様々な供給部７７〜７９と、付随する管７３内に挿入された充填パネル７４と、を有するコア７０を示している。供給部は、下水管７７、冷却水管７８（「冷却ビーム」形態を作るため）、並びに、熱水及び冷水管７９を含む。なお、上記は単に、コア内に導入可能な各供給部の一例であり、多くの他の供給部を供給配管７３内に挿入してもよいと認識されるべきである。
【００３９】
図７Ｃは、統合型の供給部７７〜７９を有する浸漬段工程中のコア７０を示しており、コア７０は、実質的に液体の凝固可能な第２建築材料の槽８０に部分的に浸漬されている。
【００４０】
図７Ｄは、槽８０内での浸漬が完了した後、余分な第２建築材料を落とすために、槽８０の上方に引き上げられたコア７０を示している。第２建築材料の層８１は、コア７０に接着していると共に、露出していた各リブ凹部７５及び各供給配管７３内に埋めている。
【００４１】
図７Ｅは、第２建築材料の層が硬化して固体を形成し、コア７０を取り囲むモノコック構造シェル８４が形成された、完成した複合材料建築要素８２を示している。硬化したシェル８４は、それに接する各供給部を封止し、封止された供給部に高レベルの防火性及び隔離性を提供する。各リブ凹部７３内に延伸したシェル８４は一度固まると、要素８２の強度及び堅固性を向上させる構造的なリブ８３を形成する。
【００４２】
任意の構成として、硬化後のシェル材料がリブ凹部７５内に完全に充填されるのを確保するためには、各リブ凹部７５の幅はシェルの幅の２倍よりも小さいことが望ましい。また、代替の構成として、各リブ凹部７５の両端の間にエアギャップが確実に維持されるためには、各リブ凹部７５の幅はシェルの幅の２倍よりも大きい。
【００４３】
図８Ａは、例示の目的として、他の多層型複合材料建築要素９０の一部を示す図である。建築要素９０は、低密度の発泡材から形成された内部コア９１と、例えば、繊維充填発泡材、繊維充填セメント又はガラス補強型コンクリート（ＧＲＣ）のような繊維質補強材から形成された外部コア９２とを備える。コア９１は、外部コア９２が充填されるテーパー形状のリブ凹部９３を複数含む。外部コアは、滑らかな外面を呈するように、少なくとも部分的にシェル９４に内包されている。建築要素９１は、前述した製造工程によって製造する。特に、装置１２を用い、リブ凹部９３に繊維質補強材が充填されるように、繊維質補強材をコア９１に選択的に堆積又は噴射し、外部コア９２を製造することにより、構造要素９０を構造的な強化する。
【００４４】
図８Ｂは、建築要素９０の部材と部材番号が一致する同様の部材を多数有する、さらに他の多層型複合材料建築要素９５の一部を示している。建築要素９５は、離間プレート９７によって離間するように保持されると共に、各リブ凹部９３内に挿入された、複数の補強バー９６を含む。外部コア９２は、各リブ凹部９３に充填されることにより、補強バー９６をコア９１と結合させる。
【００４５】
図８Ｃは、補強バー９６及び離間プレート９７の１つの細部拡大図である。
【００４６】
図９は、他の複合材料建築要素１００の断面図であり、複合材料建築要素１００が、「自由形式」の複雑な形状であり、その上に取り付けられる、ガラス取付け用の溝１０１及び窓１０２のような建築付属品を有することが示されている。要素１００は、前述した方法の１つに従って第１軽量建築材料から形成されたコア１０３を含む。コア１０３は、逃げ溝を施した部材を含む、あらゆる三次元曲面と、この曲面を通過して延伸する管１０４の網状構造と、を含む。なお、コア１０３は、凝固可能な建築材料の外層を形成するために、凝固可能な第２建築材料内に一旦浸漬されている。そして、構造的支柱のそれぞれの網状構造が形成されるように、各管１０４に充填され、コア１０３を取り囲む堅固なシェル１０５を形成するために、外層を硬化させる。
【００４７】
管１０４の形状は、要素１００が受ける負荷を支える構造的支柱の適切な位置を確保するように配置されている。管１０４の配置は、手動で、例えばユーザが建築要素１００の３Ｄモデルを作るときに行ってもよく、要素１０が受ける負荷に関するデータに応じたアルゴリズムを実行して最適な管のレイアウトを計算するコンピュータアプリケーションによって行われてもよい。また、管１０４は、浸漬工程中に凝固可能な第２建築材料が各管１０４を流れることを促進し、各管１０４内に材料を充填する所要時間、及び／又は各管１０４から空気を追い出す所要時間を最小にするように、構成されてもよい。
【００４８】
構造的な管１０４の寸法は、シェル１０５の厚みに応じて決定されてもよい。例えば、硬化後のシェル１０５が各管１０４内に完全に充填されることを確保するために、管１０４の幅をシェル１０５の厚みの２倍を超えないように指定してもよい。
【００４９】
また、任意の構成として、装置６を用い、シェル１０５の部位を選択的に除去する硬化後処理をシェル１０５に施してもよい。この処理において、建築付属品１０１、１０２が建築要素１００と正確に連結されるように、シェル１０５の表面を改良してもよい。
【００５０】
図１０Ａ〜１０Ｆは、さらに他の複合材料建築要素１１０を製造する際の、角及び／又は縁に関する様々な形態を例示している。
【００５１】
図１０Ａは、前述した１つ以上の製造工程によって作られた、建築要素１１０のコア１１１を示している。
【００５２】
図１０Ｂ〜１０Ｃは、所望の形状の建築要素１１０の断面図および細部断面図を示しており、要素１１０は、コア１１１およびシェル１１２を備えている。要素１１０は、実質的に平面の表面と鋭角の角及び縁とを有する直線状のパネルとして構成されている。シェル１１２は、前述した浸漬工程又は噴射工程によって形成される。
【００５３】
図１０Ｄ〜１０Ｅは、建築要素１１０の断面図および細部断面図であり、コア１１１に貼り付けられた後のシェル１１２の実際の形状を示している。シェル１１２を構成する第２建築材料の表面張力では、鋭角な角及び縁の形成を支持できないことを考慮し、シェル１１２の角および縁は、丸みを有している。
【００５４】
図１０Ｆは、建築要素１１０の細部断面図であり、当該要素は他のコア１１３を備えている。シェル１１２の縁の周囲への連結を試みるために、コア１１３は、２つの傾斜部１１４を含む最適な縁形状を有する。各傾斜部１１４は、自身と結合した平面から連続的に傾斜すると共に、互いに一点に合流する。傾斜部１１４は、硬化中に、凝固可能な建築材料を各所望の勾配の縁に沿った場所に維持するように構成されることにより、シェル１１２の鋭角の角及び縁を形成することが可能になる。
【００５５】
図１１Ａ〜１１Ｃは、凝固可能な材料の供給及び硬化の前に、コアの縁に連結する様々な側板１２０〜１２２の断面図である。上述したコア１１３の形状と同様に、側板１２０〜１２２は、縁の周囲の表面張力の制御を支持し、シェルに側板が形成されることを促進している。
【００５６】
図１１Ａは、コア１２３に連結されると共に、シェル１２６に囲まれている、直角の側板１２０を示している。直角の側板１２０は、コア１２３の縁の両側における面にそれぞれ固設される２つの係合アーム１２４と、係合アーム１２４と結合されており、且つ上記縁から連続的に延伸した障壁アーム１２５と、を備えている。一般的に、障壁アーム１２５は、係合アーム１２４が固設された面の何れに対しても４５°をなす。
【００５７】
図１１Ｂは、シェル１２８に囲まれた一定ではない他のコア１２７と結合する、特注角度の側板１２１を示している。特注角度の側板１２１は、コア１２７の縁の両側における面にそれぞれ固設される２つの係合アーム１２９と、係合アーム１２９と結合されており、且つ上記縁から連続して延伸した障壁アーム１３０と、を備えている。特注角度の側板１２１は、縁に沿った三次元曲面に合致する必要があるかもしれないため、一般的には、効率的なカスタマイズを実現可能な３Ｄプリント物であってもよい。
【００５８】
図１１Ｃは、さらに他のコア１３１上の凹部と連結され、かつシェル１３２に囲まれた挿入側板１２２を示している。挿入側板１２２は、上記凹部の内表面に固設される２つの凹部係合アーム１３３と、係合アーム１３３と接合されており、かつ上記凹部から連続して延伸した障壁構造１３４と、を備えている。
【００５９】
本発明の精神に一致する変更や改修、および、本発明の一部として意図されに変更や改修を本発明に対して行い得ることが明白であることは、当業者に理解される。また、本発明は、具体的な実施例と共に説明したが、これらの実施例に限定されず、他の形式で実現されてもよいと理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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