KR101742338B1 - 파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부에서 챔퍼를 가진 금속 파이버 - Google Patents

파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부에서 챔퍼를 가진 금속 파이버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실질적으로 서로 직각으로 배열되는 파이버 외측 표면(1)들을 가지며 파스너 형태의 각진 단부들을 포함하는 금속 파이버에 관한 것이다. 금속 파이버는 콘크리트, 목재 등과 같은 재료를 안정화하거나 강화시키거나 고정시키기 위해 사용된다. 상기 금속 파이버의 파이버 외측 표면(1)에 의해 형성되고 파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부(2)들이 챔퍼 형태로 구성되며 파이버 외측 표면(1)에 대해 경사져서 배열된 변부 표면(4)들을 형성한다. 상기 변부 표면(4)들은 재료들이 안정화되거나 강화되거나 고정될 수 있도록 앵커 헤드(3)를 형성하는 돌출부들을 가진다.

Description

파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부에서 챔퍼를 가진 금속 파이버{METAL FIBER HAVING A CHAMFER IN THE FIBER EDGE EXTENDING IN THE LONGITUDINAL DIRECTION OF THE FIBER}
본 발명은, 콘크리트, 목재 등과 같은 재료를 안정화하거나 강화시키거나 고정시키기 위하여, 실질적으로 서로 직각으로 배열되는 파이버 외측 표면들을 가지며 또한 파스너(fastener) 형태의 각진 단부들을 포함하는 금속 파이버(metal fiber)에 관한 것이다.
직선 형태를 가진 이러한 종류의 금속 파이버는, 예를 들어, 인장하중, 압축하중 및 충격하중을 수용하는 기능에 있어서, 콘크리트(concrete)의 성능을 개선하기 위해 콘크리트 첨가제(concrete additives)으로서 사용되는데, 예를 들어, 콘크리트의 팽창이 증가함에 따라 콘크리트 내에 형성되는 균열(crack)이 확대되는 것을 방지할 수 있다. 각진 단부를 가진 금속 파이버 즉, 파스너(fastener)와 같이 U-형태의 금속 파이버들은, 예를 들어, 넓은 의미에서 목재 산업, 건축 및 가구 산업 그리고 플라스틱 산업에서, 연성(soft) 및 탄성 재료(elastic material)에 대한 연결 요소(connecting element)로서 사용된다.
이러한 용도에 관하여, 금속 파이버들은 일반적으로 금속 파이버들을 둘러싸는 재료들로부터 인장하중을 흡수할 수 있도록 금속 파이버의 형태에 대해 영향을 받는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 일반적으로 와이어 강 파이버(wire steel fiber)로서 형성되며 콘크리트에서 사용되는 금속 파이버에 있어서, 파이버 단부들에 예를 들어 굽힘부(bend)가 제공되는 것이 일반적이며, 이 경우, 파이버 단부들에서 흡수될 수 있는 인장하중은 상대적으로 제한되는데 그 이유는 인장하중 하에서 와이어 강 파이버의 후크(hook) 형태가 변형되어 그에 따라 형성된 통로를 통해 와이어 강 파이버가 빠져나올 수 있기 때문이다. 원칙적으로, 단지 파이버와 콘크리트 사이의 마찰 결합(friction fit)만이 와이어 강 파이버의 양쪽 단부에서 후크 형태에 의해 개선된다.
이러한 형태는, 예를 들어, 전기식 태커(electrical tacker)들에서 사용되고 이를 위해 복수 개가 막대 형태로 접착되는 스테이플(staple)에서는 거의 가능하지 않으며, 이에 따라 파스너를 둘러싸는 재료에 의해 충분한 마찰력을 제공하여 파스너가 쉽게 빠져나오는 것을 방지하기 위하여, 항상 상대적으로 기다란 레그(leg) 길이를 가진 파스너로 작업해야 한다.
상기 설명에 기초하여, 본 발명의 목적은, 명세서의 서두에서 언급한 두 파이버 타입의 금속 파이버들을 개선하여, 동일한 길이를 가지지만, 파이버를 둘러싸는 재료에 대하여, 인장하중에 대해 종방향으로 현저하게 높은 저항력을 제공하게 하는 것이다. 이러한 개선은 새로운 제조 방법을 이용하여 상당한 비용 및 추가적인 복잡성이 없이도 가능해야 한다.
본 발명에 의하면, 상기 문제점을 해결하기 위해, 금속 파이버의 파이버 외측 표면에 의해 형성되고 파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부(fiber edge)들이 챔퍼 형태로 구성되며(chamfer) 파이버 외측 표면에 대해 경사져서 배열된 변부 표면(edge surface)을 형성하고, 상기 변부 표면들은 재료들이 안정화되거나 강화되거나 고정될 수 있도록 앵커 헤드(anchor head)를 형성하는 돌출부(projection)들을 가진다.
본 발명에 의해 구현되는 이점에 따르면, 인장하중이 있는 경우, 금속 파이버의 종방향으로 복수의 앵커 헤드들이 제공될 수 있으며 상기 앵커 헤드들은 주변 재료에 각각 높은 마찰력을 제공하여 동일한 전체 파이버 길이로 상당히 높은 하중 지지 능력(load- carrying capability)이 구현된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 앵커 헤드는 변부 표면 영역에서 파이버의 횡단면(cross-section)을 증가시키는 웨지형 앵커 표면(anchor wedge surface)을 형성하고, 파이버의 횡단면은 앵커 헤드의 정점(apex)에서 실질적으로 직사각형 형태를 가진다.
이와 관련하여 추가로, 웨지형 앵커 표면들은 파이버의 종방향에 대해 10° 내지 60°의 각도로 경사져서 배열되고, 만약 스트립(strip) 재료로 제조되면, 이전의 개시 재료(starting material)의 스트립 표면에 대해 일정 각도로 경사져서 배열되는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 이와 관련하여, 웨지형 앵커 표면들은 콘크리트에서 사용되는 파이버의 종방향에 대해 15° 내지 30°의 각도로 배열되는 것이 특히 유리하다.
삭제
일반적으로 금속 파이버, 특히 콘크리트 내에서 사용되는 직선의 강 파이버는, 앵커 헤드의 8개의 웨지형 앵커 표면들이 축방향으로 대칭으로 배열되고 앵커 헤드의 정점에 대해 대칭을 이루도록 즉 똑같은 각도로 배열되도록 형성된다.
금속 파이버 파스너에 있어서, 임의의 경우에서라도 앵커 헤드를 약화시키지 않고 마찰력을 증가시키는 것이 적절하며, 앵커 헤드의 웨지형 앵커 표면들은 앵커 헤드의 정점에 대해 비대칭으로 배열되며 즉 똑같지 않은 각도로 배열되는 것이 바람직하고, 가압력이 작용하는 방향(driving-in direction)으로 금속 파이버의 단부에 근접하게 배열된 웨지형 앵커 표면은 상대적으로 작은 각도를 가지는 것이 유리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변부 표면들은 30° 내지 60°의 각도로 파이버 외측 표면과 근접할 수 있다. 일반적으로, 변부 표면들은 45°의 각도로 파이버 외측 표면과 근접하도록 배열될 수 있다. 금속 파이버가 노치 압연 공정(notch rolling process)에 의해 스트립 재료로 제조되면, 파이버 외측 표면은 스트립 표면에 의해 두 배만큼 제조되고 파단 표면(fracture surface)에 의해 두 배만큼 제조된다.
삭제
바람직한 것으로 밝혀진 디자인 형태에 따르면, 앵커 헤드들 사이의 영역에서 파이버 외측 표면의 폭은 파이버의 두께 또는 폭의 약 33%이다. 그 결과, 콘크리트를 위한 강 파이버에서 앵커 헤드들 사이에는 거의 팔각형 횡단면이 제공된다.
이와 관련하여, 일반적으로 금속 파이버는 특히 금속 파이버의 기하학적 특성에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 앵커 헤드들은 형태와 크기에 대해 서로 다를 수 있으며, 2개의 앵커 헤드 사이의 변부 표면들도 폭 및 각위치에 대해 서로 다른 형상을 가질 수 있고, 개별 앵커 헤드들 사이의 거리는 등거리이거나(equidistnat) 주기적으로 또는 자유롭게 변화하도록 선택될 수 있다.
금속 파이버를 위한 개시 재료의 재료 강도(strength)와 경도(hardness)는 각각의 사용 목적에 부합하도록 적절하게 선택될 수 있으며, 따라서, 개시 재료를 위해 연성 재료(soft material)로부터 경질 재료(hard material)까지의 전체 범위의 강도가 고려된다. 저강도 범위는 콘크리트에서 사용하기 위한 강 파이버(steel fibre)에 보다 적합하고, 고강도 내지 초고강도(very high strength) 범위는 금속 파이버 파스너에 보다 적합하다.
기본적으로, 적합한 모든 개시 형태(starting shape)들은 금속 파이버를 제조하기 위한 개시 재료로서 간주된다. 상기 목적을 위해 일반적인 강 와이어(steel wire)를 사용할 수 있다. 그러나 간단하면서도 저비용의 제조 공정에 있어서, 금속 파이버는 노치 압연 공정(notch rolling process) 및, 필요 시에, 분리 공정(separating process) 이전에 수행되는 텀블링 공정(tumbling process)에 의해 스트립 재료로 제조되는 것이 유리하다. 콘크리트에서 사용하기 위해 강 파이버들이 노치 압연 공정에 의해 스트립 재료로 제조되면, 이런 방식으로 제조된 강 파이버 스트랜드 스트립(strand strip)이 분리된다. 앵커 수단(anchor means)이 노치 롤러(notching roller)의 노치 노즈(notch nose)에서 V-형태의 불연속부분(interruption)들에 의해 형성된다. 웨지형 앵커 수단의 형태는 불연속부분들의 V-형태의 각도(V-angle)와 노치 깊이에 대한 V-형태의 불연속부분들의 선택된 깊이에 의해 형성된다. V-형태의 각도는 생산 제품에 웨지형 앵커 각도(anchor wedge angle)를 형성한다. 앵커 수단의 크기는 노치 깊이 및 V-형태의 불연속부분의 깊이에 의해 형성된다. 예를 들어, V-형태의 불연속부분이 계획된 노치 깊이보다 더 깊으면, 앵커 헤드의 정점 폭은 더 깊어진다. 일반적으로, V-형태의 불연속부분들은 앵커 수단을 위해 목표 이격거리(spacing)에서 압연 공구(rolling tool)의 축에 대해 평행한 압연 공구에 그라인딩된다(ground). 만약 유용한 것으로 간주된다면, 상기 V-형태의 불연속부분들은 나선형으로 그라인딩될 수도 있다. 강 파이버 스트랜드 스트립을 분리시켜 강 파이버 스트랜드를 형성하는 것은 각각의 노치 하부(notch bottom)를 따라 수행되는 전단 공정(shearing operation)에 의해 구현될 수 있는데, 앵커 수단은 종래기술의 전단 공정에 의해 상대적으로 현저하게 변형된다. 따라서, 분리 공정은 우선 텀블링 공정을 수행하고 앵커 헤드들을 스크래칭(scratching) 하여 개별 노치 하부들과 정렬되게 준비하는 것이 바람직하다. 그 뒤, 강 파이버 스트랜드들은 원하는 강 파이버의 길이로 절단된다. 앵커 수단을 가진 강 파이버 파스너의 경우, DE 10 2008 034 250호에 따른 공정이 사용된다.
일반적으로, 앵커 헤드들은 동일한 각각의 높이에서 파이버의 종방향에 대해 4개의 모든 변부 표면들에 배열된다. 하지만, 앵커 헤드들은 서로로부터 상이한 이격거리에 형성되거나 스트립의 상부와 하부의 변부 표면에서 단지 쌍으로 제공될 수도 있다.
특히, 후자인, 스트립의 상부와 하부의 변부 표면에서 단지 쌍을 이루는 구성은, 금속 파이버가 파스너로서 형성하도록 구성되며, 이 경우 앵커 헤드들이 파이버 외측 표면과 근접한 오직 2개의 변부 표면들에만 제공되고, 파스너 내부에서 앵커 헤드들이 서로 마주보게 배열되도록 파스너에 대한 단부들의 각도가 정해질 때, 특히 바람직하다.
삭제
본 발명은 콘크리트용 강 파이버에 관한 도면들에 도시된 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명되는데, 도면들에서:
도 1은 본 발명에 따른 금속 파이버의 일부분을 도시한 측면도,
도 2는 도 1의 구조를 도시한 평면도,
도 3은 섹션 C- C를 따라 절단하여 도 1의 구조를 도시한 단면도,
도 4는 섹션 D- D를 따라 절단하여 도 1의 구조를 도시한 단면도,
도 5는 섹션 B- B를 따라 절단하여 도 1의 구조를 도시한 단면도,
도 6은 금속 파이버를 도시한 사시도.
도면에 도시된 강 파이버(steel fiber)는 콘크리트에 사용하기 위해 제공되며, 인장하중, 압축하중 및 충격하중에 대해 콘크리트의 성능을 개선시키기 위한 것이다. 이와 관련하여, 콘크리트 내에 균열(crack)이 형성되는 경우에, 강 파이버들은 균열이 확산되는 것을 방지한다. U-형태로 구부러진 금속 파이버 파스너(도면에 상세하게 도시되지는 않음)는, 건축 및 가구 산업에서, 종종, 상대적으로 연성 및 탄성 재료, 가령, 모든 타입의 목재 및 플라스틱 재료에 대한 다양한 연결 요소들로서 사용된다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 명세서에서 설명되는 금속 파이버는 위에서 언급한 노치 압연 공정에 의해 제조되고 실질적으로 서로 직각으로 배열되는 파이버 외측 표면(1)들을 가지며, 금속 파이버의 파이버 외측 표면에 의해 형성되고 파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부(2)들이 챔퍼 형태로 구성되며(chamfer) 파이버 외측 표면(1)에 대해 경사져서 배열된 변부 표면(4)들을 형성한다. 상기 변부 표면(4)들은 재료들이 안정화되거나 고정될 수 있도록 앵커 헤드(3)들을 형성하는 돌출부들을 가진다.
도면에서 볼 수 있듯이, 앵커 헤드(3)들은 변부 표면(4) 영역에서 파이버의 횡단면을 증가시키는 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들을 형성하고, 앵커 헤드(3)의 정점 영역에서 파이버의 횡단면은, 도 5에서 볼 수 있듯이, 실질적으로 직사각형 형태를 가진다. 앵커 헤드(3)의 정점 영역은 직선 형태일 필요는 없지만, 예를 들어, 0.03mm의 폭을 가질 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어, 노치 공정 동안 노치 노즈에서, 노치 깊이보다 약간 더 깊은 V-형태의 불연속부분에 의해 형성된다. 앵커 헤드(3)의 영역에 형성된 횡단면과 거의 팔각형의 파이버 횡단면 사이의 횡단면 차이는, 각각의 노치 깊이에 따라, 약 25%이며, 인장하중에 대해 효과적인 고정작용(effective anchoring)을 위해 필수적이다. 앵커 헤드(3)의 영역에 형성된 횡단면과 파이버 횡단면 사이의 횡단면 차이는, 실제로 90°인 노치 각도에 의해 결정되고 상대적인 노치 깊이에 의해 결정된다. 예를 들어, 마주보게 배열된 노치 팁(notch tip)들이 거의 서로 접촉하도록 노치 깊이가 깊게 결정되면, 파이버 횡단면은 거의 사각형 또는 직사각형이 되고, 이 경우, 횡단면 차이는 더 크게 된다(최대 50%까지). 이 경우, 종종, 노치 팁들 사이의 영역에서 전단 파괴(shear fracture)가 발생되며, 이러한 전단 파괴는 재료가 마모되어 더 이상 불필요하다는 것을 나타낸다.
웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들은 파이버의 종방향에 대해 10° 내지 60°의 각도로 배열될 수 있고, 도 1에 도시된 것과 같이, 실제로, 예를 들어, 15° 내지 30° 범위의 상대적으로 작은 각도가 사용된다.
도면에서 추가로 볼 수 있듯이, 콘크리트에서 사용하기 위한 금속 파이버에 있어서, 앵커 헤드의 8개의 웨지형 앵커 표면들이 축방향으로 대칭으로 배열되고 앵커 헤드의 정점에 대해 대칭을 이루도록 즉 똑같은 각도로 배열되도록 형성된다. 하지만, 예를 들어, 파스너에 있어서, 고정되어야 하는 재료 내부로 파스너를 가압하는 힘(driving-in force)을 증가시키지 않고도 동일한 크기로 제거력(withdrawal force)을 증가시키고자 하면, 앵커 헤드(3)의 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들은 앵커 헤드(3)의 정점에 대해 비대칭으로 즉 똑같지 않은 각도로 배열될 수 있는데, 이 경우 예를 들어, 금속 파이버의 단부에 근접한 웨지형 앵커 표면(3.1)은 상대적으로 작은 각도로 배열된다.
특히, 도 3으로부터 볼 수 있듯이, 변부 표면(4)들은 45°의 각도로 파이버 외측 표면(1)과 근접하게 배열되지만, 원칙적으로 본 발명에 의하면, 변부 표면(4)들은 30° 내지 60°의 각도로 파이버 외측 표면(1)과 근접하게 배열되는 것도 가능하며, 변부 표면의 폭은 노치 깊이에 따른다.
앵커 헤드(3)들 사이의 영역에서 파이버 외측 표면(1)의 폭은 기본적으로, 예를 들어, 스트립(strip) 형태의 개시 재료 경우에, 스트립 두께, 공구 디자인 및 노치 깊이와 같은 금속 파이버의 재료 특성과 제조 공정에 의해 변화되고, 파이버의 두께 또는 폭의 약 33%일 수 있다. 앵커 수단들 사이의 영역에서, 콘크리트용 강 파이버 경우에서 추구되는 목표는 거의 팔각형 횡단면인 반면에, 금속 파이버 파스너의 경우에는 대개 직사각형 횡단면이다.
종래기술의 고품질의 와이어 강 파이버는 상대적으로 고강도의 비합금 강으로 제조된다. 각각의 사용목적에 따라, 스트립 형태의 개시 재료가 사용되는 콘크리트용 강 파이버를 위하여, 노치 압연 공정과 필요 시에 다음에 이어지는 텀블링 공정, 및 분리 및 길이-절단(length- cutting) 공정으로 강 파이버를 제조할 수 있도록, 다양한 품질의 강으로 제조된 연성 내지 경질의 개시 재료를 하는 것도 가능하다. 일반적으로, 금속 파이버 파스너를 위해 고강도의 개시 재료가 요구된다. 이러한 재료는 고품질의 고강도 강 또는 고강도 비합금 또는 합금강일 수도 있다. 원칙적으로, 적합한 특성을 가진다면 모든 재료를 사용할 수 있다.
도시된 실시예에서, 앵커 헤드(3)는 4개의 모든 변부 표면(4)들에 제공되지만, 특정의 사용 경우를 위해서는, 변부 표면(4)들 중 단지 몇몇에만 앵커 헤드(3)들을 제공할 수도 있다. 이러한 구성은, 예를 들어, 앵커 헤드(3)들이 단지 파이버 외측 표면과 연결되는 2개의 변부 표면(4)들에만 제공되는 파스너의 실시예에 적합하며, 이때 단부들은 파스너에 대해 각도를 이루고 앵커 헤드(3)들은 단지 파스너의 내부에서만 서로 마주보게 배열된다. 따라서, 파스너는 U-프로파일 형태로 형성된 파스너의 외측 표면에서 문제를 일으키고 다칠 위험이 있는 어떠한 임의의 돌출부들을 가지지 않는다.
1...파이버 외측 표면,
2...파이버 변부,
3...앵커 헤드,
4...변부 표면.

Claims (13)

  1. 콘크리트, 목재 등과 같은 재료를 안정화하거나 강화시키거나 고정시키기 위하여, 서로 직각으로 배열되는 파이버 외측 표면(1)들을 가지며 파스너 형태의 각진 단부들을 포함하는 금속 파이버에 있어서,
    금속 파이버의 파이버 외측 표면(1)에 의해 형성되고 파이버의 종방향으로 연장되는 파이버 변부(2)들이 챔퍼 형태로 구성되며(chamfer) 파이버 외측 표면(1)에 대해 경사져서 배열된 변부 표면(4)들을 형성하고, 변부 표면(4)들은 재료들이 안정화되거나 강화되거나 고정될 수 있도록 앵커 헤드(3)를 형성하는 돌출부들을 가지며,
    앵커 헤드(3)는 변부 표면(4) 영역에서 파이버의 횡단면을 증가시키는 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들을 형성하고,
    파이버의 횡단면은 앵커 헤드(3)의 정점에서 직사각형 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  2. 제1항에 있어서, 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들은 파이버의 종방향에 대해 10° 내지 60°의 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  3. 제1항에 있어서, 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들은 파이버의 종방향에 대해 15° 내지 30°의 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 앵커 헤드(3)의 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들은 축방향으로 대칭으로 배열되고 앵커 헤드(3)의 정점에 대해 대칭을 이루며 똑같은 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 앵커 헤드(3)의 웨지형 앵커 표면(3.1, 3.2)들은 비대칭으로 배열되어 동일하지 않은 각도로 배열되고, 금속 파이버의 단부에 근접하게 배열된 웨지형 앵커 표면(3.1)은 작은 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 변부 표면(4)들은 30° 내지 60°의 각도로 파이버 외측 표면(1)과 근접하는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 변부 표면(4)들은 45°의 각도로 파이버 외측 표면(1)과 근접하는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 앵커 헤드(3)들 사이의 영역에서 파이버 외측 표면(1)의 폭은 파이버의 두께 또는 폭의 33%인 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 파이버는 각각의 사용목적에 따라 연성 내지 고강도의 개시 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 파이버는 노치 압연 공정과 분리 공정, 및 분리 공정 이전에 수행되는 텀블링 공정에 의해 스트립 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 앵커 헤드(3)들은 모든 변부 표면(4)들에 배열되지 않고 두 변부 표면에서 단지 쌍으로 제공되는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 앵커 헤드(3)들은 파이버 외측 표면(1)과 근접한 단지 2개의 변부 표면(4)들에 제공되며, 파스너 내부에서 앵커 헤드(3)들이 서로 마주보게 배열되도록 파스너에 대한 단부들의 각도가 정해지는 것을 특징으로 하는 금속 파이버.
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