KR20090057129A - 건축 재료의 앵커링 - Google Patents

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KR20090057129A
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bore
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마르셀 애슐리만
라우렌트 토리아니
마리오 레만
외르크 마이어
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부트벨딩 아게
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Abstract

본 발명에 따른 방법은 앵커링 부재(1)를 대상물(21)에 앵커링하는 데 적합하며, 앵커링 부재(1)는 외주 앵커링 부재 표면과 압축 축 사이의 거리의 국부 확대 하에서 압축 축 방향으로 압축될 수 있다. 앵커링 부재(1)는 기계적 진동(5)을 앵커링 부재(1)에 인가하는 역할을 하는 커플링-인 면(1.2)을 포함하며, 상기 커플링-인 면(1.2)은 압축 축에 평행하지 않다. 앵커링 부재(1)는 외주 표면 확대 영역에서 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하는 열가소성 재료를 추가로 포함하며, 본 방법은, 보어(21.1)를 대상물(21)에 제공하는 단계와; 앵커링 부재(1)를 보어(21.1)에 위치시키는 단계와; 커플링-인 면을 통해 압축력(4)과 기계적 진동(5)을 위치된 앵커링 부재(1)에 인가하여, 앵커링 부재가 압축되고 상기 거리 확대로 인해 보어의 측벽에 최소한 국부적으로 가압되며, 열가소성 재료는 측벽에 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화되어 대상물(21)의 구조체로 압입되어서 재응고 후 측벽과 형태 맞춤 연결을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

건축 재료의 앵커링{ANCHORING IN A CONSTRUCTION MATERIAL}
본 발명은 건축 분야, 특히 건축 산업, 목재 건축, 가구 산업 및 기계적 건축 분야에 관한 것으로, 앵커링 부재(anchoring element)를 건축 재료의 대상물에 앵커링하는 방법에 관한 것이며, 상기 대상물은 다공성(porous) 또는 구조화된(structured) 표면을 구비하고, 앵커링 부재가 앵커링되는 대상물 표면은 목재, 합성 목재[칩보드(chipboard), 파티클 보드(particle board), 배향성 스트랜드 보드(oriented strand board) 등과 같은], 카드보드(cardboard), 콘크리트, 벽돌, 플래스터(plaster), 돌(사암과 같은) 또는 산업용 경질 폼(industrial hard foam)으로 이루어지며, 대상물로는 액화된 재료가 압력 하에서 침투할 수 있다. 본 발명은 또한 대상물에 앵커링되는 대응 앵커링 부재 및 대응 장치에 관한 것이다.
기계적 진동의 도움으로 섬유질 또는 다공성 건축 재료의 개구에 연결 부재를 앵커링하는 방법은 WO 98/00109, WO 00/79137 및 WO 2006/002569와 같은 공개 공보로부터 공지되어 있다. 이러한 방법에 따르면, 연결 부재는 대상물의 예비 제조된 개구에 위치되거나, 지향된 힘에 의해 대상물의 표면에 가압되어 개구를 형성한다. 힘이 개구의 축방향으로 연결 부재에 작용하는 동안, 부재는 기계적 진동에 의해 가진된다. 연결 부재는 이러한 공정 중 대상물의 재료에 접촉하는 열가소성 재료를 최소한 하나의 표면에 포함한다. 기계적 진동의 에너지는, 기계적 진동에 의해 소정의 앵커링 지점의 영역에서 열가소성 재료를 액화시켜 그것을 개구의 벽과 연결 부재 사이의 앵커링 지점에 형성된 압력에 의해 대상물의 세공(pore) 또는 표면 구조체로 압입시켜서 가장 효과적인 거시적 앵커링을 형성하도록 설정된다.
그러나, 종래 기술에 따른 기계적 진동에 의한 연결 부재의 앵커링이 불충분하거나, 또는 예를 들면 개구의 제한된 접근성으로 인해, 공지된 방법에 의해서는 신뢰성 있는 앵커링을 보장하기에 충분한 진동 에너지로 공지된 연결 부재를 가진시키는 것이 불가능한 상황이 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 지금 그러한 앵커링을 불가능하게 하거나 매우 어렵게 만들었던 조건 하에서, 대상물 재료에 앵커링하는 데 적합한 앵커링 부재(본 용어는 본 명세서에서 연결 부재 또는 대상물에 직접 앵커링되는 다른 부품에 사용됨) 및 대응 앵커링 부재를 앵커링하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양은 기계적 진동의 도움을 받아 건축 재료의 대상물의 개구에 앵커링되는 데 적합한 앵커링 부재를 제공한다. 앵커링 부재는 외주 앵커링 부재 표면과 압축 축(compression axis) 사이의 거리(압축 축에 직각으로 측정함)의 국부 확대의 효과에 의해 선택된 압축 축의 방향으로 압축될 수 있다. 앵커링 부재는, 압축력과 기계적 진동을 앵커링 부재에 가하기 위한 커플링-인 면(coupling-in face)과, 전술한 거리 확대 영역에서 앵커링 부재 표면의 최소한 일부를 형성하는 열가소성 재료를 포함한다. 그러한 앵커링 부재를 대상물에 앵커링하는 앵커링 방법은 다음의 단계를 포함한다. 즉,
ㆍ 대상물에 개구를 제공하는 단계와;
ㆍ 압축 축이 본질적으로 개구 축과 평행하게 연장되도록 앵커링 부재를 개구에 위치시키는 단계와;
ㆍ 커플링-인 면을 통해 압축력과 기계적 진동을 위치된 앵커링 부재에 인가하여, 앵커링 부재가 압축되도록 하고 거리 확대로 인해 개구의 측벽에 최소한 국부적으로 가압되도록 하며, 열가소성 재료가 그것이 측벽에 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화되도록 하여 대상물의 구조체로 압입되도록 하여서 재응고 후 형상 맞춤 연결(form-fit connection)을 형성하도록 하는 단계.
본 발명의 다른 청구대상은 이러한 방법에 의해 앵커링되는 앵커링 부재이다.
본 명세서에서, "앵커링 부재(anchoring element)"라는 용어는 건축 재료의 대상물에 앵커링되도록 구성되는 임의의 부재들을 기술하는 데 사용된다. 본 용어는 연결 부재, 즉 대상물을 다른 대상물에 연결하는 역할을 하는 부재에 사용된다. 그러한 연결 부재는 종래의 스크류, 다웰(dowel), 네일, 후크 등과 같은 방식으로 사용될 수 있으나, "앵커링 부재"라는 용어는 또한 그러한 대상물에 앵커링되고 추가 부착물을 필요로 하지 않는 부재를 기술하는 데에도 사용된다.
앵커링 부재가 앵커링 되는 대상물(이도 또한 본 발명의 모든 태양에 또한 적용됨)은 최소한 부분적으로 강성 및 다공성의 재료로 제조되고, 구조화된 표면(즉, 비평탄 패치를 구비한 표면, 다공성 개구, 또는 예를 들어 기계적으로 제조된 유사한 구조체)을 포함하며, 그리고/또는 액화된 재료에 의해 압력 하에서 침투될 수 있다. 바람직하게는, 대상물은 최소한 부분적으로 목재 또는 유사한 재료, 예를 들면 목편(wood chip) 또는 쉐이빙(shaving) 또는 그를 포함하는 복합재로 제조된 재료로 구성된다. 그러나, 이러한 재료는 또한 카드보드(또는 페이퍼보드), 콘크리트, 금속화 폼(metallized foam), 경질 플라스틱 폼(hard plastic foam), 벽돌, 돌, 또는 건축에 적합하거나 전술한 정의와 부합되는 다른 재료일 수 있다.
본 명세서에서, "열가소성 재료(thermoplastic material)"는 경질 표면과 접촉하는 동안 기계적 진동에 의해 액화될 수 있는 최소한 하나의 열가소성 구성부품을 포함하는 재료를 기술하는 데 사용된다. 이러한 열가소성 재료는 앵커링 부재의 최소한 일부를 형성하며, 그것은 전체 앵커링 부재를 형성할 수도 있다. 열가소성 플라스틱 외에, 열가소성 재료는 강화 섬유, 강화 스프린트(reinforcing splint), 충진 재료 등과 같은 비 열가소성 구성부품도 또한 포함할 수 있다. 비 열가소성 구성부품은 열가소성 재료에 균일하게 분포될 수 있거나, 가변 농도로 존재할 수 있다. 앵커링 부재는 열가소성 재료가 없는 영역을 또한 포함할 수 있다. 그러한 영역은 금속, 유리, 세라믹 재료, 또는 비 열가소성 재료, 또는 기본 열가소성 재료와 비교할 때 상당히 높은 온도에서 액화가능한 열가소성 재료들로 형성될 수 있다.
기계적 진동의 기계적 진동수(이도 또한 본 명세서에 기재된 본 발명의 모든 태양에 적용됨)는 종종 2 kHz 내지 200 kHz이며, 그들의 진폭은 대략 10 마이크로미터, 즉 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이다. 열가소성 재료가 하중 지지 기능을 수행하고 전술한 접촉 영역에서만 액화되면, 그것은 0.5 GPa 이상의 탄성 계수를 가져야 하며, 200 ℃까지의, 200 ℃ 내지 300 ℃의, 또는 300 ℃ 초과의 가소화 온도(plastification temperature)를 가져야 한다.
앵커링 부재가 후속 앵커링을 위해 위치되는 대상물의 개구(그것이 관통홀이거나 블라인드 홀이거나 간에)는 이하에서 "보어(bore)"로서 지정된다. 물론, 본 발명에 따른 앵커링은, 특별히 이러한 목적을 위해 천공되지 않고, 예를 들면 대상물의 자연 상태에 포함되거나 어떤 다른 이유로 형성된 개구에서 수행될 수 있다. "보어"라는 용어의 사용은 특정 기술에 의해 형성된 개구에 한정되지 않고, 예를 들면 펀칭, 레이저 절단, 또는 입자 방사 등을 이용한 절단에 의해 형성된 개구 뿐만 아니라 대상물의 자연 상태에 포함된 개구도 포괄한다.
본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 대부분의 실시예에서, 비록 반드시 그런 것은 아니지만, 압축은 압축 축에 직각으로 외부 단면의 국부 확대를 야기한다. "외부 단면(outer cross-section)"이라는 용어는 압축 축에 직각으로 절단된 부재의 외부 윤곽선에 의해 포위되는 단면적을 기술한다. 즉, 앵커링 부재 내의 가능한 캐비티의 존재는 외부 단면의 계산시 무시된다. 많은 경우에(비록 반드시 그런 것은 아니지만) 외부 단면의 확대는 앵커링 부재 본체의 볼록한 포위체(envelope)[볼록한 외피(convex hull)]에 의해 포위되는 단면적의 확대를 의미한다.
커플링-인 면은 유리하게는 최소한 부분적으로 평면형이며 압축 축에 대하여 경사지게 연장된다. 본 명세서에서 "압축 축에 대하여 경사지게(at an angle to the compression axis)"는 "압축 축에 평행하지 않게(not paralled to the compression axis)"를 의미한다. 압축 축에 수직인, 즉 직각인 커플링-인 면(coupling-in face)은 특히 유리하다. 압축 축과 커플링-인 면 사이의 각도는 최소한 45°, 또는 더욱 유리하게는, 최소한 60°가 일반적으로 바람직하다.
선택된 압축 축은 일반적으로 앵커링 부재의 특정 축이다. 즉, 앵커링 부재는 이러한 압축 축을 따른 압축이 명확히 지정되고 제어되며 외주 표면과 압축 축 사이의 거리의 원하는 국부 확대가, 즉 단면적의 원하는 확대가 발생하도록 구성된다. 특히, 주어진 (작은) 압축력에서 압축 축을 따른 압축 효과는 다른 축을 따른 것보다 상당히 클 수 있다. 예를 들면 선택된 압축 축에 수직인 다른 축을 따른 압축은, 추가로 또는 대안적으로, 예를 들면 선택된 축에 수직인 단면적의 확대를 발생시킬 수 없고, 제어된 방식으로 수행될 수 없으며, 그리고/또는 오직 초과의 에너지에 의해서만 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압축 축은 대칭으로 지정될 수 있으며, 예를 들면 앵커링 부재는 압축 축에 대하여 대략 회전 대칭일 수 있다.
"액화된(liquefied)"이라는 용어는 압력을 받는 동안, 그 크기가 앵커링 부재의 특성 치수(characteristic dimension) 보다 최소한 한 단위(one magnitude) 작은 세공에 침투할 수 있을 정도로 가소성인 열가소성 재료의 상태를 나타낸다. 이러한 의미로, "액화된"은 또한 예를 들면 104 mPa˙s까지의 비교적 높은 점도를 갖는 열가소성 재료에 대해서도 적용된다.
제1 태양에 따른 본 발명은 종래 기술과 비교하여 새로운 방안을 제시한다. 종래 기술에 따르면, 대상물에 개구를 제공한 다음에, 개구에 앵커링 부재(예를 들어 개략적으로 핀 형상의)를 위치시켜 그것에 초음파 진동을 가함으로써 앵커링 부재를 앵커링하는 방법을 사용한다. 이러한 공정 중 앵커링 부재의 열가소성 재료는 앵커링 부재의 원주의 표면에서 액화될 수 있고, 적합하다면, 보어 벽을 따라 세공에 침투할 수 있다. 그러나, 이러한 세공으로의 "비가압" 침투("non-pressurized" penetration)의 앵커링 효과는 종종 다소 보통인 것으로 밝혀졌다. 종래 기술에 따르면, 보어를 원추형으로 성형함으로써, 측방향 압력을 달성하는 것이 가능하지만, 이는 노력이 많이 든다. 반면에, 본 발명에 따르면, 측방향의 압력은 압축 및 그에 수반되는 압축 축과 앵커링 부재의 외주 표면 사이의 거리의 확대에 의해 증가한다. 이것은 한편으로는 원주 앵커링 부재 표면에 발생하는 마찰력을 증가시키고, 에너지가 기계적인 진동을 통해 앵커링 부재에 가해지도록 하여, 해당 영역에 정확하게, 즉 외주 표면을 따라 측방향으로 열가소성 재료의 액화를 야기한다. 다른 한편으로는, 측방향 압력은 또한 액화된 재료를 보어의 측방향으로 연장된 세공 또는 다른 구조체(표면 구조체, 캐비티 등)로 도입시켜 특히 견고한 앵커링을 형성한다.
따라서, 본 발명에 따른 앵커링 부재는 압력을 보어의 측표면에 가할 수 있도록 한다. 이것은 예를 들면 대상물이 매우 취성이며 그리고/또는 매우 얇기 때문에 보어의 바닥에 압력이 가해질 수 없는 상황, 또는 보어가 관통 보어이기 때문에 보어가 바닥을 구비하지 않는 상황에서도 앵커링 부재의 앵커링이 가능하도록 한다. 그러한 경우, 압축력을 흡수하기 위한 추가 수단이 반드시 제공되어야 한다. 그러한 수단은 하기에서 상세히 논의된다.
앵커링 부재는 여러 방식으로 구성될 수 있고, 앵커링 부재의 압축은 상응하는 여러 방식으로 달성된다.
ㆍ 앵커링 부재는 최소한 2개의 별도 구성부품으로 구성되며, 그것의 기하학적 형상으로 인해, 해당 구성부품은 압축력의 효과에 의해 서로에 대해 이동된다. 이동은 압축 축에 평행하지도 수직이지도 않으나 압축 축에 경사지게 연장되는 표면을 따라 일어난다. 앵커링 부재는 예를 들면 원추체(cone) 및/또는 웨지(wedge)의 시스템으로서 또는 확장 부재를 구비한 시스템으로서 구성될 수 있으며, 이것은 열가소성 재료를 반드시 포함할 필요가 없고, 예를 들면 열가소성 재료를 포함한 앵커링 부재 구성부품들 전에 보어에 삽입된다. 앵커링 부재 구성부품들의 서로에 대한 이동에 의해 또는 앵커링 부재 구성부품들을 서로에 대해 이동시키고 동시에 그것들(예를 들면 원추체 시스템)을 확장시킴으로써 단면적의 확대가 달성된다.
ㆍ 앵커링 부재는 압축력이 작용할 때 구성부품이 서로로부터 분리되는 곳인 소정의 파단점 또는 소정의 액화점을 통해 연결되는 최소한 2개의 구성부품으로 구성되고, 가능하게는 또한 기계적 진동이 인가된다. 단면적의 필요로 하는 확대는 전술한 실시예에 기재된 바와 같이 앵커링 부재 구성부품을 서로에 대해 이동시킴으로써 달성된다.
ㆍ 별도의 부재가 압축력에 반작용하는 힘을 인가하기 위해 보어에 제공되며, 이러한 부재는 압축 축에 경사진 표면 영역을 포함한다. 압축 축과 앵커링 부재의 외주 표면 간의 거리의 필요로 하는 국부 확대는 앵커링 부재 또는 그 구성부품을 전술한 표면을 따라 이동시킴으로써 달성되며, 이동된 구성부품은 확장되거나 확장되지 않을 수 있다.
ㆍ 앵커링 부재는 일체로 구성되며 압축력에 의해 팽창될 수 있는 영역을 포함한다. 앵커링 부재는 예를 들면 중공 원뿔대(hollow truncated cone), 중공 웨지(hollow wedge), 해트(hat) 또는 관과 같이 성형되며, 유리하게는 팽창을 용이하게 하기 위한 슬롯을 포함한다. 압축력에 대한 반력은 압축 축에 수직인 표면에 의해, 또는 압축 축에 경사진 표면에 의해 인가될 수 있다. 후자의 경우는 전술한 3가지 실시예들 중 하나와 조합된다.
ㆍ 앵커링 부재는 기계적 취약점(예를 들면 홀, 슬롯, 감소된 벽 두께의 영역)으로서 또는 힌지로서 구성된 최소한 하나의 좌굴(buckling) 지점을 포함한다. 앵커링 공정 중 국부 취약 영역은 연화되어, 취약 영역들 사이의 앵커링 부재 부분이 압축력의 영향 하에 서로를 향해 경사지도록 한다.
바꾸어 말하면, 압축력은 단지 앵커링 부재 또는 앵커링 부재 구성부품(예를 들면 웨지 시스템)의 이동, 또는 변형을 동반한 이동(예를 들면 확장가능 구성부품을 구비한 다부품 앵커링 부재), 또는 단지 변형(예를 들면 좌굴되거나 팽창될 수 있는 일체형 앵커링 부재)를 유발할 수 있다. 이동 및/또는 변형은 적절하게 성형된 공구 및/또는 별도의 보조 부재에 의해 지원될 수 있다. 다부품 앵커링 부재의 경우, 구성부품 표면을 구성하되, 그 구성부품 표면을 따라 구성부품이 서로에 대해 이동되어 앵커링 중 함께 용접되도록 상기 구성부품 표면을 구성하는 것이 유리하다. 앵커링 부재 또는 앵커링 부재 구성부품이 변형되는 경우, 변형에 의해 발생한 인장력이 앵커링 상태 하에서 소멸되는 것이 유리하다.
임의의 실시예에서, 앵커링 부재 또는 앵커링 부재 구성부품의 최소한 하나는 탄력적인 연성의, 예를 들면 금속 코어를 포함할 수 있으며, 그러한 금속 코어는 금속 시트로서 형성되고, 압축 중 반경 방향 외향으로 이동되어 대상물 내에 도입되어서 추가 앵커링을 제공하는 가장자리를 포함한다.
"압축 축에 경사진(oblique to the compression axis)"은 압축 축에 대해 90°보다 작고 0°보다 큰 각도를 의미한다. 유리하게는, 경사 표면은 앵커링 전에 앵커링 부재 축과 20°내지 70°의 각도를 형성한다.
바람직하게는, 앵커링 부재는 앵커링시 인장력이 없다. 즉, 변형에 대해 반작용하는 힘이 존재하지 않는다. 이것은 변형시 열가소성 재료가 연화되고 재응고되는 동안 발생하는 변형에 의해 달성된다.
물리적인 이유로, 임의의 작용력에 대해 반력이 존재한다. 대상물의 보어가 블라인드 홀(blind hole)이면, 대상물의 재료에 의해 반력이 보어의 바닥에 가해질 수 있다. 그러나, 본 발명의 제1 태양(그리고 하기의 제2 태양 및 제3 태양에 따른)에 따른 본 발명은, 대상물이 압축력을 흡수하는(또는 동의어로 반력을 가하는) 것이 불가능하거나 또는 바람직하지 않은 상황에 특히 적합하다. 많은 관련된 유리한 실시예에서, 압축력은 공구와 상대 부재(유지 부재(retaining element)) 사이에 가해진다. 상대 부재는, 대상물에 힘을 전달하지 아니하나 예를 들면 앵커링 공정을 담당하는 사람 또는 장치에 의해, 조력에 의해, 또는 적합한 홀더 또는 다른 장치 또는 스프링 부재 등에 의해 힘이 가해지는 지점에 위치되어 유지된다.
앵커링 부재의 바람직한 실시예는 전체적으로 열가소성 재료로 구성된다. 그러나, 그것은 또한 비액화가능 코어(non-liquefiable core)를 포함할 수 있고, 예를 들면 코어가 수개의 신축가능 외피(telescopic sheath)를 포함하면 압축될 수 있다.
본 발명의 제2 태양은 근위 면과 원위 면을 포함하는 공구의 도움으로 앵커링 부재를 대상물에 앵커링하는 방법을 제공하며, 원위 공구 면은 커플링-아웃 면(coupling-out face)을 포함한다. 앵커링 부재는, 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해지도록 하는 커플링-인 면과, 앵커링 부재 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 에너지로 인해 액화될 수 있는 재료를 포함한다. 공구의 커플링-아웃 면은 앵커링 부재의 커플링-인 면에 맞게 구성되고, 힘과 기계적 진동이 공구 외부로 앵커링 부재로 전달되도록 한다. 이러한 방법은 다음의 단계를 포함한다. 즉,
ㆍ 대상물에 보어를 제공하는 단계와;
ㆍ 앵커링 부재의 열가소성 영역이 대상물의 표면과 접촉하도록 대상물에 앵커링 부재를 위치시키는 단계와;
ㆍ 커플링-인 면을 통해 힘 및 기계적 진동을 위치된 앵커링 부재에 인가하여, 액화가능한 재료의 최소한 일부는 보어의 벽에 접촉하는 곳에서 대상물로 압입시켜서 재응고 후 벽과 형태 맞춤 연결(form-fit connection)을 형성하는 단계.
공구의 도움으로 힘 및 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해지고, 근위 공구 면(proximal tool side)은 기계적 진동이 공구에 가해지도록 구성되며, 원위 공구면(distal tool side)은 커플링-아웃 면을 포함하고 그것을 통해 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해지며, 공구에 가해지는 힘이 인장력(원위 공구 면으로부터 근위 공구 면으로 향하는 방향의 힘)이거나, 또는 반력을 가하기에 적합한 상대 부재(유지 부재)가 제공되며, 상기 반력에 의해 상대 부재는 인장력을 받는다.
본 발명의 제2 태양은 또한 본 방법의 적용을 위한 장치를 제공한다. 이러한 장치는 기계적 진동 뿐만 아니라 공구[예를 들면 소노트로드(sonotrode)]의 도움으로 대상물에 앵커링되기에 적합한 앵커링 부재를 포함한다. 앵커링 부재는, 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해지도록 하는 커플링-인 면(coupling-in face)과, 앵커링 부재 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 에너지로 인해 액화될 수 있는 재료를 포함한다. 앵커링 부재의 커플링-인 면은 공구의 커플링-아웃 면(coupling-out face)에 맞게 구성된다. 공구와 앵커링 부재 사이의 결합은 인장력을 견디도록 구성된다. 앵커링 부재는 기계적 진동 및 견인력(공구에 인장 하중을 야기하는)의 도움으로 보어에 앵커링되어, 열가소성 재료가 대상물과 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화되어 대상물에 압입되어서 재응고시 대상물과 형태 맞춤 연결을 형성한다.
종래 기술에 따르면 힘을 앵커링 부재에 가하기 위해 압축력(근위 공구 면으로부터 원위 공구면 쪽을 향하는 방향으로)이 공구에 가해지는 반면에, 본 발명의 제2 태양에 따르면, 힘을 앵커링 부재에 가하기 위해 인장력이 공구에 가해진다. 이러한 매우 간단한 수단은 많은 새로운 가능성을 열며, 그것의 몇몇이 하기에 개시된다. 즉,
ㆍ 접근하기 어려운 장소에서의 앵커링 : 본 발명의 제2 태양은 어떤 일정 상황하에서 접근 불가능한 측으로부터 앵커링이 수행될 수 있도록 한다.
ㆍ 대상물의 재료에 응력을 가하지 않는 공정의 선호 : 앵커링 부재에 견인력를 가하고 예를 들면 간단한 천공 플레이트와 같은 간단한 상대 부재로 그에 반작용함으로써, 사실상 대상물에 작용하는 모든 힘이 제거된다.
ㆍ 새로이 개발된 앵커링 부재 및 공구(소노트로드(sonotrode))의 사용 가능성.
예를 들면, 공구의 커플링-아웃 면(coupling-out face)은 "후방(backwards)"으로, 즉 근위 공구 면을 향한다. 이것은 예를 들면 커플링-아웃 면의 법선이 인장력의 방향과 대략 평행하게 연장되는 경우이다.
대안적으로, 앵커링 부재는 대상물의 보어를 통해 당겨진다. 즉 견인력이 앵커링 부재에 인가되어 앵커링 부재를 보어 내에서 어느 정도 이동시킨다.
특히 유리한 것은 본 발명의 제1 및 제2 태양의 조합, 즉 제1 태양에 따른 압축가능한 앵커링 부재를 제2 태양에 따른 장치에 사용하는 것이며, 상기 장치는 작동시 공구에 인장력을 작용하도록 구성된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 앵커링 부재는 공구에 의해, 즉 공구가 앵커링 부재 내로 축방향으로 이동하도록 하여 앵커링 부재를 측방향으로 국부적으로 팽창시켜 앵커링 부재의 측벽이 건축 재료 대상물의 보어의 벽에 가압되도록 함으로써 팽창된다.
따라서, 본 발명의 제3 태양은 공구를 사용하여 기계적 진동의 도움으로 건축 재료의 대상물에 앵커링 부재를 앵커링하는 방법을 제공한다. 앵커링 부재는, 축과, 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 진동에 의해 액화될 수 있는 재료를 포함하며, 본 방법은 다음 단계를 포함한다. 즉,
ㆍ 대상물에 보어를 제공하는 단계와;
ㆍ 앵커링 부재를 보어에 위치시키는 단계와;
ㆍ 근위 부분과 원위 단부 부분을 구비한 공구를 제공하는 단계와;
ㆍ 앵커링 부재와 접촉하도록 공구를 위치시키는 단계와;
ㆍ 기계적 진동을 공구에 가하고 동시에 공구를 앵커링 부재에 대해 축방향으로 이동시키는 단계로서, 공구의 일부가 앵커링 부재의 내부로 이동되어, 앵커링 부재를 팽창시키고, 앵커링 부재를 최소한 국부적으로 보어의 측벽에 가압시키며, 팽창 및 공구로부터 앵커링 부재에 가해지는 기계적 진동의 효과로 인해, 열가소성 재료를 보어의 벽과 접촉하는 곳에서 적어도 부분적으로 액화시켜 액화된 열가소성 재료를 형성하고, 액화된 재료를 건축 재료로 압입시켜 재응고 후 벽과 밀착 체결 연결을 형성하는 단계. 이것은 본 발명의 제3 태양이, 공구의 도움을 받아 열가소성 재료가 앵커링 부재의 외주 영역 및 유리하게는 축방향으로 연장되는 홈 영역에서 액화되거나 가소화되어 반경 방향 외향으로 가압된다는 사실에 기초를 둔다. 제1 태양에 따른 공정에서와 마찬가지로, 이러한 공정에서도 또한 대상물의 보어의 측벽에서 대상물 구조체의 상호 침투에 의해 앵커링이 달성된다. 본 발명의 제1 태양의 관련 이점 및 구성 자유도는 본 발명의 제3 태양에도 적용된다.
본 발명의 제3 태양의 바람직한 실시예에 따르면, 앵커링 부재는 전체적으로 열가소성 재료로 구성된다.
특히 유리한 것은 본 발명의 제2 태양 및 제3 태양, 즉 제3 태양의 교시에 따른 공정의 조합이며, 여기서 힘은 인장력으로서 공구에 가해진다.
본 발명의 제3 태양의 또 다른 실시예에 따르면, 공구에 의해 팽창되어 보어의 측벽에 가압되는 앵커링 부재는 액화된 재료를 통해 이러한 측벽에 앵커링되지 않으나 다른 재료, 예를 들면 바브(barb)와 같이 작용하는 표면 구조체에 의해 앵커링된다.
본 발명의 3가지 태양 중 임의의 하나의 실시예에서, 앵커링 후 공구는 제거될 수 있거나, 또는 그것은 제 위치에 잔류되어 예를 들면 앵커링 중 최소한 부분적으로 액화되었던 재응고된 재료에 의해 앵커링 부재에 고정된다. 후자의 경우, 앵커링 후 공구는 앵커링 부재의 기능부의 역할을 할 수 있다. 그것은 예를 들어 하중 지지 방식으로 사용될 수 있고, 밀착 체결 연결(positive fit connection)을 형성하기 위한 구조체(나사부, 베요넷 고정, 아이렛, 또는 다른 부재가 접착되거나 용접되거나 납땜 등이 될 수 있는 구조체와 같은) 또는 다른 부재를 대상물에 가압하는 패스너 헤드 또는 다른 돌출부 등과 같은, 다른 부재를 그것에 부착하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
공구가 적소에 잔류되고 앵커링 부재에 부착되는 실시예에서, (앵커링 중 의 소노트로드인) 공구는 '스크류, '네일', 고정 핀, 고정 볼트 등과 같은 패스너의 기능을 가질 수 있으며, 반면에 앵커링 부재 자체는 일종의 패스너용 "다웰(dowel)"로서 보일 수 있다. 따라서, 다른 태양에 따른 본 발명은 일반적으로 패스너를 건축 재료의 대상물에 고정하는 원리를 개시하며, 본 방법은 다음 단계를 포함한다. 즉,
- 열가소성 재료를 포함하는 앵커링 부재를 대상물에 접촉시키는 단계와;
- 패스너(fastener)를 앵커링 부재와 접촉시키는 단계와;
- 기계적 진동을 패스너에 가하여 그것이 패스너로부터 앵커링 부재로 전달되도록 하고, 동시에 이동력(translation force)을 패스너에 가하여 이러한 이동력이 앵커링 부재에 작용하도록 하는 단계와;
- 기계적 진동 및 힘의 공동 작용은 열가소성 재료의 최소한 일부가 건축재료의 대상물 및 그의 보어(이러한 보어는 예비 제조되거나 기계적 진동 및 힘의 공동 작용에 의해 제조됨)에 접촉하여 용융되도록 함.
- 기계적 진동이 가해지는 중, 패스너를 앵커링 부재에 고정시키는 단계.
패스너를 앵커링 부재에 고정시키는 것은 예를 들면 앵커링 부재가 패스너에 용접되도록 하는 기계적 진동 및 힘의 공동 작용의 효과에 의해, 그리고/또는 패스너 등의 바브형 구조체와 다른 밀착 체결 연결 수단에 의해 이루어질 수 있다. 패스너는 금속이나 단단한 플라스틱과 같은, 기계적 진동에 의해 액화가능하지 않은 재료로 최소한 부분적으로 구성된다.
바람직하게는 이러한 또 다른 태양의 원리는 전술한 본 발명의 3가지 태양 중 임의의 하나와 조합된다. 이러한 다른 원리와 3가지 태양의 조합은 3가지 태양 모두가 앵커링 중 앵커링 부재를 통해 또는 앵커링 부재로 공구를 연장시키는 방식을 보이므로 특히 바람직하다(그것은 단지 앵커링 부재의 근위 면에 작용시키는 대신에). 또한, 논의한 바와 같이, 본 발명의 3가지 태양(및 그들의 조합)은 특히 플래스터 보드, 카드보드 등의 보드와 같은 취성 또는 취약한 건축 재료 대상물에 앵커링 부재를 부착시키는 방식을 보이며, 그들은 특히 앵커링 부재가 전체적으로 건축 재료 대상물의 표면(원위의) "아래에(below)" 유지되는 실시예에 적합하다. 그러한 실시예에서, 공구/패스너는 앵커링 후 선택적으로 상기 표면 위로 돌출될 수 있다.
3가지 태양 중 임의의 하나의 바람직한 실시예는, 앵커링 중 앵커링 부재에 가해지는 힘을 스프링 부재 또는 다른 적합한 기구에 의해 자동으로 인가하는 추가 특징을 포함한다. 예를 들면, 스프링 부재는 명확하게 지정된 스프링 힘을 앵커링 부재와 상대 부재(유지 부재) 사이에 가하도록 배치될 수 있다. 이는 성공적인 앵커링에 필요한 힘이 미리 정해질 수 있고, 앵커링 공정의 성공이 오직 본 방법을 적용하는 작업자의 기술에 의존하지 않으며, 작업자는 힘을 사용할 필요가 없고, 다수의 앵커링 부재가 위치하는 경우에, 본 방법은 덜 소모적인 이점을 갖는다. 건축 재료 대상물 표면(또는 대상물 표면과 접촉하여 위치되는 상대 부재)과 공구의 근위 부분 또는 공구의 근위 단부에 연결되는 대상물 사이에 스프링이 위치되어, 스프링 힘에 의해 공구가 근위 면 쪽으로 당겨지고, 힘과 앵커링 전후 공구의 위치가 미리 정해질 수 있기 때문에, 작용력을 유발하는 스프링 부재를 구비한 변형예는 특히 본 발명의 제2 태양과의 조합에 유리하다.
작용력이 자동으로 가해지는 실시예와 힘이 수동으로 가해지는 다른 실시예에서, 앵커링 중 공구의 이동을 한정하는 정지부가 선택적으로 존재할 수 있다.
본 발명의 청구대상은 또한 본 발명의 3가지 태양 중 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 물품의 세트이다. 그러한 세트는 최소한 하나의 공구(예를 들면 소노트로드) 뿐만 아니라 하나 또는 유리하게는 다수의 앵커링 부재를 포함한다. 또한, 이러한 세트는 기계적 진동을 발생시키기 위한 장치, 앵커링을 위한 설명서, 상대 부재, 전술한 바와 같은 경사 표면 영역을 구비한 별도 부재 및/또는 추가 물품을 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 첨부 도면과 함께 설명하며, 동일한 또는 동등한 부재에 대해서 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 따른 실시예의 기능을 설명하기 위해 대상물의 보어에 위치된 상기 실시예의 단면도이다.
도 3a 및 도 3c는 본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 태양과 또한 일치하는 구성의 도 3a에 따른 실시예의 단면도이다.
도 5는 대상물의 보어에 있는 앵커링 부재의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 5a는 대상물의 보어에 있는 앵커링 부재의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7은 또 다른 그룹의 실시예의 기능적 특징을 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 앵커링 부재가 비액화가능 코어를 포함하는, 본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 제2 태양에 따른 장치 및 방법의 원리를 도시한 도면이다.
도 13, 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제2 태양에 따른 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 제2 태양 및 제3 태양의 조합의 실시예를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제3 태양에 따른 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 17a는 앵커링 공정 후 도 17의 실시예를 도시한 도면이다.
도 18은 원위 상대 부재의 원리를 도시한 도면이다.
도 19는 견인력의 전달에 적합한 커플링을 도시한 도면이다.
도 20은 스프링에 의해 반력을 가하는 원리를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 제1 태양에 따른 방법 및 앵커링 부재의 또 다른 변형예를 도시한 도면이다.
도 22a 및 도 22b는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 23a 및 도 23b는 본 발명의 제3 태양의 또 다른 실시예를 도시한 도면이 다.
도 24a 및 도 24b는 본 발명의 제3 태양의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 25는 도 24a 및 도 24b의 실시예의 변형예를 도시한 도면이다.
도 26a 및 도 26b는 본 발명의 제1 태양 및 제2 태양의 조합에 의해 패스너를 보드에 고정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 27은 본 발명의 제2 태양 및 제3 태양의 조합에 의해 패스너를 보드에 고정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 제3 태양의 또 다른 사용의 2가지 변형예를 도시한 도면이다.
도 1a에 따른 앵커링 부재(1)는 피팅(fitting)을 대상물에 부착하기 위한 커플링 슬리브(coupling sleeve)로서 적합한, 본 발명의 제1 태양에 따른 앵커링 부재의 제1 실시예이다. 앵커링 부재는 본질적으로 관형이고, 열가소성 플라스틱으로 구성되며, 근위 단부면(1.1) 및 원위 단부면(1.2)을 포함한다. 앵커링 부재는 앵커링 부재의 축(11)에 대략 평행하게 연장되는 최소한 하나의 슬롯(12)을 추가로 포함하며, 유리하게는 2개, 3개 또는 3개 초과의 대략 등간격으로 배치되는 슬롯이 존재한다. 상기 슬롯 또는 슬롯(12)들로 인하여 앵커링 부재는 그것의 축[도 1a에 따라, 관형 앵커링 부재의 축(11)은 그것의 압축 축이기도 함]에 평행하게 작용하는 압축력(4)에 의해 압축가능하다. 앵커링 부재는 도 1b에 압축된 상태로 도시되 어 있다.
원하는 압축을 달성하기 위하여 힘이 2개의 대향측["힘 및 반력(force and counterforce)"]으로부터 앵커링 부재에 가해져야 하는 것이 명확하며, 반력은 종종 정지면(stop face)에 가해진다. 도 1a 및 도 1b에 따른 실시예에서, 압축력은 근위 단부면(1.1) 및 원위 단부면(1.2)에 가해진다. 그러나, 하기의 설명에서는, 힘은 단지 공구가 작동하는 곳에만 도시된다. 원하는 효과를 달성하기 위해서 반력이 반드시 존재해야 하는 것이 전문가에게 명백하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 앵커링 부재는 그것의 압축이 앵커링 부재의 외주 표면과 압축 축(11) 사이의 거리의 국부 확대, 여기서는 압축 축(11)에 수직한 외부 단면의 국부 확대로 귀결되도록 구성된다. 이러한 확대는 근위 단부면(1.1)과 원위 단부면(1.2) 사이의 임의의 장소에 발생할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 따른 실시예에서, 이러한 확대는, 앵커링 부재의 대칭성에 의해 단부면들 사이의 중간에서 가장 크다. 도 1a 및 도 1b에서, 외부 단면의 직경(이것도 또한 커버되는 앵커링 부재 내에 통합시킴)은 가장 큰 단면 지점에서 비압축 상태에서는 c로, 압축 상태에서는 c'로 가장 큰 단면 지점이 표시되어 있다. 압축을 통해 슬롯(12)이 확장된다.
고정을 위해 앵커링 부재(1)는 대상물(21)의 보어(bore)(21.1)에 위치된다. 도 2a에 도시된 바와 같이 이러한 보어는 블라인드 보어(blind bore)일 수 있다. 대안적으로, 보어는 터널형, 즉 대상물을 통해 연장된다(더욱 상세한 사항에 대해서는 이하 참조). 특히, 보어는 제조하기 쉬운 원통형 형상일 수 있다. 보어의 직 경은 도 2a에 도시된 바와 같이, 본래의 외부 단면의 직경 c와 최소한 동일하고 약간 클 수 있다.
앵커링 부재가 보어(21.1)에 위치할 때, 힘(4)이 그것의 압축 축(11)을 따라 가해지고, 힘(4)이 작용하는 동안 기계적 진동(5)이 앵커링 부재에 가해진다. 이것은 앵커링 부재의 커플링-인 면(coupling-in face)과 협동하는, 커플링-아웃 면(coupling-out face)(3.1)을 포함한 공구(3)의 도움으로 달성된다. 도시된 실시예에서 커플링-인 면은 근위 단부면(1.1)과 대응되고 그와 일치한다. 도시된 바와 같이, 커플링 아웃 면(3.1)은 앵커링 부재(1)의 내부 공동 및 커플링-인 면을 완전히 커버할 수 있으나, 그것은 링 형상이고 근위 단부면(1.1)에 정확히 맞게 구성될 수도 있다. 공구(3)는 그것의 근위 면(3.2)에서 진동 장치(미도시)와 함께 효과적으로 연결될 수 있다. 일반적으로 그러한 장치는 공지되어 있고 예를 들면 WO02/069817에 언급되어 있다.
도 2는 압축력 및 진동 인가 후의 앵커링 부재(1)를 도시한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 압축력(4)으로 인해 앵커링 부재의 단면은 확대된다. 앵커링 부재가 단면 확대 영역에서 보어의 측벽과 연결되자마자, 압축력(4)은 측벽에 가해지는 압력을 생성한다. 진동은 마찰을 유발하고, 열가소성 재료는 국부적으로 액화되어 대상물의 재료의 세공 또는 다른 캐비티 내로 압입된다. 이러한 효과가 도 2b에 수평 화살표로 도시되어 있다. 물론, 앵커링 부재의 원위 단부면의 영역에서도 동일한 것이 발생된다.
일단 소정의 압축이 달성되면, 진동은 중지되며, 그리고/또는 공구(3)는 분 리된다. 액화된 열가소성 재료는 재응고되며, 형태 맞춤 연결(form-fit connection)을 통해 측벽의 구조체와 앵커링 부재(1)의 고정을 달성한다.
도 2b에 도시되어 있는 방법인, 액화되고 또한 액화된 상태에서 캐비티(세공, 앵커링 부재를 위해 대상물에 제공된 보어와 비교할 때 작은 치수의 다른 캐비티)에 침투하는 열가소성 재료의 도움으로 앵커링 부재를 고정하는 방법은, 본 발명의 모든 실시예에 공유된다. 이하의 도면 각각에서, 이러한 효과는 열가소성 재료가 캐비티로 침투하는 방향을 표시하는 화살표로 도시된다.
필수적은 아니나 바람직하게는, 본 발명의 제1 태양에 따른 모든 실시예에서와 같이, 앵커링 부재의 열가소성 재료는 앵커링 공정 후 인장력을 받지 않도록, 즉 앵커링 부재의 변형을 방해하는 어떠한 힘도 잔류하지 않도록 앵커링 공정 중 가열된다. 이러한 경우, 압축력과 기계적 진동은 앵커링 부재가 재응고 전뿐만 아니라 후에도 이완되지 않기 때문에 동시에 중지될 수 있다.
도 3a에 따른 앵커링 부재(1)는 다수의 구성부품을 포함한다. 도시된 실시예는, 3개의 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)으로 구성되며, 이러한 3개의 구성 부품은 압축 축(11)과 일치하는 그들의 축을 중심으로 임의의 회전 각도에 대하여 대략 회전 대칭이다. 제1 구성부품(1.11)(원위 면에서 볼 때)은 본질적으로 원추대(truncated cone)의 형상을 갖고, 그것을 통한 축방향 보어(axial bore)를 포함한다. 제2 구성부품(1.12)은 본질적으로 해트(hat)의 형상을 갖고, 여기서는 중앙 축방향 보어를 포함한다. 상기 해트형 구성은 내부 표면(1.12a) 및 외부 표면(1.12b)을 형성한다. 제3 구성부품(1.13)은 원통형 형상을 갖고, 동축 원추형 캐 비티 및 축방향 보어를 포함한다. 제1 구성부품, 제2 구성부품 및 제3 구성부품의 중앙 보어는 서로 동축이며 대략 동일한 직경을 갖는다.
도 3a에는 도시되지 않았지만, 적용 가능하며 회전 대칭으로부터 벗어난다면, 유리하게는 최소한 중앙 구성부품(1.12), 그러나 가능하다면 제3 구성부품(1.13) 및 제1 구성부품(1.11)에도 슬롯이 형성된다. 슬롯(들)으로 인하여, 관련 구성부품이 쉽게 확장될 수 있고, 앵커링 부재가 전체적으로 압축 축을 따라 비교적 보통의 압축력에 의해 압축될 수 있다. 압축력(4)이 인가됨에 따라, 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)은 압축력에 대해 경사지게(즉, 평행하지도 수직하지도 않은 각도로) 연장되는 표면을 따라 서로에 대해 이동된다. 도시된 실시예에서, 전술한 표면들은 원추대 쉘(truncated cone shell)의 형태를 갖는다. 즉, 그들은 원추형이다. 확장 효과(spreading effect)를 갖는 다른 표면도 존재한다.
도시된 실시예에서, 제1 구성부품(1.11)의 외부 표면(1.11a)의 개방 각도는 제2 구성부품(1.12)의 내부 표면(1.12a)의 개방 각도보다 크고, 제2 구성부품(1.12)의 외부 표면(1.12b)의 개방 각도는 제3 구성부품의 내부 표면(1.13a)의 개방 각도보다 크다. 본 구성에서 확장 효과에 유리한 것은 외부 표면의 최소한 하나의 개방 각도가 외부 표면이 닿는 내부 표면의 개방 각도보다 큰 것이다.
앵커링 부재가 보어[보어의 직경은 압축 전의 앵커링 부재 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)의 외경과 대략 일치함]에 위치하고 압축력과 기계적 진동이 가해질 때, 다음이 발생한다.
ㆍ 압축력으로 인해, 제2 및 제3 구성부품(1.12, 1.13)이 확장되고, 제2 및 제3 구성부품의 외부 단면적과 모든 앵커링 구성부품의 외부 단면적의 확대가 발생한다.
ㆍ 확장으로 인해, 제2 및 제3 구성부품(1.12, 1.13)의 외부 표면이 보어의 측벽에 가압된다. 기계적 진동으로 인해, 이러한 표면 영역들에서 열가소성 재료가 액화되고 대상물(21)의 재료의 세공(또는 다른 캐비티)로 침투한다.
ㆍ 진동도 또한 열가소성 재료의 액화를 유발하는, 표면(1.11a, 1.12a, 1.12b, 1.13a)들간의 마찰력을 발생시키고, 이는 제1, 제2 및 제3 구성부품이 서로 용접되도록 한다.
도 3a에 따른 앵커링 부재의 근위 단부면(1.1) 또는 대안적으로 원위 단부면(1.2)은 커플링-인 면의 역할을 할 수 있다. 앵커링 부재의 근위 및 원위 면은 교환될 수 있다[즉, 앵커링 부재는 "전도되어(back to front)" 사용될 수 있다.].
도 3b는 본 발명에 따른 앵커링 부재의 다른 실시예를 도시하며, 이러한 앵커링 부재는 압축 및 앵커링과 관련하여, 도 3a에 따른 실시예와 매우 유사하다. 동일한 부재는 동일한 도면 부호로 표기되어 있다. 앵커링 부재는 다부품(multi-part) 앵커링 부재이고, 모두 확장되도록 구성되고[예를 들면 중공 원추체(hollow cone) 또는 중공 웨지(hollow wedge)] 서로의 내부에 느슨하게 위치되는 임의의 선택된 수(예를 들어 도시된 바와같이 3개) 동일한 구성부품들로 구성된다. 압축력(4)은 확장가능한 구성부품들을 함께 가압하여 그들을 확장시킨다. 필요하다면, 도 11에 도시된 바와 같이, 사용되는 공구의 원위 단부는 확장 부재로서 구성된다. 도 3b에 따른 실시예에서, 그것을 따라 앵커링 부재 구성부품들이 서로에 대하여 이동되는, 압축 축에 경사진 모든 표면은 도 11에 도시된 바와 같이 평행할 수 있다(동일한 개방 각도). 이것은 앵커링 부재의 크기가 동일한 구성부품의 선택된 수에 따라 결정될 수 있는 이점을 갖는다.
도 3c에 따른 실시예는 도 3a에 따른 실시예를 기초로 한다. 그러나, 그 실시예와 달리, 앵커링 부재는 각각 최소한 하나의 구성부품[1.11, 1.12, 1.13, 1.14](모듈당 2개의 구성부품이 도시됨)을 포함하는 다수의 모듈(2개의 모듈이 도시됨)을 포함한다. 모듈들 사이에는 스페이서 부재(spacer element)(61), 예를 들어 도시된 바와 같은 금속 링이 존재하며, 이러한 스페이소 부재는 열가소성 재료일 필요가 없다. 이러한 실시예는 대상물의 보어의 측벽의 둘 이상의 지점에 고정되기에 적합하다. 이러한 지점들 간의 거리는 스페이서 부재에 의해 결정된다. 2개의 모듈을 포함하는 그러한 앵커링 부재의 실시예는 유리하게는 공구(3) 또는 상대 부재(31)와 조합되어 사용되며, 그것의 기능은 이하에서 상세히 논의된다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 공구 또는 상대 부재(3; 31)는 앵커링 부재의 중앙 홈을 관통하는 샤프트를 포함한다. 스페이서 부재를 안내하기 위한 다른 안내 수단이 고려될 수 있다.
도 3a, 3b 및 3c에 도시된 실시예에 추가로 다음의 실시예(그외 많은 다른 실시예들)가 고려된다.
ㆍ 각각의 구성부품이 액화가능하지 않은 코어(non-liquefiable core)를 포함할 수 있으며, 제2 및 제3 구성부품의 코어는 탄성적이거나 소성적으로 변형될 수 있다. 예를 들면 금속 또는 금속 합금으로 구성된 코어는 단면의 상당 부분을 구성할 수 있으며 앵커링 부재의 하중 지지 부품(load-bearing part)을 형성할 수 있다.
ㆍ 제1 구성부품(1.11)은 열가소성 재료를 반드시 포함할 필요가 없다.
ㆍ 제1 구성부품은 앵커링 후 분리될 수 있다(그러한 경우, 그것은 앵커링 부재의 일부가 아니라, 예를 들면 공구 또는 별도 부재의 일부이다.).
ㆍ 등가의 실시예는 3개의 구성부품 대신에 단지 2개의 구성부품[예를 들면 중앙 구성부품(1.12)이 없는] 또는 4개 또는 4개 초과의 구성부품[예를 들면 중앙 구성부품(1.12)과 유사한 추가의 해트 형상(hat-shaped) 구성부품]을 포함한다.
ㆍ 구성부품의 형상은 변경될 수 있으며, 이때 표면을 따라 구성부품이 서로에 대해 이동될 수 있도록 하는, 압축 축에 경사진 몇몇 상기 표면을 제공할 필요가 있다.
ㆍ 구성부품은 대략 회전 대칭일 필요가 없다. 중앙 보어는 생략될 수 있다.
ㆍ 구성부품들은 앵커링 전에, 소정의 파단점을 통해 연결될 수 있으며, 이하에서 상세히 논의될 것이다.
ㆍ 구성부품은 해트 형상일 필요가 없고 확장될 수 있을 필요가 없지만, 서로에 대해 측방향으로 변위될 수 있으며, 이는 이하에 더욱 상세히 기재된다.
ㆍ 원하는 위치에서의 열가소성 재료의 선택적 액화를 위해, 최소한 하나의 에너지 디렉터(energy director)가 최소한 하나의 구성부품의 외주를 따라서 제공될 수 있다.
ㆍ 후술하는 바와 같은 본 발명의 제1 태양에 따른 실시예와 동일한, 도 3a 내지 도 3c에 따른 실시예는, 앵커링 상태하에서 액화가능하지 않은 재료의 연성 코어를 포함할 수 있다. 최소한 해트 또는 중공 웨지의 형상을 갖는 구성부품을 구비한 앵커링 부재는, 예를 들면 슬롯이 형성되고 열가소성 재료로 코팅된 시트 금속(sheet metal)으로 제조될 수 있으며, 금속 시트는 앵커링 부재 구성부품으로부터 반경 방향으로 돌출될 수 있다. 압축 중, 금속 시트는 확장되고, 예를 들면 보어의 측벽을 통해 대상물로 관입된다. 앵커링 부재에는 바브(barb)와 같이 작용하는 부재가 추가로 제공될 수 있다. 금속 시트의 관입 효과는 추가 앵커링을 제공한다.
ㆍ 전술한 실시예들의 임의의 선택된 조합이 가능하다.
도 4에서는 도 3에 따른 앵커링 부재(1)가 본 발명의 제2 태양에 대응하는 구성으로 도시된다. 이러한 구성에서는 보어의 바닥의 대상물에 어떠한 힘도 가해지지 않는다. 앵커링 부재에 작용하는 진동 및 압축력은 인장력을 받는 공구(3)로부터 앵커링 부재에 가해진다. 따라서, 도 4에 따른 구성은 대상물을 통해 터널형으로 연장되는 보어에 적용하기에도 적합하다.
공구(3)[그것은 특히 진동 발생 장치(미도시)로부터 진동을 앵커링 부재에 가하는 역할을 하기 때문에, 그것은 '소노트로드(sonotrode)'로도 불리울 수 있음]는 샤프트(3.4) 및 베이스 플레이트(3.5)를 포함한다. 공구의 커플링-아웃 면(3.1)은 근위 공구 면 쪽을 향하는 베이스 플레이트(3.5)의 표면이다. 샤프트(3.4)는 앵커링 부재 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)의 중앙 보어를 통해 연장되고, 앵커링 부재의 근위 단부 및 대상물의 보어로부터 돌출된다. 근위 공구 단부는 진동 발생 장치 와 결합되도록 구성되고, 이러한 결합은 인장력을 전달하는 데 적합하다.
앵커링 공정 중, 인장력[힘(4)]이 공구(3)에 가해지고, 기계적 진동(5)이 그것에 가해진다. 공구로부터, 힘(4)(압축력으로서) 및 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해진다. 상대 부재(31)는 앵커링 부재가 대상물의 보어 밖으로 쉽게 이탈되지 않도록 한다. 도시된 실시예에서, 상대 부재(31)는 플레이트로서 구성된다.
앵커링 공정에 이어, 공구(3)는 다양한 방식으로 취급될 수 있다.
ㆍ 공구는 앵커링 위치에서 유지될 수 있다. 이러한 실시예는 공구가 추가 기능을 위해 구성될 때 특히 유리하다. 따라서, 공구는 예를 들면 추가 부재를 앵커링 부재에 부착하는 역할을 할 수 있다.
ㆍ 대상물의 보어가 관통 보어(through-going bore)인 경우에, 공구는 진동 장치로부터 분리될 수 있고, 앵커링 부재의 원위 면으로부터 분리될 수 있다.
ㆍ 공구는 근위 면으로부터 분리될 수 있다. 이러한 경우, 공구, 및 앵커링 공정 중 샤프트(3.4)가 관통하여 연장되도록 하는, 앵커링 부재의 관통 홈은 원형 단면이어서는 안된다(임의의 회전 각도에 대하여 회전 대칭이지 않음). 앵커링 부재의 대응 개구는 하기에 더욱 상세히 논의될 것이다.
도 1 및 도 3에 따른 앵커링 부재와 마찬가지로, 도 5 및 도 10에 따른 앵커링 부재는 본 발명의 제1 태양에 따라 구성되고, 본 발명의 제2 태양에 따른 구성에 적합한 공구과 함께 사용될 수 있다.
도 3에 따른 앵커링 부재와 마찬가지로, 도 5에 따른 앵커링 부재(1)는 압축력에 대해 경사지게(즉, 평행하지도 수직이지도 않은 각도로) 연장되는 표면을 따 라 서로에 대해 이동되도록 구성되는 다수의 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)을 포함한다. 상기 구성부품은 도 3에 따른 실시예의 앵커링 부재 구성부품(특히 제2 및/또는 제3 구성부품) 및 그것의 변형과 똑같이 구성될 수 있고, 따라서 다시 상세히 설명하지 않는다. 도 3에 따른 실시예와는 대조적으로, 별도의 확장 부재(32)가 사용되며, 이러한 확장 부재는 열가소성 재료를 포함할 필요가 없다. 도시된 바와 같이, 확장 부재는 앵커링 부재가 삽입되기 전에 대상물(21)의 보어의 바닥에 놓인다. 확장 부재는, 압축 축에 대해 경사지고 앵커링 부재의 대응 내부 표면(1.13a)의 개방 각도보다 큰 각도를 압축 축과 형성되는 최소한 하나의 이동 표면(32.1)을 포함한다. 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)들은 확장 부재의 효과에 의한 압축력(4)에 의해 확장되고, 그들의 원주 영역에서 대상물의 보어의 측벽에 가압된다. 앵커링 공정 중, 확장 부재는 열가소성 재료를 포함하는 구성부품(1.11, 1.12, 1.13)에 용접될 수 있어, 앵커링 부재의 일부가 된다. 표면 특성에 따라 확장 부재는 별도로 유지될 수도 있다. 도시된 구성에서, 확장 부재는 대상물의 보어에서 유지될 수 있으며, 거기서 그것은 다른 기능을 가질 수 있거나 가지지 않을 수 있다. 다른 구성에서, 그것은 보어로부터 분리될 수 있다.
확장 부재(앵커링 공정 중 그것이 액화가능한 재료를 포함하거나 포함하지 않던간에)는 앵커링 중 예를 들면 용접 및/또는 연결부를 형성하는 다른 수단에 의해 앵커링 부재(1)에 연결되도록(그기고 그것의 일부가 되도록) 선택적으로 구성될 수 있다.
전술한 실시예에 추가하여 다음의 실시예가 고려될 수 있다.
ㆍ 3개의 구성부품 대신에, 최소한 외주 영역에 열가소성 재료를 포함하는, 단일 구성부품, 2개의 구성부품 또는 4개 이상의 구성부품이 있을 수 있다.
ㆍ 앵커링 부재는 확장 부재가 대응되게 구성된다면 반대로 놓일 수 있다.
ㆍ 도 3의 실시예와 관련하여 기재된 바와 같은 변형예와 조합이 가능하다.
도 5a는 도 5의 실시예의 변형예를 도시한다. 그것은 확장 부재(1.12)(앵커링 부재의 제2 부품)가 열가소성 플라스틱으로 제조되고 앵커링 공정 중 제1 앵커링 부재 부품(1.11)과 함께 용접된다는 점에서 다르다. 제1 앵커링 부재 부품(1.11)은 확장 부재(1.12)에 의해 이격되는 2개의 레그(leg)(1.21, 1.22)를 포함한다.
도시된 제1 앵커링 부재 부품(1.11)은 그것의 근위 단부에서 앵커링 부재의 주요부보다 큰 단면의 열가소성 앵커링 부재 헤드를 포함한다.
물론, 도 5 및 도 5a의 접근법의 조합이 가능하며, 예를 들면 이격되는 2개의 레그(1.21, 1.22)를 구비한 제1 앵커링 부재 부품이 열가소성 재료가 아닌 확장 부재와 결합될 수 있거나, 또는 열가소성 재료의 확장 부재(1.12)가 슬릿 형성된 해트형 원위 단부 등을 구비한 제1 앵커링 부재 부품과 결합될 수 있다.
도 6은 도 5에 따른 실시예의 다른 변형예를 도시한다. 이것은 압축 축에 대해 경사진 표면 영역을 구비한 별도의(확장) 부재를 포함하지 않는다는 점에서 도 5의 실시예와 다르다. 대신에, 확장은 앵커링 부재(1)의 형상에 의해서, 그리고 예를 들면 도시된 대상물의 보어의 바닥 또는 별도 부재의 표면일 수 있는, 압축 축에 수직인 평탄한 표면에 앵커링 부재가 가압됨으로써 달성된다. 도시된 실시예에 서, 앵커링 부재는 해트 형상이고, 압축력(4)은 가장자리들을 외측으로 압착하여 그들을 보어의 측벽에 가압한다. 유리하게는, 해트형 앵커링 부재는 전술한 바와 같이 슬롯 또는 다수의 슬롯들을 포함한다. 다른 확장가능한 형상(예를 들면 중공 웨지)의 변형예도 또한 고려될 수 있다.
또한 도 6은 공구(3)가 커플링-인 면(1.1)(여기서는 최소한 원위 면에서 관형임)에 맞게 구성되는 특정 형상을 가질 수 있는 것을 도시한다. 그러한 특정 형상은 기계적 진동이 에너지 효율적으로 앵커링 부재에 가해지도록 한다.
도 7에 따른 앵커링 부재(1)의 실시예는 2개의 구성부품을 포함한다. 제1 근위 구성부품(1.11)은 앵커링 부재의 치수에 비해 가는, 연결 휜(fin)(1.21)에 의해 제2 원위 구성부품(1.12)에 연결된다. 앵커링 부재의 압축 중, 훤(1.21)은 파단되거나 용융된다. 즉, 그들은 소정의 파단점 또는 용융점을 나타낸다. 제1 구성부품(1.11) 및 제2 구성부품(1.12)은 웨지 형상이며, 각각 구성부품들이이 압축 축(11)을 따라 작용하는 압축력에 의해 서로 가압될 때 서로를 따라서 측방향으로 활주되는 램프(ramp)(1.11a, 1.12a)를 포함한다.
연결 휜(1.21)의 파단 후, 앵커링 부재 구성부품(1.11, 1.12)은 압축력의 영향을 받아 서로에 대하여 이동된다. 따라서, 도 7에 따른 실시예는 압축력에 대해 경사지게 연장된 표면(즉, 램프)을 따라 서로에 대하여 이동 가능한 다수의 구성부품(1.11, 1.12)을 포함한 앵커링 부재의 추가 실시예이다. 이러한 실시예에서도 또한, 앵커링 부재의 외경은 압축력에 의해 유발된 측방향 이동에 의해 확대된다.
소정의 파단점 또는 용융점의 역할을 하는 연결 휜(1.21)과 같은 연결부는, 이미 언급한 바와 같이, 전술한 다부품 실시예에도 적용될 수 있다.
램프로서 압축 축(11)에 경사진 이동 표면의 구성은(구성부품 사이의 연결이 있거나 또는 없는) 또한 도 3 및 도 5의 실시예의 특징과 조합될 수 있다.
특히, 앵커링 부재 구성부품들 중 하나는, 열가소성 재료를 포함할 필요가 없고 도 5에 따른 확장 부재와 유사한 방식으로 기능하는 별도의 부재로 대체될 수 있다.
도시된 실시예에 대안적으로, 도 7에 따른 앵커링 부재는 열가소성으로 구성될 수 있으며, 앵커링 부재를 통해 직접 연장되지 않으나 감소된 단면의 영역을 형성하는 수평(즉, 원통 축에 수직) 또는 경사 절개부(recess) 구비한 본질적으로 원통형(예를 들면 원형 원통)일 수 있다. 이들은 소정의 파단점 또는 용융점의 역할을 한다. 그러한 실시예는 제조에 대해 유리할 수 있다.
도 8a는 본 발명에 따른 앵커링 부재(1)의 다른 실시예를 도시한다. 전술한 실시예와는 반대로, 본 실시예에서는 외주 표면과 압축 축 간의 거리의 국부 확대가 반드시 외부 단면적의 확대에 기인하지 않는다. 그러나, 본 실시예 및 다른 유사한 실시예에서, 최소한 외부 표면의 돌출부가 압축 축을 따라 확대된다.
앵커링 부재는 본질적으로 핀(pin) 형상이나, 측방향 절개부(14, 15) 및 대응하는 수축부(1.4, 1.5)를 포함한다. 앵커링 중, 이러한 수축부는 소정의 용융점으로서 기능한다. 이들이 기계적 진동으로 인해 용융되거나 또는 최소한 연화됨에 따라, 압축력은 수축부들 사이의 앵커링 부재 영역을 서로를 향하여 경사시키고, 따라서 앵커링 후 앵커링 부재의 형상을 개략적으로 도시한 도 8b에 도시된 바와 같이, 외주 앵커링 부재 표면과 압축 축 간의 거리의 국부 확대를 수행한다. 대상물의 보어의 측벽에 가압되는 영역은 수평 화살표로 도시된다.
대안적으로, 앵커링 부재는 단지 하나의 수축부(14), 또는 상이한 단면을 갖는 2개의 수축부(또는 가능하다면 2개 초과의 수축부)를 포함할 수 있다. 특히, 앵커링 부재는 커플링-인 면에 더욱 근접하는 보다 확장된 수축부를 포함할 수 있다. 이것은 커플링-인 면으로부터 더욱 멀리 이격된 수축부가 커플링-인 면에 보다 근접한 수축부 전에 액화되도록 하고, 커플링-인 면에 보다 근접한 수축부가 다른 수축부 전에 용융되는 것을 방지하여, 기계적 진동이 이러한 다른 수축부로 추가로 전달되는 것을 방지한다.
도 9는 아코디언(accordion) 방식으로 구성된 본 발명에 따른 앵커링 부재(1)의 일 실시예를 도시하며, 힌지(1.32)에 의해 연결된 부분(1.31)이 압축력(4)의 영향하에 압축 축(11)에 대하여 더욱 급경사의 위치로 이동된다. 따라서, 앵커링 부재의 외부 단면은 국부적으로 확대된다. 도시된 실시예에서, 전체 앵커링 부재(1)는 단일 유닛으로 힌지(1.32)는 앵커링 부재 본체의 형상에 의해 간단히 제조되며, 다른 힌지 수단의 사용도 가능하다. 어떤 일정 상황에서, 기계적 진동이 커플링-인 면으로부터 더욱 이격된 영역에 전달되도록 하는 수단이 취해질 수 있다. 그러한 수단은 예를 들면 열가소성 재료에 비해 우수한 강성의 비액화가능 코어(non-liquefiable core)의 제공이다.
그러한 코어가 도 10에 도 3의 코어와 유사한 실시예로 도시되어 있다. 도 3에 따른 실시예의 대응 부재에 상응하는 부재는 다시 상세히 설명하지 않는다. 코 어는 서로에 대해 이동가능한 2개의 코어 구성부품(41, 42)을 포함한다. 도시된 실시예에서 제1 코어 구성부품(42)은 베이스 플레이트(42.2) 및 인접하는 외피형(sheath-like) 영역(42.1)을 포함한다. 베이스 플레이트(42.2)의 외부 또는 내부 표면은 기계적 진동을 위한 커플링-인 면의 역할을 할 수 있다. 여기서 제2 코어 구성부품(41)은 제1 코어 구성부품의 외피형 영역(42.1) 내에서 이동 가능한 외피로서 구성된다. 앵커링 부재가 압축되는 동안, 하나의 코어 구성부품이 다른 구성부품 내에서 활주된다.
2부품 코어에 대안적으로, 일체형 코어(one-piece core) 또는 다부품 코어 역시 가능하다. 일체형 코어는 그것이 앵커링 부재의 압축을 불가하게 할 것이기 때문에, 앵커링 부재의 전체 길이[압축 축(11)에 대하여]를 가로질러 연장되지 않는다.
도 11은 도 5와 함께 기재한 유형의 본 발명에 따른 압축가능한 앵커링 부재(1)의 구성을 도시한다. 도 5와는 대조적으로, 별도의 확장 부재가 없으나, 공구(3)는 샤프트 부분(3.4)보다 직경이 큰 원위 단부(3.7)에 의해 형성된 웨지형 또는 램프형 커플링-아웃 면(3.1)을 포함한다. 웨지형 또는 램프형 커플링-아웃 면(3.1)은 기계적 진동 및 압축력을 앵커링 부재에 가하는 역할 뿐만 아니라 앵커링 부재를 확장하는 역할을 한다.
또한, 도 11에 도시된 구성에서, 인장력의 영향을 받는 공구(3)의 원리가 적용된다. 따라서, 도 11에 따른 구성은 하중을 받기에 적합하지 않은 바닥을 구비한 보어 또는 도 11에 도시된 바와 같은 관통 보어에 사용하기에 또한 적합하다.
힘을 앵커링 부재에 가하여 공구가 인장 하중을 받도록 하는 원리는 본 발명의 제2 태양과 일치한다. 이러한 원리는 전술한 힘에 의해 압축되지 않는 앵커링 부재에 대하여도 적용될 수 있다. 그러한 구성이 하기의 도 12 내지 도 16과 함께 기재된다.
도 12a 및 도 12b는, 하나의 표면에서 반대 표면으로 터널형으로 연장되는 슬롯형(원형이 아님) 보어(21.1)를 포함하는 대상물(21)을 단면도 및 평면도로 도시한다. 도 12a는 샤프트(3.4) 및 도달부(reach-out portion)를 구비한 공구(3)를 도시한다. 도시된 실시예에서, 도달부는 샤프트에 수직하게 지향되는 가로 횡단부(transverse)(3.6)이다. 열가소성 재료의 2개의 앵커링 부재(가능하다면 고체의 비열가소성 코어를 구비한)는 가역 방식으로 횡단부(3.6)에 고정된다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 앵커링 부재가 부착된 공구(3)는 제1 단계에서 대상물의 근위 면으로부터 보어를 통해 앵커링 부재(1)가 완전히 대상물의 외부에(즉, 대상물의 원위 면에) 있을 때까지 이동한다. 이어서, 도 12c에 도시된 바와 같이, 공구는 그것의 샤프트(3.4)에 의해 정의된 축 주위로 예를 들면 90°만큼 회전한다. 이어서, 전술한 실시예들에서와 같이, 힘이 앵커링 부재에 인가되어, 앵커링 부재의 열가소성 재료를 대상물에 가압시킨다. 이는 공구를 후방으로 밀어내어 대상물의 후면에 앵커링 부재를 가압시킴으로써 달성된다. 힘이 앵커링 부재에 작용하는 동안, 앵커랭 부재가 고정된 횡단부의 근위 표면에 의해 제공되는 공구의 커플링 아웃 면(3.1)을 통해 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해진다. 이것은 앵커링 부재의 열가소성 재료가 부분적으로 액화되도록 하여 대상물에 압입되도록 한 다. 기계적 진동의 중지 후, 열가소성 재료는 재응고되고 대상물과 형태 맞춤 연결부를 형성한다.
도 12d에 도시된 바와 같이, 공구는 이어서 현재 적당한 가압에 의해 대상물에 앵커링되어 있는 앵커링 부재로부터 탈착됨으로써 분리된다. 이어서, 그것은 도달 영역이 보어(21.1)의 통과에 맞는 배향으로 다시 선회되어 후퇴된다. 도시된 실시예에 대안적으로, 앵커링 후 공구가 대상물에 남아 예를 들면 다른 기능을 담당하는 것도 가능하다. 공구의 단지 일부분, 예를 들면 샤프트만 분리하고, 다른 부분, 예를 들면 도달부를 잔류시켜 추가 기능을 담당케 하는 것도 가능하다. 그러한 경우에, 공구는 단일 유닛이 아니라, 샤프트 및 도달부가 서로 가역 방식, 예를 들면 서로 나사 체결됨으로써 부착된다.
도 12a 내지 도 12d에 도시된 본 발명의 실시예는 대상물을 형성하는 2개의 부재를 "후방(behind)"으로부터, 즉 쉽게 접근할 수 없는 측면으로부터 연결하는 데에도 적합하며, 2개의 부재는 앵커링 전에 서로로부터 완전히 이격되어 있거나 단지 취약한 링크에 의해서만 연결되어 있다. 그러한 경우, 공구는 도 1b에 도시된 바와 같은 보어를 통해 삽입되지 않고 2개의 부재들 간의 간극을 통해 삽입된다. 공구의 도달부는 앵커링 후 적소에 유지되고, 대상물의 2개의 부재를 견고하게 연결시키는 브리지 연결(bridge connecting)의 역할을 한다.
도시된 실시예에서, 기계적 진동의 인가 전에 앵커링 부재의 위치 설정을 위한 개구가 대상물에 구비되지 않는다. 대상물의 보어(21.1)는 단지 공구를 위치 설정하는 역할을 한다. 앵커링 부재는 그에 가해지는 힘에 의해 대상물로 도입되고, 유리하게는 액화가능한 재료로 구성되지 않는 앵커링 부재 팁(tip) 및/또는 축방향으로 연장되는, 커팅 에지(cutting edge)가 앵커링 부재가 대상물로 침투하는 것을 지원한다.
앵커링 부재를 대상물의 재료(예를 들면 목재 또는 유사한 재료)로 도입시키는 힘은 예를 들면 기계적 진동 전에 인가될 수 있다. 도시된 구성에 대안적으로, 대상물에 개구를 제공하는 것이 또한 가능하며, 상기 개구의 직경은 앵커링 부재의 직경보다 작을 수 있다.
하기의 변형예가 가능하다.
ㆍ 도시된 2개의 앵커링 부재 대신에, 본 발명의 방법은 단지 단일 앵커링 부재 또는 2개 이상의 앵커링 부재로도 수행될 수 있다.
ㆍ 공구의 도달부는 그것의 기능 뿐만 아니라 힘 및 진동의 전달에 최적화된 임의의 형상을 가질 수 있다.
ㆍ 상황에 따라, 앵커링 부재를 구비한 공구는 단지 샤프트만이 보어를 통해 이동되어야 하도록 후방으로부터(즉, 원위 면으로부터) 삽입된다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 일정한 단면을 갖는 관통 보어(예컨대 원형 단면의 관통 보어)가 대상물(21)에 제공된다. 원위 면으로부터 근위 면으로 테이퍼진 앵커링 부재(1)가 후방으로부터, 즉 원위 면으로부터 보어 내로 삽입된다. 앵커링 부재의 근위 면과 체결되는 공구(3)의 도움으로 앵커링 부재가 보어 내로 도입되며, 인장력이 공구에 작용한다(공구는 인장 하중을 받음). 인장력이 작용하는 동안, 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해진다. 진동 및 앵커링 부재의 근소한 테이퍼 형상은 앵커링 부재의 원주 표면의 영역에서 열가소성 재료가 액화되도록 하여, 대상물의 보어의 측벽의 세공 또는 다른 캐비티에 압입되도록 한다.
이러한 실시예에서, 인장력은 공구 뿐만 아니라 앵커링 부재에도 작용하는 경우에, 이하에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이 공구와 앵커링 부재를 견고하게 연결할 필요가 있다.
종종 덜 바람직한 변형예로서, 보어는 앵커링 부재가 (회전)원통형일 경우 근위 면을 향해 테이퍼질 수 있다.
다른 변형예로서, 대상물의 보어는 단차질(step)수 있으며, 그것은 근위 면에서보다 원위 면에서 더욱 넓을 수 있다. 대응하는 앵커링 부재는 앵커링 공정 중 보어의 단차와 연결되는 쇼울더(shoulder)를 구비할 수 있다.
견인력(pulling force)에 의해 앵커링 될 수 있는 앵커링 부재의 또 다른 실시예가 고려될 수 있다.
도 14a는, 도 13에 따른 앵커링 부재와 같이, 약간 원추형의 앵커링 부재(1)가 공구(3)의 도움으로 대상물의 보어의 축을 따라 이동하는 구성을 도시하며, 앵커링 부재에 가해지는 힘은 공구가 인장 하중을 받도록 한다. 즉, 앵커링 부재에 작용하는 힘은 진동 발생기 쪽으로 지향된다. 그러나, 도 13에 따른 구성과 대조적으로, 앵커링 부재(1)에 가해지는 힘은 가압력(즉, 미는 힘)이다. 이를 위해서, 앵커링 부재는 도시된 구성에서 앵커링 공정 중 대상물의 보어의 축에 평행하게 연장되는 중앙 보어(1.9)를 포함한다. 베이스 플레이트(3.5)를 구비하는 공구 샤프트(3.4)가 보어(1.9)를 통해 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 앵커링 부재에 가해지는 힘 뿐만 아니라 기계적 진동 또한 공구로부터 베이스 플레이트를 통하여 앵커링 부재로 전달된다. 앵커링 후 공구를 취급하는 3가지 방법이 있다.
첫번째로, 대상물의 보어가 관통 보어이면, 공구는 진동 발생기로부터 분리되어 원위 면 쪽으로 제거된다. 두번째로, 공구가 진동 발생기로부터 분리되어 앵커링 부재와 함께 잔류하여서, 소정의 기능을 수행, 예를 들면 추가의 물품을 부착하는 역할을 한다. 세번째로, 공구가 앵커링 후 탈거된다. 예를 들면, 샤프트(3.4)가 베이스 플레이트(3.5)로부터 분리된다.
하기의 변형예가 고려될 수 있다.
ㆍ 대상물의 보어 및 앵커링 부재의 단면은 원형이 아니다.
ㆍ 홈(1.9) 및 베이스 플레이트(3.5)의 단면이 원형이 아니고 베이스 플레이트(3.5)는 홈(1.9)을 통해 특정 회전 가능 위치로 이동될 수 있으면, 공구는 전체적으로 근위 면 쪽으로 분리될 수 있다.
ㆍ 앵커링 부재는 반드시 원추형이지는 않다. 따라서, 예를 들면 대상물의 보어는 근위 면 쪽으로 더욱 좁아질 수 있다. 그러한 보어를 구비하는 것은 일반적으로 어렵지만, 다른 상황에 의해 이것이 바람직한 경우가 있을 수 있다.
ㆍ 앵커링 부재 뿐만 아니라 대상물의 보어도 예컨대 원통형인 것, 즉 그들의 단면이 그들의 축을 따라 일정하게 유지되는 것도 가능하다. 앵커링 부재의 단면은 대상물의 보어의 단면보다 약간 커서, 앵커링 부재는 보어에 압입(press-fit)에 의해 유지된다. 마찰력은 공구에 의해 앵커링 부재에 가해지는 힘에 대한 반력으로 작용할 만큼 충분히 강할 수 있다. 대안적으로, 상대 부재가 본 실시예에 사 용될 수 있다.
또 다른 실시예가 도 14b에 도시되어 있다. 앵커링 부재(1)는 앵커링 중 대상물의 대응 쇼율더에 가압되는 쇼울더(1.10)를 구비한다. 도시된 경우에, 보어의 입구는 대상물의 쇼울더를 형성하나, 그것은 단차형으로 구성되거나 또는 보어의 다른 확장부(widening)로서 구성될 수도 있다. 도 14b는 본 발명의 제2 태양의 실시 형태의 다른 실시예이며, 반드시 보어의 측벽에서 앵커링이 일어나는 것은 아니다.
하기의 도 15 내지 도 17은 본 발명의 제3 태양에 따른 실시예를 도시한다. 도 15 및 도 16에 따른 실시예에서의 구성은 본 발명의 제2 태양과도 일치한다.
도 15에 따른 구성에서, 관통 보어 또는 블라인드 보어가 대상물(21)에 제공되고, 앵커링 부재가 앵커링 전에 삽입된다. 앵커링 부재(1)는 관통 홈 또는 블라인드 홈을 포함한다. 공구(3)는 샤프트(3.4)와, 원위 면으로부터 근위 면으로 테이퍼지고 샤프트에 부착되는 웨지(3.7)를 포함한다. 앵커링 중, 견인력(4)은 앵커링 부재(1)의 홈을 통해 웨지가 당겨지도록 하여 웨지를 팽창시킨다. 따라서, 앵커링 부재의 외주 영역이 대상물의 보어의 측벽에 가압된다. 동시에 앵커링 부재에 가해지는 기계적 진동은 대상물과 접촉하는 열가소성 재료를 액화되도록 하고 대상물의 캐비티에 압입되도록 한다. 유리하게는, 기계적 진동은 또한 열가소성 재료가 홈과 외주 영역 사이에서 열가소성 재료도 최소한 연화되도록 한다. 이러한 연화는 공구의 제거 후 앵커링 부재에 인장력이 없도록 하여, 반경 방향 내향으로 지향된 힘이 대상물에 고정된 외주 영역에 작용하지 못하도록 한다.
견인력이 공구에 가해지는 동안, 상대 부재(31)는 앵커링 부재가 보어 밖으로 이탈되는 것을 방지한다. 도시된 실시예에서, 앵커링 부재(1)는 여기서는 뾰족한 에너지 디렉터(energy director)(1.8)인 외주부를 포함하며, 이러한 외주부는 액화가능 재료의 액화를 돕는다. 에너지 디렉터는 본 명세서에 기재된 본 발명의 다른 실시예에 따른 앵커링 부재에도 제공될 수 있다.
도 16은 도 15의 실시예와 유사한 실시예를 도시하며, 공구는 상이한 형상을 갖는다. 공구의 원위 단부는 웨지 대신에 예를 들면 구형 팽창부(3.7)와 같이 형성된다. 앵커링 중, 이러한 원위 단부는 열가소성 재료가 액화되는 중에 앵커링 부재를 통해 당겨지게 되고, 유리하게도 도 15에 따른 실시예에서와 같이 앵커링 부재의 가소성 팽창(plastic expansion)을 유발한다.
대안적으로는, 공구는 샤프트(3.4a) 대신에 비강성 부재, 예를 들면 앵커링 부재를 통해 원위 단부를 견인하기 위한 나사 또는 케이블을 포함할 수 있다. 원위 단부는 도 16과 마찬가지로 구형일 수 있다.
추가의 대안이 고려될 수 있다.
ㆍ 공구의 두껍게 된 원위 단부(3.7)가 여러 상이한 형상을 가질 수 있다. 원위 단부의 최대 단면은 항상 앵커링 부재의 홈의 최소 단면보다 크고 대상물의 보어의 단면보다 작아야 한다.
ㆍ 앵커링 부재(1)의 홈은 관통 홈일 필요가 없다. 또한 앵커링 공정 전에 블라인드 홀(blind hole)로서 구성된 홈에 이미 공구가 위치될 수 있고, 이어서 앵커링 공정 중 상기 홈 내에서 이동되거나 상기 홈으로부터 후퇴된다. 그러한 구성 의 이점은 적합한 공구가 앵커링 부재와 함께 판매되고 보관될 수 있으며 상기 공구가 앵커링 부재의 위치 설정을 도울 수 있다는 것이다.
ㆍ 대상물의 보어는 관통 보어 또는 블라인드 보어 중 어느 하나일 수 있다.
ㆍ 앵커링 공정 중 대상물에 고정되는 추가 대상물은 공구와 앵커링 부재 사이에 또는 앵커링 부재와 대상물의 보어의 측벽 사이에 놓일 수 있다. 이는 또한 본 발명의 제3 또는 제1 태양에 따른 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
도 17은 본 발명의 제3 태양에 따른 다른 실시예를 도시하며, 앵커링 중 앵커링 부재를 팽창시키기 위한 힘이 압축 하중으로서 공구에 작용한다. 도 15 및 도 16에 따른 실시예와 같은 실시예의 앵커링 부재의 원위 단부(3.7)가 근위 면으로부터 원위 면으로 증대하는 단면을 갖는 구성부품을 포함하여야 하는 반면에, 공구가 압축 하중을 받는, 도 17에 따른 실시예와 같은 실시예에서는 원위 면으로부터 근위 면으로 증대하는 단면을 갖는 원위 단부가 유리하다. 도시된 실시예에서 공구의 원위 단부는 이와 같이 구성된다.
앵커링 부재를 팽창시키는 힘이 압축 하중으로서 공구에 작용하는 실시예에서, 공구는 근위 면 쪽으로 테이퍼지도록 하기 위해 그것의 원위 단부를 두껍게할 필요가 없다. 그것은 예를 들면 원통형, 가능하게는 심지어 원위 면 쪽으로 테이퍼지게 하는 것일 수 있다.
도 17에 도시된 실시예에서, 앵커링 부재는 컵과 같은 형상이고 대상물의 보어의 바닥에 놓인다. 앵커링 부재는 또한 관형이거나 홈을 포함하는 다른 형상일 수 있다.
도 17의 실시예에서, 공구(3)는 그것이 앵커링 후 제거될 수 있도록 하는 형상, 예를 들면 그것은 원위 면 쪽으로 좁아지는 형상일 수 있다. 대안으로서, 공구는, 그것이 유지 구조체(retaining structure)(개시된 실시예에서 도시된 쇼울더에 의해 형성된)를 포함하며 그 자체가 앵커링 공정 후 앵커링 부재의 역할을 하도록 성형될 수 있다. 도 17a는 공구(3)가 다른 부재(91)의 나사부와 협동하도록 구성된 나사부(3.21)를 포함하는 것을 도시하며, 그것은 도면에서 플레이트(92)를 구조 대상물(21)에 고정하기 위한 스크류 너트로 개략적으로 도시되어 있다.
도 11에 따른 실시예의 공구는, 앵커링 부재를 압축하는 효과에 더하여, 어느 정도의 팽창 효과를 갖는다. 따라서, 도 11에 따른 구성은 본 발명의 제1 및 제2 태양 뿐만 아니라 제3 태양과도 일치한다.
본 발명의 제 3 태양에 따른 앵커링 부재는 유리하게는 전체적으로 열가소성 재료로 제조된다. 비열가소성 구성부품은 예를 들면 컵 형상 앵커링 부재의 베이스,에 팽창을 요하지 않는 영역의 외주에, 또는 팽창을 방해하지 않도록 구성되고 위치되는 보강 부재로서 제공될 수 있다. 관 또는 컵 형상의 앵커링 부재의 경우, 그러한 보강재는 예를 들면 긴 형상일 수 있고 축방향으로 앵커링 부재의 원주 표면에서 확장 연장될 수 있다.
본 발명의 제1 및 제3 태양에 따른 모든 실시예에서, 앵커링 부재의 개구(존재하는 경우)는 중앙에 있을 필요가 없다. 대응하는 비대칭 구조는 앵커링 부재의 일측에서 반대측에서보다 먼저 열가소성 재료를 명확하게 액화 또는 가소화하기 위해 사용될 수 있고, 또는 그것은 열가소성 재료가 단지 일측에서만 액화 또는 가소 화되도록 의도될 수 있다.
ㆍ 공구가 압축 하중을 받는 경우에도, 상대 부재(31)가 적용될 수 있다. 그러한 부재는 앵커링 부재의 원위 면에 작용하고, 본 발명의 제1 태양에 따른 실시예를 도시한 도 18에 도시된 바와 같이,예를 들면 공구를 통해 중앙에서 연장되는 샤프트에 의해 유지된다. 그러한 경우, 본 발명의 제1 태양에 따른 실시예에서 힘(4)이 공구(3)에 가해질 때 공구(3)가 반드시 이동될 필요가 없다. 대신에, 반력(51)을 앵커링 부재에 가하는 상대 부재(31)가 앵커링 공정 중 이동될 수 있다. 공구 및 상대 부재의 조합 운동도 가능하다. 또한, 상대 부재(31)가 공구로서 구성되어 앵커링 부재에 기계적 진동을 가하는 것, 즉 2개의 면으로부터 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해지는 것도 추가로 가능하다. 마지막으로, 상대 부재는 또한 비강성 부재, 예를 들면 나사 또는 케이블에 의해 근위 면으로부터 유지될 수 있다. 또한, 예를 들면 도 3a, 도 3b, 도 3c에 따른 것과 같이, 앵커링 부재의 다부품 실시예의 원위 부품(1.11; 1.14)이 예를 들면 원위 앵커링 부재 구성부품의 아이렛(eyelet)을 통해 연장되는 그러한 비강성 부재에 의해 유지될 수 있는 것으로 의도될 수 있다. 이것은 비강성 부재가, 예를 들면 그것을 절단하고 이어서 근위 면으로부터 그것을 잡아당김으로써 앵커링 후 제거될 수 있는 이점을 갖는다.
본 발명의 제2 태양에 따라 구성된 모든 실시예에서, 앵커링 부재에 가해지는 힘(4)은 공구(3)에 또는 (도 18에 따른 구성에서와 같이) 필요한 경우 상대 부재(31)에 인장력을 가한다. 이는 진동 장치에서, 단지 인장 하중뿐만 아니라 인장 하중을 받는 동안 기계적 진동의 전달에도 적합할 필요가 있는 적절한 커플링 수단 을 필요로 한다. 그러한 커플링 수단은 본 기술분야의 당업자에 의해 공지되어 있다. 그들은 종종 형태 맞춤(스크류 조인트, 스냅 체결, 베요넷 캐치 등) 또는 가능하다면 재료 고정(material fit)(접착, 용접, 또는 납땜 연결) 또는 마찰 체결(클램핑된 연결)에 기초한다. 그러한 일반적으로 공지된 커플링 수단은 여기서 더 이상 논의하지 않는다. 형태 맞춤 커플링 수단의 원리는 도 19에 도시되어 있다. 이러한 커플링은 도시된 바와 같이 또는 대안적인 형태로 사용될 수 있다. 진동 장치는, 공구(3)의 근위 단부에서 유극 내로 돌출되며 또한 그것의 원위 단부를 향해 확장되어 그것이 인장력을 전달할 수 있도록 하는 연장부를 포함한다. 공구(3)를 진동 장치에 결합하기 위해, 이들은 도 19의 도시면에 대해 수직으로 서로에 대해 이동된다. 더브테일(dovetail) 또는 유사한 변형물이 고려될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같은 실시예에서, 이러한 또는 다른 커플링 수단이 또한 인장력을 공구(3)로부터 앵커링 부재(1)로 전달하는 데 사용될 수 있다.
앵커링 공정은 앵커링 부재에 대한 힘의 인가를 필요로 한다. 본 발명의 제2 태양 및 본 발명의 제3 태양의 대부분의 실시예 및 제1 태양의 많은 실시예에서, 그리고 물론 조합 태양에서, 힘은 공구와 대상물 자체 사이 대신에 공구(3)와 상대 부재 사이에 인가된다. 앵커링 부재와 상대 부재 사이에 힘이 인가되는 모든 상황에 적용될 수 있는 본 발명의 특정 원리에 따르면, 힘은 본 발명의 방법을 적용하는 사람에 의해 수동으로 인가될 수 있다. 대안으로서, 힘은 오직 사람에 의해서만 작동되어야 하는 어떤 기구에 의해 힘이 인가될 수 있다. 그러한 수단은 또한 지정된 힘을 제공할 수 있다.
그러한 기구의 일 실시예는 도 20에 아주 개략적으로 도시된 스프링 기구이다. 도 20의 실시예에서, 공구(3)는 앵커링 후 적소에 유지되고 추가 기능을 위해 구성되는 종류이다. 앵커링 후 액화가능 재료가 공구에 고착되는 실시예에서, 공구는 앵커링 후 앵커링 부재의 일부로서 보여질 수 있다. 앵커링 부재(1)는 도 20에서 단지 관 형상으로 도시되어 있다. 그것은 예를 들면 슬릿을 포함하며 도 1a 내지 도 2b에 도시된 것과 같이 구성될 수 있다. 공구 및 앵커링 부재 둘 다는 대안적으로 본 명세서에 기재된 임의의 다른 공구/앵커링 부재로서, 또는 본 발명의 임의의 다른 실시예로서 구성될 수 있다. 앵커링 중 공구(3)에 견고하게 부착되는 초음파 장치(81)와 앵커링 부재(1) 사이에 스프링(82)이 배치된다. 스프링은 앵커링 부재와 [초음파 장치(81)을 통하여] 공구 사이에 힘을 가한다. 스프링은 힘이 앵커링 공정에 충분하도록 구성될 수 있으며, 따라서 기계적 진동의 인가 중, 공구는 상기 힘에 의해 앵커링 부재에 가압된다. 이러한 접근법은 공정 중 힘이 명확히 지정되어야 하는 상황에 유리하다.
본 발명의 "힘 인가 기구(force applying mechanism)" 실시예의 도시된 버전에서, 스프링은 앵커링 부재와 직접 접촉하며, 스프링의 원위 표면은 상대 부재의 역할을 한다. 그러나, 별도의, 예를 들면 플레이트형 상대 부재가 스프링과 앵커링 부재(미도시) 사이에 배치될 수 있다. 플레이트형 상대 부재의 제공은 앵커링 부재의 근위 단부 위치가 앵커링 공정 중 지정되는 추가 이점을 갖는다.
특히 제2 및 제3 태양에 따른 실시예에 대해 구현될 수 있고 "힘 인가 기구"와 무관한 도 20의 실시예의 다른 특징은, 공구(3)를 위한 드릴 기능(drilling functionality)의 제공이다. 이를 위해, 공구(3)는 건축 재료 내로 도입되도록 구성된 원위 단부 표면(3.10)을 포함한다. 이러한 원위 단부 표면은 팁(tip) 형상을 가질 수 있고, 예컨대 WO 2005/079 696에 공지된 바와 같은 리밍(reaming) 구조체를 또한 포함할 수 있다.
앵커링 후 공구(3)가 적소에 배치되는 실시예에서, 공구는 종종 보다 큰 단면의 원위 부분을 구비하고, 상기 원위 부분은 앵커링 부재의 주요 부분의 원위에 배치된다(도 4, 도 20 참조). 필요로 하는 힘이 압축력으로서 공구에 인가되는 실시예에서, 이것은 종종 선택사항이 아닌데, 왜냐하면 앵커링 중 공구가 "전방으로(forward)", 즉 원위 면 쪽으로 이동되기 때문이다. 도 21은 그러한 "전방으로"의 앵커링의 실시예를 도시하며, 공구(3)는 그럼에도 불구하고 앵커링 후 앵커링 위치에 유지될 수 있다. 이를 위해, 공구는 앵커링 후 공구가 앵커링 부재(1)에 의해 유지되도록 하는 유지 구조체(3.13)를 구비한다. 도 21에서, 어떤 다른 대상물을 앵커링 부재에 고정시키는 데 위해 사용될 수 있는 공구의 나사부(3.12)가 도시되어 있다.
도 22a 및 도 22b는 앵커링 부재를 플레이트형 대상물에 부착하는 데 특히 적합한 본 발명의 제2 태양의 다른 실시예를 도시한다. 공구(3)는 샤프트(3.4)보다 큰 외경을 갖는 유지 구조체(3.14)를 구비한다. 공구는 초기에 유지 구조체에 의해 대상물 내에 구멍을 천공하는 데 사용된다. 이어서, 관 형상의 앵커링 부재(1)가 샤프트에서 밀려진다. 앵커링 부재(1)의 외경 및 내경은 그것이 구멍을 통과할 수 있지만, 유지 구조체(3.14)에 인접하도록 형성된다. 앵커링을 위해, 앵커링 부재는 공구(3)를 잡아당김으로써 의해 상대 부재(31)에 가압되고, 앵커링 부재는 공구와 상대 부재 사이에서 압축된다. 액화가능한 재료는 대상물 재료와 접촉하여 액화되고, 이러한 건축 재료가 세공도가 거의 없이 단단하면, 그것은 대상물의 원위 면으로 스며나와 팽창부를 형성하여 블라인드 리벳(blind rivet)과 같은 방식으로 작용한다.
공구가 유지 구조체를 포함하는 대신에, 그것은 힘이 공구에 인가될 수 있도록 하는 원위 확대부를 포함할 수 있으며, 이어서 대상물의 구멍은 공구와 상이한 도구에 의해 천공될 수 있다.
도 23a, 도 23b, 도 24a, 도 24b, 및 25를 보면, 본 발명의 제3 태양의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 여기에 도시된 앵커링 부재(1)의 실시예는 열가소성 재료로 구성된 앵커링 부재 영역(2가지 도시된 실시예에서 앵커링 부재는 상기 영역으로 구성됨)을 포함하고, 앵커링 중 공구(3)의 원위 부분이 상기 영역으로 돌출되고 앵커링 중 앵커링 부재 영역을 내부로부터 확장시킨다. 이것은 앵커링 부재와 대상물 표면 사이의 계면으로의 측방향 힘을 유발하여, 건축 재료의 측벽에서의 앵커링을 개선시킨다. 도시된 실시예는 내부로부터 공구에 의하여 앵커링 부재를 확장시키는 2가지 가능성을 도시한다.
- 공구(3)는 앵커링 공정 중 앵커링 부재 내로 도입되어, 외부 단면을 확대시킨다(도 23a, 도 23b). 도시된 실시예의 공구는 앵커링 후 공구가 앵커링 부재에 고정되어 유지되도록 하기 위한 바브형(barb-like) 구조체를 포함한다.
- 공구는 회전 대칭이지 않고 앵커링 공정 중 회전되며, 앵커링 부재의 회전 은 억제된다(도 24, 도 24b, 도 25). 도 24a, 도 24b에서, 공구는 다수의 편심체(3.11)를 포함하며, 도 25에서 앵커링 부재의 개구 및 공구 모두는 회전 대칭이지 않지만 병진 대칭(translation symmetric)이고, 도시된 실시예에서 6각형 단면을 갖는다. 도시된 앵커링 부재(1)는 회전을 억제하는 바브형 돌출부(1.31)를 포함한다.
도 21 내지 23의 실시예는 모두 앵커링 공정 후 공구(3)가 원위치에 유지되어 패스너(fastener)의 역할을 할 수 있는 실시 형태의 (다른) 실시예이다. 따라서, 이러한 도면의 실시예는 전술한 본 발명의 다른 태양에도 상응한다. 도 26 내지 도 29는 본 발명의 제1, 제2 및/또는 제3 태양이 패스너를 구조 대상물에 부착하는 데 사용될 수 있는 다른 변형예를 도시하며, 동시에 패스너는 공구(3)에 앵커링 공정 중 앵커링 부재에 기계적 진동 및 힘을 가하는 공구(3)의 역할을 한다.
도 26a에 도시된 앵커링 부재(1)는 예를 들면 도 3a 및 도 4에 도시된 유형이다. 그것은 예를 들면 플라스터(plaster) 또는 목재 합성물과 같은 비교적 연질 및/또는 취성(brittle) 재료의 보드(21)에 앵커링된다. 보드(21) 후방에는, 보드가 이격 홀더(102)에 의해 벽(101)에 부착됨에 따라 캐비티가 존재한다. 본 발명에 따른 방법은, 앵커링 중 액화된 재료가 주로 측방향으로 가압되고 보드가 앵커링 부재에 대한 계면에서 파열되지 않도록 하기 때문에, 공구(3)[여기서는 나사부(3.21)를 구비하고 앵커링 후 패스너의 역할을 함]가 비교적 취약한 보드에 안전하게 부착되도록 한다. 도 26b는 앵커링 공정 후의 상황을 도시한다.
도 26a는 스프링 부재(82)에 의해 상대 부재(31)와 공구(3) 사이에 힘을 발 생시키는 것을 또한 도시하며, 도시된 실시예에서는 스프링 가이드(83)에 의해 안내되는 다수의 스프링을 포함하는 것으로 도시된다.
도 27에 도시된 구성은 공구(3) 및 앵커링 부재가 본 발명의 제3 태양에 상응하고 도 11 또는 도 17에 도시되어 기재된 유형(그러나 제2 태양에 따른 "후방으로"의 앵커링)이라는 점에서 다르다.
도 26a, 도 26b 및 도 27은 본 발명의 3가지 태양 중 어느 하나에 따른 접근법이 특히 패스너를 중공 대상물, 예를 들면 비교적 취약한 벽에 부착하는 데 특히 적합하다는 것을 도시한다.
도 28 및 도 29는 패스너 헤드["네일(nail)"]를 구비한 패스너/공구(3)를 건축 재료 대상물(21)에 고정하기 위한 본 발명의 제3 태양의 일 실시예를 도시한다. 공구는 앵커링 공정 중 앵커링 부재(1)를 확장시키고 그에 용접되는 것이다. 본 발명에 따른 접근법에 의해, 즉 패스너(3)를 부착하기 위한 일종의 다웰(dowel)로서의 앵커링 부재의 사용에 의해, 카드보드, 낮은 품질의 목재 합성물, 플라스터 등과 같은, 네일의 도입시 보통 파열되고/박리되기 쉬운 재료에 패스너가 또한 부착될 수 있다. 이것은 액화된 재료가 재료의 구조체에 액체 상태로(따라서 전단력이 없음) 상호 침투하고 재응고 후 그것에 비교적 깊게 앵커링 되기 때문이다.
도시된 실시예에서, 패스너는 보드(106)를 대상물에 고정하는 데 사용되며, 이것은 물론 단지 패스너의 사용에 의해서만 이루어지는 것은 아니며, 단지 예시적인 목적으로만 도시된다.
도 29의 실시예는 앵커링 부재(1)에 의한 다른 밀착 체결 앵커링(positive- fit anchoring)외에, 공구(3)가 또한 건축 재료(21) 내로 도입되는 팁(3.31)에 의해 종래의 네일 또는 핀과 같이 고정되고, 앵커링 부재와 공구가 앵커링 부재가 전방 방향(도면에 화살표로 도시된 바와 같이)으로 건축 재료에 압입되도록 구성되는 점에서 도 28의 기본 실시예와 상이하다.
본 발명의 모든 태양의 도시된 또는 다른 실시예에 따른 앵커링 부재, 장치 및 앵커링 방법은 앵커링 부재와 대상물 사이의 확고한 연결(firm connection)이 중요한 여러가지 상황에 사용된다. 특정 적용 분야에 대해서, WO 98/42988, WO 00/79137 및 WO 2006/002 569에 개시된 모든 적용예가 참조되며, 이들 문헌의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims (47)

  1. 앵커링 부재가 앵커링 부재의 외주 표면과 압축 축 사이의 거리의 국부 확대 하에서 압축 축 방향으로 압축될 수 있고, 앵커링 부재는 기계적 진동 및 압축력의 인가를 위해 압축 축에 평행하지 않은 커플링-인 면(coupling-in face)을 포함하며, 앵커링 부재는 추가로 앵커링 부재의 외주 표면의 최소한 일부를 형성하는 열가소성 재료를 포함하는, 앵커링 부재를 건축 재료의 대상물에 앵커링하는 방법으로서,
    ㆍ 대상물에 보어를 제공하는 단계와;
    ㆍ 앵커링 부재를 보어에 위치시키는 단계와;
    ㆍ 커플링-인 면을 통해 압축력과 기계적 진동을 위치된 앵커링 부재에 인가하여, 앵커링 부재가 압축되고 상기 거리의 확대로 인해 보어의 측벽에 최소한 국부적으로 가압되며, 열가소성 재료는 측벽과 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화되고 대상물의 구조체에 압입되어 재응고 후 측벽과 형상 맞춤 연결을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    앵커링 부재를 보어에 위치시킬 때, 압축 축이 보어의 축과 본질적으로 평행하게 지향되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    앵커링 부재는, 압축력의 효과에 의해 압축 축에 경사지게 연장된 이동 표면을 따라 이동됨으로써 서로에 대하여 이동되는 최소한 2개의 구성부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    구성부품들 중 최소한 하나는 압축력의 효과에 의해 확장되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    앵커링 부재의 구성부품들 중 최소한 일부 구성부품은 이동 표면을 따라 열가소성 재료를 포함하며, 기계적 진동에 의해 앵커링 부재에 가해지는 기계적 에너지는 진동의 인가 및 후속 재응고 후 구성부품들을 비가역적으로 서로 용접하는 데 충분한 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    앵커링 부재는 일체로 구성되며 압축력의 효과에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    압축력은 앵커링 부재가 확장되거나 좌굴(buckle)되도록 하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  8. 제4항, 제4항에 종속하는 제5항, 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    변형 또는 확장 또는 좌굴 각각에 의해 발생된 구성부품의 인장력은 기계적 진동의 효과에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  9. 제4항, 제4항에 종속하는 제5항 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    확장 또는 변형을 지원하는 데 별도의 보조 부재가 사용되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  10. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    압축력은 공구와 상대 부재 사이에 가해지고, 상대 부재는 대상물에 하중을 가하지 않는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  11. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    압축력을 앵커링 부재에 인가하는 단계는 스프링 부재에 의해 압축력을 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  12. 기계적 진동의 도움으로 대상물의 보어에 앵커링되기에 적합한 앵커링 부재로서,
    앵커링 부재는 앵커링 부재의 외주 표면과 압축 축 사이의 거리의 국부 확대 하에서 압축 축 방향으로 압축될 수 있고, 앵커링 부재는 기계적 진동 및 압축력의 인가를 위해 압축 축에 평행하지 않은 커플링-인 면을 포함하며, 앵커링 부재는 추가로 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하는 열가소성 재료를 국부 거리 확대의 영역에 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  13. 제12항에 있어서,
    커플링-인 면은 최소한 부분적으로 평탄하며 압축 축에 수직하게 지향되는 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    앵커링 부재는 압축 축에 경사지게 연장되는 이동 표면을 따라 압축력에 의해 서로에 대해 이동되도록 구성되는 최소한 2개의 구성부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  15. 제14항에 있어서,
    구성부품들 중 최소한 하나는 압축력에 의해 확장가능한 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    앵커링 전에, 앵커링 부재의 구성부품은 소정의 파단점 또는 용융점을 통해 분리되거나 연결되는 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동 표면은 원추형인 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    구성부품의 표면은 최소한 구성부품이 기계적 진동 및 압축력의 효과에 의해 함께 용접될 수 있을 정도로 열가소성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  19. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    앵커링 부재는 일체로 구성되며 변형에 의해 압축가능한 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  20. 제19항에 있어서,
    앵커링 부재는 확장가능한 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  21. 제19항에 있어서,
    앵커링 부재가 압축력의 효과를 통해 좌굴되는 좌굴 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  22. 제21항에 있어서,
    좌굴 지점은 기계적 진동의 효과에 의해 연화되거나 액화될 수 있는 취약 지점인 것을 특징으로 하는 앵커링 부재.
  23. 앵커링 부재가 기계적 진동의 전달에 적합한 커플링-인 면을 포함하며, 앵커링 부재는, 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 진동에 의해 액화될 수 있는 재료를 추가로 포함하는, 앵커링 부재를 기계적 진동의 도움으로 건축 재료의 대상물에 앵커링하는 방법으로서,
    ㆍ 열가소성 재료를 포함하는 앵커링 부재의 영역이 대상물과 접촉하도록 앵커링 부재를 대상물에 위치시키는 단계와;
    ㆍ 커플링-인 면을 통해 힘과 기계적 진동을 위치된 앵커링 부재에 인가하여, 액화가능한 재료는 대상물과 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화되고 대상물로 압입되어 재응고 후 대상물과 형태 맞춤 연결을 형성하는 단계를 포함하며,
    ㆍ 힘과 기계적 진동은 공구로부터 앵커링 부재에 가해지고, 기계적 진동은 공구의 근위 면에 가해지며, 공구는 원위 면에 커플링-아웃 면을 포함하고, 상기 원위 면을 가로질러 기계적 진동이 앵커링 부재에 가해지며, 공구에 가해지는 힘은 인장력이거나, 또는 상기 힘에 대향하는 반력을 가하기 위해 상대 부재가 제공되고, 상기 반력은 인장력으로서 상대 부재에 가해지는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    앵커링 부재를 위치시키기 전에 대상물에 보어가 구비되고, 앵커링 부재는 상기 보어에 위치되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상대 부재는 대상물의 보어의 입구 위에 또는 바닥에 또는 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    공구로부터 앵커링 부재로 가해지는 힘에 대한 반작용을 위해, 대상물의 보어의 입구 위에 또는 바닥에 또는 내부에 상대 부재가 위치되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    공구 또는 상대 부재에 인장력을 가하는 단계는 스프링 부재에 의해 인장력을 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    앵커링 부재는 앵커링 부재의 외주 표면과 압축 축 사이의 거리의 국부 확대 하에서 압축 축 방향으로 압축될 수 있고, 앵커링 부재는 기계적 진동 및 압축력의 인가를 위해 압축 축에 평행하지 않은 커플링-인 면을 포함하며, 앵커링 부재는 추가로 앵커링 부재의 외주 표면의 최소한 일부를 형성하는 열가소성 재료를 포함하고, 압축력과 기계적 진동을 앵커링 부재에 가하기 위해 공구의 커플링-아웃 면은 앵커링 부재의 커플링-인 면에 가압되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  29. 기계적 진동 및 공구의 도움으로 대상물에 앵커링되기에 적합한 앵커링 부재를 포함하는 앵커링 장치로서,
    앵커링 부재는 기계적 진동을 위한 커플링-인 면을 포함하고, 앵커링 부재는, 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 에너지에 의해 액화될 수 있는 재료를 추가로 포함하며, 공구는 근위 면 및 원위 면과 기계적 진동의 전달에 적합한 커플링-아웃 면을 포함하고, 상기 커플링-아웃 면은 앵커링 부재의 커플링-인 면에 맞게 구성되며, 공구는 공구에 인장력 및 기계적 진동이 가해질 때 앵커링 부재가 대상물에 앵커링 될 수 있도록 앵커링 부재에 결합될 수 있고, 앵커링시 열가소성 재료는 대상물과 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화되고 대상물로 압입되어 재응고 후 대상물과 형태 맞춤 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    커플링-아웃 면은 공구의 근위 면 쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    공구는, 샤프트 축을 구비한 근위 샤프트 부분과, 샤프트 축을 따른 돌출부에서 샤프트보다 큰 베이스 영역을 구비한 원위 확장부(broadening)를 포함하고 커플링-아웃 면은 확장부의 근위 표면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    확장부는 샤프트 축에 대해 회전 비대칭인 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    앵커링 부재는 앵커링 부재의 외주 표면과 압축 축 사이의 거리의 국부 확대 하에서 압축 축 방향으로 압축될 수 있고, 앵커링 부재는 기계적 진동 및 압축력의 인가를 위해 압축 축에 평행하지 않은 커플링-인 면을 포함하며, 앵커링 부재는 추가로 앵커링 부재의 외주 표면의 최소한 일부를 형성하는 열가소성 재료를 국부 거 리 확대 영역에 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  34. 앵커링 부재는, 축과, 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 진동에 의해 액화될 수 있는 재료를 포함하는, 기계적 진동의 도움으로 앵커링 부재를 대상물에 앵커링하는 방법으로서,
    ㆍ 대상물에 보어를 제공하는 단계와;
    ㆍ 앵커링 부재를 보어에 위치시키는 단계와;
    ㆍ 근위 부분과 원위 단부 부분을 구비하는 공구를 제공하는 단계와;
    ㆍ 공구를 앵커링 부재에 접촉하도록 위치시키는 단계와;
    ㆍ 기계적 진동을 공구에 가하고 동시에 공구를 앵커링 부재에 대해 축방향으로 이동시키는 단계로서, 공구의 일부가 앵커링 부재의 내부로 이동되어, 앵커링 부재를 팽창시키고, 앵커링 부재를 최소한 국부적으로 보어의 측벽에 가압시키며, 팽창 및 공구로부터 앵커링 부재에 가해지는 기계적 진동의 효과로 인해, 열가소성 재료를 보어의 벽과 접촉하는 곳에서 최소한 부분적으로 액화시켜 액화된 열가소성 재료를 형성하고, 액화된 재료를 건축 재료로 압입시켜 재응고 후 벽과 밀착 체결 연결을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    앵커링 부재는 축방향으로 연장되는 앵커링 부재 개구를 포함하고, 공구를 위치시키는 단계는 공구의 원위 단부 부분을 보어와 접촉시키는 것을 포함하며, 공 구를 앵커링 부재에 대해 축방향으로 이동시키는 단계는 원위 단부 부분을 상기 앵커링 부재 개구 내로 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    원위 단부 부분은 앵커링 부재의 축방향으로 연장되는 앵커링 부재 개구의 단면보다 큰 단면을 가지고, 공구를 위치시키는 단계는 앵커링 부재 개구의 입구 또는 벽에 접촉하도록 공구를 위치시키는 것을 포함하며, 원위 단부 부분을 앵커링 부재 개구로 이동시키는 단계는 공구에 압축력 또는 인장력을 가하여 공구를 앵커링 부재에 대해 축방향으로 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서,
    앵커링 부재 개구는 앵커링 부재를 통해 연장되며, 공구를 앵커링 부재에 대해 이동시키는 단계는 공구의 원위 단부 부분을 앵커링 부재 개구의 원위 단부로부터 앵커링 부재 개구의 근위 단부로 이동시키는 것을 포함하고, 앵커링 방법은 공구를 앵커링 부재에 대해 이동시키는 단계 후에 공구를 분리하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  38. 제34항에 있어서,
    공구를 앵커링 부재에 대해 이동시키는 단계는 공구에 의해 앵커링 부재 재 료를 침투시켜 앵커링 부재 개구를 형성시키거나 축방향으로 연장시키는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    힘에 대한 반작용을 위해, 대상물의 보어의 입구 위에 또는 바닥에 또는 내부에 상대 부재가 위치되는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  40. 제34항에 있어서,
    앵커링 부재는 컵 형상인 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  41. 제34항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    공구를 앵커링 부재에 대해 이동시키는 단계는 스프링 부재에 의해 이동력을 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커링 방법.
  42. 기계적 진동과 공구의 도움으로 건축 재료의 대상물에 앵커링되기에 적합한 앵커링 부재를 포함하는 앵커링 장치로서,
    앵커링 부재는, 축과, 축방향으로 연장되는 앵커링 부재 개구와, 앵커링 부재의 표면의 최소한 일부를 형성하고 기계적 진동에 의해 액화가능한 재료를 포함하며, 공구는 근위 부분과 원위 단부 부분을 구비하고, 원위 단부 부분은 상기 앵커링 부재 개구의 최소한 하나의 단면보다 큰 최소한 하나의 단면을 구비하며, 원 위 단부 부분은 힘 및 기계적 진동의 영향을 받아 앵커링 부재에 대해 앵커링 부재 개구 내로 이동될 수 있어, 앵커링 부재는 앵커링 부재의 최소한 부분적인 가소화에 의해 국부적으로 팽창되고, 기계적 진동은 팽창 영역에서 앵커링 부재의 외주 표면으로 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  43. 제42항에 있어서,
    원위 단부 부분은 축방향으로 앵커링 부재로 이동되어 앵커링 부재를 국부적으로 팽창시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  44. 제43항에 있어서,
    축방향으로 연장되는 앵커링 부재 개구는 앵커링 부재를 통해 연장되며, 근위 공구 부분의 최소한 하나의 단면은 홈의 최소한 하나의 단면보다 작은 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  45. 제42항에 있어서,
    앵커링 부재는 컵 형상인 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  46. 제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    근위 공구 부분은 공구 샤프트 또는 나사 부재 또는 케이블 부재인 것을 특징으로 하는 앵커링 장치.
  47. 패스너를 건축 재료의 대상물에 고정하는 방법으로서,
    제1항 내지 제11항, 제23항 내지 제28항 또는 제34항 내지 제41항 중 어느 한 항에 따른 앵커링 방법을 포함하고, 공구가 앵커링 부재에 부착되도록 하고 앵커링 후 공구를 패스너로서 사용하도록 하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정 방법.
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