KR102386761B1 - 철근 커플러 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 커플러 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커플러 바디를 탄소나노튜브로 제작하고, 바디 내부 부품들은 플라스틱과 같은 비금속 재질을 사용하여 제작함으로써 철근을 연결하는데 사용되는 커플러의 자체 무게를 획기적으로 감소시키는 동시에, 커플러 내부 구조를 개선하여 연결하려는 철근의 직경이 달라질 때 손쉽게 커플러의 크기를 변화시켜 사용할 수 있고, 내부 부품을 부분적으로 단일체화함으로써 내부 모듈의 조립과 해체가 간편한 철근 커플러 구조에 관한 것이다.

Description

철근 커플러 구조 {a structure for rebar coupler}

본 발명은 철근 커플러 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커플러 바디를 탄소나노튜브를 포함한 강화플라스틱 또는 복합소재로 제작하고, 바디 내부 부품들은 플라스틱과 같은 비금속 재질을 사용하여 제작함으로써 철근을 연결하는데 사용되는 커플러의 자체 무게를 획기적으로 감소시키는 동시에, 커플러 내부 구조를 개선하여 연결하려는 철근의 직경이 달라지더라도 동일한 편체 홀더방식을 사용할 수 있고, 내부 부품의 일체화를 가능하게 함으로써 내부 모듈의 조립과 해체가 간편한 철근 커플러 구조에 관한 것이다.

일반적으로 철근은 건축이나 토목 분야의 철근 콘크리트 구조물을 시공할 때 콘크리트의 내부에 매립되어 콘크리트 구조물의 강도를 보강하기 위해 많이 사용되는 건축재료로서, 특히 대형 건축물이나 특수 구조물 그리고 교량과 같은 토목 구조물에는 대량의 철근이 기초 구조물에 배치되어 사용된다.

철근은 일정한 길이로 규격화되어 생산되기 때문에 대형 건축물이나 특수 구조물, 교량과 같은 토목 구조물의 경우 한정된 길이로 생산된 철근을 연결 이음해서 사용해야 한다. 통상적으로 지금까지 사용되고 있는 철근 연결 방법에는 겹이음, 용접, 나사가공, 기계적 이음 등의 방법이 사용되고 있다. 겹이음은 철근을 서로 소정의 길이로 겹쳐서 철사나 와이어로 묶어서 이음 하는 방법으로 철근을 매번 겹쳐서 이음 해야 하므로 철근량의 손실이 크고 겹침부의 강도가 약해 쉽게 분리되며 시공성이 좋지 않아 공기가 늘어나는 단점이 있고, 용접 이음은 시공이 번거로우며 용접부를 가열하기 때문에 열로 인하여 용접부 주변의 철근 강도가 현저하게 약해진다.

기계식이음은, 연결할 철근의 단부를 커플러로 연결하는 방식으로서, 형식에 따라서 나사식, 강관 압착식, 쐐기식, 몰탈 충진식 등으로 구분된다. 커플러에 의해 연결된 연결부의 강도는 작업자의 기량이나 날씨 등에 그다지 영향을 받지 않고 안정적이라는 장점을 갖는다.

그런데, 기계식이음의 대부분을 차지하고 있는 나사식 커플러는, 나사산 사이에 미세한 유격을 가질 수밖에 없어 반복하중에 의해 이외로 쉽게 풀릴 수 있다. 또한 철근을 하우징 내부에 삽입한 후 돌려야 하므로 번거롭고, 철근 자체에 수나사산을 형성하는 전용 장비가 필요하다.

이러한 나사식 커플러의 단점을 해결하기 위해 다양한 종류의 쐐기식 커플러가 제안되어 있다. 예를 들면 국내 등록특허공보 제10-1796538호에는, 하우징과, 하우징 양단에 고정되는 커버부와, 하우징 내부에 설치된 상태로 내부로 진입한 하우징을 물어 고정하는 결합부를 갖는 철근용 커플러를 개시하고 있다.

그런데 상기의 철근용 쐐기식 커플러는 그 구조 상 조립과정이 꽤 번거롭다는 단점을 갖는다. 가령, 커플러를 조립하기 위해서는, 마운트부의 가이드부재 사이 사이에 결합부를 일일이 끼우고, 결합부가 끼워진 상태의 마운트부를 커버부 내측에 조심스럽게 삽입하여야 하는데, 이 때 마운트부로부터 결합부가 이탈할 수 있다. 조립작업에 긴 시간과 주의 깊은 손동작이 요구되는 것이다. 시공현장에서 커플러를 한 두 개만 사용하는 것이 아니라, 수 백 개 이상 사용한다는 것을 고려할 때 위의 불편함은 생산성을 크게 저하시키는 요인으로 작용한다.

또한 커플러의 하우징(바디)이나 내부 탄성체 구조에 사용되는 재질은 철 재질의 강재가 사용되는데 통상 커플러는 1.3kg에서 1.5kg이나 되는 무게를 가지고 있고, 이러한 커플러의 무게는 철근의 무게에 더하여 공사 현장에서 작업자들에게 많은 부담으로 작용되고 있다.

또한 건설현장에서 사용되는 철근들은 규격이 다양하게 제작되어 있어, 비슷한 규격대의 철근 예를 들어 지름이 27, 29, 31mm인 철근을 연결하는 경우에도 종래에는 각 치수에 따라 각기 다른 규격의 커플러를 사용해야 하므로 철근의 치수에 맞는 여러 크기의 커플러를 구비하고 있어야 하는 어려움이 있다.

또한 바디 내부에 들어 있는 결합을 위한 부품들이 강철 재질로 되어 일체로 제작하기가 어려워 부품들이 각각 분리되어 있어 부품들의 결합이 해체되었을 때 이를 다시 간단하게 재조립하여 사용하기 어려운 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 철근 커플러가 지닌 단점들을 보완하여, 철근 커플러 자체의 무게를 획기적으로 줄여 작업자들이 커플링 작업을 보다 수월하게 할 수 있도록 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 커플러의 재질을 고가의 강철재를 사용하는 대신 강철재 보다 훨씬 높은 강도를 가지면서도 가격은 보다 저렴한 재질로 된 커플러를 사용함으로써 건축 공사에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 연결하려는 철근들의 사이즈가 달라질 때 커플러의 사이즈도 달라져야 하는데 이때 간편한 방법으로 커플러의 사이즈를 변화시킬 수 있게 하고, 커플러 바디 내부 부품들을 부분적으로 단일체로 만들어 커플러의 조립이나 해체가 간편한 철근 커플러 구조를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시 예에 따른 철근 커플러 구조는 커플러의 바디의 재질을 탄소나노튜브를 포함한 강화플라스틱 또는 복합소재로 제작하고, 바디 내부의 부품들 즉 편체홀더, 편체, 탄성체, 격판 등은 플라스틱 재질로 하여 커플링에 필요한 부품들을 일체로 연결할 수 있게 한다. 또한 편체를 다각형 형상의 복수의 절편으로 제작하여 편체홀더와 이에 결합되는 편체의 개수 조정을 통해 커플러의 사이즈도 쉽게 변화시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 의하면, 커플러의 재질을 모두 비금속 재료로 사용함으로써 커플러의 자체 무게를 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 철근의 직경이 달라질 때 커플러의 크기도 쉽게 변화시키는 것이 가능하게 되어, 재료 절약과 공정시간의 단축을 가져올 수 있고, 커플러 바디 내부의 부품을 일체화함으로써 커플링 작업이 간단하고 수월해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 커플러에서 바디부의 내부 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 바디부 내부에 형성되어 있는 커플러의 내부 모듈을 나타내는 것이다.
도 3은 편체와 편체홀더를 나타낸 것이다.
도 4는 제1, 2 회전블록의 사시도이다.
도 5의 (1)은 철근이 삽입된 후 결합되어 있는 모습을 나타낸 것이고, 도 5의 (2)는 철근에 힘이 가해질 때 내부 모듈의 변화를 나타낸 모습이다.

이하 본 발명의 실시 예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 나타난 동작 방법은 아래에서 설명하는 바와 같은 다양한 실시 예들을 가지고 있으며 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 아래에 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허 청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 철근 커플러 구조에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 커플러 바디부의 내부 구조를 나타낸 사시도이다. 도 1에 따르면 발명의 커플러 바디부는 철근이 결합될 때 철근을 수용하는 상, 하 개구부(12, 12’)가 형성된 상부, 하부 바디(16, 18)로 나뉘어져 있고 나사 결합을 통해 전체 바디부(10)를 형성한다.

상기 상부, 하부 바디부(16, 18)는 테이퍼 형성부(13)와 수직부(14)의 두 개 영역으로 형성되어 있으며, 상기 상, 하부 바디의 안쪽 면에는 후술하게 되는 제1 회전블록(26)이 locking 과정에서 바디 내부에서 회동하면서 승, 하강하게 될 때 상기 제1 회전블록의 회전을 구속하면서 안내하도록 하는 회전 안내홈(19)이 형성되어 있다.

본 발명의 바디부(10)를 이루는 상부, 하부 바디(16, 18)는 그 재질을 탄소나노튜브를 포함한 강화플라스틱 또는 복합소재로 하여 제작할 수 있는데, 일 실시예로 상기 바디부에 사용되는 탄소나노튜브는 강철 대비 인장강도는 약 70배 이상의 고강도이고 고탄성, 낮은 열팽창계수, 내마찰 내마모성이 우수한 특성을 가지고 있어, 강철재질로 바디부를 제작할 경우와 비교해 볼 때 강철보다 강도는 70배 높지만 무게는 강철재질의 절반 정도에 불과하고 가격도 저렴하므로, 커플러 재질로 탄소나노튜브를 사용할 경우 커플러 자체의 무게와 비용을 동시에 줄일 수 있게 되어 커플링 작업자의 부담을 경감시킬 수 있게 된다.

도 2는 상기 바디부(10) 내부에 형성되어 있는 커플러의 내부 모듈(20)을 나타내는 것으로, 도 2에 따르면 상기 내부 모듈은 결합 시에 철근을 파지하여 철근이 이탈되지 않도록 잡아주는 역할을 하는 편체(32)와 상기 편체(32)들이 인서트되고 이들을 고정시키는 편체홀더(31)와 철근이 커플러 내에서 locking과 unlocking이 가능하도록 상기 편체홀더(31)와 접촉하여 연결되는 제1 회전블록(26)과 상기 제1 회전블록(26)과 빗겨 물리도록 형성된 제2 회전블록(28)과 위, 아래 두 개의 제2 회전블록(28, 28’) 사이에 게재되어 회전블록에 복원력을 제공하는 탄성부재(29)로 이루어져 있다.

여기서 상기 편체(22)와 편체홀더(24), 상기 제1, 2 회전블록(26, 28)은 강화 플라스틱 재질로 형성될 수 있고, 상기 탄성부재(29)는 적절한 탄성력을 가질 수 있는 가요성 플라스틱 재질이 사용될 수 있다.

본 발명의 상기 내부 모듈(20)은 구성품의 조립과 해체 시 작업의 간편성을 제고하기 위해 위쪽 편체홀더(31)와 위쪽 제1 회전블록(26)을 일체로 할 수 있고, 위쪽 제2 회전블록(28)과 탄성부재(29), 아래쪽 제2 회전블록(28’)의 세 가지 구성품을 여러가지 결합 방법을 사용해 일체로 할 수 있으며, 아래쪽 제1 회전블록(26’)과 아래쪽 편체홀더(31’)도 일체로 형성할 수 있다.

도 3은 커플러에서 결합시키려는 철근을 파지하여 고정하는 편체(32)와 상기 편체(32)들이 삽입되어 지지되는 편체홀더(31)로 이루어진 편체부(30)를 나타낸 것인데, 상기 편체(32)는 단면이 사다리꼴 형상으로 일정 두께를 가진 절편 형태로 되어 있고, 편체홀더(31)에 끼워지도록 결합단(34)이 형성 되어 있으며, 상기 편체홀더(31)는 도넛형 저부(35)와 상기 복수의 편체(32)들이 삽입되어 철근을 지지할 수 있도록 상부에는 편체 두께에 해당하는 슬릿홈(36)이 형성되어 있다.

종래의 커플러 구조하에서는 철근을 파지하는 결합부가 원추형 형상의 4분할체로 되어 있어, 작업 대상 철근의 직경이 달라지면, 그 직경에 맞도록 하우징을 비롯한 모든 부품의 크기가 달라져야 하는데 특히 4분할체로 되어 있는 결합부도 달라진 철근의 직경에 정확히 맞도록 새롭게 제작되어야 하므로 그 공정이 번거러움과 낭비적 요소가 있어 왔다.

그러나 본 발명에 따른 커플링 구조는 작업 과정에서 규격이 다른 철근들 결합하고자 할 때 절편 형태로 되어 있는 두께가 얇은 여러 개의 편체(32)을 사용하는데 철근 직경에 맞도록 편체홀더의 크기와 그에 따라 새로 편성되는 슬릿홈의 개수와 일치하도록 편체들의 개수를 조절하기만 하면 철근의 크기가 달라지더라도 손쉽게 이에 맞는 커플러를 준비할 수 있는 것이다.

예를 들면 직경 27mm 짜리 철근을 커플링하는 경우 편체홀더(31)에 슬릿홈의 개수를 10개로 하고 여기에 끼워지는 편체(32)의 개수도 10개로 하여 커플링 작업을 하고, 직경 31mm 짜리 철근으로 커플링 작업을 해야하는 경우에는 직경이 4mm 늘어나는 만큼 편체홀더의 직경도 늘리고 이에 따라 슬릿홈의 개수를 늘리는 간단한 과정을 통해 변화된 직경에 맞도록 편체부를 간단히 조정함으로써 새로운 사이즈의 커플러를 마련할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 편체(32)는 전체적으로는 사다리꼴 형상을 하고 있고, 편체단부(33)와 편체 결합부(34)를 가지고 있으며, 철근과 접촉하는 면에는 톱니가 형성되어 있으며, 그 두께 t는 2~3mm로 하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 커플러의 내부 모듈의 일부 구성인 제1, 2 회전블록(26, 28)을 나타낸 것인데, 상기 제1, 2회전 블록은 철근 결합과 해체를 위해 소위 ‘똑딱이 구조’를 만들어 내게 되며, 재질은 강화 플라스틱을 사용하게 되고, 내부 모듈(20)의 조립과 해체를 간편하게 하기 위해 상기 제1 회전블록(26)은 상기 편체홀더(31)와, 상기 제2 회전블록(28)은 상기 탄성부재(29)와 일체 또는 적당한 결합방식에 의해 단일체로 결합될 수 있으며, 또는 상기 상부 편체홀더(31), 제1 회전블록(26), 제2 회전블록(28), 탄성부재(29), 제2 회전블록(28’), 제1 회전블록(26’), 하부 편체홀더(31’) 이 모든 부품들을 결합하여 하나의 단일체로 만들어 내부 모듈을 형성할 수도 있다. 이러한 점은 모든 부품들이 강철로 되어 있는 종래의 커플러에서는 기대할 수 없는 것이다.

도 5는 철근이 바디의 개구부(12, 12’)를 통해 삽입된 후 결합되어 있는 모습을 나타낸 것이다. 도 5의 (1)은 두 철근이 커플러를 통해 결합된 모습은 나타내는 단면도이고, 도 5의 (2)는 철근에 힘이 가해질 때 내부 모듈의 변화를 나타낸 모습이다. 이하에서는 도면을 참고하여 철근이 결합되는 과정에 대해서 설명하기로 한다.

철근을 바디의 개구부(12, 12’)를 통해 밀어 넣으면 철근의 단부와 편체단부(33)가 접촉하게 되고, 철근을 아래로 더 밀어 넣으면 철근의 끝단은 편체 단부(33)에 형성된 테이퍼 면을 따라 슬라이딩 되고 편체들은 바디가 넓어지는 면을 따라서 원주방향을 밀리게 되면서 철근은 편체들이 만들어 내는 원형공간에 삽입되고 제1 회전블록(24)에 닿을 때까지 하강하게 된다.

하강이 끝나게 되고 철근에 작용하는 힘을 해제하게 되면 탄성부재(29)의 복원력이 작용하게 되고 이에 따라 철근은 상승하면서 편체가 바디부의 경사 영역에 진입하게 되면 편체가 오므라들어 철근을 지지하게 되어 결합 절차가 끝나게 된다.

10: 바디부
12, 12’: 개구부
13: 테이퍼 형성부
14: 수직부
16: 상부 바디부
18: 하부 바디부
19: 회전 안내홈
20: 내부 모듈
26: 제1 회전블록
28: 제2 회전블록
29: 탄성부재
30: 편체부
31: 편체 홀더
32: 편체
33: 편체 단부
34: 편체 결합부
35: 원형 저부
36: 슬릿 홈
38: 편체가 편체홀더에 결합된 상태
t: 편체 두께

Claims (5)

1. 바디부와 상기 바디부 내부에 위치하는 내부 모듈로 이루어진 철근 커플러 구조에 있어서,
   상기 내부 모듈은 복수의 편체와 상기 복수의 편체가 삽입되어 지지되는 편체홀더로 이루어진 편체부;
   상기 편체부와 연결되어 상기 철근을 승하강 시키도록 하는 제1, 2 회전블록과 상기 제1, 2 회전블록 사이에 위치하는 탄성부재를 포함하고,
   상기 바디부는 상, 하 바디로 분할되어 있고, 각 바디에는 제1 회전블록이 회전하면서 승하강할 때 회전을 안내하면서 구속하는 회전안내홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철근 커플러 구조.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 바디부, 상기 편체와 편체홀더, 상기 제1, 2 회전블록, 상기 탄성부재의 재질은 모두 비금속 재질인 것을 특징으로 하는 철근 커플러 구조.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 편체는 사다리꼴 형상이며, 두께 t는 2 내지 3mm이며, 편체단부(33)는 수평면에 대하여 경사져 있진 것을 특징으로 하는 철근 커플러 구조.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 편체홀더에는 상기 편체가 삽입되는 복수의 슬릿홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철근 커플러 구조.
5. 삭제

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