스파이럴강, 및 그 응용 제품 및 스파이럴강의 제조 방법

스파이럴강, 및 그 응용 제품 및 스파이럴강의 제조 방법{SPIRAL STEEL, APPLICATION PRODUCT OF SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING SPIRAL STEEL}

본 발명은, 특정한 형상의 강재를 비트는 것에 의해 형성되는 스파이럴강, 및 그 응용 제품 및 스파이럴강의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 평강(平鋼)을 비튼 비틀림 평강이 이용되고 있다. 본 출원인은, 비틀림 평강의 다양한 이용 방법을 제안하여, 실용화하고 있다.

구체예로서, 특허문헌 1에 나타내는 토중(土中)에 타설(打設)해서 사용하는 말뚝이나, 특허문헌 2에 나타내는 비틀림 평강에 강관을 접합하여, 강성을 확보한 지주, 또는 특허문헌 3에 나타내는 부유 방지 앵커(텐트 펙) 등이 있다. 이들 말뚝 등은, 타설에 의해 용이하게 설치할 수 있고, 돌리면서 뽑아냄으로써, 용이하게 제거하는 것도 가능하다.

비틀림 평강의 다른 용도로서는, 특허문헌 4에 나타내는 바와 같이 굴착기의 드릴이나, 특허문헌 5와 같이, 비틀림 평강을 이송 나사로서 사용한 반송장치로서, 또는 특허문헌 6에 나타내는 바와 같이, 좌우의 비틀림 평강을 마주보게 해서, 식품이나 분말을 섞는 장치로서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 비틀림 평강의 제조 방법으로서, 특허문헌 7에는, 평강의 양단을 각각 고정하고, 한쪽의 단부를 잡아당기면서, 다른 한쪽의 단부를 회전시켜 평강을 비틀어서, 비틀림 평강을 만드는 것도 개시되어 있다.

이렇게, 다종 다양한 용도에 이용할 수 있는 비틀림 평강이지만, 도 1에 나타내는 바와 같이, 평강(F)을 중심축(O)을 중심으로 비튼 상태에서는, 말뚝 등과 같이, 비틀림 평강을 뽑아내는 힘에 대하여는, 소정의 기계적 강도를 발휘하여, 용이하게 뽑아내기 어렵게 하는 이점이 있다. 그러나, 비틀림 평강의 길이 방향으로부터의 압축력이나, 도 1의 상하 방향으로부터 가해지는 구부림 부하에 대해서는, 예를 들면 화살표로 나타내는 개소에서 용이하게 변형이 발생하기 쉬워, 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없다.

이 때문에, 비틀림 평강 자체를 구조체의 지주 등에 이용하는 것은 어려우며, 기계적 강도를 높이려면, 상당하는 2차 가공을 요하는 등, 가공의 난이도나 효율에 폐해가 발생한다. 또한, 비틀림 평강에서는, 평강의 비틀림 피치를 좁히는 방향으로는 가공에 무리가 발생하거나, 좌굴(坐屈, buckling)을 일으키는 경우가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상술한 문제를 해소하여, 기계적 강도가 높으며, 비틀림 각도를 변경하지 않아도, 비틀린 부분(나선 블레이드 부분)의 피치 간격을 용이하게 좁히는 것이 가능한 스파이럴강, 및 그 응용 제품 및 스파이럴강의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 따른 발명은, 강재의 길이 방향에 평행한 축을 중심축으로 하여, 적어도 3매 이상의 장변(長邊) 부재가 당해 중심축에 대해서 방사상으로 배치된 형상을 갖는 강재를, 당해 중심축을 따라 비틂으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 스파이럴강이다.

청구항 2에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 스파이럴강에 있어서, 당해 중심축의 위치에는 중공관이 배치되고, 당해 장변 부재는 당해 중공관의 주위에 배치 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 따른 발명은, 강재의 길이 방향에 평행한 축을 중심축으로 하여, 2매의 장변 부재가 당해 중심축에 대해서 대칭으로 배치된 형상을 가짐과 함께, 당해 중심축의 위치에는 중공관이 배치되고, 당해 장변 부재는, 당해 중공관의 주위에 배치 고정되어 있는 강재를, 당해 중심축을 따라 비틂으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 스파이럴강이다.

청구항 4에 따른 발명은, 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 스파이럴강에 있어서, 당해 중공관의 관벽(管壁)에는 복수의 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 따른 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 스파이럴강에 있어서, 당해 강재의 장변 부재는, 당해 중심축으로부터 멀어짐에 따라, 당해 장변 부재의 단면의 두께가 증가하도록 구성되며, 당해 강재를 비틂으로써, 당해 장변 부재에 상당하는 단면의 형상이 대략 장방형이 되는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 따른 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 스파이럴강을, 토중에 타설 또는 매설되는 말뚝으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 스파이럴강 말뚝이다.

청구항 7에 따른 발명은, 청구항 6에 기재된 스파이럴강 말뚝에 있어서, 당해 스파이럴강 말뚝에 고정되는 구조체를 갖고, 당해 스파이럴강의 일부는 지상으로 노출되고, 당해 노출 부분은 당해 구조체를 지지하는 지주로서 기능하는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 따른 발명은, 청구항 6에 기재된 스파이럴강 말뚝에 있어서, 당해 스파이럴강 말뚝을 수평 방향 또는 그보다 위쪽을 향한 각도로 토중에 타설하여, 땅밀림(land creep) 앵커, 토중 기초로서 사용하는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 따른 발명은, 청구항 4에 기재된 스파이럴강을, 토중에 타설 또는 매설하여, 당해 중공관을 통해서 토중의 물을 배출하는 물빼기용 파이프, 또는 당해 중공관을 통해서 토중에 그라우트재를 주입하는 그라우트재 주입용 파이프로서 사용하는 것을 특징으로 하는 스파이럴강 말뚝이다.

청구항 10에 따른 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 스파이럴강을, 굴착기의 드릴 부분에 사용하는 것을 특징으로 하는 굴착기이다.

청구항 11에 따른 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 스파이럴강을, 이송 장치의 이송 나사로서 사용하는 것을 특징으로 하는 이송 장치이다.

청구항 12에 따른 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 스파이럴강을, 혼련(混練) 장치의 혼련용 블레이드로서 사용하는 것을 특징으로 하는 혼련 장치이다.

청구항 13에 따른 발명은, 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 스파이럴강을, 열교환기 내에서, 2개의 유체를 분리함과 함께, 서로 열교환 가능한 벽재(壁材)로서 사용하는 것을 특징으로 하는 열교환기이다.

청구항 14에 따른 발명은, 청구항 1 내지 5 청구항 중 어느 한 항에 기재된 스파이럴강의 제조 방법에 있어서, 당해 강재의 길이 방향으로 소정의 장력을 가하면서, 당해 강재를 비트는 것을 특징으로 한다.

청구항 15에 따른 발명은, 청구항 14에 기재된 스파이럴강의 제조 방법에 있어서, 당해 강재의 양단을 유지하는 2개의 유지 수단을 사용하고, 적어도 한쪽의 유지 수단을 다른 쪽의 유지 수단으로부터 떼어 놓도록 장력을 부여하고, 적어도 한쪽의 유지 수단을 당해 강재의 중심축을 중심으로 해서 회전시키는 것을 특징으로 한다.

청구항 1에 따른 발명에 의해, 강재의 길이 방향에 평행한 축을 중심축으로 하여, 적어도 3매 이상의 장변 부재가 당해 중심축에 대해서 방사상으로 배치된 형상을 갖는 강재를, 당해 중심축을 따라 비틂으로써 형성되는 스파이럴강이기 때문에, 스파이럴강의 기계적 강도를, 비틀림 평강과 비교해서, 현격히 높이는 것이 가능해진다. 게다가, 비틀림 각도를 변경하지 않아도, 비틀린 부분(나선 블레이드 부분)의 피치 간격을 용이하게 좁히는 것이 가능해진다.

청구항 2에 따른 발명에 의해, 강재의 중심축의 위치에는 중공관이 배치되고, 장변 부재는 당해 중공관의 주위에 배치 고정되어 있기 때문에, 중공관을 지주의 일부로 이용하거나, 중공관의 내부에 유체 등의 유로를 형성하여, 열교환기나 물빼기용 파이프 등 다양한 용도로 사용하는 것이 가능해진다.

청구항 3에 따른 발명에 의해, 강재의 길이 방향에 평행한 축을 중심축으로 하여, 2매의 장변 부재가 당해 중심축에 대해서 대칭으로 배치된 형상을 가짐과 함께, 당해 중심축의 위치에는 중공관이 배치되고, 당해 장변 부재는, 당해 중공관의 주위에 배치 고정되어 있는 강재를, 당해 중심축을 따라 비틂으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 스파이럴강이기 때문에, 스파이럴강의 기계적 강도를, 비틀림 평강과 비교해서, 현격히 높이는 것이 가능해진다. 게다가, 중공관을 지주의 일부로 이용하거나, 중공관의 내부에 유체 등의 유로를 형성하여, 열교환기나 물빼기용 파이프 등 다양한 용도로 사용하는 것이 가능해진다.

청구항 4에 따른 발명에 의해, 중공관의 관벽에는 복수의 구멍이 형성되어 있기 때문에, 중공관 내를 통해서 이동시킨 유체를, 당해 구멍을 통해서 중공관 밖으로 배출하거나, 중공관 밖에 위치하는 유체를, 당해 구멍을 통해서 중공관 내로 취입하여 중공관을 통해서 이동시키는 것도 가능해지는 등, 다양한 용도로 사용하는 것이 가능해진다.

청구항 5에 따른 발명에 의해, 강재의 장변 부재는, 중심축으로부터 멀어짐에 따라, 당해 장변 부재의 단면의 두께가 증가하도록 구성되며, 당해 강재를 비틂으로써, 당해 장변 부재에 상당하는 단면의 형상이 대략 장방형이 되기 때문에, 스파이럴강의 장변 부재에 상당하는 부분(나선 블레이드 부분)의 두께가 항상 일정해지며, 나선 블레이드 부분의 기계적 강도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

청구항 6에 따른 발명에 의해, 스파이럴강을 토중에 타설 또는 매설되는 말뚝으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 스파이럴강 말뚝이기 때문에, 말뚝의 가로 방향으로부터의 응력이나 압축력에 대해서도 변형에 강하며, 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁게 할 수 있기 때문에, 흙과의 접촉 면적을 증가시켜, 인발력(引拔力)에 대한 저항력도 보다 크게 하는 것이 가능해진다.

청구항 7에 따른 발명에 의해, 스파이럴강 말뚝에 고정되는 구조체를 갖고, 스파이럴강의 일부는 지상으로 노출되고, 당해 노출 부분은 당해 구조체를 지지하는 지주로서 기능하기 때문에, 스파이럴강의 기계적 강도가 높아지는 것을 이용해서, 종래의 비틀림 평강에서는 곤란했던, 스파이럴강을 지주로서 이용하는 것도 가능해진다.

청구항 8에 따른 발명에 의해, 스파이럴강 말뚝을 수평 방향 또는 그보다 위쪽을 향한 각도로 토중에 타설하여, 땅밀림 앵커, 토중 기초로서 사용하기 때문에, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁혀, 흙과의 저항력이 높아지는 것을 이용하여, 종래의 비틀림 평강에서는 곤란했던 수평 방향 또는 그보다 위쪽을 향한 앵커, 토중 기초로서 이용 가능해진다.

청구항 9에 따른 발명에 의해, 스파이럴강을, 토중에 타설 또는 매설하여, 중공관을 통해서 토중의 물을 배출하는 물빼기용 파이프, 또는 중공관을 통해서 토중에 그라우트재를 주입하는 그라우트재 주입용 파이프로서 사용하는 것을 특징으로 하는 스파이럴강 말뚝이기 때문에, 스파이럴강 자체의 기계적 강도가 높고, 토중에의 타설이나 매설의 효율이 높기 때문에, 우수한 물빼기용 파이프나 그라우트재 주입용 파이프를 제공하는 것이 가능해진다.

청구항 10에 따른 발명에 의해, 스파이럴강을, 굴착기의 드릴 부분에 사용하는 것을 특징으로 하는 굴착기이기 때문에, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁혀, 흙과의 접촉 면적을 증가시켜, 종래의 비틀림 평강보다 효율적으로 흙을 긁어내는 것이 가능해진다.

청구항 11에 따른 발명에 의해, 스파이럴강을 이송 장치의 이송 나사로서 사용하는 것을 특징으로 하는 이송 장치이기 때문에, 스파이럴강의 기계적 강도가 높은 것을 이용해서, 종래의 비틀림 평강에서는 곤란했던, 이송 나사 자체에 이송 부재의 지지 기능을 담당하게 하는 것도 가능해진다.

청구항 12에 따른 발명에 의해, 스파이럴강을, 혼련 장치의 혼련용 블레이드로서 사용하는 것을 특징으로 하는 혼련 장치이기 때문에, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁혀, 혼련 대상물과의 접촉 면적을 증가시켜, 종래의 비틀림 평강보다 효율적으로 혼련을 행하는 것이 가능해진다.

청구항 13에 따른 발명에 의해, 열교환기 내에서, 2개의 유체를 분리함과 함께, 서로 열교환 가능한 벽재로서 사용하는 것을 특징으로 하는 열교환기이기 때문에, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁혀, 나선 블레이드와 유체의 접촉 시간이나 면적을 증가시켜, 열교환 효율을 높이는 것도 가능해진다.

청구항 14에 따른 발명에 의해, 스파이럴강의 제조 방법에 있어서, 강재의 길이 방향으로 소정의 장력을 가하면서, 당해 강재를 비틀기 때문에, 나선 블레이드 부분의 피치 간격이 일정한 스파이럴강을 형성하는 것이 가능해진다.

청구항 15에 따른 발명에 의해, 스파이럴강의 제조 방법에 있어서, 강재의 양단을 유지하는 2개의 유지 수단을 사용하여, 적어도 한쪽의 유지 수단을 다른 쪽의 유지 수단으로부터 떼어 놓도록 장력을 부여하고, 적어도 한쪽의 유지 수단을 당해 강재의 중심축을 중심으로 해서 회전시키기 때문에, 매우 간단한 구성으로, 용이하게 스파이럴강을 제조할 수 있다.

도 1은 종래의 비틀림 평강을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 스파이럴강을 설명하는 도면.
도 3은 종래의 비틀림 평강을 이용한 구조물의 지지 방법을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 스파이럴강을 이용한 구조물의 지지 방법을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제1 실시예가 되는 강재의 단면(도 5의 (a))과 비틀린 강재의 단면(도 5의 (b))의 차이를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제2 실시예가 되는 강재를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제3 실시예가 되는 강재를 설명하는 도면으로, (a)는 비틀기 전의 강재의 단면이고, (b)는 비틀린 후의 강재의 단면을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제4 실시예가 되는 강재를 설명하는 도면으로, (a)는 비틀기 전의 강재의 단면이고, (b)는 비틀린 후의 강재의 단면을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제5 실시예가 되는 강재를 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제6 실시예가 되는 강재를 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 스파이럴강에 이용되는 제7 실시예가 되는 강재를 설명하는 도면.
도 12는 본 발명의 스파이럴강을 열교환기에 이용했을 경우의 실시예를 설명하는 도면.
도 13은 본 발명의 스파이럴강을 그라우트재 주입용 파이프에 이용했을 경우의 실시예를 설명하는 도면.
도 14는 본 발명의 스파이럴강을 물빼기용 파이프에 이용했을 경우의 실시예를 설명하는 도면.

본 발명의 스파이럴강, 및 그 응용 제품 및 스파이럴강의 제조 방법에 대하여, 이하에 상세히 설명한다.

도 2는, 본 발명의 스파이럴강을 설명하는 도면이다.

본 발명의 스파이럴강은, 강재의 길이 방향에 평행한 축을 중심축(O)으로 하여, 적어도 3매 이상의 장변 부재(f1∼f4)가 당해 중심축(O)에 대해서 방사상으로 배치된 형상을 갖는 강재를, 당해 중심축을 따라 비틂으로써 형성되는 스파이럴강이다.

도 2의 (a)는, 스파이럴강의 길이 방향에 수직인 단면도를 나타내고, 도 2의 (b)는 스파이럴강의 측면도를 나타내고 있다.

도 1의 비틀림 평강과 도 2의 스파이럴강을 비교하면 양자의 차이는 명확하며, 특히, 스파이럴강에는, 도 1의 비틀림 평강에서 화살표로 나타낸 기계적 강도가 약한 부분이 존재하지 않아, 스파이럴강에 길이 방향의 압축력이나 도면의 상하 방향으로부터의 응력에 대해서도, 기계적 강도를 현격히 높이는 것이 가능해진다.

또한, 도 1의 비틀림 평강의 비틀림 각도(약 45도)와 도 2의 스파이럴강의 비틀림 각도(약 45도)는 모두 동일하지만, 비틀린 부분(나선 블레이드 부분)의 피치 간격이, 스파이럴강쪽이 반분(半分)으로 되어 있어, 피치 간격을 용이하게 좁히는 것이 가능해진다. 이에 따라, 흙이나 혼련 재료 등이 스파이럴강에 접촉하는 부분의 면적이 증가하여, 흙과의 저항력을 높이거나, 혼련 작업을 보다 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

본 발명의 스파이럴강에 사용되는 강재의 재질은, 특별히 한정되지 않지만, 강철 등 기계적 강도가 높고, 비틀림 가공을 실시하는 것이 가능한 재질이 바람직하다.

비틀기 전의 강재는, 도 5의 (a), 도 6, 도 7의 (a) 또는 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 강재의 길이 방향에 평행한 중심축(O)에 대해서, 적어도 3매 이상의 장변 부재(f1∼f4)를 방사상으로 배치한 것을 사용한다. 장변 부재의 수는, 3매 이상이면, 그 수에는 한정되지 않지만, 도 5 내지 도 8에 나타내는 바와 같이, 4개의 장변 부재를 십자상(十字狀)으로 배치한 강재는, 장변 부재가 3개 또는 5개이상인 것보다, 시장에서 저가로 입수할 수 있고, 장변 부재가 비교적 적기 때문에 가공이 용이한 등, 보다 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 이러한 강재를 비틀림 가공한 스파이럴강은, 장변 부재의 수가 그다지 많지 않음에도 불구하고, 기계적 강도를 비틀림 평강보다도 현격히 높일 수 있다.

강재의 일례로서, 강재의 단면이, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같은 형상의 것을 채용하는 것이 가능하다. 이것은, 장변 부재의 두께를, 중심축에 가까운 부분의 두께(w1)보다, 외측의 두께(w2) 쪽을 보다 두껍게 설정하고 있다. 통상은, 강재를 비틀었을 때에, 장변 부재의 외측이 보다 당겨져 늘려지기 때문에, 장변 부재의 외측의 두께가 중심축에 가까운 부분보다, 보다 얇아진다. 이것을 미리 고려하여, 비튼 후의 형상이 도 5의 (b)와 같이, 예를 들면, 장변 부재의 외측의 두께(w2')와 중심축에 가까운 부분의 두께(w1')가 거의 동일한 두께가 되도록, 비틀기 전의 강재에 있어서, 장변 부재의 각 부분의 두께에 대하여 w2>w1이 되도록 설정하고 있다.

한편, 도 5의 (b)에 있어서, 부호 f1'은, 장변 부재(f1)가 비틀린 나선상(螺旋狀) 부분을 나타내고 있다. 다른 f2'∼f4'에 대해서도 마찬가지이다. 도 7 및 도 8에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 비틀기 전의 강재에 대하여, 장변 부재의 외측의 두께(w2)를, 중심축(O)에 가까운 부분의 두께(w1)보다도 미리 얇게 하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 비튼 후의 스파이럴강의 형상은, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 장변 부재의 외측의 두께(w2')가 보다 얇게(w2'<w2) 되어 있다.

비튼 후의 스파이럴강의 장변 부재의 각 부분의 두께(w1' 또는 w2')에 대해서는, 도 5와 같이 w1'=w2'로 할지, 도 7과 같이 w1'>w2'로 할 것인지는, 스파이럴강의 용도에 따라 적절히 선택하는 것이 가능하다. 예를 들면, 스파이럴강의 장변 부재의 기계적 강도를 높게 유지할 필요가 있을 경우에는, 도 5와 같이 장변 부재의 외측의 두께(w2')를 두껍게 하는 것이 바람직하다. 한편, 혼련 장치 등의 스크류로서 사용할 경우에는, 스파이럴강의 블레이드 부분(장변 부재)의 선단 단면은, 도 7과 같이, 테이퍼상 또는 예각적으로 되어 있는 것이, 블레이드 부분의 선단부에서의 마찰 저항을 저감할 수 있어, 보다 바람직하다.

또한, 강재에 비틀림 가공을 실시할 때에, 강재의 중심부 부근에서 장변 부재가 파단되지 않도록 구성하기 위해, 도 6에 나타내는 바와 같이, 장변 부재(f1∼f4)의 뿌리 부분에 육후부(肉厚部)(A)를 형성한다.

도 8은, 본 발명의 스파이럴강의 다른 실시예(제4 실시예)를 설명하는 도면이다. 도 8의 실시예의 특징은, 장변 부재(f1∼f4)의 길이가 상이하게 되어 있다. 보다 구체적으로는, 장변 부재(f2와 f4)가 형성하는 도면의 가로 방향의 길이(L1)는, 장변 부재(f1과 f3)가 형성하는 도면의 세로 방향의 길이(L2)보다도, 길어지도록 설정되어 있다. 도 8의 (a)와 같은 단면을 갖는 강재를 비틂으로써, 도 8의 (b)와 같은 단면의 스파이럴강을 형성할 수 있다. 이 스파이럴강의 특징은, 스파이럴강의 블레이드 부분(나선 부분)의 역할을 주로 담당하는 것은, 장변 부재(f2와 f4)이고, 장변 부재(f1와 f3)는, 도 1에 나타내는 바와 같은, 스파이럴강의 가로 방향으로부터 가해지는 응력에 대하여, 스파이럴강의 기계적 강도를 향상시키기 위해서 기여하고 있다. 이렇게, 종래의 비틀림 평강보다 기계적 강도를 높이기 위해서는, 평강(도 8의 (a)의 장변 부재(f2, f4))의 평면에 대해서 법선 방향으로 돌출하는 부분(동 도면의 장변 부재(f1, f3))을 설치하는 것이 효과적이다.

한편, 도 8의 (a)와 같은 강재는, 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같은 강재와 비교해서, 도면의 세로 방향의 높이를 낮게 설정할 수 있다. 이 때문에, 강재 등의 자재를 스톡(stock)할 때에는, 점유 스페이스를 보다 적게 하는 것이 가능해져 경제적이다.

본 발명의 스파이럴강에 사용되는 강재의 형성 방법으로서는, 장변 부재가 되는 평판상의 강판을 준비하고, 용접함으로써, 3매 이상의 장변 부재를 중심축에 대해서 방사상으로 배치할 수 있다. 이때, 중심 부분에 원기둥이나, 3각 기둥 또는 4각 기둥 등의 각재(角材)를 배치하고, 그로부터 장변 부재를 방사상으로 용접하는 것도 가능하다. 또한, 용광로에서 용해한 강재 또는 연화된 강재를, 형성할 강재의 단면에 상당하는 개구 형상을 갖는 틀을 통해서, 압출 성형함으로써, 도 5 내지 도 8에 나타내는 바와 같은 임의의 형상의 강재를 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 스파이럴강의 다른 실시예로서는, 도 9 내지 도 11에 나타내는 바와 같이, 중심축(O)의 위치에 중공관(P1∼P3)이 배치되고, 장변 부재(f1∼f4)가 당해 중공관(P1∼P3)의 주위에 배치 고정되어 있는 강재를 이용하는 것이 가능하다. 중공관의 폭이, 장변 부재의 두께보다도 클 경우에는, 중공관에 장변 부재를 접합한 강재를 비틂으로써, 스파이럴강의 가로 방향(스파이럴강이 연장되는 길이 방향에 대해서 수직인 방향)으로부터의 응력에 대해서, 스파이럴강의 기계적 강도를 높게 하는 것이 가능해진다.

또한, 중공관을 사용할 경우에는, 장변 부재의 수는 3매 이상에 한하지 않는다. 도 9의 (c), 도 10의 (c) 및 도 11의 (d), (e)에 나타내는 바와 같이, 강재의 길이 방향에 평행한 축을 중심축(O)으로 하여, 2매의 장변 부재(f1, f2)가 당해 중심축에 대해서 대칭으로 배치된 형상을 가짐과 함께, 당해 중심축(O)의 위치에는, 중공관(P1∼P3)이 배치되고, 당해 장변 부재는, 당해 중공관의 주위에 배치 고정되어 있는 강재도 이용 가능하며, 이러한 강재를 이용한 경우에도 스파이럴강의 가로 방향으로부터의 응력에 충분히 견딜 수 있다.

도 9는, 중공관에 원통형상의 강관(P1)을 이용한 실시예이며, (a)는 4매의 장변 부재(f1∼f4)를 중공관(P1)에 접합한 예이고, (b) 및 (c)는 각각 3매의 장변 부재와 2매의 장변 부재를 접합한 예를 나타내고 있다.

도 10은, 중공관에 단면이 사각형상의 강관(P2)을 이용한 실시예이며, (a)는 4매의 장변 부재(f1∼f4)를 중공관(P2)의 변부(邊部)(도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이 중공관의 단면에서 변에 상당하는 위치)에 접합한 예이고, (b)는 마찬가지로 장변 부재를 중공관(P2)의 각부(角部)에 배치 고정하고 있다. 또한, (c)는, 중공관(P2)의 변부에 2매의 장변 부재를 접합한 예를 나타내고 있다.

도 11은, 중공관에 단면이 육각형상의 강관(P3)을 이용한 실시예이며, (a)는 4매의 장변 부재(f1∼f4)를 중공관(P3)의 변부 및 각부에 접합한 예이고, (b) 및 (c)는 3매의 장변 부재를 중공관(P3)의 변부 또는 각부에 배치 고정하고 있다. 또한, (d) 및 (e)는, 중공관(P3)의 변부 또는 각부에 2매의 장변 부재를 접합한 예를 나타내고 있다.

도 9 내지 도 11과 같이, 중공관(P1∼P3)을 이용함으로써, 중공관을 지주의 일부로 이용하거나, 중공관의 내부에 유체 등의 유로를 형성하여, 열교환기나 물빼기용 파이프 등 다양한 용도로 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 후술하는 바와 같이, 중공관(P1∼P3)의 관벽에, 복수의 구멍을 형성함으로써, 중공관 내를 통해서 이동시킨 유체를, 당해 구멍을 통해서 중공관 밖으로 배출하거나, 중공관 밖에 위치하는 유체를, 당해 구멍을 통해서 중공관 내에 취입하여 중공관을 통해서 이동시키는 것도 가능해지는 등, 다양한 용도로 사용하는 것이 가능해진다.

강재를 비틀림 가공하는 방법으로서는, 앞서 특허문헌 7에 나타내는, 평강의 비틀림 가공 방법이 이용 가능하다. 스파이럴강을 작성함에 있어서 중요한 점은, 복수의 장변 부재에 동일한 장력을 가하면서, 강재 전체를 당해 강재의 중심축을 중심으로 일정한 속도로 비트는 것이다.

이를 위해서는, 장변 부재의 중심축에 가까운 부분으로부터, 장변 부재의 외측의 단부까지를 파지하는 유지 수단을, 적어도 2개 준비하여, 강재의 양단을 유지시키고, 적어도 한쪽의 유지 수단을 다른 쪽의 유지 수단으로부터 떼어 놓도록 장력을 부여함과 함께, 적어도 한쪽의 유지 수단을 당해 강재의 중심축을 중심으로 해서 회전시킨다. 이에 따라, 나선 블레이드 부분의 피치 간격이 일정한 스파이럴강을 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 다른 제조 방법으로서는, 각 유지 수단을, 각 장변 부재를 사이에 끼우는 롤러의 조합으로 구성하고, 이러한 유지 수단을 2개 이상 준비한다. 다음으로, 이들 유지 수단을, 거리를 일정하게 유지하면서, 강재의 길이 방향으로 당해 강재에 대해서 상대적으로 이동시킨다. 또한, 인접하는 유지 수단은, 서로 강재의 중심축 주위에 비틀림력을 발생시키도록, 장변 부재를 유지하는 각도가 상이하게 설정되어 있다. 당연히, 이러한 유지 수단에서는, 강재를 잡아당기는 장력은 발생하지 않지만, 강재에 대해서, 연속적으로 비틀림 가공을 실시하는 것이 가능하다.

특히, 강재를 상술한 압출 성형할 경우에는, 그 직후에, 롤러로 구성되는 상술과 같은 유지 수단을 복수 배치하고, 강재 쪽을 이동시키면서 연속적으로 비틀림 가공을 실시하는 것이 가능하다.

또한, 도 9 내지 도 11에 나타내는 중공관(P1∼P3)을 사용할 경우에는, 중공관 내에 원기둥 형상의 심봉(芯棒)을 삽입하여, 스파이럴강이 중심축 방향으로 변형하지 않도록 방지하는 것이 가능하다. 또한, 도 10 및 도 11과 같이, 각(角) 형상의 중공관을 사용할 경우에는, 중공관의 양단에 중공관의 내벽과 일치하는 각 형상의 지그를 삽입하고, 당해 지그를 강재 전체의 비틀기에 맞춰서 회전시킴으로써, 중공관의 비틀기를 보조하는 것도 가능하다.

다음으로, 본 발명의 스파이럴강의 용도에 대하여 설명한다.

본 발명의 스파이럴강은, 종래의 비틀림 평강과 비교하여, 기계적 강도가 우수하고, 비틀린 부분(나선 블레이드 부분)의 피치 간격을 좁게 구성하는 등의 이점을 이용함으로써, 종래의 비틀림 평강의 용도는 물론, 그 이상으로 확대하는 것이 가능해진다.

스파이럴강을, 토중에 타설 또는 매설되는 말뚝(스파이럴강 말뚝)으로서 사용할 경우에는, 스파이럴강은, 말뚝의 가로 방향으로부터의 응력이나 압축력에 대해서도 변형에 강하고, 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁게 할 수 있기 때문에, 흙과의 접촉 면적을 증가시켜, 인발력에 대한 저항력을, 비틀림 평강보다도 크게 하는 것이 가능해진다.

이 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이 비틀림 평강을 사용했을 경우에는, 상부 구조물을 고정하기 위해서는, 상부 구조물을 대좌(臺座)에 고정하고, 구부림 모멘트에 저항하기 위해서, 당해 대좌에 복수의 스파이럴강 말뚝을 고정함으로써, 대좌를 지면에 고정하고 있었다. 이에 대해서, 본 발명의 스파이럴강 말뚝의 경우에는, 구부림 강성을 비롯한 기계 강도 등이 우수하기 때문에, 사용하는 말뚝의 수를 감소할 수 있어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 1개의 스파이럴강 말뚝에 상부 구조물을 직접 부착하는 것도 가능하다.

게다가, 지상에 배치되는 구조물을 스파이럴강 말뚝으로 유지할 경우에는, 스파이럴강의 일부를 지상으로 노출시키고, 당해 노출 부분은 당해 구조체를 지지하는 지주로서 사용하는 것도 가능하다. 이것도, 본 발명의 스파이럴강의 기계적 강도가, 비틀림 평강보다 현격히 향상한 것에 의한다.

비틀림 평강에 의한 말뚝은, 토중에 하향으로 매설하는 것이 일반적이지만, 본 발명의 스파이럴강 말뚝은, 수평 방향 또는 그보다 위쪽을 향한 각도로 토중에 타설하는 것도 가능하다. 특히, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁혀, 흙과의 저항력을 높임으로써, 종래의 비틀림 평강에서는 곤란했던 수평 방향 또는 그보다 위쪽을 향한 땅밀림 방지용의 앵커나 토중 기초로서 이용하는 것도 가능하다.

스파이럴강을, 굴착기의 드릴 부분에 사용할 경우에는, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을, 비틀림 평강보다 좁혀, 흙과의 접촉 면적을 증가시키는 것이 가능하기 때문에, 특허문헌 4의 종래의 비틀림 평강보다 효율적으로 흙을 긁어내는 것이 가능해진다. 게다가, 기계적 강도가 높기 때문에, 곧은 구멍을 팔 수 있고, 모터 등의 강한 회전력을 갖는 동력원을 이용한 굴착기로서도 이용이 가능하다.

스파이럴강을, 이송 장치의 이송 나사로서 사용할 경우에는, 스파이럴강의 기계적 강도가 높은 점을 이용해서, 특허문헌 5의 종래의 비틀림 평강에서는 곤란했던, 이송 나사 자체에 이송 부재의 지지 기능을 담당시키는 것도 가능해진다. 또한, 대형 기계의 이송 장치로서도 이용이 가능해진다.

또한, 스파이럴강을, 혼련 장치의 혼련용 블레이드로서 사용할 경우에는, 스파이럴강의 나선 블레이드 부분의 피치 간격을 좁혀, 혼련 대상물과의 접촉 면적을 증가시켜, 특허문헌 6의 종래의 비틀림 평강보다 효율적으로 혼련을 행하는 것이 가능해진다. 당연히, 동등한 기능의 혼련 장치를 구성할 경우에는, 기계 자체를 컴팩트화하는 것도 가능해진다.

또한, 도 9 내지 도 11에 나타내는 바와 같은 중공관(P1∼P3)을 사용한 스파이럴강에 대해서는, 나선상의 블레이드 부분이 형성하는 공간이 유체 등의 통로로서 사용될 수 있을 뿐 아니라, 중공관 내부도 유체 등의 통로로서 이용될 수 있다. 이 때문에, 도 12에 나타내는 바와 같은 각종 유체 통로를 구성하는 것이 가능하며, 열교환기 내의 유체의 유로로서, 또한 각종 유체의 반송 유로로서 이용할 수 있다.

도 12의 (a)는, 스파이럴강(S)을 둘러싸는 원통 형상 튜브(T1)를 배치한 것이며, 스파이럴강(S)를 구성하는 중공관(P)의 내부를, 점선 화살표 a1로부터 a2로의 유체 통로로 하고, 스파이럴강(S)과 튜브(T1) 사이의 공간이, 실선 화살표 b1로부터 b2로의 유체 통로로 하여 구성된다. 또한, 화살표 b1로부터 b2로의 유체의 이동은, 스파이럴강을 회전시킴으로써 유체의 이동을 행해도 된다. 또한, 각종 유체의 이동 방향은, 같은 방향이어도 된다. 이렇게, 2개의 유체를 근접시킴으로써, 서로의 열교환을 용이하게 하는 등의 기능도 실현할 수 있다.

도 12의 (b)는, 도 12의 (a)의 것에 외측에 다른 원통 형상 튜브(T2)를 더 배치한 것이다. 이에 따라, 도 12의 (a)의 것에 부가하여, 튜브(T1과 T2) 사이의 공간에 실선 화살표 c1로부터 c2로의 유체 통로를 형성하는 것이 가능해진다.

도 12의 (c)는, 도 12의 (b)의 중공관의 유체 통로를 거친 유체를, 튜브(T1과 T2) 사이의 유체 통로로 더 유도하는 것이다. 또한, 도 12의 (d)는, 스파이럴강(S)의 블레이드 부분의 선단과 튜브(T1)의 내벽을 밀착시킴으로써, 스파이럴강과 튜브(T1) 사이에 복수의 유체 통로를 형성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 블레이드 부분을 구성하는 장변 부재가 2개 이상 있으면 2개 이상의 유체 통로를 구성하는 것이 가능하다. 도 12의 (d)에서는, 실선 화살표 b1로부터 b2로 1개의 유체 통로를 거친 유체를, 별도의 다른 유체 통로(실선 화살표 b2로부터 b3로의 유체 통로)에 유도하도록 구성되어 있다.

도 13 및 도 14는, 스파이럴강(S)을 구성하는 중공관(P)에 복수의 구멍(H)을 마련한 것의 응용예이다. 도 13은 그라우트재 주입용 파이프의 예이며, (a)와 같이 지면에 스파이럴강을 회전시켜서 틀어박고, 다음으로, (b)와 같이 지반 개량재 등의 그라우트재를, 스파이럴강의 중공관(P)를 이용해서 압입(壓入)하면, 구멍(H) 통해서 지중(地中) 내에 그라우트재를 주입할 수 있다.

도 14는, 물빼기용 파이프의 예이며, 지중에 스파이럴강을 타설 또는 매설함으로써, 지중 내의 물을 중공관(P)의 구멍(H)으로부터 중공관 내로 취입하여(화살표(e1)), 중공관(P)의 일단으로부터 배출한다(화살표(e2)). 한편, 스파이럴강은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 물의 배출구가 되는 중공관의 일단이 경사 하측이 되도록, 경사지게 타설 또는 매설하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기계적 강도가 높고, 비틀림 각도를 변경하지 않아도, 비틀린 부분(나선 블레이드 부분)의 피치 간격을 용이하게 좁히는 것이 가능한 스파이럴강, 및 그 응용 제품 및 스파이럴강의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.