(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2012년05월21일
(11) 등록번호 10-1148307
(24) 등록일자 2012년05월10일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
E02D 5/72 (2006.01) E02D 13/10 (2006.01)
E02D 5/24 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2011-0144906
(22) 출원일자 2011년12월28일
심사청구일자 2011년12월28일
(30) 우선권주장
1020110021540 2011년03월10일 대한민국(KR)
(56) 선행기술조사문헌
KR100798647 B1*
KR100990321 B1*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
김정희
인천 남동구 논현동 564-1 논현주공아파트
114-404
(72) 발명자
김은수
인천광역시 남동구 호구포로 294, 주공아파트 11
4동 404호 (논현동)
(74) 대리인
양재욱
전체 청구항 수 : 총 1 항 심사관 : 고동환
(54) 발명의 명칭 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝
(57) 요 약
본 발명은 건축 및 토목 구조물의 설치시 지반의 지지력을 확보하기 위해 지반에 근입 설치하는 기초 말뚝에 관
한 것으로 특히 기초 말뚝의 하단부에 관형상의 근입 유도 헤드를 부착하여 설계 심도까지 기초 말뚝의 근입이
용이하게 이루어지도록 한 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝에 관한 것이다.
본 발명의 구성은 기초 말뚝보다 같거나 큰 직경의 원통형 본체와, 기초 말뚝의 하단과 접하는 상기 본체의 상단
부에 플레이트와 이를 보강하는 보강살로 이루어진 헤드를 구비하여 상기 기초 말뚝의 하단부에 나란히 부착 고
정한 구조로 이루어진다.
본 발명 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝은 하단부에 관형상의 근입유도 헤드가 용접 부착되어
있으므로, 근입시 헤드의 선단이 시멘트 밀크를 파고들어가게 되는데, 상기 근입 유도 헤드의 선단의 접촉면적이
적어 침투성을 향상시킬 뿐만 아니라 혼합된 시멘트 밀크에 호박돌과 같은 저항물이 있어도 효과적으로 근입이
가능하며, 일단 헤드의 시멘트 밀크를 파고들게 되면 근입된 헤드 둘레 및 내부에 유입된 시멘트 밀크에 의해 직
진성을 확보해주게 되는 장점이 있다.
대 표 도
등록특허 10-1148307
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특허청구의 범위
청구항 1
상/하부에 중공부(14)와 연통되는 구멍(12')을 갖는 슈우(12)를 부착 구성한 기초 말뚝(10)에 있어서,
상기 기초 말뚝(10)의 하부 슈우(12)에 중공부(14)와 연통되는 구멍(24')이 형성된 플레이트(24)를 부착하고,
상기 플레이트(24)의 하부에 내경이 기초 말뚝(10)의 외경보다 큰 원통형 강관의 본체(22)를 부착하며, 상기 플
레이트(24)에 본체(22)의 상하로 관통된 복수의 관통공(25)을 형성하고, 상기 플레이트(24)의 저면과 본체(22)
의 내벽면에 원추형 보강살(26a) 또는 분산 보강살(26b)을 부착하여 보강하며, 상기 본체(22)의 둘레에는 복수
의 부압 저감홀(28)을 형성하면서 굴착공(40) 표면과 접하는 탄지대(63)가 형성된 보조 가이드(60)를 구비하여
본체(22) 하강시 직진 상태가 유지되도록 함을 특징으로 하는 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝.
청구항 2
삭제
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 건축 및 토목 구조물의 설치시 지반의 지지력을 확보하기 위해 지반에 근입 설치하는 기초 말뚝에 관[0001]
한 것으로, 더욱 상세하게는 말뚝의 선단부에 관형상의 근입 유도 헤드를 부착하여 설계 심도까지 말뚝의 근입
이 용이하게 이루어지도록 하는 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝에 관한 것이다.
배 경 기 술
말뚝공법은, 강성이 큰 스틸(STEEL)이나 콘크리트, 목재 등을 지층 깊숙이 관입하여 매우 단단한 심층에서 기초[0002]
가 지지되도록 하는 것이다. 이때, 설계시 중요한 고려사항은 지층의 토립자 구성으로써 중간 토층에서 말뚝의
관입이 용이해야 하고 말뚝 선단부의 지지력이 확실하여야 한다.
그러나 하천 인접유역과 같이 자갈 호박돌 층이 두껍게 퇴적되어 있는 경우에는 타격에 의한 말뚝 근입이 어려[0003]
워 모래, 자갈층의 세굴작용이 일어나 선단 지지층으로의 사용이 곤란하므로, 대구경의 우물통 기초를 하거나
오거장비를 사용하여 미리 천공하여 콘크리트를 치는 현장 말뚝공법 등을 적용한다.
하지만 이 공법은 말뚝의 크기(단면적)에 비교적 침하량이 크게 나타나고 기초지반이 이완되어 말뚝주변의 마찰[0004]
이 크게 감소하여 지반의 지지력이 부족하므로 말뚝 본체의 강도를 충분히 사용하지 못하는 등 비경제적인 측면
이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 도입된 공법이 SIP(Soil cement Injection Precast pile) 또는 DRA(Double Road[0005]
Auger)기초공법이다.
SIP 공법은 오거를 회전시켜 비트를 지지기반까지 굴착 천공한 뒤 오거를 인발하면서 믹싱된 시멘트 밀크를 주[0006]
입한 후 말뚝을 지지기반까지 근입시켜주는 공법이고, DRA 공법은 내부오거와 케이싱오거를 병용하여 지반을 천
공하고 내부오거를 인발하면서 믹싱된 시멘트 밀크를 주입한 후 말뚝을 근입하고 외부 케이싱 오거를 최종 인발
하여 마무리하는 공법이다.
상기 공법들은 도심지에서의 저소음, 저진동 공법으로 제안된 공법으로써 최근들어서는 직항타에 의해 관입이[0007]
어려운 하상 퇴적층지역 등에서 사용빈도가 크게 증가하고 있다. 양생 후에 주변 지층의 강도가 증대되어 말뚝
주변의 마찰력을 크게 증대시키고 아울러 선단부에서도 교반된 시멘트 밀크가 완전히 충전되어 말뚝의 침하량을
최소화하는 특징이 있다.
그런데, 근입되는 말뚝은 굴착공에 충입된 시멘트 밀크에 파고들어 압력을 가하여 말뚝과 굴착공 사이의 틈새로[0008]
밀어 올리면서 근입되는데, 이때 발생하는 저항에 의해 근입이 원활치 않을 뿐만 아니라 굴착공의 공벽이 무너
지게 될 경우에는 무너진 공벽에 포함된 호박돌 등과 같은 저항물에 의해 더더욱 말뚝의 근입이 어려워지게 된
다.
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이와 같이 말뚝의 근입이 어려워지는 관계로 파일의 두정부를 경타하여 강제 근입을 유도하게 되는데, 공벽이[0009]
무너지면서 그에 포함된 각종 호박돌이나 모래 등과 같은 저항물을 비롯하여 충입된 시멘트 밀크(SOIL-
CEMENT)의 스폰지 현상등에 의해 근입이 어려워져 강한 경타를 가하게 되어 많은 소음과, 말뚝의 손상을 유발하
게 되어 결국 설계심도까지의 근입을 포기하는 경우가 발생하며, 그로인한 지반지지력확보에 어려움을 겪게 되
고 심지어는 부실공사로 이어지는 부작용을 초래하게 된다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 종래의 문제점을 해소하기 위해 창안한 것으로, 파일의 선단부에 굴착공의 공벽 무너짐 현상으로 그[0010]
에 포함된 호박돌과 같은 저항물이나 굴착공의 내부에 충입된 시멘트 밀크의 저항을 최소화하여 원활한 말뚝의
근입을 유도하므로 말뚝의 근입을 위한 경타가 필요없는 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝을 제
공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 말뚝보다 큰 외경을 이루어 기초의 안정성과 지반 지지력을 향상시키는데 있다.[0011]
과제의 해결 수단
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝은, [0012]
상/하부에 중공부와 연통되는 슈우를 부착 구성한 기초 말뚝에 있어서,[0013]
상기 기초 말뚝의 하부 슈우에 상기 중공부와 연통되는 플레이트를 부착하고,[0014]
상기 플레이트의 하부에 내경이 상기 기초 말뚝의 외경보다 큰 원통형 강관의 근입 유도 헤드 본체를 부착하되,[0015]
상기 플레이트에 근입 유도 헤드 본체의 상하로 관통된 복수의 관통공을 형성하고, [0016]
상기 플레이트의 저면과 상기 근입 유도 헤드 본체의 내벽면에 원추형 보강살 또는 분산 보강살을 부착하여 보[0017]
강하고,
상기 근입 유도 헤드 본체의 둘레에 복수의 부압 저감홀을 형성한 것을 특징으로 한다.[0018]
또한, 상기 근입 유도 헤드 본체의 둘레에 하강시 직진 상태를 유지하게 보조하는 보조 가이드가 설치된 것을[0019]
특징으로 한다.
발명의 효과
상기 본 발명 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝은, 하단부에 관 형상의 근입 유도 헤드가 용접[0020]
부착되어 있으므로, 근입시 근입 유도 헤드의 선단이 시멘트 밀크를 파고들어가게 되는데, 상기 근입 유도 헤드
의 선단의 접촉면적이 적어 침투성을 향상시킬 뿐만 아니라 혼합된 시멘트 밀크에 호박돌과 같은 저항물이 있어
도 효과적으로 근입이 가능하며, 일단 근입 유도 헤드가 시멘트 밀크를 파고들게 되면 근입된 근입 유도 헤드
둘레 및 내부에 유입된 시멘트 밀크에 의해 직진성을 확보해주게 되는 장점이 있다.
또한, 근입이 용이하므로 경타를 가하지 않더라도 자중에 의해 원하는 설계 심도까지 근입이 가능하므로 경타에[0021]
의해 소음 및 진동이 발생하지 않으며 말뚝의 손상을 방지하고 말뚝의 지지력 측정에도 정확도를 확보할 수 있
는 장점이 있다.
또한, 근입 유도 헤드의 외경이 말뚝보다 크게 형성하여 안정성과 지반지지력을 향상시키고, 나아가 말뚝의 설[0022]
계공수를 줄일 수 있으며, 궁극적으로는 시공비 절감과 공기를 단축하는 장점이 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝의 구조를 나타낸 분리 및 결합 사시도.[0023]
도 2는 본 발명 기초 말뚝의 근입 유도 헤드의 보강구조 설명을 위한 요부 확대 반단면 사시도.
도 3은 본 발명 기초 말뚝의 근입 유도 헤드의 보강구조 일실시예를 나타낸 요부 확대 반단면 사시도.
도 4는 본 발명 기초 말뚝의 근입 유도 헤드의 보강구조 설명을 위한 요부 확대 단면도.
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도 5는 도 3의 기초 말뚝의 근입 유도 헤드의 보강구조 일실시예를 나타낸 요부 확대 반단면 사시도.
도 6은 본 발명 기초 말뚝의 근입 유도 헤드에 침투돌기 구조가 부가된 상태의 요부 확대 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝의 시공 공정도.
도 8은 본 발명에 따른 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝의 근입 시공 상태 확대도.
도 9는 본 발명에 따른 근입 유도 헤드의 외경이 말뚝보다 큰 타입의 말뚝 단면 구조도.
도 10은 본 발명 도 9의 근입 유도 헤드의 상부 플레이트에 관통공을 갖는 구조를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명 근입 유도 헤드가 기초파일에 볼트로 고정된 상태를 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명 근입 유도 헤드에 보조 가이드가 설치된 상태를 도시한 예시도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
상기 본 발명의 근입 유도 헤드(20)를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝(10)의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상[0024]
세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝은 상/하 양단에 금속 슈우[0025]
(12)를 장착한 기초 말뚝(10)과, 상기 기초 말뚝(10)의 하단 슈우(12)에 부착고정된 근입 유도 헤드(20)로 구성
된다.
상기 근입 유도 헤드(20)는 기초 말뚝(10)보다 직경이 같거나 큰 원통형 강관으로 된 본체(22)를 구성함과 아울[0026]
러 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 상기 기초 말뚝(10)의 하단과 접하는 본체(22) 상단부에 부착되어 기초
말뚝(10)과의 연결을 매개하고, 또 기초 말뚝(10)의 하중을 근입 유도 헤드(20)에 전달하는 플레이트(24)가 용
접 고정되고, 상기 플레이트(24)의 하부와 상기 본체(22)의 내벽면에 부착되어 플레이트(24)와 본체(22)를 지지
하는 보강살(26a)(26b)이 구비된다. 여기서 상기 슈우(12)와 플레이트(24)는 그 중앙에 기초 말뚝(10)의 중공부
(14)와 연통되는 구멍(12')(24')을 각각 형성한다.
상기 보강살(26a)은 도 2, 도 4와 같이 강판을 원추형으로 말아 상단은 플레이트(24)의 내측면에 하단은 본체[0027]
(22)의 내벽면에 밀착시켜 용접고정하는 원추형 보강살(26a)과, 도 3, 도 5와 같이 단순히 삼각형 형상의 일반
적인 보강살(26b)을 일정한 간격으로 용접 고정하는 분산 보강살(26b)을 부착할 수 있다.
상기 원추형으로 말아 부착한 원추형 보강살(26a)은 그 경사면에 의해 파일의 근입시 근입 압에 의해 본체(22)[0028]
의 내부로 상승하는 시멘트 밀크(50)의 압력을 파일의 내부로 유도하여 부압 저항을 최소화하는 기능을 수행한
다.
또한, 근입 유도 헤드(20)는 상기 기초 말뚝(10)의 슈우(12)에 용접을 통해 부착할 수도 있고, 도 11에 도시한[0029]
바와 같이 볼트결합에 의해 부착할 수도 있다. 특히 볼트 결합의 경우에는 플레이트(24) 및 이와 대응되는 기초
말뚝(10)의 슈우(12)에 볼트공(H)을 형성하여 이를 일치시킨 후 근입 유도 헤드(20)의 하부에서 볼트(B)를 체결
하여 부착하는 것이다.
그리고 도 9 및 10과 같이 기초 말뚝(10)의 하단에 기초 말뚝(10)보다 외경이 큰 근입 유도 헤드(20)를 연결설[0030]
치할 수도 있다. 이때, 부착할 근입 유도 헤드(20)의 직경이 기초 말뚝(10)보다 크기 때문에 이를 연결하기 위
해 확장형 보강판을 부가하여 보강할 수 있다.
따라서 전체적인 기초 말뚝(10)의 형상이 하부가 큰 형상을 갖게 되어 구조적으로 안정감을 갖게 된다. 이러한[0031]
형태의 기초 말뚝(10)이 굴착공(40)에 근입되어 근입 유도 헤드(20)가 굴착공(30) 하부의 시멘트 밀크(50)를 파
고들어간 상태로 양생되면, 근입 유도 헤드(20)의 내부나 외부로 시멘트 밀크(50)가 충진되어 한 몸체를 이루게
되므로 기초 말뚝(10)의 안정성을 확보할 수 있음은 물론이고 높은 지반지지력을 확보할 수가 있게 된다. 즉,
동종의 기초 말뚝에 비하여 지반지지력이 향상되기 때문에 설계시 기초 말뚝 시공 개수를 줄일 수가 있어 기초
자재비 및 시공비 절감, 공기 단축, 시공능력 향상, 품질의 안정성을 기대할 수 있다.
또한, 도 10과 같이 기초 말뚝(10)의 면적보다 외경이 커 외부로 노출된 상기 근입 유도 헤드(20)의 플레이트[0032]
(24)에 복수의 관통공(25)을 상하로 뚫어 근입에 의해 내부로 차오르는 시멘트 밀크(50)가 상기 관통공(25)을
통해 상부로 통과되도록 하여 부압을 최소화할 수도 있다.
또한 상기 근입 유도 헤드(20)의 본체(22) 둘레에는 복수개의 부압 저감홀(28)을 구성한다. 상기 부압 저감홀[0033]
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(28)은 본체(22)의 둘레에 근입시 본체(22)의 내부로 유입되는 시멘트 밀크(50)를 외부로 유출을 유도하여 부압
을 낮추는 기능을 수행한다.
또한, 도 6과 같이 상기 본체(22)의 하단부 둘레에 다수의 침투돌기(29)를 형성하여 근입시 상기 시멘트 밀크[0034]
(50)를 보다 용이하게 파고들 수 있도록 한다.
이상에서 살펴본 본 발명 근입 유도 헤드를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝의 시공 과정을 살펴보면 다음과[0035]
같다.
도 7의 (A)와 같이, 오거(30)를 회전시켜 설계지층의 지지기반까지 수직으로 굴착공(40)을 굴착한다. 이때, DRA[0036]
공법의 경우에는 내부오거와 케이싱오거를 동시에 회전시켜 굴착한다.
설계 심도까지 굴착이 완료되면 도 7의 (B)와 같이 오거(30)를 인발하면서 믹싱된 시멘트 밀크(50)를 주입한다.[0037]
이때 굴착공(40)의 공벽(42)이 붕괴되는 현상이 발생되지 않도록 주의한다. DRA 공법의 경우에는 내부 오거를
인발하면서 시멘트 밀크(50)를 주입한다.
오거(30)의 인발이 완료되면, 도 7의 (C)와 같이 본 발명 근입 유도 헤드(20)를 갖는 무소음 무진동 기초 말뚝[0038]
(10)을 굴착공(40)으로 근입시킨다.
근입되는 기초 말뚝(10)은 그 하단부에 부착된 근입 유도 헤드(20)의 본체(22) 하단부가 충입된 시멘트 밀크[0039]
(50)를 파고든다. 이때 근입 유도 헤드(20)의 선단부는 끝이 관 형상이고 도 4와 같이 침투돌기(29)가 형성된
구조에서는 시멘트 밀크(50)에 혼합된 호박돌과 같은 저항물이 있더라도 이를 내외측으로 밀어 이동시키면서 파
고들게 되는 등 침투효율이 향상된다. 아울러 상기 근입 유도 헤드(20)가 일정 깊이 침투 삽입된 후에는 본체
(22)의 외주면과 동시에 내주면에도 시멘트 밀크(50)가 밀착되어 있기 때문에 근입 직진성을 지속적으로 유지하
도록 해준다.
시멘트 밀크(50)의 표면이 상기 근입 유도 헤드(20)의 내측 공간에 가득 차면 도 7의 (C)와 도 8과 같이 상기[0040]
시멘트 밀크(50)의 일부는 기초 말뚝(10)의 중공부(14)로 유입되고 다른 일부는 기초 말뚝(10)과 굴착공(40)의
공벽(42) 사이의 공간으로 차올라 상승한다. 특히 근입 유도 헤드(20)의 본체(22) 상단에 부착된 원추형 보강살
(26a)은 그 경사면에 의해 차올라 상승하는 시멘트 밀크(50)의 부압을 감소시켜 기초 말뚝(10)의 중공부(14)로
안내한다. 또한 근입 유도 헤드(20)의 본체(22) 내부의 부압이 높아지게 되면 본체(22)의 둘레에 뚫린 다수의
부압 저감홀(28)을 통해 외부로 유출되어 부압을 줄여주기 때문에 본 발명 기초 말뚝은 자중에 의해서도 설계
근입 깊이까지 원활하게 근입된다. 근입이 완료되면 기초 말뚝(10) 굴착공(40) 사이의 공간부에 시멘트 밀크
(50)를 채워 마무리한다. 또한 시멘트 밀크(50)가 양생되면 본체(22) 내부와 외부의 시멘트 밀크(50)가 부압 저
감홀(28)을 통해 연결되어 일체를 이루므로 견고한 지지력을 확보할 수가 있다.
한편, DRA공법의 경우에는 기초 말뚝의 근입이 완료된 후 굴착공(40)으로부터 케이싱 오거를 인발하고, 기초 말[0041]
뚝(10) 굴착공(40) 사이의 공간부에 시멘트 밀크(50)를 채워 마무리한다.
도 12는 본 발명 근입 유도 헤드에 보조 가이드가 설치된 상태를 도시한 예시도로서, 도면에 도시된 바와 같이[0042]
부압 저감홀(28)에 보조 가이드(60)를 설치하여 근입 유도 헤드(20) 하강시 직진성을 보강한다.
상기 보조 가이드(60)는 부압 저감홀(28)보다 큰 면적으로 형성되며 하부에 슬롯(61)을 형성하여 부압 저감홀[0043]
(28)의 단부에 걸림될 수 있도록 하고, 상부에는 부압 저감홀(28)에 탄력 걸림되는 후크(62)를 설치하여 부착할
수 있도록 한다. 이러한 보조 가이드(60)는 설치시 굴착공(40) 표면 방향으로 만곡진 탄지대(63)를 길게 형성하
여 굴착공(40) 표면과 접하도록 한다. 또한, 보조 가이드(60)는 부압 저감홀(28)과 연통되는 구멍(64)을 관통
형성하여 부압 발생시 외부로 유출되도록 하여 원활한 근입이 이루어지도록 함과 아울러 양생후 본체(22)의 내
외부 시멘트 밀크(50)가 일체로 연결되도록 하여 견고한 지지력을 확보할 수가 있다.
따라서 굴착공(40) 표면으로 보조 가이드(60)의 탄지대(63)가 밀착되어 근입 유도 헤드(20) 하강시 굴착공(40)[0044]
의 중심에 항시 근입 유도 헤드(20)가 위치함으로써 직진성을 향상시키는 효과가 있다.
부호의 설명
10 : 기초 말뚝 12 : 슈우 14 : 중공부[0045]
20 : 근입 유도 헤드 22 : 본체 24 : 플레이트
26a, 26b : 보강살 28 : 부압 저감홀 29 : 침투돌기
등록특허 10-1148307
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30 : 오거 40 : 굴착공 42 : 공벽
50 : 시멘트 밀크 60 : 보조 가이드 63 : 탄지대
도면
도면1
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도면2
도면3
등록특허 10-1148307
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도면4
도면5
등록특허 10-1148307
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도면6
등록특허 10-1148307
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도면7
등록특허 10-1148307
- 10 -
도면8
등록특허 10-1148307
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도면9
등록특허 10-1148307
- 12 -
도면10
도면11
등록특허 10-1148307
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도면12
등록특허 10-1148307
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