KR100347981B1 - 자체천공식체결요소용박판형상천공부재 - Google Patents

Abstract

자체 천공식 체결요소 (1) 용 박판형상 천공부재 (4) 는 그 전방에 절삭날 (4, 5) 이 제공되고 그 측면에는 절삭날과 거의 평행한 홈 (7, 8) 이 위치한다. 후방 절삭날 (11, 12) 이 구비된 오목부 (9, 10) 는 양 전방 절삭날 (5, 6) 의 지역에 제공되어서, 일종의 계단식 드릴이 형성된다. 오목부 (9, 10) 는 홈 (7, 8) 의 축방향 연장부의 영역 내에 형성된다.

Description

자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재 {LAMINA-SHAPED BOREPIECE FOR SELF-BORING FASTENING ELEMENTS}

특히 얇은 철판과 같은 재료를 천공하는 경우에는, 구멍이 원형이 되지 않고 3 각형이 될 위험이 항상 있다. 이와 같은 현상은, 원통형의 천공부재의 경우에서도, 그리고 박판형상의 천공부재의 경우에서도 나타난다.

박판형상 천공부재를 갖춘 자체 천공식 나사는 독일특허 제 28 01 962 호에 공지되어 있다. 또한, 계단 드릴식으로 형성된 박판형상 천공부재도 이미 공지되어 있다 (미국특허 제 4,480,951 호). 작은 직경을 가지는 전방 절삭날에는, 이 절삭날에 대해 축방향으로 오프셋된 절삭날이 연결되어 있으며, 이것은 먼저 만들어진 구멍을 확대시킬 수 있다. 그러나, 이와 같은 박판형상 천공부재의 경우에는, 상대적으로 직경이 작은 곳에서 천공부재의 두께로 인해 이미 만들어진 구멍의 벽에 큰 마찰력이 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 상대적으로 작은 직경의 예비 구멍을 형성하면서도 정확하게 원형인 구멍을 제조할 수 있는 박판형상 천공부재를 제공하는 것이다.

본 발명은 상호 180°보다 작은 각을 형성하는 2 개의 전방 절삭날과, 천공 방향으로 볼 때 각각의 절삭날에 속하며 이들 절삭날에 대해 거의 평행한 홈 (groove) 을 가지는, 예를 들어 리벳, 나사, 페그 (peg) 등과 같은 체결요소를 위한 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재에 관한 것이다.

도 1 은 자체 천공식 블라인드 (blind) 리벳과 함께 이용할 때의 박판형상 천공부재를 도시하고,

도 2 는 얇은 피가공물에서의 천공부재의 천공의 시작 상태를 도시하며,

도 3 은 블라인드 리벳이 완전히 장착된 피가공물의 단면도이고,

도 4 는 천공부재의 정면도이며,

도 5 는 도 4 의 선 V-V 에 따른 단면도이고, 그리고

도 6 은 박판형상 천공부재의 사시도이다.

이러한 목적은 본 발명에 의해, 양측의 전방 절삭날의 영역에 후방 절삭날을 갖는 오목부 (indent) 가 각각 형성되고, 이들 오목부의 제 1 경계부는 상기 천공부재의 중심축선에 대해 평행하며, 후방 절삭날을 형성하는 에지를 갖춘 표면을 구비하는 제 2 경계부는 천공부재의 평면에 대해 예각을 이루고 있으며, 또한 상기 오목부가 상기 홈의 축방향 연장선상에 형성됨으로써 달성된다. 본 발명에 따른 이러한 특징적 구성에 의해, 두 개의 전방 절삭날에 연결되어 있는 천공부재의 영역 (전방 절삭날 자체는 제외) 이 박판형상 천공부재의 두께보다 더 얇게 되는데, 그 이유는 상기 영역이 대향하는 평면상에서 양 측면으로부터 서로 교차하는 홈 내에 직접 위치하기 때문이다.

본 발명에 의한 구성에 있어서, 후방 절삭날이 마찬가지로 홈의 영역에 형성되므로 그에 상응하는 절삭각이 보장될 수 있고, 또한 이 절삭각을 후방 절삭날의 각도의 변화에 의해 천공 반경에 따라 변경시킬 수 있다는 장점이 있다.

이러한 장점은, 예를 들어 후방 절삭날이 이루는 각도가 전방 절삭날이 이루는 각도보다 더 큰 경우에 얻어진다. 후방 절삭날은 전방 절삭날과 홈에 평행하게 뻗어 있지 않으므로, 이들 절삭날들은 전체 길이에 걸쳐 상이한 절삭각도를 갖는데, 예를 들어 말단부에서는 다시 전방 절삭날에 의해 정해지는 절삭각도로 복귀한다.

후방 절삭날이 이루는 각도는 160°와 180°사이의 범위에 있는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 따라서, 중앙의 예비 천공부재의 후방에 있는 천공부재가 일종의 밀링 커터로 작용할 수 있어, 얇은 피가공물을 천공하는 경우에도, 전방 절삭날에 의해 형성된 예비 천공부재가 피가공물을 관통하기 전에 더 큰 천공 영역이 이미 완전하게 사용된다. 또한, 더 큰 천공 부분이 완전하게 사용되기 전까지, 예비 천공부재는 적절하게 안내된다. 정확하게 원형인 구멍을 만들기 위해, 비교적 짧은 영역이 예비 천공부재로서의 역할을 하면 충분한 것으로 판명되었다. 따라서, 오목부의 축방향 최대 연장길이가 홈의 폭의 절반까지 이어지는 것이 제안된다.

또한, 상기 오목부의 축방향 최대 연장길이는 상기 천공부재에서 홈의 가장 깊은 위치까지 이어지는 것이 유리하다. 이에 의해, 상기 홈으로부터 볼 때 후방 절삭날의 어떠한 위치에도 네거티브 (negative) 절삭각도가 존재하지 않는 것이 보장된다. 물론 전방의 단부면은 후방 절삭날에 이어져 박판형상 천공부재의 평면에 대해 예각을 이루지만, 후방 절삭날에 이어진 홈의 영역이 최소한 상기 박판형상 천공부재의 평면 내에 위치하거나 또는 부가적으로 그에 상응하는 절삭각도를 형성하는 것이 유리하다. 이에 의해, 칩제거 및 절삭속도가 크게 개선된다.

이와 같은 구성에 있어, 절삭각도가 후방 절삭날의 길이에 걸쳐 꾸준히 변화되는 것이 특히 유리하다. 후방 절삭날의 중심축선 쪽의 단부 영역에서의 상대적으로 큰 각도로부터, 상기 후방 절삭날의 외측 자유단부 쪽으로 상대적으로 작은 각도로 서서히 변화된다. 직경이 클수록 절삭각도가 작아지므로, 재료의 가공성은 더 큰 직경으로 가공되어야 하는 재료의 영역에서 향상된다.

이와 관련하여, 전방 절삭날의 영역에도 존재하는 절삭각도를 최외측 영역이 갖는 것이 유리하다. 이는, 후방 절삭날의 방사상으로 돌출해 있는 자유단부가 전방 절삭날과 동일한 선상에 위치함으로써 이루어질 수 있다. 홈이 전방 절삭날에 대해 평행하게 연장되기 때문에, 후방 절삭날의 방사상으로 돌출해 있는 자유단부의 영역에서 동일한 각도가 얻어진다.

특별한 방법을 이용함으로써, 박판형상 천공부재를 사용하여 얇은 피가공물의 경우, 즉 2 개의 얇은 철판을 결합한 경우에도 정확한 원형의 구멍을 제조할 수 있게 되어, 후속의 체결공정에 긍정적으로 작용한다. 구멍이 정확하게 원형으로 제조되어 있으면, 리벳, 나사, 페그 등과 같은 요소가 상기 구멍에 용이하게 삽입될 수 있어, 이들을 매우 효과적으로 이용할 수 있다.

더욱이, 박판형상 천공부재의 이와 같은 구성은 이러한 계단형 구조에 의해 천공 능력이 크게 증가되기 때문에, 얇은 피가공물을 천공하는데 뿐만 아니라, 두꺼운 피가공물에서도 동일한 방식으로 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 특징과 특별한 장점은 하기의 상세한 설명에서 도면을 이용해 상술된다.

도 1 에는 블라인드 리벳 (1) 형태인 자체 천공식 체결요소가 도시되어 있고, 이 체결요소는 리벳 슬리브 (2), 풀링 맨드릴 (pulling mandrel; 3) 및 박판형상 천공부재 (4) 로 형성된다. 이 박판형상 천공부재 (4) 는 2 개의 전방 절삭날 (5, 6) 을 가지며, 이들 전방 절삭날 (5, 6) 은 천공 방향으로 볼 때 천공부재 (4) 의 선단부를 형성한다. 이들 전방 절삭날 (5, 6) 에 대해 거의 평행하게 상기 천공부재 (4) 의 표면 양측에 대칭적으로 동일한 형상의 홈 (7 및 8) 이 각각 제공된다. 상기 두 개의 전방 절삭날 (5, 6) 의 영역에는 각각 오목부 (9, 10) 가 제공되고, 이들 오목부 (9, 10) 는 후방 절삭날 (11, 12) 을 형성한다. 이들 오목부 (9, 10) 의 제 1 경계부 (13, 14) 는 천공부재 (4) 의 중심축선 (15) 에 대해 거의 평행하다. 후방 절삭날 (11, 12) 을 형성하는 에지를 갖춘 표면 (20) 을 구비하는 제 2 경계부는 천공부재의 평면에 대해 예각을 이루고 있다. 이 경우 중요한 구성적 특징은, 상기 오목부 (9, 10) 가 상기 홈 (7, 8) 의 축방향 연장선상에 형성된다는 것이다. 두 개의 후방 절삭날 (11 및 12) 이 이루는 각도는 160°와 180° 사이의 범위에 있는 것이 적합하므로, 두 개의 전방 절삭날 (5 및 6) 이 이루는 각도보다 훨씬 더 크다. 상기 두 개의 후방 절삭날 (11 및 12) 이이루는 각도는 180°보다 약간 작은 것이 유리하며, 이에 따라 천공 공정의 마지막에 천공되는 재료로부터 환형의 원판이 떨어져 나오는 것이 방지된다. 또한 이로 인해, 천공부재가 천공 공정의 마지막에 끼거나 맞물려 정지할 위험이 감소하여 천공 공정의 중단이 일어나지 않는다.

도면에서 알 수 있는 것처럼, 오목부 (9, 10) 의 축방향 최대 연장길이 (E) 는 홈 (7, 8) 의 폭 (B) 의 절반이 최대이다. 이 경우 주의할 점은, 상기 오목부 (9, 10) 의 축방향 최대 연장길이 (E) 가 천공부재 (4) 에서 홈 (7, 8) 의 가장 깊은 위치까지 이어진다는 것이다. 즉, 횡단면이 궁형인 홈 (7, 8) 에 있어서 전이부 (16) 까지 이어진다. 따라서, 도 6 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 후방 절삭날 (11, 12) 의 전체 길이에 걸쳐 상이한 절삭각도가 제공되는 이점이 있다. 즉, 상기 절삭각도는 후방 절삭날 (11, 12) 의 외측으로 갈수록 작아진다. 이는, 단순히 본 발명에 의한 상기 제공된 홈 (7, 8) 에 의해, 그리고 후방 절삭날 (11, 12) 을 갖는 오목부의 구성에 의해 이루어진다.

특별하게 설계하는 경우에는, 후방 절삭날 (11, 12) 의 방사상 돌출해 있는 자유단부 (17) 는 전방 절삭날 (5, 6) 과 동일한 선 (18) 상에 위치한다.

전방 절삭날 (5, 6) 과 후방 절삭날 (11, 12) 에 상기 천공부재 (4) 의 평면에 대해 예각으로 평면 (19, 20) 이 연결되며, 이 평면은 마찬가지로 상기 절삭각도에 영향을 미친다. 이 경우, 더 깊은 구멍을 만들고자 한다면, 구멍의 벽에서의 마찰을 방지하기 위하여 상기 박판형상 천공부재의 측면 (21, 22) 이 천공 방향과 반대로 예각으로 경사지는 것이 유리하다.

박판형상 천공부재는 별도의 피가공물로서 제조되어 힘에 의해 및/또는 형상 결합에 의해 체결요소에 결합될 수 있다. 천공부재와 체결요소 자체, 또는 이 체결요소의 부품들을 상이한 재료로 또는 상이한 재료의 조합으로 제조할 수도 있다. 또한, 실용적 방법으로 박판형상 천공부재를 펀칭법에 의해 제조할 수도 있다. 그러나, 원칙적으로는, 체결요소에 일체형으로 형성되며 박판형상으로 형성되는 천공부재를 본 발명에 따른 방법으로 형성하는 것도 가능하며, 이와 같은 변형예는, 체결요소가 경화 가능한 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 일부분이 경화가능한 재료로 이루어지는 경우에 고려할 수 있다.

본 명세서에서는, 본 발명에 따른 박판형상 천공부재를 자체 천공식 체결요소에 사용하는 것으로 설명하였다. 그러나, 이와 같은 박판형상 천공부재를 삽입 부재로서 또는 드릴 자체의 단부 부재로서 (이 드릴은 체결요소가 아님) 이용할 수도 있을 것이다.

Claims (6)

1. 상호 180°보다 작은 각을 형성하는 2 개의 전방 절삭날과, 천공 방향으로 볼 때 각각의 절삭날에 속하며 이들 절삭날에 대해 거의 평행한 홈을 가지는, 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재에 있어서,

   양측의 전방 절삭날 (5, 6) 의 영역에 후방 절삭날 (11, 12) 을 갖는 오목부 (9, 10) 가 각각 형성되고, 이들 오목부 (9, 10) 의 제 1 경계부 (13, 14) 는 상기 천공부재 (4) 의 중심축선 (15) 에 대해 평행하고, 후방 절삭날 (11, 12) 을 형성하는 에지를 갖춘 표면 (20) 을 구비하는 제 2 경계부는 상기 천공부재의 평면에 대해 예각을 이루고 있으며, 또한 오목부 (9, 10) 가 상기 홈 (7, 8) 의 축방향 연장선상에 형성되는 것을 특징으로 하는 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 두 개의 후방 절삭날 (11 및 12) 이 이루는 각도는 상기 두 개의 전방 절삭날 (5 및 6) 이 이루는 각도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 두 개의 후방 절삭날 (11 및 12) 이 이루는 각도는 160°와 180° 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부 (9, 10) 의 축방향 최대 연장길이 (E) 는 상기 홈 (7, 8) 의 폭 (B) 의 절반까지 이어지는 것을 특징으로 하는 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부 (9, 10) 의 축방향 최대 연장길이 (E) 는 상기 천공부재 (4) 에서 상기 홈 (7, 8) 의 가장 깊은 위치까지 이어지는 것을 특징으로 하는 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 후방 절삭날 (11, 12) 의 방사상으로 돌출해 있는 자유단부 (17) 는 전방 절삭날 (5, 6) 과 동일한 선 (18) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 자체 천공식 체결요소용 박판형상 천공부재.