KR100897608B1

KR100897608B1 - 셀프 태핑 나사

Info

Publication number: KR100897608B1
Application number: KR1020017010269A
Authority: KR
Inventors: 비르켈바흐랄프
Original assignee: 에요트 페르빈둥스테크닉크 게엠베하 운트 콤파니 카게
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2009-05-14
Also published as: MY142632A; JP2003517546A; PL198202B1; EP1153222B1; CN1340135A; MXPA01008014A; TR200400789T4; CN1276193C; DE50005992D1; TWI226411B; US20020136616A1; BR0008167A; ATE263932T1; ES2215086T3; DE19960287C1; JP3956701B2; AU775724B2; EP1153222A1; WO2001044672A1; KR20010102110A

Abstract

본 발명은 로드 플랭크(8)와 리어 플랭크(9)에 의해 형성된 나사산의 각 이등분선(15)이 나사 축(6)에 대한 수직선(5)과의 관계에서 경사진 위치를 가지는 전조된 나사산(4)을 포함하는 셀프 태핑 나사에 관한 것으로, 상기 경사 위치는 나사 머리(1)에서 먼 쪽으로 경사진다. 상기 로드 플랭크(8)는 나사산 루트(11)에 대하여 직선으로 연장하고, 리어 플랭크(9)는, 처음에는 나사산 팁(10)으로부터 직선으로 연장하고, 나사산 높이 1/3 부근에서 킹크(12)를 경유하면서 수직선(5)에 대해 측정된 리어 플랭크(9)의 각(δ)보다 크고 30°내지 50°사이인 큰 각(α)을 이루며 직선 경사 부분(13)으로 이행하고, 나사산 외측 직경(D)에 대한 나사산 코어 직경(K)의 비율은 0.7보다 크고 나사산 외측 직경(D)에 대한 나사산 피치(P)의 비율은 0.25보다 작다.

Description

셀프 태핑 나사{SELF-TAPPING SCREW}

본 발명은 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사(self-tapping screw with rolled thread turn)로서, 로드 플랭크(load flank)와 리어 플랭크(rear flank)에 의해 형성된 나사산의 각 이등분선(angle bisector)이 나사 축에 대한 수직선에 대해 일정한 각도로 나사 머리로부터 먼 쪽으로 경사를 이루는 셀프 태핑 나사에 관한 것이다.

이러한 종류의 나사는 유럽 특허 출원 제 501 519호에 의해 공지되어 있다. 상기 공지된 나사의 특징은 그의 나사산의 로드 플랭크(나사 머리를 향하는 나사산 플랭크)와 리어 플랭크(로드 플랭크에 반대쪽의 플랭크) 모두가 곡선 부분을 경유하여 나사산의 루트(root)에 이른다는 것이다. 상기 유럽 특허 출원에서 인용된 독일 특허 공보 제 DE-A 32 35 352호와 대비하여, 상기 출원의 도입부에는 이러한 곡선 형상이 장점으로 기재되어 있다. 독일 공개 특허 공보 DE-A 32 35 352호의 주제의 경우, 플랭크 프로파일과 나사산의 코어(core) 영역 사이의 천이부가 불연속인 형태로 되어 있고, 상기 천이부는 소위 킹크(kink)로 이루어져 있다. 이와 대조적으로, 상기 유럽 특허 출원에서 또한 인용된 독일 공개 특허 공보 DE-A 32 07 975호에는 나사산의 플랭크 각이 플랭크 팁(tip)으로부터 나사산 루트까지 연속적으로 증가하는 셀프 태핑 나사를 개시하며, 그 목적은 해당 나사가 체결되는 플라스틱에 손상없이 변형을 주기 위한 것이다. 또한, 상기 유럽 특허 출원은, 독일 공개 특허 공보 제 DE-A 32 07 975호의 나사와 관련하여, 그 곳에 기재된 플라스틱에 체결되는 나사의 경우에, 나사산이 비대칭이 아니라는 점, 즉, 나사산의 로드 플랭크와 리어 플랭크 사이의 각 이등분선이 나사 축에 수직이라는 점을 지적하고 있다.

파티클 보드(particle board)에 바람직하게 사용하기 위해 만들어진 셀프 태핑 나사가 유럽 특허 출원 제 713 017호에 또한 공지되어 있고, 여기에서는 나사산의 단면이 로드 플랭크의 영역에 킹크(kink)를 구비하여서, 로드 플랭크는 나사산 팁의 방향으로부터 킹크 이후에 나사 축의 수직선에 대하여 더 큰 각으로 진행한다. 또한, 상기 나사의 경우에서, 로드 플랭크와 리어 플랭크 사이의 각 이등분선은 나사산 팁과 킹크 사이의 영역에서 나사 머리를 향하여 경사진다. 결과적으로, 상기 나사의 나사산은 체결되거나 또는 하중을 받을 때 수직에 가까운 베어링면(bearing surface)을 형성하여, 해당 구성 요소의 재료가 나사산을 가압함에 따라 나사산은 상기 재료에 대하여 상당히 높은 하중을 지탱한다. 결과적으로, 개개의 나사산은 나사 축에 대해 실질적으로 평행하게 작용하는 힘에 의해 굽힘 응력을 받게 되어, 상기 나사의 하중 능력을 상당히 감소시킨다.

유럽 특허 출원 제 133773호 및 독일 공개 특허 공보 DE-A 36 15 271호에 개시된 셀프 태핑 나사는, 이러한 공지된 나사에 있어서, 하중이 가해질 때 나사산에 작용하는 힘이 나사산 팁과 로드 플랭크의 킹크 사이의 영역에서 실질적으로 나사 축과 평행하기 때문에 유사한 형상을 가지는 것으로 볼 수 있다. 이것은 독일 공개 특허 공보 제 DE-A 36 15 271호에 개시된 나사의 경우에서 특히 두드러져서, 로드 플랭크는 나사산 팁과 킹크 사이의 영역에서 나사 축에 수직으로 연장한다. 따라서 상기 두 개의 공지된 나사는 체결될 경우에 이에 따라 나사산에 가해지는 높은 굽힘 하중에 특히 민감하다.

본 발명이 기초로 하는 목적은 나사산 전조에 의한 제조를 개선하고 또한 그 내하중(耐荷重) 능력 및 지지 강도를 증가시키는 방식으로 앞에서 기술된 나사를 형성하고자 하는 것이다. 동시에, 나사의 기하학적 형상은 각 금속 재료에서 최적의 나사 체결 능력을 보장하도록 하는 방식으로 선택되어진다.

본 발명에서 상기 목적은, 로드 플랭크가 나사산 루트까지 직선으로 연장하고, 리어 플랭크는, 처음에는 나사산 팁으로부터 직선으로 연장하고(제1 직선 부분), 나사산 높이의 1/3 부근에서 킹크를 경유하면서 수직선에 대하여 측정된 리어 플랭크의 각보다 더 크며 30°내지 50°사이인 각도를 이루며 경사진 직선 부분(제2 직선 부분)으로 전이되고, 나사산의 외부 직경에 대한 나사산의 코어 직경의 비율은 0.7보다 크고 나사산 외부 직경에 대한 나사산 피치의 비율은 0.25보다 작다는 사실에 의해 달성된다.

로드 플랭크 영역과 리어 플랭크내 킹크의 영역에서 나사산 팁으로부터 나사산 루트까지의 실질적인 직선 프로파일에 의해, 그루브(groove) 각각의 단면이 상응한 직선 프로파일을 구비하는 전조 다이로 나사가 전조될 수 있고, 전조 다이를 제작할 때에 상기 영역이 만곡한 전조 다이보다 상당한 이점을 가진다. 게다가, 나사산 외부 직경에 대한 나사산 코어 직경의 비율이 0.7 보다 큰 경우의 치수로 인하여, 나사산 턴(thread turn)이 짧아지고, 상기 나사가 조여지고 체결 부재에 의한 하중을 받을 때 단지 상대적으로 작은 방사상 높이에 대하여만 굽힘 하중을 받게 되며, 또한 상기 하중은, 각이 진 부분이 나사산 턴에 대한 굽힘 작용에 대항하여 확고한 지지를 요구하는 영역 위로 연장하는 사실에 의해 효율적인 방식으로 수용된다. 동시에, 킹크가 단지 나사산 턴 높이의 1/3 부근에서 시작한다는 사실은 나사산 턴의 외측에 체결 부재로부터 제거된 재료를 유출시킬 수 있는 충분한 공간이 있고 이에 따라 상기 유출 공정은 손상되지 않는다는 것을 의미한다.

나사산 턴의 로드 플랭크의 연속적인 직선 경사 프로파일로 인하여, 로드 플랭크가 경사져 있기 때문에, 나사가 체결될 때 상기 플랭크상에 작용하는 힘은 상응하는 비스듬한 각도로 나사에 그리고 이에 따라 나사의 코어에 도입되고, 코어는 비교적 큰 직경으로 인하여 큰 힘을 흡수할 수 있다. 역으로, 체결 부재의 재료에서의 압력은 마찬가지로 비스듬한 각도를 가지며, 즉 나사가 체결되어 들어가는 부위를 둘러싸는 재료로 향하며, 이 때에 상기 압력은 용이하게 흡수된다. 이와 동시에, 로드 플랭크의 직선 경사에 의해 나사산 로드 플랭크의 전체 높이에 걸쳐 균일한 압력 분포가 가능해지고, 이에 따라 나사를 체결하는 동안 재료의 손상없이 최대 마찰 및 최대 접촉면적을 항상 허용하게 된다. 나사산 외측 직경에 대한 나사산 피치의 비율을 0.25 보다 작게 선택함으로써, 해당 나사산은 밀집한 나사산 턴을 가지게 되어, 주어진 길이에 대해 비교적 많은 수의 나사산 턴이 체결 부재 내에 고정되는 결과가 된다. 이에 따라서 결과적으로 파단에 견디는 힘 및 지지력이 높아진다.

(로드 플랭크와 리어 플랭크 사이의) 각 이등분선과 나사 축에 대한 수직선 사이의 각은 5°내지 15°사이로 되는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다. 이에 따른 나사산 턴의 경사는, 작은 플랭크 각(로드 플랭크와 리어 플랭크 사이에서 측정됨)의 경우에도 로드 플랭크의 적당한 경사를 제공하여, 로드 플랭크에 작용하는 힘이 유리하게 나사의 코어로 도입된다. 로드 플랭크의 경사 및 직선 프로파일은 체결되어 들어간 나사와 체결 부재 사이의 마찰의 원인이 되며, 나사가 체결 부재 내에서 나사산을 마멸시키는 과도한 회전 토크가 너무 쉽게 도달되지 않는 것을 보장하기 위해 이러한 마찰은 충분히 커야 한다.

특히 본 발명에 따른 나사는 강재(鋼材)에 나사 체결하기에 특히 적당하고, 이를 위하여 나사 자체는 당연히 마찬가지로 강재로 이루어진다. 이 경우, 로드 플랭크와 리어 플랭크 사이의 플랭크 각이 38°내지 48°범위이면, 재료의 배출된 부피와 응력 지지 능력 사이의 최적의 관계를 제공하기 때문에 이점이 있는 것으로 나타났다. 만약 본 발명에 따른 강재 나사가 경량 합금에 체결된다면, 이 때에는 로드 플랭크와 리어 플랭크 사이의 플랭크 각이 32°내지 42°인 것이 유리하다.

또한, 알루미늄, 특히 단단한 알루미늄 합금으로 나사를 만드는 것이 가능하고, 이 때에는 경량 합금에 나사 체결하기에 적당하다. 이 경우, 로드 플랭크와 리어 플랭크사이의 플랭크 각의 선택은 58°내지 68°사이가 유리하다.

특히 각 이등분선의 경사는 로드 플랭크와 리어 플랭크 사이의 플랭크 각의 약 1/6로 선택되어질 때에 특히 바람직하다.

본 발명의 전형적인 실시예들이 첨부된 도면을 통해 설명된다.

도 1은 나사 머리 및 셀프 태핑 나사산을 가진 나사를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1에서 나사산 일부를 관통하는 단면의 확대된 단면을 나타내는 도면이다.

도 3은 45°의 플랭크 각을 가진 도 2에서와 유사한 나사산을 관통하는 단면을 나타내는 도면이다.

도 4는 33°의 플랭크 각을 가지는 나사산을 관통하는 유사한 각도에서의 단면을 나타내는 도면이다.

도 5는 60°의 플랭크 각을 가지는 나사산을 관통하는 단면을 나타내는 도면이다.

도 1은 나사산(3)이 전조된 코어(2)와 나사 머리(1)를 갖춘 셀프 태핑 나사를 나타낸다. 해당 나사산은 개개의 나사산 턴(thread turn)(4)을 구비한 외줄(single start)를 가지며, 개개의 나사산 턴(4)은 나사 축(6)에 대한 수직선(5)에 일정한 각도로 나사 머리(1)에서 먼 쪽으로 경사져 있다. 나사 구동 수단(7)은 나사 머리(1) 내부로 타출되어 있고 공지된 형상이다.

도 2에는, 도 1의 나사산(3)이 확대된 단면으로 도시된다. 상기 개개의 나사산 턴(4)은 나사 머리(1) 쪽을 향하는 로드 플랭크(8)와 그 반대편의 리어 플랭크(9)를 구비한다. 로드 플랭크(8)는 나사산 팁(10)으로부터 나사산 루트(11)까지 직선으로 연장한다. 로드 플랭크(8) 반대편의 리어 플랭크(9)는 킹크(12)를 지나면서 경사 부분(13)으로 이행한다. 수직선(5)과의 관계에서 플랭크 각 γ의 로드 플랭크(8)와 플랭크 각 δ의 리어 플랭크(9)는 플랭크 각 β를 형성하고, 도 2의 경우 플랭크 각 β는 39°이다. 나사산 턴(4)의 경사를 실질적으로 결정하는 플랭크 각 β의 각 이등분선(15)은 수직선(5)에 대하여 각 ε를 이룬다. 나사 축(6)에 대한 수직선(5)과의 관계에서, 경사 부분(13)은 수직선(5)과 리어 플랭크(9) 사이에서 측정된 리어 플랭크 각 δ보다 더 큰 각 α로 연장한다.

또한, 도 2에는 피치(P)[두 개의 인접한 나사산 턴(4)사이의 거리], 나사산의 외측 직경(D) 및 나사산의 코어 직경(K)이 도시된다. 도 2에 도시된 나사산의 경우, 나사산 외측 직경(D)에 대한 나사산 코어 직경(K)의 비율은 0.8인 반면, 나사산의 외측 직경(D)에 대한 나사산 피치(P)의 비율은 0.17이다. 이 경우에, 플랭크 각 β는 39°이다.

도 3 내지 도 5는 도 2에 있는 나사산의 변경례를 나타낸다. 도 3에 나타낸 나사산의 경우 플랭크 각 β는 45°이고, 도 4에 나타낸 나사산의 경우 플랭크 각 β는 33°이며, 도 5에 나타낸 나사산의 경우 플랭크 각 β는 60°이다.

도 2 내지 도 4에서 나타낸 나사산의 형상에 관하여, 나사산 루트(11)가 각 경우에서 원통형임을 또한 주목해야 한다.

또한, 도 2 내지 5의 확대된 단면도에 도시된 나사산의 예시적인 실시예들이 앞에서 상세히 설명된 특별한 용도를 위해 사용될 수 있는 바람직한 플랭크 각 β의 범위를 나타낸다는 것을 주목해야 한다. 도 2 내지 도 5에서 나타낸 나사산의 경우, 리어 플랭크(9)의 영역에 있는 킹크(12)는 나사산 턴(4) 높이의 1/3 지점에 위치하고, 이 높이는 나사산 루트(11)로부터 나사산 팁(10)의 방향으로 측정된다. 도 2 내지 도 5에서 나타낸 나사산의 경우, 킹크(12)에서 시작한 경사 부분(13)은 45°인 각 α(도 2를 참조)로 연장한다.

Claims

로드 플랭크(load flank)(8)와 리어 플랭크(rear flank)(9)에 의해 형성된 나사산 턴(thread turn)(4)의 각 이등분선(angle bisector)(15)이 나사 축(6)에 대한 수직선(5)에 일정한 각도로 경사지고, 상기 양 플랭크 중의 일방은 킹크(12)를 경유해서 나사산 루트(11)에 이르는 경사선부로 이행하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사에 있어서,

상기 나사산 루트(11)는 원통형이고, 각 이등분선(15)은 나사 머리(1)에서 먼 쪽으로 경사지며,

로드 플랭크(8)는 나사 코어의 직경을 한정하는 나사산 루트(11)까지 직선으로 연장되고,

리어 플랭크(9)는, 처음에는 나사산 팁(10)으로부터 제1 직선 부분으로서 연장되다가 나사산 높이의 1/3 부근에서 킹크(kink)(12)를 거쳐서 수직선(5)에 대해 측정된 리어 플랭크(9)의 각(δ)보다 더 크고 30°내지 50°사이인 각(α)을 이루며 상기 원통형의 나사산 루트(11)까지 제2 직선 부분(13)으로 이행되고,

나사산 외측 직경(D)에 대한 나사산 코어 직경(K)의 비율은 0.7보다 크고 나사산 외측 직경(D)에 대한 나사산 피치(P)의 비율은 0.25보다 작은 것을 특징으로 하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사.
제1항에 있어서,

상기 각 이등분선(15)의 경사(ε)는 5°내지 15°의 범위인 것을 특징으로 하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사.
제2항에 있어서,

상기 각 이등분선(15)의 경사(ε)는 로드 플랭크(8)와 리어 플랭크(9) 사이의 각도인 플랭크 각(β)의 1/6인 것을 특징으로 하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

강재(鋼材)에 나사 체결하기 위한 강재 나사이고, 로드 플랭크(8)와 리어 플랭크(9) 사이에서 측정된 플랭크 각(β)이 38°내지 48°인 것을 특징으로 하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

경량 합금에 나사 체결하기 위한 강재 나사이고, 로드 플랭크(8)와 리어 플랭크(9) 사이에서 측정된 플랭크 각(β)이 32°내지 42°인 것을 특징으로 하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

경량 합금에 나사 체결하기 위한 알루미늄으로 제조된 나사이고, 로드 플랭크(8)와 리어 플랭크(9) 사이에서 측정된 플랭크 각(β)이 58°내지 68°인 것을 특징으로 하는 나사산이 전조된 셀프 태핑 나사.