KR100903002B1 - 체결부재용의 스터드볼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외압에 의하여 쉽게 분리되지 않게 하는 개선된 구성을 가지는 체에 관한 것으로서, 볼트헤드(106)의 전방으로 돌출되는 체결바디(107)와, 상기 체결바디(107)의 전방에 형성되는 볼트부(108)와 체결바디(107)의 다수개의 평행한 톱니형상체인 세레이션을 포함하여 체결플랜지(102)와 같은 고정부재에 형성되는 체결홀(103)에 압입되는 체결부재용의 스터드볼트(105)에 있어서; 상기 스터드볼트(105)의 체결바디(107)에 형성하는 세레이션(110)을 상기 체결홀(103)에 대한 진입 시에 나사를 형성하면서 진입고정되도록 스파이럴 형상의 일부로서 형성하는 것을 특징으로 한다.

스터드볼트,머플러

Description

체결부재용의 스터드볼트{STUD BOLT FOR FASTENING}

본 발명은 체결부재용의 스터드볼트에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 다양한 기계 또는 기계부품 간의 체결 개소에서 체결부재용으로 사용되기에 적합한 스터드볼트의 구성의 개선에 관한 것이다.

스터드볼트는 통상 다수의 부재를 연결하는 체결부재용으로 널리 사용되고 있고, 어느 하나의 부재에 압입이나 용접 등의 방법으로 고정되어 대향 부재와 연결하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다.

이러한 체결부재용의 스터드볼트의 사용의 예를 들면 자동차 머플러의 경우가 대표적인 예로서 들 수 있다.

머플러는 엔진에서 연료가 연소하고 발생한 배기가스를 대기중으로 방출하기 전에 온도와 압력을 저감시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제시킨 상태에서 외부로 배출할 수 있도록 하는 배기장치의 일종으로 사용되고, 상기와 같은 머플러에는 종류와 역할에 따라 배기관의 끝단에 연결되는 엔드머플러, 배기매니폴더와 연결되어 유해가스를 제거하는 배기가스정화장치의 후방에 연결되는 미들머플러로 구분된다.

상기와 같은 도 4 에 예시적으로 도시하는 머플러(100)에서와 같이,

후방으로 연속되는 배기관 또는 배기가스정화장치와, 엔진블럭에 결합할 수 있도록 연결용부재로서 머플러바디(101)에 연결된 관체 등의 단부에 측방으로 돌출된 연결체결플랜지(102)를 양단에 용접등의 방법으로 고정하여 가지고, 상기 연결체결플랜지(102)에는 연결되는 부재와의 체결수단으로서 압입고정되는 다수개의 스터드볼트(105)를 구비하는 것이 일반적인 구성이다.

이러한 종래 기술이 적용되는 체결용의 스터드볼트로서,

도 5에서와 같이, 스터드볼트(1)는 디스크 형태의 일체형의 볼트헤드(2)의 하방으로 체결바디(3)가 일체로 돌출되고, 체결바디(3)의 연속되는 하방으로는 체결되는 대향 측의 부품을 단속하기 위한 너트를 결합하기 위한 볼트부(4)를 일체로 형성하여 구성된다.

실질적으로 머플러에 구비되는 고정부재인 체결플랜지에 견고하게 압입되는 체결바디(3)의 외면에는 머플러의 체결플랜지에 가압에 의하여 억지결합된 상태를 유지할 수 있도록 등간격의 톱니형상의 세레이션(5)을 스터드볼트(1)의 축 방향과 평행하게 형성하여 가진다.

작업공정에서 상기의 머플러(100)의 머플러바디(101)에 연결된 관체 등의 단부에 측방으로 돌출된 연결체결플랜지(102)를 용접 등의 방법으로 고정하기 이전에 도 6의 좌측도에서와 같이,

연결체결플랜지(102)의 천공되며 스터드볼트(1)의 세레이션(5)의 직경보다 근소하게 작은 체결홀(103)에 스터드볼트(105)를 프레스(도시하지 아니함)로 압력(P1)을 가하여 압입하면 세레이션(5)이 체결홀(103)의 측벽을 기계적으로 절삭하 면서 압입하게 되고 압입된 이후에는 체결홀(103)의 물성의 회복으로서 강고하게 고정된 상태로서 유지됨으로써 스터드블트로서 사용이 가능하게 된다.

상기와 같은 자동차 머플러의 체결용으로 예를 든 종래 기술의 스터드볼트는,

체결플랜지와, 실질적으로 압입되는 스터드볼트의 체결바디에 형성되는 세레이션(Serration)이 체결플랜지의 체결홀을 압입하여 관통하면서 세레이션이 체결홀의 측벽을 파고들어(식입(食入)) 견고한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

그러나, 스터드볼트의 체결바디에 형성되는 세레이션이 압입 방향과 동일한 방향으로 다수 개의 단순 직선형태의 세레이션이 체결홀로 진입하면서 절삭형성하기 때문에 그 압입을 위한 프레스압력이 과도하게 요구되고, 진입초기에 진입각도가 수직으로 유지되지 않으면 스터드볼트가 부러지고 프레스기에 과도한 부하가 인가되는 문제나 억지끼움에 의한 체결홈에 절결이나 찢어짐,크랙의 유발 등의 문제가 있었다.

더욱 중요한 문제점으로서는 체결 초기에는 견고한 상태를 유지하게 되나 실차 장착된 상태 또는 장착 후 시간이 경과함에 따라 하기와 같은 문제점들이 발생하게 된다.

배기라인의 특성상 배기가스가 배출되면서 상당한 진동이 발생하게 되고 이러한 진동은 세레이션을 압입 방향에 대하여 1차적으로 요동을 발생시키고, 압입 방향에 대한 유격이 발생 시에는 압입 방향에 대한 직각방향으로도 유격이 발생하여 전체적으로 흔들림이 발생하여 결국에는 체결플랜지와 이탈되는 현상이 발생한 다.

또한, 배기가스가 고온상태이기 때문에 차량을 운행할 때에는 항상 고온에 노출된 상태에 있고, 운행하지 않을 경우에는 냉각된 상태에 있게 되는 것을 반복하게 되어, 팽창과 수축의 반복으로 세레이션과 체결플랜지가 일체화되지 못하고 어느 한 부분이 경화되어 이질됨으로서 견고한 결합상태를 유지하지 못하고 역시 스터드볼트가 체결플랜지로부터 쉽게 분리되는 현상이 발생하게 되는 것이다.

이와 같이 체결플랜지로부터 스터드볼트가 분리될 경우에는 머플러와 배기관, 배기가스정화장치 또는 배기매니폴드의 연결부위를 통하여 정화되지 못한 배기가스가 대기중으로 바로 유출됨으로서 환경을 오염시키는 원인이 된다.

그리고, 연결부위에 이격된 틈을 통하여 고압 고온의 배기가스가 배출되면서 상당한 소음을 유발시키는 것은 물론, 체결플랜지와 분리 또는 이격된 스터드볼트가 체결플랜지 또는 너트와 마찰을 일으키면서 이음을 발생시키므로 승차감을 저하시키는 등 여러 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

위에서는 자동차의 머플러의 예를 들어 설명하였지만 진동이 유발되거나 고하중이 인가되는 다양한 기계요소의 체결에 있어서도 역시 동일하게 발생되는 문제점이다.

이에 본 발명의 체결부재용의 스터드볼트는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

볼트헤드의 전방으로 돌출되는 체결바디와, 상기 체결바디의 전방에 형성되 는 볼트부를 포함하며, 고정부재의 형성하는 체결홀에 압입되는 체결부재용의 스터드볼트에 있어서;

상기 스터드볼트의 체결바디에 형성하는 세레이션을 스파이럴타입으로 형성하여 체결홀에 압입하는 과정에서 나사를 형성하면서 견고하게 결합되어 외압에 의하여 쉽게 분리되지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다양한 용도의 체결부재로서 사용되는 스터드볼트가 진동, 고온, 고압 등에 노출되더라도 견고한 결합(압입)상태를 유지하여 분리되는 현상이 없도록 구성을 개선한 것이다 .

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트를 도시한 전체 사시도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트의 A - A선을 따라서 취한 단면도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트의 다른 실시예를 도시한 사시도, 도 4는 본 발명의 체결부재용의 스터드블토의 적용을 설명하기 위하여 통상적인 자동차용 머플러를 예로서 설명하는 사시도, 도 5는 종래 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트를 도시한 사시도, 도 6은 종래 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트의 문제점과 본 발명에 따른 스터드볼트의 압입과정을 설명하기 위한 체결부 단면도, 7은 본 발명의 스터드볼트의 작용효과를 설 명하기 위한 체결부단면도로서 함께 설명한다.

다시 본 발명의 기술이 해결하고자 하는 종래 기술의 문제점을 상세히 설명하면 하기와 같다.

본 발명의 체결부재용의 스터드볼트는 다양한 용도와 적용개소에 사용될 수 있다. 예를 들어 자동차의 머플러체결용, 중장비의 부품간 체결용, 진동이나 고하중을 인가받는 산업기계의 부품의 체결용 등이 그것이고 본 발명에서는 예로서 자동차 머플러를 도시하여 설명하고 있다.

물론 이러한 예시로서 본 발명의 머플러에 적용되는 것으로서만 한정되는 것이 아님은 당연할 것이다.

실시예로서 만 도시되는 도 1에 일반적인 자동차용의 머플러(100)는 소음과 압력을 줄일 수 있도록 소음재를 내장한 머플러바디(101)가 구비되고, 상기 머플러바디(101)의 양측에는 배기관, 배기가스정화장치 또는 배기매니폴더와 같은 배기라인과 연결하기 위한 체결플랜지(102)를 머플러바디(101) 또는 도시하는 절곡된 형상의 연결관체에 가진다.

상기 체결플랜지(102)에는 배기라인에 구비되는 체결플랜지와 결합하여 너트로 체결할 수 있도록 체결홀(103)에 스터드볼트(105)를 압입하여 구성하고,

상기 스터드볼트(105)는 원반형태로 구비되는 볼트헤드(106)의 전방으로 체결바디(107)가 돌출되고, 상기 체결바디(107)의 전방으로는 체결되는 대향 측의 부품을 단속하기 위한 너트를 결합하기 위한 볼트부(108)를 일체로 형성하여 구성된다.

본 발명의 체결부재용의 스터드볼트에서는 상기 스터드볼트(105)를 개선하여 진동, 열과 같은 외압에 의하여 쉽게 분리되는 것을 방지하여 체결성을 높여 제품의 신뢰도 향상과 승차감을 높이도록 하는 것을 특징으로 한다.

이를 위한 본 발명의 기술이 적용되는 스터드볼트(105)는 체결플랜지에 형성되는 체결홀(103)과 압입 결합 되는 체결바디(107)에 형성하는 세레이션(110)을 스파이럴타입으로 형성하여 체결홀(103)에 압입과정에서 나사를 형성하면서 결합되어 진입이 용이하며 보다 견고한 상태를 유지할 수 있도록 한다.

상기 세레이션(110)을 스파이럴타입으로 형성하는 1실시예로서는 각각의 세레이션(110)을 직선으로 형성하는 타입과, 2실시예로서는 각각의 세레이션(110)을 결합방향으로 원호를 가지도록 형성하여 더욱 견고한 체결력을 확보할 수 있도록 하여도 된다.

상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트(105)의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

종래와 같이 가압수단을 이용하여 체결플랜지(102)에 형성되는 체결홀(103)에 스터드볼트(105)를 가압시켜 스터드볼트(105)를 구성하는 체결바디(107)에 형성된 세레이션(110)이 체결홀(103)을 파고들어 견고한 상태로 압입되도록 한다.

본 발명의 기술이 적용된 스터드볼트(105)는 체결바디(107)에 형성되는 세레이션(110)을 직선 또는 원호상의 스파이럴 타입으로 구성하고 있기 때문에 압입되는 과정에서 세레이션(110)이 체결홀(103)에 나사를 형성하듯이 회전하면서 압입되어 고정하게 된다.

이는 도 6 의 우측도에서와 같이, 프레스압력(P2)에 의하여 압입되면서 원호상의 스파이럴형의 세레이션(110) 또는 도 1과 같은 직선 경사선 형상의 세레이션(도시하지 아니함)에 의하여 진입하면서 나사산을 형성하는 과정과 같이 회전진입하게 된다.

이러한 나사산 형상의 체결구성에서는 스터드볼트(105)가 체결홀(103)과 결합 된 상태에서 진동과 고온 등의 외압이 전도되더라도 스터드볼트(105)는 유동 없는 상태를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.

이는 도 7 에서와 같이 스터드볼트(105)의 축방향 진동력(Pv)가 예를 들어 축방향에 대하여 각도(θ)만큼 경사져 있는 경우, 진동력(Pv)s는 분력(Pa,Pb)으로 분산되게 되어 진동력은 대폭 저하되고 나사산 형상으로 압입된 상태에서의 이탈은 더욱 어렵게 되기 때문이다.

상기의 스터드볼트(105)의 축방향에 대하여 스파이럴을 형성하는 세레이션의 각도(θ)는 적용되는 소재의 물성이나 두께, 가입 프레스압력 등에 따라 가변적으로 결정될 수 있지만, 자동차용 머플러의 통상적인 강소재의 경우에는 15 - 20 도 정도인 것이 바람직한 것으로 실험에 의하여 밝혀졌다.

이는 스파이럴타입으로 형성된 세레이션(110)이 체결홀(103)에 압입될 때 나사를 형성하듯이 결합되므로 스터드볼트(105)의 압입방향(축방향)은 물론, 압입방향에 대한 직각방향(축에 대한 직각 방향)에 대한 내성도 충분하게 가지게 되므로 진동과 고온이 반복되더라도 쉽게 압입된 상태를 벗어나지 않고 견고한 상태를 지속할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 스터드볼트(105)가 체결플랜지(102)와 견고한 결합상태를 유지하여 자동차가 주행 중 탈락하는 우려가 없어지므로 소음을 발생의 배제는 물론, 배기가스의 유출현상을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에서는 자동차의 머플러 고정용의 스터드볼트를 바람직한 실시예로서 설명하였지만 진동이 유발하는 곳에 사용되는 어떠한 형태의 스터드볼트에도 역시 동일하게 적용이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트를 도시한 전체 사시도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트의 A - A선을 따라서 취한 단면도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트의 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 체결부재용의 스터드볼트가 하나의 예로서 자동차용 머플러의 체결부재로서 사용되는 경우의 예를 도시한 사시도.

도 5는 종래 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트를 도시한 사시도.

도 6은 종래 기술이 적용된 체결부재용의 스터드볼트의 문제점과 본 발명에 따른 스터드볼트의 압입과정을 설명하기 위한 체결부 단면도.

도 7은 본 발명의 스터드볼트의 작용효과를 설명하기 위한 체결부단면도이다.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

100; 머플러

103; 체결홀

105; 스터드볼트

107; 체결바디

110; 세레이션

Claims (4)

1. 볼트헤드(106)의 전방으로 돌출되는 체결바디(107)와, 상기 체결바디(107)의 전방에 형성되는 볼트부(108)와 체결바디(107)의 다수개의 평행한 톱니형상체인 세레이션을 포함하며, 고정부재에 형성되는 체결홀(103)에 압입되는 체결부재용의 스터드볼트(105)에 있어서;

   상기 스터드볼트(105)의 체결바디(107)에 형성하는 세레이션(110)을 상기 체결홀(103)로의 진입 시에 나사를 형성하면서 진입하여 고정되도록 스파이럴 형상의 일부로서 형성하고,

   상기 스터드볼트(105)의 진입 축방향에 대하여 상기 세레이션의 스파이럴 각도(θ)는 15 - 20 도인 것을 특징으로 하는 체결부재용의 스터드볼트.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 세레이션(110)의 스파이럴 형상의 일부는, 상기 스터드볼트(105)의 축방향에 대하여 경사진 다수의 직선체의 일부인 것을 특징으로 하는 체결부재용의 스터드볼트.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 세레이션(110)의 스파이럴 형상의 일부는, 상기 스터드볼트(105)의 축방향에 대하여 경사진 다수의 원호체의 일부인 것을 특징으로 하는 체결부재용의 스터드볼트.
4. 삭제

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