KR100915866B1 - 유압식 너트 - Google Patents

Abstract

유압식 너트를 제공한다. 상기 유압식 너트는 볼트 체결을 위한 중공부를 형성한 내측 몸체(Inner body); 상기 내측 몸체 하단에 위아래로 슬라이딩 가능하게 결합되는 외측 몸체(Outer body); 상기 내측 몸체와 외측 몸체 접속부 틈새에 개입되는 환형의 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal); 상기 내측 몸체의 외벽면과 외측 몸체의 내벽면 및 상기 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal)에 의해 정의되는 환형 실린더(Cylinder); 상기 내측 몸체에 형성되며, 내측 몸체 외부로부터 실린더에 이르는 유체도입경로를 형성하는 유로; 및 상기 내측 몸체에 외부에 체결되어 상기 외측 몸체의 진출상태를 유지시키는 락 너트(Lock nut);를 포함하며, 상기 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal)은, 금속을 소재로 하면서 유체와 접촉하는 실링면을 갖고, 상기 실링면은 중앙 요홈부를 기준으로 상호 대면하며 외향 경사진 경사면을 형성한 립부를 갖고, 상기 실링면에 직교하는 양 측벽면에는 상기 중앙 요홈부와 립부의 경사면이 만나는 모서리와 대응하는 높이에 아치형 노치가 형성된 것을 구성의 요지로 한다.

유압 너트, 실린더, 실(seal)

Description

유압식 너트{Hydraulic nut assembly}

본 발명은 유압식 너트에 관한 것으로, 상세하게는 유압을 이용하여 보다 큰 체결력을 발생시키는 유압식 너트에 관한 것이다.

체결이 요구되는 각종 설비의 경우 대부분 볼트/너트를 이용한 체결방식을 채택하고 있다. 일반적으로 알려진 볼트/너트 체결은 스패너와 같은 전용공구를 이용한 수작업을 통해 이루어져, 체결에 상당한 시간과 인력이 요구되며 작업 시 상당한 위험요소를 내포하고 있다.

따라서 체결시간을 단축시킬 수 있고, 작업의 안전성 또한 확보할 수 있으면서 체결력 또한 종래 수작업에 의존하던 것에 비해 현저히 증대시킬 수 있으며, 용이하게 그 체결력을 해제시킬 수 있는 유압식 너트가 제안된 바 있다. 유압식 너트는 일반적으로 큰 체결력이 요구되면서 그 체결력을 장시간 유지시킬 필요가 있는 대형장비나 정밀한 체결이 요구되는 체결부위에 일반적으로 채택된다.

대한민국 공개특허 제2001-98106호에는 실린더를 형성한 너트 몸체에 피스톤 이 이동가능하게 삽입된 구성의 유압식 너트를 개시하고 있다. 상기 대한민국 공개특허 제2001-98106호에 개시된 유압식 너트는 실린더에 공급되는 유체에 의해 발생된 유압으로 피스톤이 체결 대상물 방향으로 진출하면, 상대적으로 너트 몸체가 볼트를 당기는 방향으로 움직여서 볼트에 축방향 인장력을 발생시키고, 결국 볼트에 작용하는 인장력에 의해 볼트/너트 간 체결력이 증대될 수 있도록 한 것이다.

상기 대한민국 공개특허 제2001-98106호를 비롯해 일반적으로 공지된 유압식 너트의 경우, 내측 몸체(너트 바디)에 대한 외측 몸체('피스톤'이라고도 함)의 상대운동을 가능하게 하면서 상기 내측 몸체와 외측 몸체에 의해 규정되는 밀폐된 실린더 형성을 위하여, 상기 내측 몸체와 외측 몸체가 상호 접촉하는 틈새에 실(seal)을 설치하고 있다.

상기 실은 실린더 공간으로 제공된 유체의 외부 누출을 방지하여 유압너트의 작동손실을 방지하기 위해 채택된다. 종래 유압너트에 적용되는 실(seal)은 일반적으로 니트릴(nitrile)과 같은 천연고무 또는 폴리 우레탄(polyurethane)을 소재로 하고 있다. 그런 관계로, 극고온 온도에 노출되는 장비 예컨대, 터빈 발전기를 구성하는 하우징을 연결함에 있어서는 적용이 불가능 하다는 단점이 있다. 고무의 경우 고온환경에서 실링기능을 상실하기 때문이다.

상기한 고무소재의 실을 채택한 유압식 너트의 사용상의 제한을 극복하기 위하여 내열성이 우수한 메탈 실(metal seal)을 채택한 유압식 너트가 제안된 바 있다. 하지만 메탈 실의 경우 고무소재에 비해 탄성이 부족한 관계로, 고무를 소재로 한 실에 비해 실링효과가 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 실린더 내부에 혀용압 이 상의 고압이 걸려 실린더를 형성하는 벽면이 반경방향으로 확장할 경우, 실린더 벽면과 상기 실 사이에 갭(gap)이 발생하여 이를 통해 유체가 누출되어 신뢰성에 영향을 준다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 터빈 설비와 같은 고온환경에도 무리없이 적용이 가능하며, 내측 몸체와 외측 몸체에 의해 규정되는 실린더에 허용압 이상의 내압이 걸리더라도 유체가 누출될 우려가 없는 유압식 너트를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결 하기 위한 수단으로서 본 발명은, 볼트 체결을 위한 중공부를 형성한 내측 몸체(Inner body); 상기 내측 몸체 하단에 위아래로 슬라이딩 가능하게 결합되는 외측 몸체(Outer body); 상기 내측 몸체와 외측 몸체 접속부 틈새에 개입되는 환형의 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal); 상기 내측 몸체의 외벽면과 외측 몸체의 내벽면 및 상기 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal)에 의해 정의되는 환형 실린더(Cylinder); 상기 내측 몸체에 형성되며, 내측 몸체 외부로부터 실린더에 이르는 유체도입경로를 형성하는 유로; 및 상기 내측 몸체에 외부에 체결되어 상기 외측 몸체의 진출상태를 유지시키는 락 너트(Lock nut);를 포함하며, 상기 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal)은, 금속을 소재로 하면서 유체와 접촉하는 실링면을 갖고, 상기 실링면은 중앙 요홈부를 기준으로 상호 대면하며 외향 경사진 경사면을 형성한 립부를 갖고, 상기 실링면에 직교하는 양 측벽면에는 상기 중앙 요홈부와 립부의 경사면이 만나는 모서리와 대응하는 높이에 아치형 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 유압식 너트를 제공한다.

상기 락 너트는, 육각 형상을 갖는 너트이며, 각을 형성하는 측면과 이웃하는 다른 측면이 만나는 여섯개의 모서리 부분에 너트의 반경방향으로 함몰된 치구 장착홈을 가져, 일반 스패너 외에도 훅 스패터와 같은 공구를 이용하여 체결력을 조절할 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal)의 중앙 요홈부 바닥면은 반구형의 라운딩된 형상으로 구성함으로써, 압력이 중앙 요홈부 전반에 걸쳐 고르게 분포될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 립부의 선단 외측 모서리가 라운딩된 형상을 가지도록 함으로써, 상기 립부 확장 변위 시 상기 실린더를 형성하는 벽면과의 마찰 및 그에 따른 스크레치가 방지될 수 있도록 함이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유압식 너트는, 상기 외측 몸체 하단에 설치되는 와셔;를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 유압식 너트에 의하면, 실린더 공간 밀폐를 위해 개입되는 실로서 금속을 소재로 한 메탈 실이 적용된다. 따라서 터빈설비와 같은 고온환경에도 무리없이 적용이 가능하며, 결과적으로 적용환경에 구애됨이 없이 보다 범용적으로 사용가능하다는 장점이 있다.

또한, 내측 몸체와 외측 몸체에 의해 규정되는 실린더에 허용압 이상의 내압이 걸려 실린더를 형성하는 벽면이 반경방향으로 확장되어 그 사이에 갭(gap)이 발생하더라도, 실을 구성하는 립부 역시 유압에 의해 확장 변위되면서 상기 벽면에 더욱 강하게 밀착되는 구성을 가진다. 따라서 실린더 내부에 허용압 이상의 압력이 분포하더라도 상기 실에 의한 실린더 밀폐효과가 뛰어나 유체가 누출될 우려가 없으며, 결국 보다 큰 유압에도 견딜 수 있는 내구성을 확보함에 따라 보다 큰 체결력을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 유압식 너트의 분해상태를 나타낸 분해 단면도이며, 도 2는 도 1에 따른 유압식 너트의 결합단면을 나타낸 도면이다. 그리고 도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 락 너트의 평면도이며, 도 4는 도 2에 따른 유압식 너트의 실링부를 확대 도시한 도면이고, 도 5는 실린더 내에 압력이 형성된 경우에 있어 실링부의 작동상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유압식 너트는 몸체를 구성하는 내측 몸체(inner body; 1) 및 외측 몸체(outer body; 2)와, 내측 몸체(1) 외부에 체결되는 락 너트(lock nut; 3)로 구성된다. 상기 외측 몸체(2)는 내측 몸체(1) 하단에 위아래로 슬라이딩 가능하게 결합되며, 내측 몸체(1)와 외측 몸체(2)가 상호 접속하는 두군데의 접속부 틈새에는 환형의 내측 밀봉재(inner seal; 4a)과 외측 밀봉재(outer seal; 4b)이 개입된다.

상기 내측 몸체(1)의 중앙부에는 볼트가 삽입될 수 있는 중공부(10)가 형성되어 있고, 중공부(10)를 형성한 내측 몸체 내경에는 볼트와의 체결을 위한 나사산이 형성되어 있다. 상기 중공부(10)는 삽입되는 나사의 규격에 따라 달라질 수 있으며, 다양한 직경의 볼트가 삽입될 수 있도록 나사산이 형성되지 않을 수도 있다. 나사산이 형성되지 아니한 경우에는 볼트 규격에 맞는 규격을 가진 너트를 내측 몸체 상단에 추가로 체결시킴으로서 체결력을 확보할 수 있다.

상기 내측 몸체(1)의 외벽면과 외측 몸체(2)의 내벽면 및 상기 실(4a)(4b)들에 의하여, 유체가 충전될 수 있는 공간인 환형의 밀페된 공간 즉, 실린더(5)가 상기 내측 몸체(1) 단부와 외측 몸체(2) 단부가 중첩되는 구간에 형성된다. 상기 실린더(5) 내부로의 유체 공급은 내측 몸체(1) 벽면을 따라 상하로 형성된 유로(12)를 통해 이루어지며, 유로(12)를 통해 상기 실린더(5)에 유체가 공급되어 압력이 높아지면, 상기 실린더(5)는 팽창하고 상기 내측 몸체(1)와 외측 몸체(2)는 실린더의 수직 팽창거리에 대응하는 거리만큼 허용된 범위내에서 수직으로 상호 이격된다.

상기 락 너트(3)는 도 3에서와 같이 육각 형상을 갖는 너트이며, 각을 형성하는 측면과 이웃하는 다른 측면이 만나는 여섯개의 모서리 부분에는 너트의 반경방향으로 치구 장착홈(30)이 함몰 형성된 구성으로 이루어진다. 상기 치구 장착홈(30)은 일반 스패너 외에도 상기 치구 장착홈에 끼워지는 훅을 가진 훅 스패너 (파선 참조)와 같은 공구를 통해서도 락 너트의 체결력을 조절할 수 있도록 한 것이다.

상기 내측 밀봉재(4a)과 외측 밀봉재(4b)은 금속을 소재로 하면서 도 4에서와 같이 유체와 접촉하는 실링면(40)을 갖는다. 상기 실링면(40)은 유체가 유입되는 중앙 요홈부(42)와 이 중앙 요홈부(42)를 기준으로 상호 대면하며 상측으로 외향 경사진 경사면(44a)을 형성한 립부(44)를 가지며, 상기 립부(44)는 상기 요홈부(42)에 유체가 유입되어 압이 형성될 경우, 그 압에 의해 좌우로 벌어지는 탄성변위를 갖는다.

이에 따라, 내측 몸체(1)와 외측 몸체(2)에 의해 규정되는 실린더(5)에 허용압 이상의 내압이 걸려 실린더(5)를 형성하는 벽면이 반경방향으로 확장되어 그 사이에 갭(g)이 발생하더라도, 상기 립부(44) 역시 유압에 의해 도 5에서와 같이 확장 변위되면서 상기 벽면에 더욱 강하게 밀착하여 실린더(5)에 대한 밀폐성능을 유지시킨다.

상기 실링면(40)과 직교하는 실의 양 측벽면에는 아치형 노치(notch; 46)가 형성된다. 상기 아치형 노치(46)는 상기 실링면(40)의 중앙 요홈부(42)에 유체가 도입되어 압력이 형성되고, 그 압력으로 인해 도 5에서와 같이 상기 립부(44)가 좌, 우 폭방향으로 밀려나는 탄성변위가 발생할 경우, 그러한 탄성변위 발생방향의 안쪽부분에 발생하는 압축으로 인한 스프링 백(spring back)을 줄여 그 탄성변위가 무리없이 일어날 수 있도록 하기 위한 것이다.

바람직하게는, 상기 중앙 요홈부(42)와 립부(44)의 경사면(44a)이 만나는 모서리로부터 밀봉재의 양 측벽면으로 수평 연장된 연장선이 상기 밀봉재의 양 측벽면과 교차하는 지점에 상기 아치형 노치(46)가 형성됨이 좋을 것이다. 이는 상기 립부(44)의 경사면 전반에 걸쳐 압력이 도면의 화살표와 같이 고르게 작용할 경우, 그 경사면(44a)이 끝나는 지점으로부터 수평으로 연장된 밀봉재의 측벽면에 압축력이 집중적으로 작용하기 때문이다.

상기 내측 밀봉재(4a)과 외측 밀봉재(4b)의 중앙 요홈부(42)의 바닥면은 압력이 중앙 요홈부 전반에 걸쳐 고르게 분포될 수 있도록 도 5에서와 같이 반구형의 라운딩된 형상을 가진다. 그리고 상기 립부(44)의 선단 외측 모서리(44b)가 역시 라운딩 처리되어 있다. 상기 립부(44) 선단 외측 모서리(44b)에 대한 라운딩 처리는, 상기 립부(44)가 서로 벌어지는 방향으로 탄성변위가 일어나 내측 몸체(1)와 외측 몸체(2) 사이의 실린더 벽면에 밀착되고 유압에 의해 내측 몸체(1)에 대한 외측 몸체(2)의 상대운동이 진행될 경우, 립부(44) 선단 외측 모서리(44b)가 상기 벽면과 마찰을 일으키거나 그에 따라 스크레치가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.

도면 부호 6은 상기 유압식 너트가 죄어지는 표면이 평평하지 않거나 또는 유압식 너트만 사용하면 표면에 홈이 생기거나 또, 너트로 죄었을 때, 진동으로 인해 너트가 느슨해져서 빠져나오는 경우을 대비하기 위한 와셔이다.

상기한 구성을 가진 유압식 너트를 통해 수행되는 체결 대상물에 대한 체결과정을 본 발명의 작동과 연계하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 유압식 너트를 통해 수행되는 체결 대상물에 대한 체 결과정을 나타낸 도면이다. 도면상 부호 7은 본 발명인 유압식 너트가 체결되는 볼트이며, 8은 상기 볼트와 유압식 너트를 통해 체결될 체결 대상물이다.

먼저, 도 6의 (a)와 같은 볼트와 유압식 너트의 초기 조립상태에서 외부 유압공급장치를 이용하여 실린더(5)에 유체를 공급하면, 그 압력으로 인해 내측 밀봉재(4a) 및 외측 밀봉재(4b)의 립부(44)가 좌, 우 폭방향으로 벌어지면서 실린더(5) 벽면에 강하게 밀착하여 실린더(5)를 완전히 밀폐하게 된다. 실린더(5)에 형성된 압에 의해 상기 실린더(5)는 팽창하고 상기 내측 몸체(1)와 외측 몸체(2)를 포함하는 유압식 너트의 전체적인 축방향 길이가 도 6의 (b)와 같이 늘어나게 된다.

유압식 너트에 위와 같은 축방향 신장변위가 발생하면, 외측 몸체(2)는 체결 대상물 측으로 강하게 밀착되고 상대적으로 내측 몸체(1)는 볼트(7)를 당기는 방향으로 움직여서 볼트(7) 역시 인장된다. 이 상태에서 도 6의 (c)와 같이 내측 몸체(1) 외부에 체결된 락 너트(3)를 외측 몸체(2)와 접촉하는 방향으로 죄면, 외측 몸체(2)에 지지되는 상기 락 너트(3)에 의해 볼트(7)는 인장상태를 유지하게 된다.

그 상태에서 실린더(5)에 제공되는 압력을 제거하면, 상기 볼트(7)에는 도 6의 (d)와 같이 인장에 반발하는 탄성복원력이 발생하고, 락 너트(3)와 외측 몸체(2)의 접촉 경계부에는 상기 탄성복원력에 반발하는 반력이 발생한다. 결국 볼트(7)는 탄성복원력에 의해 원상태로 돌아가려 하지만 락 너트(3)에 의해 인장된 상태를 유지하게 되므로, 볼트와 유압식 너트 간에는 보다 견고하면서도 강한 체결력이 발생한다.

한편, 체결력을 해제하여 볼트로부터 본 발명에 따른 유압식 너트를 다시 분리시키려면, 전술한 체결과정의 역순으로 작업을 진행함으로써 간단하게 체결상태를 해제시킬 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 유압식 너트에 따르면, 실린더 공간 밀폐를 위해 개입되는 실로서 금속을 소재로 한 메탈 실이 적용된다. 따라서 터빈설비와 같은 고온환경에도 무리없이 적용이 가능하며, 결과적으로 적용환경에 구애됨이 없이 보다 범용적으로 사용가능하다는 장점이 있다.

또한, 내측 몸체와 외측 몸체에 의해 규정되는 실린더에 허용압 이상의 내압이 걸려 실린더를 형성하는 벽면이 반경방향으로 확장되어 그 사이에 갭(gap)이 발생하더라도, 실을 구성하는 립부 역시 유압에 의해 확장 변위되면서 상기 벽면에 더욱 강하게 밀착하게 된다. 따라서 실린더 내부에 허용압 이상의 압력이 분포하더라도 상기 실에 의한 실린더 밀폐효과가 뛰어나 유체가 누출될 우려가 없으며, 결국 보다 큰 유압에도 견딜 수 있는 내구성을 확보함에 따라 보다 큰 체결력이 발생되는 장점이 있다.

이상에서 본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 유압식 너트의 분해상태를 나타낸 분해 단면도.

도 2는 도 1에 따른 유압식 너트의 결합단면을 나타낸 도면.

도 3은 도 1 내지 도 2에 도시된 락 너트의 평면도.

도 4는 도 2에 따른 유압식 너트의 실링부를 확대 도시한 도면.

도 5는 실린더 내에 압력이 형성된 경우에 있어 실링부의 작동상태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 유압식 너트를 통해 수행되는 체결 대상물에 대한 체결과정을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

1...내측 몸체 2...외측 몸체

3...락 너트 4a...내측 밀봉재

4b...외측 밀봉재 5...실린더

10...유로 12...중공부

30...치구 장착홈 40...실링면

42...요홈부 44...립부

44a...경사면 44b...모서리

46...노치

Claims (5)

1. 볼트 체결을 위한 중공부를 형성한 내측 몸체(Inner body);

   상기 내측 몸체 하단에 위아래로 슬라이딩 가능하게 결합되는 외측 몸체(Outer body);

   상기 내측 몸체와 외측 몸체 접속부 틈새에 개입되는 환형의 내측 밀봉재(Inner seal)과 외측 밀봉재(Outer seal);

   상기 내측 몸체의 외벽면과 외측 몸체의 내벽면 및 상기 내측 밀봉재(Inner seal)와 외측 밀봉재(Outer seal)에 의해 정의되는 환형 실린더(Cylinder);

   상기 내측 몸체에 형성되며, 내측 몸체 외부로부터 실린더에 이르는 유체도입경로를 형성하는 유로; 및

   상기 내측 몸체에 외부에 체결되어 상기 외측 몸체의 진출상태를 유지시키는 락 너트(Lock nut);를 포함하며,

   상기 내측 밀봉재(Inner seal)와 외측 밀봉재(Outer seal)는,

   금속을 소재로 하면서 유체와 접촉하는 실링면을 갖고,

   상기 실링면은 중앙 요홈부를 기준으로 상호 대면하며 외향 경사진 경사면을 형성한 립부를 갖고,

   상기 실링면에 직교하는 양 측벽면에는 상기 중앙 요홈부와 립부의 경사면이 만나는 모서리와 대응하는 높이에 아치형 노치가 형성되고,

   상기 밀봉재에 형성된 중앙 요홈부의 바닥면이 반구형의 라운딩된 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압식 너트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 락 너트는,

   육각 형상을 갖는 너트이며,

   육각을 형성하는 측면과 이웃하는 다른 측면이 만나는 여섯개의 모서리 부분에 너트의 반경방향으로 함몰된 치구 장착홈을 갖는 것을 특징으로 하는 유압식 너트.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 내측 밀봉재(Inner seal)와 외측 밀봉재(Outer seal)는,

   상기 립부 확장 변위 시 상기 실린더를 형성하는 벽면과의 마찰 및 그에 따른 스크레치 방지를 위해, 상기 립부의 선단 외측 모서리가 라운딩된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유압식 너트.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 몸체 하단에 설치되는 와셔;를 더 포함하는 유압식 너트.

Images