KR100965278B1 - 조립식 프레임 구성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 조립식 프레임 구성물은, 헤드부와 원통형 몸체의 사이에 최단 직경이 원통형 몸체의 직경 이상이며, 원기둥을 제외한 다각 기둥 형태로 이루어진 고정 기둥부를 구비한 볼트와, 판재 형태로 형성되어 판면을 관통하는 형태의 체결공을 구비하되, 상기 체결공은, 상기 볼트의 상기 고정 기둥부와 형합적으로 형성된 스트립을 포함하여 구성되며, 상기 스트립의 갯수가 n, 상기 스트립의 두께가 b, 상기 고정 기둥부의 높이가 a라고 할 때, (n-1)× b ＜ a ≤ n× b이 되도록 구성되어, 구조물의 뼈대를 이루는 스트립들의 조립시, 별도의 각도 측정의 작업 등이 없이도 손쉽게 상호 각도를 특정 각도로 정밀하게 설정한 상태로 체결할 수 있다.

Description

조립식 프레임 구성물 {COMPONENTS FOR KNOCKDOWN FRAME}
본 발명은 조립식 프레임의 구성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 볼트와 너트 및, 체결공을 갖춤으로써 볼트, 너트 체결 수단에 의해 상호 체결될 수 있는 다수의 스트립들을 포함하여 구성됨으로써, 간단하게 원하는 구조의 프레임을 조립할 수 있도록 구성되는 조립식 프레임 구성물에 관한 것이다.
특정 완제품을 만들기 위해 일정한 설계에 의해 특화된 형태로 제공되는 부품들과는 달리, 제작자의 의도에 따라 다양한 구조로의 응용 설계가 가능하도록, 상호 다양한 각도, 형태로 체결이 가능한 규격화된 구성물들의 형태로 되어 제공되어지는 제품들이 있다.
이러한 제품들의 대표적인 예로서는, 몇몇 규격화된 형태로 구성된 다수의 블럭들로 이루어져, 각각에 형성된 연결부를 상호 결합함으로써 특정 형태를 조립할 수 있도록 구성된 블럭 완구 등을 들 수 있으며, 한 때 흔하게 사용되던 것으로서, 선반이나 진열대, 평상 등의 구조물을 만들기 위해 다수의 체결공을 구비한 알루미늄 합금 바와, 이를 체결하기 위한 체결 수단을 포함함으로써 다양한 형태의 프레임을 조립할 수 있도록 제공되는 구성물 등도 있었다.
도 7 내지 도 8에는 이러한 구성물의 일례로서, 폭이 좁고 긴 판재 형태로 형성되며, 판면을 상하 관통하는 다수의 체결공(25)들이 일정 간격으로 형성됨으로써, 프레임의 뼈대 역할을 하게 되는 스트립(20)과, 상기 스트립(20)의 체결공(25)을 경유하여 너트(30)와 나사 결합됨으로써, 두 개 이상의 스트립(20)을 상호 체결하기 위한 볼트(10)들을 포함하여 구성된 종래의 조립식 프레임 구성물이 도시되어 있다.
이와 같은 조립식 프레임 구성물은, 전술한 블럭 완구의 예에서와 마찬가지로 유희 용구나 학습 교구재로서도 제공되는 경우도 있으며, 실생활 소품 등을 만들기 위해 응용될 수도 있는데, 통상 다양한 길이, 형태의 스트립들과 이를 체결하기 위한 볼트, 너트 등의 체결 수단, 드라이버 등의 체결용 도구 등이 하나의 구성품을 이루어 독립된 제품으로 상거래의 대상이 되고 있기도 하다.
이러한 조립식 프레임 구성물에 있어서 프레임의 주요 구성 요소가 되는 부분은, 도 7 내지 도 8 등에 도시된 스트립(20) 및 볼트(10), 너트(30)로서, 스트립(20)은 완성된 구조물의 뼈대를 이루게 되며, 볼트(10), 너트(30)는 뼈대를 이루는 스트립(20)들을 상호 체결시키는 역할을 하게 된다.
통상, 스트립(20)에 일정 간격으로 형성되는 체결공(25)들은 볼트(10)의 나사산이 형성된 원통형 몸체의 단면과 같은 원형 형태이며, 볼트(10) 너트(30) 조합 에 의해 체결된 스트립(20)이 안정적으로 고정될 수 있도록 하기 위해 그 크기 또한 거의 동일하게 형성된다.
특정 구조의 프레임을 형성하기 위하여, 스트립(20)들은 최소 두 개 이상이 짝을 이루어 볼트(10), 너트(30)에 의해 상호 체결되는데, 이러한 예가 도 7에 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 두 개(혹은 그 이상의) 스트립(20)들이 상호 체결되는 경우에는, 체결되고자 하는 위치의 체결공(25)들을 한개의 볼트(10)의 원통형 몸체가 각각 동시에 관통하여, 맞은편에서 너트(30)로 조여줌으로써 상호 비교적 단단한 구조의 체결이 이루어진다.
이와 같이 체결된 상태가 도 8에 도시되어 있으며, 해당 도면에서 볼트(10)의 헤드부(11)는 점선으로 도시되어 있다.
스트립(20)들의 연결로 이루어진 일정한 구조를 만들기 위해 상호 체결된 스트립(20)들은 특정 각도로 연결되어야 하거나, 일정한 각도를 유지하여야 할 필요가 흔하게 요구됨에도 불구하고, 도 8에 도시된 바와 같은 구조 하에 스트립(20)들이 체결된 경우, 체결된 스트립(20) 상호간에 특정 각도(예를 들어 45˚, 90˚ 등)를 설정하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 특정 각도로 스트립(20)들을 상호 체결해 놓은 경우에도, 도시된 바와 같이 일방의 스트립(20)이 타방의 스트립(20)에 대하여 화살표 방향으로 회동되기 쉬워, 기껏 맞추어 놓은 형태가 유지되지 못하는 경우가 흔히 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 조립식 프레임 구성물의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 스트립과 볼트 자체의 구조적 특징에 의하여, 두 개 이상의 스트립이 상호 체결 되는 경우 상호간의 특정 각도 설정을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 체결된 상태에서 상호간의 각도가 견고하게 유지될 수 있도록 하는 새로운 구조의 조립식 프레임 구성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 조립식 프레임 구성물은, 헤드부 및 상기 헤드부의 하면 방향으로 연장된, 나사산이 형성된 원통형 몸체를 포함하여 구성된 볼트와, 상기 볼트의 나사산에 대응되는 나사산이 형성된 내측면을 구비한 너트 및 상기 볼트와 상기 너트의 체결시 상기 볼트의 헤드부와 상기 너트 사이에 개재되어 상호 연결되는, 체결공을 구비한 적어도 두 개 이상의 스트립으로 구성되는 조립식 프레임 구성물에 있어서,
상기 볼트는, 상기 헤드부와 상기 원통형 몸체의 사이에, 최단 직경이 상기 원통형 몸체의 직경 이상이며, 원기둥을 제외한 다각 기둥 형태로 이루어진 고정 기둥부를 구비하고,
상기 스트립은, 판재 형태로 형성되어 판면을 관통하는 형태의 체결공을 구비하되, 상기 체결공은, 상기 볼트의 상기 고정 기둥부와 형합적으로 형성되어, 상기 체결공에 상기 고정 기둥부가 삽입된 경우 상기 볼트의 축에 대한 상기 스트립의 회전이 제한되는 구조이며,
상기 스트립의 갯수가 n, 상기 스트립의 두께가 b, 상기 고정 기둥부의 높이가 a라고 할 때,
(n-1)× b ＜ a ≤ n× b
이 되도록 구성된다.
이때, 상기 볼트의 축 방향에 수직한 상기 고정 기둥부의 단면의 형태는 정다각형인 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 볼트의 축 방향에 수직한 상기 고정 기둥부의 단면의 형태는 정사각형이며, 이에 대응되는 상기 체결공들 중 적어도 하나 이상은, 두 개의 정사각형이 상호 45˚회전되어 겹친 외곽선 형태의 별 형상이거나,
상기 볼트의 축 방향에 수직한 상기 고정 기둥부의 단면의 형태는 정삼각형이며, 이에 대응되는 상기 체결공들 중 적어도 하나 이상은, 두 개의 정삼각형이 상호 60˚회전되어 겹친 외곽선 형태의 별 형상이 되도록 구성될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되어, 본 발명에 따른 조립식 프레임 구성물은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 구조물의 뼈대를 이루는 스트립들의 체결시, 별도의 각도 측정의 작업 등이 없이도 손쉽게 상호 각도를 특정 각도로 정밀하게 설정한 상태로 체결할 수 있다.
둘째, 볼트와 너트의 체결에 의해 한번 체결된 두 개 이상의 스트립들은, 최초 설정된 각도를 견고하게 유지하므로, 최종적으로 제조된 구조물의 견고성 역시 크게 향상된다.
이하, 상기 본 발명에 따른 조립식 프레임 구성물의 구성을, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
한편, 전술한 종래 예에서와 동일, 유사한 기능을 하는 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 번호를 부여하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조립식 프레임 구성물의 볼트(10) 및 너트(30)의 구조를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 조립식 프레임 구성물은 크게 볼트(10), 너트(20) 및 스트립(20)의 세 부분으로 나눌 수 있으며, 도 1은 이들 중 볼트(10) 및 너트(20)의 구조를 도시한다.
도시된 바와 같이, 너트(30)의 경우, 도 7 내지 도 8 등에 도시된 종래의 나사 체결 방식에 사용되는 통상의 너트(30)와 다르지 않은, 나사산을 갖춘 내측면으로 이루어진 체결홀을 구비한 구조를 가지나, 볼트(10)의 경우 종래의 볼트와는 달리, 헤드부(11)와 외측면에 나사산이 형성된 원통형 몸체(12)의 사이에 다각기둥 형상의 고정 기둥부(15)를 구비한다.
고정 기둥부(15)는, 최단 직경이 원통형 몸체(12)의 직경 이상인 다각 기둥 형상이며, 본 발명의 범주 내에서 원통형 몸체(12)와 같은 원기둥 형상을 제외한 모든 종류의 다각 기둥 형상을 가지면 되나, 본 실시예의 경우 정사각형의 밑면을 가진 정사각 기둥의 형태이다.
즉, 본 발명에 따른 볼트(10)는 통상의 볼트와는 달리 볼트(10)의 헤드부(11) 밑면에 원통형 몸체(12)와의 사이에 다각 기둥 형상의 고정 기둥부(15)를 구비하는 것을 특징으로 하며, 해당 부분에 대한 보다 구체적인 기능은 이후 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조립식 프레임 구성물의 스트립(20)의 구성을 나타낸 사시도로서, 두 개의 스트립(20)이 겹쳐져 있는 상태를 도시한다.
스트립(20)은, 조립에 의해 완성되는 프레임 구조물의 뼈대를 이루는 구성 요소로서, 본 발명의 특징에 따라 판재 형태로 이루어져야 하나, 그 길이나 폭, 외곽 테두리의 형상 등은 필요에 따라 다소 변형될 수 있다.
도시된 스트립(20)은 폭이 좁은 긴 판재의 형태로서, 프레임 조립시 막대(bar)의 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대되는 구조이다.
도 2에 도시된 스트립(20)의 전체적인 형상은 도 7 내지 도 8에 도시된 종래의 스트립과 크게 다르지 않으며, 판면상에 형성된 체결공(25)들 역시 일정 간격으로 다수 형성되어 있다는 점에서는 유사한 구성이나, 체결공(25)의 형태가 원형이 아닌 다각형의 형상을 가진다는 특징을 가진다.
본 실시예에서 체결공(25)은 정사각형 단면의 사각 기둥 형상 고정 기둥부(15)에 형합적인 형상으로서, 도 2를 통하여 전술한 고정 기둥부(15)의 단면과 동일한 정사각형이거나, 두 개의 정사각형이 상호 45˚회전된 상태에서 겹친 외곽선 형태의 별 형상임을 확인할 수 있다.
즉, 정사각형(혹은 정사각형에 형합적인) 형상의 체결공(25)에 상기 도 1의 볼트(10)를 삽입하게 되면, 상기 볼트(10)의 고정 기둥부(15)가 체결공(25)에 형합적으로 삽입되어, 도 7 내지 도 8에 도시된 종래의 경우와는 달리 볼트(10)의 축에 대한 스트립(20)의 회전은 완전히 제한된다.
따라서, 세 개의 스트립(20)과 두 개의 볼트(10), 너트(30)가 연관된 결합 구조를 도시한 도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 스트립(20)에 대하여 한 조의 볼트(10), 너트(30)가 동시에 체결 되는 경우에 있어, 하나의 고정 기둥부(15)에 함께 체결된 두 개의 스트립(20)은 상호간의 각도가 일정 각도로 설정, 유지된다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 볼트(10)에 대한 스트립(20)의 회전을 제한하기 위한 구조로서는, 고정 기둥부(15)의 단면 형상이 원형이 아니고, 이에 대응되는 체결공이 해당 형상과 동일하게 형성되는 것만으로도 충분하다.
다만, 다각 기둥형 고정 기둥부(15)의 단면 형상에 따라, 함께 체결되는 스트립(15) 상호간의 각도 설정 경우의 수가 달라질 수 있다는 점을 고려하여야 한다.
즉, 단면 도형의 회전 대칭의 개수가 각도 설정 가능한 경우의 수에 대응되는데, 예를 들어 고정 기둥부(15)가 타원 기둥이고, 체결공(25) 역시 동일한 형상인 경우를 가정해보면, 타원의 회전 대칭 각도는 180˚, 360˚(혹은 0˚)이므로, 하나의 볼트(10)에 동시에 체결되는 두 스트립(20)에서 설정될 수 있는 각도는 두가지로 한정된다.
반면, 도시된 실시예에서와 같이 고정 기둥부(15) 단면의 형태가 정다각형인 경우에는, 회전 대칭의 수가 늘어남에 따라 설정 가능한 각도의 경우의 수 또한 증가한다.
예를 들어, 고정 기둥부(15)가 정삼각 기둥이고, 체결공(25) 역시 동일한 형태의 정삼각형인 경우를 가정해보면, 정삼각형의 회전 대칭 각도는 120˚, 240˚, 360˚(혹은 0˚)이므로, 하나의 볼트(10)에 동시에 체결되는 두 스트립(20)에서 설정될 수 있는 각도는 세가지가 되는 한편, 실시예에서와 같이 고정 기둥부(15)가 정사각 기둥이고, 체결공(25) 역시 동일한 형태의 정사각형인 경우, 정사각형의 회전 대칭 각도는 90˚, 180˚, 270˚, 360˚(혹은 0˚)이어서, 두 스트립(20)에서 설정될 수 있는 각도는 네가지가 된다.
이러한 기술적 이론은 정오각형, 정육각형 등에도 동일하게 적용될 수 있으며, 두 스트립간의 설정 가능 각도의 경우의 수도 이에 따라 증가한다.
따라서, 둘 이상의 스트립(20)을 체결할 경우 상호 각도를 다양하게 설정할 수 있다는 점에서 고정 기둥부(15) 단면 형태는 정다각형인 것이 바람직하나, 제조의 용이성, 정밀성 확보 등의 측면에서 고정 기둥부(10)는 정삼각 기둥이나, 정사각기둥 정도의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 도 2 내지 도 3을 통해, 고정 기둥부(15)의 단면에 형합적으로 대응되는 형태를 가지는 체결공(25)들의 경우, 고정 기둥부(15) 단면 형태와 동일한 정사각형의 것들이 있는 반면, 스트립(20) 양 단부에 위치하는 체결공(25)들은 별 형상으로 이루어진 것을 확인할 수 있다.
도시된 별 형상의 체결공(25)들은, 정확히 설명하면 두 개의 정사각형이 상호 45˚회전되어 겹친 외곽선 형태로 이루어진 별 형상으로서, 고정 기둥부(15)가 정사각 기둥이고, 체결공(25) 역시 동일한 형태의 정사각형인 경우, 설정 가능 각 도의 수가 네가지이었던 데에 반해, 체결공(25)이 도시된 바와 같은 별 형상을 가지게 됨으로써, 정사각형의 회전 대칭 각도인 90˚를 반분한 45˚단위로 회전 대칭이 되므로, 고정 기둥부(15)는 여전히 정사각 기둥이면서도 설정 가능 각도의 경우의 수는 두 배인 여덟개로 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 두 개의 스트립이 상호 체결된 예를 도시한 도 4의 경우, 볼트(10)가 정사각형 체결공(25)들을 관통하여 체결됨으로써, 두개의 스트립이 이룰 수 있는 각도는 실제로는 90˚와 0˚뿐이나, 볼트(10)가 별 형상의 체결공(25)들을 관통하여 체결된 상태를 도시한 도 5의 경우에는, 두 개의 스트립(20)이 이룰 수 있는 각도는 45˚의 배수에 해당하는 각도가 되는 것이다.
이러한 체결공(25)의 변형 구조는, 다른 정다각형 기둥 형상의 고정 기둥부(15)를 구비한 경우에도 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 스트립(20)의 개수 및 두께에 따른 볼트(10) 고정 기둥부(15)의 높이 조건에 대해 설명한다.
도 6은, 상호 체결되는 두개의 스트립(20)과, 이들을 체결하기 위한 볼트(10)의 구성을 단면도 형식으로 개략적으로 나타낸 도면으로서, 스트립(20)의 흰 부분은 체결공(25)에 해당되며, 설명에 불필요한 구성인 너트(30)의 도시는 생략하였다.
하나의 볼트(10)에 동시에 체결되는 스트립(20)의 수는 두 개이거나 그 이상이 될 수 있다. 이러한 경우에, 함께 체결된 스트립(20)들이 상호간의 각도를 일정하게 유지하기 위해서는 모든 체결공(25)들에 볼트(10)의 고정 기둥부(15)가 삽입된 상태이어야 한다.
이를 위해 고정 기둥부(15)는 일정 이상의 높이를 가져야 하는데, 이는 연관되는 스트립(20)의 두께 및 그 개수와 관련이 있다.
예를 들어, 스트립(20) 각각의 두께가 1mm이고, 상호 체결되어야 하는 스트립의 수가 2개라면, 고정 기둥부(15)의 높이는 최소 1mm를 초과하여야 두 스트립(20)의 체결공(25) 모두에 걸쳐 삽입될 수 있으며, 두 스트립(20)의 두께 합인 2mm보다는 적어야 너트(30)의 체결시 스트립(20)을 고정할 수 있게 된다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이 고정 기둥부(15)의 높이를 a, 스트립의 두께를 b, 관련된 스트립의 개수를 n이라 할 때, 전술한 조건을 식으로 정리하면 다음과 같다.
(n-1)× b ＜ a ≤ n× b
상기한 바와 같이 구성됨으로써, 본 발명에 따른 조립식 프레임 구성물을 이용하여 특정 구조의 프레임 구조물을 조립할 경우, 스트립(20) 상호간의 각도를 특정 각도로 용이하게 설정할 수 있을 뿐 아니라, 상호 체결된 스트립(20)간의 각도 가 견고하게 유지되므로, 완성된 프레임 구조물의 견고성 또한 크게 향상될 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시예 및 이를 도시한 도면에 의해 설명하였으나, 본 발명은 도시되고 설명된 실시예에 의한 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조립식 프레임 구성물의 볼트 및 너트의 구조를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조립식 프레임 구성물의 스트립의 구조를 나타낸 사시도,
도 3은 도 1 및 도 2의 볼트, 스트립, 너트가 체결되는 상태를 도시한 사시도,
도 4 내지 도 5는 도 1 및 도 2의 스트립들이 체결되는 상태를 도시한 도면,
도 6은 도 1 및 도 2의 볼트와 스트립이 체결되는 상태를 도시한 측단면도,
도 7 내지 도 8은 종래의 조립식 프레임 구성물의 구성을 나타내기 위한 도면들이다.
<도면 주요 부호의 설명>
10: 볼트 11: 헤드부
12: 원통형 몸체 15: 고정 기둥부
20: 스트립 25: 체결공
30: 너트

Claims (4)

  1. 헤드부(11) 및 상기 헤드부(11)의 하면 방향으로 연장된, 나사산이 형성된 원통형 몸체(12)를 포함하여 구성된 볼트(10)와, 상기 볼트(10)의 나사산에 대응되는 나사산이 형성된 내측면을 구비한 너트(30) 및 상기 볼트(10)와 상기 너트(30)의 체결시 상기 볼트(10)의 헤드부(11)와 상기 너트(30) 사이에 개재되어 상호 연결되는, 체결공(25)을 구비한 적어도 두 개 이상의 스트립(20)으로 구성되는 조립식 프레임 구성물에 있어서,
    상기 볼트(10)는, 상기 헤드부(11)와 상기 원통형 몸체(12)의 사이에, 최단 직경이 상기 원통형 몸체(12)의 직경 이상이며, 원기둥을 제외한 다각 기둥 형태로 이루어진 고정 기둥부(15)를 구비하고,
    상기 스트립(20)은, 판재 형태로 형성되어 판면을 관통하는 형태의 체결공(25)을 구비하되, 상기 체결공(25)은, 상기 볼트(10)의 상기 고정 기둥부(15)와 형합적으로 형성되어, 상기 체결공(25)에 상기 고정 기둥부(15)가 삽입된 경우 상기 볼트(10)의 축에 대한 상기 스트립(20)의 회전이 제한되는 구조이며,
    상기 스트립(20)의 갯수가 n, 상기 스트립(20)의 두께가 b, 상기 고정 기둥부(15)의 높이가 a라고 할 때,
    (n-1)× b ＜ a ≤ n× b
    인 것을 특징으로 하는, 조립식 프레임 구성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 볼트(10)의 축 방향에 수직한 상기 고정 기둥부(15)의 단면의 형태는 정다각형인 것을 특징으로 하는, 조립식 프레임 구성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 볼트(10)의 축 방향에 수직한 상기 고정 기둥부(15)의 단면의 형태는 정사각형이며, 이에 대응되는 상기 체결공(25)들 중 적어도 하나 이상은, 두 개의 정사각형이 상호 45˚회전되어 겹친 외곽선 형태의 별 형상인 것을 특징으로 하는, 조립식 프레임 구성물.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 볼트(10)의 축 방향에 수직한 상기 고정 기둥부(15)의 단면의 형태는 정삼각형이며, 이에 대응되는 상기 체결공(25)들 중 적어도 하나 이상은, 두 개의 정삼각형이 상호 60˚회전되어 겹친 외곽선 형태의 별 형상인 것을 특징으로 하는, 조립식 프레임 구성물.
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