KR101027753B1 - 풀림방지 볼트너트 결합체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼트(100); 상기 볼트(100)에 체결되는 너트(200); 및, 상기 볼트(100)와 상기 너트 사이에 결합되는 와셔(300);를 포함하여 구성되되, 상기 볼트(100)는 볼트머리(110)와 볼트몸통(120)으로 이루어지며, 나사산이 형성된 상기 볼트몸통(120)의 길이 방향을 따라 절개된 삽입유도홈(130)이 구비되고, 상기 너트(200)는 상기 와셔(300)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 걸림턱(210)이 원호 상에 구비되고, 상기 와셔(300)는 내경의 일부가 상기 와셔(300)의 중심을 향하여 돌출되어 상기 삽입유도홈(130)에 수용되는 회전방지돌기부(310)가 구비되며, 상기 너트(200)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 탄성돌출부(320)가 원호 상에 구비되어 상기 너트(200)와 상기 와셔(300)가 맞닿은 상태에서 상기 너트(200)를 조여주면 상기 탄성돌출부(320)가 휨변형되면서 상기 걸림턱(210)의 일측면을 타고 넘은 후 탄성력에 의하여 원래의 형태로 복원되어 상기 걸림턱(210)의 타측면에 걸려 안착되는 풀림방지 볼트너트 결합체에 관한 것이다.

볼트, 너트, 와셔, 탄성돌출부, 걸림턱

Description

풀림방지 볼트너트 결합체{Combination Bolt-Nut Locks}

본 발명은 볼트, 너트, 및 와셔로 이루어지며 너트의 풀림을 효과적으로 방지할 수 있는 풀림방지 기능이 구비된 볼트너트 결합체에 관한 것이다.

서로 다른 건축재료나 기계부품 등을 결합하기 위한 방법으로, 이들 재료 등을 관통하도록 볼트를 삽입한 다음, 너트로 죄어 고정하는 볼트너트 결합체가 많이 이용된다.

그러나 볼트너트 결합체는 시간이 지남에 따라 외부의 진동이나 충격 등에 의하여 서서히 풀리게 되는바, 결합부의 안전성을 해치는 요인으로 작용할 수 있다.

따라서 너트의 역회전으로 인한 너트의 풀림 현상을 방지하기 위하여 여러 종류의 체결수단이 부가되고 있으며, 그 가운데 하나가 등록실용신안 제0241791호(안전 조임 너트를 가진 볼트)이다.

도1에 도시된 등록실용신안 제0241791호의 경우 볼트 몸체(1)의 나사부에 길 이 방향으로 걸림홈(1-3)을 형성하여 와셔(2)에 형성된 걸림턱(2-2)이 이에 걸리게 되고, 와셔(2)와 너트(3)의 접합부에는 일방 걸림턱(2-3)과 (3-3)이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

그러나 이러한 종래의 등록실용신안은 다음과 같은 문제점이 있다.

1) 너트(3)와 와셔(2)가 탄성력에 의하여 휨변형과 복원이 이루어지는 구조가 아니고 너트(3)와 와셔(2) 사이에 압축변형이 발생되면서 타고 넘는 구조가 되는 바, 강성재질의 와셔를 사용하는 경우 너트(3)의 일방걸림턱(3-2)이 와셔(2)의 일방걸림턱(2-3)을 제대로 타고 넘을 수 없다.

한편, 연성재질(고무, 플라스틱 등)의 와셔는 강한 볼트체결 토크 및 압착력에 저항할 수 없으며, 고온고압 등 혹독한 외적 환경에 장기간 견딜 수 없기 때문에 진동, 충격, 고열 등을 받는 구조물이나 동력장치 등의 체결요소로서 활용될 수 없다는 한계성이 있다.

또한, 와셔의 재질이 연성인 경우에는 너트를 조일 때에 너트와 접하는 와셔의 일면이 너트의 형상(6각형)으로 압축되어, 압축된 각 면이 너트 풀림에 저항하는 걸림턱 역할을 수행하므로, 와셔(2)와 너트(3)의 접합부에 일방 걸림턱(2-3)과 (3-3)을 형성할 필요도 없게 된다.

2) 만약 볼트 몸체(1)에 너트(3)를 억지로 체결하면 와셔(2)나 너트(3)의 일방걸림턱(2-3)(3-2)이 마모되고 손상(파손)되어 제기능을 발휘할 수 없다.

3) 설령 억지로 체결하더라도 와셔(2)와 너트(3)의 일방걸림턱(2-3)(3-2) 사이에 완전한 밀착이나 걸림이 발생되지 않아 부실한 체결상태를 유지하게 된다.

4) 따라서 체결된 상태에서 약간의 진동만 발생하여도 너트(3)가 헐거워지게 되어 규정된 체결 토크를 유지하지 못한다.

5) 체결과정에서도 와셔(2)와 너트(3)의 일방걸림턱(2-3)(3-2)이 서로 타고 넘는 과정에서 압착력이 변화가 심하여 일정한 체결 토크를 확보할 수가 없다. 왜냐하면 너트(3)를 체결하면 일방걸림턱(2-3)(3-2)이 서로 타고 넘는 도중에는 체결 토크가 서서히 증가하여 최고조에 도달하고 완전히 타고 넘는 순간 체결 토크가 급격히 저하되는 과정이 반복되기 때문이다.

6) 또한 일단 한 번 체결하면 해체하여 재사용이 불가능하여 자재 낭비 요인이 된다. 왜냐하면 너트(3)가 풀리는 방향으로 돌리면 서로 맞물려 있는 와셔(2)와 너트(3)의 일방걸림턱(2-3)(3-2)이 깨지면서(최소한 재사용이 불가능할 정도로 각각의 모서리가 심각하게 마모되면서) 풀리기 때문이다.

7) 와셔 제작시 단위 재료량이 많고 모양이 복잡하여 필요 이상으로 제작 단가가 상승하는 문제점도 있다.

8) 일방걸림턱(2-3)(3-2)가 여러 가지 원인에 의하여 마모되거나 손상되면서 너트(3)가 풀리게 되면 더 이상 풀림을 방지하는 수단이 없다는 문제점도 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 와셔의 탄성력을 이용하여 보다 유연하게 너트를 체결할 수 있으며 체결이 완료된 상태에서는 탄성력에 의하여 원래의 모습으로 복원된 와셔가 너트에 걸린 상태로 안착되어 진동이나 그 밖의 외력에 의하여 너트가 풀리는 것을 방지함을 본 발명의 목적으로 한다.

둘째, 본 발명은 체결이 완료된 후 너트가 조금 풀리거나 일부가 손상되더라도 너트에 안착된 상태로 풀림방지 기능을 지속적으로 수행할 수 있는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 체결된 너트를 의도적으로 풀려고 하는 경우 얇은 탄성 판재로 만들어진 와셔가 다른 부품에 비하여 상대적으로 먼저 파손되어 너트를 해체할 수 있으며 추후 다시 체결할 경우 소모품인 와셔만 교체하면 풀림방지 기능을 다시 갖출 수 있도록 함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

넷째, 체결토크를 미세하게 조절하고 균일하게 유지할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.

본 발명은 볼트(100); 상기 볼트(100)에 체결되는 너트(200); 및, 상기 볼트(100)와 상기 너트 사이에 결합되는 와셔(300);를 포함하여 구성되되, 상기 볼트(100)는 볼트머리(110)와 볼트몸통(120)으로 이루어지며, 나사산이 형성된 상기 볼트몸통(120)의 길이 방향을 따라 절개된 삽입유도홈(130)이 구비되고, 상기 너트(200)는 상기 와셔(300)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 걸림턱(210)이 원호 상에 구비되고, 상기 와셔(300)는 내경의 일부가 상기 와셔(300)의 중심을 향하여 돌출되어 상기 삽입유도홈(130)에 수용되는 회전방지돌기부(310)가 구비되며, 상기 너트(200)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 탄성돌출부(320)가 원호 상에 구비되어 상기 너트(200)와 상기 와셔(300)가 맞닿은 상태에서 상기 너트(200)를 조여주면 상기 탄성돌출부(320)가 휨변형되면서 상기 걸림턱(210)의 일측면을 타고 넘은 후 탄성력에 의하여 원래의 형태로 복원되어 상기 걸림턱(210)의 타측면에 걸려 안착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 와셔의 탄성력을 이용하여 보다 유연하게 너트를 체결할 수 있으며 체결이 완료된 상태에서는 탄성력에 의하여 원래의 모습으로 복원된 와셔가 너트에 걸린 상태로 안착되어 진동이나 그 밖의 외력에 의하여 너트가 풀리는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 본 발명은 체결이 완료된 후 너트가 조금 풀리거나 일부가 손상되더라 도 너트에 안착된 상태로 풀림방지 기능을 지속적으로 수행할 수 있다.

셋째, 체결된 너트를 의도적으로 풀려고 하는 경우 얇은 탄성 판재로 만들어진 와셔가 다른 부품에 비하여 상대적으로 먼저 파손되어 너트를 해체할 수 있으며 추후 다시 체결할 경우 소모품인 와셔만 교체하면 풀림방지 기능을 다시 갖출 수 있다.

넷째, 체결토크를 미세하게 조절하고 균일하게 유지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 구체적 실시예의 사시도인데, 와셔(300)의 외주원 주위를 따라 탄성돌출부(320)가 형성된다.

볼트(100)는 볼트머리(110)와 볼트몸통(120)으로 이루어지며, 나사산이 형성된 볼트몸통(120)의 길이 방향을 따라 절개된 삽입유도홈(130)이 구비된다. 이러한 삽입유도홈(130)은 1개만 구비될 수도 있고 다수 개가 구비될 수도 있다.

와셔(300)는 내경의 일부가 와셔(300)의 중심을 향하여 돌출되어 삽입유도홈(130)에 수용되는 회전방지돌기부(310)가 구비되는데, 회전방지돌기부(310)는 도2에 도시된 바와 같이 일자형 평면 단면이 될 수도 있으나 도3에 별도로 도시된 바와 같이 말단부가 너트(200)를 향하여 절곡되는 경우도 있다.

이와 같이 말단부가 절곡되면 회전방지돌기부(310)가 삽입유도홈(130)에서 빠져나와 볼트몸통(120)에 형성된 나사산 사이의 골부로 끼워지는 것을 차단하여 너트(200) 체결을 보다 용이하고 완벽하게 할 수 있다. 또한 와셔(300)를 볼트(100)에 삽입하는 경우에도 회전방지돌기부(310)가 도3에 도시된 바와 같이 절곡되어 "ㄱ"자 형태를 하고 있으면 보다 용이하게 삽입할 수 있다.

와셔(300)에는 너트(200)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 탄성돌출부(320)가 원호 상에 구비된다.

탄성돌출부(320)는 탄성력에 의하여 휨변형 및 복원이 가능한데, 너트(200)와 와셔(300)가 맞닿은 상태에서 너트(200)를 조여주면 상기 탄성돌출부(320)가 변형되면서 걸림턱(210)의 일측면을 타고 넘은 후 탄성력에 의하여 원래의 형태로 복원되어 걸림턱(210)의 타측면에 걸려 안착되어 너트(200)의 풀림을 효과적으로 방지하게 된다.
이러한 탄성돌출부(320)는 도4에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도4(a)는 탄성돌출부(320)가 너트(200)를 향하여 굽어진 형태를 도시하고 있고, 도4(b)는 탄성돌출부(320)가 너트(200)를 향하여 프로펠러 형태와 유사하게 피치각을 가지도록 비틀린 형태를 도시하고 있다. 또한 별도로 도시하지 않았으나 와셔(300)의 내경과 외경 사이에 탄성돌출부(320)가 형성된 형태가 사용될 수도 있다.

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와셔(300)와 너트(200)는 조합되어 함께 사용되는 바 너트(200)의 걸림턱(210)의 형상을 고려하여 적절한 형태의 탄성돌출부(320)를 가진 와셔(300)를 선택하여 사용하면 된다.

도2에 사용된 와셔(300)는 와셔(300)의 외주원 주위의 와셔면이 톱니 형태로 절개된 후 각각의 톱니가 너트(200)를 향하여 굽어져 있는데, 구체적인 톱니의 위치, 형태, 갯수 및 굴곡되는 각도와 형상 등은 첨부된 도면의 형상에만 한정되는 것은 아니며 발명의 동일성이 인정되는 범위 내에서 다양한 설계 변경이 가능하다.

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탄성돌출부(320)의 갯수(배열간격)는 너트(200)의 걸림턱(210)의 갯수와 동일하게 형성될 수도 있으나, 탄성돌출부(320)의 갯수가 걸림턱(210)의 갯수에 비하여 훨씬 많도록 하는 것이 바람직하다.

왜냐하면 탄성돌출부(320)의 간격이 조밀할수록 보다 정밀한 조임이 가능하기 때문이다. 따라서 정밀한 조임이 필요한 경우 첨부도면에 도시된 간격보다 훨씬 조밀한 간격으로 배열됨이 바람직하다.

아울러 너트(200)의 걸림턱(210) 갯수를 N개 라고 하고 와셔(300)의 탄성돌출부(320) 갯수를 M개 라고 할 때,

M = n * N ± 1 (여기서 n은 양의 정수)

라는 관계식을 이용하여 M과 N의 갯수를 결정하면 보다 더 정밀하고 균일한 조임 토크를 확보할 수 있으며, 풀림에 저항하는 기능도 약 1~3도만 풀리면 다음 번 걸림턱(210)이 순차적으로 잡아 주어서 풀림이 보다 완벽하게 방지된다.

즉, 너트(200)의 걸림턱(210)의 갯수를 6개로 하고 n을 5라고 하면 와셔(300)의 탄성돌출부(320)의 갯수는 29개 또는 31개가 된다.

이 경우 너트(200)의 걸림턱(210) 하나에 5 + 5/6 개 또는 6 + 1/6 개의 탄성돌출부(320)이 배당되므로 탄성돌출부(320) 하나의 크기보다 1/6만 너트(200)를 더 돌리면 탄성돌출부(320)과 걸림턱(210) 사이의 걸림이 이루어지게 되는데, 탄성돌출부(320) 각각은 360°/29 간격(약 12°)으로 배열되는 바 너트(200)를 12.4°/6(약 2°)만 돌려주면 걸림이 이루어지는 결과가 된다.

만약 위의 수식을 따르지 않고 단순히 탄성돌출부(320)의 갯수를 걸림턱(210) 갯수의 정수배로 하였다면 탄성돌출부(320)의 배열 각도만큼 돌려야 걸림 이 이루어지게 되는데, 예를 들어 탄성돌출부(320)의 갯수가 30개이고 걸림턱(210)의 갯수가 6개라면 걸림턱(210) 하나에 6개의 탄성돌출부(320)이 배당되는 바 너트(200)를 360°/30 (12°)만큼 돌려야 비로소 걸림이 이루어지게 되어 걸림이 이루어지기 위하여 너트(200)가 회전되어야 할 각도에 상당한 차이가 있음을 알 수 있다.

즉, 탄성돌출부(320)의 배열간격이 유사하더라도 걸림턱(210)의 갯수의 정수배인 경우와 아닌 경우는 조임의 정밀도에서 현격한 차이가 나게 된다.

너트(200)에는 와셔(300)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 걸림턱(210)이 원호 상에 구비되어 탄성돌출부(320)와 함께 너트(200)의 풀림을 방지하게 된다.

도2에 도시된 바와 같이 탄성돌출부(320)가 타고 넘는 걸림턱(210)의 일측면에는 경사면(211)이 형성되고, 탄성돌출부(320)가 안착되는 걸림턱(210)의 타측면에는 단턱면(212)이 형성된다.

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또한 이러한 걸림턱(210)은 도2에 도시된 바와 같이 일정한 간격으로 배열되는데, 걸림턱(210)과 걸림턱(210) 사이의 공간에 탄성돌출부(320)가 머무르게 되므로 볼트(100)와 너트(200)가 조여진 상태에서도 너트(200)의 일면에 의해 압착되지 않고 원래의 형상을 그대로 유지함으로써 오랜 시간이 지나도 탄성적 걸림 기능을 상실하지 않는다.
아울러 너트(200)의 외형은 육각형에만 한정되는 것은 아니며 원형이나 그 밖의 다른 형태가 사용될 수도 있다.

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상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정, 당업자의 수준에서 용이하게 변경가능한 형상의 변경 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

도1은 종래기술의 구조를 도시하는 사시도이다.

도2는 본 발명의 구체적 실시예의 사시도인데, 와셔(300)의 외주원 부위를 따라 탄성돌출부(320)가 형성된다.

도3은 본 발명의 구성 요소인 회전방지돌기부(310)의 말단부가 절곡된 경우를 도시한다.
도4(a)는 탄성돌출부(320)가 너트(200)를 향하여 굽어진 형태를 도시하고 있고, 도4(b)는 탄성돌출부(320)가 너트(200)를 향하여 프로펠러 형태와 유사하게 피치각을 가지도록 비틀린 형태를 도시하고 있다.

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<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:볼트

110:볼트머리

120:볼트몸통

130:삽입유도홈

200:너트

210:걸림턱

211:경사면

212:단턱면

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300:와셔

310:회전방지돌기부

320:탄성돌출부

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Claims (6)

1. 볼트(100); 상기 볼트(100)에 체결되는 너트(200); 및, 상기 볼트(100)와 상기 너트(200) 사이에 결합되는 와셔(300);를 포함하여 구성되는 볼트너트 결합체에서,

   상기 볼트(100)는,

   볼트머리(110)와 볼트몸통(120)으로 이루어지며, 나사산이 형성된 상기 볼트몸통(120)의 길이 방향을 따라 절개된 삽입유도홈(130)이 구비되고,

   상기 너트(200)는,

   상기 와셔(300)와 맞닿는 일면을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 걸림턱(210)이 원호 상에 구비되는데, 상기 걸림턱(210)은 탄성돌출부(320)가 타고 넘는 일측면에는 경사면(211)이 형성되고, 상기 탄성돌출부(320)가 안착되는 타측면에는 걸림작용이 일어나는 단턱면(212)이 형성되고,

   상기 와셔(300)는,

   내경의 일부가 상기 와셔(300)의 중심을 향하여 돌출되어 상기 삽입유도홈(130)에 수용되는 회전방지돌기부(310)가 구비되며,

   상기 너트(200)와 맞닿는 방향을 향하여 일정한 간격으로 돌출된 다수 개의 탄성돌출부(320)가 원호 상에 구비되는데, 상기 탄성돌출부(320)는 상기 와셔(300)의 외주원 주위의 와셔면이 톱니 형태로 절개된 후 각각의 톱니의 일부면 또는 전체면이 상기 너트(200)를 향하여 휘거나 굽어져 있고,

   상기 너트(200)와 상기 와셔(300)가 맞닿은 상태에서 상기 너트(200)를 조여주면 상기 탄성돌출부(320)를 구성하는 톱니가 변형되면서 상기 걸림턱(210)의 경사면(211)을 타고 넘은 후 탄성력에 의하여 원래의 형태로 복원되어 상기 걸림턱(210)의 단턱면(212)에 걸려 안착되는 것을 특징으로 하는 풀림방지 볼트너트 결합체.
2. 제1항에서,

   상기 걸림턱(210)의 갯수를 N이라 하고,

   상기 탄성돌출부(320)의 갯수를 M이라 할 때,

   M = n * N ± 1 (여기서 n은 양의 정수)

   라는 관계식이 성립하는 것을 특징으로 하는 풀림방지 볼트너트 결합체.
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