KR101036026B1

KR101036026B1 - 나사 교체 시스템 및 장치

Info

Publication number: KR101036026B1
Application number: KR1020027016909A
Authority: KR
Inventors: 개리 제이. 리드
Original assignee: 개리 제이. 리드
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2011-05-19
Also published as: JP2012087940A; CA2411984C; RU2002133665A; KR20030022146A; CN1446293A; BR0111770A; CZ20024063A3; EP1295047A4; NO20025935L; NO20025935D0; WO2001096751A2; EP1295047A2; CA2411984A1; IL153409A0; WO2001096751A3; NZ523539A; YU94002A; AU2001266565A1; JP2004504547A; MXPA02012454A

Abstract

본 발명은 원래 나사식 구멍을 확대하고 원래 나사식 구멍과 동일한 내부의 나사식 구멍을 갖는 물체의 새로운 나사식 구멍으로 나사-삽입체(10)을 삽입함으로써 손상된 나사와 동일한 나사로 물체(12) 내의 손상된 나사의 교체를 허용하는 시스템 및 장치에 관한 것이다. 나사-삽입체는 제자리에 단단히 고정하는 나사를 사용하여 확대된 구멍 안으로 체결된다. 나사-삽입체가 확대된 나사식 구멍 안으로 나사체결될 때 나사-삽입체의 드라이브 헤드 아래 형성된 포켓(11)은 포켓 안으로의 금속 변형이 나사-삽입체와 물체 사이에 밀봉부을 형성하도록 한다.

나사 교체 시스템, 나사-삽입체, 밀봉부, 보어링, 커팅, 드라이브 헤드, 첨단, 루트, 샤프트 나사, 포켓, 네크부

Description

나사 교체 시스템 및 장치{THREAD REPLACEMENT SYSTEM AND DEVICE}

다음의 발명은 일반적으로 물체 내의 손상된 스크류 나사를 교체하기 위한 시스템 및 장치에 관한 것이고, 특히 나사를 삽입체와 복구할 물체 사이에 밀봉부가 제공된 영구적으로 설치된 삽입체로 교체하는, 손상된 스크류 나사를 교체하기 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다.

물체 안으로 커팅된 내부 스크류 나사가 손상될 때 그들은 때때로 그 나사 형상을 회복하기 위해 탭(tap)을 가지고 손상된 나사를 추적함으로써 복구될 수 있다. 그러나, 만약 나사가 탭으로 추적하는 것이 그 기능을 회복하지 못할 정도로 손상되면 그 나사는 교체되어야 한다. 이것은 나사의 큰 직경보다 더 큰 드릴로 원래 나사를 보어링(boring)해서 빼내고 그 구멍을 더 큰 직경의 나사로 재나사체결함으로써 행해질 수 있다. 이러한 방식은 유용한 나사식 구멍을 제공하지만, 이것은 원래보다 상이한 크기의 체결구를 요구한다. 주기적으로 조립해제되고 재조립되는 조립체에서, 이러한 방법은 상이한 헤드 크기를 가진 도구가 필요하다. 즉, 그 장치를 재조립하는 사람들에게 매우 불편하고 어려울 수 있다.

초기 조립체와 동일한 나사로 손상된 나사를 교체하기 위해, 손상된 나사를 보어링해 빼내고 원래 나사를 더 크게 보어링된 나사식 구멍 안으로 나사결합될 수 있고 원래 나사와 동일한 내부 나사를 구비한 나사-삽입체로 교체하는 것이 필요하다. 이러한 나사 삽입체가 이용가능하지만, 나사-삽입체의 외부 나사는 일반적으로 통상의 나선형이다. 통상의 나사-삽입체는 기계 스크류가 조립해제를 위해 제거될 때 풀리는 경향이 있고 또는 몇몇 경우 나사-삽입체는 부착된 스크류를 제거하려할 때 물체로부터 빠져서 조립해제 작업을 복잡하게 한다. 더욱이, 만약 부착 스크류가 물체와 밀봉식으로 체결되면, 통상의 나사-삽입체는 보통 그 외부 나사와 물체의 벽 사이에 밀봉부를 제공하지 않는다.

다음의 종래 기술은 출원인이 인지하는 관련 종래 기술을 개시해야할 출원인의 의무를 이행하기 위해 본 명세서에 포함시켜 반영한다. 그러나, 이러한 종래 기술은 이하의 명세서 및 청구범위에서 더 자세히 개시된 본 발명을 교시하거나 명백하게 하지는 않다는 점을 명문화한다.

특허 번호 발행일 발명가

5,499,892 1996년 3월 19일 리드(Reed)

본 발명은 상술한 단점을 방지하는 나사-조립체를 제공하는 목적을 갖는다.

본 발명은 먼저 삽입체의 외부면 상에 나사 형상과 보어링 구멍 내에 형성된 정합 나사를 사용하여 물체 내의 구멍 안으로 체결되는 나사-삽입체를 제공함으로써 상술된 종래 기술의 단점을 극복한다. 나사-삽입체는 물체의 교체 구멍 안으로 삽입체를 단단히 고정(lock)하는 헤드를 향해 상향으로 각진 상향으로 경사진 나사면을 구비한다. 이러한 나사의 효과는 삽입체를 수용하는 물체에 대해 삽입체의 다른 부분에 마주하는 나사의 클램핑 작용으로 인해 삽입체가 조여질 때 방사형 내향 클램핑력을 제공하는 것이다. 둘째, 나사-삽입체는 바람직하게는 원하는 표준 나사식 체결구를 수용하도록 형성된 내부 나사를 갖는다. 세째, 나사-삽입체는 바람직하게는 임의의 다양한 토크-수용 형상을 포함할 수 있는 드라이브 헤드를 포함한다. 예를 들어, 드라이브 헤드는 렌치의 면에 의해 지정되도록 치수가 정해진 다면을 가질 수 있다. 더욱이, 슬롯은 슬롯식 스크류 드라이버 또는 다른 유사 구조물에 대응적으로 형성될 수 있다. 따라서, 드라이브 헤드는 토크를 수용하고 나사 복구 삽입체가 그 중심의 장축에 대해 회전하도록 한다. 드라이브 헤드 아래에서, 삽입체는 바람직하게는 네크를 포함한다.

나사-삽입체는 네크와 나사-삽입체 상의 최상부 나사의 상부면 사이에 개재된 포켓을 구비한다. 삽입체가 보어링된 구멍의 나사 안으로 완전히 나사체결될 때 삽입체는 물체로부터 나사의 금속을 변형시키고, 삽입체와 물체의 벽 사이에 기밀을 형성하는 포켓 안으로 강압시킨다.

본 발명의 산업상의 적용성은 본 발명의 다음의 목적의 설명을 통해 증명된다.

따라서, 본 발명의 주요한 목적은 나사 조임 중에 삽입체와 물체의 벽 사이에 유체 기밀식 밀봉부를 형성하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 물체 또는 물체들을 조립하고 재조립하는데 요구되는 상이한 크기의 체결구의 복잡성을 방지하도록 원래 손상되지 않은 나사와 동일한 나사를 허용하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 조립해제가 요구될 때 느슨해지려는 경향을 방지하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 나사-삽입체의 헤드를 향해 상향으로 각지고 삽입체를 물체의 교체 구멍 안으로 단단히 고정하는 상향으로 경사진 나사면이 있는 외부 나사를 제공함으로써 조립해제가 요구될 때 느슨해지려는 경향을 방지하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 최상부 나사의 상부면과 네크 사이에 형성된 포켓을 구비한 나사-삽입체를 제공하는 것이고, 나사-삽입체가 조여질 때 정합 나사를 구성하는 물체의 금속은 포켓 안으로 변형되어 삽입체와 물체의 벽 사이에 밀봉부를 생성한다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 나사와 내부 나사를 그 위에 배치시키는 것을 포함하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 일반적으로 이용가능한 토크 인가 수단에 의해 구동 가능한 드라이브 헤드를 포함하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 나사에 의해 나사-삽입체가 나사식 구멍으로부터 체결해제되는 것을 방지하는 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대응적으로 형성된 구멍을 유한 거리만큼 진입하도록 구성된 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 나사가 서로 약간 이격되고 루트(root)와 그의 첨단(crest) 사이에 최소 두께를 유지하여 내구성있는 나사를 제공하는 나사-삽 입체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 제조 비용이 적지만 구조면에서 내구적인 나사-삽입체를 제공하는 것이다.

제1 장점의 관점에서, 나사-삽입체와 나사-삽입체가 그 안에 삽입되는 물체 사이에 밀봉부를 제공하기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 특징이며, 구멍을 보어링하는 단계와, 나사-삽입체의 형상을 정합하기 위해 구멍의 상부를 커팅하는 단계와, 구멍 내의 정합 나사의 골을 파는(tapping) 단계와, 나사-삽입체를 고정될 때까지 구멍 안으로 나사체결하는 단계와, 금속 변형을 일으키도록 구멍 안으로 나사-삽입체를 나사체결하는 단계를 더 포함한다.

제2 장점의 관점에서, 그 자체와 나사체결되는 내부의 물체 사이에 밀봉부를 형성하는 나사-삽입체를 제공하는 것이 본 발명의 특징이다. 나사-삽입체는 드라이브 헤드로부터 중심축을 따라 말단부까지 연장된 나사식 샤프트를 구비하고, 상기 샤프트 나사들 중 적어도 하나는 나사식 샤프트의 큰 직경을 한정하는 첨단과, 나사식 샤프트의 작은 직경을 한정하는 루트와, 루트의 바닥 엣지로부터 첨단의 상부 엣지까지 연장하는 상부면과, 나사식 샤프트의 최상 나사와 헤드의 하부 부분 사이에 개재된 포켓을 포함하고, 상기 상부면은 나사식 샤프트의 중심축에 수직인 기준면에서 0보다 더 큰 각으로 첨단을 향해 연장하는 부분을 갖는다.

제3 장점의 관점에서, 최상부 나사와 나사-삽입체의 드라이브 헤드 아래 위치된 네크부 사이에 개재된 나사-삽입체의 포켓부를 제공하는 것이 본 발명의 특징이고, 최상부 나사와 네크부는 이를 통해 연장하는 공동 중심축과 이격 관계에 있 고, 네크는 직경(d₁)의 외부 원통면으로부터 형성된다. 포켓부는 d₁의 직경을 가진 네크를 예각으로 교차하고 d₂의 직경을 가진 내부 원통면을 예각으로 교차하는 릴리프면(relief surface)과, 내부 원통면과, 최상부 헤드의 공동 중심축에 대해 각이 있는 상부면을 포함하고, d₁은 d₂보다 크고 원통면은 나사-삽입체의 공동 중심축에 평행하고 서로 중심이 같다.

이러한 및 다른 목적은 첨부된 도면과 관련하여 고려된 다음의 상세한 설명을 고려할 때 명백해질 것이다.

12개의 도면이 본 발명을 설명하기 위해 선택되었다. 이러한 도면 및 다음의 설명은 권리 주장되는 본 발명을 실행하기 위해 본 기술 분야에 숙련된 기술자들에게 충분하다.

도1은 물체 안으로 나사체결되고 나사식 관통 구멍을 구비한 본 발명의 나사-삽입체의 단면도이다.

도2는 포켓을 상세히 한 확대도이다.

도3은 나사-삽입체를 상세히 한 확대 단면도이다.

도4는 손상된 나사를 구비한 물체의 단면도이다.

도5는 나사-삽입체를 사용하는 방법의 제1 단계를 도시한다.

도6은 나사-삽입체를 사용하기 위해 물체에 구멍을 준비하는 제2 단계를 도시한다.

도7은 나사-삽입체를 사용하기 위해 물체에 구멍을 준비하는 제3 단계를 도시한다.

도8은 나사-삽입체를 설치하는 제1 단계를 도시한다.

도9는 나사-삽입체를 설치하는 제2 단계를 도시한다.

도10은 나사-삽입체를 설치하는 마지막 단계를 도시한다.

도11은 도1의 변화를 도시한다.

도12 또한 도1의 변화를 도시한다.

다양한 도면에서 동일한 부분은 동일한 도면부호로 인용하는 도면을 참조할 때, 도면부호 10은 본 발명에 따른 양호한 실시예를 나타낸다.

도1에서는 물체(12)에 완전히 설치된 뒤에 물체의 구멍에서 손상된 나사(32; 도3)를 교체하기 위해 나사-삽입체(10)의 양호한 일 실시예를 도시하다. 물체(12)는 이 물체에 다른 장치를 부착시키거나 또는 제2 부분을 갖춘 조립체용 나사식 구멍을 필요로 하는 임의의 장치일 수 있다. 구멍(18; 도4)은 물체(12) 안으로 드릴(34)에 의해 보어링되고 이에 정합 나사부(19; 도6)가 구멍(18)의 벽 안으로 커팅된다.

나사-삽입체(10)는 나사-삽입체(10)의 상부면(21)이 물체(12)의 상부면과 실질적으로 동일한 높이가 될 때까지 상기 물체의 나사식 구멍으로 회전될 수 있다. 상부면(21)이 물체(12) 위에 돌출될 경우, 그대로 있거나 또는 지면과 동일한 높이가 된다. 도1a에서 알 수 있듯이, 포켓(11)은 직경(d₁)과, 첨두(cusp; 17)에서 각도 델타(Δ)로 네크와 교차하는 릴리이프면(15)을 갖는 외부 원통면으로 형성된 네크(13)로 한정된다. 첨두(17)는 물체의 재료를 클림핑함으로써 변형을 야기시키는 활성면이다. 사실상, 첨두(17)는 로킹 링 밀봉부(26')로 변형되는 구멍(18)의 상부 나사(26)를 변형시킨다. 릴리이프(15)는 직경(d₂)을 갖는 내부 원통면(29)과 교차한다. 면들(15, 29) 사이의 각은 β이고, 바람직하게는 예각이며 바람직하게는 80°이다. d₁는 d₂보다 크다는 것을 알아야 한다. 네크(13) 및 내부 원통면(29)은 평행하고 중심이 같다. 최상부 나사면(68)은 각도 입실론(ε) 바람직하게는 90°로 내부 원통면(29)과 교차한다. 예각(Δ)으로 형성된 포켓(11), 릴리이프면(15), 내부 원통면(29) 및 나사면(68)은 구멍(18)의 상부 나사(26)를 형성하는 금속이 변형되도록 가압한다. 이러한 금속 변형은 나사-삽입체의 나사의 상부에서 로킹 링 밀봉부(26')를 형성한다. 로킹 링 밀봉부(26')는 물체(12)와 나사-삽입체(10) 사이의 영구적인 유체 기밀식 조인트를 형성한다.

내부 나사(16)는 바람직하게는 종래의 디자인이고, 최초 손상된 나사를 교체하기 위해 나사-삽입체(10)의 본체에 중심적으로 형성된다. 내부 나사(16)는 삽입부(10)의 장축을 중심으로 중심설정되는 것이 바람직하다. 이러한 공정의 단계는 도2 내지 도6의 논의와 함께 아래에 설명하다.

도2에는 나사-삽입체(10)의 외부의 나사(20)의 확대 상세도를 도시한다. 상기 나사는 나선형으로 권취되고 대직경(62)을 한정하는 첨단(64)과 소직경(60)을 한정하는 루트(66)를 포함한다. 상기 나사는 루트(66)의 상부 엣지(74)로부터 첨단(64)의 하부 엣지(76)로 연장되는 하부면(70)을 포함한다. 상부면(68) 및 하부면(70) 모두는 나사-삽입체의 상부 방향으로 상향 경사진다. 첨단(64) 및 루트(66)는 중심축(63)으로부터 일정 거리에 있다. 상부면(68)은 루트(66)로부터 상부면각 알파(α)로 연장되고 중심축(63)에 수직한 기준면(65)으로부터 발산한다. 상부면각(α)은 바람직하게는 20°이지만, 0°와 90°사이의 소정각일 수 있다. 하부면(70)은 루트(66)로부터 첨단(64)까지 하부면각 베타(β)로 연장되어 첨단(64)에서의 나사의 두께는 인접 루트들 사이의 나사의 두께보다 작다. 따라서, 상기 나사는 보다 큰 두께를 구비하고, 소직경(60)에 인접하여 보다 강한 강도를 갖고 따라서 도1에 도시된 밀봉부를 형성하는데 필요로 되는 로드를 견딜 수 있다.

도3 내지 도7을 참조하여 본 발명의 장치를 사용하는 공정의 상세한 설명을 한다. 도3에는 물체(12)와 도면부호 32에 도시된 것처럼 나사가 그 안에서 손상을 입은 초기 나사식 구멍(30)을 함께 도시된다. 수직 나사와 동일한 크기의 나사식 구멍과 함께 손상된 나사를 교체하기 위해, 새롭고 보다 큰 구멍(18)이 물체(12) 안으로 도4에 도시된 드릴(34)에 의해 보어링된다. 도면에서, 나사식 구멍은 관통 구멍이다. 상기 공정의 이후 단계는 도5에 도시된다. 여기서, 구멍(18)의 상부는 도1에 처음 도시된 것과 같은 나사-삽입체(10)의 헤드의 형상과 일치하도록 커터(cutter; 42)에 의해 형상지어진다. 커터(42)의 직경(50)은 구멍(18)의 직경과 일치하고 구멍(18)에 커터(42)를 중심설정하도록 조력한다. 커팅면(44)은 나사-삽입체(10)의 헤드의 외경과 일치하는 구멍의 상부 직경(36)을 형성한다. 표면(46)은 구멍에 정지면(38)을 형성하고, 커터의 표면(48)은 구멍의 지점(40)을 형성한다. 도6은 구멍(18)에 정합 나사(19)를 형성하는 데 사용된 탭(58)을 도시한다. 탭(58)은 삽입부(10)의 대직경(62) 및 소직경(60)과 각각 일치하는 대직경(56) 및 소직경(54)을 갖는 구멍(18) 내에 일치식 나사(19)를 형성한다.

도7a, 도7b 및 도7c에는 나사 교체 장치의 조립체를 도시한다. 구멍(18)은 헤드 수납 구멍에 나사-삽입체(10)의 헤드(14)를 수납하고 나사(20)가 구멍(18)의 나사부(19)로 수납하도록 상기 설명한 것과 같이 준비된다. 도7a에서, 나사-삽입체(10)는 구멍(18) 위에 위치되고 그 위에 중심설정된다. 도7b에서, 나사-삽입체(10)는 첨두(17)가 상부 나사(26)의 상부 나사면(68)과 접촉할 때까지 구멍(18) 안으로 나사형성 부분이 삽입된다. 나사-삽입체(10)가 구멍(18)으로 더 나사체결될 때, 첨두(17)는 나사-삽입체(10)의 포켓(11)으로 금속 변형을 야기시켜 나사부(26)를 변형시킨다. 나사-삽입체(10)는 나사-삽입체(10)의 상부면(21)이 물체(12)의 상부면(22)과 실질적으로 동일한 높이로 될 때까지 구멍(18)으로 회전된다. 나사-삽입체(10)가 구멍(18)으로 완전히 나사체결될 때, 로킹 링 밀봉부(26')는 도1 및 도1a에 도시된 것처럼 상부 나사(26)를 변형시킴으로써 포켓(11)에 완전히 형성된다. 나사-삽입체(10)는 물체에 영구적으로 설치된다.

도8a 및 도8b는 도1 및 도1a로부터의 변경예를 도시하며, 상기 삽입부는 도1 및 도1a에서 80°인 반면 약 70°의 각(Δ)을 포함한다. 물체는 바람직하게는 55°인 각도(Δ)를 갖는 활성면을 포함한다. 릴리이프면(15'), 표면(29') 및 최상부면(68')는 도8b에 도시된 것처럼 일치된다. 금속 변형은 매우 양호한 밀봉부를 형성한다. 표면(29')의 직경(d')은 나사의 루트(66)보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 설명된 본 발명은 상기 설명하고 아래에 첨부되는 청구범위에 설명한 것처럼 본 발명의 기술 사상 내에서 다양한 구조적 변경 및 응용이 가능하다.

Claims

포켓을 구비한 나사-삽입체와 이 나사-삽입체가 내부에 삽입되는 물체 사이에 밀봉부를 제공하기 위한 방법이며,

구멍을 보어링하는 단계와,

나사-삽입체의 형상과 일치하도록 상기 구멍의 상부를 커팅하는 단계와,

상기 구멍 내의 정합 나사의 골을 파는 단계와,

안착될 때까지 상기 구멍으로 상기 나사-삽입체를 나사체결하는 단계와,

포켓 내에서 물체가 변형되도록 상기 구멍 안으로 나사-삽입체를 나사체결하는 단계를 포함하며, 이로써 나사-삽입체와 물체 사이에 밀봉부가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
나사-삽입체이며,

상기 나사-삽입체는 이 나사-삽입체가 내부로 나사체결되는 물체와의 사이에 밀봉부를 형성하며,

중심축을 따라 드라이브 헤드로부터 말단부까지 연장되는 나사식 샤프트와,

상기 나사식 샤프트의 대직경을 한정하는 첨단과, 상기 나사식 샤프트의 소직경을 한정하는 루트와, 상기 루트의 바닥엣지로부터 첨단의 상부 엣지까지 연장하는 상부면을 구비하는 상기 나사식 샤프트의 적어도 하나의 나사와,

상기 나사식 샤프트의 최상 나사와 상기 헤드의 하부 사이에 개재된 포켓을 포함하고,

상기 상부면은 나사식 샤프트의 중심축에 수직인 기준면으로부터 0 보다 큰 각으로 첨단을 향해 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 나사-삽입체.
나사-삽입체의 드라이브 헤드 아래에 위치된 네크부와 최상부 나사 사이에 개재된 나사-삽입체의 포켓부이며, 상기 최상부 나사와 네크부는, 이를 통해 연장하는 공통 중심축에 의해 이격된 관계로 위치하고, 상기 네크는 직경(d₁)의 외부 원통면으로부터 형성되고, 상기 포켓부는,

릴리이프면과,

내부 원통면과,

최상부 나사의 공통 중심축에 대해 소정각을 이루는 상부면을 포함하는 면들에 의해 한정되며,

상기 릴리이프면은 직경(d₁)을 갖는 네크와 예각으로 교차하고, 직경(d₂)을 갖는 내부 원통면과 예각으로 교차하고,

상기 d₁은 d₂보다 크고, 상기 원통면들은 나사-삽입체의 공통 중심축과 평행하고 서로 중심이 같은 것을 특징으로 하는 포켓부.