KR101143331B1 - 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법 - Google Patents

다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 높일 수 있는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 및 이의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트의 제조방법은, a) 금속봉을 절단 및 단조 성형하여 플랜지 및 너트 바디를 갖는 단조 성형물을 제조하는 단계; b) 상기 다이아몬드 격자의 좌향 사선을 형성하기 위한 좌향 사선 금형돌기 및 제1환형 금형돌기가 마련된 제1 전조 금형물 및 다이아몬드 격자의 우향 사선을 형성하기 위한 우향 사선 금형돌기 및 제2환형 금형돌기가 마련된 제2 전조금형물 사이로 상기 단조 성형물을 인입 설치되는 단계; 및 c) 상기 전조 성형물을 상기 단조 성형물로 가압하고, 각 전조 성형물을 상하 방향으로 이송시켜 전조 성형함으로써 상기 너트 바디의 외주부에 다수의 다이아몬드 격자가 배열되도록 성형하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 인서트 너트의 돌기 형상을 다이아몬드 격자로 구성함과 동시에, 다이아몬드 격자의 하단부에 적어도 둘 이상의 환형돌기를 전조 성형하도록 함에 따라, 격자의 구조 및 배열 이외에 환형돌기의 형상으로부터 모재 용융부의 흐름을 억제토록 하여 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 증대시키는 효과가 있다.

Description

다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법{INSERT NUT HAVING A DIAMOND STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 인서트 너트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인서트 너트의 삽설과정에서 모재의 용융부위가 결착돌기의 상부에 안착되도록 하여, 모재와 인서트 너트 간의 결착력을 높일 수 있는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2개의 부재를 하나의 유닛으로 조립함에 있어 나사체결 부재가 널리 사용되는데, 근래 들어 전자제품과 같이 박형화가 요구되는 제품에는 제품과 일체로 사출성형 되는 인서트 너트가 사용된다. 일예로, 휴대폰 커버나 본체는 대부분 2개로 분할된 케이스로 성형되어 조립되며, 이와 같은 케이스에 전자부품의 용이한 조립을 위해서 인서트 너트가 압입 또는 인서트 사출에 의해 구비된다.
인서트 너트는 어떠한 장치를 결합하기 위해 본체 또는 하우징의 일부에 나사산을 갖는 구멍을 형성하는 공정의 번거로움을 개선하기 위해 일정한 크기의 구멍을 갖는 수지재 등의 재질로 만들어지는 기구를 고정되게 장착하여 일정한 범위의 직경을 갖는 나사 또는 볼트를 체결할 수 있도록 하는 결합기구의 일종이다.
상기한 인서트 너트는 사출되어 지그에 의해 고정된 하우징의 구멍에 삽입되어 일체로 고정되는 데 이때, 인서트 너트에 고주파의 전류를 이용하여 순간 열융착하는 방식으로 압착 공구에 의해 체결된다. 순간 열융착은 인서트 너트가 삽설되는 모재의 종류에 따라 그 온도의 차이가 있으나, 통상 인서트 너트는 300℃ 이상의 온도로 가열된 후, 모재의 삽설공에 가압 설치된다.
따라서, 상기 모재의 삽설공 내주면은 인서트 너트 온도에 의해 용융되며, 용융 과정에서 인서트 너트의 외주부에 형성된 다수 돌기 사이로 융착되어 모재와 인서트 너트 간의 결합이 이루어진다.
대한민국 공개특허 10-2009-0057498 '인서트 너트 및 그의 제조방법'에서 모재에 삽입되는 부분의 외표면에 다수의 결착돌기가 나선 형태를 따라 마련되어 있는 인서트 너트를 개시하고 있다. 이를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 인서트 너트를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 인서트 너트(2)는 내주면(4)에 탭가공이 되어 있으며 외주면에는 촘촘히 나있는 다수의 세로홈(6)과 가로홈(8)에 의해 다수의 결착돌기(10)가 격자 형태로 돌출되는 원통형의 인서트부(12)와, 상기 인서트부(12)의 일단에 일체로 부착되어 있는 플랜지부(14)를 포함한다. 각 모서리는 모따기가 되어 있다. 특히 모재로 삽입되는 인서트부(12)의 선단은 모재로의 삽입이 용이하도록 라운드 처리되어 있다. 결착돌기(10)는 결국 인서트부(12)의 길이방향에 대하여 직각방향으로 패인 가로홈(8)과 인서트부(12)의 길이방향을 따라 패인 세로홈(6)에 의해 만들어지는 것이다. 인서트부(12)는 나사 또는 볼트와 같이 나선운동을 통해 모재에 삽입되거나 또는 모재로부터 분리될 수 있게 된다. 가로 홈(8)은 필요에 따라 왼나사 또는 오른나사로 할 수 있다. 나아가 가로홈(8)은 한줄나사를 포함하여 두줄나사 또는 세줄나사의 형태를 취할 수도 있다. 플랜지부(14)는 외측면과 내측면이 원형으로 되어 있지만 스패너 또는 렌치 등을 통해 회전시킬 수 있도록 내측면에 육각 또는 다각형의 홈을 만들거나 외측면을 육각 또는 다각 형태로 할 수 있다. 세로홈(6) 내지 가로홈(8)의 깊이 또는 패인 각도 등은 종래의 인서트너트에 준하여 결정되므로 구체적인 형태 및 치수는 설명을 생략한다. 홈(6,8)의 깊이가 크면 모재(M)에 박혀있는 힘이 강할 것이며, 홈의 깊이가 얕다면 그 반대일 것이다. 또한, 인서트 너트(2)는 원통 형태의 인서트부(12)와 인서트부의 일단에 일체로 부착되는 플랜지부(14)로 구성된다. 우선 준비된 환봉을 단위길이로 절단하여 단위환봉을 만들기 위한 절단단계가 실시된다. 단위 환봉의 길이는 프레스 가공이 가능한 범위에서 임의로 결정될 것이다. 절단된 단위 환봉을 프레스 펀치를 이용하여 외부의 기본 형상 및 내주면을 형성하는 펀칭단계가 후속된다. 이 펀칭단계에서 단위 환봉에 완전한 볼트공을 낼 수도 있으며 각 모서리부분에 모따기를 시행할 수도 있다. 인서트부의 내주면(4)을 형성하기 위한 볼트공은 2단계 이상의 세부 펀칭단계에 의해 완전하게 관통 형성될 수도 있으며 일 회의 펀칭에 의해서도 타공될 수도 있다. 따라서, 모재에 삽입 설치하기가 용이한 인서트너트 및 대량생산을 가능하게 된다. 그러나, 전술된 종래 인서트 너트는 그 격자가 장방형(四角形)으로 배열됨에 따라, 격자 간 세로방향 또는 가로방향으로 홈이 형성되어 인서트 너트의 삽설 과정에서 모재의 용융부위가 격자 사이로 흘러내리는 현상이 발생하여, 인서트 너트와 모재 간의 융착율이 저하되는 문제가 있다. 즉, 사각격자 형태의 인서트 너트는 그 제조 과정이 용이한 장점이 있는 반면, 격자의 배열로 인해 모재의 용융부가 격자 사이로 충분히 융착되지 못하다는 문제가 있다. 실질적으로, 현재 사용되고 있는 사각격자 형태의 인서트 너트에 대한 풀아웃 포스(PULL OUT FORCE)는 600 ~ 650kgf 정도이며, 국외 스펙 사양에 따라 풀아웃 포스의 강도를 높여야 할 필요성이 야기되고 있다. 본 출원인은 종래 사각 격자의 형태를 갖는 인서트 너트의 풀아웃 포스를 실험하였으며, 모재의 재질은 통상적으로 사용되는 차량용 사출재질인 PA66-GF35, PA6-GF30가 사용되었다. 실험결과는 도 5와 같다. 도시된 바와 같이, 풀아웃 포스의 단위는 kgf이며, 인서트 너트의 초음파 가열 온도는 300℃ 내지 350℃가 유지되도록 하였다. 인지되는 바와 같이, PA66-GF35 재질의 모재가 사용될 때는 평균, 634kgf이고, PA6-GF30 모재가 사용될 경우, 평균 628.1kgf이다. 실험결과와 같이, 사각격자를 갖는 인서트 너트의 풀아웃 포스는 국내 스펙 범위에 해당하나, 해외 수출(특정 업체의 바이어 요구)을 위한 스펙에는 다소 미치지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 인서트 너트 격자의 구조를 다이아몬드 형태로 구현하고, 각 격자 간 교체 배열되도록 하여, 초음파 가열된 인서트 너트를 모재로 삽설할 때, 모재 용융부의 흐름이 격자 배열로부터 억제된 후, 격자 사이로 다량의 용융부가 융착되도록 함으로써, 인서트 너트의 풀아웃 포스를 높일 수 있는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 인서트 너트의 격자 형성면을 굴곡지게 구현함으로써, 인서트 너트의 삽설 과정에서 모재 용융부의 흐름을 완화시켜 격자 사이로 다량의 용융부가 융착되도록 할 수 있는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조는, 플랜지와 너트 바디로 구성된 인서트 너트 구조에 있어서, 상기 너트 바디는 균일 간격으로 구성된 우향 사선홈 및 좌향 사선홈을 전조 성형함으로써, 다이아몬드 형태의 격자를 형성하되, 상기 우향 사선홈 및 좌향 사선홈은 각각으로 1.0mm 내지 1.5mm의 간격으로 형성되며, 각 홈의 두께는 0.4mm 내지 0.5mm를 유지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트의 제조방법은, a) 금속봉을 절단 및 단조 성형하여 플랜지 및 너트 바디를 갖는 단조 성형물을 제조하는 단계; b) 상기 다이아몬드 격자의 좌향 사선을 형성하기 위한 좌향 사선 금형돌기가 마련된 제1 전조금형물 및 다이아몬드 격자의 우향 사선을 형성하기 위한 우향 사선 금형돌기가 마련된 제2 전조금형물 사이로 상기 단조 성형물을 인입 설치되는 단계; 및 c) 상기 전조 성형물을 상기 단조 성형물로 가압하고, 각 전조 성형물을 상하 방향으로 이송시켜 전조 성형함으로써 상기 너트 바디의 외주부에 다수의 다이아몬드 격자가 배열되도록 성형하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시 예에 따른 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트의 제조방법은, a) 금속봉을 절단 및 단조 성형하여 플랜지 및 너트 바디를 갖는 단조 성형물을 제조하는 단계; b) 상기 다이아몬드 격자의 좌향 사선을 형성하기 위한 좌향 사선 금형돌기 및 제1환형 금형돌기가 마련된 제1 전조 금형물 및 다이아몬드 격자의 우향 사선을 형성하기 위한 우향 사선 금형돌기 및 제2환형 금형돌기가 마련된 제2 전조금형물 사이로 상기 단조 성형물을 인입 설치되는 단계; 및 c) 상기 전조 성형물을 상기 단조 성형물로 가압하고, 각 전조 성형물을 상하 방향으로 이송시켜 전조 성형함으로써 상기 너트 바디의 외주부에 다수의 다이아몬드 격자가 배열되도록 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제시되는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법은, 사각격자 구조를 갖는 인서트 너트의 격자 배열에 의한 모재 용융부의 흐름을 억제할 수 있도록 상호 교체 배열된 다이아몬드 형태의 격자를 전조 성형함으로써, 인서트 너트의 풀아웃 포스를 높이는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에서는 인서트 너트의 돌기 형상을 다이아몬드 격자로 구성함과 동시에, 다이아몬드 격자의 하단부에 적어도 둘 이상의 환형돌기를 전조 성형하도록 함에 따라, 격자의 구조 및 배열 이외에 환형돌기의 형상으로부터 모재 용융부의 흐름을 억제토록 하여 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 인서트 너트의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인서트 너트의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 의해 제조된 인서트 너트의 사시도이다.
도 5는 도 1의 구조에 따른 풀아웃 포스 강도를 측정한 데이터이다.
도 6은 본 발명에 따른 다이아몬드 구조의 인서트 너트에 대한 풀아웃 포스 강도를 측정한 데이터이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 다이아몬드 격자 형태를 갖는 인서트 너트의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도시된 바와 같이 금속봉을 절단 및 단조 성형하여 플랜지(203) 및 너트 바디(205)를 갖는 단조 성형물(201)을 제조한 후, 다이아몬드 격자의 좌향 사선을 형성하기 위한 좌향 사선 금형돌기(213)가 마련된 제1 전조금형물(211) 및 다이아몬드 격자의 우향 사선을 형성하기 위한 우향 사선 금형돌기(223)가 마련된 제2 전조금형물(221) 사이로 상기 단조 성형물(201)을 인입시킨 후, 상기 각 전조 성형물(211, 221)을 상하로 가압하여 단조 성형함으로써 상기 너트 바디(205)의 외주부에 다수의 다이아몬드 격자가 배열되도록 성형한다.
여기서, 상기 좌향 사선 및 우향 사선은 인서트 너트의 길이 방향으로 기울어진 사선이며, 인서트 너트의 길이 방향을 중심으로 40°내지 60°의 기울기를 갖는다. 바람직하게는 45°가 적절하며, 40°미만일 경우에는 다이아몬드 격자의 좌향 사선과 우향 사선의 각도가 작아 모재의 용융부위가 안정적으로 융착되지 못하는 문제가 있다. 또한, 전술된 사선의 기울기가 60°를 넘을 경우 격자의 크기가 작아 용융부위의 융착 면적이 작아져 풀아웃 포스 강도가 낮아지는 문제가 있다.
즉, 사선의 기울기가 60°를 넘을 경우 다이아몬드 격자의 크기가 작아져 격자의 형상이 변형되어 불량품을 양산하게 된다. 또한, 이를 보완하기 위해 각 사선의 금형돌기의 간격을 넓혀 다이아몬드 격자의 크기를 유지할 수 있으나, 이 경우 너트바디(205)의 외주부 상으로 형성되는 격자의 갯 수가 작아서 결국, 풀아웃 포스 강도가 낮아지게 된다.
본 발명에서 너트바디(205)에 많은 양의 격자가 형성되도록 하고 있는데, 이를 위해 금형돌기의 간격을 1.0mm 내지 1.5mm, 바람직하게는 1.25mm 로 하고 금형돌기 종단의 폭은 0.4mm 내지 0.6mm, 바람직하게는 0.5mm으로 설정하고 있다. 이는 내구성이 유지되는 범위 내에서 금형 가능한 최소 수치이다. 이와 같이, 다이아몬드 형태의 격자가 형성되면 도시된 바와 같이, 우향 사선홈(241) 및 좌향 사선홈(243)이 구현되어 인서트 너트의 길이 방향과 같은 수직 홈이 배제된다. 이는 모재의 용융부위가 하향으로 흐르는 것을 방지할 뿐만 아니라, 다수의 다이아몬드 격자 사이로 유출되도록 하여 풀아웃 포스 강도를 높이게 된다.
예컨대, 사각 형태의 격자를 갖는 인서트 너트일 경우, 사각 격자의 측면에는 용융부위가 안착되지 못하는 경향이 존재하는 반면, 본 발명과 같이 다이아몬드 격자는 사각 격자에 비해 용융부위의 안착 면적 즉, 용융부위가 융착되기 위한 면적이 커져 모재와의 결합력이 강하게 된다.
한편, 본 발명에서는 전조 과정을 통해 상기 제1 전조 금형물(211)과 제2 전조 금형물(221)을 너트바디(205)의 외주면 상으로 가압한 후, 각 전조 금형물을 상하 방향으로 이송시킴으로써, 너트바디(205)의 외주부에 다이아몬드 격자를 형성하고 있다. 이는 통상의 방법에 따라, 단조 성형물(201)을 사이에 두고, 각 전조 금형물(211, 221)을 가압한 후, 단조 성형물(201)을 회전 진입시켜 전조 공정을 수행할 수 있으나, 단조 성형물(201)과 각 전조 금형물 사이의 마찰력이 증가하여 결국, 시스템 부하가 증가한다. 이는 시스템의 안정성에 연관될 뿐만 아니라 필요에 따라 용량이 큰 전조 시스템을 구축해야 하는 문제가 있다.
반면, 본 발명에서 제시되는 바와 같이 단조 성형물(201)을 고정한 후, 각 전조 금형물을 상하 방향으로 가압 이송시켜 전조 공정을 수행할 경우, 단조 성형물(201)은 일정한 방향으로 자동적으로 회전하면서 좌향 사선과 우향 사선을 형성한다. 따라서, 상기 단조 성형물(201)은 전조 금형물에 의한 가압력만이 부하로 작용할 뿐, 회전에 의한 마찰력은 발생하지 않는다. 결국, 본 발명에 의한 전조 공정은 시스템의 부하를 격감시키고, 제품의 생산성을 높이는 결과를 유도할 수 있는 것이다.
본 출원인은 다이아몬드 격자 형태를 갖는 인서트 너트의 풀아웃 포스를 실험하였으며, 모재의 재질은 전술된 사각 격자에 사용되었던 차량용 사출재질인 PA66-GF35, PA6-GF30를 적용하였다. 또한, 선행 기술과의 동등한 대비를 위해 사출물의 형태를 동일하게 적용하였다. 본 발명의 실험 결과는 첨부된 도 6a와 같다.
여기서, 풀아웃 포스의 단위는 kgf이며, 인서트 너트의 초음파 가열 온도는 선행기술의 조건과 같이 300℃ 내지 350℃가 유지되도록 하였다. 전체 10회를 실시 하였으며, PA66-GF35 재질의 모재가 사용될 때는 평균, 763.6kgf이고, PA6-GF30 모재가 사용될 경우, 평균 756.6kgf이다. 이는 사각 격자의 인서트 너트에 대한 풀아웃 포스 강도에 비해, 각각 20.4%가 증가하였다.
한편, 본 발명에서는 다이아몬드 격자 형태를 이용하여 모재의 용융부위가 용이하게 융착되도록 유도하고 있으나, 이에 대한 효율을 높이기 위해 상기 너트바디(205)의 하단부에 환형 돌기를 가공함으로써, 모재의 융착 용량을 높일 수 있다. 즉, 상기 너트바디(205)의 하단부에 환형 돌기를 형성하여, 모재의 용융부위가 인서트 너트의 하향으로 유출되는 것을 일부 방지함으로써, 다수의 다이아몬드 격자 사이로 모재 용융부의 융착 용량을 높이는 것이다. 즉, 용융부위가 하향으로 유출되는 시간을 억제하는 것은 용융부위가 격자 사이로 융착되는 용량을 높이는 것으로서, 모재와 인서트 너트 간의 결합력을 높이게 된다.
도 3은 전술된 환형 돌기가 구비된 다이아몬드 격자 구조의 인서트 너트를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도시된 바와 같이, 금속봉을 절단 및 단조 성형하여 플랜지(203) 및 너트 바디(205)를 갖는 단조 성형물(201)을 제조한 후, 다이아몬드 격자의 좌향 사선을 형성하기 위한 좌향 사선 금형돌기(213) 및 제1환형 금형돌기(313)가 마련된 제1 전조 금형물(211) 및 다이아몬드 격자의 우향 사선을 형성하기 위한 우향 사선 금형돌기(223) 및 제2환형 금형돌기(313)가 마련된 제2 전조금형물(221) 사이로 상기 단조 성형물(201)을 인입시킨 후, 상기 각 전조 성형물(211, 221)을 상하로 가압하여 단조 성형함으로써 상기 너트 바디(205)의 외주부 상단에 다수의 다이아몬드 격자가 성형 되고, 상기 너트 바디(205)의 외주부 하단에 환형돌기(341)가 성형 된다.
상기 제1환형 금형돌기(311) 및 제2환형 금형돌기(313)는 전조 금형물(211, 221)의 수직 방향으로 형성되어, 인서트 너트 성형물(331)의 하단부에서 정면 기준 수평방향으로 형성된다. 또한, 상기 제1환형 금형돌기(311) 및 제2환형 금형돌기(313)는 상기 좌향사선 금형돌기(213) 및 우향사선 금형돌기(223) 보다 크게 설계함으로써, 환형돌기(341) 간 골의 깊이를 증가시킨다. 환형돌기(341) 간 골의 깊이를 깊게 설계하는 것은 모재의 용융부가 충분히 인입되어 융착되도록 유도하기 위함이다.
이와 같이 단조 및 전조 과정에 의해 성형된 인서트 너트 성형물(331)은 상기 너트바디(205) 상으로 우향 사선홈(343) 및 좌향 사선홈(345)로부터 구현되는 다이아몬드 격자(333)와 더불어, 환형 돌기(341)가 형성된다. 상기 환형 돌기(341)는 다이아몬드 격자(333)의 하단부에 형성되어, 다이아몬드 격자(333) 사이로 유입된 모재의 용융부위가 인서트 너트의 하부로 유출되는 것을 억제한다.
상기 환형 돌기(341)는 적어도 두 개 이상 구성됨이 바람직한데, 이는 환형 돌기(341) 사이에서 형성되는 골에 의해 모재의 용융부가 충분히 융착되도록 하여 풀아웃 포스 강도를 높이기 위함이다. 또한, 상기 환형 돌기(341)는 다이아몬드 격자(333)의 외주면과 같거나 외주면 보다 돌출되도록 함으로써, 다이아몬드 격자(333) 사이로 모재의 용융부가 인입될 때, 하향으로 유출되는 용융부를 억제할 수 있다. 그러나, 상기 환형 돌기(341)의 직경이 플랜지(203)의 직경을 넘을 경우, 인서트 너트의 압입과정에서 모재에 형성되는 홀의 직경이 커져 모재와 인서트 너트 간의 결합력이 저하된다. 따라서, 상기 환형 돌기(341)의 직경은 너트바디(205)의 직경 보다 같거나 크고, 상기 플랜지(203)의 직경 보다 작아야 할 것이다.
또한, 본 실시 예에서도 상기 좌향 사선 및 우향 사선은 전술된 바와 같이, 인서트 너트의 길이 방향으로 기울어진 사선이며, 인서트 너트의 길이 방향을 중심으로 40°내지 60°의 기울기를 갖는다. 바람직하게는 45°가 적절하며, 40°미만일 경우에는 다이아몬드 격자의 좌향 사선과 우향 사선의 각도가 작아 모재의 용융부위가 안정적으로 융착되지 못하는 문제가 있다. 또한, 전술된 사선의 기울기가 60°를 넘을 경우 격자의 크기가 작아 용융부위의 융착 면적이 작아져 풀아웃 포스 강도가 낮아지는 문제가 있다.
한편, 이와 같이 단조 및 전조 과정을 거쳐 인서트 너트 성형물(231)이 제조되면, 상기 플랜지(203)의 내측으로 나사선을 형성하기 위한 탭 공정이 수행된다. 따라서, 상기 인서트 너트의 너트바디(205)는 다수의 균일한 다이아몬드 격자를 형성하고, 다이아몬드 격자의 하단부에 적어도 둘 이상의 환형돌기(341)가 형성된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인서트 너트의 사시도를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 플랜지(203)의 하단에 다수의 다이아몬드 격자가 형성되며, 그 하단으로 환형돌기(341)가 성형된다. 상기 인서트 너트의 내부는 볼트 체결공(417)이 마련되며, 볼트 체결공(417)의 외주면에 나사부(415)가 형성된다. 상기 환형돌기(341)는 적어도 두 개 이상 형성되며, 환형돌기(341) 사이에는 골(413)이 마련된다. 최하단에 형성된 환형돌기(341)는 곡률 형태의 단부(411)를 형성한다.
단부(411)의 형태가 곡률 형태를 갖는 것은 인서트 너트의 압입 과정에서 모재의 용융부가 골(413)의 안측에 매립되도록 유도하는 것이다. 즉, 상기 단부(411)의 곡률은 인서트 너트가 모재의 삽입 홀에 압입될 때, 초음파 가열 온도에 의해 용융된 모재의 용융부가 단부(411)의 곡률을 따라 상기 골(413) 안측으로 유입되도록 하기 위한 구조적 수단인 것이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서 제시되는 인서트 너트는 다수의 다이아몬드 격자(333) 및 환형 돌기(341)에 의해 모재와의 융착면을 높여 풀아웃 포스 강도를 크게 향상시킨다.
환형 돌기(341)가 마련된 다이아몬드 격자의 인서트 너트는 다수의 실험 결과와 같이 풀아웃 포스 강도가 매우 높게 확인되었으며, 인서트 너트의 스펙을 향상시킬 수 있게 되었다. 실험 결과는 다음과 같으며, 모재의 재질은 선행기술의 구조에서 실험된 시료와 동일한 차량용 사출재질인 PA66-GF35, PA6-GF30를 적용하였다. 또한, 선행 기술과의 동등한 대비를 위해 사출물의 형태를 동일하게 적용하였다. 본 발명의 실험 결과는 도 6b와 같다.
여기서, 풀아웃 포스의 단위는 kgf이며, 인서트 너트의 초음파 가열 온도는 선행기술의 조건과 같이 300℃ 내지 350℃가 유지되도록 하였다. 전체 10회를 실시 하였으며, PA66-GF35 재질의 모재가 사용될 때는 평균, 1067.9kgf이고, PA6-GF30 모재가 사용될 경우, 평균 1056.1kgf이다. 이는 선행기술에서 적용된 사각 격자의 인서트 너트에 대한 풀아웃 포스 강도에 비해, 각각 68.4%, 68.1%가 증가하였다.
본 발명에서 제시하는 다이아몬드 격자 형태를 갖는 인서트 너트는, 격자의 형태를 다이아몬드 형태로 상호 교차배열되도록 함에 따라, 다이아몬드 격자 사이로 모재의 용융부가 융착되도록 유도하고, 더불어 인서트 너트의 격자 형성면을 굴곡되게 설계함으로써, 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 증대시킬 뿐만 아니라, 이로부터 해외 시장 공략에 충분히 기여토록 함에 따라 관련 산업에서 이용 가치가 매우 높을 것으로 판단된다.
201 : 단조 성형물 203 : 플랜지
205 : 너트 바디 211 : 제1 전조 금형물
213 : 좌향사선 금형돌기 221 : 제2 전조 금형물
223 : 우향사선 금형돌기 231, 331 : 인서트 너트 성형물
241, 343 : 우향 사선홈 243, 345 : 좌향 사선홈
311 : 제1 환형 금형돌기 313 : 제2 환형 금형돌기
333: 다이아몬드 격자 341 : 환형 돌기
411 : 단부 413 : 골
415 : 나사부 417 : 볼트 체결공

Claims (7)

  1. 플랜지와 너트 바디로 구성된 인서트 너트 구조에 있어서,
    상기 너트 바디는 균일 간격으로 구성된 우향 사선홈 및 좌향 사선홈을 전조 성형함으로써, 다이아몬드 형태의 격자를 형성하되, 상기 우향 사선홈 및 좌향 사선홈은 각각으로 1.0mm 내지 1.5mm의 간격으로 형성되며, 각 홈의 두께는 0.4mm 내지 0.5mm를 유지하며;
    상기 우향 사선홈 및 좌향 사선홈의 하단에 적어도 둘 이상의 환형돌기가 전조 성형되며, 최하단의 환형돌기는 모서리에 곡률 형태를 갖는 단부가 마련되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 우향 사선홈 및 좌향 사선홈을 형성하는 각 사선의 각도는, 상기 인서트 너트의 길이 방향으로 형성되며, 인서트 너트의 길이 방향을 중심으로 40°내지 60°의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 구조.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 다이아몬드 격자 구조의 인서트 너트를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 금속봉을 절단 및 단조 성형하여 플랜지 및 너트 바디를 갖는 단조 성형물을 제조하는 단계;
    b) 상기 다이아몬드 격자의 좌향 사선을 형성하기 위한 좌향 사선 금형돌기 및 제1환형 금형돌기가 마련된 제1 전조 금형물 및 다이아몬드 격자의 우향 사선을 형성하기 위한 우향 사선 금형돌기 및 제2환형 금형돌기가 마련된 제2 전조금형물 사이로 상기 단조 성형물을 인입 설치되는 단계; 및
    c) 상기 전조 성형물을 상기 단조 성형물로 가압하고, 각 전조 성형물을 상하 방향으로 이송시켜 전조 성형함으로써 상기 너트 바디의 외주부에 다수의 다이아몬드 격자 및 환형돌기가 배열되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 환형 금형돌기 및 제2 환형 금형돌기는 적어도 둘 이상의 환형돌기를 형성하기 위한 전조 금형이고, 최하단의 환형돌기는 모서리에 곡률 형태를 갖는 단부가 마련되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 우향 사선 금형돌기 및 좌향 사선 금형돌기를 형성하는 각 사선의 각도는, 상기 인서트 너트의 길이 방향으로 형성되며, 인서트 너트의 길이 방향을 중심으로 40°내지 60°의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 격자 구조형 인서트 너트 제조방법.

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