KR101185765B1

KR101185765B1 - 풀림 방지 플랜지 너트

Info

Publication number: KR101185765B1
Application number: KR1020120022931A
Authority: KR
Inventors: 황인성
Original assignee: 이진숙
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-09-26

Abstract

본 발명은 너트 조임에 대한 응력을 너트 본체에 효과적으로 전달하며 요구되는 조임 토크에 대해 인가되는 힘이 적게 들고 버클링 현상을 방지할 수 있는 풀림 방지 플랜지 너트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풀림 방지 플랜지 너트는 내측에 암나사부(110)가 형성된 너트 본체(100) 및 상기 너트 본체(100)와 일체로 형성되는 플랜지(200)를 구비하는 풀림 방지 플랜지 너트에 있어서, 상기 플랜지(200)가 모재(1)와 면접하는 평면부(210), 상기 평면부(210)의 내경으로부터 연장되어 모재(1)로부터 이격되는 방향으로 소정의 경사각을 가지는 제1테이퍼부(220) 및 상기 제1테이퍼부(220)와 너트 본체(100)의 암나사부(110) 사이에 구비되며 상기 제1테이퍼부(220)보다 더 큰 경사각을 가지는 제2테이퍼부(230)를 포함하며, 상기 평면부(210)의 내측 반경(Rfi)이 너트 본체(100)의 외측 반경(Rn)보다 큰 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

풀림 방지 플랜지 너트{SELF-LOCKING NUT WITH FLANGE}

본 발명은 풀림 방지 플랜지 너트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 너트 조임에 대한 응력을 너트 본체에 효과적으로 전달하며 요구되는 조임 토크에 대해 인가되는 힘이 적게 들고 버클링 현상을 방지할 수 있는 풀림 방지 플랜지 너트에 관한 것이다.

일반적으로 볼트와 너트는 2개 이상의 피결합부재(모재)를 체결 고정하기 위해 광범위하게 사용되고 있다.

볼트는 회전 공구 등으로 조임을 하는 볼트 본체와, 상기 볼트 본체에서 수직으로 길게 돌출된 수나사부를 가지는 것이 일반적이며, 너트는 볼트의 수나사부에 대응되는 암나사부와, 그 외측으로 회전 공구 등으로 조일 수 있는 너트 본체로 구성된다.

한편 모재를 고정하기 위해 볼트와 너트를 체결한 후에는 진동이나 기타 외력에 의해 볼트에 대한 너트의 체결력이 느슨해지고 풀리기 마련이다. 따라서 기존에는 이러한 볼트와 너트의 나사 결합이 저절로 풀리는 것을 방지하기 위해 볼트와 너트 사이에 평와셔(plan washer), 스프링 와셔(spring washer) 또는 투스 와셔(tooth washer) 등을 삽입하기도 한다.

또한 진동을 지속적으로 받는 교량, 철도, 자동차, 선박, 변압기, 엔진 및 상하수도 등에는 더욱 견고하게 조여지며 풀리지 않도록 하는 너트가 이용되기도 하는데, 이러한 진동 등에 의한 풀림을 방지하도록 하는 너트로는 나사산을 일부 변형하여 나사가 조여질 때 원래의 형태로 복원되면서 그 탄성으로 마찰력을 증대시키는 나사 변형형, 나사에 별도의 물질을 삽입하여 그 물질이 변형되면서 마찰력을 증대시키는 보조재 삽입형, 분할핀이나 별도의 보조 나사 등을 사용하여 너트가 회전하지 못하도록 물리적으로 고정하는 고정형 또는 2개 이상의 너트 결합으로 이루어지는 더블 너트(double net) 등이 있다. 그러나 이러한 방식들은 구조를 변형하거나 스프링 및 보조재 등을 삽입하거나 추가구성을 하는 등 부가적인 구성이 수반되어야 하고 공수가 증가되는 면이 있어 불편하다.

이러한 기존의 너트 풀림 방지 구성의 단점을 보완하기 위해 최근에는 와셔와 너트가 일체형으로 이루어진 플랜지 너트가 제안되어 다양한 형태로 실시되고 있다.

가령 도 1의 (a)는 나사류의 공회전 방지 구조에 제시된 너트의 단면도를 나타낸 것이다. 도 1의 (a)에 도시된 너트(10)의 너트 본체(11) 하단에는 외경부분에서 내측으로 함몰되고 다시 단턱이 형성된 형태의 코킹부(12)가 형성되어 있고, 이 코킹부(12)의 함몰 부위에는 용수철 와셔(13)가 회동가능하게 삽입 설치되어 있다. 이러한 너트(10)를 볼트(미도시)에 조이게 되면, 조이는 과정에서 용수철 와셔(13)는 모재의 표면에 접촉하며 평평한 형태로 변형이 되고, 용수철 와셔(13)가 원래의 형태로 돌아가려는 탄성력(Fe)이 너트(10)를 외측으로 밀어내는 방향으로 암나사부에 전달된다{도 1의 (a)의 너트(10)는 용수철 와셔(13)가 너트 본체(11)에 회동 가능하게 삽입 설치된 구조이므로 후술할 도 1의 (b)의 너트(20)와 같은 모멘트는 발생하지 않는다}. 따라서 도 1의 (a)의 너트(10)를 볼트(미도시)와 체결하게 되면 볼트의 수나사부에 의한 장력(Ft)과 용수철 와셔(13)의 탄성력이 상호 작용하여 수나사부와 암나사부가 접하는 면에서 수직반력이 더욱 커지고 이에 마찰력이 증가되어 풀림을 방지할 수 있게 된다.

그런데 위와 같은 너트(10)의 용수철 와셔(13)는 조임에 의해 장력이 모재와 면접하는 용수철 와셔(13)에 집중되어 버클링(buckling) 현상, 즉 일정 이상의 하중에 대해 갑자기 용수철 와셔(13)가 힘을 받지 못하고 휘거나 뒤집히는 현상이 발생한다는 문제가 있다. 따라서 너무 큰 힘으로 너트를 조여 버클링이 발생하면 해당 너트를 버리고 새로운 너트를 사용해야 하는 번거로움이 있고, 아울러 모재로부터 오는 진동이나 충격에 의해 후일 용수철 와셔(13)에 버클링이 발생하면 록(lock)이 해제되어 모재가 분리되는 등의 위험성이 있다.

한편 다른 형태로서 도 1의 (b)에 도시된 너트가 제안되기도 하였다. 도 1의 (b)는 플랜지와 너트가 일체형으로 이루어진 플랜지 너트(20)를 도시한 것인데, 도시된 바와 같이 일반적인 너트 형상의 너트 본체(21)가 모재와 접하는 부분의 내경과 외경을 나팔 형상으로 확장시켜 플랜지(22)를 일체로 형성한 것이다.

도 1의 (b)에 도시된 너트(20)는 도 1의 (a)에 도시된 너트(10)와 달리 너트 본체(21)와 플랜지(22)가 일체로 형성되어 있기 때문에, 도 1의 (a)에 도시된 너트(10)와 달리 버클링 문제에 대해 상대적으로 안전하다.

도 1의 (b)의 플랜지 너트(20)를 볼트(미도시)와 체결하게 되면 플랜지(22)와 모재(미도시)가 접하는 부분(22a)에서 플랜지(22)가 모재로부터 수직 반력(Fr)을 받게 되는데 이러한 수직 반력 중에서 너트 본체(21)의 반경(Rn)보다 외측에 존재하는 수직 반력은 모멘트(M)로 작용하여 너트 본체(21)의 타단부(플랜지 형성 위치에 대향하는 부분으로 도 1의 우측 부분)를 반경방향(도 1의 Fm 참조)으로 내측으로 오므려주게 되고, 이에 따라 해당 나사산 부분의 마찰력이 증가하여 풀림 방지의 기능을 하게 되는 것이다.

또한 도 1 (b)의 너트(20)에는 플랜지와 모재가 접하는 부분(22a)의 면적 중 일부가 너트 본체(21)의 반경(Rn)보다 내측에 배치되도록 하였는데, 이는 볼트의 수나사부에 의한 장력(Ft)을 해당 면적 부분이 받아내도록 하여 플랜지가 과도한 하중으로 인해 파손됨을 방지하기 위한 것이다.

한편 도 1 (b)의 너트(20)의 풀림 방지 기능이 제대로 작동하기 위해서는 모멘트(M)가 커야 하는데, 이를 위해서는 플랜지(22)의 외경(Rfo)이 커져야 하는 반면, 그 내경(Rfi)은 플랜지가 파손되는 것을 방지하기 위해 소정 반경 이하로 유지되어야 한다는 점에 한계가 있다. 따라서 도 1의 (b)의 너트(20)는 도시된 바와 같이 플랜지(22)가 너트 본체(21)에 비해 그다지 큰 반경을 가지고 있지 않다.

결국 도 1의 (b)의 너트(20)에서 모멘트(M)를 크게 발생시키기 위해서는 너트를 매우 강하게 조여 반력(Fr)이 크게 발생하도록 하는 수밖에 없는데, 이는 작업자에게 부담이 됨은 물론 볼트나 너트가 파손되는 원인이 된다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 버클링의 발생을 방지함과 동시에 동일하게 요구되는 조임 토크에 대해서 더 적은 힘으로 조일 수 있게 하여 풀림을 방지할 수 있는 풀림 방지 플랜지 너트를 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 풀림 방지 플랜지 너트는 내측에 암나사부(110)가 형성된 너트 본체(100) 및 상기 너트 본체(100)와 일체로 형성되는 플랜지(200)를 구비하는 플랜지 너트에 있어서, 상기 플랜지(200)는 모재(1)와 면접하는 평면부(210), 상기 평면부(210)의 내경으로부터 연장되어 모재(1)로부터 이격되는 방향으로 소정의 경사각을 가지는 제1테이퍼부(220) 및 상기 제1테이퍼부(220)와 너트 본체(100)의 암나사부(110) 사이에 구비되며 상기 제1테이퍼부(220)보다 더 큰 경사각을 가지는 제2테이퍼부(230)를 포함하며, 상기 평면부(210)의 내측 반경(Rfi)이 상기 너트 본체(100)의 외측 반경(Rn)보다 큰 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 풀림 방지 플랜지 너트는 상기 제1테이퍼부(220)와 제2테이퍼부(230)가 접하는 부분(225)의 반경(Ri)이 상기 너트 본체(100)의 외측 반경(Rn)보다 작고 너트 본체(100)의 암나사부(110)의 반경(Rs)보다 크고, 상기 제2테이퍼부(230)는 제1테이퍼부(220)에서 너트 본체(100)의 암사나부(110)로 갈수록 반경이 작아지며, 반경의 외측 방향으로 볼록한 곡면을 이루는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 풀림 방지 플랜지 너트는 상기 너트 본체(100)와 플랜지(200)가 접하는 외면에는, 상기 플랜지(200)에서 너트 본체(100)로 갈수록 반경이 작아지며, 반경의 내측 방향으로 볼록한 곡면을 이루는 외곡면부(240)를 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 버클링의 발생을 방지할 뿐만 아니라 요구되는 조임 토크에 대해 더 적은 힘으로 조일 수 있으므로 조임이 수월하며, 플랜지의 평면부에 인가된 응력이 너트 본체에 탄성력으로 전달됨과 동시에 모멘트로 전달되어 결합된 모재를 오랫동안 안전하게 고정시킬 수 있는 풀림 방지 플랜지 너트를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 플랜지 너트들의 부분 단면도
도 2는 본 발명에 따른 플랜지 너트의 부분 단면도
도 3은 본 발명에 따른 플랜지 너트의 저면도
도 4는 본 발명에 따른 플랜지 너트의 결합 단면도

이하에서는 본 발명에 따른 풀림 방지 플랜지 너트를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 너트 조임에 대한 응력을 너트 본체에 효과적으로 전달하며 요구되는 조임 토크에 대해 인가되는 힘이 적게 들고 버클링 현상을 방지할 수 있는 풀림 방지 플랜지 너트에 관한 것으로, 첨부된 도면의 도 2는 본 발명에 따른 플랜지 너트의 부분 단면도를 나타낸 것이며, 도 3은 저면도를 나타낸 것이다.

첨부된 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 풀림 방지 플랜지 너트는 크게 너트 본체(100)와 플랜지(200)로 이루어지며, 상기 플랜지(200)는 평면부(210), 제1테이퍼부(220), 제2테이퍼부(230) 및 외곡면부(240)로 이루어진다.

너트 본체(100)는 그 내부에 암나사부(110)가 형성되며 외측은 조임부재가 삽입 안착되는 조임부(120)가 구비된다.

조임부(120)는 일반적으로 6각 형상으로 이루어지며, 회전 공구 등이 삽입될 수 있도록 적절한 길이를 가진다. 그 내측에는 암나사부(110)가 구비되어 너트의 수나사부와 나사 결합한다.

플랜지(200)는 상기 너트 본체(100)와 일체형으로 제작되며, 그 내부는 너트 본체(100)의 암나사부(110)와 연통되도록 중공형상으로 형성되고, 소정의 두께로 하여 구성되되, 상기 플랜지(200)에는 조임에 의한 응력을 너트 본체(100)로 균일하게 전달하기 위한 다수의 면이 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 플랜지(200)에 구성되는 면은 모재(피결합부재)와 면접하는 평면부(210), 상기 평면부(210)의 내경으로부터 반경방향의 내측으로 소정의 경사를 가지고 연장되는 제1테이퍼부(220) 및 상기 제1테이퍼부(220)와 너트 본체(100)의 암나사부(110) 사이에 구비되며 제1테이퍼부(220)의 경사보다 더 큰 경사각을 가지는 제2테이퍼부(230)를 포함한다.

평면부(210)는 피결합부재 즉, 모재(母材, 접합되어 결합되는 부재)와 면접하는 부분으로, 볼트 또는 너트에 조임 토크의 회전력이 인가되면 이 회전력으로 인하여 체결하고자 하는 두 모재가 볼트의 축 방향으로 압축력을 받게 되어 서로 접촉하며, 조임이 더 진행되면 압축되어 모재 상호간의 유동이 없어지고 조여지게 된다. 이처럼 모재 간의 결합은 볼트의 축 방향 장력에 의해서 이루어지며 이 장력은 플랜지(200)의 평면부(210)에 전달되고 모재로부터 평면부(210)에 전달된 반력 내지 응력은 너트 본체(100)로 전달된다.

여기서 평면부(210)의 내측 반경(Rfi)은 너트 본체의 외측 반경(Rn)보다 크다. 따라서 본 발명에서 평면부에 작용하는 모든 수직 반력은 모멘트로서 작용하게 되고, 아울러 이러한 평면부의 평균적인 유효반경(R)이 너트 본체의 외측 반경보다 상당히 더 크기 때문에 더욱 더 큰 모멘트가 발생할 수 있다.

제1테이퍼부(220)는 플랜지(200)의 내경으로부터 내측으로 모재와 이격되는 방향으로 소정의 경사를 가지고 연장되어 나오는 부분으로, 볼트 또는 너트에 조임 토크를 인가하는 과정에서 모재와 너트 사이에서 발생된 반력이 플랜지(200)의 평면부(210)에 집중되도록 하는 구성이다.

즉 본 발명은 제1테이퍼부(220)가 소정 경사를 가지도록 형성하여 모재와 이격되도록 함으로써 볼트의 장력 및 이로 인한 모재의 반력을 모재와 접하는 플랜지(200)의 평면부(210)에 집중시키며, 이에 따라 힘 중심점의 회전반경(R)이 너트 본체의 반경보다 더욱 큰 평면부(210)의 중심 원주상에 배치됨으로써, 동일한 힘을 인가하였을 경우 더 큰 조임력이 발생하도록 하는 것이다. 이러한 조임력(T)은 접촉면에 가해지는 원주방향의 힘과 회전의 중심으로부터 힘이 가해지는 부분까지의 회전반경(R)에 의해서 이루어지며, 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, T는 조여지는 토크, F는 접촉면의 수직력, μ는 마찰계수, R은 힘 중심점의 회전반경이다. 본 발명은 여기서 R을 증가시켜 조임력을 크게 향상시키는 것이다.

이에 더하여 상기 제1테이퍼부(220)는 모재로부터 이격된 형상으로 인해 적절한 탄성을 갖게 되므로 조임이 수월해지면서 볼트의 장력을 너트 본체(100)로 효과적으로 전달한다.

제2테이퍼부(230)는 제1테이퍼부(220)의 경사각보다 더 큰 경사를 이루며 제1테이퍼부(220)와 접하는 부분(225)과 너트 본체(100)의 암나사부(110) 사이에 형성되는데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 두 테이퍼가 접하는 부분(225)이 평면부(210)와 암나사부(110)를 연결한 직선(L1)보다 내측에 위치하도록 하기 위한 것이다. 또한 상기 접하는 부분(225)의 반경(Ri)은 너트 본체의 외측 반경(Rn)보다 작고 너트 본체의 암나사부의 반경(Rs)보다 크다.

플랜지(200)에 단순히 제1테이퍼부(220)만을 형성한 것(이는 도 2의 L1 또는 L2의 형상에 해당됨)과 달리, 본 발명에 따른 실시형태와 같이 제1테이퍼부(220) 및 제2테이퍼부(230)를 함께 형성하면, 직선 L1의 형상에 비해 두 테이퍼가 접하는 부분(225)이 내측에 있어 부재를 두툼하게 구성함으로써 강성을 확보하면서, 직선 L2의 형상에 비해 제2테이퍼부(230)를 통해 탄성을 더욱 확보할 수 있어 너트 조임시 발생하는 탄성 변형이 제1테이퍼부(220) 부분에 집중되지 않도록 할 수 있다.

특히 제2테이퍼부(230)는 제1테이퍼부(220)에서 암사나부로 갈수록 반경이 작아지면서 반경의 외측 방향으로 볼록한 곡면을 이루도록 하였는데, 제1테이퍼부(220)가 직선 형상인 것에 비해, 제2테이퍼부(230)의 곡면 형상은 너트 조임시 발생하는 플랜지의 변형 형상에 대응하여 미리 곡면을 형성함으로써 너트 조임시 발생하는 응력이 적절히 분산되도록 할 수 있다.

한편 외곡면부(240)는 제1테이퍼부(220)와 제2테이퍼부(230)에 대응되어 플랜지(200)의 외주연에 구비되는 것으로, 너트 본체(100)와 결합되는 플랜지(200) 측에 형성되며 내측으로 함몰되고 소정의 곡면을 가지도록 구성된다. 이는 플랜지에서 너트 본체로 갈수록 반경이 작아지며, 반경의 내측 방향으로 볼록한 곡면이다.

상기 외곡면부(240)는 제1테이퍼부(220) 및 제2테이퍼부(230)가 가지는 텐션을 지지하고, 평면부(210)에 전달된 장력을 너트 본체(100)로 전달하여 너트 본체(100)의 내측에 형성된 암나사부(110)로 이 장력을 인가한다. 또한 이러한 외곡면부(240)는 평면부에 작용하는 반력에 의해 발생하는 모멘트를 충분히 지지하여 준다.

따라서 본 발명에 따른 플랜지 너트는 플랜지를 따라 인가된 장력에 의해 볼트의 수나사부와 너트의 암나사부(110) 사이에 발생하는 마찰력을 통해 발생 너트의 풀림을 방지하도록 함은 물론, 플랜지에 의해 발생하는 모멘트로 인해 너트 본체의 타단(도 2의 우측)이 반경방향으로 내측으로 조여지는 힘이 작용하도록 함으로써 너트의 풀림을 방지하는 힘을 더욱 크게 할 수 있다.

특히 본 발명은 평면부(210), 제1테이퍼부(220) 및 제2테이퍼부(230) 구성에 의해, 도 1의 (a)에 도시된 너트(10)의 탄성력(Fe)에 의한 풀림 방지 기능을 가지면서 이와 동시에 도 1의 (b)에 도시된 너트(20)의 모멘트(M)에 의한 풀림 방지 기능을 동시에 구현할 수 있고, 아울러 종래의 너트(10)에 존재하였던 버클링 발생의 문제점, 그리고 종래의 너트(20)가 요구하였던 강한 조임력을 요구하지 않는 점에서 그 효과는 현저하다.

본 발명에 따르면, 버클링의 발생을 방지할 뿐만 아니라 요구되는 동일한 조임력에 대해 더 적은 힘으로 조일 수 있으므로 너트의 조임이 수월하며, 볼트의 장력이 탄성력으로 너트로 전달됨은 물론 평면부에 작용하는 반력에 의한 모멘트에 의해 너트 타단을 반경방향으로 내측으로 조여주어 너트의 풀림을 방지할 수 있으므로, 결합된 모재를 오랫동안 안전하게 고정시킬 수 있는 풀림 방지용 플랜지 너트를 제공할 수 있다.

100 : 너트 본체
110 : 암나사부
120 : 조임부
200 : 플랜지
210 : 평면부
220 : 제1테이퍼부
230 : 제2테이퍼부
240 : 외곡면부

Claims

내측에 암나사부(110)가 형성된 너트 본체(100) 및 상기 너트 본체(100)와 일체로 형성되는 플랜지(200)를 구비하는 풀림 방지 플랜지 너트에 있어서,
상기 플랜지는,
모재(1)와 면접하는 평면부(210);
상기 평면부(210)의 내경으로부터 연장되어 모재(1)로부터 이격되는 방향으로 소정의 경사각을 가지는 제1테이퍼부(220) 및
상기 제1테이퍼부(220)와 너트 본체(100)의 암나사부(110) 사이에 구비되며 제1테이퍼부(220)보다 더 큰 경사각을 가지는 제2테이퍼부(230)를 포함하며,
상기 평면부(210)의 내측 반경(Rfi)이 상기 너트 본체(100)의 외측 반경(Rn)보다 크며,
상기 제2테이퍼부(230)는 제1테이퍼부(220)에서 너트 본체(100)의 암사나부(110)로 갈수록 반경이 작아지며, 반경의 외측 방향으로 볼록한 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 풀림 방지 플랜지 너트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1테이퍼부(220)와 제2테이퍼부(230)가 접하는 부분(225)의 반경(Ri)이 상기 너트 본체(100)의 외측 반경(Rn)보다 작고 암나사부(110)의 반경(Rs)보다 큰 것을 특징으로 하는 풀림 방지 플랜지 너트.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 너트 본체(100)와 플랜지(200)가 접하는 외면에는, 상기 플랜지(200)에서 상기 너트 본체(100)로 갈수록 반경이 작아지며, 반경의 내측 방향으로 볼록한 곡면을 이루는 외곡면부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풀림 방지 플랜지 너트.