KR101276714B1 - 나사 체결 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수나사와 암나사의 상대적인 회전에 의한 나사 삽입시에 저항을 주는 마찰을 발생시키지 않고, 나사의 체결시에는 충분히 큰 힘에 의해 헐거워짐 방지를 행하도록 하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는, 수나사(12)의 나사산(13)에 있어서의 체결 상태에 있어서 압접측이 되는 수나사 압접측 플랭크(28)에, 나사산(13)의 선단측에 제1 플랭크면(26)과, 이 제1 플랭크면(26)에 이어지는 제2 플랭크면(23)을 형성하고, 제1 플랭크면(26)의 경사 각도를 5도 이하로 함과 함께, 제2 플랭크면(23)의 경사를 이것에 대향하는 암나사 압접측 플랭크(24)의 경사 각도의 30도보다 크게 형성한다. 그것에 의해, 나사의 체결시에는 수나사의 나사산 선단 모서리부(30)가 암나사 압접측 플랭크(24)에 대하여 조여들고, 암나사 압접측 플랭크(24)의 기단 모서리부(31)가 수나사 압접측 플랭크부(23)에 조여듦으로써, 강고한 헐거워짐 방지 작용을 행한다.

Description

나사 체결 구조{SCREW FASTENING STRUCTURE}

본 발명은, 나사를 조였을 때에 일방의 나사산의 일부가 대향하는 나사산의 플랭크에 파고듦으로써, 체결 후의 나사가 헐거워지지 않도록 한 나사 체결 구조에 관한 것이다.

종래부터 암나사와 수나사를 상대적으로 조일 때, 조인 후에 나사가 점차 헐거워지는 것을 방지하기 위하여 다양한 기술이 제안되어 있고, 예를 들면, 일본 공개특허공보 소63-176810호에 나타나는 바와 같은 기술이 있다. 즉, 축부(軸部)의 외주에 형성한 수나사의 나사산 정상부에 있어서, 나사산 양측의 플랭크인 수나사 나사 삽입측 플랭크와 수나사 압접측 플랭크에 있어서의 나사산 정상부 측에 각각 바깥쪽으로 팽출하여, 소정의 두께를 가지도록 나사 삽입측 팽출부와 압접측 팽출부를 설치하고 있고, 그것에 의해 이 정상부 측 부분에 대략 직사각형 단면 형상을 이루는 헐거워짐 방지부를 형성한 구성이 되어 있다.

이러한 구성에 의해, 이 수나사 부재를 너트 혹은 비체결 부재에 형성된 암나사에 틀어넣을 때에, 상기 헐거워짐 방지부의 나사 삽입측 팽출부와 압접측 팽출부를, 상기 암나사의 나사산에 있어서의 골부에 간섭시켜 파고들게 하여, 그 파고든 부분에 있어서의 마찰 저항에 의해 수나사 부재의 헐거워짐을 방지하도록 하고 있다.

상기 헐거워짐 방지 수단을 구비한 나사에 있어서는, 그것들을 강고하게 조인 상태인 체결 상태에 있어서, 수나사의 나사산에 있어서의 체결시의 압접측이 되는 수나사 압접측 플랭크에 설치한 압접측 팽출부에, 너트 등의 피체결 부재의 나사산에 있어서의, 상기 수나사 압접측 플랭크와 압접하는 암나사 압접측 플랭크로부터의 큰 조임 하중이 국부적으로 집중되어 걸린다. 그 결과, 이 압접측 팽출부는 수나사 압접측 플랭크의 플랭크면으로부터 약간 돌출되고 그 표면이 평탄한 부분이 되어 소성 변형되기 때문에, 이 나사의 사용시에 있어서의 첫회에 있어서는 큰 헐거워짐 방지 토크가 얻어지는 반면, 이 수나사 부재를 한번 사용하면, 그 후 반복 사용하는 경우, 즉 수나사 부재를 다시 너트 혹은 피체결 부재에 형성된 암나사에 틀어넣을 경우에, 상기 헐거워짐 방지부에 있어서의 압접측 팽출부의 상기 암나사의 나사산에 있어서의 골부로의 파고듦을 얻을 수 없게 되어, 헐거워짐 방지부의 헐거워짐 방지 작용을 거의 잃어 반복 사용할 수 없게 된다는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 소63-176810호

상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 헐거워짐 방지 기능을 가지는 수나사 부재에서는, 나사산에 있어서의 수나사 나사 삽입측 플랭크와 수나사 압접측 플랭크의 나사산 정상부 측에 각각 나사 삽입측 팽출부와 압접측 팽출부를 설치한 구성이기 때문에, 그 수나사를 너트 혹은 비체결 부재에 틀어넣을 때에는, 나사 삽입측 팽출부가 암나사 나사 삽입측 플랭크와 강하게 접촉하여 변형되고, 점차 평탄화해 감과 동시에, 압접측 팽출부도 암나사 압접측 플랭크와 강하게 접촉하여 변형되어, 점차 평탄화해 간다. 그 후의 체결시에는 압접측 팽출부가 암나사 압접측 플랭크와 압접하여 헐거워짐 방지 작용을 행하게 되나, 이때 압접측 팽출부는 상기한 바와 같이 변형되어 있기 때문에 실질적으로 헐거워짐 방지 작용이 생기지 않게 된다.

이와 같이, 나사 삽입측 팽출부는 나사 삽입에 큰 마찰력을 발생시키고, 또한, 압접측 팽출부의 마찰력도 존재함으로써 큰 나사 삽입 토크를 필요로 한다. 그럼에도 불구하고, 그 기능을 가장 필요로 하는 체결시의 헐거워짐 방지 작용에는, 압접측 팽출부가 상기와 같이 변형되어 있을 때에는 그다지 기여하지 않아, 나사 삽입측 팽출부에 대해서는 거의 기여하지 않게 된다. 또한, 헐거워짐 방지 부분이, 나사산 정상부에만 설치되어 있어 국부적이기 때문에, 이 점에서도 반드시 충분한 헐거워짐 방지 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다.

따라서 본 발명은, 수나사와 암나사의 상대적인 이동에 의한 나사 삽입시에는, 그 나사 체결에 저항을 주는 마찰을 발생시키지 않고, 최종적으로 나사 삽입하여 조이는 나사의 체결시에는 충분히 큰 마찰력 혹은 조여드는 작용에 의해 헐거워짐 방지를 행할 수 있도록 한 체결 나사를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하고, 또한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하와 같이 구성하였다.

청구항 1에 기재된 발명은, 수나사의 나사산에 있어서의 플랭크 중, 체결 상태에서 압접측이 되는 압접측 플랭크에, 상기 나사산의 선단측에 제1 플랭크면과, 당해 제1 플랭크면에 이어지는 제2 플랭크면을 형성하고,

상기 제1 플랭크면을 대략 평탄하게 함과 함께, 상기 제2 플랭크면의 경사를 이것에 대향하는 암나사 압접측 플랭크의 경사보다 크게 형성하며,

상기 제1 플랭크면으로부터 상기 제2 플랭크면으로의 접속점이 상기 나사산 높이의 대략 중앙이 되도록 설정한 것 특징으로 하는 나사 체결 구조이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 상기 암나사 압접측 플랭크의 경사를 30도로 설정한 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 나사 체결 구조이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 제1 플랭크면의 경사를 5도 이하로 설정하고, 상기 제2 플랭크면의 경사를 35도 이상으로 설정한 것 특징으로 하는 청구항 1또는 청구항 2에 기재된 나사 체결 구조이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 상기 제1 플랭크면으로부터 상기 제2 플랭크면으로의 접속점을 상기 나사산 높이의 대략 중앙에 설정한 것 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 나사 체결 구조이다.

상기 구성에 의해, 본 발명은 이하와 같은 효과를 가진다.

수나사와 암나사의 상대적인 이동에 의한 나사 삽입시에는, 그 나사 삽입에 저항을 주는 마찰을 발생시키지 않아 용이하게 나사 삽입할 수 있다. 게다가 최종적으로 나사 삽입하여 조이는 나사의 체결 후에는, 나사산의 선단과 기단(基端) 모서리부의 2지점에서, 대향하는 플랭크에 대하여 서로 파고들거나, 혹은 탄성 변형 또는 소성 변형을 행함으로써 큰 마찰력을 발생시킬 수 있다. 따라서 이 충분히 큰 마찰력에 의해 확실한 헐거워짐 방지를 행할 수 있다.

또, 암나사 압접측 플랭크의 경사를 30도로 설정한 것에 있어서는, 종래 널리 이용되고 있는 암나사 압접측 플랭크의 60도보다 충분히 작게 설정되어 있기 때문에, 마찰 저항이 적어 용이하게 나사 삽입할 수 있어, 나사 삽입 토크가 종래의 것보다 증가하지 않는다.

수나사 압접측 플랭크의 제1 플랭크면을 5도 이하로 설정하고, 제2 플랭크면을 35도 이상으로 설정한 것에 있어서는, 제1 플랭크면을 종래의 것보다 충분히 작게 설정하고, 소재의 유동성을 높여 회전 방지를 확실하게 행하여, 이 부분에서의 회전 방지 작용도 확실하게 행할 수 있다. 또한, 나사 삽입시에 수나사 압접측 플랭크에 의한 워크의 아래 구멍에 형성되는 암나사에 대한 반력을 적게 할 수 있고, 따라서 워크의 소재의 피로를 적게 할 수 있으며, 게다가 나사 삽입 종료 후의 제품 사용시에, 이 나사에 대하여 축선 방향으로 큰 힘이 작용한 경우에도, 암나사에 대하여 이 축선의 직각 방향에 대한 힘을 적게 할 수 있기 때문에, 암나사를 지름 확대하여 나사 구멍을 파괴하는 것에 의한 나사의 빠짐을 방지할 수도 있다.

도 1은 제1 실시의 양태의 체결 나사의 측면도이다.
도 2는 체결 나사의 작용을 나타내는 도면으로서, (a)는 수나사의 나사 삽입시에 있어서의 주요부의 확대 단면도이고, (b)는 나사의 체결시에 있어서의 주요부의 확대 단면도이다.

본 발명의 실시의 양태를 도 1 및 도 2에 의거하여 설명한다. 즉, 피고정부재(10)에 형성한 관통 구멍(11)에 체결 나사(1)의 수나사(12)를 삽입하고, 지지부재(14)에 형성한 암나사(15)에 나사 삽입하여 조임으로써, 피고정부재(10)를 지지부재(14)와 수나사(12)의 헤드부(16) 이면(17) 사이에 끼워 고정하여 지지한 예를 나타내고 있다.

여기서 사용되는 수나사(12)는 단면(斷面) 원형의 통상적인 나사가 사용되는 것 이외에, 특별히 피고정부재(10)가 수지 등의 비교적 부드러운 소재일 때에는, 단면이 주먹밥형인 탭 나사가 사용되는 경우도 있다. 본 발명은 이러한 단면 주먹밥형의 탭 나사에도 유효하게 이용될 뿐만 아니라, 다른 다양한 형식의 나사에도 사용할 수 있다.

도 1에 나타내는 실시의 양태에 있어서는, 수나사(12)의 나사산(13)의 선단(25)에 있어서의 수나사 압접측 플랭크(28)에 경사 각도 α가 5도 이하인 제1 플랭크면(26)을 형성하고, 그 제1 플랭크면(26)으로부터 경사 각도 β가 35도 이상인 제2 플랭크면(23)을 세움으로써 수나사 압접측 플랭크(28)를 구성하고 있으며, 상기 제1 플랭크면(26)으로부터 상기 제2 플랭크면(23)이 되는 접속점(27)이 상기 나사산 높이(h)의 대략 중앙이 되도록 설정된다. 게다가 상기 제2 플랭크면(23)의 경사 각도 β는 암나사(15)의 암나사 압접측 플랭크(24)의 설정된 경사 각도 θ의 30도보다 큰 경사 각도이다.

이러한 상기 제2 프랭크면(23)과 상기 제1 플랭크면(26)으로 이루어지는 수나사 압접측 플랭크(28)는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 나사 삽입시에 있어서, 상기 암나사 압접측 플랭크(24)의 경사 각도 θ와 접촉하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 단, 단면 비원형의 탭 나사에 있어서는, 상기 수나사 나사 삽입측 플랭크에 드는 힘보다 충분히 작은 힘으로 접촉 가능하게 설정하게 된다.

상기와 같은 구성을 이루는 상기 수나사(12)의 상기 나사산(13)을 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 상기 암나사(15)에 대하여 나사 삽입해 갈 때, 상기와 같이 상기 수나사 압접측 플랭크(28)가 상기 암나사 압접측 플랭크(24)와 접촉하지 않도록 형성하고, 혹은 탭 나사에 있어서는, 수나사 나사 삽입측 플랭크에 드는 힘보다 충분히 작은 힘으로 접촉 가능하게 설정하고 있기 때문에, 양쪽 압접측 플랭크 사이에 있어서는 특별히 큰 마찰을 발생하지 않고 나사 삽입되어 간다.

그 후의 나사 체결에 의해 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 수나사(12)의 헤드부(16)의 이면(17)이 피고정부재(10)의 표면에 맞닿으면, 그 후의 수나사(12)의 회전에 의해 수나사 압접측 플랭크(28)가 암나사 압접측 플랭크(24)에 맞닿게 된다. 이때, 수나사(12)의 나사산(13)의 선단(25)과 제1 플랭크면(26)의 교점인 제1 플랭크면(26)의 선단 모서리부(30)와 암나사 압접측 플랭크(24)가 접촉하고, 이 접촉과 대략 동시에 암나사 압접측 플랭크(24)의 기단 모서리부(31)가 제2 플랭크면(23)과 접촉하게 된다. 또한, 상기 선단 모서리부(30)과 기단 모서리부(31)가 대향하는 암나사 압접측 플랭크(24)와 수나사 압접측 플랭크(28)에 접촉하는 시기는, 임의로 설정할 수 있다.

이러한 접촉 후, 다시 상기 수나사(12)를 회전시키면 상기 수나사(12)에 의한 조임이 더 행하여져, 최종적으로는 대략 도 2(b)에 모식적으로 나타내는 바와 같은 상호 간섭 상태가 된다. 이 상호 간섭부는 도면에서 검은색으로 나타내고 있다. 이 도면으로부터 분명한 바와 같이, 이 체결시의 상태에서는, 예를 들면 상기 지지부재(14)가 수지제이고 수나사(12)가 금속제와 같은 경우에는, 상기 2지점의 접촉부 중 상기 제1 플랭크면(26)의 상기 선단 모서리부(30)가 상기 지지부재(14)의 모재 중에 대략 도시한 바와 같이 파고들게 되어, 상기 암나사 압접측 플랭크(24)의 상기 기단 모서리부(31)는 탄성 변형 혹은 소성 변형된다. 또, 상기 지지부재(14)가 상기 수나사(12)와 동일한 정도의 경도의 금속제인 경우에는, 상기 수나사 압접측 플랭크(28)에 있어서 상기 암나사 압접측 플랭크(24) 방향으로 돌출되어 있는 상기 선단 모서리부(30)와 그 대향 접촉부에서, 체결력에 따라 서로 탄성 변형 혹은 소성 변형이 생기고, 마찬가지로 상기 암나사 압접측 플랭크(24)에 있어서 상기 수나사 압접측 플랭크(28) 방향으로 돌출되어 있는 기단 모서리부(31)와 그 제2 플랭크(23)에서 체결력에 따라 서로 탄성 변형 혹은 소성 변형이 생긴다.

상기와 같은 나사 삽입시에 있어서의 상기 선단 모서리부(30)와 상기 기단 모서리부(31)의 파고듦 상태 혹은 탄성 변형 및 소성 변형의 상태는, 상기 암나사 압접측 플랭크(24)와 상기 제2 플랭크면(23)의 각도 차에 의해, 또 제2 플랭크부(23)의 각도에도 영향을 주어, 상기 제1 플랭크부(26)의 선단으로부터의 길이, 그 각도, 나아가서는 상기와 같은 양쪽 부재의 소재의 상이 등에 따라 다르기 때문에, 이 나사 부재의 사용 환경 등에 따라 미리 적절한 값으로 설정된다.

이 실시의 양태에 있어서는 상기와 같이 구성하고, 나사의 최종적인 체결 상태에 있어서, 상기 수나사 압접측 플랭크(28) 측에 형성되는 돌기와 상기 암나사 압접측 플랭크(24)에 형성되는 돌기가 서로 대향하는 플랭크 측에 파고들거나 혹은 탄성 변형 또는 소성 변형하여 강고한 마찰력으로 결합되기 때문에, 나사의 헐거워짐을 확실하게 방지할 수 있다.

상기와 같은 2지점에 의한 결합에 의해 확실한 나사의 헐거워짐 방지를 행할 수 있는 것인데, 특히 나사가 사용되는 가장 일반적인 상태는, 나사가 금속제이고 이것이 나사 삽입되는 암나사가 수지 등의 비금속인 경우가 많지만, 그때는 상기 수나사(12)의 상기 나사산(13)의 선단측이 상기 암나사(15)에 파고들어 강한 결합력을 발생시키고, 상기 수나사(12)의 상기 나사산(13)의 상기 기단 모서리부(31) 측에서는, 상대측의 상기 암나사(15)가 변형되어 압접하기 때문에, 이 부분에서는 탄성력을 포함하는 결합력으로 결합하게 된다. 이와 같이, 2지점에 의한 결합 부분에서 각각 특성이 다른 체결 상태가 발생하여, 어떤 상태에서도 안정적인 헐거워짐 방지 작용을 행할 수 있다.

상기 실시의 양태와 같이 수나사 측에 적용할 때에는 일반적으로 사용되는 나사, 혹은 특수 용도의 초소형 나사, 탭 나사 등의 여러가지 나사에 적용할 수 있는 것 외에, 각종 볼트 등에도 사용할 수 있다.

1 : 체결 나사 10 : 피고정부재
11 : 관통 구멍 12 : 수나사
13 : 나사산 14 : 지지부재
15 : 암나사 16 : 헤드부
17 : 이면
20 : 수나사 나사 삽입측 플랭크
21 : 암나사 나사 삽입측 플랭크
23 : 제2 플랭크면
24 : 암나사 압접측 플랭크
25 : 선단 26 : 제1 플랭크면
27 : 접속점 28 : 수나사 압접측 플랭크
30 : 선단 모서리부 31 : 기단 모서리부

Claims (4)

1. 수나사의 나사산에 있어서의 플랭크 중, 체결 상태에서 압접측이 되는 수나사 압접측 플랭크에, 상기 나사산의 선단측으로부터 제1 플랭크면과, 이 제1 플랭크면에 이어지는 제2 플랭크면을 형성하고,
   상기 제1 플랭크면으로부터 상기 제2 플랭크면으로의 접속점을 상기 나사산 높이의 중앙에 설정하고,
   상기 제 1 플랭크면과, 상기 제 2 플랭크면을, 나사 축심과 직교하는 면에 대하여 체결상태에서 압접측으로 경사지게 하고,
   상기 제1 플랭크면의 경사를 이것에 대향하는 암나사 압접측 플랭크의 경사보다 작게 형성함과 함께, 상기 제2 플랭크면의 경사를 이것에 대향하는 암나사 압접측 플랭크의 경사보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 암나사 압접측 플랭크의 경사를 30도로 설정한 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 플랭크면의 경사를 5도 이하로 설정하고, 상기 제2 플랭크면의 경사를 35도 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
4. 삭제

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