KR101617901B1 - 자동-잠김 너트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종방향 슬롯(7)들이 제공된 상부 스레드구성 칼라(3)를 포함하는 자동-잠김 너트(1)에 관한 것으로서, 상기 슬롯(7)들은 날카로운 에지를 가진 V자형 또는 U자형으로 구성되고 상기 칼라 내에서 외측 나선형 스프링(5)에 의해 압축된 복수의 원형 아크 세그먼트(9)들을 형성하며, 상기 칼라 슬롯들은 상기 나선형 스프링에 의해 압축된 상기 원형 아크 세그먼트(9)들과 상호 접촉할 수 없게 하는 폭을 가진다. 상기 자동-잠김 너트의 스프링은 석출경화 스테인리스 스틸로 제조되며, 심지어 반복적인 조임/풀림 사이클 동안에도 매우 일정한 제동 토크를 보여준다. 또한 본 발명은 자동-잠김 너트 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나선형 스프링에 의해 압축된 원통형 단부를 가진 타입의 자동-잠김 너트에 관한 것이다.
여러 가지 타입의 자동-잠김 너트가 공지되어 있다.
예를 들어, 특허 US 4,893,977호는 원통형 단부에 V자형 또는 U자형 슬롯들이 제공된 자동-잠김 너트에 대해 기술하고 있는데, 상기 슬롯들은 반경 방향으로 작동하는 외부 나선형 스프링에 의해 탄성적으로 압축되어 배열된다.
특허 US 5,160,227호는 위에서 인용한 타입의 자동-잠김 너트를 기술하고 있는데, 부식 강도 성능을 개선하고 250℃ 이상의 온도에서도 사용할 수 있게 하기 위하여, 소위 AISI(American Iron and Steel Institute; 미국 철강 협회) 302 스틸과 같은 스테인리스 스틸 스프링으로 제조된 나선형 스프링이 제공된다.
본 출원인이 지적한 바에 따르면, 이동 부품들의 증가된 속도, 이동 부품들의 증가된 진동 및 증가된 작동 온도들의 측면에서 여러 서로 다른 장치들의 기술적 진보로 인해, 특히 주위 온도(ambient temperature)에서 사용하고 고온에서 사용하기 위해, 해체 시에(풀림 제동 토크 시에) 고 항상성(high constancy)의 제동 토크를 가진 너트에 대한 필요성이 점점 더 증가하고 있다.
스프링이 AISI 302 스틸과 같은 스테인리스 스프링 스틸로 제조된 공지된 너트들은, 너트가 첫 번째 풀림 시에 매우 높은 제동 토크를 가지지만, 도 1과 도 2(예를 들어, -50℃ 내지 100℃와 같은 주위 온도에서 사용할 때에 해당) 및 도 3과 도 4(300℃ 내지 400℃와 같은 고온에서 사용할 때에 해당)에 예시된 바와 같이, 조임/풀림 사이클의 횟수가 증가할 때 측정된 제동 토크(N/m)가 점차적으로 감소하며 그 결과 이 너트들을 재사용하는 것이 실질적으로 안정적이지 않다는 것을 보여준다.
도 1과 도 2에서, 35회 조임/풀림 사이클 시에 주위 온도에서 측정된 테스트에서, 각각, 두 너트 샘플 M12 및 M16의 제동 토크 값들이 도시된다.
도 3과 도 4에서, 35회 조임/풀림 사이클 시에 고온에서 측정된 테스트에서, 각각, 두 너트 샘플 M12 및 M16의 제동 토크 값들이 도시된다.
상기 제동 토크 값들에서 명백하게 볼 수 있듯이, 특히 너트를 부품, 소위, 본 장치의 수명 주기에서 빈번하게 교체할 필요가 있는 마모 부품들에 안전하게 재사용해야 할 때, 공지된 너트들은 너트의 성능을 일정하게 유지하고 고 항상성(high constancy)의 제동 토크를 유지하기 위한 필요조건을 충족할 수 있게 하지 못한다.
이에 대한 한 예는 소모 부품들을 매 번 교체한 후에 장착된 새 부품을 매우 높은 작동 안정상태에 유지하도록 제공되는 자동차용 마모 부품일 수 있다.
물론, 이러한 문제는 주위 온도에서 사용할 때(도 1과 도 2) 그리고 고온에서 사용할 때(도 3과 도 4) 두 경우 모두에서 나타난다.
본 출원인이 실질적으로 지적한 바에 따르면, 기술적 진보로 인해, 현재, 공지된 너트를 사용할 때 특히 마모 부품들을 죄기 위해 사용할 때, 너트 자체의 성능 저하 위험을 방지하기 위해 소모 부품들을 교체하고 이와 관련하여 너트를 교체해야 할 필요가 생기는 문제점이 발생한다.
따라서, 예를 들어 마모 부품들의 유지 작동 시에 너트의 교체를 피하는 데 있어서 기술적 문제점이 존재하는데, 이는 너트의 교체가 값비싼 유지 비용과 재료의 낭비를 가져오고, 에너지 자원을 이용할 때 자원의 희소성을 최적화하는데 시장의 민감성이 또 다른 문제점이 되기 때문이다.
본 발명의 목적은 공지된 너트의 구성을 유지하면서도 재료 비용이 적게 드는 너트를 제공하는 데 있으며, 다음과 같은 이점을 얻기 위한 것이다:
-주위 온도에서 작동하고 그리고 예를 들어 300℃ 이상의 고온에서 작동할 수 있으며;
-모든 조건 하에서, 공지된 너트의 제동 토크(braking torque)보다 대략 2배 높은 풀림 제동 토크를 보장하고;
-예를 들어 30회 이상의 조임/풀림 사이클(screwing/uncrewing cycle)과 같이 빈번한 조임/풀림 사이클에 대해서도 실질적으로 변하지 않는 조임 및 풀림 제동 토크를 보장한다.
이 목적은 본 발명에 따른 개선된 자동-잠김 너트와 청구항에서와 같이 이에 상응하는 제조 공정에 의해 구현된다.
청구항들은 본 발명의 원리를 기술하는 필수적인 부분이다.
본 발명에 따른 한 바람직한 구체예에 따르면, 본 발명에 따른 자동-잠김 너트는 종방향 슬롯들을 가진 상부 스레드구성 칼라를 포함하며, 상기 슬롯들은 날카로운 에지를 가진 V자형 또는 U자형으로 구성되고 상기 칼라 내에서 복수의 원형 아크 세그먼트(arc segment)들을 형성하며, 석출경화 스테인리스 스틸(precipitation hardening stainless steel)로 제조되고 상기 아크 세그먼트들을 압축하도록 배열된 하나의 외측 나선형 스프링을 형성한다.
본 발명에 따른 자동-잠김 너트의 또 다른 특징에 따르면, 스프링은 세미-오스테나이트(semi-austenitic) 계의 석출경화 스테인리스 스틸로 제조된다.
본 발명의 상기 특징들과 이점들 및 그 외의 또 다른 특징들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비-제한적인 예로 제공된 하기 바람직한 구체예의 상세한 설명에서 더욱 명확하게 나타날 것이며, 여기서 동일한 도면부호 또는 유사한 도면부호로 표시된 구성요소들은 동일하거나 또는 유사한 기능과 구성을 가진 구성요소들을 가리킨다.
도 1은 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M12를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 2는 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M16를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 3은 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M12를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 4는 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M16를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 너트를 도시한 투시도이다.
도 6은 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M12를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 7은 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M16를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 8은 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M12를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 9는 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M16를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 2는 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M16를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 3은 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M12를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 4는 종래 기술로서, 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 공지된 타입의 두 너트 샘플 M16를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 너트를 도시한 투시도이다.
도 6은 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M12를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 7은 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M16를 주위 온도에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 8은 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M12를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 9는 조임/풀림 사이클의 횟수를 증가시킬 때 측정된 제동 토크 값(N/m)들을 나타내며, 이 제동 토크 값들은 본 발명에 따른 두 너트 샘플 M16를 고온에서 사용한 테스트에 관한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 너트(1)가 너트 자체 내에서 스레드구성 로드(도면에 도시되지 않음) 상에서 죄어질 수 있도록 배열되고 예를 들어 장치의 마모 부품들을 고정하기 위해 배열된다.
상기 너트는 공지된 타입의 구조를 가지며 칼라(3)를 포함하며, 나선형 스프링(5)이 상기 칼라(3) 위에 그리고 이 칼라(3)를 통해 너트가 제공되는 스레드구성 로드 위에 반경 방향 압력으로 작용하여 감겨 있다.
상기 너트(1)의 구조는 칼라(3) 자체 내에 제공된 복수의 슬롯(7) 바람직하게는 U자형 슬롯들을 포함한다.
그 외의 구체예에서, 이 슬롯들이 날카로운 에지를 가진 V자형 또는 U자형일 수 있음은 명백하다.
슬롯(7)들은 칼라(3) 위에서 작은 외부 상측 리브(11)를 가진 복수의 원형 아크 세그먼트(9)를 형성한다.
바람직한 구체예에서, 너트(1) 구조물의 상측면 위에 중공 시트(13)가 제공되며, 이러한 시트는 칼라(3) 주위로 감겨 있는 나선형 스프링(5)을 수용하고 너트(1)가 고정된 스레드구성 로드에 대해 특정 압력 또는 힘을 가하기 위해 배열된 세그먼트(9)를 반경 방향으로 압축하도록 배열된다.
사용 시에, 스프링은 너트가 고정된 부품 예를 들어 마모 부품에 대해 맞은편에 있는 위치에 장착되는 것이 바람직하며, 당업자가 쉽게 이해할 수 있듯이, 스프링은 통상적으로 고정된 부품들에 의해 도달된 온도보다 더 낮은 온도에 있게 된다.
미리 결정된 값들의 제동 토크에 도달하도록 수치 변수들에 따라 설계된 나선형 스프링은 너트의 수치들에 따라 서로 다른 직경을 가진 와이어로 제조된다.
바람직한 구체예에서, 나선형 스프링(5)은 PH 스틸로 명명되는 석출경화 스테인리스 스틸로 제조되는데, 알루미늄 또는 알루미늄 화합물과 같이, 고온에서 용해시킬 수 있는 경화 화합물 또는 요소들이 상기 석출경화 스틸에 제공된다.
상기 스프링은 17-7 PH 스틸과 같은 세미-오스테나이트 계의 PH 스틸(AISI 631 스틸로 명명)로 제조되는 것이 더욱 바람직하다.
스프링(5)의 제조 공정은 하나 이상의 드로잉 및 중간 어닐링 단계들을 통해 PH 스틸로 제조된 주물 압연 섹션들의 와이어 로드 또는 바의 크기 즉 스프링의 와이어를 위해 제공된 직경에 대한 크기가 정해진다. 이러한 단계에서, 미리 결정된 수치들을 가진 PH 스틸로 제조된 와이어를 얻는다.
상기 단계의 끝에서, 와이어는 설계 변수들에 따라 미리 결정된 수치들의 직경으로 감겨져 있으며 미리 결정된 제동 토크 값들에 도달하기 위해 예를 들어 2회전과 같은 수 회전의 길이로 절단된다.
최종 단계와 같이 형태가 형성된 나선형 스프링은 안정화 처리 단계 바람직하게는 열적 안정화 처리 단계에 있게 되고, 본 발명에 따른 너트를 구현하기 위해 너트의 구조물 위에 장착된다.
본 출원인은 예를 들어 17-7 PH 스틸로 제조된 스프링들로 테스트를 수행함으로써, 석출경화 스테인리스 스틸을 이용하여 제조된 너트가 해체 시에 심지어 반복적인 조임/풀림 사이클, 예컨대, 30회 이상의 사이클에서 높은 제동 토크를 보여주는 사실을 실험적으로 관찰하였다.
특히, 본 출원인은, 반복적인 조임/풀림 사이클을 수행할 때, 제동 토크 성질들이 주위 온도 예를 들어 -50℃ 내지 100℃ 사이의 온도에서 사용하는 경우와 예를 들어 300℃ 내지 400℃ 사이의 고온에서 사용하는 경우 모두 일정하게 유지되는 것을 관찰하였다.
요약하면, 본 출원인은 -50℃ 내지 400℃ 사이의 온도에서 반복적인 조임/풀림 사이클을 수행할 때 우수한 제동 토크를 보여주며, 본 발명에 따른 너트가 안정적으로 너트를 재사용할 필요가 있을 때 특히 편리하다는 사실을 관찰하였다.
실시예에 의해 그리고 도 6, 7, 8 및 9에서 명확하게 도시된 것과 같이, 종래 기술에 따라 도 1, 2, 3 및 4의 너트의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 가진 너트 샘플들의 제동 토크 성질들을 보여준다.
본 발명에 따른 너트에 수행되는 실험 테스트들은 주위 온도에서 수행된 테스트(도 6, 7)에 의해 그리고 종래 기술(도 1 내지 도 4)에 따른 너트에 수행된 테스트에 균등하도록 대략 300℃로 가열함으로써 너트가 끝부분에서 응력을 받는 테스트(도 8 및 도 9) 두 테스트 모두에 의해 구현된다.
너트 M12(도 6 및 도 8)과 M16(도 7 및 도 9)에 테스트가 수행된다.
모든 경우, 반복적인 조임/풀림 사이클(35 사이클)에서 제동 토크 값들이 측정된다.
당업자가 쉽게 이해할 수 있듯이, 위의 값들로부터, 예를 들어, 종래 기술에 따른 너트에 대해 도 1, 2, 3 및 4에 도시된 값들과 본 발명에 따른 너트에 대해 도 6, 7, 8 및 9에 도시된 값들을 비교함으로써, 본 발명에 따른 스프링을 사용하는 경우, 제동 토크들은 종래 기술에 따른 너트의 제동 토크들보다 대략 2배 우수하며, 무엇보다도, 조임/풀림 사이클의 횟수가 증가될 때에도 실질적으로 일정하다는 사실을 추론하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 너트가 저온 또는 고온에서 작동하는 부품들에 사용하든지 간에 상관없이 너트의 수명 주기에서 빈번하게 교체할 필요가 있는 마모 부품들에 본 발명에 따른 너트를 아무런 위험 없이 몇 번이고 사용하는 것도 가능하다.
물론, 위에서 기술한 수치, 형태 및 구성요소들에 대해서 뿐만 아니라, 하기 청구항들에서 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 기술된 구조와 작동 방법의 세부사항에 대해서도, 변경예 및/또는 변형예가 가능하다는 사실은 자명할 것이다.
Claims (7)
- 종방향 슬롯(7)들이 제공된 상부 스레드구성 칼라(3)를 포함하는 자동-잠김 너트(1)에 있어서,
상기 슬롯(7)들은 V자형 또는 U자형으로 구성되고 상기 칼라 내에서 외측 나선형 스프링(5)에 의해 압축된 복수의 원형 아크 세그먼트(9)들을 형성하여 구성되고, 상기 스프링은 세미-오스테나이트(semi-austenitic) 계의 석출경화 스테인리스 스틸로 제조되고,
상기 너트가 반복적인 조임 및 풀림 사이클에서 고 항상성(high constancy)의 제동 토크를 유지하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트(1). - 제 1항에 있어서,
상기 스프링은 상기 스틸의 경화 요소로서 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 알루미늄 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트(1). - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 너트가 30회 이상의 조임 및 풀림 사이클(screwing/uncrewing cycle)에서 고 항상성(high constancy)의 제동 토크를 유지하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트(1). - 자동-잠김 너트 제조 방법에 있어서,
상기 방법은:
-종방향 슬롯(7)들을 가진 상부 스레드구성 칼라(3)를 포함하는 너트(1) 구조물을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 슬롯(7)들은 V자형 또는 U자형으로 구성되고 상기 칼라 내에서 외측 나선형 스프링(5)에 의해 압축되도록 배열된 복수의 원형 아크 세그먼트(9)들을 형성하며;
-세미-오스테나이트(semi-austenitic) 계의 석출경화 스테인리스 스틸로 상기 나선형 스프링(5)을 제조하는 단계를 포함하고;
-상기 너트(1) 구조물 위에 상기 나선형 스프링(5)을 장착하는 단계를 포함하고;
-반복적인 조임 및 풀림 사이클에서 고 항상성(high constancy)의 제동 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트 제조 방법. - 제 4항에 있어서,
상기 나선형 스프링을 제조하는 단계는:
-하나 이상의 드로잉 및 어닐링 단계들에 의해 세미-오스테나이트(semi-austenitic) 계의 석출경화 스테인리스 스틸로 제조된 압연 섹션들의 와이어 로드 또는 바로부터 미리 결정된 직경의 와이어를 얻는 단계를 포함하고;
-상기 와이어를 미리 결정된 직경으로 감는 단계를 포함하며;
-상기 나선형 스프링(5)을 얻기 위하여 상기 감겨 있는 와이어를 미리 결정된 길이에 따라 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트 제조 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 나선형 스프링을 제조하는 단계는 상기 스프링을 안정화 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트 제조 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 나선형 스프링을 제조하는 단계는 상기 스프링을 열적 안정화 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동-잠김 너트 제조 방법.
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