KR101883308B1 - 와셔의 제조 방법 및 플랜트 및 와셔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼트 조인트에서 록킹용 금속 와셔(1)의 제조 방법으로, 와셔는 고리모양의 배열을 가지고, 한 측면(9) 상에서 방사상으로 확장된 캠(10)의 패턴을 가지고, 다른 측면 상에서 방사상으로 확장된 날(3)의 패턴을 가지고, 적어도 날의 패턴을 갖는 측면(2) 상에서 와셔는 록킹 작동에서 날의 와셔 패턴과 상호작용하기 위한 재료의 경도를 바람직하게 초과하는 경도를 가진 표면을 가진다. 제조 방법은 특히 록킹 작동에서 날(3)의 와셔 패턴과 상호작용하기 위한 재료(6)의 경도를 초과하는 경도를 갖는 내부식성 외부 표면층(7)을 갖는 와셔(1)의 배치를 코팅하는 단계를 특징으로 한다. 본 발명은 또한 와셔 및 플랜트에 관한 것이다.

Description

와셔의 제조 방법 및 플랜트 및 와셔{A METHOD AND A PLANT FOR WASHER PRODUCTION AND A WASHER}

본 발명은 청구항 1항의 도입부를 위한 록킹(locking)용 와셔(washer)의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 청구항 24항의 도입부를 위한 와셔 제조용 플랜트(plant)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 청구항 13항의 도입부를 위한 록킹용 와셔에 관한 것이다.

상술한 종류의 금속 와셔는 이전에 공지되어 있다. 상기 종류의 와셔는 쌍으로 사용되는 것으로 의도되고, 측면은 캠(cams)의 패턴이 서로 마주보도록 제공되고, 측면은 날(teeth)의 패턴이 외부로 향하여 볼트 조인트에서 너트 또는 볼트 헤드 또는 워크피스 표면으로 접지(grip)되게 제공된다. 이를 달성하기 위해, 와셔의 날은 워크피스 및 볼트 헤드/너트보다 단단하여 개별적인 표면에서 침투(penetration)하는 날과 워크피스 및 볼트 헤드/너트 사이의 접촉에서 마찰력이 각각 개별적인 캠 표면 사이의 마찰력을 초과하는 것을 보장할 수 있도록 충분하다.
특정 실시양태에 따르면, 금속 와셔는 강철, 예를 들어 스테인리스 강철, 예를 들어, 내산(acid-proof) 스테인리스 강철로 제조된다. 와셔의 냉간 성형에 의해, 경도는 변형 경화(strain hardening)에 의해 증가한다. 그러나, 이 방식에서 경도는 관련된 볼트 조인트에서 사용된 볼트와 너트의 냉간 성형에 의해 수득되는 수준과 대략 동일한 수준으로 증가한다. 따라서, 와셔 경도는 또한 양호한 기능을 보장하기 위해 증가되어야 한다.
배치방식 제조에 적합하고 단단한 와셔 표면을 수득하기 위한 냉간 성형 이외에 또 다른 공지된 방법은 탄소 및 수소 대기(atmosphere)에서 열 처리 형태의 경화로서, 상기 방법은 충분히 단단한 표면을 제공한다. 그러나, 상기 방법은 높은 비용 때문에 어려움이 있고, 표면의 매우 불량한 스테인리스 특성이 초래된다.

본 발명의 목적은 이전에 공지된 방법 및 상술한 방법의 단점을 피하면서 동시에 단단한 와셔 표면을 가진 금속 와셔의 배치방식 공급을 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적은 청구항 1항, 24항 및 13항에 따른 특징을 가진 방법, 플랜트 및 와셔에 의해 각각 달성된다.
후술할 추가적인 이점은 종속항에 명시된 수단에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 와셔는 록킹 작동에서 날(teeth)의 와셔 패턴과 상호작용하기 위해 재료의 경도를 초과하는 경도를 갖는 내부식성 외부 표면층으로 코팅된다.
용어 "코팅" 또는 "코팅된"은 내부식성 외부 표면층이 와셔의 외부 표면상에 적용되는 것을 의미한다.

본 명세서에 포함되어 있음.

세부가 숫자로 지정된 첨부된 도면과 연관하여 하기 상세한 설명을 고려할때, 본 발명은 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 록킹용 와셔, 예를 들어 본 발명에 따른 와셔를 사용한 볼트 조인트의 횡단면 실시양태를 개략적으로 도시한다.
도 2는 날의 패턴을 갖는 면에 대한 투시도에서 보여지는 본 발명에 따른 와셔의 한 실시양태를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 와셔의 일부의 방사상 횡단면을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 한 실시양태를 나타내는 블록 다이아그램을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 플랜트의 한 실시양태를 개략적으로 도시한다.

실질적으로 상기에 명시된 종류의 금속 와셔(1)는 이전에 공지되어 있고, 예를 들어 볼트 조인트(bolted joint) 또는 록킹 목적을 위한 상응하는 체결 요소(fastening element)를 위해 제공된다. 도 1에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 날(3)의 패턴이 제공된 측면(2)은 와셔(1)의 쌍에서 외부로 향하고, 날은 볼트 헤드(4')의 하부면(4) 또는 상응하는 예를 들어 너트, 및 예를 들어 워크피스(6)의 표면(5)으로 접지하도록 의도된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 와셔는 강철, 예를 들어 스테인리스 강철로 제조된다. 때로는 내산(acid-proof) 스테인리스 강철의 와셔가 특히 바람직하다.
본 발명에 따르면, 와셔는 날의 와셔 패턴과 상호작용하기 위해 재료보다 단단한 것으로 바람직하게 의도되는 도 1의 외부 표면층(7)이 제공되고, 따라서 날의 와셔 패턴은 상기 재료에 접지하는 것으로 의도된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 상기 표면층(7)은 니켈 합금으로 제조된다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 한 실시양태에 따르면, 전기분해 적용된 순 니켈의 층(310)은 상기 외부 표면층을 위한 기본 코팅(basic coating)으로 역할하기 위해 상기 니켈 합금의 표면층(7) 하에 제공된다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 표면층(7)은 니켈/인 합금으로 구성된다. 상기 니켈/인 합금은 약 2 내지 14 중량%의 인, 및 더 구체적으로 약 6 내지 9중량%의 인이 포함되고 잔부는 니켈 및 니켈 인 합금에서 통상의 불순물인 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 표면층(7)은 소위 무전해 니켈 도금법(electroless nickel plating process), 바람직하게 소위 배럴(barrel) 도금법에 의해 적용된다. 이러한 방법들은 그 자체가 공지되어 있고, 표면층은 와셔 상으로 자가 촉매적으로 환원된다. 와셔용 배럴 도금에서, 와셔의 배치(batch)는 원하는 표면층을 제공하기 위한 배럴에서 욕(bath) 내에 침지된다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 표면층(7)은 약 10 내지 50 ㎛ 두께이다.
또한, 바람직한 실시양태에 따르면, 니켈/인 합금의 상기 표면층(7)은 바람직하게 비활성 대기에서, 한 실시양태에 따르면 바람직하게 약 1000 HV의 경도로 약 1시간 동안 약 400℃에서 또는 최대 약 12 시간 동안 약 200 내지 300℃에서 열처리된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 와셔의 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은 볼트 조인트에서 록킹용 강철 와셔의 배치방식 제조를 위한 것이고, 도 2의 와셔는 중심 홀(8)을 갖는 평평한 고리모양 배열을 가지고, 한 측면(9) 상에 방사상으로 확장된 캠(10)의 패턴을 가지고, 다른 측면(2) 상에 방사상으로 확장된 날(3)의 패턴을 가지며, 상기 방법은 단단한 와셔 표면층을 제공하는 단계를 포함하고, 층의 경도는 록킹 작동에서 날(3)의 와셔 패턴과 상호작용하기 위해 표면 재료, 예를 들어, 볼트-헤드, 너트 또는 워크피스의 경도를 초과하도록 의도된다.
도 4에 본 발명에 따르는 방법의 단계가 예시된다.
따라서, 첫 번째 단계(410)에서 강철 와셔(1)가 제조된다.
바람직하지만 항상 필요한 단계가 아닌 두 번째 단계(420)에서, 와셔는 세정되어 코팅하기에 적합한 깨끗한 표면을 수용한다.
바람직하지만 항상 필요한 단계가 아닌 세 번째 단계(430)에서, 순 니켈의 층(310)은 상기 외부 표면층(7)을 위한 기본 코팅으로서 전기분해적으로 적용된다.
네 번째 단계(440)에서, 와셔(1)의 배치(batch)는 상기 표면층(7)과 제공된다. 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 표면층은 상술한 바와 같이 니켈/인 합금을 포함한다. 또한 무전해 니켈 도금법이 표면층(7)의 적용을 위해 사용되는 것이 바람직하고, 바람직하게 배럴 도금으로 수행된다.
바람직하지만 항상 필요한 단계가 아닌 다섯 번째 단계(450)에서, 상기 와셔의 표면층(7)은 바람직하게 비활성 대기에서 약 1시간 동안 약 400℃에서, 또는 최대 약 12시간 동안 200 내지 300℃에서 열처리된다. 바람직하게 표면층(7)은 약 1000 HV로 열처리된다.
바람직한 실시양태에 따르면, 와셔는 스테인리스 강철, 특히 바람직하게 내산(acid-proof) 스테인리스 강철로 제조된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 플랜트는 볼트 조인트에서 록킹용 와셔를 제조하기 위하여 제공되고, 와셔는 상술된 종류이고, 이러한 플랜트의 한 실시양태는 도 5에 도시된다.
따라서, 플랜트는 강철 와셔, 예를 들어 실질적으로 도 4에 도시된 종류의 강철 와셔를 제조하기 위한 수단(510)을 포함한다. 바람직하게, 플랜트는 제조된 와셔를 세정하기 위한 수단(520), 및 바람직하게 기본 코팅으로 와셔 상에 순 니켈 층(310)을 전기분해로 적용하기 위한 수단(530)을 더 포함한다. 또한, 플랜트는 와셔의 배치 상으로 외부 표면층(7)을 적용하기 위한 수단(540)을 포함하고, 상기 표면층(7)은 니켈 합금이다. 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 층(7)은 니켈/인 합금으로 이루어지고, 상기 층의 적용을 위하여 무전해 니켈 도금법, 바람직하게 배럴 도금이 사용된다. 또한, 플랜트는 와셔의 열처리를 위한 수단(550) 및 열처리된 와셔의 제어된 냉각을 위한 수단(560)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 강철 와셔의 배치 상에 제공된 외부 표면층은 물리적 증기 증착(PVD, physical vapor deposition)법의 수단에 의해 적용되고, 상기 외부 표면층은 화합물인 티타늄 니트라이드(TiN), 티타늄 카보니트라이드(TiCN), 크롬 니트라이드(CrN), 및 티타늄 알루미늄 니트라이드(TiAlN) 중의 적어도 하나로 제조된다.
이 종류의 외부 표면층은 와셔의 배치의 날 측면의 와셔 패턴을 위한 원하는 스테인리스 특성 및 원하는 경도 둘 다를 제공한다. 층의 두께는 바람직하게 약 0.5 내지 50 ㎛이다.
본 발명의 이 양태에 따르면, 본 발명에 따르는 방법은 전술한 단계, 410, 420 및 430에 상응하는 단계를 포함하고, 단계 430은 PVD법을 포함하는 단계이다.
또한, 본 발명의 이 양태에 따르면, 본 발명에 따르는 플랜트는 전술한 수단 510, 520 및 540에 실질적으로 상응하는 수단을 포함하고, 수단 540은 와셔의 배치를 위한 외부 표면층을 제공하기 위한 PVD법을 제공하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따르는 와셔뿐만 아니라 방법 및 플랜트의 기능은 상기 주어진 설명에 의해 상당하고 필요한 정도로 명확하게 설명되었다.
따라서, 본 발명은 경도, 그중에서도 와셔의 날 측면의 패턴에 대한 경도를 제공하는 외부 표면층을 가지는 금속 와셔를 제조하는 것을 가능하게 하고, 상기 경도는 원한다면 볼트 헤드 또는 너트와 같이 날이 접지되도록 의도된 재료의 경도를 초과한다.
니켈/인 합금 층은 무정형 구조 또는 특정 정도로 무정형 구조를 가지고, 원하는 경도뿐만 아니라 탁월한 스테인리스 및 내산(acid-proof) 특성을 제공한다.
상기 합금은 또한 예를 들어 배럴 도금에서, 배치방식 용도에 특히 적합하고, 이는 저 비용 제조를 제공한다.
상기 합금은 또한 원하는 경도로 열처리될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 니켈 합금은 그 중에서도 무정형 구조에 따르는 탁월한 스테인리스 특성을 제공한다.
세정을 설명한 실시양태 및 순 니켈에 전기분해로 적용된 기본 코팅의 조건을 명시한 실시양태는 외부 표면층의 양호한 접촉을 제공한다.
PVD법을 사용한 본 발명은 원하는 경도 및 또한 원하는 내부식성을 갖는 와셔 외부면을 제공한다. 통상, 세정 작동은 본 발명의 양태에서 PVD법의 일부로서 수행되어야 한다.
상기에서, 본 발명은 예시 및 바람직한 실시양태와 관련하여 설명되었다.
물론, 추가적인 실시양태뿐만 아니라 부수적인 추가 및 변화가 기본적인 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 소위 마찰 록킹 와셔로서 적용가능하다.
따라서, 본 발명은 제시된 실시양태로 제한되지 않는 것으로 간주되어야 하고, 첨부된 청구항의 범위 내에서 변경될 수 있다.

Claims (41)

1. 와셔는 고리모양 배열을 가지고, 한 측면 상에 방사상으로 확장된 캠(cam)의 패턴을 가지고, 다른 측면 상에 방사상으로 확장된 날(teeth)의 패턴을 가지고, 와셔는 적어도 한 측면 상에서, 록킹 작동에서 날의 와셔 패턴과 상호작용하기 위해 재료의 경도를 초과하는 경도를 가지는 표면을 갖는 날의 패턴을 가지고, 볼트 조인트(bolted joint)에서 록킹(locking)용 금속 와셔의 제조 방법으로,
   내부식성 외부 표면층(7)을 가지는 와셔(1)의 배치를 코팅하는 단계로, 이때 외부 표면층(7)의 경도는 록킹 작동에서 날(3)의 와셔 패턴과 상호작용하기 위한 재료(6)의 경도를 초과하는 것인 단계이며,
   상기 와셔의 외부 표면층은 무정형 구조(amorphous structure)를 갖는 니켈-인 합금인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 와셔의 외부 표면층은 2 내지 14 중량%의 인을 포함하는 니켈-인 합금인 것인 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 와셔의 외부 표면층은 무전해 니켈 도금법 또는 배럴 도금법에 의해 적용되는 것인 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   세정 작동(440)으로 와셔 표면을 세정하는 단계; 및
   상기 세정하는 단계에 이어서, 상기 니켈-인 합금인 상기 와셔의 외부 표면층(7)을 제공하기 전에, 순 니켈의 층(310)에 전기분해를 적용하는 단계를 특징으로 하는 것인 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   10 내지 50 ㎛의 두께를 갖는 상기 와셔의 외부 표면층(7)을 적용하는 단계를 특징으로 하는 것인 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   1시간 동안 400℃에서 또는 최대 12시간 동안 200 내지 300℃에서 상기 와셔의 상기 와셔의 외부 표면층을 열처리하는 단계를 특징으로 하는 것인 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 와셔의 외부 표면층은 1000 HV의 경도로 열처리되는 것인 방법.
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10. 제 1 항에 있어서,
    상기 와셔를 강철, 스테인리스 강철 또는 내산(acid-proof) 스테인리스 강철의 와셔로서 제공하는 단계를 특징으로 하는 것인 방법.
11. 볼트 조인트에서 록킹용 금속 와셔로서, 와셔는 중심 홀을 갖는 평평한 고리모양 배열을 가지고, 한 측면(9) 상에 방사상으로 확장된 캠(10)의 패턴을 가지고, 다른 측면(2) 상에 방사상으로 확장된 날(3)의 패턴을 가지며, 날의 패턴을 가지는 적어도 한 측면 상에서 와셔는 록킹 작동에서 와셔와 상호작용하는 재료의 경도에 적어도 상응하는 경도를 가진 표면을 가지고,
    와셔(1)는 내부식성 외부 표면층(7)으로 코팅되고, 이때 외부 표면층(7)의 경도는 록킹 작동에서 날(3)의 와셔 패턴과 상호작용하기 위한 재료(6)의 경도를 초과하는 경도이며,
    상기 와셔의 외부 표면층은 무정형 구조(amorphous structure)를 갖는 니켈-인 합금인 것을 특징으로 하는 금속 와셔.
12. 제 11 항에 있어서,
    전기분해가 적용된 순 니켈의 기본 코팅층(310)은 상기 니켈-인 합금인 상기 와셔의 외부 표면층(7) 아래에 제공되는 것인 금속 와셔.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 니켈-인 합금은 2 내지 14 중량%의 인을 포함하는 것인 금속 와셔.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 와셔의 외부 표면층은 10 내지 50 ㎛ 두께인 것인 금속 와셔.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 와셔는 1000 HV 경도로 열처리되는 것인 금속 와셔.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 와셔는 강철, 스테인리스 강철 또는 내산(acid-proof) 스테인리스 강철로 제조되는 것을 특징으로 하는 것인 금속 와셔.
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