KR101915849B1

KR101915849B1 - 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔

Info

Publication number: KR101915849B1
Application number: KR1020160124988A
Authority: KR
Inventors: 최성모
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-11-07
Also published as: WO2018062589A1; KR20180035282A

Abstract

본 발명은 볼트에 삽입된 상태에서 너트의 체결시 회전력이 억제되고 순수한 축력 도입만이 이루어지도록 함으로써 체결력이 풀리는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 볼트에 삽입된 후 너트와 볼트의 체결력에 의해 압축되는 스프링 와셔에 있어서, 일정 폭과 높이의 사각단면을 가지고 일정 회전 반경의 1회 나선형으로 선회되어 일정 피치를 갖게 되고 양단부가 분할된 몸체로 구성되되, 몸체는 각기 분할되어 있는 일측 단부의 하측 절단면과 타측 단부의 상측 절단면은 서로 엇각을 이루는 동일한 절단각에 의해 경사져 있고, 양측 단부에는 축력도입시 회전력이 발생되지 않도록 축력 방향으로 투영하였을 때 서로 동일 위치의 투영영역을 가지고 평면으로 면취되어 피체결물과 면접이 이루어지는 축력발생지점부가 각기 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔{Split helical spring washer for axial force introduction}

본 발명은 체결유닛에 설치되는 스프링 와셔에 관한 것으로, 특히 볼트에 삽입된 상태에서 너트의 체결시 회전력이 억제되고 순수한 축력 도입만이 이루어지도록 함으로써 체결력이 풀리는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔에 관한 것이다.

일반적으로 체결유닛은 볼트와 너트로 이루어지고, 추가적으로 너트의 풀림을 방지하기 위해 와셔가 설치된다. 와셔는 평와셔, 스프링 와셔, 웨이브 와셔, 이붙이 고정와셔, 넥 와셔, 테이퍼 와셔 등의 종류가 있다. 여기서 스프링 와셔는 볼트와 너트의 사이에 끼워진 후 너트가 조여짐에 따라 변형되어 그 탄발력에 의해 피조립품의 결합을 높이고 너트의 풀림을 방지한다.

종래 볼트에 삽입된 스프링 와셔의 경우 축력(체결력)을 얻기 위해 너트를 조임하면 가력지점의 차이로 회전력이 발생하고, 이 회전력은 볼트에 전단력으로 작용되어 축력의 손실이 일어나는 문제를 가지고 있다. 축력이 손실되는 경우 너트의 풀림이 쉽게 일어나게 되어 이에 대한 방안이 요구된다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1532622호로서, "체결장치와 체결장치의 스프링 와셔"가 제안되어 있다. 이는 볼트의 나사산부에 끼워져 피체결물에 밀착하며 일단부와 타단부로 분리되고, 상기 일단부와 상기 타단부가 전극으로 접촉 가능한 스프링 와셔와; 상기 스프링 와셔가 끼워져 안착되는 안착홈을 구비하는 너트와; 상기 전극을 연결하여 상기 일단부와 상기 타단부의 접촉 및 분리에 따른 저항을 측정하는 저항 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하여, 축력(체결력) 측정으로 체결력의 조절과 감시가 가능하며 너트의 풀림 방지 기능과 로킹 기능을 효과적으로 수행할 수 있는 장점을 갖는다. 그러나 상기 배경기술은 동일축선상의 가력지점을 얻을 수 없어 축력(체결력) 도입시 회전력이 발생하는 단점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 미국 특허 제1,709,933호로서,(압축 스프리 와셔(Compression-spring washer)가 제안되어 있다. 이는 와셔의 단부가 분할되어 나선형을 이루고 있으나 양 단부간의 축력 도입 지점이 상이하여 출력 도입시 회전력이 발생하는 문제가 있어 순수 축력을 전달할 수 없는 단점이 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1532622호 미국 특허 제1,709,933호

본 발명은 볼트에 삽입된 상태에서 너트의 체결시 회전력이 억제되고 순수한 축력 도입만이 이루어지도록 함으로써 체결력이 풀리는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 볼트에 삽입된 후 너트와 볼트의 체결력에 의해 압축되는 스프링 와셔에 있어서, 일정 폭과 높이의 사각단면을 가지고 일정 회전 반경의 1회 나선형으로 선회되어 일정 피치를 갖게 되고 양단부가 분할된 몸체로 구성되되, 몸체는 각기 분할되어 있는 일측 단부의 하측 절단면과 타측 단부의 상측 절단면은 서로 엇각을 이루는 동일한 절단각에 의해 경사져 있고, 양측 단부에는 축력도입시 회전력이 발생되지 않도록 축력 방향으로 투영하였을 때 서로 동일 위치의 투영영역을 가지고 평면으로 면취되어 피체결물과 면접이 이루어지는 축력발생지점부가 각기 형성되어 있고,
스프링 와셔의 조임 후 풀림량을 탐침봉으로 검사하기 위해 상호 상,하측 절단면에는 상,하측 절단면의 밀착시 정원을 유지하고 풀림량에 따라 상호 벌어지는 검침 분할홀이 각기 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체의 일면에는 스프링 와셔가 너트의 조임으로 축력을 받을 시 너트와 순차적인 선형 압착이 이루어지도록 해당 축력발생지점부를 제외한 부분에 톱니형 돌기가 원주방향으로 더 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 몸체의 일면에는 링 홈이 형성되고, 링 홈에는 압축반발력을 발휘하여 스프링 와셔와 너트간의 밀착면에 축력을 발생시키는 축력발생용 탄성링이 추가적으로 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축력발생지점부는 몸체의 중심에서 일정한 원호각을 가지고 평면으로 면취되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔는, 절단면을 갖는 단부측에 동일선상으로 축력발생지점부가 형성되어 있어 너트의 체결을 받을 시 회전력이 억제되어 축력을 증대시킬 수 있다.

또한, 스프링 와셔의 일측면에 톱니형 돌기가 배열되어 있어 너트의 체결시 회전을 더욱 억제시킬 수 있어 체결력의 손실을 줄일 수 있다.

또한, 스프링 와셔의 절단면에 검침분할홀이 형성되어 있어 축력 변화(너트의 풀림)를 즉시 검출해낼 수 있다.

또한, 스프링 와셔에 부가적으로 축력발생용 탄성링이 설치되면, 압축반발력에 따른 축력을 더욱 증가시킬 수 있는 이점을 갖는다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프링 와셔의 사시도.
도 1b는 도 1a의 정면도.
도 1c는 도 1b의 평면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프링 와셔의 압축된 상태에서의 정면도.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프링 와셔의 사용상태도.
도 3b는 도 3a의 "K"부 확대도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스프링 와셔의 사시도.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스프링 와셔의 사시도.
도 5b는 도 1a의 정면도.시예에 따른 스프링 와셔의 압축된 상태도.
도 5c는 본 발명의 제3 실
도 5d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스프링 와셔가 풀림된 상태도.
도 6a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스프링 와셔의 사시도.
도 6b는 도 6a의 A-A선 단면도.
도 6c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스프링 와셔의 분해사시도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 스프링 와셔(10)는 도 1 내지 도 3과 같이 일정 폭(W)과 높이(H)의 사각단면을 가지고 일정 회전 반경(R)의 1회 나선형으로 선회되어 일정 피치(p)를 갖게 되고 양단부가 분할된 몸체(12)로 구성된다.

본 실시 예에서 폭(W)이 높이(H)보다 크게 구성하였으나 동일하거나 이보다 작을 수도 있다.

몸체(12)는 각기 분할되어 있는 일측 단부의 하측 절단면(121)과 타측 단부의 상측 절단면(122)을 갖고 있다. 이때 하측 절단면(121)과 타측 단부의 상측 절단면(122)은 서로 엇각을 이루는 동일한 절단각(θ)에 의해 경사져 있다.

여기서, 절단각(θ)은 도 2 및 도 3과 같이 스프링 와셔(10)가 볼트(30)에 삽입된 후 너트(40)와 볼트(30)의 체결력에 의해 압축되었을 때 하측 절단면(121)과 상측 절단면(122)이 접하였을 때 갖는 경사각으로 이해될 수 있다. 스프링 와셔(10)의 절단각(θ)은 30°~60°의 범위가 바람직하다. 스프링 와셔(10)는 절단각(θ)이 30°보다 작은 경우 탄성반발력이 작아지고 60°보다 큰 경우 후술할 축력발생지점부(123,124)의 평면적이 작아져 가력 지점 부분이 작아지기 때문이다.

몸체(12)의 양측 단부에는 축력(P) 도입시 회전력(T)이 발생되지 않도록 축력 방향으로 투영하였을 때 서로 동일 위치의 빗금친 영역에서 평면으로 면취되어 피체결물과 면접이 이루어지는 축력발생지점부(123,124)가 각기 형성되어 있다. 따라서 양측 축력발생지점부(123,124)는 축력 도입 지점이 동일한 축선상에 있게 된다. 여기서, 축력발생지점부(123,124)의 빗금친 영역은 도 1c와 같이 몸체(12)의 중심(O)에서 일정한 원호각(λ)을 갖을 수 있다.

이같이 스프링 와셔(10)는 경사진 절단각(θ)으로 절단되어 있는 양단부에 축력발생지점부(123,124)가 각기 구비되어 있어, 도 3a 및 도 3b와 같이 볼트(30)에 삽입된 후 너트(40)와 볼트(30)의 체결력에 의해 압축이 진행되는 동안에 축력발생지점부(123,124)에서 피체결물(5,6)과 가력 지점으로 작용하게 되어 회전력이 억제됨으로써 볼트(30)에 전단력이 일어나지 않아 축력의 손실이 없게 된다. 즉, 축력발생지점부(123,124)는 동일 일축선상에서 볼트(30)에 순수한 축력만을 전달하게 되어 스프링 와셔(10)의 회전억제로 탄성반발력이 회복되어 너트(40)와의 마찰력이 증가됨으로써 너트(40) 또는 볼트(30)의 풀림을 더욱 억제시키게 된다.

한편, 스프링 와셔(10)는 도 4와 같이 몸체(12)의 일면에 톱니형 돌기(125)가 원주방향으로 더 배열되어 구성될 수 있다. 이때 톱니형 돌기(125)는 해당 축력발생지점부(123 또는 124)를 제외한 부분에 형성된다. 톱니형 돌기(125)들은 원주 방향을 따라 동일한 돌출 높이를 갖는다. 톱니형 돌기(125)는 스프링 와셔(10)가 너트(40)의 압축 조임에 따라 축력을 받을 시 피체결물(6)과 순차적인 선형 압착이 이루어진다. 따라서 너트(40)의 체결시 스프링 와셔(10)의 톱니형 돌기(125)는 스프링 와셔(10)의 회전력을 억제시켜 볼트(30)에 순수한 축력만을 전달하는 효과를 갖게 된다.

또한, 도 5a 및 도 5b와 같이 스프링 와셔(10)는 풀림량을 탐침봉(200)으로 검사하기 위해 몸체(12)에 검침 분할홀(121a,122a)이 추가적으로 구성될 수 있다. 검침 분할홀(121a,122a)은 절단면(121,122)에 형성된다(도 5c 참조). 검침 분할홀(121a,122a)은 상호 중심이 일치되면 반원에서 하나의 원을 형성한다. 탐침봉(200)은 검침 분할홀(121a,122a)의 중심이 일치되면서 형성되는 원과 동일한 외경을 갖는다.

따라서 볼트(30)에 너트(40)가 체결 조임되어 스프링 와셔(10) 절단면(121,122)의 밀착이 이루어져 검침 분할홀(121a,122a)은 원을 형성한다. 이후, 검침 분할홀(121a,122a)은 너트(40)의 풀림량에 따라 몸체(12)의 반발 변형량으로 상호 벌어져 어긋나게 된다.

그러므로, 너트(40)가 풀려 있지 않은 경우 스프링 와셔(10)의 검침 분할홀(121a,122a)은 도 5c와 같이 원을 유지하므로, 탐침봉(200)을 검침 분할홀(121a,122a)에 삽입하면 들어간다. 만일, 너트(40)가 풀려 있는 경우 스프링 와셔(10)의 검침 분할홀(121a,122a)은 원을 유지하지 못하고 벌어져 있으므로 탐침봉(200)이 검침 분할홀(121a,122a)에 삽입되지 않고 걸림되어 너트(40) 또는 스프링 와셔(10)의 풀림이 확인된다.

다른 한편, 스프링 와셔(10)는 축력발생지점부(123,124)에 축력을 더욱 증가시키기 위해 도 6과 같이 축력발생용 탄성링(14)이 추가적으로 더 설치될 수 있다. 탄성링(14)은 몸체(12)의 일면에는 형성된 링 홈(126)에 삽입되어 설치된다. 링 홈(126)의 단면은 특정한 형상에 한정되지 않지만 본 실시 예와 같이 탄성링(14)이 링 홈(126)에 삽입된 후 이탈하지 않도록 삼각 단면이 바람직하다.

따라서 스프링 와셔(10)는 탄성링(14)이 몸체(12)에 설치되면, 너트(40)의 조입 압축을 받을 시 압축반발력을 발휘하여 스프링 와셔(10)와 너트(40)간의 밀착면에 큰 축력을 발생시켜 너트(40)의 풀림을 더욱 억제시킨다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: 스프링 와셔
12: 몸체
121: 하측 절단면
121a,122a: 검침 분할홀
122: 상측 절단면
123,124: 축력발생지점부
14: 탄성링

Claims

볼트(30)에 삽입된 후 너트(40)와 볼트(30)의 체결력에 의해 압축되는 스프링 와셔(10)에 있어서,
일정 폭(W)과 높이(H)의 사각단면을 가지고 일정 회전 반경(R)의 1회 나선형으로 선회되어 일정 피치(p)를 갖게 되고 양단부가 분할된 몸체(12)로 구성되되, 몸체(12)는 각기 분할되어 있는 일측 단부의 하측 절단면(121)과 타측 단부의 상측 절단면(122)은 서로 엇각을 이루는 동일한 절단각(θ)에 의해 경사져 있고, 양측 단부에는 축력도입시 회전력이 발생되지 않도록 축력 방향으로 투영하였을 때 서로 동일 위치의 투영영역을 가지고 평면으로 면취되어 피체결물(6)과 면접이 이루어지는 축력발생지점부(123,124)가 각기 형성되고,
스프링 와셔(10)의 조임 후 풀림량을 탐침봉(200)으로 검사하기 위해 상호 상,하측 절단면(122,121)에는 상,하측 절단면(122,121)의 밀착시 정원을 유지하고 풀림량에 따라 상호 벌어지는 검침 분할홀(122a,121a)이 각기 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔.
제 1항에 있어서,
상기 몸체(12)의 일면에는 스프링 와셔가 너트(40)의 조임으로 축력(P)을 받을 시 너트(40)와 순차적인 선형 압착이 이루어지도록 해당 축력발생지점부(123)를 제외한 부분에 톱니형 돌기(125)가 원주방향으로 더 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 몸체(12)의 일면에는 링 홈(126)이 형성되고, 링 홈(126)에는 압축반발력을 발휘하여 스프링 와셔(10)와 너트(40)간의 밀착면에 축력을 발생시키는 축력발생용 탄성링(14)이 추가적으로 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔.
제 1항에 있어서,
상기 축력발생지점부(123,124)는 몸체(12)의 중심(O)에서 일정한 원호각(λ)을 가지고 평면으로 면취되어 있는 것을 특징으로 하는 순수 축력 도입을 위한 분할나선형 스프링 와셔.