KR101932560B1 - 기계적으로 연동하는 프레임 조립체 - Google Patents

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Abstract

기계적으로 연동하는 부품들을 포함하는 구조 프레임 조립체가 제공된다. 구조 프레임 조립체는 레일들을 결합시키는 브라켓을 포함하는 연결부들에서 서로 연결되는 레일들과, 그리고 이들 레일의 외부면들을 통해서 연장하는 슬롯들에 연결된 레일들의 캐비티들 안으로 수용되는 너트들을 가진다. 볼트들이 브라켓의 보어들 및 레일들의 슬롯들을 통해 각지게 연장하여 캐비티 안에 수용된 너트와 작동적으로 결합한다. 볼트를 조여주면, 정밀한 연결부를 형성하도록 브라켓들과 레일들을 자동으로 자체 정렬시키는 방식으로 너트를 캐비티를 통해서 각지게 당길 수가 있다.

Description

기계적으로 연동하는 프레임 조립체 {MECHANICALLY INTERLOCKING FRAME ASSEMBLIES}
본 발명은 대체로 빌딩, 가구, 및 기타 부품들을 제조하는데 사용되는 금속제 프레임 조립체에 관한 것이며, 특히 본 발명은 레일 또는 다른 모듈식 프레임 부품들을 서로 기계적으로 연동시킬 수 있는 브라켓(brackets)과 같이 기계적으로 연동하는 부품들에 관한 것이다.
구조용 부재로서 압출 금속제 또는 기타 재질의 레일을 사용하는 구조 프레임 조립체는 공지되어 있으며, 가구 및 빌딩 부품들로서 뿐만 아니라 자동화 장비를 갖춘 지지물 또는 고정 부품들로서 널리 사용되고 있다. 이러한 부품들, 예를 들어 레일(rails)들은 통상적으로, 연결부에서 각각의 서로 연결되는 부분들을 만들고 유지하기 위해서, 이들 레일에 대해서 직교하거나 또는 법선 방향으로 연장하여 너트(nuts)들, 캡쳐된(captured) 너트들, 및/또는 나사산이 있는 삽입물(inserts)들 안으로 수용되는 볼트(bolts)들을 포함하는, 나사산이 있는 체결구(fasteners)들과 함께 연결부에서 고정된다. 그러나 서로에 대해서 회전하는 이들 볼트들, 캡쳐된 너트들, 및/또는 나사산이 있는 삽입물들은 사용 중에 연결부에 진동이 가해지거나 또는 부하가 가해지거나 부하가 해제되는 경우에는 오랜 시간에 걸쳐서 느슨해져 버릴 수가 있다.
본 발명자는 공지된 프레임 조립체 시스템에 있어서, 각각의 연결부에서 부품들이 자유롭게 피봇식으로 회전할 수 있거나 또는 그렇지 않으면 서로에 대해서 실질적으로 이동할 수 있기 때문에, 조립 및 정렬 절차가 불만족스러울 수 있다는 점을 인식하였다. 본 발명자는 또한 이러한 운동이, 연결 부품들을 전체적으로 직교하며 관통하여 레일들 안으로 연장하는 제결구들에 의해서 한정되는 피봇회전 축선들을 중심으로 연결 부품들의 피봇회전 운동에 의해서 통상적으로 발생한다는 점을 인식하였다. 본 발명자는 하나의 연결부에서의 부품들의 운동이 그 연결부에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 모든 다른 부품들의 운동으로 전달된다는 점을 인식하였다. 본 발명자는 또한, 이러한 공지의 시스템에서 한쪽 모서리를 조절할 경우에 다른 쪽 모서리들 또는 다른 부품들이 조절되지 않는 경향이 있으며, 이는 이러한 시스템의 정밀한 설정을 비현실적이거나 또는 불가능하게 할 수 있다는 사실을 인식하였다. 본 발명자는 프레임 조립체가 만들어진 후 어떤 적용들에 사용되는 중에 연결부들이 너무 빈번하게 느슨해져서 사용자가 프레임 조립체를 조절하는 사이에 시간의 양을 증대시키기 위하여 연결부들을 핀으로 고정하거나 용접할 수 있다는 점을 인식하였다.
본 발명자는 또한 레일들을 서로 연결하기 위해 나사산이 있는 체결구를 사용하는 구조 프레임 조립체에 있어서, 나사산이 있는 체결구를 조여주는 것은 레일들을 뒤틀리게(distort) 할 수 있다는 점을 인식하였다. 본 발명자는 또한 종방향으로 연장하는 채널들을 가지는 레일들 내에서 나사산이 있는 체결구들을 조여줄 때, 너트들, 캡쳐된 너트들, 및/또는 나사산이 있는 삽입물들은 레일들의 마주하는 측면들이 서로 멀어지게 바깥쪽으로 굽혀지게 하는 레일들의 부분들과 결합하여서, 연결부들에서 레일들을 퍼지게(flaring out) 함으로써 레일들을 뒤틀리게 한다는 점을 인식하였다.
본 발명자는 어떤 연결부의 느슨해짐이 부하가 유발되는 볼트의 신장(elongation) 및/또는 나사산이 있는 체결구의 나사산 마모의 원인이 될 수 있으며, 이에 따라서 레일들에 대해서 직교하거나 또는 법선 방향으로 연장하는 볼트들을 가지는 연결부들에서 그러한 느슨해짐의 양은 볼트의 신장량 또는 나사산의 마모량의 크기에 상응하는 연결부들에서 발생하는 틈새(clearances)들의 크기들에 상응할 수 있다는 점을 추가로 인식하였다. 본 발명자는 볼트의 신장 및 나사산 마모의 원인이 될 수 있는 연결부의 느슨해짐은, 이러한 연결부에서 서로 연결되는 부품들의 인접한 표면들에 의해 한정되는 인터페이스(interface)를 각지게(angularly) 또는 직교하지 않게 교차하는 볼트들을 가지는 볼트 조립체들을 제공함으로써 비교적 감소될 수 있다는 점을 인식하였다. 본 발명자는 볼트 신장 또는 나사산 마모에 기인하여 연결부에서 얻을 수 있는 틈새의 양은, 연결부에서 서로 연결되는 부품들의 인접한 표면들 사이의 인터페이스에 대해서 직교하거나 또는 법선 방향으로 정렬하는 그러한 신장 또는 나사산 마모의 벡터 성분에 대신하여 상응한다는 점을 인식하였다.
따라서, 본 발명의 주 목적 및 특징은 연결 부품들이 조여지는 중에 기계적으로 자체 정렬하도록 서로 결합하는 기계적 인터페이스를 갖춘 연결부들을 가지는 구조 프레임 조립체를 제공하는 것이다. 이는 체결구들이 조여지는 중에 수동식 측정 및 조절이 없이도 비교적 고정밀도로 자동으로 자체 정렬하는 구조 프레임 조립체를 제공할 수 있다. 이는 또한 연결 위치들에서 단지 체결구들을 조여줌으로써, 예를 들어 공통의 평면에 정밀하게 놓여진 레일들, 및 정밀하게 90° 또는 사용되는 모서리 브라켓의 특정 구성에 근거한 다른 각도(들)로 정밀하게 교차하는 레일들과 정밀하게 조립될 수 있는 구조 프레임 조립체를 제공할 수 있다. 이는 또한, 구조 프레임 조립체의 각각의 부품들의 치수들의 정확성 및 정밀성의 함수로서 제한되며, 부품들을 정확하고 정밀하게 수동으로 정렬함에 있어서 조립자의 숙련도에는 실질적으로 제한받지 않는 최종 용도(end use) 치수들의 정확성 및 정밀성을 갖는 구조 프레임 조립체를 제공할 수 있다. 이는 비교적 덜 숙련된 조립자가 고도의 정밀한 구조 프레임 조립체를 조립하고 비교적 신속하게 조립할 수 있게 허용한다. 여러 부품들의 이러한 자동적이고 자체 정렬하는 능력은 또한, 구조 프레임 조립체가 부하 및/또는 진동이 가해진 후에 이완 상태로 진입할 때 구조 프레임 조립체의 연결부들이 그들의 정밀하게 끼워 맞추어진 위치들(fitted positions)로 또는 "0으로 복귀(return to zero)"로 복원하는 것을 가능케 한다. 이는 주로, 예를 들면 연결부들에서 직교하며 연장하는 체결구들을 중심으로 한 부품들의 면대면 방식의 피봇회전 슬립(face-to-face pivotal slip) 대신에 레일들의 굽힘(bending)에 의해서 하중을 주로 흡수함으로써, 구조 프레임 조립체가 사용 중에 그 정밀 설정 위치로부터 왜곡되는 것을 방지할 수가 있다. 이는 또한 정렬로부터 피봇회전 보다 우선적으로 부하, 무부하, 및 진동들이 작용하는 동안의 사용 중에 연결 조립체의 인터페이싱 부품들이 서로에 대해서 더 안착되게 허용할 수 있으며, 이는 연결부의 정렬 무결성을 개선하거나 또는 적어도 유지시킬 수가 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 구조 프레임 조립체에는 연결부에서 서로 연결되는 한 더미(a stack of)의 부품들의 인접한 표면들에 대해서 직교하지 않게 볼트들을 각지게 수용할 수 있는 브라켓들을 포함하는 연결부들이 제공되어 있다. 이는 매우 견고하고, 체결부의 느슨함에 견디며, 볼트 신장 및 나사산 마모의 원인이 되는 연결부의 손실에 비교적 덜 민감하며, 재사용가능한 부품들을 가지는 구조 프레임 조립체를 제공할 수가 있다. 이는 구조 프레임 조립체가, 예를 들어 블랭킹 스테이션(blanking station)에의 통합 및 블랭킹 공구를 만들기 위한 기타 용도로 자동화 장비와 함께 사용될 수 있게 하며, 이는 사용 중에 정밀한 부품 끼워 맞춤 및 치수 안정성을 제공하는 동시에 공구가 서비스 수명이 끝난 후에는 후속 공구로 재구성되거나 재사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 구조 프레임 조립체가 제공되며, 이 조립체는 서로 간격을 두고 레일의 외부면으로부터 멀어지면서 하향으로 각지게 연장하고 레일을 통해 종방향으로 연장하는 캐비티의 중앙부를 향해서 연장하는 한 쌍의 인접하는 벽들을 가지는 레일을 포함한다. 한 쌍의 어깨부들, 및 이 어깨부들로부터 연장하는 한 쌍의 측벽들을 가지는 너트가 캐비티 안에 수용된다. 너트의 어깨부들은 레일의 인접하는 벽들과 결합할 수 있으며, 너트의 측벽들의 적어도 하나가 레일로부터 이격될 수 있어서 이들 사이로 틈새를 한정한다. 볼트가 레일을 통해 각지게 연장하여 너트와 작동적으로 결합할 수 있어서, 볼트를 회전시키면 캐비티를 통해서 너트를 각지게 전진시키거나 또는 후퇴시킨다. 이는 너트의 어깨부들이 레일의 인접하는 벽들과 다중 단계들로 결합하게 허용할 수 있으며, 너트의 어깨부들 중 하나와 너트의 측벽과 레일 사이의 틈새에 인접한 레일의 인접하는 벽과 결합시킴으로써 너트가 레일의 인접하는 벽의 단부에 의해 한정되는 에지 둘레로 그리고 캐비티 내에서 피봇식으로 회전할 수 있어서, 제 2 너트의 어깨부가 캐비티의 마주하는 측면에서 제 2 인접하는 벽과 결합할 때까지 너트가 피봇회전한다. 너트의 어깨부들과 레일의 인접하는 벽들은 각을 이룰 수 있어서, 어깨부들이 레일의 인접하는 벽들과 결합한 후에 볼트를 더 조여줌으로써 너트를 레일의 외부면으로 보다 가깝게 당겨줄 수 있으며, 또한 어깨부들과 인접하는 벽들의 인터페이싱 표면들 사이의 내향 쐐기 작용을 통해서 횡방향으로 레일을 압축시킬 수 있다. 이는 연결부 내에서 이러한 부품들을 함께 압착시키고 구조 프레임 조립체의 연결위치에서 횡방향으로 레일을 압축시키기 위해서 여러 부품들 간의 인터페이스들에 법선인 방향으로 체결력을 제공함으로써, 볼트를 조여주면 구조 프레임 조립체 내의 연결부의 다축 조임(multi-axial tightening)을 제공하는 것이 허용될 수 있다.
여기에 제공된 도면들은 위의 장점들과 특징들이 명확하게 개시된 본 발명의 바람직한 구성 및 도시된 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있는 사항들을 도시한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프레임 조립체를 정면 위쪽으로부터 도시한 등각도이다.
도 2는 도 1의 프레임 조립체의 레일을 정면 위쪽으로부터 도시한 등각도이다.
도 3은 도 2의 레일의 평면도이다.
도 4는 도 1의 프레임 조립체의 브라켓을 정면 위쪽으로부터 도시한 등각도이다.
도 5는 도 4의 브라켓을 배면 아래쪽으로부터 도시한 등각도이다.
도 6은 도 4의 브라켓의 변형예의 측면도이다.
도 7은 도 1의 프레임 조립체의 너트를 정면 위쪽으로부터 도시한 등각도이다.
도 8은 도 7의 너트의 정면도이다.
도 9는 도 1의 프레임 조립체의 연결부의 부분 횡단면도이다.
도 10은 도 9의 연결부의 변형예의 부분 횡단면도이다.
도 11은 도 9의 연결부의 다른 변형예의 부분 횡단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부품들로 구성된 프레임 조립체가 대체로 숫자(10)으로 지정되어 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 본 발명의 부품들은 여러 가지 구성들의 프레임 조립체들을 구성하는데 사용될 수가 있다. 이와 같이, 프레임 조립체(10)는 단지 본 발명의 부품들을 이용하여 구성될 수 있는 모범적인 유형의 프레임 조립체이다. 가구 및 건축 부품용뿐만 아니라 자동화 장비용 구조용 지지물들 또는 고정 부품들로서도 사용할 수 있는 그 밖의 다른 구성들의 프레임 조립체(10) 및 다수의 서로 연결된 프레임 조립체(10)들이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로서 고려된다.
프레임 조립체(10)는 각각, 서로 마주하며 등간격으로 이격된 종방향 연장 제 1 및 제 2 측면 프레임 부재 또는 레일(14 및 16)들과, 그리고 각각 등간격으로 이격된 상부 및 하부 프레임 부재 또는 레일(18 및 20)을 포함하고 있다. 제 1 프레임 레일(14)은 모서리 결합 브라켓(25)들로 도시된 한 쌍의 브라켓들에 의해서 각각 상부 및 하부 프레임 레일(18 및 20)들과의 연결부들에서 단단하게 서로 연결되어 있다. 마찬가지로, 제 2 측면 프레임 레일(16)은 한 쌍의 모서리 결합 브라켓(25)들에 의해서 각각 상부 및 하부 프레임 레일(18 및 20)들과의 연결부들에서 단단하게 서로 연결되어 있다. 도시된 실시예에서, 프레임 레일(14, 16, 18, 및 20)들은 구조적으로 동일하며, 그 때문에 프레임 레일(14)에 대한 이하 설명은 마치 본 명세서에서 완전히 설명된 것처럼 다른 프레임 레일(16, 18, 및 20)들을 설명하는 것으로 또한 이해된다. 도 1 및 2를 참조하면, 프레임 레일(14)은 대체로 정방형 구성 또는 횡단면 프로파일 형상을 가지며, 종축을 따라 연장한다. 다른 실시예들에서, 프레임 레일(14)은 원하는 최종 용도의 구성에 따라 예를 들어 원형, 직사각형, 삼각형, 또는 어떤 다른 다각형 형상(도시되지 않음)의 다른 횡단면 프로파일 형상들을 가질 수가 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 프레임 레일(14)은 4개의 표면(30a - 30d)들에 의해 한정되는 외면을 가진다. 각각의 표면(30a - 30d)은 구조적으로 동일하며, 그 때문에 표면(30a)에 대한 이하 설명은 마치 본 명세서에서 완전히 설명된 것처럼 다른 표면(30b-30d)들을 설명한 것으로 이해된다. 도 3을 참조하면, 프레임 레일(14)의 각각의 표면(30a)은 대체로 편평하며, 그 내부에는 그 전체 길이를 따라서 연장하여 종방향 연장 캐비티(33) 안으로 개방된 슬롯(32)을 포함하고 있다. 슬롯(32)과 캐비티(33)는 대체로 대칭이며, 이에 따라서 슬롯(32) 및/또는 캐비티(33)의 어느 한쪽에서의 구조물의 설명은 단지 그 거울상(mirror images)이 되는 슬롯(32) 및/또는 캐비티(33)의 다른 한 쪽에 대한 상응하는 구조물에 동일하게 적용된다. 슬롯(32)은 표면(30a)으로부터 그 표면에 대해서 각도(38)를 이루며 각각 연장한 제 1 및 제 2 측벽(34 및 36)들의 사이로 한정된다. 각도(38)는 1° 내지 89°의 범위에 들어가는 것으로 고려되며, 그러나 바람직하게는 약 30° 내지 약 80°범위이고, 가장 바람직하게는 약 70° 이다. 상응하게, 이러한 가장 바람직한 실시예에서는 각각의 제 1 및 제 2 측벽(34, 36)이 슬롯(32)의 중심선을 통해 연장하는 가상선에 대해 약 20°의 각도를 한정하며, 따라서 제 1 및 제 2 측벽(34, 36)은 서로 간에 약 40°의 각도를 한정한다. 또한, 슬롯(32)은 각각 제 1 및 제 2 측벽(34 및 36)의 상응하는 말단부(34a 및 36a)들로부터 각각 분기하는 제 1 및 제 2 외부 인접 벽(abutment walls)(42 및 44)들의 사이로 각각 추가로 한정된다. 제 1 인접 벽(42)은 측벽(34)과의 사이로 90° 보다 큰 각도를 한정하도록 제 1 측벽(34)과 각지게(angularly) 교차하며, 제 2 인접 벽(44)은 측벽(36)과의 사이로 90° 보다 큰 각도를 한정하도록 측벽(36)과 각지게 교차한다. 바람직하게 제 1 인접 벽(42)과 제 1 측벽(34) 사이로 한정되는 각도는 약 110° 내지 약 160° 이며, 가장 바람직하게 약 130° 이다. 각각의 최외각(outermost) 부분들로부터, 제 1 및 제 2 내부 인접 벽(46 및 48)들이 캐비티(33)의 중앙부를 향해서 각지게 하향 연장하면서 표면(30a)으로부터 멀어진다. 다른 방식으로 설명하자면, 각각 외부 및 내부 인접 벽{(42, 46) 및 (44, 48)}들을 서로 연결하는 내부 영역(42a 및 44a)으로부터 제 1 및 제 2 내부 인접 벽(42 및 44)들은 서로로부터 표면(30a)을 향하여 분기하는 대향 방향으로 연장한다. 각각의 영역(42a, 44a)은 각각의 외부 및 내부 인접 벽{(42, 46) 및 (44, 48)}들 사이로 연장하여 이들 인접 벽들을 서로에 연결하는 평면을 한정하여, 영역(42a, 42a)들과 외부 및 내부 인접 벽{(42, 46) 및 (44, 48)}들의 각각의 교차 지점에서 에지를 한정한다. 제 1 및 제 2 외부 인접 벽(42, 44)들은, 표면(30a)에 대해서 비교적 평행에 가까운 내부 인접 벽(46, 48)들에 비하면, 급경사각(steeper angles)이거나 표면(30a)에 대해 비교적 직교에 가깝다. 제 1 및 제 2 외부 인접 벽(42, 44)들이 바람직한 일실시예에서 표면(30a)에 대해 약 60°의 각도를 한정하는 반면에, 이 실시예에서의 내부 인접 벽(46, 48)들은 표면(30a)에 대해 약 20° 또는 19°의 각도를 한정한다. 오목한 말단벽(50)이 각각 제 1 및 제 2 내부 인접 벽(46, 48)의 말단부(46a, 48a)들의 사이로 각각 연장하며, 캐비티(33)은 내부 인접 벽(46, 48)들과 오목한 말단벽(50)의 사이로 한정된다.
이제 도 10을 참조하면, 다른 실시예의 프레임 레일(14)은 각 쌍의 표면(30a, 30b, 30c, 30d)들의 각각의 교차점들에서 리세스(52)들을 포함하고 있다. 리세스(52)들은 안쪽으로 프레임 레일(14)을 따라 종방향으로 연장한다. 각각의 리세스(52)는 서로 직각으로 교차하는 리세스 측벽(54, 56)들에 의해서 한정된다. 이제 도 11을 참조하면, 이 다른 실시예의 프레임 레일(14)은 각 쌍의 표면(30a, 30b, 30c, 30d)들의 각각의 교차점들에서 리세스(62)들을 포함하고 있으며, 리세스(52)와 유사하게 리세스(62)들은 안쪽으로 프레임 레일(14)을 따라 종방향으로 연장한다. 각각의 리세스(62)는 프레임 레일(14) 안으로 각지게 연장하여 리세스 바닥벽(67)의 대향 측들과 교차하는 리세스 벽(64, 66)들에 의해서 한정된다.
도 4 및 5를 참조하면, 브라켓(25)들은 레일(14, 16, 18, 20)의 각각의 하나의 단부들을 서로 연결한다. 각각의 브라켓(25)은 측면도로 볼 때 실질적으로 삼각형 둘레(perimeter) 형상을 한정한다. 브라켓(25)은 직교하는 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들과, 그리고 이들 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들의 사이로 각지게 연장하는 브레이스(brace)(100)에 의해 형성된 L자 형상의 몸체를 포함하고 있다. 제 1 레그(80)는 내단부 및 외단부(81, 82)와, 그리고 실질적으로 편평하게 마주하는 내부면 및 외부면(85, 86)을 포함하고 있다. 브라켓 레일(87) 외부면(86)으로부터 바깥쪽으로 제 1 레그(80)의 중간부 또는 중앙부를 따라 종방향으로 연장한다. 브라켓 레일(87)(도 5 참조)은 제 1 및 제 2 슬롯 측벽(34 및 36)(도 9 참조)들의 사이로 한정된 슬롯(32)의 부분의 둘레 형상에 상응하는 둘레 형상을 가진다. 이는, 브라켓 레일(87)을 슬롯 측벽(34, 36)들의 사이에서 슬롯(32) 안으로 끼워넣어지게 한다. 제 2 레그(90)는 내단부 및 외단부(91,92)들 및 실질적으로 편평하게 마주하는 내부면 및 외부면(95,96)을 포함한다. 브라켓 레일(97)(도 5 참조)은 외부면(96)으로부터 바깥쪽으로 제 2 레그(90)의 중간부 또는 중앙부를 따라 종방향으로 연장한다. 브라켓 레일(97)은 브라켓 레일(87)과 동일하며, 이에 따라 브라켓 레일(87)의 설명은 본 명세서에서 브라켓 레일(97)에 대해 적용된다.
계속해서 도 4 및 5를 참조하면, 브레이스(100)는 제 1 레그(80)의 외단부(82)에 연결된 제 1 단부(101), 및 제 2 레그(90)의 외단부(92)에 연결된 제 2 단부(102)를 가진다. 브레이스(100)는 실질적으로 편평하게 마주하는 내부면 및 외부면(105, 106)을 포함한다. 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들 및 브레이스(100)의 내부면(85, 95, 105)들이 조합하여 브라켓(25)을 통해 횡방향으로 연장하는 삼각형 구멍(110)의 외부 주변을 한정한다.
브라켓(25)은 각각 제 1 및 제 2 레그(80 및 90)들을 통해 횡방향으로 각지게 연장하는 2쌍의 볼트 수용 보어{(122, 124) 및 (126, 128)}들을 포함하고 있다. 제 1 레그(80)들의 보어(122 및 124)들은 제 2 레그(90)에 평행하게 연장하고, 제 1 레그(80)의 중심선으로부터 연장하는 평면에 대해서 각지게 연장하며, 그리고 제 1 레그(80)의 내부면 및 외부면(85, 86)을 통해 직교하게 연장한다. 이러한 방식으로, 제 1 레그(80)의 보어(122, 124)들이 브라켓 레일(87)의 외부면에서 하부 구멍들을 형성하는데, 이들 보어(122, 124)들의 하부 구멍들은 제 1 레그(80)의 중심선과 실질적으로 정렬된다. 보어(122)는, 볼트 헤드를 수용할 수 있고 제 1 레그(80)의 내단부(81)에서 내부면(85) 안으로 리세스되는 상부 구멍 및 카운터 보어를 한정한다. 보어(122)는 제 2 레그(90)의 외단부(92)에 인접한 브레이스(100)의 측면 내로 연장한 홈(123)과 정렬된다. 볼트가 삼각형 구멍(110)을 통하여 보어(122) 안으로 삽입될 수 있도록, 그리고 이러한 볼트를 조여주거나 풀어주는 공구(도시 안됨)의 샤프트가 홈(123) 안으로 끼워져서 제 2 레그(90)에 평행하고 제 1 레그(80)에 대해서 횡방향으로 각지게 보어(122)를 통해서 볼트를 구동시킬 수 있도록, 홈(123)이 보어(122)에 대해서 위치된다. 제 1 레그(80)의 보어(124)는, 볼트 헤드를 수용할 수 있고 브레이스(100)의 제 1 단부(101)에서 외부면(106) 안으로 리세스되는 상부 구멍 및 카운터 보어를 한정한다.
계속해서 도 4 및 5를 참조하면, 제 2 레그(90)의 보어(126 및 128)들은 제 1 레그(90)에 평행하게 연장하고, 제 2 레그(90)의 중심선으로부터 연장한 평면에 대해서 각지게 연장하며, 그리고 제 2 레그(90)의 내부면 및 외부면(95, 96)을 통해 직교하며 연장한다. 이러한 방식으로, 보어(124, 126)들의 하부 구멍들은 제 2 레그(90)의 중심선에 대해서 실질적으로 정렬되도록 제 2 레그(90)의 보어(126, 128)들이 브라켓 레일(97)의 외부면에서 하부 구멍들을 한정한다. 보어(126)는, 볼트 헤드를 수용할 수 있고 제 2 레그(90)의 내단부(91)에서 내부면(95) 안으로 리세스되는 상부 구멍 및 카운터 보어를 한정한다. 보어(126)는 제 1 레그(80)의 외단부(82)에 인접한 브레이스(100)의 측면 내로 연장한 홈(127)과 정렬된다. 볼트가 삼각형 구멍(110)을 통하여 보어(126) 안으로 삽입될 수 있도록, 그리고 이러한 볼트를 조여주거나 풀어주는 공구(도시 안됨)의 샤프트가 홈(127) 안으로 끼워져서 제 1 레그(80)에 평행하고 제 2 레그(90)에 대해서 횡방향으로 각지게 보어(126)를 통해 볼트를 구동시킬 수 있도록, 홈(127)이 보어(126)에 대해서 위치된다. 제 2 레그(90)의 보어(128)는, 볼트 헤드를 수용할 수 있고 브레이스(100)의 제 2 단부(102)에서 외부면(106) 안으로 리세스되는 상부 구멍 및 카운터 보어를 한정한다.
보어{(122, 124) 및 (126,128)}들이 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들을 통하여 횡방향으로 연장하는 각도들은 제 1 및 제 2 레그(80 및 90)들의 상응하는 외부면(86 및 96)들에 대해서 예각들인 것이 바람직하다. 이러한 각각의 예각들은 1° 내지 89°의 범위, 그러나 바람직하게 약 30°와 약 80°의 사이, 그리고 가장 바람직하게는 약 70° 이지만, 이에 상관없이 이하 보다 상세히 설명되는 너트(150)의 상응하는 보어와 정렬되도록 선택된다.
도 6에 도시된 다른 실시예에서, 브레이스(100)는 각각의 제 1 및 제 2 단부(101, 102)들에 보강부(103, 104)를 포함하고 있다. 이 실시예에서 각각의 보강부(103, 104)는 브레이스(100)의 제 1 및 제 2 단부(101, 102)들에 부착된 별도 층이나 또는 이들 단부들의 재료를 두껍게 하는 부분을 포함한다. 보강부(103, 104)는 제 1 및 제 2 단부(101, 102)들과 브라켓(25)의 레그(80, 90)들의 교차점들 위에 놓여져 있다. 이러한 특정 실시예에서, 각각의 보강부(103, 104)는 그 길이를 따라서 두께가 변화하여서, 비교적 더 두꺼운 중앙부로부터 비교적 더 얇은 대향 단부들을 향하여 하향으로 테이퍼진 곡선형 외부면 및 아치형 단면 프로파일 형상을 제공한다.
도 10 및 11에 도시된 변형 실시예들에서는, 각각의 브라켓 레일(87, 97)이 앞서 설명한 바와 같이 레그(80, 90)들의 중심선을 따라서 위치되는 대신에 외부면(86, 96)들의 측면 모서리에 인접하게 위치되어 있기 때문에, 보어(122, 124, 126, 128)들이 브라켓 레일(87, 97) 대신에 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들의 외부면(86, 96)에서 하부 구멍들을 가진다. 도 9의 실시예에서는, 브라켓 레일(87, 97)이 리세스의 양쪽 리세스 측벽(54, 56)들과 결합하도록, 각각의 브라켓 레일(87, 97)[하나의 브라켓 레일(87)만 도시됨]이 리세스(52)의 둘레 형상에 상응하는 둘레 형상을 가진다. 도 10에 도시된 실시예에서는, 각각의 브라켓 레일(87, 97)[하나의 브라켓 레일(87)만 도시됨]이 리세스(62) 안으로 연장하여서 도브테일 방식으로(in a dovetail-like manner) 전체 리세스 벽(64)과 결합하도록 구성되어 있다.
이제 도 9 내지 11을 참조하면, 브라켓 레일(87, 97)들의 특정 형상과는 무관하게 브라켓 레일(87, 97)들은, 연결부들에서 서로 연결된 부품들 사이의 횡방향 슬라이딩을 견디고 레일(14, 16, 18, 20)들, 브라켓(25)들, 및 너트(150)들을 적절하게 정렬시키는 기계적 인터페이스(mechanical interfaces)들을 제공하여서, 볼트(200)들이 보어{(122, 124, 및 (126, 128)}들을 통해 연장하여 상응하는 너트(150)들과 결합할 수가 있다. 너트(150)들은 캐비티(33)들의 말단부들 내에 제공되어서, 이들 너트(150)들이 브라켓(25)들을 레일(14)에 견고하게 연결하기 위해서 볼트(200)들에 의해 레일(14)의 제 1 표면(30a)에서 슬롯(32)들을 통하여 접근가능하게 된다. 너트(150)들은 캐비티(33)들을 통해 종방향으로 슬라이딩하도록 크기가 정해져 있고 캐비티들 내에 수용되어서, 너트(150)들이 볼트(200)들의 회전과 일치하여 회전하지 않는다.
이제 도 7 및 도 8을 참조하면, 각각의 너트(150)는 실질적으로 편평한 상부벽(155) 및 한 쌍의 바깥쪽으로 테이퍼진 측벽(162, 164)들을 가진다. 도 9 내지 11에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 측벽(162, 164)들은 레일(14) 내에 슬롯(32)의 하부가 한정되어 있는 외부 인접 벽(42 및 44)들 사이의 각도들에 상응하는 각도로 상부벽(155)으로부터 각지게 연장한다. 테이퍼진 측벽(162, 164)들 간의 거리는 외부 인접 벽(42, 44)들 간의 거리 보다 작아서, 본 명세서의 다른 부분에서 보다 상세히 설명되는 방식으로 테이퍼진 측벽(162)과 외부 인접 벽(42) 사이로 사용 중에 틈새가 한정된다. 다시 도 7 및 8을 참조하면, 한 쌍의 어깨부(166, 168)들이 테이퍼진 측벽(162, 164)들의 하부들로부터 바깥쪽으로 그리고 상부벽(155)의 방향으로 위쪽으로 연장한다.
이제 도 8 내지 11을 참조하면, 너트(150)의 어깨부(166, 168)들은 레일(14)의 내부 인접 벽(46, 48)들과 외부 인접 벽(42, 44)(도 9)들 사이에 한정되는 각도들에 대체로 상응하는 각도(163, 165)들로 연장한다(도 8). 각도(163)들은 91° 내지 179° 범위, 바람직하게는 약 95° 내지 약 105°범위에 속하는 둔각이 바람직하지만, 더욱 바람직하게는 약 100°이다. 어깨부(166)와 보어(180)의 종축 사이의, 그리고 어깨부(168)와 보어(180)의 종축 사이의 각도(표시 안 됨)들은 다르다. 도 8에 도시된 실시예에서, 어깨부(166)와 보어(180)의 종축 사이의 각도는 약 90° 이고, 어깨부(168)와 보어(180)의 종축 사이의 각도는 약 55° 이다. 하부 곡선 벽(170)이 어깨부(166, 168)들의 외단부들 사이의 아치형 경로를 따라서 연장하며 이들 단부들을 연결시킨다. 너트(150)의 하부 곡선 벽(170)의 프로파일 형상 및 곡률 반경은 레일(14)의 캐비티(33)의 하부 둘레를 한정하는 오목한 말단벽(50)의 특징들에 상응한다.
다시 도 7 및 8을 참조하면, 너트(150)는 너트(150)의 길이를 따라서 서로 이격된 한 쌍의 보어(180)들을 포함한다. 보어(180)들은 너트(150)의 종방향으로 너트(150)를 통해 직교하여 연장하며 너트(150)의 횡방향으로 각지게 연장한다. 보어(180)들은 보어(122, 124, 126, 128)들이 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들을 통해 연장하는 각도들과 동일한 각도들, 즉 횡방향으로 예각들을 이루면 연장한다. 이러한 각각의 보어(180)들의 예각들은 너트(150)의 상부벽(155)에 대해서 1° 내지 89°의 범위에 속하지만, 바람직하게 약 30° 내지 약 80°, 더욱 바람직하게는 약 65° 이다. 이러한 구성에 있어서, 각각의 보어(180)는 실질적으로 너트(150)의 중심선에 있는 상부 구멍과, 그리고 너트의 중심선으로부터 편향되어 바깥쪽으로 테이퍼진 측벽(162) 아래로 위치되는 하부 구멍을 가진다.
도 9를 참조하면, 서로에 한 쌍의 레일(14, 16, 18, 20)들을 서로 연결시키기 위해서, 예를 들어 레일(14 및 18)들을 서로 연결시키기 위해서 브라켓(25)과 한 쌍의 너트(150) 및 볼트(200)가 사용된다. 제 1 너트(150)가 레일(14)의 표면(30a)의 캐비티(33) 안으로 종방향으로 슬라이드 된다. 브라켓(25)의 제 1 레그(80)의 브라켓 레일(87)이 레일(14)의 표면(30a)의 슬롯(32) 안으로 슬라이드 된다. 브라켓(25)이 원하는 위치에 있고 제 1 레그(80)의 보어(122, 124)들이 너트(150)의 각 쌍의 보어(180)들과 정렬될 때까지, 브라켓(25)의 제 1 레그(80)와 너트(150)가 레일(14)의 슬롯(32) 및 캐비티(33)를 통해서 종방향으로 슬라이드 된다. 볼트(200)들이 나사산이 없는 보어(122, 124)들을 통하여 삽입되어서 너트(150)의 나사산이 있는 보어(180) 안으로 나사결합된다.
계속해서 도 9를 참조하면, 볼트(200)를 너트(150)의 안으로 조여줌으로써 너트(150), 레일(14), 및 브라켓(25)의 스택(stack)을 함께 고정시키고 레일(14)을 횡방향으로 압축시키는 방식의 다축 조임(multi-axial tightening)이 연결부에 제공된다. 각각의 볼트(200)의 조임은 볼트(200)의 나사산을 따라서 너트(150)를 전진시킴으로써 너트(150)를 당기게 된다. 이는 캐비티(33)를 가로질러서 위쪽으로 슬롯(32)의 왼편에 있는(도시된 바와 같이) 외부 인접 벽(44)을 향하여 너트(150)를 각지게 당긴다. 어깨부(166)는 캐비티(33)의 우측에 있는(도시된 바와 같이) 내부 인접 벽(46)과 결합하는 반면에 너트(150)는 캐비티(33)를 가로질러서 각지게 위쪽으로 당겨져서, 레일(14)의 외부 인접 벽(42)과 테이퍼진 측벽(162) 사이로 틈새를 형성시킨다. 이러한 틈새는 너트(150)가 캐비티(33) 내에서 피봇식으로 회전하기에 충분한 공간을 제공한다. 이는, 볼트(200)를 따라서 너트(150)를 더 전진시킴으로써 너트(150)를 내부 및 외부 인접 벽(46, 42)들 사이의 내부 영역(42a)을 중심으로 피봇식으로 회전시키도록, 어깨부(166)가 내부 인접 벽(46)과 결합한 후에 볼트(200)를 더 조여줌으로써 이루어진다. 그리고나서, 어깨부(168)가 캐비티(33)의 좌측에 있는(도시된 바와 같이) 내부 인접 벽(48)과 결합할 때까지, 너트(150)가 내부 영역(42a)을 중심으로 피봇식으로 회전한다. 너트(150)의 양쪽 어깨부(166, 168)들이 레일(14)의 내부 인접 벽(46, 48)들과 결합할 때, 볼트(200)를 더 조여주는 것으로 너트(150)를 브라켓(25)에 더욱 근접하게 이동시킨다. 이는, 어깨부(166, 168)들을 가로질러서 너트(150)의 테이퍼진 측벽(162, 164)들을 향하여 내부 인접 벽(46, 48)들을 슬라이딩시키는 내부 인접 벽(46, 48)들과 어깨부들(166, 168)들 사이의 쐐기 작용(wedging action) 때문에, 내부 인접 벽(46, 48)들을 서로에 대해 보다 인접하게 압박하고 레일(14)을 횡방향으로 압축시킨다. 또한, 이는 볼트(200)에 인장력을 가하면서 브라켓(25)과 너트(150) 사이에 레일(14)을 밀어넣는 체결력(clamping force)를 제공한다.
레일(18)을 브라켓(25) 및 레일(14)에 연결하기 위해서, 브라켓(25)의 제 2 레그(90)의 브라켓 레일(97)이 레일(18)의 표면(30a)의 슬롯(32) 안으로 슬라이딩 된다. 레일(18)을 브라켓(25)과 너트(150) 사이로 체결하여 브라켓(25) 및 레일(14, 및 18)들의 집합체에 도달하기 위해서, 앞에서 설명된 바와 같이 연결부의 다축 조임을 제공하도록 볼트(200)를 너트(150) 안으로 조여주는 절차가 반복된다. 물론, 서로에 여러 브라켓들, 레일들, 또는 다른 부품들을 서로 연결하여 그 후에 대규모 시스템 또는 구조물의 부품 또는 부속 조립체로서 사용될 수 있는 프레임 조립체(10)를 만들기 위해서, 이러한 과정은 필요에 따라 여러 차례 반복될 수 있다.
도 10 및 11의 레일(14, 16, 18, 20)들 및 브라켓(25)들의 변형 실시예들에 의해 프레임 조립체(10)를 만들기 위해서, 그 절차들은 앞에서 설명한 바와 동일하며, 단지 브라켓 레일(87, 97)들이 슬롯(32) 대신에 리세스(도 10에서 52 및/또는 도 11에서 62)들의 안으로 삽입되는 것만이 다르다.
브라켓(25)들의 특정 구성에 무관하게, 너트(150)들, 레일(14)들, 슬롯(32)들, 캐비티(33)들, 및 브라켓(25)들의 프로파일 형상들은, 이들 연결 부품들이 조여지는 동안에 기계적으로 자체로 정렬되도록 서로 결합하는 그들 각각의 기계적 인터페이스들을 허용하는 방식으로 이들 부품들이 서로 협동하도록 선택되어야 한다는 점에 주목해야 한다. 바람직한 실시예들에서, 이는 패스너(fasteners)들이 조여지는 동안 수동식 측정 및 조정이 없이도 비교적 고정밀도로 자동으로 자체 정렬되며, 사용 중에 예를 들어 부하 또는 진동 상태 이후에 이완 상태로 복귀될 때 연결부들에서 "0으로 복귀하는(return to zero)" 또는 재정렬되는 경향이 있는 프레임 조립체(10)를 제공한다.
본 발명을 실시하는 다양한 모드들은 본 발명으로 간주되는 요지를 명확하게 청구하고 구체적으로 지적하는 다음의 특허청구범위의 범주 내에 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 브라켓(25)은 내부에 설치된 브라켓으로 설명되었지만, 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들의 대향 측면들 상에 브라켓(25)의 구조물들과 결합하는 레일을 제공함으로써 브라켓(25)이 외부에 설치된 브라켓으로 구성될 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 브라켓(25)은 모든 볼트(200)들이 공통의 방향으로 연장하는 서로 동일 평면 상에 있으며 직각으로 교차하는 제 1 및 제 2 레그(80, 90)들을 갖는 편평한 구성일 수 있는 것으로 또한 고려된다. 또한, 브라켓(25)이 종방향으로 정렬된 레일(14, 16, 18, 20)들을 서로 이어줄 수 있도록, 브라켓이 단일의 레그(80, 90)를 갖춘 것으로 또는 서로 종방향으로 정렬된 레그(80, 90)들을 갖춘 것으로 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 구조용 프레임 조립체로서,
    종축을 한정하는 외부면, 상기 종축에 평행하게 연장하는 슬롯, 및 상기 종축에 평행하게 연장하여 상기 슬롯에 연결된 캐비티를 가지는 레일;
    상기 캐비티 안에 수용되는 너트;
    상기 레일의 외부면과 결합할 수 있는(engageable) 구조 요소로서, 직각이 아닌 각도로 관통하여 연장하는 통로를 갖는, 구조 요소; 및
    상기 구조 요소 내의 통로를 통해 상기 레일 내의 슬롯 내로 각을 이루며(angularly) 연장하는 볼트로서, 상기 볼트를 회전시켜서 상기 너트를 상기 캐비티를 통해 각을 이루며 이동시키도록 상기 너트와 결합가능한, 볼트;를 포함하고,
    상기 레일은,
    상기 슬롯의 둘레의 적어도 일부를 한정하는 외부 인접 벽;
    상기 외부 인접 벽에 연결되며 상기 캐비티의 둘레의 적어도 일부를 한정하는 내부 인접 벽; 및
    상기 외부 인접 벽과 내부 인접 벽 사이의 연결 위치에 한정된 에지를 추가로 포함하며,
    상기 에지는 피봇회전점을 형성하고, 상기 너트가 상기 캐비티를 통해 각을 이루며 이동하는 중에 상기 에지와 결합할 때, 상기 너트가 상기 피봇회전점을 중심으로 피봇가능한,
    구조용 프레임 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일이 상기 레일의 외부면과 상기 외부 인접 벽의 사이로 연장하여 상기 외부면과 상기 외부 인접 벽을 연결하는 측벽을 더 포함하는,
    구조용 프레임 조립체.
  4. 제 1 항 있어서,
    상기 너트가,
    상부벽, 및 상기 상부벽으로부터 멀어지는 횡방향으로 연장하여 상기 레일의 상기 내부 인접 벽과 결합하는 어깨부를 더 포함하는,
    구조용 프레임 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 너트가 상기 상부벽과 상기 어깨부의 사이로 연장하는 측벽을 더 포함하며, 상기 너트의 측벽이 상기 레일의 상기 외부 인접 벽으로부터 이격되어 있는,
    구조용 프레임 조립체.
  6. 구조용 프레임 조립체로서,
    종축을 한정하는 외부면, 상기 종축에 평행하게 연장하는 슬롯, 및 상기 종축에 평행하게 연장하여 상기 슬롯에 연결된 캐비티를 가지는 레일; 및
    한 쌍의 어깨부들, 및 상기 어깨부들로부터 연장하는 한 쌍의 측벽들을 가지는 너트로서, 상기 너트의 어깨부들이 상기 레일의 인접 벽들과 결합하고, 상기 너트의 상기 한 쌍의 측벽들 중 하나 이상의 측벽이 상기 레일로부터 이격되어 있는, 너트;
    상기 레일의 외부면과 결합할 수 있는 구조 요소로서, 관통하여 연장하는 통로를 갖는, 구조 요소; 및
    상기 구조 요소 내의 통로 및 상기 레일을 통해, 상기 너트 내로, 상기 레일과 너트 중의 한 가지 이상에 대해 직각이 아닌 각도로 연장하는 볼트로서, 상기 볼트를 회전시켜서 상기 너트를 상기 캐비티를 통해 각을 이루며 이동시키도록 상기 너트와 결합가능한, 볼트;를 포함하고,
    상기 레일은,
    상기 슬롯의 둘레의 적어도 일부를 한정하는 외부 인접 벽;
    상기 외부 인접 벽에 연결되며 상기 캐비티의 둘레의 적어도 일부를 한정하는 내부 인접 벽; 및
    상기 외부 인접 벽과 내부 인접 벽 사이의 연결 위치에 한정된 에지를 추가로 포함하며,
    상기 에지는 피봇회전점을 형성하고, 상기 너트가 상기 캐비티를 통해 각을 이루며 이동하는 중에 상기 에지와 결합할 때, 상기 너트가 상기 피봇회전점을 중심으로 피봇가능한,
    구조용 프레임 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 너트가 상부벽을 더 포함하며, 상기 한 쌍의 측벽들이 상기 상부벽과 상기 한 쌍의 어깨부들 사이로 각을 이루며 연장하는,
    구조용 프레임 조립체.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 구조 요소는 상기 레일의 외부면과 결합하는 브라켓을 포함하고, 상기 볼트가 직각이 아닌 각도로 상기 브라켓을 통하여 연장하는,
    구조용 프레임 조립체.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 구조 요소는 브라켓을 포함하고,
    상기 브라켓은, 각각 교차하며 서로에 대해서 실질적으로 직교하게 위치된 제 1 및 제 2 레그를 갖는,
    구조용 프레임 조립체.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 구조 요소는 브라켓을 포함하고,
    상기 브라켓은, 상기 브라켓의 제 1 및 제 2 레그의 외향 단부들 사이로 연장하여 상기 외향 단부들을 서로 연결하는 브레이스(brace)를 갖는,
    구조용 프레임 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 브라켓의 상기 브레이스가 공구의 샤프트를 수용할 수 있으며 상기 볼트와 정렬되는 홈을 포함하는,
    구조용 프레임 조립체.
  13. 브라켓을 레일에 연결하는 방법으로서,
    레일의 캐비티 안으로 너트를 삽입하는 단계;
    상기 레일을 브라켓에 결합시키는 단계;
    상기 브라켓을 통해 볼트를 각지게 삽입하고 상기 너트를 상기 볼트와 결합시키는 단계;
    상기 볼트를 조여주는 단계;
    상기 너트를 상기 캐비티를 통해 각지게 당기는 단계;
    상기 너트를 상기 캐비티 내에서 피봇시키는 단계;
    서로 이격된 다수의 위치들에서 상기 레일을 상기 너트와 결합시키는 단계;
    제 1 방향으로 상기 너트, 상기 레일, 및 상기 브라켓 사이에 체결력(clamping force)을 제공하는 단계; 및
    상기 레일에 대해 횡방향으로 레일에 압축력을 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 너트가 한 쌍의 어깨부들을 포함하고, 상기 레일이 상기 레일 안으로 각을 이루며 연장하는 한 쌍의 내부 인접 벽들을 포함하며, 상기 어깨부들이 상기 내부 인접 벽들에 결합하고 상기 내부 인접 벽들을 서로를 향하여 밀어 넣도록(wedge) 상기 너트의 상기 어깨부들을 상기 레일의 외부면을 향해 이동시킴으로써 압축력이 제공되는,
    브라켓을 레일에 연결하는 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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