KR101985316B1

KR101985316B1 - 체결부재

Info

Publication number: KR101985316B1
Application number: KR1020147019735A
Authority: KR
Inventors: 다다요시 야마자키
Original assignee: 가부시키가이샤 야마자키 액티브
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2019-06-03
Also published as: JPWO2013094672A1; JP5787197B2; US20150016920A1; KR20140100578A; EP2796734B1; JP5555308B2; JP2014029200A; JP5950003B2; EP2796734A1; WO2013094672A1; US9212682B2; EP2796734A4; JP2015180840A

Abstract

본 발명은, 테이퍼 통체 모양부의 주연부의 강도를 적절하게 확보함과 아울러 외형치수를 적절하게 작게 한 체결부재를 제공한다. 나사체결작용을 이용하여 피체결체를 체결할 때에 사용되는 볼트나 너트나 와셔의 체결부재로서, 피체결체에 압접하도록 축과 동심인 원형의 평면밴드 링모양으로 형성되어 있는 좌면(13)을 향하여 서서히 직경이 커지는 통체모양으로 형성된 테이퍼 통체 모양부(12)를 구비하는 상기 체결부재에 있어서, 테이퍼 통체 모양부(12)의 테이퍼 각도가 예각이 되도록 형성되고, 원형의 평면밴드 링모양인 좌면(13)의 외경이, 그 좌면(13)에 의하여 피체결체에 유효하게 압접하여 면압이 발생하는 범위의 크기가 되도록, 테이퍼 통체 모양부(12)의 외주면에 피체결체로부터 수직으로 기립하는 기립면(12c)이 형성되어 있다.

Description

체결부재{FASTENING MEMBER}

본 발명의 기술분야는, 볼트(bolt)의 머리로부터 볼트의 축(軸)과 동심(同心)으로 서서히 직경이 커지도록 형성되고 끝면이 피체결체(被締結體)에 접하는 좌면(座面)으로서 형성된 테이퍼 통체 모양부(tapered cylindrical body shaped part)를 구비하는 풀림방지 볼트(locking bolt)와, 너트(nut)의 머리로부터 너트가 나사결합되는 볼트의 축과 동심으로 서서히 직경이 커지도록 형성되고 끝면이 피체결체에 접하는 좌면으로서 형성된 테이퍼 통체 모양부를 구비하는 풀림방지 너트(locking nut) 및 와셔(washer)를 포함한 풀림방지 체결부재(locking 締結部材)에 관한 것이다.

볼트나 너트 등의 체결부재는, 부재나 부품 등의 피체결체를 체결해서 고정하는 수단으로서 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

이 체결부재에 의한 체결부분에 진동충격(振動衝擊)이 반복하여 작용함으로써 발생하는 체결부재의 풀림을 방지하기 위한 대책으로서는, 이하의 구성에 의한 체결부재가 제안되어 있다.

나사작용에 의하여 피체결체를 체결하는 체결부재로서, 체결부재를 축선(軸線)을 중심으로 회전시키기 위한 헤드부(head部)와, 헤드부의 기부(基部)로부터 헤드부와 동심으로 헤드부보다 직경이 커지게 되도록 연장되어 나오는 끝측이 서서히 직경이 커지는 통모양으로 형성됨과 아울러 연장되어 나오는 끝면이 피체결체에 접하는 좌면에 상기 헤드부와 일체(一體)로 형성된 테이퍼부(taper部)를 구비하고, 상기 테이퍼부의 내면(內面)이 원추곡면(圓錐曲面)으로 형성되고, 상기 테이퍼부의 외면(外面)이 오목면(凹面) 모양의 곡면(曲面)으로 형성되어 있다(특허문헌1 참조). 이에 의하면 심한 진동이나 충격을 흡수해서 피체결체를 확실하게 고정할 수 있어, 풀림방지 효과를 얻을 수 있다.

이러한 볼트나 너트(이하 「볼트 등」이라고 한다)의 체결부재(와셔를 포함한다)에 대해서는 풀림방지의 기술적 사상을 공통적으로 하는 것으로서, 테이퍼부(테이퍼 통체 모양부)라는 공통의 구성을 구비하고 있다. 너트의 테이퍼 통체 모양부에 대해서는 전용기기(專用機器)(파츠포머(parts former))에 의하여 제조할 수 있기 때문에, 적절하고 또한 저렴하게 양산할 수 있는 형태로 되어 있다. 이에 대하여 볼트의 테이퍼 통체 모양부는 절삭(切削)에 의하여 형성되고 있어, 비용이 비싸져서 양산화에 대응하지 못하고 있다.

또한 특허문헌1에 나타내진 체결부재의 테이퍼 통체 모양부의 형태에서는 외주면(外周面)이 전면적으로 오목모양의 곡면으로 되어 있기 때문에, 주연부(周緣部)의 강도를 적절하게 확보할 수 없음과 아울러 외형치수를 적절하게 작게 할 수 없다.

또한 피체결체에 접하는 좌면을 형성하는 링모양부의 링의 폭이 좁으면 피체결체와의 충분한 접촉마찰저항을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 볼트 등의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동에 의하여 테이퍼 통체 모양부의 탄성력을 능가하여 소성변형(塑性變形)을 발생시킬 우려가 있다.

특허문헌1 : 일본국 특허 3860200호 공보(특허청구범위)

풀림방지 볼트 등의 체결부재에 대해서 해결하려고 하는 문제점은, 첫 번째 테이퍼 통체 모양부의 주연부의 강도를 적절하게 확보함과 아울러 외형치수를 적절하게 작게 하는 형태가 제안되어 있지 않은 것, 두 번째 볼트 등의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동을 소성변형 없이 더 적절하게 흡수할 수 있는 형태가 제안되어 있지 않은 것, 세 번째 볼트의 머리로부터 볼트의 축과 동심으로 서서히 직경이 커지는 테이퍼 통체 모양부를 구비하는 풀림방지 볼트를 적절하고 또한 저렴하게 양산할 수 있는 합리적인 제조방법이 제안되어 있지 않은 것에 있다.

그래서 본 발명의 목적은, 첫 번째 테이퍼 통체 모양부의 주연부의 강도를 적절하게 확보함과 아울러 외형치수를 적절하게 작게 한 체결부재를 제공하는 것, 두 번째 볼트 등의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동을 소성변형 없이 더 적절하게 흡수할 수 있는 체결부재를 제공하는 것, 세 번째 볼트의 머리로부터 볼트의 축과 동심으로 서서히 직경이 커지는 테이퍼 통체 모양부를 구비하고 또한 더 합리적으로 생산할 수 있는 풀림방지 볼트를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위하여 다음의 구성을 구비한다.

본 발명에 관한 체결부재의 1형태에 의하면, 나사체결작용을 이용하여 피체결체를 체결할 때에 사용되는 볼트나 너트나 와셔의 체결부재로서, 피체결체에 압접하도록 축과 동심인 원형의 평면밴드 링모양으로 형성되어 있는 좌면을 향하여 서서히 직경이 커지는 통체모양으로 형성된 테이퍼 통체 모양부를 구비하는 상기 체결부재에 있어서, 상기 테이퍼 통체 모양부의 테이퍼 각도가 예각이 되도록 형성되고, 상기 원형의 평면밴드 링모양인 좌면의 외경이, 상기 좌면에 의하여 상기 피체결체에 유효하게 압접하여 면압이 발생하는 범위의 크기가 되도록, 상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면에 상기 피체결체로부터 수직으로 기립하는 기립면이 형성되어 있다.

본 발명에 관한 체결부재의 1형태에 의하면, 상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면이, 상기 기립면과 상기 기립면에 연속하는 오목모양의 곡면에 의하여 형성되고, 상기 테이퍼 통체 모양부의 두께가, 직경이 커지기 시작하는 부분에서 상기 오목모양의 곡면으로부터 상기 기립면으로 변화되는 부분까지 같거나 또는 서서히 크게 형성되고, 상기 오목모양의 곡면과 상기 좌면 사이의 두께가, 볼트의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동을 소성변형 없이 받는 두께를 확보할 수 있도록, 상기 기립면의 기립길이가 설정되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 체결부재의 1형태에 의하면, 상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면이, 오목모양의 곡면에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 풀림방지 볼트의 1형태에 의하면, 볼트의 머리로부터 일체로 볼트의 축을 둘러싸서 상기 볼트의 축과 동심으로 서서히 직경이 커지도록 형성되고 끝면이 피체결체에 볼트의 축과 동심인 원형의 평면밴드 링모양으로 접하는 좌면으로서 형성된 테이퍼 통체 모양부를 구비하는 풀림방지 볼트에 있어서, 상기 볼트의 축을 구성하는 축부재와, 상기 볼트의 머리 및 테이퍼 통체 모양부에 의하여 구성됨과 아울러 상기 테이퍼 통체 모양부에 둘러싸인 상기 볼트의 머리의 안쪽바닥부에 끝면이 마찰압접의 접합면이 되도록 짧은 원기둥 모양으로 돌기한 볼록모양부가 형성되어서 상기 볼록모양부의 외주면과 상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면 사이에 마찰압접에 의하여 발생하는 압접부의 돌출부분이 수납되도록 형성된 헤드부재를 별도의 부품으로서 형성하고, 상기 축부재와 상기 헤드부재를 마찰압접에 의하여 접합하고, 상기 마찰압접에 의한 압접부에 대하여 소둔처리를 실시함으로써 형성되어 있다.

본 발명에 관한 풀림방지 볼트의 1형태에 의하면, 상기 볼트의 머리의 안쪽바닥부에 있어서의 볼록모양부와 상기 볼트의 축과의 마찰압접에 의하여 접합되는 면 상호간이 동일한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 풀림방지 볼트의 1형태에 의하면, 상기 테이퍼 통체 모양부의 테이퍼 각도가 예각이 되도록 형성되고, 상기 원형의 평면밴드 링모양인 좌면의 외경이, 상기 좌면에 의하여 상기 피체결체에 유효하게 압접하여 면압이 발생하는 범위의 크기가 되도록, 상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면에 상기 피체결체로부터 수직으로 기립하는 기립면이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 풀림방지 볼트의 1형태에 의하면, 상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면이, 상기 기립면과 상기 기립면에 연속하는 오목모양의 곡면에 의하여 형성되고, 상기 테이퍼 통체 모양부의 두께가, 직경이 커지기 시작하는 볼트의 머리측의 부분에서 상기 오목모양의 곡면으로부터 상기 기립면으로 변화되는 부분까지 같거나 또는 서서히 크게 형성되고, 상기 오목모양의 곡면과 상기 좌면 사이의 두께가, 볼트의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동을 소성변형 없이 받는 두께를 확보할 수 있도록, 상기 기립면의 기립길이가 설정되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 풀림방지 볼트의 1형태에 의하면, 상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면이, 오목모양의 곡면에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 관한 풀림방지 볼트에 의하면, 첫 번째 테이퍼 통체 모양부의 주연부의 강도를 적절하게 확보함과 아울러 외형치수를 적절하게 작게 한 풀림방지 볼트를 제공할 수 있고, 두 번째 볼트 등의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동을 소성변형 없이 더 적절하게 흡수할 수 있는 풀림방지 볼트를 제공할 수 있고, 세 번째 볼트의 머리로부터 볼트의 축과 동심으로 서서히 직경이 커지는 테이퍼 통체 모양부를 구비하는 풀림방지 볼트를 더 합리적으로 생산할 수 있다는 특별히 유리한 효과를 얻을 수 있다.

[도1] 본 발명의 풀림방지 볼트의 제조방법에 관한 형태예를 나타내는 단면도이다.
[도2] 본 발명의 풀림방지 볼트가 완성된 형태예를 나타내는 단면도이다.
[도3] 도2의 형태예를 볼트의 측면측에서 본 도면이다.
[도4] 도2의 형태예를 볼트의 축의 끝면측에서 본 도면이다.
[도5] 도2의 형태예를 볼트의 헤드측에서 본 도면이다.
[도6] 본 발명의 풀림방지 볼트의 제조방법에 관한 다른 형태예를 나타내는 단면도이다.
[도7] 본 발명의 풀림방지 볼트의 제조방법에 관한 다른 형태예를 나타내는 단면도이다.
[도8] 본 발명의 풀림방지 너트의 사시도이다.
[도9] 본 발명의 풀림방지 너트의 정면도이다.
[도10] 본 발명의 풀림방지 너트의 측면도이다.
[도11] 본 발명의 풀림방지 너트의 평면도이다.
[도12] 본 발명의 풀림방지 너트의 저면도이다.
[도13] 본 발명의 풀림방지 너트의 Ａ-Ａ 단면도이다.
[도14] 본 발명의 풀림방지 볼트와 본 발명의 풀림방지 너트에 의하여 피체결체를 고정한 상태의 도면이다.
[도15] 본 발명의 풀림방지 볼트 및 본 발명의 풀림방지 너트에 관한 나사풀림 시험방법을 나타내는 단면도이다.
[도16] 본 발명의 풀림방지 너트의 다른 형태예를 나타내는 정면도이다.
[도17] 도16의 풀림방지 너트의 측면도이다.
[도18] 도16의 풀림방지 너트의 평면도이다.
[도19] 도16의 풀림방지 너트의 저면도이다.
[도20] 도16의 풀림방지 너트의 Ａ-Ａ 단면도이다.
[도21] 도16의 풀림방지 너트의 사시도이다.
[도22] 본 발명의 풀림방지 볼트의 다른 형태예를 나타내는 정면도이다.
[도23] 도22의 풀림방지 볼트의 측면도이다.
[도24] 도22의 풀림방지 볼트의 단면도이다.
[도25] 도22의 풀림방지 볼트의 저면도이다.
[도26] 본 발명의 풀림방지 볼트의 좌면에 걸리는 면압의 해석도이다.
[도27] 비교예의 풀림방지 볼트의 좌면에 걸리는 면압의 해석도이다.
[도28] 종래의 플랜지부착 육각볼트의 좌면에 걸리는 면압의 해석도이다.
[도29] 본 발명의 풀림방지 와셔의 형태예를 나타내는 사시도이다.
[도30] 도29의 풀림방지 와셔의 정면도이다.
[도31] 도29의 풀림방지 와셔의 평면도이다.
[도32] 도29의 풀림방지 와셔의 저면도이다.
[도33] 도29의 풀림방지 와셔의 측면도이다.
[도34] 도31의 풀림방지 와셔의 Ａ-Ａ 단면도이다.
[도35] 본 발명의 풀림방지 와셔의 다른 형태예의 사용상태를 나타내는 정면도이다.

이하에서, 본 발명에 관한 풀림방지 볼트(locking bolt)(풀림방지 볼트의 제조방법)에 있어서 최선의 형태예를 첨부된 도면(도1∼7)에 의거하여 상세하게 설명한다.

이 형태예의 풀림방지 볼트는, 볼트의 머리(11)로부터 일체로 볼트의 축(軸)(21)을 둘러싸서 그 볼트의 축(21)과 동심(同心)으로 서서히 직경이 커지도록 형성되고 끝면이 피체결체(被締結體)(40)(도14 참조)에 볼트의 축과 동심인 원형의 평면밴드 링모양(planar band ring shape)으로 접하는 좌면(座面)(13)으로서 형성된 테이퍼 통체 모양부(tapered cylindrical body shaped part)(12)를 구비하고, 그 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(內周面)(12a)이 원추상(圓錐狀)의 곡면(曲面)으로 형성됨과 아울러, 그 테이퍼 통체 모양부(12)의 외주면(外周面)(12b)이 오목모양의 곡면으로 형성되어 있는 풀림방지 볼트의 제조방법에 의하여 생산되는 것이다. 또 본 발명에 관한 테이퍼 통체 모양부(12)의 테이퍼 각도는, 예각(銳角)(α)으로 되어 있다(도34 참조). 또한 볼트의 축과 원형의 평면밴드 링모양의 좌면은 동심 모양으로 소정의 간격을 두고 분리된 형태로 되어 있다.

본 발명에 의하면, 우선 볼트의 축(21)을 구성하는 축부재(軸部材)(20)와, 볼트의 머리(11) 및 테이퍼 통체 모양부(12)에 의하여 구성되고 그 테이퍼 통체 모양부(12)에 둘러싸인 볼트의 머리(11)의 안쪽바닥부(15)에 끝면이 마찰압접(摩擦壓接)의 접합면이 되도록 짧은 원기둥 모양으로 돌기(突起)된 볼록모양부(15a)가 형성된 헤드부재(head部材)(10)를 별도의 부품으로 하여 형성한다. 이러한 축부재(20)와 헤드부재(10)를 각각 생산하는 제조공정은, 종래의 나사재료(체결부재(締結部材))를 제조하는 방법으로 용이하게 할 수 있다.

그리고 축부재(20)와 헤드부재(10)를 마찰압접에 의하여 접합하고(도2 참조), 그 마찰압접에 의한 압접부(壓接部)(16)에 대하여 소둔처리(燒鈍處理)를 실시하는 것을 제조공정으로 한다. 또 이렇게 제조된 풀림방지 볼트(100)에 대해서 인장시험(引張試驗)을 한 결과, 그 압접부(16)의 강도가 충분한 것을 확인할 수 있었다. 그 인장시험에 의하면, 볼트의 축(21)의 중도부(中途部)에 소성변형이 발생하여 압접부(16)가 절단이나 파손되는 경우는 없었다.

이 풀림방지 볼트(100)의 제조방법에 의하면, 테이퍼 통체 모양부(12)를 절삭에 의하여 깎아 내서 형성하는 제조방법이나 단조(鍛造)에 의하여 형성하는 제조방법 등과 비교하여 축방향으로 충분하게 길고 큰(깊은) 형태로, 적절하고 또한 저렴하게 더 합리적으로 생산할 수 있다.

또 상기의 마찰압접이란, 마찰에 의한 열을 이용하여 금속과 금속을 접합하는 응용기술중의 하나이다. 마찰압접법은 2개의 모재(母材)를 서로 맞대어 상대회전운동을 시키고, 추진력(推進力)을 가해서 그 접촉면에 마찰열을 발생시킨다. 그 열에 의하여 서로 맞댄 면 및 그 근방을 연화(軟化)시켜서 압접온도에 도달하면, 상대운동을 정지시키고 압력추진력을 더 증대시켜 2개의 모재의 접합을 하는 방법이다.

이 마찰에 의한 열이 테이퍼 통체 모양부(12)에 전달되면 테이퍼 통체 모양부(12)를 연화시켜서 변형을 발생시킬 우려가 있다. 이 때문에 본 실시형태에서는, 볼록모양부(15a)의 외주면(15b)과 상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면(12a) 사이에 마찰압접에 의하여 발생하는 압접부(16)의 돌출부분(23)(도2 참조)을 수납하는 공간이 안쪽바닥부(15)에 형성되어 있다. 이 공간에 돌출부분(23)이 수납되기 때문에 축방향에서 본 볼트(100)의 외관(外觀)이 나빠질 일도 없다. 돌출부분(23)은, 헤드부재와 축부재의 각각의 접촉면에서 발생해서 컬(curl) 모양으로 형성되는 것이다. 또한 볼록모양부(15a)의 끝면의 각(角)은 챔퍼링(chamfering)이 되어 있어, 돌출부분(23)이 적합하게 돌아들어 가도록 형성되어 있다. 이상과 같이 돌출부분(23)이 적합하게 형성되는 형상으로 되어 있기 때문에, 도2에 나타나 있는 바와 같이 마찰용접(摩擦溶接)에 의한 접합부분(압접부(16))의 면적을 적절하게 확대할 수 있어 접합강도를 높일 수 있다.

도1의 형태예에 있어서는, 헤드부재(10)에 있어서 테이퍼 통체 모양부(12)에 둘러싸인 볼트의 머리(11)의 안쪽바닥부(15)에 있어서의 볼록모양부(15a)의 접합면(15a')이 평탄하게 형성되고, 그 접합면(15a')에 마찰압접되는 볼트의 축(21)의 접합끝면(22)이 평탄하게 형성되어 있다.

이에 의하면 축부재(20)와 헤드부재(10)를 단순한 형상으로 제조하기 쉽고, 테이퍼 통체 모양부(12)를 풀림방지 효과를 높이기 충분한 깊이에 적절하게 형성할 수 있어, 마찰압접에 의한 상호 부재의 고상확산 접합(固相擴散接合)도 적합하게 이루어져서, 필요한 기능이나 강도를 구비하는 풀림방지 볼트를 적절하고 또한 저렴하게 생산할 수 있다.

또한 이 형태예에 있어서는, 안쪽바닥부(15)에 있어서의 볼록모양부(15a)의 접합면(15a')과 볼트의 축(21)의 접합끝면(22)이 동일한 모양과 동일한 직경으로 형성되어 있다. 이렇게 접합되는 면 상호간이 동일한 형상으로 형성됨으로써 마찰압접에 의한 열의 확산이 균형있게 이루어져서, 더 바람직한 접합이 이루어진다.

또한 본 형태예에서는, 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)이 원추상의 곡면으로 형성됨과 아울러, 테이퍼 통체 모양부(12)의 외주면은 피체결체(40)로부터 실질적으로 수직으로 기립하는 기립면(起立面)(12c)과 상기 기립면에 연속하는 오목모양의 곡면(12b)에 의하여 형성되어 있다. 이 기립면(12c)과 오목모양의 곡면(12b)이 연속하는 형태에 의하면, 테이퍼 통체 모양부(12)의 좌면(13)측 주연부(周緣部)의 강도를 적절하게 확보할 수 있다. 기립면(12c)의 크기는, 와셔(washer)에 상당하는 두께 또는 그 이상의 두께로 하면 충분한 강도가 얻어진다. 즉 좌면(13)에 대한 피체결체(40)로부터의 충격이나 진동에 의한 힘을 기립면(12c)과 내주면(12a)으로 둘러싸인 두꺼운 부분이 소성변형 없이 받을 수 있다. 그리고 받은 힘을 기립면(12c)과 연속하는 오목모양의 곡면(12b)에 전달하여, 오목모양의 곡면(12b)을 휘어지게 하도록 작용시킬 수 있다. 이에 따라 풀림방지 볼트(100)의 회전을 억제해서 풀림을 발생하지 않도록 할 수 있다. 즉 체결력(締結力)에 의하여 테이퍼 통체 모양부(12)를 적절하게 탄성변형시킬 수 있으며, 그것에 의해서 발생하는 탄성응력(彈性應力)이 충격이나 진동을 흡수하도록 작용하여 바람직한 풀림방지 효과를 발생하는 것으로 생각된다. 또한 테이퍼 통체 모양부(12)의 두께를, 직경이 커지기 시작하는 볼트의 머리(11)측 부분에서 상기 오목모양의 곡면(12b)으로부터 상기 기립면(12c)으로 변화되는 부분까지 같거나 또는 서서히 커지도록 형성함으로써, 기립면(12c)과 내주면(12a) 사이의 두꺼운 부분이 와셔와 같은 기능을 발휘하여 풀림방지 성능을 유지하면서 외형치수를 적절하게 작게 할 수 있다.

또한 도6의 형태예에 있어서는, 헤드부재(10)에 있어서 테이퍼 통체 모양부(12)로 둘러싸인 볼트의 머리(11)의 안쪽바닥부(15)에 있어서의 볼록모양부의 접합면(15c)이 오목곡면으로 형성되고, 그 접합면(15c)에 마찰압접되는 볼트의 축(21)의 접합끝면(22c)이 볼록곡면으로 형성되어 있다. 마찰압접에 의한 접합면적을 더 커지게 할 수 있기 때문에 접합강도를 높이는 장점이 있다.

이에 의해서도 마찰압접에 의한 상호 부재(축부재(20)와 헤드부재(10))의 고상확산 접합도 적합하게 되어서, 필요한 기능이나 강도를 구비하는 풀림방지 볼트를 적절하고 또한 저렴하게 생산할 수 있다. 또 볼트의 머리(11)의 안쪽바닥부(15)에 있어서의 접합면과, 축부재(20)의 접합끝면의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니라, 제조된 풀림방지 볼트의 기능이나 강도에 대하여 사양(仕樣)을 충족시키는 것이라면 좋다.

또한 도7에 나타나 있는 바와 같이 축부재(20)의 접합끝면(22)이 형성되는 측의 단부(端部)(21a)가 가늘게 형성되어 있더라도 좋다. 이에 의하면 마찰압접에 의하여 발생하는 압접부(16)의 돌출부분(23)(도2 참조)이, 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)(도1 참조)에 접하는 것을 더 확실하게 방지할 수 있다. 따라서 생산효율을 향상시킬 수 있다. 또 단부(21a)의 직경을 나사의 골 직경보다 크게 형성시키면, 그 단부(21a)가 볼트의 축(21)에 있어서 최소 직경의 부분이 되지 않기 때문에 강도를 충분하게 확보할 수 있다.

다음에 이하에서는, 본 발명에 관한 풀림방지 너트(300)의 최선의 형태예를 첨부된 도면(도8∼13)에 의거하여 상세하게 설명한다.

풀림방지 너트(300)에 대해서도 플랜지부(flange部)로서 일체로 형성된 테이퍼 통체 모양부의 좌면측은, 본 발명에 관한 풀림방지 볼트(100)의 좌면(13)측의 형상과 마찬가지로 형성되어 있다.

즉 풀림방지 너트(300)는, 너트의 머리(31)로부터 일체로 너트가 나사결합되는 볼트의 축을 둘러싸서 상기 볼트의 축과 동심으로 서서히 직경이 커지도록 형성되고, 끝면이 피체결체(41)(도14 참조)에 접하는 좌면(33)으로서 형성된 테이퍼 통체 모양부(32)를 구비하고, 상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면(32a)이 원추상으로 형성됨과 아울러 상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면의 적어도 일부가 오목모양의 곡면(32b)으로 형성되어 있다.

그리고 테이퍼 통체 모양부(32)의 외주면은, 피체결체(41)로부터 실질적으로 수직으로 기립하는 기립면(32c)과 상기 기립면에 연속하는 오목모양의 곡면(32b)에 의하여 형성되고, 테이퍼 통체 모양부(32)의 두께가 직경이 커지기 시작하는 너트의 머리측 부분에서 오목모양의 곡면(32b)으로부터 기립면(32c)으로 변화되는 부분까지 같거나 또는 서서히 커지게 되도록 형성되고, 오목모양의 곡면(32b)과 좌면(33) 사이의 두께가 너트의 체결력이나 피체결체로부터의 충격·진동을 소성변형 없이 받는 두께를 확보할 수 있도록 기립면(32c)의 기립길이가 설정되어 있다. 본 형태예에서는 그 기립길이(두께)가 ＪＩＳ규격에서 규정하는 표준적인 평와셔(平washer)의 두께 또는 그 이상의 두께로 형성되어 있다.

상기 풀림방지 너트(300)의 구성에 의하여 테이퍼 통체 모양부(32)의 좌면(33)측 주연부의 강도를 적절하게 확보할 수 있다. 기립면(32c)의 크기는, 와셔에 상당하는 두께 또는 그 이상의 두께로 하면 충분한 강도를 얻을 수 있다. 즉 좌면(33)에 대한 피체결체(41)로부터의 충격이나 진동에 의한 힘을 기립면(32c)과 내주면(32a)으로 둘러싸인 두꺼운 부분이 소성변형 없이 받을 수 있다. 그리고 그 받은 힘을 기립면(32c)과 연속하는 오목모양의 곡면(32b)으로 전달하여, 오목모양의 곡면(32b)을 휘어지게 하도록 작용시킨다. 이에 따라 풀림방지 너트(300)의 회전을 억제해서 풀림이 발생하지 않도록 할 수 있다. 즉 체결력에 의하여 테이퍼 통체 모양부(32)를 적절하게 탄성변형시킬 수 있으며, 그것에 의해서 발생하는 탄성응력이 충격이나 진동을 흡수하도록 작용하여 바람직한 풀림방지 효과를 발생하는 것으로 생각된다. 또한 기립면(32c)과 내주면(32a) 사이의 두꺼운 부분이 와셔와 같은 기능을 발휘하여 풀림방지 성능을 유지하면서 외형치수를 적절하게 작게 할 수 있다.

도14는, 상기 풀림방지 볼트(100)와 풀림방지 너트(300)에 의하여 피체결체(40, 41)를 고정한 상태를 나타낸다. 풀림방지 너트(300)는 풀림방지 볼트의 축에 나사결합되어 있어, 볼트측과 너트측에 의하여 피체결체(40, 41)를 견고하게 고정할 수 있다.

다음에 본 발명에 관한 방법에 의하여 제조된 풀림방지 볼트(100)에 관한 풀림 시험의 결과에 대하여 도15에 의거하여 설명한다.

고속 나사풀림 시험기의 진동판(振動板)(50)상에 설치된 진동 바벨(振動 barbell)(피체결체(40))에 와셔(51)를 통하여 공시품(供試品)인 풀림방지 볼트(100)와 풀림방지 너트(300)를 체결해서 고정한 상태로 세트했다. M10, M12, M16의 각 나사에 대해서 ＪＩＳ규격의 체결력에 의하여 체결한 상태에서 시험을 했다.

이 고속 나사풀림 시험기에 의한 나사풀림 시험은, 진동수가 1780ｒｐｍ, 진동판 스트로크가 11mm, 임펙트 스트로크(impact stroke)가 19mm, 진동방향이 볼트축과 직각방향이라는 조건에서, 최장 17분 동안 실시하여 풀릴 때까지의 시간을 측정하는 것이다.

시험결과는, M10, M12, M16의 모든 나사에 대해서 시험시간의 최장 17분 동안 진동을 가했지만 풀리는 일이 없었다.

이 고속풀림 시험은 고속으로 진동 및 충격을 반복해서 가하여 시험하는 장치이며, 통상의 볼트, 너트에서는 몇 초∼몇 십초 동안에 풀려 버린다. 또한 현재 시판되고 있는 최고도의 체결 지지력을 구비한다는 더블 너트 구성(double nut 構成)이더라도 몇 분간 정도 지지할 수 있을 뿐이다. 이 시험방법으로 17분 동안에 걸쳐 체결력을 지지할 수 있었음으로써 본 발명에 관한 풀림방지 볼트(100)와 풀림방지 너트(300)에 의한 체결구(締結具)의 구성은, 최고의 성능을 구비하는 것임을 확인할 수 있었다.

다음에 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)의 형태예에 대하여 설명한다. 도16∼21에는, 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)이 오목모양의 곡면에 의하여 형성되어 있는 풀림방지 너트의 형태예를 나타내고 있다. 이 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)의 형상은, 도22∼25의 형태예와 같이 풀림방지 볼트의 헤드부재(10)의 형상에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)에 있어서 오목모양의 곡면의 형상은, 단면(斷面)이 원곡선의 일부에 의하여 구성되는 통상의 원호(圓弧) 모양으로 만곡한 오목면 뿐만 아니라 예를 들면 현수곡선(懸垂曲線)(카테나리 곡선(catenary 曲線))을 상하 반대로 한 역현수곡선(逆懸垂曲線)이나 스플라인 곡선(spline 曲線)의 적어도 일부를 사용할 수 있다.

이와 같이 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)이 오목모양의 곡면에 의하여 형성됨으로써 테이퍼 통체 모양부(12)의 끝면인 좌면이, 그 전체면에서 피체결체에 대하여 매우 균등하게 압접될 수 있다. 즉 볼트 및 너트로 이루어지는 체결구의 체결력이 균등하게 분산되어 피체결체에 대한 균등한 압력으로 변환되어서, 그 좌면의 전체면을 풀림방지를 위하여 유효하게 활용할 수 있다. 이에 따라 풀림방지 효과를 더 향상시킬 수 있다.

또한 이들 볼트 등의 체결부재에 있어서도, 도13의 너트의 형태예 와 마찬가지로 테이퍼 통체 모양부(32)의 테이퍼 각도가 예각이 되도록 형성되고, 원형의 평면밴드 링모양의 좌면(33)의 외경(外徑)이, 그 좌면(33)에 의하여 피체결체(41)에 유효하게 압접하여 면압(面壓)이 발생하는 범위의 크기가 되도록, 테이퍼 통체 모양부(32)의 외주면에 피체결체(41)로부터 수직으로 기립하는 기립면(32c)이 형성되어 있다. 이에 의하면 풀림방지 효과를 저하시키지 않고 좌면(33)의 직경을 적절하게 작게 할 수 있다.

즉 종래의 체결부재에서는 체결력이 면압으로 변환되어, 그 면압이 체결부재에 있어서 좌면의 내주(內周) 가장자리에만 집중하여 발생하는 경향에 있다. 이에 대하여 본 발명에 관한 테이퍼 통체 모양부를 구비하는 체결부재에 있어서는, 좌면의 더 전체에 걸쳐서 면압을 발생시킬 수 있어 체결력을 더 분산시킬 수 있다. 이 테이퍼 통체 모양부의 작용에 의하여 풀림방지 효과를 높일 수 있다. 그러나 이 테이퍼 통체 모양부에 의한 경우에도, 좌면의 외주측에서는 면압이 서서히 저하하여 그 외주측이 있는 위치보다 외측에서는 면압이 걸리지 않게 된다. 따라서 그 면압이 전혀 걸리지 않게 되는 위치(제로 포인트(zero point))보다 외측의 좌면은 필요가 없게 되어, 좌면의 크기(직경)는 그 제로 포인트를 기준으로 하여 설정할 수 있다. 이에 의하면 좌면의 외경을 적절하게 설정할 수 있어, 본 발명에 관한 체결부재를 컴팩트하게 형성할 수 있다.

이러한 효과에 대해서 도22∼25에 나타낸 볼트의 좌면(33)에 걸리는 면압의 해석결과를 설명한다. 도26은 M10의 볼트에 대하여 좌면의 외경을 적절한 직경인 20mm로 하였을 경우의 면압의 해석결과를 나타내는 도면이며, 도27은 마찬가지로 M10의 볼트에 대하여 좌면의 외경을 22mm로 하였을 경우의 면압의 해석결과를 나타내고 있다.

이에 의하면 도26의 적정한 직경의 경우에는 볼트의 축에 걸리는 하중(荷重)(축력)이 33700N일 때에, 좌면(33)에 걸리는 수직응력(면압)이 안쪽 가장자리부에서 최대 5.9×10 ⁸ Ｐａ이 되고, 단계적인 농담(濃淡)에 의하여 나타낸 바와 같이 외측을 향하여 서서히 저하해서 바깥쪽 가장자리부에서 최소 4.3×10 ⁷ Ｐａ이 되어 있다. 이에 대하여 도27의 형태의 경우에는 동일한 축력일 때에, 좌면(33)에 걸리는 면압이 안쪽 가장자리부에서 최대 6.1×10 ⁸ Ｐａ이 되고, 외측을 향하여 서서히 저하해서 바깥쪽 가장자리부의 가장 짙게 나타내져 있는 부분에서는 면압이 제로로서 뜬 상태로 되어 있다. 마찬가지로 일반적으로 시판되고 있는 Ｍ10의 직경 20mm의 플랜지부착 육각볼트(ＪＩＳＢ1189U형 좌면 타입)에서는, 안쪽 가장자리부에서의 면압의 최대가 2.5×10 ⁹ Ｐａ이 되고, 바깥쪽 가장자리부에서는 더 넓은 부분이 뜬 상태가 되어, 본 발명과 비교하여 면압이 분명하게 불균일하게 걸린 상태로 되어 있다(도28 참조).

다음에 도29∼34에 의거하여 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)이, 오목모양의 곡면에 의하여 형성되어 있는 와셔의 형태예를 설명한다. 이와 같이 테이퍼 통체 모양부(12)의 내주면(12a)이 오목모양의 곡면에 의하여 형성됨으로써 상기의 너트나 볼트와 동일한 풀림방지 효과를 얻을 수 있다.

이 와셔는, 나사체결작용을 이용하여 피체결체를 체결할 때에 사용되는 체결부재로서 볼트나 너트와 함께 사용되는 것으로서, 피체결체에 압접하도록 축과 동심인 원형의 평면밴드 링모양으로 형성되어 있는 좌면을 향하여 서서히 직경이 커지는 통체모양으로 형성된 테이퍼 통체 모양부를 구비한다.

또한 이 와셔는, 볼트나 너트의 체결부재에 의한 나사체결작용을 이용하여 피체결체를 체결할 때에 상기 체결부재와 상기 피체결체 사이에 끼워져 사용되는 풀림방지 효과가 우수한 와셔로서, 체결부재에 있어서 좌면이 압접되는 피압접면(60)(도34 참조)으로부터 상기 피체결체에 압접하는 와셔의 좌면(13)을 향하여 서서히 직경이 커지는 통체모양으로 형성된 테이퍼 통체 모양부(12)와, 상기 피압접면(60)에 상기 체결부재의 동시회전을 방지할 수 있도록 복수의 볼록부(61)를 구비하는 구성으로 되어 있다.

이 와셔에 있어서 복수의 볼록부(61)의 돌기형상은, 도29에 나타나 있는 바와 같은 내측면이 육각볼트·너트의 머리에 대응한 직선적인 평면모양으로 형성되고 외측면이 원호 모양으로 형성된 형태에 한정되는 것이 아니라, 체결부재의 동시회전을 방지할 수 있는 형태라면 좋다. 예를 들면 도29에 나타나 있는 바와 같은 볼록부(61)가 원주등분(圓周等分)으로 3군데에 형성되어 있더라도 좋고, 그 볼록부의 형태가 더 복수로 분할된 형태이더라도 좋다.

또한 와셔의 관통구멍(62)의 위쪽 끝 가장자리(내주 가장자리)는 챔퍼링이 되어 챔퍼링부(63)가 형성되어 있어, 볼트의 머리로부터 축으로 연속하는 Ｒ의 부분에 간섭하지 않고 볼트의 축이 삽입하여 통하게 되어 적절하게 피트(fit) 될 수 있는 형태로 되어 있다. 또한 이 챔퍼링부(63)가 형성된 내주 가장자리부에 의하면, 피압접면(60)과 내주면(12a) 사이의 두께가 작아 볼트의 중심조정이 될 수 있도록 내경(內徑)을 규정함과 아울러, 그 볼트의 형상에 대응하기 쉬운 형태로 되어 있다.

또한 도35에는, 원기둥이나 파이프 등의 외주면인 곡면(600)에 피트 되도록 좌면을 원호 모양의 곡면을 따라서 형성한 풀림방지 와셔(500)를 나타내고 있다.

이에 의하면 볼트나 너트를 체결하기 위해서 곡면(600)과의 사이에 삽입시킨 종래의 스페이서(spacer)를 대신하여, 풀림방지 와셔(500)를 적절하게 배치할 수 있다. 이에 의하여도 이상에서 설명한 것과 마찬가지로 우수한 풀림방지 효과를 얻을 수 있다.

이상에서, 본 발명에 대해 바람직한 형태예를 들어서 여러 가지로 설명해 왔지만, 본 발명은 이 형태예에 한정되는 것이 아니라 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위내에서 많은 개변(改變;modification)을 실시할 수 있는 것은 물론이다.

10 ; 헤드부재
11 ; 볼트의 머리
12 ; 테이퍼 통체 모양부
12a ; 내주면
12b ; 외주면
12c ; 기립면
13 ; 좌면
15 ; 안쪽바닥부
15a ; 볼록모양부
15a'; 접합면
15b ; 외주면
15c ; 접합면
16 ; 압접부
20 ; 축부재
21 ; 볼트의 축
22 ; 접합끝면
22c ; 접합끝면
23 ; 돌출부분
31 ; 너트의 머리
32a ; 내주면
32b ; 외주면
32c ; 기립면
32 ; 테이퍼 통체 모양부
33 ; 좌면
40 ; 피체결체
41 ; 피체결체
50 ; 진동판
60 ; 피압접면
61 ; 볼록부
62 ; 와셔의 관통구멍
63 ; 챔퍼링부
100 ; 풀림방지 볼트
300 ; 풀림방지 너트
500 ; 풀림방지 와셔
600 ; 곡면

Claims

나사체결작용을 이용하여 피체결체(被締結體)를 체결할 때에 사용되는 체결부재(締結部材)로서, 피체결체에 압접(壓接)하도록 축(軸)과 동심(同心)인 원형의 평면밴드 링모양(planar band ring shape)으로 형성되어 있는 좌면(座面)을 향하여 서서히 직경이 커지는 통체모양으로 형성된 테이퍼 통체 모양부(tapered cylindrical body shaped part)를 구비하는 상기 체결부재 중의 풀림방지 너트 및 풀림방지 와셔에 있어서,
상기 테이퍼 통체 모양부의 테이퍼 각도(taper 角度)가 예각(銳角)이 되도록 형성되고,
상기 원형의 평면밴드 링모양인 좌면의 외경(外徑)이, 상기 좌면의 외주측에 있어서 상기 피체결체에 압접하는 면압(面壓)이 서서히 저하하여 제로(zero)로 되는 위치보다 작은 직경이 되도록, 상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면(外周面)에, 체결되었을 때의 상기 피체결체로부터 수직으로 기립하는 기립면(起立面)이 형성됨으로써 설정되고,
상기 테이퍼 통체 모양부의 외주면(外周面)이, 상기 기립면과 상기 기립면에 연속하는 오목모양의 곡면(曲面)에 의하여 형성되고,
상기 기립면의 기립길이가, 상기 체결부재의 체결력이나 상기 피체결체로부터의 충격 · 진동을 소성변형(塑性變形) 없이 받는 상기 좌면으로부터의 두께를 확보할 수 있도록, 평와셔(平washer)의 두께 또는 그 이상의 두께가 되는 길이로 설정되고,
상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면(內周面)이, 오목모양의 곡면에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 풀림방지 너트 및 풀림방지 와셔.
제1항에 있어서,
상기 테이퍼 통체 모양부의 내주면의 상기 오목모양의 곡면이, 역현수곡선(逆懸垂曲線)에 의한 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 풀림방지 너트 및 풀림방지 와셔.
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