KR102083876B1 - 나사산이 형성된 패스너를 조이기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 다음을 포함하는 나사산이 형성된 패스너와 함께 사용하기 위한 장치를 제공한다: 패스너와 나사결합가능한 내부면 및 테이퍼진 외부면을 가진 내부 슬리브 부재; 및 내부 슬리브 부재의 테이퍼진 외부면과 회전결합가능한 역으로 테이퍼진 내부면을 가진 외부 슬리브 부재. 유리하게는, 본 발명은 전체적인 장치의 직경을 증가시키지 않고서도, 클램프된 내부 슬리브 부재 및 외부 슬리브 부재 사이의 하중 지지면 영역을 증가시킬 수 있고; 종래의 2차원 평면이 아닌 3차원 하중 지지면 영역; 하중 지지면 영역 상에 더 효율적이고 고르게 분포된 하중 응력 분포; 더 큰 비틀림 강도; 및 더 작은 질량, 치수, 부피를 가진 장치를 가능하게 한다.

Description

나사산이 형성된 패스너를 조이기 위한 장치{APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS}
본 출원은, 2010년 8월 2일 자로 제출된 "볼팅 시 비틀림 커플링을 위한 원뿔 형상(Conical Geometry for Torsion Coupling During Bolting)"이라는 제목의 동시 계류 중인 미국출원 제61/370,015호의 계속 출원 및 2011년 8월 2일 자로 제출된 "나사산이 형성된 패스너를 조이기 위한 장치(Apparatus for Tightening Threaded Fasteners)"라는 제목의 동시 계류 중인 PCT 국제출원 PCT/IB2011/002658의 계속 출원으로서, 상기 두 출원의 내용 전부는 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 출원에 개시된 혁신과 다음의 발행된 특허 및 특허출원에 개시된 공통된 진보 기술은 그 전부가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다: 1991년 12월 3일에 출원된 "패스닝 디바이스(Fastening Device)"라는 제목의 미국특허 제5,137,408호; 1992년 5월 7일에 출원된 "기계적 텐셔너(Mechanical Tensioner)"라는 제목의 미국특허 제5,318,397호; 1996년 4월 26일에 출원된 "락 너트(Lock Nut)"라는 제목의 미국특허 제5,622,465호; 1995년 6월 13일에 출원된 "스터드를 연장하고 이완하기 위한 장치 및 방법(Method Of And Device For Elongating And Relaxing A Stud)"이라는 제목의 미국특허 제5,640,749호; 1997년 10월 17일에 출원된 "락 너트(Lock Nut)"라는 제목의 미국특허 제5,888,041호; 1998년 3월 3일에 출원된 "볼트 부재와 슬리브에 힘을 적용하기 위한 볼트 부재, 와셔, 및 슬리브를 가진 볼트(Bolt With A Bolt Member, A Washer And A Sleeve For Applying Forces To The Bolt Member And The Sleeve)"라는 제목의 미국특허 제6,254,322호; 기타 등등.
종래의 나사산이 형성된 패스너가 공지되어 있다. 나선형 나사산이 형성된 구성요소를 이용한 기계적 패스닝은 일반적으로 볼트(bolt), 스터드(stud), 스크류(screw), 너트(nut), 및 와셔(washer)를 이용하여 얻어진다. 와셔는 패스너와 패스닝된 구성요소 사이에 위치할 수 있는 얇은 부재이다. 와셔는 일반적으로 조립된 구성요소에 마찰 손상을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 와셔는 흔히 응력을 고르게 분포시키고, 마찰 손실을 조절하기 위해 사용된다. 너트는 외부에 나사산이 형성된 패스너에 하중을 유지 및/또는 전달하기 위해 흔히 사용되는, 내부에 나사산이 형성된 패스닝 부재이다. 일반적으로 너트는 토크 입력 디바이스 또는 기계와 회전 커플링을 가능하게 하는 외부 기하형상을 가진다.
일반적으로 자가 반작용 너트(self-reacting nut)는 내부 슬리브, 외부 슬리브, 및 와셔로 구성된다. HYTORC 너트와 같은 자가 반작용 패스너는 입력 토크를 외부 슬리브에 적용하기 위하여 와셔를 반작용 포인트로서 사용한다. 자가 반작용 패스너에서, 외부 슬리브는 너트로서 기능하고, 내부 슬리브는 스터드의 연장이 되어 와셔와 회전 커플링된다. 이러한 회전 커플링은, 토크를 외부 슬리브에 적용하는 동안, 내부 슬리브와 스터드 나사산 사이의 미끄럼 운동을 방지한다. 종래의 너트와 동일한 외부 기하형상을 가진 자가 반작용 너트는 더 큰 지지면 응력을 겪는다. 내부 슬리브가 표준 너트보다 더 얇은 벽 두께를 가지도록 공간을 허용하기 위해 외부 슬리브의 내경이 증가되기 때문에, 지지면 응력이 더 크다.
종래의 나사산이 형성된 패스너와는 달리, HYTORC 너트와 같은 자가 반작용 3피스 기계적 텐셔너 패스너는 외부 슬리브, 내부 슬리브, 및 와셔를 포함한다. HYTORC 너트와 같은 자가 반작용 패스너는 입력 토크를 외부 슬리브에 적용하기 위하여 와셔를 반작용 포인트로서 사용한다. 자가 반작용 패스너에서, 외부 슬리브는 너트로서 기능하고, 내부 슬리브는 스터드의 연장이 되어, 와셔와 회전 커플링된다. 이러한 회전 커플링은, 토크를 외부 슬리브에 적용하는 동안, 내부 슬리브와 스터드 나사산 사이의 미끄럼 운동을 방지한다. 종래의 너트와 동일한 외부 기하형상을 가진 자가 반작용 너트는 더 큰 지지면 응력을 겪는다. 내부 슬리브가 표준 너트보다 더 얇은 벽 두께를 가지도록 공간을 허용하기 위해 외부 슬리브의 내경이 증가되기 때문에, 지지면 응력이 더 크다.
반작용(reaction) 또는 토크 입력 디바이스의 출력 샤프트를 볼팅 시 사용되는 패스너에 커플링(coupling) 또는 결합(mating)하는 디바이스가 추가적으로 공개되어 있다. 일반적으로 자가 반작용 3피스 기계적 텐셔너 패스너는, 토크 입력 디바이스의 반작용 부재와 비틀림 커플링하기 위한, 스플라인(spline), 육각(hex), 또는 정사각(square) 특징부(feature)를 가진다. 이것은 두 부품 사이의 기계 가공된 회전 인터페이스로 얻어진다. 일반적으로, 인터페이스는 두 부품 사이의 회전을 방지하는 어떠한 두 개의 결합 특징부(mating feature) 사이의 수형(male)과 암형(female) 맞물림에 의해 생성된다.
또한, 3피스 기계적 비틀림 스터드 디바이스가 공개되어 있다. 이러한 디바이스는 스터드, 너트, 와셔로 구성된다. 스터드는 양 단부에 외부 나사산을 가진다. 위쪽 나사산 아래에서, 스터드는 또한 와셔의 내경과 회전 커플링을 생성하기 위한 스플라인 또는 다른 기하형상을 가진다. 스터드의 맨 위쪽은 또한 토크 입력 디바이스의 반작용 샤프트와 회전 커플링을 허용하기 위한 스플라인 또는 다른 기하형상을 가진다. 너트는 스터드의 맨 위쪽에서 나사산과 결합하도록 내부에 나사산이 형성된다. 너트는 토크 입력 디바이스로부터 토크를 도입할 수 있도록 스플라인 또는 다른 기하형상을 가진다. 와셔는 스터드의 맨 윗 나사산 아래에서 스플라인 또는 다른 기하형상과 회전 결합하는 내부 기하형상을 가진다.
볼팅 적용예에서, 응력은 일반적으로 재료의 탄성 한계에 가깝다. 3피스 기계적 텐셔닝 스터드를 토크 입력 디바이스의 토크에 커플링하는 반작용 특징부는 일반적으로 탄성 재료 파괴를 방지하도록 더 크게 만들어져야 한다. 따라서, 공지의 커플링 특징부, 즉 스터드의 맨 윗면에서 정사각, 육각, 또는 내부 스플라인 구멍과 같은 내부 특징부를 가지고 큰 크기의 토크를 전달하는 것이 불가능하다. 결과적으로, 큰 볼팅 응력에 종속되는 선행 기술의 적용예는, 토크 입력 디바이스로부터 충분한 크기를 가진 반작용 샤프트의 커플링을 허용하는 외부 특징부를 스터드의 맨 윗면에 가져야 한다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하도록 고안되었다.
본 발명의 일측면에 따르면, 다음을 포함하는 나사산이 형성된 패스너와 함께 사용하기 위한 장치를 제공한다: 패스너와 나사결합가능한 내부면 및 테이퍼진 외부면을 가진 내부 슬리브 부재; 및 내부 슬리브 부재의 테이퍼진 외부면과 회전결합가능한 역으로 테이퍼진 내부면을 가진 외부 슬리브 부재.
유리하게는, 본 발명은 전체적인 장치의 직경을 증가시키지 않고서도, 클램프된 내부 슬리브 부재 및 외부 슬리브 부재 사이의 하중 지지면 영역을 증가시킬 수 있고; 종래의 2차원 평면이 아닌 3차원 하중 지지면 영역; 하중 지지면 영역 상에 더 효율적이고 고르게 분포된 하중 응력 분포; 더 큰 비틀림 강도; 및 더 작은 질량, 치수, 부피를 가진 장치를 가능하게 한다.
본 발명의 추가적 특징의 본 명세서에 첨부된 청구항 제2항 내지 제24항에 제시된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 오직 예시로서 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나사산이 형성된 패스너의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 슬리브의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 슬리브의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예와 함께 사용하기 위한 나사산이 형성된 패스너의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예의 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예의 측단면도이다.
도 9은 본 발명의 일실시예의 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예의 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예의 사시도이다.
도 13는 본 발명의 일실시예의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예의 사시도이다.
도 16는 본 발명의 일실시예의 사시도이다.
도 17는 본 발명의 일실시예의 사시도이다.
본 명세서는 도 1 내지 도 4를 예시로서 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 장치(1)(계단식 원뿔형 패스너 조립체)를 개시한다. 장치(1)는 내부 슬리브 부재(100)와 외부 슬리브 부재(200)를 구비하고, 예컨대 나사산이 형성된 스터드(300)와 함께 사용된다. 내부 슬리브 부재(100)는, 스터드(300)와 회전가능하게 나사산으로 맞물리고; 외부 슬리브 부재(200)와는 회전가능하게 테이퍼지게 맞물리며; 토크 입력 디바이스의 작용부와는 회전불가능하게 맞물린다. 외부 슬리브 부재(200)는, 토크 입력 디바이스의 반작용부와 회전불가능하게 맞물리고; 내부 슬리브 부재(100)와는 회전가능하게 테이퍼지게 맞물린다. 토크 입력 디바이스의 작용부에 의해 회전될 때, 내부 슬리브 부재(100)는 결합부(도시되지 않음)를 잠그도록 스터드(300)에 하중을 적용한다. 상기 토크 입력 디바이스는, 공압식, 전기식, 유압식, 또는 수동식으로 구동될 수 있다.
내부 슬리브 부재(100)는 환형 몸체이고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 슬리브(sleeve)로서 형성되어 있다. 내부 슬리브 부재(100)는, 스터드(300)의 외부 나선형 나사산 수단(320)을 가진 외부면(310)과 맞물릴 수 있는, 내부 나선형 나사산 수단(12)을 가진 내부면(110)을 구비한다. 내부 슬리브 부재(100)는, 외부 슬리브 부재(200)의 원통형 형성부(220)를 가진 내부면(210)과 회전가능하게 맞물릴 수 있는, 원통형 형성부(121)를 가진 외부면(111)을 구비한다. 내부 슬리브 부재(100)는, 내부면(210)과 회전가능하게 맞물릴 수 있는 하부면(113)을 더 구비한다.
원통형 형성부(121)는, 아래쪽에서 위쪽으로 테이퍼진 또는 원뿔형 외관을 가진 계단식 원뿔대의 형상이다. 외부면(111) 상의 각 단(step)은 위쪽에서 아래쪽으로 점진적으로 작아진다. 외부 중공 원통형 특징부(feature)가, 얕은 깊이에서 내부 슬리브 부재(100)의 외부로부터 제거된다. 연속적인 외부 중공 원통형 특징부는 일정한 길이 및 폭 간격으로 제거된다. 연속적인 특징부 각각은 선행 특징부가 끝나는 부분에서 시작된다. 제거된 외부 원통형 특징부의 기하학적 패턴은, 내부 원통형 특징부를 추가하는 것이 공간에 의해 제한될 때까지 계속된다.
내부 슬리브 부재(100)는 커플링 수단(130)을 가진 상부면(112)을 더 구비하는데, 커플링 수단(130)은 축방향으로 연장되고 원주방향으로 서로 이격된 복수의 보어(bore)에 의해 형성될 수 있다. 커플링 수단(130)은 토크 입력 디바이스와 작용부와 회전불가능하게 맞물린다.
외부 슬리브 부재(200)는 환형 몸체이고, 도 3에 도시된 바와 같이 슬리브로서 형성되어 있다. 외부 슬리브 부재(200)는, 내부 슬리브 부재(100)의 원통형 형성부(121)를 가진 외부면(111)과 회전가능하게 맞물릴 수 있는, 원통형 형성부(220)를 가진 내부면(210)을 구비한다. 외부 슬리브 부재(200)는 커플링 수단(230)을 가진 외부면(211)을 구비한다. 커플링 수단(230)은 축방향으로 연장되고 원주방향으로 서로 이격된 복수의 외부 스플라인(spline)에 의해 형성된다. 커플링 수단(230)은 토크 입력 디바이스의 반작용부의 내부 스플라인과 회전불가능하게 맞물린다.
원통형 형성부(220)는 위쪽에서 아래쪽으로 테이퍼진 또는 원뿔형 외관을 가진 계단식 원뿔대의 형상이다. 내부면(210) 상의 각 단은 위쪽에서 아래쪽으로 점진적으로 작아진다. 내부 원통형 특징부가, 얕은 깊이에서 외부 슬리브 부재(200)의 내부로부터 제거된다. 연속적인 내부 원통형 특징부는 일정한 길이 및 폭 간격으로 제거된다. 연속적인 특징부 각각은 선행 특징부가 끝나는 부분에서 시작된다. 제거된 내부 원통형 특징부의 기하학적 패턴은, 내부 원통형 특징부를 추가하는 것이 공간에 의해 제한될 때까지 계속된다.
스터드(300)는, 내부 슬리브(100)의 내부 나선형 나사산 수단(120)과 결합하기 위한 외부 나선형 나사산 수단(320)을 가진 원통형 형상을 가진다. 스터드(300)의 단부(312)는, 다각형 형성부(330)에 의해 형성될 수 있는 커플링 수단(314)을 구비하는데, 여기에서는 육각형 형상이다. 다각형 형성부(330)은 토크 입력 디바이스와 회전 커플링이 가능하게 한다.
제2 커플링 수단(150)은 결합부의 상부면 상에 오는 하부면(163)을 더 구비한다. 하부면(163)은 실질적으로 거칠 수 있고, 여러 다양한 방식으로 만들어질 수 있으며, 예컨대 복수의 이랑형(ridge), 물결형(ripple), 또는 치형(teeth)일 수 있다.
장치(1)의 계단식 원뿔형 패스너 기하형상은, 스터드 나사산(320)과 내부 슬리브 부재 나사산(120) 사이의 나선형 경사면을 통한 기계적 미끄럼 작용에 의해 스터드(300)에 인장 하중을 생성한다. 외부 슬리브 부재의 외부 스플라인(230) 상에 토크를 반작용하는 동안, 토크를 받는 회전을 내부 슬리브 부재의 커플링 수단(130)에 적용하도록 토크 입력 디바이스를 사용함으로써, 미끄럼 나선형 나사산 작용이 생성된다. 외부면(111)과 내부면(210)이 실질적으로 매끄럽기 때문에, 내부 슬리브 부재(200)가 회전하는 동안, 외부 슬리브 부재(200)는 정지해 있다. 토크 입력 디바이스의 반작용 요소는 커플링 수단(314)에 의해 스터드(300)의 단부(312)와 회전 커플링된다. 이것은 스터드(300)의 회전을 방지하고, 내부 슬리브 부재의 나사산(120)과 스터트 나사산(320) 사이의 상대적인 미끄럼 작용을 허용한다. 외부 슬리브 부재의 외부 스플라인(230) 상에 반작용하고, 커플링 수단(314)에 의해 스터드(300)과 회전 결합하는 동안, 토크 입력 디바이스가 계속적으로 내부 슬리브 부재(100)에 토크를 적용하기 때문에, 스터드 평행이동은 그러한 평행이동에 대한 저항력에 비례하여 발생한다.
내부 슬리브 부재의 커플링 수단(130)은 적절한 기하형상에 의해 형성될 수 있거나, 토크 입력 디바이스와 회전 커플링을 위하여 톱니, 육각, 이중 육각, 성곽(castellation)과 같은 다른 수단 또는 특징부, 또는 회전 커플링을 허용하는 다른 공통 기하형상과 함께 사용될 수 있다. 가능한 한가지 대안은 도 5에서 530으로 표시된 육각 기하형상이다.
외부 슬리브 부재의 커플링 수단(221)은 적절한 기하형상에 의해 형성될 수 있거나, 토크 입력 디바이스와 회전 커플링을 위하여 톱니, 육각, 이중 육각, 성곽(castellation)과 같은 다른 수단 또는 특징부, 또는 회전 커플링을 허용하는 다른 공통 기하형상과 함께 사용될 수 있다. 가능한 한가지 대안은 도 6에서 621으로 표시된 육각 기하형상이다.
제거된 외부(내부 슬리브 부재(100) 및 내부(외부 슬리브 부재(200)) 원통형 특징부의 수량, 치수, 기하형상, 및 간격은, 적용예에 따라 예컨대 응력 바이어스(stress biasing)와 같은 장치(1)의 특성을 최적화하도록 변화할 수 있다.
도 2는 일정한 길이 및 폭 간격으로 제거된 4개의 외부 원통형 특징부를 가진 내부 슬리브 부재(100)를 도시하고 있다. 도 3은 일정한 길이 및 폭 간격으로 제거된 4개의 내부 원통형 특징부를 가진 외부 슬리브 부재(200)를 도시하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 제거된 외부 및 내부 원통형 특징부로부터 인접한 특징부까지의 수량, 치수, 기하형상, 및 간격의 변화는, 원통형 형성부(721)를 가진 외부면(711) 및 원통형 형성부(720)를 가진 내부면의 공칭각(nominal angle), 단높이, 단폭을 변화시킨다. 대안적으로, 거의 매끄러운 테이퍼를 생성하도록 단길이가 무한히 작은 크기로 사이징할 수 있다. 내부 슬리브 부재(100)의 외부 및 외부 슬리브 부재(200)의 내부는 각각 평활한 원뿔면을 형성하도록 일단으로 제거될 수 있다.
도 8은 변화하는 수직 이격 또는 단높이의 결합면을 가진, 원통형 형성부(821)를 가진 외부면(811) 및 원통형 형성부(820)를 가진 내부면(810)을 도시하고 있다. 이것은 다른 단에 하중이 걸리기 때문에 선택적인 단 상의 이동을 허용한다. 소성 변형은 수직 이동을 허용함으로, 각각의 단차면에 걸쳐 전략적으로 바이어스 응력을 분포할 수 있다. 즉, 내부 슬리브 부재(100)와 외부 슬리브 부재(200)의 결합면 사이의 증가된 간극(clearance) 또는 이격(spacing)으로 인해 하중이 주어질 때 반경방향 팽창이 가능하다.
도 9는 변화하는 계단면 각도의 결합면을 가진, 원통형 형성부(921)를 가진 외부면(911) 및 원통형 형성부(920)를 가진 내부면(910)을 도시하고 있다. 이것은 단에 걸쳐 더욱 균등하고 제어된 바이어스 응력 분포를 개선한다. 즉, 내부 슬리브 부재(100)와 외부 슬리브 부재(200) 중 하나 또는 모두가, 선택적 수평 계단식 표면에 응력을 바이어스 하도록 변화하는 피치각을 가진 계단식 수직면을 가질 수 있다.
도 10은 스터드(300)에 추가된 유사한 결합 외부 특징부와 커플링되는 내부 특징부를 바닥에 구비한 외부 슬리브 부재(200)을 도시하고 있다. 이것은 스플라인(spline), 널(knurl), 육각(hex), 슬롯(slot), 이중 육각(double hex), 또는 다른 기하형상을 포함할 수 있다. 이것은 스터드(300)의 축방향 평행이동을 허용하지만, 외부 슬리브 부재(200)와 스터드(300)의 회전 운동을 커플링한다. 다각형 형상부(330)로 형성된 커플링 수단(314) 및 이러한 육각을 토크 입력 디바이스의 반작용 부재와 커플링하기 위한 필수품이 더 이상 둘 다 필요하지는 않다. 내부 스플라인(1040)과 결합 외부 스플라인(1041)은, 외부 슬리브 부재(200)와 스터드(300) 사이에서 각각 스플라인 인터페이스를 형성한다.
표준 볼트 산업 용어에서, 장치(1)는 너트(내부 슬리브 부재(100))와 와셔(외부 슬리브 부재(200))를 포함한다. 표준 볼트 평면 너트와 와셔의 인터페이스가 변경되었다. 종래의 3피스 패스너와 비교해 볼 때, 토크 반작용 포인트가 위쪽으로 이동하였다. 본 발명의 장치는 종래의 3피스 패스너의 개념을 활용하는데, 이것은 종래의 너트와 와셔 배열을 레버리징하여 골링(galling)을 방지하는 외부 슬리브의 표면 커디셔닝을 가능하게 하고, 이것은 반경방향 스트레인을 유지하여 내부 슬리브가 파괴(fracture)의 위험을 최소화하는 표면 조건을 가지게 한다.
유리하게는, 본 발명은 장치의 전체 직경을 증가시키지 않고서도 클램프된 내부 슬리브 부재와 외부 슬리브 부재 사이에 하중 지지면 영역을 증가시킬 수 있고; 종래의 이차원 평면이 아닌 삼차원 하중 지지면 영역; 하중 지지면 영역에 걸친 더욱 효과적이고 고르게 분포된 하중 응력 분포; 더 큰 비틀림 강도; 더 작은 질량, 치수, 부피를 가진 장치를 가능하게 한다.
도 11 내지 도 14를 예시로 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른, 나사산이 형성된 패스너(1110)와 토크 입력 디바이스(1102)를 비틀림 커플링하기 위한 장치(1101)를 도시하고 있다. 장치(1101)는, 테이퍼진 외부면(1104)과 다각형 형성부(1105)를 가진 제1 커플링 부재(1103); 역으로 테이퍼진 내부면(1114)과 제1 커플링 부재(1103)의 테이퍼진 외부면(1104)와 회전불가능하게 맞물릴 수 있는 다각형 형성부(1115)를 가진 제2 커플링 부재(1113)를 구비한다.
즉, 장치(1101)는, 토크 입력 디바이스(1102)과 일단부에 테이퍼진 축방향 보어를 가진 섕크(shank)(1111)를 구비한 나사산이 형성된 패스너(1110) 종류를 회전 커플링시킨다. 장치(1101)는, 테이퍼진 축방향 보어(1112)와 회전불가능하게 맞물릴 수 있는 역으로 테이퍼진 외부면(1104)을 가진 커플링 부재(1103)를 포함한다.
도 1 내지 도 10의 제거된 외부(내부 슬리브 부재(100)) 및 내부(외부 슬리브 부재(200)) 원통형 특징부의 수량, 치수, 기하형상, 및 간격에 관련된 논의는, 도 11 내지 도 14의 제거된 외부(제1 커플링 부재(1103)) 및 내부(제2 슬리브 부재(1113)) 다각형 특징부의 수량, 치수, 기하형상, 및 간격에 일반적으로 적용된다. 내부 슬리브 부재(100)와 외부 슬리브 부재(200) 사이의 인터페이스는 원통형이고 매끈하여 상대적 회전을 허용한다는 것에 유의해야 한다. 그러나, 제1 커플링 부재와 제2 커플링 부재 사이의 인터페이스는 다각형이고 각지기 때문에 상대적 회전이 불가능하다는 것에 유의해야 한다.
나사산이 형성된 패스너와 토크 입력 디바이스의 비틀림 커플링을 위한 원뿔형 기하형상은 더 양호한 하중 응력 분포를 만들어 낸다. 도 11 내지 도 14의 실시예는 낮은 프로파일 커플링 기하형상을 소개하는데, 이것은 내부적으로 형성될 스터드의 맨 위쪽 비틀림 커플링 특징부를 가능하게 할 것이다. 이것은 응력을 더욱 고르게 분포시키고, 따라서 커플링 특징부의 더 효율적인 팩키징(packaging)을 가능하게 한다.
일반적으로, 스터드의 맨 윗면에 계단식 12-포인트 홀(12-point hole)이, 3피스 기계적 스터드 텐션 디바이스 및/또는 스터드와 함께 사용하기 위한 장치와 회전 커플링하기 위해 사용된다. 내부 12-포인트 특징부는 얕은 깊이에서 스터드의 맨 위에 위치한다. 연속적인 12-포인트 특징부는 얕은 깊이에서 각각 더 작은 12-포인트 크기로 점진적으로 추가되고, 선행하는 12-포인트가 끝나는 곳에서 각각 시작된다. 감소하는 12-포인트 기하형상의 패턴은, 더 이상의 12-포인트를 추가하는 것이 공간에 의해 제한될 때 까지 감소한다. 유리하게는, 각 단을 위한 외부 결합 특징부를 가진 토크 입력 디바이스의 샤프트는, 스터드의 질량과 부피는 감소하면서도, 응력 분포를 고르게 분포하고 비틀림 강도를 크게 만들 것이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 하나의 12-포인트 특징부로부터 인접 특징부까지의 깊이와 크기를 변화시킴으로써 이러한 특징부가 형성하는 원뿔 형상의 공칭각을 증가 또는 감소시킨다. 12-포인트 특징부는, 도 15의 육각과 같이 두 부품 사이의 회전을 방지할 어떠한 기하형상으로도 대체될 수 있다. 추가적으로, 단깊이는 평활한 테이퍼를 형성하도록 무한히 작은 크기로 사이징할 수 있다. 혼합된 단크기 및 기하형상은 그러한 커플링의 생성을 최적화하도록 사용될 수 있다.
다음을 포함하는 본 발명 장치의 어떠한 유형의 적절한 구성요소, 크기, 및 재료도 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다: 패스너 카테고리로는, 예컨대 나무 스크류(wood screw), 기계 스크류(machine screw), 나사 절삭 기계 스크류(thread cutting machine screw), 판금 스크류(sheet metal screw), 자가 드릴링 SMS(self drilling SMS), 육각 볼트(hex bolt), 캐리지 볼트(carriage bolt), 래그 볼트(lag bolt), 소켓 스크류(socket screw), 세트 스크류(set screw), J-볼트(j-bolt), 숄더 볼트(shoulder bolt), 섹스 스크류(sex screw), 결합 스크류(mating screw), 행거 볼트(hanger bolt) 등; 헤드 스타일로는, 예컨대 평면(flat), 타원(oval), 팬(pan), 트러스(truss), 라운드(round), 육각(hex), 육각 와셔(hex washer), 슬롯 육각 와셔(slotted hex washer), 소켓 캡(socket cap), 버튼(button) 등; 드라이버 유형으로는, 예컨대 필립스(phillips) 및 프리어슨(frearson), 슬롯(slotted), 조합(combination), 소켓(socket), 육각(hex), 앨런(allen), 정사각(square), 토륵스(torx), 기타 다중 기하형상 등; 너트 유형으로는, 예컨대 육각(hex), 잼(jam), 캡(cap), 에이콘(acorn), 플랜지(flange), 정사각(square), 토크 락(torque lock), 슬롯(slotted), 캐슬(castle) 등; 와셔 유형으로는, 예컨대 평면(flat), 펜더(fender), 마감(finishing), 정사각(square), 도크(dock) 등; 나사산 유형으로는, 예컨대 예리한 V(sharp V), 미국립(American national), 통합(unified), 미터법(metric), 정사각(square), ACME, 휘트워드 표준(whitworth standard), 너클(knuckle), 버트리스(buttress), 단일(single), 이중(double), 삼중(triple), 이중 정사각(double square), 삼중 ACME(triple ACME) 등.
전술한 각각의 요소 또는 2개 이상의 요소는 전술한 유형과 다른 기타 유형의 유용한 적용예를 발견할 수 있다고 이해될 것이다. 개시된 기능을 수행하기 위한 특정한 형태 또는 수단의 관점, 또는 개시된 결과를 달성하기 위한 방법 또는 공정의 관점으로 적절하게 표현된 전술한 상세한 설명, 또는 다음의 청구항, 또는 첨부된 도면에 개시된 특징은, 독립적으로 또는 그러한 특징의 어떠한 조합으로도 다양한 형태로 본 발명을 구현하기 위해 활용될 수 있다.
본 발명이 유체 작동식 툴의 실시예로 도시되고 설명되었으나, 다양한 수정 및 구조적 변경이 본 발명의 의미에서 벗어나지 않는 범위에서 가능하기 때문에, 개시된 세부내용에 제한되는 것이 아니다.
더 이상의 분석 없이, 전술한 것은 본 발명의 요지를 완전히 공개할 수 있어서, 현재의 지식을 적용하여, 선행기술의 관점에서 본 발명의 일반적인 또는 특정한 면의 필수적인 특색을 구성하는 특징을 빠뜨리지 않고, 다양한 적용예를 위하여 용이하게 적용할 수 있을 것이다.
본원의 명세서와 청구항에서 사용된 "테이퍼진", "테이퍼지게", 및 기타 변형은, 일단부로부터 타단부까지 구체적인 특징부, 단, 수량, 치수, 기하형상, 간격이 점차적으로, 갑자기, 계단식으로, 및/또는 원뿔형으로, 일정하기 않고, 변화하며, 좁아지고, 줄어들고, 감소하고, 작아지며, 얇아질 수 있음을 의미한다.
본원의 명세서와 청구항에서 사용된 "포함하는", "가지는", "구비한", 및 기타 변형은, 구체적인 특징부, 단, 또는 정수가 포함되는 것을 의미한다. 이러한 용어는 다른 특징부, 단, 또는 구성요소의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.

Claims (27)

  1. 나사산이 형성된 패스너(fastener) 및 토크 입력 디바이스와 함께 사용하기 위한 장치로서,
    상기 패스너와 나사결합가능한 내부면, 테이퍼를 형성하는 둘 이상의 계단에 의해 규정된 외부면, 및 상기 토크 입력 디바이스의 작용부와 회전 불가능하게 맞물림 가능한 커플링 수단이 구비된 상부면을 가진, 내부 슬리브 부재; 및
    상기 내부 슬리브 부재의 테이퍼진 외부면과 회전결합가능한 역으로 테이퍼진 내부면을 가진, 외부 슬리브 부재
    를 포함하고,
    상기 내부 슬리브 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 작용부와 비회전 결합 가능하며,
    상기 토크 입력 디바이스의 작용부에 의해 회전할 때, 상기 내부 슬리브 부재는 상기 나사산이 형성된 패스너에 하중을 적용하는 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 슬리브 부재의 외부면 및 상기 외부 슬리브 부재의 내부면이 평활한, 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 슬리브 부재의 외부면 및 상기 외부 슬리브 부재의 내부면이, 원통, 계단식 원뿔대 또는 평활한 원뿔대의 형상인, 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 내부 슬리브 부재의 외부면 및 상기 외부 슬리브 부재의 내부면이, 가변적 계단 수량, 치수, 기하형상, 각도, 및 간격(interval) 중 적어도 하나를 가진 형상인, 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 슬리브 부재는, 상기 내부 슬리브 부재를 둘러싼, 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 토크 입력 디바이스는, 공압식, 전기식, 유압식, 또는 수동식으로 구동되는, 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 슬리브 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 반작용부와 비회전 결합가능한, 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 슬리브 부재 및 상기 나사산이 형성된 패스너는 상기 토크 입력 디바이스의 반작용부와 비회전 결합가능한, 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    작동 중, 상기 내부 슬리브 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 작용 토크를 받도록 적응되고, 상기 외부 슬리브 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 반작용 토크를 받도록 적응되는, 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 슬리브 부재의 상부면에 구비된 커플링 수단은 축방향으로 연장되고 원주방향으로 서로 이격된 복수의 보어(bore)에 의해 형성되는, 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 슬리브 부재의 상부면에 구비된 커플링 수단은 상기 토크 입력 디바이스와 회전 커플링을 위하여 톱니, 육각, 이중 육각, 성곽(castellation)의 기하형상 중 어느 하나에 의해 형성되는, 장치.
  12. 제1 항에 따른 장치를 갖는, 나사산이 형성된 패스너.
  13. 제1 항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치를 갖는, 나사산이 형성된 패스너; 및
    상기 나사산이 형성된 패스너를 조이거나 느슨하게 하는 작용부 및 반작용부를 갖는, 공압식, 전기식, 유압식, 또는 수동식으로 구동되는 토크 입력 디바이스
    를 포함하는, 대상물을 조이기 위한 시스템.
  14. 나사산이 형성된 패스너의 섕크와 토크 입력 디바이스를 커플링하기 위한 장치로서,
    테이퍼를 형성하는 둘 이상의 계단에 의해 규정된 외부면을 가진, 제1 커플링 부재;
    상기 제1 커플링 부재의 테이퍼진 외부면과 비회전 결합가능한 역으로 테이퍼진 내부면을 가진, 제2 커플링 부재
    를 포함하고,
    상기 제1 커플링 부재와 상기 제2 커플링 부재는 각진 원통, 각진 계단식 원뿔대 중 어느 하나의 형상이고,
    상기 제1 커플링 부재와 상기 제2 커플링 부재의 계단의 직경은 상기 섕크의 직경보다 더 작은, 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재의 외부면 및 상기 제2 커플링 부재의 내부면이, 가변적 계단 수량, 치수, 기하형상, 각도, 및 간격 중 적어도 하나를 가진 형상인, 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 커플링 부재의 내부면은, 상기 제1 커플링 부재의 외부면을 둘러싼, 장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 작용부와 비회전 결합가능한, 장치.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 토크 입력 디바이스의 작용부에 의해 회전할 때, 상기 제2 커플링 부재는 상기 나사산이 형성된 패스너에 하중을 적용하는, 장치.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 반작용 샤프트에 형성되고, 상기 제2 커플링 부재는 상기 나사산이 형성된 패스너의 섕크에 형성되는, 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재는 축방향으로 돌출되고, 상기 제2 커플링 부재는 축방향 보어로 형성되는 장치.
  21. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재는 상기 나사산이 형성된 패스너의 섕크에 형성되고, 상기 제2 커플링 부재는 상기 토크 입력 디바이스의 반작용 샤프트에 형성되는, 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재는 축방향 보어로서 형성되고, 상기 제2 커플링 부재는 상기 축방향으로 돌출되는, 장치.
  23. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 커플링 부재의 외부면과 상기 제2 커플링 부재의 내부면은 각각의 단 깊이를 무한히 작은 크기로 사이징하여 평활한 테이퍼를 형성하는, 장치.
  24. 제14 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 가지며,
    공압식, 전기식, 유압식, 또는 수동식으로 구동되는 토크 입력 디바이스와 나사산이 형성된 패스너의 조합을 포함하는, 대상물을 조이기 위한 시스템.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
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