KR102159855B1 - 조립시 결합된 나사산의 나사산 겹침을 피하기 위한 수나사형 볼트와 암나사형 너트를 포함하는 패스너 시스템 - Google Patents

Abstract

볼트 및 너트 조립체가 통합된 나사형 패스너 시스템으로서, 볼트는 볼트의 본체/섕크(21)에서보다 피치(39)와 나선각이 더 큰 나사형 리드 진입 포인트(22)를 갖는다.

Description

조립시 결합된 나사산의 나사산 겹침을 피하기 위한 수나사형 볼트와 암나사형 너트를 포함하는 패스너 시스템{FASTENER SYSTEM COMPRISING AN EXTERNALLY THREADED BOLT AND AN INTERNALLY THREADED NUT FOR THE AVOIDANCE OF CROSS-THREADING OF THE MATING THREADS DURING ASSEMBLY}

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은 2015년 5월 1일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/987,138호를 우선권 주장하며, 상기 가출원의 내용은 본원에 참고로 인용되어 있다.

일반적으로, 도 1을 참조하면, 표준 비율의 볼트 나사산(1)이 표준 비율의 프리-쓰레드(pre-threaded) 너트(2)에 삽입되어야 하는 조립체에서는, 볼트 나사산(10, 10a)의 산봉우리가 너트 나사산의 골과 처음 접촉하는 상황에 놓이는 경우가 흔히 있을 수 있다는 것을 알 수 있다. 그리고, 너트 나사산과 볼트 나사산의 역회전은 나사산들이 서로에 걸리도록 할 수 있으며(3, 3a), 볼트와 너트 앵커의 상대적인 축 방향 운동을 결합된 나사산들이 구현하는 동작을 더 방해할 것이다. 관련 기술 분야의 기술자에게 공지된 바와 같이, 이러한 동작은 "나사산 겹침"으로 지칭된다.

관련 기술 분야의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 최초 조립 지점에서 볼트 나사산(4)의 축과 너트 나사산(5)의 축의 각도가 오정렬되는 경우, 나사산 겹침이 더욱 만연하게 된다. 미세한 축(4, 5)의 오정렬만으로도 이와 같이 불량한 조립 상태가 발생하게 된다.

이와 같이 불량한 조립 상태를 극복하기 위해, 볼트 리드 진입 나사산 및/또는 너트 진입 나사산에 대해 많은 시도가 도입되었다. 예시적인 나사산 겹침 방지 장치가, "패스너 조립체"라는 명칭으로 정맨 등에게 허여된 미국 특허 번호 제7,334,975호, "U-볼트 조립체"라는 명칭으로 자쿠스제스키 등에게 허여된 미국 특허 번호 제7,438,512호, 및 "나사산 겹침 방지 패스너"라는 명칭으로 구드윈 등에게 허여된 미국 특허 번호 제5,836,731호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 내용은 본원에 참고로 인용되어 있다.

현재 사용중인 시스템의 일례를 도 2와 관련하여 볼 수 있다. 종래의 시스템은, 볼트의 리드 나사산이 너트 나사산 골 직경을 따라 미끄러지도록 조장하고 결합된 나사산들이 나사산 피치 결합을 생성하는 것을 돕는데 목표를 둔 볼트 리드 진입 포인트의 기하학적 구조(14)의 변화에 의존하여, 나사산 겹침을 최소화한다. 전술한 종래의 기술은 리드 진입 나사산(14)의 원형(또는 반경) 단면이 이러한 목표를 달성할 수 없다는 것을 인식하고 있으며, 너트 및 볼트 나사산들의 나사산 겹침을 방지하기 위해서는 원형 단면이나 볼트 진입 단부에 단면이 접근할수록 크기가 감소하는 특정 형태의 추가적인 평평한 도그 포인트가 필요하다는 것을 예상하고 있다.

이 경우들 각각에서는, 볼트 리드 진입 나사산의 축 방향 피치(12)가 볼트 및 너트 나사산들의 표준 피치와 동일한 수치로 유지된다. 연장된 포인트 특징부가 없고 볼트 및 너트 축들 간에 소량의 오정렬이 있으면, 도 1과 관련하여 간략하게 설명한 바와 같은 최초 조립 상태가 나타날 가능성이 남아 있고, 일정한 나사산 피치(12)의 영향으로 인해, 나사산 겹침이 여전히 발생할 것이다.

본 발명은 조립 지점에서 수나사형 볼트와 암나사형 너트의 나사산 겹침을 피하는데 목표를 둔 패스너 시스템에 관한 것으로, 특히, 조립 지점에서 나사산 겹침에 대해 저항할 수 있는 혁신적인 볼트 리드 진입 포인트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 볼트 나사산(10, 10a)의 산봉우리가 너트 나사산(11)의 골 직경에서 간섭 접촉할 가능성을 제거하면서, 조립체에서 너트 나사산과 볼트 나사산의 축 방향 정렬을 유도하는데 목표를 둔 나사 또는 볼트 리드 진입 나사산의 개발에 관한 것이다. 또한, 최초 조립시, 신규한 리드 진입 포인트의 구조는 볼트 나사산(1)과 너트 나사산(2) 간의 상대적인 축 방향 운동의 가속을 허용하며, 너트 나사산과 볼트 나사산의 나사산 겹침(걸림)을 방지한다.

동일하거나 기능적으로 동일한 요소를 동일한 참조 번호로 나타낸 첨부 도면과 이하의 설명을 참조하면, 본 발명의 구성 및 방법과 함께 이들의 다른 목적 및 장점을 가장 잘 이해할 수 있다.
도 1은 발생할 경우 불량한 나사산 겹침 조립 상태로 이어질 수 있는 상황을 예시하고 있는 전술한 개략도이며;
도 2는 나사산 겹침을 극복하는데 목표를 둔 종래 기술의 방법을 예시하고 있는 전술한 개략도이고;
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 볼트의 개략도이며;
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 볼트 나사산과 너트 나사산의 축 방향 정렬을 개선한 가변 피치 리드 나사산의 효과를 예시한 도면이다.

본 개시물은 본 발명의 예시적 실시예의 원리의 예증으로서 간주되어야 하며, 본원에 예시되고 설명된 실시예로 본 발명을 한정하고자 의도하는 것은 아니다. 시스템과 원리는 상세하게 설명된 형태와는 다른 형태의 실시예에 적용될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 볼트와, 볼트가 조립될 프리-쓰레드 너트를 포함하는 패스너 시스템의 개략도가 도시되어 있다. 볼트와 관련하여 설명하지만, 임의의 수나사형 패스너가 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 서술 용어 '너트'는 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 사용될 수 있는 임의의 암나사형 패스너와 연관될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 사용되는 것으로 설명된 볼트와 너트는 예시에 불과한 것으로 간주되어야 한다.

볼트와 너트는 작동 가능하게 조립되고 있으며, 이로 인해, 볼트 나사산 산봉우리(10)가 너트 나사산 골(11)에 접촉하여, (화살표(X)로 표시된) 조립체의 볼트 헤드 단부로부터 봤을 때, 너트에 대해 반시계 방향으로 볼트가 회전하는 이 접촉 구역에서 잠재적인 나사산 간섭을 생성하게 되며, 선택된 나사산의 축 방향 피치(12)와 주 직경(30)에 의해 생성되는 볼트 나사산과 너트 나사산의 나사산 나선각으로 인해, 볼트는 너트에 대해 상대적으로 축 방향으로 전진 운동하려고 한다. 그러나, 너트 나사산과 볼트 나사산의 나선각의 크기가 모두 동일하기 때문에, 볼트 나사산의 산봉우리가 너트 나사산의 골과의 최초 접촉 위치를 유지하여, 접촉 구역에서 증가하는 간섭을 생성하게 된다. 이와 같이 증가하는 간섭은 상대적인 볼트 나사산과 너트 나사산의 낌이나 걸림을 초래할 것이다.

도 2를 다시 참조하면, 이와 같이 불량한 최초 조립 상태를 극복하기 위해 개발된 독점적 시스템(proprietary system)이 도시되어 있다. 이 시스템은, 도시된 바와 같이, 앞에서 이미 참고로 인용되고 설명된 다양한 특허에 관한 것이다. 이 시스템은, 도시된 바와 같이, 너트 및 볼트 피치(12)와 크기가 동일한 볼트 나사산 진입 포인트 피치(12)를 갖는다. 그러나, 이러한 시스템의 잘 알려진 단점은, 볼트 나사산 산봉우리(10)가 너트 나사산 골(11)에 접촉할 수 있도록 하는 최초 나사산 접촉에서, 앞에서 설명한 바와 유사한 불량한 조립 상태가 발현될 수 있다는 것, 즉, 볼트와 너트의 나사산들이 겹칠 수 있다는 것이다.

도면들 중 도 3을 참조하면, 헤드(20), 섕크(또는 본체)부(21) 및 리드 진입 포인트(22)를 포함하는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 볼트의 개략도가 도시되어 있다. 헤드(20)는 패스너 구동 시스템에 의한 볼트의 회전 운동을 발생시키기 위해 사용될 수 있는 임의의 구조일 수 있다. 섕크부(21)는 관련 기술 분야의 기술자에게 공지된 바와 같이 둥글거나, 소엽형 단면적을 가질 수 있다.

섕크(21) 위에는, 예시적으로, 나사산(25)이 형성되어 있다. 나사산(25)은, 예시적으로, 특정 볼트 크기에 대해 일정한 크기의 나사산 높이(27)를 포함하는 방식으로 코어(26) 주위에 나선 형태로 생성된다. 생성된 나선형 나사산은, 예시적으로, 공지된 국제/국가 표준 규격에 따르거나, 국제/국가 표준 규격으로부터 유래될 수 있는 독점적 나사형 패스너 시스템을 따를 수 있다. 섕크(21) 위의 나사산은, 예시적으로, 볼트 나사산 외경(30)과 축 방향 피치(12)에 대해 나사산 나선각(28)을 발생시키는 축 방향 피치(12)를 갖는다. 볼트 나사산(25)은 볼트 섕크의 길이를 따라 연장할 수 있거나, 그 일부분만을 따라 연장할 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따르면, 볼트 나사산 피치(12)는 조립체 제작자에 의해 선택된 암나사형 너트의 피치와 동일하다.

볼트 리드 진입 나사산은, 예시적으로, 너트 나사산 골 직경(36)과 명목상 동일한 외경(31)을 갖는다. 본 발명의 예시적 실시예서, 나사산 직경(31)은 명목상 평행하다. 실용적인 목적을 위해, 볼트 리드 진입 나사산(22)이 계획된 간섭을 나타내지 않으면서 너트 나사산(2)에 진입할 수 있도록, 리드 나사산(31)의 외접원이 너트 나사산(36)의 내경보다 작게 형성될 것이라는 것을 이해할 것이다.

리드 진입 포인트 나사산은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 볼트의 본체 나사산의 나사산 축 방향 피치(12)의 대략 1.562배에 해당하는 나사산 피치(39)를 갖는다. 보다 일반적으로, 리드 진입 포인트 나사산 피치(39)는 본체 나사산 축 방향 피치(12)의 대략 1.40배 내지 1.60배의 범위 이내일 수 있다.

도 4를 참조하면, 볼트의 리드 진입 나사산(22)들은 너트의 나사산 프로파일(2)과 결합하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 이들은 너트 나사산(36)의 골 직경과 접촉하며, 이들의 더 큰 피치(39)와 후속하는 나선각(38)으로 인해, 너트 나선각(28)과 관련될 경우, 모든 나사산의 피치가 동일한 경우보다 너트 나사산에 대해 상대적인 볼트의 축 방향 운동을 가속할 것이다.

가속된 전진 운동이 발생하면, 이전에 설계된(종래 기술의) 시스템에서 발생하였던 나사산 겹침의 높은 가능성을 제거하는 방식으로, 주 본체 나사산(25)이 너트 나사산 공동(2)에 접근하여 접촉하도록, 너트 축과 볼트 축의 축 방향 정렬이 생성된다.

리드 진입 나사산의 볼트 각도의 기하학적 구조와 본체 나사산과 리드 진입 나사산이 상호 연관되는 방식이 작용하여, 리드 진입 나사산의 나사산 나선각(38)이 본체 나사산의 나사산 나선각(28)보다 더 커지도록 보장한다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 너트 나사산의 축과 일치하지 않는 각도로 볼트가 삽입되고, 리드 각도 나사산의 산봉우리가 너트 나사산의 골과 접촉하면, 볼트 나사산 리드의 더 큰 나선각은 나선각들이 일치하지 않을 경우 일반적으로 달성되는 것보다 더 빠른 속도로 볼트 나사산을 전방으로 가속할 것이다. 이러한 동작은 관련된 나사산 부품의 축을 정렬하고자 하는 경향을 보일 것이다.

너트 나사산에 대해 상대적인 리드 진입 나사산의 전진 운동을 가속하는 동작은 볼트 나사산 산봉우리가 너트 나사산 골과 간섭할 가능성을 제거할 것이고, 도 1을 참조하여 설명한 방식으로 나사산 겹침의 가능성을 제거할 것이다.

주 본체 나사산은, 이러한 상황에서, 허용 가능하며 규정된 방식으로 최초 결합 나사산 접촉을 달성할 것이며, 우려에 대한 원인으로 볼 수 있는 나사산 겹침을 제거할 것이다.

Claims (12)

1. 시스템이며,
   제1 특정 나사산 피치 및 제1 나사산 깊이의 내부 나사산을 갖는 암나사형 너트 앵커 구성요소와,
   제2 특정 나사산 피치의 외부 나사산을 갖는 수나사형 구성요소로서, 상기 외부 나사산은 암나사형 너트 앵커 구성요소의 내부 나사산에 결합하는 수나사형 구성요소를 포함하고,
   수나사형 구성요소는 리드 진입 포인트를 갖고, 상기 리드 진입 포인트는 진입 포인트 나사산 피치, 및 외부 나사산에 따르는 나선각보다 크기가 더 큰 나선각을 갖고, 리드 진입 나사산 포인트의 외부 직경은, 리드 진입 나사산이 암나사형 너트 앵커의 부 직경에 미끄럼 끼워맞춤을 제공할 수 있도록, 내부 나사산의 부 직경보다 작고,
   수나사형 구성요소는 수나사형 구성요소가 회전력을 받았을 때 암나사형 너트 앵커 구성요소에 대해 회전되게 할 수 있는 헤드를 갖고,
   진입 포인트 나사산 피치는 나사산 피치의 1.562배에 해당하는, 시스템.
2. 시스템이며,
   제1 특정 나사산 피치 및 제1 나사산 깊이의 내부 나사산을 갖는 암나사형 너트 앵커 구성요소와,
   제2 특정 나사산 피치의 외부 나사산을 갖는 수나사형 구성요소로서, 상기 외부 나사산은 암나사형 너트 앵커 구성요소의 내부 나사산에 결합하는 수나사형 구성요소를 포함하고,
   수나사형 구성요소는 리드 진입 포인트를 갖고, 상기 리드 진입 포인트는 진입 포인트 나사산 피치, 및 외부 나사산에 따르는 나선각보다 크기가 더 큰 나선각을 갖고, 리드 진입 나사산 포인트의 외부 직경은, 리드 진입 나사산이 암나사형 너트 앵커의 부 직경에 미끄럼 끼워맞춤을 제공할 수 있도록, 내부 나사산의 부 직경보다 작고,
   수나사형 구성요소는 수나사형 구성요소가 회전력을 받았을 때 암나사형 너트 앵커 구성요소에 대해 회전되게 할 수 있는 헤드를 갖고,
   진입 포인트 나사산은 수나사형 구성요소의 나사산의 본체의 피치보다 1.4배 내지 1.6배 더 큰 범위 내에 있는 피치를 갖는, 시스템.
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