KR102301404B1 - 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트 - Google Patents

풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 볼트에 결합되어 있는 스프링의 작용에 의해 장기간 사용에도 풀림이 방지될 수 있는 볼트 관한 것으로, 상기 스프링의 전단부가 상기 볼트 바디의 회전 방향을 따라 위치 고정되는 고정단 상태이고 후단부는 자유단 상태인 로킹포지션 상태로 결합되어 있을 때, 상기 스프링은 풀림 방향으로의 회전을 방해하는 반력을 제공하고, 임계치 이상의 풀림 방향 토크의 회전력에 의해 상기 스프링의 전단부가 고정단 상태에서 해제되어 자유단 상태로 전환되고, 상기 스프링의 후단부가 고정단 상태인 언로킹포지션 상태로 결합되어 있을 때, 상기 스프링의 풀림 방향으로의 반력이 제거되도록 동작한다.

Description

풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트{A bolt having an anti-loosening spring}
본 발명은 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트에 관한 것으로, 볼트에 결합되어 있는 스프링의 작용에 의해 장기간 사용에도 풀림이 방지될 수 있는 볼트 구조에 관한 것이다.
볼트-너트는 체결 요소의 한 종류로써 체결 작업이 쉽고 모재에 변형을 일으키지 않는 장점이 있어 정적인 구조물 뿐만 아니라 동적인 기계 장치에도 널리 사용되고 있다.
볼트-너트 결합은 나사산으로 서로 맞물린 상태에서 볼트에 인장력(tension)이 가해질 정도로 서로 조여짐으로써 체결력(clamping force)이 발생된다. 볼트-너트 결합은 시간의 경과에 따라 여러 가지 원인에 의해 느슨해 질 수 있는데, 주기적 또는 비주기적으로 가해지는 동적 하중이 그 하나일 수 있다. 특히, 자동차, 열차 등의 운송 장치 또는 기계적인 생산 설비 등에서는 이러한 동적 하중이 필연적으로 수반되므로 볼트-너트 결합의 풀림을 방지하는 것이 매우 중요하다.
종래에 볼트-너트 결합의 풀림 방지를 위해 너트에 여러 형태의 기능을 부가한 기술들이 많이 활용되어 왔다. 그 중 하나는 미국의 윈저(Windsor)사에서 개발한 나일록(Nylock)으로 너트의 내부에 특수 나일론을 삽입하여 풀림 방지 기능을 구현한 것이다. 또 다른 하나는 일본에서 개발된 하드록(Hard Lock)으로 정상 너트와 편심된 너트를 함께 체결함으로써 두 너트 간의 쐐기 효과에 의해 풀림 방지 기능을 구현한 것이다. 그 외에도 프랑스에서 개발된 바이브록(Viblock), 스웨덴에서 개발된 노드락(Nord Lock) 등의 기술도 사용되고 있다.
대한민국 특허 공개 공보 제10-2018-0056922호 대한민국 실용신안 공개 공보 제20-2010-0010592호
본 발명은 볼트-너트간 체결의 풀림 방지를 위한 기술로써 종래 공지된 기술과는 전혀 다른 새로운 구조의 볼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 볼트가 풀리는 방향으로 가해지는 외력에 대하여 이를 방해하는 방향으로 반력이 발생함으로써 볼트가 풀리는 것을 방지할 수 있는 스프링이 결합된 볼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소정의 임계 토크 이하의 외력에 대하여는 이를 방해하는 방향으로 반력이 작용하되, 임계 토크 이상의 외력의 작용에 의해 스프링과 볼트의 결합 위치가 전환됨으로써 볼트 풀림을 방해하는 방향으로의 반력이 제거될 수 있는 볼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 볼트가 체결되어 있는 모재 또는 너트 등에 과도한 손상을 가하지 않고도 제거될 수 있는 볼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 반복 사용이 가능한 풀림 방지용 볼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풀림방지용 스프링이 결합된 볼트는 헤드부 및 나사산부를 갖는 볼트 바디와, 상기 볼트 바디에 결합되는 원통 코일 형태의 스프링을 포함하고, 상기 스프링은 상기 볼트 바디의 상기 나사산부와 함께 체결 대상물의 암나사산부에 체결되는 수나사산을 구성하며, 상기 스프링의 양단부 중 상기 나사산부의 끝단에 가까운 전단부가 상기 볼트 바디의 회전 방향을 따라 위치 고정되는 고정단 상태이고 상기 스프링의 양단부 중 상기 헤드부에 가까운 후단부가 상기 볼트 바디의 회전 방향을 따라 이동가능한 자유단 상태인 로킹포지션 상태로 결합되어 있을 때, 상기 스프링은 풀림 방향으로의 회전을 방해하는 반력을 제공하고, 임계치 이상의 풀림 방향 토크의 회전력에 의해 상기 스프링의 전단부가 고정단 상태에서 해제되어 자유단 상태로 전환되고, 상기 스프링의 후단부가 고정단 상태인 언로킹포지션 상태로 결합되어 있을 때, 상기 스프링의 풀림 방향으로의 반력이 제거되도록 동작한다.
또한, 상기 스프링은 전방 단부에서 반경 방향으로 절곡되는 전단절곡부와 후방 단부에서 반경 방향으로 절곡되는 후단절곡부를 포함하고, 상기 볼트 바디는 상기 나사산부의 단부에 상기 나사산부보다 축소된 직경을 가지며 상기 스프링이 결합되는 스프링 결합부를 포함하고, 상기 스프링 결합부는 상기 전단절곡부를 수용할 수 있도록 절개된 형상의 전단수용홈과, 상기 후단절곡부를 수용할 수 있도록 반경 방향으로 만입된 형상의 후단절곡부를 포함한다.
또한, 상기 스프링 결합부는 상기 스프링을 상기 스프링 결합부에 조립할 때, 상기 후단 절곡부의 조립 위치를 가이드하기 위해 상하 방향으로 만입되어 형성된 슬라이딩홈을 더 포함한다.
또한, 상기 전단수용홈은 회전 방향으로 소정의 폭을 갖도록 상하 방향으로 형성되는 제1측벽, 상기 제2측벽의 오른쪽에 형성되는 제2측벽 및 상기 제1측벽과 상기 제2측벽 사이에서 바닥부를 형성하는 저면부를 포함하고, 상기 저면부에는 상방으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 로킹포지션 상태에서 상기 전단절곡부는 상기 제1측벽과 상기 돌출부 사이에 위치하고 있다가 언로킹포지션으로 전환될 때 상기 전단절곡부가 상기 돌출부를 넘어 오른쪽으로 이탈하도록 구성된다.
또한, 상기 돌출부의 높이는 상기 스프링을 구성하는 코일 단면 두께의 1/2이하일 수 있다.
또한, 상기 저면부는 상기 제1측벽과 상기 돌출부 사이에 위치하는 제1저면부, 상기 돌출부와 상기 제2측벽 사이에 위치하는 제2저면부 및 상기 돌출부와 상기 제2저변부 사이에 위치하며 45°(도)이하의 경사를 갖도록 기울어진 경사부를 포함한다.
또한, 상기 제1저면부는 상기 제2저면부 보다 더 높은 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 후단수용홈은 서로 직교하는 제1내측벽 및 제2내측벽을 포함하고, 상기 제1내측벽은 언로킹포지션에서 상기 후단절곡부의 내측에 걸리도록 배치될 수 있다.
또한, 로킹포지션에서 상기 제1측벽에 접하고 있는 전단절곡부가 상기 제2측벽과 이루고 있는 접촉각도는 상기 후단절곡부가 상기 제1내측벽과 이루는 접촉각도 보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 슬라이딩홈 상단에는 반경 방향으로 만입된 인입가이드부가 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트는 대상물에 체결된 상태에서 풀림 방향에 대해 반력을 발생시키는 스프링 작용에 의해 풀림이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트는 임계값 이상의 풀림 방향 토크에 의해 볼트 바디와 스프링 간의 체결 상태가 로킹포지션에서 언로킹포지션으로 전환됨으로써, 볼트 자체 또는 체결 대상물의 파손 없이도 볼트를 분리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트는 볼트 자체의 손상 없이도 체결 대상물로부터 분리할 수 있어 재사용이 가능한 장점이 있다.
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트를 도시한 사시도.
도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트에 있어서 볼트 바디와 스프링이 분리된 상태의 일부를 도시한 분해사시도.
도3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼트가 암나사에 체결된 상태에서 도1의 A-A'선에 따라 자른 단면의 상단 일부를 도시한 도면.
도4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트를 도시한 평면도.
도5는 도1의 B-B'선에 따라 자른 평단면을 도시한 도면.
도6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트에 있어서 볼트 바디와 스프링이 분리된 상태를 도2에서와 다른 각도에서 바라본 분해사시도.
도7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트의 상단 일부를 도시한 정면도.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가해질 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명을 해당 실시예로 한정하기 위해 기술되는 것이 아니다. 본 발명은 이하의 실시예 뿐만 아니라 본 명세서 전체로부터 이해되는 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형물, 대체물, 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서 사용될 수 있는 “포함한다”, “구성된다”, “가진다” 등의 표현은 추가적인 구성 요소나 기능을 배제하지는 않은 것으로 이해되어야 한다.
이하에서 사용될 수 있는 “제1…”, “제2…”, “첫째”, “둘째”등의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 구성 요소들 사이의 순서나 중요도 등을 한정하는 의미로 해석되어서는 안 된다.
이하에서 사용될 수 있는 “결합된다”, “연결된다” 등의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 직접적으로 결합되거나 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라 중간에 다른 구성 요소가 존재하거나 개재될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서 용어의 사용에 있어서 단수의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 복수의 표현을 배제하지 않은 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 볼트(1)는 외주면에 나사산을 갖는 볼트 바디(10)와 볼트 바디(10)에 결합되는 스프링(20)을 포함한다.
볼트 바디(10)는 헤드부(11)와 나사산부(12)를 갖는다. 헤드부(11)는 렌치, 스패너 등의 공구로부터 회전력을 전달 받는 부분으로, 본 실시예에 있어서는 육각 머리 형태를 가지고 있으나, 그 외 규격의 형태를 가질 수도 있다. 나사산부(12)는 헤드부(11)로부터 일방향으로 길게 연장되며, 외주면에 수나사산이 형성된다. 경우에 따라서는 헤드부(11)와 나사산부(12) 사이에 수나사산이 형성되지 않은 생크(shank)부가 구성될 수도 있다.
(이하에서는 설명의 편의상 도1에 도시된 좌표계를 기준으로 Z축 방향을 상방으로 설정하여 설명한다. 경우에 따라서는 Z축 방향을 볼트 체결시 진행 방향이라는 의미에서 전방이라고도 한다. 또한, Z축 방향을 나사산부(12)의 길이에 나란한 방향이라는 의미에서 길이 방향이라고 하고, 그에 직교하는 방향을 반경 방향이라고 한다. 또한, 중심축(O)을 회전축으로 하여 회전하는 방향을 회전 방향이라고 한다.)
스프링(20)은 나사산부(12)의 전방 단부에 결합된다. 도2를 함께 참조하면, 나사산부(12)의 전방 단부에는 스프링(20)을 결합하기 위한 홈이 가공되어 있는 스프링 결합부(13)가 구성된다. 스프링 결합부(13)는 나사산부(12)에 비하여 직경이 축소된 원통 형태를 가지며, 그 둘레에 스프링(20)이 결합된다. 스프링 결합부(13)의 상세 구조에 대하여는 후술한다.
도3을 참조하면, 볼트(1)가 암나사(N)에 체결된 상태에서 원통 코일 형상의 스프링(20)은 그 외주면이 암나사(N)에 체결된다. 즉, 스프링(20)의 외주면은 나사산부(12)와 함께 수나사로 작용한다. 이를 위하여, 스프링(20)의 최외각 직경(Da)은 암나사(N)의 내경(Db) 보다 크게 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 수치 관계를 만족함으로써 스프링(20)을 이루는 코일의 바깥 부분(단면상의 원호 부분)(20a)이 암사나(N)의 골부분(Na)에 끼워진다. 스프링(20)이 수나사로 작용하기 위해서 스프링(20)을 이루는 코일이 감기는 회전 방향은 나사산부(12)의 회전 방향과 같은 방향을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 반복 배열되는 코일과 코일 사이의 피치(P1)는 나사산부(12)에 형성되는 수나사의 피치(P2)와 동일한 것이 바람직하다.
스프링(20)은 볼트 바디(10)와의 결합 위치 및 회전 방향에 따라서 반경 방향으로 확장되면서 회전을 방해하는 반력(反力, reaction force)을 제공한다.
도2에 도시된 바와 같이 스프링(20)의 전단부(도면상의 상단부)와 후단부(도면상의 하단부)에는 반경 방향으로 절곡된 전단절곡부(21) 및 후단절곡부(22)가 각각 구성된다. 이하에서 전단절곡부(21)는 전단부(21)로 후단절곡부(22)는 후단부(22)로 약칭될 수도 있다.
전단절곡부(21)가 회전 방향으로 위치 고정되는 고정단 상태이고 후단절곡부(22)는 회전 방향으로 이동 가능한 자유단 상태인 경우, 볼트(1) 잠금 방향인 오른쪽 방향으로(도1의 R1 방향)으로 스프링(20)이 회전하면 스프링(20)은 암나사(N)와의 마찰에 의해 반경 방향으로 축소된다. 즉, 잠금 방향으로는 반력이 일어나지 않는다. 반대로 볼트(1) 풀림 방향인 왼쪽 방향으로(도1의 R2 방향)으로 스프링(20)이 회전하면 스프링(20)은 암나사(N)와의 마찰에 의해 반경 방향으로 확장된다. 즉, 스프링(20) 직경이 확대되면서 암나사(N) 내주면과 마찰이 증가하여 풀림 방향으로의 회전을 방해하는 반력이 작용된다.
반대로, 전단절곡부(21)가 회전 방향으로 이동 가능한 자유단 상태이고, 후단절곡부(22)가 회전 방향으로 위치 고정되는 고정단 상태인 경우는 볼트(1) 잠금 방향인 오른쪽 방향으로(도1의 R1 방향)으로 스프링(20)이 회전할 때 직경이 확대되면서 회전을 방해하는 반력을 일으키고, 볼트(1) 풀림 방향인 왼쪽 방향으로(도1의 R2 방향)으로 스프링(20)이 회전할 때 직경이 축소되면서 반력을 일으키지 않도록 작용한다.
본 발명은 이러한 스프링(20) 작동 원리를 이용하여, 볼트(1)가 모재, 너트 등의 대상물에 체결되어 있는 상태에서는 전단절곡부(21)가 고정단 상태가 되도록 하여 볼트(1)의 풀림을 방지하면서도, 필요에 따라 볼트(1)를 체결 대상물로부터 제거해야 할 경우에는 후단절곡부(22)가 고정단 상태가 되도록 볼트 바디(10)와 스프링(20)간의 결합 위치가 전환되어 풀림 방향으로의 반력이 제거될 수 있는 구조를 제공한다. 이하에서는 풀림 방향으로의 반력이 제공될 수 있도록 전단절곡부(21)가 고정단 상태에 있고, 후단절곡부(22)는 자유단 상태가 되도록 스프링(20)이 볼트 바디(10)에 결합되는 위치를 로킹포지션(locking position)이라 한다. 그리고 풀림 방향으로의 반력이 제거될 수 있도록 전단절곡부(21)가 자유단 상태가 되고, 후단절곡부(22)는 고정단 상태가 되도록 스프링(20)이 볼트 바디(10)에 결합되는 위치를 언로킹포지션(unlocking position)이라고 한다.
다음은 스프링결합부(13)의 구조에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
도2 내지 도6을 참조하면 스프링결합부(13)의 일측 상부에는 소정의 깊이로 절개된 형태를 갖는 전단수용홈(130)이 구성되고, 스프링(20)의 전단절곡부(21)가 전단수용홈(130) 내측으로 놓인다. 전단수용홈(130)의 반대편 하부에는 스프링(20)의 후단절곡부(22)가 삽입되는 후단수용홈(140)이 반경방향으로 만입되어 형성된다.
전단수용홈(130)은 회전 방향으로 소정의 폭을 이루는 제1측벽(131) 및 제2측벽(132), 그리고 제1측벽(131)과 제2측벽(132) 사이에서 바닥면을 이루고 있는 저면부(133)로 이루어진다. 본 실시예에 있어서 제1측벽(131)과 제2측벽(132)은 중심축(O)에 대하여 대략 90°(도) 각도를 이루고 있으나, 필요에 따라 그 크기는 달라질 수 있다.
저면부(133)는 일부가 상방으로 돌출된 돌출부(133a)를 이루고 있으며 돌출부(133a)의 양편으로 제1저면부(133b)와 제2저면부(133c)가 각각 구성된다. 제1저면부(133b)는 제1측벽(131)과 돌출부(133a) 사이에 위치한다. 도7을 함께 참조하면, 돌출부(133a)는 제1저면부(133b)로부터 소정의 높이 돌출되어 단차를 이룬다. 돌출부(133a)가 제1저면부(133b)로부터 돌출되는 높이(H1)는 스프링(20)의 상하방향 두께(T)의 1/2 이하인 것이 바람직하다. 제2저면부(133c)는 제2측벽(132)과 돌출부(133a) 사이에 위치하며, 돌출부(133a)와 제2저면부(133c) 사이에는 소정의 경사(R5)를 이루는 경사부(133d)가 구성된다. 도7에 도시된 바와 같이 제2저면부(133c)는 제1저면부(133b)보다 소정의 높이(H2) 더 높은 위치에 구성된다. 이는 볼트 바디(10)와 스프링(20) 사이의 상대적인 위치 변환에도 불구하고 볼트(1)가 이루는 수나사산의 피치가 유지되도록 하기 위한 것이다.
스프링(20)이 볼트 바디(10) 상에 로킹포지션 위치에 결합되어 있을 때, 스프링(20)의 전단절곡부(21)는 제1측벽(131)과 돌출부(133a) 사이 공간 즉 제1저면부(133b) 상에 위치한다. 이때 볼트 바디(10)가 오른쪽으로 회전하면 제1측벽(131)이 전단절곡부(21)를 밀어주면서 스프링(20) 전체가 오른쪽으로 회전한다. 스프링(20)은 암나사(N)와의 마찰에 의해 반경 방향으로 축소되는 힘을 받으므로 회전을 방해하는 반력이 작용하지는 않는다. 반대로 볼트 바디(10)가 왼쪽으로 회전하면 돌출부(133b)가 전단절곡부(21)를 밀어주면서 스프링(20) 전체가 왼쪽으로 회전한다. 이 때는 스프링(20)이 암나사(N)와의 마찰에 의해 반경 방향으로 확대되는 힘을 받으므로 회전을 방해하는 반력이 작용한다.
소정 회전력 이하의 토크(torque)에 의해 볼트 바디(10)가 왼쪽으로 회전하는 힘을 받을 때는 스프링(20)의 반력에 의해 회전을 방해하는 힘이 작용하여 풀림이 억제된다. 그런데 회전력을 점차 증가 시켜 일정 크기 이상의 토크를 가하게 되면 전단절곡부(21)가 돌출부(133a) 위로 이탈하여 고정 상태가 해제됨으로써 반력도 제거된다. 이와 같이 전단절곡부(21)가 돌출부(133a)로부터 이탈되어 스프링(20)과 볼트 바디(10)의 결합 위치가 전환되는 상태가 도4 및 도7에 점선(M)으로 도시되어 있다. 이하에서는 로킹포지션 상태에서 전단절곡부(21)가 돌출부(133a)로부터 이탈하는데 필요한 토크(torque)의 최소크기를 임계치 또는 임계값 이라 한다. 전단절곡부(21)가 돌출부(133a)로부터 이탈될 수 있기 위해서는 전술한 바와 같이 돌출부(133a)의 높이(H1)가 스프링(21) 코일 단면 두께(T)의 1/2이하인 것이 바람직하다. 만일 그보다 클 경우는 전단절곡부(21)가 제1측벽(131)과 돌출부(133a) 사이에서 이탈되지 않거나, 이탈하는데 필요한 토크의 임계치가 과도하게 커질 수 있다.
도3, 도5 및 도6을 참조하면, 후단수용홈(140)은 스프링결합부(130)의 하단부에서 반경 방향으로 만입되어 형성된다. 도5에 도시된 바와 같이, 후단수용홈(140) 단면은 도면 상의 우측 일부가 직각으로 절삭된 형상을 갖는다. 후단수용홈(140)은 후단절곡부(22)와 마주보며 나란하게 형성되는 제1내측벽(141), 그리고 제1내측벽(141)에 대하여 직교하는 제2내측벽(142)을 포함한다. 후단수용홈(140)의 위쪽으로는 길이방향으로 만입되어 형성되는 슬라이딩홈(150)이 형성된다. 슬라이딩홈(150)은 스프링(20)을 볼트 바디(10)에 결합할 때 후단절곡부(22)의 조립 위치를 안내하는 기능을 제공한다. 즉, 후단절곡부(22)가 슬라이딩홈(150) 상에서 아래로 미끄러지도록 안내되어 조립된다. 도3에 도시된 바와 같이 슬라이딩홈(150)의 상단은 반경 방향으로 경사지게 형성된 인입가이드부(151)가 구성되어 후단절곡부(22)가 이를 따라 내려오면서 반경 방향 바깥으로 점차 변형되도록 작용한다. 또한, 스프링결합부(13) 상단 중앙에는 상하방향으로 보어(160)가 형성되어 있어 스프링(20) 조립시 전단절곡부(21)와의 간섭이 방지될 수 있다.
로킹포지션 위치에서 스프링(20)의 후단절곡부(22)는 도5에 도시된 바와 같이 제1내측벽(141)으로부터 소정의 거리 이격된 위치에 배치되어 자유단 상태에 있게 된다. 한편, 전단절곡부(21)가 돌출부(133a)를 이탈하여 언로킹포지션으로 전환될 때, 볼트 바디(10)가 스프링(20)에 대하여 풀림방향(왼쪽)으로 회전하고, 스프링(20)의 후단절곡부(22)는 후단수용홈(140)의 제1내측벽(141)에 걸림으로써 후단절곡부(22)가 풀림방향으로 고정단 상태가 된다. 이러한 상태가 도5에 점선(N)으로 표시되어 있다.
다음은 이러한 본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트(1)의 작용에 대하여 좀 더 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 볼트(1)는 볼트 바디(10)와 풀림 방지용 스프링(20)의 상대적인 결합 위치와 스프링(20)에 작용하는 회전력의 방향에 따라 스프링(20)이 반경 방향으로 확장되면서 반력을 일으키거나, 또는 스프링(20)이 반경 방향으로 축소되면서 반력을 일으키지 않도록 작용한다.
즉, 전술한 바와 같이 스프링(20)의 전단절곡부(21)가 전단수용홈(130)의 제1측벽(131)과 돌출부(133a) 사이에 위치한 상태, 즉 로킹포지션 상태에서는 풀림 방향의 회전에 대해 반력을 작용하여 풀림이 방지된다. 볼트(1)가 대상물에 체결된 상태에서 볼트 바디(10)와 스프링(20)은 로킹포지션 상태에 있으므로 볼트(1)는 장기간의 사용이나 반복 하중에도 불구하고 풀림이 방지될 수 있다.
한편, 소정의 임계치 이상의 토크가 풀림 방향으로 가해지면, 스프링(10)의 전단절곡부(21)가 돌출부(133a)를 넘어 이탈하고, 스프링(20)의 후단절곡부(22)는 후단수용홈(140)의 제1내측벽(141)에 걸려 밀리는 상태, 즉 언로킹포지션 상태가 되어 풀림 방향으로의 반력이 제거된다. 로킹포지션 상태에서 언로킹포지션 상태로 전환시 전단절곡부(21)가 전단수용홈(130)의 제2측벽(132)에 닿기 전에 후단절곡부(22)가 후단수용홈(140)의 제1내측벽(141)에 먼저 걸리는 상태가 되어야만 후단절곡부(22)가 고정단 상태가 되고 전단절곡부(21)가 자유단 상태로 될 수 있다. 이를 위하여 로킹포지션에서 전단절곡부(21)가 제2측벽에 닿기 위해 회전해야 하는 접촉각도(R3)는 로킹포지션 상태에서 후단절곡부(22)가 제1내측벽(141)에 닿기 까지 회전해야 하는 접촉각도(R4)보다 충분히 큰 것이 바람직하다. 이러한 조건하에서 언로킹포지션에서 로킹포지션으로 다시 전환될 때는 후단절곡부(22)가 제2내측벽(142)에 닿기 전에 전단절곡부(21)가 제1측벽(131)에 먼저 걸리게 될 수 있다. 전술한 경사부(133d)는 전단절곡부(21)가 제2저면부(133c)로부터 다시 제1저면부(133b)로 이동할 때 돌출부(133a)를 타고 넘을 수 있도록 완만한 경사를 이루고 있다. 경사부(133d)가 상하 방향으로 이루는 경사 각도(R5)는 45°(도) 이하인 것이 바람직하다.
언로킹포지션 상태에서 볼트(1)는 풀림 방향으로의 반력이 제거된 상태이므로, 체결된 대상물로부터 용이하게 분리될 수 있다. 분리된 볼트(1)는 볼트 바디(10)와 스프링(20)의 결합 위치가 변환되었을 뿐, 변형되거나 파손된 것이 아니므로 재사용될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트는 대상물에 체결된 상태에서 풀림 방향에 대해 반력을 발생시키는 스프링 작용에 의해 풀림이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트는 임계값 이상의 풀림 방향 토크에 의해 볼트 바디와 스프링 간의 체결 상태가 로킹포지션에서 언로킹포지션으로 전환됨으로써, 볼트 자체 또는 체결 대상물의 파손 없이도 볼트를 분리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풀림 방지용 스프링이 결합된 볼트는 볼트 자체의 손상 없이도 체결 대상물로부터 분리할 수 있어 재사용이 가능한 장점이 있다.
이상의 실시예는 오른 나사에 따른 볼트를 기준으로 설명하였으나, 왼 나사에 따른 볼트에도 동일한 방식으로 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예는 풀림 방지용 스프링이 볼트 바디의 나사산부 상단에 구성되는 경우를 기준으로 설명하였으나, 풀림 방지용 스프링이 나사산부의 중간에 구성되는 경우도 마찬가지 방식으로 적용될 있다. 또한, 본 발명은 위에서 설명한 실시예 뿐만 아니라 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가해질 수 있다.
N : 암나사 1 : 볼트
10 : 볼트 바디 11 : 헤드부
12 : 나사산부 13 : 스프링결합부
130 : 전단수용홈 131 : 제1측벽
132 : 제2측벽 133 : 저면부
140 : 후단수용홈 141 : 제1내측벽
142 : 제2내측벽 150 : 슬라이딩홈
151 : 인입가이드부 160 : 보어
20 : 스프링 21 : 전단절곡부
22 : 후단절곡부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 헤드부 및 나사산부를 갖는 볼트 바디와,
    상기 볼트 바디에 결합되는 원통 코일 형태의 스프링을 포함하고,
    상기 스프링은 상기 볼트 바디의 상기 나사산부와 함께 체결 대상물의 암나사산부에 체결되는 수나사산을 구성하며,
    상기 스프링의 양단부 중 상기 나사산부의 끝단에 가까운 전단부가 상기 볼트 바디의 회전 방향을 따라 위치 고정되는 고정단 상태이고 상기 스프링의 양단부 중 상기 헤드부에 가까운 후단부가 상기 볼트 바디의 회전 방향을 따라 이동가능한 자유단 상태인 로킹포지션 상태로 결합되어 있을 때, 상기 스프링은 풀림 방향으로의 회전을 방해하는 반력을 제공하고,
    임계치 이상의 풀림 방향 토크의 회전력에 의해 상기 스프링의 전단부가 고정단 상태에서 해제되어 자유단 상태로 전환되고, 상기 스프링의 후단부가 고정단 상태인 언로킹포지션 상태로 결합되어 있을 때, 상기 스프링의 풀림 방향으로의 반력이 제거되도록 동작하며,
    상기 스프링은 전방 단부에서 반경 방향으로 절곡되는 전단절곡부와 후방 단부에서 반경 방향으로 절곡되는 후단 절곡부를 포함하고,
    상기 볼트 바디는 상기 나사산부의 단부에 상기 나사산부보다 축소된 직경을 가지며 상기 스프링이 결합되는 스프링 결합부를 포함하고,
    상기 스프링 결합부는 상기 전단절곡부를 수용할 수 있도록 절개된 형상의 전단수용홈, 상기 후단절곡부를 수용할 수 있도록 반경 방향으로 만입된 형상의 후단수용홈, 및 상기 스프링을 상기 스프링 결합부에 조립할 때 상기 후단 절곡부의 조립 위치를 가이드하기 위해 상하 방향으로 만입되어 형성된 슬라이딩홈을 포함하고,
    상기 전단수용홈은 회전 방향으로 소정의 폭을 갖도록 상하 방향으로 형성되는 제1측벽, 상기 제1측벽의 오른쪽에 형성되는 제2측벽 및 상기 제1측벽과 상기 제2측벽 사이에서 바닥부를 형성하는 저면부를 포함하고,
    상기 저면부에는 상방으로 돌출된 돌출부가 형성되고,
    로킹포지션 상태에서 상기 전단절곡부는 상기 제1측벽과 상기 돌출부 사이에 위치하고 있다가 언로킹포지션으로 전환될 때 상기 전단절곡부가 상기 돌출부를 넘어 오른쪽으로 이탈하도록 구성된 볼트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부의 높이는 상기 스프링을 구성하는 코일 단면 두께의 1/2이하인 볼트
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저면부는 상기 제1측벽과 상기 돌출부 사이에 위치하는 제1저면부, 상기 돌출부와 상기 제2측벽 사이에 위치하는 제2저면부 및 상기 돌출부와 상기 제2저면부 사이에 위치하며 45°(도)이하의 경사를 갖도록 기울어진 경사부를 포함하는 볼트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1저면부는 상기 제2저면부 보다 더 높은 위치에 형성된 볼트.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 후단수용홈은 서로 직교하는 제1내측벽 및 제2내측벽을 포함하고,
    상기 제1내측벽은 언로킹포지션에서 상기 후단절곡부의 내측에 걸리도록 배치된 볼트.
  9. 제8항에 있어서,
    로킹포지션에서 상기 제1측벽에 접하고 있는 전단절곡부가 상기 제2측벽과 이루고 있는 접촉각도는 상기 후단절곡부가 상기 제1내측벽과 이루는 접촉각도 보다 큰 값을 갖는 볼트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이딩홈 상단에는 반경 방향으로 만입된 인입가이드부가 구성된 볼트.
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