KR102452111B1 - 중공 스크류 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 플랫 롤 스톡의 대체로 원형의 내부식성 스테인리스 스틸 디스크 컷으로부터 형성되는 중공 스크류 및 이와 관련된 제조 공정이 제공된다. 상기 중공 스크류는 헤드, 벽 두께가 약 0.2~0.7밀리미터이고, 상기 헤드로부터 연장되고, 그 위에 복수의 나사산을 갖는 나사부 및 생크부를 규정하는 장척상의 중공 샤프트, 및 상기 나사산에 의해 조임을 용이하게 하도록 구성되는 회전 구동 메카니즘을 포함한다. 본 발명의 공정은 상기 스탬핑된 중공 스크류를 어닐링하여 연화시키고, 그 후 나사산 압연하고, 이어서 상기 중공 스크류를 경시 경화시키는 단계를 포함한다. 이와 같이, 얻어진 중공 스크류는 동일 재료로 이루어지는 솔리드 코어 스크류의 약 50% 질량으로 비교적 경량이고, 대부분의 항공우주 응용을 충족시키기에 충분한 나사산의 강도를 가져 중요한 항공기 연비에 기여한다.

Description

중공 스크류{HOLLOW SCREW}

본 발명은 일반적으로 특히 항공우주 응용에 있어서의 사용을 위한 경량의 중공 금속 스테인리스 스틸 스크류 설계에 관한 것이며, 그 중공 금속 스크류의 제조 방법에 관한 것이다.

중공 금속 스크류는 하나 이상의 단계에서 대체로 원형의 시트 금속 디스크로부터 스탬핑하여 벽 두께가 0.2~0.7밀리미터인 스크류 생크 및 중공 관 헤드를 형성함으로써 제조된다. 이어서, 스크류 생크를 어닐링하여 그 스크류 생크를 연화시킨 후 나사산 압연하고, 그 후 중공 금속 스크류를 충분히 경화시켜서 동일 크기의 솔리드 스크류보다 경량인 스크류에 있어서의 항공우주 나사산 강도 요건을 충족시킴으로써 항공기 연비에 기여한다.

통상, 스크류는 당업계에 알려져 있으며, 소정의 피치 및 길이의 스크류 나사산 세트를 형성하도록 압연되는 솔리드 코어 생크를 포함하는 경향이 있다. 통상의 측면에서, 경화된 CRES의 나사산이 나사부 손상없이 나사산이 형성된 보어 리셉터클에 반복적으로 재설치될 수 있기 때문에, 스크류 재료로서는 고강도 내부식성 스틸(CRES) 재료가 바람직하다. 그러나, CRES는 비교적 중량의 금속 재료로 구성되어 있으므로, 특히 통상의 항공기가 이러한 스크류를 수천개 포함하는 경우에는 항공기 연비에 기여하지 않는다. 솔리드 코어 알루미늄 또는 티타늄 스크류 등의 더욱 경량의 금속을 사용하려는 시도는 정비사가 나사산 골링(galling)으로 인해 나사산을 손상시키는 일 없이 동일 스크류를 반복적으로 설치 및 제거하는 능력에 있어서 한계를 갖는다.

과거에는, 나사산이 형성된 스크류는 솔리드 코어, 또는 플라스틱 등의 코어 인서트에 의해 후퇴되는 중공 스크류를 포함한다. 불행하게도, 플라스틱 코어 인서트는 적어도 일부 중량의 추가가 없지 않기 때문에, 항공기 연비에 대한 기여도가 여전히 제한적이다.

본 발명은 선택된 내부식성 금속 재료의 대체로 원형의 디스크로부터 스탬핑되어 0.2~0.7밀리미터의 생크 벽 두께를 형성하고, 상기 금속 재료를 어닐링하여 연화시키고, 이어서 나사산 압연 후, 대부분의 항공우주 응용을 견디기에 충분한 나사산의 강도를 갖는 중공 금속 스크류를 제공하도록 경화시키는 개선된 중공의 내부식성 금속 스크류를 포함하고, 동일한 재료로 이루어지는 솔리드 코어 스크류의 대략 50% 중량인 내부식성 금속 나사산을 갖는 중공 스크류를 제공함으로써 항공기 연비에 기여한다. 본 발명은 이들 필요를 충족시키고, 추가적인 이점을 제공한다.

상기 중공 스크류의 일실시형태는 헤드 및 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고 일체로 연장된 장척상의 중공 샤프트를 포함한다. 상기 장척상의 중공 샤프트는 복수의 나사산을 갖는 나사부 및 생크부를 포함한다. 회전 구동 메카니즘은 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 일체로 형성되고, 헤드 또는 장척상의 중공 샤프트와 결합되고, 나사산에 의해 중공 스크류의 조임을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 상기 회전 구동 메카니즘은 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성된 다각형 형상이고, 상기 다각형 형상은 아우터 다각형(예컨대, 육각형)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 회전 구동 메카니즘은 상기 헤드로부터 형성된 이너 리세스(예를 들어, 스플라인 또는 십자형 리세스)를 포함할 수 있다. 이러한 리세스는 편평한 헤드 또는 둥근 헤드로부터 형성될 수 있다.

상기 실시형태의 다른 양상에 있어서, 일체형 와셔가 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고 상기 헤드로부터 외방으로 연장될 수 있다. 캡티브 와셔가 상기 일체형 와셔, 헤드 및 장척상의 중공 샤프트에 대하여 상기 캡티브 와셔의 자유 회전을 허용하는 방식으로 상기 일체형 와셔 주위에 적어도 일부 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 캡티브 와셔의 아우터 림은 상기 일체형 와셔를 내부에 끼우기 위해 상기 일체형 와셔의 외주의 주위와 상방으로 회전되어 상기 일체형 와셔의 주위에 상기 캡티브 와셔를 인접하게 하여 부착시킬 수 있다. 일실시형태에 있어서, 상기 캡티브 와셔는 도전성 재료를 포함하고, 약 0.15~0.30밀리미터의 두께를 갖는다.

상기 실시형태의 다른 양상에 있어서, 상기 중공 스크류는 일정한 두께를 갖는 장척상의 중공 본체를 포함한다. 상기 실시형태에 있어서, 상기 나사산은 비교적 평활한 생크부의 외경보다 비교적 큰 외경을 갖는다. 여기서, 자유 플로팅 와셔는 상기 나사산을 압연하기 전에 추가되는 경우, 생크부를 따라 슬라이딩 가능하고 상기 일체형 와셔와 상기 나사부 사이에 고정될 수 있다. 또한, 상기 장척상의 중공 본체는 비교적 작은 제 2 직경을 갖는 리드로우부보다 비교적 큰 제 1 직경을 갖는 생크부로 형성될 수 있고, 상기 압연 단계 동안에 상기 나사산은 상기 리드로우부에 형성된다.

일실시형태에 있어서, 얻어진 중공 스크류는 A286 스틸과 같은 내부식성 금속 재료를 포함하는 금속 재료의 플랫 스톡으로 이루어질 수 있고, 상기 장척상의 중공 샤프트의 벽 두께는 약 0.2~약 0.7밀리미터이고, 상기 나사산의 강도는 약 1,200MPa~1,400MPa이며, 상기 중공 스크류의 중량은 동일 크기 및 형상의 솔리드 스크류의 대략 1/2중량이다. 또한, 상기 헤드를 대향하는 상기 장척상의 중공 샤프트의 일단부에 노즈가 형성되어도 된다. 또한, 다른 양상에 있어서, 상기 장척상의 중공 샤프트는 상기 헤드를 대향하는 일단부 상에 캡을 포함해도 되고, 상기 캡은 상기 중공 샤프트의 본체를 통해서 유체가 유동하는 것을 방지하도록 구성된다.

다른 실시형태에 있어서, 본원에 기재된 중공 샤프트는 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성된 헤드 및 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고 헤드로부터 일체로 연장되는 장척상의 중공 샤프트를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 장척상의 중공 샤프트는 생크부 및 그 위에 복수의 나사산을 갖는 나사부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 나사산의 강도는 약 1,200MPa~1,400MPa이다. 상기 나사부는 생크부보다 비교적 길 수 있고, 상기 나사산은 상기 생크부의 직경보다 비교적 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 일체형 와셔는 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성될 수도 있고, 상기 헤드로부터 외방으로 반경방향으로 연장되는 확장된 수평면 영역을 가질 수 있다. 캡티브 와셔는 확장된 수평면 영역 아래에 위치될 수 있고, 일체형 와셔를 적어도 일부 그 사이에 끼우는 일체형 와셔의 외주 주위에 대체로 구부러진 아우터 림을 (선택적으로)가질 수 있다. 상기 실시형태의 다른 양상에 있어서, 웨이브 와셔가 상기 캡티브 와셔와 상기 일체형 와셔의 확장된 수평면 영역에 의해 끼워질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 캡티브 와셔는 상기 일체형 와셔에 대해 자유롭게 회전될 수 있다. 이를 위해, 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 일체로 형성되고 헤드 또는 장척상의 중공 샤프트와 결합된 회전 구동 메카니즘은 나사산에 의해, 또한 캡티브 와셔에 대한 중공 스크류의 조임을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.

일실시형태에 있어서, 상기 장척상의 중공 샤프트의 나사부와 생크부의 벽 두께는 약 0.2~약 0.7밀리미터이고, 상기 캡티브 와셔는 약 0.15~0.30밀리미터의 두께를 갖는 도전성 재료로 이루어진다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 회전 구동 메카니즘은 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 헤드로부터 형성된 아우터 다각형 형상 또는 이너 리세스를 포함할 수 있고, 상기 아우터 다각형 형상은 육각형이고, 이너 리세스는 스플라인 리세스가다. 또한, 상기 회전 구동 메카니즘은 장척상의 중공 샤프트의 바닥 및 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 스탬핑된 이너 리세스를 포함할 수 있다. 상기 실시형태에 있어서, 특히, 헤드가 둥근 헤드 또는 편평한 헤드일 때, 상기 단부에 노즈가 형성될 수 있다. 여기서, 장척상의 중공 샤프트는 중공 스크류의 본체를 통한 유동을 방지하기 위해 캡핑된다. 바람직하게는, 상기 금속 재료의 플랫 스톡은 A286 스틸과 같은 내부식성 금속 재료이다.

다른 실시형태에 있어서, 본원에 기재된 중공 스크류는 A286 스틸과 같은 내부식성의 플랫 스톡 금속 재료로 형성된 헤드를 포함할 수 있다.

또한, 벽 두께가 약 0.2~약 0.7밀리미터인 장척상의 중공 샤프트는 내부식성의 플랫 스톡 금속 재료로 형성될 수 있고, 상기 헤드로부터 연장될 수 있다. 바람직하게는, 상기 장척상의 중공 샤프트는 생크부 및 그 위에 복수의 나사산을 갖는 나사부를 포함하고, 상기 나사산의 강도는 약 1,200MPa~1,400MPa이다. 또한, 상기 중공 스크류는 상기 헤드 또는 상기 장척상의 중공 샤프트로 형성된 리세스 또는 다각형 형상 등의 회전 결합 메카니즘을 더 포함할 수 있고, 상기 나사산에 의해 중공 스크류가 조여지도록 구성될 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 회전 결합 메카니즘은 내부식성의 플랫 스톡 금속 재료로 형성되고, 육각형 헤드 또는 스플라인 리세스를 포함할 수 있다.

상기 실시형태의 다른 양상에 있어서, 상기 중공 스크류는 헤드로부터 형성되고 상기 헤드로부터 외방으로 반경방향으로 연장되는 확장된 수평의 대체로 원형인 표면 영역을 갖는 일체형 와셔를 더 포함할 수 있다. 이어서, 캡티브 와셔는 일체형 와셔의 외주 주위에 대체로 아우터 림이 구부러져 있어 상기 일체형 와셔를 적어도 일부 내부에 끼우는 확장된 수평의 표면 영역에 인접하여 위치된다. 상기 캡티브 와셔는 상기 일체형 와셔 및 스크류 본체에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 상기 캡티브 와셔의 두께는 0.15~0.30밀리미터일 수 있고, 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 장척상의 중공 샤프트는 내부에 스플라인 리세스를 갖는 캡핑되고 테이퍼된 노즈를 포함할 수 있고, 상기 헤드를 대향하는 단부에 위치될 수 있다. 상기 양상에 있어서, 상기 헤드는 상술한 육각형 헤드와 같은 다각형 헤드와는 반대인 둥근 헤드, 편평한 헤드 또는 테이퍼된 헤드를 포함하는 것이 바람직하다.

본원에 개시된 바와 같은 중공 스크류의 제조 방법은 A286 스틸과 같은 내부식성 재료의 플랫 롤 스톡으로부터 스탬핑된 비교적 원형의 블랭크와 같은, 통상의 편평한 금속 재료로 그 일단부에 반경방향의 외방으로 연장되는 러프 컷 플랜지를 갖는 얕은 컵을 형성하는 단계를 포함한다. 벽 두께가 약 0.2~약 0.7밀리미터인 장척상의 중공 본체가 상기 얕은 컵으로부터 압출될 수 있다. 그 다음, 클립핑 및 평탄화 단계의 일부로서, 대체로 반경방향의 외방으로 연장되는 러프 컷 플랜지는 소망의 크기 및 형상의 스크류 헤드(예를 들면, 편평한 헤드 또는 둥근 헤드)로 트리밍 및 평탄화될 수 있다. 다음에, 약 950~980℃의 고온에서 약 1시간 동안 중공 스크류를 가열함으로써 중공 스크류를 어닐링하여, 적어도 장척상의 중공 본체를 경도 약 79 로크웰 B로 연화할 수 있다. 그 후, 복수의 나사산이 상기 연화된 장척상의 중공 본체의 외부의 적어도 일부에 압연됨으로써, 장척상의 중공 본체를 실질적으로 평활한 생크부와 나사부로 형성한 후, 하나의 마무리 단계에 있어서 약 690~720℃의 온도에서 약 16시간 동안 석출 경화시킴으로써 중공 스크류를 최종적으로 경화시킬 수 있다. 일실시형태에 있어서, 중공 스크류는 약 42 로크웰 C의 최종 경도를 가질 수 있고, 또한 나사산은 약 1,200~1,400MPa의 강도를 가질 수 있고, 또한 충분한 나사 강도의 솔리드 코어 스크류의 약 1/2 중량이다.

또한, 이 방법은 장척상의 중공 본체를 생크부와, 생크부의 외경보다 비교적 좁은 외경을 갖는 리드로우부로 리드로잉하는 단계를 포함할 수 있다. 더욱이, 스크류 헤드는 외향으로 연장되는 스커트를 갖는 통상의 중앙이 만곡된 돔으로 인버트된 후, 다각형의 외부 형상으로 리콘되고, 또한 스커트는 일체형 와셔로 스탬핑될 수 있다. 부가적으로, 자유 형성된 와셔는 일체형 와셔 상에 캡티브 와셔로 형성될 수 있다. 스플라인 또는 십자형 리세스가 회전 구동 메카니즘으로서 스크류 헤드로 더 스탬핑될 수 있다. 압연 공정 중에, 안정성 핀은 장척상의 중공 본체 내에 삽입될 수 있다. 안정성 핀은 바람직하게는 장척상의 중공 본체의 나사부의 내경의 크기에 가까운 외경을 포함한다. 따라서, 안정성 핀은 압연 공정 중에 이너 붕괴를 방지하도록 내주벽을 지지한다. 이 방법의 다른 양상에 있어서, 둥근 노즈가 장척상의 중공 본체의 일단부로부터 형성될 수 있고, 또한 저부가 있는 홈이 장척상의 중공 본체의 폐쇄 단부로 스탬핑될 수 있다.

본원에 기재된 중공 스크류의 제조 방법에 대한 다른 실시형태에 있어서, 이러한 방법 단계는 대체로 플랫 금속 재료로부터 벽 두께가 약 0.2~0.7밀리미터인 장척상의 중공 본체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 장척상의 중공 본체의 일단부는 소망의 크기 및 형상의 스크류 헤드로 클리핑 및 평탄화된다. 이어서, 상기 중공 스크류는 약 950~980℃의 고온에서 약 1시간 동안 어닐링되어 장척상의 중공 본체 및 스크류 헤드를 연화시킨다. 이어서, 복수의 나사산은 연화된 장척상의 중공 본체의 외부의 적어도 일부에 압연되고, 상기 중공 스크류는 최종적으로 약 42 로크웰 C의 경도로 경화되고, 나사산의 강도는 약 1,200~1,400MPa이다.

이 방법은 A286 스틸과 같은 내부식성 재료의 플랫 롤 스톡으로부터 비교적 원형의 블랭크를 스탬핑하고, 상기 장척상의 중공 본체를 상기 생크부의 외경보다 비교적 좁은 외경을 갖는 리드로우부 및 생크부로 리드로잉하고, 상기 장척상의 중공 본체에 안정성 핀을 삽입하고, 또한 이어서 상기 장척상의 중공 본체의 외부 또는 아우터 표면 상에 나사산을 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 안정성 핀의 외경은 장척상의 중공 본체의 나사부의 내경의 크기에 가까우므로, 상기 안정성 핀은 나사산을 압연할 때에 그 주벽을 지지하여 붕괴을 방지할 수 있다.

이 방법의 다른 양상에 있어서, 스크류 헤드는 외방으로 연장되는 스커트를 갖는 대체로 중앙이 만곡된 돔으로 인버트될 수 있다. 이어서, 대체로 중앙이 만곡된 돔은 아우터 다각형 형상(예를 들면, 육각형)으로 리콘될 수 있다. 이어서, 스커트는 일체형 와셔로 스탬핑될 수 있고, 상기 장척상의 중공 본체 위에 삽입된 자유 형성된 와셔는 일체형 와셔를 내부에 적어도 일부 끼우기 위해 일체형 와셔의 외주 위에 구부러진 아우터 림을 가질 수 있다. 또한, 회전 구동 메카니즘은 상기 스크류 헤드에 십자형 리세스 또는 스플라인 리세스를 스탬핑하거나, 상기 노즈에 바닥이 형성된 리세스를 키잉하는 방식 등에 의해 중공 스크류에 제공될 수 있다. 이 방법의 다른 양상에 있어서, 둥근 노즈가 장척상의 중공 본체의 일단부로부터 형성될 수 있다.

중공 스크류를 제조하기 위한 다른 방법은 대체로 원형의 플랫 금속 재료로 이루어지고, 그 일단부에 반경방향의 외방으로 연장되는 러프 컷 플랜지를 갖는 얕은 컵을 형성하고, 상기 얕은 컵으로부터 장척상의 중공 본체가 압출되고, 상기 대체로 반경방향의 외방으로 연장되는 러프 컷 플랜지를 소망의 크기 및 형상의 스크류 헤드로 클리핑하고 평탄화하고, 상기 스크류 헤드를 외방으로 연장되는 스커트를 갖는 중앙이 만곡된 돔으로 인버트하고, 상기 중앙이 만곡된 돔을 다각형 형상으로 리콘하고, 상기 스커트를 일체형 와셔로 스탬핑하고, 적어도 상기 장척상의 중공 본체를 어닐링하여 연화시키고, 상기 장척상의 중공 본체에 안정성 핀을 삽입하고, 상기 안정성 핀의 외경은 상기 장척상의 중공 본체의 내경의 크기에 가까워서, 내부에 상기 주벽을 지지하고, 상기 삽입 단계 후에 상기 연화된 장척상의 중공 본체의 외부의 적어도 일부에 복수의 나사산을 압연하고, 상기 스크류 헤드에 스플라인 리세스를 스탬핑하고, 또한 상기 중공 스크류를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.

추가적으로, 본 방법은 장척상의 중공 본체를 생크부의 외경보다 비교적 좁은 외경을 갖는 리드로우부 및 생크부로 리드로잉하고, A286 스틸을 포함하는 내부식성 재료의 플랫 롤 스톡으로부터 비교적 원형의 블랭크를 스탬핑하고, 상기 장척상의 중공 본체의 벽두께는 약 0.2~약 0.7밀리미터인 단계를 포함한다. 또한, 상기 중공 스크류는 약 950-980℃의 고온에서 약 1시간 동안 가열되고, 약 690-720℃의 온도에서 약 16시간 동안 석출 경화될 수 있고, 상기 석출 경화 단계 후에 상기 중공 스크류의 경도는 약 42 로크웰 C이고, 상기 나사산의 강도는 약 1,200~1,400MPa이다. 또한, 와셔는 상기 압연 단계 전에 상기 장척상의 중공 본체 위에 삽입될 수 있고, 이것은 상기 와셔가 상기 일체형 와셔와 상기 나사산 사이에서 자유 플로팅하는 것을 허용한다. 또한, 둥근 노즈는 상기 장척상의 중공 본체의 일단부로부터 형성되고, 회전 구동 메카니즘과 같이 바닥이 형성된 리세스와 키잉될 수 있다.

본원에 기재된 실시형태의 다른 양상에 있어서, 중공 너트는 내부에 나사산이 형성된 코어를 갖는 본체 및 반경방향의 외방으로 연장되는 플랜지를 갖는 제 1 단부를 포함할 수 있다. 상기 내부에 나사산이 형성된 코어보다 큰 직경을 갖는 이너 애퍼쳐를 가져 나사산이 형성된 체결구의 삽입을 허용하는 캡티브 와셔는 상기 제 1 단부와 대체로 인접하여 반경방향의 외방으로 연장되는 플랜지 주위에 적어도 일부 형성되고, 그것에 부착될 때에 너트에 대해 자유 회전을 허용한다. 또한, 이 실시형태에 있어서, 웨이브 와셔는 반경방향의 외방으로 연장되는 플랜지를 갖는 제 1 단부와 캡티브 와셔 사이에 끼워질 수 있다. 바람직하게는, 상기 본체는 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성된다.

상기 중공 너트의 다른 실시형태는 반경방향으로 연장되는 플랜지를 갖는 적어도일단부가 구비된 내부에 나사산이 형성된 코어를 갖는 본체, 상기 적어도 일단부에 실질적으로 인접하여 위치되는 웨이브 와셔, 및 상기 반경방향의 외방으로 연장되는 플랜지 주위에 적어도 일부 형성되고 그 사이에 상기 웨이브 와셔를 대체로 끼우는 캡티브 와셔로서, 상기 웨이브 와셔 및 반경방향으로 연장되는 플랜지에 대해 자유롭게 회전 가능한 캡티브 와셔를 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 예로서 본 발명의 원리를 설명하는 첨부된 도면을 참조하여 이하의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

하기 첨부된 도면은 본 발명을 도시한다.
도 1은 본원에 기재된 중공 스크류의 일실시형태의 사시도이다.
도 2는 도 1, 도 16~도 21 및 도 25에 나타낸 것과 같은, 중공 스크류를 제조하기 위한 일련의 공정 단계를 도시하는 플로우 차트이다.
도 3은 대체로 원형의 편평한 블랭크가 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 컷팅되는 초기 컷팅 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4는 상기 원형의 블랭크가 대체로 러프 컷 플랜지 및 압출된 컵 본체를 갖는 얕은 컵의 형상으로 스탬핑되는 분해 사시도이다.
도 5는 벽 두께가 약 0.2~0.7밀리미터인 장척상의 중공 본체를 형성하는 압출 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은 상기 장척상의 본체의 저부 단부에 감소된 직경 또는 리드로우부를 형성하는 리드로우 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 7은 상기 헤드를 트리밍 및 평탄화하는 클리핑 및 평탄화 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 8은 하방으로 돌출되는 마감되지 않은 스커트를 갖는 돔형 헤드를 형성하는 인버전 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 9는 육각형 헤드 및 일체형 와셔를 형성하는 리콘 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 10은 내부 구동 리세스를 형성하는 스탬핑 단계를 도시하는 도 9와 마찬가지의 분해 사시도이다.
도 11은 나사산 압연 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 12는 캡티브 와셔가 상기 중공 스크류 헤드의 일체형 와셔에 스탬핑되는 장착 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 13은 상기 일체형 와셔에 상기 캡티브 와셔를 스탬핑하기 위한 대안적인 장착 단계를 도시하는, 도 12와 마찬가지의 분해 사시도이다.
도 14는 상기 나사산이 형성된 중공 스크류의 일단부를 테이퍼된 노즈로 둥글려 깍아내는 변형 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 15는 상기 노즈에 내부 바닥이 형성된 리세스를 스탬핑하기 위한 단계를 도시하는 분해 사시도이다.
도 16은 상기 도 1의 중공 스크류의 부분 절개 사시도이다.
도 17은 도 16에 비해 더 짧은 장척상의 본체, 평활한 생크부, 및 그 위에 자유 형성된 와셔를 갖는 대안적인 중공 스크류의 부분 절개 사시도이다.
도 18은 편평한 헤드, 둥근 노즈 및 내부에 스탬핑된 내부에 바닥이 형성된 리세스를 갖는 대안적인 중공 스크류의 부분 절개 사시도이다.
도 19는 상기 육각형 헤드 대신에 실질적으로 둥근 헤드를 도시하는 도 16 및 도 17과 마찬가지의 대안적인 중공 스크류의 부분 절개 사시도이다.
도 20은 단독 일체형 와셔를 도시하는, 도 1, 도 16, 및 도 17과 마찬가지이고, 상기 중공 스크류의 다른 대안적인 실시형태의 부분 절개 사시도이다.
도 21은 표면을 갖는 플러시가 장착된 편평한 헤드를 포함하는, 본원에 기재된 실시형태에 따른 중공 스크류의 다른 실시형태의 부분 절개 사시도이다.
도 22는 비교적 좁은 리드로우부에 형성된 나사산을 갖는 중공 스크류의 일실시형태의 단면도이다.
도 23은 일정한 직경의 연장된 본체에 형성된 나사산을 갖는 상기 중공 스크류의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 24는 상기 일체형 와셔와 상기 나사산 사이에 자유 형성되는 와셔의 캡티브 위치를 도시하는, 도 23과 마찬가지의 다른 단면도이다.
도 25는 웨이브 와셔를 더 포함하는, 도 1의 중공 스크류의 사시도이다.
도 26은 상기 일체형 와셔와 상기 캡티브 와셔 사이에 웨이브 와셔가 끼여진 상태를 도시하는, 상기 캡티브 와셔가 추가된 도 25에 있어서의 선 26-26을 따른 단면도이다.
도 27은 너트에 장착된 상기 캡티브 와셔를 도시하는 대안적인 실시형태이다.
도 28은 상기 너트와 상기 캡티브 와셔 사이에 끼여진 상기 웨이브 와셔를 도시하는, 도 27과 마찬가지의 실시형태이다.

통상, 예시 도면에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 중공 스크류의 일실시형태는 일반적으로 도 1에서 참조번호 10으로 참조된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 중공 스크류(10)의 실시형태는 그 위에 복수의 나사산(18)을 갖는 나사부(16) 및 평활한 생크부(14)를 갖는 장척상의 본체(12)(예를 들면, 내부식성 금속 또는 스틸 재료로 이루어짐), 헤드(20), 및 내부에 중공 샤프트(22)로서 식별되는 대체로 중공 내부를 포함하고, 이것은 상기 중공 샤프트(22)를 통한 유체 유동을 방지하기 위해 일단부에 캡핑될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 상기 중공 스크류(10)는 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 스탬핑 단계 동안에 상기 중공 스크류(10)에 선택적으로 추가될 수 있는 캡티브 와셔(26) 및 헤드(20)의 일부로부터 바람직하게 일반적으로 형성되는 일체형 와셔(24)를 더 포함한다. 상기 캡티브 와셔(26)는 상기 일체형 와셔(24)에 대하여 자유롭게 회전하여 상기 중공 스크류(10)의 헤드(20), 및 구체적으로는 상기 일체형 와셔(24)가 외부 장착면으로 디깅되는 것을 방지할 수 있고, 이것은 항공우주 응용분야의 경우에서와 같이 상기 중공 스크류(10)가 삽입되어 사용될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 공지된 툴 및 본원에 기재된 실시형태에 따라서 상기 헤드(20)는 육각 너트의 형상이고, 상기 중공 스크류(10)를 회전식으로 조이기 위해, 단독으로 또는 스플라인 또는 십자형 리세스 또는 인덴테이션 등의 이너 리세스(28)와 조합하여 사용될 수 있다.

이렇게 해서 얻어진 중공 스크류(10)는 설치, 제거, 및 재설치가 용이한 경량 구조를 포함할 수 있고, 이것은 항공기의 전반적인 연비에 상당히 기여한다. 또한, 상기 나사부(16) 및 구체적으로는 상기 나사산(18)은 수용 가능한 방식으로 대부분의 항공우주 강도 요건을 충족시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해, 예를 들면 도 16~도 25에 나타낸 스크류(10) 및 그것의 변형을 제조하기 위한 중공 스크류(10) 및 이와 관련된 방법 단계는 일반적으로 도 2의 플로우차트, 및 보다 구체적으로는 도 3~도 15에 대해서 나타낸다. 상기 중공 스크류(10)는 제거 또는 재설치시에 골링을 견딜 수 있는 실질적인 나사산 강도를 제공하고, 이것은 솔리드 스크류의 중량의 약 1/2이다.

본원에 기재된 바와 같이, 제조 공정에 대하여 도 2는 상기 중공 스크류(10)의 하나 이상의 변형을 형성하기 위한 통상의 공정(200)을 도시하는 플로우 차트이다. 예를 들면, 제 1 단계(202)에 있어서 A286 내부식성 스틸 등과 같은 스테인리스 스틸 피드 스톡(30)의 플랫 스트립은 처음에 펀치 프레스 등(일반적으로 도 3에 나타냄)에 제공되고, 펀치(34)에 의해 복수의 원형의 블랭크(32)로 절단된다. 이어서, 각 원형 블랭크(32)는 도 4에 있어서 일반적으로 나타낸 타입의 하나 이상의 스탬핑 툴(36)을 사용해도 좋은 하나 이상의 형성물을 이용하여 단계(204)의 일부로서 선택된 크기 및 형상의 얕은 컵(38)으로 스탬핑된다. 도 4에 도시된 얕은 컵(38)은 대체로 반경방향의 외방으로 연장되는 러프 컷 상부 플랜지(40) 및 비교적 짧은 압출된 컵 본체(42)를 포함한다. 이어서, 상기 얕은 컵(38)은 상기 압출된 컵 본체(42)의 길이가 압출 툴(44)에 의해 최종 중공 스크류(10)의 장척상의 본체(12)의 대략의 크기 및 형상으로 하나 이상의 형성물로 연장되는 도 5에 있어서의 압출 단계(206)의 일부로서 처리된다. 물론, 상기 압출 단계(206)는 하나 이상의 형성물의 일부로서 다음 단계(208)에 적합한 소망의 워크피스(46)를 얻기 위해, 중공 스크류(10)의 최종 크기 및 형상의 특징에 따라서 크기 및 형상을 변경하는 하나 이상의 압출 툴(44)를 사용할 수 있다.

이 측면에서, 다음 리드로우 단계(208)는 선택적이다. 도 6에 보다 상세하게 나타낸 바와 같이, 단계(208)는 워크피스(46')에 나타낸 바와 같은 일정한 직경의 장척상의 본체(12)로부터 비교적 좁거나 리드로우부(48)를 리드로잉하는 것을 포함한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 단계(208)는 기본적으로 상기 장척상의 본체(12)를 2개의 주요 부분인 상기 평활한 생크부(14) 및 비교적 더 좁고 평활한 리드로우부(48)로 분리한다. 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 어떤 단계(208)를 행할지는 얻어진 나사부(16)가 상기 평활한 생크부(14)에 대해 동일하거나(도 22) 더 큰(도 23 및 도 24) 외경의 나사산(18)을 갖는지에 따라 다르다. 그러나, 바람직하게는 상기 평활한 생크부(14)의 외경이 상기 리드로우부(48)(최종적으로, 얻어진 나사산(18))의 외경보다 상이할 수 있지만, 전체적인 장척상의 본체(12)의 벽 두께는 약 0.2~0.7밀리미터이다.

다음 클리핑 단계(210)는 상술한 바와 같은 양쪽 변형, 즉 일정한 직경의 장척상의 생크(12)(도 7에 도시되지 않음) 또는 리드로우부(48)를 갖는 장척상의 생크(12)를 갖는 워크피스(46')(도 7에 도시됨)와 호환 가능하다. 또한, 일반적으로 후속 단계(212~228)는 양쪽 워크피스(46, 46')와 호환 가능하다. 유일한 차이점은 도 22~도 24에 대하여 이하에 보다 상세하게 나타낸 바와 같이, 나사부(16), 및 구체적으로는 나사산(18)에 대한 생크부(14)의 외경에 관한 것이다. 단계(210)에 있어서, 상기 헤드(20)는 클리핑 및 평탄화된 것으로 도시된다. 도 7에서 보여지는 바와 같이, 상기 러프 컷 플랜지(40)는 전체 소망의 크기 및 형상으로 트리밍되고, 단일 스탬핑 툴(50)에 의해, 또는 하나의 툴을 이용하여 하나의 단계에서 상기 워크피스(46, 46')를 클리핑 및 다른 툴을 이용하여 다른 단계에서 상기 워크피스(46, 46')를 스탬핑함으로써 평탄화될 수 있다. 물론, 상기 클리핑 및 스탬핑 단계는 다중 형성물을 포함할 수 있다. 이를 위해, 어느 것이나 러프 컷 플랜지(40)는 헤드(20)로부터 절단되고, 헤드(20)는 대체로 편평한 헤드(54)로 스탬핑된다. 도 7은 헤드(20)로부터 절단되어 폐기되는 거친 아우터 가장자리부(52)를 도시한다. 상기 편평한 헤드(54)는 도 18의 최종 중공 스크류(10'')에 나타낸 상기 편평한 헤드(54)와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 아래쪽의 툴 블랭크(56)는 상기 생크부(14) 및 비교적 좁은 리드로우부(48)를 갖는 상기 장척상의 본체(12)와 상기 워크피스(46')의 삽입을 수용하기 위한 형상 및 구조를 갖는 것을 나타내지만, 상기 툴 블랭크(56)는 일정한 직경의 장척상의 본체(12)를 갖는 워크피스, 또는 각종 크기, 형상, 및/ 또는 직경을 갖는 임의의 다른 이러한 실시형태의 크기 및 형상과 일치하도록 일정한 직경을 포함하는 하나에 대해 변경될 수 있다.

도 2의 플로우차트에 나타낸 바와 같은 다음 단계(212)는 평탄화된 헤드(54)를 인버트하여 도 8에 일반적으로 나타낸 바와 같은 대체로 인버트된 중앙이 만곡된 돔(58)을 형성하는 것이다. 상기 만곡된 돔(58)의 상기 전체 크기 및 형상은 만곡된 돔(58)의 소망의 형상 및 크기에 따라서, 상기 인버전 단계(212)의 일부로서 하나 이상의 형성물로 달성될 수 있다. 추가적으로, 도 8은 상기 만곡된 돔(58)의 바닥에 형성되는 대체로 외방으로 연장되는 스커트(60)를 도시한다. 상기 스커트(60)는 여기에 기재된 후속 단계 또는 다중 형성물에서 상술한 바와 같이 후술의 일체형 와셔(24)에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 이 단계(212)는 상기 워크피스(46, 46')와 함께 사용될 수 있다.

다음 단계(214)는 상호적인 크기 및 형상의 스탬핑 툴(64)에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이 상기 만곡된 돔(58)을 아우터 다각형 형상(62)으로 선택적으로 리콘하는 것이다. 마찬가지로, 단계(214)는 상기 최종 제조물의 상기 크기, 형상 및 바람직한 용도에 따라서 하나 이상의 형성물로 달성될 수 있다. 도 9에 나타낸 실시형태에 있어서, 상기 만곡된 돔(58)은 육각 렌치 등을 사용하기 위해 선택된 크기 및 형상(예를 들면, 육각형)의 표준 다각형 형상(62)으로 스탬핑된다. 그러나, 상기 만곡된 돔(58)은 당업계에 공지되어 있고, 표준 키 등에 의해 회전하기에 적합한 다른 키잉된 형상 또는 다각형으로 스탬핑될 수 있다. 물론, 다각형 형상(62)은 중공 스크류(10)의 키잉된 회전을 제공하기 위해 당업계에 공지된 임의의 형상 또는 크기일 수 있다. 또한, 단계(214)의 일부 및 하나 이상의 형성물의 일부로서, 상기 아우터 스커트(60)는 도 1, 도 16, 도 17 및 도 20에 대하여 여기에 나타낸 바와 같이, 일체형 와셔(24)의 크기 및 형상으로 일반적으로 형성될 수 있다.

단계(214)에 추가 또는 대신하여, 이너 리세스(28)는 단계(216)의 일부로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 10은 이너에 형성되는 리세스(28)의 형상으로 내부 표면을 형성하는 스플라인 스탬프(66)에 의해 스탬핑되는 헤드(20)를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 이너 리세스(28)는 표준 스플라인 키 등에 의해 회전하기에 적합한 스플라인 리세스의 크기 및 형상이다. 물론, 이너 리세스(28)는 중공 스크류(10)의 키잉된 회전을 제공하기 위해 당업계에 공지된 임의의 형상 또는 크기일 수 있다. 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 중공 스크류는 아우터 다각형 형상(62)(예를 들면, 도 25) 단독, 상기 이너 리세스(28)(예를 들면, 도 19 및 도 21) 단독, 상기 아우터 다각형 형상(62) 및 이너 리세스(28)(예를 들면, 도 1, 도 16, 도 17, 및 도 20)의 조합, 또는 상기 (예를 들면, 도 18)의 없음을 포함할 수 있다.

일실시형태에 있어서, 다음 단계(218)는 이렇게 해서 형성된 중공 스크류 워크피스를 어닐링하여 나사산 압연을 위해 내부식성 스틸 재료를 연화시킬 수 있다. 일실시형태에 있어서, 어닐링 단계(218)는 약 950~980℃의 고온에서 약 1시간 동안 열 처리로 행해질 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 생크부(14) 단독, 다른 실시형태에 있어서 상기 생크부(14) 및 리드로우부(48)를 포함하는 장척상의 본체(12)는 상기 어닐링 단계(218)의 종료시에 경도가 약 79 로크웰 B일 수 있다.

이 시점에서, 나사산(18)은 도 11에 나타낸 바와 같이 단계(220)의 일부로서 형성되는 롤일 수 있다. 일실시형태에 있어서, 도 11에 나타낸 바와 같이 상기 나사산(18)은 적어도 한 쌍의 나사산 압연 다이(68)에 의해 상기 장척상의 본체(12)의 리드로우부(48)에 형성되는 롤이다. 그러나, 단계(220)는 필요에 따라서 3개 이상과 같은 임의의 수의 압연 다이(68)에 의해 행해질 수 있다. 추가적으로, 단계(220)는 고정 및 상기 리드로우부(48)의 주벽이 상기 중공 샤프트(22)의 내부에 붕괴되는 것을 방지하기 위해 압연 단계(220) 동안에 상기 중공 샤프트(22)에 안정성 핀(70)의 배치를 포함한다. 이 측면에서, 상기 안정성 핀(70)은 중공 샤프트(22)의 내경의 크기에 가까운 외경을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 형성된 나사산(18)은 상기 생크부(14)와 동일한 벽 두께, 즉 약 0.2~약 0.7밀리미터인 것이 바람직하다.

단계(220)에 있어서의 나사산(18)의 압연 후에, 전체 중공 스크류(10'''')는 단계(222) 동안에 약 690-720℃의 고온에서 약 16시간 동안 열 처리에 의해 석출 경화되어, 경도가 약 42 로크웰 C인 중공 스크류(10'''')를 제공한다. 상기 나사산(18)의 강도는 항공우주 응용에 가장 적합한 약 1,200메가파스칼("MPa")~약 1,400MPa이고, 1,300MPa이 바람직하다. 이와 같이, 도 11은 사용 준비가 완료된 완성된 스테인리스 스틸 중공 스크류(10'''')(도 20)의 일실시형태를 도시한다.

그러나, 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 중공 스크류(10'''')에는 도 2에 있어서의 단계(224)에 대하여 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 캡티브 와셔(26)(도 1)와 같은 임의의 와셔가 장착될 수 있다. 여기서, 나사산(18)의 외경보다 약간 큰 직경을 갖는 애퍼쳐(74)를 갖는 자유 형성된 와셔(72)는 중공 스크류(10'''') 상에서 장척상의 본체(12)의 길이를 따라 도 12에 있어서 점선으로 나타낸 위치로 슬라이딩될 수 있다. 이어서, 이 구성은 도 17에 도시된 중공 스크류(10')의 범위 내인 것이 적합하고, 여기에 기재된 바와 같이 사용될 수 있다. 그러나, 이 실시형태의 잠재적 단점은 자유 형성된 와셔(72)가 장척상의 본체(12)의 길이를 줄일 수 있다고 하는 것이다.

대체적으로, 상기 중공 스크류(10') 및 자유 형성된 와셔(72)는 다른 툴(76)에 의한 압입 끼워맞춤을 위해 함께 로딩될 수 있고, 자유 형성된 와셔(72)의 아우터 림(78)은 상방으로 회전하여 일체형 와셔(24)와 비교적 밀접하게 맞물린다. 이 실시형태는 도 12에 있어서의 중공 스크류(10)에 대해 나타낸다. 여기서, 일체로 형성된 헤드(20) 및 장척상의 본체(12)는 현재 장착된 캡 티브 와셔(26)에 대해 회전할 수 있다. 상기 헤드(20)의 일체형 와셔(24) 위에의 자유 형성된 와셔(72)의 아우터 림(78)의 장착은 종래의 어셈블리 프레스(도 12에 일반적으로 나타냄) 등에서 발생할 수 있다. 임의의 캡티브 와셔(26)는, 예를 들면 약 0.15~0.3밀리미터, 바람직하게는 0.2밀리미터로 비교적 얇을 수 있고, 스테인리스 스틸 등의 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 캡티브 와셔(26)는 중공 스크류(10)를 인장시키기 위해 가해지는 회동(토크)력이 관련된 부착물 등을 회전시키는 것을 방지하는 것이 바람직한 상태에서 사용된다.

도 13은 도 11 및 도 12에 나타낸 것 및 단계(220 및 224)에 관한 대안적인 실시형태이다. 도 13은 상술한 바와 같이 상기 리드로우 단계(208)의 제외의 결과로서 형성되는 중공 스크류 워크피스(80)를 도시한다. 이 측면에 있어서, 워크피스(80)는 일정한 직경의 장척상의 본체(12)만을 포함하고, 반대로 워크피스(80)는 비교적 좁은 리드로우부(48)를 포함하지 않는다. 여기서, 자유 형성된 와셔(72)는 애퍼쳐(74)가 장척상의 본체(12)의 외경보다 약간 큰 직경을 갖기 때문에 장척상의 본체(12)에 슬라이딩할 수 있다. 이어서, 워크피스(80')는 상술한 바와 같이 동일한 또는 실질적으로 동일한 어닐링 단계(218) 및 압연 단계(220)를 거칠 수 있다. 그러나, 이 실시형태에 있어서, 장척상의 본체(12)가 일정한 직경으로 되었기 때문에, 얻어진 나사부(16)는 생크부(14)의 외경보다 큰 외경을 갖고, 바람직하게는 자유 형성된 와셔(72)의 애퍼쳐(74)의 직경보다 넓은 일련의 나사산(18)을 포함한다. 이와 같이, 상기 더욱 큰 직경의 나사산(18)은, 예를 들면 도 17, 및 도 24의 단면도에 보다 상세하게 나타낸 바와 같은 일체형 와셔(24)를 갖는 자유 형성된 와셔(72)를 캡쳐할 수 있다. 여기서, 나사부(16)의 외경은 나사산의 압연 단계(220) 동안에 확장되었기 때문에, 자유 형성된 와셔(72)는 생크부(14)를 따라 자유 플로팅할 수 있지만, 상기 일체형 와셔(24)와 상기 나사산(18) 사이에 캡티브를 유지한다. 이 특징은 자유 형성된 와셔(72)가 단계(224)의 일부로서 상기 와셔(72)가 일체형 와셔(24)에 장착되지 않는 경우에 있어서, 중공 스크류(10')의 장척상의 본체(12)를 슬라이딩하는 것을 방지할 수 있다.

대안적으로, 단계(224)은 워크피스(80') 상에서 행해지고, 이것에 의해 자유 형성된 와셔(72)의 아우터 림(78)은 단계(224)에 따라서, 그리고 단계(218-222) 전에 실질적으로 일체형 와셔(24) 위에 롤업된다. 이어서, 워크피스(80'')는 상술한 바와 같이 동일한 또는 실질적으로 동일한 어닐링 단계(218) 및 압연 단계(220)을 거친다. 그러나, 상술한 바와 같이 상기 장척상의 본체(12)가 일정한 직경으로 되기 때문에, 얻어진 나사부(16)는 생크부(14)의 외경보다 큰 외경을 갖고, 바람직하게는 자유 형성된 와셔(72)의 애퍼쳐(74)의 직경보다 더 넓은 일련의 나사산(18)을 포함한다. 이와 같이, 상기 더 큰 직경의 나사산(18)은 현재의 캡티브 와셔(26)가 캡티브 와셔(26)가 일체형 와셔(24)로부터 제거되는 경우에 장척상의 본체(12)로부터 슬라이딩되는 것을 방지할 수 있다.

본원에 개시된 각종 중공 스크류를 제조하기 위한 제조 공정의 다른 양상에 있어서, 도 2는 상기 나사부(16)를 변형시켜 노즈(82)를 그 위에 형성하는 추가적 및 선택적 단계(226)를 도시한다. 상기 단계(226)는 나사부(16)의 바닥(84)이 도 18에 있어서의 중공 스크류(10''), 및 중공 스크류(10'''''')에 대해 나타낸 형태로 바닥(84)의 직경을 일반적으로 감소시기 위해 테이퍼된 변형 애퍼쳐(88)를 내부에 갖는 형성 툴(86)에 삽입되어 있는, 도 14에 보다 구체적으로 나타낸다. 일실시형태에 있어서, 스플라인 키잉된 고정 툴(90)은 나사부(16)의 바닥(84)에, 도 14 및 18에 나타낸 일반적으로 테이퍼된 특징을 갖는 노즈(82)를 상기 변형 애퍼쳐(88)가 일반적으로 형성함으로써 그것의 회전을 방지하도록 중공 샤프트(22)에 삽입될 수 있다. 물론, 이 단계(226)는 도 16, 17 및 도 19~도 21에 있어서 각각 나타낸 중공 스크류(10, 10', 10''', 10'''', 10''''') 등의 기타 실시형태 상에 노즈(82)를 형성하기 위해 사용될 수 있다.

본원에 기재된 하나 이상의 중공 스크류를 제조하기 위한 제조 공정의 다른 양상에 있어서, 도 2는 예를 들면 노즈(82)에 바닥이 형성된 리세스(92)을 스탬핑하는 추가적인 임의의 단계를 도시한다. 이 스탬핑 공정(228)은 일반적으로 도 15에 대해 나타낸다. 따라서, 상기 바닥이 형성된 리세스(92)는 아우터 다각형 형상(62) 또는 헤드(20)에 형성된 이너 리세스(28) 중 어느 것 대신에 또는 조합하여 사용될 수 있다. 이 측면에서, 중공 스크류의 각종 조합은 상기 아우터 다각형 형상(62), 상기 이너 리세스(28) 및/또는 상기 바닥이 형성된 리세스(92)의 하나 이상, 또는 임의의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 임의의 이러한 중공 스크류는 상기 아우터 다각형 형상(62), 상기 이너 리세스(28) 또는 상기 바닥이 형성된 리세스(92) 중 적어도 하나를 포함하여 설치시의 회전식 조임 및 제거시의 분리를 허용하는 것이 바람직하다.

도 16~도 21은 본원에 기재된 바와 같은 중공 스크류의 각종 예시적 실시형태를 도시한다. 예를 들면, 도 16은 편평한 바닥(84)을 구비한 나사부(16)와 대략 동일한 길이의 생크부(14)를 갖는 장척상의 본체(12)를 포함하는 중공 스크류(10)의 일실시형태를 도시한다. 이 중공 스크류(10)는 내부에 형성된 스플라인 리세스(예를 들면, Torx 등을 사용기 위한)의 형태로 이너 리세스(28)를 구비한 헤드(20)로부터 형성되는 아우터 다각형 형상(62)을 더 포함한다.

따라서, 이 중공 스크류(10)는 다각형 형상(62) 및 이너 리세스(28)와의 동시 결합을 위한 육각 렌치, 스플라인 렌치, 또는 콤비네이션 툴 중 하나를 이용하여 스크류를 조일 수 있다. 또한, 헤드(20)는 그 위에 형성되는 캡티브 와셔(26)를 갖는 일체형 와셔(24)를 포함한다.

도 17은 장척상의 본체(12)가 도 16에 나타낸 중공 스크류(10)보다 비교적 짧은 중공 스크류(10')의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 상기 나사부(16)는 상기 평활한 생크부(14)와 비교해서 비교적 길다. 자유 형성된 와셔(72)는 상술한 바와 같이 나사산(18)에 의해 나사부(16)와 일체형 와셔(24) 사이에 고정되고, 예를 들면 도 24의 단면도에 보다 구체적으로 나타낸다. 또한, 도 16과 마찬가지로, 이 실시형태는 헤드(20)에 형성된 스플라인 리세스의 형태로 아우터 다각형 형상(62) 및 이너 리세스(28)를 포함하고, 상기 바닥(84) 은 형성되어 있지 않거나 평활하다. 따라서, 이 중공 스크류(10')는 다각형 형상(62) 및 이너 리세스(28)와의 동시 결합을 위한 육각 렌치, 스플라인 렌치, 또는 콤비네이션 툴 중 하나에 의해 조여지는 스크류일 수 있다.

도 18은 도 17에 대하여 상술한 실시형태와 마찬가지로, 나사부(16)가 생크부(14)보다 비교적 긴 중공 스크류(10'')의 다른 대안적인 실시형태를 도시한다. 그러나, 이 실시형태에 있어서, 상기 헤드(20)는 대체로 평활하고 편평한 헤드(54)이고, 반대로 아우터 다각형 형상(62) 또는 이너 리세스(28)를 포함하지 않는다. 대신에, 상기 중공 스크류(10'')는 일반적으로 노즈(82)에 형성되는 바닥이 형성된 리세스(92)를 포함한다. 이 실시형태에 있어서, 상기 중공 스크류(10'')는 바닥이 형성된 리세스(92)와의 결합에 의해 스플라인 렌치를 이용하여 조여지는 스크류일 수 있다. 그러나, 물론 상기 바닥이 형성된 리세스(92)는 노즈(82)가 단계(226)에 따라 내부에 형성되어 있는지의 여부에 상관없이 바닥(84)에 형성될 수 있다. 마찬가지로 그리고 대안적으로, 상기 노즈(82)는 상기 바닥이 형성된 리세스(92)를 구비하지 않고 상기 바닥(84)에 형성될 수 있다. 이 실시형태는 플러시가 편평한 헤드(54)를 상기 주변 장착 표면(도시하지 않음)에 장착하는 것에 대해 특히 도움이 된다. 캡(또한, 도시하지 않음)은 상기 주변 환경으로부터 내부를 차단할 수 있도록 중공 샤프트(22)에 삽입될 수 있고, 이것은 중공 스크류(10'')가 항공기의 아우터(예를 들면, 동체, 날개 등)와 같은 기류의 영향을 받는 응용에 있어서 특히 바람직할 수 있다.

도 19는 장척상의 본체(12)의 생크부(14) 및 나사부(16)가 도 16에 대해서 상술한 바와 동일한 크기 및 구조인, 중공 스크류(10''')의 다른 대안적인 실시형태이다. 이 실시형태에 있어서, 헤드(20)는 상술의 아우터 다각형 형상(62)과 대조적으로 둥근 표면(94)을 포함한다는 관점에서 상이하다. 이 둥근 표면(94)은 그 위에 상기 아우터 다각형 형상(62)을 스탬핑하는 것과 대조적으로 상호적인 크기 및 형상의 적합한 스탬핑 툴(64)을 이용하여 단계(214)의 일부로서 그 위에 형성될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 중공 스크류(10''')는 Phillips 헤드 스크류 구동기를 수용하도록 구성되는 형태로 이너 리세스(28)를 포함한다.

도 20은 캡티브 와셔(26)를 제외하고, 도 16과 마찬가지의 중공 스크류(10'''')의 다른 대안적인 실시형태를 도시한다.

도 21은 상기 평활한 생크부(14) 및 비교적 더 긴 나사부(16)를 갖는 장척상의 본체(12)에 의해 형성되는 중공 샤프트(22)를 포함하는 중공 스크류(10''''')의 또 다른 변형을 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 중공 스크류(10''''')는 나타낸 아우터 장착 표면(96)을 갖는 플러시를 장착하도록 설계된 테이퍼된 헤드(20')를 포함한다. 또한, 상기 헤드(20')는 내부에 스크류를 조여 장착하기 위해 Phillips 스크류 구동기 등을 이용하기 위해 구성되는 이너 리세스(28)를 나타낸다.

물론, 상술한 특징은 각각, 예를 들면 장척상의 본체(12)의 길이, 나사산(18)을 포함하는 나사부(16) 및 생크부(14)의 직경 및 길이, 상기 헤드(20)의 크기 및 형상(예를 들면, 다각형(62), 편평한 형상(54), 둥근 형상(94), 플러시(20') 등), 일체형 와셔(24)의 포함(예를 들면, 도 16, 도 17 및 도 20) 또는 제외(예를 들면, 도 18, 도 19 및 도 21), 캡티브 와셔(26)의 포함(예를 들면, 도 16) 또는 제외(예를 들면, 도 17~도 21), 이너 리세스(28)의 포함(예를 들면, 도 16, 17, 19 및 20) 또는 제외(예를 들면, 도 18 및 도 21), 자유 형성된 와셔(72)의 위치 및 배치, 노드(82)(예를 들면, 도 18)의 형성 또는 편평한 바닥(84)(예를 들면, 도 16, 도 17 및 도 19~도 21)의 이용, 및/또는 바닥이 형성된 리세스(92)(예를 들면, 도 18)은 각종 다른 실시형태와 서로 혼합 및 일치될 수 있다. 본 출원은 이들 조합의 각종 예를 개시하지만, 본원의 범위 및 내용은 여기에 기재된 이들 특정 실시형태에만 한정되는 것은 아니다.

도 22~도 24는 나사부(16)에 대한 샤프트부(14)의 상이한 직경의 크기 및 자유 형성된 와셔(72)의 애퍼쳐(74)의 직경의 크기에 관한 상술의 실시형태를 보다 구체적으로 도시한다. 도 22에 있어서 도시되는 실시형태는 리드로우 단계(208)의 결과로서 형성되었다. 이 측면에서, 장척상의 본체(12)는 2개의 부분, 즉 제 2의 비교적 좁은 부분(48)(도 6)보다 비교적 큰 제 1 아우터 직경을 갖는 제 1 생크부(14)에 더 형성되었다. 상기 형성의 결과로서, 생크부(14)의 내부 지름 "A"는 이어서 형성되는 리드로우부(48)의 내부 지름 "B"보다 비교적 넓다. 상기 나사산(18)이 압연 단계(220)의 일부로서 추가될 때, 리드로우부(48)의 아우터 재료는 거리 "A"와 거리 "B" 사이의 차의 대략 1/2을 외방으로 변형시킨다. 즉, 압연 단계(220)의 종료 후 거리 "D"로 측정되는 바와 같이, 거리 "C"로 측정된 생크부(14)의 아우터 직경은 나사산(18)의 피크-투-피크 거리의 외경과 대략 동일한 거리이다. 따라서, 상기 생크부(14) 및 나사부(16)는 실질적으로 동일한 외경을 갖는다.

도 22 및 23은 상기 장척상의 본체(12)에 형성 공정 동안에 리드로우 단계(208)를 실시하지 않았다는 점에서 다소 상이하다. 결과적으로, 상기 장척상의 본체(12), 및 구체적으로는 중공 샤프트(22)는 거리 "E"로 식별된 바와 같이 일정한 내부 지름을 갖는다. 상기 결과는 나사산 압연 단계(220)가 다시 나사부(16)를 따라 재료가 외방으로 변형되어 내부에 나사산(18)을 생성하게 하는 것이다. 이것은 나사산(18)이 생크부(14)의 외경보다 큰 거리를 대체로 외방으로 연장되는 결과를 야기한다. 이것은 도 24 및 도 25에 가장 잘 나타낸다. 추가적으로, 이 연장된 직경의 거리는 도 24에 있어서의 거리 "F"로 측정되는 바와 같이 애퍼쳐(74)의 직경의 거리가 도 24에 있어서의 거리 "G"로 나타내어지는 바와 같이, 나사산(18)의 외경보다 비교적 짧기 때문에 자유 형성된 와셔(72)를 고정 및 유지하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 이 실시형태에 있어서 상술한 바와 같이 압연 단계(220)을 행하기 전에 자유 형성된 와셔(72)를 장척상의 본체(12)에 장착할 필요가 있다. 그러나, 물론 상기 애퍼쳐(74)의 직경이 나사산(18)의 외경 "G"보다 큰 한, 압연 단계(220) 후에 다른 크기의 자유 형성된 와셔가 부착될 수 있다.

도 25는 중공 스크류(10)가 웨이브 와셔(98)를 포함하는 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 상기 웨이브 와셔(98)는 일체형 와셔(24)와 캡티브 와셔(26) 사이에 크림프되거나 끼워질 수 있다. 도 26의 단면도는 일체형 와셔(24)를 내부에 갖는 웨이브 와셔(98)를 끼우기 위해 추가되는 캡티브 와셔(26)를 구비한 도 25에 있어서의 선 26-26을 따른 단면을 도시한다. 상기 장착 공정은 그 사이에 끼워지는 웨이브 와셔(98)를 제외하고, 상술한 단계(224)와 동일하거나 마찬가지일 수 있다.

마찬가지로, 본원에 기재된 실시형태는 금속 재료의 플랫 스톡 등으로부터 도 27 및 도 28에 나타낸 바와 같은 중공 너트(100)를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 도 27은 본원에 기재된 바와 같이 중공 너트(100)가 하나 이상의 형성물의 일부로서 형성되는 비교 본체(12')를 포함하는 일실시형태를 도시한다. 본체(12')는 너트로서 사용하기 위해 상술의 장척상의 본체(12)보다 비교적 보다 짧지만, 동일한 기본 형성 공정이 적용된다. 또한, 상기 본체(12')는 당업계에 공지된 공정을 이용하여 본체(12')를 스레딩함으로써 암나사산 또는 내부 나사산(102)의 세트를 포함할 수 있다. 또한, 상기와 마찬가지로 상기 중공 너트(100)는 상술한 실시형태에 따라서 캡티브 와셔(26')의 선택 장착을 위해, 예를 들면 비교 단계(210 및 212)에 따라 제조되는 대체로 외방으로 연장되는 반경방향의 플랜지(104)(상기 일체형 와셔(24)와 비교)를 포함한다. 도 28은 마찬가지 또는 비교 단계(224)에 따라서 외방으로 연장되는 반경방향의 플랜지(104)와 캡티브 와셔(26')사이에 크림프되거나 끼워지는 웨이브 와셔(98)를 포함하지만 마찬가지의 실시형태이다. 또한, 상기 너트(100)는 너트(100)를 연화시켜 내부 나사산(102)을 형성하는 비교 어닐링 단계(218) 및 견고성 및 수명을 보장하는 비교 경화 단계(222)를 거칠 수도 있다.

중공 스크류 및 이를 제조하는 방법에 대한 다양한 더한 변형 및 개선이 당업자에게 명백해질 것이다. 예를 들면, 이너 및 아우터 다각형 형상 중 어느 하나가 생략될 수 있거나, 또는 양쪽이 단일 스탬핑 단계에서 행해질 수 있다. 대안적으로, Phillips 또는 Torx 리세스 등의 상술의 이너 리세스 대신에 다른 형태의 표준 구동 리세스 또는 다각형 리세스가 내부에 형성될 수 있다. 또한, 어닐링 및 경화 단계는 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술의 설명 및 첨부된 도면에 의해 제한되는 것을 의도하지 않는다.

Claims (66)

1. 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되는 헤드,
   상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고, 상기 헤드로부터 일체로 연장되는 장척상의 중공 샤프트로서, 복수의 나사산을 갖는 나사부 및 생크부를 포함하는 장척상의 중공 샤프트;
   상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고, 상기 헤드로부터 외방으로 연장되는 일체형 와셔;
   상기 일체형 와셔, 상기 헤드 및 상기 장척상의 중공 샤프트에 대하여 캡티브 와셔의 자유 회전을 허용하는 방식으로 상기 일체형 와셔 주위에 적어도 일부 형성되는 캡티브 와셔; 및
   상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 일체로 형성되고, 상기 헤드 또는 상기 장척상의 중공 샤프트와 결합되며, 상기 나사산에 의해 중공 스크류의 조임을 용이하게 하도록 구성되는 회전 구동 메카니즘을 포함하는 중공 스크류.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 장척상의 중공 샤프트의 벽 두께는 0.2~0.7밀리미터인 중공 스크류.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡티브 와셔의 아우터 림은 상기 일체형 와셔의 외주 주위 및 상방으로 회전되어 상기 캡티브 와셔와 상기 일체형 와셔를 인접하게 하여 결합하는 중공 스크류.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡티브 와셔의 두께는 0.15~0.30밀리미터인 중공 스크류.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡티브 와셔는 도전성 재료를 포함하는 중공 스크류.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 일체형 와셔와 상기 복수의 나사산 사이의 캡티브 와셔 및 생크부를 따라 슬라이딩 가능한 자유 플로팅 와셔를 포함하고, 상기 나사부의 외경은 상기 생크부의 외경보다 큰 중공 스크류.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전 구동 메카니즘은 상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되는 다각형 형상을 포함하는 중공 스크류.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회전 구동 메카니즘은 상기 헤드로부터 형성되는 이너 리세스 및 상기 다각형 형상을 포함하는 중공 스크류.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다각형 형상은 육각형을 포함하고, 상기 이너 리세스는 스플라인 리세스를 포함하는 중공 스크류.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 재료의 플랫 스톡은 A286 스틸을 포함하는 내부식성 금속 재료를 포함하는 중공 스크류.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 나사산의 강도는 1,200MPa~1,400MPa인 중공 스크류.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드를 대향하는 상기 장척상의 중공 샤프트의 단부에 형성되는 노즈를 포함하는 중공 스크류.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드는 둥근 헤드 또는 편평한 헤드를 포함하는 중공 스크류.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 장척상의 중공 샤프트는 상기 중공 스크류의 내부를 통해 유체가 유동하는 것을 방지하는 캡을 포함하는 중공 스크류.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공 스크류의 중량은 동일 크기 및 형상의 솔리드 스크류의 1/2중량인 중공 스크류.
18. 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되는 헤드,
    상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고, 상기 헤드로부터 일체로 연장되는 장척상의 중공 샤프트로서, 복수의 나사산을 갖는 나사부 및 생크부를 포함하는 장척상의 중공 샤프트,
    상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 형성되고, 상기 헤드로부터 외방으로 반경방향으로 연장되는 확장된 수평의 표면 영역을 갖는 일체형 와셔,
    상기 확장된 수평의 표면 영역 아래에 위치되고, 그 내부에 상기 일체형 와셔를 적어도 일부 끼우는 상기 일체형 와셔의 외주 주위에 구부러진 아우터 림을 갖는 캡티브 와셔로서, 상기 일체형 와셔에 대해 자유롭게 회전 가능한 캡티브 와셔, 및
    상기 금속 재료의 플랫 스톡으로 일체로 형성되고, 상기 헤드 또는 상기 장척상의 중공 샤프트의 적어도 일부와 결합되고, 또한 상기 나사산에 의해 중공 스크류의 조임을 용이하게 하도록 구성되는 회전 구동 메카니즘을 포함하는 중공 스크류.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 장척상의 중공 샤프트의 나사부 및 생크부의 벽 두께는 0.2~ 0.7밀리미터이고, 상기 캡티브 와셔는 두께가 0.15~0.30밀리미터인 도전성 재료를 포함하는 중공 스크류.
20. 제 18 항에 있어서,
    상기 회전 구동 메카니즘은 상기 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 헤드로 형성되는 아우터 다각형 형상을 포함하는 중공 스크류.
21. 제 18 항에 있어서,
    상기 회전 구동 메카니즘은 상기 헤드로부터 형성되는 이너 리세스를 포함하는 중공 스크류.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 이너 리세스는 스플라인 리세스를 포함하는 중공 스크류.
23. 제 18 항에 있어서,
    상기 회전 구동 메카니즘은 상기 금속 재료의 플랫 스톡으로부터 헤드로 스탬핑되는 이너 리세스를 포함하는 중공 스크류.
24. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속 재료의 플랫 스톡은 A286 스틸을 포함하는 내부식성 금속 재료를 포함하는 중공 스크류.
25. 제 18 항에 있어서,
    상기 나사산의 강도는 1,200MPa~1,400MPa인 중공 스크류.
26. 제 18 항에 있어서,
    상기 장척상의 중공 샤프트의 일단부에 형성되는 노즈를 포함하고, 상기 헤드는 둥근 헤드 또는 편평한 헤드를 포함하는 중공 스크류.
27. 제 18 항에 있어서,
    상기 장척상의 중공 샤프트는 상기 중공 스크류를 통한 유동을 방지하도록 구성되는 캡을 포함하는 중공 스크류.
28. 제 18 항에 있어서,
    상기 나사부는 상기 생크부보다 더 길고, 상기 나사산은 상기 생크부의 외경보다 큰 외경을 갖는 중공 스크류.
29. 제 18 항에 있어서,
    상기 캡티브 와셔와 상기 일체형 와셔의 확장된 수평의 표면 영역에 의해 끼워지는 웨이브 와셔를 포함하는 중공 스크류.
30. A286 스틸을 포함하는 내부식성 플랫 스톡 금속 재료로 형성되는 헤드,
    상기 내부식성의 플랫 스톡 금속 재료로 형성되고, 상기 헤드로부터 연장되는 0.2~ 0.7밀리미터의 벽 두께를 갖는 장척상의 중공 샤프트로서, 복수의 나사산을 갖는 나사부 및 생크부를 포함하고, 상기 나사산의 강도는 1,200MPa~1,400MPa인 장척상의 중공 샤프트;
    상기 헤드로부터 형성되고, 상기 헤드로부터 외방으로 반경방향으로 연장되는 확장된 수평의 원형인 표면 영역을 갖는 일체형 와셔;
    상기 확장된 수평의 원형인 표면 영역에 인접하게 위치되고, 그 내부에 상기 일체형 와셔를 적어도 일부 끼우는 상기 일체형 와셔의 외주 주위에 구부러진 아우터 림을 갖는 캡티브 와셔로서, 상기 일체형 와셔에 대해 자유롭게 회전하도록 구성되는 캡티브 와셔; 및
    상기 장척상의 중공 샤프트 또는 상기 헤드로부터 형성되는 리세스 또는 다각형 형상을 포함하고, 상기 나사산에 의해 중공 스크류의 조임을 허용하도록 구성되는 회전 결합 메카니즘을 포함하는 중공 스크류.
31. 삭제
32. 삭제
33. 제 30 항에 있어서,
    상기 캡티브 와셔는 두께가 0.15~0.30밀리미터이고, 도전성 재료를 포함하는 중공 스크류.
34. 제 30 항에 있어서,
    상기 회전 결합 메카니즘은 상기 내부식성 플랫 스톡 금속 재료로 형성되고, 상기 다각형 형상이 육각형 헤드를 포함하거나, 상기 리세스가 스플라인 리세스를 포함하는 중공 스크류.
35. 제 30 항에 있어서,
    상기 장척상의 중공 샤프트는 상기 헤드를 대향하는 단부에 스플라인 리세스를 갖는 캡핑되고 테이퍼된 노즈를 내부에 포함하고, 상기 헤드는 둥근 헤드, 편평한 헤드, 또는 테이퍼된 헤드를 포함하는 중공 스크류.
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 삭제
40. 삭제
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44. 삭제
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60. 삭제
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63. 삭제
64. 삭제
65. 삭제
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