KR102508520B1 - 나사 조립체 - Google Patents

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KR102508520B1
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fastening
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김종용
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Abstract

본 발명은, 체결 대상물들을 체결하기 위한 나사 조립체에 관한 것으로서, 서로 합치된 체결 대상물들의 관통홀들에 삽입 가능하게 마련되며, 외주면의 적어도 일부분에 수나사산이 형성된 나사부와, 상기 나사부와 함께 상기 관통홀들에 삽입될 수 있도록, 상기 나사부의 일측 단부에 형성되는 볼트 헤드를 구비하는 볼트; 상시 수나사산과 나사 결합될 수 있도록 내주면에 형성되는 암나사산을 구비하는 너트; 및 상기 볼트 헤드와 상기 너트 사이에 개재되도록 상기 나사부에 결합되고, 상기 볼트와 상기 너트의 나사 결합 시 상기 볼트와 상기 너트로부터 인가된 압력에 의해 상기 볼트를 파지할 수 있는 형태로 탄성 변형 가능하게 마련되는 파지 부재를 포함한다.
본 발명은, 나사 조립체에 관한 것으로서, 볼트와 너트의 나사 결합을 이용한 체결 대상물의 체결 시, 서로 구속된 볼트와 너트가 함께 회전하는 공회전이 발생하지 않도록 볼트의 나사부 및 볼트 헤드를 강하게 잡아주는 형태로 탄성 변형되는 파지 부재를 구비하는 바, 체결 대상물에 의해 양분된 공간들 중 어느 한 쪽 공간에만 작업자의 손 내지는 도구를 접근시킬 수 있는 제한적인 설치 환경에도 적용 가능한 1-WAY 체결 방식을 구현할 수 있다.

Description

나사 조립체{Screw assembly}
본 발명은 나사 조립체에 관한 것이다.
나사 조립체는, 상호 나사 결합 가능하게 마련된 볼트와 너트를 이용해 체결 대상물들을 체결하기 위한 부재를 말한다.
도 1은 종래의 나사 조립체에 의해 체결 대상물들이 체결된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 나사 조립체(100)는, 나사부의 외주면에 수나사산이 형성된 볼트(110)와, 볼트(110)의 나사부를 삽입 가능하게 형성된 중공의 내주면에 암나사산이 형성된 너트(120)와, 볼트 헤드(112)와 체결 대상물들(P1, P2) 중 어느 하나 사이의 계면 및 너트(120)와 체결 대상물들(P1, P2) 중 다른 하나의 사이의 계면 중 적어도 하나의 계면에 각각 개재되는 적어도 하나의 와셔(130, 140) 등을 포함한다.
이러한 종래의 나사 조립체(100)에 의하면, 서로 맞대어진 체결 대상물들(P1, P2)의 관통홀들(H1, H2)에 볼트(110)의 나사부를 삽입한 상태에서, 너트(120)의 암나사산의 단부가 볼트(110)의 수나사산의 단부에 안착되도록 볼트(110)와 너트(120)를 가결합한 후, 볼트(110)와 너트(120)가 상호 나사 결합되면서 볼트 헤드(112)와 너트(120)가 체결 대상물들(P1, P2)을 조여주도록 볼트(110) 또는 너트(120)를 미리 정해진 조임 방향으로 회전시킴으로써 체결 대상물들(P1, P2)을 체결할 수 있다.
일반적으로, 볼트(110)와 너트(120)의 나사 결합 시 너트(120)의 암나사산이 볼트(110)의 수나사산의 미리 정해진 착좌점(Snug level)에 도달하면, 볼트(110)와 너트(120) 중 어느 하나에 작용하는 토크가 볼트(110)와 너트(120) 중 나머지 하나에도 작용되어 볼트(110)와 너트(120)가 상호 구속됨으로써, 볼트(110)와 너트(120)가 함께 회전될 수 있다.
이에, 종래의 나사 조립체(100)는, 볼트(110)와 너트(120)의 나사 결합 시 볼트(110)와 너트(120)가 상호 구속된 상태로 함께 회전되는 공회전이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 볼트 헤드(112)와 너트(120) 중 어느 하나를 회전되지 않도록 파지함과 동시에, 볼트 헤드(112)와 너트(120) 중 나머지 하나를 회전시켜야 했다.
그런데, 체결 대상물들(P1, P2)의 설치 공간은 체결 대상물들(P1, P2)을 사이에 두고 양분된다. 이에, 체결 대상물들(P1, P2)에 의해 양분된 공간들 중 어느 하나의 공간이 밀폐 상태인 장치의 내부에 위치하거나 매우 협소하고 다른 하나의 공간만 넓게 개방된 외부에 위치한 경우와 같이, 체결 대상물들(P1, P2)의 설치 환경은 체결 대상물들(P1, P2)에 의해 양분된 공간들 중 어느 하나의 공간에 작업자의 손 내지는 도구를 접근시킬 수 없는 경우가 빈번한다. 이에, 종래의 나사 조립체(100)는, 체결 대상물들(P1, P2)에 의해 양분된 공간들 모두에 작업자의 손 내지는 도구를 접근시킬 수 있는 제한적인 경우에만 적용할 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 체결 대상물들에 의해 양분된 공간들 중 어느 하나의 공간에만 작업자의 손 내지는 도구를 접근시킬 수 있는 제한적인 설치 환경에도 적용할 수 있도록 개선한 나사 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체는, 체결 대상물들을 체결하기 위한 나사 조립체에 관한 것으로서, 서로 합치된 체결 대상물들의 관통홀들에 삽입 가능하게 마련되며, 외주면의 적어도 일부분에 수나사산이 형성된 나사부와, 상기 나사부와 함께 상기 관통홀들에 삽입될 수 있도록, 상기 나사부의 일측 단부에 형성되는 볼트 헤드를 구비하는 볼트; 상시 수나사산과 나사 결합될 수 있도록 내주면에 형성되는 암나사산을 구비하는 너트; 및 상기 볼트 헤드와 상기 너트 사이에 개재되도록 상기 나사부에 결합되고, 상기 볼트와 상기 너트의 나사 결합 시 상기 볼트와 상기 너트로부터 인가된 압력에 의해 상기 볼트를 파지할 수 있는 형태로 탄성 변형 가능하게 마련되는 파지 부재를 포함한다.
바람직하게, 상기 파지 부재는, 상기 나사부가 삽입되는 제1 삽입홀을 갖고, 상기 나사부가 상기 제1 삽입홀에 삽입된 상태로 상기 볼트 헤드와 함께 상기 관통홀들에 삽입 가능하게 마련되는 제1 파지부; 및 상기 제1 파지부와 함께 상기 제1 삽입홀에 삽입되되, 상기 제1 파지부에 비해 상기 나사부의 중심축을 향해 미리 정해진 길이만큼 돌출된 상태에서 상기 볼트 헤드에 의해 지지되도록 상기 제1 파지부의 일단으로부터 연장 형성되는 편심 축을 구비한다.
바람직하게, 상기 편심 축은, 일측면이 상기 나사부에 밀착됨과 동시에, 타측면이 상기 볼트 헤드에 밀착되도록 형성된다.
바람직하게, 상기 나사부는, 외면이 평면으로 구성되며, 상기 편심 축이 밀착되는 평면부를 더 구비한다.
바람직하게, 상기 편심 축은, 외면이 곡면 또는 다각면 형상을 갖도록 구성된다.
바람직하게, 상기 편심 축은, 상기 관통홀들을 통과한 상기 제1 파지부의 일부분으로 구성되며 상기 압력이 상기 파지 부재에 인가될 때 2겹으로 접힘과 동시에 상기 볼트 헤드의 둘레면을 감쌀 수 있도록 상기 볼트 헤드를 향해 경사지게 절곡된 파지 날개를 상기 제1 파지부에 형성시킬 수 있도록 마련된다.
바람직하게, 상기 파지 부재는, 상기 나사부가 삽입되며, 상기 제1 삽입홀과 합치되는 제2 삽입홀을 갖고, 상기 너트와 상기 체결 대상물들 사이에 개재되도록 상기 일단과 반대되는 상기 제1 파지부의 타단으로부터 연장 형성되는 제2 파지부를 더 구비한다.
바람직하게, 상기 제2 파지부는 상기 제1 파지부가 상기 관통홀들에 삽입될 때 상기 체결 대상물들에 걸림될 수 있도록 마련된다.
바람직하게, 상기 너트와 상기 제2 파지부 사이에 개재되는 와셔를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 파지 부재는, 상기 나사부가 삽입되며, 상기 제2 삽입홀과 합치되는 제3 삽입홀을 갖고, 상기 너트를 향해 돌출되도록 상기 제2 파지부로부터 연장 형성되는 스토퍼부를 더 구비하고, 상기 와셔는, 상기 스토퍼부가 삽입되는 삽입홀을 갖는다.
바람직하게, 상기 와셔는, 상기 제2 파지부가 상기 압력에 의해 미리 정해 비율이상만큼 압축될 때 상기 스토퍼부의 단부가 상기 삽입홀의 개구부를 통해 상기 너트 쪽으로 돌출되면서 상기 너트에 걸림되도록, 미리 정해진 두께를 갖는다.
바람직하게, 상기 너트는, 상기 스토퍼부의 단부가 걸림되도록 상기 스토퍼부를 향한 일면에 요입 형성되는 걸림홈을 더 구비한다.
본 발명은, 나사 조립체에 관한 것으로서, 볼트와 너트의 나사 결합을 이용한 체결 대상물의 체결 시, 서로 구속된 볼트와 너트가 함께 회전하는 공회전이 발생하지 않도록 볼트를 강하게 잡아주는 형태로 탄성 변형되는 파지 부재를 구비하는 바, 체결 대상물에 의해 양분된 공간들 중 어느 한 쪽 공간에만 작업자의 손 내지는 도구를 접근시킬 수 있는 제한적인 설치 환경에도 적용 가능한 1-WAY 체결 방식을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 나사 조립체에 의해 체결 대상물들을 체결된 상태를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체의 분리 사시도.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 나사 조립체를 체결 대상물에 가결합하는 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 5 내지 도 9는 도 2에 도시된 나사 조립체를 체결 대상물에 진결합하여 체결 대상물들을 체결하는 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 10은 도 9의 부분 확대도.
도 11 및 도 12는 종래의 나사 조립체와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체를 비교하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체의 설치 단계별 변화 양상을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체의 분리 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 나사 조립체를 체결 대상물에 가결합하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체(1)는, 나사 결합을 이용해 체결 대상물들(P1, P2)을 체결하기 위한 것으로서, 볼트(10), 너트(20), 와셔(30), 파지 부재(40) 등을 포함할 수 있다.
나사 조립체(1)를 이용해 체결 가능한 체결 대상물(P1, P2)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 체결 대상물들(P1, P2)은 소정의 두께를 갖는 플레이트를 형상을 가질 수 있다. 특히, 나사 조립체(1)는 평면 형상으로 구성된 체결 대상물들(P1, P2)과, 소정의 곡률을 가진 곡면 형상으로 구성된 체결 대상물들(P1, P2) 모두에 적용될 수 있다.
나사 조립체(1)를 이용해 체결 가능한 체결 대상물(P1, P2)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 나사 조립체(1)는 두께 방향을 따라 다단으로 적층된 복수의 체결 대상물들(P1, P2)을 체결할 수 있도록 마련된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 설명의 편의를 위해 이하에서는, 평면 형상으로 구성되고 두께 방향을 따라 적층된 한 쌍의 체결 대상물들(P1, P2)을 나사 조립체(1)를 이용해 체결하는 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하기로 한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 나사 조립체(1)를 이용해 체결 대상물들(P1, P2)을 체결하기 위해서는 체결 대상물들(P1, P2) 각각에 나사 조립체(1)를 설치하기 위한 관통홀(H1, H2)을 당해 체결 대상물들(P1, P2)의 두께 방향을 미리 천공하여야 한다. 또한, 관통홀(H1, H2)은, 후술할 파지 부재(40)의 제1 파지부(42)를 삽입 가능하도록 미리 정해진 직경을 갖는다. 이러한 관통홀(H1, H2)과 나사 조립체(1)의 결합 관계에 대한 더욱 자세한 내용은 후술하기로 한다.
먼저, 볼트(10)는, 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합을 위한 수나사산(12a)을 제공하는 나사 부재이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 볼트(10)는, 당해 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합을 위한 수나사산(12a)을 제공하는 나사부(12)와, 나사부(12)의 상단에 형성되며, 나사부(12)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 직경을 갖는 플렌지 형상으로 구성되는 볼트 헤드(14) 등을 구비할 수 있다.
나사부(12)는 길이 방향을 따라 길게 연장된 원통 형상을 갖는다. 이러한 나사부(12)는 외주면에 형성되는 수나사산(12a)을 갖는다.
수나사산(12a)은 나사부(12)의 하부과 상부에는 형성되지 않고 나사부(12)의 하부와 상부 사이에 위치하는 중심부에만 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 나사부(12)의 상부와 하부 각각에는 외주면이 평면으로 구성된 평면부(12b, 12c)가 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 수나사산(12a)은 나사부(12)의 상부와 하부 중 적어도 어느 한쪽까지 연장 형성될 수도 있다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 수나사산(12a)이 나사부(12)의 중심부에만 형성되고 나사부(12)의 상부와 하부에는 평면부(12b, 12c)가 형성되는 경우를 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.
이러한 나사부(12)는 관통홀(H1, H2)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 직경을 갖는다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 수나사산(12a)이 평면부(12b)에 비해 나사부(12)의 반경 방향으로 소정의 높이만큼 돌출되게 형성된 경우에, 수나사산(12a)은 관통홀(H1, H2)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 직경을 가질 수 있다.
다음으로, 너트(20)는, 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합을 위한 암나사산(24)을 제공하는 나사 부재이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 너트(20)는, 볼트(10)의 나사부(12)를 삽입할 수 있도록 두께 방향을 따라 천공되는 삽입홀(22)과, 나사부(12)의 수나사산(12a)과 나사 결합될 수 있도록 삽입홀(22)의 내주면에 형성되는 암나사산(24)과, 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합 시 후술할 파지 부재(40)의 스토퍼부(48)가 걸림될 수 있도록 저면에 미리 정해진 깊이로 요입 형성되는 걸림홈(26) 등을 구비할 수 있다.
또한, 걸림홈(26)은, 삽입홀(22)의 외주부를 둘러싸는 링 형상을 갖되, 스토퍼부(48)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 외경을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 걸림홈(26)은 파지 부재(40)에 스토퍼부(48)가 미형성되는 경우에는 생략될 수도 있다.
다음으로, 와셔(30)는 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합 시 너트(20)로부터 인가되는 압력을 고르게 분산시키기 위한 부재이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 와셔(30)는, 볼트(10)의 나사부(12)와 파지 부재(40)의 스토퍼부(48)가 삽입될 수 있도록 두께 방향을 따라 천공되는 삽입홀(32)을 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 와셔(30)는 너트(20)의 외경 및 후술할 파지 부재(40)의 제2 파지부(46)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 직경을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
삽입홀(32)은, 스토퍼부(48)의 외경과 동일하거나 스토퍼부(48)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 직경을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 스토퍼부(48)가 파지 부재(40)에 미형성되는 경우에, 삽입홀(32)은 나사부(12)의 직경과 동일하거나 나사부(12)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 직경을 가질 수 있다.
이러한 와셔(30)는, 나사부(12) 및 나사부(12)를 감싸도록 설치되는 파지 부재(40)의 스토퍼부(48)가 당해 와셔(30)의 삽입홀(32)에 삽입되도록 설치됨으로써, 너트(20)와 파지 부재(40)의 제2 파지부(46) 사이에 개재될 수 있다. 이를 통해, 와셔(30)는, 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합 시 너트(20)로부터 인가되는 압력을 고르게 분산시켜 제2 파지부(46)에 전달할 수 있고, 볼트(10)와 너트(20)의 나사 시 너트(20)로부터 인가된 회전력에 의해 파지 부재(40)가 비틀리는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 파지 부재(40)는, 볼트(10)와 너트(20)를 나사 결합하여 체결 대상물(P1, P2)을 체결할 때 볼트(10)와 너트(20)가 서로 구속된 상태로 함께 회전되는 공회전이 발생하지 않도록, 볼트(10)를 파지하기 위한 부재이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 파지 부재(40)는, 제1 파지부(42)와, 편심 축(44)과, 제2 파지부(46)와, 스토퍼부(48) 등을 구비할 수 있다.
이러한 파지 부재(40)는, 적어도 일부분이 당해 파지 부재(40)와 체결 대상물(P1, P2) 사이, 파지 부재(40)와 볼트(10) 사이, 파지 부재(40)와 너트(20) 사이, 파지 부재(40)와 와셔(30) 사이에 작용하는 마찰 계수가 미리 정해진 기준치 이상인 탄성 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 체결 대상물들(P1, P2), 볼트(10), 너트(20) 및 와셔(30)가 철, 기타 금속 재질로 구성되는 경우에, 파지 부재(40)는 적어도 일부분이 철, 기타 금속 재질 간의 마찰 계수가 상대적으로 높고 탄성 변형 가능한 고무 재질로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 파지부(42)는, 체결 대상물들(P1, P2)의 관통홀들(H1, H2)에 삽입 가능한 외경을 갖되, 체결 대상물들(P1, P2)의 합산 두께에 비해 미리 정해진 비율만큼 긴 길이를 갖는 원통 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 제1 파지부(42)의 상단부(42a)는 관통홀들(H1, H2)의 직경과 동일하거나 관통홀(H1, H2)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 직경을 가질 수 있다. 이에 대응하여, 상기 상단부(42a)를 제외한 제1 파지부(42)의 나머지 부분은 관통홀들(H1, H2)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 직경을 가질 수 있다.
이를 위하여, 제1 파지부(42)의 상단부(42a)에는 제2 파지부(46) 쪽으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지는 경사 구조가 형성될 수 있다. 그러면, 제1 파지부(42)를 관통홀들(H1, H2)에 삽입할 때, 상단부(42a)를 제외한 제1 파지부(42)의 나머지 부분은 관통홀들(H1, H2)의 내주면으로부터 간섭을 받지 않고 관통홀들(H1, H2)을 용이하게 통과할 수 있고, 제1 파지부(42)의 상단부(42a)는 관통홀(H1, H2)의 내주면들과 접촉되면서 관통홀(H1, H2)에 점진적으로 끼워질 수 있다. 이에, 관통홀들(H1, H2)에 끼워진 제1 파지부(42)의 상단부(42a)는, 관통홀들(H1, H2)의 내주면과 볼트(10)의 나사부(12) 사이의 공간을 밀폐할 수 있고, 파지 부재(40)를 관통홀들(H1, H2)로부터 이탈되지 않도록 관통홀들(H1, H2)에 고정할 수 있다.
또한, 제1 파지부(42)는, 볼트(10)의 나사부(12)를 삽입 가능하도록 내부에 체결 대상물들(P1, P2)의 두께 방향을 따라 형성되는 제1 삽입홀(42b)을 가질 수 있다. 또한, 제1 삽입홀(42b)은 나사부(12)의 직경과 동일하거나 나사부(12)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 직경을 갖는다.
편심 축(44)은, 제1 파지부(42)에 비해 나사부(12)의 중심축을 향해 미리 정해진 길이(LA)만큼 돌출되어 제1 나사부(12)의 상부에 형성된 평면부(12b)의 외주면에 밀착될 수 있도록, 제1 파지부(42)의 하단부로부터 연장 형성된다.
또한, 편심 축(44)은 제1 파지부(42)의 하단부의 둘레를 따라 연속적으로 연장 형성된 링 형상으로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 편심 축(44)의 외면은 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 편심 축(44)의 외면은 다각면으로 구성될 수도 있다.
제2 파지부(46)는 제1 파지부(42)의 상단부로부터 연장 형성된다. 이러한 제1 파지부(42)가 관통홀들(H1, H2)에 삽입될 때 체결 대상물들(P1, P2)에 걸림될 수 있도록, 관통홀들(H1, H2)의 직경 및 제1 파지 부재(40)의 상단부(42a)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 외경을 갖는 원반 형상으로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 파지부(46)는 다각의 플레이트 형상으로 구성될 수도 있다.
이러한 제2 파지부(46)는, 볼트(10)의 나사부(12)를 삽입 가능하도록 내부에 체결 대상물들(P1, P2)의 두께 방향을 따라 형성되되, 하단부가 제1 파지부(42)의 제1 삽입홀(42b)의 상단부와 합치되도록 형성되는 제2 삽입홀(46a)과, 제2 파지부(46)가 체결 대상물(P1, P2)의 곡률에 맞춰 절곡되게 유도할 수 있도록 저면에 미리 정해진 깊이로 요입 형성되는 유도홈(46b) 등을 가질 수 있다. 또한, 유도홈(46b)은, 스토퍼부(48)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 내경과, 스토퍼부(48)의 외경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 외경을 갖는 링 형상으로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
스토퍼부(48)는 너트(20)를 향해 돌출되도록 제2 파지부(46)의 상단부로부터 연장 형성된다. 이러한 스토퍼부(48)는 와셔(30)의 삽입홀(32)에 삽입될 수 있도록 삽입홀(32)의 직경과 동일하거나 삽입홀(32)의 직경에 비해 미리 정해진 비율만큼 큰 외경을 갖는 링 형상으로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 스토퍼부(48)는 다각의 플레이트 형상으로 구성될 수도 있다.
또한, 스토퍼부(48)는, 와셔(30)에 의해 제2 파지부(46)가 가압되면서 두께가 미리 정해진 비율 이상만큼 얇게 압축된 경우에만 상단부가 삽입홀(32)의 상측 개구부로부터 너트(20)의 저면 쪽으로 돌출되면서 걸림홈(26)의 천장면에 걸림될 수 있도록, 와셔(30)의 두께와 동일하거나 와셔(30)의 두께에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 높이를 가질 수 있다.
이러한 스토퍼부(48)는, 볼트(10)의 나사부(12)를 삽입 가능하도록 내부에 체결 대상물들(P1, P2)의 두께 방향을 따라 형성되되, 하단부가 제2 파지부(46)의 제2 삽입홀(46a)의 상단부와 합치되도록 형성되는 제3 삽입홀(48a)을 가질 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 나사 조립체(1)를 체결 대상물(P1, P2)에 가결합하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 파지 부재(40)가 볼트 헤드(14)의 저면과 너트(20)의 저면 사이에 개재되되, 와셔(30)가 파지 부재(40)의 제2 파지부(46)와 볼트 헤드(14)의 저면 사이에 개재되도록, 볼트(10), 너트(20), 와셔(30) 및 파지 부재(40)를 순차적으로 결합하여, 나사 조립체(1)를 조립한다.
이 경우에, 볼트(10)와 너트(20)는, 수나사산(12a)과 암나사산(24) 사이에 작용하는 마찰력에 의해 볼트(10)와 너트(20)가 상호 구속되기 시작하는 착좌점까지만 나사 결합되는 것이 바람직하다. 그러면, 파지 부재(40)가 탄성 변형되지 않고 원형을 유지한 상태에서, 편심 축(44)의 내측면은 평면부(12b)의 외주면에 의해 지지되도록 평면부(12b)의 외주면에 밀착되고, 편심 축(44)의 저면은 볼트(10)의 저면에 의해 지지되도록 볼트(10)의 저면에 밀착되며, 스토퍼부(48)는 와셔(30)의 삽입홀(32)에 삽입되고, 와셔(30)는 너트(20)의 저면과 제2 파지부(46)의 상면에 사이에 개재된다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 관통홀들(H1, H2)이 서로 합치되도록 체결 대상물들(P1, P2)을 다단으로 중첩되게 배치한다.
이후에, 볼트 헤드(14), 제1 파지부(42)의 제1 삽입홀(42b)의 하부에 삽입된 나사부(12)의 일부분, 제1 파지부(42)의 하부 및 편심 축(44)을 체결 대상물들(P1, P2)의 일측에서 상기 일측과 반대되는 타측을 향해 관통홀들(H1, H2)을 관통하도록 관통홀들(H1, H2)에 삽입하되, 제2 파지부(46)의 저면이 체결 대상물들(P1, P2) 중 제2 파지부(46)에 쪽에 위치한 체결 대상물(P1)의 외면에 걸림되도록 삽입한다.
그러면, 볼트 헤드(14)와 편심 축(44)은 전부가 관통홀들(H1, H2)을 관통하여 상기 체결 대상물(P1, P2)의 타측으로 돌출되고, 나사부(12)와 제1 파지부(42)는 일부만 관통홀들(H1, H2)을 관통하여 상기 체결 대상물(P1, P2)의 타측으로 돌출된다. 또한, 나사 조립체(1)는, 관통홀들(H1, H2)에 끼워진 제1 파지부(42)의 상단부(42a)에 의해 관통홀들(H1, H2)에 고정됨으로써, 체결 대상물들(P1, P2)에 가결합될 수 있다.
도 5 내지 도 9는 도 2에 도시된 나사 조립체를 체결 대상물에 진결합하여 체결 대상물들을 체결하는 방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 10은 도 9의 부분 확대도이며, 도 11 및 도 12는 종래의 나사 조립체와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체를 비교하기 위한 도면이고, 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나사 조립체의 설치 단계별 변화 양상을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 체결 대상물(P1, P2)에 가결합된 나사 조립체(1)를 체결 대상물(P1, P2)에 진결합하여 체결 대상물들(P1, P2)을 체결하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 작업자의 손 또는 도구를 이용해 너트(20)를 파지한 후, 미리 정해진 조임 방향으로 회전한다. 이 경우와, 볼트 헤드(14)는 미파지된 상태로 자유롭게 두는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그러면, 너트(20)의 암나사산(24)은 볼트(10)의 수나사산(12a)을 너트(20) 쪽으로 밀어 올리고, 이로 인해 볼트(10)는 너트(20) 쪽으로 이동하게 된다. 이에, 너트(20)와 볼트(10)는 너트(20)와 볼트(10) 사이에 개재된 와셔(30) 및 파지 부재(40)에 압축력(FA, FB)을 인가한다. 그런데, 파지 부재(40)는, 제1 파지부(42)에 비해 나사부(12)의 중심축 쪽으로 미리 정해진 길이(LA)만큼 돌출되어 내측면과 저면이 각각 평면부(12b)의 외주면과 볼트 헤드(14)의 저면에 밀착되는 편심 축(44)을 구비한다. 이에, 도 5에 도시된 바와 같이, 편심 축(44)에는, 당해 편심 축(44)이 제1 삽입홀(42b)의 내주면을 향해 꺾일 수 있는 방향으로 편심 축(44)의 회전을 유도하는 토크(TA)가 작용한다.
그러면, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 관통홀들(H1, H2)을 관통한 제1 파지부(42)의 일부분은, 볼트(10)와 너트(20)로부터 인가된 압축력(FA, FB)에 의해 압축됨과 동시에, 상기 토크(TA)에 의해 회전되는 편심 축(44)을 따라 나선형(spiral)으로 점진적으로 감아지도록 탄성 변형된다. 이로 인해, 상기 제1 파지부(42)의 일부분에는, 2겹으로 접힘과 동시에 볼트 헤드(14)의 둘레면을 감쌀 수 있도록 하향 경사지게 절곡된 구조를 갖는 파지 날개(42c)가 형성된다. 이러한 파지 날개(42c)의 형성 작업은, 파지 날개(42c)의 상부가 체결 대상물들(P1, P2) 중 관통홀들(H1, H2)을 통과한 볼트 헤드(14) 쪽에 위치한 체결 대상물(P2)의 외면에 밀착됨과 함께, 하부가 볼트 헤드(14)의 저면 및 둘레면에 밀착될 때까지 실시되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 파지 날개(42c)가 형성될 때, 편심 축(44)은 나사부(12)의 평면부(12b)에 밀착된 상태를 유지하게 된다. 이에, 체결 대상물들(P1, P2)은, 나사부(12a)의 평면부(12b) 및 볼트 헤드(14)의 저면 및 둘레면이 편심 축(44) 및 파지 날개(42c)에 의해 강하게 파지된 상태에서, 파지 날개(42c)와 제2 파지부(46)에 의해 상하로 조임됨으로써, 나사 조립체(1)에 의해 상호 체결될 수 있다.
체결 대상물들(P1, P2)의 체결 시, 편심 축(44) 및 파지 날개(42c)는 볼트(10)의 수나사산(12a)과 너트(20)의 암나사산(24) 사이에 작용하는 마찰력에 의해 볼트(10)가 너트(20)를 따라 회전하는 공회전이 발생하지 않도록 볼트(10)를 강하게 잡아준다. 이에, 나사 조립체(1)는 작업자가 손 또는 도구로 볼트(10)를 파지하지 않은 상태에서 너트(20)만 회전시켜도 체결 대상물(P1, P2)을 체결할 수 있는 1-WAY 체결 방식을 구현할 수 있다. 이를 통해, 나사 조립체(1)는, 체결 대상물(P1, P2)에 의해 양분된 공간들 중 어느 한 쪽 공간에만 작업자의 손 또는 도구를 접근시킬 수 있는 제한적인 설치 환경에도 적용 가능한 범용성을 가질 수 있다.
위에서는, 볼트(10)와 너트(20)의 나사 결합은 너트(20)를 회전시켜 실시하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 너트(20)를 자유롭게 둔 상태에서 볼트 헤드(14)를 회전시켜, 전술한 1-WAY 방식에 따른 나사 결합을 실시할 수도 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 파지 날개(42c)가 형성될 정도로 볼트 헤드(14)와 너트(20)에 의해 파지 부재(40)가 강하게 가압되면, 제2 파지부(46)는 두께가 얇게 압축된다. 그러면, 와셔(30)는 제2 파지부(46)의 얇아진 두께만큼 체결 대상물(P1, P2) 쪽으로 이동되고, 이로 인해 스토퍼부(48)의 상단부는 삽입홀(32)의 상측 개구부를 통해 걸림홈(26)으로 내부로 돌출되어 걸림홈(26)의 천장면에 걸림될 수 있다. 그러면, 스토퍼부(48)와 걸림홈(26)의 천장면 사이에 강한 마찰력이 작용하여 너트(20)의 회전이 정지됨으로써, 나사 조립체(1)를 이용한 체결 대상물(P1, P2)의 체결 작업이 완료될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 스토퍼부(48)의 상단부가 걸림홈(26)의 천장면과 밀착될 때 스토퍼부(48)에는 압력이 인가된다. 그런데, 유도홈(46b)은 스토퍼부(48)의 외경에 비해 작은 내경을 갖는 바, 스토퍼부(48)에 인가된 압축력 중 일부는 제2 파지부(46)에 전달된다. 이에, 체결 대상물(P1, P2)이 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상을 갖는 경우에, 제2 파지부(46)는, 유도홈(46b)의 유도 하에, 스토퍼부(48)로부터 전달된 압력에 의해 체결 대상물(P1, P2)의 곡률과 대응하는 곡률을 갖도록 절곡되어 체결 대상물(P1, P2)에 밀착될 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 종래의 나사 조립체(100)를 이용해 한 쌍의 체결 대상물들(P1, P2)을 체결하면, 제1 접촉면 내지 제5 접촉면(I1~I5) 등 5개의 계면에서 마찰력이 작용한다.
그런데, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 파지 부재(40)가 도입된 나사 조립체(1)를 이용해 한 쌍의 체결 대상물(P1, P2)을 체결하면, 제1 접촉면 내지 제11 접촉면(I1~I11) 등 11개의 계면에서 마찰력이 작용한다. 이에, 나사 조립체(1)는 종래의 나사 조립체(100)에 비해 마찰 계면의 수 및 마찰 면적을 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 나사 조립체(1)는, 체결 대상물들(P1, P2)의 체결 작업 시, 파지 부재(40)를 이용해 체결 대상물(P1, P2)과 나사 조립체(1)에 구비된 각종의 부재들 사이에 작용하는 마찰력을 증가시켜 체결 대상물들(P1, P2)의 체결력을 향상시킬 수 있다. 또한, 나사 조립체(1)는, 체결 대상물들(P1, P2)에 인가된 진동, 회전력, 기타 외력이 탄성 재질로 구성된 파지 부재(40)에 흡수되어 완충되는 바, 이를 통해 볼트(10)와 너트(20) 간의 나사 결합의 풀림이 방지될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 나사 조립체
10 : 볼트
12 : 나사부 12a : 수나사산
12b, 12c : 평면부 14 : 볼트 헤드
20 : 너트
22 : 삽입홀 24 : 암나사산
26 : 걸림홈
30 : 와셔
32 : 삽입홀
40 : 파지 부재
42 : 제1 파지부 42a : 상단부
42b : 제1 삽입홀 42c : 파지 날개
44 : 편심 축 46 : 제2 파지부
46a : 제2 삽입홀 46b : 유도홈
48 : 스토퍼부 48a : 제3 삽입홀
100 : 종래의 나사 조립체
110 : 볼트 112 : 볼트 헤드
120 : 너트
130, 140 : 와셔
P1, P2 : 체결 대상물
H1, H2 : 관통홀

Claims (12)

  1. 다단으로 적층된 체결 대상물들을 체결하기 위한 나사 조립체에 있어서,
    서로 합치된 상태인 체결 대상물들의 관통홀들을 통과할 수 있도록 마련되는 볼트 헤드와, 상기 볼트 헤드로부터 연장되되, 상기 볼트 헤드를 따라 상기 관통홀들을 통과할 수 있도록 형성되고, 외주면의 적어도 일부분에 수나사산이 형성되는 나사부를 구비하는 볼트;
    상시 수나사산과 나사 결합될 수 있도록 내주면에 형성되는 암나사산을 구비하는 너트; 및
    상기 볼트 헤드와 상기 너트 사이에 개재되도록 상기 나사부에 결합되고, 상기 볼트와 상기 너트의 나사 결합 시 상기 볼트와 상기 너트로부터 인가된 압력에 의해 상기 체결 대상물을 체결함과 동시에 상기 볼트를 파지할 수 있는 형태로 탄성 변형 가능하게 형성되는 파지 부재를 포함하고,
    상기 파지 부재는,
    상기 나사부가 삽입되는 제1 삽입홀을 갖고, 상기 나사부가 상기 제1 삽입홀에 삽입된 상태로 상기 볼트 헤드를 따라 상기 관통홀들을 통과할 수 있도록 형성되는 제1 파지부를 구비하며,
    상기 제1 파지부의 일단으로부터 연장되되, 상기 볼트 헤드를 따라 상기 관통홀들을 통과할 수 있도록 형성되고, 상기 볼트 헤드에 의해 지지되도록 배치되는 편심 축을 구비하며,
    상기 편심 축은, 상기 볼트와 상기 너트를 나사 결합할 때 상기 제1 파지부가 상기 압력에 의해 나선형으로 점진적으로 감아지면서 상기 볼트 헤드를 향해 편심되게 절곡되어 상기 볼트 헤드의 둘레면을 잡아주는 파지 날개를 구성하도록, 상기 제1 파지부에 비해 상기 나사부의 중심축을 향해 미리 정해진 길이만큼 돌출되게 형성되는, 나사 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편심 축은, 일측면이 상기 나사부에 밀착됨과 동시에, 타측면이 상기 볼트 헤드에 밀착되도록 형성되는, 나사 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나사부는, 외면이 평면으로 구성되며, 상기 편심 축이 밀착되는 평면부를 더 구비하는, 나사 조립체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 편심 축은, 외면이 곡면 또는 다각면 형상을 갖도록 구성되는, 나사 조립체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파지 부재는,
    상기 나사부가 삽입되며, 상기 제1 삽입홀과 합치되는 제2 삽입홀을 갖고, 상기 너트와 상기 체결 대상물들 사이에 개재되도록 상기 일단과 반대되는 상기 제1 파지부의 타단으로부터 연장 형성되는 제2 파지부를 더 구비하는, 나사 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 파지부는 상기 제1 파지부가 상기 관통홀들을 통과할 때 상기 체결 대상물들의 일측에 걸림될 수 있도록 형성되고,
    상기 제1 파지부는, 상기 볼트와 상기 너트를 나사 결합할 때 상기 압력에 의해 탄성 변형되면서 상기 체결 대상물을 타측에 밀착될 수 있게 형성되는, 나사 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 너트와 상기 제2 파지부 사이에 개재되는 와셔를 더 포함하는, 나사 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파지 부재는,
    상기 나사부가 삽입되며, 상기 제2 삽입홀과 합치되는 제3 삽입홀을 갖고, 상기 너트를 향해 돌출되도록 상기 제2 파지부로부터 연장 형성되는 스토퍼부를 더 구비하고,
    상기 와셔는, 상기 스토퍼부가 삽입되는 삽입홀을 갖는, 나사 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 와셔는, 상기 제2 파지부가 상기 압력에 의해 미리 정해 비율이상만큼 압축될 때 상기 스토퍼부의 단부가 상기 삽입홀의 개구부를 통해 상기 너트 쪽으로 돌출되면서 상기 너트에 걸림되도록, 미리 정해진 두께를 갖는, 나사 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 스토퍼부의 단부가 걸림되도록 상기 스토퍼부를 향한 일면에 요입 형성되는 걸림홈을 더 구비하는, 나사 조립체.
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