KR20040003032A

KR20040003032A - 나사 체결 구조, 나사부재, 및 나사 체결 공구

Info

Publication number: KR20040003032A
Application number: KR10-2003-7015633A
Authority: KR
Inventors: 야마모또고조
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2004-01-07
Also published as: DE60220050T2; WO2002097286A1; US6997085B2; CN1299880C; EP1403535A4; CN1513091A; JPWO2002097286A1; DE60220050D1; KR100580904B1; EP1403535A1; US20040149088A1; EP1403535B1; JP4085054B2

Abstract

나사부재를 소형, 경량화할 수 있도록 한다. 외주 측으로 돌출되는 6 개의 토크 전달부 (16) 의 1 쌍의 측벽면 (18) 이, 중심선 (O) 과 직각인 단면 형상에 있어서 중심선 (O) 을 통과하는 직선 상에 위치하고, 그 측벽면 (18) 을 통해 토크 전달이 이루어지도록 하였기 때문에, 체결 토크가 전달되는 착력점 (Q) 에서 나사 체결 공구로부터 가해지는 면 직각력 (N) 의 방향과, 체결된 유효한 체결력 (F) 의 방향이 일치한다. 이로써 종래의 육각 헤드 (100) 에 비교하여 나사 체결 공구에 가해지는 회전 조작력이나 토크 전달부 (16) 에 작용하는 부하가 작아지고, 토크 전달이 이루어지는 측벽면 (18) 의 압궤 등을 회피하면서, 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 의 직경 치수를 작게 하여 소형화, 경량화를 도모할 수 있다.

Description

나사 체결 구조, 나사부재, 및 나사 체결 공구{SCREW TIGHTENING STRUCTURE, SCREW MEMBER, AND SCREW TIGHTENING TOOL}

나사 체결에 관해서는 종래 육각형태의 헤드부를 갖는 것이 일반적으로 널리 사용되고 있었으나, 육각 헤드의 구동각 (α)(도 10 참조) 은 60°로 여분의 분력이 발생하므로, 헤드부 직경이나 헤드의 높이를 작게 하여 소형화하기가 곤란하였다. 도 10 에서, 구동각 (α) 은 육각 헤드 (100) 에 체결 토크가 전달되는 착력점 (Q: 육각형의 정점) 에 있어서, 나사 체결 공구로부터 가해지는 면 직각력 (N) 과, 체결에 유효한 체결력 (F) 간의 각도를 의미하는 것으로, 육각 헤드 (100) 의 경우에는 60°가 되고, 체결 토크 (T) 는 체결력 (F) 및 반경 치수 (r) 을 사용하여 다음 식 (1) 로 표시된다. 이때 육각 헤드 (100) 에는 다음 식 (2) 으로부터 명확하듯이 체결력 (F) 의 2 배가 되는 면 직각력 (N) 이 착력점 (Q) 에 가해지게 되고, 이 반경 방향의 확장 분력 (E) 는 다음 식 (3) 에서 명확하듯이 체결력 (F) 의 약 1.7 배가 된다. 그리고 체결 토크 (T) 를 유지하면서 반경 치수 (r) 를 작게 하면 그것에 반비례하여 체결력 (F) 을 크게 할 필요가 있기 때문에, 면직각력 (N) 이나 확장 분력 (E) 이 더욱 커지고, 나사 체결 공구의 회전에 필요한 회전 조작력이 커짐과 동시에 착력점 (Q) 즉 육각 헤드 (100) 의 각부가 일그러질 가능성이 있다.

T = 6 ×F ×r(1)

N = F/cos60°= 2F (2)

E = F ×tan60°≒ 1.7F(3)

이 때문에 예를 들어 JIS B 1180 의「육각 볼트」 또는 JIS B 1189 의「플랜지가 형성된 육각 볼트」에서는 도 11, 도 12 에 나타낸 육각 헤드의 각 부의 치수 (s,e,k) (모두 ㎜) 에 대해, 도 13 에 나타낸 바와 같이 나사의 직경 치수 (호칭) 에 따라서 자세하게 규정하고 있다. 이들 규정에 대해 육각 헤드의 외접원의 직경 (e) 및 높이 치수 (k) 와 나사의 외경 (d)(㎜) 의 관계 (비율) 를 조사한 결과가 도 13 의「e/d」란, 「k/d」란의 값이고, 직경 (e) 은 1.55d 이상이고, 높이 치수 (k) 는 0.6d 이상이다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 목적하는 것은 동등 이상의 체결 토크를 확보하면서 나사부재를 소형, 경량화시킬 수 있는 나사 체결 구조를 제공하는 데 있다.

발명의 개시

이러한 목적을 달성하기 위해, 제 1 발명은, 나사부재 및 이 나사부재를 체결하는 나사 체결 공구의 일방 및 타방에 형성되어 있음과 동시에, 각각 중심선 둘레에 등각도 간격으로 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부를 가지고 서로 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부로 이루어지고, 상기 나사 체결 공구가 이 중심선 둘레에서 회전됨에 따라 이 토크 전달부를 통해 상기 나사부재에 체결 토크를 전달하는 나사 체결 구조로서, 상기 토크 전달부는 상기 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크 전달이 실시되는 것을 특징으로 한다.

또한 접선과 중심선을 통과하는 직선이 거의 일치하는 경우에는 그것들의 교차각이 ±3°이하인 것을 의미하고, 토크 전달부의 적어도 일부에 그러한 걸어맞춤부가 형성되어 있으면 된다. 단, 접선과 중심선을 통과하는 직선이 완전히 일치하는 것이 이상적으로, 그들 교차각이 ±1°이하인 것이 바람직하다.

제 2 발명은, 제 1 발명의 나사 체결 구조에 있어서, 상기 걸어맞춤부는 상기 접선 방향에 있어서 소정의 치수를 갖는 평탄면인 것을 특징으로 한다.

제 3 발명은, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 나사 체결 구조에 있어서, 상기 나사부재는 수나사를 갖는 것이고, 상기 끼워맞춤 볼록부는 이 나사부재에 형성되어 있고, 이 끼워맞춤 볼록부의 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 이 끼워맞춤 볼록부의 상기 중심선과 평행하는 방향의 높이 치수 (k) 는 각각 이 수나사의 외경 (d) 에 대해 다음 식 (4), (5), (6) 을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

Dmax ≤1.5d(4)

1.1d〈 Dmin(5)

0.3d ≤k〈 0.6d(6)

제 4 발명은 나사부재에 관한 것으로, 제 1 발명 또는 제 2 발명에 기재된 끼워맞춤 구멍 또는 끼워맞춤 볼록부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

제 5 발명은 나사부재에 관한 것으로, 수나사를 가짐과 동시에 제 3 발명에 기재된 끼워맞춤 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 6 발명은 나사 체결 공구에 관한 것으로, 제 1 발명 또는 제 2 발명에 기재된 끼워맞춤 구멍 또는 끼워맞춤 볼록부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 나사 체결 구조에서는 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부가 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 갖고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크가 전달되므로, 상기 구동각 (α) 이 거의 0°가 되어 면 직각력 (N) 과 체결력 (F) 이 거의 일치하게 됨과 동시에, 확장 분력 (E) 이 거의 0 이 된다. 이 때문에 상기 도 10 에 나타낸 육각 헤드의 경우와 비교하여 면 직각력 (N) 이 작아지고, 나사 체결 공구에 가해지는 회전 조작력이나 토크 전달력에 작용하는 부하가 작아짐과 동시에, 걸어맞춤부의 압궤(壓潰) 등을 회피하면서 소정의 체결 토크를 확보하고, 직경 치수를 작게 하여 나사부재 등의 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.

제 2 발명에서는 상기 접선 방향으로 소정의 치수를 갖는 평탄면, 즉 중심선을 거의 통과하는 직선을 따라 평탄한 걸어맞춤부가 형성되어 있기 때문에, 체결력 (F) 이 분산되어 면압이 작아져 더욱 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.

제 3 발명에서는 수나사를 갖는 나사부재에 형성된 끼워맞춤 볼록부의 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 치수 (k) 가 각각 상기 (4) 식,(5) 식, (6) 식을 만족시키므로, 종래의 육각 헤드와 비교하여 토크 전달부의 압궤 또는 파단 등을 회피하면서 수나사의 외경 (d) 에 대해 끼워맞춤 볼록부가 작아져, 나사부재가 소형, 경량이 된다.

제 4 발명의 나사부재 및 제 6 발명의 나사 체결 공구는 실질적으로 상기 제 1 발명, 제 2 발명과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있고, 제 5 발명의 나사부재는 실질적으로 상기 제 3 발명과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

여기에서 나사 체결 구조는 육각 볼트 등과 같이 나사부재 측에 끼워맞춤 볼록부가 형성되고, 나사 체결 공구 측에 끼워맞춤 구멍이 형성되는 경우가 많지만, 나사부재 측에 끼워맞춤 구멍 (리세스) 을 형성함과 동시에 나사 체결 공구 측에 끼워맞춤 볼록부 (날개부) 를 형성할 수도 있다. 이들 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부는 축 방향으로 거의 평행하게 형성할 수도 있으나, 단조 성형성, 끼워맞춤 용이성 등의 면에서 중심선에 대해 경사지는 경사부 또는 모따기부 등을 형성할 수도 있다.

끼워맞춤 볼록부 및 끼워맞춤 구멍의 외주 측으로 돌출되는 토크 전달부의 수는 일반적으로 5 개 또는 6 개가 적당하고, 4 개 이하 또는 6 개 이상으로 할 수도 있다.

중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부는 제 2 발명과 같이 접선 방향으로 소정의 치수를 갖는 평탄면으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 단면 형상에서 외주 측으로부터 거의 중심선을 향하는 직선 형상의 1 쌍의 측벽면을 걸어맞춤부로서 구비하는 토크 전달부가 바람직하게 사용되나, 원호 형상으로 만곡되어 있는 측벽면의 일부 접선이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 경우이어도 된다.

제 3 발명에서는 최소 직경 치수 (Dmin) 가 1.1d 보다 크나, 제 1 발명, 제 2 발명의 실시 시에는 최소 직경 치수 (Dmin) 는 물론 최대 직경 치수 (Dmax) 에 대해서도 외경 (d) 보다 작게 할 수 있다. 이 경우에는 소정의 파단강도를 얻을 수 있도록 높이 치수 (k) 를 필요에 따라서 0.6d 이상으로 하면 된다.

제 3 발명에서, 최소 직경 치수 (Dmin) 를 1.5d 이하로 함과 동시에 높이 치수 (k) 를 0.6d 보다 작게 한 것은 종래의 육각 볼트의 경우보다 작게 하는 취지이고, 높이 치수 (k) 를 0.3d 이상으로 한 것은 체결 시의 수나사 부분의 파단강도보다 헤드부 즉 끼워맞춤 볼록부의 파단강도가 커지도록 하기 위해서이다. 또한 높이 치수 (k) 로는 다음 식 (7) 을 만족시키는 것이 더욱 바람직하다.

0.3d ≤k ≤0.45d (7)

또 바람직하게는 상기 끼워맞춤 볼록부는 상기 나사부재에 형성되고, 상기 중심선 둘레에서의 이 끼워맞춤 볼록부의 상기 토크 전달부의 각도를 θ1, 인접하는 토크 전달부 사이의 각도를 θ2 로 했을 때, 다음 식 (8) 을 만족시키는 것이 바람직하다. 즉 나사 체결 공구의 재질은 예를 들어 JIS B 4636「소켓렌치-소켓」에서는 JIS G 4105 의 SCM 435 또는 동등 이상의 재료로 하는 것으로 규정되어 있는 한편, 나사부재의 재질은 일반적으로 강도 구분 8.8 에 속하는 것이 널리 사용되고 있고, SCM 435 는 강도 구분 10.9 에 속하고, 이 인장강도는 1040 N/㎟ 정도인 것에 대해, 강도 구분 8.8 의 나사류의 인장강도는 800 N/㎟ 정도이므로, (8)식을 만족시키도록 하면 나사부재 측의 토크 전달부의 파단이 바람직하게 방지되는 것이다. 또한 상기 「강도 구분」은 JIS B 1051 의「강제의 볼트ㆍ작은 나사의 기계적 성질」에 규정된 강도 구분으로 이후의 설명도 이와 동일하다.

1.3 ≤θ1/θ2 (8)

본 발명은 나사 체결 구조에 관한 것으로, 특히 나사부재를 소형, 경량화할 수 있는 나사 체결 구조에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예인 나사부재를 나타낸 도면으로, (a) 는 헤드부 측에서 본 평면도, (b) 는 (a) 의 B-B 단면도이다.

도 2 는 도 1 의 나사부재의 체결에 사용되는 나사 체결 공구를 나타내는 도면으로, (a) 는 소켓 측에서 본 저면도, (b) 는 중심선 (S) 과 직각인 방향에서 본 정면도이다.

도 3 은 나사용 재료의 전단강도 (τ_B) 와 인장강도 (Rm) 의 비 (τ_B/Rm) 의 일례를 강도 구분마다 나타낸 도면이다.

도 4 는 도 3 의 비 (τ_B/Rm) 를 사용하여 강도 구분마다 구한 최저 높이 치수 (kmin), 및 일례로 강도 구분 12.9 에 대해 구한 (kmin/d) 의 값을 나타낸 도면이다.

도 5 는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.

도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.

도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.

도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.

도 9 는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, (a) 는 헤드부 측에서 본 평면도, (b) 는 중심선과 직각인 방향에서 본 정면도이다.

도 10 은 종래의 육각 볼트의 육각 헤드를 나타낸 도면이다.

도 11 은 JIS B 1180 의「육각 볼트」에 규정되어 있는 각 부의 치수 (s,e,k,d) 를 나타낸 도면이다.

도 12 는 JIS B 1189 의「플랜지가 형성된 육각 볼트」에 규정되어 있는 각 부의 치수 (s,e,k,d) 를 나타낸 도면이다.

도 13 은 도 11, 도 12 의 각 부의 치수 (s,e,k) 의 구체예와, 이들 값에서 「e/d」,「k/d」를 구한 결과를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에서 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예인 나사부재 (1) 를 나타낸 도면으로, 도 1(a) 는 헤드부 (12) 측에서 본 평면도, 도 1(b) 는 도 1(a) 에서의 B-B 단면도이고, 헤드부 (12) 에 연속하여 중심선 (O) 과 동심으로 수나사 (14) 가 일체로 형성되어 있고, 도 2 에 나타낸 나사 체결 공구 (30) 의 소켓부 (32) 가 헤드부 (12) 에 끼워맞춰져 중심선 (O) 둘레에서 회전됨으로써 수나사 (14) 가 체결되거나 풀린다.헤드부 (12) 는 끼워맞춤 볼록부에 상당하고, 중심선 (O) 둘레에 등각도 간격 즉 60°간격으로 6 개의 토크 전달부 (16) 가 외주 측으로 돌출되도록 형성되고, 이 토크 전달부 (16) 의 외주 측 부분은 도 1(a) 를 평면에서 보았을 때 중심선 (O) 을 중심으로 하는 부채 형상을 이루고, 외주가장자리으로부터 중심선 (O) 을 향하는 직선 형상의 1 쌍의 측벽면 (18) 이 걸어맞춤부로서 형성되어 있다. 측벽면 (18) 은 중심선 (O) 을 통과하는 직선과의 교차각이 거의 0°, 즉 본 실시예에서는 ±1°이하이다. 헤드부 (12) 의 외주 형상은 중심선 (O) 과 평행으로 형성되어 있어, 도 1(a) 를 평면에서 보았을 때의 형상은 중심선 (O) 과 직각인 단면 형상과 일치하고, 측벽면 (18) 은 중심선 (O) 과 평행하는 평탄면이다. 또한 인접하는 토크 전달부 (16) 의 측벽면 (18) 은 내측으로 대칭적으로 경사진 1 쌍의 평탄한 경사면 (20) 을 통해 서로 접속되어 있고, 토크 전달부 (16) 간에는 오각형의 홈 (22) 이 형성되어 있다.

그리고 헤드부 (12) 의 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 치수 (k) 는 각각 수나사 (14) 의 외경 (d) 에 대해 상기 (4) 식, (5) 식, (7) 식을 만족시키도록 설정되어 있다. 또한 중심선 (O) 둘레에서의 토크 전달부 (16) 의 각도 θ1, 및 인접하는 토크 전달부 (16) 간의 홈 (22) 의 각도 θ2 는 상기 (8) 식의 관계를 만족시키도록 정해져 있다. 그리고 도 1 에서는, Dmax = 1.5d, Dmin = 1.1d, k = 0.35d, θ1/θ2 ≒1.4 이고, 이점쇄선은 JIS B 1180 에서 규정되어 있는 육각 볼트의 육각 헤드 (100) 를 비교하기 위해 나타낸 것이다.

한편 상기 나사 체결 공구 (30) 의 소켓부 (32) 는 끼워맞춤 구멍 (34) 을갖는, 바닥이 형성된 원통 형상을 이루고 있다. 도 2 (a) 는 소켓부 (32) 측에서 본 저면도이고, 도 2b 는 중심선 (S) 과 직각인 방향에서 본 정면도로서, 끼워맞춤 구멍 (34) 에는 중심선 (S) 둘레에 등각도 간격 즉 60°간격으로 6 개의 토크 전달부 (36) 가 외주 측으로 돌출되도록 형성되어 있음과 동시에, 토크 전달부 (36) 는 도 2(a) 의 저면에서 볼 때 부채 형상을 이루고, 외주가장자리으로부터 중심선 (S) 을 향하는 직선 형상의 1 쌍의 측벽면 (38) 이 걸어맞춤부로서 형성되어 있다. 끼워맞춤 구멍 (34) 의 각 부의 치수는 상기 헤드부 (12) 의 외주 측에 끼워맞춰질 수 있도록 헤드부 (12) 의 각 부의 치수보다 다소 크게 정해져 있고, 토크 전달부 (36) 내에 헤드부 (12) 의 토크 전달부 (16) 가 각각 들어가도록 소켓부 (32) 가 헤드부 (12) 에 동심으로 끼워맞춰지고 중심선 (S) 둘레에서 회전됨으로써 측벽면 (38 및 18) 을 통해 나사부재 (10) 에 토크가 전달된다.

이러한 나사부재 (10) 및 나사 체결 공구 (30) 로 이루어지는 나사 체결 구조에서는 외주 측으로 돌출되는 6 개의 토크 전달부 (16,36) 가 각각 중심선 (O 또는 S) 과 직각인 단면 형상에서 중심선 (O,S) 을 통과하는 직선 상에 측벽면 (18,38) 을 갖고, 이들 측벽면 (18,38) 을 통해 토크 전달이 이루어지므로, 체결 토크가 전달되는 착력점 (Q) 에서, 나사 체결 공구 (30) 로부터 가해지는 면 직각력 (N) 의 방향과, 체결된 유효한 체결력 (F) 의 방향 (중심선 (O) 을 중심으로 하는 둘레 방향) 이 일치함과 동시에, 확장 분력 (E: 도 10 참조) 이 거의 0 이 된다. 이 때문에 종래의 육각 헤드 (100) 와 비교하여 면 직각력 (N) 이 작아지고, 나사 체결 공구 (30) 에 가하는 회전 조작력이나 토크 전달부 (16,36) 에 작용하는 부하가 작아지므로, 토크 전달이 행해지는 측벽면 (18,38) 의 압궤 등을 회피하면서 소정의 체결 토크를 확보하고, 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 의 직경 치수를 작게 하여 소형화, 경량화할 수 있다.

특히 본 실시예에서는 중심선 (O 또는 S) 을 통과하는 직선 상에 평탄한 측벽면 (18,38) 이 형성되어 있기 때문에, 체결력 (F) 이 분산되어 면압이 작아지고, 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 를 더욱 경량화, 소형화할 수 있다.

즉 본 실시예에서는 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 의 최대 직경 치수 (Dmax) = 1.5d, 높이 치수 (k) = 0.35d 이므로, 도 1 에서 명확하듯이 종래의 육각 헤드 (100) 와 비교하여 헤드부 (12) 가 대폭 작아지고, 나사부재 (10) 가 소형이며 가벼워진다.

여기에서 헤드부 (12) 의 높이 치수 (k) 에 대해 검토하면, 수나사 (14) 의 최대 인장강도 (Fmax)(나사), 및 헤드부 (12) 의 최대 인장강도 (Fmax) (헤드부) 는 나사재료의 인장강도 (Rm), 수나사 (14) 의 유효 단면적 (A(s)), 전단강도 (τ_B), 헤드부 (12) 의 전단면적 (Ask (= k×π×d) 을 이용하여 각각 다음 식 (9), (10) 으로 표시된다. 또한 헤드부 (12) 의 최대 인장강도 (Fmax) (헤드부) 는 수나사 (14) 의 최대 인장강도 (Fmax) (나사) 보다도 클 것이 요구되므로, Fmax (헤드부) 〉Fmax (나사) 로부터 다음 식 (11) 이 얻어지고, 최저 높이 치수 (kmin) 는 다음 식 (12) 으로 표시된다.

Fmax (나사) = Rm ×A(s) (9)

Fmax (헤드부) = τ_B×Ask(10)

τ_B×k×π×d 〉Rm ×A(s) (11)

kmin = (Rm ×A(s))/(τ_B×π×d)

= A(s)/[(τ_B/Rm) ×π×d](12)

한편 나사용 재료의 전단강도 (τ_B) 와 인장강도 (Rm) 의 비 (τ_B/Rm) 는, 독일기술협회 VDI 2230「고강도 나사 체결의 체계적 계산법」에서 강도 구분마다 도 3 과 같이 정해져 있고, 외경 (d) 이 상이한 몇 개의 나사부재 (10) 에 대해 강도 구분마다 상기 (12) 식에 따라서 최저 높이 치수 (kmin) 를 구하면 도 4 와 같이 되고, 강도 구분 12.9 에 대해 (kmin/d) 를 구하면 도 4 의 가장 우측란에 나타낸 값이 된다. 따라서 강도 구분 12.9 의 경우에서도 본 실시예와 같이 높이 치수 (k) = 0.35d 이면 충분한 파단강도가 얻어진다. 또한 강도 구분 8.8 이나 10.9 인 경우에는 조건이 완화되어 높이 치수 (k) = 0.3d 정도에서도 충분한 파단강도가 얻어진다.

또한 본 실시예에서는 토크 전달부 (16) 의 각도 θ1 및 홈 (22) 의 각도 θ2 가 상기 (8) 식의 관계를 만족시키고 있기 때문에 나사부재 (10) 측의 토크 전달부 (16) 의 파단이 바람직하게 방지된다. 즉 나사 체결 공구 (30) 의 재질이 JIS B 4636「소켓렌치-소켓」에서 정해져 있는 바와 같이 JIS G 4105 의 SCM 435 이고, 나사부재 (10) 의 재질이 강도 구분 8.8 에 속하는 경우, SCM 435 는 강도구분 10.9 에 속하고, 이 인장강도는 1040 N/㎟ 정도인 것에 대해 강도 구분 8.8 의 나사류의 인장강도는 800 N/㎟ 정도이므로, (8) 식을 만족시키도록 하면 나사 체결 공구 (30) 보다도 나사부재 (10) 의 파단강도가 높아지게 되는 것이다.

다음으로 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 또한 이하의 실시예에서 상기 실시예와 실질적으로 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.

도 5 의 나사부재 (40) 는 토크 전달부 (16) 가 중심선 (O) 둘레에 등각도 간격으로 5 개 형성되어 있는 경우로서, 각 부의 치수 Dmax, Dmin, k, θ1, θ2 는 상기 (4) 식, (5) 식, (7) 식, 및 (8) 식을 만족시키도록 설정되어 있다.

도 6 의 나사부재 (42) 는 상기 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 에 토크 전달부 (16) 에 대응하여 6 홈의 리세스 (44) 를 형성한 경우로, 2 종류의 나사 체결 공구를 사용하여 체결 작업 등을 행할 수 있다. 또한 리세스 (44) 는 본 발명의 요건을 만족시키는 것이 아니고, 중심선 (O) 을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지는 것은 아니다.

도 7, 도 8 의 나사부재 (46,48) 는 5각형의 홈 (22) 대신에 평탄한 측벽면 (18) 으로부터 매끄럽게 만곡된 거의 반원 형상의 저부 (50) 를 갖는 U 자 형상의 홈 (52) 을 형성함과 동시에, 이 홈 (52) 의 개구부를 둥글게 한 경우로서, 상기 나사부재 (10,40) 와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

도 9 는 본 발명이 스터드 볼트 (60) 에 적용된 경우로서, 끼워맞춤 볼록부로서 기능하는 헤드부 (62), 및 1 쌍의 수나사 (64,66) 를 갖는 나사부 (68) 를 동심으로 일체로 구비하고 있다. 헤드부 (62) 를 평면에서 보았을 때의 형상은 상기 헤드부 (12) 와 동일하고, 1 쌍의 측벽면 (18) 을 갖는 6 개의 토크 전달부 (16) 를 구비하고 있는데, 직경 치수 (Dmax,Dmin) 는 모두 수나사 (64,66) 의 외경 (d) 보다 작다. 이 경우에도, 평면에서 보았을 때 중심선 (O) 을 통과하는 직선 상에 위치하는 평탄한 측벽면 (18) 을 통해 토크 전달이 이루어지므로, 헤드부 (62) 의 소형화에 수반하여 큰 체결력 (F) 이 필요하게 되어도 측벽면 (18) 에 가해지는 힘 (= 면 직각력 (N)) 은 체결력 (F) 과 동일하므로, 측벽면 (18) 의 압궤 등을 방지할 수 있다. 또한 도 9 (a) 는 헤드부 (62) 측으로부터 본 평면도이고, 도 9 (b) 는 중심선과 직각인 방향에서 본 정면도이다.

이상으로 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세히 설명하였으나, 이것들은 어디까지나 일 실시형태이고, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 다양하게 변경, 개량한 형태로 실시할 수 있다.

Claims

나사부재 및 이 나사부재를 체결하는 나사 체결 공구의 일방 및 타방에 형성되어 있음과 동시에, 각각 중심선 둘레에 등각도 간격으로 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부를 가지고 서로 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부로 이루어지고, 상기 나사 체결 공구가 상기 중심선 둘레에서 회전됨에 따라 이 토크 전달부를 통해 상기 나사부재에 체결 토크를 전달하는 나사 체결 구조로서,

상기 토크 전달부는 상기 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 상기 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지고, 상기 걸어맞춤부를 통해 토크 전달이 행해지는 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 걸어맞춤부의 접선과 상기 중심선을 통과하는 직선의 교차각은 ±3°이하인 나사 체결 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 걸어맞춤부의 접선과 상기 중심선을 통과하는 직선의 교차각은 ±1°이하인 나사 체결 구조.
제 1 항에 있어서, 5 개 또는 6 개의 토크 전달부를 구비한 것인 나사 체결 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 걸어맞춤부는 상기 접선 방향에 있어서 소정의 치수를 갖는 평탄면인 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나사부재는 수나사를 갖는 것이고, 상기 끼워맞춤 볼록부는 상기 나사부재에 형성되어 있고, 상기 끼워맞춤 볼록부의 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 상기 끼워맞춤 볼록부의 상기 중심선과 평행하는 방향의 높이 치수 (k) 는 각각 상기 수나사의 외경 (d) 에 대해 다음 식 (4), (5), (6) 을 만족시키는 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.

Dmax ≤1.5d(4)

1.1d〈 Dmin(5)

0.3d ≤k〈 0.6d(6)
제 6 항에 있어서, 상기 높이 치수 (k) 는 다음 식 (7) 을 만족시키는 것인 나사 체결 구조.

0.3d ≤k ≤0.45d(7)
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 끼워맞춤 구멍 또는 끼워맞춤 볼록부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 나사부재.
수나사를 가짐과 동시에 제 3 항에 기재된 끼워맞춤 볼록부가 형성되어 있는것을 특징으로 하는 나사부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 끼워맞춤 구멍 또는 끼워맞춤 볼록부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 나사 체결 공구.
상기 끼워맞춤 볼록부는 상기 나사부재에 형성되고, 상기 중심선 둘레에서의 그 끼워맞춤 볼록부의 상기 토크 전달부의 각도를 θ1, 인접하는 토크 전달부 간의 각도를 θ2 로 했을 때 다음 식 (8) 을 만족시키는 것인 나사 체결 구조.

1.3 ≤θ1/θ2 (8)