KR20050085414A - 자기 나사가공 암파스너 엘레멘트 및 그 성형방법 - Google Patents

Abstract

암파스너는 종래의 숫 나사가공된 파스너의 나사가공된 수납부용 자기 나사가공 보어를 갖고 우수한 토크를 가진 탭핑 없이도 실질적으로 암나사를 성형한다.

이 보어는 원통형 내면과 또한 원통형 면의 큰 직경과 안쪽 직경(inner diameter)에 의해 이루어지는 환상체와 같은 총 체적(total volume)을 갖는 다수의 주위와 공간을 둔 오목부 리세스를 포함구성한다.

상기 자기부착 파스너를 제조하는 방법은 중앙 파일롯트를 가진 연속 금속판을 압연하고, 이 파일롯트를 통해 공간을 띤 자기 나사가공 보어를 천공하며 또한, 이 파일롯트를 심가공하거나 판을 심가공한다. 이 금속판이 정렬된 파스너로 심가공되면, 상기 파스너는 파스너를 다시 재방향 잡지 않아도 무른 연결구로 상호 연결 가능하게 된다.

Description

자기 나사가공 암파스너 엘레멘트 및 그 성형방법{Self-Threading Female Fastener Elements and Method of Forming Same}

발명분야

본 발명은 스크류나 볼트와 같이 종래 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트를 나선상으로 수납하여 연속적으로 나선 암나사가공부를 성형하는 암파스너 엘레멘트(female fastener element)를 통해 배열형성된 보어(configured bore)를 천공(piercing)하므로써 이루어지는 표준 또는 종래의 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트(spirally threaded male festener element)를 수납하는 보어를 자기 나사감기(self-tapping bore)하거나 자기 나사가공을 행하는 파스너 엘레멘트(festener element)에 관한 것이다.

상기 본 발명의 자기 나사(절삭)가공 암파스너 엘레멘트(The self-threading female fastener element)는 또한 우수한 토크(torque)를 부여한다. 그리고 본 발명은 또한 자기 나사가공 보어(self-threading bore)를 갖는 자기부착 암파스너 엘레멘트(self-attaching female festener elements)를 성형하는 방법에 관한 것이다.

종래기술

종래기술은 볼트와 스크류를 포함하여 숫파스너 엘레멘트의 자기 나사가공 및 나사 전조가공(thread rolling male festener elements)를 포함하는데, 이는 넛트를 포함하는 암파스너 엘레멘트의 원통형 보어에서 나선나사를 성형한다. 그러나, 이와 같은 자기 나사가공 또는 나사전조 숫파스너 엘레멘트(thread rolling festener element)는 비교적 고가이고 따라서 대량생산 체제로 널리 적용할 수가 없다.

종래기술은 게다가 통상 작은 잎모양의 단면을 갖는 우수한 토크를 갖는 볼트와 스크류를 포함하기도 한다. 잘 아는 바이지만, 용어 "우수한 토크(prevailing torque)"라 하는 것은 숫파스너 엘레멘트를 암파스너 엘레멘트 속으로 맞추어 나사가공 시키는 데 필요한 토크가 잘 유지되어, 감소되는 레벨에서도 일반적으로, 암파스너 엘레멘트 속으로 숫파스너 엘레멘트를 다시 재차 나사가공하고 매끄럽게 움직이게 해준다는 의미를 갖는다.

종래의 숫/암 파스너 엘레멘트는 나사 사이의 클리어런스 간격(clearance)을 가지므로써, 암파스너 엘레멘트가 일례로 진동하중(vibrational loads) 하에서는 나사가공되지 않도록 되어 있다. 그러나, 우수한 토크를 가진 숫파스너 엘레멘트는 일반적으로 제조에 고비용이 들고 따라서 우수한 토크를 요하는 용도에만 사용하게 된다.

종래의 기술에는 또한 스크류와 같은 숫파스너 엘레멘트를 나사 상으로 받아 수납하는 각인된 개구부(stamped opening)를 갖는 스트립(strip)판으로부터 통상 성형된다. "티네라만(Tinnerman)" 파스너는 그 대표적인 파스너 종류라 할 수 있다. 그러나, 종래의 기술에는 종래의 넛트(nut)와 같은 상업적인 암파스너 엘레멘트가 포함되지 않고, 자기 나사가공 보어도 또한 암파스너 엘레멘트의 몸체를 관통하는 자기부착 넛트가 포함하지 않으며 우수한 토크를 가져다 주지도 못한다.

이 분야의 통상의 기술자라면 알 수 있는 바와 같이, 종래의 암파스너의 비용발생의 실질적인 비용은 나사가공된 보어를 성형(forming)하거나 탭핑(tapping)하는 데 발생되는 비용이다. 종래의 넛트의 경우를 예로 들면, 원통형 보어가 넛트 몸체를 통해 처음 관통되면, 이 보어가 다음 탭핑되어 고가의 탭핑기계(tapping machine)와 작업장비를 필요로 하는 연속나선 암나사가공을 하게 되는 것이다. 모따기(chamfer) 또는 카운터 보어(counter bore)는 때로 버(burr)라는 깎은 자리 흠을 줄이기도 하고, 스크류, 볼트 또는 숫파스너 엘레멘트용 안내수단(lead)을 제공한다. 탭핑작업은 통상 종래의 암파스너 엘레멘트의 제조에서 가장 천천히 하는 서행 단계이며, 탭핑공구(tapping tool)는 윤활유로 계속 윤활되어야 한다. 이는 예컨데 암파스너 엘레멘트가 윤활유로 탭핑한 다음 칩(chip)과 가장자리흠(burr)이 말끔히 제거되어야 하기 때문이다. 이와 같이, 적용시 암파스너 엘레멘트는 암나사를 성형하고 탭핑한 다음 깨끗이 뒷마무리 되도록 하는 탭핑기에 "어프라인(off-line)"으로 처리한다. 상기 탭핑작업이 통상 암파스너 엘레멘트의 제조에 있어 통상 가장 느린 단계이기 때문에, 여러 고가의 탭핑기계들이 통상 연속 제조작업을 계속하기 위해 암파스너 제조자에 의해 통상 이용되고 있다.

상술한 탭핑 암파스너 엘레멘트와 연결된 문제는 관통, 클린치(clinch), 즉 타발(clinch), 용접넛트(weld nut) 등을 포함하는 자기부착 암파스너 엘레멘트의 제조에 따른 특수한 문제이다. 예를 들면, 미국특허 제 3,187,796호, 제 3,648,747호 및 제 3,711,931호에 개시되어 있는 자기부착 암파스너 엘레멘트 모두 본원 출원인에게 양도 승계된 것이지만, 암파스너 엘레멘트의 소정 단면적을 갖는 연속 금속판 압연으로 성형되는데, 여기에는 연속적인 돌출 파일롯트부(projecting pilot portion)와 이 부위 반대편의 플랜지부(flange portion)를 포함 구성한다. 이 압연된 판은 다음 관통되어 원통형 보어를 형성한다. 압연된 이 판은, 다음 심가공되고 절단가공되어 자기부착 암파스너 엘레멘트를 성형하게 된다. 그리고, 원통형 보어는 다음 탭핑기로 탭핑되어 볼트와 같은 숫파스너 엘레멘트를 수납하기 위해 보어구멍 안에서 연속나선 암나사부를 형성하게 되고 다음, 판넬에 설치된다. 이들 특허에 개시되어 있는 이 관통 또는 클린치 넛트 등은 상업적으로 성공을 거두었다. 그러나, 나사탭핑 작업은 다른 제조단계 보다도 천천히 행해야 하며, 여러가지 고가의 고속 탭핑관련 기기와 인력과 시간을 요한다.

상술한 특허에 개시된 자기부착 암파스너 엘레멘트는 상술한 특허 제 3,711,931호에 개시되어 있는 바와 같이, 파스너 장착헤드(fastener installation head)에 공급하기 위해 판에서 상호 연결된다. 이 파스너 엘레멘트는 호퍼(hopper)에 모아져서 판가공으로 이어지고 다음 전술한 바와 같이 탭핑기계로 이송된다.

탭핑과 오일세척, 칩과 버, 즉 깎은자리 흠을 제거한 다음, 자기부착 암파스너를 끝과 끝을 이어서 재조립하고, 무른 연결구 엘레멘트(frangible connector elements)로 상호 연결한다. 이와 같이, 종래의 탭핑작업은 자기부착 파스너 엘레멘트를 제조함에 있어 번거로워 매우 느리게 행해지는데, 이는 인력과 시간을 증가시킨다. 미국특허 제 3,775,791호, 제 3,999,659호에서도 역시 그러하다. 여기에서도 파스너 엘레멘트는 조(gang)를 이룬 탭핑작업을 필요로 하므로써 제조공정을 느리게 하고, 여기에서 탭은 정기적으로 갈아끼워야 하거나 날카롭게 날을 갈도록 해야 하며, 판은 칩, 오일, 버를 제거하지 않으면 안된다.

발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

따라서, 넛트와 같이 자기 나사가공 보어(self-threading bore)를 갖는 암파스너 엘레멘트에 대해, 이 보어는 천공(piercing) 성형하므로써 탭핑작업을 없앨 수 있게 하며, 이는 표준 숫파스너 엘레멘트, 예컨데 종래의 볼트나 스크류 등에도 이용할 필요성이 장기간 대두되어 왔다.

본 발명은 이에 따라 자기 나사가공 또는 자기탭핑 암파스너 엘레멘트가 암파스너 엘레멘트의 제조시 탭핑작업을 생략 가능케 하므로써 현저히 제조비용을 감축시켜 우수한 토크 암파스너 엘레멘트를 포함하는 또다른 특징과 장점을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명상의 자기나사가공보어를 갖는 종래의 넛트의 사시도.

도 2는 도 1에 나타나 있는 자기나사가공넛트의 평면도.

도 3은 단면도 도 2에서의 화살표 3-3의 방향으로 본 측단면도.

도 4는 종래의 나사가공된 볼트의 부분 횡단면도.

도 5는 암파스너 엘레멘트의 또다른 일 실시예를 나타내는 본 발명상의 자기나사가공보어를 갖는 자기부착 암파스너 엘레멘트의 평면도.

도 6은 도 5에서의 화살표 5-5의 방향으로 본 측단면도.

도 7은 본 발명의 자기부착 암파스너 판의 성형방법을 보여주는 부분 개략사시도.

도 8은 종래의 숫나사가공된 엘레멘트의 수납중에 본 발명상의 자기나사가공보어를 갖는 암파스너 엘레멘트의 상부 단면개략도.

도 9는 도 8에서의 화살표 9-9로 본 단면도.

도 10은 암파스너 엘레멘트의 자기나사가공보어에서의 나선나사부 보어의 성형중 도 8에 유사한 상부 단면개략도.

도 11은 도 10의 화살표 11-11방향으로 본 단면도.

발명의 구성

(발명의 요약)

본 발명상의 자기 나사가공 암파스너 엘레멘트는 볼트나 스크류와 같은 종래 또는 표준나선 나사가공 숫파스너를 수납하기 적합하도록 되어 있다. 이 본 발명상의 암파스너 엘레멘트에는 그 속을 통해 배열된 구멍을 갖는 금속체를 포함 구성한다. 여기에서 보어는 통상 원통형 내면, 보다 구체적으로 말하면 동일하게 주위와 공간을 둔 원통형 면으로서 숫파스너 엘레멘트의 큰(major) 직경 또는 외곽부 직경(crest diarmeter) 보다도 작은 직경을 가진다. 바람직한 실시예에서, 이 원통형 면의 또는 면(surface)의 내경은 거의 숫나사가공된 엘레멘트의 최소직경 또는 나사의 공지름(root diameter)과 거의 같은 것을 취한다. 암파스너 엘레멘트의 보어는 원통형 면 사이에서 동일하게 주위와 공간을 둔 다수의 리세스(recess)를 포함 구성하는데, 여기에서 보어 속으로 숫파스너 엘레멘트의 나사가공은 금속을 원통형 면 또는 면으로부터 실질적으로 연속적인 암 나선 나사를 성형하는 리세스로 변형케 한다. 숫파스너 엘레멘트의 나사부와 암파스너 엘레멘트의 나사부가 선과 선으로의 선접촉을 하기 때문에, 종래의 넛트와 볼트와 달리, 숫파스너의 나사부와 암파스너의 나사부가 공간을 띠며, 본 발명상의 암파스너 엘레멘트는 또한 우수한 토크(prevailing torque)를 제공하게 되는 것이다.

본 발명상의 자기부착 암파스너 엘레멘트의 일 실시예로서, 통상 원통형 내면에 있는 리세스(recess)는 원통형 오목면(concave surfaces)으로 이루어진다. 그리고 보어는 그 속에서 통상 원통형면이 뿔 잘린 원추형(frustoconical)으로 되는 입구부(inlet portion)를 가지는데, 이는 숫파스너 엘레멘트에 안내수단을 부여하고, 숫파스너 엘레멘트를 자기부착 암파스너 엘레멘트로 나사가공하는 동안 발생되는 버(burr), 즉 가장자리흠을 줄이거나 없애주기 위함이다.

실질적으로 채워진 암파스너 엘레멘트에서 암 나선 나사부(female spiral thread)를 확실히 성형하기 위해서, 리세스의 총 체적은 반대편 리세스의 반경 외면과 리세스의 총 체적보다 적은 통상 원통형면의 내부 직경과의 사이에서 측정된 보어의 주(큰) 직경으로 되는 환상체(annulus)와 거의 같다. 이와 같이 하면, 각 리세스의 체적은 보어의 최소경으로 되는 원통형 면을 포함구성하는 인접 환상체(annular portion)의 체적과 거의 같게 된다. 잘 알게 되겠지만, 그러나, 리세스로 변형하는 인접 환상부의 체적은 리세스보다도 약간 작다. 이는 나사가공 중 자기 나사가공보어에 숫파스너 엘레멘트가 결착되거나 묶이는 것을 방지하기 위함이다.

바람직한 실시예로서, 환상부의 체적은 전술한 바와 같이, 각 리세스에 인접한 것은, 리세스 총 체적의 80%~90%에 해당하는데, 이는 실질적으로 연속 나선 암나사부를 충분히 성형하여 주고 우수한 토크를 제공해 준다. 원통형 리세스는 오히려 M₆넛트와 같이 보다 작은 암파스너 엘레멘트로 되는 일이 보통이다. 그러나, 다른 형상의 리세스 또는 유용한 것으로 믿어진다. 특히 요홈과 같이 옴폭한 사각형 리세스를 포함하거나 원호상의 것을 포함하는 큰 암파스너 엘레멘트에 유용한 것으로 믿어진다.

본 발명 자기부착 암파스너 엘레멘트의 연속 상태의 판(strip)을 성형하는 방법은, 특히 넛트체가 압연기에서 연속적으로 형성되는가, 그리고 파스너 엘레멘트는 상술한 바와 같이 무른 연결구로 동일 방향으로 재 연결되는 그러한 방법이라는 추가적인 특징을 제공해 준다. 이 방법에는 암파스너 엘레멘트의 단면적을 갖는 금속판의 압연을 포함하고, 단부면(end face)과 평행측면(parallel side faces)과 연속 파일롯트부의 반대측에 있는 연속 플랜지부를 갖는 연속 돌출 파일롯트부(continuous projecting pilot portion)의 단부면을 통해 동일하게 간격을 두고 배치된 보어를 관통하는 방법이 포함된다.

위 파일롯트부는 다음 심가공되고, 그러나 전술한 미국특허 제3,775,791호 및 3,999,659호에 개시되어 있는 바와 같이 통합운반부(integral carrier portion)를 가진 판(strip)에서 지지되거나, 또는 무른 연결구 엘레멘트를 상호 연결되도록 정렬된 자기부착 파스너 엘레멘트를 형성해가며 판이 심가공된다. 어떤 경우이든, 본 발명으로 탭핑작업(tapping operation)은 없어지게 된다.

본 발명의 자기부착 암파스너 엘레멘트의 성형방법은 파스너 엘레멘트가 전술한 바와 같이 탭핑을 위해 파스너 엘레멘트를 어프라인(off line)으로 두게 하기 위한 필요성을 없애는 무른 연결구 엘레멘트(frangible connector element)에 의해 상호 연결되도록 하는 또다른 특징을 갖는다. 본 발명의 이러한 방법은 자기나사가공보어 사이에서 판을 심가공(severing) 등의 가공을 하므로써 양호한 암파스너 엘레멘트를 성형하며 다음 탭핑, 세척(cleaning), 재정렬(realignment) 할 필요없이 무른 연결구 엘레멘트를 가진 정렬된 파스너 엘레멘트를 상호 연결한다. 이와 같이 하므로써, 암파스너 엘레멘트의 방향이 판의 심가공에 따라 유지되고, 정렬된 파스너 엘레멘트를 무른 연결구 엘레멘트와 재 연결 가능하게 되었다.

본 발명 자기나사가공부 암파스너 엘레멘트 및 방법상의 특징들과 장점들은 실시예, 특허청구범위, 첨부도면 등과 요약설명 등으로 충분히 이해될 수 있을 것이다.

(최량의 실시예)

전술한 바와 같이, 본 발명상의 암파스너 엘레멘트와 방법은 특히, 대량 제조생산에만 적합할 뿐 아니라 암파스너 엘레멘트의 보어를 나사가공하거나 탭핑하고, 칩발생과 절삭유를 세척해야 할 필요성을 없애기 위한 것이다. 암파스너 엘레멘트의 배열된 관통보어에서 연속나선 나사부성형에 대한 다음의 기재로부터 알 수 있듯이, 대량 생산용으로 이용되는 것과 같이 암파스너 엘레멘트의 배열된 관통보어로 숫파스너 엘레멘트를 나사가공하는 데는 힘이 필요하다. 여기에서 토크력 구동기(torque power driver) 또는 렌치는 종래의 숫파스너 엘레멘트나 암파스너 엘레멘트를 암파스너 엘레멘트의 보어로 나사가공하는데 사용된다. 또한, 숫파스너 엘레멘트를 암파스네 엘레멘트의 관통된 보어로 나사가공하는 중에 암파스너 엘레멘트에서 형성된 나선 나사가공된 보어가 선과 선접촉(line-to-line contact)하기 때문에, 본 발명상의 암파스너 엘레멘트는 우수한 토크를 추가적으로 제공한다.

도 1~도 3은 본 발명상의 암파스너 엘레멘트(20)의 일 실시예를 나타낸 것으로, 이 암파스너 엘레멘트는 배열되고 관통된 자기 나사가공(configured pierced self-threading) 또는 자기 탭핑(self-tapping)보어(22)를 가진다.

도 1~도 3에 나타나 있는 암파스너 엘레멘트(20)는 제 1 단부면(26)과 제 2 단부면(28) 및 6각측면(30)을 포함구성하는 종래의 몸체(24)를 갖는데, 여기에서 배열관통된 자기 나사가공 보어(22)는 단부(26)(28)를 통해 뻗는다.

본 발명상의 방법과 암파스너 엘레멘트의 다음 기재로부터 알 수 있는 바와 같이, 암파스너 엘레멘트(20)의 몸체(24)의 배열은 종래의 그 어떠한 암파스너 엘레멘트도 될 수 있는데, 여기에는 종래 또는 표준 숫파스너 엘레멘트 상에 암파스너 엘레멘트를 나사가공하는 데 적합한 다수의 측면을 갖는 파스너 엘레멘트를 갖는 파스너 엘레멘트가 포함구성된다. 여기에서는 넛트든 볼트든 어느 것이나 고정되거나 한정된다. 이 본 발명상의 자기 나사가공 넛트는 또한 용접넛트 또는 용접스터드(weld studs)용으로 특히 적합하다. 또한, 아래에서 기재되어 있는 바와 같이, 본 발명상의 암파스너 엘레멘트와 방법은 특히 자기부착용 또는 용접 암파스너 엘레멘트용으로 적합하다.

본 발명의 암파스너 엘레멘트(20)의 관통되고 배열된 보어(22)는 다수의 공간을 둔 리세스(34)를 가진 통상 원통형 내면(32)을 포함구성한다. 환언하면, 배열된 보어의 내면(32)은 오목한 리세스(concave recess)(34)에 의해 공간을 갖게되는 주위와 동일하게 공간을 둔 다수의 원통형면(32)을 포함구성한다. 도 2 및 아래의 보다 상세한 기재로부터 알 수 있는 바와 같이, 원통형 내면(32)의 내경(d₁)은, 배열되고 관통된 자기 나사가공 보어(22)의 작은 직경으로서, 도 4에 나타나 있는 암파스너 엘레멘트(20)의 보어(22) 속으로 나사가공되는 볼트(36)의 큰 직경(major) 또는 외각직경(crest diameter)(D₁)보다도 작다. 실시예를 보면, 작은 직경(d₁)은 볼트(36)의 나사가공된 섕크부(threaded shank)(38)의 작은 직경(D₂)보다 거의 같거나 작다. 그리고 큰 직경(d₂)은, 반대편 리세스(34)의 방사상의 외면들 사이에서 측정되고, 도 2에서와 같이 도 4에 나타나 있는 볼트(36)의 나사가공된 섕크부(38)의 큰 직경(D₁)보다 통상 거의 같거나 약간 크다.

도 4에 도시된 볼트(36)는 종래의 볼트로서, 6각두부(40)를 갖고, 종래의 나사가공된 섕크부(38)를 갖는다. 암파스너(20)의 관통보어(22)에서 연속적인 암나사부를 성형하는 다음의 기재로부터 알 수 있는 바와 같이, 암파스너 엘레멘트에 수납되는 숫나사가공된 파스너 엘레멘트는 종래의 그 어떤 숫나사가공된 엘레멘트로도 될 수 있는데, 단, 종래의 볼트나 스크류에 한하지 않는 범위를 포함하고, 그러나 암파스너 엘레멘트보다도 굳기가 더 굳은 경도가 8.8급(class) 파스너 이상의 경도를 가져야 한다.

일 실시예로서, 리세스(34) 사이의 통상 원통형 내면 또는 내면은 도 3에서와 같이 뿔잘린 안내면(32a)을 갖는다. 여기에서 각도 "a"는 약 3°또는 2~6°에 해당한다. 다시말해, 뿔잘린면(32a)의 포함각도(included angle)는 약 6°또는 4~12°에 해당한다. 이 분야의 통상의 기술자라면 알 수 있는 바와 같이, 뿔잘린면(32a)은 단부면(26)을 통해 자기 나사가공 보어(22)를 관통하므로써 성형된다. 여기에서 관통면(26)에 인접되어 있는 보어의 약 1/3은 원통형(cylindrical)이고, 나머지 보어의 2/3는 정확히 제어되는 소정의 포위각(breakout angle)을 포함한다. 뿔잘린면(32a)은 이에 따라 볼트(36)에 대해 안내수단을 제공하게 되고, 자기 나사가공 또는 자기 탭핑넛트(20) 속으로 볼트(36)를 나사가공하는 과정에서 안내면(28)에 버(burr)가 발생함을 줄이거나 방지해준다.

전술한 바와 같이, 리세스(34)들 사이에서의 체적 관계와 대소직경 d₂와 d₁ 사이에서 정의되는 환상체(annulus)(42)는 관통된 자기 나사가공 보어(22)에서 숫파스너 엘레멘트(36)의 나사가공 중에 리세스(34)의 충전도 또는 충전량을 정의하므로, 따라서 암나사가공은 본 발명상의 자기 나사가공 또는 탭핑 암파스너 엘레멘트에서 이루어진다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 암파스너 엘레멘트(44)의 또다른 일 실시예를 도시하고 있다. 여기에서 암파스너 엘레멘트는 자기부착 넛트인데 이는 일례로서 미국특허 제 3,648,747호에 개시되어 있는 바와 같이 관통 또는 클린치 넛트로 이용된다. 암파스너 엘레멘트(44)의 개시예는 단부면(48)을 갖는 중앙 파일롯트부(46)와, 이 파일롯트부(46)의 반대편에 있는 플랜지부(50)를 포함구성하는데, 각각은 파일롯트부의 단부면(48) 평면과 플랜지부(50)에서 이루어지는 홈부(54) 아래로 가급적, 그러나 필수적이 아니게 공간을 두고 있다. 개시되어 있는 예에서는, 그루브홈(54)이 통상의 지식을 가진 사람에게 "재돌입(re-entrant)"홈이라 불리워지는데, 그 이유는 각 내외 그루브벽(56)(58)이 서로를 향하여 안쪽으로 경사져서 장착된 다음 판넬(도시안됨) 위에 암파스너 엘레멘트의 향상된 보존성을 부여한다. 측벽(56)(58)의 어느 하나 또는 양쪽 모두 안쪽으로 경사진다. 암파스너 엘레멘트(44)는 또한 상기 미국특허 제 3,711,931호에서 예를 들어 소개된 바 있는 무른 연결구 엘레멘트를 수납하기 위한 그루브홈(62)을 갖는 배면(back face)(60)을 또한 포함구성한다.

통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 도 6에 도시된 암파스너 엘레멘트(44)의 단면배열은 연속작업에서 압연기로 금속 와이어 단면을 압연하여 형성된다. 이 암파스너 엘레멘트(44)는 도 5 및 도 6에서와 같이, 또한 도 1~도 3에 관하여 설명되어 있는 동일하게 주변과 공간을 둔 오목 리세스(circumferentially spaced surface)(68)를 갖는 통상 원통형 내면 또는 주위와 공간을 둔 표면(66)을 포함하는 배열된 자기탭핑 관통보어(64)를 또한 구성한다. 여기에서 통상 원통형 면(66)은 또한 전술한 숫나사가공된 파스너의 수납을 위해 확대된 안내 개구부(lead-in opening)를 제공하는 배면(60)에 인접되는 뿔잘린 원추형으로 되어 있다.

도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 암파스너(44)의 연속판(strip)을 성형하는 방법을 나타낸 것이다. 여기에서 다수의 암파스너 엘레멘트(44)는 상기 미국특허 제 3,711,931호에서 개시되어 있는 바와 같이, 무른 연결구 엘레멘트(80)로 연속판에서 재연결 또는 상호 연결된다. 본 발명상의 이러한 방법은 성형해야 할 암파스너의 소정의 단면을 갖는 연속 넛트 스트립(continuous nut strip)(70)으로 시작된다. 위 암파스너로서는 도 5 및 도 6에 나타나 있는 자기부착 암파스너 엘레멘트(44)와 같은 것을 들 수 있는데, 단부면(48)을 갖는 연속압연 중앙 파일롯트부(continuous rolled central pilot portion)(46)을 포함하고, 각기 단부면(52)과 그리고 상기 플랜지부에 있는 재돌입 그루브홈(re-entrant grooves)(54)를 갖는 파일롯트부(46)의 반대측에 있는 플랜지부(50)를 포함구성한다.

이 방법은 다음, 종래의 천공용 공구(72)를 이용하여 도 5 및 도 6에 나타나 있는 본 발명의 배열된 보어(64)를 관통하는 것을 포함한다. 하나의 실시예를 들자면, 2개의 배열된 보어(64)가 도 7에서와 같이 연속판(70)에서 동시에 천공되어 있다. 화살표(74)와 같이, 이 관통용 공구(piercing tools)(72)는 배열된 자기 나사가공 보어(64)를 천공하기 위해 잠시 판이 정지되어 있을 때 왕복한다. 이 판은 동시에 블래이드날(76)로 압하천공(chop) 또는 절취(cut-off)된다. 그리고 연속판(70)을 도 5 및 도 6에 도시된 바의 정렬된 파스너 엘레멘트(44) 속으로 분리시킨다. 다시말해, 이 블래이드날은 배열된 자기 탭핑보어 또는 개구부(64)를 천공용 공구(72)가 천공할 때 화살표와 같이 왕복한다. 이 자기부착 파스너 엘레멘트(44)는 벌크상으로 모은 후, 상기 미국 특허문헌 기재와 같이 판넬(panel)에 부착하기 위해 사용된다.

한편, 미국특허 제 3,711,931호에서 개시되어 있는 장착헤드로 공급하기 위해 파스너 엘레멘트(44)의 방향은 유지되고 연속판에서 파스너 엘레멘트는 내부연결된다. 여기에서 파스너 엘레멘트(44)는 도 7과 상기 미국특허에서 보다 상세히 기재되어 있는 바와 같이 그루브홈(62) 속으로 로울러(82)에 의해 압연되거나 압조되는 무른 연결구 엘레멘트(80)로 상호 연결된다. 도 7에 도시된 암파스너 연속판을 성형하기 위한 방법은 이와 같이 암파스너 엘레멘트(44)가 연속판에 상호 연결되고 본래의 넛트판(70)과 같이 동일 방향으로 유지되도록 하므로써 암파스너 엘레멘트의 제조비용을 줄이는 추가적인 장점까지 갖고있다. 다시말해, 암파스너 엘레멘트는 탭핑을 하기 위해 판을 압하절단(chopping)한 다음에 어프라인으로 두게 되지 않게 해준다. 왜냐하면 자기 나사가공 보어 또는 자기 탭핑보어(64)는 탭핑의 필요성을 없애주기 때문이다. 그러나 본원 발명상의 방법은 또한 연속판에 부착하기 위해 탭핑 다음에 파스너 엘레멘트를 배열할 필요성을 없애준다.

도 8 ~ 도 11은 예컨데 도 4의 부호 36로 도시되어 있는 종래의 숫파스너 엘레멘트를 이용하여 도 5 ~ 도 6에서의 부호 64, 도 1 ~ 도 3에서의 천공배열된 보어(22)에 있는 연속나선 암나사를 형성하는 것을 개략적으로 나타낸다. 도 1 ~ 도 4에 나타나 있는 부호들은 오직 설명용이다.

잘 아는 바와 같이, 숫파스너 엘레멘트의 나사가공된 섕크(threaded shank)(38)는 나선나사(84)를 구성하는데, 도 4 및 도 9에서와 같이 이 나사는 끝이 잘린 크레스트부(truncated crest portion)(86)과 끝이 잘린 루트부(truncated root portion)(88)를 갖는다.

도 8에서, 숫파스너의 나선형 숫나사(84)는 암파스너 엘레멘트의 관통보어에서의 나선형 암나사의 형성을 개략 나타내기 위하여 90°전회한 것으로 되어 있다. 그러나, 알겠지만, 암나선형 나사(84)는 나선형 숫나사 가공섕크가 배열된 자기 나사가공 보어나 자기 탭핑보어(22) 속으로 나사가공될 때 반경상으로 축상으로 자기 나사가공 보어나 자기 탭핑보어(22)에서 금속을 변형시킨다.

숫나사가공된 섕크(38)가 자기 나사가공 보어(22) 속으로 나사가공되어 들어갈 때, 나선형 나사(84)의 리딩플랭크(leading flank)(90)는 도 8과 도 9에 의해 도시되어 있는 리세스(recess) 속으로 리세스(34)들 사이의 원통형부(32)를 변형시킨다. 알게 되겠지만, 그러나, 원통형부(32)는 축상으로 반경상으로 변형된다. 그러나, 도 8은 나선형 숫나사(38)와 배열된 자기 탭핑보어(22) 사이의 체적관계(volumetric relation)를 잘 나타내고 있다.

위에서 도시되고 설명되어 있는 바와 같이, 내부 원통형 면(32)의 내부 소직경(d₁)은 나사가공된 섕크(38)의 소직경(D₂)보다도 약간 더 크거나 거의 같고, 반대편 리세스(34)의 반경상 외표면들(radial outer surfaces) 사이에서 측정된 대직경(d₂)은 도 4에서의 나사가공된 섕크(38)의 대직경(D₁)보다도 약간 크거나 거의 같다.

이와 같이, 원통형부(32)를 통해 또는 이를 가로질러, 숫나사의 리딩플랭크(leading flank)(90)가 접동하고, 도 8에서 금속은 축상, 반경상으로 도 8에서의 리세스(34) 속으로 변형된다.

일 실시예에서, 리세스의 "총 체적(total volume)"은 소직경 d₁과 대직경 d₂ 사이에서 또는 이에 의하여 환상체(42)에 거의 같고, 각기, 리세스(32)의 총 체적보다 작게 하여, 환상체(annulus)(42)의 원통형부(32)의 체적이 리세스의 체적보다 약간 작거나 거의 같은 것이 되게 한다. 연속 암나선나사는 그런 다음 나선상으로 나사가공된 암파스너(38)의 거울이미지로 되는 암파스너 엘레멘트의 배열된 보어(22)에서 성형된다.

도 10과 도 11은 배열된 보어 속으로 나선상으로 나사가공된 섕크(38)에서의 보다 진보된 것을 나타낸다. 여기에서 도 11에서 나타나 있는 보다 완전한 암나사(94)가 나선나사(84)가 보어(22)속으로 나사 가공됨에 따라 자기 나사가공 또는 자기 탭핑 암보어(self tapping female bore)(22)에서 성형된다.

앞에서와 같이, 그러나, 환상체(42)의 원통형부(32)의 체적은 나사가공 중에 자기 나사가공 보어에서 숫파스너 엘레멘트가 고착되어 빠져나오지 못하게 되는 것을 방지하기 위하여 리세스(34)의 총 체적보다 약간 작게 해야한다. 실험은 리세스(34)들 사이에서 환상체(42)의 체적이 리세스 총 체적의 80~90% 사이로 되도록 해야하고, 실질적으로 충분히 성형된 나선암나사를 제공하고, 가장 바람직하게 약 90%를 부여한다는 것을 알게 해주었다.

알게 되겠지만, 암파스너 엘레멘트의 보어(22)에 형성된 실질적으로 연속적인 나선상의 암나사(94)는 암나사를 형성하는 숫파스너 엘레멘트(36)의 숫나사(84)와 선-대-선접촉(line-to-line contact) 상태에 있다. 그러므로, 숫나사가공된 엘레멘트에 의해 형성된 나선상의 암나사는 또한 우수한 토크를 제공한다. 예를 들면, 천공된 자기 탭핑보어를 가진 M₆넛트는 제 1 이동 다음에 0.45Nm의 우수한 토크를 가졌으며, 숫파스너 엘레멘트로부터 넛트의 5번째 이동 다음에 0.3Nm의 우수한 토크를 나타낸 것을 들 수 있다.

암파스너 엘레멘트의 우수한 토크는 본 발명의 자기 나사가공 또는 자기 탭핑 암파스너 엘레멘트의 중요특징이다. 그 이유는 실질적으로 제로(0)간격(zero clearance)을 제공하기 때문이다. 즉, 암파스너 엘레멘트는 스크류나 스터드상에서 진동하에서 그리고 기타 하중이 걸려있는 상태에서 느슨하지 않을 것이라는 것이다. 바람직한 리세스의 형상과 갯수는 넛트의 칫수에 좌우된다고 믿어진다. M₆넛트의 경우, 6개의 원통형 리세스가 바람직한 것을 알게 되었는데, 그 이유는 리세스와 원통형 면 사이의 소정의 체적관계가 M₆넛트에 있는 6개의 원통형 리세스로 얻어질 수 있기 때문이다. 그러나 리세스의 다른 형상은 큰 암파스너 엘레멘트에서의 소정의 체적관계를 얻기 위해 이용된다. 특히 코너부가 원호상으로 되는 원호상의 또는 심지어 통상 사변형으로 되는 리세스를 갖는 큰 암파스너의 경우 그러하다.

통상의 지식을 가진 기술자라면 알 수 있듯이, 본 발명상의 방법과 자기 나사가공 또는 자기탭핑 암파스너 엘레멘트에 여러가지 설계변경이 가해질 수 있다. 전술한 바와 같이, 자기 나사가공 보어는 도 1 ~ 도 3에서 도시된 바의 종래의 넛트 또는 특화된 암파스너 엘레멘트를 구성하는 암파스너 엘레멘트와 같이 이용되는데, 자기부착 암파스너 엘레멘트, 예컨데 천공, 클린치 및 용접넛트와 같은 엘레멘트를 구성한다.

자기부착 암파스너 엘레멘트용으로 선정된 재료는 용도에 따라 달라진다. 그러나, 록크웰(rockwell) B경도로 50~70의 경도를 가진 강재료가 특히 적합함을 알게 되었다. 본 발명방법은 또한 전술한 미국특허 3,775,791호 및 3,999,659호에 개시된 자기 나사가공 또는 자기탭핑 자기부착 암파스너 엘레멘트를 성형하기 위해서도 이용된다.여기에서 자기부착 암파스너 엘레멘트는 장착후에는 플랜지부의 기능을 하게 될 파일롯트부의 반대편에 있는 운반체(carrier portion)를 포함 구성하는 복합판에서 지지된다. 자기부착 파스너 엘레멘트의 배열은 또한 용도에 따라 좌우되고, 판넬 보존 그루브홈(panel retention grooves)은 또한 예컨데 미국특허 제 3,187,796호에서 개시되어 있는 바와 같이 플랜지부에 인접된 파일롯트부의 측면에 위치되기도 한다.

발명의 효과

본 발명의 자기 나사가공 암파스너 엘레멘트는 이에 따라 암파스너 엘레멘트의 보어의 나사가공(threading)과 탭핑(tapping)공정을 없앨 수 있다. 이 공정 중에는 벌크 핸들링(bulk handling)과 침, 버, 절삭유의 세척 또는 청소가 포함되며, 특히 중요한 것은 제조비용을 대폭 줄여준다는 점이다. 본 발명의 자기 나사가공 암파스너 엘레멘트도 진동 하에서 그리고 하중이 걸린 상태 하에서도 암파스너 엘레멘트의 느슨함(loosening)을 없애는 우수한 토크를 제공하기도 한다.

Claims (18)

1. 종래의 나선상의 나사가공된 숫파스너 엘레멘트의 나사 수납용 자기 나사가공 보어(self-threading bore)를 갖는 암파스너 엘레멘트는,

   그 속을 통해 배열된 보어(configured bore)를 갖는 금속 몸체(metal body)와, 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트의 작은 직경과 거의 같은 내경을 갖는 통상 원통형으로 되는 내면(cylindrical internal surface)을 포함구성하고, 또한 반경상 외표면 반대편 리세스들 사이에서 측정된 상기 배열된 보어의 큰 직경으로 정의되는 환상체(annulus)와 거의 동일한 총 체적을 갖고 또한 상기 리세스의 총 체적보다 작은 상기 원통형면의 내경을 갖는 상기 원통형 내면에서 주위와 공간을 둔 다수의 오목부 리세스(concave recesses)를 구성하고, 이에 따라 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트를 상기 보어 속으로 나사가공하므로써 상기 통상 원통형 면으로부터 상기 리세스 속으로 변형시켜 상기 보어에서 연속적인 암나사(continuous female thread)를 성형하는 것을 특징으로 하는 암파스너 엘레멘트(A female fastener).
2. 제 1항에 있어서, 상기 오목부 리세스(concave recesses)는 각기 통상의 원통형 내면(cylindrical internal surface)을 포함구성하는 암파스너 엘레멘트.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보어의 상기 통상 원통형으로 된 내면은 상기 보어의 중간부(intermediate portion)보다 큰 내경을 가진 상기 암파스너 엘레멘트를 수납하는 입구부(inlet portion)를 포함구성하는 암파스너 엘레멘트.
4. 제 2항에 있어서, 상기 입구부는 상기 보어의 중간부(intermediate portion)보다도 더 큰 내경(major internal diameter)을 갖는 뿔잘린 원추형 부위(frustoconical)로 되는 암파스너 엘레멘트.
5. 제 1항에 있어서, 상기 보어의 큰 직경은 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트의 큰 직경과 거의 같은 것으로 되는 암파스너 엘레멘트.
6. 종래의 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트를 수납하기 위한 자기 나사가공 보어(self-threading bore)를 가지는 암파스너 엘레멘트는 그 속을 통해 배열된 보어(configured bore)를 갖는 금속체를 구성하고, 이 배열된 보어는 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트의 큰 직경보다 큰 직경을 가지고, 또한 다수의 공간을 띤 통상 원호상의 오목부 리세스(arcuate concave recesses)을 구성하고, 이에 따라 상기 보어 속으로 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트를 나사가공하므로써 상기 통상 원통형 면으로부터 상기 공간을 띈 리세스로 금속을 변형되게 하므로써 상기 보어에서 실질적으로 연속적인 나선상의 암나사를 성형하는 것을 특징으로 하는 암파스너 엘레멘트(A female fastener element).
7. 제 6항에 있어, 상기 보어의 통상 원통형 내면은 상기 보어의 중간부보다도 큰 내경을 갖는 상기 숫파스너 엘레멘트를 수납하는 입구부를 포함구성하는 암파스너 엘레멘트.
8. 제 7항에 있어서, 상기 입구부에서 상기 통상 원통형 내면은 상기 중간부의 내경보다 큰 직경을 갖는 뿔잘린 원추형으로 되는 암파스너 엘레멘트.
9. 제 6항에 있어서, 상기 통상 원통형으로 되는 면은 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트의 소직경과 거의 같은 내경을 갖는 암파스너 엘레멘트.
10. 제 9항에 있어서, 상기 보어는 상기 반대편의 통상적으로 상기 원통형으로 되는 리세스들 사이에서 측정된 큰 직경이 상기 나선상으로 나사가공된 숫파스너 엘레멘트의 큰 직경과 거의 같은 것으로 되는 암파스너 엘레멘트.
11. 제 6항에 있어서, 상기 다수의 공간을 둔 통상 원통형으로 되는 리세스의 총 체적은 상기 반대편의 통상 원통형으로 되는 리세스의 반경상 외표면 사이에서 측정된 큰 직경과, 상기 리세스의 총 체적보다 작은 상기 통상 원통형으로 되는 표면의 직경으로 정의되는 환상체의 체적과 거의 같은 것으로 되는 암파스너 엘레멘트.
12. 종래의 나선상으로 나사 가공된 숫파스너 엘레멘트를 수납하기 위한 배열된 자기 나사 가공보어를 갖는 나사가공 암파스너 엘레멘트는 상기 암파스너 엘레멘트가 그속을 통해 정렬되는 보어(configured bore)를 갖는 금속체를 포함 구성하고, 상기 정렬된 보어는 뿔잘린 원추형 입구부와 원통형 출구부를 갖는 나선상으로 나사 가공된 숫파스너 엘레멘트의 작은 직경과 일반적으로 동일한 내경을 가진 통상 원통형으로 되는 원통형 내면을 가지며, 상기 통상적으로 원통형으로 되는 내면은 총 체적이 반대편 오목부 원호상 리세스(opposed concave arcuate recesses)의 반경상 외표면 사이에서 측정된 상기 정렬된 보어의 큰 직경과 상기 리세스의 상기 총 체적보다 적은 상기 일반적으로 원통형면의 직경으로 이루어지는 환상체와 거의 같은 총 체적을 갖는 다수의 공간을 둔 오목부 원호상 리세스를 포함구성하며, 이에 따라 상기 보어의 입구부로 상기 나선상으로 나사 가공된 숫파스너 엘레멘트의 나사가공으로 상기 통상 원통형 면으로부터 상기 리세스를 변형시켜 상기 보어에 실질적으로 연속적인 암나사(continuous female thread)를 성형하는 것을 특징으로 하는 암파스너 엘레멘트(A female fastener element).
13. 제 12 항에 있어서, 상기 반대편 리세스의 반경상의 외표면 사이에서 측정된 상기 보어의 상기 큰 직경은 상기 나선상으로 나사 가공된 숫파스너 엘레멘트의 큰 직경과 통상적으로 동일한 암파스너 엘레멘트.
14. 자기부착 암파스너 엘레멘트의 연속판(continuous strip)을 성형하는 방법은 단부면(end face)을 갖는 연속적인 파일롯트부와 이 연속적인 파일롯트부의 반대편에 있는 연속적인 플랜지부를 포함구성하는 상기 암파스너 엘레멘트의 단면을 갖는 금속판을 압연하고(rolling a metal strip);

    일반적으로 원통형으로 되는 내면과 이 원통형 면에서 다수의 주위와 공간을 둔 오목부 리세스(circumferentially spaced concave recesses)를 포함구성하고, 상기 원통형 면은, 상기 반대편의 통상 원통형으로 되는 리세스의 반경상 외표면 사이에서 측정된 큰 직경과, 상기 리세스의 총 체적보다 작은 상기 통상 원통형으로 되는 표면의 직경으로 정의되는 환상체의 체적과 거의 같은 체적을 가지는 상기 파일롯트부의 상기 단부면을 통해 상기 자기 나사가공 보어를 천공하며, 이에 따라 상기 원통형 면의 내경보다 큰 직경을 갖는 상기 보어 속으로 나선상으로 나사 가공된 숫파스너 엘레멘트를 나사가공하므로써 상기 보어에서 실직적을 연속적인 암나사를 성형하는 상기 리세스로 금속을 변형시키도록 한 자기 부착 암파스너 엘레멘트의 연속판 성형방법(A method of forming a continuous step of self-attaching female fastener element).
15. 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 상기 판을 심가공(severing)하고 또한 자기 나사가공 보어를 갖는 정렬된 자기부착 암파스너 엘레멘트를 성형하는 방법을 포함하는 자기부착 암파스너 엘레멘트의 연속판(continuous strip)의 성형방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 방법은 무른 연결부 엘레멘트(frangible connector element)와 같이, 상기 파스너 엘레멘트를 재방향잡음(reorienting)없이 상기 정렬된 자기부착 암파스너 엘레멘트(discreet self-attaching female fastener element)를 상호연결하는 방법을 포함하는 자기부착 암파스너 엘레멘트의 연속판 성형방법.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 상기 파일롯트부의 상기 단부면을 통해 상기 보어를 천공하고, 상기 단부면의 반대편 판의 배면(back face)을 통해 뿔잘린 원추형 개구부(frustoconical opening)를 성형하는 방법을 포함구성하는 자기부착암파스너 엘레멘트의 연속판 성형방법.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 상기 통상 원추형인 내면에서 실질적으로 주위와 원통형으로 공간을 둔 리세스(cylindrical spaced recesses)를 갖는 상기 파일롯트부를 통해 상기 보어를 천공하는 방법을 포함구성하는 자기부착 암파스너 엘레멘트의 연속판 성형방법.