KR20050111744A - 저유연성 재료에서 사용될 수 있는 나사골 제작용 나사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나사산 압연 또는 나사산 제작용 나사(100) 또는 너트를 위한 나사산으로서, 비삼각형 형상의 나사산 프로파일(400)과, 전방 나사산 면(422)과 후방 나사산 면(424)을 구비하고, 상기 전방 나사산 면(422)과 후방 나사산 면(424) 중 적어도 하나가 제1 곡률 반경(R)을 지닌 볼록한 곡률을 가지되, 상기 비삼각형 형태의 나사산 프로파일(400)의 정점(422)은 제2 곡률 반경(r1)의 오목한 곡률을 지니고, 상기 제1 곡률 반경(R)은 상기 제2 곡률 반경(r1)과 상이한 것을 특징으로 하는 나사산을 제공한다.

Description

저유연성 재료에서 사용될 수 있는 나사골 제작용 나사{SELF-TAPPING SCREW FOR USE IN LOW DUCTILE MATERIALS}

본 발명은 나사산(thread)에 관한 것으로, 특히 특허청구범위 제1항에 개시된 바와 같이 나사의 골을 내기 위한 나사(self-tapping screw) 또는 너트에 관한 것으로서, 특허청구범위 제14항 및 제20항에 따라 죔쇠(fastener) 시스템을 위한 각각의 너트뿐 아니라 각각의 너트에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 새로운 나사산 형태에 관한 것으로서, 특히 비삼각형(non-triangular) 형상 또는 비사다리꼴(non-trapezoidal) 형상의 나사산 프로파일을 지니고 각각의 나사산(thread)은 전방 나사산면(leading thread face)과 후방 나사산면(trailing thread face)으로 구성되고, 상기 전방 나사산면과 후방 나사산면 중의 하나는 제1 곡률 반경을 지닌 볼록한 곡면을 지니는 것을 특징으로 한다.

더욱더 상세하게는, 본 발명은 보다 개선된 나사선 제작 죔쇠 장치(thread forming fastener device)에 관한 것으로, 상대 암수 부품(mating component) 또는 고정 기구 재료(anchor material) 내에 형성되는 내부 힘의 분포를 보다 개선하도록 하기 위해 제공되는 외부 나사선 또는 내부 나사선으로 구성되는 새로운 나사선 제작 죔쇠 장치에 관한 것으로서, 상기 상대 암수 부품 또는 고정 기구 재료에는 상기 나사산 제작 죔쇠 장치에 의해 서로 정합될 한 쌍의 내부 나사산 또는 외부 나사산이 형성된다.

상기 죔쇠 장치(fastener device)는 특히 저유연성(low ductility)을 지닌 것으로 분류될 수 있는 고정 기구 재료와 본 발명의 실시예에 따른 나사골 제작용 나사로 구성된 이음매 구조의 기능을 향상시킬 수 있다.

종래 기술에 따른 나사산 형성 형태의 나사산 제작용 나사 또는 나사산 압연 나사는 저유연성 재질의 상대짝용(mating) 내측 나사산(internal thread)을 제작하는데는 조립 및 시공을 하는데 있어서 신뢰성에 한계가 있다.

잘 알려져 있는 나사산을 이용한 죔쇠 기술(fastener technology)에 있어서, 외측 나사산 죔쇠 구성이 재질 환치(material displacement)를 통해 상보 내측 나사산(complementary internal thread)을 생성하기 위해 준비된다. 예를 들어서, 상기 외측에 나사산이 만들어진 죔쇠(fastener)를 단순 구멍 형태의 시험 홀(pilot hole) 속으로 삽입하여 외측에 나사선이 만들어진 죔쇠와 시험 홀이 제작된 부품 사이에서 돌리는 경우, 내측 나사선이 저온에서 형성되어 부품의 단순 구멍 형태의 시험 홀을 내측면 속에 나사산 형철을 뜨게 된다.

그 결과, 외측 죔쇠가 움직이는 방향으로 공칭 축 방향 힘이 단순 구멍 형태의 시험 홀의 표면 방향으로 돌려지게 된다. 바람직하게는, 내측 나사선을 저온에서 형성함으로써 부품으로부터 부품 재질을 잘라내거나 제거하지 아니할 수 있다. 이와 같은 이유에서, 저유연성을 지닌 재질들을 상기 나사선 형성 죔쇠로써 조립하고자 할 경우에, 죔쇠 축 방향으로 재질이 흐르는 것이 방지될 수 있다.

더욱이, 종래에 알려진 나사산들은 삼각형 또는 부등사변형의 단면을 지니고 있으며, 나사산의 측면각이 약 60°또는 그 이하의 크기를 지닌다.

나사산 제작 또는 나사산 압연을 통해 나사산 형성 수단을 만들기 위한 상기 나사산 형성 구조를 이용함으로써, 마그네슘 알로이 형태 또는 이에 상응하는 저유연성의 앵커 부품 재질에 있어서, 상보 나사선의 구조적 완전함을 보장하는 상보 나사선을 구현하게 된다. 특히, 앵커 부품 재질 내에 만들어지는 내부 나사선은 재질층이 벗겨지거나 돋아나게 되는 문제점을 겪게 되며, 조립에 있어서 치명적인 조각 부스러기를 발생시키는 문제점을 겪게 된다.

앵커 부품 재질 중 일부, 특히 파일롯 홀의 나사 입력 끝단에 인접한 부위는 쉽게 파손될 수 있다. 이 효과는 도7에 도시되어 있으며, 도7은 종래기술에 따른 이음매 구조(700)를 상세히 보여주고 있다.

도면에서 종래기술에 따른 나사선 제작 형상을 지닌 나사선(710)이 저유연성이 가정된 앵커 부품(anchor material; 720)과 쌍을 이루고 있다. 도면에서 나타나 있듯이, 앵커 부품(720) 속으로 나사(710)에 의해 도입되는 힘으로 인해서, 앵커 부품이 나사산 측면 아래로 흘러들어 분출물(730)들을 누적시킨다.

저유연성 앵커 부품(720) 재질의 분출물(730)들은 수차례에 걸친 접속 과정에서 또는 주기적인 접속 과정에서 또는 사용중에 분리 해체되면서, 손상되어 파손될 수 있다. 그 결과, 부스러기 및 은이 생성된다. 더욱이, 상기 시굴 공(bore hole)이 '관통홀(through hole)'이라 일반적으로 일컬어지는 형태인 경우, 그 결과 상기 시굴 공이 앵커 주물 속의 캐비티(cavity) 속으로 들어가는 경우, 상기 캐비티는 오일 또는 기타 유류를 담기 위한 목적에 있으며, 시굴 공은 전자 장치를 포함하는 영역으로 침투하게 되어서 유닛트 어셈블리가 오동작을 하거나 조립된 유닛트에 치명적인 손상을 입힐 수 있다.

이와 같은 치명적 손상 효과는, 나사선 제작용 나사를 돌려서 앵커 파일롯 홀에 대해 나사가 축 방향으로 이동 전진하도록 함으로써 야기되는 응력(stress)과 변형(strain)에 의해 기인한다. 재질 변위(material displacement)를 통해 상보 대칭 나사산(complementary mating thread) 위에서 설명한 나사산 압연 나사는 나사산 압연 너트에도 적용되어서 나사산이 없는 가공전 볼트에 나사산을 만들 수 있다.

유럽특허 제0 553 907호는 나사산 제작용 나사(800)를 개시하고 있으며, 마그네슘 또는 기타 재질과 같은 저유연성 재질로 만든 시료 내부에 저온으로 내부 나사선을 형성하는 기술이 도8에 도시되어 있다. 나사는 시료 내에 내부의 나사선을 형성하기 위해 압축력(compressive force)을 사용하게 된다. 나사는 전진부 단면(entering end)과 두부 단면(head end)을 지닌 자루 몸체(shank)를 구비한다. 외측 나사선이 자루 몸체 상에 형성된다.

외측 나사선은 나사산의 각도를 90°에서 120°사이의 값을 지니도록 함으로써 나사산 형상을 이룬다. 이 구성 형태에 있어서, 나사선 제작 과정 중에 내부 나사선을 위해 저밀도의 앵커 재료에 주로 압축력을 발생시킨다. 증가된 나사산 프로파일 각도를(60°이상) 향한 움직임은 조립된 상대측 나사산의 부하 지지력을 증강시키는 한편, 어셈블리를 오염시킬 수 있는 부스러기의 발생 및 재료의 손상 문제를 해결하지는 못한다.

전술한 본 발명의 목적과, 특징 및 장점은 첨부도면과 함께 이하에서 설명되는 내용으로부터 보다 명확히 이해될 수 있다. 도면에서 도면부호의 최상위 자릿수(MSB)는 해당 도면의 도면 번호를 의미한다. 모든 도면은 본 발명의 여러가지 측면과 실시예를 설명하기 위해 참조될 수 있다.

더욱이, 변형 실시예에 있어서 오직 차이점만이 상세히 설명될 것이다. 본 명세서에 모든 대체 실시예 및 선택 사항들이 나타나 있지는 않으므로, 본 발명의 사상이 아래에 도면과 함께 기술되는 내용에만 한정되는 것은 아니다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 실시예에 따라 나사산을 지닌 나사산 제작용 나사를 개략적으로 나타낸 도면.

도2는 도1에 따른 나사의 바람직한 작은 잎 모양의 단면을 보여주는 나사의 몸체 단면을 개략적으로 나타낸 도면.

도3은 도1의 나사의 나사산 프로파일을 구성하는 세그먼트를 확대하여 나타낸 도면.

도4는 도1에 나타낸 나사와 도3의 프로파일 세그먼트의 일 나사산을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 특정 디자인 파라미터가 도시된 도면.

도5는 본 발명에 따른 나사산 프로파일의 효과를 보여주고, 상보 부품 재료 속으로 전환되는 결과적 공칭 힘을 보여주고, 나사산 프로파일이 나사의 중앙축에 수직인 선분을 주위로 하여 대칭인 것을 보여주는 도면.

도6은 본 발명에 따른 나사산 프로파일의 효과를 보여주는 도면으로서, 상보 부품 재료 속으로 전환되는 결과적 공칭 힘을 보여주고, 나사산 프로파일이 나사의 중앙 축에 수직인 선분을 주위로 하여 비대칭인 것을 보여주는 도면.

도7은 종래기술에 따라 사다리꼴 형태의 나사산이 지닌 문제점을 보여주는 도면.

도8은 종래기술로서, 유럽특허 제0 553 907호에 따른 나사산 프로파일의 문제점을 나타낸 도면으로서 부스러기, 은, 잔유물 등을 나타낸 도면.

따라서, 본 발명의 목적은 나사산 제작용 나사산 처리된 죔쇠를 위한 나사산을 제공하는데 있으며, 상기 죔쇠(fastener)는 앵커 부품의 재질 내부에 힘 분포를 제공하고, 상기 앵커 부품에 상기 죔쇠가 견고히 장착되어 내부 나사산 또는 외부 나사산의 저온 형성에 의해 앵커 부품으로부터 재질이 잘려지거나 떨어져 나가는 것이 가능한 배제되는 기술을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 나사골 내기 나사의 원리에 의해 종래기술에 비하여 개선된 어셈블리 특성을 제공할 뿐 아니라, 나사산이 마그네슘 알로이 또는 기타 재료와 같은 저유연성의 앵커 재질로 만들어진 부품 속에 상보형 대칭 형태의 내부 나사산을 제작할 때에 부스러기 또는 기타 시공 잔유물의 찌꺼기의 발생을 줄이거나 제거할 수 있도록 하는 나사산 형태의 죔쇠 시스템을 제공하는데 있다.

그 결과, 본 발명에 따른 나사산은 비삼각형 형상의 나사산 프로파일을 지니고 있으며, 나사산의 전방 나사산 면과 후방 나사산 면 중 어느 하나는 제1 곡률 반경을 지닌 볼록한 형태의 곡면을 지니고 있고, 상기 비삼각형 형태의 나사산 프로파일의 팁(tip)은 제2 곡률 반경의 볼록 곡면을 지니고 있으며, 여기서 제1 곡률 반경과 제2 곡률 반경은 그 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 제1 곡률 반경은 제2 곡률 반경보다 클 수 있다. 이와 같은 나사산은, 특히 마그네슘 또는 마그네슘 알로이와 같은 저유연성 재료를 위한 나사산 압연 나사 또는 너트에 이용될 수 있다.

두개의 인접한 비삼각형 형상의 나사산 프로파일 사이에 베이스(base) 또는 밑동(root)은 제3 곡률 반경을 지닌 오목한 요면을 지니게 된다. 그 결과, 협곡 효과(notch effect) 또는 응력 밀도가 경감되어, 본 발명에 따른 나사산을 갖춘 나사 또는 너트는, 동일한 크기에 대해 종래기술에 따른 나사 또는 너트에 비해 더 높은 응력을 견뎌낼 수 있다.

바람직한 실시예로서, 제3 곡률 반경의 값은 제1 곡률 반경의 값보다는 작고, 더 바람직하게는 제2 곡률 반경의 값보다도 작도록 할 수 있다. 더욱이, 볼록 곡면과 비삼각형 형상의 나사산 프로파일을 지니는 것을 특징으로 하는 본 발명의 나사산의 전방 나사산 면(leading thread face)와 후방 나사산 면(trailing thread face) 중 어느 하나로부터의 전이는 연속적이다. 바람직한 실시예로서, 독창적인 나사산 힘의 구성을 통해서 종래의 나사산 보다 더 큰 힘 성분을 상보 대칭형 부품에 수직인 방향으로 인가할 수 있다.

그 결과, 상보 대칭 재료에 영향을 주는 압축력이 주로 존재하게 되며, 본 발명에 따른 나사산 형태 죔쇠가 죄여질 때에 상보 대칭 재료 속으로 상보형 나사산을 제작하는 동안에 전단력(shearing force)의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

저유연성 재료의 압축력이 전단력보다 크므로, 상기 재료는 전단력 보다는 압축력을 더 용이하게 수용할 수 있으며, 그 결과 전단력보다 비교적 더 적은 양의 물체 변형 파괴력을 지니게 된다. 더욱이, 두개의 인접하는 비삼각형 형상의 나사산 프로 베이스 또는 하부와 볼록 곡면에 제공되는 파일 사이의 전방 나사산 면과 후방 나사산 면 중 적어도 어느 하나로부터의 전이는 연속적이다.

본 발명에 따른 나사산의 제1 실시예로서, 비삼각형 형상의 나사산 프로파일을 지닌 전방 나사산 면과 후방 나사산 면은 서로 대칭적 형상을 지니도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 특히 더욱 좋은 유연성을 지닌 재료의 경우에는 비삼각형 형태의 나사산 프로파일의 전방 나사산 면과 후방 나사산 면은 서로 비대칭적인 형태를 지니도록 할 수 있다. 비대칭적인 경우, 응용 예의 요구에 따라서 적어도 부분적으로라도 하나의 평탄면 또는 심지어는 오목한 나사산 면을 지니도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 나사산의 특성에 있어서, 나사산의 피치(pitch)는 바람직하게는 나사산의 공칭 지름의 약 0.15 내지 0.5배 사이의 범위를 갖도록 할 수 있다.

귓불(lobular) 모양의 단면을 지닌 경우, 나사산은 귓불 단면의 둘레의 지름을 구성한다.

본 발명에 따른 나사산의 피치에 대한 바람직한 실시 범위로서, 본 발명에 따른 나사 또는 너트를 위한 나사산을 정의하는 파라미터를 좀더 아래와 같이 유도할 수 있다.

- 나사산 프로파일의 제1 반경이 바람직하게 나사산의 피치의 0.8 내지 1.2배의 범위를 갖도록 한다.

- 나사산 프로파일의 깊이가 나사산 피치의 0.4 내지 0.65배의 범위를 지니도록 한다.

- 나사산 프로파일의 제2 반경이 나사산 피치의 0.1배가 되도록 한다.

- 나사산 프로파일의 제3 반경이 나사산 피치의 0.08배가 되도록 한다.

본 발명이 가르쳐주는 기술 내용을 나사산 압연 나사 또는 나사산 압연 너트에 적용함으로써, 나사산 형태를 지닌 죔쇠 시스템을 위한 나사 또는 너트가 제공된다.

이상과 같은 나사산 형태의 죔쇠 시스템에 있어서, 나사 또는 너트는 각기 비삼각형 형태의 외부 나사산 또는 내부 나사산을 각기 포함하게 되며 본 발명에 따라 설계될 수 있다. 이와 같은 죔쇠 시스템의 나사는 본 발명에 따른 외측 나사산을 구성하게 되고, 원형의 단면적 또는 원형 단면을 지니게 된다.

반면에, 개별 너트는 원형 단면적을 지닌 내부 나사산을 지니게 된다. 그러나, 나사의 나사산은 비원형의 형상, 보다 바람직하게는 귓불 모양(lobular)의 단면을 가질 수 있으며, 본 발명에 따른 나사산을 상보 대칭 부품 속에 또는 위에 제공할 경우 나사에 나사산을 만들고 나면 보다 높은 진동 저항이 발생하게 된다.

조립과정에서 보다 잘 취급하기 위해서, 나사가 죄어져야 할 부품에, 나사선이 아직 미처리된 시굴 공(bore pilot hole) 속으로 나사를 보다 쉽게 삽입하는 것을 지지하기 위하여 나사 점에 파일롯 단면을 지닐 수 있다. 파일롯 단면의 길이는 바람직하게 나사의 나사선 피치의 2.0배가 되도록 할 수 있다.

결론적으로, 본 발명에 따른 나사산 프로파일은 비삼각형 형태 및/또는 비사다리꼴 형태를 지니고, 두개의 반지름으로 정의되는 형태로 구성된다. 조립 상태를 위해 두개의 반지름이 제공됨으로써 본 발명의 목적이 달성된다.

본 발명은 다른 형태로 많은 다양한 실시예로 변형되어 적용될 수 있지만, 첨부 도면과 함께 특정 실시예에 대해 상술될 것이다. 그러나, 본 발명의 사상이 예시된 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 아래에 기술되는 실시예가 본 발명의 사상을 한정하는 것이 아니다.

도1에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 나사산을 지닌 나사산 압연 나사(100)의 측면도가 나타나 있다. 도1에 도시된 나사는 나사머리(head; 110)를 구비하고 있으며, 나사 머리(110)에는 오목부(112)를 지니고 있어서 상기 오목부에 적절한 구동 연장을 가지고 상기 나사 머리를 나사(109)의 축방향 주위로 돌릴 수 있다.

이와 같은 회전 운동은 아래에 나타냈듯이 상보 앵커 부재(mating anchor material; 도시하지 않음) 속에 나사선 처리가 되지 않은 시굴 공 속으로 나사가 나선형 소용돌이 형태로 전진하도록 한다.

나사에 회전운동을 제공하기 위해 사용되는 구동 수단은 오목부 구동 시스템에 한정하지 않는다. 외측 구동 시스템이 적절히 보여질 수 있다. 나사의 머리의 하부면에 인접해서 나사의 길이를 따라, 나사 몸체(120)가 제공되며 나사 몸체(120) 위에는 나선형의 소용돌이 모양의 나사선 말이 또는 나사 나사선(130)이 포함된다.

상기 나사선 말이 또는 나사 나사선은 상기 나사선 말이가 본 발명에 따른 기하학적 형상을 지니도록 구성되며, 도3과 도1의 원형 지칭부 D 내부에 나타낸 나사산 프로파일(130)의 확대도를 참조해서 아래에 상세히 설명될 것이다.

도면부호 140으로 나타낸, 나사 머리부로부터 가장 멀리 떨어져 있는 나사산 입구부(thread entry zone)은 나사의 초기 적용과정 동안에 쉽게 삽입하고 홀을 쉽게 찾도록 파일롯 지점이 제공된다. 본 실시예에 있어서, 파일롯 지점은 두개의 나사산 피치(145)를 에워싼다. 이 예에 있어서 나사산 피치는 나사산들 중 한 나사산에서 인접 나사산까지의 거리를 의미한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나사 나사산 피치는 외측 직경(108)의 0.15 내지 0.5배 사이의 값을 갖도록 선택될 수 있다. 다시 설명하면, 나사 머리(110)에 인접해서, 본 발명에 따라 나사산 프로파일(130)을 잇는 정강이 부(120)가 이르게 되고, 이하에서 도1의 D로 나타낸 원형부를 확대한 나사산 프로파일(130)의 확대도를 참조해서 상세히 설명한다.

나사산 프로파일(130)은 나사산 정점(132)과 나사산 베이스 또는 나사산 골(134)을 구비한다. 도1의 나사(100)는 나사 머리(110)의 반대쪽에 파일롯 단면(140)이 있고, 상기 파일롯 단면(140)은 도1에는 도시하지 않은 해당 시굴 공(bore pilot hole)에 쉽게 삽입하기 쉬운 형태로 적용된다.

나사(100)의 파일롯 단면(140)은 본 실시예에서 2회 감김 또는 나사(100)의 두 피치 길이에 해당하는 나사산 프로파일(130)의 회선을 포함하는데, 피치는 인접하는 나사산의 두 정점(132) 사이의 거리 또는 인접한 나사산의 두 골(134) 사이의 거리로 정의된다.

본 발명에 따르면, 나사산 피치의 크기는 나사산의 공칭 직경의 0.15 내지 0.5배의 범위의 크기로 선택된다. 본 발명에 따른 나사산 구성 또는 프로파일(130)을 지닌 나사(100)의 제작은 어떤 다른 형태의 작은 잎새 형태의 단면을 지닐 수 있으며, 외측으로 나사산 형태를 지닌 나사(100)를 조립하는 동안 내측 나사산을 효율적으로 형성하기에 적합해보이는 다른 형태의 단면을 지닐 수 있다.

전형적인 작은 잎새 형태의 단면을 지닌 나사를 위에서 본 평면도가 도2에 도시되어 있다. 도2는 섹션별 주변을 따라 동일 간격으로 놓여진 세개의 로브(210, 212, 214)가 있는 잎새 형태를 보여주는 개략도이다. 여기서, 로브(lobe)의 갯수는 반드시 세 개일 필요는 없으며, 본 발명의 목적을 구현하기 위하여 홀수개의 로브를 갖춘 죔쇠가 마그네슘 알로이 및 기타 저유연성 재료의 응용에 사용될 수 있다.

잎새 형태의 단면 구조를 지닌 실시예가 지니는 장점은, 나사선 제작용 나사에 있어서, 필리파드 주니어의 마합중국 특허 제3,195,156호의 기술내용과 그 이후 후속된 특허출원서에서 찾아볼 수 있다.

예를 들어서, 3편의 잎새 형상의 단면은 특정 실시예에 있어서, 특히 예를 들어 자동차용 조립 부품에 있어서, 진동에 대해 보다 훌륭한 저항력을 보이는데 그 결과 나사가 풀리지 않도록 하는 효과가 있다.

이를 다시 설명하면, 도2는 잎새 모양의 단면을 지닌 도1의 나사(100)의 단면(200)을 나타낸 평면도이다. 단면(200)으로부터 도1의 나사(100)는 세개의 로브(210, 212, 214)를 지니고 있으며, 두개의 인접 로브들 사이에는 120°각도가 유지되고 있다. 로브의 갯수에 있어서, 본 도면에 나타낸 단면을 지닌 나사는 3개의 소열편 구비 나사라 볼 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예로서, 3개의 소열편 구비 나사 단면은 어떤 경우, 특히 자동차 조립 시에 진동에 대해서 훌륭한 저항을 보이게 되어서 나사가 풀리지 않도록 하는 효과가 있다.

도3을 참조하면, 도1의 나사(100)의 나사산 프로파일(300)이 더 상세히 도시되어 있으며, 도1의 서클부 D에 의해 나타낸 부위에 대한 상세도이다. 나사의 대칭축에 해당하는 점선(310)이 도시되어 있다. 도3에 있어서, 저유연성 재료에 나사를 사용하기 위한 나사산 프로파일(300)이 인식될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따라 나사산 정점(342)과 나사산 골(344)이 서로 대칭적인 나사산 면(320)으로 이어진다.

움직임 방향에 관해서, 도3에 점선(310)의 한쪽 단면에 화살표 팁으로 도시되어 있듯이, 나사가 시굴 공 속에 삽입되면, 움직임 방향을 향하게 되는 나사산 면은 전방 나사산 면(322)이고 반대측 나사산 면은 후방 나사산 면(324)이다. 아래에 또 다른 실시예와 함께 기술된 바와 같이 본 발명은 나사산 면이 도면부호 320에 나타낸 바와 같이 대칭적인 경우에 국한되지 않는다.

도4에는 본 발명에 따라 제작된 외측 나사 나사산 프로파일의 나사 나사산(400)의 확대 단면도가 도시되어 있으며, 나사 나사산(400)은 도1의 나사(100)의 나사산 프로파일(130)에 해당한다.

나사 나사산(400)의 단면은 두개의 인접 나사산 또는 나사의 외측에 형성된 나사 나사산(400)의 소용돌이를 통해 취해진다. 나사산 피치 P는 센터(460)와 인접 나사산 회선 센터(462) 사이의 거리로 정의되며, 이는 인접한 두개의 나사산 팁과 관련된 피치 정의에 해당된다. 나사산의 깊이 TD는 나사산의 피치 P의 0.4 내지 0.64배가 된다.

본 발명에 따르면, 나사산(400)의 나사산 프로파일은 가상의 대칭축 PA에 대칭이 되도록 설계된 곡률 반경 R로부터 나사산(400)의 프로파일이 만들어진다. 본 발명에 따른 나사산의 제1 곡률 반경인 곡률 반경 R의 크기는 나사산의 피치의 0.8 내지 1.2배 사이의 값을 지닌다.

나사 나사산(400)은 나사산 골(444)로부터 시작되어 뻗은 나사산 면(420)을 가지고 있으며, 나사산 정점(442)에서 종말된다. 나사산 정점(442)은 나사산 면(420)들 사이에 볼록하게 굽어진 전이부를 형성하게 되고, 나사산 정점(442)은 최소한 볼록한 형태가 된다. 둥글게 처리된 나사산 정점(442)은 반경 r1으로부터 제2 곡률 반경을 형성하게 되고, 이는 나사산 피치의 0.1배가 되도록 만들어진다. 곡률 반경 r1은 둥글게 처리된 나사산 정점(442)이 가상의 대칭축 PA에 대해 대칭이 되도록 설계된다.

상기 둥근 나사산 정점(442)은 저유연성 재료 내부에 상보 나사산을 저온 형성할 때에 만들어지는 전단력을 제어하고 최소화하는 작용을 한다. 더욱이, 후속 나사산 면(420) 사이에 오목하게 둥글게 처리된 전이부를 형성하는 나사산 골(444)이 도시되어 있다.

둥글게 처리된 나사산 골(444)은 제2 곡률 반경 r2로부터 발전되어 제3 곡률 반경을 형성하며, 여기서 제3 곡률 반경은 나사산 피치 P의 0.08배가 바람직하다. 곡률 반경 r2는 둥글게 처리된 나사산 골(444)이 가상의 대칭축 PA에 대칭이 되도록 설계된다.

반경 r1 및 r2의 중심은 나사산 정점(442)의 대칭축 상에 위치되며, 나사산 골(444)의 대칭축 상에 위치하게 된다. 볼록한 나사산 면(420)을 정의하는 반경 R의 중심은 두 가지 조건이 충족 되도록 위치되어야 하며, 첫째로 나사산 정점(442)으로부터 나사산 면(420)으로 전이부 점에서 나사산 면(420)을 정의하는 반경 R을 지닌 원주 상에서의 접선과, 나사산 정점(442)을 정의하는 반경 r1을 지닌 원주 상에 만들어지는 접선은 동일하다.

둘째로, 나사산 골(444)로부터 나사산 면(420)까지의 전이부 점에 있어서 나사산 면(420)을 정의하는 반경 R을 지닌 원주 상의 접선과 나사산 골(444)을 정의하는 반경 r2를 지닌 원주 상에 만든 접선은 서로 같게 된다.

도4에서 반경 R의 중심은 나사산 면(420)으로부터 멀리 떨어져 있음을 암시하도록 반경 R이 그려진다. 나사산 면(420)의 양쪽 끝단에 전이부 점을 나사산 면(420)의 할선(secant)인 라인으로 연결하면 반경 R의 중심점은 할선의 대칭축 상에서 발견되어질 수 있다.

도4를 되풀이해서 설명하면, 본 발명에 따른 나사 나사산(400)의 나사산 정점(442), 나사산 골(444) 및 나사산 면(420)을 정의하는 반경들 사이의 전이는 나사산 프로파일의 전체 런이 연속이 되도록 구성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 나사산 프로파일의 일주런에는 급격히 변하는 굴곡부 또는 단차가 존재하지 않는다.

그 결과, 본 발명에 따른 나사 또는 너트에 의한 내부 힘을 상보 부품에 도입함으로써, 상보 재료 내부의 응력 밀도가 가능한 최대로 되는 것을 피할 수 있게 된다. 더욱이, 나사산 정점과 볼록한 나사산 면 프로파일의 반경은 나사산 제조 중에 내부 힘을 발달시키도록 형성하되, 압축력을 주로 발생시킨다. 이와 같은 특징으로 인해서 다른 나사산 프로파일 설계에서 있을 수 있는 전단력의 크기를 최소화할 수 있다. 그 결과, 마그네슘 알로이 너트 앵커에 층이 분출되어 부스러기, 은, 및 버(burr) 등이 발생하는 것을 방지하게 된다.

도5는 암나사의 골을 내는 원리를 이용해서 상보 너트 나사산을 제작하는 동안 마그네슘 알로이 재질의 압축을 발생시키는 힘의 방향을 나타낸 도면이다. 본 도면은 본 발명에 따른 나사산 프로파일을 시공한 경우 얻을 수 있는 장점을 나타내고 있다.

도5의 다이아그램은 반경 나사산 프로파일의 실시예를 도시하고 있는데, 이는 부드럽게 정확한 나사산 제작이 나사산 나사 몸체 또는 나사 정강이의 길이를 따라 연속이 되도록 하는 것을 가능하게 한다. 연속적인 정확한 시공은 불연속적인 접촉면에서 나타날 수 있는 너트 재질 손상을 극복하는데 장점이 될 수 있다.

보다 구체적으로, 도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나사의 외측 나사산(500)을 보여주며, 검정색 화살표로 나타낸 제작 프로세스 도중의 나사산의 재질 상에 작용하는 힘이 무엇인지 뿐 아니라 부품 내에 상보 나사산을 저온 형성하기 위해 사용된다.

예를 들어서, 외측 나사산 및 내측 나사산에 작용하는 결과 힘(505)은 부품에 형성된 시굴 공의 반경을 따라 방사상의 성분(510)을 가지며, 축 방향의 성분(520) 나사의 축 방향을 향한다. 팁의 곡률을 따라, 축 방향 성분(520)이 감소되고 압축 반경 성분(510)이 증가한다.

도5의 나사산이 마그네슘 또는 기타 재료와 같은 저유연성의 재료로 구성한 부품에 나사 조임될 경우에, 상기 설명된 도5에서 나타낸 힘들은 내부 나사산의 구조상의 완전성을 해치지 않는다.

양호하게는, 마손(galling), 은빛화 되는 작용, 층 분출, 부품 재료의 부스러기 발생 등이 방지될 수 있다. 더욱이, 시굴 공 근처의 부품 재료가 마손되거나 손상되는 일이 없다. 또한, 내부 나사산의 나사산 정점에 은도 형성되지 않으므로 파손되지 않는다. 내부 나사산의 구조상 완전함이 손상되지 않고, 나사 나사산은 구동함에 있어 교란이 없다.

더욱이, 나사산 프로파일이 연속적인 형태를 가지므로, 힘의 분포 역시 연속적이다. 그 결과, 내부 나사산의 골에 근처에서 형성되는 응력 파손이 방지될 수 있다. 내부 나사산에 작용하는 결과 힘의 방사상 성분의 상대적 증가는 성분을 분쇄하고 전단하는 경향을 감소시킨다. 따라서, 내부 나사산은 부하에 견디는 잠재력을 증대시키고 재사용성을 증대시킨다.

도6은 본 발명에 따른 변형 실시예를 나타낸 도면이다. 도6에 나타낸 변형 실시예는 나사산 프로파일이 비대칭적인 형태를 취하도록 하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 프로파일의 전방 면은 본 발명에서 기술한 요소들에 부합하며, 후방 면은 나사산 정강이 길이를 따라 연속적으로 아치형의 형태를 제공한다.

도5와 비교해서 도6은 본 발명에 따라 비대칭적 나사산 구성을 개시하고 있다. 도6을 참조하면, 나사의 실시예로서 하나의 외측 나사산(600)이 도시되어 있으며, 여기서 오목한 후방 나사산 면(624)이 볼록한 전방 나사산 면(622) 보다 더욱 경사가 가파르다. 그 결과, 나사산 면 구성으로 인해 힘 전환 효과를 쉽게 볼 수 있으며, 결과 힘(605)의 방사상 성분(610)의 상대적 크기는 경감되고, 축 방향 성분(620)의 상대적 크기는 증가한다.

그 결과, 내부 나사산에 작용하는 축 방향 성분(620)은 시굴 공 및 나사 방향으로 보다 많은 압력을 행사하게 된다. 따라서, 상기 나사산 프로파일은 더 높은 클램프 힘이 필요한 적용예에 적용하는 것이 바람직하고, 너트 재료의 유연성이 이를 허용하게 된다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 시뮬레이터의 제작이나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 시뮬레이터의 제작이나 수정의 기본으로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 수치해석기는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명에 따른 개시 기술의 효용성은 내부 및 외부 비율을 너트와 볼트로써 흔히 사용되는 용어에서 정의되는 요소에 관련지을 수 있다.

본 발명의 사상을 사용하는 어떠한 조립 프로세스는 높은 축 방향의 인가된 힘을 견딜 수 있는 죔쇠 시스템의 능력으로부터 효용성을 얻게 되므로, 모든 요소가 동일한 삼각형 형상의 나사산 형태를 이용하는 종래 기술에 따른 시스템에 비교할 때에 매우 우수하다.

Claims (22)

1. 나사산 압연 또는 나사산 제작용 나사(100) 또는 너트를 위한 나사산으로서, 비삼각형 형상의 나사산 프로파일(400)과, 전방 나사산 면(422)과 후방 나사산 면(424)을 구비하고, 상기 전방 나사산 면(422)과 후방 나사산 면(424) 중 적어도 하나가 제1 곡률 반경(R)을 지닌 볼록한 곡률을 가지되, 상기 비삼각형 형태의 나사산 프로파일(400)의 정점(422)은 제2 곡률 반경(r1)의 오목한 곡률을 지니고, 상기 제1 곡률 반경(R)은 상기 제2 곡률 반경(r1)과 상이한 것을 특징으로 하는 나사산.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 반경(R)은 상기 제2 반경(r1)보다 큰 것을 특징으로 하는 나사산.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전방 나사산 면(422)과 상기 후방 나사산 면(424) 중 적어도 하나는 볼록한 곡률을 가지고, 상기 비삼각형 형태의 나사산 프로파일(400)의 정점(442)은 연속인 것을 특징으로 하는 나사산.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연속하는 인접 두 나사산 프로파일(400)의 골(444)은 제3 곡률 반경(r2)을 지닌 오목한 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 나사산.
5. 제4항에 있어서, 상기 제3 곡률 반경(r2)의 크기는 상기 제1 곡률 반경(R)의 크기보다 작고, 상기 제2 곡률 반경(r1)의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 나사산.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전방 나사산 면(422)과 상기 후방 나사산 면(424) 중 적어도 하나는 볼록한 곡률을 지니고, 두개의 연속한 비삼각형 형상의 나사산 프로파일(400) 사이의 골(444)은 연속인 것을 특징으로 하는 나사산.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비삼각형 형상의 나사산 프로파일(400)의 상기 전방 나사산 면(422)과 후방 나사산 면(424)은 서로 대칭적인 형태인 것을 특징으로 하는 나사산.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비삼각형 형상의 나사산 프로파일(400)의 상기 전방 나사산 면(422)과 후방 나사산 면(424)은 서로 비대칭적인 형태인 것을 특징으로 하는 나사산.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산의 피치(P)는 나사산의 공칭 직경의 0.15 내지 0.5배인 것을 특징으로 하는 나사산.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 프로파일(400)의 제1 곡률 반경(R)은 상기 나사산의 피치(P)의 0.8 내지 1.2배인 것을 특징으로 하는 나사산.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 프로파일(400)의 깊이(TD)는 상기 나사산의 피치(P)의 0.4 내지 0.65배임을 특징으로 하는 나사산.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 프로파일(400)의 제2 곡률 반경(r1)은 상기 나사산 피치(P)의 0.1배임을 특징으로 하는 나사산.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사산 프로파일(400)의 제3 반경(r2)은 상기 나사산 피치(P)의 0.08배임을 특징으로 하는 나사산.
14. 죔쇠 시스템의 나사로서, 상기 나사는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 비삼각형 형상의 외측 나사산(130)을 지님을 특징으로 하는 나사.
15. 제14항에 있어서, 상기 나사(100)는 나사산 압연 나사임을 특징으로 하는 나사.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 나사의 상기 외측 나사산은 원형 단면을 지닌 것을 특징으로 하는 나사.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사(100)의 외측 나사산은 비원형의 소엽편(lobular)의 단면(200)을 지님을 특징으로 하는 나사.
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사(100)의 외측 나사산은 파일롯 섹션(145)을 나사(100)의 지점(140)에 구비함을 특징으로 하는 나사.
19. 제18항에 있어서, 상기 파일롯 섹션(145)의 길이는 상기 나사(100)의 나사산 피치(P)의 2.0배임을 특징으로 하는 나사.
20. 죔쇠 시스템을 위한 너트로서, 상기 너트는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 비삼각형 형태의 내측 나사산을 지님을 특징으로 하는 너트.
21. 제20항에 있어서, 상기 너트는 나사산 압연 너트임을 특징으로 하는 너트.
22. 제14항 또는 제15항에 따른 너트로서, 상기 너트의 내측 나사산은 원형 단면을 지님을 특징으로 하는 너트.