KR20080005917A - 나사산으로 깎아내는 석조 건물용 나사 - Google Patents

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Abstract

콘크리트(3)에 뚫려진 홀(2)에 자가 탭핑 콘크리트 나사(1)의 고정력을 개선하기 위해, 본 발명은, 서로 다른 외부 직경(d1, d2)을 가지는 2개의 나사산(8,9)을 구비하는 콘크리트 나사(1)로서, 나사의 전단(5)으로부터 보았을 때 더 큰 외부 직경(d2)을 가지는 나사산(9)에 대해 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)의 간격(p1)이 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산(8)에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산(9)의 간격(p2)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 콘크리트 나사(1)를 제안한다. 이 나사산(8,9)은 바람직하게는 톱니 나사산이다.

Description

나사산으로 깎아내는 석조 건물용 나사{THREAD-CUTTING MASONRY SCREW}
본 발명은 콘크리트, 석조 건물 등에 뚫려진 홀에 고정하기 위한 자가 탭핑 콘크리트 나사(self-tapping concrete screw)에 관한 것이다.
콘크리트 나사는 콘크리트, 석조 건물 등에 이전에 뚫려진 홀(drilled hole)에 플러그 등이 없이 고정되며, 이 나사의 나사산은 그 프로세스에서 뚫려진 홀의 벽을 깎아내며 벽 안으로 들어간다. 콘크리트 나사의 코어 직경은 뚫려진 홀의 직경보다 더 작아서 뚫려진 홀의 벽과 나사의 코어 사이에 중간 공간이 형성된다. 이러한 종류의 콘크리트 나사의 일례는 EP 623 759 B1에 기술되어 있다.
본 발명은 허용가능한 나사고정 토크(screw-in torque) 또는 나사고정 에너지로 높은 고정력을 가지는 자가 탭핑 콘크리트 나사를 제안하는 문제에 기초한다.
이 문제는 특허 청구범위 제1항의 특징에 의하여 본 발명에 따라 해소된다. 본 발명에 따른 콘크리트 나사는 서로 다른 외부 직경을 가지는 2개의 나사산을 구비하며 이 2개의 나사산은 콘크리트 나사의 축을 따라 2개의 방향에서 서로 다른 상호 간격을 가진다. 나사산의 간격이 서로 다르다는 것은 콘크리트 나사의 축을 따라 하나의 방향에서 하나의 나사산으로부터 다른 나사산으로의 거리가 그 축을 따른 다른 방향에서보다 더 작은 것을 의미한다. 따라서, 이들 나사산은 각 다른 나사산의 2개의 연속적인 선회 부분(turns) 사이의 중간에 위치하지 않는다. 뚫려진 홀의 직경은 더 작은 나사산의 외부 직경보다 더 작아야 하며 이에 따라 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산은 또한 뚫려진 홀의 벽을 깎아내며 콘크리트에 콘크리트 나사를 고정하는데 기여한다.
서로 다른 외부 직경을 가지는 2개의 나사산은 1개의 나사산보다도 그리고 동일한 외부 직경을 가지는 2개의 나사산보다도 보다 더 균일하고 보다 더 우수한 분포로 콘크리트 안으로 힘을 전달한다. 다른 잇점은 콘크리트 나사를 뚫려진 홀에 고정할 때 사용자에게 더 개선된 설치 감각을 제공하는 것이고, 이 콘크리트 나사는 뚫려진 홀에 더 잘 고정하고 깎아낸다.
또한, 콘크리트 나사의 2개의 방향으로 나사산의 서로 다른 간격은 콘크리트 나사로부터 콘크리트로 힘의 전달을 개선하며, 나사산의 상호 간격의 크기는 드릴(drilling) 후에 뚫려진 홀에 존재하고 뚫려진 홀의 벽을 나사산이 깎아낼 때 생성되는 드릴 먼지들이 나사산 사이에 그리고 콘크리트 나사의 코어와 뚫려진 홀의 벽 사이에 충분한 유격 공간(clear space)을 가지도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산으로부터 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산의 간격은 콘크리트 나사의 후단(rear end) 방향에서보다 콘크리트 나사의 전단(front end) 방향에서 더 크다. 나사의 전단은 뚫려진 홀에 콘크리트 나사를 고정하는 선두 부분이다. 나사의 후단은 통상 나사 헤드를 구비하며 이는 구동 공구 또는 회전 격발 공구에 적용하기 위해 의도된다. 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산으로부터 보았을 때, 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산은 나사의 후단 쪽으로보다 나사의 전단 쪽으로 보아 더 작은 간격을 가진다. 콘크리트에 대한 힘은 나사의 후단 방향으로 나사산에 의해 콘크리트 나사로부터 콘크리트로 전달되기 때문에, 콘크리트 안으로 힘이 전달되며, 이 힘은 나사의 후단 방향으로 더 작은 간격에서는 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산으로부터 뚫려진 홀의 벽 안으로 덜 깊이 깎아내며, 나사의 후단 방향으로 더 큰 간격에서는 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산으로부터 더 작은 나사 직경을 가지는 나사산의 그 다음 선회 부분까지 뚫려진 홀의 벽 안으로 더 깊이 깎아낸다. 그 결과, 콘크리트 나사로부터 콘크리트로 힘의 전달이 개선된다.
바람직한 실시예에서, 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산의 외부 직경에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산의 외부 직경의 비율은 약 1.03 내지 1.14이다. 더 큰 외부 직경은 더 작은 외부 직경보다 최대 약 20% 더 클 수 있다. 2개의 나사산의 외부 직경의 직경 비율은 콘크리트에서 콘크리트 나사의 강한 고정력을 위해 유리한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 일 실시예에서, 콘크리트 나사의 나사산의 피치에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산의 외부 직경의 비율은 약 0.9 내지 1.2이며, 여기서 피치는 하나의 나사산에서 연속하는 선회 부분의 축방향으로 이격된 간격이다.
콘크리트 나사의 코어 직경에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산의 외부 직경의 비율은 본 발명의 일 실시예에서 약 1.2 내지 1.4이며 바람직하게는 약 1.25 내지 1.35이며 더 바람직하게는 1.27 내지 1.32이다. 후자의 비율은 허용가능한 나사고정 토크(screw-in torque)로 콘크리트에 콘크리트 나사를 강한 고정력으로 고정하는데 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이와 유사하게 우수한 고정값과 나사고정 토크가 더 큰 공차 범위로 실현될 수 있다.
콘크리트 나사의 하나의 나사산 또는 두 개의 나사산의 플랭크 각(flank angle)(α)은 본 발명의 일 실시예에서 약 40°내지 50°이며, 이 나사산은 나사산의 양 측면에 동일한 플랭크 각을 가지는 V자형상의 나사산일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 콘크리트 나사의 하나의 나사산이나 2개의 나사산에는 톱니 나사산이 제공되며, 이 경우에 나사의 전단을 향하는 나사산 플랭크를 더 가파르게 하고 나사의 후단을 향하는 나사산 프랭크를 더 평평하게 하는 것이 선호된다. 전방 나사산 프랭크는 축 방향에 대해 예를 들어 약 80°내지 90°의 각도를 가지는데, 다시 말해 이 플랭크는 반경방향으로 또는 반경 라인에 대해 최대 약 10°의 각으로 연장한다. 특정 나사산의 2개의 플랭크 사이의 플랭크 각도는 약 40°내지 50° 사이에 변치않게 유지되거나, 또는 이 보다 더 둔각이다. 톱니 나사산의 경우에 나사산의 후방 플랭크의 보다 기울어진 위치는 나사산으로부터 콘크리트로의 힘의 전달을 개선한다.
청구범위 제8항은 전술된 실시예에서 콘크리트에 뚫려진 홀에 고정되는 자가 탭핑 콘크리트 나사에 관한 것이다. 이 경우에, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 뚫려진 홀의 직경에 대해 콘크리트 나사의 나사산의 피치의 비율은 약 1.01 내지 1.45이다. 뚫려진 홀의 직경에 대해 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산의 외부 직경의 비율은 본 발명의 일 실시예에서 약 1.01 내지 1.15이며, 그리고 뚫려진 홀의 직경에 대해 콘크리트 나사의 코어 직경의 비율은 본 발명의 일 실시예에서 약 0.95이다. 본 발명의 실시예에서 단독으로 또는 임의의 원하는 조합으로 실현될 수 있는 이들 수치는 콘크리트에서 콘크리트 나사의 고정값에 대해 유리한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 뚫려진 홀의 벽에 특정 나사산의 관통 깊이에 대해 콘크리트 나사의 후단 방향으로 보았을 때 나사산의 상호 간격의 비율은 약 8:1이다. 이 관통 깊이는 특정 나사산의 외부 직경과 뚫려진 홀의 직경 사이의 차이의 1/2이다. 콘크리트 나사의 후단 방향으로 보았을 때 나사산의 상호 간격이 서로 다르고 특히 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산의 경우에는 더 작고 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산의 경우에는 더 크기 때문에, 관통 깊이에 대해 나사산의 간격의 전술된 비율은 적어도 대략적으로 두 나사산에 대해 실현될 수 있다. 이 비율은 콘크리트의 경도에 따라 또한 달라질 수 있다. 이 실시예는 나사산으로부터 콘크리트로 강한 힘을 전달하는데 유리한 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 도 1에 도시된 일 실시예를 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
도 1은 뚫려진 홀 안으로 짧은 거리 고정된 본 발명에 따른 콘크리트 나사를 도시한다. 이 도면은 축척에 맞지 않다.
본 발명에 따른 자가 탭핑 콘크리트 나사(1)(도 1에 도시된)는 콘크리트(3), 석조 건물 등에 뚫려진 홀(2) 안으로 고정하기 위해 의도된다. 이 콘크리트 나사(1)는 고정 플러그 또는 다른 도움을 사용함이 없이 뚫려진 홀(2) 안으로 고정된다.
콘크리트 나사(1)는 전단(5)에 절단된 원추 형상(원뿔대 형상)으로 된 테이퍼(4)를 구비하며, 후단(7)에 나사 헤드(6)를 구비한다. 도시된 일 실시예에서, 나사 헤드(6)는 육각형 헤드이지만, 이 헤드의 형상은 이로 한정되지 않는다.
콘크리트 나사(1)는 서로 다른 크기의 외부 직경을 가지는 2개의 나사산(8,9)을 구비한다. 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)의 외부 직경(d1)은 뚫려진 홀의 직경(D)보다 더 커서, 콘크리트 나사(1)가 뚫려진 홀(2) 안으로 고정될 때 2개의 나사산(8,9)이 뚫려진 홀의 벽(10) 안을 깎아낸다. 나사산(8,9)은 각기 다른 나사산(8,9)의 선회 부분 사이의 중간에 위치하지 않는다. 나사의 전단(5)으로부터 보았을 때, 더 작은 직경(d1)을 가지는 나사산(8)으로부터 더 큰 외부 직경(d2)을 가지는 나사산(9)까지의 간격(p1)은 더 큰 외부 직경(d2)을 가지는 나사산(9)으로부터 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)까지의 간격(p2)보다 더 작다. 콘크리트 나사(1)의 피치(p)는 나사산(8,9)의 하나의 선회 부분(one turn)으로부터 동일한 나사산(8,9)의 그 다음 선회 부분까지 이격된 간격이며, 다시 말해, 피치는 나사산(8,9)의 상호 간격(p1,p2)의 합이다.
나사산(8,9)은 예를 들어 약 40°내지 50°의 플랭크 각(미도시)을 가지는 V 자형상의 나사산 형태일 수 있다. 본 발명의 도시되고 기술된 실시예에서, 나사산(8,9)은 톱니 나사산 형태이며 이 나사산(8,9)의 더 가파른 플랭크(11,12)는 나사의 전단(5)을 향하고 더 평평한 나사산 플랭크(13,14)는 나사의 후단(7)을 향한다. 나사산(8,9)의 전단 플랭크(11,12)는 콘크리트 나사(1)의 축방향에 대해 약 80°내지 90°의 각을 가지며; 도시되고 기술된 일 실시예에서, 이 각도는 80°이고, 다시 말해, 나사산(8,9)의 전단 플랭크(11,12)는 콘크리트 나사(1)로부터 거의 반경 바깥쪽으로 연장한다. 나사산(8,9)의 2개의 플랭크(11,13;12,14) 사이의 프랭크 각(α)은 60°이어서, 나사산(8,9)의 후방 플랭크(13,14)는 콘크리트 나사(1)의 축방향에 대해 40°의 각도로 연장한다. 원뿔대 형상과 유사한 표면을 형성하고 콘크리트 나사(1)의 나사산 코어(15) 주위를 감는 나사산(8,9)의 후방 나사산 플랭크(13,14)의 기울어진 위치는 콘크리트(3)에 콘크리트 나사(1)의 고정하는 고정력에 결정적이거나 또는 적어도 부분적으로 결정적이다.
나사산 코어(15)의 코어 직경(dk)에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산(9)의 외부 직경(d2)의 비율은 1.3이며; 더 큰 외부 직경(d2)을 가지는 나사산(9)의 외부 직경(d2)은 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)의 외부 직경(d1)보다 약 10 내지 12% 더 크다.
콘크리트 나사의 피치(p)에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산(9)의 외부 직경(d2)의 비율은 1이거나 약간 더 크다.
특히 나사의 전단(5)으로부터 보았을 때 뚫려진 홀의 벽(10) 안으로 특정 나 사산(8,9)의 관통 깊이에 대해 나사산(8,9)의 상호 간격(p1,p2)의 비율은 약 8:1이고, 관통 깊이는 나사산(8,9)의 특정 외부 직경(d2,d1)과 뚫려진 홀의 직경(D) 사이의 차이의 1/2이다{1/2(d2-D) 또는 1/2(d1-D)}. 나사산(8,9)의 상호 간격(p1,p2)이 서로 다른 크기이기 때문에, 전술된 비율은 나사산(8,9)의 서로 다른 외부 직경에도 불구하고 두 나사산(8,9)에 대해 적어도 대략적으로 유지될 수 있다. 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)이 뚫려진 홀의 벽(10) 안으로 더 작은 관통 깊이를 가지기 때문에, 콘크리트 나사(1)로부터 콘크리트(3)로 미는 힘(pull-out force)을 전달하기 위해 그 다음 나사산(9)에 대해 축방향으로 필요한 지지 길이는 더 큰 외부 직경(d2)을 가지는 나사산(9)의 경우에서보다 더 작다. 8:1의 전술된 비율은 나사산(8,9)으로부터 콘크리트(3)로 힘을 전달하고 이에 따라 콘크리트(3)에서 콘크리트 나사(1)를 강하게 고정하는 힘을 전달하기 위한 최적값 또는 적어도 이 최적값에 근접한 값을 주는 것으로 보인다.
뚫려진 홀(2)의 직경(D)에 대해 콘크리트 나사(1)의 나사산(8,9)의 피치(p)의 비율은 약 1.2이고; 뚫려진 홀(2)의 직경(D)에 대해 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)의 외부 직경(d1)의 비율은 약 1.1이다. 뚫려진 홀의 직경(D)에 대해 콘크리트 나사(1)의 나사산 코어(15)의 직경(Dk)의 비율은 약 0.95이며, 이에 따라 나사산 코어(15)와 뚫려진 홀의 벽(10) 사이에 중간 공간이 형성된다. 이것은 먼저 콘크리트 나사(1)가 뚫려진 홀(2)에 고정하는 능력을 개선시키거나 가능하게 한다. 홀(2)의 드릴로부터 그리고 나사산(8,9)을 뚫려진 홀(2)의 벽(10) 안으로 깎아내는 것으로부터 생기는 드릴 먼지는 콘크리트 나사(1)가 고정될 때 중간 공간에 수집될 수 있다.
전술된 바와 같이 본 발명은 콘크리트나 석조 건물에 나사를 고정하는데 이용가능하다.

Claims (12)

  1. 콘크리트에 뚫려진 홀에 고정하기 위한 자가 탭핑 콘크리트 나사(self-tapping concrete screw)에 있어서,
    상기 콘크리트 나사(1)는 2개의 나사산(thread)(8,9)을 구비하며, 상기 나사산(8,9)은 서로 다른 외부 직경(d1, d2)을 가지며, 상기 나사산(8,9) 사이의 상호 간격(p1,p2)은 콘크리트 나사(1)의 축을 따라 두 방향으로 서로 다른 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  2. 제 1 항에 있어서, 더 큰 외부 직경(d2)을 가지는 나사산(9)으로부터 더 작은 외부 직경(d1)을 가지는 나사산(8)의 간격은 콘크리트 나사(1)의 후단(rear end)(6) 방향에서보다 상기 콘크리트 나사(1)의 전단(front end)(5) 방향에서 더 큰 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산(9)의 외부 직경(d2)은 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산(8)의 외부 직경(d1)보다 최대 약 20% 더 큰 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  4. 제 1 항에 있어서, 피치(p)에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산(9)의 외부 직경(d2)의 비율은 약 0.9 내지 1.2인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 콘크리트 나사(1)의 코어 직경(dk)에 대해 더 큰 외부 직경을 가지는 나사산(9)의 외부 직경(d2)의 비율은 약 1.2 내지 1.4인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 콘크리트 나사(1)의 나사산(8,9)은 약 40°내지 60°의 플랭크 각(flank angle)(α)을 가지는 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 콘크리트 나사(1)의 나사산(8,9)은 톱니 나사산인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  8. 콘크리트(3)에 뚫려진 홀(2)에 고정되는 자가 탭핑 콘크리트 나사(1)에 있어서,
    상기 콘크리트 나사(1)는 2개의 나사산(8,9)을 구비하며, 상기 나사산(8,9)은 서로 다른 외부 직경(d1, d2)을 가지며, 상기 나사산(8,9)의 상호 간격(p1,p2)은 콘크리트 나사(1)의 축을 따라 두 방향으로 서로 다른 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  9. 제 8 항에 있어서, 뚫려진 홀의 벽(10)에 나사산(8,9)의 관통 깊이에 대해 상기 콘크리트 나사(1)의 후단(6) 방향에서 보아서 나사산(8,9)의 상호 간격(p1,p2)의 비율은 약 8:1인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 뚫려진 홀의 직경(D)에 대해 상기 콘크리트 나사(1)의 나사산(8,9)의 피치(p)의 비율은 약 1.01 내지 1.45인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 뚫려진 홀의 직경(D)에 대해 더 작은 외부 직경을 가지는 나사산(8)의 외부 직경(d1)의 비율은 약 1.01 내지 1.15인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 뚫려진 홀의 직경(D)에 대해 상기 콘크리트 나사(1)의 코어 직경(dk)의 비율은 약 0.95인 것을 특징으로 하는, 자가 탭핑 콘크리트 나사.
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