KR20090033361A - 홀-형성 및 나삿니-형성 나사 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 툴을 수용하기 위한 홈붙이 헤드, 나사형 섕크 및 원추형으로 테이퍼진 홀-형성부를 포함하며, 상기 홀-형성부를 따라 나사 형태의 리브들이 연장되어 있는, 시트 부재 내에 나사 체결하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사에 관한 것이다. 홀-형성부가 라운드형 평탄 단부로 종결되고, 단지 시트 부재 소재를 이동시키기만 하는 라운드형 리브들이 서로가 대향하며 대칭으로 위치하며, 이들 리브들의 피치가 나사 피치의 복수 배이다.
홀-형성 및 나삿니-형성 나사, 나사형 섕크, 홀-형성부, 평탄 단부

Description

홀-형성 및 나삿니-형성 나사{HOLE-FORMING AND THREAD-FORMING SCREW}
본 발명은 툴을 수용하는 홈붙이 헤드, 나사형 섕크 및 원추형으로 테이퍼진 홀-형성부를 포함하며, 상기 홀-형성부를 따라 리브들이 나사 형태로 연장되어 있는, 홀-형성 및 나삿니-형성 나사에 관한 것이다.
이러한 종류의 나사는 독일 특허 공개 공보 제196 32 838 A1호로부터 공지되어 있다. 이 나사에서, 리브들이 절삭날 형상으로 형성되어 있으며, 원추형으로 테이퍼진 홀-형성부를 따라 첨점까지 나사 형태로 연장되어 있으며, 이들 리브들의 피치 방향은 실제 나사의 나사산의 피치 방향에 대응한다. 이러한 형상으로, 나사가 시트 부재 내로 나사 결합할 때에, 절삭날이 시트 부재 내에 홀을 마쇄(mill)하고, 나사산이 궁극적으로 마쇄된 홀에 도달하여 시트 부재 내에 나삿니를 절삭한다.
유럽 특허 공보 제0 464 071호로부터 공지되어 있는 나사는 홀-형성부에 의해 시트 부재 내에 비-절삭 방식으로 홀을 형성하는 데에 사용된다. 여기서 상기 시트 부재는 나사의 회전에 의해 변형되고 이에 따라 발생하는 마찰열에 의해 홀이 형성된다. 상기 공지의 나사는, 홀 연마부로 작용하는 평탄 단부에 의해 연관된 시트 부재와 체결하는 원추형의 테이퍼진 홀-형성부를 사용한다. 이에 의해, 급속한 나사 회전은 시트 부재 소재가 평탄 단부에 대해 항복(yield)할 때까지 시트 부재를 가열하여, 상기 시트 부재의 양 측면 위에 축 방향으로 연장되는 노즐-형상의 통로를 구비하는 홀을 형성한다.
독일 특허 공보 제195 25 732호로부터 공지되어 있는 나삿니-형성 나사는 나사형 섕크와, 특히 파티클 보드 또는 목재판 내에 나사의 초기 나사 작업 시에 나사 작업 공정을 용이하게 하기 위한 축 방향 밀링 리브들을 구비하는 테이퍼진, 원추형의 홀-형성부를 구비하고 있다. 상기 밀링 리브들은 밀링 리브의 외측면을 따라 연장되어 있는 밀링 날을 구비하고 있으며, 이들 명칭이 나타내고 있는 바와 같이, 밀링 리브들은 나사를 목재판 또는 파티클 보드 내로 축 방향으로 가압하지 않으면서도, 목재판 또는 파티클 보드로부터 소재를 밀링하는 데에 사용된다. 밀링 리브들은 단지 추후에 나사를 수용하는 홀을 형성한다. 다시 말하면, 밀링 리브들은 목재 또는 파티클 보드의 절삭 이상의 작용을 수행한다.
본 발명의 목적은, 홀-형성부가 시트 부재 내에 진입할 때에 시트 부재 소재가 절삭되지 않고, 대신에 단지 이동됨으로써 그 소재가 상기 시트 부재의 한쪽 면 위에만 통로(passage)를 형성하도록 지탱되어 있도록 하는, 전술한 나사를 설계하는 것이다. 상기 통로의 위치는 본질적으로 나사와 접하는 측면과 나사와 반대 방향에 있는 측면 중의 어느 하나 위로 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 홀-형성부가 라운드형의 평탄 단부(rounded, blunt end piece)로 종결되고, 시트 부재 소재를 단지 이동시키기만 하는 라운드형 리브들이 서로가 대향하며 대칭으로 위치하며, 이들 리브들의 피치가 나삿니 피치의 복수 배인 것에 의해 달성된다.
홀-형성부를 따라 매우 급격한 리브들이 연장되어 있기 때문에, 시트 소재는 리브들의 전방에 축적되는 경향이 있으며, 이에 의해 나사가 나사 진입하는 중에 나사에 가해지는 압력에 의해 통로의 생성이 촉진된다. 그 결과, 통로의 형성이 시트의 한쪽 면 위에만 특히 이루어진다. 홀-형성부를 따라 나사 형태로 연장되어 있는 리브들은 절삭 작용은 하지 않는다. 이는, 제조 공정에서 시트들을 사용할 때에 칩 생성을 방지하는 것이 매우 중요하기 때문에, 이에 상응하는 시트들을 기계 가공할 때에 특히 바람직하다.
리브들은, 리브들이 홀-형성부의 길이부 전체에 걸쳐 연장되거나 또는 그 길이부의 일부분에 걸쳐서만 연장되도록 설계될 수 있다. 홀-형성부 길이부의 일부분에만 연장되는 경우, 리브들이 본질적으로 홀-형성부의 시단부(initial region) 위에 형성되는 것이 바람직하며, 그 부분은 평탄 단부에 바로 인접하여 있다. 그러나, 리브들이 본질적으로 홀-형성부의 종단부(end region) 위로 연장되는 것도 가능하다. 이는 시트 부재의 소재에 따라 결정될 수 있으며, 시트 부재의 가공 경험에 따라서 홀-형성부의 시단부 또는 종단부 중 어느 쪽에 리브가 형성되는 것이 유리한지 선택할 수 있다. 나사형 섕크의 나삿니의 피치 방향에 대한 리브들의 피치 방향도 선택할 수 있다. 따라서, 나사와 대면하는 시트의 측면 위에 통로를 형성하기 위해, 나사형 섕크의 나사의 피치 방향에 부합되도록 피치 방향을 설정하는 것도 가능하다. 그러나, 선택적으로는, 나사와 반대 방향의 시트 측면 위에 통로 형성을 진행시키기 위해, 나사형 섕크의 나사의 피치 방향과 반대 방향으로 리브들의 피치 방향을 설정할 수도 있다.
시트에 작용하는 소망하는 효과와 통로 형성에 따라, 홀-형성부의 전방부 내의 리브들의 개수는 후방부 내의 리브들의 개수와 상이할 수 있다. 특히, 홀-형성부의 전방부 내의 리브들의 개수가 후방부 내의 개수보다 큰 경우, 이는 나사 진입하는 나사에 특히 강력한 인장력이 가해지고, 후방부 내의 리브들은 평탄 단부에 의해 홀을 형성한다.
상기 리브들을 형성하기 위해, 리브들을 홀-형성부의 소재 외측으로 프레스하는 것이 특히 적합하다. 이는 홀-형성부 안쪽으로 프레스된 적어도 하나의 그루브에 인접하여 각 리브를 프레스 함으로써 달성된다.
홀-형성부의 단부의 영역 내에 홀-형성부를 성형하는 데에 특히 선호되는 방식은, 단부가 홀-형성부의 최대 직경보다도 외경이 0.35 내지 0.7배 작은 평탄 에지에 의해 둘러싸여 있는 동축 압입부(coaxial indentation)를 구비하는 것이다. 이 경우, 나사가 시트 부재에 대해 압박될 때에, 라운드형 평탄 단부와 점 접촉하는 경우에 비해서, 접촉면에 상응하는 대량의 가열이 이루어지며, 이는 시트 소재가 매우 신속하게 변형되도록 하여, 시트 부재로 나사가 진입하여 통로를 형성하게 된다.
홀-형성부 단부 내의 압입부로서의 길이는 3 ㎜ 미만으로 충분하며, 이는, 모든 경우에 있어서, 시트 부재의 연질화 중에 소재를 수용하는 데에 적당하다.
그러나, 특히 시트 부재가 알루미늄과 같이 상대적으로 무른 소재로 된 경우에는, 홀-형성부가 라운드형 평탄 단부로도 설계될 수 있음을 알아야 하며, 이는 매우 중요하다.
본 발명의 대표적인 실시예들이 도면들을 참조하여 개시되어 있다.
도 1은 피치 방향이 나사형 섕크의 피치 방향과 반대 방향으로, 홀-형성부의 전체 길이부에 걸쳐 연장되어 있는 복수의 리브들을 구비하는 나사를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 단면을 따라 도시한 단면도이다.
도 3은 홀-형성부의 시단부에만 연장되어 있는 리브들을 구비하는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 4는 홀-형성부의 본질적으로 종단부에만 걸쳐 연장되어 있는 리브들을 구비하는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 5는 피치 방향이 나사형 섕크의 피치 방향에 부합되는 리브들이 홀-형성부의 전체 길이에 걸쳐 연장되어 있는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 6은 홀-형성부의 전체 또는 단지 일부에만 걸쳐 리브들이 연장되어 있으며, 단편 리브들이 홀-형성부의 시단부에 위치하는, 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 7은 홀-형성부의 전체 또는 단지 일부에만 걸쳐 리브들이 연장되어 있으며, 단편 리브들이 홀-형성부의 종단부에 위치하는, 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 8은 라운드형 평탄형 단부를 구비하며, 리브들이 그루브 밖으로 프레스되어 있는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8에서 라인 Ⅸ-Ⅸ를 따르는 단면도이다.
도 10은 2개의 측면 그루브들 밖으로 프레스된 리브들을 구비하는 홀-형성부의 유사 단면도이다.
도 11은 한쪽 측면 위에 단지 하나의 리브에 의해 프레스된 리브들을 구비하는 홀-형성부의 유사 단면도이다.
도 12는 단부 내에 동축 압입부를 구비하는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 13은 도 12에서 라인 ⅩⅢ-ⅩⅢ을 따르는 단면도이다.
도 14a 내지 도 14c는 시트 부재를 관통하는 통로와, 시트 부재를 통과함에 있어서, 서로 다른 과정에 있는, 도 1에 도시한 나사에 따르는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 홀-형성 및 나삿니-형성 나사(1)의 사시도이다. 상기 나사는 나사 헤드(2), 나사형 섕크(3) 및 시트 부재 내에 나사 작업하는 데에 사용되는 홀-형성부(4)(도 14a 내지 도 14c 참조)를 포함한다. 나사 헤드(2)에는 드라이브를 위한 공지된 임의의 형태의 수용부(receptacle)가 마련되어 있다. 나사형 섕크(3) 아래쪽에 위치하고 있는 홀-형성부(4)는 원추형이며, 단부(end piece)(5)를 향해 테이퍼져 있다. 상기 단부가 피가공물과 체결되고, 그 피가공물, 특히 박판 부재 내에 나사를 형성하기 위해 회전한다. 도 1에서 단부(5)는 라운드형의 평 탄한 형상으로 되어 있다. 피가공물과 체결될 때에, 단부(5)의 라운드 형상은 시트 부재를 급속하게 가열하여, 시트 부재 소재가 유동하도록 하고, 홀-형성부(4)가 시트 부재를 관통하도록 한다(이와 관련해서는 도 14a 내지 도 14c 참조).
도 1에 도시되어 있는 나사(1)의 홀-형성부(4) 영역에는, 도 2에 따른 단면도에 도시되어 있는 바와 같이, 나사의 축선에 대해 대칭되게 리브들(6, 7)이 형성되어 있다. 도 2에 따르면, 이들 리브들은 서로 대칭으로 배열되어 있는 3개의 리브들(6, 7 및 8)이다. 나사(1)가 시트 부재 내로 나사 체결될 때에, 리브들(6, 7 및 8)이 열에 의해 연질화된 시트 부재 소재를 이동시켜서, 리브들(6, 7 및 8) 피치에 의해 영향을 받는 방향으로 통로(도 14b 및 도 14c 참조)를 형성한다. 도 1에 따른 나사에서, 리브들(6, 7 및 8)의 피치는 나사형 섕크(3)의 나삿니의 피치 방향과 반대 방향으로 되어 있다. 이에 따라, 리브들은 소재를 시트 부재로부터 전방을 향해 이동시키며, 본질적으로 나사-진입 방향과 반대인 시트 부재의 측면 위에 통로를 형성한다(도 14c 참조). 리브들(6, 7 및 8)은 전적으로 소재-변형 작용을 수행하고, 긁힘(scraping) 또는 이와 유사한 것에 의해 시트 부재 소재를 제거하지는 않으며, 이에 따라 시트 부재로부터 생성된 모든 소재들은 통로로 운송된다.
도 3은 단부(10)를 향하는 영역에 단축된 리브들(11, 12)이 형성되어 있는 홀-형성부(9)를 구비하는 나사를 도시한다. 시트 부재 소재가 그다지 경(hard)하지 않은 경우에, 이들 단축된 리브들(11, 12)이 특히 유리하게 사용될 수 있다.
도 4는 도 1에 따른 형상에 대한 추가의 변형례를 도시하고 있다. 리브들이 위의 경우와 같이 단축(shorten)되어 있는데, 이 경우에는 홀-형성부의 종단부 위 에만 연장되어 있다. 리브들(14, 15)이 나사형 섕크(3)의 나삿니의 시발점에서부터 대략 홀-형성부(13)의 중간부분까지 연장되어 있다. 이러한 형상으로 인해, 도 1에 따른 나사를 나사 부재에 대해 압박하여 초기에는 시트 부재와 나사 간의 접촉점의 마찰과 열을 생성하고, 이를 기초로 하여 시트 부재의 소재 내로 단부(16)가 압박되어 리브들(14, 15)이 시트 부재로부터 추가적으로 소재를 이동시키고, 소망하는 방식으로 통로를 형성한다.
도 5는 도 1에 따른 나사와 유사한 나사의 형상을 도시하고 있다. 그러나, 홀-형성부(17) 전체에 걸쳐 연장되어 있는 리브들(18, 19)의 피치는 나사형 섕크(3)의 나삿니의 피치 방향과는 반대로 되어 있다. 그 결과, 도 5에 따른 나사가 시트 부재와 체결할 때에, 나사가 체결되는 시트 부재의 측면 위에 양각으로 통로가 형성된다.
도 6 및 도 7은 전술한 대표적인 실시예들에 따른 나사의 2개의 변형례, 리브들의 길이가 변하고 있는 변형례를 도시한다. 도 6에 따르면, 긴 리브들과 짧은 리브들이 형성되어 있는데, 여기서 짧은 리브들은 홀-형성부(20)의 시단부 내에 위치하고 있다. 반면에, 도 7에 따른 형상에서는, 짧은 리브들이 홀-형성부(21)의 종단부 내에 위치하고 있다. 전술한 특별한 나사 형상들은 기초가 되는 시트 부재의 특정 소재의 물성에 따라 적용된다.
도 8 내지 도 11은 리브들을 생성하는 데에 특히 유리한 수단이 형성되어 있는 리브들을 구비하고 있는 홀-형성부의 형상을 도시하고 있다.
원리적으로, 도 1에 따른 나사 형상에 대응하는, 도 8에 따른 홀-형성부(22) 는, 홀-형성부(22) 내에 대응하는 그루브(23)를 프레스하여 형성되며, 서로 근접하여 평행하게 연장되어 있는 2개의 리브들을 도시하고 있다. 상기 그루브는 소재를 이동시킴으로써 그루브(23)의 측면을 따라 2개의 평행한 리브들(24, 25)이 형성되도록 한다. 상기 형상은 또한 도 8에서 라인 Ⅸ-Ⅸ을 따르는 단면을 도시하는 도 9의 단면도에 도시되어 있다.
이러한 종류의 리브들은, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같은 다양한 방식으로 형성될 수도 있다. 도 10에 따르면, 도 10은 도 9에 따른 것과 유사한 단면을 도시하고 있는데, 서로 인접되게 프레스되어 있는 그루브들(27, 28)에 의해 리브(26)가 생성된다.
이들의 변형례가 도 11에 도시되어 있다. 도 11에 따르면, 리브(29)가 일측면 그루브(30) 내에 프레스되어 생성되며, 일측면 그루브에 인접하는 측면 위에 연장되어 있다.
도 12 및 도 13은, 홀-형성부의 단부(32)에 평탄형 에지(34)로 둘러싸여 있는 동축 압입부(33)가 형성되어 있는 홀-형성부(31)의 형상을 도시하고 있다. 이는, 홀-형성부(31)가 시트 부재와 체결할 때에 마찰열을 생성하기 위해 상대적으로 넓은 면적부가 바로 사용될 수 있도록 한다. 상기 형상은, 상술한 대표적인 실시예들을 기초로 하여 기재한 바와 같이, 리브들(35, 36)이 체결되어 이에 따른 시트 부재의 변형을 야기할 때까지의 홀-형성부(31)의 시트 부재 내로의 초기 진입을 개선한다. 이와 관련해서, 도 13은 도 12에서 라인 ⅩⅢ-ⅩⅢ을 따르는 단면을 도시하고 있다.
도 14a 내지 도 14c는, 도 1에 도시한 나사 형상으로 시트 부재 내에 나사 고정되는 나사와, 형성되는 통로를 도시하고 있다. 도 14a에 따르면, 홀-형성부(4)의 평탄 단부(5)가 부분적으로 시트 부재(37) 내에 진입하여 있다. 도 14b에 따르면, 홀-형성부(4)가 시트 부재(37)를 관통 천공하여, 이제는 리브들(6, 7)이 시트 부재(37) 소재에 작용하며, 통로(38)를 형성한다. 도 14c는 나사 진입의 마지막 단계를 도시하고 있다. 나사의 나사형 섕크(3)가 시트 부재(37)를 완전히 관통하여, 나사 진입 방향으로 시트 부재(37) 내에 본질적으로 연장되어 있는 통로(38)를 형성하게 된다.

Claims (12)

  1. 툴을 수용하기 위한 홈붙이 헤드(2), 나사형 섕크(3) 및 원추형으로 테이퍼진 홀-형성부(4, 9, 13, 17, 20, 21, 22, 31)를 포함하며, 홀-형성부를 따라 나사 형태로 연장되어 있는 리브들이 형성되어 있는, 홀-형성 및 나삿니-형성 나사(1)에 있어서, 상기 홀-형성부가 라운드형, 평탄 단부로 종결되며, 시트 부재 소재들을 단지 이동시키는 라운드형 리브들이 서로 대향되게 대칭으로 위치하고 있으며, 리브들의 피치가 나삿니 피치의 복수 배인 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  2. 제1항에 있어서, 리브들(6, 7, 8)이 홀-형성부(4) 길이부 위에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  3. 제1항에 있어서, 리브들(11, 12, 14, 15)이 홀-형성부(9, 13) 길이부의 일부분 위에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  4. 제3항에 있어서, 리브들(11, 12)이 본질적으로 홀-형성부(9)의 시단부 위에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  5. 제3항에 있어서, 리브들(14, 15)이 본질적으로 홀-형성부(13)의 종단부 위에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 리브들(6, 7, 8)의 피치 방향이 나사형 섕크(3)의 나삿니의 피치 방향과 부합되는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 리브들(18, 19)의 피치 방향이 나사형 섕크(3)의 나삿니의 피치 방향과 반대 방향인 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 홀-형성부(20, 21)의 전방부 내의 리브들의 개수가 후반부 내의 리브들의 개수와 상이한 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 리브들(24, 25; 26; 29) 각각이 홀-형성부(22) 내에 프레스되어 있는 적어도 하나의 그루브(23; 27, 28; 30)와 인접하여 연장되어 있으며, 리브들이 상기 그루브 외측으로 프레스되어 있는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 홀-형성부(31)가, 외경이 홀-형 성부(31)의 최대 직경보다 0.35 내지 0.7배 작은 평탄 에지(34)에 의해 둘러싸여 있는 동축 압입부(33)를 포함하는 단부(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  11. 제10항에 있어서, 압입부(33)의 길이가 3 ㎜ 미만인 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 홀-형성부(4, 9)가 라운드형, 평탄 단부(5, 10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.
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