KR20100085856A - 풀림방지 파스너 - Google Patents

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KR20100085856A
KR20100085856A KR1020100004609A KR20100004609A KR20100085856A KR 20100085856 A KR20100085856 A KR 20100085856A KR 1020100004609 A KR1020100004609 A KR 1020100004609A KR 20100004609 A KR20100004609 A KR 20100004609A KR 20100085856 A KR20100085856 A KR 20100085856A
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유키오 스가
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히로타 에츠코 세이드
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    • F16B2033/025—Shape of thread; Special thread-forms with left-hand thread

Abstract

본 발명은 풀림방지 기능을 갖는 파스너에 관한 것이다. 본 발명의 풀림방지 파스너는 볼트(10), 조임너트(20) 및 풀림방지 너트(30)로 구성된다. 볼트(10)는 헤드(11)와 자루(12)를 구비하고, 자루(12)는 2단 구조로서 뿌리쪽의 대경부와 단부쪽의 소경부로 이루어진다. 자루의 뿌리쪽에는 일방향으로 조임나사(13)가 형성되고, 자루의 단부쪽에는 반대방향으로 풀림방지나사(14)가 형성된다. 도 6과 같이, 조임나사(13)의 소직경(D)은 풀림방지나사(14)의 대직경(d)보다 크다. 도 5~5과 같이, 조임너트(20)는 조임나사(13)에 조여진다. 풀림방지너트(30)는 조임너트(20)와 외경이 같고 풀림방지나사(14)에 조여지면서 그 전단부가 조임너트(13)의 후단부에 닿게된다.

Description

풀림방지 파스너{ANTI-LOOSENING FASTENER}
본 발명은 볼트와 너트로 된 파스너에 관한 것으로, 구체적으로는 풀림방지 기능을 갖는 파스너에 관한 것이다.
볼트와 너트는 물체를 조이는데 오랫동안 사용되었다. 볼트는 물체의 구멍에 넣고 너트는 볼트의 나사에 조이면 된다.
너트가 풀리는 것을 방지하기 위해, 소위 더블너트 파스너가 많이 사용된다. 이런 파스너는 조임너트 외에 풀림방지너트를 갖추고 있다. 더블너트 파스너는 일단 조인 너트가 풀리는 것을 방지하기는 해도, 완전히 방지하지는 못한다.
기존의 더블너트 파스너는 조여진 너트가 풀리는 것을 방지하지만, 그 효과가 항상 충분한 것은 아니다. 특히, 조여진 물체가 진동을 할 때 기존의 더블너트 파스너는 잠깐만에 풀리기 쉽다.
본 발명은 기존의 이와 같은 문제점을 감안하여, 한번 조인 너트가 오랫동안 풀리지 않게 하는 파스너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
도 1~3에 도시된 풀림방지 파스너는 볼트(10), 조임너트(20) 및 풀림방지 너트(30)로 구성된다. 볼트(10)는 헤드(11)와 자루(12)를 구비하고, 자루(12)는 2단 구조로서 뿌리쪽의 대경부와 단부쪽의 소경부로 이루어진다. 자루의 뿌리쪽에는 일방향으로 조임나사(13)가 형성되고, 자루의 단부쪽에는 반대방향으로 풀림방지나사(14)가 형성된다. 도 6과 같이, 조임나사(13)의 소직경(D)은 풀림방지나사(14)의 대직경(d)보다 크다. 도 5~5과 같이, 조임너트(20)는 조임나사(13)에 조여진다. 풀림방지너트(30)는 조임너트(20)와 외경이 같고 풀림방지나사(14)에 조여지면서 그 전단부가 조임너트(13)의 후단부에 닿게된다.
풀림방지 파스너는 볼트(10), 조임너트(20) 및 풀림방지너트(30)를 포함할 수 있다. 볼트(10)는 볼트(10)는 헤드(11)와 자루(12)를 구비하고, 자루(12)는 2단 구조로서 뿌리쪽의 대경부와 단부쪽의 소경부로 이루어진다. 자루의 뿌리쪽에는 일방향으로 조임나사(13)가 형성되고, 자루의 단부쪽에는 반대방향으로 풀림방지나사(14)가 형성된다. 조임나사(13)의 소직경(D)은 풀림방지나사(14)의 대직경(d)보다 크다. 조임너트(20)는 조임나사(13)에 조여진다. 풀림방지너트(30)는 조임너트(20)와 외경이 같고 풀림방지나사(14)에 조여지면서 그 전단부가 조임너트(13)의 후단부에 닿게된다. 또, 조임나사(13)와 풀림방지나사(14)의 경계부에 원형 홈(15)이 형성되고, 이곳에 조임너트(20)의 후단부가 위치한다.
풀림방지 파스너가 오른나사형 조임나사(13)와 왼나사형 풀림방지나사(14)를 가질 수도 있고, 경우에 따라서는 나사의 방향이 반대로 될 수도 있다.
풀림방지 파스너의 조임나사(13)의 리이드(Y)는 풀림방지나사(14)의 리이드(Z)와 같을 수 있다.
풀림방지 파스너는 조임너트(20)가 풀리는 것을 방지하는데, 이는 2개의 나사가 서로 반대방향으로 형성되기 때문인바: 볼트(10)의 뿌리쪽에 형성된 조임나사(13)는 일방향이고, 단부쪽에 형성된 풀림방지나사(14)는 반대 방향이다.
자세히 말하자면, 물체(50)를 조인 풀림방지 파스너(1)에 진동이 가해지면, 조임나사(13)에 조여진 조임너트(20)와 풀림방지나사(14)에 조여진 풀림방지너트(30)의 양쪽 너트의 서로 반대의 축방향으로 회전력이 작용하는데, 이는 양쪽 나사의 회전방향이 서로 반대이기 때문이다. 예를 들어, 조임나사(20)를 풀림방향인 반시계방향으로 돌리는 힘이 작용할 때, 같은 힘이 조임방향인 시계방향으로 풀림방지너트(30)에도 작용한다. 따라서, 풀림방지너트(30)의 전단부가 조임너트(20)의 후단부에 강하게 압박되어, 조임너트(20)가 반시계방향으로 회전하는 것이 방지됨으로써 조임너트(20)의 풀림이 방지된다.
조임나사(13)의 소직경(D)이 풀림방지나사(14)의 대직경(d)보다 크기 때문에, 조임너트(20)가 풀림방지나사(14)는 쉽게 지나가 조임나사(13)에 도달한다. 이런 특징 때문에 조임너트(20)를 조이기가 쉽다.
조임너트(20)와 풀림방지너트(30)의 외경이 서로 동일하여, 2종류의 너트를 동일한 공구(예; 스패너)로 조일 수 있다. 이런 특징 때문에 작업이 아주 쉽다.
원형 홈(15)이 형성된 풀림방지 파스너도 장점이 있다. 원형 홈(15)이 조임나사(13)와 풀림방지나사(14) 경계부에 형성되므로, 조임너트(20)의 후단부가 이곳에 위치할 수 있다. 따라서, 예컨대 조임너트(20)의 높이(H)가 생산오차로 인해 규격보다 낮아도 풀림방지너트(30)를 풀림방지나사(14)에 조이면서 그 전단부가 조임너트(20)의 후단부를 압박하게 할 수 있다. 이런 특징으로 인해 조임너트(20)가 풀리는 것이 방지된다.
또, 원형 홈(15)과 이로인해 조임나사(13)와 풀림방지나사(14) 사이에 생기는 공간으로 인해 양쪽 나사를 쉽게 분리할 수 있다.
풀림방지 파스너의 조임나사(13)는 오른나사이고 풀림방지나사(14)는 왼나사인바, 조임너트(20)는 오른나사이고 풀림방지너트(30)는 왼나사이다. 이런 구성으로 인해 조임나사(20)를 원래의 너트와 같은 방향인 시계방향으로 돌릴 수 있다. 풀림방지너트(30)는 반대방향인 반시계방향으로 조여진다.
풀림방지 파스너에서 조임나사(13)의 리이드(Y)가 풀림방지나사(14)의 리이드(Z)와 같게되면 양쪽 너트(20,30)가 1회전당 동일한 거리를 움직이게 된다. 이렇게 되면 작업자가 너트를 돌릴 때 편안해진다. 리이드가 서로 다르면, 작업자가 손으로 너트를 돌릴 때마다 너트가 움직인 거리를 다르게 느껴야 하므로 작업하기가 어려울 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풀림방지 파스너의 일례의 볼트의 측면도;
도 2a는 풀림방지너트의 정면도;
도 2b는 풀림방지너트의 측면도;
도 3a는 조임너트의 정면도;
도 3b는 조임너트의 측면도;
도 4a는 와셔의 정면도;
도 4b는 와셔의 측면도;
도 5는 풀림방지 파스너의 단면도;
도 6은 풀림방지 파스너의 볼트의 일부분의 확대단면도;
도 7은 풀림방지 파스너의 시험조건을 보여주는 어셈블리의 단면도.
도 1~7에 도시된 풀림방지 파스너는 볼트(10), 조임너트(20) 및 풀림방지 너트(30)로 구성된다. 볼트(10)는 헤드(11)와 자루(12)를 구비하고, 자루(12)는 2단 구조로서 뿌리쪽의 대경부와 단부쪽의 소경부로 이루어진다. 자루의 뿌리쪽에는 일방향(시계방향)으로 나사가 형성되어, 오른나사형 조임나사(13)를 이룬다. 대개의 볼트에는 헤드가 달려있지만, 대형 구조물에 용접하는 경우 등에는 이런 "헤드"가 불필요하고, 또 볼트를 대경 구조물에 고착시키는 다른 구조물이 달릴 수도 있고, 또는 헤드 자체가 불필요할 수도 있다. 자루(12)는 헤드(11) 밑의 볼트의 전장 부분을 말한다.
자루의 단부쪽에는 반대방향(반시계 방향)으로 나사가 형성되어 있어, 왼나사형 풀림방지나사(14)를 이룬다. 조임나사(13)의 소직경(D)는 풀림방지나사(14)의 대직경(d)보다 크다(도 6 참조). 대직경(d)은 나사산을 기준으로 한 것이고, 소직경(D)은 나사골을 기준으로 한 것이다.
조임너트(20)는 오른나사로 조임나사(13)에 맞아 조임나사에 맞물린다. 풀림방지너트(30)는 왼나사로서 풀림방지나사(14)에 결합된다. 조임너트(20)와 풀림방지너트(30)는 육각형이고 외경이 같다. 이런 동일한 외경은 너트의 형상이나 높이에도 마찬가지다. 한편, 이런 형상이나 높이가 서로 다를 수도 있다. 조임너트(20)는 왼나사이고 풀림방지너트(30)는 오른나사이며 너트(20,30)가 육각형이 아닌 사각형으로 될 수도 있는 것이다.
일례로, 조임나사(13)와 풀림방지나사(14) 사이의 경계선에 원형 홈(15)을 형성하고, 이곳에 조임너트(20)의 후단부를 위치시킬 수도 있다. 이런 이유로, 조임너트(20)의 후단부의 나사(31)에 유격을 두고, 이곳에서는 조임너트(20)의 나사가 조임나사(13)에 맞물리지 않는다. 나사(31)의 유격 때문에 조임너트(20)와 풀림방지너트(30)가 서로 잘 접촉할 수 있다. 원형 홈(15)의 외경은 풀림방지나사(14)의 소직경(D)보다 작거나 같다. 또, 여기서는 조임너트(20)와 체결된 물체 사이에 와셔(40)가 있을 수 있다.
풀림방지 파스너의 볼트의 자루의 뿌리쪽에 형성된 조임나사(13)가 오른나사이고 자루의 단부쪽의 풀림방지나사(14)가 왼나사이다. 풀림방지 파스너에 진동이 가해지면, 조임나사(13)와 풀림방지나사(14)에 서로 반대쪽 축방향으로 회전력이 작용하는데, 이는 양쪽 나사의 회전방향이 서로 반대이기 때문이다. 따라서, 풀림방지너트(30)의 전단부가 조임너트(20)의 후단부에 강하게 압박되어, 조임너트(20)가 풀리는 것이 방지된다.
조임나사(13)의 소직경(D)이 풀림방지나사(14)의 대직경(d)보다 크면, 조임너트(20)가 풀림방지나사(14)를 쉽게 지나가 조임나사(13)에 닿을 수 있다. 이런 특징 때문에 조임너트(20)를 쉽게 조일 수 있다.
조임너트(20)와 풀림방지너트(30)의 외경이 동일한 경우, 양쪽 너트를 동일한 스패너로 조일 수 있다. 이런 구조는 작업하기가 아주 쉽다.
원형 홈(14)이 있는 경우, 이 홈을 조임나사(13)와 풀림방지나사(14) 사이에 형성해 조임너트(20)의 후단부가 이곳에 위치하게 한다. 이때문에, 예컨대, 조임너트(20)의 높이(H)가 설계값보다 낮아도 풀림방지너트(30)의 후단부가 조임너트(20)의 전단부를 강하게 압박할 수 있다.
풀림방지 파스너가 와셔(40)를 갖는 것으로 설명했지만, 이런 와셔는 없을 수도 있다. 이 경우, 조임너트(20)의 후단부가 원형 홈(15)에 위치하도록 조임나사(13)와 조임너트(29)의 길이를 결정한다.
파스너의 풀림방지 기능을 확인하기 위해, 본 발명자들은 기존의 소위 더블너트 파스너와 비교시험을 했는데, NAS(United States National Aerospace) 표준을 기준으로 설계된 진동충격 풀림시험을 기준으로 했다. 시험기의 제한된 성능 때문에, 진동행정은 NAS 표준에서 정한 11mm가 아닌 9mm였다.
시험 조건, 과정, 결과 및 평가는 아래와 같다. 도 7은 시험을 한 구성을 보여준다.
시험조건
시험기 : 진동시험기 (Shinken사의 G-0110)
시험 지그 : NAS 표준에 따름
진동주기 : 30Hz(1800rpm)
진동행정 (S1) : 9mm (수직, 수동으로 설정)
충격행정 (S2) : 11mm
시험시간 : 19분 22초 (풀렸을 때 중단)
풀림 판단 : 볼트와 너트의 표시들이 서로 일치하지 않고 볼트와 너트를ㄹ 손으로 돌릴 수 있음.
시험과정
1. 석유용제로 파스너의 부품들을 세척했다.
2. 기계유를 볼트 나사에 발랐다.
3. 진동배럴(B)이달린 지그(J)에 파스너를 연결하고 토크렌치를 사용해 볼트를 조였다. 조임 방향과 토크는 아래 결과와 같다.
4. 지그(J)를 시험기의 진동 바닥면(B)에 설치했다.
5. 시험시간을 20분으로 설정하고 진동을 시작했다. 진폭은 0mm부터 점차 증가시켰고, 진폭이 9mm에 이르렀을 때인 38초 뒤에 시험을 시작했다.
시험결과
1. 본 발명의 풀림방지 파스터
조임과정
(1) 100 KN/m로 조임너트(20)를 조였다.
(2) 70 KN/m로 풀림방지너트(30)를 조였다.
표 1은 시험결과를 보여준다.
시험 횟수 시험결과
1 풀리지 않았음
2 풀리지 않았음
3 풀리지 않았음
2. 기존의 파스너(더블너트)
조임과정
(1) 본 발명의 조임너트(20)에 해당하는 하부 너트를 75 KN/m로 조였다.
(2) 본 발명의 풀림방지너트(30)에 해당하는 상부 너트를 100 KN/m로 조였다.
(3) 상부너트를 조인 뒤, 하부너트를 역방향으로 100 KN/m로 조여 상부너트에 단단히 체결했다.
표 2는 이 시험결과를 보여준다.
시험 횟수 시험결과
1 11분내에 풀렸음
2 풀리지 않았음
3 5분내에 풀렸음
평가
위의 시험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 풀림방지 파스너는 조임너트(20)와 풀림방지너트(30)가 3회 시험 전체에 걸쳐 풀리는 것을 방지했지만, 기존의 파스너는 2회의 시험에서 풀려버렸다.
마찬가지로, 본 발명의 풀림방지 파스터의 풀림방지기능이 기존의 더블너트 파스너보다 훨씬 더 우수함을 확인했다.
1: 풀림방지 파스너 10; 볼트
11; 헤드 12; 자루
13; 조임나사 14; 풀림방지나사
15; 원형 홈 20; 조임너트
30; 풀림방지너트 31; 나사 유격
40; 와셔 50; 조여진 물체
B; 진동배럴 D; 조임나사의 소직경
d; 조임나사의 대직경 H: 조임너트의 높이
J; 지그 M; 진동 바닥면
Y; 조임나사 리이드 Z; 풀림방지나사 리이드
S1; 진동행정 S2; 충격행정

Claims (10)

  1. 자루의 뿌리부는 제1 직경을 갖고, 자루의 단부는 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 자루가 달린 볼트;
    상기 뿌리부에 제1 방향으로 형성되고, 제1 대직경과 제1 소직경과 제1 리이드를 갖는 조임나사;
    상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 상기 단부에 형성되고, 제2 대직경과 제2 소직경과 제2 리이드를 갖는 풀림방지나사;
    상기 조임나사와 풀림방지나사 사이에 있는 원형 홈;
    상기 조임나사에 조여지고 제1 외경을 갖는 조임너트; 및
    상기 풀림방지나사에 조여지고 제2 외경을 갖는 풀림방지너트;를 포함하되,
    조임나사의 제1 소직경이 풀림방지나사의 제2 대직경보다 크며, 제1 리이드는 제2 리이드와 동일하고, 상기 제1 외경과 제2 외경이 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  2. 자루의 뿌리부는 제1 직경을 갖고, 자루의 단부는 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 자루가 달린 볼트;
    상기 뿌리부에 제1 방향으로 형성되고, 제1 대직경과 제1 소직경을 갖는 조임나사;
    상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 상기 단부에 형성되고, 제2 대직경과 제2 소직경을 갖는 풀림방지나사;
    상기 조임나사에 조여지는 조임너트; 및
    상기 풀림방지나사에 조여지는 풀림방지너트;를 포함하되,
    조임나사의 제1 소직경이 풀림방지나사의 제2 대직경보다 큰 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조임나사와 풀림방지나사 사이에 원형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  4. 제2항에 있어서, 상기 풀림방지너트가 제1 외경을 갖고, 상기 조임너트는 제2 외경을 갖되, 제1 외경과 제2 외경이 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  5. 제3항에 있어서, 상기 풀림방지너트가 제1 외경을 갖고, 상기 조임너트는 제2 외경을 갖되, 제1 외경과 제2 외경이 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  6. 제2항에 있어서, 상기 뿌리부가 제1 리이드를 갖고 단부가 제2 리이드를 갖되, 제1 리이드와 제2 리이드가 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  7. 제3항에 있어서, 상기 뿌리부가 제1 리이드를 갖고 단부가 제2 리이드를 갖되, 제1 리이드와 제2 리이드가 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  8. 제4항에 있어서, 상기 뿌리부가 제1 리이드를 갖고 단부가 제2 리이드를 갖되, 제1 리이드와 제2 리이드가 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  9. 제5항에 있어서, 상기 뿌리부가 제1 리이드를 갖고 단부가 제2 리이드를 갖되, 제1 리이드와 제2 리이드가 동일한 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너.
  10. 뿌리부와 단부를 갖는 자루가 달려있고, 뿌리부에 형성된 조임나사는 돌리는 방향으로 형성되며, 조임나사가 제1 대직경과 제1 소직경을 갖고, 단부에 형성된 풀림방지너트는 반대방향으로 형성되며, 풀림방지나사가 제2 대직경과 제2 소직경을 갖되, 제1 소직경이 제2 대직경보다 큰 볼트를 준비하는 단계;
    조일 물체에 대고 상기 조임나사에서 조임너트를 돌려조이는 단계; 및
    상기 풀림방지너트를 풀림방지나사에서 돌리되, 풀림방지너트의 전단부가 조임너트의 후단부에 닿을 때까지 돌려 조이는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀림방지 파스너의 사용방법.
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