KR20100087407A - 체결체 구조 - Google Patents

Abstract

접시나사 형상의 나사 머리부를 갖는 모듈 나사와, 형상기억합금제 와셔를 합쳐서 사용하는 나사부재를 이용하여, 체결부품을 체결할 때에, 큰 체결력을 가하여도 형상기억합금제 와셔가 넓어지지 않고, 동시에, 해체시에 형상기억합금제 와셔가 용이하게 이탈하는 체결체 구조를 제공하는 것임. 체결체 구조(1)는 설치부(20)에 설치된 암나사부(21)와 짝으로 사용되는 수나사부(2d)와 접시나사 형상으로 가공된 나사머리부(2a)를 갖는 모듈 나사(2) 및 모듈 나사(2)에 대응한 내경 치수로 형상기억합금으로 형성된 형상기억합금제 와셔(3)를 구비한 나사부재(4)에 의해, 체결 고정하고 싶은 체결부품(10)을 설치부에 체결하는 체결체 구조에 있어서, 모듈 나사(2)의 머리부 하면의 경사면 또는 형상기억합금제 와셔(3)의 나사 당접면에 요철부(5)(50)를 설치한 구성으로 하였다.

Description

체결체 구조 {Fastening body structure}

본 발명은 에어컨, 세탁기, 냉장고, 텔레비전, 전지팩, 간이충전기 등 그 구성부품 혹은 부속부품, 혹은 사용재료를 재사용할 수 있도록 해체 용이한 제품의 제조에 적용되어 당해 제품의 해제에 유효한 형상기억합금제 와셔 및 나사를 사용한 체결체 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 나사 고정된 제품을 해체하는 경우, 종래는 그 나사를 풀고, 그리고 나사를 빼는 조작을 수작업으로 행하였다. 최근에는 체결할 때에 형상기억합금제의 와셔를 나사와 조합하여 사용하는. 소위 용이한 해체를 실현시킬 수 있는 기술개발이 진행되어, 그 방법은 부품의 리사이클 사용 및 자원회수의 측면에서 주목되고 있다.

이러한 쉬운 해체기술은, 예를 들면, 일본 특개 2005-16713호 공보에 기재되어 있다. 우선 나사 체결체를 제조하는 경우에, 나사에 형상기억합금제 와셔를 삽입하여 조합한 복합품을 먼저 준비한다. 그리고, 그 형상기억합급제 와셔에는 미리 소정 온도 이상에서 나사의 머리부 외경보다 큰 내경 형상이 되도록 기억시켜 두고, 부품의 체결시에는 나사의 축부에 삽입 가능한 정도의 작은 내경으로 가공 조정하고 있다. 그 때문에 이 복합품을 이용하여 부품을 체결하여 제품을 제조하고, 사용 후에 그 제품을 해체할 경우에는 와셔를 상술한 소정 온도 이상으로 가열하면, 와셔 내경이 기억하고 있는 큰 직경으로 복원하므로 형상기억합금제 와셔가 나사의 머리부로부터 튀어나와, 제품을 단시간 내에 해체시키는 것이 가능한 것이다.

한편, 통상 나사 고정을 할 때는, 부품이 확실하게 체결 가능하도록 큰 체결력(토르크)이 나사에 가해진다. 이 경우, 와셔를 나사에 조합하여 사용하고, 동시에 그 나사의 머리부 축 쪽을 접시 나사형상으로 가공하고 있으면, 제품의 해체시에 와셔를 나사의 머리부로부터 빼내어 부품을 분리하기가 쉽게 된다. 이처럼 나사의 머리부가 접시나사 형상을 갖는 나사는 와셔를 분리할 때에 적절하다.

그러나, 종래의 나사에서는 해체시를 고려한 형상기억합금제의 와셔와 조합하여 사용하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 존재한다.

즉, 종래의 나사는, 체결부품을 체결할 목적으로 암나사부 혹은 설치면에 직접 비틀어 넣는 경우, 그 머리부에 접시나사 형상을 가공하여 두면 나사의 머리부가 와셔의 내경으로 들어가려고 회전하며 비틀려 넣어지게 된다. 그러면, 나사가 회전하여 비틀려 들어가는 것에 의해 와셔 내경이 나사의 머리부 외경보다도 크게 되는 방향으로 와셔의 팔부(腕部)가 넓어지게 되어버려, 체결목적을 달성하는 것이 곤란하게 되어버린다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 접시나사 형상의 머리부를 갖는 나사와 형상기억합금제 와셔를 조합시켜 사용하는 나사부재를 사용하여 체결부품을 설치부에 체결할 때에 필요한 체결력을 가하여도 형상기억합금제 와셔의 팔부가 넓어지기 어렵게 되고. 동시에, 해체할 때에는 형상기억합금제 와셔를 떼어내는 것이 용이한 체결체 구조를 제공하는 것을 과제로 한다.

즉, 본 발명에 관한 체결체 구조는 설치부에 설치된 암나사부와 짝으로 사용되는 수나사부의 일단측에 설치된 접시나사 형상의 머리부를 갖는 나사와, 이 나사의 수나사부에 대응한 내경 치수이고, 동시에, 환상의 일부가 잘라진 형상의 형상기억합금제 와셔를 구비하는 나사부재를 사용하여, 상기 설치부에 체결부품을 체결하는 체결체 구조에 있어서, 상기 형상기억합금제 와셔는, 그 재료의 형상복원온도 이상에서는 내경이 상기 나사의 머리부의 외경보다 큰 복원형상이 되도록 형성되어 있고, 상기 체결부품은, 나사용 구멍을 가지며, 상기 나사용 구멍이 상기 나사의 머리부보다 큰 직경이며, 동시에, 상기 형상기억합금제 와셔의 외경보다 작은 직경으로 형성되어 있고, 상기 형상기억합금제 와셔에 접촉하는 상기 나사의 머리부 하면에 형성된 경사면, 또는, 상기 나사에 접촉하는 상기 형상기억합금제 와셔의 나사 접촉면에 요철부가 설치되어 있고, 상기 요철부는, 상기 머리부의 내경쪽에서 외경쪽을 향해, 또는, 상기 형상기억합금제 와셔의 내경쪽에서 외경쪽을 향해 형성된 것이다.

이와 같이 구성한 체결체 구조는, 나사의 머리부의 경사면 또는 형상기억합금제 와셔의 접촉면에 형성한 요철부에 의해, 나사와 형상기억합금제 와셔가 접촉한 상태에서 나사의 머리부를 비틀어 넣으면, 나사의 머리부가 회전하는 방향에 대해서는 요철부가 저항으로 되어 형상기억합금제 와셔가 나사와 함께 회전하는(따라서 회전하는, 혹은, 같이 회전하는) 상태가 된다. 이 때문에, 나사가 형상기억합금제 와셔의 와셔 팔부를 넓히기 위해 형상기억합금제 와셔에 대해 비틀려 들어갈 수 없다. 또한, 체결체 구조는 해체시에 소정 온도 이상으로 형상기억합금제 와셔를 가열하는 것에 의해 와셔 팔부가 나사 머리부 외경보다 크게 되도록 형상 변화하여, 머리부에 형성한 요철부가 방해하는 것 없이 나사로부터 형상기억합금제 와셔가 떼어내 질 수 있다.

또한, 체결체 구조는 나사에 있는 머리부의 경사면 또는 형상기억합금제 와셔의 나사 접촉면에 요철부를 구비하는 것에 의해, 해체시의 것을 고려한 나사의 머리부 구성인 접시머리 형상의 머리부 및 형상기억합금제 와셔를 사용하여, 드라이버 등에 의해 큰 토르크가 가해져도, 형상기억합금제 와셔의 와셔 팔부를 넓히는 것 없이, 나사를 체결하는 것이 가능하다. 이 때문에, 체결체 구조는 확실하게 동시에 강고하게 체결부품을 체결시키는 것이 가능하고, 해체시에는 가열하는 것 만에 의해 형상기억합금제 와셔의 팔부를 넓혀서 체결부품을 떼어내는 것을 쉽게 할 수 있다. 따라서, 제품의 해체작업을 용이하게 하고, 부품의 리사이클 혹은 자원회수를 목적으로 하면 좋다.

또한, 상기 체결체 구조에 있어서, 상기 나사는, 머리부와 수나사부 사이에, 상기 수나사부의 직경보다 크고, 동시에, 상기 머리부의 직경보다 작은 단부를 갖는 구성으로 하였다.

이 처럼 구성한 체결체 구조는 나사의 단부에 형상기억합금제 와셔를 계합시키고, 동시에, 형상기억합금제 와셔가 항상 나사의 축부분에 대해 중앙이 되는 위치에 위치결정된 상태에서 체결작업을 진행하는 것이 가능하다.

체결체 구조는, 나사에 단부를 마련하면, 형상기억합금제 와셔를 그 단부에 계합한 상태로 설치부와 체결부품의 체결작업을 원활하게 실시할 수 있으므로, 작업성 및 효율성이 뛰어나게 된다.

더욱이, 상기 체결체 구조에 있어서, 상기 요철부는, 상기 나사의 머리부 하면 또는 형상기억합금제 와셔의 상면측 중앙으로부터 주변 둘레를 향해 방사상으로 형성되고, 동시에, 상기 나사의 머리부 하면 또는 형상기억합금제 와셔의 상면측 원주방향으로 요부 및 철부가 번갈아서 연속하여 있는 구성으로 하였다.

이처럼 구성한 체결체 구조는, 나사가 체결될 때에, 요철부에 의해 나사의 머리부가 형상기억합금제 와셔를 가압하는 상태로 되어, 요철부가 회전하는 방향에 대해 형상기억합금제 와셔의 표면에 걸려, 형상기억합금제 와셔를 함께 회전시키는 상태가 된다. 또한, 체결체 구조는, 해체시에 형상기억합금제 와셔를 소정 온도 이상으로 가열시키는 것에 의해 와셔 팔부를 넓히는 경우, 요철부가 방사상으로 형성되어 있기 때문에 스므스하게 형상기억합금제 와셔를 나사로부터 떼어낼 수 있다.

체결체 구조는, 나사의 머리부 하면의 경사면에, 예를 들면, 형성형 혹은 기계성형에 의해 로-렛가공을 실시하여, 요철부를 형성하고 있다. 그 때문에, 체결체 구조에서는 나사의 머리부의 회전방향에 대해 그 요철부가 형상기억합금제 와셔에 걸려, 나사와 함께 회전하는 상태로 되기 때문에, 나사가 와셔 팔부를 넓히는 것 없이 체결부품을 강고하게 체결할 수 있다. 또한, 체결체 구조는 해체시에는 그 요철부가 형상기억합금제 와셔의 이탈을 방해하지 않으므로, 제품의 해체작업을 효율적으로 진행하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 체결체 구조를 모식적으로 나타낸 분해사시도,
도 2의 (a),(b)는 본 발명에 의한 체결체 구조의 단면도 및 분해한 상태를 나타낸 단면도;
도 3의 (a)는 본 발명에 의한 체결체 구조에 사용하는 모듈 나사의 머리부 하면을 일부 단면으로 하여 도시한 저면도, (b)는 본 발명에 의한 체결체 구조에 사용하는 모듈 나사의 머리부를 잘라 나타낸 측면도;
도 4의 (a)~(g)는 본 발명에 의한 체결체 구조의 체결수단 및 분해순서에 대해 일부를 절취하여 나타낸 사시도 또는 측단면도;
도 5의 (a),(b)는 본 발명에 의한 체결체 구조의 요철부의 다른 구성을 모식적으로 나타낸 모식도;
도 6의 (a),(b)는 본 발명에 의한 체결체 구조의 요철부의 철부 또는 요부와 철부의 설치 간격의 다른 구성을 모식적으로 나타낸 모식도;
도 7의 (a),(b)는 본 발명에 의한 체결체 구조의 요철부에 있어서 형성방향을 일부 단면으로 하여 모식적으로 나타낸 저면도;
도 8의 (a),(b)는 본 발명에 의한 체결체 구조의 요철부에 있어서 철부의 설치길이의 다른 구성을 일부 단면으로 하여 모식적으로 나타낸 저면도;
도 9는 본 발명에 있어서 체결체 구조의 요철부에 있어서, 철부의 설치폭에 관한 다른 구성을 일부 단면으로 하여 모식적으로 나타낸 저면도;이고,
도 10은 체결체 구조의 다른 구성을 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 체결체 구조의 전체를 모식적으로 나타낸 분해사시도, 도 2(a),(b)는 체결체 구조를 나타낸 단면도 및 해체 상태를 나타낸 단면도이며, 도 3(a),(b)는 체결체 구조에 사용하는 모듈 나사의 머리부에 형성된 요철부를 모식적으로 나타낸 저면도 및 측면도이고, 도 4(a)~(g)는 체결체 구조의 체결순서 및 분해순서를 일부를 절취하여 나타낸 사시도 또는 측단면도이다.

도 1 및 도 2(a)에 도시된 것처럼, 체결체 구조(1)는 모듈 나사(나사)(2)와, 형상기억합금제 와셔(3)로 구성된 나사부재(4)를, 나사용 구멍(11)을 천공하여 형성한 체결부품(10)에 삽입하여 체결부품(10)을 설치부(20)에 체결하는 것이다. 한편, 여기서 말하는 모듈 나사(2)는 일반적인 나사를 가리키며, 접시나사 가공을 실시한 머리부(2a)에 이어서 수나사부(2d)를 구비하고 있는 것이나, 또는 접시나사 가공을 실시한 머리부(2a)에 단부(생크)(2c)를 두고 수나사부(2d)를 구비한 것이다.

체결체 구조(1)에 있어서, 모듈 나사(2)와 형상기억합금제 와셔(3)과, 체결부품(10)의 나사용 구멍(11)과, 설치부(20)의 관계는 도 2(a),(b)에 나타낸 배치와 치수로 되어 있다. 즉, 체결부품(10)의 나사용 구멍(11)의 직경(D2)은 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 직경(외경)(D1)보다 크고, 형상기억합금제 와셔(3)의 외경(D3)보다 작게 형성되어 있다. 그리고, 형상기억합금제 와셔(3)의 내경은 상온 체결시에 있어서 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 직경(D1)보다 작게 되도록 형성되어 있다.

또한, 설치부(20)에 형성된 암나사부(21)는 모듈 나사(2)의 수나사부(2d)가 나사 결합될 수 있도록 형성되어 있다. 한편, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 형상기억합금제 와셔(3)는 소정 온도 이상으로 가열되면, 와셔 내경이 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 외경(D1)보다 크게 되도록 미리 형상을 기억시켜둔다.

도 1 및 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 모듈 나사(2)는 접시나사 가공을 한 머리부(2a)와 이 머리부(2a)에 연속하여 형성된 생크(2c)와, 이 생크(2c)에 연속하여 형성된 수나사부(2d)를 구비하고 있다.

모듈 나사(2)의 머리부(2a)는 후술하는 체결부품(10)의 나사용 구멍(11)의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 있다. 또, 이 머리부(2a)에는 그 머리부의 하면에 접시나사 가공에 의해 형성된 경사면(2b)가 형성되어 있고, 경사각도(접시각)(θ)는, 넓은 체결 토르크 폭(예를 들면, 수나사 지름 4mm의 나사(M4)의 경우, 1.1~1.37[N.m])으로 부재를 체결시키는 것과 함께, 해체시에는 형상기억합금제 와셔(3)가 용이하게 빠지도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 머리부(2a)의 경사면의 경사각도(접시각)(θ)는 90~175도의 범위가 되도록 설치되어 있다. 머리부(2a)의 경사면(2b)은 그 경사각도(θ)가 상기의 범위 내에 있으면, 형상기억합금제 와셔(3)를 사이에 끼워 소정의 체결력을 가하여 체결상태로 하는 것이 가능하다. 또, 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)를 용이하게 떼어낼 수 있다. 따라서, 머리부(2a)는 그 경사각도(θ)를 90-175도의 범위로 설정하고 있다. 한편, 경사각도(θ)는 100-170도인 것이 더욱 바람직하고, 110-150도의 범위인 것이 보다 바람직하다.

또한, 도 3(a),(b)에 도시된 바와 같이, 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 경사면(2b)은, 여기서는 머리부(2a)의 머리부 하면에서 전면(全面)이 되도록 형성되어 있다. 그래서 이 경사면(2b)에는 요철부(凹凸部)(5)가 설치되어 있다. 이 요철부(5)는 머리부 하면의 둘레 가장자리로부터 중앙(혹은 중앙부터 둘레 가장자리)으로 향하여 방사상으로 일정 폭으로 삼각형상의 철부(凸部)(5a) 및 요부(凹部)(5b)가 형성되어 있다. 한편, 요철부(5)는, 여기에서는 철부(5a) 및 요부(5b)가 머리부 하면의 원주방향으로 연속하여 형성되어 있다. 그래서, 요철부(5)는 철부(5a)의 꼭대기로부터 요부(5b)의 바닥까지의 높이 치수(h1)를 여기서는 0.05~0.15mm의 범위로 설정하고 있다. 한편, 철부(5a)의 원주방향 개수는 특히 한정되지 않지만 12~42산(특히 바람직한 범위는 20~36산)의 범위로 설정하고 있다. 또한, 철부(5a)는 일정한 높이로 머리부 하면의 둘레 가장자리로부터 중앙을 항해 형성되어 있다. 이와 같은 머리부(2a)의 경사면(2b)에 요철부(5)를 형성한 모듈 나사(2)는 압조(壓造)성형에 의해 제조하는 것이 가능하다.

생크(2c)는 머리부(2a)와 수나사부(2d)의 사이에 형성되어 있으며, 수나사부(2d)의 직경보다 크고, 머리부(2a)의 직경보다 작게 형성되어 있다. 이 생크(2c)는 모듈 나사(2)를 체결하는 작업을 할 경우에, 형상기억합금제 와셔(3)를 삽통하여 형상기억합금제 와셔(3)가 빠지지 않도록 하기 위한 것이고, 이와 함께, 모듈 나사(2)의 축부분의 중앙에 형상기억합금제 와셔(3)가 배치되도록 위치 결정하기 위한 것이다. 한편, 도시하지 않았으나, 생크(2c)의 하단에 "칼날" 또는 "손톱"을 설치하는 구성으로 하는 것에 의해 형상기억합금제 와셔(3)의 가취부(假取付)가 용이하게 된다.

수나사부(2d)는 후술하는 설치부(20)에 설치된 암나사부(21)와 짝으로서 사용되는 것이다. 이 수나사부(2d)는 그 선단이 뾰족하게 형성되어 있다.

도 1 및 도 2(a)에 도시된 것처럼, 형상기억합금제 와셔(3)는 환상(環狀)의 일부에 절단부가 형성되어 있고, 그 절단부의 좌우가 되는 와셔 팔부가 떨어질 수 있는 형상으로 형성되어 있다. 한편, 형상기억합금제 와셔(3)는, 여기에서는, 대략 C자 형상으로 가공하여 형성되어 있다. 그래서, 형상기억합금제 와셔(3)는, 그 재료의 형상복원온도 이상에서는 그 내경이 머리부(2a)의 외경보다도 큰 복원상태로 되도록 구성되어 있다. 그래서, 체결시에는 후술하는 체결부품(10의 나사용 구멍(11)의 직경(D2)에 대해 와셔 내경부가 작고, 동시에, 와셔 외경부가 크게 형성되어 있다. 그래서, 형상기억합금제 와셔(3)는 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 직경(D1)보다 와셔 내경부가 작고, 동시에 와셔 외경부가 크며, 상온체결상태에 있어서 최외경의 직경이 D3이고, 와셔 내경부의 직경이 D1보다 작게 되는 폭 치수를 구비하도록 형성되어 있다. 이 형상기억합금제 와셔(3)는 와셔 팔부의 위치가 상하방향으로 서로 틀리게 되도록 형성하여 스프링 작용을 발휘할 수 있도록 형성되어 있어도 좋다. 형상기억합금제 와셔(3)는 상온에서는 마르텐사이트 상(相)을 나타내어 용이하게 변형할 수 있고, 변태온도(마르텐사이트 변태온도) 이상에서는 오스테나이트 상을 나타내어 기억된 형상으로 회복하는 성질을 갖고 있어, 필요로 하는 변태온도에 따라 각종 금속의 혼합비율을 조정한 합금조성물이 사용되고 있다.

형상기억합금제 와셔(3)에 사용될 수 있는 바람직한 형상기억합금으로서는 Ti-Ni합금 등을 들 수 있고, 이 합금 중에 포함되는 Ni 함유량은 49.5at%~51.0at%(원자 퍼센트)가 좋다. 또, 이 Ti-Ni 합금에 Cu, Fe, Cr, V, Nb, Co 등의 어느 것인가를 한 종류 이상을 10at% 이하의 양으로 함유시킨 합금이어도 좋다. 예를 들면, Ti-Ni-Cu 합금을 들 수 있다. 더욱이 Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Ni, Cu-Al-Ni-Mn-Ti, Cu-Al-Mn, Cu-Zn 등의 Cu계 합금이어도 좋다. 그 외에 Au-Cd, In-Ti, Fe-Pt 등의 합금도 사용 가능하다.

형상기억합금제 와셔(3)에 Ti-Ni 합금을 사용할 때에는, 변태온도 이상의 온도인 400~500℃(예를 들면 450℃)에서 내경이 D1(도 2 참조) 이상으로 되도록 형상기억처리를 행하고(예를 들면, 환상체에 잘린 [극간(隙間)]을 형성한 C자 형상이나 호상으로 한다), 실온(상온)에서 체결시에 필요한 D1보다도 작은 소정의 내경 형상으로 가압 가공한다(예를 들면, 잘린 [극간]을 좁혀 내경이 D1 이하로 되도록 한 C자 형상으로 한다). 형상기억합금제 와셔(3)는, 예를 들면, 마르텐사이트 변태온도가 75~100℃인 형상기억합금인 경우, 이 형상기억합금을 75~100℃ 이상의 온도로 가열하면, 기억된 형상, 즉 도 2(b)에 도시된 것처럼, 와셔 팔부 사이의 거리를 크게 하여 나사 머리부(2a)의 직경보다 큰 와셔 내경으로 복원한다.

체결부품(10)은 모듈 나사(2)의 머리부(2a) 직경(D1)보다 크게 형성한 직경(D2)의 나사용 구멍(11)을 구비하고 있다. 여기서 사용되는 체결부품(10)은 금속으로 형성된 것이나, 합성수지로 형성된 것이고, 그 표면에 도장, 방청 등의 표면처리가 되어 있어도 상관없다. 한편, 체결부품(10)은 나사용 구멍(11)의 둘레 면에 형상기억합금제 와셔(3)의 하면에 당접(當接)(접촉)하는 구멍 주위면(12)을 설정하고 있다.

설치부(20)는 체결부품(10)을 모듈 나사(2)에 의해 체결하는 부위 또는 부품이고, 모듈 나사(2)의 수나사부(2d)에 대응하는 암나사부(21)가 형성되어 있다.

암나사부(21)는 통부재(筒部材)의 내측에 나사가 형성되어 있는 구성이나, 혹은 설치부(20)의 부재에 암나사부가 직접 형성되어 있는 구성이다. 이 암나사부(21)는 도 2에서는, 모듈 나사(2)의 수나사부(2d)의 길이 치수보다 길게 형성되어 있으나, 그 길이 치수는 수나사부(2d)보다 짧은 경우나, 혹은 동등하여도 상관없다. 한편, 탭핑 나사를 사용하는 경우에는 설치부(20)에는 암나사부(21)를 설치하지 않는 구성으로 된다.

다음으로 체결체 구조(1)의 체결순서 및 분해순서를 도 4(a)~(d)를 중심으로 도 2를 적절하게 참고하여 설명한다.

처음에, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 설치부(20)의 암나사부(21)에 맞추어서 체결부품(10)의 나사용 구멍(11)을 연통하는 배치 상태로 한다.

그리고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 모듈 나사(2)에 형상기억합금제 와셔(3)가 삽입하여 계합하고 있는 나사부재(4)를 이용하여 설치부(20)에 체결부품(10)을 나사 고정한다. 나사 고정할 때, 형상기억합금제 와셔(3)가 모듈 나사(2)의 생크(2c)에 계합(係合)하고 있는 상태이면 체결시의 작업성이 양호하게 된다.

도 4(c),(d)에 도시된 바와 같이, 모듈 나사(2)는 수동 혹은 로봇 핸드 등에 의해 드라이버(Dr)로 돌려 삽입된다. 이때, 수나사 지름이 4mm(M4) 이하의 모듈 나사(2)에 의해 체결하는 경우, 체결력(체결 토르크)으로서 통상 0.9~1.37(N.m)의 범위에서 행해지고, 바람직하기는 1.0~1.25(N.m)이고, 더욱 바람직하게는 1.0~1.20(N.m)의 범위로 되는 경우가 많다.

체결체 구조(1)에서는 모듈 나사(2)가 드라이버(Dr)에 의해 체결될 때에, 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 하면에 형성되어 있는 요철부(5)가 형상기억합금제 와셔(3)의 접촉하는 부분에 계합한(걸린) 상태로 되는 것에 의해 모듈 나사(2)와 형상기억합금제 와셔(3)가 함께 회전하여 형상기억합금제 와셔(3)의 팔부를 넓히려는 힘을 억제하도록 한다. 결국, 모듈 나사(2)를 돌려 삽입시킬 때의 회전하는 힘을 형상기억합금제 와셔(3)에 전달하지 않도록 하여, 형상기억합금제 와셔(3)의 와셔 팔부가 넓어지는 것을 방지하고 있다. 그 때문에 체결체 구조(1)에는 모듈 나사(2)와 형상기억합금제 와셔(3)가 요철부(5)에 의해 동시에 회전하여 형상기억합금제 와셔(3)가 체결부품(10)의 구멍 주위면(12)에 눌러 붙어서 와셔 팔부가 넓어지는 것 없이 모듈 나사(2)에 의해 강고한 체결을 실현하게 된다.

다음으로, 부품을 해체하는 경우, 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 부품을 해체하는 작업시에 체결체 구조(1)를 형상기억합금제 와셔(3)가 갖는 마르텐사이트 변태온도보다 높은 소정 온도이상의 환경에 놓는다. 예를 들면, 열풍 또는 과열증기를 형상기억합금제 와셔(3)의 근방에, 또는 형상기억합금제 와셔(3)를 향해 불면, 형상기억합금제 와셔(3)가 기억하고 있는 형상으로 되돌아가서 와셔 내경부가 모듈 나사(2)의 머리부(2a)의 직경보다 크게 되도록 와셔 팔부를 넓힌 상태가 된다.

그 때문에, 도 4(f)에 도시된 바와 같이, 형상기억합금제 와셔(3)는 모듈 나사(2)의 머리부(2a)로부터 빠질 수 있다.

그래서, 도 4(g)에 도시된 바와 같이, 설치 개소 전부의 형상기억합금제 와셔(3)(도면에는 한 개만 기재)가 빠지게 되어, 체결부품(10)이 설치부(20)로부터 빠진 상태로 되어, 설치부(20)에 대하여 체결부품(10)이 분리한 상태로 된다.

후에는, 모듈 나사(2)를 설치부(20)로부터 드라이버(Dr) 등으로 회전시켜서 분리하는 것에 의해, 모듈 나사(2), 형상기억합금제 와셔(3), 체결부품(10) 및 설치부(20)가 분해 상태로 된다. 혹은, 설치부(20)가 합성수지제의 경우에는 모듈 나사(2)가 부착된 상태의 설치부(20)를 기계 분쇄하고, 그 후에 모듈 나사(2)를 분쇄물로부터 회수하여도 좋다.

이상 설명한 것처럼, 모듈 나사(2)의 머리부 하면에 형성한 요철부(5)에 의해, 형상기억합금제 와셔(3)의 와셔 팔부를 넓히는 것 없이 소망의 체결 토르크로 설치부(20)에 체결부품(10)을 체결할 수 있고, 이와 함께 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)를 모듈 나사(2)로부터 이탈시켜서 체결부품(10)의 분리를 용이하게 하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 체결체 구조(1)는 모듈 나사(2)의 머리부 하면이 되는 경사면에 요철부(5)를 설치하고 있으므로, 체결할 때에 모듈 나사(2)와 형상기억합금제 와셔(3)가 함께 회전하여, 와셔 팔부를 넓히려는 힘을 형상기억합금제 와셔(3)에 가하는 것이 어렵게 되어 있다. 따라서, 높은 체결 토르크를 체결작업시에 적용하여도 해체시의 해체성을 확보한 상태로 체결하는 것이 가능하게 된다.

한편, 체결체 구조(1)에 사용되는 요철부(5)의 형상은, 철부(5a) 및 요부(5b)의 형상이 모두 삼각형상으로서 머리부의 원주방향으로 일정 폭으로 연속하는 구성으로서 설명하였으나, 예를 들면, 도 5 ~ 도 9에 도시된 구성으로 하여도 관계없다. 한편, 도 5 - 도 9에 있어서 이미 설명한 구성은 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

즉, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 받침대(臺) 형상의 철부(5c) 및 요부(5d)가 머리부(2a)의 원주방향으로 연속하는 구성으로 하는 것이나, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 삼각형의 정점을 수직으로부터 소정 각도 경사지게 시작한 형상으로 되는 톱니상의 철부(5e) 및 그 철부(5e)의 사이로 되는 요부(5f)가 머리부(2a)의 원주방향으로 연속하는 구성이어도 좋다. 이와 같이 철부(5c,5e)에는 엣지(각부분)가 형성될 수 있는 형상이면 관계없다. 더욱이, 철부(5e)와 요부(5f)가 서로 다른 형상(예들 들면, 요부가 평탄부)로 되어 있어도 좋다.

또한, 요철부(5)의 동일 형상으로 형성된 철부(5a)와 요부(5b)의 간격은 도 3에 도시된 바와 같이 등간격이어도 좋고, 도 6에 도시한 구성이어도 상관없다. 즉, 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 철부(5a)와 요부(5b)가 평탄부(7)를 사이에 두고 일정 간격으로 형성되는 것이나, 혹은 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 철부(5a)를 평탄부(7)에서 독립하여 형성하고, 동시에 철부(5a)와 요부(5b)를 연속시키고 평탄부에 의해 간격을 벌리도록 구성하여도 상관없다. 이처럼 철부(5a) 및 요부(5b)의 형상을 동일한 형상으로 한 경우에, 평탄부(7)를 사이에 두고 철부(5a)를 독립하여 소정 간격마다 형성하는 것이나, 또는 철부(5a)와 요부(5b)를 평탄부(7)를 사이에 두고 소정 간격마다 형성하는 것이나, 이것들을 조합하여 형성하는 것이어도 상관없다. 한편, 머리부(2a)의 내주측(內周側)으로부터 외주측(外周側)을 향하여 형성된 철부(5a)는 소정 각도 이상에서 교차하도록 밧텐 형상으로 형성한 경우, 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)가 그 교차한 철부(도시하지 않음)에 걸려 빼내기가 어렵게 되므로 바람직하지 않다.

더욱이, 요철부(5)의 형성방향은, 도 3에서는, 머리부(2a)의 중앙으로부터 주위 둘레로 향하고, 동시에 머리부(2a)의 원주방향으로 연속하여 형성하는 구성으로 설명하였으나, 도 7에 도시한 것과 같은 구성이어도 상관없다. 즉, 도 7(a)에 도시한 바와 같이, 머리부(2a)의 머리부 하면에 형성된 요철부(15)는 머리부(2a)의 중앙으로부터 주위둘레로 향하여 소정 경사 각도로 나선상으로 형성되는 것이나, 또한, 도 7(b)에 도시한 바와 같이, 요철부(25)는 머리부(2a)의 중앙으로부터 주위둘레로 향하여 방사상의 요부(또는 철부(25a))(25b)와 이 방사상의 요부(또는 철부(25a))(25b)의 좌우로 선대칭으로 그 중앙이 되는 요부(25b)로부터 주위둘레로 향해 감에 따라 벌어지는 방향으로 소정 각도로 배치되는 철부(또는 요부(25b)(25a)를 머리부(2a)의 원주방향으로 설치하는 구성이어도 좋다. 이와 같이 요철부(15,25)의 형성방향은 머리부(2a)와 같이 회전하는 방향이고, 동시에 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)의 와셔 팔부가 넓어지는 동작에 대하여 결과적으로 방해가 되지 않는 방향이면 상관없다.

그리고, 철부(5a) 및 요부(5b)의 설치길이는, 도 3에서는, 생크(2c)로부터 머리부(2a)의 주위둘레까지 연속하여 일정 폭으로 설치되어 있으나, 도 8에 도시된 구성이어도 상관없다. 즉, 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 형상기억합금제 와셔(3)에 접촉하는 머리부 하면에 형성되도록 철부(35a)를 형성하는 구성으로 하고 있다. 결국, 철부(35a)는 머리부(2a)의 생크(2c) 쪽과 머리부(2a)의 주위둘레 쪽 사이에서 머리부(2a)의 중앙으로부터 주위둘레를 향하여 방사상으로 형성하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 철부(45a)는, 머리부(2a)의 하면에서 생크(2c) 쪽이 되는 원주방향의 환상(環狀) 에리어와, 주위둘레 쪽의 원주방향이 되는 환상 에리어와, 생크(2c) 쪽의 환상 에리어와 주위둘레 쪽의 환상 에리어의 사이가 되는 환상 에리어의 3개의 환상 에리어마다 배치되어 있다. 그래서, 철부(45a)는 머리부(2a)의 원주방향에 대하여 나선상으로 배치한 상태로 되도록 구성하여도 상관없다. 한편, 도 8에서는 평탄부를 요부(35b,45b)로 하고 있다. 이와 같이 철부(35a,45a) 및 요부(35b.45b)의 설치 길이는 머리부(2a)와 함께 회전하는 방향이고, 동시에, 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)의 와셔 팔부가 넓어지는 동작에 대하여 결과적으로 방해가 되지 않는 설치 길이이면 상관없다.

또한, 도 3에서는 요철부(5)의 머리부(2a) 중앙으로부터 주위둘레를 향하여 형성되는 폭은 일정 간격으로서 설명하였으나, 도 9에서 도시한 바와 같은 구성으로 하여도 상관없다. 즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 요철부(55)는 단면삼각형상의 철부(55a)와 평탄부로 되는 요부(55b)가 번갈아서 원주방향으로 형성되어 있다. 그래서, 철부(55a)는 생크(2c) 쪽에서부터 주위둘레를 향하여 폭 치수 및 높이 치수가 작아지도록 형성되어 있다. 또한, 여기서는 2개의 철부(55a,55a)의 사이의 평탄부를 요부(55b)로 하고 있다.

이상, 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 요철부의 구성은 철부와 요부가 내경 쪽에서 외경 쪽을 향해 형성되는 것과 함께, 원주방향을 따라 설치되어 있다. 그래서, 체결부품(10)을 높은 토르크값으로 체결하는 경우에, 철부의 엣지부분에 의해 형상기억합금제 와셔(3)에 계합하여(걸려), 모듈 나사(2)를 드라이버 등으로 돌려 넣을 때에 함께 회전하는 상태로 되어 확실하게 체결할 수 있고, 동시에 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)가 모듈 나사(2)로부터 분리되기 쉬운 상태이면 그 구성을 한정하는 것은 아니다.

또한, 도 1 ~ 도 9의 설명에서는, 나사(2)의 머리부(2a)의 경사면(2b)에 요철부(5)를 설치하는 구성으로서 설명하였으나, 머리부(2a)에 형성하는 대신에, 도 10에 도시한 바와 같이, 나사(2)의 머리부(2a)에 접촉하는 형상기억합금제 와셔(3)의 나사 접촉면(51)에 형성한 요철부(50)로 하여도 상관없다. 형상기억합금제 와셔(3)에 요철부(50)를 설치하는 경우에는 단면이 삼각형상인 절입부를 와셔 원주방향으로 방사상으로 형성하여 요부(50b)로 하고, 그 요부(50b,50b)의 사이를 철부(50a)로 하고 있다.

한편, 여기서는 요부(50b)를 형성하는 것에 의해 철부(50a)를 결과로서 형성하였으나, 형상기억합금제 와셔(3)의 나사 접촉면(51)에 철부(50a)를 돌기로서 형성하는 구성(도시하지 않음)으로 하여도 상관없다. 그래서, 도 5 ~ 도 9에 도시한 바와 같이, 철부(50a) 및 요부(50b)는, 그 형상, 설치간격, 설치폭, 설치길이는 모듈 나사(2)와 함께 회전하여 체결부품(10)을 설치부(20)에 고정할 수 있으며, 동시에 해체시에 형상기억합금제 와셔(3)가 머리부(2a)로부터 이탈할 수 있는 구성이라면 특별하게 한정되는 것은 없다.

더욱이, 나사(2)는 그 선단이 뾰족한 것으로 설명하였으나, 선단의 형상은 평탄 또는 곡면 등의 형상이어도 좋고, 특별하게 한정하는 것은 없다. 또한, 체결체 구조(1)는 모듈 나사(2)를 사용하는 예로서 설명하였으나, 탭핑 나사여도 상관없다.

[실시예]

다음으로, 실시예를 통해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

S45C 상당 소입강(燒入鋼)으로 만든 길이 80 X 폭 30mm X 두께 10mm의 강판을 준비하고, 그 강판에 다음과 같은 구멍을 10개소 등간격으로 천공하여 테스트 피스로 하였다. 이 강판의 상부 깊이 4mm의 위치까지 구멍지름 φ7.0mm의 자리파기(spot facing)를 형성하고, 그 아래에 M4.0의 암나사를 가공하였다. 모듈 나사(2)는 머리부(2a)가 6.5mm이고, 경사각도가 20도(접시각 140도)의 머리부 하면에, 도 3(a),(b)에 도시한 바와 같이, 요철부(5)를 로-렛가공으로 형성하였다. 이때의 모듈 나사(2)의 머리부 하면의 원주방향에 있는 철부(5a)는 그 개수를 36산으로 하고, 그 높이 h1을 0.1mm로 하였다. 또한, 모듈 나사(2)의 단부(생크)의 지름은 5mm로 하고, 수나사부 길이는 10mm로 한 것을 사용하였다.

그래서, 변태온도가 88℃인 Ti-Ni합금을 통상의 인발가공에 의해 선재로 형성하고, 그 후, 선재의 상하를 압연기로 압연하여 와이어로 하였다. 더욱이, 그 후 프레스 등에 의해 평면이 1.8mm이고, 측면이 1,2mm인 단면 편평한 와이어로 하고, 그 와이어를 둥글게 C자 형으로 가공하여, 형상기억합금제 와셔(3)로 하였다. 형성한 형상기억합금제 와셔(3)는 모듈 나사(2)의 단부(생크)에 삽입하여 걸리게 한 상태로 사용하였다.

그래서, 테스트 피스에 10개소 설치한 각 구멍에 형상기억합금제 와셔(3)가 걸려있는 상태의 모듈 나사(2)를 1.1N.m(30개소) 및 1.37N.m(10개소)의 토르크 값으로 체결하고, 체결상태를 관찰하였다.

그 결과를 표1에 나타낸다. 표 1에 도시한 바와 같이, 30개소 및 10개소의 전 위치에서, 와셔 팔부의 넓어짐이 초기 설정으로부터 0.3mm 이하로 수렴되고, 확실한 체결상태가 실현되었다. 따라서, 모듈 나사(2)의 머리부 하면에 요철부(5)를 형성하면, 모듈 나사(2)를 강한 토르크로 체결하여도 강고하게 체결하는 것이 가능하였다.

한편, 비교 예로서는, 머리부(2a)의 경사면(2b)에 요철부(5)를 형성하지 않은 것 이외에는 상기 실시예와 동일한 구성의 나사를 사용한 체결 테스트를 10개소에서 행하였다. 그 결과, 어느 개소에서도 모듈 나사(2)를 돌려 삽입한 경우에 형상기억합금제 와셔(3)의 와셔 팔부가 넓어져서 강고한 체결상태를 실현할 수 없었다.

또한, 체결한 형상기억합금제 와셔(3)에 드라이어에 의해 100℃의 열풍을 불면, 형상기억합금제 와셔(3)가 머리부(2a)로부터 완전하게 이탈하는가를 확인하였다. 한편, 완전하게 이탈한 것을 "O"으로 하고, 또 완전하게 이탈하지 않고 테스트 피스의 나사용 구멍과 모듈 나사(2)의 사이에 떨어져 끼인 것을 "△"로 하고, 머리부(2a)로부터 이탈하지 않은 것을 "X"로 하였다. 한편, 표 1에 있어서, "△"는 50%의 합격률로 평가하였다.

표 1에 도시한 바와 같이, 대부분의 형상기억합금제 와셔(3)가 가열시에 머리부(2a)로부터 이탈하는 상태로 되었다. 이와 같이 모듈 나사(2)의 머리부 하면에 요철부(5)를 형성하는 것에 의해 체결시에는 소정 체결 토르크로 체결이 가능하고, 더욱이, 가열시에는 형상기억합금제 와셔(3)를 머리부(2a)로부터 확실하게 이탈시키는 것이 가능하다.

한편, 상술한 설명에서는 모듈 나사(2)에 있어서 생크(단부)(2c)를 설치한 구성으로 설명하였으나, 이 생크(2c)가 없는 상태의 나사여도 관계없다.

본 발명에 관한 체결체 구조는 제품의 해체작업을 용이하게 하고, 부품의 리사이클 또는 자원회수를 의도하는 경우에 좋다.

본 발명에 관한 체결체 구조는 나사에 단부를 구비하고 있으면, 형상기억합금제 와셔를 그 단부에 계합한 상태로 설치부와 체결부품의 체결작업을 원활하게 실시할 수 있으므로 작업성 및 효율성이 뛰어나다.

본 발명에 관한 체결체 구조에서는 나사의 머리부의 회전방향에 대해 나사 머리부 경사면에 설치한 그 요철부가 형상기억합금제 와셔에 걸려, 나사와 함께 회전하는 상태로 되기 때문에, 나사가 와셔 팔부를 넓히지 않고 체결부품을 강고하게 체결할 수 있다.

본 발명에 관한 체결체 구조는, 해체시에는 나사 머리부 경사면에 설치한 그 요철부가 형상기억합금제 와셔의 이탈을 방해하지 않아서, 제품의 해체작업을 효율적으로 진행하는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 체결체 구조는 나사 머리부 경사면에 요철부를 설치하는 대신에 와셔의 나사 접촉면에 요철부를 설치하는 것에 의해서도, 와셔 팔부를 넓히지 않고, 체결부품을 강고하게 체결할 수 있고, 또한, 해체시에는 와셔의 이탈을 방해하지 않고, 제품을 효율적으로 해체시키는 것이 가능하게 된다.

Claims (3)

1. 설치부에 설치된 암나사부와 짝으로 사용되는 수나사부의 일단측에 설치된 접시나사 형상의 머리부를 갖는 나사와, 이 나사의 수나사부에 대응한 내경 치수이며 환상의 일부가 절단된 형상의 형상기억합금제 와셔를 구비하는 나사부재를 사용하여, 상기 설치부에 체결부품을 체결하는 체결체 구조에 있어서,
   상기 형상기억합금제 와셔는, 그 재료의 형상복원온도 이상에서는 내경이 상기 나사의 머리부의 외경보다 큰 복원형상이 되도록 형성되어 있고,
   상기 체결부품은, 나사용 구멍을 가지며, 상기 나사용 구멍이 상기 나사의 머리부보다 큰 직경이며, 동시에 상기 형상기억합금제 와셔의 외경보다 작은 직경으로 형성되어 있고,
   상기 형상기억합금제 와셔에 접촉하는 상기 나사의 머리부 하면에 형성된 경사면, 또는, 상기 나사에 접촉하는 상기 형상기억합금제 와셔의 나사 접촉면에 요철부가 설치되어 있고,
   상기 요철부는, 상기 나사의 머리부의 내경 쪽에서 외경 쪽을 향해, 또는, 형상기억합금제 와셔의 내경 쪽에서 외경 쪽을 향해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 체결체 구조.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 나사는 머리부와 수나사부 사이에, 상기 수나사부의 직경보다 크고 동시에 상기 머리부의 직경보다 작은 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 체결체 구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 요철부는, 상기 나사의 머리부 하면 또는 형상기억합금제 와셔의 상면측 중앙으로부터 주위둘레를 향해 방사상으로 형성되고, 동시에, 상기 나사의 머리부 하면 또는 형상기억합금제 와셔의 상면측 원주방향으로 요부 및 철부가 번갈아서 연속하여 있는 것을 특징으로 하는 체결체 구조.

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