KR20110003207A - 풀림방지 나사 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풀림방지 나사 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일구현예에 따른 풀림방지 나사는 나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물이 융착된 수지 코팅층과; 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물이 코팅된 접착제 코팅층을 포함한다.

나사, 풀림방지.

Description

풀림방지 나사 및 이의 제조방법{The anti-loosing screw and the producing method of it}

본 발명은 나사에 관한 것으로서, 특히, 풀림방지 나사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

나사는 둘 또는 그 이상의 부분품을 죄어서 고정시키는 목적으로 많이 사용되고 있으며, 볼트 및 너트가 그 대표적인 것이다.

이하, 본 발명의 명세서에서 기재된 나사의 부분별 명칭을 도 1을 참고하여 정의한다. 즉, 나사(100)는 헤드부(110)와, 피치부(120)로 이루어지고, 피치부(120)는 나사산(121)과 골(122)이 형성된 부분을 말하며, 나사산(121)과 골(122)을 연결하는 사면을 나사산면(123)이라 한다. 또, 서로 이웃하는 나사산(121) 간의 거리 또는 골(122) 간의 거리를 피치(P)라 한다.

일반적으로 나사는 볼트와 너트의 나사산면의 접촉에 의한 나사산면의 접촉마찰력에 의하여 체결이 유지되나, 이러한 나사산면의 접촉마찰력보다 큰 진동이 나, 충격 등 큰 외력이 가해지거나, 지속적인 진동이나 충격의 반복에 의하여 나사가 풀리게 된다.

이러한 나사의 풀림문제를 방지하기 위한 많은 연구ㆍ개발을 통하여 다양한 풀림방지 나사가 제품화 되었다.

풀림방지 나사로서 가장 일반적인 형태는 나사 헤드부의 마찰력을 높여 풀림방지 기능을 하는 와샤 등이 있으나, 이는 피결합물에 상처를 주거나, 과도한 토크를 받을 시 나사의 기능을 상실하게 할 수 있는 문제가 있는 것이다.

또 다른 방식의 풀림방지 나사로서는, 나사(100)의 피치부(120)의 마찰력을 향상 시켜주는 방식으로 나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물을 나사(100)의 피치부(120) 일부 또는 전체에 융착 코팅하는 방식(일본공개공보 1999-051032)과, 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 나사(100)의 피치부(120)의 일부 또는 전체에 코팅하는 방식(일본공개공보 1996-042545, 2009-127777)이 있다.

나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물을 나사(100)의 피치부(120) 일부 또는 전체에 융착 코팅하는 방식은 나일론 수지의 탄성 반발력을 이용하여 피치부(120)에 강한 마찰력을 발생시켜 나사의 풀림 현상을 방지하는 것이고, 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 나사(100)의 피치부(120)의 일부 또는 전체에 코팅하는 방식은 나사(100)의 체결 시 마이크로 캡슐 속에 충전된 접착 조성물이 터져 나와, 볼트 및 너트의 피치부 사이의 빈틈을 채워 일정한 시간(접착 조성물의 경화 시간)이 경과 한 후 밀봉 고착되어 나사의 풀림 현상을 방지하는 것이다.

그러나, 최근에는 전자통신부품 등의 소형화 경향에 따라, 부분품의 체결을 위한 나사의 크기도 매우 작아지고, 이에 따라, 나사(100)의 피치부(120)에 형성되는 나사산(121) 및 골(122)의 개수가 적어지게 되고, 나사의 체결력도 나사산(121) 및 골(122)의 개수에 비례하여 작아지게 되는 것이다.

또, 나사의 체결력을 향상시켜, 나사의 풀림 현상을 방지하기 위하여 상술한 나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물을 나사(100)의 피치부(120) 일부 또는 전체에 융착 코팅하는 방식이나, 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 나사(100)의 피치부(120)의 일부 또는 전체에 코팅하는 방식을 별도로 채용하고 있으나, 최근의 정밀 소형 제품에서 요구되는 나사의 체결력을 충분히 제공하지 못하는 실정이다.

특히, 나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물을 나사(100)의 피치부(120) 일부 또는 전체에 융착 코팅하는 방식은 나사의 풀림방지 기능을 나일론 수지의 탄성 반발력에만 의존하기 때문에 나사의 체결력을 향상시키는 데에 한계가 있으며, 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 나사(100)의 피치부(120)의 일부 또는 전체에 코팅하는 방식은 나사 체결 후 최소한 접착 조성물의 경화 시간(약 72시간)이 경과 한 후에 나사의 체결력을 향상시킬 수 있으므로, 접착 조성물의 경화 시간이 경과하기 전에 발생되는 진동 또는 충격 등에 의하여 나사가 풀리는 현상을 방지할 수 없고, 또, 접착 조성물이 경화한 후나사의 체결력 이상으로 외력을 가하여 나사를 푼 후에는 재사용이 불가능하다는 단점이 있는 것이다.

본 발명은 정밀 소형 제품에 사용되어 피치부의 길이가 작은 나사에 있어서, 종래의 풀림방지나사 보다 월등히 우수한 나사의 풀림토크를 제공하여 나사의 풀림 현상을 방지할 수 있는 풀림방지 나사 및 이의 제조방법을 제공하려는 것이다.

또, 나사 체결 후 일정한 시간이 경과하지 않더라도 곧바로 일정 수준 이상의 풀림 토크를 제공하여 나사 체결 후 초기 풀림 현상을 방지할 수 있는 풀림방지 나사 및 이의 제조방법을 제공하려는 것이다.

또, 나사의 체결 및 해체를 3회 이상 반복하더라도, 일정 수준 이상의 나사의 체결력을 제공하여 나사의 풀림 현상을 방지할 수 있는 풀림방지 나사 및 이의 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명에 따른 풀림방지 나사는 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물이 융착된 수지 코팅층과; 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물이 코팅된 접착제 코팅층을 포함한다.

여기에서 이용되는 나사는 피치부의 길이가 6mm 이하인 경우가 바람직하고, 3mm이하인 경우가 더욱 바람직하다.

또, 수지 코팅층은 나사 피치부의 단면 원주의 1/2영역에 형성된 것이 바람직하고, 나사 피치부의 단부로부터 1번째 나사산부터 형성된 것이 더욱 바람직하다.

또, 접착제 코팅층은 수지 코팅층을 포함하여 나사 피치부의 단면 원주의 전체 영역에 형성된 것이 바람직하다.

수지 코팅층을 형성하기 위한 풀림방지 분말 조성물에서 수지 분말은 나일론 수지 분말인 것이 바람직하고, 기타 첨가제 등을 포함할 수 있으며, 여기에서, 나일론 수지 분말은 Polyamide-11, Polyamide-12, Polyamide-6 등의 나이론 수지로 할 수 있으며, 입자크기는 30~200㎛로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 풀림방지 분말 조성물은 흑연을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

접착제 코팅층을 형성하기 위한 풀림방지 접착 조성물은 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하며, 기타 바인더, 충진제 등을 포함한다. 또, 마이크로캡슐 내에 충전되는 접착 조성물의 경화 메커니즘에 따라서, 필요시 경화제를 별도의 마이크로캡슐에 충전하여 더 포함하거나, 바이더에 혼합하는 방식으로 더 포함할 수도 있다. 여기에서 마이크로캡슐에 충전되는 접착 조성물은 아크릴계 수지 또는 에폭시계 수지인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 풀림방지 나사의 제조방법은 나사를 준비하는 준비공정; 나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물의 녹는점 이상의 온도로 상기 준비된 나사의 피치부를 가열하는 가열공정; 상기 가열된 나사의 피치부에 상기 풀림방지 분말 조성물을 분사하는 분말분사공정; 상기 분말분사공정을 거친 나사를 냉각하는 냉각공정; 상기 냉각공정을 거친 나사의 피치부에 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 코팅하는 접착제 코팅공정; 및 상기 접착제 코팅공정을 거친 나사를 건조시키는 건조공정을 포함한다.

또, 풀림방지 분말 조성물이 분사되는 나사 피치부는 나사 피치부의 단면 원주의 1/2영역인 것이 바람직하고, 풀림방지 분말 조성물이 분사되는 나사 피치부는 나사 피치부의 단부로부터 1번째 나사산부터 형성된 것이 더욱 바람직하다.

또, 접착제 코팅공정에서, 풀림방지 접착 조성물이 코팅되는 나사 피치부는 나사 피치부의 단면 원주의 전체 영역인 것이 바람직하다.

이러한 기술 구성에 의하여, 본 발명은 정밀 소형 제품에 사용되어 피치부의 나사산 및 골의 개수가 적게 형성된 나사에 있어서, 종래의 풀림방지나사 보다 월등히 우수한 나사의 풀림 토크를 제공하여 나사의 풀림 현상을 방지할 수 있는 풀림방지 나사 및 이의 제조방법을 제공하였다.

또, 나사 체결 후 일정한 시간이 경과하지 않더라도 곧바로 기존 풀림 방지나사의 풀림토크 수준 이상을 제공하여 나사 체결 후 초기 풀림 현상을 방지할 수 있는 풀림방지 나사 및 이의 제조방법을 제공하였다.

또, 나사의 체결 및 해체를 3회 이상 반복하더라도, 일정 수준 이상의 나사의 체결력을 제공하여 나사의 풀림 현상을 방지할 수 있는 풀림방지 나사 및 이의 제조방법을 제공하였다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대하여 도면을 참고하여, 상세히 설명한다.

도 2는 나사에 수지 코팅층이 형성된 예를 나타낸 것이고, 도 3은 나사에 수지 코팅층 및 접착제 코팅층이 함께 형성된 예를 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명에 의한 풀림방지 나사의 제조 방법의 제조 공정도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 풀림방지 나사(100)는 나일론 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물이 융착된 수지 코팅층(N)과; 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐(Ma)을 포함하는 풀림방지 접착 조성물이 코팅된 접착제 코팅층(M)을 포함한다.

여기에서 이용되는 나사는 피치부(120)의 길이가 6mm 이하인 소형 나사의 경우에 풀림방지 현상을 방지하는 효과가 크며, 특히, 휴대폰 등 정보통신매체의 소형화에 따라 3mm이하의 초소형 나사에 적용하는 경우 그 풀림방지 기능을 극대화 시킬 수 있다. 피치부의 길이가 6mm 이하인 소형 나사의 경우는 피치부의 길이가 짧아서, 피치부에 형성되는 나사산 및 골의 개수에 한계가 있으며, 특히, 피치부의 길이가 3mm 이하의 초소형 나사의 경우 피치부에 형성되는 나사산 및 골의 개수가 극히 적어(약 5개 이하) 수지 코팅층 또는 접착제 코팅층 단독으로 풀림 방지를 도모하려고 하더라도, 충분한 풀림 방지 기능을 제공할 수 없었던 것을, 본 발명과 같이 수지 코팅층(N) 및 접착제 코팅층(M)을 동시에 포함함으로써, 우수한 풀림 토크를 제공할 수 있게 된 것이다.

또, 수지 코팅층(N)은 나사 피치부의 단면 원주의 1/2영역(도 2b의 N과 같이)에 형성된 것이 바람직하고, 수지 코팅층(N)은 나사 피치부(120)의 단부로부터 1번째 나사산(121)부터 형성된 것이 더욱 바람직하다.

또, 접착제 코팅층(M)은 수지 코팅층(N)을 포함하여 나사 피치부(120)의 단면 원주의 전체 영역에 형성된 것(도 3b의 M과 같이)이 바람직하다.

수지 코팅층을 형성하기 위한 풀림방지 분말 조성물은 나일론 수지 분말을 주성분으로 포함하고, 기타 첨가제 등을 포함할 수 있으며, 여기에서, 주성분인 나일론 수지 분말은 Polyamide-11, Polyamide-12, Polyamide-6 등으로 할 수 있으며, 이러한 나이론 수지 분말의 입자크기는 30~200㎛인 것이 바람직하다. 또, 이와 같은 나일론 수지 분말을 주성분으로 포함하는 풀림방지 분말 조성물은 상업적으로 판매되고 있는 프랑스의 ARKEMA社의 ployamide 파우더를 등을 이용할 수 있다. 이 때, 필요에 따라서는 흑연을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하며, 흑연을 포함할 때는 전체 중량에 대하여 1~6중량% 포함하는 것이 바람직하다.

접착제 코팅층을 형성하기 위한 풀림방지 접착 조성물은 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하며, 바인더, 충진제 등을 포함한다. 또, 마이크로캡슐 내에 충전되는 접착 조성물의 경화 메커니즘에 따라서, 필요시 경화제를 별도의 마이크로캡슐에 충전하여 더 포함하거나, 바이더에 혼합하는 방식으로 더 포함할 수도 있다. 여기에서 마이크로캡슐에 충전되는 접착 조성물은 아크릴계 수지 또는 에폭시계 수지인 것이 바람직하다. 또, 이와 같은 아크릴계 수지 또는 에폭시계 수지를 주성분으로 포함하는 접착 조성물을 마이크로캡슐(Ma)에 충전하고, 바인더, 충진제 등을 포함하는 풀림방지 접착 조성물은 상업적으로 판매되고 있는 3M社의 Sctoch-Grip 시리즈 등을 이용할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 풀림방지 나사(100)는 도 3C와 같이, 수지 코팅층(N)은 주로 나사산면(123)에 형성되어, 나사의 체결시 볼트 및 너트의 대응되는 나사산면(123)의 크게 마찰력을 향상시켜 나사의 풀림 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다. 또, 접착제 코팅층(M)은 주로 골(122) 부분을 중심으로 많은 양이 도포되게 되어, 나사의 체결 시, 마이크로캡슐(Ma)이 터져 내부에 충전되어 있던 접착제 조성물이 볼트 및 너트의 피치부(120) 사이를 채우게 되고, 접착제 조성물이 경화될 수 있는 일정한 시간이 경과한 후에는 접착제 조성물의 밀봉 고착에 의하여 나사의 체결력이 최대로 발휘될 수 있는 것이다. 즉, 본 발명에 의한 풀림방지 나사는 수지 코팅층 및 접착제 코팅층(M)에 의한 각각 풀림현상 방지 메커니즘이 작용되어 나사의 풀림방지 기능을 최대로 할 수 있는 것이다. 또, 나사(100)를 체결한 후, 접착제 코팅층(M)의 마이크로캡슐(Ma)의 내부에 충진되 접착제 조성물이 터져 나와 경화하는 데까지 시간이 경과하지 않더라도, 수지 코팅층(N)의 나일론 수지의 탄성 반발력에 의하여 나사의 풀림방지 기능을 제공할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명에 의한 풀림방지 나사(100)를 체결 한 후, 나사를 해체 및 체결을 수회 반복하여, 접착제 코팅층(M)에 의한 풀림방지 기능이 쇄퇴하거나, 상실된다 하더라도, 수지 코팅층(N)에 의하여 나사의 체결력이 일정 수준 이상으로 유지될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 풀림방지 나사의 제조방법은 나사(100)를 준비하는 준비 공정(S1); 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물의 녹는점 이상의 온도로 준비된 나사의 피치부(120)를 가열하는 가열 공정(S2); 가열된 나사의 피치부(120)에 풀림방지 분말 조성물을 분사하는 분말 분사 공정(S3); 분말 분사 공정(S3)을 거친 나사(100)를 냉각하는 냉각 공정(S4); 냉각 공정(S4)을 거친 나사의 피치부(120)에 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐(Ma)을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 코팅하는 접착제 코팅 공정(S5); 및 접착제 코팅공정(S5)을 거친 나사를 건조시키는 건조 공정(S6)을 포함한다.

즉, 풀림방지 처리를 할 나사를 미리 준비(S1)하고, 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물의 녹는점 이상의 온도로 상기 준비된 나사의 피치부가열(S2)하여야 한다. 통상적으로 사용되는 풀림방지 분말 조성물은 나일론 수지 분말을 주로 포함하고, 그 녹는점은 주로 약 175℃이므로, 이러한 풀림방지 분말 조성물의 녹는점보다 높은 온도로 가열하여야 하며, 녹는점보다 약 100℃를 초과하여 가열하면, 수지 분말이 타거나 도금층이 파괴되는 등의 문제점이 발생하기 때문에, 약 175 ~275℃의 온도 범위로 가열하는 것이 바람직하다.

그 후, 가열된 나사의 피치부(120)에 풀림방지 분말 조성물을 분사하는 분말 분사 공정(S3)을 거친다. 이 때, 풀림방지 분말 조성물이 분사되는 나사 피치부는 나사 피치부(120)의 단면 원주의 전체를 분사하여도 되고, 나사 피치부(120)의 단면 원주의 1/2영역(도 2b의 N처럼)으로 분사하여도 된다. 특히, 본 발명에서는 접착제 코팅층(M)에 의하여 나사의 체결력을 향상시킬 수 있으므로, 나일론 분말 조성물의 사용량을 줄여 경제성 등을 도모하는 것이 바람직하다.

다음으로, 분말 분사 공정(S3)을 거쳐 융착에 의하여 수지 코팅층(N)이 형성된 후에는 나사(100)를 냉각하는 냉각 공정(S4)을 거친다. 이 때, 냉각 공정(S4)은 상온에서 서서히 자연 냉각을 시킬 수도 있고, 인위적으로 0 ~ 10℃ 온도의 냉풍을 가하여 강제 냉각을 시킬 수도 있다.

이 후, 냉각 공정(S4)을 거친 나사(100)의 피치부(120)에 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐(Ma)을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 코팅하는 접착제 코팅 공정(S5)을 거친다. 이 때, 접착제 코팅공정(S5)에서, 풀림방지 접착 조성물이 코팅되는 나사 피치부(120)는 나사 피치부(120)의 단면 원주의 전체 영역(도 3b의 M처럼)인 것이 바람직하다.

마지막으로 접착제 코팅공정(S5)을 거친 나사로부터 코팅된 풀림방지 접착 조성물에 포함되어 있는 휘발성 물질을 건조시키는 건조 공정(S6)을 포함한다. 이 때, 건조 공정(S6)은 공기 중에서 서서히 자연 건조시키거나, 40 ~90℃ 온도의 열풍을 불어 강제 건조를 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 명세서에서 사용되는 나사의 용어를 정의하기 위하여 나타낸 나사 단면도.

도 2는 본 발명에 의해 수지 코팅층이 형성된 예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의해 수지 코팅층 및 접착제 코팅층이 형성된 예를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 의한 풀림방지 나사의 제조방법의 제조공정도.

Claims (14)

1. 수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물이 융착된 수지 코팅층과;

   접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물이 코팅된 접착제 코팅층을 포함하는 풀림방지 나사.
2. 제1항에 있어서, 피치부의 길이가 6mm 이하인 것임을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
3. 제1항에 있어서, 피치부의 길이가 3mm 이하인 것임을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
4. 제1항에 있어서, 상기 수지 분말은 나일론 수지 분말인 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
5. 제1항에 있어서, 상기 풀림방지 분말 조성물은 흑연분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
6. 제1항에 있어서, 상기 수지 코팅층은 나사 피치부의 단면 원주의 1/2영역에 형성된 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
7. 제6항에 있어서, 상기 수지 코팅층은 나사 피치부의 단부로부터 1번째 나사산부터 형성된 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
8. 제1항에 있어서, 상기 접착제 코팅층은 상기 수지 코팅층을 포함하여 나사 피치부의 단면 원주의 전체 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사.
9. 나사를 준비하는 준비 공정;

   수지 분말을 포함하는 풀림방지 분말 조성물의 녹는점 이상의 온도로 상기 준비된 나사의 피치부를 가열하는 가열 공정;

   상기 가열된 나사의 피치부에 상기 풀림방지 분말 조성물을 분사하는 분말분사 공정;

   상기 분말분사공정을 거친 나사를 냉각하는 냉각 공정;

   상기 냉각공정을 거친 나사의 피치부에 접착 조성물이 충전된 마이크로캡슐을 포함하는 풀림방지 접착 조성물을 코팅하는 접착제 코팅 공정; 및

   상기 접착제 코팅공정을 거친 나사를 건조시키는 건조 공정을 포함하는 풀림방지 나사의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 나사는 그 피치부의 길이가 6mm 이하인 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사의 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 나사는 그 피치부의 길이가 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사의 제조방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 분말분사공정에서, 상기 풀림방지 분말 조성물이 분사되는 나사 피치부는 나사 피치부의 단면 원주의 1/2영역인 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사의 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 수지 코팅층은 나사 피치부의 단부로부터 1번째 나사산부터 형성된 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사의 제조방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 접착제 코팅공정에서, 상기 풀림방지 접착 조성물이 코팅되는 나사 피치부는 나사 피치부의 단면 원주의 전체 영역인 것을 특징으로 하는 풀림방지 나사의 제조방법.

Images