KR20140002549A - 체결 구조물 - Google Patents

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다다히사 스기야마
츠요시 나가사키
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

암나사가 마련된 제1 부재와, 개구가 마련된 제2 부재와, 제1 부재 및 제2 부재를 서로 체결하고 베어링 표면을 갖는 헤드부와 수나사부를 포함하는 수나사 - 상기 수나사부는 제2 부재의 개구를 통해 암나사에 나사고정됨 - 를 포함하며, 제2 부재에는 실질적으로 원형인 접힘부가 마련되며, 상기 접힘부는 개구를 한정하는 만곡면, 및 수나사의 베어링 표면에 대해 가압되는 에지를 갖는 자유단을 포함하는 체결 구조물.

Description

체결 구조물{FASTENED STRUCTURE}
본 발명은 예컨대 프린터, 팩시밀리, 복사기 또는 이들 기계의 기능을 복합적으로 갖춘 다기능 기계인 화상 형성 장치와 같은 기계 장치에서 금속 박판을 사용하는 체결 구조물에 관한 것이다.
화상 형성 장치(예컨대 프린터, 복사기 등)와 같은 최근의 기계 장치에서는, 중량 저감에 의한 에너지 절약 효과가 기대되는데, 이를 위해서는 장치를 구성하는 금속판의 두께를 얇게 할 필요가 있다. 또한 장치의 케이스의 강도를 유지하고 안정적인 전기 프레임 접지를 수립하여 장치 내부 및 주변부로의 전자기 노이즈의 방출을 억제하는 이유로 인해, 장치를 구성하는 금속판과 해당 금속판에 체결될 부재를 버링 가공(burring)하는 접촉부에 소정의 체결력이 요구된다. 즉, 체결 금속판(이하 "체결재"라 칭함)과, 암형부 2에 체결될 체결 대상 부재(이하 "피체결재"라 칭함)가 체결재와 피체결재를 연결하는 접촉부(이하 "체결부"라 칭함)에서 서로 연결된다. 체결부에는 소정의 체결력이 요구된다. 또한 체결재와 피체결재가 나사에 의해 서로 체결되는 경우에는 소정의 체결 토오크에서 나사를 체결할 필요가 있다. 이 경우에는, 체결 토오크를 견딜 수 있는 파괴 토오크(breakdown torque)가 체결부에 요구된다.
체결재가 어느 정도의 판 두께를 가지는 종래의 경우, 해당 재료는 버링에 의해 인발되며, 따라서 인발 높이(이하 "버링 높이"라 칭함)를 확보할 수 있다. 그 결과 인발 높이부가 나사의 나사산 결합부와 접촉하고, 따라서 충분한 나사산 결합 길이를 획득하는 것이 가능하여 필요한 파괴 토오크를 확보할 수 있다.
그러나, 체결재의 판 두께가 얇은 경우에는, 재료가 버링 가공에 의해 인발되더라도, 총 나사산 결합 길이는 얇은 판 두께에 대응하여 짧아지게 된다. 나사 체결에 의해, 축력이 버링부에 생성되지만 축력이 가해지는 나사산 결합 길이부가 짧아지면 나사산은 변형되기가 쉽다. 또한, 버링부의 주변부는 나사 체결에 의한 충격을 견딜 수 없고, 따라서 그 또한 변형되기가 쉽다.
이런 문제를 해결하기 위해, 일본 공개 특허출원(JP-A) 2006-177438호는 피체결재와 나사의 나사 헤드 사이에 고무제 탄성 부재를 마련하고, 이어서 탄성 부재를 압축하며 나사에 체결 토오크를 인가함으로써 체결재를 체결하는 수단을 제시한다. 이 수단에서는, 암형부 2에 체결 토오크를 인가하여 나사에 의해 체결재를 체결함으로써 탄성 부재가 압축된다. 그 결과, 탄성 부재의 반발력에 의한 법선 반력(normal reaction)과, 탄성 부재의 풀림 방지 저항성에 의한 탄성 부재와 나사 헤드 간의 마찰력이 증가한다. 탄성 부재의 반발력에 의한 법선 반력에 근거한 버링 효과에 의해, 그리고 탄성 부재의 풀림 방지 저항성에 의한 탄성 부재와 나사 헤드 간의 마찰력에 의해, 나사의 체결력은 향상된다.
일반적으로, 나사의 체결 토오크는 나사 헤드와 피체결재 간의 베어링 표면 토오크, 그리고 체결재의 버링부에 대응하는 피체결재의 암나사부와 나사의 나사산부의 결합에 의해 생성되는 나사산부 토오크로 세분된다. JP-A 2006-177438에 제시된 수단에서, 베어링 표면 토오크는 나사 헤드와 탄성 부재 간의 마찰력을 증가시킴으로써 증가하고, 체결부에서의 파괴 토오크는 탄성 부재의 배치를 통한 나사 체결에 의한 버링 효과에 의해 증가한다.
그러나, JP-A 2006-177438에서 제시한 수단에서와 같이, 체결재 및 피체결재에 별도로 탄성 부재가 필요한 수단에서는, 조립 중에 탄성 부재를 조립해야 한다는 것을 망각할 가능성이 있다. 또한 탄성 부재를 사용하면 부품수 증가에 따른 비용이 증가하게 된다.
또한, 종래 구조에서는, 체결재와 피체결재 간에 전기적 연결을 수립할 필요가 있는 위치에서 체결재와 피체결재가 나사에 의해 체결되며, 따라서 직접적인 전기적 연결이 체결재와 피체결재 간의 접촉부에 수립된다. 즉, 피체결재와 나사 헤드 간의 접촉부를 통해, 그리고 나사의 나사산부와 체결재의 나사산 결합부와의 접촉을 통해 체결재와 피체결재가 전기적으로 연결된다. 그러나, JP-A 2006-177438에 제시된 수단에서는, 비전기 도전성 고무가 나사와 피체결재 사이에 사용되며, 따라서 체결부에서의 전기 도전성을 기대할 수 없다. 또한 탄성 부재를 JP-A 2006-177438에서 제시된 수단과 같은 비전기 도전성 고무에서 전기 도전성 고무로 변경한다 하더라도 금속 부재 간의 접촉에 의해 보장되는 것보다는 전기 전도도가 열등하다.
본 발명의 주된 목적은 체결재와 피체결재 간의 안정적인 전기적 연결이 요구되는 체결부의 경우에도 부품의 수의 증가 없이 나사 체결 중에 작업 생산성을 유지하면서, 소정 체결 토오크에서 체결재(제1 부재)와 피체결재(제2 부재)를 체결할 수 있는 금속 박판용 체결 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 암나사가 마련된 제1 부재와, 개구가 마련된 제2 부재와, 제1 부재 및 제2 부재를 서로 체결하고, 베어링 표면을 갖는 헤드부 및 수나사부를 포함하는 수나사 - 상기 수나사부는 제2 부재의 개구를 통해 암나사에 나사고정됨 - 를 포함하며, 제2 부재에는 실질적으로 원형인 접힘부가 마련되며, 상기 접힘부는 개구를 한정하는 만곡면, 및 수나사의 베어링 표면에 대해 가압되는 에지를 갖는 자유단을 포함하는 체결 구조물이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 암나사가 마련된 제1 부재와, 개구가 마련된 제2 부재와, 제1 부재 및 제2 부재를 서로 체결하고, 베어링 표면을 갖는 헤드부 및 수나사부를 포함하는 수나사 - 상기 수나사부는 제2 부재의 개구를 통해 암나사에 나사고정됨 - 를 포함하며, 제2 부재에는 실질적으로 원형인 접힘부가 마련되며, 상기 접힘부는 개구를 한정하는 만곡면, 및 수나사의 베어링 표면에 맞물리는 에지를 갖는 자유단을 포함하는 체결 구조물이 제공된다.
이런 본 발명의 목적과 여타의 목적 및 장점은 첨부 도면과 연계하여 제시되는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 하기 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 체결 구조물의 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 나사의 회전축이 구멍(개구)의 회전축으로부터 벗어나는 위치에서 나사 체결이 이루어질 때 실시예 1의 체결 구조물을 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 종래의 체결 구조물의 개략 단면도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교 실시예의 체결 구조물이 축력에 미치는 효과를 비교하는 그래프이다.
도 5는 실시예 1 및 비교 실시예의 체결 구조물이 파괴 토오크에 미치는 효과를 비교하는 그래프이다.
도 6은 실시예 1 및 비교 실시예의 체결 구조물이 풀림 토오크에 미치는 효과를 비교하는 그래프이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 다른 실시예의 체결 구조물을 각각 도시하는 개략적인 단면도이다.
이하, 도면을 구체적으로 참조하여 본 발명에 따른 체결 구조물의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 따른 체결 구조물(90)의 실시예를 도시하는 개략 단면도이다.
나사(수나사)(10)는 나사 헤드(헤드부)(11)와 나사산부(수나사부)(12)를 포함한다. 본 실시예에서, 나사 헤드(11)는 나사산부(12)를 향한 측면에 마련되는 대직경의 나사 플랜지부(13)와 일체로 형성된다. 나사 플랜지부(13)는 나사 헤드(11)의 일부를 구성하고 나사 헤드(11)의 베어링 표면부(베어링 표면)(11b)를 형성한다. 십자홈 나사 드라이버 등에 의해 나사(10)를 회전시키기 위한 십자형상 구멍(미도시)이 나사(10)의 나사산부(12)의 단부에 마련되는 나사 헤드(11)의 상부(11a)에 형성된다. 나사산부(12)의 외주면에는 나사산으로서의 수나사가 형성된다. 상술한 바와 같이, 나사 헤드(11)의 베어링 표면부(11b)를 구성하는 나사 플랜지부(13)는 나사산부(12)를 향한 측면에 배치되며, 나사 헤드(11)의 직경보다 크고 나사산부(12)의 종방향에 수직한 직경을 갖는 플랜지 형상을 가진다. 또한, 베어링 표면부(11b)는 나사 회전축(15)에 수직한 편평한 면일 수도 있고, 나사 회전축(15)으로부터 반경 방향을 기준으로 외측을 향해 경사진 리세스 형상을 가질 수도 있다. 이에 대해서는 나중에 구체적으로 설명한다.
나사산부(12)의 수나사부의 직경인 3 mm의 공칭 직경(d)을 갖는 나사(10)의 수나사부의 (두) 인접 나사산을 버링 가공하는 거리인 피치는 0.5 mm이다. 또한, 공칭 직경(d)이 4 mm인 경우, 나사(10)의 피치는 0.75 mm이다. 얇은 강판인 체결재(20)가 3 mm 또는 4 mm의 공칭 직경(d)을 갖는 나사에 의해 체결되는 경우, 체결재(20)의 판 두께인 1.2 mm의 두께만으로는 나사산부(12)와 체결재(20) 간에 충분한 결합 길이가 확보될 수 없다. 예컨대 3 mm의 공칭 직경(d)을 가지는 나사(10)의 피치가 0.5 mm이고 체결재(20)의 판 두께가 상술한 바와 같이 예컨대 1.2 mm일 경우, 약 2와 2/5의 회전에 의해 결합이 이루어지며, 따라서 결합 길이가 확보될 수 없다. 또한, 나사(10)가 4 mm의 공칭 직경(d)을 가지는 경우에는, 피치가 0.75 mm이고, 따라서 체결부에서의 결합이 약 1과 3/5의 회전에 의해 이루어지므로 결합 길이는 더더욱 확보될 수 없다. 결합 길이가 이와 같을 경우, 체결부에서의 체결력은 당연히 약하다. 이런 이유로, 나사(10)와 나사식으로 결합되는 나사산 결합부에 대응하는 체결재(20)의 나사 구멍에 버링 가공을 실행하는 것이 필요하다. 체결재(20)의 나사 구멍에 버링 가공을 함으로써, 결합 길이는 원래의 판 두께보다 길어질 수 있다. 본 실시예에 사용되는 체결재(20)는 판 두께가 1.2 mm 이하인 얇은 강판이며 체결재(20)에 버링 가공을 함으로써 획득되는 버링부(21)를 가진다.
한편, 피체결재(30)는 내측으로 만곡된 볼록한 돌출 형상(돌출부)를 갖도록 나사(10)의 회전축 위치에 이웃하는 영역, 즉, 구멍(개구)(31)에 대응하는 영역에서 피체결재(30)를 되접음(folding back)으로써 형성되는 실질적으로 원형인 되접힘부(형상)(41)를 포함한다. 되접힘부(41)는 나사 플랜지부(13)의 베어링 표면을 향하여 90도 이상 180도 이하의 각도로 피체결재(30)를 되접음으로써 형성된다. 얇은 강판과 같은 금속판인 체결재(20)의 나사를 한정하는 버링부(21)와 피체결재(30)의 구멍(31)은 서로 정렬(중첩)된다. 이어서 나사(10)에 대한 체결 토오크의 인가 하에서 체결재와 피체결재를 나사(10)로 체결함으로써 체결 구조물(90)이 나사 체결에 의해 제공된다. 체결 구조물(90)에 있어, 나사(10)에 토오크를 인가함으로써 나사(10)에 형성되는 나사산부(12)는 암나사 형상이 체결재(20)의 버링부(21)의 내측에 미리 형성되는 나사산 결합부(이하 "암나사(부)"라 칭함)(23)와 결합된다. 이어서 나사(10)의 나사 플랜지부(13)의 베어링 표면부(11b)가 접촉부(42)에서 피체결재(30)의 되접힘부(41)의 자유단의 에지(41c)와 접촉하고, 그 결과 에지(41c)는 수나사(10)의 베어링 표면부(11b)에 대해 가압되거나 베어링 표면부에 맞물리고 따라서 재료(20)와 재료(30)를 체결한다.
즉, 되접힘부는 개구(31)를 한정하는 만곡면을 포함하고, 수나사(10)의 베어링 표면(11b)에 대해 가압되거나 베어링 표면에 맞물리는 에지(41c)를 가지는 자유단을 포함한다.
여기서, 해당 직경을 따라 피체결재(30)의 되접힘부(41)가 마련되는 구멍(31)의 직경(48)(이하 "되접힘부 직경(48)"이라 칭함)은 나사(10)의 회전축(15)에 수직한 방향으로 연장되는 나사 플랜지부(13)의 직경(14)(이하 "나사 플랜지부 직경(14)"이라 칭함)보다 짧은 값으로 설정된다. 이는, 도 2에 도시된 바와 같이, 나사(10)의 회전축(15)의 중심이 구멍(31)의 중심축(47)에서 벗어나는 위치에서 나사 체결이 이루어지는 경우에도, 접촉부(42)가 직경 방향을 기준으로 나사 플랜지부(13)의 외주부 내측에 배치되기 때문이다. 이를 위해 되접힘부 직경(48)의 최대 길이는 나사 플랜지부 직경(14)인 나사 헤드(11)의 외주부 직경보다 짧도록 설정된다. 예컨대 구멍(31)의 직경이 4.5 mm인 피체결재(30)가 공칭 직경(d)이 3 mm인 나사(10)로 체결되는 경우, 공칭 직경(d)이 3 mm인 나사(10)의 나사 플랜지부 직경(14)은 약 8 mm이다. 이 경우, 되접힘부 직경(48)은 공차를 포함하여 6.4 mm 이하의 값으로 설정된다. 되접힘부 직경(48)을 이 값으로 설정함으로써, 피체결재(30)가 구멍(31)의 임의의 위치에서 나사(10)로 체결될 때에도, 접촉부(42)는 나사 플랜지부(13)의 직경 방향을 기준으로 나사 플랜지부(13)의 외주부 내측에 배치될 수 있고, 따라서 접촉부(42)는 아무 문제 없이 나사 플랜지부(13)와 접촉한다.
또한 접촉부(42)는 나사 플랜지부(13)가 피체결재(30)와 접촉 가능한 영역에서 나사(10)의 회전축(15)으로부터 가장 먼 위치에 배치된다.
이하, 본 실시예에서 접촉부(42)를 나사(10)의 회전축(15)으로부터 가장 먼 위치에 마련하는 이유를 설명한다.
도 3은 피체결재(30)가 종래의 방식대로 나사(10)에 의해 체결재(20)에 체결되는 종래의 체결 구조물(90)을 도시한다.
나사(10)는 나사 헤드(11)와 나사산부(12)를 포함한다. 본 실시예에서, 나사 헤드(11)는 나사 헤드(11)의 베어링 표면부(11b)를 형성하도록 나사산부(12)를 향한 측면에 마련되는 나사 플랜지부(13)와 일체로 형성된다. 십자홈 나사 드라이버 등에 의해 나사(10)를 회전시키기 위한 십자형상 구멍(미도시)이 나사(10)의 나사산부(12)의 단부에 마련되는 나사 헤드(11)의 상부(11a)에 형성된다. 나사산부(12)의 외주면에는 나사산으로서의 수나사가 형성된다. 나사 플랜지부(13)는 나사 헤드(11)의 다른 부분의 직경보다 크고 나사산부(12)의 회전축에 수직한 직경을 갖는 플랜지 형상을 가진다.
체결재(20)는 소정 버링 높이(22)를 갖도록 버링 가공하여 체결재(20)의 일부를 인발함으로써 형성되는 버링부(21)를 포함한다. 체결재(20)는 암나사 형상부가 버링부(21) 내측에 미리 형성되는 나사산 결합부인 암나사부(23)에서 나사 헤드부(12)와 나사식으로 결합된다. 나사(10)를 사용하는 체결 구조물(90)의 암나사부(23)에는 암나사 형상이 미리 마련되지만, 나사(10)가 태핑 나사인 경우에는 암나사 형상을 미리 마련할 필요가 없다.
이 예에서, 체결재(20)는 1.2 mm 이하의 판 두께를 가지는 강재로 형성되며, 체결재(20)를 구성하는 강재를 통해 천공되는 구멍부에서 버링 높이(22)를 갖도록 인발되는 버링부(21)를 포함한다.
피체결재(30)는 구멍(31)을 포함하며, 구멍(31)에 이웃하는 플랜지 접촉부(32)에서 나사산부(13)과 접촉한다. 체결재(20)의 나사 구멍을 한정하는 버링부(21)와 피체결재(30)의 구멍(31)이 서로 정렬(중첩)되고, 이어서 피체결재(30)는 나사(10)에 대한 체결 토오크의 인가 하에서 나사(10)에 의해 체결재(20)에 체결되며, 그 결과 체결 구조물(90)이 나사 체결에 의해 마련된다.
이하, 체결재(20)와 피체결재(30)가 체결 토오크(T1)에서 나사(10)를 회전시킴으로써 나사(10)에 의해 체결될 때의 토오크와 힘 간의 관계를 설명한다.
플랜지 접촉부(32)에서 생성되는 베어링 표면 토오크(T2)는 플랜지 접촉부(32)에서의 나사 플랜지부(13)와 피체결재(30) 간의 마찰 계수(μA)와, 법선 반력(NA)과, 나사(10)의 회전축(15)의 중심과 플랜지 접촉부(32) 간의 거리(LA)의 곱인 다음의 식(1)으로 표현된다.
T2＝μA×NA×LA...(1)
마찰 계수(μA)는 피체결재(30)의 표면 특성에 의해 결정되고 일정한 값을 가진다.
수나사부(12)와 암나사부(23) 간의 결합부에서 생성되는 나사부 토오크(T3)는 암나사부(23)에서의 나사산부(12)와 버링부(21) 간의 마찰 계수(μB)와, 암나사부(23)에 인가되는 축력(NB)과, 나사(10)의 회전축(15)의 중심과 암나사부(23) 사이의 거리(LB)의 곱인 다음의 식(2)으로 표현된다.
T3＝μB×NB×LB...(2)
마찰 계수(μB)는 나사산부(12)와 버링부(21)의 표면 특성에 의해 결정되고 일정한 값을 가진다.
여기서, 법선 반력(NA)과 축력(NB)은 체결재(20)와 피체결재(30)를 체결하기 위해 체결 토오크(T1)의 인가 하에서 나사(10)를 회전시킴으로써 점차 증가하며 다음 식(3)이 만족될 때 서로 균형을 이룬다.
T1＝T2＋T3 (NA＝NB)...(3)
이 상태에서, 나사(10)는 더 이상 회전하지 않는다.
위에서 설명한 대로 식(1)에 도시된 바와 같이, 마찰 계수(μA)가 법선 반력(NA)과 동일하다면, 베어링 표면 토오크(T2)는 회전축의 중심과 접촉부 사이의 거리에 비례한다.
따라서, 회전축(15)의 중심으로부터 접촉부(42)까지의 거리(LA)의 값은 회전축(15)에서 가장 먼 위치에 접촉부(42)를 마련함으로써 증가할 수 있으며, 따라서 베어링 표면 토오크(T2)를 향상시키기 위해 나사(10)와 피체결재(30) 간의 풀림 방지 저항성을 증가시키는 것이 가능해진다.
또한, 나사 플랜지부(13)와 되접힘부(41)는 소정 접촉각(θ)으로 접촉한다. 접촉각(θ)은 나사 플랜지부(13)의 베어링 표면부(11b)와, 에지(41c)를 갖는 피체결재(30)가 나사 플랜지부(13)와 마주보는 피체결재(30)의 대향면 사이에 형성된다. 접촉각(θ)을 형성하기 위해, 되접힘부(41)는 나사(10)의 회전축(15)의 위치에 이웃하는 영역에서 90도 이하의 각도 또는 90도 이상 180도 이하의 각도로 피체결재(30)를 절곡(또는 되접음)함으로써 마련된다.
접촉각(θ)을 형성함으로써, 나사 플랜지부(13)가 피체결재(30)의 상면(44)에 평행할 때에도, 나사 플랜지부(13)는 접촉부(42), 즉 되접힘부(41)의 에지(41c)에서 신뢰성 있게 되접힘부(41)와 접촉할 수 있다. 그 결과, 베어링 표면 토오크(T2)를 증가시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 체결재와 피체결재가 본 실시예의 체결 구조물(90)의 나사(10)에 의해 체결될 때의 축력의 측정 결과를 설명한다.
도 4는 0.4 mm 두께의 강판으로 각각 형성되는 체결재(20)와 피체결재(30)가 일정한 체결 토오크(T1)에서 3 mm의 공칭 직경(d)을 갖는 나사(10)에 의해 체결될 때의 축력(NB)의 측정 결과를 도시한다.
여기서, 피체결재(30)의 구멍(31)의 직경은 4.5 mm였고, 6.2 mm의 되접힘부 직경(48)을 갖는 되접힘부(41)를 피체결재(30)의 구멍(31)의 단부로부터 형성하였다. 또한 버링부(21)(버링 높이(22)=1.4 mm)를 체결재(20)에 형성하였다. 비교예로서, 되접힘부(41)가 피체결재(30)에 형성되지 않은 경우의 축력(NB)의 측정 결과도 도시된다.
도 4의 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이, 비교예처럼 되접힘부(41)가 마련되지 않은 경우에 비해, 본 실시예(실시예 1)처럼 되접힘부(41)가 마련되는 경우에 축력(NB)이 감소한다.
즉, 본 실시예에서는, 나사부 토오크(T3)가 감소하며, 체결 토오크(T1)가 일정하다는 조건 하에서 베어링 표면 토오크(T2)가 증가한다는 것을 알 수 있다. 나사 체결이 이루어지는 경우, NA=NB를 만족하기 위해 본 실시예의 나사(10)와 피체결재(30) 간의 마찰 계수가 μA'이고 비교 실시예의 나사(10)와 피체결재(30) 간의 마찰 계수가 μA일 때 μA'＞μA가 만족된다. 그러므로, 피체결재(30)는 도 1의 상면(44)으로부터 상향으로 지향된 에지(41c)에서 나사 플랜지부(13)와 적극적으로 접촉하며, 그 결과 나사(10)와 피체결재(30) 간의 마찰 계수(μA')가 증가하여 마찰력이 증가하고 따라서 베어링 표면 토오크(T2)가 증가한다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 본 실시예와 같이 되접힘부(41)를 포함하는 피체결재(30)가 사용된 경우와 비교 실시예와 같이 되접힘부(41)를 포함하지 않는 피체결재(30)가 사용된 경우의 나사(10)의 파괴 토오크를 측정하였다.
도 5는 0.4 mm 두께의 얇은 강판으로 각각 형성되는 체결재(20)와 피체결재(30)가 3 mm의 공칭 직경(d)을 갖는 나사(10)에 의해 체결될 때 파괴 토오크의 측정 결과를 도시한다.
여기서, 피체결재(30)의 구멍(31)의 직경은 4.5 mm였고, 6.2 mm의 되접힘부 직경(48)을 갖는 되접힘부(41)를 피체결재(30)의 구멍(31)의 단부로부터 형성하였다. 또한, 버링부(21)(버링 높이(22)=1.4 mm)를 체결재(20)에 형성하였다. 비교예로서, 되접힘부(41)가 피체결재(30)에 형성되지 않은 경우의 파괴 토오크의 측정 결과도 도 5에 도시된다. 체결재(20)의 나사 구멍과 피체결재(30)의 구멍이 서로 정렬(중첩)되고, 이어서 체결재(20)와 피체결재(30)가 나사(10)에 대한 체결 토오크의 인가 하에서 나사(10)에 의해 체결되는 체결 구조물(90)의 파괴 토오크의 측정 결과에 따르면, 나사(10)에 대한 체결 토오크의 인가 하에서의 나사 체결의 효과로서 파괴 토오크는 평균 45%만큼 성능이 향상된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 체결재(20)와 피체결재(30)의 각각의 판 두께가 0.6 mm인 경우에는, 되접힘부(41)가 피체결재(30)에 형성될 때가 되접힘부(41)가 없는 경우에 비해 파괴 토오크가 평균 50%만큼 향상된다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 체결 구조물과 비교 실시예의 되접힘부(41)를 포함하지 않는 체결 구조물의 나사 체결 중에 풀림 토오크의 측정 결과를 설명한다.
도 6은 0.4 mm 두께의 얇은 강판으로 각각 형성되는 체결재(20)와 피체결재(30)가 0.6 Nm의 체결 토오크에서 3 mm의 공칭 직경(d)을 갖는 나사(10)에 의해 체결될 때의 풀림 토오크의 측정 결과를 도시한다. 피체결재(30)의 구멍(31)의 직경은 4.5 mm였다. 버링부(21)를 체결재(20)에 형성하였고, 6.2 mm의 되접힘부 직경(48)을 갖는 되접힘부(41)를 피체결재(30)에 형성하였다. 비교 실시예로서, 되접힘부(41)가 피체결재(30)에 형성되지 않는 경우의 풀림 토오크의 측정 결과도 도 6에 도시되어 있다. 피체결재(30)의 되접힘부(41)의 효과로서, 풀림 토오크가 평균 26% 내지 36%만큼 향상된다는 것을 알 수 있다.
위의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예처럼 되접힘부(41)가 피체결재(30)에 형성되는 경우에는 되접힘부(41)가 피체결재(30)에 형성되지 않는 경우에 비해 파괴 토오크가 향상됨은 물론 토오크의 풀림 방지 효과도 획득되는 것으로 여겨진다.
또한, 피체결재(30)의 접힘부(41)의 형상은 나사 플랜지부(13)(즉, 베어링 표면부(11b))가 접촉부(42)에서 에지(41c)와 접촉하는 것만을 필요로 할 수도 있고, 접촉각(θ)이 90도 이상이 되도록 도 7의 체결 구조물(90)에 도시된 바와 같이 접힌 형상일 수도 있다. 즉, 피체결재(30)는 나사 회전축(15)의 위치에 이웃하는 영역에서 90도 이하의 각도만큼 나사 헤드 베어링 표면부(11b)를 향해 접힘될 수 있다. 또한, 도 8의 체결 구조물(90)에 도시된 바와 같이, 되접힘된 단부가 피체결재의 상면(44)에 실질적으로 평행하도록 피체결재(30)가 구멍(31)의 단부로부터 되접힙되는 경우도 마찬가지로 적용 가능하다. 즉, 피체결재(30)가 회전축(15) 위치에 이웃하는 영역에서 180도만큼 나사 헤드 베어링 표면부(11b)를 향해 되접힘되는 되접힘 형상의 경우에도, 접촉각(θ)은 나사 플랜지부(13)가 반경 방향을 기준으로 그 외측을 향해 회전축(15)으로부터 경사지도록 리세스(절곡) 형상을 갖는 테이퍼진 나사 플랜지부(13)를 포함하는 나사(10)를 사용하여 제공되는 것만을 필요로 할 수 있다. 어느 경우든, 나사 플랜지부(13)는 접힘 또는 되접힘부(41)의 에지(41c)와 분명히 접촉하며, 그 결과 에지(41c)는 수나사(10)의 베어링 표면부(11b)에 대해 가압되거나 해당 베어링 표면부에 맞물리고 접촉부(42)가 회전축(15)으로부터 가장 먼 위치에 배치되며, 따라서 유사한 효과가 획득될 수 있다.
또한 암나사부(23)에는 암나사 형상이 미리 형성되지만 나사(10)가 태핑 나사인 경우에는 암나사 형상을 형성할 필요가 없다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 체결 토오크를 향상시키기 위한 수단으로서 피체결재(30)의 일부가 사용되며 따라서 체결재(20)와 피체결재(30) 간의 전기적 연결이 안정화된 상태에서 0.4 mm 내지 0.6 mm 두께의 얇은 강판 또는 여타의 금속 박판을 사용함으로써 충분한 체결력을 확보하는 것이 가능하다.
따라서 나사 체결이 체결부에 채택되는 용도에서는 본 발명의 체결 구조물이 적절히 사용된다.
예컨대 전기 기판이 장착되거나 사용되는 전기 유닛, 예컨대 프린터 또는 복사기에 있어서는, 시장에서의 부품 교환(교체) 특성을 고려하면 부품의 탈착이 용이한 것이 바람직하며 따라서 나사 체결이 채택된다. 이와 동시에, 피체결재(30)와 나사 헤드(11) 간의 접촉부(42)를 통해, 그리고 나사산부(12)와 체결재(20)의 접촉을 통해 체결재(20)와 피체결재(30) 간의 전기적 연결을 수립할 필요가 있다.
또한 제조 공장에서의 조립 특성과 시장에서의 교환 가능성(교체 특성)을 고려하면 중량의 저감이 바람직하며, 따라서 전기 유닛을 구성하는 금속판이 얇은 것이 바람직하다.
여기서, 전기 유닛에 사용되는 금속판이 얇은 강판인 경우에는 나사 체결시 충분한 체결력을 확보할 필요가 있지만 상술한 종래의 수단에서는 탄성 부재가 나사(10)와 피체결재(30) 사이에 개재되며 따라서 전기적 연결이 불안정해진다.
한편 본 발명에 따르면, 체결 토오크 향상 수단으로서 피체결재(30)의 일부가 사용되기 때문에 체결재(20)와 피체결재 간의 전기적 연결이 안정화되며 얇은 강판을 사용함으로써 충분한 체결력을 확보하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 체결재와 피체결재 간의 안정적인 전기적 연결이 요구되는 체결부의 경우에도 부품 수의 증가 없이 나사 체결 중에 작업 생산성을 유지하면서 소정의 체결 토오크에서 체결재와 피체결재를 체결할 수 있는 금속 박판용 체결 구조물을 제공하는 것이 가능하다.
본 명세서에 개시된 구조물과 관련하여 본 발명을 설명하긴 했지만, 본 발명은 기재된 세부 사항에 한정되지 않으며 본 적용례는 개선의 목적 범위 내에 속하거나 하기 특허청구범위의 범위 내에 속할 수 있는 이런 변경 또는 수정을 망라하도록 의도되어 있다.
10: 나사 11: 헤드부 12: 수나사부 13: 나사 플랜지부
11b: 베어링 표면 15: 나사 회전축 20: 체결재 30: 피체결재
21: 버링부 23: 나사산 결합부 42: 접촉부 41: 되접힘부
θ: 접촉각

Claims (12)

  1. 암나사가 마련된 제1 부재와,
    개구가 마련된 제2 부재와,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 서로 체결하고, 베어링 표면을 갖는 헤드부 및 수나사부를 포함하는 수나사 - 상기 수나사부는 상기 제2 부재의 개구를 통해 상기 암나사에 나사고정됨 - 를 포함하며,
    상기 제2 부재에는 원형인 접힘부가 마련되며, 상기 접힘부는 상기 개구를 한정하는 만곡면, 및 상기 수나사의 베어링 표면에 대해 가압되는 에지를 갖는 자유단을 포함하는, 체결 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 만곡면은 상기 수나사의 회전축 위치에 이웃하는 영역에서 상기 헤드부의 베어링 표면을 향한 방향으로 상기 제2 부재를 접음으로써 형성되는, 체결 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수나사의 회전축 위치에 이웃하는 영역에서 상기 제2 부재는 90도 이하의 각도로 상기 베어링 표면을 향한 방향으로 접힘되거나, 90도 이상 180도 이하의 각도로 상기 베어링 표면을 향한 방향으로 되접힘되는, 체결 구조물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 헤드부의 베어링 표면은 상기 수나사의 회전축에 수직한 편평한 면이거나, 반경 방향으로 외측을 향해 상기 회전축으로부터 경사진 리세스 형상을 가지는, 체결 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수나사의 회전축의 중심으로부터 상기 헤드부의 베어링 표면과 접촉하는 상기 제2 부재의 단부까지의 거리는, 상기 수나사의 회전축의 중심으로부터 상기 수나사부의 외주부까지의 거리보다는 길고 상기 헤드부의 외주부의 직경보다는 짧은, 체결 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 부재는 금속 박판으로 형성되는, 체결 구조물.
  7. 암나사가 마련된 제1 부재와,
    개구가 마련된 제2 부재와,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 서로 체결하고, 베어링 표면을 갖는 헤드부 및 수나사부를 포함하는 수나사 - 상기 수나사부는 상기 제2 부재의 개구를 통해 상기 암나사에 나사고정됨 - 를 포함하며,
    상기 제2 부재에는 원형인 접힘부가 마련되며, 상기 접힘부는 상기 개구를 한정하는 만곡면, 및 상기 수나사의 베어링 표면에 맞물리는 에지를 갖는 자유단을 포함하는, 체결 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 만곡면은 상기 수나사의 회전축 위치에 이웃하는 영역에서 상기 헤드부의 베어링 표면을 향한 방향으로 상기 제2 부재를 접음으로써 형성되는, 체결 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수나사의 회전축 위치에 이웃하는 영역에서 상기 제2 부재는, 90도 이하의 각도로 상기 베어링 표면을 향한 방향으로 접힘되거나, 90도 이상 180도 이하의 각도로 상기 베어링 표면을 향한 방향으로 되접힘되는, 체결 구조물.
  10. 제8항에 있어서, 상기 헤드부의 베어링 표면은 상기 수나사의 회전축에 수직한 편평한 면이거나, 반경 방향으로 외측을 향해 상기 회전축으로부터 경사진 리세스 형상을 가지는, 체결 구조물.
  11. 제7항에 있어서, 상기 수나사의 회전축의 중심으로부터 상기 헤드부의 베어링 표면과 접촉하는 상기 제2 부재의 단부까지의 거리는, 상기 수나사의 회전축의 중심으로부터 상기 수나사부의 외주부까지의 거리보다는 길고 상기 헤드부의 외주부의 직경보다는 짧은, 체결 구조물.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제2 부재는 금속 박판으로 형성되는, 체결 구조물.
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