KR20150076389A - 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 헤드부; 및 상기 헤드부에서 연장 방향을 따라 연장하며 외면에는 나사산이 형성되고, 상기 연장 방향에 수직한 둘레 방향을 따라 곡선형으로 형성하는 복수의 곡선 구간과, 상기 복수의 곡선 구간 중 인접한 곡선 구간 사이에 배치되며 상기 둘레 방향을 따라 직선형으로 형성되는 직선 구간을 구비하고, 상기 직선 구간들의 연장선은 오각형을 이루도록 배열되는 생크부를 포함하는, 태핑나사를 제공한다.

Description

개선된 체결성능을 갖는 태핑나사{TAPPING SCREW FOR}

본 발명은 대상물에 나사산을 형성하며 체결되는 태핑나사에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조나사산과 주나사산을 동시에 형성됨으로써 체결성능이 더욱 개선된 태핑나사에 관한 것이다.

도1에 도시된 바와 같이 종래의 태핑나사(1)는 머리부(2)와 몸통부(3)로 이루어지는데, 몸통부의 바깥쪽 둘레에는 다양한 형상의 나사산(4)이 나선형으로 형성되고, 몸통부(3)를 측면상에서 볼 때 원형으로 형성되어 있어, 나사를 대상물에 체결 시 대상물의 체결공에 암나사산이 탭핑되어 있으면 나사를 회전시켜 나사산 간의 결합이 이루어지게 한다.

이와 달리, 대상물에 단순히 체결공만 형성되어 있는 경우에는, 나사(1)의 체결 시 나사(1)의 나사산에 의해 강제 탭핑되면서 체결공에 암나사산이 형성되게 된다. 이때 통상적인 나사(1)에는 한 개의 나사산(4)만이 형성되어 있기 때문에 체결력에 상당하는 낮은 리드각으로 구성될 수 밖에 없어 나사의 체결시 상당한 체결시간이 요구된다.

본 발명의 목적은, 헤드부에서 나사부의 연장 방향을 따라 상기 나사부의 외면에 연장되되 상호 별개의 궤적을 가지는 주나사산과 보조나사산이 각각 형성되고, 상기 주나사산과 보조나사산의 외경은 상호 상이한대상물에 대한 체결 시에 조립토크를 낮추면서도 신속하게 체결이 가능하도록 하는 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사를 제공함에 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 태핑나사는, 헤드부와 나사부로 구성되는 스크류에 있어서, 상기 헤드부에서 상기 나사부의 연장 방향을 따라 상기 나사부의 외면에 연장되되 상호 별개의 궤적을 가지는 주나사산과 보조나사산이 각각 형성되되, 상기 주나사산과 보조나사산의 외경은 상호 상이한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 주나사산의 외경은 2.92 내지 3.00으로 구성되거나, 상기 보조나사산의 외경은 2.28 내지 2.90로 구성될 수 있다.

그리고 상기 나사부의 연장 방향에 수직한 둘레 방향을 따라 곡선형으로 형성하는 복수의 곡선 구간과, 상기 복수의 곡선 구간 중 인접한 곡선 구간 사이에 배치되며 상기 둘레 방향을 따라 직선형으로 형성되는 직선 구간을 구비하고, 상기 직선 구간들의 연장선은 오각형을 이루도록 배열되는 생크부를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 곡선 구간은 다섯 개로 형성될 수 있다.

또한, 상기 다섯 개의 곡선 구간의 윤곽선은 연장되어 하나의 원을 이루도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 오각형은 정오각형을 포함할 수 있으며, 상기 직선 구간은 상기 생크부의 자유단에서 상기 헤드부와 만나는 연결부까지 연장되도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 생크부의 둘레 방향을 따라 상기 직선 구간의 길이 대비 상기 곡선 구간의 길이의 비율은 0.63 내지 1.07일 수 있다.

여기서, 상기 원의 직경 대비 상기 곡선 구간의 상기 생크부의 둘레 방향을 따른 길이의 비율은 0.24 내지 0.32일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 태핑나사는, 헤드부; 및 외면에는 나사산이 형성된 채로 상기 헤드부에서 원에 부분적으로 내접하는 형태의 단면을 갖도록 연장하고, 상기 원에서 이격되게 형성되며 상기 원의 원주 방향을 따라 배열되는 다섯 개의 직선 구간과, 상기 직선 구간 중 인접한 직선 구간 사이에 위치하며 상기 원과 내접하는 곡선 구간을 구비하는 생크부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 다섯 개의 직선 구간은 각각의 연장선이 만나 정오각형을 이루도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 직선 구간의 상기 단면에서의 길이 대비 상기 곡선 구간의 상기 단면에서의 길이의 비율은 0.63 내지 1.07일 수 있다.

여기서, 상기 원의 직경 대비 상기 곡선 구간의 상기 단면에서의 길이의 비율은 0.24 내지 0.32일 수 있다.

여기서, 상기 직선 구간은, 상기 생크부의 자유단에서 상기 헤드부와 만나는 연결부까지 연장되도록 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 태핑나사에 의하면, 대상물에 대한 체결 시에 조립토크를 낮추면서도 체결시간을 안정적인 수준으로 유지할 수 있는, 체결성능을 개선시킬 수 있다.

그에 의해, 나사의 체결 초기 단계에서 작업자가 과도한 힘을 들이지 않아도 되게 하며(조립토크 낮춤), 나사의 체결 마지막 단계에서 다소 과도한 힘이 가해지더라도 나사가 헛돌지 않게 한다(파괴토크 높임).

도 1은 종래의 태핑나사(1)를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사(100)를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사의 생크부(130)의 횡 단면도이다.
도 4은 도 3의 생크부(130)의 다양한 단면 형태를 보인 단면도이다.
도 5는 도 4의 다양한 단면 형태를 갖는 나사들에 대한 조립토크와 파괴토크를 분석한 실험 결과의 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태핑나사에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 2는 본 발명에 의한 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사(100)를 도시한 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 태핑나사(100)는 헤드부(110; 헤드부(110)는 머리부라고 칭해질 수 있다.)와 생크부(130)를 포함하는데, 헤드부(110)는 원형이거나 육각형 등의 다각형인 단면을 가질 수 있다. 헤드부(110)의 폭 또는 단면적은 생크부(130) 보다 크다. 헤드부(110)의 생크부(130)와 마주하는 면의 반대 면에는 드라이버가 삽입될 수 있는 삽입홈이 형성될 수 있다.

생크부(130)는 헤드부(110)에서 연장 방향(E)을 따라 연장된 부분이다. 생크부(130)는 연장 방향(E)을 따라 헤드부(110) 보다 긴 길이를 갖도록 형성된다. 이러한 생크부(130)에는 거의 전 영역에 걸쳐서 둘레 방향을 따라 연장하는 나사산이 형성된다.

생크부(130)의 양단은 각각 리드인부(미도시)와 연결부(미도시)로 칭해질 수 있는데, 리드인부(미도시)는 생크부(미도시)의 자유단 측 구간으로서, 단면적이 상기 자유단을 향해 갈수록 점차로 좁아지는 구간이다. 이러한 리드인부(미도시)는 태핑나사(100)가 홀에 들어갈 때 초기 위치를 잡아주는 가이드 역할을 하고, 위 홀의 내벽에 암나사산을 형성할 때 부하를 적게 해주는 역할을 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사(100)는 헤드부(110)와 생크부(130)로 구성되는 스크류(100)에 있어서, 상기 헤드부(110)에서 상기 생크부(130)의 연장 방향을 따라 상기 생크부(130)의 외면에 연장되되 상호 별개의 궤적을 가지는 주나사산(150)과 보조나사산(140)이 각각 형성되고, 상기 주나사산(150)과 보조나사산(140)의 외경은 상호 상이하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 주나사산(150)의 외경은 2.92 내지 3.00으로 구성될 수 있으며, 아울러 상기 보조나사산(140)의 외경은 2.28 내지 2.90으로 구성될 수 있다.

이러한 구성의 태핑나사(100)의 생크부(130)의 구체적인 단면 형상에 대해서는 도 3를 참조하여 설명한다.

도 3는 도 2의 태핑나사(100)의 생크부(130)의 횡 단면도이다.

본 도면을 참조하면, 생크부(130)의 단면에는 곡선 구간(151)과, 직선 구간(153)이 형성된다. 이들 곡선 구간(151)과 직선 구간(153)의 관계를 설명하기 위해, 가상의 원(155)과 오각형(157)이 그들과 함께 표현된다.

생크부(130)의 단면은 원(155)에 일부가 내접되는 형상을 가질 수 있다. 상기 단면 중 원(155)에 내접하는 부분에는 곡선형의 외면을 갖기에 곡선 구간(151)이라 칭해진다. 곡선 구간(151)은 대체로 곡선형의 구간을 형성하여 원(155)에 내접하게 된다. 상기 단면 중 원(155)에 내접하지 않고 원(155)으로부터 이격된 부분은 직선 구간(153)이라 칭해진다. 이러한 곡선 구간(151)과 직선 구간(153)은 생크부(130)의 리드인부(131)에서 연결부(133)까지 연장하도록 형성될 수 있다.

이때, 곡선 구간(151)과 직선 구간(153)은 각각 다섯 개로 형성될 수 있다. 또한, 곡선 구간(151)과 직선 구간(153)이 상기 생크부(130)의 둘레(원주) 방향을 따라 교번적으로 배열될 수 있다. 그에 의해, 인접한 한 쌍의 곡선 구간(151)들 사이에는 직선 구간(153)이 위치하고, 인접한 한 쌍의 직선 구간(153)들 사이에는 곡선 구간(151)이 위치하게 된다.

여기서, 직선 구간(153)의 외면은 대체로 평면일 수 있다. 그에 의해, 다섯 개의 직선 구간(153)들 각각의 외면에서 연장된 연장선은 오각형(157)을 이룰 수 있다. 여기서, 오각형(157)은 정오각형일 수 있다. 그에 의하면, 직선 구간(153)들은 오각형을 이루도록 배열되고, 곡선 구간(151)은 앞서 말한 대로 원(155)을 이루도록 배열될 수 있다.

이러한 생크부(130)의 단면을 형성하기 위해서는, 먼저 원형 단면을 갖는 로드(rod)에서 출발하게 된다. 상기 로드에서 연장 방향(E, 도 1)을 따라 커팅을 하면, 직선 구간(153)이 형성된다.

직선 구간(153)의 형성 후에는, 상기 로드의 외면에 대하여 나사산을 형성한다. 그에 의해, 생크부(130)의 둘레 방향을 따라 곡선 구간(151) 뿐만 아니라 직선 구간(153)에도 동일한 높이의 나사산이 형성된다.

이상의 태핑나사(100)에 의하면, 직선 구간(153)이 다섯 개로서 생크부(130)의 둘레 방향을 따라 고루 분포함에 의해, 태핑나사(100)를 체결함에 있어서 조립토크를 낮출 수 있게 된다.

또한, 직선 구간(153)과 동일하게, 곡선 구간(151)도 다섯 개가 고루 분포함에 의해, 체결하고자 하는 대상물에 형성된 암나사산과 마찰이 보다 견고하게 이루어지게 된다. 그에 의해 태핑나사(100)의 파괴토크가 높아지는 이점이 있다.

이상의 태핑나사(100)에 대하여, 곡선 구간(151)과 직선 구간(153) 간의 관계에 대한 설계 방향을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 4는 도 3의 생크부(130)의 다양한 단면 형태를 보인 단면도이다.

본 도면을 참조하면, 생크부(130)의 단면에서 곡선 구간(151)과 직선 구간(153)의 관계는 예시된 경우들만큼이나 다양할 수 있다. 본 도면의 (a) 내지 (g)에서 곡선 구간(151)과 직선 구간(153)의 길이가 각각 상이하나, 편의상 모두 동일한 번호(151, 153)를 부여한다.

먼저, 도 3의 (a)에서, 곡선 구간(151)은 1.015mm이고 직선 구간(153)은 0.585mm이며, 생크부(130)의 원(155, 도 2 참조)의 직경은 2.59mm이다.

도 4의 (b)에서, 곡선 구간(151)은 0.947mm이고 직선 구간(153)은 0.657mm이며, 생크부(130)의 직경은 2.596mm이다.

도 4의 (c)에서, 곡선 구간(151)은 0.834mm이고 직선 구간(153)은 0.773m이며, 생크부(130)의 직경은 2.59mm이다.

도 4의 (d)에서, 곡선 구간(151)은 0.694mm이고 직선 구간(153)은 0.911mm이며, 생크부(130)의 직경은 2.597mm이다.

도 4의 (e)에서, 곡선 구간(151)은 0.622mm이고 직선 구간(153)은 0.981mm이며, 생크부(130)의 직경은 2.593mm이다.

도 4의 (f)에서, 곡선 구간(151)은 0.555mm이고 직선 구간(153)은 1.044mm이며, 생크부(130)의 직경은 2.587mm이다.

도 4의 (g)에서, 곡선 구간(151)은 0.466mm이고 직선 구간(153)은 1.127mm이며, 생크부(130)의 직경은 2.577mm이다.

위의 (a) 내지 (g)의 케이스에 대하여, 조립토크와 파괴토크를 분석한 결과는 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 도 4의 다양한 단면 형태를 갖는 나사들에 대한 조립토크와 파괴토크를 분석한 실험 결과의 그래프이다.

본 도면을 참조하면, 그래프에서 X축은 태핑나사(100)가 대상물의 체결에 삽입되어 암나사산을 형성하면서 전진한 길이(단위: mm)를 나타낸다. Y축은 태핑나사(100)의 전진을 위해 필요한 토크(단위: kgf.cm)를 나타낸다.

본 도면의 나타난 실험 결과를 살펴보면, 도 3의 케이스 (a) 내지 (g)에 대하여, 대체로 일관성 있는 결과가 나온 것을 알 수 있다. 다시 말해서, 태핑나사(100)가 전진하는 중에 대부분 거리에서, 케이스 (a)가 가장 많은 토크를 나타내고 케이스 (g)가 가장 적은 토크를 나타낸다. 이는 케이스 (a)가 곡선 구간(151)의 길이가 가장 커서, 조립토크도 가장 크게 필요로 하고 파괴토크도 가장 큰 값을 갖기 때문이다.

일단 조립토크[태핑나사(100)가 대상물의 체결공에 암나사산을 내어주데 필요한 나사산 성형 토크]의 관점에서, 케이스 (a) 및 (b)는 허용 범위인 3kgf.cm 이하를 넘어선 3.45kgf.cm 또는 3.18kgf.cm이 된다. 따라서 이들 케이스에서는 태핑나사(100)를 대상물에 체결하는 과정에서 초기에 체결토크를 다소 높여주어야 하는 어려움이 있다.

다음으로, 체결토크[체결 완료 후 태핑나사(100)가 헛돌기 시작하는 토크]의 관점에서, 케이스 (f) 및 (g)는 체결토크가 허용 범위인 9kgf.cm 이상 못 미치고 8.74kgf.cm 또는 7.46 kgf.cm이 된다.

이에 대하여, 표로써 정리하면 다음과 같다.

케이스	곡선 구간(151) 길이	직선 구간(153)의 길이	원(155)의 직경	곡선 구간(151)/직선 구간(153)	곡선 구간(151)/원(155)의 직경	토크 범위(kgf.cm)
						조립 토크	파괴 토크	적정 체결토크
(a)	1.051	0.585	2.59	1.796	0.392	3.45	13.45
(b)	0.947	0.657	2.596	1.441	0.365	3.18	12.83
(c)	0.834	0.773	2.59	1.079	0.322	2.45	11.76	4.0~7.0
(d)	0.964	0.911	2.597	0.762	0.267	1.99	10.82
(e)	0.662	0.981	2.593	0.634	0.239	1.48	9.87
(f)	0.555	1.044	2.587	0.532	0.215	1.19	8.47
(g)	0.466	1.127	2.577	0.413	0.181	0.94	7.46

위 표를 참조하면, 적정 체결토크를 4.0 ~ 7.0 kgf.cm으로 설정할 때, 케이스 (c), (d), 및 (e)가 그러한 범위에 들어오는 것을 알 수 있다.

이때, 위의 케이스 (c), (d), 및 (e)를 기준으로, 직선 구간(153)의 길이에 대비한 곡선 구간(151)의 길이의 비율은 0.63 내지 1.07이 적정 체결토크를 가하기에 적합한 것임을 알 수 있다. 또한, 원(155)의 직경 대비 곡선 구간(151)의 길이의 비율은 0.24 내지 0.32가 적합한 것임을 알 수 있다.

상기와 같은 태핑나사는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100: 태핑나사 110: 헤드부
130: 생크부 133: 연결부
140 : 보조나사산 150 : 주나사산
151: 곡선 구간 153: 직선 구간
155: 원 157: 오각형

Claims (10)

1. 헤드부와 나사부로 구성되는 스크류에 있어서,
   상기 헤드부에서 상기 나사부의 연장 방향을 따라 상기 나사부의 외면에 연장되되 상호 별개의 궤적을 가지는 주나사산과 보조나사산이 각각 형성되고,
   상기 주나사산과 보조나사산의 외경은 상호 상이한 것을 특징으로 하는 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주나사산의 외경은 2.92 내지 3.00인 것을 특징으로 하는 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사.
3. 제1항에 있어서,
   상기 보조나사산의 외경은 2.28 내지 2.90인 것을 특징으로 하는 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나사부의 연장 방향에 수직한 둘레 방향을 따라 곡선형으로 형성하는 복수의 곡선 구간과, 상기 복수의 곡선 구간 중 인접한 곡선 구간 사이에 배치되며 상기 둘레 방향을 따라 직선형으로 형성되는 직선 구간을 구비하고, 상기 직선 구간들의 연장선은 오각형을 이루도록 배열되는 생크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 체결성능을 갖는 태핑나사.
5. 제4항에 있어서,
   상기 곡선 구간은 다섯 개로 형성되는, 태핑나사.
6. 제5항에 있어서,
   상기 다섯 개의 곡선 구간의 윤곽선은 연장되어 하나의 원을 이루도록 형성되는, 태핑나사.
7. 제6항에 있어서,
   상기 오각형은 정오각형을 포함하는, 태핑나사.
8. 제7항에 있어서,
   상기 직선 구간은, 상기 생크부의 자유단에서 상기 헤드부와 만나는 연결부까지 연장되도록 형성되는, 태핑나사.
9. 제8항에 있어서,
   상기 생크부의 둘레 방향을 따라 상기 직선 구간의 길이 대비 상기 곡선 구간의 길이의 비율은 0.63 내지 1.07인, 태핑나사.
10. 제9항에 있어서,
    상기 원의 직경 대비 상기 곡선 구간의 상기 생크부의 둘레 방향을 따른 길이의 비율은 0.24 내지 0.32인, 태핑나사.
    

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