KR20150136667A - 파이프 너트 및 볼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프 너트 및 볼트에 관한 것으로, 일측에 다른 물체의 볼트부재와 나사결합되는 암나사부가 형성된 파이프몸체, 및 상기 파이프몸체와 별개로 제조된 후 그 파이프몸체의 외주면에 끼워져 고정결합되고 상기 하나의 물체에 고정결합되는 플랜지를 포함하여, 가공이 용이하고 플랜지를 충분히 두껍게 설계하여 강도를 증가시킬 수 있으며 용접시의 열변형을 방지할 수 있게 된다.

Description

파이프 너트 및 볼트{ A pipe nut and bolt }

본 발명은 파이프 너트 및 볼트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 물체를 나사결합하기 위해 어느 하나의 물체에 고정결합되는 파이프 너트 및 볼트에 관한 것이다.

일반적으로, 독립된 두 물체를 결합하는 체결수단으로 볼트나 너트와 같은 나사결합이 널리 사용되고 있는데, 이러한 볼트나 너트도 피결합물체의 형상이나 하중 및 결합위치에 따라 다양한 형상으로 개발되어 있다.

파이프 볼트 및 너트는 차량의 부품들을 결합하는데 많이 사용되고 있는 체결수단이다. 가령, 차량 제조시 파워트레인의 진동이 직접적으로 차체에 전달되는 것을 방지하고 충돌시의 충격을 분산하기 위하여 차체의 하부에 장착되는 서브프레임(subframe)은 그 전후방 양측이 보디의 하부에 파이프 볼트나 파이프 너트에 의해 조립된다. 한국공개특허 제10-2005-0094490호에는 이러한 서브프레임의 고정장치의 일예가 상세히 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 파이프 너트는 파이프몸체(110)를 구비하고, 파이프몸체(110)의 일측에 피결합물체의 고정결합하기 위한 플랜지(120)를 구비하고 있다. 파이프몸체(110)의 일단에는 피결합물체 측에 구비되는 볼트부재(도면미도시)가 나사결합되는 암나사부(111)가 형성되어 있다.

종래의 파이프 너트는 파이프몸체(110)와 플랜지(120)가 냉간단조에 의해 일체로 형성됨으로써 가공이 어려운 문제점이 있었다. 특히 냉간단조를 한 후에 파이프몸체(110)의 단부에 암나사부(111)를 탭가공하게 되는데, 탭가공을 위해 복잡한 형상의 파이프 너트를 선반에 물려 탭가공을 하는 것이 용이하지 않았다.

특히, 차량 제조시 하중 분산 및 직진도 향상을 위해서 파이프 볼트 및 너트의 플랜지부를 넓게 성형하는 것을 권장하고 있으나, 냉간 단조에서 단조비의 한계로 인하여 플랜지 너비가 제한되고 있다. 단조비를 넘어서 성형을 할 경우 가공경화에 의한 크랙등이 발생한다.

또한, 플랜지(120)는 피결합물체에 스폿용접되어 고정결합되는데, 스폿용접의 경우 플랜지(120)의 두께가 일정치 이상이 되면 스폿용접이 제대로 이루어지지 않게 되므로 플랜지(120)의 두께를 일정치 이하까지 단조해야 하고, 그로 인해 가공이 어려울 뿐만 아니라 플랜지(120)의 강성이 저하되고 용접에 의해 열변형되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 파이프 너트 및 볼트가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 가공이 용이하고 플랜지를 충분히 두껍게 설계하여 강도를 증가시킬 수 있으며 용접시의 열변형을 방지할 수 있는 파이프 너트 및 볼트를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 파이프 너트는, 결합하고자 하는 두 물체 중 하나의 물체에 결합되고 다른 물체에 결합된 볼트부재와 나사결합하는 파이프 너트로서, 일측에 다른 물체의 볼트부재와 나사결합되는 암나사부가 형성된 파이프몸체, 및 상기 파이프몸체와 별개로 제조된 후 그 파이프몸체의 외주면에 끼워져 고정결합되고 상기 하나의 물체에 고정결합되는 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 플랜지는 상기 파이프몸체의 외측에 마찰교반용접(Friction Stir Welding)되어 결합된다.

더욱 바람직하게는, 상기 파이프몸체의 일측에 플랜지가 마찰교반용접되기 위한 마찰면이 형성된다.

상기 플랜지는 상기 파이프몸체의 외주면에 끼워지는 파이프결합공을 구비하고, 상기 파이프결합공의 일측에 상기 파이프몸체의 마찰면과 용접되는 접합면을 구비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 마찰면은 상기 파이프몸체의 외주면을 따라 형성되고, 그 파이프몸체의 길이방향에 대하여 경사지게 형성되며, 상기 접합면은 상기 마찰면과 면접촉되도록 경사지게 형성된다.

상기 플랜지의 파이프결합공에 파이프몸체를 끼운 상태에서 플랜지를 고정시키고 파이프몸체를 축회전시켜 파이프몸체의 마찰면과 플랜지의 접합면이 마찰교반용접되는 것도 가능하다.

상기 플랜지의 일측에 상기 하나의 물체에 스폿용접하기 위한 두께조절홈이 용접면의 반대쪽에 형성될 수 있다.

상기 두께조절홈은 코이닝가공에 의해 형성되는 것도 가능하다.

상기 두께조절홈은 상기 플랜지의 두께가 3mm 이하가 되도록 함입되어 형성된 것이 바람직하다.

상기 파이프몸체의 일측에 그 파이프몸체를 상기 하나의 물체에 결합하기 위한 피스체결공이 형성될 수 있다.

상기 파이프몸체는 냉간단조에 의해 형성되는 것도 가능하고, 상기 플랜지는 프레스가공에 의해 제조되는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 파이프 볼트는, 결합하고자 하는 두 물체 중 하나의 물체에 결합되고 다른 물체에 결합되는 너트부재와 나사결합하는 파이프 볼트로서, 일측에 다른 물체의 너트부재와 나사결합되는 수나사부가 형성된 파이프몸체, 및 상기 파이프몸체와 별개로 제조된 후 그 파이프몸체의 외주면에 끼워져 고정결합되고 상기 하나의 물체에 고정결합되는 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 파이프 너트 및 볼트에 의하면, 파이프와 플랜지를 별개로 제조한 후 조립함으로써 가공이 용이하고, 플랜지를 충분히 두껍게 설계할 수 있게 됨으로써 강도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 용접시의 열변형을 방지할 수 있으며, 결합하고자 하는 물체와의 결합력을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 파이프 너트를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 너트를 나타낸 분해사시도,
도 3은 도 2에 도시된 파이프 너트의 결합사시도,
도 4는 도 3에 도시된 파이프 너트의 측단면도,
도 5는 도 3에 도시된 파이프 너트의 결합과정을 나타낸 일측면도,
도 6은 도 4에 도시된 파이프 너트의 설치상태도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 볼트를 나타낸 설치상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

파이프 너트 및 볼트는 두 물체를 나사결합하기 위한 체결장치로, 결합하고자 하는 두 물체 중 하나의 물체에 결합된다. 다른 물체에는 파이프 너트 및 볼트와 나사결합되는 볼트부재나 너트부재가 결합된다.

파이프 너트에는 볼트부재가 대응되게 구비되고, 파이프 볼트에는 너트부재가 구비된다. 먼저 다른 물체에 볼트부재가 구비되는 경우 그 볼트부재와 체결되는 파이프 너트에 대해 설명한다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 너트는, 일측에 다른 물체(2)의 볼트부재(3)와 나사결합되는 암나사부(11)가 형성된 파이프몸체(10), 및 상기 파이프몸체(10)의 외주면에 끼워져 고정결합되는 플랜지(20)를 포함하여 구성된다.

상기 파이프몸체(10)는 냉간단조에 의해 봉 형상으로 형성되고, 열처리를 하여 강도를 증대시키는 것도 가능하다. 상기 플랜지(20)는 프레스가공에 의해 제조된다. 상기 파이프몸체(10)와 플랜지(20)가 별개로 독립적으로 제조된 결합되므로 파이프몸체(10)와 플랜지(20)의 가공방법을 달리 할 수 있게 된다.

봉 형상으로 냉간단조된 파이프몸체(10)의 일단으로 길이방향을 따라 암나사부(11)를 탭가공하게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 암나사부(11)에는 볼트부재(3)가 나사결합되어 다른 물체(2)가 고정결합된다.

상기 플랜지(20)는 파이프몸체(10)와 별개로 제조된 후 상기 파이프몸체(10)의 외측에 끼워진다. 상기 플랜지(20)의 일측에는 상기 파이프몸체(10)의 외주면에 끼워지는 파이프결합공(21)이 형성되어 있다.

상기 플랜지(20)는 파이프몸체(10)의 외주면에 끼워진 상태에서 마찰교반용접되어 고정결합된다. 마찰교반용접(Friction Stir Welding)은 두 부재를 겹친 후 강한 힘을 가해 발생된 마찰열로 두 부재를 접합시키는 기술이다.

마찰교반용접을 위해 파이프몸체(10)의 일측에 마찰면(12)이 형성되고, 플랜지(20)의 파이프결합공(21) 내측벽에는 상기 파이프몸체(10)의 마찰면(12)과 접촉하는 접합면(22)이 형성되어 있다.

상기 마찰면(12)은 상기 파이프몸체(10)의 외주면을 따라 형성되고, 그 파이프몸체(10)의 길이방향에 대하여 경사지게 형성되어 있다.

상기 접합면(22)은 상기 마찰면(12)과 면접촉되도록 그 마찰면(12)과 동일한 경사각을 가지고 경사지게 형성되어 있다.

파이프몸체(10)에 플랜지(20)를 마찰교반용접하는 과정을 설명하면, 먼저 상기 플랜지(20)의 파이프결합공(21)에 파이프몸체(10)를 끼워 마찰면(12)과 접합면(22)을 접촉시킨다. 마찰면(12)과 접합면(22)을 접촉시킨 후에는 플랜지(20)를 바이스와 같은 공구로 고정시킨다. 플랜지(20)를 고정시킨 상태에서 파이프몸체(10)를 선반과 같은 공구를 이용하여 축회전시킨다. 이와 같이 마찰면(12)과 접합면(22)을 접촉시킨 상태에서 플랜지(20)를 축회전시키게 되면 마찰면(12)과 접합면(22)이 마찰열로 인해 용접된다.

마찰교반용접에 의해 플랜지(20)를 파이프몸체(10)에 견고하게 고정결합시킬 수 있을 뿐만 아니라 다른 용접방법에 비해 비드의 생성 등 후처리 문제가 발생하지 않게 된다.

상기 마찰면(12)과 접합면(22)은 파이프몸체(10)의 길이방향에 대하여 경사지게 형성되는 것이 마찰면을 크게 하고 마찰각을 크게 하여 마찰교반용접에 보다 효과적이나, 파이프몸체(10)에 대하여 수직하게 형성되어 서로 마찰되는 것도 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.

한편, 상기 플랜지(20)와 파이프몸체(10)는 각각 독립적으로 제조된 후 결합되는데, 본 실시예에서는 마찰교반용접을 채택하였으나 이에 한정되지 않고 다른 용접방법은 물론 용접이 아닌 다른 결합수단을 채택하는 것도 본 발명의 범주에 포함된다.

상기 플랜지(20)는 마찰교반용접에 의해 파이프몸체(10)에 고정결합된 상태에서 상기 하나의 물체(1)에 스폿용접에 의해 결합된다. 플랜지(20)가 하나의 물체(1)에 고정결합됨으로써 파이프몸체(10)가 하나의 물체(1)에 고정되는 것이다.

상기 플랜지(20)의 일측에 상기 하나의 물체(1)에 스폿(Spot)용접하기 위한 두께조절홈(24)이 형성된다. 두께조절홈(24)은 용접면(23)의 반대쪽에 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 물체(1)에 두께조절홈(24)이 형성된 플랜지(20)의 일측면을 접촉시키고 두께조절홈(24)의 반대쪽 용접면(23)에서 스폿용접을 하게 된다.

두께조절홈(24)은 플랜지(20)의 두께가 3mm 이하가 되도록 함입되어 형성된다. 스폿용접을 위해서는 플랜지(20)의 두께가 일정치 이하가 되어야 하는데, 스폿용접을 하는 용접면(23)의 반대쪽에 두께조절홈(24)을 형성시킴으로써 그 두께조절홈(24)이 있는 플랜지(20)의 두께만 일정치 이하로 형성할 뿐 다른 부분은 두께를 더 두텁게 할 수 있게 된다. 다시 말하면, 두께조절홈(24)에 의해 스폿용접의 제한을 받지 않고 플랜지(20)의 두께를 형성할 수 있게 되고, 그로 인해 휨이나 변형을 억제할 수 있는 두께로 플랜지(20)를 설계할 수 있게 된다. 플랜지(20)는 요구되는 강성에 따라 프레스가공에 의해 두께를 충분히 두텁게 제조되고, 두께조절홈(24)은 코이닝(Coining)가공에 의해 형성된다.

파이프몸체(10) 중 암나사부(11)의 반대쪽에는 피스체결공(13)이 형성되어 있다. 상기 피스체결공(13)은 파이프몸체(10)를 가로지르는 방향으로 형성되어 결합피스(5)로 하나의 물체(1)에 피스결합된다.

이와 같이 본 발명의 파이프 너트는 플랜지(20)를 통해 하나의 물체(1)에 고정결합됨과 동시에 상기 피스체결공(13)을 통해서도 하나의 물체(1)에 이중으로 고정결합된다. 따라서, 파이프 너트와 하나의 물체의 결합력을 강화시킬 수 있게 됨은 물론, 암나사부(11)와 피스체결공(13)이 서로 수직하게 형성됨으로써 파이프몸체(10)의 휨모멘트를 현저하게 감소시켜 파이프몸체(10)가 틸팅되거나 흔들리는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 볼트는 일측에 다른 물체의 너트부재(4)와 나사결합되는 수나사부(11')가 형성된 파이프몸체(10'), 및 상기 파이프몸체(10')와 별개로 제조된 후 그 파이프몸체(10')의 외주면에 끼워져 고정결합되고 상기 하나의 물체에 고정결합되는 플랜지(20')를 포함하여 구성된다.

상기 수나사부(11')는 파이프몸체(10')의 선단 외주면에 형성되어 다른 물체(도면미도시)의 너트부재(4)에 나사결합된다.

수나사부(11')를 제외하면 파이프몸체(10')와 플랜지(20')의 형상 및 그 결합구조가 위의 파이프 너트와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 파이프몸체
11 : 암나사부
12 : 마찰면
13 : 피스체결공
20 : 플랜지
21: 파이프결합공
22 : 접합면
23 : 용접면
24 : 두께조절홈

Claims (13)

1. 결합하고자 하는 두 물체 중 하나의 물체에 결합되고, 다른 물체에 결합된 볼트부재와 나사결합하는 파이프 너트에 있어서,
   일측에 다른 물체의 볼트부재와 나사결합되는 암나사부가 형성된 파이프몸체; 및
   상기 파이프몸체와 별개로 제조된 후 그 파이프몸체의 외주면에 끼워져 고정결합되고, 상기 하나의 물체에 고정결합되는 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
2. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는,
   상기 파이프몸체의 외측에 마찰교반용접(Friction Stir Welding)되어 결합되는 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
3. 제2항에 있어서,
   상기 파이프몸체의 일측에 플랜지가 마찰교반용접되기 위한 마찰면이 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
4. 제3항에 있어서, 상기 플랜지는,
   상기 파이프몸체의 외주면에 끼워지는 파이프결합공을 구비하고, 상기 파이프결합공의 일측에 상기 파이프몸체의 마찰면과 용접되는 접합면을 구비한 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
5. 제4항에 있어서, 상기 마찰면은,
   상기 파이프몸체의 외주면을 따라 형성되고, 그 파이프몸체의 길이방향에 대하여 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
6. 제5항에 있어서, 상기 접합면은,
   상기 마찰면과 면접촉되도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
7. 제4항에 있어서,
   상기 플랜지의 파이프결합공에 파이프몸체를 끼운 상태에서 플랜지를 고정시키고 파이프몸체를 축회전시켜 파이프몸체의 마찰면과 플랜지의 접합면이 마찰교반용접되는 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
8. 제1항에 있어서,
   상기 플랜지의 일측에 상기 하나의 물체에 스폿용접하기 위한 두께조절홈이 용접면의 반대쪽에 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
9. 제8항에 있어서, 상기 두께조절홈은,
   코이닝가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
10. 제8항에 있어서, 상기 두께조절홈은,
    상기 플랜지의 두께가 3mm 이하가 되도록 함입되어 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
11. 제1항에 있어서,
    상기 파이프몸체의 일측에 그 파이프몸체를 상기 하나의 물체에 결합하기 위한 피스체결공이 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
12. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는,
    프레스가공에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 파이프 너트.
13. 결합하고자 하는 두 물체 중 하나의 물체에 결합되고, 다른 물체에 결합되는 너트부재와 나사결합하는 파이프 볼트에 있어서,
    일측에 다른 물체의 너트부재와 나사결합되는 수나사부가 형성된 파이프몸체; 및
    상기 파이프몸체와 별개로 제조된 후 그 파이프몸체의 외주면에 끼워져 고정결합되고, 상기 하나의 물체에 고정결합되는 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 볼트.

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