KR20160014008A - 체결 수단, 조립체 및 방법 - Google Patents

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스티브 이. 화이트
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Abstract

본 발명은 압출로서 구현되는 돌출부를 포함하는, 마찰 또는 포지티브 로킹 방식으로 마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단에 관한 것이며, 여기서 돌출부는 주 평면을 따라 확장하고 돌출부를 등지는 주 표면을 가지는 플레이트로부터 돌출하고 내측면을 포함하며, 여기서 내측면은 주 평면에 평행한 평면 내에 내경(Di)을 가지는 원형부를 형성하며, 여기서 주 평면에 평행한 제 1 평면은 제 1 내경(Di')을 갖는 원형부를 포함하며, 주 평면에 평행한 제 2 평면은 제 2 내경(Di'')을 갖는 원형부를 포함하며, 여기서 제 1 평면은 제 2 평면보다 주 표면에 더 가까우며, 여기서 제 1 내경(Di')은 제 2 내경(Di'')보다 더 크다.

Description

체결 수단, 조립체 및 방법 {FASTENING MEANS, ASSEMBLY AND METHOD}
본 발명은 주요 특허청구범위의 전제부에 설명되는 목적에 관한 것이다.
이러한 체결 수단은 주지되어 있고 보통 스크류, 특히 나사 전조 스크류(thread rolling screw)와 같은 마찰 또는 포지티브 로킹(positive locking) 수단과의 결합을 위해 제공되고 설계된다. 통상적으로 돌출부의 높이는 마찰 또는 포지티브 로킹 수단의 직경, 예를 들어 스크류의 직경과 동일하거나 더 크다. 동시에 돌출부의 내측면은 보통 직선형 측면들을 가지며, 즉 돌출부들을 형성하는 벽들은 실질적으로 원통, 특히 직선 중공형 원통을 구현한다. 종래 기술로부터 공지된 이러한 체결 수단들의 다른 특징은 돌출부의 내측면을 플레이트의 주 표면과 연결시키는 목(throat)이며, 여기서 원형 세그먼트의 반경은 돌출부로 만들어졌던 플레이트/재료의 두께보다 약 1.25 배 더 크다.
비록 종래 기술로부터 공지된 이러한 체결 수단은 체결기 엔지니어링(fastener engineering)과 같은 엔지니어링의 다양한 영역들에서 유명하지만, 이들의 용도는 잠재적으로 돌출부의 표면 상의 결함들, 특히 돌출부의 내측면의 표면 상의 결함들에 의해 제한된다. 이러한 결함들은 주로 직선형 측면들 및 로킹 수단의 직경과 동일하거나 이보다 더 큰 돌출부 높이에 의해 발생된다. 더 자세하게는, 두 개의 특징들 모두, 즉 직선형 측면들 및 돌출부 높이는 다이(die)가 돌출부의 내측면을 형성할 때마다 다이를 용이하게 해제하는 것을 어렵게 한다. 이러한 결함들을 회피하기 위한 가능한 방법은 원치않은 결함들의 생성을 최소화시키기 위해 최소의 프레스(press) 속도를 유지하는 것이다.
본 발명의 목적은 내측면의 표면 상의 결함들이 대부분 회피될 수 있고 그럼에도 불구하고 제작 시간은 여전히 합리적이도록 구현될 수 있는 체결 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 압출(extrusion)로서 구현되는 돌출부를 포함하는, 마찰 또는 포지티브 로킹 방식으로 (예를 들어 스크류와 같은) 마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단에 의해 해결된다. 본 발명에 따라, 돌출부가 주 평면을 따라 확장하고 돌출부를 등지는 주 표면을 가지는 플레이트로부터 돌출하는 것이 제공된다. 돌출부는 내측면을 포함하며, 여기서 내측면은 주 평면에 평행한 평면 내에 내경(Di)를 가지는 원형부를 형성한다. 본 발명에 따라, 주 평면에 평행한 제 1 평면이 제 1 내경(Di')을 갖는 원형부를 포함하며, 주 평면에 평행한 제 2 평면이 제 2 내경(Di'')을 갖는 원형부를 포함하는 것이 더 제공되며, 여기서 제 1 평면은 제 2 평면보다 주 표면에 더 가깝다. 본 발명에 따라, 제 1 내경(Di')은 제 2 내경(Di'')보다 더 크다. 이것에 의해 돌출부의 내측면 상의 경사(tilt) 각도 또는 드래프트(draft) 각도가 유리하게 구현된다. 더 상세하게는, 본 발명에 따른 체결 수단의 장점은 돌출부의 내측면 상에 잠재적으로 위치되는 표면 결함들의 감소인데, 이는 다이가 (직선형 측면을 갖는 돌출부와 비교하여) 더 용이한 방식으로 해제가능하기 때문이다. 이러한 긍정적인 효과를 따라, 돌출부를 제작하는 프레스 속도는 유리하게 상승될 수 있다. 도구들이 본 발명에 따른 돌출부들에 대한 생산에 의해 덜 요구되기 때문에, 본 발명의 다른 긍정적인 효과는 돌출부를 제조하는 도구들의 도구 수명에 대한 연장이다.
바람직한 실시예에 따라, 돌출부가 개구를 가지는 것이 또한 제공된다. 유리하게, 이러한 개구는 체결 수단을 양방향으로(bidirectionally) 사용하는 것을 허용하며, 즉 예를 들어 스크류가 돌출부의 방향에서 도시하는 방향을 따라 또는 반대 방향을 따라 체결 수단 내로 삽입될 수 있다. 또한 돌출부의 내측면은 나사산(thread)을 포함하는 것이 또한 고려될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 플레이트는 두께(T)를 가지며 내경(Di)과 외경(Do) 사이의 차이의 절반이 플레이트의 두께(T)보다 더 작은 것이 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 내경(Di')와 제 2 내경(Di'') 사이의 최대 차이(ΔDi)가 ΔDi=DIS*tanα에 상응하도록 돌출부의 내측면이 설계되는 것이 제공되며, 여기서 경사 각도(α)는 실질적으로 1°이며, DIS는 제 1 평면과 제 2 평면 사이의 거리(즉, DIS= |Di’- Di’’|)이다. 경사 각도(α)는 돌출부의 내측면이 원통형 형상인 돌출부와 비교하여 얼마나 많이 테이퍼링되는지에 대한 측정값이며, 이는 종래 기술로부터 공지되어 있다. 경사 각도(α)가 돌출부의 연장부를 따라 변하며, 특히 경사 각도가 점차적으로 변하는 것이 또한 고려될 수 있다. 이에 의해, 체결 수단을 위해 개별적으로 제공되는 마찰 또는 포지티브 로킹 수단에 대해 체결 특성들을 최적화시키는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 체결 수단이 주 평면에 수직한 평면에서 원형 반경(R)을 갖는 원형 세그먼트를 적어도 부분적으로 형성하는 목 부분(throat section)을 가지는 것이 제공된다. 게다가 목 부분은 플레이트의 주 표면을 돌출부의 내측면과 주로 연결시키고 목 부분은 R=0.33*T에 상응하는 원형 반경(R)을 갖는 원형 세그먼트를 포함하는 것이 실질적으로 제공된다. 유리하게 더 작은 목 부분은, 본 발명에 따른 여러 개의 체결 수단들이 체결 수단의 조립체 내에 배열될 때마다 두 개의 체결 수단 사이의 요구되는 거리를 감소시키는 것을 허용한다.
다른 실시예에서, 체결 수단이 주 표면을 포함하는 평면과 주 표면을 포함하는 평면에 대해 가장 멀리 위치되는 돌출부의 부분을 포함하는 주 평면에 평행한 평면 사이의 거리에 상응하는 돌출부 높이(H)를 가지는 것이 제공된다. 특히, 돌출부 높이(H)가 돌출부의 임의의 내경(Di)보다 더 작은 것이 제공된다.
내경 보다 더 큰 높이를 갖는 돌출부들과 비교하면, 더 적은 제작 스테이션(station)이 이러한 짧은 돌출부들을 갖는 체결 수단을 제조하기 위해 요구된다. 따라서 툴링 비용(tooling cost)들 및 처리 시간이 유리하게 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 마찰 또는 포지티브 로킹 수단이 마찰 또는 포지티브 로킹 방식으로 돌출부와 결합된다면, 마찰 및/또는 포지티브 로킹 수단이 돌출부를 나오도록 돌출부 높이가 설계된다. 이러한 실시예의 장점은 체결 수단이 여러 개의 마찰 또는 포지티브 로킹 수단, 특히 상이한 길이를 가지는 여러 개의 마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 호환가능(compatible)하다는 점이다. 결론적으로 체결 수단은 사용에 융통성이 있고 마찰 또는 포지티브 로킹 수단의 하나의 특정한 종류에 제한되지 않는다.
다른 실시예에서, 직경(ΔDi) 및/또는 목 부분 직경 및/또는 높이(H)의 변화는 엔지니어링 및/또는 제작 목적들로 인해 달라진다. 본 발명의 장점은, 체결 수단이 적용예들의 광범위한 영역에서 사용될 수 있는데, 이는 체결 수단의 기능이 작은 돌출부에 의해 이미 구현되기 때문이다. 따라서 체결 수단이 제공되는 환경에 대해 체결 수단을 구성하는 것은 유리한 방식으로 가능하다. 이것과 대조적으로, 종래 기술로부터 공지된 체결 수단의 사용은 때때로 이들의 환경에 의해 제한된다.
또한 본 발명은 여러 개의 체결 수단의 조립체를 포함하며, 여기서 여러 개의 체결 수단은 하나의 공통의 플레이트 상에 배열된다. 특히, 체결 수단의 조립체가 하나의 단계로 조립체를 구현하기 위해 프레스 및 여러 개의 다이를 사용하여 제조되는 것이 제공된다. 체결 수단의 조립체는 제 1 공정에서 생산되며, 그 후에 조립체는 하나 이상의 체결 수단을 포함하는 여러 작은 유닛들로 분할되는 것이 또한 고려가능하다. 따라서 단위 시간 당 제작되는 (본 발명에 따른 체결 수단을 가지는) 이러한 유닛들의 수를 증가시키는 것은 유리하게 가능하다.
게다가 본 발명은 전술한 바와 같이 체결 수단을 생산하기 위한 방법을 또한 포함한다. 본 발명에 따른 상기 방법은 돌출부를 형성하기 위한 압출 공정을 포함하는 것이 제공된다. 더 자세하게는, 다이는, 예를 들어 유압식 프레스와 같은 프레스 수단과 조합하여 돌출부를 제조한다. 실제적으로 상기 방법은 냉간 압출에 제한되지 않는다. 열간 압출과 같은 다른 압출 공정들이 또한 고려가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체결 수단에 대한 단면도를 도시한다.
도 2는 돌출부가 본 발명에 따라 설계될 때마다 구현되는 경사에 관한 기하학적 형상의 기초들을 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체결 수단에 대한 단면도를 도시하며, 여기서 돌출부는 두께(T)를 갖는 플레이트(10)로부터 돌출하고 내측면(4) 및 외측면(3) 모두를 포함한다. 주로 압출부(extrusion)의 내측면(4) 및 외측면(3)은 스크류와 같은 마찰 또는 포지티브 로킹 수단을 수용할 수 있는 벽을 형성한다. 특히, 내측면은 마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 접촉하고 따라서 포지티브 로킹 및/또는 마찰 로킹을 구현하기 위해 제공된다. 보통 압출부의 내측면에 의해 형성되는 돌출부의 내부는 실질적으로 원통과 같이 성형된다.
상세하게, 도 1은 주 평면(A)을 가로질러 확장하는 플레이트(10)가 돌출부를 등지는 주 표면(2)을 가지는 것을 예시한다. 주 표면이 목 부분(throat section)(2a)을 통해 압출부의 내측면으로 넘어가는(pass over) 것이 제공된다. 원형 세그먼트가 주 평면(A)에 대해 수직한 평면에서 적어도 부분적으로 확장하도록 목 부분(2a)은 설계된다. 원형 세그먼트의 곡률은 반경(R)에 의해 지정되며, 여기서 반경(R)은 도 1에서의 점선으로 예시되는 원에 대해 상응한다. 압출부의 높이(H)는 주 표면(2)를 포함하는 평면으로부터 주 평면에 평행하고 (따라서 보통 또한 주 표면에 평행하고) 주 표면을 포함하는 표면으로부터 가장 멀리 위치되는 돌출부의 일부분을 포함하는 평면으로 도달한다.
압출부의 내측면 및 외측면 모두는 각각 주 평면(A)에 평행한 평면들 내에서 원들을 형성하며, 여기서 내측면(4)은 내경(Di)을 갖는 원을 형성하며, 여기서 외측면(3)은 외경(Do)을 갖는 원을 형성한다. 도 1에서 도시되는 바와 같이 내경(Di)은 외경(Do)보다 더 작다. 본 발명에 따라, 제 1 평면(A')의 제 1 내경(Di')은 제 2 평면(A'')의 제 2 직경(Di'')보다 더 크며, 여기서 제 1 및 제 2 평면(A' 및 A'') 모두는 주 평면에 평행하며, 제 1 횡단 부분(A')는 제 2 횡단 부분(A'')보다 주 표면(2)에 더 가깝게 위치된다. 돌출부(1)를 이와 같이 설계한다면, 압출부(1)의 높이(H)를 감소시키는 것이 가능하다. 특히, 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위한 압출부(1)를 구현하는 것은 유리하게 바람직하며, 여기서 돌출부의 높이(H)는 돌출부를 따라 내경(Di)보다 더 작다.
도 2는 돌출부가 본 발명에 따라 설계될 때마다 구현되는 경사를 설명하기 위한 기하학적 형상의 기초들을 도시한다. 이러한 경사는 주 평면에 평행한 방향을 따라, 압출부에서, 특히 압출부의 내측면(4)에서 바라보는 경우에 관찰가능하다. 주 평면에 수직한 평면에 대한 압출부의 내측면의 경사는 경사 각도(α)에 의해 결정될 수 있다. 경사 각도는 제 1 평면(A')과 제 2 평면(A'') 사이의 거리(DIS)에 따라 제 1 내경(Di')과 제 2 내경(Di'') 사이의 차이(ΔD)를 형성한다. 특히, ΔD가 DIS*tanα과 동일한 것으로 제공된다.
1 돌출부
2 주 표면
2a 목 부분
3 외측면
4 내측면
10 플레이트
A 주 평면
A' 주 평면에 평행한 제 1 평면
A'' 주 평면에 평행한 제 2 평면
T 플레이트의 두께
H 돌출부 높이
Di 내경
Do 외경
Di' 제 1 내경
Di'' 제 2 내경

Claims (10)

  1. 압출로서 구현되는 돌출부(protuberance)를 포함하는 마찰 또는 포지티브 로킹 방식으로 마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단에 있어서,
    상기 돌출부(1)는 주 평면(A)을 따라 확장하고 돌출부(1)를 등지는 주 표면(2)을 가지는 플레이트(10)로부터 돌출하고, 주 평면에 평행한 내경(Di)을 가지는 원형부를 형성하는 내측면(4)을 포함하며,
    상기 주 평면(A)에 평행한 제 1 평면(A')은 제 1 내경(Di')을 갖는 원형부를 포함하며, 주 평면(A)에 평행한 제 2 평면(A'')은 제 2 내경(Di'')을 갖는 원형부를 포함하며, 상기 제 1 평면(A')은 제 2 평면(A'')보다 주 표면(2)에 더 가까우며,
    상기 제 1 내경(Di')은 제 2 내경(Di'')보다 더 큰 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(1)는 개구를 가지는 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플레이트(10)는 두께(T)를 가지며, 내경(Di)과 외경(Do) 사이의 차이의 절반은 플레이트(10)의 두께(T)보다 더 작은 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내경(Di')과 제 2 내경(Di'') 사이의 최대 차이(ΔDi)는 ΔDi=DIS*tanα에 상응하며, 경사(tilt) 각도(α)는 실질적으로 1°이며, DIS는 제 1 평면과 제 2 평면 사이의 거리인 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체결 수단은 주 평면에 수직한 평면 내에 원형 반경(R)을 갖는 원형 세그먼트를 적어도 부분적으로 형성하는 목 부분(throat section)(2a)을 가지며, 목 부분(2a)은 플레이트(10)의 주 표면(2)을 돌출부(1)의 내측면(4)과 주로 연결시키며, 목 부분은 실질적으로 R=0.33*T에 상응하는 원형 반경(R)을 갖는 원형 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체결 수단은 주 표면(2)을 포함하는 평면과, 주 표면을 포함하는 평면에 대해 가장 멀리 위치되는 돌출부의 부분을 포함하는 주 평면에 평행한 평면 사이의 거리에 상응하는 돌출부 높이(H)를 가지며, 돌출부 높이(H)는 돌출부의 임의의 내경(Di)보다 더 작은 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰 또는 포지티브 로킹 수단이 마찰 또는 포지티브 로킹 방식으로 돌출부와 결합된다면, 마찰 및/또는 포지티브 로킹 수단이 돌출부를 나오도록 돌출부 높이는 설계되는 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직경(ΔDi) 및/또는 목 직경 및/또는 높이(H)의 변화는 엔지니어링 및/또는 제작 목적들로 인해 달라지는 것을 특징으로 하는,
    마찰 또는 포지티브 로킹 수단과 결합하기 위해 제공되는 체결 수단.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 여러 개의 체결 수단들을 포함하는 조립체에 있어서,
    상기 여러 개의 체결 수단들은 하나의 공통의 플레이트 상에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    여러 개의 체결 수단들을 포함하는 조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 체결 수단 또는 제 9 항에 따른 조립체를 생산하는 방법에 있어서,
    압출 공정을 포함하는,
    체결 수단 또는 조립체를 생산하는 방법.
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