KR20200002550U - 체결력이 향상된 헬리코일 - Google Patents

Abstract

본 고안은 코일 내부로 삽입되는 모재에 고정되는 볼트가 외부의 진동이나 충격에도 이완되지 않도록 볼트를 견고하게 결속할 수 있는 헬리코일에 관한 것으로, 본 고안에 따른 헬리코일은 나선형태로 감겨진 금속선재가 길이방향으로 적층되어 중공이 형성된 몸체를 이루며, 상기 몸체의 내경은 내부로 삽입되는 상기 볼트의 외경보다 작은 내경을 가지는 볼트 가압구간으로부터 상기 몸체의 길이방향을 따라 연속적으로 증가되어 볼트 진입구간과 볼트 진출구간이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

체결력이 향상된 헬리코일{Heli coil having clamping force improved}

본 고안은 모재 탭구멍에 볼트를 체결하기 위하여 삽입하는 헬리코일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일 내부로 삽입되는 모재에 고정되는 볼트가 외부의 진동이나 충격에도 이완되지 않도록 볼트를 견고하게 결속할 수 있는 헬리코일에 관한 것이다.

헬리코일(Heli-Coil)은 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속이나 플라스틱, 목재 와 같이 강도가 약한 모재에 강한 볼트가 체결될 수 있도록 모재 탭구멍에 삽입하는 보강재이다. 헬리코일은 약한 모재의 마모된 나사산을 보완하거나 모재보다 강한 나사산이 필요할 때 주로 사용되는데, 항공기, 우주선, 방위산업, 통신장비, 자동차 등의 각 분야에서 널리 이용되고 있다.

헬리코일은 도 5a, 5b에 도시된 바와 같이, 나선으로 소정길이를 따라 감겨진 금속선재(111)로 형성되는데, 금속선재(111)의 끝단에는 삽입공구가 결합되는 걸림바(112)가 구비되며 걸림바(112)에 인접하게 절단홈(113)이 형성되어 있다. 헬리코일은 삽입공구에 의해 하방의 걸림바(112)가 걸린 상태에서 회전하여 모재 탭구멍에 삽입되며, 헬리코일의 삽입 후에는 걸림바(112)에 압력을 가하여 절단홈(113) 부위가 절단하여 걸림바(112)를 제거한다. 걸림바(112)를 제거한 다음, 헬리코일의 중공(21)으로 볼트를 삽입하면 헬리코일에 결합되어 모재에 장착된다.

이와 같은 헬리코일에는 중간구간의 금속선재(111)가 절곡되어 횡단면이 육각 또는 팔각형태의 로킹부(114)가 형성되는데(도 5에는 육각형태의 로킹부), 볼트의 삽입시 로킹부(114)의 직선 모서리(114a)가 볼트 둘레를 가압하여 볼트와 헬리코일을 보다 견고하게 결속시킬 수 있다. 하지만, 이와 같은 헬리코일은 원형의 금속선재(111)와 별도로 금속선재(10)를 다단으로 절곡하여 육각이나 팔각의 다각형으로 로킹부(114)를 형성해야 하는 부담이 있는데, 특히 원형의 볼트몸체와 밀착될 수 있도록 모서리의 길이가 동일하도록 로킹부(114)를 정다각형으로 정확하게 절곡 형성해야 함에 따라 가공이 어려운 문제가 있다.

그리고, 헬리코일에 볼트 삽입시 내측으로 단차지게 형성된 로킹부(114)의 직선 모서리(114a)에 볼트몸체(20)가 걸림될 수 있어 볼트 삽입작업이 용이하지 않음은 물론, 볼트가 삽입된 이후에도 로킹부(114)의 직선 모서리(114a)에 응력이 집중됨에 따라 로킹부(114)가 마모되거나 변형이 발생할 우려가 있다.

또한, 이와 같은 헬리코일은 모재 탭구멍에 삽입이 완료되면 하방의 걸림바(111)를 가압하여 제거하고 이를 회수해야 하는 번거로움이 있는데, 전자제품과 같이 전기적 영향에 민감한 제품에 헬리코일의 삽입시 걸림바(112)의 제거과정에서 제품의 내부로 걸림바(112)가 인입되어 손상이나 불량을 초래할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제1994-0002009호 (발명의 명칭: 탱 금속선재 인서트와 금속선재 인서트 설치장치) 대한민국 등록특허공보 제10-1676614호 (발명의 명칭: 손상된 나사산 보강을 위한 탭 보강 수단 및 이의 제조 방법)

본 고안은 상기한 종래 헬리코일의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 내부로 삽입되는 볼트와의 체결력을 향상하면서도 볼트와의 결합면에 작용하는 응력을 분산할 수 있는 헬리코일을 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 헬리코일은, 나선형태로 감겨진 금속선재가 길이방향으로 적층되어 중공이 형성된 몸체를 이루며, 상기 몸체의 내경은 내부로 삽입되는 상기 볼트의 외경보다 작은 내경을 가지는 볼트 가압구간으로부터 상기 몸체의 길이방향을 따라 연속적으로 증가되어 볼트 진입구간과 볼트 진출구간이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 있어서, 상기 금속선재는 폭방향으로 양측에 나사산이 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 볼트 진입구간과 볼트 진출구간의 끝단을 형성하는 상기 몸체 양단의 내경은 상기 볼트의 외경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 볼트 가압구간은 금속선재가 몸체의 길이방향을 따라 동일한 외경으로 복수회 감겨져 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 볼트 가압구간의 내경은 볼트 외경의 75%~95%로 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 볼트 가압구간을 중심으로 상기 볼트 진입구간과 볼트 진출구간은 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 볼트 가압구간과 볼트 진입(또는 진출)구간은 1:3~8의 길이비로 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 볼트 진입구간 또는 볼트 진출구간의 내측은 상기 몸체의 폭방향으로 3~15°경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 있어서, 상기 금속선재의 내측 일부가 길이방향으로 절개되어 형성되는 홈으로, 상기 홈의 폭이 테이퍼져 끝단이 수렴되는 걸림홈이 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에 따른 헬리코일은 금속선재가 길이방향으로 적층되어 형성되는 몸체의 내경이 내부로 삽입되는 볼트몸체의 외경보다 작은 내경을 가지는 구간을 포함하여 몸체의 길이방향을 따라 연속적으로 가변되게 형성함으로써 삽입되는 볼트와 코일의 접촉면적이 넓어져 볼트와의 체결력이 향상되어 외부의 진동이나 충격에도 이완되지 않게 볼트를 견고하게 결속할 수 있을 뿐만 아니라, 볼트와 코일의 넓은 접촉면적으로 응력을 분산할 수 있어 내마모성이나 내구성이 향상되며, 나선형태로 길이방향으로 반복하여 감겨진 구조로 가공이 용이하다.

또한, 본 고안에 따른 헬리코일은 끝단에 삽입공구가 걸림되는 걸림홈이 형성됨에 따라 별도의 걸림바를 제거할 필요가 없어 설치작업이 용이하고, 걸림바 제거작업시 제거된 걸림바가 제품 내부로 인입되는 사고를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 헬리코일의 전체적인 형상을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 헬리코일의 부분단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 헬리코일의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 헬리코일에 볼트가 체결되어 모재에 삽입된 상태를 도시한 단면도이다.
도 5a, 5b는 종래 헬리코일을 아래에서 바라본 사시도 및 평면도이다.

이하, 본 고안을 구현하기 위한 바람직한 구성 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 실시 예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 고안의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 헬리코일의 전체적인 형상을 나타낸 사시도로, 이를 참조하면 본 발명은 금속선재(10)가 나선으로 길이방향으로 감겨져 길이방향으로 적층된 코일형태로 형성된다. 길이방향으로 감겨진 금속선재(10)는 폭방향 양측에 나사산(11,12)이 형성되어 마름모꼴의 단면을 가지는데, 외측 나사산(11)은 삽입되는 모재 탭구멍과 결합되고, 내측 나사산(12)은 삽입되는 볼트의 나사산과 결합됨에 따라 내,외측에 결합되는 모재와 볼트와의 결합력이 향상된다.

나선형태로 감겨진 금속선재(10)는 길이방향으로 다수개 적층되어 중공(21)이 형성된 몸체(20)를 이루는데, 몸체(20)의 중공(21)으로 볼트가 삽입되어 결합된다. 몸체(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 측면 중앙이 요입되는 곡선으로 이루어진 모래시계 형태로 형성되는데, 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 볼트가 삽입되는 몸체(20) 내경은 길이방향을 따라 가변되게 형성된다.

즉, 도 1,2에서와 같이 몸체(20)의 양측에는 볼트가 진입되는 볼트 진입구간(W1)과 볼트 진출구간(W3)이 형성되고, 볼트 진입구간(W1)과 볼트 진출구간(W3) 사이의 몸체(20) 중앙에는 볼트 가압구간(W2)이 형성된다. 볼트 가압구간(W2)의 내경(D1)은 삽입되는 볼트몸체의 외경보다 작게 형성되는데, 볼트 가압구간(W2)은 볼트와의 결합력이 향상되도록 금속선재(10)가 길이방향을 따라 동일한 외경으로 복수회 감겨져 형성되는 것이 바람직하다. 볼트 가압구간(W2)의 내경(D1)은 삽입되는 볼트몸체 외경의 75%~95%로 형성되는데, 내경(D1)이 볼트몸체 외경의 95%를 초과하면 볼트몸체와의 체결력이 저하되고, 75% 미만이면 삽입되는 볼트에 걸림되어 삽입작업이 용이하지 않은 문제가 있다.

도 2,3에 도시된 바와 같이, 헬리코일의 몸체(20)는 내측의 볼트 가압구간(W2)으로부터 몸체(20) 양측을 향해 내경이 연속적으로 증가되어(D1→D2. D2>D1) 볼트 진입구간(W1)과 볼트 진출구간(W3)이 각각 형성된다. 볼트 가압구간(W2)에 인접한 볼트 진입(진출)구간(W1,W3)에서의 내경은 삽입되는 볼트몸체의 외경보다 작게 형성되며 길이방향으로 따라 점점 증가하여 볼트 진입(진출)구간(W1,W3) 끝단에서는 내경(D2)은 볼트몸체의 외경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 헬리코일의 몸체(20)의 양단을 향해 내경이 연속적으로 증가하는 볼트 진입(진출)구간(W1,W3)은 그 내측(L1)이 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(20)의 폭방향으로 3~15°경사각(θ)을 이루어 형성되는데, 경사각(θ)이 3°미만이면 볼트 진입(진출)구간(W1,W3)에서의 내경이 완만하게 증가됨에 따라 볼트 삽입 작업을 용이하게 하기 위하여 몸체(20)의 전체 길이를 증가시켜야 하는 부담이 있고, 15°를 초과하면 내경이 가파르게 증가함에 따라 볼트몸체와의 접촉면적이 감소하여 체결력이 저하되는 문제가 있다.

볼트 진입구간(W1)과 볼트 진출구간(W3)은 도 1,2에 도시된 바와 같이 몸체(20)의 중앙에 형성되는 볼트 가압구간(W2)을 중심으로 대칭적으로 형성되는 것이 바람직한데, 이를 통해 소정길이를 가지는 볼트의 무게중심에 가압 밀착될 수 있어 볼트가 몸체(20)의 중공(21)에 안정적으로 체결될 수 있다.

또한, 몸체(20)의 길이방향으로 연속적으로 형성되는 볼트 가압구간(W2)과 볼트 진입구간(W1)(또는 볼트 진출구간(W3))은 볼트와의 접촉면적과 볼트 삽입시의 작업 용이성을 고려하여 1:3~8(볼트 가압구간:볼트 진입(또는 진출)구간)의 길이비로 형성되는 것이 바람직하다. 볼트 가압구간(W2)의 거리가 1:3을 초과하면 볼트 삽입시의 작업이 용이하지 않고, 볼트 가압구간(W2)의 거리가 1:8 미만이면 볼트와의 접촉면적이 작아지는 문제가 있다.

한편, 도 1을 참조하면 볼트 진입구간(W1)의 끝단에 헬리코일을 삽입하는 삽입공구(미도시)가 걸림되는 걸림홈(22)이 형성된다. 걸림홈(22)은 금속선재(10)의 내측 일부가 길이방향으로 절개되어 형성되는 홈으로, 홈의 폭이 테이퍼져 끝단이 수렴되는 갈고리 형태로 형성된다. 따라서, 삽입공구의 결합팁이 걸림홈(22)에 수용 결합되어 삽입공구의 회전에 의해 모재 탭구멍에 헬리코일이 삽입 결합될 수 있어, 삽입 후 걸림바(112)를 제거 및 수거할 필요가 없게 된다. 도 1에는 걸림홈(22)이 볼트 진입구간에(W1)의 끝단에 형성된 예가 도시되어 있으나, 삽입공구가 진입되는 몸체(20) 내측에 어디에도 걸림홈(22)이 형성될 수 있다.

이와 같이 삽입공구에 의해 모재 탭구멍에 삽입된 본 발명의 헬리코일에 볼트(30)가 체결된 상태가 도 4에 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 헬리코일의 외측 나사산(11)이 모재(40)의 탭구멍(41)에 결합되고, 내측 나사산(12)은 몸체(20)의 중공(21)으로 삽입되는 볼트(30)의 나사산과 결합된다. 이때, 헬리코일의 몸체(20)로 삽입된 볼트(30)는 몸체(20)의 볼트 가압구간(W2)과 볼트 가압구간(W2)에 인접한 볼트 진입(진출)구간(W1,W3)에 걸쳐 접촉됨에 따라 접촉면적이 넓어지고, 넓은 접촉면적에서 나선형태로 감겨진 금속선재(10)가 볼트(30) 주위를 탄성 가압하여 밀착됨에 따라 볼트(30)가 견고하게 삽입 결합될 수 있어 모재(40)로 작용하는 진동이나 충격에도 볼트(30)가 이완되지 않게 견고하게 고정될 수 있다. 또한, 볼트(30)와 코일의 넓은 접촉면적으로 응력을 분산할 수 있어 내마모성이나 내구성이 향상되며, 나선형태로 길이방향으로 반복하여 감겨진 구조로 가공이 용이하다.

이상과 같이 설명한 본 고안은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 고안의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10,111: 금속선재 11: 외측 나사산 12: 내측 나사산
20: 몸체 21: 중공 22: 걸림홈
30: 볼트 40: 모재 41: 탭구멍
112: 걸림바 113: 절단홈 114: 로킹부
114a: 직선 모서리 W1: 볼트 진입구간 W2: 볼트 가압구간
W3: 볼트 진출구간 D1: 볼트 가압구간 내경
D2: 볼트 진입(진출)구간 끝단 내경 θ: 경사각
L1: 볼트 진입(진출)구간 내측 L2: 몸체중심 관통선

Claims (9)

1. 모재의 탭구멍에 볼트를 체결하기 위하여 삽입하는 헬리코일에 있어서,
   나선형태로 감겨진 금속선재가 길이방향으로 적층되어 중공이 형성된 몸체를 이루며, 상기 몸체의 내경은 내부로 삽입되는 상기 볼트의 외경보다 작은 내경을 가지는 볼트 가압구간으로부터 상기 몸체의 길이방향을 따라 연속적으로 증가되어 볼트 진입구간과 볼트 진출구간이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속선재는 폭방향으로 양측에 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
3. 제1항에 있어서,
   상기 볼트 진입구간과 볼트 진출구간의 끝단을 형성하는 상기 몸체 양단의 내경은 상기 볼트의 외경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
4. 제1항에 있어서,
   상기 볼트 가압구간은 금속선재가 몸체의 길이방향을 따라 동일한 외경으로 복수회 감겨져 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
5. 제4항에 있어서,
   상기 볼트 가압구간의 내경은 볼트 외경의 75%~95%로 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
6. 제1항에 있어서,
   상기 볼트 가압구간을 중심으로 상기 볼트 진입구간과 볼트 진출구간은 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
7. 제3항에 있어서,
   상기 볼트 가압구간과 볼트 진입(또는 진출)구간은 1:3~8의 길이비로 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
8. 제3항에 있어서,
   상기 볼트 진입구간 또는 볼트 진출구간의 내측은 상기 몸체의 폭방향으로 3~15°경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.
9. 제8항에 있어서,
   상기 금속선재의 내측 일부가 길이방향으로 절개되어 형성되는 홈으로, 상기 홈의 폭이 테이퍼져 끝단이 수렴되는 걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 체결력이 향상된 헬리코일.

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