KR20210021561A - 플라스틱 체결용 나사 - Google Patents

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KR20210021561A
KR20210021561A KR1020217001884A KR20217001884A KR20210021561A KR 20210021561 A KR20210021561 A KR 20210021561A KR 1020217001884 A KR1020217001884 A KR 1020217001884A KR 20217001884 A KR20217001884 A KR 20217001884A KR 20210021561 A KR20210021561 A KR 20210021561A
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미카엘 아헨바흐
랄프 비르켈바흐
폴커 디크만
프랑크 드라트슈미트
랄프 제이. 헬미그
일리르 젤리미
슈테판 바이첼
얀 하크러
위르겐 벨레
레네 게르베르
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에요트 게엠베하 앤드 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 플라스틱 물품에 카운터 나사산을 절삭 형성하기 위한 나사(10)로서, 상기 나사는 하부 나사산 형성된 부분(F)과 상부 나사산 형성된 부분(T)을 포함하고, 상기 하부 나사산 형성된 부분은 상기 상부 나사산 형성된 부분보다 더 큰 직경을 갖고 더 큰 표면을 덮는 선단을 포함하는, 상기 나사에 관한 것이다.

Description

플라스틱 체결용 나사
본 발명은 청구항 1의 전제부에 제시된 유형의, 특히 플라스틱 체결용 나사에 관한 것이다.
US 5,795,120 B는 내부에 파일럿 구멍이 형성된 물품에 삽입되기 위한 나사를 개시한다. 나사는 성형 나사산 구역(forming thread region) 및 지지 나사산 구역(bearing thread region)을 갖고, 성형 나사산 구역의 나사산 프로파일은 지지 나사산 구역의 나사산 프로파일보다 비례적으로 더 크다.
이 설계의 단점은 특히 플라스틱 재료에 나사를 사용할 때 더 큰 피치와 더 작은 플랭크 각도(flank angle)를 나사에 구현하는 경우 물품에 높은 하중이 작용한다는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 낮은 삽입 토크를 가져서 물품에 낮은 기계적 하중을 생성함과 동시에 높은 인발값을 보장하는 나사를 제공하는 것이다.
본 목적은 청구항 1의 전제부의 특징과 함께 특징부의 특징에 의해 달성된다.
종속 청구항은 본 발명의 유리한 추가 개선을 한정한다.
그 자체로 알려진 방식으로, 나사는 나사 중심 축, 구동부 및 나사산 형성된 생크(shank)를 갖는다. 생크에는 적어도 하나의 나사산 선회부(turn)가 형성되고, 선회부는 생크를 따라 일정한 피치의 나선부(helix)로 적어도 부분적으로 연장되어 그 길이를 따라 평균 나사산 반경을 갖는 변하는 프로파일 윤곽(profile contour)의 주 나사산을 형성한다. 프로파일 윤곽은 나사 중심 축이 단면 평면에 위치된 상태에서 나선부의 단면 평면에서의 나사산의 단면에 의해 정의된다. 나사산 반경은 나사 중심 축으로부터 나사산 선회부의 프로파일 윤곽까지의 최대 직교 거리이다. 주 나사산은 지지 영역과 성형 영역을 갖고, 성형 영역은 성형 영역 반경의 성형 프로파일 윤곽을 가지며, 지지 영역은 지지 영역 반경의 지지 프로파일 윤곽을 갖는다.
성형 프로파일 윤곽은 나사 중심 축(M)이 단면 평면에 놓인 상태에서 생크의 자유 단부로부터 시작하여 평균 나사산 반경의 3배 길이의 축 방향으로 연장되는 구역에 걸쳐 특히 구동부의 방향으로 나선부를 따라 나사산 선회부를 나선부의 단면 평면으로 투영함으로써 얻어진다. 따라서 이러한 투영은 나사 중심 축이 놓인 나선부의 단면 평면으로 나사산 선회부를 선형으로 펼쳐서 투영하는 것에 대응한다. 이것은 유효 성형 프로파일 윤곽을 나타내는 최대 범위의 성형 프로파일 윤곽을 생성한다. 이 성형 프로파일 윤곽은 성형 영역 반경을 정의하는, 나사 중심 축으로부터 최대 직교 거리를 갖는다.
성형 영역은 후속 프로파일 윤곽이 다시 성형 프로파일 윤곽 내에 있기 전에 성형 프로파일 윤곽이 반경 방향으로 외측으로 평균 나사산 반경의 85%의 범위에서 구동부에 가장 가까운 최대 범위를 갖는 나선부의 지점에서 종료된다.
지지 프로파일 윤곽은 성형 영역의 단부로부터 평균 나사산 반경의 2/3의 거리에서 시작하고 평균 나사산 반경의 5/3에서 종료하는 축 방향으로 연장되는 구역에 걸쳐 특히 구동부의 방향으로 나선부를 따라 나선부의 단면 평면으로 나사산을 투영함으로써 형성된다. 이 구역은 지지 영역의 적어도 일부 영역을 형성한다. 이 구역은 프로파일 윤곽이 지지 프로파일 윤곽을 넘어 돌출되지 않는 한, 구동부의 방향으로 주 나사산을 따라 더 연장될 수 있다. 이 지지 프로파일 윤곽은 지지 영역 반경을 정의하는, 나사 중심 축으로 최대 직교 거리를 갖는다.
이에 의해 성형 영역으로부터 지지 영역으로 전이하는 영역이 가능한 한 짧아지고 지지 영역이 충분히 길어서 나사의 기본 고정 기능이 달성되는 것이 보장된다.
더욱이, 지지 프로파일 윤곽과 성형 프로파일 윤곽은, 나선부를 따라 지지 프로파일 윤곽과 성형 프로파일 윤곽이 중첩하는 경우에, 적어도 성형 영역의 반경의 85%로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 구역에서 지지 프로파일 윤곽이 성형 프로파일 윤곽 내에 완전히 놓이는 방식으로 서로 매칭된다.
이것은 형성된 암 나사산에서 재료의 스프링백(springback)을 고려할 수 있고 낮은 삽입 토크를 실현할 수 있는 것을 보장한다.
본 발명은 성형 프로파일 표면을 구분하는 성형 프로파일의 윤곽을 제공하고, 여기서, 성형 프로파일 윤곽의 최대 직교 거리로부터 시작하여 반경 방향 내측으로 나사 중심 축까지 성형 영역의 반경의 10%의 범위에서 측정된 성형 프로파일 표면은 지지 프로파일 윤곽의 최대 직교 거리부터 시작하여 반경 방향 내측으로 나사 중심 축까지 성형 영역의 반경의 10%의 범위에서 측정된 지지 프로파일 윤곽으로 구분된 지지 프로파일 표면보다 더 크다.
본 발명에 따른 프로파일 윤곽의 이러한 매칭은 비교적 작은 플랭크 각도에서도 암 나사산에서 스프링백을 보상하여 충분한 플랭크 적용 범위를 보장할 수 있다. 이것은 비례적으로 확대된 성형 영역 나사산을 갖는 나사로 인해 발생하는 물품 재료의 손상을 방지한다.
바람직하게는, 성형 프로파일 윤곽 및 지지 프로파일 윤곽은 35° 미만의 플랭크 각도를 갖는다. 성형 프로파일 윤곽의 플랭크 각도는 180°에서 성형 프로파일 반경(RF)의 85% 및 성형 프로파일 반경(RF)의 95%에서 나사 축과 평행한 단면선으로 구성된 사다리꼴 베이스에서 형성된 사다리꼴의 2개의 베이스 각도의 합을 뺀 것이다. 베이스 각도는 더 긴 사다리꼴 베이스에서, 즉 85%의 단면선에서의 각도이다.
마찬가지로, 플랭크 각도를 결정하는 데 사용된 것과 동일한 규칙이 지지 프로파일 윤곽에도 적용되며, 이 경우 단면선은 지지 프로파일 반경(RT)의 85% 및 지지 프로파일 반경(RT)의 95%에 놓인다.
플랭크 각도는 특히 20° 내지 30°이다. 이 각도는 플라스틱 물품을 함께 체결시키는 데 유용한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 유리한 추가 개선에 따르면, 지지 영역의 반경은 성형 영역의 반경보다 1% 내지 3% 더 작다. 이렇게 하면 플라스틱 물품의 재료에 대한 손상을 최소화할 수 있으면서, 성형 프로파일 윤곽과 지지 프로파일 윤곽 사이에 재료의 스프링백을 나타내는 거리를 충분히 크게 설정할 수 있다.
지지 프로파일 윤곽이 성형 영역 반경의 95%에서 성형 프로파일 윤곽의 축 방향 폭보다 더 작은 지지 영역 반경의 95%에서 축 방향 폭을 갖는 것이 특히 유리하다. 이에 의해 성형 프로파일 표면이 지지 프로파일 표면보다 더 큰 방식으로 나사산 프로파일의 설계를 단순화할 수 있다.
특히, 지지 프로파일 윤곽의 폭은 성형 프로파일 윤곽의 폭보다 적어도 10%, 특히 적어도 20%만큼 더 작다.
제조를 용이하게 하기 위해, 성형 프로파일 윤곽 및/또는 지지 프로파일 윤곽은 대칭일 수 있다.
특히 유리한 실시예에 따르면, 성형 영역은 피치의 2배보다 더 작다. 바람직하게는, 나사산 선회부는 성형 프로파일 윤곽까지 증가한 다음 성형 영역의 단부까지 연장되는 구역에 걸쳐 일정하게 유지된다.
바람직하게는, 평균 나사산 반경에 대한 코어 반경의 비율은 0.6 내지 0.8일 수 있다. 이것은 플라스틱 나사에 대해 일반적인 비율이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 성형 구역의 반경의 85% 내에서 반경 방향으로 연장되는 구역의 지지 프로파일 윤곽은 성형 프로파일 윤곽의 적어도 부분적으로 외측에 놓일 수 있다. 이것은 나사산 뿌리부로 플랭크 전이를 설계하는 데 더 큰 유연성을 제공하여 재료의 특성을 더 잘 고려할 수 있도록 한다.
더욱이, 성형 영역의 코어 직경은 바람직하게는 지지 영역의 코어 직경보다 작거나 같다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 생크는 나사 생크의 자유 단부에 탭 나선홈(tap flute)을 가질 수 있으며, 이 탭 나선홈은 반경이 성형 영역의 반경의 최대 90%이고 탭 구역을 형성하는 적어도 2개의 탭핑 나사산 선회부(tapping thread turn)를 포함한다.
탭 나선홈 구역이 형성되고, 여기서는 탭핑 나사산 선회부가 동일한 직경 코스를 갖고, 또한 주 나사산의 나사산 반경이 탭핑 나사산 선회부의 나사산 반경보다 더 작거나 같다.
이것은 나사를 특히 직선 배향으로 놓을 수 있다는 점에서 유리하며, 이는 후속 성형 구역에 의해 플라스틱 물품에 만들어진 암 나사산과 성형 영역을 따른 지지 영역의 나사산이 가능한 한 정확히 정렬된 결과 플라스틱 재료의 스프링백이 정확히 고려될 수 있다는 것을 의미한다. 그 결과, 나사가 삽입될 때 지지 영역에서 발생하는 마찰을 더 줄이거나 심지어 방지할 수 있다.
바람직하게는, 탭 구역의 주 나사산은 나사 생크의 자유 단부로부터 동일한 축 방향 거리에서 탭 나선홈과 동일한 나사산 반경을 갖는다. 이러한 방식으로, 특히 2개의 탭핑 나사산 선회부와 주 나사산에 의해 적어도 3개의 동일한 탭핑 지점이 생성되어, 탭핑을 위한 나사의 특히 직선 배향을 보장한다.
바람직하게는, 탭 구역 영역의 모든 나사산 선회부는 동일한 단면 평면에서 시작부를 갖는다. 또한 탭 구역의 모든 나사산 선회부는 동일한 단면 윤곽을 갖는다. 이것은 이들 나사산 선회부의 디자인이 동일하다는 것을 의미한다. 예를 들어, 주 나사산과 2개의 탭핑 나사산 선회부는 동일한 방식으로 시작되고 동일한 나사산 코스를 갖는다.
대안으로서, 적어도 3개의 탭핑 나사산 선회부가 제공될 수도 있으며, 이 경우 탭 구역에서 주 나사산의 나사산 반경은 특히 탭 나선홈의 반경보다 더 작다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 탭핑 나사산 선회부는 코어에서 시작되며, 여기서 탭핑 나사산 선회부의 반경은 코어로부터 탭 구역의 단부까지 연속적으로 증가한다. 이렇게 하면 탭핑을 위한 나사의 연속적이고 균일한 배향이 보장된다.
더욱이, 동일한 나사산 반경을 갖는 나사산 선회부는 탭 구역에서 동일한 축 방향 높이에서 원주 주위에 균일하게 분포될 수 있다. 이렇게 하면 플라스틱 물품의 파일럿 구멍과 대칭으로 맞물리는 것을 보장할 수 있다.
특히, 나사의 자유 단부의 직경은 성형 영역의 반경의 2배의 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%이다. 이러한 뭉툭한 선단(tip)은 플라스틱 나사에 일반적이다.
탭 나선홈은 나사의 자유 단부를 따라 이어질 수 있다. 이것은 나사가 처음에 탭핑을 위해 적용될 때 나사를 이상적으로 안내하는 것을 보장한다.
대안적으로, 탭 나선홈은 나사의 자유 단부로부터 거리를 두고 시작할 수 있다. 이러한 방식으로, 나사의 단부 쪽으로 연장되는 구역은 위치 지정 기능을 가질 수 있다.
제조를 용이하게 하기 위해 탭 나선홈과 주 나사산은 롤링된 나사산일 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 탭 구역의 나사산은 탭 구역 외측의 주 나사산보다 더 둔한 플랭크 각도를 가질 수 있다. 이것은 탭핑 나사산 선회부가 일방적으로 재료 내로 탭핑되지 않고 나사의 양호한 센터링을 제공하고 또한 반복 조립 작업을 용이하게 한다는 점에서 유리하다.
탭핑 나사산 선회부는 탭 구역의 단부에서 급격히 종료(run out)될 수 있다. 이것은 나사가 좁은 파일럿 구멍으로 더 체결될 때 마찰을 최소화하는 장점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 탭 나선홈은 최대 2개의 선회부에 걸쳐 연장될 수 있다. 이를 통해 나사의 배향을 최적으로 유지하면서 효율적인 나사 연결을 할 수 있다.
하나의 나사산 선회부에는 나사산 선회부가 중단되는 일이 있을 수 있지만 나사산 반경의 보간된 코스는 동일하게 유지된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전술한 유형의 본 발명에 따른 나사를 포함하는 나사 연결부를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 나사는 플라스틱 물품에 만들어진 파일럿 구멍에 체결되고, 그 성형 영역은 플라스틱에 성형 프로파일 윤곽을 갖는 암 나사산 또는 카운터 나사산을 만든다. 카운터 나사산이 성형 영역과 더 이상 맞물리지 않게 되면 나사가 삽입될 때 암 나사산이 지지 영역의 나사산과 접촉하는 것을 신뢰성 있게 방지하기 위해 지지 영역에서 카운터 나사산이 스프링백된다. 지지 영역의 나사산은 나사가 물품에 최종적으로 조여질 때에만 카운터 나사산으로 눌려질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 나사는 성형 영역의 반경의 약 80%의 반경을 갖는 파일럿 구멍에 체결된다.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조된 나사 연결부에 관한 것이다.
본 발명의 추가적인 장점, 특징 및 가능한 응용은 도면에 예시된 실시예를 참조하여 다음의 설명으로부터 수집될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 나사의 측면도이다.
도 2는 나사산 선회부를 펼친 상태의 사시도이다.
도 3a는 나사산을 RM의 3배에 걸쳐 펼친 상태의 사시도이다.
도 3b는 나사산 선회부를 펼친 상태의 정면도이다.
도 3c는 나사산 선회부를 펼쳐 투영하여 얻어진 성형 프로파일 윤곽을 도시한다.
도 4는 성형 영역의 단부를 보여주는 펼쳐진 나사산 선회부의 사시도이다.
도 5a는 지지 영역에서 펼쳐진 나사산 선회부의 사시도이다.
도 5b는 펼쳐진 나사산 선회부의 정면도이다.
도 5c는 돌출부를 통해 얻어진 지지 나사산 윤곽을 도시한 도면이다.
도 6은 도 3c의 성형 나사산 윤곽과 도 5c의 지지 나사산 윤곽을 중첩시켜 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 중첩부의 확대도이다.
도 8a는 성형 프로파일 표면을 도시한 도면이다.
도 8b는 지지 프로파일 표면을 도시한 도면이다.
도 9는 성형 프로파일 플랭크 각도를 도시한 도면이다.
도 10은 성형 프로파일 윤곽과 지지 프로파일 윤곽을 중첩시켜 도시한 도면이다.
도 11은 성형 프로파일 윤곽과 지지 프로파일 윤곽을 중첩시켜 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따라 탭 나선홈을 갖는 나사의 측면도이다.
도 13a는 도 12에 도시된 탭 구역의 확대도이다.
도 13b는 탭 구역을 통한 단면도이다;
도 13c는 탭 구역을 통한 다른 단면도이다;
도 13d는 탭 구역 외측 나사 생크를 통한 단면도이다;
도 14는 본 발명에 따른 나사 연결부의 단면도이다;
도 15a는 도 14에 도시된 성형 나사산 영역의 확대도이다;
도 15b는 도 14에 도시된 지지 나사산 영역의 확대도이다.
도 1은 나사 중심 축(M), 구동부(12) 및 나사산 형성된 생크(14)를 포함하는 본 발명에 따른 나사(10)의 측면도이다. 이하, 나사 중심 축(M)을 따른 방향은 축 방향이라고 지칭된다. 생크(14)에는 적어도 하나의 나사산(16)이 형성되고, 이 나사산은 생크를 따라 일정한 피치의 나선부로 연장되어, 변하는 프로파일 윤곽(20)을 갖는 주 나사산(18)을 형성한다. 길이를 따라, 주 나사산(18)은 평균 나사산 반경(RM)을 갖는다. 평균 나사산 반경(RM)은 주 나사산(18)에 걸친 평균 나사산 반경이며, 일반적으로 성형 영역 반경과 지지 영역 반경 사이에 있다. 따라서 평균 나사산 반경(RM)은 공칭 반경에 가깝다.
프로파일 윤곽(20)은 나사 중심 축(M)이 놓인 나선부의 단면 평면(H)에서 나사산 선회부를 통한 단면에 의해 형성된다.
나사산 반경(R)은 나사 중심 축(M)으로부터 나사산 선회부(16)의 프로파일 윤곽(20)까지의 최대 직교 거리로 정의된다. 이것은 도 3a를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
주 나사산(18)은 지지 영역(T) 및 성형 영역(F)을 가지며, 그 결과 성형 영역에 성형 영역 반경(RF)을 갖는 성형 프로파일 윤곽(24)을 형성하고, 지지 영역(T)에 지지 영역 반경(RT)을 갖는 지지 프로파일 윤곽(22)을 형성한다.
성형 프로파일 윤곽(24)은 생크의 자유 단부(25)로부터 시작하여 평균 나사산 반경 길이의 3배(RM의 3배)인 축 방향으로 연장되는 영역에 걸쳐 나선부를 따라 나사산 선회부(16)를 나선부(H)의 단면 평면으로 투영함으로써 정의된다. 이것은 도 3c를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
따라서 이러한 투영은 선형으로 펼쳐진 나사산 선회부를 나사 중심 축(M)이 놓인 나선부의 단면 평면(H)으로 투영하는 것에 대응한다.
도 2는 나사(10)와 나사 중심 축(M)의 측면도이다. 나사산 선회부(16)의 시작부로부터 RM의 3배의 축 방향 길이에 걸친 나사(10)의 축 방향 영역의 나사산 선회부는 길이(L1)에 걸쳐 펼쳐진 상태에 있다. 또한, 이 도면은 나사 중심 축(M)이 놓인 단면 평면(H)을 도시한다.
나사산 선회부(16)가 펼쳐진 상태의 사시도가 도 3a에 도시되어 있다. 펼쳐진 상태의 도면은 길이(L1)의 나사산 선회부(16)를 개략적으로 도시하고, 여기서 L1은 RM의 3배의 축 방향 범위에 대해 펼쳐진 상태의 나사산 선회부(16)의 길이에 대응한다. 반경(R)은 나사산 선회부(16)의 여러 지점에서 파선으로 표시된다. 이러한 방식으로, 평균 나사산 반경은 주 나사산(18)의 전체 길이에 걸쳐 결정된다.
도 3b는 나선부의 단면 평면에 대응하는 펼쳐진 상태의 정면도이다. 따라서, 단면 평면으로 투영하면, 물품에 암 나사산을 생성할 수 있는 유효 성형 프로파일 윤곽(24)을 나타내는 최대 범위를 갖는 도 3c에 도시된 성형 프로파일 윤곽(24)을 형성할 수 있다.
성형 영역(F)은 성형 영역 단부(FE)에서 종료되는 데, 즉, L1의 단부, 즉 축 방향으로 RM의 3배 길이에 대한 나사산 선회부의 대응하는 길이까지 구역에서 후속 프로파일 윤곽이 다시 성형 프로파일 윤곽(24) 내에 있기 전에, 반경 방향 외측으로 평균 나사산 반경의 85% 범위에 구동부에 가장 가까운 성형 프로파일 윤곽(24)의 최대 범위가 여전히 있는 주 나사산(18)의 위치에서 종료된다. 성형 영역 단부(FE)의 위치는 도 4에 도시되어 있다. 지점(FE)에서, 나사산의 시작부로부터 시작하여 성형 프로파일 윤곽(24)은 프로파일 윤곽이 전이 영역 후 지지 프로파일 윤곽(22)으로 병합되기 전에 마지막으로 존재하며, 이 지지 프로파일 윤곽(22)은 본 예에서 주 나사산(18)의 나머지 나사 길이에 걸쳐 유지된다.
지지 프로파일 윤곽(22)은, 성형 영역 단부(FE)로부터 평균 나사산 반경(RM)의 2/3의 축 방향 거리에서 시작하고 성형 영역 단부(FE)로부터 평균 나사산 반경(RM)의 5/3의 축 방향 거리에서 종료되는 축 방향으로 연장되는 영역에 걸쳐 나선부를 따라 나선부의 단면 평면(H)으로 나사산 선회부(16)의 일부를 투영시킴으로써 형성된다. 이 구역은 지지 영역(T)의 적어도 일부 영역을 형성한다. 도 4는 축 방향으로 지정된 치수를 유지하는 나사산(18)이 펼쳐진 상태의 구역을 나타내는 도면이다. 따라서 L2는 RM의 2/3배의 축 방향 영역을 펼침으로써 얻어진 나사산 선회부(16)의 길이이다. L3은 RM의 5/3배의 축 방향 영역을 펼침으로써 얻어진 나사산 선회부(16)의 길이이다.
지지 프로파일 윤곽(22)을 결정하기 위한 영역이 RM의 2/3배에서 시작하면 성형 영역(F)으로부터 지지 영역(T)으로 전이 영역이 가능한 한 짧아질 수 있다. 그 결과, 펼쳐진 상태의 전이 영역은 L2보다 더 짧고, 축 방향으로 RM의 2/3배 이하이다. 지지 영역(T)은 펼쳐진 상태에서 적어도 L3 내지 L2의 길이를 가져서, 나사의 필수 고정 기능을 보장한다. 지지 영역을 적어도 부분적으로 형성하는 나사산(16) 부분의 펼쳐진 상태가 도 5a에 도시되어 있다. 도 5b는 펼쳐진 상태의 정면도이고, 도 5c는 지지 프로파일 윤곽(22)을 정의하는 나선부의 단면 평면(H)으로 펼쳐진 상태를 대응하여 투영한 것이다. 본 경우 지지 영역의 프로파일 윤곽이 지지 프로파일 윤곽(22)에 대응하기 때문에 정면도와 투영도는 본 경우에 동일하다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 지지 프로파일 윤곽(22)과 성형 프로파일 윤곽(24)은, 지지 프로파일 윤곽(22)과 성형 프로파일 윤곽(24)이 중첩된 경우에, 적어도 성형 영역 반경(RF)의 85%로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 구역(E)에서, 지지 프로파일 윤곽(22)이 완전히 성형 프로파일 윤곽(24) 내에 있는 방식으로 서로 매칭된다. 구역(E)의 확대도는 도 7에서 볼 수 있다. 성형 프로파일 윤곽(24)의 플랭크과 지지 프로파일 윤곽(22)의 플랭크 사이의 거리(A1)는 재료의 탄성에 따라 선택될 수 있지만, 공칭 직경이 5mm인 나사의 경우 이 거리는 바람직하게는 0.03mm 내지 0.05mm이고, 특히 0.04mm이다. 이 거리는 바람직하게는 적어도 구역(E)에서 전체 플랭크에 걸쳐 일정하게 유지된다.
도 8a는 성형 프로파일 윤곽(24)의 구역(E)의 확대도이고, 이 성형 프로파일 윤곽은 성형 프로파일 윤곽의 최대 직교 거리로부터 시작하여 나사의 중심 축까지 성형 영역 반경의 10%의 범위에서 측정된 반경 방향 내측으로 형성된 성형 프로파일 표면(26)을 구분한다. 도 8b는 지지 프로파일 윤곽(22)의 구역(E)의 확대도이고, 이 지지 프로파일 윤곽(22)은 나사의 중심 축으로부터 지지 프로파일 윤곽의 RT에 대응하는 최대 직교 거리로부터 시작하여 성형 영역 반경(RF)의 10%의 범위에서 반경 방향 내측으로 측정된 지지 프로파일 표면(28)을 형성한다.
본 발명에 따르면, 성형 프로파일 표면(26)은 지지 프로파일 표면(28)보다 더 크고, 이는 나사가 삽입되는 재료에 과도한 응력 없이 훨씬 예각의 플랭크 각도가 구현할 수 있어서, 낮은 삽입 토크에서 높은 인발력을 달성할 수 있는 장점이 있다.
성형 프로파일 윤곽(24)의 플랭크 각도(α)는 도 9의 도면에 도시된 바와 같이 결정된다. 이 각도는 180°에서 성형 프로파일 반경(RF)의 85% 및 성형 프로파일 반경(RF)의 95%에서 나사 축과 평행한 단면선으로 구성된 사다리꼴 베이스에서 형성된 사다리꼴의 베이스 각도(beta1, beta2)의 합을 뺀 것에 대응한다. 베이스 각도는 더 긴 사다리꼴 베이스에서, 즉 85%의 단면선에서의 각도이다.
플랭크 각도는 35° 미만이고, 특히 20° 내지 30°이다.
플랭크 각도를 결정하기 위한 것과 동일한 규칙이 지지 프로파일 윤곽(22)에도 적용되며, 여기서 단면선은 지지 프로파일 반경(RT)의 85% 및 95%에서 설정된다.
도 10은 성형 반경의 95%에서 성형 프로파일 윤곽의 폭(BF)과, 지지 프로파일 윤곽(BT)의 폭을 비교한 도면이다. 이 경우, 성형 프로파일 윤곽(24)의 폭(BF)은 지지 프로파일 윤곽(22)의 폭(BT)보다 더 크다. 도 10에 도시된 예에서, 지지 프로파일 윤곽(22)의 폭(BT)은 성형 프로파일 윤곽(24)의 폭(BF)보다 약 10% 더 작다. 본 예에서, 성형 프로파일 윤곽(24)과 지지 프로파일 윤곽(22)은 대칭이다. 대칭 축은 폭(BT 및/또는 BF)의 절반에서 프로파일 윤곽(22, 24)과 각각 교차하는 나사 중심 축(M)에 직교한다.
도 11은 지지 영역(T)의 나사산의 다른 실시예를 도시하고, 이 경우 나사산 플랭크으로부터 나사산 뿌리로의 전이는 전술한 도면의 도면에서보다 더 편평하다. 그 결과, 성형 영역 반경의 반경 방향으로 85% 반경 내 구역에서, 지지 프로파일 윤곽(22)은 적어도 부분적으로 성형 영역 윤곽(24) 외측에 있다.
도 12는 본 발명에 따른 나사의 또 다른 실시예를 도시하며, 여기서 생크는 나사 생크의 자유 단부에 탭 나선홈(30)을 추가로 갖는다. 탭 나선홈은, 성형 영역(RF)의 반경의 최대 90%에 도달하고 탭 구역(AB)을 형성하는 반경의 적어도 2개의 탭핑 나사산 선회부(32, 34)를 포함하며, 탭 구역에서 탭핑 나사산 선회부(32, 34)는 연관된 나선부에 걸쳐 동일한 반경 코스를 갖고, 또한 주 나사산의 나사산 반경은 나사의 자유 단부(25)로부터 동일한 축 방향 거리에서 탭핑 나사산 선회부의 나사산 반경보다 더 작거나 동일하다.
이 실시예에서, 탭 구역에서 주 나사산(18)의 나사산 선회부(16)는 나사의 자유 단부로부터 동일한 축 방향 거리에서 탭 나선홈(30)과 동일한 나사산 반경(R)을 갖는다. 탭핑 나사산 선회부(32, 34)는 코어의 나사 생크의 자유 단부(25)에서 바로 시작된다. 이렇게 하면 나사가 탭핑을 위해 처음 놓인 순간부터 이상적으로 안내되는 것이 보장된다. 이 실시예에서, 탭 나선홈(30)은 대략 1 선회부에 걸쳐 연장되고, 탭 구역은 선회부의 대략 1/3 지점에서 종료된다.
이 실시예에서, 나사 생크의 자유 단부의 직경은 성형 영역(RF)의 반경의 2배의 적어도 65%에 대응한다.
탭 구역은 이제 도 13a 내지 도 13d를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 13a는 3개의 단면선을 갖는 나사 생크의 자유 단부(25)의 확대된 측면도이다. 제1 단면선(P-P)은 탭 구역(AB)의 중심에 위치된다. 단면선(Q-Q)은 탭 구역(AB)의 단부에 위치되고, 단면선(S-S)은 탭 구역 위에 위치된다. 도 13b는 단면선(P-P)을 따라 취한 단면도이다. 도 13b에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 탭 구역의 나사산, 즉 2개의 탭핑 나사산 선회부(32, 34)와 나사산 선회부(16)는 모두 동일한 나사산 반경을 갖는다. 이는 나사산(16, 32, 34)이 나사 축의 자유 단부로부터 동일한 축 방향 거리에서 여전히 동일한 나사산 반경(R)을 갖는 도 13c에 도시된 바와 같이 탭 구역의 단부에 대해서도 동일하게 적용된다.
마지막으로 도 13d는 단면선(S-S)을 따라 취한 단면을 도시하며, 2개의 탭핑 나사산 선회부(32, 34)의 나사산 반경과 탭 구역(AB) 외측의 주 나사산의 나사산 선회부(16)의 나사산 반경을 명확히 도시한다. 이 구역에서, 탭핑 나사산 선회부(32, 34)의 나사산 반경(R)은 이 단면선에서 주 나사산(18)의 나사산 선회부(16)의 나사산 반경보다 상당히 더 작다. 이 실시예에서, 탭 나선홈은 탭 구역 이후 완만히 종료되는 반면, 주 나사산 선회부는 성형 프로파일 윤곽에 도달할 때까지 계속 증가한다.
도 14는 나사 연결부(40)를 제조하는 것을 예시하는 단면도이다.
나사 연결부(40)는 나사(42), 및 파일럿 구멍(44)이 만들어진 플라스틱 물품(46)을 포함한다. 나사(42)의 전방 성형 영역(F)은 플라스틱 물품(46)에 나사산 선회부를 미리 형성하는데 사용되며, 이 나사산 선회부는 나사산 선회부의 후속 지지 영역(T)에 의해 맞물린다. 도 15a는 성형 영역(F)에서 나사산이 맞물린 것을 예시하는 부분 1의 확대도이고, 주 나사산의 지지 영역에서 나사산이 맞물린 것을 예시하는 부분 2의 확대도이다.
성형 프로파일 윤곽(50)은 도 15a에 도시되어 있다. 나사의 지지 영역에서 지지 프로파일 윤곽(58)을 갖는 후속 나사산은 도 15b의 확대 상세도에 도시되어 있다. 도 15b의 상세도는 윤곽선(56)을 갖는 스프링백 상태의 암 나사산에 나사산 선회부가 있는 것을 도시한다. 암 나사산의 스프링백에도 불구하고, 지지 프로파일 윤곽(58)의 나사산 플랭크들은 여전히 스프링백 상태의 암 나사산으로부터 거리(A2)만큼 떨어져 있다. 이를 통해 지지 프로파일 윤곽의 나사산이 거의 마찰 없이 암 나사산에 체결될 수 있다. 나사(42)를 최종적으로 조으면 지지 영역의 나사산이 암 나사산의 플랭크을 눌러서, 회전 방향으로 마찰 연결을 생성한다. 지지 프로파일 윤곽(58)의 선단 구역의 표면을 성형 프로파일 윤곽(50)의 표면보다 더 작게 함으로써, 플라스틱 재료에 대한 재료 손상을 방지함과 동시에 스프링백 암 나사산과 지지 영역의 나사산 사이의 나사산 플랭크에 충분한 간격을 여전히 보장하기 때문에 낮은 삽입 토크와 높은 인발 강도를 모두 보장할 수 있다.

Claims (27)

  1. 나사 중심 축(M)을 갖는 나사(10)로서, 상기 나사는 구동부(12), 및 나사산 선회부(16)를 갖는 나사산 형성된 생크(14)를 포함하고, 상기 나사산 선회부는 적어도 부분적으로 일정한 피치의 나선부로 상기 생크를 따라 연장되고, 길이에 걸쳐 평균 나사산 반경(RM)을 갖는 주 나사산(18)을 형성하고, 상기 나사산 반경(R)은 상기 나사 축(M)으로부터 상기 나사산 선회부의 프로파일 윤곽(20)까지의 최대 직교 거리이며, 상기 주 나사산(18)은 지지 영역(T)과 성형 영역(F)을 가지며, 성형 영역 반경(RF)의 성형 프로파일 윤곽(24)은 상기 성형 영역(F)에서 얻어지고, 지지 영역 반경(RT)의 지지 프로파일 윤곽(22)은 상기 지지 영역(T)에서 얻어지고, 상기 성형 프로파일 윤곽(24)은 상기 생크의 자유 단부(25)로부터 시작하여 상기 평균 나사산 반경(RM)의 3배의 길이의 축 방향으로 연장되는 구역에 걸쳐 상기 나선부를 따라 상기 나사산 선회부를 상기 나선부의 단면 평면(H) 상에 투영함으로써 형성되고, 상기 성형 영역(F)은 후속 프로파일 윤곽(20)이 다시 상기 성형 프로파일 윤곽(24) 내에 위치되기 전에 상기 구동부에 가장 가까운 상기 성형 프로파일 윤곽(24)이 상기 평균 나사산 반경의 85%의 범위에서 반경 방향 외측으로 연장되는 상기 나선부의 지점에서 종료되고, 상기 지지 프로파일 윤곽(22)은, 상기 성형 영역 단부(FE)로부터 상기 평균 나사산 반경(RM)의 2/3배의 거리에서 시작하고 상기 평균 나사산 반경(RM)의 5/3배에서 종료하는 구역에서 상기 나선부를 따라 상기 나선부의 단면 평면(H) 상에 상기 나사산 선회부를 투영함으로써 형성되고, 상기 지지 프로파일 윤곽(22)과 상기 성형 프로파일 윤곽(24)이 중첩하는 경우, 적어도 상기 성형 영역 반경(RF)의 85%로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 구역에서, 상기 지지 프로파일 윤곽은 상기 성형 프로파일 윤곽(24) 내에 완전히 놓이고,
    상기 나사 중심 축으로부터 반경 방향 내측으로 상기 성형 프로파일 윤곽(24)의 최대 직교 거리로부터 시작하여 상기 성형 영역 반경(RF)의 10%의 범위에서 측정된 상기 성형 프로파일 윤곽(24)에 의해 구분되는 성형 프로파일 표면(26)은 상기 나사 중심 축으로부터 반경 방향 내측으로 상기 지지 프로파일 윤곽(22)의 최대 직교 거리로부터 시작하여 상기 성형 영역 반경(RF)의 10% 범위에서 측정된 상기 지지 프로파일 윤곽(22)에 의해 구분되는 지지 프로파일 표면(28)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 나사.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형 프로파일 윤곽(24)과 상기 지지 프로파일 윤곽(22)은 35° 미만의 플랭크 각도(α)를 갖는 것을 특징으로 하는 나사.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지 영역 반경(RT)은 상기 성형 영역 반경(RF)보다 1% 내지 3%만큼 더 작은 것을 특징으로 하는 나사.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 프로파일 윤곽(22)은 상기 성형 영역 반경(RF)의 95%에서의 상기 성형 프로파일 윤곽(24)의 폭(BF)보다 더 작은 상기 지지 영역 반경(RT)의 95%에서의 폭(BT)을 갖는 것을 특징으로 하는 나사.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지 프로파일 윤곽(22)의 폭(BT)은 상기 성형 프로파일 윤곽(24)의 폭(BF)보다 적어도 10%, 특히 적어도 20% 더 작은 것을 특징으로 하는 나사.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 프로파일 윤곽(24) 및/또는 상기 지지 프로파일 윤곽(22)은 대칭인 것을 특징으로 하는 나사.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 프로파일 윤곽(24)은 상기 피치의 2배 미만의 길이에 걸쳐 더 증가하지 않는 것을 특징으로 하는 나사.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평균 나사산 반경(RM)의 2배에 대한 코어 직경의 비율은 0.6 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 나사.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 영역 반경(RF)의 85% 내에서 반경 방향으로 연장되는 구역에서, 상기 지지 프로파일 윤곽(22)은 적어도 부분적으로 상기 성형 프로파일 윤곽(24)의 외측에 있는 것을 특징으로 하는 나사.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 영역의 코어 직경은 상기 지지 영역(T)의 코어 직경보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 나사.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생크는 상기 나사 생크의 자유 단부(25)의 구역에 탭 나선홈(30)을 가지며, 상기 탭 나선홈(30)은 상기 성형 구역의 반경(RF)의 최대 90%에 도달하는 반경을 갖는 적어도 2개의 탭핑 나사산 선회부(32, 34)를 포함하고, 상기 탭핑 나사산 선회부는 상기 탭핑 나사산 선회부(32, 34)가 동일한 반경 코스를 갖는 탭 구역(AB)을 형성하고, 또한 상기 탭 구역(AB)에서 상기 주 나사산(18)의 나사산 반경은 상기 탭핑 나사산 선회부(32, 34)의 나사산 반경보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 나사.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탭 구역(AB)에서 상기 주 나사산(18)은 상기 탭 나선홈(32, 34)과 동일한 나사산 반경(R)을 갖는 것을 특징으로 하는 나사.
  13. 제11항에 있어서,
    적어도 3개의 탭핑 나사산 선회부(32, 34)가 제공되고, 상기 탭 구역(AB)에서 상기 주 나사산(18)의 나사산 반경(R)은 상기 탭 나선홈의 나사산 반경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 나사.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭핑 나사산 선회부(32, 34)는 코어에서 시작하고, 그 나사산 반경(R)은 상기 지지 영역(T)의 방향으로 계속 증가하는 것을 특징으로 하는 나사.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 나사산 반경(R)의 나사산 선회부(16, 32, 34)는 상기 탭 구역(AB)에서 원주 방향으로 균등하게 분포되는 것을 특징으로 하는 나사.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사의 자유 단부의 코어 직경은 상기 성형 영역 반경의 2배의 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%인 것을 특징으로 하는 나사.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 구역(AB)에서 상기 나사산 선회부(16, 32, 34)는 모두 동일한 단면 평면에서 시작부를 갖는 것을 특징으로 하는 나사.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 구역(AB)에서 상기 나사산 선회부(16, 32, 34)는 모두 동일한 프로파일 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 나사.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 나선홈(30)은 상기 자유 생크 단부(25)에 바로 인접하는 것을 특징으로 하는 나사.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 나선홈(30)은 상기 자유 생크 단부(25)로부터 거리를 두고 시작하는 것을 특징으로 하는 나사.
  21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 나선홈(30)과 상기 주 나사산(18)은 롤링된 나사산인 것을 특징으로 하는 나사.
  22. 제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 구역(30)에서 상기 나사산은 상기 탭 구역(AB) 외측의 상기 주 나사산(18)보다 더 둔한 플랭크 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 나사.
  23. 제11항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 나선홈(30)은 급격히 종료되 것을 특징으로 하는 나사.
  24. 제11항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 나선홈(30)은 2개의 선회부의 최대값에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 나사.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 나사(10, 42)를 포함하는 나사 연결부를 제조하는 방법으로서, 상기 나사(42)가 플라스틱 재료의 물품(46)에 만들어진 파일럿 구멍(44)에 체결되어, 상기 성형 영역(F)의 상기 성형 프로파일 윤곽(50)을 통해 상기 플라스틱에 카운터 나사산을 형성하고, 이후 상기 지지 영역의 카운터 나사산에 스프링백 작용이 발생하여, 나사 삽입 과정 동안 상기 지지 영역(T)의 나사산과 접촉하는 것을 방지하고, 상기 지지 영역(T)의 나사산은 상기 나사가 상기 물품에서 최종적으로 조여질 때에 상기 카운터 나사산에 대해 단지 눌려지는 것을 보장하는 것을 특징으로 하는 나사 연결부를 제조하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 파일럿 구멍의 반경은 상기 성형 영역의 반경의 80%인 것을 특징으로 하는 나사 연결부를 제조하는 방법.
  27. 나사(42) 및 플라스틱 재료의 물품(46)을 포함하는 나사 연결부(40)로서, 상기 나사 연결부는 제25항 및/또는 제26항의 방법을 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 나사 연결부.
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