KR20210099086A

KR20210099086A - 국부적으로 나사산 높이가 제어되는 단축 파스너

Info

Publication number: KR20210099086A
Application number: KR1020217020680A
Authority: KR
Inventors: 마이클 에이. 가버
Original assignee: 매쓰레드, 인크.
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-08-11
Also published as: CA3120781C; CN113272564B; US10927877B2; US20200224706A1; AU2019421069A1; BR112021013587A2; EP3908760A1; JP2023179717A; WO2020146089A1; US11815121B2; US20210140463A1; CN113272564A; JP2022516795A; MX2021008390A; JP2022173429A; CA3120781A1; US20240077100A1

Abstract

리드 단부, 토크 단부, 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하는 수-교차 스레딩 방지 파스너로서, 상기 복수의 수 나사산들은, 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 표준 나사산 윤곽선을 가지며, 폭 및 나사산 각도가 대응하는 암 나사들과의 결합을 가능하게 하며, 바깥 지름이 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있는 표준 나사산; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고, 대응하는 암 나사산들과의 결합을 가능하게 하는 상기 표준 나사산의 상기 폭 및 나사산 각도와 유사한 폭 및 나사산 각도를 갖는 전이 나사산 윤곽선을 갖는 전이 나사산; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 교차 방지 나사산 윤곽선 및, 수-교차 스레딩 방지 파스너와 암 파스너의 정렬을 촉진하도록 구성된 외경을 갖는 교차 방지 나사산; 및 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 리드 나사산 윤곽선을 갖는 리드 나사산을 포함하고, 상기 전이 나사산 윤곽선은 상기 표준 나사산의 상기 바깥 지름 하한으로부터 상기 교차 방지 나사산의 외경으로 전이되는 높이를 갖는다.

Description

국부적으로 나사산 높이가 제어되는 단축 파스너

본 개시는 일반적으로 나사 및 볼트와 같은 나사산이 있는 파스너 분야에 관한 것으로, 특히 나사산 나선(thread helix)의 선단부에 있는 전이 나사산(transition thread)에 관한 것이다.

미국 특허 제5,836,731호는 전체가 본 개시에 통합된 교차 스레딩 방지 파스너(anti-cross thread fastener)를 개시한다. 도 1은 공지의 교차 스레딩 방지 파스너의 측면도를 보여주며, 여기서 나사산 나선은 상기 나선이 나선의 전체 길이에 대한 표준 나사산 윤곽선(contours)이 아닌 4개의 순차적 윤곽선을 포함한다는 점에서 대부분의 파스너 나사산들과 다르다. 이들 4개의 나사산 윤곽선은 다음을 포함한다(파스너 헤드에서 선단부까지 순서적으로 나열됨): (i) 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(standard, ISO-type thread contour;10)은 다수의 나선 회전(helix turns) - 이러한 회전의 수는 원하는 기능적 나사산 길이를 얻기 위해 필요한 것으로서 결정됨 - 동안 파스너의 섕크(shank) 주위를 감싼다; (ii) 전이 나사산 윤곽선(transition thread contour;20)은 표준 나사산 윤곽선에 인접해 있다; (iii) 교차 방지 나사산 윤곽선(anti-cross thread contour;30)은 미국 특허 제5,836,731호에 기술된 바와 같이 반경 방향 프로파일(radial profile)을 가지며, 나선의 대략 1 회전(complete turn)의 길이를 갖는다; 및 (iv) 리드 나사산 윤곽선(lead thread contour;40)은 나선의 1/8 회전으로부터 몇 차례의 회전까지의 길이를 갖고 나사산 나선(thread helix)과 암 나사산의 결합을 유도하는 기능을 한다. 전체가 본 개시에 통합된 미국 특허 제9,644,664호는 파스너에 개선된 비정상 나사산 방지(anti-false-thread) 성능을 제공하는 리드 나사산의 윤곽선(40)을 설명한다. 전체가 본 개시에 통합된 미국 특허 제6,561,741호는 파스너를 정렬하기 위해 성능 개선된 리드(lead)를 제공하는 리드 나사산의 윤곽선(40)을 설명한다. 또한, 리드 나사산 윤곽선(40)은 다른 덜 이상적인 형상들을 가질 수 있다. 교차 스레딩 방지 파스너(anti-cross thread fastener) 및 비정상 나사산 방지 파스너(anti-false-thread fastener)는 MAThread

및 MATpoint

라는 상품명으로 일반적으로 판매된다.

전이 나사산 윤곽선(20)은 다음 두 가지 주요 기능들: (i) 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)과 교차 방지 나사산 윤곽선(30) 사이에 부드럽게 블렌딩(blended)된 전이(transition)를 형성하기 위한 기능; 및 (ii) 나사결합(threading) 중에 암 나사산을 방해하지 않게 하거나 암 나사산과의 과도한 접촉을 발생시키지 않게 하기 위한 기능을 갖는다. 이들 두 기능은 모두 비 구조적(non-structural)인 것이며 전체 높이의 표준 나사산(full height, standard thread)을 요구하지 않는다.

첫 번째 기능을 수행하기 위해, 전이 나사산 윤곽선(20)은 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)과 부드럽게 블렌딩(blends)되는 일단과, 교차 방지 나사산 윤곽선(30)의 반경 방향 프로파일(radial profile)과 부드럽게 블렌딩되는 타단을 가진다. 교차 방지 나사산 윤곽선(30)의 높이는 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)의 높이의 대략 절반이다. 전이 나사산 윤곽선(20)은 이러한 나사산 높이들(thread heights) 사이에 부드러운 전이(transition)를 제공하여야 한다.

두 번째 기능을 수행하기 위해, 전이 나사산 윤곽선(20)은 전이 나사산 윤곽선의 길이에 걸쳐 높이가 감소한다. 도 2는 파스너 섕크(fastener shank;14)의 길이방향 중심 축을 따라 취한 파스너의 2개의 인접한 나사산의 횡단면도를 도시한다. 나사산들은 표준 부품을 갖는다. 예를 들면, 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)은 골들(troughs;11), 측면들(flanks;12), 및 산마루(crest;13)를 가지며, 여기서 측면(12)들의 나사산 각(thread angle)은 대략 60도이다. 측면(12)들은 평평하고 골(11)들로부터 산마루(13)까지 연장된다. 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)은 표준 나사산 바깥 지름(standard thread major diameter;16)을 갖는 가장 높은 나사산이다. 교차 방지 나사산 윤곽선(30)은 교차 방지 나사산 외경(anti-cross thread outside diameter;36)을 갖는 대략 절반 높이(half as tall)이며, 따라서 높이차(62)가 있다. 전이 나사산 윤곽선(20)은 암 파스너(female fastener)의 암 나사산들이 리드 나사산 윤곽선(lead thread contour;40) 및 교차 방지 나사산 윤곽선(30)과 맞물릴 때 상기 암 파스너의 암 나사산들을 방해하지 않고 전이(transition)하여야 한다.

도 3a 내지 3h는 전이 나사산 윤곽선이 파스너 섕크(14) 주위를 감쌀(wraps) 때의 전이 나사산 윤곽선(20)을 통해 취해진 일련의 순차적인 횡단면도들을 제공한다. 직선(straight line;61)은 나사산 나선(thread helix)이 섕크(shank;14) 주위를 감쌀 때의 높이의 일정한 감소를 보여주기 위해 이들 도면에서 전이 나사산 윤곽선(20)의 상단들(tops)을 가로질러 연장한다. 전이 나사산 윤곽선(20)은 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10; 도 3a 참조)과 교차 스레딩 방지 프로파일(anti-cross thread profile; 30, 도 3h 참조)의 블렌딩(blend) 또는 병합(merge)이다. 전이 나사산 윤곽선(20)의 기준 부분(standard portion;21)의 높이가 감소함에 따라, 점점 더 많은 교차 방지 부분(anti-cross portion;22)이 골(trough;11)들에 측면(flank;12)들을 형성하도록 돌출된다. 전이 나사산 윤곽선(20)은 먼저 약간 더 짧은 표준 나사산 프로파일(standard thread profile)로서 나타나며(도 3b 참조), 여기서 측면(12)들은 각도가 동일하고 산마루(crest;13)의 폭은 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(11)과 동일하다. 차이점은 프로파일(profile)이 아래로 이동(shifted down)되어 나사산이 더 짧고 골(11)들 사이의 폭이 더 좁다는 것이다. 도 3d에서는, 나사산의 기준 부분(21)이 훨씬 더 아래로 이동되어 전이 나사산 윤곽선(20)이 더욱 짧아진다. 또한, 기준 부분(21)이 아래로 이동함에 따라, 교차 방지 부분(22)이 골(11)들에 인접한 측면들(flanks)로부터 솟아오른다(bulges). 도 3e에서, 기준 부분(21)은 더 아래로 이동되어 전이 나사산 윤곽선(20)이 더욱 짧아지고 교차 방지 부분(22)은 골(11)들에 인접한 훨씬 더 많은 측면(12)들을 형성한다. 도 3f에서, 교차 방지 부분(22)은 전이 나사산 윤곽선(20)의 상단(top)에 팁(tip)을 형성하는 기준 부분(21)을 솟아오른다(dominates). 도 3f에서, 전이 나사산 윤곽선(20)은 교차 방지 부분(22)의 상단에 돌출하는 기준 부분(21)의 팁(tip)이 훨씬 더 짧고 더 좁다는 점을 제외하면 도 3g에 도시된 것과 유사하다. 중요하게도, 도 3b 내지 3g에 도시된 바와 같이, 기준 부분(21)의 상단에 있는 산마루(crest;13)는 동일한 폭을 유지하고, 기준 부분(21)의 측면(12)들은 동일한 측면 각도(flank angles)를 유지한다.

도 4a 내지 4h는 전이 나사산 윤곽선이 파스너 섕크(14) 주위를 감쌀 때의 또 하나의 공지의 전이 나사산 윤곽선(20)을 통해 취해진 일련의 순차적인 횡단면도들을 제공한다. 기준 부분(21)을 아래로 이동시키는 대신, 이 전이 나사산 윤곽선(20)은 기준 부분(21)의 측면(12)들의 측면 각도(flank angles)를 넓힌다. 전이 나사산 윤곽선(20)은 먼저 약간 더 짧은 표준 나사산 프로파일(도 4b 참조)로서 나타나며, 여기서 산마루(13)의 폭은 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(11)과 동일하지만, 측면(12)들은 골(11)들까지 쭉(all the way) 연장되도록 약간 더 넓은 각도를 이룬다. 도 4c 내지 4e에서, 전이 나사산 윤곽선(20)은 산마루(13)의 폭을 동일하게 유지하고 골(11)까지 연장하도록 측면(12)들의 각도를 더 넓게 함으로써 짧아진다. 도 4f에서는, 교차 방지 부분(22)이 솟아올라(bulges) 골(11)들에 측면(12)들이 형성되고 기준 부분(21)의 측면(12)들이 확장되어 교차 방지 부분(22)의 윤곽선에 블렌딩되도록 전이 나사산 윤곽선(20)의 높이가 계속 짧아진다. 도 4g에서, 교차 방지 부분(22)은 상단(top)에 산마루(13)를 갖는 작은 돌출부(hump) 및 교차 방지 부분(22)의 윤곽선에 블렌딩되는 매우 넓은 측면(12)들 만에 의해 솟아오른다.

이 전이(transition)를 달성하기 위한 것으로 알려진 전이 나사산 윤곽선(20)은 도 3b 내지 3g에 도시된 중첩(superimposed)된 윤곽선들과 도 4b 내지 4g에 도시된 보다 부드럽게 블렌딩된 윤곽선들 사이에서 변화했다. 이러한 윤곽선들 사이에서 어떤 형상도 전이 기능을 달성하는데 적합하다.

전이 나사산 윤곽선의 두 번째 기능, 즉 사용 중 암 나사산을 방해하지 않는 기능은 전이 나사산 윤곽선이 수-교차 스레딩 방지 파스너(male anti-cross thread fastener)의 캐밍 동작(camming action)시 암 파스너의 내부 암 나사산에 대해 방해(interfere) 및/또는 걸림(jam)을 발생시킬 만큼 길이를 따라 어느 곳에서나 결코 그렇게 높지 않은 나사산 높이에 의해 충족될 수 있다. 전이 나사산 윤곽선이 전체 나사산 높이로부터 교차 방지 나사산까지 나선(helix) 주위로 진행함에 따라 본질적으로 선형 비율(linear rate)로 높이가 감소하는 것은 만족스러웠다. 예를 들어, M8×1.256 미터그램(g metric) 전이 나사산에는 나선 회전의 각도(degree of helix rotation)당 약 0.0015mm의 일정한 높이 감소율(height reduction rate)이 사용되었다. 도 3a 내지 3h 및 도 4a 내지 4h에서, 직선(61)은 나사산 나선이 섕크(14) 주위를 감쌀 때의 높이의 일정한 감소를 보여주기 위해 전이 나사산 윤곽선(20)의 상단들을 가로질러 연장된다. 1/4 회전(90도)으로부터 1과 1/4 회전(450도)까지의 길이를 갖는 전이 나사산 윤곽선(20)이 사용되었다.

따라서, 개선된 교차 스레딩 방지 파스너가 필요하다.

본 발명의 양태들에 따르면, 리드 단부(lead end), 토크 단부(torque end), 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하고, 상기 복수의 수 나사산들은 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 표준 나사산 윤곽선을 갖는 표준 나사산 - 상기 표준 나사산의 폭 및 나사산 각도는 대응하는 암 나사산들과의 결합을 가능하게 하고, 상기 표준 나사산의 바깥 지름은 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있음 - ; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고, 대응하는 암 나사산들과의 결합을 가능하게 하는 상기 표준 나사산의 상기 폭 및 나사산 각도와 유사한 폭 및 나사산 각도로 전이 나사산 윤곽선을 갖는 전이 나사산; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 교차 방지 나사산 윤곽선 및, 수-교차 스레딩 방지 파스너와 암 파스너의 정렬을 촉진하도록 구성된 외경을 갖는 교차 방지 나사산; 및 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 리드 나사산 윤곽선을 갖는 리드 나사산을 포함하는 수-교차 스레딩 방지 파스너가 제공되며, 여기서 상기 전이 나사산 윤곽선은 상기 표준 나사산의 상기 바깥 지름 하한으로부터 상기 교차 방지 나사산의 외경으로 전이되는 높이를 가진다.

본 발명의 또 하나의 양태는 리드 단부, 토크 단부, 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하고, 상기 복수의 수 나사산들은 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 골들, 평평한 산마루, 및 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 표준 나사산 윤곽선, 및 약 60도의 나사산 각도를 갖는 표준 나사산 - 상기 표준 나사산의 바깥 지름은 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있음 - ; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 표준 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 골들, 평평한 산마루, 및 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 전이 나사산 윤곽선, 및 약 60도의 나사산 각도를 포함하는 전이 나사산; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 전이 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 교차 방지 나사산 윤곽선 및, 상기 수-교차 스레딩 방지 파스너와 암 파스너의 정렬을 촉진하도록 구성된 외경을 갖는 교차 방지 나사산; 및 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 교차 방지 나사산으로 연속적인 나사선을 형성하고, 리드 나사산 윤곽선을 갖는 리드 나사산을 포함하는 수-교차 스레딩 방지 파스너를 제공하며, 여기서 상기 전이 나사산 윤곽선이 상기 표준 나사산 윤곽선으로부터 상기 교차 방지 나사산 윤곽선으로 전이함에 따라, 상기 전이 나사산 윤곽선의 산마루가 넓어지고 상기 전이 나사산 윤곽선의 높이가 짧아진다.

본 발명의 또 하나의 양태에 따르면, 리드 단부, 토크 단부, 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하고, 상기 복수의 수 나사산들은 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 최소 직경의 골들, 바깥 지름에 있는 평평한 산마루, 및 피치 지름의 폭 및 약 60도의 나사산 각도를 갖는, 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 표준 나사산 윤곽선을 갖는 표준 나사산 - 상기 표준 나사산의 바깥 지름은 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있음 - ; 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 표준 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 골들, 평평한 산마루, 및 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 전이 나사산 윤곽선, 및 약 60도의 나사산 각도 및 상기 표준 나사산 윤곽선의 바깥 지름 하한보다 높지 않은 높이를 포함하는 전이 나사산 - 상기 전이 나사산은 상기 섕크 주위에 약 5/8 회전(225도) 미만으로 감김 - ; 및 상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 전이 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 상기 표준 나사산의 상기 피치 지름과 대체로 동일한 외경을 포함하는 교차 방지 나사산 윤곽선 - 상기 교차 방지 나사산 윤곽선은 골의 곡선으로부터 대략 외경까지 연장되는 곡선에 의해 정의되는 형상을 포함함 - 을 갖는 교차 방지 나사산을 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너가 제공된다.

본 개시의 보다 완전한 이해는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음 설명을 참조함으로써 달성될 수 있다.
도 1은 종래 기술에서 공지된 수-교차 스레딩 방지 파스너의 측면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 수-교차 스레딩 방지 파스너의 표준 나사산 및 교차 방지 나사산의 측단면도를 도시한다.
도 3a 내지 3h는 전이 나사산 윤곽선이 표준 나사산으로부터 교차 방지 나사산까지 파스너 섕크 주위를 감쌀 때 전이 나사산 윤곽선을 통해 취해진 일련의 순차적인 횡단면도를 제공한다.
도 4a 내지 4h는 전이 나사산 윤곽선이 표준 나사산으로부터 교차 방지 나사산까지 파스너 섕크 주위를 감쌀 때 전이 나사산 윤곽선을 통해 취해진 일련의 순차적인 횡단면도를 제공한다.
도 5는 나사산 전조 다이(thread rolling die) 및 나사산 전조 다이에서 전조되는 교차 스레딩 방지 파스너의 측단면도를 도시한다.
도 6은 나사산 전조 다이에서 나사산 전조 그루브를 절삭하기 위한 커터 도구의 측단면도를 도시한다.
도 7a는 나사산 전조 다이의 그루브에서 전조되는 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선의 측단면도이다.
도 7b는 나사산 전조 다이의 그루브에서 전조되는 전이 나사산 윤곽선의 측단면도이다.
도 8a 및 8b는 긴 전이 나사산을 갖는 종래의 수-교차 스레딩 방지 파스너의 단부도 및 측면도를 각각 도시한다.
도 9는 본 발명의 전이 나사산 윤곽선의 측단면도를 도시한다.
도 10은 바깥 지름 상한의 바깥 지름을 가지는 표준 나사산을 형성하기 위해 다이의 3개의 인접한 그루브들에서 전조되는 파스너의 3개의 나사산의 측단면도를 도시한다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 수-교차 스레딩 방지 파스너의 단부 및 측면도를 도시한다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 수-교차 스레딩 방지 파스너의 단부 및 측면도를 도시한다.
도 13a 내지 13d는 도 13e에 표시된 부분들에서 취해진 전이 나사산의 측단면도들이다.
도 13e는 전이 나사산 윤곽선에서 절삭된 수 파스너의 단부도이다.

본 개시는 다양한 변형 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 도면에는 그것들의 특정의 예시적인 실시예들이 도시되었으며 여기에서 상세히 설명된다. 그러나, 여기서의 특정의 예시적인 실시예들에 대한 설명은 여기에 개시된 특정 형태로 본 개시를 제한하려는 것이 아니라, 반대로 본 개시가 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 모든 변형들 및 균등물을 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.

본 개시의 교시들에 따르면, 더 짧은 파스너들이 나사산 결합(thread engagement) 및 교차 스레딩 방지 기능(anti-cross thread functionality)을 유지하는 동안 가능하다.

본 발명의 양태들은 이전에 교차 스레딩 방지 파스너(anti-cross threading fastener) 상의 나사산 나선(thread helix)의 전이 나사산 윤곽선(transitional thread contour)의 "고정된(fixed)" 길이가 얼마이었는지를 다룬다. 본 발명의 양태들은 완전한 교차 스레딩 방지 기능을 유지하면서 교차 스레딩 방지 파스너 상의 나사산 나선의 전이 나사산 윤곽선의 길이를 줄이는 방법을 포함한다.

높이 전이(height transition)가 나사산 나선 주위의 계산된 이동 길이(length of travel)에서 이상적으로(ideally) 달성될 수 있기 때문에, 전이 나사산 윤곽선의 길이는 이전에 "고정된(fixed)" 것으로 간주되었다. 실제로, 현재의 생산 및 제조 방법을 사용해서는 그러한 이상적인 길이(ideal length)를 달성하는 것이 불가능하기 때문에 전이 나사산 윤곽선의 길이는 계산된 이상적인 길이보다 더 길다. 이 이상 현상(anomaly)은 현재 두 가지 상황으로 인해 발생한다: 1) 자체 제작 공차(build tolerances)를 가져야 하는 나사산 전조 다이(thread rolling die) 자체의 사용, 2) 나사 높이 공차(thread height tolerances)를 허용하여야 하는 공정의 사용.

이러한 한계들 때문에, 나사산 나선에 전이 나사산 윤곽선을 형성하는데 실제로 사용되는 나사산 전조 다이(thread rolling die)의 그루브(groove)는 파스너에 원하는 길이의 나선형 램프(helical ramp)를 형성하는데 필요한 것보다 더 길고 더 깊어야 한다. 다이의 이 여분의 그루브 길이는 다이에서의 여분의 "공간(space)"을 필요로 하며, 그 공간은 나사산 전조(thread-rolling) 중에 다이가 전조하는 전이 나사산 윤곽선의 필요한 높이 변경을 달성하는데 사용되지 않기 때문에 버려지는 공간이다. 따라서, 본질적으로 실제로 원하는 것보다 더 긴 다이에서의 선형 전이(linear transition)로 인해 파스너 나선상에 더 긴 나선형 전이(helical transition)가 형성된다.

교차 스레딩 방지 파스너 나사산 전조 다이(anti-cross thread fastener thread-rolling die)는 표준 나사산 밀링 커터(standard thread-milling cutter)를 사용하고 나사산 전조 다이의 표면을 가로질러 일련의 선형 그루브들(linear grooves)을 절삭(cutting)함으로써 형성될 수 있다. 각각의 개별 커터(cutter)가 지정된 지점에 도달하면, 커터가 다이 표면을 가로질러 직선 경로(straight path)로 계속 진행함에 따라 커터의 절삭 표면이 공작물(다이)로부터 일정한 속도로 인출(withdrawn)된다. 따라서, 다이 표면에 절삭된 그루브는 한정된 길이에 대해 일정한 깊이로 선형(linear)을 이룬 다음, 다이의 위쪽 및 바깥쪽으로 기울어진다(angles up and out). 따라서, 인출 커터(withdrawing cutter)에 의해 그루브의 바닥에 형성된 각도는 다이가 전조할 파스너 나사산 나선에 형성될 전이 나사산 윤곽선에 대해 원하는 성장률(growth rate)과 일치한다. 전이 나사산 윤곽선의 성장률은 도 3a 내지 3h 및 도 4a 내지 4h에 도시된 나사산 섹션들(thread sections)의 상단들(tops)을 가로질러 도시된 선 '61'로 표시된다. 다이 그루브의 바닥의 이상적인 선형 각도(linear angle)는 파스너 상에서 전조될 때 길이의 나선의 약 3/4 회전(270도)의 전이 나사산 윤곽선을 생성한다.

실제로, 전이 나사산 윤곽선을 형성하는 다이의 그루브들의 각이 진 부분(angled portion)은 나사산 전조 다이 자체의 공차와 나사산 높이 공차로 인해 전이 나사산 윤곽선의 계산된 이상적인 길이보다 더 길고 더 깊어야 한다. 다이의 더 길고 더 깊은 그루브들로 인해, 그루브들은 그들의 가장 깊은 지점에 나사산 피크를 형성할 때 금속으로 완전히 채워지지 않으며, 그루브들은 다이의 램프(ramp)의 전체 길이에 비해 표준 전체 나사산(standard full thread )보다 더 좁다. 이러한 인자들(factors)은 표준 나사산의 측면들과 동일한 폭 및 충만도(fullness)의 나사산 측면들을 갖지 않는 전이 나사산 윤곽선의 원인이 된다. 특히, 다이의 그루브 내의 램프(ramp)의 전체 길이에 있어서, 해당 다이 윤곽선에 의해 파스너 상에 전조되는 전이 나사산 윤곽선 나선(transitional thread contour helix)은 기술적으로 표준 암 나사산들(standard female threads)의 측면들과 맞물릴 수 없다. 원하는 높이 변경이 나선의 원하는 3/4 회전(270도)에서 달성될 수 있더라도, 전이 나사산 윤곽선은 전체 높이 나사산(full height thread)으로서의 그 길이를 넘어(beyond) 일정 거리 동안 계속되지만, 측면들은 전체 표준 나사산에 비해 더 좁다. 따라서, 전이 나사산의 주 목적은 표준 ISO-타입 나사산 높이로부터 아래로 교차 방지 나사산 높이까지의 전이를 달성하기 위한 것이므로, 전이 나사산 윤곽선은 그 길이의 일부가 높이의 변경을 달성하는데 필요하지가 않다.

이제 도면을 참조하면, 예시적인 실시예들의 세부 사항이 개략적으로 도시된다. 도면에서 동일한 요소들은 동일한 참조번호로 표시된다.

도 5는 나사산 전조 다이(60) 및 교차 스레딩 방지 파스너(50)의 측단면도를 도시한다. 단면은 나사산 전조 다이(60) 내의 나사산 전조 그루브(thread rolling groove;63)의 중심 아래에서 취해진다. 다이(60)와 다이가 전조하는 파스너 나사산 나선 사이의 일치(match)를 도시하기 위해, 교차 스레딩 방지 파스너(50)는 선형 다이 그루브와 정상적으로 만곡된(curved) 나사산 나선 피크(thread helix peak)가 모두, 해당 다이로 전조된 파스너에서 실제로 보이는 만곡된 나선이 아닌 선형 램프(linear ramp)로 나타나도록 교차 스레딩 방지 파스너의 "직선형태의(straightened)" 나사산 나선으로 도시된다. 나사산 전조 그루브(63)는 일정한 깊이 부분(depth section;64) 및 램프 부분(ramp section;65)을 갖는다. 나사산 전조 그루브(63)는 전이 지점(transition point;66)에서 일정한 깊이 부분(64)으로부터 램프 부분(65)으로 전이되고, 램프 부분(65)은 교차 스레딩 방지 프로파일 절삭부(anti-cross thread profile cut)와 교차하는 종료 지점(terminal point;도시되지 않음)에서 종료된다. 나사산 전조 그루브(63)의 일정한 깊이 부분(64)은 교차 스레딩 방지 파스너(50)에 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)을 형성한다. 나사산 전조 그루브(63)의 램프 부분(65)은 교차 스레딩 방지 파스너(50)에 전이 나사산 윤곽선(20)을 형성한다. 램프 부분(65)의 길이는 파스너 피크(fastener peak)가 표준 나사산 최대 높이(standard thread max height;16)를 달성한 지점을 훨씬 지나서(well beyond) 연장된다. 나사산 전조 그루브(63)의 이 쓸모없는(wasted) 길이(68)는 전조하는 동안 금속으로 채워지지 않아 "버려지고(wasted)" 갭(gap;69)을 남긴다. 따라서, 쓸모없는 길이(68)는 과도하게 채워진(over-full) 나사산들이 형성할 수 있는 공차 공간(tolerance space)을 제공하는 것 외에 다른 목적을 달성하지 못한다.

도 6은 다이(60)의 나사산 전조 그루브(63)를 절삭하기 위한 커터 도구(70)의 측단면도를 도시한다. 커터 도구(70)가 도 5에 도시된 바와 같이 다이(60)의 나사산 전조 그루브(63)에 일정한 깊이 부분(64)을 절삭하는데 사용되기 위해, 커터 도구는 더 짧은 지점(shorter point;72)을 가질 공칭 형상의 나사산(nominally shaped thread)을 절삭하도록 구성된 커터에 비해 더 긴 지점(longer point;71)을 가져야 한다. 또한, 커터 도구(70)가 램프 부분(65)을 절삭하기 위해 점진적으로 삽입될 때, 커터 도구(70)는 너무 얇아서 커터 도구가 일정한 깊이 부분(64)을 절삭할 때 커터 도구의 절삭이 다이의 최대 깊이에 도달할 때까지 전폭(full-width) 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)을 형성할 수 있을 정도로 넓은 다이(60)의 그루브(63)를 절삭할 수 없다. 그와 같이, 그루브(63)의 전체 램프 부분(65)은 전폭 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)을 형성하기에는 너무 좁은 커터(71)로 절삭된다.

도 7a는 다이(60)에 의해 전조되는 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)의 측단면도이다. 도 7b는 다이(60)에 의해 전조되는 전이 나사산 윤곽선(20)의 측단면도이다. 도시를 위해, 표준 나사산 프로파일(standard thread profile;17)은 도 7b에서 다이상에 중첩된다. 비교적, 다이(60)의 전이 구역(transition area)에 형성된 전이 나사산 윤곽선(20)의 기준 부분(21)은 측면들 전체에 걸쳐 표준 나사산 프로파일(17)보다 더 좁다. 사실상(in effect), 이는 피크 높이(peak height)까지 성장하도록 전이 나사산에 보유(reserved)된 다이 실제 공간(die real estate)의 길이가 실제로 표준 나사산 피크의 허용가능한 높이 범위 내에 있었던 피크 높이(16)를 갖는 전이 나사산의 개별 부분을 전조(rolling)함으로써 허비(wasted)되었지만, 그 공간이 너무 좁기 때문에 전체 나사산으로 기능하지 않음을 의미한다. 따라서, 다이(60)의 전이 섹션(transition section)에 의해 전조된 나사산 나선의 길이는 오직 종래 기술의 제조 수단으로 인해 전이 나사산 윤곽선의 실제 램프와 나사산이 전체 높이와 너비를 달성하는 지점 사이에 있다. 이러한 전이 다이 그루브 길이는, 나사산 피크가 그루브의 첫 번째 부분에 있는 표준 나사산의 최소 높이 요구 조건을 충족하는데 필요한 높이를 달성함에 따라 전이 나사산 램프-업(ramp-up)에 필요하지 않으며, 전이 그루브의 최종 섹션(last section)은 필요한 최소 높이보다 높고 전체 나사산으로 간주되기에는 너무 좁은 전이 나사산 윤곽선 만을 형성한다.

도 8a 및 8b는 긴 전이 나사산 윤곽선(20)을 갖는 종래의 수-교차 스레딩 방지 파스너(50)의 단부 및 측면도를 각각 도시한다. 나선의 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(10)은 전이 나사산 윤곽선(20)이 시작되는 제1 변경 지점(23)에 대한 전체 폭 및 높이이다. 나선의 전이 나사산 윤곽선(20)은 제1 변경 지점(23)과 제2 변경 지점(25) 사이에 제1 부분(section;24)을 가지며, 제1 부분에서 나사산의 프로파일은 전체 표준 나사산에 요구되는 최소 높이보다 높지만 전체 표준 나사산으로 기능하기에는 너무 좁은 폭을 갖는다. 제2 변경 지점(25)에서 전이 나사산 윤곽선(20)의 높이는 평균 표준 나사산 높이로 감소된다. 제2 부분(section;26)에서 나선 프로파일은 높이가 감소되어 지점(27)에서 최소 표준 나사산 높이에 도달하지만, 여전히 너무 좁아 전체 표준 나사산으로 기능할 수 없다. 제3 변경 지점(27)으로부터, 전이 나사산 윤곽선(20)은 높이가 더 짧아지기 시작한다. 제3 부분(section;28) 전체에 걸쳐, 전이 나사산 윤곽선(20)의 높이 및 폭은 제4 변경 지점(29)에 도달할 때까지 지속적으로 감소된다. 제4 변경 지점(29)은 전이 나사산 윤곽선(20)의 끝과 교차 방지 나사산 윤곽선(30)의 시작(beginning)을 표시한다. 특히, 교차 방지 나사산 윤곽선(30)의 교차 방지 부분(22)은 전이 나사산 윤곽선(20)이 너무 얇아서 제1 부분(24)을 포함하여 전이 나사산 윤곽선의 전체 길이에 걸쳐 전체 표준 나사산의 기능을 수행할 수 없음을 보여준다. 본 발명 이전에, 교차 스레딩 방지 파스너들은 이 길이의 전이 나사산 윤곽선(20)을 가졌으며 나선의 "너무 좁은(too-narrow)" 제1 부분(24)을 포함하였다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 이 "너무 좁은" 길이의 전이 나사산 윤곽선(20)은 더 짧은 교차 스레딩 방지 파스너를 생성하도록 제거될 수 있다. 가능한 모든 기능을 갖춘 가장 짧은 교차 스레딩 방지 파스너, 즉 가장 저렴하고, 가장 짧고, 가장 가볍고, 그리고 가장 포장 가능(package-able)한 교차 스레딩 방지 파스너를 제공하기 위해, 이 "너무 좁은" 길이의 전이 나사산 윤곽선(20)은 제거될 수 있다. 본 발명에 따른 교차 스레딩 방지 파스너의 구조는 무용한(useless) "너무 좁은" 부분 없이, 허용가능한 최소 피크 높이까지 램프 업(ramp-up)을 달성하는데 실제로 필요한 전이 나사산 길이를 제한하는 방법을 제공하는 것을 전제로 할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은 나사산 기능에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 전이 나사산의 길이를 줄일 수 있는 교차 스레딩 방지 파스너들의 나선의 일부에 사용하기 위한 새로운 윤곽선을 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들은 교차 스레딩 방지 파스너들을 위한 새로운 전이 나사산 윤곽선을 제공하여, 나사산 나선의 해당 부분으로부터 추가의 비기능적인(non-functional) 나선 길이를 제거할 수 있도록 한다. 이러한 개선은 도 8a 및 8b에 도시된 나선의 전이 나사산 윤곽선(20)의 제1 부분(24) 및 제2 부분(26)을 재구성함으로써 얻을 수 있다.

여기서 이들 두 부분의 전이 나선(transitionary helix)은 각각의 나선 길이를 전체 표준 너비 나사산 윤곽선으로 개선함으로써 재구성된다. 전폭 나선 부분들(full-width helix sections)에는 신규하고 가변적이지만 더 세밀하게 제어되는 피크 높이(peak height)가 제공된다. 특히, 피크 높이는 전적으로 표준 나사산의 허용가능한 피크 높이 값들의 범위 내에 있다. 본 발명의 양태들에 따르면, 피크-높이 값들은 제1 부분(24) 및 제2 부분(26)의 결합된 나선 길이에 걸쳐 제어된 방식(controlled manner)으로, 제2 부분(26)이 새롭고 더 짧은 전이 나사산의 시작 부분과 블렌딩되는 제2 변경 지점(25)에서 최소 허용가능한 표준 나사산 프로파일 높이로 의도적으로 감소된다.

나선의 이 부분들을 재구성함으로써, 나사산은 제1 부분(24) 및 제2 부분(26)의 결합된 길이가 기존 표준 나사산 나선에 추가되어 오직 전이 기능을 위해 보유(reserved)된 더 짧은 나선 부분(shorter section of helix)을 갖는 더 긴 표준 윤곽선 구조 나사산 나선이 만들어질 수 있도록 실질적으로(effectively) "표준 나사산"이 된다. 이는 더 짧은 파스너가 동일한 기능을 효과적으로 수행할 수 있게 한다.

본 개시에 기술된 교차 스레딩 방지 파스너에 사용되는 본 발명의 양태들에 따르면, 이전의 전이 나사산의 강하율(rate of descent)의 기능(들)을 유지하면서 이전의 이상적인 나사산보다 대략 1/4 회전(90도) 더 짧은 전이 나사산 길이를 만들 수 있다. 파스너의 비구조적 나선 길이를 조금만 줄여도 파스너의 기능에 큰 이점을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 양태들은 개선된 교차 스레딩 방지 기능을 갖는 더 짧고, 더 가볍고, 덜 비싸며, 더 포장가능한 파스너를 제공할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 전이 나사산 윤곽선(120)의 측단면도가 도시된다. 전이 나사산 윤곽선(120)은 나사산 높이(118)가 표준 나사산 바깥 지름(standard thread major diameter;116)의 가능한 높이보다 상당히 더 짧다. 표준 나사산 바깥 지름(116)은 표준 나사산 요건들을 충족하기에 적합한 평균 위치에서 다이를 완전히 채움(filling)으로써 형성될 수 있다. 상대적으로 더 짧은 나사산 높이(118)를 갖는 전이 나사산 윤곽선(120)은 높이를 제외한 표준 나사산의 모든 특성을 유지한다. 전이 나사산 윤곽선(120)의 나사산 높이(118)가 더욱 정밀하게(closely) 제어되기 때문에, 나사산은 동일한 중요한 공차 범위(significant tolerance range) 내에서 유지될 필요가 없으며, 고정 특성(fastening characteristics)을 제공하기 위해 전체 너비 및 측면 각도를 유지하면서 국부적인(localized) 피크 높이를 보다 가치있는(valuable) 높이로 낮추기 위해 더 짧을 수 있다. 상대적으로 더 짧은 나사산 높이(118)는 나선의 전이 나사산 윤곽선(120)이 더 낮은 높이에서 시작하도록 할 수 있다.

나사산 피크 높이(thread peak height)에서의 이 매우 국부적인 의도적인 감소(localized deliberate reduction)가 국부적으로만 되어 있고, 표준 나사산 나선의 나머지 부분이 전체 높이 및 최대 공차(full tolerance)에 남아있는 상태에 있다고 가정하면, 나사산 피크 높이의 이 매우 국부화된 의도적인 감소는 해당 제조업체의 공정들 및/또는 고객 요구 사항들에 의해 요구될 수 있는 것처럼, 제조업체가 전이 나사산의 이 전용 부분(repurposed section)을 제외한 모든 부분에서 표준 나사산 피크 높이를 여전히 자유롭게 변경할 수 있게 한다.

본 발명의 양태에 따르면, 표준형 교차 방지 나사산 전조 다이들(standard-type, anti-cross thread rolling dies)은 항상 우선적으로 완전히 채워지는 다이 그루브에 감소된 깊이 부분(reduced-depth section)이 제공될 수 있다. 도 10은 바깥 지름 상한(higher major diameter limit;115)의 바깥 지름을 갖는 표준 나사산을 형성하기 위해 다이(160)의 3개의 인접한 그루브에서 전조되는 파스너(150)의 3개의 나사산의 측단면도이다. 제1 그루브에서, 파스너의 나사산 재료는 그루브를 보다 제한된 바깥 지름 하한(116)의 높이를 갖는 나사산 프로파일(thread profile)까지 완전히 채우도록 더 짧고 더 제한적인 그루브 내로 프레스(pressed)된다. 제2 그루브에서, 파스너의 나사산 재료는 그루브를 평균 바깥 지름 한계(mean major diameter limit;114)까지 부분적으로 채우도록 전체 깊이 그루브(full depth groove) 내로 프레스된다. 제3 그루브에서, 파스너의 나사산 재료는 그루브를 최대 허용가능한 높이를 갖는 바깥 지름 상한(115)까지 채우도록 전체 깊이 그루브 내로 프레스된다. 나사산 전조 공정 동안, 금속 흐름은 나선의 개별 섹션으로(in a discrete section of the helix) 제한되어, 전조 공정 또는 구조용 나사의 기능에 어떠한 영향도 주지 않고 바깥 지름(major diameter)을 갖는 표준 나사산의 전(全) 나사산 높이에 대한 개별 제조업체의 요구 사항들을 충족시키기 위해, 나머지 전(全) 나사산 나선 길이(the remaining full thread helix length)가 허용 가능한 높이 범위 내에서, 즉 바깥 지름 하한(116)과 바깥 지름 상한(115) 사이에서 다양한 정도로(to varying degrees) 언더필(under-fill)될 수 있다. 하부 프로파일 전용 섹션(lower profile re-purposed section)의 이러한 우선적인 채움(preferential filling)은 인접한 전체 표준 나사산 나선이 그의 피크(its peak)가 바깥 지름 하한(116)에 있게 제조되는 경우에도 발생할 수 있다.

본 발명의 양태들에 따르면, 효과적으로 더 짧은 전이 나사산을 제공하고 교차 스레딩 방지 파스너(anti-cross thread fastener)의 길이 감소를 가능하게 하기 위해, 전이 나사산에 인접한 구역에서의 나사산 높이의 의도적인 국부적 감소(deliberate localized reduction)가 교차 스레딩 방지 파스너의 피크에 도달하는데 필요한 '램프(ramp)'를 짧게(shorten)할 수 있다. 상술된 유형의 수-교차 스레딩 방지 파스너 상의 나사산 나선의 일부는 교차 스레딩 방지 파스너의 나선의 유효 길이를 단축시키기 위해 윤곽선을 가질 수 있다. 나선의 전이 부분은 길이가 나사산 나선의 1 회전(360도)을 초과할 수 없으며, 파스너의 헤드로부터 가장 먼 표준 회전 지점(point on the standard turns)에서 파스너 나선의 표준 회전의 끝에서 시작할 수 있으며, 교차 방지 나사산에서 끝날 수 있다.

본 발명의 양태에 따른 전이 나사산 윤곽선은 가장 높은 지점이 나선의 전체 높이 표준 나사산들과 블렌딩(blended with)되도록 윤곽선이 도시(contoured)될 수 있다. 거기로부터 나선의 전이 나사산 윤곽선 부분은 가장 짧은 지점까지 파스너 섕크(fastener shank) 주위를 감을 때 지정된 비율(specified rate)로 높이를 줄일 수 있다. 전이 나사산 윤곽선은 표준 나사산 나선의 공칭 전체 높이 바깥 지름이 맨 먼저 높이가 감소하는 지점에서 시작되고, 표준 나사산과 유사한 측면들을 유지하면서 나사산의 높이를 계속 낮추기 위해 나선의 약 1/4 회전(90도)에 걸쳐 블렌딩된다. 피크 높이를 줄이는 동안, 전이 나사산 윤곽선은 표준 나사산 프로파일과 일치하는 측면 폭 및 나사산 각도를 유지하지만, 항상 바깥 지름 하한(116)으로 정의되는 전체 표준 나사산에 대해 허용 가능한(acceptable) 최소 높이와 거의 동일하다.

그에 따라, 나선의 전체 표준 나사산 부분은 기능적으로 동등한 나사산의 유사한 길이를 얻을 수 있으며, 따라서 나선의 전이 부분은 동등한 양만큼 길이가 감소될 수 있다. 수-교차 스레딩 방지 파스너(male anti-cross threading fastener)는 전이 나사산의 선단부(leading end) 및 적절한 리드 나사산(lead thread)에 인접한 적절한 교차 스레딩 방지 기능부들(anti-cross threading features), 및 파스너의 직전에서의(on the point of) 적절한 조종 기능부들(piloting features)을 가질 수 있다. 이 구조는 기능을 향상시키기 위해 더 짧은, 즉 덜 이상적인(less ideal) 길이 전이 나사산을 갖춘 교차 스레딩 방지 파스너 뿐만 아니라 다른 유형의 파스너들에도 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

도 11a 및 11b를 참조하면, 본 발명의 수-교차 스레딩 방지 파스너의 단부도 및 측면도가 도시된다. 나선의 표준 ISO-타입 나사산 윤곽선(110)은 제1 변경 지점(123)까지의 전체 표준 나사산 너비 및 높이를 갖는다. 제1 변경 지점(123)에서 나선 나사산(helix thread)은 평균 표준 나사산 높이(mean standard thread height)와 전체 표준 나사산 측면 너비(full standard thread flank width) 및 60도의 나사산 각도(thread angle)를 갖는다(도 10의 '115' 참조). 이 측면 폭(flank width) 및 피크 높이(peak height)는 전체 제1 부분(124)이 제2 변경 지점(125)까지 유지된다. 제2 변경 지점(125)으로부터 제3 변경 지점(127)까지의 제2 부분(126)에 걸쳐, 나선 프로파일(helix profile)은 제3 변경 지점(127)에서의 표준 나사산 높이(허용가능한 최소 높이)에 대한 평균 바깥 지름 한계(114)(도 10의 '114' 참조)까지 바람직한 비율(preferred rate)로 높이(118)가 지속적으로 감소된다. 제2 부분(126) 전체에 걸쳐 측면들의 측면 너비(flank width )는 해당 표준 파스너 프로파일(that the standard fastener profile)로 유지된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 제2 부분(126) 전체에 걸친 나사산의 산마루(crest)는 제2 변경 지점(125)으로부터 제3 변경 지점(127)까지 더 넓어진다. 또한, 도 11b에 도시된 바와 같이, 제2 부분(126) 전체에 걸친 나사산의 평평한 측면들은 제2 변경 지점(125)으로부터 제3 변경 지점(127)까지의 골들(troughs)에서 유지된다.

도 11a 및 11b를 추가로 참조하면, 제3 부분(128)은 제3 변경 지점(127)으로부터 제4 변경 지점(129)까지 연장된다. 제3 변경 지점(127)에서, 나사산 윤곽선은 최소 높이로 감소되고 표준 측면 너비를 유지한 표준 나사산(110)의 윤곽선이다. 전이 나사산 윤곽선(120)은 제3 변경 지점(127)에서 이 프로파일로 시작하고 제4 변경 지점(129)에서 교차 스레딩 방지 프로파일(anti-cross thread profile)을 취할(assume) 때까지 전이된다. 전이 나사산 윤곽선(120)은 제3 변경 지점(127)에서 시작하여 제4 변경 지점(129)에서 끝날 수 있으며, 그에 따라 전이 나사산 윤곽선은 섕크(14) 주위를 약 5/8 회전(225도) 감는다.

도 12a 및 12b는 수-교차 스레딩 방지 파스너의 단부 및 측면도를 보여준다. 이 실시예에서, 파스너 나사산들은 최대의 재료 조건을 가지는데, 이것은 나사산 피크들이 피치 라인에 대해 가장 높은 곳에 있고 이러한 피크를 형성하는 다이의 그루브가 완전히 재료로 가득 차 있음을 의미한다. 이 실시예와 도 11a 및 11b에 도시된 것 사이에 주목할 만한 차이점은 전체 나사산 높이가 나선 나사산의 제1 변경 지점(123)에서 더 높은 표준 나사산 높이(도 10의 '115' 참조)가 아닌 제한되고 더 낮은 최대 허용 높이(도 10의 '116' 참조)에 있다는 점이다. 제한된 최대 재료 조건에서, 피크(peak)는 나사절삭 다이 그루브(threading die groove) 내에서 최대 허용 높이(maximum allowable height)까지 유동(flow)할 것으로 예상된다. 대신 나사산 피크는 전체 측면 너비를 유지하면서 일정한 선호 비율(constant preferred rate)로 평균 높이 피크(mean height peak)까지 떨어지는 이 제어된 높이로 상기 예상된 유동 높이보다 더 짧아지도록 의도적으로 제어된다. 나사산 공차 및 제조에서의 이러한 차이는 제1 부분(124) 전체에 걸친 일정한 높이보다는 오히려 제3 부분(128) 전체에 걸쳐 전이 나선 부분(transition helix section)의 일정한 성장을 가져온다(도 11a 참조). 이러한 높이의 변화는 최대의 바깥 지름(extreme major diameter)을 사용하는 파스너의 이 높이까지의 금속의 "자유 흐름(free-flow)"을 보여준다.

도면(도 11a-11b 및 12a-12b)을 비교하여 볼 수 있듯이, 효과적인 전체 표준 나사산의 길이는 파스너 나선의 전체 길이를 유지하면서 제1 부분(124)과 제2 부분(126)이 전폭 나사산(full-width threads)이 되도록 재구성함으로써 증가된다.

도 13e는 전이 나사산 윤곽선에서 절삭(cut-off)된 수 파스너의 단부도이고, 도 13a 내지 13d는 도 13e에 표시된 부분들에서 취한 전이 나사산의 측단면도이다. 전이 나사산 윤곽선(120)은 표준 나사산의 프로파일만큼의 너비를 갖는 한편, 피크의 높이를 표준 나사산에 대해 허용가능한 최대 높이로부터 최소 높이까지 점차적으로 감소시킨다. 도 13a 내지 13d에 도시된 바와 같이, 전이 나사산 윤곽선(120)의 폭은 일정하게 유지되고 표준 나사산의 프로파일만큼 넓다. 도 13d에 도시된 바와 같이, 전이 나사산 윤곽선(120)은 그의 높이(118)가 바깥 지름 상한(115) 만큼 높다. 도 10의 '115'를 참조한다. 도 13c에 도시된 바와 같이, 표준 나사산(115)에 대해 허용가능한 최대 높이만큼 높지 않은(not quite as tall as) 높이(118)를 가진 전이 나사산 윤곽선(120)은 더 낮다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 여전히 표준 나사산에 대한 평균 바깥 지름 한계(114) 만큼 낮지 않은(not quite as short as) 높이(shorter still having a height; 118)를 가진 전이 나사산 윤곽선(120)은 더 낮다. 도 10의 '114'를 참조한다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 전이 나사산 윤곽선(120)은 바깥 지름 하한(116)으로 정의된 전체 표준 나사에 대해 허용가능한 최소 높이와 대략 동일한 높이(118)를 갖는다. 도 10의 '116'을 참조한다.

전이 나사산 윤곽선(120)은 표준 나사산과 동일한 폭의 측면들을 갖기 때문에, 나선의 표준 ISO-타입 나사산 부분의 길이가 단축될 수 있다. 특히, 나선의 표준 ISO-타입 나사산 부분의 길이는 제1 변경 지점(123)으로부터 제3 변경 지점(127)까지의 전이 나사산 윤곽선(120)의 길이만큼 단축될 수 있다. 전이 나사산 윤곽선(120)의 이 부분이 사전에(previously) 기능적으로 불필요한 부분을 대체하여, 이것이 이제 표준 나사산으로 여겨질 수 있게 하면 유용한 길이(usable length)를 표준 나사산 나선에 추가한다. 이와 같이, 추가의 전체 나사산은 체결 조인트 설계(fastened joint design)에 활용될 수 있으며, 또는 대안적으로 파스너의 전체 길이는 표준 나사산을 추가된 로우 프로파일(low-profile) 표준 나사산의 양만큼 짧게 함으로써 무게 및 비용을 줄일 수 있다.

본 발명의 전이 나사산 윤곽선(120)은, 금속의 자유 흐름이 원하는 형상을 얻을 수 있도록, 전조 다이에 파스너 블랭크의 감소된 직경 섹션을 의도적으로 제공하여 나사산 전조 다이의 특정 국부 섹션을 전조 시 금속으로 언더필(under-fill)함으로써 수-교차 스레딩 방지 파스너의 나사산 나선의 일부로서 제조될 수 있다. 대안적으로, 전이 나사산 윤곽선(120)은 나선의 일부 국한된 부분에 더 낮은 높이로 가공될 수 있다. 두 방법 모두 나선의 전체 너비, 높이 감소(reduced-height) 부분을 만들 수 있다.

본 개시의 실시예들이 본 개시의 예시적인 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되고 정의되었지만, 그러한 참조들은 본 개시에 대한 제한을 의미하지 않으며, 그러한 제한이 유추되어서는 안된다. 개시된 주제는 관련 기술 분야에서 통상적으로 숙련되고 본 개시의 이득을 갖는 자들에게 일어날 수 있는 것으로서, 형태 및 기능면에서 상당한 수정, 변경 및 등가물(equivalents)이 가능하다. 본 개시의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예시일 뿐이며, 본 개시의 범위를 총망라(exhaustive)하는 것은 아니다.

Claims

리드 단부, 토크 단부, 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하고, 상기 복수의 수 나사산들은
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 표준 나사산 윤곽선을 갖는 표준 나사산 - 상기 표준 나사산의 폭 및 나사산 각도는 대응하는 암 나사산들과의 결합을 가능하게 하고, 상기 표준 나사산의 바깥 지름은 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있음 - ;
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고, 대응하는 암 나사산들과의 결합을 가능하게 하는 상기 표준 나사산의 상기 폭 및 나사산 각도와 유사한 폭 및 나사산 각도로 전이 나사산 윤곽선을 갖는 전이 나사산;
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 교차 방지 나사산 윤곽선 및, 수-교차 스레딩 방지 파스너와 암 파스너의 정렬을 촉진하도록 구성된 외경을 갖는 교차 방지 나사산; 및
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 리드 나사산 윤곽선을 갖는 리드 나사산을 포함하고,
상기 전이 나사산 윤곽선은 상기 표준 나사산의 상기 바깥 지름 하한으로부터 상기 교차 방지 나사산의 외경으로 전이되는 높이를 갖는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 표준 나사산은 상기 섕크 주위에 적어도 2 회전(720도) 감기는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 전이 나사산은 상기 섕크 주위에 약 5/8 회전(225도) 미만으로 감기는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 교차 방지 나사산은 상기 섕크 주위에 1 회전(360도)과 2 회전(720도) 사이로 감기는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 리드 나사산은 섕크 주위로 1/2 회전(180도)과 2 회전(720도) 사이에서 감기는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 표준 나사산은 약 60도의 나사산 각도를 포함하고, 상기 전이 나사산은 그루브에서부터 산마루까지 약 60도의 나사산 각도를 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 전이 나사산 윤곽선은 높이가 상기 표준 나사산의 바깥 지름 하한으로부터 상기 교차 방지 나사산의 외경으로 전이함에 따라 넓어지는 산마루를 갖는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 교차 방지 나사산의 외경은 상기 표준 나사산의 피치(pitch) 지름과 대체로 동일하고, 상기 교차 방지 나사산 윤곽선은 그루브의 곡선으로부터 대략 외경까지 연장되는 곡선에 의해 정의되는 형상을 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 표준 나사산, 상기 전이 나사산, 상기 교차 방지 나사산, 및 상기 리드 나사산은 상기 섕크 주위에 연속 나사산 나선을 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 1항에 있어서,
상기 섕크의 상기 리드 단부에 도입 지점(lead-in point)을 더 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 10항에 있어서,
상기 도입 지점은 가변 외경 및 가변 길이를 포함하고, 상기 가변 외경은 상기 섕크의 리드 단부에 근접하여 최대이고, 상기 섕크의 리부 단부로부터 멀리 떨어진 도입 지점의 단부 쪽으로 더 작아지는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
리드 단부, 토크 단부, 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하고, 상기 복수의 수 나사산들은
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 골들, 평평한 산마루, 및 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 표준 나사산 윤곽선, 및 약 60도의 나사산 각도를 갖는 표준 나사산 - 상기 표준 나사산의 바깥 지름은 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있음 - ;
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 표준 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 골들, 평평한 산마루, 및 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 전이 나사산 윤곽선, 및 약 60도의 나사산 각도를 포함하는 전이 나사산;
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 전이 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 교차 방지 나사산 윤곽선 및, 상기 수-교차 스레딩 방지 파스너와 암 파스너의 정렬을 촉진하도록 구성된 외경을 갖는 교차 방지 나사산; 및
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 교차 방지 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 리드 나사산 윤곽선을 갖는 리드 나사산을 포함하고,
상기 전이 나사산 윤곽선이 상기 표준 나사산 윤곽선으로부터 상기 교차 방지 나사산 윤곽선으로 전이함에 따라, 상기 전이 나사산 윤곽선의 산마루가 넓어지고 상기 전이 나사산 윤곽선의 높이가 짧아지는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 12항에 있어서,
상기 전이 나사산은 상기 섕크 주위에 약 5/8 회전(225도) 미만으로 감기는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 12항에 있어서,
상기 교차 방지 나사산의 외경은 상기 표준 나사산의 피치 지름과 대체로 동일하고, 상기 교차 방지 나사산 윤곽선은 상기 골의 곡선으로부터 대략 외경까지 연장되는 곡선에 의해 정의되는 형상을 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 12항에 있어서,
상기 표준 나사산, 상기 전이 나사산, 상기 교차 방지 나사산, 및 상기 리드 나사산은 상기 섕크 주위에 연속 나사산 나선을 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 12항에 있어서,
상기 섕크의 상기 리드 단부에 도입 지점을 더 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 16항에 있어서,
상기 도입 지점은 가변 외경 및 가변 길이를 포함하고, 상기 가변 외경은 상기 섕크의 리드 단부에 근접하여 최대이고, 상기 섕크의 리드 단부로부터 멀리 떨어진 도입 지점의 단부 쪽으로 더 작아지는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
리드 단부, 토크 단부, 및 섕크의 원주 주위에 복수의 수 나사산들을 갖는 실질적으로 둥근 섕크를 포함하고, 상기 복수의 수 나사산들은
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 있고 최소 직경의 골들, 바깥 지름에 있는 평평한 산마루, 및 피치 지름의 폭 및 약 60도의 나사산 각도를 갖는, 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 표준 나사산 윤곽선을 갖는 표준 나사산 - 상기 표준 나사산의 바깥 지름은 바깥 지름 하한과 바깥 지름 상한 사이에 있음 - ;
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 표준 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 골들, 평평한 산마루, 및 상기 골들로부터 상기 산마루까지의 평평한 측면들에 의해 정의되는 전이 나사산 윤곽선, 및 약 60도의 나사산 각도 및 상기 표준 나사산 윤곽선의 바깥 지름 하한보다 높지 않은 높이를 포함하는 전이 나사산 - 상기 전이 나사산은 상기 섕크 주위에 약 5/8 회전(225도) 미만으로 감김 - ; 및
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 전이 나사산으로 연속적인 나선을 형성하고, 상기 표준 나사산의 상기 피치 지름과 대체로 동일한 외경을 포함하는 교차 방지 나사산 윤곽선 - 상기 교차 방지 나사산 윤곽선은 골의 곡선으로부터 대략 외경까지 연장되는 곡선에 의해 정의되는 형상을 포함함 - 을 갖는 교차 방지 나사산을 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 18항에 있어서,
상기 섕크의 원주의 적어도 일부 주위에 상기 교차 방지 나사산으로 연속적인 나선을 형성하며, 리드 나사산 윤곽선을 갖는 리드 나사산을 더 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.
제 18항에 있어서,
상기 섕크의 리드 단부에 도입 지점을 더 포함하는, 수-교차 스레딩 방지 파스너.