KR910002213B1 - 접시머리얹음형 천공넛트(Flush-mountable pierce nut) 앗셈블리 - Google Patents

접시머리얹음형 천공넛트(Flush-mountable pierce nut) 앗셈블리 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

접시머리얹음형 천공넛트(Flush-mountable pierce nut) 앗셈블리
제1도는 본원 발명상의 플러시마운터블 천공넛트의 일실시예를 도시한 사시도.
제2도는 제1도에서 도시한 천공넛트의 단부를 나타낸 것으로 점선부분은 천공전 넛트의 윤곽형태를 도시한 것임.
제3도는 빔하중에서 본 제1도의 천공넛트를 도시한 것임.
제4도는 상기 천공넛트 및 판넬 앗셈블리의 부분횡축 단면도.
제5도는 제1도 및 제3도에서 도시된 상기 천공넛트의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 천공넛트 24 : 평정상면(Planar top face)
26 : 파이롯트부(Pilot portion) 28 : 천공면, (Piercing face)
30 : 넛트보어(Nut bore) 34 : 판넬지지면(Panel supporting face)
38 : 오목홈(Re-entrant groove) 40, 42, 54 : 측벽
44 : 저벽 46 : 원호면(Arcuate surface)
50 : 와이어 홈(Wire groove) 52 : 경사면(Inclined face)
58 : 와이어(Wires) 60 : 판넬 (Panel)
62 : 판넬부(Panel portion) 64 : 제2구조부제(Seond structural member)
66 : 와샤 68:볼트
70 : 헤드부(Head portion) 72 : 나사 생크부(Threaded shank portion)
본 발명은 자기천공 파이롯트부(Self-piercing pilot portion)와 상기 파이롯트부에 의해 천공된 판넬의 천공단부를 수납.유지하는 파이롯트부의 반대편상에 오목홈(Re-entrant grooves)을 가진 플러시마운터블 천공넛트에 관한 것으로 이 안에는 파단평면의 일부역이 미리 정해진 칫수관계에 따라 통상 동일한 것으로 되어 있다.
여기에서 기술하는 통상의 자기천공 플러시마운터블 천공넛트(Self-piercing flush-mountable pierce nut)는 접시머리얹음형 자기천공넛트로써 특히 자동차업계에서 다량 생산되고 사용되고 있다. 상기 천공넛트의 예로서는 미국특허 제3,439,723호,3,648,747호, 3,711,931호, 4,313,261호를 들 수 있다. 종래 기술상에서 개시된 플러시마운터블 천공넛트의 구체예는 압연된 강철제 스토크(Stock)로부터 형성되고 다음 절단되어 천공 및 탭핑되는 것이다. 천공넛트는 푸른 연결기구에 의하여 상술한 제 특허에서 개시된 바의 금속와이어나 와이어와 같은 것에 의하여 연동될 수 있다. 또한 천공넛트는 장착헤드의 반대편에 위치한 판넬에서 천공넛트롤 장착하는 장착헤드에 벌크형(Bulk form)으로 들어간다. 자동차용에 있어서 천공넛트 장착헤드는 왕복프레스의 다이슈우에 부착되고 다이버튼은 반대편 다이슈우에 장착되므로써 천공넛트가 프레스의 각 왕복작용으로써 프레스에 위치된 판넬에 장착된다. 상술한 바의 종래 특허기술에서와 같이, 판넬은 프레스에 의하여 동시에 윤곽을 가진 배열로 성형되고 여러가지의 천공넛트는 프레스의 각 스트로크로 장착된다.
플러시마운트블 천공넛트에는 통상 사각형의 천공면을 가진 넛트의 한 면에는 뻗는 중앙 파이롯트부가 포함된다. 플랜지부는 파이롯트부의 반대측에 위치하고 천공넛트는 파이롯트부에 인접한 플랜지부에 제한된 홈개구부(Restricted groove opening)를 가진 오목홈을 포함한다. 압연된 메탈스토크로부터 형성된 천공넛트에서 넛트홈은 평행하며 압연 공정중에 성형된다. 천공넛트는 펀치와 같은 역할을 하고 이에 의해 파이롯트부의 천공면이 다이버튼의 배출구에서 수납되는 판넬로부터 슬러그(Slug)를 천공한다. 다이버튼에는 넛트홈으로 천공된 판넬단부를 변형하기 위하며 넛트홈에서 수납되는 평행하고 직립되어 있는 클린칭 립(Clinching lips)이 있어, 넛트 판넬 사이에 기계적인 연동을 형성한다. 접시머리얹음형 앗셈블리에서 플랜지부에는 파이롯트부 천공면의 평면 아래에 간격을 가지고 통상 평행하게 되어 있는 판넬지지면들이 있으므로 천공면이 통상 장착시에 따르는 판넬과 일치하도록 되거나 고르게 되도록 할 수 있는 것이다. 넛트의 폭과 파이롯트부의 사이의 칫수관계, 홈의 깊이, 넛트의 길이등은 지금까지 시행착오를 거듭하면서 정해져 왔다. 환언하면, 천공넛트가 스트레스파열을 일으키거나 하면 그곳의 넛트의 두께 또는 폭은 칫수 증가가 실패하여 중지될 때까지 단순히 증가시킨 것에 불과했다. 따라서 이로 인하여 재료비의 불필요한 증가를 초래하게 되었다. 본 발명상의 주목적은 넛트파스너의 최적조건을 얻으면서 한편으로는 재료비를 감소시키는데 있다.
지금까지 기술한 형태의 플러시마운터블 천공넛트는 근본적으로 다섯개의 파단평면에서 약하는 것과 칫수관계의 적정화에 의하여 넛트의 빔하중 또는 넛트 및 판넬 앗셈블리의 빔하중을 볼트의 보증 하중보다 크거나 같게 하므로써 닛트의 적정부피로 함이 가능하고 재료비의 절감도 아울러 가능한 것임을 알게 되었다.
상술한 바와 같이 본원 발명상의 천공넛트는 판넬에서 접시머리얹음형으로 되고 그 속에서는 넛트가 다이셋트에서 펀치와 같은 역할을 하는 것에 관한 발명이다. 상기 다이셋트에는 통상 천공넛트와 다이버튼(Die button)이 포함되고 그 안에서 천공넛트는 통상 다이버튼의 반대편에 위치한 장착해드에 의해 장착되어 있는 것이다.
천공넛트에는 통상 평평한 천공면을 가진 사각 파이롯트부가 포함되며 또한 파이롯트부를 통하여 뻗어 있는 보어공(孔)이 있는 것으로 통상 천공면에 수직으로 되어 있다. 또한 파이롯트부의 반대측에 플랜지부가 있어 그 각각은 파이롯트 천공면의 평면아래에서 간격을 두고 통상 평행하게 되어 있는판넬지지면을 가지며 또한 파이롯트부의 반대편에서 플랜지부로 한정되는 평행 오목홈을 가진다. 오목홈에는 제한된 홈개구의폭보다 큰 폭을 가진 저벽과 플랜지부의 판넬지지면의 평면에서의 제한된 개구를 가진 반대편 경사측벽이있다. 오목홈은 파이롯트부 천공면에 의해 천공된 판넬의 천공단을 수납하고 유지하므로써 판넬과의 기계적인 연동을 형성한다. 천공넛트가 다이버튼과 연결되어 사용되면 다이버튼은 오목 넛트홈속으로 천공된 판넬개구에 인접된 판넬단을 변형시켜서 넛트와 판넬사이의 견고한 내부체결을 형성하는 직립한 평행 클린칭립(Upstanding parallel clinching lip)과 파이롯트부에 의해 판넬로부터 천공된 슬러그를 수납하는 보어를 갖게 된다.
천공넛트는 통상 압연된 금속단면과 같이 홈에 평행한 장축을 가진 미리 성형된 단면을 절제해 버리므로써 만들어 진다. 파스너는 다음 천공면에 수직인 넛트보어의 축을 통하여 한정되는 홈에 대하여 평행한 평면에서의 파이롯트부의 파열을 피하기 위하여 넛트보어의 직경에 따른 절제된 길이(Cut-off length)를 갖게 된다. 본원 발명상의 천공넛트의 전형적인 적용예를 보면, 천공넛트는 통상 넛트가 영구히 부착되는 판넬에 대하여 제2구조 부재를 부착하는데 사용된다. 구조부재, 예컨데 제2판넬과 같은 것에는 넛트보어가 있는데 이것은 넛트보어와 볼트 또는 스터드와 일직선으로 정렬되어 구조부재에서 보어를 통하여 수납되고 넛트보어 속으로 나합되므로써 구조부재가 판넬에 고착되게 하기 위한 것이다. 플러시 정착 천공넛트와 판넬 앗셈블리에서 구조부재는 천공넛트가 부착되고 볼트에 의해 발생되는 하중이 넛트 플랜지부의 판넬지지면을 통해 직접 전달되는 판넬에 대하여 평행하게 장착된다.
상술한 바와 같이 종래의 천공넛트는 다섯개의 파단평면중 어느 하나에서 실패를 보이고 있다. 제1파단평면 P1은 상술한 바와 같이, 넛트홈에 평행하고 천공면에 수직인 보어의 축을 통하여 한정된다. 제2파단평면 P2는 넛트의 정상면에 소정 각도로 넛트보어와 축을 통하여 천공면의 반대편으로 뻗으며 저벽에서 넛트홈의 어느 하나의 내측의 방사상 코너를 통하여 뻗어 있다. 제3파단평면 P3는 넛트의 정상면을 통하여 넛트홈중 어느 하나의 내부 방사상 코너를 통하여 한정된다. 파단평면 P2및 P3는 넛트홈의 어느 한쪽을 통하여 만들어지므로써 다섯개의 실제 파단평면을 만든다는 사실을 알게 될 것이다. 이러한 사전 지식을 염두에 두면 파단평면의 넛트역(Area) A를 동일하게 하므로써 천공넛트의 작업을 최적으로 적정화시킬 수가있어 넛트가 어느 하나의 파단평면에서 실패를 보지 않도록 할 수가 있다. 또한 파단평면영역이 넛트가 형성되는 재료의 강도에 의하여 나누어지고, 넛트와 판넬 앗셈블리가 받는 비임하중과 최소한 동등할 경우에는, 넛트의 강도는 파스너 앗셈블리에 사용되는 볼트의 보증하중과 최소한 동등하게 될 것이다.
본원 발명상의 개량된 접시머리얹음형 천공넛트는 이와 같이 부피를 최소화 하므로써 파스너의 재료비를 최소화 할 수 있으며 그러면서도 앗셈블리의 볼트의 보증하중과 최소한 동등하고 적절 균일한 강도를 유지할 수가 있다. 이러한 칫수관계를 이용하여 사전 예상이 가능한 파스닝 앗셈블리에 소요되는 강도의 질을 보다 충분히 확보할 수가 있는 것이다. 이는 넛트파스너의 칫수조정에 의하여 파단평면 P1,P2및 P3의 영역이 다음의 칫수관계에 따라 거의 동등할 정도로 하면 달성될 수 있다. 즉, 칫수상관계에 있어 넛트파스너의 절제길이를 L이라 하면
Figure kpo00001
여기에서 A는 파단평면 P1,P2,P3를 통한 넛트역으로서 재료의 강도에 의해 나누어지는 넛트의 빔하중에 대하여 최소한 동등하다. P는 파이롯트부의 폭이다. K는 홈의 내측저벽에서의 반경을 고려하여 모떼기된(filleted) 바아(bar)에 대한 응력계수(Stress factor)이다. g는 홈의 저벽의 폭, E는 플랜지부의 판넬 지지면으로부터 측정된 홈의 길이, h는 플랜지부의 판넬지지면과 파이롯트천공면 사이의 간격, D는 넛트보어의 직경, 각도 a는 파단평면 P1및 P2사이의 예각이다. 넛트의 두께 T는 파이롯트부의 정상면과 천공면 사이의 두께로서 넛트, 판넬 및 볼트앗셈블리에 이용되는 넛트의 보증하중에 의하여 결정되는 것으로서 시험규격에 따른다. 실제로, 접시머리얹음형 천공넛트에 대한 재료비는 상술한 칫수 관계를 이용하면 27%나 감소되며 그러면서 끝까지 잡아 당기는 작업, 끝까지 잡아미는 작업, 넛트의 빔강도 및 보증하중을 유지케 하므로써 넛트의 작업을 최적조건하에 할 수 있어 사실상 재료비가 대폭 절감된다고 할 수 있다. 본원 발명상의 접시머리얹음형 천공넛트의 다른 이점과 장점을 이하에 기술하는 실시예(도면 및 특허청구범위)에 의하여 보다 명확하고도 구체적으로 이해될 것이다.
본원 발명을 일실시예로서 첨부도면을 이용하여 이하에 상세히 설명하기로 한다.
제1도에서 도시된 자기천공 플러시마운터블넛트 또는 천공넛트(20)는 통상 평평한 상면(24)과 평평한 직사각형 천공면(28)을 가진 파이롯트부(26)와 천공면(28)의 평면으로부러 간격을 두고 통상이에 평행한 판넬지지면(34)을 가진 파이롯트부의 반대편상에 있는 플랜지부(32)와 파이롯트부를 통하여 뻗어 있는 넛트보어(30)로 구성된다.
본 특허출원인에게 양도된 전술한 미국특허에서 충분히 개시되어 있는 바와 같이, 천공넛트의 기능은 다이셋트에서 소모품인 펀치로서의 기능을 가지는데, 그속에서 천공판넬단과 인접한 판넬부와 판넬로부터 파이롯트부의 천공부 또는 펀치의 천공면(28)은 파이롯트부에 인접된 홈속으로 변형되어 들어간다. 여기에서 기술하는 종류의 접시머리얹음형 천공넛트에서는, 천공넛트는 가급적 파이롯트부(26) 반대편상에서의 플랜지부(32)에 있는 평행 오목(38)을 포함한다. 이들 홈은 재돌입홈으로 정의되는데 그 이유는 홈의 개구의 폭(g)을 장착중에 판넬금속과 꽉 집어넣기 위하여 개구로부터 간격을 뛴 홈의 폭보다 작게 하기 때문이다. 개시되어 있는 오목홈(38)의 대표적인 것에는 반대편으로 비교적 경사진 축벽(40)(42)과 저벽(44)이 구성되어 있다. 알게 되겠지만, 어느 하나 또는 양측벽은 홈의 축을 통해 수직평면에 관하여 경사지게 하는데 이는 오목홈 또는 홈을 플랜지부의 변형에 의하여 장착중에 재돌입할 수 있게 만들기 위함이다.
대표적인 응용례에서 보면, 상술한 미국특허에서 기술되어 있는 바와 같이, 천공넛트는 왕복동 다이프레스에 장착되는 장착기구에 의하여 판넬에 영구히 부착된다. 천공넛트 장착헤드는 정상적으로는 하나의 다이압반(Die platen)에 설치되며 다이버튼은 반대편 다이압반에 장착된다. 천공넛트는 장착헤드속으로 들어가는데, 여기에는 천공넛트의 상면(24)을 물고 있는 왕복동 플런져가 포함되며 파이롯트부(26)의 천공면(28)을 구동하여 판넬에 맞물리게 한다. 다이버튼은 정상적으로는 오목홈(38)안에 정렬되어 수납되는 평행한 직립의 클린칭 립(Parallel upstanding clinching lip)을 포함한다. 다이버튼은 또한 판넬로부터 천공된 슬러그와 파이롯트부(26)를 수납하는 사각형 개구를 포함한다. 천공넛트는 이와 같이 다이프레스의 각 스트로크로 판넬에 영구히 장착되는 것이다.
천공넛트는 넛트의 일반형태 또는 윤곽이 새겨지는 압연된 메탈스토크로부터 성형되고 제1도에서 도시된 천공넛트의 형태와 윤곽을 가진 연속스트립을 형성하며, 재돌입홈을 갖는다. 도시된 바와 같이, 각 홈의 저벽(44)은 원호면(46)에 의해 축벽(40)(42)과 결합하게 되며 넛트의 장착동안 파단의 가능성을 감소시킨다. 넛트의 축벽(54)은 경사면(52)을 포함하며 넛트스트립의 전체적을 감소시킨다. 각각의 넛트는 다음에 스트립으로부터 절단되거나 전단된다. 넛트 블랭크는 다음 천공되고 넛트보어(30)를 형성하며 이 넛트보어는 내부가 나사가공되거나 탑핑가공된다. 넛트는 다음 상술한 바와 같이 벌크형태로 천공넛트 장착헤드로 이송되어 판넬에 장착된다. 또한 전술한 미국특허에서 참조되고 기술된 바와 같이 무른 연결기구는 연속스트립으로 넛트와의 내부연결에 사용된다. 넛트가 와이어에 의해 스트립으로 내부 연결되어야 할 곳에서 와이어홈(50)은 로울링작업중 넛트스트립으로 압연된다. 와이어(58)는 상기 와이어홈(50)에서 우툴두툴한 기구 또는 다른 종래의 수단에 의해 영구히 지지되는 것이다. 천공넛트가 연속스트립에서 장착해드로 들어가면, 플런져는 천공넛트가 장착중에 무른 연결기구를 파단하거나 절단한다.
제4도에서 잘 나타나 있는 바와 같이, 플러시마운터블 천공넛트는 종래의 천공넛트 보다 여러가지 잇점을 갖고 있다. 상술한 바와 같이 천공넛트(20)는 판(60)에서 영구히 장착되고 다이버튼(도시안됨)의 클린칭팁은 오목홈(38)속으로 천공된 판넬개구에 인접된 판넬부(62)를 변형시킨다. 판넬부(62)는 이와 같이 홈에 끼워 넣어져서 판넬(60)다 천공넛트(20) 사이의 공고한 기계적 연동을 발생케 한다. 상술한 바와 같이, 플랜지부(32)의 판넬지지면(34)은 천공면(28)(제1도의 L)의 평면으로부터 간격을 두어 떨어져 있는데 이는 통상 판넬(6)의 두께보다 작다. 파이롯트 천공면(28)은 판넬(60)의 주요부와 같이 고르게 되어 있다. 판넬(60)은 다음 제2구조부재(64)에 제4도의 판넬과 같이 부착된다. 대표적인 장착의 경우 와샤(76)가 넛트보어(30)와 헤드부(70)를 가진 볼트(68)와 같이 정열되고 나사 가공된 생크부(Threaded shanks poportion)(72)는 넛트보어 속으로 나합되어 판넬(60)을 구조부재(64)로 체결되게 한다. 제4도에서 알 수 있는 바와같이, 볼트 R3(제3도)의 축하중은 제3도의 R1및 R2에서 나타난 바와 같이 플랜지부(32)의 베어링면(34)을 통해 전달된다. 이것은 넛트 또는 넛트와 판넬앗셈블리의 빔하중으로 알 수 있다. 넛트파스터 및 판넬앗셈블리의 힘이나 또는 체결력을 결정하는데 사용되는 테스트방법에는 여러가지가 있는데, 이 테스트방법 중에는 풀-쓰루 테스트(Pull through test)가 포함되는데 이는 판넬개구를 통하여 넛트파스너를 밀어주는데 필요한 힘이 결정되는 테스트이며, 그외에도 판넬에서 떨어진 넛트를 밀어주는데 필요한 힘이 결정되는 푸쉬-오프 테스트(Push-off test)와 상술한 빔하중 테스트가 있다. 판넬과 넛트사이의 기계적인 연동의 우수성 때문에, 그리고 넛트의 플랜지를 붙인형태 때문에 플러시마운트블 천공넛트와 판넬앗셈블리는 산업계에서 필요로 하는 최소한의 풀-쓰루 및 푸쉬-오프 조건을 보다 충족시키고 있는 것이다. 이런 관점에서 빔하중 테스트는 플러시마운터블 천공넛트 및 판넬앗셈블리의 힘을 보다 중요하게 결정하는 요인을 제공하는 셈이다.
제3도에서와 같이 넛트(20)의 빔하중 테스트는 실제 넛트 및 판넬앗셈블리에서 넛트상에 걸린 하중을 예상하는 테스트인 것이다. 볼트(68)가 넛트(20)에서 하중을 받음에 따라 반응력 R3는 R1및 R2에서 도시된 바와같이 플랜지부(32)를 통하여 전달된다. 이 힘은 점선으로 된 커브(74)에 의하여 넛트가 활처럼 휘는 경향을 보여준다. 공지된 종류의 플러시마운터블 천공넛트는 제4도에서 도시된 넛트와 판넬앗셈블리와 제1도에서 도시된 바와같은 다섯개의 파단면중 어느 하나에서 취약한 것임을 알게 되었다.
이들 전단 또는 파단평면은 넛트보어(30)의 축을 통하여 한정되고 넛트의 정상면(24) 및 저면(28)에 수직인 평면 P1과 또한 넛트보어(30)의 축과 오목홈의 내부 원호면(46)을 통한 예각으로 한정되는 제2파단평면 P2와 넛트의 정상면(24)과 홈의 원호면(46)을 통해서 한정되는 제3평면 P3가 있다. 파단평면 P3는 넛트가 무른 연결기구를 수납하는 홈을 가진 곳에서 홈(50)의 중앙을 통하는 것으로 정의될 수 있다. 또한 파단평면 P3는 정상면(24)에 수직이다. 또한 파단평면 P2및 P3는 넛트의 반대편상에 이중으로 되어서 5개의 파단평면을 만들게 한다.
상술한 바와같이, 공지된 종래의 기술은 파단조각이 보이는 곳에서 넛트의 두께를 단순히 증가시킨 것에 불과한 것이다. 예를들면 판넬지지면(34)와 천공면(28)사이의 거리 및 홈 E의 깊이는 넛트가 장착되는 판넬의 두께에 의하여 결정된다. 더우기 넛트보어의 직경은 응용범위 및 용도에 따라 결정되며 일례로서 8mm 볼트에 대한 넛트를 들 수 있다. 특수사이즈를 가진 넛트에 여러가지 문제점이 발견되면, 넛트는 그러한 문제점을 제거하거나 줄이기 위해 단순히 사이즈면에서 강화하는 노력이 있었을 따름이다. 이와같이 길이, 폭, 홈의 깊이, 파이롯트의 높이등의 상호간 칫수관계가 시행착오로 결정되는 것이 되풀이 되었다. 플러시마운터블 천공넛트의 재료비를 절감하고 상술한 실패 원인을 제거하기 위한 노력으로 여러가지 최적 칫수관계가 도출 되었다. 그후 닛트의 체적 및 재료비는 이하에 기술하는 바와같이 넛트의 결합력을 희생시키지 않고도 가장 가능한 조건의 넛트 사이즈까지 줄일 수 있음을 알게 되었다.
우선, 파단평면 P1,P2,P3에서 닛트의 역 A1,A2및 A3는 필히 여하한 특수 파단평면에서도 예상되는 파단을 피하기 위하여 상호 거의 동등하여야 한다. 파단평면에서 넛트의 영역은 다음과 같이 결정된다.
Pl평면에서의 역을 A1이라 하면
A1=(L-D)T
단, L은 제1도에서 도시된 바와같이 넛트의 파단길이, D는 넛트보어의 직경, T는 넛트의 충 두께로서파라이롯트부의 천공면(28)과 정상면(24)사이에서 측정된 수치를 가리킨다.
파단평면 P2가 넛트보어를 통합 각으로 한정되고 있으므로 파단평면 P3에서의 넛트 영역 A2는 삼각법에의하여 다음과 같이 정의 되어야 한다.
Figure kpo00002
여기에서
Figure kpo00003
단, A2: 파단평면 P2에서의 넛트역의 넓이, 파단평면 P2에서의 넛트보어의 역은 Y가 파단평면 P2에 의해 파단된 타원의 주 직경의 반과 동등하면 타원이 되며, Y1은 오목홈의 내부원호면(46)과 정상면(24)에서의 넛트의 중심과의 사이에서 측정된 평면의 길이를 가리킨다.
제1도에서 도시된 바와같이, P는 파이롯트 천공면(28)의 폭이며 G는 저벽(44)에서의 오목홈(38)의 폭이며 g는 오목홈으로 제한된 개구의 폭, 각도 a는 파단평면 P1및 P2사이의 원호각을 가리킨다. 파단평면 P3에서의 넛트역 A3는 넛트의 정상면(24)에서의 홈(50)을 포함하지 않으며 파단평면 P3는 정상면에 수직이다.
상기 넛트역 A3는
Figure kpo00004
여기에서 E는 판넬지지면(34)과 홈의 저벽(44)사이를 측정한 홈의 깊이이다. h는 플랜지부의 판넬지지면(34)와 천공면(28)사이의 간격을 측정한 파이롯트의 높이이다. K는 맥그로힐(1956년도판) 발행의 기계설계의 제36페이지 2-32도와 같은 표준 기계설계 책자에서 발견되는 홈 저벽에서의 내측반경(46)을 취해서 모떼기된 바아(Filleted bars)에 대한 응력계수이다. 또한 상기 자료에서 정상면에서 넛트가 홈(50)을 포함하고 파단평면 P3가 정상면에 대한 각도에서의 평면으로 정의된다면 그 역 A3은 다음식으로 정의된다.
Figure kpo00005
여기에서 a는
Figure kpo00006
와 같다.
상기 식에서 a와 b를 대체하면 파단평면 P3에서 넛트역 A3는 다음과 같다.
Figure kpo00007
역 A1,A2및 A3가 본원 발명상의 플러시마운터블 천공넛트의 칫수관계에서 통상 같기 때문에, 상기 방정식은 A1=A2=A3로 셋팅하고 L에 대해서는 넛트의 파단길이 L이 넛트보어(30)의 천공중 넛트파이롯트의 왜곡(Distortion)을 방지하는데 필요한 최소한의 강도에 맞도록 조정한다. 상기 영역 방정식(Area equation)은 다음, L에 대해서는 넛트가 정상면(24)에서 홈(50)을 갖는다고 가정하면 파단평면 P3가 제1도에서 도시된 바의 정상면으로의 각도에서 다음과 같이 정의된다.
Figure kpo00008
만일, 넛트가 홈(50)을 갖지 않는다면 F=0가 되어 칫수 관계는 다음 식과 같이 된다.
Figure kpo00009
주지하는 바와같이 플랜지부의 판넬베아링면의 역은 상술한 바와같이 넛트의 풀-쓰루(Pull-through)를 방지하기 위하여 충분하지 않으면 안되고, 또한 넛트의 폭 W는 파이롯트 P의 폭과 오목홈 개구(g+g) 및 플랜지베아링면(c+c)의 폭의 합으로 된다.
본원 발명상의 플러시마운터블 천공넛트의 칫수관계는 정의된 바 있으므로 적절한 칫수관계를 설정하기 위하여 이들 칫수관계에 따라 넛트를 설계하거나 또한 현재의 상업적인 플러시마운터블 천공넛트를 재 설계하므로써 넛트의 빔하중 또는 넛트와 판넬앗셈블리의 빔하중이볼트의 보증하중보다 같거나 크게 되도록 하며 그러면서도 넛트의 체적의 적정화와 재료비의 절감을 기할 수 있게 되는 것이다.
예를들어 출원인의 현재의 H-S 22 고 "응력(High stress)" 천공넛트는 8mm의 나사가공된 볼트를 끼울수 있도록 설계된 것으로, 지금부터 설명하는 바이지만 기 설정된 칫수관계에 따라 재 설계된 것이었다. 현재까지의 H-S 22 넛트의 역 A1는 파단평면 P1에서 0.4193cm2(0.065 평방인치)로 계산된 것이고 A2는 0.3484cm2(0.054 평방인치), A3는 0.3097cm2(0.048 평방인치)인 것인데, 이러한 천공넛트는 통상 파단평면 P3에서의 빔하중 테스트에서 실패했으며 게다가 넛트는 최소 실험하중인 약 907kg(2,000 파운드)를 초과하였다.
8mm 직경의 나사가공된 넛트에서 소요되는 최소 규격하중은 자동차 산업에서 규격화된 바와같이 3,691kg(8,138lbs) 이다. 그런데 H-S 22 천공넛트의 실험하중은 4,792kg(10,426lbs) 이었다. 이와같이 H-S 22넛트를 재 설계하여 보증치인 약 4,082kg(9,000lbs)의 보증하중(proof load)에도 견디도록 할 수 있었다.
상기 하중은 넛트의 최소한의 규격소요 하중을 보증하는 것으로 그 보증 확률은 표준치로 3∂이상을 나타내는 것이다.
넛트 T의 최소두께는 넛트의 재료강도와 표준계산에 의한 나사의 핏치에 의해 결정된다. 넛트의 빔강도 또는 넛트와 판넷앗셈블리의 강도는 위에서 정의된 바와같이 볼트의 보증하중과 최소한 동일하다.
일례로서 클래스 9.8, 8mm 볼트에 있어서의 최소 보증하중은 2,427kg(5,350lbs)이다. 그러면 역 Al,A2및 A3는 넛트재료의 강도에 의하여 나누어지는 빔강도와 최소한 동일하게 되어야 한다. 판넬은 넛트 및 판넬앗셈블리에 대한 빔강도를 추가시킨다.
상술한 형태의 압연된 강철제 천공넛트에서 넛트재료의 강도는 대략 평방인치당 59,195kg(130,500lbs)에 이른다.
이와같이 역 Al,A2및 A3는 약 0.2645cm2(0.041inch2)에 이르며 넛트의 체적을 대략 27%까지 감축시키게 되는 것이다.
전술한 바와같이 칫수 E,G,g 및 h는 그속에 넛트가 장착될 판넬의 두께에 의하여 결정된다. D,P 및 T는 소요나사 칫수에 의하여 결정된다. 마지막으로, 방정식은 L에 대하여 넛트의 최종칫수관계를 고정하면 풀수가 있는데 상술한 바와같이 H-S 22 넛트에서 체적 27% 감축을 가져온다.
제2도는 전술한 바의 칫수관계를 가진 본원 발명상의 플러시마운터불 넛트(20)의 이점을 보여주고 있다. 넛트(20)는 점선으로 나타낸 윤곽(56)으로부터 재 설계되어 파단면에서의 역이 실질적으로 동일하고 넛트 및 판넬앗셈블리에서 넛트의 강도 또는 결합력을 희생함이 없이 재료비를 절감함 수 있음을 나타낸 것이다.
이와같이 여기에서 기술한 종류의 플러시마운터블 천공넛트의 적절한 칫수관계를 실험에 의하여 파단평면을 결정하고 넛트를 설계하므로써 파단평면이 거의 동일하고 넛트 또는 넛트와 판넬의 강도가 파단평면에서 볼트의 최소보증하중을 초과하도록 설정할 수 있다.
본원 발명상의 플러시마운터블 넛트는 사용에 있어서 규정된 볼트의 최소보증하중에 견디도록 설계된 것이다.
이러한 관계는 넛트의 체적을 최적 조건으로 하고 한편 넛트의 결합력을 유지할 수 있으면서도 재료비를 절감할 수 있게 되는 것이다.

Claims (3)

  1. 다이셋트에서 넛트파스너가 펀치의 기능을 갖고, 이 넛트파스너는 그 저면을 이루는 통상 납작한 천공면을 가진 사각형의 파이롯트부와 상면을 가지고, 상기 넛트의 저부의 천공면(Nut bottom piercing face)은 상기 판넬의 개구부를 통하여 뻗으며, 상기 천공면은 폭 P 및 길이 L을 가지며, 넛트보어는 나사가공된 볼트를 수납하면서 상기 파이롯트부 천공면과 나사가공된 볼트를 수납하는 상기 상면을 통하여 뻗는 내경D를 가지며, 상기 파이롯트부의 반대측에 있는 플랜지부는 각각 상기 천공면의 평면으로부터 간격 h를 두고 통상 평행하게 떨어져 있는 상기 파이롯트부의 반대편의 판넬지지면을 가지고, 상기 판넬지지면은 상기 판넬개구부의 반대측에 판넬과 접촉되며, 또한 상기 파이롯트의 반대편에서 상기 플랜지부 판넬지지면으로 이루어지는 평행한 오목홈을 가지며, 상기 오목홈은 각기 폭 g를 갖는 상기 판넬지지면의 평면에서 제한된 개구부로 이루어지는 반대되는 비교적 경사진 측면을 가지며, 저벽은 상기 제한된 개구부의 폭 g보다 큰폭 G를 가지고 또한 상기 판넬지지면과 상기 오목홈의 저벽 사이에서 측정되는 깊이 E를 가지며, 상기 홈저벽은 원호 상면을 통하여 상기 측벽과 결합되며, 상기 오목홈은 상기 파이롯트부 천공면에 의해 천공된 상기 판넬개구부에 인접되는 판넬의 천공단을 수납하고 유지함에 따라 상기 판넬과의 기계적인 연동을 만들며 예비성형된 단면을 파단 성형하는 상기 넛트파스너는 상기 천공면에 수직인 상기 보어의 축을 통하는 상기 홈에 평행한 파단평면 P1에서의 상기 파이롯트부의 파단을 피하기 의하여 상기 보어의 내경 D에 따른 최소 파단길이 L를 가지며 상기 넛트파스너도 또한 상기 넛트파스너 정상면과 상기 내부홈 반경을 통하여 뻗어 있는 파단평면 P3와 상기 홈 저벽에서 상기 홈의 어느 하나의 내부반경과 상기 넛트파스너 정상면에서의 상기 홈에 평행한 상기 보어의 축을 통하여 뻗어 있는 평면 P2에서의 볼트앗셈블리, 볼트 및 넛트에서의 보증하중(Proof load)하에 파단을 피하도록 되며, 상기 파단평면 P1및 P2는 예각 a에서 상기 넛트파스너 정상면을 교차하도록 되고, 상기 파단평면 P1,P2및 P3를 통하는 상기 넛트파스너의 영역 A가 다음의 일반 칫수 관계식에 따라 거의 동일하게 되며
    Figure kpo00010
    여기에서 K는 홈 저벽에서의 내측반경을 고려하여 모떼기된 바아의 응력율이며 상기 영역 A의 각각에서 넛트파스너의 전단력은 상기 넛트파스너의 형성시 이용되는 재료의 강도에 의해 결정되는 것으로서 상기 영역에 의해 분할되는 넛트, 판넬 및 볼트앗셈블리에 있어 상기 볼트의 보증하중과 적어도 동일하며, 이에따라 상기 용적이 최소로 되고 넛트파스너의 재료비가 상기 넛트, 판넬 및 볼트앗셈블리의 강도를 최적 및 균일하게 유지하면서도 최소화 되도록 한 것을 특징으로 하는 자기천공 넛트파스너.
    여기에서
    L : 넛트의 파단길이(Cut-off length)
    A : 파단평면을 통한 넛트의 역(Area)
    A : 홈 저벽에서 내측반경을 고려하여 바아(bar)에 대한 응력계수(Stress factor)
    P: 파이롯트 천공면의 폭
    G : 저벽에서의 오목홈의 폭
    g : 상기 오목홈에 대한 제한된 개구의 폭
    a : 파단평면 P1및 P2사이에서의 예각
    D : 넛트 보어의 직경
    E : 홈의 저벽과 판넬지지면 사이의 홈의 길이
    h : 천공면과 플랜지부의 판넬지지면 사이의 파이롯트의 간격
  2. 제1항에 있어서, 상기 넛트파스너 정상면에는 상기 정상면 홈의 축을 통해서 뻗어 있는 상기 파단평면 P3와 상기 오목홈에 통상 평행한 상기 넛트보어의 반대측에서의 깊이 F를 가진 평행홈이 포함되고 상기 칫수관계식은 다음의 식으로 되는 것을 특징으로 하는 넛트파스너.
    Figure kpo00011
  3. 넛트파스너가 상면을 가지고, 상기 넛트파스너의 저면에서 상기 파이롯트부의 반대측상에 상부와 중앙 파이롯트부와 플랜지부를 가지며, 상기 플랜지부는 각각 상기 플랜지부의 상기 판넬지지면으로부터 간격을 두고 돌출된 천공면을 가진 상기 중앙 파이롯트부와 판넬지지면을 가지고, 또한 상기 상면에 통상 수직이고 상기 파이롯트부를 통하는 중앙 넛트보어는 각공된 볼트와 상기 파이롯트부의 반대측에서 상기 플랜지부를 이루어지는 홈을 수납하며, 상기 파이롯트부는 판넬로부터 슬러그를 천공하는 면을 천공하고 상기 홈은 상기 판넬상에 상기 넛트를 영구 부착 시키는 천공된 판넬만에 인접한 판넬부를 수납하며, 상기 넛트는 넛트와 판넬앗셈블리에서의 상기 플랜지부 베아링면을 통하여 전달되는 상기 넛트보어에서 나합되는 볼트에 의하여 지지되는 하중을 받는 넛트 및 판넬앗셈블리에서의 빔하중으로 파단력을 받으며, 상기 넛트에서의 다섯개의 파단평면중 제1파단평면은 상기 넛트홈에 통상 평행으로 되고 또한 상기 넛트보어의 측에서 상기 상면에 대해 수직으로 되며, 제2 및 제3파단평면은 상기 정상면에서 상기 넛트보어의 축과 상기 넛트홈의 내부단을 통하여 한정되며, 제4 및 제5파단평면은 상기 넛트의 정상면과 상기 넛트홈의 저부를 통하여 한정되며, 응력율로 분할되는 상기 파단평면에서의 상기 넛트의 영역은 파운드로된 상기 볼트의 보증하중을 평방인치당의 파운드로 환산한 성형된 넛트재료의 강도로 나눈 값과 최소한 동등하도록 하여 넛트와 판넬앗셈블리를 형성하면서 판넬에 부착되는 것을 특징으로 하는 자기천공 넛트파스너.
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