KR950011945B1 - 다공성 콘크리트 내에 나사맞춤하기 위한 자기 구동 및 태핑나사 - Google Patents

다공성 콘크리트 내에 나사맞춤하기 위한 자기 구동 및 태핑나사 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

다공성 콘크리트 내에 나사맞춤하기 위한 자기 구동 및 태핑나사
제1도는 본 발명에 따른 나사의 측면도.
제2도는 제1도의 A부분의 확대도.
제3도는 제1도에 따른 나사의 나사산부의 부분 확대도.
제4도는 제6도는 공지된 나사의 나사산부의 부분도.
본 발명은 다공성 콘크리트 내에 나사맞춤하기 위한 자기 구동 및 태핑나사(Self-driving, self-tap-ping screw)에 관한 것으로서, 이 나사는 그 외경이 코어직경에 비해 적어도 1.5배 이상이며, 2개의 모선(generatrix)으로 한정되는 나사산의 형상은 나사축선에 수직한 평면에 비해 비대칭으로 형성되어 있다.
돌기부들 사이의 나사산이 원형인 독일연방공화국 특허 공개 제2912924호에 의해 다공성 콘크리트 나사가 이미 공지되어 있다. 이 나사에 큰 인장응력이 가해지면 다공성 콘크리트 또는 기포 콘크리트에서는 큰 저항력이 발생되지 않는데, 이는 나사산이 그와 맞물리는 물체에 강하게 결합되지 못하기 때문이다.
또 하나의 공지의 나사(독일연방공화국 특허 공개 제31 14 138호)에 서는, 나사헤드로 향하는 하중-지지 나사산 플랭크(flank)는 그 반경방향에서, 나사 선단부(tip)로 향하는 하중-비지지 나사산 플랭크 보다길다. 나사헤드로 향하는 나사산 플랭크의 평균 경사각도는 비교적 작으므로, 나사맞춤된 나사에 인장응력이 가해졌을 때 나사 중심축선에 대해 동일한 각도로 합력이 작용한다. 이것은 상기 나사가 다공성콘크리트 내에 결합되어 있는 경우, 이 나사를 인출시키는데 요하는 힘을 상당히 감소시킨다.
또한 독일연방공화국 공업 표준 DIN-Norm 58810을 보면 나사 또는 너트에 있는 나사산 형상은 그 나사축선에 수직한 평면에 대해 비대칭으로 되어 있다. 나사헤드로 향하는 방향에 있는 나사산 플랭크는 상기 평면에 배치된 모선에 의해 한정되고 그 반대로 나사의 선단부로 향하는 나사산 플랭크의 모선은 코어부 쪽으로 적당한 원호로 변환된다. 따라서 나사축선에 수직한 지지면이 나사의 인장방향으로 얻어진다. 이 나사를 다공성 콘크리트내에 삽입할 때 이러한 구성이 완전히 쓸모없게 될 수 있는데, 이는 실제로 나사에 인장력이 작용할 때 나사축선에 평행하게 힘이 작용하므로 나사산 사이에 있는 다공성 콘크리트부분이 큰 저항력 없이도 전달되기 때문이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 전술한 종래의 나사의 문제점을 해결하기 위해, 다공성콘크리트의 인장력을 받는 구역에서 재료를 특히 양호하게 압착할 수 있고, 나사와 그를 둘러싸는 재료사이에서 비교적 큰 맞물림 결합을 보장할 수 있는, 다공성 콘크리트에 삽입하기 위한 자기 구동 및 태핑나사를 제공하는데 있다.
상기한 목적은, 본 발명에 따라 나사헤드로 향하는 나사산 플랭크의 모선이, 적어도 부분적으로 나사산의 외측 경계부로부터 코어까지 원형 또는 포물선형으로 신장하거나, 경우에 따라서는 단이져서, 서로 연결되어 원형 또는 포물선형에 가깝게 되는 ,직선 또는 만곡된 다수의 선형부로 형성되는 한편, 나사의 선단부로 향하는 나사산 플랭크는 나사축선에 수직한 평면과 약 0o내지 25o의 각으로 경사진 거의 직선의 모선에 의해 한정됨으로써 달성된다.
본 발명에 의하면 삽입된 나사에 인장력이 작용될 때 특히 부하를 받는 구역이 나사산 선단부로 향하는 나사산 플랭크에 속하는 구역보다 더욱 강하게 압축된다. 이 나사는 실제로 항상 인장력을 받으므로, 견인 방향으로 적당한 안정성이 보장된다. 나사산 플랭크에 대해 일방향으로 원형 또는 포물선 형태로 연장하는 모선에도 불구하고 단면이 가늘고 긴 나사가 제공되므로, 나사산 사이에서 그를 둘러싸는 재료의 큰부분이 맞물리게 된다.
나사헤드로 향하는 나사산 플랭크의 이같은 특별한 형상을 인해 다공성 콘크리트에 삽입되는 나사에 인장력이 작용할 때 주변 재료가 받는 합력은 나사 중심축선에 대해 비교적 큰 각도를 두고 외향하여, 삽입된 나사의 측면으로 배치된 재료 부분에 힘이 전달되도록 하는 것을 보장하게 된다. 이 같은 특별한 나사산 형상에 의해 약간 확장된 나사산 용적과 종래의 나사에 비해 거의 동일한 전체 나사 용적에도 불구하고, 인열강도가 증가될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 또 다른 특징 및 장점을 첨부도면을 참조로한 실시예를 통해 상세히 설명키로 한다.
도면에는 다공성 콘크리트내로 삽입하기에 최적의 구조를 한 본 발명에 따른 나사가 도시되어 있다. 다른 재료에 비해 적은 압축 응력과 전단응력 때문에 나사고정을 최적으로 수행하고 안정성을 보장하기 위해 작은 구조의 나사를 이용할 필요가 있다. 본 발명에 따르면 미리 구멍을 뚫지 않고 탭볼트 없이도 다공성 콘크리트 본체에 나사를 직접 삽입할 수 있다.
제1도 내지 제3도에 따른 나사(1)는 축(2)과 나사헤드(3) 및 구멍뚫기용 선단부(4)로 구성되어 있다. 이 나사축(2)의 그 길이의 일부 또는 전부분에 걸쳐 나사산부(5)가 형성되어 있다. 제1도에 도시한 실시예의 경우, 나사헤드(3)와 나사산부(5)사이에는 나사가 형성되어 있지 않은 부분(6)이 존재한다.
나사산부(5)를 다공성 콘크리트내에 비교적 깊이 나사 결합시키기 위해, 나사산부(5)의 외경(Da)은 코어직경(Dk)의 1.5배 이상 크다.
상기 나사헤드(3)로 향하는 나사산 플랭크(7)는 도시된 실시예에서 나사산 외측 경계부(8)에서 코어까지 원형으로 연장하는 모선에 의해 제한되어 있으며, 이의 이행은 제3도의 반경(R)을 따라 행해진다. 상기 나사산 플랭크(7)는 나사헤드(3)로 향해있다. 구멍뚫기용 선단부(4)로 향하는 나사산 플랭크(9)로 향해있다. 구멍뚫기용 선단부(4)로 향하는 나사산 플랭크(9)는 거의 직선의 모선에 의해 제한 되며 이 모선은 나사 축선(10)에 대해 수직인 평면(11)과 약 10o의 예각(α)을 이루고 있다. 이 각(α)은 바람직하게는 약 0o내지 25o의 범위에 있다. 나사선단부로 곧게 뻗은 나사산 플랭크(9)에서는 나사산부(5)의 적은 용적만이 있게되므로, 나사산 사이에 침입하는 다공성 콘크리트부는 비교적 큰 단면적을 갖게 된다. 나사헤드(3)로 향하는 나사산 플랭크(7)의 특별한 형상으로 인해, 나사축선에 수직한 평면(11)과 약 60o의 평균 플랭크 경사각(β)이 얻어진다. 인장응력이 가해졌을 때 생기는 힘(FZ)도 이나사(1)를 둘러싸는 다공성 콘크리트 재료내로 최적의 방향으로 작용하게 되는데, 이는 합력(Fa)이 나사축선에 수직한 평면(11)에 대해 약 30o의 비교적 작은 각도(γ)로 작용하기 때문이다.
연속하는 원통형 나사축(2)에서 나사산부(5)의 코어부(12)는 나사산 플랭크를 사이에 원통형으로 형성되므로, 다공성 콘크리트재료가 코어부의 전체 주위를 확실하게 둘러싼다. 나사산 플랭크(7)의 형상에 따라, 원통형 코어부(12)는 각각의 2개의 나사산 사이의 더 작거나 더 큰 부분에 걸쳐 그러나, 적어도 나사산 피치(S)의 반에 해당하는 길이에 걸쳐 신장한다.
상기의 기재는 나사산 플랭크(7)가 반경(R)을 갖는 원효형상의 모선으로 이루어지는 것을 전제로 하였다. 그러나 코어까지의 상기 나사산 플랭크(7)의 모선이 포물선 형태로 이행하는 것도 고려할 수 있다. 또한, 상기 나사산 플랭크(7)의 모선은 경우에 따라서는 단이지게끔 연결되어 똑바르거나 만곡된 다수의 직선부로 이루어질 수 있으며 이렇게 형성된 모선은 거의 원형 또는포물선형에 가깝게 된다.
본 발명에 따른 나사의 또 다른 특징에 따르면 나사피치는 다공성 콘크리트에서의 재료 상태와 정확하게 조절될 수 있다. 코어직경이(DK)이고 외경이(Da)이면 나사피치(S)는 다공성 콘크리트의 압축응력과 전단응력비가 약 4 내지 5가 되도록 유도된다. 여기에서 동일한 비율이 나사피치(S)당 전단면과 압측면의 비의 기준으로 사용된다. 상기 압축면은 원형 링면으로 나사축(2)의 나사산부의 코어(12)와 나사산 외측 경계부(8)사이의 나사피치마다 형성되는 환형면이다. 나사피치마다의 전단면은 나사산의 높이에 걸쳐 2개의 나사산사이의 주위를 둘러싸는 포락면에 상응한다. 본 발명에 따른 나사의 이 같은 특별한 구조와 비교적 작은 각도로 주위의 다공성 콘크리트 재료에 힘이 가해지므로, 상기 피치에 대해 위와 같은 계산을 할수 있는데, 이는 상기의 특별한 구조로 비교적 큰 나사피치를 얻을 수 있기 때문이다.
종래의 나사에 비해 향상된 본 발명에 따른 나사의 인열강도에서도 불구하고, 비교적 적은 비용으로 제조할 수 있을 뿐 아니라, 나사산 사이에 비교적 많은 다공성 콘크리트 재료가 잔류할 수 있다. 나사를 삽입할 때 비교적 적은 양의 재료를 배출함으로써 다공성 콘크리트내의 폭열 효과도 방지된다.
하기의 비교표에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 나사에 의해 인열강도가 향상되는데, 이 실험치는 다수의 실험으로 부터 얻은 평균치이다. 이 비교표면에 있어서, 나사형태는 제1도 내지 3도에 따른 나사형태와 제4, 5, 6도의 나사산형태를 갖춘 나사를 비교한 것이다. 또한, 이 실험에서 나사는 모두 동일한 수치를 갖는다. 코어직경 : 5mm 외경 : 8mm 나사피치 : 5.8mm 나사산길이 : 60mm 삽입길이 : 80mm
[표 1]
Figure kpo00001
전술한 바와 같이, 특별한 나사형상으로 비대칭의 구조가 제공된다. 나사를 제조 또는 전조하는 조건과 관련하여 대칭의 나사형상을 갖는 것이 유리한 경우에는, 비대칭의 나사산형상은 나사산부의 대부분에 걸쳐 신장하고, 선단부(4)에 이어지는 처음의 몇 개의 나사산이 대칭형상이 되면 된다. 필요에 따라, 선단부에 이어지는 처음의 한 개반의 나사산이 대칭형상으로 형성되면 충분하다.
나사(1)의 변형예로서, 나사축(2)의 나사산부에 있는 외경 및 코어직경은 선단부(4)에서 나사헤드(3)까지 원추형으로 될 수 있다. 또한, 코어부(12)는 2개의 나사산 사이의 각각에서 원통형이 아니라 원추형 내지 원추대형으로 만들어 질 수 있다. 이 경을 외경 대 코어 직경과의 비율 더욱이, 나사축의 전길이에 걸친 나사피치와의 비율은 일정하다. 이러한 형태의 구조는 나사를 상응하게 깊이 삽입함에 따라 나사를 둘러 싸는 다공성 콘크리트 재료가 더 압착되므로 다공성 콘크리트에 고정하는데 유리하다.
제1도에는 6각 스패너용 결합구멍이 있는 나사헤드(3)가 도시 되어 있다. 이 헤드(3)의 형상은 나사(1)의 사용목적에 따라 각기 다르게 선택될 수 있다. 이같은 나사는 다공성 콘크리트에 삽입하기에 적당하여야 하므로, 이 시간이 특별한 구성이 중요한 기준이 된다.

Claims (7)

  1. 코어직경에 비해 적어도 1.5배의 외경을 가지며, 2개의 모선에 의해 한정되는 나사산 형상은 나사축선에 수직한 평면에 대해 비대칭으로 형성되며, 다공성 콘크리트내에 나사결합하기 위한 자기 구동 및 태핑나사에 있어서, 나사헤드(3)로 향하는 나사산 플랭크(7)의 모선은 적어도 부분적으로 나사산의 외측 경계부(8)로 부터 코어(12)까지 원형 또는 포물선형으로 신장하거나, 경우에 따라서는 단이져서 서로 연결되어 원호형 또는 포물선형에 가깝게되는 직선 또는 만곡선 다수의 선형부로 형성되는 한편, 나사의 선단부(4)로 향하는 나사산 플랭크(9)의 모선이 나사축선(10)에 수직한 평면(11)과 약 0o내지 25o의 각을 이루는 직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 구동 및 태핑나사.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나사헤드(3)로 향하는 나사산 플랭크(7)의 모선의 평균 경사각(β)이, 나사축선(10)에 수직한 평면(11)과 약 60o의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 나사.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나사축(2)의 나사산부의 코어(12)는 잊넙한 나사산 사이에서 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나사.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원통형 코어(12)는 인접하는 두 개의 나사산 사이에서 적어도 나사피치(S)의 반에 걸쳐 신장하는 것을 특징으로 하는 나사.
  5. 제1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사축(2)의 나사산부의 외경 및 코어직경이, 선단부(4)에서 나사헤드(3)까지 원추형으로 증대하는 것을 특징으로 하는 나사.
  6. 제5항에 있어서, 상기 나사산부의 외경과 코어직경과의 비는 나사축(2)의 나사산부의 전길이에 걸쳐 일정한 것을 특징으로 하는 나사.
  7. 제1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 나사축(2)의 나사산부에 있는 소정의 코어직경(Dk), 외경(Da)에 대해, 상기 나사피치(S)는 다공성 콘크리트의 압축강도와 전단강도의 비가 약 4내지 5가 되도록 유도되며, 이 비는 나사피치(S)당 전단면과 압축면과의 비를 기준으로 한 것을 특징으로 하는 나사.
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