KR100580904B1 - 나사 체결 구조 및 나사부재 - Google Patents
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Abstract
나사부재를 소형, 경량화할 수 있도록 한다. 외주 측으로 돌출되는 6 개의 토크 전달부 (16) 의 1 쌍의 측벽면 (18) 이, 중심선 (O) 과 직각인 단면 형상에 있어서 중심선 (O) 을 통과하는 직선 상에 위치하고, 그 측벽면 (18) 을 통해 토크 전달이 이루어지도록 하였기 때문에, 체결 토크가 전달되는 착력점 (Q) 에서 나사 체결 공구로부터 가해지는 면 직각력 (N) 의 방향과, 체결된 유효한 체결력 (F) 의 방향이 일치한다. 이로써 종래의 육각 헤드 (100) 에 비교하여 나사 체결 공구에 가해지는 회전 조작력이나 토크 전달부 (16) 에 작용하는 부하가 작아지고, 토크 전달이 이루어지는 측벽면 (18) 의 압궤 등을 회피하면서, 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 의 직경 치수를 작게 하여 소형화, 경량화를 도모할 수 있다.
Description
본 발명은 나사 체결 구조에 관한 것으로, 특히 나사부재를 소형, 경량화할 수 있는 나사 체결 구조에 관한 것이다.
나사 체결에 관해서는 종래 육각형태의 헤드부를 갖는 것이 일반적으로 널리 사용되고 있었으나, 육각 헤드의 구동각 (α)(도 10 참조) 은 60°로 여분의 분력이 발생하므로, 헤드부 직경이나 헤드의 높이를 작게 하여 소형화하기가 곤란하였다. 도 10 에서, 구동각 (α) 은 육각 헤드 (100) 에 체결 토크가 전달되는 착력점 (Q: 육각형의 정점) 에 있어서, 나사 체결 공구로부터 가해지는 면 직각력 (N) 과, 체결에 유효한 체결력 (F) 간의 각도를 의미하는 것으로, 육각 헤드 (100) 의 경우에는 60°가 되고, 체결 토크 (T) 는 체결력 (F) 및 반경 치수 (r) 을 사용하여 다음 식 (1) 로 표시된다. 이때 육각 헤드 (100) 에는 다음 식 (2) 으로부터 명확하듯이 체결력 (F) 의 2 배가 되는 면 직각력 (N) 이 착력점 (Q) 에 가해지게 되고, 이 반경 방향의 확장 반력 (E) 는 다음 식 (3) 에서 명확하듯이 체결력 (F) 의 약 1.7 배가 된다. 그리고 체결 토크 (T) 를 유지하면서 반경 치수 (r) 를 작게 하면 그것에 반비례하여 체결력 (F) 을 크게 할 필요가 있기 때문에, 면 직각력 (N) 이나 확장 반력 (E) 이 더욱 커지고, 나사 체결 공구의 회전에 필요한 회전 조작력이 커짐과 동시에 착력점 (Q) 즉 육각 헤드 (100) 의 각부가 일그러질 가능성이 있다.
T = 6 ×F ×r (1)
N = F/cos60°= 2F (2)
E = F ×tan60°≒ 1.7F (3)
이 때문에 예를 들어 JIS B 1180 의「육각 볼트」 또는 JIS B 1189 의「플랜지가 형성된 육각 볼트」에서는 도 11, 도 12 에 나타낸 육각 헤드의 각 부의 치수 (s,e,k) (모두 ㎜) 에 대해, 도 13 에 나타낸 바와 같이 나사의 직경 치수 (호칭) 에 따라서 자세하게 규정하고 있다. 이들 규정에 대해 육각 헤드의 외접원의 직경 (e) 및 높이 치수 (k) 와 나사의 외경 (d)(㎜) 의 관계 (비율) 를 조사한 결과가 도 13 의「e/d」란, 「k/d」란의 값이고, 직경 (e) 은 1.55d 이상이고, 높이 치수 (k) 는 0.6d 이상이다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 목적하는 것은 동등 이상의 체결 토크를 확보하면서 나사부재를 소형, 경량화시킬 수 있는 나사 체결 구조를 제공하는 데 있다.
발명의 개시
이러한 목적을 달성하기 위해, 제 1 발명은, 나사부재 및 이 나사부재를 체결하는 나사 체결 공구의 일방 및 타방에 형성되어 있음과 동시에, 각각 중심선 둘레에 등각도 간격으로 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부를 가지고 서로 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부로 이루어지고, 상기 나사 체결 공구가 이 중심선 둘레에서 회전됨에 따라 이 토크 전달부를 통해 상기 나사부재에 체결 토크를 전달하는 나사 체결 구조에 있어서, (a) 상기 토크 전달부는 상기 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크 전달이 실시되고, (b) 각각의 토크 전달부는 평면 형상에 있어서 그 중심이 중심선인 팬형상을 갖는 방사상 외부를 갖고, 토크 전달부의 원주 인접쌍 사이의 윤곽의 일부는 매끄럽게 굴곡된 바닥면을 갖는 U-형 홈 및 5각형 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
삭제
제 2 발명은, 나사부재 및 이 나사부재를 체결하는 나사 체결 공구의 일방 및 타방에 형성되어 있음과 동시에, 각각 중심선 둘레에 등각도 간격으로 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부를 가지고 서로 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부로 이루어지고, 상기 나사 체결 공구가 이 중심선 둘레에서 회전됨에 따라 이 토크 전달부를 통해 상기 나사부재에 체결 토크를 전달하는 나사 체결 구조에 있어서, (a) 상기 토크 전달부는 상기 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크 전달이 실시되고, (b) 나사부재는 수나사를 갖고, 끼워맞춤 볼록부는 나사부재에 형성되어 있고, 중심선과 평행인 방향에 있어서 상기 끼워맞춤 볼록부가 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 (k) 를 가져서, 상기 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 (k) 는 상기 수나사의 외경 치수 (d) 와의 관계를 나타내는 이하의 식 (4), (5), (6) 을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
Dmax ≤1.5d (4)
1.1d〈 Dmin (5)
0.3d ≤k〈 0.45d (6)
Dmax ≤1.5d (4)
1.1d〈 Dmin (5)
0.3d ≤k〈 0.45d (6)
제 3 발명은, 나사부재 및 이 나사부재를 체결하는 나사 체결 공구의 일방 및 타방에 형성되어 있음과 동시에, 각각 중심선 둘레에 등각도 간격으로 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부를 가지고 서로 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부로 이루어지고, 상기 나사 체결 공구가 이 중심선 둘레에서 회전됨에 따라 이 토크 전달부를 통해 상기 나사부재에 체결 토크를 전달하는 나사 체결 구조에 있어서, (a) 상기 토크 전달부는 상기 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크 전달이 실시되고, (b) 나사부재는 수나사를 갖고, 끼워맞춤 볼록부는 이 나사부재에 형성되어 있고, 상기 끼워맞춤 볼록부는 최대 직경 치수 (Dmax) 및 최소 직경 치수 (Dmin)을 갖고, 그 최대 직경 치수 및 최소 직경 치수는 상기 수나사의 외경보다 더 작은 것을 특징으로 한다.
또한 접선과 중심선을 통과하는 직선이 거의 일치하는 경우에는 그것들의 교차각이 ±3°이하인 것을 의미하고, 토크 전달부의 적어도 일부에 그러한 걸어맞춤부가 형성되어 있으면 된다. 단, 접선과 중심선을 통과하는 직선이 완전히 일치하는 것이 이상적으로, 그들 교차각이 ±1°이하인 것이 바람직하다.
제 7 발명은, 제 1 발명 내지 제 3 발명중 어느 한 발명에 기재된 나사 체결 구조에 있어서, 상기 걸어맞춤부는 상기 접선 방향에 있어서 소정의 치수를 갖는 평탄면인 것을 특징으로 한다.
제 7 발명은, 제 1 발명 내지 제 3 발명중 어느 한 발명에 기재된 나사 체결 구조에 있어서, 상기 걸어맞춤부는 상기 접선 방향에 있어서 소정의 치수를 갖는 평탄면인 것을 특징으로 한다.
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제 8 발명은 나사부재에 관한 것으로, 제 1 발명에 기재된 끼워맞춤 구멍 또는 끼워맞춤 볼록부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
제 9 발명은 나사부재에 관한 것으로, 수나사를 가짐과 동시에 제 2 발명 또는 제 3 발명에 기재된 끼워맞춤 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 10 발명은 나사 체결 공구에 관한 것으로, 제 1 발명에 기재된 끼워맞춤 구멍 또는 끼워맞춤 볼록부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 나사 체결 구조에서는 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부가 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 갖고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크가 전달되므로, 상기 구동각 (α) 이 거의 0°가 되어 면 직각력 (N) 과 체결력 (F) 이 거의 일치하게 됨과 동시에, 확장 반력 (E) 이 거의 0 이 된다. 이 때문에 상기 도 10 에 나타낸 육각 헤드의 경우와 비교하여 면 직각력 (N) 이 작아지고, 나사 체결 공구에 가해지는 회전 조작력이나 토크 전달력에 작용하는 부하가 작아짐과 동시에, 걸어맞춤부의 압궤(壓潰) 등을 회피하면서 소정의 체결 토크를 확보하고, 직경 치수를 작게 하여 나사부재 등의 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.
제 7 발명에서는 상기 접선 방향으로 소정의 치수를 갖는 평탄면, 즉 중심선을 거의 통과하는 직선을 따라 평탄한 걸어맞춤부가 형성되어 있기 때문에, 체결력 (F) 이 분산되어 면압이 작아져 더욱 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.
제 2 발명에서는 수나사를 갖는 나사부재에 형성된 끼워맞춤 볼록부의 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 치수 (k) 가 각각 상기 (4) 식, (5) 식, (6) 식을 만족시키므로, 종래의 육각 헤드와 비교하여 토크 전달부의 압궤 또는 파단 등을 회피하면서 수나사의 외경 (d) 에 대해 끼워맞춤 볼록부가 작아져, 나사부재가 소형, 경량이 된다.
제 8 발명의 나사부재 및 제 10 발명의 나사 체결 공구는 실질적으로 상기 제 1 발명과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있고, 제 9 발명의 나사부재는 실질적으로 상기 제 2 발명 또는 제 3 발명과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
여기에서 나사 체결 구조는 육각 볼트 등과 같이 나사부재 측에 끼워맞춤 볼록부가 형성되고, 나사 체결 공구 측에 끼워맞춤 구멍이 형성되는 경우가 많지만, 나사부재 측에 끼워맞춤 구멍 (리세스) 을 형성함과 동시에 나사 체결 공구 측에 끼워맞춤 볼록부 (날개부) 를 형성할 수도 있다. 이들 끼워맞춤 구멍 및 끼워맞춤 볼록부는 축 방향으로 거의 평행하게 형성할 수도 있으나, 단조 성형성, 끼워맞춤 용이성 등의 면에서 중심선에 대해 경사지는 경사부 또는 모따기부 등을 형성할 수도 있다.
끼워맞춤 볼록부 및 끼워맞춤 구멍의 외주 측으로 돌출되는 토크 전달부의 수는 일반적으로 5 개 또는 6 개가 적당하고, 4 개 이하 또는 6 개 이상으로 할 수도 있다.
중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부는 제 2 발명과 같이 접선 방향으로 소정의 치수를 갖는 평탄면으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 단면 형상에서 외주 측으로부터 거의 중심선을 향하는 직선 형상의 1 쌍의 측벽면을 걸어맞춤부로서 구비하는 토크 전달 부가 바람직하게 사용되나, 원호 형상으로 만곡되어 있는 측벽면의 일부 접선이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 경우이어도 된다.
제 3 발명에서 최소 직경 치수 (Dmin) 및 최대 직경 치수 (Dmax) 는 외경 치수 (d) 보다 더 작다. 이 경우에는 소정의 파단강도를 얻을 수 있도록 높이 치수 (k) 를 필요에 따라서 0.45d 이상으로 하면 된다.
제 2 발명에서, 최대 직경 치수 (Dmax) 를 1.5d 이하로 함과 동시에 높이 치수 (k) 를 0.6d 보다 작게 한 것은 종래의 육각 볼트의 경우보다 작게 하는 취지이고, 높이 치수 (k) 를 0.3d 이상으로 한 것은 체결 시의 수나사 부분의 파단강도보다 헤드부 즉 끼워맞춤 볼록부의 파단강도가 커지도록 하기 위해서이다.
삭제
또 바람직하게는 상기 끼워맞춤 볼록부는 상기 나사부재에 형성되고, 상기 중심선 둘레에서의 이 끼워맞춤 볼록부의 상기 토크 전달부의 각도를 θ1, 인접하는 토크 전달부 사이의 각도를 θ2 로 했을 때, 다음 식 (7) 을 만족시키는 것이 바람직하다. 즉 나사 체결 공구의 재질은 예를 들어 JIS B 4636「소켓렌치-소켓」에서는 JIS G 4105 의 SCM 435 또는 동등 이상의 재료로 하는 것으로 규정되어 있는 한편, 나사부재의 재질은 일반적으로 강도 구분 8.8 에 속하는 것이 널리 사용되고 있고, SCM 435 는 강도 구분 10.9 에 속하고, 이 인장강도는 1040 N/㎟ 정도인 것에 대해, 강도 구분 8.8 의 나사류의 인장강도는 800 N/㎟ 정도이므로, (7) 식을 만족시키도록 하면 나사부재 측의 토크 전달부의 파단이 바람직하게 방지되는 것이다. 또한 상기 「강도 구분」은 JIS B 1051 의「강제의 볼트ㆍ작은 나사의 기계적 성질」에 규정된 강도 구분으로 이후의 설명도 이와 동일하다.
1.3 ≤θ1/θ2 ≤1.4 (7)
도 1 은 본 발명의 일 실시예인 나사부재를 나타낸 도면으로, (a) 는 헤드부 측에서 본 평면도, (b) 는 (a) 의 (b)-(b) 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 나사부재의 체결에 사용되는 나사 체결 공구를 나타내는 도면으로, (a) 는 소켓 측에서 본 저면도, (b) 는 중심선 (S) 과 직각인 방향에서 본 정면도이다.
도 3 은 나사용 재료의 전단강도 (τB ) 와 인장강도 (Rm) 의 비 (τB/Rm) 의 일례를 강도 구분마다 나타낸 도면이다.
도 4 는 도 3 의 비 (τB/Rm) 를 사용하여 강도 구분마다 구한 최저 높이 치수 (kmin), 및 일례로 강도 구분 12.9 에 대해 구한 (kmin/d) 의 값을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 도 1 에 대응하는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 도면으로, (a) 는 헤드부 측에서 본 평면도, (b) 는 중심선과 직각인 방향에서 본 정면도이다.
도 10 은 종래의 육각 볼트의 육각 헤드를 나타낸 도면이다.
도 11 은 JIS B 1180 의「육각 볼트」에 규정되어 있는 각 부의 치수 (s,e,k,d) 를 나타낸 도면이다.
도 12 는 JIS B 1189 의「플랜지가 형성된 육각 볼트」에 규정되어 있는 각 부의 치수 (s,e,k,d) 를 나타낸 도면이다.
도 13 은 도 11, 도 12 의 각 부의 치수 (s,e,k) 의 구체예와, 이들 값에서 「e/d」,「k/d」를 구한 결과를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에서 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예인 나사부재 (1) 를 나타낸 도면으로, 도 1(a) 는 헤드부 (12) 측에서 본 평면도, 도 1(b) 는 도 1(a) 에서의 (b)-(b) 단면도이고, 헤드부 (12) 에 연속하여 중심선 (O) 과 동심으로 수나사 (14) 가 일체로 형성되어 있고, 도 2 에 나타낸 나사 체결 공구 (30) 의 소켓부 (32) 가 헤드부 (12) 에 끼워맞춰져 중심선 (O) 둘레에서 회전됨으로써 수나사 (14) 가 체결되거나 풀린다. 헤드부 (12) 는 끼워맞춤 볼록부에 상당하고, 중심선 (O) 둘레에 등각도 간격 즉 60°간격으로 6 개의 토크 전달부 (16) 가 외주 측으로 돌출되도록 형성되고, 이 토크 전달부 (16) 의 외주 측 부분은 도 1(a) 를 평면에서 보았을 때 중심선 (O) 을 중심으로 하는 부채 형상을 이루고, 외주가장자리으로부터 중심선 (O) 을 향하는 직선 형상의 1 쌍의 측벽면 (18) 이 걸어맞춤부로서 형성되어 있다. 측벽면 (18) 은 중심선 (O) 을 통과하는 직선과의 교차각이 거의 0°, 즉 본 실시예에서는 ±1°이하이다. 헤드부 (12) 의 외주 형상은 중심선 (O) 과 평행으로 형성되어 있어, 도 1(a) 를 평면에서 보았을 때의 형상은 중심선 (O) 과 직각인 단면 형상과 일치하고, 측벽면 (18) 은 중심선 (O) 과 평행하는 평탄면이다. 또한 인접하는 토크 전달부 (16) 의 측벽면 (18) 은 내측으로 대칭적으로 경사진 1 쌍의 평탄한 경사면 (20) 을 통해 서로 접속되어 있고, 토크 전달부 (16) 간에는 오각형의 홈 (22) 이 형성되어 있다.
그리고 헤드부 (12) 의 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 치수 (k) 는 각각 수나사 (14) 의 외경 (d) 에 대해 상기 (4) 식, (5) 식, (7) 식을 만족시키도록 설정되어 있다. 또한 중심선 (O) 둘레에서의 토크 전달부 (16) 의 각도 θ1, 및 인접하는 토크 전달부 (16) 간의 홈 (22) 의 각도 θ2 는 상기 (8) 식의 관계를 만족시키도록 정해져 있다. 그리고 도 1 에서는, Dmax = 1.5d, Dmin = 1.1d, k = 0.35d, θ1/θ2 ≒1.4 이고, 이점쇄선은 JIS B 1180 에서 규정되어 있는 육각 볼트의 육각 헤드 (100) 를 비교하기 위해 나타낸 것이다.
한편 상기 나사 체결 공구 (30) 의 소켓부 (32) 는 끼워맞춤 구멍 (34) 을 갖는, 바닥이 형성된 원통 형상을 이루고 있다. 도 2 (a) 는 소켓부 (32) 측에서 본 저면도이고, 도 2b 는 중심선 (S) 과 직각인 방향에서 본 정면도로서, 끼워맞춤 구멍 (34) 에는 중심선 (S) 둘레에 등각도 간격 즉 60°간격으로 6 개의 토크 전달부 (36) 가 외주 측으로 돌출되도록 형성되어 있음과 동시에, 토크 전달부 (36) 는 도 2(a) 의 저면에서 볼 때 부채 형상을 이루고, 외주가장자리으로부터 중심선 (S) 을 향하는 직선 형상의 1 쌍의 측벽면 (38) 이 걸어맞춤부로서 형성되어 있다. 끼워맞춤 구멍 (34) 의 각 부의 치수는 상기 헤드부 (12) 의 외주 측에 끼워맞춰질 수 있도록 헤드부 (12) 의 각 부의 치수보다 다소 크게 정해져 있고, 토크 전달부 (36) 내에 헤드부 (12) 의 토크 전달부 (16) 가 각각 들어가도록 소켓부 (32) 가 헤드부 (12) 에 동심으로 끼워맞춰지고 중심선 (S) 둘레에서 회전됨으로써 측벽면 (38 및 18) 을 통해 나사부재 (10) 에 토크가 전달된다.
이러한 나사부재 (10) 및 나사 체결 공구 (30) 로 이루어지는 나사 체결 구조에서는 외주 측으로 돌출되는 6 개의 토크 전달부 (16,36) 가 각각 중심선 (O 또는 S) 과 직각인 단면 형상에서 중심선 (O,S) 을 통과하는 직선 상에 측벽면 (18,38) 을 갖고, 이들 측벽면 (18,38) 을 통해 토크 전달이 이루어지므로, 체결 토크가 전달되는 착력점 (Q) 에서, 나사 체결 공구 (30) 로부터 가해지는 면 직각력 (N) 의 방향과, 체결된 유효한 체결력 (F) 의 방향 (중심선 (O) 을 중심으로 하는 둘레 방향) 이 일치함과 동시에, 확장 반력 (E: 도 10 참조) 이 거의 0 이 된다. 이 때문에 종래의 육각 헤드 (100) 와 비교하여 면 직각력 (N) 이 작아지고, 나사 체결 공구 (30) 에 가하는 회전 조작력이나 토크 전달부 (16,36) 에 작용하는 부하가 작아지므로, 토크 전달이 행해지는 측벽면 (18,38) 의 압궤 등을 회피하면서 소정의 체결 토크를 확보하고, 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 의 직경 치수를 작게 하여 소형화, 경량화할 수 있다.
특히 본 실시예에서는 중심선 (O 또는 S) 을 통과하는 직선 상에 평탄한 측벽면 (18,38) 이 형성되어 있기 때문에, 체결력 (F) 이 분산되어 면압이 작아지고, 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 를 더욱 경량화, 소형화할 수 있다.
즉 본 실시예에서는 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 의 최대 직경 치수 (Dmax) = 1.5d, 높이 치수 (k) = 0.35d 이므로, 도 1 에서 명확하듯이 종래의 육각 헤드 (100) 와 비교하여 헤드부 (12) 가 대폭 작아지고, 나사부재 (10) 가 소형이며 가벼워진다.
여기에서 헤드부 (12) 의 높이 치수 (k) 에 대해 검토하면, 수나사 (14) 의 최대 인장강도 (Fmax)(나사), 및 헤드부 (12) 의 최대 인장강도 (Fmax) (헤드부) 는 나사재료의 인장강도 (Rm), 수나사 (14) 의 유효 단면적 (A(s)), 전단강도 (τB), 헤드부 (12) 의 전단면적 (Ask (= k×π×d) 을 이용하여 각각 다음 식 (8), (9) 으로 표시된다. 또한 헤드부 (12) 의 최대 인장강도 (Fmax) (헤드부) 는 수나사 (14) 의 최대 인장강도 (Fmax) (나사) 보다도 클 것이 요구되므로, Fmax (헤드부) 〉Fmax (나사) 로부터 다음 식 (10) 이 얻어지고, 최저 높이 치수 (kmin) 는 다음 식 (11) 으로 표시된다.
Fmax (나사) = Rm ×A(s) (8)
Fmax (헤드부) = τB ×Ask (9)
τB ×k×π×d 〉Rm ×A(s) (10)
kmin = (Rm ×A(s))/(τB ×π×d)
= A(s)/[(τB/Rm) ×π×d] (11)
한편 나사용 재료의 전단강도 (τB) 와 인장강도 (Rm) 의 비 (τB/Rm) 는, 독일기술협회 VDI 2230「고강도 나사 체결의 체계적 계산법」에서 강도 구분마다 도 3 과 같이 정해져 있고, 외경 (d) 이 상이한 몇 개의 나사부재 (10) 에 대해 강도 구분마다 상기 (12) 식에 따라서 최저 높이 치수 (kmin) 를 구하면 도 4 와 같이 되고, 강도 구분 12.9 에 대해 (kmin/d) 를 구하면 도 4 의 가장 우측란에 나타낸 값이 된다. 따라서 강도 구분 12.9 의 경우에서도 본 실시예와 같이 높이 치수 (k) = 0.35d 이면 충분한 파단강도가 얻어진다. 또한 강도 구분 8.8 이나 10.9 인 경우에는 조건이 완화되어 높이 치수 (k) = 0.3d 정도에서도 충분한 파단강도가 얻어진다.
또한 본 실시예에서는 토크 전달부 (16) 의 각도 θ1 및 홈 (22) 의 각도 θ2 가 상기 (8) 식의 관계를 만족시키고 있기 때문에 나사부재 (10) 측의 토크 전달부 (16) 의 파단이 바람직하게 방지된다. 즉 나사 체결 공구 (30) 의 재질이 JIS B 4636「소켓렌치-소켓」에서 정해져 있는 바와 같이 JIS G 4105 의 SCM 435 이고, 나사부재 (10) 의 재질이 강도 구분 8.8 에 속하는 경우, SCM 435 는 강도 구분 10.9 에 속하고, 이 인장강도는 1040 N/㎟ 정도인 것에 대해 강도 구분 8.8 의 나사류의 인장강도는 800 N/㎟ 정도이므로, (8) 식을 만족시키도록 하면 나사 체결 공구 (30) 보다도 나사부재 (10) 의 파단강도가 높아지게 되는 것이다.
다음으로 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 또한 이하의 실시예에서 상기 실시예와 실질적으로 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.
도 5 의 나사부재 (40) 는 토크 전달부 (16) 가 중심선 (O) 둘레에 등각도 간격으로 5 개 형성되어 있는 경우로서, 각 부의 치수 Dmax, Dmin, k, θ1, θ2 는 상기 (4) 식, (5) 식, (7) 식, 및 (8) 식을 만족시키도록 설정되어 있다.
도 6 의 나사부재 (42) 는 상기 나사부재 (10) 의 헤드부 (12) 에 토크 전달부 (16) 에 대응하여 6 홈의 리세스 (44) 를 형성한 경우로, 2 종류의 나사 체결 공구를 사용하여 체결 작업 등을 행할 수 있다. 또한 리세스 (44) 는 본 발명의 요건을 만족시키는 것이 아니고, 중심선 (O) 을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부를 가지는 것은 아니다.
도 7, 도 8 의 나사부재 (46,48) 는 5각형의 홈 (22) 대신에 평탄한 측벽면 (18) 으로부터 매끄럽게 만곡된 거의 반원 형상의 저부 (50) 를 갖는 U 자 형상의 홈 (52) 을 형성함과 동시에, 이 홈 (52) 의 개구부를 둥글게 한 경우로서, 상기 나사부재 (10,40) 와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 9 는 본 발명이 스터드 볼트 (60) 에 적용된 경우로서, 끼워맞춤 볼록부로서 기능하는 헤드부 (62), 및 1 쌍의 수나사 (64,66) 를 갖는 나사부 (68) 를 동 심으로 일체로 구비하고 있다. 헤드부 (62) 를 평면에서 보았을 때의 형상은 상기 헤드부 (12) 와 동일하고, 1 쌍의 측벽면 (18) 을 갖는 6 개의 토크 전달부 (16) 를 구비하고 있는데, 직경 치수 (Dmax,Dmin) 는 모두 수나사 (64,66) 의 외경 (d) 보다 작다. 이 경우에도, 평면에서 보았을 때 중심선 (O) 을 통과하는 직선 상에 위치하는 평탄한 측벽면 (18) 을 통해 토크 전달이 이루어지므로, 헤드부 (62) 의 소형화에 수반하여 큰 체결력 (F) 이 필요하게 되어도 측벽면 (18) 에 가해지는 힘 (= 면 직각력 (N)) 은 체결력 (F) 과 동일하므로, 측벽면 (18) 의 압궤 등을 방지할 수 있다. 또한 도 9 (a) 는 헤드부 (62) 측으로부터 본 평면도이고, 도 9 (b) 는 중심선과 직각인 방향에서 본 정면도이다.
이상으로 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세히 설명하였으나, 이것들은 어디까지나 일 실시형태이고, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 다양하게 변경, 개량한 형태로 실시할 수 있다.
Claims (11)
- 나사부재 (10;40;42;46;48) 및 이 나사부재를 체결하는 나사 체결 공구 (30) 의 일방 및 타방에 형성되어 있음과 동시에, 각각 중심선 (O,S) 둘레에 등각도 간격으로 외주 측으로 돌출되는 복수의 토크 전달부 (16,36) 를 가지고 서로 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍 (34;44) 및 끼워맞춤 볼록부 (12) 로 이루어지고, 상기 나사 체결 공구가 이 중심선 둘레에서 회전됨에 따라 이 토크 전달부를 통해 상기 나사부재에 체결 토크를 전달하는 나사 체결 구조에 있어서,상기 토크 전달부는 상기 중심선과 직각인 단면 형상에 있어서 접선이 이 중심선을 통과하는 직선과 거의 일치하는 걸어맞춤부 (18) 를 가지고, 이 걸어맞춤부를 통해 토크 전달이 실시되고, 상기 나사부재는 수나사 (14) 를 갖고, 상기 끼워맞춤 볼록부는 상기 나사부재에 형성되어 있고, 상기 중심선과 평행인 방향에 있어서 상기 끼워맞춤 볼록부가 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 (k) 를 가져서, 상기 최대 직경 치수 (Dmax), 최소 직경 치수 (Dmin) 및 높이 (k) 는 상기 수나사의 외경 치수 (d) 와의 관계를 나타내는 이하의 식 (4), (5), (6) 을 만족시키는 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.Dmax ≤1.5d (4)1.1d〈 Dmin (5)0.3d ≤k〈 0.45d (6)
- 제 1 항에 있어서, 상기 중심선 (O,S) 을 통과하는 상기 직선과 상기 접선 사이의 교차각은 ±3°이하인 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중심선 (O,S) 을 통과하는 상기 직선과 상기 접선 사이의 교차각은 ±1°이하인 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 토크 전달부 (16,36) 는 5개 또는 6개의 토크 전달부 (16,36) 로 구성되는 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 걸어맞춤부 (18) 는 상기 접선 방향에 있어서 소정의 치수를 갖는 평탄면 (18) 인 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.
- 수나사 (14) 를 가짐과 동시에 제 1 항에 기재된 끼워맞춤 볼록부 (12) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나사부재 (10;40;42;46;48).
- 제 1 항에 있어서, 상기 끼워맞춤 볼록부 (12) 는 상기 나사부재 (10;40;42;46;48) 에 형성되고, 상기 중심선 둘레에서의 그 끼워맞춤 볼록부의 상기 토크 전달부 (16,36) 의 각도를 θ1, 인접하는 토크 전달부 간의 각도를 θ2 로 했을 때 다음 식 (7) 을 만족시키는 것을 특징으로 하는 나사 체결 구조.1.3 ≤θ1/θ2 ≤1.4 (7)
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