KR102070888B1 - 셀프 태핑 스크류 - Google Patents

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Abstract

본 실시예의 셀프 태핑 스크류는 헤드부와, 헤드부에서 돌출된 축부를 포함하고, 축부는 둥근 나사산이 형성된 도입부와; 도입부의 상부에 형성되고 상측으로 갈수록 직경이 점차 증가되는 포밍부와; 포밍부 상부에 형성되고 삼각 나사산이 형성된 체결부를 포함하고, 포밍부는 도입부의 둥근 나사산에서 연속되는 둥근 나사산과, 체결부의 삼각 나사산과 연속되는 삼각 나사산을 포함하며, 포밍부의 둥근 나사산과 포밍부의 삼각 나사산 사이에는 체결부와 가까워질수록 둥근 나사산 형상에서 점차 삼각 나사산과 형상과 가깝게 뾰족해지는 연결 나사산이 형성된다. 그리고, 도입부부터 체결부의 일부 영역까지 적어도 하나의 포밍 그루브가 음각 형성된다.

Description

셀프 태핑 스크류{Self-forming Screw}
본 발명은 셀프 태핑 스크류에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 체결대상에 암나사산을 형성하면서 체결되는 셀프 태핑 스크류에 관한 것이다.
셀프 태핑 스크류(Self-tapping screw)는 나사가 없는 홀에 돌리면서 박을 때 스스로 나사를 깍으면서 들어가는 나사로서, 전자제품이나 제조장비나 차량 등에 사용될 수 있다.
셀프 태핑 스크류는 체결대상(즉, 상대물)에 직접 암나사산을 성형하면서 동시에 체결되는 셀프 포밍 스크류(Self-forming Screw)일 수 있고, 전자제품이나 제조장비나 차량 등에 볼트가 체결되는 곳에 볼트를 대체하여 사용될 수 있다.
셀프 태핑 스크류의 일예는 대한민국 공개특허공보 10-2016-0106481(2016년09월12일 공개)에 개시된 셀프 태핑 스크류가 있고, 셀프 테핑 스크류는 헤드부 아래의 원기둥형 축부와, 원기둥형 축부의 선단에 연속하는 절두 원추형 축부로 이루어지고, 원기둥형 축부의 선단부에 형성된 복수의 제1수나사산과, 절두 원추형 축부에 형성된 복수의 제2 수나사산 각각에는 주위 방향을 따라 등간격을 두고 복수의 나사산 결락부가 축과 나란하게 형성되며, 나사산 결락부에 의해 초기 바이팅을 저해하지 않고 초기 토크를 저감화할 수 있으며, 후속의 수나사산을 원활하게 인도하여 원활한 암나사 소성 가공을 실현한다.
대한민국 공개특허공보 10-2016-0106481(2016년09월12일 공개)
본 발명은 체결대상에 적은 힘으로 암나사를 형성할 수 있으면서 체결대상에 나사산의 길이 대비 더 높은 축력으로 체결될 수 있는 셀프 태핑 스크류를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 셀프 태핑 스크류는 헤드부와, 헤드부에서 돌출된 축부를 포함하고, 축부는 둥근 나사산이 형성된 도입부와; 도입부의 상부에 형성되고 상측으로 갈수록 직경이 점차 증가되는 포밍부와; 포밍부 상부에 형성되고 삼각 나사산이 형성된 체결부를 포함하고, 포밍부는 도입부의 둥근 나사산에서 연속되는 둥근 나사산과, 체결부의 삼각 나사산과 연속되는 삼각 나사산을 포함하며, 포밍부의 둥근 나사산과 포밍부의 삼각 나사산 사이에는 체결부와 가까워질수록 둥근 나사산 형상에서 점차 삼각 나사산과 형상과 가깝게 뾰족해지는 연결 나사산이 형성된다. 그리고, 도입부부터 체결부의 일부 영역까지 적어도 하나의 포밍 그루브가 음각 형성된다.
포밍 그루브의 중심축과 축부의 축 중심은 예각의 경사각을 갖을 수 있다.
포밍부의 나사산 피치 수는 도입부의 나사산 피치 수 보다 많을 수 있다.
포밍 그루브는 복수개가 축부의 원주 방향으로 이격될 수 있다.
복수개 포밍 그루브 중 일부 포밍 그루브의 높이는 타 포밍 그루브의 높이와 상이할 수 있다.
복수개 포밍 그루브 중 일부 포밍 그루브의 곡률 반경은 타 포밍 그루브의 곡률 반경과 상이할 수 있다.
복수개 포밍 그루브는 높이 및 곡률 각각이 상이할 수 있다.
도입부 하단의 중심은 축부의 축 중심과 이격될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 포밍부가 둥근 나사산과, 둥근 나사산 형상에서 점차 삼각 나사산과 형상과 가깝게 뾰족해지는 연결 나사산과, 삼각 나사산이 순차적으로 형성되어, 포밍부의 포밍성을 향상시킬 수 있으면서, 포밍 그루브와 도입부의 둥근 나사산에 의해 체결대상의 나사선 성형시 발생되는 절삭칩을 최소화할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 포밍 그루브와 도입부의 둥근 나사산에 의해 체결대상의 나사산 형성시 발생되는 절삭칩을 최소화할 수 있다.
또한, 포밍 그루부가 축부의 축 중심에 대해 사선 방향으로 비스듬하게 형성되어, 포밍 그루브가 축부의 축 중심과 나란한 직선 방향으로 형성될 경우 보다, 마찰저항을 낮출 수 있고, 작업자는 보다 적은 힘으로 나사산을 형성할 수 있다.
또한, 복수개 포밍 그루브의 높이나 곡률 반경이 상이하여 포밍 성능을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 축부 확대 정면도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 축부 확대 측면도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 저면도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 제1변형예가 도시된 저면도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 제2변형예가 도시된 저면도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 제3변형예가 도시된 저면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 정면도이며, 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 측면도이고, 도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 저면도이다.
셀프 포밍 스크류는 헤드부(1)와, 헤드부(1))에서 돌출된 축부(2)를 포함한다.
헤드부(1)의 형상은 6각, 4각, 12각 등 다각형일 수 있다.
축부(2)는 둥근 나사산(11)이 형성된 도입부(10)와; 도입부(10)의 상부에 형성되고 상측으로 갈수록 직경이 점차 증가되는 포밍부(20)와; 포밍부(20) 상부에 형성되고 삼각형 나사산(31)이 형성된 체결부(30)를 포함한다.
축부(2)는 도입부(10)와, 포밍부(20)와 및 체결부(30)의 3단계 구분되는 구조적 형상을 포함할 수 있다.
도입부(10)는 체결부(30) 보다 직경이 작게 형성될 수 있다. 도입부(10)의 직경은 포밍부(20)의 최소 직경일 수 있다. 도입부(10)는 상하 방향으로 직경이 일정한 것이 가능하고, 상측 방향으로 갈수록 직경이 점차 증가되는 것도 가능하다. 도입부(10)가 상측 방향으로 갈수록 직경이 증가할 경우, 도입부(10)의 최대 직경은 포밍부(20)의 하단 직경과 동일할 수 있다.
도입부(10)는 암나사산을 성형할 체결대상(즉, 상대물)에 초기 삽입되기 용이한 형상 및 크기일 수 있다.
도입부(10)의 직경은 암나사산을 성형할 체결대상의 홀의 직경보다 작다.
도입부(10)는 포밍부(20) 보다 먼저, 체결대상의 홀에 삽입되면서 체결대상에 접촉될 수 있고, 축부(2) 특히, 포밍부(20)가 체결대상의 홀에 사선 방향으로 진입되지 않게 유도할 수 있다.
도입부(10)는 포밍부(20)의 축방향 얼라인먼트를 스스로 보정할 수 있는 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
도입부(10)의 하단은 평면이거나 하측을 향해 볼록한 볼록면일 수 있다.
도입부(10)에 형성된 둥근 나사산(11)의 프랭크 형상은 둥근 나사산(11)의 시작부분이 불완전 둥근 나사부(12)일 수 있고, 불안전 둥근 나사부(12) 이후는 완전 둥근 나사부(13)일 수 있다.
도입부(10)의 둥근 나사산(11)은 1피치 이상일 수 있다.
포밍부(20)는 축부(2)의 옆에서 볼 때, 테이퍼 형상일 수 있고, 포밍부(20)의 외경은 도입부(10)의 외경부터 시작하여 체결부(30)의 외경까지 점차 확장되게 형성될 수 있다.
포밍부(20)는 하측 방향으로 갈수록 폭이 점차 좁아지는 형상이되, 하단이 절단된 원추 형상일 수 있고, 체결대상의 홀로 점차 삽입되면서 체결대상의 홀에 암나사를 형성한다.
포밍부(20)는 도입부(10)의 둥근 나사산(11)에서 연속되는 둥근 나사산(21)과, 체결부(30)의 삼각 나사산(31)과 연속되는 삼각 나사산(22)을 포함할 수 있다. 포밍부(20)는 포밍부(20)의 둥근 나사산(21)과 포밍부(20)의 삼각 나사산(22) 사이에 위치하는 연결 나사산(23)을 더 포함할 수 있다.
포밍부(20)는 둥근 나사산(21)의 단부와 삼각 나사산(22)의 단부가 직접 연결되지 않고, 연결 나사산(23)이 포밍부(20)의 둥근 나사산(21)과 포밍부(20)의 삼각 나사산(22)이 연결될 수 있다.
연결 나사산(23)은 체결부(30)와 가까워질수록 둥근 나사산 형상에서 점차 삼각 나사산과 형상과 가깝게 뾰족해지는 형상일 수 있다. 연결 나사산(23)은 하부에서 상부로 갈수록 곡률이 점차 작아지는 형상일 수 있다.
연결 나사산(23)은 포밍부(20)의 나선을 따라 그 단면의 곡률이 점차 감소되는 곡률 가변 나사산일 수 있다.
포밍부(20)는 둥근 나사산(21)의 위에 연결 나사산(23)이 위치할 수 있고, 연결 나사산(23)의 위에 삼각 나사산(22)이 위치될 수 있다.
포밍부(20)의 나사산 피치 수는 도입부(10)의 나사산 피치 수 보다 많을 수 있다. 예를 들어, 도입부(10)의 나사산 피치 수가 1 일 경우, 포밍부(20)의 나사산 피치 수는 3 내지 6일 수 있고, 도입부(10)의 나사산 피치 수가 2 일 경우, 포밍부(20)의 나사산 피치 수는 3 내지 8일 수 있다.
포밍부(20)는 암나사를 성형할 상대물의 포밍 성형성이 나쁠수록 길게 형성될 수 있고, 나사산 피치 수가 많게 형성되는 것이 바람직하다.
포밍부(20)의 삽입 깊이가 깊이질수록 체결대상에 형성되는 암나사의 길이도 점차 증가되고, 포밍부(20)는 그 둥근 나사산(21)이 형성하는 암나사산에 연결 나사(23) 및 삼각 나사산(22)이 순차적으로 체결될 수 있고, 포밍부(20)는 암나나산 포밍과 체결이 함께 이루어질 수 있다.
연결 나사산(23)은 암나사산을 포밍하면서 동시에 포밍된 암나나산에 체결되는 부분으로서, 적어도 1피치 형성되는 것이 바람직하다.
체결부(30)는 미터 나사나 인치 나사 등의 국제표준 나사의 완전 나사산을 갖는 부분으로, 볼트에 발생되는 체결력을 암나사에 전달하는 역할을 할 수 있고, 포밍 그루브(G)가 형성된 하부 영역 이외는 전체적으로 원형을 이루는 일반 구조용 볼트와 같은 형상을 갖을 수 있다.
축부(2)는 도입부(10)부터 체결부(30)의 일부 영역까지 적어도 하나의 포밍 그루브(G)가 음각 형성될 수 있다. 포밍 그루브(G)는 인접한 부분 보다 오목한 부분으로서, 수평 방향으로 유선형 형상일 수 있다.
포밍 그루브(G)는 체결부(30)의 전체 영역에 형성되지 않고, 체결부(30) 중 포밍부(20)와 근접한 하부 일부 영역에만 형성될 수 있다.
포밍 그루브(G)의 형상은 원형, 반원형, 타원형,각형 등 다양한 형상이 적용 가능하다. 포밍 그루브(G)는 셀프 포밍 스크류에 형성된 둥근 나사산과 삼각 나사산이 체결대상과 물림과 비물림을 반복하도록 형성될 수 있고, 이러한 반복시, 체결대상은 포밍 그루브(G)의 옆에 위치하는 부분에 의해 소성 변형되면서 암나사산을 성형할 수 있다.
포밍 그루브(G)는 체결부(30)의 전체 영역 중 하부 20% 미만인 영역에만 형성되는 것이 바람직하다. 포밍 그루브(G)가 체결부(30)의 높은 부분까지 형성될 경우, 체결부(30)의 체결대상의 체결력이 저하될 수 있으므로, 포밍 그루브(G)는 체결부(30)가 체결대상과 초기 체결되는 일부 영역에만 형성되는 것이 바람직하다.
포밍 그루브(20)의 중심축(GC)과 축부(2)의 축 중심(AC)은 예각의 경사각(θ)을 갖을 수 있다. 포밍 그루브(20)는 축부(2)의 하부에 축부(2)와 축 중심(AC)에 대해 비스듬하게 형성될 수 있고, 상하 방향으로 순차적으로 위치하는 복수개의 나사산에 연속적으로 형성될 수 있다.
여기서, 포밍 그루브(G)의 중심축(GC)은 포밍 그루브(G)를 구성하는 각각의 홈들의 수평 방향 중심을 잇는 선으로 정의될 수 있다.
포밍 그루브(G)의 중심축(GC)이 비스듬하게 위치되고, 포밍 그루브(G)는 하부로 갈수록 포밍 그루브(G)를 형성하는 곡선의 길이가 길고, 상부로 갈수록 포밍 그루브(G)를 형성하는 곡선의 길이가 짧을 수 있다.
포밍부(20)의 직경이 하부로 갈수록 점차 감소하는 구조와, 포밍 그루브(20)가 축부(2)의 중심축(AC)에 대해 비스듬하게 형성된 구조에 의해, 포밍부(20)와 체결대상의 접촉면적은 하측 방향으로 갈수록 감소될 수 있다.
포밍 그루브(G)는 복수개(G1)(G2)(G3)가 축부(2)의 원주 방향으로 이격될 수 있다. 복수개 포밍 그루브(G1)(G2)(G3) 중 일부 포밍 그루브(G1)의 높이(H1)는 타 포밍 그루브(G2)의 높이(H2)와 상이할 수 있다. 복수개 포밍 그루브(G1)(G2)(G3) 중 일부 포밍 그루브(G1)의 높이(H1)는 타 포밍 그루브(G2)의 높이(H2) 보다 더 높을 수 있다.
축부(2)에 3 개의 포밍 그루브(G1)(G2)(G3)가 형성될 경우, 3개의 포밍 그루브(G1)(G2)(G3)는 그 각각의 상단 높이가 서로 상이한 것이 가능하고, 3개의 포밍 그루브(G1)(G2)(G3) 중 2개 포밍 그루브(G1)(G2) 상단 높이가 같되 다른 포밍 그루브(G3)의 상단 높이와 상이한 것도 가능하다.
복수개 포밍 그루브(G1)(G2)(G3) 중 일부 포밍 그루브(G1)의 곡률 반경(R1)은 타 포밍 그루브(G2)의 곡률 반경(R2)과 상이할 수 있다.
복수개 포밍 그루브(G1)(G2)(G3)는 높이 및 곡률 각각이 상이할 수 있다.
도입부(10) 하단의 중심(LC)은 축부(2)의 축 중심(AC)과 이격될 수 있다. 도입부(10)의 하단의 우측 영역에 타 포밍 그루브 보다 크기가 큰 포밍 그루브가 형성될 경우, 도입부(10) 하단의 중심(LC)는 축부(2)의 축 중심(AC) 좌측에 편심되게 위치할 수 있다.
반대로, 도입부(10)의 하단의 좌측 영역에 타 포밍 그루브 보다 크기가 큰 포밍 그루브가 형성될 경우, 도입부(10) 하단의 중심(LC)는 축부(2)의 축 중심(AC) 우측에 편심되게 위치할 수 있다.
본 실시예는 포밍부(20)의 구배진 형상 및 포밍 그루브(G)의 중심축 방향에 의해 암나사산을 절삭이 아닌 순수 소성변형에 의해 성형할 수 있다. 특히, 포밍 그루브(G)는 소성 변형되면서 형성된 암나사산측의 소재가 셀프 포밍 스크류의 내경측으로 유도되게 도울 수 있다.
포밍 그루부(G)와 암나사산 사이의 비접촉 영역은 체결대상에서 발생된 이물질이 쌓일 수 있는 공간을 제공할 수 있고, 포밍 그루브(G)는 축부(2)와 체결대상 사이의 접촉 면적을 줄일 수 있고, 암나사산 포밍시 발생되는 마찰에 의한 토크 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 포밍 그루브(G)의 형상와 도입부(10)의 복합적 형상에 의해 암나산산이 어긋나서 생성되는 미스 얼라인먼트는 자가 보정될 수 있고, 보다 안정적인 암나사 성형을 도울 수 있다.
상기와 같은 셀프 태핑 스크류는 철강, 마그네슘, 알루미늄, 티타늄, 플라스틱, 복합소재 등 어떤 소재로도 제조 가능하며, 상대물은 본 실시예의 셀프 태핑 스크류 보다 경도가 동일하거나, 낮은 소성가공이 가능한 모든 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 알루미늄 셀프 태핑 스크류와 알루미늄 체결대상, 또는 마그네슘 체결대상에 적용가능하며, 스틸 셀프 태핑 스크류와 알루미늄 체결대상 또는 스틸 체결대상 등에도 적용이 가능함은 물론이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 제1변형예가 도시된 저면도이다.
도 5에 도시된 셀프 포밍 스크류는 포밍 그루브(G1)가 단수개 형성된 예로서, 포밍 그루브(G1)는 일측에 편심된 위치에 형성될 수 있고, 포밍 그루브(G1)의 개수 이외의 기타 구성 및 작용은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예와 동일하거나 유사하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 제2변형예가 도시된 저면도이다.
도 6에 도시된 셀프 포밍 스크류는 한 쌍의 포밍 그루브(G1)(G2)가 형성된 예로서, 한 쌍의 포밍 그루브(G1)는 도입부(10) 하단의 제1중심축(C1)을 중심으로 일측에 편심되게 형성될 수 있고, 한 쌍의 포밍 그루브(G2)는 제1중심축(C1)과 직교한 제2중심축(C2)을 사이에 두고 서로 이격되게 형성될 수 있다.
본 변형예는 포밍 그루브(G1)의 개수 및 위치 이외의 기타 구성 및 작용은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예와 동일하거나 유사하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 테핑 스크류의 제3변형예가 도시된 저면도이다.
도 7에 도시된 셀프 포밍 스크류는 복수개의 포밍 스크류(G1)(G2)(G3)(G4)(G5)가 불규칙하게 형성된 예로서, 복수개의 포밍 스크류(G1)(G2)(G3)(G4)(G5) 각각의 크기 및 곡률 각각이 상이할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 헤드부 2: 축부
10: 도입부 20: 포밍부
30: 체결부

Claims (7)

  1. 헤드부와, 헤드부에서 돌출된 축부를 포함하고,
    상기 축부는
    둥근 나사산이 형성된 도입부와;
    상기 도입부의 상부에 형성되고 상측으로 갈수록 직경이 점차 증가되는 포밍부와;
    상기 포밍부 상부에 형성되고 삼각 나사산이 형성된 체결부를 포함하고,
    상기 포밍부는
    상기 도입부의 둥근 나사산에서 연속되는 둥근 나사산과,
    상기 체결부의 삼각 나사산과 연속되는 삼각 나사산을 포함하며,
    상기 포밍부의 둥근 나사산과 상기 포밍부의 삼각 나사산 사이에는 상기 체결부와 가까워질수록 둥근 나사산 형상에서 점차 삼각 나사산과 형상과 가깝게 뾰족해지는 연결 나사산이 형성되며,
    상기 도입부부터 상기 체결부의 일부 영역까지 적어도 하나의 포밍 그루브가 음각 형성되고,
    상기 포밍 그루브는 복수개가 상기 축부의 원주 방향으로 이격되고,
    복수개 포밍 그루브 중 일부 포밍 그루브의 곡률 반경은 타 포밍 그루브의 곡률 반경과 상이하며,
    상기 도입부 하단의 중심은 상기 축부의 축 중심과 이격된 셀프 태핑 스크류.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포밍 그루브의 중심축과 상기 축부의 축 중심은 예각의 경사각을 갖는 셀프 태핑 스크류.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포밍부의 나사산 피치 수는 상기 도입부의 나사산 피치 수 보다 많은 셀프 태핑 스크류.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수개 포밍 그루브 중 일부 포밍 그루브의 높이는 타 포밍 그루브의 높이와 상이한 셀프 태핑 스크류.
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