KR20020060650A - 스웨이지형 체결볼트 및 이를 위한 체결공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 볼트의 나사산에 회전방지홈을 형성하여 체결된 후에도 링이 회전되는 것을 방지하고, 기존 볼트의 나사산에 비해서 피설체측 방향의 나사산 각도는 급하고, 종단측 방향의 나사산각도는 완만하도록 형성하여 장축방향의 피로도에 강하도록 형성한 스웨이지형체결볼트 및 이를 위한 체결공구에 관한 것으로, 이것은 피설체의 일측에 위치하는 제 1 고정단인 볼트헤드와, 소정 간격으로 나사산이 형성된 볼트핀과, 상기 볼트핀의 직경보다 작은 직경을 가진 절단포인트에서 인장력에 의한 체결과 동시에 끊어지는 핀테일과, 상기 피설체를 사이에 두고 상기 피설체의 타측에 위치하며 체결시 상기 볼트핀의 나사산으로 내경이 스웨이지되는 제 2 고정단인 링으로 구성된 체결볼트와; 압축공기를 바이패스시키기 위한 적어도 하나 이상의 바이패스홀을 가지고, 외부로부터 공급된 동력에 의해 상기 링을 압박하여 상기 볼트핀의 나사산으로 스웨이지시키는 원통형상의 외부노으즈와, 상기 외부노으즈의 내경으로 삽입되어 외부로부터 공급된 동력에 의해 상기 볼트핀을 당기는 홀더와, 상기 홀더가 상기 핀테일을 당기려고 할 때 상기 핀테일을 잡아주는 세조각으로 된 조를 포함하는 체결공구로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

스웨이지형 체결볼트 및 이를 위한 체결공구{Swage Type Lockbolt and the Tool thereof}

본 발명은 스웨이지형 체결볼트 및 체결공구에 관한 것으로, 더 상세하게는 기존 볼트의 나사산에 회전방지홈을 형성하여 체결된 후에도 링이 회전되는 것을 방지하고, 기존 볼트의 나사산에 비하여 볼트핀의 피설체측 방향의 나사산 각도는 급하고, 종단측 방향의 나사산각도는 완만하도록 형성하여 장축방향의 피로도에 강하도록 형성한 스웨이지형체결볼트 및 이를 위한 체결공구에 관한 것이다.

수많은 산업현장에서 볼트와 너트가 이용되고 있으며, 기계적 강도 등을 기준으로 많은 등급의 볼트와 너트가 분류되고 있고, 이러한 볼트의 외경과 너트의 내경에는 나선형의 산을 가지고 있어 너트를 끼워 돌리면 나선을 따라서 고정하고자 하는 물체에 소정의 힘을 가하면서 체결된다.

한편, 스웨이지(Swage)형 체결볼트는 스웨이지형 파스너(Swage Type Fastener)로도 불리우는데, 주로 2개의 부품으로 구성되고, 볼트핀(Bolt Pin)과 이 핀에 형성된 체결홈속으로 스웨이지되는 즉, 변형되어 들어가는 링(Ring)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 링을 칼러(Collar)라고도 부른다.

스웨이지형 체결볼트는 핀테일(Pin Tail)을 당겨서 링을 볼트핀으로 스웨이지시켜 고정하는 인장형(Pull Type) 체결공구를 필요로 한다.

이러한 기존의 볼트는 고정된 이음매 상에서 미리 선택된 최소의 인장하중에서 볼트의 나사홈의 직경을 가로질러 인장하중에 의해 파괴되도록 설계된 표준 나사홈을 가지고 있으며, 최상의 체결하중을 부여하기 위하여 인장항복점까지 돌려진다. 하지만 항복이 허용되지 않는 분야에서는 체결하중의 힘을 인장항복점에 훨씬 못미치는 힘으로 감소시켜야만 한다. 또한 체결구조에서 발생하는 마찰은 체결하중을 떨어뜨리는 주요 요인이 된다.

또한, 상술한 종래의 체결볼트 및 체결공구는 다음과 같은 단점을 가진다.

첫째, 종래의 체결볼트는 핀테일과 볼트핀이 서로 다른 직경을 가지고 있어서 여러 단계의 가공공정을 거쳐야 하기 때문에 제조원가가 비싼 단점이 있다.

둘째, 종래의 체결볼트는 홈형태의 골과 산으로 이루어져 골 부분의 단면길기와 산 부분의 단면길이가 서로 다르기 때문에 장축방향의 피로도에 취약한 단점이 있다. 특히, 체결시 인장형 공구로 당길 때에 골 부분의 특정 위치에서 기계적 변형이 발생될 가능성이 있을 뿐만 아니라, 체결 후에도 견고하지 못한 단점을 가지고 있다.

셋째, 종래의 체결볼트는 피설체에 체결한 뒤에도 링이 불특정 요인으로 인해 겉돌게 되는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 체결된 후에도 링이 회전되는 것을 방지하고, 장축방향의 피로도에 강하도록 형성한 스웨이지형체결볼트 및 이를 위한 체결공구를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 체결력의 조절이 가능한 스웨이지형 체결볼트 및 이를 위한 체결공구를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스웨이지형 체결볼트의 외관을 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 스웨이지형 체결볼트 및 체결공구의 주요부분에 대한 단면을 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 스웨이지형 체결볼트 및 체결공구의 조립상태를 나타낸 분해사시도.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 스웨이지형 체결볼트 및 체결공구의 동작상태를 설명하기 위해 주요부분의 단면을 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 체결볼트12 : 볼트헤드

14 : 볼트핀16 : 핀테일

20 : 피설체22 : 링

24 : 외부노으즈26 : 홀더

28 : 고정너트30 : 가이드너트

32 : 조34 : 제 1 유격너트

36 : 스프링38 : 오링

40 : 제 2 유격너트

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 피설체의 일측에 위치하는 제 1 고정단인 볼트헤드와, 소정 간격으로 나사산이 형성된 볼트핀과, 상기 볼트핀의 직경보다 작은 직경을 가진 절단포인트에서 인장력에 의한 체결과 동시에 끊어지는 핀테일과, 상기 피설체를 사이에 두고 상기 피설체의 타측에 위치하며 체결시 상기 볼트핀의 나사산으로 내경이 스웨이지되는 제 2 고정단인 링으로 구성된 체결볼트와; 압축공기를 바이패스시키기 위한 적어도 하나 이상의 바이패스홀을 가지고, 외부로부터 공급된 동력에 의해 상기 링을 압박하여 상기 볼트핀의 나사산으로 스웨이지시키는 원통형상의 외부노으즈와, 상기 외부노으즈의 내경으로 삽입되어 외부로부터 공급된 동력에 의해 상기 핀테일을 당기는 홀더와, 상기 홀더가 상기 핀테일을 당기려고 할 때 상기 핀테일을 잡아주는 세조각으로 된 조를 포함하여 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 체결볼트의 외관을 나타낸 사시도로서, 체결볼트(Lockbolt; 10)는 피설체(被設體)의 일측에 고정시키기 위한 볼트헤드(Bolt head; 12)와, 상기 볼트헤드(12)와 동일체로 형성되어 상기 피설체를 관통하여 위치하는 볼트핀(Bolt pin; 14)과, 상기 볼트핀과 동일체로 형성되어 상기 피설체에 설치하기 위한 인장력에 의해 끊어져 버려지는 핀테일(Pin tail; 16)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 볼트핀(14)에는 나사산들을 가로지르는 회전방지홈(B)이 형성되어 있고, 핀테일과 볼트핀 사이에는 볼트핀(14)과 핀테일(16)의 경계를 정의할 뿐만 아니라, 인장력에 의해서 끊어지도록 한 절단포인트(A)가 구비되어 있다.

이러한 체결볼트(10)를 소정의 피설체에 체결시키는 체결공구에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 체결볼트와 체결공구의 주요부분에 대한 단면구성을 나타낸 단면도로서, 소정의 피설체(20) 예컨대, 건물, 교량, 철탑과 같은 건축물에 형성한 구멍에 체결볼트를 끼워서 일측에는 볼트헤드(12)를 위치시키고, 타측에는 볼트핀(14) 및 핀테일(16)을 각각 위치시키며, 볼트핀(14) 부분에 체결을 위한 링(22)를 끼워둔다. 이때, 상기 링(22)은 볼트핀(14)의 외경에 형성된 나사산의 길이에 비해 15% ∼ 30%가 짧도록 설계하는 것이 서로 다른 링을 선택함으로써 체결력의 조정이 가능해지기 때문에 바람직하다.

또한, 표 1에 나타낸 바와 같이, 볼트핀의 나사산은 볼트헤드측의 경사가 급하고, 볼트핀측의 경사가 완만하도록 설계하는 것이 장축방향의 피로도에 강하게 제작할 수 있다는 점 때문에 바람직하다. 즉, 볼트핀의 나사산을 볼트헤드측은 약 20。로 경사가 급하게, 볼트핀측은 약 35。로 완만하게 형성하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 체결공구에 상기 핀테일(16)을 종단부분부터 끼워 체결공구가 인장기능을 수행하는데, 이 체결공구를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 체결공구의 구조는 도 2에 도시된 구성요소 외에도 여러 가지 부품이 존재하지만, 이것들은 후술하기로 하고, 명료한 설명을 위해서 동작관계를 설명하는데 필수적인 구성요소만으로 살펴보고자 한다.

도시된 바와 같이, 체결공구는 체결시 상기 링(22)을 압박하는 원통형상의 외부노으즈(24)와, 상기 외부노으즈(24)의 내부에 위치하여 체결시 상기 볼트핀(16)을 당기는 홀더(26)와, 상기 외부노으즈(24)의 내경 입구에 내설(內設)되어 다른 부품의 고정을 위해 나사산이 일부에 형성된 고정너트(28)가 구비되어 있다.

또한, 상기 고정너트(28)의 나사산과 맞물리는 나사산이 일부에 형성되어 상기 홀더의 슬라이딩 이동범위를 정의하는 가이드레일기능을 수행하는 가이드너트(30)와, 상기 홀더의 내경입구에 내설되어 홀더가 전진하면 삽입체 즉, 핀테일을 조이고, 홀더가 후진하면 삽입체 즉, 핀테일을 풀어주는 조(Jaw; 32)가 구비되어 있다.

그리고, 상기 조(32)의 최대후진위치를 정의하기 위해 상기 홀더의 내경중간에 내설된 제 1 유격너트(34)와, 상기 제 1 유격너트의 전후진에 필요한 1차 탄성력을 제공하도록 상기 내부 노으즈 후방에 내설된 스프링(36)과, 상기 스프링(36)의 탄성력으로 인한 1차탄성력을 감쇠시키는 2차탄성력을 제공하는 다수개의 오링(O Ring; 38)과, 상기 스프링(36) 및 오링(38)이 끼워지는 제 2 유격너트(40)를 포함하여 구성된다.

상술한 체결볼트 및 체결공구는 유압에 의해 동작되는 것으로, 유압에 의한 유압실린더프레임과, 상기 체결공구를 감싸는 하우징을 포함한 조립상태를 나타낸 분해사시도를 통해 좀더 자세히 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 체결볼트 및 체결공구의 조립상태를 나타낸 분해사시도로서, 볼트헤드(12)와 볼트핀(14)과 핀테일(16)로 이루어진 체결볼트(10)와, 체결볼트에 스웨이지될 링(50)이 구비되어 있다.

상기 체결볼트(10)를 임의의 피설체(미도시)에 체결시키기 위한 체결공구는 다음과 같은 구성을 가지고 있다.

도시된 바와 같이, 외부노으즈(24)에는 내부 동작상태를 확인하고, 불필요한 공기압축의 바이패스경로가 되며, 별도의 공구로 잘못된 배열상태나 고장상태를 수정하기 위한 제 1 및 제 2 바이패스홀(H1)(H2)이 구비되어 있다.

이 외부노으즈(24)의 내경입구 즉, 도면상 내경좌측에는 고정너트(28)가 내설되고, 상기 고정너트와 대응되어 상기 홀더(26)의 전후진 범위를 정의하는 가이드너트(30)가 구비되어 있다.

또한, 상기 홀더(26)의 내경입구 즉, 도면상 내경좌측에는 세 개로 정분할된조(32)가 내설되고, 그 후방에는 제 1 유격너트(34)가 위치하며, 그 후방에는 상기 스프링(36) 및 오링(38)이 차례로 끼워진 제 2 유격너트(40)가 구비된다.

한편, 상술한 구성요소들이 장착된 외부노으즈의 후방은 하우징(42)과 별도의 결합수단에 의해 결합되고, 하우징의 내부에서는 유압실린더프레임(44)과 결합되는데, 본 발명의 주요부분과 관련되지 않거나 통상적으로 이해되는 부분 예컨대, 유압발생장치 등의 설명은 생략하거나 개략적으로 기술하였다.

전술한 내용을 토대로 본 발명에 따른 스웨이지형 체결볼트 및 체결공구의 작용효과를 좀더 상세히 살펴보도록 한다.

도 4는 본 발명의 체결볼트의 핀테일을 체결공구가 풀어주는 단면구조를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 체결볼트의 핀테일을 체결공구가 잡아서 당기는 단면구조를 나타낸 단면도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 피설물(20) 즉, 설치하고자 하는 건축물에 체결볼트(10)의 직경 보다 조금더 크게 홀을 형성하고, 그 홀에 상기 체결볼트의 볼트헤드(12)가 반대편에 위치하도록 끼운 다음, 볼트헤드의 반대편 즉, 볼트핀에 링(22)을 삽입시킨다.

여기서, 고정너트(28)가 볼트핀의 반대편으로 이동한 상태에서 조(32)는 내경이 헐거워지게 되어 조의 내경에 형성된 나사산이 상기 볼트핀의 나사산과 맞물리지 않게 된다. 왜냐하면, 상기 조(32)는 세조각으로 이루어진 것이기 때문에 홀더의 내경입구에 비스듬히 형성된 부분을 따라서 뒤로 밀리고, 뒤로 밀리면서 조(32)의 세 조각 사이에는 틈이 벌어지게 되는데, 이로 인해서 조(32)의 내경은확장되기 때문이다.

이에 따라, 상기 핀테일(16)을 체결공구에 삽입시켜 조(32)를 관통하도록 위치시킬 수가 있게 된다.

그 후방에 위치한 제 1 유격너트(34), 스프링(36)은 상기 조(32)가 지나치게 후방으로 밀리지 않도록 하고, 밀린 후에 원래 위치로 복귀하도록 해주는 기능을 수행한다.

이어서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 고정너트(28)를 전진시켜 상기 조(32)의 내경이 좁아지도록 함으로써 상기 핀테일(16)의 나사산과 서로 맞물리도록 한 다음, 상기 제 2 유격너트(40)에 통해 외부로부터 유압이 가해지도록 하여 상기 외부노으즈(24)가 그대로 있는 상태에서 홀더(26)가 당겨지도록 한다.

이에 따라, 상기 외부노으즈(24)는 상기 링(22)을 밀어서 압박함과 동시에, 상기 볼트핀(16)은 당겨지게 되는데, 계속되는 압력으로 상기 링(22)은 변형되어 볼트핀(14)의 나사산속으로 파고들게 되며, 상기 볼트핀과 상기 핀테일 사이는 끊어지게 된다.

결과적으로, 상기 체결볼트(10)는 피설물(20)에 체결된다.

더욱이, 체결볼트에 나선형고정홈과 장축방향의 회전방지홈을 형성함으로써 링이 회전방지홈에도 밀려들어가서 언더컷을 형성하고, 이로인해 링이 체결후에 회전되는 것을 방지하며, 체결볼트의 직경은 감소하면서 길이는 늘어났다가 절단포인트에서 끊어지는 순간에 체결이 이루어지며 체결볼트의 길이는 체결전의 치수보다 큰 치수로 환원되어 볼트와 링 사이가 강하게 압착된다.

전술한 바와 같이 개시된 본 실시예의 바람직한 양태에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 체결볼트는 볼트핀과 핀테일이 서로 다른 직경을 가지도록 형성하기 위해 여러 단계의 가공공정을 거쳐야 하는 단점을 해소함으로써 제조원가의 절감을 꾀한 장점이 있다.

둘째, 체결볼트의 핀테일을 당겨서 고정시키는 체결공구 내부에서 불필요한 공기압축이 발생하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 작업중 블특정한 고장상태를 바로 잡을 수 있는 직사각형상 의 바이패스홀 및 원형의 바이패스홀을 제공하는 장점을 가진다.

셋째, 볼트핀의 축방향으로 회전방지홈을 형성시킴으로써 체결된 후에 링이 겉돌면서 체결부위가 약해지는 단점을 해소함으로써 견고한 체결성능을 제공해준다.

Claims (2)

1. 피설체의 일측에 위치하는 제 1 고정단인 볼트헤드와, 소정 간격으로 나사산이 형성되고, 나사산을 가로지르는 회전방지홈을 가진 볼트핀과, 상기 볼트핀의 직경보다 작은 직경을 가진 절단포인트를 사이에 두고 인장력에 의한 체결과 동시에 상기 절단포인트를 기준으로 상기 볼트핀과 분리되는 핀테일과, 상기 피설체를 사이에 두고 상기 피설체의 타측에 위치하며 체결시 상기 볼트핀의 나사산으로 내경이 스웨이지되는 제 2 고정단인 링으로 구성되되,

   상기 볼트핀의 상기 피설체측 방향의 나사산은 경사가 급하고, 상기 볼트핀의 종단측 방향의 나사산은 경사가 완만하도록 한 체결볼트와;

   압축공기를 바이패스시키기 위한 적어도 하나 이상의 바이패스홀을 가지고, 외부로부터 공급된 동력에 의해 상기 링을 압박하여 상기 볼트핀의 나사산으로 스웨이지시키는 원통형상의 외부노으즈와, 상기 외부노으즈의 내경으로 삽입되어 외부로부터 공급된 동력에 의해 상기 핀테일을 당기는 홀더와, 상기 홀더가 상기 핀테일을 당기려고 할 때 상기 핀테일을 잡아주는 세조각으로 된 조를 포함하는 체결공구로 이루어진 것을 특징으로 하는 스웨이지형체결볼트 및 이를 위한 체결공구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 볼트핀의 외경과 상기 조의 내경에는 나선형상의 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 스웨이지형체결볼트 및 이를 위한 체결공구.