KR20180100370A - 플라스틱 나사산 요소 및 플라스틱 지지 부품 및 플라스틱 나사산 부품으로 구성된 연결 조립체 - Google Patents

플라스틱 나사산 요소 및 플라스틱 지지 부품 및 플라스틱 나사산 부품으로 구성된 연결 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱으로 제조된 나사산 요소, 반대 나사산의 생성에 의해서 플라스틱 나사산 요소가 내부로 나사작업되는, 플라스틱으로 제조된 운반체 부품에 의해서 형성된 연결 조립체, 연결부를 생산하기 위한 방법, 및 나사산 요소를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 나사산 요소는 축방향 요소를 특징으로 하고, 축방향 요소 상에서, 나사산 경로의 원주방향 와인딩이 적어도 2개의 가공된 홈에 의해서 중단된다. 이러한 방식으로 생성된 와인딩 영역은 컷팅 바(cutting bar) 및 차단 바를 형성하고, 컷팅 바는 차단 바를 넘어서 반경방향으로 돌출된다.

Description

플라스틱 나사산 요소 및 플라스틱 지지 부품 및 플라스틱 나사산 부품으로 구성된 연결 조립체
본 발명은 플라스틱으로 제조된 나사산 요소, 특히 플라스틱 나사, 내부 나사산을 가지는 플라스틱 나사산 부싱 및 플라스틱 나사산 삽입체, 자가-작용 방식으로 나사산을 형성하면서 나사산 요소가 나사작업되는(screwed), 수용 개구부를 가지는 플라스틱 지지 부품으로 구성된 연결 조립체, 그리고 적어도 하나의 플라스틱 지지 부품 및 플라스틱으로 제조된 나사산 요소로부터 연결 조립체를 제조하는 방법뿐만 아니라, 나사산 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 자가-작용 외부 나사산을 가지는 나사 또는 나사산 부싱 형태의 플라스틱 나사산 요소로 구성된 전술한 연결 조립체는 종래 기술에서 공지되어 있다. 이들은 예를 들어 DE 2 047 482 A1, US 4,637,767, US 5,921,735, US 5,385,439 및 DE 10 2004 021 484 A1에 설명되어 있다.
US 5,385,439는 나사를 개시하고, 그러한 나사의 샤프트 상에는 외부 나사산이 배열된다. 형태 요소(Form element)가 이러한 나사의 나사산의 개별적인 턴(turn)에 제공된다. 이러한 형태 요소는, 나사산의 인접한 턴의 기하형태적 치수를 넘어서 반경방향 및/또는 축방향으로 연장된다. 이러한 방식으로, 이들은, 특히 형태 요소가 나사산의 나사의 선단부 영역 부근의 첫 번째 턴 내에 배열될 때, 예를 들어 지지 부품 내에, 반대-나사산을 형성한다.
US 5,921,735는 나사를 설명하고, 그러한 나사의 샤프트는 또한 외부 나사산을 구비한다. 이러한 외부 나사산은, 샤프트 상의 나사의 길이에 걸쳐 분포된 4개의 상이한 나사산 구역을 특징으로 한다. 샤프트 및 그 위에 배열된 나사산의 횡단면 형태를 변화시키는 것에 의해서, 나사의 외부 나사산 내의 보유 구역, 여러 나사산 형성 구역, 및 정렬 구역이 실현될 수 있다.
US 4,637,767은 또한 외부 나사산을 가지는 나사를 설명하고, 나사산의 개별적인 턴은 캠-형상의 반경방향 컷팅 돌출부를 구비한다. 이러한 돌출부는, 구성요소 벽 내로의 반대-나사산의 형성을 지원한다. 그러나, 동시에, 이러한 돌출부는 또한, 지지 구성요소 내에 내측으로-나사작업된 나사산형 요소의 유지를 지원하는, 회전 억제부를 또한 제공한다. 원주방향으로 자유롭게 분포된 돌출부는, 나사산 요소를 지지 구성요소 내로 내측으로-나사작업하는 동안 나사 샤프트의 길이에 걸쳐 불균일한 비틀림 부하를 초래한다. 이러한 상이한 비틀림 부하는 나사산 요소의 고장을 유발할 수 있다.
DE 2 047 482는 또한 나사산을 생성하는 나사를 설명한다. 나사 샤프트는 5개의 둥근 모서리를 포함하고, 상응하는 나사산 섹션이 그러한 모서리 내로 컷팅되었다. 불완전한 나사산을 가지는 5개의 완화 평탄부(relieving flattening)가 이러한 나사산 섹션들 사이에 위치된다. 각도형 나사산 돌출부에서, 나사산은 그 전체 깊이를 가지는 반면, 편평한 섹션 내의 깊이는 그보다 실질적으로 더 얕다. 나사산을 가지는 모서리 지역들 사이의 평탄화된 완화 지역은 연마 재료를 수용하는 역할을 하고, 그에 따라 나사가 자유롭게 이동될 수 있다.
DE 10 2004 021 484 A1은, 컷팅 연부 및 인접한 칩 플루트(chip flute)를 포함하는, 플라스틱 나사산 요소를 설명한다. 나사산 프로파일의 이러한 특별한 컷팅 기하형태를 생성하기 위해서, 나사산 요소는, 각각의 인접한 각도형 세그먼트(segment)가 내측으로-나사작업하는 방향으로 컷팅 연부를 효과적으로 형성하는 방식으로, 서로 반경방향으로 오프셋된 여러 개의 각도형 세그먼트로 구성된다. 이는, 나사 샤프트의 또는 일반적으로 축방향 단면도에서 보여지는 외부 나사산의 절반체들이, 외부 나사산이 일정한 코어 직경을 포함하지 않는 방식으로, 반경방향으로 서로 오프셋된다는 것을 의미한다. 이러한 오프셋은, 지지 구성요소 내에 반대-나사산을 형성하는, 반경방향 돌출 컷팅 연부를 나사산의 경로 내에서 또는 턴 내에서 유발한다. 다른 대안에 따라, 노치가 나사산의 원주방향 턴으로부터 컷팅되었고, 그에 따라 그 반경방향 측면은 반대-나사산의 형성을 위한 컷팅 연부를 형성한다. 그러나, 이러한 구성은, 내측으로-나사작업하는 방향을 따른 컷팅 연부로 인해서, 내측으로-나사작업하는 토크가 풀림 토크보다 크다는 단점을 갖는다. 이러한 배열로 인해서, 나사산 요소의 풀림이 일반적으로 촉진된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술에 비해서, 내측으로-나사작업하는 토크 및 풀림 토크 사이의 개선된 비율, 나사산 요소를 구성요소 개구부 내로 내측으로-나사작업하는 동안의 개선된 토크 경로, 및 나사산 요소의 직경과 나사산 요소를 수용하는 구성요소 개구부의 직경 사이의 보다 큰 공차를 제공하는, 외부 나사산을 가지는 나사산 요소, 적어도 하나의 지지 부품 및 이러한 나사산 요소로 구성된 연결 조립체, 그리고 연결부의 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적은 독립항인 특허 청구항 제1항에 따른 플라스틱으로 제조된 나사산 요소, 독립항인 특허 청구항 제11항에 따른 플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 이러한 나사산 요소를 가지는 연결 조립체에 의해서, 그리고 독립항인 특허 청구항 제12항에 따른 플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 플라스틱으로 제조된 나사산 요소의 연결 조립체 제조 방법에 의해서, 그리고 독립항인 특허 청구항 제14항에 따른 플라스틱으로 제조된 나사산 요소의 제조 방법에 의해서 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예 및 추가적인 개발이 이하의 설명, 첨부 도면, 및 첨부된 청구항으로부터 명확해진다.
플라스틱으로 제조된 본 발명에 따른 나사산 요소는 중앙 축을 가지는 축방향 단편, 및 외부 나사산으로서 여러 개의 와인딩(winding)으로 중앙 축 주위로 순환되는 나사산 턴을 포함한다. 외부 나사산은, 플라스틱 지지 부품의 수용 개구부 내로 나사작업될 때 반대-나사산을 형성하도록 구성되고, 복수의 인접한 와인딩은, 적어도 축방향 단편의 부품 영역에 걸쳐 중앙 축에 평행하게 연장되는 적어도 2개의 칩 플루트에 의해서 중단되어 각각의 중단된 와인딩이 적어도 하나의 컷팅 웹(web) 및 하나의 억제 웹을 포함하고, 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 억제 웹의 반경방향 연장부보다 크고, 외부 나사산의 중앙 축에 수직인 축방향 단편의 코어 두께는 적어도 길이방향 플루트 외측의 축방향 단편의 부품 영역 내에서 일정하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 컷팅 웹 및/또는 억제 웹은 그 원주방향 경로를 따라 일정한 반경을 갖는다. 컷팅 웹 및/또는 억제 웹의 반경이 나사산 요소의 길이방향에 대해서 변화되는 것이 더 바람직하다. 이러한 방식으로, 구성요소 내의 컷팅 웹의 컷팅 깊이 및/또는 억제 웹의 프레스 피트(press fit)의 두께가 나사산 요소의 축방향 길이와 관련하여 구체적으로 조정될 수 있다. 이는, 나사산 요소의 비틀림 부하가 축방향으로 나사산 요소 상으로 분포될 수 있게 한다.
본 발명에 따른 나사산 요소는 플라스틱으로 구성되고, 플라스틱 지지 부품 내로 나사작업되도록 구체적으로 구성된다. 이를 위해서, 나사산 요소의 외부 나사산은, 정합 반대 나사를 지지 부품의 수용 개구부 내에 생성하는 방식으로, 설계된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 플라스틱으로 제조된 그러한 나사산 요소는 나사 헤드 및 나사 선단부를 가지는 나사로서, 또는 내부 나사산 및 본 발명에 따라 바람직한 외부 나사산을 가지는 또는 나사산이 없는 관통 보어를 가지는 나사산 부싱으로서 또는, 임의의 내부 구조물을 가지는 나사산 부싱으로서, 또는 본 발명에 따라 바람직한 외부 나사산을 가지는 중공형 나사로서, 예를 들어 바람직하게 압축 제한부(compression limiter)로서 설계된다.
본 발명의 나사산 요소는, 축방향 단편, 예를 들어 나사의 샤프트를 따라 나사산 요소의 중앙 축 주위에서 여러 개의 와인딩으로 연장되는 나사산 턴을 포함한다. 여기에서, 와인딩은, 나사산 요소의 중앙 축 주위의 나사산의 360°회전을 설명한다. 정합 반대-나사산을 플라스틱으로 제조된 지지 부품의 수용 개구부 내에 생성하기 위해서, 적어도 복수의 인접 배열된 나사산 턴들이, 중앙 축에 평행하게 연장되는 칩 플루트에 의해서, 적어도 2개의 웹으로 세분된다. 이러한 칩 플루트는 바람직하게 나사산 요소의 코어 두께에 도달되고, 그에 따라 이들은 각각의 와인딩을, 서로 분리된 적어도 2개의 와인딩 부분으로 세분한다. 이러한 와인딩 부분은 적어도 하나의 컷팅 웹 및 적어도 하나의 억제 웹을 형성한다. 컷팅 웹은, 억제 웹을 넘어서 반경방향으로 돌출되는 것을 특징으로 한다. 나사산 요소의 내측으로-나사작업하는 방향으로 볼 때, 컷팅 웹이 바람직하게 억제 웹 전에 배치되기 때문에, 컷팅 웹은 정합 반대-나사산을 플라스틱으로 제조된 지지 부품 내에 미리-형성하는 한편, 후속 억제 웹은 나사산 요소의 체결을 위해서 정합 프레스 피트를 생성된 반대-나사산 내에 생성한다. 나사산 요소의 외측으로-나사작업하는 방향을 참조하면, 컷팅 웹은 또한 바람직하게 회전 억제 작용을 한다. 이러한 방식으로, 컷팅 웹은 더 작은 직경을 가지는 억제 웹 또는 압축 웹을 지지하고, 반대-나사산의 미리-홈이 형성된 코일 내로 탄성적으로 푸싱(pushing) 결합되고, 이러한 방식으로, 나사산 요소의 내측으로의-나사작업 및 지지 부품의 수용 개구부 외측으로의 외측으로의-나사작업 모두 동안에, 제동 또는 억제 효과를 생성한다. 유리한 내측으로의-나사작업과 관련하여, 컷팅 웹의 컷팅 저항이 낮게 그리고 균일하게 설정되는 것이 바람직하다. 컷팅 저항의 이러한 적절한 조정에 의해서, 나사산 요소의 비틀림 부하가 감소된다. 나사산 요소가 구성요소 개구부 내로 나사작업될 때 또는 정합 반대-나사산이 생성될 때 컷팅 또는 스크레이핑(scraping)에 의해서 컷팅 웹이 바람직하게 지지 부품으로부터 재료를 제거함에 따라, 이러한 재료는 바람직하게 칩 플루트 내에 수집되고 칩 플루트를 통해서 나사산 연결부로부터 방출된다. 그러나, 동시에, 정합 반대-나사산의 생성을 방해하지 않고, 컷팅 웹에 의해서 재료가 푸싱될 수 있다. 일정한 코어 두께로 인해서, 나사산 요소는 바람직하게 더 큰 반경을 가지는 컷팅 웹으로부터 대칭적으로 이격되어 형성된다.
본 발명에 따라, 짝수의 칩 플루트, 바람직하게 2개 또는 4개 또는 6개 또는 8개의 칩 플루트가 바람직하게 나사산 요소 내에 있다. 이러한 칩 플루트는, 전술한 바와 같이, 축방향 단편의 중앙 축에 평행하게 연장된다. 칩 플루트의 수에 따라, 각각의 와인딩이 상응하는 수의 와인딩 섹션으로 세분된다. 이러한 와인딩 섹션은 컷팅 웹 및/또는 억제 웹으로서 구성될 수 있다.
본 발명의 추가적으로 바람직한 실시예에 따라, 나사산 요소는 와이딩마다 1개, 2개 또는 4개의 컷팅 웹을 포함하고, 둘 이상 및 짝수의 컷팅 웹의 경우에, 이들은 서로 대향된 쌍으로 배열된다. 나사산 요소의 원주를 따라 균일하게 이격되게 3개의 컷팅 웹을 배열하는 것이 더 바람직하다.
상응하는 와인딩 섹션 내에서 각각의 개별적인 와인딩을 세분하는, 전술한 칩 플루트의 수에 따라, 와인딩 마다의 컷팅 웹 및 억제 웹의 수가 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 회전 중에, 나사산 요소의 비틀림 부하를 나사산의 플라스틱 및/또는 지지 부품의 플라스틱에 맞춰 구성할 수 있다. 예를 들어, 와인딩마다 단지 하나의 컷팅 웹에서 나사산 요소 상의 비틀림 부하가 너무 많이 증가된다면, 와인딩마다 부가적인 컷팅 웹을 제공하는 것이 필요하다. 이러한 컷팅 웹은 반대-나사산의 형성을 그리고 동시에 나사산 요소의 비틀림 부하의 감소를 지원하여, 플라스틱 나사산 요소가 신뢰 가능하게 그리고 손상되지 않고 지지 부품 내로 나사작업될 수 있게 한다. 따라서, 최적으로 맞춰 구성된 와인딩마다의 많은 수의 억제 웹은, 지지 부품과 나사산 요소 사이의 억제 웹에서 유도된 압축 응력을 통해서 지지 부품 내에서 나사산 요소를 충분히 그리고 신뢰 가능하게 지지하는 것을 또한 보장한다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따라, 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 와인딩의 억제 웹의 반경방향 연장부보다 0.1 내지 0.5 mm 더 크다. 컷팅 웹의 이러한 기하형태 및 치수결정은 충분한 컷팅 효과를 보장하고 그에 따라 지지 부품 내의 반대-나사산의 생성을 보장한다. 또한, 컷팅 웹의 이러한 치수결정은, 후속 억제 웹에 의해서 지지 부품과 나사산 요소 사이에서 프레스 피트를 위한 반대-나사산의 적절한 준비가 달성되는 것을 실현한다. 컷팅 웹의 효과는 바람직하게, 컷팅 웹의 반경방향 외부 측면이 예연형(sharp-edged)이거나, 바람직하게는 평탄화되거나 무한한 곡률반경을 갖는다는 사실에 의해서 지원된다. 다른 바람직한 실시예에 따라, 억제 웹의 효과는 억제 웹의 둥근 반경방향 외부 측면에 의해서 지원된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 칩 플루트는 나사산 요소의 코어 두께에 이르기까지 또는 이를 넘어서는 외부 나사산의 와인딩을 중단시킨다. 이러한 칩 플루트의 바람직한 깊이는, 한편으로, 제거된 재료의 수용을 위한 충분한 자유 공간을 제공하기 위한 것이다. 또한, 칩 플루트의 깊이는, 나사산 요소의 원주방향으로 배향된 컷팅 웹 및 억제 웹의 측방향 지역이 지지 부품의 재료와의 결합을 위해서 완전히 이용될 수 있게 보장한다. 이러한 방식으로, 컷팅 웹은 바람직하게 내측으로의-나사작업 중에 그 최대의 가능한 컷팅 또는 노치 형성(notching) 또는 홈 형성 효과를 나타낸다. 마찬가지 방식으로, 나사산 요소가 지지 부품과 나사산 요소 사이의 연결부에 대한 외부 영향으로 인해서 풀리는 경우에, 컷팅 웹 및 억제 웹의 이러한 측방향 단부 면은 또한 나사풀림을 방지한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 컷팅 웹은, 내측으로-나사작업되는 방향에서 볼 때, 시작점 및 종료점을 가지는 원주방향 연장부를 포함하고, 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 종료점에서의 컷팅 웹의 반경방향 연장부보다 시작점에서 더 크다. 컷팅 웹의 이러한 특별한 치수결정으로 인해서, 원주방향으로부터 볼 때, 컷팅 웹은 경사부를 포함한다. 외측으로의-나사작업 방향으로 나사산 요소를 회전시키는 것과 관련하여, 컷팅 웹은 이러한 방식으로 쐐기 효과를 나타내고, 그러한 효과는, 특히 컷팅 웹의 시작점과 반대-나사산의 벽 사이의 억제적인 압축 응력으로, 나사산 요소가 지지 부품의 수용 개구부로부터 외측으로-나사작업되는 것에 반대로 작용한다. 또한, 컷팅 웹의 반경방향 연장부가 시작점 및 종료점에서 동일한 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 일정 반경 또는 상이한 반경들을 가지는 컷팅 웹들이 나사산 요소 상에 배열된다. 또한, 일정 반경 또는 상이한 반경들을 가지는 억제 웹을 나사산 요소 상에 배열하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및, 지지 부품의 수용 개구부 내로 나사작업되는, 전술한 플라스틱으로 제조된 나사산 요소를 가지는 연결 조립체를 포함한다.
본 발명은 또한 플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 플라스틱으로 제조된 나사산 요소, 바람직하게 전술한 실시예에 따른 나사산 요소로부터 연결 조립체를 제조하는 방법을 포함하고, 나사산 요소는 외부 나사산을 포함하고, 그 지지 부품은 수용 개구부를 포함한다. 방법은 이하의 단계를 포함한다: 나사산 요소를 수용 개구부 내로 나사작업하는 단계로서, 그에 의해서 외부 나사산 내의 복수의 컷팅 웹에 의해서 수용 개구부의 내부 벽 내에 반대-나사산을 형성하는 단계, 및 컷팅 웹보다 작은 반경방향 연장부를 가지고 복수의 칩 플루트를 통해서 컷팅 웹으로부터 분리되어 배열된 복수의 억제 웹의 결합에 의해서, 형성된 반대-나사산 내에 프레스 피트를 생성하는 단계. 이러한 방법은 바람직하게 칩 플루트를 통한 재료 연마물의 제거에 의해서 보완되고, 그에 의해서 제료 연마물이 반대-나사산의 형성 중에 발생된다.
본 발명은 플라스틱으로 제조된 나사산 요소를 위한 제조 방법을 더 포함하고, 그러한 방법은 이하의 단계를 포함한다: 나사산 요소에 상보적으로 형성된 사출 몰드를 제공하는 단계로서, 나사산 요소는 중앙 축을 가지는 축방향 단편 및 여러 개의 와인딩으로 중앙 축 주위에서 회전되는 외부 나사산의 나사산 턴을 포함하고, 복수의 인접한 와인딩이 중앙 축에 평행하게 연장되는 적어도 2개의 칩 플루트에 의해서, 적어도, 축방향 단편의 부품 영역에 걸쳐 중단되고, 그에 따라 각각의 중단된 와인딩은 적어도 하나의 컷팅 웹 및 하나의 억제 웹을 포함하고, 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 억제 웹의 반경방향 연장부보다 크고, 외부 나사산의 중앙 축에 수직인 축방향 단편의 코어 두께는, 적어도, 길이방향 플루트 외측의 축방향 단편의 부품 영역 내에서 일정한, 단계, 나사산 부재를 사출 몰딩하는 단계, 및 나사산 부재를 사출 몰드로부터 디몰딩시키는 단계. 사출 몰드의 더 구체적인 기하형태적 설계를 위해서, 나사산 요소의 전술한 설명이 참조되는데, 이는 사출 몰드가 바람직하게 전술된 나사산 요소의 기하형태적 특징에 상보적으로 형성되기 때문이다.
본 발명은 구체적인 도면을 참조하여 더 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 플라스틱 나사산의 바람직한 실시예(A) 및 관통 보어를 가지는 중공형 나사 또는 나사산 부싱의 바람직한 실시예(B)이다.
도 2는 도 1a의 나사의 측면도이다.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따른 단면도이다.
도 4는 선 4-4을 따른, 도 2에 따른 본 발명의 나사의 바람직한 실시예의 축방향 단면도이다.
도 5는 도 2에 따른 바람직한 플라스틱 나사의 저면도이다.
도 6은 도 5의 선 6-6을 따른 축방향 단면도이다.
도 7은 나사산-형성 플라스틱 나사 또는 나사산-형성 나사산 요소 내의 나사작업을 위한 바람직한 토크 특성을 도시한 토크 차트이다.
도 8은 본 발명에 따른 연결 방법의 바람직한 실시예의 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 나사산 요소의 제조 방법의 바람직한 실시예의 흐름도이다.
플라스틱으로 제조된 나사(1) 형태의 본 발명에 따른 나사산 요소의 바람직한 실시예가 도 1a에 도시되어 있다. 나사산 요소는 바람직하게, 도 1b에 도시된 바와 같이, 플라스틱으로 제조된 나사산 부싱 또는 나사산 삽입체(2)로 또한 실현될 수 있다.
플라스틱 나사(1) 또는 플라스틱 나사산 부싱(2)의 외부 나사산(5)은, 본 발명에 따라, 바람직하게, 지지 부품의 수용 개구부 내로 침투할 때, 외부 나사산이 최적의 방식으로 지지 부품의 내부 벽 내에 반대-나사산을 형성하는 방식으로, 구성된다. 반대-나사산은 컷팅 프로세스에 의해서 또는 재료 변형에 의해서 또는 그 둘 모두의 프로세스의 조합에 의해서 형성될 수 있다.
예로서 도 1에 도시된, 본 발명에 따라 바람직한 나사(1)는 중실형 코어(solid core) 및 하나의 나사산 턴(6)을 가지는 외부 나사산(5)을 가지는 나사 샤프트(3), 나사 헤드(7), 나사 샤프트(3)와 나사 헤드(7) 사이의 전이 지역(8), 나사 헤드(7)에 위치된 구동 수단, 및 나사 헤드(7)에 대향되어 나사(1)의 코어 또는 나사 샤프트(3)의 단부에 위치되는 선단부(9)로 구성된다. 이하에서, 나사산 요소의 외부 나사산(5), 예를 들어 플라스틱으로 제조된 나사(1) 또는 플라스틱으로 제조된 나사산 부싱(2)이 나사(1)를 기초로 설명된다. 이러한 설명은 또한 나사산 삽입체(2)의 외부 나사산에 적용된다.
외부 나사산(5)은 중실형 나사산 샤프트(3)의 축방향 단편(10) 상에 또는 중공형의 원통형 나사산 삽입체(2)의 그에 따라 그 곳에 배열된 축방향 단편(10)의 반경방향 외부 측면 상에 형성된다. 이는, 나사산 요소의 중앙 축(M)에 평행하게 연장된다. 나사산 턴(6)은 중앙 축(M)을 중심으로 복수의 와인딩(20)으로 연장된다. 와인딩(20)은 중앙 축(M)을 중심으로 하는 360°각도의 나선체(convolution)를 나타낸다. 적어도 2개의 칩 플루트(50)가 축방향 단편(10)을 따라서 중앙 축(M)에 평행하게 연장되고, 본 발명의 제1의 바람직한 실시예에 따라, 축방향 단편(10)은 원형 횡단면을 갖는다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 복수의 칩 플루트(50)가 제공되고, 특히 2개 또는 4개 또는 6개 또는 8개의 칩 플루트가 제공된다.
칩 플루트(50)는 나사산 턴(6)의 개별적인 와인딩(20)을 통과한다. 바람직하게, 칩 플루트(50)는 축방향 단편(10)의 코어 두께(DK)까지의 또는 그보다 깊은 반경방향 깊이를 갖는다. 따라서, 와인딩(20)은 칩 플루트(50)의 지역 내에서 완전히 사라진다. 또한, 칩 플루트(50)는, 0.5 mm ≤ bSN ≤ 5 mm 범위의, 바람직한 이중-연부형 나사산의 경우에 바람직하게 bSN = 1.3 mm의 그리고 4개-연부형 나사산의 경우에 바람직하게 bSN ≤ 3 mm의, 나사산 요소의 원주방향을 따른 폭(bSN)을 바람직하게 갖는다. 이는, 컷팅 웹(30) 및/또는 억제 웹(40)(이하 참조)에 의해서 연마된 재료를 수용하기에 충분히 큰 공간을 보장한다.
코어 두께(DK)는 나사 샤프트 또는 나사산 삽입체(2)의 나사산 기부에서의 두께를 설명한다. 이는, 전술한 제1의 바람직한 실시예에 따른 원형 횡단면을 가지는 나사산 삽입체(2) 또는 샤프트(3) 상에 배열되는 경우에, 일반적으로 외부 나사산(5)의 코어 직경으로 지칭된다. 본 발명의 경우에, 나사(1)의 샤프트 또는 나사산 삽입체(2)의 외부 측면을, 횡단면에서 볼록한 측면 지역을 가지고 뢸로 다각형(Reuleaux polygon)으로 정의되는 원형 곡선(orbiform curve)으로서, 형성하는 것이 또한 바람직하다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)의 구성은, 원형 횡단면인 축방향 단편(10)에서와 동일한 방식으로 동일한 두께의 횡단면을 가지는 이러한 기본적인 구조에서 실현될 수 있다.
칩 플루트(50)는 축방향 단편(10) 내에서 복수의 와인딩(20)을 복수의 축방향으로 이격된, 단면-방식으로 원주방향으로 배열되고 축방향으로 연속적인 컷팅 웹(30)으로 그리고 복수의 축방향으로 이격되고 축방향으로 연속적인 억제 웹(40)으로 세분한다(도 2 참조). 4개의 칩 플루트(50)가 도 2 내지 도 4의 바람직한 실시예에서 제공되기 때문에, 외부 나사산(5)은 바람직하게 쌍으로 서로 대향되는 복수의 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)을 2번 포함한다. 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)의 배열이 대칭적이 아니도록, 칩 플루트(50)를 임의의 원주에 분포시키는 것이 더 바람직하다.
도 3의 반경방향 단면 이미지에서 확인될 수 있는 바와 같이, 동일한 와인딩(20) 내에서 컷팅 웹(30)의 반경방향 연장부는 억제 웹(40)의 반경방향 연장부보다 크다. 바람직하게, 컷팅 웹(30)은 억제 웹(40)의 반경방향 연장부를 넘어서 0.1 내지 1.0 mm 범위 내의 길이만큼 반경방향으로 연장된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 컷팅 웹은 억제 웹을 넘어서 반경방향으로 측면마다 0.35 mm 돌출한다. 바람직하게, 나사산 요소의 직경 증가에 따라, 컷팅 웹의 돌출 길이가 또한 증가된다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따라, 내측으로의-나사작업 방향(RE)으로 볼 때, 컷팅 웹(30)은 시작점(32) 및 종료점(34)을 구비한다(도 5 참조). 내측으로의-나사작업 중의 컷팅 효과를 그리고 컷팅 웹(30)에 의한 나사산 요소의 외측으로의-나사작업 중의 억제를 증가시키기 위해서, 컷팅 웹(30)의 반경방향 연장부는 종료점(34)에서보다 시작점(32)에서 더 크다. 그러한 구성은 또한 억제 웹(40)과 함께 바람직하게 이용될 수 있다.
도 4 및 도 6의 축방향 단면 이미지 내의 컷팅 웹(30)의 단부 면(32)뿐만 아니라 도 6의 축방향 단면 내의 억제 웹(40)의 단부 면(42)과 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 컷팅 웹(30)의 반경방향 외부 측면이 날카로운 연부로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이를 위해서, 컷팅 웹(30)은 외부 측면 상에서 선단부(미도시)까지 반경방향으로 테이퍼링된다(tapered). 다른 실시예에 따라, 컷팅 웹(30)은, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 외부 측면 상에서 반경방향으로 평탄화된다. 컷팅 웹(30)의 반경방향 외부 측면의 이러한 예연형(sharp-edged) 형상은, 반대-나사산이 생성될 때, 지지 부품의 플라스틱 내의 컷팅 웹(30)의 컷팅 효과를 지원한다. 축방향 단면도에서 볼 때, 반경방향 외부 측면에서 컷팅 웹(30)뿐만 아니라 억제 웹(40)을 둥글게 형성하는 것이 더 바람직하다. 바람직하게, 억제 웹(40)은 R40 = 0.25 mm의 반경으로 라운드 처리된다. 그러한 반경은 바람직하게 0.05 mm ≤ R40 ≤ 0.4 mm의 범위이다. 컷팅 웹(30)은 바람직하게 동일한 반경 또는 중앙 축(M)에 평행하게 연장되는 편평부 또는 무한 반경을 이용한다.
축방향 단면에서, 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)의 프랭크(flank)는 바람직하게 30° ≤ ∝ ≤ 40°범위, 바람직하게∝ = 35°의 각도를 포함한다(도 6 참조). 억제 웹(40)보다 큰 프랭크 각도(∝)를 가지는 컷팅 웹(30)을 형성하는 것이 또한 바람직하다. 이는, 형성된 반대-나사산과 억제 웹(40)의 프랭크 사이의 기계적 응력을 지지하고 개선하며, 그에 따라 나사산 요소의 회전에 대한 억제 효과가 증가된다.
전술한 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)의 기하형태를 기초로, 컷팅 웹(30)이 내측으로의-나사작업 방향(RE)으로 지지 부품의 플라스틱 내에서 컷팅 연부로서 작용하는 것이 분명하다. 만약 나사산 요소가 외측으로의-나사작업 방향(RA)으로 회전된다면, 컷팅 웹(30)은, 그 반경방향 연장부 및 바람직한 예연형 기하형태로 인해서, 회전 운동에 대한 억제 효과를 갖는다. 압축 웹(40)은 바람직하게, 지지 부품의 반대-나사산의 미리-홈이 형성된 코일 내에서 탄성적으로 프레스하는 효과를 갖는다. 이러한 방식으로, 이들은, 내측으로의-나사작업 방향(RE) 및 외측으로의-나사작업 방향(RA) 모두로, 나사산 요소의 회전과 관련하여 억제 효과를 생성한다.
외부 나사산(5)의 전체 길이에 걸쳐 또는 그 길이의 일부에 걸쳐 축방향 단편(10)을 그러한 웹(30, 40)으로 세분하는 것은 많은 이유를 갖는다. 본 발명에 따라 바람직한 외부 나사산(5)의 구성으로 인해서, 컷팅 웹(30) 뒤에는 억제하는 억제 웹(40)이 그리고 컷팅 웹(30), 등이 항상 뒤따른다. 이러한 교번적인 배치는 바람직하게, 지지 부품 내의 프레스 피트에 의한 외부 나사산(5)의 신뢰 가능한 지원과 동일한 방식으로, 반대-나사산의 생성을 지원한다. 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)의 구체적으로 배열 가능한 수 및 위치에 의해서, 외부 나사산(5) 상의 힘 결합 지점이, 지지 부품 내로의 나사산 요소의 내측으로의-나사작업 및 외측으로의-나사작업 중에, 구체적으로 분포된다. 이러한 힘 결합 지점이 크기 및 축방향 분포에 있어서 나사산 요소에 작용하는 비틀림 모멘트를 결정하기 때문에, 나사산 요소의 기계적 부하는, 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)의 배열을 통해서, 구체적으로 조정될 수 있다. 또한, 축방향 단편(10)을 상이한 길이의 섹션들로 분할하기 위해서 및/또는 단지 하나 이상의 축방향 단편(10)을 상이한 축방향 위치에서 구체적으로 외부 나사산(5)의 길이와 관련하여 배열하기 위해서, 컷팅 웹(30) 및 억제 웹(40)을 가지는 축방향 단편(10)의 길이를 변경하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 나사산 요소는 지지 부품의 플라스틱 및 그 재료 성질에 맞춰 및/또는 지지 부품 내의 나사산 요소를 위한 수용 개구부의 기하형태에 맞춰 및/또는 단지 하나의 나사산 요소로 연결되는 복수의 지지 부품에 맞춰 구성된다.
나사산 요소는, 바람직하게 큰 내열성, 큰 강성 및 큰 강도를 가지고 물을 적게 흡수하는 고성능 플라스틱으로 제조된다. 이러한 성질의 범위와 관련하여, 지지 부품 내에 반대-나사산을 형성하기 위한 컷팅성 또는 성형성을 위한 나사산 프로파일 및 컷팅 기하형태에서의 희망하는 형태 안정성을 달성하기 위해서, 지지 부품의 플라스틱의 성질과 가능한 한 큰 차이가 있어야 한다. 나사산 요소를 위한 바람직한 고성능 플라스틱은 폴리프탈아미드 GF(PPA GF); 폴리프탈아미드 GF를 기초로 하는 코폴리아미드; 폴리에테르이미드 GF(PEI GF); 폴리에테르에테르케톤 GF(PEEK GF) 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS)이다. 이하의 재료가 또한 고려될 수 있다: 유리가 많이 충진된 - 폴리아미드; 탄소 섬유 보강된 - 폴리프탈아미드; 탄소 섬유 보강되고 유리 섬유 보강된 - 폴리프탈아미드; 탄소 섬유 보강된 - 폴리프탈아미드를 기초로 하는 코폴리아미드; 탄소 섬유 보강되고 유리 섬유 보강된 - 폴리프탈아미드를 기초로 하는 코폴리아미드; 듀로머 플라스틱. 이들이 단지 나사산 요소의 재료에 대한 바람직한 예이고, 그에 따라 다른 열적 고성능 플라스틱이 또한 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 플라스틱으로 제조된 전술한 나사산 요소를 가지는 연결 조립체를 생성하기 위해서, 이하의 단계가 요구된다: 단계(S1)에서 수용 개구부 내로 나사산 요소를 축방향으로 내측으로-나사작업하는 단계, 그에 의해서 단계(S2)에서 외부 나사산 내의 복수의 컷팅 웹(30)에 의해서 수용 개구부의 내부 벽 내에 반대-나사산을 형성하는 단계, 단계(S3)에서 나사산의 형성 중에 발생되는 재료 연마물을 칩 플루트를 통해서 제거하는 단계, 및 단계(S4)에서 컷팅 웹보다 작은 반경방향 연장부를 가지고 복수의 칩 플루트를 통해서 컷팅 웹에 대해서 분리 배열되는 복수의 억제 웹의 결합에 의해서, 형성된 반대-나사산 내에 프레스 피트를 생성하는 단계.
도 7을 참조하면, 나사산 요소를, 이러한 예에서 나사를, 지지 부품 내로, 내측으로-나사작업하는 것을 특징으로 하는, 토크 곡선(K1 내지 K3)이 도시되어 있다. 곡선(K1)은, 금속-금속 연결에서의 메트릭 나사산(metric thread)과 함께 나사산 요소의 회전 각도에 따른 토크를 설명한다. 내측으로의-나사작업 프로세스 중의 작은 마찰로 인해서, 곡선은 비교적 평편하게 연장된다. 곡선(K1)의 상승-점프 지역에서, 나사산 요소의 헤드가 지지 부품에 접경된다(헤드 접경). 곡선(K1)의 최대값 내의 헤드 접촉과 나사산 요소의 파단 토크 사이의 지역은 비교적 큰데, 이는 금속의 안정성 때문이다. 곡선(K2)은 DE 10 2004 021 484 A1에 따른 자가-형성 나사산을 가지는 플라스틱으로 제조된 나사산 요소의 내측으로의-나사작업을 설명한다. 헤드 접경 및 곡선(K1)의 금속-금속 연결의 메트릭 나사산에 비해서 더 낮은 파단 토크의 지역 내의 증가된 토크로 인해서, 종래 기술의 자가-형성 나사산은 제한된 실질적 적용 가능성을 나타낸다. 곡선(K3)은 본 발명의 바람직한 실시예를 특성화한다. 자가-형성 나사산의 형태로 인해서, 토크는 헤드 접경까지 감소되었다. 동시에, 나사의 조임 토크 범위, 즉 헤드 접경과 파단 토크 사이의 범위가 증가되었다. 결과적으로, 나사산 요소는 종래 기술에 비해서 낮은 고장 가능성을 가지고 조여질 수 있다.
본 발명에 따라, 나사산 요소가 사출 몰딩에 의해서 제조되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 이하의 단계가 제공된다: 제1 단계(H1)에서, 나사산 요소에 상보적으로 형성된, 사출 몰드가 제공된다. 나사산 요소는 전술한 바람직한 실시예 중 하나의 형태를 가지고, 그러한 형태는 사출 몰드의 상응하는 설계를 결정한다. 후속 단계에서, 나사산 요소가 사출 몰딩되고(단계(H2)), 이어서 사출 몰드로부터 디몰드된다(단계(H3)).
1 나사
1' 나사산 부싱 또는 중공형 나사
2 관통 보어
5 외부 나사산
6 나사산 턴
7 헤드
8 전이 지역
9 선단부
10 축방향 단편
20 와인딩
30 컷팅 웹
40 억제 웹
50 칩 플루트
DK 코어 두께
RE 내측으로의-나사작업 방향
RA 나사풀림 방향
M 중앙 축
α 프랭크 각도

Claims (14)

  1. 중앙 축을 가지는 축방향 단편 및 여러 개의 와인딩으로 상기 중앙 축 주위로 순환되는 외부 나사산의 나사산 턴을 포함하는, 플라스틱으로 제조된 나사산 요소로서, 상기 외부 나사산은, 플라스틱으로 제조된 지지 부품의 수용 개구부 내로 나사작업될 때 반대-나사산을 형성하도록 구성되고, 복수의 인접한 와인딩은, 적어도 축방향 단편의 부품 영역에 걸쳐, 중앙 축에 평행하게 연장되는 적어도 2개의 칩 플루트에 의해서 중단되어 각각의 중단된 와인딩이 적어도 하나의 컷팅 웹 및 하나의 억제 웹을 포함하고, 상기 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 상기 억제 웹의 반경방향 연장부보다 크고, 상기 외부 나사산의 중앙 축에 수직인 축방향 단편의 코어 두께는 적어도 길이방향 플루트 외측의 축방향 단편의 부품 영역 내에서 일정한, 나사산 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    짝수의, 바람직하게 2개 또는 4개 또는 6개 또는 8개의 칩 플루트를 포함하는, 나사산 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    와인딩마다 1개, 2개 또는 4개의 컷팅 웹을 포함하고, 둘 이상의 컷팅 웹의 경우에, 컷팅 웹은 서로 대향된 쌍으로 배열되는, 나사산 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 상기 와인딩의 억제 웹의 반경방향 연장부보다 0.1 내지 0.5 mm 더 큰, 나사산 요소.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컷팅 웹은 그 반경방향 외부 측면 상에서 예연형(sharp-edged)이고, 바람직하게는 평탄화되거나 무한한 곡률반경을 가지는, 나사산 요소.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 억제 웹은 그 반경방향 외부 측면 상에서 라운드 처리되는, 나사산 요소.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칩 플루트는 코어 두께에 이르기까지 또는 코어 두께를 넘어서는 상기 외부 나사산의 와인딩을 중단시키는, 나사산 요소.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컷팅 웹은, 삽입 방향으로 볼 때, 시작점 및 종료점을 가지는 원주방향 연장부를 가지며, 상기 반경방향 연장부는 상기 시작점과 종료점에서 동일하거나 상기 시작점에서의 반경방향 연장부는 상기 종료점에서 보다 큰, 나사산 요소.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    나사 헤드 및 나사 선단부를 가지는 플라스틱 나사로서 형성되는, 나사산 요소.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 나사산 또는 관통-개구부를 가지는 나사산 부싱으로 형성되는, 나사산 요소.
  11. 플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 나사산 요소를 포함하는 연결 조립체로서, 상기 지지 부품의 수용 개구부 내로 나사작업되는, 연결 조립체.
  12. 플라스틱으로 제조된 적어도 하나의 지지 부품 및 플라스틱으로 제조된 나사산 요소, 바람직하게 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 나사산 요소를 포함하는 연결 조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 나사산 요소는 외부 나사산을 가지고, 상기 지지 부품은 수용 개구부를 가지며, 상기 방법은:
    a. 상기 수용 개구부 내로 상기 나사산 요소를 축방향으로 내측으로-나사작업하는 단계,
    b. 그에 의해서, 상기 외부 나사산 내의 복수의 컷팅 웹에 의해서, 상기 수용 개구부의 내부 벽 내에 반대-나사산을 형성하는 단계, 및
    c. 컷팅 웹보다 작은 반경방향 연장부를 가지고 복수의 칩 플루트를 통해서 컷팅 웹으로부터 분리되어 배열된 복수의 억제 웹의 결합에 의해서, 형성된 반대-나사산 내에 프레스 피트(press fit)를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 칩 플루트를 통해서, 상기 나사산의 형성 단계 중에 발생되는 재료 연마물을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 플라스틱으로 제조된 나사산 요소를 제조하기 위한 방법으로서:
    a. 상기 나사산 요소에 상보적으로 형성된 사출 몰드를 제공하는 단계로서, 상기 나사산 요소는 중앙 축을 가지는 축방향 단편 및 여러 개의 와인딩으로 상기 중앙 축 주위에서 순환되는 외부 나사산의 나사산 턴을 포함하고, 복수의 인접한 와인딩은, 적어도 축방향 단편의 부품 영역에 걸쳐, 중앙 축에 평행하게 연장되는 적어도 2개의 칩 플루트에 의해서 중단되어 각각의 중단된 와인딩은 적어도 하나의 컷팅 웹 및 하나의 억제 웹을 포함하고, 상기 컷팅 웹의 반경방향 연장부는 상기 억제 웹의 반경방향 연장부보다 크고, 상기 외부 나사산의 중앙 축에 수직인 상기 축방향 단편의 코어 두께는, 적어도, 길이방향 플루트 외측의 축방향 단편의 부품 영역 내에서 일정한, 단계,
    b. 상기 나사산 요소를 사출 몰딩하는 단계, 및
    c. 상기 나사산 요소를 상기 사출 몰드로부터 디몰딩시키는 단계를 포함하는, 방법.
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