KR20190032665A - 복동식 록킹 와셔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링 요소(38)와 나사 체결 요소(42) 사이에 삽입되고, 각각 맞물림면(22, 24)을 갖는 두 개의 와셔 크라운(12, 14)을 포함하는 록킹 와셔에 관한 것이다. 서로 맞물리고 상기 나사 체결 요소(42)와 상기 베어링 요소(38) 사이에 축방향 압력 하에서 압축 상태로 유지되는 상기 와셔 크라운(12, 14)은 상기 나사 체결 요소가 나사풀림될 때 상기 와셔 크라운(12, 14)을 서로에 대해 회전시켜 상기 나사 체결 요소(42)를 회전가능하게 록킹할 수 있도록 상기 나사 체결 요소(42) 및 상기 베어링 요소(38)와 각각 회전가능하게 맞물릴 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 록킹 와셔(10)는 절두원추형 형상을 가지며, 상기 록킹 와셔(10)는 평탄화되어 스프링을 형성하고 이로써 상기 축방향 압력이 실질적으로 일정하게 유지될 수 있도록 탄성 변형가능하다.

Description

복동식 록킹 와셔{A DOUBLE-ACTING LOCKING WASHER}

본 발명은 나사/너트 시스템이 조임 후에 회전에 반하여 록킹 상태로 유지될 수 있도록 하는 록킹 와셔(locking washer)에 관한 것이다.

공지된 록킹 와셔는 예컨대 링의 두 자유 말단이 비크(beak)를 형성하도록 실질적으로 변형되는 탄성 절두형 링(elastic truncated ring)으로 제조된다. 따라서 링은 예컨대 베어링 요소와 너트 사이에 맞물리도록 되어 있고, 나사 기둥은 탄성 링을 통해 베어링 요소로부터 돌출되게 연장된다. 너트를 조이는 동안 탄성 링은 베어링 요소와 너트 사이에서 평탄화되고, 한편 링의 비크는 각각 그 내부에 매립되어 이로써 브레이크(brake)를 형성한다.

이런 록킹 와셔는 비교적 간단하지만 그 효율은 별로 높지 않다.

다른 좀 더 복잡한 록킹 와셔는 서로에 대해 동축으로 부착되는 두 개의 와셔 크라운(washer crown)을 포함하되, 이들 와셔 크라운은 베어링 요소와 너트 사이에 맞물리도록 구성된다. 이들 와셔 크라운 각각은 맞물림면(engagement face)과 리브형 베어링면(ribbed bearing face)을 구비한다. 이에 따라 맞물림면은 비대칭 방사상 치형부를 구비하며, 비대칭 방사상 치형부는 한편으로 정점부와 해당 정점부로부터 실질적으로 약 60°보다 작은 각도로 각지게 이격되는 치형부 저부를 구비하고 다른 한편으로 서로 반대편에 있는 두 측면을 구비한다. 측면 중 하나는 와셔 크라운에 의해 한정되는 중간면에 대해 실질적으로 경사지고 정점부와 치형부 저부 사이에 연장된다. 해당 측면은 활주면(sliding side)을 형성하도록 되어 있다. 다른 측면은 다음 치형부의 경사면에 실질적으로 수직하고 멈춤면(stop side)을 구성한다. 따라서 와셔 크라운의 맞물림면은 한편으로 경사진 활주면이 각각 서로 접촉되고 다른 한편으로 멈춤면이 각각 서로 접하는 방식으로 서로 밀착하도록 되어 있다.

또한, 너트를 조일 때 록킹 와셔는 베어링 요소와 너트 사이의 바이스그립(vise-grip)에 유지되며, 이때 맞물림면은 압력 하에서 서로에 대해 축방향으로 이동된다. 다음으로, 너트가 풀리는 경향을 보이는 경우에는, 너트는 해당 너트에 의해 가압된 와셔 크라운과 함께 회전되어 이동되고, 그 결과 해당 와셔 크라운의 활주면은 경사부(ramp)를 형성하면서 다른 와셔 크라운의 활주면에 대해 활주되어 이동된다. 이렇게 하여 와셔 크라운은 서로 축방향으로 분리되며, 스크류/너트 시스템에 인가되는 축방향 인장력이 현저히 증가한다. 이로 인해 스크류/너트 시스템에 발생하는 마찰력이 상당히 증가하여 너트가 회전에 반하여 록킹되도록 한다. 더 구체적으로 활주면은 스크류/너트 시스템의 나사각(helix angle)보다 큰 각도로 스크류/너트 시스템의 축에 대하여 경사진다. 또한, 너트의 풀림이 일어나 너트에 의해 와셔 크라운이 회전되는 순간, 와셔 크라운은 너트에 대해 축방향으로 이동되어 쐐기 효과(wedge effect)에 의해 너트를 록킹한다.

그러나 EP 0131556에 상세히 개시된 이 유형의 와셔는 특정한 결점이 결부되어 있다.

실제로 이 유형의 와셔는 풀림이 일어날 때 너트와 맞물리는 까닭에, 그리고 모든 상황에 적용된다는 점에서 효과적이다. 그러나, 시간 경과 및 실행 조건에 따라 베어링 요소를 포함하는 스크류/너트 시스템은 풀림이 일어나는 경향을 갖는다. 이 현상은 와셔 크라운에 대해 미끄러지는 나사에 의해, 또는 조임력에 의해 유발되는 요소의 유동 및/또는 이완에 의해 초래된다. 이들 두 경우에는. 두 크라운은 서로에 대해 회전되어 이동되지 않으며, 축방향 인장력은 증가하는 것이 아니라 오히려 반대로 저하된다. 그 결과 너트의 록킹은 효과적이지 못하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 실행 조건 및 환경에 관계없이 모든 상황에서 더 효과적일 수 있는 록킹 와셔를 제공하여 이런 문제를 해결하는 것이다.

이를 위해 본 발명은 베어링 요소와 나사 체결(screwable) 요소 사이에 축방향으로 압축되도록 되어 있는 록킹 와셔로서, 상기 나사 체결 요소는 상기 록킹 와셔를 관통하기에 적절한 기둥(shank) 부재에 의해 상기 베어링 요소에 연결되며, 상기 록킹 와셔는 각각 맞물림면을 구비하는 두 개의 와셔 크라운을 포함하며, 해당 맞물림면은 복수의 비대칭 방사상 치형부를 구비하며, 각각의 상기 비대칭 방사상 치형부는 한편으로 정점부와 상기 정점부로부터 각지게 이격되는 치형부 저부를 구비하고 다른 한편으로 경사지고 상기 정점부와 상기 치형부 저부 사이에 각지게 연장되는 활주면을 구비하며, 상기 와셔 크라운의 맞물림면은 서로 밀착되기에 적절한 반면 활주면은 각각 서로 접촉되며, 서로 밀착되고 나사 체결 요소와 베어링 요소 사이에 축방향 압력 하에서 압축 상태로 유지되는 상기 와셔 크라운은 나사 체결 요소의 풀림이 일어날 때 나사 체결 요소 및 베어링 요소와 함께 각각 회전되어 이동되기에 적절하며, 그 결과 상기 와셔 크라운은 서로에 대해 회전되는 반면, 각각의 측면은 경사부를 형성하면서 각각 서로에 대해 활주식으로 이동되어 와셔 크라운을 서로 축방향으로 분리함으로써 나사 체결 요소가 회전에 반하여 록킹될 수 있도록 하는 록킹 와셔를 제시한다. 본 발명에 따르면, 록킹 와셔는 절두원추형(truncated cone) 형상을 갖는 것으로, 실질적으로 일정한 축방향 압력을 유지하기 위해 베어링 요소와 나사 체결 요소 사이에 스프링을 형성하면서 평탄화될 수 있도록 탄성 변형가능하며, 이에 의해 와셔 크라운은 베어링 요소와 나사 체결 요소가 서로 축방향으로 분리될 때 서로에 대해 회전되어 이동되기에 적절하다.

따라서 본 발명의 특징은 탄성 변형가능한 재료로 제조되고 서로 맞물리는 두 개의 원추형 와셔 크라운을 제공하는 것이다. 이런 방식으로, 두 크라운이 베어링 요소와 나사 체결 요소, 예컨대 너트 사이에서 평탄 상태로 변형될 때, 두 크라운은 각각 베어링 요소와 나사 체결 요소에 대해 축방향 압력을 인가한다. 어떤 이유로든, 너트가 베어링 요소로부터 축방향으로 분리될 때, 두 크라운은 스프링 효과에 의해 초기 원추형 형상으로 복귀하는 경향을 갖게 되어 나사와 베어링 요소에 대해 축방향 압력을 각각 계속 인가할 것이다. 그 결과, 베어링 요소로부터 분리되는 위치에서 너트가 풀리는 경향이 있을 경우, 와셔 크라운은 너트 및 베어링 요소와 각각 회전 맞물림 상태로 유지된다. 또한, 와셔 크라운이 서로에 대해 회전 이동되어 록킹 효과가 발생한다. 따라서 다음의 설명에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 와셔의 중간면에 대한 최대 경사각도는 록킹을 야기할 수 있도록 나사 체결 요소의 나사각보다 크다.

와셔 크라운이 너트 및 베어링부 각각과 맞물림될 수 있도록 하기 위해서는 이들 요소 간의 마찰력이 상당히 크고 따라서 축방향 압력도 상당히 클 필요가 있다. 어느 정도까지는, 맞물림면 반대쪽에 위치한 와셔 크라운의 베어링 지지부는 그 표면 대부분에 걸쳐 베어링 요소 및 나사 체결 요소와 각각 접촉 상태로 유지된다. 본 발명의 록킹 와셔의 테이퍼비(taper ratio)로 인해, 이 축방향 압력은 유지되며 그 효과는 시간이 지나도 변하지 않는다. 그 결과, 내부에 매립됨으로 인해 너트는 물론 가장 중요하게는 베어링에 각각 손상을 입히기 쉬운 방사상 횡문양(radial striation)을 와셔 크라운의 베어링 지지부 상에 제공할 필요가 없다. 또한 와셔 크라운이 나사 체결 요소 및 베어링 요소에 각각 맞물리도록 하기 위해 특정한 상보적 수단을 제공할 필요도 없다. 따라서, 본 발명에 따른 록킹 와셔는 표준 나사 체결 요소와 함께 실행되기에 적절하다.

또한, 주목할 점은 와셔 크라운은 평탄화될 때까지 변형되도록 구성되고, 이로써 보다 복잡하고 두꺼운 록킹 와셔와 함께 사용되는 나사 기둥에 비해 나사 기둥의 길이를 현저히 감소시키는 것이 가능하다는 것이다. 또한, 와셔 크라운이 베어링 요소와 나사 체결 요소 사이에서 변형된 평탄 상태로 유지되기 때문에, 기둥 부재의 인장력이 일정하다고 할 때 베어링 지지부와 베어링 요소와 나사 체결 요소 간의 마찰력과 이에 따른 접착력이 각각 최대가 되어 미끄럼에 대한 향상된 저항을 제공한다. 보다 구체적으로 살펴보면, 마찰 결합은 이와 같이 마찰력과 해당 마찰력이 회전축에 대해 적용되는 거리의 함수이다. 그러므로, 절두원추형 형상을 갖는 록킹 와셔가 평탄화될 때까지 변형되지 않는 경우, 마찰 결합은 와셔의 직경을 증가시키고/시키거나 적절한 록킹 수단을 마련함으로써 - 적어도 부분적으로 - 보완될 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 특히 베어링 요소와 접촉하는 와셔 크라운의 베어링 지지부를 나사 체결 요소의 축에서 더 멀리 이격시켜 마찰 결합을 정확히 증가시키기 위해 록킹 와셔의 직경을 증가시킬 필요가 전혀 없다. 따라서, 본 발명에 따른 록킹 와셔는 더 적은 재료가 소모되고 그러므로 더 경제적이다.

또한, 와셔 크라운이 베어링 요소와 나사 체결 요소 사이에서 평탄화될 때까지 변형된 상태로 유지되기 때문에, 사전 인장 나사산 기둥 부재에 대한 기계적 응력의 규모를 제한하는 것이 가능하여 매우 현저히 향상된 피로 저항성을 제공한다.

유리하게는, 각각의 와셔 크라운의 맞물림면의 비대칭 방사상 치형부는 동일한 프로필을 갖는다. 이 구성으로 인해 활주면 상호 간의 협력이 향상될 수 있고 따라서 맞물림면 간의 마찰력을 완화할 수 있는데, 이는 특히 아래에서 설명되는 이유로 바람직하다.

또한, 보다 바람직하게는, 각각의 비대칭 방사상 치형부는 상기 정점부를 기준으로 활주면 대향측에 멈춤면을 구비하되, 맞물림면의 상기 비대칭 방사상 치형부의 멈춤면은 상기 와셔 크라운의 맞물림면이 서로 밀착될 때 각각 서로 접촉된다. 따라서, 록킹 와셔의 두 와셔 크라운을 바이스그립에 유지하기 위해 야기된 힘에 의해 나사 체결 요소가 나사고정될 때, 두 와셔 크라운은 멈춤면으로 인해 회전가능한 록킹 상태로 유지되며, 록킹 와셔가 그대로 베어링 요소와 맞물려 있을 경우에는 나사 체결 요소는 마찰 이동하여 록킹 와셔에 대해 활주된다. 물론, 록킹 와셔가 나사 체결 요소와 맞물리는 경우에는 록킹 와셔 자체가 마찰 이동되어 베어링 요소에 대해 활주된다.

바람직하게는, 멈춤면과 활주면은 방사상 연장되는 교차선을 따라 연결된다. 또한, 서로 밀착되는 두 크라운 간에 자유 공간이 존재하지 않도록 와셔 크라운의 맞물림면은 완벽히 협력한다. 이렇게 하여, 자체 완비식이고 따라서 압축력에 대한 저항성을 지니는 록킹 와셔가 획득된다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 와셔 크라운은 상기 정점부를 따라 비대칭 방사상 치형부를 가로지르는 축면(axial plane)을 갖되, 멈춤면은 예컨대 약간의 각도만큼 상기 축면에 대해 실질적으로 경사진다. 이런 방식으로, 와셔 크라운 중 하나의 멈춤면은 다른 와셔 크라운의 멈춤면에 접하게 되어 나사 체결 요소를 조이는 동안 멈춤면이 서로에 대해 활주될 위험성이 전혀 없어지게 된다. 따라서 와셔 크라운은 조임 작업 중에 서로에 대해 회전식으로 연결된 상태로 남아있다.

또한, 상기 와셔 크라운은 상기 정점부를 따라 비대칭 방사상 치형부를 가로지르는 축면과 상기 정점부를 따라 수직하게 상기 축면을 가로지르는 수직면을 가지며, 활주면은 유리하게는 수직면에 대해 실질적으로 경사진다. 예컨대 동일한 기준 내에서 취한 것으로, 나사 체결 요소의 나사각보다 큰 약간의 각도로 경사진다.

또한, 각각의 상기 와셔 크라운의 맞물림면은 여덟 개와 서른 개 사이의 비대칭 방사상 치형부를 구비한다. 특정 용도의 경우에, 와셔 크라운은 열 개와 스무 개 사이의 비대칭 방사상 치형부를 구비한다. 와셔 크라운은 예컨대 열 다섯 개의 비대칭 방사상 치형부를 구비할 수 있다. 따라서, 두 크라운의 서로에 대한 축방향 이동이 완벽하게 보장되며, 그 두께를 고려하면 힘은 와셔 크라운의 윤곽에 양호하게 분산된다. 또한, 상기 와셔 크라운 중 하나는 볼록한 맞물림면을 가지는 반면, 와셔 크라운 중 다른 하나는 오목한 맞물림면을 가진다. 따라서, 볼록한 맞물림면을 갖는 와셔 크라운은 오목한 맞물림면을 갖는 와셔 크라운과 맞물린다. 이런 방식으로, 록킹 와셔는 평탄화될 때까지 변형되기에 앞서 단일한 원추형 요소를 형성하면서 서로 맞물리는 두 개의 와셔 크라운으로 구성된다. 또한, 와셔 크라운의 방사상 치형부는 두 크라운이 평탄화될 때까지 변형되기 전에 치형부의 활주면이 각각 서로 접촉되는 방식으로 각각 서로 협력한다. 이런 특징으로 인해 나사 체결 요소를 조이는 동안 크라운이 서로에 대해 이동되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 와셔 크라운 중 하나의 치형부가 와셔 크라운의 다른 하나의 치형부에 대해 이동되는 것을 방지할 수 있다.

유리하게는 맞물림면은 그 전체 표면에 걸쳐 연속적으로 접촉되기에 적절하며, 이로 인해 와셔 크라운이 정합 관계로 유지될 수 있는 동시에 맞물림면에 대해 예컨대 접착을 구현할 수 있도록 한다. 이런 특징은 또한 컨디셔닝을 용이하게 한다.

또한, 특히 바람직한 실시예에 따르면, 와셔 크라운은 바람직하게는 스프링강, 예컨대 실리콘강으로 제조된다. 또한, 맞물림면은 활주면 간의 마찰력을 저감하도록 표면처리된다. 본 명세서에 맞물림면의 처리는 물리적 또는 화학적 처리와 코팅의 실행을 둘 다 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 와셔 크라운의 맞물림면 반대쪽의 베어링 지지부는 유리하게는 이들 베어링 지지부와 너트와 베어링 요소 각각 간의 마찰력을 증가시키도록 표면처리되거나 코팅된다. 이와 같이 내부에 매립됨으로 인해 베어링 요소에 손상을 입히는 경향이 있는 와셔 크라운의 베어링 지지부 상의 방사상 횡문양을 제거하는 것이 더 가능해진다.

본 발명의 다른 특징과 이점은 첨부도면을 참조하여 비제한적 예로서 제시되는 본 발명의 특정 실시예에 대한 다음의 설명을 통해 분명하게 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 록킹 와셔의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 록킹 와셔의 요소의 개략 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 록킹 와셔의 다른 요소의 개략 사시도이다.
도 4는 작동 위치에서 본 발명에 따른 록킹 와셔를 포함하는 조립체의 개략 측면도이다.

도 1은 대칭축(A)을 갖는 절두원추형 록킹 와셔(10)를 단면도로 도시한다. 록킹 와셔는 외부 와셔 크라운(12)을 구비하고, 내부에는 내부 와셔 크라운(14)을 구비한다. 두 와셔 크라운(12, 14)은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 서로 맞물린다. 외부 와셔 크라운(12)은 도 1에서 가려져 있는 외부 베어링 지지부(16)와 내부 베어링 지지부(18)를 구비하는 반면, 록킹 와셔(10)는 예컨대 나사산 기둥 요소(threaded shank element)와 맞물릴 수 있도록 하는 원형 중앙 개구(20)를 구비한다.

이제 도 2와 도 3을 참조한다. 도 2에는 내부 와셔 크라운(14)이 위에서 바라본 사시도로 도시되어 있는 반면, 도 3에는 외부 와셔 크라운(12)이 밑에서 본 도면으로서 도시된다. 외부 와셔 크라운(12)은 제1 중앙 원추를 한정하는 반면, 내부 와셔 크라운(14)은 제2 중앙 원추를 한정한다. 내부 와셔 크라운(14)은 볼록한 맞물림면(22)을 구비하는 반면, 외부 와셔 크라운(12)은 오목한 맞물림면(24)을 구비한다. 두 맞물림면(22, 24)은 상보적이고 두 크라운(14, 12) 사이에 어떤 자유 공간도 남기지 않고 서로 맞물리도록 구성된다. 유리하게는, 두 크라운(12, 14)은 원추형 상태와 평탄 상태 간에 축방향으로 탄성적으로 변형될 수 있도록 스프링강으로 제조된다. 바람직하게는 크라운(12, 14)은 열간 단조되고 이어서 디버링된(deburrd) 후에 그 기계적 물성을 균질화하기에 적절한 열처리를 거친다. 크라운은 특정한 상황에서는 코팅될 수도 있다.

도 3에 도시된 외부 와셔 크라운(12)의 오목한 맞물림면(24)을 살펴보면, 해당 맞물림면은 와셔 크라운의 원주부에 규칙적으로 분포되는 열다섯 개의 제1 비대칭 방사상 치형부(26)를 구비한다. 각각의 제1 비대칭 방사상 치형부(26)는 방사상 연장되는 제1 정점부(28)와, 제1 정점부(28)로부터 실질적으로 24°만큼 각지게 분리되고 그 또한 방사상 연장되는 제1 치형부 저부(30)를 구비한다. 따라서 각각의 제1 비대칭 방사상 치형부(26)는 한편으로 제1 정점부(28)와 제1 치형부 저부(30) 사이에서 경사 방식으로 각지게 연장되는 제1 활주면(32)을 구비한다. 각각의 제1 비대칭 방사상 치형부(26)의 제1 활주면(32)은 단면선의 수평높이(level)에 대해 약간의 각도, 예컨대 5°의 각도를 형성하면서 상기 제1 중앙 원추를 가로지른다. 제1 비대칭 방사상 치형부(26)는 다른 한편으로 제1 정점부(28)를 기준으로 제1 활주면(32)의 맞은편에 연장되고 다음 제1 비대칭 방사상 치형부(26)의 제1 치형부 저부(30)에 연결되는 제1 멈춤면(34)을 구비한다. 다음으로, 제1 멈춤면(34)은 단면선의 수평높이에 대해 예컨대 90°또는, 95°± 10°의 인접 각도를 형성하면서 제1 중앙 원추를 가로지른다. 또한 제1 멈춤면(34)은 단지 약간의 각도, 예컨대 2°로 상기 제1 중앙 원추를 따라 제1 정점부(28)와 다음 제1 비대칭 방사상 치형부(26)의 제1 치형부 저부(30) 사이에 각지게 연장된다.

이제 도 2를 참조하면, 내부 와셔 크라운(14)의 볼록한 맞물림면(22)은 외부 와셔 크라운(12)의 오목한 맞물림면(24)의 형상과 상보적인 형상을 가진다. 또한 유사한 요소는 프라임 부호(≫'≪)가 붙은 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 따라서, 내부 와셔 크라운의 맞물림면은 제1 비대칭 방사상 치형부(26)와 프로필이 동일하고 원주부를 따라 분포되는 열다섯 개의 제2 비대칭 방사상 치형부(26')를 구비한다. 각각의 제2 치형부(26')는 방사상 연장되는 제2 정점부(28')와, 해당 제2 정점부(28')로부터 대략 24°만큼 각지게 분리되는 제2 치형부 저부(30')를 구비한다. 또한 각각의 제2 비대칭 방사상 치형부(26')는 한편으로 제2 정점부(28')와 제2 치형부 저부(30') 사이에 경사 방식으로 각지게 연장되는 제2 활주면(32')을 구비한다. 각각의 제2 비대칭 방사상 치형부(26')의 제2 활주면(32')은 단면선의 수평높이에 대해 약간의 각도, 예컨대 5°의 각도를 형성하면서 상기 제2 중앙 원추를 가로지른다. 제2 비대칭 방사상 치형부(26')는 다른 한편으로 제2 정점부(28')를 기준으로 제2 활주면(32')의 맞은편에 연장되고 다음 제2 비대칭 방사상 치형부(26')의 제2 치형부 저부(30')와 연결되는 제2 멈춤면(34')을 구비한다. 다음으로, 제2 멈춤면(34')은 단면선의 수평높이에 대해 90°의 인접 각도를 형성하면서 제2 중앙 원추를 가로지른다. 또한 제2 멈춤면(34')은 단지 약간의 각도, 예컨대 2°로 상기 제2 중앙 원추를 따라 제2 정점부(28')와 다음 제2 비대칭 방사상 치형부(26')의 제2 치형부 저부(30') 사이에 각지게 연장된다.

따라서 외부 와셔 크라운(12)과 내부 와셔 크라운(14)이 연결되고, 도 1에 도시된 바와 같이 볼록한 맞물림면(22)이 오목한 맞물림면(24)에 대해 연결된다. 또한 제1 및 제2 활주면(32, 32')이 각각 서로에 대해 안착되는 한편, 제1 및 제2 멈춤면(34, 34')이 각각 서로 접한다. 두 맞물림면(22, 24)은 상보적이므로 서로 연결될 때 두 크라운(12, 14) 사이에는 자유 공간이 남지 않게 된다. 다음으로, 유리하게는 아래에서 설명되는 바와 같이 활주면(32, 32')이 서로에 대해 용이하게 이동될 수 있도록 윤활제가 맞물림면(22, 24)에 도포된다.

외부 와셔 크라운(12)과 내부 와셔 크라운(14)이 연결되어 볼록한 맞물림면(22)이 오목한 맞물림면(24)에 대해 연결된 후에, 그리고 따라서 록킹 와셔의 맞물림이 나사 체결 요소와 베어링 요소 사이에 형성된 후에는, 나사 체결 요소의 회전에 의해 두 크라운(12, 14)의 상(phase)이 축방향으로 변형되는 한편, 각각 서로 접하는 치형부의 멈춤면(34, 34')으로 인해 두 크라운은 서로에 대해 회전가능하게 록킹된다. 이런 방식으로, 두 크라운(12, 14)의 치형부(26, 26')는 변형 중에 맞물린 상태로 유지된다. 또한, 치형부(26, 26')는 록킹 와셔가 평탄한 상태로 변형되는 동안 손상을 입지 않는다.

도 4에 도시되는 절두원추형 록킹 와셔(10)는 평탄화되고 베어링 요소(38)의 베어링면(36)에 대해 밀접끼움된 상태로 유지되며 기둥 부재(40)에 나사고정되는 너트(42) 사이의 바이스-그립에 유지되도록 나사 기둥 부재(40)에 의해 관통된다. 따라서, 외부 와셔 크라운(12) 및 내부 와셔 크라운(14)은 나사고정되고 조여진 너트(42)와 베어링면(36) 사이에서 평탄화된다. 그 결과 절두원추형 록킹 와셔(10)는 너트(42)와 베어링면(36) 사이에 탄성적으로 압축된다. 화살표(D)를 따라 밑에서 바라보면, 너트(42)는 록킹 와셔를 평탄화하기 전에 외부 크라운(12)의 외부 베어링 지지부(16)에 안착되어 절두원추형 록킹 와셔(10)를 형성하는 조립된 크라운(12, 14)을 탄성적으로 변형할 수 있도록 시계방향으로 회전하여 이동되었다는 것이 보일 것이다.

조임이 완료된 후에 서로 밀착된 와셔 크라운(12, 14)은 너트(42)와 베어링면(36) 사이에 축방향 압력 하에서 압축 상태로 유지된다. 따라서 너트(42)는 외부 와셔 크라운(12)의 외부 베어링 지지부(16) 상에서, 내부 크라운(14)의 내부 베어링 지지부(18) 상의 베어링면(36)에 의해 인가되는 내압(Pi)과 균등한 소정의 외압(Pe)을 인가한다. 해당 압력은 나사(42)의 조임 및 특히 절두원추형 록킹 와셔(10)의 탄성 반발력 두 요인 모두에 기인하는 것임을 주의해야 한다.

따라서, 이런 상황에서는 도 4에 도시된 나사고정된 조립체가 예컨대 진동에 노출될 경우, 너트(42)가 반시계 방향으로 풀리는 경향을 보일 것이다. 베어링 지지부(16, 18)와 너트(42)와 베어링면(36) 사이에 각각 인가되는 압력을 고려하면, 너트(42)가 반시계 방향으로 풀리는 경향을 갖는 경우에는 마찰력이 상당히 커서 외부 와셔 크라운(12)이 너트(42)와 맞물리게 되는 반면 내부 와셔 크라운(14)은 베어링면(36)과 맞물리게 되는데, 이는 외부 와셔 크라운(12)은 너트(42)와 함께 회전하여 이동되는 반면 내부 와셔 크라운(14)은 고정된 위치에 머무르기 때문이다. 또한, 내부 맞물림면(24)의 활주면(32)은 경사부를 형성하면서 외부 맞물림면(22)의 활주면(32')에 대해 활주되어 이동되기 때문에, 두 크라운(12, 14)은 서로로부터 축방향으로 이격된다. 이 마찰은 윤활제에 의해 촉진된다. 중간면에 대한 록킹 와셔(10)의 최대 경사각에 대응하는 활주 플랜지(32, 32')의 각도(G)는 그 직선 단면에 대한 나사산 기둥 부재(40)의 나사각보다 크기 때문에, 따라서 외부 와셔 크라운(12)은 너트(42)의 회전 이동 중에 쐐기 역할을 하고 이로써 이 회전 이동을 즉시 차단한다. 그 결과 너트(42)의 풀림이 신속히 중단된다.

다음으로, 예컨대 나사산 기둥 부재(40)가 온도의 영향이나 어떤 다른 이유로 팽창할 경우, 너트(42)와 베어링 요소(38)의 베어링면(36)은 서로 축방향으로 분리된다. 이때 절두원추형 록킹 와셔(10)는 초기의 절두원추형 형상으로 복귀하는 경향을 갖는다. 이런 방식으로, 한편으로 외부 와셔 크라운(12)의 외부 베어링부(16)와 너트(42) 사이에 인가되고 다른 한편으로 베어링면(36)과 내부 베어링 지지부(18) 사이에 각각 인가되는 외압(Pe)과 내압(Pi)이 일정 정도 보존되고 실질적으로 일정하게 유지된다. 이로써, 너트(42)의 부적절한 풀림은 항상 외부 와셔 크라운(12)이 내부 와셔 크라운(14)에 대해 회전되도록 유발하고, 그 결과 위에서 언급한 것과 동일한 힘에 기인하여 너트(42)가 회전에 반하여 록킹되도록 유발한다.

물론, 이런 절두원추형 록킹 와셔(10)는 나사헤드와 임의의 베어링 지지부 사이에서 동일한 록킹 효과를 초래하도록 조절될 수도 있다. 나사와 너트 중 하나가 다른 하나에 대해 회전될 때 나사 기둥에 인가되어 나사/너트 시스템에 주요 마찰을 일으키고 제동을 거는 것은 사실상 인장력이기 때문이다.

또한 비대칭 방사상 치형부의 수는 본 명세서에 한정되지 않는다는 것을 주의해야 한다. 물론 예컨대 여섯 개 또는 열두 개의 치형부를 포함하는 와셔 크라운도 전적으로 적절할 수 있다.

Claims (10)

1. 베어링 요소(38)와 나사 체결 요소(42) 사이에 축방향으로 압축되도록 되어 있는 록킹 와셔(10)로서, 상기 나사 체결 요소는 상기 록킹 와셔(10)를 관통하기에 적절한 기둥 부재(40)에 의해 상기 베어링 요소(38)에 연결되며, 상기 록킹 와셔는 각각 맞물림면(22, 24)을 갖는 두 개의 와셔 크라운(12, 14)을 포함하며, 상기 맞물림면은 복수의 비대칭 방사상 치형부(26, 26')를 구비하며, 각각의 상기 방사상 비대칭 치형부는 한편으로 정점부(28, 28')와 상기 정점부로부터 각지게 이격되는 치형부 저부(30, 30')를 구비하고 다른 한편으로 상기 정점부(28, 28')와 상기 치형부 저부(30, 30') 사이에 각지게 연장되면서 경사지는 활주면(32, 32')을 구비하며, 상기 와셔 크라운의 상기 맞물림면(24, 22)은 서로에 대해 밀착되기에 적절한 반면 상기 활주면(32, 32')은 각각 서로에 대해 접촉되며, 서로에 대해 밀착되고 상기 나사 체결 요소(42)와 상기 베어링 요소(38) 사이에 축방향 압력 하에서 압축상태로 각각 유지되는 상기 와셔 크라운(12, 14)은 상기 나사 체결 요소가 풀릴 때 상기 와셔 크라운(12, 14)이 서로에 대해 회전되도록 하는 반면 상기 각각의 활주면(32, 32')은 경사부를 형성하면서 서로에 대해 활주되어 이동되도록 하여 상기 나사 체결 요소(42)의 회전에 반하여 록킹이 야기되도록 할 목적으로 상기 나사 체결 요소(42) 및 상기 베어링 요소(38)와 각각 함께 회전되기에 적절하며,
   상기 록킹 와셔(10)는 절두원추형(truncated cone) 형상을 가지며; 상기 록킹 와셔(10)는 상기 축방향 압력을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 베어링 요소(38)와 상기 나사 체결 요소(42) 사이에 스프링을 형성하면서 평탄화될 수 있도록 탄성적으로 변형되며, 이에 의해 상기 와셔 크라운(12, 14)은 상기 베어링 요소(38)와 상기 나사 체결 요소(42)가 서로 축방향으로 분리될 때 서로에 대해 회전하여 이동되기에 적절하게 되는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
2. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 와셔 크라운(12, 14)의 상기 맞물림면(24, 22)의 상기 비대칭 방사상 치형부(26, 26')는 동일한 프로필을 가지는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   각각의 상기 비대칭 방사상 치형부(26, 26')는 또한 상기 정점부(28, 28')를 기준으로 상기 활주면(32, 32')의 대향측에 멈춤면(34, 34')을 구비하며, 상기 와셔 크라운의 상기 맞물림면(24, 22)이 서로 밀착될 때 상기 맞물림면(24, 22)의 상기 비대칭 방사상 치형부의 상기 멈춤면(34, 34')은 서로에 대해 각각 접촉되는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
4. 제3항에 있어서,
   상기 멈춤면(34, 34')과 상기 활주면(32, 32')은 방사상 연장되는 교차선을 따라 연결되는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 와셔 크라운(12, 14)은 상기 정점부(28, 28')를 따라 상기 비대칭 방사상 치형부(26, 26')를 가로지르는 축면을 가지며, 상기 멈춤면(34, 34')은 상기 축면에 대해 실질적으로 경사지는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와셔 크라운(12, 14)은 상기 정점부(28, 28')를 따라 비대칭 방사상 치형부(26, 26')를 가로지르는 축면과 상기 정점부를 따라 수직하게 상기 축면을 가로지르는 수직면을 가지며, 상기 활주면(32, 32')은 상기 수직면에 대해 실질적으로 경사지는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 상기 와셔 크라운(14, 12)의 상기 맞물림면(22, 24)은 열 개와 스무 개 사이의 비대칭 방사상 치형부(26, 26')를 구비하는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와셔 크라운(12, 14)은 볼록한 맞물림면(24)을 구비하는 반면, 상기 와셔 크라운 중 다른 하나는 오목한 맞물림면(22)을 구비하는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와셔 크라운(12, 14)은 스프링강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞물림면은 상기 활주면(32, 32') 간의 마찰력을 저감하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 록킹 와셔.
    

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