KR960013717B1 - 미끄럼 방지 피막을 갖는 공구 - Google Patents

미끄럼 방지 피막을 갖는 공구 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

미끄럼 방지 피막을 갖는 공구
제1도는 본 발명에 따라 선단부(tip)에 연마재 피막을 가지고 있는 드라이버의 측면도.
제2도는 본 발명에 따라 처리된 -자형 드라이버의 선단부의 확대 측면도.
제3a도 및 제3b도는 표면들상에 연마재 피막을 가지고 있는 +자형 드라이버의 선단의 확대 측면도 및 단부도.
제4도는 작업 표면들사에 도포된 연마재 피막을 가지고 있는 조절식 렌치의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : -자형 드라이버 12 : 블레이드 선단부(blade tip)
14 : 연마재 피막 30 : +자형 드라이버
32 : 연마재 피막 40 : 조절식 렌치
42 : 조오 표면(jaw surface)
본 발명은 공구의 공작물 계합면(work engaging surface)에 연마재 또는 미끄럼 방지 고체 피막(abrasive or non-slip solid coating)을 도포한 공구에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 예컨대 스크루 드라이버 (screwdriver), 렌치(wrench), 소켓(socket), 플라이어(plier), 및 클램프(clamp) 등과 같이, 물체의 표면과 직접 닿거나 또는 맞물리는 공구에 이용하기에 적당하다. 공구들의 예로는, 나사(screw)들, 너트들 및 보울트들과 같은 체결구들을 돌리기 위해, 또한 물체상에 파지 또는 마찰 고정력(gripping or frictional holding force)을 제공하기 위해 사용되는 공구들이 포함된다.
드라이버의 형태로는, 예컨대, 널리 공지된 것으로서 통상적으로 -자형 드라이버(blade screwdriver) 및 +자형 드라이버(phillips screwdriver)를 포함한다. 나사를 공작물내에 체결시키기 위해서는 공구의 단부(bit end)를 나사 머리의 대응 홈(recess)내에 구동연결 상태로 삽입하여, 드라이버의 손잡이를 돌린다. 체결구(fastener)의 나사부 생크(threaded shank)가 재료 또는 공작물내로 점점 더 침투하거나 또는 접합되면, 저항이 증가하여, 작업에 필요한 토오크(torque)가 증가할 수 있다. 이 경우에, 드라이버 헤드(head)가 미끄러져 빠지거나 또는 나사 홈(screw slot)에서 벗어나게 되어, 통상적으로 나사를 손상시키고 때로는 드라이버까지 손상시킨다. 이와 같은 현상은 일반적으로 캠 아웃(cam out)이라고 칭해진다. 이와 같은 사건의 정도 및 회수를 감소시키기 위하여, 드라이버를 구동 계합 상태로 유지하도록 드라이버상에 추가적인 축방향력을 가하는 것이 필요하나, 어느 시점에는 결국 미끄러짐이 발생하게 된다. 그리핑 및 드라이빙 공구(gripping and driving tool)들에 대한 이와 유사한 문제들은 흔한 일이므로 상세한 기술은 생략하기로 한다.
종래 기술에 있어서 미끄럼 방지면(non-slip surface)을 갖는 드라이버를 제공하기 위한 여러 제안들이 공지되어 있다. 리드의 미합중국 특허 제3,133,568호에는 선단부(tip)가 쇼트 블라스팅 또는 피이닝(shot blasting or peening) 가공되어, 자국이 새겨진 드라이버가 개시되어 있다. 비트베르그의 미합중국 특허 제1,899,489호에는 미끄럼 방지를 위해 너얼링 가공된 선단부(knurled tip)를 가지고 있는 드라이버가 개시되어 있다.
상기 특허들은 모두 공구의 금속 작업을 거칠게 가공하는 러프닝(roughening)에 의한 것이다. 그러나, 공구가 사용되면 러프닝된 표면의 융기 영역에는 추가 압력이 걸린다. 결국, 표면이 마모되어 그 효율성이 상실되고, 공구는 치수가 작아지거나 마멸되어 버리게 된다.
미합중국 특허 제3,656,522호에는 또다른 미끄럼 방지 드라이버가 기재되어 있다. 상기 특허에 있어서는, 드라이버 선단부와 나사 머리의 홈 사이의 마찰력을 증가시키기 위하여 연마액(abrasive liquid)이 드라이버의 손잡이 내에 들어 있어 생크를 통해 선단부로 공급된다. 그러나, 이와 같은 공구의 구조는 비용이 많이 들고, 취급이 어려우며, 또한 공구는 체결구상에 연마재가 잔류하게 된다.
본 발명에 의하면, 드라이버의 선단부와 같은 공구의 작업면에는 영구 연마재 피막이 도포 또는 접합된다. 연마재들은 접촉하게 될 체결구의 경도보다 더 큰 경도를 가지고 있는 재료의 입자들이다. 또한 연마재를 공구에 접합시키는데 사용되는 재료는 경질 내화 합금(hard refractory alloy)이 적합하다. 이와 같은 방법에 있어서는, 공구의 작업면은 연마재 표면의 조기 소모없이 수명이 연장된다. 사용중에, 연마재 입자들은 입자들 또는 피막상에 과도한 마모가 없이 작업면을 그리핑한다.
치수 및 공차에 있어서 공구들은 산업 또는 정부 규정 규격에 따라야 하므로, 공정에 사용되는 공구는 초기에는 산업표준 규격 치수보다 더 작게 만든 다음에 그 공구의 치수가 규격 치수에 달하도록 연마재 입자를 함유한 고체 피막을 충분한 두께로 도포 또는 브레이징(brazing) 한다.
연마재 입자용 접합재(binder)는 금속 또는 합금이 적합하며, 또한 연마재는 다이아몬드 대용 입자(diamond-substitute particles)일 수 있다. 입자의 크기 및 윤곽과 피막의 상대 두께는 입자에 대해 양호한 지지를 제공하고 또한 공작물과의 마찰력을 크게 증가시키면서도 공작물의 과도한 절삭은 방지하도록 선택된다. 이와 같은 방법에서, 공구를 사용하는데 필요한 축방향력의 크기는 작게 되며, 또한 미끄럼이 일어날 가능성은 크게 감소된다.
다양한 접합 방법들이 사용될 수 있으나, 브레이징 합금(brazing alloy)으로 연마재 입자를 공구에 접합시키는 방법으로는 브레이징 합금을 연마재 입자와 함께 공구에 도포한 후 브레이징 온도까지 가열시키는 것이 좋다. 결국 공구의 정상적인 사용에 대하여 수명이 길어지는 내구성 내마모 연마재 코팅면(durable wear resistant abrasive coated surface)이 형성된다.
이하 본 발명의 원리들을 도시한 특정한 공구들에 대하여 기술하나, 본 발명은 미끄럼 방지 특성이 요구되는 임의의 공구 또는 부속물(accessary)에도 적용될 수 있다. 적용된 공구는, 본문에 언급된 것들 외에는, 종래의 디자인 및 사용으로 제조될 수 있다. 대부분의 공구들은 강으로 된 작업면을 가지고 있다. 표면이 통상적으로 열처리 되면, 연마재 피막의 도포후에 열처리가 이루어지므로, 공구는 오히려 미처리된 상태로 얻어지게 된다. 공구는 필요 강도 특성을 제공하기 위해서는 열처리 가능한 합금강으로 합성하는 것이 좋다.
또한, 드라이버, 랜치 및 소켓과 같은 공구에 있어서, 최종 치수는 임계 공차범위내에 있어야만 하고, 또한 도포될 연마재 피막의 두께가 참작되어야만 한다. 그러므로 -자형 드라이버(blade screwdriver)에 대해서는, 규격 치수보다 작은 것을 사용하는 것이 필연적이다. 렌치 또는 소켓은 규격 치수보다 더 클 것이 요구된다.
본 발명에 의하면, 접합제(bonding agent)와 연마재 입자의 혼합물은 합금강 공구의 작업면에 균일하게 피복되고, 또한 그 표면 및 도포된 연마재층은 접합제를 용융시켜 연마재 입자들이 공구 표면에 영구적으로 부착되도록 가열된다. 적합힌 실시예에 있어서, 연마재 입자들은 다이아몬드 또는 다이아몬드 대용물이며, 접합 재료는 금속 또는 금속 합금이고, 또한 연마재 입자들은 공구의 표면에 브레이징 된다.
브레이징 합금은 구리 또는 구리를 50%이상 함우하고 나머지는 아연, 주석, 은, 니켈, 코발트 또는 크롬을 함유하는 합금과 같은 연질 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, 적합하게는 보다 더 경도가 높고 내마모성이 보다 강한 브레이징 합금을 사용하는 것도 좋다. 일반적으로, 이와 같은 합금은 강철 기질(steel substrate)보다 더 낮거나 또는 약 816℃(1500℉) 내지 1316℃(2400℉)의 용융점을 가지고 있다. 브레이징 합금은 적어도 40%의 니켈 또는 코발트를 함유하는 나머지는 크롬, 붕소, 철, 텅스텐 및 규소를 함유하는 것이 적합하며 또한 이는 본 명세서내에서 경질 내화 금속 합금(hard refractory metral alloy)으로 칭해진다. 한가지 적당한 함금은 스텔라이트(satellite)라고 칭해지며, 또한 이는 5-15% 크롬, 1-1.3% 붕소, 및 2-5% 철을 함유되며, 5-10%의 규소를 함유하거나 또는 함유하지 않고, 나머지는 니켈을 함유한다. 또 다른 적당한 합금은 LM 니크로우브라즈(LM Nicrobraz)이며, 이는, 약 13.5% Cr, 3.5% B, 4.5% Si, 및 2.5% Fe를 함유하며 나머지는 니켈이다. 또 다른 합금들은 미합중극 특허 제3,023,490호 및 3,024,128호에 기재되어 있다.
연마재 입자들은 내화 금속 탄화물, 금속 붕화물(borides), 금속 질화물 또는 금속 규화물과 같은 다이아몬드 대용물들이 적합하다. 특히, 적절한 입자들은 텅스턴 탄화물로 구성된다. 공업용 다이아몬드들도 사용될 수는 있으나 보다 고가이다.
연마재 피막을 도포하기 위하여, 브레이징 합금, 연마재 입자들 및 통상적으로 용제(flux)의 혼합물이 공구의 작업 표면에 균일한 피막으로 도포된다. 이때 공구 및 피막은 브레이징 합금을 용융시키기에 충분한 온도까지 가열되고 나서, 피막 처리된 공구(coated tool)는 냉각된다. 이렇게 하면 연마재 입자들은 용융되는 브레이징 합금과 함쩨 공구에 접합되고, 상기 입자들이 브레이징 합금으로부터 돌출되면서 미그럼 방지표면을 제공한다. 냉각시, 공구는 순차적으로 종래의 방식으로 열처리될 수 있다. 그러나 합금 강은 피막처리 이루에 뜨임(tempering)하는 방식이 적합하다.
총 피막두께, 사용된 브레이징 합금의 비율 및 연마재 입자들의 메시 크기(mesh size)는 성공적인 생산에 매우 중요하다. 일반적으로 피막은 가능한한 얇아야 한다. 피막이 두꺼우면 피막의 도포에 앞서 공구로 부터 제거되어야할 금속의 두께도 그에 따라 두꺼워져야 하며, 이 경우에는 공구 자체가 본래 용도에 비해 너무 취약해질 수 있다. 공차가 극히 중요한 경우에는 각각의 표면에 적합한 피막 두께는 0.10mm(0.004in) 내지 0.38mm(0.015in)이며, 공차가 중요치 않은 경우, 예컨대 조절식 렌치 및 플라이어(adjustable wrenches and pliers)와 같은 경우에는, 공구 표면상에 더 두꺼운 피막을 사용할 수도 있다.
연마재 입자들의 크기에 대한 금속 접착 재료들의 두께는 또한 중요하다. 입자들은 소정의 미끄럼 방지 특성을 제공하기 위해서는 접합 재료로부터 돌출되어야만 한다. 동시에, 입자들은 상당히 비틀림 및 파쇄력을 받기 쉬우므로, 접합 합금에 의해 충분히 지지되어야만 한다. 따라서, 대부분의 입자들은 입자 체적의 적어도 35%가, 적합하게는 50%보다 많은 부분이 접합 합금에 포위되어 지지되어 있다.
마지막으로, 연마재 재료의 입자 크기는 소정의 특성들을 성취하는데 또한 중요하다. 입자들은 너무 크면, 파쇄되고 또한 공작물에 과도한 손상을 입히는 경향이 있다. 또한, 굵은 입자들은 두꺼운 접합재들을 필요로 한다. 적합하게는, 입자들의 평균 입경은 0.30mm(0.12in) 미만이며, 또한 적합한 범위는 약 0.076mm(0.003in) 내지 0.25mm(0.010in)이다. 또한 사실상 균일한 크기로 하는 것이 좋다.
본 발명은 실행하기 위하여, 제1도 및 제2도내에 도시한 종래의 -자형 드라이버와 같은 공구가 구비된다. 블레이드 선단부(blade tip, 12)는 열처리된 합금 강으로 구성되어 있고, 제2도에 도시한 바와 같이, 연마재 피막의 추가된 두께를 수용하기 위하여 규격 두께보다 작은 두께를 가지고 있다. 도시한 바와 같이, 블레이드는 선단부쪽으로 테이퍼진 대향된 평평하거나 연마된 면들을 포함한다.
다음 단계는 연마재 입자들과 분망 브레이징 합금을 드라이버 블레이드의 양쪽면들에 일시적으로 접합시키는 것이다. 한가지 방법에 의하면, 탄화물 입자들, 분말 브레이징 합금 및 적당한 용제가 함께 혼합되고, 건조되어서 합금과 용제 혼합물로 도포된 탄화물 또는 연마재 알갱이(grain)들을 제공하도록 으깨진다. 이와 같은 결과를 얻기 위하여, 브레이징 합금은 분말 형태로 제공되고 또한 입자 크기는 연마재의 크기보다 대체로 더 작다. 적당한 용제들은 널리 공지되어 있으며 또한 붕소-불화물 용제(boron-fluoride flux)를 포함하고, 이는 브레이징 금속의 중량의 약 20 내지 40%와 동일한 양이 추가된다.
공구의 작업 표면 또는 드라이버의 선단부는 일시적 점착성 또는 접착성 표면(temporary tacky or adherent surface)을 제공하는 유기 재료(organic material)로 도포된다. 적당한 재료들은 셸락(shellac)의 알콜 용액들 및 미경화 합성수지(uncured synthetic resin)들 및 유기 접합체(organic adhesive)의 용액들을 포함한다. 표면들은 여전히 점착성이 있는 동안에, 표면들상에 균일한 층이 침착되어 접착되도록 도포된 연마재 입자 혼합물의 스트림(stream) 아래에서 통과된다. 이때 공구의 선단부는 브레이징 합금을 용해 또는 연화시키기에 충분한 온도까지 가열되며, 이는 기질과 연마재 입자들의 요융점 이하의 온도이다. 노내 또는 유도 가열(furnace or induction heating)이 이용될 수 있다. 통상적인 브레이징 온도들은 927 내지 1204℃(1700 내지 2200℉)이다.
또 다른 방법에 있어서, 용제 및 브레이징 합금은 슬러리(slurry) 또는 머드(mud)를 형성하도록 물과 혼합된다. 이와 같은 혼합체의 피막은 공구의 작업 표면에 도포되며, 이는 점착성이 있게 된다. 이때 연마재 입자들은 점착성 표면상에 뿌려지며, 또한 충분한 입자들이 균일한 피막을 마련하도록 접착된다. 피막 영역은 브레이징에 앞서 물을 제거하도록 건조된다.
가능한한 균일한 두께를 가지고 있는 연마재 피막을 제공하는 것이 바람직하다. 이와 같은 결과를 성취하기 위하여, 연마재 알갱이들의 입자크기들은 가능한한 균일하고 또한 대부분의 표면 영역에 단일층으로 도포되는 것이 적합하다.
가열 및 연속 냉각을 하면, 브레이징 합금은 연마재 입자들과 강철 기질 또는 공구의 작업 표면 사이에 야금학적 접합(metallurgical bond)을 형성한다.
도 3a 및 도 3b는, 도1 및 도2에 대해 전술한 바와 동일한 방식으로, 연마재 피막(32)이 선단부에 도포되어 있는 종래의 +자형 드라이버(phillips screwdriver, 30)를 도시한다.
도 4는 조오 표면(jaw surface, 42)에 연마재 피막들이 도포되어 있는 조절식 렌치(40)를 도시한다. 특정한 렌치, 바이스 그립(vice grip), 클램프 및 플라이어등과 같은 조절식 공구들에 있어서는 연마재 피막의 두께는 극히 중요하지는 않다.

Claims (7)

  1. 작업 요소상에 미끄럼 방지 표면을 가지며, 상기 미끄럼 방지 표면은 0.076 내지 0.25mm(0.003 내지 0.010in)의 입경을 갖는 다이아몬드 대용 입자들과 이들 입자들을 작업 요소에 접합시키는 코발트 또는 니켈을 40%보다 많이 함유한 금속 브레이징 합금으로 된 피막으로 구성되고, 상기 입자들은 그 체적의 35%보다 많은 부분이 금속 브레이징 합금에 의해 포위 및 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  2. 제1항에 있어서, 다이아몬드 대용 입자들의 금속 탄화물들로 구성된 것을 특징으로 하는 공구.
  3. 제2항에 있어서, 다이아몬드 대용 입자들의 텅스턴 탄화물들로 구성된 것을 특징으로 하는 공구.
  4. 제1항에 있어서, 작업 요소가 피막의 두께를 수용하기 위하여 0.10 내지 0.38mm(0.004 내지 0.015in)만큼 감소된 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 공구.
  5. 제1항에 있어서, 공구가 스크루 드라이버이고 작업 요소가 스크루 드라이버의 선단부인 것을 특징으로 하는 공구.
  6. 제1항에 있어서, 작업 표면이 렌치의 대향된 조오들인 것을 특징으로 하는 공구.
  7. 제1항에 있어서, 공구가 그 표준 국제규격 치수들보다 작은 선단부를 가지고 있는 드라이버이며, 그 선단부는 표준 국제규격 치수들과 동일해질 정도의 두께로 피막이 형성된 것을 특징으로 하는 공구.
KR1019880011588A 1987-09-09 1988-09-08 미끄럼 방지 피막을 갖는 공구 KR960013717B1 (ko)

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