KR20160020143A - 셀프 태핑 나사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀프 태핑 나사에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립성과 체결력을 충족시킬 수 있는 셀프 태핑 나사에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사는 나사 머리, 상기 나사 머리로부터 일측 방향으로 일정 길이를 가지며 형성되는 나사축, 및 상기 나사축의 외측면을 따라 형성되며 하나 이상의 경사면을 가지는 나사산을 포함하며, 상기 나사산의 경사면은, 상기 나사축의 외측면과 소정 곡률을 가지는 연결부에 의해 연결된다.

Description

셀프 태핑 나사{Self tapping screw}

본 발명은 셀프 태핑 나사에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립성과 체결력을 충족시킬 수 있는 셀프 태핑 나사에 관한 것이다.

일반적으로 제품 조립시에는 나사 등의 체결 수단이 사용되며, 1차적으로 드릴 작업, 2차로 태핑 작업, 3차로 조립 작업으로 이루어진다.

둘 이상의 대상물을 상호 조립하기 위한 체결 수단으로는 나사 또는 리벳 등이 주로 사용되고 있는데, 이 중 리벳은 둘 이상의 제품을 영구 체결하는데 사용되고 체결 작업이 다소 까다로운 반면, 나사는 견고한 체결력을 보장하면서도 조립 작업이 상대적으로 용이하고 조립된 두 대상물을 다시 분리시키기가 용이한 장점이 있기 때문에 체결 수단으로서 가장 널리 사용되고 있다.

한편, 나사는 체결 홈에 삽입되는 나사축의 외주에 나사산이 형성된 것으로서, 나사를 이용하여 둘 이상의 대상물을 조립하기 위해서는 조립 대상물에 나사가 체결될 나사 구멍을 형성하게 된다. 이러한 나사 구멍은 나사보다 약간 작은 직경을 가지는 구멍을 형성한 뒤, 나사와 같은 직경을 갖는 탭을 이용하여 나사산을 가공하여 형성될 수 있다.

그러나, 나사 구멍을 형성하기 위하여 드릴 작업과 태핑 작업과 같은 복수의 공정이 별도로 수행되는 경우 작업이 상당히 번거로울 뿐만 아니라 작업 시간도 증가하기 때문에 최근에는 나사가 나사 구멍에 결합되면서 자체적으로 나사산을 형성하는 셀프 태핑 나사가 사용되고 있다.

이러한 셀프 태핑 나사는 나사축이나 나사산 등의 형상 수치가 조립성 및 체결력에 영향을 주기 때문에 조립성과 체결력을 함께 고려하여 최적의 형상을 가지도록 하는 방안이 요구되고 있다.

미국특허 US6113331(2000.09.05)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나사축의 외측면에 형성되는 나사산의 경사면과 나사축의 외측면 사이가 소정의 곡률을 가지며 연결되도록 하여 조립성과 체결력을 향상시킬 수 있는 셀프 태핑 나사를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사는 나사 머리, 상기 나사 머리로부터 일측 방향으로 일정 길이를 가지며 형성되는 나사축, 및 상기 나사축의 외측면을 따라 형성되며 하나 이상의 경사면을 가지는 나사산을 포함하며, 상기 나사산의 경사면은, 상기 나사축의 외측면과 소정 곡률을 가지는 연결부에 의해 연결된다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기와 같은 본 발명의 셀프 태핑 나사에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

나사산의 경사면과 나사축의 외측면 사이가 소정의 곡률을 가지며 연결되기 때문에 셀프 태핑 나사가 체결 대상물의 체결 홈에 체결될 때 체결 홈 내측면의 선단부에 상대적으로 높은 압력이 작용하고 마찰력이 증가되도록 하여 체결력이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 나사축의 직경, 나사산의 경사면 각도, 나사산의 피치, 나사산의 높이, 나사산의 외경 등의 비율을 최적화함으로써 조립 토크 증가를 방지하여 조립성이 향상되면서도 체결력이 향상될 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사가 도시된 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사가 도시된 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사가 도시된 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사에 의해 조립되는 체결 대상물이 도시된 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 체결 홈에 체결되는 셀프 태핑 나사가 도시된 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인접한 두 나사산에 사이의 공간이 도시된 개략도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 체결 홈의 선단부에 의해 채워지는 공간이 도시된 개략도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연결부의 곡률에 따른 체결 홈의 내측면 선단부가 도시된 개략도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 셀프 태핑 나사를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사가 도시된 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사가 도시된 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사(1)는 나사 머리(100), 나사축(200) 및 나사산(300)을 포함할 수 있다.

나사 머리(100)는 원형이나 다각형으로 형성되며 일정한 두께를 가지도록 형성될 수 있고, 셀프 태핑 나사(1)의 체결을 위한 드라이버 등과 같은 공구가 삽입될 수 있는 삽입 홈(110)이 형성될 수 있다.

삽입 홈(110)의 형상은 공구에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 일 예로 삽입 홈(110)은 "-"나 "+" 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

나사축(200)은 나사 머리(100)로부터 일측 방향으로 연장되어 일정한 길이를 가지도록 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 나사축(200)이 셀프 태핑 나사(1)의 체결 방향을 기준으로 나사 머리(100)의 하측 방향으로 일정한 길이를 가지며 원통 형상으로 이루어진 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서는 나사축(200)이 전체적으로 일정한 직경을 가지는 원통 형상인 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 나사축(200)은 적어도 일부의 직경이 점차적으로 증가 또는 감소될 수도 있고, 적어도 일부가 상이한 직경을 가지도록 형성될 수도 잇다.

나사산(300)은 나사축(200)의 외측면을 따라 형성될 수 있으며, 나사산(300)은 셀프 태핑 나사(1)가 체결 대상물에 형성된 체결 홈에 체결될 때 체결 홈의 내측면에 나사산을 형성하는 역할을 할 수 있다.

예를 들어, 도 4와 같이 셀프 태핑 나사(1)을 통해 복수의 체결 대상물(410, 420)을 서로 조립하고자 할 때 복수의 체결 대상물(410, 420)에는 각각 나사축(200)의 직경(D_k)과 같거나 나사축(200)의 직경(D_k)보다 큰 직경을 가지는 체결 홈(411, 421)이 형성될 수 있으며, 셀프 태핑 나사(1)가 체결 홈(411, 421)에 체결되면서 체결 홈(411, 421)의 내측면에 나사산을 형성할 수 있는 것이다.

이때, 나사산(300)은 나사산(300)의 첨단부(즉, 나사축(200)의 외측면으로부터 나사산(300)의 가장 높은 위치)를 기준으로 적어도 일측에 나사축(200)의 외측면의 법선에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성된 경사면(310)이 형성될 수 있으며, 나사산(300)의 경사면(310)과 나사축(200)의 외측면은 소정의 곡률(R)을 가지는 연결부(210)에 의해 연결될 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에서는 나사산(300)의 첨단부가 점 형태이고 나사산(300)의 양측에 경사면(310)이 형성되는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 나사산(300)의 첨단부는 점 형태뿐만 아니라 곡면 또는 평면 등과 같은 형태를 가질 수 있고, 경사면(310)은 나사산(300)의 양측 중 어느 하나에만 형성될 수도 있으며, 경사면(310)이 나사산(300)의 양측에 형성된 경우 각 경사면(310)의 각도는 서로 다를 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 연결부(210)는 0.3~0.5의 곡률(R)을 가지는 것이 바람직하다.

이는 연결부(210)가 소정의 곡률(R)을 가지도록 형성되는 경우, 도 5와 같이 나사산(300)에 의해 체결 홈(411)의 내측면에 나사산이 형성될 때 체결 홈(411)의 내측면 선단부(411a)의 유동 방향이 연결부(210)가 가지는 곡률(R)에 따라 바뀌면서 체결 홈(411)의 내측면 선단부(411a)와 연결부(210) 사이에 높은 압력이 작용하게 될 뿐만 아니라 마찰력이 증가되어 결과적으로 체결력을 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 도 5에서는 전술한 도 4의 체결 대상물(410, 420) 중 어느 하나(410)를 예를 들어 설명하고 있으나, 다른 하나(420)에도 유사하게 적용될 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에서 연결부(210)가 0.3~0.5의 곡률(R)을 가지도록 형성하는 것은 셀프 태핑 나사(1)가 체결 대상물(410, 420)에 체결되어 체결 홈(411) 내측면에 나사산이 형성될 때 도 6과 같은 셀프 태핑 나사(1)의 인접한 두 나사산(300) 사이의 공간(T) 중 도 7과 같이 체결 홈(411) 내측면 선단부(411a)에 의해 채워지는 공간(M)의 비율(이하, "걸림량"이라 함)이 75~80%일 때 가장 양호한 체결 성능을 발휘할 수 있기 때문이다.

다시 말해서, 연결부(210)의 곡률(R)이 0.3일 때와 0.5일 때는 도 8 및 도 9와 같이 걸림량이 전술한 75~80%가 되어 양호한 체결 성능을 발휘하게 되나, 연결부(210)의 곡률(R)이 0.3미만인 경우에는 걸림량이 너무 낮아지게 되어 파단 토크가 감소되고 체결력이 상대적으로 저하되며, 연결부(210)의 곡률(R)이 0.5를 초과하는 경우에는 걸림량이 너무 높아지게 되어 조립 토크가 증가하고 조립 작업이 상대적으로 힘들어지기 때문에 조립성과 함께 체결력을 고려하여 연결부(210)가 0.3~0.5의 곡률(R)을 가지도록 형성하는 것이다.

이때, 도 9에는 도 8의 선단부(411a)가 점선으로 함께 표시되어 있는데, 이는 연결부(210)의 곡률(R)에 따른 선단부(411a)의 차이를 보여주기 위함이다.

한편, 본 발명의 실시예에서 나사산(300)의 양측 경사면(310)이 이루는 각도(α)는 예각으로서, 34°≤ α≤ 36°를 이루는 것이 바람직하다.

이는 나사산(300)의 양측 경사면(310)이 이루는 각도(α)에 따라 조립 토크, 즉 셀프 태핑 나사(1)를 체결시키기 위하여 가해야 하는 힘이나 체결력이 영향을 받기 때문에 조립 토크 증가를 방지하면서도 체결력이 향상되도록 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 나사산(300)의 외경(D_o)과 나사축(200)의 직경(D_k)의 비율(D_o/D_k)이 1.43 ≤ D_o/D_k ≤ 1.58인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

나사산의 외경(D_o)과 나사산 코어(200)의 직경(D_k)의 차이가 증가할수록 셀프 태핑 나사(1)의 축방향에 작용하는 힘을 증가시킴으로써 체결 대상물의 하중이 증가되거나 진동이 발생되는 경우에도 체결 신뢰성 저하를 방지할 수 있게 되는데, D_o/D_k 가 1.43 미만인 경우에는 체결력이 저하되고, D_o/D_k가 1.58을 초과하는 경우에는 조립 토크가 증가하여 조립 작업이 힘들어질 수 있어 D_o/D_k가 1.43 ≤ D_o/D_k ≤ 1.58을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에서 나사산(300)의 피치(P)(즉, 인접한 두 나사산의 첨단부 사이의 거리)와 나사산(300)의 높이(H)(즉, 나사축(200)의 외측면으로부터 나사산(300)의 첨단부까지의 거리)의 비율(P/H)은 1.83 ≤ P/H ≤ 2.20을 가지는 것이 바람직하다.

이는 P/H가 1.83 미만인 경우 H값이 상대적으로 커지게 되고, 조립 토크 증가로 인하여 조립 작업이 힘들어지며, 2.20을 초과하는 경우 H값이 상대적으로 작아서 파단 토크의 감소로 인하여 체결력이 저하될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 나사산(300)의 피치(P)와 나사산(300)의 외경(D_o)의 비율(P/D_o)은 0.31 ≤ P/D_o ≤ 0.37인 것이 바람직하다.

이는 P/D_o가 0.31보다 작은 경우 P값이 상대적으로 작아서 파단 토크의 감소로 인하여 체결력이 저하되고 0.37보다 큰 경우 P값이 상대적으로 커지게 되고, 조립 토크의 증가로 인하여 조립 작업이 힘들어지기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 셀프 태핑 나사(1)는 나사축(200)의 외측면과 나사산(300)의 경사면(310)이 소정의 곡률(R)을 가지는 연결부(310)를 통해 연결되기 때문에 체결력이 향상될 수 있고, 나사축(200)의 직경(D_k), 나사산(300)의 외경(D_o), 나사산(300)의 피치(P), 나사산(300)의 높이(H), 나사산(300)의 경사면(310) 각도(α)를 조립 토크의 증가를 감소시키면서도 체결력이 향상될 수 있는 수치를 가지도록 설계함으로써 용이한 조립 작업을 가능하게 하면서도 체결력 저하를 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 나사 머리
110: 삽입 홈
200: 나사축
210: 연결부
300: 나사산
310: 경사면
410, 420: 체결 대상물
411, 421: 체결 홈

Claims (7)

1. 나사 머리;
   상기 나사 머리로부터 일측 방향으로 일정 길이를 가지며 형성되는 나사축; 및
   상기 나사축의 외측면을 따라 형성되며 하나 이상의 경사면을 가지는 나사산을 포함하며,
   상기 나사산의 경사면은,
   상기 나사축의 외측면과 소정 곡률을 가지는 연결부에 의해 연결되는 셀프 태핑 나사.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부는,
   0.3 ~ 0.5의 곡률을 가지는 셀프 태핑 나사.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 나사산의 양측 경사면이 이루는 각도(α)는,
   예각인 셀프 태핑 나사.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 나사산의 양측 경사면이 이루는 각도(α)는,
   34°≤ α≤ 36°인 셀프 태핑 나사.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 나사산의 외경(D_o)과 상기 나사축의 직경(D_k)의 비율(D_o/D_k)은,
   1.43 ≤ D_o/D_k ≤ 1.58인 셀프 태핑 나사.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 나사산의 피치(P)와 상기 나사산의 높이(H)의 비율(P/H)은,
   1.83 ≤ P/H ≤ 2.20인 셀프 태핑 나사.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 나사산의 피치(P)와 상기 나사산의 외경(D_o)의 비율(P/D_o)은,
   0.31 ≤ P/D_o ≤ 0.37인 셀프 태핑 나사.

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