KR100985321B1 - 체결력을 강화시키고 재사용성을 향상시킨 체결스크류 및 체결보스 - Google Patents

Abstract

체결보스 및 체결스크류에 관한 것으로, 보다 상세하게는 견고한 결합력을 제공하며 반복 사용에도 체결력을 유지할 수 있는 체결보스 및 체결스크류에 관한 것이다.
본 발명은 머리부와 체결부를 포함하는 체결스크류에 있어서, 상기 체결부는 체결시 압력을 받게되는 제1경사면과 해제시에 압력을 받게되는 제2경사면을 구비하고, 상기 제2경사면의 경사각은 상기 제1경사면의 경사각보다 작게 형성되고, 상기 제2경사면에는 곡률이 부여되며, 상기 제2경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이는 상기 제1경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 체결스크류를 제공한다.

Description

체결력을 강화시키고 재사용성을 향상시킨 체결스크류 및 체결보스 {Screw and boss having improved clamping force and enhanced reusability}

본 발명은 체결보스 및 체결스크류에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD 체결시에 사용되어 강화된 체결력을 제공하며 반복 사용에도 체결력을 유지할 수 있는 체결보스 및 체결스크류에 관한 것이다.

전자제품의 각 부품을 체결함에 있어서 가장 많이 사용되는 것이 체결스크류이다. 체결스크류에 요구되는 성능으로는 소정의 체결력과 체결시의 토크 및 풀림 토크 등이 있다.

그런데, 실제 제품들이 판매된 이후 또는 조립 후 품질 검사 과정에서 이미 체결했던 체결스크류를 풀어서 분해하고 다시 조립해야 해는 경우가 발생하게 된다. 그러나 종래의 체결스크류들은 재 조립시에 체결력과 풀림 토크에 변화가 생겨 품질이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 반복 사용시에도 체결력과 풀림 토크가 일정한 수준을 유지할 수 있는 재사용성을 향상시킨 체결보스 및 체결스크류를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 초기에 우수한 체결력을 제공하는 체결보스 및 체결스크류를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 머리부와 체결부를 포함하는 체결스크류에 있어서, 상기 체결부는 체결시 압력을 받게되는 제1경사면과 해제시에 압력을 받게되는 제2경사면을 구비하고, 상기 제2경사면의 경사각은 상기 제1경사면의 경사각보다 작게 형성되고, 상기 제2경사면에는 곡률이 부여되며, 상기 제2경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이는 상기 제1경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 체결스크류를 제공한다.

상기 제2경사면은 볼록하게 곡률이 부여되는 것이 바람직하며,

상기 제1경사면의 경사각은 30°±1.5°이고, 상기 제2경사면의 경사각은 20°±1°이고, 상기 체결부의 외경은 3±0.03mm인 경우, 상기 제2경사면의 곡률반경은 0.5 ∼ 0.6mm 범위인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명은 체결스크류에 결합되는 체결보스에 있어서, 체결시 압력을 받게되는 제1경사면과 해제시에 압력을 받게되는 제2경사면을 구비하고, 상기 제2경사면의 경사각은 상기 제1경사면의 경사각보다 작게 형성되고, 상기 제2경사면에는 곡률이 부여되며, 상기 제2경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이는 상기 제1경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이보다 긴 것을 특징으로 하는 체결보스를 제공한다.

상기 제2경사면은 오목하게 곡률이 부여된 것이 바람직하며,

상기 제1경사면의 경사각은 30°±1.5°이고, 상기 제2경사면의 경사각은 20°±1°이고, 상기 체결보스는 내경이 2.644±0.005mm 범위인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 체결보스의 가공방법에 있어서, 상기 체결보스는 외경이 3.050±0.0005mm, 골경 3.356±0.0005mm, 산높이 0.358±0.0005mm 인 전조탭을 사용하여 전조 가공하는 체결보스 가공방법을 제공한다.

본 발명에 따른 체결보스 및 체결스크류는 풀림시에 압력을 받게되는 제2경사면의 경사각을 체결시에 압력을 받게되는 제1경사면의 경사각보다 작게 형성함과 동시에, 제2경사면에 곡률을 부여하여 제2경사면의 접촉길이가 제1경사면의 접촉길이보다 길어지도록 함으로써, 초기에 사용시에도 우수한 체결력을 제공하며, 재사용시에도 일정한 체결력과 풀림 토크를 유지할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 일반적인 머신 스크류의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 머신탭이 가공된 체결보스의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 체결스크류의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 제2경사면의 접촉길이의 증가를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 체결보스를 가공하기 위한 탭 구조를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 체결보스를 가공하기 위한 탭 구조를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 체결보스를 가공하기 위한 탭 구조를 나타낸 단면도임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 재사용성을 향상시킨 체결보스 및 체결스크류에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 1은 일반적인 머신 스크류의 구조를 나타낸 단면도이고, 표 1은 머신스크류의 각부의 규격을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 일반 머신 스크류는 좌우 경사각(d,e)가 동일하다. 여기서 경사각은 도 1에 도시된 바와 같이 나사의 길이방향과 직교하는 면과 산의 경사면 사이의 각을 의미한다.

산의 꼭대기 점을 기준으로 우측의 나사면(이하, 제1경사면)은 스크류 체결시에 체결보스와 접촉하며 마찰이 발생하는 면이고, 산의 꼭대기 점의 좌측의 나사면(이하, 제2 경사면)은 스크류 풀림시에 체결보스와 접촉하며 마찰이 발생하는 면이다.

일반 머신 스크류의 경우 제1경사면과 제2경사면의 경사각이 동일하고 경사면도 직선면의 형태로 형성되어 있다.

이러한 머신 스크류를 이에 대응하는 형상의 머신 탭에 의하여 가공된 체결보스에 체결과 풀림을 반복하며 풀림 토크를 측정하였다.

도 2는 머신탭이 가공된 체결보스의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이 머신탭은 머신스크류 형상에 대응하는 것으로 머신 스크류와 동일하게 제1경사면과 제2경사면이 동일한 경사각도(30°)를 가지며, 평면의 형상으로 구성되어 있다.

표 2는 머신 스크류와 머신탭이 가공된 체결보스를 복수회에 걸쳐 체결과 풀림을 반복하여 풀림 토크값의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

체결보스는 1.0mm 두께의 철판에 형성하였으며, 버링(burring)의 두께는 0.6mm, 따라서 전체 두께는 1.6mm 로 실험하였다.

총 10개의 체결보스에 관하여 실험하였으며, 각각의 체결보스에 관하여 8회의 체결, 풀림 시험을 하였다. 탭의 내경은 개별 홀에 대하여 핀 게이지(Pin gauge)를 사용하여 측정하였다.

머신 스크류와 머신탭을 적용한 경우 사용성이 증가할수록 풀림 토크값에는 큰 변화가 없는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 체결스크류의 구조를 나타낸 단면도이고, 표 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 체결스크류의 각부의 규격을 나타낸 것이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 체결스크류는 꼭대기 점을 기준으로 우측의 나사면인 제1경사면은 머신스크류와 동일하게 30도 각도를 유지하고, 좌측의 나사면인 제2경사면(풀림시 접촉하는 나사면)은 각도를 20도로 변경함과 동시에 제2경사면에 소정의 곡률을 부여하여 접촉길이를 증가시킨 것이다.

도 4는 제2경사면의 접촉길이의 증가를 설명하기 위한 도면이다.

도면의 좌측은 종래의 머신스크류를 나타낸 것이고, 우측은 본 발명의 제1실시예에 따른 체결스크류를 나타낸 것이다.

여기서 접촉길이는 도 4에 도시된 바와 같이, 스크류의 종단면도를 기준으로 체결보스와 접촉하는 경사면의 길이를 의미한다.

먼저 종래의 머신스크류의 제2경사면은 직선면으로 피타고라스 정리에 의해서 L²=a²+b²을 만족한다. 그런데 a=0.179mm 이고 b=0.309mm 이므로, 접촉길이 L은 0.3571mm 가 된다.

다음으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉길이를 구해본다.

a=0.18mm, b=0.33mm, r=0.6mm, r'=0.33mm 이다.

따라서, c'=0.376mm 가 된다.

접촉길이 L'={(4r'² + c'²)/4r')}*tan^-1{4c'r'/(c'²-4r'²)}*3.14/180 이므로

L'는 0.3821mm 가 된다.

따라서, 종래의 접촉길이 L에 비하여 7%의 증가됨을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 체결스크류는 머신스크류에 비하여 산높이, 골경, 외경을 증가시켰으며, 좌측면의 경사각을 20° 로 수정한 것이다.

표 4는 제1실시예에 따른 체결스크류와 머신탭이 가공된 체결보스를 복수회에 걸쳐 체결과 풀림을 반복하여 풀림 토크값의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

제1실시예에 따른 체결스크류와 머신 탭을 적용한 경우에는 초기 풀림 토크값에 비하여 사용성이 증가할수록 풀림 토크 값은 증가하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 체결보스를 가공하기 위한 탭 구조를 나타낸 단면도이고, 표 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 탭 각부의 규격을 나타낸 것이다.

체결보스 형상의 가공은 탭에 의하여 이루어지는 것이므로, 체결보스 형상 가공을 위한 탭의 형상이 직접적으로 체결보스의 형상에 영향을 미치게 된다.

제1실시예에 따른 탭은 제1실시예에 따른 체결스크류의 형상에 체결보스의 형상이 대응할 수 있도록, 탭의 좌측 나사면에 0.6R의 곡률반경을 갖도록 형성한 것을 특징으로 한다.

제1실시예에 따른 탭은 절삭 탭을 사용하였다.

표 6은 제1실시예에 따른 체결스크류와 제1실시예에 따른 절삭 탭으로 가공된 체결보스를 복수회에 걸쳐 체결과 풀림을 반복하여 풀림 토크값의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

표 6의 결과에서 알 수 있듯이. 제1실시예에 따른 전조탭으로 체결보스를 가공한 경우 머신탭에 비하여 탭 내경이 증가한 것을 알 수 있다. 이로 인해서 재사용성의 측면에서는 1회 풀림 토크에 비하여 2∼5회 풀림 토크값이 낮아지는 경항을 나타냈다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 체결보스를 가공하기 위한 탭 구조를 나타낸 단면도이고, 표 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 탭 각부의 규격을 나타낸 것이다. 제2실시예의 탭으로는 뉴롤탭이 사용되었다.

도 6의 위쪽의 도면은 뉴롤탭의 골 부분의 횡단면도이고, 중간의 도면은 외경 부분의 횡단면도이고, 아래쪽의 도면은 뉴롤탭의 종단면도이다.

뉴롤탭은 제1실시예의 탭과는 달리 산꼭대기 지점에서 좌우 대칭형상을 가지는 탭으로, 제2경사면에도 곡률을 부여하지 않고 평평한 형태를 가지고 있다. 그리고, 제2실시예에 따른 뉴롤 탭은 홈을 가지고 있는 형태의 절삭 탭이다.

표 8은 제1실시예에 따른 체결스크류와 제2실시예에 따른 뉴롤 탭으로 가공된 체결보스를 복수회에 걸쳐 체결과 풀림을 반복하여 풀림 토크값의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

표 8의 결과를 살펴보면, 제2실시예에 따른 뉴롤 탭으로 체결보스 가공시에 1실시예에 따른 탭 가공시에 비하여 탭 가공후의 내경이 작아진 것을 알 수 있으며, 초기 풀림 토크 값에 비하여 사용성이 증가할수록 풀림 토크값이 증가하는 경향을 나타내고 있다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 체결보스를 가공하기 위한 탭 구조를 나타낸 단면도이고, 표 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 탭 각부의 규격을 나타낸 것이다.

체결보스 형상의 가공은 탭에 의하여 이루어지는 것이므로, 체결보스 형상 가공을 위한 탭의 형상이 직접적으로 체결보스의 형상에 영향을 미치게 된다.

제1실시예에 따른 탭과 유사한 형태를 가지나, 탭 골경을 증가시키고 산높이를 약간 증가시켰다. 또한 제1실시예의 탭은 절삭 탭이었으나, 제3실시예에 따른 탭은 절삭이 아닌 전조방식으로 가공하는 것을 특징으로 한다. 곡률반경(R 값)은 제1실시예에 따른 탭과 동일하다.

표 10은 제1실시예에 따른 체결스크류와 제3실시예에 따른 전조 탭으로 가공된 체결보스를 복수회에 걸쳐 체결과 풀림을 반복하여 풀림 토크값의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

제3실시예에 따른 전조탭으로 가공된 체결보스는 제1실시예에 따른 절삭탭으로 가공된 체결보스에 비하여 작은 내경을 가지며, 제2실시예에 다른 뉴롤탭으로 가공된 체결보스보다는 큰 내경을 가진다.

표 10의 실험결과에서 알 수 있듯이, 제3실시예에 따른 전조탭으로 가공한 경우 초기 풀림 토크 값이 제2실시예에 따른 뉴롤탭으로 가공한 경우보다 높게 나타났으며, 사용성이 증가할수록 풀림 토크값이 증가하는 경향을 나타냈다.

이상의 실험 결과로부터 제2경사면의 각도에 변화를 주고, 제2경사면에 곡률을 부여하여 접촉길이를 증가시킴으로써 풀림 토크값의 향상과, 재사용시에도 일정 수준 이상의 풀림 토크가 유지되는 것을 알 수 있다.

또한, 체결스크류 형상의 개선과 함께 체결보스도 제2실시예에 따른 뉴롤 탭 또는 제3실시예에 따른 전조탭을 사용하여 가공함으로써 초기의 풀림 토크와 재사용 후 풀림 토크값을 확보할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

a, a' : 골경
b, b' : 외경
c, c' : 피치
d, d' : 경사각(제2경사면 각도)
e, e' : 경사각(제1경사면 각도)

Claims (9)

1. 머리부와 체결부를 포함하는 체결스크류에 있어서,
   상기 체결부는 체결시 압력을 받게되는 제1경사면과 해제시에 압력을 받게되는 제2경사면을 구비하고,
   상기 제2경사면의 경사각은 상기 제1경사면의 경사각보다 작게 형성되고,
   상기 제2경사면에 곡률을 부여하여, 상기 제2경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이는 상기 제1경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 체결스크류.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2경사면은 볼록하게 곡률이 부여된 것을 특징으로 하는 체결스크류.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1경사면의 경사각은 30°±1.5°이고, 상기 제2경사면의 경사각은 20°±1°인 것을 특징으로 하는 체결스크류.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 체결부의 외경은 3±0.03mm인 경우, 상기 제2경사면의 곡률반경은 0.5 ∼ 0.6mm 범위인 것을 특징으로 하는 체결스크류.
   
5. 체결스크류에 결합되는 체결보스에 있어서,
   체결시 압력을 받게되는 제1경사면과 해제시에 압력을 받게되는 제2경사면을 구비하고,
   상기 제2경사면의 경사각은 상기 제1경사면의 경사각보다 작게 형성되고,
   상기 제2경사면에 곡률을 부여하여, 상기 제2경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이는 상기 제1경사면의 종단면도를 기준으로 한 접촉길이보다 긴 것을 특징으로 하는 체결보스.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2경사면은 오목하게 곡률이 부여된 것을 특징으로 하는 체결보스.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1경사면의 경사각은 30°±1.5°이고, 상기 제2경사면의 경사각은 20°±1°인 것을 특징으로 하는 체결보스.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 체결보스는 내경이 2.644±0.005mm 범위인 것을 특징으로 하는 체결보스.
   
9. 제 5 항에 기재된 체결보스의 가공방법에 있어서,
   상기 체결보스는 외경이 3.050±0.0005mm, 골경 3.356±0.0005mm, 산높이 0.358±0.0005mm 인 전조탭을 사용하여 전조 가공하는 것을 특징으로 하는 체결보스 가공방법.

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