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나사

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파일:external/upload.wikimedia.org/Screw_bolt.png
1. 개요2. 역사
2.1. 활용사2.2. 규격사
3. 구조와 명칭4. 규격5. 분류
5.1. 돌리는 방향5.2. 나사산 모양 5.3. 머리 홈 모양5.4. 용도
6. 관련 물품7. 매체에서8. 푸는 법 요령9. 여담

[clearfix]

1. 개요

/ Screw, Bolt

긴 막대기에 나선형으로 홈이 파여 있는 기계 부품의 통칭. 고정용 나사는 마찰력으로 물체들을 고정시키며 운동용 나사는 회전운동을 수직 운동으로 변환시킨다. 보다 안정적이며 한 번 고정한 후에도 푸는 것이 가능하므로 많은 기계에 널리 쓰인다.

2. 역사

2.1. 활용사

나선 모양의 원리는 아르키메데스의 수차에서도 확인할 수 있다. 이러한 나사의 원리는 로마시대 올리브 압착기에서도 사용되었다.

금속나사 못은 늦어도 15세기 유럽에서 등장한 것으로 보이며 이 후 화승총이 일본으로 전해지며 나사 기술 또한 일본으로 전파된다. 이 때 화승총을 처음접한 다네가시마의 영주가 제작의 핵심기술인 나사 기술을 얻기위해 딸을 포르투갈인에게 주었다는 이야기가 전해진다. 그 뒤 임진왜란을 거치며 조선에 화승총과 함께 나사기술 또한 전해진다. 하지만 동양에선 19세기 근대화 시기까지 나사는 총 외에 거의 활용되지 않았다. 나사를 처음으로 이용한 화승총이 청나라 에도 막부에서 억압받고 천시되었으며 나사를 만드는데 너무 많은 노동력이 소모되었기 때문이라는 이야기가 있다.

별거 아닌것 같은 물건이지만 인류 문명에서 중요한 역할을 하는 물건으로, 일상생활에서 나사 들어가지 않은 물건을 오히려 찾기가 힘들다.[1] 나사가 가진 견고한 고정성과 그런 고정성에도 언제든지 돌려서 빼낼수 있다는 점에 인류 문명에 없어서는 안될 가치를 지니고 있다. 당장 스마트폰, 노트북 등에도 나사가 들어간다.

2.2. 규격사

규격 통일은 매우 중요한데, 어느 회사에서 만든 나사건 규격만 맞다면 내 제품에 그대로 쓸 수 있기 때문이다. 보통 고도의 정밀기계 제품을 만드는 회사는 일일이 나사를 직접 깎지 않고 전문 나사제작 업체에서 나사들을 사온다.[2] 20세기 초반만 해도 세계 각국의 회사는 각자 다른 규격의 나사를 썼기 때문에 서로 나사가 호환이 안되어서 제품의 대량생산 등에 매우 비효율적이었으나, 미국이 20세기 초반에 처음으로 나사를 규격화하여 대량생산 효율을 매우 높였다.[3]

그런데 문제는 미국은 정작 미터법을 안 쓰고 인치 규격으로 나사를 만든다는 것이다. 그래서 골치 아프게도 미국이나 영국 등에서 수입한 물건은 인치규격 나사를 쓴다. 한국에선 대부분 미터 규격 나사를 쓰는데, 이 때문에 비싼 돈을 주고 미국으로부터 인치 규격 나사를 비싸게 사와야 하는 사태가 종종 발생한다. KS 규격에서는 이러한 경우를 대비해서 인치나사 규격도 규정해 놓긴 했지만 정작 한국에선 인치나사 수요가 거의 없으므로 군납 업체 외엔 생산을 안 한다.

군대 역시 장비의 국산화가 많이 진행된 육군이나 해군은 미터법 나사를 주로 쓰지만 아직 해외도입 비율이 높은 공군이나 해군의 유도탄은 국산임에도 인치규격 나사를 쓰기도 한다. 이미 해외도입 무기의 수리/정비용으로 많은 인치규격을 사 놓은 마당에 신규 도입장비를 위해 다시 미터법 나사를 새로 사들이려면 그 비용 또한 만만치 않기 때문이다. 육군처럼 아예 대부분의 장비를 싹 다 국산화하는 추세라면 모를까. 그래서 한국 최대 인치규격 나사 구매고객은 바로 군(특히 공군, 해군)이다.

3. 구조와 명칭

구글 검색: '나사 구조'

영미권에서 screw는 주로 이미 나사 홈이 있는 접합 모재에 들어가는, 혹여 없다면 나사 홈을 만들며 나아가는 태핑 나사를 뜻하고, bolt는 나사 홈이 없는 접합 모재를 숫나사(볼트)와 암나사( 너트)가 조이는 볼트와 너트를 말한다. 아래의 그림을 보자.
파일:external/www.agcoauto.com/guide_to_bolts_difference_s.jpg

파일:external/pngimg.com/screw_PNG3033.png
screw

파일:external/www.heicko.de/603.jpg
nut & bolt

숫나사가 직접 조립이 되면서 접합 모재에 나사 홈을 내는 경우 탭을 직접 내면서 들어가기 때문에 태핑나사로 분류하는데 이는 절대 볼트라고 부르지 않는다. 현장에서는 주로 이를 피스, 피스못, 피스나사 등으로 표현 한다.

나사가 테이퍼(경사면)로 되어 있는 경우가 있는데, 나사 조립부위에 기밀성을 요할 때 사용된다. 이러한 나사는 주로 P/T 나사라고 하며, 보통 암나사는 너트가 아닌 탭. 이렇게 테이퍼가 진 암나사를 내는 공구를 P/T탭이라고 한다.

스터드볼트는 내부에 구멍길이 오차로 생기는 빈공간을 남기지 않기때문에 고하중에 유리하고 구멍과 동일한 길이로 구성하면 외부에 머리를 남기지 않게 할수도 있다는 장점도 있다. 그리고 콘크리트 같은 모재가 나중에 형성되는 경우에도 사용하고 기계장치의 수평등을 조정할때도 사용한다.

4. 규격

나사의 규격은 한국에선 KS 규격으로 통일되어 있으며, 사실 전세계적으로 미터법 단위를 쓰는 규격(메트릭 규격)은 나사의 규격이 완벽히 동일하다. 메트릭 규격 말고 미국에서 쓰는 인치 규격도 있다.우리의 주적은 미국식 도량형

볼트는 M(호칭경)[4]으로 표시하며 이 때에 M은 반드시 대문자로 표현한다.

나사를 한바퀴 돌렸을 때 나아가는 거리를 리드라 부르며, 이는 피치에 줄 수를 곱한 값이다. 호칭경이 같은 나사도 피치가 달라 서로 맞지 않는 경우가 있다.[5]

암수 나사나 나사-나사구멍 사이에는 틈이 있다. 이를 간극이라고 부르는데, 특히 외부에 설치되거나 혹은 노출될 일이 많은 부위인 경우 십중팔구 이런 간극이 설정된다. 금속인 나사는 시간이 지나며 녹이 슬어 팽창하는데, 탈착을 해야하는 경우나 차량 부품 등 기계부품인 경우 이것 때문에 나사가 껴서 안빠지면 안되기에 약간의 틈을 주는 것이다. 끼더라도 운이 좋게 틈이 남아있으면 방청제가 스며들어 녹을 녹여낼 여지도 준다.

자세한 내용은 치수표 측정법 참고

5. 분류

5.1. 돌리는 방향

시계방향으로 돌리면 조여지고 반시계방향으로 돌리면 풀리는 나사.
일상에서 접할 수 있는 거의 대부분의 나사이다.
반대로 반시계방향으로 돌리면 조여지고 시계방향으로 돌리면 풀리는 나사. 특수한 상황에서 쓴다. 일상 생활에서 가장 쉽게 볼 수 있는 왼나사는 자전거 왼쪽 페달.[6]이나 선풍기 날개와 몸체를 고정하는 나사[7]. 대부분의 에어소프트건도 총구 소염기를 총열에 끼울때 왼나사를 쓴다.

수나사는 나사 홈의 무늬가 나 있는 방향으로 구별이 가능하다. 나사 머리가 아래로 오도록 세웠을 때 나사산 무늬 모양이 슬래시(/) 모양이면, 혹은 나사 머리가 왼쪽으로 오도록 가로로 눕혔을 때 나사산 무늬 모양이 역슬래시(\\) 모양이면 오른나사, 그 반대면 왼나사다.

5.2. 나사산 모양

5.3. 머리 홈 모양

나사머리는 크게 냄비머리형, 접시머리형과 육각 홈붙이 볼트로 나뉜다.
사용하는 공구의 형상에 따라 위에 파인 홈은 일자, 십자, 사각, 육각, 별, Y 등의 많은 형상이 존재하는데 소형 나사에는 보편적으로는 십자[10]를 사용한다. 다만 십자홈은 특성상 체결토크를 키우는데 제약이 있어서 나사가 커지면 육각홈이나 육각머리를 사용하게된다. 이렇게 보면 소형나사에도 그냥 육각홈을 쓰는게 나은거 아닌가 싶겠지만 육각홈은 나사크기와 공구크기가 1:1로 짝지어지기 때문에 여러크기의 나사를 빨리 조립해야 하는 경우 라인이 복잡해진다. 덤으로 같은조건이면 십자홈보다 육각홈 나사가 살짝 비싸기 때문에 평범한 소형제품들에는 육각홈 나사를 쓸 이유가 별로 없다.

별형은 홈의 크기에 비해 만들어낼 수 있는 체결토크가 매우 높다. 따라서 홈을 깊게팔 수 없는 아주 얇은 머리를 가진 나사나 크기에 비해 큰 체결토크가 필요한 나사에 쓰인다. Y형[11]은 과거 일본 회사들이 주도가 되어 많이 사용 되었으나 최근 사용률이 점점 줄어들고 있는 추세였으나, Apple이 iPhone 내부에 마구잡이로 소형 Y나사를 도배하는 관계로 당분간 없어지지는 않을 듯하다.

멀티탭, 계량기, 공유 모빌리티 등 일반인이 함부로 분해해서는 안되거나 반달리즘의 우려가 있는 장비에는 특수한 형태의 머리 홈 모양을 사용한다. 보안용으로 사용되는 머리 홈 모양으로는 삼각형, 오각형, 오각별, 육각별, 불규칙형 등이 있다. 가운데 봉을 추가하여 일반적인 드라이버의 삽입을 방지하거나, 반대 방향으로 돌릴 수 없는 구조를 가지거나, 홈 대신 양각 형태[12]로 만들기도 한다. 고유한 홈 모양을 가져 자물쇠와 열쇠처럼 오직 주인이 가진 전용 비트로만 풀 수 있는 주문제작형 강력보안 나사도 존재한다. 다만 주문제작 특성상 비싸므로 일반 공산품보다는 교도소나 도난방지 등 보안이 최우선시되는 용도에 주로 사용된다. 일반적인 나사 제거 도구나 드레멜로 갈아내는 방법이 통하지 않도록 특수 합금으로 만드는 경우도 있다. 반대로 무른 금속을 써서 정확한 토크를 쓰지 않으면 나사 자체가 박살나는 알루미늄, 마그네슘 나사도 있다. 일부 전자제품이나 명품 회사에서는 소비자 혹은 제 3자 수리업자가 제품을 수리하지 못하도록 보안 나사를 사용하기도 한다.

5.4. 용도

둘 이상의 물체를 결합시킬 때 사용하는 나사. 많이 보는 나사못(볼트)의 용도가 이것이다. 나사산의 마찰력으로 물체의 결합을 지지하므로 운동 나사보다는 나사의 효율이 낮아야 한다. 나사의 효율은 자리면 마찰을 무시하면 tan(λ)/tan(ρ'+λ)로 나타난다. 이 식을 파헤치면, 나사산각이 있어야 한다; 나사는 삼각형의 형태를 띄게 되어 대부분의 결합 나사 내지 볼트의 나사산 단면은 삼각형이다. 또한 리드각은 작아야 한다; 줄 수는 되도록 1로 하고 피치는 작게 한다. 이렇게 되면 역전방지 효과 또한 얻을 수 있다. 그러나 볼트는 진동에 취약해 풀리기 십상이다. 잘 조여진 볼트는 상하방향으로는 그 체결이 견고한 편이나 좌우방향으로는 갭이 있다. 볼트가 좌우방향으로 움직일 경우 마찰 조건이 변화하여 마찰력이 감소하고 볼트가 조금씩 풀리게 된다. 따라서 진동이 있는 기계장치 등에는 이붙이와셔, 로크너트, 핀, 풀림방지나사 등 풀림방지장치를 적용할 필요가 있다. 또한 필요에 의해 나사를 자주 풀어야 하고 나사에 이물질이 많이 들어가게 되며 결합에 큰 힘을 받을 필요가 없을 때는 둥근 나사를 쓴다.
나사를 회전시켜 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 용도로 사용되는 나사. 1회전당 1피치 만큼 직선운동을 하기 때문에 톱니바퀴보다 매우 정밀하며 큰 힘을 받을 수 있다. 또한 설계조건을 잘 정하면 역전을 방지할 수도 있다. 다만 웜드라이브 내지 나사기어처럼 마찰이 있기 때문에 다른 동력전달장치에 비해 효율이 낮고, 정밀한 만큼 래크 같은 다른 운동 장치보다 속도 변환이 느리다는 단점도 있다. 큰 힘을 받기 위해 나사산이 다른 나사보다 매우 두껍게 설계되어 있고 다른 나사들 보다 더 강도가 높고 변형이 적은 소재로 만들어야 한다. 나사의 낮은 효율을 그나마 높이기 위해서 나사산각을 작게 하고 경우에 따라 그리스/윤활유를 적용하기도 한다. 상당수의 정밀 기계 장치는 이 운동용 나사 내지 볼스크류를 주축으로 사용하고 있다. 매체에서 핸들을 열심히 돌리는데 무언가 긴 것이(주로 대포) 미미하게 슬금슬금 움직인다면 이 녀석이 심어져 있는 거라고 봐도 좋다. 주로 사다리꼴 나사와 사각 나사가 쓰이며 이 둘의 차이를 굳이 나누자면 사다리꼴 나사는 이송용으로 많이 쓰이고 사각 나사는 힘을 전달할 때 많이 쓰인다. 운동나사의 극단은 너트에 베어링처럼 쇠구슬을 이용한 볼 나사이다. 이 쪽은 정밀기계, 공작기계에 사용되는데, 볼나사 기술은 당연히 CNC 기술의 필수요소 중 하나이다. 볼스크류는 백래시를 작게 할 수 있고 강성이 크며 극도로 정밀하다. TMI로 볼스크류 또한 구름 베어링의 일종으로 볼 수 있기에 그 수명식은 구름 베어링의 그것과 유사하다.
파이프 등 관에 나사산이 필요할 때 사용되는 나사. 수밀, 혹은 기밀이 유지되어야 하고, 나사산에 의해 관의 강도가 약해지는 것을 방지하기 위해 나사산이 일반 결합 나사보다 촘촘해야 할 필요성이 있다. 따라서 보통 관용 나사의 나사산의 각도는 60도가 아닌 55도이다. 수도 꼭지를 달거나 할 때 보이는 나사가 이것이다.

6. 관련 물품

7. 매체에서

8. 푸는 법 요령

9. 여담



[1] 단짝으로 불리는 너트는 사진과 같은 나사에만 필요하고 뾰족한 나사에는 필요하지가 않아서 오히려 보기 힘들다. [2] 대표적으로 일본 오사카 동부 히가시오사카에 본거지를 둔 다케나카 제작소가 고품질 나사로 유명하다. [3] 이때 나사 이외에도 여러가지 부품들을 규격화하였다. [4] 호칭경은 숫나사의 외경이 기준이 된다.(나사산의 바깥쪽) 나사의 길이는 L로 표현한다. [5] 일례로 같은 10mm 규격 나사라 해도, 피치간격이 좁은 가는 나사와 그렇지 않은 보통 나사가 있다. 일반적으로는 보통 나사를 더 많이 쓰지만, 나사산을 몇 개 못 낼 정도로 나사가 걸리는 폭이 좁거나, 혹은 큰 힘을 받는 곳은 가는 나사를 쓰기도 한다. [6] 오른나사를 쓰면 페달이 왼쪽으로 감기면서 나사가 저절로 풀릴 위험이 있는데, 왼나사를 쓰면 방지된다. [7] 보통 시계 방향으로 회전하면서 바람을 일으키는데, 역시 풀릴 위험을 방지 [8] 이를 카운터 싱킹이라 한다. [9] 이 형상이 물체 외부로 튀어나오지 않게 조립되기 위해 홈을 파는 것을 카운터 보링이라 한다. [10] 유럽쪽은 일자 형상을 선호 [11] 닌텐도 등 [12] 나사에 돌출부가 있고 드라이버에 홈이 파진, 일반적인 나사와 정반대의 구조이다. [13] 보통 파란색의 록타이트 242, 243을 사용해기 때문에 그렇고 제품마다 색이 다를수도 무색일수도 있다.