나사
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螺絲
Screw/Bolt
Screw/Bolt
1. 개요
긴 막대기에 스크루 모양으로 홈(나사산)이 파여 있는 기계 부품의 통칭.
나사에는 나선 모양으로 나사산이라는 비탈이 꼬여서 파여있으며, 이 나사산들이 엄청난 마찰력을 발휘하여 물체들을 고정시켜 준다. '''하지만 진동 앞에서는 정말 맥없이 풀린다.''' 물론 사람들은 바보가 아니라서 진동대책을 다 세워두고 있다.[1][2]
영미권에서 Screw는 주로 이미 나사산이 '''있는''' 접합 모재에 들어가는, 혹여 없다면 나사산을 만들며 나아가는 태핑 나사를 뜻하고, Bolt는 나사산이 '''없는''' 접합 모재를 숫나사(볼트)와 암나사(너트)가 조이는 볼트와 너트를 말한다. 아래의 그림을 보자.
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Screw
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Nut & Bolt
숫나사가 직접 조립이 되면서 접합 모재에 나사산을 내는 경우 탭을 직접 내면서 들어가기 때문에 태핑나사로 분류 하는데 이는 절대 볼트라고 부르지 않는다. 현장에서는 주로 이를 피스,피스못,피스나사 등으로 표현 한다.
볼트의 경우 '''M(호칭경)'''[3]으로 표시하며 이 때에 M은 반드시 대문자로 표현한다.
나사를 한바퀴 돌렸을 때 나아가는 거리를 리드라 부르며, 호칭경이 같은 나사도 피치가 달라 서로 맞지 않는 경우가 있다.[4]
나사를 돌리는 방향에 따라 오른나사와 왼나사가 있다. 시계방향으로 돌리면 조여지고 반시계방향으로 돌리면 풀리는 나사를 오른나사라 하고, 반대로 반시계방향으로 돌리면 조여지고 시계방향으로 돌리면 풀리는 나사를 왼나사라 한다. 수나사의 경우는 나사산의 무늬가 나 있는 방향으로 구별이 가능한데, 세웠을 때 나사산 무늬 모양이 슬래시(/) 모양이면, 혹은 가로로 눕혔을 때 나사산 무늬 모양이 역슬래시(\\) 모양이면 오른나사, 그 반대면 왼나사다. 일상에서 접할 수 있는 거의 대부분의 나사가 오른나사지만 특수한 경우에는 왼나사를 쓴다. 일상 생활에서 가장 쉽게 볼 수 있는 왼나사가 바로 자전거 왼쪽 페달. 여기에 오른나사를 쓰면 페달이 왼쪽으로 감기면서 나사가 저절로 풀릴 위험이 있기 때문에 이를 방지하기 위해 왼나사를 쓰는 것. 보통사람이 왼나사를 볼 수 있는 또다른 기구는 선풍기이다. 회전하면서 바람을 일으키는 선풍기 날개를 고정하는 나사 역시 풀릴 위험을 방지하기 위해 왼나사를 쓴다. 또한 대부분의 에어소프트건 총구 소염기를 총열에 끼울때 왼나사를 쓴다.
나사머리는 크게 냄비머리형, 접시머리형과 육각 홈붙이 볼트로 나뉜다. 냄비머리는 주변에서 흔히 볼 수 있는 형태로 나사 머리부분이 적당히 둥근 형태다. 접시머리형은 나사가 역사다리꼴로 안쪽으로 좁아지는 형태이고 나사머리 윗 부분은 평평한 형태로, 나사 머리가 물체 위로 튀어나오면 안될 때 쓴다.(물론 나사를 채울 부품에도 똑같은 규격으로 안쪽으로 좁아지는 홈이 파여있어야 한다)[5]
육각 홈붙이 볼트의 경우 머리형은 원통 형상이고[6] 피스로는 사용되지 않는다.
사용하는 공구의 형상에 따라 위에 파인 홈은 일자, 십자, 육각, 별, Y 등의 많은 형상이 존재하는데 소형 나사에는 보편적으로는 십자[7]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 조립해야하는 경우 라인이 복잡해진다. 덤으로 같은조건이면 십자홈보다 육각홈 나사가 살짝 비싸기 때문에 평범한 소형제품들에는 육각홈 나사를 쓸 이유가 별로 없다.
별형의 경우 홈의 크기에 비해 만들어낼 수 있는 체결토크가 매우높다. 따라서 홈을 깊게팔 수 없는 아주 얇은 머리를 가진 나사나 크기에 비해 큰 체결토크가 필요한 나사에 쓰인다. Y형[8]은 과거 일본 회사들이 주도가 되어 많이 사용 되었으나 최근 사용률이 점점 줄어들고 있는 추세이다.
나사의 규격은 우리나라의 경우 KS 규격으로 통일되어 있으며, 사실 전세계적으로 미터법 단위를 쓰는 규격(메트릭 규격)은 나사의 규격이 완벽히 동일하다. 이 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. 대표적으로 일본 오사카 동부 히가시오사카에 본거지를 둔 다케나카 제작소가 고품질 나사로 유명하다. 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.[9]
그런데 문제는 미국은 정작 미터법을 안 쓴다는 점. 그렇다. 미국은 인치 규격으로 나사를 만든다. 그래서 골치 아프게도 미국이나 영국 등에서 수입한 물건은 인치규격 나사를 쓴다. 문제는 우리나라는 대부분 미터 규격 나사를 쓴다. 그래서 비싼 돈을 주고 미국으로부터 인치 규격 나사를 사와야 하는 사태가 종종 발생한다. 이로 인한 낭비가 꽤 심각하다.[10][11]
군에서도 웃기게 돌아가는 경우가 있는데, 이를테면 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[12] 실질적으로는 잘해봐야 양념반, 후라이드 반인 상황이다보니... 그래서 국내 최대 인치규격 나사 구매고객은 바로 군(특히 공군, 해군)이다.
칼브럭을 쓰면 벽에 고정시킬 수 있다.
나사가 테이퍼(경사면)로 되어 있는 경우가 있는데 이는 나사 조립부위에 기밀성을 요하는 경우에 사용 된다.
이러한 나사는 주로 P/T 나사라고 하며 보통 암나사는 너트가 아닌 탭이며 이렇게 테이퍼가 진 암나사를 내는 공구를 P/T탭이라고 한다.
나사가 너무 세게 조여져 있으면 풀다가 드라이버가 나사 홈을 갈아버려 욕설과 함께 격한 반응이 터져 나올 수 있는데, 그럴땐 니퍼든 펜치든 머리를 통째로 붙잡을만한 걸로 돌려버리자. 뭔가 잘 안잡히거나 미끄러지면 고무줄이나 안경닦이같은걸로 감싸고 잡으면 된다. 주변 공간이 좁아서 여의치 않은 경우엔 홈 안에다 고무밴드를 넣고 돌리면 된다. 해당 영상 이마저도 안먹히는 막장 상황의 경우, 반대탭(일명 빠꾸탭)이라는 공구를 장만해 뽑아내면 된다. 해당 영상 그걸로도 안되는 초소형 나사의 경우에는
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전용 펜치로 잡고 빼면 된다. 특히 노트북 등지에 쓸 경우 수리비에 비해 상당히 저렴하다.
나사는 못보다 안정적이고 조였다 푸는 것이 가능하므로 웬만한 기계라면 나사를 사용하고 있다. 여기에 뭔가를 딱 잡아준다는 이미지 때문에 어리버리하거나 행동이 빠르지 못한 사람에게 나사 하나 빠진거 같다는 표현을 사용하기도 한다.
아르키메데스의 수차가 근원으로 여겨지며 로마시대 올리브 압착기에서 사용되었다. 금속나사못은 늦어도 15세기 유럽에서 등장한 것으로 보이며 이 후 화승총이 일본으로 전해지며 나사기술 또한 일본으로 전파된다. 이 때 화승총을 처음접한 다네가시마의 영주가 제작의 핵심기술인 나사기술을 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 청나라와 에도 막부에서 억압받고 천시되었으며 나사를 만드는데 너무 많은 노동력이 소모되었기 때문이라는 이야기가 있다.
2. 모양에 따른 분류
2.1. 둥근 나사
너클나사라고도하며, 이물질이 자연스럽게 들어가는 환경이거나 사용자가 나사를 쉽게 풀 수 있어야 할 때 사용되는 나사. 단면이 원호 모양이며 주로 전구나 화장품 케이스 음료수 뚜껑 등에서 많이 볼 수 있다. 큰 힘을 받는 곳에는 사용할 수 없다.
경우에 따라 이렇게 추진장치로 쓰이기도 한다.
러시아의 ZiL-29061(2906). 코스모넛들을 극지에서 귀환하기 위해 개발됐다.
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영문 위키피디아보다시피 라스푸티차같은 지형에서도 나아갈수 있는 전천후 차량이다. 몇미터 깊이의 눈밭이건 뻘이건 강이건 상관없이 나아갈수 있는 몇 안되는 차량. 러시아는 지형이 지형인 탓에 2차대전때부터 병사들을 빠르게 수송하기 위해 이런 추진방식을 연구해왔다. 메탈기어 솔리드 시리즈에 나오는 샤고호드에 이 방식의 추진장치가 설치된 것으로 설정되어 있다.
2.2. 사다리꼴 나사
축방향으로 강한 힘을 전달해야 할 때 쓰는 나사. 애크미(Acme) 나사라고도 한다. 나사의 단면을 보면 나사산의 모양이 사다리꼴을 하고 있으며 사다리꼴의 각도는 미터계열은 30도, 인치 계열은 29도이다. 운동용 나사 중에서는 가장 널리 쓰이며 가공이 비교적 쉽다.
2.3. 사각 나사
나사 단면이 직사각형인 나사로 나사의 마찰면적이 가장 적으므로 저항이 적다. 그러나 가공이 사다리꼴 나사에 비해 힘들고 가격도 그만큼 높으며 의외로 마모에 사다리꼴 나사보다 취약하다.
2.4. 삼각 나사
나사 단면이 삼각형인 나사. 나사 하면 생각나는 나사못들의 나사 모양이 이것이다. 대표적인 결합 나사로 물체와 물체 사이를 결합시키는 데 사용된다. 미터계열 나사는 나사산의 각도가 60도이며 인치계열은 55도(휘트워스). 60도(유니파이)로 나뉘어 있다.
3. 용도에 따른 분류
3.1. 운동 나사
나사를 회전시켜 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 용도로 사용되는 나사. 1회전당 1피치 만큼 직선운동을 하기 때문에 톱니바퀴보다 매우 정밀하며 큰 힘을 받을 수 있다. 다만 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. 상당수의 정밀 기계 장치는 이 운동용 나사를 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 쇠구슬을 이용한 볼 나사이다. 이 쪽은 정밀기계, 공작기계에 사용된다.
3.2. 결합 나사
둘 이상의 물체를 결합시킬 때 사용하는 나사. 많이 보는 나사못(볼트)의 용도가 이것이다. 나사산의 마찰력으로 물체의 결합을 지지하므로 운동 나사보다는 나사산이 많아야 한다. 그러므로 필연적으로 나사는 삼각형의 형태를 띄게 되어 대부분의 결합 나사는 삼각형이다. 따라서 볼트의 나사산도 삼각형이다. 그러나 필요에 의해 나사를 자주 풀어야 하고 나사에 이물질이 많이 들어가게 되며 결합에 큰 힘을 받을 필요가 없을 때는 둥근 나사를 쓴다.
3.3. 관용 나사
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.
4. 여담
어디 만듦새가 부실한 면을 보여 줄 때 '나사가 빠졌다'라는 표현을 쓴다. 그만큼 나사가 중요한 부품이기 때문인 듯.
메다카 박스의 쿠마가와 미소기가 사용하는 것으로 유명한 무기(?)이기도 하다. 자세한 것은 해당 항목으로.
근육맨에서 나사처럼 생긴 초인 스크류 키드가 나온다.
PC 쪽에는 무나사 가이드/케이스도 있다. 나사산이 없어 돌리기 없이 밀어 넣고 당겨 뺄 수 있는 나사이다.
PC 같은 전자기기를 분해했다 재조립하면 나사가 남는 경우가 흔히 일어나기도 한다(...).
[1] 고정력(마찰력)을 증대시키는 용액(대표적으로 록타이트 상품)부터, 안에 탄성이 있는 실리콘 등을 넣어서 한번 조여지면 잘 안 풀리게 하는 방법 등도 있으며, 나사에 작은 구멍을 뚫고 여기에 핀을 관통시켜서 아예 고정 핀으로 나사가 풀어지지 않도록 단단히 고정하는 크라운 너트까지 다양하다. 또한 특별히 고안된 와셔(Washer)가 이용되기도 한다.[2] 이것을 이용해서 꽉 조여져서 풀리지 않는 나사는 머리를 톡톡톡하고 쳐주면 더 잘 풀 수 있다. 물론, 작은 나사는 그냥 조금 힘 주면 풀리지만 대형나사를 풀 때 해머로 쾅쾅 치는 걸 볼 수 있다.[3] 호칭경은 숫나사의 외경이 기준이 된다.(나사산의 바깥쪽) 나사의 길이는 L로 표현한다.[4] 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.[5] 이를 카운터 싱킹이라 한다.[6] 이 형상이 물체 외부로 튀어나오지 않게 조립되기 위해 홈을 파는 것을 카운터 보링이라 한다.[7] 유럽쪽은 일자 형상을 선호[8] 닌텐도 등[9] 물론 나사만 한건 아니고 여러가지 부품들을 규격화하였다.[10] 배나 비행기 타고 건너와야 하므로 국내 생산보다 비싸다.[11] 물론 KS 규격에서는 이러한 경우를 대비해서 인치나사 규격도 규정해 놓긴 했지만 정작 우리나라에서 인치나사 수요가 거의 없으므로 국내에서 생산하는 경우는 군납 업체 외에는 별로 없다.[12] 여담이지만 육군의 주력 전차, 장갑차인 K1, K200은 인치 공구를 사용하는데 대부분의 수송차량은 미터법 공구를 사용한다. 따라서 같은 정비고를 쓰는데 공구 호환이 안되는 경우도 있다.