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미국 항공우주국
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1. 개요
螺 絲 / Screw, Bolt긴 막대기에 나선형으로 홈이 파여 있는 기계 부품의 통칭. 고정용 나사는 마찰력으로 물체들을 고정시키며 운동용 나사는 회전운동을 수직 운동으로 변환시킨다. 못보다 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 청나라와 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.
screw
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.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]
자세한 내용은 치수표나 측정법 참고
5. 분류
5.1. 돌리는 방향
- 오른나사
일상에서 접할 수 있는 거의 대부분의 나사이다.
- 왼나사
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
-
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. -
둥근 나사
너클나사라고도 하며, 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). 극지에 착륙한 코스모넛들을 구조해 데려오기 위해 개발됐다.
영문 위키피디아
보다시피 라스푸티차같은 지형에서도 나아갈수 있는 전천후 차량이다. 몇미터 깊이의 눈밭이건 뻘이건 강이건 상관없이 나아갈수 있는 몇 안되는 차량. 러시아는 지형이 지형인 탓에 2차대전 때부터 병사들을 빠르게 수송하기 위해 이런 추진 방식을 연구해왔다. 메탈기어 시리즈에 나오는 샤고호드에 이 방식의 추진장치가 설치된 것으로 설정되어 있다.
-
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.
-
사각 나사
나사 단면이 직사각형인 나사. 나사의 마찰면적이 가장 적으므로 저항이 적다. 그러나 가공이 사다리꼴 나사에 비해 힘들고 가격도 그만큼 높으며 의외로 마모에 사다리꼴 나사보다 취약하다.
5.3. 머리 홈 모양
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)[8]
- 육각 홈붙이 볼트의 머리형은 원통 형상이고[9] 피스로는 사용되지 않는다.
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
- 결합 나사
- 운동 나사
- 관용 나사
6. 관련 물품
- 전산볼트: full threaded bolt. 나사머리 없이 나사홈만 파인 기둥형태의 볼트. '전'체에 나사'산'이 있는 '볼트'의 줄임말이다.
- 탭: tap. 나사를 박으려는 곳에 나사구멍을 낼 때 쓰는 도구. 보통 드릴로 먼저 뚫고, 탭을 넣어서 나사를 판다.
- 다이: die(s). 쇠기둥을 수나사로 만들어주는 도구. 사용법 영상 쇠기둥을 깎는 절삭가공과 굴려서 만드는 전조가공이 있는데, 대량생산에는 전조가공이 훨씬 유리하다
- 칼브럭: wall plug. 벽의 구멍 안에 넣어 나사를 감싸 고정시키는 도구
- 나사 게이지: 나사가 제대로 규격에 맞춰 만들어 졌는지 등을 검사할 때 쓴다. 일반인은 잘 쓰지 않고, 자동차 제조나 발전소 점검 나사의 마모나 결함으로 인해 막대한 피해가 생기는 물건에 주로 쓴다.
- 나사 고정제: 제품을 분해하다가 나사에 뭍어있는 퍼런 무언가[13]를 본 적 있다면 이것. 진동이나 충격으로 인해 나사가 풀리는 일을 방지해주는 접착제이다.
7. 매체에서
8. 푸는 법 요령
-
진동 앞에서는 정말 맥없이 풀린다. 이를 이용해 꽉 조여져 풀리지 않는 나사는 머리를 톡톡 쳐서 진동을 가하면 더 쉽게 풀 수 있다. 물론, 작은 나사는 그냥 조금 힘 주면 풀리지만 대형 나사가 끼면 해머로 쾅쾅 치는 걸 볼 수 있다.
이를 막기 위한 대책도 여러 가지가 있다. 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. -
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 안 먹히는 막장 상황이라면 반대탭(일명 빠꾸탭)이라는 공구를 장만해 뽑아내면 된다.
해당 영상 표면에 노출된 나사일 경우 드레멜로 머리 윗부분을 일자로 갈아낸 뒤 일자 드라이버로 풀어내는 방법도 사용 가능하다.
그걸로도 안되는 초소형 나사는 전용 플라이어(네지사우르스 등)로 잡고 빼면 된다. 특히 노트북 등지에 쓸 경우 수리비에 비해 상당히 저렴하다. 시간도 없고 고무줄같은것도 없다면 규격보다 더 큰 일자드라이버를 놓고 망치로 내려치면 될수도 있다. 나사 홈이 쪼개지면서 한번정도는 돌릴 수 있다. 이러다 보니 나사를 죌 때 정확한 토크를 요구하는 설계도면도 있다 - 머리 홈 모양이 특수한 일부 보안 나사는 크기가 맞는 다른 드라이버를 동원하면 풀 수 있다. 예를 들어 삼각형 나사는 삼각형의 한 변의 길이와 일치하는 일자 드라이버로 풀 수 있으며, 가운데 봉이 있는 육각별 나사도 일자 드라이버를 절묘하게 끼워넣으면 풀린다. 하지만 이런 편법이 안 통하는 나사도 많으며, 이런 예는 유럽 명품들이 사람 참 빡치게 만든다. 나사를 손상시켜도 되는 경우 아예 나사 제거용 드릴 비트나 드레멜을 사용하여 머리 부분을 갈아낸 뒤 풀어버리거나, 에폭시 강력본드나 용접으로 쇠봉과 접합시킨 뒤 쇠봉을 돌려 푸는 방법도 있다.
9. 여담
- 물건의 어디 만듦새가 부실한 면을 보여 줄 때, 또는 사람의 정신 상태가 해이해졌을 때 '나사가 빠졌다'라는 표현을 쓴다.
- 현장에서는 '나사 홈'을 '나사산'이라 부르는 일이 많다. 엄격히 따지면 나사산은 나사못의 깎이지 않고 튀어나온 부분을 말하며 나사골에 대응되는 용어이다. 나사는 피스(프랑스어 vis)라 불린다.
[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.