하드록 너트는 왜 풀리지 않을까?

1．나사는 왜 풀리는 걸까?

나사의 풀림에는 크게 ‘비 회전 풀림’과 ‘회전 풀림’ 2종류가 있습니다.

비회전 풀림의 경우, 원인으로 각 접합면의 마모에 의해 일어나는 것과, 체결 후의 볼트나 피체결체의 함몰·금속 마찰·소성변형에 의해 일어나는 것, 또한 온도변화에 의해 체결체의 팽창압축에 의해 일어나는 것으로 이것은 나사체결체의 설계단계나 조립단계에서 대응할 수 있으면 어느 정도 해결할 수 있습니다.

한편, 회전 풀림에 의한 풀림은 나사 체결체에 반복적으로 외력이 가해지는 경우에 발생합니다. 따라서 설령 적절한 설계를 하고 체결했다고 해도 특히, 볼트 축 직각 방향으로 반복 외력이 작용하는 경우, 초기 체결력의 저하는 좀처럼 막을 수 없습니다.

하드록 너트는 어떤 나사 체결체라도 풀린다는 ‘볼트 축 직각 방향의 반복 외력’ 에 충분히 견딜 수 있는 구조로 되어 있습니다.

2．나사의 풀림 메커니즘

풀림방지 부품 중에 크게 2가지로 풀림방지대책이 나뉩니다.
첫번째로, 나사로는 꺼짐 등의 영구 변형의 영향을 용수철 작용으로 보충하는 것
두번째로, 나사부 및 좌면부에서 상대 변위에 대한 저항을 증가시켜 회전을 방지하는 것이 있습니다.

단, 어느쪽이라 할지라도 축직각의 반복외력을 받는 나사체결체에서는 너트좌면을 미끄러뜨리는 응력이 반복되므로 풀리기 쉬운 조건이나, 좌면에 직접적인 영향을 미치는 좌면부가 아닌 나사부에서 상대변위에 대한 저항을 갖게 하는 타입이어야 합니다.

풀리는 원인은 대부분이 볼트와 너트 사이의 융간이 크게 벌어져 있는 상황에서 외력이 많이 작용할시 융간 사이에 미끄러짐 현상이 크게 작용하기 때문입니다. 이 융간을 잡는 힘이
곧 풀림방지 너트의 정도의 차이가 되겠습니다.
따라서, 많은 풀림 방지 너트 제조 회사측은 이 융간(틈)을 제거하여 나사산 사이에 밀착도를 얼마나 높일지에 대하여 여러 고안을 하고있습니다. 이 밀착도의 강도를 높혀 보다 강력한 풀림 방지 너트를 탄생시키는 것이 저희 또한 큰 과제 중 하나입니다.

3．하드록의 쐐기 메커니즘

하드록 너트의 경우는, 이 볼트와 너트 나사산 사이의 융간(틈)을 없애기 위해, 일본 고대의 목조 건축에서 사용되고 있는 ‘쐐기’원리를 이용하고 있습니다.
하드록 너트는 상(凹),하(凸) 2종류의 너트로 구성되어, 쐐기 원리를 응용하여 편심 가공을 한 (볼트의 축력을 발생 시키는 너트) 하너트와
심원 가공을 한 ( Locking 너트) 상너트 를 결합 함으로써, 볼트의 축 중심 방향으로 강력한 응력을 발생시킵니다.
이렇게 함으로써 凸 너트의 나사부 전체가 볼트 쪽으로 밀리고, 한편으로 凹 너트의 나사부 전체가 반대편 볼트 나사부로 밀리는 작용이 발생하게 됩니다.

볼트에 직접 쐐기를 망치로 박으면 절대 풀어지지 않지만 탈착이 불가능하여 실제로 사용되지 않습니다.

망치 대신에 제2 너트의 회전력으로 쐐기를 박아 제2 너트를 제거하면 제1 너트는 완전히 고정상태가 되지만, 이것 또한 분리할 수 없습니다.

제2 너트를 쐐기와 일체화하기 위해 凸 형상으로 만들어 편심 구조를 갖추어 이것으로 몇 번이라도 탈착할 수 있도록 했습니다.

제1 너트를 凸 너트로 하여 편심 구조를 갖게 하여 제1 너트 자체가 쐐기 모양의 구조로 만들었습니다. 그리고 제2너트를 凹너트로하여 심원구조로 만들게 되면, 凹 너트를 凸 너트의 테이퍼에 따라 조이면 볼트 축 직각 방향으로 ‘쐐기의 원리’에 의해 강력한 잠금 효과를 발생시킵니다.
고대 건축의 전통 기술, 쐐기 효과의 원리에 의한 강력한 ‘풀림 방지 효과’는 볼트와 너트를 완전하게 일체화시켜 어떠한 진동, 충격에도 견딜 수 있습니다.

더블너트와 접착제 이외의 풀림 방지 부품은 너트의 1~2산 정도의 나사부 융간(틈)을 다양한 방법으로 제거하여 나사의 되돌림 회전을 방지하는 구조와 비교하면,
2개의 너트 높이 전체의 나사부 융간을 좌우로 제거하여 볼트와 일체화를 실현시킨 하드록 너트의 되돌림 회전을 방지하는 힘이 차이가 나는건 당연합니다.

많은 문헌이 더블 너트와 접착제가 되돌림 회전 방지에 매우 높은 효과를 발휘한다고 평가되고 있는 것도 나사부의 융간을 제거하고 있는 부분이 일부가 아닌 나사 전체에 작용하고 있다는 점이며 따라서 되돌림 회전을 방지하는 저항력도 다른 풀림 방지 부품에 비해 커지는 것도 당연한 결과라 할 수 있습니다.

그에 비해 더블 너트의 경우는 맞물려 조임에 의한 LOCKING을 완전히 하지 않으면 풀림방지 효과가 나타나지 않으며, 접착제에 관해서도 탈지하여 도포 후 완전히 건조시키지 않으면 충분한 효과가 나타나지 않습니다. 따라서 철저한 체결 관리 기술이 필요합니다.

한편 하드록 너트의 경우 체결을 처음해보는 초보자들도 규정 토크로 체결하는 것만으로 나사 전체에 좌우에서 융간를 제거하는 작용이 손쉽게 발휘되기 때문에 체결관리가 따로 필요없이 풀림방지 대책을 세울 수 있는 유일한 상품입니다.

4．하드록 너트의 안전성

적절한 나사체결체의 설계, 즉 초기체결력을 높이고 외력에 의한 볼트의 부가하중을 피로한도 이하로 설정한 경우에도 다른 풀림방지부품에서는 특히 축직각방향의 반복하중이 작용하면 초기체결력이 시간과 함께 서서히 저하됩니다. 고로 낮아진 축력으로 부가하중이 피로한도를 넘었을 때 볼트의 피로파괴를 일으키는 것으로 이어집니다.

한편 하드록 너트는 축방향, 축 회전 방향, 축 직각방향의 반복 외력이 작용한 경우에도 초기 체결력을 저하시키지 않고 유지할 수 있습니다. 외력에 의한 볼트의 부가하중이 피로 한도 이하이면 당연히 볼트의 파손은 막을 수 있습니다.

만일 초기체결력이 낮아 볼트의 부가하중이 피로 한도를 이미 넘은 경우에도 다른 풀림 방지 부품이라면 축력 저하를 더욱 유발하여 볼트가 빠른 단계에서 피로 파괴되는 것에 비해 축력 저하를 막을 수 있는 하드록 너트는 볼트의 파손 시기를 최대한 늦추는 것으로도 이어집니다. 이것은, 안전을 위한 리스크 대책으로도 연결됩니다.

하드록 너트의 주요 특징

1강력한 풀림 방지 효과

특히 축 직각 방향의 반복 외력에 대한 강력한 풀림 방지 효과

2낮은 축력으로 적정한 체결 가능

세게 체결할 수 없는 부위나 부서지기 쉬운 재료라도 체결이 가능하며 반복 외력으로부터의 축력 저하를 방지

3재사용이 가능

凹凸 너트의 조합으로 너트 자체를 손상시키지 않으므로 재사용이 가능

4누구나 간단하고 수준 높은 체결 시공이 가능

맞물려 조임 등이 불필요하며 초보자라도 일반 공구로 수준 높은 체결 시공이 가능

5사용 용도에 따른 형상, 재료, 표면 처리가 가능

다양한 사용 환경용 재료 및 표면 처리와 체결 부위에 따른 최적의 형상 제작 가능