풀림방지 솔루션을 볼트 자체에 풀림방지 기능을 부여하는 것과 와셔나 너트와 같이 볼트 외에 풀림방지 기능 요소들을 적용하는 것으로 분류할 수 있으나 다른 관점에서는 기계적 풀림방지법과 화학적 처리를 통한 풀림방지법으로 나눌 수있다. (그림1 참조) 이번 기사에서는 기계적 풀림 방지법에 대해 상세히 기술하고자 한다.

<그림1> 화스너 잠금유형의 분류

기계적 잠금법을 보면 풀림을 방지하는 것(Looseningprotection), 예하중 손실을 방지하는 것(Loss protection), 회전을 방지하는 것(Anti-rotation lock)으로 나눌 수 있는데 이는 진동에 의해 볼트가 풀리는 과정을 살펴보면 이해하기 쉽다. 기계적 체결로 인해 잠금되어 있던 볼트는 진동에 의해 풀리기 시작하고 이로 인해 예하중이 감소하여 조임 방향과 반대 방향으로 회전되기 시작하면서 최종적으로 풀리게 되는 것이다.

풀림을 방지하는 잠금법으로는 접촉면을 증가시켜 표면 압력을 감소(일반적인 와셔류) 시키거나, 분리 접합부 수를 감소(설계적 고려) 시키거나, 탄성 고정장치(스프링 와셔류)를 사용하는 방법 등이 대표적이다. 예하중 손실방지나 회전 방지 잠금법은 볼트나 너트의 나사산에 적절한 클램핑 장치를 사용하여 자기-잠금효과(Self-locking effect)를 부여하거나 볼트와 모재 사이에 상대적인 움직임을 방지하는 잠금고정 장치를 적용하여 진동에 의해 체결방향과 반대 방향으로 회전하는 힘이 작용할 경우 예하중이 증가하여 자기-잠금효과 (Self-locking effect) 기능이 생기도록 하는 것이다.

풀림을 방지하는 잠금장치들로는 풀림방지 기능이 미약한 일반적인 와셔류(평와셔 및 스프링와셔) 외에 클램핑 디스크 유형(그림2) 및 잠금 엣지 디스크 유형(그림3)이 어느 정도의 풀림방지 기능을 나타내는 잠금장치들이다.

<그림2> 클램핑 디스크 유형의 Conical spring washers(원추형 스프링 와셔, DIN 6796))

<그림3> 다양한 유형의 엣지 디스크 타입 잠금와셔

회전 방지 잠금장치로는 SCHNORR® 잠금와셔(단면이 사다리꼴인 양쪽에 톱니가 있는 디스크 스프링 형상), 풀림 방향으로의 회전을 차단하는 잠금 톱니가 새겨진 좌면을 지닌 잠금 볼트(Locking screw), 갈비살 모양의 늑골이 있는 리브드 볼트(Ribbed bolt) 등이 있다(그림4 참조).

<그림4> 회전 방지 잠금장치

마지막으로 극심한 진동 하에서도 예하중 손실방지로 자체-잠금효과(Self-locking effect)를 극대화하여 풀림을 방지하는 손실 방지 잠금장치에는 쐐기형 잠금장치(Wedge locking system)와 리브드 와셔(Ribbed washer) 형태의 스마트락 (SMARTLOCK)이 있다.

이 중 스마트락은 한 마디로 큰 효과를 나타내는 소형 와셔로서 기술적 간결함과 정교함을 지니고 있다. 단 하나의 와셔로(쐐 기형 잠금와셔는 2개가 쌍으로 맞춰진 형태) 극심한 진동 아래 에서도 풀림을 방지할 수 있다. 풀림방지 효과에 대해서는 DIN 65151과 DIN 25201-4 규정에 따라 공인 기관의 융커 테스트를 거쳐 검증되었으며 테스트 결과 체결부의 예하중이 항상 80% 이상 유지되어 탁월한 풀림방지효과를 보여주고 있다(그림5 참조).

<그림5> DIN 65151 과 DIN 25201-4 규정에 따른 Junker Test 결과(스마트락 M12)

스마트락의 작동원리는 체결하게 되면 방사형의 리브가 상대물에 각인되어, 각 지지면에 꼭 맞는 연결이 만들어진다. 그후 극심한 진동이 발생하더라도 리브드 각도(α)가 나사산 각도(β) 보다 크기 때문에 자기-잠금효과가 발생하여 풀림이 발생하지 않는 원리이다(그림6 참조).

<그림6> 스마트락 와셔의 작동 원리

이러한 스마트락의 장점은 우수한 풀림방지 효과, 재사용 가능, 강도 등급 12.9 대응, 쉽고 빠른 체결 작업성, 설계 공간 최소화(2개가 쌍으로 맞춰진 쐐기형 잠금와셔와는 달리 하나의 와셔) 등으로 정리할 수 있다. 단점으로는 탄소강 재질만 공급가능며 작동원리의 특성상 대형사이즈 적용은 어렵다는 것이다. 상세 기술 및 사양 정보는 <그림7>에 나타내었다.

<그림7> 스마트락 기술 및 사양 정보

지금까지 진동풀림에 대한 기계적 잠금 장치들에 대해서 정리해 보았다. 사용자(고객) 입장에서는 우리 제품이 어느 정도의 진동 하에 사용되는 지가 명확히 파악된 후 다양한 진동풀림 잠금장치들 중에서 어떤 것을 적용할 것인지를 잘 선택해야 한다. 잘 선택한다는 건 가성비가 최고인 제품을 적용해야 한다는 의미일 것이다. 그런 면에서 스마트락은 가성비 최고의 기계적 잠금장치(풀림방지 와셔)라고 할 수 있을 것이다.

자료제공: 뷔르트인더스트리코리아(www.wuerth-product.co.kr)