○ 일본의 한 언론사는 니토세이코(日東精工) 등 일본 주요 자동차용 나사 제조사들이 나사의 경량화를 적극 추진하고 있다고 보도(11.17.)
- 해당 언론사는 니토세이코와 야마시나(ヤマシナ), 마루에무제작소(丸ヱム製作所)가 개발중인 경량 나사 개발 사례를 소개
- 니토세이코가 개발한 기가타이트(ギザタイト)는 볼트와 넛트를 이용해 결합하는 기존 자동차용 나사들과는 달리, 나사의 홈 사이사이에 부재가 맞물려들어가 단단히 고정되는 원리를 이용한 나사
• 나사 홈 또한 비대칭 삼각형 형태로 되어 있어, 한 번 부재와 나사가 맞물리면 분리가 어려울 정도로 단단히 고정되며, 강하게 조이면서 나사를 고정해야하는 넛트를 사용하지 않아 부재에 변형을 일으키지 않음
• 기가타이트는 넛트 없이도 단단한 고정력을 보이기 때문에 센서 등 좁은 공간에 설치해야 하는 소형 부품을 고정시킬 때 주로 사용되며, 넛트를 사용하지 않아 그만큼의 무게를 경량화할 수 있음
* 그림 1. 기존 나사들의 체결 방식(좌)과 기가타이트의 체결 방식(우)
- 야마시나는 강철 선재를 가공해서 만드는 일반 나사들과는 달리, 강철 대비 무게가 1/3에 불과한 알루미늄을 사용한 나사를 생산하고 있음
• 야마시나의 설명에 따르면, 지름 8mm, 길이 80mm인 철제 나사 20개를 알루미늄 나사로 대체할 경우 170g 상당의 무게를 줄일 수 있음
• 또한, 알루미늄은 철에 비해 열팽창 정도가 낮아 상대적으로 최근 자동차에 채용 빈도가 증가하고 있는 수지계 복합소재들과 열팽창 정도가 유사함. 야마시나는 자사의 알루미늄 나사의 이러한 특성을 이용해 수지 고정 전문 나사인 알루아마PT®(アルアーマPT®)을 출시
* 그림 2. 야마시나의 알루미늄 나사(좌)와 수지용 알루미늄 나사인 알루아마PT®(우)
- 마루에무제작소는 스테인리스에 비해 무게는 40% 가량 가벼우면서도 강도는 보다 높은 티타늄을 이용한 나사를 개발하였음
• 탄성이 높고 열로 인한 팽창률도 낮은 티타늄 나사는 진동 등의 가혹한 환경에서도 부재를 강하게 고정할 수 있어 높은 안전성을 요구하면서도 경량화가 필요한 부문을 중심으로 판매처를 확보해나갈 계획
• 티타늄은 철보다 가격이 최대 30배 가량 비싸다는 단점이 있음. 마루에무제작소는 이러한 한계를 극복하기 위해 순티타늄제 나사보다는 조금 무겁지만 가격은 대폭 낮춘 티타늄 합금 나사를 개발하는 등 생산비용 절감을 위한 노력을 전개중
* 그림 3. 마루에무제작소의 티타늄 나사(좌)와 티타늄 합금 나사(우)
○ 해당 언론사는 나사 제조사들이 경량화를 통한 항속거리 증가가 핵심 경쟁 요소 중 하나인 전기차(EV) 시장을 공략하기 위해 적극적으로 경량화를 추진하고 있다고 진단
- 자동차는 대당 2,000~3,000개의 나사를 사용하고 있음. 해당 언론사는 자동차에 사용되는 나사들의 개당 무게를 0.5g씩만 경량화해도 차량 전체 차원에서는 1kg 이상의 경량화를 달성할 수 있다고 분석
• 경량화는 연비와 차량 성능에 큰 영향을 미침. 일례로, 현대자동차는 '20년 1,500kg 중량의 가솔린 내연기관 승용차를 10% 경량화할 경우, 연비 향상 효과와 차량 성능 및 수명 개선 효과 등을 달성할 수 있다고 설명한 바 있음
• 특히, 기술적 한계 등으로 장착 가능한 배터리 용량에 한계가 있는 EV에 있어서 차량 무게는 EV의 핵심 경쟁 요소 중 하나인 항속거리(1회 충전시 이동 가능한 최대 거리)에 큰 영향을 미치기 때문에 EV 제조사들의 경우 차량 경량화에 많은 관심을 기울이고 있음
* 참고. 현대차가 제시한 차량 경량화 효과
- 해당 언론사는 최근 EV 제조사들이 경량화를 위해 접착제 등을 이용한 부재 체결 방식을 도입하고 있으나, 잦은 진동과 큰폭의 온도차라는 가혹한 환경에 노출되는 자동차의 특성상 검증된 부재 체결 방식인 나사가 지속적으로 사용될 것이라고 설명
→ 일본 나사 제조사들의 경량화 움직임은 향후 시장 확대가 전망되는 EV용 나사 시장을 공략하기 위한 것으로, 향후 이와 같은 움직임이 더욱 확대될 것으로 전망