알기쉬운 토크의 이해와 메케닉이 원하는 "Torque Wrench" 토크 렌치(토르크렌치) 를  선택하는 방법

"Torque" 토크(토르크)에 관한 기초 지식

가장 먼저 "Torque" 토크(토르크) 란?

"Torque" 토크(토르크)는 볼트와 너트를 조이거나 풀 때 스패너와 렌치를 돌기를 위한 힘 (회전력)을 의미합니다.

Ｆ（100N）×Ｌ（1m）＝Ｔ（100N・m）입니다

아래 그림과 같이, L의 길이 렌치 (※)에서 F의 힘을 가하지 때 볼트에 주어지는 회전력 T는 것입니다.

예를 들어, 1m 길이의 렌치 100N (약 10kgf)의 힘을 가하였을 때의 토크는 100N · m (약 10kgf · m)입니다.

※ 보다 정확하게 말하면  L은 볼트의 회전축에서 힘을 가하는 지점까지의 거리이지만,

    여기에서는 설명을 용이하게하기 위해, 렌치 길이를 L로 표현하고 있습니다. (위의 그림참조)

"Torque" 토크(토르크) 의 단위

토크의 단위는 이전 kgf · m (킬로그램 미터)이 이용되고 있었지만, 일본의 경우 1993 년에 시행 된 "신 계량법」에 의해

SI 단위 (ISO 국제 규격)으로의 전환이 되어, 현재는 힘 단위는 N (뉴턴), 토크의 단위는 N · m (뉴턴 미터)가 기본으로 많이 사용되고 있습니다.

1N · m은 0.10197kgf · m로, 반대로 1kgf · m은 9.8067N · m입니다.

실제 작업에서는 1kgf · m은 약 10N · m로 생각하면 대략의 기준이 되는 것입니다.

1kgf・m＝9.8067N・m
1kgf・m≒10N・m
1N・m≒0.1kgf・m

"Torque Wrench" 토크 렌치(토르크렌치)의 길이

토크는 "힘 × 길이" 그러므로 길이가 길어질수록 큰 토크가 걸리게 됩니다.

하지만 볼트는 각각 적정한 조임 토크가 볼트의 종류와 조임 장소 & 목적에 따라 조임 토크가 규정되어 있습니다.

토크렌치도 기본적으로는 그 볼트에 적정한 조임 토크에 맞는, 또는 그 토크가 걸리는 길이로 설정되어 있는 것입니다.

예를 들어 승용차의 휠 너트 규정 토크 값의 상당수는 103N · m로 설정 되어있어,

휠 너트 용 잠금에 사용되는 토크 렌치 길이가 400mm 정도 라고 하고,

400mm 토크렌치로 103N·m의 토크로 잠금 작업할  경우 손잡이에 필요로 하는 힘은 257.5N·m (약 26kgf)입니다.

이것은 휠 너트 를 잠금때 마다 26kg의 힘을 가해야 한다는 것입니다.

이것을 토크렌치의 길이가 800mm 일 경우에는 13kg의 힘을 가하면 되는 것입니다.

Ｆ×0.4m＝103N・m
Ｆ＝103÷0.4＝257.5N（약26kgf）

이 힘은 일반적으로 성인이 가볍게 체중을 걸 정도의 힘으로, 손으로 가하는 힘의 한계에 가깝습니다.

한편, 길이가 400mm의 절반인 200mm 토크렌치로 103N · m의 토크를 걸려면 약26kgf 2배인 (약 52kgf)의 힘이 필요하기 때문에

손의 힘만으로는 거의 불가능합니다. 따라서, 휠 너트를 잠금다면 최소 길이 400mm 이상의 토크렌치가 필요하다는 것을 알 수 있습니다.

"Torque" 토크(토르크) 관리의 중요성

볼트 체결의 메카니즘

조임 볼트가 쉽게 풀려지는 이유는 체결된 것으로부터  볼트가 원래대로 돌아 가려고 하는 힘이 작용하기 때문입니다.

볼트를 조일 때 볼트 본체에는 인장 방향의 힘이 가해집니다. 이 힘에 의해 조여진 볼트는 스프링처럼 원래대로 돌아 가려고 하면서

부품들을 체결하고 압축합니다. 볼트가 잠김 (고정 된) 상태는 너트가 당기는 힘에 이끌려 늘어나려고 하는 힘과 

원래의 위치로 돌아가려고 하는 힘의 균형이 발생하는 상태가 됩니다.

볼트의 조임이 약하면 주위의 진동이나 열 등의 영향으로 이 균형이 무너져 볼트의 잠금상태가 느슨하게 되어버립니다.

반대로 기준치 이상으로 강하게 체결 되면 부품 등, 이나 볼트 자체의 파손을 초래합니다.

볼트의 잠금을 너무 강하게 하여 발생되는 문제점 *아래 그림 참조*

잠겨 있는 볼트를 풀면 당겨져 있던 볼트는 원래의 모양으로 돌아갑니다.

그러나 잠금의 힘을 늘려 가면 어느 시점에서 볼트는 완전히 원래의 형태로 돌아 오지 않습니다.

이 경계를 "항복점" 이라고 하며, 볼트가 완전히 원래 상태로 돌아 가기 범위를 "탄성 영역"(탄성 변형 범위)

완전히 복원되지 않을 범위를 "소성 영역」(소성 변형 범위) 이라고 합니다.

볼트를 더욱 조여 나가면, 결국 나사가 무너져 버립니다. 이 점을 "파괴 점"이라고 합니다.

볼트가 풀리지 않도록 하려면 가급적 큰 힘으로 조여지는 것이 바람직 합니다.

그러나 볼트를 소성 영역까지 조여 버리면, 손상 지점에 접근하여 위험합니다.

또한 소성 영역까지 조여 버린 볼트는 변형되어 원래의 형태로 돌아 가지 않기 때문에 재사용 할 수 없습니다.

따라서 볼트는 탄성 영역의 범위 내에서 사용해야만 합니다.
※ 엔진 헤드 볼트 등은 소성 영역에서 조여지는 특수 볼트가 많이 있습니다.

미니상식 (물리학 에서 가져옴)

탄성영역 이란?

물체에 외부에서 힘을 가하면 부피와 모양이 바뀌었다가, 그 힘을 제거하면 본디의 모양으로 되돌아가려고 하는 성질.

변형의 종류에 따라 체적 탄성과 형상 탄성으로 나눈다.

소성영역 이란?

고체가 외부에서 탄성영역 한계 이상의 힘을 받아 형태가 바뀐 뒤 그 힘이 없어져도 본래의 모양으로 돌아가지 않는 성질을 말한다.

항복점 이란?

물체에 작용하는 힘이 커져서 응력과 변형과의 비례 관계가 깨어지고 변형만이 급격히 증가할 때의 응력. 이것을 넘으면 물체는 영구 변형을 한다.

적절한 "Torque" 토크(토르크) 관리를 위해서는

탄성 영역에서 항복점을 넘어 소성 영역에 들어가면 토크 (조이는 힘)의 증가에 볼트가 성장 비율은 커집니다.

그러나 인간의 오감으로 이 변화를 느끼기 어렵습니다. 어느 정도 경험을 있는 작업자들도 토크 에 대한 느낌의 부족으로

풀림을 방지 하고 싶은 마음에 무의식적으로 작업하여 규정 토크를 초과하는 힘으로 잠그기 쉽습니다.

또한 최근에는 각 산업 분야에서 철 이외의 다양한 소재가 사용되고 있습니다.

알루미늄이나 수지 등의 부품은 철제에 비해 부드러운 재질 때문에 같은 감각으로 잠그면 부품 자체를 손상시켜 버릴 가능성이 높아집니다.

토크 관리 부족으로 볼트 · 너트의 풀림이나 오버 토크에 의한 볼트 나 부품의 손상은 심각한 사고를 발생시키는 원인이 됩니다.

따라서 경험과 직감에만 의존하는 토크 관리만이 아니라, 토크 렌치를 이용한 정확한 토크 관리가 바람직 합니다.

"Torque Wrench" 토크 렌치(토르크렌치) 의 종류

먼저  "Torque Wrench" 토크 렌치(토르크렌치) 의 종류를 이해합니다. (이하 "토크렌치" 라고 표현합니다)

토크 렌치는사용 또는 작업범위의 측정 토크 값의 크기에 따라 다양한 크기가와 규격이 설정되어 있습니다.
기종 선정의 기준으로는 토크 렌치 측정 범위의 70 % 이내에 작업 대상 볼트 · 너트의 규정 조임 토크 값이 맞는 기종을 권장합니다.

토크 렌치 중에서도 가장 많이 사용되고 있는 스냅온 클릭형 토크 렌치 제품입니다.

토크 렌치 사용은 사용하는 공구들 중에서도 가장 많은 분들이 알고 있는 부분이라고 생각하고 있습니다만,

어떤 제품을 어떻게 사용하고 또 사용후 관리방법 에 대해서 보다 자세히 설명 하겠습니다.

현 시점  정비분야 에서  토크렌치의 사용은  가장 중요한  필수공구의 하나로 자리잡고 있습니다.

설정한 토크에 도달하면, 딸깍 또는 찰칵 과 같은 소리와 함께 잠시 슬립이 일어나는 감각을 손으로 전달하는 토크렌치 입니다.

이 QD시리즈의 허용오차 범위는 전체 범위의 20~100%에 한하여 CW±4% (시계방향), CCW±6% (반시계방향) 입니다.

토크의 설정은 손잡이 부분의 핸들을 회전시켜,  필요로 하는  토크 수치를 설정합니다.

핸들에는 롤렛가공을 하여 미끄러짐을 예방하고 그립력을 높혀줍니다.

구조는 본체 튜브 내부의 코일스프링을 조이는 정도에 의해서 토크가 수치가 변하는 구조로 되어 있습니다.

이 때문에 평상시 작업에 사용한 후  코일스프링에 부하가 걸려있는 상태로 보관을 하게되면

스프링의 장력의 변화가 발생되므로 보관시에는 반드시 토크렌치의 사용범위 최소 수치에 되돌려서 보관을 하여야만 합니다.

클릭 타입은 딸깍 또는 찰칵 할때에만 설정한 토크에 도달한 것을 작업자가 감지 알수 있습니다.

클릭 지점 이전과 이후의 토크 값에 대하여서는 알수가 없습니다. 그러므로 클릭 지점에 정확한 도달과 정지를 목표로 작업하는 방법을 지켜야 합니다.

또 클릭지점에 도달한 이후에 다시한번 클릭을 하게되면 설정수치를 넘어서는 오버토크 발생 가능성이 높으므로

보다 정확성을 요구하는 작업방법에는 숙달이 되도록 충분히 반복연습이 필요합니다.

(2) 단동형 토크렌치 (단일 기능 형 토크 렌치)

프리셋 제품과 거의 동일하며, 특정 작업을 위해 미리 토크 값이 설정되어 있는 토크렌치로 설정 토크 값을 변경할 수 없으며 표시눈금도 없습니다.

자동차 제조공장 또는 단일 제품을 제조하는 작업라인에서 사용되는 경우가 많습니다.

사용용도

**Snap-on 토크미터 TORQOMETER (디지털 타입)**

사용용도

클릭형 타입에 비교하면 2배 이상의 정밀도를 표시하고,

표준모델의 허용오차는 CW±2% (시계방향), CCW±2% (반시계방향)입니다.

여기에 고정밀 범위의 ±1% 모델인 프로 모델, 시그널모델(라이트점등) 의 제품도 출시되고 있습니다.

클릭 타입 토크렌치에서는 설정토크에는 도달하였지만 클릭 할때에만 확인이 가능하지만

다이얼 타입에서는 측정시 걸리는 토크수치를 다이얼 게이지로 부터 수치를 확인이 가능하기 때문에 클릭형과 비교하여 보다 정교한 작업이 가능합니다.

고정밀 수치의 작업을 진행하고자 하는 경우, 작업자 개개인의 작업 수치를 확인하고자 하는 경우, 등 토크 관리를 중시하는 작업분야에 적합합니다.

아날로그 타입의 제품과 보다 편리한 사용을 위한 디지털 타입의 제품도 판매되고 있습니다.

(5) snap-on TECH 디지털 토크렌치 (이 제품은 주문 판매상품에 해당됩니다)

사용용도

제품기능

이전의 디지털토크렌치 타입을 더욱 편리하게 진화시킨 최신형 제품입니다.

* 기존의 디지털타입 기능을 포함

* 작업일자 (년,월,일,분,초) 기록

* 토크작업 수치의 저장기능,

* 앵글측정(각도잠금)

* 사용시 LCD화면 라이트기능

* 토크측정 진행상태를 알수있는 양쪽 측면에 있는 LED라이트

* 듀얼 80기어의 라쳇 (1기어에 4.5˚이동)

* 헤드 레인지의 셋티이능

* 오토파워 OFF 기능

* 사이클카운터

* 교정시기 알림기능

위와 같은 주요 기능이 추가 되었으며, 이전의 토크작업 제품에 토크측정 기능을 추가시켜

본체에서 토크관리작업을 가능하도록 되어 있으므로, 일반작업자 에서 부터 프로페셔날 작업자 까지 폭넓게 사용이 가능한 제품입니다.

여기에, ATECH (B-TYPE) 에는 이전의 제품과는 달리 모터사이클 의 그립형상을 채용하였으며,

CTECH에는 ALL 메탈 바디, 오버토크 기록기능 과 USB케이블을 이용하여 데이터를 컴퓨터로 이동 관리가 가능합니다.

지금 까지의 설정 토크수치만을 볼수있는 구조에서, 실측정수치 데이터를 확인 및 관리 할수 있으며,

여기에 작업시간, 작업보고서등의 작업에도 언제 , 어디서, 어느부분, 누가, 어떻게 토크관리 작업을 하였는지, 완벽한 작업 데이터 지원을 받을수 있습니다.

또 이 엑셀시트에 작업한 대상물의 사진을 첨부하거나, 실제 작업 제품의 잠금관리 부분을 기록 할수가 있습니다.

" 보다 정확한 토크관리작업을 진행 " 이라고 하는 관점에서 바라보면, 아날로그 토크렌치의 문제점은

토크수치를 눈으로 확인할수 없다는 것과 작업한 실제 수치를 기록할수 없다는 것입니다.

어떤 토크렌치라도 그렇지만, 클릭후 설정한 토크수치 이상의 토크가 발생하지 않는 구조로  되어있지는 않습니다.

클릭 타입과 썸휠타입은 측정 수치가 눈으로는 확인이 되지 않습니다.

또, 다이얼 방식에서는 측정시에 발생하는 토크의 수치를 바늘의 움직임 위치로 확인은 가능하지만, 실제 치수의 기록은 되지않는 부분이 있습니다.

스냅온 디지털 토크렌치 방식은

* 아날로그 방식의 잠금토크 및 측정오차를 만들기 쉬운 부분

* 작업자에 따라 잠금토크 및 측정오차가 다르게 발생하는 부분

* 실제 작업수치의 확인, 기록이 되지않는 부분

의 문제를 완벽하게 해결시켜 설계&제작한 제품입니다.

**Snap-on CTECH**

사용용도

위의 ATECH 시리즈의 기능을 포함하여 디지털 토크렌치 와 동일한 작업조건과 기능을 지니고 있으며,

여기에 작업 기록데이터를 컴퓨터등으로 전송 후 품질 관리 등 작업 기록이 필요한 작업 전반에 사용되며,

인쇄 및 기록관리 와 혹독한 산업현장 조건에 대응하도록 견고한 스틸바디로 된 토크렌치 입니다.

스냅온 디지털토크렌치는  5,000개의 작업 내역을 자동으로 '기록' 하는 작업 기록 (데이터)을 

USB 또는 PC에 전송 측정 결과를 품질 관리 기록 및 보존 기록으로 활용할수 있습니다.

작업 이력을 남겨 확실한 '관리'가 신뢰성의 향상과 리스크 절감으로 연결됩니다.

(7) Snap-on 토크 드라이브 QDRIVER 시리즈 중 프리셋 방식

사용용도

소형 나사 또는 볼트등의 작업에 주로 사용되며, 동일한 토크에 반복작업하는 토크 단동형 제품과

사용자가 임의로 조절하여 사용이 가능한 프리셋 방식의 제품이 판매되고 있습니다.