KR101450986B1 - 볼 나사용 너트의 제조 방법 및 볼 나사 - Google Patents

Abstract

축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에서도, 금형을 파손시키지 않고, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부를, 너트 소재의 내주면에 소성 가공으로 직접적으로 형성하는 방법을 제공한다. 소재 홀더(2)와 캠 드라이버(6)와 캠 슬라이더(7, 8)와 통형상 부재(5)를 가지는 금형을 사용한 프레스법에 의해, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 S자 형상 오목부(15, 16)를 형성한다. 캠 드라이버(6)는 캠 슬라이더(7, 8)의 경사면(71, 81)과 동일한 경사의 경사면(61b, 61d)을 가진다. 캠 슬라이더(7, 8)는 S자 형상 오목부(15, 16)에 대응하는 S자 형상 볼록부(73, 83)를 가지고, 통형상 부재(5)의 관통구멍(52, 53)에 유지되어 있다. 프레스압을 가하여 캠 드라이버(6)를 위에서 누르면, 캠 슬라이더(7, 8)가 각각 지름방향 외측으로 움직이고, S자 형상 볼록부(73, 83)가 너트 소재(1)의 내주면(11)을 눌러서 소성 변형시킨다.

Description

볼 나사용 너트의 제조 방법 및 볼 나사{BALL SCREW AND METHOD FOR MANUFACTURING BALL SCREW NUT}

본 발명은, 볼 나사를 구성하는 너트의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동(轉動, 즉 회전운동) 액츄에이터에도 사용되고 있다.

볼 나사의 볼 복귀 경로에는 순환 튜브 방식이나 탑 방식 등이 있고, 탑 방식의 경우에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부가 형성된 탑을 너트의 관통구멍에 끼우고 있다. 이에 대하여, 하기의 특허문헌 1에는, 볼 복귀 경로를 이루는오목부(순환홈)를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 것이 기재되어 있다. 그 형성 방법을 도 19를 이용하여 설명한다.

우선, 순환홈의 형상에 대응하는 S자 형상의 볼록부(37, 38)를 가지는 원통 형상의 가공 헤드(30)를 구비한 금형을 준비한다. 그리고 너트 소재(1)를, 그 축 방향을 수평방향을 향하여 베이스(200) 상에 두고, 너트 소재(1)의 내부에 가공 헤드(30)를 넣고, 볼록부(37, 38)를 위로 향하고, 기단부(30a)와 선단부(30b)를 고정한다. 이어서, 이 상태에서, 금형 상부재(20)에 프레스압을 가하여 하강시키고, 볼록부(37, 38)를 너트 소재(1)의 내주면(11)에 밀어붙임으로써 너트 소재(1)의 내주면(11)을 소성 변형시킨다.

일본국 특허공개공보 2008-281063A 일본국 특허공개공보 2010-87071A 일본국 특허공개공보 2010-275706A 일본국 특허공개공보 2003-307263A 일본국 특허공개공보 2000-297854A 일본국 특허공개공보 2005-321059A 일본국 특허공개공보 2008-267523A 일본국 특허공개공보 2007-146874A 일본국 특허공개공보 2004-108538A 일본국 특허공개공보 2003-166616A 일본국 특허공개공보 2004-3631A 일본국 특허공개공보 2008-281064A

그러나 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 너트의 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 경우, 금형의 가공 헤드가 가늘고 길어지기 때문에, 강도가 부족하여 파손하기 쉬워진다고 하는 문제점이 있다.

본 발명의 과제는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 방법으로서, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조할 경우에도, 금형을 파손시키지 않고 상기 오목부를 형성할 수 있는 방법, 및, 상기 방법에 의해 얻어진 너트를 구비하는 볼 나사를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 각 형태는, 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법은, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서, 원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와, 상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 상기 오목부는 상기 너트의 내주면에 복수 형성되고, 상기 캠 슬라이더에는, 상기 복수의 오목부에 대응하는 복수의 볼록부의 적어도 하나가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금형으로서, 상기 캠 드라이버가 상기 너트의 축 방향과 평행한 하중 받이면을 가지고, 상기 캠 드라이버 이외의 부재에 상기 하중 받이면과 접촉하는 하중 받이면이 형성되어 있는 것을 사용하여 프레스를 행하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 금형으로서, 상기 캠 슬라이더가 캠 드라이버와 너트 소재와의 사이에 배치되는 유지 부재에 유지되고, 상기 유지 부재에 상기 하중 받이면이 형성되어 있는 것을 사용하여 프레스를 행하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 상기 복수의 캠 슬라이더에 형성된 볼록부의 상기 너트의 지름 방향 외측에의 이동량을 바꿈으로써, 상기 복수의 오목부가 균일하게 형성되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 상기 캠 드라이버와, 상기 캠 슬라이더와, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면과 외주면을 구속하고, 상기 외주면을 받는 내주면에 상기 볼록부에 대응하는 오목부가 형성된 구속 부재를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 볼록부에서 상기 너트 소재의 내주면을 누름으로써, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 오목부를 형성하고, 상기 구속 부재의 오목부에 상기 너트의 외주부를 돌출시키는 것이 바람직하다. 이 방법으로 제조된 너트는, 외주면의 상기 오목부에 대응하는 위치에 돌기가 형성되어 있고, 이 너트를 사용하여 볼 나사를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 상기 너트의 외주면의 일부를, 상기 너트의 외주면의 다른 부위가 되는 원 형상의 부위의 반경보다도, 너트 중심축으로부터의 거리가 짧아지는 위치에 형성하여, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 볼록부를 압입하여 상기 오목부를 성형함으로써 상기 너트의 외주면에 돌출되는 돌기가 상기 외주면의 일부 상에 형성되도록 하고, 상기 외주면의 일부는, 상기 돌기의 너트 중심축으로부터의 거리가 상기 원 형상의 부위의 반경보다도 짧아지는 위치에 상기 돌기가 위치되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오목부의 성형에 의한 상기 너트에서의 재료의 도출을 허용하면서, 상기 재료의 도출을 상기 오목부의 형상에 따라 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기의 도출이란 재료변형에 의한 재료의 유동을 의미하고 있음을 알 수 있다. 이때, 상기 너트의 외주측으로의 재료의 도출, 또는, 상기 너트의 축 방향 단부측으로의 재료의 도출을, 상기 오목부의 형상에 따라 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 볼록부를 압입하여 상기 오목부를 성형함과 동시에, 상기 너트의 내주면 중 상기 오목부의 외주에, 상기 볼록부에 의한 소성가공에 의해 생기는 상기 오목부의 처짐을 감소시키기 위한 처짐용 오목부를 성형하는 것이 바람직하다. 이때, 적어도 상기 오목부의 구부러지는 부위에 인접하여 상기 처짐용 오목부를 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 처짐의 양에 따라 상기 처짐용 오목부의 형상과 깊이를 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 상기 오목부의 처짐을 감소시키기 위한 여육부(余肉部)를 상기 너트 소재의 원 형상의 내주면으로부터 돌출시켜 마련하고, 상기 여육부에 상기 볼록부를 압입하여 상기 오목부를 성형하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 여육부는, 상기 오목부의 형상에 따른 형상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 원통 형상의 너트 소재의 내주면의 상기 오목부를 형성하는 위치에, 단면형상이 상기 오목부의 단면 원호에 내포되는 하단 오목부를 형성한 후, 상기 너트 소재의 외주면과 축 방향 일단면을 구속한 상태에서, 상기 너트 소재에 내삽된 상기 캠 슬라이더를 상기 너트의 지름 방향 외측으로 이동함으로써 상기 오목부를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법에서는, 전술한 바와 같이 하여 상기 오목부를 형성하는 볼 복귀 경로 형성 공정과, 상기 너트의 내주면에, 상기 오목부의 단부와 접속하도록 상기 나선 홈을 형성하는 나선 홈 형성 공정과, 상기 오목부와 상기 나선 홈과의 경계부분에 브러시 가공 및 블라스트 가공의 적어도 하나를 실시하여 버르를 제거하는 버르 제거 공정을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 제1 볼 나사는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 순환 홈을 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사로서, 상기 너트는, 전술한 본 발명의 일형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조방법으로 제조된 것이고, 상기 볼 순환홈의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축 방향으로 연장되는 면과의 각부 중 적어도 일부가 둥글게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 제2 볼 나사는, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하고, 상기 너트는, 전술한 본 발명의 일형태에 따른 볼 나사용 너트의 제조방법으로 제조된 것이고, 상기 볼 순환로가, 상기 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목홈으로 구성되어 있음과 동시에, 윤활제를 유지 가능한 윤활제 체류부를 구비하고 있고, 상기 윤활제 체류부는, 상기 오목홈의 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 다른 형태에 따른 제2 볼 나사에서는, 상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 볼 순환로의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 상기 윤활제 체류부의 단면의 면적은, 상기 단부에 인접하는 부분보다도 상기 중간부에 인접하는 부분이 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼 순환로는 만곡하고 있고, 상기 볼 순환로의 만곡의 지름 방향 외측에 배치된 윤활제 체류부보다도, 상기 볼 순환로의 만곡의 지름 방향 내측에 배치된 윤활제 체류부쪽이, 상기 볼 순환로의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 단면의 면적이 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목 홈 및 상기 윤활제 체류부를 구성하는 오목부는, 단조에 의해 동시에 형성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 제3볼 나사는, 전술한 바와 같은 볼 나사용 너트의 제조 방법으로 제조된 너트를 구비하고, 상기 볼 복귀 경로의 길이 방향의 적어도 일부분은, 상기 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 제4 볼 나사는, 전술한 바와 같은 볼 나사용 너트의 제조 방법으로 제조된 너트를 구비하고, 상기 너트의 나선홈과 상기 오목부와의 접속 부분에는, 상기 오목부의 주연부으로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 플랜지가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 다른 형태에 따른 제4 볼 나사에서는, 상기 너트의 나선 홈과의 접속 부분인 상기 오목부의 양단부는, 상기 볼의 직선 형상 도입부로 되어 있음과 동시에, 상기 플랜지는 적어도 상기 직선 형상 도입부의 주연부에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플랜지의 선단과 상기 너트의 지름 방향 중심과의 사이의 거리(H)는, 상기 볼의 중심 궤적 원 지름(BCD)의 1/2 이하이며, 상기 플랜지는, 상기 나사축의 외주면에 접촉하지 않도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 의하면, 볼 복귀 경로를 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 방법으로서, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조할 경우에도, 금형을 파손시키지 않고 상기 오목부를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태의 제1예를 설명하는 도면이다.
도 2는 제1실시형태의 제1예에서 사용하는 캠 슬라이더 및 캠 드라이버의 감합 상태를 나타낸 평면도(a)와, 캠 슬라이더를 나타낸 사시도(b)와, 캠 드라이버를 나타낸 사시도(c)이다.
도 3은 본 발명의 제1실시형태의 제1예의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시형태의 제2예를 설명하는 도면이다.
도 5는 제1실시형태의 제2예에서 사용하는 캠 슬라이더를 나타낸 평면도(a)와 사시도(b), 캠 드라이버를 나타낸 사시도(c)이다.
도 6은 본 발명의 제1실시형태의 제2예의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시형태의 제3예를 설명하는 도면이다.
도 8은 제1실시형태의 제3예에서 사용하는 캠 드라이버를 나타낸 사시도이다.
도 9는 제1실시형태의 제3예에서 사용하는 통 형상 부재를 나타낸 평면도(a)와, 그 A-A단면도(b)와, 캠 슬라이더를 나타낸 평면도(c)이다.
도 10은 제1실시형태의 제3예의 제1변형예를 설명하는 도면이며, 캠 슬라이더의 유지 부재를 나타낸 평면도(a)와, 그 A-A단면도(b)이다.
도 11은 제1실시형태의 제3예의 제2변형예를 설명하는 도면이다.
도 12는 제1실시형태의 제3예의 제3변형예를 설명하는 도면이다.
도 13은 제1실시형태의 제3예의 제4변형예를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제1실시형태의 제4예를 설명하는 도면이다.
도 15는 제1실시형태의 제4예에서 사용하는 캠 드라이버를 나타낸 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는 (a)의 A화살표 방향에서 본 도면과, (c)는 (b)의 B-B단면도이다.
도 16은 제1실시형태의 제4예에서 사용하는 통 형상 부재를 나타낸 평면도(a)와, 그 A-A단면도(b)와, 캠 슬라이더를 나타낸 평면도(c)이다.
도 17은 제1실시형태의 제4예의 변형예를 설명하는 도면이며, 캠 슬라이더의 유지 부재를 나타낸 평면도(a)와, 그 A-A단면도(b)이다.
도 18은 제1실시형태의 제4예의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 19는 특허문헌 1의 방법을 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 제2실시형태의 제1예를 설명하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 제2실시형태의 제2예를 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 제3실시형태의 일예를 설명하는 도면이다.
도 23은 제3실시형태에서 사용하는 캠 드라이버를 나타낸 사시도(a)와, 캠 슬라이더를 나타낸 평면도(b) 및 사시도(c)이다.
도 24는 제3실시형태에서 사용하는 구속 부재를 구성하는 분할체를 나타낸 평면도(a)와, 그 A-A단면도(b)이다.
도 25는 제3실시형태의 방법으로 S자 형상 오목부와 돌기가 형성된 너트 소재를 나타낸 정면도(a)와, 그 A-A단면도(b)와, 그 B화살표 방향에서 본 도면(c)과, 그 사시도(d)이다.
도 26은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 27은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법으로서, 펀치에 의해 소성가공하여 너트의 내주면에 S자 형상의 순환 홈을 성형하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 28은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 29는 볼 나사를 나타낸 단면도이다.
도 30은 S자 형상의 순환 홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 31은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 변형예에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 32는 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 변형예에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 33은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 다른 변형예에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 34는 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 다른 변형예에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 35는 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 다른 변형예에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 36은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 다른 변형예에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 37은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 다른 변형예에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 38은 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 다른 변형예에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 정면도 및 종단면도이다.
도 39는 펀치에 의해 소성가공하여 S자 형상의 순환 홈을 너트의 내주면에 직접 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 40은 처짐의 발생 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 41은 처짐의 발생 메커니즘을 설명하는 다른 도면이다.
도 42는 제5실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법을 실현시키는 구성을 나타낸 도면이다.
도 43은 구속형의 내주면에 형성되어 있는 재료 도출부를 나타낸 도면이다.
도 44는 볼 나사를 나타낸 단면도이다.
도 45는 너트를 나타낸 단면도이다.
도 46은 제5실시형태의 작용, 효과 등을 설명하는 도면이다.
도 47은 제5실시형태의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 48은 제6실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법을 실현시키는 구성을 나타낸 도면이다.
도 49는 S자 형상의 순환홈 및 압입자국이 성형된 너트 소재의 내주면을 나타낸 도면이다.
도 50은 제6실시형태의 작용, 효과 등을 설명하는 도면이다.
도 51은 제6실시형태의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 52는 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 53은 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 54는 볼 나사를 나타낸 단면도이다.
도 55는 제7실시형태의 변형예의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 56은 제7실시형태의 변형예의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈이 성형된 너트 소재의 형상을 나타낸 도면이다.
도 57은 (a)는, 제8실시형태에 따른 제1예의 볼 나사의 단면도이며, (b)는, 너트의 내주면의 S자 형상 순환로를 나타낸 단면도이다.
도 58은 (a)는, S자 형상 순환로를 형성하는 지그의 사시도이며, (b)는 지그의 평면도이며, (c)는 지그의 측면도이다.
도 59는 (a)는, 너트와 지그의 상관을 나타낸 측면도이며, (b)는, 너트와 지그의 상관을 나타낸 정면에서 본 것이다.
도 60은 제8실시형태에 따른 제2예의 볼 나사에서의 너트의 내주면의 S자 형상 순환로를 나타낸 단면도이다.
도 61은 제8실시형태에 따른 제2예의 볼 나사에서의 S자 형상 순환로를 형성하는 지그의 사시도이다.
도 62는 제8실시형태에 따른 제3예의 볼 나사에서의 너트의 플랜지 높이와 BCD와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 63은 (a)는, 제8실시형태에 따른 제4예의 볼 나사에서, S자 형상 순환로를 형성하는 지그의 평면도이며, (b)는 (a)의 E-E단면도이며, (c)는 (b)의 주요부를 확대한 단면도이다.
도 64는 (a)은, 제8실시형태에 따른 제5예의 볼 나사에서, S자 형상 순환로를 형성하는 지그의 평면도이며, (b)는 (a)의 F-F단면도이며, (c)는 (b)의 G-G단면도이며, (d)는 (b)의 주요부를 확대한 단면도이다.
도 65는 (a)는, 종래의 볼 나사에서의, 복수의 S자 형상 순환로를 구비한 너트의 정면도이며, (b)는 (a)의 C-C단면도이며, (c)는 (a)의 B-B단면도이다.
도 66은 (a)는, 종래의 볼 나사에서의, 동위상의 S자 형상 순환로를 구비한 너트의 정면도이며, (b)는 (a)의 D-D단면도이다.
도 67은 제9실시형태에 따른 볼 나사의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 68은 너트의 주요부 단면도이다.
도 69는 볼 순환로의 확대 단면도이다.
도 70은 너트의 오목 홈을 도 68의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 71은 볼 순환로의 단부의 단면형상을 나타낸 오목홈의 단면도이다.
도 72는 볼 순환로의 중간부의 단면형상을 나타낸 오목홈의 단면도이다.
도 73은 볼 전주로의 단면형상을 나타낸 나사 홈의 단면도이다.
도 74는 볼 나사의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
도 75는 볼 순환로와 볼 전주로와의 경계부분을 설명하는 너트의 단면도이다.
도 76은 제10실시형태의 제1예의 방법을 설명하는 도면이다.
도 77은 제10실시형태의 제1예의 방법을 채용한, 펀치를 사용한 단조 가공법으로 하나의 볼 순환 홈을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 78은 제10실시형태의 제1예의 방법으로 채용한, 펀치를 이용한 단조 가공법으로 복수의 볼 순환 홈을 한번에 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 79는 제10실시형태의 제2예의 방법을 설명하는 도면이다.
도 80은 제11실시형태의 제1예의 볼 나사를 나타낸 측면도이다.
도 81은 도 80의 볼 나사를 구성하는 탑을 나타낸 사시도이다.
도 82는 도 80의 A-A단면도이다.
도 83은 제1실시형태의 제2예의 볼 나사를 나타낸 측면도이다.
도 84는 도 83의 A-A단면도이다.
도 85는 도 84의 너트를 제조하는 방법의 일예로 사용하는, 금형의 구성부품을 나타낸 사시도이다.
도 86은 볼 순환홈의 기능을 설명하는 도면이다.
도 87은 도 86의 A부와 B부에서의 볼의 거동을 설명하는 도면이다.
도 88은 제12실시형태의 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이며, 너트의 오목 홈 및 오목부를 도 68의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 89는 도 88의 오목홈의 B-B단면도이다.
도 90은 제12실시형태의 제2예의 볼 나사의 오목 홈 및 오목부를 도 68의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 91은 도 90의 오목 홈 및 오목부의 C-C단면도이다.
도 92는 도 90의 오목 홈 및 오목부의 D-D단면도이다.
도 93은 제12실시형태의 제3예의 볼 나사의 오목 홈 및 오목부를 도 68의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 94는 제13실시형태의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이며, 버르가 제거된 경계부분을 나타낸 너트의 확대 단면도이다.
도 95는 브러시 가공에 의한 버르 제거 공정을 설명하는 도면이다.
도 96은 블라스트 가공에 의한 버르 제거 공정을 설명하는 도면이다.
도 97은 종래의 탑식 볼 나사에서 너트와 탑의 경계부분에 발생한 단차를 나타낸 확대 단면도이다.
도 98은 전동 파워 스티어링 장치의 스티어링 기어의 일부 단면도이다.

본 발명에 따른 볼 나사용 너트의 제조 방법 및 볼 나사의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제1실시형태]

[제1예]

제1예에서 사용하는 금형은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(1)를 유지하는 오목부(21)를 가지는 소재 홀더(2)와, 너트 소재(1)의 내부에 배치하는 캠 슬라이더(3) 및 캠 드라이버(4)를 구비하고 있다.

캠 슬라이더(3)는, 도 2 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 외주면(31)과 축 방향에 평행한 평면(32)을 가지는 대략 반원주 형상 부재이며, 외주면(31)을 이루는 원의 지름은, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 이루는 원(11a)의 지름보다 약간 작다. 캠 슬라이더(3)의 평면(32)에는, 지름 방향의 중앙부에, 축 방향으로 연장되는 경사면(33)이 형성되어 있다. 이 경사면(33)은, 축 방향 일단(상단)의 오목부(34)의 바닥면 라인(34a)과, 평면(32)의 하단을 이루는 라인(32d)을 연결하는 평면에 상당한다. 또한, 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부에 대응하는 S자 형상 볼록부(35)가, 캠 슬라이더(3)의 외주면(31)에 형성되어 있다.

캠 드라이버(4)는, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 장척의 판자 형상 부재로서, 한쪽의 측면(41)이 캠 슬라이더(3)의 경사면(33)과 동일한 경사의 경사면으로 되어 있다. 다른 쪽의 측면(42)은, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 이루는 원(11a)을 따른 원주면으로 되어 있다. 캠 드라이버(4)의 축 방향 치수는, 캠 슬라이더(3)의 축 방향 치수보다 길다. 또한, 캠 드라이버(4)의 두께 살은, 캠 슬라이더(3)의 오목부(34)의 개구폭(경사면(33)의 양 측면 사이의 치수)에 상당하는 두께 살보다 약간 얇다.

캠 슬라이더(3)의 경사면(31)과 캠 드라이버(4)의 경사진 측면(41)이, 금형의 캠 기구를 구성한다.

이 금형을 사용하여, 이하의 방법으로, 너트 소재(1)의 내면에 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부를 형성한다.

우선, 소재 홀더(2)의 오목부(21)에 너트 소재(1)를 배치하고, 너트 소재(1)의 내부에, 캠 슬라이더(3)를, 오목부(34) 측을 위로하고, S자 형상 볼록부(35)를 너트 소재(1)의 내주면(11)을 향하여 삽입한다. 이어서, 캠 슬라이더(3)와 너트 소재(1)의 사이에 캠 드라이버(4)를 삽입한다. 그때에, 캠 슬라이더(3)의 오목부(34)에 캠 드라이버(4)의 측면(41) 측의 부분을 끼우고, 캠 슬라이더(3)의 경사면(33)과 캠 드라이버(4)의 경사진 측면(41)을 접촉시킨다. 도 1(a)는 이 상태를 나타낸다.

이어서, 프레스압을 가하여 캠 드라이버(4)를 위에서 누르면, 캠 드라이버(4)의 경사진 측면(41)으로부터 캠 슬라이더(3)의 경사면(33)에 힘이 전달된다. 이에 수반하여, 캠 드라이버(4)의 하향의 힘이 캠 슬라이더(3)를 지름 방향 외측으로 움직이는 힘으로 변환되어, 캠 슬라이더(3)에 형성된 S자 형상 볼록부(35)가, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 눌러 소성 변형시킨다. 도 1(b)는 이 상태를 나타낸다.

이에 따라, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부(15)가 형성된다.

따라서, 이 실시형태의 방법에 의하면, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 캠 드라이버(4)에 파손을 발생시키지 않고 S자 형상 오목부(15)를 형성할 수 있다.

또한, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 2개의 S자 형상 오목부를 형성할 경우에는, 상술한 방법으로 하나의 S자 형상 오목부(15)를 형성한 후, 캠 드라이버(4)와 캠 슬라이더(3)를 뽑고 나서, 볼록부(35)의 축 방향에서의 위치가 상이한 다른 캠 슬라이더(3)를 사용하고, 재차 캠 드라이버(4)를 삽입하여 상술한 방법을 행한다. 3개 이상의 S자 형상 오목부를 형성할 경우에는 이것을 반복한다. 이에 따라, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 상이한 위치에 복수의 S자 형상 오목부를 형성할 수 있다.

또한, 캠 슬라이더(3)의 외주면에 복수의 S자 형상 볼록부를 마련함으로써, 캠 드라이버(4)를 위에서 누르는 조작을 1회 행함으로써 복수의 S자 형상 오목부를 형성할 수 있다. 도 3의 예에서는, 캠 슬라이더(3)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(35, 36)를, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일한 위치에 마련하고 있다. 이에 따라, 너트 소재(1)의 내주면(11)의 축 방향에서 상이하고, 둘레 방향에서 동일한 위치에, 2개의 S자 형상 오목부(15, 16)가 형성된다.

[제2예]

제2예에서 사용하는 금형은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(1)를 유지하는 오목부(21)를 가지는 소재 홀더(2)와, 너트 소재(1)의 내부에 삽입하는 1쌍의 캠 슬라이더(3)와, 양 캠 슬라이더(3)의 사이에 배치하는 캠 드라이버(4)를 구비하고 있다.

각 캠 슬라이더(3)는, 도 5(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(1)의 내경보다 약간 소경의 외주면(31)을 가지는 대략 반원주 형상 부재로서, 외주면(31)의 반대면을 이루는 라인(32)은 너트 소재(1)의 내경보다 작다. 따라서, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 양 캠 슬라이더(3)의 외주면(31)을, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 이루는 원(11a)에 맞추어 배치하면, 양 캠 슬라이더(3)의 라인(32) 사이에 간극(32a)이 생긴다.

양 캠 슬라이더(3)의 대향면(라인(32)을 따른 면)(32b)에는, 라인(32)의 중앙부에, 축 방향으로 신장되는 경사면(33)이 형성되어 있다. 이 경사면(33)의 양측에, 축 방향으로 신장되는 홈(39)이 형성되어 있다. 경사면(33)은, 축 방향 일단(상단)의 오목부(34)의 바닥면 라인(34a)과, 하단의 라인(32)을 연결하는 평면에 상당한다. 또한, 2개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부에 대응하는 S자 형상 볼록부(35, 36)가, 각 캠 슬라이더(3)의 외주면(31)에 각각 형성되어 있다.

캠 드라이버(4)는, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 장척의 4각주의 서로 평행한 한 쌍의 측면에, 축 방향으로 경사지는 경사면(41a)과 축 방향에 평행한 평행면(42a)이 오목 형상으로 형성되고, 경사면(41a) 및 평행면(42a)의 폭 방향 양측에 판형상의 측판부(43)가 남아 있는 형상이다. 캠 드라이버(4)의 경사면(41a)은, 경사 및 폭이 캠 슬라이더(3)의 경사면(33)과 동일하다. 측판부(43)의 판 두께는, 캠 슬라이더(3)의 홈(39)의 폭보다 약간 작은 치수이다.

즉, 캠 드라이버(4)는, 한 쌍의 경사면(41a)으로 이루어지는 쐐기 형상부(楔狀部)(41)와, 한 쌍의 평행면(42a)으로 이루어지는 판 형상부(42)와, 한 쌍의 측판부(43)로 구성되어 있다. 쐐기 형상부(41)의 판 형상부(42)측의 단부의 두께(경사면(41a) 간의 치수)는, 판 형상부(42)의 두께보다 두껍기 때문에, 양자의 경계에 단차면(44)이 존재한다. 또한, 캠 드라이버(4)의 선단부는, 판 형상부(42)와 그 양측의 측판부(43)에 의해 H 형으로 되어 있다.

캠 슬라이더(3)의 경사면(33)과 캠 드라이버(4)의 경사면(41a)이, 금형의 캠 기구를 구성한다.

소재 홀더(2)의 바닥판부의 중심에, 캠 드라이버(4)의 H형의 선단부가 들어가는 H형의 관통구멍(22)이 형성되어 있다. H형의 관통구멍(22)에 있어서, H의 가로봉에 대응하는 벽면(22a) 사이에 캠 드라이버(4)의 선단부의 판 형상부(42)가 들어가고, H의 세로봉에 대응하는 벽면(22b) 사이에 캠 드라이버(4)의 측판부(43)가 들어간다.

이 금형을 사용하여, 이하의 방법으로, 너트 소재(1)의 내면에 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부를 형성한다.

우선, 소재 홀더(2)의 오목부(21)에 너트 소재(1)를 배치하고, 너트 소재(1)의 내부에, 1쌍의 캠 슬라이더(3)를 양 경사면(33)이 마주하도록 삽입한다. 이어서, 양 캠 슬라이더(3)의 오목부(34) 사이에 캠 드라이버(4)를 판 형상부(42)측으로부터 삽입하고, 판 형상부(42)의 선단을 관통구멍(22)에 삽입한다. 도 4(a)는 이 상태를 나타낸다.

이어서, 프레스압을 가하여 캠 드라이버(4)를 위에서 누르면, 캠 드라이버(4)의 경사면(41a)으로부터 캠 슬라이더(3)의 경사면(33)에 힘이 전달된다. 이에 수반하여, 캠 드라이버(4)의 하향의 힘이 각 캠 슬라이더(3)를 지름 방향 외측으로 움직이는 힘으로 변환되어, 각 캠 슬라이더(3)에 형성된 S자 형상 볼록부(35, 36)가, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 눌러 소성 변형시킨다. 도 4(b)는 이 상태를 나타낸다.

이에 따라, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 2개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부(15, 16)가 형성된다. 그때에, 캠 드라이버(4)의 H형의 선단부가 소재 홀더(2)의 H형의 관통구멍(22)에 안내된다. 또한, 캠 슬라이더(3)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 소재 홀더(2)의 벽면(22a)과 캠 드라이버(4)의 판 형상부(42)의 평행면(42a)과의 접촉, 소재 홀더(2)의 벽면(22b)과 캠 드라이버(4)의 측판부(43)의 판폭 방향 단면(43a)과의 접촉, 및 캠 슬라이더(3)의 홈(39)의 홈 저부(39a)와 캠 드라이버(4)의 측판부(43)의 판폭 방향 단면(43a)과의 접촉으로 받는다 (반력에 수직인 면에서 받는다). 이에 따라, 상기 반력을 반력의 연장선상 및 그 축 방향에서의 근방에서 받기 때문에, 캠 드라이버(4)가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다. 또한, 캠 슬라이더(3)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력이 너트 소재(1)에 작용하지 않는다.

따라서, 이 제2예의 방법에 의하면, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 캠 드라이버(4)에 파손을 발생시키지 않고, 2개의 S자 형상 오목부(15, 16)를 동시에 형성할 수 있다. 또한, 금형의 구조가 단순하기 때문 견고하며, 동일한 제품을 대량 생산하는 방법으로서 적합하다.

또한, 이 제2예에서는 1쌍의 캠 슬라이더(3)의 외주면에, 각각 1개의 S자 형상 볼록부(35, 36)를 마련하고 있지만, 각각 복수의 S자 형상 볼록부를 마련해도 좋다. 도 6의 예에서는, 한쪽의 캠 슬라이더(3A)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(35, 35a)를 마련하고, 다른 쪽의 캠 슬라이더(3B)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(36, 36a)를 마련하고 있다.

캠 슬라이더(3A)의 2개의 S자 형상 볼록부(35, 35a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일하다. 캠 슬라이더(3B)의 2개의 S자 형상 볼록부(36, 36a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일하다. 그리고 4개의 S자 형상 볼록부(35, 35a, 36, 36a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하다.

이에 따라, 캠 드라이버(4)를 위에서 누르는 조작을 1회 행함으로써, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)를 형성할 수 있다. 이 예에서는, 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)의 형성 위치가, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 2개씩 동일하게 된다.

[제3예]

이 제3예에서 사용하는 금형은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(1)를 유지하는 오목부(21)를 가지는 소재 홀더(2)와, 너트 소재(1)의 내부에 삽입하는 통 형상 부재(캠 슬라이더의 유지 부재)(5)와, 통 형상 부재(5)의 중심구멍(51)에 삽입하는 캠 드라이버(6)와, 통 형상 부재(5)의 관통구멍(52, 53)에 배치되는 캠 슬라이더(7, 8)를 가진다.

캠 드라이버(6)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 장척의 판 형상으로 형성된 본체부(61)와 원주 형상의 선단부(62)로 이루어진다. 본체부(61)의 일 측면은, 선단부(62)측으로부터, 축 방향과 평행한 제1 평행면(61a), 축 방향에 대하여 경사져 있는 경사면(61b), 제2 평행면(61c)으로 되어 있다. 본체부(61)의 타 측면은, 선단부(62)측으로부터, 축 방향에 대하여 경사져 있는 경사면(61d), 축 방향과 평행한 평행면(61e)으로 되어 있다. 타 측면의 경사면(61d)과 평행면(61e)과의 경계는, 일 측면의 평행면(61a)과 경사면(61b)과의 경계보다 약간 선단부(62)측에 있다. 선단부(62)를 이루는 원주의 지름은, 본체부(61)의 하단(선단부(62)측)의 폭과 동일하다.

통 형상 부재(5)는, 너트 소재(1)의 내주면보다 약간 작은 외주면을 가진다. 도 9(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 통 형상 부재(5)의 중심구멍(51)은, 축 방향에서 형상이 변화되는 직사각형의 단면형상을 가진다. 이 중심구멍(51)을 형성하는 면으로서, 축 방향과 평행한 평행면(51a) 내지 (51e)이 형성되어 있다.

평행면(51a) 내지 (51c)은, 캠 드라이버(6)의 일 측면이 배치되는 면이며, 평행면(51a)과 평행면(51b)의 사이에, 단부(51f)가 형성되어 있다. 관통구멍(52)은, 이 단부(51f)를 하단으로서 통 형상 부재(5)의 지름 방향으로 관통하고 있다. 평행면(51d, 51e)은, 캠 드라이버(6)의 타측면이 배치되는 면이며, 평행면(51d)의 평행면(51c)과 대향하는 위치에, 통 형상 부재(5)의 지름 방향으로 관통하는 관통구멍(53)이 형성되어 있다. 평행면(51d)과 평행면(51e)의 경계를 이루는 단부(51g)가, 관통구멍(53)의 하단으로 되어 있다.

캠 슬라이더(7, 8)는 대략 사다리꼴 기둥 형상의 부재로서, 캠 드라이버(6)의 경사면(61b, 61d)과 동일한 경사면(71, 81)을 가지고, 경사면(71, 81)의 반대 측이, 도 9(c)에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 이루는 원(11a)에 대응하는 원주면(72, 82)으로 되어 있다. 이 원주면(72, 82)에, 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부에 대응하는 S자 형상 볼록부(73, 83)가 형성되어 있다.

캠 드라이버(6)의 본체부(61)의 축 방향 치수는, 통 형상 부재(5)의 축 방향 치수보다 길다.

캠 슬라이더(7)의 경사면(71)과 캠 드라이버(6)의 경사면(61b), 및 캠 슬라이더(8)의 경사면(81)과 캠 드라이버(6)의 경사면(61d)이, 금형의 캠 기구를 구성한다.

캠 드라이버(6)의 평행면(61c)과 통 형상 부재(5)의 평행면(51a), 캠 드라이버(6)의 평행면(61a)과 통 형상 부재(5)의 평행면(51c), 캠 드라이버(6)의 평행면(61e)과 통 형상 부재(5)의 평행면(51d)이, 각각 서로 접촉하는 하중 받이면으로 되어 있다.

소재 홀더(2)의 바닥판부의 중심에, 캠 드라이버(6)의 선단부(62)가 들어가는 원 구멍(22b)과, 캠 드라이버(6)의 본체부(61)의 선단부(62)측이 들어가는 직사각형 구멍(22c)이, 연속하는 관통구멍으로서 형성되어 있다.

이 금형을 사용하여, 이하의 방법으로, 너트 소재(1)의 내면에 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부를 형성한다.

우선, 소재 홀더(2)의 오목부(21)에 너트 소재(1)를 배치한 후, 너트 소재(1)의 내부에, 캠 슬라이더(7, 8)가 볼록부(73, 83)를 외측을 향하여 관통구멍(52, 53)에 유지된 통 형상 부재(5)를 삽입한다. 이어서, 통 형상 부재(5)의 중심구멍(51)에 선단부(62)측으로부터 캠 드라이버(6)를 삽입하고, 캠 드라이버(6)의 선단부(62)를, 소재 홀더(2)의 관통구멍(22b, 22c)에 넣는다. 도 7(a)는 이 상태를 나타낸다.

이어서, 프레스압을 가하여 캠 드라이버(6)를 위에서 누르면, 캠 드라이버(6)의 경사면(61b)으로부터 캠 슬라이더(7)의 경사면(71)에, 캠 드라이버(6)의 경사면(61d)으로부터 캠 슬라이더(8)의 경사면(81)에, 각각 힘이 전달된다. 이에 수반하여, 캠 드라이버(6)의 하향의 힘이 캠 슬라이더(7, 8)를 각각 지름 방향 외측으로 움직이는 힘으로 변환되어, 캠 슬라이더(7, 8)에 형성된 S자 형상 볼록부(73, 83)가, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 눌러 소성 변형시킨다. 도 7(b)는 이 상태를 나타낸다.

이에 따라, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 2개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부(15, 16)가 형성된다. 그때에, 캠 드라이버(6)의 선단부(62)는 소재 홀더(2)의 바닥 부재(22)의 관통구멍(22b)에 안내된다. 또한, 캠 슬라이더(7)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 통 형상 부재(5)의 평행면(51d)과 캠 드라이버(6)의 평행면(61e)이 접촉함으로써 받는다(반력의 연장선상의 반력에 수직인 면에서 받는다). 또한, 캠 슬라이더(8)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 통 형상 부재(5)의 평행면(51c)과 캠 드라이버(6)의 평행면(61a)과의 접촉, 및 통 형상 부재(5)의 평행면(51a)과 캠 드라이버(6)의 평행면(61c)과의 접촉으로 받는다(반력의 연장선상의 반력에 수직인 면에서 받는다). 이 때문에, 캠 드라이버(6)가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다.

따라서, 이 제3예의 방법에 의하면, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 캠 드라이버(6)에 파손을 발생시키지 않고, 2개의 S자 형상 오목부(15, 16)를 동시에 형성할 수 있다. 또한, 너트 소재(1)의 내경이 동일하면 원통 부재(5)와 캠 드라이버(6)는 공통 부품으로서 사용할 수 있고, S자 형상 볼록부(73, 83)가 상이한 캠 슬라이더(7, 8)를 준비함으로써, 형상이 상이한 다종류의 S자 형상 오목부를 형성할 수 있기 때문에, 소량 다품종을 생산하는 방법으로서 적합하다. 또한, 마모, 변형이 가장 발생하기 쉬운 S자 형상 볼록부의 교환을 캠 슬라이더(7, 8)만의 교환으로 행할 수 있기 때문에, 메인터넌스의 면에서의 이점도 가진다.

또한, 이 제3예에서는, 캠 슬라이더의 유지 부재로서, 도 9(a), (b)에 나타낸 통 형상 부재(5)를 사용하고 있지만, 캠 슬라이더(7, 8)의 압출 시에 통 형상 부재(5)에 가해지는 지름 방향 외측으로 넓히고자 하는 힘을 완화하기 위하여, 통 형상 부재(5)의 외주원으로부터 중심구멍(51)에 이르러 축 방향 전체에 신장되는 절각을 마련하는 것이 바람직하다.

도 10의 예에서는, 이 절각(54)을 평행면(51a) 내지 (51e)과 평행하게, 통 형상 부재(5)의 외주원의 지름을 따라 2개 형성하고 있다. 즉, 도 10(a), (b)에 나타낸 캠 슬라이더의 유지 부재는, 통 형상 부재(5)가 외주원의 지름을 따른 면에서 2분할된 형상의, 분할체(5A, 5B)로 이루어진다. 이러한 분할체(5A, 5B) 로 이루어지는 것을 캠 슬라이더의 유지 부재로서 사용함으로써, 통 형상 부재(5)를 사용한 경우보다도 쉽게 파손되지 않는다.

또한, 이 제3예에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 외주면에 1개의 S자 형상 볼록부(73, 83)를 가지는 캠 슬라이더(7, 8)를 사용하고 있지만, 외주면에 복수의 S자 형상 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 사용해도 좋고, 외주면에 1개의 S자 형상 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 3개 이상 사용해도 좋다.

도 11의 예에서는, 한쪽의 캠 슬라이더(7)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(73, 73a)를 마련하고, 다른 쪽의 캠 슬라이더(8)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(83, 83a)를 마련하고 있다. 캠 슬라이더(7, 8)의 축 방향 치수는 도 7의 경우보다 커지고, 이에 대응시킨 치수로 유지 부재(5)의 관통구멍(52, 53)이 형성되어 있다. 또한, 캠 드라이버(6)의 경사면(61b, 61d)이, 캠 슬라이더(7, 8)의 경사면(71, 81)에 대응시켜 형성되어 있다.

캠 슬라이더(7)의 2개의 S자 형상 볼록부(73, 73a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일하다. 캠 슬라이더(8)의 2개의 S자 형상 볼록부(83, 83a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일하다. 그리고 4개의 S자 형상 볼록부(73, 73a, 83, 83a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하다.

따라서, 도 11의 예에서는, 캠 드라이버(6)를 위에서 누르는 조작을 1회 행함으로써, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)를 형성할 수 있다. 이 예에서는, 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)의 형성 위치가, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 2개씩 동일해진다.

또한, 도 11의 예에서는, 캠 슬라이더(7)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 축 방향에서의 S자 형상 볼록부(73)의 위치에서는, 통 형상 부재(5)의 평행면(51d)과 캠 드라이버(6)의 평행면(61e)이 접촉함으로써 받는다(반력의 연장선상의 반력에 수직인 면에서 받는다). S자 형상 볼록부(73a)에 작용하는 지름 방향의 힘의 반력은, 캠 슬라이더(8)의 2개의 S자 형상 볼록부(83, 83a)와 너트 소재(1)의 내주면(11)과의 접촉점에서 받는다.

캠 슬라이더(8)에 전달되어 S자 형상 볼록부(83a)에 작용하는 지름 방향의 힘의 반력은, 캠 슬라이더(7)의 2개의 S자 형상 볼록부(73, 73a)와 너트 소재(1)의 내주면(11)과의 접촉점에서 받는다. S자 형상 볼록부(83)에 작용하는 지름 방향의 힘의 반력은, 통 형상 부재(5)의 평행면(51c)과 캠 드라이버(6)의 평행면(61a)과의 접촉으로 받는다(반력의 연장선상의 축 방향에서의 근방의 반력에 수직인 면에서 받는다). 이 때문에, 캠 드라이버(6)가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다.

도 12의 예에서는, 1개의 S자 형상 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 4개 사용하고 있다. 구체적으로는, 도 7의 캠 슬라이더(7)와 둘레 방향에서 동일한 위치이며, 축 방향에서 상이한 위치에 캠 슬라이더(7B)를 배치하고, 캠 슬라이더(8)와 둘레 방향에서 동일한 위치이며, 축 방향에서 상이한 위치에 캠 슬라이더(8B)를 배치하고 있다.

캠 드라이버(6)에는, 캠 슬라이더(7, 8)의 경사면(71, 81)에 대응하는 경사면(61b, 61d)에 더하여, 캠 슬라이더(7B, 8B)의 경사면(71B, 81B)에 대응하는 경사면(61f, 61g)이 형성되어 있다. 통 형상 부재(5)에는, 캠 슬라이더(7, 8)를 배치하기 위한 관통구멍(52, 53)에 더하여, 캠 슬라이더(7B, 8B)를 배치하기 위한 관통구멍(52a, 53a)이 형성되어 있다.

도 12의 금형은, 캠 드라이버(6)의 경사면(61b, 61f) 간 및 경사면(61g, 61d) 간에, 단차면(61i, 61j)이 형성되어 있기 때문에, 캠 드라이버(6)와 모든 캠 슬라이더를 통 형상 부재(5)에 장착하고 나서, 너트 소재(1)의 내부에 삽입할 필요가 있다.

4개의 캠 슬라이더(7, 8, 7B, 8B)에 형성되어 있는 S자 형상 볼록부(73, 83, 73b, 83b)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 2개씩 동일하다.

따라서, 도 12의 예에서는, 캠 드라이버(6)를 위에서 누르는 조작을 1회 행함으로써 너트 소재(1)의 내주면(11)에 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)를 형성할 수 있다. 이 예에서는, 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)의 형성 위치가, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 2개씩 동일해진다.

또한, 도 7의 통 형상 부재(5)와 유사한 통 형상 부재(캠 슬라이더의 유지 부재) (50)와, 도 7의 캠 드라이버(6)와 유사한 캠 드라이버(6A)와, 1개의 캠 슬라이더(7)를 가지는 금형을 사용하여, 1개의 S자 형상 오목부(15)를 형성하는 예를 도 13에 나타낸다.

도 13의 예에서는, 1개의 캠 슬라이더(7)가 통 형상 부재(50)로 유지되어 있고, 통 형상 부재(50)에는 관통구멍(52)은 형성되어 있지만, 관통구멍(53)은 형성되어 있지 않다. 캠 드라이버(6)는, 경사면(61d)이 없고, 평행면(하중 받이면)(61e)이 선단부(62)의 부근까지 연장되어 있고, 단차면(61h)을 가진다. 또한, 캠 드라이버(6)의 평행면(61e)에 접촉하는 평행면(하중 받이면)(51d)이 통 형상 부재(50)에 형성되어 있다.

이 때문에, 캠 드라이버(6A)를 위에서 눌러, 캠 드라이버(6A)의 경사면(61b)으로부터 캠 슬라이더(7)의 경사면(71)에 힘을 전달하여 캠 슬라이더(7)를 지름 방향 외측으로 움직일 때에, 캠 슬라이더(7)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 통 형상 부재(50)의 평행면(51d)과 캠 드라이버(6A)의 평행면(61e)이 접촉함으로써 받는다(반력의 연장선상의 반력에 수직인 면에서 받는다). 또한, 제1실시형태의 경우에는, 너트 소재(1)의 내주면(11)이 반력의 연장선상의 반력에 수직인 면으로 되어 있다.

도 13의 예는, 제1예와 같이 통 형상 부재(50)를 이용하지 않을 경우와 비교하여, 너트 소재(1)의 내경이 동일하면 원통부재(50)와 캠 드라이버(6A)를 공통 부품으로서 사용할 수 있고, S자 형상 볼록부(73)가 상이한 캠 슬라이더(7)를 준비함으로써, 형상이 상이한 다종의 S자 형상 오목부를 형성할 수 있기 때문에, 소량 다품종을 생산하는 방법으로서 적합하다. 또한, 마모, 변형이 가장 발생하기 쉬운 S자 형상 볼록부의 교환을 캠 슬라이더(7)만의 교환으로 행할 수 있기 때문에, 메인터넌스의 면에서의 이점도 가진다.

또한, 도 11 내지 13의 예에 있어서도, 통 형상 부재(5, 50) 대신에 도 10에 나타낸 바와 같은 분할체(5A, 5B)로 이루어지는 것을 캠 슬라이더의 유지 부재로서 사용함으로써, 쉽게 파손되지 않게 할 수 있다. 캠 슬라이더가 둘레 방향에서 복수장소에 배치되는 경우에는, 각 캠 슬라이더를 배치하는 부분(도 10의 관통구멍(52, 53))이 분리되도록, 절각(54)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 예를 들어 캠 슬라이더가 둘레 방향에서 3등배되어 있는 경우에는, 3분할된 형상의 분할체를 이용하는 것이 바람직하다.

[제4예]

이 제4예에서 사용하는 금형은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(1)를 유지하는 오목부(21)를 가지는 소재 홀더(2)와, 너트 소재(1)의 내부에 삽입하는 통 형상 부재(캠 슬라이더의 유지 부재)(9)와, 통 형상 부재(9)의 중심구멍(91)에 삽입하는 캠 드라이버(60)와, 통 형상 부재(9)의 관통구멍(92, 93)에 배치되는 캠 슬라이더(7A, 8A)를 가진다. 소재 홀더(2)의 오목부(21)의 중심에, 통 형상 부재(9)의 선단부를 유지하는 오목부(21a)가 형성되어 있다.

캠 드라이버(60)는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 장척의 4각주 형상으로 형성된 본체부(63)와 원주 형상의 선단부(62)로 이루어진다. 본체부(63)의 양 측면(64, 65)의 선단부(62) 측에 오목부(66, 67)가 형성되어 있다. 일측면(64)측의 오목부(66)에는, 선단부(62)측으로부터, 축 방향과 평행한 평행면(66a), 축 방향에 대하여 경사져 있는 경사면(66b)이 형성되어 있다. 타측면(65)측의 오목부(67)에는, 축 방향에 대하여 경사져 있는 경사면(67a)이 형성되어 있다.

타 측면(65)의 오목부(67) 개시 위치(평행면(65)과 경사면(67a)과의 경계)는, 일 측면의 평행면(66a)과 경사면(66b)과의 경계보다 약간 선단부(62)측에 있다. 선단부(62)를 이루는 원주의 지름은, 본체부(63)의 하단(선단부(62)측)에서의 오목부(66)의 바닥면과 오목부(67)의 바닥면과의 간격과 동일하다. 이들의 사항은 필수는 아니지만, 이와 같이 함으로써, 선단부(62) 및 본체부(63)의 선단부(62)에 가까운 부분의 강도가 높아지기 때문에 바람직하다.

통 형상 부재(9)는, 너트 소재(1)의 내주면에서 약간 작은 외주면을 가진다. 도 16(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 통 형상 부재(9)의 중심구멍(91)은, 캠 드라이버(60)의 본체부(63)에 대응하는 단면형상을 가진다. 이 중심구멍(91)을 형성하는 축 방향과 평행한 평행면(91a, 91b)이, 캠 드라이버(60)의 축 방향과 평행한 측면(64, 65)을 받는 면(하중 받이면)으로 되어 있다.

캠 슬라이더(7A, 8A)는, 도 16(c)에 나타낸 바와 같이, 경사면(71, 81)을 가지는 대략 사다리꼴 기둥 형상부의 외측에, 원주면(72, 82)을 가지는 궁형 기둥형상부가 존재하고 있는 형상의 부재이며, 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부에 대응하는 S자 형상 볼록부(73, 83)가, 원주면(72, 82)에 형성되어 있다. 경사면(71, 81)은, 캠 드라이버(60)의 경사면(66b, 67a)과 동일한 경사이며, 원주면(72, 82)은, 원(11a)으로 나타난 너트 소재(1)의 내주면(11)과 거의 동일하다.

캠 드라이버(60)의 본체부(63)의 축 방향 치수는, 통 형상 부재(9)의 축 방향 치수보다 길다.

캠 슬라이더(7A)의 경사면(71)과 캠 드라이버(60)의 경사면(66b), 및 캠 슬라이더(8A)의 경사면(81)과 캠 드라이버(60)의 경사면(67a)이, 각각 금형의 캠 기구를 구성한다. 소재 홀더(2)의 바닥판부의 중심에, 캠 드라이버(60)의 선단부(62)가 들어가는 원형의 관통구멍(23)이 형성되어 있다.

이 금형을 사용하여, 이하의 방법으로, 너트 소재(1)의 내면에 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부를 형성한다.

우선, 소재 홀더(2)의 오목부(21)에 너트 소재(1)를 배치한 후, 너트 소재(1)의 내부에, 캠 슬라이더(7A, 8A)가 볼록부(73, 83)를 외측을 향하여 관통구멍(92, 93)에 유지된 통 형상 부재(9)를 삽입하여, 그 선단부를 오목부(21a)에 배치한다. 이어서, 통 형상 부재(9)의 중심구멍(91)에 선단부(62)측으로부터 캠 드라이버(60)를 삽입하고, 캠 드라이버(60)의 선단부(62)를 소재 홀더(2)의 관통구멍(23)에 넣는다. 도 14(a)는 이 상태를 나타낸다.

이어서, 프레스압을 가하여 캠 드라이버(60)를 위에서 누르면, 캠 드라이버(60)의 경사면(66b)으로부터 캠 슬라이더(7A)의 경사면(71)에, 캠 드라이버(60)의 경사면(67a)으로부터 캠 슬라이더(8A)의 경사면(81)에, 각각 힘이 전달된다. 이에 수반하여, 캠 드라이버(60)의 하향의 힘이 캠 슬라이더(7A, 8A)를 각각 지름 방향 외측으로 움직이는 힘으로 변환되어, 캠 슬라이더(7A, 8A)에 형성된 S자 형상 볼록부(73, 83)가, 너트 소재(1)의 내주면(11)을 눌러 소성 변형시킨다. 도 14(b)는 이 상태를 나타낸다.

이에 따라, 너트 소재(1)의 내주면(11)에, 2개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부(15, 16)가 형성된다. 그때에, 캠 드라이버(60)의 선단부(62)는 소재 홀더(2)의 관통구멍(23)에 안내된다. 또한, 캠 슬라이더(7A)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 통 형상 부재(9)의 평행면(91b)과 캠 드라이버(60)의 측면(65)이 접촉함으로써 받는다(반력의 연장선상의 반력에 수직인 면에서 받는다). 또한, 캠 슬라이더(8A)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, 통 형상 부재(9)의 평행면(91a)과 캠 드라이버(60)의 측면(64)의 평행면(66a)의 양 부분(64a)이 접촉함으로써 받는다(반력과 동일한 축 방향 위치에서, 반력의 연장선상의 근방, 또한, 반력에 수직인 면에서 받는다). 이 때문에, 캠 드라이버(60)가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다.

따라서, 이 제4예의 방법에 의하면, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 캠 드라이버(60)에 파손을 발생시키지 않고, 2개의 S자 형상 오목부(15, 16)를 동시에 형성할 수 있다. 또한, 이 제4예의 방법에서 사용하는 캠 드라이버(60) 및 유지 부재(9)는, 제3예에서 사용하는 캠 드라이버(6) 및 유지 부재(5)와 비교하여 하중 받이면의 면적이 크기 때문에, 제3예의 방법보다도 캠 드라이버에 파손이 쉽게 발생하지 않는다.

또한, 하중 받이면(통 형상 부재(9)의 평행면(91a, 91b) 및 캠 드라이버(60)의 측면(63, 64))이 축 방향 전체에 마련되어 있기 때문에, 너트 소재(1)에 형성하는 2개의 S자 형상 오목부(15, 16)의 축 방향 간격이 좁은 경우에도, 캠 슬라이더에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을 충분히 받을 수 있다.

또한, 너트 소재(1)의 내경이 동일하면 원통부재(9)와 캠 드라이버(60)는 공통 부품으로서 사용할 수 있고, S자 형상 볼록부(73, 83)가 상이한 캠 슬라이더(7A, 8A)를 준비함으로써, 형상이 상이한 다종의 S자 형상 오목부를 형성할 수 있기 때문에, 소량 다품종을 생산하는 방법으로서 적합하다. 또한, 마모, 변형이 가장 발생하기 쉬운 S자 형상 볼록부의 교환을 캠 슬라이더(7A, 8A)만의 교환으로 행할 수 있기 때문에, 메인터넌스의 면에서의 이점도 가진다.

또한, 이 제4예에서는, 캠 슬라이더의 유지 부재로서, 도 16(a), (b)에 나타낸 통 형상 부재(9)를 사용하고 있지만, 캠 슬라이더(7A, 8A)의 압출 시에 통 형상 부재(9)에 가해지는 지름 방향 외측으로 넓히고자 하는 힘을 완화하기 위하여, 통 형상 부재(9)의 외주원으로부터 중심구멍(91)에 이르러 축 방향 전체에 연장되는 절각을 마련하는 것이 바람직하다.

도 17의 예에서는, 이 절각(94)을 평행면(91a, 91b)과 평행하게, 통 형상 부재(9)의 외주원의 지름에 따라 2개 형성하고 있다. 즉, 도 17(a), (b)에 나타낸 캠 슬라이더의 유지 부재는, 통 형상 부재(9)가 외주원의 지름에 따른 면에서 2분할된 형상의, 분할체(9A, 9B) 로 이루어진다. 이러한 분할체(9A, 9B)로 이루어지는 것을 캠 슬라이더의 유지 부재로서 사용함으로써, 통 형상 부재(9)를 사용한 경우보다도 쉽게 파손되지 않는다.

또한, 이 제4예에서는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 외주면에 1개의 S자 형상 볼록부(73, 83)를 가지는 캠 슬라이더(7A, 8A)를 사용하고 있지만, 외주면에 복수의 S자 형상 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 사용해도 좋고, 외주면에 1개의 S자 형상 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 3개 이상 사용해도 좋다.

도 18의 예에서는, 한쪽의 캠 슬라이더(7A)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(73, 73a)를 마련하고, 다른 쪽의 캠 슬라이더(8A)의 외주면에 2개의 S자 형상 볼록부(83, 83a)를 마련하고 있다. 캠 슬라이더(7A, 8A)의 축 방향 치수는 도 14의 경우보다 커지고, 이에 대응시킨 치수로 유지 부재(9)의 관통구멍(92, 93)이 형성되어 있다. 또한, 캠 드라이버(60)의 경사면(66b, 67a)이 캠 슬라이더(7A, 8A)의 경사면(71, 81)에 대응시켜 형성되어 있다.

캠 슬라이더(7A)의 2개의 S자 형상 볼록부(73, 73a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일하다. 캠 슬라이더(8A)의 2개의 S자 형상 볼록부(83, 83a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 동일하다. 그리고 4개의 S자 형상 볼록부(73, 73a, 83, 83a)의 배치는, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하다.

따라서, 도 18의 예에서는, 캠 드라이버(60)를 위에서 누르는 조작을 1회 행함으로써, 너트 소재(1)의 내주면(11)에 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)를 형성할 수 있다. 이 예에서는, 4개의 S자 형상 오목부(15, 15a, 16, 16a)의 형성 위치가, 너트 소재(1)의 축 방향에서 모두 상이하고, 내주면(11)의 둘레 방향에서 2개씩 동일해진다.

또한, 도 18의 예에서는, 캠 슬라이더(7A)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, S자 형상 볼록부(73, 73a)의 어느 위치에서도, 통 형상 부재(9)의 평행면(91b)과 캠 드라이버(60)의 측면(65)이 접촉함으로써 받는다(반력의 연장선상의 반력에 수직인 면에서 받는다). 또한, 캠 슬라이더(8A)에 전달된 지름 방향의 힘의 반력을, S자 형상 볼록부(83, 83a)의 어느 위치에서도, 통 형상 부재(9)의 평행면(91a)과 캠 드라이버(60)의 측면(64)의 평행면(66a)의 양측부분(64a)이 접촉함으로써 받는다(반력과 동일한 축 방향 위치이며, 반력의 연장선상의 근방, 또한, 반력에 수직인 면에서 받는다). 이 때문에, 캠 드라이버(60)가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다.

또한, 도 11의 예와 도 18의 예를 비교하면, 도 11의 예는 도 18의 예보다도 금형의 구조가 간단한 것이라고 하는 점에서 유리하며, 도 18의 예는 도 11의 예보다도 캠 드라이버가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다고 하는 점에서 유리하다.

[제2실시형태]

제2실시형태는, 볼 나사를 구성하는 너트의 제조 방법에 관한 것이다.

볼 나사는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

볼 나사의 볼 복귀 경로에는 순환 튜브 방식이나 탑 방식 등이 있고, 탑 방식의 경우에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부가 형성된 탑을 너트의 관통구멍에 끼우고 있다. 이에 대하여, 특허문헌 1에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부(순환홈)를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 것이 기재되어 있다. 그 형성 방법은, 도 19를 사용하여 설명한 바와 같으므로, 여기서의 설명은 생략한다.

상기 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 너트의 축 방향 치수가 길고 내경이 작을 경우에, 금형의 가공 헤드가 가늘고 길어지기 때문에, 강도가 부족하여 파손되기 쉬워진다고 하는 문제점이 있다.

제2실시형태의 과제는, 복수의 볼 복귀 경로를 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접, 복수의 오목부로서 형성하는 방법으로서, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 금형을 파손하지 않고 상기 복수의 오목부를 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 이 제2실시형태는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 복수의 오목부로서 형성된, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 복수의 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서, 원통 형상의 너트 소재에 내삽 되고, 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와, 상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 복수의 오목부에 대응하는 복수의 볼록부의 적어도 하나가 형성되고, 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 복수의 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 복수의 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 동시에 형성하는 것을 특징으로 한다.

이 제2실시형태의 방법에 의하면, 상기 금형을 사용한 프레스법에 의해, 캠 기구를 이루는 경사면에서 캠 드라이버의 상기 축 방향에의 운동이 상기 지름 방향으로 방향을 바꾸어 복수의 캠 슬라이더에 전달되고, 복수의 캠 슬라이더에 형성된 복수의 볼록부가 너트 소재의 내주면을 눌러 소성 변형시킴으로써, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 복수의 오목부가 형성된다. 그리고 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 특허문헌 1의 방법과 비교하여 상기 금형에 파손이 쉽게 발생하지 않는다.

이 제2실시형태의 방법은, 상기 금형으로서, 상기 캠 드라이버가 상기 너트 소재의 축 방향과 평행한 하중 받이면을 가지고, 상기 캠 드라이버 이외의 부재(예를 들어 너트 소재를 유지하는 부재의 바닥이나 캠 슬라이더를 유지하는 부재)에 상기 하중 받이면과 접촉하는 하중 받이면이 형성되어 있는 것을 사용하여 프레스를 행할 수 있다. 이에 따라, 상기 캠 슬라이더에 전달된 상기 지름 방향의 힘의 반력을, 상기 양 하중 받이면이 접촉함으로써 받을(반력에 수직인 면에서 받을) 수 있기 때문에, 캠 드라이버가 가늘고 긴 형상이어도, 캠 드라이버가 받는 휨 모멘트를 작게 할 수 있다.

이 제2실시형태의 방법은, 또한 상기 금형으로서, 상기 복수의 캠 슬라이더가 캠 드라이버와 너트 소재와의 사이에 배치되는 유지 부재에 유지되고, 상기 유지 부재가 상기 하중 받이면을 가지는 것을 사용하여 프레스를 행할 수 있다.

이 제2실시형태의 방법에 있어서, 상기 복수의 캠 슬라이더에 형성된 볼록부의 상기 너트 소재의 지름 방향 외측에의 이동량(압입량)을, 예를 들어, 너트 소재의 상기 복수의 오목부를 형성하는 부분의 소성 유동의 차이에 대응시켜 바꿈(소성 유동하기 쉬운 부분의 압입량을 적게 하고, 소성 유동하기 어려운 부분의 압입량을 많게 함)으로써, 상기 복수의 오목부의 형상 및 치수를 균일하게 형성할 수 있다.

상기 복수의 캠 슬라이더와 캠 드라이버가 접촉하는 복수의 경사면의 경사각도를 바꿈으로써, 각 캠 슬라이더에 형성된 볼록부의 상기 너트 소재의 지름 방향 외측에의 이동량을 바꿀 수 있다.

이 제2실시형태의 방법에 의하면, 복수의 볼 복귀 경로를 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접, 복수의 오목부로서 형성하는 방법으로서, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 금형을 파손하지 않고 상기 복수의 오목부를 형성할 수 있다.

[제1예]

제1실시형태의 제2예의 방법에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 경사면(33)의 경사각도가 동일하며, 볼록부(35, 36)의 지름 방향에의 돌출 치수가 동일한 1쌍의 캠 슬라이더(3)를 사용하고, 볼록부(35, 36)가 너트 소재(1)의 내주면(11)을 누르기 시작하는 타이밍을 동일하게 함으로써, 볼록부(35, 36)의 압입량(너트 소재(1)의 지름 방향에의 이동량)을 동일하게 하여 S자 형상 오목부(15, 16)를 형성하고 있다.

너트 소재(1)의 구속형으로서, 너트 소재(1)의 축 방향 하단면과 외주면이 구속되는 소재 홀더(2)를 이용하고 있을 경우, 너트 소재(1)의 축 방향 하부는, 소재 홀더(2)의 오목부(21)로 구속되어 있는 단면에 가깝기 때문에, 오목부(21)로 구속되지 않은 단면에 가까운 축 방향 상부보다도 소성 유동하기 어려워진다. 따라서, 제1실시형태의 방법과 같이, 볼록부(35, 36)의 압입량이 동일하면, 상측의 S자 형상 오목부(15)와 하측의 S자 형상 오목부(16)가 균일한 형상 및 치수로 형성되기 어렵다.

이에 대하여, 제2실시형태의 제1예의 방법에서는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 경사면(133)의 경사각도가 동일하며, 볼록부(135, 136)의 지름 방향에의 돌출 치수가 상이한(상측의 S자 형상 오목부(115)를 형성하는 볼록부(135)가, 하측의 S자 형상 오목부(116)를 형성하는 볼록부(136)보다 작음) 캠 슬라이더(103A, 103B)를 사용하고 있다. 이 점을 제외하면, 제2실시형태의 제1예에서 사용하는 금형은 제1실시형태의 제2예에서 사용하는 금형과 동일하다.

이 때문에, 도 20에 나타낸 바와 같이, 캠 슬라이더(103A, 103B)의 볼록부(135, 136)의 지름 방향 외단부가 너트 소재(101)의 내주면(111)과 접촉하고, 또한 캠 슬라이더(103B)의 경사면(133)이 캠 드라이버의 경사면(141a)과 접촉하고 있는 상태, 즉, 캠 슬라이더(103B)의 볼록부(136)가 너트 소재(101)의 내주면(111)에 압입되기 직전의 상태에서, 캠 드라이버(104)의 경사면(141a)과 캠 슬라이더(103A)의 경사면(133)이 간극을 가지고 대향하고 있다. 따라서, 이 상태에서 캠 드라이버(104)를 위에서 눌렀을 때에, 볼록부(136)가 형성되어 있는 캠 슬라이더(103B)가, 볼록부(135)가 형성되어 있는 캠 슬라이더(103A)보다도 먼저 지름 방향 외측으로 이동하여, 볼록부(136)가 볼록부(135)보다도 먼저 너트 소재(101)의 내주면(111)을 누르기 시작한다.

그 후, 캠 드라이버(104)의 이동에 수반하여 캠 드라이버(104)의 경사면(141a)과 캠 슬라이더(103A)의 경사면(133)이 접촉한 후는, 캠 슬라이더(103A, 103B)가 각각 지름 방향 외측으로 이동한다. 이때, 캠 슬라이더(103A, 103B)의 경사면(133)(캠 드라이버(104)의 한 쌍의 경사면(141a))의 경사각도가 동일하게 때문에, 지름 방향 외측에의 이동량은, 너트 소재(101)의 내주면(111)을 누르기 시작하는 타이밍이 늦은 볼록부(135)가 볼록부(136)보다 적어진다. 볼록부(135, 136)의 지름 방향에의 돌출 치수의 차이는, 이 이동량의 차이에 대응시키고 있다.

이상과 같이, 이 제2실시형태의 제1예의 방법에 의하면, 볼록부(135, 136)가 너트 소재(101)의 내주면(111)을 누르기 시작하는 타이밍을 바꾸고, 너트 소재(101)의 내주면(111)에 대한 볼록부(135, 136)의 압입량을 변화시킴으로써, 제1실시형태의 제2예의 방법과 비교하여, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)를 균일한 형상 및 치수로 형성되기 쉬워진다.

또한, 도 20(b)에서는, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)가, 대응하는 볼록부(135, 136)의 돌출 치수에 대응한 상이한 깊이로 형성되어 있는 것과 같이 보이지만, 이 도면은 설명도에 불과하고, 이 제2실시형태의 제1예의 방법을 실시하면, 실제로는, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)가 균일한 형상 및 치수로 형성된다.

또한, 제1실시형태의 제3예 및 제4예의 방법에, 이 제2실시형태의 제1예의 방법(1쌍의 캠 슬라이더에서 볼록부가 너트 소재의 내주면을 누르기 시작하는 타이밍을 바꿈으로써, 각 볼록부의 압입량을 바꾸는 방법)을 적용할 수도 있다.

[제2예]

이 제2실시형태의 제2예의 방법에서는, 도 21에 나타낸 바와 같이, 제1실시형태의 제3예에서 사용하는 도 7의 금형과 이하의 점을 제외하고 동일한 금형을 사용한다. 즉, 제2예에서 사용하는 금형은, 상측의 S자 형상 오목부(115)를 형성하는 캠 슬라이더(107)의 볼록부(173)의 지름 방향에의 돌출 치수가, 하측의 S자 형상 오목부(116)를 형성하는 캠 슬라이더(108)의 볼록부(183)보다 작다. 캠 슬라이더(107)의 경사면(171)의 경사각도가 캠 슬라이더(108)의 경사면(181)의 경사각도보다 작아지고, 이에 대응하여, 캠 드라이버(106)의 경사면(161b)의 경사각도가 경사면(161d)의 경사각도보다 작다.

이 때문에, 캠 드라이버(106)를 위에서 눌렀을 때에, 캠 슬라이더(107, 108)는 동시에, 너트 소재(101)의 지름 방향 외측으로 이동하고, 볼록부(173, 183)는 너트 소재(101)의 내주면을 누르기 시작한다. 그 후, 캠 슬라이더(107, 108)는, 각각 캠 드라이버(106)의 이동에 수반하여 지름 방향 외측으로 이동하는데, 캠 슬라이더(107)의 경사면(171)의 경사각도가 캠 슬라이더(108)의 경사면(181)의 경사각도보다 작기 때문에, 지름 방향 외측에의 이동량은, 캠 슬라이더(107)가 캠 슬라이더(108)보다 적어진다. 볼록부(173, 183)의 지름 방향에의 돌출 치수의 차이는, 이 이동량의 차이에 대응시키고 있다.

이상과 같이, 이 제2실시형태의 제2예의 방법에 의하면, 볼록부(173, 183)가 너트 소재(101)의 내주면(111)을 누르기 시작하는 타이밍은 동일하지만, 캠 드라이버(106)와 캠 슬라이더(107, 108)가 접촉하는 경사면(171, 181)의 경사각도를 바꾸고, 너트 소재(101)의 내주면(111)에 대한 볼록부(173, 183)의 압입량을 변화시킴으로써, 제1실시형태의 제3예의 방법과 비교하여, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)가 균일한 형상 및 치수로 형성되기 쉬워진다.

또한, 도 21(b)에서는, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)가, 대응하는 볼록부(173, 183)의 돌출 치수에 대응한 상이한 깊이로 형성되어 있는 것과 같이 보이지만, 이 도면은 설명도에 불과하고, 이 제2실시형태의 제2예의 방법을 실시하면, 실제로는, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)가 균일한 형상 및 치수로 형성된다.

또한, 이 제2실시형태의 제2예의 방법에서는, 캠 드라이버(106)와 캠 슬라이더(107, 108)가 접촉하는 경사면(171, 181)의 경사각도를 바꾸는 것과, 볼록부(173, 183)가 너트 소재(101)의 내주면(111)을 누르기 시작하는 타이밍을 바꾸는 것(제1실시형태의 제4예의 방법)을 조합시켜, 너트 소재(101)의 내주면(111)에 대한 볼록부(173, 183)의 압입량을 바꾸도록 해도 좋다.

또한, 제2실시형태의 제1예 및 제2예에서는, 상측의 S자 형상 오목부(115)와 하측의 S자 형상 오목부(116)를 균일한 형상 및 치수로 형성하기 위하여, 구속 상태의 차이에 의한 너트 소재(101)의 소성 유동의 차이에 대응시켜, 한 쌍의 캠 슬라이더의 볼록부의 압입량을 변화시키고 있다. 이러한 너트 소재의 구속 상태의 차이에 수반하는 소성 유동의 차이가 있는 예 이외에, 너트 소재의 외주에 플랜지가 형성되어 있는 경우 등에서도, 너트 소재의 내주면에 대한 복수의 캠 슬라이더의 볼록부의 압입량을 바꿈으로써 복수의 오목부를 균일하게 형성하기 쉽게 할 수 있다.

또한, 제2실시형태의 제1예 및 제2실시형태의 제2예에서는, 상측의 볼록부의 압입량을 하측의 볼록부의 압입량보다 적게 하고 있지만, 너트 소재의 구속 상태나 외주형상 등에 따라, 상측의 볼록부의 압입량을 하측의 볼록부의 압입량보다 많게 해도 좋다.

또한, 제1실시형태의 제2예, 제3예, 제4예, 및, 제2실시형태의 제1예, 제2예에서는, 너트 소재(1(101))의 내주면(11(111))에 2개의 S자 형상 오목부(볼 복귀 경로를 형성하는 오목부)(15(115), 16(116))를 형성하는 경우를 설명하고 있지만, 제2실시형태의 방법은, 볼 복귀 경로를 형성하는 오목부를 너트 소재의 내주면에 3개 이상 형성하는 경우에도 당연히 적용할 수 있다.

[제3실시형태]

제3실시형태는, 볼 나사의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

볼 나사의 볼 복귀 경로에는 순환 튜브 방식이나 탑 방식 등이 있고, 탑 방식의 경우에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부가 형성된 탑을 너트의 관통구멍에 끼우고 있다. 이에 대하여 특허문헌 1에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부(순환홈)를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 것이 기재되어 있다. 그 형성 방법은, 도 19를 이용하여 설명한 바와 같으므로, 여기서의 설명은 생략한다.

그러나 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 너트의 축 방향 치수가 길고 내경이 작을 경우, 금형의 가공 헤드가 가늘고 길어지기 때문에, 강도가 부족하여 파손하기 쉬워진다고 하는 문제점이 있다. 또한, 상기 오목부의 형성에 수반하는 재료의 흐름을 제어할 수 없고, 상기 너트 소재의 축 방향을 향함으로써, 너트 소재의 축 방향 양 단면이 변형하여 볼록 형상이 된다. 너트 소재의 축 방향 단면은, 다음 공정인 나선 홈 가공에서 가공 기준면이 되기 때문에, 볼록 형상이 되면 그대로는 나선 홈 가공 정밀도가 저하된다고 하는 문제점도 있다.

제3실시형태의 과제는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 방법으로서, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 금형을 파손하지 않고 상기 오목부를 형성할 수 있음과 동시에, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면의 변형을 억제할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제3실시형태는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 제조 방법으로서, 원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와, 상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더와, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면과 외주면을 구속하고, 상기 외주면을 받는 내주면에 상기 볼록부에 대응하는 오목부가 형성된 구속 부재를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 볼록부에서 상기 너트 소재의 내주면을 누름으로써, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 오목부를 형성하고, 상기 구속 부재의 오목부에 상기 너트 소재의 외주부를 돌출시키는 것을 특징으로 한다.

이 제3실시형태의 방법에 의하면, 상기 금형을 사용한 프레스법에 의해, 캠 기구를 이루는 경사면에서 캠 드라이버의 상기 축 방향에의 운동이 상기 지름 방향으로 방향을 바꾸어 캠 슬라이더에 전달되고, 캠 슬라이더에 형성된 볼록부가 너트 소재의 내주면을 눌러 소성 변형시킴으로써, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 오목부가 형성된다. 그리고 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 특허문헌 1의 방법과 비교하여 상기 금형에 파손이 쉽게 발생하지 않는다.

또한, 상기 구속 부재에 의해, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면과 외주면이 구속되고, 상기 구속 부재의 오목부에 상기 너트 소재의 외주부를 돌출시키기 때문에, 상기 오목부의 형성에 수반하여 재료가 상기 너트 소재의 축 방향으로 흐르는 것이 억제된다. 따라서, 상기 오목부의 형성 시에, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면이 쉽게 변형하지 않는다. 너트 소재의 축 방향 단면은, 다음 공정인 나선 홈 가공에서 가공 기준면이 되기 때문에, 그대로 사용한 경우의 나선 홈 가공정밀도가 향상된다.

이 제3실시형태의 방법으로 제조된 볼 나사는, 상기 너트의 외주면의 상기 오목부에 대응하는 위치에 돌기가 형성된 것이 된다.

제3실시형태의 방법에 의하면, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 방법으로서, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 금형을 파손하지 않고 상기 오목부를 형성할 수 있음과 동시에, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면의 변형을 억제할 수 있다.

이하, 제3실시형태에 대하여 설명한다. 이 실시형태에서 사용하는 금형은, 도 22 내지 24에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(201)의 내부에 삽입하는 캠 드라이버(202)와, 너트 소재(201)와 캠 드라이버(202)와의 사이에 배치되는 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)와, 너트 소재(201)와 동일한 내경의 오목부(241)가 상면의 중심에 형성된 베이스(台, 204)와, 너트 소재(201)의 상단면과 외주면을 구속하는 구속 부재(205)와, 구속 부재(205)의 외측에의 이동을 규제하는 바깥쪽 부재(206)를 구비하고 있다.

캠 드라이버(202)는, 도 23(a)에 나타낸 바와 같이, 단면이 정방형의 막대 형상 부재로서, 단면의 정방형이 축 방향에서 변화되지 않는 기단부(221)와, 단면의 정방형이 선단을 향하여 작아지는 본체부(222)로 이루어진다. 즉, 기단부(221)의 4개의 측면(221a) 내지 (221d)은 전후와 좌우에서 각각 평행한 면이며, 본체부(222)의 4개의 측면(222a) 내지 (222d)은, 경사가 동일한 경사면으로 되어 있다.

캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)는, 도 23(b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(201)의 내경보다 약간 소경의 외주면(231)을 가지는 원주를, 둘레 방향에서 4분할 한 형상의 부재로서, 외주면(231)의 반대 측에, 캠 드라이버(202)의 4개의 측면(222a) 내지 (222d)과 경사가 동일한 경사면(233)이 형성되어 있다. 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)를, 외주면(231)을 너트 소재(201)의 내주면(211)을 이루는 원(211a)에 맞추어 배치하면, 원(211a)의 중심에, 4개의 경사면(233)에 의해, 캠 드라이버(202)가 삽입되는 공간이 형성된다. 또한, 각 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)의 외주면(231)에, 4개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부에 대응하는 S자 형상 볼록부(235A) 내지 (235D)가 형성되어 있다.

캠 드라이버(202)가 경사진 측면(222a) 내지 (222d)과 캠 슬라이더(203)의 경사면(233)이 금형의 캠 기구를 구성한다.

구속 부재(205)는, 도 24(a)에 나타낸 바와 같이, 외주 원이 축 방향에서 테이퍼 형상으로 변화되는 원통체가, 둘레 방향에서 4분할된 형상의 분할체(251) 내지 (254)로 이루어진다. 도 24(b)에 나타낸 바와 같이, 각 분할체(251) 내지 (254)의 내주면은, 외주면의 대경측이, 너트 소재(201)의 외경에 대응시킨 대경부(251a) 내지 (254a)에 형성되고, 외주면의 소경측이, 너트 소재(201)의 내경보다 약간 큰(외경보다는 작은) 소경부(251b) 내지 (254b)에 형성되어 있다.

이에 따라, 대경부(251a) 내지 (254a)와 소경부(251b) 내지 (254b)의 경계에, 너트 소재(201)의 상단면에 접촉시키는 구속면(251c) 내지 (254c)이 형성되어 있다. 또한, 각 분할체(251) 내지 (254)의 내주면의 대경부(251a) 내지 (254a)에, 캠 슬라이더(203)의 S자 형상 볼록부(235A) 내지 (235D)에 대응하는 오목부(251d) 내지 (254d)가 형성되어 있다. 각 분할체(251) 내지 (254)의 내주면의 대경부(251a) 내지 (254a)가, 너트 소재(201)의 외주면을 받는 내주면에 상당한다.

바깥쪽 부재(206)는, 구속 부재(205)의 테이퍼 형상 외주면에 대응하는 내주면(261)과, 베이스(204)의 외형과 동일한 외형면을 가지는 통 형상체이다.

이 금형을 사용하여, 이하의 방법으로, 너트 소재(201)의 내면에 4개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부를 형성한다.

우선, 베이스(204) 상의 중심에 너트 소재(201)를 배치하고, 오목부(241)의 내주면에 너트 소재(201)의 내주면을 맞춘다. 이어서, 구속 부재(205)의 각 분할체(251) 내지 (254)를 베이스(204) 상에 배치하고, 내주면의 대경부(251a) 내지 (254a)를 너트 소재(201)의 외주면에 접촉시키고, 구속면(251c) 내지 (254c)을 너트 소재(201)의 상단면에 접촉시킨다. 이어서, 바깥쪽 부재(206)를 베이스(204) 상에 배치하고, 내주면(261)을 구속 부재(205)의 테이퍼 형상 외주면에 접촉시킨다. 이 상태에서 바깥쪽 부재(206)를 베이스(204)에 고정한다.

이에 따라, 바깥쪽 부재(206)에서, 구속 부재(205)를 이루는 분할체(251) 내지 (254)의 지름 방향 외측에의 이동이 규제되고, 구속 부재(205)와 베이스(204)에서, 너트 소재(201)의 축 방향 양 단면과 외주면이 구속된 상태가 된다.

이어서, 너트 소재(201) 내에 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)를, 각 외주면(231)을 너트 소재(201)의 내주면을 향하여 삽입한다. 이에 따라, 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)의 4개의 경사면(233)에서, 캠 드라이버(202)가 삽입되는 공간이 형성된다. 이어서, 이 공간에 캠 드라이버(202)의 본체부(222)의 선단을 삽입한다. 도 22(a)는 이 상태를 나타낸다.

이어서, 프레스압을 가하여 캠 드라이버(202)를 위에서 누르면, 캠 드라이버(202)의 경사진 측면(222a) 내지 (222d)으로부터, 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)의 경사면(233)에 힘이 전달된다. 이에 수반하여, 캠 드라이버(202)의 하향의 힘이, 각 캠 슬라이더(203A) 내지 (203D)를 지름 방향 외측으로 움직이는 힘으로 변환되어, 각 캠 슬라이더(203A∼203D)에 형성된 S자 형상 볼록부(235A) 내지 (235D)가, 너트 소재(201)의 내주면(211)을 눌러 소성 변형시킨다. 이에 수반하여, 너트 소재(201)의 외주부에 존재하는 재료가, 구속 부재(205)를 구성하는 분할체(251) 내지 (254)의 오목부(251d) 내지 (254d)에 압입된다. 도 22(b)는 이 상태를 나타낸다.

이에 따라, 너트 소재(201)의 내주면(211)에, 4개의 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부(212A) 내지 (212D)가 형성된다. 또한, 구속 부재(205)를 구성하는 분할체(251) 내지 (254)의 오목부(251d) 내지 (254d)에, 너트 소재(201)의 외주부가 돌출하여, 돌기(213A) 내지 (213D)가 형성된다.

이 방법으로, S자 형상 오목부(212A) 내지 (212D)와 돌기(213A) 내지 (213D)가 형성된 너트 소재(201)를 도 25에 나타낸다. 도 25(a)는 정면도이며, 도 25(b)는 그 A-A단면도이며, 도 25(c)는 그 B화살표 방향에서 본 도면이며, 도 25(d)는 사시도이다. 이 너트 소재(201)에 나선 홈이나 시일 부착 홈 등을 형성함으로써, 볼 나사의 너트가 제조된다.

이 실시형태의 방법에 의하면, 축 방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우에도, 캠 드라이버(202)에 파손을 발생시키지 않고, 너트 소재(201)에 4개의 S자 형상 오목부(212A) 내지 (212D)를 동시에 형성할 수 있다.

또한, S자 형상 볼록부(235A) 내지 (235D)에 의해 지름 방향 외측으로 눌러진 너트 소재(201)의 재료가 오목부(251d) 내지 (254d)를 향함으로써, 축 방향 단면을 향하는 것이 억제되기 때문에, 너트 소재(201)의 축 방향 양 단면에 변형이 쉽게 발생하지 않는다. 너트 소재(201)의 축 방향 단면은, 다음 공정인 나선 홈 가공에서 가공 기준면이 되기 때문에, 그대로 사용하여 나선 홈의 가공을 행한 경우에도 가공 정밀도가 양호해진다.

또한, 너트 소재(201)의 축 방향 단면에는, 상기 방법에 의한 가공 전에, 미리 절결(214)이 마련되어 있다. 이 절결(214)은, 예를 들어 후술하는 도 74에 나타낸 너트의 제조 공정의 단조시나 절삭시에 있어서, 너트 소재의 위치 결정에 이용되는 것이다. 상기 방법에 의한 가공에서는, 절결(214)에 두께 살이 유입되지 않도록 하고, 또한, 너트 소재(201)를 위치 결정하기 위하여, 금형에 형성된 볼록부(도시하지 않음)를 절결(214) 내에 끼워서 가공을 행한다.

[제4실시형태]

제4실시형태는, 볼 나사의 제조 방법 및 볼 나사용의 너트에 관한 것이다.

볼 나사는, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 나사축의 나선홈과 대향하는 나선홈이 내주면에 형성된 너트와, 나사축의 나선홈과 너트의 나선홈으로 형성되는 공간에서 전동 가능한 볼을 구비하고, 볼이 전동함으로써 너트가 나사축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

그리고 볼 나사에는, 너트의 내주면에 S자 형상의 순환 홈에 의해, 볼 복귀 경로가 실현되어 있는 것이 있다(예를 들어 특허문헌 4 내지 6을 참조).

이러한 S자 형상의 순환 홈을 성형하는 방법으로서, 펀치에 의한 소성가공에 의해 너트(너트 소재)의 내주면에 성형하는 방법이 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조).

이때, 성형품의 변형의 감소나 재료 유동의 감소에 의한 S홈의 피치나 S홈의 깊이, 위상의 정밀도 향상, 또는 펀치의 성형면압의 감소에 의한 수명의 향상을 위하여, S자 형상의 순환홈의 성형에 있어서 너트의 외주 방향으로 재료를 도출하는 것은 효과적이다.

도 30은, S자 형상의 순환 홈이 성형된 너트 소재를 나타낸다. 도 30(a)는 정면도이며, 도 30(b)는 그 A-A단면도이며, 도 30(c)는 그 B화살표 방향에서 본 도면이며, 도 30(d)는 사시도이다.

도 30에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(350)의 내주면(351)에는, S자 형상의 순환홈(352a) 내지 (352d)이 형성되어 있다. 또한, 너트 소재(350)에는, 순환홈(352a) 내지 (352d)의 성형시의 재료의 도출에 의해, 상기 순환홈(352a) 내지 (352d)에 대응하여, 외주면(353)으로부터 돌출하는 돌기(354a) 내지 (354d)가 형성되어 있다.

그러나 그와 같이 재료를 도출하여 너트(너트 소재)의 외주면의 일부로부터 돌출한 돌기는, 볼 나사의 취급이나 외관의 관점에서, 단속 절삭 가공 등의 제거 가공에 의해 제거하는 경우가 있다. 그리고 이러한 제거 가공을 거침으로써, 너트의 제조의 코스트 업이 발생할 우려가 있기 때문에, 개선의 여지가 있었다.

제4실시형태의 목적은, 돌기의 제거 공정을 생략하는 것을 가능하게 하는 것이다.

제4실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 외주면에 전동체 전동홈이 형성된 나사축과, 상기 나사축의 전동체 전동홈과 대향하는 전동체 전동홈, 및 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성된 너트와, 상기 나사축의 전동체 전동홈과 상기 너트의 전동체 전동홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에 있어서 전동 가능한 볼을 구비하는 볼 나사의 제조 방법에 있어서, 상기 너트의 외주면의 일부를, 상기 너트의 외주면의 다른 부위가 되는 원 형상의 부위의 반경보다도 짧은 거리에 위치되도록 형성하여, 상기 너트의 내주면에 펀치를 압입하여 상기 S자 형상의 순환용의 홈을 성형함으로써 상기 너트의 외주면에 돌출되는 돌기가 상기 외주면의 일부 상에 형성되도록 하고, 상기 외주면의 일부는, 상기 돌기가 상기 원 형상의 부위의 반경보다도 짧은 거리에 위치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제4실시형태의 볼 나사용의 너트는, 나사축의 외주면에 형성된 전동체 전동 홈과 대향하도록 내주면에 전동체 전동 홈이 형성됨과 동시에, 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성되고, 상기 전동체 전동 홈과 상기 나사축의 전동체 전동 홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에 있어서 볼을 전동이 자유롭게 유지하는 볼 나사용의 너트에 있어서, 상기 너트의 내주면에 펀치를 압입하여 상기 S자 형상의 순환용의 홈을 성형함으로써 상기 너트의 외주면에 돌출되는 돌기가, 상기 너트의 외주면의 원 형상의 부위의 반경보다도 짧은 거리에 위치되는 것을 특징으로 한다.

제4실시형태에 의하면, 돌기가 너트의 외주면의 원 형상의 부위의 반경보다도 짧은 거리에 위치되도록 형성되기 때문에, 돌기의 제거 공정을 생략하는 것이 가능해진다.

이하에, 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 대하여 설명한다.

(구성 등)

도 26은, 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S자 형상의 순환 홈(이하, S홈이라고도 함)을 성형하는 너트 소재(301)의 형상을 나타낸다. 도 26의 상면도는 정면도이며, 도 26의 하면도는 축 방향을 따른 종단면도이다.

도 26에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(301)는 원통형상을 이루고 있다. 그리고 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 일부는, 다른 부위가 되는 원 형상의 부위의 반경(2점 쇄선으로 나타낸 가상면(301d))보다도, 너트 중심축으로부터의 거리가 짧아지는 위치에 형성된 평면부(301b)로 되어 있다. 즉, 너트 소재(301)는, 원 형상의 외주면(301a)의 일부가 면깎기 된 것과 같은 형상으로 되어 있다. 이 평면부(301b)는, 너트 소재(301)의 축방향으로 연재하도록 형성되어 있다.

후술하는 바와 같이, 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 S홈을 성형하면, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 이 평면부(301b)상에 돌기가 형성되게 된다. 이러한 점에서, 평면부(301b)는, 상기 평면부(301b)상에 형성되는 돌기가 원 형상부위의 반경의 위치(2점 쇄선으로 나타낸 가상면(301d))보다도 바깥쪽으로 나가는 일 없이 형성되어 있다. 또한, 제4실시형태에서는, 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 성형되는 S홈에 대응하여, 너트 소재(301)의 둘레 방향에 90°의 간격을 두고 4개소의 평면부(301b)가 형성되어 있다.

예를 들어 평면부(301b)는, 프레스가공이나 절삭가공 등에 의해 너트 소재(301)의 외주면(301a)에 마련된다.

도 27은, 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법으로서, 펀치(311)에 의한 소성가공에 의해 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 S홈(302)을 성형하는 방법을 나타낸다.

도 27(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 이 방법에서는, 원통 형상의 너트 소재(301)를 구속형(312)으로 구속하고, 구속한 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 펀치(311)를 압입하고 있다.

구속형(312)은, 너트 소재(301)의 외주면(301a)에 대응하는 형상의 내주면(312a)을 가지고 있고, 그 내주면(312a)으로 너트 소재(301)를 구속한다. 여기에, 구속형(312)의 내주면(312a)에는, 너트 소재(301)의 내주면에 펀치(311)를 밀어붙이는 위치에 대응하여, 안쪽으로 돌출한 평면부(312b)가 형성되어 있다. 그리고 평면부(312b)상에는, 오목 홈 형상의 재료 도출부(312c)가 형성되어 있다. 예를 들어, 재료 도출부(312c)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다.

펀치(311)는, 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 S홈을 성형 가능한 형상을 이루고 있다. 즉, 예를 들어 펀치(311)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다.

이에 따라, 도 27(a)(성형 개시시를 나타낸 도면)로부터 (b)(성형 종료시를 나타낸 도면)에 나타낸 바와 같이, 이 방법에서는, 구속형(312)에 의해 외주면(301a)을 구속된 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 대하여, 펀치(311)를 압입하여 S홈(302)을 성형하고 있다.

도 28은, 제4실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈(302)이 성형된 너트 소재(301)의 형상을 나타낸다. 도 28의 상면도는 정면도이며, 도 28의 하면도는 축 방향을 따른 종단면도이다.

도 28에 나타낸 바와 같이 너트 소재(301)의 내주면(301c)에는 S홈(302)이 복수 형성된다. 또한, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 평면부(301b)에는, 내주면(301c)에 형성된 각S홈(302)에 대응하여, 돌기(303)가 형성된다. 그리고 이 돌기(303)는, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 원 형상 부위의 반경의 위치보다도 내측에 위치된다.

도 29는, 이상과 같은 제조 방법에 의해 제조된 너트(너트 소재)(301)를 구비하는 볼 나사(320)를 나타낸다.

도 29에 나타낸 바와 같이, 볼 나사(320)는, 너트 소재(301)의 이외에, 나사 축(330) 및 볼(340)을 가진다. 나사 축(330)에는, 그 외주면에 단면 원호 형상의 수나선홈(331)이 형성되어 있다.

이 볼 나사(320)에서는, 나사 축(330)과 너트 소재(301)의 양 나선 홈(331, 304)에 의해 규정되는 공간 내에 다수의 볼(340)이 전동이 자유롭게 배치되고, 이 볼(340)은, 나사 축(330)과 너트 소재(301)와의 상대 나선 운동시에 나선 홈(331, 304)을 따라 전동 이동 가능하게 되어 있다.

그리고 너트 소재(301)의 내주면에서는, 암나선홈(304)보다 깊은(반경 방향 바깥쪽으로 돌출한) 부분을 가지는 순환로(302)가 암나선홈(304)의 양단부를 매끄럽게 접속하고 있다. 나사 축(330)의 수나선홈(331)을 따라 전동 이동하는 볼(340)은, 나사 축(330)이 이웃한 수나선홈(331)을 사이를 둔 봉우리(332)를 따라 안내되고, 나아가 순환로(302)로 안내됨으로써, 이 봉우리(332)를 넘어서 이웃한(전동해온) 수나선홈(331)으로 되돌려져 즉 순환 가능하게 되어 있다. 또한, 도 29에 나타낸 예에서는, 순환로(302)에 의해 안내되는 볼(340)을 나타내고 있고, 실제로는, 양 나선 홈(331, 304)에 의해 규정되는 공간 내에도 볼(340)이 존재하고 있다.

또한, 너트 소재(301)가 비회전 상태로 지지되어 있는 경우, 나사 축(330)을 회전시키면, 볼 안내로(나선 홈(331, 304) 및 순환로(302))마다 볼(340)이 전동하면서 무한순환을 반복하고, 너트 소재(301)는, 나사 축(330)의 회전 방향을 따라 전진 또는 후퇴 방향으로 직진 운동을 하는 것이 된다.

(작용, 효과 등)

전술한 바와 같이, 제4실시형태에서는 너트 소재(1)의 외주면(301a)에 평면부(301b)를 형성함으로써, 너트 소재(301)의 내주면(301c)에의 S홈(302)의 성형시에 외주면(301a)에 형성되는 돌기(303)가, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 원 형상부위의 반경 위치보다도 내측에 위치되도록 하고 있다. 즉, 제4실시형태에서는, S홈의 성형시에 재료 도출에 의해 발생한 돌기(303)가 제품 외경으로부터 튀어나가지 않도록 하고 있다.

이에 따라, 제4실시형태에서는 이러한 돌기를 제거하기 위한 단속 절삭가공 등의 제거 가공을 생략할 수 있다. 이에 따라, 제4실시형태에서는 너트의 제조의 코스트 업을 억제할 수 있다.

(제4실시형태의 변형예)

제4실시형태에서는, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 일부를 평면부(평면형상)로 하는 것이 아니고, 다른 형상으로 할 수도 있다. 예를 들어 제4실시형태에서는, 너트 소재(301)의 외주면(301a)에, 너트 소재(301)의 중심 방향을 향하여 볼록해지는 대략 U자 형상의 면이나 슬롯 홈(가늘고 긴 홈)을 형성할 수도 있다.

또한, 제4실시형태에서는, 너트 소재(301)의 외주면(301a)에 형성하는 이러한 평면형상 등의 부위를 너트 소재(301)의 축 방향으로 연재하도록 형성하는 것은 아니고, 형성되는 돌기에 대응하는 부위에만 형성할 수도 있다. 이 경우, 이러한 평면형상 등의 부위는, 내주면(301c)의 S홈(302)의 형성 위치에 대응하여, 너트 소재(301)의 외주면(301a)에 점재하게 된다.

또한, 제4실시형태에서는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(301)에 S홈(302)을 4개소 마련하는 것에 한정되는 것이 아니고, 적어도 1개소에 마련하도록 해도 좋다.

또한, 제4실시형태에서는, S홈(302)의 성형 전의 너트 소재(301)의 외주면(301a) 중, S홈(302)의 형성 위치에 대응하는 부분에, 오목부를 마련하고 있어도 좋다. 이러한 오목부가 마련된 너트 소재(301)에 대하여 S홈(302)의 성형을 행하면, 너트 소재(301)의 내주면(301c)에의 S홈(302)의 성형에 의해 너트 소재(301)의 외주면 측에 재료가 도출되어도, 상기 외주면 측에는 오목부가 마련되어 있기 때문에, 돌기(303)는 발생하지 않는다.

혹은, 돌기(303)가 발생했다고 하더라도, 돌기(303)의 선단이, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 원 형상부위의 반경 위치보다도 내측에 위치되도록 하고 있다. 즉, 돌기(303)의 선단이, 제품 외경으로부터 바깥쪽으로 튀어나가는 일은 없다. 따라서, 돌기를 제거하기 위한 단속 절삭가공 등의 제거 가공을 생략할 수 있다. 이에 따라, 제4실시형태에서는 너트의 제조의 코스트 업을 억제할 수 있다.

예를 들어, 도 31의 예이면, S홈(302)의 성형 전의 너트 소재(301)의 외주면(301a)에, 대략 타원형상의 개구부를 가지는 오목부(301f)가 형성되어 있다. 이 오목부(301f)에 의한 제육량(除肉量)은, S홈(302)의 성형에 의한 내주면(301c)의 제육량과 거의 동일 체적이다. 오목부(301f)의 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 절삭가공을 들 수 있다. 또한, 단조나 주조에 의해 너트 소재(301)를 제조할 때에 오목부(301f)를 형성해도 좋다.

이 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 S홈(302)을 성형하면, 도출된 재료가 지름 방향 바깥쪽으로 압출된 다음, 내주면(301c)을 따라 넓어져, 오목부(301f)가 거의 메워진다. 그 결과, 도 32에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(301)의 외주면(301a)은 거의 원통 형상이 된다.

오목부(301f)가 대략 타원 형상인 경우에는, 오목부(301f)를 절삭가공으로 형성할 때에, 절삭공구를 너트 소재(301)의 지름 방향으로 움직이는 것만으로 형성할 수 있으므로, 오목부(301f)의 형성이 용이하다.

단, 오목부(301f)의 형상은 대략 타원 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 도 33과 같이, S홈(302)과 서로 같은 형상으로 해도 좋다. S홈(302)과 서로 같은 형상의 경우에는, 제육량을 최소로 할 수 있다. 이 형상의 경우도, 대략 타원형상의 경우와 마찬가지로, 너트 소재(301)의 외주면(301a)은 거의 원통 형상이 된다(도 34를 참조).

또한, 오목부(301f)에 의한 제육량은, S홈(302)의 성형에 의한 내주면(301c)의 제육량보다도 큰 것으로 해도 좋다(도 35를 참조). 이 너트 소재(301)의 내주면(301c)에 S홈(302)을 성형하면, 대략 직사각형의 개구를 가지는 오목부(301f) 내에 도출된 재료에 의해 돌기(303)가 형성되지만, 이 돌기(303)의 선단은, 너트 소재(301)의 외주면(301a)의 원 형상 부위의 반경 위치보다도 내측에 위치된다 (도 36을 참조). 또한, 도 36의 돌기(303)의 형상은 대략 타원형이지만, S홈(302)과 대략 동일 형상으로 해도 좋다.

또한, 도 37과 같이, 너트 소재(301)의 축 방향으로 연장되어 축 방향 양 단면에 이르는 오목부(301f)를 마련해도 좋다. 또한, 도 38과 같이, 너트 소재(301)의 둘레 방향으로 연장되는 환상(環狀)의 오목부(301f)를 마련해도 좋다. 도 38의 예에서는, 2개의 오목부(301f)가 축 방향으로 배열되어 있다.

[제5실시형태]

제5실시형태는, 볼 나사의 제조 방법 및 볼 나사용의 너트에 관한 것이다.

볼 나사는, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사 축과, 나사축의 나선 홈과 대향하는 나선 홈이 내주면에 형성된 너트와, 나사축의 나선 홈과 너트의 나선 홈으로 형성되는 공간에서 전동 가능한 볼을 구비하고, 볼이 전동함으로써 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정 장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

그리고 볼 나사에는, 너트(너트 소재)의 내주면에 S자 형상의 순환 홈에 의해, 볼 복귀 경로가 실현되어 있는 것이 있다(예를 들어 특허문헌 4 내지 6을 참조).

그런데 너트(너트 소재)의 내주면에 S자 형상의 순환 홈을 성형하는 방법으로서, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈을 너트(너트 소재)의 내주면에 직접 형성하는 방법이 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조).

그러나 이러한 소성가공에서는, S자 형상의 순환 홈의 윤곽형상이 무너지는, 소위 처짐이 커지는 경우가 있다. 이 처짐량이나 처짐의 발생 부위에 따라서는, 볼 나사의 작동성 저하나 S자 형상으로 형성한 순환 홈의 수명이 저하될 우려가 있다.

이 제5실시형태의 목적은, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈을 성형할 경우에, 처짐의 발생을 억제하고, 볼 나사의 작동성이나 순환 홈의 수명을 향상시키는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제5실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 외주면에 전동체 전동 홈이 형성된 나사 축과, 상기 나사축의 전동체 전동 홈과 대향하는 전동체 전동 홈, 및 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성된 너트와, 상기 나사축의 전동체 전동 홈과 상기 너트의 전동체 전동 홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에서 전동 가능한 볼을 구비하는 볼 나사의 제조 방법에 있어서, 상기 너트의 내주면에 펀치를 압입하여 상기 S자 형상의 순환용의 홈을 성형함과 동시에 상기 순환용의 홈의 성형에 의한 상기 너트에서의 재료의 도출을 허용하면서, 상기 재료의 도출을 상기 순환용의 홈의 형상에 따라 조정하는 것을 특징으로 한다.

이 볼 나사의 제조 방법에 있어서는, 상기 너트의 외주면에의 재료의 도출을 상기 순환용의 홈의 형상에 따라 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 너트의 단부측에의 재료의 도출을 상기 순환용의 홈의 형상에 따라 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 제5실시형태의 볼 나사용의 너트는, 나사축의 외주면에 형성된 전동체 전동 홈과 대향하도록 내주면에 전동체 전동 홈이 형성됨과 동시에, 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성되고, 상기 전동체 전동 홈과 상기 나사축의 전동체 전동 홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에서 볼을 전동이 자유롭게 유지하는 볼 나사용의 너트에 있어서, 상기 너트의 내주면에 펀치를 압입하여 상기 S자 형상의 순환용의 홈을 성형함으로써 상기 너트의 외주면에 돌출되는 돌기의, 상기 홈의 구부러지는 부위에 대응하여 돌출하는 부위의 돌출량이, 다른 부위보다도 적은 것을 특징으로 한다.

제5실시형태에 의하면, 재료의 도출을 순환용의 홈의 형상에 따라 조정함으로써, 처짐의 발생을 억제할 수 있다.

(처짐의 발생 메커니즘)

제5실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법을 설명하기 전에, 우선, 처짐의 발생 메커니즘을 설명한다.

도 39는, 펀치(401)에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈(이하, S홈이라고도 함)(431)을 너트(너트 소재)(430)의 내주면(430a)에 직접 형성하는 방법을 나타낸다.

도 39(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 이 방법에서는, 통 형상의 너트(430)를 구속형(402)으로 구속하고, 구속한 너트(430)의 내주면(430a)에 펀치(401)를 압입하고 있다.

구속형(402)은, 너트(430)의 외주면(430b)에 대응하는 형상의 내주면(402a)을 가지고 있고, 그 내주면(402a)으로 너트(430)를 구속한다. 그리고 구속형(402)의 내주면(402a)에는, 너트(430)의 내주면에 펀치(401)를 밀어붙이는 위치에 대응하여, 오목 홈 형상의 재료 도출부(402b)가 형성되어 있다. 예를 들어, 재료 도출부(402b)는 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다.

펀치(401)는, 너트(430)의 내주면(430a)에 S홈(431)을 성형 가능한 형상을 이루고 있다. 즉, 예를 들어 펀치(401)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다.

이에 따라, 도 39(a)(성형 개시시를 나타낸 도면) 내지 (b)(성형 종료시를 나타낸 도면)에 나타낸 바와 같이, 이 방법에서는, 구속형(402)에 의해 외주면(430b)을 구속된 너트(430)의 내주면(430a)에 대하여, 펀치(401)를 압입하여 S홈(431)을 성형한다.

여기서, 성형품의 변형의 감소나 재료유동의 감소에 의한 S홈의 피치나 S홈의 깊이, 위상의 정밀도 향상, 또는 펀치(401)의 성형면압의 감소에 의한 수명의 향상을 위하여, S홈의 성형에 있어서, 너트(430)에서, 그 내주면의 S홈에 대응하는 외주에 재료를 도출하는 것은 효과적이다. 이러한 점에서, 재료 도출부(402b)가 구속형(402)에 마련되어 있다.

도 40은, S홈(431)의 성형 종료시를 나타낸 도면 39(b)의 A-A단면을 나타낸다. 또 한, 도 41은, S홈(431)이 성형된 너트(430)의 내주면(430a)을 나타낸다.

이들 도 40 및 도 41에 나타낸 바와 같이, 펀치(401)가 압입되어 성형된 S홈(431)의 외주부에는, 소성 변형하여 윤곽형상이 무너지는, 소위 처짐(도 41에서는 해칭으로 나타낸 영역)(432)이 발생한다. 이 처짐(432)은, 구속형(402)에 재료 도출부(402b)를 마련하여 너트(430)의 외주에 재료를 도출하면, 증가하는 경향을 나타낸다.

또한, 도 42에 나타낸 바와 같이, 이 처짐(432)의 양(예를 들어 넓이나 깊이 등)은, S홈(431)에 대한 위치에 따라서도 변화되고, 예를 들어S자 형상의 구부러지는 부위의 내측에 위치하는 부위(432a)에서 많아진다(해칭으로 나타낸 영역이 넓어지게 되어 있다). 그리고, S홈(431)의 길이 방향 단부(432b)에서 적어진다. 또한, 너트(430)의 내주면에 성형하는 S홈(431)을, 너트(430)의 축방향으로 복수 형성하는 것과 같은 경우, 즉, 너트(430)에 형성한 복수의 나선 홈(전동체 전동 홈)에 대응하여 복수의 S홈(431)을 형성하는 것과 같은 경우, 그 축 방향의 위치에 따라서도 처짐량은 변화된다.

이러한 처짐량이나 처짐의 발생 부위에 따라, 볼 나사의 작동성 저하나 S홈의 수명이 저하될 우려가 있다.

제5실시형태에서는, 이러한 볼 나사의 작동성 저하나 S홈의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

(제5실시형태의 일예의 설명)

(구조)

이어서, 제5실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 일예를 설명한다. 도 42는, 볼 나사 너트의 제조 방법을 실현시키는 펀치(410) 및 구속형(420)을 나타낸다. 또한, 도 42는, 도 40과 같이 S홈의 성형 종료시를 나타낸 도면 39(b)의 A-A단면에 대응하는 것이다.

펀치(410)는, 도 39 및 도 40을 사용하여 설명한 것과 동일한, 너트(430)의 내주면에 S홈을 성형 가능한 형상을 이루고 있다. 즉, 예를 들어 펀치(이하, S홈 성형 펀치라고 함)(410)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다. 또한, S홈 성형 펀치(410)는, S자 형상에서의 구부러지는 부위(곡률이 큰 2개소의 부위)(410a)가, 다른 부위(직선부위, 곡률이 작은 부위)(410b)보다도 돌출량이 적게 되어있다.

구속형(420)은, 너트(430)의 외주면(430b)에 대응하는 형상의 내주면(420a)을 가지고 있고, 그 내주면(420a)으로 너트(430)를 구속한다. 그리고 구속형(420)의 내주면(420a)에는, 너트(430)의 내주면(430a)에 S홈 성형 펀치(410)를 압입하는 위치에 대응하여, 오목 홈 형상의 재료 도출부(420b)가 형성되어 있다.

도 43은, 구속형(420)의 내주면(420a)에 형성되어 있는 재료 도출부(420b)를 나타낸다. 도 43에 나타낸 바와 같이 재료 도출부(420b)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다. 재료 도출부(420b)에는, 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)가 마련되어 있다. 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)는, S자 형상에서 구부러지는 부위(곡률이 큰 2군데의 부위)에 마련되어 있다. 즉, 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)는, 구속형(420)의 내주면(420a)의 둘레 방향으로 미리 결정된 소정의 폭을 가지고 마련되어 있다. 이 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)는, 다른 부위(직선부위, 곡률이 작은 부위)(420b3, 420b4, 420b5)보다도 깊이가 얕아져 있다. 이와 같이, 재료 도출부(420b)는, S홈 성형 펀치(410)의 형상 또는S홈(431)의 형상의 변화에 대응하여, 그 형상이 변화되어 있다.

이상과 같은 S홈 성형 펀치(410) 및 구속형(420)을 사용하여, 볼 나사 너트의 제조 방법에서는, 너트(430)의 외주면(430b)을 구속형(420)으로 구속하고, 구속한 너트(430)의 내주면(430a)에 S홈 성형 펀치(410)를 압입한다. 이에 따라, S홈 성형 펀치(410)에 의해 S홈(431)을 성형한다.

도 44는, 이상과 같은 제조 방법에 의해 제조된 너트(430)를 구비하는 볼 나사(440)를 나타낸다. 도 44에 나타낸 바와 같이 볼 나사(440)는, 너트(430)의 외에, 나사 축(450) 및 볼(전동체)(460)을 가진다. 나사 축(450)에는, 그 외주면에 단면 원호 형상의 수나선홈(451)이 형성되어 있다.

도 45는 너트(430)의 단면도를 나타낸다. 도 45에 나타낸 바와 같이, 너트(430)는, 나사 축(450)의 외주면에 근접하는 내주면을 가지고, 이 내주면에 나사 축(450)의 수나선홈(451)과 대향하여 암나선홈(435)이 형성되어 있다. 그리고 너트(430)에 3가닥 형성된 암나선홈(435)은, 각각 1바퀴만 나선적으로 형성되고, 그 양단이 순환로 (S홈)(431)에 의해 연결되어 있다.

도 44로 되돌아가서, 나사 축(450)과 너트(430)의 양 나선 홈(451, 435)에 의해 규정되는 공간 내에는 다수의 볼(460)이 전동이 자유롭게 배치되고, 이 볼(460)은, 나사 축(450)과 너트(430)의 상대 나선 운동시에 나선 홈(451, 435)을 따라 전동 이동 가능하게 되어 있다.

그리고 너트(430)의 내주면에서는, 암나선홈(435)보다 깊은(반경 방향 바깥쪽으로 돌출된) 부분을 가지는 순환로(431)가 암나선홈(435)의 양단부를 매끄럽게 접속하고 있다. 나사 축(450)의 수나선홈(451)을 따라 전동 이동하는 볼(460)은, 나사 축(450)이 이웃한 수나선홈(451)을 사이를 둔 봉우리(452)를 따라 안내되고, 다시 순환로(431)로 안내됨으로써, 이 봉우리(452)를 넘어서 이웃한(전동해온) 수나선 홈(451)으로 되돌려져 즉 순환 가능하게 되어 있다.

너트(430)가 비회전상태로 지지되어 있는 경우, 나사 축(450)을 회전시키면, 3가닥의 폐성된 각 볼 안내로(나선 홈(451, 435) 및 순환로(431))마다 볼(460)이 전동하면서 무한순환을 반복하여, 너트(430)는, 나사 축(450)의 회전 방향을 따라 전진 또는 후퇴 방향으로 직진 운동을 하게 된다.

(작용, 효과 등)

작용, 효과 등을 도 46을 사용하여 설명한다. 도 46은, 너트(430)를 나타낸다. 도 46에 나타낸 바와 같이, 너트(430)의 외주면(430b)은, 구속형(420)의 내주면의 형상에 대응하는 형상으로 되어 있다. 즉, 너트(430)의 외주면(430b)에는, 너트(430)의 내주면(430a)에 S홈(431)이 형성된 것에 대응하여, 즉, 구속형(420)의 재료 도출부(420b)에 대응하여, 동일한 대략S자 형상으로 돌출하는 부위(430c)가 나타난다.

그리고 너트(430)의 외주면(430b)의 그 돌출부위(430c) 중, 재료 도출부(420b)의 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)에 대응하는 부위(430c1)가, 다른 부위(430c2, 430c3)보다도 돌출량이 적게 되어 있다. 즉, 돌출부위(430c)에 있어서, S홈(431)의 구부러지는 부위에 대응하여 돌출하는 부위(430c1)의 돌출량이, 다른 부위(430c2, 430c3)보다도 적게 되어 있다.

즉, 재료 도출부(420b)의 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)에 의해 너트(430)의 외주측에의 재료의 도출이 억제되어 있고, 이에 따라 대응하는 S홈의 구부러지는 부위의 외주의 처짐이 억제된다(도 46에서의 부호Z로 나타낸 부분이, 처짐이 감소한 영역이다).

즉, 제5실시형태에서는, 재료 도출부(420b)에서 S홈(431)의 형상에 따라 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)를 마련함으로써, 너트(430)의 외주측에의 재료의 도출을 S홈(431)의 형상에 따라 도출의 형상 및 깊이를 조정하고, S홈(431)의 구부러지는 부위의 외주의 처짐을 억제하고 있다.

(제5실시형태의 변형예)

도 47은, 제5실시형태의 변형예를 나타낸다. 도 47에 나타낸 바와 같이, 제5실시형태에서는, 재료 도출부(420b)에서의 깊이를 상이하게 하는 것은 아니고, 그 폭(축 방향의 폭)을 상이하게 한 재료 도출 억제부(420b6)를 마련할 수도 있다. 즉, 도 47에 나타낸 바와 같이, 재료 도출부(420b)에 있어서, 그 외주를 절결된 절결부(420b7)를 형성함으로써 재료 도출 억제부(420b6)를 형성한다.

이 제5실시형태의 변형예에서는, 이와 같이, 재료 도출부(420b)의 폭을 S홈(431)의 형상에 따른 것으로 함으로써, 너트(430)의 축 방향 단부측으로의 재료의 도출을 S홈(431)의 형상에 따라 조정하여, S홈(431)의 휘어진 부위의 외주의 처짐을 억제하고 있다.

또한, 제5실시형태에서는, S홈(431)의 형상에 따라 재료 도출부(420b)에서의 전술한 깊이 및 폭의 양방을 변화시킬 수도 있다.

또한, 제5실시형태의 다른 변형예로서, 펀치 응력이나 재료 유동의 저감을 목적으로, 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)(제5실시형태)나, 절결부(420b7)의 부분을 탄성체(예를 들어 우레탄)로 받도록 해도 좋다.

즉, 예를 들어 도 42에 있어서, 구속형(420)의 내주면(420a)은, 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)에서도 다른 부분과 거의 동일면에서 연속하고 있지만, 재료 도출 억제부(420b1, 420b2)의 부분에 탄성체가 매립되어 있는 구조로 하거나, 재료를 구속하고 있는 부재(구속형(420)과는 별개체)를 스프링 등의 탄성체로 지지하고 있는 구조로 해도 좋다.

[제6실시형태]

제6실시형태는, 볼 나사의 제조 방법 및 볼 나사용의 너트에 관한 것이다.

볼 나사는, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사 축과, 나사축의 나선 홈과 대향하는 나선 홈이 내주면에 형성된 너트와, 나사축의 나선 홈과 너트의 나선 홈으로 형성되는 공간에서 전동 가능한 볼을 구비하고, 볼이 전동함으로써 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정 장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

그리고 볼 나사에는, 너트(너트 소재)의 내주면에 S자 형상의 순환 홈에 의해, 볼 복귀 경로가 실현되어 있는 것이 있다(예를 들어 특허문헌 4) 내지 (6을 참조).

그런데 너트(너트 소재)의 내주면에 S자 형상의 순환 홈을 성형하는 방법으로서, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈을 너트(너트 소재)의 내주면에 직접 형성하는 방법이 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조).

그러나 그러한 소성가공으로는, S자 형상의 순환 홈의 윤곽형상이 무너지는, 소위 처짐이 커지는 경우가 있다. 이 처짐량이나 처짐의 발생 부위에 따라서는, 볼 나사의 작동성 저하나 S자 형상으로 형성한 순환 홈의 수명이 저하될 우려가 있다.

이 제6실시형태의 목적은, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈을 성형할 경우에, 처짐의 발생을 억제하고, 볼 나사의 작동성이나 순환 홈의 수명을 향상시키는 것이다.

제6실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 외주면에 전동체 전동 홈이 형성된 나사 축과, 상기 나사축의 전동체 전동 홈과 대향하는 전동체 전동 홈, 및 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성된 너트와, 상기 나사축의 전동체 전동 홈과 상기 너트의 전동체 전동 홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에서 전동 가능한 볼을 구비하는 볼 나사의 제조 방법에 있어서, 상기 너트의 내주면에 펀치를 압입하여 상기 S자 형상의 순환용의 홈을 성형함과 동시에, 상기 너트의 내주면으로서, 상기 S자 형상의 순환용의 홈의 외주에, 상기 펀치에 의한 소성가공에 의해 발생하는 S자 형상의 순환용의 홈의 처짐을 감소시키기 위한 오목부를 성형하는 것을 특징으로 한다.

제6실시형태의 볼 나사의 제조 방법에서는, 적어도 상기 S자 형상의 순환용의 홈의 구부러지는 부위에 인접하여 상기 오목부를 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 처짐의 양에 따라 상기 오목부의 형상과 깊이를 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 제6실시형태의 볼 나사용의 너트는, 나사축의 외주면에 형성된 전동체 전동 홈과 대향하도록 내주면에 형성된 전동체 전동 홈과, 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하도록 내주면에 형성된 S자 형상의 순환용의 홈과, 펀치에 의한 소성가공에 의해 상기 S자 형상의 순환용의 홈을 성형했을 때에 발생하는 S자 형상의 순환용의 홈의 처짐을 감소시키기 위한 오목부를 가진다.

제6실시형태의 볼 나사용의 너트에서는, 상기 오목부는, 상기 S자 형상의 순환용의 홈의 구부러지는 부위에 인접하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오목부의 깊이는, 상기 처짐의 양에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오목부는, 단면이, 곡면형상, 테이퍼면 형상, 곡면과 테이퍼면을 조합시킨 면형상, 및 노치형상 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

제6실시형태에 의하면, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환용의 홈을 성형할 경우에, 너트의 내주면으로서, S자 형상의 순환용의 홈의 외주에 오목부를 성형함으로써 처짐의 발생을 억제할 수 있다.

이어서, 제6실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 일예를 설명한다.

(구조)

도 48은, 볼 나사 너트의 제조 방법을 실현시키는 펀치(510) 및 구속형(520)을 나타낸다. 또한, 도 48은, 도 40과 같이 S홈의 성형 종료시를 나타낸 도 39(b)의 A-A단면에 대응하는 것이다.

펀치(510)는, S홈(531)을 성형하기 위한 S홈 성형 펀치(511)와, 처짐을 감소시키기 위한 압입자국 성형 펀치(512)를 가진다.

S홈 성형 펀치(511)는, 도 39 및 도 40을 사용하여 설명한 것과 동일한, 너트(530)의 내주면(530a)에 S홈(531)을 성형 가능한 형상을 이루고 있다. 즉 예를 들어, S홈 성형 펀치(511)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다.

압입자국 성형 펀치(512)는, S홈 성형 펀치(511)에 인접하여 마련되어 있다. 압입자국 성형 펀치(512)는, S홈 성형 펀치(511)의 전체 둘레를 둘러싸도록 마련되거나, 전체 둘레를 둘러싸는 것은 아니고 부분적으로 마련되거나 하고 있다. 예를 들어 부분적으로 마련되어 있는 경우에는, 압입자국 성형 펀치(512)는, 적어도, S홈 성형 펀치(511)에 의해 성형되는 S홈(531)의 2개소의 구부러지는 부위의 주위에 위치하도록 마련되어 있다. 즉, S홈 성형 펀치(511)가 대략 S자 형상을 이루고 있는 경우에는, 압입자국 성형 펀치(512)는, 그 S자 형상의 구부러지는 부위(곡률이 커지는 부위)에 대향 또는 인접하도록 펀치(510)에 마련되어 있다.

또한, 압입자국 성형 펀치(512)는, 압입자국을 구성하는 면형상이 곡면형상, 테이퍼면(평면의 경사면), 또는 곡면과 테이퍼면을 조합시킨 면형상이 되는 것과 같은 외주면 형상으로 되어 있다. 또한, 압입자국 성형 펀치(512)는, S홈 성형 펀치(511)와 마찬가지로, 고정 펀치(고정 지지되어 있는 펀치)여도 좋고, 탄성체(예를 들어 완전 탄성체)로 지지되어 있어도 좋다.

구속형(520)은, 너트(530)의 외주면(530b)에 대응하는 형상의 내주면(520a)을 가지고 있고, 그 내주면(520a)으로 너트(530)를 구속한다. 또한, 구속형(520)의 내주면(520a)에는, 너트(530)의 내주면(530a)에 S홈 성형 펀치(511)를 압입하는 위치에 대응하여, 오목 홈 형상의 재료 도출부(520b)가 형성되어 있다. 예를 들어 재료 도출부(520b)는, 평면에서 봤을 때에 대략 S자 형상을 이루고 있다.

이상과 같은 펀치(510) 및 구속형(520)을 사용하여, 볼 나사 너트의 제조 방법에서는, 너트(530)의 외주면(530b)을 구속형(520)으로 구속하고, 구속한 너트(530)의 내주면(530a)에 펀치(510)를 압입한다. 이에 따라, S홈 성형 펀치(511)에 의해 S홈(531)을 성형함과 동시에, 압입자국 성형 펀치(512)에 의해 상기 S홈(531)(오목부)의 외주에 압입자국(처짐용 오목부)(533)을 성형한다.

예를 들어 압입자국의 깊이, 즉, 너트(530)의 내주면(530a)에 압입자국 성형 펀치(512)를 압입하는 량은, 허용가능한 처짐량에 따라 결정한다. 예를 들어 허용가능한 처짐량이 적을수록, 압입자국의 깊이를 깊게 한다.

도 44는, 이상과 같은 제조 방법에 의해 제조된 너트(530)(도 44에서는 부호 430)를 구비하는 볼 나사(440)를 나타낸다. 도 44에 나타낸 바와 같이, 볼 나사(440)는, 너트(430)의 외에 나사 축(450) 및 볼(전동체)(460)을 가진다. 나사 축(450)에는, 그 외주면에 단면 원호 형상의 수나선홈(451)이 형성되어 있다.

도 45는 너트(430)의 단면도를 나타낸다. 도 45에 나타낸 바와 같이 너트(430)는, 나사 축(450)의 외주면에 근접하는 내주면을 가지고, 이 내주면에 나사 축(450)의 수나선홈(451)과 대향하여 암나선홈(435)이 형성되어 있다. 그리고 너트(430)에 3가닥 형성된 암나선홈(435)은, 각각 1바퀴만 나선적으로 형성되고, 그 양단이 순환로(S홈)(431)에 의해 연결되어 있다.

도 44로 되돌아가서, 나사 축(450)과 너트(430)의 양 나선 홈(451, 435)에 의해 규정되는 공간 내에는 다수의 볼(460)이 전동이 자유롭게 배치되고, 이 볼(460)은, 나사 축(450)과 너트(430)와의 상대 나선 운동시에 나선 홈(451, 435)을 따라 전동 이동 가능하게 되어 있다.

그리고 너트(430)의 내주면에서는, 암나선홈(435)보다 깊은(반경 방향 바깥쪽으로 돌출한) 부분을 가지는 순환로(431)가 암나선홈(435)의 양단부를 매끄럽게 접속하고 있다. 나사 축(450)의 수나선홈(451)을 따라 전동 이동하는 볼(460)은, 나사 축(450)이 이웃한 수나선홈(451)을 사이를 둔 봉우리(452)를 따라 안내되고, 다시 순환로(431)로 안내됨으로써, 이 봉우리(452)를 넘어서 이웃한(전동해온) 수나선 홈(451)에 되돌려지고 즉 순환 가능하게 되어 있다.

너트(430)가 비회전상태로 지지되어 있을 경우, 나사 축(450)을 회전시키면, 3가닥의 폐성된 각 볼 안내로(나선 홈(451, 435) 및 순환로(431))마다 볼(460)이 전동하면서 무한순환을 반복하여, 너트(430)는, 나사 축(450)의 회전 방향을 따라 전진 또는 후퇴 방향으로 직진 운동을 하게 된다.

(작용, 효과 등)

작용, 효과 등을 도 49 및 도 50을 사용하여 설명한다. 도 49는, S홈(531) 및 압입자국(533)이 성형된 너트(530)의 내주면(530a)을 나타낸다. 또한, 도 49는, S홈(531)의 S자 형상의 구부러지는 부위(2개소)에 대응하여 압입자국 성형 펀치(512)를 마련하여 압입자국(533)을 성형한 예를 나타낸다. 도 49에 나타낸 바와 같이, S홈(531)의 외주에 압입자국(533)이 성형됨으로써, 그 압입자국(533)이 성형된 S홈(531)의 외주 부위의 처짐이 감소한다.

도 50은, 도 49와 비교하기 위한 예이며, S홈(531)의 S자 형상의 구부러지는 부위 1개소에 대응하여 압입자국 성형 펀치(512)를 마련하여 압입자국(533)을 성형한 예를 나타낸다. 또한, 도 49 및 도 50에 있어서, 도면 중의 2점쇄선은, 압입자국(533)이 성형되지 않은 경우의 처짐을 나타낸 것이다.

도 49 및 도 50에 대하여, 압입자국이 성형되지 않은 S홈(531)의 S자 형상의 구부러지는 부위의 외주부에 대하여 비교하면, 도 49에서는, 해칭의 영역이 적어져 있는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압입자국(533)이 성형됨으로써, 그 압입자국(533)이 성형된 S홈(531)의 외주부의 처짐이 감소한다(해칭의 영역이 감소한다).

이에 따라, 제6본 실시형태에서는 처짐량을 억제하고, 볼 나사의 작동성이나 순환 홈(S홈)의 수명을 향상시킬 수 있다.

또한, 특히, S홈(531)의 S자 형상의 구부러지는 부위에 발생하는 처짐이, 크게 영향을 주고, 볼 나사의 작동성이나 S홈의 수명을 저하시키는데, 이러한 부위에 대응하여 부분적으로 압입자국(533)을 마련하여 처짐량을 억제함으로써, 효과적으로 이러한 볼 나사의 작동성이나 S홈의 수명의 저하를 억제할 수 있다.

(제6실시형태의 변형예)

제6실시형태에서는, 압입자국(533)을 단면이 삼각 형상의 노치 형상으로 할 수 있는 것과 같은 형상을 가지는 압입자국 성형 펀치(512)로 할 수도 있다.

도 51은, 이러한 압입자국 성형 펀치(512)에 의해 압입자국(533)이 성형된 너트(530)의 내주면(530a)을 나타낸다. 도 51에 나타낸 바와 같이, 압입자국(533)은, 단면이 삼각 형상의 노치 형상이 된다.

또한, 제6실시형태에서는, 너트(530)가, 전술한 예 이외의 수의 S홈을 가질 수도 있다.

또한, 이상에 설명한 제6실시형태에서는, S홈 성형 펀치와 압입자국 성형 펀치가 동일한 펀치로 형성되어 있지만, 별개체의 펀치에 각각 마련되어 있어도 좋다.

또한, S홈과 압입자국은 반드시 동시에 성형될 필요는 없고, S홈이 형성된 후에, 압입자국이 성형되어도 좋다.

[제7실시형태]

제7실시형태는, 볼 나사의 제조 방법 및 볼 나사용의 너트에 관한 것이다.

볼 나사는, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사 축과, 나사축의 나선 홈과 대향하는 나선 홈이 내주면에 형성된 너트와, 나사축의 나선 홈과 너트의 나선 홈으로 형성되는 공간에서 전동 가능한 볼을 구비하고, 볼이 전동함으로써 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

그리고 볼 나사에는, 너트의 내주면에 S자 형상의 순환 홈에 의해, 볼 복귀 경로가 실현되어 있는 것이 있다(예를 들어 특허문헌 4 내지 6을 참조).

그런데 너트(너트 소재)의 내주면에 S자 형상의 순환 홈을 성형하는 방법으로서, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈을 너트(너트 소재)의 내주면에 직접 형성하는 방법이 있다.

그러나 그러한 소성가공에서는, S자 형상의 순환 홈의 윤곽형상이 무너지는, 소위 처짐이 커지는 경우가 있다. 이 처짐량이나 처짐의 발생 부위에 따라서는, 볼 나사의 작동성 저하나 S자 형상으로 형성한 순환 홈의 수명이 저하될 우려가 있다.

이 제7실시형태의 목적은, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환 홈을 성형할 경우에, 처짐의 발생을 억제하고, 볼 나사의 작동성이나 순환 홈의 수명을 향상시키는 것이다.

제7실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 외주면에 전동체 전동 홈이 형성된 나사 축과, 상기 나사축의 전동체 전동 홈과 대향하는 전동체 전동 홈, 및 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성된 너트와, 상기 나사축의 전동체 전동 홈과 상기 너트의 전동체 전동 홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에서 전동 가능한 볼을 구비하는 볼 나사의 제조 방법에 있어서, 펀치에 의한 소성가공에 의해 발생하는 S자 형상의 순환용의 홈의 처짐을 감소시키기 위한 여육부를 상기 너트의 원 형상의 내주면에서 돌출시켜 마련하고, 상기 여육부에 펀치를 압입하여 S자 형상의 순환용의 홈을 성형하는 것을 특징으로 한다.

이 제7실시형태의 볼 나사의 제조 방법에 있어서는, 상기 여육부는, 상기 S자 형상의 순환용의 홈의 형상에 따른 형상인 것을 특징으로 하는 볼 나사의 제조 방법이다.

또한, 제7실시형태의 볼 나사용의 너트는, 나사축의 외주면에 형성된 전동체 전동 홈과 대향하도록 내주면에 전동체 전동 홈이 형성됨과 동시에, 적어도 1가닥의 상기 전동체 전동 홈의 양단부를 접속하는 S자 형상의 순환용의 홈이 내주면에 형성되고, 상기 전동체 전동 홈과 상기 나사축의 전동체 전동 홈으로 형성되는 공간 및 상기 S자 형상의 순환용의 홈에서 볼을 전동이 자유롭게 유지하는 볼 나사용의 너트에 있어서, 펀치에 의한 소성가공에 의해 발생하는 S자 형상의 순환용의 홈의 처짐을 감소시키기 위하여 상기 너트의 원 형상의 내주면으로부터 돌출된 여육부를 가진다.

이 제7실시형태의 볼 나사용의 너트에 있어서는, 상기 여육부는, 상기 S자 형상의 순환용의 홈의 형상에 따른 형상인 것이 바람직하다.

제7실시형태에 의하면, 펀치에 의한 소성가공에 의해 S자 형상의 순환용의 홈을 성형할 경우에, 너트의 내주면의 상기 홈의 성형 부위에 발생하는 처짐량을 예상한 여육부를 마련함으로써, 처짐의 발생을 억제할 수 있다.

이어서, 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법의 일예를 설명한다. 도 52는, 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈을 성형하는 너트 소재(630)의 형상을 나타낸다. 도 52(a)는 정면도이며, 도 52(b)는 축 방향에 따른 종단면도이다.

도 52에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(630)는 원통 형상을 이루고 있다. 그리고 너트 소재(630)의 내주면(630a)의 일부에는, 원 형상이 되는 다른 부위에 대하여 돌출되어 살 붙임 된 처짐 흡수용 여육부(635)가 형성되어 있다.

이 처짐 흡수용 여육부(635)는, 너트 소재(630)의 축방향으로 연장하도록 형성되어 있고, 너트 소재(630)의 안쪽을 향하는 면(635a)이 평면 형상으로 되어 있다. 예를 들어 제7실시형태에서는, S홈의 성형 부위에 대응하여, 너트 소재(630)의 둘레 방향으로 90°의 간격을 두고 4개소의 처짐 흡수용 여육부(635)가 형성되어 있다.

이 처짐 흡수용 여육부(635)는, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에 S홈을 성형할 때에 발생하는 처짐량을 예상한 형상(형성 영역의 넓이, 형성 두께 등)으로 형성되어 있다.

도 53은, 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈(631)이 성형된 너트 소재(630)의 형상을 나타낸다. 도 53(a)는 정면도이며, 도 53(b)는 축 방향을 따른 종단면도이다.

도 53에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에는, 각 처짐 흡수용 여육부(635)에 대응하여 S홈(631)이 복수 형성된다. 예를 들어, 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에서는, 도 39 및 도 40에 나타낸 바와 같이, 펀치(401) 및 구속형(402)을 사용하여, 너트 소재(630)(도 39에서는 부호 430)의 외주면(430b)을 구속형(402)으로 구속하고, 구속한 너트 소재(630)의 내주면(630a)의 처짐 흡수용 여육부(635)에 펀치(401)를 압입함으로써, 처짐 흡수용 여육부(635)에 S홈(631)을 성형하고 있다. 또한, 이때, 너트 소재(630)의 외주면(430b)에는, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에 성형한 S홈(631)에 대응하여, 즉, 구속형(402)의 재료 도출부(402b) 내에 위치하도록, 돌기(재료도출에 의한 융기부)(636)가 형성된다.

도 54는, 이상과 같은 제조 방법에 의해 제조된 너트(너트 소재)(630)를 구비하는 볼 나사(640)를 나타낸다. 도 54에 나타낸 바와 같이 볼 나사(640)는, 너트(630)의 외에, 나사 축(650) 및 볼(660)을 가진다. 나사 축(650)에는, 그 외주면에 단면 원호 형상의 수나선홈(651)이 형성되어 있다.

이 볼 나사(640)에서는, 나사 축(650)과 너트(630)의 양 나선 홈(651, 637)에 의해 규정되는 공간 내에 다수의 볼(660)이 전동이 자유롭게 배치되고, 이 볼(660)은, 나사 축(650)과 너트(630)와의 상대 나선 운동시에 나선 홈(651, 637)을 따라 전동 이동 가능하게 되어 있다.

그리고 너트(630)의 내주면에서는, 암나선홈(637)보다 깊은(반경 방향 바깥쪽으로 돌출한) 부분을 가지는 순환로(631)가 암나선홈(637)의 양단부를 매끄럽게 접속하고 있다. 나사 축(650)의 수나선홈(651)을 따라 전동 이동하는 볼(660)은, 나사 축(650)이 이웃한 수나선홈(651)을 사이를 둔 봉우리(652)를 따라 안내되고, 다시 순환로(631)에 안내됨으로써, 이 봉우리(652)를 넘어서 이웃한(전동해온) 수나선 홈(651)으로 되돌려지고 즉 순환 가능하게 되어 있다. 또한, 도 54에 나타낸 예에서는, 순환로(631)에 의해 안내되는 볼(660)을 나타내고 있고, 실제로는, 양 나선 홈(651, 637)에 의해 규정되는 공간 내에도 볼(660)이 존재하고 있다.

또한, 너트(630)가 비회전 상태로 지지되어 있을 경우, 나사 축(650)을 회전시키면, 볼 안내로(나선 홈(651, 637) 및 순환로(631))마다 볼(660)이 전동하면서 무한순환을 반복하여, 너트(630)는 나사 축(650)의 회전 방향을 따라 전진 또는 후퇴 방향으로 직진 운동을 하게 된다.

(작용, 효과 등)

전술한 바와 같이, 제7실시형태에서는, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에 처짐 흡수용 여육부(635)를 마련하고, 그 처짐 흡수용 여육부(635)에 펀치(예를 들어, 도 39 및 도 40에 나타낸 펀치(401))를 압입함으로써 S홈(631)을 성형하고 있다.

이에 따라, 제7실시형태에서는, 발생하는 처짐량을 예상한 처짐 흡수용 여육부(635)를 마련함으로써, 처짐의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 제7실시형태에서는, 볼 나사의 작동성이나 순환 홈의 수명을 향상시킬 수 있다.

(제7실시형태의 변형예)

제7실시형태에서는, 처짐 흡수용 여육부를 전술한 형상에 한정되지 않는 그 외의 형상으로 할 수도 있다.

도 55는, 다른 형상의 처짐 흡수용 여육부(638)가 형성되어 있는 너트 소재(630)의 형상을 나타낸다. 도 55(a)는 정면도이며, 도 55(b)는 축 방향을 따른 종단면도이다.

도 55에 나타낸 바와 같이, 처짐 흡수용 여육부(638)는, 둘레 방향에서의 단부(638a, 638b)의 살 두께, 즉, 너트 소재(630)의 내주면(630a)의 원 형상부위에 인접하는 부위(638a, 638b)의 살 두께가, 둘레 방향에서의 중앙부(638c)의 두께보다도 두껍게 되어 있다.

도 56은, 제7실시형태의 볼 나사 너트의 제조 방법에 의해 S홈(631)이 성형된 너트 소재(630)의 형상을 나타낸다. 도 56(a)는 정면도이며, 도 56(b)는 축 방향을 따른 종단면도이다.

도 56에 나타낸 바와 같이, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에는, 각 처짐 흡수용 여육부(638)에 대응하여 S홈이 복수 형성된다. 예를 들어, 이 제7실시형태의 변형예에서도, 도 39 및 도 40에 나타낸 바와 같이, 펀치(401) 및 구속형(402)을 이용하고, 너트 소재(630)(도 39에서는 부호 430)의 외주면(430b)을 구속형(402)으로 구속하고, 구속한 너트 소재(630)의 내주면(630a)의 처짐 흡수용 여육부(638)에 펀치(401)를 압입함으로써, 처짐 흡수용 여육부(638)에 S홈(631)을 성형하고 있다. 또한, 이때, 너트 소재(630)의 외주면(430b)에는, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에 성형한 S홈(631)에 대응하여, 즉, 구속형(402)의 재료 도출부(402b) 내에 위치하도록, 돌기(재료도출에 의한 융기부)(636)가 형성된다.

여기서, 너트 소재(630)의 내주면(630a)에 형성되는 S홈(631)은, 너트 소재(630)의 둘레 방향을 따르도록 마련됨으로써, 한쪽의 구부러지는 부위(곡률이 큰 부위)(631a), 대략 직선이 되는 부위(곡률이 작은 부위)(631c), 다른 방향의 구부러지는 부위(곡률이 큰 부위)(63lb)의 순서로, 너트 소재(630)의 내주면(630a)의 둘레 방향에 위치되게 된다.

제7실시형태의 변형예에서의 처짐 흡수용 여육부(638)는, 이러한 S홈(631)의 배치에 대응하고 있고, 살 두께가 두꺼운 양단부(638a, 638b)가, 성형되는 S홈(631)의 양단의 구부러지는 부위(631a, 63lb)에 위치되게 되고, 살 두께가 얇은 중앙부(638c)가, 성형되는 S홈(631)의 대략 직선이 되는 부위(631c)에 위치되게 되어 있다.

이상으로부터, 제7실시형태의 변형예에서도, 발생하는 처짐량을 예상한 처짐 흡수용 여육부(638)를 마련함으로써, 처짐의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 제7실시형태의 변형예에서는, S홈(631)의 구부러지는 부위(631a, 63lb)에서 커지는 처짐의 발생의 억제를 중점적으로 행할 수 있다.

또한, 제7실시형태에서는, 상기 도면 52에 나타낸 바와 같은, 너트(630)에 S홈(631) 또는 처짐 흡수용 여육부를 4개소 마련하는 것에 한정되지 않고, 적어도 1개소에 마련하도록 할 수도 있다.

[제8실시형태]

제8실시형태는, 볼 나사 및 그 제조 방법, 및 볼 나사의 제조에 사용되는 금형에 관한 것이다.

근년에, 차량 등의 절력화가 진행되고, 예를 들어 자동차 분야에서는, 트랜스미션이나 파킹 브레이크 등을 기어나 와이어 등을 개재한 수동력의 직접 전달이 아니고, 전동 모터의 힘에 의해 작동시키는 시스템이 개발되고 있다. 이러한 용도에 사용하는 전동 액츄에이터에는, 전동 모터로부터 전달되는 회전운동을 고효율로 축선방향 운동으로 변환하고 자동차의 각 기구를 구동하기 위하여, 볼 나사 기구가 이용되는 경우가 있다.

통상, 볼 나사 기구는, 나사 축과, 너트와, 상기 양자 간에 형성된 전동로 내를 전동하는 볼로 이루어지는데, 볼 나사 기구의 외경치수의 공간절약화의 요구에 공헌하는, 소위 탑식의 볼 나사 기구에서는, 전동로의 일단으로부터 타단으로 볼을 되돌려 순환시키기 위한 S자 형상의 볼 순환로가 마련된 탑을, 너트의 소정의 개소에 삽입하여 부착하고 있다.

그런데 종래 기술의 탑식 볼 나사 기구에서는, 탑이 너트와는 별개의 부재이기 때문에, 볼이 전동하는 너트의 암나사홈과, 탑에 형성된 볼 순환로와는 별개의 부재가 된다. 이 때문에, 그 경계선에서 단차가 생기는 것을 피할 수 없고, 결과로서 무시할 수 없는 이상음이나 작동 토크 변동이 발생하고, 나아가서는 수명저하에 의한 메인터넌스 코스트 고등이라고 하는 문제가 있었다.

이들 문제를 해결하는 선행기술로서, 예를 들어 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에서는, 볼 순환 탑을 이용하는 일 없이 너트의 내주면에 볼 순환로를 직접 성형하므로, 볼 순환로와 암나사홈과의 사이에 단차가 형성될 일이 없고, 매끄럽게 접속할 수 있다. 이에 따라, 볼 순환로와 암나사홈의 사이를 볼이 통과하더라도, 이상음이나 작동 토크 변동을 발생하는 일이 없고, 또한 수명 저하 등을 억제할 수 있다.

그러나 특허문헌 1에서는, 볼 순환로의 형상에 대응하는 형상의 볼록형의 지그(금형)를 너트의 내주면에 밀어붙여 가압(소성) 변형시켜 볼 순환로를 형성시키고 있기 때문에, 가공시에 볼 순환로 부분의 여육이 이동할 장소(도출)가 없고, 너트 소재나 금형에 예상외의 변형이나 균열이 발생하거나, 혹은 볼 순환로나 전동로에 변형이 발생하는 경우가 있었다. 그 결과, 정밀도가 저하되고, 그 수정 가공 작업이 필요한 등, 생산성이 악화될 우려가 있었다.

예를 들어, 볼 순환로는, 그 중심부분이 가장 깊고, 다른 부분으로 이동해야 할 여육이 많기 때문에, 소성 가공 시에는, 볼 순환로의 중심부분에 나사 축과 간섭하는 정도의 큰 돌기가 발생하는 경우가 있었다. 돌기가 발생했을 경우에는, 그 돌기를 기계 가공에 의해 제거하는 작업이 필요하였다. 특히, 복수의 볼 순환로 중 너트의 중심부에 마련된 볼 순환로는, 이 경향이 크다.

또한, 도 65의 (a) 내지 (c)와 같은, 복수의 볼 순환로(726, 727)를 구비한 너트(725)에 있어서도, 특허문헌 1과 같은 문제를 가지고 있었다.

또한, 도 66의 (a), (b)에 나타낸 바와 같은, 볼 순환로가 동위상에 배치되는 종래의 너트(725)에서는, 우선 홈가공 지그에 의한 제1 볼 순환로(726)의 형성 과정에서, 너트 단면(725a)에 변형이 발생한다. 너트 단면(725a)은, 그 후의 제2 볼 순환로(727)의 형성시에서의 기준면(L)이 되어 있으므로, 나사축의 나사 홈과 너트(725)의 나사 홈과의 피치가 맞지 않아, 볼 나사 기구의 작동 불량을 초래하기 쉽다. 또한, 제2 볼 순환로(727)의 형성 과정에서 제1 볼 순환로(726)에 여육이 유입하고, 제1 볼 순환로(726)를 변형시키기 때문에, 수정 가공 작업을 요하고 있었다.

따라서, 제8실시형태는, 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 볼 순환로가 고정밀도로 장수명의 볼 나사 및 그 제조 방법, 및, 이러한 볼 나사의 제조에 사용되는 금형을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제8실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제8실시형태의 볼 나사는, 외주면에 볼트홈를 형성한 나사축과, 상기 나사 축을 포위하도록 배치되고 내주면에 암나사 홈을 형성한 너트와, 대향하는 상기 양 나사홈간에 형성된 전주로를 따라 전동이 자유롭게 배치된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사에 있어서, 상기 볼 순환로는, 상기 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목 홈으로 구성되어 있음과 동시에, 상기 전주로와 상기 볼 순환로와의 접속 부분에는, 상기 볼 순환로의 주연부로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 플랜지가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 제8실시형태의 볼 나사에서는, 상기 전주로와의 접속 부분인 상기 볼 순환로의 양단부는, 상기 볼의 직선 형상 도입부로 되어 있음과 동시에, 상기 플랜지는 적어도 상기 직선 형상 도입부의 주연부에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플랜지의 선단과 상기 너트의 지름 방향 중심과의 사이의 거리(H)는, 상기 볼의 중심궤적 원 지름(BCD)의 1/2 이하이며, 상기 플랜지는, 상기 나사축의 외주면에 접촉하지 않도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목 홈은, 금형의 표면으로부터 돌출하는 볼록부를 상기 너트의 내주면에 가압하고 소성 가공하여 상기 내주면의 일부를 오목화시킴으로써 형성된 것이며, 상기 플랜지는, 상기 볼록부의 주위에 마련되고 상기 금형의 표면으로부터 오목한 도출 홈에 의해 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 도출 홈의 깊이는, 상기 볼록부에 가까운 측이 깊고, 먼 측이 얕은 것이 바람직하다.

또한, 상기 금형 중, 상기 도출 홈의 주위를 둘러싸도록 마련되고 상기 금형의 표면으로부터 돌출하는 제방부와 상기 볼록부만이 상기 너트의 내주면에 당접하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 제8실시형태의 금형은, 외주면에 볼트홈를 형성한 나사축과, 상기 나사 축을 포위하도록 배치되고 내주면에 암나사 홈을 형성한 너트와, 대향하는 상기 양 나사 홈 간에 형성된 전주로를 따라 전동이 자유롭게 배치된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사의 제조에 사용되는 금형에 있어서, 상기 너트의 내주면에 가압하여 소성 가공함으로써 상기 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목 홈을 형성하기 위한 볼록부와, 상기 볼록부의 주위에 마련되며, 또한, 상기 볼 순환로의 주연부로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 플랜지를 형성하기 위한 도출 홈을, 표면에 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 제8실시형태의 금형에서는, 상기 도출 홈의 깊이는, 상기 볼록부에 가까운 측이 깊고, 먼 측이 얕은 것이 바람직하다.

또한, 표면에는, 상기 볼록부와, 상기 도출 홈과, 상기 도출 홈의 주위를 둘러싸도록 마련되고 표면으로부터 돌출하는 제방부가 형성되어 있고, 상기 볼록부와 상기 제방부만이 상기 너트의 내주면에 당접하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 제8실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 외주면에 볼트 홈을 형성한 나사축과, 상기 나사 축을 포위하도록 배치되고 내주면에 암나사 홈을 형성한 너트와, 대향하는 상기 양 나사 홈 간에 형성된 전주로를 따라 전동이 자유롭게 배치된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사를 제조하는 방법에 있어서, 상기 금형에 마련된 볼록부를 상기 너트의 내주면에 가압하여 소성 가공함으로써, 상기 내주면의 일부를 오목화시켜, 오목 홈으로 이루어지는 상기 볼 순환로를 형성함과 동시에, 상기 도출 홈에 의해, 상기 볼 순환로의 주연부로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 플랜지를 형성하는 것을 특징으로 한다.

제8실시형태의 볼 나사는, 볼 순환로가 고정밀도이기 때문에 장수명이다.

또한, 제8실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 볼 순환로의 형성시에 생긴 여육에 의해 플랜지를 형성하므로, 여육에 의한 볼 순환로의 변형이 억제된다. 따라서, 볼 순환로의 형성 후에 수정 가공 작업을 하지 않고, 볼 순환로가 고정밀도인 볼 나사를 제조할 수 있다.

또한, 제8실시형태의 금형은, 볼 순환로의 형성시에 발생한 여육에 의해 플랜지를 형성하는 도출 홈을 구비하고 있으므로, 제8실시형태의 금형을 사용하면, 볼 순환로가 고정밀도인 볼 나사를 제조할 수 있다.

제8실시형태에 따른 볼 나사 및 그 제조 방법, 및, 볼 나사의 제조에 사용되는 금형의 일예를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제1예]

도 57은, 제8실시형태의 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이며, (a)는 단면도(축 방향을 따른 평면에서 절단한 단면도), (b)는 너트의 내주면의 S자 형상 순환로를 나타낸 단면도이다.

도 57에 나타낸 바와 같이, 제1예의 볼 나사는, 나선 형상의 볼트 홈(710a)을 외주면에 가지는 나사 축(710)과, 나사 축(710)의 볼트 홈(710a)에 대향하는 나선 형상의 암나사 홈(705a)을 내주면에 가지고, 나사 축(710)을 포위하도록 배치된 너트(705)와, 양 나사 홈(710a, 705a)의 사이에 형성된 나선 형상의 볼 전주로(708) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(711)과, 볼(711)을 볼 전주로(708)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 S자 형상의 볼 순환로(706, 707)(이후는 S자 형상 순환로라고 기재하는 경우도 있음)를 구비하고 있다.

즉, 볼(711)은, 볼 전주로(708) 내를 이동하면서 나사 축(710)의 주위를 회전하여 볼 전주로(708)의 종점에 이르고, 거기에서 S자 형상 순환로(706(707))의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 S자 형상 순환로(706(707)) 내를 통과하고, S자 형상 순환로(706(707))의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(708)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

또한, 나사 축(710), 너트(705), 및 볼(711)의 재질은 특별히 한정되는 것이 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하며, 예를 들어 금속(강철 등), 소결 합금, 세라믹, 수지를 들 수 있다. 또한, 나사 홈(710a, 705a)의 단면형상은, 원호 형상이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다.

이러한 볼 나사는, 볼(711)을 개재하여 나사 축(710)에 나합되어 있는 너트(705)와 나사 축(710)을 상대 회전 운동시키면, 볼(711)의 전동을 개재하여 나사 축(710)과 너트(705)가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(708)와 S자 형상 순환로(706(707))에 의해 무단형상(無端狀)의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(708) 내를 전동하는 볼(711)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한히 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사 축(710)과 너트(705)는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

여기서, S자 형상 순환로(706, 707)에 대하여, 도 57의 (b)의 단면도(축 방향에 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하여 상세하게 설명한다. S자 형상 순환로(706, 707)는, 너트(705)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(705)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 소성가공에 의해 오목화시켜 형성한 오목 홈을, S자 형상 순환로(706, 707)라고 하고 있다.

따라서, 도 57의 (b)에는 도시되지 않은 볼 전주로(708)의 종점으로 전동해온 볼(711)은, S자 형상 순환로(706(707))의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 너트(705)의 내부(지름 방향 바깥쪽 측)으로 가라앉는다. 그리고 S자 형상 순환로(706(707)) 내를 통과하여 나사 축(710)의 랜드부(볼트 홈(710a)의 나사산)를 넘어서, S자 형상 순환로(706(707))의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(708)의 시발점으로 되돌려진다. 또한, S자 형상 순환로(706, 707)의 단면형상은, 원호 형상이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다.

또한, 오목 홈으로 이루어지는 S자 형상 순환로(706, 707)의 경우에는, 튜브식, 탑식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 상이하고, S자 형상 순환로(706, 707)를 구성하는 별개의 부재는 부착되어 있지 않다. 이 때문에, S자 형상 순환로(706(707))와 암나사홈(705a)과의 사이에 단차가 형성되는 일이 없고, 매끄럽게 접속되어 있다. 그 결과, S자 형상 순환로(706(707))와 암나사홈(705a)과의 사이를 볼(711)이 통과하더라도, 이상음이나 작동 토크 변동을 발생할 일이 없고, 또한 수명저하도 쉽게 발생하지 않는다.

이어서, S자 형상 순환로(706, 707)의 형성에 사용하는 순환로 가공 지그(금형)(704)에 대하여 설명한다. 순환로 가공 지그(금형)(704)는, 도 58의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이, 단면반원 형상의 기부(基部)(701)의 표면(원호면)에 오목 홈을 형성하기 위한 볼록형(702)이 마련되어 있고, 볼록형(702)의 주위에는, 기부(701)의 표면으로부터 오목한 도출 홈(703)이 형성되어 있다. 또한, 기부(701)의 표면(원호면)의 곡률반경은, 너트(705)의 내주면의 곡률반경과 동일하게 되어 있다.

도 59의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 순환로 가공 지그(704)를, 중공 형상의 소재인 너트(705)에 삽입한 후, 도 59의 (b)의 화살표와 같이 너트(705)의 내주면에 밀어붙여서, 제1의 S자 형상 순환로(706)를 형성한다. 이어서, 너트(705)의 단면을 기준면으로서 순환로 가공 지그(704)를 너트(705)의 축 방향 또는 회전 방향으로 이동시키고, 앞선 제1의 S자 형상 순환로(706)와 마찬가지로 밀어붙여서, 제2의 S자 형상 순환로(707)를 형성한다. 이에 따라, 순환로 가공 지그(704)의 볼록형(702)에 밀어붙인 너트(705)의 내주면은 소성 변형을 일으키고, S자 형상 순환로(706, 707)가 형성된다.

그때, 볼록형(702)의 가압에 의해 밀어 붙여진 너트 소재의 여육은, 순환로 가공 지그(704)의 볼록형(702)의 주위에 마련된 도출 홈(703)에 유입되고, 제1의 S자 형상 순환로(706)의 주위 및 제2의 S자 형상 순환로(707)의 주위에, S자 형상 순환로(706, 707)의 주연부로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 플랜지(F1)를 각각 형성하므로, 여육 압력에 의한 너트(705)의 균열이 방지된다.

그리고 너트(705)와 일체적으로 형성된 플랜지(F1)에 의해, 볼 전주로(708)로부터 S자 형상 순환로(706(707))로 전동해 오는 볼(711), 및, S자 형상 순환로(706(707))로부터 볼 전주로(708)로 전동해 가는 볼(711)을 원활하게 안내하는 볼 안내부가 형성된다.

또한, 도 59에서 설명하는 방법이 아니라 제1실시형태의 방법으로도, 동일한 너트(705)를 형성할 수 있다. 그 경우는, 도 58에 나타낸 바와 같은, S자 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 이용한다.

또한, 볼 전주로(708)(암나사홈(705a))와의 접속 부분인 S자 형상 순환로(706(707))의 양단부는, 직선 형상으로 홈이 형성되어 있고, 이에 따라 직선 형상 도입부(709)가 구성되어 있다. 너트(705)에 S자 형상 순환로(706(707))를 형성한 후에, 암나사홈(705a)이 절삭에 의해 형성되어 S자 형상 순환로(706(707))와 접속되는데, 이때에 직선 형상 도입부(709)가 암나사홈(705a)의 형성 오차 등을 흡수할 수 있게 되어 있기 때문에, 볼(711)의 원활한 전동에 기여한다.

이 후, 너트(705)의 내주면에 고주파 담금질 등의 열처리를 실시하여, S자 형상 순환로(706(707))의 내구성을 높인다.

제1예의 순환로 일체식 너트에 의하면, S자 형상 순환로(706(707))의 형성에 의해 생성된 여육을, 볼 안내부인 플랜지(F1)의 형성에 이용할 수 있다. 또한, 종래의 탑식 순환로를 구비하는 너트에서는, 탑 구멍 부착의 너트의 담금질 등에서 탑 삽입용의 관통구멍에서 국소적인 온도상승이 일어나고, 너트의 균열 변형 등이 발생하는 것이 문제가 되고 있었지만, 제1예의 순환로 일체식 너트에 의하면, 상기와 같은 국소적인 온도상승에 의한 너트의 균열 변형 등도 회피할 수 있다.

또한, 제1예에 의하면, 도 65의 (a) 내지 (c)에 나타낸 종래 기술과 동일한, 동위상의 S자 형상 순환로를 구비한 너트여도, 여육은 순환로 가공 지그(704)의 도출 홈(703)에 유입하기 때문에, 너트(705)의 단면의 돌출 변형, 및, 이미 형성되어 있는 별개의 S자 형상 순환로의 변형을 억제할 수 있다. 그 결과, S자 형상 순환로(706, 707)가 고정밀도가 되기 때문에, 고정밀도의 볼 나사를 제작할 수 있고 내구성의 향상이 실현됨과 동시에, S자 형상 순환로(706, 707)를 형성한 후에 형상의 수정 가공이 불필요해지기 때문에, 제조 작업의 번잡화가 회피되고 제조 코스트의 저감이 도모된다. 또한, 도출 홈(703)에 의해 형성된 플랜지(F1)를 너트(705)의 볼 안내부로서 이용할 수 있으므로, 원활한 볼(711)의 전동을 행할 수 있다.

이러한 제1예의 볼 나사의 용도는 특별 한정되는 것은 아니지만, 일반산업용 기계나 각종 차량이나 액츄에이터에 장착되는 볼 나사로서 적합하다.

[제2예]

도 60, 61은, 제8실시형태에 따른 제2예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이다. 도 60은, 너트의 내주면의 S자 형상 순환로를 나타낸 단면도이며, 도 61은, S자 형상 순환로를 형성하는 지그의 사시도이다. 또한, 제2예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제1예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다. 또한, 이 이후의 각 도면에서는, 도 57, 58과 동일 또는 상당하는 부분에는, 도 57, 58과 동일한 부호를 부여하였다.

제2예의 볼 나사에서는, 너트(705)의 S자 형상 순환로(706(707))의 형성시에 여육에 의해 형성되는 플랜지(F2)를, 직선 형상 도입부(709)의 주연부에 마련한 것이다. S자 형상 순환로(706(707))를 형성한 후에, 너트(705)에 나사 홈(705a)이 절삭 형성되는데, 직선 형상 도입부(709)가 나사 홈(705a)의 접속여백이 되어, 나사 홈(705a)의 절삭 오차 등을 흡수하기 때문에, 볼(711)이 원활한 전동에 기여하고 있다.

그리고 여육을 받아들이는 도출 홈(703)을 부분적으로 마련한 순환로 가공 지그(704)를 너트(705)의 내주면에 가압하여 소성 가공함으로써, 양 직선 형상 도입부(709)의 주연부에는 플랜지(F2)가 형성된다. 이 때문에, 도시하지 않은 나사축과 조합시켜 볼 나사로 한 경우에는, 볼(711)이 볼 전주로(708)를 전동하고 S자 형상 순환로(706(707))에서 방향 전환할 때에, 플랜지(F2)에 의해 볼(711)이 S자 형상 순환로(706(707))에 원활하게 안내된다.

[제3예]

도 62는, 제8실시형태에 따른 제3예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이며, 너트의 플랜지 높이와 BCD와의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 제3예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제1예, 제2예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

제1예, 제2예와 마찬가지로, S자 형상 순환로(706(707))의 형성에 의한 여육에 의해 플랜지(F1(F2))가 너트(705)의 내주면에 형성되고, 이 플랜지(F1(F2))가 볼 안내 기능을 가지고 있지만, 제3예의 경우에는, 순환로 가공 지그(704)의 도출 홈(703)에 의한 플랜지(F1(F2))의 형성 개소를 국부적으로 집약하고 있다. 이에 따라, 여육으로서 압출되어 형성되는 플랜지(F1(F2))의 높이(지름 방향 길이)를 충분히 확보할 수 있으므로, 확실한 볼 안내가 가능하다.

구체적으로는, 너트(705)의 지름 방향 중심으로부터 플랜지(F1(F2))의 선단까지의 지름 방향거리(H)가, 적어도 볼 나사 장착시의 볼(711)의 볼 중심 궤적 원 지름(BCD: 볼 센터 다이어미터)의 1/2정도 이하이며, 또한, 플랜지(F1(F2))의 선단이 나사 축(710)의 외주면에 접촉하지 않도록 마련되어 있다. 그러면, 플랜지(F1(F2))가 볼(711)의 중심에 접촉함으로써 볼(711)을 효과적으로 안내할 수 있으므로, 보다 원활한 순환이 가능해진다.

또한, 볼(711)의 지름이 작은 볼 나사의 경우에는, S자 형상 순환로(706(707))의 깊이도 얕기 때문에, 너트(705)의 S자 형상 순환로(706(707))에 상당하는 부분의 여육만으로는, 플랜지(F1(F2))의 높이를 충분히 얻지 못하는 경우도 있다. 그 경우는, 너트 소재의 내경을 BCD와 동등하게 하고, S자 형상 순환로(706(707))를 형성할 때의 소성가공에 의해, S자 형상 순환로(706(707))의 주연부에 여육이 흐르도록 하면, 플랜지(F1(F2))는 볼(711)의 중심의 궤적보다도 너트(705)의 지름 방향 중심 측으로 돌출할 수 있으므로, 원활한 볼 안내가 가능해진다.

[제4예]

도 63은, 제8실시형태에 따른 제4예의 볼 나사를 설명하는 도면이며, 소성가공에 의해 S자 형상 순환로 및 플랜지를 형성하기 위한 금형의 구조를 나타낸 도면이다. 또한, 제4예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제1예 내지 제3예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

도 63의 (a) 내지 (c)에 나타낸 바와 같이, 금형(704)에 형성된 도출 홈(703)의 형상을, 볼록형(702)에 가까운 측이 깊고, 먼 측이 얕은 형상으로 하였다. 이에 따라, S자 형상 순환로(706(707))를 형성했을 때에 발생하는 여육이 도출 홈(703)에 유입하기 쉬워지기 때문에, 플랜지 형상이 나오기 쉽고, 보다 효과적으로 플랜지(F1(F2))를 형성할 수 있다.

[제5예]

도 64는, 제8실시형태에 따른 제5예의 볼 나사를 설명하는 도면이며, 소성가공에 의해 S자 형상 순환로 및 플랜지를 형성하기 위한 금형의 구조를 나타낸 도면이다. 또한, 제5예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제1예 내지 제4예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

도 64의 (a) 내지 (d)에 나타낸 바와 같이 금형(704)의 표면에는, S자 형상 순환로(706(707))를 형성하기 위한 볼록형(702)과, 플랜지(F1(F2))를 형성하기 위한 도출 홈(703)이 형성되어 있음과 동시에, 도출 홈(703)의 주위를 둘러싸도록 형성된 제방부(712)가 표면으로부터 돌출되어 있다. 이 때문에, 금형(704)을 너트(705)의 내주면에 밀어붙였을 때는, 볼록형(702)과 제방부(712)만이 너트(705)의 내주면에 당접한다.

금형(704)의 표면의 전역이 너트(705)의 내주면에 당접하는 것은 아니고, 볼록형(702) 및 그 근방의 제방부(712)만이 너트(705)의 내주면에 당접하는 것과 같은 형상으로 되어 있으므로, 접촉면압이 높아져 여육의 이동이 용이해진다.

또한, 도출 홈(703)의 형상은, 제4예와 마찬가지로, 볼록형(702)에 가까운 측이 깊고, 먼 측이 얕은 형상으로 되어 있다. 이에 따라, S자 형상 순환로(706(707))를 형성했을 때에 발생하는 여육이 도출 홈(703)에 유입되기 쉬워지기 때문에, 플랜지 형상이 나오기 쉽고, 보다 효과적으로 플랜지(F1(F2))를 형성할 수 있다.

이상과 같이, 제8실시형태에 따른 볼 나사의 예를 설명했지만, 제8실시형태의 볼 나사는, 상술한 제1예 내지 제5예에 한정되는 것이 아니고, 제8실시형태의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들어 상기의 각 예에서는, 볼(711)을 볼 전주로(708)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(706, 707)를 너트(705)에 형성한 너트 순환 방식의 볼 나사를 예시했지만, 제8실시형태는, 볼 순환로(706, 707)에 상당하는 것을 나사 축으로 형성한 나사 축 순환 방식의 볼 나사에도 적용 가능하다.

[제9실시형태]

제9실시형태는, 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재하여 나사 축에 나합되어 있는 너트와 나사 축을 상대 회전 운동시키면, 볼의 전동을 개재하여 나사축과 너트가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다.

이러한 볼 나사에는, 볼 전주로의 시발점과 종점을 연통시켜 무단형상의 볼 통로를 형성하는 볼 순환로가 구비되어 있다. 즉, 볼은, 볼 전주로 내를 이동하면서 나사축의 주위를 회전하여 볼 전주로의 종점에 이르면, 볼 순환로의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 볼 순환로 내를 통과하고, 볼 순환로의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한히 순환 되도록 되어 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

이러한 볼 나사에서의 볼 순환로의 형상으로서는, 예를 들어 특허문헌 7에 개시되어 있는 바와 같이, 볼 순환로의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 U자 형상의 것이 알려져 있다.

그러나 금형을 사용한 단조에 의해 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜 오목 홈을 형성하고, 이 오목 홈으로 볼 순환로를 구성할 경우에는, 단면형상이 대략 U자 형상의 볼 순환로는, 단조에 큰 에너지를 필요로 하는 경향이 있었다. 즉, 금형이 가지는 볼록부를 너트용 소재의 내주면에 접촉시키고, 강하게 가압함으로써 소성 가공하여 오목 홈을 형성하는데, 단면형상이 대략 U자 형상의 볼 순환로를 형성할 경우에는, 단조시에 금형의 볼록부의 선단부와 너트용 소재와의 당접 각도가 크므로, 단조에 큰 에너지를 필요로 하는 경향이 있었다. 따라서, 볼 순환로의 형성에 요하는 에너지가 작아지도록, 추가적인 개량이 요망되고 있었다.

따라서, 제9실시형태는, 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 제조시에 필요한 에너지가 작은 볼 나사를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제9실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제9실시형태의 볼 나사는, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사에 있어서, 상기 볼 순환로는, 상기 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목 홈으로 구성되어 있고, 상기 볼 순환로의 길이 방향의 적어도 일부분은, 상기 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 제9실시형태의 볼 나사에 있어서는, 상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 중간부 및 상기 단부의 적어도 한쪽은, 상기 볼 순환로의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목 홈의 바닥부에 윤활제 체류부를 마련하는 것이 바람직하다.

제9실시형태의 볼 나사는, 볼 순환로의 길이 방향의 적어도 일부분은, 상기 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있으므로, 제조시에 필요한 에너지가 작다.

제9실시형태에 따른 볼 나사의 일예를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제1예]

도 67은, 제9실시형태에 따른 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 단면도(축 방향을 따른 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 67에 나타낸 바와 같이, 볼 나사(801)는, 나선 형상의 나사 홈(803a)을 외주면에 가지는 나사 축(803)과, 나사 축(803)의 나사 홈(803a)에 대향하는 나선 형상의 나사 홈(805a)을 내주면에 가지는 너트(805)와, 양 나사 홈(803a, 805a)에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로(807) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(809)과, 볼(809)을 볼 전주로(807)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로 (볼 복귀 경로)(811)를 구비하고 있다.

즉, 볼(809)은, 볼 전주로(807) 내를 이동하면서 나사 축(803)의 주위를 회전하여 볼 전주로(807)의 종점에 이르고, 거기에서 볼 순환로(811)의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 볼 순환로(811) 내를 통과하고, 볼 순환로(811)의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(807)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

또한, 나사 홈(803a, 805a)의 단면형상(길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면의 형상)은, 원호 형상(단일 원호 형상)이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다. 또한, 나사 축(803), 너트(805), 및 볼(809)의 재질은 특별히 한정되는 것이 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하다. 예를 들어, 금속(강철 등), 소결 합금, 세라믹, 수지를 들 수 있다.

이러한 볼 나사(801)는, 볼(809)을 개재하여 나사 축(803)에 나합되어 있는 너트(805)와 나사 축(803)을 상대 회전 운동시키면, 볼(809)의 전동을 개재하여 나사 축(803)과 너트(805)가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(807)와 볼 순환로(711)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(807) 내를 전동하는 볼(809)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한히 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사 축(803)과 너트(805)는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(811)에 대하여, 도 68, 69의 단면도(축 방향에 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하여 상세하게 설명한다. 볼 순환로(811)는, 너트(805)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(805)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 소성가공(예를 들어 금형을 사용하여 단조를 행하는 후술의 방법)에 의해 오목화시켜 형성한 오목 홈(822)을 볼 순환로(811)라고 하고 있다. 따라서, 튜브식, 탑식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 상이하게, 볼 순환로를 구성하는 별개의 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별개의 부재가 사용되고 있지 않으므로, 별개의 부재가 사용된 경우에 경계부분에 발생하는, 엣지부를 가지는 단차가 발생할 우려는 없다.

도 69에 나타낸 바와 같이, 볼 전주로(807)의 종점에 전동해온 볼(809)은, 볼 순환로(811)의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 너트(805)의 내부(지름 방향 바깥쪽 측)으로 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(811) 내를 통과하여 나사 축(803)의 랜드부(803b)(나사 홈(803a)의 나사산)를 넘어서, 볼 순환로(811)의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(807)의 시발점으로 되돌려진다.

또한, 도 70에 나타낸 바와 같이, 볼 순환로(811)(오목 홈(822))는, 볼 전주로(807)(나사 홈(805a))와의 접속 부분인 양단부(811a, 811a)가 직선 형상으로 되어 있고, 양단부(811a, 811a)의 사이에 위치하는 중간부(811b)가 곡선 형상으로 되어 있다. 이 중간부(811b)의 양단과 양단부(811a, 811a)가 매끄럽게 접속되어 있고, 도 68의 A화살표 방향에서 본 볼 순환로(811)(오목 홈(822))의 전체형상은 대략 S자 형상을 이루고 있다. 단, 볼 순환로(811)의 전체형상은, 도 70에 나타낸 바와 같은 대략 S자 형상으로 한정되는 것은 아니다.

이 직선 형상의 단부(811a)에 의해 볼(809)의 도입부가 형성되어 있고, 볼 전주로(807)로부터 볼 순환로(811)로 들어온 볼(809)은, 도입부를 통과하여 중간부(811b)의 만곡 부분에 부딪힘으로써 안내되어, 진행 방향을 바꾼다. 따라서 이 도입부는, 볼(809)이 격렬하게 충돌하는 부분이다. 또한, 볼 순환로(811)와 볼 전주로(807)는 매끄럽게 접속되어 있다. 즉, 볼(809)과 오목홈(822)의 내면과의 접점의 궤적과, 볼(809)과 나사 홈(805a)의 내면과의 접점의 궤적이, 매끄럽게 연속하도록 접속되어 있다. 그 결과, 볼(809)이 매끄럽게 순환한다.

또한, 볼 순환로(811)의 형상에 대하여, 도 70 내지 73을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 71은, 볼 순환로(811)의 단부(811a)의 단면형상을 나타낸 오목홈(822)의 단면도이며, 도 72는, 볼 순환로(811)의 중간부(811b)의 단면형상을 나타낸 오목홈(822)의 단면도이다. 또한, 도 73은, 볼 전주로(807)의 단면형상을 나타낸 나사 홈(805a)의 단면도이다. 모든 단면도가, 볼 순환로(811) 또는 볼 전주로(807)의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면도이다.

제1예의 볼 나사(801)에서는, 너트(805)의 대략 둘레 방향으로 연장되는 볼 순환로(811)의 단면형상(볼 순환로(811)의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상)이, 상기 길이 방향 전체에서 V자 형상을 이루고 있다. 예로서, 볼 순환로(811)의 단부(811a)의 단면형상을 도 71에 나타낸다. 도 71에서 알 수 있는 바와 같이, 단부(811a)의 단면형상은, 2직선이 교차하여 이루어지는 V자 형상이다.

단면형상이 V자 형상의 볼 순환로(811)를 형성할 경우에는, 단면형상이 원호 형상이나 대략 U자 형상의 볼 순환로를 형성하는 경우에 비해, 단조시에 금형의 볼록부의 선단부(V자 형상 볼록부의 선단)과 너트용 소재와의 접촉 각도가 작으므로, 냉간단조가 용이해지고, 또한, 단조에 요구되는 에너지가 대폭 작아진다. 따라서, 볼 나사(801)의 제조에 있어서 필요한 에너지가 작다. 이러한 효과를 보다 높게 얻기 위해서는, V자 부분이 이루는 각도(교차하는 상기 2직선이 이루는 각도)는 90°이상인 것이 바람직하다.

단, 오목홈(822)의 바닥부로부터 너트(805)의 내주면까지 상기 2직선이 연장된 단면 V자 형상일 필요는 없고, 상기 2직선이 도중으로부터 굴곡한 단면 오각 형상이어도 좋다. 즉, 단면형상이 전체로서 V자 형상이 아니어도 좋고, 오목 홈(822) 중 바닥부 근방 부분만이 단면 V자 형상이어도 좋다. 예로서, 볼 순환로(811)의 중간부(811b)의 단면형상을 도 72에 나타낸다. 도 72와 같은 단면형상이면, 도 71과 같은 V자 형상의 경우에 비해 오목홈(822)의 폭이 작아지므로, 단조에서의 제육량을 삭감할 수 있다. 따라서, 단조에 요구되는 에너지가 보다 작아진다. 또한, 도 72의 오목 홈(822)은, 바닥부 근방 부분이 단면 V자 형상이고, 개구부 근방 부분은 단면 직사각형 형상이지만, 개구부 근방 부분은 단면 사다리꼴 형상이어도 좋다.

또한, 볼 순환로(811)의 단면형상이 V자 형상이기 때문에, 도 71, 72에서 알 수 있는 바와 같이, 볼(809)은 오목홈(822)의 내면과 2점에서 접촉하고 지지된다. 그 결과, 볼 순환로(811) 내에서의 볼(809)의 거동이 안정된다.

또한, 볼 순환로(811)의 단면형상이 V자 형상이기 때문에, 볼 순환로(811)를 구성하는 오목홈(822)의 바닥에, 오목홈(822)의 내면과 볼(809)에 둘러싸인 공간이 형성된다. 이 공간에는, 윤활유, 그리스 등의 윤활제를 유지 가능하므로, 상기 공간은 윤활제 체류부로서 기능한다.

윤활제 체류부에 유지되어 있는 윤활제는, 볼 나사(801)의 사용 중에 볼(809)에 적당하게 공급되므로, 윤활제는 볼 순환로(811) 내에서 볼(809)의 표면에 부착되고, 볼(809)과 함께 볼 전주로(807)에 이르고, 나사 홈(803a, 805a) 및 볼(809)의 표면의 윤활에 제공된다. 이 때문에, 볼 나사(801)는 윤활성이 우수하며 장수명이된다. 또한, 윤활제 체류부 내에 유지된 윤활제에 의해 볼 나사(801)가 윤활되기 때문에, 볼 나사(801)의 내부에 윤활제를 보급하는 메인터넌스 작업의 빈도를 줄일 수 있다.

이러한 제1예의 볼 나사(801)의 용도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 자동차부품, 위치결정장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

이어서, 제1예의 볼 나사(801)의 제조 방법의 일예를, 도 74, 75를 참조하여 설명한다. 우선, 원주 형상의 강철제 소재(820)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(805)와 대략 동일형상(대략 원통형상)의 블랭크(821)를 얻었다 (러프 성형공정). 이때, 소성가공에 의해, 블랭크(821)의 외주면에는 플랜지(813)도 형성된다.

이어서, 블랭크(821)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(807)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(811)를 이루는 대략 S자 형상의 오목 홈(822)을 형성하였다(볼 순환로 형성 공정).

이 오목 홈(822)을 형성하는 방법의 구체예로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목 홈(822)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 금형(도시하지 않음)을 블랭크(821) 내에 삽입하고, 블랭크(821)의 내주면에 금형의 볼록부를 접촉시키고, 블랭크(821)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 가압함으로써 소성가공하여, 오목 홈(822)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 캠 드라이버(도시하지 않음)와, 오목 홈(822)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더(도시하지 않음)를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목 홈(822)을 형성해도 좋다. 상세하게 설명하면, 블랭크(821) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(821)와 캠 드라이버의 사이에 배치함과 동시에, 볼록부를 블랭크(821)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(821) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(821)의 대략 축방향(블랭크(821)의 축 방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 연장되는 경사면에서 상호 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(821)의 축 방향을 따라 이동시키면, 양 경사면에서 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(821)의 지름 방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되고, 캠 드라이버의 축 방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름 방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 볼록부가 블랭크(821)의 내주면을 강하게 가압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(821)의 내주면에 오목 홈(822)이 형성된다.

이어서, 너트(805)의 내주면에, 관용의 절삭가공에 의해, 볼 순환로(811)(오목 홈(822))의 최단부와 접속하도록 나사 홈(805a)을 형성하였다(나사 홈 형성 공정). 이때, 오목 홈(822)(볼 순환로(811))의 최단부는 구면 형상을 이루고 있으므로, 나사 홈(805a)과의 경계부분(830)의 단차에 탑식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 매끄러운 단차가 된다. 그 결과, 경계부분(830)을 볼(809)이 통과하더라도, 이상음이나 작동 토크 변동이 쉽게 발생하지 않고, 또한 수명저하도 쉽게 발생하지 않는다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여 너트(805)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파열처리 등을 들 수 있다. 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우에는, 너트(805)의 재질은, 탄소의 함유량이 0.10∼0.25 질량%의 크롬강 또는 크롬몰리브덴강(예를 들어 SCM420)인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파 담금질인 경우에는, 탄소의 함유량이 0.4∼0.6 질량%의 탄소강(예를 들어 S53C, SAE4150)인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(805)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사 축 (803) 및 볼(809)을 조합시켜 볼 나사(801)를 제조하였다.

또한, 전술한 러프 성형 공정 및 볼 순환로 형성 공정을 소성가공으로 행했으므로, 이 볼 나사(801)의 제조 방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여, 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(820)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한 가공 경화하므로, 고강도의 너트(805)가 얻어진다.

소성가공의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 단조가 바람직하고, 특히 냉간단조가 바람직하다. 열간단조를 채용하는 것도 가능하지만, 냉간단조는 열간단조에 비해 고정밀도의 마무리가 가능하므로, 후가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도의 너트(805)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(801)를 염가로 제조할 수 있다. 러프 성형 공정 및 볼 순환로 형성 공정에서의 소성가공을 냉간단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 1개의 공정에서의 소성가공을 냉간단조로 해도 좋다.

[제2예]

제9실시형태의 제2예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제1예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

제1예의 볼 나사(801)에 있어서는, 볼 순환로(811)의 단면형상은, 길이 방향 전체에서 V자 형상을 이루고 있지만, 볼 순환로(811)의 일부분(볼 순환로(811)의 길이 방향의 일부분)의 단면형상이 V자 형상이어도 좋다. 제2예의 볼 나사(801)에서는, 중간부(811b)만이 단면 V자 형상으로 되어 있고, 양단부(811a, 811a)의 단면형상은, 원호 형상(단일 원호 형상) 또는 고딕 아크 형상으로 되어 있다. 단조시의 제육량이 가장 많은 중간부(811b)가 단면 V자 형상으로 되어 있으므로, 단조에 요구되는 에너지가 대폭 작아진다.

[제3예]

제9실시형태의 제3예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제1예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

제3예의 볼 나사(801)에서는, 제2예의 경우와는 반대로, 양단부(811a, 811a)가 단면 V자 형상으로 되어 있고, 중간부(811b)의 단면형상은 원호 형상(단일 원호 형상) 또는 고딕 아크 형상으로 되어 있다.

볼(809)의 도입부인 단부(811a)는, 볼(809)이 부하 영역으로부터 무부하 영역으로 이동하는 부분이며, 볼(809)의 거동이 가장 불안정한 부분이다. 이러한 부분의 단면형상이 V자 형상이며, 볼(809)이 오목홈(822)의 내면과 2점에서 접촉하고 지지되어 있기 때문에, 볼(809)의 거동이 안정된다.

또한, 볼(809)이 미끄러짐으로써 이동하는 중간부(811b)의 단면 형상을, 볼(809)이 오목홈(882)의 내면과 1점에서 접촉하는 원호 형상 또는 대략 U자 형상으로 하면, 볼(809)의 마모 손실을 저감할 수 있다.

또한, 상기 제1예 내지 제3예는 제9실시형태의 일예를 나타낸 것으로서, 제9실시형태는 상기 제1예 내지 제3예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(801)에서는, 오목 홈(822)을 단조에 의해 형성한 예를 나타냈지만, 단조 이외의 방법에 의해, 블랭크(821)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 오목화시켜 오목 홈(822)을 형성해도 좋다. 예를 들어, 절삭가공, 연삭가공에 의해 오목화시켜도 좋다. 혹은, 주조에 의해, 내주면에 오목 홈(822)을 가지는 블랭크(821)를 제조하고, 이 오목 홈(822)을 볼 순환로(811)로 해도 좋다. 이들의 방법에 의해 오목 홈(822)을 형성한 경우에는, 볼 나사(801)의 제조에 있어서 필요한 에너지가 작다고 하는 효과는 나타나지 않지만, 볼 순환로(811) 내에서의 볼(809)의 거동이 안정된다고 하는 효과는 나타난다.

또한, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(801)에서는, 볼(809)을 볼 전주로(807)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(811)를 너트(805)에 형성한 너트 순환 방식의 볼 나사를 예시했지만, 제9실시형태는, 볼 순환로(811)에 상당하는 것을 나사 축으로 형성한 나사 축 순환 방식의 볼 나사에도 적용가능하다.

[제10실시형태]

제10실시형태는, 볼 나사를 구성하는 너트의 제조 방법에 관한 것이다.

볼 나사는, 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

볼 나사의 볼 복귀 경로에는 순환 튜브 방식이나 탑 방식 등이 있고, 탑 방식의 경우에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부가 형성된 탑을 너트의 관통구멍에 끼우고 있다. 이에 대하여 특허문헌 4에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부(볼 순환 홈)가 너트의 내주면에 직접 형성되어 있는 볼 나사가 기재되어 있다.

구체적으로는, 볼 나사의 너트 부재는, 둘레 방향에서 분할면을 가지지 않고, 절삭가공이나 단조 가공으로 일체적으로 형성되고, 너트 부재의 내주면에, 암나선 홈(볼 전동 홈)보다 깊은(반경 방향 바깥쪽으로 돌출한) 부분을 가지는 긴S자 형상의 순환로(볼 순환 홈)가 형성되고, 암나선홈의 양단을 매끄럽게 접속하고 있다고 기재되어 있다. 그러나 암나선홈 및 순환로를 구체적으로 어떻게 하여 형성할지에 대해서는 기재되어 있지 않다.

특허문헌 5에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부(복귀 홈)와 나선 홈(내 나사 홈)과 외주면의 돌출부(외경면을 형성하는 부분)를 가지는 너트를, 소결 합금으로 일체로 성형하는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 6에는, 나선 형상의 부하 볼 전동 홈과, 그 일단과 타단을 접속하는 볼 순환 홈으로 이루어지는 볼 순환로가, 너트의 내주면에 형성되어 있는 「나사 장치」가 기재되어 있다. 볼 순환로의 형성 방법으로서는, 「내 캠」이라고 칭하고 있는 내경홈 생성 가공의 방법으로 제작이 가능하다고 기재되어 있다.

특허문헌 1에는, 볼 순환 홈을 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 볼 순환 홈의 형상에 대응하는 S자 형상의 볼록부(37, 38)를 가지는 원주 형상의 가공 헤드(30)를 구비한 금형을 사용한다.

그리고 너트 소재(1)를 베이스(200) 상에 가로 방향으로(축 방향이 수평방향을 따르도록) 재치하고, 너트 소재(1)의 내부에 볼록부(37, 38)를 위로 향하여 가공 헤드(30)를 넣고, 기단부(30a)와 선단부(30b)를 고정한 상태에서, 금형의 상부재(20)에 프레스압을 가하여 하강시킨다. 이에 따라, 볼록부(37, 38)를 너트 소재(1)의 내주면(11)에 밀어붙여 너트 소재(1)의 내주면(11)을 소성 변형시킨다.

이러한 볼 순환 홈을 너트 소재를 소성 변형시켜 형성하는 방법으로서, 특허문헌 1의 방법과는 상이한 방법으로서, 원통 형상의 너트 소재(예를 들어 제1실시형태에서 나타낸 것)를, 축 방향이 수직 방향을 따르도록 배치하고, 외주면과 축 방향 일단면을 구속한 상태에서, 상기 너트 소재에 내삽된 펀치를 상기 너트 소재의 지름 방향 외측으로 이동하여, 상기 너트 소재의 내주면에 밀어붙이는 방법(펀치를 이용한 단조 가공법)을 들 수 있다.

이 방법에서는, 너트 소재의 내주면을 펀치의 가압력으로 오목하게 함으로써, 펀치의 돌기 형상에 대응한 오목부(볼 순환 홈)를 형성하기 위하여, 가공조건이나 구속 조건에 따라서는, 펀치에 강한 휨 응력이 작용한다. 또한, 마찬가지로 오목하게 한 부분에 존재하고 있었던 재료의 유동에 기인하여, 볼 순환 홈의 형상 정밀도가 낮아지는 경우도 있다. 특히, 복수의 볼 순환 홈을 한번에 형성할 경우에는, 형상 정밀도와 축 방향 및 둘레 방향에서의 위치 정밀도가 낮고, 볼 순환홈마다의 형상의 편차가 발생하기 쉬운 경향이 있다.

이 제10실시형태의 과제는, 펀치를 이용한 단조 가공법에 의해 너트 소재의 내주면에, 단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상인 볼 순환홈을 형성하는 방법으로서, 너트 소재의 재료 유동이 억제됨과 동시에, 펀치에 작용하는 휨 응력을 저하할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 이 제10실시형태는, 나사 축 및 볼과 함께 볼 나사를 구성하고, 상기 볼을 전동 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 복귀 경로로서, 단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상인 볼 순환홈을 내주면에 가지는 볼 나사용 너트를 제조하는 방법으로서, 원통 형상의 너트 소재의 내주면의 상기 볼 순환홈을 형성하는 위치에, 단면형상이 상기 볼 순환 홈의 단면 원호에 내포되는 하단 오목부를 형성한 후, 상기 너트 소재의 외주면과 축 방향 일단면을 구속한 상태에서, 상기 너트 소재에 내삽된 펀치를 상기 너트 소재의 지름 방향 외측으로 이동함으로써 상기 볼 순환홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 너트 소재에 상기 하단 오목부를 형성하는 방법으로서는, 선삭가공, 절삭가공, 방전가공 등을 들 수 있다.

이 제10실시형태의 방법에 의하면, 상기 하단 오목부가 형성된 너트 소재에 펀치를 이용한 단조 가공법으로 상기 볼 순환 홈의 형성을 행함으로써, 상기 하단 오목부가 형성되지 않은 너트 소재에 펀치를 이용한 단조 가공법으로 상기 볼 순환홈을 형성하는 경우와 비교하여, 너트 소재의 내주면을 펀치의 가압력으로 오목하게 하는 양이 적어진다. 이 때문에, 재료의 유동량이 적어짐과 동시에, 펀치에 작용하는 휨 응력을 저감할 수 있다.

상기 하단 오목부는, 예를 들어 단면이 대략 V자 형상이고, 깊이가 상기 볼 순환 홈과 동일하고, 단면의 개구가 상기 볼 순환 홈의 단면 원호의 개구와 동일하게 형성한다.

상기 하단 오목부를, 단면이 대략 V자 형상이고, 깊이가 상기 볼 순환 홈보다 깊고, 단면의 개구가 상기 볼 순환 홈의 단면 원호의 개구와 동일하게 형성하고, 상기 볼 순환 홈의 형성 후에, 상기 하단 오목부의 깊이 방향 선단부를 상기 볼 순환 홈의 바닥부에 도출 홈으로서 남겨도 좋다. 이 경우, 상기 도출 홈을 윤활 저장부로서 이용할 수 있다.

또한, 이 경우, 상기 하단 오목부의 상기 도출 홈이 되는 부분은 상기 볼 순환 홈의 단면 원호로부터 벗어나지만, 그 이외의 부분이 상기 볼 순환 홈의 단면 원호에 내포되어 있다.

이 제10실시형태의 방법에 의하면, 펀치를 이용한 단조 가공법에 의해 너트 소재의 축 방향 단부의 내주면에, 단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상인 볼 순환홈을 형성하는 방법에 있어서, 재료의 유동이 억제됨과 동시에 펀치에 작용하는 휨 응력을 저감할 수 있기 때문에, 상기 볼 순환 홈의 형상 정밀도 및 위치 정밀도가 양호해짐과 동시에 펀치의 수명이 향상된다.

이하, 제10실시형태에 대하여 설명한다.

[제1예]

이 제10실시형태의 제1예에서는, 도 76에 나타낸 바와 같이, 원통 형상의 너트 소재(901)의 내면에, 단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상인 볼 순환 홈(915)을 형성하는 작업을 2공정에서 행한다.

우선, 볼 순환 홈(915)을 형성하는 위치에, 볼 순환 홈(915)의 S자 형상 볼 이동 방향을 따라, 단면이 대략 V자 형상이고 볼 순환 홈(915)의 단면 원호에 내포되는 하단 오목부(913)를 선삭가공에 의해 형성한다. 단, 하단 오목부(913)를 절삭가공에 의해 형성해도 좋다. 또한, 하단 오목부(913)의 형성 위치의 정밀도가 양호하므로, 선삭가공이나 절삭가공이 바람직하지만, 프레스가공 등의 소성가공도 채용 가능하다. 이 하단 오목부(913)는, 깊이가 볼 순환 홈(915)과 동일하며, 단면의 개구가 볼 순환 홈(915)의 단면 원호의 개구와 동일하다.

이어서, 너트 소재(901)의 내주면(911)의 하단 오목부(913)가 형성되어 있는 위치에, 도 77에 나타낸 방법으로 볼 순환 홈(915)을 형성한다.

도 77에 나타낸 방법으로 사용하는 금형은, 제1실시형태와 동일한 것이며, 원통 형상의 너트 소재(901)의 외주면을 구속하는 외주구속형(902)과, 너트 소재(901)의 하단면을 구속하는 하형(下型, 903)과, 너트 소재(901)의 상단면에 오려놓는 원통 형상의 누름 부재(904)를 가진다.

또한, 너트 소재(901)의 내부에 삽입하는 원통 형상의 캠 케이스(905)와, 캠 케이스(905)의 중심구멍(951)에 삽입하는 캠 드라이버(906)와, 캠 케이스(905)의 지름 방향을 따른 관통구멍(952)에 배치되는 펀치(캠 슬라이더)(907)를 가진다.

캠 케이스(905)는, 관통구멍(952)이 형성되어 있는 쪽을 상측에 배치하여 너트 소재(901)에 삽입되어 있다. 펀치(907)에는, 볼 순환 홈(915)의 형상(단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상)에 대응하는 돌기(971)가 형성되어 있다. 펀치(907)는, 캠 드라이버(906)의 경사면(961)과 동일한 경사면(972)을 가진다. 이들의 경사면(961, 972)이 캠 기구를 구성한다.

이 금형을 사용함으로써, 너트 소재(901)의 하단면(축 방향 일단면)과 캠 케이스(905)의 하단면이 하형(903)으로 구속된다. 이 상태에서, 캠 드라이버(906)를 압입함으로써, 펀치(907)가 너트 소재(901)의 지름 방향 외측으로 이동하고, 너트 소재(901)의 내주면(911)의 하단 오목부(913)에 펀치(907)의 돌기(971)가 압입되어, 볼 순환홈(915)이 형성된다. 이에 따라, 너트 소재(901)에 하단 오목부(913)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915)을 형성한 경우와 비교하여, 너트 소재(901)의 내주면(911)을 펀치(907)의 가압력으로 오목하게 하는 양이 적어진다.

그 때문에, 너트 소재(901)에 하단 오목부(913)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915)을 형성한 경우와 비교하여, 재료의 유동량이 적어짐과 동시에, 펀치(907)에 작용하는 휨 응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 볼 순환 홈(915)의 형상 정밀도나 축 방향 및 둘레 방향에서의 위치 정밀도가 양호해짐과 동시에, 펀치(907)의 수명이 향상된다.

또한, 너트 소재(901)의 내주면(911)에 복수의 볼 순환홈을 한번에 형성할 경우에는, 대응하는 복수의 위치에 하단 오목부(913)를 마련한 후, 예를 들어 도 78에 나타낸 방법으로, 펀치를 이용한 단조 가공법을 행한다.

도 78에 나타낸 방법으로 사용하는 금형은, 원통 형상의 너트 소재(901)의 외주면을 구속하는 외주구속형(902)과, 너트 소재(901)의 하단면을 구속하는 하형(903)과, 너트 소재(901)의 상단면에 올려놓는 원통 형상의 누름 부재(904)를 가진다. 또한, 너트 소재(901)의 내부에 삽입하는 원통 형상의 캠 케이스(905A)와, 캠 케이스(905A)의 중심구멍(951)에 삽입하는 캠 드라이버(906A)와, 캠 케이스(905A)의 지름 방향을 따른 관통구멍(952, 953)에 배치되는 펀치(캠 슬라이더)(907A, 907B)를 가진다.

펀치(907A, 907B)에는, 볼 순환 홈(915, 916)의 형상(단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상)에 대응하는 돌기(971A, 971B)가 형성되어 있다. 캠 드라이버(906A)는, 펀치(907A)의 경사면(972A)과 동일한 경사면(961A) 및 펀치(907B)의 경사면(972B)과 동일한 경사면(961B)을 가진다. 경사면(961A, 972A)은 경사면(961B, 972B)보다도 경사각도가 작다. 경사면(961A)과 경사면(972A) 및 경사면(961B)과 경사면(972B)이 각각 캠 기구를 구성한다.

이 금형을 사용함으로써, 너트 소재(901)의 하단면(축 방향 타단면)과 캠 케이스(905A)의 하단면이 하형(903)으로 구속된다. 이 상태에서, 캠 드라이버(906A)를 압입함으로써, 펀치(907A, 907B)가 각각 너트 소재(901)의 지름 방향 외측으로 이동하고, 너트 소재(901)의 내주면(911)의 각 하단 오목부(913)에 펀치(907A, 907B)의 돌기(971A, 971B)가 압입되어, 볼 순환 홈(915, 916)이 형성된다.

이에 따라, 너트 소재(901)에 각 하단 오목부(913)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915, 916)을 형성한 경우와 비교하여, 너트 소재(901)의 내주면(911)을 펀치(907A, 907B)의 가압력으로 오목하게 하는 양이 적어진다. 이 때문에, 너트 소재(901)에 각 하단 오목부(913)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915, 916)을 형성한 경우와 비교하여, 재료의 유동량이 적어짐과 동시에, 펀치(907A, 907B)에 작용하는 휨 응력을 저감할 수 있다.

그 결과, 볼 순환 홈(915, 916)의 형상 정밀도나 축 방향 및 둘레 방향에서의 위치 정밀도가 양호해짐과 동시에, 펀치(907A, 907B)의 수명이 향상된다.

[제2예]

이 제10실시형태의 제2예에서는, 도 79에 나타낸 바와 같이, 원통 형상의 너트 소재(901)의 내면에, 단면이 원호 형상이고 볼 이동 방향이 S자 형상인 볼 순환 홈(915)을 형성하는 작업을, 2공정에서 행한다.

우선, 볼 순환 홈(915)을 형성하는 위치에, 볼 순환 홈(915)의 S자 형상 볼 이동 방향을 따라, 단면이 대략 V자 형상이고 깊이 방향 선단부 이외가 볼 순환 홈(915)의 단면 원호에 내포되는 하단 오목부(914)를, 선삭가공에 의해 형성한다. 단, 하단 오목부(913)를 절삭가공에 의해 형성해도 좋다. 또한, 하단 오목부(913)의 형성 위치의 정밀도가 양호하므로, 선삭가공이나 절삭가공이 바람직하지만, 프레스가공 등의 소성가공도 채용 가능하다. 이 하단 오목부(914)는, 깊이가 볼 순환 홈(915)보다 깊고, 단면의 개구가 볼 순환 홈(915)의 단면 원호의 개구와 동일하다.

이어서, 제1예와 같이, 도 77의 금형을 사용한 방법으로, 너트 소재(901)의 내주면(911)의 하단 오목부(914)가 형성되어 있는 위치에 볼 순환 홈(915)을 형성하고, 하단 오목부(914)의 깊이 방향 선단부를 볼 순환 홈(915)의 바닥부에 도출 홈(914a)으로서 남긴다. 이에 따라, 너트 소재(901)에 하단 오목부(914)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915)을 형성한 경우와 비교하여, 너트 소재(901)의 내주면(911)을 펀치(907)의 가압력으로 오목하게 하는 양이 적어진다.

그 때문에, 너트 소재(901)에 하단 오목부(914)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915)을 형성한 경우와 비교하여, 재료의 유동량이 적어짐과 동시에, 펀치(907)에 작용하는 휨 응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 볼 순환 홈(915)의 형상 정밀도나 축 방향 및 둘레 방향에서의 위치 정밀도가 양호해짐과 동시에, 펀치(907)의 수명이 향상된다. 또한, 도출 홈(914a)을 윤활 저장부로서 이용할 수 있기 때문에 윤활 성능이 향상된다.

또한, 너트 소재(901)의 내주면(911)에 복수의 볼 순환홈을 한번에 형성할 경우에는, 대응하는 복수의 위치에 하단 오목부(914)를 마련한 후, 예를 들어 도 78의 금형을 사용한 방법으로, 펀치(907A, 907B)를 이용한 단조 가공을 행한다. 이에 따라, 너트 소재(901)의 내주면(911)의 각 하단 오목부(914)가 형성되어 있는 위치에 볼 순환 홈(915, 916)을 형성하고, 각 하단 오목부(914)의 깊이 방향 선단부를 볼 순환 홈(915, 916)의 바닥부에 도출 홈(914a)으로서 남긴다.

따라서, 너트 소재(901)에 각 하단 오목부(914)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915, 916)을 형성한 경우와 비교하여, 너트 소재(901)의 내주면(911)을 펀치(907A, 907B)의 가압력으로 오목하게 하는 양이 적어진다. 그 때문에, 너트 소재(901)에 각 하단 오목부(914)를 마련하지 않고 볼 순환 홈(915, 916)을 형성한 경우와 비교하여, 재료의 유동량이 적어짐과 동시에, 펀치(907A, 907B)에 작용하는 휨 응력을 저감할 수 있다.

그 결과, 볼 순환 홈(915, 916)의 형상 정밀도나 축 방향 및 둘레 방향에서의 위치 정밀도가 양호해짐과 동시에, 펀치(907A, 907B)의 수명이 향상된다.

[제11실시형태]

제11실시형태는, 홈 형상의 볼 복귀 경로(볼 순환 홈)를 가지는 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 장치이다.

이러한 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등뿐만 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 교통수단에 탑재되는 전동 액츄에이터에도 사용되고 있다.

볼 나사의 볼 복귀 경로에는 순환 튜브 방식이나 탑 방식 등이 있고, 탑 방식의 경우에는, 볼 복귀 경로를 이루는 오목부(홈 형상의 볼 복귀 경로)가 형성된 탑을 너트의 관통구멍에 끼우고 있다. 이에 대하여, 홈 형상의 볼 복귀 경로(「볼 순환 홈」이라고 칭해지는 경우가 많음)가 너트의 내주면에 직접 형성되어 있으면, 조립의 시간이나 비용을 저감할 수 있음과 동시에, 볼 순환의 신뢰성 향상도 기대할 수 있다.

특허문헌 1에는, 볼 순환 홈이 너트의 내주면에 직접 형성되어 있는 볼 나사의 제조 방법으로서, 순환 홈(볼 순환 홈)을 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성한 후, 암나사 홈(볼 전동 홈)을 절삭가공하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 9에는, 너트의 축 방향 일단부에, 너트와 일체로 동축의 원환 형상의 볼 순환부를 마련하고, 이 볼 순환부에 볼 순환홈을 마련하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 7에는, 순환 홈(볼 순환 홈)의 볼 진행 방향에 직교하는, 홈 바닥부와 한 쌍의 측면을 가지는 단면형상을, 홈 저부로부터 멀어지는 방향을 향하여 측면이 넓어지는 형상으로 하는 것이 기재되어 있다. 이에 따라, 순환 홈과 볼의 간격을 작게 설정하여, 볼의 사행 및 순환 홈과 나사 축과의 사이의 단차를 억제할 수 있기 때문에, 이상음이나 진동을 억제하고, 원활한 동작을 확보할 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 10에는, 볼 순환홈을 나사 축으로 마련하고, 볼 순환 홈의 전체를 지름 방향으로 완만하게 물결치는 형상으로 함과 동시에, 나사축의 나사 홈과의 연결 부분을 극단적으로 날카로운 엣지가 서지 않는 형상으로 하는 것이 기재되어 있다. 이에 따라, 나사축의 나사 홈과 볼 순환 홈과의 사이에서 볼이 원활하게 출입할 수 있도록 하고 있다.

특허문헌 1, 7, 9, 10에 기재된 방법에서는, 홈 형상의 볼 복귀 경로(볼 순환 홈)를 가지는 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능, 및 가공 성능을 향상시킨다고 하는 점에서 진보된 개선의 여지가 있다.

이 제11실시형태의 과제는, 홈 형상의 볼 복귀 경로(볼 순환 홈)를 가지는 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능, 및 가공 성능을 더욱 향상시키는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제11실시형태의 볼 나사는, 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 순환홈을 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사로서, 상기 볼 순환 홈의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축방향으로 연장되는 면과의 각부가 둥글게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 제11실시형태의 볼 나사는, 상기 볼 순환 홈의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축방향으로 연장되는 면과의 각부가 둥글게 형성되어 있음으로써, 상기 각부가 둥글게 형성되지 않은 것과 비교하여, 볼이 순환할 때에 볼 표면에 흠집이나 흔적이 쉽게 발생하지 않고, 볼 순환 홈 자체도 각부의 결함 등이 쉽게 발생하지 않기 때문에, 내구성이 향상된다.

또한, 볼 순환홈을 진행하는 볼이 랜드부를 넘을 때에도 스무스하게 이동할 수 있기 때문에, 볼 순환 성능이 향상된다. 또한, 각부가 둥글게 형성되어 있지 않은 것은, 가공 후에 각부의 데버링을 행할 필요가 있지만, 각부가 둥글게 형성되어 있음으로써 그 수고를 생략할 수 있기 때문에, 가공 성능이 향상된다.

제11실시형태의 볼 나사는, 홈 형상의 볼 복귀 경로(볼 순환 홈)를 가지는 볼 나사로서, 내구성, 볼 순환 성능, 및 가공 성능이 양호한 것이 된다.

이하, 제11실시형태에 대하여 설명한다.

도 80 내지 82에 나타낸 바와 같이, 제11실시형태의 제1예의 볼 나사는, 나사 축(1001)과, 너트(1002)와, 볼(1003)과, 탑(1004)을 구비하고 있다. 나사 축(1001)의 외주면에 나선 홈(1001a)이 형성되어 있다. 너트(1002)의 내주면에 나선 홈(1002a)이 형성되어 있다. 너트(1002)의 지름 방향으로 관통하는 관통구멍(1002b)에 탑(1004)이 끼워져 있다. 볼(1003)은, 너트(1002)의 나선 홈(1002a)과 나사 축(1001)의 나선 홈(1001a)으로 형성되는 궤도의 사이에 배치되어 있다.

도 81 및 82에 나타낸 바와 같이, 탑(1004)에, 볼(1003)을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 순환홈(1041)이 형성되어 있다. 탑(1004)에 형성된 볼 순환 홈(1041)은, 도 82에 나타낸 바와 같이, 홈 저부(1041a)와, 홈 저부(1041a)에 연속하는 1쌍의 측면(1041b)을 가진다. 볼 순환 홈(1041)의 양 측면(1041b)과 각 측면(1041b)에 연속하는 축방향으로 연장되는 면(1042)과의 각부(1041c)가 둥글게 형성되어 있다.

도 83 및 도 84에 나타낸 제11실시형태의 제2예의 볼 나사에서는, 볼 순환홈(1041)이 너트(1002)의 내주면(1002d)에 직접 형성되어 있고, 너트(1002)에 도 80에 나타나 있는 바와 같은 관통구멍(1002b)은 형성되어 있지 않고, 탑(1004)도 가지지 않는다.

도 84에 나타낸 바와 같이, 너트(1002)의 내주면(1002d)에 형성된 볼 순환 홈(1041)은, 홈 저부(1041a)와, 홈 저부(1041a)에 연속하는 1쌍의 측면(1041b)을 가진다. 볼 순환 홈(1041)의 양 측면(1041b)과 각 측면(1041b)에 연속하는 축방향으로 연장되는 면(너트(1002)의 내주면)(1002d)과의 각부(1041c)가 둥글게 형성되어 있다.

제1 및 제2예의 볼 나사에 의하면, 볼 순환 홈(1041)의 각부(1041c)가 둥글게 형성되어 있기 때문에, 둥글게 형성되지 않은 것과 비교하여, 볼(1003)이 순환할 때에 볼(1003)의 표면에 흠집이나 흔적이 쉽게 발생하지 않고, 볼 순환 홈(1041)의 각부(1041c)의 결함 등이 쉽게 발생하지 않는다. 따라서, 내구성이 향상된다.

또한, 볼 순환 홈(1041)을 진행하는 볼(1003)이, 나사 축(1001)의 외주면(랜드부)(1001b)을 넘을 때에도 스무스하게 이동할 수 있기 때문에, 볼 순환 성능이 향상된다. 또한, 볼 순환 홈(1041)의 각부(1041c)가 둥글게 형성되어 있음으로써, 각부(1041c)에 버르가 거의 발생하지 않기 때문에, 데버링의 후공정을 생략할 수 있기 때문에, 가공 성능이 향상된다.

도 84에 나타낸 바와 같은, 각부(1041c)가 둥근 볼 순환홈(1041)이 직접 형성된 너트(1002)는, 예를 들어 너트용 소재로 제작된 원통 형상 블랭크의 내주면에, 도 85(a)에 나타낸 바와 같은 금형(1005)을 이용한 소성가공으로 볼 순환홈을 형성한 후에, 이 볼 순환 홈의 양단을 접속하도록 볼 전동 홈을 절삭가공으로 형성함으로써 제조할 수 있다. 도 85(a)에 나타낸 금형(1005)은, 기부의 면(1051)에, 볼 순환 홈(1041)에 대응시킨 돌기(1052, 1053)가 형성되어 있다. 제1 돌기(1052)는 볼 순환 홈(1041)의 홈 저부(1041a) 및 측면(1041b)을 형성하고, 제2 돌기(1053)가 각부(1041c)의 둥근 것을 형성한다.

각부(1041c)가 둥근 볼 순환 홈(1041)을 너트(1002)에 직접 형성하는 다른 방법으로서는, 종래의 방법으로 각부가 뾰족한 볼 순환 홈(1041)을 너트(1002)에 직접 형성한 후, 숏블라스트 등의 미디어 투사법으로 뾰족한 각부를 둥글게 하는 방법이나, 도 85(b)에 나타낸 바와 같이, 제2 돌기(1053)가 없는 금형(1005)을 사용하여 소성 유동을 이용하여 각부를 둥글게 하는 방법을 들 수 있다.

볼 순환 홈(1041)은, 도 86에 나타낸 바와 같이, 너트(1002)의 나선 홈(1002a)과 접속되어 있다. 볼 순환 홈(1041)의 볼 도입측(A부)에서는, 도 87의 우측 도면에 나타낸 바와 같이, 나선 홈(1002a)으로부터 볼 순환 홈(1041)으로 들어간 볼(1003)은, 볼 순환 홈(1041)의 측면(1041b)에 닿아서 화살표 방향의 힘을 받는다. 이 힘이 부여된 볼(1003)은, 볼 순환 홈(1041)의 중앙부(B부)에서, 도 87의 좌측 도면에 나타낸 바와 같이, 나사 축(1001)의 외주면(랜드부)(1001b)을 넘어서 이웃의 나선 홈(1002a)으로 이동한다. 따라서, 각부(1041c)의 둥근 정도는, 볼(1003)이 스무스하게 나사 축(1001)의 랜드부(1001b)를 극복할 수 있는 힘이 부여되는 범위로 설정할 필요가 있다.

또한, 특허문헌 9와 같이, 너트의 축 방향 일단부에, 너트와 일체로 동축의 원환 형상의 볼 순환부를 마련하고, 이 볼 순환부에 볼 순환홈을 마련한 다음, 이 볼 순환 홈의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축방향으로 연장되는 면과의 각부를 둥글게 형성해도 좋다. 이에 따라, 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능, 및 가공 성능을 더욱 향상할 수 있다.

또한, 특허문헌 7과 같이, 순환 홈(볼 순환 홈)의 볼 진행 방향에 직교하는, 홈 저부와 한 쌍의 측면을 가지는 단면형상을, 홈 저부로부터 멀어지는 방향을 향하여 측면이 넓어지는 형상으로 한 다음, 이 볼 순환 홈의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축방향으로 연장되는 면과의 각부를 둥글게 형성해도 좋다. 이에 따라, 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능, 및 가공 성능을 더욱 향상할 수 있다.

또한, 너트용 소재로부터 제작된 원통 형상 블랭크의 내주면에, 금형을 사용한 소성가공으로 볼 순환홈을 형성할 때에, 상기 내주면의 볼 순환 홈의 주위에 플랜지를 돌출시킨 볼 나사(일본국 특허출원 2009년 제226241호 명세서)에 있어서, 이 볼 순환 홈(플랜지 형성 부분은 플랜지)의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축방향으로 연장되는 면과의 각부를 둥글게 형성해도 좋다. 이에 따라, 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능, 및 가공 성능을 더욱 향상할 수 있다.

또한, 볼 순환 홈이 너트가 아니고, 나사 축으로 형성되어 있을 경우에도, 이 볼 순환 홈의 양 측면과 각 측면에 연속하는 축방향으로 연장되는 면과의 각부를 둥글게 형성함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

[제12실시형태]

제12실시형태는, 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재하여 나사 축으로 나합되어 있는 너트와 나사 축을 상대 회전 운동시키면, 볼의 전동을 개재하여 나사축과 너트가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다.

이러한 볼 나사에는, 볼 전주로의 시발점과 종점을 연통시켜 무단형상의 볼 통로를 형성하는 볼 순환로가 구비되어 있다. 즉, 볼은, 볼 전주로 내를 이동하면서 나사축의 주위를 회전하여 볼 전주로의 종점에 이르면, 볼 순환로의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 볼 순환로 내를 통과하고, 볼 순환로의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한히 순환되게 되어 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

볼 나사의 윤활성을 향상시키는 방법으로서, 윤활유, 그리스 등의 윤활제를 유지하는 기름 체류부를 마련하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 11에는, 사출성형법에 의해 제조된 수지제의 너트의 볼 전주로에 기름 체류부가 마련된 볼 나사가 개시되어 있다. 즉, 너트의 나사 홈의 표면에, 기름 체류부를 구성하는 오목부가 형성되어 있고, 이 기름 체류부에 윤활제가 충전되게 된다.

그러나 대부분의 경우 너트는 금속제이기 때문에, 볼 전주로에 기름 체류부를 마련하기 위해서는, 나사 홈을 형성한 후에, 그 홈면에 절삭가공 등에 의해 오목부를 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 볼 나사를 제조할 때의 가공 비용이 상승한다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 나사 홈에 오목부를 마련하면, 볼 나사의 부하용량이나 수명의 저하를 초래할 우려가 있었다.

따라서, 제12실시형태는, 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 부하용량 및 수명의 저하 및 제조 코스트의 상승을 수반하지 않고 윤활성을 향상시킨 볼 나사를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제12실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제12실시형태의 볼 나사는, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하고, 상기 볼 순환로가, 상기 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목 홈으로 구성되어 있는 볼 나사에 있어서, 윤활제를 유지가능한 윤활제 체류부를 구비하고 있고, 상기 윤활제 체류부는, 상기 오목 홈의 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 제12실시형태의 볼 나사에 있어서는, 상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 볼 순환로의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 상기 윤활제 체류부의 단면의 면적은, 상기 단부에 인접하는 부분보다도 상기 중간부에 인접하는 부분이 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼 순환로는 만곡하고 있고, 상기 볼 순환로의 만곡의 지름 방향 바깥쪽 측에 배치된 윤활제 체류부보다도, 상기 볼 순환로의 만곡의 지름 방향 안쪽 측에 배치된 윤활제 체류부 쪽이, 상기 볼 순환로의 길이 방향에 직교하는 평면에서 절단한 단면의 면적이 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목 홈 및 상기 윤활제 체류부를 구성하는 오목부는, 단조에 의해 동시에 형성된 것이 바람직하다.

제12실시형태의 볼 나사는, 너트의 볼 순환로에 윤활제 체류부를 구비함으로써, 부하용량 및 수명의 저하 배열에 제조 코스트의 상승을 수반하지 않고, 우수한 윤활성을 실현시키고 있다.

제12실시형태에 따른 볼 나사 및 그 제조 방법의 예를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

[제1예]

도 67은, 제12실시형태의 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 단면도(축 방향을 따른 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 67에 나타낸 바와 같이, 볼 나사(801)는, 나선 형상의 나사 홈(803a)을 외주면에 가지는 나사 축(803)과, 나사 축(803)의 나사 홈(803a)에 대향하는 나선 형상의 나사 홈(805a)을 내주면에 가지는 너트(805)와, 양 나사 홈(803a, 805a)에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로(807) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(809)과, 볼(809)을 볼 전주로(807)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(811)를 구비하고 있다.

즉, 볼(809)은, 볼 전주로(807) 내를 이동하면서 나사 축(803)의 주위를 회전하여 볼 전주로(807)의 종점에 이르고, 그래서 볼 순환로(811)의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 볼 순환로(811) 내를 통과하고, 볼 순환로(811)의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(807)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

또한, 나사 홈(803a, 805a)의 단면형상은, 원호 형상(단일 원호 형상)이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다. 또한, 나사 축(803), 너트(805), 및 볼(809)의 재질은 특별히 한정되는 것이 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하다. 예를 들어 금속(강등), 소결 합금, 세라믹, 수지를 들 수 있다.

이러한 볼 나사(801)는, 볼(809)을 개재하여 나사 축(803)에 나합되어 있는 너트(805)와 나사 축(803)을 상대 회전 운동시키면, 볼(809)의 전동을 개재하여 나사 축(803)과 너트(805)가 축방향으로 상대 이동하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(807)와 볼 순환로(811)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(807) 내를 전동하는 볼(809)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한히 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사 축(803)과 너트(805)는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(811)에 대하여, 도 68 및 도 69의 단면도(축 방향에 직교하는 평면에서 절단한 단면도)을 참조하여 상세하게 설명한다. 볼 순환로(811)는, 예를 들어 너트(805)의 내주면에 일체로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(805)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 소성가공 또는 절삭가공에 의해 오목화시켜 형성한 오목 홈(822)을, 볼 순환로(811)라고 하고 있다. 따라서, 튜브식, 탑식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 상이하고, 볼 순환로를 구성하는 별개의 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별개의 부재가 사용되지 않으므로, 별개의 부재가 사용된 경우에 경계부분에 발생하는, 엣지부를 가지는 단차가 발생할 우려는 없다.

도 69에 나타낸 바와 같이, 볼 전주로(807)의 종점에 전동해온 볼(809)은, 볼 순환로(811)의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 너트(805)의 내부(지름 방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(811) 내를 통과하여 나사 축(803)의 랜드부(803b)(나사 홈(803a)의 나사산)를 넘어서, 볼 순환로(811)의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(807)의 시발점으로 되돌려진다. 또한, 볼 순환로(811)의 단면형상은, 원호 형상(단일 원호 형상)이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다.

또한, 도 88에 나타낸 바와 같이, 볼 순환로(811)를 구성하는 오목 홈(1122)은, 볼 전주로(807)(나사 홈(805a))와의 접속 부분인 양단부가 직선 형상으로 되어 있고, 상기 양단부의 사이에 위치하는 중간부(1124)가 대략 S자 형상으로 만곡한 곡선형상으로 되어 있다. 또한, 직선 형상의 단부에는, 볼(1109)의 도입부(1125)가 형성되어 있음과 동시에, 직선 형상의 단부의 최단부는 원호 형상을 이루고 있다. 또한, 오목홈(1122)의 전체 형상은, 도 88에 나타낸 대략 S자 형상에 한정되는 것은 아니다.

또한, 너트(1105)는, 윤활제를 유지 가능한 윤활제 체류부를 구비하고 있다. 이 윤활제 체류부는, 오목홈(1122)의 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부(1131)로 이루어진다(도 89를 참조). 그리스, 윤활유 등의 윤활제가 윤활제 체류부내에 유지되고, 볼 나사(801)의 사용중에 볼 순환로(811)에 적절히 공급된다. 그리고 윤활제는 볼 순환로(811) 내에서 볼(809)의 표면에 부착되고, 볼(809)과 함께 볼 전주로(807)에 이르고, 나사 홈(803a, 805a) 및 볼(809)의 표면의 윤활에 제공되기 때문에, 볼 나사(801)는 윤활성이 우수하다. 또한, 윤활제 체류부 내에 유지된 윤활제에 의해 볼 나사(801)가 윤활되기 때문에, 볼 나사(801)의 내부에 윤활제를 보급하는 메인터넌스 작업의 빈도를 줄일 수 있다.

오목부(1131)를 형성하는 부위는, 오목홈(1122)의 내면이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 도 88에 나타낸 바와 같이, 대략 S자 형상의 중간부(1124)의 만곡부분 및 원호 형상의 최단부의 공통 접선과, 오목홈(1122)의 가장자리부로 둘러싸인 부위(도 88에서의 대략 활 형상의 사선부)에 형성하면 좋다. 그리고 도 89에 나타낸 바와 같이, 오목부(1131)의 너트 내주면 측은, 개방되어 있어도 좋다. 환언하면, 너트(1105)의 내주면을 오목화시켜, 오목 홈(1122)에 연속하는 오목부(1131)를 형성해도 좋다.

또한, 오목부(1131)는, 오목 홈(1122)에 매끄럽게 접속하고 있다. 즉, 도 89의 단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 너트(1105)의 내주면으로부터 오목부(1131)를 경유하여 오목 홈(1122)에 이르기까지, 그 표면은, 곡률이 서서히 변화되면서 매끄럽게 연속하고 있다. 그 때문에, 오목부(1131) 내의 윤활제는, 오목 홈(1122) 내에 용이하게 공급된다.

또한, 오목부(1131)의 깊이(너트(1105)의 지름 방향의 길이)는, 오목부(1131)의 길이 방향의 중앙에서 가장 깊어져 있지만, 모든 부분에서, 그 깊이는 오목홈(1122)의 곡률반경(중간부(1124)의 홈 폭(t)의 1/2)보다도 작아져 있다.

또한, 볼 전주로(807)로부터 볼 순환로(811)로 들어온 볼(1109)은, 도입부(1125)를 통과하여 중간부(1124)의 만곡부분에 부딪힘으로써 안내되어, 진행 방향을 바꾼다. 도 88, 89에서 알 수 있는 바와 같이, 볼 순환로(811)의 도입부(1125)나 만곡부분 중, 만곡의 지름 방향 바깥쪽측(즉, 볼(1109)이 부딪히는 부분)에는 오목부(1131)가 형성되어 있지 않으므로, 볼 순환로(811)의 순환성(볼(1109)의 안내 성능)이 저하할 일은 없다.

또한, 볼 순환로(811)의 만곡의 지름 방향 바깥쪽 측에 오목부(1131)를 마련해도 좋지만, 만곡의 지름 방향 안쪽 측에 마련한 오목부(1131)보다도 작은 것이, 상기와 동일한 관점에서 바람직하다. 상세하게 설명하면, 볼 순환로(811)(오목 홈(1122))의 길이 방향에 직교하는 평면에서 윤활제 체류부(오목부(1131))를 절단했다고 가정하면, 그 단면의 면적은, 볼 순환로(811)의 만곡의 지름 방향 안쪽 측에 마련한 오목부(1131)보다도, 만곡의 지름 방향 바깥쪽 측에 마련한 오목부(1131)가 작은 것이 바람직하다.

이러한 구성에서, 제12실시형태의 제1예의 볼 나사(801)는, 우수한 윤활성을 가지고 있다. 또한, 볼 전주로(807)가 아니고 볼 순환로(811)에 윤활제 체류부가 형성되어 있으므로, 볼 나사(801)의 부하용량이나 수명의 저하가 발생할 일이 없다. 이러한 제1예의 볼 나사(801)의 용도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 자동차부품, 위치결정장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

이어서, 제12실시형태의 볼 나사(801)의 제조 방법의 일예를, 도 74, 75를 참조하여 설명한다. 우선, 원주 형상의 강철제 소재(820)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(805)와 대략 동일형상(대략 원통형상)의 블랭크(821)를 얻었다(러프 성형 공정). 이때, 소성가공에 의해, 블랭크(821)의 외주면에는 플랜지(813)도 형성된다.

이어서, 블랭크(821)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 냉간단조 등의 소성가공(또는 절삭가공이어도 좋음)에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(807)의 종점과 시발점을 통과하는 볼 순환로(811)를 이루는 대략 S자 형상의 오목 홈(822(1122))을 형성하였다(볼 순환로 형성 공정). 또한, 기름 체류부를 구성하는 오목부(1131)를 소성가공(또는 절삭가공이어도 좋음)에 의해 형성하였다.

오목 홈(1122) 및 오목부(1131)를 형성하는 방법의 구체예로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목 홈(1122)에 대응하는 형상의 볼록부, 및, 오목부(1131)에 대응하는 형상이 다른 볼록부를 가지는 금형(도시하지 않음)을 블랭크(821) 내에 삽입하고, 블랭크(821)의 내주면에 금형의 양 볼록부를 접촉시키고, 블랭크(821)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 가압함으로써 소성가공하여, 오목 홈(1122) 및 오목부(1131)를 형성할 수 있다. 오목 홈(1122)과 오목부(1131)는 각각 형성해도 좋지만, 상기한 바와 같이 1개의 공정에서 동시에 형성하면, 볼 나사(801)의 제조 코스트를 낮게 억제할 수 있다.

예를 들어, 캠 드라이버(도시하지 않음)와, 오목 홈(1122)에 대응하는 형상의 볼록부, 및, 오목부(1131)에 대응하는 형상이 다른 볼록부를 가지는 캠 슬라이더 (도시하지 않음)를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목 홈(1122) 및 오목부(1131)를 형성해도 좋다. 상세하게 설명하면, 블랭크(821) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(821)와 캠 드라이버와의 사이에 배치함과 동시에, 양 볼록부를 블랭크(821)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(821) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(821)의 대략 축방향(블랭크(821)의 축 방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 연장되는 경사면에서 상호 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(821)의 축 방향을 따라 이동시키면, 양 경사면에서 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(821)의 지름 방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되고, 캠 드라이버의 축 방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름 방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 양 볼록부가 블랭크(821)의 내주면을 강하게 가압하는 것이 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(821)의 내주면에 오목 홈(1122) 및 오목부(1131)가 형성된다.

이어서, 너트(805)의 내주면에, 관용의 절삭가공에 의해, 볼 순환로(811)(오목 홈(1122))의 최단부와 접속하도록 나사 홈(805a)을 형성하였다(나사 홈 형성 공정). 이때, 오목 홈(1122)(볼 순환로(811))의 최단부는 구면 형상을 하고 있으므로, 나사 홈(805a)과의 경계부분의 단차에 탑식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 매끄러운 단차가 된다. 그 결과, 경계부분(830)을 볼(809)이 통과하더라도, 이상음이나 작동 토크 변동이 쉽게 발생하지 않고, 또한 수명저하도 쉽게 발생하지 않는다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여, 너트(805)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파열처리 등을 들 수 있다. 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우에는, 너트(5)의 재질은 SCM420인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파담금질인 경우에는, S53C 또는 SAE4150인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(805)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사 축(803) 및 볼(809)을 조합시켜 볼 나사(801)를 제조하였다.

또한, 전술의 러프 성형 공정 및 볼 순환로 형성 공정을 소성가공으로 행했으므로, 이 볼 나사(801)의 제조 방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여, 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(820)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한, 가공 경화하므로, 고강도의 너트(805)를 얻을 수 있다.

소성가공의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 단조가 바람직하고, 특히 냉간단조가 바람직하다. 열간단조를 채용하는 것도 가능하지만, 냉간단조는 열간단조에 비해 고정밀도의 마무리가 가능하므로, 후가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도의 너트(805)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(801)를 염가로 제조할 수 있다. 러프 성형 공정 및 볼 순환로 형성 공정에서의 소성가공을 냉간단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 1개의 공정에서의 소성가공을 냉간단조로 해도 좋다.

[제2예]

도 90 내지 92는, 제12실시형태의 제2예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이다. 도 90은, 너트의 내주면의 오목 홈 및 오목부를 나타낸 도면이고, 도 91, 92는, 도 90의 오목 홈 및 오목부의 단면도이다. 또한, 제2예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제12실시형태의 제1예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다. 또한, 이 이후의 각도에서는, 도 67 내지 69 및 도 88, 89와 동일 또는 상당하는 부분에는, 도 67 내지 69 및 도 88, 89와 동일한 부호를 부여하고 있다.

제12실시형태의 제2예의 볼 나사에서는, 오목부(1131)를 형성하는 부위는, 도 90에 나타낸 바와 같이, 오목홈(1122)의 가장자리부 중, 도입부(1125)와 중간부(1124)를 따른 부분에 형성되어 있다(도 90에서의 사선부). 그리고, 도 91, 92에 나타낸 바와 같이 오목부(1131)는, 도입부(1125)를 따른 부분보다도 중간부(1124)를 따른 부분이 크게 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 볼 순환로(811(오목 홈(1122)))의 길이 방향에 직교하는 평면에서 윤활제 체류부(오목부(1131))를 절단했다고 가정하면, 그 단면의 면적은, 도입부(1125)를 따른 부분은 작아지고, 중간부(1124)를 따른 부분은 그보다도 크다. 그리고 도입부(1125)를 따른 부분의 단면적이 가장 작아지고, 오목 홈(1122)의 길이 방향의 중앙에 근접함에 따라 단면적이 서서히 커지고, 오목 홈(1122)의 길이 방향의 중앙에서 가장 단면적이 커져 있다.

또한, 오목부(1131)의 깊이(너트(805)의 지름 방향의 길이)는, 오목 홈(1122)의 길이 방향의 중앙에서 가장 깊어져 있지만, 모든 부분에서, 그 깊이는 오목홈(1122)의 곡률반경(중간부(1124)의 홈 폭(t)의 1/2)보다도 작아져 있다.

또한, 볼 전주로(807)로부터 볼 순환로(811)에 들어온 볼(809)(1109)은, 도입부(1125)를 통과하여 중간부(1124)의 만곡부분에 부딪힘으로써 안내되어, 진행 방향을 바꾼다. 도입부(1125)에도 볼(1109)이 부딪히므로, 도 92에서 알 수 있는 바와 같이, 만곡의 지름 방향 안쪽 측(도 92에서는 우측)보다도 지름 방향 바깥쪽 측(도 92에서는 좌측)이, 상기 단면적이 작은 오목부(1131)가 형성되어 있다. 따라서, 볼 순환로(811)의 순환성(볼(1109)의 안내 성능)은 거의 저하하지 않는다.

[제3예]

도 93은, 제12실시형태의 제3예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이며, 너트의 내주면의 홈 및 오목부를 나타낸 도면이다. 또한, 제3예의 볼 나사의 구성 및 작용 효과는, 제12실시형태의 제1예, 제2예와 거의 동일하므로, 상이한 부분만 설명하고, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

제12실시형태의 제3예의 볼 나사에서는, 도 93에 나타낸 바와 같이, 오목부(1131)가 오목홈(1122)의 가장자리부 전체를 따르도록 형성되어 있다(도 93에서의 사선부). 또한, 볼 순환로(811(오목 홈(1122)))의 길이 방향에 직교하는 평면에서 윤활제 체류부(오목부(1131))를 절단했다고 가정했을 경우의 단면의 면적은, 윤활제 체류부(오목부(1131))의 모든 부분에 대해서 거의 동일하며, 오목홈(1122)의 가장자리부 전체를 따라 오목부(1131)가 균일하게 형성되어 있다. 오목홈(1122)의 최단부(원호 형상의 부분)에까지 윤활제 체류부가 형성되어 있으므로, 보다 많은 윤활제를 윤활제 체류부에 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 볼 나사(801)의 윤활성이 보다 우수하다.

또한, 상기 제1예 내지 제3예는 제12실시형태의 일예를 나타낸 것이며, 제12실시형태는 상기 제1예 내지 제3예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(801)에서는, 볼(809)을 볼 전주로(807)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(811)를 너트(805)에 형성한 너트 순환 방식의 볼 나사를 예시했지만, 제12실시형태는, 볼 순환로(811)에 상당하는 것을 나사 축으로 형성한 나사 축 순환 방식의 볼 나사에도 적용 가능하다.

[제13실시형태]

제13실시형태는, 볼 나사의 제조 방법에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재하여 나사 축으로 나합되어 있는 너트와 나사 축을 상대 회전 운동시키면, 볼의 전동을 개재하여 나사축과 너트가 축방향으로 상대 이동하게 되고 있다.

이러한 볼 나사에는, 볼 전주로의 시발점과 종점을 연통시켜 무단형상의 볼 통로를 형성하는 볼 순환로가 구비되어 있다. 즉, 볼은, 볼 전주로 내를 이동하면서 나사축의 주위를 회전하여 볼 전주로의 종점에 이르면, 볼 순환로의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 볼 순환로 내를 통과하고, 볼 순환로의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한히 순환되게 되므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

볼 순환로를 사용한 볼 순환 형식으로서는, 튜브식, 탑식 등이 일반적이다. 탑식 볼 나사에서는, 도 97에 나타낸 바와 같이, 볼 순환로를 구성하는 순환홈(1301)이 마련된 탑(1302)이, 너트(1303)에 형성된 탑 구멍(1304)에 삽입되어 고정되어 있다. 이러한 탑식 볼 나사의 너트(1303)는, 원통 형상의 소재에 절삭에 의해 구멍뚫기 가공이나 내외주면의 가공을 행함으로써 제조되기 때문에, 재료 수율이 나빴다. 또한, 너트(1303)와 탑(1302)이 별개의 부재이기 때문에, 너트(1303)와 탑(1302)의 치수의 편차에 의해, 그 경계부분에, 엣지부를 가지는 단차(1305)가 발생할 우려가 있었다(탑(1302) 및 탑 구멍(1304)의 주변부와 단차주변부를 확대하여 나타낸 도 97을 참조. 또한, 부호 1300은 볼 전주로임).

너트와 탑의 경계부분에, 엣지부를 가지는 단차가 형성되어 있으면, 상기 경계부분을 볼이 통과했을 때에 이상음이나 작동 토크 변동이 발생할 우려가 있고, 나아가서는 수명저하가 발생하여, 그 메인터넌스를 위하여 코스트가 고등한다고 하는 문제점이 있었다. 그리고 이 단차를 매끈하게 하기 위하여, 숫돌, 엔드밀 등을 이용한 기계가공을 실시하면, 탑과 탑 구멍의 사이에 연마용 입자, 절삭분 등이 잔류할 우려가 있었다.

이들 문제를 해결하는 선행기술로서는, 예를 들어 특허문헌 12가 있다. 특허문헌 12에서는, 탑을 너트에 부착하기 전에, 너트의 나사 홈에서의 탑 구멍에 인접하는 부위에 쇼트피닝 가공을 실시하고 있다. 또한, 탑의 순환 홈에도 쇼트피닝 가공을 실시하고 있다. 그러나 쇼트피닝 가공은 고비용이기 때문에, 가공 비용이 부피가 커진다고 하는 문제점이 있었다.

이 때문에, 특허문헌 5에서는, 너트를 소결 합금으로 구성함으로써, 볼 순환로를 구성하는 복귀 홈을 너트의 내주면에 일체적으로 형성하고 있다. 즉, 너트와 볼 순환로가 별개의 부재가 아니고 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 전술한 바와 같은 엣지부를 가지는 단차가 형성될 일이 없다.

그러나 특허문헌 5에 기재된 볼 나사의 너트는, 소결 합금으로 구성되어 있으므로, 밀도가 낮다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 기공의 발생 등에 의해, 너트의 강도가 볼 나사의 너트로서 충분하지 않은 경우가 있었다.

따라서, 제13실시형태는, 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 이상음이나 작동 토크 변동이 쉽게 발생하지 않고 장수명이며 염가인 볼 나사의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제13실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제13실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 나선 형상의 나사 홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사 홈에 대향하는 나사 홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사 홈에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사를 제조하는 방법에 있어서, 상기 너트의 내주면의 일부를 오목화시켜, 오목 홈으로 이루어지는 상기 볼 순환로를 형성하는 볼 순환로 형성 공정과, 상기 너트의 내주면에, 상기 볼 순환로의 단부와 접속하도록 상기 나사 홈을 형성하는 나사 홈 형성 공정과, 상기 볼 순환로와 상기 볼 전주로와의 경계부분에 브러시 가공 및 블라스트 가공 중 적어도 하나를 실시하여 버르(burr)를 제거하는 버르 제거 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 제13실시형태의 볼 나사의 제조 방법에서는, 상기 볼 순환로 형성 공정에서, 상기 너트의 내주면의 일부를 단조에 의해 오목화시켜, 오목 홈으로 이루어지는 상기 볼 순환로를 형성해도 좋다.

제13실시형태의 볼 나사의 제조 방법은, 볼 순환로와 볼 전주로와의 경계부분에 발생하는 버르를 제거하는 버르 제거 공정을 구비하고 있으므로, 경계부분을 볼이 통과할 때에 이상음이나 작동 토크 변동이 쉽게 발생하지 않고 장수명의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다.

제13실시형태에 따른 볼 나사의 제조 방법의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 67은, 제13실시형태의 일예인 볼 나사의 단면도(축 방향을 따른 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 67에 나타낸 바와 같이 볼 나사(801)는, 나선 형상의 나사 홈(803a)을 외주면에 가지는 나사 축(803)과, 나사 축(803)의 나사 홈(803a)에 대향하는 나선 형상의 나사 홈(805a)을 내주면에 가지는 너트(805)와, 양 나사 홈(803a, 805a)에 의해 형성되는 나선 형상의 볼 전주로(807) 내에 전동 자재로 장전된 복수의 볼(809)과, 볼(809)을 볼 전주로(807)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(811)를 구비하고 있다.

즉, 볼(809)은, 볼 전주로(807) 내를 이동하면서 나사 축(803)의 주위를 회전하여 볼 전주로(807)의 종점에 이르고, 거기에서 볼 순환로(811)의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 볼 순환로(811) 내를 통과하고, 볼 순환로(811)의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(807)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

또한, 나사 홈(803a, 805a)의 단면형상은, 원호 형상이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다. 또한, 나사 축(803), 너트(805), 및 볼(809)의 재질은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 재료를 사용 가능하며, 예를 들어 금속(강철 등), 세라믹, 수지를 들 수 있다. 예를 들어 너트(805)를 소결 합금으로 구성하면, 밀도가 낮다고 하는 문제점이나, 기공의 발생 등에 의해 너트(805)의 강도가 볼 나사의 너트로서 불충분하다고 하는 문제점이 발생할 우려가 있지만, 너트(805)를 강철 등의 금속으로 구성하면, 볼 나사의 너트로서 충분한 강도를 부여할 수 있다.

이러한 볼 나사(801)는, 볼(809)을 개재하여 나사 축(803)에 나합되어 있는 너트(805)와 나사 축(803)을 상대 회전 운동시키면, 볼(809)의 전동을 개재하여 나사 축(803)과 너트(805)가 축방향으로 상대 이동하게 되어 있다. 그리고 볼 전주로(807)와 볼 순환로(811)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(807) 내를 전동하는 볼(809)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한히 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사 축(803)과 너트(805)는 계속적으로 상대 이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(811)에 대하여, 도 68, 69의 단면도(축 방향에 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하여 상세하게 설명한다. 볼 순환로(811)는, 너트(805)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(805)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 소성가공 또는 절삭가공에 의해 오목화시켜 형성한 오목 홈(822)을, 볼 순환로(811)라고 하고 있다. 따라서, 튜브식, 탑식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 달리, 볼 순환로를 구성하는 별개의 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별개의 부재가 사용되지 않으므로, 별개의 부재가 이용된 경우에 경계 부분에 발생하는, 엣지부를 가지는 단차가 발생할 우려는 없다.

도 69에 나타낸 바와 같이, 볼 전주로(807)의 종점에 전동해온 볼(809)은, 볼 순환로(811)의 한쪽의 단부로부터 끌어 올려져 너트(805)의 내부(지름 방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(811) 내를 통과하여 나사 축(803)의 랜드부(803b(나사 홈(803a)의 나사산))를 넘어, 볼 순환로(811)의 다른 쪽의 단부로부터 볼 전주로(807)의 시발점으로 되돌려진다. 또한, 볼 순환로(811)의 단면형상은, 원호 형상이어도 좋고 고딕 아크 형상이어도 좋다.

이러한 제13실시형태의 본 예의 볼 나사(801)의 용도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 자동차부품, 위치결정장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

이어서, 제13실시형태의 볼 나사(801)의 제조 방법의 일예를, 도 74, 75 및 도 94 내지 96을 참조하여 설명한다. 우선, 원주 형상의 강철제 소재(820)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(805)와 대략 동일형상(대략 원통형상)의 블랭크(821)를 얻었다(러프 성형 공정). 이때, 소성가공에 의해, 블랭크(821)의 외주면에는 플랜지(813)도 형성된다.

이어서, 블랭크(821)의 원주면 형상의 내주면의 일부를 냉간단조 등의 소성가공(또는 절삭가공이어도 좋음)에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(807)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(811)를 이루는 오목 홈(822)을 형성하였다(볼 순환로 형성 공정(볼 복귀 경로 형성 공정)). 오목 홈(822)을 형성하는 방법의 구체예로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목 홈(822)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 금형(도시하지 않음)을 블랭크(821) 내에 삽입하고, 블랭크(821)의 내주면에 금형의 볼록부를 접촉시키고, 블랭크(821)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 가압함으로써 소성가공하여, 오목 홈(822)을 형성할 수 있다.

예를 들어 캠 드라이버(도시하지 않음)와, 오목 홈(822)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더(도시하지 않음)를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목 홈(822)을 형성해도 좋다. 상세하게 설명하면, 블랭크(821) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(821)와 캠 드라이버와의 사이에 배치함과 동시에, 그 볼록부를 블랭크(821)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(821) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(821)의 대략 축방향(블랭크(821)의 축 방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 연장되는 경사면에서 상호 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(821)의 축 방향을 따라 이동시키면, 양 경사면에서 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(821)의 지름 방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되고, 캠 드라이버의 축 방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름 방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 볼록부가 블랭크(821)의 내주면을 강하게 가압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(821)의 내주면에 오목 홈(822)이 형성된다.

이어서, 너트(1205)의 내주면에, 관용의 절삭가공에 의해, 볼 순환로(1211(오목 홈(1222)))의 단부와 접속하도록 나사 홈(1205a)을 형성하였다(나사 홈 형성 공정(나선 홈 형성 공정)). 이때, 오목 홈(1222(볼 순환로(1211)))의 단부는 구면 형상을 이루고 있으므로, 나사 홈(1205a)과의 경계부분의 단차에 탑식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 매끄러운 단차(1227)가 된다(오목홈(1222)의 주변부 및 단차 주변부를 확대하여 나타낸 도 94를 참조).

단, 오목 홈(822(볼 순환로(811)))과 나사 홈(805a(볼 전주로(807)))과의 경계부분(830)(도 75를 참조)에, 절삭가공에 의해 미소한 버르가 발생할 우려가 있다. 버르가 존재하면, 상기 경계부분을 볼(809)이 통과했을 때에 이상음이나 작동 토크 변동이 발생할 우려가 있고, 나아가서는 수명저하가 발생할 우려가 있다. 따라서, 버르를 제거하기 위하여, 브러시 가공(도 95를 참조. 부호 1251은 브러시임) 및 블라스트 가공(도 96을 참조. 부호 1252는 블라스트 노즐임)의 적어도 하나를 상기 경계 부분에 실시했다(버르 제거 공정).

경계부분(830)에 버르가 존재하지 않으므로, 볼 순환로(811)와 볼 전주로(807)가 매끄럽게 접속되어 있다. 그 결과, 경계부분(830)을 볼(809)이 통과하더라도, 이상음이나 작동 토크 변동을 발생할 일이 없고, 또한 수명저하도 쉽게 발생하지 않는다. 또한, 브러시 가공이나 블라스트 가공을 실시하면, 표면의 압축 잔류 응력에 의해 피로강도가 향상된다. 또한, 브러시 가공이나 블라스트 가공은, 쇼트피닝 가공에 비해 저비용이기 때문에, 볼 나사(801)를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 브러시 가공이나 블라스트 가공에 의해, 경계부분(830)에 버르가 존재하지 않고, 또한, 면 늘어짐 형상이 되기 때문에, 이들의 효과에 의해, 볼(809)을 보다 원활하게 순환시킬 수 있다. 또한, 면 늘어짐 형상이란, 곡면 형상의 모따기 형상이다.

또한, 종래의 탑식 볼 나사에서는, 브러시 가공이나 블라스트 가공을 실시하면, 후술하는 연마용입자, 미디어, 절삭분 등이 탑과 탑 구멍과의 사이에 잔류할 우려가 있었다. 그러나 제13실시형태의 본 예의 볼 나사(801)에서는, 너트(805)와 볼 순환로(811)가 일체가 되어 있으므로, 상기와 같은 연마용 입자, 미디어, 절삭분 등의 잔류와 같은 문제가 발생할 우려는 없다.

브러시 가공에서는, 스틸, 스테인레스, 폴리아미드 수지(나일론) 등으로 이루어지는 브러시를 이용할 수 있다. 이 브러시는, 연마용 입자를 구비하는 브러시여도 좋다. 연마용 입자의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 알루미나, 탄화 규소, 다이아몬드 등이 바람직하다. 또한, 블라스트 가공은, 블라스트 노즐로부터 미디어를 경계부분(830)에 분출하는 처리이다. 미디어의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 스틸, 글래스, 알루미나나, 폴리아미드 수지(나일론) 등의 플라스틱이 바람직하다. 또한, 미디어를 분출하는 시간은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 2초 이상 5초 이하가 바람직하고, 3초 전후가 보다 바람직하다. 또한, 버르 제거 공정을 끝낸 경계부분(830)의 표면 거칠기는, 1.6μmRa이하인 것이 바람직하다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여, 너트(805)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파열처리 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 열처리는, 버르 제거 공정 전에 행해도 된다. 열처리 후에 브러시 가공이나 블라스트 가공을 실시하면, 표면의 압축 잔류 응력에 의해 피로강도가 향상한다고 하는 효과가 보다 높아진다. 또한, 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우에는, 너트(805)의 재질은 SCM420인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파담금질인 경우에는, S53C 또는 SAE4150인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(805)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사 축(803) 및 볼(809)을 조합시켜, 볼 나사(801)를 제조하였다.

전술의 러프 성형 공정 및 볼 순환로 형성 공정을 소성가공으로 행했으므로, 이 볼 나사(801)의 제조 방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여, 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(820)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한 가공 경화하므로, 고강도의 너트(805)가 얻어졌다.

소성가공의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 단조가 바람직하고, 특히 냉간단조가 바람직하다. 열간단조를 채용하는 것도 가능하지만, 냉간단조는 열간단조에 비해 고정밀도의 마무리가 가능하므로, 후가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도의 너트(805)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(801)를 염가로 제조할 수 있다. 러프 성형 공정 및 볼 순환로 형성 공정에서의 소성가공을 냉간단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 1개의 공정에서의 소성가공을 냉간단조로 해도 좋다.

또한, 본 예는 제13실시형태의 일예를 나타낸 것이며, 제13실시형태는 본 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 본 예의 볼 나사에서는, 볼(809)을 볼 전주로(807)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(811)를 너트(805)에 형성한 너트 순환 방식의 볼 나사를 예시했지만, 제13실시형태는, 볼 순환로(811)에 상당하는 것을 나사 축으로 형성한 나사 축 순환 방식의 볼 나사에도 적용가능하다.

또한, 제2 내지 제13실시형태의 각 예에서 나타낸 볼 나사용 너트의 제조 방법 및 볼 나사는, 제1실시형태에서 나타낸 볼 나사용 너트의 제조 방법 및 볼 나사에 대하여 적용할 수 있다.

또한, 제4 내지 제13실시형태에서, 펀치, 순환로 가공 지그는 캠 슬라이더의 일부여도 된다. 또한, 제1 내지 제13실시형태의 각 실시형태에 기재된 열처리나 재질은, 다른 실시형태에도 적용 가능하다. 또한, 제1 내지 제13실시형태에서 나타낸 볼 나사의 윤활방법은, 그리스를 이용한 윤활이어도 좋고, 기름을 이용한 윤활이어도 좋다. 또한, 제1 내지 제13실시형태에서의 볼 나사 너트의 제조는, 소성가공(단조)만으로 행해지는 것이 바람직하지만, 소성가공(단조)에 다른 가공 방법을 조합시키는 것도 가능하다. 다른 가공 방법으로서는, 예를 들어 선삭, 연삭 등의 절삭가공이나, 방전가공이나, 숏블라스트를 들 수 있다. 또한, 이 소성가공은, 냉간단조가 바람직하지만, 열간단조도 채용 가능하다.

또한, 제1 내지 제13실시형태에서 나타낸 볼 나사는, 전동 파워 스티어링 장치(특히 래크식 전동 파워 스티어링 장치)에 적합하게 사용할 수 있다. 도 98은, 전동 파워 스티어링 장치의 스티어링 기어의 일부 단면도이다.

도 98에서, 스티어링 기어 케이스를 구성하는 래크 앤드 피니언 하우징(1621) 내에는, 래크 앤드 피니언 기구를 구성하는 래크 샤프트(1623)나 도시하지 않은 피니언이 내장되고, 피니언은 로어샤프트(1622)에 연결되어 있다. 래크 샤프트(1623)는, 피니언에 치합하는 래크(1625)가 도면의 왼쪽에 형성되어 있음과 동시에, 양단부에는, 타이로드(1615)를 요동 자재로 지지하는 구면 이음새(1627)가 고정되어 있다. 볼 나사의 나사 축은, 이 래크 샤프트(1623)에 사용되고 있다.

래크 앤드 피니언 하우징(1621)의 도시의 오른쪽 단부에는, 볼 나사 하우징(1633)이 부착되어 있다. 볼 나사 하우징(1633)에는, 그 하부에 전동 모터(1635)의 전단이 볼트로 고정됨과 동시에, 전동 모터(1635)의 샤프트에 고정된 드라이브 기어(1637)와, 그 드라이브 기어(1637)에 치합하는 드리븐기어(1639)가 수납되어 있다. 또한, 볼 나사 하우징(1633)에는, 복수열 앵귤러 볼베어링을 개재하여, 볼 너트(1645)가 회전 자재로 유지되어 있다.

볼 너트(1645)는 드리븐기어(1639)의 내경 내에 수납되어 있다. 그리고 드리븐기어(1639)의 축심 내경측과, 볼 너트(1645)의 외경측과의 사이에는, 스플라인 감합부(1661)가 마련되어 있다. 이에 따라, 드리븐기어(1639)와 볼 너트(1645)는, 자유롭게 상대 슬라이딩할 수 있다.

래크 샤프트(1623)의 도시 오른쪽에는, 수 볼 나사 홈(나사부)(1651)이 형성된다. 한편, 볼 너트(1645)에는, 암 볼나사홈(1653)이 형성되고, 수 볼나사홈(1651)과 암 볼나사홈(1653)의 사이에는, 순환 볼을 구성하는 다수개의 강구(1655)가 개재되어 있다. 또한, 볼 너트(1645)에는, 강구(1655)를 순환시키기 위한 도시하지 않은 순환 홈이 장착되어 있다.

이 전동 파워 스티어링 장치에서는, 운전자에 의해 스티어링휠이 조타되면, 그 조타력이 로어샤프트(1622)로부터 피니언에 전달되고, 그것에 치합하는 래크(1625)에 수반하여 래크 샤프트(1623)가 도면의 좌우 중 어느 하나의 방향으로 이동하고, 좌우의 타이로드를 개재하여 전타륜이 전타한다. 동시에, 도시하지 않은 조타 토크 센서의 출력에 기초하여, 전동 모터(1635)가 정역 어느 하나의 방향으로 소정의 회전 토크를 가지고 회전하고, 그 회전 토크가 드라이브 기어(1637), 드리븐기어(1639)를 개재하여 볼 너트(1645)에 전달된다. 그리고 이 볼 너트(1645)를 회전함으로써, 암 볼나사홈(1653)에 결합한 강구(1655)를 개재하여 래크 샤프트(1623)의 수 볼나사홈(1651)에 스러스트력이 작용하고, 이에 따라 조타 어시스트 토크가 발현된다.

1: 너트 소재 11: 너트 소재의 내주면
11a: 너트 소재의 내주면을 이루는 원
15, 16: 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부
15a, 16a: 볼 복귀 경로를 이루는 S자 형상 오목부
2: 소재 홀더 21: 오목부
22: 관통구멍 22a: 관통구멍의 벽면(하중 받이면)
22b: 관통구멍의 벽면(하중 받이면)
3: 캠 슬라이더 3A, 3B: 캠 슬라이더
33: 캠 슬라이더의 경사면(캠 기구)
34: 오목부 35, 36: S자 형상 볼록부
35a, 36a: S자 형상 볼록부 4: 캠 드라이버
4A: 캠 드라이버 41: 쐐기 형상부
41a: 캠 드라이버의 경사면(캠 기구)
42: 판 형상부 42a: 평행면(하중 받이면)
43: 측판부 43a: 판폭 방향 단면(하중 받이면)
44: 단차면
5: 통 형상 부재(캠 슬라이더의 유지 부재)
5A, 5B: 분할체(캠 슬라이더의 유지 부재)
51: 통 형상 부재의 중심구멍 51a: 평행면(하중 받이면)
51b: 평행면 51c: 평행면(하중 받이면)
51d: 평행면(하중 받이면) 51e: 평행면
52, 53: 관통구멍(캠 슬라이더의 유지부)
52a, 53a: 관통구멍(캠 슬라이더의 유지부)
54: 절각 6: 캠 드라이버
60: 캠 드라이버 61: 본체부
61a: 제1 평행면(하중 받이면)

Claims (27)

1. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
   원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
   상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하고,
   상기 금형으로서, 상기 캠 드라이버가 상기 너트의 축 방향과 평행한 하중 받이면을 가지고, 상기 캠 드라이버 이외의 부재에 상기 하중 받이면과 접촉하는 하중 받이면이 형성되어 있는 것을 사용하여 프레스를 행하며,
   상기 금형으로서, 상기 캠 슬라이더가 캠 드라이버와 너트 소재와의 사이에 배치되는 통형상의 유지 부재의 관통구멍에 의해 유지되고, 상기 유지 부재에 상기 하중 받이면이 형성되어 있는 것을 사용하여 프레스를 행하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
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6. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
   원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
   상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하고,
   상기 캠 드라이버와, 상기 캠 슬라이더와, 상기 너트 소재의 축 방향 양 단면과 외주면을 구속하고, 상기 외주면을 받는 내주면에 상기 너트 소재의 볼록부에 대응하는 오목부가 형성된 구속 부재를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 볼록부에서 상기 너트 소재의 내주면을 누름으로써, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 오목부를 형성하고, 상기 구속 부재의 오목부에 상기 너트의 외주부를 돌출시키는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
7. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
   원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
   상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하고,
   상기 너트의 외주면의 일부를, 상기 너트의 외주면의 다른 부위가 되는 원 형상의 부위의 반경보다도, 너트 중심축으로부터의 거리가 짧아지는 위치에 형성하고, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 볼록부를 압입하여 상기 오목부를 성형함으로써 상기 너트의 외주면에 돌출되는 돌기가 상기 외주면의 일부 상에 형성되도록 하고,
   상기 외주면의 일부는, 상기 돌기의 너트 중심축으로부터의 거리가 상기 원 형상의 부위의 반경보다도 짧아지는 위치에 상기 돌기가 위치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 오목부의 성형에 의한 상기 너트에서의 재료의 도출을 허용하면서, 상기 재료의 도출을 상기 오목부의 형상에 따라 조정하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 너트의 외주 측으로의 재료의 도출을 상기 오목부의 형상에 따라 조정하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 너트의 축 방향 단부측으로의 재료의 도출을 상기 오목부의 형상에 따라 조정하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
11. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
    원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
    상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하고,
    상기 너트의 내주면에 상기 볼록부를 압입하여 상기 오목부를 성형함과 동시에, 상기 너트소재의 내주면에 형성된 상기 오목부의 외주(둘레선)에, 상기 볼록부에 의한 소성가공에 의해 생기는 상기 오목부의 처짐을 감소시키기 위한 처짐용 오목부를 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    적어도 상기 너트소재의 내주면에 형성된 오목부의 구부러지는 부위(곡률이 커지는 부위)에 인접하여 상기 처짐용 오목부를 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 처짐의 양에 따라 상기 처짐용 오목부의 형상과 깊이를 결정하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
14. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
    원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
    상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하고,
    상기 오목부의 처짐을 감소시키기 위한 여육부를 상기 너트 소재의 원 형상의 내주면으로부터 돌출시켜 마련하고, 상기 여육부에 상기 볼록부를 압입하여 상기 오목부를 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 여육부는, 상기 오목부의 형상에 따른 형상인 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
16. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
    원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
    상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하고,
    원통 형상의 너트 소재의 내주면의 상기 오목부를 형성하는 위치에, 단면형상이 상기 오목부의 단면 원호에 내포되는 하단 오목부를 형성한 후, 상기 너트 소재의 외주면과 축 방향 일단면을 구속한 상태에서, 상기 너트 소재에 내삽된 상기 캠 슬라이더를 상기 너트의 지름 방향 외측으로 이동함으로써 상기 오목부를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 나사용 너트의 제조 방법.
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18. 제 6항의 방법으로 제조되고, 상기 너트의 외주면의 상기 구속부재의 오목부에 대응하는 위치에 돌기가 형성되어 있는 볼 나사용 너트를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
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21. 삭제
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23. 삭제
24. 삭제
25. 내주면에 나선 홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선 홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선 홈과 나사축의 나선 홈으로 형성되는 궤도의 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀 경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대하여 상대 이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조 방법으로서,
    원통 형상의 너트 소재에 내삽되고, 가공시에는 그 축 방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
    상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되고, 가공시에는 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름 방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해 상기 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 형성하여
    제조된 상기 너트를 구비하고, 상기 너트의 나선 홈과 상기 오목부와의 접속 부분에는, 상기 오목부의 주연부로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 플랜지가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
26. 제 25항에 있어서,
    상기 너트의 나선 홈과의 접속 부분인 상기 오목부의 양단부는, 상기 볼의 직선 형상 도입부로 되어 있음과 동시에, 상기 플랜지는 적어도 상기 직선 형상 도입부의 주연부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
27. 제 25항에 있어서,
    상기 플랜지의 선단과 상기 너트의 지름 방향 중심과의 사이의 거리(H)는, 상기 볼의 중심 궤적 원 지름(BCD)의 1/2 이하이며, 상기 플랜지는, 상기 나사축의 외주면에 접촉하지 않도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사.

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