KR101562716B1 - 볼 나사 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 홈 형상의 볼 복귀경로(볼 순환홈)를 가지는 볼 나사의 내구성, 볼 순환성능 및 가공성능을 더욱 향상시키는 것이다. 볼 나사는, 나선홈(201a)을 외주면에 가지는 나사축(201)과, 나선홈(201a)에 대향하는 나선홈(202a)을 내주면에 가지는 너트(202)와, 양 나선홈(201a, 202a)에 의해 형성되는 나선형상의 궤도 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(203)과, 볼(203)을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환홈(241)을 구비하고 있다. 그리고 볼 순환홈(241)의 양측면(241b, 241b)과 각 측면(241b)에 연속하여 축방향으로 신장되는 면(242)으로 형성되는 각부(241c)가 둥글게 형성되어 있다.

Description

볼 나사{BALL SCREW}

본 발명은, 홈 형상의 볼 복귀경로(볼 순환홈)를 가지는 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선형상의 나사홈(이후에는 나선홈으로 기재하는 경우도 있음)을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로(轉走路)(이후에는 궤도로 기재하는 경우도 있음) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 복귀경로(이후에는 볼 순환홈 또는 볼 순환로로 기재하는 경우도 있음)를 구비하고 있다. 그리고 볼을 개재시켜 나사축에 나사결합되어 있는 너트와 나사축을 상대 회전운동시키면 볼의 전동을 개재시켜 나사축과 너트가 축방향으로 상대이동하도록 되어 있다.

이와 같은 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치결정장치 등만이 아니라 자동차, 이륜차, 선박 등의 탑승장치에 탑재되는 전동 액튜에이터에도 사용되고 있다.

볼 복귀경로를 사용한 볼의 순환방식에는 순환튜브방식이나 디플렉터 방식 등이 있고, 디플렉터 방식의 경우는 볼 복귀경로를 이루는 오목부(홈 형상의 볼 복귀경로)가 형성된 디플렉터를 너트의 관통구멍에 끼우고 있다. 이에 대해 홈 형상의 볼 복귀경로("볼 순환홈"으로 칭해지는 경우가 많음)가 너트의 내주면에 직접 형성되어 있으면 장착의 번거로움이나 코스트를 저감할 수 있는 동시에 볼 순환의 신뢰성 향상도 기대할 수 있다.

특허문헌 1에는, 볼 순환홈이 너트의 내주면에 직접 형성되어 있는 볼 나사의 제조방법으로서, 순환홈(볼 순환홈)을 너트소재의 내주면에 소성가공으로 직접성형한 후, 암나사 홈(볼 전동홈)을 절삭가공하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 너트의 축방향 일단부에 너트와 일체로 동 축의 원환형상의 볼 순환부를 마련하고, 이 볼 순환부에 볼 순환 홈을 마련하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 3에는, 순환 홈(볼 순환홈)의 볼 진행방향으로 직교하는, 홈 저부와 한 쌍의 측면을 가지는 단면형상을 홈 저부로부터 멀어지는 방향을 향하여 측면이 넓어지는 형상으로 하는 것이 기재되어 있다. 이에 따라 순환홈과 볼과의 극간을 작게 설정하여 볼의 사행(蛇行) 및 순환홈과 나사축과의 사이의 단차를 억제할 수 있기 때문에, 이상음(異音)이나 진동을 억제하여 원활한 동작을 확보할 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 4에는 볼 순환홈을 나사축에 마련하고, 볼 순환홈의 전체를 지름방향에서 부드럽게 파도치는 형상으로 하는 동시에, 나사축의 나사홈과의 연결부분을 극단적으로 날카로운 에지가 없는 형상으로 하는 것이 기재되어 있다. 이에 따라 나사축의 나사홈과 볼 순환홈과의 사이에서 볼이 원활하게 출입할 수 있도록 되어 있다.

일본국 특허공개공보 2008-281063A 일본국 특허공개공보 2004-108538A 일본국 특허공개공보 2008-267523A 일본국 특허공개공보 2003-166616A 일본국 특허공개공보 2007-146874A 일본국 특허공개공보 2008-281064A 일본국 특허공개공보 2000-297854A 일본국 특허공개공보 2003-183735A 일본국 특허공개공보 2006-90437A 일본국 특허공개공보 2007-92968A 일본국 특허공개공보 2010-138951A 일본국 특허공개공보 1999-210859A 일본국 특허공개공보 2005-299754A 일본국 특허공개공보 2004-3631A

특허문헌 1 내지 4에 기재된 방법에서는, 홈 형상의 볼 복귀경로(볼 순환홈)를 가지는 볼 나사의 내구성, 볼 순환성능 및 가공성능을 향상시킨다고 하는 점에서 더욱 개선의 여지가 있다.

본 발명의 과제는, 홈 형상의 볼 복귀경로(볼 순환홈)를 가지는 볼 나사의 내구성, 볼 순환성능 및 가공성능을 더욱 향상시키는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 각 형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 본 발명의 제1의 형태에 관한 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환홈을 구비하고, 상기 볼 순환홈의 양측면과 상기 각 측면에 연속하여 축 방향으로 신장되는 면으로 형성되는 각부(角部)의 적어도 일부분이 둥글게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2의 형태에 관한 볼 나사는, 제1의 형태에 관한 볼 나사에 있어서, 상기 너트는, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 오목홈으로 이루어지는 상기 볼 순환홈을 형성한 후, 상기 너트의 내주면에 상기 볼 순환홈의 단부와 접속하도록 상기 나사홈을 형성함으로써 형성된 것임을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명의 제3의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 윤활제를 유지가능한 윤활제 저류부를 구비하고 있고, 이 윤활제 저류부는 상기 오목홈 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명의 제4의 형태에 관한 볼 나사는, 제3의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 볼 순환홈의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 상기 윤활제 저류부의 단면면적은 상기 단부에 인접하는 부분보다도 상기 중간부에 인접하는 부분 쪽이 큰 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명의 제5의 형태에 관한 볼 나사는, 제3의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈은 만곡되어 있고, 상기 볼 순환홈의 만곡된 지름방향 바깥쪽 측에 배치된 윤활제 저류부보다도 상기 볼 순환홈의 만곡된 지름방향 안쪽측에 배치된 윤활제 저류부쪽이 상기 볼 순환홈의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면면적이 큰 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명의 제6의 형태에 관한 볼 나사는, 제3의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈을 구성하는 오목홈 및 상기 윤활제 저류부를 구성하는 오목부는 동시에 형성된 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제7의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈 표면의 산술평균 거칠기 Ra₂가 0㎛ 초과 1.6㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제8의 형태에 관한 볼 나사는, 제7의 형태에 관한 볼에 있어서, 원통형상의 너트소재에 내삽되고, 그 축방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와, 상기 너트소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 볼 순환홈에 대응하는 볼록부가 형성되고, 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지고, 상기 볼록부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁가 0.01㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 볼록부에서 상기 너트소재의 내주면을 누름으로써, 상기 너트소재의 내주면에 상기 볼 순환홈을 형성한 것을 특징으로 한다.

게다가 본 발명의 제9의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목홈으로 구성되어 있는 동시에, 상기 너트의 나사홈 표면 경도가 HRC 58 이상 62 이하, 상기 볼 순환홈 중 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부의 표면경도가 HRC 58 이상 62 이하, 상기 볼 순환홈 중 상기 양단부 사이의 중간부 표면 경도가 HV 550 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제10의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈 중 상기 양단부 만과 상기 너트의 나사홈에 고주파 담글질이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.

게다가 본 발명의 제11의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 너트는, 상기 볼 순환홈과 상기 볼 전주로와의 경계부분에 브러쉬 가공 및 블러스트가공의 적어도 한쪽을 실시하여 버(burr)를 제거함으로써 형성된 것임을 특징으로 한다.

게다가 본 발명의 제12의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 하기의 3가지 조건 A, B, C를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

조건 A: 상기 볼 순환홈은 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.

조건 B: 상기 볼 순환홈은 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치된 중간부와, 상기 단부와 상기 중간부를 접속하는 만곡부로 이루어지고, 대략 S 자형상을 이루고 있다.

조건 C: 상기 오목홈의 테두리부 중 상기 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다.

게다가, 본 발명의 제13의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이에 배치된 중간부를 구비하고 있고, 상기 단부의 홈 폭보다도 상기 중간부의 홈폭 쪽이 좁은 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 제14의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 하기의 3가지 조건 D, E, F를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

조건 D: 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.

조건 E: 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이에 배치되어 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부로 이루어지고, 대략 S자형상을 이루고 있다.

조건 F: 상기 오목홈의 테두리부 중 상기 양 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 제15의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 하기의 3가지 조건 G, H, I를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

조건 G: 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.

조건 H: 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치되어 서로 역방향으로 만곡되는 2개의 만곡부로 이루어지고, 대략 S자형상을 이루고 있다.

조건 I: 상기 오목홈의 테두리부 중 상기 양 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측 및 지름방향 안쪽 측의 테두리부는 단일의 원호형상으로 형성되어 있다.

게다가, 본 발명의 제16의 형태에 관한 볼 나사는, 제2의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성된 오목홈으로 구성되어 있고, 상기 볼 순환홈의 길이방향의 적어도 일부분은 상기 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명의 제17의 형태에 관한 볼 나사는, 제16의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 중간부 및 상기 단부의 적어도 한쪽은, 상기 볼 순환홈의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제18의 형태에 관한 볼 나사는, 제16의 형태에 관한 볼에 있어서, 상기 볼 순환홈을 구성하는 오목홈의 저부에 윤활제 저류부를 마련한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 볼 나사는 내구성, 볼 순환성능 및 가공성능이 양호하다.

도 1은 본 발명의 볼 나사의 제1실시형태의 제1예를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1의 볼 나사를 구성하는 디플렉터를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A단면도이다.
도 4는 본 발명의 볼 나사의 제1실시형태의 제2예를 나타내는 측면도이다.
도 5는 도 4의 A-A단면도이다.
도 6은 도 5의 너트를 제조하는 방법의 일례로 사용하는 금형의 구성부품을 나타내는 사시도이다.
도 7은 볼 순환홈의 기능을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 A부와 B부에 있어서의 볼의 거동을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 관한 볼 나사의 제2실시형태를 설명하는 단면도이다.
도 10은 너트의 주요부 단면도이다.
도 11은 볼 순환로의 확대단면도이다.
도 12는 너트의 오목홈을 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 13은 볼 순환로의 단부의 단면형상을 나타내는 오목홈의 단면도이다.
도 14는 볼 순환로의 중간부의 단면형상을 나타내는 오목홈의 단면도이다.
도 15는 볼 전주로의 단면형상을 나타내는 나사홈의 단면도이다.
도 16은 볼 나사의 제조방법을 설명하는 공정도이다.
도 17은 볼 순환로와 볼 전주로와의 경계부분을 설명하는 너트의 단면도이다.
도 18은 버가 제거된 경계부분을 나타내는 너트의 확대단면도이다.
도 19는 브러쉬 가공에 의한 버 제거공정을 설명하는 도면이다.
도 20은 블러스트 가공에 의한 버 제거공정을 설명하는 도면이다.
도 21은 종래의 디플렉터식 볼 나사에 있어서 너트와 디플렉터의 경계부분에 생긴 단차를 나타내는 확대단면도이다.
도 22는 제4실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 23은 제4실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 예에서 사용하는 금형을 구성하는 캠 슬라이더 및 캠 드라이버의 감합상태를 나타내는 평면도(a)와, 캠 슬라이더를 나타내는 사시도(b)와, 캠 드라이버를 나타내는 사시도(c)이다.
도 24는 제4실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일예를 설명하는 도면이고, (a)는 너트소재의 절삭가공의 상태를 나타내는 사시도이고, (b)는 (a)에 나타내는 너트소재와 절삭공구를 화살표 VA방향에서 본 도면이다.
도 25는 제4실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일예를 설명하는 도면이고, (a)는 너트소재의 절삭가공 후에 있어서의 축선방향 단면도이고, (b)는 너트소재의 절삭가공 후에 있어서의 사시도이다.
도 26은 종래의 볼 나사용 너트의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 27은 제5실시형태의 볼 나사의 제조방법에 있어서, 너트의 내주면에 고주파 담금질을 실시하는 방법을 설명하는 단면도이다.
도 28은 유효 경화층의 형성상태를 나타내는 순환로의 단면도이다.
도 29는 제6실시형태의 제1예의 볼 나사의 너트의 오목홈을 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 30은 제6실시형태의 제2예의 볼 나사의 오목홈을 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 31은 제6실시형태의 제3예의 볼 나사의 오목홈을 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 32는 종래의 볼 나사의 오목홈을 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 33은 제7실시형태의 제1예의 볼 나사의 너트의 오목홈 및 오목부를 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 34는 도 33의 오목홈의 B-B단면도이다.
도 35는 제7실시형태의 제2예의 볼 나사의 오목홈 및 오목부를 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 36은 도 35의 오목홈 및 오목부의 C-C단면도이다.
도 37은 도 35의 오목홈 및 오목부의 D-D단면도이다.
도 38은 제7실시형태의 제3예의 볼 나사의 오목홈 및 오목부를 도 10의 A화살표 방향에서 본 확대도이다.
도 39는 전동파워 스티어링장치의 스티어링 기어의 일부 단면도이다.

본 발명에 관한 볼 나사의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

[제1 실시형태]

도 1 내지 3에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 제1예의 볼 나사는, 나사축(201)과 너트(202)와 볼(203)과 디플렉터(204)를 구비하고 있다. 나사축(201)의 외주면에 나선홈(201a)이 형성되어 있다. 너트(202)의 내주면에 나선홈(202a)이 형성되어 있다. 너트(202)의 지름방향으로 관통하는 관통 구멍(202b)에 디플렉터(204)가 끼워져 있다. 볼(203)은, 너트(202)의 나선홈(202a)과 나사축(201)의 나선홈(201a)으로 형성되는 궤도 사이에 배치되어 있다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 디플렉터(204)에, 볼(203)을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 순환홈(241)이 형성되어 있다. 디플렉터(204)에 형성된 볼 순환홈(241)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 홈 저부(241a)와, 홈 저부(241a)에 연속되는 한 쌍의 측면(241b)을 가진다. 볼 순환홈(241)의 양측면(241b)과 각 측면(241b)에 연속되는 축방향으로 신장되는 면(242)과의 각부(241c)가 둥글게 형성되어 있다.

도 4 및 도 5에 나타내는 제1 실시형태의 제2예의 볼 나사에서는, 볼 순환홈(241)이 너트(202)의 내주면(202d)에 직접 형성되어 있고, 너트(202)에 도 1에 나타내는 바와 같은 관통 구멍(202b)은 형성되어 있지 않고, 디플렉터(204)도 갖지 않는다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 너트(202)의 내주면(202d)에 형성된 볼 순환홈(241)은, 홈 저부(241a)와, 홈 저부(241a)에 연속되는 한 쌍의 측면(241b)을 가진다. 볼 순환홈(241)의 양측면(241b)과 각 측면(241b)에 연속되는 축방향으로 신장되는 면(너트(202)의 내주면)(202d)과의 각부(241c)가 둥글게 형성되어 있다.

제1예 및 제2예의 볼 나사에 의하면, 볼 순환홈(241)의 각부(241c)가 둥글게 형성되어 있기 때문에, 둥글게 형성되어 있지 않은 것과 비교하여 볼(203)이 순환할 때에 볼(203)의 표면에 상처나 타흔이 발생하기 어렵고, 볼 순환홈(241)의 각부(241c)의 깨짐 등이 생기기 어렵다. 따라서, 내구성이 향상된다.

또한, 볼 순환홈(241)을 진행하는 볼(203)이, 나사축(1)의 외주면(랜드부) (201b)을 넘을 때에도 원활하게 이동할 수 있기 때문에, 볼 순환 성능이 향상된다. 게다가 볼 순환홈(241)의 각부(241c)가 둥글게 형성되어 있음으로써, 각부(241c)에 버가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 버 제거의 후속 공정을 생략할 수 있기 때문에 가공성능이 향상된다.

도 5에 나타내는 바와 같은, 각부(241c)가 둥근 볼 순환홈(241)이 직접 형성된 너트(202)는, 예를 들어, 너트용 소재로 제작된 원통형상 블랭크의 내주면에, 도 6(a)에 나타내는 바와 같은 금형(205)을 사용한 소성가공으로 볼 순환홈을 형성한 후에, 이 볼 순환홈의 양단을 접속하도록 볼 전동홈을 절삭가공으로 형성함으로써 제조할 수 있다. 도 6(a)에 나타내는 금형(205)은, 기부(基部)의 면(251)에 볼 순환홈(241)에 대응시킨 돌기(252, 253)가 형성되어 있다. 제1의 돌기(252)는 볼 순환홈(241)의 홈 저부(241a) 및 측면(241b)을 형성하고, 제2의 돌기(253)가 각부(241c)의 둥근 모양을 형성한다.

각부(241c)가 둥근 볼 순환홈(241)을 너트(202)에 직접 형성하는 다른 방법으로서는, 종래의 방법에서 각부가 날카로워진 볼 순환홈(241)을 너트(202)에 직접 형성한 후, 쇼트 블라스트 등의 미디어 투사법으로 날카로워진 각부를 둥글게 하는 방법이나, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 제2의 돌기(253)가 없는 금형(205)을 사용하여 소성 유동을 이용하여 각부를 둥글게 하는 방법을 들 수 있다.

볼 순환홈(241)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 너트(202)의 나선홈(202a)과 접속되어 있다. 볼 순환홈(241)의 볼 도입 측(A부)에서는, 도 8의 우측 도면에 나타내는 바와 같이, 나선홈(202a)으로부터 볼 순환홈(241)으로 들어간 볼(203)은, 볼 순환홈(241)의 측면(241b)에 닿아 화살표 방향의 힘을 받는다. 이 힘이 부여된 볼(203)은, 볼 순환홈(241)의 중앙부(B부)에서, 도 8의 좌측 도면에 나타내는 바와 같이, 나사축(201)의 외주면(랜드부)(201b)를 타고 넘어 이웃의 나선홈(202a)으로 이동한다. 따라서, 각부(241c)의 둥근 정도는, 볼(203)이 원활하게 나사축(201)의 랜드부(201b)를 타고 넘을 수 있는 힘이 부여되는 범위로 설정할 필요가 있다.

또한, 특허문헌 2와 같이, 너트의 축방향 일단부에, 너트와 일체로 동 축의 원환형상의 볼 순환부를 마련하고, 이 볼 순환부에 볼 순환홈을 마련한 다음, 이 볼 순환홈의 양측면과 각 측면에 연속되는 축방향으로 신장되는 면과의 각부를 둥글게 형성하여도 된다. 이에 따라, 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능 및 가공 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 특허문헌 3과 같이, 순환홈(볼 순환홈)의 볼 진행 방향으로 직교하는 홈 저부와 한 쌍의 측면을 가지는 단면형상을, 홈 저부로부터 멀어지는 방향을 향하여 측면이 넓어지는 형상으로 한 다음, 이 볼 순환홈의 양측면과 각 측면에 연속되는 축방향으로 신장되는 면과의 각부를 둥글게 형성하여도 된다. 이에 따라, 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능 및 가공 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 너트용 소재로 제작된 원통형상 블랭크의 내주면에, 금형을 사용한 소성가공으로 볼 순환홈을 형성할 때에, 상기 내주면의 볼 순환홈 주위에 플랜지를 돌출시킨 볼 나사(일본국 특허출원　2009년 제226241호 명세서)에 있어서, 이 볼 순환홈(플랜지 형성 부분은 플랜지)의 양측면과 각 측면에 연속되는 축방향으로 신장되는 면과의 각부를 둥글게 형성하여도 된다. 이에 따라, 볼 나사의 내구성, 볼 순환 성능 및 가공 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 볼 순환홈이 너트가 아니고, 나사 축에 형성되어 있는 경우에도, 이 볼 순환홈의 양측면과 각 측면에 연속되는 축방향으로 신장되는 면과의 각부를 둥글게 형성함으로써, 같은 효과를 얻을 수 있다.

[제2 실시형태]

제2 실시형태는 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재시켜 나사 축에 나사결합되어 있는 너트와 나사축을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축과 너트가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다.

이와 같은 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 도달하면, 볼 순환로의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로 내를 통과하여, 볼 순환로의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한하게 순환되도록 이루어져 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

이와 같은 볼 나사에 있어서의 볼 순환로의 형상으로서는, 예를 들어 특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 볼 순환로의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 U자 형상의 것이 알려져 있다.

그러나 특허문헌 1의 방법(후술하는 도 26에 나타내는 방법)과 같이, 금형을 사용한 단조에 의해 너트 내주면 일부를 오목화시켜 오목홈을 형성하고, 이 오목홈으로 볼 순환로를 구성하는 경우에는, 단면형상이 대략 U자 형상의 볼 순환로는 단조에 큰 에너지를 필요로 하는 경향이 있었다. 즉, 금형이 가지는 볼록부를 너트용 소재의 내주면에 접촉시켜 강하게 압압함으로써 소성가공하여 오목홈을 형성하는데, 단면형상이 대략 U자 형상의 볼 순환로를 형성하는 경우는, 단조시에 금형의 볼록부의 선단부와 너트용 소재와의 당접각도가 크므로 단조에 큰 에너지를 필요로 하는 경향이 있었다. 따라서, 볼 순환로의 형성에 필요로 하는 에너지가 작아지도록 추가적인 개량이 요망되고 있었다.

그래서 제2 실시형태는, 상기한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 제조시에 필요한 에너지가 작은 볼 나사를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제2 실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제2 실시형태의 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 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 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있고, 상기 볼 순환로의 길이방향의 적어도 일부분은, 상기 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 제2 실시형태의 볼 나사에 있어서는, 상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 중간부 및 상기 단부의 적어도 한쪽은, 상기 볼 순환로의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목홈의 저부에 윤활제 저류부를 마련하는 것이 바람직하다.

제2 실시형태의 볼 나사는, 볼 순환로의 길이방향의 적어도 일부분은, 상기 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 대략 V자 형상을 이루고 있으므로 제조시에 필요한 에너지가 작다.

제2 실시형태에 관한 볼 나사를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

［제1예］

도 9는, 제2 실시형태의 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 단면도(축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(1)는, 나선형상의 나사홈(3a)을 외주면에 가지는 나사축(3)과, 나사축(3)의 나사홈(3a)에 대향하는 나선형상의 나사홈(5a)을 내주면에 가지는 너트(5)와, 양 나사홈(3a, 5a)에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로(7) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(9)과, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 구비하고 있다.

즉, 볼(9)은, 볼 전주로(7) 내를 이동하면서 나사축(3)의 주위를 회전하여 볼 전주로(7)의 종점에 도달하고, 그곳에서 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로(11) 내를 통과하여, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려지도록 이루어져 있다.

그리고 나사홈(3a, 5a)의 단면형상(길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면의 형상)은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고 고딕 아크형상이어도 된다. 또한, 나사축(3), 너트(5) 및 볼(9)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니고, 일반적인 재료를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 금속(강철 등), 소결합금, 세라믹, 수지를 들 수 있다.

이와 같은 볼 나사(1)는, 볼(9)을 개재시켜 나사축(3)에 나사결합되어 있는 너트(5)와 나사축(3)을 상대 회전운동 시키면, 볼(9)의 전동을 개재시켜 나사축(3)과 너트(5)가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(7)와 볼 순환로(11)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(7) 내를 전동하는 볼(9)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한하게 순환하도록 되어 있기 때문에 나사축(3)과 너트(5)는 계속적으로 상대이동 할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(11)에 대해, 도 10, 도 11의 단면도(축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하면서 상세하게 설명한다. 볼 순환로(11)는, 너트(5)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(5)의 원주면 형상의 내주면 일부를 소성가공(예를 들어, 금형을 사용하여 단조를 행하는 후술의 방법)에 의해 오목화시켜 형성한 오목홈(22)을 볼 순환로(11)로 하고 있다. 따라서, 튜브식, 디플렉터식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 달리 볼 순환로를 구성하는 별도 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별도 부재가 사용되어 있지 않으므로, 별도 부재가 사용된 경우에 경계부분에 생기는 엣지부를 가지는 단차가 생길 우려는 없다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 볼 전주로(7)의 종점으로 전동하여 온 볼(9)은, 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 너트(5)의 내부(지름방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(11) 내를 통과하여 나사축(3)의 랜드부(3b)(나사홈(3a)의 나사산)를 타고 넘어, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려진다.

또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 볼 순환로(11)(오목홈(22))는, 볼 전주로(7)(나사홈(5a))와의 접속 부분인 양단부(11a, 11a)가 직선형상으로 되어 있고, 양단부(11a, 11a)의 사이에 위치하는 중간부(11b)가 곡선형상으로 되어 있다. 이 중간부(11b)의 양단과 양단부(11a, 11a)가 원활하게 접속되어 있고, 도 10의 A화살표 방향으로부터 본 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 전체 형상은 대략 S자 형상을 이루고 있다. 단, 볼 순환로(11)의 전체 형상은, 도 12에 나타내는 바와 같은 대략 S자 형상에 한정되는 것은 아니다.

이 직선형상의 단부(11a)에 의해 볼(9)의 도입부가 형성되어 있고, 볼 전주로(7)로부터 볼 순환로(11)로 들어온 볼(9)은, 도입부를 통과하여 중간부(11b)의 만곡부분에 부딪힘으로써 안내되어 진행 방향을 바꾼다. 따라서, 이 도입부는, 볼(9)이 격하게 충돌하는 부분이다. 그리고 볼 순환로(11)와 볼 전주로(7)는 원활하게 접속되어 있다. 즉, 볼(9)과 오목홈(22) 내면과의 접점의 궤적과, 볼(9)과 나사홈(5a) 내면과의 접점의 궤적이 원활하게 연속하도록 접속되어 있다. 그 결과, 볼(9)이 원활하게 순환한다.

게다가 볼 순환로(11)의 형상에 대해, 도 12 내지 도 15를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 13은, 볼 순환로(11) 단부(11a)의 단면형상을 나타내는 오목홈(22)의 단면도이고, 도 14는, 볼 순환로(11) 중간부(11b)의 단면형상을 나타내는 오목홈(22)의 단면도이다. 또한, 도 15는, 볼 전주로(7)의 단면형상을 나타내는 나사홈(5a)의 단면도이다. 각 단면도는, 볼 순환로(11) 또는 볼 전주로(7)의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면도이다.

제1예의 볼 나사(1)에 있어서는, 너트(5)의 대략 둘레방향으로 신장되는 볼 순환로(11)의 단면형상(볼 순환로(11)의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상)이, 상기 길이방향 전체에서 V자 형상을 이루고 있다. 예로서 볼 순환로(11)의 단부(11a)의 단면형상을 도 13에 나타낸다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 단부(11a)의 단면형상은 2 직선이 교차하여 이루어지는 V자 형상이다.

단면형상이 V자 형상의 볼 순환로(11)를 형성하는 경우는, 단면형상이 원호형상이나 대략 U자 형상의 볼 순환로를 형성하는 경우에 비해, 단조시에 금형의 볼록부의 선단부(V자 형상 볼록부의 선단)와 너트용 소재와의 당접각도가 작으므로, 냉간 단조가 용이해지며 또한 단조에 필요로 하는 에너지가 대폭으로 작아진다. 따라서, 볼 나사(1)의 제조시에 필요한 에너지가 작다. 이와 같은 효과를 더욱 높게 얻기 위해서는, V자 부분이 이루는 각도(교차하는 상기 2 직선이 이루는 각도)는 90°이상인 것이 바람직하다.

단, 오목홈(22)의 저부로부터 너트(5)의 내주면까지 상기 2 직선이 신장된 단면 V자 형상일 필요는 없고, 상기 2 직선이 도중으로부터 굴곡된 단면 5각 형상이어도 된다. 즉, 단면형상이 전체적으로 V자 형상이 아니어도 되고, 오목홈(22) 중 저부 근방 부분만이 단면 V자 형상이어도 된다. 예로서 볼 순환로(11)의 중간부(11b)의 단면형상을 도 14에 나타낸다. 도 14와 같은 단면형상이면, 도 13과 같은 V자 형상의 경우에 비해 오목홈(22)의 폭이 작아지므로, 단조에 있어서의 제육량(除肉量)을 삭감할 수 있다. 따라서, 단조에 필요로 하는 에너지가 보다 작아진다. 그리고 도 14의 오목홈(22)은 저부 근방 부분이 단면 V자 형상이고, 개구부 근방부분은 단면 직사각 형상이나, 개구부 근방부분은 단면 사다리꼴 형상이어도 된다.

또한, 볼 순환로(11)의 단면형상이 V자 형상이기 때문에, 도 13, 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 볼(9)은 오목홈(22) 내면과 2점으로 접촉하여 지지된다. 그 결과, 볼 순환로(11) 내에서의 볼(9)의 거동이 안정된다.

게다가 볼 순환로(11)의 단면형상이 V자 형상이기 때문에, 볼 순환로(11)를 구성하는 오목홈(22)의 저부에, 오목홈(22) 내면과 볼(9)로 둘러싸인 공간이 형성된다. 이 공간에는, 윤활유, 그리스 등의 윤활제를 유지가능하므로, 이 공간은 윤활제 저류부로서 기능한다.

윤활제 저류부에 유지되어 있는 윤활제는, 볼 나사(1)의 사용 중에 볼(9)에 적절히 공급되므로, 윤활제는 볼 순환로(11) 내에서 볼(9)의 표면에 부착되고, 볼과 함께 볼 전주로(7)에 도달하여 나사홈(3a, 5a) 및 볼(9)의 표면의 윤활에 제공된다. 그 때문에, 볼 나사(1)는 윤활성이 뛰어나 수명이 길어진다. 또한, 윤활제 저류부내에 유지된 윤활제에 의해 볼 나사(1)가 윤활 되기 때문에, 볼 나사(1)의 내부에 윤활제를 보급하는 메인트넌스 작업의 빈도를 줄일 수가 있다.

이와 같은 제1예의 볼 나사(1)의 용도는 특히 한정되는 것은 아니나, 자동차 부품, 위치 결정 장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

다음에, 제1예의 볼 나사(1)의 제조방법의 일예를, 도 16, 17을 참조하면서 설명한다. 우선, 원주형상의 강철제 소재(20)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(5)와 대략 동일 형상(대략 원통형상)의 블랭크(21)를 얻었다(거칠기 성형공정). 이때 소성가공에 의해 블랭크(21)의 외주면에는 플랜지(13)도 형성된다.

다음에, 블랭크(21)의 원주면 형상의 내주면 일부를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(7)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(11)를 이루는 대략 S자 형상의 오목홈(22)을 형성하였다(볼 순환로 형성공정).

오목홈(22)을 형성하는 방법의 구체적인 예로서는, 아래와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 금형(도시생략)을 블랭크(21) 내에 삽입하고, 블랭크(21)의 내주면에 금형의 볼록부를 접촉시켜, 블랭크(21)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 압압함으로써 소성가공하여 오목홈(22)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 후술하는 도 22에 나타내는 바와 같이, 캠 드라이버와, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여 오목홈(22)을 형성하여도 된다. 상세하게 설명하면, 블랭크(21) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(21)와 캠 드라이버와의 사이에 배치하는 동시에, 볼록부를 블랭크(21)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(21) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(21)의 대략 축방향(블랭크(21)의 축 방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 신장되는 경사면에서 서로 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(21)의 축방향을 따라 이동시키면, 양 경사면으로 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(21)의 지름방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되어 캠 드라이버의 축 방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 볼록부가 블랭크(21)의 내주면을 강하게 압압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(21)의 내주면에 오목홈(22)이 형성된다. 그리고 특허문헌 1의 방법(도 26에 나타내는 방법)으로 소성가공을 행하여도 된다.

다음에, 너트(5)의 내주면에, 관용의 절삭가공(예를 들어, 후술하는 도 24에 나타내는 방법)에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 최단부와 접속하도록 나사홈(5a)을 형성하였다(나사홈 형성공정). 이때 오목홈(22)(볼 순환로(11))의 최단부는 구면형상을 이루고 있으므로, 나사홈(5a)과의 경계부분(30)의 단차에 디플렉터식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 원활한 단차가 된다. 그 결과, 경계부분(30)을 볼(9)이 통과하여도, 이상음이나 작동 토오크 변동이 생기기 어렵고, 또 수명 저하도 생기기 어렵다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여 너트(5)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파 열처리 등을 들 수 있다. 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우는, 너트(5)의 재질은, 탄소의 함유량이 0.10~0.25 질량%의 크롬강 또는 크롬 몰리브덴강(예를 들어 SCM 420)인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파 담금질인 경우는, 탄소의 함유량이 0.4~0.6 질량%의 탄소강(예를 들어 S 53C, SAE 4150)인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(5)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사축(3) 및 볼(9)을 조합하여 볼 나사(1)를 제조하였다.

그리고 앞에서 설명한 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정을 소성가공으로 행하였으므로, 이 볼 나사(1)의 제조방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(20)가 가지는 메탈 플로우(단류선(鍛流線))가 거의 절단되지 않고, 또한 가공 경화하므로, 고강도의 너트(5)가 얻어진다.

소성가공의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 단조가 바람직하고, 특히 냉간 단조가 바람직하다. 열간 단조를 채용하는 것도 가능하지만, 냉간 단조는 열간 단조에 비해 고정밀도인 마무리가 가능하므로, 후속 가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도인 너트(5)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(1)를 염가로 제조할 수 있다. 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 한 공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하여도 된다.

［제2예］

제2 실시형태의 제2예의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1예와 거의 같으므로, 다른 부분만 설명하고, 같은 부분의 설명은 생략한다.

제1예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼 순환로(11)의 단면형상은 길이방향 전체에서 V자 형상을 이루고 있으나, 볼 순환로(11)의 일부분(볼 순환로(11)의 길이방향의 일부분)의 단면형상이 V자 형상이어도 된다. 제2예의 볼 나사(1)에 있어서는, 중간부(11b)만이 단면 V자 형상으로 되어 있고, 양단부(11a, 11a)의 단면형상은 원호형상(단일 원호형상) 또는 고딕 아크 형상으로 되어 있다. 단조시의 제육량이 가장 많은 중간부(11b)가 단면 V자 형상으로 되어 있으므로, 단조에 필요로 하는 에너지가 대폭으로 작아진다.

［제3예］

제2 실시형태의 제3예의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1예와 거의 같으므로, 다른 부분만 설명하고 같은 부분의 설명은 생략한다.

제3예의 볼 나사(1)에 있어서는, 제2예의 경우와는 반대로, 양단부(11a, 11a)가 단면 V자 형상으로 되어 있고, 중간부(11b)의 단면형상은 원호형상(단일 원호형상) 또는 고딕 아크 형상으로 되어 있다.

볼(9)의 도입부인 단부(11a)는, 볼(9)이 부하 영역으로부터 무부하 영역으로 이동하는 부분이고, 볼(9)의 거동이 가장 불안정한 부분이다. 이와 같은 부분의 단면형상이 V자 형상이고, 볼(9)이 오목홈(22) 내면과 2점에서 접촉하여 지지되어 있기 때문에, 볼(9)의 거동이 안정된다.

또한, 볼(9)이 미끄러짐에 의해 이동하는 중간부(11b)의 단면형상을, 볼(9)이 오목홈(22) 내면과 1점에서 접촉하는 원호형상 또는 대략 U자 형상으로 하면 볼(9)의 마모손실을 저감 할 수 있다.

그리고 상기 제1예 내지 제3예는 제2 실시형태의 일예를 나타낸 것으로서, 제2 실시형태는 상기 제1예 내지 제3예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(1)에 있어서는, 오목홈(22)을 단조에 의해 형성한 예를 나타냈으나, 단조 이외 방법에 의해 블랭크(21)의 원주면 형상의 내주면 일부를 오목화시켜 오목홈(22)을 형성하여도 된다. 예를 들어, 절삭가공, 연삭가공, 방전가공 등의 제거가공에 의해 오목화시켜도 된다. 혹은, 주조에 의해, 내주면에 오목홈(22)을 가지는 블랭크(21)를 제조하고, 이 오목홈(22)을 볼 순환로(11)로 하여도 된다. 이들 방법에 의해 오목홈(22)을 형성한 경우에는, 볼 나사(1)의 제조 시에 필요한 에너지가 작다고 하는 효과는 나타나지 않지만, 볼 순환로(11) 내에서의 볼(9)의 거동이 안정된다고 하는 효과는 나타난다.

또한, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 너트(5)에 형성한 너트 순환 방식의 볼 나사를 예시하였으나, 제2 실시형태는, 볼 순환로(11)에 상당하는 것을 나사 축에 형성한 나사축 순환방식의 볼 나사에도 적용이 가능하다.

[제3 실시형태]

제3 실시형태는, 볼 나사의 제조방법에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재시켜 나사 축에 나사결합되어 있는 너트와 나사축을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축과 너트가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다.

이와 같은 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 도달하면, 볼 순환로의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로 내를 통과하여, 볼 순환로의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한하게 순환되도록 이루어져 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대이동 할 수 있다.

볼 순환로를 사용한 볼 순환 형식으로서는, 튜브식, 디플렉터식 등이 일반적이다. 디플렉터식 볼 나사에 있어서는, 볼 순환로를 구성하는 순환홈(101)이 마련된 디플렉터(102)가 너트(103)에 형성된 디플렉터 구멍(104)에 삽입되어 고정되어 있다. 이와 같은 디플렉터식 볼 나사의 너트(103)는, 원통형상의 소재에 절삭에 의해 천공 가공이나 내외주면의 가공을 행함으로써 제조되기 때문에, 재료 수율이 좋지 않았다. 또한, 너트(103)와 디플렉터(102)가 별도 부재이기 때문에, 너트(103)와 디플렉터(102)의 치수 편차에 의해, 그 경계부분에 엣지부를 가지는 단차(105)가 생길 우려가 있었다(디플렉터(102) 및 디플렉터 구멍(104)의 주변부와 단차 주변부를 확대하여 나타낸 도 21을 참조바람. 그리고 부호 100은 볼 전주로임).

너트와 디플렉터의 경계부분에, 엣지부를 가지는 단차가 형성되어 있으면, 이 경계부분을 볼이 통과하였을 때에 이상음이나 작동 토오크 변동이 생길 우려가 있고, 나아가서는 수명 저하가 생겨 그 메인트넌스를 때문에 코스트가 상승한다고 하는 문제점이 있었다. 그리고 이 단차를 원활하게 하기 위해 숫돌, 엔드 밀 등을 사용한 기계 가공을 실시하면, 디플렉터와 디플렉터 구멍과의 사이에 연마입자, 절분(切粉) 등이 잔류할 우려가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하는 선행 기술로서는, 예를 들어 특허문헌 6이 있다. 특허문헌 6에 있어서는, 디플렉터를 너트에 부착하기 전에, 너트의 나사홈에 있어서의 디플렉터 구멍에 인접하는 부위에, 숏 피닝(shot peening) 가공을 실시하고 있다. 또한, 디플렉터의 순환홈에도 숏 피닝가공을 실시하고 있다. 그러나 숏 피닝가공은 코스트가 높기 때문에, 가공 코스트가 상승해 버린다고 하는 문제점이 있었다.

그 때문에, 특허문헌 7에 있어서는, 너트를 소결합금으로 구성함으로써, 볼 순환로를 구성하는 복귀 홈을 너트의 내주면에 일체적으로 형성하고 있다. 즉, 너트와 볼 순환로가 별도 부재는 아니고 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 앞에서 설명한 바와 같은 엣지부를 가지는 단차가 형성되는 일이 없다.

그러나 특허문헌 7에 기재된 볼 나사의 너트는, 소결합금에 의해 구성되어 있으므로, 밀도가 낮다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 기공의 발생 등에 의해, 너트의 강도가 볼 나사의 너트로서 충분하지 못한 경우가 있었다.

그래서 제3 실시형태는, 상기한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 이상음이나 작동 토오크 변동이 생기기 어려워 수명이 길고 염가인 볼 나사의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제3 실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제3 실시형태의 볼 나사의 제조방법은, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 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 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 오목홈으로 이루어지는 상기 볼 순환로를 형성하는 볼 순환로 형성공정과, 상기 너트의 내주면에, 상기 볼 순환로의 단부와 접속하도록 상기 나사홈을 형성하는 나사홈 형성공정과, 상기 볼 순환로와 상기 볼 전주로와의 경계부분에 브러쉬 가공 및 블러스트 가공의 적어도 한쪽을 실시하여 버를 제거하는 버 제거 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 제3 실시형태의 볼 나사의 제조방법에 있어서는, 상기 볼 순환로 형성공정에 있어서, 상기 너트 내주면의 일부를 단조에 의해 오목화시켜 오목홈으로 이루어지는 상기 볼 순환로를 형성하여도 된다.

이 제3 실시형태의 볼 나사의 제조방법은, 볼 순환로와 볼 전주로와의 경계부분에 생기는 버를 제거하는 버 제거 공정을 구비하고 있으므로, 경계부분을 볼이 통과할 때에 이상음이나 작동 토오크 변동이 생기기 어려워 수명이 긴 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다.

제3 실시형태의 볼 나사의 제조방법의 예를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 9는, 제3 실시형태의 볼 나사의 일례의 단면도(축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(1)는, 나선형상의 나사홈(3a)을 외주면에 가지는 나사축(3)과, 나사축(3)의 나사홈(3a)에 대향하는 나선형상의 나사홈(5a)을 내주면에 가지는 너트(5)와, 양 나사홈(3a, 5a)에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로(7) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(9)과, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 구비하고 있다.

즉, 볼(9)은, 볼 전주로(7) 내를 이동하면서 나사축(3)의 주위를 회전하여 볼 전주로(7)의 종점에 도달하고, 그곳에서 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로(11) 내를 통과하여, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

그리고 나사홈(3a, 5a)의 단면형상은, 원호형상이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다. 또한, 나사축(3), 너트(5) 및 볼(9)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하며, 예를 들어 금속(강철 등), 세라믹, 수지를 들 수 있다. 예를 들어, 너트(5)를 소결합금으로 구성하면, 밀도가 낮다고 하는 문제점이나 기공의 발생 등에 의해 너트(5)의 강도가 볼 나사의 너트로서 불충분하게 된다고 하는 문제점이 생길 우려가 있으나, 너트(5)를 강철 등의 금속으로 구성하면, 볼 나사의 너트로서 충분한 강도를 부여할 수 있다.

이와 같은 볼 나사(1)는, 볼(9)을 개재시켜 나사축(3)에 나사결합되어 있는 너트(5)와 나사축(3)을 상대 회전운동 시키면, 볼(9)의 전동을 개재시켜 나사축(3)과 너트(5)가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(7)와 볼 순환로(11)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(7) 내를 전동하는 볼(9)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한하게 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사축(3)과 너트(5)는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(11)에 대해, 도 10, 11의 단면도(축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하면서 상세하게 설명한다. 볼 순환로(11)는, 너트(5)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(5)의 원주면 형상의 내주면 일부를 소성가공 또는 절삭가공에 의해 오목화시켜 형성한 오목홈(22)을, 볼 순환로(11)로 하고 있다. 따라서, 튜브식, 디플렉터식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 달리, 볼 순환로를 구성하는 별도 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별도 부재가 사용되고 있지 않으므로, 별도 부재가 사용된 경우에 경계부분에 생기는 엣지부를 가지는 단차가 생길 우려는 없다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 볼 전주로(7)의 종점으로 전동하여 온 볼(9)은, 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 너트(5)의 내부(지름방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(11) 내를 통과하여 나사축(3)의 랜드부(3b)(나사홈(3a)의 나사산)를 타고 넘어, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려진다. 그리고 볼 순환로(11)의 단면형상은, 원호형상이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다.

이와 같은 제3 실시형태의 본 예의 볼 나사(1)의 용도는 특히 한정되는 것은 아니나, 자동차 부품, 위치 결정 장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

다음에, 제3 실시형태의 볼 나사(1)의 제조방법의 일예를, 도 16 내지 20을 참조하면서 설명한다. 우선, 원주형상의 강철제 소재(20)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(5)와 대략 동일 형상(대략 원통형상)의 블랭크(21)를 얻었다(거칠기 성형공정). 이때 소성가공에 의해, 블랭크(21)의 외주면에는 플랜지(13)도 형성된다.

다음에, 블랭크(21)의 원주면 형상의 내주면 일부를 냉간단조 등의 소성가공(또는 절삭가공이어도 됨)에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(7)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(11)를 이루는 오목홈(22)을 형성하였다(볼 순환로 형성공정). 오목홈(22)을 형성하는 방법의 구체적인 예로서는, 아래와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 금형(도시생략)을 블랭크(21) 내에 삽입하고, 블랭크(21)의 내주면에 금형의 볼록부를 접촉시켜, 블랭크(21)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 압압함으로써 소성가공하여, 오목홈(22)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 후술하는 도 22에 나타내는 바와 같이, 캠 드라이버와, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목홈(22)을 형성하여도 된다. 상세하게 설명하면, 블랭크(21) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(21)와 캠 드라이버와의 사이에 배치하는 동시에, 그 볼록부를 블랭크(21)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(21) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(21)의 대략 축방향(블랭크(21)의 축방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 신장되는 경사면에서 서로 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(21)의 축방향을 따라 이동시키면, 양 경사면으로 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(21)의 지름방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되어, 캠 드라이버의 축방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 볼록부가 블랭크(21)의 내주면을 강하게 압압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(21)의 내주면에 오목홈(22)이 형성된다. 그리고 도 22에 나타내는 방법 대신에, 특허문헌 1의 방법(도 26에 나타내는 방법)을 사용하여도 된다.

다음에, 너트(5)의 내주면에, 관용의 절삭가공(예를 들어, 후술하는 도 24에 나타내는 방법)에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 단부와 접속하도록 나사홈(5a)을 형성하였다(나사홈 형성공정). 이때 오목홈(22)(볼 순환로(11))의 단부는 구면형상을 이루고 있으므로, 나사홈(5a)과의 경계부분(30)의 단차에 디플렉터식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 원활한 단차(27)가 된다(오목홈(22)의 주변부 및 단차 주변부를 확대하여 나타낸 도 18을 참조).

단, 오목홈(22)(볼 순환로(11))과 나사홈(5a)(볼 전주로(7))과의 경계부분(30)(도 17을 참조)에, 절삭가공에 의해 미소한 버가 생길 우려가 있다. 버가 존재하면, 경계부분(30)을 볼(9)이 통과하였을 때에 이상음이나 작동 토오크 변동이 생길 우려가 있고, 나아가서는 수명 저하가 생길 우려가 있다. 그래서, 버를 제거하기 위해, 브러쉬 가공(도 19를 참조. 부호 51은 브러쉬임) 및 블러스트 가공(도 20을 참조. 부호 52는 블러스트 노즐임)의 적어도 한쪽을 경계부분(30)에 실시하였다(버 제거 공정).

경계부분(30)에 버가 존재하지 않으므로, 볼 순환로(11)와 볼 전주로(7)가 원활하게 접속되어 있다. 그 결과, 경계부분(30)을 볼(9)이 통과하여도, 이상음이나 작동 토오크 변동을 일으키는 일이 없고, 또 수명 저하도 생기기 어렵다. 또한, 브러쉬 가공이나 블러스트 가공을 실시하면 표면의 압축잔류응력에 의해 피로강도가 향상된다. 게다가 브러쉬 가공이나 블러스트 가공은, 숏 피닝가공에 비해 저코스트이기 때문에, 볼 나사(1)를 염가로 제조할 수 있다. 더욱이 브러쉬 가공이나 블러스트 가공에 의해, 경계부분(30)에 버가 존재하지 않고, 게다가 면의 버 제거 형상이 되기 때문에, 이러한 효과에 의해 볼(9)을 보다 원활히 순환시킬 수가 있다. 그리고 면의 버 제거 형상이라 함은, 곡면형상의 모따기 형상이다.

게다가 종래의 디플렉터식 볼 나사에 있어서는, 브러쉬 가공이나 블러스트 가공을 실시하면, 후술하는 연마입자, 미디어, 절분 등이 디플렉터와 디플렉터 구멍과의 사이에 잔류할 우려가 있었다. 그러나 제3 실시형태의 볼 나사(1)에 있어서는, 너트(5)와 볼 순환로(11)가 일체로 되어 있으므로, 상기한 바와 같은 연마입자, 미디어, 절분 등의 잔류라고 하는 문제가 생길 우려는 없다.

브러쉬 가공에 있어서는, 스틸, 스테인리스, 폴리아미드 수지(나일론) 등으로 이루어지는 브러쉬를 사용할 수 있다. 이 브러쉬는, 연마입자를 구비하는 브러쉬이어도 된다. 연마입자의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 알루미나, 탄화 규소, 다이아몬드 등이 바람직하다. 또한, 블러스트 가공은, 블러스트 노즐로부터 미디어를 경계부분(30)에 분무하는 처리이다. 미디어의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 스틸, 유리, 알루미나나 폴리아미드 수지(나일론) 등의 플라스틱이 바람직하다. 또한, 미디어를 분무하는 시간은 특히 한정되는 것은 아니나, 2초 이상 5초 이하가 바람직하고, 3초 전후가 보다 바람직하다. 게다가 버 제거 공정을 끝낸 경계부분(30)의 표면 거칠기는 1.6㎛Ra 이하인 것이 바람직하다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여 너트(5)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파 열처리 등을 들 수 있다. 그리고 이러한 열처리는, 버 제거 공정 전에 행하여도 된다. 열처리 후에 브러쉬 가공이나 블러스트 가공을 실시하면, 표면의 압축잔류응력에 의해 피로강도가 향상된다고 하는 효과가 보다 높아진다. 또한, 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우는, 너트(5)의 재질은 SCM 420인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파 담금질인 경우는, S 53C 또는 SAE 4150인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(5)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사축(3) 및 볼(9)을 조합하여 볼 나사(1)를 제조하였다.

앞에서 설명한 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정을 소성가공으로 행하였으므로, 이 볼 나사(1)의 제조방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여, 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(20)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한, 가공 경화하므로 고강도의 너트(5)가 얻어진다.

소성가공의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 단조가 바람직하고, 특히 냉간 단조가 바람직하다. 열간 단조를 채용하는 일도 가능하지만, 냉간 단조는 열간 단조에 비해 고정밀도인 마무리가 가능하므로, 후속 가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도인 너트(5)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(1)를 염가로 제조할 수 있다. 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 한 공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하여도 된다. 또한, 소성가공에 절삭가공 등을 조합하여도 된다.

그리고 본 예는 제3 실시형태의 일예를 나타낸 것으로서, 제3 실시형태는 본 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 예의 볼 나사에 있어서는, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 너트(5)에 형성한 너트순환방식의 볼 나사를 예시하였으나, 제3 실시형태는, 볼 순환로(11)에 상당하는 것을 나사 축에 형성한 나사축 순환방식의 볼 나사에도 적용 가능하다.

[제4 실시형태]

제4 실시형태는, 볼 나사를 구성하는 너트의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트에 관한 것이다.

볼 나사는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈에서 형성되는 궤도 사이에 배치된 볼과, 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 볼 복귀경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대해 상대이동하는 장치이다.

이와 같은 볼 나사는, 일반적인 산업용 기계의 위치 결정 장치 등뿐만이 아니라, 자동차, 이륜차, 선박 등의 탑승장치에 탑재되는 전동 액추에이터에도 사용되고 있다.

볼 나사의 볼 복귀경로에는 순환튜브방식이나 디플렉터방식 등이 있고, 디플렉터방식의 경우는, 볼 복귀경로를 이루는 오목부가 형성된 디플렉터를 너트의 관통 구멍에 끼우고 있다. 이에 대해, 하기의 특허문헌 1에는, 볼 복귀경로를 이루는 오목부(순환홈)를, 너트 소재의 내주면에 소성가공으로 직접 형성하는 것이 기재되어 있다. 그 형성 방법에 대해 도 26을 사용하여 설명한다.

우선, 도 26(a)에 나타내는 바와 같이, 순환홈의 형상에 대응하는 S자 형상의 볼록부(537, 538)를 가지는 원통형상의 가공 헤드(530)를 구비한 금형을 준비한다. 그리고 너트 소재(510)를, 그 축방향을 수평 방향을 향하여 테이블(200) 상에 놓고, 너트 소재(510)의 내부에 가공 헤드(530)를 넣어, 볼록부(537, 538)를 위로 향하여 기단부(530a)와 선단부(530b)를 고정한다. 그 다음에, 이 상태에서, 금형의 상부 부재(520)에 프레스압을 걸어 하강시키고, 볼록부(537, 538)를 너트 소재(510)의 내주면(511)에 꽉 누름으로써, 너트 소재(510)의 내주면(511)을 소성변형 시킨다(도 26(b) 참조).

그러나 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 순환로의 표면 거칠기가 거칠면 이하 (1) 내지 (5)의 경위에서 순환로에 압흔이나, 표면 박리가 발생할 우려가 있다.

(1) 볼과의 접촉에 의해 순환로 내에 철분 등의 마모가루가 발생한다.

(2) 순환로 내에서 발생한 마모가루가 볼에 부착되어 전주로에 침입한다.

(3) 전주로에 침입한 마모가루가 볼 나사홈과 볼과의 사이에서 압박받음으로써 볼 나사홈이나 볼에 압흔이 발생한다.

(4) 발생한 압흔에 응력이 집중되어 균열 등이 생기고, 최종적으로는 표면 박리에 이른다.

(5) 순환로 내에서 발생한 마모가루가 그리스 등의 윤활제 중에 혼입됨으로써, 볼 나사홈 표면에 형성되는 윤활유 막이 부분적으로 파괴되고, 윤활 성능이 저하되어 온도 상승이나 조기 마모를 일으키는 것이 염려된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 순환로의 표면에 대해 연삭이나 블러스트 가공 등을 실시함으로써 거칠기를 적정치로 하는 것을 들 수 있으나, 공정이 증가함으로써 가공 코스트가 상승한다고 하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 디플렉터식 볼 나사의 경우, 디플렉터는 소결에 의해 형성되기 때문에, 마찬가지로 가공 코스트의 문제가 있었다.

그래서, 제4 실시형태는 상기의 문제점에 착목하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 공정을 늘리지 않고 압흔발생, 표면 박리를 방지할 수 있는 볼 나사용 너트의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 4 실시형태의 일 형태에 관한 금형은, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈에서 형성되는 궤도 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 복수의 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 복수의 볼 복귀경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대해 상대이동하는 볼 나사의 상기 너트를 제조하기 위해 사용되는 금형으로서, 원통형상의 너트 소재에 내삽되고, 그 축방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와, 상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되어, 상기 복수의 오목부에 대응하는 복수의 볼록부가 형성되고, 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 복수의 볼록부가 상기 너트의 지름방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지며, 적어도 상기 복수의 볼록부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁가 0.01㎛ 이상, 0.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

상기 일 형태에 관한 금형에 의하면, 상기 캠 슬라이더의 볼록부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁를 0.01㎛ 이상, 0.2㎛ 이하로 하였으므로, 이 캠 슬라이더를 사용한 단조가공에 의해 상기 너트 소재의 내주면에 형성되는 오목부의 표면 거칠기를 압흔발생, 표면 박리를 방지할 수 있을 정도로 작게 할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 4 실시형태의 일 형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법은, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈에서 형성되는 궤도 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 복수의 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 복수의 볼 복귀경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대해 상대이동하는 볼 나사의 상기 너트의 제조방법으로서, 상기 일 형태에 관한 캠 기구의 금형을 사용하여 상기 복수의 오목부를 상기 너트 소재의 내주면에 단조가공으로 동시에 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 일 형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법에 의하면, 원통형상의 너트 소재에 내삽되고, 그 축방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와, 상기 너트 소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되어, 상기 복수의 오목부에 대응하는 복수의 볼록부가 형성되고, 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 복수의 볼록부가 상기 너트의 지름방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지고, 상기 볼록부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁ 이 0.01㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 상기 금형을 사용하여, 캠 기구를 이루는 경사면에서 캠 드라이버의 상기 축방향으로의 운동이 상기 지름방향으로 방향을 바꾸어 캠 슬라이더에 전달되고, 캠 슬라이더에 형성된 복수의 볼록부가 너트 소재의 내주면을 단조 가공함으로써, 상기 너트 소재의 내주면에 상기 복수의 오목부가 형성된다. 여기서, 상기 금형의 적어도 상기 복수의 볼록부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁이 0.01㎛ 이상 0.2㎛ 이하이므로, 이 볼록부에 의해 단조가공으로 형성된 상기 오목부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₂는 0㎛ 초과 1.6㎛ 이하가 된다.

그 결과, 상기 너트 소재의 내주면에 형성되는 오목부의 표면 거칠기 Ra₂를, 압흔발생, 표면 박리를 방지할 수 있을 정도로 작게 한 볼 나사의 너트의 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 4 실시형태의 일 형태에 관한 볼 나사용 너트는, 내주면에 나선홈이 형성된 너트와, 외주면에 나선홈이 형성된 나사축과, 너트의 나선홈과 나사축의 나선홈에서 형성되는 궤도 사이에 배치된 볼과, 상기 너트의 내주면에 복수의 오목부로서 형성된 상기 볼을 궤도의 종점으로부터 시발점으로 되돌리는 복수의 볼 복귀경로를 구비하고, 상기 궤도 내를 볼이 전동함으로써 상기 너트가 나사 축에 대해 상대이동하는 볼 나사의 상기 너트로서, 상기 오목부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₂가 0㎛ 초과 1.6㎛ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

상기 일 형태에 관한 볼 나사용 너트에 의하면, 상기 너트 소재의 내주면에 형성되는 오목부의 표면 거칠기 Ra₂를, 압흔발생, 표면 박리를 방지할 수 있을 정도로 작게 한 볼 나사의 너트를 제공할 수 있다.

제4 실시형태에 의하면, 공정을 늘리지 않고 압흔발생, 표면 박리를 방지할 수 있는 볼 나사용 너트의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트를 제공할 수 있다.

이하, 제4 실시형태에 관한 볼 나사의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트의 일례에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 22는, 제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일예를 설명하는 도면이다. 또한, 도 23은, 제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일례로 사용하는 금형을 구성하는 캠 슬라이더 및 캠 드라이버의 끼워 맞춤상태를 나타내는 평면도(a)와, 캠 슬라이더를 나타내는 사시도(b)와, 캠 드라이버를 나타내는 사시도(c)이다.

＜금형＞

도 22에 나타내는 바와 같이, 제4 실시형태의 본 예에 사용하는 금형(450)은, 너트 소재(410)를 유지하는 오목부(421)를 가지는 소재 홀더(420)와, 너트 소재(410)의 내부에 배치하는 캠 슬라이더(430) 및 캠 드라이버(440)를 구비하고 있다.

＜캠 슬라이더＞

캠 슬라이더(430)는, 도 23(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 외주면(431)과 축방향으로 평행한 평면(432)을 가지는 대략 반원주 형상 부재로서, 외주면(431)을 이루는 원의 지름은, 너트 소재(410)의 내주면(411)을 이루는 원(411a)의 지름보다 근소하게 작다. 캠 슬라이더(430)의 평면(432)에는, 지름방향의 중앙부에, 축방향으로 신장되는 경사면(433)이 형성되어 있다. 이 경사면(433)은, 축방향 일단(상단)의 오목부(434)의 저면 라인(434a)과, 평면(432)의 하단을 이루는 라인(432d)을 연결하는 평면에 상당한다. 또한, 볼 복귀경로를 이루는 S자 형상 오목부(415)에 대응하는 S자 형상 볼록부(435)가 캠 슬라이더(430)의 외주면(431)에 형성되어 있다.

여기서, 캠 슬라이더(430)는, 적어도 볼록부(435)의 표면(435a)이 예를 들어, 버프 연마 등에 의해 경면 마무리되어 있다. 이 경면 마무리에 의해, 표면(435a)의 산술평균 거칠기 Ra₁는 0.01㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 된다.

＜캠 드라이버＞

캠 드라이버(440)는, 도 23(c)에 나타내는 바와 같이, 장척인 판 형상 부재로서, 한쪽 측면(441)이 캠 슬라이더(430)의 경사면(433)과 같은 경사의 경사면으로 되어 있다. 다른 쪽 측면(442)은, 너트 소재(410)의 내주면(411)을 이루는 원(411a)을 따른 원주면으로 되어 있다. 캠 드라이버(440)의 축방향 치수는, 캠 슬라이더(430)의 축방향 치수보다 길다. 또한, 캠 드라이버(440)의 두께는, 캠 슬라이더(430)의 오목부(434)의 개구폭(경사면(433)의 양측면간의 치수)에 상당하는 두께보다 근소하게 얇다.

캠 슬라이더(430)의 경사면(431)과 캠 드라이버(440)의 경사진 측면(441)이 금형(450)의 캠 기구를 구성한다.

＜볼 나사용 너트의 제조방법＞

제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법은, 너트 소재(410)의 내주면(411)에 순환홈을 형성하는 순환홈 형성공정과, 형성된 순환홈의 위치에 근거하여 내주면(411)에 전동홈을 형성하는 전동홈 형성공정을 포함한다.

［너트 소재의 재료］

여기서, 너트 소재(410)의 재료로서는, 아래에 설명하는 전동홈 형성공정 및 순환홈 형성공정 후의 열처리가 침탄처리의 경우는 SCM 420가 바람직하고, 고주파 담금질의 경우는 S 53C, 또는 SAE 4150인 것이 바람직하다.

［순환홈 형성공정］

금형(450)을 사용하여 아래의 방법으로, 너트 소재(410)의 내주면(411)에 볼 복귀경로(순환홈)를 이루는 S자 형상 오목부(415)를 형성한다.

우선, 소재 홀더(420)의 오목부(421)에 너트 소재(410)를 배치하고, 너트 소재(410)의 내부에 캠 슬라이더(430)를, 오목부(434) 측을 위로 하고, S자 형상 볼록부(435)를 너트 소재(410)의 내주면(411)을 향하여 삽입한다. 다음에, 캠 슬라이더(430)와 너트 소재(410)의 사이에 캠 드라이버(440)를 삽입한다. 그때에, 캠 슬라이더(430)의 오목부(434)에 캠 드라이버(440)의 측면(441) 측의 부분을 끼우고, 캠 슬라이더(430)의 경사면(433)과 캠 드라이버(440)의 경사진 측면(441)을 접촉시킨다. 도 22(a)는 이 상태를 나타낸다.

그 다음에, 너트 소재(410)의 내주면(411)에 볼 복귀경로를 이루는 S자 형상 오목부(415)를 단조가공에 의해 형성한다. 구체적으로는, 프레스압을 걸어 캠 드라이버(440)를 위로부터 누르면, 캠 드라이버(440)의 경사진 측면(441)으로부터 캠 슬라이더(430)의 경사면(433)에 힘이 전달된다. 이에 수반하여, 캠 드라이버(440)의 아래쪽을 향한 힘이 캠 슬라이더(430)를 지름방향 외측으로 움직이는 힘으로 변환 되고, 캠 슬라이더(430)에 형성된 S자 형상 볼록부(435)가 너트 소재(410)의 내주면(411)을 눌러 소성가공된다. 도 22(b)는 이 상태를 나타낸다.

이에 따라, 너트 소재(410)의 내주면(411)에 볼 복귀경로를 이루는 S자 형상 오목부(415)가 형성된다.

따라서, 제4 실시형태의 본 예의 방법에 의하면, 축방향 치수가 길고 내경이 작은 너트를 제조하는 경우라도, 캠 드라이버(440)에 파손을 일으키게 하지않고 S자 형상 오목부(415)를 형성할 수 있다.

그리고 너트 소재(410)의 내주면(411)에 2개의 S자 형상 오목부를 형성하는 경우는, 위에서 설명한 방법으로 하나의 S자 형상 오목부(415)를 형성한 후, 캠 드라이버(440)를 빼내고나서, 캠 슬라이더(430)를 움직여 볼록부(435)의 위치를 바꾸고, 재차 캠 드라이버(440)를 삽입하여 위에서 설명한 방법을 행한다. 3개 이상의 S자 형상 오목부(415)를 형성하는 경우는 이것을 반복한다.

＜전동홈 형성공정＞

다음에, 순환홈(415)이 형성된 너트 소재(410)의 내주면(411)에, 전동홈(416)을 형성한다. 도 24는, 제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일예를 설명하는 도면이고, (a)는, 너트 소재의 절삭가공 상태를 나타내는 사시도이며, (b)는, (a)에 나타내는 너트 소재와 절삭 공구를 화살표 VA방향으로 본 도면이다. 또한, 도 25는, 제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법의 일예를 설명하는 도면이고, (a)는, 너트 소재의 절삭가공 후에 있어서의 축선방향 단면도이며, (b)는, 너트 소재의 절삭가공 후에 있어서의 사시도이다.

여기서는, 도 24에 나타내는 바와 같은 절삭 공구(T)를 사용하여 절삭가공을 행한다. 절삭 공구(T)는, 회전축(Ta)의 외주에 칼날(cutting edge)(Tb)을 형성하고 있다. 칼날(Tb)의 절삭면(둘레방향에 대향하는 면)은, 전동홈(416)의 형상에 일치한다. 회전축(Ta)은, 그 축선(O) 둘레에서 회전(도 24(b)의 A) 하되, 그것과는 독립하여 편심축(Q) 둘레에서 공전(도 24(b)의 B) 한다. 그리고 이와 같이 절삭 공구(T)를 자전 및 공전시키는 기구로서는, 예를 들어 유성 치차기구(도시생략)의 유성 치차에 회전축(Ta)을 연결한 구성이 생각되나, 그에 한정되지 않는다.

이 절삭가공을 행하는 경우, 너트 소재(410)의 단면 부근에서는 자전하는 칼날의 공전 궤도를, 자전하는 칼날(Tb)이 너트 소재(410)의 내주면(411)에 접촉하지 않도록 공전 궤도 중심에 의해 도피시키는 것이 필요하다. 게다가 도 25에 나타내는 바와 같이, 절삭 공구(T)의 회전축(Ta)을 소정의 축선방향 위치에서 반경 방향 바깥쪽으로 쉬프트시키고, 전동홈(416)의 피치로 축선방향으로 내보내면서 공전시키면서, 보다 빠른 속도로 자전시킴으로써, 360도 미만의 나선형상의 전동홈(416)을, 너트 소재(410)의 내주면에 절삭 형성할 수 있다.

이때 순환홈(415)에 축선방향 위치 및 위상을 맞춤으로써, 도 25에 나타내는 바와 같이, 각 순환홈(415)이 전동홈(416)의 양단에 접속하도록 형성할 수 있다. 도 24에 나타내는 절삭 공구(T)로는, 2개의 전동홈(416)을 형성하기 위해, 같은 너트 소재(410)에 대해 2회 절삭가공하게 되지만, 회전축(Ta) 상에 칼날(Tb)을 2개 형성하면, 한 번의 절삭가공으로 형성할 수 있다.

＜볼 나사용 너트＞

캠 슬라이더(430)에 형성된 S자 형상 볼록부(435) 표면(435a)의 산술평균 거칠기 Ra₁가 0.01㎛이상, 0.2㎛ 이하이므로, 이 캠 슬라이더(430)를 가지는 금형(450)을 사용하여 형성된 순환홈(416)의 산술평균 거칠기 Ra₂는, 0㎛ 초과, 1.6㎛ 이하로 된다. 그리고 이 순환홈(416)의 산술평균 거칠기 Ra₂는, 적어도 순환홈(416)에 있어서 볼(전동체)과 접촉하는 영역의 거칠기다.

따라서, 이와 같이 하여 순환홈(416)이 내주면에 형성된 볼 나사용 너트는, 압흔발생, 표면 박리를 방지할 수 있을 정도로 작게 한 볼 나사의 너트의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트를 제공할 수 있다.

또한, 가공 헤드(530)의 볼록부(537, 538)의 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁를 0.01~0.2㎛로 하면, 도 26에 나타내는 방법을 사용하여도, 상기한 바와 같은 거칠기를 가지는 순환홈(416)을 형성할 수 있다. 그리고 순환홈(416) 이외의 부분의 가공 방법에 대해서는, 특히 한정되는 것은 아니고 적절히 변경이 가능하다.

이상, 제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트의 일례에 대해 설명하였으나, 제4 실시형태는 상기의 예에 한정되는 것은 아니고, 제4 실시형태의 취지를 일탈하지 않으면 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들어, 제4 실시형태에 관한 볼 나사용 너트의 제조방법 및 그 제조방법에 사용되는 금형 및 그 제조방법에 의해 제조되는 볼 나사용 너트는, 나사축 순환을 채용한 볼 나사용 너트에도 적용할 수 있다.

[제5 실시형태]

제5 실시형태는, 볼 나사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재시켜 나사 축에 나사결합되어 있는 너트와 나사축을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축과 너트가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다.

이와 같은 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 도달하면, 볼 순환로의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로 내를 통과하고, 볼 순환로의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한하게 순환되도록 이루어져 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

볼 순환로를 사용한 볼 순환 형식으로서는, 튜브식, 디플렉터식 등이 일반적이다. 튜브식 볼 나사에 있어서는, 볼 순환로를 구성하는 튜브가 너트에 형성된 구멍에 삽입되어 고정되어 있다. 또한, 디플렉터식 볼 나사에 있어서는, 볼 순환로를 구성하는 순환홈이 마련된 디플렉터가 너트에 형성된 디플렉터 구멍에 삽입되어 고정되어 있다.

한편, 너트의 강도 향상을 목적으로 하여, 고주파 담금질을 실시함으로써 너트의 표면을 경화하는 기술이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 8을 참조). 그러나, 튜브식, 디플렉터식의 볼 나사에 있어서는, 튜브나 디플렉터를 고정하기 위해, 너트의 내외주면을 관통하는 구멍이 마련되어 있기 때문에, 고주파 담금질을 둘레방향으로 균등하게 실시하는 것은 용이하지 않았다.

이에 대해, 특허문헌 10에 개시된 볼 나사는, 튜브나 디플렉터는 사용되는 일없이, 너트의 내주면에 볼 순환로가 소성가공에 의해 직접 형성되어 있으므로, 고주파 담금질을 너트의 둘레방향으로 균등하게 실시하는 것이 가능하게 되어 있다.

그러나 둘레방향으로 동일한 고주파 담금질이 너트에 실시되면, 볼 전주로와 같은 열처리가 볼 순환로에 대해 실시되는 결과가 된다. 특허문헌 10에 개시된 볼 나사에 있어서는, 볼 전주로보다도 볼 순환로 쪽이 깊은 홈이기 때문에, 너트 중 볼 순환로가 형성되어 있는 부분은 박육으로 이루어져 있다. 이 부분에 볼 전주로와 같은 열처리를 실시하여 동일한 정도의 경도로 경화시켜 버리면, 이 부분의 인성(靭性)이 저하되어 너트의 내구성이 저하될 우려가 있었다. 그 때문에, 이 부분의 두께살을 얇게 하는 데에는 한도가 생기므로, 너트의 외경을 작게 하는 것이 곤란하였다.

그래서, 제5 실시형태는, 상기한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 너트의 내구성이 뛰어난 것에 더하여, 너트의 소형화가 가능한 볼 나사 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제5 실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제5 실시형태의 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 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 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목홈으로 구성되어 있는 동시에, 상기 너트의 나사홈의 표면 경도가 HRC 58 이상 62 이하, 상기 볼 순환로 중 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부의 표면 경도가 HRC 58 이상 62 이하, 상기 볼 순환로 중 상기 양단부 사이의 중간부의 표면 경도가 HV 550 이하인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 제5 실시형태의 볼 나사에 있어서는, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목홈은, 단조에 의해 형성된 것인 것이 바람직하다.

또한, 제5 실시형태의 볼 나사의 제조방법은, 상기한 바와 같은 볼 나사를 제조할 시에, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목홈을 단조에 의해 형성하고, 상기 너트의 나사홈을 절삭가공에 의해 형성한 후에, 상기 볼 순환로 중 상기 양단부에만 그리고 상기 너트의 나사홈에 고주파 담금질을 실시하는 것을 특징으로 한다.

제5 실시형태의 볼 나사는, 너트의 박육 부분이 경화되어 있지 않아 인성이 뛰어나므로, 너트의 내구성이 뛰어난 것에 더하여, 너트의 소형화가 가능하다.

또한, 제5 실시형태의 볼 나사의 제조방법은, 너트의 박육 부분이 경화되지 않도록 고주파 담금질을 실시하므로, 너트의 내구성이 뛰어난 것에 더하여, 너트가 소형인 볼 나사를 제조할 수 있다.

제5 실시형태에 관한 볼 나사 및 그 제조방법의 일예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 9는, 제5 실시형태의 일예인 볼 나사의 단면도(축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(1)는, 나선형상의 나사홈(3a)을 외주면에 가지는 나사축(3)과, 나사축(3)의 나사홈(3a)에 대향하는 나선형상의 나사홈(5a)을 내주면에 가지는 너트(5)와, 양 나사홈(3a, 5a)에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로(7) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(9)과, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 구비하고 있다.

즉, 볼(9)은, 볼 전주로(7) 내를 이동하면서 나사축(3)의 주위를 회전하여 볼 전주로(7)의 종점에 도달하고, 그곳에서 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로(11) 내를 통과하여, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

그리고 나사홈(3a, 5a)의 단면형상은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다. 또한, 너트(5)의 재질은 강철 등의 금속재료이다. 구체적으로는, S 53C나 SAE 4150가 바람직하다. 게다가 나사축(3) 및 볼(9)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하다. 예를 들어, 금속(강철 등), 세라믹, 수지를 들 수 있다. 구체적으로는, 나사축(3)에 대해서는, S 53C, SAE 4150에 더하여 SCM 415, SCM 420등의 침탄 강철이 바람직하고, 볼(9)에 대해서는, SUJ 2등의 베어링강철이나 세라믹이 바람직하다.

이와 같은 볼 나사(1)는, 볼(9)을 개재시켜 나사축(3)에 나사결합되어 있는 너트(5)와 나사축(3)을 상대 회전운동 시키면, 볼(9)의 전동을 개재시켜 나사축(3)과 너트(5)가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(7)와 볼 순환로(11)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(7) 내를 전동하는 볼(9)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한하게 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사축(3)과 너트(5)는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(11)에 대해, 도 10, 11의 단면도(축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하면서 상세하게 설명한다. 볼 순환로(11)는, 너트(5)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(5)의 원주면 형상의 내주면 일부를 소성가공 또는 제거가공(예를 들어 절삭가공, 방전가공)에 의해 오목화시켜 형성한 오목홈(22)을, 볼 순환로(11)로 하고 있다. 따라서, 튜브식, 디플렉터식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 달리, 볼 순환로를 구성하는 별도 부재는 부착되어 있지 않다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 볼 전주로(7)의 종점으로 전동하여 온 볼(9)은, 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 너트(5)의 내부(지름방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(11) 내를 통과하여 나사축(3)의 랜드부(3b)(나사홈(3a)의 나사산)를 타고 넘어, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려진다. 그리고 볼 순환로(11)의 단면형상은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다.

이와 같은 제5 실시형태의 본 예의 볼 나사(1)의 용도는 특히 한정되는 것은 아니나, 자동차 부품, 위치 결정 장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

그 다음에, 제5 실시형태의 볼 나사(1)의 제조방법의 일예를, 도 16, 17을 참조하면서 설명한다. 우선, 원주형상의 강철제 소재(20)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(5)와 대략 동일 형상(대략 원통형상)의 블랭크(21)를 얻었다(거칠기 성형공정). 이때 소성가공에 의해, 블랭크(21)의 외주면에는 플랜지(13)도 형성된다.

다음에, 블랭크(21)의 원주면 형상의 내주면 일부를 냉간단조 등의 소성가공(또는 절삭가공이어도 됨)에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(7)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(11)를 이루는 오목홈(22)을 형성하였다(볼 순환로 형성공정). 이때 오목홈(22)과 함께, 오일 저류부를 구성하는 오목부를 소성가공(또는 절삭가공이어도 됨)에 의해 형성하여도 된다. 오목홈(22)을 형성하는 방법의 구체적인 예로서는, 아래와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 금형(도시생략)을 블랭크(21) 내에 삽입하고, 블랭크(21)의 내주면에 금형의 볼록부를 접촉시켜, 블랭크(21)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 압압함으로써 소성가공하여, 오목홈(22)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 22에 나타내는 바와 같이, 캠 드라이버와, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목홈(22)을 형성하여도 된다. 상세하게 설명하면, 블랭크(21) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(21)와 캠 드라이버와의 사이에 배치하는 동시에, 그 볼록부를 블랭크(21)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(21) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(21)의 대략 축방향(블랭크(21)의 축방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 신장되는 경사면에서 서로 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(21)의 축방향을 따라 이동시키면, 양 경사면으로 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(21)의 지름방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되어 캠 드라이버의 축방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 볼록부가 블랭크(21)의 내주면을 강하게 압압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(21)의 내주면에 오목홈(22)이 형성된다. 그리고 도 22에 나타내는 방법 대신에, 도 26에 나타내는 방법을 사용하여도 된다.

다음에, 너트(5)의 내주면에, 관용의 절삭가공(예를 들어 도 24에 나타내는 방법)에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 단부와 접속하도록 나사홈(5a)을 형성하였다(나사홈 형성공정). 이때 오목홈(22)(볼 순환로(11))의 단부는 구면형상을 이루고 있으므로, 나사홈(5a)과의 경계부분(30)의 단차에 디플렉터식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고 원활한 단차가 된다. 그 결과, 경계부분(30)을 볼(9)이 통과하여도 이상음이나 작동 토오크 변동이 생기기 어렵고, 또 수명 저하도 생기기 어렵다.

마지막으로, 너트(5)의 내주면에 대해 고주파 담금질을 실시하여 너트(5)가 얻어졌다. 그리고 담금질시의 급냉에 사용하는 냉각액의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 물 또는 오일이 바람직하다.

여기서, 고주파 담금질의 내용에 대해, 너트(5)를 축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도인 도 27을 참조하면서 상세하게 설명한다. 제5 실시형태의 본 예에 있어서는, 너트(5)의 내주면 중 일부분에만 고주파 담금질을 실시하여 표면에 담금질 층을 형성하고, 다른 부분에 대해서는 고주파 담금질을 실시하지 않아 경화시키지 않는다. 즉, 나사홈(5a)에 대해서는 고주파 담금질을 실시하여 표면 경도를 HRC 58 이상 62 이하로 한다. 또한, 볼 순환로(11)(오목홈(22)) 중 볼 전주로(7)와의 접속 부분인 양단부에 대해서는 고주파 담금질을 실시하여 그 표면 경도를 HRC 58 이상 62 이하로 한다. 한편, 볼 순환로(11)(오목홈(22)) 중 상기 양단부 사이의 중간부에 대해서는 고주파 담금질을 실시하지 않고, 그 표면 경도를 HV 550 이하로 한다.

상기와 같이 담금질을 실시하기 위해, 너트(5)의 내주면에 대해 고주파 담금질용의 코일(32)을 도 27에 나타내는 바와 같이 배치한다. 즉, 나사홈(5a)에 대해서는, 나사홈(5a) 전체를 따르도록 코일(32)을 배치한다. 또한, 볼 순환로(11)(오목홈(22))에 대해서는, 양단부만을 따르도록 코일(32)을 배치한다. 이와 같이 코일(32)을 배치하여 고주파 담금질을 실시하면, 나사홈(5a) 전체와 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 양단부에만 담금질이 실시되고, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 중간부에는 담금질이 실시되지 않는다.

그 결과, 볼 순환로(11)에 형성된 HV 550 초과의 유효 경화층의 형성 상태는, 도 28에 나타내는 바와 같게 된다. 도 28은, 볼 순환로(11)의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 단면도이다. 도 28의 A, B, B＇ 및 C는, 도 27에 나타낸 절단 위치의 부호에 대응하고 있다. 예를 들어, 도 28의 A는, 도 27의 A선에서 절단한 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 단면도이다.

볼 순환로(11)의 중간부는, 도 28의 A, B 및 B＇에 나타내는 바와 같이, 오목홈(22)의 표면 전체에는 유효 경화층(도 28에서는 사선부로서 나타내어져 있다)은 형성되어 있지 않다. 중간부 중 중앙 부분인 A에 대해서는, 오목홈(22)의 양단부에만 약간의 유효 경화층이 형성되어 있으나, 볼(9)이 접촉하는 홈 저부 부분에는 유효 경화층은 형성되어 있지 않다. 중간부 중 단부인 B 및 B＇에 대해서는, 볼(9)의 순환시에 볼(9)의 진행 방향이 변화하여 부딪치는 부분(한쪽의 테두리부)에만 유효 경화층이 형성되어 있다. 한편, 볼 순환로(11)의 양단부는, 도 28의 C에 나타내는 바와 같이, 나사홈(5a)과 마찬가지로 오목홈(22)의 표면 전체에 유효 경화층이 형성되어 있다.

또한, 나사홈(5a)에 형성된 담금질층의 깊이는, 볼(9)과의 접점에 있어서, 나사홈(5a)의 곡률 중심으로부터 상기 접점을 향하는 방향으로 1.0mm이상 2.0mm이하인 것이 바람직하다. 또한, 유효 경화층 깊이는 0.4mm이상인 것이 바람직하다.

나사홈(5a)은, 볼(9)을 개재시켜 부하를 받는 부하권이나, 고주파 담금질에 의해 표면에 담금질 층이 형성되어 있기 때문에, 큰 부하에 견딜 수 있다. 또한, 볼 순환로(11)의 양단부는, 볼 전주로(7)와의 접속 부분이며, 볼 전주로(7)로부터 도입되어 온 볼(9)이 부딪쳐 충격을 받는 부분이지만, 고주파 담금질에 의해 표면에 담금질 층이 형성되어 있기 때문에, 상기 충격에 견딜 수 있다. 또한, 마모도 생기기 어렵다. 그 때문에, 볼 순환로(11)의 내구성이 뛰어나다.

한편, 볼 순환로(11)의 중간부는, 볼(9)이 미끄러지는 것만으로 부하는 작은 무부하권이기 때문에, 담금질 층이 형성되어 있을 필요는 없다. 오히려, 경화되지 않아 인성이 뛰어나기 때문에, 균열 등의 손상이 생기기 어렵다. 또한, 나사홈(5a)보다도 오목홈(22) 쪽이 깊은 홈이기 때문에, 너트(5) 중 볼 순환로(11)가 형성되어 있는 부분은, 그 외의 부분보다도 박육이 되지만, 이 박육 부분의 인성이 뛰어나기 때문에, 너트의 외경을 작게 하여도(즉, 볼 순환로(11)가 형성되어 있는 부분을 보다 박육화하여도) 균열 등의 손상이 생기기 어렵다.

이와 같이, 상기와 같이 담금질을 실시하면, 너트(5) 전체의 내구성을 향상시키면서, 너트(5)의 소형화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 하여 제조된 너트(5)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사축(3) 및 볼(9)을 조합하여 볼 나사(1)를 제조하였다.

앞에서 설명한 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정을 소성가공으로 행하였으므로, 이 볼 나사(1)의 제조방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여, 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(20)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한, 가공 경화하므로, 고강도의 너트(5)가 얻어진다.

소성가공의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 단조가 바람직하고, 특히 냉간 단조가 바람직하다. 열간 단조를 채용하는 것도 가능하지만, 냉간 단조는 열간 단조에 비해 고정밀도인 마무리가 가능하므로, 후속 가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도인 너트(5)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(1)를 염가로 제조할 수 있다. 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 한 공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하여도 된다.

그리고 본 예는 제5 실시형태의 일예를 나타낸 것으로서, 제5 실시형태는 본 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 너트(5)에 형성한 너트순환방식의 볼 나사를 예시하였으나, 제5 실시형태는, 볼 순환로(11)에 상당하는 것을 나사 축에 형성한 나사축 순환방식의 볼 나사에도 적용 가능하다.

[제6 실시형태]

제6 실시형태는 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재시켜 나사 축에 나사결합되어 있는 너트와 나사축을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축과 너트가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다.

이와 같은 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 도달하면, 볼 순환로의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로 내를 통과하고, 볼 순환로의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한하게 순환되도록 이루어져 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

상기의 무단형상의 볼 통로는, 볼 전주로와 볼 순환로로 이루어져 있으므로, 볼 순환로의 둘레방향 길이가 길면 그 몫만큼 볼 전주로의 길이가 짧아지게 된다. 볼 전주로의 길이가 짧으면 볼 나사의 부하 용량이 작아지므로, 볼 나사의 수명에 악영향이 미칠 우려가 있었다. 그 때문에, 볼 순환로의 둘레방향 길이를 짧게 하는 것이 요망되고 있었다. 그리고 제6 실시형태에 있어서의 「볼 순환로의 둘레방향 길이」라 함은, 볼 순환로의 양단 사이의 둘레방향 거리를 의미하고, 둘레방향이라 함은 너트의 둘레방향을 의미한다.

그래서, 제6 실시형태는, 상기한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하여, 부하 용량이 크고 수명이 긴 볼 나사를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제6 실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제6 실시형태의 일 형태에 관한 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사에 있어서, 아래 3가지의 조건 A, B, C를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

조건 A：상기 볼 순환로는, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.

조건 B：상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치된 중간부와, 상기 단부와 상기 중간부를 접속하는 만곡부로 이루어지고, 대략 S자 형상을 이루고 있다.

조건 C：상기 오목홈의 테두리부 중 상기 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는, 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다.

이와 같은 제6 실시형태의 일 형태에 관한 볼 나사에 있어서는, 상기 단부의 홈 폭보다도 상기 중간부의 홈 폭이 좁은 것이 바람직하다.

또한, 제6 실시형태의 다른 형상에 관한 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사에 있어서, 아래 3가지의 조건 D, E, F를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

조건 D：상기 볼 순환로는, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.

조건 E：상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치되어 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부로 이루어지고, 대략 S자 형상을 이루고 있다.

조건 F：상기 오목홈의 테두리부 중 상기 양 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는, 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다.

게다가 제6 실시형태의 한층 또 다른 형상에 관한 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하는 볼 나사에 있어서, 아래 3가지의 조건 G, H, I를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

조건 G：상기 볼 순환로는, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.

조건 H：상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치되어 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부로 이루어지고, 대략 S자 형상을 이루고 있다.

조건 I：상기 오목홈의 테두리부 중 상기 양 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측 및 지름방향 안쪽 측의 테두리부는, 단일의 원호형상으로 형성되어 있다.

이러한 각 형태에 관한 볼 나사에 있어서는, 상기 볼 순환로를 구성하는 오목홈은 단조에 의해 형성된 것인 것이 바람직하다.

제6 실시형태의 볼 나사는, 볼 순환로의 둘레방향 길이가 짧고, 그 몫만큼 볼 전주로의 길이가 길게 되어 있으므로, 부하 용량이 크고 수명이 길다.

제6 실시형태에 관한 볼 나사의 예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

［제1예］

도 9는, 제6 실시형태의 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 단면도(축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(1)는, 나선형상의 나사홈(3a)을 외주면에 가지는 나사축(3)과, 나사축(3)의 나사홈(3a)에 대향하는 나선형상의 나사홈(5a)을 내주면에 가지는 너트(5)와, 양 나사홈(3a, 5a)에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로(7) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(9)과, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 구비하고 있다.

즉, 볼(9)은, 볼 전주로(7) 내를 이동하면서 나사축(3)의 주위를 회전하여 볼 전주로(7)의 종점에 도달하고, 그곳에서 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로(11) 내를 통과하여, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

그리고 나사홈(3a, 5a)의 단면형상(길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면의 형상)은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다. 또한, 나사축(3), 너트(5) 및 볼(9)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하다. 예를 들어, 금속(강철 등), 소결합금, 세라믹, 수지를 들 수 있다.

이와 같은 볼 나사(1)는, 볼(9)을 개재시켜 나사축(3)에 나사결합되어 있는 너트(5)와 나사축(3)을 상대 회전운동 시키면, 볼(9)의 전동을 개재시켜 나사축(3)과 너트(5)가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(7)와 볼 순환로(11)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(7) 내를 전동하는 볼(9)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한하게 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사축(3)과 너트(5)는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(11)에 대해, 도 10, 11의 단면도(축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하면서 상세하게 설명한다. 볼 순환로(11)는, 너트(5)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(5)의 원주면 형상의 내주면 일부를 소성가공 또는 절삭가공에 의해 오목화시켜 형성한 오목홈(22)을, 볼 순환로(11)로 하고 있다. 따라서, 튜브식, 디플렉터식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 달리, 볼 순환로를 구성하는 별도 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별도 부재가 사용되어 있지 않으므로, 별도 부재가 사용된 경우에 경계부분에 생기는 엣지부를 가지는 단차가 생길 우려는 없다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 볼 전주로(7)의 종점으로 전동하여 온 볼(9)은, 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 너트(5)의 내부(지름방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(11) 내를 통과하여 나사축(3)의 랜드부(3b)(나사홈(3a)의 나사산)를 타고 넘어, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려진다. 그리고 볼 순환로(11)의 단면형상(길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면의 형상)은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다.

또한, 도 29에 나타내는 바와 같이, 볼 순환로(11)(오목홈(22))는, 볼 전주로(7)(나사홈(5a))와의 접속 부분인 양단부(11a, 11a)가 직선형상으로 되어 있고, 이 직선형상의 단부(11a)에 의해 볼(9)의 도입부가 형성되어 있다. 그리고 이 양단부(11a, 11a)의 사이에는, 직선형상으로 신장되는 중간부(11b)가 배치되어 있고, 이 중간부(11b)의 양단과 직선형상의 양단부(11a, 11a)가 각각 만곡부(11c, 11c)에 의해 원활하게 접속되어 있어, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 전체 형상은 대략 S자 형상을 이루고 있다.

오목홈(22)의 외주를 이루는 테두리부 중, 중간부(11b)의 테두리부와 양단부(11a, 11a)의 테두리부는 직선형상을 이루고 있고, 만곡부(11c, 11c)의 테두리부는 만곡되어 있다(곡선형상을 이루고 있음). 그리고 그 만곡된 지름방향 안쪽 측의 테두리부는, 단일의 원호형상(곡률반경은 R1)으로 형성되어 있고, 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는, 곡률반경이 다른 2개의 원호(곡률반경은 R2, R3)가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다. 게다가 2개의 원호중 중간부(11b) 측의 원호의 곡률반경 R3보다도 단부(11a)측의 원호의 곡률반경 R2가 크게 설정되어 있다.

이러한 구성에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 둘레방향 길이 L은, 종래의 볼 나사의 볼 순환로의 둘레방향 길이보다도 짧아진다. 그리고 볼 순환로의 둘레방향 길이라 함은, 볼 순환로의 양단 사이의 둘레방향 거리를 의미하고, 둘레방향이라 함은 너트의 둘레방향을 의미한다.

여기서, 종래의 볼 나사의 볼 순환로에 대해 도 32를 참조하면서 설명한다. 그리고 도 29, 30, 31에는, 종래의 볼 나사의 볼 순환로의 외주를 이루는 테두리부가 2점쇄선으로 표시되어 있다. 또한, 도 32의 부호 304는, 볼 전주로를 나타낸다.

도 32의 볼 순환로(오목홈)의 구성은, 도 29의 볼 순환로(11)(오목홈(22))와 거의 같으나, 만곡부의 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부의 형상만 다르다. 즉, 종래의 볼 나사의 볼 순환로에 있어서는, 그 만곡부(301)의 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는, 지름방향 안쪽 측의 테두리부와 마찬가지로 단일의 원호형상으로 형성되어 있다. 곡률반경은, 지름방향 안쪽 측이 R1＇이고, 지름방향 바깥쪽 측이 R2＇이다.

이러한 구성상의 차이에 의해, 직선형상의 중간부(302) 및 양단부(303, 303)의 길이가 동일하면, 제1예의 볼 나사(1)의 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 둘레방향 길이는, 종래의 볼 나사의 볼 순환로의 둘레방향 길이보다도 짧아지므로, 볼 전주로(7)와 볼 순환로(11)에 의해 형성되는 무단형상의 볼 통로 중, 볼 전주로(7)를 길게 형성할 수 있다. 그 결과, 제1예의 볼 나사(1)의 부하 용량은, 종래의 볼 나사에 비해 커지기 때문에, 수명이 길다. 또한, 볼 순환로(11)(오목홈(22))을 형성하기 위한 홈의 가공량을 줄일 수가 있다.

게다가 볼 순환 형식이 디플렉터식의 볼 나사의 경우는, 디플렉터에 형성된 볼 순환로의 형상을 호적화하여도, 디플렉터나 너트의 디플렉터 구멍의 가공 오차나, 볼 나사의 진동에 의한 디플렉터의 위치 어긋남 등에 의해, 그 효과가 충분히 나타나지 않는 경우가 있었다. 그러나 제1예의 볼 나사(1)는, 볼 순환로(11)가 너트(5)에 일체적으로 형성되어 있으므로, 볼 순환로(11)의 형상의 호적화에 의한 상기 효과가 충분히 나타난다.

이때 볼 순환로(11) 단부(11a)의 홈 폭(ta)보다도, 중간부(11b)의 홈 폭(tb)의 쪽을 좁게 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성이면, 볼 전주로(7)로부터 볼 순환로(11)로의 볼(9)의 도입이 원활히 행해지는 동시에, 볼 순환로(11) 중간부(11b)에 있어서의 볼(9)의 진행이 원활하게 된다(볼(9)의 사행을 억제할 수 있음). 즉, 볼 나사(1)에 있어서의 볼(9)의 순환성이 향상된다.

이와 같은 제1예의 볼 나사(1)의 용도는 특히 한정되는 것은 아니나, 자동차 부품, 위치 결정 장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

그리고 도 29의 볼 순환로(11)에 있어서는, 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부를 구성하는 원호의 수는 2개이었으나, 2개에 한정되는 것은 아니고, 3개 이상이어도 상관없다. 또한, 도 29의 볼 순환로(11)에 있어서는, 만곡부(11c)의 지름방향 안쪽 측의 테두리부를 구성하는 원호의 곡률 중심과, 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부를 구성하는 2개의 원호의 곡률 중심이 다르지만, 동일한 곡률 중심으로 하여도 된다.

다음에, 제1예의 볼 나사(1)의 제조방법의 일예를, 도 16, 17을 참조하면서 설명한다. 우선, 원주형상의 강철제 소재(20)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(5)와 대략 동일 형상(대략 원통형상)의 블랭크(21)를 얻었다(거칠기 성형공정). 이때 소성가공에 의해, 블랭크(21)의 외주면에는 플랜지(13)도 형성된다.

그　다음에, 블랭크(21)의 원주면 형상의 내주면 일부를 냉간단조 등의 소성가공(또는 절삭가공이어도 됨)에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(7)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(11)를 이루는 대략 S자 형상의 오목홈(22)을 형성하였다(볼 순환로 형성공정).

볼 순환로(11)(오목홈(22))의 형상은 앞에서 설명한 바와 같이 복잡하지만(특히 만곡부(11c)의 테두리부의 형상), 앞에서 설명한 볼 순환로 형성공정을 소성가공으로 행하였으므로, 절삭가공에 비해 용이하며 또한 염가로 가공할 수 있다. 또한, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 홈 폭이 앞에서 설명한 바와 같이 부위에 의해 다르면, 절삭가공에 의해 형성하는 것은 곤란해지나, 소성가공이면, 형태만 제작하면 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 제6 실시형태의 제1예의 볼 나사(1)는 생산성이 높다.

오목홈(22)을 형성하는 방법의 구체적인 예로서는 아래와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 금형(도시생략)을 블랭크(21) 내에 삽입하여, 블랭크(21)의 내주면에 금형의 볼록부를 접촉시키고, 블랭크(21)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 압압함으로써 소성가공하여, 오목홈(22)을 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 22에 나타내는 바와 같이, 캠 드라이버와, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목홈(22)을 형성하여도 된다. 상세하게 설명하면, 블랭크(21) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(21)와 캠 드라이버와의 사이에 배치하는 동시에, 볼록부를 블랭크(21)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(21) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(21)의 대략 축방향(블랭크(21)의 축방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 신장되는 경사면에서 서로 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(21)의 축방향을 따라 이동시키면, 양 경사면으로 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(21)의 지름방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되어 캠 드라이버의 축방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 볼록부가 블랭크(21)의 내주면을 강하게 압압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(21)의 내주면에 오목홈(22)이 형성된다. 그리고 도 22에 나타내는 방법 대신에, 도 26에 나타내는 방법을 사용하여도 된다.

다음에, 너트(5)의 내주면에, 관용의 절삭가공(예를 들어 도 24에 나타내는 방법)에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 최단부와 접속하도록 나사홈(5a)을 형성하였다(나사홈 형성공정). 이때 오목홈(22)(볼 순환로(11))의 최단부는 구면형상을 이루고 있으므로, 나사홈(5a)과의 경계부분(30)의 단차에 디플렉터식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 원활한 단차가 된다. 그 결과, 경계부분(30)을 볼(9)이 통과하여도, 이상음이나 작동 토오크 변동이 생기기 어렵고, 또 수명 저하도 생기기 어렵다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여 너트(5)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파 열처리 등을 들 수 있다. 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우는, 너트(5)의 재질은, 탄소의 함유량이 0.10~0.25 질량%의 크롬강 또는 크롬 몰리브덴강(예를 들어 SCM 420)인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파 담금질인 경우는, 탄소의 함유량이 0.4~0.6 질량%의 탄소강(예를 들어 S 53C, SAE 4150)인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(5)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사축(3) 및 볼(9)을 조합하여 볼 나사(1)를 제조하였다.

그리고 앞에서 설명한 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정을 소성가공으로 행하였으므로, 이 볼 나사(1)의 제조방법은 재료 수율이 높은 것에 더하여, 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(20)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한, 가공 경화하므로, 고강도의 너트(5)가 얻어진다.

소성가공의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 단조가 바람직하고, 특히 냉간 단조가 바람직하다. 열간 단조를 채용하는 일도 가능하지만, 냉간 단조는 열간 단조에 비해 고정밀도인 마무리가 가능하므로, 후속 가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도인 너트(5)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(1)를 염가로 제조할 수 있다. 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 한 공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하여도 된다.

［제2예］

도 30은, 제6 실시형태의 제2예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이고, 너트 내주면의 오목홈을 나타내는 도면이다. 그리고 제2예의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1예와 거의 같으므로, 다른 부분만 설명하고, 같은 부분의 설명은 생략한다. 또한, 이 이후의 각 도면에 있어서는, 도 29와 동일 또는 상당하는 부분에는, 도 29와 동일한 부호를 부여하고 있다.

제2예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼 순환로(11)(오목홈(22))는, 볼 전주로(7)(나사홈(5a))와의 접속 부분인 양단부(11a, 11a)가 직선형상으로 되어 있고, 이 직선형상의 단부(11a)에 의해 볼(9)의 도입부가 형성되어 있다. 그리고 이 양단부(11a, 11a)는, 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부(11c, 11c)에 의해 원활하게 접속되어 있어, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 전체 형상은 대략 S자 형상을 이루고 있다. 즉, 제1예와 비교하면, 직선형상의 중간부를 구비하고 있지 않은 점이 다르다.

오목홈(22)의 외주를 이루는 테두리부 중, 양단부(11a, 11a)의 테두리부는 직선형상을 이루고 있고, 만곡부(11c, 11c)의 테두리부는 만곡되어 있다(곡선형상을 이루고 있음). 그리고 그 만곡된 지름방향 안쪽 측의 테두리부 및 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는, 곡률반경이 다른 2개의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 각각 형성되어 있다. 지름방향 안쪽 측의 테두리부를 구성하는 원호의 곡률반경은 R1, R2이며, 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부를 구성하는 원호의 곡률반경은 R3, R4이다.

게다가 만곡부(11c)의 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부를 구성하는 2개의 원호는, 단부(11a)측의 원호와 다른 만곡부(11c)측의 원호이나, 양자 중 다른 만곡부(11c)측의 원호의 곡률반경 R4보다도, 단부(11a)측의 원호의 곡률반경 R3의 쪽이 크게 설정되어 있다. 단, 지름방향 안쪽 측의 테두리부는, 제1예와 마찬가지로 단일의 원호형상으로 형성되어 있어도 된다.

이러한 구성에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 둘레방향 길이 L는, 제1예의 경우보다도 짧아진다. 또한, 볼 순환로(11) 내를 진행하는 볼(9)의 진행 방향의 변화도 제1예의 경우보다도 완만하게 된다.

［제3예］

도 31은, 제6 실시형태의 제3예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이고, 너트 내주면의 오목홈을 나타내는 도면이다. 그리고 제3예의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1예, 제2예와 거의 같으므로, 다른 부분만 설명하고 같은 부분의 설명은 생략한다.

제3예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼 순환로(11)(오목홈(22))는, 볼 전주로(7)(나사홈(5a))와의 접속 부분인 양단부(11a, 11a)가 직선형상으로 되어 있고, 이 직선형상의 단부(11a)에 의해 볼(9)의 도입부가 형성되어 있다. 그리고 이 양단부(11a, 11a)는, 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부(11c, 11c)에 의해 원활하게 접속되어 있고, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 전체 형상은 대략 S자 형상을 이루고 있다. 즉, 제1예에 비하면, 직선형상의 중간부를 구비하고 있지 않은 점이 다르다.

오목홈(22)의 외주를 이루는 테두리부 중, 양단부(11a, 11a)의 테두리부는 직선형상을 이루고 있고, 만곡부(11c, 11c)의 테두리부는 만곡되어 있다(곡선형상을 이루고 있음). 그리고 그 만곡된 지름방향 안쪽 측의 테두리부 및 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는, 각각 단일의 원호형상으로 형성되어 있다. 지름방향 안쪽 측의 테두리부를 구성하는 원호의 곡률반경은 R1이며, 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부를 구성하는 원호의 곡률반경은 R2이다.

이러한 구성에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 둘레방향 길이 L는, 제1예의 경우보다도 짧아진다. 또한, 볼 순환로(11) 내를 진행하는 볼(9)의 진행 방향의 변화도 제1예의 경우보다도 완만하게 된다.

그리고 상기 제1예 내지 제3예는 제6 실시형태의 일예를 나타낸 것으로서, 제6 실시형태는 상기 제1예 내지 제3예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 너트(5)에 형성한 너트순환방식의 볼 나사를 예시하였으나, 제6 실시형태는, 볼 순환로(11)에 상당하는 것을 나사 축에 형성한 나사축 순환방식의 볼 나사에도 적용 가능하다.

[제7 실시형태]

제7 실시형태는 볼 나사에 관한 것이다.

볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼로 이루어진다. 그리고 볼을 개재시켜 나사 축에 나사결합되어 있는 너트와 나사축을 상대 회전운동 시키면, 볼의 전동을 개재시켜 나사축과 너트가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다.

이와 같은 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 도달하면, 볼 순환로의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로 내를 통과하고, 볼 순환로의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로의 시발점으로 되돌려진다. 이와 같이, 볼 전주로 내를 전동하는 볼이 볼 순환로에 의해 무한하게 순환되도록 되어 있으므로, 나사축과 너트는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

볼 나사의 윤활성을 향상시키는 방법으로서 윤활유, 그리스 등의 윤활제를 유지하는 오일 저류부를 마련하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 14에는, 사출 성형법에 의해 제조된 수지제 너트의 볼 전주로에 오일 저류부가 마련된 볼 나사가 개시되어 있다. 즉, 너트의 나사홈 표면에, 오일 저류부를 구성하는 오목부가 형성되어 있고, 이 오일 저류부에 윤활제가 충전되도록 이루어져 있다.

그러나 대부분의 경우 너트는 금속제이기 때문에, 볼 전주로에 오일 저류부를 마련하기 위해서는, 나사홈을 형성한 후에, 그 홈면에 절삭가공 등에 의해 오목부를 형성할 필요가 있다. 그 때문에, 볼 나사를 제조할 때의 가공 코스트가 상승한다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 나사홈에 오목부를 마련하면, 볼 나사의 부하 용량이나 수명의 저하를 초래할 우려가 있었다.

그래서, 제7 실시형태는, 상기한 바와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 부하 용량 및 수명의 저하 및 제조 코스트의 상승을 수반하는 일 없이 윤활성을 향상시킨 볼 나사를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제7 실시형태는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 제7 실시형태의 볼 나사는, 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로를 구비하고, 상기 볼 순환로가 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목홈으로 구성되어 있는 볼 나사에 있어서, 윤활제를 유지 가능한 윤활제 저류부를 구비하고 있고, 이 윤활제 저류부는, 상기 오목홈의 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 제7 실시형태의 볼 나사에 있어서는, 상기 볼 순환로는, 상기 볼 전주로와의 접속 부분인 양단부와, 상기 양단부 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 볼 순환로의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 상기 윤활제 저류부의 단면 면적은, 상기 단부에 인접하는 부분보다도 상기 중간부에 인접하는 부분이 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼 순환로는 만곡되어 있고, 상기 볼 순환로의 만곡된 지름방향 바깥쪽 측에 배치된 윤활제 저류부보다도, 상기 볼 순환로의 만곡된 지름방향 안쪽 측에 배치된 윤활제 저류부의 쪽이, 상기 볼 순환로의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면의 면적이 큰 것이 바람직하다.

게다가 상기 볼 순환로를 구성하는 오목홈 및 상기 윤활제 저류부를 구성하는 오목부는, 단조에 의해 동시에 형성된 것인 것이 바람직하다.

제7 실시형태의 볼 나사는, 너트인 볼 순환로에 윤활제 저류부를 구비함으로써, 부하 용량 및 수명의 저하 및 제조 코스트의 상승을 수반하는 일 없이, 뛰어난 윤활성을 실현하고 있다.

제7 실시형태에 관한 볼 나사 및 그 제조방법의 일예를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

［제1예］

도 9는, 제7 실시형태의 제1예의 볼 나사의 구조를 설명하는 단면도(축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도)이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 볼 나사(1)는, 나선형상의 나사홈(3a)을 외주면에 가지는 나사축(3)과, 나사축(3)의 나사홈(3a)에 대향하는 나선형상의 나사홈(5a)을 내주면에 가지는 너트(5)와, 양 나사홈(3a, 5a)에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로(7) 내에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼(9)과, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 구비하고 있다.

즉, 볼(9)은, 볼 전주로(7) 내를 이동하면서 나사축(3)의 주위를 회전하여 볼 전주로(7)의 종점에 도달하고, 그곳에서 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 볼 순환로(11) 내를 통과하여 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려지도록 되어 있다.

그리고 나사홈(3a, 5a)의 단면형상은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다. 또한, 나사축(3), 너트(5) 및 볼(9)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니고, 일반적인 재료를 사용 가능하다. 예를 들어, 금속(강철 등), 소결합금, 세라믹, 수지를 들 수 있다.

이와 같은 볼 나사(1)는, 볼(9)을 개재시켜 나사축(3)에 나사결합되어 있는 너트(5)와 나사축(3)을 상대 회전운동 시키면, 볼(9)의 전동을 개재시켜 나사축(3)과 너트(5)가 축방향으로 상대이동 하도록 되어 있다. 그리고 볼 전주로(7)와 볼 순환로(11)에 의해 무단형상의 볼 통로가 형성되어 있고, 볼 전주로(7) 내를 전동하는 볼(9)이 무단형상의 볼 통로 내를 무한하게 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사축(3)과 너트(5)는 계속적으로 상대이동할 수 있다.

여기서, 볼 순환로(11)에 대해, 도 10, 11의 단면도(축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도)를 참조하면서 상세하게 설명한다. 볼 순환로(11)는, 예를 들어 너트(5)의 내주면에 일체적으로 형성되어 있다. 상세하게 설명하면, 너트(5)의 원주면 형상의 내주면 일부를 소성가공 또는 절삭가공에 의해 오목화시켜 형성한 오목홈(22)을 볼 순환로(11)로 하고 있다. 따라서, 튜브식, 디플렉터식 등의 볼 순환 형식의 경우와는 달리, 볼 순환로를 구성하는 별도 부재는 부착되어 있지 않다. 그리고 별도 부재가 사용되어 있지 않으므로, 별도 부재가 사용된 경우에 경계부분에 생기는 엣지부를 가지는 단차가 생길 우려는 없다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 볼 전주로(7)의 종점으로 전동하여 온 볼(9)은, 볼 순환로(11)의 한쪽 단부로부터 떠올려져 너트(5)의 내부(지름방향 바깥쪽 측)에 가라앉는다. 그리고 볼 순환로(11) 내를 통과하여 나사축(3)의 랜드부(3b)(나사홈(3a)의 나사산)를 타고 넘어, 볼 순환로(11)의 다른 쪽 단부로부터 볼 전주로(7)의 시발점으로 되돌려진다. 그리고 볼 순환로(11)의 단면형상은, 원호형상(단일 원호형상)이어도 되고, 고딕 아크형상이어도 된다.

또한, 도 33에 나타내는 바와 같이, 볼 순환로(11)를 구성하는 오목홈(22)은, 볼 전주로(7)(나사홈(5a))와의 접속 부분인 양단부가 직선형상으로 되어 있고, 이 양단부의 사이에 위치하는 중간부(24)가 대략 S자 형상으로 만곡된 곡선형상으로 되어 있다. 게다가 직선형상의 단부에는, 볼(9)의 도입부(25)가 형성되어 있는 동시에, 직선형상의 단부의 최단부는 원호형상을 이루고 있다. 그리고 오목홈(22)의 전체 형상은, 도 33에 나타내는 바와 같은 대략 S자 형상에 한정되는 것은 아니다.

게다가 너트(5)는, 윤활제를 유지 가능한 윤활제 저류부를 구비하고 있다. 이 윤활제 저류부는, 오목홈(22) 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부(31)로 이루어진다(도 34를 참조). 윤활유, 그리스 등의 윤활제가 윤활제 저류부내에 유지되고, 볼 나사(1)의 사용중에 볼 순환로(11)에 적절히 공급된다. 그리고 윤활제는 볼 순환로(11) 내에 있어서 볼(9)의 표면에 부착되고, 볼과 함께 볼 전주로(7)에 도달하여, 나사홈(3a, 5a) 및 볼(9)의 표면의 윤활에 제공되기 때문에 볼 나사(1)는 윤활성이 뛰어나다. 또한, 윤활제 저류부내에 유지된 윤활제에 의해 볼 나사(1)가 윤활되기 때문에, 볼 나사(1)의 내부에 윤활제를 보급하는 메인트넌스 작업의 빈도를 줄일 수가 있다.

오목부(31)를 형성하는 부위는, 오목홈(22)의 내면이면 특히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 도 33에 나타내는 바와 같이, 대략 S자 형상의 중간부(24)의 만곡부분 및 원호형상의 최단부의 공통접선과, 오목홈(22)의 테두리부로 둘러싸이는 부위(도 33에 있어서의 대략 활형상의 사선부)에 형성하면 된다. 그리고 도 34에 나타내는 바와 같이, 오목부(31)의 너트 내주면 측은 개방되어 있어도 된다. 환언하면, 너트(5)의 내주면을 오목화시켜 오목홈(22)에 연속되는 오목부(31)를 형성하여도 된다.

또한, 오목부(31)는, 오목홈(22)에 원활하게 접속하고 있다. 즉, 도 34의 단면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 너트(5)의 내주면으로부터 오목부(31)를 경유하여 오목홈(22)에 도달할 때까지, 그 표면은, 곡률이 서서히 변화해 가면서 원활하게 연속하고 있다. 그 때문에, 오목부(31)내의 윤활제는 오목홈(22)내로 용이하게 공급된다.

게다가 오목부(31)의 깊이(너트(5)의 지름방향의 길이)는, 오목부(31)의 길이방향의 중앙에 있어서 가장 깊게 되어 있으나, 어느 부분에 있어서도, 그 깊이는 오목홈(22)의 곡률반경(중간부(24)의 홈 폭 t의 1/2)보다도 작게 되어 있다.

게다가 볼 전주로(7)로부터 볼 순환로(11)로 들어온 볼(9)은, 도입부(25)를 통과하여 중간부(24)의 만곡부분에 부딪힘으로써 안내되어 진행 방향을 바꾼다. 도 33, 34로부터 알 수 있는 바와 같이, 볼 순환로(11)의 도입부(25)나 만곡부분 중, 만곡된 지름방향 바깥쪽 측(즉 볼(9)이 부딪치는 부분)에는 오목부(31)가 형성되어 있지 않기 때문에, 볼 순환로(11)의 순환성(볼(9)의 안내 성능)이 저하되는 일은 없다.

그리고 볼 순환로(11)의 만곡된 지름방향 바깥쪽 측에 오목부(31)를 마련여도 되나, 만곡된 지름방향 안쪽 측에 마련한 오목부(31)보다도 작은 것이, 상기한 바와 같은 관점에서 바람직하다. 상세히 설명하면, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 길이방향으로 직교하는 평면에서 윤활제 저류부(오목부(31))를 절단하였다고 가정하면, 그 단면의 면적은, 볼 순환로(11)의 만곡된 지름방향 안쪽 측에 마련한 오목부(31)보다도, 만곡된 지름방향 바깥쪽 측에 마련한 오목부(31)가 작은 것이 바람직하다.

이러한 구성으로부터, 제1예의 볼 나사(1)는, 뛰어난 윤활성을 가지고 있다. 또한, 볼 전주로(7)는 아니고 볼 순환로(11)에 윤활제 저류부가 형성되어 있으므로, 볼 나사(1)의 부하 용량이나 수명의 저하가 생기는 일이 없다. 이와 같은 제1예의 볼 나사(1)의 용도는 특히 한정되는 것은 아니나, 자동차 부품, 위치 결정 장치 등에 적합하게 사용 가능하다.

다음에, 제1예의 볼 나사(1)의 제조방법의 일예를, 도 16, 17을 참조하면서 설명한다. 우선, 원주형상의 강철제 소재(20)를 냉간단조 등의 소성가공에 의해 가공하고, 너트(5)와 대략 동일 형상(대략 원통형상)의 블랭크(21)를 얻었다(거칠기 성형공정). 이때 소성가공에 의해, 블랭크(21)의 외주면에는 플랜지(13)도 형성된다.

그 다음에, 블랭크(21)의 원주면 형상의 내주면 일부를 냉간단조 등의 소성가공(또는 절삭가공이어도 됨)에 의해 오목화시켜, 볼 전주로(7)의 종점과 시발점을 연통하는 볼 순환로(11)를 이루는 대략 S자 형상의 오목홈(22)을 형성하였다(볼 순환로 형성공정). 게다가 오일 저류부를 구성하는 오목부(31)를 소성가공(또는 절삭가공이어도 됨)에 의해 형성하였다.

오목홈(22) 및 오목부(31)를 형성하는 방법의 구체적인 예로서는, 아래와 같은 것을 들 수 있다. 즉, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부 및 오목부(31)에 대응하는 형상의 다른 볼록부를 가지는 금형(도시생략)을 블랭크(21) 내에 삽입하고, 블랭크(21)의 내주면에 금형의 양 볼록부를 접촉시키고, 블랭크(21)의 내주면을 향하여 금형을 강하게 압압함으로써 소성가공하여, 오목홈(22) 및 오목부(31)를 형성할 수 있다. 오목홈(22)과 오목부(31)는 따로따로 형성하여도 되지만, 상기한 바와 같이 한 공정으로 동시에 형성하면, 볼 나사(1)의 제조 코스트를 낮게 억제할 수 있다.

예를 들어, 도 22에 나타내는 바와 같이, 캠 드라이버와, 오목홈(22)에 대응하는 형상의 볼록부 및, 오목부(31)에 대응하는 형상의 다른 볼록부를 가지는 캠 슬라이더를 가지는 캠 기구의 금형을 사용하여, 오목홈(22) 및 오목부(31)를 형성하여도 된다. 상세히 설명하면, 블랭크(21) 내에 캠 드라이버와 캠 슬라이더를 삽입하고, 그때 캠 슬라이더는, 블랭크(21)와 캠 드라이버와의 사이에 배치하는 동시에, 양 볼록부를 블랭크(21)의 내주면을 향하여 배치한다. 블랭크(21) 내에 배치된 캠 슬라이더와 캠 드라이버는, 블랭크(21)의 대략 축방향(블랭크(21)의 축방향으로부터 약간 경사진 방향)으로 신장되는 경사면에서 서로 접촉하고 있고, 양 경사면이 금형의 캠 기구를 구성하고 있다.

여기서, 캠 드라이버를 블랭크(21)의 축방향을 따라 이동시키면, 양 경사면으로 구성되는 캠 기구(쐐기의 작용)에 의해 캠 슬라이더가 블랭크(21)의 지름방향 바깥쪽으로 이동한다. 즉, 캠 드라이버의 경사면으로부터 캠 슬라이더의 경사면에 힘이 전달되어 캠 드라이버의 축방향의 힘이 캠 슬라이더를 지름방향 바깥쪽으로 움직이는 힘으로 변환된다. 그 결과, 캠 슬라이더의 양 볼록부가 블랭크(21)의 내주면을 강하게 압압하게 되므로, 소성가공에 의해 블랭크(21)의 내주면에 오목홈(22) 및 오목부(31)가 형성된다. 그리고 도 22에 나타내는 방법 대신에, 도 26에 나타내는 방법을 사용하여도 된다.

다음에, 너트(5)의 내주면에, 관용의 절삭가공(예를 들어 도 24에 나타내는 방법)에 의해, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 최단부와 접속하도록 나사홈(5a)을 형성하였다(나사홈 형성공정). 이때 오목홈(22)(볼 순환로(11))의 최단부는 구면형상을 이루고 있으므로, 나사홈(5a)과의 경계부분(30)의 단차에 디플렉터식 볼 나사의 경우와 같은 엣지부는 발생하지 않고, 원활한 단차가 된다. 그 결과, 경계부분(30)을 볼(9)이 통과하여도 이상음이나 작동 토오크 변동이 생기기 어렵고, 또 수명 저하도 생기기 어렵다.

마지막으로, 소망의 조건으로 담금질, 뜨임 등의 열처리를 실시하여 너트(5)가 얻어졌다. 이 열처리의 예로서는, 침탄처리, 침탄질화처리, 고주파 열처리 등을 들 수 있다. 열처리가 침탄처리 또는 침탄질화처리인 경우는, 너트(5)의 재질은 SCM 420인 것이 바람직하고, 열처리가 고주파 담금질인 경우는, S 53C 또는 SAE 4150인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제조된 너트(5)와, 관용의 방법에 의해 제조된 나사축(3) 및 볼(9)을 조합하여 볼 나사(1)를 제조하였다.

그리고 앞에서 설명한 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정을 소성가공으로 행하였으므로, 이 볼 나사(1)의 제조방법은, 재료 수율이 높은 것에 더하여 고정밀도의 볼 나사를 염가로 제조할 수 있다. 또한, 소성가공에 의해 제조하기 때문에, 강철제 소재(20)가 가지는 메탈 플로우(단류선)가 거의 절단되지 않고, 또한, 가공 경화하므로, 고강도의 너트(5)가 얻어진다.

소성가공의 종류는 특히 한정되는 것은 아니나, 단조가 바람직하고, 특히 냉간 단조가 바람직하다. 열간 단조를 채용하는 일도 가능하지만, 냉간 단조는 열간 단조에 비해 고정밀도인 마무리가 가능하므로, 후속 가공을 실시하지 않아도 충분히 고정밀도인 너트(5)를 얻을 수 있다. 따라서, 볼 나사(1)를 염가로 제조할 수 있다. 거칠기 성형공정 및 볼 순환로 형성공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하는 것이 바람직하지만, 어느 한 공정에 있어서의 소성가공을 냉간 단조로 하여도 된다.

［제2예］

도 35 내지 37은, 제7 실시형태의 제2예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이다. 도 35는, 너트 내주면의 오목홈 및 오목부를 나타내는 도면이고, 도 36, 37은, 도 35의 오목홈 및 오목부의 단면도이다. 그리고 제2예의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1예와 거의 같으므로, 다른 부분만 설명하고, 같은 부분의 설명은 생략한다. 또한, 이후의 각 도면에 있어서는, 도 9 내지 11 및 도 33, 34와 동일 또는 상당하는 부분에는, 도 9 내지 11 및 도 33, 34과 동일한 부호를 부여하고 있다.

제2예의 볼 나사에 있어서는, 오목부(31)를 형성하는 부위는, 도 35에 나타내는 바와 같이, 오목홈(22)의 테두리부 중, 도입부(25)와 중간부(24)를 따르는 부분에 형성되어 있다(도 35에 있어서의 사선부). 그리고 도 36, 37에 나타내는 바와 같이, 오목부(31)는, 도입부(25)를 따르는 부분보다도 중간부(24)를 따르는 부분 쪽이 크게 형성되어 있다. 상세히 설명하면, 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 길이방향으로 직교하는 평면에서 윤활제 저류부(오목부(31))를 절단하였다고 가정하면, 그 단면의 면적은, 도입부(25)를 따르는 부분은 작고, 중간부(24)를 따르는 부분은 그것보다도 크다. 그리고 도입부(25)를 따르는 부분의 단면적이 가장 작고, 오목부(31)의 길이방향의 중앙에 가까워짐에 따라 단면적이 서서히 크게 되고, 오목부(31)의 길이방향의 중앙에 있어서 단면적이 가장 크게 되어 있다.

또한, 오목부(31)의 깊이(너트(5)의 지름방향의 길이)는, 오목부(31)의 길이방향의 중앙에 있어서 가장 깊게 되어 있지만, 어느 부분에 있어서도, 그 깊이는 오목홈(22)의 곡률반경(중간부(24)의 홈 폭t의 1/2)보다도 작게 되어 있다.

게다가, 볼 전주로(7)로부터 볼 순환로(11)로 들어온 볼(9)은, 도입부(25)를 통과하여 중간부(24)의 만곡부분에 부딪힘으로써 안내되어 진행 방향을 바꾼다. 도입부(25)에도 볼(9)이 부딪히므로, 도 37로부터 알 수 있는 바와 같이, 만곡된 지름방향 안쪽 측(도 37에서는 우측)보다도 지름방향 바깥쪽 측(도 37에서는 좌측)쪽이, 상기 단면적이 작은 오목부(31)가 형성되어 있다. 따라서, 볼 순환로(11)의 순환성(볼(9)의 안내 성능)은 거의 저하되지 않는다.

［제3예］

도 38은, 제7 실시형태의 제3예의 볼 나사의 구조를 설명하는 도면이고, 너트 내주면의 오목홈 및 오목부를 나타내는 도면이다. 그리고 제3예의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1예, 제2예와 거의 같으므로, 다른 부분만 설명하고, 같은 부분의 설명은 생략한다.

제3예의 볼 나사에 있어서는, 도 38에 나타내는 바와 같이, 오목부(31)가 오목홈(22)의 테두리부 전체를 따르도록 형성되어 있다(도 38에 있어서의 사선부). 그리고 볼 순환로(11)(오목홈(22))의 길이방향으로 직교하는 평면에서 윤활제 저류부(오목부(31))를 절단하였다고 가정하였을 경우의 단면의 면적은, 윤활제 저류부(오목부(31))의 어느 부분에 대해서도 거의 동일하고, 오목홈(22)의 테두리부 전체를 따라 오목부(31)가 균등하게 형성되어 있다. 오목홈(22)의 최단부(원호형상의 부분)에까지 윤활제 저류부가 형성되어 있으므로, 보다 많은 윤활제를 윤활제 저류부에 유지하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 볼 나사(1)의 윤활성이 보다 뛰어나다.

그리고 상기 제1예 내지 제3예는 제7 실시형태의 일례를 나타낸 것으로서, 제7 실시형태는 상기 제1예 내지 제3예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1예 내지 제3예의 볼 나사(1)에 있어서는, 볼(9)을 볼 전주로(7)의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환로(11)를 너트(5)에 형성한 너트순환방식의 볼 나사를 예시하였으나, 제7 실시형태는, 볼 순환로(11)에 상당하는 것을 나사 축에 형성한 나사축 순환방식의 볼 나사에도 적용 가능하다.

또한, 윤활제 저류부를 구성하는 오목부(31)의 단면형상은, 도 34, 36, 37에 나타내는 바와 같은 원호형상에 한정되는 것은 아니고, 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상이어도 되고, 타원형상이어도 되고, 혹은 대략 삼각형상이어도 된다. 대략 삼각형상의 경우는, 오목홈(22)과 오목부(31)와는 원활하게 접속되어 있다. 게다가 오목홈(22)과 오목부(31)는, 단면형상 원호형상의 볼록부에서 원활하게 접속되어 있어도 된다. 게다가 윤활제 저류부는, 제1 실시형태와 같은 단면형상 원호형상의 볼록부이어도 된다.

그리고 상기 각 실시형태의 각 예에 있어서 나타낸 볼 나사는, 다른 실시형태에 있어서 나타낸 볼 나사에 대해 적용할 수 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서의 볼 순환홈은, 앞에서 설명한 도 22, 26에 나타내는 단조에 한정하지 않고, 다른 소성가공이나, 절삭가공, 방전가공 등의 제거가공에 의해 형성하여도 된다.

게다가 너트의 열처리에 대해 상세한 조건 등이 기재되어 있지 않은 경우는, 다른 실시형태에 기재된 열처리 조건을 비롯하여 일반적인 열처리 조건을 문제없이 적용할 수 있다.

또한, 제1 내지 제7 실시형태에 있어서 나타낸 볼 나사는, 전동 파워 스티어링 장치(특히 랙식 전동 파워 스티어링 장치)에 적합하게 사용할 수 있다. 도 39는, 전동 파워 스티어링 장치의 스티어링 기어의 일부 단면도이다.

도 39에 있어서, 스티어링 기어 케이스를 구성하는 랙&피니언 하우징(621)내에는, 랙&피니언 기구를 구성하는 랙 샤프트(623)나 도시하지 않은 피니언이 내장되고, 피니언은 로어 샤프트(lower shaft, 622)에 연결되어 있다. 랙 샤프트(623)는, 피니언에 서로 맞물리는 랙(rack, 625)이 도면의 왼쪽에 형성되어 있는 동시에, 양단부에는, 타이 로드(tie rods, 615)를 요동이 자유롭게 지지하는 구면 연결부(627)가 고정되어 있다. 볼 나사의 나사축은, 이 랙 샤프트(623)에 사용되어 있다.

랙&피니언 하우징(621)의 도시의 오른쪽 단부에는, 볼 나사 하우징(633)이 부착되어 있다. 볼 나사 하우징(633)에는, 그 하부에 전동 모터(635)의 전단이 볼트로 고정되는 동시에, 전동 모터(635)의 샤프트에 고정된 드라이브 기어(driven gear, 637)와, 그 드라이브 기어(637)에 서로 맞물리는 드리븐 기어(639)가 수납되어 있다. 또한, 볼 나사 하우징(633)에는, 복렬앵귤러 볼 베어링을 개재시켜 볼 너트(645)가 회전이 자유롭게 유지되어 있다.

볼 너트(645)는 드리븐 기어(639)의 내경내에 수납되어 있다. 그리고 드리븐 기어(639)의 축심 내경측과 볼 너트(645)의 외경측과의 사이에는, 스플라인 감합부(661)가 마련되어 있다. 이에 따라, 드리븐 기어(639)와 볼 너트(645)는, 자유롭게 상대 접동할 수 있다.

랙 샤프트(623)의 도시의 오른쪽에는, 숫 볼 나사홈(나사부)(651)이 형성된다. 한편, 볼 너트(645)에는, 암 볼 나사홈(653)이 형성되고, 숫 볼 나사홈(651)과 암 볼 나사홈(653)과의 사이에는, 순환 볼을 구성하는 다수개의 강구(鋼球, 655)가 개장되어 있다. 또한, 볼 너트(645)에는, 강구(655)를 순환시키기 위한 도시하지 않은 순환홈이 장착되어 있다.

이 전동 파워 스티어링 장치에서는, 운전자에 의해 핸들이 조타되면, 그 조타력이 로어 샤프트(622)로부터 피니언에 전달되고, 그것에 서로 맞물리는 랙(625)에 수반하여 랙 샤프트(623)가 도면의 좌우의 어느 한쪽 방향으로 이동하고, 좌우의 타이 로드를 개재시켜 전타륜이 전타한다. 동시에, 도시하지 않은 조타 토오크 센서의 출력에 근거하여, 전동 모터(635)가 정역의 어느 한쪽 방향으로 소정의 회전 토오크를 가지고 회전하고, 그 회전 토오크가 드라이브 기어(637), 드리븐 기어(639)를 개재시켜 볼 너트(645)에 전달된다. 그리고 이 볼 너트(456)를 회전시킴으로써, 암 볼 나사홈(653)에 계합한 강구(655)를 개재시켜 랙 샤프트(623)의 숫 볼 나사홈(651)에 스러스트력이 작용하고, 이에 따라 조타 어시스트 토오크가 발현한다.

201: 나사축
201a: 나선홈
201b: 나사축의 외주면(랜드부)
202: 너트
202a: 나선홈
202b: 관통구멍
202d: 너트의 내주면(볼 순환홈의 측면에 연속되는 축방향으로 신장되는 면)
203: 볼
204: 디플렉터
241: 볼 순환홈
241a: 홈 저부
241b: 측면
241c: 각부
242: 볼 순환홈의 측면에 연속되는 축방향으로 신장되는 면
205: 금형
251: 기부의 면
252, 253: 볼 순환홈에 대응시킨 돌기

Claims (18)

1. 삭제
2. 나선형상의 나사홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나사홈에 대향하는 나사홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나사홈에 의해 형성되는 나선형상의 볼 전주로에 전동이 자유롭게 장전된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전주로의 종점으로부터 시발점으로 되돌려 순환시키는 볼 순환홈을 구비하고, 상기 너트는, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 오목홈으로 이루어지는 상기 볼 순환홈을 형성한 후, 상기 너트의 내주면에 상기 볼 순환홈의 단부와 접속하도록 상기 나사홈을 형성함으로써 형성된 것이고, 상기 볼 순환홈의 양측면과 상기 각 측면에 연속하여 축 방향으로 신장되는 면으로 형성되는 각부의 적어도 일부분이 둥글게 형성되어 있고,
   윤활제를 유지가능한 윤활제 저류부를 구비하고 있으며, 이 윤활제 저류부는 상기 오목홈 내면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목부로 이루어지고,
   상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 볼 순환홈의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 상기 윤활제 저류부의 단면면적은 상기 단부에 인접하는 부분보다도 상기 중간부에 인접하는 부분 쪽이 큰 것을 특징으로 하는 볼 나사.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2항에 있어서,
   상기 볼 순환홈은 만곡되어 있고, 상기 볼 순환홈의 만곡된 지름방향 바깥쪽 측에 배치된 윤활제 저류부보다도 상기 볼 순환홈의 만곡된 지름방향 안쪽측에 배치된 윤활제 저류부쪽이 상기 볼 순환홈의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면면적이 큰 것을 특징으로 하는 볼 나사.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 볼 순환홈을 구성하는 오목홈 및 상기 윤활제 저류부를 구성하는 오목부는 동시에 형성된 것임을 특징으로 하는 볼 나사.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 볼 순환홈 표면의 산술평균 거칠기 Ra₂가 0㎛ 초과 1.6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 볼 나사.
8. 제 7항에 있어서,
   원통형상의 너트소재에 내삽되고, 그 축방향을 따라 이동하는 캠 드라이버와,
   상기 너트소재와 캠 드라이버와의 사이에 배치되고, 상기 볼 순환홈에 대응하는 볼록부가 형성되고, 상기 캠 드라이버의 이동에 의해 상기 볼록부가 상기 너트의 지름방향으로 이동하는 캠 슬라이더를 가지고,
   상기 볼록부 표면의 산술평균 거칠기 Ra₁가 0.01㎛ 이상 0.2㎛ 이하인 캠 기구의 금형을 사용한 프레스법에 의해, 상기 볼록부에서 상기 너트소재의 내주면을 누름으로써, 상기 너트소재의 내주면에 상기 볼 순환홈을 형성한 것을 특징으로 하는 볼 나사.
9. 제 2항에 있어서,
   상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 이루어지는 오목홈으로 구성되어 있는 동시에, 상기 너트의 나사홈 표면 경도가 HRC 58 이상 62 이하, 상기 볼 순환홈 중 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부의 표면경도가 HRC 58 이상 62 이하, 상기 볼 순환홈 중 상기 양단부 사이의 중간부 표면 경도가 HV 550 이하인 것을 특징으로 하는 볼 나사.
10. 제 2항에 있어서,
    상기 볼 순환홈 중 상기 양단부 만과 상기 너트의 나사홈에 고주파 담글질이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
11. 제 2항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 볼 순환홈과 상기 볼 전주로와의 경계부분에 브러쉬 가공 및 블러스트가공의 적어도 한쪽을 실시하여 버를 제거함으로써 형성된 것임을 특징으로 하는 볼 나사.
12. 제 2항에 있어서,
    하기의 3가지 조건 A, B, C를 만족시키는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
    조건 A: 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.
    조건 B: 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치된 중간부와, 상기 단부와 상기 중간부를 접속하는 만곡부로 이루어지며, S 자형상을 이루고 있다.
    조건 C: 상기 오목홈의 테두리부 중 상기 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다.
13. 제 2항에 있어서,
    상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이에 배치된 중간부를 구비하고 있고, 상기 단부의 홈 폭보다도 상기 중간부의 홈폭 쪽이 좁은 것을 특징으로 하는 볼 나사.
14. 제 2항에 있어서,
    하기의 3가지 조건 D, E, F를 만족시키는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
    조건 D: 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.
    조건 E: 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이에 배치되어 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부로 이루어지고, S자형상을 이루고 있다.
    조건 F: 상기 오목홈의 테두리부 중 상기 양 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측의 테두리부는 곡률반경이 다른 복수의 원호가 원활하게 연속된 형상으로 형성되어 있다.
15. 제 2항에 있어서,
    하기의 3가지 조건 G, H, I를 만족시키는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
    조건 G: 상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성한 오목홈으로 구성되어 있다.
    조건 H: 상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부의 사이에 배치되어 서로 역방향으로 만곡된 2개의 만곡부로 이루어지고, S자형상을 이루고 있다.
    조건 I: 상기 오목홈의 테두리부 중 상기 양 만곡부의 테두리부는 만곡되어 있고, 그 만곡된 지름방향 바깥쪽 측 및 지름방향 안쪽 측의 테두리부는 단일의 원호형상으로 형성되어 있다.
16. 제 2항에 있어서,
    상기 볼 순환홈은, 상기 너트 내주면의 일부를 오목화시켜 형성된 오목홈으로 구성되어 있고, 상기 볼 순환홈의 길이방향의 적어도 일부분은 상기 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 V자형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 볼 순환홈은, 상기 볼 전주로와의 접속부분인 양단부와, 상기 양단부 사이의 중간부로 이루어지고, 상기 중간부 및 상기 단부의 적어도 한쪽은, 상기 볼 순환홈의 길이방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면형상이 V자형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
18. 제 16항에 있어서,
    상기 볼 순환홈을 구성하는 오목홈의 저부에 윤활제 저류부를 마련한 것을 특징으로 하는 볼 나사.
    

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