볼나사 드라이브는 오랫동안 소음이 큰 장치라고 여겨졌다. 하지만 볼나사를 구입하고 사용하는 업체들은 자사의 기계를 보다 조용하게 작동시키기를 원한다. 소음을 줄여 작업현장의 환경을 개선하려는 것. August Steinmeyer의 기술자들은 볼나사가 소음을 일으키는 원인을 조사했다. 소음을 줄이거나 없앨 수 있는 방법을 찾기 위해서다.

  연구팀은 잡음을 만드는 요인들을 정확히 찾아내고 그 우선순위를 정하기 위해, 로이틀링겐 대학의 폴 헬무트 네벨링 공학박사와 함께 작업했다. 폴 헬무트 네벨링 박사는 공작기계 및 기계부품의 정적·동적·열적·음향적 영향에 관한 전문가이다.

많은 이들이 익히 알다시피, 볼나사는 부분적으로 잡음을 일으킨다. 소음을 만드는 가장 주된 요인은 볼나사 특유의 나사산 구조(Thread Geometry)이다. 나사산 경로를 따라 볼이 구름 운동을 만들고, 장치는 큰 힘을 정확하고 정밀하게 전달해야 하며, (이게 가장 중요한데)볼이 움직일 수 있는 나사산의 표면은 항상 부드럽고 매끄러워야 한다. 

연구팀은 볼나사가 작동할 때 발생하는 고주파 소리가 공작기계의 작동을 방해하는 소음의 가장 큰 원인이라고 보았다. 특히 볼나사가 빠르게 가속 및 감속할 때마다 휘파람(Whistling) 소리 같은 짜증스러운 소음을 만든다.

연구팀은 볼나사에 가해지는 토크와 토크에 따른 소음을 측정하고, FFT 분석 기술을 통해 이를 분석했다. 그 결과, 볼나사 드라이브가 작동할 때 축(샤프트)의 나사산에 새겨진 미세한 물결 모양의 주름(Microscopic Corrugations)이 소리에 영향을 미친다는 것을 알게 되었다. 

샤프트 표면의 평탄화된 나사산을 확대하여 관찰한 결과, 약 1천 분의 1㎜를 1/2로 나눈 크기(약 0.5㎛)의 작은 면(Facets)을 발견할 수 있었다. 이는 회전 숫돌이 샤프트를 연마하면서 일어난 진동에 의해 발생한 것이다. 연구팀은 이 작은 표면이야말로 성가신 소음의 근원지라고 확신했다.

연구팀은 소음 주파수가 256㎐에서 최대로 증폭된다는 사실을 발견했다. 실제로 256㎐ 구간에서 작은 면의 크기와 드라이브 샤프트의 회전속도 및 회전율의 증가가 정확하게 부합했다. 

베어링 볼이 작은 돌기나 요철 등에 부딪히면 (그 크기가 어떻든)슬립 현상이 일어나고, 나아가 작업을 방해하는 ‘휘파람 소음’을 일으킨다. 

소음을 줄일 수 있는 방법 중 하나는 연마 속도를 낮추는 것이다. 하지만 샤프트 제조에 있어 경제성이 떨어진다. 

August Steinmeyer가 실험중인 방법으로는 연마 단계에서 기름 처리를 하는 것이 있다. 또 제작 과정에서 샤프트가 19.5ft. 길이, 그리고 6.3in. 직경이 되면 제품을 절단한다.

August Steinmeyer는 새로운 처리법에 절삭유(Cutting Oil)를 활용한다. 절삭유는 제품의 온도를 일정하게 유지시켜주며, 따라서 기계 가공 중 회전 숫돌과 제품이 접촉하는 구역에서 발생하는 온도가 일정 수치 이상으로 상승하지 않는다. 기름의 유량 역시 엄격하게 통제할 수 있다.

Steinmeyer의 기술자들은 새 방식을 활용해 제작한 샤프트의 부드러움에 감탄했다. 연구팀의 다음 목표는 가공 공정을 최적화하는 것이다. 이를 통해 소음이 적은 볼나사 드라이브를 보다 경제적으로 제조할 수 있게 된다.