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ばね用語

ばねの基本用語とばねの設計基本用語の解説です。単なる用語説明だけでなく、実務的な点から間違いやすいところを解説します。

 

 

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ばねの基本用語

押しばね

圧縮荷重を受けるバネです。圧縮コイルバネ、単に圧縮バネともいいます。英語では、コンプレッションスプリング(compression spring)といいます。

 

 

引きばね

引張荷重を受けるバネです。引張コイルバネ、単に引張バネともいいます。英語では、エクステンションスプリング(extension spring)といいます。単にテンションスプリングともいいます。

 

 

ねじりばね

ねじりモーメントを受けるバネです。ねじりコイルバネとかキックバネといったりもします。英語では、トーションスプリング(torsion spring)といいます。単にトーションともいうこともあります。

 

 

冷間成形ばね

常温で製作する一般的なバネです。線径の太いバネは高温に熱して柔らかくしないと加工できないので、熱間成形ばねといいます。冷間成形ばねは熱間成形ばねに比較して冷間といっているだけで、別に冷凍して加工しているわけではありません。通常のばね加工のことです。

 

 

 

 

ばね設計の基本用語

押しばねの自由高さ

押しばねが荷重を受けていないときの、一番高いところをいいます。押しばねの端部の測定ポイントは360°ありますが、その中で一番高い点です。引きばねの場合は、自由長さといいます。

 

 

引きばねの自由長さ

引きばねが荷重を受けていないときの、フックの内側から内側の長さをいいます。フックの外側から外側を自由長と間違うことがあるので注意が必要です。押しばねの場合は、自由高さといいます。

 

 

コイル平均径:D

ばねの内径と外径を足して2で割った数値です。計算記号では大文字のDと表記します。Dという記号を、外径または内径と間違って使用することがあるので注意が必要です。

 

 

ばね指数:D/d

ばねのコイル平均径を線径で割った数値です。線径は小文字のdで表記をします。ディーバイディーともいいます。この数値が4より小さいと、形状がきつすぎて通常の方法ではコイリングが不可能になることがあります。また、22を越えるとバラつきが大きくなり、かなり大きな公差が必要になることがあります。

 

 

ピッチ

押しばねの隣り合う線の中心から中心の距離をいいます。線と線のスキマではありません。これもよく間違うことがあります。スキマ+線径がピッチになります。

 

 

初張力

引きばねが荷重を受けていないときに、密着している内力をいいます。コイリングの方法で強くもなれば弱くもなります。同じ寸法でも引張強さの強いバネは初張力の強いバネです。

 

 

注意する点は、バネは成形したあとに熱処理をするので、初張力はコイリングしたときよりも小さくなる点です。設計するときに熱処理で力が抜けることを計算していなかった場合には、通常のコイリングでは設計上の強さを出すのが困難になる場合があります。

 

また、 初張力ゼロの引きばねは製作が困難なため、密着にせずにピッチをつけることになります。

 

 

総巻数

コイルバネのコイル部の端から端までの巻き数をいいます。押しバネの場合は、一般的には有効巻数+座巻数が総巻数になります。引きバネの場合は、有効巻数が総巻数になります。フック部は巻きに含みません。

 

 

有効巻数

コイル部のバネ定数の計算に用いる巻き数のことです。押しばねの場合は、一般的には総巻数-座巻数です。引きバネの場合は総巻数と同じになります。

 

 

ばねの荷重

バネに加わる力、またはバネから生じる力をいいます。バネの荷重は残念ながら計算どおりには、なかなかいきません。押しばねの荷重は、第1荷重は弱めに、第2荷重は強めに出る傾向があります。また、引きバネは初張力の設定が重要になります。

 

また、同じ寸法でコイリングした場合でも、材料ロットによって荷重は変化します。さらに、メッキをするとメッキ前よりも荷重が高くなる傾向があり、製造するときにはそれを計算に入れてばねの荷重を管理する必要があります。

 

荷重に精密な公差を入れる場合には、調整部分として巻き数や自由高さなどを参考値(カッコ寸法)にして設計しないと製造が困難になる場合があります。

 

 

ばね定数

ばねに単位あたりの変形を与えるのに必要な力をいいます。ばねの両端に近い部分では線形特性がでないことがあるので、実務的には次のようにしてバネ定数の測定を行っています。

 

 

①押しばねの場合

全たわみの30~70%にある2点での荷重の差をたわみの差で割って求めます。この2点はいずれも最大荷重の80%以下でないといけません。

 

 

②引きばねの場合

最大荷重の時のわたみの30~70%にある2点の荷重の差をたわみの差で割って求めます。

 

 

 

 

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