ばねの種類

ばねの種類は多岐にわたります。ばねには様々な分類の仕方がありますが、今回は形状別に種類について考えてみましょう。

コイルばね

細長い線状の材料を螺旋(らせん)状に巻いたばね。最も一般的な形状のものでです。受ける荷重の種類によってさらに「圧縮コイルばね」「引張コイルばね」「ねじりコイルばね」といった種類に分けられます。

圧縮コイルばね

コイルばねのうち圧縮の荷重を受けて用いられるばねで、最も広く使用されている種類です。円筒状のコイルばねが最も一般的だが、円錐状や樽形のものなど様々な種類があります。コイル状にする素線自体には主にねじりモーメントが加わり、素線がねじり変形を起こすことでばねが全体として伸び縮みします。

引張コイルばね

コイルの端にフックがあり、引っ張りの荷重を受けるばねです。圧縮コイルばねと同じく、素線自体は主にねじり変形を起こし、全体が伸びます。圧縮コイルばねに次いで広く用いられています。一般的な引張りコイルばねは、荷重がかかっていない状態でもコイル同士が密着しており、コイル同士が密着しようとする力が働いています。

ねじりコイルばね

コイル中心軸まわりにねじりモーメントを受けるばねです。コイルの端に荷重を受ける腕を持ち、コイルを巻き込んだり巻き戻したりする方向に変形させます。部品を回転運動をさせる箇所などで用いられます。

板ばね

板材を用いて、板の曲げ変形を利用してばねとして作用します。たわみが小さい範囲であれば、はりの曲げ理論をそのまま使って変形などが計算ができます。「重ね板ばね」「薄板ばね」といった種類に分けられます。

重ね板ばね

複数の板材を重ねた板ばねです。中央を分厚くするように板を重ねて、ばね内に発生する曲げ応力の均一化を図ったものです。自動車や鉄道車両の懸架装置用に使われます。板材同士が接触し摩擦することで振動の減衰に寄与します。一方で、板間の摩擦が固有振動数を高くし、実際の車両においては乗り心地に悪影響することもあります。

薄板ばね

板ばねのうち薄い板材を用いたばねの総称です。形状は多種多様です。2mm 程度までの厚みのものを薄板ばねと呼ぶことが多いようです。

トーションバー

棒状のばね。棒の一端を固定して他端をねじりを加え、棒をねじり変形させることでばね作用させます。棒の断面形状は、ねじりに対して効率のよい円形が一般的です。吸収エネルギー効率が高く、形状が簡単なため、実際のばね特性が計算と一致しやすい。

渦巻ばね

板を渦巻状に巻いたばね。薄板を用いた渦巻きばねは「ぜんまい」とも呼ばれます。一端に力を加えることで、板が曲げ変形してばねとして作用します。狭い空間内で多くのエネルギーを蓄えることができ、製作が容易などの利点を持ちます。

接触形渦巻ばね

渦巻きばねのうち隣接する板同士が接触するものです。このばねは「ぜんまい」と呼ばれる事もあります。ばねを巻き上げるとき、密着していた板が解けていくため、ばね定数が変化していく特性を持ちます。

非接触形渦巻ばね

渦巻きばねのうち隣接する板同士が離れたものです。板間摩擦がないため、ばね特性を比較的正確に計算できる長所があります。一方で渦巻ばねを巻ける回数は少ないという点もあります。

竹の子ばね

長方形断面の板状の素材を円錐状に巻いたばねです。たわみが一定以上増すとばね定数が次第に増す非線形特性があり、なおかつ比較的小さな形状で大きな荷重を受けることができます。

皿ばね

底のない皿のような形状にしたばねです。円錐の上側部分と下側部分に荷重を加え、高さを低くする方向にたわませることでばね作用が得られます。非線形特性のばねであり、形状の寸法比を変えることで様々なばね特性が得られます。

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