ばねは同じ機能性部品であるねじや歯車と異なり、規格品が少なく設計者が設計することが多い部品の一つです。
コイルばねの一般的なものは、圧縮ばね（押しばね）・引張りばね（引きばね）・トーションばねの3つになります。設計方法はそれぞれ異なった方法となります。今回は圧縮ばねの設計について説明します。
ばね設計のポイント
圧縮バネ（押しばね）の計算式に用いる記号と意味を理解しましょう。
表1 圧縮ばね（押しばね）の基本用語一覧
ばね指数（c）はばねの加工性や寿命を設計する上で重要な値となります。
コイルの中心径（D）÷ 線径（d）=ばね指数（ｃ）
一般的には4～22倍の範囲に設定することが望ましいです。
圧縮ばね（押しばね）の基本記号を理解した上で
ばね定数や応力が設定できれば、線径や巻数、コイル径などを選定していきましょう。
ばね定数(N/㎜)：$$κ=\frac{ρ}{δ}=\frac{Gd^{4}}{8nD^{3}} $$
応力（Mpa）：$ τ=\frac{8PD}{nd^{3}} $
| P：荷重(N) | δ：たわみ(㎜) |
| d：材料線径(㎜) | D：コイル中心径(㎜) |
| G：横弾性係数(Mpa) | n：有効巻数 |
・横弾性係数（G）
ねじり応力、せん断応力の計算をするときに使用します。主な材料の横弾性係数(G)は、表2によります。
表2 ばね材料の横弾性係数 一覧表
| 材料 | Gの値 | |
| ばね鋼材 | $ 7.85×10^{4} $ | |
| 硬鋼材 | ||
| ピアノ線 | ||
| オイルテンパー線 | ||
| ステンレス鋼 | SUS304 | $ 6.85×10^{4} $ |
| SUS316 | $ 6.85×10^{4} $ | |
| SUS631 | $ 7.35×10^{4} $ | |
| 黄銅線・洋白線 | $ 3.9×10^{4} $ | |
| リン青銅線 | $ 4.2×10^{4} $ | |
| ベリリウム銅線 |
$ 4.4×10^{4} $ |
|
圧縮ばね（押しばね）設計時の注意点
押しばね設計時の注意点は、繰り返し使用されることが多いばねや、高温で物体を保持するばねなどは、設計の段階である程度応力を低く設定しなければいけません。例えば、ばねの線径を太くする・有効巻数を増やすことで応力を低く設定できます。ただし圧縮ばねの数値上で設計ができても、製造工程において製作不可がまれに発生する場合があります。
栄光技研株式会社では、加工不可の形状でもできる形状でもご提案します。加工の可否に関しまして、お気軽にご相談ください。お問合せはTELやFAXでも承ります。
（参考文献：はじめてのコイルばね設計 山田学 日刊工業新聞社）
