引張りばね、圧縮ばね選定のポイント（選定概要）

構造・用途・使用事例

構造

引張りばねと圧縮ばねの図1にその外観写真を示す。

図１．引張りばね、圧縮ばねの外観

どちらの部品も線材からなる部品で、引張りばねはその両端に引っ掛ける用の部材を備えたリング形状となっている。圧縮ばねは、その両端を平らな構造として、安定した押し付け力の発生を可能としている。

用途

2個の部品間に引く力、または押し合う力を加えるために両部品にばねの端部を取り付けて使用する。引く力を与える場合は引張りコイルばねを、押し合う力の場合は圧縮コイルばねを使用する。ばねは外径、線径など各種の形状品が準備されているので、その中からユーザーは選択して使用することが出来る。

使用事例

引張りコイルばねを移動台の一方向に荷重を加える機械要素として、使用した事例を図2に示している。

図2．引張りばねの使用事例

固定台と移動台の間にピンを立てて、引張りコイルばねの両端をそれぞれ取り付けて、固定する。その際に発生する固定力により、軸端で直線変位させる駆動モーターの先端位置にテーブルが常時接触することで移動台の移動を可能としている。
図3に圧縮コイルばねの使用事例を示している。

図3．圧縮ばねの使用事例

移動台上の光学部品の光軸を2枚の板間に取り付けたねじで調整する構造で、調整ねじに固定台と移動台の両部品を押し合う部分に圧縮コイルばねを取り付けている。このばねにより固定板と移動板の間を調整ねじで広げた場合、移動板の下面に常時圧縮コイルばねの発生力を受け、調整作業を容易としている。

選定のポイント

ばねの諸元値による選定

圧縮ばねを選定するにあたり知っておくべき項目の内容を表1に示す。

表.1ばねを選定するための必要項目

また、図4にばね長さと荷重の関係を図で示す。

図4．ばねの長さと荷重の関係

ユーザーが使用できる範囲は青線で示した自由長の位置から許容最大たわみ位置までとなる。これを考慮して選定を行わなければならない。引張りばねでは自由長から変形が始まる力は、「ゼロ」ではなくてある一定の値となり、これを初張力と呼ぶ。圧縮コイルばねでは、自由長の長さから変形が始まる時の力は「ゼロ」から始まる。
図5に引張りコイルばねにおける諸元値を示す。圧縮コイルばねの型式ごとに「自由長」「線径」「最大たわみ」「最大荷重」「初張力」「ばね定数」が示されている。

図5．引張りコイルばねの諸元値

同様に、図6に圧縮コイルばねにおける諸元値のカタログの記載内容を示す。ここでは「ばね定数」「自由長」「外径」が重要になる。

図6．圧縮コイルばねの諸元値

「ばね定数」は、型式ごとにまとめて記載されている。また「密着長」は個別に記載されており、「自由長」と「外径」は圧縮コイルばねの型式の数字が両者を表している。

ばねの取り付けによる選定

ばねを装置に組み込む際、その両端を対象となる部品に固定しなければならない。この目的で、使用する部品がメーカーから供給されており、図7に引張りコイルばねの取り付け部品を、図8に圧縮ばねの取り付け部品を示している。

図7．引張りコイルばね用アクセサリー部品一覧

引張りばね用ポスト （穴）	引張りばね用ポスト （切り欠き穴）	引張りばね用ポスト （六角）
穴部に引張りばねの端部を取り付けて使用する ねじで目的の部品に本部品を固定する	切り欠きの穴部に引張りばねの端部を取り付けて使用する ねじで目的の部品に本部品を固定する	凹部に引張りばねの端部を取り付けて使用する 目的の部品にねじ固定する際、六角形状のポストにスパナを掛けて締結する
引張りばね用ポスト（溝）	引張りばね用ポスト （六角穴付き）	引張りばね用ポスト （Ｌ型）
凹部に引張りばねの端部を取り付けて使用する 目的の部品にねじ固定する際、すり割り構造の「溝」を利用し、ドライバーにより締結する	六角穴付きボルトの先端の穴部に引張りばねの端部を取り付けて使用する 固定ねじ締め込み量により、引張りばねで発生する力を調整できる	L字形状の棒材の先端の穴部に引張りばねの端部を取り付けて使用する L字形状の逆端に加工されたねじで目的に部品に固定する

図8．圧縮コイルばね用アクセサリー部品一覧

圧縮コイルばねワッシャ （つば付き）	圧縮コイルばねワッシャ （タップ付き）	圧縮コイルばねワッシャ （ワッシャ）
2個の本部品を凸部の外径に圧縮コイルばねの内径の両端にはめ込んで使用する 材料が、金属、プラスチックの製品がある。	貫通した本部品のタップ穴に全ねじを通し、反対側に貫通穴ツバ付きのワッシャを凸部を向かい合わせた方向で配置し、その間に圧縮コイルばねを取り付ける。貫通穴付きの端面にばね力が発生する。	圧縮コイルばねが接する面に本部品を配置する。

これらの部品はユーザーの色々な取り付け要求を想定して提示されているので、この中から選ぶと良い。