ねじ・ばね

ガススプリングとは 密閉されたシリンダー内に高圧ガス （窒素ガス:不燃性） を封入してあり、 このガスの反力をばねとして使用します。このガススプリングは小型でありながら大きな初期荷重で小さなばね定数が得られますので、各種機械をはじめ、家具、自動車・OA機器等に広くご利用いただけます。

ひっかかり率 関連カテゴリ タップ

オイル式ショックアブソーバとは 主にオイルを利用した緩衝器です。他の緩衝材（ゴム、スプリング、エアー等）と比較して小型で、大きな衝突エネルギーをはね返ることなくソフトに繰り返し吸収することができます。オイル式ショックアブソーバの内部構造及び基本原理は次のとおりです。

定荷重ばねとは 一定の曲率で曲げられた長尺の板ばねであり、直線に引き伸ばすときに生じる戻り力（荷重）はストロークにかかわらず一定です。

引張りばね 荷重P［N］ ＝ 初張力Pi［N］＋（ばね定数k［N/mm］× たわみ量F［mm］） ミスミの 引張りばね（フリー指定タイプを除く）は、同一径に対して最大荷重が一定となるように規格を標準化しています。最大荷重値を基準として製作していますので、初張力・ばね定数は参考値となります。 許容たわみ量F max.（mm）以下でご使用ください。許容たわみ量を超えて使用しますと、ばねが変形

ばねの計算式に用いる記号 ばねの設計に用いる基本式 ばねの設計に考慮すべき事項 ばねの設計式に用いる記号 記号の意味

ねじの破壊と強度計算 許容応力以下で使用すれば、問題ありません。ただし安全率を考慮する必要があります ① 軸方向の引張荷重 引張荷重 Pt = σt x As = πd2σt/4

ねじの種類 ねじ山の形状 三角ねじ 通用の締結部品 角ねじ ねじ山に強い力が加る場合に利用 主に動力伝達部分（ジャッキ・万力など）

ねじの歴史 ねじの発明者は、アルキメデス！？ ねじの発明者に関する正確な記録は、残っていません。 しかし、古代キリシヤ時代の高名な数学者アルキメデス（紀元前287-212年）という説が有力です。

各種用途に用いられるスプリングの種類と材質を紹介します。

ばね（spring）は、プラスチック射出成形金型でも多用される機械部品です。ばねは、弾性体で作られていて、変形した際にエネルギーを蓄積し、開放される時に元の形に戻る作用をします。 プラスチック射出成形金型では、ばねは主に以下の部分に用いられています。 エジェクタプレートを戻すためのリターンばね ランナーストリッパープレートを開くためのばね スライドコアを復帰させるためのばね ボール

　ねじは、2以上の部品を締結するために用いられる機械部品で、プラスチック射出成形金型にもたくさん用いられています。日本で金型に使用されているねじのほとんどは日本工業標準（JIS規格）のメートル並目（なみめ）ねじです。しかし、さまざまな用途や分野では特殊なねじが使用されています。今回は、いろいろなねじの種類を紹介します。 ・メートル並目ねじ ・メートル細目ねじ ・ユニファイね（インチサイズ） ・ウ

　プラスチック成形金型の部品どうしを締結する方法でもっとも基本的な方法は、六角穴付きボルトでねじ締結する方法です。六角穴付きボルトの先端にはJIS規格のメートルねじが加工されていて、おねじであるボルトが、めねじのらせん穴にねじこまれて締結が行われます。 　しかし、六角穴付きボルトによるねじ締結は、繰り返し振動や熱膨張の繰り返しなどによってねじが徐々に緩んでくる場合があります。ねじがある範囲を超え

　金型のエジェクタプレートの作動補助やスライドコアの戻し等の機構では、コイルスプリングなどのばねが利用されています。スプリングは、金属等で作られている弾性体で弾性によって力を蓄えておいて、解放されたときに反発力で部品を移動させることができます。機械部品としては原始的な部品ですが、高性能の精密金型においてもその基本的な機能を活用して、信頼性の高い生産ができるように頑張っています。 　さて、スプリ

　ボルトで2つの部品が締結された状態は、ボルトが伸び被締結部材は圧縮変形を生じており、この状態で引張力と圧縮力がつりあっています。この2つの部品間で締結力がつりあった状態に、外からの衝撃力や振動など何らかの外力が作用すると、ボルトにゆるみが生じる場合があります。ねじのゆるみは、装置破損、不良品の生産、事故などに繋がる重大欠陥の要因となります。ここでは、典型的なねじのゆるみのメカニズムと、代表的なゆ

　ボルト締結体に外力が作用してボルトがゆるんだり、ボルトが破断する場合のモデルについての基礎を解説します。 （1）ボルト締結体に外力が作用した時の力のつりあい a） 【図1】のボルト締結体に外力F'が作用した時のつりあい状態から、次の2つの式が出せます。

　ボルトとナットで2個の部品を締結した状態の力のつりあいで、締結状態の適正さ、締付けのゆるみ、ボルト破断などの判断が可能となります。ここでは基本的な解説をします。 （1）ボルト/ナットで締結した時の力のつりあい （a） ボルトとナットで2個の部品を締結した時、ボルト自体は引き伸ばす力（軸力）を受け、2個の被締結体は同じ力の圧縮力が作用します。この状態で、締結部は力のつりあいが取れます（【

　ねじ用材料には金属と非金属（セラミックス、プラスチックスなど）がありますが、ここでは金属を取り上げます。ねじ用金属材料は下記のように分類できます。

転造法によるねじの製作 切削によるねじの製作 　ねじの製造は大きく分けて「a）転造方法」と「b）切削方法」の2つがあります。ここでは概要を解説します。

　強度区分が高い鋼製ボルトを選定しても実際の使い方に問題があると、保証されたボルトの強度（引張強さなど）は保証できなくなります。ここでは、ボルトを用いた場合の締結の基本（常識のレベル）を図解します。

（1）ステンレス鋼製ボルトの機械的性質 1. ステンレス鋼製ボルトの機械的性質 ステンレス鋼製ボルトの機械的性質も強度区分の数値で表現しますが、鋼製ボルトの表現法とは異なります。 【表1】は、ステンレス鋼製ボルトの機械的性質の規定（ISO 3506-1:1997の一部）です。 【表1】ステンレス鋼製ボルトの機械的性質（ISO 3506-1:1997より抜粋）

（1）鋼製ボルトの機械的性質 （1）鋼製ボルトの機械的性質 　ISO並びにJISでは、ボルトの機械的性質を強度区分の数値で表現します。【表1】はISO 898-1:1998の一部です。

　ねじ山が壊れるトラブルの代表例として、次のような事例があります。 （1）ねじ山が壊れるトラブルの代表例 タップ側 　頻繁にボルトの取り外しを必要とする箇所では、タップ入口部分のねじ山が壊れてボルトが入っていかなくなる。このような場合は、タップ切りで丁寧に入口部分のみ新たにタップを切って、元から有ったタップに繋がせれば良いが、ボルト側を無理にねじ混むことで内部のねじ山もつぶれて、めねじがバカ

　ねじのゆるみ止めのなかで信頼性が高い方法に「ダブルナット法」があります。この方法の採用にも理解しておくべき事柄があります。【図1】、【図2】は、代表的なダブルナット法の原則です。この原則を無視すると、見た目は信頼できそうでも、ダブルナット効果は得られません。

　「ねじ」は機械装置類の製作には絶対に欠かせない、最も普及している機械部品です。したがって、JIS、ISO等の一般規格として形状・サイズ、強度（強度区分）別に標準化されています。しかし、LCA（ローコストオートメーション）設計の段階では従来の経験に頼る「カンピュータ」で、組立の時点では在庫の部品棚から有り合わせのボルトで間に合わせるなど、手抜き状態が見られます。 　講座ではLCA設計における「ねじ

　ppmオーダーの品質不良の保証の考えが多くの商品で実現されている背景には、生産技術の進歩と併せて、不良品を出荷させないための全数検査の実施によるところが大です。LSIなどは、それ自体に膨大な構成要素の集合体であるため全数検査されます。また携帯電話などのコンシューマー商品も液晶表示素子まで含めると、膨大な構成要素の集合体となるため全数検査されます。 　このような全数検査を低コストで実現させるキー

　精密位置決めには、（1）アクチュエータ、（2）精密位置決め機構、（3）制御方法の3要素技術が関係してきます。ここでは（2）精密位置決め機構のなかで、ミクロン〜ナノの領域で採用される、微小位置決め機構用平行ばねを紹介します。 （1）平行ばねの原理（【図1】参照） 平行四辺形の形状は、高さを変えても対の2辺は常に平行となることを利用して、1軸の微小移動用案内に採用されます。 ばねの作用

　LCA（ローコストオートメーション）におけるばねの設計対象は、ほとんどが圧縮コイルばねか引張りコイルばねです。この2種類のばね設計では、以下の項目が検討課題となります。ここではa）、b）、c）について解説します。

　ばねのばね特性は、ばね用材料とその熱処理と成形加工（熱間成形法、冷間成形法）で造りこまれます。 （1）熱間成形と冷間成形 ■熱間成形 ばねの形状に成形した後に、ばねとして必要な強度を得る目的で、焼入れ・焼戻しの処理を行う成形法 ■冷間成形 焼入れ・焼戻しあるいは伸ばす線加工などで、必要な強度が得られた材料を成形する工法 （2）ばね用材料 　代表的なばね用材料と用途は次表です。

　ばねの両端固定法は、ばねの挙動安定性を得るために重要です。圧縮コイルばね、引張りコイルばねともに、ばねの両端部での好ましい固定方法があります。ここでは、両ばねの固定方法とその特徴を解説します。 （1）圧縮コイルばねの固定方法 　圧縮コイルばねの両端固定方法は、ばねの保持状態の自由度や座屈回避、荷重点のズレ防止などの観点から、下のような固定方法（【図1】）が採用されます。なお、中央の（b）両

　非線形ばねは、荷重に対するばねの変形量を、敏感にも鈍感にも修正することができるため、アイデアによって面白い活用法が考案できます。ここでは代表的な非線形ばね特性を持つものを紹介します。ここに紹介した各種ばねの設計方法は「ばねの設計と製造・信頼性」、ばね技術研究会編；日刊工業新聞社発行などの参考書を参照ください。

　サージングとは、コイルばね自体の固有振動のことです。ばねに質量があるため、ばねの固有振動数に近い振動数成分を有する外力が作用すると、サージングと呼ばれるばねの激しい振動現象が現れます。コイルばねがカムにより高速で圧縮・引張りの駆動が与えられた場合、ばね自体がカムの揚程曲線の高周波成分と共振する場合などがサージングです。 （1）サージングとは コイルばねが衝撃を受けると、ねじりがコイル素線

　ばね定数（ k ）の、ばねに質量（ M ）のブロックを載せた状態での、ばねの振動特性について解説します。

　ばねに吸収蓄積されるエネルギについて解説します。 （a）線形特性のばねの吸収蓄積エネルギ ばねに荷重をかけると、フックの法則に応じたたわみ（変形）が生じます（【図1】）。この状態から素早く荷重を開放すると、ばねは元の状態に振動を伴って戻ります。したがって、荷重がかかった状態では、ばねにはたわみによるエネルギが蓄積されていることになります。 このばねに蓄積されているエネルギ量は、

　引張りコイルばねは、圧縮コイルばねのように、非線形特性を持たせることが出来ません。しかし、初張力を造りこむことができます。 （1）初張力のある引張りコイルばねについて 引張りコイルばねでは、無荷重の状態でもコイル同士が密着する方向の力：初張力をもたせることができる。 この初張力は、密着状態に成形するときに、コイル同士が密着する方向に作用する素線のねじれを生じさせて得られる。 冷間成形

（1）荷重と変形の関係 　ばねにかかる荷重：Pとたわみ（変形量）：δが比例（線形）関係にあるとき、「フックの法則」の関係にあるといいます。このときの比例定数：kを「ばね定数」と呼びます。【図1】に荷重と変形の関係を示します。この図において、傾きがばね定数：kを表します。 P　＝　k　x　δ　　　k：ばね定数

　「ばね」の種類を形状で分類すると、次のようになります。

　「ばね」は各種機構に組込まれて、ばねそれぞれの役割を演じていますが、目立つ要素部品というより影の役柄という立場です。しかし、信頼性、高速運動性能、小型軽量化、操作性などとの関係が深く、これからの技術進歩においても重要なLCA（ローコストオートメーション）の部品です。