圧縮コイルばね
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圧縮コイルばね。標準的な円筒状のもの。

圧縮コイルばね(あっしゅくコイルばね、英語:helical compression spring)とは、圧縮の荷重を受けて用いられるコイルばねの一種である[1]。圧縮ばねと呼ばれることもある[2]ばね部品の中でも最も広く使用され、多くの機械や器具で使用されている[3][4]。主に、圧縮方向の荷重を受け止める、圧縮させて反力を利用する、圧縮方向の衝撃や振動を緩和する、といった用途に使用される[5]

円筒状のコイルばねが最も一般的だが、円錐状や形に巻いたものなど様々な種類がある[6]。軽荷重用の小型のものから重荷重用の大型のものまで、大きさも幅広い[7]

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する[8]。ばねが変形するときの単位体積当たりの弾性エネルギーは他のばね部品と比較して大きく、エネルギー吸収効率が高い[9][3]。そのため、取り付けに必要な空間は比較的小さいという長所もある[3]


目次

1 基本形状と各部位の名称

2 種類

2.1 素線断面形状による分類

2.2 荷重特性による分類

2.3 全体形状による分類


3 特性

3.1 ばね定数

3.2 発生応力

3.3 座屈


4 使用例

5 脚注

6 参照文献

7 外部リンク


基本形状と各部位の名称圧縮コイルばねの各部分の記号(円形断面・等ピッチの円筒コイルばね)密着長さに達した状態

標準的な圧縮コイルばねは、素線と呼ばれる棒状あるいは線状の材料を螺旋状に等間隔で巻くことで作られる[10]。圧縮コイルばねの各部位は以下のような名称で呼ばれている。

線径(d):素線の直径[11]

コイル内径(Di):コイルばね内側の直径[12]

コイル外径(De):コイルばね外側の直径[12]

コイル平均径(D):コイル内径とコイル外径の平均値((Di + De)/2)[12]

平均コイル半径(R):コイル平均径の半分(D/2)[13]

座巻:コイルばねの端面からばねとして作用しない部分までを指す[14]。「ざまき」とよぶ[15]

総巻数(Nt):コイル全体の巻数[16]

有効巻数(Na):総巻数の内、ばねとして作用する部分の巻数[17]。圧縮コイルばねの場合は総巻数から両端の座巻数を引いた数となることが多い[12]

自由長さ(L0):無負荷時のコイルばねの長さ。特に圧縮コイルばねの場合は自由高さとも呼ぶ[12]

密着長さ(Lc):荷重をかけてコイル同士を密着させたときのコイルばね長さ。特に圧縮コイルばねの場合は密着高さとも呼ぶ[12]。実際には密着にならない範囲で使用されるのが普通である[18]

ピッチ(p):一巻した隣のコイルとの距離[19]

ピッチ角(α):コイルの勾配を角度で表したもの[20]

巻方向:コイルばねを巻く方向のことで、右巻と左巻がある[15]

また、以下のような寸法比も設計上の目安となる。

ばね指数(c):コイル平均径と線径の比(D/d)[20]

縦横比:自由長さとコイル平均径の比(L0/D)[21]

種類

圧縮コイルばねの種類は多岐に渡る[22]。以下にそれらの分類を示す。これらの種類の組み合わせも存在するので、可能性のある種類は膨大な数となる[23]。しかし、全ての組み合わせが可能なわけでなく、設計的あるいは製造的に不可能な組み合わせもある[23]
素線断面形状による分類長方形断面ばね

素線の断面形状はいくつかの種類があり、それによって次のように分類される[24]

円形断面ばね:素線断面が円形のばね[25]。大きな短所がなく、最も広く使用されている[26]

異形断面ばね:円形断面以外のばねの総称で、以下のような種類がある[27]。円形断面と比べると、いずれの種類も材料入手や製造が難しいという短所がある[28]

角ばね:素線断面が四角形のばね。長方形断面ばねとも呼ばれる[24]。他の寸法を同じとしたら、円形断面よりもばね定数を大きくできる長所がある[29]


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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