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2021.08.20

back number 2021.8.20『ばね定数を大きくするには?』昌和だより Vol.7

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昌和だより Vol.7 昌和発條(サンエスばね)
8月20日『ばね定数を大きくするには?』
 

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こんにちは!
昌和発條製作所の羽根田(ばねだ)です!
2ヶ月ぶりの昌和だよりです。
 

最近の最大のトピックスといえば、やはり先日閉幕したばっかりの
“オリンピック 東京2020大会”(実際実施されたのは2021年ですが…)。
総メダル獲得数58個、日本勢の活躍が記憶に新しいかと思います。
 

私個人的には、新競技であるスケートボード、通称“スケボー”での、
10代前半から20代前半の若い世代の選手の活躍に新しい時代の幕開けを感じました。
特に、最年少で金メダルを獲得した13歳の西矢椛選手が週5で練習に通っていたという
“スポーツパークまつばら”は当社から220mのところにあり、
近隣ではとても話題になりました。松原市民として何とも誇らしい限りです。
 

これからは彼ら若い世代がこの競技を引っ張っていき、
スケボーの強豪国、JAPANなんて他国から呼ばれる日が来るんじゃないかって、
そんな楽しい未来が浮かびました。楽しみですね。

さて、今回も“ばね”についての知識を深めていきますよ!
ばねの選定の仕方や使用時の注意点、用語など、色んなことを“先生”に聞きたいと思います!
 

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羽根田「先生!今日も宜しくお願いします!」
 

先生「羽根田くんこんにちは。今日も頑張ろう。
今日は前回の続きで、“ばね定数”の大きい“圧縮ばね(押しばね)”を作るにはどうしたら良い?
というテーマで考えていくよ!」
 

羽根田「“圧縮ばね”と“引張りばね”において“ばね定数”は、
“ばねを1mm縮ませるのに必要な荷重を表した値”でしたね!つまりこの値が大きいほど
強い荷重のばねになる。“ばね定数”を大きくするにはどうしたら良いんだろう…」
 

先生「うんうん、実はいくつか方法があるんだけど、中身を理解してもらうために、
あえて遠回りして説明するね。
(時間が無い方はさらさらっと最後まで読み飛ばして下さいね♪)
 

まず、“圧縮ばね”と“引張りばね”の“ばね定数”を求める式は
k(ばね定数)=P/δ [P:ばねに掛かる荷重 δ:たわみ量]
k(ばね定数)=P/δ=(G×d⁴)/(8×Na×D³)となる。
[G:横弾性係数(材料固有の値) Na:有効巻数 
D:コイル平均径(外径と内径を足して2で割った値)]」
 

羽根田「また記号が多くて複雑で難しいです(´;ω;`)」
 

先生「難しく考える必要はないよ!何が言いたいかというと、
“どの記号の値が大きくなるとばね定数が大きくなるか”、また逆に、
“どの記号の値が小さくなるとばね定数が大きくなるか”ということを
この式から読み解くことが出来るんだ。
この式を丸暗記する必要はない。例題を出すね。」
 

羽根田「ど、どんときやがれです!」
 

先生「ではでは…材質がSWP-A(横弾性係数Gが78,500)、線径dがφ1、
コイル平均径Dがφ8、有効巻数Naが6の圧縮ばねの“ばね定数k”はいくらかな?
式に数字を当てはめてみよう。」
 

羽根田「えっと…約3.194N/mmですね!」
 

先生「正解!計算が早いね!じゃあ、どこの値が大きくなると、ばね定数が大きくなるかな?」
 

羽根田「うーん…あっ、“k(ばね定数)=(G×d⁴)/(8×Na×D³)”だから、
スラッシュよりも左側の“(G・d⁴)”を大きくすればk(ばね定数)が大きくなりますね!」
 

先生「その通り。だから、横弾性係数Gが大きい材料を使うか、線径dを大きくすると
ばね定数kが大きくなるね!例えば線径dをφ1からφ1.5にすると、kは約16.17N/mmまで大きくなる。
じゃあ逆に、有効巻数Naもしくはコイル平均径Dを大きくすると
どうなるかな。」
 

羽根田「“k(ばね定数)=(G×d⁴)/(8×Na×D³)”だから…
スラッシュより右側の数字が大きくなるから、ばね定数kは小さくなりますね!」
 

先生「大正解!そう、巻数が増えたりコイル径が大きくなると、ばね定数は小さくなる。
逆に言えば、巻数を減らしたり、コイル径が小さくなると、ばねは荷重は大きくなる。」
 

羽根田「なるほど、そういうことですね。まとめると、
1.横弾性係数が大きい材料を使う 2.線径を大きくする
3.巻数を減らす 4.コイル径を小さくする
この4つが“ばね定数を大きくするための”条件なんですね!」
 

先生「素晴らしい!よくできました!
“引張りばね”は“ばね定数”とは別に初張力があるし、
“ねじりばね”についてはまた少し変わってくるんだけど
それはまた別の機会に考えていこう!」
 

羽根田「やったぁ!次も頑張るぞ٩(=゜∀゜)ง」
 

先生「よし、次回は“ばね指数、D/d”について勉強していこう!」
 

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