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ばね座巻き部の形状について質問させてください。現在、クローズ・・・

キーワード
コイルばね
塗装
クローズドエンド
接触
コーティング
はがれ

【ご相談内容】 ばね初心者新潟さん

ばね座巻き部の形状について質問させてください。

現在、クローズドエンド形状のばねにコーティングを施して使用しておりますが、
座巻き部と2巻き目の接触部のコーティングがはがれてしまいます。

圧縮状態で、この部分が接触しない形状であれば、コーティングがはがれることはないと思うのですが、
そのような形状のばねは設計可能なのでしょうか?

また、接触していなければ、ばね全体が湾曲してしまうものなのでしょうか?

すみませんが、ご回答宜しくお願い致します。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ご質問いただきありがとうございます。

オープンエンドのコイルばねは製造可能です。
実際に設計する際には、ご使用時の圧縮量によって、
座巻部先端と隣のコイル部との空きをどれくらい確保するか、
ということを見極め必要がありますが、それさえわかれば、
対応可能かと思います。

また、懸念されているとおり、座巻部先端と隣のコイル部との
空きが大きくなるとばねの倒れや湾曲が発生します。
湾曲に関しては、自由長とコイル平均径の比である縦横比(Hf/D)が大きく
なるとより、顕著になります。

ばねの倒れや湾曲の程度は、設計段階では定量的にはわからないため、
検証によって、許容可能かどうか判断する必要があります。
弊社ではお客様の要望で、検査時に湾曲の量を測定することもあります。

倒れや湾曲がひどい場合には、シートや内径ガイド等が必要になり、
今度は、それらとばねとの接触も考慮する必要があります。

【返答】 ばね初心者新潟さん

ご回答ありがとうございます。

下記について追加で質問させていただきます。
①隣コイルとの空きが大きくなると湾曲がひどくなるとのことですが、
圧縮量が変わらなくとも、この湾曲量は時間とともに増加してゆくのでしょうか?
また、これにより荷重が低下する思うのですが、局部的に捩れて応力集中が発生することはあるのでしょうか?
(縦横比4以上だと湾曲による応力集中が深刻になる等、、、)

なお、現在検討中のばねは縦横比2.4で、使用上の最大圧縮(60%程度)状態で、コーティング同士が接触しない分(3mm程度)の隙間が必要と考えております。(バネ指数:4.95)可能であれば、この最大圧縮状態で隙間を保てるのか判断は可能でしょうか?もちろん、製造時における検査により判断できればと思います。

②コーティングを施したバネの寿命を評価するために、CASやCCTで加速試験をして推定しようと考えております。このとき、試験中にバネを伸縮する必要はあるのでしょうか?

③圧縮時にコーティング同士の接触が避けられない場合は、隙間に弾性のあるシートを挟みコーティング保護を考えておりますが、推奨材料があればお教えいただければと思います。

よろしくお願いいたします。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

追加のご質問について回答します。
①圧縮する際に湾曲する量は増加しますが、圧縮動作を停止して、
 その状態を維持する場合は、圧縮時の湾曲を維持した状態で静止
 しているものと認識しています。もちろん、湾曲がひどく目に見て横に
 飛んでしまいそうな状態であれば、湾曲は増加するかと思います。

 湾曲した場合、複合的な応力になるのでその部分を応力が高くなる可能性は
 あります。しかしばねの設計時には、JIS B 2704で推奨しているとおり
 縦横比を4以下に設計することがほとんどで、応力の評価は、せん断応力について
 行うので、基本的にはそこまで気にする必要はないかと思います。
 縦横比が4を超える製品も製造しておりますが、用途が静的or動的、ガイドの有無と
 いった部分で複合的な応力を設計時や評価時に考慮する必要があるかどうかは変わって
 くると思います。

 縦横比2.4、最大圧縮量60%、ばね指数4.95というのは、形状のバランスや使用ポイント的にも
 問題はないかと思いますが、隙間を3mm空けて座巻部先端と隣のコイルが接触するかどうかは、
 解析してみないとわかりません。

②腐食試験装置内での動的な試験の実績はないので分かりませんが、自動車用のコイルばねの
 腐食試験では、似たような事例があります。下記URLをご確認下さい。
 腐食試験中に収縮する要否については、実施する試験での評価事項によるかと思います。
 試験片とコイルばねのコーティング状態の差による耐食性の違い確認する場合は、
 ばねを自由状態で試験する。静的な用途での腐食によるばね折損まで確認したい場合は、
 ばねを締め付けた状態で試験する。より実際の運用状況に近い状況でのコーティングの強度や
 腐食によるばねの折損まで確認したい場合は、ご提案の方法や下記URLの腐食試験と疲労試験を
 分けた試験をする必要があるかと思います。前者はまだ簡易的でコストもかからないかと思いますが、
 後者はあまりそういった設備もないと思いますので、設備を作るところからとなるとコストもかかり
 労力的にも大変かと思いますので、最適な手段を選択願います。
 http://www.jsse-web.jp/kandokoro/kan41.pdf

③申し訳ありませんが、そういった緩衝材を挟み込んだばねを製造したことがございませんので、
 ご提案致しかねます。

以上、よろしくお願いします。

 
 
 

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