圧縮ばね設計ガイド:主要パラメータ・計算式・よくある設計ミス

圧縮ばねはバルブからコネクタ、電動工具まで最も広く使われるばねです。本稿では、メーカーが必要とするパラメータと、見積りが遅れる典型的な原因を解説します。

圧縮ばねを定義する7つのパラメータ

1. 線径(d)
2. 外径(OD)または内径(ID)— どちらが機能上重要かを明記
3. 自由長(L0)
4. 総巻数と有効巻数
5. 材質と表面処理
6. 端末形状(クローズドエンド、研削あり/なし、オープンエンド)
7. 取付高さにおける荷重 — 最も重要で、最も省略されがち

ばね定数の基礎

ばね定数 k = Gd⁴ / (8D³Na)。G は横弾性係数、D はコイル平均径、Na は有効巻数です。実務上のポイントは2つ:

• ばね定数は線径の4乗に比例 — 線径のわずかな変更が大きく効く
• コイル径の3乗に反比例 — 外径を少し大きくするだけで大幅に柔らかくなる

よくある設計ミス

• 外径と内径の両方に厳しい公差を指定(製造を過剰拘束)
• 荷重要求がなく寸法のみ — 工場が機能を検証できない
• 密着高さを無視し、組立内で必要ストロークが取れない
• 使用応力が引張強さの40〜45%を超え、へたり・疲労破壊の原因に
• ばね指数(D/d)が4未満または12超で、コストと不良率が上昇

見積りに必要な情報

上記7項目を記した図面、想定数量、使用環境(温度・腐食)です。「20mmの高さで5N必要」という情報しかなくても構いません——優れたメーカーは荷重から逆算して設計します。当社では見積り前のこのレビューを無料で行っています。詳しくはばねRFQの書き方をご覧ください。