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ばねの設計（線ばね） 【ばね用語と記号（JIS B0103）】

用語	記号	単位	定義
線　径 平均径 内　径 外　径 有効巻数 総巻数 座　巻 巻方向　 自由高さ 密着高さ ばね指数 ばね定数 軸荷重 ピッチ 横弾性係数 未修正応力 修正応力 応力修正係数 初張力 たわみ へたり 縦横比	ｄ Ｄ Ｄｉ Ｄｏ Ｎａ ＮＴ Ｈ Ｈｓ Ｃ ｋ Ｐ ｐ Ｇ τ0 τ κ Ｐi δ ｅ H/D	mm mm mm mm ───── ───── ───── ───── mm mm ───── N/mm {kgf/mm} N{kgf} mm N/mm2{kgf/mm2} N/mm2{kgf/mm2} N/mm2{kgf/mm2} ───── N{kgf} mm mm ─────	材料の直径 ばねの計算に使用する直径 内径と外径の平均 コイルの内径（ＩＤ） コイルの外径（ＯＤ） ばね定数を計算するとき基礎になる巻数 　一般に（ＮＴ−２） ばねの端から端までの巻数（ＴＣ） 圧縮ばねにおいて見かけ上、ばねに作用 しない部分の巻数 時計方向→右巻、反時計方向→左巻 無負荷時のばねの高さ（自由長） 圧縮ばねの互いにとなりあうコイルが 密着したときの高さ（長さ） コイル平均径と線径との比（Ｄ／ｄ） ばねに単位たわみを与えるのに必要な荷重 ばねに負荷される外力 線の中心から中心まで ねじり応力（応力：外力に抵抗して 　　　　　　ばね内部に生じる内力） τ＝κ×τ0 ワールの応力修正係数 引張ばねにおいて無負荷時に働いている力 負荷によるばねの荷重方向の変位 疲れ、または許容応力以上の応力によ って生じたばねの永久変形 圧縮ばねの自由高さと平均径との比

【弾性係数（横弾性係数：Ｇ，縦弾性係数：Ｅ）】

材　　料		Ｇ N/mm2{kgf/mm2}	Ｅ N/mm2{kgf/mm2}
ばね鋼鋼材		78,500 {8000}	206,000 {21000}
硬 鋼 線		78,500 {8000}	206,000 {21000}
ピアノ線		78,500 {8000}	206,000 {21000}
オイルテンパー線		78,500 {8000}	206,000 {21000}
ステンレス鋼線	SUS302	68,500 {7000}	186,000 {19000}
	SUS304
	SUS316
	SUS631J1	73,500 {7500}	196,000 {20000}
黄 銅 線		39,000 {4000}	98,000 {10000}
洋 白 線		39,000 {4000}	108,000 {11000}
りん青銅線		42,000 {4300}	98,000 {10000}
ベリリウム銅線		44,000 {4500}	127,000 {13000}

【各材料の耐熱性】 　ばねによっては、ある程度の高温で使用されるものがある。一般的にばね材料は温度上昇とともにいろいろの機械的性質が減少するが、ある温度以上で急激にそのばね特性が減少する。材料の化学成分、製造方法によってその低下する温度は異なる。普通使用可能な温度範囲を下表に示す。

表：ばね材料と作用温度限界

材　　　　料	作用温度限界（℃）
ピアノ線・硬鋼線	１００
炭素鋼オイルテンパー線	１２０
Cr-V 鋼オイルテンパー線	２００
Si-Cr鋼オイルテンパー線	２３０
18-8ステンレス鋼線	２６０
17-7PHステンレス鋼線	３５０
インコネルX750 SPRING TEMPER	４４０
インコネルX750 ��1 TEMPER	５４０
インコネル718	６００

注）65kgf/mm2の締付応力で0.1%の残留せん断ひずみを目安

【ばねの計算基礎式（JIS B2704：圧縮及び引張コイルばね−設計基準）】 　　計算適用範囲　：　Ｃ≧4，ｐ≦0.5Ｄ，Ｎａ≧4 　　　a)圧縮ばね及び初張力のない引張りばねの場合 　　　　　　 　Ｐ 　　　Ｇｄ4 　　　　ｋ ＝ ── ＝ ───── 　，　Ｐ＝ｋδ 　　　　　　　 δ 　　 ８ＮａＤ3 　　　　　　　　　　　　　　　 ８ＤＰ 　　　　τ ＝ κτ0 ， τ0 ＝ ──── 　　　　　　　　　　　　　　　 πｄ3 　　　　　　　４Ｃ−１ 　 　０.６１５ 　　　 κ ＝ ───── ＋ ────── 　　　　　　　４Ｃ−４ 　　　　Ｃ 　　　b)初張力のある引張りばねの場合 　　　　　　　　　　　　　　　　　 πｄ3 　　　　Ｐ ＝ ｋδ＋Ｐｉ ， Ｐｉ＝ ───τｉ 　　　　　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　　　 ８Ｄ 　　　　　　　　　Ｇ 　　　　τｉ＝───── 　　　　　　　 １２０Ｃ 注）本計算式による初張力は、低温焼鈍前の値であり低温焼鈍により鋼線で 　　約30%、ステンレス線で20%減少するので注意が必要である。

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