ばねの材料

金属ばねの材料

最も一般的な金属ばねには、「硬鋼線（SW）」または「ピアノ線（SWP）」が使われています。硬鋼線が幅広い用途に使われている一方、ピアノ線はレシプロエンジンのバルブスプリングやブレーキスプリングなど、高い信頼性が求められる用途に使用されています。

さらに、ピアノ線よりも引張強度が高く、硬さや耐熱性に優れている材料に「オイルテンパー線」があります。オイルテンパー線には、炭素鋼と低合金鋼があり、いずれも硬鋼線やピアノ線よりも大きな機械のばねに使用されています。

ばねの材料として使われるステンレス材とピアノ線材の特徴は、以下の通りです。

また、線の太さが同じ場合、ステンレス材とピアノ線材を比較すると、特性は以下のようになります。

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ゴムばねの材料

ゴムばねは、主に防振に使用されます。金属ばねに比べてゴムばねは、

• 形状の自由度が高い
• 共振時の振幅が抑えられ、サージング現象が起こらない
• 静粛性が高い
• 小型・軽量・安価

など、多くのメリットを持っています。これらの特性から、小型自動車のサスペンションとしても利用されていた時期もありました。

一方で、温度や油・オゾンによる劣化の心配がありますが、材料を正しく選択することでこれらの問題を避けることができます。

以下に、例として防振ゴムに使われるゴムの材料特性を示します。

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流体ばね

流体ばねは、気体や液体といった流体を使ったばねです。流体（作動油・ガスなど）を満たした密閉容器にピストンを取り付けて、ピストンに負荷をかけると、パスカルの原理*により密閉容器全体に圧力がかかります。流体ばねは、この圧力を利用したばねです。密閉容器にバルブを取り付け、圧力を制御することでばねの強さを変えることができます。このような流体ばねは、負荷に対して最適なばねの強さを設定することができます。また、負荷が大きすぎる場合は、バルブから圧力を逃がすことでばねの破損を防ぐことができます。

一方で、流体を密封するためのシール材や圧力源である流体を格納するタンク、圧力を制御する場合は制御装置が必要です。また、温度変化による流体の粘度変化によって、ばねの強さが変わる場合があります。

さまざまな長所と短所を持つ流体ばねですが、シール材や流体の性能向上や制御が可能であることから、自動車のサスペンションやエンジンマウント、建築物の制振装置といった大きな力を制御するばねとして、多くの現場で利用されています。

パスカルの原理

密閉されている容器中の流体に加わる圧力は、容器の形状に関係なく、ある一点にかかる圧力を流体の他の部分にも伝えるという原理。

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