バネ製造・スパイラル開発｜求められる特性や製造工程を解説

バネの3大特性とは？

バネは機械要素として広く使用されており、「バネの3大特性」と呼ばれる特性があります。

復元力 
バネの最も基本的な特性である復元力とは、外部から力が加えられることで変形し、その力が取り除かれると自然と元の形状に戻ろうとする性質を指します。

エネルギーの蓄積と放出 
バネが変形する際、その変形量に応じて弾性エネルギーを内部に蓄積します。このエネルギーは、外力が取り除かれた際に機械的な仕事として放出されます。

固有振動数 
バネには、その質量や剛性によって決定される固有の振動特性があります。この特性は固有振動数として表され、バネ自体が持つ本質的な振動パターンを特徴づけます。

バネ製造において求められる機能と特性

バネの選択と設計においては、下記のような特性と機能を考慮し、使用目的や環境に最適なものを選ぶことが重要です。例えば、自動車のサスペンションには高い衝撃吸収能力と耐久性が求められ、精密機器には高精度な動作と安定性が重視されます。

高いエネルギー吸収効率

単位体積当たりの弾性エネルギーが大きいことが重要です。限られたスペースで最大限の力を吸収し、必要に応じて放出できる性能が求められます。材料選定と形状設計の両面からエネルギー効率を追求します。

コンパクト性

取り付けに必要な空間が小さいことが重要な要素となります。機器の小型化が進む現代において、バネ自体の省スペース化も同時に求められています。設置場所や周辺部品との関係を考慮した最適なサイズ設計が不可欠です。

適切なバネ定数

用途に応じた適切な荷重-たわみ特性を持つことが必須です。製品の要求仕様に合わせて、直線的な特性か非線形な特性かを適切に選択し、設計する必要があります。使用時の荷重範囲全体で安定した特性を維持することが重要です。

耐久性

繰り返し使用に耐える材料強度と構造が基本性能となります。疲労強度や耐摩耗性に優れた材料選定、応力集中を避ける構造設計など、長期使用を見据えた設計が必要です。定期的な検査や交換時期の設定も含めた信頼性設計が求められます。

振動制御

必要に応じて振動を吸収または制御する能力です。機械システムの安定性向上や騒音低減に貢献します。固有振動数の設計や制振機構の付加など、振動特性を考慮した総合的な設計アプローチが必要となります。

製造の容易さ

大量生産が可能で、コスト効率の良い製造プロセスの確立が求められます。材料調達から加工、熱処理、検査まで、一貫した生産体制の構築が重要です。製造工程の自動化や品質管理システムの導入も検討が必要です。

環境適応性

使用環境（温度、湿度、腐食性など）に適した特性を備えていることが欠かせません。極端な温度変化や腐食性雰囲気下でも性能を維持できる材料選定と表面処理が重要となります。

精密性

特に精密機器では、高精度な動作が可能であることが求められます。寸法精度、荷重特性のばらつき、位置決め精度など、様々な側面での高い精度が必要です。製造工程における品質管理と検査体制の確立が重要となります。

バネの種類

バネは様々な形状と用途に応じて分類されます。以下に、主要な種類についていくつかご紹介します。

押しバネ

押しバネは、圧縮されたねじり応力を解放することで力を発生させることができます。形状は多岐にわたり、単純なものから円錐、鼓、樽、楕円形や、省スペースで高荷重を発揮するための異形断面素材を使用したものまで対応可能です。

中型サイズのバネも安定して供給しており、異形線バネの製造にも対応しています。押しバネは、限られたスペースで大きな力を発揮することが求められる場合や、小径でソフトな使用感が求められる場合に適しています。

用途例

• アクチュエーター（ターボ車）
• フロントフォーク ・AGS部品（コンタミ管理）
• スイッチ ・シフトロック、シフトレバー
• 電子部品 ・自動車内装部品（BOX）
• 文具、雑貨など

引きバネ

引きバネは、引っ張られた際に生じたねじり応力を解放し、元に戻ろうとする力を発生させます。この力は「戻り」として機能し、様々な機械の動作を支えています。

押しバネに比べて、引きバネは初張力、曲げ加工、応力など、考慮しなければならない要素が多いですが、多様な形状に対応することが可能です。特に自動車分野において活用されており、さらにはOA機器や事務機器の部品など、幅広い製品に使用されています。

用途例

• 自動車部品
• クラッチ
• 二輪スタンド
• ブレーキ、ペダル
• シート部品
• ストップスイッチ
• 電子部品など

ねじりバネ

ねじりバネは、ねじる動作によって発生する曲げ応力を解放し、力を発生させる製品です。この「戻り」機能は、様々な機械部品の動作を支える重要な役割を果たしています。

自動車部品（ブレーキペダル、アクセスペダル、キャブレターなど）、洗濯機の脱水機のブレーキ機能、電器製品、OA機器部品、電池バネなど、多岐にわたる用途に応じた製品に活用されています。

用途例

• 自動車部品
• ドアハンドル
• アクセルペダル
• ブレーキ、クラッチ
• 自動車内装部品(BOX)
• シート部品など

バネの製造工程

例として、圧縮バネ製造工程における各ステップについてご紹介します。

1.材料
使用される材料は、バネの用途や必要な性能によって異なり、高炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼などが一般的です。

2.コイリング
選定された材料をバネの形状に巻きつけます。このプロセスは、手動または自動のコイリングマシンを使用して行われ、バネの直径やコイル数などの寸法が決定されます。

3.低温焼なまし
コイリングによって生じた残留応力を取り除くために、バネを低温で加熱します。この処理により、バネの柔軟性が向上し、後の加工が容易になります。

4.端面研磨
端面研磨工程では、バネの両端を平らにするために研磨します。バネが均等な力を発揮できるようにするため、および取り付け時の安定性を高めるために重要です。

5.ショットピーニング
ショットピーニングは、バネ表面に微細な玉や粒子を高速で打ちつけることにより、表面を硬化させる工程です。バネの耐久性や疲労強度が向上します。

6.低温焼きなまし
ショットピーニング後に再度行われ、バネの材質を安定させるために低温で加熱処理します。このステップは、バネの寿命を延ばすために重要です。

7.セッチング
バネを事前に決定された荷重にさらして圧縮し、使用中に生じる可能性のある形状の変化を最小限に抑えます。この工程を経ることで、製品の一貫した性能が保証されます。

8.防錆処理
最後に、バネに防錆処理を施します。これは、湿気や腐食性の環境での使用に耐えるために必要です。処理方法には、亜鉛メッキ、ニッケルメッキ、または特殊なコーティングが含まれます。

バネ製造・スプリング開発を行う「鈴木スプリング製作所」

鈴木スプリング製作所は1933年、静岡県での創業以来、大手自動車メーカーとの強い連携のもと、バネ製造を核に事業を拡張してきました。今日では、自動車業界に留まらず、オフィス自動化機器を含む多様な製品における線バネや板バネ、そして加工部品の開発と製造などを幅広く手掛けています。

鈴木スプリング製作所の強み

品質と迅速さを両立する生産体制 
ISO9001認証に基づく品質保証システムを確立しており、加工段階ごとの内部検査と、疲労試験を含む最終検査で高品質を実現。また、顧客の要望に迅速・柔軟に対応できる体制を整備しています。

国際基準に適合する品質保証 
1997年にISO9001認証を地域でいち早く取得。自動車・電器産業など国際化が進む分野での取引に対応しています。品質保証システムの継続的な向上で、顧客要求に精確に対応可能です。

独自の技術開発力 
生産設備の自社開発に注力し、2012年に浜松市から技術先端型企業として認定。スパイラル加工製品や各種マシンの開発実績を持ち、工程削減や製品信頼性の向上を実現しています。