「板バネ（板ばね）の種類」

「こだま」がご提供できること

金型レスで、製作1個から

●炭素工具鋼および焼き入れリボン鋼
鉄系バネ材として、SUP材相当品として、近年使用されている材質です。バネ特性は特に高く、材料費も安価ですが、曲げ成形が必要な形状では、生材からの成形となり、成形後熱処理を行いますので、大量生産の製作方法でないと、形状精度が悪くなります。また、鉄系ですので、表面処理をしないと錆びてしまいます。板バネには、SK85（SK5）が主流に使用されています。最近では、SK5の異方性及び軟化抵抗改善鋼として、NKS80が市場に出ています。

用途：各種産業機器用板バネ・ワッシャー、クラッチ部品、ぜんまい、のこ刃、座金等

●べーナイト鋼
一般的にみがき特殊帯鋼材に、熱処理（オーステンパ処理）を行って、べーナイト組織にしたもので、硬くて、機械的性質の高い材質ですが、板バネの成形においては、リボン鋼と同じ製法になります。恒温変態処理によって高強度と同時に加工性の優れ曲げ加工、軽度の絞り加工が可能です。JIS鋼種では、S55C-CSPB、S60C-CSPB、SK5-CSPB　etcとなります。

用途：各種産業機器用板バネ、クラッチ部品等

●ステンレス系バネ材
錆びに強いということで、広く使用されている材質です。バネ特性は、リボン鋼よりは低いですが、用途においては十分な反発力、復元性を持っています。曲げ加工においても、バネ材そのものを成形することができるので、特にｔ0.5以下では、少量製作でも精度の高い、板バネを製作することが可能です。

用途：各種精密板バネ、シム板、各種産業機器・建築・民生機器部品等

●銅系バネ材
通電性重視の、接点などに広く使用されています。薄くて小さな板バネから、微細加工まで加工性に優れた材質で、電子部品・弱電部品・電機部品には欠かせない材質です。リン青銅が広く使用されていますが、バネ特性はステンレス系に比べて低いですが、板金加工における曲げ・絞り加工性がよく、電気・熱の電導性に優れ、耐摩耗性も高い材料です。また、はんだ付けやメッキしやすい材料です。短所としては、表面酸化が生じやすいため、メッキ処理を行う必要があり、メッキ工程を省くために、耐食性に優れた洋白を使用する場合があります。通電性・バネ特性を求める板バネ・接点等では、析出硬化処理で高いバネ特性がえられるベリリウム銅が使用されています。

●チタンバネ材
強い耐食性を求められる環境で、使用される材質ですが、熱処理によって硬度を上げることができますが、バネ特性は低く板厚での補足が必要です。

用途：化学工業・電力・航空機産業・医療器具・宇宙開発設備等

●インコネル板バネ材
高温下の環境で、使用される材質ですが、熱処理によって硬度を上げることができますがバネ特性は低いです。

用途：航空機・発電用のガスタービンやバネ

耐熱性のあるバネ材について

耐熱性のあるバネ材の種類

①合金工具鋼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

合金工具鋼のうち、熱間金型などに大量に使用される SKD 系熱間金型用鋼は高温強度が高くバネ用材料としても使用されるています。一般的な流通経路では入手できません。SKD, SKH 系工具鋼は、500~550°C の焼戻しにより析出硬化がえられ、比較的高温環境でも使用されていますが、板バネ材としては流通していませので入手困難ですのでご参考に。

②Fe基超合金

高温における酸化および腐食が少ない。これら に高温強度を付与したのが Fe基超合金で、耐熱材料としては,マルテンサイト系耐熱鋼と、Ni/Co基超合金の中間に値します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

③Ni基超合金

インコネル718は、Ni基超合金の中では最も使用範囲の多い合金です。用途としては、航空機部品および発電用のガスタービン等に使用されているほか、, ファス ナーやバネとして使用されています。 インコネル750 は インコネル600 に AI, Ti および Nb を添加した材料で、Ni 含有量が多いため比較的高温まで材料特性は安定していて、発電用ガス タービンや、ボルトやバネなどに広く使用されています。

板バネ材の識別は、材料では識別しにくいのでサンプルでご紹介します。

ステンレス系の薄板・板金パーツや、ステンレス系板バネにはSUS304-CSPが最もよく利用されていますが、板バネにはバネ特性の低い順に1/2H，3/4H，Hと一般的には、３段階で、用途に応じて使用されています。

シムに使用する材料としてもSUS304-CSPが一般的で、2Ｂ材に対し材料費はある程度高くなりますが、板厚精度が高いことから、ご指定の無い場合弊社ではCSP材を使用しています。
また、SUS304 CSPよりさらに高いバネ特を要する板バネには、SUS301　CSPを使用しています。
SUS301もSUS304と同じくバネ特性は一般的に３段階で用途に応じて利用されています。

鉄系板バネとしてはＳＵＰ材となりますが、薄板バネ材としては入手困難な板厚もありますので、弊社ではお客様ご承諾の上、類似材として曲げ成形の多い板バネにはSK材（生材）を使用し、成形後焼き入れ焼き戻しの処理を行い、主に平板の形状カットのみの板バネには焼き入れリボ鋼をよく使用しています。

Ｓｋ材とはバネ用炭素鋼帯の一種で、焼入れリボン鋼とはバネ用炭素鋼帯に熱処理（焼入れ焼戻し）を施して製造される焼入鋼帯で、主に薄板バネや、ゼンマイバネ、刃物に使用されています。

困難とされる、リボン鋼のスポット溶接にも対応します。
※溶接強度は最大限の確保を行いますが、必要強度については確認が必要です。

スポット溶接後

強度確認

板バネに関するご相談は、下記フォームからお問合せ下さい！！

板バネ材について（参考資料）

バネ材料の弾性係数

ばねに使用する材料は、弾性が必要でこの弾性の大小を表すのに弾性係数という値を用いています。弾性係数 = 応力/ひずみとして算出を行います。この値は作用した力に対して単位面積当たりの抵抗力を考え、この抵抗力に対し、歪として力の作用した方向への単位長さ当たりの変形をとって、この両者の比を表します。一般には単位面積として1平方ミリメートル (1 mm2) 当たりの抵抗力を o (シグマ)という記号で表し,単位長さ当たりの伸びた割合をE(イプシロン)と表すと、弾性係数を E という記号 で示したとき E =σ /e となります。

ここで、σと示した単位断面積当たりの抵抗力を応力とよんでい ます。応力の単位として作用する力を N(ニュートン) で示しN/mm2 となりますが、このニュートンという力の単位として、キログラムの力(kgf) を用いて、応力の単位 kgf/mm2 としています。

非鉄金属材料

最近ではバネ特性の高さを重視したステンレス鋼が広く使用されていますが、非鉄合金のバネ材料として広く使用されているのは銅合金がです。 銅合金は電気の導電性がよいことと、耐食性があること、又は非磁性であることなどの理由から、バネ特性・通電性を目的とした接点として、電気機器、精密機器などに使用されています。銅合金バネ材料としては、ページ上記にも掲載しているものが規格化されています。 銅と亜鉛との合金である真鍮は、バネ用として銅と亜鉛の配合割合が7:：3のものから6：4程度のものを規格(JIS H 3100)化しています。 これらの材料は、バネとして使用するため冷間加工によって強さを増大させていますが、鋼に比べて機械的性質が弱いため、バネとし て応力を大きくとることができません。また、弾性係数の値が鋼より小さく、同じ形状のバネではバネ定数を小さくすることができるので、用途に合わせて使用されています。りん青銅は主成分が銅と錫との合金で、りんはわずかしか入っていません。しかし、りんを入れることによって、バネとして必要な引張強さが増加するもので、りん青銅の機械的性質は黄銅より優れていて、引張強さが 80 kg/mm2 (784 N/mm2)程度になるものもあります。

その他には洋白がありますが、洋白の成分は銅とニッケルと亜鉛の合金で銀白色をしています。導電性はほかの銅合金より低いのですが、耐食性及び機械的性質はりん青銅と同じ程度です。
ベリリウム銅は導電性が優れているもので。材料成分は銅を主体 とし、ニッケル・コバルトなどのほか、ベリリウムを2%以下含んだ合金です。ベリリウム銅は、通電性が優れていて時効硬化処理を行うことによって機械的性質も向上し、引張強さの最大値を 130 kgf/mm2 (1279 N/mm2) くらいにすることができるので、電気通信機器等で使用されています.。

これからの方向性

ばね用の材料として、引張強さが大きく弾性限度が高いことが要求されますので、炭素鋼でなく、特殊鋼の需要が増加しています。最近では特殊鋼の製鋼技術が発達してきたことによって、材料内部の非金属の介在物が減少して強さが増加していることに加えて、ばねとして使用するときには応力が表面で最大となるので、ばね鋼の表面の脱炭層や表面の微細なきずを少なくしているので、これもまたバネの強さを増加させるのに役立っています。 更に、このばね表面の強さを増加させる目的で、高周波焼入れや、ショットピーニングを行うことによって、強く、消耗劣化を軽減させる材料が使用されています。さらに強さの増大によって懸架バネ等では、バネ単体の重量の軽減を図ることができることから、今後の課題になっています。冷間成形用の線材においても、製鋼並びに圧延技術の進歩に伴い、引張強さの大きな材料が開発されている一方、バネを成形した後に熱処理をしないで製品化が行える、非調質の線材も研究されています.。
薄板バネとして使用されている鋼板についても、線材と同様なことがいえるので、ますます引張強さの増大が期待されます。一方、薄板材料の板厚は薄いものの需要が増加され、ステンレス鋼ではｔ0.005の材料が市場にあります。

高温環境で使用されている材料には、ニッケルまたはコバルトを含んだ合金が使われていますが、新しい耐熱・耐寒ばね材料も研究されているそうです。また、バネ材として識別はされませんが、使用方法の視点から形状記憶合金が、バネ機能を持たせる目的で使用されています。形状記憶合金は、チタンとニッケルの合金で、変態点は0℃くらいから80℃くらいまでのあいだで調整する事ができ、形状記憶特性と超弾性という二つの特性があり、温めると元の形に戻る性質と、大きく曲げても元の形に戻る性質を利用して、バネの役割を担っています。アモルファスも、薄板バネとして使われる可能性もあります。アモルファスは非結晶質材で、通常、金属は個体の状態では規則正しく原子が並んでいますが、液体の状態になると原子が動きまわり不規則になり、液体から急冷すると原子が整列できず、原子配列が不規則になっている金属をアモルファス金属と言います。一 般の金属のように結晶粒から成り立っていないので、アモルファス金属は規則的な結晶構造ではないため、普通の金属に比べ、強くてしなやか、非常に錆びにくい、磁気特性に優れるなどの大きな特徴があります。現状の製法上シート状での流通に限られているようですが、今後急速に実用化が進むことが期待されています。

金属材料以外のバネに使用される材料は、現状、「こだま」では取り扱っていませんがプラスチックがります。一般のプラスチックは強さが弱いので、強化繊維を含入したプラスチックが使われます。強化繊維としてガラスまたは炭素が用いられ、ガラス繊維を使用した材料をGFRPとよび、炭素繊維を用いたものを CFRPと称しています。これらの材料が使われる部品は現在のところ一部ですので、材料規格というような形にはなっていません。ゴムのような材料もバネとして使われますが、このような種類のものは機械的性質が安定していないので、単に復元性だけがあればよいというところには使われますが、バネ定数を問題にするところでは使用できません。空気バネの容器もゴム膜から成り立っていますが、ゴム膜の内部に繊維材料が埋め込まれたものです。空気の代わりに流体を使用した液体バネという種類のものは、流体の圧縮性を利用したものでですが、一般的には使用されていないようです。