「薄板ばねの形状・材質・板厚・特徴」

薄板・微細・精密金属加工のこだま製作所の「事例紹介」です

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薄板ばねの材質・板厚・形状

薄板ばねの使用範囲は広く、産業機器、自動車、航空機、宇宙衛星、医療機器、建築金物、玩具、AV機器、PC等広範囲に使用されています。その種類は様々ですが、主に材質・板厚・形状の3つの要素から成り立っています。ここでは、薄板ばねの形状材質・板厚・特性に分けてご説明します。
また、参考までに、薄板ばねの設計薄板ばねの溶接についても触れています。

「こだま」がご提供できること(製作1個から)

1)精密板金部品の構想段階からのご相談
材質・形状・機能性など、構想段階から対応いたします。
2)金型レス製作で、精密板金部品製作1個から
標準化された独自の金型で、初期費用ゼロで小部品製作が可能
3)約100個のリピート品、約2000個の限定製作対応
4)様々な材料、豊富な在庫と材料入手
SUS系、リボン鋼、銅系、チタン系、インコネル系
5)t0.005~の箔・微細加工技術
6)各種溶接加工
7)各種表面処理・熱処理加工
8)材料分析

圧倒的な製作数

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各種薄板ばねの製作事例(ページ下部にあります)は、こちらから
各種薄板ばねの材質は、こちらから





1、薄板ばねの形状

薄板ばねの形状は、対象物へテンション(押える)をかける為の形状、パイプなどを固定する形状、対象物の脱着を行為の、
爪形の形状など、用途に合わせて材質・板厚とともにさまざまです。また、薄板ばねは、対象物に対して、材料強度(曲げ加工時に生じる折れ)の限界までは、自由な材質・サイズ・形状に製作することが可能です。
ここでは、形状をざっくり3種類に分けてご紹介をします。


押え薄板ばね

ステンレス押さえ薄板ばね

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押え薄板ばね1
取付穴で固定を行い、片側で押える形状
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押え薄板ばね2
取付穴で固定を行い二方で押える形状
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薄板ばね3
取付穴で固定を行い、片側で押える形状
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薄板ばね4
取付穴で固定を行い、片側で押える形状
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押え薄板ばね5
両側の取付穴で工程を行い腹部で押える形状
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押え薄板ばね6
両側の取付穴で工程を行い腹部で押える形状
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微細押え薄板ばね7
二つの足で、押える形状
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押え薄板ばね8
二つの足で、押える形状


SK材(鉄系)押さえ薄板ばね

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SK(鉄系) 押え薄板ばね1
取付穴で固定を行い、片側で押える形状
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SK(鉄系) 押え薄板ばね2
両側の取付穴で工程を行い腹部で押える形状


りん青銅押さえ薄板ばね

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りん青銅 押え薄板ばね1
取付穴で固定を行い二方で押える形状
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りん青銅(金メッキ)押え薄板ばね2
取付穴で固定を行い、片側で押える形状



固定用薄板ばね

ステンレス固定用薄板ばね

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 固定用薄板ばね1
クリップホルダー形
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固定用薄板ばね2
カール形
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固定薄板ばね3
クリップ形
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固定薄板ばね4
カール形
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固定用薄板ばね5
挟み込み形
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固定用薄板ばね6
カール形
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固定用薄板ばね7
挟み込み形
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固定用薄板ばね8
挟み込み形
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固定用薄板ばね9
先端差し込み形
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固定用薄板ばね10
挟み込み形



爪形薄板ばね

ステンレス爪形薄板ばね

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爪形薄板ばね1
脱着可能なストッパー形
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爪形薄板ばね2
抱え込み形
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爪形薄板ばね3
脱着可能なストッパー形
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爪形薄板ばね4
脱着可能なストッパー形
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爪形薄板ばね5
脱着可能なストッパー形
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爪形薄板ばね6
脱着可能なストッパー形
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爪形薄板ばね7
脱着可能なストッパー形
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爪形薄板ばね8
脱着可能なストッパー形

その他の薄板ばね形状は、こちら(ページ下部にあります)のページでご確認できます。

2、薄板ばねの設計について

薄板ばねは、机上で設計できればいいのですが、(コイルばねなら、机上設計が可能なのですが)計算式に基づいて設計を行っても、固定する箇所、負荷方向などで誤差が大きく出てしまいます。ですので、製作までの近道は試作をおこなうことです。

薄板ばねが必要になった場合、形状のイメージは、意外と出てくるものですので、当サイトの製作事例を参考にしていただき図面化を行って、サイズの追記を行いお問合せフォームもしくは、FAXで送付ください。その作図を基に、専門的知識で方向付けを行って試作品の製作を行い、実際にテスト確認を行っていただきます。

※図面がない場合のお問い合わせ方法については、こちらから
   失敗しない、薄板ばねの設計(作り方)について、はこちらから

薄板ばねの試作について

「こだま」では、薄板ばねの試作・少量製作(2000個まで)において、金型レス・簡易金型で対応していますので、製作における、金型費の軽減(ゼロ円~金型費の1/10)、短納期のご提供を行っています。金型レス・簡易金型製作は、試作確認後の板厚・材質・形状変更等が、容易に行うことが出来ます。

3、薄板ばねの材質・板厚・特性

薄板ばねの材質には、ステンレス系、鉄系、銅系の三種類がありますが、使用環境によってチタン、インコネルを使用することがあります。ここでは、主となるステンレス系、鉄系、銅系の、材質・板厚・特性を、中心にご紹介します。

●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。

●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。

●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。

●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。リン青銅などのバネ特性は、ステンレス系に比べて低いですが、通電性・バネ特性を求める板バネでは、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ますが、バネ特性は低く、板厚での補足が必要です。

●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ますが、バネ特性は低いです。


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。

板バネ材質itabane_11924 (1).jpg
リボン鋼板バネ材
板バネ材質itabane_11924 (6).jpg
べーナイト鋼板バネ材
板バネ材質itabane_11924 (5).jpg
ステンレス板バネ材
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リン青銅板バネ材(銅系)
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洋白板バネ材(銅系)
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ベリリュム銅板バネ材(銅系
板バネ材質IMG_4911_R.jpg
チタン板バネ材
板バネ材質itabane_11924 (4).jpg
インコネルの板バネ

1)バネ(ばね)用ステンレス鋼帯(SUS-CSP)

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、薄板ばね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。

▼表1、SUSバネ材標準板厚表(メーカーの自主基準であり、流通で一般入手できない板厚もあります)

SUSバネ材の標準板厚(JIS G 4313)
材質SUS301-CSP・SUS304-CSP・SUS420J2-CSP・SUS631-CSP・SUS631J1-CSP
板厚 mm0.10、0.12、0.15、0.20、0.25、0.28、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.6、・0.70、0.80、0.90、1.00、1.20、1.40、1.50


▼表2、JIS G 4313 バネ用ステンレス鋼帯の板厚寸法公差表

SUSバネ材板厚公差(JIS G 4313の厚さの許容差)単位mm
SUS301-CSP・SUS304-CSP・SUS420J2-CSP・SUS631-CSP・SUS631J1-CSP
板厚 mm 材料幅(250以上600未満)
0.10以上 0.16未満 ±0.020
0.16以上 0.25未満 ±0.030
0.25以上 0.40未満 ±0.035
0.40以上 0.60未満 ±0.040
0.60以上 0.80未満 ±0.045
0.80以上 1.00未満 ±0.050
1.00以上 1.25未満 ±0.050
1.25以上 1.60以下 ±0.060


▼表3、バネ用ステンレス鋼帯の性質

種類の記号調質記号硬度(Hv)引張強さ(N/㎜2)伸び(%)
SUS301CSP1/2H310以上930以上10%以上
3/4H370以上1130以上5%以上
H430以上1320以上
EH490以上1570以上
SUS304CSP1/2H250以上780以上6%以上
3/4H310以上930以上3%以上
H370以上1130以上
NSS431 DP-2340~4001200(参考値)9%(参考値)
SUS420J20210以下
析出硬化系熱処理後硬さ(Hv)
NSSHT1770280以上450以上
SUS631CSP0200以下1030以下345以上
1/2H350以上1080以上380以上
3/4H400以上1180以上450以上
H450以上1420以上530以上


2)バネ(ばね)冷間圧延鋼帯<SK材と熱処理材(焼き入れリボン鋼)>

鉄系薄板ばねとしてはSUP材となりますが、薄板ばね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。

▼表3、バネ(ばね)用冷間圧延鋼帯の標準板厚表
(メーカーの自主基準であり、流通で一般入手できない板厚もあります)

磨き焼き入れリボン鋼の標準板厚
材質 ばね用冷間圧延鋼帯(SK材)を焼き入れしたもの
板厚mm 0.10、0.13、0.15、0.18、0.20、0.23、0.25、0.28、0.30、0.33、0.35、0.40、0.45、0.50、0.6、0.70、0.80、0.90、1.00、1.20、1.40、1.50、1.6、2.0、2.5、3.0


▼表4、JIS G 3311バネ(ばね)用冷間圧延鋼帯板厚寸法公差表

SK4,SK5
板厚mm材料幅200mm以上材料幅200mm以上500mm未満
0.10未満±0.012-
0.10以上 0.15未満±0.015-
0.15以上 0.25未満±0.020±0.025
0.25以上 0.40未満±0.025±0.035
0.40以上 0.60未満±0.035±0.040
0.60以上 0.90未満±0.045±0.055
0.90以上 1.20未満±0.055±0.070
1.20以上 1.60未満±0.070±0.080
1.60以上 2.10未満±0.075±0.090
2.10以上 3.00未満±0.080±0.090


▼表5、バネ(ばね)用冷間圧延鋼帯の調質と硬さ(HV)

種類の記号焼きなましをしたもの冷間圧延をしたもの焼き入れ焼き戻しをしたもの
SK5-CSP190以下230~270350~500
SK4-CSP200以下230~270400~600



3)銅・銅合金・銅合金バネ材

1.りん青銅・バネ用リン青銅板(C5191P・C5210P等)
市場の通電性重視の製品にはC5191がよく利用されていますが、バネ性を要する接点・端子・板バネ製等にはC5210が利用されています。
2.ベリリウム銅板(C1720P等)
リン青銅バネ材より高性能なバネ特性を必要とする場合C1720P(バネ用ベリリウム銅)がよく利用されています。用途としては、携帯電話部品を始め、ブラシ、コネクタ、接点、電気機器用薄板バネ部品などによく用いられます。
3.洋白(C7521,C7701) 
洋白(C7521)は耐食性に富みシールドケースなどに利用され、優れた強度とバネ特性(C7701)から電気機器材料として用いられています。また銀白色の美しさから装飾用等にも広く用いられています。


▼表6―1.2.3.4、銅・銅合金・銅合金板バネ標準板厚表
(メーカーの自主基準であり、流通で一般入手できない板厚もあります。)

バネ用ベリリウム銅,リン青銅、及び洋白の標準板厚
材質 C1720、C1700、C7701,C7521,C5210,C5191
板厚 mm 0.1、 0.15、 0.2、 0.25、 0.3、0.35、 0.4、 0.45、 0.5、 0.6、 0.7、 0.8、1.0、 1.2、 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0

真鍮
材質 C2801
板厚 mm 0.1、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1、1.2、1.4、1.5、1.6、2、2.3、2.5、2.6、3、3.2、3.5、4、5、6、8、10

タフピッチ銅
材質 C1100
板厚 mm 0.1、 0.15、 0.2、 0.25、 0.3、0.4、 0.45、 0.5、 0.6、 0.7、 0.8、1.0、 1.2、 1.4、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0

無酸素銅
材質 C1020
板厚mm 0.3、 0.4、 0.5、 0.6、 0.8、1.0、 1.2、1.5、 1.6、2.0


▼表7 ばね用ベリリウム銅,リン青銅、及び洋白の板厚寸法公差表

板厚mm 材料幅200以下
C1700,C1720
材料幅400以下
C5210,C7701
0.05以上 0.08以下 ±0.005
0.08を越え 0.15以下 ±0.008
0.15を越え 0.25以下 ±0.013
0.25を越え 0.4以下 ±0.018
0.4を越え 0.55以下 ±0.020
0.55を越え 0.7以下 ±0.025
0.7を越え 0.9以下 ±0.030
0.9を越え 1.2以下 ±0.035
1.2を越え 1.5以下 ±0.045
1.5を越え 2以下 ±0.050


▼表8、ばね用ベリリウム銅,リン青銅、及び洋白の性質

種類の記号調質記号硬度(Hv)引張強さ
(N/㎜2)
伸び(%)
C5191(りん青銅2種)1/2H150~205490~61020%以上
H180~230590以上8%以上
C5210(バネ用りん青銅)1/2H140~205470~61027%以上
H185~235590以上20%以上
C7521(洋白2種)1/2H120~180440~5705%以上
H150~210540~6403%以上
C7701(バネ用洋白)1/2H150~210540~6558%以上
H180~240630~7354%以上
C1700(ベリリューム銅)
時効効果処理後
1/4H330~4101100以上2%以上
H360~4301230以上-
C1720(ベリリューム銅)
時効効果処理後
1/2H345~4301180以上2%以上
H380~4501270以上-

4、薄板ばねの溶接について

必要に応じて板バネを、他の部品に接合しなくてはならないケースがあります。接合方法としては、カシメ加工と溶接加工がありますが、バネ材は、溶接による熱によって鈍ってしまいますので、過度な加熱は避けなければなりません。
通常は、他の部品とのカシメ加工が適切ですが、接地面が小さすぎたり、カシメ部分の緩みの懸念などがある場合には、最小限の加熱(溶接による)強度確保が行える、抵抗溶接(スポット溶接プロジェクション溶接)、アークスポット溶接が適しています。また、さらに微細部分の溶接では、レーザー溶接が適切です。

加工事例

板バネの溶接IMG_0117_R (8).jpg
SUS304薄板ばね t0.5と、
t5.0のプロジェクション溶接
板バネの溶接IMG_0117_R (9).jpg
SUS304薄板ばね t0.8と、t1.2の
アークスポット溶接・スポット溶接
板バネの溶接IMG_0117_R (7).jpg
C5201 t0.2と、C1720 t0.1の
マイクロスポット溶接
板バネの溶接IMG_0117_R (3).jpg
SUS304薄板ばね t0.3と、t0.5の
スポット溶接
板バネの溶接IMG_0117_R (2).jpg
SUS304薄板ばね t0.4と、t0.6の
スポット溶接
板バネの溶接IMG_0117_R (4).jpg
SUS304薄板ばね t0.3と、t0.4の
スポット溶接 ➡ 金メッキ処理
板バネの溶接IMG_0117_R (1).jpg
SUS304薄板ばね t0.7と、t0.5の
スポット溶接
板バネの溶接IMG_0117_R (5).jpg
SUS304薄板ばね t0.35と、t3.0の
スポット溶接
板バネIMG_0207.jpg
SUS304薄板ばね t1.0と、t0.5の
スポット溶接
板バネIMG_0257.jpg
SUS304薄板ばね t0.4と、t0.4の
アークスポット溶接
板バネIMG_0285.jpg
C5201 t0.5と、 
ステンレスパイプのスポット溶接
板バネIMG_4454.jpg
SUS304薄板ばね t0.4と、t0.2の
スポット溶接

焼き入れリボン鋼のスポット溶接

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。


リボン鋼のスポット溶接IMG_3718793 (1).jpg
スポット溶接後
リボン鋼のスポット溶接2IMG_3718793 (2).jpg
強度確認


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