「失敗しない、板バネの設計(作り方)について」

薄板・微細・精密金属加工のこだま製作所の「事例紹介」です

失敗しない、板バネの設計(作り方)について
材質 さまざまな、材質に対応しています。
ご依頼数量 製作1個から

板バネの設計について

板バネを、机上で設計できればいいのですが(コイルばねは可能)、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うのが現状です。
では、どうすれば製作において、近道なのか・・・。

板バネ設計.jpg   

「こだま」がご提供できること

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
簡易金型技術、製作方法の選択で、コストパフォーマンスのご提供
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


結論から言いますと、試作を行うことです。でも、いきなり試作を行うのは、リスクが高い・・・。
なので、一般的に設計からの手順だと思われるのですが、最初に申し上げたとおり、誤差が大きく出る場合もあり、かえって時間という諸費用がかかることになります(経験値)。

試作とい段階で、「こだま」では、お客様のご負担を軽減するために、独自金型の標準化を行った「金型レス」または、「簡易金型」で対応していますので、初期費用を抑えて板バネの試作品をご提供しています。

板バネ 金型レス.jpg

※各種板バネの製作事例は、こちらから
(形状の検討時に、参考になります)

では、試作に至るまでを、手順にそってご説明します。

板バネ試作の進め方

1、イメージの見える化
仕様にあたって板バネが適してるのか?という検討段階、または、板バネが必要になった場合、だいたいイメージは出来ているものです。ただ、専門的な知識がないために進め方が分からない、というのがこの段階です。ご安心ください、順序をへて最短に結論に近づきます。

まずは、イメージの見える化を行って(図面化:想像できる範囲の情報:形状・寸法・材質・ご希望製作数)、お問合せフォームで送信ください。
※図面化には作業負荷がかかりますが、イメージを具体化することで、具体的な対応が可能になります。

板バネ図面 (1).JPG
板バネ図面 (2).JPG 板バネ図面 (3).JPG



2、方向性の具体化
検討段階の場合は、こちらで仕様を確認し、板バネが適しているのかをアドバイスいたします。
板バネを使用する可能性が高い場合には、形状・材質・板厚の方向付けを行います。

3、お見積り
方向付けが終われば、お見積りいたします。
予算範囲であれば、ご注文下さい。(ご依頼方法は、お見積り時にご連絡します)

4、試作
金型レス・簡易金型製作で、本作金型の約1/10の費用、納期1/3で、板バネ1個から製作することが可能です。

結果、1から4までのプロセスだけで、試作品による実装テストが行えます。ただ、1度の試作でご要望に沿うこともあれば、何回か形状・板厚変更が必要な場合もありますが、2から4のプロセスで行えますので、結果、短期間で板バネの具体化が行えます。

1のイメージの見える化の段階では、下記に板バネに関する資料をご用意していますので、参考にしていただければ、具体的になりやすいかと思います。

板バネの形状について

イメージ段階で、形状の検討もつかないという場合は、「こだま」の板バネ製作事例集をご参考に、
イメージをより具体的にしてみて下さい。さまざまな形状のサンプルを、掲載しております。

板バネ 設計 (3).jpg 板バネ 設計 (5).jpg
板バネ 設計 (4).jpg 板バネ 設計 (1).jpg
板バネ 設計 (2).jpg 板バネ 設計 (6).jpg

 

板バネの材質について

材質としては、一般的に鉄系・ステンレス系・銅系の3種類ですが、
特殊環境(耐塩・耐熱等)で使用する場合、チタン、インコネルのバネ材も使用します。
バネ特性も様々ですので、板バネの材質については、下記資料をご参考にしてください。

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、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。

▼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 mm 0.10、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(%)
SUS301CSP 1/2H 310以上 930以上 10%以上
3/4H 370以上 1130以上 5%以上
H 430以上 1320以上
EH 490以上 1570以上
SUS304CSP 1/2H 250以上 780以上 6%以上
3/4H 310以上 930以上 3%以上
H 370以上 1130以上
NSS431 DP-2 340~400 1200(参考値) 9%(参考値)
SUS420J2 0 210以下
析出硬化系熱処理後硬さ(Hv)
NSSHT1770 280以上 450以上
SUS631CSP 0 200以下 1030以下 345以上
1/2H 350以上 1080以上 380以上
3/4H 400以上 1180以上 450以上
H 450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。

▼表4、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5、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6、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-CSP 190以下 230~270 350~500
SK4-CSP 200以下 230~270 400~600

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) 1/2H 150~205 490~610 20%以上
H 180~230 590以上 8%以上
C5210(バネ用りん青銅) 1/2H 140~205 470~610 27%以上
H 185~235 590以上 20%以上
C7521(洋白2種) 1/2H 120~180 440~570 5%以上
H 150~210 540~640 3%以上
C7701(バネ用洋白) 1/2H 150~210 540~655 8%以上
H 180~240 630~735 4%以上
C1700(ベリリューム銅)
時効効果処理後
1/4H 330~410 1100以上 2%以上
H 360~430 1230以上 -
C1720(ベリリューム銅)
時効効果処理後
1/2H 345~430 1180以上 2%以上
H 380~450 1270以上 -


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