第1回

ばね材料の選択鈴木金属工業(株)１．ばねとばね材料

林 博昭

される場合がある。

ばねにも様々な種類があるようにばね材料にも多くの種⑤ 磁気特性類がある。これらの関係はランダムな組み合わせにはなく、電子精密機器などで、ばね自体が非磁性であることを要ある程度定まった関係をもっている。

求される場合がある。

これらの関係を知るには二つの方法がある。一つは材料⑥ 軽量化からばねへ辿り、どの材料はどのようなばねに用いられて航空宇宙、スポーツの分野では一般の材料よりも、よりいるのかということに観点を置く方法、もう一方は逆にど軽量であることが必要とされる傾向が高い。のばねはどのような材料が用いられているかということに⑦ 超弾性・形状記憶特性観点を置く方法である。

センサとアクチュエータを兼ねた形状記憶合金によるば結論から言えば後者の方が手っ取り早い。既に実績があねは、従来のバイメタルの変位を大きくしのぐ特性であり、るからである。実績があるということは、100％ではないその特性の一部を利用した超弾性も全く新しい特性である。にしろ、その材料がそのばねに要求される特性をあらかた⑧ 高弾性・高強度満足しているということに他ならない。

用途によってはコストを犠牲にしても、強度が高く、耐しかし、ばねを設計・製造しようとした時、必ずしもそ疲労性と耐へたり性にすぐれる材料が要求されることがあの用途に対して実績があるとは限らない。その場合は、まり、特殊な材料が開発されている。

ず、ばねの用途及び要求されるばね特性を明確にすること

これら要求特性に応じた材料は複数ある場合が多く、どである。用途がわかれば、概ね要求されるばね特性が自ずの材料を用いるかは、要求特性レベルとコストを考慮しなと予測がつく。

ければならない。表１にばねに要求される特性と対応するければならない。表１にばねに要求される特性と対応する

sample
材料の性能とコストの目安を示す。高コストの材料ほど市材料の性能とコストの目安を示す。高コストの材料ほど
市

２．ばねの用途及び要求される特性２．ばねの用途及び要求される特性場に存在する比率が少ないのが常で、適用可能な寸法、入場に存在する比率が少ないのが常で、適用可能な寸法、入ばねの用途とその具体的実例についてはばね技術研究会
ばねの用途とその具体的実例についてはばね技術研究会

手までの期間など制限が多いことを念頭に入れておく必要手までの期間など制限が多いことを念頭に入れておく必要（現 日本ばね学会）編集の「ばねの種類と用途例」日本ばね学会）編集の「ばねの種類と用途例」（日刊（日刊がある。

工業新聞社刊）が発行されており、用途によってどのよう工業新聞社刊）が発行されており、用途によってどのよう

３．高強度化と信頼性
３．高強度化と信と信頼性な特性が要求されるか言及されているので、詳細はそちらな特性が要求されるか言及されているので、詳細はそちらを参考にされたい。

前述の①～⑦のいずれの要求特性においても、材料が高前述の①～⑦のいずれの要求特性においても、材料が高本稿ではばね材料の対象を金属材料に限定する。
本稿ではばね材料の対象を金属材料に限定する。
「ばねと強度であることが望まれる。理由はばねが弾性限を設計の強度であることが望まれる。理由はばねが弾性限を設計の疲労」でも触れているように、ばねにおける折損とへたり疲労」でも触れているように、ばねにおける折損とへたり強度因子に用いているためで、多くの金属材料の場合、引強度因子に用いているためで、多くの金属材料の場合、引は回避すべき最重要事項である。しかし、この二点は設計は回避すべき最重要事項である。しかし、この二点は設計張強さと弾性限は比例関係にあり、高強度材ほどばね設計張強さと弾性限は比例関係にあり、高強度材ほどばね設計というプロセスによって定まり、その設計のためには材料の自由度が高まるからに他ならない。の種類が選定されないと設計因子が定まらず、設計ができ

しかし、高強度化は耐環境特性、耐熱性、導電性といっない。すなわち、まずばねがどのような用途に用いられ、た特性においては、性能を劣化させる因子であり、加工性、どのような材料を用いるのが適当かという選定作業が必要

疲労特性からもきず感受性が高まる方向にあるので注意しとなる。

なければならない。

材料に要求される特性には次のようなものがある。

JIS においても強度規格が複数ある材料では、上記の注① 耐環境特性意が必要であり、また、硬鋼線とピアノ線では母材の製造耐食性・耐候性に代表される特性で、平たく言えばさびプロセスを含めて、きずに関する管理水準が異なり、目ににくいということになる。懸架ばねに要求される耐腐食疲

見えない信頼性という点において違いがあるので注意せね

労性を初め耐遅れ破壊特性、耐応力腐食特性、耐水素脆化ばならない。

特性も耐環境特性の一種である。

高強度化に関しては、材料メーカも手をこまねいている② 耐熱性・耐酸化性

わけではなく、弁ばね材料では表面傷取り技術、渦流探傷いわゆる耐熱性で、高温になると耐酸化性も併せて要求技術、非金属介在物組成制御を確立し、高強度化を図ってされることが多い。

おり、懸架ばね材料でも腐食疲労に強い鋼種開発による高③ 恒弾性強度化が進んでいる。このような材料の実例は、ばね技術

一般の金属材料は温度の変化に応じて弾性係数も変化す

研究会編集の「ばね用材料とその特性」（日刊工業新聞社刊）

るが、秤、精密機器、時計のひげゼンマイなどでは弾性係に紹介されている。

数の温度依存性の少ない材料が要求される。

参考文献

④ 導電性

１） ばね技術研究会編 「ばね用材料とその特性」 日刊

電子機器などのばねでは、ばね自体に高い導電性を要求

工業新聞社

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表 １ ば ね 材 料 に 要 求 され る 特 性 と対 応 する 材 料 の 性 能 及 びコ ス ト
必要とされる特性

耐環境特性
耐食性・耐候性

性能 コスト
△△△○
◎◎
△○○
◎◎
◎
○
△○
△
○
○
○
○
○

○
○
△△××
◎
○
○△×
×
△
○
△
○
○××××

材料

めっき処理
プレコート材料（亜鉛、ニッケル、すず）
銅合金材料
ステンレス鋼
Co基合金，Co-Ni基合金
チタン，チタン合金
ばね鋼ばばねね鋼
鋼
合金工具鋼
合合金
金工具
工具鋼
鋼
ステンレス鋼
ス
ステ
ステンレス
テンレ
ンレス
ンレス鋼
鋼
F e基超Fe
Fe基超合金e 基超合基超 合金
金
Ni基超合金Ni
Ni基基超合超合 金
超合金
Ni-Co基超合金
Ni
Ni--C
Coo基o基超超合超合金
金
Fe-Ni系エリンバー合金，Fe-Co系エリンバー合金
FeF
e--N
N i系エ
Ni系エ
i 系エ リンリン
ンバ
バー合ー合金ー合
金，，FFee--C
Co
Co系系エリエリン
ン バー合金バーバー 合金
ー合合金
めっき，クラッド処理
めっめっき，き， ク
き，ク
クラッ
ラッドラッ
ド処
処理
処理
銅合金材料
銅銅合合金材
金材料
料
ステンレス鋼
スステ
テンレ
ンレス
ス鋼
鋼
銅合金材料
銅銅合合金材
金材料
料
Co基合金，Co-Ni基合金
チタン，チタン合金，マグネシウム合金
Ni-Ti合金，ゴムメタル
Co基合金，Co-Ni基合金，マルエージング鋼

sample耐熱性・耐酸化性
耐熱 性・耐熱性
耐熱性・・耐耐酸
酸化酸化性
化性
性

恒弾 性
恒弾性

導電性
導電 性

磁気特性
磁気
磁気特特性
性

軽量性
超弾性・形状記憶特性
高弾性・高強度性 能：同じ特性の中における相対的な性能目安
コスト：線径1.0mm前後の相対的に比較した目安

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