圧縮・引張コイルばねの線径・コイル径・有効巻数を入力すると、ばね定数(1mm縮める/伸ばすのに必要な力)を計算します。設計値の確認や、手元のばねがどれくらい硬いかの見積もりに使えます。
円筒コイルばねのばね定数は次の式で求めます。
k = G・d⁴ ÷ (8・D³・Na)
G は材料の横弾性係数(ばね用鋼線でおよそ 78,500 N/mm²)です。注目すべきは線径 d が4乗で効く点で、線を少し太くするだけでばねは急激に硬くなります。逆にコイル径 D と巻数 Na は分母にあるため、大きいほど柔らかくなります。
数値例:d=2mm、D=20mm、Na=10、G=78,500 N/mm² の場合、k = 78,500×2⁴ ÷ (8×20³×10) = 1,256,000 ÷ 640,000 ≒ 1.96 N/mm。つまり約2Nの力で1mm縮みます。
Q. コイル径は外径と内径のどちらを入れますか?
A. どちらでもなく「平均径(中心径)」です。外径しか分からないときは「外径 − 線径」、内径からは「内径 + 線径」で平均径を求めてください。
Q. 総巻数と有効巻数の違いは?
A. 総巻数は端から端まで数えた全体、有効巻数はたわみに寄与する巻数です。圧縮ばねでは端を平らに処理した座巻(通常上下で約2巻)を引いた数を使います。
Q. ステンレスでも同じ式で計算できますか?
A. 式は同じですが G が変わります。SUS304系のばねでは約 68,500 N/mm² と鋼線より小さいため、同じ寸法でもばねは少し柔らかくなります。