渦巻ばねの選び方ガイド：種類から使用事例まで詳しく解説

2024年11月5日バネの知識, バネの製造

渦巻ばねは、私たちの日常生活に広く使われているばねの一種です。

この記事では、渦巻ばねの基礎知識から種類、実際の使用例、選定時のポイントまで、わかりやすく解説していきます。渦巻ばねの選び方を知りたい方は、ぜひ参考にしてください。

渦巻ばねとは？その特長と仕組み

渦巻ばねとは、帯状の材料を渦巻状に巻いた形のばねを指します。その形状が、山菜のゼンマイに似ていることから「ぜんまいばね」とも呼ばれます。渦巻ばねは、巻かれた状態から引き伸ばされるときに発生する反発力が動力源で、この力を利用して回転や巻き戻しの動きを生み出します。

1511年にドイツの時計職人ピーターヘンラインが発明したとされる渦巻ばねは、日本でも江戸時代にはクジラのヒゲを素材とした渦巻ばねが使われていたことが記録されています。渦巻ばねは簡単な構造ながら、多くのエネルギーを貯めることができるという大きな利点があるため、現在もさまざまな用途で使われています。

渦巻ばねの種類と特徴：接触型と非接触型の違い

渦巻ばねは、巻かれたばねが触れ合うかどうかで「接触型」と「非接触型」の2つに分かれます。それぞれに異なる特性があるため、用途に応じて選び分けることが重要です。

接触型渦巻ばね：エネルギー貯蔵量が多いタイプ

接触型渦巻ばねは、巻かれたばね同士が触れ合っている構造です。ばね同士が密接していることで、より多くのエネルギーを蓄えることができる点が特徴です。しかし、摩擦によってエネルギーが損失する可能性があるため、長期間の使用には注意が必要です。

具体的な種類としては、「S字ぜんまい」「定トルクぜんまい」「コンベックス」などが挙げられ、それぞれ独自の用途に対応しています。

非接触型渦巻ばね：一定の力を発揮しやすいタイプ

非接触型渦巻ばねは、ばね同士が触れ合わないように巻かれています。そのため摩擦が発生せず、エネルギー損失が少ないのが特徴です。ただし、接触型に比べて貯められるエネルギー量は少ないため、一定の力が求められる用途に適しています。

非接触型渦巻ばねの代表例として、髪の毛よりも細い「ひげぜんまい」があり、精密な力が求められる機械に使われることが多いです。

渦巻ばねの使用事例：用途別の活用方法

渦巻ばねは、接触型と非接触型で特性が異なるため、使用される場面もそれぞれ異なります。以下で、具体的な活用シーンを紹介します。

接触型渦巻ばねの使用例：長時間のばね特性が必要な場面

接触型渦巻ばねは、ばね特性を長期間維持し、強い力を貯めることが求められる場面で使用されます。具体例として、自動車のシートベルトの巻取り装置や長時間演奏するオルゴールが挙げられます。これらの装置では、ばねに多くのエネルギーを蓄え、繰り返し動作を支えることが重要です。

非接触型渦巻ばねの使用例：一定の力が必要な機構

非接触型渦巻ばねは、一定の力を発揮し続けることが求められる場面で活用されます。代表例として、自動車のリクライニングシートや機械式時計のテンプ（速度調整のための部品）があります。これらの機構では、エネルギーの損失が少なく、ばねの力を安定して発揮できる非接触型が最適です。

渦巻ばねを選ぶ際の重要ポイント

渦巻ばねを選ぶ際には、使用目的やばねの特性を理解することが大切です。ここでは、選定時に確認すべき2つのポイントを解説します。

ポイント1：使用目的に応じた型の選択

渦巻ばねを選ぶ際には、ばねの特性を維持したい期間や力の強さを明確にしておくことが重要です。接触型は多くのエネルギーを貯めることができるため、長期間の使用や高い力が求められる場面に適しています。一方、非接触型は一定の力で安定した特性を発揮するため、繊細な力が必要な機械装置に適しています。

ポイント2：材料選定によるスプリングバックへの対応

渦巻ばねには、スプリングバック（ばねが元の形に戻ろうとする現象）が発生しやすい特性があります。スプリングバックが生じると、ばねの半径が想定より大きくなり、狭いスペースに収まらないこともあるため、材料選定が重要です。小さなスペースに渦巻ばねを取り付けたい場合は、特殊材を使用することでスプリングバックを抑え、より正確な形状を保持できます。