１）開発の主旨

　　　２）開発経過

　　　３）Ｓｏｆｔ−Ｋｉｎｇ−１の機能と適用機種

　　　４）適用機種名

　　　５）線材コイルばね（圧縮、引張）の設計要素

　　　６）規格化の目的と必要性

　　　７）ＰＤ方式による規格化

�U．『ケプリング』について

　　　１）特　　徴

　　　２）『ケプリング』の選定方法

　　　３）『ケプリング』規格表（解説）

　　　４）ＰＤ方式による簡易コイルばね設計法（解説）

１）開発の主旨　　Ｔｏｐ

　　　ばねの設計手法は現在、種々提案されてはいますが、いずれもアナログ的な発想が多くを占め、コンピュータの普及が著しい今日、設計者、製造者とのコンセンサスを得た手法は無い状態です。

ばねは製造時、使用時に各種の変形を起し有機的な一面を持つため角フィールド単独での手法はあまり役に立ちません。従って現在も理論的根拠のあるばねの規格品が世に出ていないゆえんであります。

ここに今日までの理論・実験式を変えることなく応用し、データをデジタル化することによって、不統一だった設計手法を簡略化致しました。

その論拠によって生まれたのがＳｏｆｔ−Ｋｉｎｇ−１であります。

２）開発経過　　Ｔｏｐ

１９７０年　　圧縮及び引張ばねの標準化の作業開始。

１９８１年　　ＰＤ法な設計の手順を考案。

１９８４年　　福島県技術交流プラザ（異業種）でＰＤ法について提案。

１９８５年　　山形大学工学部機械工学科工学博士佐藤喜一先生のもとに理論的な検討依頼。

１９８６年　　社団法人設計製図学会にて講演（東北支部）

１９８６年　　ＰＤ式設計手順にて規格化のソフト開発。

１９８６年　　ばね標準化ハンドブック編さん。

１９８７年　　同ダイジェスト版

１９８７年　　圧縮ばね、引張ばね、トーションばね、板ばねの新規設計、解析

１９８８年　　アプリケーション・ソフトＳｏｆｔ−Ｋｉｎｇ−１を完成。

２００１年　　「Ｓｏｆｔ−Ｋｉｎｇ−１」をＨｉ−Ｎｅｔ Ｗｅｂにてオンラインサービス開始。

３）Ｓｏｆｔ−Ｋｉｎｇ−１の機能と適用機種　　Ｔｏｐ

　　  ａ）新規設計・計算（Ｃａ１機能）

　　      必要最小入力条件：荷重、たわみ、および材質、動作環境などの最小入力条件によって新規のばねを確定いたします。

　　      その他の条件を入力すれば条件に合ったばねの諸値を計算表示します。

　　  ｂ）最適な“　ケプリング　”を自動検索表示（サーチ機能）

　 　     ａ）の入力条件によって、同時にＰＤ法で標準化されたケプリングの中から条件にもっとも近似の標準品を検索表示します。

　　  ｃ）各種ばねの性能解析（アナライズ機能）

　 　     すでに諸元の決まっている、ばねの性能・能力を瞬時に解析し、そのデータを表示します。

　 　     同時にＰＤ法で標準化されたケプリングの中から条件にもっとも近似の標準品を検索表示します。

　 　     入力は対話方式で改善設計に威力を発揮します。

　　  ｄ）図面作成（ドローイング機能）

　 　     新規設計及び、ケプリングの承認図、設計図を出力します。（圧縮、引張ばね、のみ）

　　  ｅ）データ入出力

　        ＣＲＴ画面に従い、パスワード入力後、単独アプリケーションＳｏｆｔ−Ｋｉｎｇ−１と同じサービスがWeb上で受けられます。

　　　    サイズ：線径、内径、有効巻数自由高さ、内外径、内外径精度、ガイド径、密着高さ、など

　　　    性　能：ばね定数、常用荷重、最大荷重

　　　    　　　　たわみ、初張力、固有振動数、吸収エネルギー

４）摘要機種名　　Ｔｏｐ

 　　Windows95,98, など　IE5.0稼動できる全機種　

５）線材コイルばね（圧縮、引張）の設計要素　　Ｔｏｐ

　　　線材コイルばねを設計する際、種々の要素を満たさなければなりません。

その要素を分類すると、図１に示す様に相互に関連性があります。

ａ）　外的要素（形状）

　　　　　自由高さ　　コイル径　　荷重　　たわみ

ｂ）　内的要素

　　　　　ばね定数　　線径　　有効巻数　　応用　　横弾性係数　　ばね指数

　　　　　応力修正係数　　密着高さ

ｃ）　製造　　及び　　使用上の要素

　　　　　頻度　　使用温度　　雰囲気　　初張力

＊    線材コイルばねの特性を充分発揮させ実用に供するには、設計時の要素設計によって殆ど決定されてしまいます。

＊    詳しくはＪＩＳＢ２７０４圧縮、引張コイルばね設計基準　及び　後述、規格品ケプリングの解説を御参照下さい。

６）規格化の目的と必要性　　Ｔｏｐ

ａ）規格化の目的

合理的な基準による規格化、標準化のもたらす効果というものが多大であることは既に、製造業界に於いては知られているところであります。このことは、コイルばねについても同じことが言えます。

�@　設計工数の削減　（間接費の削減）

�A　納期の短縮

�B　メンテナンス・フリー

�C　国内　及び　諸外国製品との互換性

�D　応用製品の性能向上

�E　コストダウン

�F　耐久力の向上

�G　耐久試験の省略

　 　　　特に５）項で述べたように、内的要素が複雑にからみ合っているので、最良の設計を行うには、長年の経験と製造知識が必要とされていました。

　 　　　従って仕様決定から、製造、耐久試験、製品出荷までの工数の損失は計りしれないものがあり、この削減に依りトータル的なコストダウンをすることが最大の目的です。

ｂ）規格化の必要性

　 　　　前述のように一般的な目的遂行に加えて、下記の様な時代的な背景で需給両者から早急な対応が求められています。

�@　コンピュータ化時代　（デジタル的思想）

�A　新素材の開発の基礎

�B　手工業技術者の育成環境

�C　他品種、少量化時代

�D　大量輸出入とメンテナンス

　　　　　弊社は上記の問題点を早くから認識し、解決の糸口を見出すべく長期に亘り鋭意研究を続けてきました。そして、ここに、鉄道技術研究所　富田勝信先生の論文を発展させて、最大応力値を基本にした“ＰＤ方式”なるものを考え、ばね設計を簡素化し合理的な規格化を達成しました。

７）ＰＤ方式による規格化　　Ｔｏｐ

ａ）ＰＤ方式とは

新しい理論、実験式といったものに基づくものではありません。ＪＩＳ（日本工業規格）や、現在まで数多くの“ばね”に関する文献を基に整理して出来た方式です。

“ばね”の生命は強度にあります。この強度を左右する“ばね”の応力を第一義とし、線材のもつ引張強さ（ＪＩＳ規格）と関連させて定めたものです。（鉄道技術研究所　富田勝信先生“ばねの許容応力のとり方”参照）　従来の耐疲労強度に関する理論も又、材料の引張強さとの関連で考えられており、この意味からも意義ある方式といえます。

　　　　　必要とする荷重Ｐと、ばねのコイル径Ｄによって、強度を充分考慮された線径ｄを決めます。

　　　　　これをＰＤ方式と名付けました。即ちばねを検討する初期の段階で、強度上充分耐えうる線径を定められるのが、ＰＤ方式の最大の利点といえます。

　　　　　必要なばね特性は、たわみ量δを与えることにより定まり、逐次ばねのその他の諸元を求める事が出来ます。

　　ｂ）ＰＤ方式と規格化

　　　　　ＰＤ方式の発想は、コンピュータで計算のルーチンワークから抜け出す手法として考え出されました。従って、このＰＤ方式は、任意の設計の折にも応用できますが、規格品を決める上でその威力を発揮します。

　　　　この方式によって、製品の性能を決める“ばね定数Ｋ”をパラメータにして、規格品として整理することができました。

　　　　従来の規格品は、外形寸法の規格で、ばね特性であるばね定数が特定出来ず、必要とする性能の“ばね”を見出すことが容易ではありません。

　　ＰＤ方式によって定められた規格品“ケプリング”は、必要とする性能（ばね定数Ｋ）から、ばねの各サイズを選定する方式をとっています。

　ばねを使った機器を設計する際、即座に仕様を満たしたばねの図を描く事ができます。

　　　『ケプリング』の利用は、ばね応用製品に低コストと信頼性、又安全性の向上をもたらすと確信いたします。 

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