バネ指数：細い線を小さなコイルに巻くと、なぜ強く抵抗するのか

らせんばねを軸方向に押すと、線材全体が伸びたり曲がったりするのではなく、**ねじれ**が生じます。線材の微小な各部分にはトルクがかかり、線材全体が長さ方向にわずかに巻き上げられることで、ばねがたわみます。 これにより、丸棒のねじりに相当する単純な応力式が得られます：τ = 8FD/πd³。 **この式が誤りとなる理由は二つあります。** *直接せん断。* 荷重は線材を横方向にも押しており、そのせん断が線材の片側ではねじりせん断に加わり、反対側では減じます。影響は小さいものの、望ましくない箇所、すなわちコイルの内側では必ず加算されます。 *曲率。* コイルの内側の線材は外側の線材よりも小さい半径上にあるため、同じねじれに対してより大きくひずみます。線材径に対してコイルが小さいほど、この影響は大きくなります。 **ワール係数は両方を一つの係数にまとめたものです。** これは指数のみに依存する乗数で、常に1より大きく、ばねがほぼ必ずコイルのINSIDEで破損する理由となっています。 **折れたばねを見れば、このことがわかります。** き裂は内側表面から始まります。そこは応力が最も高く、引き抜き痕や錆のピットも集中しやすい場所です。ばねは最悪点が既知の部品であり、これは珍しく有用な特徴です。

**ノギスではなくマイクロメーターでワイヤーを測り**、直角に交わる2か所で測定してください。バネ線は公差が厳しく丸く作られていますが、過負荷をかけられたバネはコイルが潰れて平らになっていることがあり、曲面のワイヤーにノギスを当てると値が大きく出てしまいます。 **コイルの OUTSIDE 直径を測定します**。これは実際に手が届く部分だからです。そこから1本分のワイヤー径を引いて平均径を求めます: D = D_outside − d **2本ではありません。** これはバネ作業で最も多い計算ミスです。平均径はワイヤーの中心を通るため、外径からワイヤー1本分を引くか、内径にワイヤー1本分を足す必要があります。 **次に C = D/d を求めると**、すぐに3つのことがわかります。与えられた荷重に対してワイヤーがどの程度応力を受けているか、そのバネが冷間成形されたものかどうか、そして検討中の交換品が同じ系統かどうかです。 **手渡されたバネに対する簡単な確認:** 安価な量産バネでインデックスが4未満になることはまずないので、計算結果が2.8となった場合はワイヤー径を二重に引いていないか確認してください。

**マンドレルはあなたが欲しいコイルより小さくします。** ワイヤーは解放されると、材料とインデックスによって決まる量だけ元に戻ります（スプリングバック）。硬引きばね鋼の大まかな出発点として、欲しい平均径より約10〜15%小さいマンドレルを使い、その後は実際に得られたものを測定して調整します。最初から一発で決まる人はいません。 **スプリングバックはインデックスとともに大きくなります。** きついコイルはほぼ塑性変形で、マンドレルの寸法に近い値で仕上がります。一方、広いコイルは弾性に近く、かなり開いてしまいます。そのため、同じマンドレルと同じ技術でも、別のばねでは誤差が異なるのです。 **ワイヤーをしっかり保持します。** マンドレルに送り込まれるときのワイヤーの張力がピッチを決め、コイル同士を密着させた状態に保ちます。送りがゆるいと、ピッチが不均一になり、ばね全体のレートも不均一になります。 **バイス内で巻きます。マンドレルはクランプし、ワイヤーをそのまわりに導きます**――その逆ではありません。ワイヤーを押さえたままマンドレルを手で回すほうが、固定した棒にワイヤーを巻き付けるよりはるかに制御しやすいです。 **両端は長めに残し、後で切ります。** 欲しいところでぴったり終わるコイルというものは、これまで一度もありません。 **硬いワイヤーは低いインデックスで巻いて、そのまま使うことはできません。** C = 4 程度より低いと、曲げの外側が線材の延性を超え、表面に割れが生じます。その割れは引張側、つまりコイルの外側になるため、ルーペで見れば確認できます。取り付ける前に必ず確認してください。 **また、焼きなましたワイヤーで巻いたばねは、まだばねではありません。** その後に焼入れと焼戻しを行わなければ、初めて使ったときに永久変形（へたり）を起こします。ミュージックワイヤーや硬引きワイヤーは、すでに強度を持った状態で供給されるため、冷間で巻いた後に応力除去を行うだけで済みます。