板バネの反力ばらつき

Question

毎々お世話になっております。

板バネ の 「反力」に関し、量産対応時の『ばらつき』とはどのような状態でイメージされるものなのでしょうか。
板バネ自体の形状にもよるとは思いますが・・・イメージとしての情報でも構いません。
(・・・20%くらいのばらつきが出る!?と小耳にはさんだこともありますが・・・)

当方 電子屋出身であり、ご回答的に「素人でも理解し易い」御表現にてアドバイス頂けますと幸甚です。
質問文面もつたない表現であり、大変恐縮ですが、宜しくお願い申し上げます。

Accepted Answer

板バネ設計のときにそのような経験があります。
バネ業者とも相談したときに聞いたことですが
板バネは形状にもよりますが、一般的に巻きバネ
よりも力学的に不確定要素が多く、設計どおりの性能が得ることが困難だそうです

今回のような量産時におけるバネ力のばらつきに関しては次のようなものがあげられると思います

?バネ成形時における残留応力
プレス成形時に材料に残る内部応力のことでバネが自由状態であっても部品内部で応力が存在するため、
バネに加えた力≒実際の反力+残留応力
となり、反力は小さくなります。これが個々の板バネでばらつきに影響します。ただし、これは成形条件や成形後の熱処理（低温焼きなまし）で除去できますので問題になることは少ないと思います

?初期へたり
板バネに初めて応力をかけるとき、上の残留応力などの影響で、若干の塑性変形が起こり、もとの位置にもどらない現象がおこります。その大きさは加える力にも影響するため、初期に加える力がばらつくとその後の反力に影響します。私の場合これが問題になったことがありました。したがって、部品取り付け前に使用方向に軽く同等の力を加えてわざと塑性変形させてから取り付けることで解決しました。セッチングというそうです。

?くりかえしによる疲労
組み立て時ではありませんが、バネに繰り返し応力をくわえることで、ばね疲労による性能低下がおこります。この性能低下は簡単に直線で表現できる現象ではないので疲労度合いは部品によってばらつきが生じます

質問の意図からは多少ずれていたかもしれませんが原因として列挙できると思います
たしかにばらつきがでやすい要素であることはいえそうですね。したがって、ばね力で位置精度を保つような使い方は非常に難しいと思います
２０％のばらつきがでるかどうかはバネ業者のノウハウなどにもからんでくると思うので
一概には言えないのではないでしょうか？

Answer

片もちバネを設計する際によく使われる関係式は、
D=Wl^3/3EIz
ここで、D:変位、W:荷重、l:長さ、E:ヤング率、Iz:断面二次モーメント
（Wは貴殿の言う反発力です）
バネの断面が長方形の場合のIzは、
Iz=1/12*bh^3
ここで、b:板幅、h:厚み
つまり、Wはｈの3乗に比例する。

熱処理の検査ですが、一般には硬度を調べます。
熱処理のレベルと硬度の関係に関しましては、JIS等でお調べください。

Answer

コネクタ屋です。
ばねの反力に一番影響をするのは厚みです。
３乗に比例します。
板厚管理にお気をつけ下さい。
また応力限界付近で使われる場合には、熱処理の影響も無視できませんので、ロット毎の材料検査もお忘れなく！
一般的な話ですが、設計(解析)で得た結果と量産時の性能の差は、10％を越えることは無いと考えています。

板バネの反力ばらつきとは？イメージや量産対応時について教えてください