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ばね

ばねとは、金属などの弾性体の復元力を利用し、弾性エネルギーを蓄積する機械要素である。和語の一種だがカタカナでバネという表記もよくなされる。現在使用されている漢字表記では発条と書かれる。英語に由来するスプリング(spring)という名称でもよく呼ばれる。弾性体は弾性範囲内ではかかった力に応じて変形し、かかった力を取り去ればもとの形に戻る。これを応用して、力をかけて変形させ、あるいは変形させることで力を蓄えることができる。このような性質を利用しやすい形にしたのがバネである。たとえば金属の変形幅はそれほど大きくなく、これを細くすれば大きく曲がるものの、今度はたやすく降伏点を超えてしまう。そこで細くしたものを長く使い、これに横からの力をかけながら、しかもその変形方向が一直線上になるようにしたものがつるまきばね(コイルスプリング)である。円柱状の螺旋に巻いた金属は、引っ張れば各部分では横からの力で変形するが、その力は全体に均等にかかるので個々の部分ではさほど大きくなりにくい。また各部では横への変形でありながら、全体としては伸縮する方向への長さの変化となるから、機械の部分としても扱いやすい。バネはかりはその伸縮が加重に比例することを利用したものである。物体には弾性と呼ばれる、力が加わって変形しても元に戻ろうとする性質がある。ばねの広い意味での定義は、この弾性を利用するものの総称といえる。「ばね」という言葉は和語であり、その語源は次のように諸説ある。いずれの説にしても確実とされるものはなく、確かな語源は判明していない。1932年から1937年にかけて刊行された国語辞典『大言海』では「跳ねること」が訛って濁って「ばね」となったと記されている。この解釈は『日本国語大辞典』でも採用された。日本機械学会編『機械工学辞典』やばねの総合専門書である日本ばね学会編『ばね』でも、「跳ね」「跳ねる」から転じたといわれる説が紹介されている。1796年(寛政)に細川半蔵が著したとされる『機巧図彙』では、現在のばねに相当する部品を「はじきがね」「はじき金」と呼んでいた。16世紀に日本でも盛んに作られるようになった火縄銃でも「はじきがね」は使用されていた。1819年(文政)の鉄砲鍛冶師の国友一貫斎による『気砲記』では、ばねを「ハシキ金」と記している。また、砲術の井上流による伝書では「弾金」と記されていた。この「はじき金」「弾金」を「跳ねる」「とび跳ねる」に引っかけ、なおかつ訛り、「ばね」となったという説がある。あるいは、戦国時代に使用されていた鎖帷子や鎖襦袢が刀や槍を"はね"返した様子から、「はね」が「ばね」となったという説もある。現在でも使用されている漢字表記では、ばねは発条と書かれる。これ以外には、鎖鬚、撥条、弾機、発弾、発軌といった漢字もある。ただし「発条」も含め、いずれの漢字表記もいつ誰が当てはめたのか明らかではない。実際の使用としては、ばねの製造会社などが「○○発条」といった名称をつけることが多い。「発条」の読みは、「ばね」の他に「はつじょう」や「ぜんまい」がある。ばねは材料の弾性を利用した機械要素や部品の総称でもある。人類による弾性という性質の利用の歴史は太古に遡る。弾性を利用した最初期の道具として挙げられるのは、原始的な罠や弓である。約10万年前から約5万年前にかけて、しならせた木の枝を利用した動物捕獲のための罠が使われ始めたといわれる。さらに約2万年前になると、弓矢が人類によって使用されるようになったといわれる。弾力のある木の枝に弦を張った弓が発明され、狩猟用に用いられたと考えられている。弓矢はやがて戦争の武器としても使われるようになる。簡単な構造だった弓矢は、紀元前数百年前ごろにクロスボウに発展して、さらにバリスタなどへと発展していった。ばねの種類は非常に多岐にわたる。ばねの材料や形状、用途、主としてかかかる応力、荷重特性などを基準にして分類される。材料、基本形状、用途による分類を以下に示す。ただし、以下の分類以外にも様々な分類があり、決定的なものはない。大きくは金属ばねと非金属ばねに分けられる。分類の一例として以下のようになる。ここでは日本ばね学会の著作の分類によった。金属ばねの基本的な形状によって整理すると、一例として以下のようになる。ここでは日本ばね工業会の著作の分類によった。ゼロ長ばね、ゼロ長スプリング、零長スプリング () とは自然長がゼロであるばねを表す用語である。実際にはこのばねは"負の"長さを持ったばねをつなぎ、更に非弾性的な物質で長さを伸ばすことによって実現することができる。"負の"長さを持ったばねとは、ばねが伸びようとするときには互いに押し合うような2つのばねである。このタイプのばねは上下動地震計に用いる目的のため、1932年にルシアン・ラコスト ( によって開発された。ばねの先はマス (mass) につながっており、マスはヒンジ (hinge) つきのビーム (Beam) につながっている。ばねによってマスに働く力はの鉛直成分はビームの位置に関わらず、ほぼゼロであるように調整されている。これにより、この装置は非常に長周期の振り子となっている。地震計に長周期の振り子を用いると、地震による非常に速度の遅い波を感知することができる。ラコストのゼロ長ばねは重力の変化に対しても非常に敏感であるため、重力計にも用いられている(LaCoste重力計)。ドアクローザーにはゼロ長ばねに近いばねが用いられていることが多く、このためドアが少しだけ開いているときにも閉じる力が生じ、ドアをしっかりと閉める働きをする。

出典:wikipedia

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