コイルスプリングとは
コイルスプリングとは、主に金属の線材で作られたコイル状のばねです。外部から力を加えて圧縮する、引っ張る、あるいはねじることにより内部に力を蓄えることができ、内部のエネルギーは復元力（反発力）として作用します。
圧縮する用途で使用されるコイルスプリングは圧縮スプリングや圧縮ばね、引っ張る用途で使用する場合には引張スプリングや引張ばね、ねじりを加える場合にはねじりコイルばねやトーションばねと呼ばれます。
コイルスプリングは、押しボタンなどの復帰動作を必要とする機械や日常品、おもちゃの他、自動車や工作機械などで発生する衝撃や振動を吸収する用途として様々な場面で使用されています。
コイルスプリングの使用用途
コイルスプリングは、主に反発力により元の長さに戻ろうとする機能と、変形してエネルギーを蓄えることにより衝撃や振動を吸収する機能の2つの機能が利用されます。
反発力を利用した製品には、2回クリックすると芯が収納されるボールペンや解錠すると自動でロックが解除される自転車のロック機械、自動で巻き取ることができる巻尺（メジャー）などに使用されています。
衝撃吸収の使用例としては、路面から車内に伝わる揺れや振動を軽減する自動車のサスペンションやターザンロープの終点に設置されているショックアブソーバなどがあります。
コイルスプリングの原理
コイルスプリングは、コイル状に巻かれた線材が塑性変形することによってその弾性エネルギーが復元力として作用します。したがって復元力の大きさは圧縮変位に比例し、復元力を変位（変形量）で割った値をばね定数といいます。線材の径を大きくするとばね定数も大きくなり、幅広いばね定数のコイルスプリングが生産されています。
ばね定数はコイルスプリングの特性を示す値であるため、コイルスプリングを選定する際にはこのばね定数とばねの長さが重要視されます。
反発力として使用する場合には、設計した変位あるいは予想される変位と発生させたい反発力からばね定数を見積もります。
衝撃吸収に使用する場合には、設計上受け止められる変位の長さと想定される瞬間荷重からばね定数を決定します。また、システム全体の固有振動数が外部から加えられる周期的な力の振動数と一致しないようにする（共振しにくくする）ことも重量です。衝撃吸収の用途としては、変位の変化する速度に比例して抵抗力を発揮するダンパと組み合わされる場合が多くあります。
歯科用途のコイルスプリング
コイルスプリングは、歯科矯正において使用される歯科矯正装置として活用されています。すなわち、コイルスプリングの復元力により歯に付加力を与えることにより矯正治療が行われます。
コイルスプリングは、例えば、コバルトクロム合金製のものが使用されています。
スプリングの外観形状はオープンタイプのものとクローズタイプのものがあり、歯の移動方向や掛ける力に応じてスプリングの種類を選択します。
オープンタイプのコイルスプリングは歯間距離を広げるときに使用されており、歯間離開させる位置でスプリングを縮めた状態にし、両端を他の矯正用装置に留めることにより使用されます。
またクローズタイプは歯間距離を縮めるときに使用されており、空隙閉鎖させる歯間でスプリングを伸ばした状態にし、両端を他の矯正用装置に留めることにより使用されます。
金属製のコイルスプリングを使用する場合には、患者にアレルギー反応がないかなど身体との親和性を確認しながら使用する必要があります。
自動車用途のコイルスプリング
自動車用途のコイルスプリングとしてはサスペンションがあります。
サスペンションの具体的な構成としては、コイルスプリングとショックアブソーバを組み合わせたものがあります。
この構成においては、コイルスプリングのバネの線径や長さ、巻き数によってバネ定数などの特性が決まります。なお、コイルスプリングの自由長が長いほどサスペンションストロークが増加します。
コイルスプリングとしては、コイルの間隔が同じ等ピッチコイル、間隔を変えた不等ピッチコイル、コイル径を変えた非線形ピッチコイルがあります。
等ピッチのコイルスプリングは全体で衝撃を吸収しますが、不等ピッチのものはピッチの狭いところで衝撃をやわらげて吸収し、一方ピットの広いところで強い衝撃を吸収します。非線形においては、コイル径が大きいほど衝撃に対して柔らかく反応します。
コイルスプリングは衝撃を吸収しますが、振動を抑えるまでにある程度の時間を要します。コイルスプリングを一緒に組み合わせられるショックアブソーバは、その減衰機能により振動を早期に収束させることができます。
参考文献
https://www.punch.co.jp/product/press/02-014-01/
https://www.jmortho.co.jp/wp-content/uploads/2020/01/spring.pdf
https://clicccar.com/2019/07/29/889930/