JP4906459B2 - 板材の曲げ加工方法及びこれにより加工した便座ボディ - Google Patents

Description

本発明は、プレス金型によって周状の内曲げ加工を行う金属等の板材の曲げ加工方法に係り、特に、この加工方法より内外周部を周状に沿って内曲げ加工した便座ボディに関するものである。

従来、便座ボディの周状の内曲げ加工を行うために、予め曲げ根元にノッチ加工を施す方法が用いられてきた。

図６（ａ）は便座ボディの形状、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’間の断面を示す図である。この内周，外周内曲げフランジ３０，３１は全周にわたって内曲げを施す必要がある。

この部分の加工について図７（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。前加工の絞り，打抜きの結果、被加工材４のフランジ部は曲げ方向と反対向きに曲がっている（図７（ａ）参照）。そこで、この部分を垂直にフチ立てする工程が必要である。この工程においてパンチ１にテーパを与える。また、ダイを下ダイ２及び上ダイ３に分割し、下ダイ２にノッチ刃３２を持たせることにより、フチ立てと同時にノッチ３３を加工する（図７（ｂ）参照）。このとき、図７（ｂ）に示すように、例えば被加工材４の厚さｔ１が１．０ｍｍのとき、ノッチを加工した被加工材４の厚さｔ２は０．５ｍｍとなるように、現状のノッチでは被加工材４の厚さに対し５０％の深さまでノッチ刃３２を入れている。

その結果、曲げ工程においては曲げパンチ３４により、全周の内曲げ加工を一度に行うことができる（図７（ｃ）参照）。ノッチ３３の加工を行うことにより、曲げ位置を正確にすることができ、また、スプリングバック（弾性的回復）を抑えて曲げ角度の精度が高くなる。曲げる前のフランジ部分はほぼ垂直なため、金型でノッチの加工を行うことは困難であるが、この方法により工程を増やすことなく全周同時にノッチ加工を施すことが可能となる。

本来このような周状の内曲げ加工には特許文献１にあるようなカムを用いた移動式ダイを用いて、複数工程に分けて曲げ加工を行っている。この方法に比べて、金型の構造が簡素になり、また、１工程で加工を行うことができるため工程数を減らすことができる上、曲げたフランジ部につなぎ目がないため製品の品位が高いという利点がある。
実開昭６３−１８４６１８号公報

近年、便座ボディにおいては、普段は便座を加熱せず、使用者のトイレ入室を感知することにより、急速に便座の加熱を行うことで、電気代を節約することが求められている。

このような要求から、便座ボディを急速に加熱するために、便座ボディ素材には熱伝導性が高いアルミニウム材を用いている。ここで、加熱に必要なエネルギーを抑制するためには、さらに短時間で加熱する必要があり、そのためには、熱容量を低下するために材料の薄板化が必要となる。しかし、ノッチ加工を行って板材を曲げる場合、ノッチ加工を行った部分の板厚はさらに厚みが少なくなる。その結果、繰り返し体重がかかったり、急速加熱を行ったりした場合に、塑性変形が起きやすくなる。さらに、この加重変化や温度変化を複数年にわたり繰り返すと、ノッチ部からクラックが進展し、最終的にはノッチ部全体に亀裂が発生する可能性がある。また熱容量を低下するために、アルミニウム材の代わりに、高熱伝導性の特殊材料を用いることが考えられるが、その材料の曲げ加工性が低い場合には、曲げ根元の丸み（以下、Ｒという）が小さくなると破断しやすくなることが考えられる。

本発明は、前記背景技術の課題を解決することに指向するものであって、ノッチ加工時の深さを浅くしても精度の高い周状の内曲げを可能とし、さらに、曲げ根元のＲの制御を可能として、その結果製品の割れを防ぐことができる板材の曲げ加工方法及びこれにより加工した便座ボディを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した板材の曲げ加工方法は、板材に深さが異なる複数のノッチを加工するノッチ工程と、複数のノッチから最も深さの大きいノッチを中心として板材を曲げ加工する曲げ工程とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載した板材の曲げ加工方法は、板材に深さが異なる複数のノッチを加工するノッチ工程と、前記複数のノッチから最も深さの大きいノッチを中心として前記板材を曲げ加工する曲げ工程とを備え、
前記曲げ工程は、前記最も深さの大きいノッチから曲げが始まり、続いて前記複数のノッチのうち前記最も深さの大きいノッチ以外のノッチに曲げを発生させることを特徴とする。
また、請求項３に記載した板材の曲げ加工方法は、請求項１、２の板材の曲げ加工方法において、前記ノッチ工程は、前記最も深さの大きいノッチ、およびその両側に前記最も深さの大きいノッチよりも深さの小さいノッチを、前記板材に加工することを特徴とすることを特徴とする。

また、請求項４、５に記載した板材の曲げ加工方法は、請求項１〜３のいずれかに記載した板材の曲げ加工方法において、ノッチ工程は、先端が鋭角なノッチ刃により鋭角ノッチを加工すること、また、ノッチ工程は、先端が鈍角なノッチ刃により鈍角ノッチを加工することを特徴とする。
また、請求項６に記載した板材の曲げ加工方法は、請求項１〜５のいずれかに記載した板材の曲げ加工方法において、前記板材は、アルミニウム材またはコーティング済みの材料であることを特徴とする。

また、請求項７に記載した便座ボディは、請求項１〜６のいずれかに記載した板材の曲げ加工方法により、中空円状の板材端の内周あるいは外周を周状に沿って内曲げ加工したことを特徴とする。

また、請求項８に記載した便座ボディは、中空円状の板材端の内周あるいは外周を周状に沿って内曲げ加工した曲げ箇所の内側に、深さが異なる複数のノッチを有し、前記曲げ加工は前記複数のノッチから最も深さの大きいノッチを中心として行なわれたことを特徴とする。

前記加工方法によれば、ノッチ加工時の深さを浅くしても精度の高い周状に内曲げ加工ができ、また、その曲げ根元のＲの制御が可能となり、製品の割れを防ぐ強度を得ることができる。

本発明によれば、ノッチ加工時の深さを浅くしても精度の高い周状に内曲げを可能とし、また、曲げ根元のＲの制御を可能として、製品の割れを防ぐ強度を得ることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における多段ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図を示したものである。ここで、前記従来例を示す図７（ａ），（ｂ），（ｃ）において説明した構成要件に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。

本実施の形態１は、図１（ａ）に示すように、被加工材４に対し、パンチ１と下ダイ２，上ダイ３に加え第１，第２ダイピース５，６を組み込むことによりノッチ加工を行う。この構成では第１ノッチ刃７，第２ノッチ刃８，第３ノッチ刃９の３段があり、それぞれ被加工材４への切り込み深さは等しくなっている。この構成により被加工材４には図１（ｂ）に示す第１ノッチ１０，第２ノッチ１１，第３ノッチ１２が板材の曲げ方向予定の内面側（内側）に加工される。後工程の曲げ工程において曲げパンチのみで全周の内曲げ加工を行う。このとき各ノッチに応力が集中し、容易に曲げ加工を施すことができる。

例えば、図１（ａ）に示す被加工材４の厚さｔ１１が０．５ｍｍの場合、本実施の形態１のように３段ノッチを形成した場合、被加工材４にノッチを加工したそれぞれの厚さｔ１２は、被加工材４の厚さの８０％あれば良好に曲げ加工することができる（ｔ１２＝０．４）。これを従来技術の厚さ５０％の深さとした場合と比べると、従来のノッチを加工した被加工材４の厚さｔ２が０．２５になることから、強度は約１．６倍となる。

また、従来の図７（ｂ）の単一ノッチの構成に比べ、各ノッチに応力集中が分散されることにより、被加工材４のノッチ深さを浅くすることができる。さらに、被加工材４については最小厚さを大きく残すことができるため加工後の強度が高まり、曲げ加工後の製品としての強度と信頼性が高いものを製作することができる。

ただし、複数段にすることにより、ノッチ加工を施す範囲が広くなるため、単一ノッチに比べると曲げ根元のＲは多少大きくなる。しかし、この複数段のノッチでは、曲げ根元のＲを制御したい場合、ノッチの段数を変えることで可能となる。つまり、曲げ根元のＲを小さくしたい場合はノッチ段数を少なくし、１つ当たりのノッチ深さを大きく取る。逆に曲げ根元のＲを大きくしたい場合にはノッチ段数を多くして、１つ当たりのノッチ深さを小さくする。このように、複数段のノッチの数を変更することで曲げ根元のＲの大きさを制御することが可能になる。しかし、ノッチの段数を増やすと曲げ根元の位置精度が下がることが考えられる。

図２（ａ）は本実施の形態１のノッチ深さを各々変化させた多段ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図を示したものである。この構成では、主ノッチ刃１４とそれよりも加工深さの小さい副ノッチ刃１３，１５を用いる。それぞれのノッチ刃により、被加工材４には主ノッチ１７及び、副ノッチ１６，１８が加工される。後工程で曲げ加工を行うと、最も深さの大きい主ノッチ１７から応力集中による曲げが始まり、続いて副ノッチ１６，１８でも曲げが起こる。

ここで、具体的な例として、図２（ａ）に示すように、前述した厚さｔ１１＝０．５ｍｍの被加工材４にノッチ加工する場合、副ノッチ１６，１８の厚さｔ１３を被加工材４の厚さの８０％となる厚さｔ１３＝０．４とし、また主ノッチ１７の厚さｔ１４を被加工材４の厚さの７０％となる厚さｔ１４＝０．３５とする。このように、中央の主ノッチ１７を副ノッチ１６，１８よりやや深くすることで、被加工材４の曲げ位置の精度を向上することができる。

そして、副ノッチ１６，１８が主ノッチ１７の曲げ量を補完するため、主ノッチ１７のノッチ深さは図７（ｂ），（ｃ）の単一ノッチに比べて浅くすることができる。また、図１（ａ），（ｂ）のように深さの等しい多段ノッチに比べて、曲げ根元が主ノッチ１７で決まるため、位置精度が高いという利点がある。

これにより、曲げ根元の位置精度の厳しい製品においても多段ノッチを採用することができるようになり、さらに、単一ノッチに比べてノッチ深さを浅くすることができるため、製品の強度と信頼性を高くすることが可能となる。

この複数のノッチ加工を行った後に曲げ加工をすることで、薄い板厚の板材でも、ノッチ深さを小さくして高精度の曲げ加工をすることができるため、繰り返し加重や繰り返し温度変化が大きい加工物、特に中空円状の板材を周状に曲げ加工する、便座ボディの周状の内曲げ加工に用いると、板厚が薄い便座ボディを実現できる。これにより、昇降温速度が速くかつ、繰り返し耐加重力の大きい便座ボディを実現することができる。

（実施の形態２）
図３（ａ）は本発明の実施の形態２における鋭角ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図を示したものである。なお、図３（ａ）では曲げを説明するためにあえて単数の鋭角ノッチを示している。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、下ダイ２は鋭角ノッチ刃１９を持ち、被加工材４には鋭角ノッチ２０が施される。この加工を施した後に曲げ加工を行うと、鋭角ノッチ２０で応力集中が起こり、曲げが始まる。ある程度まで曲げが進むとノッチがふさがり曲げ抵抗が大きくなり、それ以上曲がりにくくなる。また、加重を除いた後のスプリングバックは、ノッチがふさがるまでの曲げではほとんど起こらず、ふさがった後は急激に起こりやすくなる。

ここで、被加工材４に鋭角ノッチを加工する鋭角ノッチ刃１９について、その具体的な例を挙げると、図３（ａ）に示すように、被加工材４の厚さの８０％となる厚さｔ１５＝０．４とする鋭角ノッチ２０を加工するため、鋭角ノッチ刃１９の角度を６０ｄｅｇとする。

通常、微小な角度の曲げ加工ではスプリングバックの影響が大きく、曲げ角度の精度が低くなる。また、ダイを用いずパンチのみで曲げる場合、曲げ根元位置の精度も低く、曲げ根元のＲがかなり大きくなる。そこで、鋭角ノッチを施すことにより、精度良く微小な角度の曲げ加工を行うことができる。

また、図４（ａ）は本実施の形態２の鋭角ノッチを多段に施した場合の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図を示したものである。第１鋭角ノッチ刃２１，第２鋭角ノッチ刃２２，第３鋭角ノッチ刃２３により、第１鋭角ノッチ２４，第２鋭角ノッチ２５，第３鋭角ノッチ２６が加工される。曲げ工程においてはそれぞれのノッチがふさがるまでの曲げが行われ、曲げ角度，精度が高くできる。また、外面は曲げ部のＲがほぼ一定となり、歪みがないため、製品としての品位が高い。

このように、ノッチの段数，間隔，深さを変えることで様々な形状の加工を自由に行うことができる。例えば、曲げ位置に向かってだんだん間隔が小さくなるような鋭角多段ノッチを施すことで、曲げ位置に向かってだんだんＲが小さくなる形状の製品を作ることが可能である。

（実施の形態３）
図５（ａ）は本発明の実施の形態３における鈍角ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図を示したものである。なお、図５（ａ），（ｂ）では曲げを説明するためにあえて単数の鈍角ノッチを示している。図５（ａ），（ｂ）に示すように、下ダイ２は鈍角ノッチ刃２７を持ち、被加工材４には鈍角ノッチ２８が施される。

こうして施したノッチは図７（ｂ）の単一ノッチの場合に比べて、ノッチによって板厚が減少し、強度の低い範囲が広くなるため、浅いノッチ深さでの曲げが可能となる。その結果、製品の最低板厚が大きくなり、強度を高くできる。また、かなり大きな曲げ角度まで曲げ抵抗が変わらないため、大角度まで容易に曲げることができ、大角度の曲げが必要な製品にも適用可能である。

前述と同様に、被加工材４に鈍角ノッチを加工する鈍角ノッチ刃２７について、その具体的な例を挙げると、図５（ａ）に示すように、被加工材４の厚さの７０％となる厚さｔ１６＝０．３５とする鈍角ノッチ２８を加工するため、鈍角ノッチ刃２７の角度を１２０ｄｅｇとする。また、このダイは刃先の強度が高く、工具が長寿命であるという利点がある。実施の形態２と同様に、この鈍角ノッチも任意のノッチと組み合わせ多段にすることで、より詳細に曲げ半径や形状を制御することが可能になる。

以上のように、前述した周状の内曲げ加工法によれば製品の薄型、軽量化の要求に対し強度の低下を抑えながら精度の高い曲げ加工を実現することができ、特に、便座ボディについては、体重の重い人が乗っても割れたり変形したりしない強度を保ったまま、板材を薄くすることが可能となる。また、ユニバーサルデザインとして、複雑な形状が要求されたときにも、曲げ根元のＲの厳密な制御が実現できる。本実施の形態では、この周状の内曲げ加工方法を用いて、中空円状の板材端の内周あるいは外周を周状に沿って曲げて便座ボディとしている。

便座においては、人体に接する部分であるため、殺菌，消臭，アレルギー対策の目的で様々なコーティングを行うが、加工後に行うことが困難な場合にコーティング済みの材料を用いる場合がある。そこで、曲げ根元のＲが小さい場合にはコーティングが剥がれる危険がある。そのような場合にも曲げ根元のＲを多段ノッチや鈍角ノッチにより制御することで、回避することができる。

本発明に係る板材の曲げ加工方法及びこれにより加工した便座ボディは、ノッチ加工時の深さを浅くしても精度の高い周状に内曲げができ、また、曲げ根元のＲの制御を可能として、製品の割れを防ぐ強度を得ることができ、プレス金型によって周状の内曲げ加工を行う板材の曲げ加工方法により内外周部を周状に沿って内曲げ加工した製品を得るために有用である。

本発明の実施の形態１における（ａ）は多段ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図 実施の形態１における（ａ）はノッチ深さを各々変化させた多段ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図 本発明の実施の形態２における（ａ）は鋭角ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図 実施の形態２における（ａ）はこの鋭角ノッチを多段に施した場合の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図 本発明の実施の形態３における（ａ）は鈍角ノッチ加工の金型の断面図、（ｂ）は曲げ加工後の被加工材の断面図 （ａ）は便座ボディの形状、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’間の断面を示す図 従来の工法による（ａ）はノッチ加工前、（ｂ）はノッチ加工後、（ｃ）は曲げ加工の断面図

符号の説明

１ パンチ
２ 下ダイ
３ 上ダイ
４ 被加工材
５ 第１ダイピース
６ 第２ダイピース
７ 第１ノッチ刃
８ 第２ノッチ刃
９ 第３ノッチ刃
１０ 第１ノッチ
１１ 第２ノッチ
１２ 第３ノッチ
１３，１５ 副ノッチ刃
１４ 主ノッチ刃
１６，１８ 副ノッチ
１７ 主ノッチ
１９ 鋭角ノッチ刃
２０ 鋭角ノッチ
２１ 第１鋭角ノッチ刃
２２ 第２鋭角ノッチ刃
２３ 第３鋭角ノッチ刃
２４ 第１鋭角ノッチ
２５ 第２鋭角ノッチ
２６ 第３鋭角ノッチ
２７ 鈍角ノッチ刃
２８ 鈍角ノッチ
２９ 便座ボディ
３０ 内周内曲げフランジ
３１ 外周内曲げフランジ
３２ ノッチ刃
３３ ノッチ
３４ 曲げパンチ

Claims (8)

1. 板材に深さが異なる複数のノッチを加工するノッチ工程と、前記複数のノッチから最も深さの大きいノッチを中心として前記板材を曲げ加工する曲げ工程とを備えたことを特徴とする板材の曲げ加工方法。
2. 板材に深さが異なる複数のノッチを加工するノッチ工程と、前記複数のノッチから最も深さの大きいノッチを中心として前記板材を曲げ加工する曲げ工程とを備え、
   前記曲げ工程は、前記最も深さの大きいノッチから曲げが始まり、続いて前記複数のノッチのうち前記最も深さの大きいノッチ以外のノッチに曲げを発生させることを特徴とする板材の曲げ加工方法。
3. 前記ノッチ工程は、前記最も深さの大きいノッチ、およびその両側に前記最も深さの大きいノッチよりも深さの小さいノッチを、前記板材に加工することを特徴とする請求項１または２に記載の板材の曲げ加工方法。
4. 前記ノッチ工程は、先端が鋭角なノッチ刃により鋭角ノッチを加工することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板材の曲げ加工方法。
5. 前記ノッチ工程は、先端が鈍角なノッチ刃により鈍角ノッチを加工することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板材の曲げ加工方法。
6. 前記板材は、アルミニウム材またはコーティング済みの材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の板材の曲げ加工方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載した板材の曲げ加工方法により、中空円状の板材端の内周あるいは外周を周状に沿って内曲げ加工したことを特徴とする便座ボディ。
8. 中空円状の板材端の内周あるいは外周を周状に沿って内曲げ加工した曲げ箇所の内側に、深さが異なる複数のノッチを有し、前記曲げ加工は前記複数のノッチから最も深さの大きいノッチを中心として行なわれたことを特徴とする便座ボディ。

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