(57)【要約】【課題】高い加工精度と機械的強度を有し、金属板上に一体に形成された低コストの回動軸と、簡単な工法によってこれを形成する方法を提供する。【解決手段】金属板１をパンチ２と金型３のプレス加工によって半抜きまたは前方押し出しをする第一の工程と、前記第一の工程により得られた突出部４を金型６ａに保持して突出部４の内側からパンチ５を押し込み、後方押し出しによって突出部４を円筒軸状に伸長させる第二の工程と、第二の工程で形成した回動軸７を金型９に保持して金属板１の上面からパンチ８により再度前方押し出しをする第三の工程とにより回動軸７を金属板１に一体に形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板をプレス加工によって半抜きまたは前方押し出しをする第一の工程と、前記第一の工程により押し出された突出部の内側にパンチ金型を押し込んで、前記突出部を前記パンチ金型の押し込みとは逆方向に後方押し出しすることにより円筒軸状に伸長させる第二の工程と、前記円筒軸状に形成された突出部を金型に保持して前記金属板の上面側から再度前方押し出しをする第三の工程とからなる金属板と一体の回動軸の形成方法。
【請求項２】
前記第二の工程は、前記突出部の内側にパンチ金型を押し込んで、前記突出部を前方押し出しによって円筒軸状に伸長させる請求項１に記載の回動軸の形成方法。
【請求項３】
前記第二の工程は、前記回動軸の円筒軸状部分の肉厚が前記金属板の板厚の３分の１以上になるように押し出し形成する請求項１または請求項２に記載の回動軸の形成方法。
【請求項４】
前記第一の工程乃至第三の工程において用いる保持金型の内周上端に丸みを付け、前記金属板から立ち上がる円筒軸の基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径を有するコーナーアールを設ける請求項１または請求項２に記載の回動軸の形成方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の方法で金属板に押し出し形成され、円筒軸状部分は前記金属板の板厚の３分の１以上の肉厚と、基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径のコーナーアールを有した金属板と一体の回動軸。
【請求項６】
請求項５に記載の回動軸をヒンジピンとして加熱庫の扉を開閉自在に軸支した加熱調理機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回動軸とその形成方法に関し、特に機械的強度と耐久性が要求される開閉扉用に利用され、金属板に一体の回動軸を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
開閉扉を回動自在に保持する軸を金属板に設ける場合、従来は別工程によって加工された軸をカシメやスポット溶接によって固定していた。そのようにして作成される回動軸の例を以下に説明する。
【０００３】
図４は、従来のカシメ工法により金属板に固定した軸を示す図である。先ず金属板１０に軸１１を固定するための穴を加工し、別工程で加工した軸１１を圧入によりカシメ固定する。また図５は従来のスポット溶接により金属板に固定した軸を示す断面図である。この工法も別工程で加工した軸１３を金属板１２にスポット溶接によって固着する。また図６は切り起こしにより形成した軸を示す斜視図である。この工法は、金属板１４をプレスにより切り起こして軸１５を形成するものである。
【０００４】
さらにプレス加工を利用するものとして図７に示す工法がある。この方法は、図７（Ａ）〜７（Ｃ）に示すように、金属板１６を金型１７上に載置し、パンチ１８によって半抜きまたは前方押し出しをする第一の工程と、第一の工程により得られた半抜き部にパンチ２０を押し込んで突出部１９を前記パンチ１８の押し込みとは逆方向に後方押し出しして円筒軸状に伸長させる第二の工程とからなる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２２９６１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のカシメ工法やスポット溶接による形成方法は、軸を別工程で作成した後に軸を固定する作業が必要であり、加工コストが高くなってしまう。またカシメにより固定する場合、加工精度やカシメ圧力のばらつき等によって、金属板が変形する、金属板に対する軸の固定角度や寸法がばらつく、固定強度が一定しないといった問題が生じた。さらにスポット溶接によって固定する場合にも、固定強度がばらついて十分な強度が得られないという問題を有していた。
【０００７】
また、切り起こしによって軸を形成するものは、軸が方形の断面形状であるため軸受側との摩擦が大きくかつ強度も十分でないという問題があり、この軸部を円柱形にするにはさらに別な加工を必要とするため加工コストが高くなるという問題を有する。
【０００８】
さらに、図７に示す工法では、寸法精度や加工の容易さの点では有利なものの、一般家庭用加熱調理機等の開閉扉用として使用される小型の回動軸を形成する場合においては、加工割れを生じさせずに必要な軸部の長さを確保することが困難であり、また特に使用頻度の激しい機器の回動軸に要求される高レベルの強度と耐久性には十分な満足が得られにくいという課題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、高い加工精度と機械的強度を有する低コストの回動軸と、これを簡単な工法によって金属板上に一体に形成する方法を提供するものである。
【００１０】
すなわち本発明は、金属板をプレス加工によって半抜きまたは前方押し出しをする第一の工程と、前記第一の工程により得られた突出部の内側にパンチ金型を押し込んで、この突出部をパンチ金型の押し込みとは逆方向に後方押し出しすることにより円筒軸状に伸長させる第二の工程と、前記突出部から形成された円筒状の軸側を金型に保持して前記金属板の上面側から再度前方押し出しをする第三の工程とからなる回動軸の形成方法である。
【００１１】
また前記第二の工程は、金型に保持された前記金属板の突出部の内側にパンチ金型を押し込み、この突出部を前方押し出しして円筒軸状に伸長させることによっても回動軸の形成は可能である。
【００１２】
さらに前記第二の工程において押し出し形成する軸の円筒部分の肉厚を前記金属板の板厚の３分の１以上とすることによって、回動軸に加わる応力を軽減する。
【００１３】
また、前記第一の工程乃至第三の工程において使用する保持金型は、内周上端に丸みを持たせ、円筒状の軸が金属板から立ち上がる基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径を有するコーナーアールを設けることによって回動軸に加わる応力をさらに軽減することができる。
【００１４】
また本発明の回動軸においては、円筒軸状部分が前記金属板の板厚の３分の１以上の肉厚を有し、その基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径のコーナーアールを有して金属板と一体に形成されたものである。この回動軸は、その強度と耐久性の視点から特に一般家庭用の加熱調理機の加熱庫の扉を開閉自在に軸支するヒンジピンとして有効に使用できる。
【００１５】
以上のように本発明の方法によれば、金属板をプレス加工によって前方押し出しして突出部を形成し、前記第一の工程により得られた突出部の内側にパンチ金型を押し込んで、前記突出部を前記パンチ金型の押し込みとは逆方向に後方押し出しすることにより円筒軸状に伸長させた後に、この円筒状の軸側を金型に保持して金属板の上面側から再度前方押し出しをすることにより回動軸を形成するので、各部の寸法が精度よく確保された軸を一連のプレス工程において金属板に一体的に構成することができる。
【００１６】
また、突出部を円筒軸状に伸長させる工程は、金型に保持された前記金属板の突出部の内側からパンチ金型で前方押し出しすることによっても加工でき、上記と同様の精度を確保することが可能である。
【００１７】
そして、形成する回動軸の円筒部分の肉厚を金属板の板厚の３分の１以上とすることによって回動軸に加わる応力を軽減し、また併せて回動軸の基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径を有するコーナーアールを設けることによっても回動軸に加わる応力をさらに軽減することができるので、開閉頻度の激しい機器の扉用ヒンジに使用しても十分な耐久性を保証することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係わる回動軸の形成方法について添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１（Ａ）〜１（Ｄ）は、本実施の形態による回動軸の形成工程の一連の流れを示す図である。図１（Ａ）〜１（Ｄ）において、符号１は回動軸を形成しようとする金属板、２はプレス加工によって金属板１を半抜きまたは前方に押し出すためのパンチ、３はプレスにて金属板１を半抜きまたは前方押し出しを行うためにパンチと共に用いる金型である。また符号４は、半抜きまたは前方押し出しによって形成された金属板１の突出部、５は突出部４の金属材料を後方押し出しにより伸長させるためのパンチ、６ａはパンチ５と共に用いて前記突出部４を後方押し出しするための金型、７はこの後方押し出しにより形成された回動軸、８は軸７部分の周囲を補強するために再度前方押し出しするためのパンチ、９はパンチ８と共に用いる金型である。
【００２０】
上述の構成において、金属板１に一体の回動軸は次のように形成される。まず軸７を形成するために必要な体積の材料をプレスによりパンチ２を用いて半抜きまたは前方押し出しする。次にこの半抜きまたは前方に押し出された突出部４を、パンチ５と金型６ａを用いて後方から押し出しを行って軸７を形成する。その後この軸７側を金型９に保持して、パンチ８を用いて金属板１の上面側から再び前方押し出しを行って軸７の形成を完了する。
【００２１】
上述した一連の工程において、第一の前方押し出し工程では、軸７の形成に必要な体積の材料を前方押し出しによって金属板１の裏面から突出させる必要がある。この工程で使用する金型３は、筒状の中空部内周の上端に、加工する金属板の板厚の５分の１以上の半径のアールを有し、その内径は形成する軸７の直径よりもやや小さい寸法として、押し出された突出部４が次工程において金型６ａの中空部内にスムースに入り込める寸法に設定する。またパンチ１の直径と押し込みストロークは軸７の高さと肉厚によって決定する。ただしパンチで押し込む過程で生じる材料の逃げのため、パンチが押し込む材料の体積がそのまま材料の突出体積とはならないことも考慮に入れる必要がある。
【００２２】
次に、第一の半抜きまたは前方押し出し工程で得られた突出部４を金型６ａにはめ込み、突出部４の内側（図の上部）からパンチ５を押し込んで圧縮してゆく後方押し出しにより軸７を形成する。この金型６ａの中空部の内径は形成する軸７の直径と等しいものとし、その中空部内周の上端には金型３と同様に半径が金属板１の板厚の５分の１以上のアールを設けている。パンチ５は、金型６ａとの組み合わせによって軸７の肉厚を決定する直径を有し、その先端は押し潰されてゆく材料の流れをスムースにするようにテーパ状とする。なおこの工程では、軸７が形成されてゆくに伴って金属板１が金型６ａの上面から浮き上がるので、金属板１をストッパーで押さえてはならない。
【００２３】
この第二の押し出し工程では、突出部４を後方押し出しする工法が好ましいが、これに代えて前記金属板１を図２に示すように金型６ｂに保持し、パンチ５を押し込んでゆく前方押し出しによってもほぼ同様の好結果を得ることができる。
【００２４】
前記第二の押し出し工程で得られた軸７を金型９にはめ込み、パンチ８を用いてさらに半抜き状に前方に押し出す。この第三の押し出し工程は軸７の基底部に肉寄せを行って強度を補強するものである。
【００２５】
本発明による回動軸の評価のために、金属板１の板厚を２ｍｍとし、回動軸７の外径を４ｍｍ、４．５ｍｍ、５ｍｍの３種類、軸７の基底部の厚みを０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍの３種類、円筒部分の肉厚を０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍの３種類、基底部周囲のコーナーアールの半径を０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの３種類に設定して、軸７の側面に３５ｋｇｆの加重を加えた際の応力を測定した。
【００２６】
この評価の結果を図３に示す。この図から分かるように、回動軸の外径と基底部の厚みの増加においては加わる応力の値に大きな変化をもたらさないが、円筒軸部分の肉厚と基底部周囲のコーナーアールを変化させることで回動軸に加わる応力を大きく改善することが可能になる。これらの測定から導かれる結論は、回動軸の円筒軸部分の肉厚を金属板の板厚の３分の１以上とすること、及び回動軸の基底部周囲のコーナーアールを金属板の板厚の５分の１以上とすることである。特に本発明の形成方法は、板厚１．６〜２．６ｍｍの金属板に直径３〜６ｍｍの小型の回動軸を一体に加工する場合に好適である。
【００２７】
このようにして形成した回動軸は、その優れた機械的強度により、使用頻度の激しい機器の開閉扉用のヒンジとしての利用に適している。また、回動軸と一体化している金属板をスポット溶接、又はねじ孔を設けることによってこれをそのまま機器本体に固定することが可能であり、各種の機器用の低コストのヒンジ部品等に利用できる。特に電子レンジ等のように安全性が重視され、認証規格で１０万回〜２０万回の開閉耐久性の保証が要求される機器においてその性能をより有効に発揮することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明のように請求項１に記載の発明は、第一の工程で金属板をプレス加工により前方押し出しをして突出部を形成し、前記第一の工程により得られた突出部の内側にパンチ金型を押し込んで前記突出部を前記パンチ金型の押し込みとは逆方向に後方押し出しする第二の工程により突出部を円筒軸状に伸長させ、その後第三の工程において、第二の工程で形成された円筒状の回動軸を金型に保持して半抜き部側から再度前方押し出しをすることにより回動軸を金属板に一体的に形成するので、各部の寸法が精度よく確保され、かつ回動軸の基底部周囲の強度を十分に確保した回動軸を、一連のプレス工程によって容易に加工することができる。
【００２９】
また、請求項２に記載の発明は、突出部を円筒軸状に伸長させる前記第二の工程を前方押し出しによって行うもので、後方押し出しによって回動軸を形成する場合と同様の効果を提供することができる。
【００３０】
そして、請求項３と４に記載の発明は、形成する回動軸の円筒部分の肉厚を金属板の板厚の３分の１以上とし、また併せて回動軸の基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径を有するコーナーアールを設けることによって回動軸に加わる応力を大きく軽減することができる。
【００３１】
また、請求項５に記載の発明は、円筒軸状部分が前記金属板の板厚の３分の１以上の肉厚を有し、その基底部周囲に前記金属板の板厚の５分の１以上の半径のコーナーアールを有して金属板と一体に形成された回動軸であり、この回動軸は金属板と一体に形成されるので加熱調理機器等の本体への固定が容易であり、低コストのヒンジピンとして加熱庫の扉を開閉自在に軸支した場合に十分な強度と耐久性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる回動軸の形成工程の一連の流れを示す図
【図２】本発明の実施の形態による回動軸の別な形成工程を示す図
【図３】本発明の実施の形態による回動軸に加わる応力の評価結果を示す図
【図４】従来のカシメ工法により金属板に固定した軸を示す断面図
【図５】従来のスポット溶接により金属板に固定した軸を示す断面図
【図６】切り起こしにより形成した従来の軸を示す斜視図
【図７】従来のプレス加工による回動軸の形成工程の一連の流れを示す図
【符号の説明】
１  金属板
２  パンチ
３  金型
４  突出部
５  パンチ
６ａ、６ｂ  金型
７  回動軸
８  パンチ
９  金型
１０  金属板
１１  回動軸
１２  金属板
１３  回動軸
１４  金属板
１５  回動軸
１６  金属板
１７  金型
１８  パンチ
１９  突出部
２０  パンチ
２１  金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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