(57)【要約】【課題】  塑性変形を利用してピンを基材に確実に固定できる、ピンの固定方法を提供する。【解決手段】  伸張端の一方に概ね垂直にフランジ（１０１ｂ）が設けられると共に周囲に凹部（１０１ｃ）が設けられた棒状のピン（１０１）を、フランジ（１０１ｂ）を基材（１０２）に当接して基材（１０２）に設けられた貫通孔に挿入させた状態で、基材（１０２）と凹部（１０１ｃ）とに当接させた固定部材（１０３）を塑性変形させて凹部（１０１ｃ）に充填させて、ピン（１０１）を基材（１０２）に固定する方法であって、前記固定部材（１０３）に前記ピン（１０１）の伸長方向に概ね平行なプレス力を伝えて前記ピン（１０１）を塑性変形させる工程と、前記加圧工程により加圧された前記固定部材（１０３）に前記ピン（１０１）の方向に変形規制力を加える工程とを有する。【選択図】  図２ 
2005074482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸張端の一方に概ね垂直にフランジが設けられると共に周囲に凹部が設けられた棒状のピンを、フランジを基材に当接して基材に設けられた貫通孔に挿入させた状態で、基材と凹部とに当接させた固定部材を塑性変形させて凹部に充填させて、ピンを基材に固定させるプレス装置であって、
前記ピンの伸張方向に概ね垂直な面で規定され、前記固定部材に前記ピンの伸長方向に概ね平行な方向にプレス力を伝えて前記ピンの伸長方向に概ね平行に塑性変形させる第１の加圧手段と、
前記ピンの伸長方向に概ね平行な面で規定され、前記ピンの遠心方向への前記固定部材の塑性変形を阻止する変形規制手段とを備えるプレス装置。
【請求項２】
前記第１の加圧手段と前記変形規制手段とは、一体の金型であることを特徴とする、請求項１に記載のプレス装置。
【請求項３】
前記第１の加圧手段と前記変形規制手段とは、それぞれ別の金型であることを特徴とする、請求項１に記載のプレス装置。
【請求項４】
伸張端の一方に概ね垂直にフランジが設けられると共に周囲に凹部が設けられた棒状のピンを、フランジを基材に当接して基材に設けられた貫通孔に挿入させた状態で、基材と凹部とに当接させた固定部材を塑性変形させて凹部に充填させて、ピンを基材に固定させるプレス装置であって、
前記ピンの伸張方向に概ね垂直な面で規定され、前記固定部材に前記ピンの伸長方向に概ね平行なプレス力を伝えて前記ピンの伸長方向に概ね平行に塑性変形させる第１の加圧手段と、
前記ピンの伸長方向に対して所定の角度を有する第２の加圧面で規定され、前記固定部材に前記プレス力を前記ピンの伸長方向に概ね平行な方向と垂直な方向に伝えて前記固定部材を前記ピンの方向に塑性変形させる第２の加圧手段とを備えるプレス装置。
【請求項５】
前記第１の加圧手段と前記第２の加圧手段とは、一体的に形成された金型であることを特徴とする、請求項４に記載のプレス装置。
【請求項６】
前記金型は、前記軸部でガイドされることを特徴とする、前記請求項２、３、または５のいずれかに記載の金型。
【請求項７】
伸張端の一方に概ね垂直にフランジが設けられると共に周囲に凹部が設けられた棒状のピンを、フランジを基材に当接して基材に設けられた貫通孔に挿入させた状態で、基材と凹部とに当接させた固定部材を塑性変形させて凹部に充填させて、ピンを基材に固定する方法であって、
前記固定部材に前記ピンの伸長方向に概ね平行なプレス力を伝えて前記ピンを塑性変形させる工程と、
前記加圧工程により加圧された前記固定部材に前記ピンの方向に変形規制力を加える工程とを有するピンの固定方法。
【請求項８】
前記変形規制力は、前記固定部材をピンの遠心方向に塑性変形させる力を打ち消す力であることを特徴とする、請求項７に記載のピンの固定方法。
【請求項９】
前記変形規制力は、前記プレス力によって前記固定部材をピンの方向に塑性変形させる力であることを特徴とする、請求項７に記載のピンの固定方法。
【請求項１０】
前記固定部材は、前記基材と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のピンの固定方法。
【請求項１１】
前記固定部材は、前記基材がバーリング加工されることにより形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のピンの固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品を基材に固定する方法に関し、より特定的にはピンを板状の基材に固定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピンを基材に固定する方法として、一端にフランジを有するピンに基材と塑性変形する固定部材とを貫装し、当該固定部材をプレス加工により塑性変形させてピンに固定することにより、ピンを基材に固定する方法が知られている。
【０００３】
図２０、図２１、図２２および図２３を参照して、従来のピンの固定方法について説明する。図２０は、当該固定方法を実施される前のピン７０１、基材７０２、およびワッシャ７０３、並びにワッシャ７０３を塑性変形させるためのパンチ７０４、および治具７０５の断面を示す。図２１は、図２０に示した範囲Ｅを拡大して、ワッシャ７０３を塑性変形させる工程を順に示したものである。なお、図の明瞭性を確保するため、治具７０５は省略した。同図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、ワッシャ７０３の変形前、変形途中、変形完了後の状態を示す。図２２は、ワッシャ７０３を塑性変形させるときに働く力を模式的に示す。図２３は、ピン７０１が基材７０２に固定された状態を示す。
【０００４】
図２０に示された、ピン７０１は、棒状の軸部７０１ａ、および軸部７０１ａの一端に設けられるフランジ部７０１ｂを有する。なお、軸部７０１ａの外周面には凹部７０１ｃが設けられている。凹部７０１ｃは、フランジ部と概ね平行な環状の溝である。凹部７０１ｃは、フランジ部７０１ｂから基材７０２の厚さだけ離れた位置に設定される。
【０００５】
基材７０２は、軸部７０１ａを挿入可能であり且つ軸部７０１ａの軸方向からみた断面と略同一の形状の貫通孔を有する板材である。
【０００６】
ワッシャ７０３は、軸部７０１ａを挿入可能であり且つ軸部７０１ａの軸方向からみた断面と略同一の形状の貫通孔を有する円盤状の板材である。ワッシャ７０３は、プレス加工によって塑性変形し、変形部が凹部７０１ｃに充填されることによりピン７０１に固定される。その結果。ピン７０１は、基材７０２に固定される。
【０００７】
パンチ７０４は、ワッシャ７０３を加圧して塑性変形させるための治具であり、プレス方向Ｐに略平行な貫通孔、および当該貫通孔の端部にプレス方向Ｐに対して略垂直な加圧面７０４ａが形成されている。治具７０５は、ピン７０１をプレス方向に動かないように支持する治具である。
【０００８】
ピン７０１は、基材７０２に以下の方法で固定される。ピンの軸部７０１ａを基材７０２およびワッシャ７０３の順にそれぞれの貫通孔に挿入する。次に、パンチ７０４の加圧面７０４ａがワッシャ７０３に接するように軸部７０１ａに貫装し、フランジ７０１ｂに治具７０５を載置する。そして、パンチ７０４をプレス方向Ｐに移動させ、ワッシャ７０３を加圧して塑性変形させる。
【０００９】
次に、図２１を参照して、ワッシャ７０３を塑性変形させる工程を詳細に説明する。同図において、プレス開始位置Ｐｓは、加圧面７０４ａがワッシャ７０３に接した状態の加圧面７０４ａの位置である。プレス終了位置Ｐ２は、パンチ７０４を所定の距離だけ移動させて、パンチ７０４によるプレス加工が終了した状態の加圧面７０４ａの位置である。プレス中間位置Ｐ１は、プレス開始位置Ｐｓとプレス終了位置Ｐ２との中間の位置をであ
る。
【００１０】
図２１（ａ）は、加圧面７０４ａがプレス開始位置Ｐｓに位置しており、ワッシャ７０３に当接した状態を示す。加圧面７０４ａが、プレス開始位置Ｐｓからプレス方向Ｐに移動することにより、ワッシャ７０３を加圧して塑性変形させる。
【００１１】
図２１（ｂ）に示すように、加圧面７０４ａがプレス中間位置Ｐ１まで移動すると、加圧面７０４ａによって加圧された部分のワッシャ７０３、プレス開始位置Ｐｓとプレス中間位置Ｐ１の差分だけ圧縮される。
【００１２】
図２２を参照して、ワッシャ７０３を塑性変形させる力について説明する。ワッシャ７０３は、パンチ７０４によってプレス力Ｆ１で加圧される。ワッシャ７０３の内周面および外周面は、パンチ７０４によって圧縮された結果、加圧されていない方向に向かって膨張するように変形しようとする。このため、ワッシャ７０３の内部では、内周方向および外周外周方向に変形させようとする力（以下、変形力）Ｆｉｏが発生する。変形力Ｆｉｏに対してワッシャ７０３の外周方向への変形に対する変形抵抗（以下、外周変形抵抗）Ｒｏおよび内周方向への変形に対する変形抵抗（以下、内周変形抵抗）Ｒｉが抵抗力として作用する。
【００１３】
変形力Ｆｉｏは、ワッシャ７０３に加えられる外力であるプレス力Ｆ１によって与えられ、摩擦抵抗や熱による力の損失を無視すれば、その大きさは、プレス力Ｆ１と同一である。変形力Ｆｉｏは、それぞれ内周変形抵抗Ｒｉおよび外周変形抵抗Ｒｏの大きさに応じて内周方向および外周方向に分力される。このため、ワッシャ１０３の内周面を変形させる力は、ワッシャ１０３の外周面を変形させる力だけＦ１よりも小さい。
【００１４】
なお、加圧面７０４は、ワッシャ７０３の内周側のみを圧縮しており、外周変形抵抗Ｒｏは、内周変形抵抗Ｒｉよりも大きくなる。これにより、ワッシャ７０３の内周面を変形させる力を外周面を変形させる力よりも相対的に大きくしている。
【００１５】
図２１（ｃ）に示すように、パンチ加圧面７０４ａがプレス終了位置Ｐ２まで移動すると、ワッシャ７０３の変形が終了する。ワッシャ７０３は、パンチ７０４の移動に伴ってさらに圧縮される。その結果、ワッシャ７０３はさらに変形され、凹部７０１ｃにワッシャ材が充填される。
【００１６】
図２３は、上記の方法によって互いに固定されたピン７０１、基材７０２、およびワッシャ７０３の形状を示す側断面図である。ピン７０１の凹部７０１ｃにワッシャ材が充填され、ワッシャ７０３は、凹部７０１ｃに固定される。これにより、ピン７０１が基材７０２に固定される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９２９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように、プレス力Ｆ１を加えられることによりワッシャ７０３に発生した変形力Ｆｉｏは、ワッシャ７０３の内周方向および外周方向に分力されて、ワッシャ７０３の内周面および外周面を変形させる。内周面が変形した結果、凹部７０１ｃにワッシャ材が充填される。しかしながら、変形力Ｆｉｏが内周方向および外周方向にそれぞれ分力される力の割合は、積極的に規制されておらず、ワッシャの材質や形状等のばらつきによって、ばらつく。ワッシャ７０３の外周面を変形させる力が大きい場合には、内周面を変形させる力が小さくなり、凹部７０１ｃへ充填されるワッシャ材の量が減少する。
【００１８】
凹部１０１ｃに十分な量のワッシャ材が充填されない場合は、図１８（ｃ）に示すように、凹部１０１ｃに充填されたワッシャ７０３変形部と凹部１０１ｃとの間に、軸方向の間隙Ｇｓおよび半径方向の間隙Ｇｒが生じる。ワッシャ７０３と凹部１０１ｃとの間に間隙が存在すると、ワッシャ１０３とピン１０１との間にがたが生じ、ワッシャ７０３をピン７０１に対して固定できない。その結果、ピン７０１を基材７０２に固定することができない。
【００１９】
それゆえに、本発明は、塑性変形を利用してピンを基材に確実に固定できる、ピンの固定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
伸張端の一方に概ね垂直にフランジが設けられると共に周囲に凹部が設けられた棒状のピンを、フランジを基材に当接して基材に設けられた貫通孔に挿入させた状態で、基材と凹部とに当接させた固定部材を塑性変形させて凹部に充填させて、ピンを基材に固定させるプレス装置であって、ピンの伸張方向に概ね垂直な面で規定され、固定部材にピンの伸長方向に概ね平行な方向にプレス力を伝えてピンの伸長方向に概ね平行に塑性変形させる第１の加圧手段と、ピンの伸長方向に概ね平行な面で規定され、ピンの遠心方向への前記固定部材の塑性変形を阻止する変形規制手段とを備える。
【００２１】
なお、上記の変形規制手段に代えて、ピンの伸長方向に対して所定の角度を有する第２の加圧面で規定され、前記固定部材にプレス力をピンの伸長方向に概ね平行な方向と垂直な方向に伝えて固定部材をピンの方向に塑性変形させる第２の加圧手段を備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るプレス装置は、基材と周囲に凹部を設けたピンとに当接させた固定部材を、ピンの伸張方向に平行なプレス力を加えて塑性変形させるとともにピンの遠心方向への塑性変形を阻止する。これにより、固定部材に加えられたプレス力は、何ら変形が規制されていない凹部に固定部材を塑性変形させる力として作用するため、固定部材が凹部に確実に充填される。従って、ピンを基材に確実に固定できる。
【００２３】
また、プレス力をプレス方向に対して所定の角度を有する面を用いて伝えることにより、プレス力をプレス方向に垂直な方向にも伝え固定部材をピンの方向に塑性変形させる。これにより、プレス方向に加えられたプレス力は、固定部材をピンの方向に積極的に塑性変形させる力として作用するため、固定部材が凹部に確実に充填される。従って、ピンを基材に確実に充填できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１、図２、図３、図４および図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るピンの固定方法について説明する。図１は、本実施の形態において用いられるピン１０１、基材１０２、ワッシャ１０３、パンチ１０４および治具１０５の側断面図である。図２は、図１中の範囲Ａを拡大して、ワッシャ１０３を変形させる工程を順に示したものである。同図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、ワッシャ１０３の変形前、変形途中、変形完了後の状態を示す。なお、図の明瞭性を確保するため、治具１０５は省略した。図３は、プレス工程においてワッシャ１０３に作用する力を模式的に示す。図４は、ワッシャ
１０３の内周面を塑性変形させる力を模式的に示す。図５は、ピン１０１が基材１０２に固定された状態を示す。
【００２５】
図１に示された、ピン１０１は、棒状の軸部１０１ａ、および軸部１０１ａの一端に設けられるフランジ部１０１ｂを有する。なお、軸部１０１ａの外周面には凹部１０１ｃが設けられている。凹部１０１ｃは、フランジ部と概ね平行な環状の溝である。凹部１０１ｃは、フランジ部１０１ｂから基材１０２の厚さだけ離れた位置に設けられる。
【００２６】
軸部１０１ａは、加工が簡単なため好ましくは円柱であるが、多角柱などであってもよい。
【００２７】
本実施の形態においては、凹部１０１ｃの断面は、矩形であるが、その断面形状は特に限定されない。凹部１０１ｃは、好ましくは環状の溝であるが、不連続に設けられた１つ以上の溝であってもよい。
【００２８】
基材１０２は、ピン７０１を固定する位置に軸部１０１ａが挿入可能な貫通孔を設けられた板材である。
【００２９】
ワッシャ１０３は、ピン１０１を基材１０２に固定するための固定部材である。ワッシャ１０３は、軸部１０１ａが挿入可能な貫通孔を有する円盤状の板材である。ワッシャ１０３は、プレスされることによって塑性変形し、変形部が凹部１０１ｃに充填されることによりピン１０１に固定され、その結果、ピン１０１が基材１０２に固定される。なお、本実施の形態においては、固定部材として円盤状の板材であるワッシャ１０３を用いるが、例えばブロック状の部材であっても良く、その形状は特に限定されない。ワッシャ１０３の材料は、典型的には、鉄、アルミニウム、亜鉛、スズ、および銅などの金属材料であるが、塑性変形するものならば特に限定されない。
【００３０】
パンチ１０４は、ワッシャ１０３をプレスして塑性変形させるための治具である。パンチ１０４は、プレス方向に略平行な貫通孔が設けられた円盤状に形成されている。貫通孔の内部には、プレス方向Ｐに対して略垂直な環状の加圧面１０４ａが設けられている。パンチ１０４のプレス方向前方の端から少なくとも加圧面１０４ａまでの孔の内径はワッシャ１０３の外径と略同一であり、その内壁面として外周変形規制面１０４ｂが形成されている。加圧面１０４ａよりプレス方向後方の貫通孔の内径は、軸部１０１ａが挿入可能に形成されている。
【００３１】
治具１０５は、ピン１０１をプレス方向に動かないように支持する治具である。
【００３２】
図２を参照して、ワッシャ１０３が塑性変形する過程を詳細に説明する。同図において、ワッシャ１０３に接した状態のパンチ１０４の加圧面１０４ａの位置をプレス開始位置Ｐｓとする。この状態からパンチ１０４をプレス方向Ｐに移動させて、ワッシャ１０３の塑性変形を開始する。プレス終了位置Ｐ２は、パンチ１０４を所定の距離だけ移動させて、ワッシャ１０３の塑性変形が終了した状態の加圧面１０４ａの位置であり。プレス中間位置Ｐ１は、プレス開始位置Ｐｓとプレス終了位置Ｐ２との中間の位置を示す。
【００３３】
図２（ａ）は、加圧面１０４ａがプレス開始位置Ｐｓに位置しており、ワッシャ１０３に当接した状態を示す。加圧面１０４ａが、プレス開始位置Ｐｓからプレス方向Ｐに移動することにより、ワッシャ１０３を圧縮して塑性変形させる。
【００３４】
図２（ｂ）は、パンチ加圧面１０４ａがプレス中間位置Ｐ１まで移動したワッシャ１０３の変形途中の状態を示す。ワッシャ１０３は、パンチ加圧面１０４ａからＦｌの力で加
圧され、パンチ１０４の移動に伴って、加圧された部分の厚みがパンチ加圧面１０４ａの位置ＰｓとＰ１の差分だけ圧縮される。
【００３５】
図３を参照して、塑性変形する過程においてワッシャ１０３に働く力について説明する。ワッシャ１０３は、パンチ１０４によってプレス力Ｆｌで加圧される。このとき、パンチ１０４によって圧縮された体積だけ、ワッシャ１０３は加圧されていない方向に膨張するように塑性変形しようとする。このため、ワッシャ１０３の内部では、ワッシャ１０３を内周方向および外周外周方向に変形させようとする変形力Ｆｉｏが発生する。
【００３６】
変形力Ｆｉｏによる外周方向へ塑性変形させようとする力に対して、ワッシャ１０３の外周方向への変形に対する変形抵抗（以下、外周変形抵抗）Ｒｏ、および外周変形規制面１０４ｂが外周方向への変形を規制する力（以下、外周変形規制力）Ｆｒが反対向きに作用する。外周変形規制力Ｆｒは、ワッシャ１０３の外周面が外周方向に変形しようとして外周変形規制面１０４ｂに対して加圧すると、その反作用として外周変形規制面１０４ｂからワッシャ１０３の外周面に対して加えられる力である。
【００３７】
ワッシャ１０３の外周方向への塑性変形が規制されているため、変形力Ｆｉｏは、ワッシャ１０３の内周方向にのみ作用する。変形力Ｆｉｏによる内周方向へ塑性変形させようとする力に対して、内周変形抵抗Ｒｉが反対向きに作用する。変形力Ｆｉｏは、ワッシャ１０３に加えられる外力であるプレス力Ｆ１によって与えられ、摩擦抵抗や摩擦熱による損失を無視すれば、その大きさは、プレス力Ｆ１と同一である。
【００３８】
つまり、図４に示すように、プレス力Ｆ１に相当する大きさの力がワッシャ１０３の内周面を内周方向に変形させる力として作用する。このためワッシャ１０３の内周面は、プレス力Ｆ１と内周変形抵抗Ｒｉとの差分に相当する力によって内周方向に塑性変形される。
【００３９】
図２（ｃ）は、パンチ加圧面１０４ａがプレス終了位置Ｐ２まで移動したワッシャ１０３の状態を示す。ワッシャ１０３は、パンチ１０４の移動に伴って、さらに塑性変形し、凹部１０１ｃにワッシャ材が充填される。
【００４０】
また、ワッシャ１０３の塑性変形を体積の観点から述べれば、加圧面１０４ａによって圧縮された体積だけ、ワッシャ１０３の加圧されていない部分が膨張する。ワッシャ１０３の外周面の変形は外周変形規制面１０４ｂによって規制されているため、ワッシャ１０３の内周面が、加圧面１０４ａによって圧縮された体積と概ね同一の体積だけ膨張して、凹部１０１ｃに充填される。
【００４１】
この結果、図５に示すように、内周面の変形部は凹部１０１ｃに充填され、ワッシャ材が凹部１０１ｃに十分に充填される。
【００４２】
以上のように、本実施の形態に係るピンの固定方法によれば、ワッシャをプレス方向に圧縮することにより、ワッシャを内周方向および外周方向に変形させる力が発生する。ワッシャの外周面を外周方向へ変形させる力は、パンチに設けた外周変形規制面によって与えられる変形規制力によってキャンセルされる。このため、ワッシャの外周面の変形が規制され、プレス加工によってワッシャに加えられた力に応じて、ワッシャの内周面は変形される。これにより、ワッシャ材がピンの凹部に十分に充填され、その結果、ピンをと基材に確実に固定できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、ワッシャの内周側のみを圧縮することとしているが、本実施の形態に係るピンの固定方法では、ワッシャの外周面の変形をパンチで規制するため、ワ
ッシャの全面を圧縮することとしてもよい。
【００４４】
また、パンチ１０４に外周変形規制面１０４ｂを設ける代わりに、外周変形規制面１０４ｂを設けた別の工具を用いることとしてもよい。この場合、外周変形規制面１０４ｂを設けた工具をワッシャ１０３の外周面に当接させた状態で、加圧面１０４ａでワッシャ１０３をプレスする。これにより、プレス開始時からワッシャ１０３の外周面全体を覆うことができ、ワッシャ１０３の外周面全体の変形をプレス開始時から規制することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
前述の第１の実施の形態では、ワッシャ１０３の外周方向への変形を規制することにより、ワッシャ１０３の外周面を外周方向に変形させようとする力に対して消極的に反作用である変形規制力Ｆｒをワッシャ１０３の外周面に加える。これに対して本発明の第２の実施の形態は、ワッシャ１０３をプレス方向に圧縮する力Ｆ１を加えると同時に、ワッシャ１０３の外周面に対して内周方向への力を積極的に加えるものである。このため、前述の第１の実施の形態におけるパンチ１０４がパンチ２０４に変更される。なお、第１の実施の形態と同一の要素については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図６、図７、図８、図９および図１０を参照して、本実施の形態に係るピンの固定方法について説明する。図６は、本実施の形態において用いられるピン１０１、基材１０２、ワッシャ１０３、パンチ２０４および治具１０５の側断面図である。図７は、パンチ２０４の拡大図である。図８は、図６中の範囲Ｂを拡大して、ワッシャ１０３を変形させる工程を順に示したものである。同図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、ワッシャ１０３の変形前、変形途中、変形完了後の状態を示す。なお、図の明瞭性を確保するため、治具１０５は省略した。図９は、ワッシャ１０３を塑性変形させるときに働く力を模式的に示す。図１０は、ワッシャ１０３の内周面を塑性変形させる力を模式的に示す。
【００４７】
図６に示されたパンチ２０４は、第１の実施の形態におけるパンチ１０４の外周変形規制面をプレスの進行方向に向かって広がるテーパ状に形成した外周加圧面２０４ｂとしたものである。なおパンチ２０４には、パンチ１０４の加圧面１０４ａと同一の加圧面２０４ａが設けられている。図７に示すように、外周加圧面２０４ｂは、プレス方向に向かって角度θのテーパ状に形成されている。
【００４８】
なお、上記の角度θは、パンチ２０４がワッシャ１０３にプレス力を伝えることによって、ワッシャ１０３の外周面を内周方向に塑性変形させるように、実験等によって決められる。
【００４９】
図８を参照して、ワッシャ１０３が塑性変形する過程を詳細に説明する。同図において、ワッシャ１０３に接した状態の加圧面２０４ａの位置をプレス開始位置Ｐｓとする。プレス終了位置Ｐ２は、パンチ２０４を所定の距離だけ移動させて、ワッシャ１０３の塑性変形が終了した状態の加圧面２０４ａの位置であり。プレス中間位置Ｐ１は、プレス開始位置Ｐｓとプレス終了位置Ｐ２との中間の位置を示す。
【００５０】
図８（ａ）は、加圧面２０４ａがプレス開始位置Ｐｓに位置しており、ワッシャ１０３に当接した状態を示す。加圧面２０４ａが、プレス開始位置Ｐｓからプレス方向Ｐに移動することにより、ワッシャ１０３を圧縮して塑性変形させる。
【００５１】
図８（ｂ）は、加圧面２０４ａがプレス中間位置Ｐ１まで移動したワッシャ１０３を塑性変形させる途中の状態を示す。ワッシャ１０３は、加圧面２０４ａからＦ１の力で加圧され、パンチ２０４の移動に伴って、加圧された部分の厚みがパンチ加圧面２０４ａの位
置ＰｓとＰ１の差分だけ圧縮される。また、パンチ２０４の移動に伴って、外周加圧面２０４ｂの径の小さい部分がワッシャ１０３の外周面と接触するため、ワッシャ１０３の外周面は、内周方向に圧縮される。
【００５２】
図９を参照して、塑性変形する過程においてワッシャ１０３に働く力について説明する。ワッシャ１０３は、加圧面２０４によってプレス力Ｆｌで加圧される。このとき、パンチ２０４によって圧縮された体積だけ、ワッシャ１０３は加圧されていない方向に膨張するように塑性変形しようとする。このため、ワッシャ１０３の内部では、ワッシャ１０３を内周方向および外周外周方向に変形させようとする変形力Ｆｉｏが発生する。
【００５３】
また、ワッシャ１０３の外周面は、外周加圧面２０４ｂによってプレス力Ｆ２で加圧さる。プレス力Ｆ２は、プレス方向Ｐと外周加圧面２０４ｂとがなす角度θに応じて分力され、ワッシャ１０３の外周面に対して内周方向への力（以下外周変形力）を加える。この外周変形力の大きさは、パンチ２０４とワッシャ１０３の摩擦抵抗や摩擦熱による損失を無視すれば、Ｆ２ｓｉｎθで表される。この外周変形力Ｆ２ｓｉｎθによって、ワッシャ１０３の外周面は、外周方向への変形が規制されるのみならず、内周方向に変形される。
【００５４】
このため、図１０に示すように、ワッシャ１０３の内周面は、プレス力Ｆ１に相当する力および外周変形力Ｆ２ｓｉｎθによって内周方向に変形され、内周変形抵抗Ｒｉで表される力によって塑性変形される。
【００５５】
図８（ｃ）は、パンチ加圧面２０４ａがプレス終了位置Ｐ２まで移動したワッシャ１０３の変形終了時の状態を示す。ワッシャ１０３は、パンチ２０４のさらなる移動に伴って、さらに圧縮変形している。ワッシャ１０３の外周面は、外周加圧面２０４ｂによって内周方向に変形されている。このため、ワッシャ１０３の内周面は、パンチ２０４によって加えられたプレス力Ｆ１及びＦ２に応じて、さらに塑性変形し、凹部１０１ｃにワッシャ材が充填される。
【００５６】
また、ワッシャ１０３の塑性変形を体積の観点から述べれば、加圧面２０４ａおよび外周加圧面２０４ｂによって圧縮された体積だけ、ワッシャ１０３の加圧されていない部分が膨張する。このため、ワッシャ１０３は、加圧面２０４ａおよび外周加圧面２０４ｂによって圧縮された体積と概ね同一の体積だけ凹部１０１ｃに充填される。
【００５７】
以上のように、本実施の形態に係るピンの固定方法によれば、パンチに設けたの外周加圧面は、プレス方向に対して所定の角度を有するため、プレス方向に加えられる力によって、ワッシャの外周面を内周方向に圧縮する。これにより、ワッシャをプレス方向に圧縮変形させると同時に、ワッシャの外周面に対して内周方向へ塑性変形させる力を積極的に加える。このため、ワッシャを内周方向へ塑性変形させる力をより大きくすることができ、ワッシャ材がピンの凹部に十分に充填され、ピンが基材に確実に固定される。
【００５８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るピンの固定方法における基材３０２は、第１の実施の形態における基材１０２とワッシャ１０３とを一体的に構成したものである。なお、第１の実施の形態と同一の要素は、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
図１１、図１２、図１３、図１４および図１５を参照して、本実施の形態に係るピンの固定方法について説明する。図１１は、本実施の形態において用いられるピン３０１、基材３０２、パンチ１０４および治具１０５の側断面図である。図１２は、本実施の形態において用いられる基材３０２の側断面図および正面図である。図１３は、図１１中の範囲Ｃを拡大して、基材３０２を塑性変形させる工程を順に示したものである。同図（ａ）、
（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、基材３０２の変形前、変形途中、変形完了後の状態を示す。なお、図の明瞭性を確保するため、治具１０５は省略した。図１４は、プレス工程において基材３０２に作用する力を模式的に示す。図１５は、ピン３０１が基材３０２に固定された状態を示す。
【００６０】
図１１に示されたピン３０１は、軸部３０１ａ、フランジ部３０１ｂ、および凹部３０１ｃで構成されている。ピン３０１は、第１の実施の形態におけるピン１０１と比較して、凹部３０１ｃの位置が異なる。凹部３０１ｃは、凹部３０１ｃの位置はフランジ部３０１ｂの近傍に設けられている。
【００６１】
基材３０２は、ピン３０１を固定する位置にスリーブを設けた板材である。図１２を参照して、本実施の形態において用いられる基材３０２について詳しく説明する。基材３０２は、板状の平面部３０２ａにピン３０１の軸部３０１ａが挿入可能なスリーブ状の円筒部３０２ｃを設けたものである。円筒部３０２ｃ内部の貫通孔３０２ｂの断面は、ピン３０１の軸部３０１ａの断面と略同一の形状である。円筒部３０２ｃの端部には、平面部３０２ａと略平行な端面３０２ｄが設けられている。円筒部３０２ｃの内周面３０２ｅおよび外周面３０２ｆは、平面部３０２ａに対して略垂直に形成される。基材３０２の円筒部３０２ｃは、好ましくは、板材をバーリング加工して形成されるが、鋳造や、機械加工などによって製造されてもよい。
【００６２】
図１３を参照して、基材３０２が塑性変形する過程を詳細に説明する。同図において、端面３０２ｄと接した状態のパンチ１０４の加圧面１０４ａの位置をプレス開始位置Ｐｓとする。この状態からパンチ１０４をプレス方向Ｐに移動させて、基材３０２の塑性変形を開始する。プレス終了位置Ｐ２は、パンチ１０４を所定の距離だけ移動させて、基材３０２の塑性変形が終了した状態の加圧面１０４ａの位置であり。プレス中間位置Ｐ１は、プレス開始位置Ｐｓとプレス終了位置Ｐ２との中間の位置を示す。
【００６３】
図１３（ａ）は、加圧面１０４ａがプレス開始位置Ｐｓに位置している状態を示す。加圧面１０４ａが、プレス開始位置Ｐｓからプレス方向Ｐに移動することにより、基材３０２を圧縮して塑性変形させる。
【００６４】
図１３（ｂ）は、パンチ加圧面１０４ａがプレス中間位置Ｐ１まで移動し、基材３０２が塑性変形される途中の状態を示す。基材３０２は、パンチ加圧面１０４ａから加圧され、パンチ１０４の移動に伴って、加圧された部分の厚みがパンチ加圧面１０４ａの位置ＰｓとＰ１の差分だけ圧縮される。
【００６５】
図１４を参照して、塑性変形する過程において基材３０２に働く力について説明する。基材３０２は、パンチ１０４によってプレス力Ｆｌで加圧される。このとき、パンチ１０４によって圧縮された体積だけ、基材３０２は加圧されていない方向に膨張するように塑性変形しようとする。このため、基材３０２の内部では、基材３０２を内周方向および外周外周方向に変形させようとする変形力Ｆｉｏが発生する。
【００６６】
変形力Ｆｉｏによる外周方向へ塑性変形させようとする力に対して、基材３０２の外周方向への変形に対する変形抵抗（以下、外周変形抵抗）Ｒｏ、および外周変形規制面１０４ｂが外周方向への変形を規制する力（以下、外周変形規制力）Ｆｒが反対向きに作用する。外周変形規制力Ｆｒは、基材３０２の外周面が外周方向に変形しようとして外周変形規制面１０４ｂに対して加圧すると、その反作用として外周変形規制面１０４ｂから基材３０２の外周面に対して加えられる力である。
【００６７】
基材３０２の外周方向への塑性変形が規制されているため、変形力Ｆｉｏは、基材３０
２の内周方向にのみ作用する。変形力Ｆｉｏによる内周方向へ塑性変形させようとする力に対して、内周変形抵抗Ｒｉが反対向きに作用する。変形力Ｆｉｏは、基材３０２に加えられる外力であるプレス力Ｆ１によって与えられ、摩擦抵抗や摩擦熱による損失を無視すれば、その大きさは、プレス力Ｆ１と同一である。
【００６８】
図１３（ｃ）は、パンチ加圧面１０４ａがプレス終了位置Ｐ２まで移動した基材３０２の状態を示す。基材３０２は、パンチ１０４のさらなる移動に伴って、さらに塑性変形している。基材３０２の外周面は、外周変形規制面１０４ｂによって変形量が規制されている。このため、基材３０２の内周面は、パンチ１０４によって加えられた力に応じて、さらに塑性変形し、凹部３０１ｃに基材が充填される。
【００６９】
図１５（ａ）は、上述の工程で互いに固定された、ピン３０１および、基材３０２の側断面図である。基材３０２の外周面はほとんど変形しておらず、反対に内周面が大きく変形している。基材が十分に凹部１０１ｃに充填されているので、凹部３０１ｃと変形後の基材３０２との間にラジアル方向および軸方向の間隙を小さくできる。このため、ピン３０１と基材３０２とは、確実に固定される。
【００７０】
また、図１５（ｂ）は、本実施の形態の変形例を示す。図９に示した基材３０２およびピン３０１は、パンチ１０４をさらにフランジ部の方へ移動させ、平面部３０２ａを圧縮して、平面部３０２ａとフランジ部３０１ｂとを面一にしたものである。
【００７１】
以上のように、本実施の形態に係るピンの固定方法によれば、基材に設けた円筒部を、塑性変形させることによりピンを基材に固定できるため、第１ないし第２の実施の形態に係るピンの固定方法と比較して、部品点数を削減できる。また、円筒部の内周面は、その内径が、ピンの軸部の外形と略同一になるように形成される。このためピンを基材に挿入したときに、ピンが基材の平面部に対して垂直に維持される。
【００７２】
基材の所望の位置に設けた円筒部にピンを挿入し、当該ピンの軸方向に円筒部を圧縮変形させる。圧縮変形により生じる円筒部の外周面を外周方向へ変形させる力は、基材の変形抵抗およびパンチに設けた外周変形規制面によって与えられる反作用で打ち消される。このため、円筒部外周面の変形はパンチの外周変形規制面によって規制される。これにより、円筒部内周面の変形量が確保され、基材がピンの凹部に十分に充填される。その結果、基材を、ピンに対して確実に固定できる。
【００７３】
しかしながら、本実施の形態において、凹部は、基材の平面部の内周方向に位置しているため、外周変形規制面から離れており、外周変形規制面が外周方向への変形を規制しても、基材の平面部における外周方向への変形は、規制されていない。このため、基材に変形抵抗の小さい材質が用いられている場合や、平面部の板厚が薄いため変形しやすい場合などには、内周面の変形量が十分に確保されない。
【００７４】
（第４の実施の形態）
このため、本発明の第４の実施の形態に係るピンの固定方法は、変形終了時において、ピンの凹部とパンチの外周変形規制面とが対面する位置に凹部を設けたものである。このため本実施の形態におけるピンは、第３の実施の形態と比較して、ピンに設けた凹部の位置が異なる。なお、第３の実施の形態と同一の要素は、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
図１６、図１７、図１８、および図１９を参照して、本実施の形態に係るピンの固定方法について説明する。図１６は、本実施の形態において用いられるピン４０１、基材３０２、パンチ１０４および治具１０５の側断面図である。図１７は、図１６中の範囲Ｄを拡
大して、基材３０２を塑性変形させる工程を順に示したものである。同図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、基材３０２の変形前、変形途中、変形完了後の状態を示す。なお、図の明瞭性を確保するため、治具１０５は省略した。図１８は、プレス工程において基材３０２に作用する力を模式的に示す。図１９は、ピン４０１が基材３０２に固定された状態を示す。
【００７６】
図１６を参照して、本実施の形態において用いられるピン４０１について説明する。ピン４０１は、軸部４０１ａ、フランジ部４０１ｂ、および凹部４０１ｃで構成されている。凹部４０１ｃの下端は、基材の塑性変形終了後において基材の端面３０２ｄの位置と概ね同一になるように設定されている。
【００７７】
図１７を参照して、基材３０２が塑性変形する過程を詳細に説明する。同図において、端面３０２ｄした状態のパンチ１０４の加圧面１０４ａの位置をプレス開始位置Ｐｓとする。この状態からパンチ１０４をプレス方向Ｐに移動させて、基材３０２の塑性変形を開始する。プレス終了位置Ｐ２は、パンチ１０４を所定の距離だけ移動させて、基材３０２の塑性変形が終了した状態の加圧面１０４ａの位置であり。プレス中間位置Ｐ１は、プレス開始位置Ｐｓとプレス終了位置Ｐ２との中間の位置を示す。
【００７８】
図１７（ａ）は、加圧面１０４ａがプレス開始位置Ｐｓに位置している状態を示す。加圧面１０４ａが、プレス開始位置Ｐｓからプレス方向Ｐに移動することにより、基材３０２を圧縮して塑性変形させる。
【００７９】
図１７（ｂ）は、パンチ加圧面１０４ａがプレス中間位置Ｐ１まで移動し、基材３０２が塑性変形される途中の状態を示す。基材３０２は、パンチ加圧面１０４ａから加圧され、パンチ１０４の移動に伴って、加圧された部分の厚みがパンチ加圧面１０４ａの位置ＰｓとＰ１の差分だけ圧縮される。
【００８０】
図１８を参照して、プレス工程において基材３０２に働く力について説明する。基材３０２は、パンチ１０４によってプレス力Ｆｌで加圧される。このとき、パンチ１０４によって圧縮された体積だけ、基材３０２は加圧されていない方向に膨張するように塑性変形しようとする。このため、基材３０２の内部では、基材３０２を内周方向および外周外周方向に変形させようとする変形力Ｆｉｏが発生する。
【００８１】
変形力Ｆｉｏによる外周方向へ塑性変形させようとする力に対して、基材３０２の外周方向への変形に対する変形抵抗（以下、外周変形抵抗）Ｒｏ、および外周変形規制面１０４ｂが外周方向への変形を規制する力（以下、外周変形規制力）Ｆｒが反対向きに作用する。外周変形規制力Ｆｒは、基材３０２の外周面が外周方向に変形しようとして外周変形規制面１０４ｂに対して加圧すると、その反作用として外周変形規制面１０４ｂから基材３０２の外周面に対して加えられる力である。
【００８２】
基材３０２の外周方向への塑性変形が規制されているため、変形力Ｆｉｏは、基材３０２の内周方向にのみ作用する。変形力Ｆｉｏによる内周方向へ塑性変形させようとする力に対して、内周変形抵抗Ｒｉが反対向きに作用する。変形力Ｆｉｏは、基材３０２に加えられる外力であるプレス力Ｆ１によって与えられ、摩擦抵抗や摩擦熱による損失を無視すれば、その大きさは、プレス力Ｆ１と同一である。
【００８３】
図１７（ｃ）は、パンチ加圧面１０４ａがプレス終了位置Ｐ２まで移動した基材３０２の状態を示す。基材３０２は、パンチ１０４のさらなる移動に伴って、さらに塑性変形している。基材３０２の外周面は、外周変形規制面１０４ｂによって変形量が規制されている。このため、基材３０２の内周面は、パンチ１０４によって加えられた力に応じて、さ
らに塑性変形し、凹部４０１ｃに基材が充填される。
【００８４】
図１９に示すように、塑性変形された基材３０２の外周面はほとんど変形しておらず、反対に内周面が大きく変形している。基材が十分に凹部４０１ｃに確実に充填され、ピン４０１は基材３０２とは、確実に固定される。
【００８５】
前述の第３の実施の形態では、凹部がフランジ部の近傍に設けられており、パンチの外周変形規制面から離れている。このため、基材の平面部の変形抵抗が小さく平面部が外周方向に変形すると、凹部に基材が十分に充填されない。これに対して、本実施の形態では、機材を塑性変形させる過程において、凹部が外周変形規制面の内周方向に位置するため、凹部の近傍の円筒部の外周方向への変形が規制される。このため、基材の変形抵抗が小さい場合でも、凹部に対して十分な基材が充填され、確実にピンを基材に確実に固定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る塑性変形を利用したピンの固定方法は、固定部材をピンに設けた凹部に確実に塑性変形させてピンを基材に確実に固定する効果を有し、プリント基板や金属板などの基材にピンを固定する方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るピン、基材、ワッシャ、パンチ、治具の側断面図
【図２】図１に示したワッシャを塑性変形させる過程を示す図
【図３】図１に示したワッシャを塑性変形させる過程で作用する力を模式的に示す図
【図４】図１に示したワッシャを塑性変形させる過程でワッシャの内周面の変形に作用する力を模式的に示す図
【図５】図１に示したピンが基材に固定された状態を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るピン、基材、ワッシャ、パンチ、治具の側断面図
【図７】図６に示したワッシャの拡大図
【図８】図６に示したワッシャを塑性変形させる過程を示す図
【図９】図６に示したワッシャを塑性変形させる過程で作用する力を模式的に示す図
【図１０】図６に示したワッシャを塑性変形させる過程でワッシャの内周面の変形に作用する力を模式的に示す図
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るピン、基材、パンチ、治具の側断面図
【図１２】図１１に示した基材の側断面図及び正面図
【図１３】図１１に示した基材を塑性変形させる過程を示す図
【図１４】図１１に示した基材を塑性変形させる過程で作用する力を模式的に示す図
【図１５】図１１に示したピンが基材に固定された状態を示す図
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係るピン、基材、パンチ、治具の側断面図
【図１７】図１６に示した基材を塑性変形させる過程を示す図
【図１８】図１６に示した基材を塑性変形させる過程で作用する力を模式的に示す図
【図１９】図１６に示したピンが基材に固定された状態を示す図
【図２０】従来のピンの固定方法におけるピン、基材、パンチ、治具の側断面図
【図２１】図２０に示したワッシャを塑性変形させる過程を示す図
【図２２】図２０に示したワッシャを塑性変形させる過程で作用する力を模式的に示す図
【図２３】図２０に示したピンが基材に固定された状態を示す図
【符号の説明】
【００８８】
１０１、３０１、４０１、７０１  ピン
１０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、７０１ａ  軸部
１０１ｂ、３０１ｂ、４０１ｂ、７０１ｂ  フランジ部
１０１ｃ、３０１ｃ、４０１ｃ、７０１ｃ  凹部
１０２、３０２、７０２  基材
１０３、７０３  ワッシャ
１０４、２０４、７０４  パンチ
１０４ａ、２０４ａ、７０４ａ  加圧面
１０４ｂ、７０４ｂ  外形変形規制面
１０５  治具
２０４ｂ  外周加圧面
３０２ａ  平面部
３０２ｂ  貫通孔
３０２ｃ  円筒部
３０２ｄ  端面
３０２ｅ  内周面
３０２ｆ  外周面
【図１】
2005074482.tif 000003
【図２】
2005074482.tif 000004
【図３】
2005074482.tif 000005
【図４】
2005074482.tif 000006
【図５】
2005074482.tif 000007
【図６】
2005074482.tif 000008
【図７】
2005074482.tif 000009
【図８】
2005074482.tif 000010
【図９】
2005074482.tif 000011
【図１０】
2005074482.tif 000012
【図１１】
2005074482.tif 000013
【図１２】
2005074482.tif 000014
【図１３】
2005074482.tif 000015
【図１４】
2005074482.tif 000016
【図１５】
2005074482.tif 000017
【図１６】
2005074482.tif 000018
【図１７】
2005074482.tif 000019
【図１８】
2005074482.tif 000020
【図１９】
2005074482.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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