JP7126524B2 - 固定装置、固定方法および構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の部材（例えば金属部材）を塑性変形により固定する部材の固定装置、固定方法および構造体に関する。
形状の異なる複数の部材、例えば、金属線と金属板などを固定する方法としては、例えば、ネジ止め、溶接、接着などの方法がある。
特開２００３－２８３１５４号公報
しかしながら、各種部品の小型化により金属部材同士が微小になるとその固定は困難となる。例えば、金属板の表面に金属線を固定する場合を考えると、金属線の長手方向に垂直な断面形状の幅（当該断面形状が略円形状の丸線の場合にはその直径）がネジの直径より細いと、直接金属線にネジを貫通させるネジ止めはできない。
この場合例えば、固定用部材と金属板との間に金属線を挟み、固定用部材と金属板とをネジ止めする方法もあるが、金属線を挟持する固定用部材や金属板が微小化すると、ネジ止めする領域を確保できず、確実な固定が困難となる。
また、溶接や接着などによって固定する方法も、金属線と金属板との接触面積が微小になると、固定強度が不足する問題がある。
本発明は、斯かる実情に鑑み、微小な部材（例えば、金属部材）であっても容易に高い固定強度を得ることができる部材の固定装置、固定方法および構造体を提供するものである。
本発明は、対向して配置したダイとパンチとの間に、複数の部材を積層して配置し、前記ダイと前記パンチとが接近するよう移動させて前記複数の部材を押圧して固定する部材の固定装置であって、前記複数の部材には、第一の固定部を有する第一の部材と、該第一の固定部よりも小さい第二の固定部を有する第二の部材と、該第二の固定部よりも大きい第三の固定部を有する第三の部材とが含まれるものであり、前記ダイは、前記パンチの方向に突出する凸部を有し、前記パンチは、前記第二の固定部の形状に沿って陥没する退避部を有し、前記ダイと前記パンチとが接近するように相対的に移動させて前記第一の固定部と前記第三の固定部とを押圧して押出部を形成するとともに厚み方向において凹凸の嵌め合い構造を形成し、前記第二の固定部を前記第一の固定部および前記第三の固定部で挟み込んで固定する、ことを特徴とする部材の固定装置である。
また、本発明は、複数の部材を重ねて固定する部材の固定方法であって、第一の固定部を有する第一の部材と、該第一の固定部よりも小さい第二の固定部を有する第二の部材と、該第二の固定部よりも大きい第三の固定部を有する第三の部材とを準備する工程と、対向して配置したダイとパンチとの間に、前記第一の固定部、前記第二の固定部および第三の固定部を重ねて配置する工程と、前記ダイと前記パンチとが接近するように相対的に移動させて前記第一の固定部と前記第三の固定部とを押圧し押出部を形成するとともに厚み方向において凹凸の嵌め合い構造を形成し、前記第二の固定部を前記第一の固定部および前記第三の固定部で挟み込んで固定する、ことを特徴とする部材の固定方法である。
また、本発明は、複数の部材を積層して一体的に固定した構造体であって、少なくとも第一の固定部を有する第一の部材と、該第一の固定部よりも小さい第二の固定部を有する第二の部材と、該第二の固定部よりも大きい第三の固定部を有する第三の部材とが含まれ、前記第一の固定部、前記第二の固定部および前記第三の固定部を重ね合わせ、重ね合わせ方向に押出された押出部を有し、前記押出部において前記第一の固定部と前記第三の固定部による凹凸の嵌め合い構造が設けられ、前記第二の固定部が前記第一の固定部および前記第三の固定部で挟み込んで固定されている、ことを特徴とする構造体である。
本発明によれば、微小な部材（例えば、金属部材）であっても容易に高い固定強度を得ることができる部材の固定装置、固定方法および構造体を提供することができる。
本発明の実施形態に係る固定装置の主要部を示す図であり（Ａ）側断面図、（Ｂ）上面図、（Ｃ）パンチの上面図、（Ｄ）ダイの上面図である。 本発明の実施形態に係る固定装置によって形成した構造体を示す概要図であり（Ａ）側面図、（Ｂ）上面図である。 本発明の実施形態に係る固定装置による固定方法を説明する側断面図である。 本発明の実施形態に係る固定装置による固定方法を説明する側断面図である。 本発明の実施形態に係る固定装置によって形成した構造体を示す側面概要図である。 本発明の実施形態に係る固定装置によって形成した構造体を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る固定装置によって形成した構造体を示す（Ａ）側面図、（Ｂ）上面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本図及び以降の各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、本図及び以降の各図において、部材の大きさ、形状、厚み等を適宜誇張して表現する。
図１は、本実施形態に係る部材の固定装置１０の主要部を示す図であり、同図（Ａ）が側断面図、同図（Ｂ）が同図（Ａ）の上面図、同図（Ｃ）が同図（Ｂ）のパンチ１２の上面図、同図（Ｄ）が同図（Ｂ）のダイ１１の上面図である。
図１に示すように、本実施形態の固定装置１０は、対向して配置され、互いに近接・離間するように相対的に移動可能なダイ１１とパンチ１２とを有する。そして固定装置１０は、ダイ１１とパンチ１２の間に複数の部材１３を積層して配置し、接近するように相対移動させたダイ１１とパンチ１２とで押圧することによって複数の部材１３を固定するものである。
ダイ１１は、例えば、穴部を有する円筒状の外枠（ステージ）１１Ａと、穴部に挿入される内部材１１Ｂを備え、内部材１１Ｂの上端を外枠１１Ａよりも下方に位置させることで凹部１１Ｃを創出させた構成である。内部材１１Ｂは例えば、外周面が外枠１１Ａの内周面に当接する円柱状の基部１１Ｄと、基部１１Ｄの凹部１１Ｃ側の一端面中央部に設けられて外枠１１Ａの軸方向に沿ってパンチ１２側に突出する凸部１１Ｅを有する。凹部１１Ｃの外枠１１Ａに対する深さは、例えば、凸部１１Ｅが設けられた中心部が浅く、その外縁部（基部１１Ｄ）が略ドーナツ状に深くなるようにする。
凸部１１Ｅは、例えば、先端（頭部１１Ｈ）側よりも基部１１Ｄ側の方が広く、基部１１Ｄと、凸部１１Ｅの頭部１１Ｈのそれぞれの表面（パンチ１２の方向に対向する面）は略平坦状に構成される。この「略平坦状」とは、厳密な平坦性を有していることに限らず、押圧時に何らかの作用を働かせるために意図的に形成された凹凸の形状を有していないことを意味する。
また、同図（Ｂ）および同図（Ｄ）に示すように凸部１１Ｅは例えば、上面視において略円形状のベース部１１ＥＡとベース部１１ＥＡの外周の２箇所を中心から外側方向に突出させた突出部１１ＥＢを有している。より詳細には、突出部１１ＥＢは、ベース部１１Ｅの一の直径（同図（Ｂ）および同図（Ｄ）では上下に延びる直径）の延長線上に位置するように、ベース部１１ＥＡの略円周上の２箇所に対向配置される。
このように、外枠１１Ａと内部材１１Ｂとを組み合わせて凹部状のダイ１１を構成することにより、内部材１１Ｂの外枠１１Ａに対する挿入位置を変化させることができる。これにより、凹部１１Ｃの深さを細かく調整することが可能となる。また、凸部１１Ｅの大きさが異なる内部材１１Ｂと入れ替えることもでき、それにより、凹部１１Ｃの形状を細かく調整することが可能となる。
パンチ１２は、例えば、直径Ｗ１が凹部１１Ｃの内径Ｗ２よりも小さい円柱状であり、固定される金属線（例えば図２に示す丸線状の第２部材１３２）の形状に沿って、ダイ１１（内部材１１Ｂ）から離れる方向に陥没する退避部１２Ａと、その両側の押圧部１２Ｂとを有する。この例では、退避部１２Ａは、同図（Ｂ）および同図（Ｄ）に示すように円柱状のパンチの直径方向に延びるトンネル形状を呈する。ここで、退避部１２Ａのトンネル形状とは、その曲面（アーチ面）の周方向の距離（円弧）が半円柱状の場合のそれよりも短い部分円弧で構成される形状である。具体的には、退避部１２Ａの水平方向における最大部（最広部）の幅Ｗ３は（半）当該退避部１２Ａが含まれる円柱の直径（トンネル状の曲面（アーチ面）の曲率半径の２倍）よりも小さく、垂直（鉛直）方向の高さＨ１は、曲面（アーチ面）の曲率半径よりも小さい。
また、ダイ１１の凸部１１Ｅは、同図（Ａ）、同図（Ｄ）に示すように、内部材１１Ｂの軸方向に直交する水平方向においてはベース部１１ＥＡの直径（幅）Ｗ４が最も幅広である。そして、同図（Ｂ）～同図（Ｄ）に示すように、退避部１２Ａの幅Ｗ３はベース部１１ＥＡの直径（幅）Ｗ４より小さい。
またパンチ１２の押圧部１２Ｂの外周の大きさ（パンチ１２の直径Ｗ１）は、凸部１１Ｅの幅広部の幅（頭部１１Ｈの直径（幅））Ｗ４より大きい。そして押圧部１２Ｂは、凸部１１Ｅの頭部１１Ｈと同様に略平坦状である。押圧部１２Ｂは凸部１１Ｅの頭部１１Ｈと対向して配置され、両者が部材１３を直接的に押圧する押圧面となる。
図２は、本実施形態に係る固定装置１０によって固定された構造体２０の概要図であり、同図（Ａ）が側面図、同図（Ｂ）が上面図である。
図２に示すように、本実施形態の構造体２０は、複数の部材１３を積層して一体的に固定したものであり、複数の部材１３は、この例では第１部材１３１と第２部材１３２と第３部材１３３である。一例として、第１部材１３１、第２部材１３２および第３部材１３３はいずれも金属材であり、第１部材１３１と第２部材１３２が本来固定すべき部材（例えばある部品に必須な構成要素）であり、第３部材１３３は第１部材１３１と第２部材１３２とを固定するための補助部材（固定用部材）である。
同図（Ｂ）に示すように、第１部材１３１は、第１固定部１３１Ａを有し、第２部材１３２は第１固定部１３１Ａよりも小さい第２固定部１３２Ａ（同図（Ｂ）において二点鎖線で示す）を有し、第３部材１３３は第２固定部１３２Ａよりも大きい第３固定部１３３Ａを有している。
そして、本実施形態の固定装置１０によれば、第１固定部１３１Ａ，第２固定部１３２Ａおよび第３の固定部１３３Ａが一体的に固定される。より詳細には、第１固定部１３１Ａおよび第３固定部１３３Ａを押圧して押し出した押出部２２を形成する。そして、当該押出部２２において部材１３の厚み方向において凹凸の嵌め合い構造を形成するとともに、第２固定部１３２Ａが第１固定部１３１Ａおよび第３固定部１３３Ａで挟み込んで固定されている。
本実施形態の第１固定部１３１Ａおよび第３固定部１３３Ａは例えば、平板状の部位であり、第２固定部１３２Ａは、第１固定部１３１Ａよりも小さい線状の部位である。本実施形態の複数の部材１３は、ダイ１１とパンチ１２によって押圧される第１固定部１３１Ａ～第３固定部１３３Ａがそれぞれ上記形状を有していれば、他の部位（押圧される部位以外の部位）の形状は任意である。
ここでは一例として、第１部材１３１は微小な平板矩形状部材であり、第２部材１３２は、長手方向（同図（Ｂ）の上下方向）に垂直な断面形状が略円形状の線状の部材であり、第３部材１３３は、平板状矩形部材である場合について説明する。すなわち、この例の固定装置１０は例えば、微小な平板矩形状部材（例えば、短手方向（図２では左右方向）の長さ（幅）Ｗ５が１ｃｍ以下、より好適には７ｍｍ以下など）である第１部材１３１の表面（上面）に、その直径Ｗ６が第１部材１３１の幅Ｗ５よりも小さい（例えば、直径Ｗ６が０．５ｍｍ以下、より好適には０．３ｍｍ以下、更に好適には０．１ｍｍ以下など）細い丸線状の第２部材１３２を、平板状の第３部材１３３を用いて固定するものである。また、第３部材１３３は、少なくとも第３固定部１３３Ａが第２固定部１３２Ａを覆うとともに、第１固定部１３１Ａの一部に重畳可能な平板状部材である。
第１固定部１３１Ａの板厚Ｄ１は、例えば０．５ｍｍ以下、より好適には０．３ｍｍ以下であり、第３固定部１３３Ａの板厚Ｄ２も例えば０．５ｍｍ以下、より好適には０．３ｍｍ以下である。
第３部材１３３は、変形することによって第２部材１３２を第１部材１３１に固定できる形状であればよく、ここでは第３部材１３３の全体が第３固定部１３３Ａとなる場合を例に説明する。また、この例では、第３部材１３３は第１部材１３１よりも面積が小さい平板矩形状部材である場合を示しているが、第１部材１３１と同等以上の面積を有するものであってもよいし、変形することによって第２部材１３２を第１部材１３１に固定できる形状であれば円形状や他の形状であってもよい。
第１部材１３１はこの例では下層に配置されてダイ１１に当接する部材であり、第２部材１３２は第１部材１３１の上面に載置されてダイ１１およびパンチ１２のいずれとも当接しない部材であり、第３部材１３３は第２部材１３２の第２固定部１３２Ａの上層に配置されてパンチ１２に当接する部材である。
第１部材１３１の第１固定部１３１Ａ、第２部材１３２の第２固定部１３２Ａおよび第３部材１３３の第３固定部１３３Ａはこの順で積層されて重ね合わせされ、重ね合わせ方向（部材１３の厚み方向）の一方（この例では下方）に押出されて押出部２２を有する。
詳細には、構造体２０としての第二の面Ｓ２（例えば、上面）側から第一の面Ｓ１（例えば、下面）側に部材１３を押し出して押出部２２を形成する。
そして、押出部２２においては、部材１３の厚み方向において第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａによる凹凸の嵌め合い構造が形成されている。
また、第３固定部１３３Ａは、押出部２２の底部において第２固定部１３２Ａの形状に沿って他方の面（同図（Ｂ）では第二の面（上側の面）側に突出する。より詳細には、第３部材１３３は、第２部材１３２と重畳してこれを挟む領域（固定領域ＳＰ）と、固定領域ＳＰの両側で第１部材１３１の第１固定部１３１Ａと重畳してこれと接合する領域（接合領域ＣＰ）を有している。
第３部材１３３（第３固定部１３３Ａ）は、固定領域ＳＰにおいては第１固定部１３１Ａとは接合されず、その両側の接合領域ＣＰにおいて第１固定部１３１Ａと接合される。第２部材１３２は、略変形することなく（大幅な変形や切断などの劣化が生じることなく）下層の第１部材１３１と上層の第３部材１３３に挟み込まれることによって固定されている。
図３および図４は、図１の固定装置１０による固定方法を時系列で示す概略側断面図である。
まず、図３（Ａ）に示すように、凸部１１Ｅの上方に第１固定部１３１Ａ、第２固定部１３２Ａおよび第３固定部１３３Ａが位置するように、ダイ１１の上、詳細には円筒状の外枠１１Ａの上に第１部材１３１、その上に第２部材１３２、更にその上に第３部材１３３をこの順で積層する。
次いで、図３（Ｂ）に示すように、例えばパンチ１２をダイ１１に向かって押すことにより、ダイ１１とパンチ１２とが接近するように相対的に移動させて、パンチ１２の押圧部１２Ｂを第３固定部１３３Ａに当接させてこれを押圧する。
これにより、図４（Ａ）に示すように第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａが押圧され、その押圧領域よびその周辺において、両固定部の部材１３の内部で塑性変形が生じる。
固定装置１０の退避部１２Ａの内側領域のサイズは、例えば、高さＨ１が当該退避部１２Ａの曲率半径より小さく、水平方向の最大部の幅Ｗ３は退避部１２Ａの曲面（アーチ）の曲率半径の２倍より小さい。
そしてパンチ１２は、押圧部１２Ｂにおいて第３固定部１３３Ａと当接してこれを押圧するが、退避部１２Ａにおける第３固定部１３３Ａの押圧力は、押圧部１２Ｂの押圧力に比べて大幅に（極端に）小さいものである。つまり押圧部１２Ｂと当接する第３固定部１３３Ａは押圧によって大きく変形するが、退避部１２Ａ直下の第３固定部１３３Ａは、その変形量が大幅に小さい。このため、パンチ１２で押圧された場合であっても、第２固定部１３２Ａの変形はほとんど生じない。あるいは、第２固定部１３２Ａに変形が生じたとしても第２部材（金属細線）１３２としての機能に影響を及ぼさない程度の変形に留まり、第２部材１３２としての機能が発揮できなくなるほどの変形や切断などの劣化が生じることはない。
なお、同図（Ａ）の例では、説明の便宜上、退避部１２Ａと第３固定部１３３Ａとが当接していない場合を例示しているが、両者は当接していてもよい。また、両者が当接している場合であっても、退避部１２Ａの押圧力は、押圧部１２Ｂの押圧力に比べて大幅に小さい（退避部１２Ａの押圧力は第３固定部１３３Ａをほとんど押圧しない程度）ものである。
そして、同図（Ｂ）に示すように第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａの重ね合わせ方向（部材１３の厚み方向）の一方（この例では下方）に押出された押出部２２が形成されるとともに、部材１３（構造体２０）の厚み方向において第１部材１３１と第３部材１３３との凹凸の嵌め合い構造ＥＧが形成される。
また、パンチ１２の退避部１２Ａでは第３部材１３３がトンネル状に塑性変形し、第２固定部１３２Ａは、側方から上方にかけてトンネル状に塑性変形した第３固定部１３３Ａによって覆われる。第２固定部１３２Ａは、嵌めあい構造ＥＧによって接合された第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａに挟み込まれた状態となり、これにより第１固定部１３１Ａに離脱不能あるいは離脱が大変困難な状態で固定される。一方で、第２部材は退避部１２Ａによって劣化することとなく（切断や大きな変形をすることなく）、第１固定部１３１Ａに固定される。
図５を参照して構造体２０について更に説明する。図５は、構造体２０の側面概要図である。
本実施形態では、第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａは、ダイ１１の凸部１１Ｅとパンチ１２の押圧部１２Ｂによって押圧された一部の領域（押圧領域）およびその周辺において、両固定部の部材１３の内部で塑性変形が生じて第１固定部１３１Ａ（第１部材１３１）と第３固定部１３３Ａ（第３部材１３３）とが剥離（離脱）不可あるいは相当困難な状態となっている。
このように、部材１３の内部で塑性変形が生じて第１部材１３１と第３部材１３３とが剥離（離脱）不可あるいは相当困難な状態となっている領域を、接合領域ＣＰといい、接合領域ＣＰの近傍において、第１部材１３１と第３部材１３３の塑性変形が生じていない領域、および第１部材１３１と第３部材１３３が非接触の領域（例えば、第２固定部１３２Ａの周囲）を非接合領域ＮＣＰという。ただし、非接合領域ＮＣＰにおいても、第１部材１３１と第３部材１３３とが固定（接合）されていないだけであって、接合領域ＣＰによって剥離不可（困難）となっているため、両者は離脱不可に略密着した状態となっている。
なお、同図では便宜上接合領域ＣＰと非接合領域ＮＣＰを図示しているがこれらの境界は厳密には特定できない。本実施形態では少なくとも第１部材１３１と第３部材１３３の塑性変形が生じていない領域、および第１部材１３１と第３部材１３３が非接触である領域は非接合領域ＮＣＰであり、それ以外の領域が接合領域ＣＰであるといえる。
接合領域ＣＰでは、構造体２０（部材１３）の第二の面Ｓ２（例えば、上面）側から第一の面Ｓ１（例えば、下面）側に向かって押出される（陥没する）押出部２２が形成される。つまり押出部２２はダイ１１とパンチ１２の押圧領域に対応して形成される。そして、押出部２２の第１部材１３１と第３部材１３３が接触する接合領域ＣＰでは、その厚みＤ３も薄肉化している。すなわち、押出部２２の第１部材１３１と第３部材１３３が接触する接合領域ＣＰの厚みＤ３は、押出部２２周囲の非接合領域ＮＣＰにおける第１部材１３１と第３部材１３３の合計板厚み（Ｄ１＋Ｄ２）よりも薄くなっている。
なお、同図では、押出部２２として第３部材１３３（第３固定部１３３Ａ）はその板厚Ｄ２よりも下方に押出され、第１部材１３１（第１固定部１３１Ａ）もその板厚Ｄ１よりも下方に押出されている場合を例示しているが、第１部材１３１、第３部材１３３の板厚Ｄ１，Ｄ２および外枠１１Ａと内部材１１Ｂの位置関係によっては、図示のような押出し状態とは限らない。
例えば、第１部材１３１の板厚が十分に厚い場合は、第３部材１３３のみがその板厚Ｄ２より下方に押出され、第１部材１３１は、上面側（第二の面Ｓ２側）においては下方に押出されるものの、下面側（第一の面Ｓ１側）は平坦であってもよい。
また、押圧領域、すなわち、押出部２２の周囲において、第１部材１３１と第３部材１３３がそれぞれ、パンチ１２とダイ１１の押圧によって外側に押出されるように塑性変形し、構造体２０の厚み方向において第１部材１３１と第３部材１３３との凹凸の嵌め合い構造ＥＧ（破線で示す）が形成されている。この厚み方向（同図の上下方向）において凹凸となる嵌め合い構造ＥＧによって、第１部材１３１と第３部材１３３とを確実に固定（接合）することができる。
一方、押出部２２の略中央は第１部材１３１と、丸線状の第２部材１３２、第３部材１３３の積層構造となり、第２固定部１３２Ａの固定領域ＳＰとなる。パンチ１２には既述のとおり第２部材１３２の形状に沿う退避部１２Ａが設けられているため、パンチ１２で押圧した場合に退避部１２Ａの直下の押圧力は、押圧部１２Ｂ直下の押圧力に比べて極端に小さく、押圧領域の下方に位置する第３部材１３３がトンネル状に塑性変形する。固定領域ＳＰにおいて第２部材１３２（第２固定部１３２Ａ）は、側方から上方にかけてトンネル状に塑性変形した第３固定部１３３Ａとで覆われ、また下方は第１固定部１３１Ａによって覆われて、第１部材１３１からの離脱が規制される。
なお、固定領域ＳＰにおいて第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａとが非接触な領域は、非接合領域ＮＣＰではあるが、その外周に接合領域ＣＰが設けられているため、第２固定部１３２Ａは、第１固定部１３１Ａに固定される。
このような構成によれば、ネジ止めや接着などによらず、第１部材１３１と第２部材１３２とを固定できる。とくに、第１部材１３１が微小な平板状の部材で第２部材１３２が金属細線の場合、特にこれらが微小な場合には固定強度を高めた固定が困難であるが、本実施形態によれば、厚み方向において凹凸となる嵌め合い構造ＥＧによって強力に接合された第１部材１３１と第３部材１３３とによって第２部材１３２を挟んで固定することができるので、微小な部材であっても確実に固定し、また、固定強度を高めることができる。
さらに、第１部材１３１と第３部材１３３の押圧によって第２部材１３２を固定する方法であっても、挟まれた第２部材１３２は、退避部１２Ａに退避することで押し潰し（大きな変形）や切断を回避できる。切断しないまでも、第１部材１３１と第３部材１３３に挟まれた部分において第２部材１３２が大きく変形した場合、当該挟まれた部分（構造体２０）以外の領域において第２部材１３２に張力や押圧力など大きな負荷が（繰り返し）掛かると、時間経過に伴って第２部材１３２の変形した部分が切断する恐れもある。本実施形態では、第２部材１３２の変形を回避して固定することができるので、構造体２０以外の領域で第２部材１３２に負荷が掛かる構成であっても、構造体２０付近における第２部材１３２の切断を防ぐことができる。
第１部材１３１が微小な角柱状の金属部材であり、第２部材１３２が金属細線である場合について、本実施形態の固定装置１０による固定を行い、構造体２０を形成した。
図６は、構造体２０を含む部品５０の一部上面図である。また、同図のＸ－Ｘ線断面は、図５に対応している。第１部材１３１は、板厚Ｄ１が０．２ｍｍの板状部材であり、第２部材１３２は、直径Ｗ６が０．０７２ｍｍの丸線（金属細線）である。また、第３部材１３３は、板厚Ｄ２が０．２ｍｍの平板部材である。
この部品５０は、例えば、第１部材１３１の表面にテンションローラ５１が複数配置され、第２部材１３２が各テンテンションローラ５１に掛け渡されて共振体を構成する。第２部材（金属細線）１３２はテンションローラ５１に掛け渡された部分ではテンションローラ５１および第１部材１３１のいずれにも固定されていないが、第１部材１３１の長手方向の両端の破線丸印の領域において、上述した本実施形態の固定方法によって第１部材１３１と固定されている。換言すると、破線丸印で示す第１部材１３１の長手方向の両端は、上述した本実施形態の構造体２０が構成されている。
固定装置１０（図１参照）は、パンチ１２の直径Ｗ１が０．８ｍｍ、退避部１２Ａは円柱（直径０．３ｍｍ）の一部からなるトンネル状でアーチ（曲面）の曲率半径が０．１５ｍｍであり、内側領域の最大部の幅Ｗ３が０．３ｍｍ未満で高さＨ１より大きく、高さＨ１は０．０５ｍｍである。また、ダイ１１の凹部１１Ｃの内径（直径）Ｗ２が１ｍｍ、頭部１１Ｈの直径（最も幅広部の幅）Ｗ４は０．６ｍｍ、基部１１Ｄから頭部１１Ｈまでの高さＨ２は０．１ｍｍ、頭部１１Ｈから外枠１１Ａまでの高さＨ３は０．１２ｍｍである。
そして当該固定装置１０によって、ダイ１１とパンチ１２とが接近するように相対的に移動させて第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａとを押圧した。
この結果、押出部２２が形成されるとともに、構造体２０の厚み方向において第１部材１３１と第３部材１３３との凹凸の嵌め合い構造ＥＧが形成された。また、押出部２２の接合領域ＣＰの板厚Ｄ３（第１部材１３１と第３部材１３３の合計厚み、図５参照）は、０．１５ｍｍであり、押出部２２周囲の非接合領域ＮＣＰにおける第１部材１３１と第３部材１３３の合計厚み（Ｄ１＋Ｄ２）０．４ｍｍより薄く塑性変形した。このような第１部材１３１と第３部材１３３の接合によって、第２部材（金属細線）１３２を挟み込み、当該第２部材１３２を劣化させることなく（切断や大きな変形をさせることなく）第１部材１３１に固定することができた。
図７は、構造体２０を含む他の部品５０´を示す図であり、同図（Ａ）が側面図、同図（Ｂ）が上面図である。また、同図（Ｂ）のＸ－Ｘ線断面は、図５に対応している。この部品５０´は、例えば、筐体１３５の内部にテンションローラ５１が複数配置され、第２部材１３２が各テンテンションローラ５１に掛け渡されて共振体を構成する。筐体１３５の長手方向の両端には、第１部材１３１が設けられている。第２部材（金属細線）１３２はテンションローラ５１に掛け渡された部分ではテンションローラ５１に固定されていないが、筐体１３５の長手方向の両端の破線丸印の領域において、上述した本実施形態の固定方法によって第１部材１３１と大３部材とによって固定されている。換言すると、筐体１３５の長手方向の両端（破線丸印で示す部分）は、上述した本実施形態の構造体２０が構成されている。
第１部材１３１は、板厚Ｄ１が０．２ｍｍの板状部材であり、第２部材１３２は、直径Ｗ６が０．０７２ｍｍの丸線（金属細線）である。また、第３部材１３３は、板厚Ｄ２が０．２ｍｍの平板部材である。
固定装置１０（図１参照）は、パンチ１２の直径Ｗ１が０．８ｍｍ、退避部１２Ａは円柱（直径０．３ｍｍ）の一部からなるトンネル状でアーチ（曲面）の曲率半径が０．１５ｍｍであり、内側領域の最大部の幅Ｗ３が０．３ｍｍ未満で高さＨ１より大きく、高さＨ１は０．０５ｍｍである。また、ダイ１１の凹部１１Ｃの内径（直径）Ｗ２が１ｍｍ、頭部１１Ｈの直径（最も幅広部の幅）Ｗ４は０．６ｍｍ、基部１１Ｄから頭部１１Ｈまでの高さＨ２は０．１ｍｍ、頭部１１Ｈから外枠１１Ａまでの高さＨ３は０．１２ｍｍである。
そして当該固定装置１０によって、ダイ１１とパンチ１２とが接近するように相対的に移動させて第１固定部１３１Ａと第３固定部１３３Ａとを押圧した。
この結果、押出部２２が形成されるとともに、構造体２０の厚み方向において第１部材１３１と第３部材１３３との凹凸の嵌め合い構造ＥＧが形成された。また、押出部２２の接合領域ＣＰの板厚Ｄ３（第１部材１３１と第３部材１３３の合計厚み、図５参照）は、０．１５ｍｍであり、押出部２２周囲の非接合領域ＮＣＰにおける第１部材１３１と第３部材１３３の合計厚み（Ｄ１＋Ｄ２）０．４ｍｍより薄く塑性変形した。このように、第２部材（金属細線）１３２を劣化させることなく（切断や大きな変形をさせることなく）第１部材１３１と第３部材１３３によって挟み込んで固定することができた。
図７に示す部品５０´は、同図（Ａ）の上方から第２部材（金属細線）１３２およびテンションローラ５１に、繰り返し押圧力が与えられ、複数のテンションローラ５１に掛け渡された第２部材１３２は、上下方向に振動する。一方で、第２部材１３２の直径Ｗ６は微小（例えば、０．０７２ｍｍ）であるため、一般的にはその固定部（構造体２０の部分）近傍に非常に大きな外部的負荷がかかる構成である。このような場合、固定部分（構造体２０部分）において第２部材１３２が押し潰されるなど大きな変形が生じていると、時間経過に伴って変形部分が断裂する恐れがある。しかしながら、本実施形態によれば、押し潰しなど大きな変形をさせることなく第２部材１３２を固定できるので、時間経過に伴う固定部分（構造体２０部分）における第２部材１３２の切断、劣化等を防止することができ、部品５０´の長寿命化が図れる。
本実施形態の固定装置および固定方法は、ダイ１１とパンチ１２を用いた押圧による固定であって、特に極小の金属平板に極細の金属細線（ワイヤ）を固定する場合に用いて好適である。すなわち、上記の実施例に限らず、例えば、（極小の）センサ、ワイヤーハーネス、半導体素子のワイヤーボンダーなど、多用途に利用可能である。
また、上述した数値は一例であり、図５に示すような固定状態、すなわち押出部２２が形成されるとともに厚み方向において凹凸の嵌め合い構造を形成し、第２部材１３２を劣化させることなく第１部材１３１および第３部材１３３で挟み込んで固定できるように、第１部材１３１、第２部材１３２および第３部材１３３の形状、厚み、材質等に応じて、適宜選択可能である。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
本発明は、金属部材の固定に用いることができる。
１０ 固定装置
１１ ダイ
１１Ａ 外枠
１１Ｂ 内部材
１１Ｃ 凹部
１１Ｄ 基部
１１Ｅ 凸部
１１Ｈ 頭部
１２ パンチ
１２Ａ 退避部
１２Ｂ 押圧部
１３ 部材
２０ 構造体
２２ 押出部
１３１ 第１部材
１３１Ａ 第１固定部
１３２ 第２部材
１３２Ａ 第２固定部
１３３ 第３部材
１３３Ａ 第３固定部

Claims (9)

  1. 対向して配置したダイとパンチとの間に、複数の部材を積層して配置し、前記ダイと前記パンチとが接近するよう移動させて前記複数の部材を押圧して固定する部材の固定装置であって、
    前記複数の部材には、第一の固定部を有する第一の部材と、該第一の固定部よりも小さい第二の固定部を有する第二の部材と、該第二の固定部よりも大きい第三の固定部を有する第三の部材とが含まれるものであり、
    前記ダイは、前記パンチの方向に突出する凸部を有し、
    前記パンチは、前記第二の固定部の形状に沿って陥没する退避部を有し、
    前記ダイと前記パンチとが接近するように相対的に移動させて前記第一の固定部と前記第三の固定部とを押圧して押出部を形成するとともに厚み方向において凹凸の嵌め合い構造を形成し、前記第二の固定部を前記第一の固定部および前記第三の固定部で挟み込んで固定する、
    ことを特徴とする部材の固定装置。
  2. 前記退避部は、前記複数の部材を押圧しない、
    ことを特徴とする請求項５に記載の部材の固定装置。
  3. 複数の部材を重ねて固定する部材の固定方法であって、
    第一の固定部を有する第一の部材と、該第一の固定部よりも小さい第二の固定部を有する第二の部材と、該第二の固定部よりも大きい第三の固定部を有する第三の部材とを準備する工程と、
    対向して配置したダイとパンチとの間に、前記第一の固定部、前記第二の固定部および第三の固定部を重ねて配置する工程と、
    前記ダイと前記パンチとが接近するように相対的に移動させて前記第一の固定部と前記第三の固定部とを押圧し押出部を形成するとともに厚み方向において凹凸の嵌め合い構造を形成し、前記第二の固定部を前記第一の固定部および前記第三の固定部で挟み込んで固定する、
    ことを特徴とする部材の固定方法。
  4. 前記第一の固定部および前記第三の固定部は平板状の部位であり、前記第二の固定部は、線状の部位である、
    ことを特徴とする請求項３に記載の部材の固定方法。
  5. 前記第三の固定部は、前記第二の固定部の形状に沿って前記他方の面側に突出する、
    ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の部材の固定方法。
  6. 前記パンチの方向に突出する凸部を有する前記ダイの上に前記第一の固定部、前記第二の固定部および前記第三の固定部をこの順で積層する工程と、
    前記第二の固定部の形状に沿って陥没する退避部を有する前記パンチを前記第三の固定部に当接させて押圧する工程を有する、
    ことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の部材の固定方法。
  7. 複数の部材を積層して一体的に固定した構造体であって、
    少なくとも第一の固定部を有する第一の部材と、該第一の固定部よりも小さい第二の固定部を有する第二の部材と、該第二の固定部よりも大きい第三の固定部を有する第三の部材とが含まれ、
    前記第一の固定部、前記第二の固定部および前記第三の固定部を重ね合わせ、重ね合わせ方向に押出された押出部を有し、
    前記押出部において前記第一の固定部と前記第三の固定部による凹凸の嵌め合い構造が設けられ、前記第二の固定部が前記第一の固定部および前記第三の固定部で挟み込んで固定されている、
    ことを特徴とする構造体。
  8. 前記第一の固定部および前記第三の固定部は平板状の部位であり、前記第二の固定部は、線状の部位である、
    ことを特徴とする請求項７に記載の構造体。
  9. 前記第三の固定部は、前記第二の固定部の形状に沿って前記他方の面側に突出する、
    ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の構造体。
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