JP4999985B2 - 積層管路組立体及び管路部品のねじ締結方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の板状部品が積層されて一体化され、内層に中空の管路を形成する管路部品に、制御基板等の被締結部品を締結してなる積層管路組立体に関するものである。また、管路部品に被締結部品をねじにより締結する管路部品のねじ締結方法に関するものである。

マイクロ波やミリ波のレーダーや通信機器で使用される導波路部品や、導波管構造のアンテナにおいては、複雑な中空管路が多層化された構成が求められており、特に車載レーダーのような民生機器の場合には、小型で生産性の高いことが必要とされる。そのため、内部に中空の導波路（管路）を形成する管路部品の形態としては、各種形状の抜き穴が形成された板状部品を複数枚積層して面接合等によって一体化することにより、複雑な管路構造を実現でき、この管路部品に制御基板等の被締結部品ねじにより締結する構成が用いられる。

上記の管路部品にねじを締結する方法については、管路部品を一体化した後に機械加工でねじ穴を形成する方法や、予め１枚の管路部品にねじ穴を加工してから一体化する方法等が考えられる。

一方、積層した薄板にねじ締結する方法としては、従来、例えば、特許文献１に記載の方法が提案されている。この提案においては、一方の薄板に、タッピングねじ用の締付穴を有する皿状絞り部を形成するとともに、他方の薄板に、皿状絞り部を内側から支持する支持部を設け、皿状絞り部および支持部によって締結部の厚さを実質的に厚くし、締付トルクによって発生する軸力を支持部によって皿状絞り部の内側より支持させ、皿状絞り部が座屈状態となることを防止する。

特開２００５−２３９４４号公報

しかしながら、上記管路部品を一体化した後に機械加工でねじ穴を形成する方法においては、ねじ穴加工時に使用する切削油や、切削油を除去するための洗浄液が部品の管路内に流れ込んで除去できなくなることや、小型機器の場合には、ねじ穴の位置と内層の管路位置とが重なる配置に対して、ねじの下穴加工におけるドリル先端の逃がし領域を見込む必要があるため、薄形化の弊害となるという問題があった。

また、予め１つの管路部品にねじ穴を加工してから一体化する方法に関しては、分割する際に、部品形状を最も簡素化できる構成は、管路の側壁と上面及び底面の部品とを分割する形態であるが、この場合には個々の部品の厚みは管路の高さ以下に制限されるために、必要なねじ篏合長（一般的にはねじ山の３ピッチ以上が必要）を得ることが困難となるという問題があった。

これに対して、特許文献１に記載の方法では、皿状絞り部を形成するに際して加工工程が増えコストが増大するとともに、皿状絞り部の形成は、薄形化の弊害となるものであり、有効な改善方法ではなかった。このようなことから、薄板部品を積層した管路部品に対して、容易な方法により安定してねじ締結できる提案が望まれていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、薄板部品を積層して一体化した管路部品に被締結部品をねじ締結する構造において、ねじの篏合状態の安定性を得るとともに、ねじ長さとねじ穴深さを必要最小長とすることが可能であり、機器の小型（薄形）化と、ねじ穴加工を不用とすることでの低コスト化を実現することができる積層管路組立体及び管路部品のねじ締結方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の積層管路組立体は、複数の板状部品が積層されて一体化され、内層に中空の管路を形成する管路部品と、管路部品にねじにより締結される被締結部品とを有し、複数の板状部品は、各々管路の側壁、上面及び底面を形成する複数の板状部品を含み、管路の側壁を形成する少なくとも１枚の第１の板状部品にねじの下穴が形成され、ねじは下穴にねじ自身でねじ立てして締結されるタッピングねじであることを特徴とする。

また、本発明の管路部品のねじ締結方法は、複数の板状部品が積層されて一体化され、内層に中空の管路を形成する管路部品に被締結部品をねじにより締結する管路部品のねじ締結方法において、管路となる抜き穴が形成されるとともにねじの下穴が形成された少なくとも１枚の第１の板状部品を含む複数の板状部品を積層して一体化し管路部品を作製する積層工程と、タッピングねじを管路部品の下穴にねじ自身でねじ立てしてねじ込むことにより被締結部品を管路部品に締結する締結工程とを有することを特徴とする。

この発明によれば、薄板部品を積層して一体化した管路部品に被締結部品をねじ締結する構造において、ねじの篏合状態の安定性を得るとともに、ねじ長さとねじ穴深さを必要最小長とすることが可能であり、機器の小型（薄形）化と、ねじ穴加工を不用とすることでの低コスト化を実現することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる積層管路組立体の実施の形態１を示す斜視図である。 図２は、図１の積層管路組立体の分解斜視図である。 図３は、導波管管路部品の分解斜視図である。 図４は、積層管路組立体の横断面図である。 図５は、図４のタッピングねじの締結部を拡大して示す部分拡大図である。

符号の説明

１〜７ 板状部品
１ａ，３ａ，４ａ 逃がし穴
１ｃ，３ｃ，５ｃ，７ｃ 細穴
２ｂ，１０ａ 下穴
２ｃ，４ｃ，６ｃ 管路（導波路）となる抜き穴
１０ 導波管管路部品（管路部品）
２０ 制御基板（被締結部品）
３０ 高周波デバイス
４０ タッピングねじ
１００ 積層管路組立体

以下に、本発明にかかる積層管路組立体及び管路部品のねじ締結方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる積層管路組立体の実施の形態１を示す斜視図である。図２は、図１の積層管路組立体の分解斜視図である。積層管路組立体１００は、導波管管路部品（管路部品）１０と、この導波管管路部品１０にタッピングねじ４０により締結された被締結部品としての制御基板２０と、この制御基板２０に実装された高周波デバイス３０とを有している。高周波デバイス３０は、マイクロ波またはミリ波の送信受信機能を有している。導波管管路部品１０は、複数の板状部品が積層され面接合により一体化されている。導波管管路部品１０は、内層に図示しない中空の管路（導波路）を形成している。導波管管路部品１０には、ねじの下穴１０ａが形成されており、一方、制御基板２０には、貫通穴２０ａが形成されており、制御基板２０は、貫通穴２０ａを貫通するタッピングねじ４０を、導波管管路部品１０の下穴１０ａにねじ込まれることにより締結される。

図３は、導波管管路部品１０の分解斜視図である。図４は、積層管路組立体１００の横断面図である。図５は、図４のタッピングねじ４０の締結部付近Ａを拡大して示す部分拡大図である。図３において、導波管管路部品１０は、厚さの小さい板状部品１，３，５，７と、厚さの大きい板状部品２，４，６とが、交互に重ねられて接着剤等で貼着されて一体にされている。厚さの大きい板状部品２，４，６には、導波路を形成するための各種形状の大面積の抜き穴２ｃ，４ｃ，６ｃが開口されている。一方、厚さの小さい板状部品１，３，５，７には、抜き穴２ｃ，４ｃ，６ｃを連通するスリット状の細穴１ｃ，３ｃ，５ｃ，７ｃが形成されている。このように、予め複数枚の板状部品に導波路を形成するための各種形状の抜き穴を設けておき、これら板状部品を積層して一体化することによって、複雑な導波路を得る構成となっている。制御基板２０には、このようにして形成された導波路と、高周波デバイス３０とを連結する導波路穴２０ｂが形成されている（図２）。高周波デバイス３０は、この導波路を介してマイクロ波またはミリ波の送信受信を行う。

本実施の形態においては、導波路管路部品１０の制御基板２０側から２枚目の板状部品（第１の板状部品）２のみに下穴２ｂが形成されている。そして、この板状部品２を積層方向に挟み込む１，３，４枚目の板状部品（第２の板状部品）１，３，４には、下穴２ｂに対応した位置に逃がし穴１ａ，３ａ，４ａがそれぞれ形成されている。

すなわち、本実施の形態の積層管路組立体１００においては、導波管管路部品１０は、管路（導波路）の側壁となる抜き穴２ｃが形成されるとともに下穴２ｂが形成された板状部品２と、板状部品２を積層方向に挟み下穴２ｂに重なる位置に逃がし穴１ａ，３ａ，４ａが形成された板状部品１，３，４を含む複数の板状部品を積層することにより作製され（積層工程）、その後、この導波路管路部品１０の下穴２ｂ（１０ａ）には、ねじ自身でねじ立てするタッピングねじ４０がねじ込まれることにより、制御基板２０が導波路管路部品１０に締結される（締結工程）。

なお、形成される管路の高さ（抜き穴２ｃ，４ｃ，６ｃが形成された板状部品２，４，６の厚さ）は、使用する周波数帯域に関連するものであり、ミリ波の７６ＧＨｚ帯の場合は、１〜１．３ｍｍ程度の高さであり、この部品高さがねじ篏合長に対応することから、一般的に用いられるＭ３並目ねじ（ピッチ０．５ｍｍ）では３ピッチ分に満たず、ねじ締結状態が安定し難い。しかしながら、本実施の形態で用いたタッピングねじ４０で締結する構成においては、めねじ（下穴２ｂ）との密着性が高いために、２ピッチ分程度の篏合長でもねじの締結状態を安定化できるため、薄板を積層した導波管管路部品１０へのねじ締結が実現可能である。

以上のように、このような構成の積層管路組立体によれば、タッピングねじ４０の篏合長を板状部品２の厚み分で管理するとともに、ねじ穴深さは逃がし穴を形成している板状部品１，３，４の枚数で調整できるため、タッピングねじ４０の長さに合わせて最小深さを容易に選定でき、機器の小型（薄形）化を実現できる。

また、このような構成の管路部品のねじ締結方法によれば、ねじの下穴加工におけるドリル先端の逃がし領域を見込む必要がないため、機器の小型（薄形）化を実現できる。すなわち、導波管管路部品１０の制御基板２０側を構成する積層体１０ｂには、導波路を形成する抜き穴とねじ穴とが形成されるが、導波管管路部品１０の他の部分を構成する構成する積層体１０ｃには、ドリル先端の逃がし領域を見込む必要がなく、広い範囲で抜き穴を形成することができるので、体積の有効活用をすることができ、装置の小形化を図ることができる。

このように、本実施の形態においては、薄板部品を積層して一体化した管路部品に被締結部品をねじ締結する構造において、ねじの篏合状態の安定性を得るとともに、ねじ長さとねじ穴深さを必要最小長とすることが可能であり、機器の小型（薄形）化と、ねじ穴加工を不用とすることでの低コスト化を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、制御基板２０に導波路穴２０ｂを設けて、高周波デバイス３０と導波管管路部品１０との間を空間伝搬する構成であるが、制御基板２０に誘電体導波路（パターン等）を設ける構成でも、同様の機能を果すものである。

実施の形態２．
本実施の形態の積層管路組立体は、構造は概略実施の形態１のものと同様である。導波管管路部品１０の材質がステンレス材の場合は、硬度が高い（ビッカース硬度で２５０Ｈｖ以上）ために、一般的にはタッピングねじでは締結困難である（一般的なタッピングねじで締結できる材料硬度の目安は、ねじ硬度の５０％未満とされており、２２０Ｈｖ以下程度である）。

そこで、本実施の形態においては、導波管管路部品１０の全体或いは下穴２ｂを形成する板状部品２に、８００℃程度の焼鈍し処理を行う（熱処理工程）。これにより、硬度を２２０Ｈｖ以下に低減して、ステンレス材の構成品に対しても、ねじ締結が行える構造を実現する。

なお、上記の加熱処理については、一体化するための接合方法を、拡散接合に代表される高温加熱での接合方法を採用した場合には、接合との同時処理が行えるため、容易に対応可能である。

本発明にかかる積層管路組立体は、マイクロ波やミリ波のレーダーや通信機器で使用される導波路部品や、導波管構造のアンテナに適用されて好適なものである。

Claims (7)

1. 複数の板状部品が積層されて一体化され、内層に中空の管路を形成する管路部品と、
   前記管路部品に、下穴にねじ自身でねじ立てして締結されるタッピングねじにより締結される被締結部品とを有し、
   前記複数の板状部品は、各々前記管路の側壁、上面及び底面を形成する複数の板状部品を含み、
   前記管路の側壁を形成する第１の板状部品には、前記タッピングねじの長さに応じた枚数に前記タッピングねじの前記下穴が形成されている
   ことを特徴とする積層管路組立体。
2. 前記複数の板状部品は、
   前記第１の板状部品に重なり、前記タッピングねじの先端の逃げる空間となる逃がし穴が形成された第２の板状部品をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層管路組立体。
3. 前記管路部品の全体、或いは前記第１の板状部品が焼鈍しされている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の積層管路組立体。
4. 前記第１の板状部品の材料がステンレス、或いはステンレスを主体とする高硬度材料である
   ことを特徴とする請求項３に記載の積層管路組立体。
5. 複数の板状部品が積層されて一体化され、内層に中空の管路を形成する管路部品と、
   前記管路部品に、下穴にねじ自身でねじ立てして締結されるタッピングねじにより締結される被締結部品とを有し、
   前記複数の板状部品は、各々前記管路の側壁、上面及び底面を形成する複数の板状部品を含む積層管路組立体の作製方法において、
   前記管路となる抜き穴が形成されるとともに前記タッピングねじの長さに応じた枚数に前記タッピングねじの前記下穴が形成された複数の板状部品を積層して一体化し前記管路部品を作製する積層工程と、
   前記タッピングねじを前記管路部品の前記下穴にねじ自身でねじ立てしてねじ込むことにより前記被締結部品を前記管路部品に締結する締結工程と
   を有することを特徴とする積層管路組立体の作製方法。
6. 前記積層工程は、
   前記下穴に重なる位置に逃がし穴が形成された第２の板状部品を前記第１の板状部品に重ねる工程を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の積層管路組立体の作製方法。
7. 前記積層工程の前に、
   前記管路部品の全体、或いは前記第１の板状部品に焼鈍しする熱処理工程をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載の積層管路組立体の作製方法。

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