WO2009119225A1 - 積層管路組立体及び管路部品のねじ締結方法 - Google Patents

積層管路組立体及び管路部品のねじ締結方法 Download PDF

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橋本　実
誠志 羽生
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三菱電機株式会社
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    • Y10T29/49963—Threaded fastener

Definitions

  • the present invention relates to a laminated pipeline assembly in which a plurality of plate-like components are laminated and integrated, and a component to be fastened such as a control board is fastened to a pipeline component forming a hollow pipeline in an inner layer. It is.
  • the present invention also relates to a screw fastening method of a pipeline component in which a component to be fastened is fastened to the pipeline component by a screw.
  • Waveguide components used in microwave and millimeter wave radar and communication equipment, and antennas with a waveguide structure are required to have a configuration in which a complex hollow channel is multilayered, and in particular, for in-vehicle radar In the case of such consumer devices, small size and high productivity are required. Therefore, as a form of a pipeline component forming a hollow waveguide (pipeline) inside, a plurality of plate-like components in which punching holes of various shapes are formed are laminated and integrated by surface bonding or the like. A complicated conduit structure can be realized, and a configuration is used in which a conduit part is fastened by a screw such as a control board.
  • Patent Document 1 As a method of screwing to a laminated thin plate, for example, a method described in Patent Document 1 has been conventionally proposed.
  • a plate-like drawn portion having a fastening hole for a tapping screw is formed in one thin plate, and a support portion for supporting the plate-like drawn portion from the inside is provided in the other thin plate.
  • the thickness of the fastening portion is substantially increased by the support portion and the support portion, and the axial force generated by the fastening torque is supported by the support portion from the inside of the plate-like narrowed portion, and the plate-shaped narrowed portion is in a buckling state.
  • the configuration that can simplify the part shape most is the side wall of the pipe and the parts of the top and bottom.
  • the necessary screw connection length generally, three or more pitches of threads are required
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and in a structure in which thin parts are screwed to a pipe component to be integrated by laminating thin film components, the stability of the screwed state of the screw is reduced. Not only obtain the screw length and screw hole depth but also minimize the size of the device and realize cost reduction by eliminating the need for screw hole processing. It is an object of the present invention to provide a method for screwing a laminated pipeline assembly and a pipeline component that can be performed.
  • the laminated pipeline assembly of the present invention is a pipeline component in which a plurality of plate-like components are laminated and integrated to form a hollow pipeline in an inner layer
  • a plurality of plate-like parts each including a plurality of plate-like parts forming a side wall, a top surface, and a bottom surface of the conduit;
  • a pilot hole for the screw is formed in at least one first plate-like part to be formed, and the screw is a tapping screw that is screwed to the pilot hole by the screw itself.
  • a plurality of plate-like components are laminated and integrated, and the pipeline to be fastened is screwed to the pipeline component forming the hollow pipeline in the inner layer.
  • a plurality of plate-like parts including at least one first plate-like part in which a through hole serving as a pipeline is formed and a pilot hole of a screw is formed are laminated and integrated It is characterized in that it has a laminating step of producing a channel component and a fastening step of fastening a component to be fastened to a channel component by tapping and screwing a tapping screw into the lower hole of the channel component by itself.
  • the present invention in the structure in which the parts to be fastened are screw-fastened to the conduit part integrated with the thin plate parts, stability of the screwed state is obtained and the screw length and the screw hole depth are required. It is possible to achieve the minimum length, and to realize the reduction in size (thinness) of the device and the cost reduction by eliminating the screw hole machining.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a laminated pipeline assembly according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the laminated pipeline assembly of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a waveguide channel component.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the laminated pipeline assembly.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view showing a fastening portion of the tapping screw of FIG. 4 in an enlarged manner.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a laminated pipeline assembly according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the laminated pipeline assembly of FIG.
  • a laminated conduit assembly 100 includes a waveguide conduit component (pipe component) 10, a control substrate 20 as a fastened component fastened to the waveguide conduit component 10 by a tapping screw 40, and the control And a high frequency device 30 mounted on the substrate 20.
  • the high frequency device 30 has a microwave or millimeter wave transmission / reception function.
  • a plurality of plate-like components are stacked and integrated by surface bonding of the waveguide unit 10.
  • the waveguide part 10 forms a hollow conduit (waveguide) not shown in the drawing in the inner layer.
  • the lower part 10a of the screw is formed in the waveguide part 10, while the through hole 20a is formed in the control substrate 20, and the control substrate 20 is tapped through the through hole 20a.
  • the screw 40 is fastened by being screwed into the lower hole 10 a of the waveguide conduit part 10.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the waveguide channel component 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the laminated pipeline assembly 100.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view showing the vicinity A of the fastening portion of the tapping screw 40 of FIG. 4 in an enlarged manner.
  • the plate-like parts 1, 3, 5 and 7 of small thickness and the plate-like parts 2, 4 and 6 of large thickness are alternately stacked and adhered. It is pasted with an agent etc. and is united.
  • large-area punched holes 2c, 4c and 6c of various shapes for forming a waveguide are opened.
  • slit-like fine holes 1c, 3c, 5c, 7c are formed in the plate-like parts 1, 3, 5, 7 of small thickness so as to communicate the holes 2c, 4c, 6c.
  • a plurality of plate-like parts are provided in advance with holes of various shapes for forming the waveguide, and these plate-like parts are laminated and integrated to obtain a complex waveguide. It has become.
  • a waveguide hole 20b for connecting the waveguide formed in this manner and the high frequency device 30 is formed (FIG. 2).
  • the high frequency device 30 transmits and receives microwaves or millimeter waves through this waveguide.
  • the pilot hole 2 b is formed only in the second plate-like component (first plate-like component) 2 from the control substrate 20 side of the waveguide passage component 10. Then, in the first, second and third plate-like parts (second plate-like parts) 1, 3 and 4 sandwiching the plate-like part 2 in the stacking direction, escape holes 1a are formed at positions corresponding to the pilot holes 2b. , 3a, 4a are formed respectively.
  • the waveguide channel component 10 is provided with the through hole 2c to be the side wall of the channel (waveguide) and the pilot hole 2b.
  • the height of the formed pipeline (the thickness of the plate-like parts 2, 4 and 6 in which the through holes 2c, 4c and 6c are formed) relates to the frequency band to be used, and In the case of the 76 GHz band, the height is about 1 to 1.3 mm, and this component height corresponds to the screw connection length, so the M3 coarse thread (pitch 0.5 mm) generally used is 3 Less than the pitch, it is difficult to stabilize the screwed state.
  • the tightness of the screw is stable even with a joint length of about 2 pitches because the adhesion with the female screw (under hole 2b) is high. It is possible to realize screw fastening to the waveguide conduit part 10 in which thin plates are laminated.
  • the joining length of the tapping screw 40 is managed by the thickness of the plate-like part 2, and the screw hole depth is formed by forming the escape hole. Since the number can be adjusted by the number of the plate-like parts 1, 3 and 4, the minimum depth can be easily selected in accordance with the length of the tapping screw 40, and the downsizing (thinning) of the device can be realized.
  • the screw fastening method of the pipeline component of such a configuration it is not necessary to look into the relief region of the drill tip in the downhole processing of the screw, so downsizing (thinning) of the device can be realized. That is, although a through hole and a screw hole for forming a waveguide are formed in the laminate 10b constituting the control substrate 20 side of the waveguide part 10, the other parts of the waveguide part 10 are formed. In the laminate 10c constituting the part, there is no need to look into the relief area of the drill tip, and it is possible to form the extraction hole in a wide range, so it is possible to make effective use of the volume and miniaturize the device. Can be
  • the structure in which the parts to be fastened are screw-fastened to the pipeline component in which the thin plate parts are laminated and integrated, stability of the screwed state is obtained and the screw length and the screw are obtained. It is possible to set the hole depth to the necessary minimum length, and it is possible to realize downsizing (thinning) of the device and cost reduction by eliminating screw hole processing.
  • the waveguide hole 20b is provided in the control substrate 20 to propagate space through the space between the high frequency device 30 and the waveguide component 10.
  • the dielectric substrate can be used as the control substrate 20.
  • a configuration in which a waveguide (pattern or the like) is provided also achieves the same function.
  • the laminated pipeline assembly of the present embodiment is generally similar in structure to that of the first embodiment.
  • the material of the waveguide part 10 is stainless steel, it is generally difficult to fasten with a tapping screw because of its high hardness (250 Hv or more in Vickers hardness) (a material that can be fastened with a general tapping screw)
  • the standard of hardness is considered to be less than 50% of screw hardness and is about 220 Hv or less).
  • an annealing process at about 800 ° C. is performed on the plate-like component 2 forming the entire waveguide channel component 10 or the pilot hole 2 b (heat treatment step). This reduces the hardness to 220 Hv or less, and realizes a structure in which screw fastening can be performed even on a stainless steel component.
  • the laminated pipeline assembly according to the present invention is suitably applied to a waveguide component used in microwave or millimeter wave radar and communication equipment, and an antenna having a waveguide structure.

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Abstract

　積層管路組立体は、複数の板状部品１～７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１０と、管路部品１０にねじにより締結される制御基板２０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板状部品２にねじの下穴２ｂ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４０である。ねじの篏合状態の安定性を得るとともに機器の小型（薄形）化および低コスト化を実現する積層管路組立体を得る。

Description

積層管路組立体及び管路部品のねじ締結方法
　　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少なくとも１枚の第１の板状部品に前記ねじの下穴が形成され、
    　前記ねじは前記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の板状部品の重なり、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、
    　前記管路となる抜き穴が形成されるとともに前記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前記管路部品を作製する積層工程と、
    　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管路部品のねじ締結方法。
  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に記載の管路部品のねじ締結方法。
  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に記載の管路部品のねじ締結方法。
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