JP2024036436A - 三次元造形物 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物を含有する金属粉末を用いて三次元造形され、挿入損失が低減された三次元造形物を提供する。【解決手段】本開示の三次元造形物１００は、不純物１を含有する金属で構成され、一端の断面が矩形を呈し、管状部５、５ａを有する三次元造形物１００であって、管状部５、５ａの内壁４の面粗度が予め設定された数値範囲内であること、または、管状部部５、５ａに伝搬される電磁波の周波数に基づいて決定される数値範囲内であることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本願は、三次元造形物に関する。

一般的な三次元造形物の製造方法として、例えば、特許文献１に開示されるように、エポキシ系樹脂を層状に積層する方法がある。このような製造方法で造形された三次元造形物は、製品の試作目的だけでなく、製品そのものとして使用される場合もある。すなわち、かかる製造方法は、製品の製造手段としても用いられる。製品の作製に当たっては、三次元造形物の表面を保護するために皮膜の形成が要求される製品のニーズもある。かかる目的のため、三次元造形物の表面にめっき層を形成する方法が適用されている。

三次元造形物の一態様である管状造形物の製造方法として、３Ｄプリンタを用いた三次元造形による製造方法が有効である。従来の製造方法では製造が困難であった管状内部の複雑な構造が容易に形成できるという利点があるからである。管状造形物が適用される製品の一例として、三次元形状の高周波回路、すなわち、伝送線路である導波管装置が挙げられる。導波管装置には、例えば、特許文献２に開示されるように、高周波回路の構成のために、管状内部の内壁の形状が平坦でない構造が用いられる。

特開２０１７－２１８６０４号公報 特開２００４－４８４８６号公報

特許文献１に記載の三次元造形の製造方法は、エポキシ系樹脂を層状に積層する樹脂製の三次元造形物の製造には好適であるが、導波管装置のような金属からなる三次元造形物の製造方法には適用できないという課題があった。

一方、特許文献２に開示された管状内部の内壁の形状が複雑な構造の導波管では、製造上の制約から導波管を分割された部品で構成する必要があり、部品間の接合強度の問題あるいは複数の部品の接合によって生じる設計誤差の発生があった。

三次元造形の製造方法により、三次元造形物の一態様である金属製の管状造形物を作製しても、管状部の内壁の面粗度の影響で、管状造形物を導波管装置として使用した場合に、挿入損失が大きいという課題があった。したがって、上述の分割された部品の問題を解決すべく三次元造形を適用して内部構造の複雑な管状造形物を形成できたとしても、挿入損失の小さい導波管装置は実現できないという課題があった。

本開示は、上記のような課題を解消するためになされたもので、金属粉末を用いて管状造形物が造形でき、挿入損失が低減された三次元造形物に関する。

本願に開示される三次元造形物は、不純物を含有する金属で構成され、一端の断面が矩形を呈する管状の三次元造形物であって、前記三次元造形物の管状部の内壁で許容される面粗度の数値範囲は、前記管状部に伝搬を予定する電磁波の周波数に基づいて決定される三次元造形物である。

本願に開示される三次元造形物によれば、三次元造形物の内壁の面粗度が予め設定された数値範囲内に制御できるので、挿入損失が低減された三次元造形物が得られるという効果を奏する。

実施の形態１による三次元造形物の製造方法の処理ステップを示すフローチャート図である。 実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の概観図である。 実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態１による三次元造形物の製造方法のうち、化学研磨工程の処理ステップを示すフローチャート図である。 化学研磨工程における各ステップにおける導波管本体の内壁の表面状態を表す模式図である。 三次元造形物である導波管装置における挿入損失と面粗度の関係を示す図である。 三次元造形物である導波管装置における三次元造形物である導波管装置における挿入損失と使用周波数の関係を示す図である。 実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法の処理ステップを示すフローチャート図である。 三次元造形物である導波管装置における三次元造形物である導波管装置における挿入損失と使用周波数の関係を示す図である。 実施の形態３による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態３による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態３による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態３による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である導波管装置の一例の断面図である。 実施の形態４による三次元造形物の製造方法の処理ステップを示すフローチャート図である。

実施の形態１．
以下、まず、実施の形態１による三次元造形物の製造方法について、図１および２を用いて説明する。図中、Ｘ軸方向は、三次元造形物である管状造形物１００の矩形状の断面における横方向に相当し、Ｙ軸方向は、管状造形物１００の矩形状の断面における縦方向に相当し、Ｚ軸方向は、管状造形物１００の延在する方向、すなわち、延在方向に相当する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向はそれぞれ直交する。

実施の形態１による三次元造形物の製造方法の概略を図１のフローチャートに示す。
不純物１を含有する金属粉末を用いて三次元造形物である管状造形物１００を造形する造形工程（ＳＴＥＰ１）と、管状造形物１００の内壁４を、露出した不純物１を含めて化学研磨する化学研磨工程（ＳＴＥＰ２）からなる。
実施の形態１による三次元造形物の製造方法で特徴的な工程である化学研磨工程の詳細については後述する。

造形工程（ＳＴＥＰ１）は、例えば、粉末床造形方式の３Ｄプリンタによる造形が挙げられる。つまり、三次元の形状データに基づいて、金属粉末などの粉末材料を１層ずつ層状に積み重ねて、断面形状をレーザあるいは電子ビームなどのエネルギー源で溶融してから固化させて三次元造形物を造形する。
なお、金属粉末として、銅あるいはアルミニウムが挙げられるが、これらの材料のみに限定されるわけではない。

金属粉末には、不純物１が意図的に添加されている。金属粉末への不純物１の添加は、３Ｄプリンタによる三次元造形物の造形性を高める、あるいは、三次元造形後の三次元造形物の物性値を向上させるといった効果をもたらす。

ここで、実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である管状造形物１００についてまず説明する。

実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物である管状造形物１００の概観図を図２に示す。管状造形物１００の一端は、矩形の断面形状を呈している。なお、図２に示される管状造形物１００は、後述する各導波管装置の内部構造までは図示していない。

実施の形態１による三次元造形物である管状造形物１００は、図１のフローチャートに示されるように、不純物１を含有する金属粉末を用いて造形される。かかる三次元造形された管状造形物１００が導波管装置として使用される場合には、図２の概観図に示すように、三次元造形物である管状造形物１００は導波管本体３の管状部を電磁波が伝搬する導波管装置として機能し、不純物１が存在しないと想定した状態において、導波管装置としての使用周波数に合わせ込まれた面粗度Ｒａとなるように化学研磨された内壁４を有する。

なお、図２の管状造形物１００は、あくまで三次元造形物の一例であって、実施の形態１による三次元造形物の製造方法によって製造される三次元造形物は管状造形物１００のみ、あるいは後述する導波管装置のみになんら限定されるものではなく、三次元造形物の全般に適用できる製造方法である。

管状造形物１００が適用される製品群の一態様である導波管装置は、伝送線路としての機能を有する導波管と、伝送線路上にフィルタ機能、分配機能および合成機能をもたらす導波管回路との両方の概念を含むものである。

以下、三次元造形物である管状造形物１００を導波管装置に適用した場合の各導波管装置１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０の断面構造を、図３から６を用いて説明する。図３から６に示される各断面図は、図２に示される管状造形物１００をＡ－Ａ方向から見た断面図、つまり、Ｘ軸とＺ軸とが交差する面における各導波管装置の断面図である。なお、図２の管状造形物１００は、上述したように、管状部５の内部構造を示すものではないし、さらに、図５の導波管装置１５０および図６の導波管装置１６０の外観を示すものでもない。

図３から６に示される各導波管装置１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０の導波管本体３は、図１のフローチャートにおける造形工程（ＳＴＥＰ１）で容易に作製することができる。なお、図２から６に示される各導波管装置の導波管本体３の内壁４には、めっき層は形成されていない。

図３（Ａ）に示される導波管装置１１０は、導波管本体３の内壁４が導波管装置１１０の延在方向、つまり図３（Ａ）におけるＺ軸方向と交差するＸ軸方向において、対向する面の間の距離がランダムである。言い換えれば、導波管本体３の内側の一側面から管状部５の中心に向かって突出する凸部３１がＺ軸方向に沿って複数個配置され、一側面から凸部３１の先端までの長さが、各凸部３１によって異なる。

一方、導波管本体３の内側の一側面と対向する側面側にも同じサイズの各凸部３１が形成されている。すなわち、導波管本体３の内側で互いに対向する両側面に設けられた各凸部３１は、Ｚ軸に対して対称になるように配置されている。

図３（Ｂ）に示される導波管装置１２０は、導波管本体３の内側の一側面から管状部５の中心に向かって突出する凸部３１がＺ軸方向に沿って複数個配置され、一側面から凸部３１の先端までの長さが、各凸部３１で同一となっている。つまり、一定の突出した長さを有する凸部３１が、Ｚ軸方向に沿って一定の間隔を保ちながら周期的に複数個配置されている。

導波管本体３の内側の一側面と対向する側面側にも同一形状の凸部３１が形成されている。すなわち、導波管本体３の内側で互いに対向する両側面に設けられた各凸部３１は、Ｚ軸方向に対して対称となるように配置されている。

図４（Ａ）に示される導波管装置１３０は、導波管本体３の内側に仕切り壁３ａが設けられ、２つの管状部５が形成される。なお、仕切り壁３ａの数は必要に応じてさらに設けることが可能である。導波管本体３の内側に仕切り壁３ａをｎ個設けた場合は、管状部５がｎ＋１個形成される。

図４（Ｂ）に示される導波管装置１４０は、上述の導波管装置１３０の導波管本体３の内側に設けられた仕切り壁３ａは、導波管本体３の延在方向、すなわち、Ｚ軸方向における中央部で２つに分割された仕切り壁３ｂで構成される。言い換えれば、隣接する管状部５の一か所が連通している。

導波管装置１３０と同様に、導波管装置１４０においても、２つの管状部５が形成される。なお、仕切り壁３ｂを必要に応じてさらに分割しても良い。

図５に示される導波管装置１５０は、導波管本体３が、Ｚ軸方向に延在する管状部５に加えて、Ｘ軸方向に延在する管状部５ａが設けられている。導波管装置１５０の断面を上方、つまり、Ｙ軸方向から見るとＴ字状を呈している。

図６に示される導波管装置１６０は、導波管本体３がＺ軸方向に沿って二つの方向に分岐している。導波管装置１６０の断面を上方、つまり、Ｙ軸方向から見るとＹ字状を呈している。

以上、図３から６において、各導波管装置１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０を説明した。各導波管装置の構造は、所望の伝送すべき電磁波の周波数に応じて、適宜、選択される。

次に、実施の形態１による三次元造形物の製造方法で特徴的な工程である化学研磨工程について詳細する。

一般的に、金属粉末を用いて、３Ｄプリンタを用いて造形した三次元造形物は面粗度が粗いため、管状造形物１００である導波管装置として使用する場合には電気的な損失が大きい。電気的な損失が大きい不具合要因として、２点が挙げられる。

電気的な損失が大きい１番目の不具合要因は、三次元造形に使用する金属粉末には、不純物１、例えば、シリコンが含まれており、管状造形物１００を導波管装置に適用する場合に、この不純物１が内壁４に露出すると、導波管本体３の内壁４の導電率の悪化、つまり、低下が生じて、損失が大きくなってしまう点にある。

電気的な損失が大きい２番目の不具合要因は、導波管装置の管状部５を伝搬する電磁波の波長、すなわち、使用周波数の波長に対して、導波管本体３の内壁４の面粗度が粗いことに起因して、伝送線路長が実効的に長くなってしまうために、伝搬する電磁波の損失が大きくなってしまう点にある。

実施の形態１による三次元造形物の製造方法では、上述の１番目の不具合要因に対処するために、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２）を行う。
これは、管状造形物１００の内壁４を研磨するためには、一般的に用いられてきた機械的な研磨、例えば、流体を内部に流しながら研磨する流体研磨では、三次元造形物の複雑な内部構造に対応できないためである。

実施の形態１による三次元造形物の製造方法において、さらに、２番目の不具合要因に対処する必要がある場合は、化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ２）を、三次元造形物である管状造形物１００が導波管装置に適用され、導波管本体３の内壁４に不純物１が存在しないと想定した状態において、管状部５を電磁波が伝搬する導波管装置としての使用周波数に合わせた面粗度Ｒａに合わせ込むように研磨する工程とする。

ここで、不純物１が存在しないと想定した状態とは、最終的に、三次元造形物である管状造形物１００を導波管装置に適用する際は、銀めっきなどのめっき層６（導体層とも呼ぶ）を導波管本体３の内壁４に施して使用する場合、つまり、内壁４に、めっき層６が形成されて使用される場合を想定している。導波管本体３の内壁４に、めっき層６が形成された導波管装置については、実施の形態２において詳述する。

次に、管状部５を電磁波が伝搬する導波管装置としての使用周波数に合わせた場合の導波管本体３の内壁４の面粗度Ｒａは、不純物１が存在しないと想定した状態で、導波管装置の管状部５を伝搬する電磁波の損失、つまり挿入損失が予め定められた範囲内になるように制御されている。かかる導波管装置の構成は、実施の形態１による三次元造形物の一形態である。

すなわち、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２）では、不純物１が存在しないと想定した状態で、導波管装置の導波管本体３の内壁４を、導波管装置の管状部５を伝搬する電磁波の損失が予め定められた範囲となるような面粗度Ｒａに合わせ込むように研磨する工程といえる。

化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ２）の詳細について、化学研磨工程中をさらに詳細な各工程に分けて示した図７のフローチャート、および、図８の各工程における導波管装置の導波管本体３の内壁４の表面状態を模式的に表した図に基づき説明する。

なお、図８の表面状態を模式的に表した図において、（Ａ）は造形工程（図１のＳＴＥＰ１）によって造形された三次元造形物である管状造形物１００の内壁４の表面状態、（Ｂ）は後述の第１回目の平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）の後の管状造形物１００の内壁４の表面状態、（ｃ）は後述の第１回目の不純物除去工程後の管状造形物１００の内壁４の表面状態をそれぞれ表す。

まず、平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）として、造形工程（図１のＳＴＥＰ１）によって三次元造形された管状造形物１００を化学研磨液に浸漬して、管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４を含む金属表面の平滑化を行う。

平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）の前後で、導波管装置の導波管本体３の内壁４の表面は、平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）前の図８（Ａ）に示す模式的な表面状態から、平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）後の図８（Ｂ）に示す模式的な表面状態へと変化する。すなわち、平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）前では、内壁４にはある程度の不純物１が露出している状態であるが、平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）後では、以下に説明するように、内壁４の表面に露出する不純物１の個数は増加する。

平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）における導波管装置の導波管本体３の内壁４の化学研磨において、三次元造形物である管状造形物１００を構成する金属を化学研磨することを目的とする化学研磨液では、通常は、不純物１を同時に化学研磨することができないので、化学研磨液による内壁４の化学研磨が進行するほど、内壁４の表面に露出する不純物１の個数は増加する。すなわち、内壁４の表面に露出する不純物１の密度が高くなり、内壁４は図８（Ｂ）に示す模式的な表面状態となる。

導波管本体３の内壁４の表面に露出した不純物１は、導波管装置の性能を著しく劣化させるため、除去する必要がある。かかる目的のため、平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）の後に、不純物除去工程（ＳＴＥＰ１２）を行う。具体的には、内壁４の表面上に露出した不純物１を、不純物１を選択的に溶解するような薬液で除去する。ここで、選択的に溶解するとは、不純物１は溶解するが、導波管装置の導波管本体３を構成する金属を殆ど、あるいは全く溶解しない、という意味である。

不純物除去工程（ＳＴＥＰ１２）後、洗浄工程（ＳＴＥＰ１３）を実施する。具体的には、水洗によって三次元造形物である管状造形物１００を洗浄する。

洗浄工程（ＳＴＥＰ１３）後、面粗度（Ｒａ）検査工程（ＳＴＥＰ１４）を行う。上述したように、導波管装置の導波管本体３の内壁４の面粗度Ｒａは、導波管装置の管状部５を伝搬する電磁波の損失の度合いに強く影響を及ぼすので、制御しなければならないパラメータの一つである。

導波管装置の導波管本体３の内壁４の面粗度Ｒａの測定は、ＪＩＳＢ０６５１に定義されている触針式表面粗さ測定機により測定される。また、面粗度Ｒａは、ＪＩＳＢ０６０１などによって定義される面粗度とする。

管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４の面粗度Ｒａは、導波管装置の使用周波数によって予め設定された数値範囲内になるように調整すべき数値パラメータである。管状造形物１００である導波管装置をアンテナ用に適用する場合は、例えば、予め設定された数値範囲内として、面粗度Ｒａが２μｍ以上４μｍ以下の数値範囲が挙げられる。

なお、この面粗度Ｒａの数値範囲は、管状造形物１００である導波管装置をアンテナ用に適用する場合の一例として挙げたが、管状造形物１００である導波管装置をアンテナ用以外の用途に使用する場合も有効な数値範囲である。

第１回目の平滑化処理工程（ＳＴＥＰ１１）および不純物除去工程（ＳＴＥＰ１２）の１サイクルを経て、面粗度（Ｒａ）検査工程（ＳＴＥＰ１４）で測定された面粗度Ｒａが、予め設定された数値範囲内でない場合、つまり、通常は数値範囲内の上限値より大きい場合は、面粗度Ｒａが予め設定された数値範囲内に合わせ込まれるまで上記サイクルを繰り返し、最終的には、予め設定された数値範囲内に面粗度Ｒａを合わせ込む（ＳＴＥＰ１５）。

以上、実施の形態１による三次元造形物の製造方法における特徴的な工程である化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ２）を詳細に説明した。

図９は、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２）を施した管状造形物１００である導波管装置における挿入損失と面粗度Ｒａの関係を示したグラフである。図９の縦軸は挿入損失［ｄＢ］を示し、横軸は面粗度（Ｒａ）［μｍ］をそれぞれ示している。

挿入損失は、高周波回路、すなわち、伝送線路の一方のポートから入力した電磁波と、他方のポートから出力した電磁波とを比較して、高周波回路（伝送線路）における損失を示す指標である。

面粗度Ｒａは、算術平均粗さと呼ばれるパラメータであり、凹凸の高さ方向のパラメータである。上述したように、面粗度Ｒａは、ＪＩＳＢ０６０１などによって定義される面粗度である。

図９は、具体的には、図２に示す管状造形物１００である導波管装置の一方のポート、つまり一端の開口から入力した導波管装置としての使用周波数の電磁波と、一端のポートと連通した他端のポート、つまり、他端の開口から出力された電磁波とを比較した結果である。

図９から、化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ２）によって、内壁４の化学研磨が進行し、内壁４の面粗度Ｒａが小さくなる、つまり、図９のグラフ上では原点側に近接するにつれて、挿入損失も向上することが分かる。上述したように、面粗度Ｒａは、例えば、２μｍ以上４μｍ以下の範囲が好適である。

図１０は、三次元造形された管状造形物１００である導波管装置における、挿入損失と使用周波数の関係を示すグラフである。図１０の縦軸は挿入損失［ｄＢ］を示し、横軸は使用周波数［ＧＨｚ］をそれぞれ示している。ここで挿入損失とは、上述のとおり、一方のポートから入力した電磁波と、他方のポートから出力した電磁波とを比較した損失を示す指標である。

図１０において、曲線（ａ）は、造形工程（図１のＳＴＥＰ１）の後に、なんら処理してない管状造形物１００である導波管装置から得たデータである。曲線（ｂ）は、比較例として、造形工程（図１のＳＴＥＰ１）の直後に、つまり、内壁４の化学研磨を行わない状態で、導電性のめっきを施した管状造形物１００である導波管装置から得たデータである。曲線（ｃ）は、実施の形態１による三次元造形物の製造方法である化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ２）を経て製造された管状造形物１００である導波管装置から得たデータである。

以上の結果から、比較例である曲線（ｂ）に示されるように、導波管装置の導波管本体３の内壁４の表面に導電性のめっきを単に施しても、挿入損失は理想的な数値にはならないことが分かる。この実験結果は、実施の形態１による三次元造形物の製造方法における特徴的な工程である化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ２）が有効であることを顕著に表している。

図１０から、導波管装置としての使用周波数が比較的低く、不純物１の影響が少ない場合は、後述の実施の形態２で説明するめっき工程を省略しても、三次元造形された管状造形物１００である導波管装置を導波管回路として使用した場合でも、挿入損失の小さい導波管装置が得られることが分かる。

以上、実施の形態１による三次元造形物の製造方法では、化学研磨工程を適用し、さら化学研磨工程において三次元造形物（導波管装置）の内壁の面粗度Ｒａを予め設定された数値範囲内に制御するので、挿入損失が低減された三次元造形物（導波管装置）を容易に製造できる効果を奏する。

また、実施の形態１による三次元造形物では、三次元造形物（導波管装置）の導波管本体の内壁の面粗度Ｒａが予め設定された数値範囲内に制御されているので、挿入損失が低減された三次元造形物（導波管装置）が得られるという効果を奏する。

実施の形態２．
以下、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法について、図１１および図１２を用いて説明する。

実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法は、具体的には、導電性の管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４の加工方法である。
図１１に示すように、管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４を化学研磨する化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）と、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）後に、管状造形物１００の内壁４に導電性のめっきを施すめっき工程（ＳＴＥＰ２２）とを備えたことを特徴とする。

なお、管状造形物１００を造形する際に材料となる金属粉末が不純物１を含まない場合、あるいは、管状造形物１００を導波管装置として使用した場合の使用周波数が比較的低く、かつ、不純物１の影響が少ない場合は、後述のめっき工程（ＳＴＥＰ２２）なしで、管状造形物１００を導波管回路として使用してもよい。

実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法は、実施の形態１による三次元造形物の製造方法における造形工程（図１のＳＴＥＰ１）で得られた管状造形物１００である導波管装置の内壁４の加工方法として好適である。この場合、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）は、不純物１を含有する導電性の管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４を化学研磨する工程となる。そして、めっき工程（ＳＴＥＰ２２）は、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）後に、露出した不純物１をある程度含有する導波管本体３の内壁４に対して、導電性のめっきを施す工程となる。

しかしながら、実施の形態２による内壁加工方法が適用される管状造形物は、実施の形態１による三次元造形物の製造方法における造形工程（図１のＳＴＥＰ１）で得られた管状造形物１００に限定されない。すなわち、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法は、一般的な管状造形物の製造方法によって作製された管状造形物に対しても、同様の効果を奏する。

化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）は、不純物１を含有する金属粉末から造形された管状造形物１００を研磨する工程である。また、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）は、管状造形物１００の造形時に内壁に生じた凹凸を研磨する工程でもある。管状造形物１００が導波管装置の場合、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）は、管状造形物１００の導波管本体３の内壁４を研磨する工程に相当する。

実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法におけるめっき工程（ＳＴＥＰ２２）は、管状造形物１００が導波管装置である場合、管状部５を電磁波が伝搬する導波管装置に仕上げる工程に相当する。めっき工程（ＳＴＥＰ２２）の一例として、管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４に、例えば、銀めっきを施す工程が挙げられる。

図１２は、管状造形物１００である導波管装置における、挿入損失と使用周波数の関係を示すグラフである。図１０の縦軸は挿入損失［ｄＢ］を示し、横軸は使用周波数［ＧＨｚ］をそれぞれ示している。ここで挿入損失とは、上述のとおり、一方のポートから入力した電磁波と、他方のポートから出力した電磁波とを比較した損失を示す指標である。

図１２において、曲線（ａ）は、造形工程（図１のＳＴＥＰ１）の後に、なんら処理はしてない管状造形物１００である導波管装置から得たデータである。曲線（ｂ）は、比較例として、造形工程（図１のＳＴＥＰ１）の直後に、つまり、内壁４の化学研磨を行わない状態で、導電性のめっきを施した管状造形物１００である導波管装置から得たデータである。曲線（ｃ）は、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法である化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）を経て製造された管状造形物１００である導波管装置から得たデータである。曲線（ｄ）は、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法である化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）およびめっき工程（ＳＴＥＰ２２）を行い、導波管本体３の内壁４にめっき層６が形成された導波管装置から得たデータである。

各曲線のうち、曲線（ｄ）が理論値に近い数値を示している。これに対して、曲線（ｂ）の比較例に示されるように、管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４の表面に、導電性のめっきを単に施しても、挿入損失は理想的なものにはならない。図１２に示される各データは、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法における化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）およびめっき工程（ＳＴＥＰ２２）の有効性を裏付けるものである。

図１２から分かるように、金属粉末が不純物１を含まない場合、あるいは、管状造形物１００である導波管装置の使用周波数が比較的低く、不純物１の影響が少ない場合は、めっき工程（ＳＴＥＰ２２）なしで、管状造形物１００である導波管装置を導波管回路として使用してもよいことが分かる。

化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）およびめっき工程（ＳＴＥＰ２２）によって内壁４を加工された管状造形物１００が導波管装置である場合、後述する図１３から１６に示されるような断面構造を有する導波管装置となる。

化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）は、実施の形態１と同様な化学研磨工程（図１のＳＴＥＰ１、図７のフローチャートに示される各工程を含む化学研磨工程）、すなわち、管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４を、導波管装置の使用周波数に合わせた面粗度Ｒａに合わせ込むように研磨する工程であることが好ましい。つまり、図１１の化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）は、管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３の内壁４を、導波管装置の管状部５を伝搬する電磁波の損失が予め設定された数値範囲内となるような面粗度Ｒａに合わせ込むように研磨する工程である。つまり、面粗度Ｒａの数値範囲は、導波管装置の管状部５を伝搬する電磁波の損失に基づき決定される。

以上、実施の形態２による管状造形物の内壁加工法では、管状造形物の内壁に化学研磨を適用し、さらに内壁の表面にめっき層を形成するので、挿入損失が低減された管状造形物（導波管装置）を容易に製造できる効果を奏する。

実施の形態３．
以下、実施の形態３による導波管装置について図１３から１６を用いて説明する。

実施の形態３による各導波管装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０は、不純物１を含有する導電性の管状造形物１００である導波管装置の導波管本体３と、導波管装置としての使用周波数に合わせた面粗度Ｒａに合わせ込むように研磨された導波管本体３の内壁４と、露出した不純物１を含有する導波管本体３の内壁４の表面を覆うめっき層（導体層）６とを備えたことを特徴とする。

めっき層６の一例として、銀めっきによるめっき層６が挙げられる。実施の形態３による導波管装置は、三次元造形された導電性の管状造形物１００である導波管装置が、この導波管装置の使用周波数に合わせ込んだ面粗度Ｒａに研磨された導波管本体３の内壁４を有するものでもよい。つまり、面粗度Ｒａの数値範囲は、導波管装置として使用する電磁波の周波数に基づき決定される。

図１３から１６に示されるような断面構造を有する各導波管装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０は、図３から図６に示されるような断面構造を有する各導波管装置１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０の導波管本体３の内壁４の表面にめっき層６を形成したものである。

すなわち、図３から図６に示されるような断面構造を有する各導波管装置では導波管本体３の内壁４が露出しているが、図１３から１６に示されるような断面構造を有する各導波管装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０は、導波管本体３の内壁４の表面はめっき層６で覆われている点が異なる。

以下、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法により作製された三次元造形物である管状造形物１００を導波管装置に適用した場合の各導波管装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０の断面構造を図１３から１６を用いて説明する。なお、実施の形態２による管状造形物の内壁加工方法により作製された三次元造形物である管状造形物の外観は、実施の形態１による管状造形物１００と同一の外観である。

図１３から１６に示される各断面図は、図２に示される管状造形物１００をＡ－Ａ方向から見た断面図、つまり、Ｘ軸とＺ軸とが交差する面における各導波管装置の断面図である。なお、図２の管状造形物１００は、上述したように、管状部の内部構造を示すものではないし、さらに、図１５の導波管装置２５０および図１６の導波管装置２６０の外観を示すものでもない。

図１３から１６に示される各導波管装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０の導波管本体３は、例えば、図１のフローチャートにおける造形工程（ＳＴＥＰ１）で容易に作製することができる。

図１３（Ａ）に示される導波管装置２１０は、導波管本体３の内壁４が導波管装置２１０の延在方向、つまり図１３（Ａ）におけるＺ軸方向と交差するＸ軸方向において、対向する面の間の距離がランダムである。言い換えれば、導波管本体３の内側の一側面から管状部５の中心に向かって突出する凸部３１がＺ軸方向に沿って複数個配置され、一側面から凸部３１の先端までの長さが、各凸部３１によって異なる。

一方、導波管本体３の内側の一側面と対向する側面側にも同じサイズの各凸部３１が形成されている。すなわち、導波管本体３の内側で互いに対向する両側面に設けられた各凸部３１は、Ｚ軸に対して対称になるように配置されている。

導波管装置２１０の導波管本体３の内壁４の表面にはめっき層６が形成されている。なお、内壁４の一部をなす各凸部３１の側面部分にもめっき層６が形成されている。

図１３（Ｂ）に示される導波管装置２２０は、導波管本体３の内側の一側面から管状部５の中心に向かって突出する凸部３１がＺ軸方向に沿って複数個配置され、一側面から凸部３１の先端までの長さが、各凸部３１で同一となっている。つまり、一定の突出した長さを有する凸部３１が、Ｚ軸方向に沿って一定の間隔を保ちながら周期的に複数個配置されている。

導波管本体３の内側の一側面と対向する側面側にも同一形状の凸部３１が形成されている。すなわち、導波管本体３の内側で互いに対向する両側面に設けられた各凸部３１は、Ｚ軸方向に対して対称となるように配置されている。

導波管装置２２０の導波管本体３の内壁４の表面にはめっき層６が形成されている。なお、内壁４の一部をなす各凸部３１の側面部分にもめっき層６が形成されている。

図１４（Ａ）に示される導波管装置２３０は、導波管本体３の内側に、仕切り壁３ａが設けられ、２つの管状部５が形成される。なお、仕切り壁３ａの数は必要に応じてさらに設けることが可能である。導波管本体３の内側に仕切り壁３ａをｎ個設けた場合は、管状部５がｎ＋１個形成される。

導波管装置２３０の導波管本体３の内壁４の表面にはめっき層６が形成されている。また、内壁４の一部をなす仕切り壁３ａの両側面にもめっき層６が形成されている。

図１４（Ｂ）に示される導波管装置２４０は、上述の導波管装置２３０の導波管本体３の内側に設けられた仕切り壁３ａは、導波管本体３の延在方向、すなわち、Ｚ軸方向における中央部で２つに分割された仕切り壁３ｂで構成される。言い換えれば、隣接する管状部５の一か所が連通している。

導波管装置２３０と同様に、導波管装置２４０においても、２つの管状部５が形成される。なお、仕切り壁３ｂを必要に応じてさらに分割しても良い。

導波管装置２４０の導波管本体３の内壁４の表面にはめっき層６が形成されている。また、内壁４の一部をなす各仕切り壁３ｂの両側面にもめっき層６が形成されている。

図１５に示される導波管装置２５０は、導波管本体３が、Ｚ軸方向に延在する管状部５に加えて、Ｘ軸方向に延在する管状部５ａが設けられている。導波管装置２５０の断面を上方、つまり、Ｙ軸方向から見るとＴ字状を呈している。

導波管装置２５０の導波管本体３の内壁４の表面にはめっき層６が形成されている。また、Ｘ軸方向に延在する管状部５ａ側の内壁４にもめっき層６が形成されている。

図１６に示される導波管装置２６０は、導波管本体３がＺ軸方向に沿って二つの方向に分岐している。導波管装置２６０の断面を上方、つまり、Ｙ軸方向から見るとＹ字状を呈している。

導波管装置２６０の導波管本体３の内壁４の表面にはめっき層６が形成されている。また、２方向に分岐している管状部の内壁４のそれぞれにもめっき層６が形成されている。

以上、図１３から１６において、各導波管装置２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０を説明した。各導波管装置の構造は、所望の伝送すべき電磁波の周波数に応じて、適宜、選択される。

実施の形態３による導波管装置では、導波管装置の導波管本体の内壁の面粗度Ｒａが予め設定された数値範囲内に制御され、かつ、内壁の表面にはめっき層が形成されているので、挿入損失が低減された導波管装置が得られるという効果を奏する。

実施の形態４．
実施の形態４による三次元造形物の製造方法について、図１７のフローチャートを用いて説明する。
実施の形態１による三次元造形物の製造方法では、処理ステップとして、造形工程（ＳＴＥＰ１）と化学研磨工程（ＳＴＥＰ２）とを用いたものを説明した。また、実施の形態２による管状造形物の内壁加工法では、処理ステップとして、化学研磨工程（ＳＴＥＰ２１）とめっき工程（ＳＴＥＰ２２）とを用いたものを説明した。すなわち、各処理ステップを分けて実施する三次元造形物の製造方法をそれぞれ説明してきたが、実施の形態４による三次元造形物の製造方法では、図１７のフローチャートに示すように、造形工程（ＳＴＥＰ３１）、化学研磨工程（ＳＴＥＰ３２）、めっき工程（ＳＴＥＰ３３）の３工程からなるものである。

図１７のフローチャートに示すように、実施の形態４による三次元造形物の製造方法では、三次元構造の導電性の管状造形物１００を三次元造形する造形工程（ＳＴＥＰ３１）と、三次元造形物である管状造形物１００の内壁４を化学研磨する化学研磨工程（ＳＴＥＰ３２）と、化学研磨工程（ＳＴＥＰ３２）後に、管状造形物１００の内壁４に導電性のめっきを施してめっき層６を形成するめっき工程（ＳＴＥＰ３３）からなることを特徴とする。

実施の形態４による三次元造形物の製造方法における造形工程（ＳＴＥＰ３１）は実施の形態１の造形工程（ＳＴＥＰ１）と、化学研磨工程（ＳＴＥＰ３２）は実施の形態１の化学研磨工程（ＳＴＥＰ２）と、めっき工程（ＳＴＥＰ３３）は実施の形態２のめっき工程（ＳＴＥＰ２２）とそれぞれ同一の工程であり、個々の工程の詳細および管状造形物１００である導波管装置の形状については、実施の形態１から３で説明したとおりなので、説明を省略する。

図１７に示す一連の工程を実施することにより、特に化学研磨工程の適用によって、三次元造形物である導波管装置の内壁の面粗度Ｒａを予め設定された数値範囲内に制御でき、かつ、内壁の表面にめっき層を形成するので、挿入損失が低減された三次元造形物（導波管装置）を容易に製造できる。

以上、実施の形態４による三次元造形物の製造方法では、三次元造形された三次元造形物（導波管装置）の内壁に化学研磨を適用し、さらに、三次元造形物の内壁の表面にめっき層を形成するので、挿入損失が低減された三次元造形物（導波管装置）を容易に製造できる効果を奏する。

本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。

従って、例示されていない無数の変形例が、本開示の技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 不純物、３ 導波管本体、３ａ、３ｂ 仕切り壁、４ 内壁、５、５ａ 管状部、６ めっき層、３１ 凸部、１００ 管状造形物、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０ 導波管装置

Claims (5)

1. 不純物を含有する金属で構成され、一端の断面が矩形を呈し、管状部を有する三次元造形物であって、前記管状部の内壁の面粗度が予め設定された数値範囲内であることを特徴とする三次元造形物。
2. 前記内壁を平滑化処理することで前記内壁に露出する前記不純物が除去されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物。
3. 前記内壁の面粗度は、前記管状部に伝搬される電磁波の周波数に基づいて決定される数値範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形物。
4. 前記内壁の面粗度は、前記管状部に伝搬される電磁波の挿入損失に基づいて決定される数値範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形物。
5. 前記内壁の面粗度の数値範囲は、２μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の三次元造形物。

Images