JP4491189B2

JP4491189B2 - コルゲートホーンの製造方法及びコルゲートホーン

Info

Publication number: JP4491189B2
Application number: JP2002205940A
Authority: JP
Inventors: 裕太郎関本; 一房野田; 道雄小林
Original assignee: Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Current assignee: Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP2004043931A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、コルゲートホーンの製造方法及びコルゲートホーンに関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
コルゲートホーンは、主に電磁波の放射、受信に用いられているが、基本的には、中空円錐形状の内面に、同心状に微細な凹凸からなるコルゲート歯を多数形成してなっている。
【０００３】
このような微細なコルゲート歯を内面に有するコルゲートホーンは従来、次のように作られている。目的とする（製品としての）コルゲートホーンと雄雌の関係をなす母型を作成し、このコルゲートホーン母型の周囲に、Ｃｕ層を電鋳加工によって形成する。次に、コルゲートホーン母型だけを溶融除去してＣｕからなるコルゲートホーン金属材料を取り出すと、その内面には一次的にコルゲート歯が形成されている。さらに、この一次的に形成されているコルゲート歯の表面に、Ａｕ層をメッキによって形成し、コルゲート歯の表面精度を高める。
【０００４】
このようなコルゲートホーンでは、使用波長が短波長になるにつれ（例えば波長がミリからサブミリオーダになるにつれ）、コルゲート歯のピッチと深さが一層微細化している。例えば、コルゲート歯のピッチと深さが数十μｍと微細化すると、Ｃｕ層によって一次的に形成されているコルゲート歯に沿わせてＡｕ層をメッキするとき、Ａｕが微細な凹部内に十分進入せず、必要な精度が得られないことが判明してきた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、コルゲートホーンの製造方法についての以上の問題意識に基づき、特にコルゲート歯が同心状であって隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなるとき、正確なコルゲート歯形状を有するコルゲートホーンの製造方法を得ることを目的とする。また本発明は、そのような正確なコルゲート歯形状を有するコルゲートホーンを得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、従来アルミ母型外周に電鋳加工によってＣｕを積層してコルゲートホーン形状を作成し、その後コルゲート歯内面にＡｕをメッキしている工程を改め、アルミ母型に直接Ａｕを電鋳加工すれば、コルゲート歯が同心状で隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなるときであっても、アルミ母型の微細なコルゲート歯内に十分Ａｕが進入し、アルミ母型の正確な形状が再現できると事実に着目してなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明方法は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる母型材料の外周面に、機械加工により同心状であって隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなるコルゲート歯を形成してコルゲートホーン母型を作成するステップと；このコルゲートホーン母型の周囲に、電鋳加工によってＡｕ単層からなるコルゲートホーン金属材料を形成するステップと；コルゲートホーン母型を溶融除去してＡｕ単層からなるコルゲートホーンを取り出すステップと；を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明方法は、特にコルゲートホーン母型が、円錐状のコルゲート歯形成部分と、この円錐状コルゲート歯形成部分の小径側に連続させて形成した円柱状部と、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する丸角変換部と、断面矩形の角軸部とを有する場合に好適である。円柱状部、丸角変換部及び角軸部（コルゲートホーンとしては、中空円錐状部の小径部側に連続させて形成した円筒部、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する丸角変換筒部及び断面矩形の角筒部）もまた小径化しており、これらをコルゲートホーン母型本体と一体に成形することにより、高い同心性を確保することができる。
【０００９】
本発明の別の態様としては、Ａｕ層上にさらに電鋳加工によってＣｕ層を形成するステップを有してもよい。
【００１０】
本発明方法によるコルゲートホーンは、中空円錐状体の内周面に、隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなるコルゲート歯を同心状に多数形成してなるコルゲートホーンであって、Ａｕのみからなることを特徴としている。このコルゲートホーンは、中空円錐状部の小径部側に連続させて形成した円筒部と、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する丸角変換筒部と、断面矩形の角筒部とをさらに有する形態とすることができる。
【００１１】
コルゲートホーン母型を溶融する薬液は、ＡｌまたはＡｌ合金は溶融除去し、Ａｕは溶融しない薬液から選択する。具体的には、コルゲートホーン金属材料がＡｕのみからなる場合には硝酸が好ましく、Ａｕ上に他の金属をさらに積層する場合にはクロム酸を用いることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下図示実施形態について本発明を説明する。図１ないし図３は、本発明方法の第一の実施形態を示している。この実施形態は、図１に示すように、Ａｌ合金からなるブランク材料１１を巨視的には円錐状でその外周面に微視的には微小なコルゲート歯（凸）１２ａを有するコルゲートホーン母型（凸型）１２に精密に加工する機械加工工程、図３に示すように、このコルゲートホーン母型１２をＡｕ電鋳槽２０内に入れてその表面にＡｕ層１３（コルゲートホーン１０）を形成するＡｕ電鋳加工工程、及びＡｕ電鋳加工の終了した素材をＡｕ電鋳槽２０から取り出し、図４に示すように、母型溶融除去薬液槽２１内に入れて、中心のコルゲートホーン母型１２を溶かして除去する溶融除去工程からなっている。
【００１３】
コルゲートホーン母型１２は、この実施形態では、コルゲート歯１２ａを有する円錐状のコルゲート歯形成部分１２Ａと、この円錐状コルゲート歯形成部分１２Ａの小径側に連続させて形成した円柱状部１２Ｂと、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する丸角変換部１２Ｃと、断面矩形の角軸部１２Ｄとを有している。コルゲートホーン母型１２をＡｌまたはＡｌ合金から形成する理由は、その優れた被削性にある。微細なコルゲート歯１２ａ、特に隣り合う壁面が軸線に直交する互いに平行平面をなす同心状の微細な有底溝からなるコルゲート歯１２ａを正確な形状に機械加工するには、Ａｌが最も好ましい材料である。
【００１４】
従って、このコルゲートホーン母型１２の外周に電鋳加工によって形成されたＡｕ層１３（コルゲートホーン１０）の内面には、図２に示すように、円錐状コルゲート歯形成部分１２Ａ（コルゲート歯１２ａ）の形状に対応するコルゲート歯（凹）１３ａを有する中空円錐状部１３Ａ、この中空円錐状部１３Ａの小径部側に連続する、円柱状部１２Ｂに対応する円筒部１３Ｂと、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する、丸角変換部１２Ｃに対応する丸角変換筒部１３Ｃと、角軸部１２Ｄに対応する断面矩形の角筒部１３Ｄとが形成される。
【００１５】
このコルゲートホーン１０（コルゲートホーン母型１２）の中空円錐状部１３Ａ（円錐状コルゲート歯形成部分１２Ａ）、コルゲート歯１３ａ（コルゲート歯１２ａ）、円筒部１３Ｂ（円柱状部１２Ｂ）、丸角変換筒部１３Ｃ（丸角変換部１２Ｃ）、角筒部１３Ｄ（角軸部１２Ｄ）の具体的な寸法例を上げると、中空円錐状部１３Ａ（円錐状コルゲート歯形成部分１２Ａ）の大径側端部の直径が１０ｍｍ、小径部側の直径（円筒部１３Ｂ（円柱状部１２Ｂ）の直径）が０．６ｍｍφ、角筒部１３Ｄ（角軸部１２Ｄ）が０．１×０．２ｍｍ、コルゲート歯１２ａのピッチが８０μｍ、深さが２００μｍ程度である。コルゲート歯１２ａの深さは、円錐状コルゲート歯形成部分１２Ａの大径部側に向けて徐々に減少する。
【００１６】
母型溶融除去薬液槽２１内には、Ａｌコルゲートホーン母型１２を溶かすことができる薬液、例えばクロム酸が入れられている。電鋳加工は、周知のように、電鋳槽中に、Ａｌコルゲートホーン母型（被電鋳金属材料）と、電鋳金属材料（Ａｕ）からなるプラス電極２２とを挿入し、被電鋳金属材料をマイナス極に接続して行なわれる。
【００１７】
以上のコルゲートホーン１０はＡｕ層のみからなり、その内面のコルゲート歯１３ａは、コルゲートホーン母型１２のコルゲート歯１２ａ上に直接電鋳されていて微細なコルゲート歯１２ａの間に正確に進入している。このため、形状の正確なコルゲート歯１３ａを有するコルゲートホーン１０が得られる。勿論、Ａｕ層１３の電鋳工程では、Ａｕの厚さをＡｕ単独でコルゲートホーンとしての強度を有する厚さとする。
【００１８】
Ａｕ層１３上には別工程で、Ｃｕ層１４を同様に電鋳加工し、Ａｕ層１３とＣｕ層１４の二層構造のコルゲートホーン１０とすることもできる。この実施形態は、図３のＡｕ電鋳加工工程でＡｕ層１３を付着形成したＡｌコルゲートホーン母型１２を、図６に示すようにＣｕ電鋳槽２３に入れて、Ａｕ層１３上に、Ｃｕ層１４を同様に電鋳加工する工程を付加すればよい。図４のコルゲートホーン母型１２を溶融させる工程は同様に行う。この態様は、ＡｕとＣｕの熱膨張係数の差が問題にならないような使用環境下で使用されるコルゲートホーン１０をより安価に製造するために好適である。
【００１９】
以上のコルゲートホーン１０は、一般的な使用態様では、中空円錐状部１３Ａの大径側の端部を大気に開放し、角筒部１３Ｄの端部にはディテクターが装着される。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、形状精度が高いコルゲートホーンを得ることができ、特に、コルゲート歯が同心状であって隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなり、波長がミリからサブミリオーダの電磁波用のコルゲートホーンに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コルゲートホーン母型の形状例を示す断面図である。
【図２】図１のコルゲートホーン母型を用いる本発明方法の電鋳加工状態を示す図である
【図３】電鋳加工の終了後、コルゲートホーン母型を溶かす工程を示す図である。
【図４】図２の製造方法で製造したコルゲートホーンの断面図である。
【図５】本発明方法の別の電鋳加工状態を示す図である。
【図６】図４の製造方法で製造したコルゲートホーンの断面図である。
【符号の説明】
１０コルゲートホーン
１１Ａｌブランク材料
１２コルゲートホーン母型
１２Ａ円錐状コルゲート歯形成部分
１２Ｂ円柱状部
１２Ｃ丸角変換部
１２Ｄ角軸部
１２ａコルゲート歯（凸）
１３Ａｕ層
１３Ａ中空円錐状部（体）
１３Ｂ円筒部
１３Ｃ丸角変換筒部
１３Ｄ角筒部
１３ａコルゲート歯（凹）
１４Ｃｕ層
２０Ａｕ電鋳槽
２１母型溶融除去薬液槽
２２電極
２３Ｃｕ電鋳層

Claims

ＡｌまたはＡｌ合金からなる母型材料の外周面に、機械加工により同心状であって隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなるコルゲート歯を形成してコルゲートホーン母型を作成するステップと；
このコルゲートホーン母型の周囲に、電鋳加工によってＡｕ単層からなるコルゲートホーン金属材料を形成するステップと；
上記コルゲートホーン母型を溶融除去してＡｕ単層からなるコルゲートホーンを取り出すステップと；
を有することを特徴とするコルゲートホーンの製造方法。
請求項１記載のコルゲートホーンの製造方法において、コルゲートホーン母型は、円錐状のコルゲート歯形成部分と、この円錐状コルゲート歯形成部分の小径側に連続させて形成した円柱状部と、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する丸角変換部と、断面矩形の角軸部とを有し、これらのこの円錐状コルゲート歯形成部分、円柱状部、丸角変換部及び角軸部の外周全体にＡｕ単層からなるコルゲート金属材料を形成するコルゲートホーンの製造方法。
請求項１または２記載のコルゲートホーンの製造方法において、上記Ａｕ層上にさらに電鋳加工によってＣｕ層を形成するステップを有するコルゲートホーンの製造方法。
中空円錐状体の内周面に、隣り合う壁面が軸線に直交する平行平面をなす微細な有底溝からなるコルゲート歯を同心状に多数形成してなるコルゲートホーンであって、Ａｕのみからなることを特徴とするコルゲートホーン。
請求項４記載のコルゲートホーンにおいて、中空円錐状部の小径部側に連続させて形成した円筒部と、断面形状が円形から矩形に滑らかに変化する丸角変換筒部と、断面矩形の角筒部とをさらに有するコルゲートホーン。