(57)【要約】【課題】３次元形状を有する周波数選択部材を高精度に製造する。【解決手段】３次元形状を有する周波数選択部材を製造するに際し、所定のパターンを有する周波数選択素子１４が配置された周波数選択部材１０の３次元形状モデルを生成する３次元モデル生成ステップと、３次元形状モデルを平面モデルに展開する平面展開ステップと、平面モデルに沿って平面状の基材１２に周波数選択素子１４を加工する加工ステップと、周波数選択素子１４が加工された基材１２を３次元形状モデルの前記３次元形状に合わせて賦形する賦形ステップとを実施する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状を有する周波数選択部材の製造方法であって、
所定のパターンを有する周波数選択素子が配置された前記周波数選択部材の３次元形状モデルを生成する３次元モデル生成ステップと、
前記３次元形状モデルを平面モデルに展開する平面展開ステップと、
前記平面モデルに沿って平面状の基材に前記周波数選択素子を加工する加工ステップと、
前記周波数選択素子が加工された前記基材を前記３次元形状モデルの前記３次元形状に合わせて賦形する賦形ステップと、
を含むことを特徴とする周波数選択部材の製造方法。
【請求項２】
前記平面展開ステップでは、１つの前記３次元形状モデルを複数の前記平面モデルに展開し、
前記加工ステップでは、複数の前記平面モデルに対応する複数の前記基材に前記周波数選択素子を加工し、
前記賦形ステップでは、前記周波数選択素子が加工された複数の前記基材を、それぞれ前記３次元形状モデルの前記３次元形状に合わせて賦形し、
前記賦形ステップで賦形された複数の前記基材を組み立てることにより前記周波数選択部材を形成する組み立てステップを更に含む、
ことを特徴とする請求項１記載の周波数選択部材の製造方法。
【請求項３】
前記賦形ステップで賦形された、または前記組み立てステップで組み立てられた前記基材上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくともいずれかを計測し、前記３次元形状モデル上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置と比較する比較ステップと、
前記基材上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つと、前記３次元形状モデル上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つとの差分が許容範囲以上の場合、前記差分を低減するように前記平面モデルの前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つを調整する調整ステップと、を更に含む、
ことを特徴とする請求項２記載の周波数選択部材の製造方法。
【請求項４】
前記比較ステップにおける比較結果および前記調整ステップによる調整結果と、前記基材の形状、寸法および材質、前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つとを関連付けて記憶するデータベースを有し、
前記平面展開ステップでは、前記データベースに基づいて、任意の前記３次元形状モデルの展開時における前記パラメータを設定する、
ことを特徴とする請求項３記載の周波数選択部材の製造方法。
【請求項５】
前記基材の形状、寸法および材質、前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つと、前記調整ステップによる前記調整前後のパラメータとを教師データとして機械学習を行い、学習モデルを生成する学習ステップを更に含み、
前記平面展開ステップでは、任意の前記３次元形状モデルを前記学習モデルに入力し、出力として得られる前記パラメータを用いて当該３次元形状モデルの展開を行う、
ことを特徴とする請求項３または４記載の周波数選択部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状を有する周波数選択部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基材の表面上に周波数選択素子を配置することによって、透過周波数帯の選択性（選択透過または選択遮蔽）を具備した周波数選択板（ＦＳＳ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｕｒｆａｃｅｓ）が知られている。
周波数選択板は板状（平面）に限らず、例えばレドーム等の曲面形状（３次元形状）を有する部材にも適用されている。以下、周波数選択板を用いて形成された部材を周波数選択部材という。
【０００３】
例えば、下記特許文献１は、３次元形状を有する周波数選択部材に対する周波数選択素子の配列方法について開示されている。
また、下記特許文献２は、３次元形状を有する基材に周波数選択素子を形成するため、インクジェット等のプリントヘッドと基材との相対位置を変化させながら、同一形状の周波数選択素子を基材上に複数印刷する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５５１０２号公報
【特許文献２】特開２０１７−１９１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
所望の周波数透過性能を実現するために要求される周波数選択素子の加工精度は、０．１ｍｍ程度である。一方で、３次元形状の基材にこの精度で周波数選択素子の加工を行う技術は、現時点で確立されていない。例えば上述したインクジェットによる印刷では、重力によるインクの移動（垂れ等）により加工精度が低下するという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、３次元形状を有する周波数選択部材を高精度に製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、３次元形状を有する周波数選択部材の製造方法であって、所定のパターンを有する周波数選択素子が配置された前記周波数選択部材の３次元形状モデルを生成する３次元モデル生成ステップと、前記３次元形状モデルを平面モデルに展開する平面展開ステップと、前記平面モデルに沿って平面状の基材に前記周波数選択素子を加工する加工ステップと、前記周波数選択素子が加工された前記基材を前記３次元形状モデルの前記３次元形状に合わせて賦形する賦形ステップと、を含むことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記平面展開ステップでは、１つの前記３次元形状モデルを複数の前記平面モデルに展開し、前記加工ステップでは、複数の前記平面モデルに対応する複数の前記基材に前記周波数選択素子を加工し、前記賦形ステップでは、前記周波数選択素子が加工された複数の前記基材を、それぞれ前記３次元形状モデルの前記３次元形状に合わせて賦形し、前記賦形ステップで賦形された複数の前記基材を組み立てることにより前記周波数選択部材を形成する組み立てステップを更に含む、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記賦形ステップで賦形された、または前記組み立てステップで組み立てられた前記基材上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくともいずれかを計測し、前記３次元形状モデル上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置と比較する比較ステップと、前記基材上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つと、前記３次元形状モデル上の前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つとの差分が許容範囲以上の場合、前記差分を低減するように前記平面モデルの前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つを調整する調整ステップと、を更に含む、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記比較ステップにおける比較結果および前記調整ステップによる調整結果と、前記基材の形状、寸法および材質、前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つとを関連付けて記憶するデータベースを有し、前記平面展開ステップでは、前記データベースに基づいて、任意の前記３次元形状モデルの展開時における前記パラメータを設定する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる周波数選択部材の製造方法は、前記基材の形状、寸法および材質、前記周波数選択素子の形状、寸法、位置の少なくとも１つと、前記調整ステップによる前記調整前後のパラメータとを教師データとして機械学習を行い、学習モデルを生成する学習ステップを更に含み、前記平面展開ステップでは、任意の前記３次元形状モデルを前記学習モデルに入力し、出力として得られる前記パラメータを用いて当該３次元形状モデルの展開を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、３次元形状モデルを平面モデルに展開し、この平面モデルに沿って平面状の基材に周波数選択素子を加工し、その後基材を３次元形状に賦形するので、３次元形状に直接周波数選択部材を加工するのと比較して、加工精度を向上させる上で有利となる。また、従来用いられている周波数選択素子の加工方法のほぼ全てに適用することができ、加工方法の自由度を向上させる上で有利となる。
請求項２の発明によれば、３次元形状を複数の領域に分割してそれぞれ加工を行うので、曲率が大きな形状や複雑な形状の周波数選択部材を精度よく作成する上で有利となる。
請求項３の発明によれば、賦形後の基材上の周波数選択素子の形状、寸法、位置と、３次元形状モデル上の周波数選択素子の形状、寸法、位置とを比較し、差分がある場合にはこれを低減するように平面モデルを調整するので、実際に基材を加工する際に生じる誤差を反映し、より高精度に加工を行う上で有利となる。
請求項４の発明によれば、周波数選択部材の設計値と加工時に生じる誤差とを関連付けたデータベースを設けるので、次回以降周波数選択部材を製造する際に効率的に平面展開用のパラメータを設定する上で有利となる。
請求項５の発明によれば、機械学習により平面展開時のパラメータを設定するので、新規に設計した周波数選択部材の平面展開を高精度に行う上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる周波数選択部材１０の構成を示す拡大図である。
【図２】３次元形状の平面展開を模式的に示す説明図である。
【図３】周波数選択素子１４の形成方法の一例を示す表である。
【図４】基材１２の加工を模式的に示す説明図である。
【図５】実施の形態にかかる周波数選択部材１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる周波数選択部材の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる周波数選択部材１０の構成を示す拡大図である。
本実施の形態では周波数選択部材１０は例えば図２Ａに示すような３次元形状を有するが、図１ではその一部を拡大して示している。実際の周波数選択部材１０は所定の曲率を有するが図１では平面に近似している。
周波数選択部材１０は、導電性素材である基材１２と、基材１２上に設けられた周波数選択素子１４を備える。本実施の形態では、周波数選択素子１４は、基材１２に設けられた所定のパターンの開口により形成されている。すなわち開口型の周波数選択素子である。周波数選択素子１４の開口は、周波数選択部材１０に要求される透過性能に合わせて、形状・寸法・配置等のパターンが調整されている。
なお、例えば非導電性素材の基材上に導電層を積層し、導電層を所定の形状・寸法・配置で除去することにより開口型の周波数選択素子を形成してもよい。また、非導電性素材の基材上に導電性の素材（インク等）により所定の形状・寸法・配置のパターンを形成し、パッチ型の周波数選択素子を形成してもよい。
図１では、周波数選択素子の形状としてクロスダイポール型を例示しているが、例えばダイポール型、円形型、正方形型、円形リング型など、各種の形状を採用することができる。
【００１０】
図３は、周波数選択素子１４の形成方法の一例を示す表である。
周波数選択素子１４の形成方法には、大きく分類して切削を行う方法、マスクを用いる方法、マスクを用いない（マスクレス）方法がある。
切削を行う方法としては、例えばウォータージェット加工、機械加工、レーザー加工などの方法があり、対象となる材料としては、例えば金属材料または熱可塑材料（２次加工可能な導電性材料を含む）などが挙げられる。
マスクを用いる方法としては、溶射、導電性インク印刷、メッキ加工などの方法があり、またマスクを用いない方法としては、インクジェット印刷などの方法がある。これらの対象となる材料としては、例えば熱可塑性誘電体などが挙げられる。
この他、サンドブラスト加工は、マスクした後切削加工を行う方法である（図３では便宜上切削加工に記載している）。サンドブラスト加工の対象となる材料としては、例えば熱可塑材料（２次加工可能な導電性材料を含む）などが挙げられる。
【００１１】
図５は、実施の形態にかかる周波数選択部材１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。
まず、コンピュータ上で周波数選択部材１０の３次元モデルを作成する（ステップＳ４００）。本実施の形態では、例えば３ＤＣＡＤなどの設計用ソフト上において、所望の透過性能を有する周波数選択部材１０を設計し、３ＤＣＡＤモデルを生成する。すなわち、所定のパターンを有する周波数選択素子１４が配置された周波数選択部材１０の３次元形状モデルを生成する３次元モデル生成ステップを行う。
周波数選択部材１０の３次元モデルには、例えば基材１２の形状、寸法および材質、周波数選択素子１４のパターン（開口）の形状、寸法および位置（配列周期）等の情報が含まれる。
【００１２】
つぎに、コンピュータ上で３次元モデルを平面展開する（ステップＳ４０２）。例えば３ＤＣＡＤなどの設計用ソフトなどには、３次元形状を平面に展開する機能が備わっており、この機能を用いて３次元モデルを平面に展開する。すなわち、３次元形状モデルを平面モデルに展開する平面展開ステップを行う。
図２は、３次元形状の平面展開を模式的に示す説明図である。
図２Ａでは、周波数選択部材１０として釣鐘型のレドームのモデル１０Ｍを例示している。なお、図２では周波数選択素子１４の図示は省略している。平面展開時には、モデル１０Ｍを頂点周りに等間隔（角度θ）に分割し、同一形状の複数の領域１００（例えば１００Ａ〜１００Ｄ、図示しない後面にもあり）に分割する。
そして、各領域１００を平面展開し、図２Ｂのような平面モデル１０１を生成する。
このとき、後述する基材１２の加工の効率化の観点から、全ての領域１００または複数の領域１００で、周波数選択素子１４の配置位置が共通となるように分割位置を決定するのが好ましい。
【００１３】
ここで、平面展開ステップのような平面展開処理では、後述する加工ステップにより平面から曲面（３次元形状）への変形加工が行われた場合に生じる歪み（変形）を反映させるためのパラメータ（以下「展開用パラメータ」という）が必要となる。展開用パラメータは、基材１２の材質（材料特性）や形状や寸法、また周波数選択素子１４のパターンの形状や寸法、位置など（以下、「設計値」と呼ぶ）により異なる。
本実施の形態では、後述する比較ステップにおける比較結果および後述する調整ステップによる調整結果と、基材１２の形状、寸法および材質、周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の少なくとも１つとを関連付けて記憶するデータベースＤをコンピュータに設けており、平面展開ステップでは、データベースＤに基づいて、任意の３次元形状モデルに対しする展開用パラメータを設定する。
すなわち、３ＤＣＡＤなどの設計ソフトで標準的に用いられている展開用パラメータ（標準パラメータ）に対して、実際に周波数選択部材１０を作成した際に生じた設計データとのずれを反映し、展開用パラメータをより適切な値に設定している。これにより、従来作成した周波数選択部材１０と同一の設計値の周波数選択部材１０を再作成する場合はもちろん、設計値の一部または全てが異なる周波数選択部材１０を新規に作成する場合にも、当初からより適切な展開用パラメータを設定することができる。
【００１４】
図５の説明に戻り、続いて平面モデル（展開図）に基づいて、基材１２（例えば導体板）に周波数選択素子１４（図中ＦＳＳと表記）のパターンを加工する（ステップＳ４０４）。より詳細には、平面モデル１０１と同一の形状に加工された基材１２に対して、平面モデル１０１と同様の形状・寸法・配置の周波数選択素子１４のパターンを加工する。すなわち、平面モデルに沿って平面状の基材１２に周波数選択素子１４を加工する加工ステップを行う。
そして、周波数選択素子１４のパターンを加工した基材１２を、３次元形状モデルと同様の形状（曲率）に賦形する（ステップ４０６）。すなわち、周波数選択素子１４が加工された基材１２を３次元形状モデルの３次元形状に合わせて賦形する賦形ステップを行う。
【００１５】
図４は、基材１２の加工を模式的に示す説明図である。
図４Ａは加工ステップを示しており、例えばエンドミルＭによって、所定の２次元形状に成形された基材１２に所定の形状の開口（パターン）を形成することによって周波数選択素子１４を形成する。
図４Ｂは賦形ステップを示しており、図４Ａで加工された基材１２に例えばプレスや熱加工等によって曲率を持たせ、３次元形状としている。
このような処理を行う基材１２の厚さは、成形性および耐久性の観点から０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００１６】
図５の説明に戻り、賦形ステップで３次元形状となった基材１２上に配置された周波数選択素子１４の形状、寸法、位置を測定し、３次元形状モデルにおける周波数選択素子１４の形状、寸法、位置との誤差を算出する（ステップＳ４０８）。すなわち、賦形ステップで賦形された基材１２上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の少なくともいずれかを計測し、３次元形状モデル上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置と比較する比較ステップを行う。
このような比較を行うのは、例えば賦形時における基材１２の変形特性等により、設計データと実測データとが一致しない可能性があるためである。特に、例えば基材１２の端部や曲率の大きい箇所などは、誤差が大きくなりやすい箇所と考えられる。なお、賦形後の基材１２自体の形状や寸法も、比較ステップにおける比較対象としてよい。
なお、比較ステップは、例えば作業者がレーザー寸法測定器等で賦形後の基材１２の形状、寸法、周波数選択素子１４の形状、寸法、位置等を計測し、この計測値を読み込んだコンピュータの設計用ソフト上で行われる。
【００１７】
誤差が許容範囲内である場合は（ＯＫ）、ステップＳ４１２に進む。すなわち、周波数選択部材１０を構成する全ての基材パーツが揃った場合には、例えば作業者や作業器により接着剤や溶接等により基材パーツを組み立てて（ステップＳ４１２）、周波数選択部材１０が完成する（ステップＳ４１４）。
【００１８】
一方、誤差が許容範囲を超えている場合は（ＮＧ）、設計用ソフト上において、平面モデル上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置を、賦形後の誤差が減少するように調整する（ステップＳ４１４）。その後ステップＳ４０４に戻り調整後の平面モデルに沿って基材１２の加工を行い、以降の処理をくり返す。
すなわち、基材１２上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の少なくとも１つと、３次元形状モデル上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の少なくとも１つとの差分が許容範囲以上の場合、当該差分を低減するように平面モデルの周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の少なくとも１つを調整する調整ステップを行う。
この時、設計用ソフトは、データベースＤに記憶された過去の調整結果に基づいて、平面モデル上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の調整を自動で行うようにしてもよい。また、比較ステップにおける比較結果および調整ステップによる調整結果は、基材１２の形状、寸法および材質、周波数選択素子１４の形状、寸法、位置と共にデータベースＤに記憶され、次回以降より適切な展開用パラメータを設定するために利用される。
【００１９】
さらに、設計用ソフト（または他の学習用ソフト）において、データベースＤに記憶された過去の調整結果に基づいて機械学習を行い、任意の設定値を有する周波数選択部材１０に対する展開パラメータを自動設定できるようにしてもよい。より詳細には、任意の設計値を有する周波数選択部材１０の展開用パラメータの最適値を出力するための学習モデルを、ニューラルネットワークなど公知の機械学習アルゴリズムを利用して、基材１２の形状、寸法、材質、周波数選択素子１４の形状、寸法、位置等の設計値と、展開用パラメータとの関係を教師データとして学習させる教師あり機械学習により生成する。
すなわち、基材１２の形状、寸法および材質、周波数選択素子１４の形状、寸法、位置の少なくとも１つと、調整ステップによる調整前後のパラメータとを教師データとして機械学習を行い、学習モデルを生成する学習ステップを行ってもよい。
この場合、平面展開ステップでは、任意の３次元形状モデル（より詳細には、任意の設定値を有する周波数選択部材１０の３次元形状モデル）を学習モデルに入力し、出力として得られる展開用パラメータを用いて当該３次元形状モデルの展開を行う。
このようにすることで、新規に設計した周波数選択部材１０に適用する展開パラメータを高精度に設定することができる。
【００２０】
なお、本実施の形態では、３次元形状モデルを複数の領域に分割するものとした。すなわち、本実施の形態では、平面展開ステップでは、１つの３次元形状モデルを複数の平面モデルに展開し、加工ステップでは、複数の平面モデルに対応する複数の基材１２に周波数選択素子１４を加工し、賦形ステップでは、周波数選択素子１４が加工された複数の基材１２を、それぞれ３次元形状モデルの３次元形状に合わせて賦形し、組み立てステップでは賦形ステップで賦形された複数の基材１２を組み立てることにより周波数選択部材１０を形成するようにした。
しかしながら、周波数選択部材１０の形状によっては、３次元形状モデルを複数の領域に分割せずに、そのまま平面展開してもよい。この場合、上述した組み立てステップは不要となる。
【００２１】
また、本実施の形態では基材自体を賦形するものとして説明したが、例えば基材として一定の可撓性を有する素材を用い、所望の３次元形状に形成された本体部の表面にその曲率に沿って基材を張り付けることによって賦形を行ってもよい。
また、上述した比較ステップは、組み立てステップの後に行ってもよい。
【００２２】
以上説明したように、実施の形態にかかる周波数選択部材の製造方法は、３次元形状モデルを平面モデルに展開し、この平面モデルに沿って平面状の基材１２に周波数選択素子１４を加工し、その後基材１２を３次元形状に賦形するので、３次元形状に直接周波数選択部材を加工するのと比較して、加工精度を向上させる上で有利となる。また、従来用いられている周波数選択素子の加工方法（図３に示すようなウォータージェット、機械加工などの切削やマスクあり、マスクレスなど）のほぼ全てに適用することができ、加工方法の自由度を向上させる上で有利となる。
また、実施の形態にかかる周波数選択部材の製造方法は、３次元形状を複数の領域に分割してそれぞれ加工を行うので、曲率が大きな形状や複雑な形状の周波数選択部材１０を精度よく作成する上で有利となる。
また、実施の形態にかかる周波数選択部材の製造方法は、賦形後の基材１２上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置と、３次元形状モデル上の周波数選択素子１４の形状、寸法、位置とを比較し、差分がある場合にはこれを低減するように平面モデルを調整するので、実際に基材１２を加工する際に生じる誤差を反映し、より高精度に加工を行う上で有利となる。
また、実施の形態にかかる周波数選択部材の製造方法は、周波数選択部材１０の設計値と加工時に生じる誤差とを関連付けたデータベースＤを設けるので、次回以降周波数選択部材１０を製造する際に効率的に平面展開用のパラメータを設定する上で有利となる。
また、実施の形態にかかる周波数選択部材の製造方法において、機械学習により平面展開時のパラメータを設定するようにすれば、新規に設計した周波数選択部材１０の平面展開を高精度に行う上で有利となる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  周波数選択部材
１２  基材
１４  周波数選択素子
１０Ｍ  モデル
１００（１００Ａ〜１００Ｄ）  領域
１０１  平面モデル
【図１】
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【図２】
2020162048.tif 000004
【図３】
2020162048.tif 000005
【図４】
2020162048.tif 000006
【図５】
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