(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はその合金を素材とする棒状体の表面にγ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混成物の層を形成する工程と、
前記γ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混合物の層の上に外部筒状体を形成する工程と、
この外部筒状体が形成された棒状体の内部のアルミニウム又はその合金をガリウム溶液で融解除去することにより前記γ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混成物を素材とする内部筒状体を形成する工程と
を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記アルミニウム又はアルミニウム合金を素材とする棒状体の表面は、前記γ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混成物の層の形成に先立って、鏡面仕上げが行われることを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記外部筒状体を形成する工程は、前記γ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混成物の層上に金属の層を形成する工程を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠赤外線の導波路及びマイクロ波帯、ミリ波帯など高周波の電波の導波路として利用される導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠赤外線を利用したレーザメスが医療の分野で普及しつつある。このレーザメスでは、炭酸ガスレーザ装置などで発生させた遠赤外のレーザ光線を、治療対象の体内などの患部に導くために、可撓性の導波路を使用している。このような可撓性の導波路は、体内に挿入されることから極めて高度の信頼性が要求される一方で、当然のことながら低廉化も要求される。
【０００３】
従来、上述した遠赤外線の導波路としては、遠赤外線の吸収の少ない材料、例えばフッ化物、塩化物、臭化物を用いた多結晶光ファイバーや、カルコゲン化物光ファイバーなどがよく利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記遠赤外線の導波路として利用されてきた多結晶光ファイバーは、伝播損失が大きく、導波路が加熱されて人体に悪影響を及ぼすおそれがあり、極端な場合導波路自体が焼損するおそれすらある。この多結晶光ファイバーには、可撓性に劣るという問題もある。また、カルコゲン化物光ファイバーは、各種素材の組成の制御と純度の確保とが重要であるが、素材の多くは反応性に富むものが多いため、組成の制御と純度の確保を実現するうえで製造設備にも費用がかかり、低廉化が困難になるという問題がある。
【０００５】
光ファイバーの加熱の原因となる伝播損失を低減するために、この光ファイバーを中空の構造とすることが考えられる。しかしながら、この中空の構造の光ファイバーは、その長尺化と内面の鏡面化とをどのようにして実現するかなどの解決課題が残されている。
【０００６】
また、最近、ミリ波帯の電波の応用が活発になってきているが、遠赤外線の場合と同様に、伝播損失の少ない導波管をいかにして実現するかが重要な課題になっている。導波管内の伝播損失を低減するには、内面を鏡面に近づけることが望ましいが、これを小径の導波管については実現することは容易ではない。  従って、本発明の目的は、内面が鏡面に近くしかも長尺化が容易な光線の導波路や電波の導波路の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る導波路の製造方法は、アルミニウム又はその合金を素材とする棒状体の表面にγ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混合物を素材とする層を形成する工程と、この層の上に金属等を素材とする外部筒状体を形成する工程と、この外部筒状体が形成された棒状体の内部のアルミニウム又はその合金をガリウム溶液で融解除去することにより、γ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混合物を素材とする内部筒状体を形成する工程とを含んでいる。
【０００８】
【実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の製造方法に従って製造される導波路の構成を示す断面図である。この導波路はγ−Al2O3 若しくはγ−Al2O3 ・H2O 又は両者の混合物から成る酸化アルミニウム（商標名「アルマイト」）を素材とする内部円筒体１１が形成され、この酸化アルミニウムの内部円筒体１１の外側に金属の外部円筒体１２が形成され、さらにその外側に樹脂の被覆１３が形成された構造となっている。典型的には、酸化アルミニウムの内部円筒体１１の直径は数ｍｍ、その厚みが数千Åであり、外部円筒体１２の厚みは数百μｍである。
【０００９】
次に、図１に示した構造の導波路の製造方法を図２と図３とを参照しながら説明する。まず、直径数ｍｍの円形の断面形状のアルミニウムの棒状体１０を準備し、その断面形状の真円からの歪みと、表面の粗さとが所望の精度になるように、必要に応じて、加工し、あるいは鏡面研磨を行う。
【００１０】
アルミニウムの棒状体１０の表面の機械的な加工や研磨の終了後に、その表面を十分に洗浄し、シュウ酸、硫酸、又はクロム酸水溶液の電界液中で陽極酸化を行うことにより、厚みが数千Å以上の多孔質のγ−Al2O3 の層１１’をアルミニウムの棒状体１０の表面に形成する（図２（Ａ））。この陽極酸化によれば、表面の粗さに対応してほぼ均一の厚さのγ−Al2O3 の層１１’が形成される。
【００１１】
続いて、このアルミニウムの棒状体１０を、沸騰水中や加熱蒸気中で処理することにより、その表面の多孔質のγ−Al2O3 の層１１’を、図２（Ｂ）に示すように、γ−Al2O3 ・H2O 又はこれとγ−Al2O3 との混成から成るγ−Al2O3 ・H2O を主体とする封孔された酸化アルミニウム（アルマイト又はベーマイト）の内部円筒体１１に変化させる。この内部円筒体１１とアルミニウムの棒状体１０との接合面は、アルミニウムの棒状体１０の表面の粗さに対応した粗さで形成される。このγ−Al2O3 ・H2O を主体とする封孔された酸化アルミニウムの内部円筒体１１は、極めて良好な耐蝕性と電気絶縁性を示す。
【００１２】
次に、塩化パラジウム、塩化イリジウム、塩化ルテニウムや塩化オスミニウム等の水溶液を用いて酸化アルミニウムの内部円筒体１１の外側表面に処理を施すことにより無電解メッキの前処理を行ったのち、銅、銀、ニッケルなどの金属による無電解メッキを施す。続いて、銅などの金属の電解メッキを行うことにより、図２（Ｃ）に示すように、電鋳と呼ばれる程度の厚み、例えば数百μｍの厚みの金属の外部円筒体１２を形成する。続いて、外部円筒体１２上に樹脂の被覆１３を形成する。
【００１３】
次に、図３に示すように、金属ガリウムを入れた石英のボート２０の底部から棒状体の先端部分を石英ボート２０内に挿入したのち、電熱器や温水浴槽などの図示しない適宜な加熱手段によって石英のボート２０を 32 〜33 o C程度に加熱することにより、内部のガリウム( 融点29.780±0.0005o C)を融解させることにより、溶融ガリウム２１を生成する。
【００１４】
また、加圧用パイプ２２を通して石英ボート２０内に加圧窒素ガスを送り込むことによりガリウムの液面を加圧できる構造とすることができる。なお、図３の石英ボート２０は、紙面と垂直の方向に適宜な長さにわたって延長されており、その底部には多数の棒状体が保持され、多数の棒状体が同時に処理される。
【００１５】
溶融ガリウム２１がアルミニウムの棒状体１０の先端部分に接触すると、ガリウムとアルミニウムの共晶温度は 27 o C 程度の低い値であるため、アルミニウムが溶融ガリウム中に溶け出す。アルミニウム中でのガリウムの拡散係数が大きな値を示すという点からも、溶融ガリウム２１中へのアルミニウムの溶け出しが促進される。アルミニウムの比重 2.7はガリウムの比重5.9 〜6.1 の半分程度の小さな値であるため、溶融ガリウム２１中に溶け出したアルミニウム（ガリウムとアルミニウムの共晶体）は溶融ガリウム２１中を比重差に基づいて急速に上昇し、溶融ガリウム２１の上部に速やかに運び去られる。
【００１６】
このように、アルミニウムの棒状体１０の先端部から溶融ガリウム２１中に溶け出したアルミニウムは、ガリウムとの比重の差を利用して速やかに棒状体１０の先端部から運び去られるため、棒状体１０の先端は常に新鮮な溶融ガリウムと接触せしめられ、特別に攪拌を行わなくてもアルミニウムの溶け出しは継続される。一方、酸化アルミニウムの円筒体１１を構成するγ−Al2O3 とγ−Al2O3 ・H2O の混合物は溶融ガリウム２１とは反応しない。この結果、芯となるアルミニウムの棒状体１０の先端部がアルミニウムの溶け出しに伴い、下方に後退してゆき、中空の内部円筒体１１のみが残される。更に、加圧されたガリウムを中空の内部円筒体１１内に流し込むことによって、内部に残留するアルミニウムを内部中空体１１の外部に押し出すことができる。
【００１７】
アルミニウムの棒状体１０が十分に溶け、アルマイトの内部円筒体１１の内面が露出された中空のパイプが下部まで形成されたのち、製造中の導波路が石英ボート２０から取り外される。取り外された製造中の導波路は、希酸水溶液又は希アルカリ水溶液に浸漬される。これに伴い、導波路の内部に残留するアルミニウムとガリウムとが完全に溶解除去される。ガリウムとアルミニウムは接触電位差が大きいため、これらの水溶液に容易に溶解し、内部を完全に水洗することで残留金属を導波路の内部から容易に取り除くことができる。このようにして、図１に示した構造の導波路が得られる。内部円筒体１１の内面は、アルミニウムの棒状体１０の表面の粗さに対応し、ほぼ鏡面状に形成することができる。
【００１８】
以上、外部円筒体１２を形成したのち直ちにアルミニウムの芯材をガリウムで融解除去する構成を例示した。しかしながら、外部円筒体１２を形成したのちアルミニウムの芯材を除去する前に、全体に対する曲げ加工、焼き鈍し処理、あるいは、外部円筒体１２の表面に対する切削や研磨などの機械加工、被覆の形成などの各種の処理を必要に応じて追加することもできる。
【００１９】
また、断面が円形のアルミニウムの棒状体上にアルマイトの外部円筒体を形成する構成を例示した。しかしながら、アルミニウムの棒状体の断面形状は、円形に限らず、楕円形や矩形などの適宜な形状であってもよい。
【００２０】
さらに、滑らかな断面のアルミニウムの棒状体上にアルマイトの層を形成する前に、棒状体の表面に所望形状の凹凸のパターンを形成することにより、特定周波数帯の電波のみを通過させる濾波機能や、特定モードの電波のみを通過させるモード選択機能を有する導波路を構成することもできる。
【００２１】
また、電波の導波路の作成に際して、内部筒体と外部筒体の中間に、スパッタやＣＶＤ法などを利用して多層の誘電体層を形成することにより、内部筒体内を伝播する電波に対して境界面から所望の影響を及ぼす構成とすることもできる。
【００２２】
さらに、アルミニウムの棒状体を出発母材とする構成を例示したが、アルミニウムに少量のマグネシウム、マンガン、銅などを混ぜたアルミニウム合金の棒状体を出発母材とすることもできる。このような微量の金属を添加することによって、出発母材の加工を容易にすることができる。
【００２３】
また、光の導波路の場合を想定して出発母材となるアルミニウムの棒状体の表面を鏡面仕上げを施す構成を例示したが、電波の導波路の場合には、この鏡面仕上げを省略することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る導波路の製造方法は、表面を鏡面仕上げなどにしたアルミニウムやその合金を素材とする棒状体の表面にアルマイトの層を形成し、その表面に電鋳などによって外部筒状体を形成したのち、内部のアルミニウムをガリウム溶液で融解除去して中空の導波路を形成する構成であるから、内面が鏡面に近くしかも長尺化が容易な光線の導波路や電波の導波路を製造することができる。
【００２５】
このように形成した導波路を遠赤外線の導波路として利用した場合、伝播損失が少なく、発熱による人体への悪影響や、導波路自体の焼損などの問題が有効に解決される。また、本発明の製造方法に従って製造された導波路を電波の導波路に適用する場合も伝播損失の少ないものが容易に実現される。特に、ミリ波帯の導波路に用いられる小径の導波路を容易に実現できる点で効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の製造方法に従って製造される導波路の構成を示す断面図である。
【図２】上記実施例の導波路の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】上記実施例の導波路の製造方法を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
10    棒状体
11    内部円筒体
12    外部円筒体
13    樹脂の被覆
20    石英ボート
21    溶融ガリウム
【図１】
0003660759.tif 000002
【図２】
0003660759.tif 000003
【図３】
0003660759.tif 000004