(57)【要約】【課題】高い精度が要求される精密部品の信頼性を向上させる技術を提供する。【解決手段】ＳＩＳミクサマウント１０を製造する際に、ＳＩＳミクサマウント１０の内部に設けられる導波路１２を高い精度で加工するために、導波路１２を通る断面で複数の構成部材に分割し、それぞれの構成部材の接合面を切削することにより導波路を構成する溝部を形成する。各構成部材を金でメッキした後、接合面の表面原子間に働く原子間力を利用して、それらの構成要素を接合する。【選択図】        図１
2005028377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成部材を接合することにより内部に空洞を有する部品を製造する方法であって、
前記構成部材の接合面を切削することにより前記空洞を構成する溝部を形成する第１工程と、
前記複数の構成部材を接合する第２工程と、を含み、
前記第２工程は、前記構成部材の接合面の表面原子と、その構成部材と接合される構成部材の接合面の表面原子との間に働く原子間力を利用して、それらの構成要素を接合することを特徴とする部品の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程と前記第２工程との間に、少なくとも前記接合面を金でメッキする工程をさらに含み、
前記第２工程は、前記接合面の表面に存在する金原子間に働く原子間力を利用して構成要素を接合することを特徴とする請求項１に記載の部品の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程と、前記前記第２工程の間に、前記接合面を平坦にすべく、前記接合面を研磨する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の部品の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程と、前記第２工程の間に、前記接合面の表面原子を露出させるべく、前記接合面にスパッタリング処理を施す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の部品の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程は、構成部材の接合面同士を密着させ、加圧する工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の部品の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程は、構成部材の接合面を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の部品の製造方法。
【請求項７】
前記部品は、ミリ波またはサブミリ波を観測するための観測装置に用いられる部品であり、前記空洞は、前記ミリ波またはサブミリ波を導波する導波路を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の部品の製造方法。
【請求項８】
前記構成部材は、銅を含む材料により構成されることを特徴とする請求項７に記載の部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の製造技術に関し、とくに、内部に空洞を有する精密部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
古代より、我々人類は、夜空に輝く宇宙に思いを馳せ、宇宙の謎を解明するための努力を続けてきた。壮大な宇宙には、未解明な謎が数多く残されているが、近年、技術革新による望遠鏡性能の飛躍的な向上に後押しされ、電波銀河、パルサー、３Ｋ宇宙背景放射、Ｘ線星、Ｘ線背景放射、γ線バーストなど、偉大な発見が相次いでおり、人類は、少しずつ、しかし着実に、茫洋とした宇宙の核心に近づきつつある。
【０００３】
光学域での観測により発展してきた天文学は、宇宙電波の発見により、新たな局面を迎えた。低周波の電波を観測するための数十メートル級の大型電波望遠鏡が世界各国で相次いで完成し、日本でも、１９７０年には三鷹に６メートルのミリ波望遠鏡が、１９８２年には国立天文台野辺山宇宙電波観測所に４５メートルの電波望遠鏡が設置された。野辺山宇宙電波観測所の電波望遠鏡は、世界でもトップレベルの性能を誇り、この電波望遠鏡により観測された高品位の電波画像は、星間分子雲からの星と惑星系の形成、銀河における星形成と銀河核の活動性、星間分子雲の化学組成とその進化などの研究のために、世界各国の研究者に提供され、その成果は国際的にも高く評価されている。
【０００４】
現在、新たな電波望遠鏡の建設計画として、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（Ａｔａｃａｍａ  Ｌａｒｇｅ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ／ｓｕｂｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ａｒｒａｙ：ＡＬＭＡ）計画が進行している。ＡＬＭＡ計画は、日、米、欧が独立して構想していた３計画を統合したものであるが、干渉計方式では、複数のアンテナ等を持ち寄ることによって、より大規模な観測装置を実現することができるため、ミリ波サブミリ波天文学の発展に計り知れない効果をもたらすと期待されている。
【０００５】
野辺山宇宙電波観測所やＡＬＭＡにおいて使用される電波望遠鏡は、宇宙から地球へ届くミリ波からサブミリ波帯の電磁波を観測する。現在、ミリ波やサブミリ波の検出技術としては、ＳＩＳ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ミクサを用いたヘテロダイン検波が主流である。これは、ＳＩＳ接合を有する素子が超伝導状態で強い非線形性を示す性質を利用したものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−１０２５５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ミリ波からサブミリ波帯の電磁波は、波長が短いため、導波路などのサイズが小さくなり、ミクサマウント、ＳＢＲ（Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ  Ｒａｔｉｏ）ユニットなどの部品には、マイクロメーターのオーダーの非常に高い加工精度が要求される。本発明者らは、ＳＩＳミクサマウントなどの精密部品の開発に従事し、高精度な部品の開発、製造に成功しており、低雑音で高感度な受信装置の実現に貢献してきた。しかし、本発明者らは、現状に満足することなく、さらに高精度で、信頼性の高い部品を製造する技術を模索する努力を続けている。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性の高い部品を製造する技術の提供にある。本発明の別の目的は、複数の構成部材を貼り合わせて部品を製造する技術の改良にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、部品の製造方法に関する。この製造方法は、複数の構成部材を接合することにより内部に空洞を有する部品を製造する方法であって、前記構成部材の接合面を切削することにより前記空洞を構成する溝部を形成する第１工程と、前記複数の構成部材を接合する第２工程と、を含み、前記第２工程は、前記構成部材の接合面の表面原子と、その構成部材と接合される構成部材の接合面の表面原子との間に働く原子間力を利用して、それらの構成要素を接合することを特徴とする。
【００１０】
内部に空洞を有する部品を製造するとき、空洞を加工するのが困難であるが、複数の構成部材に分割し、構成部材の表面に溝部を形成してから、それらを接合することにより、空洞を高い加工精度で形成することができる。そして、構成部材を接合する際に、表面原子間の原子間力を利用して、原子レベルで接合することにより、製造後に構成部材がずれることを防ぎ、信頼性の高い部品を製造することができる。この技術は、とくに、空洞部分に高い加工精度が要求される精密部品を製造するのに好適である。
【００１１】
この部品の製造方法は、前記第１工程と前記第２工程との間に、少なくとも前記接合面を金でメッキする工程をさらに含み、前記第２工程は、前記接合面の表面に存在する金原子間に働く原子間力を利用して構成要素を接合してもよい。金メッキにより、耐食性を向上させることができるとともに、電気伝導性を向上させることができるので、この技術は、導波路などを有する部品を製造するのに好適である。また、金は圧延性が高いので、構成部材を密着させて加圧することにより接合面が平坦になりやすく、原子間力を利用した原子レベルでの接合に好適である。
【００１２】
この部品の製造方法は、前記第１工程と、前記前記第２工程の間に、前記接合面を平坦にすべく、前記接合面を研磨する工程をさらに含んでもよい。前記第１工程と、前記第２工程の間に、前記接合面の表面原子を露出させるべく、前記接合面にスパッタリング処理を施す工程をさらに含んでもよい。前記第２工程は、構成部材の接合面同士を密着させ、加圧する工程を含んでもよい。前記第２工程は、構成部材の接合面を加熱する工程を含んでもよい。これらの技術により、原子間力を利用した接合をさらに容易かつ確実に行うことができる。
【００１３】
前記部品は、ミリ波またはサブミリ波を観測するための観測装置に用いられる部品であり、前記空洞は、前記超伝導ミクサに前記ミリ波またはサブミリ波を導く導波路であってもよい。前記構成部材は、銅を含む材料により構成されてもよい。銅は、熱伝導性に優れているので、液体ヘリウムなどによる冷却が必要な超伝導ミクサマウントなどの部品の材料として好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係る製造方法により製造される部品の一例であるＳＩＳミクサマウント１０の外観を示す。ＳＩＳミクサマウント１０は、パラボラアンテナなどにより受信したミリ波／サブミリ波を検出するためのＳＩＳミクサを保持する。ＳＩＳミクサは、超伝導状態を維持するために、液体ヘリウムなどにより冷却されるが、ＳＩＳミクサの冷却効率を向上させるため、ＳＩＳミクサマウントは、熱伝導率の高い銅を含む材料、たとえば、真鍮、無酸素銅、ＴｅＣｕなどの材料により形成される。
【００１５】
ＳＩＳミクサマウント１０は、その内部に、ＳＩＳミクサへ電磁波を導くための導波路１２を有する。導波路１２は、マイクロオーダーの高い精度が要求される上、ＳＩＳミクサマウント１０の内部に形成しなければならないので、加工が困難である。本発明者らは、ＳＩＳミクサマウント１０を製造するにあたって、導波路１２を含む断面２０でＳＩＳミクサマウント１０を３つの構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃに分割し、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃのそれぞれの表面を切削することにより、導波路１２を構成する溝部を形成した後、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを接合して、ＳＩＳミクサマウント１０を製造する技術を開発した。
【００１６】
図２、図３、及び図４は、それぞれ、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃの平面図、立面図、及び側面図を示す。本発明者らは、これらの設計図にしたがって、ＳＩＳミクサマウント１０を製造した。まず、ＴｅＣｕの角材を加工して外形を整えた後、接合面となる表面を切削することにより、導波路１２を構成する溝部１８ａ及び１８ｂを形成した。また、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを貼り合わせるために、ノックピン用の穴２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃと、ボルト用の穴２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃを形成した。さらに、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを貼り合わせてボルトで締め付けたときに、溝部１８ａ及び１８ｂが確実に接着して導波路１２を形成するよう、導波路１２の周囲に、撓み量を考慮した空間を形成する彫り込み領域を形成した。そして、これらの構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを貼り合わせ、ノックピンにより位置を合わせ、ボルトで締め付けて固定した。このようにして製造したＳＩＳミクサマウント１０は、その優れた加工精度により、高い評価を得ている。しかし、本発明者らは、ボルトとノックピンによる固定では、構成部材間にずれが生じる可能性が絶無ではないと考え、さらに信頼性の高い部品を製造する技術を想到するに至った。
【００１７】
本実施の形態では、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを接合する際に、接合面の表面原子間に働く原子間力を利用して、表面原子の直接接合により構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを接合する、「常温接合」と呼ばれる技術を用いる。この方法によれば、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを、原子レベルで直接接合させるので、ずれが生じず、信頼性の高い部品を製造することができる。
【００１８】
図５は、本実施の形態に係る製造方法により製造したＳＩＳミクサマウント１０の外観を示す斜視図であり、図６、図７、及び図８は、それぞれ、図５に示したＳＩＳミクサマウント１０を構成する構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃの平面図、立面図、及び側面図を示す。図５に示したＳＩＳミクサマウント１０においても、図１に示したＳＩＳミクサマウント１０と同様に、導波路１２を通過する断面２０により構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃに分割して加工を行う。図６、図７、及び図８に示すように、本実施の形態では、ボルトを用いずに構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃを接合するので、ボルト用の穴２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃを設ける必要がない。また、図５から図８に示すように、導波路１２の周囲に撓みを吸収するための空間を設ける必要がない。これにより、構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃの加工の手間を軽減することができる。
【００１９】
図９は、実施の形態に係るＳＩＳミクサマウント１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。まず、ＳＩＳミクサマウント１０の全体設計を行い（Ｓ１０）、さらに、内部の導波路１２などの空洞を加工するために、空洞を通過する断面によりＳＩＳミクサマウント１０を３個の構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃに分割し、それぞれの構成部材の設計を行う（Ｓ１２）。つづいて、各構成部材１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃの外形を加工し（Ｓ１４）、表面を切削して、導波路１２などの空洞を構成する溝部を形成する（Ｓ１６）。
【００２０】
つづいて、原子間力による直接接合を円滑に進めるために、接合面を平坦にすべく研磨する（Ｓ１８）。たとえば、平坦な円盤（研磨板）を回転させ、そこに構成部材の接合面を押し付けて研磨してもよい。表面が粗い段階では、研磨板に、セラミックスの粒子（砥粒）を紙ないしは布に固定させた研磨布を貼り付け、この上で研磨を行い、ある程度粗さが小さくなると、特殊な布を貼り付け、液体中にセラミックスやダイヤモンドの砥粒を混ぜたものをスプレーしながら、研磨を行ってもよい。このとき、化学的な腐食（エッチング）作用のあるものを液体に加え、砥粒で機械的に削る作用と化学的な作用を併用してもよい。これにより、さらに効果的に、またキズの少ない研磨を行うことができる。
【００２１】
つづいて、各構成部材を金メッキする（Ｓ２０）。メッキの方法は、既知の技術を利用してもよい。なお、研磨工程（Ｓ１８）と金メッキ工程（Ｓ２０）の順序を入れ替えてもよく、この場合、金メッキの段階で、十分平坦な接合面が得られている場合、または、接合面を密着させて加圧したときに十分な平坦度が得られる場合は、研磨工程を省略してもよい。
【００２２】
つづいて、接合面の表面の原子を露出させるべく、接合面にスパッタリング処理を行う（Ｓ２２）。接合面を真空中又は減圧中におき、アルゴンなどの不活性元素のイオンまたは中性の原子を照射し、接合面の表面原子に結合している酸素原子などの層をスパッタリング現象により除去する。なお、たとえば研磨工程（Ｓ１８）や金メッキ工程（Ｓ２０）を真空中で行うなどして、表面の金原子が十分に露出している場合は、このスパッタリング工程を省略してもよい。最後に、構成部材同士を接合面において接合させる（Ｓ２４）。接合方法については、図１０において詳述する。
【００２３】
図１０は、構成部材の接合方法の手順を示すフローチャートである。まず、構成部材同士を位置合わせして（Ｓ３０）、接合面同士を密着させる（Ｓ３２）。接合面が十分平坦で、かつ、表面原子が十分露出していれば、密着させるだけで原子間力による接合が実現する。接合が不十分であれば、接合面を加圧してもよいし（Ｓ３４）、加熱してもよい（Ｓ３６）。また、必要であれば、再度、研磨工程（Ｓ１８）やスパッタリング工程（Ｓ２２）を行ってもよい。
【００２４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００２５】
実施の形態では、部品の例として、ＳＩＳミクサマウントを製造する方法について説明したが、その他、内部に空洞を有し、複数の構成部材に分割して加工した後、構成部材を接合して製造する任意の部品について、本実施の形態の方法を適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、信頼性の高い部品を製造する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る製造方法により製造される部品の一例であるＳＩＳミクサマウントの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示したＳＩＳミクサマウントの構成部材１６ａの平面図、立面図、及び側面図である。
【図３】図１に示したＳＩＳミクサマウントの構成部材１６ｂの平面図、立面図、及び側面図である。
【図４】図１に示したＳＩＳミクサマウントの構成部材１６ｃの平面図、立面図、及び側面図である。
【図５】本実施の形態に係る製造方法により製造したＳＩＳミクサマウントの外観を示す斜視図である。
【図６】図５に示したＳＩＳミクサマウントの構成部材１６ａの平面図、立面図、及び側面図である。
【図７】図５に示したＳＩＳミクサマウントの構成部材１６ｂの平面図、立面図、及び側面図である。
【図８】図５に示したＳＩＳミクサマウントの構成部材１６ｃの平面図、立面図、及び側面図である。
【図９】実施の形態に係るＳＩＳミクサマウントの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図１０】構成部材の接合方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・ＳＩＳミクサマウント
１２・・・導波路
１６ａ、１６ｂ・・・構成部材
１８ａ、１８ｂ・・・溝部
【図１】
2005028377.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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