JP2003073710A

JP2003073710A - 焼成用冶具及びその加工方法及びこれを用いた光通信用セラミック部品の製造方法

Info

Publication number: JP2003073710A
Application number: JP2001262499A
Authority: JP
Inventors: Naoya Tsurumaki; 直哉鶴巻
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】フェルール製作に適したそりの少ない棒状ジル
コニア焼結体を焼成するための焼成用冶具を得る。【解決手段】セラミックス板に被焼成物を載置するため
の複数の溝を設けた焼成用冶具において、溝長さに対す
る溝長手方向の真直度の比が６×１０^-4以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、そりの小さいセラ
ミック焼結体を得るために必要な焼成用冶具、及びその
製造方法、及びこれを用いた光通信用セラミック部品の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信における情報量の増大に伴
い、光ファイバを用いた光通信が使用されている。この
光通信において、光ファイバ同士の接続、あるいは光フ
ァイバと各種光素子との接続には光コネクタが用いられ
ている。

【０００３】例えば、光ファイバ同士を接続するコネク
タの場合、フェルールに形成された貫通孔に光ファイバ
の端部を保持し、一対のフェルールをスリーブの両端か
ら挿入して、内部で凸球面状に加工した端面同士を当接
させるようにした構造となっている。

【０００４】上記フェルールやスリーブの材質としては
セラミックス、金属、プラスチック、ガラス等、さまざ
まなものが試作されてきたが、現在は大半がセラミック
ス製となっている。その理由は、セラミックスは加工精
度が高いため、内径、外径の公差を１μｍ以下と高精度
にすることができ、またセラミックスは摩擦係数が低い
ため光ファイバの挿入性に優れ、剛性が高く熱膨張係数
が低いことから外部応力や温度変化に対して安定であ
り、耐食性にも優れているためである。

【０００５】さらに、セラミックスとしては、近年、ア
ルミナからジルコニアに大半が置き代わりつつある。こ
のジルコニア焼結体は、ヤング率がアルミナの約半分と
低いため、２個のフェルールの先端面同士を当接する際
に、小さな応力で密着性を高めることができ、また強
度、靱性が高いことから信頼性を向上することができる
（特公平８−３０７７５号公報参照）。

【０００６】このように光コネクタ用フェルールにはジ
ルコニア焼結体が用いられるが、これは例えば押出成型
法で棒状のジルコニア成形体を製作し、これを乾燥して
ジルコニア乾燥体とし、さらにこれを焼成することによ
って製作される。この焼成工程において、ジルコニア乾
燥体はセラミック平板に複数の溝を設けた焼成用冶具上
に配置される。

【０００７】上記焼成用冶具は、従来、溝が設けられた
プレス金型にセラミック原料粉末を充填し、プレス成形
し、これを焼成して製作していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の焼成
用冶具はプレス成型品を焼成する工程での不均一な収縮
により変形してしまう。従って、溝長手方向の真直度は
悪かった。数値的には、溝長さに対する溝長手方向の真
直度の比が平均で８×１０^-4、最大では１×１０ ^-3を越
えるものもあった。このため、従来の焼成用冶具にジル
コニア乾燥体を乗せて焼成すると、出来上がった棒状ジ
ルコニア焼結体はそりを持ったものになり、その後の加
工工程においてそりを修正しなければならず、加工性に
悪影響を及ぼすという問題点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
は、セラミックス板に被焼成物を載置するための複数の
溝を設けた焼成用冶具において、溝長さに対する溝長手
方向の真直度の比が６×１０^-4以下であることを特徴と
する。

【００１０】また、外周が上記溝の形状に合致したダイ
ヤモンド工具を用い、このダイヤモンド工具を回転させ
ながらセラミック板に押し当てて溝を形成することを特
徴とする。

【００１１】更に光通信用セラミック部品において、セ
ラミックスの棒状成形体を上記焼成用冶具の溝に載置
し、焼成することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図を用い
て説明する。

【００１３】図１に本発明による焼成用冶具を示す。

【００１４】本焼成用冶具は、セラミック平板１の上
に、その長手方向に複数の溝１ａが形成されている。

【００１５】棒状のセラミックの乾燥体は焼成用冶具の
溝１ａに乗せて焼成される。従って、焼成された棒状セ
ラミック焼結体は必然的に焼成用冶具の形状を倣う。即
ち、溝長手方向の真直度の大きい焼成用冶具を用いると
棒状セラミック焼結体のそりも大きくなり、逆に溝長手
方向の真直度の小さい焼成用冶具を用いると棒状ジルコ
ニア焼結体のそりも小さくなる。

【００１６】ここで、棒状セラミック焼結体のそりの評
価について述べる。そりを持った棒状セラミック焼結体
を定盤上に乗せると、定盤と棒状セラミック焼結体の間
に隙間ができる。棒状セラミック焼結体を回転させる
と、あるところでこの隙間が最大になる。この最大隙間
を「そり」と定義する。この最大隙間は、隙間に隙間ゲ
ージを挿入して測定される。

【００１７】また焼成用冶具の溝長手方向の真直度は以
下のように評価する。先ず触針を溝１ａに当てて長手方
向に移動させる。その時の触針の振れを記録し、最大と
最小の差を真直度とする。この時、表面の粗さに起因し
た、短周期の振れは考慮に入れず、全体的なうねりによ
る長周期の振れのみを評価する。そして本発明では、溝
１ａの長さに対する長手方向の真直度の比を６×１０^-4
以下とした。

【００１８】一般に多用されているＳＣコネクタ用フェ
ルールは外径２．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍであるた
め、加工前のジルコニア焼結体としては長さ１５ｍｍ、
そり量１５μm以下であることが望ましいとされてい
る。即ち、ジルコニア焼結体の長さに対するそりの比は
１×１０^-3以下である必要がある。

【００１９】上述のように、ジルコニア焼結体のそりは
焼成用冶具の溝長手方向の真直度に依存する。しかし同
時に、ジルコニア乾燥体の密度バラツキや、焼成炉内の
温度不均一性によっても、そりは大きくなる。従ってこ
れらの影響を考慮すると、焼成用冶具の溝長さに対する
溝長手方向の真直度の比は１×１０^-3よりかなり小さく
なくてはならず、種々の実験の結果、この比を６×１０
^-4以下とすれば良いことを見出した。即ち、焼成用冶具
の溝長さＬに対する溝長手方向の真直度Ｓの比が６×１
０^-4を越えると、焼結体のそりが大きくなってしまうの
である。尚、この比のさらに好ましい範囲は、４．９×
１０^-4以下である。

【００２０】このような溝長手方向の真直度の良好な焼
成用冶具を用いると、焼成された棒状ジルコニア焼結体
のそりが小さく、ジルコニア焼結体の長さに対するそり
の比は１×１０^-3以下となり、その後のフェルール製作
工程で加工性に悪影響を及ぼすことがなくなる。

【００２１】次に、溝長さに対する溝長手方向の真直度
の比が６×１０^-4以下である焼成用冶具を製作する方法
について述べる。

【００２２】従来のように、セラミック原料を予め溝形
状を設けた金型でプレス成形し、これを焼成しただけで
は、焼成炉内温度、原料密度、及びプレス圧力の不均一
性により、出来上がった焼成用冶具は変形したものとな
る。即ち焼成しただけでは溝長手方向の真直度は非常に
大きいのである。従って、焼成後に以下のような機械加
工が必要となる。

【００２３】例えば、アルミナ原料粉末を平板状にプレ
ス成形し、焼成してセラミック平板１を製作する。この
時、アルミナ粒子の粗い、煉瓦系セラミックを用いるこ
とが、焼成用冶具としての焼成耐久性の観点から望まし
い。組成については、アルミナの純度が高いと高価にな
る、また粒子が小さくなり、耐久性に問題があることか
ら、アルミナ８０〜９５％、シリカ５〜２０％が好まし
い。尚、原料については焼成時の耐久性やコストからア
ルミナが望ましいが、例えばシリコンカーバイド等の耐
熱セラミックや高耐熱金属であっても、機能上問題な
い。

【００２４】次に、図２に示すように、平面研削盤とダ
イヤ工具２で、上記セラミック平板１の片面、若しくは
両面に複数の溝１ａを加工する。ダイヤ工具２はコラム
４に駆動系を介して取り付けられており、コラム４に沿
ってＺ方向に移動する。セラミック平板１はベッド３上
に固定され、ベッド３と共にＸ方向、及びＹ方向に移動
する。ダイヤ工具２を高速で回転させながらセラミック
平板１に押し当て、そのままベッド３をＹ方向に往復運
動をさせると、セラミック平板１の長手方向に溝１ａが
形成される。

【００２５】ベッド３をＹ方向に往復運動させている間
は、ダイヤ工具２の押し付け量を一定に保たなければな
らない。押し付け量が変動すると、それに伴って溝１ａ
の深さが変動し、結果として溝長手方向の真直度が悪く
なるからである。さらにベッド３をＸ方向に移動させて
以上の動作を繰り返すことにより、セラミック平板１上
に複数の溝１ａが形成される。この時ダイヤ工具２の先
端形状を変えることによって、任意の溝形状が得られ
る。尚、ダイヤ工具２の砥粒サイズについては、小さけ
れば小さいほど面が平滑になるが、逆に加工時間は長く
なることから、＃１００〜＃２００が好ましい。

【００２６】ダイヤ工具２の先端形状、及び溝１ａの形
状として有効なものを図３に示す。図３（ａ）はＶ字状
の溝１ａ、図３（ｂ）は側面がＶ字状で底部が平坦な溝
１ａ、図３（ｃ）は側面がＶ字状で底部がＲ形状となっ
た溝１ａである。その他いろいろな形状があり得るが、
溝１ａの側面が棒状セラミック乾燥体を常に挟持できる
ことが必要である。即ち、棒状セラミック乾燥体は焼成
中、収縮により外径が小さくなるので、焼成用冶具の上
面から溝の底部にかけて、溝幅が小さくなっていく形状
が好ましい。

【００２７】また、溝１ａの角度は、大きすぎると溝側
面の挟持性が弱まり、小さすぎると必要な溝幅を得るた
めに溝が深くなりすぎて焼成用冶具の強度、あるいは焼
成耐久性に悪影響を与えることから、４５°から１００
°が好ましい。溝１ａの幅はセラミック平板１の表面に
おいて、棒状セラミック乾燥体の直径の０．８〜１．１
倍が好ましい。これは、溝１ａの幅は、広ければ広いほ
ど棒状セラミック乾燥体を容易に、且つ安定に載置する
ことが出来るが、その分加工に多大な工数を要するとい
う事情による。

【００２８】上記の加工方法でＶ字状溝を形成すること
により、本発明の焼成用冶具に充分な値が得られる。

【００２９】また、この加工は１枚のダイヤ工具で１度
に１本の溝を加工し、これを繰り返すことによって最終
的に所望の本数を加工することもできるし、多数のダイ
ヤ工具を連結し、１度に多数本の溝を加工することによ
って加工回数（工数）を低減することもできる。

【００３０】加工工数低減の観点に立てば、プレス成形
で、従来の焼成用冶具のように予め溝を設け、焼成後そ
の上に機械加工を施すことも有効である。このようにす
れば、加工量が低減できるので、結果として加工工数が
低減できる。

【００３１】次に焼成用冶具の形状について図４を用い
て説明する。図４（ａ）は焼成用冶具の長手方向に平行
に溝１ａを形成したもの、図４（ｂ）は焼成用冶具の上
面と下面で溝１ａが互いに直行しているもの、図４
（ｃ）は長手方向に平行な溝１ａとこれに直行する溝１
ａが並存するもの、図４（ｄ）は長手方向に異なる角度
を持った２種類の溝１ａが並存するものである。本発明
はこれらに限らず、これらの組み合わせでも同一の効果
を持たせることが出来る。

【００３２】さらに、セラミック平板１の両面に溝１ａ
を加工する場合、各面で溝１ａを半ピッチずつずらして
加工すると、実質的に平板の厚みを多く確保することに
なり、焼成耐久性の点で有利となる。

【００３３】尚、本発明による焼成用冶具は、光通信用
セラミック部品にて説明してきたが、これに限ることな
く、そりの少ない焼結体が要求されるセラミック部品全
般に広く使用することが出来る。

【００３４】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。

【００３５】先ず、プレス成形、及びバッチ炉による焼
成で煉瓦状アルミナセラミック平板を製作した。組成は
アルミナ８６％、シリカ１３％である。このセラミック
平板を平面研削盤のベッド上に固定し、先端がＶ形状、
Ｖ角が６０°であるダイヤ工具を、高速で回転させなが
らセラミック平板に押し付け、セラミック平板の長手方
向に移動させた。ダイヤ工具の砥粒サイズは＃１００で
ある。一度に２０μmずつ押し付け、これを繰り返し、
最終的にセラミック平板表面での溝幅３．２ｍｍ、溝深
さ２．８ｍｍの溝を形成した。溝ピッチを４ｍｍとし、
１枚のセラミック平板に２６本の溝を形成して、図１に
示す焼成用冶具を製作した。

【００３６】ここで、セラミック平板を長手方向に移動
している間、ダイヤ工具の押し付け量を一定にすると真
直度の良い溝が形成される。また、例えば溝の両端に対
して中央部でダイヤ工具の押し付け量を多くすると、両
端から中央に向かってくぼんだ形状の溝、即ち真直度の
悪い溝が形成される。

【００３７】このようにして、溝長さＬに対する溝長手
方向の真直度Ｓの比、つまりＳ／Ｌの異なる焼成用冶具
を製作した。

【００３８】次に、異なるＳ／Ｌを有する焼成用冶具に
棒状ジルコニア乾燥体を乗せて焼成した。これを数回繰
り返した。

【００３９】さらに、得られた棒状ジルコニア焼結体の
そりを測定し、棒状ジルコニア乾燥体の長さに対するそ
りの比を求めた。あるＳ／Ｌを有する焼成用冶具から得
られた棒状ジルコニア焼結体の内、この比が１×１０^-3
を越えるものの割合を、そのＳ／Ｌにおける不良率と定
義し、Ｓ／Ｌとこの不良率の関係を調べた。

【００４０】この結果を図５に示す。これより、溝長さ
Ｌに対する溝長手方向の真直度Ｓの比、Ｓ／Ｌが６×１
０^-4以下の場合、不良率が０になることがわかる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、セラミッ
クス板に被焼成物を載置するための複数の溝を設けた焼
成用冶具において、溝長さに対する溝長手方向の真直度
の比が６×１０^-4以下とすることによって、フェルール
製作に適したそりの少ないジルコニア焼結体が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼成用冶具を示す斜視図である。

【図２】本発明による溝の加工方法を示す図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）はダイヤ工具の先端形状と
焼成用冶具の溝の形状を示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の焼成用冶具の溝形状
を示す図である。

【図５】溝長さに対する溝長手方向の真直度の比、Ｓ／
Ｌと不良率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１：セラミック平板１ａ：溝２：ダイヤ工具３：ベッド４：コラム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス板に被焼成物を載置するため
の複数の溝を設けた焼成用冶具において、溝長さに対す
る溝長手方向の真直度の比が６×１０^-4以下であること
を特徴とする焼成用冶具。
【請求項２】外周が上記溝の形状に合致したダイヤモン
ド工具を用い、このダイヤモンド工具を回転させながら
セラミック板に押し当てて溝を形成することを特徴とす
る請求項１に記載の焼成用冶具の加工方法。
【請求項３】セラミックスの棒状成形体を上記焼成用冶
具の溝に載置し、焼成することを特徴とする光通信用セ
ラミック部品の製造方法。