JP2005212007A

JP2005212007A - 筒状体の内径加工方法

Info

Publication number: JP2005212007A
Application number: JP2004019878A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamada; 光一山田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】複数の筒状体の内径加工する際に、外周面を固定して加工するため、各筒状体の貫通孔の真円度がばらつきやすく、高精度な加工ができない。
【解決手段】軸方向に下孔１ａを有する複数の筒状体１を、各下孔１ａが連続するように固定具３で保持するとともに各筒状体１の下孔１ａにワイヤを挿通して下孔１ａを研磨することにより貫通孔を得る内径加工方法であって、各筒状体１の接触する端面１ｂを粗面とすることによって、複数の筒状体１を固定具３内で軸方向に連結固定し、各下孔１ａにワイヤ２を挿通するとともに固定具３を回転することによって複数の筒状体１を軸を中心に回転させて下孔１ａを研磨加工することから、高い真円度でばらつきの小さい貫通孔を形成でき、製造コストを低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に使用される光コネクタ用フェルール等の筒状体の内径を加工するための内径加工方法に関する。

従来、光ファイバ同士を接続する光コネクタや、半導体レーザと光ファイバ等から構成される半導体レーザモジュール等において、光ファイバを挿通保持するために軸方向に貫通孔を有する筒状体からなるフェルールが用いられている。

光コネクタは、図３にその部分断面図を示すように、ジルコニアセラミックス等からなるフェルール４の貫通孔４ａに石英からなるシングルモード光ファイバ５を挿通し接着固定した後、略凸球面状に研磨された先端面４ｂ同士を当接させて光接続するようになっている。

上記フェルール４は、例えば、ジルコニアセラミックスから成る場合、セラミックス粉体を押出成形、射出成形、もしくはプレス成形によって中心に微細な下孔を有する円筒状のフェルール素材を成形し、この素材を脱脂、焼成した後、得られた筒状体の両端を研磨した後、さらに下孔を研磨して高精度の貫通孔４ａに仕上げる。しかる後、フェルール４の外周面を貫通孔４ａを基準にフェルール４を回転しながら研削加工することによりフェルール４の外周面に対する貫通孔４ａの偏心を小さくする。

ここで、フェルール４の貫通孔４ａの内径加工方法を図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。なお、ここでは短尺フェルール素材である貫通孔４ａとなる下孔４１ａを有する筒状体４１の内径研磨方法について説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、予め下孔４１ａを設けた複数の筒状体４１に連結用ワイヤ４２を挿通し、これらの複数の筒状体４１の整列体の両端にダミープラグ４３を当てがい、全体に半田４４を流し込んで複数の筒状体４１を一体に固定し、連結用ワイヤ４２を抜いて筒状体４１を組立てた組立体４０を形成する。

その後、この固定部４０を図示していない加工装置にセットし、図４（ｂ）に示すように、ダミープラグ４３に形成されたワイヤ貫通孔４３ａから加工用のワイヤ４５を挿通し、組立体４０の各筒状体４１の下孔４１ａに差し込む。加工用のワイヤ４５は先端部４５ａをエッチング等によってテーパー状に加工した鋼線から成り、外周面にダイヤモンド等の砥粒を含んだ研磨材が塗布されている。

次に、図４（ｃ）に示すように、組立体４０を矢印で示す方向に回転させながら、加工用のワイヤ４５をその細径部分から大径部分へと矢印ｂで示す方向に前後させながら、複数の筒状体４１に順次進行させていく。このようにして、全ての筒状体４１の下孔４１ａを加工用のワイヤ４５で研磨加工して仕上げた後、加工装置から組立体４０を取出し、半田４４を溶かし、両端のダミープラグ４３を取外して、個々の筒状体４１を取出す。

しかる後、筒状体４１の外周面を研削し、ラップ、面取り、丸み研磨等を行なって、図３に示すような貫通孔４ａ有するフェルール４を得る。
特開平５−６６３２０号公報

上述のように、筒状体の内径を研磨加工した後、筒状体４１の外周を研削加工する際にフェルール４の外周面に対する貫通孔４ａの偏心を小さくするためにフェルール４の貫通孔４ａを中心に回転することが要求され、貫通孔４ａが高精度で形成されていないと、貫通孔４ａの真円度が低下するとともに、外周面との同心度が低下することとなる。そのため、固定部４０を形成する際に、個々の筒状体４１が途中で撓むことがなく、下孔４１ａが一直線に整列して並べられていなければならない。

しかしながら、上記従来の内径加工方法を用いた場合、各筒状体４１の下孔４１ａの径が全て同一でないこと、連結用ワイヤ４２の外径と下孔４１ａの径との隙間があるために、下孔４１ａが均一に整列していないために、特定の方向に対して余計な研削力がかかり、外周を加工して得られたフェルール４の貫通孔４ａの真円度が低下するという問題があった。

また、加工用ワイヤ４５を進行させる際、この加工用ワイヤ４５に余計な振動や引張り方向のずれが付与されることがなく、加工用ワイヤ４５を一直線に進行させなければならないが、加工用ワイヤ４５に振動が付与されるために、得られた貫通孔４ａの径に大きなばらつきが発生し、また引張り方向のずれがあるために、貫通孔４ａの真円度が低下するという問題があった。

さらに、複数の筒状体４１を両端から押圧固定するダミープラグ４３は、筒状体４１と接触する鍔部４３ｂが筒状体４１の端面に衝合しているだけであるため、筒状体４１に接触する面積が小さく、筒状体４１を両側から押え付ける力が不充分であって複数の筒状体４１の貫通孔４１ａを完全に整列させることが難しかった。そのため、貫通孔４ａの真円度が低下しやすく、各貫通孔４ａの径がばらつきやすいという問題があった。

またさらに、筒状体４１は半田４４によって固定されているため、その半田４４による固定と、その半田４４を溶かして取出す作業に多大な時間を費やすことになり、内径の研磨加工にかかる製造コストを膨大なものとし、得られるフェルール４の低価格化を阻害する要因であった。

本発明の目的は、上記の欠点を回避し、高い真円度でばらつきの小さい貫通孔４ａを有するとともに、製造コストを低減させたフェルールを製造することができる方法を提供することにある。

そこで本発明は、軸方向に下孔を有する複数の筒状体を、各下孔が連続するように固定具で保持するとともに各筒状体の下孔にワイヤを挿通して下孔を研磨することにより貫通孔を得る内径加工方法であって、各筒状体の接触する端面を粗面とすることによって、複数の筒状体を固定具内で軸方向に連結固定し、各下孔にワイヤを挿通するとともに固定具を回転することによって複数の筒状体を軸を中心に回転させて下孔を研磨加工することを特徴とする。

また、本発明は、上記ワイヤがテーパー状のワイヤであることを特徴とする。

さらに、本発明は、上記筒状体同士が接触する端面の表面粗さをＲａ１．０〜１０．０μｍとしたことを特徴とする。

またさらに、本発明は、上記筒状体が光通信用のフェルールであることを特徴とする。

本発明の内径加工方法によれば、各筒状体の接触する端面を粗面とすることによって、複数の筒状体を固定具内で軸方向に連結固定し、各下孔にワイヤを挿通するとともに固定具を回転することによって複数の筒状体を軸を中心に回転させて下孔を研磨加工することから、筒状体の下穴の径にばらつきがあっても筒状体の外周部を固定しておらず、ワイヤによって研磨加工するため、径の特定の方向に対して余計な研削力がかからず高精度な加工を行うことができる。

また、本発明の内径加工方法によれば、上記ワイヤがテーパー状であることから、ワイヤを下孔に挿通することでワイヤのテーパーによって下孔を押し広げようとする負荷が作用し、配列された複数の筒状体１の各々を上方部の筒状体１から下方部の筒状体１に向かって押つけ、ワイヤを中心にして真円度の高い研磨加工を行うことができる。

また、本発明の内径加工方法によれば、上記筒状体同士が接触する端面の表面粗さをＲａ１．０〜１０．０μｍとしたことから、筒状体同士は十分に連結させ接触する端面同士の摩擦力によって固定具を回転させることによって均一に回転するため、高精度な研磨加工を行うことができる。

さらに、本発明の内径加工方法によれば、上記筒状体が光通信用のフェルールであることから、上述の内径研磨方法によって貫通孔の径が非常に小さいフェルールを高精度な寸法で、バラツキなく得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の筒状体の内径を加工する方法を示す断面図、および部分断面図である。

本発明の筒状体の内径加工方法は、予め、ジルコニアやアルミナ等のセラミックス、ステンレスなどの金属等からなり、軸方向に下孔１ａを有する筒状体１を得、下孔１ａの内径を研磨加工することで貫通孔を形成するものである。

この筒状体１の下孔１ａの径は、研磨加工後に得られる貫通孔の径の０．８〜１．２％程度の削り代を残した寸法とすることが好ましい。

そして、図１に示すように、固定具３内に複数の筒状体１を各下孔１ａが連続するように保持する。この際、各筒状体１が接触する端面１ｂを粗面とすることで複数の筒状体１を固定具３内で軸方向に連結固定する。

これによって、複数の筒状体１同士を接触する端面１ｂの摩擦により連結固定することができ、また固定具３の下方端と筒状体１の端面１ｂにおいても粗面とすることで固定具３と筒状体１も連結固定することができるため、筒状体１の外周は全く固定されない状態となり、これによって下孔１ａを基準に筒状体１を固定することができるため、加工中の振動や引っ張り方向のズレを吸収できる程度に前後左右へ自由に動くことができることから高精度に加工することができる。

また、各筒状体１の接触する端面１ｂは、その表面粗さをＲａ１．０〜１０．０μｍとすることが好ましい。

端面１ｂの表面粗さがＲａ１．０未満となると、筒状体１同士の摩擦力が小さくなるため、固定力が低下し、連結が不十分となり加工中に外れる恐れがある。一方、表面粗さがＲａ１０．０μｍを越えると、例えば、筒状体１を光通信用フェルールとして用いる場合、端面１ｂを鏡面研磨によって加工するが、一般的な加工を２回以上行わないと所望の鏡面を得ることができず、加工の手間が増えるため好ましくない。また、上記表面粗さはＲａ１．８〜６．４μｍとすることがより好ましい。

なお、筒状体１の端面１ｂを粗面とするには、予め長い筒状体を準備し、各筒状体１の長さ寸法に合わせて加工する際、その加工ツールの粗さを適宜選択することで容易に調整することができるため、特別な加工を要するものではない。

さらに、固定具３は、内部に筒状体１を配列できるよう、筒状体１の外径に対し、筒状体１の下孔１ａ径の半分以上の寸法のクリアランスをもった内孔を有し、また、長さ寸法は配列する筒状体１を支えらるよう複数の筒状体１の合計長さより１０〜３０％程度長い寸法とすることが好ましい。さらに、外径に関しては、回転運動に耐えられる強度をもった寸法とする。材質は筒状体１を配列させ回転運動を加えた時に保持できる強度を有するものなら問わないがステンレス等の金属からなることが好ましい。

また、固定具３の下方端３ａは、中心に筒状体１の下孔１ａの寸法以上の孔を有するとともに、筒状体１の端面１ａを支持できるよう中心側に鍔部を有する形状となっており、筒状体１の端面１ａと粗面によって連結固定するため、筒状体１の端面１ａと同様な粗面としておく必要がある。また、この下方端３ａには別体として蓋を設けることで容易に筒状体１と合致する粗面を形成できるため好ましい。

さらに、固定具３の上方は開放端とすることが好ましく、詳細を後述するように連結した筒状体１にワイヤを相通させて研磨する際に筒状体１がワイヤを中心に軸方向に自由に動くことができ、高精度な加工をすることができる。

またさらに、固定具３に保持する筒状体１は、例えば筒状体１が光通信用のフェルールとなる場合、材質がセラミックスであり研磨加工時のワイヤの効率を考慮し１０〜２０個とすることが好ましい。

次いで、各下孔１ａにワイヤ２を挿通し、固定具３を回転することによって複数の筒状体１をその軸を中心に回転させてワイヤ２によって下孔１ａを上方の筒状体から下方に向かって順に研磨加工する。

このワイヤ２は、ピアノ線などの金属製であり、その径は筒状体１の下孔１ａに対して研磨加工できるダイヤ等の研磨粒子径を除した値とすることが好ましい。

ワイヤ２が一定の径を有するストレート状のものである場合、得られる貫通孔の径のワイヤ２を軸方向に移動させ、固定具３の回転とともに連結した複数の筒状体１を回転させることで下孔１ａを研磨加工するものである。

また、図２に示す拡大断面図のように、ワイヤ２はテーパー状であることが好ましく、研磨加工に使用する全長に対して２／３程度をエッチングや機械加工でテーパー状に加工されたものを用いることで、ワイヤ２を下孔１ａに挿通することでワイヤ２のテーパーによって下孔１ａを押し広げようとする負荷が作用するため、配列された複数の筒状体１の各々を上方部の筒状体１から下方部の筒状体１に向かって押つける負荷として作用する。

そして、このテーパー状のワイヤ２を用いて研磨加工する場合、固定具３を回転することによって複数の筒状体１をその軸を中心に回転させてワイヤ２によって下孔１ａを上方の筒状体から下方に向かって順に研磨加工する。

ワイヤ２を下方に向かって移動させることで、ワイヤ２のテーパーによって下孔１ａを押し広げようとする負荷が掛かると同時に、固定具３を回転することによって、最下方の筒状体１の端面と接する部分の摩擦により回転が上方部の筒状体１に伝わっていき全ての筒状体１を回転させ、固定具３内の複数の筒状体１がその軸を中心に回転させることができる。そのため、筒状体１の外周面は全く固定されていない状態で筒状体１の下孔１ａに挿通され上下から引っ張り力を加えたワイヤ２により全ての筒状体１の下穴１ａの中心が揃い、この下穴１ａを中心に回転することから、均一に内径加工ができ、得られた貫通孔の真円度を高精度なものとすることができる。

また、光通信用のフェルールとなる筒状体１を加工する際には、毎分５００から１５００程度で回転させることが好ましく、微細な下孔１ａを高精度に加工することができる。

さらに、上記筒状体１は光通信用のフェルールを加工する場合に有効に用いることができる。

光通信用のフェルールは、貫通孔の径が１２０μｍと非常に小さく、また、この貫通孔には光ファイバが挿通保持され、光ファイバ同士を接続する光コネクタ等として用いられる。そのため、貫通孔には高精度な加工が要求される。上述の内径加工方法を用いた場合には、貫通孔自体を中心として均一に加工できるため、貫通孔の真円度を０．３μｍ以下と非常に高精度に加工することができ、さらには、貫通孔を加工した後に、この貫通孔を基準に外周面を加工してフェルールを得るため、外周面と貫通孔との同心度も優れたものとすることができ、得られたフェルールの外周をスリーブ等に挿通保持した場合においても接続損失の小さな光通信が可能となる。

なお、本発明の筒状体の内径加工方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、
本発明の請求範囲内であれば種々の変更が可能である。

次いで、本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例として図１に示す方法にて研磨加工する。

筒状体１として、ジルコニアセラミックスからなり、外径φ２．５ｍｍ、下孔１ａの径φ０．１２０ｍｍ、長さ１０．５ｍｍの円筒体を作製する。なお、長さを１０．５ｍｍに加工する際に加工ツールを適宜選択し筒状体１の両端面の表面粗さを表１に示す如く値とした。

固定具３は、図１に示すようにステンレス製の円筒体の中心に上記ジルコニアセラミックスの筒状体が１０個スムーズに収められるよう長さ１２６ｍｍ、径２．６５ｍｍの孔を有し、固定具３の下端３ａの筒状体１と接触する面は筒状体１の端面の粗面と同様な粗面とした。

この固定具３に１０個の筒状体１を配置して外径φ０．１１０〜０．１２０mmのテーパー状のワイヤ２に、粒径１〜３μｍのダイヤモンドのペーストを塗布して筒状体１の下孔１ａに連続して挿通させると共に軸方向に沿って移動させ、同時に固定具３の外周部を回転させることで筒状体１も連結回転させることで加工した。

最後に、固定具３に配列した筒状体１からワイヤ２を抜き取り、筒状体試料を得る。

なお、この筒状体試料の貫通孔１ａの内径のねらい値を０．１２５５ｍｍとして研磨加工してそれぞれの端面の粗さで１０個の筒状体試料を得た。

また、従来例として、図４に示すような装置を用いて、上記と同様な１０個の筒状体４１を連結用ワイヤ４２を挿通し、半田で固定した後、同様な加工条件で研磨加工した後、半田を高温の半田層に入れ溶かして個々の筒状体試料を得た。

そして、それぞれ１０個の筒状体試料の内径真円度と内径寸法を測定し、そのバラツキを算出した。

なお、内径真円度は光学式の測定器を用い測定をし、内径寸法はワイヤ製のゲージを用い測定した。

その内径真円度、内径寸法の測定結果を表１に示す。

この結果より、本発明の内径加工方法によって加工した試料（Ｎｏ．２〜８）は、真円度の平均値０．６７５μｍ以下、ばらつき０．２μｍ以下であり、内径寸法の平均値は０．１２５４〜０．１２５５μｍ、ばらつきは０．０００３μｍ以下と寸法精度のよい貫通孔を形成することができた。

特に、筒状体の端面の表面粗さをＲａ１〜１０μｍとした試料（Ｎｏ．３〜７）は、真円度の平均値０．３μｍ以下、ばらつき０．０８５μｍ以下であり、内径寸法の平均値は０．１２５５μｍ、ばらつきは０．０００２μｍ以下と非常に寸法精度のよい貫通孔を形成することができた。

さらに、筒状体の端面の表面粗さをＲａ５．０μｍとした試料（Ｎｏ．５）は、真円度の平均値が０．２０５μｍ、ばらつきが０．０６７７μｍ、内径寸法の平均値は０．１２５５μｍ、ばらつきは０．０００１μｍ以下と最も優れた精度で加工することができた。

これに対し、筒状体の端面を粗面としなかったものは、研磨加工中に筒状体の連結固定が外れてしまい加工することができなかった。

また、従来例である内径加工方法では、真円度の平均値が０．８６３μｍ、ばらつきが０．２４０６μｍと悪く、内径寸法精度は平均値０．１２５６μｍ、ばらつき０．０００５μｍとばらつきが寸法精度が悪いことがわかった。

筒形体の内径加工方法に関するが、光コネクタ用フェルールの他、キャピラリ、ノズル、流体軸受のスリーブ等の微細孔を有する部品に用いることができ、材質はジルコニアやアルミナに限らずセラミックス全般とガラス、金属等にも応用することができる。

（ａ）〜（ｃ）本発明の内径加工方法の一実施形態を示す断面図である。本発明の内径加工方法の一部を拡大した断面図である。一般的な光ファイバコネクタの接合部を示す概略図である。（ａ）〜（ｃ）は従来の光ファイバ用フェルールの内径加工方法を示す断面図である。

符号の説明

１：筒状体
１ａ：下孔
１ｂ：端面
２：ワイヤ
３：固定具
３ａ：下方端
４：フェルール
４ａ：貫通孔
４ｂ：先端面
５：光ファイバ
４０：固定部
４１：筒状体
４１ａ：下孔
４２：連結用ワイヤ
４３：ダミープラグ
４３ａ：ワイヤ貫通孔
４３ｂ：鍔
４４：半田
４５：加工用ワイヤ
４５ａ：先端部

Claims

軸方向に下孔を有する複数の筒状体を、各下孔が連続するように固定具で保持するとともに各筒状体の下孔にワイヤを挿通して下孔を研磨することにより貫通孔を得る内径加工方法であって、各筒状体の接触する端面を粗面とすることによって、複数の筒状体を固定具内で軸方向に連結固定し、各下孔にワイヤを挿通するとともに固定具を回転することによって複数の筒状体を軸を中心に回転させて下孔を研磨加工することを特徴とする筒状体の内径加工方法。
上記ワイヤがテーパー状であることを特徴とする請求項１に記載の筒状体の内径加工方法。
上記筒状体同士が接触する端面の表面粗さをＲａ１．０〜１０．０μｍとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の筒状体の内径加工方法。
上記筒状体が光通信用のフェルールであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の筒状体の内径加工方法。