JP2006151749A - 筒状長尺成形体用焼成セッター及び筒状長尺成形体の焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状長尺セラミック成形体の焼成において、成形体がそりやすいため、焼成後の磁器の加工精度が低くなって製品の特性が悪くなる。
【解決手段】成形体をＶ溝焼成セッターに載せ、その内径部に成形体の焼成後の内径寸法より小さい外径で、かつ、成形体よりも長い全長を有する棒状部材を挿入するとともに、棒状部材の両端に成形体を焼成セッターに押さえつけながら支持する支持体を配置して焼成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等で光ファイバの接続に用いる光通信用割スリーブ磁器等を焼成するための焼成セッターとこれを用いた焼成に関する。

近年、通信における情報量の増大に伴い、光ファイバ３２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３２同士の接続、あるいは光ファイバ３２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。

例えば、光ファイバ３２同士を接続するコネクタの場合、図３に示すようにフェルール３１に形成された貫通孔に光ファイバ３２の端部を保持し、一対のフェルール３１を割スリーブ３３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。

従来、この割スリーブ３３などの筒状体は、押出成形したものを焼成後、加工して製造される。まずジルコニア等のセラミックス材料を混練したものを押出成形機に投入し、金型から押し出されながらコンベアベルトなどによって搬送され、所定の全長となるように切断された後、サヤなどに収納される。この時の全長は、通常３００〜８００ｍｍ程度である。次にこの筒状長尺セラミック成形体１１をサヤに収納した状態で乾燥した後、必要に応じて生加工を施し、焼成セッターに移載する。この焼成セッターは通常、平板で長手方向に断面がＶ形のＶ溝列を有し、このＶ溝に筒状長尺セラミック成形体１１を載せて、溝から落ちないようにして並べられる。この時、筒状長尺セラミック成形体１１は、焼成セッターの全長に合わせて通常３００ｍｍ程度に切断される。そして成形体を焼成セッターに収納した状態で焼成し、取り出された長尺の磁器を所定の長さに切断加工した後、さらに内外径などの加工を施して製品となる。

ここで割スリーブ３３などの筒状体の加工精度を高め、例えば割スリーブ３３の挿入損失などの特性を良くするために、長尺の磁器のそりが小さいことが重要であり、筒状長尺セラミック成形体１１がそらないように焼成する方法が検討されている。

例えば上記Ｖ溝に筒状長尺セラミック成形体１１を載せた後、上からセラミックスのグリーンシートなどを被せ、そり上がらないようにしたり、もう一枚の焼成セッターを筒状長尺セラミック成形体１１の上面とほとんど間隙を生じないように段積みして、成形体にかかる上下方向の温度差を小さくすることによってそりを防ぐ方法などがある。

また特許文献１及び２に示す方法は、筒状長尺成形体の上部を支えて、吊りながら焼成する方法であり、成形体の自重によってそりを防止するものである。また特許文献３に示す方法は、有底の筒状長尺成形体の内径に芯材を挿入し、直立した状態で焼成する方法であり、成形体の自重及び芯材の真直性によってそりを防止し、形状精度を向上させるものである。
特公平６−４７５００号公報 特開２００４−１６１５９６号公報 特開２０００−８６３５３号公報

しかし従来の方法ではそりの防止が十分でなく、また別にクラックや切れを生じて割れたり、焼成収縮時の抵抗で寸法精度が悪くなるという問題があった。

例えば、Ｖ溝に長尺筒状セラミック成形体１１を載せた後、上からセラミックスのグリーンシートなどを被せる方法では、連続炉などで焼成前の脱バインダー処理を連続的に行う場合、グリーンシートによってバインダーガスの脱気性が悪くなり、クラックを生じやすい。また、脱バインダー処理の後、グリーンシートなどを被せて焼成する場合でも、グリーンシートの重さで長尺筒状セラミック成形体１１の収縮抵抗が増し、全長方向と径方向の収縮にばらつきを生じて寸法精度が悪くなるという問題がある。ここで焼成時に収縮ばらつきを生じ、寸法精度が悪くなることについて補足すると、長尺のセラミック成形体を焼成セッターに載せて焼成する場合、成形体の外周が焼成セッターのＶ溝面に接しているため、径方向に比べて全長方向の方の収縮抵抗が大きい。この状態で上記のようにグリーンシートなどを被せて重しとすると、全長方向の収縮抵抗がさらに大きくなり、特に成形体の中央部ほど全長方向に縮みにくくなって、その分、径方向に縮むようになる。したがって焼成後の磁器は、中央部で径が細く、端部で径が太くなるような寸法分布となり、全体として寸法精度が悪くなる。

またもう一枚の焼成セッターを長尺筒状セラミック成形体１１の上面とほとんど間隙を生じないように段積みして、成形体にかかる上下方向の温度差を小さくする方法では、同様に脱気性が悪くなってクラックを生じやすく、また焼成セッターの熱容量が増して均熱にし難くなり、収縮率がばらついて寸法精度が悪くなる。

そして長尺筒状成形体の上部を支えて、吊りながら焼成する方法では、軽い成形体の場合には、自重だけでそりを防止することが不十分であり、また重い成形体の場合には、そりには効果があるが、焼成途中で切れたり、破損を生じやすいという問題がある。また寸法精度においても、自重で伸びるため、上部ほど細くなって径方向のばらつきが大きくなるという問題がある。

さらに有底の長尺筒状成形体の内径に芯材を挿入し、直立した状態で焼成する方法でも前記のように自重によって焼成途中で切れや破損を生じたり、自重で伸びるため、上部ほど細くなって径方向のばらつきが大きくなるという問題がある。

本発明は上述の課題に鑑み、筒状長尺成形体の全長よりも長いＶ溝を有し、上記成形体をＶ溝に載せてその内径部に上記成形体の焼成後の内径寸法より小さい外径で、かつ、上記筒状長尺成形体よりも長い全長を有する棒状部材を挿入するとともに、該棒状部材の両端に上記筒状長尺成形体を焼成セッターに押さえつけながら支持する支持体を配置したことを特徴とする筒状長尺成形体用焼成セッターを提供する。

また筒状長尺成形体用焼成セッターに用いる棒状部材として、焼成する筒状長尺成形体の焼成温度よりも高い焼成温度で焼結する成形体を用いたことを特徴とする筒状長尺成形体の焼成方法である。

また上記棒状部材の真直度と長さの比が０．０２５以下、面粗度がＲａ０．１μｍ以下としたことを特徴とする筒状長尺成形体の焼成方法である。

さらに上記焼成セッターのＶ溝面の真直度と長さの比を０．２５以下、面粗度をＲａ０．５〜１．０μｍとすることを特徴とする筒状長尺成形体の焼成方法である。

本発明の筒状長尺セラミック成形体用焼成セッター及びこれを用いた焼成方法によれば、筒状長尺セラミック成形体がそらないように焼成することができ、割スリーブなどの筒状体の加工精度を高め、例えば割スリーブの挿入損失などの特性を良くすることができる。また焼成収縮時の抵抗を小さくでき、寸法精度を良くすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１（ａ）は、本発明の筒状長尺セラミック成形体１１用焼成セッター１３及びこれを用いた焼成方法の一実施形態を示す側面の断面図であり、また図１（ｂ）は同正面図、図１（ｃ）は同斜視図である。そして図２は従来の焼成方法で生じる筒状長尺セラミック成形体１１のそり不良モード２１を説明する斜視図である。

光通信用割スリーブ３３などの筒状体は、まず、ジルコニア等のセラミックス材料を混練したものを押出成形機に投入し、金型から押し出されて筒状体となり、コンベアベルトなどによって搬送され、所定の全長となるように切断された後、長尺の状態でサヤなどに収納される。この時の全長は、通常３００〜８００ｍｍ程度である。次にこの筒状長尺セラミック成形体１１をサヤに収納した状態で乾燥した後、必要に応じて生加工を施し、焼成セッター１３に移載する。

ここで全長は基本的に最終製品の全長に加工代を考慮した寸法とするが、割スリーブ３３などのように、最終製品の全長が短い場合でも、長尺の状態で成形、乾燥、焼成を行うことがある。これは磁器になってから最終製品の全長に切断した方が無駄がなく、取り扱いも容易になることと、長尺の状態で焼成した方が、両端部などそりやすい部分と中央部などそうでない部分の差を大きくとることができるためである。

焼成セッター１３は図１（ｃ）のような形状をしており、平板で、少なくとも一方の面の長手方向に断面がＶ形のＶ溝列を有し、筒状長尺セラミック成形体１１はこのＶ溝に載せて落ちないように並べられる。この時、成形体は、焼成セッターの全長に合わせて通常３００ｍｍ程度に切断される。

次に、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、この筒状長尺セラミック成形体１１の内径部に成形体の焼成後の内径寸法より小さい外径で、かつ、その成形体よりも長い全長を有する棒状部材１２を挿入する。この棒状部材１２は成形体の内周部で線接触し、棒状部材１２の重さで成形体を焼成セッター１３のＶ溝面１５に押圧する状態となる。この棒状部材１２は成形体の焼成後の内径寸法より小さい外径Ａを有しており、望ましくは成形体の焼成後の内径寸法Ｂとの比、Ａ／Ｂが０．３〜０．５である。ここでＡ／Ｂを０．５としたのは、これより大きい場合、内周部が閉塞状態となり、脱バインダー時に脱気性が悪くなってクラックや割れを生じる場合があるためである。またＡ／Ｂを０．３までとしたのは、これより小さい場合、成形体を押圧する重さが小さくなり、そり防止の効果が小さくなるためである。

また、この棒状部材１２は成形体よりも長い全長を有しており、望ましくは成形体の全長よりも２０〜４０ｍｍ長くして、かつ棒状部材１２の両端が成形体の端部から均等に、すなわち片側１０〜２０ｍｍ突出するように挿入配置する。ここで棒状部材１２の片側の突出量を１０〜２０ｍｍの範囲としたのは、図２（ｂ）に示すように、長尺成形体は中央部に比べて自由に収縮しやすい両端部の方がそりやすい傾向があり、棒状部材１２の両端を成形体の端部から突出させることで両端部の押圧力をより大きくしてそりを防止するためである。そして１０ｍｍより短いと押圧力が小さくなってそり防止の効果が小さくなり、逆に２０ｍｍより長いと成形体の両端部だけ押圧力が大きくなりすぎて収縮抵抗が増し、ばらつきを生じて寸法精度が悪くなるためである。

上記棒状部材１２は、焼成する筒状長尺セラミック成形体１１の焼成温度よりも高い焼成温度で焼成する材質を用いる。例えば光通信用ジルコニア製割スリーブ３３用成形体を焼成する場合は、棒状部材１２としてアルミナまたは炭化珪素などの材質を用いる。これは棒状部材１２の焼成温度の方が低い場合、焼成を行った時に、棒状部材１２がそったり変形したりして、繰り返し使用ができないためである。また棒状部材１２の焼成温度の方が低い場合、成形体と反応して傷ついたり、収縮抵抗が増して寸法精度が悪くなったりすることもある。

さらに上記棒状部材１２は、真直度と全長の比を０．０２５以下、面粗度をＲａ０．１μｍ以下とする。これは棒状部材１２の真直度と全長の比が０．０２５より大きい場合、すなわち棒状部材１２のそりが大きい場合、焼成で筒状長尺セラミック成形体１１の内周部が棒状部材１２のそりにならって変形することがあるためである。また面粗度がＲａ０．１μｍより大きい場合、焼成で棒状部材１２の外周と筒状長尺セラミック成形体１１の内周の摩擦が大きくなり、収縮抵抗が増して寸法精度が悪くなることがあるためである。

さらに上記棒状部材１２は、焼成で棒状部材１２の外周と筒状長尺セラミック成形体１１の内周の摩擦を小さくするために、線接触するような断面形状とするのが望ましい。例えば円形断面または正方形断面などであり、正方形断面の場合はＲ加工を施した角部を線接触させるよう配置する。そしてより望ましくは高精度に加工しやすい円形断面とする。

以上のような棒状部材１２を筒状長尺セラミック成形体１１の内径部に挿入するのは、同様の棒状部材を外径部に載せるのに比べて容易であり、また焼成中も安定して保持することができるためである。さらに棒状部材１２の外径を成形体が収縮完了した時の寸法と同一かそれよりも少し大きくする、いわゆる焼きばめの状態としないのは、前記のように脱バインダー時に内周部の脱気性が悪くなってクラックや割れを生じる場合があるためである。

また、焼成セッター１３は、Ｖ溝面１５の真直度と全長の比を０．２５以下、面粗度をＲａ０．５〜１．０μｍとする。これは焼成セッター１３のＶ溝面１５の真直度と全長の比が０．２５より大きい場合、すなわち焼成セッター１３のＶ溝面１５のそりが大きい場合、焼成で筒状長尺セラミック成形体１１の外周部が焼成セッター１３のＶ溝面１５のそりにならって変形することがあるためである。また面粗度がＲａ１．０μｍより大きい場合、焼成で筒状長尺セラミック成形体１１の外周と焼成セッター１３のＶ溝面１５の摩擦が大きくなり、収縮抵抗が増して寸法精度が悪くなることがあるためである。そして面粗度がＲａ０．５μｍより小さい場合、逆に接触面積が増えることで筒状長尺セラミック成形体１１の外周と焼成セッター１３のＶ溝面１５の摩擦が大きくなり、収縮抵抗が増して寸法精度が悪くなることがあるためである。

上記焼成セッター１３の材質は、焼成する筒状長尺セラミック成形体１１の焼成温度よりも高い焼成温度で焼成する材質で、耐熱性に優れ、繰り返し使用でも前記真直度や面粗度が劣化しにくいムライトやアルミナなどを用いる。また前記面粗度の範囲とするために、多孔質のムライトなどのＶ溝面１５に粒径の小さな高純度アルミナなどをコーティングする場合もある。

そして、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、棒状部材１２をその両端が筒状長尺セラミック成形体１１の内径から突出するように挿入配置し、成形体を押圧するような高さで、その棒状部材１２の両端を支持する２つの支持体１４を用いる。この支持体１４は、材質が成形体と同じ収縮率を有するものとし、焼成の進行に合わせて棒状部材１２が成形体を押圧する高さが変化しないようにする。例えば光通信用ジルコニア製割スリーブ３３用成形体の場合は、支持体１４の材質もジルコニアとし、プレス成形によって成形する。

ここで支持体１４を用いて棒状部材１２の両端を支持するのは、棒状部材１２の両端が筒状長尺セラミック成形体１１の端部が突出しているため、繰り返し焼成することでその部分が垂れるように変形してくることを防ぐためである。そして支持体１４を用いて棒状部材１２の両端を支持しても成形体を押圧するような高さとしているので、支持体１４を用いないのと同様に成形体のそり防止の効果が得られる。

支持体１４の形状は一例として、図１（ｂ）に示すように、下面が焼成セッター１３のＶ溝と同様のくさび形とし、支持体１４の下面をＶ溝に合わせるようにしてセットする。そして支持体１４の上面は、その上に置く棒状部材１２が滑り落ちないようにＶ溝などの溝を有している構造とする。

以下本発明の実施例を説明する。

まず、ジルコニアを主成分とし、イットリア、アルミナ等を含有した原料粉末に押出成形に必要なバインダーとして結合剤、潤滑剤、可塑剤をそれぞれ混合した材料を押出成形機に投入し、成形体外径が約φ５ｍｍ、成形体内径が約φ３．２ｍｍとなるような金型を取り付けて、光通信用割スリーブの押出成形を行った。成形体は引取機にて引き取り、全長が約７００ｍｍになるように切断し、収納装置にてサヤに収納した。そして乾燥後、全長が３００ｍｍ程度になるように切断して焼成セッターに移載し、図１にしめすような成形体の内径部に棒状部材を挿入し、さらにその棒状部材の突出部に２個の支持体を配置し、１３５０℃で焼成を行った。この時の棒状部材の材質は１５５０℃で焼成したアルミナで、断面形状を円形とし、所定の真直度及び面粗さとなるように加工したものを用いた。また、焼成セッターの材質はムライトを用いた。

次に、焼成後の長い磁器を全長が約１２ｍｍになるようにスライシング加工機にて切断し、そりの状態及び寸法精度を調査した。そりの状態は、磁器の内径真直度を接触式の真円度／形状測定機にて測定した。また寸法精度は、磁器の外径をマイクロメータにて測定した。各測定値は、ｎ数２０個の平均値である。また双眼顕微鏡にて磁器にクラック不良が生じていないか検査を行った。さらにこの磁器を最終製品である光通信用割スリーブに加工し、挿入損失を測定した。

そして、焼成において、棒状部材の外径Ａと成形体の焼成後の内径寸法Ｂの比Ａ／Ｂ、棒状部材の成形体に対する片側の突出量、棒状部材の真直度と長さの比及び面粗度、焼成セッターの真直度と長さの比及び面粗度、支持体の有無について変化させて評価用の各試料を作製した。

結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明による焼成セッター及び焼成方法を用いた試料（Ｎｏ．２〜９、１１〜１３、１６）は、内径真直度が０．７〜１．４μｍ、また外径寸法ばらつきが５〜１０μｍ、さらに挿入損失が０．０２〜０．０６ｄＢと良く、焼成による変形を小さくできることがわかった。

特に比Ａ／Ｂを０．３〜０．５、棒状部材の片側の突出量を１０〜２０ｍｍとした試料（Ｎｏ．３、４、７、９、１１、１３、１６）は、内径真直度が０．７〜０．８μｍ、また外径寸法ばらつきが５〜７μｍ、さらに挿入損失が０．０２〜０．０３ｄＢと特に良いことがわかった。

これに対して本発明の範囲外である焼成セッター及び焼成方法を用いなかった試料（Ｎｏ．１、１０、１４、１５、１７）は、内径真直度が３．５〜５．２μｍ、また外径寸法ばらつきが１４〜２３μｍ、さらに挿入損失が０．３２〜０．４１ｄＢと悪いことがわかった。

また支持体を用いなかった本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１８は、同条件で支持体を用いた試料Ｎｏ．３と比べて、５０回焼成後の真直度が３．７μｍに悪化し、実用的でないことがわかった。

（ａ）は本発明の筒状長尺セラミック成形体用焼成セッターを示す側面の断面図であり、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同斜視図である。 従来の焼成方法で生じる筒状長尺セラミック成形体のそりを説明する斜視図である。 光ファイバ同士を接続する一般的な光コネクタの構造を示す断面図である。

符号の説明

１１：筒状長尺セラミック成形体
１２：棒状部材
１３：焼成セッター
１４：支持体
１５：Ｖ溝面
２１：そり不良モード
３１：フェルール
３２：光ファイバ
３３：割スリーブ

Claims (4)

1. 筒状長尺成形体の全長よりも長いＶ溝を有し、上記成形体をＶ溝に載せてその内径部に上記成形体の焼成後の内径寸法より小さい外径で、かつ、上記筒状長尺成形体よりも長い全長を有する棒状部材を挿入するとともに、該棒状部材の両端に上記筒状長尺成形体を焼成セッターに押さえつけた状態で支持する支持体を配置したことを特徴とする筒状長尺成形体用焼成セッター。
2. 請求項１に記載の筒状長尺成形体用焼成セッターに用いる棒状部材として、焼成する筒状長尺成形体の焼成温度よりも高い焼成温度で焼結する成形体を用いたことを特徴とする筒状長尺成形体の焼成方法。
3. 上記棒状部材の真直度と長さの比が０．０２５以下、面粗度がＲａ０．１μｍ以下としたことを特徴とする請求項２に記載の筒状長尺成形体の焼成方法。
4. 上記焼成セッターのＶ溝面の真直度と長さの比を０．２５以下、面粗度をＲａ０．５〜１．０μｍとすることを特徴とする請求項２又は３に記載の筒状長尺成形体の焼成方法。

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