JPWO2013183296A1 - 光通信用スリーブ、及びこの光通信用スリーブの製造方法 - Google Patents

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Abstract

光通信の技術分野で一般的に用いられるフェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が所定の値を具備し、かつ製造工程を減らして製造コストを低減可能な光通信用スリーブ、及び光通信用スリーブの製造方法を提供する。セラミックス原料をプレス成形した後に冷間静水圧成形をして焼成してなり、フェルールを挿入するための貫通孔２ａを軸の長さ方向に形成した貫通孔２ａの内周面４ａが焼成した状態を有するようにした。

Description

本発明は、光通信用スリーブ、及びこの光通信用スリーブの製造方法に関する。
光ファイバ同士を接続する光コネクタは、ジルコニア等のセラミックスで形成されている光通信用スリーブを含む接続部品から構成されている。光通信用スリーブは、貫通孔が開口した円筒状の部材で、光ファイバを挿通したフェルール同士を光通信用スリーブの両端から挿入して、光通信用スリーブの内部で突き合わせるように構成されている。光通信用スリーブには、円筒形状をした精密スリーブと、円筒形状の長手方向側面にスリットを形成した割スリーブの２種類が多く用いられている（例えば、特許文献１〜３）。
これら精密スリーブ及び割スリーブは、挿入したフェルールを強固に保持することができるように構成されている。精密スリーブは、内径がフェルールの外径よりもわずかに大きくなるように形成されている。精密スリーブは、フェルールの挿入によっては内径が変化しないので、内径寸法を精度よくすることが必要とされる。一方、割スリーブは、内径がフェルールの外径よりもわずかに小さくなるように形成されており、該割スリーブの軸の長さ方向にスリットが形成されている。この割スリーブは、フェルールの挿入によって弾性変形するので、精密スリーブほど内径寸法の精度が必要とされることはない。
一般に、ジルコニアを主成分とする原料から形成されている光通信用スリーブを製造する時は、まずジルコニア、イットリア、アルミナ、チタニア等を含有する原料をプレス成形、押出成形、射出成形等によって、円筒状の予備成形体を形成する。そして、円筒状の予備成形体を焼成して、焼き固めて成形体を得る。次に、成形体の長手方向の長さ寸法を所定長さにするための長さ加工、成形体の内周面をダイヤモンド砥石等を用いたホーニング及びダイヤモンド砥粒を用いたピン研磨等で研磨加工を行い、所定の内径寸法となるように内径加工を行う。次に、成形体の外周面を、円筒研削盤等を用いて、ダイヤモンド砥石で研削して所定の外径寸法となるように外径加工を行う。また、光通信用スリーブが割スリーブの場合には、長さ加工、内径加工、外径加工等を行った後にスリットを形成する。
光通信の技術分野では、光コネクタに関して現在までに複数の標準規格が規定されている。これら標準規格は、寸法等を各規格に共通化することで、使用者の便宜が図られている。現在、代表的な光コネクタとしては、いわゆるＳＣ形、ＦＣ形、ＭＵ形及びＬＣ形が存在する。ＳＣ形光コネクタの外径寸法等は、ＳＣ形光コネクタの外形寸法等については、ＩＥＣ ６１７５４−４、ＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−３Ａ、ＪＩＳ Ｃ ５９７３の各規格にそれぞれ規定がある。また、ＦＣ形光コネクタの外形寸法等は、ＩＥＣ ６１７５４−１３、ＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−４Ａ、ＪＩＳ Ｃ ５９７０の各規格にそれぞれ規定がある。次に、ＭＵ形光コネクタの外形寸法等は、ＩＥＣ ６１７５４−６、ＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−１７、ＪＩＳ Ｃ ５９８３の各規格にそれぞれ規定がある。さらに、ＬＣ形光コネクタの外形寸法等は、ＩＥＣ ６１７５４−２０、ＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−１０Ａの各規格にそれぞれ規定がある。
ＳＣ形およびＦＣ形光コネクタの内径とこれに保持されるフェルールの外径は約２．５ｍｍであり、ＭＵ形およびＬＣ形光コネクタのそれは約１．２５ｍｍである。具体的には、ＩＥＣ ６１７５４−４、ＩＥＣ ６１７５４−１３、ＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−３ＡおよびＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−４Ａでグレード１、ＪＩＳ Ｃ ５９７３および５９７０で等級Ｂに区分されるＳＣ形およびＦＣ形フェルールの外径寸法は２．４９９±０．０００５ｍｍ、ＩＥＣ ６１７５４−６、ＩＥＣ ６１７５４−２０、ＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−１７およびＴＩＡ／ＥＩＡ−６０４−１０Ａでグレード１、ＪＩＳ Ｃ ５９８３で等級ＢおよびＣに区分されるＭＵ形およびＬＣ形フェルールの外径寸法は１．２４９±０．０００５ｍｍとそれぞれ規定されている。また各光コネクタはハウジングの外形寸法についてもＩＥＣ規格、ＪＩＳ規格またはＴＩＡ／ＥＩＡ規格にて規定されている。
実開平６−１５０１３号公報 特開２００１−９１７８３号公報 特開２０１１−１２３２２１号公報
これら各規定では、光コネクタを構成するプラグ及びアダプタに関してもそれぞれ規定されている。アダプタについては、フェルールの引抜き力及びフェルール同士を突き合わせた時の接続損失も規定されている。特にＳＣ形及びＦＣ形光コネクタのＪＩＳ Ｃ ５９７３及びＪＩＳ Ｃ ５９７０で等級Ｂに区分されるＪＩＳ規格では、フェルールの引抜き力が２．０〜５．９Ｎであること、アダプタ内で突き合わされたフェルール同士の接続損失がシングルモードファイバを使用したフィジカルコンタクト接続（ＰＣ接続）において０．３ｄＢ以下であること、等が規定されている。したがって、アダプタを構成する一つの部品である光通信用スリーブについても、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失がアダプタの規定を考慮して定められている。光通信用スリーブでは、フェルールの引抜き力が１．５〜６Ｎであること、フェルール同士の接続損失がシングルモードファイバを使用したＰＣ接続において０．３ｄＢであることという条件を満たすものであることが必要とされており、光通信技術の分野では一般的に用いられる標準的な条件として定められている。しかし、従来の光通信用スリーブは、焼成を行うと歪み等が発生しやすく、単に焼成したのみでは、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が上記した標準的な条件を満たす光通信用スリーブを得ることが難しかった。そのため、従来は、標準的な条件を満たすために光通信用スリーブの内周面を加工することが必要となり、製造工程及び製造コストが増加してしまうという問題があった。
本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、内周面を加工することなく、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野で一般的に用いられる標準的な条件を具備し、かつ製造工程を減らして製造コストを低減させることができる光通信用スリーブ、及びこの光通信用スリーブの製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る光通信用スリーブは、
（１）セラミックス原料をプレス成形により一体成形した後に冷間静水圧成形を行い、その後更に焼成してなり、フェルールを挿入するための貫通孔が軸の長さ方向に開口した円筒状に形成されており、前記貫通孔の内周面を、前記焼成時に形成された前記セラミックス原料の結晶粒子が現れた焼成面としたことを特徴とする光通信用スリーブ、
（２）前記焼成面には、複数の結晶粒子が形成されるとともに、該結晶粒子と結晶粒子との間に結晶粒界が形成されている上記（１）記載の光通信用スリーブ、
（３）セラミックス原料をプレス成形して円筒状の予備成形体を形成した光通信用スリーブであって、前記予備成形体を冷間静水圧成形することにより、セラミックス原料の成形密度が均一に形成された成形体と、前記成形体を所定温度で所定時間焼成したときに、貫通孔の内周面に出現した焼成面に、多数の前記セラミックス原料の結晶粒子からなる結晶粒子群と、互いに隣接する前記結晶粒子と結晶粒子との間に形成された結晶粒界と、が形成されたことを特徴とする光通信用スリーブ、
（４）内周面の表面粗さＲａが０．０８〜０．２０μｍである上記（１）又は（３）記載の光通信用スリーブ、
（５）貫通孔の内径の公差が±２〜１０μｍである上記（１）又は（３）記載の光通信用スリーブ、
を要旨とする。
また、本発明に係る光通信用スリーブの製造方法は、
（６）セラミックス原料の粉末をプレス成形して、内周面を有する円筒状の予備成形体を形成し、前記予備成形体を冷間静水圧成形して成形体を形成し、前記成形体を焼成して、焼成時に形成された前記セラミックス原料の結晶粒子が前記内周面に現れた光通信用スリーブを製造することを特徴とする光通信用スリーブの製造方法、
（７）予備成形体は、金型に入れられたセラミックス原料をプレス成形して形成され、成形体は、前記予備成形体を冷間静水圧成形することで、セラミックス原料の成形密度が均一に形成され、前記成形体を所定温度で所定時間加熱して脱脂し、脱脂した前記成形体を前記脱脂した温度よりも高い所定の温度で所定時間加熱して焼成することで、貫通孔の内周面に出現した焼成面に、多数の前記セラミックス原料の結晶粒子からなる結晶粒子群と、互いに隣接する前記結晶粒子と結晶粒子との間に形成された結晶粒界と、を形成することを特徴とする上記（６）記載の光通信用スリーブの製造方法、
（８）前記焼成した成形体を所定長さに加工する上記（６）又は（７）記載の光通信用スリーブの製造方法、
（９）前記焼成した成形体の外周を加工する上記（６）又は（７）記載の光通信用スリーブの製造方法、
（１０）前記脱脂は、４００〜５００℃の温度で所定時間加熱して行う上記（７）記載の光通信用スリーブの製造方法、
（１１）前記焼成は、１３００〜１５００℃の温度で所定時間加熱して行う上記（６）又は（７）記載の光通信用スリーブの製造方法、
（１２）焼成した成形体を冷却した後に仕上げ加工を行う上記（６）又は（７）記載の光通信用スリーブの製造方法、
を要旨とする。
本発明に係る光通信用スリーブは、軸の長さ方向に形成した貫通孔の内周面が焼成面であるので、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野で一般的に用いられる標準的な条件を満たす光通信用スリーブを低コストで提供することができる。
本発明に係る光通信用スリーブの製造方法は、セラミックス原料の粉末をプレス成形して予備成形体を形成し、この予備成形体を冷間静水圧プレスで圧縮成形して成形体を形成するので、製造工程を簡略化しつつ、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野で一般的に用いられる標準的な条件を満たす光通信用スリーブを得ることができる。したがって、本発明によれば、光通信用スリーブの内周面を加工せず、製造工程を減らして製造コストを大幅に低減し、作業効率を大幅に向上させることもできる。
（ａ）図は、本発明の光通信用スリーブに係る精密スリーブの斜視図と、精密スリーブの内周面の表面状態を示した一部拡大図であり、（ｂ）図は、本発明の光通信用スリーブに係る割スリーブの斜視図と、割スリーブの内周面の表面状態を示した一部拡大図である。 光通信用スリーブの製造工程を表すフローチャートである。 （ａ）図は、プレス成形する金型の例を説明した図、（ｂ）図は、セラミックス原料をプレス成形し予備成形体を成形する様子を説明した図である。 （ａ）図は、予備成形体を柔軟容器内に入れる様子を説明した図、（ｂ）図は、柔軟容器内に入れた予備成形体に対して冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行う様子を説明した図である。
本発明に係る光通信用スリーブの実施の形態について、図面を用いて具体的に説明する。なお、本明細書では、光通信用スリーブの「前」、「後」、「上」、「下」、「左」、「右」は、図１に示す向きを示すものとする。
本実施の形態に係る光通信用スリーブは、図１（ａ）に示す精密スリーブ１ａと、図１（ｂ）に示す割スリーブ１ｂの２種類を例として挙げて説明するが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、他の構成のスリーブであってもよい。本発明に係る光通信用スリーブは、セラミックス材料の粉末をプレス成形して予備成形体を形成し、この予備成形体を冷間静水圧成形、即ちＣｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＣＩＰ）を行って成形体を形成し、この成形体を脱脂及び焼成し、必要な場合には焼成した成形体の長さ寸法、外径寸法等を加工することで得られる。
光通信用スリーブは、ジルコニア、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミなどの他、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の結晶化ガラス等のガラスセラミックス、及びＡｌ２Ｏ３を主成分としＺｒＯ２を混合したジルコニア分散アルミナセラミックス、アルミナの結晶粒界に粒径がナノレベルの非常に微細なジルコニア粒子を分散させ、粒界強度を飛躍的に向上させたジルコニア分散アルミナセラミックス、Ａｌ２Ｏ３を主成分としてＡｌ２Ｂ２Ｏ９を混合したセラミックス等の各種複合セラミックス等からなる。複合セラミックス等としては、特に耐候性、曲げ強度等がより優れた部分安定化ジルコニアがより好ましい。
この部分安定化ジルコニアは、ＺｒＯ２を主成分とし、安定化剤としてＹ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、ＣａＯ等を含有するものである。また、部分安定化ジルコニアは、耐候性に優れ、高靱性であり、研磨しやすい。そのため、部分安定化ジルコニアを用いることにより、長期間の使用に供する高精度な光通信用スリーブを得ることができる。
図１（ａ）に示す精密スリーブ１ａは、軸の長さ方向にフェルールを挿入するための貫通孔２ａを有する中空の円筒形状に形成されている。貫通孔２ａの内径は、該貫通孔２ａに挿通されるフェルールの外径よりもわずかに大きくなっており、フェルールを挿入しやすく、かつ挿入したフェルールにガタツキが生じないように形成されている。
図１（ｂ）に示す割スリーブ１ｂは、軸の長さ方向にフェルールを挿入するための貫通孔２ｂを有する中空の円筒形状に形成され、この貫通孔２ｂの一部に、軸の長さ方向に沿ってスリット３が該貫通孔２ｂの内周面から割スリーブ１ｂの外周面６ｂまで繋がるように形成されている。貫通孔２ｂの内径は、該貫通孔２ｂに挿通されるフェルールの外径よりも若干小さくなっており、フェルールを挿入した際に割スリーブ１ｂが若干広がる方向へ弾性変形をすることにより、貫通孔内に挿入されたフェルールを強固に保持することができるように形成されている。
本実施の形態の光通信用スリーブに係る精密スリーブ１ａ及び割スリーブ１ｂは、貫通孔２ａ，２ｂの内周面４ａ，４ｂが焼成面となるように形成されている。ここで、「焼成面」とは、後述する成形体を焼成した時に形成される面を言う。すなわち、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る精密スリーブ１ａ及び割スリーブ１ｂは、内周面４ａ，４ｂの一部を拡大して示すと、大きさの異なる複数の結晶粒子５ａ，５ｂが内周面４ａ，４ｂ上に出現している。また、結晶粒子５ａ，５ｂを含む多数の結晶粒子からなる結晶粒子群が出現している。また、互いに隣接する各結晶粒子５ａと結晶粒子５ｂとの間には、結晶粒界５ｃが形成されている。結晶粒子５ａ，５ｂは、例えば光通信用スリーブを形成する際に行われる焼成工程で焼成される温度や焼成される時間等によって成長する度合い、即ち結晶粒子５ａ，５ｂの粒径が異なり、例えば焼成温度が低かった場合や焼成時間が短かった場合などには、結晶粒子５ａ，５ｂの粒径が比較的小さくなるものが多く、逆に焼成温度が高かった場合や焼成時間が長かった場合などには、結晶粒子５ａ，５ｂの粒径が比較的大きくなる。
また、この時の内周面４ａ，４ｂの表面粗さＲａは、０．０８〜０．２０μｍであり、好ましくは０．０８〜０．１５μｍであり、さらに好ましくは０．０８〜０．１２μｍである。表面粗さを小さくすると、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野で一般的に用いられる標準的な条件を満たすスリーブを得やすくなる。また、内周面４ａ，４ｂの内径の公差は、±２〜１０μｍであり、好ましくは±２〜８μｍであり、さらに好ましくは±２〜５μｍである。内周面４ａ，４ｂの内径の公差が±２〜５μｍになると、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野で一般的に用いられる標準的な条件を満たすスリーブをより得やすくなる。
精密スリーブ１ａ及び割スリーブ１ｂの内径は、内部に挿入されるフェルールの圧入時又は引き抜き時に該フェルールに加えられる力（以下、この力のことを「引抜き力」という。）は、１．５〜６Ｎの範囲内、好ましくは２〜６Ｎの範囲内、より好ましくは２〜４Ｎの範囲内となるように設計することが好ましい。フェルールに対してこのような範囲内での引抜き力が加えられるようにすることで、フェルールを挿入しやすくすることができる。また、このような範囲内となるように設計することで、挿入したフェルールを確実に保持することができる。
精密スリーブ１ａ及び割スリーブ１ｂの外周面６ａ，６ｂは、表面粗さＲａが０．３μｍ以下であり、好ましくは０．２μｍ以下であり、さらに好ましくは０．１μｍ以下である。なお、外周面６ａ，６ｂは、研磨加工等の仕上げ加工を行ってもよいが、上記した表面粗さＲａの条件を具備することが可能であれば焼成面であってもよい。外周面６ａ，６ｂが焼成面である場合には、後述する仕上げ加工を行う工程が必要ないので、製造コストの大幅な低減と、製造効率の大幅な向上を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態に係る光通信用スリーブの構成の例を説明したが、本発明に係る光通信用スリーブは、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。
次に、本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法について説明する。ここでは、一例として、光通信用スリーブの材質としてジルコニア製のセラミックスを使用した場合について説明する。
図２に示すように、光通信用スリーブを製造する際は、まず光通信用スリーブを成形するための材料を準備する。本実施の形態では、材料として、例えば、ＺｒＯ２を主成分とし、安定化剤としてＹ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、ＣａＯ等を含有し、バインダーが添加された部分安定化ジルコニアを準備する。この部分安定化ジルコニアは、研磨しやすい等の加工性に優れているため、光通信用スリーブの成形をしやすくすることができる。
次に、このセラミックス原料Ｍをプレス成形して予備成形体Ｍ１を形成する。プレス成形は、図３に示すような金型１１を用いて行う。プレス成形に用いる金型１１は、中型１２、上型１３、下型１４及び中子１５から構成されている。中型１２は、本実施の形態では略円柱形状に形成されており、中央部に貫通孔１６が開口形成されている。この貫通孔１６は、中型１２を平面視した時の形状が円形となるように形成されている。また、貫通孔１６の内径は、上型１３及び下型１４の外径と略同一か、又は上型１３及び下型１４の外径よりもわずかに大きくなるように形成されており、貫通孔１６の中に上型１３及び下型１４が容易に挿入することが出来るように形成されている。
上型１３は、中型１２の貫通孔１６の上側から挿入するためのものである。上型１３は、外径が貫通孔１６の内径と略同一か、又は貫通孔１６の内径よりもわずかに小さくなるように形成された上挿入部１７と、上挿入部１７の外径よりも大径となるように形成された上大径部１８とを有している。上挿入部１７には、中子１５の先端部１５ａが挿入される上挿入孔１９が設けられている。下型１４は、中型１２の貫通孔１６の下側から挿入するためのものである。下型１４は、外径が貫通孔１６の内径と略同一か、又は貫通孔１６の内径よりもわずかに小さくなるように形成された下挿入部２０と、下挿入部２０の外径よりも大径となるように形成された下大径部２１とを有している。下型１４には、長手方向に貫通し、中子１５を挿通するための挿通孔２２が形成されている。この挿通孔２２の内径は、中子１５の外径と略同じか、又は中子１５の外径よりもわずかに大径となるように形成されており、中子１５を挿通させることができるように形成されている。中子１５は、上型１３の挿入孔１９の内径及び下型１４の挿通孔２２の内径と略同一か、又はこれらの内径よりもわずかに小径となるように形成された棒状の部材であり、先端部１５ａが上挿入孔１９に挿入可能な長さに形成されている。
プレス成形で予備成形体を作る場合は、中型１２の貫通孔１６の下方から下型１４を挿入し、下型１４の挿通孔２２に中子１５を挿通させる。このとき、貫通孔１６の中には、該貫通孔１６の内周面１６ａと中子１５の外周面１５ｂとの間に空間２３が形成される。セラミックス原料Ｍは、この空間２３の中に入れられる。そして、上型１３が貫通孔１６に挿入され、圧力が加えられて、空間２３の中に入れたセラミックス原料Ｍが押し固められ、予備成形体Ｍ１が得られる。
ここで、本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法は、プレス成形で予備成形体Ｍ１を得るので、セラミックス原料Ｍに含有するバインダーを大幅に減少させることができる。そのため、予備成形体Ｍ１内におけるセラミックス原料Ｍの成形密度を比較的均一にすることができる。また、プレス成形で予備成形体Ｍ１が得られるので、セラミックス原料Ｍを押し固める際に大きな圧力を加えやすく、予備成形体Ｍ１を強固に押し固めることができる。
次に、予備成形体Ｍ１に対して冷間静水圧成形を行い、成形体を得る。冷間静水圧成形は、予備成形体Ｍ１をゴム袋等の柔軟性のある容器に入れ、水や油等のような液体の媒体中で静水圧を加えて成形する方法であり、湿式法とも呼ばれている。本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、まずプレス成形で成形した予備成形体Ｍ１を袋状に形成された柔軟容器２５の中に入れる。柔軟容器２５は、該柔軟容器２５の外部から加わった力で変形しやすい柔軟性のある材料で形成されていることが好ましく、具体的には、ゴム、ビニール及びナイロン等により形成されたものを用いることが好ましい。
次に、予備成形体Ｍ１を内部に入れて密封した柔軟容器２５を加圧容器２６の中に入れる。図４（ｂ）に示すように、加圧容器２６は、側壁２７、上蓋２８及び下蓋２９とを備えている。また、加圧容器２６には、側壁２７、上蓋２８及び下蓋２９に囲まれた加圧空間３０が形成されている。上蓋２８は、側壁２７の内周面と嵌合する箇所に、例えばＯリング等のシール部材３１が設けられており、上蓋２８と側壁２７とを密閉することができるように構成されている。下蓋２９は、側壁２７の内周面と嵌合する箇所に、例えばＯリング等のシール部材３２が設けられており、下蓋２９と側壁２７とを密閉することができるように構成されている。また、下蓋２９には、一端が加圧ポンプ３３と接続する配管３４の他端と接続され、この配管３４を通じて加圧空間３０内との間で液体を流動させる流動路が設けられている。なお、符号３５は加圧空間３０内の圧力を示す圧力計である。また、加圧空間３０は、柔軟容器２５と、例えば水等の液体とを内部に入れることができる大きさに形成されている。
加圧空間３０は、柔軟容器２５を入れ、水等の液体を注入した後、上蓋２８を側壁２７に取付けて密閉される。次に、加圧ポンプ３３を駆動して、１３０〜２１０ＭＰａの圧力で加圧空間３０内を加圧する。なお、このときの圧力は、好ましくは１５０〜２００ＭＰａであり、より好ましくは１７０〜１９０ＭＰａである。冷間静水圧成形では、この圧力で所定時間加圧し、その後に加圧ポンプ３３による加圧を停止し、上蓋２８を取り外して柔軟容器２５を加圧空間３０内から取り出す。次に、柔軟容器２５の中から、予備成形体Ｍ１に冷間静水圧成形を行って得られた成形体を取り出す。予備成形体Ｍ１におけるセラミックス原料Ｍの成形密度は、バインダーの少ないセラミックス原料Ｍを用いてプレス成形を行うので比較的均一にはなっているものの、予備成形体Ｍ１中におけるセラミックス原料Ｍの成形密度分布に多少のバラつきが生じる。これは、プレス成形を行う際、セラミックス原料Ｍに対して、ある特定の方向からのみ力が加わるからである。
本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法は、プレス成形を行った後に冷間静水圧成形を行うことで、プレス成形時に形成された予備成形体Ｍ１に対して全方向から力を加えることができ、それにより予備成形体Ｍ１中におけるセラミックス原料Ｍの成形密度分布のバラつきをなくすことができる。すなわち、予備成形体Ｍ１におけるセラミックス原料Ｍの成形密度が疎になっている箇所は、冷間静水圧成形時に加わる力によって密になりやすく、予備成形体Ｍ１におけるセラミックス原料Ｍの成形密度が密になっている箇所は、冷間静水圧成形時に加わる力による影響を受け難く、当初の成形密度を維持する。そのため、該成形密度が疎になりがちな箇所と密になる箇所との間における成形密度の差を大幅に低減し、成形体全体としてのセラミックス材料の成形密度分布を略均一にすることができ、該成形密度のバラつきを解消することができる。すなわち、プレス成形をした後に冷間静水圧成形を行うことで、予備成形体Ｍ１の各部を均一な強い力で押し固めることができ、予備成形体の各部におけるセラミックス原料Ｍの成形密度をさらにより均一にすることが可能になる。冷間静水圧成形では、予備成形体Ｍ１からこのような成形体を得ることができる。
次に、成形体を脱脂する。脱脂は、成形体の中に含有するバインダーを除去するために行うもので、成形体を脱脂炉に入れ、４００〜５００℃の温度で所定時間加熱することにより行う。成形体を脱脂することにより、成形体中のバインダーは除去され、バインダーが存在していた箇所は空隙となる。しかし、本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法によれば、プレス成形で予備成形体Ｍ１を成形するので、セラミックス原料Ｍ中に含有するバインダーの量を少なくすることができる。そのため、脱脂を行うことで成形体中に存在する空隙の量も大幅に少なくすることができ、成形体から光通信用スリーブを形成する際における歪みの発生を防止することが可能になる。
次に、脱脂した成形体を脱脂炉から取り出して焼成する。焼成は、脱脂した成形体を更に焼成炉に入れ、脱脂する際の温度よりも高い１３００〜１５００℃の温度で所定時間加熱し、その後、空冷又は水冷等の方法により冷却して、焼成した成形体を得る。本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法によれば、セラミックス原料Ｍに含有するバインダーの量を大幅に少なくすることができるため、脱脂時に成形体中に形成される空隙も少なくすることができる。また、本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法では、プレス成形後に冷間静水圧成形を行うことで、成形体中におけるセラミックス原料Ｍの成形密度分布も均一にされており、セラミックス原料Ｍ同士の間における空隙等の発生も大幅に低減することができる。そのため、焼成した後の冷却で成形体に生じる歪みの発生や内径寸法のバラつきが発生しない。なお、本実施の形態では脱脂炉で成形体を脱脂し、その後脱脂炉から脱脂した成形体を取り出して焼成炉へ入れて焼成しているが、焼成炉で炉内温度を調整して脱脂と焼成とを行ってもよい。
次の長さ加工では、焼成した成形体の長手方向の寸法を光通信用スリーブの長手方向の所定長さとなるように加工を行う。なお、長さ加工は、焼成した成形体の長手方向の寸法が所定寸法である場合には行わなくてもよい。
次の外径加工では、焼成した成形体の外径が光通信用スリーブの所定外径よりも大径の場合、又は焼成した成形体の外径が長手方向においてバラつきがある場合に、焼成した成形体の外径を光通信用スリーブの所定外径と略同一径にする加工を行う。なお、ここで「略同一径」とは、焼成した成形体の外径と光通信用スリーブの所定外径とが完全に同一であることを意味するのではなく、焼成した成形体の外径が光通信用スリーブの所定外径に対して予め定められた許容誤差の範囲内にあることを意味する。
仕上げ加工では、焼成した成形体の長手方向の端面の加工を行う。ここでは、例えば端面の端部の面取り加工や曲面加工、バリ取りなどの各種加工を行う。また、製造する光通信用スリーブが割スリーブ１ｂの場合には、仕上げ加工でスリット３を形成する。なお、仕上げ加工は、焼成した成形体に対して面取り加工や曲面加工、バリ取りなどの各種加工を必要としない場合、製造する光通信用スリーブが精密スリーブ１ａであってスリット３を形成しなくてもよい場合には行わなくてもよい。
このような工程を経て形成された光通信用スリーブは、貫通孔２ａ，２ｂの内周面が焼成面となるように形成される。
次に、本実施の形態に係る光通信用スリーブの作用効果を説明する。本実施の形態に係る光通信用スリーブでは、貫通孔２ａ，２ｂの内周面が焼成面となるように形成されているので、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野における標準的な条件を満たす光通信用スリーブを非常に安価に提供することができる。具体的には、光通信用スリーブの内部において接続される光ファイバ同士の接続損失が０．３ｄＢ以下であること、及び光ファイバの光通信用スリーブから引き抜く時の引抜き力が１．５〜６Ｎであることという光通信技術の分野における標準的な条件を満たす光通信用スリーブを提供することができる。本実施の形態に係る光通信用スリーブによれば、貫通孔２ａ，２ｂの内周面を焼成面とした場合であっても、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野における標準的な条件を満たすように光ファイバを接続することが可能になる。
また、本実施の形態に係る光通信用スリーブでは、内周面の表面粗さＲａを上記した範囲内の値とすることにより、又は／及び貫通孔の内径の公差を上記した範囲内の値とすることにより、フェルールの引抜き力やフェルール同士の接続損失が光通信技術の分野における標準的な条件として定められている特性を有する光コネクタを提供することが可能になる。
本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法では、セラミックス原料Ｍの粉末をプレス成形して予備成形体Ｍ１を形成し、この予備成形体Ｍ１を冷間静水圧成形で圧縮成形して成形体を形成するので、プレス成形時に予備成形体Ｍ１におけるセラミックス原料Ｍの成形密度を均一にすることができ、脱脂・焼成を行った後の成形体に歪みの発生を確実に防止することができる。したがって、本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法においては、貫通孔２ａ，２ｂの孔径のバラつきや変形による孔形状の変化等がない。そのため、製造工程を大幅に少なくすることが可能になり、非常に安価に光通信用スリーブを製造することができる。なお、本実施の形態に係る光通信用スリーブの製造方法では、長さ加工を行った後に外径加工を行う例を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、外径加工を行った後に長さ加工を行ってもよい。
以下に実施例を用いて本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
［光通信用スリーブの製造］
本実施例では、ＺｒＯ２が主成分で、安定化剤としてＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３を含有し、バインダーも添加されたセラミックス原料を用意した。そして、中型に形成された貫通孔の下部から下型を挿入し、さらに下型の挿通孔に中子を挿通させた金型の空間部に、先に用意したセラミックス原料を入れた。次に、中型の貫通孔の上部から上型を挿入し、プレス装置を用いて上型の上側からは下向きの力、下型の下側からは上向きの力を加えてセラミックス原料を押し固め、予備成形体を成形した。
次に、予備成形体を縦５５０ｍｍ、横２５ｍｍの大きさを有する袋状の柔軟容器に入れた。柔軟容器には、ナイロン製包装袋を用いて形成された変形しやすい柔軟性のあるものを用いた。次に、予備成形体を入れた柔軟容器を冷間静水圧成形機の加圧容器の水が注入されている加圧空間内に入れ、その後、上蓋を閉じて加圧容器を密閉した。
次に、冷間静水圧成形機の加圧ポンプを駆動して、加圧容器内の水圧を２００ＭＰａに上昇させ、この水圧を２分間維持した。その後、加圧容器内の水圧を下降させて、上蓋を開けて、加圧空間内の柔軟容器を取り出した。そして、柔軟容器の中から冷間静水圧成形を行った成形体を取り出した。
次に、成形体を脱脂炉の炉内に入れ、その後脱脂炉の炉内温度を４００℃まで上昇させ、成形体の脱脂を行った。次に、脱脂炉の炉内温度を下げ、その後脱脂炉の炉内から脱脂した成形体を取り出した。
次に、脱脂した成形体を焼成炉の炉内に入れ、焼成炉の炉内温度を１３５０℃まで上昇させ、成形体の焼成を行った。次に、焼成炉の炉内温度を下げ、その後焼成炉の炉内から焼成した成形体を取り出した。なお、焼成した成形体の内径は２．４９ｍｍであった。
次に、研削機等を用いて、焼成した成形体の長さ寸法を１１．４ｍｍ、外径を３．２ｍｍとする加工を行い、その後貫通孔の端部の面取り加工とスリットを形成する加工を行い、実施例の光通信用スリーブを得た。
［光通信用スリーブの内周面の表面粗さＲａの測定］
表面粗さ測定器を用いて、光通信用スリーブの内周面の表面粗さＲａを測定した。測定の結果、実施例における表面粗さＲａは、平均０．０９８９μｍであった。
［接続損失の測定］
実施例に係る光通信用スリーブの一端側から、先端にフェルールを取り付けた第１光ファイバを挿入し、該光通信用スリーブの他端側から、先端にフェルールを取り付けた第２光ファイバを挿入した。光通信用スリーブの内部では、第１光ファイバ及び第２光ファイバの端面同士を突き合わせて接触させた。次に、第１光ファイバに光を入射させ、それによって第２光ファイバから出射する光の光量を測定した。そして、これら入射光の光量と出射光の光量とから、接続損失を算出した。上記した測定の結果、実施例に係る光通信用スリーブを使用した場合における接続損失の算出結果は、平均０．１９ｄＢであった。
［引抜き力の測定］
実施例に係る光通信用スリーブに挿入した第１光ファイバ及び第２光ファイバを光通信用スリーブから引き抜く際の引抜き力の大きさを測定した。上記した測定の結果、実施例に係る光通信用スリーブの引抜き力の大きさは、平均２．１Ｎであった。
なお、実施例に係る光通信用スリーブについて測定した表面粗さＲａ、接続損失、及び引抜き力の大きさの測定結果を表１に示す。
（比較例）
［光通信用スリーブの製造］
比較例では、上記した実施例と同様のセラミックス原料を用意した。そして、中型に形成された貫通孔の下部から下型を挿入し、さらに下型の挿通孔に中子を挿通させた金型の空間部に、先に用意したセラミックス原料を入れた。次に、中型の貫通孔の上部から上型を挿入し、プレス装置を用いて上型の上側からは下向きの力、下型の下側からは上向きの力を加えてセラミックス原料を押し固め、予備成形体を成形した。この時のセラミックス原料に加える圧力は２トン／ｃｍ２であった。
次に、成形体を脱脂炉の炉内に入れ、その後脱脂炉の炉内温度を４００℃まで上昇させ、成形体の脱脂を行った。次に、脱脂炉の炉内温度を下げ、その後脱脂炉の炉内から脱脂した成形体を取り出した。
次に、脱脂した成形体を焼成炉の炉内に入れ、焼成炉の炉内温度を１３５０℃まで上昇させ、成形体の焼成を行った。次に、焼成炉の炉内温度を下げ、その後焼成炉の炉内から焼成した成形体を取り出した。
次に、研削機等を用いて、焼成した成形体の長さ寸法を１１．４ｍｍにする加工を行った。また、焼成した成形体の内径にバラつきが生じていたため、内径を２．４９ｍｍにする加工を行った。さらに、焼成した成形体の外径を３．２ｍｍとする加工を行った。その後、貫通孔の端部の面取り加工とスリットを形成する加工を行い、比較例の光通信用スリーブを得た。光通信用スリーブの内周面は、内径加工を行ったため、結晶粒子及び結晶粒界が表出していない切削面であった。
［光通信用スリーブの内周面の表面粗さＲａの測定］
実施例と同様の方法により、光通信用スリーブの内周面の表面粗さＲａを測定した。上記した測定の結果、比較例における表面粗さＲａは平均０．０２１３μｍであった。
［接続損失の測定］
実施例と同様の方法により、比較例の光通信用スリーブを用いた場合における第１光ファイバと第２光ファイバとの間での接続損失の測定を行った。上記した測定の結果、比較例に係る光通信用スリーブを使用した場合における接続損失の算出結果は、平均０．１２ｄＢであった。
［引抜き力の測定］
実施例と同様の方法により、比較例の引抜き力の測定を行った。上記した測定の結果、比較例に係る光通信用スリーブの引抜き力の大きさは平均２．８Ｎであった。
なお、比較例に係る光通信用スリーブについて測定した表面粗さＲａ、接続損失、及び引抜き力の大きさの測定結果を表１に示す。
Figure 2013183296
以上の結果、実施例に係る光通信用スリーブ及び比較例に係る光通信用スリーブは、共にフェルールに加わる引抜き力が１．５〜６Ｎであること、光通信用スリーブ内で突き合わされたフェルール同士の接続損失が０．３ｄＢ以下であることが分かった。また、実施例に係る光通信用スリーブは、内径加工を行う工程がないため、該光通信用スリーブを形成する際の製造工程が比較例よりも少なく、比較例に係るスリーブよりも安価で製造することができる。
１ａ 精密スリーブ
１ｂ 割スリーブ
２ａ，２ｂ 貫通孔
３ スリット
４ａ，４ｂ 内周面
５ａ，５ｂ 結晶粒子
５ｃ 結晶粒界
６ａ，６ｂ 外周面
１１ 金型
１２ 中型
１３ 上型
１４ 下型
１５ 中子
１６ 貫通孔
２３ 空間
２５ 柔軟容器
２６ 加圧容器
２７ 側壁
２８ 上蓋
２９ 下蓋
３０ 加圧空間
３３ 加圧ポンプ
Ｍ セラミックス原料
Ｍ１ 予備成形体

Claims (12)

  1. セラミックス原料をプレス成形により一体成形した後に冷間静水圧成形を行い、その後更に焼成してなり、
    フェルールを挿入するための貫通孔が軸の長さ方向に開口した円筒状に形成されており、
    前記貫通孔の内周面を、前記焼成時に形成された前記セラミックス原料の結晶粒子が現れた焼成面としたことを特徴とする光通信用スリーブ。
  2. 前記焼成面には、複数の結晶粒子が形成されるとともに、該結晶粒子と結晶粒子との間に結晶粒界が形成されている請求項１記載の光通信用スリーブ。
  3. セラミックス原料をプレス成形して円筒状の予備成形体を形成した光通信用スリーブであって、
    前記予備成形体を冷間静水圧成形することにより、セラミックス原料の成形密度が均一な成形体が形成され、
    前記成形体を所定温度で所定時間焼成したときに、貫通孔の内周面に出現した焼成面に、多数の前記セラミックス原料の結晶粒子からなる結晶粒子群が形成され、互いに隣接する前記結晶粒子と結晶粒子との間には結晶粒界が形成されたことを特徴とする光通信用スリーブ。
  4. 内周面の表面粗さＲａが０．０８〜０．２０μｍである請求項１又は３記載の光通信用スリーブ。
  5. 貫通孔の内径の公差が±２〜１０μｍである請求項１又は３記載の光通信用スリーブ。
  6. セラミックス原料の粉末をプレス成形して、内周面を有する円筒状の予備成形体を形成し、
    前記予備成形体を冷間静水圧成形して成形体を形成し、
    前記成形体を焼成して、焼成時に形成された前記セラミックス原料の結晶粒子が前記内周面に現れた光通信用スリーブを製造することを特徴とする光通信用スリーブの製造方法。
  7. 予備成形体は、金型に入れられたセラミックス原料をプレス成形して形成され、
    成形体は、前記予備成形体を冷間静水圧成形することで、セラミックス原料の成形密度が均一に形成され、
    前記成形体を所定温度で所定時間加熱して脱脂し、脱脂した前記成形体を前記脱脂した温度よりも高い所定の温度で所定時間加熱して焼成して、貫通孔の内周面に出現した焼成面に、多数の前記セラミックス原料の結晶粒子からなる結晶粒子群と、互いに隣接する前記結晶粒子と結晶粒子との間に形成された結晶粒界と、を形成することを特徴とする請求項６記載の光通信用スリーブの製造方法。
  8. 前記焼成した成形体を所定長さに加工する請求項６又は７記載の光通信用スリーブの製造方法。
  9. 前記焼成した成形体の外周を加工する請求項６又は７記載の光通信用スリーブの製造方法。
  10. 前記脱脂は、４００〜５００℃の温度で所定時間加熱して行う請求項７記載の光通信用スリーブの製造方法。
  11. 前記焼成は、１３００〜１５００℃の温度で所定時間加熱して行う請求項６又は７記載の光通信用スリーブの製造方法。
  12. 焼成した成形体を冷却した後に仕上げ加工を行う請求項６又は７記載の光通信用スリーブの製造方法。
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