(57)【要約】【課題】円筒、または円柱状のセラミック生成形体を焼成するときに、長手方向にそりを発生させる。【解決手段】円筒状または円柱状のセラミック生成形体４が横置きに載置される基台を備えたセラミック焼成用治具において、上記基台１の載置面が水平面に対し傾斜しているとともに、該傾斜面に上記セラミック生成形体４の外周面に当接して上記セラミック生成形体４を支持するストッパ部材５が取着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状または円柱状のセラミック生成形体が横置きに載置される基台を備えたセラミック焼成用治具において、上記基台の載置面が水平面に対し傾斜しているとともに、該傾斜面に上記セラミック生成形体の外周面に当接して上記セラミック生成形体を支持するストッパ部材が取着されていることを特徴とするセラミック焼成用治具。
【請求項２】
上記ストッパ部材は上記セラミック生成形体の焼成温度、もしくはそれ以下の温度で収縮することを特徴とする請求項１記載のセラミック焼成用治具。
【請求項３】
上記ストッパ部材が、上記基台の下方に傾斜した側の端部まで延在され、該延在部が上記基台の下方に傾斜した側の端面に沿って屈折部を有して、該端面と当接したことを特徴とする請求項２に記載のセラミック焼成用治具。
【請求項４】
上記ストッパ部材の収縮率が、上記生セラミック生成形体の収縮率と同等若しくはそれより大きいことを特徴とする請求項２または３に記載のセラミック焼成用治具。
【請求項５】
上記基台の最上方に載置された上記生セラミック生成形体に対し、さらに上方側に円筒状または円柱状の転動促進部材を上記基台の上面に載置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセラミック焼成用治具。
【請求項６】
上記生セラミック生成形体がジルコニアであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセラミック焼成用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック生成形体を焼成し、セラミックを製造するためのセラミック焼成用治具であって、特に、光通信用コネクタ部材に使用されるジルコニアセラミックの焼成用治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミックス焼結体は、高強度、耐磨耗性、高剛性、低熱膨張性、耐熱性、高硬度などの特性を利用して、機械材料として工作機械部品、測定装置、エンジン、送風機、軸受け、工具、潤滑剤、もしく光通信用部品等に用いられてきている。また化学的な安定性を利用して化学装置や断熱性あるいは伝熱性を利用した機器への応用も図られてきている。
【０００３】
この中で、精密機械や精密測定器のように、常温環境下で使用される精密機器の重要要素部品にセラミックス焼結体が採用されるようになってきた。その背景には、半導体に代表される電子部品の超精密化、微細化が急速に進み、それらを製造する加工機や測定器にサブミクロンもしくはそれ以下の精度が要求されるようになってきたからである。
【０００４】
これら精密機器の構造用部材として、かつてステンレス、アルミ系合金、防錆処理した鉄系材料及び石材が使われてきたが、加工精度がミクロン以下を要求する超精密や超微細加工分野においては、構造体の自重による変形や温度、湿度変化による微小な変形も問題
になるほど要求仕様が厳しく、しかも能率化のために機械の高速化、軽量化の要求も強い。このような、高性能の品質要求にたいし、従来の材料では様々な問題点が指摘され、セラミックス焼結体が使われ始めている。
【０００５】
しかしながら、セラミックス焼結体のセラミック生成形体を焼結する際に大きく収縮するという課題があるために、得られた焼結体の寸法精度は低下する傾向があり、このような問題を解決するために、以下のような技術が提案されている。
【０００６】
従来の第一例として、セラミック生成形体を焼結する際に、セラミック生成形体と同じ材質の平板状セラミック生成形体からなる表面の平面度が１ｍｍ以内の成形板を敷板として使用する。両者の焼結収縮挙動が殆ど同じであるため、焼結収縮時に変形等の相互干渉による歪みの発生が抑えられる（特許文献１参照）。
【０００７】
次に第二の従来例として、セラミックス焼結体の変形防止方法は、セラミック生成形体を焼結する際に、セラミック生成形体の下に球状あるいは砕石状のセラミックス粉体を敷いて、セラミック生成形体の荷重を均一に支持するもので、セラミック生成形体の変形を防止している（特許文献２参照）。
【０００８】
更には、第三の従来例として、上記第一従来例と第二従来例を組み合わせた方法で、焼結治具内にセラミックス粉体を充填しておき、セラミック生成形体と同一のセラミックス材料からなるセラミックス成形板を介してセラミック生成形体を載置するので、成形板と成形体との収縮率の差による影響を防ぐことができる。そのため、複雑形状の成形体であっても、クラックの発生が無く、変形が極めて少なく、形状精度が良好で高強度の焼結体を得ることができる（特許文献３参照）。
【０００９】
以上、一般的なセラミック生成形体の焼結方法について述べてきたが、次に光通信用コネクタ部材についての従来例について説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
例えば、光ファイバ同士を接続するコネクタの場合、図５及び図６に示すフェルール１０に形成された貫通孔１０ａに光ファイバ１２の端部を保持し、筐体１２に固定された一対のフェルール１０をスリーブ１３の両端から挿入して、内部で凸球面状に加工した先端面１０ｂ同士を当接させるようにした構造となっている。
【００１２】
上記フェルール１０の材質としてはセラミックス焼結体、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を高く加工することが出来るため、内径、外径の公差
を１μｍ以下と高精度にすることができ、またセラミックス焼結体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。
【００１３】
さらに、上記フェルール１０のセラミックス焼結体としては、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できる（特許文献４参照）。
【００１４】
このフェルールのセラミック生成形体の焼結方法は、図７示す様にセラミック生成形体４を得た後、基台１の溝１ａにフェルール１０のセラミック生成形体４を直接載置した後、焼結を行いフェルール１０の焼結体を得ていた。
【特許文献１】特開平６−２７９０９２号公報
【特許文献２】特開平７−２７８６０８号公報
【特許文献３】特開平１０−２５１０７３号公報
【特許文献４】特公平８−３０７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところが、上記の第一従来例であるセラミック生成形体の焼結方法においては、平板状成形板を入れる焼結治具の底部が熱履歴のために変形してくると、その変形の影響を受けてセラミックス焼結体も変形するという問題がある。
【００１６】
また、第二の従来例においては、焼結収縮中にセラミック生成形体の一部が粉体層内に潜り込もうとすることにより、収縮に対する抵抗が生じ、また荷重が不均一になり、やはり得られる焼結体に大きな変形やクラックが発生するという問題がある。
【００１７】
更には、上記２つの従来例の組み合わせ策である第三の従来例においては、円筒形状であれば問題はないが、光通信用コネクタ部材であるフェルール等の棒状に成形したセラミック生成形体においては、全長を外形寸法で割った値である細長比が大きくなると、成形
板が平板状のために変形を防ぐ手立てがないために、上記同様やはり曲がり、そり等の変形が生じてしまい、更にはやはりクラックが生じてしまうという課題が生じる。
【００１８】
また、最後に図６に示すフェルールのセラミック生成形体の焼結方法においては、溝により横方向の曲がりはなくなったものの、焼結収縮に伴い長手方向に反ってしまうという問題が生じた。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そこで、本発明のセラミック焼成用治具は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、円筒状または円柱状のセラミック生成形体が横置きに載置される基台を備えたセラミック焼成用治具において、上記基台の載置面が水平面に対し傾斜しているとともに、該傾斜面に上記セラミック生成形体の外周面に当接して上記セラミック生成形体を支持するストッパ部材が取着されていることを特徴とする。
【００２０】
また、上記ストッパ部材は上記セラミック生成形体の焼成温度、もしくはそれ以下の温度で収縮することを特徴とする。
【００２１】
また、上記ストッパ部材が、上記基台の下方に傾斜した側の端部まで延在され、該延在部が上記基台の下方に傾斜した側の端面に沿って屈折部を有して、該端面と当接したことを特徴とする。
【００２２】
また、上記ストッパ部材の収縮率が、上記生セラミック生成形体の収縮率と同等若しくはそれより大きいことを特徴とする。
【００２３】
また、上記基台の最上方に載置された上記生セラミック生成形体に対し、さらに上方側に円筒状または円柱状の転動促進部材を上記基台の上面に載置したことを特徴とする。
【００２４】
さらに、上記生セラミック生成形体がジルコニアであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明のセラミック焼成用治具によれば、円筒状または円柱状のセラミック生成形体が横置きに載置される基台を備えたセラミック焼成用治具において、上記基台の載置面が水平面に対し傾斜しているとともに、該傾斜面に上記セラミック生成形体の外周面に当接して上記セラミック生成形体を支持するストッパ部材が取着されていることにより、上記セラミック生成形体を回転させながら焼結させることが可能となるため、均一な焼成雰囲気とすることができるとともに、基台に残留する熱の影響も低減できるので、上記セラミック生成形体を均一な温度で焼成してそりの少ないセラミック焼結体を得ることができる。
【００２６】
さらに、上記ストッパ部材は上記セラミック生成形体の焼成温度、もしくはそれ以下の温度で収縮することにより、上記ストッパ部材が収縮する寸法分だけ上記セラミック生成形体の転動距離が延びるため、上記セラミック生成形体の転動方向下流側に載置された上記セラミック生成形体の転動距離が延び、上記セラミック生成形体の転動方向下流側に載置された上記セラミック生成形体であっても均一な温度で焼成することができる。
【００２７】
さらに、上記ストッパ部材が、上記基台の下方に傾斜した側の端部まで延在され、該延在部が上記基台の下方に傾斜した側の端面に沿って屈折部を有して、該端面と当接したことにより、上記ストッパ部材の収縮が上記基台の端面で抑制されるため、上記ストッパ部材の余剰の収縮分が上記セラミック生成形体側に集中するため、上記セラミック生成形体の転動距離をさらに延ばすことができる。
【００２８】
さらに、上記ストッパ部材の収縮率を、セラミック生成形体の収縮率と同等若しくはそれより大きくすることにより、より、そりの少ないセラミック焼結体が得られやすくなる。
【００２９】
さらに、上記基台の最上方に載置された上記セラミック生成形体に対し、さらに上方側に円筒状または円柱状の転動促進部材を上記基台の上面に載置したことにより、上記セラミック生成形体の転動を促進することができるため、上記セラミック生成形体が上記基台上で停止することなく転動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１は、本発明のセラミック焼成用治具の一実施形態を示す側面図である。先ず、基台１を、間隔をおいて配置した長支柱２と短支柱３の上に載せる。図１は側面図であるが、実際には基台１は長方形の板状であり、長支柱２と短支柱３はそれぞれ２個ずつ配置され、合計４個の支柱で長方形の基台１を支持する。これにより、基台１は水平面に対して傾斜する。尚、基台１、長支柱２、及び短支柱３は耐熱性の高い、アルミナ煉瓦製であることが望ましい。
【００３２】
次に、円筒状、若しくは円柱状のセラミック生成形体４を基台１上に横置きに載置する。この時、ストッパ部材５を傾斜した基台１の下方側に配置しておく。
【００３３】
この状態で、焼成用治具を焼成炉に入れて加熱し、セラミック生成形体４を焼結させる。この焼結過程で、セラミック生成形体４は徐々に収縮して行く。つまり、各セラミック生成形体４の外径が小さくなっていく。外径が小さくなっても、各セラミック生成形体４がそのままの位置に留まるとすると、各セラミック生成形体４間に隙間が出来ることになる。実際は、基台１は傾斜しているので、その隙間を埋めるように、上方のセラミック生成形体４が下方へ移動する。各セラミック生成形体４は円柱状、若しくは円筒状なので、この移動は各セラミック生成形体４の回転により行われる。すなわち、水平面に対して傾斜した基台１上で横置きにされたセラミック生成形体４は焼結収縮により上方から下方へ、回転しながら転動するのである。
【００３４】
ここで、各セラミック生成形体４は下方へ転動するが、最下方部にストッパ部材５が置かれているので、各セラミック生成形体４が、基台１から落下することは無い。
【００３５】
一般に、焼成炉中には温度分布があり、焼成炉中における上方は下方より温度が高く、また、基台と炉内空間では温度差が生じる。通常は熱容量の大きい基台の方が温度は低い。従って、セラミック生成形体４は、基台と接している下方側が、上方側に比べて温度が低くなる。この温度差により、円筒状、若しくは円柱状のセラミック生成形体４は下方側を凸とする弓型に変形しやすい。これが所謂そりである。
【００３６】
ところが本発明では、上記のように焼結中にセラミック生成形体４が基台１上で回転するので、上記のセラミック生成形体４上方下方の温度差が緩和され、弓形の変形即ちそりが低減されるのである。
【００３７】
ここで、上方のセラミック生成形体４ほどよく回転される。これは、上方のセラミック生成形体はそれより下方のセラミック生成形体４の収縮の合計分だけ下方へ移動、即ち回転できるからである。逆にいうと、下方のセラミック生成形体は自身が収縮した分しか下方へ回転できない。つまり下方のセラミック生成形体では、回転による上記温度差の緩和効果が少ない。
【００３８】
そこで、基台１の下方側に取着されるストッパ部材５は、セラミック生成形体４の焼成収縮に伴って、収縮するような収縮体であることが好ましい。この収縮体は、長辺の長さがセラミック生成形体４の長さと同等若しくはそれ以上である長方形の板状体である。また焼成中、セラミック生成形体と同程度若しくはそれ以上の収縮をするもので、例えばセラミック生成形体４と同一物質がこれに該当する。
【００３９】
このように、上記したような収縮体からなるストッパ部材５であれば、焼成炉での焼成中、ストッパ部材５もセラミック生成形体４と同様に収縮するため、傾斜した基台１の下方側、即ちストッパ部材５側のセラミック生成形体４は回転が促進される。これにより、基台１の下方側のセラミック生成形体も十分に回転し、上記温度差が緩和され、基台１の下方側のセラミック生成形体においてもそりが低減される。
【００４０】
ここでストッパ部材５は、図４（ａ）に示されるように、その中心に向かって収縮するので、収縮後はストッパ部材５ａに示されるように位置する。即ち、収縮分はストッパ部材５ａの両側に分かれる。下流側で収縮した分はセラミック生成形体４の回転に寄与しない、即ち、収縮分全てをセラミック生成形体４の回転に寄与させることが出来ないのである。
【００４１】
これを回避するためには、図４（ｂ）に示されるように、ストッパ部材５が、基台１の下方に傾斜した側の端部まで延在され、該延在部が基台１の下方に傾斜した側の端面に沿って屈折部５ｂを有して、該端面と当接させることが有効である。
【００４２】
これによりストッパ部材５の収縮の方向が、セラミック生成形体４の転動方向下流側に限定される。即ち、図４ｂに示されるように、収縮分が全てストッパ部材５のセラミック生成形体４側に割り振られるため、屈折部５ｂを有するストッパ部材５は、収縮後はストッパ部材５ｃに示されるように位置するようになる。つまり、屈折部５ｂを有するストッパ部材５では、その収縮分が全てセラミック生成形体４の回転代となる。それにより、セラミック生成形体４の回転が一層促進され、上記温度差が有効に緩和され、より変形、そりが低減される。
【００４３】
さらに、セラミック生成形体４の回転を促進する方法として、セラミック生成形体４の上方に円筒または、円柱状の転動促進部材８を載置することが有効である。これは、焼成中にセラミック生成形体４とストッパ部材５が収縮し、基台１下方へ転動して回転しようとする際に、各セラミック生成形体４同士の摩擦抵抗やセラミック生成形体４と基台１との摩擦抵抗等で、スムーズな回転が阻害されても、この転動促進部材８によって、各セラミック生成形体４が下方に押され、回転を促進させることができる。
【００４４】
また、基台１の傾斜角度があまりに小さいと、セラミック生成形体４が収縮しても回転を起こす力が小さくなり、円滑な回転が得られず、上記温度差の緩和も十分に進まない。また、あまりに角度が大きいと、セラミック生成形体４が崩れ落ちることがある。種々の試験より、５°から４５°の範囲が望ましいことが分かった。
【００４５】
また、より円滑な回転を得るためには、セラミック生成形体４に敷き粉を適量まぶすことが効果的である。これにより、セラミック生成形体４間の摩擦抵抗が小さくなり、円滑な回転が促進される。
【００４６】
さらに、セラミック生成形体４が崩れ落ちることを防止するためには、セラミック生成形体４の上面に棒状体６や、天板７を配置することも有効である。これらはセラミック生成形体４の回転に伴い、下方へ平行移動し、セラミック生成形体４が崩れることを防ぐ（図２（ａ）、（ｂ））。
【００４７】
尚、実際の焼成においては、図1に示される基台を数段積層し、一度の焼成で製造できるセラミック焼結体の数量を増やすことも出来る。
【００４８】
また、焼成炉はバッチ式の炉であっても、トンネル炉であっても良く、炉の形式を問わない。
【００４９】
上記の事情は、ジルコニアを用いた光通信用コネクタ部材であるフェルールの製作においては、著しい効果を発揮する。即ち、フェルールの場合、外径、及び外径円筒度等、高い加工精度が要求されている。このような製品を加工するための出発材料である、ジルコニア磁器についても高い精度が要求され、ジルコニア磁器のそりは極力避けなければならない。以上の事情から、本発明は、光通信用コネクタ部材に用いられるジルコニアセラミックの焼成には特に有効である。
【実施例】
【００５０】
以下に、本発明のセラミック焼成用治具を用いて円柱状ジルコニア焼結体を作製した実施例について説明する。
【００５１】
先ず、ジルコニア原料粉をバインダーと混合し、押し出し金型を通して、円筒状セラミック生成形体を成型した。セラミック生成形体４の外径は３ｍｍ弱であった。これを乾燥させ、約３００ｍｍにカットした。これを水平面に対して約１５°に傾斜させた基台１上に横置きにして２０本載置した。ストッパ部材５として、縦約３ｍｍ、横約１０ｍｍ、長さ約３１０ｍｍにプレス成型したジルコニアセラミック生成形体を用いたセラミック焼成治具を作製し、試料番号１とした。
【００５２】
また、ストッパ部材５を、基台１の下方に傾斜した側の端面に沿って屈折部５ｂを有するストッパ部材５に変更して、上記と同様のセラミック生成形体４を基台１に載置したセラミック焼成用治具を作製し、試料番号２とした。なお、このセラミック焼成治具は、屈折部５ｂを除けば、ストッパ部材５は、試料番号１のストッパ部材５と同様の形状である。
【００５３】
また、基台１の上方に長さ約３００ｍｍ、外径約３．５ｍｍのアルミナ製の円柱からなる転動促進部材８を載置するとともに、上記と同様のセラミック生成形体４を基台１に載置したセラミック焼成治具を作製し、試料番号３とした。なお、試料番号３のストッパ部材５は試料番号１と同様のものを使用した。
【００５４】
また、比較のため、同数量のジルコニアセラミック生成形体４を、基台１を傾斜させない状態で載置したセラミック焼成治具を作製し、試料番号４とした。
【００５５】
そして、試料番号１〜４のセラミック焼成治具に載置されたセラミック生成形体４を同時に焼成炉に入れ、脱脂、焼成を行った。次に焼成されたジルコニア焼結体のそりを測定した。この測定は以下の様に行った。そりを持ったジルコニア焼結体を定盤上に乗せると、定盤とジルコニア焼結体の間に隙間ができる。ジルコニア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」と定義し、この最大隙間は隙間に隙間ゲージを挿入して測定した。結果は表１に示すとおりである。
【表１】
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【００５６】
表１に示すように、試料番号１と４との比較から、基台１を傾斜させることにより、ジルコニア焼結体に発生するそりを低減することができた。また、試料番号１と２との比較から屈折部５ｂを設けることにより、ジルコニア焼結体に発生するそりを低減する効果が得られたことがわかる。さらに、試料番号１と３の比較から、動転促進部材８を載置することにより、セラミック生成形体４の転動距離が延びるため、ジルコニア焼結体に発生するそりを低減できたことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のセラミック焼成用治具を示す側面図である。
【図２】崩れ防止を施した本発明のセラミック焼成用治具を示す図である。
【図３】転動促進部材を用いた本発明のセラミック焼成用治具を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す側面図である。
【図５】光ファイバ通信用フェルールの示す側面図である。
【図６】スリーブ内でフェルール同士を当接させた光コネクタを示す断面図である。
【図７】従来のセラミック焼成用治具を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・基台
１ａ・・溝
２・・・長支柱
３・・・短支柱
４・・・セラミック生成形体
５・・・ストッパ部材
５ａ・・収縮後のストッパ部材
５ｂ・・屈折部
５ｃ・・収縮後の屈折部を有するストッパ部材
６・・・棒状体
７・・・天板
８・・・転動促進部材
１０・・フェルール
１０ａ・貫通孔
【図１】
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【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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