(57)【要約】【課題】  微細な貫通孔を形成したセラミック部品、特に、テーパ形状部等、内径の異なる部分を有する微細な貫通孔を形成したセラミック部品の製造方法を提供する。【解決手段】  複数枚のセラミックグリーンシート１のそれぞれに、所定の内径を有する穴２を開け、次いで前記穴の開いた複数枚のセラミックグリーンシートを設計順に積層して貫通孔３を設けるとともに加圧してセラミックグリーンシート積層体とし、このセラミックグリーンシート積層体を焼成した後、焼成後のセラミック体に形成された貫通孔内部を液体研磨などで研磨する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする貫通孔を有するセラミック部品の製造方法。
（１）複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれに、所定の内径を有する穴を開ける工程
（２）前記穴の開いた複数枚のセラミックグリーンシートを設計順に積層し加圧して貫通孔を有するセラミックグリーンシート積層体とする工程
（３）前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する工程
（４）焼成後のセラミック体に形成された貫通孔内面を研磨する工程
【請求項２】
前記研磨を液体研磨により行なうことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部品の製造方法。
【請求項３】
前記積層体とする工程の少なくとも一部において、内径の異なる穴を有するセラミックグリーンシートを設計順に積層ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミック部品の製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔の形状は、両端部においてテーパ状に拡開し、中間がストレート部となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のセラミック部品の製造方法。
【請求項５】
前記液体研磨後に、前記ストレート部をワイヤーラップまたはピンラップによって高精度加工し、その後に、ストレート部と非ストレート部との段差を液体研磨することを特徴とする請求項４に記載のセラミック部品の製造方法。
【請求項６】
前記穴を開ける工程において、複数枚のセラミックグリーンシートに複数の穴を開け、前記積層体とする工程によって、複数の貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のセラミック部品の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品、電子部品、電気部品、音響部品等に適用可能な微細な貫通孔を有するセラミック部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光線、電子線、音波等の電磁波を放射させ、あるいは減衰させずに遠方へ送るために、微小な貫通孔を有するセラミック部品が使用されている。このような微小な貫通孔を形成するために、従来、放電加工、射出成形、押出し成形等が採用されている。しかしながら、電磁波の入出力部分が大径で内部は細径であるような、即ち、両側にテーパ形状を有するような特殊な貫通孔を備えたコネクタ類等の部品については、セラミックで製造することは困難であった。
【０００３】
本出願人は先に特許文献１に、光ファイバーアレイの製造方法に関する発明を提案している。この方法は、高純度炭化珪素とバインダとの混合物を成形して仮焼成し、下穴加工した後に焼成して多孔質の焼成体とし、この焼成体の気孔にシリカまたはアルミニウムを充填して導電性を持たせ、ワイヤ放電加工で下穴部分に沿って拡径加工を行ない貫通孔を形成するものである。
【０００４】
また射出成形については、例えば特許文献２に光コネクタ用フェルールを形成するための射出成形用金型に関する発明が記載されている。この金型は、キャビティ内にフェルールの内部空洞に対応した外形を有するセンターピンが装着されていて、型締め時にセンターピンの細い先端部を断熱性のブッシュに挿入することにより先端部の急冷を防止するものである。
【０００５】
また、セラミックグリーンシートを重ねて所定形状のブロックにする技術は、特許文献３，４などに提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２０７６７７号公報
【特許文献２】特開平０２−１６０２２号公報
【特許文献３】特開平４−１８５３０５号公報
【特許文献４】特開２００２−１４４３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記放電加工の方法で微細な貫通孔を有するセラミック部品を製造するには、正確且つ精密にコントロールされた放電加工装置が必要となる。また、貫通孔の長さも限定されてしまうものであり、一部が大径或いは小径更にはテーパ部を有する形状の貫通孔の形成は困難である。
【０００７】
また、射出成形によって例えば両端がテーパ形状の貫通孔を有するセラミック部品を成形しようとすると、一方のテーパは一方の割り型に設けたセンターピンによって形成可能であるが、他方のテーパは他方の割り型に、先端にピン細径部を保持するための穴が形成されたテーパ形状のピン保持部品を設けておく必要がある。上記ピン保持部品のピンが挿入される部分は、テーパ細径部であり、しかも穴を形成してあるため非常に肉薄となる。また穴径も微細な部品の場合は０．１ｍｍ程度と小さく金型の細工が大変困難である。
【０００８】
さらに、成形体がピン保持部品に強固に接着して脱型ができなくなることがあり、また、金型構造が複雑化したり離型剤等の塗布によって成形体の形状が不安定となる難点もあった。特にテーパ形状部の細径部と大径部との差が大きくなると、成形が一層困難となり、また成形体の金型への密着力も高まるため、さらに脱型困難となる。尚、複数の貫通孔を設ける場合には、上記の困難性は一層高くなる。
【０００９】
また押出し成形については、単一径の貫通孔を成形時に形成する方法であり、テーパ部形状を有する微細な貫通孔の場合には、焼成後にテーパ部を研削加工しなくてはならないという手間が発生し、大きな負荷となる。更に、複数の貫通孔を同時に成形する場合には、貫通孔の間隔が異なるものは成形することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明に係るセラミック部品の製造方法は、先ず、複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれに、所定の内径を有する穴を開け、次いで前記穴の開いた複数枚のセラミックグリーンシートを設計順に積層して貫通孔を設けるとともに加圧してセラミックグリーンシート積層体とし、このセラミックグリーンシート積層体を焼成した後、焼成後のセラミック体に形成された貫通孔内部を研磨するようにした。なお、焼成後のセラミック体の外周面の研磨は必要に応じて行う。
【００１１】
前記研磨は液体研磨により行なうことが好ましい。研磨材を分散させた研磨液による液体研磨であれば、小径で長いストレートの貫通孔は勿論のこと、両端部においてテーパ状に拡開し、中間がストレート部となった形状の貫通孔、或いは中間部にアンダーカット部を有する貫通孔でも容易に成形することが可能である。
【００１２】
特に、両端部がテーパ状で中間がストレート部となった貫通孔については、ストレート部をワイヤーラップまたはピンラップによって高精度加工し、その後に、ストレート部と、非ストレート部との段差を液体研磨することで、容易に段差部をなくすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るセラミック部品の製造方法によれば、予め穴を形成したグリーンセラミックシートを積層することにより、ストレート形状は勿論のこと、テーパ形状部、アンダーカット部等、複雑な形状を有する貫通孔を持つセラミック部品を容易に形成することができる。
【００１４】
形成された貫通孔内には、使用したグリーンセラミックシート単位の段差が残るが、研磨剤を含む液体による液体研磨を採用することにより、上記段差を削り滑らかな貫通孔とすることができる。
【００１５】
尚、貫通孔内の細径部がストレート形状の場合は、このストレート部をワイヤーラップまたはピンラップによって高精度加工し、その後に、ストレート部と、非ストレート部との段差を液体研磨することで精度の高い貫通孔とすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１はセラミックグリーンシートを積層した状態を示す断面図、図２は図１の要部拡大図、図３
（ａ）及び（ｂ）はセラミックグリーンシートの斜視図である。
【００１７】
本発明に係るセラミック部品の製造方法を図６の工程表に基づいて説明する。
【００１８】
先ず、セラミックグリーンシートが準備される（Ｓ１０）。このセラミックグリーンシート１はジルコニア、炭化珪素等のセラミックパウダーをバインダとなる樹脂液と混練しシート状に形成したものである。
【００１９】
各セラミックグリーンシート１…には穴２が明けられる（Ｓ１１）。そして穴径の異なるセラミックグリーンシート１…が複数枚積層されることで、２つの円錐状穴（テーパ孔）３ａ、３ｂをストレート孔３ｃで連通した形状の貫通孔３が形成される。
【００２０】
ここで図２に示すように、穴径の異なるセラミックグリーンシート１…を積層している箇所では穴２と穴２との間に段差が生じている。またセラミック部品として１つの貫通穴で済む場合には図３（ａ）に示すように１枚のセラミックグリーンシート１に１つの穴２を形成すればよいが、複数の貫通穴が要求される場合には図３（ｂ）に示すように１枚のセラミックグリーンシート１に複数の穴２を形成する。
【００２１】
セラミックグリーンシート１に開ける穴の大きさは、セラミックグリーンシート１の焼成による収縮率、研磨により削られる部分（研磨代）を考慮して設計する。また、セラミックグリーンシート１の大きさについては、焼成後に成形体の外形研削を行なうため特に制限はないが、上記積層の際の各セラミックグリーンシート１の位置決めを確実に行い、プレス時、焼成時のズレを防止するためにガイドピン用穴を開ける場合は、それを考慮した大きさとする。なお、上記セラミックグリーンシート１の位置決めは、各セラミックグリーンシート１の特定部位にマーキングを施し、画像によって位置を決める等の別法を採用することもできる。また、ズレを防止するため各セラミックグリーンシート１に接着剤をスプレー等により塗布しておくことも好ましい。
【００２２】
セラミックグリーンシート１の厚さについても特に制限はないが、穴２の最大径と細径との差が大きい貫通孔３を形成する場合には、隣接するセラミックグリーンシート１との段差が大きくなるため研磨代が大きくなり研磨に時間を要することになる。したがって、一例としてセラミック部品の貫通孔長さが２ｍｍの場合、セラミックグリーンシート１の厚さは０．１ｍｍ程度とすることが好ましい。また、使用するセラミックグリーンシート１は、同じ厚さのものを使用することが焼成時の収縮率を一定に保てる点で好ましい。
【００２３】
積層されたセラミックグリーンシート１は加圧することにより一体化され、貫通孔３が形成されたセラミックグリーンシート積層体が出来上がる（Ｓ１２）。このセラミックグリーンシート積層体を焼成してセラミック焼結体（ブランク材）を形成する（Ｓ１３）。焼成温度はセラミック種類、上記樹脂液の種類等によって適宜選択することができるが一般に１０００℃〜１８００℃である。また、必要により加圧状態で焼成することもできる。
【００２４】
上記によって形成されたブランク材の外形を必要に応じて研削加工する（Ｓ１４）。この後、貫通孔３内面の研磨を行なう（Ｓ１６）。
【００２５】
図４は、本発明の方法に係る貫通孔の液体研磨工程の一例を示す断面図である。先ずブランク材４をガイドピン５を備えたプレス機６に挟み込む。そしてピストン７ａ、７ｂを往復運動させて液体研磨剤８が貫通孔３内を往来するように運転する。液体研磨剤８としては特に制限はないが、適度な粘性を有する液中にダイヤモンド等の高硬度の砥粒を混ぜたスラリー状の液体研磨剤が好適である。
【００２６】
貫通孔内を研磨する目的は、セラミックグリーンシート１の積層を原因として形成される段差を削ること、および、ストレート孔３ｃを含めた貫通孔３全体の内部を滑らかにすることである。ストレート孔３ｃ部をさらに精密に加工したい場合には、研磨代を少し残して上記液体研磨を終わらせ、ストレート孔３ｃをワイヤーラップまたはピンラップを使用して高精度加工する（Ｓ１６）。この場合、高精度加工によってストレート孔３ｃとテーパ孔３ａ、３ｂとの境目に角部が形成されるので、仕上げとして再度液体研磨を行ない角部をなくすことにより滑らかな貫通孔を形成することができる。
【００２７】
本発明の製造方法は、上記したテーパ付き貫通孔に限らず、ストレートな細長い貫通穴や様々な複雑形状の貫通孔を有するセラミック部品を得ることができる。
【００２８】
図５は、本発明の方法によってアンダーカット部を有する貫通孔を形成したセラミック部品の一例を示す断面図である。本図に示すように、セラミックグリーンシート１に開ける穴の大きさや形状を変えることにより、アンダーカット部９を有するセラミック部品を容易に製造することができる。積層、焼成、外形研削、貫通孔研磨等の方法は既述のテーパ孔３ａ、３ｂを有する成形体を製造する場合と同様である。もちろん、上記アンダーカット形状以外の複雑形状の貫通孔を有するセラミック部品であっても、本発明の方法によれば容易に製造することが可能である。さらに形成する穴の断面についても円形、楕円形、矩形、その他の形状をセラミックグリーンシート１に開けてもよい。
【００２９】
以下に、具体的な実施例を説明する。
【００３０】
中央にストレート部、両サイドがテーパ部の貫通孔を持つセラミック部品を製造する。設計値は、ストレート部の長さ２ｍｍ、内径０．１２５ｍｍであり、両テーパ部の長さはそれぞれ０．８ｍｍ、最大径０．３６５ｍｍである。
【００３１】
先ずジルコニアを原料とする１０ｍｍ角、厚さ０．１２ｍｍ、焼成収縮率１５％のセラミックグリーンシートを３６枚用意し、これらに貫通孔形成用の穴とガイドピン挿入用の穴とをパンチで穿孔した。上記３６枚中２０枚にはストレート孔形成用としてφ０．１１ｍｍの穴を開けたものを作成し、また、残りの１６枚については、テーパ孔形成用としてφ０．１４ｍｍから０．０３０ｍｍずつ径を拡大させ、最大φ０．３５ｍｍ迄の穴を開けたセラミックグリーンシートを各２枚ずつ作成した。なお、今回は研磨代を０．０１５ｍｍ（直径では０．０３０ｍｍ）と設計した。
【００３２】
次に、ガイドピンを設けたプレス機を使用し、上記セラミックグリーンシートをガイドピン用穴を利用して順次積層した。積層順は、穴径の大きいもの（φ０．３５ｍｍ）から順に８枚、次に穴径の一定のもの（φ０．１１ｍｍ）を２０枚、最後に穴径の小さいもの（φ０．１４ｍｍ）から大きいものへ順に８枚積み重ねるようにした。そして所定圧力でプレスし、ストレート細径の両サイドにテーパ形状を有する貫通孔を持つセラミックグリーン積層体を形成した。
【００３３】
続いて上記積層体をプレスしたまま１５００℃で焼成してブランク材を作成した。
【００３４】
次に上記ブランク材を液体研磨装置に取り付け、装置内のピストンをシリンダ内で往復運動させることにより、ブランク材の貫通孔内を液体研磨剤が加圧状態で行き来するようにした。この結果、各セラミックグリーンシートの積層による段差部分が滑らかに研磨された。なお、液体研磨剤としては弾性特性を持つ加工液中にダイヤモンド砥粒を混ぜたスラリー状研磨剤）を使用した。
【００３５】
本実施例によれば、上記研磨代０．０１５ｍｍ程度の研磨であれば数分で加工が可能であり、ブランク材の形状を大きく崩すこともなかった。また片側で０．０１５ｍｍの研磨が終了したとき、段差は解消されて滑らかなテーパとなり、ストレート部も規定の０．１２５ｍｍとなっていた。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係るセラミック部品の製造方法は、テーパ形状、アンダーカット形状等複雑な形状の貫通孔を有するセラミック部品であっても容易に精度良く製造することができるため、高精度の細工が必要な微小なセラミック部品の製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明方法に係るセラミックグリーンシートを積層した状態を示す断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】（ａ）及び（ｂ）はセラミックグリーンシートの斜視図
【図４】貫通孔に対する液体研磨工程を示す断面図
【図５】アンダーカット部を有する貫通孔を形成したセラミック部品を示す断面図
【図６】本発明のセラミック部品の製造工程を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１…セラミックグリーンシート、２…穴、３…貫通孔、３ａ、３ｂ…テーパ孔、３ｃ…ストレート孔、４…ブランク材、５…ガイドピン、６…プレス機、７ａ、７ｂ…ピストン、８…液体研磨剤、９…アンダーカット部
【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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