(57)【要約】【課題】押出スクリューの回転によってセラミック原料も回転しながら前進するため、セラミック原料が金型から押し出される時に、内ダイの先端を円を描くように回転させて振れを生じ、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度が悪くなる。【解決手段】押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比をＤ／ｄ＝１２〜３０とすることで、単位時間当たりの押出量が増え、押出スクリューの回転数を低くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出スクリューを回転して原料に圧力を加え、該原料を外ダイと内ダイとからなる金型の間を通過させて円筒状に成形する押出成形機において、前記押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比がＤ／ｄ＝１２〜３０であることを特徴とする押出成形機。
【請求項２】
外ダイの内径ｄに対して押出スクリューの外径Ｄを変更可能とした請求項１記載の押出成形機。
【請求項３】
前記原料の真空脱気を行うための真空ポンプ装置を押出成形機外部の架台に設置し、押出成形機の真空室とエア管のみで接続することを特徴とする請求項１または２記載の押出成形機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された押出成形機を用いてなる円筒状セラミック体の押出成形方法。
【請求項５】
成形速度が１００〜２００ｍｍ／ｓとなるように、押出スクリューの回転数をインバーター制御することを特徴とする請求項４記載の円筒状セラミック体の押出成形方法。
【請求項６】
前記円筒状セラミック体が光コネクタ用フェルールである請求項４または５記載の円筒状セラミック体の押出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に使用される光ファイバを固定するための光コネクタ用セラミックフェルール体の押出成形機及びそれを用いた押出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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図４に示すような光コネクタが用いられている。
【０００３】
例えば、光ファイバ同士を接続するコネクタの場合、フェルール４１に形成された貫通孔に光ファイバ４２の端部を保持し、一対のフェルール４１をスリーブ４３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。
【０００４】
前記フェルール４１やスリーブ４３の材質としてはセラミックス、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が高いため、内径、外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができ、またセラミックスは摩擦係数が低いため光ファイバ４２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。
【０００５】
前記フェルール４１は、内径と外径の同心度寸法が特に重要である。これは光接続損失を小さくするために、スリーブ４３の内部でフェルール４１の端面同士を精度良く当接させる必要があるためであり、１μｍ以下の同心度寸法を要求される。このため前記のようにセラミックスを用いて加工しているが、加工に供する円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度も良いことが要求される。
【０００６】
前記円筒状セラミック体は、セラミック原料を押出成形、プレス成形及び射出成形等により所定形状に成形し、必要があれば切削等を行った後、焼成温度１３５０℃〜１４５０℃の範囲の大気雰囲気中で焼成することで得る。プレス成形や射出成形ではフェルール４１の外周部を形成する外ダイとフェルール４１の光ファイバ４２の挿入孔を形成する内ダイを１回の成形ショット毎に分離する構造であるため、円筒状セラミック体の内径と外径の同心度を良くすることが困難であるのに対して、押出成形は前記外ダイと内ダイを固定した構造であるため、円筒状セラミック体の同心度を比較的高精度にすることが可能である。
【０００７】
図３に示すように、押出成形に使用する金型１３は、フェルール４１の外周部を形成する外ダイ１１と光ファイバ４２の挿入孔を形成する内ダイ１２からなり、内ダイ１２はスパイダー１９と呼ばれる支持部で外ダイ１１と接着固定される。この時、外ダイ１１の内径部と内ダイ１２の外径部の同心度が０となるように内ダイ１２の位置調整を行う。
【０００８】
供給ホッパー３１から投入されたセラミック原料は、上段スクリュー３２で混練を受けた後、真空室３３に入る。この真空室３３は、押出成形機内部を通過するセラミック原料の真空脱気を行うためのものであり、エア管３５で、押出成形機内部の架台に設置された真空ポンプ装置３４に接続され、真空引きできる構造となっている。真空脱気されたセラミック原料は、押出スクリュー１４の回転によって圧力が加えられ、金型１３で圧縮されて、所定の同心度寸法を有する成形体を形成して押し出される。
【０００９】
従来は、押出スクリュー１４の外径Ｄと外ダイ１１の内径ｄの比がＤ／ｄ＝３〜１０となるように押出成形機を選定していた。この比は経験的なものであり、このような範囲としたのは、Ｄ／ｄが３より小さい場合は、セラミック原料が十分に圧縮されず、成形体の密度が低くなる可能性があり、Ｄ／ｄが１０より大きい場合は、ギア比を低く設定しても成形速度が速くなりずぎて成形体を引き取り、収納することができないためである。このため外径の小さい製品の場合は、押出スクリュー１４の外径Ｄと外ダイ１１の内径ｄの比がＤ／ｄ＝３〜１０となるよう、押出スクリュー１４の外径の小さい押出成形機を用いて押出成形を行っていた。
【特許文献１】特開２００２−５５２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし金型１３の外ダイ１１の内径部と内ダイ１２の外径部の同心度が０となるように位置調整を行った後、接着固定した場合でも内ダイ１２が外ダイ１１にスパイダー１９によって片持ちで支持されているために、押出成形時の様々な変動によって内ダイ１２の先端が振れ、同心度及び内径真円度を悪くするという問題があった。ここで内ダイ１２の先端は、加工後にφ０．１２５ｍｍの光ファイバ４２の挿入孔とするため、外径がφ０．１５〜０．２０と極めて細く、微小な変動によっても影響を受けやすい。
【００１１】
押出成形時に内ダイ１２の先端を振れさせ、同心度を悪くする原因として次の２点がある。１つは押出スクリュー１４の回転によってセラミック原料も回転しながら前進するため、セラミック原料が金型１３から押し出される時に、内ダイ１２の先端を円を描くように回転させて振れを生じる場合である。また生産性を良くするために成形速度を高くする場合、押出スクリュー１４の回転数を上げるため、前記の振れがより増大するという問題があった。
【００１２】
もう１つは押出成形機の振動によって内ダイ１２の先端が振動して振れを生じる場合である。振動の原因として最も大きいのは真空ポンプ装置３４の振動によるものである。この真空ポンプ装置３４は、押出成形機内部を通過するセラミック材料の真空脱気を行い、成形体の密度を高くするためのものであるが、押出成形機の内部等、同じ架台に設置されているため、ポンプの回転振動が架台を通じて押出成形機全体及び内ダイ１２先端を振動させるという問題があった。
【００１３】
以上の原因による内ダイ１２先端の振れは、内ダイ１２先端の外径がφ０．１５〜０．２０と極めて細く、かつ高精度の同心度を要求される光コネクタ用セラミックフェルール体で特に問題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、押出スクリューを回転して原料に圧力を加え、該原料を外ダイと内ダイとからなる金型の間を通過させて円筒状に成形する押出成形機において、前記押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比がＤ／ｄ＝１２〜３０であることを特徴とする。
【００１５】
また外ダイの内径ｄに対して押出スクリューの外径Ｄを変更可能としたことを特徴とする。さらに成形体の成形速度を１００〜２００ｍｍ／ｓとなるように、押出スクリューの回転数をインバーター制御することを特徴とする。
【００１６】
即ち、本発明者等が種々実験を行った結果、押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比をＤ／ｄ＝１２〜３０とすることで、単位時間当たりの押出量が増え、押出スクリューの回転数を低くすることができ、押出スクリューの回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ先端の振れが小さくなって、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くできることを見出したのである。また前記のような押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比とした上で、成形体の成形速度を１００〜２００ｍｍ／ｓとなるようにインバーター制御することにより、生産性を損なうことなく押出スクリューの回転数を低くすることができ、押出スクリューの回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ先端の振れを小さくすることができる。
【００１７】
さらに本発明は、前記押出成形機において、押出成形機内部を通過するセラミック原料の真空脱気を行うための真空ポンプ装置を押出成形機外部の架台に設置し、押出成形機の真空室とエア管のみで接続することを特徴とする。
【００１８】
即ち真空ポンプ装置を押出成形機外部の架台に設置し、押出成形機の真空室とエア管のみで接続することで、真空ポンプ装置の回転振動が内ダイ先端に伝わることがなくなり、内ダイ先端の振れが小さくなり、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の押出成形機及びそれを用いた円筒状セラミック体の押出成形方法は、押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比をＤ／ｄ＝１２〜３０とすることで、単位時間当たりの押出量が増え、押出スクリューの回転数を低くすることができ、押出スクリューの回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ先端の振れが小さくなって、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くすることができる。また前記のような押出スクリューの外径Ｄと外ダイの内径ｄの比とした上で、成形体の成形速度を１００〜２００ｍｍ／ｓとなるようにインバーター制御することにより、生産性を損なうことなく押出スクリューの回転数を低くすることができ、押出スクリューの回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ先端の振れを小さくすることができ、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くすることができる。
【００２０】
また本発明の押出成形機及びそれを用いた円筒状セラミック体の押出成形方法は、押出成形機内部を通過するセラミック原料の真空脱気を行うための真空ポンプ装置を押出成形機外部の架台に設置し、押出成形機の真空脱気室とエア管のみで接続することで、真空ポンプ装置の回転振動が内ダイ先端に伝わることがなくなり、内ダイ先端の振れが小さくなり、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の押出成形機の先端金型部を示す断面図である。金型１３は、外ダイ１１および内ダイ１２によって構成されている。そして外ダイ１１は、固定手段１８によって押出成形機に固定された金型ホルダー１７の内側に収納されている。また、内ダイ１２は先端の外径がφ０．１５〜０．２０であり、スパイダー１９によって、外ダイ１１の内径部と内ダイ１２の外径部の同心度が０となるように外ダイ１１に接着固定されている。
【００２３】
セラミック原料は押出スクリュー１４の回転によって、圧力が加えられ、オーガーバレル１５内部を通過し、テーパーバレル１６によって圧縮を受けたのちダイ部に流入する。さらに外ダイ１１のテーパー部１１ａによって圧縮を受けたのち外ダイ１１と内ダイ１２の隙間を通過しながら所定の同心度寸法を有する成形体を形成して押し出される。
【００２４】
この時、押出スクリュー１４の外径Ｄと外ダイ１１の内径ｄの比をＤ／ｄ＝１２〜３０、より好ましくはＤ／ｄ＝１５〜２２とする。これはＤ／ｄ＝１２よりも小さい場合、即ち外ダイ１１の内径ｄと押出スクリュー１４の外径Ｄの差が小さい場合は、単位時間当たりの押出量が小さいため、所定の成形速度とするために押出スクリュー１４の回転数を高くしなければならず、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが大きくなって、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度が悪くなるためである。またＤ／ｄ＝３０よりも大きい場合、即ち外ダイ１１の内径ｄと押出スクリュー１４の外径Ｄの差が大きい場合は、セラミック原料の圧縮率が高くなりすぎて成形圧が高くなり、逆に内ダイ１２先端の振れが大きくなるためである。さらにＤ／ｄが大きくなると押出できない場合も発生する。このようにＤ／ｄ＝１２〜３０の範囲とすることで、単位時間当たりの押出量が増え、押出スクリュー１４の回転数を低くすることができるため、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが小さくなって円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くすることができる。
【００２５】
またＤ／ｄ＝１２〜３０の範囲とした上で、成形体の成形速度を１００〜２００ｍｍ／ｓとすることにより、生産性を損なうことなく押出スクリュー１４の回転数を低くすることができ、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが小さくすることができる。ここで成形速度を１００〜２００ｍｍ／ｓとしたのは、１００ｍｍ／ｓより遅い場合、押出スクリュー１４の回転数を低くすることができ、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが小さくすることができるが、生産性がかなり悪くなり、実用的ではないためである。また２００ｍｍ／ｓより速い場合、押出スクリュー１４の回転数が高くなって押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが大きくなり、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度が悪くなるためである。
【００２６】
押出スクリュー１４はモーターによって駆動されるが、インバーター制御とする。これは内ダイ１２先端の振れを小さくするために押出スクリュー１４の回転数を低くして駆動する必要があるためである。
【００２７】
金型１３を構成する外ダイ１１、内ダイ１２は、炭素鋼、ステンレス鋼、超鋼などの原料を用いて構成することができるが、内ダイ１２の先端の振れを小さくするために剛性の高い超鋼を用いることが望ましい。さらに耐摩耗性及び耐腐食性が必要であり、かつ高精度に加工する必要があるとの理由からも、硬度の高い超鋼を用いることが望ましい。
【００２８】
図２は本発明の押出成形機を示す断面図である。セラミック原料は供給ホッパー３１から投入され、上段スクリュー３２によって混練された後、真空室３３に入り、真空ポンプ装置２１によって真空脱気される。ここで従来の押出成形機では図３に示すように、真空ポンプ装置３４は、スクリューを駆動するモーター等と一緒に押出成形機内部の架台に設置され、真空室３３とエア管３５で接続されているのに対して、本発明の押出成形機では図２に示すように、真空ポンプ装置２１を押出成形機外部の架台に設置し、押出成形機の真空室３３とエア管２２のみで接続しているため、真空ポンプ装置２１の回転振動が内ダイ１１先端に伝わることがなくなり、内ダイ１１先端の振れが小さくなって、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くすることができる。
【００２９】
さらにセラミック原料は、下段押出スクリュー１４によって圧縮されながら金型１３から押出される。ここで押出スクリュー１４は押出成形機本体と軸継手で固定されており、また押出スクリュー１４の外側にあってシリンダーの役割をする押出スクリューバレル３６は、押出成形機本体にネジで固定されており、いずれも容易に取り外し可能である。そしてＤ／ｄ＝１２〜３０の範囲となるように、外ダイ１１の内径ｄに応じた外径Ｄを有する押出スクリュー１４及びその押出スクリュー１４の外径Ｄに応じた押出スクリューバレル３６を取り付け可能である。ここで押出スクリュー１４に対して押出スクリューバレル３６は、押出スクリュー１４が回転した時に接触しないようクリアランスを設けており、クリアランスは約１ｍｍ程度である。
【００３０】
押出スクリュー１４の軸継手側の外径は一定であるため、Ｄ／ｄ＝１２〜３０の範囲とするために、押出スクリュー１４は、押出スクリューバレル３６の所で先端側の外径Ｄが細くなる段付きの構造となっている。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例として、以下に示す方法で実験を行った。
【００３２】
製品形状は、図４に示す光コネクタ用のジルコニアセラミック製のフェルール４１とし、図１及び図２に示す本発明の押出成形機を用い、次のように各サンプルの成形を行った。
【００３３】
まず、ジルコニア原料と押出成形に必要なバインダーを混合した材料を押出成形機に投入し、図１に示すように、押出スクリュー１４の外径Ｄと外ダイ１１の内径ｄの比をＤ／ｄ＝１０、１１．７、１６．７、２２．９、２８．６、３３．３、４０となる外ダイ１１及び押出スクリュー１４を用いて、押出成形した（サンプルＡ、Ｂ、Ｄ、Ｇ、Ｈ、Ｉ）。ここで外ダイ１１と内ダイ１２は投影機を用いて同心度が０となるように位置調整した後、接着固定した。またＤ／ｄ＝１６．７の条件で、成形速度を５０、１００、２００、３００ｍｍ／ｓに変更して押出成形した。（サンプルＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）さらに真空ポンプ装置３４を押出成形機の外部に設置した後、Ｄ／ｄ＝１６．７、成形速度１００ｍｍ／ｓの条件で押出成形を行った。（サンプルＪ）
各サンプルは同一条件で乾燥および焼成した後、Ｌ寸カット加工を行い、５０個ずつ作製した。なお、サンプルの形状は、金型１３において、外ダイ１１の内周面を内径寸法約φ３及び３．５ｍｍとし、さらに、内ダイ１２の外周面を外径寸法約φ０．１５ｍｍとすることによって、外径寸法約２．５〜３．０ｍｍ、内径寸法約０．１２５ｍｍとし、カット加工で長さ約１２ｍｍの円筒形状とした。
【００３４】
この円筒形状のサンプルについて、各サンプルの同心度及び内径真円度を測定した。ここで同心度は、サンプルの内径を両側からセンターで支持し、サンプルを回転させた時の外周の振れを接触式のセンサーで測定した。また内径真円度は、サンプルの端面内径部をＣＣＤでパソコンに取り込み、画像解析して測定した。
【００３５】
これらの円筒形状のサンプルで同心度及び内径真円度を測定した結果を表１に示す。
【表１】
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【００３６】
はじめに同一の成形速度で、押出スクリュー１４の外径Ｄと外ダイ１１の内径ｄの比、Ｄ／ｄを変更した試験では、Ｄ／ｄ＝１１．７〜３３．３の範囲にあるサンプルＢ、Ｄ、Ｇ、Ｈは、同心度が３〜８μｍ、内径真円度が０．０９〜０．１６μｍであり、特にＤ／ｄ＝１６．７〜２２．９の範囲にあるサンプルＤ、Ｇは、同心度が３〜５μｍ、内径真円度が０．０９〜０．１３μｍと良く、Ｄ／ｄが大きいほど良くなる傾向が得られた。これは成形速度を一定にした場合、Ｄ／ｄが大きいほど単位時間当たりの押出量が増えるため押出スクリュー１４の回転数を低くすることができ、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが小さくなって円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度が良くなったものと考えられる。これに対してサンプルＡは、同心度２１μｍ、内径真円度０．５４μｍと悪い。これはＤ／ｄが小さいため、単位時間当たりの押出量が増え、押出スクリュー１４の回転数が高くなり、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが大きくなって円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度が悪くなったものと考えられる。またサンプルＩも同心度１７μｍ、内径真円度０．３３μｍと悪いが、これはＤ／ｄは大きく、押出スクリュー１４の回転数は低くくなっているが、セラミック原料の圧縮率が高くなりすぎて成形圧が高くなり、逆に内ダイ１２先端の振れが大きくなったためであると考えられる。
【００３７】
次に同一のＤ／ｄで、成形速度を変更した試験では、成形速度が５０〜２００の範囲にあるサンプルＣ、Ｄ、Ｅは、同心度が３〜６μｍ、内径真円度が０．１１〜０．１５μｍと良く、成形速度が遅いほど良くなる傾向が得られた。これはＤ／ｄを一定にした場合、成形速度が遅いほど押出スクリュー１４の回転数を低くすることができ、押出スクリュー１４の回転に伴うセラミック原料の回転よって生じる内ダイ１２先端の振れが小さくなるためであると考えられる。ただし成形速度を遅くすることは生産性を悪くするため、成形速度５０ｍｍ／ｓ（サンプルＣ）の条件は、本発明の範囲外となる。また成形速度３００ｍｍ／ｓ（サンプルＦ）は同心度１６μｍ、内径真円度０．２７μｍと悪いが、これは押出スクリュー１４の回転数が高いために内ダイ１２先端の振れが大きくなったためであると考えられる。
【００３８】
最後に真空ポンプ装置３４を押出成形機の外部に設置して押出成形を行った試験（サンプルＪ）では、同一のＤ／ｄ及び成形速度条件であるサンプルＤに対して同心度が５から２μｍに、内径真円度が０．１３から０．０８μｍに向上した。これは真空ポンプ装置３４の回転振動が内ダイ１２先端に伝わることがなくなり、内ダイ１２先端の振れが小さくなって、円筒状セラミック体の同心度及び内径真円度を良くなったものと考えられる。
【００３９】
なお本発明の押出成形機及びそれを用いた押出成形方法は、前記光コネクタ用セラミックフェルール体に限られるものではなく、円筒形状を有し、内径と外径の同心度精度を必要とするセラミック体に適用できる。例として、キャピラリ、ノズル、流体軸受のスリーブ等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
円筒形状を有し、内径と外径の同心度精度を必要とするセラミック部品に利用可能である。例として１μｍ以下の高精度の同心度を要求される光コネクタ用セラミックフェルールの他、キャピラリ、ノズル、流体軸受のスリーブ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の押出成形機の先端金型部を示す断面図である。
【図２】本発明の押出成形機を示す断面図である。
【図３】従来の押出成形機を示す断面図である。
【図４】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】
【００４２】
１１：外ダイ
１１ａ：テーパー部
１２：内ダイ
１３：金型
１４：押出スクリュー
１５：オーガーバレル
１６：テーパーバレル
１７：金型ホルダー
１８：固定手段
１９：スパイダー
２１：真空ポンプ装置
２２：エア管
３１：供給ホッパー
３２：上段スクリュー
３３：真空室
３４：真空ポンプ装置
３５：エア管
３６：押出スクリューバレル
４１：フェルール
４２：光ファイバ
４３：割スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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