(57)【要約】【課題】原料が外ダイスと内ダイスとの間隙を通過する際に、部分的に流速が変化して内ダイスが振動し、押出成形された成形体の同芯度が悪くなる。【解決手段】貫通孔１５を有する外ダイス１１と、貫通孔１５内に間隙を設けて配置される内ダイス１２とを備え、前記間隙に充填される原料を押し出して成形する押出成形装置であって、外ダイス１１の内面および／または内ダイス１２の外面に、貫通孔１５の径方向の内ダイス１２の変形を制御するための突起部１６を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する外ダイスと、
前記貫通孔内に間隙を設けて配置される内ダイスと、を備え、
前記間隙に充填される原料を押し出して成形する押出成形装置であって、
前記外ダイスの内面および／または前記内ダイスの外面に、前記貫通孔の径方向の前記内ダイスの変形を制御するための突起部を設けてなることを特徴とする押出成形装置。
【請求項２】
前記突起部は、その先端部が対向する前記外ダイスの内面および／または前記内ダイスの外面との間に空隙を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の押出成形装置。
【請求項３】
前記突起部は、複数設けられ、かつ前記外ダイスの内面および／または前記内ダイスの外面の周方向に略同一の間隔で設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の押出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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フェルール等を押出成形するための押出成形装置とこれを用いた押出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信用フェルール等の成形体の製造においては、一般的に押出成形が用いられている。
【０００３】
ここでフェルール３０は、ジルコニア等のセラミックス焼結体などからなり、図３に示すように、内径３０ａに光ファイバ３２の端部を保持し、一対のフェルール３０をスリーブ３１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を形成するための部材である。そして光ファイバ３２同士を正確に接続し、接続損失を良くするためは、フェルール３０の外径に対する内径の同芯度精度が良好である必要があり、具体的には、同芯度が１μｍ以下程度に仕上げられている。
【０００４】
図３（ａ）には、一般的な成形体を成形するための押出成形装置１００の断面図が示されている。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のダイス部（外ダイス１１、内ダイス１２）の要部拡大断面図である。
【０００５】
押出成形装置１０は、成形体の外周を成形するための貫通孔１５を有する外ダイス１１と、該貫通孔１５内に配置され、上記成形体の中空部を成形するための内ダイス１２とからなる。そして、内ダイス１２は、その外周面から貫通孔１５の内面に向かって放射状に備えられる複数のスパイダー１４によって外ダイス１１に固定支持されている。この際、外ダイス１１と内ダイス１２は、互いの同芯度が良好になるように調整され、接着等の方法により固定される。
【０００６】
外ダイス１１の貫通孔１５は、セラミック等の所定原料に圧力を加えながら成形体の外径寸法まで絞り込む部分である原料の押出方向側に先細り状に形成されている第１テーパ部１１ａと、該第１テーパ部１１ａに連続するストレート部１１ｃを有する。また、内ダイス１２は、外ダイス１１の第１テーパ部１１ａに対応する位置では、原料を成形体の内径寸法まで絞り込むために押出方向側が先細りのテーパ状であり、一方、外ダイス１１のストレート部１１ｃに対応する位置では、ストレート部１２ａとなっている。またこの内ダイス１２のストレート部１２ａは、長さが３〜８ｍｍ、径が０．１５〜０．２０ｍｍ程度の針状であり、スパイダー１４は配されていない。
【０００７】
そして、原料は、押出スクリュー１３の回転によって圧力が加えられ、圧縮されながら外ダイス１１の貫通孔１５と内ダイス１２の間隙を通過することにより成形体となり、押出成形装置１００の先端から押し出される。
【特許文献１】特開２００５−６６９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし従来の方法では、内ダイス１２のストレート部１２ａの長さが３〜８ｍｍ、径が０．１５〜０．２０ｍｍ程度の細い針状であるため、図３（ｃ）に示すように、押出スクリュー１３によって押し出された原料の流れによってはストレート部１２ａが振動しやすい構造となっていた。そのため、従来の方法で作製された成形体は、該成形体の貫通孔の同芯度が悪化するという問題があった。
【０００９】
このような内ダイス１２のストレート部１２ａの振動は、以下のような原因により発生すると考えられる。第１の原因は、原料に不均質な部分があり、主に外ダイス１１と内ダイス１２の間にある間隙を原料が通過する際に、部分的に流速が変化し、内ダイス１２のストレート部１２ａに作用する力にバラツキが生じることである。第２の原因は、外ダイス１１の貫通孔１５のテーパ部等、加工精度が出しにくい部分では完全な対称形状になっていないため、同様に流速が変化して内ダイス１２のストレート部１２ａに作用する力にバラツキが生じることである。第３の原因は、押出スクリュー１３によって、原料に回転や疎密等の特有のくせを生じ、これが原料の流速を変化させて内ダイス１２のストレート部１２ａが振動していた。
【００１０】
このため特許文献１に示すような押出スクリュー１３の回転数を小さくして内ダイス１２のストレート部１２ａの振れを防ぐ方法であっても、原料の不均質及び金型の非対称によって内ダイス１２に振動が生じて押出成形された成形体の同芯度が悪くなるという問題があった。したがって、従来の方法で押出成形された成形体は、同芯度が低下しているため、焼成後の加工においても精度が低くなり、フェルール３０の同芯度が悪くなって光コネクタの接続損失が悪化していた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明においては、貫通孔を有する外ダイスと、前記貫通孔内に間隙を設けて配置される内ダイスと、を備え、前記間隙に充填される原料を押し出して成形する押出成形装置であって、前記外ダイスの内面および／または前記内ダイスの外面に、前記貫通孔の径方向の前記内ダイスの変形を制御するための突起部を設けてなることを特徴とする。
【００１２】
また前記突起部は、その先端部が対向する前記外ダイスの内面および／または前記内ダイスの外面との間に空隙を設けてなることを特徴とする。
【００１３】
さらに前記突起部は、複数設けられ、かつ前記外ダイスの内面および／または前記内ダイスの外面の周方向に略同一の間隔で設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の押出成形装置によれば、原料が外ダイスと内ダイスとの間隙を通過する際に原料の流速に変化が生じても、前記突起部が前記内ダイスの貫通孔の径方向への変形を抑制することができるため、成形体の同芯度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
図１（ａ）は本発明の押出成形装置１０を示す断面図であり、（ｂ）は押出成形装置１０の要部拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＹ−ｙに沿う断面図である。
【００１７】
本発明の押出成形装置１０は、外ダイス１１と、内ダイス１２と、押出スクリュー１３と、ダイスホルダー１７と、スクリューバレル１８とを備える。
【００１８】
外ダイス１１は、貫通孔１５を有し、該貫通孔１５を通過する原料を圧縮し、成形体の外形（外周部）を形成するものである。この貫通孔１５の形状は、原料を効率よく圧縮するための第１テーパ部１１ａと、成形体の取出し側（原料の押出方向下流側）に向かって径が小さくなるとともに、最終的に原料を圧縮しながら成形体を形成する第２テーパ部１１ｂを有している。
【００１９】
より具体的に説明すると、第２テーパ部１１ｂは、図１（ｂ）に示すように、第１テーパ部１１ａと第２テーパ部１１ｂの境界部における径Ｄｉに対して、第２テーパ部１１ｂの出口における径Ｄｏが、Ｄｉ＞Ｄｏを満たしている。この第２テーパ部１１ｂでは、突起部１６を経て押し出される原料を再度圧縮させる機能を有する。そのため、この第２テーパ部１１ｂは、突起部１６によって生じる可能性のある原料の切断部を抑制し、該切断部が成形体に残存することにより発生する成形体の気孔欠陥を防ぐことができる。なお、外ダイス１１の材質は特に限定されるものではないが、炭素鋼、ステンレス鋼、超鋼等を用いることができる。また、外ダイス１１の製造方法としては、炭素鋼、ステンレス鋼の場合、母材を切削及び研磨加工することによって製造でき、また超鋼の場合は、まずプレス成形等の方法で成形後、焼結して得られた近似形状の母材を切削及び研磨加工することによって製造することができる。
【００２０】
内ダイス１２は、成形体が有する貫通孔を形成するためのものである。この内ダイス１２の形状は、成形体に形成する貫通孔の形状に合わせて様々に変化させることができ、例えば、成形体の貫通孔の形状が円柱状であれば、その形状に合わせて内ダイス１２の形状も円柱状にすればよい。さらに、内ダイス１２の形状は、外ダイス１１のストレート部１１ａに対向する部分に、最終的に成形体の貫通孔を形成できるようにストレート部１２ａを有している。このストレート部１２ａは針状であり、例えば、内ダイス１２の形状が円柱状であり、成形体の貫通孔の径が０．１５〜０．２０ｍｍ程度のものを作製するのであれば、長さが３〜８ｍｍ、径の大きさは、上記貫通孔の径と同等の大きさ、即ち、０．１５〜０．２０ｍｍ程度に設定すればよい。なお、内ダイス１２の材質は特に限定されるものではないが、炭素鋼、ステンレス鋼、超鋼等の金属、またはアルミナ等のセラミックスを用いることができる。また、内ダイス１２の製造方法としては、炭素鋼、ステンレス鋼の場合、母材を切削及び研磨加工することによって製造でき、また超鋼の場合は、まずプレス成形等の方法で成形後、焼結して得られた近似形状の母材を切削及び研磨加工することによって製造でき、さらにアルミナ等のセラミックスの場合は、押出成形等の方法で成形後、焼結して得られた近似形状の母材を切削及び研磨加工することによって製造できる。
【００２１】
押出スクリュー１３は、所定方向に回転させながら原料に圧力を加え、原料を外ダイス１１と内ダイス１２との間隙に位置する貫通孔１５に充填するための部材であり、ステンレス鋼や超鋼等を用いることができる。
【００２２】
スパイダー１４は、内ダイス１２と外ダイス１１を連結させるものであり、貫通孔１５内に外ダイス１１に対して原料が充填される間隙を設けて内ダイス１２を固定するための部材であり、外ダイス１１及び内ダイス１２と同様に炭素鋼、ステンレス鋼、超鋼等の材料で作製することができる。このスパイダー１４は、例えば、貫通孔１５の径方向に放射状に配置され、内ダイス１２を支持する構造となっている。
【００２３】
ダイスホルダー１７は、外ダイス１１と内ダイス１２を収納してスクリューバレル１８に固定するための部材であり、ネジ等の手段によりスクリューバレル１８に固定される。ダイスホルダー１７の材質としては、ステンレス鋼等を用いることができる。
【００２４】
スクリューバレル１８は、押出スクリュー１３を収納するシリンダ部を構成するものであり、ステンレス鋼、超鋼等の材料で作製することができる。
【００２５】
そして、本発明の押出成形装置では、外ダイス１１の内面または内ダイス１２の外面の少なくとも一方に、貫通孔１５の径方向の内ダイス１２の変形を制御するための突起部１６を設けている。このため、本発明の押出成形装置では、原料が外ダイスと内ダイスとの間隙を通過する際に原料の流速に変化が生じても、前記突起部が前記内ダイスの貫通孔の径方向への変形を抑制することができるため、成形される成形体の同芯度を向上させることができる。
【００２６】
以下に、突起部１６について詳述する。
【００２７】
突起部１６は、貫通孔１５内の間隙に原料が充填された時に内ダイス１２の変形を制御するための部材である。この突起部１６は、外ダイス１１の内面（貫通孔１５の周面）または内ダイス１２の外面に設けることができ、さらに、外ダイス１１の内面（貫通孔１５の周面）と内ダイス１２の外面と両方に設けてもよい。突起部１６の材質としては、内ダイス１２の変形を制御可能な剛性を有するものであれば特に限定されるものではなく、ステンレス鋼、超鋼等の金属やセラミックスを用いることができる。ここで、突起部１６は、外ダイス１１や内ダイス１２の材質と同様のものを用いれば、突起部１６を外ダイス１１や内ダイス１２にロウ付等による接合が容易になり、また、それらを切削加工または切削加工とエッチング加工の組み合わせによっては、ダイス（外ダイス１１もしくは内ダイス１２）と突起部１６とを一体的に形成することもできる。
【００２８】
また、突起部１６が内ダイス１２の外面に設けられている場合、突起部１６は、図２（ａ）に示すように、突起部１６の先端部が対向する外ダイス１１の内面との間に空隙が生じるように設けられることが好ましい。これは、外ダイス１１と内ダイス１２を調芯してスパイダー１４を介して接着固定する際に、その調芯幅を確保するためであり、上記空隙の長さとしては、上記調芯幅と内ダイス１２の変形防止効果を鑑みると、２μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。なお、図２（ａ）では、内ダイス１２の外面に突起部１６を設ける形態が示されているが、図２（ｂ）に示すように、外ダイス１１の外面に突起部１６を設けてもよく、その場合、突起部１６は、突起部１６の先端部が対向する内ダイス１２の内面との間に空隙が生じるように設けられる。
【００２９】
また、突起部１６の配置としては、外ダイス１１の内面または内ダイス１２の外面の周方向に略同一の間隔で複数設けられることが好ましい。これは原料の流速が部分的に変化することによって内ダイス１２のストレート部１２ａに作用する圧力にバラツキが生じてストレート部１２ａが貫通孔１５の径方向に様々に振動しても、突起部１６が外ダイス１１の内面または内ダイス１２の外面に接触するため、内ダイス１２のストレート部１２ａの振動量を低減することができるからである。さらに、突起部１６は、貫通孔１５の周方向における間隔が略同一であれば、外ダイス１１、内ダイス１２の両方に設けられていてもよい。なお、突起部１６の個数は、突起部１６の数が多くなると原料の流れに対する抵抗となり、原料の成形を妨げる可能性があるため、３〜４箇所とすることが好ましい。
【００３０】
また、突起部１６の形状は内ダイス１２のストレート部１２ａの変形による振動を低減できるものであれば特に限定するものではなく、例えば、三角柱、四角柱等の多角形の柱状体、円柱、多角形状からなる板状体、円板等様々な形態をとることが可能である。さらに、突起部１６の外ダイス１１の内面または内ダイス１２の外面に接する先端部は曲面であってもよい。ここで、突起部１６は、図１（ａ）に示すように、底辺が内ダイス１２の外面に接する三角形状の板状体とすると、上記底辺に対向する頂点が外ダイス１１の内面に点接触して支持されるような構造となる。この構造では、突起部１６の原料が押し出される方向（原料が流れる方向）対向する面における面積を小さくすることができるため、原料の流れを妨げる突起部１６の抵抗を小さくすることができ、具体的には、突起部１６の原料の流れ方向に対する最大長さｔを０．１０ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、突起部１６は、例えば、その外面をＲ加工することにより断面形状を流線形とすれば、さらに上記抵抗を小さくすることができる。
【００３１】
次に本発明の押出成形装置１０の動作を説明する。
【００３２】
まず、ジルコニア、アルミナ等のセラミックス原料粉末に、押出成形に必要なバインダーを混合して作製した原料をスクリューバレル１８の中に投入する。次に、スクリューバレル１８内に収容されている押出スクリュー１３を５〜８０ｒｐｍ程度で回転させて原料を圧縮しながら前進させると、その原料は、外ダイス１１の貫通孔１５と内ダイス１２の間隙を通過しながら所定の形になる。さらに詳しく説明すると、原料は外ダイス１１の第１テーパ部１１ａおよび第２テーパ部１１ｂと内ダイス１２の間隙で圧縮されて成形体となり、押出成形装置１０の先端から押し出される。
【００３３】
この時、原料の流速が部分的に変化することによって内ダイス１２のストレート部１２ａに作用する圧力にバラツキが生じてストレート部１２ａが貫通孔１５の径方向に様々に振動しても、突起部１６によってその振動は抑制される。
【実施例】
【００３４】
以下本発明の実施例を説明する。
【００３５】
本発明の押出成形装置１０は以下のようにして組み立てた。まず、超硬で作製した内ダイス１２のストレート部１２ａに、突起部１６をロウ付によって設けた。この突起部１６は厚さｔが０．１５ｍｍの三角形形状で、内ダイス１２の外面の周方向に略同等の間隔で２〜５箇所設けた。ここで突起部１６の高さは、外ダイス１１の内面との間に５μｍの空隙が得られるような寸法とした。また内ダイス１２のストレート部１２ａの径は約０．１５ｍｍとした。
【００３６】
次に、上記の内ダイス１２を超硬で作製したスパイダー１４の中心部に設けた貫通孔に挿入し、接着固定した。そして、この内ダイス１２とスパイダー１４を一体化した部材を超硬で作製した外ダイス１１の貫通孔１５に内ダイス１２側から挿入し、外ダイス１１の第１テーパ部１１ａの端部、すなわち原料の押出方向下流側末端と組み合わせた。ここで外ダイス１１の第１テーパ部１１ａの径Ｄｉは約３．５ｍｍ、外ダイス１１の第２テーパ部１１ｂの径Ｄｏは約３ｍｍとした。
【００３７】
次に、このように組み合わせた状態の金型部（外ダイス１１、内ダイス１２、スパイダー１４、突起部１６）を投影機台に置き、金型部の下部（押出方向下流側）から透過光を照射して、金型部の押出方向上流側末端部を投影し、外ダイス１１の内面部と内ダイス１２の外面部の同芯度がほぼ０μｍとなるよう調芯を行った。詳しく説明すると、内ダイス１２を中心として左右の外ダイス１１の内面部と内ダイス１２の外面部の距離を５０〜１００倍程度に拡大した投影像で測定し、その距離の差が０となるよう外ダイス１１の側壁（スパイダー１４に近い部分）をハンマリングする。さらに内ダイス１２を中心として上下の距離についても同様のハンマリングを行い、これらを交互に繰り返して調芯を行う。この作業で突起部１６と外ダイス１１の内面部が接近するが、調芯代として５μｍの空隙を設けているので問題ない。そして、この調芯が終了した段階で、スパイダー１４を外ダイス１１に接着固定した。
【００３８】
上記のように調芯後、接着固定した外ダイス１１及び内ダイス１２をダイスホルダー１７に収納し、さらにダイスホルダー１７を押出スクリュー１３を収納したスクリューバレル１８にネジで固定することによって、押出成形装置１０を組み立てた。
【００３９】
また、比較例として、本発明の押出成形装置の突起部１６を備えていない押出成形装置を準備した。なお、上記比較例の押出成形装置を構成する部材は、本発明の押出成形装置
と同等のものを用いている。
【００４０】
次に、本発明の押出成形装置および本発明の比較例である押出成形装置を用いて、それぞれ成形体を以下のように作製した。
【００４１】
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水分を含むカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）系の結合剤、潤滑材、可塑剤をそれぞれ混合して作製した原料を押出成形装置１０に投入し、焼成後の磁器外径が約φ２．６ｍｍ、磁器内径が約φ０．１２４ｍｍとなるような外ダイス１１と内ダイス１２を取り付けて、光通信に用いられるフェルールとなる磁器を作製した。
【００４２】
そして、上記で得られた成形体を引取機（不図示）にて引き取り、長手方向の寸法が約７００ｍｍになるように成形体を切断し、さらにコンベアベルト（不図示）で収納装置（不図示）まで搬送し、Ｖ溝を有する鞘に収納した。次に上記鞘に収納したまま成形体を乾燥した後、長手方向の寸法が約３００ｍｍになるように切断してそれらを焼成治具に収納し、１３００〜１４００℃で焼成を行った。そして、成形体を焼成して得られた長尺状の磁器を長手方向の長さが約１１ｍｍになるようにスライシング加工機にて切断した。そして、本発明の押出成形装置１０を用いて作製された成形体を試料番号２〜５とし、比較例の押出成形装置１００を用いて作製された成形体を試料番号１とした。なお、試料番号２〜５は、突起部１６の数が異なる（突起部１６の数が２〜５箇所）押出成形装置１０を用いてそれぞれ作製された成形体である。
【００４３】
上述した方法によって作製した試料（磁器）を３２個ずつ用意し、各々の同芯度を測定してその平均値とばらつきを算出した。ここで、同芯度のばらつきとは、各試料（試料番号１〜５）の同芯度を測定することによって得られた値の最大値と最小値との差を示すものである。同芯度の測定は、磁器の外径を基準にして試料を回転し、磁器の外径の中心軸に対する内径部の振れを拡大画像化して、読み取って得た。また、本発明の押出成形装置を用いて作製された試料に関しては、突起部を設けていない押出成形装置（比較例の押出成形装置）を用いて作製された成形体の法制後の収縮率を基準にして、突起部１６の個数と成形体の焼成収縮率の関係について検証した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００４４】
表１から明らかなように、比較例の押出成形装置を用いて作製された試料（Ｎｏ．１）は、原料の流速変動により生じる内ダイス１２のストレート部１２ａの振動を抑制することができなかったため、磁器の同芯度の平均値が８．３μｍ、また、同芯度のばらつきが６．８μｍであり、磁器の同芯度が低下した。
【００４５】
これに対し、本発明による押出成形装置を用いて作製された試料（Ｎｏ．２、３、４、５）は、突起部１６が内ダイス１２のストレート部１２ａの振動を低減させたため、磁器の同芯度の平均値が２．３〜３．６μｍ、また同芯度のばらつきが１．５〜２．７μｍであり、磁器の同芯度が向上した。
【００４６】
また、突起部１６の個数を３、４箇所とした試料（Ｎｏ．３、４）は、磁器の収縮率の変動も抑制できたため、同芯度の平均値が２．３〜２．５μｍ、また同芯度のばらつきが１．５〜１．６μｍと特に良いことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の押出成形装置の一実施形態を示すものであり、（ａ）は押出成形装置の断面図、（ｂ）は押出成形装置の要部拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＹ―ｙに沿う断面図である。
【図２】本発明の押出成形装置の他の実施形態を示すものであり、（ａ）は押出成形装置の要部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ―ｙに沿う断面図である。
【図３】従来の押出成形装置を示すものであり、（ａ）は押出成形装置の断面図、（ｂ）は押出成形装置の要部拡大断面図、（ｃ）は原料の流速変化により生じる内ダイスのストレート部の振動を示す模式図である。
【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】
【００４８】
１０、１００：押出成形装置
１１：外ダイス
１１ａ：第１テーパ部
１１ｂ：第２テーパ部
１１ｃ：ストレート部
１２：内ダイス
１２ａ：ストレート部
１３：押出スクリュー
１４：スパイダー
１５：貫通孔
１６：突起部
１７：ダイスホルダー
１８：スクリューバレル
２０：外ダイスストレート部
３０：フェルール
３０ａ：内径
３１：割スリーブ
３２：光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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