JP2005119266A

JP2005119266A - 成形用金型

Info

Publication number: JP2005119266A
Application number: JP2004152309A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Sakurai; 弘樹櫻井; Shigemitsu Nakabashi; 重光中橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】製品を加工することなく精度をだすことができ、さらに機械仕上げ加工を無くすことで製品作製時間大幅に削減され、コストの低減を実現できた。
【解決手段】成形体を挿入する貫通孔を具備した上金型と、前記成形体の端面保持部を具備した下金型と、前記成形体の内周部に圧入するピンとから構成され、前記上金型と下金型が相互のテーパ面で勘合され、前記下金型を前記上金型よりも膨張係数の高い材料とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミクロン単位の高い寸法精度が要求されるセラミックス成形体の金型に関するものである。

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、もしくは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。

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。これら精密機器の構造用部材として従来は、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。

しかし、加工精度がμｍ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、軽量化の要求も高い。

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。

また、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。

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１に形成された貫通孔１ａに光ファイバ３の端部を保持し、一対のフェルール１をスリーブ４の両端から挿入して、内部で凸球面状に加工した先端面１ｄ同士を当接させるようにした構造となっている。

上記フェルール１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。

フェルールの製品として要求される寸法精度の概要として図５に示すように、外周１ｃの円筒度、真円度及び貫通孔１ａの真円度、同芯度が各μｍ単位の要求寸法公差となる。

又、形状は内径部のＣ面１ｂのコーン加工やＰＣ面１ｄの加工が必要である。従来の押出成形製造方法では、押出成形金型に原料を流し込む状態から円柱状に連続成形していくが、金型の面粗さや流し角の調整で寸法精度にばらつきが出てくる事と異形形状を加工修正する目的で、機械による仕上げ研磨や研削といった加工をする必要がある。

上記フェルールの製造方法は、図７に示すようにセラミックス粉体を所定の形状に成形する方法は、出発原料にバインダー樹脂を混合し成形前原料を形成する工程と、この混合物を押出成形し筒状成形体を形成する工程と、この成形体を金型に供給する工程と、この金型を加熱し前記成形体に第２のプレス成形をする工程からなるセラミックス成形方法がある（特許文献１参照）。

上述から、フェルールのサブミクロン単位の寸法精度をだすため、後加工工程である機械仕上げの負担量が多くなってきた。前記図５のように、フェルールの内外周の円筒度、真円度、同心度の寸法はもちろんのこと、成形体から寸法精度をだすとなると、金型の精度が要求される。さらに、第２プレス成形では、金型の勘合差からバリが発生し、後加工の負担量が非常に大きくなってきている。

前記金型は、図８に示すが、上金型１２と下金型１３から構成され、下金型１３は端面保持部１３ａ、テーパ凸部１３ｃ、真空ポンプ１６を具備しており、勘合差Ｗが５〜８μｍある。このとき、勘合差Ｗを無くすよう、上金型１２と下金型１３のテーパ凸部１３ｃを作製しても嵌め合わず、最低勘合差は５μｍ以上としなければ勘合できない。

このとき、円筒成形体１０は熱可塑性材料を使用しているので、上金型１２、下金型１３の外周から加熱させ、ピン１５から圧力を伝えることにより、円筒成形体１０を軟化して金型に転写できる。その後、冷却させて成形体１７を作製するが、勘合差Ｗからバリ１８が発生して、成形体１７の外周にも多量のバリ１８ができる。さらに、勘合差Ｗが５〜８μｍあるため、端面保持部１３ａの転写性にバラツキが生じ、成形体１７の端面保持部１３ａのバラツキも生じる。

このことから、成形体１７から精度を出すように金型の精度を向上しても、上金型１２と下金型１３の勘合差Ｗから端面保持部１３ａ精度、バリ１８除去の為の外周ラップ加工が必要となり、大幅な加工時間が必要であった。
特開２００１−１４５９０９号公報

上記の従来の製造方法において、押出成形は、精度良く連続した成形ができることで製品コストを低減できるものの特殊な形状を成形することが出来ないというデメリットをもっており研削や研磨といった仕上げ機械加工で異形形状を作ることが、必要不可欠であった。

また、超高精度といえるμｍ単位以下の寸法公差が必要な部品では、連続押出成形時のばらつきから仕上げ研磨といった機械加工が必要不可欠であった。

セラミックス焼結体が所望寸法に対して、削り代のない場合は使用できなくなるので廃棄処分をしなければならず、廃棄処分をしたくないために大半の製造ロットで削り代が残るように平均的な収縮率を削り代の多い側へシフトして製造していた。

そのために、削り代が多くなり、研削や研磨等で所望の寸法に仕上げなければならず、多大な作業時間を要しており、これら製造コストを増大させる要因となっていた。

また、特許文献１によれば、金型を成形可能な高い温度に加熱してプレス成形した後、冷却した金型から成形体を取り出すが、その際前記成形体は冷却により成形体が収縮して離型され、金型と成形体が同時に収縮するので、金型からの転写性が悪く、外径、内径の寸法精度がμｍ単位に納めることが難しいという問題があった。

また、金型の寸法精度により、成形体の精度が決まるといっても過言ではない。

さらに、上述から、金型の構造は、上金型と下金型でなければ、成形体を離型時に取り出すことが不可能となり、無理にとれば、成形体の変形が生じる。

そのため、上金型と下金型の２構造式になっており、上金型と下金型の寸法精度向上は、もちろんのこと勘合差が少ないかどうかで、成形体の各寸法精度、バリ量が決まる。前記勘合差は、金型の加工にて決まるが、実際に、勘合差をゼロの上金型、下金型を作製して嵌めあわしても、合致できないと言う問題が生じてしまう。

ピンを上金型の貫通孔に挿入して成形体に圧力をかけながら金型に転写していくが、その時、シャンク部と上金型の貫通孔に勘合差が生じて、いくら、下金型から真空引きしても、勘合差が生じているため、エアが勘合差から漏れ、真空排気できない。そのため、成形体の内外周部のエアが抜ききれず、エアだまりが発生してしまい、焼結後、内外周部にボイドが発生率するという問題が生じてしまう。

上記の問題に鑑み本発明は、成形体を挿入する貫通孔を具備した上金型と、前記成形体の端面保持部を具備した下金型と、前記成形体の内周部に圧入するピンとから構成され、前記上金型と下金型が相互のテーパ面で勘合され、前記下金型は前記端面保持部における外周部に前記テーパー面を有するテーパ凸部、前記金型の後端部に下金型軸部を配設したものであり、該下金型軸部が最も熱膨張係数の高い材料であることを特徴とする。

また、上金型の少なくとも前記テーパ面が超硬合金材、前記下金型軸部の少なくとも前記テーパ面がアルミニウム材からなることを特徴とする。

さらに、加熱時における上金型と下金型の前記テーパ面の勘合時の隙間が１μｍ以下であることを特徴とする。

さらに、上金型の前記貫通孔及び前記下金型の円筒度及び真円度が３μｍ以下であることを特徴とする。

前記ピンは、上金型の貫通孔に挿入するシャンク部と上記シャンク部の中心軸上に配設した成形体内周部を転写するためのコア部を有し、上記シャンク部とコア部の材質が異なることを特徴とする。

さらに、シャンク部の硬度がＨＲＣ３０〜６０で、コア部がＨＲＡ８０以上であることを特徴とする。

また、前記コア部が超硬合金材、前記シャンク部が表面硬化処理されたアルミニウム材からなることを特徴とする。

前記上金型とシャンク部の勘合差をシール可能な弾性体シールリングを前記シャンク部の周縁部に具備したピンを使用して成形することを特徴とする。

本発明によれば、成形体を挿入する貫通孔を具備した上金型と、前記成形体の端面保持部を具備した下金型と、前記成形体の内周部に圧入するピンとから構成され、前記上金型と下金型が相互のテーパ面で勘合され、前記下金型を前記上金型よりも膨張係数の高い材料を使用することによりバリ除去、端面精度向上ができる。

即ち、上金型と下金型の２構造式で構成され、熱可塑性材料を使用した成形体において、より上金型と下金型の勘合差をなくすため、下金型の上金型受け部をテーパにしており、さらに、下金型のテーパ軸のみ材料をかえて、膨張係数を高くすることにより、下金型と上金型の勘合差が１μｍ以下となり、成形体の端面バリ、金型の精度が１００％成形体に転写できることにより、焼成後の追加加工が殆ど無き状態で、製品化できるので大幅に加工時間が削減され、コストの低減を実現できた。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明における成形用金型の構造を製造順に図示したものである。

図１（ａ）に示されるように、円筒成形体１０を挿入する貫通孔を具備した上金型１２、下金型１３、ピン１５を備えており、前記下金型１３は、前記上金型１２を受けるテーパ凸部１３ｃと下金型軸部１３ｂと端面保持部１３ａから構成され、なお且つ円筒成形体１０の内周部の空気だまりを逃す真空ポンプ１６を有している。

また、上金型１２、テーパ凸部１３ｃ、端面保持部１３ａ、ピン１５の材料と異なり、下金型軸部１３ｂのみ熱膨張係数が高い材料からなっている。

さらに、加熱前に上金型１２と下金型１３のテーパ凸部１３ｃの勘合差Ｗは５〜８μｍあり、容易に嵌めあわすことができるが、勘合差Ｗが５μｍ以下では、上金型１２と下金型１３を嵌めあわすことが困難である。

上述上金型１２の貫通孔から、円筒成形体１０を挿入させる。

図１（ｂ）のように、加熱することにより下金型軸部１３ｂのみ熱膨張係数の高い材料を使用しているため、下金型軸部１３ｂが大きく膨張し、端面保持部１３ａ、テーパ凸部１３ｃにおいても、下金型軸部１３ｂの膨張により膨らみが発生し、上金型１２と下金型１３の勘合差Ｗは、５〜８μｍのであったものが１μｍ以下になる。

これによって、勘合が密になり隙間がなくなるので、バリを発生させずに成形できる。

上述上金型１２、下金型１３を嵌め合わせた状態で外周から加熱させて、ピン１５に圧力をかけて円筒成形体１０に上金型１２の内周部、下金型１３の端面保持部１３ａ、ピン１５の精度が転写される。このとき、円筒成形体１０は、熱可塑性の材料なため、熱を帯びると軟化する特性があり金型に転写できるようになっている。

ピン１５を円筒成形体１０が軟化する温度領域まで加熱し、ピン１５に具備しているＣ面１５ａと下金型１３に具備している端面保持部１３ａに沿って圧力をかける。さらに、円筒成形体１０の外周においても、同様、上金型１２の内周にならって形成される。このとき、円筒成形体１０の内周部に空気だまりが発生することを防止するため、真空ポンプ１６にて空気を逃がす。

上述から、円筒成形体１０は、上金型１２の内周転写性はもちろんのこと、端面保持部１３ａの転写性もより良好となり、さらに、勘合差Ｗからのバリの発生もなくなる。

成形後は図１（ｃ）に示すように、上金型１２と下金型１３を冷却させることにより、下金型軸部１３ｂの熱膨張がもとに戻り、上金型１２と下金型１３の勘合差Ｗが５〜８μｍとなる。

このことにより、図１（ａ）と同じ状態になり、上金型１２と下金型１３を簡単にはずすことができる。

また圧力をかけたと同時に、下金型１３、上型金型１２への加熱が停止して、自然放熱での徐冷を開始するので圧縮成形となる。

ここで、さらに成形の精度を向上させる必要がある場合、徐々に加熱温度を下げても良いし、あるいは、タクト向上などの必要がある場合、本発明の効果を損なわない範囲で、空冷や水冷などの強制冷却による制御をしてもよい。

このとき、徐冷されながら圧力がかかっており、円筒成形体１０は圧縮されながら下金型１３、上金型１２、ピン１５の形状にならって形成される。

このとき、上金型１２と下金型軸部１３ｂの勘合差Ｗにおいては、冷却後、５〜８μｍの差が発生し、容易に円筒成形体１０がとれる。また円筒成形体１０自体も収縮するため、上金型１２の内周部、ピン１５から離型できる。

よって、寸法精度がよい且つバリ１８の発生がない成形体１７ができる。

以降、乾燥と焼成を加えることで焼結体を完成させる。

この段階で既に、成形体１７は完成体の形状と寸法精度を有しており、従来金型に比べ、端面の精度が向上し、バリ１８の発生が無い事から必要な形状や寸法修正を研削や研磨等の機械仕上げ加工を殆どする必要がなく製品化することができるので非常に低コストで製造することができる。

本発明は、上金型１２、下金型１３のテーパ凸部１３ｃ、端面保持部１３ａ、ピン１５の材料は、超硬合金、ＳＫＤ等を使用しているが、好ましくは、超硬合金である。また、下金型１３の下金型軸部１３ｂは、前記超硬合金、ＳＫＤ、ステンレス、白金、銅よりも熱膨張係数の高い材料を選定するが、特に上金型１２、下金型１３のテーパ凸部１３ｃ、端面保持部１３ａ、ピン１５に超硬合金を使用した場合には、下金型１３の下金型軸部１３ｂには、アルミニウムを使用することが好ましい。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明における成形用金型の構造を製造順に図示したものである。

図２（ａ）に示されるように、円筒成形体１０を挿入する貫通孔を具備した上金型１２、下金型１３、ピン１５を備えており、前記ピン１５は、シャンク部１５ｃとコア部１５ｄの２種類の材質から構成されており、前記下金型１３は、前記上金型１２を受けるテーパ凸部１３ｃと下金型軸部１３ｂと端面保持部１３ａから構成され、なお且つ円筒成形体１０の内周部の空気だまりを逃す真空ポンプ１６を有している。

また、加熱前にピン１５のシャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔の勘合差Ｍが３〜５μｍあると、容易に挿入できるが、真空ポンプ１６で空気を引いても、勘合差Ｍから空気が入って完全な真空引きができない。しかしながら、予めシャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔の勘合差Ｍを１μｍ以下すると挿入できない。

次に上述の上金型１２の貫通孔から、円筒成形体１０を挿入させる。

図２（ｂ）のように、加熱することにより下金型軸部１３ｂのみ熱膨張係数の高い材料を使用しているため、下金型軸部１３ｂが大きく膨張し、端面保持部１３ａ、テーパ凸部１３ｃにおいても、下金型軸部１３ｂの膨張により膨らみが発生し、上金型１２と下金型１３の勘合差Ｗは、５〜８μｍのであったものが１μｍ以下になる。

上述の上金型１２、下金型１３を嵌め合わせた状態で外周から加熱させて、ピン１５に圧力をかけて円筒成形体１０に上金型１２の内周部、下金型１３の端面保持部１３ａ、ピン１５の精度が転写される。

また、常温では、ピン１５のシャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔の勘合差Ｍが３〜５μｍあるが、加熱していくことにより、シャンク部１５ｃが熱膨張係数の高い材質なため、膨張し、勘合差Ｍが１μｍ以下になり、シャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔の勘合差Ｍが少なくなる。また、円筒成形体１０は、熱可塑性の材料なため、熱を帯びると軟化する特性があり金型、ピン１５のコア部１５ｄに転写できるようになっている。

ピン１５を円筒成形体１０が軟化する温度領域まで加熱し、ピン１５に具備しているＣ面１５ａと下金型１３に具備している端面保持部１３ａに沿って圧力をかける。さらに、円筒成形体１０の外周においても、同様、上金型１２の内周にならって形成される。このとき、円筒成形体１０の内周部に空気だまりが発生することを防止するため、真空ポンプ１６にて空気を逃がす。このとき、シャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔に勘合差Ｍが１μｍ以下になるため、空気が勘合差Ｍから逃げることなく完全に真空引きができる。

上述から、円筒成形体１０は、上金型１２の内周転写性はもちろんのこと、端面保持部１３ａの転写性もより良好となり、さらに、勘合差Ｗからのバリの発生もなくなり、円筒成形体１０の内周部のエアだまりが完全なくなる。

成形後は図１（ｃ）に示すように、上金型１２と下金型１３を冷却させることにより、下金型軸部１３ｂ、シャンク１５ｃの熱膨張がもとに戻り、上金型１２と下金型１３の勘合差Ｗが５〜８μｍとなり、またシャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔の勘合差Ｍが３〜５μｍとなる
このことにより、図１（ａ）と同じ状態になり、上金型１２と下金型１３を簡単にはずすことができ、上金型１２の貫通孔から容易にピン１５が抜くことができる。

このとき、上金型１２と下金型軸部１３ｂの勘合差Ｗにおいては、冷却後、５〜８μｍの差が発生し、容易に円筒成形体１０がとれる。

また、上金型１２の貫通孔とシャンク部１５ｃの勘合差Ｍにおいても、冷却後、３〜５μｍの差が発生し、容易に上金型１２から抜ける。

さらに、円筒成形体１０自体も収縮するため、上金型１２の内周部、ピン１５から離型できる。

よって、寸法精度がよく且つバリ１８の発生がなく、内周部にエアだまりが完全にない成形体１７ができる
以降、乾燥と焼成を加えることで焼結体を完成させる。

この段階で既に、成形体１７は完成体の形状と寸法精度を有し、エアだまりなく、従来金型に比べ、端面の精度が向上し、バリ１８の発生が無い事から必要な形状や寸法修正を研削や研磨等の機械仕上げ加工を殆どする必要がなく製品化することができるので非常に低コストで、品質の高い製品を製造することができる。

本発明は、上金型１２、下金型１３のテーパ凸部１３ｃ、端面保持部１３ａ、コア部１５ｄの材料は、超硬合金、ＳＫＤ等を使用しているが、好ましくは、超硬合金である。また、下金型１３の下金型軸部１３ｂ、シャンク部１５ｃは、前記超硬合金、ＳＫＤ、ステンレス、白金、銅よりも熱膨張係数の高い材料を選定するが、特に上金型１２、下金型１３のテーパ凸部１３ｃ、端面保持部１３ａ、ピン１５に超硬合金を使用した場合には、下金型１３の下金型軸部１３ｂ、シャンク部１５ｃには、アルミニウムを使用することが好ましい。

また、本発明は、図３（ａ）に示すように上金型１２の内周円筒度及び外周円筒度、内周真円度、外周真円度が３μｍ以下であり、さらに、図３（ｂ）に示す下金型１３の内周円筒度、内周真円度が３μｍ以下であり、また、図３（ｃ）に示すようにピン１５、先端部１５ｂの円筒度、ピン１５、先端部１５ｂの真円度が３μｍ以下であり、またピン１５及び１５ｂの同芯度が３μｍ以下なため転写性が図られれば、成形体１７の内外径の円筒度、真円度、同芯度が３μｍ以下にできる。

本発明は、成形体１７の焼結後の寸法精度を３μｍ以下に収めるため上金型１２、下金型１３の精度を要求される。つまり、成形体１７が金型への転写性が良好であれば、焼結後、寸法精度が３μｍ以下となり、加工無しで製品化できるからである。

なお、真円度とは円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさであり、円筒度とは直線形体の幾何学的に正しい直線からの差の大きさであり、同芯度とは基準とする点と一致する点を中心とした直径の円の差の大きさを意味する。

いずれもＪＩＳ−Ｂ０６２１に規定されている。

次に図４のように、シャンク部１５ｃの外周に弾性体シールリングＴを配設することにより、シャンク部１５ｃと上金型１２の貫通孔の勘合差Ｍから空気が逃げることがなく成形できる。

ただし、加熱温度１００℃以上になると、弾性体シールリングＴが軟化して、空気が漏れるため、１００℃以下であれば、本発明と同様な効果を得ることができる。

また、一般的にジルコニアの焼成条件では、焼成のピーク温度は１３００℃〜１５００℃で焼成されており、脱バイに関しては、バインダ−の種類によってかわるが一般的に３００℃〜５００℃である。

このように、本発明は、上金型１２と下金型１３のテーパ凸部１３ｃの勘合差Ｗを下金型軸部１３ｂに熱膨張係数の高い材料を選定することにより、低減することができ、さらに、得られた成形体１７は、円筒度、真円度を５μｍ以下に仕上げることができ、バリ１８発生がない。

本発明は、光ファイバー同士を接続するための光コネクタ用フェル−ルに適用することができるが、上記フェルールは、レーザダイオードやフォトダイオード等の光素子と光ファイバを接続する光モジュールに用いることもできる。

また、本発明におけるセラミックス焼結体は、上述した光ファイバ同士、又は光ファイバと各種光素子との接続に用いるさまざまな部材に適用することができ、上述したフェルールに限らない。例えば、光ファイバ同士を完全に接続するために用いるスプライサや、光モジュールに用いるダミーフェルール等にも適用することができる。

この様に本発明は、製品コストの大幅な低減を実現する為に、上金型１２、下金型１３、ピン１５の精度はもちろんのこと、下金型１３の下金型軸部１３ｂに熱膨張係数の高い材料を選定することにより、各寸法の高精度化、バリ１８発生が無きことにより、仕上げ加工の部分を不要で、信頼性の高い製品が提供できる。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例を図１に示す金型にて、上金型１２、下金型１３を使用し、また、下金型１３には端面保持部１３ａ、下金型軸部１３ｂ、テーパ凸部１３ｃを具備しており、Ｃ面１５ａを具備しているピン１５を先端から上金型１２へ挿入して、円筒成形体１０を圧縮成形して高精度な成形体１７を１００個をもちいて、寸法が外径φ２．５ｍｍ、内径φ１．２５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍのジルコニアフェルールを作製した。

このとき、上金型１２、下金型１３の加熱温度は１００℃で、ピン１５に圧力１００Ｎかけながら、３０℃まで冷却した。

また、上金型１２、下金型１３の端面保持部１３ａ、テーパ凸部１３ｃ、ピン１５の材料は超硬合金を使用し、下金型１３の下金型軸部１３ｂに実施例１としてアルミニウム、実施例２としてＦｅを使用した。

なお、上金型１２、下金型１３、ピン１５は、完成品の寸法に、成形前原料のバインダー等の混合比から収縮率を算出し決定する。

今回の場合、これを７５％とし、実施例１として下金型軸部１３ｂにアルミニウムを使用した場合、上金型１２と下金型１３の勘合差Ｗは加熱時１μｍ、常温、冷却時５μｍとなるように設計を行った。

また、実施例２として下金型軸にＦｅを使用した場合の勘合差Ｗは、加熱時２μｍ、常温、冷却時５μｍとなるように設計を行った。

さらに、上記上金型１２、下金型１３、ピン１５、先端部１５ｂの精度は、図３（ａ）に示すように上金型１２の内周円筒度及び外周円筒度、内周真円度、外周真円度が２μｍ、３μｍ、４μｍの場合と図３（ｂ）に示す下金型１３ａの内周円筒度、内周真円度が２μｍ、３μｍ、４μｍの場合のものを使用し、図３（ｃ）に示すようにピン１５、先端部１５ｂの円筒度、ピン１５、先端部１５ｂの真円度が３μｍ以下であり、またピン１５及び１５ｂの同芯度が３μｍ以下のものを使用した。

金型加熱温度は１００℃とし、上金型１２に超硬合金、下金型軸部１３ｂに実施例１のアルミニウム、実施例２のＦｅを使用したときの金型精度２μｍ、３μｍ、４μｍの６条件にて成形を行った。

プレス成形時には、空気が残留していると成形できない為に、金型内から除去する必要があることから、ポンプ１６で吸引し真空を保てる構造とした。

以降、脱バイ５００℃（４８ｈ）、焼成１４００℃（２４ｈ）して、製品化した。

そして、比較例として、図６に示す上金型１２と下金型１３のものを使用し、材料は全て超硬合金を使用して、加熱時の勘合差Ｗは５μｍだった。また、金型の精度は、本発明と同様に２μｍ、３μｍ、４μｍのものを使用し、ピン１５の精度においても、本発明と同様な精度のものを使用した。また、金型の各寸法、加熱温度、冷却温度、ピン圧は、本発明の実施例と同様にし、成形体１７を１００個作製した。

本発明の実施例を図２に示す金型にて、上金型１２、下金型１３を使用し、また、下金型１３には端面保持部１３ａ、下金型軸部１３ｂ、テーパ凸部１３ｃを具備しており、Ｃ面１５ａを具備しているピン１５にて、該ピン１５はシャンク部１５ｃとコア部１５ｄの２種類の材質からなり、先端から上金型１２へ挿入して、円筒成形体１０を圧縮成形して高精度な成形体１７を１００個をもちいて、寸法が外径φ２．５ｍｍ、内径φ１．２５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍのジルコニアフェルールを作製した。

また、上金型１２、下金型１３の端面保持部１３ａ、テーパ凸部１３ｃ、ピン部１５のコア部１５ｄ材料は超硬合金を使用し、下金型１３の下金型軸部１３ｂ、シャンク部１５ｃに実施例１としてアルミニウム、実施例２としてＦｅを使用した。

本発明では、シャンク部１５ｃの硬度がＨＲＣ３０〜６０であるが好ましくは、ＨＲＣ４０であり、コア部１５ｄの硬度は、ＨＲＡ８０以上であるが、好ましくはＨＲＡ９０である。

いずれもJIS−Ｂ４０５３に規定されている。

また、超硬合金の組成は、金属化合物からなり、主成分が炭化タングステンである。

本発明の実施例を図４に示す金型にて、上金型１２、下金型１３を使用し、また、下金型１３には端面保持部１３ａ、下金型軸部１３ｂ、テーパ凸部１３ｃを具備しており、Ｃ面１５ａを具備し、シャンク部１５ｃに弾性体シールリングＴを配設したピン１５にて、先端から上金型１２へ挿入して、円筒成形体１０を圧縮成形して高精度な成形体１７を１００個をもちいて、寸法が外径φ２．５ｍｍ、内径φ１．２５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍのジルコニアフェルールを作製した。

また、上金型１２、下金型１３の端面保持部１３ａ、テーパ凸部１３ｃ、ピン部１５のシャンク部１５ｃ、コア部１５ｄ材料は超硬合金を使用し、下金型１３の下金型軸部１３ｂ、に実施例３としてアルミニウムを使用した。

以降、脱バイ、焼成を本発明と同様に行いジルコニアフェルールを作製した。

このときの、本発明の実施例と比較例を機械加工無しで、各サンプルのジルコニアフェルールの外周の円筒度、真円度及び内周の真円度、同芯度、内周の気孔欠陥を測定して比較した。

ここで、成形体１７の内周のエアボイドとは、成形時に空気だまりが発生し、成形体１７の内周部に残り、焼結後気孔欠陥（クラック）として発生する現象で、本実験では、端面クラック発生に対応する。

なお、円筒度、同芯度、真円度は、各サンプル１００個の平均値である。

以上より、本発明の実施例１で、加熱時の勘合差Ｗが１μｍとなり、外周平均円筒度０．２μｍ〜０．５μｍ、外周平均真円度０．２μｍ〜０．５μｍ、内周平均真円度０．１μｍ〜０．２μｍ、内周平均同芯度１μｍとなり、バリ１８発生率０％となった。その中でも、金型精度が３μｍ以下のものは、外周平均円筒度０．２μｍ、外周平均真円度０．２μｍ、内周平均真円度０．１μｍ、内周平均同芯度１μｍとなった。

また本発明の実施例２で、加熱時の勘合差Ｗが２μｍとなり、外周平均円筒度０．３〜０．７μｍ、外周平均真円度０．３〜０．７μｍ、内周平均真円度０．２〜０．４μｍ、内周平均同芯度２〜５μｍとなり、バリ１８発生率１０％となった。

比較例では、加熱時の勘合差Ｗが５μｍとなり寸法精度においても外周平均円筒度２μｍ〜５μｍ、外周平均真円度２μｍ〜５μｍ、内周平均真円度２μｍ〜３μｍ、内周平均同芯度１２μｍ〜１５μｍとなり、バリ１８発生率１００％となった。

また、比較例では、端面クラック発生率が１００％となったのに対し、本発明の実施例２で、端面クラック発生率が３０％となった。

本発明の実施例１では、端面クラック発生率が０％となった。

また、本発明の実施例３においても、端面クラック発生率が０％となった。

このように本発明は、下金型軸部１３ｂ、シャンク部１５ｃに好ましくはアルミニウムを使用し、金型精度を３μｍ以下にすることで機械加工無しでも内外周の寸法精度が向上でき、なお且つ、バリ１８発生もなく、端面クラック発生もない。

また実施例２では、下金型軸部１３ｂ、シャンク部１５ｃにＦｅを使用した場合、加熱時の勘合差Ｗが２μｍあるためにバリ１８が多少発生し、端面クラックも多少発生したが再現性に問題なく安定した量産が可能である。

本発明においては、好ましくは金型精度を３μｍ以下、下金型軸部１３ｂ、シャンク部１５ｃに好ましくはアルミニウムを使用することで機械加工は、殆ど必要がなく信頼性の高い製品が提供できる。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明における金型構造及び製造方法を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明における金型構造、ピン構成及び製造方法を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の金型及び通常のピンの精度部分を示す断面図である。本発明における他の金型構造及び製造方法を示す断面図である。光通信用コネクター部材であるフェルールを示す部分断面図である。フェルールを用いた光通信用コネクターを示す構造断面図である。従来のセラミックス焼結体の製造方法を示す流れ図である。従来の金型構造及び製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１：フェルール
１ａ：貫通孔
１ｂ：Ｃ面
１ｃ：外周
１ｄ：ＰＣ面
２：支持体
３：光ファイバ
４：スリーブ
１０：円筒成形体
１２：上金型
１３：下金型
１３ａ：端面保持部
１３ｂ：下金型軸部
１３ｃ：テーパ凸部
１５：ピン
１５ａ：Ｃ面
１５ｂ：先端部
１５ｃ：シャンク部
１５ｄ：コア部
１６：真空ポンプ
１７：成形体
１８：バリ
Ｗ、Ｍ：勘合差
Ｔ：弾性体シールリング

Claims

成形体を挿入する貫通孔を具備した上金型と、前記成形体の端面保持部を具備した下金型と、前記成形体の内周部に圧入するピンとから構成され、前記上金型と下金型が相互のテーパ面で勘合され、前記下金型は前記端面保持部における外周部に前記テーパー面を有するテーパ凸部、前記金型の後端部に下金型軸部を配設したものであり、該下金型軸部が最も熱膨張係数の高い材料であることを特徴とする成形用金型。
前記上金型の少なくとも前記テーパ面が超硬合金材、前記下金型軸部の少なくとも前記テーパ面がアルミニウム材からなることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
前記加熱時における上金型と下金型の前記テーパ面の勘合時の隙間が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の成形用金型。
前記上金型の前記貫通孔及び前記下金型の円筒度及び真円度が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形用金型。
前記ピンは、上金型の貫通孔に挿入するシャンク部と上記シャンク部の中心軸上に配設した成形体内周部を転写するためのコア部を有し、上記シャンク部とコア部の材質が異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形用金型。
前記シャンク部の硬度がＨＲＣ３０〜６０で、コア部がＨＲＡ８０以上であることを特徴とする請求項５に記載の成形用金型。
前記コア部が超硬合金材、前記シャンク部が表面硬化処理されたアルミニウム材からなることを特徴とする請求項５または６に記載の成形用金型。
前記上金型とシャンク部の勘合差をシール可能な弾性体シールリングを前記シャンク部の周縁部に具備したピンを使用して成形することを特徴とする請求項７記載の成形用金型。