成型装置およびこれを用いたセラミック成型体並びにセラミック成型体の製造方法
【課題】成形時間が短く、高精度で、緻密で、製品形状に近い形状を得ることのできる成形装置およびその成型方法を提供すること。
【解決手段】成形装置１０は、上パンチ１２と下パンチ１３と、この上パンチ１２および下パンチ１３が上下から挿入される筒状の臼１１とから成る金型を用いて、臼１１内の上パンチ１２と下パンチ１３との間で被成型物２２をプレスして成型する成形装置１０において、臼１１の一部に温度が異なる領域１１ａを形成する機構と、この領域で成型された被成型物２２を臼１１の他の領域１１ｃに移動させる移動機構とを有している。被成型物２２を臼１１の高温領域から低温領域に移動させる移動機構によって、被成型物２２の加熱および冷却時間を低減することができる。
【解決手段】成形装置１０は、上パンチ１２と下パンチ１３と、この上パンチ１２および下パンチ１３が上下から挿入される筒状の臼１１とから成る金型を用いて、臼１１内の上パンチ１２と下パンチ１３との間で被成型物２２をプレスして成型する成形装置１０において、臼１１の一部に温度が異なる領域１１ａを形成する機構と、この領域で成型された被成型物２２を臼１１の他の領域１１ｃに移動させる移動機構とを有している。被成型物２２を臼１１の高温領域から低温領域に移動させる移動機構によって、被成型物２２の加熱および冷却時間を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可塑物、特に生セラミックスを高精度に成型するための成型装置、その成型方法およびセラミック成形体に関するものであり、特に光通信用部品に用いられる光ファイバを保持するセラミック製フェルールの成型等に適用される。
【背景技術】
【０００２】
生セラミックス等の可塑物の成形方法として、目的に応じて粉体プレス、押し出し成型、射出成型などがある。粉体プレスは、例えば、粉体にバインダを噴霧した顆粒状原料を室温でプレス成型し、生成形体を得る。押し出し成型は、粉体と同体積のバインダを添加して、常温で押し出して成型し、生成形体を得る。射出成型は、粉体４０〜４５体積％に５５〜６０体積％のバインダを添加し、高温で射出して生成型体を得る。これらセラミックスの生成形体を焼成することによってセラミック成形体が得られる。
【０００３】
光通信において、光ファイバ同士を結合させるためにフェルールが用いられる。フェルールは円筒状の内孔内に光ファイバを挿入し、１対のフェルールを突き合わせることで光ファイバ同士を突き合わせて光ファイバ同士を光学的に結合させるものである。このような用途に用いるため、ミクロンオーダーの高精度な形状と、緻密性の高い磁器特性が要求される。
【０００４】
しかし、粉体プレスの場合、粉体の流動性が悪く、充填性が悪いため焼成後に緻密な磁器を得られないという問題がある。
【０００５】
押し出し成型は高精度で、緻密な磁器を得ることが出来るが、断面形状が一定でない複雑なものには適していない。フェルールを押し出し成型で作成する場合、一旦数１０ｃｍの長い筒状の磁器を作製し、これを１ｃｍ程度の長さのフェルールの寸法に切断する。その後、切断された円筒体に円錐状の光ファイバ挿入口やＣ面加工等を施す必要がある。
【０００６】
射出成型においては、緻密で、製品形状に近い形状を得ることができるが、射出する際、金型との摩擦でバインダに配向が生じ、焼成後にソリを生じる場合があるので、十分に高精度な形状を得ることができず、形状補正のための後加工が必要となる。
【０００７】
図６は特許文献１に提案される実施例を模式的に示した側断面図である。
【０００８】
ここでは、セラミック粉体とバインダとを混合した混合物を金型１１に供給し、金型を加熱機構５１によって加熱し、成型した成型方法を用いている。ここでバインダは熱可塑性を有し、加熱すると溶融する特性を持ち、高温で流動性が高くなる。このため、粉体の充填性が高く、成型体の緻密性が向上する。また、バインダを溶融させているため、射出成型のような配向がバインダに発生せず、高精度な磁器を得られる。また、金型成型のため、製品形状に近い形状を得ることができる。
【０００９】
さらに成型速度を高速化するため、加熱機構５１において、金型を温水と冷水で加熱および冷却する方法の他、熱電素子を用いて、加熱時間３０秒以下、冷却時間３０秒以下とする方法を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１４５９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、金型の加熱および冷却に時間を要してしまい、押し出し成型や射出成型の時間短縮に限度がある。
【００１２】
そこで本発明は、成型時間を短縮させ、高精度で、緻密で、製品形状に近い形状を得る磁器を得ることのできる成形装置およびその成型方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る成形装置は、上パンチと下パンチと、この上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形装置であって、前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構と、前記領域で成型された被成型物を前記臼の他の領域に移動させる移動機構とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構は加熱機構であり、前記臼の他の領域よりも高温の高温領域とされるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼の一部にヒーターが配されて高温領域が形成されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記高温領域と前記他の領域との間に、前記高温領域より温度が低く、前記他の領域より温度が高い領域をさらに設けることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼は、前記領域および前記他の領域の各設定温度において、各領域が同一内寸形状になるようにしてあることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼の異なる温度領域の間に断熱構造を有することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記上パンチおよび前記下パンチの先端部に断熱構造が介在されていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記上パンチと前記下パンチと前記臼が円筒形であり、上パンチまたは下パンチにコアピンがあることが好ましい。
【００２１】
本発明の一実施形態に係るセラミック成型体の製造方法は、セラミック粉体と熱可塑性バインダとが混合された顆粒状の混合物が、上記成型装置を用いて製造されたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記セラミック成型体の製造法において、前記セラミック成型体は、セラミックフェルールまたはセラミックスリーブであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る成形方法は、上パンチと下パンチと、この上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形方法において、前記臼の一部の領域の温度を異ならせる工程と、前記臼の前記領域において前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する工程と、前記上パンチと前記下パンチとを前記臼の前記領域と異なる温度領域に移動させて前記被成型物を異なる温度領域に移動させる工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の成形方法の一実施形態として、前記領域は他の領域よりも高温の高温領域とされており、該高温領域で被成型物をプレス成型した後に前記他の領域に移動させて前記被成型物を冷却する工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一実施形態に係る成形装置によれば、臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構と、この領域で成型された被成型物を臼の他の領域に移動させる移動機構とを有することから、被成形物を温度が異なる領域に移動させて加熱および冷却を行なうことができ、高精度で、緻密で、製品形状に近い形状の成形体を短い成型時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明の成型装置の実施の形態の一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の成型装置の一実施形態における金型部分の構成の一例を示す要部断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の成型装置の他の実施形態における金型部分の構成の一例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の成型装置における上パンチの構成の一例を示す要部断面図である。
【図５】本発明の成型装置における金型部分の構成の他の例を示す要部断面図である。
【図６】従来の成型装置の例を模式的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態の各例について説明する。
【００２８】
図１は本発明の成型装置１０の実施の形態の一例を模式的に示した図である。図１（ａ）は成形装置１０を前面から見た正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。
【００２９】
成形装置１０の中央に筒型の臼１１が配置され、臼１１の軸上に上パンチ１２および下パンチ１３が配されている。上パンチ１２および下パンチ１３はそれぞれロック付きシリンダ１４，１５により上下方向に動かすことができ、またロック機構により、上下の適当な位置で静止させることができる。またシリンダ１４，１５の上下動はフローティングジョイント（浮動性継手）１６を介して、上パンチ１２、下パンチ１３に伝えられ、シリンダ１４，１５と臼１１との軸ズレを吸収できる。
【００３０】
臼１１は３つのブロックに分割されており、臼上部１１ａのブロックはヒーター１７がつながれており、高温状態を保つことができる。臼下部１１ｃは、臼中央部１１ｂの断熱構造を介して臼上部１１ａと連結されており、臼下部１１ｃは常温を保つようにしてある。このように臼１１は、臼上部１１ａ，臼中央部１１ｂおよび臼下部１１ｃがそれぞれの軸を一致させて順に軸方向に並べて配置されている。
【００３１】
図２は、成型装置１０の金型部分の断面を示した図である。
【００３２】
金型は、臼１１と上パンチ１２と下パンチ１３とからなる。臼１１は３つのブロックに分割されており、臼上部１１ａは外側にヒーター１７が巻かれてある。臼中央部１１ｂは断熱構造となっており、臼上部１１ａと臼下部１１ｃとを断熱している。これによって、高温領域の臼上部１１ａに対して臼下部１１ｃを臼上部１１ａより低温な室温に保つようにしている。図２では示していないが、図１において下パンチ１３は金具を介して放熱される機構を有する。なお、臼上部１１ａを高温領域とするために、電熱線をヒーターとして用いる他にも、高温のスチームやオイルを流す等の手段を用いてもよい。ヒーターとして電熱線を用いると、温度管理が容易である。
【００３３】
図２を用いて、成形方法について説明する。
【００３４】
図２（ａ）にてバインダ入り原料２１を臼上部１１ａに充填する。このとき臼上部１１ａは高温状態にあり、バインダ成分の一部（低分子成分）は溶融するため、原料２１中の粉体の充填性は高く、緻密な成形体２２が得られる。バインダ成分のうち、高分子成分は、アクリル系樹脂やスチレン系樹脂等が結合材として用いられる。低分子成分としては、パラフィンワックスやマイクロクリスタルワックスやモンタンワックス等が用いられる。低分子成分は、脱脂性や粉体の流動性を向上させる。また、臼上部１１ａにおいて、金型温度を高分子成分の融点より低くすることによって、金型の隙間からの粉体の流出を抑制することができる。
【００３５】
このように、高温領域の温度は、熱可塑性樹脂の低分子成分の融点以上、高分子成分の融点以下の温度範囲に制御されるのが好ましい。さらに、上記低分子成分および高分子成分をバインダに用いる場合、具体的に、高温領域の温度は５０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）を用いて、原料２１の成型について説明する。上パンチ１２がシリンダ１４にて下方向に移動され、臼１１の上開口部から臼上部１１ａの内側に挿入され、バインダ入り原料２１を加圧する。このとき下パンチ１３は臼１１の下開口部から臼上部１１ａの内側まで挿入されてロックされている。次に下パンチ１３のロックを外し、上昇させて原料２１を加圧する。このとき下パンチ１３の圧力が上パンチ１２の圧力を超える場合は、上パンチ１２がロックされる。このようにして臼型１１の内部で上パンチ１２と下パンチ１３とから加えられる圧力によって高温状態の原料２１を成型し、成型体２２を得る。
【００３７】
次に図２（ｃ）を用いて、成型体２２の移動について説明する。下パンチ１３のロックを外し、所定の位置にロックが掛かるようにしておく。下パンチ１３に加える圧力を上パンチ１２に加えられる圧力より小さい圧力にし、上パンチ１２によって成形体２２および下パンチ１３を並行して下方に移動する。成形体２２には移動中も上パンチ１２と下パンチ１３との圧力差分の圧力が加えられる。臼下部１１ｃの所定位置に成型体２２が到達したら、下パンチ１３にロックが掛かるようにしてあり、そこで成型体２２を静止する。臼下部１１ｃは室温付近の常温とされているので、成形体２２は冷却され、バインダが固化する。数秒間保持し、成形体２２が十分に冷却されたら、下パンチ１３のロックを外し、上パンチ１２の圧力で下方向に移動し、図２（ｄ）に示すように、成型体２２を、臼１１の下側から外部に取り出す。
【００３８】
このように、成型装置１０は上パンチ１２および下パンチ１３の移動をコントロールするとともに成形体２２に適当な圧力を加える移動機構を備えている。
【００３９】
臼１１は、熱可塑性樹脂の低分子成分の融点以上の高温度に加熱された臼１１ａと、常温に保たれた臼１１ｃとの間に、臼１１ａよりも温度が低く、臼１１ｃよりも温度が高い臼１１ｆの領域をさらに設けてもよい。
【００４０】
図３は、このような成形装置１０の金型部分の断面を示す図である。
【００４１】
金型は臼１１と上パンチ３２と下パンチ３３からなる構造である。臼１１は５つの領域からなり、臼１１ａおよび臼１１ｄの外側にはそれぞれヒーター１７ａ，１７ｂが巻かれてある。臼１１ｂ、臼１１ｅは断熱構造となっており、それぞれ上部の臼１１ａと臼１１ａの下部にある臼１１ｄ、臼１１ｄと臼１１ｄの下部にある臼１１ｃとを断熱している。
【００４２】
臼１１ａはヒーター１７ａによって加熱されて臼１１の他の部位より高温となっており、臼１１ｄはヒーター１７ｂで同じく加熱されているが臼１１ａよりは低い温度の設定となるようにされている。臼１１ｃは常温に設定されている。
【００４３】
次に、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて、成形方法について説明する。
【００４４】
図３（ａ）にてバインダ入り原料２１を臼上部１１ａに充填する。このとき臼上部１１ａは高温状態にあり、バインダ成分の一部（低分子成分）は溶融するため、原料２１中の粉体の充填性は高く、緻密な成形体２２が得られる。バインダ成分のうち、高分子成分は、アクリル系樹脂やスチレン系樹脂等が結合材として用いられる。低分子成分としては、パラフィンワックスやマイクロクリスタルワックスやモンタンワックス等が用いられる。低分子成分は、脱脂性や粉体の流動性を向上させる。また、臼１１ａにおいて、金型温度を高分子成分の融点より低くすることによって、金型の隙間からの粉体の流出を抑制することができる。
【００４５】
このように、高温領域の温度は、熱可塑性樹脂の低分子成分の融点以上、高分子成分の融点以下の温度範囲に制御されるのが好ましい。さらに、高温領域の温度は、成形体２２の弾性率が０．５ＭＰａ〜８ＭＰａとなるように制御されるのが好ましい。上記低分子成分および高分子成分をバインダに用いる場合、具体的に、高温領域の温度は５０℃以上１５０℃以下である。
【００４６】
次に、図３（ｂ）を用いて、原料２１の成型について説明する。上パンチ３２が下方向に移動され、臼１１の上開口部から臼１１ａの内側に挿入され、バインダ入り原料２１を加圧する。このとき下パンチ３３は臼１１の下開口部から臼１１ａの内側まで挿入されてロックされている。次に下パンチ３３のロックを外し、上昇させて原料２１を加圧する。このとき下パンチ３３の圧力が上パンチ３２の圧力を超える場合は、上パンチ３２がロックされる。このようにして臼型１１ａの内部で上パンチ３２と下パンチ３３とから加えられる圧力によって高温状態の原料２１を成型し、成型体２２を得る。
【００４７】
次に図３（ｃ）を用いて、成型体２２の移動について説明する。下パンチ３３のロックを外し、所定の位置にロックが掛かるようにしておく。下パンチ３３に加える圧力を上パンチ３２に加えられる圧力より小さい圧力にし、上パンチ３２によって成形体２２および下パンチ３３を並行して下方に移動する。成形体２２には移動中も上パンチ３２と下パンチ３３との圧力差分の圧力が加えられる。臼１１ｄの所定位置に成型体２２が到達したら、下パンチ３３にロックが掛かるようにしてあり、そこで成型体２２を静止する。
【００４８】
臼１１ｄは、臼１１ａよりも低温に設定されており、成形体２２の弾性率が１０ＭＰａ〜１００ＭＰａとなるような温度に制御されているのが好ましい。弾性率が１００ＭＰａより大きいと、離型する際、成形体に応力が加わるが、弾性率が高く伸縮しにくいとクラックが発生する。また成形体内部に金型の一部がある場合（例えば図５のコアピン３４）、成形体の弾性率が高いと金型が破損する場合がある。また、弾性率が１０ＭＰａより小さい状態であると、成形体２２の固化が不十分であり、成形体２２の形状を維持できない虞がある。具体的に、バインダ樹脂の弾性率や、バインダ樹脂に含まれる潤滑剤により異なるが、臼１１ｄの金型温度においては３０℃〜７０℃程度が望ましい。
【００４９】
次に、図３（ｄ）に示すように、一定時間臼１１ｄに成形体２２を保持した後、下パンチ３３のロックを外し、下パンチ３３を下方向に移動し、下パンチ３３の離型を行う。図３（ｃ）に示すとおり、下パンチ３３は常温の臼１１ｅに接しており、臼１１ｄより低温になっている。このため下パンチ３３は熱収縮し離型しやすくなる。一方、成型体２２は樹脂成分を多く含んでいるため熱伝導性が悪く、臼１１ｄに近い温度であり、温度低下による弾性率の上昇を防ぐことができ、離型による成形体２２の破損やコアピン３４の破損を防ぐことができる。また、樹脂は温度が低い程、弾性率が高くなり、下パンチ３３の離型性は良くなる。
【００５０】
最後に、図３（ｅ）に示すように、成形体２２は臼１１ｃ内に移動され、常温の臼１１ｃ内で冷却されて、十分に固化される。そして、上パンチ３２をさらに下に移動することによって、臼１１ｃの下開口から排出される。
【００５１】
なお、図３には示されていないが、臼１１ｃは成形装置１０本体に繋がれている。したがって、熱容量が大きく、安定して常温に維持される。臼１１ｃを強制的に冷却しても良いが、結露等発生しやすく、また温度制御が難しく、自然冷却がよい。また臼１１ｃがなく、下パンチ３３を自然に冷却しても良いが、十分に離型の効果を得られない。
【００５２】
また、上記成形体２２の弾性率は、回転式粘弾性測定装置にて行った。バインダ入り原料２１をΦ１２ｍｍ、厚み１ｍｍに成形した単板をアルミ等の金属で挟み、回転方向の振動を加え、その応力を測定する。その際、温度を連続的に変動させ、温度毎の弾性率を計測する方法である。計測器は、例えばＡｎｔｏｎ Ｐａａｒ製Ｐｈｙｓｉｃａ ＭＣＲ３０１がある。
【００５３】
ここで、臼１１の詳細について説明する。
【００５４】
光通信用フェルールの場合、磁器直径（外径）は２．５ｍｍである。焼成時の収縮率を考慮すると成型体２２の直径は３．１ｍｍ程度となる。臼上部１１ａの温度を７５℃とし、臼下部１１ｃの温度を２５℃とすると、温度差ΔＴ＝５０℃となる。
【００５５】
セラミックスによる金型の摩耗を考えると、金型のビッカース硬さがセラミックス同等以上の１０ＧＰａ以上とすることが望ましい。この硬さを達成するには、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックス等のセラミックスや、金属にセラミックス溶射したもの、ＤＬＣコートしたものや、超硬合金を用いればよい。ここで加工性を考慮すると、加工が容易な超硬合金を用いることが望ましい。
【００５６】
この超硬合金は炭化タングステンとコバルトを主成分とする合金であり、線熱膨張係数は６×１０−６／℃程度である。温度差ΔＴ５０℃の場合で、
３．１ｍｍ×６×１０−６／℃×５０℃＝０．０００９３ｍｍ
となり、約１μｍの膨張を伴うことになる。
【００５７】
臼上部１１ａと臼下部１１ｂに同一寸法のものを用いると、熱膨張している臼上部１１ａで成型した成型物２２が、臼下部１１ｃに引っかかる問題があるので、予め臼上部１１ａに対し、臼下部１１ｃは熱膨張差分、内孔径を大きくし、稼動時の設定温度において臼上部１１ａおよび臼下部１１ｃが同一内寸になるようにしておくのが好ましい。ただし、成型体２２の熱膨張差は超硬合金以上に大きいので、上パンチ１２の移動速度を調整すれば、必ずしも必要なものではない。
【００５８】
次に臼中央部１１ｂについて説明する。
【００５９】
臼中央部１１ｂの内孔径は、臼下部１１ｃの内孔径と一致させるのが望ましい。また、臼中央部１１ｂには、臼上部１１ａより線熱膨張係数の大きい材質を用いるのが望ましい。臼中央部１１ｂと臼下部１１ｃとは常温であるため熱膨張もなく、成形体２２の移動に引っかかり等の問題は発生しない。一方、臼中央部１１ｂにおける臼上部１１ａの近傍は伝熱により加熱され、熱膨張が生じる。臼中央部１１ｂと臼上部１１ａの内孔径とが（常温にて）一致している場合、臼中央部１１の線熱膨張係数を臼上部１１ａより大きくしておくと、成形体の引っかかりを生じない。ただし、線熱膨張係数が大きすぎると成形体２２が傾いて引っかかる問題が生じるため、臼材の数倍程度の２０×１０−６／℃以下が望ましい。
【００６０】
臼中央部１１ｂの熱伝導率は小さい方が望ましい。熱伝導性が高いと臼中央部１１ｂの上下方向の厚みを大きくする必要があり、上パンチ１２および下パンチ１３のストロークを大きくする必要がある。また臼１１全体の同軸度が悪化する傾向となる。断熱性については、臼下部１１ｃの放熱性により異なるが、例えばジルコニアセラミックスを用いた場合、厚みを３ｍｍ程度にすることで臼下部１１ｃの温度を室温状態に保つことができた。
【００６１】
ジルコニアセラミックスは熱伝導率も３Ｗ／（ｍ・Ｋ）とセラミックスの中でも小さい値を有する。臼中央部が１０ｍｍ以上になると軸調整が困難になるので、臼中央部１１ｂの熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを用いるのが望ましい。
【００６２】
また、断熱材は、線熱膨張係数２０×１０−６／℃以下で、ビッカース硬さが１０ＧＰａ以上のものを用いるのが望ましい。なお、ジルコニアセラミックスは線熱膨張係数１０．５×１０−６／℃で熱膨張も小さく、ビッカース硬さも１０ＧＰａ以上（約１３ＧＰａ）で耐摩耗性に優れ、臼中央部１１ｂの断熱材料として好適である。
【００６３】
次に上パンチ１２と下パンチ１３について説明する。
【００６４】
上パンチ１２と下パンチ１３の材質については、臼１１と同様に、ビッカース硬さがセラミックスと同等以上の１０ＧＰａ以上が望ましい。この硬さを達成するには、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックス等のセラミックスや、金属にセラミックス溶射したもの、ＤＬＣコートしたものや、超硬合金を用いればよい。加工性を考慮すると、加工が容易な超硬合金を用いることが望ましい。
【００６５】
また、上パンチ１２と下パンチ１３の先端部１２ａ，１３ａは臼１１の温度と同等になるように熱伝導性に優れたものが良いが、成形体２２と接する先端部１２ａ，１３ａとそれ以外との間に先端部１２ａ，１３ａの温度を保つ断熱構造を設けるのが望ましい。そのため、先端部１２ａと上パンチ１２（または先端部１３ａと下パンチ１３）の本体との間に断熱材を介在させても良いが、温度サイクルの激しい部分になるので、異種材料を介在させることなく先端部１２ａと上パンチ１２または先端部１３ａと下パンチ１３とは一体化されている方が望ましい。
【００６６】
図４は一体化された上パンチ１２の例を示す横断面図である。このように断熱性を考えると、図４（ａ）に示すように、先端部１２ａを除いた部分が中空状態の筒状に形成された上パンチ１２（または下パンチ１３）を用いるのが好ましい。または、図４（ｂ）に示すように、先端部１２ａと上パンチ１２の本体部分との間に臼１１に接しないように外径を小さくしてくびれさせた構造とすることが望ましい。
【００６７】
図５は成型装置１０の一実施形態としての金型部分の断面図を示す。
【００６８】
下パンチ３３の先端部３３ａにはコアピン３４が設けられ、上パンチ３２の先端部３２ａにはコアピン３４を受ける穴３２ｂが設けられている。成型方法は上述した内容と同じであるが、成型体２２に内孔を設けることができる。これによって、内孔の同心度が３μｍ以下と小さく、光ファイバの接続用に用いるフェルールを作製することができる。
【００６９】
以上のようにして、被成型物の加熱および冷却サイクルの時間を短縮し、高精度で緻密かつ製品形状に近い形状の成形体２２を得ることができる成型装置１０、およびこの成型装置１０を用いた成型方法によってセラミック円筒体等の成形体２２を得ることができる。上記成型装置１０において、臼上部１１ａは高温と低温とに温度変化させる必要が無く、常時高温に維持しておけばよい。このため、稼動エネルギー効率にも優れる。
【００７０】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の一例では臼上部１１ａが高温領域で臼下部１１ｃが常温領域としたが、臼下部１１ｃが高温領域であってもよい。
【００７１】
また、上記において、被成型物はセラミック粉体と低分子成分および高分子成分を含む熱可塑性バインダとを混合した顆粒状の混合物を用いた例を説明した。ここで、セラミック粉体の例としては、ジルコニア質セラミックス，アルミナ質セラミックス，ムライト質セラミックス，炭化チタン質セラミックス等が挙げられる。成型装置１０およびこれを用いた上記成型方法は、上記例に示したセラミック成形体に限ることなく、例えば、金属粉末成形体，樹脂成形体等にも用いることができる。
【００７２】
また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１０：成型装置
１１：臼
１２，３２：上パンチ
１３，３３：下パンチ
１４：上シリンダ
１５：下シリンダ
１６：フローティングジョイント
１７：ヒーター
２１：原料
２２：成形体（被成型物）
３４：コアピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可塑物、特に生セラミックスを高精度に成型するための成型装置、その成型方法およびセラミック成形体に関するものであり、特に光通信用部品に用いられる光ファイバを保持するセラミック製フェルールの成型等に適用される。
【背景技術】
【０００２】
生セラミックス等の可塑物の成形方法として、目的に応じて粉体プレス、押し出し成型、射出成型などがある。粉体プレスは、例えば、粉体にバインダを噴霧した顆粒状原料を室温でプレス成型し、生成形体を得る。押し出し成型は、粉体と同体積のバインダを添加して、常温で押し出して成型し、生成形体を得る。射出成型は、粉体４０〜４５体積％に５５〜６０体積％のバインダを添加し、高温で射出して生成型体を得る。これらセラミックスの生成形体を焼成することによってセラミック成形体が得られる。
【０００３】
光通信において、光ファイバ同士を結合させるためにフェルールが用いられる。フェルールは円筒状の内孔内に光ファイバを挿入し、１対のフェルールを突き合わせることで光ファイバ同士を突き合わせて光ファイバ同士を光学的に結合させるものである。このような用途に用いるため、ミクロンオーダーの高精度な形状と、緻密性の高い磁器特性が要求される。
【０００４】
しかし、粉体プレスの場合、粉体の流動性が悪く、充填性が悪いため焼成後に緻密な磁器を得られないという問題がある。
【０００５】
押し出し成型は高精度で、緻密な磁器を得ることが出来るが、断面形状が一定でない複雑なものには適していない。フェルールを押し出し成型で作成する場合、一旦数１０ｃｍの長い筒状の磁器を作製し、これを１ｃｍ程度の長さのフェルールの寸法に切断する。その後、切断された円筒体に円錐状の光ファイバ挿入口やＣ面加工等を施す必要がある。
【０００６】
射出成型においては、緻密で、製品形状に近い形状を得ることができるが、射出する際、金型との摩擦でバインダに配向が生じ、焼成後にソリを生じる場合があるので、十分に高精度な形状を得ることができず、形状補正のための後加工が必要となる。
【０００７】
図６は特許文献１に提案される実施例を模式的に示した側断面図である。
【０００８】
ここでは、セラミック粉体とバインダとを混合した混合物を金型１１に供給し、金型を加熱機構５１によって加熱し、成型した成型方法を用いている。ここでバインダは熱可塑性を有し、加熱すると溶融する特性を持ち、高温で流動性が高くなる。このため、粉体の充填性が高く、成型体の緻密性が向上する。また、バインダを溶融させているため、射出成型のような配向がバインダに発生せず、高精度な磁器を得られる。また、金型成型のため、製品形状に近い形状を得ることができる。
【０００９】
さらに成型速度を高速化するため、加熱機構５１において、金型を温水と冷水で加熱および冷却する方法の他、熱電素子を用いて、加熱時間３０秒以下、冷却時間３０秒以下とする方法を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１４５９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、金型の加熱および冷却に時間を要してしまい、押し出し成型や射出成型の時間短縮に限度がある。
【００１２】
そこで本発明は、成型時間を短縮させ、高精度で、緻密で、製品形状に近い形状を得る磁器を得ることのできる成形装置およびその成型方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る成形装置は、上パンチと下パンチと、この上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形装置であって、前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構と、前記領域で成型された被成型物を前記臼の他の領域に移動させる移動機構とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構は加熱機構であり、前記臼の他の領域よりも高温の高温領域とされるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼の一部にヒーターが配されて高温領域が形成されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記高温領域と前記他の領域との間に、前記高温領域より温度が低く、前記他の領域より温度が高い領域をさらに設けることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼は、前記領域および前記他の領域の各設定温度において、各領域が同一内寸形状になるようにしてあることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記臼の異なる温度領域の間に断熱構造を有することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記上パンチおよび前記下パンチの先端部に断熱構造が介在されていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の成形装置の一実施形態として、前記上パンチと前記下パンチと前記臼が円筒形であり、上パンチまたは下パンチにコアピンがあることが好ましい。
【００２１】
本発明の一実施形態に係るセラミック成型体の製造方法は、セラミック粉体と熱可塑性バインダとが混合された顆粒状の混合物が、上記成型装置を用いて製造されたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記セラミック成型体の製造法において、前記セラミック成型体は、セラミックフェルールまたはセラミックスリーブであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る成形方法は、上パンチと下パンチと、この上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形方法において、前記臼の一部の領域の温度を異ならせる工程と、前記臼の前記領域において前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する工程と、前記上パンチと前記下パンチとを前記臼の前記領域と異なる温度領域に移動させて前記被成型物を異なる温度領域に移動させる工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の成形方法の一実施形態として、前記領域は他の領域よりも高温の高温領域とされており、該高温領域で被成型物をプレス成型した後に前記他の領域に移動させて前記被成型物を冷却する工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一実施形態に係る成形装置によれば、臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構と、この領域で成型された被成型物を臼の他の領域に移動させる移動機構とを有することから、被成形物を温度が異なる領域に移動させて加熱および冷却を行なうことができ、高精度で、緻密で、製品形状に近い形状の成形体を短い成型時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明の成型装置の実施の形態の一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の成型装置の一実施形態における金型部分の構成の一例を示す要部断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の成型装置の他の実施形態における金型部分の構成の一例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の成型装置における上パンチの構成の一例を示す要部断面図である。
【図５】本発明の成型装置における金型部分の構成の他の例を示す要部断面図である。
【図６】従来の成型装置の例を模式的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態の各例について説明する。
【００２８】
図１は本発明の成型装置１０の実施の形態の一例を模式的に示した図である。図１（ａ）は成形装置１０を前面から見た正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。
【００２９】
成形装置１０の中央に筒型の臼１１が配置され、臼１１の軸上に上パンチ１２および下パンチ１３が配されている。上パンチ１２および下パンチ１３はそれぞれロック付きシリンダ１４，１５により上下方向に動かすことができ、またロック機構により、上下の適当な位置で静止させることができる。またシリンダ１４，１５の上下動はフローティングジョイント（浮動性継手）１６を介して、上パンチ１２、下パンチ１３に伝えられ、シリンダ１４，１５と臼１１との軸ズレを吸収できる。
【００３０】
臼１１は３つのブロックに分割されており、臼上部１１ａのブロックはヒーター１７がつながれており、高温状態を保つことができる。臼下部１１ｃは、臼中央部１１ｂの断熱構造を介して臼上部１１ａと連結されており、臼下部１１ｃは常温を保つようにしてある。このように臼１１は、臼上部１１ａ，臼中央部１１ｂおよび臼下部１１ｃがそれぞれの軸を一致させて順に軸方向に並べて配置されている。
【００３１】
図２は、成型装置１０の金型部分の断面を示した図である。
【００３２】
金型は、臼１１と上パンチ１２と下パンチ１３とからなる。臼１１は３つのブロックに分割されており、臼上部１１ａは外側にヒーター１７が巻かれてある。臼中央部１１ｂは断熱構造となっており、臼上部１１ａと臼下部１１ｃとを断熱している。これによって、高温領域の臼上部１１ａに対して臼下部１１ｃを臼上部１１ａより低温な室温に保つようにしている。図２では示していないが、図１において下パンチ１３は金具を介して放熱される機構を有する。なお、臼上部１１ａを高温領域とするために、電熱線をヒーターとして用いる他にも、高温のスチームやオイルを流す等の手段を用いてもよい。ヒーターとして電熱線を用いると、温度管理が容易である。
【００３３】
図２を用いて、成形方法について説明する。
【００３４】
図２（ａ）にてバインダ入り原料２１を臼上部１１ａに充填する。このとき臼上部１１ａは高温状態にあり、バインダ成分の一部（低分子成分）は溶融するため、原料２１中の粉体の充填性は高く、緻密な成形体２２が得られる。バインダ成分のうち、高分子成分は、アクリル系樹脂やスチレン系樹脂等が結合材として用いられる。低分子成分としては、パラフィンワックスやマイクロクリスタルワックスやモンタンワックス等が用いられる。低分子成分は、脱脂性や粉体の流動性を向上させる。また、臼上部１１ａにおいて、金型温度を高分子成分の融点より低くすることによって、金型の隙間からの粉体の流出を抑制することができる。
【００３５】
このように、高温領域の温度は、熱可塑性樹脂の低分子成分の融点以上、高分子成分の融点以下の温度範囲に制御されるのが好ましい。さらに、上記低分子成分および高分子成分をバインダに用いる場合、具体的に、高温領域の温度は５０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）を用いて、原料２１の成型について説明する。上パンチ１２がシリンダ１４にて下方向に移動され、臼１１の上開口部から臼上部１１ａの内側に挿入され、バインダ入り原料２１を加圧する。このとき下パンチ１３は臼１１の下開口部から臼上部１１ａの内側まで挿入されてロックされている。次に下パンチ１３のロックを外し、上昇させて原料２１を加圧する。このとき下パンチ１３の圧力が上パンチ１２の圧力を超える場合は、上パンチ１２がロックされる。このようにして臼型１１の内部で上パンチ１２と下パンチ１３とから加えられる圧力によって高温状態の原料２１を成型し、成型体２２を得る。
【００３７】
次に図２（ｃ）を用いて、成型体２２の移動について説明する。下パンチ１３のロックを外し、所定の位置にロックが掛かるようにしておく。下パンチ１３に加える圧力を上パンチ１２に加えられる圧力より小さい圧力にし、上パンチ１２によって成形体２２および下パンチ１３を並行して下方に移動する。成形体２２には移動中も上パンチ１２と下パンチ１３との圧力差分の圧力が加えられる。臼下部１１ｃの所定位置に成型体２２が到達したら、下パンチ１３にロックが掛かるようにしてあり、そこで成型体２２を静止する。臼下部１１ｃは室温付近の常温とされているので、成形体２２は冷却され、バインダが固化する。数秒間保持し、成形体２２が十分に冷却されたら、下パンチ１３のロックを外し、上パンチ１２の圧力で下方向に移動し、図２（ｄ）に示すように、成型体２２を、臼１１の下側から外部に取り出す。
【００３８】
このように、成型装置１０は上パンチ１２および下パンチ１３の移動をコントロールするとともに成形体２２に適当な圧力を加える移動機構を備えている。
【００３９】
臼１１は、熱可塑性樹脂の低分子成分の融点以上の高温度に加熱された臼１１ａと、常温に保たれた臼１１ｃとの間に、臼１１ａよりも温度が低く、臼１１ｃよりも温度が高い臼１１ｆの領域をさらに設けてもよい。
【００４０】
図３は、このような成形装置１０の金型部分の断面を示す図である。
【００４１】
金型は臼１１と上パンチ３２と下パンチ３３からなる構造である。臼１１は５つの領域からなり、臼１１ａおよび臼１１ｄの外側にはそれぞれヒーター１７ａ，１７ｂが巻かれてある。臼１１ｂ、臼１１ｅは断熱構造となっており、それぞれ上部の臼１１ａと臼１１ａの下部にある臼１１ｄ、臼１１ｄと臼１１ｄの下部にある臼１１ｃとを断熱している。
【００４２】
臼１１ａはヒーター１７ａによって加熱されて臼１１の他の部位より高温となっており、臼１１ｄはヒーター１７ｂで同じく加熱されているが臼１１ａよりは低い温度の設定となるようにされている。臼１１ｃは常温に設定されている。
【００４３】
次に、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて、成形方法について説明する。
【００４４】
図３（ａ）にてバインダ入り原料２１を臼上部１１ａに充填する。このとき臼上部１１ａは高温状態にあり、バインダ成分の一部（低分子成分）は溶融するため、原料２１中の粉体の充填性は高く、緻密な成形体２２が得られる。バインダ成分のうち、高分子成分は、アクリル系樹脂やスチレン系樹脂等が結合材として用いられる。低分子成分としては、パラフィンワックスやマイクロクリスタルワックスやモンタンワックス等が用いられる。低分子成分は、脱脂性や粉体の流動性を向上させる。また、臼１１ａにおいて、金型温度を高分子成分の融点より低くすることによって、金型の隙間からの粉体の流出を抑制することができる。
【００４５】
このように、高温領域の温度は、熱可塑性樹脂の低分子成分の融点以上、高分子成分の融点以下の温度範囲に制御されるのが好ましい。さらに、高温領域の温度は、成形体２２の弾性率が０．５ＭＰａ〜８ＭＰａとなるように制御されるのが好ましい。上記低分子成分および高分子成分をバインダに用いる場合、具体的に、高温領域の温度は５０℃以上１５０℃以下である。
【００４６】
次に、図３（ｂ）を用いて、原料２１の成型について説明する。上パンチ３２が下方向に移動され、臼１１の上開口部から臼１１ａの内側に挿入され、バインダ入り原料２１を加圧する。このとき下パンチ３３は臼１１の下開口部から臼１１ａの内側まで挿入されてロックされている。次に下パンチ３３のロックを外し、上昇させて原料２１を加圧する。このとき下パンチ３３の圧力が上パンチ３２の圧力を超える場合は、上パンチ３２がロックされる。このようにして臼型１１ａの内部で上パンチ３２と下パンチ３３とから加えられる圧力によって高温状態の原料２１を成型し、成型体２２を得る。
【００４７】
次に図３（ｃ）を用いて、成型体２２の移動について説明する。下パンチ３３のロックを外し、所定の位置にロックが掛かるようにしておく。下パンチ３３に加える圧力を上パンチ３２に加えられる圧力より小さい圧力にし、上パンチ３２によって成形体２２および下パンチ３３を並行して下方に移動する。成形体２２には移動中も上パンチ３２と下パンチ３３との圧力差分の圧力が加えられる。臼１１ｄの所定位置に成型体２２が到達したら、下パンチ３３にロックが掛かるようにしてあり、そこで成型体２２を静止する。
【００４８】
臼１１ｄは、臼１１ａよりも低温に設定されており、成形体２２の弾性率が１０ＭＰａ〜１００ＭＰａとなるような温度に制御されているのが好ましい。弾性率が１００ＭＰａより大きいと、離型する際、成形体に応力が加わるが、弾性率が高く伸縮しにくいとクラックが発生する。また成形体内部に金型の一部がある場合（例えば図５のコアピン３４）、成形体の弾性率が高いと金型が破損する場合がある。また、弾性率が１０ＭＰａより小さい状態であると、成形体２２の固化が不十分であり、成形体２２の形状を維持できない虞がある。具体的に、バインダ樹脂の弾性率や、バインダ樹脂に含まれる潤滑剤により異なるが、臼１１ｄの金型温度においては３０℃〜７０℃程度が望ましい。
【００４９】
次に、図３（ｄ）に示すように、一定時間臼１１ｄに成形体２２を保持した後、下パンチ３３のロックを外し、下パンチ３３を下方向に移動し、下パンチ３３の離型を行う。図３（ｃ）に示すとおり、下パンチ３３は常温の臼１１ｅに接しており、臼１１ｄより低温になっている。このため下パンチ３３は熱収縮し離型しやすくなる。一方、成型体２２は樹脂成分を多く含んでいるため熱伝導性が悪く、臼１１ｄに近い温度であり、温度低下による弾性率の上昇を防ぐことができ、離型による成形体２２の破損やコアピン３４の破損を防ぐことができる。また、樹脂は温度が低い程、弾性率が高くなり、下パンチ３３の離型性は良くなる。
【００５０】
最後に、図３（ｅ）に示すように、成形体２２は臼１１ｃ内に移動され、常温の臼１１ｃ内で冷却されて、十分に固化される。そして、上パンチ３２をさらに下に移動することによって、臼１１ｃの下開口から排出される。
【００５１】
なお、図３には示されていないが、臼１１ｃは成形装置１０本体に繋がれている。したがって、熱容量が大きく、安定して常温に維持される。臼１１ｃを強制的に冷却しても良いが、結露等発生しやすく、また温度制御が難しく、自然冷却がよい。また臼１１ｃがなく、下パンチ３３を自然に冷却しても良いが、十分に離型の効果を得られない。
【００５２】
また、上記成形体２２の弾性率は、回転式粘弾性測定装置にて行った。バインダ入り原料２１をΦ１２ｍｍ、厚み１ｍｍに成形した単板をアルミ等の金属で挟み、回転方向の振動を加え、その応力を測定する。その際、温度を連続的に変動させ、温度毎の弾性率を計測する方法である。計測器は、例えばＡｎｔｏｎ Ｐａａｒ製Ｐｈｙｓｉｃａ ＭＣＲ３０１がある。
【００５３】
ここで、臼１１の詳細について説明する。
【００５４】
光通信用フェルールの場合、磁器直径（外径）は２．５ｍｍである。焼成時の収縮率を考慮すると成型体２２の直径は３．１ｍｍ程度となる。臼上部１１ａの温度を７５℃とし、臼下部１１ｃの温度を２５℃とすると、温度差ΔＴ＝５０℃となる。
【００５５】
セラミックスによる金型の摩耗を考えると、金型のビッカース硬さがセラミックス同等以上の１０ＧＰａ以上とすることが望ましい。この硬さを達成するには、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックス等のセラミックスや、金属にセラミックス溶射したもの、ＤＬＣコートしたものや、超硬合金を用いればよい。ここで加工性を考慮すると、加工が容易な超硬合金を用いることが望ましい。
【００５６】
この超硬合金は炭化タングステンとコバルトを主成分とする合金であり、線熱膨張係数は６×１０−６／℃程度である。温度差ΔＴ５０℃の場合で、
３．１ｍｍ×６×１０−６／℃×５０℃＝０．０００９３ｍｍ
となり、約１μｍの膨張を伴うことになる。
【００５７】
臼上部１１ａと臼下部１１ｂに同一寸法のものを用いると、熱膨張している臼上部１１ａで成型した成型物２２が、臼下部１１ｃに引っかかる問題があるので、予め臼上部１１ａに対し、臼下部１１ｃは熱膨張差分、内孔径を大きくし、稼動時の設定温度において臼上部１１ａおよび臼下部１１ｃが同一内寸になるようにしておくのが好ましい。ただし、成型体２２の熱膨張差は超硬合金以上に大きいので、上パンチ１２の移動速度を調整すれば、必ずしも必要なものではない。
【００５８】
次に臼中央部１１ｂについて説明する。
【００５９】
臼中央部１１ｂの内孔径は、臼下部１１ｃの内孔径と一致させるのが望ましい。また、臼中央部１１ｂには、臼上部１１ａより線熱膨張係数の大きい材質を用いるのが望ましい。臼中央部１１ｂと臼下部１１ｃとは常温であるため熱膨張もなく、成形体２２の移動に引っかかり等の問題は発生しない。一方、臼中央部１１ｂにおける臼上部１１ａの近傍は伝熱により加熱され、熱膨張が生じる。臼中央部１１ｂと臼上部１１ａの内孔径とが（常温にて）一致している場合、臼中央部１１の線熱膨張係数を臼上部１１ａより大きくしておくと、成形体の引っかかりを生じない。ただし、線熱膨張係数が大きすぎると成形体２２が傾いて引っかかる問題が生じるため、臼材の数倍程度の２０×１０−６／℃以下が望ましい。
【００６０】
臼中央部１１ｂの熱伝導率は小さい方が望ましい。熱伝導性が高いと臼中央部１１ｂの上下方向の厚みを大きくする必要があり、上パンチ１２および下パンチ１３のストロークを大きくする必要がある。また臼１１全体の同軸度が悪化する傾向となる。断熱性については、臼下部１１ｃの放熱性により異なるが、例えばジルコニアセラミックスを用いた場合、厚みを３ｍｍ程度にすることで臼下部１１ｃの温度を室温状態に保つことができた。
【００６１】
ジルコニアセラミックスは熱伝導率も３Ｗ／（ｍ・Ｋ）とセラミックスの中でも小さい値を有する。臼中央部が１０ｍｍ以上になると軸調整が困難になるので、臼中央部１１ｂの熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを用いるのが望ましい。
【００６２】
また、断熱材は、線熱膨張係数２０×１０−６／℃以下で、ビッカース硬さが１０ＧＰａ以上のものを用いるのが望ましい。なお、ジルコニアセラミックスは線熱膨張係数１０．５×１０−６／℃で熱膨張も小さく、ビッカース硬さも１０ＧＰａ以上（約１３ＧＰａ）で耐摩耗性に優れ、臼中央部１１ｂの断熱材料として好適である。
【００６３】
次に上パンチ１２と下パンチ１３について説明する。
【００６４】
上パンチ１２と下パンチ１３の材質については、臼１１と同様に、ビッカース硬さがセラミックスと同等以上の１０ＧＰａ以上が望ましい。この硬さを達成するには、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックス等のセラミックスや、金属にセラミックス溶射したもの、ＤＬＣコートしたものや、超硬合金を用いればよい。加工性を考慮すると、加工が容易な超硬合金を用いることが望ましい。
【００６５】
また、上パンチ１２と下パンチ１３の先端部１２ａ，１３ａは臼１１の温度と同等になるように熱伝導性に優れたものが良いが、成形体２２と接する先端部１２ａ，１３ａとそれ以外との間に先端部１２ａ，１３ａの温度を保つ断熱構造を設けるのが望ましい。そのため、先端部１２ａと上パンチ１２（または先端部１３ａと下パンチ１３）の本体との間に断熱材を介在させても良いが、温度サイクルの激しい部分になるので、異種材料を介在させることなく先端部１２ａと上パンチ１２または先端部１３ａと下パンチ１３とは一体化されている方が望ましい。
【００６６】
図４は一体化された上パンチ１２の例を示す横断面図である。このように断熱性を考えると、図４（ａ）に示すように、先端部１２ａを除いた部分が中空状態の筒状に形成された上パンチ１２（または下パンチ１３）を用いるのが好ましい。または、図４（ｂ）に示すように、先端部１２ａと上パンチ１２の本体部分との間に臼１１に接しないように外径を小さくしてくびれさせた構造とすることが望ましい。
【００６７】
図５は成型装置１０の一実施形態としての金型部分の断面図を示す。
【００６８】
下パンチ３３の先端部３３ａにはコアピン３４が設けられ、上パンチ３２の先端部３２ａにはコアピン３４を受ける穴３２ｂが設けられている。成型方法は上述した内容と同じであるが、成型体２２に内孔を設けることができる。これによって、内孔の同心度が３μｍ以下と小さく、光ファイバの接続用に用いるフェルールを作製することができる。
【００６９】
以上のようにして、被成型物の加熱および冷却サイクルの時間を短縮し、高精度で緻密かつ製品形状に近い形状の成形体２２を得ることができる成型装置１０、およびこの成型装置１０を用いた成型方法によってセラミック円筒体等の成形体２２を得ることができる。上記成型装置１０において、臼上部１１ａは高温と低温とに温度変化させる必要が無く、常時高温に維持しておけばよい。このため、稼動エネルギー効率にも優れる。
【００７０】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の一例では臼上部１１ａが高温領域で臼下部１１ｃが常温領域としたが、臼下部１１ｃが高温領域であってもよい。
【００７１】
また、上記において、被成型物はセラミック粉体と低分子成分および高分子成分を含む熱可塑性バインダとを混合した顆粒状の混合物を用いた例を説明した。ここで、セラミック粉体の例としては、ジルコニア質セラミックス，アルミナ質セラミックス，ムライト質セラミックス，炭化チタン質セラミックス等が挙げられる。成型装置１０およびこれを用いた上記成型方法は、上記例に示したセラミック成形体に限ることなく、例えば、金属粉末成形体，樹脂成形体等にも用いることができる。
【００７２】
また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１０：成型装置
１１：臼
１２，３２：上パンチ
１３，３３：下パンチ
１４：上シリンダ
１５：下シリンダ
１６：フローティングジョイント
１７：ヒーター
２１：原料
２２：成形体（被成型物）
３４：コアピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上パンチと下パンチと、該上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形装置であって、前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構と、前記領域で成型された被成型物を前記臼の他の領域に移動させる移動機構とを有することを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構は加熱機構であり、前記臼の他の領域よりも高温の高温領域とされることを特徴とする請求項１記載の成形装置。
【請求項３】
前記臼の一部にヒーターが配されて高温領域が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の成形装置。
【請求項４】
前記高温領域と前記他の領域との間に、前記高温領域より温度が低く、前記他の領域より温度が高い領域をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項５】
前記臼は、前記領域および前記他の領域の各設定温度において、各領域が同一内寸形状になるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項６】
前記臼の異なる温度領域の間に断熱構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成形装置。
【請求項７】
前記上パンチおよび前記下パンチの先端部に断熱構造が介在されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項８】
前記上パンチと前記下パンチと前記臼が円筒形であり、上パンチまたは下パンチにコアピンがあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の成形装置。
【請求項９】
セラミック粉体と熱可塑性バインダとが混合された顆粒状の混合物が、請求項１乃至７のいずれかに記載の成型装置を用いて製造されたことを特徴とするセラミック成型体の製造方法。
【請求項１０】
前記セラミック成型体は、セラミックフェルールまたはセラミックスリーブであることを特徴とする請求項９記載のセラミック成型体の製造方法。
【請求項１１】
上パンチと下パンチと、該上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形方法において、前記臼の一部の領域の温度を異ならせる工程と、前記臼の前記領域において前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する工程と、前記上パンチと前記下パンチとを前記臼の前記領域と異なる温度領域に移動させて前記被成型物を異なる温度領域に移動させる工程とを有することを特徴とする成形方法。
【請求項１２】
前記領域は他の領域よりも高温の高温領域とされており、該高温領域で被成型物をプレス成型した後に前記他の領域に移動させて前記被成型物を冷却する工程を有することを特徴とする請求項１０記載の成形方法。
【請求項１】
上パンチと下パンチと、該上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形装置であって、前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構と、前記領域で成型された被成型物を前記臼の他の領域に移動させる移動機構とを有することを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記臼の一部に温度が異なる領域を形成する機構は加熱機構であり、前記臼の他の領域よりも高温の高温領域とされることを特徴とする請求項１記載の成形装置。
【請求項３】
前記臼の一部にヒーターが配されて高温領域が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の成形装置。
【請求項４】
前記高温領域と前記他の領域との間に、前記高温領域より温度が低く、前記他の領域より温度が高い領域をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項５】
前記臼は、前記領域および前記他の領域の各設定温度において、各領域が同一内寸形状になるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項６】
前記臼の異なる温度領域の間に断熱構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成形装置。
【請求項７】
前記上パンチおよび前記下パンチの先端部に断熱構造が介在されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項８】
前記上パンチと前記下パンチと前記臼が円筒形であり、上パンチまたは下パンチにコアピンがあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の成形装置。
【請求項９】
セラミック粉体と熱可塑性バインダとが混合された顆粒状の混合物が、請求項１乃至７のいずれかに記載の成型装置を用いて製造されたことを特徴とするセラミック成型体の製造方法。
【請求項１０】
前記セラミック成型体は、セラミックフェルールまたはセラミックスリーブであることを特徴とする請求項９記載のセラミック成型体の製造方法。
【請求項１１】
上パンチと下パンチと、該上パンチおよび下パンチが上下から挿入される筒状の臼とから成る金型を用いて、前記臼内の前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する成形方法において、前記臼の一部の領域の温度を異ならせる工程と、前記臼の前記領域において前記上パンチと前記下パンチとの間で被成型物をプレスして成型する工程と、前記上パンチと前記下パンチとを前記臼の前記領域と異なる温度領域に移動させて前記被成型物を異なる温度領域に移動させる工程とを有することを特徴とする成形方法。
【請求項１２】
前記領域は他の領域よりも高温の高温領域とされており、該高温領域で被成型物をプレス成型した後に前記他の領域に移動させて前記被成型物を冷却する工程を有することを特徴とする請求項１０記載の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２２１６９０（Ｐ２０１０−２２１６９０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５３８３（Ｐ２００９−１９５３８３）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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