特開 2023-140722 溶融成形装置および振動子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023140722

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】溶融成形装置および振動子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 20/00 20060101AFI20230928BHJP

   H03H 3/02 20060101ALI20230928BHJP

   C03B 19/00 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

C03B20/00 E

H03H3/02 A

C03B20/00 G

C03B19/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022046704

(22)【出願日】2022-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤塚 徳夫

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 貴志

(72)【発明者】

【氏名】島岡 敬一

(72)【発明者】

【氏名】明石 照久

(72)【発明者】

【氏名】後藤 勝昭

【テーマコード（参考）】

4G014

5J108

【Ｆターム（参考）】

4G014AH00

5J108KK01

5J108MM08

(57)【要約】

【課題】振動子の溶融成形装置を提供する。
【解決手段】溶融成形装置は、平坦な上面と、上面に垂直な中心軸を中心として上面の一部に形成されている穴部と、を備える溶融成形型を備える。溶融成形装置は、中心軸の上方に配置されており、穴部と対向して配置されているバーナ先端部を有しており、バーナ先端部から穴部に向けて火炎を発生させることが可能に構成されているバーナを備える。溶融成形装置は、上面と平行な平面方向において、火炎の位置を移動可能に制御する火炎位置制御部を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平坦な上面と、前記上面に垂直な中心軸を中心として前記上面の一部に形成されている穴部と、を備える溶融成形型と、
前記中心軸の上方に配置されており、前記穴部と対向して配置されているバーナ先端部を有しており、前記バーナ先端部から前記穴部に向けて火炎を発生させることが可能に構成されているバーナと、
前記上面と平行な平面方向において、前記火炎の位置を移動可能に制御する火炎位置制御部と、
を備える、溶融成形装置。

【請求項2】

前記火炎位置制御部は、前記バーナ先端部と前記上面との距離を略一定に維持しながら、前記平面方向における前記バーナ先端部の位置を移動可能に制御する、請求項１に記載の溶融成形装置。

【請求項3】

前記火炎位置制御部は、前記中心軸を中心とした回転対称に配置されている３つ以上の電極を、前記火炎の周囲に備えており、
前記火炎位置制御部は、３つ以上の前記電極の間に発生する電界によって、前記平面方向における前記火炎の位置を移動可能に制御する、請求項１に記載の溶融成形装置。

【請求項4】

前記火炎位置制御部は、３つ以上の前記電極の各々に、第１極性の電圧と、前記第１極性とは反対の第２極性の電圧と、の何れかを印加することが可能に構成されており、
前記火炎位置制御部は、前記第１極性の電圧が印加される電極を変更可能に制御する、請求項３に記載の溶融成形装置。

【請求項5】

前記火炎位置制御部は、前記平面方向における前記火炎の位置を、前記中心軸を中心とした回転対称な軌跡で移動させることが可能に構成されている、請求項２～４の何れか１項に記載の溶融成形装置。

【請求項6】

前記火炎位置制御部は、前記中心軸に対して線対称に配置された電極対を、前記火炎の周囲に複数備えており、
前記火炎位置制御部は、複数の前記電極対の各々に、第１極性の電圧または前記第１極性とは反対の第２極性の電圧の何れかを印加することが可能に構成されている、請求項１に記載の溶融成形装置。

【請求項7】

前記火炎位置制御部は、前記第１極性の電圧が印加される前記電極対を変更可能に制御する、請求項６に記載の溶融成形装置。

【請求項8】

前記溶融成形型の温度を測定する温度センサであって、前記穴部の周囲に前記中心軸を中心とした回転対称に配置されている３か所以上の測定点の温度を測定可能に構成されている前記温度センサをさらに備え、
前記火炎位置制御部は、３か所以上の前記測定点の間の測定温度の温度差が小さくなるように、前記火炎の前記平面方向における位置を制御することが可能に構成されている、請求項１～７の何れか１項に記載の溶融成形装置。

【請求項9】

平坦な上面と、前記上面に垂直な中心軸を中心として前記上面の一部に形成されている穴部と、を備える溶融成形型と、
前記中心軸の上方に配置されており、前記穴部と対向して配置されているバーナ先端部を有しており、前記バーナ先端部から前記穴部に向けて火炎を発生させることが可能に構成されているバーナと、
前記上面と平行な平面方向において、前記火炎の位置を移動可能に制御する火炎位置制御部と、
を備える溶融成形装置を用いた振動子の製造方法であって、
前記上面に、前記穴部を覆うように板状の被加工材料を配置する配置工程と、
前記バーナ先端部から火炎を発生させる工程と、
前記穴部に負圧を発生させている状態で前記火炎位置制御部によって前記火炎の位置を移動させながら、前記被加工材料を前記火炎で加熱する加熱工程と、
を備える、振動子の製造方法。

【請求項10】

前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、前記バーナ先端部と前記上面との距離を略一定に維持しながら、前記平面方向における前記バーナ先端部の位置を移動させる、請求項９に記載の振動子の製造方法。

【請求項11】

前記火炎位置制御部は、前記中心軸を中心とした回転対称に配置されている３つ以上の電極を、前記火炎の周囲に備えており、
前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、３つ以上の前記電極の間に発生する電界によって、前記平面方向における前記火炎の位置を移動させる、請求項９に記載の振動子の製造方法。

【請求項12】

前記火炎位置制御部は、３つ以上の前記電極の各々に、第１極性の電圧と、前記第１極性とは反対の第２極性の電圧と、の何れかを印加することが可能に構成されており、
前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、前記第１極性の電圧が印加される電極を変更する、請求項１１に記載の振動子の製造方法。

【請求項13】

前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、前記平面方向における前記火炎の位置を、前記中心軸を中心とした回転対称な軌跡で移動させる、請求項９～１２の何れか１項に記載の振動子の製造方法。

【請求項14】

前記火炎位置制御部は、前記中心軸に対して線対称に配置された電極対を、前記火炎の周囲に複数備えており、
前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、複数の前記電極対の各々に、第１極性の電圧または前記第１極性とは反対の第２極性の電圧の何れかを印加する、請求項９に記載の振動子の製造方法。

【請求項15】

前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、前記第１極性の電圧が印加される前記電極対を変更する、請求項１４に記載の振動子の製造方法。

【請求項16】

前記溶融成形装置は、前記溶融成形型の温度を測定する温度センサであって、前記穴部の周囲に前記中心軸を中心とした回転対称に配置されている３か所以上の測定点の温度を測定可能に構成されている前記温度センサをさらに備えており、
前記加熱工程において、前記火炎位置制御部は、３か所以上の前記測定点の間の測定温度の温度差が小さくなるように、前記火炎の前記平面方向における位置を制御する、請求項９～１５の何れか１項に記載の振動子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、振動子の溶融成形装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、高精度化が可能であるジャイロとして、溶融シリカを振動子に用いたBird-bath Resonator Gyroscope (BRG)が開示されている。具体的には、上面の一部に穴部が形成されている溶融成形型を準備する。穴部は、成形型の上面に垂直な中心軸を中心として、上面の一部に形成されている。穴部を塞ぐように被加工材料（例：石英板）を配置し、被加工材料の下面を減圧し、被加工材料の上面をバーナで加熱する。穴部の内部に入り込むように被加工材料を溶融変形させることで、半球形状の振動子を作製することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／０７９１２９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

穴部の中心軸に対して高い対称性を備えた振動子を作製するためには、穴部の中心軸に対して同心円状の温度分布で入熱する必要がある。しかし火炎の温度分布は、中心軸に対して非対称性を有するため、高い対称性を備えた振動子を作製することが困難である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する溶融成形装置は、平坦な上面と、上面に垂直な中心軸を中心として上面の一部に形成されている穴部と、を備える溶融成形型を備える。溶融成形装置は、中心軸の上方に配置されており、穴部と対向して配置されているバーナ先端部を有しており、バーナ先端部から穴部に向けて火炎を発生させることが可能に構成されているバーナを備える。溶融成形装置は、上面と平行な平面方向において、火炎の位置を移動可能に制御する火炎位置制御部を備える。

【0006】

上記構成では、上面と平行な平面方向において、火炎の位置を移動させることができる。これにより、火炎温度分布の中心軸に対する非対称性を改善することができる。中心軸に対して同心円状の温度分布で入熱することができるため、高い対称性を備えた振動子を作製することが可能となる。

【0007】

火炎位置制御部は、バーナ先端部と上面との距離を略一定に維持しながら、平面方向におけるバーナ先端部の位置を移動可能に制御してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0008】

火炎位置制御部は、中心軸を中心とした回転対称に配置されている３つ以上の電極を、火炎の周囲に備えていてもよい。火炎位置制御部は、３つ以上の電極の間に発生する電界によって、平面方向における火炎の位置を移動可能に制御してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0009】

火炎位置制御部は、３つ以上の電極の各々に、第１極性の電圧と、第１極性とは反対の第２極性の電圧と、の何れかを印加することが可能に構成されていてもよい。火炎位置制御部は、第１極性の電圧が印加される電極を変更可能に制御してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0010】

火炎位置制御部は、平面方向における火炎の位置を、中心軸を中心とした回転対称な軌跡で移動させることが可能に構成されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0011】

火炎位置制御部は、中心軸に対して線対称に配置された電極対を、火炎の周囲に複数備えていてもよい。火炎位置制御部は、複数の電極対の各々に、第１極性の電圧または第１極性とは反対の第２極性の電圧の何れかを印加することが可能に構成されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0012】

火炎位置制御部は、第１極性の電圧が印加される電極対を変更可能に制御してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0013】

溶融成形型の温度を測定する温度センサであって、穴部の周囲に中心軸を中心とした回転対称に配置されている３か所以上の測定点の温度を測定可能に構成されている温度センサをさらに備えていてもよい。火炎位置制御部は、３か所以上の測定点の間の測定温度の温度差が小さくなるように、火炎の平面方向における位置を制御することが可能に構成されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

【0014】

本明細書が開示する振動子の製造方法の一実施形態は、平坦な上面と、上面に垂直な中心軸を中心として上面の一部に形成されている穴部と、を備える溶融成形型と、中心軸の上方に配置されており、穴部と対向して配置されているバーナ先端部を有しており、バーナ先端部から穴部に向けて火炎を発生させることが可能に構成されているバーナと、上面と平行な平面方向において、火炎の位置を移動可能に制御する火炎位置制御部と、を備える溶融成形装置を用いた振動子の製造方法である。振動子の製造方法は、上面に、穴部を覆うように板状の被加工材料を配置する配置工程を備える。振動子の製造方法は、バーナ先端部から火炎を発生させる工程を備える。振動子の製造方法は、穴部に負圧を発生させている状態で火炎位置制御部によって火炎の位置を移動させながら、被加工材料を火炎で加熱する加熱工程を備える。効果の詳細は実施例で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例１の溶融成形装置１の断面概略図である。

【図2】実施例１の溶融成形装置１の上面図である。

【図3】振動子の製造工程を説明するフロー図である。

【図4】バーナ中心軸ＢＡの移動軌跡ＴＲ１の一例を示す図である。

【図5】実施例１の変形例を示す斜視図である。

【図6】実施例２の溶融成形装置２０１の断面側面図である。

【図7】実施例２の溶融成形装置２０１の断面上面図である。

【図8】火炎ＦＬの移動態様を示す図である。

【図9】火炎ＦＬの形状の変化を示す図である。

【図10】実施例２の第１変形例を示す断面側面図である。

【図11】実施例２の第２変形例を示す断面側面図である。

【図12】実施例２の第３変形例を示す断面側面図である。

【図13】実施例３の溶融成形装置３０１の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0016】

（溶融成形装置１の構成）
図１に、溶融成形装置１の断面概略図を示す。図２に、溶融成形装置１の上面図を示す。図１は、図２のI－I線における断面図に対応している。なお図２では、バーナ５０、可動機構５３および電動ステージ４５の記載を省略している。

【0017】

電動ステージ４５は、ｘｙ方向（水平方向）に移動可能に構成されている。電動ステージ４５は、平坦な載置面４５ｓを備えている。載置面４５ｓ上には、ヒートシンク４０およびプレート１０を介して、成形型２０が載置されている。

【0018】

ヒートシンク４０は、電動ステージ４５と成形型２０との間に配置されている。ヒートシンク４０は、プレート１０の下面１０ｒと接触している。ヒートシンク４０の内部には、循環配管４１が配置されている。循環配管４１は、チラー設備４２に接続されている。循環配管４１には、チラー設備４２によって恒温化（例：３５℃）された熱媒が循環している。これによりヒートシンク４０は、工程中に一定の温度を保ち続けることができる。

【0019】

プレート１０は、ヒートシンク４０上に配置されている。プレート１０は、成形型２０を設置するためのステンレス製の台である。プレート１０は、成形型２０を冷却する機能を備えている。プレート１０の表面１０ｓには、第１連絡孔１０ｃ１が形成されている。第１連絡孔１０ｃ１は、貫通孔２０ｅに対応した位置に配置されており、貫通孔２０ｅと接続している。第１連絡孔１０ｃ１は、第１連絡路１０ｐ１を介して負圧発生手段８１に接続されている。負圧発生手段８１は、穴部２０ｈに負圧を発生させることが可能な手段である。負圧発生手段８１は、例えば真空ポンプであってもよい。

【0020】

成形型２０は、プレート１０の表面１０ｓ上に配置されている。成形型２０は、石英板３０を溶融変形させて半球形状の振動子を成形するための型である。成形型２０の材料はグラファイトとした。本実施例では、成形型２０は、中心軸ＣＡを備えた円板形状である。成形型２０は、下面２０ｒ、上面２０ｓ、穴部２０ｈ、支柱２０ｐ、貫通孔２０ｅ、を備える。下面２０ｒおよび上面２０ｓは、中心軸ＣＡに垂直な平坦面である。上面２０ｓの一部には、穴部２０ｈが形成されている。穴部２０ｈは、石英板３０が溶融変形するための変形空間である。本実施例では、穴部２０ｈは、中心軸ＣＡを中心として円筒状にくり抜かれた形状を有している。穴部２０ｈは、底面２０ｂを備えている。穴部２０ｈの中央には、底面２０ｂから垂直上方に伸びている支柱２０ｐが配置されている。支柱２０ｐは、中心軸ＣＡを中心軸とする円柱である。底面２０ｂには、下面２０ｒに貫通している複数の貫通孔２０ｅが形成されている。貫通孔２０ｅは第１連絡孔１０ｃ１に連通している。

【0021】

成形型２０の上面２０ｓには、穴部２０ｈを覆うように、石英板３０が配置されている。石英板３０は、振動子を形成するための被加工材料である。石英板３０は、溶融シリカ製とした。石英板３０の厚さは、例えば１００μｍ以下である。本実施例では石英板３０は正方形であるが、円形や正六角形であってもよい。

【0022】

バーナ５０は、中心軸ＣＡの上方に配置されている。バーナ５０は、予混合室５０ｃ、チューブ５０ｔ、バーナ先端部５０ｓ、を備えている。予混合室５０ｃには、ガス流量調整器５２から、燃料ガスＧ１（例：プロパン）および酸素ガスＧ２が供給される。ガス流量調整器５２は、不図示のマスフローコントローラを備えており、燃料ガスＧ１および酸素ガスＧ２の流量の制御および監視が可能である。チューブ５０ｔは、予混合室５０ｃから下方側へ延びている。チューブ５０ｔは、上下方向に延びるバーナ中心軸ＢＡを有する、円筒形状の部材である。チューブ５０ｔの下端には、穴部２０ｈと対向するバーナ先端部５０ｓが配置されている。バーナ先端部５０ｓから穴部２０ｈに向けて火炎を発生させることにより、石英板３０を加熱することができる。

【0023】

バーナ５０は、可動機構５３に固定されている。可動機構５３は、上下方向（±ｚ方向）、および、上面２０ｓに平行なｘｙ平面方向に移動可能な機構である。可動機構５３は、バーナ先端部５０ｓを、中心軸ＣＡに沿って上下に移動させることができる。また可動機構５３は、バーナ先端部５０ｓと上面２０ｓとの距離を略一定に維持しながら、２次元のｘｙ平面内でバーナ先端部５０ｓの位置を移動させることができる。

【0024】

制御部７０は、電動ステージ４５、可動機構５３、ガス流量調整器５２、負圧発生手段８１に接続されている。制御部７０は、これらの機器から各種情報を取得するとともに、これらの機器を制御する。制御部７０は、例えば例えばＰＣであってもよい。

【0025】

（振動子の製造工程）
図３のフロー図を用いて、振動子の製造工程を説明する。ステップＳ１０において、チラー設備４２から循環配管４１に熱媒を常時循環させることで、ヒートシンク４０を恒温状態にする。またプレート１０の表面１０ｓに、成形型２０を設置する。

【0026】

ステップＳ２０において、成形型２０の上面２０ｓに石英板３０を配置する。このとき、中心軸ＣＡと石英板３０の中心とが一致するように位置決めする。制御部７０からの信号により負圧発生手段８１は、第１連絡孔１０ｃ１の真空引きを行う。これにより、貫通孔２０ｅを介して穴部２０ｈも真空引きされ、石英板３０が成形型２０の上面２０ｓに吸着固定される。これにより、図１および図２に示す状態となる。

【0027】

ステップＳ３０において、制御部７０は、バーナ５０に着火する。着火は、バーナ先端部５０ｓが石英板３０の表面から十分に離れている退避位置において行われる。

【0028】

ステップＳ４０において制御部７０は、可動機構５３を制御することにより、バーナ先端部５０ｓの位置を、２次元のｘｙ平面内で移動させる。移動軌跡は、中心軸ＣＡを中心とした回転対称な軌跡であり、一筆書きの軌跡である。なお、軌跡を一周する周期は、石英板３０の溶融変形に必要な加工時間に比して、十分に短いことが好ましい。例えば加工時間が１０～２０秒程度である場合には、軌跡を一周する周期は、数秒以下であることが好ましい。これにより、中心軸ＣＡに対して同心円状の温度分布で入熱することが可能となる。

【0029】

移動軌跡の軌道は様々であって良い。バーナ５０の温度分布の非対称性に合わせて、軌跡の軌道を選択してもよい。例えば、円、トロコイド曲線、多角形やｎ芒星などのベクタースキャン、ラスタースキャン、などの軌道であってよい。軌道を適宜選択することにより、温度分布の対称性を改善する効果が得られる。図４に、バーナ先端部５０ｓにおけるバーナ中心軸ＢＡの移動軌跡ＴＲ１の一例を示す。図４の移動軌跡ＴＲ１は、内トロコイド曲線の一種である。

【0030】

ステップＳ５０において制御部７０は、可動機構５３を制御することによりバーナ５０を下降させて、バーナ先端部５０ｓと石英板３０との距離を小さくする。これにより、火炎による石英板３０の加熱工程が開始される。

【0031】

下降を開始するタイミング、および、バーナ先端部５０ｓと石英板３０との距離は、様々な態様で制御することが可能である。例えば、ステップＳ３０でバーナ５０に着火してから予め設定した時間が経過することに応じて下降を開始し、バーナ先端部５０ｓと石英板３０とが予め定めた距離まで近づくことによって下降を停止してもよい。また例えば、不図示の放射温度計で支柱２０ｐの温度を計測し、温度フィードバック制御により、下降タイミングやバーナ先端部５０ｓと石英板３０との距離を決定してもよい。

【0032】

石英板３０には、大気圧と穴部２０ｈ内の負圧との差圧による分布荷重が印加されている。よって、石英板３０が軟化温度まで加熱されることに応じて、穴部２０ｈに入り込むように石英板３０を溶融変形させることができる。ステップＳ６０において、石英板３０の溶融変形が完了したと判断されると（Ｓ６０：ＹＥＳ）、ステップＳ７０へ進む。加工終点の検出方法は様々であって良い。例えば、ステップＳ５０でバーナ５０を下降させてから、予め定められた加工時間が経過することに応じて、加工終点を検出してもよい。

【0033】

ステップＳ７０において制御部７０は、可動機構５３を制御し、バーナ５０を上昇させる。そして退避位置まで移動することに応じて、上昇を停止する。また火炎を消火する。ステップＳ８０において制御部７０は、可動機構５３を制御することにより、バーナ先端部５０ｓのｘｙ平面内での移動を停止する。

【0034】

ステップＳ９０において制御部７０は、冷却の完了を待機する。冷却が完了すると、制御部７０は、負圧発生手段８１を停止する。これにより穴部２０ｈが大気開放される。ステップＳ１００において、溶融成形された石英板３０を成形型２０から取り外す。石英板３０の外周の未成形領域をＣＭＰ法やレーザーカット法などによって除去することで、振動子が完成する。

【0035】

（課題）
穴部２０ｈの中心軸ＣＡに対して高い対称性を備えた振動子を作製するためには、中心軸ＣＡに対して同心円状の温度分布でバーナ５０から入熱する必要がある。しかし火炎の温度分布は、中心軸ＣＡに対して非対称性を有するため、高い対称性を備えた振動子を作製することが困難である。

【0036】

そこで従来、石英板３０を吸着させた成形型２０を中心軸ＣＡ周りに回転させ、火炎の温度分布の非対称性を抑制する技術があった。しかしこの従来技術では、成形型２０下に設置されるプレート１０ごと回転させる必要がある。プレート１０は排熱の制御性や均一性を高めるために熱容量を大きくする必要があり、大重量である。従って、回転機構が大型化するなどの問題があった。また穴部２０ｈを減圧しながら回転させる必要があるため、回転摺動部の気密性を高める必要がある。従って、装置全体が高額になるという問題があった。また従来技術では、加工中に、回転による遠心力が石英板３０に印加される。そして、成形型２０の劣化や加工中の石英板３０の溶融破壊によるリークなどによって、穴部２０ｈの負圧による石英板３０の吸着力が低下すると、石英板３０が外れて飛散するおそれがあるため、問題であった。

【0037】

また火炎の温度分布の非対称性を改善するために、バーナ５０をバーナ中心軸ＢＡ周りに回転させるという手法も考えられる。しかし、バーナ５０には燃料ガスＧ１の配管が接続されているため、配管が外れたりガス漏れが発生したりする危険性があり、問題である。また、バーナ５０をバーナ中心軸ＢＡ周りに±１８０度の繰り返し回転させる（脈動させる）という手法も考えられる。しかし、回転の反転時に回転速度の加減速を伴うため、火炎温度分布の均一性を高めることが困難であり、問題である。

【0038】

（効果）
実施例１の溶融成形装置１では、バーナ先端部５０ｓの位置を、中心軸ＣＡを中心とした回転対称な軌跡で、ｘｙ平面内で移動させることができる。これにより、中心軸ＣＡに対して同心円状の温度分布で、均熱帯の広い入熱を実現することができる。高い対称性を備えた振動子を作製することが可能となる。

【0039】

本実施例の溶融成形装置１では、プレート１０を回転させることなく、火炎の温度分布の対称性を高めることができる。よって、装置の大型化や高額化を抑制することが可能となる。また、石英板３０の吸着力が低下した場合においても、石英板３０が飛散してしまうことがない。

【0040】

本実施例の溶融成形装置１では、バーナ５０をバーナ中心軸ＢＡ周りに回転させることなく、火炎の温度分布の対称性を高めることができる。よって、配管が外れたりガス漏れが発生したりする危険性を抑制することが可能となる。

【0041】

（実施例１の変形例）
ｘｙ平面内でバーナ先端部５０ｓの位置を移動させる機構は、可動機構５３に限られず、様々な機構であってよい。例えば図５の斜視図に示すように、バーナ５０の上部に、３６０°回転可能な回動支持点５０ｒを備えてもよい。そして不図示の機構によって、バーナ中心軸ＢＡを、回動支持点５０ｒを中心に振ってもよい。これにより、すりこぎ運動と呼ばれる動作によって、バーナ先端部５０ｓの位置を移動させることができる。

【0042】

なお、すりこぎ運動させるエリアは狭くてよいため、中心軸ＣＡに対するバーナ中心軸ＢＡの傾斜角は１０°以下と小さくすることができる。従って、バーナ５０が傾斜することによる、バーナ先端部５０ｓと石英板３０との距離の変動は無視できる程度に小さいため、入熱の均一性においては問題ない。

【実施例0043】

（溶融成形装置２０１の構成）
図６に、実施例２の溶融成形装置２０１の断面側面図を示す。図７に、実施例２の溶融成形装置２０１の断面上面図を示す。図７は、図６のVII－VII線における断面図に対応している。なお図６では、ヒートシンク４０および電動ステージ４５の記載を省略しているとともに、バーナ先端部５０ｓ近傍のみを記載している。実施例２は、電極２６１～２６４を備えている点が、実施例１と異なっている。実施例１の溶融成形装置１と共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。また実施例２に特有の部位には、２００番台の符号を付すことで区別している。

【0044】

電極２６１～２６４は、火炎ＦＬが発生する領域の周囲を取り囲むように、不図示の保持機構によって配置されている。電極２６１～２６４は、中心軸ＣＡを中心とした回転対称に配置されている。電極２６１および２６３と、電極２６２および２６４とによって、中心軸ＣＡに対して線対称に配置された電極対が形成されている。電極２６１～２６４の各々は、制御部７０に接続されている。制御部７０は、電極２６１～２６４の各々に、マイナス電圧およびプラス電圧の何れかを印加することが可能に構成されている。

【0045】

（火炎の移動制御）
火炎は正イオンを含んでいるため、マイナス電圧を印加した電極に引き寄せられる性質を有している。そこで、火炎を移動させたい方向に存在する電極にマイナス電圧を印加することで、ｘｙ平面内で火炎を移動させることが可能となる。

【0046】

図８（Ａ）～（Ｄ）を用いて、火炎ＦＬの先端部を円の軌跡で移動させる場合を説明する。図８は、図７の断面上面図と同様の図である。図８（Ａ）に示すように、電極２６１にマイナス電圧を印加し、電極２６２～２６４にプラス電圧を印加すると、火炎ＦＬは電極２６１方向（＋ｘ方向）へ移動する。次に、図８（Ｂ）に示すように、電極２６２にマイナス電圧を印加し、電極２６１、２６３、２６４にプラス電圧を印加すると、火炎ＦＬは電極２６２方向（－ｙ方向）へ移動する。以下同様にして、図８（Ｃ）に示すように、電極２６３のみにマイナス電圧を印加すると、火炎ＦＬは電極２６３方向（－ｘ方向）へ移動する。図８（Ｄ）に示すように、電極２６４のみにマイナス電圧を印加すると、火炎ＦＬは電極２６４方向（＋ｙ方向）へ移動する。図８（Ａ）～（Ｄ）に示す順番でマイナス電圧を印加する電極を切り替え続けることにより、火炎ＦＬの先端部を、中心軸ＣＡを中心とした円の移動軌跡ＴＲ２０１で動かすことが可能となる。

【0047】

なお、マイナス電圧を印加する電極の切り替え制御を適宜調整することにより、トロコイド曲線などの様々な軌跡を形成することができる。

【0048】

（火炎の形状制御）
対向する電極に共にマイナス電圧を印加することで、火炎のｘｙ平面の断面形状を引き伸ばすことが可能となる。図９（Ａ）および図９（Ｂ）の例を用いて説明する。図９（Ａ）に示すように、電極２６１および２６３の対にマイナス電圧を印加し、電極２６２および２６４の対にプラス電圧を印加すると、火炎ＦＬの断面形状をｘ方向に引き伸ばすことができる。また図９（Ｂ）に示すように、電極２６２および２６４の対にマイナス電圧を印加し、電極２６１および２６３の対にプラス電圧を印加すると、火炎ＦＬの断面形状をｙ方向に引き伸ばすことができる。図９（Ａ）および図９（Ｂ）の状態を交互に切り替え続けることにより、火炎ＦＬの先端部の断面形状を、中心軸ＣＡを中心とした回転対称な形状で変化させることが可能となる。

【0049】

（効果）
実施例２の溶融成形装置２０１では、電界により火炎を移動させることができる。火炎の移動機構に機械的な可動部を必要としないため、摩耗や異物噛み込みなどによる故障が発生しない。火炎の移動機構の信頼性を高めることが可能となる。

【0050】

バーナ５０を機械的に駆動する構成では、駆動する部材の慣性モーメントが大きい場合に、駆動周波数を高くすることが困難である。一方、実施例２の電界駆動では、慣性モーメントの問題がないため、駆動周波数を自由に設定することが可能となる。

【0051】

（実施例２の第１変形例）
電極の形状、構造、配置態様は、様々であって良い。例えば図１０に示すように、高さ方向（ｚ方向）に分割されていてもよい。電極２６１ａは、上部電極２６１Ｕおよび下部電極２６１Ｌを備えている。同様に、電極２６３ａは、上部電極２６３Ｕおよび下部電極２６３Ｌを備えている。そして、下部電極２６１Ｌに、上部電極２６１Ｕよりも強いマイナス電圧を印加してもよい。これにより、火炎ＦＬの下側により強い電界を印加することができる。火炎ＦＬの先端部を、より大きく下部電極２６１Ｌ側に移動させることが可能となる（領域Ｒ１参照）。

【0052】

また電極の配置姿勢は、成形型２０の上面２０ｓに垂直な態様に限られない。図１０に示すように、下方側（－ｚ方向側）に行くほど中心軸ＣＡからの距離が大きくなるように、傾けて配置してもよい。効果を説明する。火炎ＦＬのｘｙ平面方向の移動量は、バーナ先端部５０ｓではゼロであり、下方側に行くほど大きくなる。従って、下方側に行くほど中心軸ＣＡからの距離が大きくなるように電極を傾けることにより、火炎ＦＬの先端部が電極に接触してしまうことを防止できる（領域Ｒ１参照）。電極の耐久性を高めることが可能となる。

【0053】

また電極の断面形状は、直線形状に限られない。図１０に示すように、下方側に行くほど中心軸ＣＡからの距離が大きくなるように、屈曲していてもよい。これにより、火炎ＦＬの屈曲形状に電極の屈曲形状を一致させることができる。火炎ＦＬが電極に引き寄せられた場合における、火炎ＦＬと電極との距離を、電極の高さ方向において一定とすることができる（領域Ｒ２参照）。火炎ＦＬが電極に接触してしまうことを防止しながら、電極間距離を最小化することができる。電極間距離が電界の強さに比例するため、より大きく炎を動かすことが可能となる。

【0054】

（実施例２の第２変形例）
電界の印加態様は様々であって良い。電極以外の部材に電圧を印加して電界を発生させてもよい。例えば図１１に示すように、制御部７０によって成形型２０に型電圧ＭＶを印加可能に構成してもよい。成形型２０にプラスの型電圧ＭＶを印加し、電極２６１ａおよび２６３ａにマイナス電圧を印加することにより、成形型２０から電極２６１ａおよび２６３ａへ電界ＥＦを発生させることができる。よって火炎ＦＬの先端部を、電極２６１ａおよび２６３ａ側へ広げることができる（領域Ｒ３参照）。

【0055】

なお、成形型２０への電圧印加の態様は様々であって良い。例えば、直流のマイナス電圧を印加してもよい。これにより、火炎ＦＬの先端部を広げた状態で維持することが可能になる。また例えば、交流電圧を印加してもよい。これにより、火炎ＦＬの先端部を広げたり狭めたりするように、周期的に変動させることが可能となる。

【0056】

（実施例２の第３変形例）
電極の材料は様々であってよい。例えば図１２に示すように、火炎ＦＬ側に対向する内面２６１ｉおよび２６３ｉを絶縁体とし、外面２６１ｏおよび２６３ｏを導電体としてもよい。絶縁体は耐熱性があることが好ましく、例えばアルミナが好適である。導電体も耐熱性があることが好ましく、例えばＳＵＳが好適である。

【0057】

火炎ＦＬはプラズマなので、通常の空気より絶縁耐圧が低い。そのため火炎ＦＬを介して電極間で放電が発生し、電界強度が低下してしまう場合がある。そこで内面２６１ｉおよび２６３ｉに絶縁体を配置することにより、電極間での放電を抑制できるため、電界強度の低下を防止することが可能となる。