JP3647688B2 - 石英ガラスルツボ製造装置および製造方法 - Google Patents
石英ガラスルツボ製造装置および製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラスルツボの製造装置および製造方法に係わり、特に内表面において不純物や気泡が存在しない石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板に用いられるシリコン単結晶は、一般にチョクラルスキー法（ＣＺ法）で製造されており、このＣＺ法は石英ガラスルツボ内に多結晶シリコン原料を装填し、装填されたシリコン原料を周囲から加熱して溶融し、上方から吊り下げた種結晶をシリコン融液に接触してから引き上げるものである。
【０００３】
ＣＺ法に使用される石英ガラスルツボは、シリコン単結晶の高純度化に伴い、石英ガラスルツボにも高純度のものが要求されている。
【０００４】
このＣＺ法に使用される石英ガラスルツボは、一般に粉砕して精製した石英粉を回転可能な型を回転させながらこの型内に供給し、遠心力により型の周囲に石英粉をルツボ状に充填させ、同時に内側からアーク放電で溶融する石英ガラスルツボ製造方法により製造されていた。
【０００５】
しかしながら、このアーク放電を用いる石英ガラスルツボ製造方法には、製造される石英ガラスルツボを汚染、あるいは気泡を発生させる下記のような問題があった。
【０００６】
図２０に示すように、従来の石英ガラスルツボ製造装置１１１を用いた石英ガラスルツボ製造方法は、ルツボ成形型１１２内に石英粉からなる成形体Ｐを成形し、カーボン電極１１３をルツボ成形型１１２の上方に位置（図２０中に鎖線で示す）するカーボン電極１１３を降下させ、蓋体１１４に設けられた貫通孔部１１４ｈを貫通させてルツボ成形型１１２内に挿入させた後、アーク放電を開始すると、カーボン電極１１３の先端部１１３ａからカーボン微粒子が落下して成形体Ｐに付着し、この成形体Ｐの溶融に伴って、カーボン微粒子がガラス中に取込まれ、これが気泡となって石英ガラスルツボの品質を低下させていた。
【０００７】
また、ルツボ成形型内にカーボン電極１１２を挿入してアーク放電を継続し、多数の石英ガラスルツボを製造すると、この成形体Ｐが溶融されて形成される石英ガラスルツボの内表面から蒸発した珪素酸化物がカーボン電極１１３の側壁部１１５に付着して、この付着物が溶融工程中に溶融石英ガラスルツボ中に落下することによって、石英ガラスルツボを汚染し、さらに、これが気泡となって石英ガラスルツボの品質を低下させていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで特に内表面において不純物や気泡の存在しない石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置が要望されていた。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、特に内表面において不純物や気泡の存在しない石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿退自在に設けられた遮断体であることを特徴とするする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項２の発明では、上記遮断体は石英ガラス製で皿形状を有することを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項３の発明では、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、カーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させるカーボン電極回動機構であることを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項４の発明では、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、ルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に待機させるルツボ成形型移動機構であることを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項５の発明は、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、前記開口部を覆うようにルツボ成形型の上方に配置され、この中央部に貫通孔が形成された蓋体と、前記蓋体の上方に配置され、上下方向に移動可能に設けられた複数のアーク放電用カーボン電極と、前記カーボン電極各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有することを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項６の発明では、上記蓋体の貫通孔に上記カーボン電極の先端部を挿通し、アーク放電によって上記ルツボ形状の成形体を溶融中間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、上記カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、上記ノズルより高圧ガスを吹きかけるようにカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整する制御機構を有することを特徴とする請求項６に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項７の発明では、上記ノズルが、複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置されており、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うように調整する制御機構を有することを特徴とする請求項６に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１７】
本願請求項８の発明では、上記蓋体の少なくとも下面部が石英ガラスで被覆された金属製体によって構成されていることを特徴とする請求項８に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１８】
本願請求項９の発明は、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、前記開口部を覆うようにルツボ成形型の上方に配置され、この中央部に貫通孔が形成された蓋体と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、前記蓋体の貫通孔に挿通され、かつ先端部が前記ルツボ成形型の開口部に挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、アーク放電開始時に前記カーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止する遮断体と、前記カーボン電極各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルとを有することを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１９】
本願請求項１０の発明は、ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、カーボン電極による成形体の溶融に先立って、遮断体をルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿入状態にし、もしくは、カーボン電極回動機構によりカーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させ、または、ルツボ成形型移動機構によりルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に待機させてカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入し、成形体を溶融することを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２０】
本願請求項１１の発明は、ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、中央部に貫通孔が形成された蓋体で開口部を覆い、貫通孔にアーク放電用のカーボン電極の先端部を挿通した後、アーク放電を行って成形体の溶融を行い、この溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけることを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２１】
本願請求項１２の発明では、上記ノズルを複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置し、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うようにすることを特徴とする請求項１２に記載の石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２２】
本願請求項１３の発明は、ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、カーボン電極による成形体の溶融に先立って、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿退自在に設けられた遮断体を挿入状態にしてカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入して成形体の溶融を行い、この溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけることを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置および製造方法について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１は、ルツボ成形型２と、このルツボ成形型２に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型２内にアーク放電を行うカーボン電極３と、このカーボン電極３のアーク放電開始時にカーボン電極３から落下するカーボン微粒子が成形体Ｐに混入するのを防止するカーボン混入防止手段、例えば皿形状の遮断体４と、ルツボ成形型２の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体５とを有している。
【００２５】
ルツボ成形型２は、図２に示すように、保持体７とこの保持体７に内装され石英原料粉が成形体Ｐに成形されるカーボン型８を有し、保持体７に設けられた回転軸９を介して回転駆動装置１０に連結されている。さらに、図１に示すように、この回転駆動装置１０は、レール１１上に移動自在に設けられた台車１２に取付けられている。
【００２６】
カーボン電極３は３本のカーボン体３ｐ、３ｐ、３ｐからなり、各々電極取付部材１３に下方に頂点を有するような逆三角錐状をなすように取付けられ、さらに、この電極取付部材１３は石英ガラスルツボ製造装置１を収納する筐体１４の天井部１５から垂下する電極支持部材１６に昇降自在に取付けられている。従って、電極取付部材１３はワイヤー１７を介して天井部１５に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置１８により昇降制御されるようになっており、電極取付部材１３を昇降させることにより、カーボン電極３が昇降されるようになっている。
【００２７】
なお、カーボン電極３は３本に限らず、電源装置を選択することによって２本とすることもできる。
【００２８】
遮断体４は、図３および図４に示すように、電極支持部材１６の下端部に軸支され石英ガラス製で、ルツボ成形型２とこのルツボ成形型２の上方に設けられたカーボン電極３との間に挿脱自在に設けられ、カーボン電極３のアーク放電開始時には、カーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上に位置して、カーボン電極３から落下するカーボン微粒子を捕獲し、カーボンがルツボ成形型２内に落下しないようになっている。
【００２９】
また、アーク放電による成形体Ｐの溶融時には、遮断体４は回動されて、図４中に鎖線で示すように、カーボン電極３とルツボ成形型２との間から退去され、図３に示すように、カーボン電極３が降下して、先端部３ａがルツボ成形型２内に挿入されるのを妨げないようになっている。
【００３０】
なお、遮断体４の移動機構は省スペースの観点から回動式が好ましいが、これに限らず、直線的に移動する機構であってもよい。
【００３１】
遮断体４は、製造された石英ガラスルツボの皿形状の底部を切だしたものを用いることで、安価に、しかも製造する石英ガラスルツボへの不純物の混入を防止する上で、有利である。
【００３２】
図１に示すように、石英ガラスルツボ製造装置１を収納する筐体１４は、仕切扉１９を有する仕切板２０によって加熱溶融室１４ａと成形室１４ｂとに区画され、仕切板２０を介して隣接して原料粉供給装置２１を収納している。この原料粉供給装置２１の下方には成形治具２２が設けられ、石英原料粉供給時および成形時、点線で示す位置にレール１１上を移動する台車１２に設けられたルツボ成形型２に石英原料粉を供給し成形するようになっている。なお、ルツボ成形型２は筐体１４に設けられた扉２３を開閉して、筐体１４外に取出せるようになっている。
【００３３】
次に本第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置を用いた石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００３４】
図１に示すように、レール１１上で台車１２を成形室１４ｂに移動させ、点線で示す充填成形位置にルツボ成形型２を配置し、原料粉供給装置２１から石英原料粉をルツボ成形型２に供給し、回転駆動装置１０によりルツボ成形型２を回転させながら成形治具２２により石英原料粉をルツボ形状の成形体Ｐに成形する。しかる後、台車１２をレール１１上で移動させて、台車１２およびルツボ成形型２を加熱溶融室１４ａに移動させ、ルツボ成形型２をカーボン電極３の真下に位置させる。次に貫通孔５ｈがカーボン電極３に対向するように蓋体５でルツボ成形型２の開口部２ａを覆い、遮断体４を回動させてカーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上に位置させる。
【００３５】
しかる後、アーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定であると同時に、電極表面と電極内部の温度差によってカーボン電極３からカーボン微粒子が落下する頻度がそれ以降よりも著しく高くなる。しかし、カーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上に遮断体４が位置しているので、カーボン電極３から落下するカーボン微粒子は遮断体４で捕獲され、カーボンはルツボ成形型２内の成形体Ｐに達することはなく、カーボン微粒子が成形体Ｐに混入することがない。また、これに伴い石英ガラスルツボ内表面への気泡混入を防止することができる。
【００３６】
アーク放電開始から一定時間、約３０秒経過し、アークが安定した後、遮断体４を回動させて、カーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上の位置から退去させる。遮断体４の退去後、ワイヤー巻取り装置１８を作動させて電極取付部材１３を降下させて、アークが安定状態にあるカーボン電極３の先端部３ａを蓋体５の貫通孔５ｈに貫通させ、先端部３ａをルツボ成形型２内に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極３がルツボ成形型２に挿入されるとルツボ成形型２内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融され、石英ガラスルツボが製造される。
【００３７】
本第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１を用いて石英ガラスルツボを製造すれば、カーボン混入防止手段である遮断体４により、アーク放電開始時に、落下するカーボン微粒子を捕獲して、カーボン微粒子が混入しない高純度かつ内表面の気泡が極めて少ない石英ガラスルツボを製造することができる。
【００３８】
次に、第１実施形態の第１変形例の石英ガラスルツボ製造装置について説明する。
【００３９】
図５および図６に示すように、第１変形例の石英ガラスルツボ製造装置３１は、上述した図１に示す第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１の遮断体４に換えて、カーボン混入防止手段として、カーボン電極３２を移動、例えば回転移動させる電極移動装置３３を設けたものである。
【００４０】
この石英ガラスルツボ製造装置３１には、ルツボ成形型３４内にアーク放電を行うカーボン電極３２が、ルツボ成形型３４に対向する上部に昇降自在に設けられている。このカーボン電極３２は、３本のカーボン体３２ｐ、３２ｐ、３２ｐからなり、各々電極取付部材３５に逆三角錐状をなすように取付けられている。さらに、この電極取付部材３５は石英ガラスルツボ製造装置３１を収納する加熱溶融室３６ａと成形室３６ｂを有する筐体３６の天井部３７から垂下し主電極支持部材３８ａと従電極支持部材３８ｂとで一対をなす電極支持部材３８に昇降自在に取付けられている。
【００４１】
電極取付部材３５はワイヤー３９を介して天井部３７に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置４０により昇降制御されるようになっており、電極取付部材３５を昇降させることにより、カーボン電極３２が昇降されるようになっている。
【００４２】
電極移動装置３３は、ギア機構３３ａを具備したモータ３３ｂ有しており、このモータ３３ｂは、ギア機構３３ａを介して主電極支持部材３８ａと結合されている。従電極支持部材３８ｂの上端部３８ｂ１は天井部３７に設けられた円弧形状に長孔４１に摺動自在に支持されている。
【００４３】
従って、図６に示すように、電極移動装置３３の作動により主電極支持部材３８ａおよび従電極支持部材３８ｂを回動させ、カーボン電極３２をルツボ成形型３４の真上の位置から外れた位置、すなわち、ルツボ成形型３４の上方投影域外の待機位置（図６中の鎖線で示す位置）に移動することができる。
【００４４】
また、図５および図６に示すように、ルツボ成形型３４の上方には貫通孔４２ｈが形成された蓋体４２が設けられ、この蓋体４２により、ルツボ成形型３４の開口部３４ａを覆い、ルツボ成形型３４の内部を高温ガス雰囲気にするようになっている。なお、待機位置の下方床上にカーボン受皿４３を設けておくのが好ましい。
【００４５】
次に、第１変形例の石英ガラスルツボ製造装置を用いた石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００４６】
図５に示すように、成形室３６ｂで成形された成形体Ｐを収納するルツボ成形型３４を加熱溶融室３６ａに移動させ、ルツボ成形型３４をカーボン電極３２の真下に位置させる。
【００４７】
次に貫通孔４２ｈがカーボン電極３２に対向するように蓋体４２でルツボ成形型３４の開口部３４ａを覆い、さらに、電極移動装置３３の作動により、図６に示すように、主電極支持部材３８ａおよび従電極支持部材３８ｂを回動させ、カーボン電極３２を待機位置（図６中の鎖線で示す位置）に移動させる。
【００４８】
しかる後、アーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定でカーボン電極３２からカーボン微粒子が落下する。しかし、カーボン電極３２はルツボ成形型３４の上方投影域外の待機位置にあるので、カーボン電極３２から落下するカーボン微粒子は、カーボン受皿４３に落下する。従って、カーボン微粒子はルツボ成形型２内の成形体Ｐに達することはなく、カーボン微粒子が成形体Ｐに混入することがない。
【００４９】
アーク放電開始から一定時間、約３０秒経過し、アークが安定した後、電極移動装置３３の作動により主電極支持部材３８ａおよび従電極支持部材３８ｂを回動させ、カーボン電極３２をルツボ成形型３４および蓋体４２の貫通孔４２ｈの真上に位置させる。
【００５０】
しかる後、ワイヤー巻取り装置４０を作動させて電極取付部材３５を降下させ、アークが安定状態にあるカーボン電極３２の先端部３２ａを蓋体４２の貫通孔４２ｈに貫通させ、先端部３２ａをルツボ成形型３４に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極３２がルツボ成形型３４に挿入されるとルツボ成形型３４内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融され、カーボン微粒子が混入しない高純度の石英ガラスルツボを製造することができる。
【００５１】
次に第１実施形態の第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置について説明する。
【００５２】
図７に示すように、第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置５１は、図１に示す第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１の遮断体４に換えて、カーボン混入防止手段として、ルツボ成形型移動機構５２を設けたものである。
【００５３】
第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置５１は、ルツボ成形型５３と、このルツボ成形型５３を成形体Ｐの非溶融時、カーボン電極５４の下方投影域外の待機位置、例えば、筐体５５に形成された成形室５５ｂ内の充填成形位置に移動させるルツボ成形型移動機構５６と、ルツボ成形型５３に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型５３内にアーク放電を行うカーボン電極５４と、ルツボ成形型５３の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体５７とを有している。
【００５４】
ルツボ成形型移動機構５２は、レール５８と、このレール５８上を走行しルツボ成形型５３が乗せられた台車５９と、この台車５９を図７中の実線で示す加熱溶融室５５ａ内の溶融位置と点線で示す成形室５５ｂ内の充填成形位置との間で移動させるワイヤー６０およびワイヤー駆動モータ６１とを有している。
【００５５】
成形室５５ｂ内にはルツボ成形型移動機構５２により移動されたルツボ成形型５３に石英粉を供給する原料粉供給装置６２と石英粉を成形体Ｐに成形する成形治具６３が設けられている。
【００５６】
次に、第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置５１を用いた石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００５７】
図７および図８に示すように、ルツボ成形型移動機構５２のワイヤー駆動モータ６１を作動させて、ワイヤー６０を水平方向に動かして台車５９をレール５８で走行させ、台車５９およびルツボ成形型５３を実線で示す溶融位置から点線で示す充填成形位置に移動させる。しかる後、原料粉供給装置６２からルツボ成形型５３に石英粉を供給し、成形治具６３ににより成形体Ｐを成形する。成形された成形体Ｐを収納した状態のままルツボ成形型５３を充填成形位置に待機させる。ルツボ成形型５３を待機させた状態で、アーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定でカーボン電極５４からカーボン微粒子が落下する。しかし、カーボン電極５４の真下にはルツボ成形型５３がなく、カーボン電極５４から落下するカーボン微粒子は、カーボン受皿（図示せず）に落下する。
【００５８】
しかる後、ワイヤー巻取り装置６２を作動させて電極取付部材６４を降下させ、アークが安定状態にあるカーボン電極５４の先端部５４ａを蓋体５７の貫通孔５７ｈに貫通させ、先端部５７ａをルツボ成形型５３に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極５４がルツボ成形型５３に挿入されるとルツボ成形型５４内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融され、カーボン微粒子が混入しない高純度の石英ガラスルツボを製造することができる。
【００５９】
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置および製造方法の第２実施形態について説明する。
【００６０】
図９および図１０に示すように、第２実施形態の石英ガラスルツボ製造装置７１は、ルツボ成形型７２と、このルツボ成形型７２に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型７２内にアーク放電を行うカーボン電極７３と、ルツボ成形型７２の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体７４と、カーボン電極７３のアーク放電時、カーボン電極７３に高圧ガスを吹きかけるノズル７５を有している。
【００６１】
ルツボ成形型７２を回動する回転駆動装置７６は、レール７７上に移動自在に設けられた台車７８に取付けられている。
【００６２】
カーボン電極７３は３本のカーボン体７３ｐ、７３ｐ、７３ｐからなり、各々電極取付部材７９に逆三角錐状をなすように取付けられ、筐体８０の天井部８１から垂下する電極支持部材８２に昇降自在に取付けられている。この電極取付部材７９はワイヤー８３を介して天井部８１に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置８４より昇降制御されるようになっており、電極取付部材７９を降させることにより、カーボン電極７３が昇降されるようになっている。
【００６３】
石英ガラスルツボ製造装置７１を収納する筐体８０は、加熱溶融室８０ａと成形室８０ｂとに区画され、成形室８０ｂは原料粉供給装置８５を収納している。この原料粉供給装置８５の下方には成形治具８６が設けられ、石英原料粉供給時および成形時、点線で示す位置にレール７７上を移動する台車７８に設けられたルツボ成形型７２に石英原料粉を供給し成形するようになっている。
【００６４】
蓋体７４は、図１１に示すように、矩形形状をなす金属製、例えばステンレス製で冷却パイプ８７により水冷された板体８８で、溶融時、カーボン電極７３の先端部７３ａが貫通し、例えば、図１２に示すように、ほぼＹ字形状に穿設された貫通孔７４ｈが設けられ、かつカーボン電極７３に対向する少なくとも下面部７４ｂ、好ましくは、全外周面が厚さ１ｍｍ以上の石英ガラスより好ましくは合成石英ガラス８９で被覆されている。
【００６５】
このような蓋体７４を用いることによって、従来用いられていた不透明石英ガラス製のものに比べ耐用寿命が向上し、蓋体自身の変形に伴う成形体Ｐ内側の温度分布に不均一が生じ、外径の寸法不良が発生したりすることを防止できる。
【００６６】
なお、貫通孔７４ｈの形状は開口面積を可能な限り小さくすることが好ましいので、Ｙ字形状が好ましいが、三角形状、円形状あるいは他の複雑形状であってもよい。また、この被覆材料は高純度なものであれば、アルミナ、ジルコニアもしくは、これらの混合体を主成分とする酸化セラミックスを用いてもよい。
【００６７】
ノズル７５は、蓋体７４のわずか上方に配設され、図１２ないし図１４に示すように、カーボン電極７３が低い位置にあるときに、各々のノズル７５が、各々のカーボン体７３ｐの側壁部７３ｐ１に対向するようになっている。
【００６８】
また、カーボン電極７３は、少なくともこの先端部７３ａが蓋体７４の下側に位置する範囲において、アーク溶融中に上下方向に移動可能となっており、図１３に示すように、カーボン電極７３の先端７３ａがルツボ型７２内に挿入された状態で成形体Ｐの溶融を行い、図１４に示すように、カーボン電極７３が上昇中もしくは、上記範囲の上死点に達した時点で、ノズル７５からカーボン電極７３の外側の側壁部７３ｐ１に空気、窒素ガス、他の不活性ガスなどの高圧ガスを吹きかけるように、図示しない制御機構によってカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整するようになっている。
【００６９】
また、上記ノズルのガス吹きかけ機構において、図示しない制御機構によって、例えば３本にノズル各々からのガス吹きかけを時間をずらして順次行うように調整するようになっている。
【００７０】
なお、ノズル７５は図１２に示すように、排出孔がノズル７５に横長方向に配置してもよく、また、縦長方向に配置してもよい。
【００７１】
この成形体Ｐの溶融工程において、図１３に示すように、先端部７３ａがルツボ成形型７２に挿入された状態で３０秒〜４分間アーク放電を行い、その後アーク放電を行ったまま、ワイヤー巻取り装置８４を作動させて電極取付部材７７をゆっくり上昇させながら、カーボン体７３ｐの側壁部７３ｐ１に対して、ノズル７５から各ノズル毎に順次時間差をつけて高圧窒素ガスを吹かけ、石英ガラスルツボ（成形体）内表面から蒸発し、カーボン体７３ｐの図５に示す側壁部７３ｐ１に付着した珪素酸化物を除去する。
【００７２】
なお、カーボン体７３ｐの先端部７３ａ付近は高温になるため珪素酸化物が付着しにくいので、通常は高圧窒素ガスを吹付つける必要がない。
【００７３】
このように各ノズル毎に順次時間差をつけて高圧窒素ガスを吹付つけずに、複数同時に行うと、高圧窒素ガスが蓋体７４の貫通孔７４ｈの上方でぶつかり合い、珪素酸化物が下方に落下するおそれがある。
【００７４】
溶融工程中、上記サイクル時間でカーボン電極７３の昇降を繰返して珪素酸化物の除去を行うが、この除去工程において、高圧窒素ガスが時間差をおいて、各々のカーボン体７３ｐに吹かけられるので、カーボン体７３ｐから除去された珪素酸化物は水平方向に吹飛ばされ、貫通孔７４ｈからルツボ成形型７２内に落下することがなく、成形体Ｐを珪素酸化物で汚染することがない。
【００７５】
なお、ノズル７５からの高圧窒素ガスの吹きかけは、上述の通りカーボン体７３ｐが上昇中に行われてもよいが、カーボン体７３ｐの先端部７３ａが蓋体７４の下面部７４ｂより上方にこない範囲で上死点を設け、ここで停止した状態で行ってもよい。カーボン体７３ｐを上昇させる際には、アーク放電を停止することなく、上昇中においても、ルツボ成形型内側空間を所定の高温に保持することが重要である。これによって、製造される石英ガラスルツボの均質性を確保することができる。また、ノズル６のガス排出孔を水平ではなく、やや上方に傾けることによって、蓋体７４の貫通孔７４ｈから、石英ガラスルツボ内に珪素酸化物が落下することをより効果的に防止することができる。
【００７６】
さらに、蓋体７４が、ルツボ成形型７２の開口部７２ａを覆い、成形用型７２内を高温雰囲気に保つようにしているが、図１１に示すように、蓋体７４は水冷され、合成石英ガラス８９で被覆されているので、耐熱性が向上して寿命が延び、さらに合成石英ガラス８９で被覆しているので、製造される石英ガラスルツボを金属汚染することもない。
【００７７】
本第２実施形態の石英ガラスルツボ製造装置７１を用いて石英ガラスルツボを製造すれば、石英ガラスルツボ内に珪素酸化物の落下がない、高純度、かつ内表面の気泡が極力低減された石英ガラスルツボを製造することができる。
【００７８】
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置および製造方法の第３実施形態について説明する。
【００７９】
本第３実施形態の石英ガラスルツボ製造装置は、第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置に第２実施形態で用いたカーボン電極に高圧ガスを吹付けるノズルを設けたものである。
【００８０】
図１５に示すように、第３実施形態の石英ガラスルツボ製造装置９１は、ルツボ成形型９２と、このルツボ成形型９２に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型９２内にアーク放電を行うカーボン電極９３と、図１６および図１７に示すように、このカーボン電極９３のアーク放電開始時、カーボン電極９３から落下するカーボン微粒子が成形体Ｐに混入するのを防止するカーボン混入防止手段、例えば皿形状の遮断体９４と、ルツボ成形型９２の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体９５と、カーボン電極９３のアーク放電時、カーボン電極９３に高圧ガスを吹付けるノズル９６とを有している。
【００８１】
ルツボ成形型９２を回動する回転駆動装置９３は、レール９４上に移動自在に設けられた台車９５に取付けられている。
【００８２】
カーボン電極９３は３本のカーボン体９３ｐ、９３ｐ、９３ｐからなり、各々電極取付部材９６に逆三角錐状をなすように取付けられ、さらに、この電極取付部材９３は石英ガラスルツボ製造装置９１を収納する筐体９７の天井部９８から垂下する電極支持部材９９に昇降自在に取付けられている。従って、電極取付部材９６はワイヤー９９を介して天井部９８に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置１００により昇降制御されるようになっており、電極取付部材９６を昇降させることにより、カーボン電極９３が昇降されるようになっている。
【００８３】
遮断体９４は、電極支持部材９６の下端部に軸支され石英ガラス製で、ルツボ成形型９２とこのルツボ成形型９２の上方に設けられたカーボン電極９３との間に挿脱自在に設けられ、カーボン電極９３のアーク放電開始時には、カーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上に位置して、カーボン電極９３から落下するカーボン微粒子を捕獲し、カーボン微粒子がルツボ成形型９２内に落下しないようになっている。
【００８４】
また、アーク放電による成形体Ｐの溶融時には、遮断体９４は回動されて、図１６中に鎖線で示すように、カーボン電極９３とルツボ成形型９２との間から退去され、カーボン電極９３が降下して、先端部９３ａがルツボ成形型９２内に挿入されるのを妨げないようになっている。
【００８５】
蓋体９５は、アーク放電による成形体Ｐの溶融時、ルツボ成形型９２の開口部９２ａを覆い、ルツボ成形型９２内を高温ガス雰囲気にするためのものである。
【００８６】
ノズル９６は、蓋体９５のわずか上方に配設され、各々のノズル９６が、各々のカーボン体９３ｐの側壁部９３ｐ１に対向するようになっている。
【００８７】
また、カーボン電極９３は、少なくともこの先端部９３ａが蓋体９５の下側に位置する範囲において、アーク溶融中に上下方向に移動可能となっており、図１８に示すように、カーボン電極９３の先端９３ａがルツボ型９２内に挿入された状態で成形体Ｐの溶融を行い、図１９に示すように、カーボン電極９３が上昇中もしくは、上記範囲の上死点に達した時点で、ノズル９５からカーボン電極９３の外側の側壁部９３ｐ１に空気、窒素ガス、他の不活性ガスなどの高圧ガスを吹きかけるように、図示しない制御機構によってカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整するようになっている。
【００８８】
また、上記ノズルのガス吹きかけ機構において、図示しない制御機構によって、例えば３本にノズル各々からのガス吹きかけを時間をずらして順次行うように調整するようになっている。
【００８９】
次に本第３実施形態の石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００９０】
最初に成形室９７ｂで成形体Ｐが成形されたルツボ成形型９２を加熱溶融室９７ａに移動させ、ルツボ成形型９２をカーボン電極９３の真下に位置させる。次に貫通孔９５ｈがカーボン電極３に対向するように蓋体９５でルツボ成形型９２の開口部９２ａを覆い、遮断体９４を回動させてカーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上に位置させる。
【００９１】
しかる後、カーボン電極９３のアーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定でカーボン電極９３からカーボン微粒子が落下する。しかし、カーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上に遮断体９４が位置しているので、カーボン電極９３から落下するカーボン微粒子は遮断体９４で捕獲され、カーボン微粒子はルツボ成形型９２内の成形体Ｐに達することはなく、カーボン微粒子が成形体Ｐに混入することがない。
【００９２】
アーク放電開始から一定時間、約３０秒経過し、アークが安定した後、遮断体９４を回動させて、カーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上の位置から退去させる。
【００９３】
遮断体９４の退去後、ワイヤー巻取り装置１００を作動させて電極取付部材９６を降下させて、アークが安定状態にあるカーボン電極９３の先端部９３ａを蓋体９５の貫通孔９５ｈに貫通させ、先端部９３ａをルツボ成形型９２内に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極９３がルツボ成形型９２に挿入されるとルツボ成形型２内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融されてカーボン微粒子が混入しない高純度の石英ガラスルツボが製造される。
【００９４】
この成形体Ｐの溶融工程において、図１８に示すように、先端部９３ａがルツボ成形型９２に挿入された状態で３０秒〜４分間アーク放電を行い、図１９に示すように、その後アーク放電を行ったまま、板体巻取り装置１００を作動させて電極取付部材９６をゆっくり上昇させながら、カーボン体９３ｐの側壁部９３ｐ１に対して、各ノズル９６から順次時間差をつけて高圧窒素を吹かけ、石英ガラスルツボ（成形体）内表面から蒸発し、カーボン体９３ｐの側壁部９３ｐ１に付着した珪素酸化物を除去する。
【００９５】
ノズル９６からの高圧窒素ガスの吹きかけは、上記の通りカーボン体９３ｐが上昇中に行われてもよいが、カーボン体９３ｐの先端部９３ａが蓋体９５の下面部９５ｂより上方にこない範囲で上死点を設け、ここで停止した状態で行ってもよい。カーボン体９３ｐを上昇させる際には、アーク放電を停止することなく、上昇中においても、ルツボ成形型内側空間を所定の高温に保持することが重要である。これによって、製造される石英ガラスルツボの均質性を確保することができる。
【００９６】
溶融工程中、上記サイクル時間でカーボン電極９３の昇降を繰返して除去を行うが、この除去工程において、高圧窒素が時間差を設けて、各々のアークカーボン９３ｐに吹付けられるので、アークカーボン９３ｐから除去された珪素酸化物は水平方向に吹飛ばされ、貫通孔９５ｈからルツボ成形型９２内に落下することがなく、成形体Ｐを珪素酸化物で汚染することがない。
【００９７】
上記のように本第３実施形態に石英ガラスルツボ製造装置９１は、遮断板９４により溶融開始時にアークカーボン９３ｐから落下するカーボン微粒子が、遮断体９４で捕獲され、成形体Ｐに混入することがなく、また、溶融工程中カーボン電極９３に付着する珪素酸化物がノズル９６によって吹飛ばされるので、貫通孔９５ｈからルツボ成形型９２内に落下することがない。従って、遮断板９４とノズル９６の相乗作用によって、カーボン微粒子および珪素酸化物が混入しない高純度、かつ内表面の気泡が極力低減された石英ガラスルツボを製造することができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係わる石英ガラスルツボおよびその製造方法によれば、特に内表面の不純物が極力低減された石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置および製造方法を提供することができる。
【００９９】
すなわち、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時、カーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有するので、カーボン電極から成形体に落下するカーボンをなくし、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１００】
また、カーボン混入防止手段は、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿脱自在に設けられた遮断体であるので、構造が簡単でかつ確実にカーボン電極から落下するカーボンを捕獲することができる。
【０１０１】
また、遮断体は石英ガラス製で皿形状を有するので、落下するカーボンを確実に捕獲することができると共に、製造される石英ガラスルツボと同材質であるので、石英ガラスルツボを汚染することがなく、高純度の石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０２】
また、他の１つのカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、カーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させるカーボン電極回動機構であるので、構造が簡単でかつカーボンが成形体に混入するのを確実に防ぐことができる。
【０１０３】
また、他のもう１つのカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、ルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に位置させるルツボ成形型移動機構であるので、ルツボ成形型が充填成形位置にあるときを利用してアーク放電開始を行うことができるので、特別な装置を設けることなく、構造が簡単でかつカーボンが成形体に混入するのを確実に防ぐことができる。
【０１０４】
ルツボ成形型の開口物を塞ぎ中央部に貫通孔が形成された蓋体の上方に配置され、上下方向に移動可能に設けられた複数のアーク放電用カーボン電極の各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有するので、カーボン電極に付着した珪素酸化物を確実に除去することにより、酸化珪素が成形体に落下するの確実に防止でき、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０５】
蓋体の貫通孔にカーボン電極の先端部を挿通し、アーク放電によってルツボ形状の成形体を溶融している間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、上記カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、上記ノズルより高圧ガスを吹きかけるようにカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整する制御機構を有するので、ノズルによりカーボン電極の各部位に付着した珪素酸化物を確実に除去することにより、酸化珪素が成形体に落下するのを確実に防止でき、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０６】
ノズルが、複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置されており、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うように調整する制御機構を有するので、カーボン電極から除去された珪素酸化物が、貫通孔から成形体に落下するのを確実に防止できる。
【０１０７】
蓋体の少なくとも下面部が石英ガラスで被覆された金属製体によって構成されたいるので、耐熱性が向上し、製造される石英ガラスルツボを金属汚染することがない。
【０１０８】
上下方向に移動可能に設けられ、溶融時、蓋体の貫通孔に挿通される複数のアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段と、アーク放電用カーボン電極の各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有するので、カーボン混入防止手段とノズルの相乗作用によって、カーボン微粒子および珪素酸化物が混入しない高純度、かつこの混入に伴い発生する気泡が内表面にほとんど皆無の石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０９】
カーボン電極による成形体の溶融に先立って、カーボン混入防止手段によりカーボンから落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入し、成形体を溶融するので、カーボン電極から成形体に落下するカーボンをなくし、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１１０】
成形体の溶融を行っている間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけるので、珪素酸化物を確実に除去できる。
【０１１１】
ノズルを複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置し、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うようにするので、カーボン電極から除去された珪素酸化物が、貫通孔から成形体に落下するの確実に防止できる。
【０１１２】
カーボン電極による成形体の溶融に先立って、カーボン混入防止手段によりカーボンから落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入して成形体の溶融を行い、溶融を行っている間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけるので、カーボン混入防止手段とノズルの相乗作用によって、カーボン微粒子および珪素酸化物が混入しない高純度、かつこの混入に伴い発生する気泡が内表面にほとんど皆無の石英ガラスルツボを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の概念図。
【図２】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の断面図。
【図３】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態に用いられるカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図４】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置に用いられるカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図５】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の第１変形例の概念図。
【図６】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の第１変形例のカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図７】 本発明に係わる石英ガラスルツボの製造装置の第１実施形態の第２変形例の概念図。
【図８】 本発明に係わる石英ガラスルツボの製造装置の第１実施形態の第２変形例のカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図９】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態の概念図。
【図１０】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態の断面図。
【図１１】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられる蓋体の断面図。
【図１２】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられるノズルの配置状態を示す説明図。
【図１３】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられるカーボン電極とノズルの関係を示す説明図。
【図１４】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられるノズルの動作状態を示す説明図。
【図１５】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態の断面図。
【図１６】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられる遮断体とノズルを示す説明図。
【図１７】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられる遮断体とノズルを示す説明図。
【図１８】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられるカーボン電極とノズルの関係を示す説明図。
【図１９】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられるノズルの動作状態を示す説明図。
【図２０】 従来の石英ガラスルツボの製造装置の概念図。
【符号の説明】
１ 石英ガラスルツボ製造装置
２ ルツボ成形型
２ａ 開口部
３ カーボン電極
３ａ 先端部
３ｐ カーボン体
４ カーボン混入防止手段（遮断体）
５ 蓋体
５ｂ 下面部
５ｈ 貫通孔
７ 保持体
８ カーボン型
９ 回転軸
１０ 回転駆動装置
１１ レール
１２ 台車
１３ 電極取付部材
１４ 筐体
１４ａ 加熱溶融室
１４ｂ 成形室
１５ 天井部
１６ 電極支持部材
１７ ワイヤー
１８ ワイヤー巻取り装置
１９ 仕切扉
２０ 仕切板
２１ 原料粉供給装置
２２ 成形治具
２３ 扉
３１ 石英ガラスルツボ製造装置
３２ カーボン電極
３２ｐ カーボン体
３３ 電極移動装置
３４ ルツボ成形型
３５ 電極取付部材
３６ 筐体
３６ａ 加熱溶融室
３６ｂ 成形室
３７ 天井部
３８ａ 主電極支持部材
３８ｂ 従電極支持部材
３８ｂ 電極支持部材
３８ｂ１ 上端部
３９ ワイヤー
４０ ワイヤー巻取り装置
４１ 長孔
４２ 蓋体
４２ｈ 貫通孔
４３ カーボン受皿
５１ 石英ガラスルツボ製造装置
５２ ルツボ成形型移動機構
５３ ルツボ成形型
５４ カーボン電極
５５ 筐体
５５ａ 加熱溶融室
５５ｂ 成形室
５６ ルツボ成形型移動機構
５７ 蓋体
５８ レール
５９ 台車
６０ ワイヤー
６１ ワイヤー駆動モータ
６２ 原料粉供給装置
６３ 成形治具
６４ 電極取付部材
７１ 石英ガラスルツボ製造装置
７２ ルツボ成形型
７２ａ 開口部
７３ カーボン電極
７３ｈ 貫通孔
７３ｐ カーボン体
７３ｐ１ 側壁部
７４ 蓋体
７４ｂ 下面部
７５ ノズル
７６ 回転駆動装置
７７ レール
７８ 台車
７９ 電極取付部材
８０ 筐体
８０ａ 加熱溶融室
８０ｂ 成形室
８１ 天井部
８２ 電極支持部材
８３ ワイヤー
８４ ワイヤー巻取り装置
８５ 原料粉供給装置
８６ 成形治具
８７ 冷却パイプ
８８ 板体
８９ 合成石英ガラス
９１ 石英ガラスルツボ製造装置
９２ ルツボ成形型
９２ａ 開口部
９３ カーボン電極
９３ａ 先端部
９３ｐ カーボン体
９３ｐ１ 側壁部
９４ 遮断体
９５ 蓋体
９５ｂ 下面部
９６ ノズル
９７ 筐体
９８ 天井部
９９ 電極支持部材
１００ ワイヤー巻取り装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラスルツボの製造装置および製造方法に係わり、特に内表面において不純物や気泡が存在しない石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板に用いられるシリコン単結晶は、一般にチョクラルスキー法（ＣＺ法）で製造されており、このＣＺ法は石英ガラスルツボ内に多結晶シリコン原料を装填し、装填されたシリコン原料を周囲から加熱して溶融し、上方から吊り下げた種結晶をシリコン融液に接触してから引き上げるものである。
【０００３】
ＣＺ法に使用される石英ガラスルツボは、シリコン単結晶の高純度化に伴い、石英ガラスルツボにも高純度のものが要求されている。
【０００４】
このＣＺ法に使用される石英ガラスルツボは、一般に粉砕して精製した石英粉を回転可能な型を回転させながらこの型内に供給し、遠心力により型の周囲に石英粉をルツボ状に充填させ、同時に内側からアーク放電で溶融する石英ガラスルツボ製造方法により製造されていた。
【０００５】
しかしながら、このアーク放電を用いる石英ガラスルツボ製造方法には、製造される石英ガラスルツボを汚染、あるいは気泡を発生させる下記のような問題があった。
【０００６】
図２０に示すように、従来の石英ガラスルツボ製造装置１１１を用いた石英ガラスルツボ製造方法は、ルツボ成形型１１２内に石英粉からなる成形体Ｐを成形し、カーボン電極１１３をルツボ成形型１１２の上方に位置（図２０中に鎖線で示す）するカーボン電極１１３を降下させ、蓋体１１４に設けられた貫通孔部１１４ｈを貫通させてルツボ成形型１１２内に挿入させた後、アーク放電を開始すると、カーボン電極１１３の先端部１１３ａからカーボン微粒子が落下して成形体Ｐに付着し、この成形体Ｐの溶融に伴って、カーボン微粒子がガラス中に取込まれ、これが気泡となって石英ガラスルツボの品質を低下させていた。
【０００７】
また、ルツボ成形型内にカーボン電極１１２を挿入してアーク放電を継続し、多数の石英ガラスルツボを製造すると、この成形体Ｐが溶融されて形成される石英ガラスルツボの内表面から蒸発した珪素酸化物がカーボン電極１１３の側壁部１１５に付着して、この付着物が溶融工程中に溶融石英ガラスルツボ中に落下することによって、石英ガラスルツボを汚染し、さらに、これが気泡となって石英ガラスルツボの品質を低下させていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで特に内表面において不純物や気泡の存在しない石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置が要望されていた。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、特に内表面において不純物や気泡の存在しない石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿退自在に設けられた遮断体であることを特徴とするする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項２の発明では、上記遮断体は石英ガラス製で皿形状を有することを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項３の発明では、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、カーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させるカーボン電極回動機構であることを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項４の発明では、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、ルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に待機させるルツボ成形型移動機構であることを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項５の発明は、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、前記開口部を覆うようにルツボ成形型の上方に配置され、この中央部に貫通孔が形成された蓋体と、前記蓋体の上方に配置され、上下方向に移動可能に設けられた複数のアーク放電用カーボン電極と、前記カーボン電極各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有することを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項６の発明では、上記蓋体の貫通孔に上記カーボン電極の先端部を挿通し、アーク放電によって上記ルツボ形状の成形体を溶融中間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、上記カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、上記ノズルより高圧ガスを吹きかけるようにカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整する制御機構を有することを特徴とする請求項６に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項７の発明では、上記ノズルが、複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置されており、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うように調整する制御機構を有することを特徴とする請求項６に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１７】
本願請求項８の発明では、上記蓋体の少なくとも下面部が石英ガラスで被覆された金属製体によって構成されていることを特徴とする請求項８に記載の石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１８】
本願請求項９の発明は、開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、前記開口部を覆うようにルツボ成形型の上方に配置され、この中央部に貫通孔が形成された蓋体と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、前記蓋体の貫通孔に挿通され、かつ先端部が前記ルツボ成形型の開口部に挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、アーク放電開始時に前記カーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止する遮断体と、前記カーボン電極各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルとを有することを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置であることを要旨としている。
【００１９】
本願請求項１０の発明は、ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、カーボン電極による成形体の溶融に先立って、遮断体をルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿入状態にし、もしくは、カーボン電極回動機構によりカーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させ、または、ルツボ成形型移動機構によりルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に待機させてカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入し、成形体を溶融することを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２０】
本願請求項１１の発明は、ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、中央部に貫通孔が形成された蓋体で開口部を覆い、貫通孔にアーク放電用のカーボン電極の先端部を挿通した後、アーク放電を行って成形体の溶融を行い、この溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけることを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２１】
本願請求項１２の発明では、上記ノズルを複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置し、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うようにすることを特徴とする請求項１２に記載の石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２２】
本願請求項１３の発明は、ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、カーボン電極による成形体の溶融に先立って、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿退自在に設けられた遮断体を挿入状態にしてカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入して成形体の溶融を行い、この溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけることを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法であることを要旨としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置および製造方法について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１は、ルツボ成形型２と、このルツボ成形型２に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型２内にアーク放電を行うカーボン電極３と、このカーボン電極３のアーク放電開始時にカーボン電極３から落下するカーボン微粒子が成形体Ｐに混入するのを防止するカーボン混入防止手段、例えば皿形状の遮断体４と、ルツボ成形型２の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体５とを有している。
【００２５】
ルツボ成形型２は、図２に示すように、保持体７とこの保持体７に内装され石英原料粉が成形体Ｐに成形されるカーボン型８を有し、保持体７に設けられた回転軸９を介して回転駆動装置１０に連結されている。さらに、図１に示すように、この回転駆動装置１０は、レール１１上に移動自在に設けられた台車１２に取付けられている。
【００２６】
カーボン電極３は３本のカーボン体３ｐ、３ｐ、３ｐからなり、各々電極取付部材１３に下方に頂点を有するような逆三角錐状をなすように取付けられ、さらに、この電極取付部材１３は石英ガラスルツボ製造装置１を収納する筐体１４の天井部１５から垂下する電極支持部材１６に昇降自在に取付けられている。従って、電極取付部材１３はワイヤー１７を介して天井部１５に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置１８により昇降制御されるようになっており、電極取付部材１３を昇降させることにより、カーボン電極３が昇降されるようになっている。
【００２７】
なお、カーボン電極３は３本に限らず、電源装置を選択することによって２本とすることもできる。
【００２８】
遮断体４は、図３および図４に示すように、電極支持部材１６の下端部に軸支され石英ガラス製で、ルツボ成形型２とこのルツボ成形型２の上方に設けられたカーボン電極３との間に挿脱自在に設けられ、カーボン電極３のアーク放電開始時には、カーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上に位置して、カーボン電極３から落下するカーボン微粒子を捕獲し、カーボンがルツボ成形型２内に落下しないようになっている。
【００２９】
また、アーク放電による成形体Ｐの溶融時には、遮断体４は回動されて、図４中に鎖線で示すように、カーボン電極３とルツボ成形型２との間から退去され、図３に示すように、カーボン電極３が降下して、先端部３ａがルツボ成形型２内に挿入されるのを妨げないようになっている。
【００３０】
なお、遮断体４の移動機構は省スペースの観点から回動式が好ましいが、これに限らず、直線的に移動する機構であってもよい。
【００３１】
遮断体４は、製造された石英ガラスルツボの皿形状の底部を切だしたものを用いることで、安価に、しかも製造する石英ガラスルツボへの不純物の混入を防止する上で、有利である。
【００３２】
図１に示すように、石英ガラスルツボ製造装置１を収納する筐体１４は、仕切扉１９を有する仕切板２０によって加熱溶融室１４ａと成形室１４ｂとに区画され、仕切板２０を介して隣接して原料粉供給装置２１を収納している。この原料粉供給装置２１の下方には成形治具２２が設けられ、石英原料粉供給時および成形時、点線で示す位置にレール１１上を移動する台車１２に設けられたルツボ成形型２に石英原料粉を供給し成形するようになっている。なお、ルツボ成形型２は筐体１４に設けられた扉２３を開閉して、筐体１４外に取出せるようになっている。
【００３３】
次に本第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置を用いた石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００３４】
図１に示すように、レール１１上で台車１２を成形室１４ｂに移動させ、点線で示す充填成形位置にルツボ成形型２を配置し、原料粉供給装置２１から石英原料粉をルツボ成形型２に供給し、回転駆動装置１０によりルツボ成形型２を回転させながら成形治具２２により石英原料粉をルツボ形状の成形体Ｐに成形する。しかる後、台車１２をレール１１上で移動させて、台車１２およびルツボ成形型２を加熱溶融室１４ａに移動させ、ルツボ成形型２をカーボン電極３の真下に位置させる。次に貫通孔５ｈがカーボン電極３に対向するように蓋体５でルツボ成形型２の開口部２ａを覆い、遮断体４を回動させてカーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上に位置させる。
【００３５】
しかる後、アーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定であると同時に、電極表面と電極内部の温度差によってカーボン電極３からカーボン微粒子が落下する頻度がそれ以降よりも著しく高くなる。しかし、カーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上に遮断体４が位置しているので、カーボン電極３から落下するカーボン微粒子は遮断体４で捕獲され、カーボンはルツボ成形型２内の成形体Ｐに達することはなく、カーボン微粒子が成形体Ｐに混入することがない。また、これに伴い石英ガラスルツボ内表面への気泡混入を防止することができる。
【００３６】
アーク放電開始から一定時間、約３０秒経過し、アークが安定した後、遮断体４を回動させて、カーボン電極３の真下、ルツボ成形型２の真上の位置から退去させる。遮断体４の退去後、ワイヤー巻取り装置１８を作動させて電極取付部材１３を降下させて、アークが安定状態にあるカーボン電極３の先端部３ａを蓋体５の貫通孔５ｈに貫通させ、先端部３ａをルツボ成形型２内に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極３がルツボ成形型２に挿入されるとルツボ成形型２内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融され、石英ガラスルツボが製造される。
【００３７】
本第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１を用いて石英ガラスルツボを製造すれば、カーボン混入防止手段である遮断体４により、アーク放電開始時に、落下するカーボン微粒子を捕獲して、カーボン微粒子が混入しない高純度かつ内表面の気泡が極めて少ない石英ガラスルツボを製造することができる。
【００３８】
次に、第１実施形態の第１変形例の石英ガラスルツボ製造装置について説明する。
【００３９】
図５および図６に示すように、第１変形例の石英ガラスルツボ製造装置３１は、上述した図１に示す第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１の遮断体４に換えて、カーボン混入防止手段として、カーボン電極３２を移動、例えば回転移動させる電極移動装置３３を設けたものである。
【００４０】
この石英ガラスルツボ製造装置３１には、ルツボ成形型３４内にアーク放電を行うカーボン電極３２が、ルツボ成形型３４に対向する上部に昇降自在に設けられている。このカーボン電極３２は、３本のカーボン体３２ｐ、３２ｐ、３２ｐからなり、各々電極取付部材３５に逆三角錐状をなすように取付けられている。さらに、この電極取付部材３５は石英ガラスルツボ製造装置３１を収納する加熱溶融室３６ａと成形室３６ｂを有する筐体３６の天井部３７から垂下し主電極支持部材３８ａと従電極支持部材３８ｂとで一対をなす電極支持部材３８に昇降自在に取付けられている。
【００４１】
電極取付部材３５はワイヤー３９を介して天井部３７に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置４０により昇降制御されるようになっており、電極取付部材３５を昇降させることにより、カーボン電極３２が昇降されるようになっている。
【００４２】
電極移動装置３３は、ギア機構３３ａを具備したモータ３３ｂ有しており、このモータ３３ｂは、ギア機構３３ａを介して主電極支持部材３８ａと結合されている。従電極支持部材３８ｂの上端部３８ｂ１は天井部３７に設けられた円弧形状に長孔４１に摺動自在に支持されている。
【００４３】
従って、図６に示すように、電極移動装置３３の作動により主電極支持部材３８ａおよび従電極支持部材３８ｂを回動させ、カーボン電極３２をルツボ成形型３４の真上の位置から外れた位置、すなわち、ルツボ成形型３４の上方投影域外の待機位置（図６中の鎖線で示す位置）に移動することができる。
【００４４】
また、図５および図６に示すように、ルツボ成形型３４の上方には貫通孔４２ｈが形成された蓋体４２が設けられ、この蓋体４２により、ルツボ成形型３４の開口部３４ａを覆い、ルツボ成形型３４の内部を高温ガス雰囲気にするようになっている。なお、待機位置の下方床上にカーボン受皿４３を設けておくのが好ましい。
【００４５】
次に、第１変形例の石英ガラスルツボ製造装置を用いた石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００４６】
図５に示すように、成形室３６ｂで成形された成形体Ｐを収納するルツボ成形型３４を加熱溶融室３６ａに移動させ、ルツボ成形型３４をカーボン電極３２の真下に位置させる。
【００４７】
次に貫通孔４２ｈがカーボン電極３２に対向するように蓋体４２でルツボ成形型３４の開口部３４ａを覆い、さらに、電極移動装置３３の作動により、図６に示すように、主電極支持部材３８ａおよび従電極支持部材３８ｂを回動させ、カーボン電極３２を待機位置（図６中の鎖線で示す位置）に移動させる。
【００４８】
しかる後、アーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定でカーボン電極３２からカーボン微粒子が落下する。しかし、カーボン電極３２はルツボ成形型３４の上方投影域外の待機位置にあるので、カーボン電極３２から落下するカーボン微粒子は、カーボン受皿４３に落下する。従って、カーボン微粒子はルツボ成形型２内の成形体Ｐに達することはなく、カーボン微粒子が成形体Ｐに混入することがない。
【００４９】
アーク放電開始から一定時間、約３０秒経過し、アークが安定した後、電極移動装置３３の作動により主電極支持部材３８ａおよび従電極支持部材３８ｂを回動させ、カーボン電極３２をルツボ成形型３４および蓋体４２の貫通孔４２ｈの真上に位置させる。
【００５０】
しかる後、ワイヤー巻取り装置４０を作動させて電極取付部材３５を降下させ、アークが安定状態にあるカーボン電極３２の先端部３２ａを蓋体４２の貫通孔４２ｈに貫通させ、先端部３２ａをルツボ成形型３４に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極３２がルツボ成形型３４に挿入されるとルツボ成形型３４内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融され、カーボン微粒子が混入しない高純度の石英ガラスルツボを製造することができる。
【００５１】
次に第１実施形態の第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置について説明する。
【００５２】
図７に示すように、第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置５１は、図１に示す第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置１の遮断体４に換えて、カーボン混入防止手段として、ルツボ成形型移動機構５２を設けたものである。
【００５３】
第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置５１は、ルツボ成形型５３と、このルツボ成形型５３を成形体Ｐの非溶融時、カーボン電極５４の下方投影域外の待機位置、例えば、筐体５５に形成された成形室５５ｂ内の充填成形位置に移動させるルツボ成形型移動機構５６と、ルツボ成形型５３に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型５３内にアーク放電を行うカーボン電極５４と、ルツボ成形型５３の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体５７とを有している。
【００５４】
ルツボ成形型移動機構５２は、レール５８と、このレール５８上を走行しルツボ成形型５３が乗せられた台車５９と、この台車５９を図７中の実線で示す加熱溶融室５５ａ内の溶融位置と点線で示す成形室５５ｂ内の充填成形位置との間で移動させるワイヤー６０およびワイヤー駆動モータ６１とを有している。
【００５５】
成形室５５ｂ内にはルツボ成形型移動機構５２により移動されたルツボ成形型５３に石英粉を供給する原料粉供給装置６２と石英粉を成形体Ｐに成形する成形治具６３が設けられている。
【００５６】
次に、第２変形例の石英ガラスルツボ製造装置５１を用いた石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００５７】
図７および図８に示すように、ルツボ成形型移動機構５２のワイヤー駆動モータ６１を作動させて、ワイヤー６０を水平方向に動かして台車５９をレール５８で走行させ、台車５９およびルツボ成形型５３を実線で示す溶融位置から点線で示す充填成形位置に移動させる。しかる後、原料粉供給装置６２からルツボ成形型５３に石英粉を供給し、成形治具６３ににより成形体Ｐを成形する。成形された成形体Ｐを収納した状態のままルツボ成形型５３を充填成形位置に待機させる。ルツボ成形型５３を待機させた状態で、アーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定でカーボン電極５４からカーボン微粒子が落下する。しかし、カーボン電極５４の真下にはルツボ成形型５３がなく、カーボン電極５４から落下するカーボン微粒子は、カーボン受皿（図示せず）に落下する。
【００５８】
しかる後、ワイヤー巻取り装置６２を作動させて電極取付部材６４を降下させ、アークが安定状態にあるカーボン電極５４の先端部５４ａを蓋体５７の貫通孔５７ｈに貫通させ、先端部５７ａをルツボ成形型５３に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極５４がルツボ成形型５３に挿入されるとルツボ成形型５４内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融され、カーボン微粒子が混入しない高純度の石英ガラスルツボを製造することができる。
【００５９】
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置および製造方法の第２実施形態について説明する。
【００６０】
図９および図１０に示すように、第２実施形態の石英ガラスルツボ製造装置７１は、ルツボ成形型７２と、このルツボ成形型７２に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型７２内にアーク放電を行うカーボン電極７３と、ルツボ成形型７２の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体７４と、カーボン電極７３のアーク放電時、カーボン電極７３に高圧ガスを吹きかけるノズル７５を有している。
【００６１】
ルツボ成形型７２を回動する回転駆動装置７６は、レール７７上に移動自在に設けられた台車７８に取付けられている。
【００６２】
カーボン電極７３は３本のカーボン体７３ｐ、７３ｐ、７３ｐからなり、各々電極取付部材７９に逆三角錐状をなすように取付けられ、筐体８０の天井部８１から垂下する電極支持部材８２に昇降自在に取付けられている。この電極取付部材７９はワイヤー８３を介して天井部８１に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置８４より昇降制御されるようになっており、電極取付部材７９を降させることにより、カーボン電極７３が昇降されるようになっている。
【００６３】
石英ガラスルツボ製造装置７１を収納する筐体８０は、加熱溶融室８０ａと成形室８０ｂとに区画され、成形室８０ｂは原料粉供給装置８５を収納している。この原料粉供給装置８５の下方には成形治具８６が設けられ、石英原料粉供給時および成形時、点線で示す位置にレール７７上を移動する台車７８に設けられたルツボ成形型７２に石英原料粉を供給し成形するようになっている。
【００６４】
蓋体７４は、図１１に示すように、矩形形状をなす金属製、例えばステンレス製で冷却パイプ８７により水冷された板体８８で、溶融時、カーボン電極７３の先端部７３ａが貫通し、例えば、図１２に示すように、ほぼＹ字形状に穿設された貫通孔７４ｈが設けられ、かつカーボン電極７３に対向する少なくとも下面部７４ｂ、好ましくは、全外周面が厚さ１ｍｍ以上の石英ガラスより好ましくは合成石英ガラス８９で被覆されている。
【００６５】
このような蓋体７４を用いることによって、従来用いられていた不透明石英ガラス製のものに比べ耐用寿命が向上し、蓋体自身の変形に伴う成形体Ｐ内側の温度分布に不均一が生じ、外径の寸法不良が発生したりすることを防止できる。
【００６６】
なお、貫通孔７４ｈの形状は開口面積を可能な限り小さくすることが好ましいので、Ｙ字形状が好ましいが、三角形状、円形状あるいは他の複雑形状であってもよい。また、この被覆材料は高純度なものであれば、アルミナ、ジルコニアもしくは、これらの混合体を主成分とする酸化セラミックスを用いてもよい。
【００６７】
ノズル７５は、蓋体７４のわずか上方に配設され、図１２ないし図１４に示すように、カーボン電極７３が低い位置にあるときに、各々のノズル７５が、各々のカーボン体７３ｐの側壁部７３ｐ１に対向するようになっている。
【００６８】
また、カーボン電極７３は、少なくともこの先端部７３ａが蓋体７４の下側に位置する範囲において、アーク溶融中に上下方向に移動可能となっており、図１３に示すように、カーボン電極７３の先端７３ａがルツボ型７２内に挿入された状態で成形体Ｐの溶融を行い、図１４に示すように、カーボン電極７３が上昇中もしくは、上記範囲の上死点に達した時点で、ノズル７５からカーボン電極７３の外側の側壁部７３ｐ１に空気、窒素ガス、他の不活性ガスなどの高圧ガスを吹きかけるように、図示しない制御機構によってカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整するようになっている。
【００６９】
また、上記ノズルのガス吹きかけ機構において、図示しない制御機構によって、例えば３本にノズル各々からのガス吹きかけを時間をずらして順次行うように調整するようになっている。
【００７０】
なお、ノズル７５は図１２に示すように、排出孔がノズル７５に横長方向に配置してもよく、また、縦長方向に配置してもよい。
【００７１】
この成形体Ｐの溶融工程において、図１３に示すように、先端部７３ａがルツボ成形型７２に挿入された状態で３０秒〜４分間アーク放電を行い、その後アーク放電を行ったまま、ワイヤー巻取り装置８４を作動させて電極取付部材７７をゆっくり上昇させながら、カーボン体７３ｐの側壁部７３ｐ１に対して、ノズル７５から各ノズル毎に順次時間差をつけて高圧窒素ガスを吹かけ、石英ガラスルツボ（成形体）内表面から蒸発し、カーボン体７３ｐの図５に示す側壁部７３ｐ１に付着した珪素酸化物を除去する。
【００７２】
なお、カーボン体７３ｐの先端部７３ａ付近は高温になるため珪素酸化物が付着しにくいので、通常は高圧窒素ガスを吹付つける必要がない。
【００７３】
このように各ノズル毎に順次時間差をつけて高圧窒素ガスを吹付つけずに、複数同時に行うと、高圧窒素ガスが蓋体７４の貫通孔７４ｈの上方でぶつかり合い、珪素酸化物が下方に落下するおそれがある。
【００７４】
溶融工程中、上記サイクル時間でカーボン電極７３の昇降を繰返して珪素酸化物の除去を行うが、この除去工程において、高圧窒素ガスが時間差をおいて、各々のカーボン体７３ｐに吹かけられるので、カーボン体７３ｐから除去された珪素酸化物は水平方向に吹飛ばされ、貫通孔７４ｈからルツボ成形型７２内に落下することがなく、成形体Ｐを珪素酸化物で汚染することがない。
【００７５】
なお、ノズル７５からの高圧窒素ガスの吹きかけは、上述の通りカーボン体７３ｐが上昇中に行われてもよいが、カーボン体７３ｐの先端部７３ａが蓋体７４の下面部７４ｂより上方にこない範囲で上死点を設け、ここで停止した状態で行ってもよい。カーボン体７３ｐを上昇させる際には、アーク放電を停止することなく、上昇中においても、ルツボ成形型内側空間を所定の高温に保持することが重要である。これによって、製造される石英ガラスルツボの均質性を確保することができる。また、ノズル６のガス排出孔を水平ではなく、やや上方に傾けることによって、蓋体７４の貫通孔７４ｈから、石英ガラスルツボ内に珪素酸化物が落下することをより効果的に防止することができる。
【００７６】
さらに、蓋体７４が、ルツボ成形型７２の開口部７２ａを覆い、成形用型７２内を高温雰囲気に保つようにしているが、図１１に示すように、蓋体７４は水冷され、合成石英ガラス８９で被覆されているので、耐熱性が向上して寿命が延び、さらに合成石英ガラス８９で被覆しているので、製造される石英ガラスルツボを金属汚染することもない。
【００７７】
本第２実施形態の石英ガラスルツボ製造装置７１を用いて石英ガラスルツボを製造すれば、石英ガラスルツボ内に珪素酸化物の落下がない、高純度、かつ内表面の気泡が極力低減された石英ガラスルツボを製造することができる。
【００７８】
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置および製造方法の第３実施形態について説明する。
【００７９】
本第３実施形態の石英ガラスルツボ製造装置は、第１実施形態の石英ガラスルツボ製造装置に第２実施形態で用いたカーボン電極に高圧ガスを吹付けるノズルを設けたものである。
【００８０】
図１５に示すように、第３実施形態の石英ガラスルツボ製造装置９１は、ルツボ成形型９２と、このルツボ成形型９２に対向する上部に昇降自在に設けられ、かつルツボ成形型９２内にアーク放電を行うカーボン電極９３と、図１６および図１７に示すように、このカーボン電極９３のアーク放電開始時、カーボン電極９３から落下するカーボン微粒子が成形体Ｐに混入するのを防止するカーボン混入防止手段、例えば皿形状の遮断体９４と、ルツボ成形型９２の内部を高温ガス雰囲気にする蓋体９５と、カーボン電極９３のアーク放電時、カーボン電極９３に高圧ガスを吹付けるノズル９６とを有している。
【００８１】
ルツボ成形型９２を回動する回転駆動装置９３は、レール９４上に移動自在に設けられた台車９５に取付けられている。
【００８２】
カーボン電極９３は３本のカーボン体９３ｐ、９３ｐ、９３ｐからなり、各々電極取付部材９６に逆三角錐状をなすように取付けられ、さらに、この電極取付部材９３は石英ガラスルツボ製造装置９１を収納する筐体９７の天井部９８から垂下する電極支持部材９９に昇降自在に取付けられている。従って、電極取付部材９６はワイヤー９９を介して天井部９８に設けられたモータ駆動のワイヤー巻取り装置１００により昇降制御されるようになっており、電極取付部材９６を昇降させることにより、カーボン電極９３が昇降されるようになっている。
【００８３】
遮断体９４は、電極支持部材９６の下端部に軸支され石英ガラス製で、ルツボ成形型９２とこのルツボ成形型９２の上方に設けられたカーボン電極９３との間に挿脱自在に設けられ、カーボン電極９３のアーク放電開始時には、カーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上に位置して、カーボン電極９３から落下するカーボン微粒子を捕獲し、カーボン微粒子がルツボ成形型９２内に落下しないようになっている。
【００８４】
また、アーク放電による成形体Ｐの溶融時には、遮断体９４は回動されて、図１６中に鎖線で示すように、カーボン電極９３とルツボ成形型９２との間から退去され、カーボン電極９３が降下して、先端部９３ａがルツボ成形型９２内に挿入されるのを妨げないようになっている。
【００８５】
蓋体９５は、アーク放電による成形体Ｐの溶融時、ルツボ成形型９２の開口部９２ａを覆い、ルツボ成形型９２内を高温ガス雰囲気にするためのものである。
【００８６】
ノズル９６は、蓋体９５のわずか上方に配設され、各々のノズル９６が、各々のカーボン体９３ｐの側壁部９３ｐ１に対向するようになっている。
【００８７】
また、カーボン電極９３は、少なくともこの先端部９３ａが蓋体９５の下側に位置する範囲において、アーク溶融中に上下方向に移動可能となっており、図１８に示すように、カーボン電極９３の先端９３ａがルツボ型９２内に挿入された状態で成形体Ｐの溶融を行い、図１９に示すように、カーボン電極９３が上昇中もしくは、上記範囲の上死点に達した時点で、ノズル９５からカーボン電極９３の外側の側壁部９３ｐ１に空気、窒素ガス、他の不活性ガスなどの高圧ガスを吹きかけるように、図示しない制御機構によってカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整するようになっている。
【００８８】
また、上記ノズルのガス吹きかけ機構において、図示しない制御機構によって、例えば３本にノズル各々からのガス吹きかけを時間をずらして順次行うように調整するようになっている。
【００８９】
次に本第３実施形態の石英ガラスルツボ製造方法について説明する。
【００９０】
最初に成形室９７ｂで成形体Ｐが成形されたルツボ成形型９２を加熱溶融室９７ａに移動させ、ルツボ成形型９２をカーボン電極９３の真下に位置させる。次に貫通孔９５ｈがカーボン電極３に対向するように蓋体９５でルツボ成形型９２の開口部９２ａを覆い、遮断体９４を回動させてカーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上に位置させる。
【００９１】
しかる後、カーボン電極９３のアーク放電を開始する。アーク放電開始から約３０秒間はアークが不安定でカーボン電極９３からカーボン微粒子が落下する。しかし、カーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上に遮断体９４が位置しているので、カーボン電極９３から落下するカーボン微粒子は遮断体９４で捕獲され、カーボン微粒子はルツボ成形型９２内の成形体Ｐに達することはなく、カーボン微粒子が成形体Ｐに混入することがない。
【００９２】
アーク放電開始から一定時間、約３０秒経過し、アークが安定した後、遮断体９４を回動させて、カーボン電極９３の真下、ルツボ成形型９２の真上の位置から退去させる。
【００９３】
遮断体９４の退去後、ワイヤー巻取り装置１００を作動させて電極取付部材９６を降下させて、アークが安定状態にあるカーボン電極９３の先端部９３ａを蓋体９５の貫通孔９５ｈに貫通させ、先端部９３ａをルツボ成形型９２内に挿入する。アークが安定状態にあるカーボン電極９３がルツボ成形型９２に挿入されるとルツボ成形型２内は高温雰囲気になり、成形体Ｐは溶融されてカーボン微粒子が混入しない高純度の石英ガラスルツボが製造される。
【００９４】
この成形体Ｐの溶融工程において、図１８に示すように、先端部９３ａがルツボ成形型９２に挿入された状態で３０秒〜４分間アーク放電を行い、図１９に示すように、その後アーク放電を行ったまま、板体巻取り装置１００を作動させて電極取付部材９６をゆっくり上昇させながら、カーボン体９３ｐの側壁部９３ｐ１に対して、各ノズル９６から順次時間差をつけて高圧窒素を吹かけ、石英ガラスルツボ（成形体）内表面から蒸発し、カーボン体９３ｐの側壁部９３ｐ１に付着した珪素酸化物を除去する。
【００９５】
ノズル９６からの高圧窒素ガスの吹きかけは、上記の通りカーボン体９３ｐが上昇中に行われてもよいが、カーボン体９３ｐの先端部９３ａが蓋体９５の下面部９５ｂより上方にこない範囲で上死点を設け、ここで停止した状態で行ってもよい。カーボン体９３ｐを上昇させる際には、アーク放電を停止することなく、上昇中においても、ルツボ成形型内側空間を所定の高温に保持することが重要である。これによって、製造される石英ガラスルツボの均質性を確保することができる。
【００９６】
溶融工程中、上記サイクル時間でカーボン電極９３の昇降を繰返して除去を行うが、この除去工程において、高圧窒素が時間差を設けて、各々のアークカーボン９３ｐに吹付けられるので、アークカーボン９３ｐから除去された珪素酸化物は水平方向に吹飛ばされ、貫通孔９５ｈからルツボ成形型９２内に落下することがなく、成形体Ｐを珪素酸化物で汚染することがない。
【００９７】
上記のように本第３実施形態に石英ガラスルツボ製造装置９１は、遮断板９４により溶融開始時にアークカーボン９３ｐから落下するカーボン微粒子が、遮断体９４で捕獲され、成形体Ｐに混入することがなく、また、溶融工程中カーボン電極９３に付着する珪素酸化物がノズル９６によって吹飛ばされるので、貫通孔９５ｈからルツボ成形型９２内に落下することがない。従って、遮断板９４とノズル９６の相乗作用によって、カーボン微粒子および珪素酸化物が混入しない高純度、かつ内表面の気泡が極力低減された石英ガラスルツボを製造することができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係わる石英ガラスルツボおよびその製造方法によれば、特に内表面の不純物が極力低減された石英ガラスルツボを製造できる石英ガラスルツボの製造装置および製造方法を提供することができる。
【００９９】
すなわち、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時、カーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有するので、カーボン電極から成形体に落下するカーボンをなくし、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１００】
また、カーボン混入防止手段は、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿脱自在に設けられた遮断体であるので、構造が簡単でかつ確実にカーボン電極から落下するカーボンを捕獲することができる。
【０１０１】
また、遮断体は石英ガラス製で皿形状を有するので、落下するカーボンを確実に捕獲することができると共に、製造される石英ガラスルツボと同材質であるので、石英ガラスルツボを汚染することがなく、高純度の石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０２】
また、他の１つのカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、カーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させるカーボン電極回動機構であるので、構造が簡単でかつカーボンが成形体に混入するのを確実に防ぐことができる。
【０１０３】
また、他のもう１つのカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、ルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に位置させるルツボ成形型移動機構であるので、ルツボ成形型が充填成形位置にあるときを利用してアーク放電開始を行うことができるので、特別な装置を設けることなく、構造が簡単でかつカーボンが成形体に混入するのを確実に防ぐことができる。
【０１０４】
ルツボ成形型の開口物を塞ぎ中央部に貫通孔が形成された蓋体の上方に配置され、上下方向に移動可能に設けられた複数のアーク放電用カーボン電極の各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有するので、カーボン電極に付着した珪素酸化物を確実に除去することにより、酸化珪素が成形体に落下するの確実に防止でき、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０５】
蓋体の貫通孔にカーボン電極の先端部を挿通し、アーク放電によってルツボ形状の成形体を溶融している間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、上記カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、上記ノズルより高圧ガスを吹きかけるようにカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整する制御機構を有するので、ノズルによりカーボン電極の各部位に付着した珪素酸化物を確実に除去することにより、酸化珪素が成形体に落下するのを確実に防止でき、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０６】
ノズルが、複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置されており、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うように調整する制御機構を有するので、カーボン電極から除去された珪素酸化物が、貫通孔から成形体に落下するのを確実に防止できる。
【０１０７】
蓋体の少なくとも下面部が石英ガラスで被覆された金属製体によって構成されたいるので、耐熱性が向上し、製造される石英ガラスルツボを金属汚染することがない。
【０１０８】
上下方向に移動可能に設けられ、溶融時、蓋体の貫通孔に挿通される複数のアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段と、アーク放電用カーボン電極の各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有するので、カーボン混入防止手段とノズルの相乗作用によって、カーボン微粒子および珪素酸化物が混入しない高純度、かつこの混入に伴い発生する気泡が内表面にほとんど皆無の石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１０９】
カーボン電極による成形体の溶融に先立って、カーボン混入防止手段によりカーボンから落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入し、成形体を溶融するので、カーボン電極から成形体に落下するカーボンをなくし、高純度、かつこの落下に伴い発生する気泡が内表面にほとんど存在しない石英ガラスルツボを製造することができる。
【０１１０】
成形体の溶融を行っている間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけるので、珪素酸化物を確実に除去できる。
【０１１１】
ノズルを複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置し、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うようにするので、カーボン電極から除去された珪素酸化物が、貫通孔から成形体に落下するの確実に防止できる。
【０１１２】
カーボン電極による成形体の溶融に先立って、カーボン混入防止手段によりカーボンから落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入して成形体の溶融を行い、溶融を行っている間に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけるので、カーボン混入防止手段とノズルの相乗作用によって、カーボン微粒子および珪素酸化物が混入しない高純度、かつこの混入に伴い発生する気泡が内表面にほとんど皆無の石英ガラスルツボを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の概念図。
【図２】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の断面図。
【図３】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態に用いられるカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図４】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置に用いられるカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図５】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の第１変形例の概念図。
【図６】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第１実施形態の第１変形例のカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図７】 本発明に係わる石英ガラスルツボの製造装置の第１実施形態の第２変形例の概念図。
【図８】 本発明に係わる石英ガラスルツボの製造装置の第１実施形態の第２変形例のカーボン混入防止手段の動作説明図。
【図９】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態の概念図。
【図１０】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態の断面図。
【図１１】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられる蓋体の断面図。
【図１２】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられるノズルの配置状態を示す説明図。
【図１３】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられるカーボン電極とノズルの関係を示す説明図。
【図１４】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第２実施形態に用いられるノズルの動作状態を示す説明図。
【図１５】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態の断面図。
【図１６】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられる遮断体とノズルを示す説明図。
【図１７】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられる遮断体とノズルを示す説明図。
【図１８】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられるカーボン電極とノズルの関係を示す説明図。
【図１９】 本発明に係わる石英ガラスルツボ製造装置の第３実施形態に用いられるノズルの動作状態を示す説明図。
【図２０】 従来の石英ガラスルツボの製造装置の概念図。
【符号の説明】
１ 石英ガラスルツボ製造装置
２ ルツボ成形型
２ａ 開口部
３ カーボン電極
３ａ 先端部
３ｐ カーボン体
４ カーボン混入防止手段（遮断体）
５ 蓋体
５ｂ 下面部
５ｈ 貫通孔
７ 保持体
８ カーボン型
９ 回転軸
１０ 回転駆動装置
１１ レール
１２ 台車
１３ 電極取付部材
１４ 筐体
１４ａ 加熱溶融室
１４ｂ 成形室
１５ 天井部
１６ 電極支持部材
１７ ワイヤー
１８ ワイヤー巻取り装置
１９ 仕切扉
２０ 仕切板
２１ 原料粉供給装置
２２ 成形治具
２３ 扉
３１ 石英ガラスルツボ製造装置
３２ カーボン電極
３２ｐ カーボン体
３３ 電極移動装置
３４ ルツボ成形型
３５ 電極取付部材
３６ 筐体
３６ａ 加熱溶融室
３６ｂ 成形室
３７ 天井部
３８ａ 主電極支持部材
３８ｂ 従電極支持部材
３８ｂ 電極支持部材
３８ｂ１ 上端部
３９ ワイヤー
４０ ワイヤー巻取り装置
４１ 長孔
４２ 蓋体
４２ｈ 貫通孔
４３ カーボン受皿
５１ 石英ガラスルツボ製造装置
５２ ルツボ成形型移動機構
５３ ルツボ成形型
５４ カーボン電極
５５ 筐体
５５ａ 加熱溶融室
５５ｂ 成形室
５６ ルツボ成形型移動機構
５７ 蓋体
５８ レール
５９ 台車
６０ ワイヤー
６１ ワイヤー駆動モータ
６２ 原料粉供給装置
６３ 成形治具
６４ 電極取付部材
７１ 石英ガラスルツボ製造装置
７２ ルツボ成形型
７２ａ 開口部
７３ カーボン電極
７３ｈ 貫通孔
７３ｐ カーボン体
７３ｐ１ 側壁部
７４ 蓋体
７４ｂ 下面部
７５ ノズル
７６ 回転駆動装置
７７ レール
７８ 台車
７９ 電極取付部材
８０ 筐体
８０ａ 加熱溶融室
８０ｂ 成形室
８１ 天井部
８２ 電極支持部材
８３ ワイヤー
８４ ワイヤー巻取り装置
８５ 原料粉供給装置
８６ 成形治具
８７ 冷却パイプ
８８ 板体
８９ 合成石英ガラス
９１ 石英ガラスルツボ製造装置
９２ ルツボ成形型
９２ａ 開口部
９３ カーボン電極
９３ａ 先端部
９３ｐ カーボン体
９３ｐ１ 側壁部
９４ 遮断体
９５ 蓋体
９５ｂ 下面部
９６ ノズル
９７ 筐体
９８ 天井部
９９ 電極支持部材
１００ ワイヤー巻取り装置
Claims (13)
- 開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿退自在に設けられた遮断体であることを特徴とするする石英ガラスルツボ製造装置。
- 上記遮断体は石英ガラス製で皿形状を有することを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスルツボ製造装置。
- 開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、カーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させるカーボン電極回動機構であることを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置。
- 開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、ルツボ成形型の開口部に先端部が挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、このカーボン電極のアーク放電開始時にカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止するカーボン混入防止手段とを有し、このカーボン混入防止手段は、アーク放電開始時、ルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に待機させるルツボ成形型移動機構であることを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置。
- 開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、前記開口部を覆うようにルツボ成形型の上方に配置され、この中央部に貫通孔が形成された蓋体と、前記蓋体の上方に配置され、上下方向に移動可能に設けられた複数のアーク放電用カーボン電極と、前記カーボン電極各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルを有することを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置。
- 上記蓋体の貫通孔に上記カーボン電極の先端部を挿通し、アーク放電によって上記ルツボ形状の成形体を溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、上記カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、上記ノズルより高圧ガスを吹きかけるようにカーボン電極の移動機構とノズルのガス吹きかけ機構を調整する制御機構を有することを特徴とする請求項５に記載の石英ガラスルツボ製造装置。
- 上記ノズルが、複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置されており、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うように調整する制御機構を有することを特徴とする請求項６に記載の石英ガラスルツボ製造装置。
- 上記蓋体の少なくとも下面部が石英ガラスで被覆された金属製体によって構成されていることを特徴とする請求項７に記載の石英ガラスルツボ製造装置。
- 開口部から供給された石英原料粉を回転しながらルツボ形状の成形体に成形し、アーク放電により成形体を溶融するルツボ成形型と、前記開口部を覆うようにルツボ成形型の上方に配置され、この中央部に貫通孔が形成された蓋体と、アーク放電開始時および溶融時に配置位置が移動可能に設けられ、溶融時、前記蓋体の貫通孔に挿通され、かつ先端部が前記ルツボ成形型の開口部に挿入されて石英原料粉を溶融するアーク放電用カーボン電極と、アーク放電開始時に前記カーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入するのを防止する遮断体と、前記カーボン電極各々の側壁部に高圧ガスを吹きかけるノズルとを有することを特徴とする石英ガラスルツボ製造装置。
- ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、カーボン電極による成形体の溶融に先立って、遮断体をルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿入状態にし、もしくは、カーボン電極回動機構によりカーボン電極をルツボ成形型の上方投影域外に待機させ、または、ルツボ成形型移動機構によりルツボ成形型をカーボン電極の下方投影域外に待機させてカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入し、成形体を溶融することを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法。
- ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、中央部に貫通孔が形成された蓋体で開口部を覆い、貫通孔にアーク放電用のカーボン電極の先端部を挿通した後、アーク放電を行って成形体の溶融を行い、この溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけることを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法。
- 上記ノズルを複数のカーボン電極の各々の電極の外周側に配置し、各ノズルからの吹きかけを時間をずらして順次行うようにすることを特徴とする請求項１１に記載の石英ガラスルツボ製造方法。
- ルツボ成形型の開口部から供給された石英原料粉を回転させながらルツボ形状の成形体に成形し、カーボン電極による成形体の溶融に先立って、ルツボ成形型とこのルツボ成形型の上方に設けられたカーボン電極との間に挿退自在に設けられた遮断体を挿入状態にしてカーボン電極から落下するカーボンが成形体に混入しないようにした後、アーク放電を開始し、所定時間経過後、アーク放電が行われているカーボン電極の先端部をルツボ成形型に挿入して成形体の溶融を行い、この溶融中に、少なくともカーボン電極の先端部が蓋体の下側に位置する範囲内でカーボン電極を上下方向に移動せしめ、カーボン電極が上昇中もしくは上死点に達した時点で、ノズルより高圧ガスを吹きかけることを特徴とする石英ガラスルツボ製造方法。
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