KR101094828B1

KR101094828B1 - 아크 방전 방법, 아크 방전 장치, 석영 유리 도가니 제조 장치

Info

Publication number: KR101094828B1
Application number: KR1020090088909A
Authority: KR
Inventors: 히로시 키시; 마사노리 후쿠이; 마사키 모리카와
Original assignee: 쟈판 스파 쿼츠 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2011-12-16
Also published as: SG160303A1; KR20100033941A; TWI425880B; EP2166820A1; US20100071417A1; US8416833B2; CN101686584A; JP2010070440A; JP5142912B2; EP2166820B1; CN101686584B; TW201029522A

Abstract

본 발명은 300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서, 복수의 탄소 전극에 의해 아크 방전에 따라 비도전성 대상물을 가열 용융하는 방법으로서, 아크 방전 개시 시에 상기 탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0.001 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 설정한다.

아크 방전, 석영 유리 도가니, 반도체 단결정, 탄소 전극, 진동

Description

아크 방전 방법, 아크 방전 장치, 석영 유리 도가니 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ARC DISCHARGE AND VITREOUS SILICA CRUCIBLE}

본 발명은 아크 방전 방법, 아크 방전 장치, 석영 유리 도가니 제조 장치에 관한 것으로, 특히 아크 방전에 의해 석영 분말을 가열 용융하여 유리화할 때에, 아크 방전 시의 전극 진동의 방지에 이용하기 매우 적합한 기술에 관한 것이다.

본원은 2008년 9월 22일에 출원된 일본 특허 출원 제2008－242874호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

단결정 실리콘의 인상에 이용하는 석영 유리 도가니는 주로 아크 용융법에 따라 제조되고 있다. 이 방법의 개요는, 카본으로 만든 몰드의 내 표면에 석영 분말을 일정 두께로 퇴적하고, 이 석영 퇴적층의 상방에 탄소 전극을 설치하고, 아크 방전에 의해 석영 퇴적층을 가열하고, 유리화하여 석영 유리 도가니를 제조하는 방법이다.

일본 특허 공보 제03647688호에는 아크 용융에 의한 석영 유리 도가니 제조에 있어서의 아크 용융에 관한 기술이 기재되어 있고, 일본 특허 공개 공보 제2002－68841호에는 아크 방전에 있어서의 전극에 관한 기술이 기재되어 있다.

또한, 최근 디바이스 공정의 효율화 등의 요청으로 인하여, 제조하는 웨이퍼 구경이 300mm를 넘을 정도로 커지고 있고, 이에 수반하여 대구경의 단결정을 인상할 수 있는 석영 유리 도가니가 요구되고 있다. 또한, 디바이스의 미세화 등의 요청으로부터, 인상 단결정의 특성에 직접 영향을 끼치는 석영 유리 도가니 내면 상태 등의 도가니 특성의 향상에도 많은 요구가 있다.

그러나, 30인치 ~ 40인치라는 대구경의 석영 유리 도가니를 제조하려면, 석영 분말을 용융하기 위해서 필요한 전력량이 증가하고, 이에 수반하여 아크 방전 개시 시에 발생하는 전극의 진동을 무시하기 어려워지게 되었다.

이와 같이 아크 방전 개시 시에 전극 진동이 발생한 경우, 이에 수반하여 아크 가운데를 흐르는 전류가 변화하고, 이 전류 변화에 의해 더욱 전극을 진동시켜서, 결과적으로 발생한 전극 진동의 진폭이 커진다. 그 결과, 발생하는 아크가 불안정하게 되어, 용융되는 석영 분말 상태에 끼치는 영향을 무시하기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 전극 진동이 커졌을 경우, 진동에 의해 전극으로부터 발생한 미소 조각이 낙하하여 석영 유리 도가니 특성이 악화되는 문제가 있었다. 또한, 전극 진동의 진폭이 증가한 경우에는 전극이 파손될 가능성이 있다는 문제가 있었다.

전극의 진동을 방지하기 위해서는, 전극을 고강도의 재료로 변경하거나, 전극 지름을 확대하는 등의 방법으로 전극 강도를 강하게 하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 석영 유리 도가니 제조에 있어서의 아크 방전 전극은, 이 전극 자체가 소 모되어 그 조성이 석영 분말 용융 분위기에 방출되기 때문에, 도가니 특성에 끼치는 영향으로 인하여 탄소 전극 이외의 것은 사용할 수 없다. 또한, 전극 지름을 확대한 경우에는 전력 밀도가 저하하여, 아크 출력이 불안정하게 되어 도가니 특성에 악영향을 끼칠 가능성이 있다.

또한, 이러한 전극 진동에 의한 영향은 도가니 구경의 증가에 수반하는 아크 용융의 출력 증가에 의해 처음으로 발생하는 것이다.

본 발명은, 상기의 문제를 고려하여 이루어진 것으로, 이하의 목적을 달성하려고 하는 것이다. 먼저, 전극 진동의 발생을 방지하고, 두번째로 아크의 안정화를 꾀하고, 세번째로 도가니 특성의 악화를 방지하고, 특성의 향상을 꾀하며, 네번째로 대출력 아크 용융에 대응 가능한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 아크 방전 방법은, 300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서, 복수의 탄소 전극에 의해 아크 방전에 따라 비도전성 대상물을 가열 용융하는 방법으로서, 아크 방전 개시 시에 상기 탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 선단(先端)과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 설정하는 것으로써 상기 과제를 해결했다.

본 발명의 아크 방전 방법에서는, 아크 방전 개시 시에 상기 탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 설정하는 것으로, 아크 방전 시에 발생하는 전극 진동의 진폭이 전극 직경의 0.15배보다 커지는 것을 방지하여, 만약 전극 진동이 발생해도 그 이상 확대되지 않고 수렴되며, 전극 진동이 가라앉아서 안정된 아크를 발생시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도를 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 아크 방전 방법에서는, 상기 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도를 40kVA/㎠ 내지 900kVA/㎠ 내지 1,700kVA/㎠(40kVA/㎠ ~ 900kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠)로 설정하는 것으로, 전극 진동의 증가 원인이 되는 로렌츠력을 진동 증가 방지 허용 범위 내로 수렴하는 것이 가능해지기 때문에, 발생한 전극 진동을 가라앉히는 것을 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 아크 방전 장치는, 300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서, 복수의 탄소 전극에 의해 아크 방전에 따라 비도전성 대상물을 가열 용융하는 장치로서, 상기 탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0.001 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 상기 탄소 전극을 배치하는 것으로 상기 과제를 해결했다.

본 발명의 아크 방전 장치는, 상기 탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 상기 탄소 전극을 배치하는 것에 의해, 24인치 이상의 석영 유리 도가니의 제조시에 열원으로서 사용하는 고출력의 아크 방전 장치에 있어서, 아크 방전 시에 발생하는 전극 진동의 진폭이 전극 직경의 0.15배보다 커지는 것을 방지하여, 만약 전극 진동이 발생해도 그 이상 확대되지 않고 수렴되며, 석영 유리 도가니의 품질 에 영향을 끼치는 전극 진동의 확대를 방지하여 안정된 아크를 발생시켜서, 제조하는 석영 유리 도가니의 품질을 향상하는 것이 가능해진다.

출력 범위가, 상기의 범위보다 작으면 아크가 지속하지 않을 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않고, 상기의 범위보다 크면 비용이 대폭 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대한 비율로 상기의 범위 이외라면 전극 진동을 방지할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 전극끼리를 선단에서 접촉시켰을 경우에 전극 형상에서 전극 축선끼리의 각도가 바람직한 범위가 되지 않는 경우에는, 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0.001 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위로 할 수 있다. 또한, 상기의 범위에 있어서의 접촉 위치와 전극 선단과의 거리는, 50mm 이하 0mm 이상, 보다 바람직하게는 20mm 이하 0mm 이상이면 양호한 아크 발생을 행할 수 있다.

여기서, 상술한 전극 진동이, 제조하는 석영 유리 도가니에 미치는 영향은, 종래 22인치 정도까지의 작은 지름의 도가니 제조에 있어서는 인식되지 않았지만, 본 발명자는 이것들을 상세하게 검토한 결과, 종래 문제가 되지 않았던 정도의 도가니 특성으로 내 표면상태의 얼룩짐 발생이, 이 전극 진동에 기인하는 경우가 있는 것을 밝혀냈다. 따라서, 이 전극 진동 발생을 방지하는 것으로, 제조하는 석영 유리 도가니 내 표면특성의 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도는 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도를 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠로 설정하는 것으로, 전극 진동의 증가 원인이 되는 로렌츠력을 진동 증가 방지 허용 범위 내로 수렴하는 것이 가능해지기 때문에, 발생한 전극 진동을 가라앉히는 것을 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다. 이 때, 전력 밀도가 상기의 범위보다 작으면 아크가 지속하지 않기 때문에 바람직하지 않고, 상기의 범위보다 크면 전극 진동의 진폭이 전극 지름의 0.15보다 커져서, 전극 진동이 증가하여, 아크 방전이 정지하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 상기 탄소 전극에는, 상기 접촉 위치를 포함한 접촉 부분이 선단에 설치되고, 상기 접촉 부분의 형상이, 선단 방향으로 지름이 축소하는 원추, 원추대, 또는 상기 탄소 전극의 축선에 따른 단면 윤곽에 있어서 곡률 불연속점이 존재하지 않는 곡선 형상이 되어 이루어지는 수단을 채용할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 탄소 전극에는, 상기 접촉 위치를 포함한 접촉 부분이 선단에 설치되고, 상기 접촉 부분의 형상이, 선단 방향으로 지름이 축소하는 원추, 원추대, 또는 상기 탄소 전극의 축선에 따른 단면 윤곽에 있어서 곡률 불연속점이 존재하지 않는 곡선 형상일 수 있다. 구체적으로는, 탄소 전극은 원주 막대 형상체이며, 그 선단에는 선단 방향으로 지름이 축소하는 접촉 부분을 가지고, 상기 접촉 부분은 다른 전극에 접촉한 경우에 1지점에서 접촉하도록, 오목 부분이 없는 형상으로 되어 있다. 즉, 이 접촉 부분에 있어서는, 전극끼리 2 지점 이상에서 접촉하지 않도록, 다른 하나의 전극과의 재근접(再近接) 거리를 가지는 부분이, 1지점, 또는 하나의 선상 부분, 혹은 하나의 면상이 되는 1지점 뿐인 형상으로 되어 있다. 또한, 탄소 전극은, 기부(基部)에서 선단을 향하여 그 전체 길이에 걸쳐서 지름이 축소되는 형상으로 하는 일도 가능하다.

상기 탄소 전극은, 복수 개 설치되어 각각이 선단의 접촉 부분만으로, 접촉 가능하게 설치되고 있다. 구체적으로는, 각각의 탄소 전극의 선단이 정점을 형성하도록 전극의 개수에 대응한 다각추의 능선이 되는 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 전극 선단의 접촉 부분은 아크 방전을 용이하게 하고, 또한 전극 진동을 방지하기 위해서, 선단 방향으로 지름이 축소되고 있다. 이것에 의하여, 전극 진동이 발생하기 쉬운 전극 측면에서의 방전을 방지할 수 있고, 전극 선단 부분인 오목부분이 없는 접촉 부분만으로 방전을 행하여, 안정된 아크 열의 발생과 전극 진동의 방지를 동시에 실현하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 상기 탄소 전극은 그 지름 치수와 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비를 0.02 ~ 0.6의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 탄소 전극은, 그 지름 치수와 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비(단위 분당의 소모 치수/전극 직경)를 0.02 ~ 0.6의 범위가 되도록 설정하는 것으로, 아크 용융에 필요한 열량을 비도전성 대상물(석영 분말)에 공급할 수 있는 아크 열을 발생할 수 있는 것과 동시에, 전극 진동을 방지할 수 있는 효과를 실현하는 것이 가능해진다.

본 발명의 석영 유리 도가니 제조 장치는, 원료 분말을 도가니 성형용의 몰드 내에 성형하고, 그 성형체를 아크 방전에 의해 가열 용융하여 석영 유리 도가니를 제조하는 장치로서, 원료 분말을 충전(充塡)하여 성형하는 몰드와, 상기의 어느 하나에 기재된 아크 방전 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 석영 유리 도가니의 제조 방법으로서, 석영 분말을 도가니 형상으로 성형하여 석영 분말 성형체를 성형하는 성형 공정과, 300kVA ~ 12,000kVA의 출력범위에서, 복수의 탄소 전극간에 아크 방전을 발생시켜서 상기 석영 분말 성형체를 가열 용융하여 석영 유리 도가니를 제조하는 방전 공정을 포함하고, 상기 방전 공정은 상기 아크 방전을 개시할 때에 상기 탄소 전극끼리를 접촉시켜서, 그 접촉 위치와 각각의 탄소 전극의 선단과의 거리와, 상기 탄소 전극의 직경과의 비율이 0.001 ~ 0.9인 범위가 되도록 설정하는 방전 개시 공정과, 상기 방전 개시 공정 후에 상기 탄소 전극 사이의 거리를 확대하여 상기 아크 방전을 유지하는 방전 유지 공정을 구비하는 것으로 상기 과제를 해결했다.

본 발명자는, 아크 용융 상태 악화가 발생하는 정도의 전극 진동이 발생하는 메카니즘을 다음과 같이 고찰했다.

아크 방전 중에 탄소 전극에서 미소 진동이 발생한 경우, 이 진동에 의한 전극 위치 변동에 의하여, 공급하고 있는 전류에도 변동이 발생한다. 또한, 발생한 전류의 미소 진동에 의하여, 전극에 로렌츠력이 작용하여, 전극 진동의 진폭이 증가한다. 전극 진동의 진폭이 증가하면, 전류의 진동도 더욱 증가한다. 이러한 보조 효과에 의하여, 전극 진동이 계속 증가하여 결과적으로 전극 파손에 이를 정도로 전극 진동이 커질 가능성이 있다.

그러나, 본 발명자는, 아크 방전 중에 탄소 전극에서 발생한 진동의 진폭을 전극 직경의 0.15배 이하로 억제할 수 있는 경우에는, 이 전극 진동과 전극 진동에 의해 발생하는 전류 변동과의 상호작용으로 전극 진동이 증가하는 현상을 방지하여, 진동을 가라앉히는 것이 가능하다는 것을 발견했다. 이러한 진폭 범위라면, 전극 진동이 발생한 경우에서도, 전류 변화 및 전극 진동에 기인하는 로렌츠력이 커지는 것을 방지하여, 전극 진동이 커지는 것을 방지할 수 있다고 생각된다.

이것에 대하여, 아크 방전 중에 탄소 전극에서 발생한 진동의 진폭이 전극 직경의 0.15배보다 큰 경우에는, 전극 진동이 계속 증가하여 결과적으로 전극 파손에 이를 가능성이 있다. 따라서, 전극 진동 진폭을 상기의 범위에 수렴하도록, 진동 발생시에 있어서의 로렌츠력의 허용 한계를 제어하기 위해서, 이하와 같이 설정한 것이다.

또한, 석영 유리 도가니 제조와 같이 비도전성 대상물을 아크 용융하는 경우에는, 철 등의 도전성 물질을 아크 용융하는 경우와 달리, 전극간에 방전 개시를 행하지 않으면 안 되기 때문에, 전극 선단을 모아두는 것이 필요하고, 방전 방향이 전극의 축선과 교차하는 방향이 되기 때문에, 전극 진동이 발생하기 쉽다. 또한, 석영 유리 도가니 제조와 같이 단지 대상물을 용융하면 되는 경우와 달리, 피용융물인 석영 분말 성형체 표면 부근의 온도 상태 관리를 정밀하게 행할 필요가 있기 때문에, 전극의 위치 상태 등을 더욱 정확하게 제어하는 것이 요구되게 된다.

본 발명에 있어서 전력 밀도란, 전극에 있어서 전극 중심 축에 직교하는 전극 단면에 있어서의 단위 단면적당 공급되는 전력량을 의미하는 것이다. 구체적으로는, 전극 선단으로부터 축방향 길이 15 ~ 25mm 정도, 바람직하게는 20mm의 위치에 있어서 전극 중심 축에 직교하는 전극의 단면적에 대한 하나의 전극에 공급하는 전력의 비공급 전력량(kVA)/전극 단면적(㎠)으로 나타낸다. 또한, 20mm의 위치에 있어서의 전극 지름 치수로서는 φ20 ~ 40mm, 바람직하게는 φ25 ~ 35mm, 보다 바람직하게는 φ30mm로서 상기의 범위를 설정할 수 있다.

또한, 전극 진동은 아크 방전 개시 시에 발생할 가능성이 가장 높고, 아크 용융을 개시하는 시점, 즉 비도전성 대상물(석영 분말)에의 영향이 높은, 온도 상승 개시 시에 있어서의 영향을 억제하여, 양호한 아크 용융을 행하는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 탄소 전극에 있어서의 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수란, 제조하는 대칭물의 크기에 따르지만, 32인치의 석영 유리 도가니의 제조에 있어서는, 60분에 120mm 정도, 즉 1분 당 2mm 정도이다.

또한, 본 발명의 아크 방전 방법 및 아크 방전 장치를 석영 유리 도가니의 제조에 적용하는 경우에는, 이른바 용사법(溶射法)이라고 하여 아크 방전 중에 석영 분말을 추가하는 제조 방법, 및 회전 몰드법이라고 하여 아크 방전 중에 석영 분말을 추가하지 않는 제조 방법의 어느 방법에서도 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 교류 2상, 3상, 직류 등의 아크 발생 전력 공급의 방식이나, 전극 개수에 관계없이 어느 경우에도 적용 가능하다.

본원 발명에 있어서는, 전극 진동이 발생하는 것에 의한 아크의 불안정화를 방지하여, 비도전성 대상물(석영 분말)의 용융 열원으로서의 아크 열 발생을 안정화 할 수 있기 때문에, 인상 반도체 단결정에 있어서의 특성을 악화시키는 것이 없 고, 특성이 양호한 석영 유리 도가니를 제조할 수 있는 아크 방전 방법 및 아크 방전 장치를 제공하는 것이 가능해진다.

여기서, 향상할 수 있는 도가니 특성이란, 도가니 내 표면에 있어서의 유리화 상태와, 두께 방향에 있어서의 기포 분포 및 기포의 크기, OH기의 함유량, 불순물 분포, 표면의 요철과, 이러한 도가니 높이 방향에 있어서의 불균일 등의 분포 상태 등, 석영 유리 도가니에서 인상 반도체 단결정의 특성에 영향을 끼치는 요인을 의미하는 것이다.

이하, 본 발명에 관한 아크 방전 방법 및 아크 방전 장치의 일 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치를 나타내는 모식 측면도이며, 도면에 있어서 부호 1은 아크 방전 장치이다.

본 실시형태의 아크 방전 장치(1)는, 24인치 이상의 석영 유리 도가니의 제조에 있어서의 열원으로 이용되는 것으로서 설명하고 있으나, 비도전체를 아크 용융하기 위한 장치라면, 도가니 구경, 장치 출력, 및 열원으로서의 용도는 한정되지 않으며, 이 구성에 한하는 것은 아니다.

본 실시형태의 아크 방전 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 도시하지 않는 회전 수단에 의해 회전 가능하고, 석영 유리 도가니의 외형을 규정하는 몰드(10)를 가지고, 몰드(10)의 내부에 원료 분말(석영 분말)이 소정 두께로 충전되어 석영 분말 성형체(11)가 된다. 이 몰드(10) 내부에는, 그 내 표면을 관통하며, 도시하지 않는 감압 수단에 접속된 통기구(通氣口)(12)가 복수 설치되어 석영 분말 성형체(11) 내부를 감압할 수 있다. 몰드 상측 위치에는 도시하지 않는 전력 공급 수단에 접속된 아크 가열용의 탄소 전극(13)이 설치되어 석영 분말 성형체(11)를 가열할 수 있다. 탄소 전극(13)은, 전극 위치 설정 수단(20)에 의하여, 도면 중 화살표 T 및 화살표 D로 나타낸 바와 같이, 상하 이동할 수 있고 전극간 거리 D를 설정할 수 있다.

아크 방전 장치(1)는 300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서, 복수의 탄소 전극(13)에 의해 아크 방전에 의해서 비도전성 대상물(석영 분말)을 가열 용융하는 고출력의 장치이다.

도 2a 및 도 2b는 본 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치의 탄소 전극 위치를 나타내는 모식 측면도이다.

탄소 전극(13)은, 예를 들면 교류 3상(R상, S상, T상)의 아크 방전을 하도록 하는 동일 형상의 전극 막대이며, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 하방에 정점을 가지는 역삼각추 형상이 되도록, 각각의 축선(13L)이 각도 θ1을 이루도록 각각이 설치되어 있다.

도 3은 본 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치의 탄소 전극 선단 부분을 나타내는 확대 모식도이다.

탄소 전극(13)은 대략 원주 막대 형상체이며, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 선단(13a)에는 이들 탄소 전극(13)끼리를 접촉시키는 접촉 위치(13b)를 포함하는 접촉 부분(13c)이 설치되고, 상기 접촉 부분(13c)의 형상이 선 단(13a)을 향하여 지름이 축소하는 원추대(圓錐台) 부분을 가지고, 선단(13a)의 선단면(13d)과 지름이 줄어드는 측주면(側周面)(13e)을 가진다.

이 측주면(13e)이 탄소 전극(13)의 축선(13L)과 이루는 각도 θ2는, 탄소 전극(13) 끼리 접촉한 경우에, 그 접촉 위치(13b)를 접촉 부분(13c)의 범위 내에 위치하도록 설정하고, 바람직하게는 θ1＞2×θ2가 되지만, 예를 들어 이 각도가 θ1=2×θ2가 되어 접촉 위치(13b)가 원추대 부분과 균일 지름 부분과의 경계 부근까지 위치하고 있는 경우에도, 접촉 위치(13b)가 접촉 부분(13c)의 범위 내에 위치하는 것이 가능한 범위라면 이에 한하지 않는다.

접촉 부분(13c)의 길이 L1은, 선단(13a)에서 접촉 위치(13b)까지의 거리 L2에 대해서, L2＜L1이 되는 것과 동시에, 탄소 전극(13)의 지름 치수 R에 대해서, 비 L2/R이 0 내지 0.001 내지 0.9(0 ~ 0.001 ~ 0.9)의 범위가 되도록 설정한다.

물론, 이것들은 탄소 전극(13)의 축선(13L)끼리의 각도 θ1 및 측주면(13e)이 탄소 전극(13)의 축선(13L)이 이루는 각도 θ2에 의존하므로, 상기의 조건을 만족하도록 이러한 범위를 설정하게 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 접촉 위치(13b)를 선단면(13d)과 측주면(13e)과의 경계가 되도록 설정하는 것과 동시에, 선단(13a)에서 접촉 위치(13b)까지의 거리 L2을 0이 되도록 설정하지만, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 있어서는 그 길이가 보이도록 일부러 명시하고 있다.

탄소 전극(13)의 접촉 부분(13c)은, 도 2a, 도 2b 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 다른 탄소 전극(13)에 접촉시켰을 경우에, 1지점만으로 접촉하도록 오목 부분 이 없는 형상으로 되어 있다. 다시 말하면, 이 접촉 부분(13c) 및 그 이외의 부분에 있어서는, 탄소 전극(13)이 2지점 이상으로 동시에 접촉하지 않도록, 다른 1개의 전극과의 재근접(再近接) 거리를 가지는 부분이, 한 점, 또는 하나의 선상 부분, 혹은 하나의 면상이 되는 1지점만 되도록 접촉 부분(13c)의 형상이 설정되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, θ1=2×θ2로서 설정한 경우에, 지름이 줄어드는 축경부(縮徑部)의 전체 길이에 걸쳐서 탄소 전극(13)끼리 하나의 직선 모양에 접촉하게 된다.

탄소 전극(13)은 균일 지름 부분에 있어서의 지름 치수 R과 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비가 0.02 ~ 0.6의 범위가 되도록 설정되어 있다.

이것은, 아크 방전의 출력과, 석영 유리 도가니의 구경(크기)에 의해 규정되는 용융하여야 할 원료 분말의 양과, 용융 처리의 온도 등의 조건과, 필요한 아크 방전 지속 시간과, 필요한 전극 강도로부터 탄소 전극(13)의 지름 치수 R이 결정되지만, 이에 더하여, 전극 진동 발생 방지의 관점으로부터, 탄소 전극(13)의 지름 치수 R의 규정을 행하는 것이다.

구체적으로는, 32인치의 석영 유리 도가니의 제조에 있어서는, 60분에 120mm 정도, 즉 1분 당 2mm 정도이며, 이 때의 탄소 전극(13)의 지름 치수 R은, 20mm 내지 30mm 내지 100mm 내지 120mm(20mm ~ 30mm ~ 100mm ~ 120mm)가 된다.

탄소 전극(13)은 입자 지름 0.3mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 이하, 더욱 바람직하게는 입자 지름 0.05mm 이하의 고순도 탄소 입자에 의해 형성되어, 그 밀도가 1.30g/㎤ ~ 1.80g/㎤, 혹은 1.30g/㎤ ~ 1.70g/㎤ 인 경우, 전극 각 상에 배치한 탄소 전극 상호의 밀도 차이를 0.2g/㎤ 이하로 할 수 있고, 이와 같이 높은 균질성에 의하여 발생된 아크가 안정되고, 탄소 전극(13)의 국부적인 손상을 방지할 수 있다.

본 실시형태의 아크 방전 장치(1)는, 석영 유리 도가니 제조시에 있어서 아크 방전을 행할 때에 각 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도를 40kVA/㎠ 내지 900kVA/㎠ 내지 1,700kVA/㎠(40kVA/㎠ ~ 900kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠)가 되도록 설정한다. 구체적으로는, 상술한 지름 치수 R로 설정된 탄소 전극(13)에 대해서, 300kVA 내지 500kVA 내지 2000kVA 내지 6000kVA 내지 10000kVA 내지 12,000kVA(300kVA ~ 500kVA ~ 2000kVA ~ 6000kVA ~ 10000kVA ~ 12,000kVA)의 전력을 공급하는 것이다.

전극 위치 설정 수단(20)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 탄소 전극(13)을 그 전극간 거리 D를 설정 가능하게 지지하는 지지부(21)와, 이 지지부(21)를 수평 방향으로 이동 가능한 수평 이동 수단과, 복수의 지지부(21) 및 그 수평 이동 수단을 일체로서 상하 방향으로 이동 가능한 상하 이동 수단을 가진다. 지지부(21)에 있어서는, 탄소 전극(13)이 각도 설정축(22) 주위에 회동 가능하게 지지되어, 각도 설정축(22)의 회전 각도를 제어하는 회전 수단을 가지고 있다. 탄소 전극(13)의 전극간 거리 D를 조절하려면, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이 회전 수단에 의해 탄소 전극(13)의 각도를 제어함과 함께, 수평 이동 수단에 의해 지지부(21)의 수평 위치를 제어한다. 또한, 상하 이동 수단에 의해 지지부(21)의 높이 위치를 제어하여 전극 선단(13a)의 석영 분말 성형체(11) 저부 위치에 대한 높이 위치를 제어하 는 것이 가능해진다.

또한, 도면에는 좌단의 탄소 전극(13)에만 지지부(21) 등을 나타내고 있지만, 다른 전극도 같은 구성에 의해 지지되어 각각의 탄소 전극(13)의 높이도 개별적으로 제어 가능하게 할 수 있다.

이하, 본 실시형태에 있어서의 아크 발생 방법에 대하여 설명한다.

도 4a는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법의 시간에 대한 전극간 거리 변화를 나타내는 타임 차트이며, 도 4b는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법의 시간에 대한 전류 진폭의 일례를 나타내는 타임 차트이며, 도 4c는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법의 시간에 대한 종래의 전류 진폭을 나타내는 타임 차트이다. 또한, 도 5는 본 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법을 나타내는 플로우 차트이다.

본 실시형태의 아크 방전 방법에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전극 초기 위치 설정 공정 S1, 전력 공급 개시 공정 S2, 전극 거리 확대 공정 S3, 전극 거리 조정 공정 S4, 전극 높이 설정 공정 S5, 전력 공급 종료 공정 S6을 가진다.

도 5에 나타내는 전극 초기 위치 설정 공정 S1에 있어서는, 몰드(10)에 석영 분말(원료 분말)를 충전하여, 석영 분말 성형체(11)를 소정 형태에 성형한 후, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 탄소 전극(13)이 하방에 정점을 가지도록 하는 역삼각추 형상을 유지하고, 또한 각각의 축선(13L)이 각도 θ1을 유지하면서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 선단(13a)에서 서로 접촉하도록 전극 초기 위치를 설정한다.

그 다음, 도 5에 나타내는 전력 공급 개시 공정 S2에 있어서는, 도 4에 나타내는 시각 t0에서, 도시하지 않는 전력 공급 수단으로부터, 상술한 바와 같이 설정되는 전력량으로 탄소 전극(13)에 전력 공급을 개시한다. 이 상태에서는, 아크 방전은 발생하지 않는다.

도 5에 나타내는 전극 거리 확대 공정 S3에 있어서는, 도 4에 나타내는 시각 t1에서, 전극 위치 설정 수단(20)에 의하여, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 탄소 전극(13)이 하방에 정점을 가지도록 하는 역삼각추 형상을 유지하고, 전극간 거리 D를 확대한다. 이와 함께, 탄소 전극(13)간에 방전이 발생하기 시작한다. 이 때, 각 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도가 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠가 되도록 전력 공급 수단에 의해 공급 전력을 제어한다.

도 5에 나타내는 전극 거리 조정 공정 S4에 있어서는, 도 4에 나타내는 시각 t2로부터, 전극 위치 설정 수단(20)에 의하여, 각도 θ1을 유지한 상태로, 석영 분말 성형체(11) 용융에 필요한 열원으로서의 조건을 만족하도록, 전극간 거리 D를 조절한다. 이 때, 각 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도가 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠가 되도록 전력 공급 수단에 의한 공급 전력 제어가 유지된다. 이것에 의하여, 아크 방전 상태를 안정시켜서 안정된 아크 열의 발생을 지속할 수 있다.

또한, 도 4에 나타내는 시각 t3로부터, 전극 위치 설정 수단(20)에 의해 전극간 거리 D를 더욱 확대하는 제어를 행할 수도 있다.

전극 거리 조정 공정 S4와 동시에, 도 5에 나타내는 전극 높이 설정 공정 S5로서, 전극 위치 설정 수단(20)에 의하여 각도 θ1을 유지한 상태로, 석영 분말 성 형체(11) 용융에 필요한 열원으로서의 조건을 만족하도록, 전극 높이 위치 T를 조절한다. 이 때, 각 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도가 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠가 되도록 전력 공급 수단에 의한 공급 전력 제어가 유지된다.

도 5에 나타내는 전력 공급 종료 공정 S6에 있어서는, 도 4에 나타내는 시각 t4에, 석영 분말 성형체(11) 용융이 소정 상태가 된 후에, 전력 공급 수단에 의한 전력 공급을 정지한다. 이 아크 용융에 의하여, 석영 분말을 용융하여 석영 유리 도가니를 제조한다.

또한, 상기의 각 공정에 대하여 통기구(12)에 접속한 감압 수단에 의해 석영 분말 성형체(11) 부근의 압력을 제어할 수도 있다.

본 실시형태에 있어서는, 전극 초기 위치 설정 공정 S1로서, 탄소 전극(13) 끼리를 접촉시키는 것과 동시에, 접촉 위치(13b)와 선단(13a)과의 거리 L2의 범위를 탄소 전극(13)의 지름 치수 R에 대하여 상기와 같은 비율로 설정하는 것에 의해, 전력 공급 개시 공정 S2로서 통전을 개시하고, 전극 거리 확대 공정 S3 및 전극 거리 조정 공정 S4로서 탄소 전극(13) 거리를 설정한 경우에, 발생하는 전극 진동의 진폭이 탄소 전극(13)의 지름 치수 R의 0.15배보다 커지는 것을 방지하여, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 전극 진동에 의한 전류 변동이 일어나지 않게 할 수 있다. 또한, 전극 진동의 진폭이 탄소 전극(13)의 지름 치수 R의 0.10배, 0.05배보다 커지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 만약 전극 진동이 발생해도 그 이상 확대되지 않고 수렴되며, 전극 진동이 가라앉아서 안정된 아크를 발생시키는 것이 가능해진다.

또한, 전극 진동의 진폭이 탄소 전극(13)의 지름 치수 R의 0.15배보다 크지 않도록 제어한 경우에는, 도 4에 나타내는 시각 t1에서 12 sec 이내에 전극 진동을 수렴시킬 수 있다.

또한, 전극 진동의 진폭이 탄소 전극(13)의 지름 치수 R의 0.10배보다 크지 않도록 제어한 경우에는, 도 4에 나타내는 시각 t1로부터 8 sec 이내에 전극 진동을 수렴시킬 수 있다.

또한, 전극 진동의 진폭이 탄소 전극(13)의 지름 치수 R의 0.05배보다 크지 않도록 제어한 경우에는, 도 4에 나타내는 시각 t1로부터 4 sec 이내에 전극 진동을 수렴시킬 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 전극 거리 확대 공정 S3, 전극 거리 조정 공정 S4, 전극 높이 설정 공정 S5에 있어서, 각 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도가 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠가 되도록 전력 공급 수단에 의한 공급 전력 제어가 유지되는 것에 의해, 전극 진동의 증가 원인이 되는 로렌츠력을 진동 증가 방지 허용 범위 내로 수렴하는 것이 가능해지기 때문에, 탄소 전극(13)에서 발생한 전극 진동을 가라앉히는 것이 가능해진다.

본 실시형태에 있어서, 탄소 전극(13)의 접촉 부분(13c)은, 1지점만으로 다른 탄소 전극(13)에 접촉하도록, 다른 하나의 전극과의 재근접(再近接) 거리를 가지는 부분이 1지점만 되도록 그 형상이 설정되는 것에 의해, 전극 진동이 일어나기 쉬운 탄소 전극(13) 측면에서의 방전 발생을 방지할 수 있고, 접촉 부분(13c)의 선단만으로 방전을 행하여, 안정된 아크 열의 발생과 전극 진동의 방지를 동시에 실 현하는 것이 가능해진다.

본 실시형태에 있어서, 탄소 전극(13)이, 균일 지름 부분에 있어서의 지름 치수 R과 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비를 0.02 ~ 0.6의 범위가 되도록 설정하는 것으로, 아크 방전의 출력과, 석영 유리 도가니의 구경(크기)에 의해 규정되는 용융하여야 할 원료 분말의 양과, 용융 처리의 온도 등의 조건과, 필요한 아크 방전 지속 시간과, 필요한 전극 강도와 전극 진동 발생 방지의 조건을 동시에 만족시켜서, 아크 용융에 필요한 열량을 석영 분말 성형체(11) 용융에 공급할 수 있는 아크 열을 발생하는 것과 동시에, 전극 진동을 방지할 수 있는 효과를 실현하는 것이 가능해진다.

[실시예]

또한, 본 실시형태에 있어서는, 접촉 부분(13c)이 원추대 형상인 것을 나타냈지만, 다음과 같은 구성도 가능하다.

도 6a 내지 도 6d는, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치의 탄소 전극 선단 부분을 나타내는 모식도이다.

본 발명의 탄소 전극으로서는, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 탄소 전극(13A)의 기부로부터 선단(13a)까지 연속적으로 지름이 줄어들어, 기부의 지름 치수 R1에 대하여 선단(13a)의 지름 치수 R2가 작게 설정되어 있고, 그 전체 길이에 걸친 측면(13f)이 원추대(圓錐台)가 되고 있는 것, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 탄소 전극(13B)의 선단(13a)에 있어서의 접촉 부분(13c)이, 탄소 전극(13B)의 축선(13L)에 따른 단면 윤곽에 있어서 곡률 불연속점이 존재하지 않는 곡선, 예를 들면 타원의 호(弧)와 같은 형상인 것, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 탄소 전극(13C)의 선단(13a)에 있어서의 접촉 부분(13c)이, 그 기부가 균일 지름부에 연속하는 원추대의 측주면(13h)인 것과 동시에, 이 원추대에서 선단(13a)측이 이 원추대로 부드럽게 연속하고, 또한 탄소 전극(13C)의 축선(13L)에 따른 단면 윤곽에 있어서 곡률 불연속점이 존재하지 않는 곡선, 예를 들면 타원의 호, 혹은 원의 호와 같은 형상인 것, 도 6d에 나타낸 바와 같이, 탄소 전극(13D)의 기부로부터 선단(13a)에 연속적으로 지름이 축소하는 원추형인 것이 가능하다.

여기서, 도 6a 내지 도 6d에 나타낸 바와 같이 접촉 부분(13c)에 있어서의 기부측의 지름 치수와 전극 그 자체의 기부의 지름 치수 R1이 다른 것에 있어서, 상기의 비 L2/R의 범위 등을 설정하는 경우에는, 전극 지름 치수 R이, 도시한 바와 같이 전극 축선(13L)방향에 있어서 접촉 부분(13c)에 있어서의 기부측 위치, 즉 전극 선단(13a)으로부터 길이 L1에 있어서의 직경 치수로서 설정된다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

상술한 탄소 전극(13)으로서 이하의 치수의 것을 준비하고, 이하와 같은 조건으로 아크 방전을 행하여, 석영 유리 도가니를 제조했다. 이 때, 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도가 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠인 것과, 그 이외의 아래와 같은 조건을 설정하여 이들 결과를 비교했다.(도가니 구경；32인치, 출력；3,000kVA, 처리 시간；30분, 전극 형상；선단 원추대, θ1；16°, θ2；7°, 탄소 전극 지름 치수 R；70mm, 접촉 부분 길이 L1；50mm, 접촉 위치 L2；전극 선단으로부터 10mm, 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도；30, 50, 800, 1200, 1800, 2000kVA/㎠)

그 결과, 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도；30kVA/㎠인 경우에는, 아크가 정상적으로 발생하지 않았지만, 전력 밀도；50kVA/㎠인 경우에는, 아크가 정상적으로 발생했다.

또한, 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도；800, 1200kVA/㎠인 경우에는, 전극 진동이 탄소 전극 지름 치수 R의 0.15배 이내가 되어, 도 4b에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 발생한 진동이 수렴했지만, 전력 밀도；1800, 2000kVA/㎠인 경우에는, 전극 진동이 탄소 전극 지름 치수 R의 0.15배보다 커져서, 도 4c에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 발생한 진동이 증가하기 시작했기 때문에, 도가니 제조를 정지했다.

상기의 결과로부터, 탄소 전극(13)에 있어서의 전력 밀도가 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠로 하는 것에 의해, 발생한 전극 진동을 수렴되는 것을 알 수 있었다.

다음에, 전극 선단 접촉 위치 L2를 변화시킨 실험예에 대하여 설명한다.

전극 선단으로부터 전극 접촉점까지의 거리(L2)를 변화시켜서, 이하와 같은 조건으로 아크 방전을 행하여, 석영 유리 도가니를 제조하고, 전극 진동의 진폭과 전극 파손의 유무를 검증했다.(도가니 구경；32인치, 출력；3,000kVA, 처리 시간；30분, 전극 형상；선단 원추대, θ1；16°, θ2；7°, 탄소 전극 지름 치수 R；70mm, 접촉 부분 길이 L1；50mm, 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도；800kVA/㎠) 그 결과를 표 1에 나타낸다.　

이 결과로부터, 실험예 1 내지 실험예 3에 나타낸 바와 같이, 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대한 비율의 값이 0 ~ 0.9의 범위이면 전극 파손이 발생하지 않고, 동시에 제조한 석영 유리 도가니 상태도 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 표 1 및 표 2에 대하여, 불합격이란 아크 방전 상태에 기인하는 부작용으로서 도가니의 두께 치수, 외경 치수가 소정 형태가 될 때까지 용융 처리를 행할 수 없었던 것, 혹은 형상은 소정 치수가 되었다고 하더라도 아크 용융이 불충분하여, 도가니 내 표면 부근의 무기포층으로 하는 부분에 있어서 기포율이 충분한 비율까지 저감되지 않는 등, 단결정 인상에는 사용할 수 없는 도가니 특성이 된 것을 의미하는 것이며, 합격이란 형상, 내 표면상태 등의 도가니 특성이 모두 소정의 기준을 만족하도록 도가니가 제조된 것을 의미하는 것이다.

다음으로, 전극 선단 형상을 변화시킨 실험예에 대하여 설명한다.

전극 선단 형상을 도 6a 내지 도 6d에 나타내는 형상으로서, L2를 변화시킨 실험예와 같은 조건으로서 L2를 전극 선단에서 10mm로 아크 방전시키고, 그 때의 전극 진폭과 전극 직경과의 비를 구했다. 방전 상태와 함께 그 결과를 기재한다.

방전 방향：전극 선단면(13a)에서 하측 방향(전극 축선 방향)으로의 방전

전극의 진폭/전극 직경：0.15보다 작음

아크 끊어짐/전극 낙하：무

또한, 선단 형상 변화의 비교예로서 전극 선단 방향으로 지름이 늘어나는 전극, 원주 전극, 원주부에 요철이 있는 전극을 이용하여, 동일한 방법으로 아크 방전시키고, 그 때의 전극 진폭과 전극 직경과의 비를 구했다. 동일한 방법으로 그 결과를 기재한다.

방전 방향：불평등 전계에 의한 측면 방전(측주면(13e)에서의 방전)

전극의 진폭/전극 직경：0.15보다 큼

아크 끊어짐/전극 낙하：유

이들 결과로부터, 도 6a 내지 도 6d에 나타내는 형상에서는, 안정된 아크를 양호하게 발생 가능하다는 것을 알 수 있다.

다음에, 전극 지름 치수와 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비를 변화시킨 실험예에 대하여 설명한다.

전극 지름 치수와 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비를 1.8부터 87.5까지 변화시켜, L2를 변화시킨 실험예와 같은 조건으로서 L2를 전극 선단에서 10mm로 아크 방전시켜서, 그 때의 전극 진폭과 전극 직경과의 비를 구했다. 방전 상태와 함께 그 결과를 기재한다.

이 결과로부터, 실험예 8 내지 실험예 10에 나타낸 바와 같이 전극 지름 치수 R과 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수 LL와의 비 LL/R의 값이 0.02 ~ 0.6의 범위가 바람직한 것을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치를 나타내는 모식 정면도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치의 탄소 전극 위치를 나타내는 모식도이다.

도 3은 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치의 탄소 전극 선단 부분을 나타내는 확대 모식도이다.

도 4a는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법의 시간에 대한 전극간 거리 변화를 나타내는 타임 차트이다.

도 4b는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법의 시간에 대한 전류 진폭의 일례를 나타내는 타임 차트이다.

도 4c는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법의 시간에 대한 종래의 전류 진폭을 나타내는 타임 차트이다.

도 5는 본 발명에 관한 실시형태에 있어서의 아크 방전 방법을 나타내는 플로우 차트이다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 아크 방전 장치의 탄소 전극 선단 부분을 나타내는 모식도이다.

Claims

300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서, 복수의 탄소 전극에 의해 아크 방전에 따라 비도전성 대상물을 가열 용융하는 공정과,

아크 방전 개시 시에 상기 탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0.001 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 설정하는 공정을 포함하여 이루어지는 아크 방전 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도를 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠로 설정하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 방법.
탄소 전극끼리를 접촉시키는 접촉 위치와 상기 탄소 전극 선단과의 거리가, 상기 탄소 전극 지름에 대하여 0.001 ~ 0.9인 비율을 갖는 범위가 되도록 배치된 탄소 전극으로부터 이루어지는 300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서, 복수의 탄소 전극에 의해 아크 방전에 따라 비도전성 대상물을 가열 용융하는 아크 방전 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 탄소 전극에 있어서의 전력 밀도를 40kVA/㎠ ~ 1,700kVA/㎠로 설정하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 탄소 전극에는, 상기 접촉 위치를 포함한 접촉 부분이 선단에 설치되고, 상기 접촉 부분의 형상이, 선단 방향으로 지름이 축소하는 원추, 원추대, 또는 상기 탄소 전극의 축선에 따른 단면 윤곽에 있어서 곡률 불연속점이 존재하지 않는 곡선 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아크 방전 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 탄소 전극은, 그 지름 치수와 아크 방전 단위 분당 소모하는 길이 치수와의 비를 0.02 ~ 0.6의 범위가 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 아크 방전 장치.
원료 분말을 도가니 성형용의 몰드 내에 성형하고, 그 성형체를 아크 방전에 의해 가열 용융하여 석영 유리 도가니를 제조하는 장치로서,

원료 분말을 충전하여 성형하는 몰드와, 청구항 3에 기재된 아크 방전 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 석영 유리 도가니 제조 장치.
석영 유리 도가니의 제조 방법으로서,

석영 분말을 도가니의 형상으로 성형하여 석영 분말 성형체를 성형하는 성형 공정과,

300kVA ~ 12,000kVA의 출력 범위에서 복수의 탄소 전극간에 아크 방전을 발생시켜서 상기 석영 분말 성형체를 가열 용융하여 석영 유리 도가니를 제조하는 방전 공정을 포함하고,

상기 방전 공정은 상기 아크 방전을 개시할 때에 상기 탄소 전극끼리를 접촉시켜서, 그 접촉 위치와 각각의 탄소 전극의 선단과의 거리와, 상기 탄소 전극의 직경과의 비율이 0.001 ~ 0.9의 범위가 되도록 설정하는 방전 개시 공정과,

상기 방전 개시 공정 후에 상기 탄소 전극간의 거리를 확대하여 상기 아크 방전을 유지하는 방전 유지 공정을 구비하는 석영 유리 도가니의 제조 방법.