TWI444341B - 氧化矽玻璃坩堝製造裝置 - Google Patents

Description

氧化矽玻璃坩堝製造裝置

本發明係關於一種利用旋轉模具法製造氧化矽玻璃坩堝的氧化矽玻璃坩堝製造裝置。

眾所周知，旋轉模具法作為單晶矽拉晶用的氧化矽玻璃坩堝的製造方法(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。在該方法中，使用包括旋轉模具以及多個電極的氧化矽玻璃坩堝製造裝置，該旋轉模具用於一邊旋轉，一邊在碗狀的內表面堆積氧化矽(silica)粉，該多個電極設置在所述旋轉模具上方。

亦即，在這種氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，通過使旋轉模具以其旋轉軸為中心旋轉的同時，在旋轉模具的內表面堆積特定層厚的氧化矽粉，以在旋轉模具內形成由氧化矽粉構成碗狀的氧化矽粉層，利用多個電極的尖端之間產生的電弧放電來加熱熔化旋轉模具內的氧化矽粉層使其玻璃化，以製造氧化矽玻璃坩堝。

然而，為使氧化矽粉層適當熔化，需要適當調整電弧放電產生的加熱溫度。為調整這個加熱溫度，可以控制供給電極的電力，不過，為匹配氧化矽粉層的形狀而進行的加熱熔化僅僅控制供給電力是不夠的，有必要調整多個電極尖端的距離等，由此調整電弧放電的輸出，使電弧放電穩定化。對此，現有的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，通過在旋轉模具的上方設置移動各個電極的機構，以調整多個電極尖端的距離。

另一方面，加熱熔化氧化矽粉層時，在旋轉模具內有時會產生煙塵(氧化矽蒸氣)等的粉塵。對此，在現有的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，通過在旋轉模具的上方設置一板狀的間隔壁，起到對旋轉模具上方把持電極的把持機構等的保護作用。並且，在間隔壁形成多個貫穿間隔壁厚度方向的通孔，使各個電極分別插入穿過這些多個通孔。

[背景技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本公告專利特公昭59-34659號公報

專利文獻2：日本公開專利特開平11-236233號公報

然而，在現有的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，在設置使電極移動的機構及間隔壁時，為避免電極和通孔干涉，需要設定通孔的開口面積大於電極，此時，可能有粉塵從通孔和電極之間的間隙侵入到間隔壁的上方一側。

而且，還存在所述粉塵和未留意的塵埃會從間隔壁的上方一側通過通孔和電極之間的間隙掉落到旋轉模具，及在熔化作業中，熱侵入到間隔壁的上方等問題。

而且，在製造氧化矽玻璃坩堝的過程中，為使其適當地熔化成理想的熔化狀態，需要適當調整電弧放電產生的加熱溫度。為調整這一加熱溫度，需考量控制供給到電極的電力，但是，對於坩堝內表面狀態的控制要求更精細，為實現這個需要更精細的熔化狀態控制，僅僅控制供給電力是不夠的，有必要通過使多個電極尖端接近或分離來更加準確地調整電極尖端間的距離。在所述接近或分離時為避免電極和間隔壁之間的干涉，需要設置成較大的開口。這樣一來，會產生未留意的塵埃從開口落入到熔融室，及在熔化作業中，2000～3000℃左右的高溫氣體或熱輻射侵入到間隔壁上方等問題。

有鑒於此，本發明的目的是提供一種氧化矽玻璃坩堝製造裝置，該氧化矽玻璃坩堝製造裝置具有既能移動電極而輕易調整電弧放電產生的加熱溫度，又能縮小間隔壁的通孔和插入穿過該通孔的電極之間間隙的結構。

為解決上述課題，本發明提供以下手段。

即，本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置，是通過多個棒狀電極的尖端之間產生的電弧放電來加熱熔化形成在旋轉模具內的氧化矽粉層而製造氧化矽玻璃坩堝的氧化矽玻璃坩堝製造裝置。所述旋轉模具的上方設置有板狀的間隔壁，所述電極插入貫穿所述間隔壁厚度方向的通孔，且向所述旋轉模具延伸設置，在所述間隔壁上設置有使所述電極在虛擬擺動軸周圍擺動的擺動單元，所述虛擬擺動軸是穿過所述通孔的軸線。

根據這種結構，以調整電弧放電產生的熱量為目的而調整所述多個電極的尖端間距離，優選通過擺動單元使所述各個電極擺動。這時，所述電極的作為擺動中心的虛擬擺動軸附近的部分只是在微動。所以，由於虛擬擺動軸處於用於插電極的通孔內，因此，可以縮小該通孔的尺寸。

並且，在本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，所述虛擬擺動軸優選為沿所述間隔壁厚度方向中央延伸的軸線。為此，可以使通孔的尺寸達到最小化。

並且，在本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，優選在所述間隔壁上設置有使所述電極沿其長度方向往復移動的往復移動單元。由於通過所述擺動單元可以使電極擺動，同時通過往復移動單元可以使電極往復移動，所以，可以更靈活地調整多個電極尖端之間的距離。並且，即使電弧放電電極尖端消耗，也可以通過往復移動單元來使電極向旋轉模具移動，由此容易進行維護。並且，在本發明中，所述擺動中心也可以設定在所述間隔壁的厚度方向，以使其位於所述間隔壁內。而且，也可以在這個擺動中心上設置位於上述間隔壁內的擺動軸。这时，可以更准确的进行电极的摆动操作。

並且，在本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，優選為所述間隔壁在上下方向移動。

這樣一來，通過使其可移動而支撐，由此，在維持多個電極尖端之間距離的狀態下，可以使這些電極接近或遠離作為加熱物件的氧化矽粉層。因此，可以更容易地調整電弧放電產生的熱量。而且，通過使因電弧放電消耗的電極移動更準確的進行電極尖端位置控制，因此，可以更精確的控制電弧放電產生的加熱狀態。

並且，在本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置中，所述通孔的孔形狀為以沿所述電極的擺動方向的方向為長軸的長孔形狀，所述通孔短軸的長度相等或稍大(1mm左右)於所述電極的直徑，所述長軸的長度比所述電極的直徑大3mm～10mm左右。

由此，可以降低在間隔壁內外移動的氣體、煙塵、熱、塵埃等污染物的絕對量，可以防止在製造氧化矽玻璃坩堝過程中的污染，且可以降低製造裝置在製造時的高溫環境下受到的損傷，降低維護的次數，降低製造成本。為此，可以簡單地調整必要的熔化溫度，同時，可以縮小為調節各電極的間隔和高度方向的位置而使電極擺動或在上下方向上移動時，所必要的設置在間隔壁上的電極的通孔之大小，而且，可以防止熔化中的熱從所述通孔穿過所述間隔壁擴散到上部空間。而且，在熔化準備工作中和熔化工作中，例如可以減少附著或滯留在間隔壁上側的機械室以及間隔壁(頂棚)的塵埃通過所述電極的通孔落入到熔融室的旋轉模具內。

本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置，通過使電極擺動可以調整多個電極尖端之間的距離，可以輕易調整電弧放電產生的加熱溫度。並且，插入電極的通孔的尺寸可以做得很小，因此，可以防止熔化中的熱從所述通孔穿過所述間隔壁擴散。而且，在熔化準備工作中和熔化工作中，例如可以減少附著或滯留在間隔壁上方的塵埃通過所述通孔落入到熔融室的熔融物。

下面將結合附圖詳細說明本發明氧化矽玻璃坩堝製造裝置的一實施形態。

圖1是本實施形態相關的氧化矽玻璃坩堝製造裝置的局部示意圖，在圖中，符號1是氧化矽玻璃坩堝製造裝置。

本實施形態的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1是以作為製造口徑為24英寸以上，32～44～50英寸左右的氧化矽玻璃坩堝時的熱源為例來進行說明的，不過，只要是電弧熔化非導體的裝置，則不限於被熔融物的種類、坩堝口徑、裝置輸出能力以及作為熱源的用途，不限於該結構。

本實施形態的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1，通過平行於水平面延伸的板狀的間隔壁15，被劃分成作為該間隔壁15下方空間的熔融室A和作為上方空間的操作室B。並且，在所述間隔壁15內，在進行電弧熔化處理中為進行冷卻，還可以流通水等冷卻劑。而且，熔融室A和操作室B是周圍用側壁等隔開的閉塞空間。

熔融室A是被熔融物進行熔化的空間，如圖1所示，該熔融室A內設置有旋轉模具10，該旋轉模具10通過旋轉單元(圖未示)可以旋轉、且具有限制氧化矽玻璃坩堝外形的碗狀內表面。在這個旋轉模具10中，通過使該旋轉模具10旋轉的同時，在其內表面堆積特定厚度的原料粉(氧化矽粉)，以形成氧化矽粉層11。在旋轉模具10內部設置有多個向其內表面開口，且連接到減壓單元(圖未示)的通氣口12，以減小氧化矽粉層11內部的壓力。

並且，相對熔融室A可自由進出的配置旋轉模具10。為此，例如，可以在熔融室A外形成氧化矽粉層11之後，再將旋轉模具10配置在熔融室A內並進行氧化矽粉層11的加熱熔化。

另一方面，在作為熔融室A頂棚部分的間隔壁15上，形成有三個貫穿間隔壁15厚度方向(上下方向)的通孔16，該通孔16將熔融室A和操作室B連通。並且，這些通孔16內分別插入穿過從操作室B到熔融室A，用於電弧加熱的碳電極13。為此，在熔融室A內的旋轉模具10上方，碳電極13朝向該旋轉模具10延伸配置。而且，碳電極13連接到電力供給單元(圖未示)，由此可以對氧化矽粉層11進行加熱。

碳電極13例如是具有相同形狀的碳電極棒，其可以進行交流3相(R相，S相，T相)電弧放電，該碳電極13分別由電極移動機構20(圖1中省略圖示)把持，該電極移動機構20設置在位於間隔壁15上方空間的操作室B。各電極13通過電纜連接到交流電源(圖未示)。

並且，如圖2、圖3所示，在俯視狀態下，碳電極13位於以電極位置中心線LL為中心的同一圓周上。而且，碳電極13設置成在下方具有頂點的倒三角錐狀，且各自的軸線13L成角度θ1。另外，在如圖所示的例子中，電極位置中心線LL與旋轉模具10的旋轉中心線L保持一致，不過，通過電極移動機構20移動碳電極13，因此也可以相對偏離於旋轉中心線L。

在本發明中，作為原料使用氧化矽粉，該氧化矽粉可以是合成氧化矽粉也可以是天然氧化矽粉。天然氧化矽粉可以為石英的粉末，也可以為作為氧化矽玻璃坩堝原材料周知的材料粉末，例如水晶、矽砂等。並且，氧化矽粉可以為結晶狀態、非結晶狀態、玻璃狀態。

在這個結構中，氧化矽玻璃坩堝製造裝置1為在300kVA～12,000kVA的輸出範圍內，通過多個碳電極13尖端間產生的電弧放電加熱熔化非導電性物件物(氧化矽粉)的高輸出裝置。

並且，碳電極13的數量不限於圖示的例子，可以任意設定。而且，對應碳電極13的數量可以進行交流2相，交流3相，交流4相的電弧放電。此時，通孔16的數量亦對應碳電極13的數量相應地增加。

如圖4所示，電極移動機構20設置在位於間隔壁15上方空間的操作室B內，具有往復移動單元30和擺動單元40，其中，該往復移動單元30用於使碳電極13在其軸線13L方向往復移動，該擺動單元40用於使碳電極13以特定的虛擬擺動軸P為中心擺動。

往復移動單元30由第一氣缸31和往復移動控制部32構成。第一氣缸31是利用油壓或氣壓等工作的氣缸，第一導杆31b在第一氣缸本體31a內能夠沿第一氣缸31的軸向伸縮。碳電極13的尾端連接到第一導杆31b的尖端，並且，該碳電極13的軸線13L與第一氣缸31的軸向保持一致。並且，通過往復移動控制部32控制這個第一氣缸31的第一導杆31b的位移量。

因而，通過第一導杆31b根據往復移動控制部32的指令發生位移，使碳電極13可以沿其軸線13L方向即往復移動方向T1往復移動。

擺動單元40由基台41、第二氣缸42、第三氣缸43以及擺動控制部44構成。

第二氣缸42具有與所述第一氣缸31相同的結構，亦即，第二導杆42b在第二氣缸本體42a內能沿第二氣缸42的軸向伸縮。第三氣缸43具有與所述第一氣缸31相同的結構，亦即，第三導杆43b在第三氣缸本體43a內能沿第三氣缸43的軸向伸縮。

所述第二氣缸42及第三氣缸43由設置在間隔壁15的基台41支撐。具體的，所述第二氣缸本體42a以及第三氣缸本體43a固定於基台41，使第二氣缸42配置在第三氣缸43的下方，並且使第二導杆42b和第三導杆43b面向斜上方傾斜並可伸縮的方向。

並且，第二導杆42b的尖端旋轉連接到第一氣缸本體31a的尖端側(連接有碳電極13的一側)，並且，第三導杆43b的尖端連接到第一氣缸本體31a的基端側(連接有碳電極13一側的相反側)。

並且，這些第二氣缸42的第二導杆42b以及第三氣缸43的第三導杆43b的位移量由擺動控制部44控制。在這個擺動控制部44中，通過第二導杆42b和第三導杆43b設計有位移差，使第二導杆42b和第三導杆43b伸縮，就可以使第一氣缸本體31a以虛擬擺動軸P為中心擺動。

亦即，第二導杆42b與第一氣缸本體31a的連接處和第三導杆43b與第一氣缸本體31a的連接處設置在以虛擬擺動軸P為中心的圓的同一直徑方向，控制第二導杆42b和第三導杆43b的位移量，使該兩個連接處的軌跡為以虛擬擺動軸P為中心的半徑不同的圓弧。因此，碳电极13以虚拟摆动轴P为中心摆动。

這樣一來，連接到第一氣缸31的碳電極13可以以虛擬擺動軸P為中心在擺動方向T2上擺動。而且，這個擺動方向T2是沿著包含電極位置中心線LL與各個通孔16中心的垂直平面的方向，即，在電極位置中心線LL與電弧放電前的初始位置的碳電極13的軸線13L構成的平面內，以作為該平面法線的虛擬擺動軸P為中心的圓弧方向，在俯視狀態來看，從電極位置中心線LL以放射狀擴散的直徑方向。為此，虛擬擺動軸P成為電極位置中心線LL與碳電極13軸線13L的向量積所表示的方向。

在此，所述虛擬擺動軸P是通過間隔壁15之通孔16的虛擬軸。具體的，這個虛擬擺動軸P是通過碳電極13中心位置，且垂直於碳電極13軸線13L的水平軸，被設定為與位於間隔壁15厚度範圍內延伸的直線一致。在本實施形態中，被設定為沿間隔壁15的厚度方向中央延伸。

因而，所述擺動單元40是能使碳電極13在擺動方向T2上擺動的結構，該擺動以通過所述通孔16的虛擬擺動軸P為中心。

而且，為實現在上述擺動方向T2上的擺動，如圖5所示，在水平剖面視圖中，分別插入三個碳電極13的通孔16形狀為長孔形狀，該長孔形狀的長度方向為沿著各自擺動方向T2的方向，即通過電極位置中心線LL和各個通孔16的方向。並且，在本實施形態中，各個碳電極13垂直其軸線13L的剖面形狀為圓形，該圓形的直徑d為40～100mm左右。對此，通孔16短軸的長度Da相等或稍大於碳電極13的直徑d(1mm左右，0.5～1.5mm)，長軸的長度Db比碳電極13的直徑d大3mm～10mm左右。

如前所述，在電極移動機構20中，通過往復移動單元30，碳電極13可以在其軸線13L方向即往復移動方向T1上往復移動，通過擺動單元40可以在以虛擬擺動軸P為中心的擺動方向T2上擺動。這時，往復移動單元30及擺動單元40由於各自動作，因此互不干涉。即，如圖6(a)、(b)所示，即使通過往復移動單元30使碳電極13沿往復移動方向T1的某個位置發生位移，也可以通過擺動單元40使碳電極13以虛擬擺動軸P為中心擺動。

因此，碳電極13尖端間距離D(下稱電極間距離D)，可以通過碳電極13的往復移動以及擺動來調整。碳電極13的往復移動是通過往復移動單元30，使各個碳電極13在往復移動方向T1上往復移動，碳電極13的擺動是通過擺動單元40，使各個碳電極13在擺動方向T2上擺動。並且，多個碳電極13的軸線13L所成的角度θ1(下稱張開角度θ1)，可以通過各個碳電極13利用擺動單元在擺動方向T2上的擺動來調整。

並且，在本實施形態中，設置有所述電極移動機構20的間隔壁15自身可以在上下移動方向T3上移動。而且，這個間隔壁15在上下移動方向T3上的移動，例如可以通過齒輪齒條等傳動機構較容易實現。因此，碳電極13相對旋轉模具10的高度位置可以通過使間隔壁15在上下移動方向T3上的移動來調整。

下面，在具有上述結構的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1中，有關利用加熱熔化氧化矽粉層11來製造氧化矽玻璃坩堝的方法進行說明。

當加熱熔化形成在旋轉模具10內表面的碗狀的氧化矽粉層11時，在電弧開始放電前，作為中心電弧，以與旋轉模具10的旋轉中心線L一致的電極位置中心線LL為對稱軸設置碳電極13。具體的，如圖2、圖3所示，預先設置碳電極13，使得各個碳電極13形成下方具有頂點的倒三角錐形狀，而且，使各自的軸線13L形成一張開角度θ1，而且，使產生電弧放電的多個碳電極13的尖端相互接觸。

接著，通過電力供給單元(圖未示)開始對碳電極13供給電力(電力供給開始製程)。這時，由於多個碳電極13的尖端相互接觸，所以，不會產生電弧放電。

之後，一邊通過電極移動機構20維持碳電極13的下方具有頂點的倒三角錐形狀，一邊擴大電極間距離D(碳電極距離擴大製程)。同時，在碳電極13間開始放電。這時，通過電力供給單元控制供給電力，使各碳電極13的電力密度為40kVA/cm² ～1,700kVA/cm² 。

並且，通過電極移動機構20調節電極間距離D(碳電極距離調整製程)，使其滿足作為熔化氧化矽粉層11的熱源的加熱溫度。這時，通過電力供給單元維持供給電力控制，使各碳電極13的電力密度為40kVA/cm² ～1,700kVA/cm² 。為此，可以穩定電弧放電的狀態，持續產生穩定的電弧火焰。

並且，通過使間隔壁15在上下移動方向T3上移動來調節碳電極13相對於旋轉模具10的高度位置(碳電極高度設定製程)，使其滿足作為熔化氧化矽粉層11的熱源的加熱溫度。這時，通過電力供給單元維持供給電力控制，使各碳電極13的電力密度為40kVA/cm² ～1,700kVA/cm² 。

最後，由於氧化矽粉層11熔化成為特定的狀態後，停止電力供給單元的電力供給(電力供給結束製程)，所以，製造氧化矽玻璃坩堝結束。而且，在上述各製程中，也可以通過連接到通氣口12的減壓單元來控制氧化矽粉層11附近的壓力。

如上所述，在本實施形態的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1中，調整電弧放電的狀態時，通過利用電極移動機構20使各碳電極13移動來調整碳電極13間的電極間距離D。在這裏，特別是通過電極移動機構20的擺動單元40使碳電極13擺動來調節電極間距離D時，如圖6(a)、(b)所示，碳電極13的尖端的位置發生變化，不過，碳電極13的虛擬擺動軸P附近的部分即碳電極13在通孔16內的部分只是微動。所以，即使是使碳電極13發生較大擺動時，碳電極13在通孔16內也只是微動，因此即便更擴大碳電極13的擺動範圍，仍可能縮小通孔16的大小。

並且，特別在本實施形態中，由於所述虛擬擺動軸P沿間隔壁15厚方向的中央延伸，所以，可以大大縮小通孔16的大小。

因此，如上所述，由於可以保持通孔16長軸的長度Db比碳電極13的直徑d大3mm～10mm左右的尺寸，可以大大減小碳電極13和通孔16之間的間隙，所以，可以防止熔化中的熱從所述通孔16穿過所述間隔壁擴散到所述操作室B。而且，在熔化準備工作中和熔化工作中，例如可以減少附著或滯留在操作室B內的塵埃通過通孔16落入到熔融室的熔融物。

並且，通過碳電極13的擺動，也可以在較大的角度範圍內調整產生電弧放電的碳電極13的張開角度θ1。這樣一來，能擴大相對於通孔16的碳電極13的移動範圍，這一點在製造例如30英寸以上大口徑的氧化矽玻璃坩堝時特別有效。

亦即，在製造大口徑的氧化矽玻璃坩堝時，為熔化氧化矽粉需要增加必要的電弧放電輸出。為此，由於電弧放電產生的熱容易消耗各碳電極13的尖端，這樣一來，碳電極13的電極間距離D容易變大。在這裏，在本實施形態的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1中，如前所述，由於能夠在較寬的範圍內調整電極間距離D，所以，實際可以延長碳電極13的壽命。

並且，為增加電弧放電的輸出，有必要擴大碳電極13的張開角度θ1，以避免在碳電極13的尖端之外產生電弧放電。在這裏，如果本實施形態的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1，如前所述，通過以虛擬擺動軸P為中心使其擺動，可以在較寬的角度範圍內調整張開角度θ1，所以，在同樣的氧化矽玻璃坩堝製造裝置1中，可以製造從小口徑到大口徑較大範圍的氧化矽玻璃坩堝。

而且，由於通過所述擺動單元40可以使碳電極13擺動，同時通過往復移動單元30可以使碳電極13在其軸線13L方向移動，所以，可以更靈活地調節電極間距離D，例如，在維持碳電極13間的張開角度θ1的同時可以任意調整電極間距離D。

並且，即使由於電弧放電而使碳電極13尖端消耗，導致該碳電極13的長度不足時，可以通過往復移動單元30使碳電極13向旋轉模具10前進移動，所以容易進行維護。

並且，由於間隔壁15在上下方向能夠移動，所以，在維持電極間距離D的同時，可以使這些碳電極13接近或遠離作為加熱對象的氧化矽粉層11。因此，能更轻易调整电弧放电产生的热量。

前面關於本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置的實施形態進行說明，不過，本發明不局限於上述實施形態，本發明的氧化矽玻璃坩堝製造裝置的各部分具體結構可以做各種設計變更。

例如，作為實施形態的電極移動機構20的變形例，也可以是由圖7所示的往復移動單元60和擺動單元70組成的電極移動機構50。

這個變形例的電極移動機構50與前述實施形態相同，是利用往復移動單元60使碳電極13在往復移動方向T1上往復移動，同時，利用擺動單元70使碳電極13在擺動方向T2上擺動的機構，不過，其結構與前述實施形態不同。

如圖7所示，變形例的往復移動單元60具有往復移動氣缸61以及導引部件62。該往復移動氣缸61的一端旋轉固定於操作室B的頂棚17，另一端旋轉連接到碳電極13的尾端。所述導引部件62呈可以插入碳電極13的筒狀，一端可以以虛擬擺動軸P為中心旋轉。

往復移動氣缸61是導杆61b在筒狀的氣缸本體61a中能夠伸縮的結構，氣缸本體61a的基端(一端)通過旋轉連接部63連接到操作室B的頂棚17。因此，往復移動氣缸61可以以旋轉連接部63為中心旋轉。

並且，導杆61b的尖端與碳電極13的尾端通過旋轉連接部64連接。因此，導杆61b的尖端和碳電極13的尾端旋轉連接在一起。

導向部件62是其內部具有能插入碳電極13的插孔62a的筒狀部件。其一端的兩個側面被與虛擬擺動軸P同軸的一對軸部件(圖未示)可旋轉地支撐。亦即，這個軸部件不通過導向部件62插孔62a的內部，只支撐該導向部件62的兩側面，所以，不會妨礙插入插孔62a內的碳電極13的動作。

並且，所述一對軸部件分別安裝在各個通孔16的內壁，該導向部件62的一端優選做成尖的形狀，以避免被所述軸部件支撐的導向部件62的一端在旋轉時與通孔16發生干涉。

如圖7所示，變形例的擺動單元70由擺動氣缸71構成。該擺動氣缸71的一端旋轉連接到間隔壁15，另一端旋轉連接到所述往復移動單元60的導向部件62。

擺動氣缸71是導杆71b在筒狀的氣缸本體71a中能伸縮的結構，氣缸本體71a的基端(一端)通過旋轉連接部72連接到間隔壁15，導杆71b的尖端通過旋轉連接部73連接到導向部件62。所以，擺動氣缸71傾斜地設置在間隔壁15和導向部件62之間，相對於間隔壁15及導向部件62均能旋轉。

在所述的電極移動機構50中，由於利用擺動單元70使碳電極13擺動後，可以通過往復移動單元60使碳電極13往復移動，以調整多個碳電極13的張開角度θ1和電極間距離D。

即，首先，通過使擺動單元70的擺動氣缸71中的導杆71b伸縮，以使連接到該導杆71b的導向部件62以虛擬擺動軸P為中心擺動。所以，插入該導向部件62的碳電極13同樣能以虛擬擺動軸P為中心在擺動方向T2上擺動，以決定碳電極13的張開角度θ1。

其次，使往復移動氣缸61的導杆61b伸縮，那麼，連接到該導杆61b的碳電極13由導向部件62的插孔62a引導沿著該插孔62a伸縮。所以，碳電極13在為其軸線13L方向的往復移動方向T1上往復移動。

如上所述，即使在變形例的電極移動機構50中，碳電極13可以在往復移動方向T1上往復移動的同時，也可以在以虛擬擺動軸P為中心的擺動方向T2上擺動。因此，與前述實施形態一樣，在縮小所述通孔16大小的同時，仍可以在較寬範圍內調整電極間距離D以及張開角度θ1。

而且，不限於前述實施形態的電極移動機構20以及變形例的電極移動機構50，只要是能使碳電極13以虛擬擺動軸P為中心擺動的同時，又能使碳電極13在其軸線13L方向往復移動的其他結構的電極移動機構均可。

例如，作為電極移動機構20的進一步變形例，可以是圖8所示的擺動單元40A。在這裏，對應的結構用同一符號表示，所以省略對其的說明。擺動單元40A包括基台41、擺動限位導引部45以及驅動輥46a，46b，46c。

限位導引部45是其基端被連接固定到所述第一氣缸31，其尖端是遠離軸線L的板狀部件，該尖端相對第一氣缸31的軸線L朝向直徑方向外側且在T2方向延伸。所述限位導引部45具有限位外表面45a和限位內表面45b，該限位外表面45a和限位內表面45b是從其基端一側到尖端一側，以虛擬擺動軸P為中心的同心圓柱的側面形狀。這個限位導引部45由於限位外表面45a和限位內表面45b分別被驅動輥46a，46b，46c夾持而被支撐，且該限位導引部45可以沿著限位外表面45a和限位內表面45b的方向移動。

在所述基台41上設置有驅動輥46a、46b、46c，使各個驅動輥分別具有與虛擬擺動軸P平行的旋轉軸線且可以旋轉，並且，使各個驅動輥相對於方向T2限定的平面具有相等的距離。在限位導引部45的限位內表面45b一側(上側)設置驅動輥46a，在限位導引部45的限位外表面45a一側(下側)設置驅動輥46b，46c的同時，從限位導引部45的基端一側向尖端一側按照驅動輥46c，驅動輥46a，驅動輥46b的順序設置驅動輥46a，46b、46c。而且，將驅動輥46b，46c設置成與虛擬擺動軸P的距離相等。

驅動輥46a、46b、46c通過擺動控制部44(圖未示)來控制其旋轉狀態。

在這個結構中，由於限位元外表面45a和限位內表面45b的形狀是以虛擬擺動軸P為中心的圓弧形狀，所以，通過擺動控制部44的控制，驅動輥46a、46b、46c一旋轉，限位導引部45即按照限位外表面45a和限位內表面45b的形狀旋轉。具體的，被驅動輥46a及驅動輥46b、46c夾持的限位導引部45在以虛擬擺動軸P為中心的圓周方向上移動。在移動的過程中，限位外表面45a和與虛擬擺動軸P等距的驅動輥46b、46c接觸，同時，限位內表面45b和驅動輥46a接觸。也就是說，限位導引部45在保持與虛擬擺動軸P等距，且與驅動輥46a、46b、46c接觸的狀態下，在虛擬擺動軸P的周圍旋轉。

這樣一來，通過限位導引部45按照限位外表面45a和限位內表面45b的形狀限制第一氣缸31的移動(擺動)，可以使碳電極13以虛擬擺動軸P為擺動中心軸線在擺動方向T2上擺動。

並且，在驅動輥46a、46b、46c以及限位導引部45的限位外表面45a和限位內表面45b形成有相互咬合的凹凸，該凹凸為例如像齒輪，齒條齒輪等的可以精確限位的部件。

而且，如圖9所示，在第一氣缸31軸線L方向，在與虛擬擺動軸P的距離不同於限位導引部45與虛擬擺動軸P的距離的位置設置限位導引部45A，通過多個限位導引部進行電極搖動位置的限定，可以更精確地設定移動位置控制。

這時，驅動輥46d位於限位導引部45A的限位內表面45c一側(上側)，驅動輥46f、46e位於限位導引部45A的限位外表面45d一側(下側)。同時，驅動輥46a、46b位於限位導引部45的限位內表面45b一側(上側)，驅動輥46c位於限位導引部45限位外表面45a一側(下側)。

於此，限位內表面45b外側的驅動輥46a和限位外表面45d外側的驅動輥46f設置在以虛擬擺動軸P為中心的同一直徑方向且具有相同弧度的位置。限位內表面45b外側的驅動輥46b和限位外表面45d外側的驅動輥46e設置在以虛擬擺動軸P為中心的同一直徑方向且具有相同弧度的位置。而且，只要把分別位於限位導引部45，45A內側的驅動輥46d和/或驅動輥46c作為被電機等驅動源驅動的驅動輥即可。這樣一來，使夾持限位導引部45，45A的位置的驅動輥位於各自的所用方向，同時，通過位於以虛擬擺動軸P為中心的直徑方向且位於限位導引部45，45A內側的驅動輥46d以及/或驅動輥46c的驅動，可以降低碳電極31擺動時產生的移動偏離，可以以理想的狀態控制需要精確控制的電極尖端距離。

如上所述，在進行氧化矽玻璃坩堝的製造過程中，可以提高電弧放電的穩定性，精確控制在坩堝製造中的加熱量，且可以防止在單晶拉晶中對產品質量有較大影響的坩堝內表面狀態脫離理想的狀態。

1‧‧‧氧化矽玻璃坩堝製造裝置

10‧‧‧旋轉模具

11‧‧‧氧化矽粉層

13‧‧‧碳電極

13L‧‧‧軸線

15‧‧‧間隔壁

圖1係本發明實施形態相關的氧化矽玻璃坩堝製造裝置的正面剖面圖。

圖2係氧化矽玻璃坩堝製造裝置中電極配置狀態的俯視圖。

圖3係氧化矽玻璃坩堝製造裝置中電極配置狀態的正面剖面圖。

圖4係本發明實施形態相關的電極移動機構的正面剖面圖。

圖5係表示電極和通孔關係的水平剖面圖。

圖6係表示電極擺動狀態的間隔壁的正面剖面圖。

圖7係變形例相關的電極移動機構的正面剖面圖。

圖8係變形例相關的電極移動機構的正面剖面圖。

圖9係變形例相關的電極移動機構的正面剖面圖。

13．．．碳電極

13L．．．軸線

LL．．．電極位置中心線

Claims (4)

1. 一種氧化矽玻璃坩堝製造裝置，通過產生在多個棒狀電極的尖端之間的電弧放電，加熱熔化形成在旋轉模具內的氧化矽粉層，以製造氧化矽玻璃坩堝，其特徵在於：所述旋轉模具的上方配置有板狀的間隔壁，所述電極插入貫穿所述間隔壁厚度方向的通孔，且向所述旋轉模具延伸設置，在所述間隔壁上設置有使所述電極在虛擬擺動軸周圍擺動的擺動單元，所述虛擬擺動軸是通過所述通孔內的軸線，所述間隔壁可以在上下方向移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的氧化矽玻璃坩堝製造裝置，其中，所述虛擬擺動軸是沿所述間隔壁厚度方向中央延伸的軸線。
3. 如申請專利範圍第1項所述的氧化矽玻璃坩堝製造裝置，其中，在所述間隔壁上設置有使所述電極沿其長度方向往復移動的往復移動單元。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任意一項所述的氧化矽玻璃坩堝製造裝置，其中，所述通孔的孔形狀為以沿所述電極擺動方向的方向為長軸的長孔形狀，所述通孔的短軸長度相等或稍大於所述電極的直徑，所述長軸的長 度比所述電極的直徑大3mm~10mm。