JP4907001B2 - アーク溶融用カーボン電極の保持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアーク溶融に用いるカーボン電極とその保持装置に関する。シリコン単結晶引上げに用いる高純度の石英ガラスルツボはアーク溶融を利用した回転モールド法によって主に製造されている。本発明はこの製造に使用されるカーボン電極およびその保持装置として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
高純度の石英ガラスルツボをアーク溶融回転モールド法によって製造する際に使用されるカーボン電極は、その放電部分(下端部)の消耗が進むのに伴って電極の長さを調整する必要があるが、従来の電極は図５，図６に示すように、電極１０の上端１１が固定ブロック１２によって通電部材１５にネジ止めされており、取り外しが不便である。そこで、従来は消耗の度合に応じて種々の長さの中継ぎ電極１３を用意し、固定された電極から中継ぎ電極を取り外し、新たな中継ぎ電極１３を取り付け、これに消耗した電極１４を継ぎ足すことにより長さを整えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は消耗した電極の長さを調整するため、中継ぎ電極を用い、これに上側の固定部と下側の放電部の電極をそれぞれ連結するために着脱作業に手間取る問題がある。しかも長さの調整が中継ぎ電極の長さに限られるので、消耗長さに応じた調整ができず、下側の消耗した電極が廃棄される場合も多いなどカーボン部材の無駄も生じる。さらに、従来の電極は固定部分がネジ止めされているために取り外しに時間がかかり自動化に適さないと云う欠点がある。また、従来の電極保持(固定)装置は通電部分に純銅製の部材を用いているため、通電部材と電極の接触部分は冷却されているものの、アーク放電時に銅が電極中にマイグレーションする懸念があり、このため石英ルツボの汚染が危慎される問題がある。本発明は従来のこのような問題を解決したものであって、電極の着脱と長さの調整が容易なカーボン電極とその保持装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決する手段】
すなわち本発明は、（１）アーク溶融に用いる棒状のカーボン電極であって、電極の一端にメネジ部を設けると共に他端にオネジ部を設け、このネジ部で電極を連結して継ぎ足せる構造としたことを特徴とするカーボン電極に関する。本発明の電極は、好ましくは、（２）アーク溶融による石英ガラスルツボの製造に用いるカーボン電極である。
【０００５】
また本発明は、（３）アーク溶融に用いるカーボン電極の保持装置であって、棒状の電極を挟み込む把持手段を有し、該把持手段は電極の両側に位置するブロックと、少なくとも一方のブロックを電極に押圧する駆動手段とを備えており、他方のブロックは通電系に接続され、上記駆動手段によるブロックの開閉によって電極の着脱が行われることを特徴とする電極保持装置に関する。
【０００６】
本発明の上記電極保持装置は、（４）駆動手段が空気圧または液圧によって往復動するロッドを有し、該ロッドに把持手段のブロックが連結されており、ロッドの往復動によってブロックの開閉がおのおの一動作で行われる電極保持装置、（５）駆動手段によって往復動される一方のブロックが絶縁材によって形成されており、他方のブロックが通電ブロックとカーボン材によって形成され、該通電ブロックの電極に接する側にカーボン材が用いられている電極保持装置、（６）通電ブロックがニッケルまたは銅ニッケル合金によって形成されている電極保持装置、（７）駆動手段に制御回路が設けられており、制御信号を受けた駆動手段によってブロックが自動開閉される電極保持装置、（８）上端に新たな電極を継ぎ足した電極を保持し、電極の消耗に応じてブロックを随時開き、電極を下げて下端部の位置を調整した後にブロックを閉じて電極を固定する電極保持装置の各態様を含む。
【０００７】
本発明の電極は従来のような中継ぎ電極が不要であり、消耗長さに応じて電極長さを容易に調整することができる。また、本発明の電極保持装置は電極を保持するブロックの開閉駆動手段を備えているので短時間に電極の長さを調整することができ、また電極の着脱作業を自動化するのに適している。さらに通電部材をニッケルまたは銅ニッケル合金によって形成することにより電極の汚染も防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の一例に係るカーボン電極とその保持装置を図１〜図３に示す。図１はカーボン電極の縦断面図、図２は電極保持装置の横断面図であり、図３はその縦断面図である。
【０００９】
図１に示すように、本発明のカーボン電極３０は棒状の電極３１と電極３２によって形成されており、電極３１の一端(図示上端)３１ａにメネジ部３３が設けられており、他端(図示下端)３１ｂにはオネジ部３４が形成されている。同様に電極３２の上端と下端にはそれぞれメネジ部３３とオネジ部３４が形成されており、電極３１と３２はこのネジ部３３と３４で連結して継ぎ足せるように形成されている。この電極３０は電極保持装置４０によって上下方向に保持される。
【００１０】
図２および図３に示すように、本発明の電極保持装置４０は、棒状の電極３０を挟み込む把持手段４１を有している。この把持手段４１は電極３０の両側に位置する一対のブロック４２、４３と、少なくとも一方のブロック４２を電極３０に押圧する駆動手段４４とを備えている。このブロック４２はセラミックス等の絶縁材によって形成され、他方のブロック４３は通電部材によって形成されている。以下、ブロック４２を絶縁ブロックと云い、ブロック４３を通電ブロックと云う。通電ブロック４３は端子４８を通じて外部の通電系(図示省略)に接続している。また、通電ブロック４３の電極３０に接する内側部分は電極を汚染しないようにカーボン材４５によって形成されており、また、安定に保持するように電極３０の周面に応じた湾曲面を有している。一方、絶縁ブロック４２の内側面すなわち電極３０に向かう面は電極３０の周面に応じたＶ型溝を有しており、電極３０はこの通電ブロック４３の湾曲面と絶縁ブロック４２のＶ型溝に嵌合した状態で保持される。
【００１１】
把持手段４０は枠体４６を有しており、絶縁ブロック４２と通電ブロック４３は枠体４６の内側に装着されている。通電ブロック４３は絶縁部材４９を介して枠体４６に固定されている。一方、駆動手段４４は枠体４６の外側に取り付けられている。駆動手段４４は空気圧または液圧(油圧等)によって往復動するロッド４７を有し、ロッドの先端に絶縁ブロック４２が往復動自在に連結されている。なお、駆動手段４４は電磁式やパワーシリンダーによって形成しても良い。ロッド４７によって絶縁ブロック４２が往復動され、ブロックの開閉がおのおの一動作で行われる。なお、好ましくは駆動手段４４には制御回路(図示省略)が設けられており、制御信号を受けて駆動手段４４が作動し、絶縁ブロック４２を自動開閉する。
【００１２】
通電ブロック４３の材質はニッケルまたは銅ニッケル合金が好ましい。純銅に代えてニッケルまたは銅ニッケル合金を用いることにより、この装置を用いて製造した石英ガラスルツボ中の銅の含有率が激減したことが確認された。しかも電極のニッケル含有率は検出限界以下で変化が無く、従って、通電部材の材質としてニッケルや銅ニッケル合金を用いることによって石英ルツボの汚染を防止することができる。
【００１３】
上記電極保持装置において、電極の長さを調整する場合には、駆動手段４４を作動させてブロックを随時開き、電極の消耗に応じて電極３２を下げ、その下端を所定の放電位置に調整した後に駆動手段４４を作動させてブロックを閉じ、電極３０を固定する。この場合、電極３２の上端に新たな電極３１をネジ結合して継ぎ足した電極を用いれば、電極が消耗するたびに電極を交換する必要が無く、電極の位置調整を随時にかつ簡単に行うことができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明の電極保持装置は、電極を保持するブロックの開閉駆動手段を備えているので、ロッドの一動作で瞬時に押圧ブロックを開閉することができる。従って、任意に短時間で電極を着脱でき、電極の上端をネジ止めなどで固定する必要がないので、従来のような中継ぎ電極が不要であり、随時に電極を継ぎ足し、長さを調整して消耗長さに応じて電極の下端を所定の放電位置に設置することができる。また、電極の着脱作業を自動化するのに適している。さらに、通電部材をニッケルまたは銅ニッケル合金によって形成することにより電極の汚染も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカーボン電極の縦断面図
【図２】本発明の電極保持装置の横断面図
【図３】図２の電極保持装置の縦断面図
【図４】従来の電極保持装置の横断面図
【図５】図４の電極保持装置の縦断面図
【符号の説明】
１０−電極、１１−固定部の電極、１２−固定ブロック、１３−中継ぎ電極、１４−放電部の電極、１５−通電部材、３０、３１、３２−電極、３３−メネジ、３４−オネジ、４０−電極保持装置、４１−把持手段、４２−絶縁ブロック、４３−通電ブロック、４４−駆動手段、４５−カーボン材、４６−枠体、４７−ロッド、４８−端子、４９−絶縁部材。

Claims (6)

1. アーク溶融に用いるカーボン電極の保持装置であって、
   棒状の電極を挟み込む把持手段を有し、
   該把持手段は電極の両側に位置するブロックと、
   少なくとも一方のブロックを電極に押圧する駆動手段とを備えており、
   他方のブロックは通電系に接続され、
   上記駆動手段によるブロックの開閉によって電極の着脱が行われ、
   駆動手段によって往復動される一方のブロックが絶縁材によって形成されており、
   他方のブロックが通電ブロックとカーボン材によって形成され、
   該通電ブロックの電極に接する側にカーボン材が用いられ、
   通電ブロックがニッケルまたは銅ニッケル合金によって形成されていることを特徴とする電極保持装置。
2. 駆動手段が空気圧または液圧によって往復動するロッドを有し、
   該ロッドに把持手段のブロックが連結されており、
   ロッドの往復動によってブロックの開閉がおのおの一動作で行われる請求項１の電極保持装置。
3. 駆動手段に制御回路が設けられており、制御信号を受けた駆動手段によってブロックが自動開閉される請求項１または２に記載する電極保持装置。
4. 上端に新たな電極を継ぎ足した電極を保持し、電極の消耗に応じ、ブロックを随時開いて電極を下げ、電極下端部の位置を調整した後にブロックを閉じて電極を固定する請求項１〜３の何れかに記載する電極保持装置。
5. 前記カーボン電極は、一端にメネジ部が設けられると共に他端にオネジ部が設けられ、このネジ部で電極を連結して継ぎ足せる構造である請求項１〜４の何れかに記載する電極保持装置。
6. 前記カーボン電極は、アーク溶融による石英ガラスルツボの製造に用いるものである請求項５の電極保持装置。

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