專利名稱：：電弧放電方法及裝置、石英玻璃坩堝制造方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電弧放電(arcdischarge)方法、電弧放電裝置、石英玻璃坩堝制造裝置和石英玻璃增堝制造方法，特別涉及在利用電弧放電將石英粉加熱熔融進行玻璃化時用于防止電弧放電時的電極振動的優(yōu)選的技術(shù)。本申請對于在2008年9月22日提出申請的日本專利申請第2008-242874號申請主張優(yōu)先權(quán)，并在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
：在單晶硅的拉晶中使用的石英玻璃坩堝主要通過電弧熔融法來制造。該方法大體上是，在碳制模的內(nèi)表面堆積一定厚度的石英粉，在該石英堆積層的上方設(shè)置碳素電極，利用該電弧放電對石英堆積層加熱，進行玻璃化，來制造石英玻璃坩堝。在曰本專利第03647688號公報中記載了關(guān)于利用電弧熔融制造石英玻璃坩堝中的電弧熔融的技術(shù)，在日本特開2002-68841號公報中記載了關(guān)于電弧放電中的電極的技術(shù)。此外，根據(jù)近年來器件工序的效率化等的需求，制造的晶片口徑變得大到超過300mm的程度，伴隨于此，要求一種能夠?qū)Υ罂趶降膯尉нM行拉晶的石英玻璃坩堝。此外，根據(jù)器件的微細化等的需求，在對拉晶的單晶的特性給予直接影響的石英玻璃坩堝內(nèi)表面狀態(tài)等的坩堝特性的提高方面，也有強烈的要求。但是，在制造所謂30英寸~40英寸的大口徑的石英玻璃坩堝時，為了熔融石英粉所需的電能增大，伴隨于此，就不能無視電弧放電開始時產(chǎn)生的電極的振動。這樣，在電弧放電開始時產(chǎn)生電極振動的情況下，伴隨于此，在電弧中流過的電流會變化，根據(jù)該電流變化進而使電極振動，結(jié)果使產(chǎn)生的電極振動的振幅變大。其結(jié)果是，存在產(chǎn)生的電弧變得不穩(wěn)定，不能無視熔融的石英粉狀態(tài)的問題。進而，還有在電極振動變大的情況下，因振動從電極產(chǎn)生的微少片落下使石英玻璃坩堝特性惡化的問題。此外，還有在電極振動的振幅增大的情況下電極可能破損的問題。為了防止電極的振動，通常考慮將電極變更為高強度的材料、擴大電極直徑等增強電極強度。但是，石英玻璃坩堝制造中的電弧放電電極由于該電極自身消耗使其組成釋放到石英粉熔融環(huán)境中，所以根據(jù)給予坩堝特性的影響，碳素電極以外的電極就無法使用。此外，在擴大電極直徑的情況下，電力密度下降，電孤輸出變得不穩(wěn)定，可能會對坩堝特性給予不良影響。另外，由這樣的電極振動帶來的影響是因伴隨坩堝口徑的增大的電弧熔融的輸出增大才產(chǎn)生的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，要達成以下目的。l.防止電極振動的產(chǎn)生。2.實現(xiàn)電弧的穩(wěn)定化。3.防止坩堝特性的惡化并實現(xiàn)其提高。4.提供一種能應對大輸出電弧熔融的方法和裝置。本發(fā)明的電孤放電方法是在300kVA~12000kVA的輸出范圍通過多根碳素電極利用電弧放電對非導電性對象物進行加熱熔融的方法，其中，作為電孤放電開始時使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與前端的距離相對于上迷碳素電極直徑的比率，設(shè)定成0~0.9的范圍，由此，解決了上述問題。在本發(fā)明的電弧放電方法中，通過作為電弧放電開始時使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與前端的距離相對于上迷碳素電極直徑的比率，設(shè)定成0~0.9的范圍，從而能夠防止電弧放電時產(chǎn)生的電極振動的振幅變得大于電極直徑的0.15倍，即使產(chǎn)生電極振動也能以不再擴大的方式進行收斂，電極振動收住，能使穩(wěn)定的電弧產(chǎn)生。在發(fā)明中，較優(yōu)選是將上述碳素電極中的電力密度設(shè)定為40kVA/cm2~1700kVA/cm2。在本發(fā)明的電弧放電方法中，由于通過將上述碳素電極中的電力密度設(shè)定為40kVA/cm2~900kVA/cm2~1700kVA/cm2,從而能夠?qū)⒊蔀殡姌O振動的增大原因的洛倫茲力收住到防止振動增大的容許范圍內(nèi)，所以能夠起到可使產(chǎn)生的電極振動收斂的效果。本發(fā)明的電弧放電裝置是在300kVA~12000kVA的輸出范圍通過多根碳素電極利用電弧放電對非導電性對象物進行加熱熔融的裝置，5其中，配置上述碳素電極，使得作為使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與前端的距離相對于上迷碳素電極直徑的比率，成為0.001-0.9的范圍，由此，解決了上述問題。本發(fā)明的電弧放電裝置，通過配置上述碳素電極，使得作為使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率，成為0~0.9的范圍，從而能夠在制造24英寸以上的石英玻璃坩堝時作為熱源使用的高輸出的電弧放電裝置中，防止電弧放電時產(chǎn)生的電極振動的振幅變得大于電極直徑的0.15倍，即使產(chǎn)生電極振動也能以不再擴大的方式進行收斂，能防止對石英玻璃坩堝的品質(zhì)給予影響的電極振動的擴大，使穩(wěn)定的電弧產(chǎn)生，能提高制造的石英玻璃坩堝的品質(zhì)。當輸出范圍小于上述范圍時有可能電弧不繼續(xù)，故不優(yōu)選，當大于上述范圍時成本花費過高，故不優(yōu)選。此外，由于當接觸位置與前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率在上述范圍以外時就不能防止電極振動，所以不優(yōu)選。此外，當在以前端使電極彼此接觸時根據(jù)電極形狀電極軸線彼此的角度無法成為優(yōu)選范圍的情況下，能夠使接觸位置與前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率為0.001~0.9的范圍。另外，只要上述范圍中的接觸位置與電極前端的距離為50mm以下0mm以上、更優(yōu)選20mm以下Omm以上，就能夠進行良好的電弧產(chǎn)生。在此，上述的電極振動對制造的石英玻璃坩堝所帶來的影響，以往在至22英寸左右的小口徑的坩堝制造中并沒有認識到，但是本發(fā)明的發(fā)明人對它們進行詳細研究的結(jié)果是，查明有時作為未成為現(xiàn)有問題的程度的坩堝特性，內(nèi)表面狀態(tài)的斑點產(chǎn)生起因于該電極振動。因此，通過防止該電極振動產(chǎn)生，從而能夠謀求制造的石英玻璃坩堝內(nèi)表面特性的提高。此外，在發(fā)明中，優(yōu)選上述碳素電極中的電力密度設(shè)定為40kVA/cm2~1700kVA/cm2。在本發(fā)明中，由于通過上述碳素電極中的電力密度設(shè)定為40kVA/cm2~1700kVA/cm2,從而能夠?qū)⒊蔀殡姌O振動的增大原因的洛倫茲力收住到防止振動增大的容許范圍內(nèi)，所以能夠起到可使產(chǎn)生的電極振動收斂的效果。此時，當電力密度小于上迷范圍時電弧不繼續(xù)，故不優(yōu)選，當大于上述范圍時電極振動的振幅變得大于電極直徑的0.15倍，電極振動增強，電弧放電停止，故不優(yōu)選。此外，也能夠采用下述方案對于上述碳素電極，在前端設(shè)有包含上述接觸位置的接觸部分，該接觸部分的形狀被做成朝向前端直徑縮小的圓錐、圓錐臺、或者在沿該碳素電極的軸線的剖面輪廓中成為不存在曲率不連續(xù)點的曲線的形狀。在本發(fā)明中，對于上述碳素電極，在前端設(shè)有包含上迷接觸位置的接觸部分，該接觸部分的形狀能夠被做成朝向前端直徑縮小的圓錐、圓錐臺、或者在沿該碳素電極的軸線的剖面輪廓中成為不存在曲率不連續(xù)點的曲線的形狀。具體是，碳素電極做成圓柱棒狀體，在其前端具有朝向前端直徑縮小的接觸部分，該接觸部分以在與其他電極接觸的情況下以1處接觸的方式做成為沒有凹陷的部分的形狀。也就是說，在該接觸部分中，以電才及彼此不在2處以上接觸的方式，祐敗成具有與另一個電極的最接近距離的部分只是成為一點或一個線狀部分或一個面狀的一處的形狀。此外，碳素電極也能成為從根部向前端遍及其全長地直徑縮小的形狀。上述碳素電極設(shè)有多根，并設(shè)置成各自僅能在前端的接觸部分接觸。具體是，各個碳素電極的前端能夠配置成以形成頂點的方式成為與電極的根數(shù)相應的多角錐的棱線的狀態(tài)。此外，電極前端的接觸部分為了使電弧放電變得容易而且防止電極振動，朝向前端直徑縮小。由此，能夠防止在容易產(chǎn)生電極振動的電極側(cè)面的放電，能夠僅從沒有作為電極前端部分的凹陷的接觸部分進行放電，能夠同時實現(xiàn)穩(wěn)定的電孤火焰的產(chǎn)生和電極振動的防止。在本發(fā)明中，優(yōu)選上述碳素電極設(shè)定成其直徑尺寸與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比為0.02~0.6的范圍。在本發(fā)明中，通過上述碳素電極設(shè)定成其直徑尺寸與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比(每單位分的消耗尺寸/電極直徑)為0.02~0.6的范圍，從而可實現(xiàn)能夠產(chǎn)生可將電弧熔融所需熱量供給給非導電性對象物(石英粉)的電弧火焰，并且同時能夠防止電極振動的效果。本發(fā)明的石英玻璃坩堝制造裝置是使原料粉末在坩堝成形用的模內(nèi)成形，利用電弧放電使其成形體加熱熔融以制造石英玻璃坩堝的裝置，其中，能夠是下述特征，即，具有充填原料粉而成形的模和上述7任一記載的電弧放電裝置。本發(fā)明是一種石英玻璃坩堝的制造方法，其中，具有成形工序，使石英粉成形為坩堝的形狀以形成石英粉成形體；以及放電工序，在300kVA~12000kVA的輸出范圍，使電弧放電在多個碳素電極間產(chǎn)生，對上述石英粉成形體進行加熱熔融，制造石英玻璃坩堝，上述放電工序具備放電開始工序，在開始上述電弧放電時使上述碳素電極彼此接觸，將它們的接觸位置與各碳素電極的前端的距離和上述碳素電極的直徑的比率，設(shè)定成0.001~0.9的范圍；以及放電維持工序，在上述放電開始工序之后，擴大上述碳素電極間的距離，維持上述電弧放電，由此，解決了上述問題。本發(fā)明的發(fā)明人按如下方式來考察了使電弧熔融的狀態(tài)惡化產(chǎn)生的程度的電極振動產(chǎn)生的機理。在電弧放電中在碳素電極產(chǎn)生微小振動的情況下，由于因該振動引起的電極位置變動，供給中的電流也會發(fā)生變動。進而，由于產(chǎn)生的電流的微小振動，對電極作用洛倫茲力，使電極振動的振幅增大。當電極振動的振幅增大時，電流的振動也會進一步增大。通過這樣的助長效果，電極振動繼續(xù)增大，結(jié)果是有可能電極振動會變大到以至電極破損的程度。但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當在電弧放電中在碳素電極產(chǎn)生的振動的振幅收住到電極直徑的0.15倍以下的情況下，能夠防止在該電極振動與因電極振動產(chǎn)生的電流變動的相互作用下電極振動增大的現(xiàn)象，能夠使振動收斂。認為只要是這樣的振幅范圍，即使在產(chǎn)生了電極振動的情況下，也能防止起因于電流變化和電招j展動的洛倫茲力變大，能夠防止電極振動變大。與此相對，當在電弧放電中在碳素電極產(chǎn)生的振動的振幅大于電極直徑的0.15倍的情況下，電極振動繼續(xù)增大，結(jié)果是有可能以至電極破損。因此，為了以將電極振動振幅收住到上述范圍的方式控制振動產(chǎn)生時的洛倫茲力的容許界限，按如下進行設(shè)定。此外，在像石英玻璃坩堝制造那樣對非導電性對象物進行電弧熔融的情況下，與將鐵等的導電性物質(zhì)電弧熔融的情況不同，由于必須在電極間進行放電開始，所以需要預先〗吏電才及前端收斂，〗吏》文電方向成為與電極的軸線相交的方向，因此容易產(chǎn)生電極振動。進而，由于與像石英玻璃坩堝制造那樣地只要簡單地將對象物熔融即可的狀況不同，需要精密地進行作為被熔融物的石英粉末成形體表面附近的溫度狀態(tài)管理，所以要求更進一步地正確控制電極的位置狀態(tài)等。在本發(fā)明中，所謂電力密度是指，在電極中，與電極中心軸正交的電極剖面中每單位剖面面積所供給的電能。具體是，能夠用供給給一根電極的電力相對于在從電極前端起軸向長度1525mm左右、優(yōu)選20mm的位置處與電極中心軸正交的電一及剖面面積之比供給電能(kVA)/電極剖面面積(cm2)來表示，具體是，作為20mm的位置處的電極直徑尺寸，為cp2040mm、優(yōu)選q)2535mm、更優(yōu)選cp30mm，來設(shè)定上述范圍。此外，電極振動在電弧放電開始時產(chǎn)生的可能性最高，抑制了使電弧熔融開始的時刻、即對非導電性對象物(石英粉)的影響高的溫度上升開始時的影響，能夠進行良好的電弧熔融。在此，所謂上述碳素電極中每電弧放電單位分消耗的長度尺寸，還依賴于制造的對象物的大小，在32英寸的石英玻璃坩堝的制造中，60分鐘為120mm左右，即，每l分鐘2mm左右。另外，在將本發(fā)明的電弧放電方法和電弧放電裝置應用于石英玻璃坩堝的制造中的情況下，還能利用所謂稱為熔射法的在電弧放電中追加石英粉的制造方法、以及稱為旋轉(zhuǎn)模塑法的不在電弧放電中追加石英粉的制造方法的任一種方法來加以適應。此外，本發(fā)明在交流2相、3相、直流等電弧產(chǎn)生電力供給的方式或電極根數(shù)方面，只要是可能，還能夠適應于任一種裝置。在本申請發(fā)明中，能夠防止因產(chǎn)生電極振動而引起的電弧的不穩(wěn)定化，能夠使作為非導電性對象物(石英粉)的熔融熱源的電弧火焰產(chǎn)生穩(wěn)定化，因此能夠提供一種不會使拉晶后的半導體單晶的特性惡化，能夠制造特性良好的石英玻璃坩堝的電弧放電方法和電弧放電裝置。在此，所謂能夠提高的坩堝特性是指，坩堝內(nèi)表面的玻璃化狀態(tài)、以及、厚度方向的氣泡分布和氣泡的大小、OH基的含量、雜質(zhì)分布、表面的凹凸、以及、它們在坩堝高度方向上不均勻等的分布狀態(tài)等對在石英玻璃坩堝中拉晶的半導體單晶的特性給予影響的主要因素。圖1是表示本發(fā)明的實施方式中的電弧放電裝置的正面示意圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式中的電弧放電裝置的碳素電極位置的示意圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式中的電弧放電裝置的碳素電極前端部分的放大示意圖。(a)電極間距離變化(b)電流振幅的一例(c)以往的電流振幅的時間圖。圖5是表示本發(fā)明的實施方式中的電弧放電方法的流程圖。圖6是表示本發(fā)明的其他實施方式中的電弧放電裝置的碳素電極前端部分的示意圖。具體實施例方式下面，基于本發(fā)明的電弧放電方法和電弧放電裝置的一個實施方式。圖1是表示本實施方式中的電弧放電裝置的側(cè)面示意圖，圖中附圖標記1是電弧放電裝置。雖然本實施方式的電弧放電裝置1作為用作24英寸以上的石英玻璃坩堝的制造中的熱源的裝置進行說明，但是只要是用于將非導電體電弧熔融的裝置，就不限定坩堝口徑、裝置輸出以及作為熱源的用途，不限于該結(jié)構(gòu)。本實施方式的電弧放電裝置1如圖1所示，具有通過未圖示的旋轉(zhuǎn)單元成為能夠旋轉(zhuǎn)并規(guī)定石英玻璃坩堝的外形的模10,在模10的內(nèi)部原料粉(石英粉)充填到規(guī)定厚度，做成石英粉成形體11。在該模10內(nèi)部，設(shè)有多個貫通其內(nèi)表面并且連接到未圖示的減壓單元的通氣口12,能夠使石英粉成形體11內(nèi)部減壓。在模上側(cè)位置設(shè)有連接到未圖示的電力供給單元的電弧加熱用的碳素電極13、13、13,使得能夠?qū)κ⒎鄢尚误w11進行加熱。碳素電極13、13、13通過電極位置設(shè)定單元20成為能如圖中箭頭T和箭頭D所示上下動和能設(shè)定電極間距離D。電弧放電裝置1是在300kVA~12000kVA的輸出范圍通過多根碳素電極13、13、13利用電弧放電對非導電性對象物(石英粉)進行加熱熔融的高輸出的裝置。10圖2是表示本實施方式中的電弧放電裝置的碳素電極位置的側(cè)面示意圖。碳素電極13、13、13例如做成相同形狀的電極棒以便進行交流3相(R相、S相、T相)的電弧放電，如圖1、圖2所示，分別進行設(shè)置，使得成為在下方具有頂點這樣的倒三角錐狀，各自的軸線13L呈角度ei。圖3是表示本實施方式中的電弧放電裝置的碳素電極前端部分的放大示意圖。碳素電極13做成大致圓柱棒狀體，如圖2、圖3所示，在前端13a設(shè)有包含使這些碳素電極13彼此接觸的接觸位置13b的接觸部分13c,該接觸部分13c的形狀具有朝向前端13a直徑縮小的圓錐臺部分并具有前端13a的前端面13d和作為縮徑部的側(cè)周面13e。該側(cè)周面13e與碳素電極13的軸線13L所成的角度92,在碳素電極13彼此接觸的情況下該接觸位置13b設(shè)定為位于接觸部分13c的范圍內(nèi)，優(yōu)選為ei〉2x02，但例如，即使在該角度設(shè)為01=2x02,接觸位置13b位于至圓錐臺部分與均勻直徑部分的邊界附近的情況下，只要是能夠使得接觸位置13b位于接觸部分13c的范圍內(nèi)的范圍，就不限于此。接觸部分13c的長度Ll對于從前端13a到接觸位置13b的距離L2,設(shè)定為L2〈L1，并且，相對于碳素電極13的直徑尺寸R，比L2/R設(shè)定為0~0.001~0.9的范圍。當然，由于它們依賴于碳素電極13的軸線13L彼此的角度ei和側(cè)周面13e與碳素電極13的軸線13L所成的角度02，所以以滿足上述條件的方式設(shè)定它們的范圍。另外，雖然在本實施方式中，接觸位置13b設(shè)定成成為前端面13d與側(cè)周面13e的邊界，并且，從前端13a到接觸位置13b的距離L2設(shè)定成變?yōu)?,但在圖2、圖3中，特意明示出其長度。碳素電極13的接觸部分13c如圖2、圖3所示以在與其他碳素電極13接觸的情況下僅以1處接觸的方式做成沒有凹陷部分的形狀。換言之，設(shè)定接觸部分13c的形狀，使得在該接觸部分13c和其以外的部分，以碳素電極13不在2處以上同時接觸的方式，具有與另一電極的最接近距離的部分僅是成為一點、或者、一個線狀部分、或者一個面狀的一處。在本實施方式中，在設(shè)定為ei=2xe2的情況下，碳素電極13、13彼此遍及縮徑部的全長地以一個直線狀進4亍接觸。碳素電極13被設(shè)定成均勻直徑部分的直徑尺寸R與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比為0.02~0.6的范圍。這是根據(jù)電弧放電的輸出、由石英玻璃坩堝的口徑(大小)規(guī)定的應熔融的原料粉的量、熔融處理的溫度等的條件、需要的電弧放電持續(xù)時間、需要的電極強度來決定碳素電極13的直徑尺寸R,但除此之外，還根據(jù)防止電極振動產(chǎn)生的觀點，進行對碳素電極13的直徑尺寸R的規(guī)定。具體是，在32英寸的石英玻璃坩堝的制造中，在60分鐘為120mm左右，即，每1分鐘為2mm左右，此時的碳素電極13的直徑尺寸R為20~30~100~120mm。石友素電極13在通過粒子直徑0.3mm以下、優(yōu)選0.1mm以下、更有選粒子直徑0.05mm以下的高純度碳素粒子形成，其密度為1.30g/cm3~1.80g/cm3、或1.30g/cm3~1.70g/cm3時，在電極各相配置的碳素電極相互的密度差能夠為0.2g/cm3以下，這樣，通過具有高均質(zhì)性，從而產(chǎn)生的電弧穩(wěn)定，能夠防止碳素電極13的局部性缺失。本實施方式的電弧放電裝置1設(shè)定成在進行石英玻璃坩堝制造時的電弧放電時，各碳素電極13中的電力密度為40~900~1700kVA/cm2。具體是，對于設(shè)定為上述直徑尺寸R的碳素電極13，供給300kVA~500~2000~6000~10000~12000kVA的電力。電極位置設(shè)定單元20如圖1所示，具有將碳素電極13、13、13以能夠設(shè)定其電極間距離D的方式進行支承的支承部21、使該支承部21能夠在水平方向上移動的水平移動單元、以及將多個支承部21和其水平移動單元作為一體使其能夠在上下方向移動的上下移動單元，在支承部21中，具有將碳素電極13支承成能夠繞角度設(shè)定軸22進行轉(zhuǎn)動并控制角度設(shè)定軸22的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)單元。為了調(diào)節(jié)碳素電極13、13的電極間距離D，如圖1中箭頭所示通過旋轉(zhuǎn)單元控制碳素電極13的角度，并且通過水平移動單元控制支承部21的水平位置。此外，能夠通過上下移動單元控制支承部21的高度位置并控制電極前端部13a相對于石英粉成形體11底部位置的高度位置。另外，雖然圖中僅在左端的碳素電極13示出支承部21等，但是12其他電極也通過同樣的結(jié)構(gòu)支承，各個碳素電極13的高度也能夠進行個別控制。下面，對本實施方式中的電弧產(chǎn)生方法進刊4兌明。間距離變化(b)電流^幅的:例(c)以往的電流振幅的時間圖，圖5是表示本實施方式中的電弧放電方法的流程圖。在本實施方式的電弧放電方法中，如圖5所示，具有電極初始位置設(shè)定工序S1、電力供給開始工序S2、電極距離擴大工序S3、電極距離調(diào)整工序S4、電極高度設(shè)定工序S5、電力供給結(jié)束工序S6。在圖5所示的電極初始位置設(shè)定工序Sl中，在模10中充填石英粉(原料粉)，將石英粉成形體11成形為所希望的狀態(tài)，然后，如圖1、圖2所示，維持碳素電極13、13、13在下方具有頂點這樣的倒三角錐狀，而且，各自的軸線13L維持角度ei,同時，如圖3所示，以在前端13a相互接觸的方式設(shè)定電纟及初始位置。接著，在圖5所示的電力供給開始工序S2中從圖4所示的時刻t0起，從未圖示的電力供給單元作為按如上設(shè)定的電能對碳素電極13、13、13開始電力供給。在該狀態(tài)中，不產(chǎn)生電弧》文電。在圖5所示的電極距離擴大工序S3中，從圖4所示的時刻tl起，通過電極位置設(shè)定單元20,如圖2所示維持碳素電極13、13、13在下方具有頂點這樣的倒三角錐狀，擴大電極間距離D。伴隨于此，在碳素電極13、13間開始產(chǎn)生放電。此時，以各碳素電極13中的電力密度為40kVA/cm2~1700kVA/cm2的方式，通過電力供給單元控制電力供給。在圖5所示的電極距離調(diào)整工序S4中，從圖4所示的時刻t2起，通過電極位置設(shè)定單元20，在維持角度ei的狀態(tài)下，以滿足作為石英粉成形體11熔融所需的熱源的條件的方式調(diào)節(jié)電極間距離D。此時，以各碳素電極13中的電力密度為40kVA/cm2~1700kVA/cm2的方式，維持由電力供給單元進行的供給電力控制。由此,.能夠使電弧放電的狀態(tài)穩(wěn)定，能夠持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧火焰。此外，還能夠從圖4所示的時刻t3起，通過電極位置設(shè)定單元20進行進一步擴大電極間距離D的控制。與電極距離調(diào)整工序S4同時，作為圖5所示的電極高度設(shè)定工序S5,通過電極位置設(shè)定單元20,在維持角度ei的狀態(tài)下，以滿足作為石英粉成形體11熔融所需的熱源的條件的方式調(diào)節(jié)電極高度位置T。此時，以各碳素電極13中的電力密度為40kVA/cm2~1700kVA/cm2的方式，維持由電力供給單元實現(xiàn)的供給電力控制。在圖5所示的電力供給結(jié)束工序S6中，在圖4所示的時刻t4,在石英粉成形體11熔融成為規(guī)定的狀態(tài)后，停止由電力供給單元進行的電力供給。通過該電弧熔融，使石英粉熔融以制造石英玻璃坩堝。另外，在上述各工序中，還能夠通過連接于通氣口12的減壓單元控制石英粉成形體ll附近的壓力。在本實施方式中，作為電極初始位置設(shè)定工序SI,通過使碳素電極13、13、13彼此接觸，并且將接觸位置13b與前端13a的距離L2的范圍按如上設(shè)定為相對于碳素電極13的直徑尺寸R的比率，從而能在作為電力供給開始工序S2開始通電，作為電極距離擴大工序S3和電極距離調(diào)整工序S4設(shè)定碳素電極13距離的情況下，防止產(chǎn)生的電極振動的振幅大于碳素電極13直徑尺寸R的0.15倍，如圖4(b)所示，能夠不引起因電極振動導致的電流變動。進而，能夠防止電極振動的振幅大于碳素電極13直徑尺寸R的0.10倍、0.05倍。由此，即使產(chǎn)生電極振動，也能夠以不再擴大的方式進行收斂，電極振動收住，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧。另外，在電極振動的振幅控制成不大于碳素電極13直徑尺寸R的0.15倍的情況下，能夠從圖4所示的時刻tl起在12sec以內(nèi)使電極振動收齒夂。此外，在電極振動的振幅控制成不大于碳素電極13直徑尺寸R的O.IO倍的情況下，能夠從圖4所示的時刻tl起在8sec以內(nèi)使電極振動收斂。此外，在電極振動的振幅控制成不大于碳素電極13直徑尺寸R的0.05倍的情況下，能夠從圖4所示的時刻tl起在4sec以內(nèi)使電極振動收斂。在本實施方式中，在電極距離擴大工序S3、電極距離調(diào)整工序S4、電極高度設(shè)定工序S5中，通過以各碳素電極13中的電力密度為40kVA/cm2~1700kVA/cm2的方式維持由電力供給單元進行的供給電力控制，從而能夠?qū)⒊蔀殡姌O振動的增大原因的洛倫茲力收住到防止14振動增大的容許范圍內(nèi)，因此，能夠使在碳素電才及13產(chǎn)生的電極振動收斂。在本實施方式中，碳素電極13的接觸部分13c通過設(shè)定其形狀使得僅在1處與其他碳素電極13接觸，具有與另一個電極的最接近距離的部分成為僅1處，從而能夠防止在容易引起電極振動的碳素電極13側(cè)面的放電產(chǎn)生，能夠僅從接觸部分13b的前端進行放電，能夠同時實現(xiàn)穩(wěn)定的電弧火焰的產(chǎn)生和電極振動的防止。在本實施方式中，通過碳素電極13被設(shè)定成均勻直徑部分的直徑尺寸R與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比為0.02~0.6的范圍，從而可實現(xiàn)如下效果，即，能同時滿足電弧放電的輸出、由石英玻璃坩堝的口徑(大小)規(guī)定的應熔融的原料粉的量、熔融處理的溫度等的條件、需要的電弧放電持續(xù)時間、需要的電極強度和電極振動產(chǎn)生防止的條件，能夠產(chǎn)生可將電弧熔融所需的熱量供給給石英粉成形體ll熔融的電弧火焰，并且同時，能夠防止電極振動。另外，雖然在本實施方式中，接觸部分13c示出了圓錐臺形狀，但是也能夠是如下這樣的結(jié)構(gòu)。圖6是表示本發(fā)明的其他實施方式中的電弧放電裝置的碳素電極前端部分的示意圖。作為本發(fā)明的碳素電極，能夠是如圖6(a)所示，從碳素電極13A的基部向前端13a連續(xù)地直徑縮小，與基部的直徑尺寸Rl相比，前端13a的直徑尺寸R2設(shè)定得較小，遍及其全長的側(cè)面Uf成為圓錐臺的電極；如圖6(b)所示，碳素電極13B的前端13a中的接觸部分13c是在沿著碳素電極13B的軸線13L的剖面輪廓中〗故成不存在曲率不連續(xù)點的曲線，例如做成橢圓弧的形狀；如圖6(c)所示，碳素電極13C的前端13a中的接觸部分13c做成其基部連續(xù)到均勻直徑部的圓錐臺的側(cè)周面13h,并且，比該圓錐臺靠前端13a—側(cè)，與該圓錐臺圓滑地連續(xù)，而且，是在沿石友素電極13C的軸線13L的剖面4侖廓中估文成不存在曲率不連續(xù)點的曲線，例如橢圓弧或圓弧的形狀；或如圖6(d)所示，成為從碳素電極13D的基部到前端13a連續(xù)地直徑縮小的圓錐狀的電極。在此，在如圖6(a)、圖6(d)所示接觸部分13c中的基部側(cè)的直徑尺寸與電極本身的基部的直徑尺寸Rl不同的電極中，在設(shè)定上述的比L2/R的范圍等的情況下，電極直徑尺寸R如圖所示設(shè)定為在電極軸線13L方向接觸部分13c的基部側(cè)位置即從電極前端13a起長度Ll處的直徑尺寸。下面，對本發(fā)明的實施例進行說明。作為上述的碳素電極13準備如下尺寸的電極，按如下這樣的條件進行電弧放電，制造石英玻璃坩堝。此時，與碳素電極13中的電力密度為40kVA/cm2~1700kVA/cm2的電極，設(shè)定這以外的下述條件，對它們的結(jié)果進行比較。坩堝口徑32英寸輸出3000kVA處理時間30分鐘電極形狀前端圓錐臺01:16°02:7。碳素電極直徑尺寸R:70mm接觸部分長度L1:50mm接觸位置L2:從電極前端起10mm碳素電極中的電力密度30、50、800、1200、1800、2000kVA/cm2其結(jié)果是，在碳素電極中的電力密度30kVA/cm2的情況下，恒定地不產(chǎn)生電弧，但是在電力密度50kVA/cm2的情況下，恒定地產(chǎn)生電弧。此外，在碳素電極中的電力密度800、1200kVA/cm2的情況下，電極振動變?yōu)樘妓仉姌O直徑尺寸R的0.15倍以內(nèi)，如圖4(b)示意性地所示，產(chǎn)生的振動收斂了，但是在電力密度1800、2000kVA/cm2的情況下，電極振動變得大于碳素電極直徑尺寸R的0.15倍，如圖4(c)示意性地所示，產(chǎn)生的振動開始增大，因此，停止了坩堝制造。根據(jù)上述結(jié)果可知，通過使碳素電極13中的電力密度為40kVA/cm2~1700kVA/cm2,從而會使產(chǎn)生的電才及振動收斂。接著，針對使電極前端接觸位置L2變化的實^^f列進行說明。使從電極前端到電極接觸點的距離(L2)變化，按如下這樣的條件進行電弧放電，制造石英玻璃坩堝，as正電極振動的振幅與電極破損的有無。坩堝口徑32英寸輸出3000kVA處理時間30分鐘電極形狀前端圓錐臺01:16°02:7°碳素電極直徑尺寸R:70mm接觸部分長度L1:50mm碳素電極中的電力密度800kVA/cm2將其結(jié)果示于表1。16<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>根據(jù)該結(jié)果可知，如實驗例13所示，只要接觸位置與前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率的值為0~0.9的范圍，則還優(yōu)選在不產(chǎn)生電極破損的同時制造的石英玻璃坩堝的狀態(tài)。另夕卜，在表l、表2中，所謂不合格是指，作為起因于電弧放電狀態(tài)的不良情況，坩堝的壁厚尺寸、外徑尺寸不能使熔融處理進行至所希望的狀態(tài)，或者，即使形狀成為規(guī)定尺寸，電弧熔融也不充分，在成為坩堝內(nèi)表面附近的無氣泡層的部分中，氣泡率不會降低至充分的比例等，成為在單晶拉晶中無法使用的坩堝特性；所謂合格是指，以將所希望的基準與形狀、內(nèi)表面狀態(tài)等的坩堝特性一同滿足的方式制造坩堝。接著，針對使電極前端形狀變化的實驗例進行說明。將電極前端形狀做成圖6(a)(d)所示形狀，作為與使L2變化的實驗刮同樣的條件，使L2成為從電極前端起10mm來進行電弧放電，求出此時的電極振幅與電極直徑之比。將其結(jié)果與放電狀態(tài)一起進行記載。放電方向從電極前端面13a起向下側(cè)方向(電極軸線方向)的放電電極的振幅/電極直徑小于0.15電弧斷開/電極落下無此外，作為前端形狀變化的比較例，使用朝向電極前端直徑擴大的電極、圓柱電極、圓柱部有凹凸的電才及，同樣地進行電弧放電，求出此時的電極振幅與電極直徑之比。同樣地對其結(jié)果進行記載。放電方向由不均勻電場引起的側(cè)面放電(在側(cè)周面13e的放電)電極的振幅/電極直徑大于0.15電弧斷開/電極落下有根據(jù)這些結(jié)果可知，在圖6所示的形狀中，能夠良好地產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧。接著，針對使電極直徑尺寸與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比變化的實驗例，進行說明。使電極直徑尺寸與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比從1.8到87.5進行變化，作為與使L2變化的實驗例同樣的條件，使L2成為從電才及前端起10mm來進行電弧放電，求出此時的電才及振幅與電極直徑之比。將其結(jié)果與放電狀態(tài)一起進行記載。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>根據(jù)該結(jié)果可知，如實驗例8~10所示，優(yōu)選電極直徑尺寸R與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸LL之比LL/R的值為0.02~0.6的范圍。權(quán)利要求1.一種電弧放電方法，其中，包括在300kVA～12000kVA的輸出范圍，通過多根碳素電極利用電弧放電對非導電性對象物進行加熱熔融的工序；以及作為電弧放電開始時使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率，設(shè)定成0.001～0.9的范圍的工序。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧放電方法，其中，將上述碳素電極中的電力密度設(shè)定為40kVA/cm2~1700kVA/cm2。3.—種電弧放電裝置，在300kVA~12000kVA的輸出范圍，通過多根碳素電極利用電弧放電對非導電性對象物進行加熱熔融，其中，包括碳素電極，其配置成使得作為使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與上述碳素電極前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率，成為0-0.9的范圍。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧放電裝置，其中，上述碳素電極中的電力密度設(shè)定為40kVA/cm2~1700kVA/cm2。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧放電裝置，其中，對于上述碳素電極，在前端設(shè)有包含上述接觸位置的接觸部分，該接觸部分的形狀被做成朝向前端直徑縮小的圓錐、圓錐臺、或者在沿該碳素電極的軸線的剖面輪廓中成為不存在曲率不連續(xù)點的曲線的形狀。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧放電裝置，其中，上述碳素電極設(shè)定成其直徑尺寸與按每電弧放電單位分消耗的長度尺寸之比為0.02~0.6的范圍。7.—種石英玻璃坩堝制造裝置，其是使原料粉末在坩堝成形用的模內(nèi)成形，利用電弧放電使其成形體加熱熔融以制造石英玻璃坩堝的裝置，其特征在于，具有充填原料粉而成形的模和權(quán)利要求3所述的電孤放電裝置。8.—種石英玻璃坩堝的制造方法，其中，具有成形工序，使石英粉成形為坩堝的形狀，形成石英粉成形體；以及放電工序，在300kVA~12000kVA的輸出范圍，使電弧放電在多個碳素電極間產(chǎn)生，對上述石英粉成形體進行加熱熔融，制造石英玻璃坩堝，上述放電工序具備放電開始工序，在開始上述電弧放電時使上述碳素電極彼此接觸，將它們的接觸位置與各碳素電極的前端的距離和上述碳素電極的直徑的比率，設(shè)定成0.001~0.9的范圍；以及放電維持工序，在上述放電開始工序之后，擴大上述碳素電極間的距離，維持上述電弧放電。全文摘要本發(fā)明涉及電弧放電方法及裝置、石英玻璃坩堝制造方法及裝置，提供在300kVA～12000kVA的輸出范圍通過多根碳素電極利用電弧放電對非導電性對象物進行加熱熔融的方法，其中，作為電弧放電開始時使上述碳素電極彼此接觸的接觸位置與前端的距離相對于上述碳素電極直徑的比率，設(shè)定成0.001～0.9的范圍。文檔編號H05B7/085GK101686584SQ20091017327公開日2010年3月31日申請日期2009年9月22日優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日發(fā)明者岸弘史,森川正樹,福井正德申請人:日本超精石英株式會社