炭素電極研削装置
【課題】通電開始時におけるアーク発生の容易化とその後の安定化を図る。
【解決手段】アーク放電をおこなう炭素電極１３の先端部１３ａを整形する研削装置であって、炭素電極の先端面を研削する先端研削刃２１と、炭素電極の先端面から基端部１３ｂへ向かう面１３ｅを研削する側周面研削刃２２と、先端研削刃２１と側周面研削刃２２とを炭素電極１３の軸線１３Ｌと一致する回転軸線２０Ｌ回りに回転駆動する回転手段とを有してなる。
【解決手段】アーク放電をおこなう炭素電極１３の先端部１３ａを整形する研削装置であって、炭素電極の先端面を研削する先端研削刃２１と、炭素電極の先端面から基端部１３ｂへ向かう面１３ｅを研削する側周面研削刃２２と、先端研削刃２１と側周面研削刃２２とを炭素電極１３の軸線１３Ｌと一致する回転軸線２０Ｌ回りに回転駆動する回転手段とを有してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素電極研削装置に関し、特に、アーク放電によって石英粉を加熱溶融してガラス化するための炭素電極の研削に好適な研削装置の研削刃の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンの引き上げに用いる石英ガラスルツボは主にアーク溶融法によって製造されている。この方法の概略は、例えば、カーボン製モールドの内表面に石英粉を一定厚さに堆積して石英堆積層である石英粉成形体を形成し、この石英粉成形体の上方に炭素電極を設置し、そのアーク放電によって石英堆積層を加熱、ガラス化して石英ガラスルツボを製造する方法である。
【０００３】
特許文献１にはアーク溶融による石英ガラスルツボの製造に関する技術が記載され、特許文献２，３にはアーク放電用の電極に関する技術が記載されている。また、特許文献４にはアーク放電用の電極間距離に関する技術が記載されている。
【０００４】
近年、半導体デバイス製造工程の効率化等の要請から、製造するシリコンウェーハ口径が３００ｍｍを超える程度まで大きくなっており、これに伴って大口径の単結晶シリコンを引き上げ可能な石英ガラスルツボが要求されている。また、半導体デバイスの微細化等の要請から、単結晶シリコンの特性に直接影響を与える石英ガラスルツボ内面状態等のルツボ特性の向上も強く要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６４７６８８号公報
【特許文献２】特開２００２−６８８４１号公報
【特許文献３】特開２００１−０９７７７５号公報
【特許文献４】特開２００３−３３５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、３０インチ〜４０インチといった大口径の石英ガラスルツボを製造する際には、石英粉を溶融するために必要な電力量が増大し、これに伴って、アーク放電開始時に発生する電極の振動が無視し得ないものになってきた。アーク放電開始時に電極振動が発生した場合、アーク中を流れる電流が変化し、この電流変化がさらに電極を振動させ、電極振動の振幅がさらに大きくなる。その結果、発生するアークが不安定になり、溶融する石英粉状態に与える影響も無視できなくなるという問題がある。さらに、電極振動が大きくなった場合、振動により電極から剥離した微小片が落下して石英ガラスルツボ特性が悪化するという問題があった。また、電極振動の振幅が増大した場合には電極が破損する可能性があるという問題があった。
【０００７】
電極の振動を防止するためには、電極を高強度の材料に変更する、電極径を拡大する等、電極強度を増すことが考えられる。しかし、石英ガラスルツボ製造に用いるアーク放電電極は、この電極自体が消耗してその組成が石英粉溶融雰囲気に放出されるため、ルツボ特性に与える影響から炭素電極以外のものは使用できない。また、電極径を拡大した場合には電力密度が低下し、結果的にアーク出力が低下してしまうため、処理温度が低下して、処理状態が不安定になりルツボ特性に悪影響を与える可能性がある。また、この処理温度低下によって、発生するヒューム（シリカ蒸気）が電極の上部に付着し、この付着物が落下して石英ガラスルツボ特性が悪化する可能性があるため、このような手段は採用できない。なお、このような電極振動による影響、およびアークの不安定性による影響はルツボ口径の増大に伴うアーク出力の増大によって初めて顕在化したものである。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．電極振動の発生を防止すること。
２．通電開始時におけるアーク発生の容易化とその後の安定化を図ること。
３．ルツボ特性の悪化を防止し、その向上を図ること。
４．大出力アーク溶融に対応可能な炭素電極を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上述したような不具合が電極の先端形状によって改善されることを見出した。具体的には、炭素電極の先端部の直径Ｒ２と基端部の直径Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１の値が０．６〜０．８の範囲に設定されてなること、前記炭素電極の先端に軸線と略直交する平坦面が設けられてなること、前記炭素電極の先端位置に設けられ前記基端部側の直径Ｒ３から前記先端部の直径Ｒ２まで縮径する縮径部の長さＬ１が前記先端部の直径Ｒ２に対する比Ｌ１／Ｒ２の値が３．５〜７の範囲に設定されてなること、前記縮径部の基端部側の直径Ｒ３と前記炭素電極の基端部の直径Ｒ１との比Ｒ３／Ｒ１の値が０．８〜１の範囲に設定されてなること、前記縮径部の側周面が前記平坦面となす角度αと、前記基端部の側周面が前記平坦面となす角度βとの比α／βの値が７／９〜１７／１８の範囲に設定されてなること、アーク発生時または電力供給開始時における炭素電極の軸線どうしがなす角度の１／２が５°〜２０°の範囲に設定されてなることが好ましい。
【００１０】
これを実現するためには炭素電極の先端部の形状をこれらの条件を満たすように整形することが必要である。しかし、特許文献３に記載されるように、炭素電極自体は非常に固く、かつ欠けやすいため、通常の加工方法では上記のような形状に正確に加工することが難しかった。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の炭素電極研削装置は、アーク放電用炭素電極の先端部を整形する研削装置であって、前記炭素電極の先端面を研削する先端研削刃と、前記炭素電極の前記先端面から基端部へ向かう側周面を研削する側周面研削刃と、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とを前記炭素電極の軸線と一致する回転軸線回りに回転駆動する回転手段とを有してなる。本発明の炭素電極研削装置によれば、極めて固い柱状である材料を加工して、先端部から基端部側に向かって拡径するように炭素電極の先端部を研削して、容易に整形することが可能となる。
【００１２】
ここで、回転手段は、先端研削刃と側周面研削刃とを前記炭素電極の軸線と一致する回転軸線回りに回転駆動するが、この際、被研削物である炭素電極とこれら研削刃とは相対的に回転移動すればよく、研削刃を回転して炭素電極を固定するもの、炭素電極を回転して研削刃を固定するもの、炭素電極と研削刃とをいずれも逆方向あるいは順方向に回転するものが可能である。これにより、研削刃と炭素電極との相対移動状態を制御して、極めて固く脆い材質である炭素電電極を精密形状に研削することが容易となり、同時に、炭素電極表面粗さをアーク用の電力供給開始直後に電極振動を起こすことなくスムーズにアーク放電の発生が可能な粗さ範囲に設定することが可能となる。
【００１３】
本発明において、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが、前記回転軸線を対称点として対称な位置関係を有するように取り付けられてなることが好ましい。炭素電極を電極軸線周りで回転研削する際に炭素電極に対する作用点が回転軸線に対して対称な位置にあることで、被研削物である炭素電極に作用する力を互いに対称な位置にある研削刃どうしで支持することができるため、炭素電極に対して作用する軸線に直交する力を相殺しながら研削をおこなうことができる。したがって、欠け等を発生することなく炭素電極形状を制御することが可能となる。
【００１４】
本発明において、前記側周面研削刃は、前記回転軸線に沿った方向に延設されると共に、前記先端研削刃側に位置する前記側周面研削刃の一端から他端に向けて前記回転軸線から離間するように設けられていることが好ましい。アーク放電という極めて激烈な環境で電極強度を維持するために必要な電極の直径Ｒ１と、安定したアーク放電を得るために好適な電力密度を得るために必要な先端部の直径Ｒ２を有する電極構造を容易に実現することができ、通電開始時における電極振動を防止するとともに放電中に安定したアーク発生を維持して石英ガラスルツボ製造に必要な熱源を提供することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記先端研削刃は、前記回転軸線と直交する方向に延設されていることが好ましい。この構成によれば、研削により軸線と略直交する先端面（平坦面）を前記炭素電極の先端に設けることが可能となり、これにより、平坦面の外周部においてアーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることが可能となる。したがって、アーク溶融により製造する石英ガラスルツボの特性（品質）を向上することが可能となり、半導体単結晶引き上げに用いて好適な石英ガラスルツボを提供することが可能となる。
【００１６】
本発明において、ルツボ特性とは、ルツボ内表面におけるガラス化状態、および、厚さ方向における気泡分布及び気泡の大きさ、ＯＨ基の含有量、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属類などの不純物含有量および、これらのルツボ高さ方向における不均一などの分布状態など、石英ガラスルツボで引き上げた単結晶シリコンの特性に影響を与える要因を意味するものである。
【００１７】
本発明においては、前記回転手段は、前記回転軸線を中心に４分割された４つのガイド部分を有し、前記ガイド部分は、前記先端研削刃が取り付けられる２つの先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられる２つの側周刃ガイド部分を含み、前記先端刃ガイド部分には前記先端研削刃を取り付けるための第１の取り付け部が設けられており、前記側周刃ガイド部分には前記側周面研削刃を取り付けるための第２の取り付け部が設けられていることが好ましい。この構成によれば、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とをそれぞれ別々に交換可能とすることができるため、これら前記先端研削刃と前記側周面研削刃との消耗に応じて別々に交換することにより、結果的に研削刃の寿命を延ばし、交換頻度を低減することが可能となる。また、ガイド部分が４分割されていることにより、回転軸線に対して対称位置に研削刃を位置することが可能となるとともに、それぞれのガイド部材を個別に交換可能とすること、およびガイド部材の回転軸線に対する取り付け位置制御を容易におこなうことが可能となる。さらに、研削刃に欠け等の破損が発生した場合でも、先端研削刃と側周面研削刃とを容易に交換することができる。また、研削刃が消耗した場合や破損した場合に、これら研削刃を削って再生することが容易にかつ低コストでおこなうことが可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記ガイド部分のうち、前記回転軸線の回りで隣り合わない２カ所には前記先端研削刃が取り付けられており、前記回転軸線の回りで隣り合わない他の２カ所には前記側周面研削刃が取り付けられていることが好ましい。前記先端研削刃が被研削物である炭素電極の軸線周方向位置における対称な２カ所で炭素電極の先端面（平坦面）を研削し、前記側周面研削刃が被研削物である炭素電極の軸線周方向位置における対称な２カ所で炭素電極の先端部の側周面（円錐台面）を研削することで、炭素電極に対して軸線と直交する方向に余分な力をかけることなく、かつ、軸線周方向位置における３カ所以上で研削した際に摩擦抵抗が大きくなり過ぎ、回転手段に過負荷がかかって研削できなくなることを防止できる。つまり、３カ所以上でそれぞれの研削刃が炭素電極に当接する状態であると、研削不能な程度の出力を有する駆動源であっても、それぞれの研削刃が２カ所でそれぞれの研削刃が炭素電極に当接する状態であると、研削刃と炭素電極とを相対回転させて研削をおこなうことが可能となる。これにより装置の製造コストを低減することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記先端研削刃が取り付けられた前記先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられた前記側周刃ガイド部分とが、前記回転軸線の回りで隣り合うよう配置されてなることが好ましい。前記先端研削刃が取り付けられた前記ガイド部分では側周面研削刃における研削をおこなわず、前記側周面研削刃が取り付けられた前記ガイド部分では前記先端研削刃における研削をおこなわないことにより、研削刃が消耗した際に最も研削能力が低下しやすい前記先端研削刃と前記側周面研削刃との境界部分、つまり、炭素電極の先端部における先端面（平坦面）の外周部に対応して研削をおこなう部分において、研削刃が鈍って研削能力が低下することを防止できる。これにより研削刃の長寿命化を図ることが可能となる。
【００２０】
本発明においては、前記ガイド部分のうち、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが取り付けられていないガイド部分には、ダミー刃が設けられてなることが好ましい。この構成によれば、複数のガイド部分において、研削刃を取り付けた部分と研削刃を取り付けていない部分とを同形状とすることが可能なため、同一形状のガイド部分を複数用意すればよく、製造コストを低減することができ、研削刃の交換を容易に行うことが可能となる。ここで、ダミー刃は、このダミー刃と回転軸線との距離が、研削刃と回転軸線との距離に比べて長く設定されていればよく、単に、研削刃を取り付けない状態とすることもできる。
【００２１】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記縮径部の長さＬ１と前記先端部の径寸法Ｒ２との比Ｌ１／Ｒ２の値を３．５〜７の範囲に設定することが容易となる。これにより、他の炭素電極に接触させた場合に１カ所のみで接触する形状、いいかえると、電力供給開始からアーク放電中において、１つの炭素電極と他の１つの炭素電極との最近接距離を有する部分が、一点、または、１つの線状部分、あるいは１つの面状となる１カ所のみとなるように直径Ｒ３，Ｒ２の値が設定されることで、この最近接距離となる部分においてアーク放電を発生させることができ、アーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることが可能となる。
【００２２】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記縮径部の基端部側の直径Ｒ３と前記炭素電極の基端部の直径Ｒ１との比Ｒ３／Ｒ１の値を０．８〜１の範囲に設定することが容易となる。これにより、最近接距離を有する部分が１カ所となり、不平等電界により電極の先端部以外から放電することを防止してより安定したアーク発生を得ることができる。
【００２３】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記縮径部の側周面が前記平坦面となす角度αと、前記基端部の側周面が前記平坦面となす角度βとの比α／βの値を７／９〜１７／１８の範囲に設定することが容易となる。これにより、不平等電界により電極の先端部から放電することを防止してより安定したアーク発生を得ることができる。
【００２４】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記炭素電極の軸線どうしがなす角度の１／２を５°〜２０°の範囲に設定することが容易となる。これにより、他の炭素電極に接触させた場合に１カ所のみで接触する形状、または、電力供給開始からアーク放電中においては他の１つの炭素電極との再近接距離を有する部分が、一点、または、１つの線状部分、あるいは１つの面状となる１カ所のみとなるようにして、この最近接距離となる部分においてアーク放電をおこない、電極振動を防止するとともに、アーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることが可能となる。
【００２５】
なお、本発明の炭素電極研削装置は、いわゆる溶射法と称されるアーク放電中に石英粉を追加する製造方法において用いられる炭素電極、および、回転モールド法と称されアーク放電中に石英粉を追加しない製造方法において用いられる炭素電極のいずれを整形することも可能である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電極振動を防止するとともに、アーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることを可能として、口径サイズが増大した大口径ルツボであっても、発生させたアーク火炎により溶融した石英ガラスルツボ内表面における特性の面内バラツキ、あるいは、ルツボ表面特性の悪化を防止することができる炭素電極を加工可能な炭素電極研削装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態における研削手段を示す拡大組み立て図であり、（ａ）は回転軸線２０Ｌと直交する方向から見た平面図であり、（ｂ）は回転軸線２０Ｌの方向から見た平面図である。
【図３】本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態におけるガイド部分を示す拡大分解図であり、（ａ）はガイド部分２５Ｂを回転軸線２０Ｌの方向から見た平面図であり、（ｂ）はガイド部分２５Ｂを回転軸線２０Ｌと直交する方向から見た平面図であり、（ｃ）はガイド部分２５Ａを回転軸線２０Ｌの方向から見た平面図であり、（ｄ）はガイド部分２５Ａを回転軸線２０Ｌと直交する方向から見た平面図である。
【図４】石英ガラスルツボ製造装置の一実施形態を示す模式正面図である。
【図５】石英ガラスルツボ製造装置における炭素電極の一実施形態を示す模式図である。
【図６】図５における炭素電極の先端部分の拡大図である。
【図７】石英ガラスルツボ製造装置における炭素電極位置を示す模式図である。
【図８】石英ガラスルツボ製造装置における接触状態の炭素電極の先端部分を示す拡大模式図である。
【図９】本発明の他の実施形態における炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における炭素電極を示す模式図であり、（ａ）は電極全体が連続的に縮径した形状、（ｂ）は電極の先端部が丸みを帯びた形状を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態における炭素電極研削装置を一部断面視して示す模式図であり、図２は、図１のガイド部分および研削刃の組み立て状態を示す組み立て拡大図であり、図３は、図１のガイド部および研削刃を示す分解拡大図であり、図において、符号Ｇは、炭素電極研削装置である。
【００３０】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、２４インチ以上の石英ガラスルツボの製造に利用される炭素電極を研削・整形するものとして好適であるが、非導電体をアーク溶融するための装置における炭素電極であれば、被溶融物種類、ルツボ口径、装置出力、および、熱源としての用途等は限定されるものではなく、この構成に限られるものではない。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、アーク放電をおこなう炭素電極１３を整形する研削装置とされ、炭素電極１３の研削をおこなう研削手段２０と、研削中に炭素電極１３を保持する保持手段３０とを有する。
【００３２】
研削手段２０は、研削刃２１，２２と、研削刃２１，２２を回転する回転軸２３とを有する。研削刃２１、２２は、図１〜図３に示すように、炭素電極１３の先端面１３ｄを研削する先端研削刃２１と、炭素電極１３の先端部１３ａから基端部１３ｂへ向かって拡径する側周面１３ｅを研削する側周面研削刃２２とを有し、これら先端研削刃２１と側周面研削刃２２とが、炭素電極１３の軸線１３Ｌと一致する回転軸線２０Ｌを中心に回動可能な回転軸２３にガイド部分２５を介して設けられる。
【００３３】
先端研削刃２１は、図１〜図３に示すように、略矩形の平板からなり、その一辺（稜線）が研削刃として炭素電極１３に当接し、炭素電極１３の研削面が回転軸２３と直交する方向となるように回転軸２３に取り付けられる。
【００３４】
側周面研削刃２２は、図１〜図３に示すように、略矩形の平板からなり、その一辺（稜線）が研削刃として炭素電極１３に当接し、炭素電極１３の研削面が回転軸２３に沿った方向となるように回転軸２３に取り付けられている。特に、側周面研削刃２２は、先端研削刃２１側に近い側周面研削刃２２の一端２２ａから他端２２ｂに向けてその刃面が回転軸線２０Ｌから離間するように設けられている。
【００３５】
回転軸２３は駆動源２４によって回転駆動されるとともに、ガイド部分２５を取り付けるフランジ部２６を有する。フランジ部２６は回転軸２３から拡径された形状を有し、回転軸２３の回転軸線と直交する方向に拡径されている。これら、回転軸２３、駆動源２４、ガイド部２５、フランジ部２６は回転手段を構成している。
【００３６】
フランジ部２６には、図１〜図３に示すように、回転軸線２０Lを中心に４分割される位置に４つのガイド部分２５が取り付けられている。このガイド部分２５は、先端研削刃２１の取り付けられる２つの先端刃ガイド部分２５Ａと、側周面研削刃２２の取り付けられる２つの側周刃ガイド部分２５Ｂとからなり、これらが、回転軸線２０Ｌに対して対称となるようにそれぞれオフセットされて取り付けられている。
【００３７】
つまり、先端刃ガイド部分２５Ａと側周刃ガイド部分２５Ｂは、回転軸線２０Ｌの周方向に沿って交互になり、先端刃ガイド部分２５Ａどうしおよび側周刃ガイド部分２５Ｂどうしが回転軸線２０Ｌの回りにおいて隣り合わないように位置されている。そして、２つの先端刃ガイド部分２５Ａの各々に先端研削刃２１が取り付けられ、２つの側周刃ガイド部分２５Ｂの各々に側周面研削刃２２が取り付けられる。
【００３８】
ガイド部分２５Ａ，２５Ｂは、いずれも、フランジ部２６に取り付けられるとともに回転軸線２０Ｌと直交する方向に延在する基部２５ａと、該基部２５ａから回転軸線２０Ｌと並行な方向に向かうとともにこの回転軸線２０Ｌから離間した位置に立設されるガイド部２５ｂとを有する。ガイド部２５ｂの回転軸線２０Ｌに対向した面は、基部２５ａ側からガイド部２５ｂの先端側に向かって回転軸線２０Ｌから離間するように傾斜している。
【００３９】
先端刃ガイド部分２５Ａの基部２５ａには、先端研削刃２１を取り付けるための取り付け部２５Ａ１が設けられている。先端研削刃２１は、基部２５ａの延在する方向、つまり、回転軸線２０Ｌと直交する方向に刃面が位置するように取り付けられる。先端刃ガイド部分２５Ａにおいて、回転軸線２０Ｌと直交する方向に延びる先端研削刃２１の刃面は、回転軸線２０Ｌからガイド部２５ｂの基端位置まで達し、かつ、炭素電極１３の先端面（平坦面）１３ｄの半径と等しいか、これより少し大きい寸法に設定されている。取り付け部２５Ａ１は基部２５ａに形成された凹部であり、先端研削刃２１の刃先が基部２５ａ表の面よりも回転軸線２０Ｌの方向に突出した状態で固定されることを可能としている。
【００４０】
また、側周刃ガイド部分２５Ｂのガイド部２５ｂには、側周面研削刃２２を取り付けるための取り付け部２５Ｂ１が設けられている。側周面研削刃２２は、回転軸線２０Ｌと並行な方向から多少傾いて刃面が位置するように取り付けられる。側周刃ガイド部分２５Ｂにおいて、炭素電極１３の先端面（平坦面）１３ｄの外周位置と等しいか、これよりやや回転軸線２０Ｌに近くなるように先端研削刃２１側に位置する側周面研削刃２２の一端２２ａが位置決めされ、この一端２２ａから回転軸線２０Ｌまでの距離よりも大きい距離で回転軸線２０Ｌから離間するように他端２２ｂが位置決めされて、その結果、側周面研削刃２２が回転軸線２０Ｌと角度θ４をなすように設定される。この角度θ４は、後述するように、炭素電極１３の側周面１３ｅが電極軸線１３Ｌとなす角度θ２と等しく設定される。
【００４１】
取り付け部２５Ｂ１はガイド部２５ｂに形成された凹部であり、側周面研削刃２２の刃先がガイド部２５ｂ表面よりも回転軸線２０Ｌに近づく方向に突出した状態で固定されることを可能としている。また、側周面研削刃２２は、その刃長の全長にわたって側周刃ガイド部分２５Ｂのガイド部２５ｂに向かって押圧されるように、取り付け部材２５ｃによって押圧された状態としてガイド部２５ｂに取り付けられている。この取り付け部材２５ｃは、ガイド部２５ｂに螺着等の手段により着脱可能とされており、側周面研削刃２２を交換可能とされている。
【００４２】
取り付け部２５Ａ１，２５Ｂ１においては、研削刃２１，２２が、それぞれ炭素電極１３に当接して研削をおこなう一辺（稜線）と同じ長さの４辺のうち任意の１辺を選択して取り付けられるように構成されている。
【００４３】
研削手段２０として組み立てられた４つのガイド部分２５は、その内側面が回転軸線２０Ｌに対向しており、基部２５ａからガイド部２５ｂの先端側へ広がっているため、炭素電極１３の先端部１３ａが接近した場合に、炭素電極１３を研削位置へと導くガイドとして作用する。
【００４４】
また、回転軸線２０Ｌを中心にガイド部分２５が回転することで、先端研削刃２１と側周面研削刃２２との刃面（刃となる一辺）の軌跡が後述する炭素電極１３の先端面（平坦面）１３ｄと側周面１３ｅとに一致する形状を形成する。互いに略対向する側周面研削刃２２どうしは、研削時に炭素電極１３と当接する位置が回転軸線２０Ｌに対して対称な位置となるため、研削時にこの回転軸線２０Ｌと直交してかつ回転軸線２０Ｌから離間する方向に作用する研削力の反作用を互いに打ち消して、回転軸２３に回転軸線２０Ｌと直交する方向に過大な力が作用することを防止できる。
【００４５】
保持手段３０は、炭素電極１３の軸線１３Ｌが研削手段２０における回転軸線２０Ｌと一致するように複数の接触部３１により炭素電極１３を保持するとともに、この状態で、図示しない往復駆動部により軸線１３Ｌ方向に炭素電極１３を往復移動させるように位置設定が可能なものとされる。
【００４６】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇによって研削される炭素電極１３は、石英ガラスルツボ製造装置１に取り付けられる。
【００４７】
図４は、石英ガラスルツボ製造装置を示す模式図である。
【００４８】
図４に示すように、この石英ガラスルツボ製造装置１は、石英ガラスルツボの外形を規定するモールド１０を有し、モールド１０は図示しない回転手段によって回転可能とされ、回転するモールド１０の内部に原料粉（石英粉）が所定厚さに充填されて石英粉成形体１１とされる。このモールド１０内部には、その内表面まで貫通するとともに他端が図示しない減圧手段に接続された通気孔１２が複数設けられ、石英粉成形体１１内部を減圧可能となっている。モールド１０の上側には図示しない電力供給手段に接続されたアーク加熱用の炭素電極１３，１３，１３が設けられ、石英粉成形体１１を加熱可能とされている。３本の炭素電極１３，１３，１３は、電極位置設定手段１４により、図中矢印Ｔで示す上下方向の位置および矢印Ｄで示す電極間距離Ｄを設定可能とされている。
【００４９】
ここで、石英粉とは、石英に限らず、二酸化ケイ素（シリカ）を含む、水晶、珪砂等、石英ガラスルツボの原材料として周知の材料の粉体をも含むものとし結晶状態、アモルファス、ガラス状態であるものを全て含み、その内部構造は石英のみに限定されないものとする。
【００５０】
石英ガラスルツボ製造装置１は、３００ｋＶＡ〜１２，０００ｋＶＡの出力範囲で、複数の炭素電極１３，１３，１３によりアーク放電によって非導電性対象物（石英粉）を加熱溶融する高出力の装置である。
【００５１】
石英ガラスルツボ製造装置１は、石英ガラスルツボ製造時にアーク放電をおこなう際、各炭素電極１３どうしが角度θ１を保ったまま電極の先端の距離を最適位置に制御して、各炭素電極１３における電力密度が４０ｋＶＡ／ｃｍ２ 〜１７００ｋＶＡ／ｃｍ２、より好ましくは４０ｋＶＡ／ｃｍ２ 〜４５０ｋＶＡ／ｃｍ２となるように電力供給をおこなう。
【００５２】
具体的には、直径Ｒ２に設定された炭素電極１３に対して、３００〜１２，０００ｋＶＡの電力を供給する。電力密度がこの範囲以下であると安定したアークを持続することができないが、この範囲内であると、電極振動の増大原因となるローレンツ力を許容範囲内におさめることが可能となるため、発生した電極振動を収束させることが可能となる。
【００５３】
ここで、電力密度とは、炭素電極１３において、電極中心軸１３Ｌに直交する電極断面の単位断面積あたりに供給される電力量を意味する。具体的には、電極の先端部１３ａから軸方向長さ１５〜２５ｍｍ程度、好ましくは２０ｍｍの位置において電極中心軸１３Ｌに直交する電極の断面積に対する１本の電極に供給する電力の比
供給電力量（ｋＶＡ）／電極断面積（ｃｍ２ ）
で表される。
【００５４】
図５は、本実施形態における炭素電極１３を示す模式図、図６は、図５に示した炭素電極１３の先端部分の拡大図である。
【００５５】
本実施形態の炭素電極１３は略円柱棒状体であり、基端部１３ｂ側が略均一直径Ｒ１とされ、この基端部１３ｂの直径Ｒ１と先端部１３ａの直径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１の値が０．６〜０．８の範囲に設定されてなり、先端部１３ａに炭素電極１３の軸線１３Ｌと略直交する平坦面１３ｄが設けられるとともに、この先端部１３ａに縮径部１３ｃが設けられ、先端部１３ａの直径Ｒ２＜Ｒ１とされる。
【００５６】
本実施形態において縮径部１３ｃは略円錐台形状であり、基端部１３ｂ側の直径Ｒ３から先端部１３ａの直径Ｒ２まで徐々に縮径するとともに、この縮径部１３ｃの長さＬ１が先端部１３ａの直径Ｒ２に対する比Ｌ１／Ｒ２の値が３．５〜７の範囲に設定されている。縮径部１３ｃは、その基端部側の直径Ｒ３と前記炭素電極の基端部の直径Ｒ１との比Ｒ３／Ｒ１の値が０．８〜１の範囲に設定される。本実施形態においては、縮径部１３ｃの基端部側の直径Ｒ３が電極の基端部の直径Ｒ１と等しい状態とされている。
【００５７】
また、縮径部１３ｃの側周面１３ｅが平坦面１３ｄとなす角度αと、基端部１３ｂ側の側周面１３ｍが前記平坦面１３ｄとなす角度βとの比α／βの値が７／９〜１７／１８の範囲に設定されている。なお、本実施形態においては、角度βは９０°に設定されている。
【００５８】
図７は、石英ガラスルツボ製造装置の炭素電極位置を示す模式図である。
【００５９】
炭素電極１３，１３，１３は、例えば、三相交流（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のアーク放電をおこなうよう同一形状の電極棒とされ、図４，図７に示すように、下方に頂点を有するような逆三角錐状となるとともに、それぞれの電極棒の軸線１３Ｌどうしが角度θ１をなすように設けられている。
【００６０】
図８は、石英ガラスルツボ製造装置において接触状態の炭素電極の先端部分を示す拡大模式図である。
【００６１】
図８に示すように、炭素電極１３は、電力供給開始時において炭素電極１３どうしが接触した場合に、側周面１３ｅが炭素電極１３の軸線１３Ｌとなす角度θ２は、その接触位置が縮径部１３ｃの範囲内に位置するように設定され、好ましくはθ１＞２×θ２とされるが、たとえば、この角度がθ１＝２×θ２とされて接触位置が円錐台となる縮径部１３ｃと均一径部分との境界付近まで位置している場合でも、接触位置が縮径部１３ｃの範囲内に位置することが可能な範囲であればこの限りではない。なお、θ２＝９０°−αである。
【００６２】
縮径部１３ｃの長さＬ１は、先端部１３ａから接触位置までの距離Ｌ２に対して、Ｌ２＜Ｌ１となるとともに、先端部１３ａから接触位置までの距離Ｌ２は、炭素電極１３の直径Ｒ１に対して、比Ｌ２／Ｒが０〜０．９の範囲となるよう設定される。もちろん、これらＬ１およびＬ２は、炭素電極１３の軸線１３Ｌどうしの角度θ１および側周面１３ｅが炭素電極１３の軸線１３Ｌとなす角度θ２に依存するので、上記の条件を満たすように、これらの範囲が設定されることになる。
【００６３】
炭素電極１３は、均一径部分である基端部１３ｂにおける直径Ｒ１とアーク放電単位時間（１分）当たりに消耗する長さＬＬとの比ＬＬ／Ｒ１が０．０２〜０．６の範囲となるよう設定されている。炭素電極１３の直径Ｒ１は、アーク放電の出力と、石英ガラスルツボの口径（大きさ）によって規定される溶融するべき原料粉の量と、溶融処理の温度等の条件と、必要なアーク放電持続時間と、必要な電極強度からが決定されるが、これに加えて、電極振動発生防止の観点から、炭素電極１３の直径Ｒ１を規定するものである。具体的には、３２インチの石英ガラスルツボの製造においては、６０分で１２０ｍｍ程度、つまり、１分あたり２ｍｍ程度であり、この際の炭素電極１３の直径Ｒ１は、φ２０〜１２０ｍｍとされる。
【００６４】
炭素電極１３は、粒子径０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以下の高純度炭素粒子によって形成されて、その密度が１．３０〜１．８０ｇ／ｃｍ３ 、あるいは１．３０〜１．７０ｇ／ｃｍ３ のとき、電極各相に配置した炭素電極相互の密度差が０．２ｇ／ｃｍ３以下とされることができ、このように高い均質性を有していることによって、発生したアークが安定であり、炭素電極１３の局部的な欠落を防止できる。
【００６５】
炭素電極１３は、粒子がコークスなどの原料、例えば石炭系ピッチコークス、およびコールタールピッチなどの結合材、例えば石炭系コールタールピッチを炭化した混練物を用いて、押し出し成形やＣＩＰ成形により形成することが出来る。炭素電極１３は全体的に円柱形状であり、先端部が先細りの形状に形成される。例えば押出し成形によるカーボン電極の製造方法では、目的とする粒子径が得られるように調整されたカーボン質原料と結合材とを加熱混練し、加熱混練して得られる混練物を１３０〜２００℃で押出し成形し、これを焼成後２６００〜３１００℃で黒鉛化した黒鉛材料を得、これを加工した後、２０００℃以上の加熱下で塩素などのハロゲン系ガスにより純化処理する手段を採用することができる。ＣＩＰ成形によるカーボン電極の製造方法では、目的とする粒子径が得られるように調整されたカーボン質原料と結合材とを加熱混練し、得られる混練物を粉砕し、篩分し、得られた２次粒子をＣＩＰ成形し、これを焼成後、２６００〜３１００℃で黒鉛化して黒鉛材料を得、これを加工した後、２０００℃以上の加熱下で塩素などのハロゲン系ガスにより純化処理する手段を採用することができる。
【００６６】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、保持手段３０によって保持した炭素電極１３を軸線１３Lの方向に移動することで、軸線１３Ｌと回転軸線２０Ｌとを一定させた状態で研削手段２０に炭素電極１３を接近させて押圧し、先端部１３ａを先端研削刃２１と側周面研削刃２２とに当接させ先端部１３ａを研削する。これにより、回転軸線２０Ｌと直交する方向で回転軸線２０Ｌから離間する一方向に過大な反作用を受けることなく炭素電極１３の先端部１３ａに先端面１３ｄと側周面１３ｅとを形成して、アーク放電特性の優れた炭素電極１３を整形することが可能となる。この際、先端面１３ｄを研削する先端研削刃２１が２カ所とされ、側周面１３ｅを研削する側周面研削刃２２が２カ所とされているため、研削刃２１，２２に作用する力が駆動部に対する過負荷となることを防止しながら整形処理をおこなうことができる。
【００６７】
また、本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、回転軸線２０Ｌに対称な位置で炭素電極１３を研削するようにしたため、欠け等を発生することなく炭素電極形状を制御することが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、先端研削刃２１と側周面研削刃２２とをそれぞれ独立に交換可能としたため、それぞれの消耗状態に応じて先端研削刃２１と側周面研削刃２２とを別々に交換することが可能となるため、交換作業時間の短縮、消耗した研削刃２１，２２の研磨等による再生時間の短縮、研削刃の構成の単純化およびこれによる製造コストの低減を図ることが可能となる。同時に、研削刃２１，２２を、その４辺のうちから研削をおこなう刃となる１辺を選択して取り付けられるように構成したので、それぞれの消耗状態に応じて研削刃２１，２２における研削刃となる辺を個々に交換して取り付けることが可能となるため、交換作業時間の短縮、消耗した研削刃２１，２２の研磨等による再生時間の短縮、研削刃の構成の単純化およびこれによる製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００６９】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇによれば、石英ガラスルツボ製造装置１において、上述したように整形した炭素電極１３を取り付け、同時に、電力供給時およびアーク発生時の電極位置を設定したことにより、平坦面１３ｄの外周部１３ｄａ位置において炭素電極１３どうしの電極間距離を最短として、先端部１３ａ以外での放電発生と電極振動発生を同時に防止するとともに、アーク発生に最適な電流密度を実現してアーク発生を容易にし、かつ、アーク放電を安定して発生させることが可能となる。このように安定したアークを実現できることにより、被溶融物であるルツボ内表面に炭素電極１３からの微小片が落下して内部に取り込まれることを防止することもできる。
【００７０】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇによれば、石英ガラスルツボ製造装置１において、上述したように整形した炭素電極１３を取り付けたことで、電力密度を最適な範囲とすることができるため、アーク放電の出力と、石英ガラスルツボの口径（大きさ）によって規定される溶融するべき原料粉の量と、溶融処理の温度等の条件と、必要なアーク放電持続時間と、必要な電極強度と電極振動発生防止の条件を同時に満たして、アーク溶融に必要な熱量を石英粉成形体１１溶融に供給できるアーク火炎が発生できるとともに、同時に、電極振動を防止することができるという効果を実現することが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態の炭素電極としては、図９に示すように、アーク放電をおこなう先端部１３ａを有する棒状の電極１３Ｅ１と、この電極１３Ｅ１に接続される複数の電極１３Ｅ２，１３Ｅ２によって形成される炭素電極１３Ｅとされることも可能である。この際、電極１３Ｅ１の先端部１３ａは、上述したようにその先端形状を設定されるとともに、電極１３Ｅ１基部の直径と、電極１３Ｅ２外形の直径はいずれもＲ１として等しく設定される。
【００７２】
炭素電極１３Ｅには、その基端側となる電極１３Ｅ１の一端(図示右端)にメネジ部１３Ｅａが設けられており、他端(図示左端)３１ｂには縮径部が形成されている。電極１３Ｅ２の両端にはそれぞれメネジ部１３Ｅａとオネジ部１３Ｅｂが形成されており、電極１３Ｅ１と電極１３Ｅ２はこのメネジ部１３Ｅａとオネジ部１３Ｅｂで連結して継ぎ足せるように形成されている。
【００７３】
本実施形態においては、このような電極１３Ｅ１の先端を研削することもできる。
【００７４】
なお、上述したガイド部分２５は、先端刃ガイド部分２５Ａに取り付け部２５Ｂ１に対応する凹部をガイド部２５ｂに設けることや、側周刃ガイド部分２５Ｂに取り付け部２５Ａ１に対応する凹部を基部２５ａに設けることが可能である。これにより、４つのガイド部分２５をほぼ同形状として、交換可能とするとともに、その製造コストを低減することが可能となる。
【００７５】
また、この際、取り付け部２５Ｂ１に対応して先端刃ガイド部分２５Ａのガイド部２５ｂに設けた凹部には側周面研削刃２２と略同形のダミー刃を取り付けるとともに、取り付け部２５Ａ１に対応して側周刃ガイド部分２５Ｂの基部２５ａに設けた凹部には先端研削刃２１と略同形状のダミー刃を取り付けることができる。これにより、研削中に炭素電極１３がガイド部分２５に当接して、炭素電極１３が欠けるあるいは、ガイド部分２５が破損するということを防止できる。
【００７６】
なお、本実施形態においては、縮径部１３ｃの基端部側の直径Ｒ３が均一直径Ｒ１と同じで、縮径部１３ｃが円錐台形状のものを示したが、次のような構成も可能である。
【００７７】
図１０は、本発明の他の実施形態における炭素電極研削装置により研削する炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【００７８】
図１０に示すように、他の実施形態としての炭素電極１３Ａは、直径Ｒ３＜Ｒ１とされ、かつ、縮径部１３ｃは円錐台状とされる。つまり、基端部１３ｂ側の均一径部分と縮径部１３ｃとが段を形成するようにすることも可能である。この場合、角度α、角度βはそれぞれ、上述した条件を満たすように設定することができる。また、平坦面１３ｄの外周部１３ｄａと段部を形成する均一径部分の端部外周部１３ｂａとを結んだ面１３Ｌ２と、電極軸線１３Ｌとのなす角度θ３が、上記のαまたはθ２と同様に設定されることもできる。
【００７９】
炭素電極研削装置は、先端研削刃２１が基部２５ａから突出する突出量と側周面研削刃２２がガイド部２５ｂから突出する突出量とを、この形状に対応して設定することが可能である。
【００８０】
図１１は、本発明の他の実施形態におけるアーク放電装置の炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【００８１】
さらに、本発明の炭素電極としては、図１１（ａ）に示すように、炭素電極１３Ｂの基部から先端部１３ａに連続的に縮径し、基部の直径Ｒ１に対し先端部１３ａの直径Ｒ２が小さく設定されており、その全長に渡る側面１３ｆが円錐台となっているものが可能である。また、上述した図５，図６に示したものに対して先端部１３ａの角丸め加工をおこなうことで、図１１（ｂ）に示すように、炭素電極１３Ｃの先端部１３ａにおける接触部分が、その基部が均一径部に連続する円錐台の側周面１３ｈとされるとともに、この円錐台より先端部１３ａ側が、この円錐台となめらかに連続し、かつ、炭素電極１３の軸線１３Ｌに沿った断面輪郭において曲率不連続点が存在しない曲線、例えば楕円弧、あるいは円弧とされる形状となっているものが可能である。これらのうち平坦面１３ｄの外周部を明確に有さないものに関しては、電極間距離が最短となる部分が、図５，図６に示した平坦面１３ｄの外周部１３ｄａに対応するように、１カ所になるように設定することができる。
【００８２】
炭素電極研削装置は、先端研削刃２１が基部２５ａから突出する突出量と側周面研削刃２２がガイド部２５ｂから突出する突出量とを、この形状に対応して設定することが可能である。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００８４】
＜実施例１＞
本発明の炭素電極研削装置により、以下に示す条件で電極加工をおこなった。
Ｒ１＝５０ｍｍ ， Ｒ２＝３５ｍｍ ， Ｌ１＝１００ｍｍ
このときのモータ容量、刃の枚数、モータの極数、トルク、および、加工時間を表1に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表1に示す結果から、実験例１，２では、モータ容量が小さいために、電極が噛み込んでしまい、加工できなかったことがわかる。つまり、実施例２以下に示す石英ガラスルツボ製造にとって好適な電極形状を実現するためには、本発明の炭素電極研削装置が必要である。
【００８７】
＜実施例２＞
本発明の石英ガラスルツボ製造装置を用いて、表２に示すＲ２がそれぞれ異なる条件にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表２に示す。ここで、判定とは、石英ガラスルツボの製造に最も好ましいアークの安定度合いのものを◎とし、好ましいものを○とし、好ましくないものを×とした。
ルツボ口径；３２インチ
出力；３，０００ｋＶＡ
処理時間；３０分
電極形状；先端円錐台
θ１／２；１０°
θ２；４°
炭素電極直径Ｒ１；５０ｍｍ
炭素電極における電力密度Ｐ／Ｒ２；１５３〜６１１ｋＶＡ／ｃｍ２
【００８８】
【表２】
【００８９】
上記の結果から、Ｒ２／Ｒ１＜０．６では、アーク放電開始時に振動が発生し、アークが不安定であることがわかった。また、Ｒ２／Ｒ１＞０．８では、アーク放電は安定するものの、シリカヒュームが付着しやすいため、不適であることがわかった。
【００９０】
＜実施例３＞
Ｒ２を３０ｍｍの一定値とし、Ｌ１を変化させた点以外は上記の実施例２と同様の条件にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表３に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
上記の結果から、Ｌ１−（Ｘ／ｔａｎ（θ１／２））が５０ｍｍ以上であれば、安定したアークを得ることができることがわかった。ただし、Ｌ１−Ｘ／ｔａｎ（θ１／２）をあまり大きくしても、電極加工製造コストの観点から好ましくないため、Ｌ１−Ｘ／ｔａｎ（θ１／２）＜１５０ｍｍ程度が良好である。
【００９３】
＜実施例４＞
Ｒ２を３０ｍｍの一定値とし、Ｒ３を変化させた点以外は上記の実施例２と同様の条件にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表４に示す。
【００９４】
【表４】
【００９５】
上記の結果から、Ｒ３／Ｒ１＜０．８では、振動が発生するためアークが不安定となることがわかった。
＜実施例５＞
Ｒ２を３０ｍｍの一定値とし、θ１／２を変化させた点以外は上記の実施例２と同様の条件かつ電極の先端角θ２=４°にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表５に示す。
【００９６】
【表５】
【００９７】
上記の結果から、θ１／２が５°以下の場合、電極の先端部以外からもアークが飛ぶため、振動が発生してしまい、好ましくないことがわかった。θ１／２が２０°を超える場合、電極にフュームが付きやすいため、好ましくないことがわかった。
【００９８】
Ｒ２＝Ｒ１ の条件では、アークがいろんなところから飛ぶので不具合があり、また、Ｒ２＜０．６Ｒ１ の条件では、電極が細すぎて振動が起こるため好ましくない。本質的には、０．７Ｒ１以下の領域を５０〜１００ｍｍにすることが重要であることがわかった。
【符号の説明】
【００９９】
Ｇ…炭素電極研削装置
１…石英ガラスルツボ製造装置
１０…モールド
１１…石英粉成形体
１２…通気孔
１３…炭素電極
１３L…炭素電極の軸線
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…炭素電極
１３Ｅ…炭素電極
１３Ｅ１，１３Ｅ２…炭素電極
１３Ｅａ…メネジ部
１３Ｅｂ…オネジ部
１３Ｌ…軸線
１３ａ…炭素電極の先端部
１３ｂ…炭素電極の基端部
１３ｂａ…端部外周部
１３ｃ…炭素電極の縮径部
１３ｄ…先端面（平坦面）
１３ｄａ…炭素電極の先端面（平坦面）の外周部
１３ｅ…炭素電極の側周面
１３ｆ…炭素電極の側面
１３ｈ…炭素電極の側周面
１３ｍ…炭素電極の側周面
１５…電極位置設定手段
２０…研削手段
２０L…回転軸線
２１…先端研削刃
２２…側周面研削刃
２２ａ…側周面研削刃の一端
２２ｂ…側周面研削刃の他端
２３…回転軸
２４…駆動源
２５…ガイド部分
２５Ａ…先端刃ガイド部分
２５Ｂ…側周刃ガイド部分
２５Ａ１…取り付け部
２５Ｂ１…取り付け部
２５ａ…基部
２５ｂ…ガイド部
２５ｃ…取り付け部材
２６…フランジ部
３０…保持手段
３１…接触部
Ｄ…電極間距離
Ｒ１…炭素電極の基端部の直径
Ｒ２…炭素電極の先端部の直径
Ｒ３…縮径部の基端部側の直径
α，β…角度
θ１，θ２，θ３…角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素電極研削装置に関し、特に、アーク放電によって石英粉を加熱溶融してガラス化するための炭素電極の研削に好適な研削装置の研削刃の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンの引き上げに用いる石英ガラスルツボは主にアーク溶融法によって製造されている。この方法の概略は、例えば、カーボン製モールドの内表面に石英粉を一定厚さに堆積して石英堆積層である石英粉成形体を形成し、この石英粉成形体の上方に炭素電極を設置し、そのアーク放電によって石英堆積層を加熱、ガラス化して石英ガラスルツボを製造する方法である。
【０００３】
特許文献１にはアーク溶融による石英ガラスルツボの製造に関する技術が記載され、特許文献２，３にはアーク放電用の電極に関する技術が記載されている。また、特許文献４にはアーク放電用の電極間距離に関する技術が記載されている。
【０００４】
近年、半導体デバイス製造工程の効率化等の要請から、製造するシリコンウェーハ口径が３００ｍｍを超える程度まで大きくなっており、これに伴って大口径の単結晶シリコンを引き上げ可能な石英ガラスルツボが要求されている。また、半導体デバイスの微細化等の要請から、単結晶シリコンの特性に直接影響を与える石英ガラスルツボ内面状態等のルツボ特性の向上も強く要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６４７６８８号公報
【特許文献２】特開２００２−６８８４１号公報
【特許文献３】特開２００１−０９７７７５号公報
【特許文献４】特開２００３−３３５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、３０インチ〜４０インチといった大口径の石英ガラスルツボを製造する際には、石英粉を溶融するために必要な電力量が増大し、これに伴って、アーク放電開始時に発生する電極の振動が無視し得ないものになってきた。アーク放電開始時に電極振動が発生した場合、アーク中を流れる電流が変化し、この電流変化がさらに電極を振動させ、電極振動の振幅がさらに大きくなる。その結果、発生するアークが不安定になり、溶融する石英粉状態に与える影響も無視できなくなるという問題がある。さらに、電極振動が大きくなった場合、振動により電極から剥離した微小片が落下して石英ガラスルツボ特性が悪化するという問題があった。また、電極振動の振幅が増大した場合には電極が破損する可能性があるという問題があった。
【０００７】
電極の振動を防止するためには、電極を高強度の材料に変更する、電極径を拡大する等、電極強度を増すことが考えられる。しかし、石英ガラスルツボ製造に用いるアーク放電電極は、この電極自体が消耗してその組成が石英粉溶融雰囲気に放出されるため、ルツボ特性に与える影響から炭素電極以外のものは使用できない。また、電極径を拡大した場合には電力密度が低下し、結果的にアーク出力が低下してしまうため、処理温度が低下して、処理状態が不安定になりルツボ特性に悪影響を与える可能性がある。また、この処理温度低下によって、発生するヒューム（シリカ蒸気）が電極の上部に付着し、この付着物が落下して石英ガラスルツボ特性が悪化する可能性があるため、このような手段は採用できない。なお、このような電極振動による影響、およびアークの不安定性による影響はルツボ口径の増大に伴うアーク出力の増大によって初めて顕在化したものである。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．電極振動の発生を防止すること。
２．通電開始時におけるアーク発生の容易化とその後の安定化を図ること。
３．ルツボ特性の悪化を防止し、その向上を図ること。
４．大出力アーク溶融に対応可能な炭素電極を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上述したような不具合が電極の先端形状によって改善されることを見出した。具体的には、炭素電極の先端部の直径Ｒ２と基端部の直径Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１の値が０．６〜０．８の範囲に設定されてなること、前記炭素電極の先端に軸線と略直交する平坦面が設けられてなること、前記炭素電極の先端位置に設けられ前記基端部側の直径Ｒ３から前記先端部の直径Ｒ２まで縮径する縮径部の長さＬ１が前記先端部の直径Ｒ２に対する比Ｌ１／Ｒ２の値が３．５〜７の範囲に設定されてなること、前記縮径部の基端部側の直径Ｒ３と前記炭素電極の基端部の直径Ｒ１との比Ｒ３／Ｒ１の値が０．８〜１の範囲に設定されてなること、前記縮径部の側周面が前記平坦面となす角度αと、前記基端部の側周面が前記平坦面となす角度βとの比α／βの値が７／９〜１７／１８の範囲に設定されてなること、アーク発生時または電力供給開始時における炭素電極の軸線どうしがなす角度の１／２が５°〜２０°の範囲に設定されてなることが好ましい。
【００１０】
これを実現するためには炭素電極の先端部の形状をこれらの条件を満たすように整形することが必要である。しかし、特許文献３に記載されるように、炭素電極自体は非常に固く、かつ欠けやすいため、通常の加工方法では上記のような形状に正確に加工することが難しかった。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の炭素電極研削装置は、アーク放電用炭素電極の先端部を整形する研削装置であって、前記炭素電極の先端面を研削する先端研削刃と、前記炭素電極の前記先端面から基端部へ向かう側周面を研削する側周面研削刃と、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とを前記炭素電極の軸線と一致する回転軸線回りに回転駆動する回転手段とを有してなる。本発明の炭素電極研削装置によれば、極めて固い柱状である材料を加工して、先端部から基端部側に向かって拡径するように炭素電極の先端部を研削して、容易に整形することが可能となる。
【００１２】
ここで、回転手段は、先端研削刃と側周面研削刃とを前記炭素電極の軸線と一致する回転軸線回りに回転駆動するが、この際、被研削物である炭素電極とこれら研削刃とは相対的に回転移動すればよく、研削刃を回転して炭素電極を固定するもの、炭素電極を回転して研削刃を固定するもの、炭素電極と研削刃とをいずれも逆方向あるいは順方向に回転するものが可能である。これにより、研削刃と炭素電極との相対移動状態を制御して、極めて固く脆い材質である炭素電電極を精密形状に研削することが容易となり、同時に、炭素電極表面粗さをアーク用の電力供給開始直後に電極振動を起こすことなくスムーズにアーク放電の発生が可能な粗さ範囲に設定することが可能となる。
【００１３】
本発明において、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが、前記回転軸線を対称点として対称な位置関係を有するように取り付けられてなることが好ましい。炭素電極を電極軸線周りで回転研削する際に炭素電極に対する作用点が回転軸線に対して対称な位置にあることで、被研削物である炭素電極に作用する力を互いに対称な位置にある研削刃どうしで支持することができるため、炭素電極に対して作用する軸線に直交する力を相殺しながら研削をおこなうことができる。したがって、欠け等を発生することなく炭素電極形状を制御することが可能となる。
【００１４】
本発明において、前記側周面研削刃は、前記回転軸線に沿った方向に延設されると共に、前記先端研削刃側に位置する前記側周面研削刃の一端から他端に向けて前記回転軸線から離間するように設けられていることが好ましい。アーク放電という極めて激烈な環境で電極強度を維持するために必要な電極の直径Ｒ１と、安定したアーク放電を得るために好適な電力密度を得るために必要な先端部の直径Ｒ２を有する電極構造を容易に実現することができ、通電開始時における電極振動を防止するとともに放電中に安定したアーク発生を維持して石英ガラスルツボ製造に必要な熱源を提供することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記先端研削刃は、前記回転軸線と直交する方向に延設されていることが好ましい。この構成によれば、研削により軸線と略直交する先端面（平坦面）を前記炭素電極の先端に設けることが可能となり、これにより、平坦面の外周部においてアーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることが可能となる。したがって、アーク溶融により製造する石英ガラスルツボの特性（品質）を向上することが可能となり、半導体単結晶引き上げに用いて好適な石英ガラスルツボを提供することが可能となる。
【００１６】
本発明において、ルツボ特性とは、ルツボ内表面におけるガラス化状態、および、厚さ方向における気泡分布及び気泡の大きさ、ＯＨ基の含有量、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属類などの不純物含有量および、これらのルツボ高さ方向における不均一などの分布状態など、石英ガラスルツボで引き上げた単結晶シリコンの特性に影響を与える要因を意味するものである。
【００１７】
本発明においては、前記回転手段は、前記回転軸線を中心に４分割された４つのガイド部分を有し、前記ガイド部分は、前記先端研削刃が取り付けられる２つの先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられる２つの側周刃ガイド部分を含み、前記先端刃ガイド部分には前記先端研削刃を取り付けるための第１の取り付け部が設けられており、前記側周刃ガイド部分には前記側周面研削刃を取り付けるための第２の取り付け部が設けられていることが好ましい。この構成によれば、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とをそれぞれ別々に交換可能とすることができるため、これら前記先端研削刃と前記側周面研削刃との消耗に応じて別々に交換することにより、結果的に研削刃の寿命を延ばし、交換頻度を低減することが可能となる。また、ガイド部分が４分割されていることにより、回転軸線に対して対称位置に研削刃を位置することが可能となるとともに、それぞれのガイド部材を個別に交換可能とすること、およびガイド部材の回転軸線に対する取り付け位置制御を容易におこなうことが可能となる。さらに、研削刃に欠け等の破損が発生した場合でも、先端研削刃と側周面研削刃とを容易に交換することができる。また、研削刃が消耗した場合や破損した場合に、これら研削刃を削って再生することが容易にかつ低コストでおこなうことが可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記ガイド部分のうち、前記回転軸線の回りで隣り合わない２カ所には前記先端研削刃が取り付けられており、前記回転軸線の回りで隣り合わない他の２カ所には前記側周面研削刃が取り付けられていることが好ましい。前記先端研削刃が被研削物である炭素電極の軸線周方向位置における対称な２カ所で炭素電極の先端面（平坦面）を研削し、前記側周面研削刃が被研削物である炭素電極の軸線周方向位置における対称な２カ所で炭素電極の先端部の側周面（円錐台面）を研削することで、炭素電極に対して軸線と直交する方向に余分な力をかけることなく、かつ、軸線周方向位置における３カ所以上で研削した際に摩擦抵抗が大きくなり過ぎ、回転手段に過負荷がかかって研削できなくなることを防止できる。つまり、３カ所以上でそれぞれの研削刃が炭素電極に当接する状態であると、研削不能な程度の出力を有する駆動源であっても、それぞれの研削刃が２カ所でそれぞれの研削刃が炭素電極に当接する状態であると、研削刃と炭素電極とを相対回転させて研削をおこなうことが可能となる。これにより装置の製造コストを低減することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記先端研削刃が取り付けられた前記先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられた前記側周刃ガイド部分とが、前記回転軸線の回りで隣り合うよう配置されてなることが好ましい。前記先端研削刃が取り付けられた前記ガイド部分では側周面研削刃における研削をおこなわず、前記側周面研削刃が取り付けられた前記ガイド部分では前記先端研削刃における研削をおこなわないことにより、研削刃が消耗した際に最も研削能力が低下しやすい前記先端研削刃と前記側周面研削刃との境界部分、つまり、炭素電極の先端部における先端面（平坦面）の外周部に対応して研削をおこなう部分において、研削刃が鈍って研削能力が低下することを防止できる。これにより研削刃の長寿命化を図ることが可能となる。
【００２０】
本発明においては、前記ガイド部分のうち、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが取り付けられていないガイド部分には、ダミー刃が設けられてなることが好ましい。この構成によれば、複数のガイド部分において、研削刃を取り付けた部分と研削刃を取り付けていない部分とを同形状とすることが可能なため、同一形状のガイド部分を複数用意すればよく、製造コストを低減することができ、研削刃の交換を容易に行うことが可能となる。ここで、ダミー刃は、このダミー刃と回転軸線との距離が、研削刃と回転軸線との距離に比べて長く設定されていればよく、単に、研削刃を取り付けない状態とすることもできる。
【００２１】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記縮径部の長さＬ１と前記先端部の径寸法Ｒ２との比Ｌ１／Ｒ２の値を３．５〜７の範囲に設定することが容易となる。これにより、他の炭素電極に接触させた場合に１カ所のみで接触する形状、いいかえると、電力供給開始からアーク放電中において、１つの炭素電極と他の１つの炭素電極との最近接距離を有する部分が、一点、または、１つの線状部分、あるいは１つの面状となる１カ所のみとなるように直径Ｒ３，Ｒ２の値が設定されることで、この最近接距離となる部分においてアーク放電を発生させることができ、アーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることが可能となる。
【００２２】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記縮径部の基端部側の直径Ｒ３と前記炭素電極の基端部の直径Ｒ１との比Ｒ３／Ｒ１の値を０．８〜１の範囲に設定することが容易となる。これにより、最近接距離を有する部分が１カ所となり、不平等電界により電極の先端部以外から放電することを防止してより安定したアーク発生を得ることができる。
【００２３】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記縮径部の側周面が前記平坦面となす角度αと、前記基端部の側周面が前記平坦面となす角度βとの比α／βの値を７／９〜１７／１８の範囲に設定することが容易となる。これにより、不平等電界により電極の先端部から放電することを防止してより安定したアーク発生を得ることができる。
【００２４】
本発明においては、上記の炭素電極研削装置を用いて炭素電極の先端部の整形をおこなうことにより、前記炭素電極の軸線どうしがなす角度の１／２を５°〜２０°の範囲に設定することが容易となる。これにより、他の炭素電極に接触させた場合に１カ所のみで接触する形状、または、電力供給開始からアーク放電中においては他の１つの炭素電極との再近接距離を有する部分が、一点、または、１つの線状部分、あるいは１つの面状となる１カ所のみとなるようにして、この最近接距離となる部分においてアーク放電をおこない、電極振動を防止するとともに、アーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることが可能となる。
【００２５】
なお、本発明の炭素電極研削装置は、いわゆる溶射法と称されるアーク放電中に石英粉を追加する製造方法において用いられる炭素電極、および、回転モールド法と称されアーク放電中に石英粉を追加しない製造方法において用いられる炭素電極のいずれを整形することも可能である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電極振動を防止するとともに、アーク発生を容易にするとともにアーク放電を安定して発生させることを可能として、口径サイズが増大した大口径ルツボであっても、発生させたアーク火炎により溶融した石英ガラスルツボ内表面における特性の面内バラツキ、あるいは、ルツボ表面特性の悪化を防止することができる炭素電極を加工可能な炭素電極研削装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態における研削手段を示す拡大組み立て図であり、（ａ）は回転軸線２０Ｌと直交する方向から見た平面図であり、（ｂ）は回転軸線２０Ｌの方向から見た平面図である。
【図３】本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態におけるガイド部分を示す拡大分解図であり、（ａ）はガイド部分２５Ｂを回転軸線２０Ｌの方向から見た平面図であり、（ｂ）はガイド部分２５Ｂを回転軸線２０Ｌと直交する方向から見た平面図であり、（ｃ）はガイド部分２５Ａを回転軸線２０Ｌの方向から見た平面図であり、（ｄ）はガイド部分２５Ａを回転軸線２０Ｌと直交する方向から見た平面図である。
【図４】石英ガラスルツボ製造装置の一実施形態を示す模式正面図である。
【図５】石英ガラスルツボ製造装置における炭素電極の一実施形態を示す模式図である。
【図６】図５における炭素電極の先端部分の拡大図である。
【図７】石英ガラスルツボ製造装置における炭素電極位置を示す模式図である。
【図８】石英ガラスルツボ製造装置における接触状態の炭素電極の先端部分を示す拡大模式図である。
【図９】本発明の他の実施形態における炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における炭素電極を示す模式図であり、（ａ）は電極全体が連続的に縮径した形状、（ｂ）は電極の先端部が丸みを帯びた形状を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る炭素電極研削装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態における炭素電極研削装置を一部断面視して示す模式図であり、図２は、図１のガイド部分および研削刃の組み立て状態を示す組み立て拡大図であり、図３は、図１のガイド部および研削刃を示す分解拡大図であり、図において、符号Ｇは、炭素電極研削装置である。
【００３０】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、２４インチ以上の石英ガラスルツボの製造に利用される炭素電極を研削・整形するものとして好適であるが、非導電体をアーク溶融するための装置における炭素電極であれば、被溶融物種類、ルツボ口径、装置出力、および、熱源としての用途等は限定されるものではなく、この構成に限られるものではない。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、アーク放電をおこなう炭素電極１３を整形する研削装置とされ、炭素電極１３の研削をおこなう研削手段２０と、研削中に炭素電極１３を保持する保持手段３０とを有する。
【００３２】
研削手段２０は、研削刃２１，２２と、研削刃２１，２２を回転する回転軸２３とを有する。研削刃２１、２２は、図１〜図３に示すように、炭素電極１３の先端面１３ｄを研削する先端研削刃２１と、炭素電極１３の先端部１３ａから基端部１３ｂへ向かって拡径する側周面１３ｅを研削する側周面研削刃２２とを有し、これら先端研削刃２１と側周面研削刃２２とが、炭素電極１３の軸線１３Ｌと一致する回転軸線２０Ｌを中心に回動可能な回転軸２３にガイド部分２５を介して設けられる。
【００３３】
先端研削刃２１は、図１〜図３に示すように、略矩形の平板からなり、その一辺（稜線）が研削刃として炭素電極１３に当接し、炭素電極１３の研削面が回転軸２３と直交する方向となるように回転軸２３に取り付けられる。
【００３４】
側周面研削刃２２は、図１〜図３に示すように、略矩形の平板からなり、その一辺（稜線）が研削刃として炭素電極１３に当接し、炭素電極１３の研削面が回転軸２３に沿った方向となるように回転軸２３に取り付けられている。特に、側周面研削刃２２は、先端研削刃２１側に近い側周面研削刃２２の一端２２ａから他端２２ｂに向けてその刃面が回転軸線２０Ｌから離間するように設けられている。
【００３５】
回転軸２３は駆動源２４によって回転駆動されるとともに、ガイド部分２５を取り付けるフランジ部２６を有する。フランジ部２６は回転軸２３から拡径された形状を有し、回転軸２３の回転軸線と直交する方向に拡径されている。これら、回転軸２３、駆動源２４、ガイド部２５、フランジ部２６は回転手段を構成している。
【００３６】
フランジ部２６には、図１〜図３に示すように、回転軸線２０Lを中心に４分割される位置に４つのガイド部分２５が取り付けられている。このガイド部分２５は、先端研削刃２１の取り付けられる２つの先端刃ガイド部分２５Ａと、側周面研削刃２２の取り付けられる２つの側周刃ガイド部分２５Ｂとからなり、これらが、回転軸線２０Ｌに対して対称となるようにそれぞれオフセットされて取り付けられている。
【００３７】
つまり、先端刃ガイド部分２５Ａと側周刃ガイド部分２５Ｂは、回転軸線２０Ｌの周方向に沿って交互になり、先端刃ガイド部分２５Ａどうしおよび側周刃ガイド部分２５Ｂどうしが回転軸線２０Ｌの回りにおいて隣り合わないように位置されている。そして、２つの先端刃ガイド部分２５Ａの各々に先端研削刃２１が取り付けられ、２つの側周刃ガイド部分２５Ｂの各々に側周面研削刃２２が取り付けられる。
【００３８】
ガイド部分２５Ａ，２５Ｂは、いずれも、フランジ部２６に取り付けられるとともに回転軸線２０Ｌと直交する方向に延在する基部２５ａと、該基部２５ａから回転軸線２０Ｌと並行な方向に向かうとともにこの回転軸線２０Ｌから離間した位置に立設されるガイド部２５ｂとを有する。ガイド部２５ｂの回転軸線２０Ｌに対向した面は、基部２５ａ側からガイド部２５ｂの先端側に向かって回転軸線２０Ｌから離間するように傾斜している。
【００３９】
先端刃ガイド部分２５Ａの基部２５ａには、先端研削刃２１を取り付けるための取り付け部２５Ａ１が設けられている。先端研削刃２１は、基部２５ａの延在する方向、つまり、回転軸線２０Ｌと直交する方向に刃面が位置するように取り付けられる。先端刃ガイド部分２５Ａにおいて、回転軸線２０Ｌと直交する方向に延びる先端研削刃２１の刃面は、回転軸線２０Ｌからガイド部２５ｂの基端位置まで達し、かつ、炭素電極１３の先端面（平坦面）１３ｄの半径と等しいか、これより少し大きい寸法に設定されている。取り付け部２５Ａ１は基部２５ａに形成された凹部であり、先端研削刃２１の刃先が基部２５ａ表の面よりも回転軸線２０Ｌの方向に突出した状態で固定されることを可能としている。
【００４０】
また、側周刃ガイド部分２５Ｂのガイド部２５ｂには、側周面研削刃２２を取り付けるための取り付け部２５Ｂ１が設けられている。側周面研削刃２２は、回転軸線２０Ｌと並行な方向から多少傾いて刃面が位置するように取り付けられる。側周刃ガイド部分２５Ｂにおいて、炭素電極１３の先端面（平坦面）１３ｄの外周位置と等しいか、これよりやや回転軸線２０Ｌに近くなるように先端研削刃２１側に位置する側周面研削刃２２の一端２２ａが位置決めされ、この一端２２ａから回転軸線２０Ｌまでの距離よりも大きい距離で回転軸線２０Ｌから離間するように他端２２ｂが位置決めされて、その結果、側周面研削刃２２が回転軸線２０Ｌと角度θ４をなすように設定される。この角度θ４は、後述するように、炭素電極１３の側周面１３ｅが電極軸線１３Ｌとなす角度θ２と等しく設定される。
【００４１】
取り付け部２５Ｂ１はガイド部２５ｂに形成された凹部であり、側周面研削刃２２の刃先がガイド部２５ｂ表面よりも回転軸線２０Ｌに近づく方向に突出した状態で固定されることを可能としている。また、側周面研削刃２２は、その刃長の全長にわたって側周刃ガイド部分２５Ｂのガイド部２５ｂに向かって押圧されるように、取り付け部材２５ｃによって押圧された状態としてガイド部２５ｂに取り付けられている。この取り付け部材２５ｃは、ガイド部２５ｂに螺着等の手段により着脱可能とされており、側周面研削刃２２を交換可能とされている。
【００４２】
取り付け部２５Ａ１，２５Ｂ１においては、研削刃２１，２２が、それぞれ炭素電極１３に当接して研削をおこなう一辺（稜線）と同じ長さの４辺のうち任意の１辺を選択して取り付けられるように構成されている。
【００４３】
研削手段２０として組み立てられた４つのガイド部分２５は、その内側面が回転軸線２０Ｌに対向しており、基部２５ａからガイド部２５ｂの先端側へ広がっているため、炭素電極１３の先端部１３ａが接近した場合に、炭素電極１３を研削位置へと導くガイドとして作用する。
【００４４】
また、回転軸線２０Ｌを中心にガイド部分２５が回転することで、先端研削刃２１と側周面研削刃２２との刃面（刃となる一辺）の軌跡が後述する炭素電極１３の先端面（平坦面）１３ｄと側周面１３ｅとに一致する形状を形成する。互いに略対向する側周面研削刃２２どうしは、研削時に炭素電極１３と当接する位置が回転軸線２０Ｌに対して対称な位置となるため、研削時にこの回転軸線２０Ｌと直交してかつ回転軸線２０Ｌから離間する方向に作用する研削力の反作用を互いに打ち消して、回転軸２３に回転軸線２０Ｌと直交する方向に過大な力が作用することを防止できる。
【００４５】
保持手段３０は、炭素電極１３の軸線１３Ｌが研削手段２０における回転軸線２０Ｌと一致するように複数の接触部３１により炭素電極１３を保持するとともに、この状態で、図示しない往復駆動部により軸線１３Ｌ方向に炭素電極１３を往復移動させるように位置設定が可能なものとされる。
【００４６】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇによって研削される炭素電極１３は、石英ガラスルツボ製造装置１に取り付けられる。
【００４７】
図４は、石英ガラスルツボ製造装置を示す模式図である。
【００４８】
図４に示すように、この石英ガラスルツボ製造装置１は、石英ガラスルツボの外形を規定するモールド１０を有し、モールド１０は図示しない回転手段によって回転可能とされ、回転するモールド１０の内部に原料粉（石英粉）が所定厚さに充填されて石英粉成形体１１とされる。このモールド１０内部には、その内表面まで貫通するとともに他端が図示しない減圧手段に接続された通気孔１２が複数設けられ、石英粉成形体１１内部を減圧可能となっている。モールド１０の上側には図示しない電力供給手段に接続されたアーク加熱用の炭素電極１３，１３，１３が設けられ、石英粉成形体１１を加熱可能とされている。３本の炭素電極１３，１３，１３は、電極位置設定手段１４により、図中矢印Ｔで示す上下方向の位置および矢印Ｄで示す電極間距離Ｄを設定可能とされている。
【００４９】
ここで、石英粉とは、石英に限らず、二酸化ケイ素（シリカ）を含む、水晶、珪砂等、石英ガラスルツボの原材料として周知の材料の粉体をも含むものとし結晶状態、アモルファス、ガラス状態であるものを全て含み、その内部構造は石英のみに限定されないものとする。
【００５０】
石英ガラスルツボ製造装置１は、３００ｋＶＡ〜１２，０００ｋＶＡの出力範囲で、複数の炭素電極１３，１３，１３によりアーク放電によって非導電性対象物（石英粉）を加熱溶融する高出力の装置である。
【００５１】
石英ガラスルツボ製造装置１は、石英ガラスルツボ製造時にアーク放電をおこなう際、各炭素電極１３どうしが角度θ１を保ったまま電極の先端の距離を最適位置に制御して、各炭素電極１３における電力密度が４０ｋＶＡ／ｃｍ２ 〜１７００ｋＶＡ／ｃｍ２、より好ましくは４０ｋＶＡ／ｃｍ２ 〜４５０ｋＶＡ／ｃｍ２となるように電力供給をおこなう。
【００５２】
具体的には、直径Ｒ２に設定された炭素電極１３に対して、３００〜１２，０００ｋＶＡの電力を供給する。電力密度がこの範囲以下であると安定したアークを持続することができないが、この範囲内であると、電極振動の増大原因となるローレンツ力を許容範囲内におさめることが可能となるため、発生した電極振動を収束させることが可能となる。
【００５３】
ここで、電力密度とは、炭素電極１３において、電極中心軸１３Ｌに直交する電極断面の単位断面積あたりに供給される電力量を意味する。具体的には、電極の先端部１３ａから軸方向長さ１５〜２５ｍｍ程度、好ましくは２０ｍｍの位置において電極中心軸１３Ｌに直交する電極の断面積に対する１本の電極に供給する電力の比
供給電力量（ｋＶＡ）／電極断面積（ｃｍ２ ）
で表される。
【００５４】
図５は、本実施形態における炭素電極１３を示す模式図、図６は、図５に示した炭素電極１３の先端部分の拡大図である。
【００５５】
本実施形態の炭素電極１３は略円柱棒状体であり、基端部１３ｂ側が略均一直径Ｒ１とされ、この基端部１３ｂの直径Ｒ１と先端部１３ａの直径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１の値が０．６〜０．８の範囲に設定されてなり、先端部１３ａに炭素電極１３の軸線１３Ｌと略直交する平坦面１３ｄが設けられるとともに、この先端部１３ａに縮径部１３ｃが設けられ、先端部１３ａの直径Ｒ２＜Ｒ１とされる。
【００５６】
本実施形態において縮径部１３ｃは略円錐台形状であり、基端部１３ｂ側の直径Ｒ３から先端部１３ａの直径Ｒ２まで徐々に縮径するとともに、この縮径部１３ｃの長さＬ１が先端部１３ａの直径Ｒ２に対する比Ｌ１／Ｒ２の値が３．５〜７の範囲に設定されている。縮径部１３ｃは、その基端部側の直径Ｒ３と前記炭素電極の基端部の直径Ｒ１との比Ｒ３／Ｒ１の値が０．８〜１の範囲に設定される。本実施形態においては、縮径部１３ｃの基端部側の直径Ｒ３が電極の基端部の直径Ｒ１と等しい状態とされている。
【００５７】
また、縮径部１３ｃの側周面１３ｅが平坦面１３ｄとなす角度αと、基端部１３ｂ側の側周面１３ｍが前記平坦面１３ｄとなす角度βとの比α／βの値が７／９〜１７／１８の範囲に設定されている。なお、本実施形態においては、角度βは９０°に設定されている。
【００５８】
図７は、石英ガラスルツボ製造装置の炭素電極位置を示す模式図である。
【００５９】
炭素電極１３，１３，１３は、例えば、三相交流（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のアーク放電をおこなうよう同一形状の電極棒とされ、図４，図７に示すように、下方に頂点を有するような逆三角錐状となるとともに、それぞれの電極棒の軸線１３Ｌどうしが角度θ１をなすように設けられている。
【００６０】
図８は、石英ガラスルツボ製造装置において接触状態の炭素電極の先端部分を示す拡大模式図である。
【００６１】
図８に示すように、炭素電極１３は、電力供給開始時において炭素電極１３どうしが接触した場合に、側周面１３ｅが炭素電極１３の軸線１３Ｌとなす角度θ２は、その接触位置が縮径部１３ｃの範囲内に位置するように設定され、好ましくはθ１＞２×θ２とされるが、たとえば、この角度がθ１＝２×θ２とされて接触位置が円錐台となる縮径部１３ｃと均一径部分との境界付近まで位置している場合でも、接触位置が縮径部１３ｃの範囲内に位置することが可能な範囲であればこの限りではない。なお、θ２＝９０°−αである。
【００６２】
縮径部１３ｃの長さＬ１は、先端部１３ａから接触位置までの距離Ｌ２に対して、Ｌ２＜Ｌ１となるとともに、先端部１３ａから接触位置までの距離Ｌ２は、炭素電極１３の直径Ｒ１に対して、比Ｌ２／Ｒが０〜０．９の範囲となるよう設定される。もちろん、これらＬ１およびＬ２は、炭素電極１３の軸線１３Ｌどうしの角度θ１および側周面１３ｅが炭素電極１３の軸線１３Ｌとなす角度θ２に依存するので、上記の条件を満たすように、これらの範囲が設定されることになる。
【００６３】
炭素電極１３は、均一径部分である基端部１３ｂにおける直径Ｒ１とアーク放電単位時間（１分）当たりに消耗する長さＬＬとの比ＬＬ／Ｒ１が０．０２〜０．６の範囲となるよう設定されている。炭素電極１３の直径Ｒ１は、アーク放電の出力と、石英ガラスルツボの口径（大きさ）によって規定される溶融するべき原料粉の量と、溶融処理の温度等の条件と、必要なアーク放電持続時間と、必要な電極強度からが決定されるが、これに加えて、電極振動発生防止の観点から、炭素電極１３の直径Ｒ１を規定するものである。具体的には、３２インチの石英ガラスルツボの製造においては、６０分で１２０ｍｍ程度、つまり、１分あたり２ｍｍ程度であり、この際の炭素電極１３の直径Ｒ１は、φ２０〜１２０ｍｍとされる。
【００６４】
炭素電極１３は、粒子径０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以下の高純度炭素粒子によって形成されて、その密度が１．３０〜１．８０ｇ／ｃｍ３ 、あるいは１．３０〜１．７０ｇ／ｃｍ３ のとき、電極各相に配置した炭素電極相互の密度差が０．２ｇ／ｃｍ３以下とされることができ、このように高い均質性を有していることによって、発生したアークが安定であり、炭素電極１３の局部的な欠落を防止できる。
【００６５】
炭素電極１３は、粒子がコークスなどの原料、例えば石炭系ピッチコークス、およびコールタールピッチなどの結合材、例えば石炭系コールタールピッチを炭化した混練物を用いて、押し出し成形やＣＩＰ成形により形成することが出来る。炭素電極１３は全体的に円柱形状であり、先端部が先細りの形状に形成される。例えば押出し成形によるカーボン電極の製造方法では、目的とする粒子径が得られるように調整されたカーボン質原料と結合材とを加熱混練し、加熱混練して得られる混練物を１３０〜２００℃で押出し成形し、これを焼成後２６００〜３１００℃で黒鉛化した黒鉛材料を得、これを加工した後、２０００℃以上の加熱下で塩素などのハロゲン系ガスにより純化処理する手段を採用することができる。ＣＩＰ成形によるカーボン電極の製造方法では、目的とする粒子径が得られるように調整されたカーボン質原料と結合材とを加熱混練し、得られる混練物を粉砕し、篩分し、得られた２次粒子をＣＩＰ成形し、これを焼成後、２６００〜３１００℃で黒鉛化して黒鉛材料を得、これを加工した後、２０００℃以上の加熱下で塩素などのハロゲン系ガスにより純化処理する手段を採用することができる。
【００６６】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、保持手段３０によって保持した炭素電極１３を軸線１３Lの方向に移動することで、軸線１３Ｌと回転軸線２０Ｌとを一定させた状態で研削手段２０に炭素電極１３を接近させて押圧し、先端部１３ａを先端研削刃２１と側周面研削刃２２とに当接させ先端部１３ａを研削する。これにより、回転軸線２０Ｌと直交する方向で回転軸線２０Ｌから離間する一方向に過大な反作用を受けることなく炭素電極１３の先端部１３ａに先端面１３ｄと側周面１３ｅとを形成して、アーク放電特性の優れた炭素電極１３を整形することが可能となる。この際、先端面１３ｄを研削する先端研削刃２１が２カ所とされ、側周面１３ｅを研削する側周面研削刃２２が２カ所とされているため、研削刃２１，２２に作用する力が駆動部に対する過負荷となることを防止しながら整形処理をおこなうことができる。
【００６７】
また、本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、回転軸線２０Ｌに対称な位置で炭素電極１３を研削するようにしたため、欠け等を発生することなく炭素電極形状を制御することが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態の炭素電極研削装置Ｇは、先端研削刃２１と側周面研削刃２２とをそれぞれ独立に交換可能としたため、それぞれの消耗状態に応じて先端研削刃２１と側周面研削刃２２とを別々に交換することが可能となるため、交換作業時間の短縮、消耗した研削刃２１，２２の研磨等による再生時間の短縮、研削刃の構成の単純化およびこれによる製造コストの低減を図ることが可能となる。同時に、研削刃２１，２２を、その４辺のうちから研削をおこなう刃となる１辺を選択して取り付けられるように構成したので、それぞれの消耗状態に応じて研削刃２１，２２における研削刃となる辺を個々に交換して取り付けることが可能となるため、交換作業時間の短縮、消耗した研削刃２１，２２の研磨等による再生時間の短縮、研削刃の構成の単純化およびこれによる製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００６９】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇによれば、石英ガラスルツボ製造装置１において、上述したように整形した炭素電極１３を取り付け、同時に、電力供給時およびアーク発生時の電極位置を設定したことにより、平坦面１３ｄの外周部１３ｄａ位置において炭素電極１３どうしの電極間距離を最短として、先端部１３ａ以外での放電発生と電極振動発生を同時に防止するとともに、アーク発生に最適な電流密度を実現してアーク発生を容易にし、かつ、アーク放電を安定して発生させることが可能となる。このように安定したアークを実現できることにより、被溶融物であるルツボ内表面に炭素電極１３からの微小片が落下して内部に取り込まれることを防止することもできる。
【００７０】
本実施形態の炭素電極研削装置Ｇによれば、石英ガラスルツボ製造装置１において、上述したように整形した炭素電極１３を取り付けたことで、電力密度を最適な範囲とすることができるため、アーク放電の出力と、石英ガラスルツボの口径（大きさ）によって規定される溶融するべき原料粉の量と、溶融処理の温度等の条件と、必要なアーク放電持続時間と、必要な電極強度と電極振動発生防止の条件を同時に満たして、アーク溶融に必要な熱量を石英粉成形体１１溶融に供給できるアーク火炎が発生できるとともに、同時に、電極振動を防止することができるという効果を実現することが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態の炭素電極としては、図９に示すように、アーク放電をおこなう先端部１３ａを有する棒状の電極１３Ｅ１と、この電極１３Ｅ１に接続される複数の電極１３Ｅ２，１３Ｅ２によって形成される炭素電極１３Ｅとされることも可能である。この際、電極１３Ｅ１の先端部１３ａは、上述したようにその先端形状を設定されるとともに、電極１３Ｅ１基部の直径と、電極１３Ｅ２外形の直径はいずれもＲ１として等しく設定される。
【００７２】
炭素電極１３Ｅには、その基端側となる電極１３Ｅ１の一端(図示右端)にメネジ部１３Ｅａが設けられており、他端(図示左端)３１ｂには縮径部が形成されている。電極１３Ｅ２の両端にはそれぞれメネジ部１３Ｅａとオネジ部１３Ｅｂが形成されており、電極１３Ｅ１と電極１３Ｅ２はこのメネジ部１３Ｅａとオネジ部１３Ｅｂで連結して継ぎ足せるように形成されている。
【００７３】
本実施形態においては、このような電極１３Ｅ１の先端を研削することもできる。
【００７４】
なお、上述したガイド部分２５は、先端刃ガイド部分２５Ａに取り付け部２５Ｂ１に対応する凹部をガイド部２５ｂに設けることや、側周刃ガイド部分２５Ｂに取り付け部２５Ａ１に対応する凹部を基部２５ａに設けることが可能である。これにより、４つのガイド部分２５をほぼ同形状として、交換可能とするとともに、その製造コストを低減することが可能となる。
【００７５】
また、この際、取り付け部２５Ｂ１に対応して先端刃ガイド部分２５Ａのガイド部２５ｂに設けた凹部には側周面研削刃２２と略同形のダミー刃を取り付けるとともに、取り付け部２５Ａ１に対応して側周刃ガイド部分２５Ｂの基部２５ａに設けた凹部には先端研削刃２１と略同形状のダミー刃を取り付けることができる。これにより、研削中に炭素電極１３がガイド部分２５に当接して、炭素電極１３が欠けるあるいは、ガイド部分２５が破損するということを防止できる。
【００７６】
なお、本実施形態においては、縮径部１３ｃの基端部側の直径Ｒ３が均一直径Ｒ１と同じで、縮径部１３ｃが円錐台形状のものを示したが、次のような構成も可能である。
【００７７】
図１０は、本発明の他の実施形態における炭素電極研削装置により研削する炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【００７８】
図１０に示すように、他の実施形態としての炭素電極１３Ａは、直径Ｒ３＜Ｒ１とされ、かつ、縮径部１３ｃは円錐台状とされる。つまり、基端部１３ｂ側の均一径部分と縮径部１３ｃとが段を形成するようにすることも可能である。この場合、角度α、角度βはそれぞれ、上述した条件を満たすように設定することができる。また、平坦面１３ｄの外周部１３ｄａと段部を形成する均一径部分の端部外周部１３ｂａとを結んだ面１３Ｌ２と、電極軸線１３Ｌとのなす角度θ３が、上記のαまたはθ２と同様に設定されることもできる。
【００７９】
炭素電極研削装置は、先端研削刃２１が基部２５ａから突出する突出量と側周面研削刃２２がガイド部２５ｂから突出する突出量とを、この形状に対応して設定することが可能である。
【００８０】
図１１は、本発明の他の実施形態におけるアーク放電装置の炭素電極の先端部分を示す模式図である。
【００８１】
さらに、本発明の炭素電極としては、図１１（ａ）に示すように、炭素電極１３Ｂの基部から先端部１３ａに連続的に縮径し、基部の直径Ｒ１に対し先端部１３ａの直径Ｒ２が小さく設定されており、その全長に渡る側面１３ｆが円錐台となっているものが可能である。また、上述した図５，図６に示したものに対して先端部１３ａの角丸め加工をおこなうことで、図１１（ｂ）に示すように、炭素電極１３Ｃの先端部１３ａにおける接触部分が、その基部が均一径部に連続する円錐台の側周面１３ｈとされるとともに、この円錐台より先端部１３ａ側が、この円錐台となめらかに連続し、かつ、炭素電極１３の軸線１３Ｌに沿った断面輪郭において曲率不連続点が存在しない曲線、例えば楕円弧、あるいは円弧とされる形状となっているものが可能である。これらのうち平坦面１３ｄの外周部を明確に有さないものに関しては、電極間距離が最短となる部分が、図５，図６に示した平坦面１３ｄの外周部１３ｄａに対応するように、１カ所になるように設定することができる。
【００８２】
炭素電極研削装置は、先端研削刃２１が基部２５ａから突出する突出量と側周面研削刃２２がガイド部２５ｂから突出する突出量とを、この形状に対応して設定することが可能である。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００８４】
＜実施例１＞
本発明の炭素電極研削装置により、以下に示す条件で電極加工をおこなった。
Ｒ１＝５０ｍｍ ， Ｒ２＝３５ｍｍ ， Ｌ１＝１００ｍｍ
このときのモータ容量、刃の枚数、モータの極数、トルク、および、加工時間を表1に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
表1に示す結果から、実験例１，２では、モータ容量が小さいために、電極が噛み込んでしまい、加工できなかったことがわかる。つまり、実施例２以下に示す石英ガラスルツボ製造にとって好適な電極形状を実現するためには、本発明の炭素電極研削装置が必要である。
【００８７】
＜実施例２＞
本発明の石英ガラスルツボ製造装置を用いて、表２に示すＲ２がそれぞれ異なる条件にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表２に示す。ここで、判定とは、石英ガラスルツボの製造に最も好ましいアークの安定度合いのものを◎とし、好ましいものを○とし、好ましくないものを×とした。
ルツボ口径；３２インチ
出力；３，０００ｋＶＡ
処理時間；３０分
電極形状；先端円錐台
θ１／２；１０°
θ２；４°
炭素電極直径Ｒ１；５０ｍｍ
炭素電極における電力密度Ｐ／Ｒ２；１５３〜６１１ｋＶＡ／ｃｍ２
【００８８】
【表２】
【００８９】
上記の結果から、Ｒ２／Ｒ１＜０．６では、アーク放電開始時に振動が発生し、アークが不安定であることがわかった。また、Ｒ２／Ｒ１＞０．８では、アーク放電は安定するものの、シリカヒュームが付着しやすいため、不適であることがわかった。
【００９０】
＜実施例３＞
Ｒ２を３０ｍｍの一定値とし、Ｌ１を変化させた点以外は上記の実施例２と同様の条件にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表３に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
上記の結果から、Ｌ１−（Ｘ／ｔａｎ（θ１／２））が５０ｍｍ以上であれば、安定したアークを得ることができることがわかった。ただし、Ｌ１−Ｘ／ｔａｎ（θ１／２）をあまり大きくしても、電極加工製造コストの観点から好ましくないため、Ｌ１−Ｘ／ｔａｎ（θ１／２）＜１５０ｍｍ程度が良好である。
【００９３】
＜実施例４＞
Ｒ２を３０ｍｍの一定値とし、Ｒ３を変化させた点以外は上記の実施例２と同様の条件にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表４に示す。
【００９４】
【表４】
【００９５】
上記の結果から、Ｒ３／Ｒ１＜０．８では、振動が発生するためアークが不安定となることがわかった。
＜実施例５＞
Ｒ２を３０ｍｍの一定値とし、θ１／２を変化させた点以外は上記の実施例２と同様の条件かつ電極の先端角θ２=４°にてアーク放電をおこなって石英ガラスルツボを製造し、振動発生の有無、電極へのヒューム付着有無を目視で判断し比較した。その結果を表５に示す。
【００９６】
【表５】
【００９７】
上記の結果から、θ１／２が５°以下の場合、電極の先端部以外からもアークが飛ぶため、振動が発生してしまい、好ましくないことがわかった。θ１／２が２０°を超える場合、電極にフュームが付きやすいため、好ましくないことがわかった。
【００９８】
Ｒ２＝Ｒ１ の条件では、アークがいろんなところから飛ぶので不具合があり、また、Ｒ２＜０．６Ｒ１ の条件では、電極が細すぎて振動が起こるため好ましくない。本質的には、０．７Ｒ１以下の領域を５０〜１００ｍｍにすることが重要であることがわかった。
【符号の説明】
【００９９】
Ｇ…炭素電極研削装置
１…石英ガラスルツボ製造装置
１０…モールド
１１…石英粉成形体
１２…通気孔
１３…炭素電極
１３L…炭素電極の軸線
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…炭素電極
１３Ｅ…炭素電極
１３Ｅ１，１３Ｅ２…炭素電極
１３Ｅａ…メネジ部
１３Ｅｂ…オネジ部
１３Ｌ…軸線
１３ａ…炭素電極の先端部
１３ｂ…炭素電極の基端部
１３ｂａ…端部外周部
１３ｃ…炭素電極の縮径部
１３ｄ…先端面（平坦面）
１３ｄａ…炭素電極の先端面（平坦面）の外周部
１３ｅ…炭素電極の側周面
１３ｆ…炭素電極の側面
１３ｈ…炭素電極の側周面
１３ｍ…炭素電極の側周面
１５…電極位置設定手段
２０…研削手段
２０L…回転軸線
２１…先端研削刃
２２…側周面研削刃
２２ａ…側周面研削刃の一端
２２ｂ…側周面研削刃の他端
２３…回転軸
２４…駆動源
２５…ガイド部分
２５Ａ…先端刃ガイド部分
２５Ｂ…側周刃ガイド部分
２５Ａ１…取り付け部
２５Ｂ１…取り付け部
２５ａ…基部
２５ｂ…ガイド部
２５ｃ…取り付け部材
２６…フランジ部
３０…保持手段
３１…接触部
Ｄ…電極間距離
Ｒ１…炭素電極の基端部の直径
Ｒ２…炭素電極の先端部の直径
Ｒ３…縮径部の基端部側の直径
α，β…角度
θ１，θ２，θ３…角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク放電用炭素電極の先端部を整形する研削装置であって、
前記炭素電極の先端面を研削する先端研削刃と、
前記炭素電極の前記先端面から基端部へ向かう側周面を研削する側周面研削刃と、
前記先端研削刃と前記側周面研削刃とを前記炭素電極の軸線と一致する回転軸線回りに回転駆動する回転手段とを有してなることを特徴とする炭素電極研削装置。
【請求項２】
前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが、前記回転軸線を対称点として対称な位置関係を有するように取り付けられてなることを特徴とする請求項１記載の炭素電極研削装置。
【請求項３】
前記側周面研削刃は、前記回転軸線に沿った方向に延設されると共に、前記先端研削刃側に位置する前記側周面研削刃の一端から他端に向けて前記回転軸線から離間するように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の炭素電極研削装置。
【請求項４】
前記先端研削刃は、前記回転軸線と直交する方向に延設されていることを特徴とする請求項１または２記載の炭素電極研削装置。
【請求項５】
前記回転手段は、前記回転軸線を中心に４分割された位置に４つのガイド部分を有し、前記ガイド部分は、前記先端研削刃が取り付けられる２つの先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられる２つの側周刃ガイド部分を含み、前記先端刃ガイド部分には前記先端研削刃を取り付けるための第１の取り付け部が設けられており、前記側周刃ガイド部分には前記側周面研削刃を取り付けるための第２の取り付け部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の炭素電極研削装置。
【請求項６】
前記ガイド部分のうち、前記回転軸線の回りで隣り合わない２カ所には前記先端研削刃が取り付けられており、前記回転軸線の回りで隣り合わない他の２カ所には前記側周面研削刃が取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の炭素電極研削装置。
【請求項７】
前記先端研削刃が取り付けられた前記先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられた前記側周刃ガイド部分とが、前記回転軸線の回りで隣り合うよう配置されてなることを特徴とする請求項６記載の炭素電極研削装置。
【請求項８】
前記ガイド部分のうち、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが取り付けられていないガイド部分には、ダミー刃が設けられてなることを特徴とする請求項５から７のいずれか記載の炭素電極研削装置。
【請求項９】
前記ガイド部分のうち、互いに隣り合わない２つのガイド部分に２つの先端研削刃がそれぞれ取り付けられており、互いに隣り合わない他の２つのガイド部分に２つの側周面研削刃がそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の炭素電極研削装置。
【請求項１０】
前記先端研削刃が取り付けられた先端刃ガイド部分では前記側周面研削刃による研削をおこなわず、側周面研削刃が取り付けられた側周刃ガイド部分では前記先端研削刃による研削をおこなわないことを特徴とする請求項５から９のいずれか記載の炭素電極研削装置。
【請求項１】
アーク放電用炭素電極の先端部を整形する研削装置であって、
前記炭素電極の先端面を研削する先端研削刃と、
前記炭素電極の前記先端面から基端部へ向かう側周面を研削する側周面研削刃と、
前記先端研削刃と前記側周面研削刃とを前記炭素電極の軸線と一致する回転軸線回りに回転駆動する回転手段とを有してなることを特徴とする炭素電極研削装置。
【請求項２】
前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが、前記回転軸線を対称点として対称な位置関係を有するように取り付けられてなることを特徴とする請求項１記載の炭素電極研削装置。
【請求項３】
前記側周面研削刃は、前記回転軸線に沿った方向に延設されると共に、前記先端研削刃側に位置する前記側周面研削刃の一端から他端に向けて前記回転軸線から離間するように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の炭素電極研削装置。
【請求項４】
前記先端研削刃は、前記回転軸線と直交する方向に延設されていることを特徴とする請求項１または２記載の炭素電極研削装置。
【請求項５】
前記回転手段は、前記回転軸線を中心に４分割された位置に４つのガイド部分を有し、前記ガイド部分は、前記先端研削刃が取り付けられる２つの先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられる２つの側周刃ガイド部分を含み、前記先端刃ガイド部分には前記先端研削刃を取り付けるための第１の取り付け部が設けられており、前記側周刃ガイド部分には前記側周面研削刃を取り付けるための第２の取り付け部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の炭素電極研削装置。
【請求項６】
前記ガイド部分のうち、前記回転軸線の回りで隣り合わない２カ所には前記先端研削刃が取り付けられており、前記回転軸線の回りで隣り合わない他の２カ所には前記側周面研削刃が取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の炭素電極研削装置。
【請求項７】
前記先端研削刃が取り付けられた前記先端刃ガイド部分と、前記側周面研削刃が取り付けられた前記側周刃ガイド部分とが、前記回転軸線の回りで隣り合うよう配置されてなることを特徴とする請求項６記載の炭素電極研削装置。
【請求項８】
前記ガイド部分のうち、前記先端研削刃と前記側周面研削刃とが取り付けられていないガイド部分には、ダミー刃が設けられてなることを特徴とする請求項５から７のいずれか記載の炭素電極研削装置。
【請求項９】
前記ガイド部分のうち、互いに隣り合わない２つのガイド部分に２つの先端研削刃がそれぞれ取り付けられており、互いに隣り合わない他の２つのガイド部分に２つの側周面研削刃がそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の炭素電極研削装置。
【請求項１０】
前記先端研削刃が取り付けられた先端刃ガイド部分では前記側周面研削刃による研削をおこなわず、側周面研削刃が取り付けられた側周刃ガイド部分では前記先端研削刃による研削をおこなわないことを特徴とする請求項５から９のいずれか記載の炭素電極研削装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１８４３４４（Ｐ２０１０−１８４３４４Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４２１（Ｐ２０１０−４４２１）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（５９２１７６０４４）ジャパンスーパークォーツ株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（５９２１７６０４４）ジャパンスーパークォーツ株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
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