(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ粉末充填層が収納されたモールドと、このモールド内にアーク炎を発生するように先端部間に間隔を有して配置された複数のアーク電極と、前記間隔距離を制御するようにアーク電極を移動させる電極移動装置と、前記アーク電極の上方に配置され、前記間隔近傍を撮像する撮像装置と、前記アーク電極の上方に配置される放射温度計と、前記撮像装置からの間隔距離画像信号が２値化され画像処理されて入力され、また、前記放射温度計からのルツボ内面温度情報が入力され、かつ、前記電極移動装置を制御する制御装置とを有し、この制御装置により前記電極移動装置を制御してアーク電極を移動させ、前記間隔距離を制御するシリカガラスルツボ製造装置であることを特徴とするアーク溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアーク溶融装置に係わり、特にアーク電極の間隔距離を制御するアーク溶融装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にアーク溶融装置では、アーク放電で発生するアーク炎を溶融時の熱源としており、この熱源からの熱量を制御することは溶融工程において極めて重要である。通電する電気エネルギーが熱エネルギーに変換するという観点から、従来の熱量制御は、アーク放電を発生させる電極間の電圧、電流、電力量、力率などから発生する熱量を推測して、その制御を行っている。
【０００３】
一般的には１次側電源を一定としたまま、２次側の電流はサイリスタ等を用いて一定とする。この状態で、アーク電極を操作し、アーク放電が発生している電極間の距離を変化させることにより電圧値を制御し、熱的に安定なアークを発生させるような電圧値制御方式である。アーク放電が発生している電極間の距離が大きくなると、電圧値は上昇し、発熱量が大きくなり、反対に電極間の距離が小さくなると電圧値は下降し、発熱量は小さくなる。
【０００４】
従来の制御方法では、電圧値を制御することにより発熱量を制御しているが、アーク発生中の電圧値は安定せず、小刻みに変動する。また、電圧値はアーク発生時に生じる微小な外乱により、大きく変動する。このため、電圧値を基にした制御では、電圧値の変化に対する電極の操作を追従させることが困難であり、そのため熱的に安定なアークの発生を継続することが困難であった。
【０００５】
また、カーボンなどの消耗が著しい電極材を使用した場合、アーク放電が発生している電極間の距離は、大きくなる方向へ、常に変化することになる。この時、変動の大きい電圧値を基にアーク電極を操作すると、電極間距離を大きくし過ぎることによるアークの消失や、電極間距離を小さくし過ぎることによるアーク電極同士の接触などの問題もある。
【０００６】
このため、電圧値を基にした電極間の間隔距離の制御では、アークでの発生熱量を精密に制御することは困難であり、安定した発熱量が得られない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、電極間の間隔距離を常に正確に制御でき、アークによる安定した発熱量が得られるアーク溶融装置が要望されていた。
【０００８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、電極間の間隔距離を常に正確に制御でき、アークによる安定した発熱量が得られるアーク溶融装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、シリカ粉末充填層が収納されたモールドと、このモールド内にアーク炎を発生するように先端部間に間隔を有して配置された複数のアーク電極と、前記間隔距離を制御するようにアーク電極を移動させる電極移動装置と、前記アーク電極の上方に配置され、前記間隔近傍を撮像する撮像装置と、前記アーク電極の上方に配置される放射温度計と、前記撮像装置からの間隔距離画像信号が２値化され画像処理されて入力され、また、前記放射温度計からのルツボ内面温度情報が入力され、かつ、前記電極移動装置を制御する制御装置とを有し、この制御装置により前記電極移動装置を制御してアーク電極を移動させ、前記間隔距離を制御するシリカガラスルツボ製造装置であることを特徴とするアーク溶融装置。これにより、電極間の間隔距離を常に正確に制御でき、アークによる安定した発熱量が得られ、均一な肉厚のシリカガラスルツボが製造可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるアーク溶融装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明に係わるアーク溶融装置の一実施形態としてのシリカガラスルツボ製造装置の概念図である。
【００１３】
図１に示すように、シリカガラスルツボ製造装置１は、シリカ粉末充填層Ｍが収納され、複数の貫通孔が穿設された金型もしくは高純化処理された多孔質カーボン型などのガス透過性部材で構成されたモールド２と、その外周にガス通路３が設けられるようにモールド２を保持する保持体４を有している。
【００１４】
また、保持体４の下部には、回転駆動モータ５と連結された回転軸６が固着されており、さらに、ガス通路３、回転軸６に設けられた通気路７を介してモールド２内の排気を行う排気用ポンプ８が設けられており、また、回転駆動モータ５及び排気用ポンプ８はシリカガラスルツボ製造装置１全体を制御する制御装置９に接続されている。
【００１５】
さらに、上記モールド２には、その上部に複数、例えば、一対のアーク電極１０、１０の先端部１０ａ、１０ａが挿入され、かつ、アーク炎を発生するように、先端部１０ａ、１０ａ間に間隔Ｇを有して配置されている。一対のアーク電極１０、１０は、間隔Ｇの距離を制御するようにアーク電極１０、１０を移動させる電極移動装置１１、１１に各々取付けられている。
【００１６】
図２に示すように、電極移動装置１１、１１は、アーク電極１０、１０が取付けられ、進退自在にケーシング１１ａに収納された電極取付部材１１ｂと、この電極取付部材１１ｂを進退させるボールねじ１１ｃと、このボールねじ１１ｃを回転させるステッピングモータ１１ｄとで構成され、このステッピングモータ１１ｄは、制御装置９によって制御されるようになっており、制御装置９によりステッピングモータ１１ｄを制御して、アーク電極１０を進退できるようになっている。
【００１７】
制御装置９はいずれも図示しないＣＰＵがＲＯＭ及びＲＡＭとデータのやりとりを行いながらＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行することによって、ステッピングモータ１１ｄはじめシリカガラスルツボ製造装置１の構成装置を制御するようになっている。
【００１８】
アーク放電が発生する電極間の電圧値は、その距離と相関関係があり、電圧値とアークでの発生熱量とも相関関係がある。従って、アーク放電が発生する電極の間隔距離を制御することによりアークによる発生熱量を制御することが可能である。
【００１９】
また、図１に示すように、アーク電極１０、１０の上方には、アーク電極１０、１０、特にアーク電極１０、１０の間隔Ｇ近傍を撮像するように撮像装置、例えば、ＣＣＤカメラ１２が設けられている。このＣＣＤカメラ１２には、Ａ／Ｄ変換回路１３が接続され、このＡ／Ｄ変換回路１３には画像処理装置１４が接続され、さらに、画像処理装置１４には上記制御装置９が接続されている。
【００２０】
ＣＣＤカメラ１２を用いることで、アーク電極１０、１０の間隔Ｇの距離を、過酷な環境であるシリカガラスルツボ製造装置１の高温域から離れた位置に置いて、非接触で測定を行うことが可能となって、結果、ＣＣＤカメラ１２の耐熱性向上、耐久性向上、不純物汚染回避、保守管理容易となる。
【００２１】
さらに、ＣＣＤカメラ１２に熱線反射フィルター１２ａを取付けることにより、ＣＣＤカメラ１２を熱環境から保護し、また、ＣＣＤカメラ１２に、遮光フィルターや偏向フィルターを使用することにより、アーク放電が発生している電極先端部近傍を、発生しているアーク炎、ガス流などに影響されることなく明瞭に撮像することができる。
【００２２】
次に本発明に係わるアーク溶融装置の実施形態のシリカガラスルツボ製造装置を用いたシリカガラスルツボの製造方法について説明する。
【００２３】
図１に示すように、上述したシリカガラスルツボ製造装置１を用いてルツボの製造を行うには、制御装置９からの指令により、回転駆動モータ５を稼働させて回転軸６を回転させることによって、モールド２を所定の速度で回転させる。モールド２内に、上部から高純度のシリカ粉末を供給する。供給されたシリカ粉末は、遠心力によってモールド２に押圧されルツボ形状のシリカ粉末充填層Ｍとして形成される。また、アーク電極１０、１０は、その間隔Ｇが所定の距離になるように設定されている。
【００２４】
しかる後、アーク電極１０、１０に通電して、アーク炎を発生させ、その熱によりシリカ粉末充填層Ｍの内側から加熱し、この内表面に溶融層を形成する。
【００２５】
この溶融工程において、アーク炎の発生が継続されると、アーク電極１０、１０は消耗し、間隔Ｇの距離が拡大し、結果熱量が増加する。一方、ＣＣＤカメラ１２は、常時、アーク電極１０、１０、特にアーク電極１０、１０の間隔Ｇ近傍を撮像しており、ＣＣＤカメラ１２からの間隔距離画像信号がＡ／Ｄ変換回路１３で２値化され、画像処理装置１４により画像処理され制御装置９に入力され、所定距離との比較がなされる。制御装置９が、間隔Ｇの距離は所定の値よりも拡大したと判定すると、図２に示すように、制御装置９は電極移動装置１１のステッピングモータ１１ｄを制御してボールねじ１１ｃを回転させて、電極取付部材１１ｂを前進させ、溶融工程のルツボ安定製造期には、アーク電極１０、１０の間隔Ｇの距離を一定（所定）の値に修正する。
【００２６】
なお、溶融工程のルツボ製造初期及び終期において、熱量を制御する必要がある場合には、それぞれに必要とされる熱量が得られるように、それぞれ所定の間隔距離の設定が行われる。
【００２７】
このように溶融工程中、常時、ＣＣＤカメラ１２により、アーク電極１０、１０の間隔Ｇ近傍を撮像し、この間隔距離画像信号に基づき、間隔距離が正確な所定値になるようにアーク電極１０、１０を進退させるので、電極の間隔距離の変化を最小限に抑制でき、従来の電圧値制御方式によって生じるような小刻みな変動をなくすることができる。この結果、熱的に安定なアークの発生を実現することができて、均一な肉厚のシリカガラスルツボを製造することができる。
【００２８】
さらに、本アーク溶融装置に加え、放射温度計をこの上方に配置し、ルツボ内面の温度を測定し、この情報を制御装置９に入力することで、電極の間隔を調整することがより好ましい。これにより、より高精度なシリカガラスルツボの製造が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係わるアーク溶融装置によれば、電極間距離を常に正確に制御でき、アークによる安定した発熱量が得られるアーク溶融装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるアーク溶融装置の概念図。
【図２】本発明に係わるアーク溶融装置に用いられる電極移動装置の概念図。
【符号の説明】
１  シリカガラスルツボ製造装置
２  モールド
３  ガス通路
４  保持体
５  回転駆動モータ
６  回転軸
７  通気路
８  排気用ポンプ
９  制御装置
１０  アーク電極
１１  電極移動装置
１１ａ  ケーシング
１１ｂ  電極取付部材
１１ｃ  ボールねじ
１１ｄ  ステッピングモータ
１２  ＣＣＤカメラ
１２ａ  熱線反射フィルター
１３  Ａ／Ｄ変換回路
１４  画像処理装置
Ｍ  シリカ粉末充填層
Ｇ  間隔
【図１】
0003926167.tif 000002
【図２】
0003926167.tif 000003