JP2009198162A - 結晶成長炉における電極固着構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱及び冷却に関し望ましい効果を有し、電極に純水を供給する必要がなく、費用節約や安全上の課題を解決しうる結晶成長炉の電極構造体を提供する。
【解決手段】少なくとも１つのグラファイト電極柱２と、少なくとも１つの金属電極柱と、少なくとも１つの固着基部４と、少なくとも１つのロックナットとを含み、グラファイト電極柱は、金属電極柱のナット基部に係合し、少なくとも１つの金属電極柱は、固着基部を通って炉壁に固締される。従って、少なくとも１つのグラファイト電極柱は、重量支持体としても導電性の電極としても働く。炉壁に溶接されたフランジ４１は、大気に晒される面積が大きくなることから、望ましい冷却効果を達成することができ、散水が実施されれば温度降下を促進することができる。固着基部には弾性座金が設けられているので、弾性力を用いてグラファイト各電極柱の荷重を軸方向に調整することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極を固着するための構造体に関し、より詳細には、結晶成長炉において電極を固着するようになっている構造体に関する。

先行技術である従来の結晶成長炉を示す略図である図１を参照すると、結晶成長炉９の内部に加熱室９１が配置されており、加熱室９１の内部で坩堝９１１の周りには、坩堝９１１内に収容されたシリコンスラリを加熱するために、加熱器９１２が置かれている。加熱器９１２には、炉の外部から接続されている電極９２を通して電力が供給される。電極９２は金属製で、炉９内で極度に高温の状態を持続できないことから、給水パイプ９２１から冷却水９２３を継続的に導入し、排水パイプ９２２を通して循環及び再循環させる必要がある。冷却水９２３を通して取り出された熱は、冷却装置により処理される。冷却水９２３は純水でなければならず、浄水器により補給される。従来、純水を作製するための機器及び冷却装置が不可欠であり、これらの設備の作動を停止することが不可能であることから、結晶を生成するための費用が著しく増大する。

さらに、炉９が半真空状態で作動することから、長時間の使用又は製造欠陥に起因して電極９２の壁に切れ込みが生じた場合、特に、冷却水供給の中断に起因して電極９２が破壊した場合、炉９に冷却水９２３が吸い込まれることになる。結果として、冷却水９２３、シリコンスラリ、及び加熱室９１内のグラファイト設備が炉９内で高温にて激しく反応することになり、大量の水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び蒸気が放出されることになる。炉９の内部の圧力が突然増加することになるので、炉９は水素爆発を引き起こしながら吹き出し、公的安全上の事故となる。

本発明は、結晶成長炉における電極固着構造体であって、グラファイト電極柱と、金属電極柱と、固着基部と、ロックナットとを含む電極固着構造体を提供するものである。

本発明によれば、グラファイト電極柱には、一端に雄ねじ山が設けられる。金属電極柱は、ナット基部と雄ねじとを含む。ナット基部は、グラファイト電極柱の雄ねじ山に係合するように、一端に雌ねじ穴が設けられる。ナット基部は、ナット基部と雄ねじとの間に肩部が形成されるように他端から雄ねじを突出させている。

固着基部は、フランジと、絶縁スリーブと、絶縁パッドと、封止用座金と、固定リングと、複数の絶縁リングと、複数のボルトとを含む。

さらに、本発明によれば、フランジは円筒部と環状部とを含み、円筒部は中央の中空部を有し、環状部は複数の通し穴を有する。絶縁スリーブは金属電極柱のナット基部を受け、次に、絶縁スリーブとナット基部とが共に中央の中空部内で受けられる。絶縁パッドは中央の通し穴を有し、絶縁パッドの周りには複数の円形穴が設けられる。封止用座金には中央穴が設けられ、封止用座金の周りには複数の解除穴が設けられる。

金属電極柱の雄ねじは、肩部が封止用座金に接するように、封止用座金の中央穴及び弾性座金の中央穴を通して延在する。固定リングには、周方向に複数の固定穴が設けられる。

複数のボルトは、固定リングの複数の固定穴、複数の絶縁リング、弾性座金の複数の穴、封止用座金の複数の解除穴、絶縁パッドの複数の円形穴、及びフランジの複数の通し穴を通して相互に延在し、絶縁パッド、封止用座金、及び弾性座金がフランジと固定リングとの間で共に固締されるように複数のナットにしっかりと係合する。フランジと封止用座金とは、絶縁スリーブ、絶縁パッド、及び複数の絶縁リングにより離間しているため、相互から電気的に絶縁されている。

ロックナットは、金属電極柱の雄ねじに係合して、ロックナットと金属電極柱の肩部との間で封止用座金と弾性座金とを固締する。

さらに、本発明によれば、グラファイト電極柱は、他端にて、炉の内部に配置されている加熱器と電気接続されている。グラファイト電極柱には、その他端に雄ねじ山が設けられており、炉の内部の加熱器には上部ナット及び下部ナットが設けられており、加熱器の上部ナット及び下部ナットが雄ねじ山に係合して、相互に電気接続を確立することができる。

本発明によれば、上述したような、結晶成長炉における電極固着構造体は、重量支持体としても導電性の電極としても働く複数のグラファイト電極柱を含む。さらに、通常、加熱器内で同じ種類の電極固着構造体を使用して、予備部品の在庫を低減することができる。炉の壁に溶接されたフランジは、大気に晒される面積が大きくなることから、望ましい冷却効果を達成することができ、散水が実施されれば温度降下を促進することができる。本発明によれば、電極固着構造体は耐熱及び冷却に関して望ましい効果を有するため、冷却のために電極に純水を誘導する必要はない。従って、費用を節約できるだけでなく、漏水に起因する公的安全上の事故を防止することもできる。

グラファイト電極柱は、上部調整ナット及び下部調整ナットをさらに含み、これらの調整ナットと、グラファイト電極柱の雄ねじ山との係合により、グラファイト電極柱上に台板を置けるように、炉内の加熱器を支持することができる。

本発明によれば、上部調整ナットも下部調整ナットもグラファイト製である。上部調整ナットを被覆するための絶縁キャップが設けられる。金属電極柱とは銅製の電極柱を指しており、この電極柱の雄ねじは、炉内の加熱器に電力を提供するように、一端にて、例えば、ケーブルに螺合された外部電力供給源に電気接続されている。さらに、固着基部は、封止用座金と固定リングとの間に介挿された弾性座金を含むので、軸方向への弾性力を用いて、各グラファイト電極柱の荷重の受けを軸方向に調整し、グラファイト電極柱が均一な荷重を支承するようにすることができる。弾性座金は、中央部と、環状部と、少なくとも１つの弾性部とを有し、少なくとも１つの弾性部は中央部と環状部との間に位置しており、中央部には中央穴が設けられ、環状部には複数の穴が設けられる。

フランジには環状突起部が設けられ、絶縁パッドには環状凹部が設けられて、環状凹部に環状突起部を挿入することができる。これにより固着作用がもたらされることになるので、フランジと絶縁パッドとの間に摺動が生じることはない。

絶縁パッドにて、周方向に外側縁部が設けられ、封止状態でフランジに係合されて、絶縁効果が増進される。なお、封止用座金は銅製である。

さらに、本発明によれば、結晶成長炉における電極固着構造体は、複数のボルトのヘッド上又は複数のナット上をそれぞれ被覆する複数の絶縁シートと複数の絶縁キャップとを含むので、ボルト間の隙間に水が通過するのを防止して、望ましい絶縁を達成することができる。

添付の図面と合わせて検討すれば、本発明のその他の目的、利点、及び新規の特徴は、以下の詳細な説明から、より明らかになろう。

本発明による結晶成長炉を示す断面図である図２を参照すると、炉の上部本体１１に設けられた取付け穴１１１の内側、及び炉１の下部本体１２での取付け穴１２１の内側にそれぞれ、電極固着構造体が固締されている。

さらに、本発明の第１実施形態による、結晶成長炉における電極固着構造体を示す分解組立図である図３及び断面図である図４を参照すると、電極固着構造体は、グラファイト電極柱２と、金属電極柱３と、固着基部４と、ロックナット５とを含む。

グラファイト電極柱２には、一端２１に雄ねじ山２１１が設けられる。金属電極柱３は、銅製の電極柱であり、ナット基部３１と雄ねじ３２とを含む。ナット基部３１がグラファイト電極柱２の雄ねじ山２１１に係合するように、ナット基部３１は一端に雌ねじ穴３１１が設けられる。ナット基部３１は、ナット基部３１と雄ねじ３２との間に肩部３３が形成されるように他端から雄ねじ３２を突出させている。金属電極柱３の雄ねじ３２は、炉内に配置されている加熱器に電力を提供するように、外側端部３０にて、例えばケーブル７（図４を参照）に螺合された外部電力供給源に電気接続されている。

図３に示すように、固着基部４は、フランジ４１と、絶縁スリーブ４２と、絶縁パッド４３と、封止用座金４４と、固定リング４６と、８つのボルト４７とを含む。

次に、図２、図３、及び図４を参照すると、フランジ４１とは、円筒部４１１と環状部４１２とを含むステンレス製フランジを指しており、円筒部４１１は、炉１の上部本体１１又は下部本体１２に設けられた取付け穴１１１、１２１の内側に周方向に溶接され、環状部４１２は、炉１の壁から適切な距離ｔのところに離間している。円筒部４１１は中央の中空部４１０を有し、環状部４１２には８つの通し穴４１３が設けられている。絶縁スリーブ４２とは、アルミナ繊維スリーブを指しており、このアルミナ繊維スリーブは金属電極柱３のナット基部３１を受け、次に、このアルミナ繊維スリーブとナット基部とが共に、中央の中空部４１０内で受けられる。

さらに、絶縁パッド４３とは、中央の通し穴４３１を有するシリコンゴム又はテフロン（登録商標）座金を指しており、絶縁パッド４３の周りに８つの円形穴４３２が設けられ、絶縁パッド４３には周方向に外側縁部４３３が設けられており、絶縁パッド４３がフランジ４１に封止状態で係合して、絶縁効果を増進することができる。

図３及び図４に示すように、フランジ４１には環状突起部４１４が設けられ、絶縁パッド４３には環状凹部４３４が設けられて、環状凹部４３４に環状突起部４１４を挿入することができる。これにより固着作用がもたらされることになるので、フランジ４１と絶縁パッド４３との間に摺動が生じることはない。

封止用座金４４は銅製であり、中央穴４４１と、その周りに８つの解除穴４４２とを含む。封止用座金４４の中央穴４４１を通して、金属電極柱３の雄ねじ３２が、その肩部３３が封止用座金４４を押圧するように延在する。

固定リング４６には、周方向に８つの固定穴４６１が設けられる。８つのボルト４７が、８つの固定穴４６１、８つの解除穴４４２、８つの円形穴４３２、８つの絶縁リング４２１、８つの通し穴４１３、８つの絶縁シート４７２、及び８つの座金４７４を通して相互に延在し、絶縁パッド４３と封止用座金４４とがフランジ４１と固定リング４６との間で共に固締されるように８つのナット４７１にしっかりと係合する。フランジ４１と封止用座金４４とは、絶縁スリーブ４２、絶縁パッド４３、及び８つの絶縁リング４２１により離間しているため、相互から電気的に絶縁されている。その後に、８つのボルト４７のヘッドを包囲する８つの絶縁キャップ４７３がそれぞれに設けられて、ボルト４７の隙間に水が通過するのが防止され、絶縁効果が増進される。

図４に示すように、ロックナット５は、金属電極柱３の雄ねじ３２に係合して、ロックナット５と金属電極柱３の肩部３３との間で封止用座金４４を固締する。

図３に示すように、グラファイト電極柱２は、他端２２にて、炉１の内部に配置されている加熱器６に電気接続される。グラファイト電極柱２には、その他端２２に雄ねじ山２２１が設けられると共に、上部ナット６１及び下部ナット６２が配置され、加熱器６が上部ナット６１及び下部ナット６２により固締されることから、相互に電気接続を確立することができる。

本発明によれば、電極固着構造体は、耐熱でも冷却でも望ましい効果を有することから、当然ながら、純水により電極を冷却する必要はない。このことにより、確実に費用が低減されるだけでなく、公的安全上の事故を生じ得るような冷却水の漏出が確実に防止されることにもなる。

次に、本発明の第２実施形態による電極固着構造体を示す分解組立図である図５及び電極固着構造体を示す断面図である図６を参照すると、第２実施形態は、第１実施形態の構造と同様の構造を有する。ただし弾性座金４５と絶縁キャップ８３とが設置されているという点を除く。第２実施形態によれば、グラファイト電極柱２は、グラファイト製である上部調整ナット２２２及び下部調整ナット２２３をさらに含む。上部調整ナット２２２及び下部調整ナット２２３と、グラファイト電極柱２の雄ねじ山２２１との係合により、支持台８が支持され位置決めされて、水平に配置される台板８１の高さを調整することができる。台板８１との電気絶縁用に、上部調整ナット２２２を被覆するための絶縁キャップ８３が設けられる。

第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、固着基部４は弾性座金４５をも含み、この弾性座金は、中央部４５１と、環状部４５２と、８つの弾性部４５３とを有する。弾性部４５３は、中央部４５１と環状部４５２との間に位置しており、中央部４５１には中央穴４５０が設けられ、環状部４５２には８つの穴４５４が設けられる。

図５に示すように、８つのボルト４７は、８つの固定穴４６１、８つの穴４５４、８つの解除穴４４２、８つの円形穴４３２、８つの絶縁リング４２１、８つの通し穴４１３、８つの絶縁シート４７２、及び８つの座金４７４を通して相互に延在し、８つのナット４７１にしっかりと係合して、フランジ４１と固定リング４６との間で、絶縁パッド４３と、封止用座金４４と、弾性座金４５とを共に固締する。その後に、８つのボルト４７のヘッドを包囲する８つの絶縁キャップ４７３がそれぞれ設けられ、絶縁効果が増進される。

さらに、図６を参照すると、封止用座金４４と固定リング４６との間に弾性座金４５が介挿してあり、ロックナット５が金属電極柱３の雄ねじ３２に螺合して、ロックナット５と金属電極柱３の肩部３３との間で封止用座金４４と弾性座金４５とを固締する。結果として、軸方向への弾性力を用いてグラファイト電極柱２を調整し、均一な荷重を支承することができる。

本発明によれば、上述したような、結晶成長炉における電極固着構造体は、重量支持体としても導電性の電極としても働く複数のグラファイト電極柱２を含む。さらに、通常、加熱器６、８２内で同じ種類の電極固着構造体を使用して、在庫を低減し、取扱いしやすくすることができる。つまり、加熱器の１つが損傷していると判明した場合、交換用に、同じ仕様の部品を使用することができる。そのようなものとして、保守がしやすくなり、労働経費及び材料費が節約される。

さらに、結晶成長炉１内にグラファイト電極柱２が置かれることから、高温に耐えることができる。そして、炉の壁に溶接されたフランジ４１は、大気に晒される面積が大きくなることから、望ましい冷却効果を達成することができる。固着基部４の外面に水が噴霧された場合、温度降下を促進することができる。冷却用に電極に純水を誘導する必要がないので、漏水に起因する公的安全上の事故を防止することができる。さらに、固着基部４内に弾性座金４５が置かれることから、軸方向への弾性力を用いてグラファイト電極柱２を調整し、均一な荷重を支承することができる。

次に、本発明の第３実施形態による電極固着構造体を示す断面図である図７を参照すると、この実施形態は、第１実施形態の構造と同様の構造を有する。ただし一方で、絶縁シート４７２及び絶縁キャップ４７３がそれぞれボルト４７のヘッド４７７上を被覆し、他方で、絶縁ブッシュ４４３はボルト４７のスリーブとなって、固定リング４６及び封止用座金４４を通過しているという点を除く。絶縁ブッシュ４４３は、一端にて絶縁パッド４３上を封止し、他端にて絶縁シート４７２上を封止するので、望ましい絶縁が達成される。

さらに、本発明の第４実施形態による電極固着構造体を示す断面図である図８を参照すると、この実施形態は、第２実施形態の構造と同様の構造を有する。ただし、一方でボルト４７のナット４７１が固定リング４６を固締し、絶縁シート４７２と絶縁キャップ４７３とがそれぞれボルト４７のヘッド４７７上を被覆し、他方で絶縁ブッシュ４３６がボルト４７のスリーブとなって、固定リング４６、弾性座金４５、及び封止用座金４４を通過しているという点を除く。絶縁ブッシュ４３６は、一端にて絶縁パッド４３上を封止し、他端にて絶縁シート４７２上を封止するので、望ましい絶縁が達成される。

好適な実施形態に関して本発明を説明したが、当然ながら、本発明の特許席請求の範囲から逸脱することなく、その他の多くの可能な修正及び変更を行うことができる。

従来の結晶成長炉を示す略図である。 本発明による結晶成長炉を示す断面図である。 本発明の第１実施形態による、結晶成長炉における電極固着構造体を示す分解組立図である。 本発明の第１実施形態による電極固着構造体を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による電極固着構造体を示す分解組立図である。 本発明の第２実施形態による電極固着構造体を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による電極固着構造体を示す断面図である。 本発明の第４実施形態による電極固着構造体を示す断面図である。

Claims (14)

1. 結晶成長炉における電極固着構造体であって、
   一端に雄ねじ山が設けられているグラファイト電極柱と、
   ナット基部と雄ねじとを含む金属電極柱であって、前記ナット基部には、前記グラファイト電極柱の前記雄ねじ山に係合するように、一端に雌ねじ穴が設けられ、前記ナット基部と前記雄ねじとの間に肩部が形成されるように前記ナット基部が他端から前記雄ねじを突出させている、金属電極柱と、
   フランジと、絶縁スリーブと、絶縁パッドと、封止用座金と、固定リングと、複数の絶縁リングと、複数のボルトとを含む固着基部であり、前記フランジは円筒部と環状部とを含み、前記円筒部が中央の中空部を有し、前記環状部に複数の通し穴が設けられ、前記絶縁スリーブが前記金属電極柱の前記ナット基部を受け、次に、該絶縁スリーブと該ナット基部とが共に前記中央の中空部内で受けられ、前記絶縁パッドが中央の通し穴を有し、前記絶縁パッドの周りに複数の円形穴が設けられており、前記金属電極柱の前記雄ねじは、前記肩部が前記封止用座金に接するように、前記封止用座金の前記中央穴を通して延在し、前記固定リングに、周方向に複数の固定穴が設けられており、前記複数のボルトは、前記固定リングの前記複数の固定穴、前記複数の絶縁リング、前記封止用座金の前記複数の解除穴、前記絶縁パッドの前記複数の円形穴、及び前記フランジの前記複数の通し穴を通して相互に延在し、前記絶縁パッド及び前記封止用座金が前記フランジと前記固定リングとの間で共に固締されるように複数のナットにしっかりと係合しており、前記フランジと前記封止用座金とは、前記絶縁スリーブ、前記絶縁パッド、及び前記複数の絶縁リングにより離間しているため、相互に電気的に絶縁されている、固着基部と、
   前記金属電極柱の前記雄ねじに係合して、ロックナットと前記金属電極柱の前記肩部との間で前記封止用座金を固締するロックナットと
   を含む、
   結晶成長炉における電極固着構造体。
2. 前記グラファイト電極柱は、他端にて前記炉の内部に配置されている加熱器に電気接続されている、
   請求項１に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
3. 前記グラファイト電極柱に、前記他端にて雄ねじ山が設けられており、
   前記炉の内部の前記加熱器に上部ナット及び下部ナットが設けられており、
   前記加熱器の前記上部ナット及び下部ナットが前記雄ねじ山に係合して、相互に電気接続を確立することができる、
   請求項２に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
4. 前記グラファイト電極柱に、前記他端にて雄ねじ山が設けられており、
   前記グラファイト電極柱が上部調整ナット及び下部調整ナットをさらに含み、
   前記調整ナットと、前記グラファイト電極柱の前記雄ねじ山との係合により、前記炉内の前記加熱器を支持することができる、
   請求項２に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
5. 前記上部調整ナット及び前記下部調整ナットの両方は、グラファイト製である、
   請求項４に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
6. 前記上部調整ナットを被覆する絶縁キャップをさらに含む、
   請求項５に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
7. 前記金属電極柱は、銅製の電極柱である、
   請求項１に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
8. 前記銅製の電極柱の前記雄ねじは、一端にて外部電力供給源に電気接続されている、
   請求項に１記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
9. 前記固着基部は、前記封止用座金と前記固定リングとの間に介挿された弾性座金を含み、軸方向への弾性力を提供する、
   請求項に１記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
10. 前記弾性座金は、中央部と、環状部と、少なくとも１つの弾性部とを有し、
    前記少なくとも１つの弾性部が前記中央部と前記環状部との間に位置しており、前記中央部に中央穴が設けられ、
    前記環状部に複数の穴が設けられている、
    請求項９に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
11. 前記フランジに環状突起部が設けられ、前記絶縁パッドに環状凹部が設けられて、前記環状凹部に前記環状突起部を挿入することができるようになっている、
    請求項１に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
12. 前記絶縁パッドにて、周方向に外側縁部が設けられている、
    請求項１に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
13. 前記封止用座金は、銅製である、
    請求項１に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。
14. 前記複数のボルトのヘッドをそれぞれに被覆する複数の絶縁シートと複数の絶縁キャップとをさらに含む、
    請求項１に記載の結晶成長炉における電極固着構造体。

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