JP2000135545A - Casting device - Google Patents

Casting device

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JP2000135545A
JP2000135545A JP10309225A JP30922598A JP2000135545A JP 2000135545 A JP2000135545 A JP 2000135545A JP 10309225 A JP10309225 A JP 10309225A JP 30922598 A JP30922598 A JP 30922598A JP 2000135545 A JP2000135545 A JP 2000135545A
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JP
Japan
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side wall
wall surface
mold
stucco
casting apparatus
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10309225A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Saburo Wakita
三郎 脇田
Junichi Sasaki
順一 佐々木
Yuji Ishiwari
雄二 石割
Yoshinobu Nakada
嘉信 中田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a casting device which can stably cast an ingot which is superior in one direction solidification property. SOLUTION: A mold 2, in which a molten metal 7 is accommodated, is mounted on a cooling plate 8 being formed larger than a mold bottom face 4, and as the mold 2 unmounted portion, an exposed part 8a is formed. Since an average stucco grain diameter ds of the side wall face 3 is formed larger than an average stucco grain diameter db on the bottom face 4, the side wall face 3 comes to have a thermal insulation property. Thereby, the heat releasing of the mold 2 is carried out only from the bottom face 4 side by the cooling plate 8 and, the ingot to be formed becomes good in one direction solidification property.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶湯の結晶方位を
一方向に揃えて凝固させるのに好適な鋳造装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a casting apparatus suitable for solidifying a molten metal in one direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】結晶Si太陽電池に用いられるSi結晶
は、チョクラルスキー法によって生成されるSi単結晶
が用いられてきたが、製造工程数が多いなどコスト的に
難点があるため、近年では鋳造法によって生成されるS
i多結晶が多用されている。
2. Description of the Related Art As a Si crystal used for a crystalline Si solar cell, a Si single crystal produced by the Czochralski method has been used. S produced by casting
i polycrystal is frequently used.

【0003】このSi多結晶は、いわゆる一方向凝固法
によって生成される。これは、例えば図6に示すよう
に、ほぼ直方体状に形成された鋳型51内に収容された
Si原料を上部、下部ヒータ52、53によって溶融さ
せて溶湯54とし、次いでヒータによる加熱を解き、鋳
型51を冷却板55によってその底面側から抜熱して凝
固させることにより生成される。このとき生成されるイ
ンゴットは、冷却板55や各ヒータを調節して溶湯54
の凝固速度や固液界面の温度勾配を一定に保ちつつ凝固
させ、その結晶方位が一方向に並ぶように制御される。
そして、一方向凝固性の良好なインゴットを生成するた
め、鋳型51の全ての抜熱は底面側から行われ、側壁面
51a側からは抜熱されないのが理想的である。
[0003] This Si polycrystal is produced by a so-called unidirectional solidification method. For example, as shown in FIG. 6, the Si raw material contained in a substantially rectangular parallelepiped mold 51 is melted by the upper and lower heaters 52 and 53 to form a molten metal 54, and then the heating by the heater is released. It is generated by removing heat from the bottom side of the mold 51 by the cooling plate 55 and solidifying it. The ingot generated at this time is adjusted by adjusting the cooling plate 55 and each heater, and
The solidification is controlled so that the solidification speed and the temperature gradient at the solid-liquid interface are kept constant, and the crystal orientation is controlled to be aligned in one direction.
In order to produce an ingot having good unidirectional solidification, it is ideal that all heat is removed from the mold 51 from the bottom side and not from the side wall 51a.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな鋳造装置50においては、鋳型51の熱は側壁面5
1aから冷却板55の鋳型51の未載置部分である露出
部55aへ放射されやすい。このため、側壁面51a内
側から斜めに成長してしまう結晶が多く、一方向凝固性
の悪いインゴットが生成されてしまう。
However, in such a casting apparatus 50, the heat of the mold 51 is not
It is easy to radiate from 1a to the exposed portion 55a of the cooling plate 55, which is the portion where the mold 51 is not placed. Therefore, many crystals grow obliquely from the inside of the side wall surface 51a, and an ingot having poor one-way solidification property is generated.

【0005】また、溶湯54は凝固する際に膨張する
が、鋳型51の強度が大きいとき、該鋳型51の抗力に
よって、生成されるインゴットにひび割れが生じてしま
う場合があった。
The molten metal 54 expands when it solidifies, but when the strength of the mold 51 is high, the generated ingot may crack due to the drag of the mold 51.

【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、一方向凝固性の良好なインゴットを安定して鋳
造することができる鋳造装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a casting apparatus capable of stably casting an ingot having good unidirectional solidification.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、溶湯を収容し底面と側壁面とを有した鋳
型と、該鋳型を載置するための前記底面の面積より大き
く形成された冷却板とを備えた鋳造装置において、前記
側壁面の空隙率を前記底面の空隙率より大きく形成した
ことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a mold having a bottom surface and a side wall surface for containing a molten metal, and an area larger than the area of the bottom surface for mounting the mold. In the casting apparatus provided with the formed cooling plate, the porosity of the side wall surface is formed to be larger than the porosity of the bottom surface.

【0008】本発明によれば、鋳型の側壁面の空隙率を
大きく設けたことにより、該側壁面の熱伝導率は低下す
る。そのため、鋳型の側壁面の熱は冷却板の鋳型未載置
部分である露出部に放射されにくくなり、インゴットの
結晶の配向性は鋳型底面から上方に向かって一方向に安
定して形成される。
According to the present invention, by providing a large porosity on the side wall surface of the mold, the thermal conductivity of the side wall surface is reduced. Therefore, the heat of the side wall surface of the mold is less likely to be radiated to the exposed portion of the cooling plate, which is the unmounted portion of the mold, and the orientation of the crystal of the ingot is stably formed in one direction upward from the bottom surface of the mold. .

【0009】前記鋳型を、スラリ層とスタッコ層とを備
えた多層構造とし、前記側壁面部分のスタッコの平均粒
径を、前記底面のスタッコの平均粒径より大きくするこ
とにより、側壁面の空隙率は底面の空隙率より大きく形
成される。
The mold has a multilayer structure including a slurry layer and a stucco layer, and the average particle size of the stucco on the side wall surface portion is made larger than the average particle size of the stucco on the bottom surface, so that the gap on the side wall surface is reduced. The porosity is formed larger than the porosity of the bottom surface.

【0010】そして前記側壁面のスタッコの平均粒径
を、前記底面のスタッコの平均粒径より1.5倍以上の
大きさを有するように設けることにより、側壁面は十分
な断熱性を有するようになるため、良好な一方向凝固性
を有するインゴットを生成することができる。
The stucco on the side wall has an average diameter of 1.5 times or more the average diameter of the stucco on the bottom, so that the side wall has sufficient heat insulating property. Therefore, an ingot having good one-way solidification can be produced.

【0011】また、鋳型の底面は気泡含有率の低い透明
石英ガラス層とし、側壁面を気泡含有率の高い不透明石
英ガラス層によって形成することにより、側壁面の空隙
率は底面の空隙率より大きくなって断熱性を有するとと
もに、底面からは効率よく抜熱される。
Further, by forming the bottom surface of the mold with a transparent quartz glass layer having a low bubble content and forming the side wall surface with an opaque quartz glass layer having a high bubble content, the porosity of the side wall surface is larger than the porosity of the bottom surface. In addition to having heat insulation properties, heat is efficiently removed from the bottom surface.

【0012】そして、前記底面の気泡含有率を0.7%
以下とし、前記側壁面の気泡含有率は1%以上とするこ
とにより、側壁面は十分な断熱性を有するとともに、底
面は高い熱伝導率を有して抜熱は底面のみから行われる
ようになるため良好な一方向凝固性を有するインゴット
を生成することができる。
Then, the bubble content of the bottom surface is set to 0.7%.
In the following, by setting the bubble content of the side wall surface to 1% or more, the side wall surface has a sufficient heat insulating property, the bottom surface has a high thermal conductivity, and heat is removed only from the bottom surface. Therefore, an ingot having good unidirectional solidification can be produced.

【0013】さらに、前記側壁面の内側に前記底面から
連続するように形成させた前記透明石英ガラス層を設
け、力が作用した際前記側壁面と内部側壁面との界面で
剥離するように形成させたため、鋳型内部の溶湯が凝固
する際に膨張しても、側壁面とその内側に形成された内
部側壁面との界面が剥離することによって、生成される
インゴットに作用する抗力は低下される。そのため、該
インゴットのひび割れ等を防止することができる。
Further, the transparent quartz glass layer formed so as to be continuous from the bottom surface is provided inside the side wall surface, and is formed so as to be peeled off at an interface between the side wall surface and the inner side wall surface when a force is applied. As a result, even if the molten metal inside the mold expands when it solidifies, the interface between the side wall surface and the inner side wall surface formed inside is separated, thereby reducing the drag acting on the generated ingot. . For this reason, it is possible to prevent the ingot from cracking.

【0014】そして、前記側壁面内側に形成した透明石
英ガラス層の厚みを0.5〜5mmとすることにより、
側壁面における断熱性を確保しつつ、インゴットのひび
割れを防止できる程度の抗力吸収作用を有する鋳型を実
現することができる。
The thickness of the transparent quartz glass layer formed inside the side wall surface is set to 0.5 to 5 mm,
It is possible to realize a mold having a drag absorbing action to such an extent that the ingot can be prevented from cracking while ensuring heat insulation on the side wall surface.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施形態によ
る鋳造装置を図面を参照して説明する。図1は本発明の
鋳造装置の構成の一例を示す正面断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a casting apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view showing an example of the configuration of the casting apparatus of the present invention.

【0016】図1において、鋳造装置1は、溶湯7を収
容した鋳型2と、該鋳型2を載置させている冷却板8と
を備えており、これらは保温材11に囲まれている。ま
た、この鋳型2の上方と下方とには、それぞれ上部ヒー
タ9と下部ヒータ10とが配置されている。
In FIG. 1, a casting apparatus 1 includes a mold 2 containing a molten metal 7 and a cooling plate 8 on which the mold 2 is placed, and these are surrounded by a heat insulating material 11. An upper heater 9 and a lower heater 10 are disposed above and below the mold 2, respectively.

【0017】鋳型2は、上部に開口部を有した略直方体
状に形成されており、側壁面3と底面4とを備えてい
る。鋳型2は耐火性バインダと耐火物粒子とを混合した
スラリ層5と、例えば溶融シリカなどからなるスタッコ
層6とを備えており、これらスラリ層5とスタッコ層6
とが交互に積層された多層構造となっている。図1にお
いては、鋳型2の再内層がスラリ層5となっており、外
層に向かって交互にスタッコ層6、スラリ層5・・・と
積層され、最外層においてはスラリ層5が形成されてい
る。そして、スラリ層5は4層、スタッコ層6は3層設
けられており、スラリ層5及びスタッコ層6はそれぞれ
側壁面3の部分と底面4の部分とが連続するように形成
されている。スラリ層5とスタッコ層6との総層数は、
投入される溶解原料の量により増減される。
The mold 2 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape having an opening at the top, and has a side wall surface 3 and a bottom surface 4. The mold 2 includes a slurry layer 5 in which a refractory binder and refractory particles are mixed, and a stucco layer 6 made of, for example, fused silica.
Are alternately laminated. In FIG. 1, the re-inner layer of the mold 2 is a slurry layer 5, and the stucco layer 6, the slurry layer 5,... Are alternately laminated toward the outer layer, and the slurry layer 5 is formed in the outermost layer. I have. The slurry layer 5 has four layers and the stucco layer 6 has three layers. The slurry layer 5 and the stucco layer 6 are formed so that the side wall surface 3 and the bottom surface 4 are continuous. The total number of layers of the slurry layer 5 and the stucco layer 6 is
It is increased or decreased according to the amount of the dissolved raw material to be charged.

【0018】スタッコ層6のうち、側壁面3の部分を形
成している側壁面スタッコ6aの平均粒径dsは、底面
4の部分を形成している底面スタッコ6bの平均粒径d
bより大きく形成されている。このとき、平均粒径ds
は、平均粒径dbの1.5倍以上の大きさを有するよう
に設けられている。また底面4は、粒径の異なる2種類
以上のスタッコを混ぜてさらに空隙を減らすと、より効
果的である。
The average particle diameter ds of the side wall stucco 6a forming the side wall surface 3 of the stucco layer 6 is equal to the average particle diameter ds of the bottom stucco 6b forming the bottom surface 4 part.
It is formed larger than b. At this time, the average particle size ds
Is provided so as to have a size of 1.5 times or more the average particle size db. Further, it is more effective to mix two or more kinds of stuccos having different particle diameters to further reduce the voids in the bottom surface 4.

【0019】また平均粒径dsが大きく形成されている
ことに伴って、側壁面3全体の厚みは、底面4全体の厚
みより厚く形成されている。
Further, as the average particle diameter ds is increased, the thickness of the entire side wall surface 3 is formed larger than the thickness of the entire bottom surface 4.

【0020】そして冷却板8は鋳型2の底面4より大き
く形成されており、鋳型2の周囲には、その未載置部分
である冷却板8の露出部8aが形成されている。
The cooling plate 8 is formed to be larger than the bottom surface 4 of the mold 2, and an exposed portion 8 a of the cooling plate 8, which is an unmounted portion, is formed around the mold 2.

【0021】このような構成を持つ鋳造装置1において
鋳造を行うには、先ず鋳型2にSiなどの原料を収容す
る。なお鋳型2の内壁面には、生成したインゴットを取
り出しやすいように、例えば窒化シリコンと二酸化シリ
コンとの混合物からなる離形剤を塗布しておくことが好
ましい。そして、上部ヒータ9と下部ヒータ10とを稼
動させて前記原料を溶融させる。溶融された原料は溶湯
7として鋳型2内に収容される。次いで上部ヒータ9及
び下部ヒータ10による加熱を解き、冷却板3によって
鋳型2の熱を該鋳型2の下方から抜熱させる。
In order to perform casting in the casting apparatus 1 having such a configuration, first, a raw material such as Si is contained in the mold 2. It is preferable that a mold release agent composed of, for example, a mixture of silicon nitride and silicon dioxide is applied to the inner wall surface of the mold 2 so that the generated ingot can be easily taken out. Then, the upper heater 9 and the lower heater 10 are operated to melt the raw material. The molten raw material is accommodated in the mold 2 as a molten metal 7. Next, the heating by the upper heater 9 and the lower heater 10 is released, and the heat of the mold 2 is removed from below the mold 2 by the cooling plate 3.

【0022】鋳型2の熱は、冷却板8によってその底面
4側から抜熱される。これに伴って該鋳型2に収容され
ている溶湯7は下方から徐々に凝固される。このとき、
溶湯7は上下方向に沿って配向しながら凝固し、一方向
に配向したインゴットが生成される。
The heat of the mold 2 is removed from the bottom surface 4 side by the cooling plate 8. Along with this, the molten metal 7 contained in the mold 2 is gradually solidified from below. At this time,
The molten metal 7 solidifies while being oriented along the vertical direction, and an ingot oriented in one direction is generated.

【0023】生成されるインゴットは、冷却板8や各ヒ
ータを調節して溶湯7の凝固速度や固液界面の温度勾配
を一定に保ちつつ凝固させ、その結晶方位が一方向に並
ぶように制御されている。このとき、一方向凝固性の良
好なインゴットを生成するためには、鋳型2の全ての抜
熱は底面4側から行われ、側壁面3側からは抜熱されな
いのが理想的である。
The produced ingot is solidified while adjusting the cooling plate 8 and the respective heaters to keep the solidification speed of the molten metal 7 and the temperature gradient at the solid-liquid interface constant, and to control the crystal orientation in one direction. Have been. At this time, in order to produce an ingot with good unidirectional solidification, it is ideal that all heat is removed from the mold 2 from the bottom surface 4 side and not from the side wall surface 3 side.

【0024】凝固させる際、冷却板8の露出部8aによ
って鋳型2の側壁面3側から抜熱された場合、該側壁面
3近傍からも溶湯7の凝固は開始され、それに伴って結
晶が形成される。そして例えば図5(a)の模式図に示
すように、この側壁面3’側から成長した結晶7aなど
は斜めに形成されるため、一方向凝固性の悪い結晶とな
ってしまう。
When the heat is removed from the side wall surface 3 side of the mold 2 by the exposed portion 8a of the cooling plate 8 during the solidification, the solidification of the molten metal 7 also starts from the vicinity of the side wall surface 3 and a crystal is formed accordingly. Is done. Then, as shown in the schematic diagram of FIG. 5A, for example, the crystal 7a or the like grown from the side wall surface 3 'is formed obliquely, resulting in a crystal having poor unidirectional solidification.

【0025】しかしながら、側壁面スタッコ6aの平均
粒径dsを大きくし、それぞれの粒どうしの間隙を大き
くすることにより側壁面3の空隙を大きくしたため、側
壁面3には空隙部分が多く形成される。空隙部分は、ス
タッコやスラリなどより熱伝導率が低いため、空隙部分
が多いほどその部分の熱伝導率は低下される。そのた
め、冷却板8の露出部8aの影響による側壁面3側から
の抜熱は低減される。
However, since the average diameter ds of the side wall stucco 6a is increased and the gap between the respective particles is increased, the gap of the side wall face 3 is increased, so that many gap portions are formed on the side wall face 3. . Since the void portion has a lower thermal conductivity than stucco or slurry, the more the void portion, the lower the thermal conductivity of that portion. Therefore, heat removal from the side wall surface 3 side due to the influence of the exposed portion 8a of the cooling plate 8 is reduced.

【0026】また、側壁面スタッコ6aの平均粒径ds
を大きく形成したことに伴って、側壁面3の厚みは大き
くなる。そのため、さらに側壁面3の鋳型2内部と外部
との熱伝導率は低下し、該側壁面3からの抜熱は低減さ
れる。
The average particle diameter ds of the side wall stucco 6a
Is formed, the thickness of the side wall surface 3 increases. Therefore, the thermal conductivity of the side wall surface 3 between the inside and the outside of the mold 2 is further reduced, and the heat removal from the side wall surface 3 is reduced.

【0027】なお、断熱材などを冷却板8の露出部8a
を覆うように設ければ、冷却板8による側壁面3からの
抜熱をさらに低減させることができ、一方向凝固性の良
好なインゴットを生成することができる。
It is noted that a heat insulating material or the like is exposed to the exposed portion 8a of the cooling plate 8.
Provided so as to cover, the heat removal from the side wall surface 3 by the cooling plate 8 can be further reduced, and an ingot having good one-way solidification can be produced.

【0028】側壁面スタッコ6aの平均粒径dsは、底
面スタッコ6bの平均粒径dbより1.5倍以上の大き
さを有するように設けることが望ましい。1.5倍以下
では生成される空隙部分が小さいため、側壁面3は十分
な断熱性を得ることができず、良好な一方向凝固性を有
するインゴットを生成することができないためである。
It is desirable that the average particle diameter ds of the side wall stucco 6a be 1.5 times or more the average particle diameter db of the bottom stucco 6b. If the ratio is 1.5 times or less, the generated void portion is small, so that the side wall surface 3 cannot obtain sufficient heat insulating properties, and cannot produce an ingot having good unidirectional solidification.

【0029】次に、本発明の第2実施形態による鋳造装
置を図面を参照して説明する。図2は本発明の鋳造装置
の構成のうち、鋳型20を説明する側方断面図である。
なおこの鋳型20は、第1実施形態の図1において、鋳
型2を置き換えることにより実施される。
Next, a casting apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a side sectional view illustrating a mold 20 in the configuration of the casting apparatus of the present invention.
The mold 20 is implemented by replacing the mold 2 in FIG. 1 of the first embodiment.

【0030】図2において、鋳型20は側壁面21と底
面22とを備えており、上方に向かって開口された略直
方体状のものである。また、鋳型20の内部の面は平滑
に形成されており、内部には溶湯25が収容されてい
る。
In FIG. 2, the mold 20 has a side wall surface 21 and a bottom surface 22 and has a substantially rectangular parallelepiped shape opened upward. The inner surface of the mold 20 is formed to be smooth, and a molten metal 25 is accommodated inside.

【0031】鋳型20の側壁面21は気泡含有率の高い
不透明石英ガラス層21aによって構成されており、底
面22は気泡含有率の低い透明石英ガラス層22aによ
って構成されている。このとき、底面22は5〜7mm
に形成されており、側壁面21は10mm以上の厚みを
有するように形成されている。不透明石英ガラス層21
aと透明石英ガラス層22aとの境界は、不透明石英ガ
ラス層21aと透明石英ガラス層22aにかけて気泡含
有率を段階的に減らし連続的になることが、強度上から
望ましい。
The side wall surface 21 of the mold 20 is constituted by an opaque quartz glass layer 21a having a high bubble content, and the bottom surface 22 is constituted by a transparent quartz glass layer 22a having a low bubble content. At this time, the bottom surface 22 is 5 to 7 mm
The side wall surface 21 is formed to have a thickness of 10 mm or more. Opaque quartz glass layer 21
From the viewpoint of strength, it is desirable that the boundary between the transparent quartz glass layer 22a and the transparent quartz glass layer 22a be continuously reduced by gradually reducing the bubble content over the opaque quartz glass layer 21a and the transparent quartz glass layer 22a.

【0032】そして、底面22の気泡含有率は0.7%
以下になるように形成されており、側壁面21の気泡含
有率は1%になるように設けられている。なお、ここで
気泡含有率は、一定断面積A1における気泡占有面積A
2の比A2/A1によって定義される。
The bubble content of the bottom surface 22 is 0.7%.
The side wall surface 21 is provided so as to have a bubble content of 1%. Here, the bubble content is the bubble occupying area A at a constant cross-sectional area A1.
2 is defined by the ratio A2 / A1.

【0033】このように、側壁面21を気泡含有率の高
い不透明石英ガラス層21aによって構成するととも
に、底面22を気泡含有率の低い透明石英ガラス層22
aによって形成させることにより、側壁面21の熱伝導
率は低下される。つまり、空隙部分のほうがガラス部分
より熱伝導率が低くより断熱効果を得られるため、冷却
板8の露出部8aによる該側壁面21からの抜熱は低減
される。そのため、側壁面21から成長する結晶を抑え
ることができ、良好な一方向凝固性を有するインゴット
を鋳造することができる。
As described above, the side wall surface 21 is formed of the opaque quartz glass layer 21a having a high bubble content, and the bottom surface 22 is formed of the transparent quartz glass layer 22 having a low bubble content.
The thermal conductivity of the side wall surface 21 is reduced by the formation of a. That is, since the gap portion has a lower thermal conductivity than the glass portion and can obtain a more heat insulating effect, the heat removal from the side wall surface 21 by the exposed portion 8a of the cooling plate 8 is reduced. For this reason, crystals that grow from the side wall surface 21 can be suppressed, and an ingot having good unidirectional solidification can be cast.

【0034】次に、本発明の他の実施形態による鋳造装
置の鋳型を図3を参照して説明する。図3に示すよう
に、鋳型30は側壁面31と底面32とを備えており、
上方に開口された略直方体状のものである。また、鋳型
30の内部の面は平滑に形成されており、溶湯35が収
容されている。
Next, a mold of a casting apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the mold 30 has a side wall surface 31 and a bottom surface 32,
It has a substantially rectangular parallelepiped shape opened upward. The inner surface of the mold 30 is formed to be smooth, and contains the molten metal 35.

【0035】側壁面31の内側には、底面32と連続す
るように一体に形成された内部側壁面33が形成されて
いる。この底面32と該底面32に連続一体成形されて
いる内部側壁面33とは、透明石英ガラス層32aから
なっている。また、内部側壁面33は、0.5〜5mm
の厚みで形成されている。
An inner side wall surface 33 is formed inside the side wall surface 31 so as to be continuous with the bottom surface 32. The bottom surface 32 and the inner side wall surface 33 continuously formed integrally with the bottom surface 32 are formed of a transparent quartz glass layer 32a. The inner side wall surface 33 is 0.5 to 5 mm.
It is formed with the thickness of.

【0036】側壁面31は前記内部側壁面33の周囲に
ほぼ円筒状に設けられており、不透明石英ガラス層31
aから形成されている。そして側壁面31と内部側壁面
32との界面34は剥離するようになっている。そし
て、不透明石英ガラス層31aの気泡含有率は1%以上
に形成され、一方、透明石英ガラス層32aの気泡含有
率は0.7%以下に形成されている。
The side wall surface 31 is provided in a substantially cylindrical shape around the inner side wall surface 33, and has an opaque quartz glass layer 31.
a. The interface 34 between the side wall surface 31 and the inner side wall surface 32 is peeled off. The opaque quartz glass layer 31a has a bubble content of 1% or more, while the transparent quartz glass layer 32a has a bubble content of 0.7% or less.

【0037】このような鋳型30において、内部に収容
された溶湯35が凝固される際、溶湯35は膨張する場
合がある。このとき、鋳型30の強度が高い場合、該鋳
型30の半径方向の抗力によって生成されるインゴット
にはひび割れなどが生じる。
In such a mold 30, when the molten metal 35 contained therein is solidified, the molten metal 35 may expand. At this time, when the strength of the mold 30 is high, cracks or the like are generated in the ingot generated by the drag of the mold 30 in the radial direction.

【0038】しかしながら側壁面31の内側に、底面3
2から連続するように内部側壁面33を形成させるとと
もに、側壁面31と内部側壁面33とは界面34で剥離
されるようにしたため、鋳型30の半径方向への強度は
低下される。そのため、鋳型30に収容された溶湯35
が凝固する際に膨張しても、図4に示すように、側壁面
31と内部側壁面33との界面34は、例えば底面32
側の一部分を残しつつ剥離される。このため、生成され
るインゴットに加わる抗力は低下され、インゴットのひ
び割れ等を防止することができる。
However, inside the side wall surface 31, the bottom surface 3
Since the inner side wall surface 33 is formed so as to be continuous with the inner wall surface 2 and the side wall surface 31 and the inner side wall surface 33 are separated at the interface 34, the strength of the mold 30 in the radial direction is reduced. Therefore, the molten metal 35 contained in the mold 30
Even when the solidification expands when solidified, as shown in FIG. 4, the interface 34 between the side wall surface 31 and the inner side wall surface 33 is, for example,
Peeled off leaving part of the side. For this reason, the drag applied to the generated ingot is reduced, and cracks and the like of the ingot can be prevented.

【0039】そして、内部側壁面33の厚みを0.5〜
5mmとすることにより、側壁面31における断熱性を
確保しつつ、インゴットのひび割れを防止できる程度の
抗力吸収作用を有した鋳型30を実現することができ
る。
Then, the thickness of the inner side wall surface 33 is set to 0.5 to
By setting the thickness to 5 mm, it is possible to realize the mold 30 having a drag absorbing action to such an extent that the ingot can be prevented from cracking while the heat insulating property of the side wall surface 31 is secured.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明の鋳造装置は、以下のような効果
を有するものである。 (1)鋳型の側壁面の空隙率を大きく設けたことによ
り、該側壁面の熱伝導率は低下する。そのため、鋳型の
側壁面の熱は冷却板の鋳型未載置部分である露出部に放
射されにくくなり、インゴットの配向性は鋳型底面から
上方に向かって一方向に安定して形成される。 (2)前記鋳型を、スラリ層とスタッコ層とを備えた多
層構造とし、前記側壁面部分のスタッコの平均粒径を、
前記底面のスタッコの平均粒径より大きくすることによ
り、側壁面の空隙率は底面の空隙率より大きく形成され
る。 (3)前記側壁面のスタッコの平均粒径を、前記底面の
スタッコの平均粒径より1.5倍以上の大きさを有する
ように設けることにより、側壁面は十分な断熱性を有す
るようになるため、良好な一方向凝固性を有するインゴ
ットを鋳造することができる。 (4)鋳型の底面は気泡含有率の低い透明石英ガラス層
とし、側壁面を気泡含有率の高い不透明石英ガラス層に
よって形成することにより、側壁面の空隙率は底面の空
隙率より大きくなって断熱性を有するとともに、底面か
らは効率よく抜熱される。 (5)前記底面の気泡含有率を0.7%以下とし、前記
側壁面の気泡含有率は1%以上とすることにより、側壁
面は十分な断熱性を有するとともに、底面は高い熱伝導
率を有して抜熱は底面のみから行われるようになるため
良好な一方向凝固性を有するインゴットを鋳造すること
ができる。 (6)前記側壁面の内側に前記底面から連続するように
形成させた前記透明石英ガラス層を設け、力が作用した
際前記側壁面と内部側壁面との界面で剥離するように形
成させたため、鋳型内部の溶湯が凝固する際に膨張して
も、側壁面とその内側に形成された内部側壁面との界面
が剥離することによって、生成されるインゴットに作用
する抗力は低下される。そのため、該インゴットのひび
割れ等を防止することができる。 (7)前記側壁面内側に形成した透明石英ガラス層の厚
みを0.5〜5mmとすることにより、側壁面における
断熱性を確保しつつ、インゴットのひび割れを防止でき
る程度の抗力吸収作用を有する鋳型を実現することがで
きる。
The casting apparatus of the present invention has the following effects. (1) By providing a large porosity on the side wall surface of the mold, the thermal conductivity of the side wall surface decreases. Therefore, the heat of the side wall surface of the mold is less likely to be radiated to the exposed portion of the cooling plate, which is the portion where the mold is not placed, and the orientation of the ingot is stably formed in one direction upward from the bottom surface of the mold. (2) The mold has a multilayer structure including a slurry layer and a stucco layer.
By making the average particle size of the stucco on the bottom surface larger, the porosity of the side wall surface is formed larger than the porosity of the bottom surface. (3) By providing the average particle size of the stucco on the side wall surface to be 1.5 times or more the average particle size of the stucco on the bottom surface, the side wall surface has sufficient heat insulating property. As a result, an ingot having good unidirectional solidification can be cast. (4) The porosity of the side wall surface is larger than the porosity of the bottom surface by forming the bottom surface of the mold with a transparent quartz glass layer having a low bubble content and forming the side wall surface with an opaque quartz glass layer having a high bubble content. In addition to having heat insulation properties, heat is efficiently removed from the bottom surface. (5) By setting the air bubble content of the bottom surface to 0.7% or less and the air bubble content of the side wall surface to 1% or more, the side wall surface has sufficient heat insulating properties and the bottom surface has high thermal conductivity. Since the heat removal is performed only from the bottom surface, an ingot having good unidirectional solidification can be cast. (6) The transparent quartz glass layer formed so as to be continuous from the bottom surface is provided inside the side wall surface, and is formed so as to be separated at an interface between the side wall surface and the inner side wall surface when a force is applied. Even if the molten metal inside the mold expands when solidified, the interface between the side wall surface and the inner side wall surface formed inside the mold surface peels off, thereby reducing the drag acting on the ingot produced. For this reason, it is possible to prevent the ingot from cracking. (7) By setting the thickness of the transparent quartz glass layer formed on the inner side of the side wall surface to 0.5 to 5 mm, it has a drag absorbing effect to the extent that the ingot can be prevented from cracking while the heat insulating property on the side wall surface is secured. A mold can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の鋳造装置の第1実施形態の一例を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a first embodiment of a casting apparatus of the present invention.

【図2】本発明の鋳造装置の第2実施形態の一例を示す
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a second embodiment of the casting apparatus of the present invention.

【図3】本発明の鋳造装置の第3実施形態の一例を示す
構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a third embodiment of the casting apparatus of the present invention.

【図4】図3の側壁面が剥離した様子を説明する図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a side wall surface in FIG. 3 has peeled off.

【図5】生成されたインゴットの一方向凝固性を説明す
る図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the unidirectional solidification of the generated ingot.

【図6】従来の鋳造装置を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional casting apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 鋳造装置 2 鋳型 3 側壁面 4 底面 5 スラリ層 6 スタッコ層 6a 側壁面スタッコ 6b 底面スタッコ 7 溶湯 8 冷却板 8a 露出部 9 上部ヒータ 10 下部ヒータ 11 保温材 20、30 鋳型 21、31 側壁面 21a、31a 不透明石英ガラス層 22、32 底面 22a、32a 透明石英ガラス層 25、35 溶湯 33 内部側壁面 34 界面 ds 側壁面スタッコ平均粒径 db 底面スタッコ平均粒径 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casting apparatus 2 Mold 3 Side wall surface 4 Bottom surface 5 Slurry layer 6 Stucco layer 6a Side wall stucco 6b Bottom stucco 7 Melt 8 Cooling plate 8a Exposed part 9 Upper heater 10 Lower heater 11 Heat insulator 20, 30, Mold 21, 31 Side wall 21a , 31a Opaque quartz glass layer 22, 32 Bottom surface 22a, 32a Transparent quartz glass layer 25, 35 Melt 33 Internal side wall surface 34 Interface ds Side wall surface stucco average particle size db Bottom stucco average particle size

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石割 雄二 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者 中田 嘉信 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuji Ishiwari 1-297 Kitabukurocho, Omiya City, Saitama Prefecture Inside the Mitsubishi Materials Research Institute (72) Inventor Yoshinobu Nakata 1-297 Kitabukurocho, Omiya City, Saitama Prefecture Mitsubishi Materials Inside Research Institute Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶湯を収容し底面と側壁面とを有した鋳
型と、 該鋳型を載置するための前記底面の面積より大きく形成
された冷却板とを備えた鋳造装置において、 前記側壁面の空隙率を前記底面の空隙率より大きく形成
したことを特徴とする鋳造装置。
1. A casting apparatus comprising: a mold containing molten metal and having a bottom surface and a side wall surface; and a cooling plate for mounting the mold, the cooling plate having a larger area than the bottom surface. Wherein the porosity of the casting is larger than the porosity of the bottom surface.
【請求項2】 請求項1に記載の鋳造装置において、 前記鋳型はスラリ層とスタッコ層とを備えた多層構造で
あり、 前記側壁面のスタッコ平均粒径を前記底面のスタッコ平
均粒径より大きくすることによって側壁面空隙率を大き
くしたことを特徴とする鋳造装置。
2. The casting apparatus according to claim 1, wherein the mold has a multilayer structure including a slurry layer and a stucco layer, and the stucco average particle size of the side wall surface is larger than the stucco average particle size of the bottom surface. A casting apparatus characterized in that the porosity of the side wall surface is increased by doing so.
【請求項3】 請求項1または2に記載の鋳造装置であ
って、 前記側壁面のスタッコの平均粒径は、前記底面のスタッ
コの平均粒径より1.5倍以上の大きさを有するもので
あることを特徴とする鋳造装置。
3. The casting apparatus according to claim 1, wherein the average particle size of the stucco on the side wall surface is 1.5 times or more the average particle size of the stucco on the bottom surface. A casting apparatus.
【請求項4】 請求項1に記載の鋳造装置であって、 前記底面は気泡含有率の低い透明石英ガラス層からな
り、前記側壁面は気泡含有率の高い不透明石英ガラス層
からなることを特徴とする鋳造装置。
4. The casting apparatus according to claim 1, wherein the bottom surface is made of a transparent quartz glass layer having a low bubble content, and the side wall surface is made of an opaque quartz glass layer having a high bubble content. And casting equipment.
【請求項5】 請求項1または4に記載の鋳造装置であ
って、 前記底面の気泡含有率は0.7%以下であり、前記側壁
面の気泡含有率は1%以上であることを特徴とする鋳造
装置。
5. The casting apparatus according to claim 1, wherein a bubble content of the bottom surface is 0.7% or less, and a bubble content of the side wall surface is 1% or more. And casting equipment.
【請求項6】 請求項1、4、5のいずれかに記載の鋳
造装置であって、 前記側壁面の内側には、前記底面から連続するように形
成された前記透明石英ガラス層からなる内部側壁面が設
けられたことを特徴とする鋳造装置。
6. The casting apparatus according to claim 1, wherein the inside of the side wall surface is formed of the transparent quartz glass layer formed to be continuous from the bottom surface. A casting device comprising a side wall surface.
【請求項7】 請求項1、4、5、6のいずれかに記載
の鋳造装置であって、前記内部側壁面の厚みは0.5〜
5mmであることを特徴とする鋳造装置。
7. The casting apparatus according to claim 1, wherein the inner side wall surface has a thickness of 0.5 to 0.5.
A casting apparatus having a diameter of 5 mm.
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