JP4993874B2

JP4993874B2 - シリコンインゴット用の鋳型

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Description

本発明は鋳型に関し、特に組み立て可能な鋳型に関するものである。

太陽電池はクリーンな石油代替エネルギー源として小規模な家庭用から大規模な発電システムまでの広い分野でその実用化が期待されている。これらは使用原料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類され、なかでも現在市場に流通しているものの多くは結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型と多結晶型に分類されている。単結晶シリコン太陽電池は基板の品質が良いために変換効率の高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造コストが高いという短所を有する。

これに対して多結晶シリコン太陽電池は従来から市場に流通してきたが、近年、環境問題への関心が高まる中でその需要は増加しており、より低コストで高い変換効率が求められている。こうした要求に対処するためには多結晶シリコン基板の低コスト化、高品質化が必要であり、高純度のシリコンインゴットを歩留良く製造することが求められている。

多結晶シリコンインゴットは、シリコンを加熱溶融した融液を鋳型内に注いで鋳型底面部より一方向凝固させて形成したり、シリコン原料を鋳型内に入れて一旦溶融した後、鋳型底面部より一方向凝固させて形成したりする手法が一般的である。こうして得られたインゴットは、欠陥や不純物の多いインゴット側面部や底面部、及び凝固偏析現象によって不純物が濃化しているインゴット頭部の組織を通常厚み数ｍｍ以上切断除去し、さらにマルチワイヤーソーなどで薄くスライスして太陽電池用多結晶シリコン基板に加工される。

このような鋳型として、シリコンを溶融、凝固させる１４５０℃程度の高温でも形状安定性に優れている石英や溶融シリカなどの二酸化珪素や黒鉛などからなる鋳型が用いられ、その内面には窒化珪素や二酸化珪素などを主成分とする離型材皮膜を形成したものが用いられてきた（例えば、非特許文献１参照）。
特開平１０−１９００２５号公報特開昭６２−１０８５１５号公報特開平６−１４４８２４号公報特開平１０−１８２２８５号公報 15th Photovoltaic Specialist Conf.(1981),P576~P580,"A NEW DIRECTIONAL SOLIDIFICATION TECHNIQUE FOR POLYCRYSTALINE SOLAR GRADE SILICON"

図９に従来の一体型鋳型の断面図を示す。図９は従来の石英や溶融シリカなどの二酸化珪素や黒鉛などから形成され、底面部と側面部とが一体型となっている鋳型２１の断面図である。鋳型内面には離型材２２が塗布されている。このような一体型の鋳型２１はシリコンインゴットを取り出すために鋳型を破壊せねばならないため鋳型の再利用が出来ず、シリコンインゴットの製造コストが非常に高いという問題があった。

また、こうした一体型の鋳型２１を成形するためには、鋳込み成形やプレス成形などによって原料を鋳型形状に成形するため金型から成形体を脱型するための抜き勾配（テーパー）が鋳型内面に必要となる。そのため、この鋳型２１によって鋳造されたシリコンインゴットの側面にもインゴット底部から頭部に向けて広くなる逆テーパー２３が付き、製品とならない端材部分が増加するため高価なシリコン原料を余分に除去せねばならず、シリコンインゴットの製造コストが増加するという問題があった。

このような一体型鋳型から鋳型を破壊せずにシリコンインゴットを取り出すために、鋳型内面に更に大きなテーパーを付与する方法が提案されているが（例えば特許文献１参照）、特に溶融シリカからなる鋳型は、高温の状態からブロックを冷却する工程において鋳型内の温度勾配や焼結状態の差により鋳型が割れてしまい再利用が難しく、また石英製の鋳型は離型材を塗布した鋳型内面表層がクリストバライト化し、表層剥離して鋳型が消耗するため再利用は非常に困難で、製造したシリコンインゴットの原料歩留が悪く、このような理由からシリコンインゴットの製造コストが大幅に増加する問題があった。

こうした問題点を回避するために、高純度黒鉛を用いて板状の底面部材と側面部材を作製し、それらを組み立て、ネジ止めして鋳型を作製する方法も試みられている（例えば特許文献２参照）。

図１０は従来の黒鉛などからなる組み立て式の鋳型３１の斜視図である。これらは一つの底面部材３２と四つの側面部材３３とが組み立て用のネジ３４を打ち込むことによって接合されている。このようにすることで、シリコンインゴットを取り出す際に、一体型鋳型とは異なり鋳型３１を破壊せずにシリコンインゴットを取り出すことができる。

この高純度黒鉛製鋳型は高価であるために、多結晶シリコンインゴットの低コスト化を実現するには黒鉛製鋳型を繰り返し使用する必要があった。しかし、シリコンの密度は固体より液体が大きく凝固膨張する物質であるため、鋳型内でシリコン融液を冷却固化する際には鋳型の底面部材３２および側面部材３３は外側へ広がる方向に応力を受ける。こうした組み立て用のネジ３４を用いた組み立て式鋳型は、シリコン融液の冷却固化時の凝固膨張による応力によって、鋳型３１のネジ止め部分にはせん断応力や引っ張り応力がかかり、ネジ３４が破断したり、ネジ３４のねじ山がつぶれるなどする結果、底面部材３２と側面部材３３との接合が甘くなり、シリコン融液が鋳型から漏れたり、ネジ３４および鋳型部材の再利用が不可能となったりする問題があった。

この問題を回避するため鋳型内の離型材被膜中にシリカ粉末層を設け、シリコンの凝固膨張の応力をシリカ粉末層の軟化変形によって吸収する方法や、鋳型側面部材の肉厚を変え、肉厚の薄い面が変形し易いことを利用してシリコンの凝固膨張時に発生する応力の方向をネジの引っ張り応力の方向にすることでネジの破断を防ぐなどの方法が試みられた（例えば特許文献３、４参照）。

しかしこうした鋳型組み立て用のネジ、及び鋳型側に加工した雌ネジなどのネジ山は繰り返し使用することによって消耗し、ネジ止め部分や各側面部材３３と底面部材３２とが接する部分に緩みが生じて、シリコンの溶融やシリコン融液の冷却固化過程でシリコン融液が漏れるという問題が根本的に残った。また、鋳型の側面部材３３や底面部材３２にネジを取り付けるためのネジ山を設ける構造では、ネジ山部がつぶれると鋳型部材そのものが使用できなくなるため、高価にもかかわらず黒鉛鋳型部材の寿命が短いため、シリコンインゴットの製造コストが増加する問題が残った。

また、こうしたネジを用いた組み立て式の鋳型は、その組み立ておよび解体の際にネジ３４を一本一本取り付けたりはずしたりする必要があり、その作業に時間がかかるという問題もあった。さらに、底面部材３２と側面部材３３にはネジ止め部分を設ける必要があるため、鋳型部材の厚みを薄くすることができず、鋳型部材のコストを削減することができず、シリコンインゴットの製造コストが増加する問題もあった。

本発明は上述のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高品質シリコンインゴットなどを低コストで製造するための鋳造用鋳型を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のシリコンインゴット用の鋳型は、底面部材と、４つの側面部材とを組み合わせてなる平面多角形の鋳型であって、前記側面部材は、長辺およ
び短辺を有する矩形状の本体部と、該本体部の短辺側の両端部にそれぞれ設けられた一対の突起部とを有する２つの第１側面部材と、前記突起部の端面と接合する接合面を有するとともに、２つの前記第１側面部材の間に設けられ、前記平面多角形の辺部となる２つの第２側面部材とを有し、前記第１側面部材の前記突起部の端面は、前記第１側面部材の外周側において、前記本体部に向かって窪む段差部を有するようにした。

本発明のシリコンインゴット用の鋳型において、前記側面部材の外周に、環状固定具が配置されてなるようにしてもよい。

本発明のシリコンインゴット用の鋳型において、前記側面部材と前記環状固定具との間に押さえ治具が配置されてなるようにしてもよい。

本発明のシリコンインゴット用の鋳型において、前記環状固定具は、内面に突出部が設けられてなるようにしてもよい。

本発明のシリコンインゴット用の鋳型において、前記底面部材および前記側面部材の内面に離型材が塗布されていてもよい。

以上のように、本発明にかかるシリコンインゴット用の鋳型によれば、底面部材と、４つの側面部材とを組み合わせてなる平面多角形の鋳型であって、前記側面部材は、長辺および短辺を有する矩形状の本体部と、該本体部の短辺側の両端部にそれぞれ設けられた一対の突起部とを有する２つの第１側面部材と、前記突起部の端面と接合する接合面を有するとともに、２つの前記第１側面部材の間に設けられ、前記平面多角形の辺部となる２つの第２側面部材とを有し、前記第１側面部材の前記突起部の端面は、前記第１側面部材の外周側において、前記本体部に向かって窪む段差部を有するようにした。

この結果、従来のように鋳型の側面部材や底面部材にネジを取り付けるためのネジ山を設ける必要がなく、ネジ山部がつぶれ、鋳型部材そのものが使用できなくなり、高価である黒鉛鋳型部材の寿命を短くするといった問題が解決され、シリコンインゴットの製造コストの増加を抑制することができる。また、固定のためにたくさんのネジまたはボルトを鋳型に取り付ける必要があった従来の鋳型と比較して鋳型の組み立て解体の作業が飛躍的に簡素化し作業効率が大幅に向上する。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。

はじめに、本発明にかかる鋳型の一実施形態について説明する。図１（ａ）は本発明にかかる鋳型の一実施形態を示す斜視図、図１（ｂ）はその展開図である。図１において、１は鋳型、２は底面部材、３ａは第１の側面部材、３ｂは第１の側面部材と隣接する第２の側面部材を示す。

本発明の一実施形態かかる鋳型１は、例えば黒鉛などから成り、底面部材２と、複数の側面部材３とを組合わせてなる平面多角形状であり、この側面部材３は、隣接する側面部材３と平面多角形状の辺部分で互いに接合している。

例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）のように、底面部材２に当接する四つの側面部材からなる鋳型の場合、対向する二面を形成する第１の側面部材３ａを矩形板とし、他の対向する二面を形成する第２の側面部材３ｂはコの字形板となる。そして、鋳型１の平面図は多角形状であり、この多角形を形成する少なくとも一辺で第１の側面部材３ａと第２の側面部材３ｂが互いに接合して本発明に係る鋳型１が形成される。

上述した本発明の鋳型１は、従来のような鋳型の組み立てや固定のためにネジやボルトなどを使用しなくともよい。例えば、本発明の鋳型１内に保持される融液の１つであるシリコンはその密度が固体状態で２．３３ｇ／ｃｍ^３であり、液体状態で２．５５ｇ／ｃｍ^３となるため固体状態の方が比重が大きく凝固膨張する物質となっており、この鋳型１内でシリコン融液を冷却固化する際に鋳型の側面部材３が外側へ広がる方向に応力をうける。しかしながら、本発明の鋳型１によれば、ネジやボルトなどの破断やネジ山の消耗により鋳型１の底面部材２と側面部材３、または側面部材３同士の接合部分の固定が甘くなるといった問題がない。結果として、鋳型１内部で冷却固化中のシリコン融液が漏れる問題の発生を防止できる。

また、鋳型１の側面部材３や底面部材２にネジを取り付けるためのネジ山を設ける必要がないため、ネジ山部がつぶれ、鋳型部材そのものが使用できなくなり、高価である黒鉛鋳型部材の寿命を短くするといった問題が解決され、シリコンインゴットの製造コストの増加を抑制することができる。

さらに、固定のためにたくさんのネジまたはボルトを鋳型に取り付ける必要があった従来の鋳型３１と比較して鋳型の組み立て解体の作業が飛躍的に簡素化し作業効率が大幅に向上する。

このようにして、本発明に係る一実施形態において側面部材３（３ａ、３ｂ）は、鋳型の平面多角形状の辺部分で互いに接合しているため、鋳型１の温度を上げて鋳型部材が熱膨張した場合、隣り合う側面部材３に対して平行に押す力が生じ、接合部にかかる負担が軽減される。この結果、シリコンインゴットとした際に、接合部付近からの割れの発生を抑制できるため、より多くの部分を使用することが可能となる。

また、本発明に係る側面部材は、鋳型１の平面多角形状における角部を含むことが望ましい。図１（ａ）に示すように、側面部材３に平面多角形状の角部を含ませることで、鋳型１の温度を上げて鋳型部材が熱膨張した場合に、従来の鋳型３１では接合部が鋳型角部であったため、膨張・収縮により接合部つまり鋳型角部において側面部材の厚み方向に最も応力が加わっていたが、本発明の鋳型１においては、角部を含んだ一体の側面部材を使用することにより上述の効果に加えて角部による応力は緩和され、接合部の緩みが抑えられる。その結果、融液漏れを飛躍的に抑制することができる。

図２（ａ）、（ｂ）に本発明の一実施形態に係る接合部の拡大図を示す。また、図３（ａ）、（ｂ）に本発明の他の実施形態に係る接合部の拡大図を示す。図２、図３において、３ａ〜３ｈは側面部材３でありそれぞれ、隣接する側面部材３と鋳型１の平面多角形状の辺部分で互いに接合している。

また、図２、図３に示すように、隣接する側面部材３どうしの接合辺部にそれぞれ凹凸が形成されており、図２（ａ）、図２（ｂ）においては凹部に凸部が挿入され嵌合構造を有している。そして、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す接合辺部では、隣接する側面部材どうしが互いに凸部によって支えられて接合されている。

例えば、図２（ａ）における側面部材３（３ａ、３ｂ）の接合部は側面部材３ａの側辺部に凸部、側面部材３ｂの側辺部に凹部を設けた嵌合構造となっている。そのため、側面部材３はそれぞれの接合辺部の強度を上げるのに、ある程度の厚みが必要となるため、薄型化が必要な場合などは、図３に示すように側面部材３（３ａ、３ｂ）の接合辺部にＬ字型切欠部を設けて組み合わせてもよい。このように、側面部材３どうしの接合辺部をＬ字型切欠部にすることによって、図２に示すような凹凸形状に比べ加工が簡易であり、鋳型１の薄型化も可能となるため、鋳型１の製作コストを低減することができる。

図４に、本発明に係る側面部材の平面図を示す。３ｉは側面部材、Ｌｓは側面部材のうち鋳型内面側の短辺の長さ、ＤはＬ字型切欠部の長さである。

図４に示すように、側面部材３ｉの内側の短辺Ｌｓは側面部材３ｉのＬ字型切欠部の長さＤより長くすることにより、鋳型の温度を上げて鋳型部材が熱膨張した際に接合部付近が割れることを防止することができる。

ここで、Ｌ字型切欠部の長さＤは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるほうが好ましく、鋳型１を組み立てる際に側面部材が内側に倒れ込むのを防ぐことができる。例えば、図４（ａ）において、図４に示すＬ字型切欠部の長さＤが５ｍｍ未満だと鋳型１の温度を上げた際に、側面部材３（３ｅ、３ｆ）が凝固膨張をし、矩形状の側面部材３ｅが内側に倒れこんでしまう可能性がある。また、３０ｍｍより長くなると側面部材３を扱う際に欠けてしまう可能性が高く、側面部材３のコストが必要以上にかかってしまう。

また、隣接する側面部材３同士を、凹部及び又は凸部でスライドさせて接合してもよい。接合辺部に凹部を有する第１の側面部材３と隣合う第２の側面部材３の接合辺部に凸部を有していた場合、互いにスライドさせて嵌合することができる。また、底面部材２が鋳型１の平面多角形状よりも広い場合、側面部材３を立設する位置に側面部材３の厚み程度の幅を有する凹部を設けておけば、鋳型１をスライドさせることにより組み合わせることが可能となる。例えば、図３（ａ）において側面部材３ｆが底面部材２に固定されている場合は、鋳型上方向から側面部材３ｅをスライドさせて側面部材３ｆに挿入してもよいし、その逆であっても構わない。さらに、必ずしも先に側面部材３を底面部材２に固定する必要はなく、側面部材３ｅと側面部材３ｆなど側面部材３どうしを先に組み立ててから底面部材２に固定しても構わない。また、側面部材３の接合辺部に形成された切欠部は、図４に示す切欠部の長さＤが底面部材に向かって鋳型上面よりも長くなる構造となっていても構わないし、側面部材３のスライド方向は必ず鉛直下方向でなくともよい。

この結果、鋳型組み立て時において飛躍的に作業効率が向上し、従来の鋳型のようにネジを使用しなくとも容易に組み立てることができるだけではなく、組立工程を従来よりも少なくすることができる。

さらに、本発明の鋳型１の外周に、環状固定具が配置されることが望ましい。

図５に環状固定具を鋳型に配置した図を示す。ここで１は鋳型、２は底面部材、３ｅ、３ｆは側面部材、５は環状固定具である。

図５に示すように、隣接した側面部材３（３ｅ、３ｆ）どうしを組み合わせて一体とし、鋳型側面部の外周を囲うように環状固定具が配置され、これらの変位を拘束する一つ以上の固定具を備えている。また、ここでは固定具としてリング状部材である環状固定具５を用いている。

このような構造とすることで、側面部材３どうしの接合辺部の固定強度を大きくすることができる。また底面部材２と各側面部材３との接合部分が固定されるため、鋳型１の大型化、薄型化を行うことができる。また、環状固定具５は、鋳型１への取付け、取り外しが容易であり、鋳型１の組み立て解体の作業がスムーズに行うことができる。

環状固定具５の形状は、例えば図５（ｂ）に灰色で示した部分のように、側面部材全面を固定する形状でもよい。

そして、環状固定具５の材質としては、軽くて強度が高い炭素繊維強化炭素材料などによって構成することが望ましく、厚さを３〜１０ｍｍとすれば取り扱いが容易で十分な強度が得られる。また、シリコン融液の凝固に伴う膨張により、本発明の構成上、鋳型１を構成する側面部材３の上部のほうが広がりやすい。特に、鋳型１が高さ方向に大型化、鋳型材の薄型化になるとその影響も大きいため、環状固定具５を鋳型１の上端部から４ｃｍ以内の範囲に設けることが好ましい。

また、図６（ａ）、図６（ｂ）に本発明に係る鋳型１の底面部材２と、側面部材３の当接状態を示す。１は鋳型、２は底面部材、３は側面部材、７は溝、８は押さえ冶具、９は鋳型ホルダー、１０は楔受け部である。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、底面部材２と側面部材３との接合には、鋳型１の側面部材３と底面部材２との間に間隙を持たせて配置されることが望ましい。この間隙を設けることによって、押さえ治具８を挿入できるため、鋳型１と環状固定具５とが確実に固定できる。そのため、シリコン融液などの液漏れを抑制することができる。また、鋳型内で凝固させた後、押さえ治具８を取り外すことで、容易に環状固定具５を鋳型１から取り外すことが可能となり、固定のためにたくさんのネジまたはボルトを鋳型１に取り付ける必要があった従来の鋳型と比較して、鋳型１の組み立て解体の作業をよりスムーズに行うことができる。

図６（ａ）に示すように底面部材２に溝７を設け、その溝７に側面部材３を設置し、押さえ冶具８を打ち込むことによって鋳型１を組み立ててもよいし、図６（ｂ）に示されるように楔受け部１０を設けた鋳型ホルダー９上に底面部材２を設置し、底面部材２の外周を囲繞するように四つの側面部材３を設け、側面部材３の外面と楔受け部１０との間に押さえ冶具８を打ち込むことによって鋳型１を組み立ててもよい。

図７（ａ）に本発明に係る鋳型に環状固定具との間に押さえ冶具を取り付けた斜視図を示す。図７（ｂ）はその平面図である。

１は鋳型、２は底面部材、３ｅ、３ｆは側面部材、５は環状固定具、８は押さえ冶具である。

鋳型１と環状固定具５との間に押さえ冶具８を挿入しているため、鋳型１と環状固定具５とが確実に固定され、側面部材３（３ｅ、３ｆ）を薄型化した場合であっても、シリコン融液の冷却固化に伴う膨張による鋳型１の外側への広がりを防ぐことができる。また、押さえ治具８を取り外すことで、容易に環状固定具５を鋳型１から取り外すことが可能となり、固定のためにたくさんのネジまたはボルトを鋳型に取り付ける必要があった従来の鋳型と比較して、鋳型１の組み立て解体の作業をよりスムーズに行うことができる。

また、押さえ冶具８は図７に示すように隣接する第１の側面部材３ｅと第２の側面部材３ｆの接合部付近に配置することによって、第１の側面部材３ｅがシリコン融液の冷却固化に伴う膨張により外側へ広がるのを効果的に抑えることができる。

例えば、押さえ治具８としては、楔形状とすることが望ましく、細くなった方の側を鋳型１と環状固定具５との間隙に挿入し、打ち込んで固定することによって、より確実に鋳型１のそれぞれの側面部材３を保持することができる。さらに、押さえ治具８の打ち込む強さを調節することによって、環状固定具５の固定の強さを調節することも可能となる。

また、底面部材２と側面部材３との固定においては、環状固定具５を使用せずに他の方法を用いて固定しても構わない。

また、他の実施例として図８（ａ）に本発明に係る鋳型に他の環状固定具を取り付けた斜視図を示す。図８（ｂ）はその平面図である。１は鋳型、２は底面部材、３ｅ、３ｆは側面部材、６は他の環状固定具、６ａは突出部、８は押さえ冶具、Ｇは鋳型辺部分の略中央部である。

図８に示すように、突出部６ａを設けた環状固定具６を用いて、それぞれの側面部材３（３ｅ、３ｆ）あたり一箇所と接するようにしてもよいし、これに限るものではなく、二つないし三つ以上の複数箇所に設け、複数箇所で接するようにしてもよい。その場合、二つの場合はそれぞれを結んでできる直線が中央部Ｇを通るようにし、三つ以上の複数箇所で押さえる場合は各々の点を結んでできる図形の内部に、中央部Ｇが含まれるようにすれば、中央部Ｇを突出部６ａによって効果的に押さえることができるので望ましい。

さらに、本発明に係る鋳型の内面には離型材が塗布されていることが望ましい。

例えば、窒化珪素、二酸化珪素、炭化珪素等からなる離型材を設けることによって、シリコン融液が凝固した後に鋳型１の内壁とシリコンインゴットとが融着することを抑え、これらの部材を何回も繰り返して使用することができる。また、底面部材２や側面部材３との接合部が、塗布された離型材によって、確実に封止されるため、シリコンの融液の漏洩が少なくなる。

このようにして本発明にかかる鋳型を実現することができる。従来においては鋳型部材にネジやボルトなどを取り付けるための追加工を行うことのできる素材に限られ、黒鉛材料が用いられてきた。しかしながら、本発明においては、上記のような複雑な加工を行う必要がなく、鋳型部材の構造が大幅に簡素化できるために、黒鉛材料に限らず、溶融シリカ、窒化珪素、炭化珪素など各種の耐火物を用いることが可能となる。

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、上述の説明では、シリコン融液を保持して凝固させる例によって説明したが、これに限るものではなく、他の材料であっても同様の効果を奏することができる。

また、鋳型１の外周に、主成分をカーボンとする材質を用いた鋳型断熱材（不図示）などを配置しても構わない。

図１０に示す従来例と、図７に示す本発明の構造とを比較した。

従来例においては窒化珪素からなる離型材を厚さ２ｍｍ塗布した黒鉛からなる一つの底面部材（厚さ２０ｍｍ）と四つの側面部材（厚さ２０ｍｍ）を箱型に組み立て、４０本の組み立て用ネジ（φ５ｍｍ×長さ４０ｍｍ）で固定し鋳型（内寸３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×高さ３５０ｍｍ）を得た。得られた鋳型内部に９０ｋｇのシリコン融液を注湯し、鋳型底面部から徐々に降温させてシリコン融液を一方向凝固させ、高さ約３１５ｍｍのシリコンインゴットを得た。

本発明の実施例では、窒化珪素からなる離型材を厚さ２ｍｍ塗布した黒鉛からなる一つの底面部材（厚さ１０ｍｍ）と二つの第１の側面部材３ｅと二つの第２の側面部材３ｆ（厚さ１０ｍｍ）を鋳型固定用ホルダー上にて箱型に組み立て、図７に示すように環状固定具５と押さえ冶具８を設置し、図４に示される第２の側面部材３ｆの内側の短辺Ｌｓの長さが第１、２の側面部材のＬ字型切欠部の長さＤ以下の場合と、長さＤより長い場合、すなわちＬｓ≦ＤとＬｓ＞Ｄのそれぞれの場合において、第１，２の側面部材のＬ字型切欠部の長さＤ、すなわち図２に示した距離Ｄを０．５〜４０ｃｍの範囲で変更した。

得られた鋳型内部に９０ｋｇのシリコン融液を注湯し、鋳型底面部から徐々に降温させてシリコン融液を一方向凝固させ、高さ約３１５ｍｍのシリコンインゴットを得た。

前記二つの方法により鋳造をそれぞれ１０回繰り返し、シリコン融液の漏れの有無、部材の消耗の状況を比較した。消耗については鋳型部材のハンドリング時の割れ欠けも含めた。その結果を表１に示す。

従来例では、シリコン融液漏れ４回、鋳型固定用ネジの破断およびネジ山の消耗による交換、底板および側板に加工したネジ山の消耗による交換、底板および側板に加工したネジ取り付け用の穴部に破断したネジが埋まったためによる交換により、１０回中８回の交換を必要とした。

また、短辺の長さＬｓが長さＤ以下の場合、シリコン漏れ、鋳型破損回数ともに従来例よりは減少するが、発生してしまう。一方、本発明においては、最適の条件である第２の側面部材の内側の短辺Ｌｓの長さが第１、２の側面部材のＬ字型切欠部の長さＤより長く、さらにＬ字型切欠部の長さ、すなわち図２に示した長さＤが５〜３０ｍｍの場合、シリコン融液の漏れはなく、部材の交換も必要としなかった。また、最適条件以外の０．５、４０ｍｍの場合は、シリコン漏れ、交換が必要であったものの、従来構造に比べてシリコン融液漏れ回数、部材の交換の回数がともに減少し、発明の効果が確認された。

以上の結果から、本発明の構造において、鋳型の大型化、薄型化が可能であることが確認できた。

本発明にかかる鋳型の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は展開図である。（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる鋳型の一実施形態の接合部を示す部分拡大図である。（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる鋳型の他の実施形態の接合部を示す部分拡大図である。本発明にかかる鋳型の側面部材平面図である。本発明にかかる鋳型の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は本発明の鋳型にかかる環状固定具の実施形態を示す上視図である。本発明にかかる鋳型の底面部材と、側面部材の当接状態を示す図であり、（ａ）は底面部材に溝部を設けた場合の断面構造図、（ｂ）は鋳型ホルダー上に底面部材を設置した場合の断面構造図である。本発明にかかる鋳型の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は本発明の鋳型にかかる環状固定具の実施形態を示す上視図である。本発明にかかる鋳型の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は本発明の鋳型にかかる環状固定具の実施形態を示す上視図である。従来における鋳型の一実施形態を示す断面構造図である。従来における鋳型の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１：鋳型
２：底面部材
３：側面部材
３ａ：第１の側面部材
３ｂ：第１の側面部材と隣接する第２の側面部材
５：環状固定具
６：突出部を備えた環状固定具
６ａ：環状固定具の突起部
８：押さえ治具
Ｄ：Ｌ字型切欠部の長さ
Ｇ：側面部材の中央部
Ｌｓ：第２の側面部材の内側の短辺の長さ
２１：鋳型
２２：離型材
２３：逆テーパー
３１：鋳型
３２：底面部材
３３：側面部材
３４：ネジ

Claims

底面部材と、４つの側面部材とを組み合わせてなる平面多角形の鋳型であって、
前記側面部材は、長辺および短辺を有する矩形状の本体部と、該本体部の短辺側の両端部にそれぞれ設けられた一対の突起部とを有する２つの第１側面部材と、前記突起部の端面と接合する接合面を有するとともに、２つの前記第１側面部材の間に設けられ、前記平面多角形の辺部となる２つの第２側面部材とを有し、
前記第１側面部材の前記突起部の端面は、前記第１側面部材の外周側において、前記本体部に向かって窪む段差部を有しているシリコンインゴット用の鋳型。
前記側面部材の外周に、環状固定具が配置されてなる請求項１に記載のシリコンインゴット用の鋳型。
前記側面部材と前記環状固定具との間に押さえ治具が配置されてなる請求項２に記載のシリコンインゴット用の鋳型。
前記環状固定具は、内面に突出部が設けられてなる請求項２または請求項３に記載のシリコンインゴット用の鋳型。
前記底面部材および前記側面部材の内面に離型材が塗布された請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコンインゴット用の鋳型。