KR20070019970A

KR20070019970A - 주형 및 그 형성방법, 및 그 주형을 이용한 다결정 실리콘기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20070019970A
Application number: KR1020067014475A
Authority: KR
Inventors: 요우헤이 사카이; 요시유키 아마노
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2007-02-16
Also published as: CN1914119B; EP1717201B1; EP1717201A4; JP5198731B2; US8221111B2; WO2005073129A1; US20080230678A1; CN1914119A; EP1717201A1; JPWO2005073129A1

Abstract

본 발명은, 1개의 바닥면부재(2)와 4개의 측면부재(3)를 조합한 주형으로서, 각 측면부재(3)의 측부에는 측면부재(3)끼리를 결합시키기 위한 볼록부(5)와 오목부(6)를 구비하고, 인접하는 측면부재의 볼록부(5)와 오목부(6)를 끼워 맞추는 구조를 갖는다. 1개의 바닥판(2)과 4개의 측판(3)을 조립하는 경우에, 이들을 고정시키기 위한 나사, 볼트를 사용하지 않고 주형의 조립 해체 작업을 행할 수 있어, 주형의 조립 해체의 작업이 비약적으로 간소화되어, 작업효율이 대폭 향상된다.

Description

주형 및 그 형성방법, 및 그 주형을 이용한 다결정 실리콘 기판의 제조방법{MOLD, METHOD FOR FORMING SAME, AND METHOD FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE SILICON SUBSTRATE USING SUCH MOLD}

본 발명은, 태양전지용 실리콘 기판 등에 이용되는 다결정 실리콘 잉곳을 주조하는데에 적합한 주형에 관한 것으로, 특히 1개의 바닥판과 4개의 측판으로 이루어지는 조립 해체 가능한 주형 및 그 형성방법 및 그 주형을 이용한 다결정 실리콘 기판의 제조방법에 관한 것이다.

태양전지는 깨끗한 석유 대체 에너지원으로서, 소규모인 가정용으로부터 대규모인 발전 시스템까지의 넓은 분야에서 그 실용화가 기대되고 있다. 태양전지는 사용원료의 종류에 따라 결정계, 아모퍼스계, 화합물계 등으로 분류되고, 그 중에서도 현재 시장에 유통되고 있는 것의 대부분은 결정계 실리콘 태양전지이다. 이 결정계 실리콘 태양전지는 또한 단결정형과 다결정형으로 분류되고 있다. 단결정 실리콘 태양전지는 기판의 품질이 좋기 때문에 변환 효율의 고효율화가 용이하다는 장점을 갖는 반면, 기판의 제조비용이 높다는 단점을 갖는다.

이것에 대하여 다결정 실리콘 태양전지는 종래부터 시장에 유통되어 왔지만, 최근, 그 수요는 증가하고 있어, 보다 저비용으로 높은 변환 효율이 요구되고 있 다. 이러한 요구에 대처하기 위해서는 다결정 실리콘 기판의 저비용화, 고품질화가 필요하고, 특히, 고순도의 실리콘 잉곳을 수율 좋게 제조하는 것이 요구되고 있다.

다결정 실리콘 잉곳은, 실리콘을 가열용해한 융액을 주형 내에 붓고 주형 바닥면부로부터 한방향으로 응고시켜서 형성하거나, 실리콘 원료를 주형 내에 넣고 일단 용해시킨 후, 주형 바닥면부로부터 한방향으로 응고시켜서 형성하는 방법이 일반적이다.

이렇게 해서 얻어진 잉곳은, 결함이나 불순물이 많은 잉곳 측면부나 바닥면부, 및 응고 편석현상에 의해 불순물이 농화되어 있는 잉곳 두부의 조직을 통상 두께 수㎜이상 절단 제거하고, 또한 멀티 와이어소 등으로 얇게 슬라이스해서 태양전지용 다결정 실리콘 기판으로 가공된다.

이러한 주형으로서, 실리콘을 용해, 응고시키는 1450℃ 정도의 고온이여도 형상 안정성이 뛰어난 석영이나 용융 실리카 등의 이산화규소(SiO₂)나 흑연 등으로 이루어지는 주형이 이용되고, 그 내면에는 질화규소(Si₃N₄)나 이산화규소(SiO₂) 등을 주성분으로 하는 이형재 피막을 형성한 것이 이용되어 왔다(예를 들면, 문헌[1] 참조).

도 16은 종래의 석영이나 용융 실리카 등의 이산화규소(SiO₂)나 흑연 등으로 형성되고, 바닥면부와 측면부가 일체형으로 되어 있는 주형(121)의 단면도이다. 주형(121)의 내면에는 이형재(122)가 도포되어 있다.

이러한 일체형의 주형(121)은 실리콘 잉곳을 꺼내기 위해서 주형을 파괴하지 않으면 안되기 때문에 주형의 재이용을 할 수 없어, 실리콘 잉곳의 제조비용이 매우 높다는 문제가 있었다.

또한, 이러한 일체형 주형(121)을 성형하기 위해서는, 주입 성형이나 프레스 성형 등에 의해 원료를 주형형상으로 성형하기 위해서 금형으로부터 성형체를 탈형하기 위한 드래프트앵글(테이퍼)이 주형 내면에 필요하게 된다. 그 때문에, 이 주형(121)에 의해 주조된 실리콘 잉곳의 측면에도 잉곳 바닥부로부터 두부를 향해서 넓어지는 역테이퍼(123)가 형성되어, 제품으로 되지 않는 단재부분이 증가하기 때문에 고가인 실리콘 원료를 여분으로 제거하지 않으면 안되어, 실리콘 잉곳의 제조비용이 증가한다는 문제가 있었다.

이러한 일체형 주형으로부터 주형을 파괴하지 않고 실리콘 잉곳을 꺼내기 위해서, 주형 내면에 더욱 큰 테이퍼를 부여하는 방법이 제안되고 있지만(예를 들면 문헌[2] 참조), 특히 용융 실리카로 이루어지는 주형은, 고온의 상태로부터 블록을 냉각시키는 공정에 있어서 주형 내의 온도 기울기나 소결상태의 차에 의해 주형이 깨져 버려 재이용이 어렵고, 또한 석영제의 주형은 이형재를 도포한 주형 내면 표층이 크리스토발라이트화되고, 표층박리되어 주형이 소모되기 때문에 재이용은 매우 곤란하고, 제조한 실리콘 잉곳의 원료 수율이 나빠, 이러한 이유로부터 실리콘 잉곳의 제조비용이 대폭 증가하는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 회피하기 위해서, 고순도 흑연을 이용해서 판상의 바닥면부재와 측면부재를 제작하여, 그들을 조립하고, 나사고정해서 주형을 제작하는 방법도 시도되고 있다(예를 들면 문헌[3] 참조).

도 17은 종래의 흑연 등으로 이루어지는 조립식의 주형(131)의 사시도이다. 이들은 1개의 바닥면부재(132)와 4개의 측면부재(133)가 조립용의 나사(134)를 박아 넣음으로써 접합되어 있다. 이렇게 함으로써, 실리콘 잉곳을 꺼낼 때에, 일체형 주형과는 달리 주형(131)을 파괴하지 않고 실리콘 잉곳을 꺼낼 수 있다.

이 고순도 흑연제 주형은 고가이기 때문에, 다결정 실리콘 잉곳의 저비용화를 실현하기 위해서는 흑연제 주형을 반복사용할 필요가 있었다. 그러나, 실리콘의 밀도는 고체보다 액체가 크고 응고 팽창하는 물질이기 때문에, 주형 내에서 실리콘 융액을 냉각고화시킬 때에는 주형의 바닥면부재(132) 및 측면부재(133)는 외측으로 넓어지는 방향으로 응력을 받는다. 이러한 조립용의 나사(134)를 이용한 조립식 주형은, 실리콘 융액의 냉각고화시의 응고 팽창에 의한 응력에 의해, 주형(131)의 나사고정 부분에는 전단 응력이나 인장 응력이 가해져, 나사(134)가 파단되거나, 나사(134)의 나사산이 찌부러지거나 하는 결과, 바닥면부재(132)와 측면부재(133)의 접합이 느슨해져, 실리콘 융액이 주형으로부터 새거나, 나사(134) 및 주형부재의 재이용이 불가능해지는 문제가 있었다.

이 문제를 회피하기 위해서 주형 내의 이형재 피막 중에 실리카 분말층을 형성하여, 실리콘의 응고 팽창의 응력을 실리카 분말층의 연화 변형에 의해 흡수하는 방법이나, 주형 측면부재의 두께를 바꿔, 두께가 얇은 면이 변형되기 쉬운 것을 이용해서 실리콘의 응고 팽창시에 발생하는 응력의 방향을 나사의 인장 응력의 방향으로 함으로써 나사의 파단을 막는 등의 방법이 시도되었다(예를 들면 문헌[4], [5] 참조).

그러나 이러한 주형 조립용의 나사, 및 주형측에 가공한 암나사 등의 나사산은 반복사용함으로써 소모되어, 나사고정 부분이나 각 측면부재(133)와 바닥면부재(132)가 접하는 부분에 느슨함이 발생하여, 실리콘의 용해나 실리콘 융액의 냉각고화 과정으로 실리콘 융액이 샌다는 문제가 근본적으로 남았다. 또한, 주형의 측면부재(133)나 바닥면부재(132)에 나사를 부착하기 위한 나사산을 형성하는 구조에서는, 나사산부가 찌부러지면 주형부재 그 자체가 사용할 수 없어지기 때문에, 고가임에도 불구하고 흑연 주형부재의 수명이 짧기 때문에, 실리콘 잉곳의 제조비용이 증가하는 문제가 남았다.

또한, 이러한 나사를 이용한 조립식의 주형은, 그 조립 및 해체시에 나사(134)를 하나하나 부착해야 할 필요가 있어, 그 작업에 시간이 걸린다는 문제도 있었다. 또한, 바닥면부재(132)와 측면부재(133)에는 나사고정 부분을 형성할 필요가 있기 때문에, 주형부재의 두께를 얇게 할 수 없어서, 주형부재의 비용을 삭감할 수 없어, 실리콘 잉곳의 제조비용이 증가하는 문제도 있었다.

[1] 15th Photovoltaic Specialist Conf.(1981), P576-P580, "A NEW DIRECTIONAL SOLIDIFICATION TECHNIQUE FOR POLYCRYSTALINE SOLAR GRADE SILICON"

[2] 일본 특허공개 평 10-190025호 공보

[3] 일본 특허공개 소 62-108515호 공보

[4] 일본 특허공개 평 6-144824호 공보

[5] 일본 특허공개 평 10-182285호 공보

본 발명은, 고품질 실리콘 잉곳을 저비용으로 제조하기 위한 다결정 실리콘 잉곳의 주조용 주형 및 그 형성방법, 및 그 주형을 이용한 다결정 실리콘 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 주형은, 바닥면부재와, 상기 바닥면부재에 접촉하는 4개의 측면부재를 조합해서 이루어지고, 상기 각 측면부재의 측변부에, 인접하는 측면부재끼리를 끼워 맞추기 위한 오목부와 볼록부를 포함하는 끼워 맞춤 구조가 형성된 것이다.

이 구조의 주형은, 주형의 측면부재에 나사를 부착하기 위한 나사구멍을 형성할 필요가 없으므로, 나사구멍의 나사산부가 찌부러져서, 주형부재 그 자체를 사용할 수 없게 되어, 고가인 흑연 주형부재의 수명을 짧게 한다는 문제가 해결된다. 따라서, 실리콘 잉곳의 제조비용의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 고정을 위해서 많은 나사 또는 볼트를 주형에 부착할 필요가 있었던 종래의 주형과 비교해서, 주형의 조립 해체의 작업이 비약적으로 간소화되어, 작업효율이 대폭 향상된다.

상기 끼워 맞춤 구조는, 하나의 측면부재의 볼록부와 인접하는 다른 측면부재의 오목부가 끼워 맞춰지는 구조이며, 상기 바닥면부재의 바닥면에 대하여 대략 수평인 끼워 맞춤면 중 상기 측면부재의 상변부에 가장 가까운 것과 상기 상변부의 거리가 1㎝이상 8㎝이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 범위로 설정함으로써, 측면부재의 상부의 휘어짐을 효과적으로 억제하여, 측면부재를 바닥면부재에 대하여 대략 수직으로 유지할 수 있다.

상기 측면부재의 양측의 측변부에 형성된 끼워 맞춤 구조의 형상은, 상기 측면부재의 중심선을 기준으로 해서 비대칭의 관계로 하면, 측면부재끼리의 끼워 맞춤 강도가 증대되어, 휘어짐이나 휘어짐의 영향이 완화된다.

상기 측면부재의 양측의 측변부에 형성된 끼워 맞춤 구조의 형상을, 점대칭의 관계로 하면, 측면부재의 상부와 하부를 반전시킬 수 있고, 그 결과, 주형부재의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 4개의 측면부재의 형상이 모두 같아지므로, 1종류의 형상의 측면부재만으로 주형이 조립되어, 실리콘 잉곳의 제조비용을 억제할 수 있다.

상기 바닥면부재는, 그 상면을, 사각형상의 바닥면 중앙부와 바닥면 외주부로 분할하기 위한 폐쇄된 홈을 갖는 것이며, 상기 4개의 측면부재의 바닥변부는, 상기 4개의 측면부재가 조합해서 이루어지는 상태로, 상기 바닥면 중앙부를 둘러싸도록, 상기 바닥면부재의 홈에 끼워서 장착되는 것이며, 상기 바닥면부재의 홈에 끼워서 장착된 상기 4개의 측면부재의 외주면과 상기 바닥면 외주부의 간극에, 쐐기부재가 배치되어 있는 구조로 할 수 있다. 쐐기부재에 의해 주형의 측면부재를 누름으로써, 실리콘 융액의 중량에 의한 응력이 크게 가해지는 주형 바닥부에 있어서 바닥면부재와 각 측면부재의 접합부분이 확실하게 고정되기 때문에, 주형으로부터 실리콘 융액의 누설을 방지할 수 있어, 주형의 대형화가 가능해진다.

상기 바닥면부재는 사각형상이며, 상기 4개의 측면부재는, 상기 바닥면부재의 측면에 접촉하는 것이며, 상기 조합해서 이루어지는 바닥면부재와 4개의 측면부재를 설치하기 위한 주형 홀더와, 상기 주형 홀더의 윗면에 배치된 복수의 쐐기수용부와, 상기 바닥면부재를 둘러싸서 세워 설치된 상기 4개의 측면부재의 외주면과, 상기 복수의 쐐기수용부와의 간극에 배치된 쐐기부재를 구비한 구조로 해도 좋다. 쐐기부재에 의해 주형의 측면부재를 누름으로써, 실리콘 융액의 중량에 의한 응력이 크게 가해지는 주형 바닥부에 있어서 바닥면부재와 각 측면부재의 접합부분이 확실하게 고정되기 때문에, 주형으로부터 실리콘 융액의 누설을 방지할 수 있어, 주형의 대형화가 가능해진다.

상기 쐐기수용부를 상기 주형 홀더의 윗면에 대하여 착탈가능하게 하면, 반복사용에 따른 쐐기수용부가 소모된 경우에도, 쐐기수용부만을 독립적으로 교환할 수 있어, 주형 홀더를 교환할 필요가 없고, 계속해서 재이용 가능하기 때문에, 주형 비용을 삭감하는 것이 가능해진다.

상기 복수의 쐐기수용부로부터 선택된 어느 쐐기수용부와, 상기 주형 홀더의 윗면에 있어서, 마주보는 위치에 배치된 다른 쐐기수용부의 간격을 조절할 수 있으면, 예를 들면 바닥면부재와 각 측면부재의 접합부분이나, 쐐기와 쐐기수용부가 접한는 면이 소모된 경우에 있어서도, 마주보는 2개의 쐐기수용부의 간격을 조정함으로써, 바닥면부재와 각 측면부재의 접합부분을 확실하게 고정시킬 수 있다.

또한, 인접한 상기 측면부재끼리를 끼워 맞춰서 일체로 한 상기 4개의 측면부재의 외주를 둘러싸서 측면부재의 변위를 구속하는 테두리상부재를 설치하는 것이 바람직하다. 이 테두리상부재를 이용함으로써, 측면부재끼리의 끼워 맞춤 구조의 고정 강도가 커져, 주형의 대형화, 박형화를 행할 수 있다. 또한, 측면부재에 가해지는 응력이 커도, 측면부재의 휘어짐을 막을 수 있다.

또한, 4개의 측면부재 사이에 여유를 두고 배치된 테두리상부재를 설치하고, 상기 테두리상부재와, 상기 인접한 상기 측면부재끼리에 의해 형성되는 4개의 외측 각부의 간극에 누름 지그를 박아 넣어도 좋다. 이 누름 지그에 의해, 측면부재에 가해지는 응력이 커도, 측면부재를 확실하게 누를 수 있어, 측면부재의 휘어짐을 막을 수 있다. 그리고, 주형의 조립 해체의 작업이 비약적으로 간소화되어 작업효율이 대폭 향상된다.

상기 누름 지그는, 상기 주형의 상기 외측 각부를 구성하는 2개의 상기 측면부재의 외주면에, 각각 접촉하는 2개의 지그면을 갖는 것이여도 좋다. 이 누름 지그는 주형의 외측 각부의 4개소에만 배치해도 되므로, 부재수를 줄일 수 있어 작업의 간략화, 부재 비용의 저감에 연결된다. 또한, 누름 지그의 2개의 지그면에 의해, 균등한 힘으로 외측 각부를 구성하는 2개의 측면부재의 외주면을 고정시킬 수 있다.

상기 누름 지그는, 상기 주형의 상기 외측 각부가 직접 닿지 않도록, 이 외측 각부에 대응하는 개소에 도피홈을 형성하는 것이 바람직하다. 이 외측 각부에 대응하는 개소에 도피홈를 형성함으로써, 누름 지그를 테두리상부재로부터 부착, 떼어낼 때에, 주형의 외측 각부가 누름 지그와 접하는 것을 막으므로, 반복부착, 떼어내기 작업을 행해도 외측 각부의 변형이나 파손을 막을 수 있어, 주형의 비용의 저감에 연결된다.

상기 테두리상부재는, 그 내주부에, 마주보는 상기 측면부재에 접촉해서, 그 변위를 구속하기 위한, 돌출부를 형성해도 좋다. 돌출부를 형성함으로써, 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 팽창에 의해, 주형의 측면부재가 외측으로 휘려고 했을 때에, 이들 돌출부에 의해 변위를 억제할 수 있다.

상기 끼워 맞춤 구조는, 하나의 측면부재의 볼록부와 인접하는 다른 측면부재의 오목부가 끼워 맞춰져서 접촉하는 동시에 상기 바닥면부재의 바닥면에 대하여 대략 수평인 끼워 맞춤면을 포함할 때, 상기 테두리상부재는, 이들 끼워 맞춤면의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 테두리상부재의 고정에 따라 측면부재에 응력이 크게 가해져도, 측면부재의 휨을 막을 수 있다.

상기 주형은, 바닥면부재와 상기 측면부재로 구성되는 주형 내면부와, 상기 바닥면부재와 측면부재, 상기 측면부재끼리의 걸림부인 4개의 모퉁이부와 8개의 능선부에 적용된 이형재를 더욱 구비하고 있으면, 실리콘 융액이 응고된 후에, 주형의 내벽과 실리콘 잉곳이 융착하는 일이 적어져, 상기 바닥면부재와 상기 측면부재를 몇회나 반복해서 사용할 수 있다. 또한, 상기 걸림부인 4개의 모퉁이부와 8개의 능선부가, 이형재에 의해 확실하게 밀봉되기 때문에, 실리콘의 융액의 누설이 적어진다.

또한, 본 발명에 따른 주형의 형성방법은, 1개의 바닥면부재 및 4개의 측면부재의 표면에 이형재를 도포·건조시키는 제 1공정과, 상기 바닥면부재를 바닥면으로 해서 상기 4개의 측면부재를 세워 설치하고, 상기 이형재를 도포한 면이 내측으로 되도록 상자형으로 조립하는 제 2공정과, 상기 바닥면부재와 상기 측면부재로 구성되는 4개의 모퉁이부와 8개의 능선부로 이루어지는 걸림부에 이형재를 추가해서 도포하는 제 3공정으로 이루어진다. 주형을 조립하기 전에, 각 주형부재에 이형재를 도포하고, 주형(1)의 형상으로 조립한 후, 각 주형부재의 접합부분에 대해서만, 이형재를 추가해서 도포하는 것만으로 좋으므로, 작업이 비약적으로 간소화되어 작업효율이 대폭 향상된다.

또한, 본 발명의 다결정 실리콘 기판의 제조방법은, 지금까지 설명한 본 발명의 주형을 이용해서, 실리콘 잉곳을 제조하고, 그 실리콘 잉곳으로부터 다결정 실리콘 기판을 얻는 방법이다. 이 방법에 의해 제조된 다결정 실리콘 기판은, 반복사용을 견디고, 또한 조립 해체의 작업이 매우 간단한 주형을 이용해서 제조된 실리콘 잉곳으로부터 얻어지는 것이여서, 저비용화를 기대할 수 있다.

도 1(a)은, 본 발명에 따른 바닥면부재(2)와 4개의 측면부재(3)를 조합해서 이루어지는 주형의 일실시형태를 나타내는 사시도이다.

도 1(b)은 전개도이다.

도 2는, 측면부재의 휘어짐의 상태를 나타내는 도이다.

도 3(a)은, 본 발명에 따른 바닥면부재(2)와 4개의 측면부재(3)를 조합해서 이루어지는 주형의 다른 실시형태를 나타내는 사시도이다.

도 3(b)은 전개도이다.

도 4(a)는, 사각형상의 바닥면 중앙부와 바닥면 외주부로 분할하기 위한 폐쇄된 홈을 갖는 바닥면부재를 포함하는 주형의 단면도이다.

도 4(b)는, (a)의 A-A방향의 단면도이다.

도 5(a)는, 주형 홀더와 쐐기수용부를 포함하는, 본 발명의 주형의 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 5(b)는 (a)의 B-B방향의 단면도이다.

도 6은, 본 발명에 따른 주형의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 7은, 본 발명의 주형에 따른 쐐기수용부의 부분 확대 단면도이다.

도 8(a)은, 테두리상부재를 구비한 본 발명의 주형의 사시도이다.

도 8(b)은, 테두리상부재의 형상을 나타내는 단면도이다.

도 8(c)은, 테두리상부재의 다른 형상을 나타내는 단면도이다.

도 9(a)는, 테두리상부재와, 상기 인접한 상기 측면부재끼리에 의해 형성되는 4개의 외측 각부의 간극에 누름 지그를 배치한 상태를 나타내는 사시도이다.

도 9(b)는, 동단면도이다.

도 10(a)~도 10(c)은, 본 발명의 주형의 누름 지그의 형상을 나타내는 도이다.

도 11(a)은, 테두리상부재와 누름 지그를 구비한 본 발명의 주형의 사시도이다.

도 11(b)은 동단면도이다.

도 12(a)는, 돌출부를 갖는 테두리상부재를 구비한 본 발명의 주형의 사시도이다.

도 12(b)는 동평면도이다.

도 13(a)은, 끼워 맞춤면(4a)의 위치에 테두리상부재를 배치한 본 발명의 주형의 사시도이다.

도 13(b)은, 끼워 맞춤면(4a)의 위치에 누름 지그를 배치한 본 발명의 주형 의 사시도이다.

도 14는, 실리콘 주조장치를 나타내는 도해도이다.

도 15는, 와이어소에 의한 잉곳의 슬라이스 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

도 16은, 종래에 있어서의 주형을 나타내는 단면 구조도이다.

도 17은, 종래에 있어서의 주형을 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1(a)은 본 발명에 따른 주형을 나타내는 사시도, 도 1(b)은 그 전개도이다.

도 1(a), 도 1(b)에 있어서, (1)은 주형, (2)는 바닥면부재, (3(3a, 3b))은 측면부재, (4)는 끼워 맞춤부, (5)는 볼록부, (6)은 오목부를 나타낸다.

이 주형(1)은, 분할, 조립 가능한 분할 주형이다.

이 주형(1)은, 예를 들면 흑연으로 이루어지고, 주형의 바닥부를 구성하는 1개의 바닥면부재(2)에, 주형(1)의 측부를 구성하는 4개의 측면부재(3(3a, 3b))를 조합한 것이다.

도 1(a), 도 1(b)에 나타내는 것처럼, 바닥부에 설치한 바닥면부재(2)의 외주를 둘러싸도록 4개의 측면부재(3)를 설치하고 있다. 각 측면부재(3)는, 측면부재(3)끼리를 결합시키기 위해서, 측면부재(3)의 측변부에 볼록부(5)와 오목부(6)를 끼워 맞추는 끼워 맞춤부(4)를 구비하고 있다. 하나의 측면부재(3a)의 볼록부(5)를 다른 측면부재(3b)의 오목부(6)에 끼워 맞추고, 또한 하나의 측면부재(3a)의 오목부(6)를 다른 측면부재(3b)의 볼록부(5)에 끼워 맞춤으로써, 측면부재(3)끼리를 조합해서 세워 설치하여, 주형(1)이 형성된다.

상술의 본 발명의 주형(1)은, 종래와 같은 주형의 조립이나 고정을 위해서 나사나 볼트 등을 사용하지 않는 구조이다.

예를 들면, 실리콘의 밀도는 고체보다 액체 쪽이 크고, 실리콘은 응고시에 팽창하는 물질이기 때문에, 이 주형(1) 내에서 실리콘 융액을 냉각고화시킬 때에 주형의 바닥면부재(2) 및 측면부재(3)가 외측으로 넓어지는 방향으로 응력을 받는다.

본 발명의 주형(1)에 의하면, 나사나 볼트 등을 사용한 구조와 비교해서, 나사나 볼트 등의 파단이나 나사산의 소모에 의해 주형(1)의 바닥면부재(2)와 측면부재(3), 또는 측면부재(3)끼리의 접합부분의 고정이 느슨해진다는 문제가 없으므로, 주형(1) 내부에서 냉각고화 중의 실리콘 융액이 새는 것을 방지할 수 있다.

또한, 나사산이 찌부러져서, 주형부재 그 자체를 사용할 수 없게 되어, 고가인 흑연 주형부재의 수명을 짧게 한다는 문제가 해결된다.

또한, 고정을 위해서 많은 나사 또는 볼트를 주형에 부착할 필요가 있었던 종래의 주형과 비교해서, 주형의 조립 해체의 작업이 비약적으로 간소화되어 작업효율이 대폭 향상된다.

또한, 본 발명의 주형(1)에 있어서, 도 1에 나타내는 것처럼, 측면부재(3)의 볼록부와 인접하는 다른 측면부재(3)의 오목부가 끼워 맞춰져서 접촉하는 면인 끼 워 맞춤면(4a)(끼워 맞춤부(4)를 구성하는 면 중, 바닥면부재(2)의 바닥면에 대하여 대략 수평인 면을 가리킨다) 중, 가장 측면부재의 상변부에 가까운 것과, 이 상변부의 거리(d)가 1㎝이상 8㎝이하의 범위에 있도록 구성하고 있다. 또한, 거리(d)는, 바람직하게는 1㎝이상 4㎝이하의 범위이다.

이렇게 하면, 측면부재(3)를 바닥면부재(2)에 대하여 보다 대략 수직으로 유지 할 수 있다.

그 이유는, 도 2에 나타내는 것처럼, 측면부재(3)의 최상부에 위치하는 볼록부(5)와 오목부(6)의 접합부분에 있어서, 오목부(6)를 갖는 측면부재(3a)는, 그 상부가 다른 측면부재(3b)에 의해 규제되어 있지 않기 때문에, 내측/외측의 쌍방에 대하여, 화살표(P)방향으로 움직이기 쉽게 되어 있다. 또한, 측면부재(3b)는, 그 상부가 내측으로 구부러지려고 한 경우, 인접하는 측면부재(3a)에 의해 움직임이 규제되지만, 외측으로 구부러지려고 한 경우, 규제되는 것은 없다.

그 때문에, 주형부재의 두께가 얇으면, 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 응력에 의해 측면부재(3)가 외측으로 휠 가능성이 있다. 이러한 측면부재(3)의 휘어짐에 의해, 측면부재(3) 자체가 개방되어, 이 주형에 의해 주조된 실리콘 잉곳의 측면에도 경사가 가해져서, 제품으로 되지 않는 단재(端材)부분이 증가하기 때문에 고가인 실리콘 원료를 여분으로 제거하지 않으면 안되어, 실리콘 잉곳의 제조비용이 상승하게 된다.

그래서, 이 측면부재(3)의 상변부로부터 끼워 맞춤면(4a)까지의 폭(d)을 1㎝이상 8㎝이하, 바람직하게는 1㎝이상 4㎝이하로 좁게 하면, 실리콘 융액의 냉각 응 고에 따른 응력에 의해 발생하는 측면부재(3) 상부의 휘어짐을 적게 할 수 있는 것이다.

이것에 의해, 측면부재(3)가 바닥면부재(2)에 대하여 대략 수직으로 유지되어, 잉곳의 단재부분의 제거를 최소한으로 억제할 수 있어, 실리콘 잉곳의 제조비용의 상승을 억제할 수 있다.

또한, 이 범위(d)를 1㎝보다 작게 하면, 반복사용하는 것에 의한 소모가 특히 볼록부(5)에 미치고, 그 때문에 볼록부(5)가 파손되기 쉬워져, 주형부재의 수명이 짧아지는 문제가 있다. 또한, 8㎝보다 크게 하면, 측면부재(3)의 상부에 휘어짐이 발생하여, 측면부재(3)가 바닥면부재(2)에 대하여 대략 수직으로 유지되지 않아, 제품으로 되지 않는 단재부분이 증가하여, 실리콘 잉곳의 제조비용이 증가하는 문제가 있다.

다음에, 본 발명에 따른 주형의, 다른 끼워 맞춤 구조에 대해서 설명한다.

도 3(a)은, 본 발명에 따른 주형을 나타내는 사시도이며, 도 3(b)은 그 전개도이다.

이 주형(1)에 있어서, 측면부재(3c)는, 양측의 측변에 형성된 끼워 맞춤부(4)의 볼록부(5)와 오목부(6)의 위치가, 측면부재(3c)의 중심선(F)에 관해서 서로 비대칭의 관계에 있도록 하고 있다.

또한 측면부재(3c)의 하나의 측변부에 형성한 볼록부(5)의 수와, 오목부(6)의 수를 각각 짝수개(도에서는 2개씩)로 하고 있다.

이 실시형태에 따른 주형(1)에서는, 측면부재(3c)는, 내측으로 구부러지려고 했을 때에, 인접한 측면부재(3c)에 의해 그 움직임이 규제된다.

이렇게, 측면부재(3c)의 양단에, 비대칭의 관계가 되도록 볼록부(5)와 오목부(6)를 형성함으로써, 조립된 주형(1)은, 측면부재(3c)의 휘어짐이나 휘어짐의 영향이 완화되어 확실하게 고정된다.

본 실시형태에 따른 주형(1)의 측면부재(3c)는, 그 양측의 측변에 형성된 볼록부(5)와 오목부(6)를, 측면부재(3c)의 중심점(G)에 관해서, 점대칭의 관계를 만족시키도록 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 어떤 오목부, 볼록부의 조합을 선택해도 끼워 맞춤이 가능해진다.

그리고, 이렇게 볼록부(5)와 오목부(6)를 점대칭 구조로 함으로써, 180도 회전해도 같은 형상이기 때문에, 측면부재(3c)에 상하의 개념이 없어진다.

주형(1)은, 상부에 저항가열식의 히터나 유도가열식의 코일 등으로 이루어지는 주형 가열수단을 설치하고, 주형(1)의 측벽부를 그래파이트질 성형체 등으로 이루어지는 주형 단열재로 덮고, 하부에 냉각수단을 설치하고 있다. 주형(1) 내에 주탕된 실리콘 융액을 하부로부터 냉각시킴으로써, 주형의 윗쪽으로부터 실리콘 융액을 가열하는 것만으로, 실리콘 융액을 하부로부터 상부로 향해서 한방향으로 응고시킬 수 있다. 그 때문에, 주형의 상부는 주형 가열수단에 의해 가열되기 때문에, 주형부재의 소모가 심하여, 수명이 짧아진다. 그러나, 본 실시형태에 따른 측면부재의 구조에서는, 180도 회전해도 같은 형상이기 때문에, 측면부재의 상부와 하부를 반전시킬 수 있고, 그 결과, 주형부재의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 4개의 측면부재(3c)의 형상이 모두 같아지므로, 하나의 형상의 측면부 재만으로 주형이 조립되어, 실리콘 잉곳의 제조비용을 억제할 수 있다.

또한, 이 실시형태에 있어서도, 측면부재(3)의 상변부로부터 끼워 맞춤면(4a)까지의 거리(d)를 1㎝이상 8㎝이하, 바람직하게는 1㎝이상 4㎝이하로 좁게 하면, 실리콘 융액의 냉각 응고에 따른 응력에 의해 발생하는 측면부재(3c) 상부의 휘어짐을 적게 할 수 있다.

다음에, 본 발명에 따른 주형의 다른 실시형태에 대해서 설명한다.

도 4(a)는, 본 발명에 따른 주형을 나타내는 측단면도이며, 도 4(b)는, 도 4(a)의 A-A선의 단면도이다.

이 주형(1)의 측면부재(3)는, 도 1~도 3에서 설명한 끼워 맞춤 구조를 갖는 것이다. 주형(1)의 바닥면부재(2)는, 그 표면부에, 조립된 측면부재(3)의 바닥변부를 수용하기 위한 홈(7)을 갖고 있다. 홈(7)은, 평면으로 봐서, 사각형상이며, 바닥면부재(2)를, 바닥면 중앙부(2a)와 바닥면 외주부(2b)로 분할한다.

바닥면 중앙부(2a)는, 그 각 변이 측면부재(3)의 바닥변부와 대응하고, 주형(1)의 내측바닥면으로 된다.

각 측면부재(3)의 바닥변부를, 상기 바닥면 중앙부를 둘러싸도록, 홈(7)에 끼워 장착해서 세워 설치한 경우에, 4개의 측면부재(3)의 외주면과 바닥면 외주부(2b)의 간극에 쐐기(8)가 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 바닥면부재(2)에 홈(7)을 형성하고, 그 홈(7)에 측면부재(3)를 설치하여, 쐐기(8)를 박아 넣음으로써 주형(1)이 조립되고 있다.

이러한, 쐐기(8)로서는, 예를 들면 탄소섬유 강화 탄소재료(C/C재)를 이용할 수 있다.

주형(1)에 실리콘 융액을 유지했을 때, 주형(1)의 바닥부에 실리콘 융액의 중량에 의한 응력이 크게 가해진다. 특히 주형을 대형화하면, 주형 바닥부에 가해지는 응력이 더욱 커진다. 그 때문에, 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 접합부분에 간극이 생겨, 실리콘 융액이 새어나갈 가능성이 있다. 그러나, 본 발명의 구조에서는, 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)를 쐐기(8)에 의해 고정시킴으로써, 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 접합부분이 느슨해지지 않고, 확실하게 고정되기 때문에, 실리콘 융액의 누설을 억제하여, 주형(1)의 대형화를 행할 수 있다.

여기에서 쐐기(8)의 형상이나 사용수는, 특별히 한정되지 않는다. 측면부재(3)의 측면 전체에 걸친 긴 쐐기(8)를 각 측면부재(3)마다 1개 박아 넣어도 좋고, 또한 작은 쐐기(8)를 복수개 부착해도 좋다.

또한, 주형(1)의 내측바닥면이 되는 바닥면 중앙부(2a)와, 쐐기수용의 기능을 갖는 바닥면 외주부(2b)는 같은 높이로 할 필요는 없고, 예를 들면, 도 4(a)에 나타내는 것처럼, 바닥면 외주부(2b)쪽을 바닥면 중앙부(2a)보다 높게 하면, 각각의 기능을 적절하게 달성할 수 있으므로 바람직하다.

도 5(a)는, 본 발명에 따른 주형의 다른 실시형태를 나타내는 측단면도이며, 도 5(b)는, 도 5(a)의 B-B방향의 단면도이다.

이 주형(1)의 측면부재(3)는, 도 1~도 3에서 설명한 끼워 맞춤 구조를 갖는 것이다. 이 실시형태에 따른 주형에 의하면, 바닥면부재(2)는, 그 각 변이 4개의 측면부재(3)의 바닥변부와 대응한 대략 사각형으로 되어 있다.

주형(1)은, 바닥면부재(2)를 설치하기 위한 주형 홀더(9)와, 주형 홀더(9)의 윗면에 있어서 바닥면부재(2)를 둘러싸도록 세워 설치된 4개의 측면부재(3)와, 측면부재(3)의 외주면을 둘러싸는 복수의 쐐기수용부(10)와, 측면부재(3)의 외주면과 복수의 쐐기수용부(10)의 간극에 배치된 쐐기(8)를 더 구비하고 있다. 바꿔 말하면, 쐐기수용부(10)를 형성한 주형 홀더(9)상에 바닥면부재(2)를 설치하고, 바닥면부재(2)의 외주를 둘러싸도록 4개의 측면부재(3)를 배치하고, 측면부재(3)의 외면과 쐐기수용부(10) 사이에 쐐기(8)를 박아 넣음으로써 주형(1)이 조립되어 있다.

쐐기수용부(10)와 각 측면부재(3) 사이에 쐐기(8)를 박아 넣어 고정시킴으로써, 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 접합부분이 느슨해지지 않고, 확실하게 고정되기 때문에, 실리콘 융액의 누설을 억제하여, 주형(1)의 대형화를 행할 수 있다. 또한, 고가인 흑연 주형부재로 이루어지는 바닥면부재(2)에 실리콘 융액의 누설을 막기 위한 특별한 가공을 실시할 필요가 없기 때문에, 주형 비용의 상승을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 주형에 있어서는, 도 6에 나타내는 것처럼 주형 홀더(9)상에 형성한 복수의 쐐기수용부(10(10a, 10b))를, 주형 홀더(9)의 윗면에 대하여 착탈가능한 구조로 해도 좋다. 쐐기수용부(10)를 주형 홀더(9)의 윗면에 대하여 착탈가능하게 함으로써, 반복사용에 따라 쐐기수용부(10)가 소모된 경우에도, 쐐기수용부(10)만을 독립적으로 교환할 수 있어, 주형 홀더(9)를 교환할 필요가 없고, 계속해서 재이용 가능하기 때문에, 주형 비용을 삭감하는 것이 가능해진다.

이 때 쐐기수용부(10)의 고정방법은, 예를 들면, 도 6에 나타내는 것처럼 주형 홀더(9)와 쐐기수용부(10)에 구멍가공을 실시하여, 그것에 꼭 들어맞는 지름의 쐐기수용부 고정부재(11)를 끼워서 고정시킨다.

혹은, 도 7의 쐐기부 둘레변의 확대 단면도에 나타내는 것처럼, 주형(1)의 각 측면부재(3)에 평행하게 배치된 4개 내지 더 많은 쐐기수용부(10)를, 하나 내지 복수의 개소에서 쐐기수용부 고정용 볼트(12)와 상하의 너트(13a, 13b)를 이용해서 끼우도록 고정시킨다. 도 7에 나타내는 구조로 함으로써, 보다 확실하게 쐐기수용부(10)가 주형 홀더(9)에 고정되고, 그 결과, 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 접합부분을 보다 확실하게 고정시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 복수의 쐐기수용부(10)를 주형 홀더(9)의 윗면에 대하여 착탈가능한 구조로 했을 때, 복수의 쐐기수용부(10)로부터 임의로 선택된 쐐기수용부(10a)는, 주형 홀더(9)의 윗면에 있어서, 바닥면부재(2)를 사이에 두고 마주보는 위치에 배치된 다른 쐐기수용부(10b)와의 간격이, 조절가능한 것이 바람직하다.

구체적으로는, 도 7에 나타내는 것처럼, 쐐기수용부 고정용 볼트(12)를 부착하기 위해서 주형 홀더(9)에 형성한 쐐기수용부 고정용 구멍부(14)의 내부 치수(D)를 쐐기수용부 고정용 볼트(12)의 외부 치수(E)보다 크게 하면 좋다. 이렇게 함으로써, 쐐기수용부(10)의 위치를 이들 내부 치수(D)와 외부 치수(E)로부터 정해지는 범위에서 조정하는 것이 가능해져, 마주보는 2개의 쐐기수용부끼리의 간격이 조정가능한 구조로 할 수 있다.

이렇게 쐐기수용부(10a, 10b)의 간격이 조정가능하기 때문에, 예를 들면 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 접합부분이나, 쐐기(8)와 쐐기수용부(10)가 접하는 면이 소모된 경우에 있어서도, 마주보는 2개의 쐐기수용부(10a, 10b)의 간격을 조정함으로써, 주형부재의 고정이 느슨해지지 않게 고정시키는 것이 가능해진다. 이 쐐기수용부 고정용 구멍부(14)의 내부 치수(D)는, 쐐기수용부 고정용 볼트(12)의 외부 치수(E)보다 5㎜이내의 범위에서 크게 하는 것이 바람직하다. 쐐기수용부 고정용 구멍부(14)의 내부 치수(D)가 쐐기수용부 고정용 볼트(12)의 외부 치수(E)보다 5㎜를 넘어서 커지면, 부재의 소모에 의해 발생하는 느슨함을 없애기 위해서 필요한 조정량 이상으로, 마주보는 2개의 쐐기수용부(10a, 10b)의 간격의 조정 폭이 커져, 쐐기수용부(10a, 10b)의 위치 결정이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다.

다음에, 본 발명에 따른 다른 주형의 구조에 대해서 설명한다.

도 8(a)은, 본 발명에 따른 주형을 나타내는 사시도이며, 도 8(b), 도 8(c)은, 또한 각각의 실시형태를 나타내는 평면도이다.

이 주형(1)은, 인접한 측면부재(3)끼리를 끼워 맞춰서 일체로 한 주형 측면부의 외주를 둘러싸도록 배치되고, 이들의 변위를 구속하는 테두리상부재(15)를 구비하고 있다.

이 테두리상부재(15)로 주형 측면부의 외주를 고정시킴으로써, 측면부재(3)끼리의 끼워 맞춤 강도가 커지고, 또 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 접합부분이 고정되기 때문에, 주형의 대형화, 박형화를 행할 수 있다. 또한, 테두리상부 재(15)를 사용하면, 주형(1)에의 부착, 떼어냄이 용이해서, 주형(1)의 조립 해체의 작업을 원활하게 행할 수 있다.

테두리상부재(15)는 도 8(b)과 같이 측면부재(3)의 전채 주위를 고정시키는 형상이여도 좋고, 도 8(c)과 같이 주형의 각부만을 고정시키는 형상이여도 좋다.

테두리상부재(15)의 재질은, 상술한 바와 마찬가지로, 가볍고 강도가 높은 탄소섬유 강화 탄소재료(C/C재) 등에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 그 두께(h)를 3~10㎜로 하면 취급이 용이하며 충분한 강도가 얻어진다.

또한, 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 팽창에 의해, 주형(1)의 측면부재(3)의 상단부 쪽이 넓어지기 쉽다. 특히, 주형(1)이 대형화, 박형화가 되면 그 영향도 크기 때문에, 테두리상부재(15)를 주형(1)의 상단부로부터 4㎝이내의 범위에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 도 4~도 7에 있어서 나타낸 주형 바닥부에 박아 넣은 쐐기(8)에 의한 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 고정과, 이 테두리상부재(15)에 의한 측면부재(3)끼리의 체결을 동시에 행하는 것으로 하면, 각각의 접합부가 확실하게 고정되기 때문에, 주형(1)을 더욱 대형화, 박형화를 행할 수 있으므로 바람직하다.

상술의 주형에서는, 테두리상부재(15)에 의해, 직접, 측면부재(3)를 누르도록 하고 있지만, 이하 설명하는 주형은, 주형(1)과 테두리상부재(15) 사이에 여유를 두고, 이 간극에 누름 지그(16)를 배치하여, 측면부재(3)의 변위를 구속하는 구조이다.

도 9, 도 11, 도 12는 이 구조에 따른 주형을 나타내는 도이며, 도 9(a)는 주형의 구성을 나타내는 사시도, 도 9(b)는 그 평면도이다. 도 11(a)은 다른 구조에 의한 주형의 구성을 나타내는 사시도, 도 11(b)은 그 평면도이다. 도 12(a)는 또 다른 구조의 주형을 나타내는 사시도, 도 12(b)는 그 평면도이다.

또한, 도 10(a)~(c)은, 도 11(a), (b)에 나타낸 본 발명에 따른 주형의 누름 지그의 예를 나타내는 사시도이다.

도 9에 나타내는 주형(1)은, 인접한 측면부재(3)끼리를 끼워 맞춰서 일체로 한 4개의 측면부재(3)의 외주를 둘러싸도록, 주형(1)과의 사이에 여유를 두고 배치된 테두리상부재(15)를 구비하고 있다. 그리고, 주형(1)의 인접한 측면부재(3)끼리에 의해 형성되는 외측 각부와 테두리상부재(15)의 간극에 누름 지그(16)가 배치되고, 이것에 의해 측면부재(3)의 변위를 구속하고 있다.

도 9에 나타낸 예에서는, 누름 지그(16)는 하나의 테두리상부재(15)에 대해, 4개소의 외측 각부에 있어서, 각각 2개씩 설치되어 있다. 이들 2개의 누름 지그(16)에 의해, 주형(1)의 각부를 형성하는 2개의 측면부재(3)를 각각 누르고 있다.

이렇게, 테두리상부재(15)는, 주형(1)의 측면부재(3)와의 사이에 여유를 두고 배치되어 있으므로, 주형(1)에의 부착이 용이하며, 또한 누름 지그(16)에 의해 주형(1)과 테두리상부재(15)가 확실하게 고정되기 때문에, 측면부재(3)를 박형화한 경우이여도, 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 팽창에 의한 주형(1)의 외측으로의 확대를 막을 수 있다.

또한, 누름 지그(16)를 떼어냄으로써, 용이하게 테두리상부재(15)를 주형(1) 으로부터 떼어내는 것이 가능해지고, 고정을 위해서 많은 나사 또는 볼트를 주형에 부착할 필요가 있었던 종래의 주형과 비교해서, 주형(1)의 조립 해체의 작업을 보다 원활하게 행할 수 있다.

또한, 고정때문에 측면부재(3)의 중앙부에 응력이 가해지면, 측면부재(3)가 내측으로 휘게 된다. 이 때문에, 실리콘 잉곳을 형성했을 때에 제품으로 되지 않는 단재부분이 증가하기 때문에 고가인 실리콘 원료를 여분으로 제거하지 않으면 안되어, 실리콘 잉곳의 제조비용이 상승하게 되어, 바람직하지 않다. 그러나, 도 9에 나타내는 것처럼, 누름 지그(16)를 주형(1)의 하나의 각부에 2개씩, 합계 8개 배치하여 고정시킴으로써, 테두리상부재(15)의 고정에 따른 응력은, 측면부재(3)의 단부, 특히 끼워 맞춤부(4)에 가해진다. 이 때문에, 확실하게 각각의 측면부재(3)를 고정시키면서, 측면부재(3)의 중앙부에 가해지는 응력을 경감시켜, 측면부재(3)의 내측으로의 휘어짐을 억제할 수 있다.

누름 지그(16)로서는, 쐐기형상으로 하는 것이 바람직하다. 가늘게 된 쪽을 주형(1)과 테두리상부재(15)의 간극에 삽입하고, 박아 넣어 고정시킴으로써, 보다 확실하게 주형(1)의 각각의 측면부재(3)를 유지할 수 있다. 또한, 누름 지그(16)의 박아 넣는 강도를 조절함으로써, 테두리상부재(15)의 고정의 강도를 조절하는 것도 가능해진다.

또한 누름 지그의 형상은, 도 10(a)~도 10(c)에 나타내는 것처럼, 1개의 부재로부터, 혹은 복수의 부재를 일체로 조립해서 이루어지는 것으로서, 주형(1)의 외측 각부를 구성하는 2개의 측면부재(3)의 외주면에, 각각 접촉하는 2개의 지그면 을 갖도록 하는 것이여도 좋다.

도 10(a)의 누름 지그(17)는, 2개의 지그면(17a, 17b)을 각각 구비한 일체형의 지그이다. 이 누름 지그(17)는, 도 11에 나타내는 것처럼, 주형(1)의 측면의 4개소의 외측 각부에 배치되고, 각부를 구성하는 2개의 측면부재(3)의 외주면에 대하여, 이들의 지그면(17a, 17b)이 각각 접촉하도록 구성되어 있다. 따라서, 주형(1)의 측면의 각부는, 하나의 누름 지그(17)로 유지되게 되어, 보다 균등한 힘으로 각부를 형성하는 측면부재(3)의 두 면을 누를 수 있다, 도 9의 경우에 비해서,한쪽만이 깊게 끼워져서, 주형(1)에 무리한 힘이 가해지는 일도 없고, 그 결과, 주형(1)의 변형이나 파손을 막아, 주형부재의 수명이 짧아지는 것을 막을 수 있다. 또한, 누름 지그(17)의 필요수는 4개로 되기 때문에, 도 9의 경우와 비교해서, 부재수를 줄일 수 있어, 고정·해체의 작업의 간략화, 부재 비용의 저감을 행할 수 있다.

또한, 도 10(b)에 나타내는 것처럼, 주형(1)의 외측 각부가 직접 누름 지그(18)에 닿지 않도록, 누름 지그(18)에 있어서, 이 외측 각부에 대응하는 개소에 도피홈(18a)을 형성한 구조로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 누름 지그(18)를 테두리상부재(15)로부터 부착하고, 떼어낼 때에, 주형(1)의 측면 각부가 누름 지그(18)와 직접 접하는 것을 막을 수 있으므로, 반복해서, 부착하고, 떼어내는 작업을 행해도, 파손되기 쉬운 주형(1)의 측면 각부의 변형이나 파손을 막을 수 있어, 주형(1)의 비용의 저감에 연결된다.

또한, 도 10(c)에 나타내는 것처럼, 일체형의 누름 지그(19)의 상부에 있어 서 광폭으로 된 광폭부(19a)를 형성해도 상관없다. 이러한 광폭부(19a)를 형성함으로써, 누름 지그(19)를 주형(1)과 테두리상부재(7)의 간극에 삽입하는 경우는 광폭부(19a)를 직접 밀 수 있다. 강하게 미는 경우는 광폭부(19a)를 두드려 밀어 넣으면 좋다. 또한 떼어낼 때에는 광폭부(19a)를 유지해서 빼낼 수 있는 등의 효과를 가지므로, 보다 작업성이 향상된다.

또한, 도 12(a), 도 12(b)에 나타내는 것처럼, 테두리상부재(15)의 내주부에, 마주보는 주형(1)의 4개의 측면부재(3)를 향해서, 돌출부(15a)를 형성하도록 해도 좋다. 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 팽창에 의해, 주형(1)의 측면부재(3)가 외측으로 휘지만, 주형(1)의 부재가 박형화되면 그 영향은 큰 것으로 된다. 여기에서, 테두리상부재(15)에 돌출부(15a)를 형성하면, 돌출부(15a)에 측면부재(3)의 외주면이 접촉하여, 그 움직임이 규제되기 때문에, 측면부재(3)의 외측으로의 휘어짐을 억제할 수 있다.

돌출부(15a)의 돌출량으로서는, 도 12(b)의 평면도에도 나타내는 것처럼, 주형(1)과 테두리상부재(15)의 간극의 폭과 거의 같다고 하면 좋다. 또한, 돌출부(15a)는, 측면부재(3)의 외주면의 대략 중앙부를 누르도록 하는 것이 바람직하다. 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 팽창에 의해, 특히 측면부재(3)의 중앙부(H)에서의 변위가 현저하게 되기 때문이다.

또한, 상술의 실시형태에 있어서, 테두리상부재(15)에 형성한 돌출부(15a)로서, 각각의 1장의 측면부재(3)당 1개소와 접하도록 한 예에 의해 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 2개 내지 3개 이상의 복수의 테두리상부재(15)에 각각 돌출부(15a)를 형성하여, 1장의 측면부재(3)와 복수개소에서 접하도록 해도 좋다. 테두리상부재(15)가 2개인 경우는, 상하의 테두리상부재(15)에 형성한 돌출부(15a)를 각각 연결해서 생긴 직선이 중앙부(H)를 지나도록 하고, 테두리상부재(15)가 3개 이상인 경우는, 3개의 테두리상부재(15)에 형성한 돌출부(15a)의 각각을 연결해서 된 도형의 내부에, 중앙부(H)가 포함되도록 하면, 중앙부(H)의 변위를 각각의 돌출부(15a)에 의해 효과적으로 누를 수 있으므로 바람직하다.

또한, 1장의 측면부재(3)에 대하여, 하나의 테두리상부재(15)의 돌출부(15a)가 2개소 이상으로 접하도록 해도 좋다.

또한, 누름 지그(16~19)의 재질은, 가볍고 강도가 높은 탄소섬유 강화 탄소재료(C/C재) 등에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 누름 지그(16~19)는, 주형(1)의 측면부재(3)의 외주면과 접하는 면은 평면이며, 테두리상부재(15)와 접하는 면은 일정한 경사를 갖는 쐐기형상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 실리콘 융액의 냉각고화에 따른 팽창에 의해, 본 발명의 구성상, 주형(1)의 측면부재(3)의 상단부쪽이 넓어지기 쉽다. 특히, 주형(1)이 대형화, 박형화가 되면 그 영향도 크기 때문에, 테두리상부재(15)를 주형(1)의 상단부로부터 4㎝이내의 범위에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 도 4~도 7에 있어서 나타낸 주형 바닥부에 박아 넣은 쐐기(8)에 의한 바닥면부재(2)와 각 측면부재(3)의 고정과, 상기 테두리상부재(15)에 의한 측면부재(3)끼리의 체결을 동시에 행함으로써, 각각의 접합부가 확실하게 고정되기 때문에, 주형(1)을 더욱 대형화, 박형화를 행할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 테두리상부재(15)를 이용하는 경우, 도 13(a), 도 13(b)에 나타내는 것처럼, 끼워 맞춘 측면부재(3)의 볼록부와 인접하는 다른 측면부재(3)의 오목부가 접촉하는 면인 끼워 맞춤면(4a)의 위치에서 테두리상부재(15)를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 이 끼워 맞춤면(4a)이란, 끼워 맞춤부(4)를 구성하는 면 중, 바닥면부재(2)의 바닥면에 대하여 대략 수평인 면을 가리킨다. 이렇게 함으로써, 테두리상부재(15)의 고정에 따라 측면부재(3)에 응력이 크게 가해져도, 측면부재(3)의 휘어짐을 막을 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 실시형태에 따른 주형(1)의 사용방법을 설명한다.

주형(1)을 사용함에 있어서는, 바닥면부재(2)와 측면부재(3)로 구성되는 주형 내표면부와 4개의 모퉁이부와 8개의 능선부로 이루어지는 걸림부에 이형재를 설치해 두는 것이 바람직하다.

이 이형재는, 예를 들면, 질화규소(Si₃N₄)의 분체를 PVA(폴리비닐알코올)수용액으로 혼합해서 주형(1)의 내면에 도포함으로써 형성할 수 있다. PVA수용액 등으로 혼합함으로써, 분체인 질화규소가 슬러리상으로 되어, 주형(1)에 도포하기 쉬워진다. 질화규소의 분체로서는, 0.4~0.6㎛정도의 평균 입경을 갖는 것이 이용된다. 이러한 질화규소를 농도가 5~15중량% 정도의 폴리비닐알코올 수용액에 혼합해서 슬러리상으로 하고, 주걱, 솔, 디스펜서 등으로 도포한다. 또한, 질화규소와 이산화규소의 분체를 혼합한 것을, 도포해도 좋다.

이러한 이형재를 설치함으로써, 실리콘 융액이 응고된 후에 주형(1)의 내벽 과 실리콘 잉곳이 융착하는 일이 적어져, 주형을 몇회나 반복해서 사용할 수 있다. 또한, 바닥면부재(2)나 측면부재(3)의 걸림부가, 하기 제 3공정에 있어서 추가해서 도포된 이형재에 의해, 더욱 확실하게 밀봉되기 때문에, 실리콘의 융액의 누설이 적어진다.

구체적인 이형재의 형성방법은, 다음에 나타내는 3개의 공정을 거쳐서 행하는 것이 바람직하다. 제 1공정으로서, 바닥면부재(2) 및 4개의 측면부재(3)의 표면에, 상술한 바와 같이 해서 슬러리상으로 한 이형재 슬러리를 도포·건조시킨다. 다음에, 제 2공정으로서, 바닥면부재(2)를 바닥면으로 해서 4개의 측면부재(3)를 세워 설치하고, 이형재를 도포한 면이 내측으로 되도록 상자형으로 조립한다. 그리고 제 3공정으로서, 바닥면부재(2)와 측면부재(3)로 구성되는 4개의 모퉁이부와 8개의 능선부로 이루어지는 걸림부에 이형재를 예를 들면 디스펜서 등으로 추가해서 도포한다.

이러한 3개의 공정에 의해 행하면, 주형(1)을 조립하기 전에, 각 주형부재에 이형재를 도포하고, 주형(1)의 형상으로 조립한 후, 각 주형부재의 접합부분에 대해서만, 이형재를 추가해서 도포하는 것만으로 좋으므로, 작업이 비약적으로 간소화되어 작업효율이 대폭 향상된다.

이렇게 해서 본 발명에 따른 주형을 실현할 수 있다.

종래에 있어서는 주형부재에 나사나 볼트 등을 부착하기 위한 추가공정을 행할 수 있는 소재에 한정되어, 흑연재료가 이용되어 왔다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 상기와 같은 복잡한 가공을 행할 필요가 없어, 주형부재의 구조가 대폭 간소 화될 수 있기 때문에, 흑연재료에 한정되지 않고, 용융 실리카, 질화규소, 탄화규소 등 각종의 내화물을 이용하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 실시형태는 상술의 예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러가지 변경을 추가할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들면, 상술의 설명에서는, 실리콘 융액을 유지해서 다결정 실리콘을 응고시키는 예에 의해 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 다른 재료이여도 같은 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 주형의 바닥부에 단결정 실리콘을 소정의 방향으로 유지한 것을 발단으로 해서, 실리콘 융액으로부터 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시키도록 해도 좋다. 또한, 캐스팅법을 이용하는 주조법이면, 반도체 비금속재료에 한정되는 것도 아니고, 금속재료이여도 상관없다.

또한, 주형(1)의 외주에, 그래파이트 펠트 등의 주성분을 카본으로 하는 재질이나, 특히 그 표면을 카본의 분체로 코팅처리를 행한 주형 단열재(도시하지 않음) 등을 배치해도 좋다. 이들의 부재를 쐐기(8)와 쐐기수용부(10) 사이나, 쐐기(8)와 측면부재(3) 사이에 개재시켜도 상관없다. 혹은, 테두리상부재(15)와 측면부재(3) 사이에 개재시켜도 상관없다. 이러한 주형 단열재는, 후술하는 바와 같이 다결정의 실리콘 잉곳을 얻기 위한 캐스팅법에 있어서, 주형(1)의 측면을 단열하여, 한방향 응고시키는 것에 이용된다.

다음에, 캐스팅법에 의한 잉곳의 주조방법 및 이 실리콘 잉곳으로부터 다결정 실리콘 기판을 얻는 다결정 실리콘 기판의 제조방법을 설명한다.

다결정 실리콘 기판은 일반적으로 캐스팅법으로 불리는 방법으로 제조된다. 이 캐스팅법이란, 이형재를 도포한 주형 내의 실리콘 융액을 냉각고화시킴으로써 다결정의 실리콘 잉곳을 형성하는 방법이다. 이 실리콘 잉곳의 단부를 제거하여, 소정의 크기로 절단해서 잘라내고, 잘라낸 잉곳을 소정의 두께로 슬라이스해서 태양전지를 형성하기 위한 다결정 실리콘 기판을 얻는다.

캐스팅법을 실시하기 위해서는, 예를 들면 도 14의 실리콘 주조장치를 이용한다. 도 14에 있어서 (21a)는 용해 도가니, (21b)는 유지 도가니, (22)는 주탕구, (1)은 본 발명의 주형, (24)는 가열수단, (25)는 실리콘 융액을 나타낸다.

실리콘 원료를 용융하기 위한 용해 도가니(21a)가 유지 도가니(21b)에 유지되어 배치되고, 용해 도가니(21a) 위 가장자리부에는 용해 도가니(21a)를 기울여서 실리콘 융액을 주탕하기 위한 주탕구(22)가 형성된다. 또한, 용해 도가니(21a), 유지 도가니(21b)의 주위에는 가열수단(24)이 배치되고, 용해 도가니(21a), 유지 도가니(21b)의 하부에는 실리콘 융액이 부어 넣어지는 주형(1)이 배치된다. 용해 도가니(21a)는 내열성능과 실리콘 융액 중에 불순물이 확산되지 않는 것 등을 고려해서, 예를 들면 고순도의 석영 등이 이용된다. 유지 도가니(21b)는, 석영 등으로 된 용해 도가니(21a)가 실리콘 융점 근방의 고온에서 연화되어 그 형상을 유지할 수 없게 되기 때문에, 이것을 유지하기 위한 것이며, 그 재질은 그래파이트 등이 이용된다. 가열수단(24)은, 예를 들면 저항가열식의 히터나 유도가열식의 코일 등이 이용된다.

용해 도가니(21a), 유지 도가니(21b)의 하부에 배치된 주형(1)은, 그 내측에 상술한 이형재(도시하지 않음)를 도포해서 이용된다. 또한, 이 주형(1)의 둘레에는 열 빼앗김을 억제하기 위해서 주형 단열재(도시하지 않음)가 설치된다. 주형 단열재는 내열성, 단열성 등을 고려해서 카본계의 재질이 일반적으로 이용된다. 또한, 주형(1)의 아래쪽에는 주탕된 실리콘 융액을 냉각·고화시키기 위한 냉각판(도시하지 않음)이 설치되는 경우도 있다. 또한, 이들은 모두 밀폐 챔버(도시하지 않음) 내에 배치된다.

도 14에 나타내어지는 실리콘 주조장치를 사용해서 실리콘 잉곳을 제작하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 용해 도가니(21a) 내에 실리콘 원료를 투입하고, 가열수단(24)에 의해 용해 도가니(21a) 내의 실리콘 원료를 용해시켜, 완전히 융액(25)으로 된 후에 도가니를 기울여서 용해 도가니(21a) 위 가장자리부에 있는 주탕구(22)로부터 하부에 설치되어 있는 주형에 실리콘 융액이 주탕된다. 주탕 후는, 주형 내의 실리콘을 바닥부로부터 냉각해서 한방향으로 응고시킨 후, 로 바깥으로 꺼내지는 온도까지 온도제어하면서 서냉하고, 최종적으로 로 바깥으로 꺼내어 주조가 완료된다.

상기 방법은, 주형(1) 중에 완전히 융액으로 된 실리콘 원료를 용해시켜, 주탕하고, 주탕 후에는, 주형 내의 실리콘을 바닥부로부터 냉각해서 한방향으로 응고시키는 주탕법으로 불리는 방법이다. 이것과는 달리 주형(1) 중에 실리콘 원료를 투입하여, 주형(1) 중에서 용해시키고, 용해시킨 실리콘을 바닥부로부터 냉각해서 응고시키는 주형 내 용해법을 채용해도 좋다. 이 주형 내 용해법에서는, 주형(1) 내에서 균일하게 재료를 용해시켜서 재료의 용융체를 형성한 후, 주형의 대좌 중에 냉각 매체(물이나 냉매가스 등)를 통과시킴으로써, 주형(1)의 바닥부로부터 발열을 행하여, 이 용융체를 주형(1)의 바닥부로부터 한방향 응고를 실현할 수 있다.

상술한 캐스팅법에 의해 제조된 다결정 실리콘의 잉곳의 단재를 잘라 떨어뜨리고, 소정의 치수로 절단해서 반도체 잉곳(31)을 형성한다. 그리고, 이 반도체 잉곳(31)을 에폭시계 등의 접착제로 유리나 카본재 혹은 수지제의 슬라이스 베이스(33)에 접착시킨 후, 반도체 잉곳(31)을 와이어소 장치로 복수장으로 절단해서 형성한다.

반도체 잉곳(31)은, 슬라이스 베이스(33)에 접착되고, 윗쪽의 몇개소로부터 숫돌입자 슬러리로 불리는 오일 또는 물에 SiC 등의 숫돌입자가 혼합된 절삭액을 공급하면서, 지름 약 100~300㎛의 피아노선 등으로 이루어지는 1개의 와이어(35)로 절단한다.

메인롤러(38)상에는 일정 간격으로 되도록 나선상의 홈이 형성되어 있다. 그리고, 와이어(35)는, 와이어 공급 릴로부터 꺼내져, 메인롤러(38)상의 홈에 들어맞도록 감아지고 소정의 간격으로 대략 평행하게 배치되어 있다.

이렇게 와이어(35)를 배치한 2개의 메인롤러(38)를 회전시킴으로써, 이들 메인롤러(38) 사이에 배치된 복수개의 와이어(35)는 고속으로 이동주행한다. 그리고, 복수의 반도체 잉곳(31)을 와이어(35)를 향해서 서서히 하강시켜서 누름으로써, 반도체 잉곳(31)은 절단되어, 와이어(35)의 간격에 대응된 두께를 갖는 반도체 기판 이 제작된다.

이 와이어소 장치에 의한 절단에서는, 다수의 반도체 잉곳(31)을 동시에 절단할 수 있고, 또 외주인이나 내주인 등을 사용하는 다른 절단방법과 비교해서 절단 정밀도가 높고, 또한 사용하고 있는 와이어가 가늘기 때문에 절단로스를 적게 할 수 있다는 이점이 있다.

이 방법에 의해 제조된 다결정 실리콘 기판은, 반복사용을 견디고, 또한 조립 해체의 작업이 간단한 주형(1)을 이용해서 제조된 실리콘 잉곳으로부터 얻어지는 것이며, 저비용화를 기대할 수 있다.

<실시예 1>

도 17에 나타내는 종래예의 주형과, 도 7에 나타내는 본 발명의 구조에 있어서의 주형을 비교했다.

종래예에 있어서는, 질화규소로 이루어지는 이형재를 두께 2㎜ 도포한 흑연으로 이루어지는 1개의 바닥면부재(두께 20㎜)와 4개의 측면부재(두께 20㎜)를 상자형으로 조립하고, 32개의 조립용 나사(φ5㎜×길이 40㎜)로 고정시켜, 주형(내부 치수 220㎜×220㎜×높이 250㎜)을 얻었다.

얻어진 주형 내부에 22kg의 실리콘 융액을 주탕하고, 100Torr로 감압한 아르곤(Ar) 분위기 중에서 주형 상부를 1460℃로 가열하고, 주형 바닥면부로부터 서서히 강온시켜서 실리콘 융액을 한방향으로 응고시켜, 높이 약 200㎜의 실리콘 잉곳을 얻었다.

본 발명의 실시예에서는, 질화규소로 이루어지는 이형재를 두께 2㎜ 도포한 흑연으로 이루어지는 1개의 바닥판(두께 20㎜)과 4개의 측면부재(두께 20㎜)를 주형 고정용 홀더상에서 상자형으로 조립하고, 도 7에 나타내는 것처럼 쐐기(8)로 고정시켜, 주형(내부 치수 220㎜×220㎜×높이 250㎜)을 얻었다.

상기 2개의 방법에 의해 주조를 각각 10회 반복해서, 주형의 조립 작업시간, 실리콘 융액의 누설의 유무, 부재의 소모의 상황을 비교했다.

종래예에서는, 평균적인 주형의 조립시간은 15분. 실리콘 융액 누설 1회, 주형 고정용 나사의 파단 및 나사산의 소모에 의한 교환 22개, 바닥판 및 측판에 가공된 나사산의 소모에 의한 교환 7장, 바닥판 및 측판에 가공된 나사 부착용의 구멍부에 파단된 나사가 메워진 것에 따른 교환 4장이였다.

한편 본 발명에 있어서는, 평균적인 주형의 조립시간 4분. 실리콘 누설은 한번도 발생하지 않아, 10회의 주조 후에도 모든 부재가 사용가능한 상태였다.

<실시예 2>

도 17에 나타내는 종래의 주형과, 도 13에 나타내는 본 발명의 구조에 있어서의 주형을 비교했다.

종래예에 있어서는, 질화규소로 이루어지는 이형재를 두께 2㎜ 도포한 흑연으로 이루어지는 1개의 바닥면부재(두께 20㎜)와 4개의 측면부재(두께 20㎜)를 상 자형으로 조립하고, 40개의 조립용 나사(φ5㎜×길이 40㎜)로 고정시켜, 주형(내부 치수 350㎜×350㎜×높이 350㎜)을 얻었다.

얻어진 주형 내부에 85kg의 실리콘 융액을 주탕하고, 100Torr로 감압한 아르곤(Ar) 분위기 중에서 주형 상부를 1460℃로 가열하고, 주형 바닥면부로부터 서서히 강온시켜서 실리콘 융액을 한방향으로 응고시켜, 높이 약 300㎜의 실리콘 잉곳을 얻었다.

본 발명의 실시예에서는, 질화규소로 이루어지는 이형재를 두께 2㎜ 도포한 흑연으로 이루어지는 1개의 바닥판(두께 10㎜)과 4개의 측면부재(두께 2㎜)를 주형 고정용 홀더상에서 상자형으로 조립하고, 도 7에 나타내는 것처럼 쐐기(8)로 고정시켜, 주형(내부 치수 350㎜×350㎜×높이 350㎜)을 얻었다.

그리고, 측면부재의 볼록부와 오목부의 끼워 맞춤면(4a)상에 테두리상부재(15)를 설치하고, 측면부재(3)의 최상부에 위치하는 볼록부 또는 오목부의 높이, 즉 도 1에 나타낸 거리(d)를 0.5~10㎝의 범위에서 변경했다.

얻어진 주형 내부에 85kg의 실리콘 융액을 주탕하고, 100Torr로 감압한 아르곤(Ar) 분위기 중에서 주형 상부를 1460℃로 가열하고, 주형 바닥면부로부터 서서히 강온시켜서 실리콘 융액을 한방향 응고시켜, 높이 약 300㎜의 실리콘 잉곳을 얻었다.

상기 2개의 방법에 의해 주조를 각각 10회 반복하여, 실리콘 융액의 누설의 유무, 부재의 소모의 상황을 비교했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

종래예에서는, 실리콘 융액 누설 3회, 주형 고정용 나사의 파단 및 나사산의 소모에 의한 교환, 바닥판 및 측판에 가공된 나사산의 소모에 의한 교환, 바닥판 및 측판에 가공된 나사 부착용의 구멍부에 파단된 나사가 메워진 것에 따른 교환에 의해, 10회 중 8회의 교환을 필요로 했다.

한편, 본 발명에 있어서는, 최적의 조건인 측면부재(3)의 최상부에 위치하는 볼록부 또는 오목부의 높이, 즉 도 1에 나타낸 거리(d)가 1~4㎝인 경우, 실리콘 융액의 누설은 없고, 부재의 교환도 필요로 하지 않았다. 또한, 최상부의 볼록부, 오목부의 높이가 8㎝인 경우, 주형부재의 휘어짐 변형에 의해 교환이 1회 필요했지만, 실리콘 융액의 누설은 발생하지 않았다. 또한, 최적의 조건 이외의 0.5㎝, 10㎝인 경우는, 교환이 필요했지만, 종래구조에 비해서 부재의 교환의 회수가 감소하여, 발명의 효과가 확인되었다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 구조에 있어서, 주형의 대형화, 박형화가 가능한 것을 확인할 수 있었다.

Claims

바닥면부재와, 상기 바닥면부재에 접촉하는 4개의 측면부재를 조합해서 이루어지는 주형으로서,

상기 각 측면부재의 측변부에, 인접하는 측면부재끼리를 끼워 맞추기 위한 오목부와 볼록부를 포함하는 끼워 맞춤 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항에 있어서, 상기 끼워 맞춤 구조는 하나의 측면부재의 볼록부와 인접하는 다른 측면부재의 오목부가 끼워 맞춰지는 구조이며,

상기 끼워 맞춤 구조는 상기 바닥면부재의 바닥면에 대하여 대략 수평인 1개 이상의 끼워 맞춤면을 포함하고, 상기 끼워 맞춤면 중 상기 측면부재의 상변부에 가장 가까운 것과 상기 상변부의 거리가 1㎝이상 8㎝이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 측면부재의 양측의 측변부에 형성된 끼워 맞춤 구조의 형상은, 상기 측면부재의 중심선을 기준으로 해서 비대칭의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 주형.
제 3항에 있어서, 상기 측면부재의 양측의 측변부에 형성된 끼워 맞춤 구조의 형상은 점대칭의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바닥면부재는 그 윗면에, 사각형상의 바닥면 중앙부와 바닥면 외주부로 분할하기 위한 폐쇄된 홈을 갖는 것이며,

상기 4개의 측면부재의 바닥변부는 상기 4개의 측면부재를 조합해서 이루어지는 상태로, 상기 바닥면 중앙부를 둘러싸도록, 상기 바닥면부재의 홈에 끼워서 장착되는 것이며,

상기 바닥면부재의 홈에 끼워서 장착된 상기 4개의 측면부재의 외주면과, 상기 바닥면 외주부의 간극에, 쐐기부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바닥면부재는 사각형상이며,

상기 4개의 측면부재는 상기 바닥면부재의 측면에 접촉하는 것이며,

상기 조합해서 이루어지는 바닥면부재와 4개의 측면부재를 설치하기 위한 주형 홀더;

상기 주형 홀더의 윗면에 배치된 복수의 쐐기수용부; 및

상기 바닥면부재를 둘러싸서 세워 설치된 상기 4개의 측면부재의 외주면과, 상기 복수의 쐐기수용부의 간극에 배치된 쐐기부재를 구비한 것을 특징으로 하는 주형.
제 6항에 있어서, 상기 쐐기수용부는 상기 주형 홀더의 윗면에 대하여 착탈가능한 것을 특징으로 하는 주형.
제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 복수의 쐐기수용부로부터 선택된 소정 쐐기수용부와, 상기 주형 홀더의 윗면에 있어서, 상기 조합해서 이루어지는 바닥면부재와 4개의 측면부재를 사이에 두고 마주보는 위치에 배치된 다른 쐐기수용부의 간격이 조절가능한 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 상기 측면부재끼리를 끼워 맞춰서 일체로 한 상기 4개의 측면부재의 외주를 둘러싸도록 배치되고, 이들 측면부재의 변위를 구속하기 위한 테두리상부재를 구비한 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 상기 측면부재끼리를 끼워 맞춰서 일체로 한 상기 4개의 측면부재의 외주를 둘러싸도록, 또한, 상기 4개의 측면부재와의 사이에 여유를 두고 배치된 테두리상부재를 구비하고,

상기 테두리상부재와, 상기 인접한 상기 측면부재끼리에 의해 형성되는 4개의 외측 각부의 간극에 배치되고, 상기 4개의 측면부재의 변위를 구속하기 위한 누름 지그를 구비한 것을 특징으로 하는 주형.
제 10항에 있어서, 상기 누름 지그는 상기 주형의 상기 외측 각부를 구성하는 2개의 상기 측면부재의 외주면에, 각각 접촉하는 2개의 지그면을 갖는 것을 특징으로 하는 주형.
제 11항에 있어서, 상기 누름 지그는 상기 주형의 상기 외측 각부가 직접 닿지 않도록, 이 외측 각부에 대응되는 개소에 도피홈을 형성한 것을 특징으로 하는 주형.
제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테두리상부재는 그 내주부에 마주보는 상기 측면부재에 접촉하고, 그 변위를 구속하기 위한 돌출부를 형성한 것을 특징으로 하는 주형.
제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 끼워 맞춤 구조는 하나의 측면부재의 볼록부와 인접하는 다른 측면부재의 오목부가 끼워 맞춰져서 접촉하는 동시에 상기 바닥면부재의 바닥면에 대하여 대략 수평인 1개 이상의 끼워 맞춤면을 포함하고, 상기 테두리상부재는 이들 끼워 맞춤면의 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바닥면부재와 상기 측면부재로 구성되는 주형 내면부와, 상기 바닥면부재와 측면부재의 걸림부인 4개의 모 퉁이부, 상기 측면부재끼리의 걸림부인 8개의 능선부에 적용된 이형재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 주형.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 주형을 형성하기 위한 방법으로서,

1개의 바닥면부재 및 4개의 측면부재의 표면에 이형재를 도포·건조시키는 제 1공정;

상기 바닥면부재를 바닥면으로 해서 상기 4개의 측면부재를 세워 설치하고, 상기 이형재를 도포한 면이 내측으로 되도록 상자형으로 조립하는 제 2공정; 및

상기 바닥면부재와 상기 측면부재로 구성되는 4개의 모퉁이부와 8개의 능선부로 이루어지는 걸림부에 이형재를 추가해서 도포하는 제 3공정을 갖는 것을 특징으로 하는 주형의 형성방법.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 주형을 이용해서 실리콘 잉곳을 제조하고, 이 실리콘 잉곳으로부터 다결정 실리콘 기판을 얻는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 기판의 제조방법.