冷却体、ならびにそれを用いる析出板製造装置および析出板の製造方法
【課題】 冷却体の表面に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成する際に、冷却体表面に均一な厚みの析出板を形成することができる冷却体、ならびにそれを用いる析出板製造装置および析出板の製造方法を提供する。
【解決手段】 冷却体１を構成する基体部２１の一方の表面部２１ａを、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する傾斜部分を有するように、たとえば凹曲面状に形成する。冷却体１を用いることによって、たとえば、溶湯の表面が凸状になる場合であっても、溶湯に浸漬されている時間を冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２１ａ全体にわたって均一にすることができる。したがって、基体部２１の一方の表面部２１ａに形成される析出板の厚みを均一にすることができる。
【解決手段】 冷却体１を構成する基体部２１の一方の表面部２１ａを、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する傾斜部分を有するように、たとえば凹曲面状に形成する。冷却体１を用いることによって、たとえば、溶湯の表面が凸状になる場合であっても、溶湯に浸漬されている時間を冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２１ａ全体にわたって均一にすることができる。したがって、基体部２１の一方の表面部２１ａに形成される析出板の厚みを均一にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯素材を溶湯とし、この溶湯に冷却体を浸漬することによって、溶湯素材を冷却体の表面に凝固成長させて析出板を製造する析出板製造装置および析出板の製造方法、ならびにそれに用いる冷却体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する負荷を軽減するべく、化石燃料を用いる火力発電以外の種々の発電方法、たとえば風力発電、波力発電、太陽光発電などが試みられている。その中でも、最も注目され、実用化の先端に位置付けられているのが太陽光発電である。太陽光発電では、半導体材料で形成される太陽電池に太陽光を照射し、半導体界面の光起電力効果を利用して電気を発生させる。太陽電池には、その素材として多結晶シリコンが用いられる。多結晶シリコンはシート状に形成されて使用される。
【０００３】
多結晶シリコンを製造する代表的な方法としては、不活性ガス雰囲気下において、リン（元素記号Ｐ）またはボロン（元素記号Ｂ）などのドーパントを添加した高純度シリコンを坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、多結晶シリコンインゴットを得る鋳造法がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
太陽電池に使用されるシート状シリコン（以下、シリコンシートとも称する）は、このようにして得られる多結晶シリコンインゴットを、バンドソーなどでより小さなブロックに切断し、さらにワイヤソーまたは内周刃法などでシート状に切断（スライス）することによって製造される。
【０００５】
この製造方法では、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、多結晶シリコンインゴットをシリコンシートの外形ブロックサイズに切断する切断工程と、所望の厚みのシートにスライスするスライシング工程とが必要であり、製造工程が煩雑である。また、スライシング工程では、ワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料損失が生じるので、太陽電池の製造原価の低減を図る上で大きな障害になる。
【０００６】
このような問題を解決するために、前述の切断工程およびスライシング工程を経ることなく、シリコンシートを製造する技術が提案されている。たとえば、シリコンを溶融させて溶湯とし、この溶湯に冷却体を浸漬し、冷却体の一方の表面部にシリコンを付着させて凝固析出させることによって、シリコンシートなどの析出板を製造する析出板製造装置が提案されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【０００７】
以下、従来技術による析出板製造装置について、本発明に係る析出板製造装置を説明するための図であるけれども、後述する図５〜７および図９を用いて説明する。析出板製造装置１０を用いて、析出板３０としてたとえばシリコンシート３０を製造する際には、冷却体１を冷却体浸漬手段１３によって坩堝１９内に収容されるシリコンの溶湯１８に浸漬した後引上げる。これによって、溶融したシリコンの一部が冷却体１で冷却されて冷却体１の一方の表面部に凝固析出し、シリコンシート３０が形成される。形成されたシリコンシート３０は、さらに冷却された後、冷却体１から剥離される。
【０００８】
従来技術では、本発明に係る冷却体１に代えて、図１６に示す冷却体６０が用いられる。図１６は、従来の冷却体６０の構成を簡略化して示す斜視図である。図１６（ａ）は冷却体６０を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１６（ｂ）は冷却体６０を冷却体浸漬手段１３に保持される側の反対側、すなわち溶湯１８に臨む側から見て示す斜視図である。冷却体６０は、基体６１と突起部６２とを含む。冷却体６０の溶湯１８に浸漬される面、すなわち基体６１の一方の表面部６１ａは、厚み方向に垂直な仮想平面に平行に形成される。冷却体６０は、矢符３７方向に搬送されて溶湯１８に浸漬される。
【０００９】
シリコンシートは、融解されたシリコンを冷却体で冷却して凝固析出させることによって製造されるので、シリコンシートには、凝固析出過程およびその後の冷却過程における急激な温度変化で生じる内部応力が内包される。このため、シリコンシートは、搬送時の振動などによって破壊するおそれがある。
【００１０】
この内部応力によるシリコンシートの破壊は、シリコンシートの寸法が小さい場合には大きな問題とはならない。たとえば、シリコンシートが、一辺が１００ｍｍ以下の矩形状である場合には、内部応力による破壊はほとんど発生しない。
【００１１】
しかしながら、これよりも寸法の大きいシリコンシートの場合には、内部応力による破壊が比較的高い確率で発生する。最近では、太陽電池用シリコンシートの寸法は大きくなる傾向にあり、たとえば、一辺が１５０ｍｍ程度の矩形状のシリコンシートが用いられるようになってきており、内部応力によるシリコンシートの破壊が問題となっている。寸法の大きいシリコンシートにおいて内部応力による破壊が発生しやすいのは、厚みが均一でなく、相対的に厚みの小さい部分が部分的に存在するので、その厚みの小さい部分に応力が集中するためであると推察される。
【００１２】
寸法の大きいシリコンシートで厚みが不均一になる原因としては、以下の２つが挙げられる。第１の原因としては、溶湯の表面温度が分布を有することが挙げられる。図５に示す析出板製造装置１０において、溶解炉１４として、高周波誘導方式の加熱炉（以後、単に高周波誘導加熱炉とも称する）１４を用いる場合、図６に示すように、坩堝１９内の溶湯１８の表面温度は、坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８表面が最も高く、溶湯１８の表面中央部１８ａが最も低くなることが多い。
【００１３】
このような表面温度分布を有する溶湯１８に、前述の図１６に示す従来の冷却体６０を浸漬すると、表面温度が最も低い溶湯１８の表面中央部１８ａ付近に浸漬される冷却体６０の中央部付近では、表面温度が相対的に高い領域の溶湯１８に浸漬される冷却体６０の両端部に比べて、より短時間で溶湯１８が凝固点まで冷却される。このため、冷却体６０の中央部付近では、他の部分に比べてより多くの溶湯１８が析出し、形成されるシリコンシート３０の厚みが大きくなる。前述のように一辺が１５０ｍｍ以上という寸法の大きいシリコンシートを作製する場合には、それに対応して寸法の大きい冷却体が用いられるので、この溶湯１８の表面温度分布の影響が無視できないレベルとなり、厚みの不均一性が顕著になると推察される。
【００１４】
第２の原因としては、溶湯１８の表面高さが均一でない、すなわち溶湯１８の表面形状が平坦でないことが挙げられる。坩堝１９内の溶湯１８の表面高さは、図７に示すように、坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８表面が最も低く、溶湯１８の表面中央部１８ａが最も高くなることが多い。このように表面が凸状である溶湯１８に対して、図１６に示す従来の冷却体６０を浸漬すると、表面高さが相対的に高い溶湯１８の表面中央部１８ａ付近に浸漬される冷却体６０の中央部付近では、表面高さが相対的に低い坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８に浸漬される両端部付近に比べて、溶湯１８に浸漬されている時間が長くなる。このため、冷却体６０の中央部では、他の部分に比べて、より多くの溶湯１８が凝固析出し、形成されるシリコンシート３０の厚みが大きくなる。前述のように寸法の大きいシリコンシートを作製する場合には、冷却体６０の寸法も大きくなるので、溶湯の表面形状の影響を受けやすくなり、厚みの不均一性が増大するものと推察される。
【００１５】
坩堝１９内の溶湯１８の表面温度および表面高さは、溶湯１８の表面中央部１８ａが極値になるとは限らず、坩堝１９の側面部近傍で極値を取ることがある。たとえば、溶湯１８の表面高さが図９に示すように坩堝１９の側壁部近傍で極大値を取る場合、シリコンシート３０は、外方に露出する表面部が冷却体６０の浸漬される面に対して傾斜するように形成される。すなわち、冷却体６０に析出するシリコンシート３０の厚みは、溶湯１８の表面中央部１８ａに浸漬される冷却体６０の中央部で最も大きくなるのではなく、表面高さが極大となる坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８に浸漬される冷却体６０の一端部から他端部に向かって全体に傾斜した厚み分布となる。このため、溶湯１８の表面高さが溶湯１８の表面中央部１８ａで極大となる場合よりも、厚みのばらつきが大きくなる。特に、寸法の大きいシリコンシート３０を作製する場合には、冷却体６０の寸法が大きくなるので、厚みのばらつきが一層大きくなる。
【００１６】
以上に述べたように、従来の冷却体６０を用いた場合、均一な厚みのシリコンシートを製造することは困難である。この厚みの不均一性は、冷却体の寸法が大きくなるほど、すなわち作製するシリコンシートの寸法が大きくなるほど顕著になり、シリコンシートの内部応力による破壊（以後、自壊とも称する）が生じやすくなる。特に、生産性向上の観点から１個の冷却体を用いて複数枚のシリコンシートを同時に作製する場合には、１枚のシリコンシートを作製する場合よりも冷却体の寸法が大きくなるので、厚みの不均一性が顕著であり、シリコンシートの自壊が発生しやすい。
【００１７】
シリコンシートの自壊を防ぎ、製造歩留を向上させる方法としては、析出させるシリコンシートの平均厚みを大きくし、シリコンシートの強度を高める方法が考えられるけれども、この方法では、材料の使用効率が低下し、製造原価が上昇する。特に、１個の冷却体で複数枚のシリコンシートを同時に作製する場合には、冷却体の寸法に対応して坩堝の寸法を大きくする必要があるので、材料の使用効率の低下が著しく、製造原価が大幅に上昇することになる。また、坩堝の寸法を大きくすることは、装置の製造原価の上昇および坩堝の加熱に使用する消費電力量の増大などの問題から実現困難である。
【００１８】
【特許文献１】特開平６−６４９１３号公報（第４頁，第１図）
【特許文献２】特開平１０−２９８９５号公報（第３−４頁，第１図）
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報（第５頁，第７図）
【特許文献４】特開２００３−５９８４９号公報（第６−７頁，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、冷却体の表面に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成する際に、冷却体表面に均一な厚みの析出板を形成することができ、ひいては析出板の自壊を防ぎ、製造歩留を向上させることのできる析出板製造装置および析出板の製造方法、ならびにそれに用いる冷却体を提供することである。
【００２０】
また本発明の他の目的は、製造歩留の低下および製造原価の上昇などの問題を引起すことなく、１個の冷却体を用いて複数枚の析出板を同時に作製して生産性を向上させることのできる析出板製造装置および析出板の製造方法、ならびにそれに用いる冷却体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、厚み方向の少なくとも一方の表面部を溶湯に浸漬することによって、前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成するための冷却体であって、
前記一方の表面部は、厚み方向に垂直な仮想平面に対して傾斜する傾斜部分を有するように形成されることを特徴とする冷却体である。
【００２２】
また本発明は、前記傾斜部分は、曲率を有するように形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記傾斜部分は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記一方の表面部は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される複数の面部分を有し、
前記複数の面部分のうち、少なくとも隣合う２つの面部分は、厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記一方の表面部は、凹状に形成されることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、溶湯を収容する溶湯容器と、
溶湯容器内に収容される溶湯および溶湯素材を加熱する加熱手段と、
前記本発明の冷却体を、前記一方の表面部が溶湯容器内の溶湯を臨むように保持するとともに、保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯に浸漬し、溶湯から引上げることのできる冷却体浸漬手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
【００２５】
また本発明は、前記本発明の冷却体を、少なくとも前記一方の表面部が外方に臨むように保持し、
保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯容器内に収容される溶湯に浸漬し、
少なくとも前記一方の表面部が溶湯に浸漬された冷却体を溶湯容器内の溶湯から引上げることによって、冷却体の前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成することを特徴とする析出板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、冷却体は、溶湯に浸漬される厚み方向の一方の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）が、厚み方向に垂直な仮想平面に対して傾斜する傾斜部分を有するように形成される。このため、本発明の冷却体は、一方の表面部に形成される傾斜部分の形状、形成位置および前記仮想平面に対する傾斜角度などを適宜選択することによって、一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を各部分毎に任意に設定することができる。したがって、本発明の冷却体を用いることによって、溶湯容器内の溶湯の表面温度分布および表面形状などの影響を打消し、冷却体の一方の表面部に均一な厚みの析出板を形成することができるので、内部応力の集中による析出板の自壊を防ぎ、製造歩留を向上させることができる。ここで、傾斜するとは、曲率を有する場合を含む。
【００２７】
また本発明によれば、冷却体は、一方の表面部に形成される傾斜部分が曲率を有するように形成される。このことによって、たとえば溶湯容器内の溶湯表面が曲面状である場合に、冷却体の一方の表面部を溶湯表面に沿わせて浸漬することができる。したがって、溶湯に浸漬されている時間を冷却体の一方の表面部全体にわたって均一にすることができるので、冷却体の一方の表面部に形成される析出板の厚みを均一にすることができる。ここで、曲率を有するとは、曲面状になっていることを意味する。
【００２８】
また本発明によれば、冷却体は、一方の表面部に形成される傾斜部分が、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される。このように形成される本発明の冷却体を用いることによって、冷却体の一方の表面部の傾斜部分に、厚みが均一であって厚み方向に垂直な仮想平面における断面形状が直線状である平面状の析出板を形成することができる。このことによって、形成される析出板に対して、たとえば太陽電池を製造する際に必要なスクリーン印刷などによる電極形成などの後処理を、溶湯に浸漬される一方の表面部が厚み方向に垂直な仮想平面に平行な平面で形成される従来の冷却体を用いる場合と同様に行なうことができる。したがって、本発明の冷却体を用いることによって、製造工程を煩雑化させることなく、均一な厚みの析出板を製造することができる。
【００２９】
また本発明によれば、冷却体は、一方の表面部が厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される複数の面部分を有し、複数の面部分のうち、少なくとも隣合う２つの面部分は、厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度が互いに異なるように形成される。このような冷却体を用いることによって、冷却体の一方の表面部に、隣合う２つの面部分の交線（以後、分割線と称する）で分割されるように複数の析出板を形成することができる。また、各析出板が形成される各面部分の厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度は、各面部分毎に設定することができるので、前記傾斜角度を各面部分が浸漬される位置に最適な傾斜角度に設定することによって、析出板の厚みを析出板同士間および各析出板内で均一にすることができる。したがって、製造歩留の低下および製造原価の上昇などを引起すことなく、複数枚の析出板を同時に作製し、生産性を向上させることができる。
【００３０】
また本発明によれば、冷却体は、溶湯に浸漬される一方の表面部が凹状に形成される。このような冷却体を溶湯容器内の溶湯の表面高さが溶湯の表面中央部で極大になる場合、溶湯容器内の溶湯の表面温度が溶湯の表面中央部で極小になる場合などに用いることによって、冷却体の一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を均一にすることができるので、冷却体の一方の表面部に形成される析出板の厚みを均一にすることができる。ここで、溶湯の表面高さとは、溶湯容器内に収容される溶湯の表面から溶湯容器の底面部までの最短距離のことである。また、溶湯の表面中央部とは、溶湯容器内に収容される溶湯を溶湯容器の底面部に投影したときに、溶湯容器の底面中央部に投影される部分のことである。
【００３１】
また本発明によれば、析出板製造装置は、溶湯容器によって溶湯を収容し、加熱手段によって溶湯容器内に収容される溶湯および溶湯素材を加熱し、冷却体浸漬手段によって本発明の冷却体の少なくとも一方の表面部を溶湯に浸漬して溶湯から引上げる。このことによって、冷却体の一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成することができる。冷却体には、本発明の冷却体が用いられるので、溶湯容器内の溶湯の表面温度分布および表面形状の影響を打消し、冷却体の一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を均一にすることができる。したがって、冷却体の一方の表面部に形成される析出板の厚みを均一にすることができるので、内部応力の集中による析出板の自壊を防ぎ、析出板を歩留良く製造することができる。ここで、溶湯および溶湯素材を加熱するとは、少なくとも溶湯を溶湯容器内で凝固しないように加熱する意味であって、溶湯素材が溶湯容器内に導入される場合には導入される溶湯素材を溶解するために加熱することも含む。
【００３２】
また本発明によれば、本発明の冷却体を、少なくとも一方の表面部が外方に臨むように保持し、保持した冷却体の少なくとも一方の表面部を溶湯容器内に収容される溶湯に浸漬した後、溶湯から引上げることによって、冷却体の一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成する。このように冷却体として本発明の冷却体を用いることによって、溶湯容器内の溶湯の表面温度分布および表面形状の影響を打消し、冷却体の一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を均一にすることができる。したがって、冷却体の一方の表面部に均一な厚みの析出板を形成することができるので、内部応力の集中による析出板の自壊を防ぎ、析出板の製造歩留を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明の実施の第１形態である冷却体１を用いて析出板３０を製造する本発明の実施の第２形態である析出板製造装置１０の構成を簡略化して示す部分断面図である。図２は、図１に示す冷却体１の構成を簡略化して示す斜視図である。図２（ａ）は冷却体１を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図２（ｂ）は冷却体１を、冷却体浸漬手段１３に保持される側の反対側すなわち溶湯１８を臨む側から見て示す斜視図である。図３は、図２に示す冷却体１を基体部２１の厚み方向２９に垂直な基準方向２５から見て示す側面図である。図２に示す基準方向２５は、図３の紙面に垂直な方向に一致し、図３において、基体部２１の厚み方向２９は、図３の紙面に向かって上下に垂直に延びる直線方向に平行になる。析出板製造装置１０は、坩堝１９に収容される溶湯１８に冷却体１を浸漬した後引上げることによって、冷却体１の一方の表面部に溶湯１８の一部を凝固析出させて板状の析出板３０を形成させる装置である。
【００３４】
析出板製造装置１０は、筐体であるチャンバ１１と、チャンバ１１の内方の処理空間１２内に設けられる冷却体浸漬手段１３および溶解炉１４と、チャンバ１１の外方に設けられ、冷却体浸漬手段１３および溶解炉１４などの、析出板製造装置１０の各部の動作を制御する制御装置１５とを含んで構成される。冷却体浸漬手段１３には、冷却体１が着脱可能に保持される。チャンバ１１の一方の側壁部には、冷却体１を処理空間１２内に搬入するための冷却体搬入口１６が形成される。チャンバ１１の一方の側壁部に対向する他方の側壁部には、冷却体１を処理空間１２から外部に搬出するための冷却体搬出口１７が形成される。なお、本実施の形態とは異なるけれども、チャンバ１１の一方の側壁部または他方の側壁部のみに開口部を形成し、冷却体１の搬送および搬出の両方を行なうように構成してもよい。
【００３５】
図２および図３に示すように、冷却体１は、基体部２１と突起部２２とを含む。冷却体１は、突起部２２で冷却体浸漬手段１３に保持され、基体部２１の少なくとも厚み方向２９一方側の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）２３が溶湯１８に浸漬される。突起部２２は、基体部２１の厚み方向２９他方側の表面部（以後、単に他方の表面部とも称する）２４から突出するように形成される。突起部２２は、基体部２１に一体的に形成されてもよく、別個に形成されて基体部２１に固着されてもよい。本実施の形態とは異なるけれども、突起部２２は、必ずしも基体部２１の他方の表面部２４から突出するように形成される必要はなく、たとえば、基体部２１に他方の表面部２４側から一方の表面部２３側に延びる凹所を形成することによって凹所の内方に残存する基体部２１として形成されてもよい。
【００３６】
基体部２１の外周縁部は、本実施の形態では矩形状である。基体部２１の溶湯１８に浸漬される厚み方向２９の一方の表面部２３は、凹曲面状に形成される。具体的には、基体部２１の一方の表面部２３は、厚み方向２９に垂直な矢符２５で示される基準方向に垂直な切断面線Ｉ−Ｉにおける断面形状が円弧状となるような円筒形状の凹曲面（以下、単に凹円筒面とも称する）で形成される。すなわち、基体部２１の一方の表面部２３は、厚み方向２９に垂直な基準方向２５に一様な形状に形成される。本実施の形態では、基体部２１の一方の表面部２３全体が、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する傾斜部分となる。基体部２１の他方の表面部２４は、厚み方向２９に垂直な仮想平面に対して平行になるように、すなわち厚み方向２９に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように、平面状に形成される。
【００３７】
本発明において、冷却体が基体部を有し、基体部の少なくとも一方の表面部が溶湯に浸漬される場合には、冷却体の一方の表面部とは、基体部の一方の表面部を意味し、冷却体の他方の表面部とは、基体部の他方の表面部を意味する。
【００３８】
冷却体１を構成する材料としては、耐熱性に優れ、溶湯１８となる溶湯素材の融点よりも融点が高く、かつ溶湯素材との反応性に乏しいものが好ましい。このような材料としては、グラファイト、炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素などが挙げられ、その中でもグラファイトが好適に用いられる。冷却体１の材質は、これに限定されず、溶湯素材の種類などに応じて広い範囲から適宜選択することができる。冷却体１は、たとえば切削加工によって作製することができる。
【００３９】
図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体１は、厚み方向２９に垂直な方向であって基体部２１の一方の表面部２３が傾斜部分を有するような断面形状に切断される仮想平面に垂直な基準方向２５が、図１の紙面に向かって右方向である矢符３７方向に一致するように冷却体浸漬手段１３に保持される。
【００４０】
溶解炉１４は、高周波誘導加熱方式の溶解炉であり、溶湯１８および溶湯１８となる溶湯素材を収容する溶湯容器である坩堝１９と、坩堝１９の周囲に設けられ、坩堝１９に収容される溶湯１８および溶湯１８となる溶湯素材を加熱する加熱手段であるコイル２０とを含む。
【００４１】
図４は、図１に示す坩堝１９およびコイル２０を同一平面上に投影して示す図である。図４では、坩堝１９およびコイル２０を、図１の紙面に向かって上方側から、図１の紙面に垂直であって図１の紙面に向かって左右に延びる水平方向３１に平行な仮想平面Ｘ−Ｙ上に投影した状態を示す。坩堝１９は、側壁部が円筒状になるように形成される。コイル２０は、坩堝１９の周囲を旋回するように回装して形成される。本実施の形態では、坩堝１９およびコイル２０は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、坩堝１９の中心位置７３とコイル２０の巻き中心位置７２とが一致するように配置される。ここで、坩堝１９の中心位置７３とは、坩堝１９を図４に示すＸ−Ｙ平面に投影したときに、坩堝１９の底面中央部を通る坩堝１９の軸線７１が投影される位置のことである。
【００４２】
図４において、コイル２０の巻き中心位置７２を通り、図４の紙面に向かって右方に水平に延びるＸ軸方向は、図１の紙面手前側に垂直に延びる直線の方向に一致する。図４において、コイル２０の巻き中心位置７２を通り、図４の紙面に向かって上方に垂直に延びるＹ軸方向は、図１の紙面に向かって右方向である冷却体１の搬送方向３７に一致する。すなわち、冷却体１は、図４に示すＹ軸の正（＋）方向に搬送されて溶湯１８に浸漬される。
【００４３】
溶解炉１４は、コイル２０で高周波を発生させて坩堝１９を加熱することによって、坩堝１９に収容される溶湯１８および溶湯１８となる溶湯素材を加熱する。なお、坩堝１９は、側壁部が角筒状になるように形成されてもよい。また、本実施の形態とは異なるけれども、溶解炉１４は、抵抗加熱方式の加熱炉であってもよい。この場合には、坩堝１９の周囲にヒータを設け、ヒータで坩堝１９を加熱することによって、坩堝１９に収容される溶湯１８および溶湯素材を加熱する。
【００４４】
溶湯１８となる溶湯素材としては、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体材料、ガリウム−ヒ素化合物、インジウム−リン化合物などの化合物半導体材料などの半導体材料、アルミニウム、ニッケルなどの金属材料などを用いることができる。たとえば、溶湯素材としてシリコンを用いることによって、冷却体１の一方の表面部すなわち基体部２１の一方の表面部２３に、析出板３０としてシート状シリコンを形成することができる。
【００４５】
図１に戻って、冷却体浸漬手段１３は、冷却体搬入口１６から冷却体搬出口１７に向かって水平に延びて設けられる水平方向移動軸３３に沿って、図１の紙面に向かって左右に水平に延びる水平方向３１に移動可能に設けられる。冷却体浸漬手段１３は、冷却体１を保持する冷却体保持部材３４と、冷却体保持部材３４を傾動可能に保持する垂直方向移動軸３５と、垂直方向移動軸３５を水平方向３１に垂直な矢符３２で示される垂直方向すなわち図１の紙面に向かって上下方向３２に移動可能に保持する移動軸保持部材３６とを含む。
【００４６】
冷却体浸漬手段１３は、移動軸保持部材３６で水平方向移動軸３３に保持される。移動軸保持部材３６は、水平方向移動軸３３に設けられる図示しない案内レールに案内されるガイドローラを有し、図示しない水平方向移動手段によって水平方向３１に移動可能に水平方向移動軸３３に保持される。移動軸保持部材３６を図示しない水平方向移動手段によって水平方向３１に移動させることによって、冷却体浸漬手段１３を水平方向３１に移動させることができる。
【００４７】
冷却体保持部材３４は、冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３を坩堝１９に収容される溶湯１８に浸漬することができるように、具体的には溶湯１８に浸漬していない状態で基体部２１の一方の表面部２３が溶湯１８を臨むように、冷却体１を保持する。冷却体１は、基体部２１の厚み方向２９が、図１の紙面に垂直な方向である冷却体保持部材３４の角変位軸線８０に垂直な方向に延びる基準軸線に対して平行になり、かつ図２に示す基準方向２５が冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に一致するように保持される。
【００４８】
冷却体保持部材３４には、垂直方向３２に延びるように設けられる図示しない２本の傾動軸が接続される。２本の傾動軸をそれぞれ垂直方向３２に昇降させることによって、角変位軸線８０を支点として冷却体保持部材３４を傾動させることができる。冷却体保持部材３４を傾動させることによって、冷却体１を傾動させることができる。冷却体保持部材３４の角変位量を調整することによって、冷却体１の水平面に対する傾斜角度を調整することができる。ここで、冷却体１の水平面に対する傾斜角度とは、冷却体１を構成する基体部２１の厚み方向２９に垂直な仮想平面と水平面との成す角度のことである。冷却体１を溶湯１８から引上げる際に、冷却体保持部材３４によって冷却体１の水平面に対する傾斜角度を調整することによって、冷却体１の基体部２１の一方の表面部２３と溶湯１８の表面との成す角度を調整し、液だれなどを防ぐことができる。ここで、液だれとは、冷却体を引上げる際に、溶湯が冷却体の基体部に引かれて基体部の端部に付着し、凝固析出する現象のことである。
【００４９】
垂直方向移動軸３５には、移動軸保持部材３６に設けられるガイドローラを案内する図示しない案内レールが、垂直方向３２に延びるように設けられる。垂直方向移動軸３５は、図示しない垂直方向移動手段によって垂直方向３２に移動可能に移動軸保持部材３６に保持される。垂直方向移動軸３５を垂直方向移動手段によって垂直方向３２に昇降させることによって、垂直方向移動軸３５に保持される冷却体保持部材３４および冷却体保持部材３４に保持される冷却体１を垂直方向３２に昇降させることができる。
【００５０】
冷却体浸漬手段１３は、冷却体保持部材３４によって冷却体１を保持し、冷却体１の基体部２１の少なくとも一方の表面部２３を溶湯１８に浸漬する位置と、溶湯１８から退避した位置とにわたって変位駆動する。
【００５１】
本発明の実施の第３の形態である析出板の製造方法は、図１に示す析出板製造装置１０によって実行することができる。図５は、図１に示す析出板製造装置１０を用いて析出板３０を作製する様子を模式的に示す側面配置図である。図５では、説明の便宜上、冷却体浸漬手段１３を３つ示すけれども、実際には、１つの冷却体浸漬手段１３が図５に示す冷却体浸漬手段１３の各位置に移動されて冷却体１の浸漬動作を行なう。
【００５２】
析出板製造装置１０によって析出板３０を製造する際には、まず、図示しない冷却体搬入手段によって冷却体搬入口１６からチャンバ１１の内方の処理空間１２に冷却体１を搬入する。搬入した冷却体１を図示しない冷却体装着手段によって冷却体浸漬手段１３の冷却体保持部材３４に装着する。冷却体１は、基体部２１の一方の表面部２３が外方に臨み、かつ基準方向２５が冷却体浸漬手段１３の搬送方向である矢符３７方向に一致するように、冷却体浸漬手段１３に保持される。
【００５３】
冷却体１が装着された冷却体浸漬手段１３を図示しない水平方向移動手段によって矢符３７方向に水平方向移動軸３３に沿って移動させ、坩堝１９の上方に配置する。これによって、冷却体浸漬手段１３に保持された冷却体１の一方の表面部すなわち基体部２１の一方の表面部２３が、坩堝１９に収容される溶湯１８を臨む状態となる。
【００５４】
次いで、冷却体浸漬手段１３の垂直方向移動軸３５を図５の紙面に向かって下方側に移動させることによって、冷却体保持部材３４に保持された冷却体１の少なくとも一方の表面部、すなわち基体部２１の少なくとも一方の表面部２３を坩堝１９に収容される溶湯１８に浸漬する。次いで、冷却体浸漬手段１３の垂直方向移動軸３５を図５の紙面に向かって上方側に移動させることによって、冷却体保持部材３４に保持された冷却体１を坩堝１９内の溶湯１８から引上げる。この冷却体１を溶湯１８に浸漬した後、引上げるという一連の動作によって、溶湯１８の一部が冷却体１で凝固点以下に冷却されて冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３に凝固析出し、析出板３０が形成される。たとえば、溶湯１８となる溶湯素材としてシリコンを用いた場合には、溶融したシリコンが冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３に凝固析出し、析出板３０としてシート状シリコン（以後、シリコンシートとも称する）が形成される。
【００５５】
このとき、本実施の形態では、冷却体１の基体部２１を一方の端部から順に溶湯１８に浸漬し、基体部２１の少なくとも一方の表面部２３全体を溶湯１８に浸漬した後、最初に浸漬した側の端部から順に冷却体１を溶湯１８から離脱させるという手順で、冷却体１の溶湯１８への浸漬および溶湯１８からの引上げを行なう。
【００５６】
具体的には、垂直方向移動軸３５を下方側に下降させるとともに、冷却体１の搬送方向３７下流側の端部が下方を向き、搬送方向３７上流側の端部が上方を向くように冷却体保持部材３４を傾動させ、冷却体１を搬送方向３７の下流側の端部から順に溶湯１８に浸漬する。冷却体保持部材３４の角変位量を調整して冷却体１を徐々に水平に戻し、冷却体１の一方の表面部すなわち基体部２１の一方の表面部２３全体を溶湯１８に浸漬する。次いで、垂直方向移動軸３５を上方側に上昇させるとともに、冷却体保持部材３４の角変位量を調整し、冷却体１の搬送方向３７下流側の端部を上方に徐々に向かせ、搬送方向３７下流側の端部が上方を向き、搬送方向３７上流側の端部が下方を向いた状態で、最初に浸漬された搬送方向３７下流側の端部から順に溶湯１８から引上げる。ここで、冷却体１を水平に戻すとは、冷却体１の基体部２１の厚み方向２９に垂直な仮想平面と水平面との成す角度を略０°にすることをいう。
【００５７】
このような手順で冷却体１の溶湯１８への浸漬および溶湯１８からの引上げを行なうことによって、冷却体１の一方の表面部２３に析出した析出板３０に作用する溶湯１８の表面張力の影響を抑え、冷却体１を溶湯１８から引上げる際に析出板３０が冷却体１から脱離することを防ぐことができる。
【００５８】
次いで、析出板３０が形成された冷却体１を保持した冷却体浸漬手段１３を図示しない水平方向移動手段によって溶湯１８の上方位置から冷却体搬出口１７に向かって矢符３７方向に移動させる。冷却体浸漬手段１３に保持される冷却体１および冷却体１に形成された析出板３０は、冷却体浸漬手段１３の移動に伴って冷却体搬出口１７近傍に搬送される。
【００５９】
冷却体搬出口１７近傍に搬送された冷却体１は、図示しない冷却体取外手段によって冷却体浸漬手段１３から取外され、図示しない冷却体搬出手段によって冷却体搬出口１７から処理空間１２の外部に搬出される。次いで、冷却体１および冷却体１に形成された析出板３０を冷却した後、冷却体１から析出板３０を剥離させ、析出板３０を得る。以上のようにして、析出板３０の製造が終了する。なお、本実施の形態とは異なるけれども、析出板３０は、冷却体１を冷却体浸漬手段１３から取外さずに冷却体浸漬手段１３に保持させたまま、冷却体１から剥離されてもよい。
【００６０】
本実施の形態による析出板製造装置１０では、以上に述べた一連の析出板製造動作を繰返し実行することによって、複数枚の析出板３０を製造することができる。ただし、析出板製造動作を繰返し行なうと、坩堝１９に収容される溶湯１８が減少し、析出板３０の製造に支障が出る。このため、複数枚の析出板３０を製造する場合には、析出板３０を何枚か製造する毎に、析出板３０の製造を一旦停止し、図示しない溶湯素材追加装置によって坩堝１９内に溶湯素材を導入して溶融させ、減少分の溶湯１８を補充する。
【００６１】
以上に述べた析出板３０の製造過程において、坩堝１９内に収容される溶湯１８の表面温度は、均一でなく、表面中央部１８ａが極小になることが多い。図６は、溶解炉１４における熱の流れを模式的に示す図である。図６では、図４に示す溶解炉１４のＸ軸を含み、かつＹ軸に垂直な仮想平面における断面形状、すなわち図１の紙面に垂直な仮想平面における断面形状を示す。図１に示す冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７、すなわち図２に示す冷却体１の基準方向２５は、図６の紙面奥側に垂直に延びる直線方向に一致する。溶解炉１４では、坩堝１９の周囲に設けられるコイル２０から発生する磁界によって坩堝１９に誘導電流が流れ、その結果坩堝１９が発熱する。坩堝１９で発生した熱６３は、坩堝１９内の溶湯１８に伝導し、溶湯１８の表面から外方に放出される。
【００６２】
坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８表面は、発熱している坩堝１９の側壁部に接するか、または近接している。溶湯１８の表面中央部１８ａは、発熱している坩堝１９の側壁部から最も離れており、かつ最も放熱量が大きい位置にある。このため、溶湯１８の表面温度は、表面中央部１８ａが最も低く、坩堝１９の側壁部近傍にいくにつれて高くなることが多い。このような溶湯１８の表面温度分布は、溶解炉１４として、本実施の形態のように高周波誘導加熱方式の加熱炉を用いる場合だけでなく、抵抗加熱方式の加熱炉を用いる場合にも同様に生じ、ヒータ近傍の溶湯の表面温度が、それ以外の部分よりも高くなる傾向は避けられない。
【００６３】
ここで、溶湯１８の表面中央部１８ａとは、坩堝１９内に収容される溶湯１８を坩堝１９の底面部に投影したときに、坩堝１９の底面中央部に投影される部分のことであり、坩堝１９の軸線７１と溶湯１８の表面との交点、すなわち図４に示すＸ−Ｙ平面に投影したときに、坩堝１９の軸線７１が投影される坩堝１９の中心位置７２と同じ位置に投影される溶湯１８の部分のことである。
【００６４】
溶湯１８が表面温度分布を有する場合、本実施の形態では、基体部２１の一方の表面部２３を形成する凹状面の最深部、すなわち厚み方向２９一方側に一方の表面部２３を含まないように仮想される厚み方向２９に垂直な仮想平面からの距離が最も大きい中央部２８が、溶湯１８の表面温度が極小となる部分に浸漬されるように、冷却体１を位置決めして溶湯１８に浸漬する。たとえば、溶湯１８の表面温度が表面中央部１８ａで極小となる場合には、基体部２１の一方の表面部２３の中央部２８が、溶湯１８の表面中央部１８ａに浸漬されるように、冷却体１を配置して溶湯１８への浸漬を行なう。
【００６５】
これによって、表面温度が極小となる部分たとえば表面中央部１８ａ付近の溶湯１８に浸漬される冷却体１の中央部２８が溶湯１８に浸漬されている時間を、他の部分に比べて短くすることができる。溶湯１８は、その温度が低いほど速く凝固点まで冷却されて凝固析出するので、前述のように位置決めして冷却体１を浸漬させることによって、溶湯１８の表面温度分布の影響を打消し、基体部２１の一方の表面部２３に形成される析出板３０の厚みを均一にすることができる。したがって、内部応力の集中による析出板３０の自壊を防ぐことができるので、析出板３０の製造歩留を向上させることができる。
【００６６】
また、溶湯１８の表面形状は、平坦にならずに凸状になることが多い。図７は、坩堝１９内の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。図７では、図６と同様、図４に示す溶解炉１４のＸ軸を含み、かつＹ軸に垂直な仮想平面における断面形状、すなわち図１の紙面に垂直な仮想平面における断面形状を示す。図２に示す冷却体１の基準方向２５は、図７の紙面奥側に垂直に延びる直線方向に一致する。
【００６７】
前述のように、坩堝１９には、コイル２０が発生する磁界６４によって誘導電流が流れる。これによって、坩堝１９が発熱するとともに、誘導電流が坩堝１９内の溶湯１８自体にも流れる。その結果、コイル２０が発生する磁界６４と溶湯１８自体に流れる誘導電流との相互作用によって、坩堝１９の側面部近傍の溶湯１８に、坩堝１９の底面部側に向かう力すなわち図７の紙面に向かって下向きの力が作用し、坩堝１９の底面部側に向かう溶湯１８の流れ６５が発生する。
【００６８】
発生した溶湯１８の流れ６５は、坩堝１９の両側壁部付近から底面中央部に向かって進み、坩堝１９の底面中央部付近で合流し、坩堝１９の開口部に向かう方向すなわち図７の紙面に向かって上向きの流れとなる。このため、溶湯１８の表面は、表面中央部１８ａが持ち上がって相対的に高くなり、図７に示すように凸状、具体的には半球面状になる。すなわち、溶湯１８の表面高さは、表面中央部１８ａで極大となる。ここで、溶湯１８の表面高さとは、坩堝１９内に収容される溶湯１８の表面から坩堝１９の底面部までの最短距離のことである。
【００６９】
溶湯１８が表面中央部１８ａで表面高さの極大値をとるような凸状になる場合、本実施の形態では、基体部２１の一方の表面部２３を形成する凹状面の最深部である中央部２８が、溶湯１８の表面高さが極大となる部分に浸漬されるように、冷却体１を位置決めして溶湯１８に浸漬する。たとえば、溶湯１８の表面高さが表面中央部１８ａで極大になる場合には、溶湯１８の表面温度が表面中央部１８ａで極小となる場合と同様、冷却体１を、基体部２１の一方の表面部２３の中央部２８が溶湯１８の表面中央部１８ａに浸漬されるように配置して、溶湯１８に浸漬させる。
【００７０】
このようにして冷却体１の溶湯１８への浸漬を行なうと、表面高さが極大となる部分たとえば表面中央部１８ａ付近の溶湯１８に浸漬される冷却体１の中央部２８は、表面高さが相対的に低い部分の溶湯１８に浸漬される冷却体１の他の部分とほぼ同時に浸漬を開始し、ほぼ同時に浸漬を終える。すなわち、本実施の形態では、溶湯１８に浸漬されている時間を冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３全体にわたって均一にすることができる。したがって、溶湯１８の表面形状の影響を打消し、基体部２１の一方の表面部２３に、均一な厚みの析出板３０を形成させることができる。
【００７１】
基体部２１の一方の表面部２３を形成する凹曲面の曲率は、特に制限されず、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状および表面温度分布などに応じて適宜選択することができる。すなわち、基体部２１の一方の表面部２３の形状は、溶湯１８の表面形状および表面温度分布の双方を考慮して設計することが好ましい。たとえば、溶湯１８の表面が図７に示すような凸状であり、表面中央部１８ａで表面温度が極小となる場合には、溶湯１８の表面形状を転写した凹曲面よりも大きな曲率を有するように、基体部２１の一方の表面部２３を形成することが好ましい。
【００７２】
以上に述べたように、本実施の形態では、冷却体１を浸漬する際には、冷却体１を基準方向２５に沿う方向に角変位させて溶湯１８に浸漬するけれども、角変位させずに溶湯１８に浸漬させてもよい。たとえば、冷却体浸漬手段１３の垂直方向移動軸３５によって、冷却体１を溶湯１８の上方位置からそのまま図５の紙面に向かって下方側に下降させて溶湯１８に浸漬した後、上方側に上昇させて溶湯１８から引上げるようにしてもよい。この場合には、溶湯１８に浸漬される冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３は、半球面状の凹曲面で形成されることが好ましい。これによって、溶湯１８の表面温度分布および表面形状の影響を一層抑制し、析出板３０の厚みの均一性を向上させることができる。
【００７３】
また、基体部２１の一方の表面部２３は、外方に突出するような部分円筒形状、球面状などの凸曲面で形成されてもよい。このように基体部２１の一方の表面部２３が凸曲面で形成される冷却体は、たとえば溶湯１８の表面形状が凹面状になる場合に有効であり、このような冷却体を用いることによって、厚みの均一な析出板３０を製造することができる。
【００７４】
また、本実施の形態による基体部２１の一方の表面部２３は、全体が曲面状に形成されるけれども、これに限定されず、一部分が曲面状に形成され、残余の部分が平面状に形成されてもよい。また、基体部２１の一方の表面部２３は、異なる曲率を有する複数の曲面部分で形成されてもよい。しかしながら、本実施の形態による冷却体１のように、基体部２１の一方の表面部２３を一様な曲率に形成する方が、加工が容易であるので好ましい。
【００７５】
また、冷却体１の他方の表面部である基体部２１の他方の表面部２４は、平面状に形成されるけれども、これに限定されず、一方の表面部２３と同様に、凹曲面状、凸曲面状などの曲面状に形成されてもよい。また、基体部２１の他方の表面部２４は、一部分が曲面状に形成され、残余の部分が平面状に形成されてもよく、また異なる曲率を有する複数の曲面部分で形成されてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態の析出板製造装置１０では、図２に示す冷却体１を用いて析出板３０の製造を行なうけれども、これに限定されず、後述する図１０〜図１５に示す冷却体２〜４などを用いて析出板３０の製造を行なうこともできる。析出板製造装置１０では、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面温度分布および表面形状などに応じて、最適な冷却体を用いて析出板３０の製造を行なうことによって、均一な厚みの析出板３０を得ることができる。
【００７７】
前述のように、本実施の形態による析出板製造装置１０では、坩堝１９内の溶湯１８の表面温度および表面高さは、溶湯１８の表面中央部１８ａで極値をとる。坩堝１９内の溶湯１８の表面温度および表面高さは、溶湯１８の表面中央部１８ａが極値になるとは限らず、坩堝１９の側面部近傍で極値を取ることがある。これは、坩堝１９の周囲への放熱およびコイル２０が発生する磁界６４の影響が、坩堝１９の側壁部の各部において均一でないことが原因である。このような磁界および放熱の不均一性は、坩堝１９の設置位置の偏り、溶解炉１４の周辺に設けられる図示しない補記類および冷却装置などの影響などによって発生する。
【００７８】
図８は、坩堝１９が、Ｘ−Ｙ平面上において坩堝１９の中心位置７３がコイル２０の巻き中心位置７２からＸ軸の正方向に偏心するように配置された状態を示す図である。図９は、坩堝１９が図８に示すように偏心して配置される場合の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。
【００７９】
たとえば図８に示すように、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに坩堝１９の中心位置７３がコイル２０の巻き中心位置７２からＸ軸の正方向に偏心するように坩堝１９が配置されていると、Ｘが正の領域である第１象限および第４象限に投影される坩堝１９の側壁部ではコイル２０との距離が相対的に小さくなり、Ｘが負の領域である第２象限および第３象限に投影される坩堝１９の側壁部ではコイル２０との距離が相対的に大きくなる。このため、Ｘの正領域に投影される坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８には、Ｘの負領域に投影される坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８に比べて、コイル２０が発生する磁界６４がより大きく作用し、坩堝１９の底面部側に向かう力が大きくなる。したがって、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面高さは、図９に示すように、溶湯１８の表面中央部１８ａ付近ではなく、Ｘ−Ｙ平面に投影したときにＸの負領域に投影される坩堝１９の側壁部近傍で極大値を取る。
【００８０】
この場合には、図１０および図１１に示す冷却体２を用いて析出板３０を製造することが好ましい。図１０は、本発明の実施の第４形態である冷却体２の構成を簡略化して示す斜視図である。図１０（ａ）は冷却体２を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１０（ｂ）は冷却体２を、溶湯１８を臨む側から見て示す斜視図である。図１１（ａ）は、図１０に示す冷却体２を基体部３８の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。図１１（ｂ）は、図１０に示す冷却体２を基準方向３９の逆方向から見て示す側面図である。本実施の形態の冷却体２は、実施の第１形態の冷却体１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８１】
冷却体２において注目すべきは、基体部３８の溶湯１８を臨む一方の表面部３８ａが、厚み方向２９に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように平面状に形成され、基体部３８の一方の表面部３８ａ全体が、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜するように形成されていることである。本実施の形態では、冷却体２の基体部３８は、基準方向３９に一様な形状に形成される。具体的には、冷却体２の基体部３８は、基準方向３９に垂直な切断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面形状が、基準方向３９に平行な両端部３８ｃ，３８ｄを上底および下底とする台形形状になるように形成される。図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体２は、図１０に示す基準方向３９または基準方向３９の反対方向が、冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に一致するように冷却体浸漬手段１３に保持されて、坩堝１９内に収容される溶湯１８に浸漬される。
【００８２】
前述の図９に示すように、坩堝１９内の溶湯１８の表面高さが坩堝１９の側壁部近傍で極大値を取る場合には、冷却体２を、その厚みが最も小さい部分である他方の側壁部３８ｄが、溶湯１８の表面高さが極大となる部分付近に浸漬されるように位置決めして溶湯１８に浸漬する。このことによって、溶湯１８に浸漬されている時間を冷却体２の一方の表面部である基体部３８の一方の表面部３８ａ全体にわたって均一にすることができる。したがって、溶湯１８の表面形状の影響を打消し、基体部３８の一方の表面部３８ａに均一な厚みの析出板３０を形成することができる。
【００８３】
また、溶湯１８の表面形状が図９に示すようになる場合には、前述の図１６に示すように基体部６１の一方の表面部６１ａが厚み方向に垂直な仮想平面に対して平行な平面状に形成される従来の冷却体６０を、溶湯１８の表面形状に合わせて傾斜させて浸漬することも考えられる。しかしながら、この場合には、冷却体浸漬手段１３の構成および動作を変更する必要があるので、析出板製造装置が複雑化する。また、冷却体浸漬手段１３の構成および動作を変更することは困難である。これに対し、本実施の形態では、図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体１を冷却体２に変更するだけでよい。
【００８４】
また、従来の冷却体６０を傾斜させて用いる場合には、冷却体６０の端部が溶湯１８に浸漬されないおそれがあるけれども、本実施の形態では、冷却体２の一方の表面部自体を傾斜させるので、基体部３８の一方の表面部３８ａ全体をより確実に溶湯１８に浸漬させることができる。
【００８５】
冷却体２において、基体部３８の厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度θ１は、たとえば０．５〜５°程度である。前記角度θ１は、これに限定されず、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状などに応じて適宜選択することができる。
【００８６】
図１２は、本発明の実施の第５形態である冷却体３の構成を簡略化して示す斜視図である。図１２（ａ）は冷却体３を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１２（ｂ）は冷却体３を溶湯１８に臨む側から見て示す斜視図である。図１３は、図１２に示す冷却体３を基体部４１の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。本実施の形態の冷却体３は、実施の第４形態の冷却体２に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８７】
本実施形態の冷却体３において注目すべきは、基体部４１の溶湯１８を臨む一方の表面部４１ａが、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０における断面形状が直線状になるように平面状に形成される２つの面部分４３，４４を有し、この２つの面部分４３，４４が、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されていることである。すなわち、基体部４１の一方の表面部４１ａは、前記仮想平面４０に対する傾斜角度θ２，θ３が異なる第１傾斜部４３および第２傾斜部４４の２つの傾斜部で形成される。第１傾斜部４３と第２傾斜部４４とは互いに交わり、基体部４１の一方の表面部４１ａは、第１傾斜部４３と第２傾斜部４４との交線（以後、分割線と称する）４２で分割されるように形成されている。分割線４２は、基準方向３９に平行に形成される。
【００８８】
冷却体３の基体部４１は、図１０および図１１に示す実施の第４形態の冷却体２を構成する基体部３８を、その厚みが最も小さい部分３８ｄ同士で２個つなぎ合わせた形状である。冷却体３の基体部４１は、矢符３９方向では均一な厚みを有し、矢符３９に垂直な方向では厚みが変化する。基体部４１の厚みは、両端部から分割線４２の部分にいくにつれて減少し、分割線４２の部分で最も小さくなる。
【００８９】
本実施の形態では、基体部４１の溶湯１８に浸漬される一方の表面部４１ａの面積は、作製しようとする析出板３０の面積の約２倍に選択される。冷却体３を用いて析出板３０を製造する際には、図１に示す析出板製造装置１０において、基体部４１の一方の表面部４１ａを２つの傾斜部４３，４４に分割する分割線４２が、冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に平行になり、かつ坩堝１９に収容される溶湯１８の表面高さが極大になる部分付近に浸漬されるように、冷却体３を冷却体浸漬手段１３に保持し、溶湯１８に浸漬させる。これによって、基体部４１の一方の表面部４１ａでは、分割線４２で分割された第１傾斜部４３および第２傾斜部４４のそれぞれに析出板３０が形成される。すなわち、基体部４１の一方の表面部４１ａには、分割線４２で分割された２枚の析出板３０が形成される。このように、本実施の形態の冷却体３を用いることによって、溶湯１８への一回の浸漬動作で２枚の析出板３０を生産することができるので、生産性を向上させることができる。
【００９０】
なお、本実施の形態の冷却体４は、基体部４１の一方の表面部４１ａの面積を作製しようとする析出板３０の面積と等しい面積に選択することによって、１枚の析出板３０を作製する場合に使用することができる。この場合にも、基体部４１の一方の表面部４１ａを、図１３に示すように凹状、具体的には基準方向３９に垂直な仮想平面における断面形状がＶ字型になるように形成することが好ましい。このように形成される冷却体４は、たとえば前述の図６に示すように溶湯１８の表面温度が表面中央部１８ａで極小となる場合、図７に示すように溶湯１８の表面高さが表面中央部１８ａで極大となる場合などに有効である。この場合には、冷却体４を、分割線４２の部分が、溶湯１８の表面中央部１８ａ付近に浸漬されるように位置決めして溶湯１８に浸漬する。
【００９１】
本実施の形態の冷却体４では、溶湯１８に浸漬される基体部４１の一方の表面部４１ａは、冷却体４の基準方向３９に平行な分割線４２で区切られた２つの傾斜部４３，４４で形成される。第１傾斜部４３の厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度（以後、単に傾斜角度と称する）θ２および第２傾斜部４４の厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度（以後、単に傾斜角度と称する）θ３は、特に制限されず、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状などに応じて適宜選択することができる。坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状に応じて、第１傾斜部４３の傾斜角度θ２および第２傾斜部４４の傾斜角度θ３をそれぞれ最適化することによって、析出板３０の厚みの均一性を向上させることができる。
【００９２】
以上に述べたように、本実施の形態の冷却体３では、基体部４１の一方の表面部４１ａは、分割線４２で区切られた２つの面部分で形成されるけれども、これに限定されず、図１４に示す冷却体４のように、３つ以上の複数の面部分で形成されてもよい。
【００９３】
図１４は、本発明の実施の第６形態である冷却体４の構成を簡略化して示す斜視図である。図１４（ａ）は冷却体４を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１４（ｂ）は冷却体４を溶湯１８に臨む側から見て示す斜視図である。図１５は、図１４に示す冷却体４を基体部４５の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。本実施の形態の冷却体４は、実施の第５形態の冷却体３に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００９４】
冷却体４において、基体部４５の溶湯１８を臨む一方の表面部４５ａは、基準方向３９に垂直であって厚み方向２９に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように平面状に形成される、３つの面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃを有するように形成されている。隣合う２つの面部分、すなわち第１傾斜部４７ａと平面部４７ｂおよび平面部４７ｂと第２傾斜部４７ｃは、それぞれ厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されている。
【００９５】
本実施の形態では、３つの面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃのうち、冷却体４の中央部に位置する面部分４７ｂは、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度が略０°であり、前記仮想平面４０に対して平行な平行平面部４７ｂとして形成される。残余の２つの平面部４７ａ，４７ｃは、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する第１傾斜部４７ａおよび第２傾斜部４７ｃとして形成される。なお、冷却体４の中央部に位置する平行平面部４７ｂは、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する傾斜部として形成されてもよい。
【００９６】
図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体４は、冷却体３と同様に、基体部４５の一方の表面部４５ａを構成する各面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃの交線である２本の分割線４６ａ，４６ｂが冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に平行になるように冷却体浸漬手段１３に保持され、かつ冷却体４の中央部の平行平面部４７ｂが坩堝１９に収容される溶湯１８の表面高さが極大の部分を通過するように保持されて溶湯１８に浸漬される。
【００９７】
冷却体４において、基体部４５の一方の表面部４５ａは、第１傾斜部４７ａ、平行平面部４７ｂおよび第２傾斜部４７ｃの面積が、それぞれ、作製しようとする析出板３０の面積に略等しくなるように形成される。すなわち、基体部４５の一方の表面部４５ａの面積は、析出板３０の面積の約３倍に選択される。このような冷却体４を用いることによって、溶湯１８への一回の浸漬動作で３枚の析出板３０を生産することができる。また、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状などに応じて、各面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃの厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度を適宜選択することによって、均一な厚みの析出板３０を得ることができる。
【００９８】
このように、基体部の溶湯を臨む一方の表面部が、複数本の分割線で分割された３つ以上の面部分で形成された冷却体を用いることによって、溶湯への一度の浸漬操作で３枚以上の複数枚の析出板を製造することができるので、生産性を大幅に向上させることができる。
【００９９】
複数枚の析出板を一度の浸漬操作で製造する場合、冷却体には、基体部の溶湯を臨む一方の表面部が、作製しようとする析出板の枚数と同数の面部分で形成される冷却体を用いればよい。基体部の他方の表面部に対する各面部分の傾斜角度は、たとえば、予め冷却体を溶湯に浸漬して析出板を作製する浸漬試験を実施し、そのとき形成される析出板の厚みから溶湯の表面温度分布および表面高さ分布を分析し、それによって得られる結果に応じて適宜設定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、たとえば、太陽電池用のシート状半導体などの製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の第２形態である析出板製造装置１０の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【図２】図１に示す冷却体１の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図３】図２に示す冷却体１を基体部２１の厚み方向２９に垂直な基準方向２５から見て示す側面図である。
【図４】図１に示す坩堝１９およびコイル２０を同一平面上に投影して示す図である。
【図５】図１に示す析出板製造装置１０を用いて析出板３０を作製する様子を模式的に示す側面配置図である。
【図６】溶解炉１４における熱の流れを模式的に示す図である。
【図７】坩堝１９内の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。
【図８】坩堝１９が、Ｘ−Ｙ平面上において坩堝１９の中心位置７３がコイル２０の巻き中心位置７２からＸ軸の正方向に偏心するように配置された状態を示す図である。
【図９】坩堝１９が図８に示すように偏心して配置される場合の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の第４形態である冷却体２の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す冷却体２を基体部３８の厚み方向２９に垂直な基準方向３９および基準方向３９の逆方向から見て示す側面図である。
【図１２】本発明の実施の第５形態である冷却体３の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す冷却体３を基体部４１の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。
【図１４】本発明の実施の第６形態である冷却体４の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す冷却体４を基体部４５の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。
【図１６】従来の冷却体６０の構成を簡略化して示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，２，３，４ 冷却体
１０ 析出板製造装置
１１ チャンバ
１２ 処理空間
１３ 冷却体浸漬手段
１４ 溶解炉
１５ 制御装置
１６ 冷却体搬入口
１７ 冷却体搬出口
１８ 溶湯
１９ 坩堝
２０ コイル
２１，４１，４５ 基体部
２２ 突起部
２３，４１ａ，４５ａ 基体部の一方の表面部
２４，４１ｂ，４５ｂ 基体部の他方の表面部
３０ 析出板
４２，４６ 分割線
４３，４７ａ 第１傾斜部
４４，４７ｃ 第２傾斜部
４７ｂ 平行平面部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯素材を溶湯とし、この溶湯に冷却体を浸漬することによって、溶湯素材を冷却体の表面に凝固成長させて析出板を製造する析出板製造装置および析出板の製造方法、ならびにそれに用いる冷却体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する負荷を軽減するべく、化石燃料を用いる火力発電以外の種々の発電方法、たとえば風力発電、波力発電、太陽光発電などが試みられている。その中でも、最も注目され、実用化の先端に位置付けられているのが太陽光発電である。太陽光発電では、半導体材料で形成される太陽電池に太陽光を照射し、半導体界面の光起電力効果を利用して電気を発生させる。太陽電池には、その素材として多結晶シリコンが用いられる。多結晶シリコンはシート状に形成されて使用される。
【０００３】
多結晶シリコンを製造する代表的な方法としては、不活性ガス雰囲気下において、リン（元素記号Ｐ）またはボロン（元素記号Ｂ）などのドーパントを添加した高純度シリコンを坩堝中で加熱溶融させ、この融液を鋳型に流し込んで冷却し、多結晶シリコンインゴットを得る鋳造法がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
太陽電池に使用されるシート状シリコン（以下、シリコンシートとも称する）は、このようにして得られる多結晶シリコンインゴットを、バンドソーなどでより小さなブロックに切断し、さらにワイヤソーまたは内周刃法などでシート状に切断（スライス）することによって製造される。
【０００５】
この製造方法では、多結晶シリコンインゴットを得るための鋳造工程に加え、多結晶シリコンインゴットをシリコンシートの外形ブロックサイズに切断する切断工程と、所望の厚みのシートにスライスするスライシング工程とが必要であり、製造工程が煩雑である。また、スライシング工程では、ワイヤまたは内周刃の厚み分以上の材料損失が生じるので、太陽電池の製造原価の低減を図る上で大きな障害になる。
【０００６】
このような問題を解決するために、前述の切断工程およびスライシング工程を経ることなく、シリコンシートを製造する技術が提案されている。たとえば、シリコンを溶融させて溶湯とし、この溶湯に冷却体を浸漬し、冷却体の一方の表面部にシリコンを付着させて凝固析出させることによって、シリコンシートなどの析出板を製造する析出板製造装置が提案されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【０００７】
以下、従来技術による析出板製造装置について、本発明に係る析出板製造装置を説明するための図であるけれども、後述する図５〜７および図９を用いて説明する。析出板製造装置１０を用いて、析出板３０としてたとえばシリコンシート３０を製造する際には、冷却体１を冷却体浸漬手段１３によって坩堝１９内に収容されるシリコンの溶湯１８に浸漬した後引上げる。これによって、溶融したシリコンの一部が冷却体１で冷却されて冷却体１の一方の表面部に凝固析出し、シリコンシート３０が形成される。形成されたシリコンシート３０は、さらに冷却された後、冷却体１から剥離される。
【０００８】
従来技術では、本発明に係る冷却体１に代えて、図１６に示す冷却体６０が用いられる。図１６は、従来の冷却体６０の構成を簡略化して示す斜視図である。図１６（ａ）は冷却体６０を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１６（ｂ）は冷却体６０を冷却体浸漬手段１３に保持される側の反対側、すなわち溶湯１８に臨む側から見て示す斜視図である。冷却体６０は、基体６１と突起部６２とを含む。冷却体６０の溶湯１８に浸漬される面、すなわち基体６１の一方の表面部６１ａは、厚み方向に垂直な仮想平面に平行に形成される。冷却体６０は、矢符３７方向に搬送されて溶湯１８に浸漬される。
【０００９】
シリコンシートは、融解されたシリコンを冷却体で冷却して凝固析出させることによって製造されるので、シリコンシートには、凝固析出過程およびその後の冷却過程における急激な温度変化で生じる内部応力が内包される。このため、シリコンシートは、搬送時の振動などによって破壊するおそれがある。
【００１０】
この内部応力によるシリコンシートの破壊は、シリコンシートの寸法が小さい場合には大きな問題とはならない。たとえば、シリコンシートが、一辺が１００ｍｍ以下の矩形状である場合には、内部応力による破壊はほとんど発生しない。
【００１１】
しかしながら、これよりも寸法の大きいシリコンシートの場合には、内部応力による破壊が比較的高い確率で発生する。最近では、太陽電池用シリコンシートの寸法は大きくなる傾向にあり、たとえば、一辺が１５０ｍｍ程度の矩形状のシリコンシートが用いられるようになってきており、内部応力によるシリコンシートの破壊が問題となっている。寸法の大きいシリコンシートにおいて内部応力による破壊が発生しやすいのは、厚みが均一でなく、相対的に厚みの小さい部分が部分的に存在するので、その厚みの小さい部分に応力が集中するためであると推察される。
【００１２】
寸法の大きいシリコンシートで厚みが不均一になる原因としては、以下の２つが挙げられる。第１の原因としては、溶湯の表面温度が分布を有することが挙げられる。図５に示す析出板製造装置１０において、溶解炉１４として、高周波誘導方式の加熱炉（以後、単に高周波誘導加熱炉とも称する）１４を用いる場合、図６に示すように、坩堝１９内の溶湯１８の表面温度は、坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８表面が最も高く、溶湯１８の表面中央部１８ａが最も低くなることが多い。
【００１３】
このような表面温度分布を有する溶湯１８に、前述の図１６に示す従来の冷却体６０を浸漬すると、表面温度が最も低い溶湯１８の表面中央部１８ａ付近に浸漬される冷却体６０の中央部付近では、表面温度が相対的に高い領域の溶湯１８に浸漬される冷却体６０の両端部に比べて、より短時間で溶湯１８が凝固点まで冷却される。このため、冷却体６０の中央部付近では、他の部分に比べてより多くの溶湯１８が析出し、形成されるシリコンシート３０の厚みが大きくなる。前述のように一辺が１５０ｍｍ以上という寸法の大きいシリコンシートを作製する場合には、それに対応して寸法の大きい冷却体が用いられるので、この溶湯１８の表面温度分布の影響が無視できないレベルとなり、厚みの不均一性が顕著になると推察される。
【００１４】
第２の原因としては、溶湯１８の表面高さが均一でない、すなわち溶湯１８の表面形状が平坦でないことが挙げられる。坩堝１９内の溶湯１８の表面高さは、図７に示すように、坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８表面が最も低く、溶湯１８の表面中央部１８ａが最も高くなることが多い。このように表面が凸状である溶湯１８に対して、図１６に示す従来の冷却体６０を浸漬すると、表面高さが相対的に高い溶湯１８の表面中央部１８ａ付近に浸漬される冷却体６０の中央部付近では、表面高さが相対的に低い坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８に浸漬される両端部付近に比べて、溶湯１８に浸漬されている時間が長くなる。このため、冷却体６０の中央部では、他の部分に比べて、より多くの溶湯１８が凝固析出し、形成されるシリコンシート３０の厚みが大きくなる。前述のように寸法の大きいシリコンシートを作製する場合には、冷却体６０の寸法も大きくなるので、溶湯の表面形状の影響を受けやすくなり、厚みの不均一性が増大するものと推察される。
【００１５】
坩堝１９内の溶湯１８の表面温度および表面高さは、溶湯１８の表面中央部１８ａが極値になるとは限らず、坩堝１９の側面部近傍で極値を取ることがある。たとえば、溶湯１８の表面高さが図９に示すように坩堝１９の側壁部近傍で極大値を取る場合、シリコンシート３０は、外方に露出する表面部が冷却体６０の浸漬される面に対して傾斜するように形成される。すなわち、冷却体６０に析出するシリコンシート３０の厚みは、溶湯１８の表面中央部１８ａに浸漬される冷却体６０の中央部で最も大きくなるのではなく、表面高さが極大となる坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８に浸漬される冷却体６０の一端部から他端部に向かって全体に傾斜した厚み分布となる。このため、溶湯１８の表面高さが溶湯１８の表面中央部１８ａで極大となる場合よりも、厚みのばらつきが大きくなる。特に、寸法の大きいシリコンシート３０を作製する場合には、冷却体６０の寸法が大きくなるので、厚みのばらつきが一層大きくなる。
【００１６】
以上に述べたように、従来の冷却体６０を用いた場合、均一な厚みのシリコンシートを製造することは困難である。この厚みの不均一性は、冷却体の寸法が大きくなるほど、すなわち作製するシリコンシートの寸法が大きくなるほど顕著になり、シリコンシートの内部応力による破壊（以後、自壊とも称する）が生じやすくなる。特に、生産性向上の観点から１個の冷却体を用いて複数枚のシリコンシートを同時に作製する場合には、１枚のシリコンシートを作製する場合よりも冷却体の寸法が大きくなるので、厚みの不均一性が顕著であり、シリコンシートの自壊が発生しやすい。
【００１７】
シリコンシートの自壊を防ぎ、製造歩留を向上させる方法としては、析出させるシリコンシートの平均厚みを大きくし、シリコンシートの強度を高める方法が考えられるけれども、この方法では、材料の使用効率が低下し、製造原価が上昇する。特に、１個の冷却体で複数枚のシリコンシートを同時に作製する場合には、冷却体の寸法に対応して坩堝の寸法を大きくする必要があるので、材料の使用効率の低下が著しく、製造原価が大幅に上昇することになる。また、坩堝の寸法を大きくすることは、装置の製造原価の上昇および坩堝の加熱に使用する消費電力量の増大などの問題から実現困難である。
【００１８】
【特許文献１】特開平６−６４９１３号公報（第４頁，第１図）
【特許文献２】特開平１０−２９８９５号公報（第３−４頁，第１図）
【特許文献３】特開２００２−１７５９９６号公報（第５頁，第７図）
【特許文献４】特開２００３−５９８４９号公報（第６−７頁，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、冷却体の表面に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成する際に、冷却体表面に均一な厚みの析出板を形成することができ、ひいては析出板の自壊を防ぎ、製造歩留を向上させることのできる析出板製造装置および析出板の製造方法、ならびにそれに用いる冷却体を提供することである。
【００２０】
また本発明の他の目的は、製造歩留の低下および製造原価の上昇などの問題を引起すことなく、１個の冷却体を用いて複数枚の析出板を同時に作製して生産性を向上させることのできる析出板製造装置および析出板の製造方法、ならびにそれに用いる冷却体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、厚み方向の少なくとも一方の表面部を溶湯に浸漬することによって、前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成するための冷却体であって、
前記一方の表面部は、厚み方向に垂直な仮想平面に対して傾斜する傾斜部分を有するように形成されることを特徴とする冷却体である。
【００２２】
また本発明は、前記傾斜部分は、曲率を有するように形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記傾斜部分は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記一方の表面部は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される複数の面部分を有し、
前記複数の面部分のうち、少なくとも隣合う２つの面部分は、厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記一方の表面部は、凹状に形成されることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、溶湯を収容する溶湯容器と、
溶湯容器内に収容される溶湯および溶湯素材を加熱する加熱手段と、
前記本発明の冷却体を、前記一方の表面部が溶湯容器内の溶湯を臨むように保持するとともに、保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯に浸漬し、溶湯から引上げることのできる冷却体浸漬手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置である。
【００２５】
また本発明は、前記本発明の冷却体を、少なくとも前記一方の表面部が外方に臨むように保持し、
保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯容器内に収容される溶湯に浸漬し、
少なくとも前記一方の表面部が溶湯に浸漬された冷却体を溶湯容器内の溶湯から引上げることによって、冷却体の前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成することを特徴とする析出板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、冷却体は、溶湯に浸漬される厚み方向の一方の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）が、厚み方向に垂直な仮想平面に対して傾斜する傾斜部分を有するように形成される。このため、本発明の冷却体は、一方の表面部に形成される傾斜部分の形状、形成位置および前記仮想平面に対する傾斜角度などを適宜選択することによって、一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を各部分毎に任意に設定することができる。したがって、本発明の冷却体を用いることによって、溶湯容器内の溶湯の表面温度分布および表面形状などの影響を打消し、冷却体の一方の表面部に均一な厚みの析出板を形成することができるので、内部応力の集中による析出板の自壊を防ぎ、製造歩留を向上させることができる。ここで、傾斜するとは、曲率を有する場合を含む。
【００２７】
また本発明によれば、冷却体は、一方の表面部に形成される傾斜部分が曲率を有するように形成される。このことによって、たとえば溶湯容器内の溶湯表面が曲面状である場合に、冷却体の一方の表面部を溶湯表面に沿わせて浸漬することができる。したがって、溶湯に浸漬されている時間を冷却体の一方の表面部全体にわたって均一にすることができるので、冷却体の一方の表面部に形成される析出板の厚みを均一にすることができる。ここで、曲率を有するとは、曲面状になっていることを意味する。
【００２８】
また本発明によれば、冷却体は、一方の表面部に形成される傾斜部分が、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される。このように形成される本発明の冷却体を用いることによって、冷却体の一方の表面部の傾斜部分に、厚みが均一であって厚み方向に垂直な仮想平面における断面形状が直線状である平面状の析出板を形成することができる。このことによって、形成される析出板に対して、たとえば太陽電池を製造する際に必要なスクリーン印刷などによる電極形成などの後処理を、溶湯に浸漬される一方の表面部が厚み方向に垂直な仮想平面に平行な平面で形成される従来の冷却体を用いる場合と同様に行なうことができる。したがって、本発明の冷却体を用いることによって、製造工程を煩雑化させることなく、均一な厚みの析出板を製造することができる。
【００２９】
また本発明によれば、冷却体は、一方の表面部が厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される複数の面部分を有し、複数の面部分のうち、少なくとも隣合う２つの面部分は、厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度が互いに異なるように形成される。このような冷却体を用いることによって、冷却体の一方の表面部に、隣合う２つの面部分の交線（以後、分割線と称する）で分割されるように複数の析出板を形成することができる。また、各析出板が形成される各面部分の厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度は、各面部分毎に設定することができるので、前記傾斜角度を各面部分が浸漬される位置に最適な傾斜角度に設定することによって、析出板の厚みを析出板同士間および各析出板内で均一にすることができる。したがって、製造歩留の低下および製造原価の上昇などを引起すことなく、複数枚の析出板を同時に作製し、生産性を向上させることができる。
【００３０】
また本発明によれば、冷却体は、溶湯に浸漬される一方の表面部が凹状に形成される。このような冷却体を溶湯容器内の溶湯の表面高さが溶湯の表面中央部で極大になる場合、溶湯容器内の溶湯の表面温度が溶湯の表面中央部で極小になる場合などに用いることによって、冷却体の一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を均一にすることができるので、冷却体の一方の表面部に形成される析出板の厚みを均一にすることができる。ここで、溶湯の表面高さとは、溶湯容器内に収容される溶湯の表面から溶湯容器の底面部までの最短距離のことである。また、溶湯の表面中央部とは、溶湯容器内に収容される溶湯を溶湯容器の底面部に投影したときに、溶湯容器の底面中央部に投影される部分のことである。
【００３１】
また本発明によれば、析出板製造装置は、溶湯容器によって溶湯を収容し、加熱手段によって溶湯容器内に収容される溶湯および溶湯素材を加熱し、冷却体浸漬手段によって本発明の冷却体の少なくとも一方の表面部を溶湯に浸漬して溶湯から引上げる。このことによって、冷却体の一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成することができる。冷却体には、本発明の冷却体が用いられるので、溶湯容器内の溶湯の表面温度分布および表面形状の影響を打消し、冷却体の一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を均一にすることができる。したがって、冷却体の一方の表面部に形成される析出板の厚みを均一にすることができるので、内部応力の集中による析出板の自壊を防ぎ、析出板を歩留良く製造することができる。ここで、溶湯および溶湯素材を加熱するとは、少なくとも溶湯を溶湯容器内で凝固しないように加熱する意味であって、溶湯素材が溶湯容器内に導入される場合には導入される溶湯素材を溶解するために加熱することも含む。
【００３２】
また本発明によれば、本発明の冷却体を、少なくとも一方の表面部が外方に臨むように保持し、保持した冷却体の少なくとも一方の表面部を溶湯容器内に収容される溶湯に浸漬した後、溶湯から引上げることによって、冷却体の一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成する。このように冷却体として本発明の冷却体を用いることによって、溶湯容器内の溶湯の表面温度分布および表面形状の影響を打消し、冷却体の一方の表面部が溶湯に浸漬されている時間を均一にすることができる。したがって、冷却体の一方の表面部に均一な厚みの析出板を形成することができるので、内部応力の集中による析出板の自壊を防ぎ、析出板の製造歩留を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明の実施の第１形態である冷却体１を用いて析出板３０を製造する本発明の実施の第２形態である析出板製造装置１０の構成を簡略化して示す部分断面図である。図２は、図１に示す冷却体１の構成を簡略化して示す斜視図である。図２（ａ）は冷却体１を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図２（ｂ）は冷却体１を、冷却体浸漬手段１３に保持される側の反対側すなわち溶湯１８を臨む側から見て示す斜視図である。図３は、図２に示す冷却体１を基体部２１の厚み方向２９に垂直な基準方向２５から見て示す側面図である。図２に示す基準方向２５は、図３の紙面に垂直な方向に一致し、図３において、基体部２１の厚み方向２９は、図３の紙面に向かって上下に垂直に延びる直線方向に平行になる。析出板製造装置１０は、坩堝１９に収容される溶湯１８に冷却体１を浸漬した後引上げることによって、冷却体１の一方の表面部に溶湯１８の一部を凝固析出させて板状の析出板３０を形成させる装置である。
【００３４】
析出板製造装置１０は、筐体であるチャンバ１１と、チャンバ１１の内方の処理空間１２内に設けられる冷却体浸漬手段１３および溶解炉１４と、チャンバ１１の外方に設けられ、冷却体浸漬手段１３および溶解炉１４などの、析出板製造装置１０の各部の動作を制御する制御装置１５とを含んで構成される。冷却体浸漬手段１３には、冷却体１が着脱可能に保持される。チャンバ１１の一方の側壁部には、冷却体１を処理空間１２内に搬入するための冷却体搬入口１６が形成される。チャンバ１１の一方の側壁部に対向する他方の側壁部には、冷却体１を処理空間１２から外部に搬出するための冷却体搬出口１７が形成される。なお、本実施の形態とは異なるけれども、チャンバ１１の一方の側壁部または他方の側壁部のみに開口部を形成し、冷却体１の搬送および搬出の両方を行なうように構成してもよい。
【００３５】
図２および図３に示すように、冷却体１は、基体部２１と突起部２２とを含む。冷却体１は、突起部２２で冷却体浸漬手段１３に保持され、基体部２１の少なくとも厚み方向２９一方側の表面部（以後、単に一方の表面部とも称する）２３が溶湯１８に浸漬される。突起部２２は、基体部２１の厚み方向２９他方側の表面部（以後、単に他方の表面部とも称する）２４から突出するように形成される。突起部２２は、基体部２１に一体的に形成されてもよく、別個に形成されて基体部２１に固着されてもよい。本実施の形態とは異なるけれども、突起部２２は、必ずしも基体部２１の他方の表面部２４から突出するように形成される必要はなく、たとえば、基体部２１に他方の表面部２４側から一方の表面部２３側に延びる凹所を形成することによって凹所の内方に残存する基体部２１として形成されてもよい。
【００３６】
基体部２１の外周縁部は、本実施の形態では矩形状である。基体部２１の溶湯１８に浸漬される厚み方向２９の一方の表面部２３は、凹曲面状に形成される。具体的には、基体部２１の一方の表面部２３は、厚み方向２９に垂直な矢符２５で示される基準方向に垂直な切断面線Ｉ−Ｉにおける断面形状が円弧状となるような円筒形状の凹曲面（以下、単に凹円筒面とも称する）で形成される。すなわち、基体部２１の一方の表面部２３は、厚み方向２９に垂直な基準方向２５に一様な形状に形成される。本実施の形態では、基体部２１の一方の表面部２３全体が、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する傾斜部分となる。基体部２１の他方の表面部２４は、厚み方向２９に垂直な仮想平面に対して平行になるように、すなわち厚み方向２９に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように、平面状に形成される。
【００３７】
本発明において、冷却体が基体部を有し、基体部の少なくとも一方の表面部が溶湯に浸漬される場合には、冷却体の一方の表面部とは、基体部の一方の表面部を意味し、冷却体の他方の表面部とは、基体部の他方の表面部を意味する。
【００３８】
冷却体１を構成する材料としては、耐熱性に優れ、溶湯１８となる溶湯素材の融点よりも融点が高く、かつ溶湯素材との反応性に乏しいものが好ましい。このような材料としては、グラファイト、炭化ケイ素、石英、窒化ケイ素などが挙げられ、その中でもグラファイトが好適に用いられる。冷却体１の材質は、これに限定されず、溶湯素材の種類などに応じて広い範囲から適宜選択することができる。冷却体１は、たとえば切削加工によって作製することができる。
【００３９】
図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体１は、厚み方向２９に垂直な方向であって基体部２１の一方の表面部２３が傾斜部分を有するような断面形状に切断される仮想平面に垂直な基準方向２５が、図１の紙面に向かって右方向である矢符３７方向に一致するように冷却体浸漬手段１３に保持される。
【００４０】
溶解炉１４は、高周波誘導加熱方式の溶解炉であり、溶湯１８および溶湯１８となる溶湯素材を収容する溶湯容器である坩堝１９と、坩堝１９の周囲に設けられ、坩堝１９に収容される溶湯１８および溶湯１８となる溶湯素材を加熱する加熱手段であるコイル２０とを含む。
【００４１】
図４は、図１に示す坩堝１９およびコイル２０を同一平面上に投影して示す図である。図４では、坩堝１９およびコイル２０を、図１の紙面に向かって上方側から、図１の紙面に垂直であって図１の紙面に向かって左右に延びる水平方向３１に平行な仮想平面Ｘ−Ｙ上に投影した状態を示す。坩堝１９は、側壁部が円筒状になるように形成される。コイル２０は、坩堝１９の周囲を旋回するように回装して形成される。本実施の形態では、坩堝１９およびコイル２０は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、坩堝１９の中心位置７３とコイル２０の巻き中心位置７２とが一致するように配置される。ここで、坩堝１９の中心位置７３とは、坩堝１９を図４に示すＸ−Ｙ平面に投影したときに、坩堝１９の底面中央部を通る坩堝１９の軸線７１が投影される位置のことである。
【００４２】
図４において、コイル２０の巻き中心位置７２を通り、図４の紙面に向かって右方に水平に延びるＸ軸方向は、図１の紙面手前側に垂直に延びる直線の方向に一致する。図４において、コイル２０の巻き中心位置７２を通り、図４の紙面に向かって上方に垂直に延びるＹ軸方向は、図１の紙面に向かって右方向である冷却体１の搬送方向３７に一致する。すなわち、冷却体１は、図４に示すＹ軸の正（＋）方向に搬送されて溶湯１８に浸漬される。
【００４３】
溶解炉１４は、コイル２０で高周波を発生させて坩堝１９を加熱することによって、坩堝１９に収容される溶湯１８および溶湯１８となる溶湯素材を加熱する。なお、坩堝１９は、側壁部が角筒状になるように形成されてもよい。また、本実施の形態とは異なるけれども、溶解炉１４は、抵抗加熱方式の加熱炉であってもよい。この場合には、坩堝１９の周囲にヒータを設け、ヒータで坩堝１９を加熱することによって、坩堝１９に収容される溶湯１８および溶湯素材を加熱する。
【００４４】
溶湯１８となる溶湯素材としては、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体材料、ガリウム−ヒ素化合物、インジウム−リン化合物などの化合物半導体材料などの半導体材料、アルミニウム、ニッケルなどの金属材料などを用いることができる。たとえば、溶湯素材としてシリコンを用いることによって、冷却体１の一方の表面部すなわち基体部２１の一方の表面部２３に、析出板３０としてシート状シリコンを形成することができる。
【００４５】
図１に戻って、冷却体浸漬手段１３は、冷却体搬入口１６から冷却体搬出口１７に向かって水平に延びて設けられる水平方向移動軸３３に沿って、図１の紙面に向かって左右に水平に延びる水平方向３１に移動可能に設けられる。冷却体浸漬手段１３は、冷却体１を保持する冷却体保持部材３４と、冷却体保持部材３４を傾動可能に保持する垂直方向移動軸３５と、垂直方向移動軸３５を水平方向３１に垂直な矢符３２で示される垂直方向すなわち図１の紙面に向かって上下方向３２に移動可能に保持する移動軸保持部材３６とを含む。
【００４６】
冷却体浸漬手段１３は、移動軸保持部材３６で水平方向移動軸３３に保持される。移動軸保持部材３６は、水平方向移動軸３３に設けられる図示しない案内レールに案内されるガイドローラを有し、図示しない水平方向移動手段によって水平方向３１に移動可能に水平方向移動軸３３に保持される。移動軸保持部材３６を図示しない水平方向移動手段によって水平方向３１に移動させることによって、冷却体浸漬手段１３を水平方向３１に移動させることができる。
【００４７】
冷却体保持部材３４は、冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３を坩堝１９に収容される溶湯１８に浸漬することができるように、具体的には溶湯１８に浸漬していない状態で基体部２１の一方の表面部２３が溶湯１８を臨むように、冷却体１を保持する。冷却体１は、基体部２１の厚み方向２９が、図１の紙面に垂直な方向である冷却体保持部材３４の角変位軸線８０に垂直な方向に延びる基準軸線に対して平行になり、かつ図２に示す基準方向２５が冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に一致するように保持される。
【００４８】
冷却体保持部材３４には、垂直方向３２に延びるように設けられる図示しない２本の傾動軸が接続される。２本の傾動軸をそれぞれ垂直方向３２に昇降させることによって、角変位軸線８０を支点として冷却体保持部材３４を傾動させることができる。冷却体保持部材３４を傾動させることによって、冷却体１を傾動させることができる。冷却体保持部材３４の角変位量を調整することによって、冷却体１の水平面に対する傾斜角度を調整することができる。ここで、冷却体１の水平面に対する傾斜角度とは、冷却体１を構成する基体部２１の厚み方向２９に垂直な仮想平面と水平面との成す角度のことである。冷却体１を溶湯１８から引上げる際に、冷却体保持部材３４によって冷却体１の水平面に対する傾斜角度を調整することによって、冷却体１の基体部２１の一方の表面部２３と溶湯１８の表面との成す角度を調整し、液だれなどを防ぐことができる。ここで、液だれとは、冷却体を引上げる際に、溶湯が冷却体の基体部に引かれて基体部の端部に付着し、凝固析出する現象のことである。
【００４９】
垂直方向移動軸３５には、移動軸保持部材３６に設けられるガイドローラを案内する図示しない案内レールが、垂直方向３２に延びるように設けられる。垂直方向移動軸３５は、図示しない垂直方向移動手段によって垂直方向３２に移動可能に移動軸保持部材３６に保持される。垂直方向移動軸３５を垂直方向移動手段によって垂直方向３２に昇降させることによって、垂直方向移動軸３５に保持される冷却体保持部材３４および冷却体保持部材３４に保持される冷却体１を垂直方向３２に昇降させることができる。
【００５０】
冷却体浸漬手段１３は、冷却体保持部材３４によって冷却体１を保持し、冷却体１の基体部２１の少なくとも一方の表面部２３を溶湯１８に浸漬する位置と、溶湯１８から退避した位置とにわたって変位駆動する。
【００５１】
本発明の実施の第３の形態である析出板の製造方法は、図１に示す析出板製造装置１０によって実行することができる。図５は、図１に示す析出板製造装置１０を用いて析出板３０を作製する様子を模式的に示す側面配置図である。図５では、説明の便宜上、冷却体浸漬手段１３を３つ示すけれども、実際には、１つの冷却体浸漬手段１３が図５に示す冷却体浸漬手段１３の各位置に移動されて冷却体１の浸漬動作を行なう。
【００５２】
析出板製造装置１０によって析出板３０を製造する際には、まず、図示しない冷却体搬入手段によって冷却体搬入口１６からチャンバ１１の内方の処理空間１２に冷却体１を搬入する。搬入した冷却体１を図示しない冷却体装着手段によって冷却体浸漬手段１３の冷却体保持部材３４に装着する。冷却体１は、基体部２１の一方の表面部２３が外方に臨み、かつ基準方向２５が冷却体浸漬手段１３の搬送方向である矢符３７方向に一致するように、冷却体浸漬手段１３に保持される。
【００５３】
冷却体１が装着された冷却体浸漬手段１３を図示しない水平方向移動手段によって矢符３７方向に水平方向移動軸３３に沿って移動させ、坩堝１９の上方に配置する。これによって、冷却体浸漬手段１３に保持された冷却体１の一方の表面部すなわち基体部２１の一方の表面部２３が、坩堝１９に収容される溶湯１８を臨む状態となる。
【００５４】
次いで、冷却体浸漬手段１３の垂直方向移動軸３５を図５の紙面に向かって下方側に移動させることによって、冷却体保持部材３４に保持された冷却体１の少なくとも一方の表面部、すなわち基体部２１の少なくとも一方の表面部２３を坩堝１９に収容される溶湯１８に浸漬する。次いで、冷却体浸漬手段１３の垂直方向移動軸３５を図５の紙面に向かって上方側に移動させることによって、冷却体保持部材３４に保持された冷却体１を坩堝１９内の溶湯１８から引上げる。この冷却体１を溶湯１８に浸漬した後、引上げるという一連の動作によって、溶湯１８の一部が冷却体１で凝固点以下に冷却されて冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３に凝固析出し、析出板３０が形成される。たとえば、溶湯１８となる溶湯素材としてシリコンを用いた場合には、溶融したシリコンが冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３に凝固析出し、析出板３０としてシート状シリコン（以後、シリコンシートとも称する）が形成される。
【００５５】
このとき、本実施の形態では、冷却体１の基体部２１を一方の端部から順に溶湯１８に浸漬し、基体部２１の少なくとも一方の表面部２３全体を溶湯１８に浸漬した後、最初に浸漬した側の端部から順に冷却体１を溶湯１８から離脱させるという手順で、冷却体１の溶湯１８への浸漬および溶湯１８からの引上げを行なう。
【００５６】
具体的には、垂直方向移動軸３５を下方側に下降させるとともに、冷却体１の搬送方向３７下流側の端部が下方を向き、搬送方向３７上流側の端部が上方を向くように冷却体保持部材３４を傾動させ、冷却体１を搬送方向３７の下流側の端部から順に溶湯１８に浸漬する。冷却体保持部材３４の角変位量を調整して冷却体１を徐々に水平に戻し、冷却体１の一方の表面部すなわち基体部２１の一方の表面部２３全体を溶湯１８に浸漬する。次いで、垂直方向移動軸３５を上方側に上昇させるとともに、冷却体保持部材３４の角変位量を調整し、冷却体１の搬送方向３７下流側の端部を上方に徐々に向かせ、搬送方向３７下流側の端部が上方を向き、搬送方向３７上流側の端部が下方を向いた状態で、最初に浸漬された搬送方向３７下流側の端部から順に溶湯１８から引上げる。ここで、冷却体１を水平に戻すとは、冷却体１の基体部２１の厚み方向２９に垂直な仮想平面と水平面との成す角度を略０°にすることをいう。
【００５７】
このような手順で冷却体１の溶湯１８への浸漬および溶湯１８からの引上げを行なうことによって、冷却体１の一方の表面部２３に析出した析出板３０に作用する溶湯１８の表面張力の影響を抑え、冷却体１を溶湯１８から引上げる際に析出板３０が冷却体１から脱離することを防ぐことができる。
【００５８】
次いで、析出板３０が形成された冷却体１を保持した冷却体浸漬手段１３を図示しない水平方向移動手段によって溶湯１８の上方位置から冷却体搬出口１７に向かって矢符３７方向に移動させる。冷却体浸漬手段１３に保持される冷却体１および冷却体１に形成された析出板３０は、冷却体浸漬手段１３の移動に伴って冷却体搬出口１７近傍に搬送される。
【００５９】
冷却体搬出口１７近傍に搬送された冷却体１は、図示しない冷却体取外手段によって冷却体浸漬手段１３から取外され、図示しない冷却体搬出手段によって冷却体搬出口１７から処理空間１２の外部に搬出される。次いで、冷却体１および冷却体１に形成された析出板３０を冷却した後、冷却体１から析出板３０を剥離させ、析出板３０を得る。以上のようにして、析出板３０の製造が終了する。なお、本実施の形態とは異なるけれども、析出板３０は、冷却体１を冷却体浸漬手段１３から取外さずに冷却体浸漬手段１３に保持させたまま、冷却体１から剥離されてもよい。
【００６０】
本実施の形態による析出板製造装置１０では、以上に述べた一連の析出板製造動作を繰返し実行することによって、複数枚の析出板３０を製造することができる。ただし、析出板製造動作を繰返し行なうと、坩堝１９に収容される溶湯１８が減少し、析出板３０の製造に支障が出る。このため、複数枚の析出板３０を製造する場合には、析出板３０を何枚か製造する毎に、析出板３０の製造を一旦停止し、図示しない溶湯素材追加装置によって坩堝１９内に溶湯素材を導入して溶融させ、減少分の溶湯１８を補充する。
【００６１】
以上に述べた析出板３０の製造過程において、坩堝１９内に収容される溶湯１８の表面温度は、均一でなく、表面中央部１８ａが極小になることが多い。図６は、溶解炉１４における熱の流れを模式的に示す図である。図６では、図４に示す溶解炉１４のＸ軸を含み、かつＹ軸に垂直な仮想平面における断面形状、すなわち図１の紙面に垂直な仮想平面における断面形状を示す。図１に示す冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７、すなわち図２に示す冷却体１の基準方向２５は、図６の紙面奥側に垂直に延びる直線方向に一致する。溶解炉１４では、坩堝１９の周囲に設けられるコイル２０から発生する磁界によって坩堝１９に誘導電流が流れ、その結果坩堝１９が発熱する。坩堝１９で発生した熱６３は、坩堝１９内の溶湯１８に伝導し、溶湯１８の表面から外方に放出される。
【００６２】
坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８表面は、発熱している坩堝１９の側壁部に接するか、または近接している。溶湯１８の表面中央部１８ａは、発熱している坩堝１９の側壁部から最も離れており、かつ最も放熱量が大きい位置にある。このため、溶湯１８の表面温度は、表面中央部１８ａが最も低く、坩堝１９の側壁部近傍にいくにつれて高くなることが多い。このような溶湯１８の表面温度分布は、溶解炉１４として、本実施の形態のように高周波誘導加熱方式の加熱炉を用いる場合だけでなく、抵抗加熱方式の加熱炉を用いる場合にも同様に生じ、ヒータ近傍の溶湯の表面温度が、それ以外の部分よりも高くなる傾向は避けられない。
【００６３】
ここで、溶湯１８の表面中央部１８ａとは、坩堝１９内に収容される溶湯１８を坩堝１９の底面部に投影したときに、坩堝１９の底面中央部に投影される部分のことであり、坩堝１９の軸線７１と溶湯１８の表面との交点、すなわち図４に示すＸ−Ｙ平面に投影したときに、坩堝１９の軸線７１が投影される坩堝１９の中心位置７２と同じ位置に投影される溶湯１８の部分のことである。
【００６４】
溶湯１８が表面温度分布を有する場合、本実施の形態では、基体部２１の一方の表面部２３を形成する凹状面の最深部、すなわち厚み方向２９一方側に一方の表面部２３を含まないように仮想される厚み方向２９に垂直な仮想平面からの距離が最も大きい中央部２８が、溶湯１８の表面温度が極小となる部分に浸漬されるように、冷却体１を位置決めして溶湯１８に浸漬する。たとえば、溶湯１８の表面温度が表面中央部１８ａで極小となる場合には、基体部２１の一方の表面部２３の中央部２８が、溶湯１８の表面中央部１８ａに浸漬されるように、冷却体１を配置して溶湯１８への浸漬を行なう。
【００６５】
これによって、表面温度が極小となる部分たとえば表面中央部１８ａ付近の溶湯１８に浸漬される冷却体１の中央部２８が溶湯１８に浸漬されている時間を、他の部分に比べて短くすることができる。溶湯１８は、その温度が低いほど速く凝固点まで冷却されて凝固析出するので、前述のように位置決めして冷却体１を浸漬させることによって、溶湯１８の表面温度分布の影響を打消し、基体部２１の一方の表面部２３に形成される析出板３０の厚みを均一にすることができる。したがって、内部応力の集中による析出板３０の自壊を防ぐことができるので、析出板３０の製造歩留を向上させることができる。
【００６６】
また、溶湯１８の表面形状は、平坦にならずに凸状になることが多い。図７は、坩堝１９内の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。図７では、図６と同様、図４に示す溶解炉１４のＸ軸を含み、かつＹ軸に垂直な仮想平面における断面形状、すなわち図１の紙面に垂直な仮想平面における断面形状を示す。図２に示す冷却体１の基準方向２５は、図７の紙面奥側に垂直に延びる直線方向に一致する。
【００６７】
前述のように、坩堝１９には、コイル２０が発生する磁界６４によって誘導電流が流れる。これによって、坩堝１９が発熱するとともに、誘導電流が坩堝１９内の溶湯１８自体にも流れる。その結果、コイル２０が発生する磁界６４と溶湯１８自体に流れる誘導電流との相互作用によって、坩堝１９の側面部近傍の溶湯１８に、坩堝１９の底面部側に向かう力すなわち図７の紙面に向かって下向きの力が作用し、坩堝１９の底面部側に向かう溶湯１８の流れ６５が発生する。
【００６８】
発生した溶湯１８の流れ６５は、坩堝１９の両側壁部付近から底面中央部に向かって進み、坩堝１９の底面中央部付近で合流し、坩堝１９の開口部に向かう方向すなわち図７の紙面に向かって上向きの流れとなる。このため、溶湯１８の表面は、表面中央部１８ａが持ち上がって相対的に高くなり、図７に示すように凸状、具体的には半球面状になる。すなわち、溶湯１８の表面高さは、表面中央部１８ａで極大となる。ここで、溶湯１８の表面高さとは、坩堝１９内に収容される溶湯１８の表面から坩堝１９の底面部までの最短距離のことである。
【００６９】
溶湯１８が表面中央部１８ａで表面高さの極大値をとるような凸状になる場合、本実施の形態では、基体部２１の一方の表面部２３を形成する凹状面の最深部である中央部２８が、溶湯１８の表面高さが極大となる部分に浸漬されるように、冷却体１を位置決めして溶湯１８に浸漬する。たとえば、溶湯１８の表面高さが表面中央部１８ａで極大になる場合には、溶湯１８の表面温度が表面中央部１８ａで極小となる場合と同様、冷却体１を、基体部２１の一方の表面部２３の中央部２８が溶湯１８の表面中央部１８ａに浸漬されるように配置して、溶湯１８に浸漬させる。
【００７０】
このようにして冷却体１の溶湯１８への浸漬を行なうと、表面高さが極大となる部分たとえば表面中央部１８ａ付近の溶湯１８に浸漬される冷却体１の中央部２８は、表面高さが相対的に低い部分の溶湯１８に浸漬される冷却体１の他の部分とほぼ同時に浸漬を開始し、ほぼ同時に浸漬を終える。すなわち、本実施の形態では、溶湯１８に浸漬されている時間を冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３全体にわたって均一にすることができる。したがって、溶湯１８の表面形状の影響を打消し、基体部２１の一方の表面部２３に、均一な厚みの析出板３０を形成させることができる。
【００７１】
基体部２１の一方の表面部２３を形成する凹曲面の曲率は、特に制限されず、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状および表面温度分布などに応じて適宜選択することができる。すなわち、基体部２１の一方の表面部２３の形状は、溶湯１８の表面形状および表面温度分布の双方を考慮して設計することが好ましい。たとえば、溶湯１８の表面が図７に示すような凸状であり、表面中央部１８ａで表面温度が極小となる場合には、溶湯１８の表面形状を転写した凹曲面よりも大きな曲率を有するように、基体部２１の一方の表面部２３を形成することが好ましい。
【００７２】
以上に述べたように、本実施の形態では、冷却体１を浸漬する際には、冷却体１を基準方向２５に沿う方向に角変位させて溶湯１８に浸漬するけれども、角変位させずに溶湯１８に浸漬させてもよい。たとえば、冷却体浸漬手段１３の垂直方向移動軸３５によって、冷却体１を溶湯１８の上方位置からそのまま図５の紙面に向かって下方側に下降させて溶湯１８に浸漬した後、上方側に上昇させて溶湯１８から引上げるようにしてもよい。この場合には、溶湯１８に浸漬される冷却体１の一方の表面部である基体部２１の一方の表面部２３は、半球面状の凹曲面で形成されることが好ましい。これによって、溶湯１８の表面温度分布および表面形状の影響を一層抑制し、析出板３０の厚みの均一性を向上させることができる。
【００７３】
また、基体部２１の一方の表面部２３は、外方に突出するような部分円筒形状、球面状などの凸曲面で形成されてもよい。このように基体部２１の一方の表面部２３が凸曲面で形成される冷却体は、たとえば溶湯１８の表面形状が凹面状になる場合に有効であり、このような冷却体を用いることによって、厚みの均一な析出板３０を製造することができる。
【００７４】
また、本実施の形態による基体部２１の一方の表面部２３は、全体が曲面状に形成されるけれども、これに限定されず、一部分が曲面状に形成され、残余の部分が平面状に形成されてもよい。また、基体部２１の一方の表面部２３は、異なる曲率を有する複数の曲面部分で形成されてもよい。しかしながら、本実施の形態による冷却体１のように、基体部２１の一方の表面部２３を一様な曲率に形成する方が、加工が容易であるので好ましい。
【００７５】
また、冷却体１の他方の表面部である基体部２１の他方の表面部２４は、平面状に形成されるけれども、これに限定されず、一方の表面部２３と同様に、凹曲面状、凸曲面状などの曲面状に形成されてもよい。また、基体部２１の他方の表面部２４は、一部分が曲面状に形成され、残余の部分が平面状に形成されてもよく、また異なる曲率を有する複数の曲面部分で形成されてもよい。
【００７６】
また、本実施の形態の析出板製造装置１０では、図２に示す冷却体１を用いて析出板３０の製造を行なうけれども、これに限定されず、後述する図１０〜図１５に示す冷却体２〜４などを用いて析出板３０の製造を行なうこともできる。析出板製造装置１０では、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面温度分布および表面形状などに応じて、最適な冷却体を用いて析出板３０の製造を行なうことによって、均一な厚みの析出板３０を得ることができる。
【００７７】
前述のように、本実施の形態による析出板製造装置１０では、坩堝１９内の溶湯１８の表面温度および表面高さは、溶湯１８の表面中央部１８ａで極値をとる。坩堝１９内の溶湯１８の表面温度および表面高さは、溶湯１８の表面中央部１８ａが極値になるとは限らず、坩堝１９の側面部近傍で極値を取ることがある。これは、坩堝１９の周囲への放熱およびコイル２０が発生する磁界６４の影響が、坩堝１９の側壁部の各部において均一でないことが原因である。このような磁界および放熱の不均一性は、坩堝１９の設置位置の偏り、溶解炉１４の周辺に設けられる図示しない補記類および冷却装置などの影響などによって発生する。
【００７８】
図８は、坩堝１９が、Ｘ−Ｙ平面上において坩堝１９の中心位置７３がコイル２０の巻き中心位置７２からＸ軸の正方向に偏心するように配置された状態を示す図である。図９は、坩堝１９が図８に示すように偏心して配置される場合の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。
【００７９】
たとえば図８に示すように、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに坩堝１９の中心位置７３がコイル２０の巻き中心位置７２からＸ軸の正方向に偏心するように坩堝１９が配置されていると、Ｘが正の領域である第１象限および第４象限に投影される坩堝１９の側壁部ではコイル２０との距離が相対的に小さくなり、Ｘが負の領域である第２象限および第３象限に投影される坩堝１９の側壁部ではコイル２０との距離が相対的に大きくなる。このため、Ｘの正領域に投影される坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８には、Ｘの負領域に投影される坩堝１９の側壁部近傍の溶湯１８に比べて、コイル２０が発生する磁界６４がより大きく作用し、坩堝１９の底面部側に向かう力が大きくなる。したがって、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面高さは、図９に示すように、溶湯１８の表面中央部１８ａ付近ではなく、Ｘ−Ｙ平面に投影したときにＸの負領域に投影される坩堝１９の側壁部近傍で極大値を取る。
【００８０】
この場合には、図１０および図１１に示す冷却体２を用いて析出板３０を製造することが好ましい。図１０は、本発明の実施の第４形態である冷却体２の構成を簡略化して示す斜視図である。図１０（ａ）は冷却体２を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１０（ｂ）は冷却体２を、溶湯１８を臨む側から見て示す斜視図である。図１１（ａ）は、図１０に示す冷却体２を基体部３８の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。図１１（ｂ）は、図１０に示す冷却体２を基準方向３９の逆方向から見て示す側面図である。本実施の形態の冷却体２は、実施の第１形態の冷却体１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８１】
冷却体２において注目すべきは、基体部３８の溶湯１８を臨む一方の表面部３８ａが、厚み方向２９に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように平面状に形成され、基体部３８の一方の表面部３８ａ全体が、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜するように形成されていることである。本実施の形態では、冷却体２の基体部３８は、基準方向３９に一様な形状に形成される。具体的には、冷却体２の基体部３８は、基準方向３９に垂直な切断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面形状が、基準方向３９に平行な両端部３８ｃ，３８ｄを上底および下底とする台形形状になるように形成される。図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体２は、図１０に示す基準方向３９または基準方向３９の反対方向が、冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に一致するように冷却体浸漬手段１３に保持されて、坩堝１９内に収容される溶湯１８に浸漬される。
【００８２】
前述の図９に示すように、坩堝１９内の溶湯１８の表面高さが坩堝１９の側壁部近傍で極大値を取る場合には、冷却体２を、その厚みが最も小さい部分である他方の側壁部３８ｄが、溶湯１８の表面高さが極大となる部分付近に浸漬されるように位置決めして溶湯１８に浸漬する。このことによって、溶湯１８に浸漬されている時間を冷却体２の一方の表面部である基体部３８の一方の表面部３８ａ全体にわたって均一にすることができる。したがって、溶湯１８の表面形状の影響を打消し、基体部３８の一方の表面部３８ａに均一な厚みの析出板３０を形成することができる。
【００８３】
また、溶湯１８の表面形状が図９に示すようになる場合には、前述の図１６に示すように基体部６１の一方の表面部６１ａが厚み方向に垂直な仮想平面に対して平行な平面状に形成される従来の冷却体６０を、溶湯１８の表面形状に合わせて傾斜させて浸漬することも考えられる。しかしながら、この場合には、冷却体浸漬手段１３の構成および動作を変更する必要があるので、析出板製造装置が複雑化する。また、冷却体浸漬手段１３の構成および動作を変更することは困難である。これに対し、本実施の形態では、図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体１を冷却体２に変更するだけでよい。
【００８４】
また、従来の冷却体６０を傾斜させて用いる場合には、冷却体６０の端部が溶湯１８に浸漬されないおそれがあるけれども、本実施の形態では、冷却体２の一方の表面部自体を傾斜させるので、基体部３８の一方の表面部３８ａ全体をより確実に溶湯１８に浸漬させることができる。
【００８５】
冷却体２において、基体部３８の厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度θ１は、たとえば０．５〜５°程度である。前記角度θ１は、これに限定されず、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状などに応じて適宜選択することができる。
【００８６】
図１２は、本発明の実施の第５形態である冷却体３の構成を簡略化して示す斜視図である。図１２（ａ）は冷却体３を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１２（ｂ）は冷却体３を溶湯１８に臨む側から見て示す斜視図である。図１３は、図１２に示す冷却体３を基体部４１の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。本実施の形態の冷却体３は、実施の第４形態の冷却体２に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８７】
本実施形態の冷却体３において注目すべきは、基体部４１の溶湯１８を臨む一方の表面部４１ａが、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０における断面形状が直線状になるように平面状に形成される２つの面部分４３，４４を有し、この２つの面部分４３，４４が、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されていることである。すなわち、基体部４１の一方の表面部４１ａは、前記仮想平面４０に対する傾斜角度θ２，θ３が異なる第１傾斜部４３および第２傾斜部４４の２つの傾斜部で形成される。第１傾斜部４３と第２傾斜部４４とは互いに交わり、基体部４１の一方の表面部４１ａは、第１傾斜部４３と第２傾斜部４４との交線（以後、分割線と称する）４２で分割されるように形成されている。分割線４２は、基準方向３９に平行に形成される。
【００８８】
冷却体３の基体部４１は、図１０および図１１に示す実施の第４形態の冷却体２を構成する基体部３８を、その厚みが最も小さい部分３８ｄ同士で２個つなぎ合わせた形状である。冷却体３の基体部４１は、矢符３９方向では均一な厚みを有し、矢符３９に垂直な方向では厚みが変化する。基体部４１の厚みは、両端部から分割線４２の部分にいくにつれて減少し、分割線４２の部分で最も小さくなる。
【００８９】
本実施の形態では、基体部４１の溶湯１８に浸漬される一方の表面部４１ａの面積は、作製しようとする析出板３０の面積の約２倍に選択される。冷却体３を用いて析出板３０を製造する際には、図１に示す析出板製造装置１０において、基体部４１の一方の表面部４１ａを２つの傾斜部４３，４４に分割する分割線４２が、冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に平行になり、かつ坩堝１９に収容される溶湯１８の表面高さが極大になる部分付近に浸漬されるように、冷却体３を冷却体浸漬手段１３に保持し、溶湯１８に浸漬させる。これによって、基体部４１の一方の表面部４１ａでは、分割線４２で分割された第１傾斜部４３および第２傾斜部４４のそれぞれに析出板３０が形成される。すなわち、基体部４１の一方の表面部４１ａには、分割線４２で分割された２枚の析出板３０が形成される。このように、本実施の形態の冷却体３を用いることによって、溶湯１８への一回の浸漬動作で２枚の析出板３０を生産することができるので、生産性を向上させることができる。
【００９０】
なお、本実施の形態の冷却体４は、基体部４１の一方の表面部４１ａの面積を作製しようとする析出板３０の面積と等しい面積に選択することによって、１枚の析出板３０を作製する場合に使用することができる。この場合にも、基体部４１の一方の表面部４１ａを、図１３に示すように凹状、具体的には基準方向３９に垂直な仮想平面における断面形状がＶ字型になるように形成することが好ましい。このように形成される冷却体４は、たとえば前述の図６に示すように溶湯１８の表面温度が表面中央部１８ａで極小となる場合、図７に示すように溶湯１８の表面高さが表面中央部１８ａで極大となる場合などに有効である。この場合には、冷却体４を、分割線４２の部分が、溶湯１８の表面中央部１８ａ付近に浸漬されるように位置決めして溶湯１８に浸漬する。
【００９１】
本実施の形態の冷却体４では、溶湯１８に浸漬される基体部４１の一方の表面部４１ａは、冷却体４の基準方向３９に平行な分割線４２で区切られた２つの傾斜部４３，４４で形成される。第１傾斜部４３の厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度（以後、単に傾斜角度と称する）θ２および第２傾斜部４４の厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度（以後、単に傾斜角度と称する）θ３は、特に制限されず、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状などに応じて適宜選択することができる。坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状に応じて、第１傾斜部４３の傾斜角度θ２および第２傾斜部４４の傾斜角度θ３をそれぞれ最適化することによって、析出板３０の厚みの均一性を向上させることができる。
【００９２】
以上に述べたように、本実施の形態の冷却体３では、基体部４１の一方の表面部４１ａは、分割線４２で区切られた２つの面部分で形成されるけれども、これに限定されず、図１４に示す冷却体４のように、３つ以上の複数の面部分で形成されてもよい。
【００９３】
図１４は、本発明の実施の第６形態である冷却体４の構成を簡略化して示す斜視図である。図１４（ａ）は冷却体４を冷却体浸漬手段１３に保持される側から見て示す斜視図であり、図１４（ｂ）は冷却体４を溶湯１８に臨む側から見て示す斜視図である。図１５は、図１４に示す冷却体４を基体部４５の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。本実施の形態の冷却体４は、実施の第５形態の冷却体３に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００９４】
冷却体４において、基体部４５の溶湯１８を臨む一方の表面部４５ａは、基準方向３９に垂直であって厚み方向２９に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように平面状に形成される、３つの面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃを有するように形成されている。隣合う２つの面部分、すなわち第１傾斜部４７ａと平面部４７ｂおよび平面部４７ｂと第２傾斜部４７ｃは、それぞれ厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されている。
【００９５】
本実施の形態では、３つの面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃのうち、冷却体４の中央部に位置する面部分４７ｂは、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度が略０°であり、前記仮想平面４０に対して平行な平行平面部４７ｂとして形成される。残余の２つの平面部４７ａ，４７ｃは、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する第１傾斜部４７ａおよび第２傾斜部４７ｃとして形成される。なお、冷却体４の中央部に位置する平行平面部４７ｂは、厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対して傾斜する傾斜部として形成されてもよい。
【００９６】
図１に示す析出板製造装置１０において、冷却体４は、冷却体３と同様に、基体部４５の一方の表面部４５ａを構成する各面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃの交線である２本の分割線４６ａ，４６ｂが冷却体浸漬手段１３の搬送方向３７に平行になるように冷却体浸漬手段１３に保持され、かつ冷却体４の中央部の平行平面部４７ｂが坩堝１９に収容される溶湯１８の表面高さが極大の部分を通過するように保持されて溶湯１８に浸漬される。
【００９７】
冷却体４において、基体部４５の一方の表面部４５ａは、第１傾斜部４７ａ、平行平面部４７ｂおよび第２傾斜部４７ｃの面積が、それぞれ、作製しようとする析出板３０の面積に略等しくなるように形成される。すなわち、基体部４５の一方の表面部４５ａの面積は、析出板３０の面積の約３倍に選択される。このような冷却体４を用いることによって、溶湯１８への一回の浸漬動作で３枚の析出板３０を生産することができる。また、坩堝１９に収容される溶湯１８の表面形状などに応じて、各面部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃの厚み方向２９に垂直な仮想平面４０に対する傾斜角度を適宜選択することによって、均一な厚みの析出板３０を得ることができる。
【００９８】
このように、基体部の溶湯を臨む一方の表面部が、複数本の分割線で分割された３つ以上の面部分で形成された冷却体を用いることによって、溶湯への一度の浸漬操作で３枚以上の複数枚の析出板を製造することができるので、生産性を大幅に向上させることができる。
【００９９】
複数枚の析出板を一度の浸漬操作で製造する場合、冷却体には、基体部の溶湯を臨む一方の表面部が、作製しようとする析出板の枚数と同数の面部分で形成される冷却体を用いればよい。基体部の他方の表面部に対する各面部分の傾斜角度は、たとえば、予め冷却体を溶湯に浸漬して析出板を作製する浸漬試験を実施し、そのとき形成される析出板の厚みから溶湯の表面温度分布および表面高さ分布を分析し、それによって得られる結果に応じて適宜設定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、たとえば、太陽電池用のシート状半導体などの製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の第２形態である析出板製造装置１０の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【図２】図１に示す冷却体１の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図３】図２に示す冷却体１を基体部２１の厚み方向２９に垂直な基準方向２５から見て示す側面図である。
【図４】図１に示す坩堝１９およびコイル２０を同一平面上に投影して示す図である。
【図５】図１に示す析出板製造装置１０を用いて析出板３０を作製する様子を模式的に示す側面配置図である。
【図６】溶解炉１４における熱の流れを模式的に示す図である。
【図７】坩堝１９内の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。
【図８】坩堝１９が、Ｘ−Ｙ平面上において坩堝１９の中心位置７３がコイル２０の巻き中心位置７２からＸ軸の正方向に偏心するように配置された状態を示す図である。
【図９】坩堝１９が図８に示すように偏心して配置される場合の溶湯１８の表面形状を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の第４形態である冷却体２の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す冷却体２を基体部３８の厚み方向２９に垂直な基準方向３９および基準方向３９の逆方向から見て示す側面図である。
【図１２】本発明の実施の第５形態である冷却体３の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す冷却体３を基体部４１の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。
【図１４】本発明の実施の第６形態である冷却体４の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す冷却体４を基体部４５の厚み方向２９に垂直な基準方向３９から見て示す側面図である。
【図１６】従来の冷却体６０の構成を簡略化して示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，２，３，４ 冷却体
１０ 析出板製造装置
１１ チャンバ
１２ 処理空間
１３ 冷却体浸漬手段
１４ 溶解炉
１５ 制御装置
１６ 冷却体搬入口
１７ 冷却体搬出口
１８ 溶湯
１９ 坩堝
２０ コイル
２１，４１，４５ 基体部
２２ 突起部
２３，４１ａ，４５ａ 基体部の一方の表面部
２４，４１ｂ，４５ｂ 基体部の他方の表面部
３０ 析出板
４２，４６ 分割線
４３，４７ａ 第１傾斜部
４４，４７ｃ 第２傾斜部
４７ｂ 平行平面部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向の少なくとも一方の表面部を溶湯に浸漬することによって、前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成するための冷却体であって、
前記一方の表面部は、厚み方向に垂直な仮想平面に対して傾斜する傾斜部分を有するように形成されることを特徴とする冷却体。
【請求項２】
前記傾斜部分は、曲率を有するように形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却体。
【請求項３】
前記傾斜部分は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却体。
【請求項４】
前記一方の表面部は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される複数の面部分を有し、
前記複数の面部分のうち、少なくとも隣合う２つの面部分は、厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却体。
【請求項５】
前記一方の表面部は、凹状に形成されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の冷却体。
【請求項６】
溶湯を収容する溶湯容器と、
溶湯容器内に収容される溶湯および溶湯素材を加熱する加熱手段と、
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の冷却体を、前記一方の表面部が溶湯容器内の溶湯を臨むように保持するとともに、保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯に浸漬し、溶湯から引上げることのできる冷却体浸漬手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。
【請求項７】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の冷却体を、少なくとも前記一方の表面部が外方に臨むように保持し、
保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯容器内に収容される溶湯に浸漬し、
少なくとも前記一方の表面部が溶湯に浸漬された冷却体を溶湯容器内の溶湯から引上げることによって、冷却体の前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成することを特徴とする析出板の製造方法。
【請求項１】
厚み方向の少なくとも一方の表面部を溶湯に浸漬することによって、前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成するための冷却体であって、
前記一方の表面部は、厚み方向に垂直な仮想平面に対して傾斜する傾斜部分を有するように形成されることを特徴とする冷却体。
【請求項２】
前記傾斜部分は、曲率を有するように形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却体。
【請求項３】
前記傾斜部分は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却体。
【請求項４】
前記一方の表面部は、厚み方向に平行な仮想平面における断面形状が直線状になるように形成される複数の面部分を有し、
前記複数の面部分のうち、少なくとも隣合う２つの面部分は、厚み方向に垂直な仮想平面に対する傾斜角度が互いに異なるように形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却体。
【請求項５】
前記一方の表面部は、凹状に形成されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の冷却体。
【請求項６】
溶湯を収容する溶湯容器と、
溶湯容器内に収容される溶湯および溶湯素材を加熱する加熱手段と、
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の冷却体を、前記一方の表面部が溶湯容器内の溶湯を臨むように保持するとともに、保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯に浸漬し、溶湯から引上げることのできる冷却体浸漬手段とを含むことを特徴とする析出板製造装置。
【請求項７】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の冷却体を、少なくとも前記一方の表面部が外方に臨むように保持し、
保持した冷却体の少なくとも前記一方の表面部を溶湯容器内に収容される溶湯に浸漬し、
少なくとも前記一方の表面部が溶湯に浸漬された冷却体を溶湯容器内の溶湯から引上げることによって、冷却体の前記一方の表面部に溶湯の一部を凝固析出させて析出板を形成することを特徴とする析出板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
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【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１２８４９０（Ｐ２００６−１２８４９０Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１６６０８（Ｐ２００４−３１６６０８）
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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