炭素繊維強化炭素複合材ルツボ及びこのルツボの製造方法
【課題】半導体材料あるいは太陽電池材料等の単結晶あるいは多結晶を製造する装置において溶融材料を収容するルツボを支持、保持するために用いられる炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、底部湾曲部において、皺あるいは重ね合わせの段差部分をなくし、耐久性を向上させた炭素繊維強化炭素複合材ルツボを提供する。
【解決手段】周縁部に湾曲部を有する底部３と、前記底部湾曲部から上方に延びる直胴部２とを有する炭素繊維強化炭素複合材ルツボ１であって、前記底部３と直胴部２が、炭素繊維の縦糸と横糸とを交互に織り上げた炭素繊維織布１１，１２，１３（１０）を複数枚、貼り合わせることにより形成されると共に、前記底部湾曲部に位置する炭素繊維織布の縦糸と横糸の軸線が、ルツボ周方向に対し斜め方向に形成されている。
【解決手段】周縁部に湾曲部を有する底部３と、前記底部湾曲部から上方に延びる直胴部２とを有する炭素繊維強化炭素複合材ルツボ１であって、前記底部３と直胴部２が、炭素繊維の縦糸と横糸とを交互に織り上げた炭素繊維織布１１，１２，１３（１０）を複数枚、貼り合わせることにより形成されると共に、前記底部湾曲部に位置する炭素繊維織布の縦糸と横糸の軸線が、ルツボ周方向に対し斜め方向に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化炭素複合材ルツボ及びこのルツボの製造方法に関し、例えば、半導体材料等の単結晶を引上げる装置または太陽電池材料等の多結晶を製造する装置において溶融材料を収容するルツボを支持、保持するために用いられる炭素繊維強化炭素複合材ルツボ及びこのルツボの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体材料等の単結晶を製造する場合、ＣＺ法（チョクラルスキー法）が広く用いられている。
このＣＺ方法は、図１２に示すように石英ルツボ５０内に収容されたシリコンの溶融液Ｍの表面に種結晶Ｐを接触させ、石英ルツボ５０を回転させるとともに、この種結晶Ｐを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Ｐの下端に単結晶Ｃを形成していくものである。
【０００３】
この石英ルツボ５０はシリコン単結晶Ｃの育成にともない、周りを取り囲むヒータ５２の熱、シリコン溶融液Ｍの熱によって軟化する。このため、石英ルツボ５０は黒鉛ルツボ５１内に収容され、支持されている。
そして、シリコン単結晶引上げが終了すると、石英ルツボ５０及び黒鉛ルツボ５１は冷却される。このとき、前記黒鉛ルツボ５１の熱膨張係数が石英ルツボ５０よりも大きいため、両者が密着した状態で冷却されると、黒鉛ルツボ５１に亀裂が生じ、最終的には亀裂、割れが生じるという課題があった。
【０００４】
そのような課題に対し、例えば特許文献１には、従来の黒鉛ルツボ５１に代えて、炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃ材とも呼ぶ）からなるルツボ（以下、便宜的に炭素ルツボと呼ぶ）を用いることが開示されている。このＣ／Ｃ材の熱膨張係数は石英ガラスルツボの熱膨張係数に近く、また、機械的強度が黒鉛材よりも高いため、冷却時の割れ発生の確率を大幅に低減することができる。
そして、この特許文献１に開示された炭素ルツボを製造する場合には、図１３（ａ）に示すように、上部に複数枚の葉っぱ状体６０ａが連なる形状に切欠かれたＣ／Ｃ材からなるシート状の炭素繊維織布６０を用意する。この用意したシート状の炭素繊維織布６０を図１３（ｂ）に示すように、あたかも地球儀を製作する要領でルツボ成形型６１の表面に順次貼り付け、所定の厚さとなるまでこの作業を繰り返して製作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１３に示すような方法により製作された炭素ルツボの場合、図１２に示すルツボ底部の小湾曲部Ｒ１、大湾曲部Ｒ２において、葉っぱ状体６０ａ同士が重ね合わされ、重ね合わされた葉っぱ状体６０ａの段差が放射状に形成される。
このように、ルツボ底部の湾曲部Ｒ１、Ｒ２において、葉っぱ状体６０ａ同士が重ね合わされるため、炉内において溶融液Ｍから発生したＳｉＯガスが、炭素ルツボ５１の外側の湾曲部Ｒ１、Ｒ２の重ね合わせ部分の段差部分に滞留し、化学反応（酸化）によって、その部分が局所的に損耗、消耗し、脆弱化するという課題があった。
また、石英ガラスルツボの外壁面と炭素ルツボの内周面とは、完全に密着せず一部に隙間が存在するため、この隙間から前記ＳｉＯガスが侵入し、炭素ルツボ５１の内側の湾曲部Ｒ１、Ｒ２の重ね合わせ部分の段差部分に滞留する。この場合においても化学反応（酸化）によって、その部分が局所的に損耗、消耗し、脆弱化するという課題があった。
このように、従来の炭素ルツボにあっては、炭素ルツボ５１の湾曲部Ｒ１、Ｒ２部分において重ね合わせ部分が存在するために、局所的に損耗、消耗し、炭素ルツボが脆弱化するという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、半導体材料等の単結晶あるいは太陽電池材料等の多結晶を製造する装置において溶融材料を収容するルツボを支持、保持するために用いられる炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、底部湾曲部において、皺あるいは重ね合わせの段差部分をなくし、耐久性を向上させた炭素繊維強化炭素複合材ルツボを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボは、周縁部に湾曲部を有する底部と、前記底部湾曲部から上方に延びる直胴部とを有する炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、前記底部と直胴部が、炭素繊維の縦糸と横糸とを交互に織り上げた炭素繊維織布を複数枚、貼り合わせることにより形成されると共に、少なくとも前記底部湾曲部に位置する炭素繊維織布の縦糸と横糸の軸線が、ルツボ周方向に対し斜め方向に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
このように底部湾曲部において、炭素繊維織布の縦糸、横糸がルツボ周方向に対し斜めになる部分において、ルツボ周方向に対し斜め方向に伸長するため、重ね目や皺などの大きな凹凸が形成されず、繊維の切れ目のない状態で成型することができる。
したがって、この炭素繊維強化炭素複合材ルツボを使用した際、ルツボの底部湾曲部の内側、外側にＳｉＯガスが滞留することがなく、化学反応（酸化）による脆弱化を抑制することができる。
【００１０】
ここで、前記底部および前記底部湾曲部には、切れ目の無い一体型の第１の炭素繊維織布が用いられ、前記底部湾曲部及び前記直胴部には、炭素繊維の縦糸と横糸がルツボ周方向に対し斜めになるように形成された第２の炭素繊維織布が用いられているのが好ましい。
【００１１】
更に、前記直胴部には、炭素繊維の横糸と縦糸がルツボ周方向に対し平行方向と直交方向になるように形成された第３の炭素繊維織布が用いられ、前記直胴部において、前記第２の炭素繊維織布と、前記第３の炭素繊維織布とが交互の積層されているのが好ましい。
このように、第３の炭素繊維織布の炭素繊維の横糸と縦糸をルツボ周方向に対し平行方向と直交方向になるように形成した場合、積層する第２の炭素繊維織布と炭素繊維の方向が異なるため、強度を向上させることができる。即ち、縦糸と横糸の軸線方向が異なる炭素繊維織布を交互に積層することにより、相互の接着力が強化され、ルツボの剛性を向上することができる。
【００１２】
尚、第３の炭素繊維織布は、炭素繊維の縦糸と横糸がルツボ周方向に対し斜めになるように形成しても良い。第３の炭素繊維織布の炭素繊維の縦糸と横糸をルツボ周方向に対し斜めになるように形成した場合、積層する第２の炭素繊維織布と炭素繊維の方向が同じになりルツボ周方向への引っ張り応力に対する強度をより向上することができる。
【００１３】
また、前記直胴部に積層された各炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されているのが好ましい。
このように、重なり合う炭素繊維織布同士の間で、炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部同士が、積層方向において重ならないことによって、積層方向（厚さ方向）の隙間が少なくなり、直胴部における積層方向の炭素繊維量をより均一とすることができる。
【００１４】
尚、前記第２の炭素繊維織布または前記第３の炭素繊維織布は、それぞれ切れ目のない一体型のもので前記直胴部を１周以上巻くことが望ましい。また、前記第２の炭素繊維織布または第３の炭素繊維織布の大きさが前記直胴部の外周長さに満たない場合であっても、前記第２の炭素繊維織布の継ぎ目（炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部）と前記第３の炭素繊維織布の継ぎ目（炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部）とが異なる位置で重なるようにすることが好ましい。
【００１５】
また、前記直胴部と前記底部の少なくともいずれかにおいて、前記直胴部に積層された各炭素繊維織布の縦糸と横糸との交差部分が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されているのが好ましい。
このように、重なり合う炭素繊維織布同士の間で、縦糸と横糸との交差部分が、積層方向において重ならないことによって、縦糸と横糸とが交差する部分の凹凸が噛み合い、重なり合う炭素繊維織布同士の接着力を強化することができる。
【００１６】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造方法は、前記炭素繊維織布が熱硬化性樹脂と炭素粉との混合接着剤を用いて貼り合わされ、その後、熱硬化処理、炭素化処理、黒鉛化処理および高純度化処理を施して形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、底部湾曲部における皺あるいは重ね合わせの段差部分をなくし、耐久性に優れた炭素繊維強化炭素複合材ルツボを得ることができる。また本発明によれば、炭素繊維強化炭素複合材ルツボを好適に製造することができる製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボに用いられる炭素繊維布の平面図である。
【図２】図２は、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、炭素繊維が縦横に格子状に編まれた横長の方形状の炭素繊維織布の概念図である。
【図４】図４は、炭素繊維が斜め４５度の斜め格子状に編まれた正円形状の炭素繊維織布の概念図である。
【図５】図５は、炭素繊維が斜め４５度の斜め格子状に編まれた横長の方形状の炭素繊維織布である。
【図６】図６は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を示すフロー図である。
【図７】図７は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図８】図８は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図１０】図１０は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの他の実施形態において、炭素繊維織布の好ましい積層方法を説明するための炭素繊維織布の概念図である。
【図１２】図１２は、シリコン単結晶引上装置において用いるルツボの説明をするための図である。
【図１３】図１３は、従来の炭素繊維強化複合材ルツボの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの実施の形態について図面に基づき説明する。
まず、図１に基づいて、この炭素繊維強化炭素複合材ルツボに用いられる炭素繊維布について説明する。
この炭素繊維織布１０は、直径３μｍ〜１５μｍの炭素繊維１０００本〜３６０００本を縦糸１０ａとし、直径３μｍ〜１５μｍの炭素繊維１０００本〜３６０００本を横糸１０ｂとして、交互に織り上げた炭素繊維織布であって、その目付け量は８０ｇ／ｍ2〜１０００ｇ／ｍ２、厚さは０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに形成されている。
この炭素繊維織布１０は、上記したように縦糸１０ａと横糸１０ｂとを交互に織り上げているために、図１に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長する性質を備えている。尚、縦糸１０ａ、横糸１０ｂの方向に対しては、炭素繊維自体の伸びが許容されるに過ぎない。
【００２０】
次に、図２に基づいて、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボ１（以下、炭素ルツボ１と呼ぶ）の一実施形態について説明する。尚、図２における炭素繊維強化炭素複合材は概念的に表わされている。
この炭素ルツボ１は、例えば、半導体材料等の単結晶を引上げる単結晶引上装置（図示せず）において、シリコン溶融液を収容する石英ルツボを支持、保持するために使用されるルツボである。
【００２１】
この炭素ルツボ１は、直胴部２と底部３とを有し、底部３は湾曲して形成され、その周縁部に所定の曲率で湾曲する小湾曲部Ｒ１（底部湾曲部）と、底部中央に形成された大湾曲部Ｒ２とを有している。また、前記直胴部２は、前記底部３の小湾曲部Ｒ１から上方に筒状に延設されている。
この炭素ルツボ１は、前記した炭素繊維布１０を複数枚、熱硬化性樹脂と炭素粉（例えば黒鉛粉）との混合接着剤（図示せず）を担持して貼り合わせ、その後、熱硬化、炭素化、黒鉛化および高純度化処理を施すことによって形成される。即ち、この炭素ルツボ１は、炭素繊維強化炭素複合材（以下、Ｃ／Ｃ材と呼ぶ）により形成されている。
具体的には、図３乃至図５に示すシート状の炭素繊維織布、１１，１２，１３が複数層に貼り合わせられ、熱硬化、炭素化、黒鉛化および高純度化処理を施されて形成される。
【００２２】
ここで、図３に示された炭素繊維織布１１は、炭素繊維布１０を炭素繊維の軸線が縦横方向（垂直、水平方向）に、かつ横長の方形状の炭素繊維織布になるように裁断したもの（第３の炭素繊維織布）である。この炭素繊維織布１１の幅寸法ｗ１は、少なくとも炭素ルツボ１の直胴部２の外周を覆うことが可能な長さに形成され、高さ寸法ｈ１は、直胴部２の高さ寸法と同じ寸法となるよう形成されている。
また、この炭素繊維織布１１は、図３に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長可能である。
【００２３】
また、図４に示された炭素繊維織布１２は、炭素繊維織布１０を正円形状の炭素繊維織布になるように裁断したもの（第１の炭素繊維織布）である。この炭素繊維織布１２の直径寸法ｄは、炭素ルツボ１の底部３を覆うことが可能な大きさに形成されている。
また、この炭素繊維織布１２は、図４に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長可能である。
【００２４】
更に、図５に示された炭素繊維織布１３は、炭素繊維織布１０を炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）が斜め４５度方向に、かつ横長の方形状の炭素繊維織布になるように裁断したもの（第２の炭素繊維織布）である。この炭素繊維織布１３の幅寸法ｗ２は、前記炭素繊維織布１１と同じく炭素ルツボ１の直胴部２の外周を覆うことが可能な長さに形成され、高さ寸法ｈ２は、直胴部の高さ寸法よりも長く、具体的には直胴部２に加え、底部３の小湾曲部Ｒ１を覆うことが可能な長さに形成されている。
また、この炭素繊維織布１３は、図５に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長可能である。
【００２５】
続いて、図６に基づき、図７乃至図１０を用いて、炭素ルツボ１の製造工程について説明する。
先ず、図７に示すようにルツボ成型用金型５を用意し、その直胴部６に熱硬化性樹脂と炭素粉（例えば黒鉛粉）との混合接着剤（図示せず）を担持し、炭素繊維織布１１を巻き付ける（図６のステップＳ１）。
ここで、炭素繊維織布１１の炭素繊維の軸線方向（縦糸、横糸の軸線方向）は、ルツボ周方向Ｔに対して平行方向と直交方向（ルツボの軸線方向）となされている。
このとき、炭素繊維織布１１は、図７に矢印で示すルツボ周方向Ｔと平行方向に伸長せず、またルツボ周方向Ｔと直交方向（ルツボの軸線方向）にも伸長しないが、この直胴部６の径が変化しないため、直胴部６に炭素繊維織布１１を皺なく貼り付けることができる。
尚、図１０に示すように、炭素繊維織布１１の下端部１１ａは、ルツボ成型型５の下方に突出した状態で貼り付けられる。
【００２６】
次いで、図７、８に示すようにルツボ成型型５の底部７に前記混合接着剤を担持し、円形の炭素繊維織布１２を貼り付けて覆い、底部３を形成する（図５のステップＳ２）。
ここで、この炭素繊維織布１２は、従来の葉っぱ状に切れ目が入った炭素繊維織布（図１３参照）ではなく、切れ目の無い一体型の炭素繊維織布である。また、炭素ルツボ１の直胴部２を形成する炭素繊維織布１１と、底部３を形成する炭素繊維織布１２との境界部分は、重ねられることなく、また隙間が生じないよう貼り付けが行われる。
【００２７】
この円形の炭素繊維織布１２の貼り付けにあっては、炭素繊維織布１２の周縁部により小湾曲部Ｒ１を覆うこととなるが、炭素繊維織布１２は、炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）に対して斜め４５度方向に伸ばしながら貼り付けが行われる。
より具体的には、最初に炭素繊維織布１２の中央部をルツボ成形型５の底部７中央に貼り付け、炭素繊維織布１２の周縁部を引っ張りながら小湾曲部Ｒ１を覆うように貼り付けが行われる。
このとき、ルツボ成形型５は底部中央から徐々に半径が大きくなるが、炭素繊維織布１２は炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）に対して略斜め４５度方向に伸長するので、炭素繊維織布１２を引き伸ばしながら、貼り付けることができる。これにより、小湾曲部Ｒ１において炭素繊維織布１２は皺なく、貼り付けられる。
【００２８】
そして、貼り付けられた炭素繊維織布１１、１２の上から、前記混合接着剤を担持し、図９に示すように炭素繊維織布１１により形成された直胴部２（成形型５の直胴部６）と、炭素繊維織布１２により形成された小湾曲部Ｒ１とを覆うように炭素繊維織布１３を貼り付ける（図６のステップＳ３）。
この炭素繊維織布１３の貼り付けにあっては、小湾曲部Ｒ１においてルツボ成形型５の外周部に向かって徐々に半径が大きくなるが、図示するようにルツボ周方向Ｔに対し炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）が斜め４５度方向に形成されているため、炭素繊維織布１３を引き伸ばしながら貼り付けることにより、皺なく貼り付けることができる。
また、直胴部２においては、混合接着剤が担持された下地の炭素繊維織布１１とは炭素繊維の軸線方向が異なるため、接着力が強化し、剛性が向上する。
【００２９】
また、このように炭素繊維織布１１の上に炭素繊維織布１３を積層する際、ルツボ周方向における炭素繊維織布１１，１３の不連続部（周方向の端部）同士が積層方向（径方向）において重ならないよう、ルツボ周方向における位置をずらすことが好ましい。
また、その場合、縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分が積層方向において重ならないように貼り付けることが好ましい。
そのように積層することによって、積層方向（厚さ方向）の隙間が少なくなり、直胴部２における積層方向の炭素繊維量をより均一とすることができる。
また、縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分が積層方向において重ならないことによって、縦糸１０ａと横糸１０ｂとが交差する部分の凹凸が噛み合い、重なり合う炭素繊維織布１１，１３同士の接着力を強化することができる。
【００３０】
このような炭素繊維織布１１，１２，１３の貼り付け工程は、図１０の断面図に示すように複数回繰り返して行われ（図１０では３回）、所定の厚さに積層されていく（図６のステップＳ４）。
炭素繊維織布１１，１２，１３の貼り付け（積層）が全て終了すると、最内層の炭素繊維織布１１の下端部１１ａ（ルツボ使用時において上端部）を、図１０に示す矢印方向に折曲げ、ルツボ端部を覆うように貼り付けし、端部成形処理を行う（図６のステップＳ５）。
【００３１】
このようにして、ルツボ型のプリフォームが得られると、ルツボ成形型５の周りに貼り付けられた状態で真空炉内に配置し、１００℃〜３００℃の温度で熱硬化を行う（図６のステップＳ６）。
次いで、ルツボ成形型５を取り外し（図６のステップＳ７）、得られる成型体をＮ2ガス等の不活性ガス中で約１０００℃の温度で炭素化処理を行う（図６のステップＳ８）。
炭素化処理の後、例えばフェノール樹脂、タールピッチ等を含浸させ、１５００℃以上の温度で加熱し、黒鉛化処理を行う（図６のステップＳ９）。
そして、黒鉛化により得られたルツボを、通常１５００℃から２５００℃の温度に加熱して、高純度化処理を施し、Ｃ／Ｃ材からなる炭素ルツボ１を得る（図６のステップＳ１０）。
【００３２】
以上のようにして得られた炭素ルツボ１は、底部の湾曲部において、重ね合わせ部分における段差や皺などの凹凸が形成されず、さらに図１０に示すように直胴部２から小湾曲部Ｒ１まで連続して多層形成されている。
したがって、この炭素ルツボ１における底部湾曲部の内側及び外側に、凹凸が形成されないため、炉内で生じるＳｉＯガスが滞留することがなく、化学反応（酸化）による損耗、消耗を抑制でき、耐久性を向上させることができる。また、炭素繊維織布を複数枚貼り合わせることにより、所定の厚さを有する炭素ルツボを製作することができ、耐久性を向上させることができる。
【００３３】
尚、前記実施の形態にあっては、直胴部２の形成において、炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し縦横方向（直胴部軸線方向、直胴部軸線に垂直な接線方向）の炭素繊維織布１１と、炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し斜め４５度方向（直胴部軸線に対し４５度の角度で交差する接線方向）の炭素繊維織布１３とを交互に重ねるものとした。
しかしながら、本発明にあっては、その形態に限定されるものではなく、炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し斜め４５度方向の炭素繊維織布１３のみを複数枚、積層することによって直胴部２を形成するようにしてもよい。あるいはまた炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し縦横方向（直胴部軸線方向、直胴部軸線に垂直な接線方向）の炭素繊維織布１１を複数枚、積層することによって直胴部２を形成するようにしてもよい。
そのように直胴部２を構成することにより、ルツボ周方向への引っ張り応力に対する強度をより向上させることができる。
【００３４】
尚、石英ルツボの昇温時にあっては、ルツボ軟化により炭素ルツボ内径に沿って変形が生じる。そのため、冷却時にあっては、石英ルツボと炭素繊維織布との熱膨張係数の違いによりルツボ周方向の引っ張り応力が発生する。そのようなルツボ周方向の引っ張り応力を考慮すると、前記炭素繊維織布１３のみを複数枚、積層することにより直胴部２を形成するのが好ましい。
【００３５】
また、その場合、重なり合う炭素繊維織布１３の間において、縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分が、積層方向において重ならないように積層するのが好ましい。具体的には、図１１（ａ）に模式的に示すように下層に位置する炭素繊維織布１３Ａ（破線）の上に炭素繊維織布１３Ｂ（実線）を貼り付ける場合、図１１（ｂ）に示すように積層される。
即ち、図１１（ｂ）に示すように破線で示す炭素繊維織布１３Ａの縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分１０ｃに、実線で示す炭素繊維織布１３Ｂの縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分１０ｄが積層方向において重ならないようになされる。
【００３６】
より好ましくは、図１１（ｂ）に示すように、下層に位置する炭素繊維織布１３Ａにおいてルツボ周方向に隣接する交差部分１０ｃ間を結ぶ線分ｄ１の中央に、上層の炭素繊維織布１３Ｂにおける交差部分１０ｄが位置するように積層される。或いは、ルツボ周方向に対し直交方向に隣接する交差部分１０ｃ間を結ぶ線分ｄ２の中央に、上層の炭素繊維織布１３Ｂにおける交差部分１０ｄが位置するように積層される。
これにより積層方向（厚さ方向）の隙間が少なくなり、直胴部２における積層方向の炭素繊維量をより均一とすることができる。また、縦糸と横糸とが交差する部分の凹凸が噛み合うため、重なり合う炭素繊維織布１３同士の接着力を強化することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 炭素繊維強化炭素複合材ルツボ
２ 直胴部
３ 底部
５ ルツボ成形型
６ 直胴部
７ 底部
１０ 炭素繊維織布
１０ａ 縦糸
１０ｂ 横糸
１１ 第３の炭素繊維織布
１２ 第１の炭素繊維織布
１３ 第２の炭素繊維織布
Ｒ１ 小湾曲部（底部湾曲部）
Ｒ２ 大湾曲部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化炭素複合材ルツボ及びこのルツボの製造方法に関し、例えば、半導体材料等の単結晶を引上げる装置または太陽電池材料等の多結晶を製造する装置において溶融材料を収容するルツボを支持、保持するために用いられる炭素繊維強化炭素複合材ルツボ及びこのルツボの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体材料等の単結晶を製造する場合、ＣＺ法（チョクラルスキー法）が広く用いられている。
このＣＺ方法は、図１２に示すように石英ルツボ５０内に収容されたシリコンの溶融液Ｍの表面に種結晶Ｐを接触させ、石英ルツボ５０を回転させるとともに、この種結晶Ｐを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Ｐの下端に単結晶Ｃを形成していくものである。
【０００３】
この石英ルツボ５０はシリコン単結晶Ｃの育成にともない、周りを取り囲むヒータ５２の熱、シリコン溶融液Ｍの熱によって軟化する。このため、石英ルツボ５０は黒鉛ルツボ５１内に収容され、支持されている。
そして、シリコン単結晶引上げが終了すると、石英ルツボ５０及び黒鉛ルツボ５１は冷却される。このとき、前記黒鉛ルツボ５１の熱膨張係数が石英ルツボ５０よりも大きいため、両者が密着した状態で冷却されると、黒鉛ルツボ５１に亀裂が生じ、最終的には亀裂、割れが生じるという課題があった。
【０００４】
そのような課題に対し、例えば特許文献１には、従来の黒鉛ルツボ５１に代えて、炭素繊維強化炭素複合材（Ｃ／Ｃ材とも呼ぶ）からなるルツボ（以下、便宜的に炭素ルツボと呼ぶ）を用いることが開示されている。このＣ／Ｃ材の熱膨張係数は石英ガラスルツボの熱膨張係数に近く、また、機械的強度が黒鉛材よりも高いため、冷却時の割れ発生の確率を大幅に低減することができる。
そして、この特許文献１に開示された炭素ルツボを製造する場合には、図１３（ａ）に示すように、上部に複数枚の葉っぱ状体６０ａが連なる形状に切欠かれたＣ／Ｃ材からなるシート状の炭素繊維織布６０を用意する。この用意したシート状の炭素繊維織布６０を図１３（ｂ）に示すように、あたかも地球儀を製作する要領でルツボ成形型６１の表面に順次貼り付け、所定の厚さとなるまでこの作業を繰り返して製作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１３に示すような方法により製作された炭素ルツボの場合、図１２に示すルツボ底部の小湾曲部Ｒ１、大湾曲部Ｒ２において、葉っぱ状体６０ａ同士が重ね合わされ、重ね合わされた葉っぱ状体６０ａの段差が放射状に形成される。
このように、ルツボ底部の湾曲部Ｒ１、Ｒ２において、葉っぱ状体６０ａ同士が重ね合わされるため、炉内において溶融液Ｍから発生したＳｉＯガスが、炭素ルツボ５１の外側の湾曲部Ｒ１、Ｒ２の重ね合わせ部分の段差部分に滞留し、化学反応（酸化）によって、その部分が局所的に損耗、消耗し、脆弱化するという課題があった。
また、石英ガラスルツボの外壁面と炭素ルツボの内周面とは、完全に密着せず一部に隙間が存在するため、この隙間から前記ＳｉＯガスが侵入し、炭素ルツボ５１の内側の湾曲部Ｒ１、Ｒ２の重ね合わせ部分の段差部分に滞留する。この場合においても化学反応（酸化）によって、その部分が局所的に損耗、消耗し、脆弱化するという課題があった。
このように、従来の炭素ルツボにあっては、炭素ルツボ５１の湾曲部Ｒ１、Ｒ２部分において重ね合わせ部分が存在するために、局所的に損耗、消耗し、炭素ルツボが脆弱化するという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、半導体材料等の単結晶あるいは太陽電池材料等の多結晶を製造する装置において溶融材料を収容するルツボを支持、保持するために用いられる炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、底部湾曲部において、皺あるいは重ね合わせの段差部分をなくし、耐久性を向上させた炭素繊維強化炭素複合材ルツボを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボは、周縁部に湾曲部を有する底部と、前記底部湾曲部から上方に延びる直胴部とを有する炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、前記底部と直胴部が、炭素繊維の縦糸と横糸とを交互に織り上げた炭素繊維織布を複数枚、貼り合わせることにより形成されると共に、少なくとも前記底部湾曲部に位置する炭素繊維織布の縦糸と横糸の軸線が、ルツボ周方向に対し斜め方向に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
このように底部湾曲部において、炭素繊維織布の縦糸、横糸がルツボ周方向に対し斜めになる部分において、ルツボ周方向に対し斜め方向に伸長するため、重ね目や皺などの大きな凹凸が形成されず、繊維の切れ目のない状態で成型することができる。
したがって、この炭素繊維強化炭素複合材ルツボを使用した際、ルツボの底部湾曲部の内側、外側にＳｉＯガスが滞留することがなく、化学反応（酸化）による脆弱化を抑制することができる。
【００１０】
ここで、前記底部および前記底部湾曲部には、切れ目の無い一体型の第１の炭素繊維織布が用いられ、前記底部湾曲部及び前記直胴部には、炭素繊維の縦糸と横糸がルツボ周方向に対し斜めになるように形成された第２の炭素繊維織布が用いられているのが好ましい。
【００１１】
更に、前記直胴部には、炭素繊維の横糸と縦糸がルツボ周方向に対し平行方向と直交方向になるように形成された第３の炭素繊維織布が用いられ、前記直胴部において、前記第２の炭素繊維織布と、前記第３の炭素繊維織布とが交互の積層されているのが好ましい。
このように、第３の炭素繊維織布の炭素繊維の横糸と縦糸をルツボ周方向に対し平行方向と直交方向になるように形成した場合、積層する第２の炭素繊維織布と炭素繊維の方向が異なるため、強度を向上させることができる。即ち、縦糸と横糸の軸線方向が異なる炭素繊維織布を交互に積層することにより、相互の接着力が強化され、ルツボの剛性を向上することができる。
【００１２】
尚、第３の炭素繊維織布は、炭素繊維の縦糸と横糸がルツボ周方向に対し斜めになるように形成しても良い。第３の炭素繊維織布の炭素繊維の縦糸と横糸をルツボ周方向に対し斜めになるように形成した場合、積層する第２の炭素繊維織布と炭素繊維の方向が同じになりルツボ周方向への引っ張り応力に対する強度をより向上することができる。
【００１３】
また、前記直胴部に積層された各炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されているのが好ましい。
このように、重なり合う炭素繊維織布同士の間で、炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部同士が、積層方向において重ならないことによって、積層方向（厚さ方向）の隙間が少なくなり、直胴部における積層方向の炭素繊維量をより均一とすることができる。
【００１４】
尚、前記第２の炭素繊維織布または前記第３の炭素繊維織布は、それぞれ切れ目のない一体型のもので前記直胴部を１周以上巻くことが望ましい。また、前記第２の炭素繊維織布または第３の炭素繊維織布の大きさが前記直胴部の外周長さに満たない場合であっても、前記第２の炭素繊維織布の継ぎ目（炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部）と前記第３の炭素繊維織布の継ぎ目（炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部）とが異なる位置で重なるようにすることが好ましい。
【００１５】
また、前記直胴部と前記底部の少なくともいずれかにおいて、前記直胴部に積層された各炭素繊維織布の縦糸と横糸との交差部分が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されているのが好ましい。
このように、重なり合う炭素繊維織布同士の間で、縦糸と横糸との交差部分が、積層方向において重ならないことによって、縦糸と横糸とが交差する部分の凹凸が噛み合い、重なり合う炭素繊維織布同士の接着力を強化することができる。
【００１６】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造方法は、前記炭素繊維織布が熱硬化性樹脂と炭素粉との混合接着剤を用いて貼り合わされ、その後、熱硬化処理、炭素化処理、黒鉛化処理および高純度化処理を施して形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、底部湾曲部における皺あるいは重ね合わせの段差部分をなくし、耐久性に優れた炭素繊維強化炭素複合材ルツボを得ることができる。また本発明によれば、炭素繊維強化炭素複合材ルツボを好適に製造することができる製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボに用いられる炭素繊維布の平面図である。
【図２】図２は、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、炭素繊維が縦横に格子状に編まれた横長の方形状の炭素繊維織布の概念図である。
【図４】図４は、炭素繊維が斜め４５度の斜め格子状に編まれた正円形状の炭素繊維織布の概念図である。
【図５】図５は、炭素繊維が斜め４５度の斜め格子状に編まれた横長の方形状の炭素繊維織布である。
【図６】図６は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を示すフロー図である。
【図７】図７は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図８】図８は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図１０】図１０は、図１に示した炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造工程を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの他の実施形態において、炭素繊維織布の好ましい積層方法を説明するための炭素繊維織布の概念図である。
【図１２】図１２は、シリコン単結晶引上装置において用いるルツボの説明をするための図である。
【図１３】図１３は、従来の炭素繊維強化複合材ルツボの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボの実施の形態について図面に基づき説明する。
まず、図１に基づいて、この炭素繊維強化炭素複合材ルツボに用いられる炭素繊維布について説明する。
この炭素繊維織布１０は、直径３μｍ〜１５μｍの炭素繊維１０００本〜３６０００本を縦糸１０ａとし、直径３μｍ〜１５μｍの炭素繊維１０００本〜３６０００本を横糸１０ｂとして、交互に織り上げた炭素繊維織布であって、その目付け量は８０ｇ／ｍ2〜１０００ｇ／ｍ２、厚さは０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに形成されている。
この炭素繊維織布１０は、上記したように縦糸１０ａと横糸１０ｂとを交互に織り上げているために、図１に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長する性質を備えている。尚、縦糸１０ａ、横糸１０ｂの方向に対しては、炭素繊維自体の伸びが許容されるに過ぎない。
【００２０】
次に、図２に基づいて、本発明に係る炭素繊維強化炭素複合材ルツボ１（以下、炭素ルツボ１と呼ぶ）の一実施形態について説明する。尚、図２における炭素繊維強化炭素複合材は概念的に表わされている。
この炭素ルツボ１は、例えば、半導体材料等の単結晶を引上げる単結晶引上装置（図示せず）において、シリコン溶融液を収容する石英ルツボを支持、保持するために使用されるルツボである。
【００２１】
この炭素ルツボ１は、直胴部２と底部３とを有し、底部３は湾曲して形成され、その周縁部に所定の曲率で湾曲する小湾曲部Ｒ１（底部湾曲部）と、底部中央に形成された大湾曲部Ｒ２とを有している。また、前記直胴部２は、前記底部３の小湾曲部Ｒ１から上方に筒状に延設されている。
この炭素ルツボ１は、前記した炭素繊維布１０を複数枚、熱硬化性樹脂と炭素粉（例えば黒鉛粉）との混合接着剤（図示せず）を担持して貼り合わせ、その後、熱硬化、炭素化、黒鉛化および高純度化処理を施すことによって形成される。即ち、この炭素ルツボ１は、炭素繊維強化炭素複合材（以下、Ｃ／Ｃ材と呼ぶ）により形成されている。
具体的には、図３乃至図５に示すシート状の炭素繊維織布、１１，１２，１３が複数層に貼り合わせられ、熱硬化、炭素化、黒鉛化および高純度化処理を施されて形成される。
【００２２】
ここで、図３に示された炭素繊維織布１１は、炭素繊維布１０を炭素繊維の軸線が縦横方向（垂直、水平方向）に、かつ横長の方形状の炭素繊維織布になるように裁断したもの（第３の炭素繊維織布）である。この炭素繊維織布１１の幅寸法ｗ１は、少なくとも炭素ルツボ１の直胴部２の外周を覆うことが可能な長さに形成され、高さ寸法ｈ１は、直胴部２の高さ寸法と同じ寸法となるよう形成されている。
また、この炭素繊維織布１１は、図３に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長可能である。
【００２３】
また、図４に示された炭素繊維織布１２は、炭素繊維織布１０を正円形状の炭素繊維織布になるように裁断したもの（第１の炭素繊維織布）である。この炭素繊維織布１２の直径寸法ｄは、炭素ルツボ１の底部３を覆うことが可能な大きさに形成されている。
また、この炭素繊維織布１２は、図４に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長可能である。
【００２４】
更に、図５に示された炭素繊維織布１３は、炭素繊維織布１０を炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）が斜め４５度方向に、かつ横長の方形状の炭素繊維織布になるように裁断したもの（第２の炭素繊維織布）である。この炭素繊維織布１３の幅寸法ｗ２は、前記炭素繊維織布１１と同じく炭素ルツボ１の直胴部２の外周を覆うことが可能な長さに形成され、高さ寸法ｈ２は、直胴部の高さ寸法よりも長く、具体的には直胴部２に加え、底部３の小湾曲部Ｒ１を覆うことが可能な長さに形成されている。
また、この炭素繊維織布１３は、図５に示すＰ方向（縦糸１０ａ、横糸１０ｂの軸線に対して４５度方向）に伸長可能である。
【００２５】
続いて、図６に基づき、図７乃至図１０を用いて、炭素ルツボ１の製造工程について説明する。
先ず、図７に示すようにルツボ成型用金型５を用意し、その直胴部６に熱硬化性樹脂と炭素粉（例えば黒鉛粉）との混合接着剤（図示せず）を担持し、炭素繊維織布１１を巻き付ける（図６のステップＳ１）。
ここで、炭素繊維織布１１の炭素繊維の軸線方向（縦糸、横糸の軸線方向）は、ルツボ周方向Ｔに対して平行方向と直交方向（ルツボの軸線方向）となされている。
このとき、炭素繊維織布１１は、図７に矢印で示すルツボ周方向Ｔと平行方向に伸長せず、またルツボ周方向Ｔと直交方向（ルツボの軸線方向）にも伸長しないが、この直胴部６の径が変化しないため、直胴部６に炭素繊維織布１１を皺なく貼り付けることができる。
尚、図１０に示すように、炭素繊維織布１１の下端部１１ａは、ルツボ成型型５の下方に突出した状態で貼り付けられる。
【００２６】
次いで、図７、８に示すようにルツボ成型型５の底部７に前記混合接着剤を担持し、円形の炭素繊維織布１２を貼り付けて覆い、底部３を形成する（図５のステップＳ２）。
ここで、この炭素繊維織布１２は、従来の葉っぱ状に切れ目が入った炭素繊維織布（図１３参照）ではなく、切れ目の無い一体型の炭素繊維織布である。また、炭素ルツボ１の直胴部２を形成する炭素繊維織布１１と、底部３を形成する炭素繊維織布１２との境界部分は、重ねられることなく、また隙間が生じないよう貼り付けが行われる。
【００２７】
この円形の炭素繊維織布１２の貼り付けにあっては、炭素繊維織布１２の周縁部により小湾曲部Ｒ１を覆うこととなるが、炭素繊維織布１２は、炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）に対して斜め４５度方向に伸ばしながら貼り付けが行われる。
より具体的には、最初に炭素繊維織布１２の中央部をルツボ成形型５の底部７中央に貼り付け、炭素繊維織布１２の周縁部を引っ張りながら小湾曲部Ｒ１を覆うように貼り付けが行われる。
このとき、ルツボ成形型５は底部中央から徐々に半径が大きくなるが、炭素繊維織布１２は炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）に対して略斜め４５度方向に伸長するので、炭素繊維織布１２を引き伸ばしながら、貼り付けることができる。これにより、小湾曲部Ｒ１において炭素繊維織布１２は皺なく、貼り付けられる。
【００２８】
そして、貼り付けられた炭素繊維織布１１、１２の上から、前記混合接着剤を担持し、図９に示すように炭素繊維織布１１により形成された直胴部２（成形型５の直胴部６）と、炭素繊維織布１２により形成された小湾曲部Ｒ１とを覆うように炭素繊維織布１３を貼り付ける（図６のステップＳ３）。
この炭素繊維織布１３の貼り付けにあっては、小湾曲部Ｒ１においてルツボ成形型５の外周部に向かって徐々に半径が大きくなるが、図示するようにルツボ周方向Ｔに対し炭素繊維の軸線（縦糸、横糸の軸線）が斜め４５度方向に形成されているため、炭素繊維織布１３を引き伸ばしながら貼り付けることにより、皺なく貼り付けることができる。
また、直胴部２においては、混合接着剤が担持された下地の炭素繊維織布１１とは炭素繊維の軸線方向が異なるため、接着力が強化し、剛性が向上する。
【００２９】
また、このように炭素繊維織布１１の上に炭素繊維織布１３を積層する際、ルツボ周方向における炭素繊維織布１１，１３の不連続部（周方向の端部）同士が積層方向（径方向）において重ならないよう、ルツボ周方向における位置をずらすことが好ましい。
また、その場合、縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分が積層方向において重ならないように貼り付けることが好ましい。
そのように積層することによって、積層方向（厚さ方向）の隙間が少なくなり、直胴部２における積層方向の炭素繊維量をより均一とすることができる。
また、縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分が積層方向において重ならないことによって、縦糸１０ａと横糸１０ｂとが交差する部分の凹凸が噛み合い、重なり合う炭素繊維織布１１，１３同士の接着力を強化することができる。
【００３０】
このような炭素繊維織布１１，１２，１３の貼り付け工程は、図１０の断面図に示すように複数回繰り返して行われ（図１０では３回）、所定の厚さに積層されていく（図６のステップＳ４）。
炭素繊維織布１１，１２，１３の貼り付け（積層）が全て終了すると、最内層の炭素繊維織布１１の下端部１１ａ（ルツボ使用時において上端部）を、図１０に示す矢印方向に折曲げ、ルツボ端部を覆うように貼り付けし、端部成形処理を行う（図６のステップＳ５）。
【００３１】
このようにして、ルツボ型のプリフォームが得られると、ルツボ成形型５の周りに貼り付けられた状態で真空炉内に配置し、１００℃〜３００℃の温度で熱硬化を行う（図６のステップＳ６）。
次いで、ルツボ成形型５を取り外し（図６のステップＳ７）、得られる成型体をＮ2ガス等の不活性ガス中で約１０００℃の温度で炭素化処理を行う（図６のステップＳ８）。
炭素化処理の後、例えばフェノール樹脂、タールピッチ等を含浸させ、１５００℃以上の温度で加熱し、黒鉛化処理を行う（図６のステップＳ９）。
そして、黒鉛化により得られたルツボを、通常１５００℃から２５００℃の温度に加熱して、高純度化処理を施し、Ｃ／Ｃ材からなる炭素ルツボ１を得る（図６のステップＳ１０）。
【００３２】
以上のようにして得られた炭素ルツボ１は、底部の湾曲部において、重ね合わせ部分における段差や皺などの凹凸が形成されず、さらに図１０に示すように直胴部２から小湾曲部Ｒ１まで連続して多層形成されている。
したがって、この炭素ルツボ１における底部湾曲部の内側及び外側に、凹凸が形成されないため、炉内で生じるＳｉＯガスが滞留することがなく、化学反応（酸化）による損耗、消耗を抑制でき、耐久性を向上させることができる。また、炭素繊維織布を複数枚貼り合わせることにより、所定の厚さを有する炭素ルツボを製作することができ、耐久性を向上させることができる。
【００３３】
尚、前記実施の形態にあっては、直胴部２の形成において、炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し縦横方向（直胴部軸線方向、直胴部軸線に垂直な接線方向）の炭素繊維織布１１と、炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し斜め４５度方向（直胴部軸線に対し４５度の角度で交差する接線方向）の炭素繊維織布１３とを交互に重ねるものとした。
しかしながら、本発明にあっては、その形態に限定されるものではなく、炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し斜め４５度方向の炭素繊維織布１３のみを複数枚、積層することによって直胴部２を形成するようにしてもよい。あるいはまた炭素繊維の軸線がルツボ周方向に対し縦横方向（直胴部軸線方向、直胴部軸線に垂直な接線方向）の炭素繊維織布１１を複数枚、積層することによって直胴部２を形成するようにしてもよい。
そのように直胴部２を構成することにより、ルツボ周方向への引っ張り応力に対する強度をより向上させることができる。
【００３４】
尚、石英ルツボの昇温時にあっては、ルツボ軟化により炭素ルツボ内径に沿って変形が生じる。そのため、冷却時にあっては、石英ルツボと炭素繊維織布との熱膨張係数の違いによりルツボ周方向の引っ張り応力が発生する。そのようなルツボ周方向の引っ張り応力を考慮すると、前記炭素繊維織布１３のみを複数枚、積層することにより直胴部２を形成するのが好ましい。
【００３５】
また、その場合、重なり合う炭素繊維織布１３の間において、縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分が、積層方向において重ならないように積層するのが好ましい。具体的には、図１１（ａ）に模式的に示すように下層に位置する炭素繊維織布１３Ａ（破線）の上に炭素繊維織布１３Ｂ（実線）を貼り付ける場合、図１１（ｂ）に示すように積層される。
即ち、図１１（ｂ）に示すように破線で示す炭素繊維織布１３Ａの縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分１０ｃに、実線で示す炭素繊維織布１３Ｂの縦糸１０ａと横糸１０ｂとの交差部分１０ｄが積層方向において重ならないようになされる。
【００３６】
より好ましくは、図１１（ｂ）に示すように、下層に位置する炭素繊維織布１３Ａにおいてルツボ周方向に隣接する交差部分１０ｃ間を結ぶ線分ｄ１の中央に、上層の炭素繊維織布１３Ｂにおける交差部分１０ｄが位置するように積層される。或いは、ルツボ周方向に対し直交方向に隣接する交差部分１０ｃ間を結ぶ線分ｄ２の中央に、上層の炭素繊維織布１３Ｂにおける交差部分１０ｄが位置するように積層される。
これにより積層方向（厚さ方向）の隙間が少なくなり、直胴部２における積層方向の炭素繊維量をより均一とすることができる。また、縦糸と横糸とが交差する部分の凹凸が噛み合うため、重なり合う炭素繊維織布１３同士の接着力を強化することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 炭素繊維強化炭素複合材ルツボ
２ 直胴部
３ 底部
５ ルツボ成形型
６ 直胴部
７ 底部
１０ 炭素繊維織布
１０ａ 縦糸
１０ｂ 横糸
１１ 第３の炭素繊維織布
１２ 第１の炭素繊維織布
１３ 第２の炭素繊維織布
Ｒ１ 小湾曲部（底部湾曲部）
Ｒ２ 大湾曲部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁部に湾曲部を有する底部と、前記底部湾曲部から上方に延びる直胴部とを有する炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、
前記底部と直胴部が、炭素繊維の縦糸と横糸とを交互に織り上げた炭素繊維織布を複数枚、貼り合わせることにより形成されると共に、
少なくとも前記底部湾曲部に位置する炭素繊維織布の縦糸と横糸の軸線が、ルツボ周方向に対し斜め方向に形成されていることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材ルツボ。
【請求項２】
前記底部および前記底部湾曲部には、切れ目の無い一体型の第１の炭素繊維織布が用いられ、
前記底部湾曲部及び前記直胴部には、炭素繊維の縦糸と横糸がルツボ周方向に対し斜めになるように形成された第２の炭素繊維織布が用いられていることを特徴とする請求項１に記載された炭素繊維強化炭素複合材ルツボ。
【請求項３】
更に、前記直胴部には、炭素繊維の横糸と縦糸がルツボ周方向に対し平行方向と直交方向になるように形成された第３の炭素繊維織布が用いられ、
前記直胴部において、前記第２の炭素繊維織布と、前記第３の炭素繊維織布とが交互の積層されていることを特徴とする請求項２に記載された炭素繊維強化炭素複合材ルツボ。
【請求項４】
前記直胴部に積層された各炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されていることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれかに記載された炭素繊維強化複合材ルツボ。
【請求項５】
前記直胴部と前記底部の少なくともいずれかにおいて、
前記直胴部に積層された各炭素繊維織布の縦糸と横糸との交差部分が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されていることを特徴とする請求項１及至請求項４のいずれかに記載された炭素繊維強化複合材ルツボ。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造方法であって、
前記炭素繊維織布が熱硬化性樹脂と炭素粉との混合接着剤を用いて貼り合わされ、その後、熱硬化処理、炭素化処理、黒鉛化処理および高純度化処理を施して形成されることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造方法。
【請求項１】
周縁部に湾曲部を有する底部と、前記底部湾曲部から上方に延びる直胴部とを有する炭素繊維強化炭素複合材ルツボであって、
前記底部と直胴部が、炭素繊維の縦糸と横糸とを交互に織り上げた炭素繊維織布を複数枚、貼り合わせることにより形成されると共に、
少なくとも前記底部湾曲部に位置する炭素繊維織布の縦糸と横糸の軸線が、ルツボ周方向に対し斜め方向に形成されていることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材ルツボ。
【請求項２】
前記底部および前記底部湾曲部には、切れ目の無い一体型の第１の炭素繊維織布が用いられ、
前記底部湾曲部及び前記直胴部には、炭素繊維の縦糸と横糸がルツボ周方向に対し斜めになるように形成された第２の炭素繊維織布が用いられていることを特徴とする請求項１に記載された炭素繊維強化炭素複合材ルツボ。
【請求項３】
更に、前記直胴部には、炭素繊維の横糸と縦糸がルツボ周方向に対し平行方向と直交方向になるように形成された第３の炭素繊維織布が用いられ、
前記直胴部において、前記第２の炭素繊維織布と、前記第３の炭素繊維織布とが交互の積層されていることを特徴とする請求項２に記載された炭素繊維強化炭素複合材ルツボ。
【請求項４】
前記直胴部に積層された各炭素繊維織布のルツボ周方向における不連続部が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されていることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれかに記載された炭素繊維強化複合材ルツボ。
【請求項５】
前記直胴部と前記底部の少なくともいずれかにおいて、
前記直胴部に積層された各炭素繊維織布の縦糸と横糸との交差部分が、積層方向において重ならないように、前記各炭素繊維織布が積層されていることを特徴とする請求項１及至請求項４のいずれかに記載された炭素繊維強化複合材ルツボ。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造方法であって、
前記炭素繊維織布が熱硬化性樹脂と炭素粉との混合接着剤を用いて貼り合わされ、その後、熱硬化処理、炭素化処理、黒鉛化処理および高純度化処理を施して形成されることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材ルツボの製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１５７２３０（Ｐ２０１１−１５７２３０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９１１（Ｐ２０１０−１９９１１）
【出願日】平成２２年２月１日（２０１０．２．１）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１日（２０１０．２．１）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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