高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法
【課題】「棚吊り現象」を抑制しながら溶融対象物を急速に溶融できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供すること。
【解決手段】溶融対象物４を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝１と、該坩堝１の周囲に配置された高周波コイル２と、前記高周波コイル２からの高周波により誘導加熱を起こして坩堝１内の前記溶融対象物４を溶融する被加熱体３Ａとを備え、前記被加熱体３Ａは、坩堝１の前記収容凹部内または坩堝１を構成する周囲壁内において、溶融対象物４の溶融開始位置を規定する形状に形成されている、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられていることを特徴とする高周波誘導炉。
【解決手段】溶融対象物４を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝１と、該坩堝１の周囲に配置された高周波コイル２と、前記高周波コイル２からの高周波により誘導加熱を起こして坩堝１内の前記溶融対象物４を溶融する被加熱体３Ａとを備え、前記被加熱体３Ａは、坩堝１の前記収容凹部内または坩堝１を構成する周囲壁内において、溶融対象物４の溶融開始位置を規定する形状に形成されている、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられていることを特徴とする高周波誘導炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法に関し、詳しくは、太陽電池に用いられる精製シリコンを製造する高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、大気汚染や地球温暖化等により環境意識が高まり、クリーンなエネルギー源としての太陽電池への注目が高まっており、太陽電池市場が急拡大している。
太陽電池用原料シリコンとしては、これまでシリコンウェハ製造などの半導体プロセスで発生するスクラップシリコンが主に用いられてきた。しかしながら、太陽電池市場の急拡大により、スクラップシリコンの供給が追いつかず、太陽電池用原料シリコンの不足が起きている。
【０００３】
また、太陽電池の普及をさらに拡大するには、太陽電池の製造コスト低減が不可欠であり、安価な太陽電池用原料シリコンの製造技術が求められている。
このような安価な太陽電池用原料シリコンの製造技術の１つとして、比較的安価に得られる純度９９％レベルの金属級シリコン（Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｇｒａｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ：以下、ＭＧ−Ｓｉと称する）を冶金プロセスによって精製して太陽電池用原料シリコンを製造しようという試みがある。
ＭＧ−Ｓｉに含まれる不純物としては鉄、アルミニウム、ナトリウム等の金属、および炭素、リン、ボロンなどがあるが、これらのうちボロンは、蒸気圧が低いため単純な真空除去はできない、および偏析係数が１に近いため一方向凝固では偏析除去できない、という理由により、特に除去困難であることが知られている。
そのため、溶融シリコンからのボロン除去方法が各種提案されてきた。これらは主としてフラックスを用いた方法とプラズマ、アークまたは電子ビームを用いた方法とに分類できる。
【０００４】
フラックスによるボロン除去方法として、例えば特許文献１には、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化ナトリウムなどのフラックスと酸化性ガスを併用したボロン除去方法が開示されている。また、特許文献２には、二酸化シリコンを主成分とする固体と、アルカリ金属の炭酸塩および炭酸塩水和物のうちの少なくとも一方とを主成分とする固体を混合したフラックスを使用する、ボロン除去方法が開示されている。
プラズマを用いたボロン除去方法として、例えば特許文献３には、溶融シリコンの溶湯面に、不活性ガスと水蒸気を混合したガスを用いたプラズマジェット流を噴射するボロン除去方法が開示されている。ただし、プラズマ、アークまたは電子ビームを用いるボロン除去方法は、設備が大掛かりになるばかりでなく、多大な電力を消費するため設備投資、電力費がかさみ生産コストが高くなるという問題があるため、現在のところ安価な太陽電池用原料シリコンの製造技術ということはできない。
【０００５】
また、ＭＧ−Ｓｉを冶金プロセスによって精製し、安価な太陽電池用原料シリコンを製造するためには、ＭＧ−Ｓｉを簡便な装置で、できるだけ急速に溶融する必要がある。
シリコンの急速溶融方法および溶融装置として、例えば特許文献４には、原料シリコンをカーボン発熱体などの予備加熱手段を用いて所定温度まで予備加熱した後、高周波加熱により溶融してシリコンのスカルを形成するシリコン溶融方法が開示されていると共に、導電性材料からなる水冷坩堝とその内側に絶縁性材料からなる坩堝が設置され、水冷坩堝の外側に誘導加熱コイルおよび加熱電源を備え、内側の坩堝内に挿入および引き出し可能な予備加熱手段を備えた溶融装置が開示されている。ここで、「スカル」とは、溶融シリコンが坩堝に接触して冷えて固まった部分を意味する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４７６２３号公報
【特許文献３】特開平４−２２８４１４号公報
【特許文献４】特開平１１−１３０５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＧ−Ｓｉを溶融対象として特許文献４に開示された溶融方法および溶融装置を使用した場合、以下のような問題が生じることが分かった。
第１の問題は、特許文献４に開示された溶融方法と溶融装置のように、シリコンのスカルを形成する溶融方法や溶融装置によっては、効率的なシリコン精製（ボロン除去など）が行えないという問題である。すなわち原料シリコンの一部がスカルを形成すると、溶融シリコンとスカルとの界面においては平衡状態が成り立ち、凝固と溶融が常時繰り返されていると見なされる。そのため、フラックスを用いたボロン除去を溶融シリコンに対して行っても、スカル内部のボロンは除去できない。溶融シリコンとスカルとの界面において凝固と溶融を繰り返す際、該界面からボロンが徐々に溶融シリコン中に排出されるので、ボロン除去効率が著しく悪化してしまう。
【０００８】
第２の問題は、予備加熱工程と溶融工程とを明確に分離することが困難であるという問題である。
すなわち、特許文献４に開示された溶融方法と溶融装置で用いられる原料シリコン）は、例えばシーメンス法で作製されたシリコンであるため、ある程度のサイズ（換算直径および平均直径）が揃った原料シリコンを分別して準備できる。このようなサイズ（換算直径および平均直径）が揃った原料シリコンを用いる場合は、高周波の周波数と原料シリコンの平均直径で規定できる予備加熱温度を溶融装置全域で比較的得られやすい。
これに対し、ＭＧ−Ｓｉを用いる場合、ＭＧ−Ｓｉの換算直径は極めて不均一である場合が多く、通常、数ｍｍ〜十数ｃｍ程度の幅広い粒状や塊状シリコン粒子が混合しており、ここへスクラップシリコンなどを混合して使用する場合はさらに不均一になる。そのため、種々の換算直径を持つ原料シリコンが個々に加熱されるために、均一な予備加熱状態（原料シリコンは溶融していないが、高周波により加熱されうる温度状態）を溶融装置全域で得ることが難しい。
なお、前記の「換算直径」とは、個々の原料シリコンの断面積を円として換算して得られる直径を意味し、前記の「平均直径」とは、それら換算直径の平均値を意味する。
【０００９】
そこで、本発明者らは、原料シリコンがスカルを形成するような水冷坩堝を用いない簡便な高周波誘導炉において、カーボン発熱体などの被加熱体によってＭＧ−Ｓｉが溶融するまで加熱する実験を試みた。
ところが、不均一な換算直径を持つＭＧ−Ｓｉを被加熱体を用いて溶融すると、いわゆる「棚吊り」と呼ばれる状態が起こりやすいという新たな問題（第３の問題）が起きることが分かった。
【００１０】
ここで、本明細書において「棚吊り」とは、図１６に示すように、溶融物５（溶融領域）と、その上部の溶融対象物４（未溶融領域）との間に空間1407ができた状態であると定義する。なお、図１６において、符号1408で示されているのが、いわゆる「棚」であり、一般に坩堝１の内壁に固着したもの（例えば、一旦溶融し始めた溶融対象物４が再度固化して付着したもの）や、上部の重量により押し付けられて落下しづらくなった溶融対象物４からなる。ただし、溶融対象物４がシリコンの場合には、この「棚」がシリコン酸化物からなる、あるいはシリコン酸化膜で覆われたシリコンとなることもある。
【００１１】
具体的に説明すると、図１７に示すような従来の高周波誘導炉９００において、高周波コイル９２０からの高周波により被加熱体９３０を加熱してゆくと、ＭＧ−Ｓｉ９０４は被加熱体９３０の最下部近傍領域９０５から溶融を始める。これは、被加熱体９３０から発生した熱が、坩堝９１０の上部からは熱伝導に加えて放射、対流等で系外に放出されるのに対して、坩堝９１０の下部においてはほとんど熱伝導のみであるため、この領域９０５が最も温度上昇しやすいためと考えられる。
この際、不均一な換算直径を持つＭＧ−Ｓｉ９０４のうち、比較的加熱されやすい換算直径を持つ原料シリコンが溶融し、それ以外の原料シリコンが固体のままである状態が坩堝９１０の下部で起こると「棚吊り」となりやすいと考えられる。さらにこの際、坩堝９１０の底の溶融シリコン上に空間ができると（図１６参照）、その溶融シリコンは固液共存状態ではなくなり、融解熱を奪われなくなった溶融物の温度が急速に上昇する。このために坩堝９１０の耐熱温度を超え、坩堝９１０を破損するおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その主たる第１の目的は、室温では誘導加熱を可能とする導電性を有さず、かつ所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有する溶融対象物を急速に溶融できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供することである。
また、本発明の主たる第２の目的は、換算直径が不均一な溶融対象物を用いた場合でも「棚吊り」を起こしにくい、または「棚吊り」が起きても溶融物の温度上昇を比較的長期間抑制できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供することである。
さらに本発明は、換算直径が不均一なシリコン材料を用いた際にも「棚吊り」を起こしにくい、または「棚吊り」が起きても溶融物の温度上昇を比較的長期間抑制できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かくして、本発明によれば、溶融対象物を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして坩堝内の前記溶融対象物を溶融する被加熱体とを備え、前記被加熱体は、坩堝の前記収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されているか、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられている高周波誘導炉が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記高周波誘導炉を用いた溶融物製造方法であって、前記坩堝の収容凹部内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）と、前記高周波コイルからの高周波により前記被加熱体を誘導加熱することで前記溶融対象物を溶融して溶融物とする工程（Ｂ）とを含む溶融物製造方法が提供される。
【００１４】
また、本発明のさらに別の観点によれば、溶融対象物を収容する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして前記溶融対象物を溶融して溶融物とする被加熱体とを備えた高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、前記坩堝内に内底面から所定高さまでの第１量の溶融対象物を収容する第１収容工程と、前記第１量の溶融対象物を収容した坩堝内に前記被加熱体を挿入する工程と、被加熱体を挿入した坩堝内に第２量の溶融対象物を収容する第２収容工程と、前記高周波コイルからの高周波により被加熱体を誘導加熱することで坩堝内の第１量の溶融対象物と第２量の溶融対象物のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物とする工程と、被加熱体を坩堝内から引き抜いた後、高周波コイルからの高周波により溶融した溶融物を種湯として坩堝内の未溶融の溶融対象物を溶融する工程とを含む溶融物製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、室温では誘導加熱を可能とする導電性を有さず、かつ所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有する溶融対象物を、従来よりも簡便な装置で急速に溶融することができる。よって、本発明の高周波誘導炉を、例えばシリコンの溶融やＭＧ−Ｓｉなどのシリコン精製に用いることにより、安価な太陽電池用原料シリコンの製造が可能となる。
また、被加熱体は、坩堝の収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されている、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられているため、坩堝の底部には未溶融の溶融対象物が存在し、かつ坩堝に接触せずに溶融物が形成される。この結果、平均直径が不均一なＭＧ−Ｓｉといった溶融対象物を溶融しても「棚吊り現象」が生じ難い。また、棚吊り現象が生じたとしても、溶融物と周囲の溶融対象物との境界が固液共存状態となって対流が生じ、対流が生じていれば溶融物は融点以上の温度上昇は起きないため、溶融物の温度上昇を比較的長期間抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の高周波誘導炉は、溶融対象物を収容する収容凹部を有する坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして坩堝内の前記溶融対象物を溶融する被加熱体とを備え、前記被加熱体は、坩堝の前記収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されているか、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられていることを特徴とする。
この高周波誘導炉は、室温では誘導加熱を可能とする導電性を有さず、かつ所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有する溶融対象物を急速に溶融するものであり、溶融対象物としては、例えばシリコン、ゲルマニウムなどの半導体材料であり、さらに具体的にはＭＧ−Ｓｉである。
【００１７】
本発明の高周波誘導炉における被加熱体は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）のように構成されていることを特徴としている。
（Ａ）坩堝の収容凹部内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されている。
（Ｂ）坩堝の収容凹部内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。
（Ｃ）坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。
（Ｄ）前記（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせ、または前記（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせ。
ここで、前記「収容凹部内」とは、坩堝を構成する周囲壁の内面を含む収容凹部の内部空間領域を意味する。また、前記「周囲壁内」とは、周囲壁の内面と外面の間の厚み領域内を意味する。
以下、図面を参照しながら前記構成（Ａ）〜（Ｄ）について説明する。
【００１８】
構成（Ａ）の場合、前記被加熱体は、前記坩堝の収容凹部内に挿入および引き出し可能な上下方向に長い中実または中空の柱形であって、
（１）坩堝内に挿入されて坩堝の上方開口縁に上載することにより、被加熱体の下端底面を坩堝の内底面よりも所定高さで上方位置に規定するフランジが上端外周面に形成されている（図１および図２参照）、または、
（２）下端外周面が所定高さ範囲で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている（図３および図４参照）、または、
（３）下端外周面に上下方向のスリットおよび孔の少なくとも一方が所定高さ範囲で形成されている（図６および図８参照）、または、
（４）前記構成（１）〜（３）のうち２つ以上が組み合わされている（図１０参照）。
【００１９】
＜実施形態１：第１の構成（Ａ−１）＞
図１は、実施形態１である第１の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉１００Ａを示す概略断面図である。この高周波誘導炉１００Ａは、溶融対象物４を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝１と、該坩堝１の周囲に配置された高周波コイル２と、高周波コイル２からの高周波により誘導加熱を起こして坩堝１内の溶融対象物４を溶融する被加熱体３Ａとを備える。
さらに、この高周波誘導炉１００Ａは、被加熱体３Ａを昇降させて坩堝１に出し入れする昇降手段（図示省略）、溶融領域を坩堝内において均一にするために被加熱体３Ａを回転させる回転手段（図示省略）あるいは、坩堝１を傾動可能に保持し、かつ坩堝１を傾斜させて内部の溶融物を外部に取り出す排出手段（図示省略）とを備えていてもよい。
【００２０】
本発明において、坩堝１は絶縁性材料からなる。その理由は、換算直径が不均一な溶融対象物４を用いた際にも「棚吊り」（図１６参照）を起こしにくい、または「棚吊り」が起きても溶融物５の温度上昇を比較的長期間抑制できる高周波誘導炉とするためには、溶融対象物４の溶融開始位置を被加熱体３Ａの形状、挿入位置あるいはそれら両方により制御する際に、坩堝１自体が発熱することは好ましくないからである。
坩堝１としては、アルミナ製坩堝（アルミナ９０重量％以上、好ましくは９６重量％以上）、シリカ製坩堝（シリカ９０重量％以上）、ムライト質坩堝（アルミナ６９〜７０重量％とシリカ３０〜３１重量％の混合物）等の絶縁性材料を用いることができる。溶融対象物４が、不純物としてボロンを含む原料シリコンである場合、ボロン除去時にフラックスとして、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸リチウムなどのアルカリ金属、またはアルカリ土類金属の炭酸塩、炭酸水素塩あるいは珪酸塩などを用いる際には、フラックスに対する耐性の点から考慮すると、アルミナ製坩堝を使用することが好ましい。
坩堝のサイズとしては、内径200〜2500ｍｍ程度、深さ200〜3200ｍｍ程度、厚み5〜75ｍｍ程度とすることができる。
【００２１】
高周波コイル２は、被加熱体３Ａを加熱する手段であり、市販の坩堝型高周波誘導炉を使用することができる。
昇降手段としては、例えば、被加熱体３Ａを吊り下げながら昇降することができるクレーン装置を用いることができる。
排出手段としては、例えば、高周波コイル２と共に坩堝１を保持部と、坩堝上部に設けた回転軸を介して保持部を傾動可能に支持する支持部と、坩堝下部に設けられて支持部を傾動する油圧シャフトを備えた構成とすることができる。
【００２２】
図１に示すように、被加熱体３は、上端面から下端面まで太さがほぼ均一な中実円柱形の本体３ａと、本体３ａの上端寄りの外周面に設けられた円環状のフランジ３ｂと、本体３ａの上端面に設けられたフック３ｃとを有してなる。
被加熱体３Ａの材料としては、高周波コイル２からの高周波により発熱し、溶融対象物４を溶融できるものであればいかなるものを用いてもよいが、溶融対象物４がシリコンである場合には、黒鉛や炭化珪素を材料としたもの、さらにはそれらの表面にシリカ、シリコンカーバイドなどの保護被膜を形成したものが好ましく用いられる。
被加熱体３Ａの本体３ａのサイズとしては、直径80〜1000ｍｍ程度、長さ250〜4000ｍｍ程度とすることができ、フランジ３ｂのサイズとしては、直径は坩堝１の内径よりも10〜130ｍｍ程度大きく、厚み20〜500ｍｍ程度とすることができる。また、フランジ３ｂの下面から本体３ａの下面までの距離は160〜2500ｍｍ程度とすることができる。なお、フランジ３ｂには、被加熱体３Ａが挿入された坩堝１内に溶融対象物４を投入できるよう投入穴、また坩堝内の溶融物の状態が確認できるよう覗き穴が形成されている。あるいは、フランジ３ｂを円環状ではなく、２本以上の棒を放射状に配置して構成してもよい。
【００２３】
実施形態１によれば、被加熱体３Ａを坩堝１内に挿入していくと、被加熱体３Ａの下端が坩堝１の底面１ａに接する前にフランジ３ｂが坩堝１の開口縁１ｂに上載するため、被加熱体３Ａは坩堝底面１ａよりも上方位置で坩堝１内に設置可能となる。この設置状態のとき、被加熱体３の下端面は坩堝底面１ａから所定の高さ位置に規定され、この高さ位置近傍が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
図１に示すように、坩堝１内に所定量の溶融対象物４が収容され、かつ被加熱体３Ａが坩堝１内の中心位置に挿入された状態において、高周波コイル２を作動させて高周波により被加熱体３Ａを加熱してゆくと、溶融対象物４は被加熱体３Ａの最下部近傍領域から溶融を始める。このとき、被加熱体３Ａの下端は坩堝１の底面１ａから所定高さＨ1上方に位置しているため、溶融対象物４が溶融した溶融物５は坩堝１の底面１ａよりも上方に位置しており、溶融物５の上下および周囲に未溶融の溶融対象物４が残存している。
【００２４】
このように、坩堝１の底部には未溶融の溶融対象物４が存在し、かつ坩堝１に接触せずに溶融物５が形成されるため、平均直径が不均一なＭＧ−Ｓｉといった溶融対象物４を溶融しても、図１６で説明した棚1408が生じ難い。また、棚1408が生じたとしても、溶融物５と周囲の溶融対象物４との境界が固液共存状態となって対流が生じ、対流が生じていれば溶融物５は融点以上の温度上昇は起きないため、溶融物５の温度上昇を比較的長期間（例えば0.5〜4時間程度）抑制することができる。
この結果、棚1408の発生時から、坩堝１の温度が上昇し耐熱温度を越えて坩堝１が損傷するまでの時間が延びるため、この間に作業者は例えば黒鉛棒を坩堝１内に挿入して棚1408を壊すといった適切な作業を余裕をもって確実に行うことができ、坩堝１の破損を回避することができる（効果１）。
【００２５】
また、被加熱体３Ａのフランジ３ｂが坩堝１の開口縁１ｂに上載することで、坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端までの前記高さＨ1が自動的に規定されるため、昇降手段やその他の位置制御装置による被加熱体３Ａの高さ制御が不要である（効果２）。
実施形態１において、前記棚1408の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端面までの高さＨ1は、100〜1600ｍｍ程度が好ましく、50〜800ｍｍ程度がさらに好ましく、30〜500ｍｍ程度が特に好ましく、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨに対する前記高さＨ1の比率Ｈ1／Ｈは0.01〜0.8が好ましく、0.05〜0.5がさらに好ましく、０．１〜０．３が特に好ましい。
【００２６】
＜実施形態２：第２の構成（Ａ−１）＞
図２は実施形態２である第２の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉１００Ｂを示す概略断面図である。
実施形態２の高周波誘導炉１００Ｂは、被加熱体１３Ｂの形状が実施形態１における被加熱体３Ａ（図１参照）と異なること以外は、実施形態１と同様の構成である。なお、図２における図１と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態２における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
この高周波誘導炉１００Ｂの被加熱体１３Ｂは、本体１３ａが中空柱形であり、その本体１３ａの上端寄りの外周面にフランジ１３ｂを有すると共に、上端面にフック１３ｃを有している。
被加熱体１３Ｂにおいて、本体１３ａの直径、長さ、フランジ１３ｂのサイズおよびフランジ１３ｂの取付位置は、図１で説明した中実円柱形の被加熱体３Ａと同じにすることができ、本体１３ａの内部軸心位置に形成された穴の径は８〜９００ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
この実施形態２によれば、実施形態１の前記効果（１）および（２）が得られることに加え、被加熱体１３Ｂの本体１３ａが中空円柱形であるため、その内部に溶融対象物４を収納して誘導加熱すると、被加熱体３Ａが中実円柱形の実施形態１に比べて、溶融開始がさらに短時間で起きる利点が得られる（効果３）。この利点は、被加熱体１３Ｂの熱容量が小さくなること、被加熱体１３Ｂの中空部の溶融物５の熱が周囲方向（坩堝周囲壁の方向）に放出し難いことなどに起因するものと考えられる。また、被加熱体１３Ｂの本体１３ａが中空円柱形であるため、中実の被加熱体よりも軽量化をはかることができるので、作業性が容易になるというメリットもある。
実施形態２において、棚1408の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体１３Ｂの下端面までの高さＨ2、および、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨに対する高さＨ2の比率Ｈ2／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることが好ましい。
【００２８】
＜実施形態３：第１の構成（Ａ−２）＞
図３は実施形態３である第１の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉２００Ａを示す概略断面図である。この高周波誘導炉２００Ａは、実施形態１と同様の坩堝１、高周波コイル２、昇降手段（図示省略）、回転手段（図示省略）および排出手段（図示省略）を備えると共に、実施形態１とは形状が異なる被加熱体２３Ａを備える。なお、図３における図１と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態３における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
【００２９】
実施形態３の場合、被加熱体２３Ａは、中実円柱形の本体２３ａと、その上端に設けられたフック２３ｃとを有し、さらに本体２３ａは、その下端外周面が所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている。なお、図３において、符号２３ｂはテーパ面部を表している。
被加熱体２３Ａのサイズとしては、直径80〜1000ｍｍ程度、長さ300〜4800ｍｍ程度とすることができる。また、本体２３ａにおける直径がほぼ一定である胴部とテーパ面部２３ｂとの境界線２３ｄから本体２３ａの下端面までの高さＨ3は60〜2600ｍｍ程度とすることができる。
【００３０】
実施形態３では、図３に示すように、坩堝１の底面１ａ上に被加熱体２３Ａを載置した状態で、坩堝１内に収容された溶融対象物４を溶融する。このとき、被加熱体２３Ａの前記境界線２３ｄの高さ近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
つまり、被加熱体２３Ａが坩堝１内に挿入された状態において、被加熱体２３Ａのテーパ面部２３ｂは下端面に向かうほど高周波コイル２からの距離が広がるため発熱量が減少していく。これにより、坩堝１内の溶融対象物４の溶融開始位置を、被加熱体２３Ａのテーパ面部２３ｂの最下端近傍ではなく、テーパ面部２３ｂの上端である境界線２３ｄの近傍位置に規定することができる。
【００３１】
この実施形態３によれば、実施形態１と同様に前記効果（１）および（２）が得られる。なお、実施形態３の効果（２）については、被加熱体２３Ａを坩堝１の底面１ａ上に接触させた状態で設置することができ、このとき自動的にテーパ面部２３ｂの上端の境界線２３ｄの高さＨ3が規定されるため、昇降手段やその他の位置制御装置による被加熱体３Ａの高さ制御が不要となる。
また、実施形態３によれば、さらに以下の効果（４）〜（６）が得られる。
【００３２】
つまり、実施形態３では、坩堝１内における被加熱体２３Ａの境界線２３ｄよりも下方の収容領域は、テーパ面部２３ｂが縮径することにより広がっているため、溶融開始位置（境界線２３ｄの位置）よりも上方の溶融対象物４が溶融開始領域に落下しやすい。この結果、棚吊り現象をさらに効果的に抑制することができる（効果４）。
また、従来型の被加熱体９３０（図１７参照）を坩堝９１０の底面に接触するまで挿入して加熱した場合、被加熱体９３０が局所的に高温となり、坩堝９１０との接触面において坩堝材質を軟化させ、被加熱体９３０が坩堝９１０に固着してしまう場合があった。これに対し、実施形態３のように被加熱体２３Ａの下端にテーパ面部２３ｂを形成して下端面の面積を小さくすることで、仮に被加熱体２３Ａが坩堝１に固着した場合でも被加熱体２３Ａを容易に取り出すことができる（効果５）。
さらに、実施形態３では、溶融対象物４の溶融開始位置よりも下の坩堝底面１ａまで被加熱体２３Ａが存在するため、坩堝１内から引き上げる際の被加熱体２３Ａの動き（例えば回転機構による回転運動や、フック２３ｃに掛けられているクレーンによる前後左右への揺動や振動）によって、発生または発生しかけている棚吊り現象が破壊されやすくなる（効果６）。
【００３３】
実施形態３において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体２３Ａの境界線２３ｄまでの高さＨ3と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ3／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。また、図５に示すように、被加熱体２３Ａの軸心に対するテーパ面部２３ｂのテーパ角度θは、溶融対象物４の溶融開始位置を被加熱体２３Ａの下端面よりも上方位置にできる角度であれば特に限定されるものではなく、例えば５°〜６０°が適当であり、好ましくは１０°〜３０°である。
【００３４】
＜実施形態４：第２の構成（Ａ−２）＞
図４は実施形態４である第２の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉２００Ｂを示す概略断面図である。
実施形態４の高周波誘導炉２００Ｂは、被加熱体３３Ｂの本体３３ａが中空円柱形であること以外は、実施形態３と同様の構成である。なお、図４における図３と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態４における実施形態３とは異なる点を主として説明する。
【００３５】
被加熱体３３Ｂは、本体３３ａが中空円柱形であり、その上端面にフック３３ｃを有し、さらに本体３３ａは、その下端外周面が所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている。なお、図４において、符号３３ｂはテーパ面部を表し、３３ｄは本体３３ａの胴部とテーパ面部３３ｂとの境界線を表している。
本体３３ａのサイズとしては、外径、長さおよび下端から境界線３３ｄまでの高さＨ4は実施形態３と同じにすることができ、本体３３ａの内部軸心位置に形成された穴の径は８〜５００ｍｍ程度とすることができる。
【００３６】
この実施形態４によれば、前記効果（１）〜（６）が得られ、さらに効果（５）については、実施形態４の被加熱体３３Ｂは中空円柱形であることにより下端の面積が実施形態３よりも大幅に小さくなり、そのため坩堝１の底面１ａとの接触面積が大幅に小さくなり、仮に被加熱体３３Ｂが坩堝１に固着してもより容易に取り出すことができる。
実施形態４において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体３３Ｂの境界線３３ｄまでの高さＨ4と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ4／Ｈは、実施形態３での比率Ｈ3／Ｈと同程度とすることができる。また、被加熱体３３Ｂの軸心に対するテーパ面部３３ｂのテーパ角度θも、実施形態３と同様に特に限定されるものではなく、例えば５°〜６０°が適当であり、好ましくは１０°〜３０°である。
【００３７】
＜実施形態５：第１の構成（Ａ−３）＞
図６は実施形態５である第１の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉３００Ａを示す概略断面図である。この高周波誘導炉３００Ａは、実施形態１と同様の坩堝１、高周波コイル２、昇降手段（図示省略）、回転手段（図示省略）および排出手段（図示省略）を備えると共に、実施形態１とは形状が異なる被加熱体４３Ａを備える。なお、図６における図１と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態５における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
【００３８】
実施形態５の場合、被加熱体４３Ａは、中空円柱形の本体４３ａと、その上端に設けられたフック４３ｃとを有し、さらに本体４３ａは、その下端外周面に所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で上下方向のスリット４３ｂがほぼ等間隔で複数形成されている。なお、本明細書において、「スリット」とは、図７に示すように長穴の長手方向の一方端が開放した形状を意味し、例えば、図７（ａ）に示すような幅が一定のスリット４３ｂ1や、図７（ｂ）に示すように上端へ向かうにつれて幅が連続的に狭くなるスリット４３ｂ2、スリット４３ｂ2の頂部がＲ加工され円弧状になるスリット（図示省略）あるいは幅が段階的に狭くなるスリット（図示省略）等を実施形態５のスリット４３ｂとして採用することができる。
本体４３ａのサイズとしては、外径80〜1000ｍｍ程度、内径8〜900ｍｍ程度、長さ250〜4000ｍｍ程度とすることができる。また、スリット４３ｂの長さＨ5は60〜2600ｍｍ程度、幅は1〜50ｍｍ程度、スリット本数は１〜200本程度とすることができる。
【００３９】
実施形態５では、図６に示すように、坩堝１の底面１ａ上に被加熱体４３Ａを載置した状態で、坩堝１内に収容された溶融対象物４を溶融する。このとき、被加熱体４３Ａの前記スリット４３ｂの上端近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
つまり、被加熱体４３Ａが坩堝１内に挿入された状態において、被加熱体４３Ａの下端には複数のスリット４３ｂが形成されているため、高周波コイル２を作動させると、スリット形成部分においては高周波による誘導電流が周回できないので発熱されない。このため、スリット４３ｂ部分の発熱量は、スリット４３ｂが無い部分の発熱量よりも少なくなり、溶融対象物４の溶融開始位置が坩堝１の底面１ａよりも上方のスリット４３ｂの上端近傍位置となる。
【００４０】
実施形態５において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体４３Ａのスリット４３ｂの上端までの高さＨ5と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ5／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
【００４１】
この実施形態５によれば、前記効果（１）〜（３）、（５）および（６）が得られる。また、スリットを形成することで、中空の被加熱体がさらに軽量化して作業性が容易になるメリットもある。
なお、効果（５）については、実施形態５の被加熱体４３Ａは中空円柱形であり、かつ下端はスリット４３ｂにより部分的に切欠かれているため下端面積が大幅に小さくなり、そのため坩堝１の底面１ａとの接触面積が大幅に小さくなり、仮に被加熱体４３Ａが坩堝１に固着してもより容易に取り出すことができる。
なお、スリット４３ｂの形状、寸法、本数等は上述の説明に限定されるものではなく、例えば、被加熱体４３Ａの下方に向かうにつれてスリット本数が増えるようにしてもよい。つまり、被加熱体４３Ａの発熱量が最下端よりも高さＨ5の位置の方が多くなるように、発熱量の増減を多数の段階に分けて行うように加工すればよい。
【００４２】
＜実施形態６：第２の構成（Ａ−３）＞
図８は実施形態６である第２の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉３００Ｂを示す概略断面図である。
実施形態６の高周波誘導炉３００Ｂは、実施形態５における被加熱体４３Ａの下端のスリット４３ｂに代えて、孔５３ｂを形成したこと以外は、実施形態５と同様の構成である。なお、図８における図６と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態６における実施形態５とは異なる点を主として説明する。
【００４３】
被加熱体５３Ｂは、本体５３ａが中空円柱形であり、その上端面にフック５３ｃを有し、さらに本体５３ａは、その下端外周面に所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で孔５３ｂ1が複数形成されている。図８および図９（ａ）ではこの孔５３ｂ1が上下方向に長い一定幅の長孔の場合を例示している。なお、このような長孔に限定されず、図９（ｂ）に示すように、例えば、上端へ向かうにつれて直径が段階的に小さくなる複数の孔５３ｂ2、楕円状の長孔（図示省略）であってもよく、あるいは直径が一定の複数の孔（図示省略）を形成してもよく、あるいは図７（ｂ）で示したような上端へ向かうにつれて幅が連続的に小さくなる長孔を形成してもよい。また、前述のような孔を組み合わせてもよいし、斜め方向に形成しても構わない。
本体５３ａのサイズは、実施形態５と同じにすることができる。また、例えば、長孔の場合、被加熱体５３Ｂの下端から孔５３ｂ1の上端までの高さＨ6は60〜2600ｍｍ程度、孔５３ｂ1の長さは57〜2570ｍｍ程度、孔５３ｂ1の幅は１〜５０ｍｍ程度、孔本数は１〜２００本程度とすることができる。なお、図９（ｂ）で示した孔５３ｂ2の場合、例えば、図９（ａ）で示した複数の長い孔５３ｂ1の形成領域内に収まるサイズで形成することができる。
【００４４】
実施形態６では、図８に示すように、坩堝１の底面１ａ上に被加熱体５３Ｂを載置した状態で、坩堝１内に収容された溶融対象物４を溶融する。このとき、被加熱体５３Ｂの前記孔５３ｂ1の上端近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
つまり、実施形態５のスリット４３ｂと同様に、高周波コイル２を作動させたとき、孔５３ｂ1部分は、円周方向に連続した導電体が無いため、誘導電流が発生せず、発熱されない。そのため、孔５３ｂ1が無い部分の発熱量よりも少なくなるため、孔５３ｂ1の上端近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
【００４５】
実施形態６において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体５３Ｂの孔５３ｂ1の上端までの高さＨ6と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ6／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
この実施形態６によれば、前記効果（１）〜（３）、（５）および（６）が得られる。なお、効果（５）については、実施形態６の被加熱体５３Ｂが中空円柱形であることによる。
なお、孔の形状、寸法、個数等は上述の説明に限定されるものではなく、例えば、被加熱体５３Ｂの下方に向かうにつれて、長孔の本数が増加するあるいは同じ径の孔の密度が増加するように配置してもよい。つまり、被加熱体５３Ｂの発熱量が最下端よりも高さＨ6の位置の方が多くなるように、発熱量の増減を多数の段階に分けて行うように加工すればよい。
【００４６】
＜実施形態７：第１の構成（Ａ−４）＞
図１０（ａ）は実施形態７である第１の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体６３Ａの下端を示す正面図である。
この実施形態７は、被加熱体６３Ａが異なる以外は、前記実施形態４〜６と同様であり、以下被加熱体６３Ａの構造について主に説明する。
この被加熱体６３Ａは、上端に図示しないフックを有する中空柱形の本体６３ａの下端にテーパ面部６３ｂが形成されると共に、テーパ面部６３ｂに上下方向のスリット６３ｃが複数本が形成されている。つまり、実施形態７の被加熱体６３Ａは、実施形態４（図４）と実施形態５（図６）を組み合わせたものである。
【００４７】
この場合、被加熱体６３Ａの本体６３ａのサイズは、実施形態４〜６と同じにすることができ、被加熱体６３Ａの下端からテーパ面部６３ｂの上端までの高さＨ7およびテーパ角度は、実施形態４と同じに設定することができる。また、スリット６３ｃの形成範囲は、前記高さＨ7と同じまたはそれより短くすることができ、スリット６３ｃの形状、寸法および本数等は実施形態５と同じにすることができる。
この実施形態７の被加熱体６３Ａも、実施形態３〜６と同様に、坩堝の底面上に被加熱体６３Ａを載置した状態で、坩堝内に収容された溶融対象物を溶融する（図４、図６参照）。このとき、被加熱体６３Ａのテーパ面部６３ｂの上端近傍位置が溶融対象物の溶融開始位置となる。そして、実施形態７によれば、前記効果（１）〜（６）が得られる。
【００４８】
＜実施形態８：第２の構成（Ａ−４）＞
図１０（ｂ）は実施形態８である第２の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体７３Ｂの下端を示す正面図である。
この実施形態８は、被加熱体７３Ｂが異なる以外は、前記実施形態４〜６と同様であり、以下被加熱体７３Ｂの構造について主に説明する。
この被加熱体７３Ｂは、上端に図示しないフックを有する中空柱形の本体７３ａの下端にテーパ面部７３ｂが形成されると共に、テーパ面部７３ｂに複数個の孔７３ｃが形成されている。つまり、実施形態８の被加熱体７３Ｂは、実施形態４（図４）と実施形態６（図８および図９）を組み合わせたものである。
【００４９】
この場合も、被加熱体７３Ｂの本体７３ａのサイズは、実施形態４〜６と同じにすることができ、被加熱体７３Ｂの下端からテーパ面部７３ｂの上端までの高さＨ8およびテーパ角度は、実施形態４と同じに設定することができる。また、孔７３ｃの形成範囲は、前記高さＨ8と同じまたはそれより短くすることができ、孔７３ｃの形状、寸法および本数等は実施形態６と同じにすることができる。
この実施形態８の被加熱体７３Ｂも、実施形態４〜６と同様に、坩堝の底面上に被加熱体７３Ｂを載置した状態で、坩堝内に収容された溶融対象物を溶融する（図４、図８参照）。このとき、被加熱体７３Ｂのテーパ面部７３ｂの上端近傍位置が溶融対象物の溶融開始位置となる。そして、実施形態８によれば、前記効果（１）〜（６）が得られる。
【００５０】
＜実施形態９：構成（Ｂ）＞
図１１は実施形態９である前記構成（Ｂ）の高周波誘導炉４００を示す概略断面図である。この実施形態９は、被加熱体８３が異なると共に、昇降手段を有さないこと以外は実施形態１〜８と同様であり、図１１における実施形態１〜８と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態９における実施形態１〜８とは異なる点を主として説明する。
【００５１】
前記構成（Ｂ）では、上述したように、被加熱体８３は、坩堝１の収容凹部内において、溶融対象物４の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。具体的には、被加熱体８３は、リング形であり、坩堝１の周囲壁内面における内底面１ａから所定高さ位置に固定されている。
被加熱体８の材料としては、高周波コイル２からの高周波により発熱し、溶融対象物４を溶融できるものであればいかなるものを用いてもよいが、溶融対象物４がシリコンである場合には、黒鉛や炭化珪素を材料としたもの、さらにはそれらの表面にシリカ、シリコンカーバイドなどの保護被膜を形成したものが好ましく用いられる。
【００５２】
被加熱体８３がリング形の場合、外径は坩堝１の内周壁の内径と同程度であり、内径は195〜2450ｍｍ程度、高さｈ9は60〜2600ｍｍ程度とすることができる。
また、被加熱体８３を設置する位置は、坩堝１の底面１ａから被加熱体８３の上下中間位置までの高さＨ9が35〜1310ｍｍ程度とすることができる。この高さＨ9が坩堝１内の溶融対象物４の溶融開始位置となる。
【００５３】
被加熱体８３を坩堝１の内周壁内面における前記の高さ位置に固定するために、絶縁性材料（例えば坩堝１と同じ材料）からなる上下一対のリング形固定部材８６が坩堝１の内周壁内面に取り付けられている。この固定部材８６において、外径は坩堝１の内周壁の内径と同程度であり、厚みは被加熱体８３を保持できる5〜50ｍｍ程度である。また、下側の固定部材８６の高さは、被加熱体８３を前記高さＨ9に支持できる5〜600ｍｍ程度とすることができる。
【００５４】
固定部材８６の坩堝１への固定および被加熱体８３の固定部材８６への固定は、ネジ部材を用いて固定することができる。他の方法としては、坩堝１の内壁に適当なテーパ（下に行くほど内径が小さくなる）を付け、被加熱体８３と固定部材８６をその内径に合わせたものにすれば、それらを押し込むことにより固定することができる。また、被加熱体８３を押さえる上部固定部材８６を坩堝１と同じ材質で、かつ坩堝１の上端面まで延設し、上部固定部材８６の上端面と坩堝１の上端面とを粘度のようなパッチング材と呼ばれる築炉用材料で固定して、バーナーで乾燥させて焼き固めて固定することもできる。
【００５５】
この実施形態９の高周波誘導炉４００の場合、図１１に示すように、被加熱体８３を収容凹部に有する坩堝１内に溶融対象物４を収容した後、高周波コイル２を作動させると、高周波により被加熱体８３が誘導加熱を起こし、それによって被加熱体８３の近傍の溶融対象物４が溶融を開始する。このとき、被加熱体８３は坩堝底面１ａよりも所定高さＨ9分上方に位置しているため、溶融物５は坩堝１の底面１ａよりも上方に位置し、溶融物５と坩堝底面１ａとの間には未溶融の溶融対象物４が存在する。
【００５６】
実施形態９において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体８３の高さＨ9と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ9／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
この実施形態９によれば、前記効果（１）および（２）を奏すると共に、被加熱体８３を昇降させる昇降手段が不要であり（効果７）、柱形被加熱体が坩堝１の底面１ａに固着する配がない（効果８）。また、被加熱体８３は据付型であるため、所定温度以上に加熱され、あるいは溶融した状態でも導電性を有さない溶融対象物の溶融にも対応できる（効果９）。
【００５７】
＜実施形態１０：構成（Ｃ）＞
図１２は実施形態１０である前記構成（Ｃ）の高周波誘導炉５００を示す概略断面図である。この実施形態１０は、被加熱体９３および坩堝１０が異なると共に、昇降手段を有さないこと以外は実施形態１〜８と同様であり、図１２における実施形態１〜８と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態１０における実施形態１〜８とは異なる点を主として説明する。
【００５８】
前記構成（Ｃ）では、上述したように、被加熱体９３は、坩堝１０を構成する周囲壁内において、溶融対象物４の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。具体的には、被加熱体９３は、リング形であり、坩堝１０の周囲壁内部における内底面１０ａから所定高さ位置に埋設されている。つまり、被加熱体９３は坩堝１０の周囲壁の一部を構成している。
被加熱体９３の材料としては、高周波コイル２からの高周波により発熱し、溶融対象物４を溶融できるものであればいかなるものを用いてもよいが、溶融対象物４がシリコンである場合には、黒鉛や炭化珪素を材料としたもの、さらにはそれらの表面にシリカ、シリコンカーバイドなどの保護被膜を形成したものが好ましく用いられる。
【００５９】
被加熱体９３がリング形の場合のサイズは、被加熱体９３を坩堝１０の内周壁内に埋設することができるサイズに設定され、高さｈ10は60〜2600ｍｍ程度とすることができる。
また、被加熱体９３の埋設位置は、坩堝１０の底面１０ａから被加熱体９３の上下中間位置までの高さＨ10が35〜1310ｍｍ程度とすることができる。この高さＨ10が坩堝１０内の溶融対象物４の溶融開始位置となる。
【００６０】
加熱体９３の材料と坩堝１０の材料の線膨張係数が異なる場合、被加熱体９３が高温となるので、被加熱体９３の内側に位置する坩堝１０は外側へ膨張する。そのため、被加熱体９３の膨張が坩堝１０の膨張より大きければ、被加熱体９３は内側の坩堝１０により押し広げられ破損するおそれがある。したがって、被加熱体９３の外周面と坩堝１０との間には膨張を見込んで0.01〜10ｍｍ程度の隙間を設けておくことが好ましい。
【００６１】
この実施形態１０の高周波誘導炉５００の場合、図１２に示すように、被加熱体９３が内蔵された坩堝１０内に溶融対象物４を収容した後、高周波コイル２を作動させると、高周波により被加熱体９３が誘導加熱を起こし、坩堝１０における被加熱体９３の周辺部分が加熱され、それによって被加熱体９３の高さ位置付近の溶融対象物４が溶融を開始する。このとき、被加熱体９３は坩堝底面１０ａよりも所定高さＨ10分上方に位置しているため、溶融物５は坩堝１０の底面１０ａよりも上方に位置し、溶融物５と坩堝底面１０ａとの間には未溶融の溶融対象物４が存在する。
【００６２】
実施形態１０において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１０ａから被加熱体９３の高さＨ10と、坩堝底面１０ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ10／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
この実施形態１０も、実施形態９と同様に、前記効果（１）および（２）を奏すると共に、被加熱体９３を昇降させる昇降手段が不要であり（効果７）、柱形被加熱体が坩堝１０の底面１ａに固着する心配がない（効果８）。また、被加熱体９３は据付型であるため、所定温度以上に加熱され、あるいは溶融した状態でも導電性を有さない溶融対象物の溶融にも対応できる（効果９）。
【００６３】
＜実施形態１１：構成（Ｄ）＞
前記構成（Ｄ）は、上述したように、前記構成（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせ、または構成（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせである。
構成（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。
〔１〕実施形態９における被加熱体８３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成して、そのテーパ面部から高周波コイルまでの距離を下方に向かうにつれて遠ざけるように構成する。
〔２〕実施形態９における被加熱体８３の下部に、実施形態５で説明した複数のスリットまたは実施形態６で説明した複数の孔を形成して、そのスリット部分または孔部分の発熱量を少なくするように構成する。
〔３〕実施形態９における被加熱体８３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成し、かつこのテーパ面部に複数のスリットまたは孔を形成する。
【００６４】
構成（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。
〔４〕実施形態１０における被加熱体９３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成して、そのテーパ面部から高周波コイルまでの距離を下方に向かうにつれて遠ざけるように構成する。
〔５〕実施形態１０における被加熱体９３の下部に、実施形態５で説明した複数のスリットまたは実施形態６で説明した複数の孔を形成して、そのスリット部分または孔部分の発熱量を少なくするように構成する。
〔６〕実施形態１０における被加熱体９３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成し、かつこのテーパ面部に複数のスリットまたは孔を形成する。
【００６５】
＜被加熱体の他の実施形態＞
１．実施形態１（図１）および実施形態２（図２）の被加熱体の下端に、テーパ面部、スリット、孔、テーパ面部とスリット、またはテーパ面部と孔を設けてもよい。
２．図４、図６および図８等で説明した中空柱形の被加熱体は、テーパ面部の上端から上、スリットから上、あるいは孔から上は、中空ではなく中実であってもよい。
【００６６】
＜溶融物製造方法の説明＞
本発明によれば、上述の実施形態の高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、前記坩堝の収容凹部内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）と、前記高周波コイルからの高周波により前記被加熱体を誘導加熱することで前記溶融対象物を溶融して溶融物とする工程（Ｂ）とを含む溶融物製造方法を提供することができる。
これらの工程（Ａ）および工程（Ｂ）を基礎として、上述の実施形態１〜１０の高周波誘導炉を用いて以下のようにして溶融物を製造することができる。
【００６７】
（実施形態１の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態１の高周波誘導炉１００Ａを用いた場合、図１を参照しながら説明すると、前記工程（Ａ）が、坩堝１内に内底面１ａから所定高さまでの第１量の溶融対象物４を収容する第１収容工程（ａ１）と、前記第１量の溶融対象物４を収容した坩堝１内に被加熱体３Ａを挿入する工程（ａ２）と、被加熱体３Ａを挿入した坩堝１内に第２量の溶融対象物４を収容する第２収容工程（ａ３）とを含み、前記工程（Ｂ）が、高周波コイル２からの高周波により被加熱体３Ａを誘導加熱することで坩堝１内の第１量の溶融対象物４と第２量の溶融対象物４のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物５とする工程（ｂ１）と、被加熱体３Ａを坩堝１内から引き抜いた後、高周波コイル２からの高周波により溶融した溶融物５を種湯として坩堝１内の未溶融の溶融対象物４を溶融する工程（ｂ２）とを含む。
なお、本工程では溶融対象物４として、上述したように、所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有するシリコン、ゲルマニウム、ＭＧ−Ｓｉ等であるため、前記工程（ｂ２）において坩堝１内から被加熱体３Ａを引き抜いても溶融物５が高周波誘導電流によって加熱され発熱して周囲の未溶融の溶融対象物４を溶融する。また、被加熱体３Ａの昇降は上述の昇降手段により行われる。
【００６８】
この場合、前記第１量の溶融対象物４の前記所定高さは、坩堝１内に被加熱体３Ａを挿入した状態での坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端面までの高さＨ1とほぼ同じ高さとされる。なお、前記第１量の溶融対象物４の前記所定高さは、高さＨ1よりも幾分高くてもよいが、被加熱体３Ａを坩堝１内に挿入したときに被加熱体３Ａの下端が溶融対象物４の中に沈み込んでフランジ３ｂが確実に坩堝１の開口縁１ｂに上載できる程度までが望ましい。
また、前記第２量の溶融対象物４の高さは、比率Ｈ1／Ｈが前記0.01 〜0.8となるように設定される。
【００６９】
このようなプロセスにより、上述した効果（１）および（２）が得られる。すなわち、坩堝１の底部には未溶融の溶融対象物４が存在し、かつ坩堝１に接触せずに溶融物５が形成されるため、平均直径が不均一なＭＧ−Ｓｉといった溶融対象物４を溶融しても棚吊り現象が生じ難い。また、棚吊り現象が生じたとしても、溶融物５の温度上昇を比較的長期間抑制することができる。この結果、棚吊り現象の発生した場合は、坩堝１の温度が上昇し耐熱温度を越えて坩堝１が損傷するまでの間に適切な処置を行って坩堝１の破損を回避することができる。
また、被加熱体３Ａのフランジ３ｂが坩堝１の開口縁１ｂに上載することで、坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端までの前記高さＨ1が自動的に規定されるため、昇降手段やその他の位置制御装置による被加熱体３Ａの高さ制御が不要であると共に、溶融対象物４の第１量を厳密に重量測定する必要がない。
【００７０】
（実施形態２の高周波誘導炉を用いる場合）
図２に示す実施形態２の高周波誘導炉１００Ｂを用いる場合、実施形態１の高周波誘導炉１００Ａを用いた前記溶融物製造方法を採用することができるが、さらに、前記第２収容工程（ａ３）では、被加熱体１３Ｂ内の中空部にも溶融対象物４を充填する。この場合、被加熱体１３Ｂの上端の開口部から溶融対象物４を充填すればよい。
このプロセスによれば、実施形態２で説明した前記効果（１）〜（３）が得られる。
【００７１】
（実施形態３〜８の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態３（図３）、実施形態４（図４）、実施形態５（図６）、実施形態６（図８）、実施形態７（図１０（ａ））および実施形態８（図１０（ｂ））の高周波誘導炉を用いる場合、実施形態１および２とは異なって、坩堝１内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）の前に、空の坩堝１内に被加熱体を挿入して坩堝底面１ａ上に設置する。
その後、工程（Ａ）において、坩堝１内に所定高さＨまで溶融対象物４を収容する。なお、実施形態４〜８のように中空柱形の被加熱体を用いる場合は、実施形態２と同様に、被加熱体内にも溶融対象物４を充填する。
その後は、実施形態１での工程（Ｂ）の工程（ｂ１）および（ｂ２）と同様にして溶融物５を形成する。
このようなプロセスによれば、前記効果（１）および（２）に加え、実施形態４〜８で説明した被加熱体の構成による効果が得られる。
【００７２】
（実施形態９〜１１の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態９（図１１）、実施形態１０（図１２）および実施形態１１の高周波誘導炉を用いる場合、実施形態１〜８とは異なって、被加熱体を坩堝１内に挿入する工程および坩堝１内から被過熱体を引き抜く工程が省略される。
すなわち、まず、坩堝１内に被加熱体を設置して、その後に溶融対象物４を収容する工程（Ａ）を行う。この際、坩堝１内に所定高さＨまで溶融対象物４を収容する。その後、高周波コイル２からの高周波により被加熱体８３（または９３）を誘導加熱することで溶融対象物４を溶融して溶融物５とする工程（Ｂ）を行う。
このようなプロセスによれば、前記効果（１）および（２）に加え、実施形態９〜１１で説明した被加熱体の構成による効果が得られる。
【００７３】
（実施形態１〜１１の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態１〜１１の高周波誘導炉を用い、かつ溶融対象物４がボロンを含有する原料シリコンである場合、さらに以下のようにすることができる。
前記工程（Ｂ）が、図１３に示すように、溶融シリコン５ａ中にフラックス７を投入してスラグを形成する工程（ｂ３）を含み、工程（Ｂ）の後に、図１４に示すように、前記溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収した前記スラグ８を坩堝１外へ排出する工程（Ｃ）をさらに含む。
ここで、図１３は本発明の溶融物製造方法における坩堝１内で含量シリコンの全量を溶融した溶融シリコン５ａ中にフラックス７を投入する状態を示す図であり、図１４は図１３の続きの工程であって、溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収したスラグ８を坩堝１外へ排出する状態を示す図である。なお、図１３および図１４において、図１〜図４等で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００７４】
工程（ｂ３）において、フラックス７としては、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、珪酸塩とからなる群より選択された少なくとも１種類が含まれており、例えば炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、珪酸リチウムなどが挙げられる。このフラックスにシリカ（SiO2）を適量混合したものであってもよく、別々に加えても良く、さらにはフッ化カルシウムを適宜添加してもよい。フラックス７の添加量としては溶融シリコン１００重量部に対して１〜３０重量部が適当である。
溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収したスラグ８は、溶融シリコン５ａ上に浮上する。
その後、工程（Ｃ）において、坩堝１内の溶融シリコン５ａ上のスラグ８が排出される程度に上述の排出手段によって坩堝１を所定角度αで傾けることにより、スラグ８が坩堝１内から排出され、スラグ回収容器（図示しない）内に回収される。
このような工程（ｂ３）および工程（Ｃ）を行うことにより、ボロンが除去された精製シリコンを製造することができる。
なお、本明細書において「スラグ」とは、フラックスが溶融し熱分解したもの、および、この溶融物や熱分解物と溶融シリコンの各成分とが反応した生成物の少なくとも一方を含むものを意味し、このスラグにボロンなどの不純物が取り込まれることによりシリコンの精製が行われる。
【００７５】
本発明の溶融物製造方法によれば、前記工程（Ｃ）の後に、坩堝１内の溶融シリコン５ａの一部を坩堝１外へ排出する工程（Ｄ）と、坩堝１内に新たな原料シリコンを投入し、坩堝１内に残った溶融シリコン５ａを種湯として前記新たな原料シリコンを溶融して溶融シリコン５ａとし、その後、坩堝１内の溶融シリコン５ａ中に新たなフラックス７を投入して新たなスラグ８を形成する工程（Ｅ）と、前記溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収した前記新たなスラグ８を坩堝１外へ排出する工程（Ｆ）とを含み、前記工程（Ｄ）〜工程（Ｆ）を１回以上繰り返すものとしてもよい。
このような工程（Ｄ）〜（Ｆ）を１回以上繰り返すことにより、精製シリコンを効率よく継続して製造することができ、精製シリコンの生産性が向上する。なお、工程（Ｄ）において、溶融シリコン５ａは坩堝１から専用の溶融シリコン回収容器（具体的には一方向凝固炉）に移注し、偏析凝固によってシリコン中に残存するFe、Ａlなどの金属不純物元素を除去しつつ結晶化することにより、太陽電池、半導体デバイス等の製造用材料となる。
【００７６】
（その他の溶融物製造方法）
図１５は、本発明の別の観点による溶融物製造方法を説明する工程図を示している。
この溶融物製造方法は、溶融対象物４を収容する円筒状の坩堝１と、該坩堝１の周囲に配置された高周波コイル２と、前記高周波コイル２からの高周波により誘導加熱を起こして前記溶融対象物４を溶融して溶融物５とする被加熱体１０３とを備えた高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、坩堝１内に内底面１ａから所定高さＨ12までの第１量の溶融対象物４ａを収容する第１収容工程と、前記第１量の溶融対象物４ａを収容した坩堝１内に前記被加熱体１０３を挿入する工程と、被加熱体１０３を挿入した坩堝１内に第２量の溶融対象物４ｂを収容する第２収容工程と、高周波コイル２からの高周波により被加熱体１０３を誘導加熱することで坩堝１内の第１量の溶融対象物４ａと第２量の溶融対象物４ｂのうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物５とする工程と、被加熱体１０３を坩堝１内から引き抜いた後、高周波コイル２からの高周波により溶融した溶融物５を種湯として坩堝１内の未溶融の溶融対象物４を溶融する工程とを含む。
【００７７】
つまり、この溶融物製造方法は、前記実施形態１では、被加熱体３Ａのフランジ３ｂを坩堝１の開口縁１ｂに上載することにより、被加熱体３Ａの下端面を坩堝底面１ａから所定高さＨ1に規定したが、このようなフランジを有さない被加熱体１０３によっても下端面を坩堝底面１ａから所定高さＨ12に規定できるようにするものである。
まず、図１５（ａ）に示すように、坩堝１内に第１量の溶融対象物４ａを収容することにより、溶融対象物４ａの高さを所定高さＨ12に規定する（第１収容工程）。
次に、図１５（ｂ）に示すように、昇降手段により被加熱体１０３を坩堝１内に挿入して溶融対象物４ａ上に載置し、この位置よりも被加熱体１０３が上下しないように昇降手段によって被加熱体１０３を位置決めする。なお、昇降手段がクレーン装置であれば、ストップ位置を維持すればよい。
【００７８】
その後、図１５（ｃ）に示すように、坩堝１内の被加熱体１０３の周囲に第２量の溶融対象物４ｂを収容する（第２収容工程）。このとき、前記第２量の溶融対象物４の高さＨは、比率Ｈ12／Ｈが前記0.01〜0.8となるように設定される。
そして、図１５（ｄ）に示すように、高周波コイル２を作動することにより、高周波により被加熱体１０３が誘導加熱し、坩堝１内の前記高さＨ12近傍位置の溶融対象物４が溶融して溶融物５となる。
その後、被加熱体１０３を坩堝１内から引き抜き、高周波コイル２からの高周波により溶融した溶融物５を種湯として坩堝１内の未溶融の溶融対象物４を溶融する。
このような溶融物製造方法によっても、実施形態１と同様の効果（１）および（２）が得られる。なお、被加熱体１０３を実施形態２のように中空柱形としてもよく、そうすれば前記効果（３）が得られる。
【００７９】
また、図１５で説明した溶融物製造方法において、溶融対象物４としてボロンを含む原料シリコンを用いる場合は、上述と同様に、溶融シリコン中にフラックスを投入してスラグを形成する工程と、その後、溶融シリコン中のボロンを吸収したスラグを坩堝外へ排出する工程をさらに含んでもよく、さらに、坩堝内の溶融シリコンの一部を坩堝外へ排出する工程と、坩堝内に新たな原料シリコンを投入し、坩堝内に残った溶融シリコンを種湯として前記新たな原料シリコンを溶融して溶融シリコンとし、その後、坩堝内の溶融シリコン中に新たなフラックスを投入して新たなスラグを形成する工程と、前記溶融シリコン中のボロンを吸収した前記新たなスラグを坩堝外へ排出する工程とを含み、これらの工程を１回以上繰り返すものとしてもよい。
【実施例】
【００８０】
（実施例１）
実施形態１（図１）の高周波誘導炉１００Ａであって、被加熱体３Ａの下端にテーパ面部を形成したもの（被加熱体３Ａ1）を用いて、以下のようにして溶融物を製造した。
【００８１】
大気開放系にある内径３８０ｍｍ、深さ６５０ｍｍのアルミナ製坩堝１の中に、不純物としてホウ素を１０ｐｐｍｗ含むＭＧ−Ｓｉ（溶融対象物４）を２０ｋｇ投入した。ここで、この２０ｋｇ（第１量）のＭＧ−Ｓｉは、坩堝１の底面１ａから約２００ｍｍの高さＨ1で収容された。
次に、この坩堝１内部に直径２５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、下端部に４０°のテーパー加工を施したフランジ付き黒鉛棒（被加熱体３Ａ１）を昇降手段を用いて挿入し、続いて不純物としてホウ素を１０ｐｐｍｗ含むＭＧ−Ｓｉを２０ｋｇ（第２量）投入した。このとき、この２０ｋｇ（第２量）のＭＧ−Ｓｉは、坩堝１の底面１ａから約５５０ｍｍの高さＨで収容された。
【００８２】
次に、高周波コイル２に９００Ｈｚの高周波を７５ｋWで印加することで、第１量および第２量のＭＧ−Ｓｉの溶融を行った。
高周波印加開始後、約２時間経過した時点で十分な量の溶融シリコン５が確認できたため、昇降手段にて黒鉛棒を坩堝１から外へ引き出した。
黒鉛棒の引き出し時点においては、未溶融のＭＧ−Ｓｉが残っており、この未溶融ＭＧ−Ｓｉを溶融シリコン５への誘導加熱で溶融しつつ、さらに追加として６０ｋｇ（追加量）のＭＧ−Ｓｉを投入した。
このＭＧ−Ｓｉの追加投入および、全ＭＧ−Ｓｉ（第１量、第２量、追加量の総和）の溶融には約５時間必要であった。ここで、この追加投入ならびに全量溶融期間中に、作業者が耐熱棒（黒鉛製）で溶融対象物内を突付いて適宜溶融状態を確認したが「棚吊り現象」は確認されなかった。
【００８３】
高周波出力を調整することで、全量溶融した溶融シリコン（溶融物５）を１４５０℃〜１６００℃程度の温度範囲に維持した。
この溶融シリコン１００ｋｇに対し、約１０ｋｇのフラックス７を投入した（図１３参照）。使用したフラックス７は炭酸ナトリウムとシリカが重量比１：１となるように調合したものである。
フラックス７の投入後、溶融シリコンの湯面にスラグ８が形成されていることが確認できた。
【００８４】
フラックス７の投入終了後、約１０分経過した時点で一旦高周波を停止し、排出手段を用いて坩堝１を約６０°傾動して溶融シリコン５ａの湯面に浮かんだスラグ８を排出した（図１４参照）。
スラグ８を排出した後、坩堝１を元の位置に戻して高周波の印加を再開し、フラックス７の投入（投入量約１０ｋｇ）とスラグ８の排出をさらに４０回繰り返した。
その後、排出手段を用いて坩堝１を約８０°傾動して溶融シリコン５ａを約３６ｋｇ出湯した。このＭＧ−Ｓｉの投入から８０°傾動による溶融シリコン５ａの排出までの溶融・精製作業を１サイクルとする。
【００８５】
本実施例１において、フラックス処理後のシリコン（出湯後の溶融シリコン５ａ）中のボロン濃度は０．３ｐｐｍｗであった。なお、ボロン濃度は、ICP-AES法（Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy：誘導結合プラズマ発光分析装置）を用いて測定した。
さらに、坩堝１中に残った溶融シリコン５ａに対して、新たにＭＧ−Ｓｉを投入（投入量約３６ｋｇ）して溶融することによっても、急速な溶融が可能となり、ＭＧ−Ｓｉの溶融・精製作業が比較的短時間で行えた。
なお、本実施例１においては、２５サイクルの溶融・精製作業を繰り返した時点において、排出手段を用いて坩堝１を約９５°傾動して溶融シリコン５ａを全出湯した後、坩堝１の交換を行った。
【００８６】
（比較例１）
フランジおよびテーパ面部を有さない中実柱形の被加熱体（図１５参照）を用いたこと以外は、実施例１と同様の高周波誘導炉を用いて、以下のように溶融物を製造した。
まず、黒鉛棒を坩堝の底面に接触するまで挿入し、この黒鉛棒の周囲を覆うようにＭＧ−Ｓｉを投入した。ＭＧ−Ｓｉの投入量は約４０ｋｇであった。
実施例１と同じ条件で高周波によりＭＧ−Ｓｉの溶融を行ったところ、約８０分後の溶融開始確認とほぼ同時に「棚吊り現象」が確認された。
この「棚吊り現象」は、黒鉛棒の引き抜き後、作業者が耐熱棒（黒鉛製）を用いて破壊したので、この作業期間中は追加のＭＧ−Ｓｉ投入が行えず、溶融時間の遅延を招いた。
また、一旦発生した「棚吊り現象」は完全な破壊が難しく、残った「棚」を始点として新たな「棚吊り現象」が起きることもあり、これを確認しつつＭＧ−Ｓｉの追加投入および溶融を行ったため、さらなる溶融工程の遅延を招いた。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態１である第１の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態２である第２の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態３である第１の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態４である第２の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図５】実施形態４における被加熱体の下端を示す部分正面図である。
【図６】本発明の実施形態５である第１の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図７】実施形態５における被加熱体の下端形状を示す部分正面図であって、図７（ａ）はスリットを形成した場合、図７（ｂ）は孔を形成した場合を示している。
【図８】本発明の実施形態６である第２の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図９】実施形態６における被加熱体の下端形状を示す部分正面図であって、図９（ａ）は一定幅の孔を形成した場合、図７（ｂ）は異なる径の孔を形成した場合を示している。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施形態７である第１の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体の下端を示す正面図であり、図１０（ｂ）は本発明の実施形態８である第２の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体の下端を示す正面図である。
【図１１】本発明の実施形態９である前記構成（Ｂ）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施形態１０である前記構成（Ｃ）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の溶融物製造方法におけるフラックス投入工程を示す説明図である。
【図１４】本発明の溶融物製造方法におけるスラグ排出工程を示す説明図である。
【図１５】本発明の別の溶融物製造方法を説明する工程図である。
【図１６】溶融対象物を溶融する際に発生する「棚吊り現象」を説明する概略断面図である。
【図１７】従来の高周波誘導炉を用いて溶融対象物を溶融する状態を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
1 坩堝
1a 内底面（底面）
2 高周波コイル
3A、13B、23A、33B、43A、53B、63A、73B、83、93 被加熱体
4 溶融対象物
5 溶融物
23b、33b、63b、73b、テーパ面部
43b、43b1、43b2、63c スリット
53b1、53b2、73c 孔
100A、100B、200A、200B、300A、300B、400、500 高周波誘導炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法に関し、詳しくは、太陽電池に用いられる精製シリコンを製造する高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、大気汚染や地球温暖化等により環境意識が高まり、クリーンなエネルギー源としての太陽電池への注目が高まっており、太陽電池市場が急拡大している。
太陽電池用原料シリコンとしては、これまでシリコンウェハ製造などの半導体プロセスで発生するスクラップシリコンが主に用いられてきた。しかしながら、太陽電池市場の急拡大により、スクラップシリコンの供給が追いつかず、太陽電池用原料シリコンの不足が起きている。
【０００３】
また、太陽電池の普及をさらに拡大するには、太陽電池の製造コスト低減が不可欠であり、安価な太陽電池用原料シリコンの製造技術が求められている。
このような安価な太陽電池用原料シリコンの製造技術の１つとして、比較的安価に得られる純度９９％レベルの金属級シリコン（Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｇｒａｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ：以下、ＭＧ−Ｓｉと称する）を冶金プロセスによって精製して太陽電池用原料シリコンを製造しようという試みがある。
ＭＧ−Ｓｉに含まれる不純物としては鉄、アルミニウム、ナトリウム等の金属、および炭素、リン、ボロンなどがあるが、これらのうちボロンは、蒸気圧が低いため単純な真空除去はできない、および偏析係数が１に近いため一方向凝固では偏析除去できない、という理由により、特に除去困難であることが知られている。
そのため、溶融シリコンからのボロン除去方法が各種提案されてきた。これらは主としてフラックスを用いた方法とプラズマ、アークまたは電子ビームを用いた方法とに分類できる。
【０００４】
フラックスによるボロン除去方法として、例えば特許文献１には、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化ナトリウムなどのフラックスと酸化性ガスを併用したボロン除去方法が開示されている。また、特許文献２には、二酸化シリコンを主成分とする固体と、アルカリ金属の炭酸塩および炭酸塩水和物のうちの少なくとも一方とを主成分とする固体を混合したフラックスを使用する、ボロン除去方法が開示されている。
プラズマを用いたボロン除去方法として、例えば特許文献３には、溶融シリコンの溶湯面に、不活性ガスと水蒸気を混合したガスを用いたプラズマジェット流を噴射するボロン除去方法が開示されている。ただし、プラズマ、アークまたは電子ビームを用いるボロン除去方法は、設備が大掛かりになるばかりでなく、多大な電力を消費するため設備投資、電力費がかさみ生産コストが高くなるという問題があるため、現在のところ安価な太陽電池用原料シリコンの製造技術ということはできない。
【０００５】
また、ＭＧ−Ｓｉを冶金プロセスによって精製し、安価な太陽電池用原料シリコンを製造するためには、ＭＧ−Ｓｉを簡便な装置で、できるだけ急速に溶融する必要がある。
シリコンの急速溶融方法および溶融装置として、例えば特許文献４には、原料シリコンをカーボン発熱体などの予備加熱手段を用いて所定温度まで予備加熱した後、高周波加熱により溶融してシリコンのスカルを形成するシリコン溶融方法が開示されていると共に、導電性材料からなる水冷坩堝とその内側に絶縁性材料からなる坩堝が設置され、水冷坩堝の外側に誘導加熱コイルおよび加熱電源を備え、内側の坩堝内に挿入および引き出し可能な予備加熱手段を備えた溶融装置が開示されている。ここで、「スカル」とは、溶融シリコンが坩堝に接触して冷えて固まった部分を意味する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４７６２３号公報
【特許文献３】特開平４−２２８４１４号公報
【特許文献４】特開平１１−１３０５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＧ−Ｓｉを溶融対象として特許文献４に開示された溶融方法および溶融装置を使用した場合、以下のような問題が生じることが分かった。
第１の問題は、特許文献４に開示された溶融方法と溶融装置のように、シリコンのスカルを形成する溶融方法や溶融装置によっては、効率的なシリコン精製（ボロン除去など）が行えないという問題である。すなわち原料シリコンの一部がスカルを形成すると、溶融シリコンとスカルとの界面においては平衡状態が成り立ち、凝固と溶融が常時繰り返されていると見なされる。そのため、フラックスを用いたボロン除去を溶融シリコンに対して行っても、スカル内部のボロンは除去できない。溶融シリコンとスカルとの界面において凝固と溶融を繰り返す際、該界面からボロンが徐々に溶融シリコン中に排出されるので、ボロン除去効率が著しく悪化してしまう。
【０００８】
第２の問題は、予備加熱工程と溶融工程とを明確に分離することが困難であるという問題である。
すなわち、特許文献４に開示された溶融方法と溶融装置で用いられる原料シリコン）は、例えばシーメンス法で作製されたシリコンであるため、ある程度のサイズ（換算直径および平均直径）が揃った原料シリコンを分別して準備できる。このようなサイズ（換算直径および平均直径）が揃った原料シリコンを用いる場合は、高周波の周波数と原料シリコンの平均直径で規定できる予備加熱温度を溶融装置全域で比較的得られやすい。
これに対し、ＭＧ−Ｓｉを用いる場合、ＭＧ−Ｓｉの換算直径は極めて不均一である場合が多く、通常、数ｍｍ〜十数ｃｍ程度の幅広い粒状や塊状シリコン粒子が混合しており、ここへスクラップシリコンなどを混合して使用する場合はさらに不均一になる。そのため、種々の換算直径を持つ原料シリコンが個々に加熱されるために、均一な予備加熱状態（原料シリコンは溶融していないが、高周波により加熱されうる温度状態）を溶融装置全域で得ることが難しい。
なお、前記の「換算直径」とは、個々の原料シリコンの断面積を円として換算して得られる直径を意味し、前記の「平均直径」とは、それら換算直径の平均値を意味する。
【０００９】
そこで、本発明者らは、原料シリコンがスカルを形成するような水冷坩堝を用いない簡便な高周波誘導炉において、カーボン発熱体などの被加熱体によってＭＧ−Ｓｉが溶融するまで加熱する実験を試みた。
ところが、不均一な換算直径を持つＭＧ−Ｓｉを被加熱体を用いて溶融すると、いわゆる「棚吊り」と呼ばれる状態が起こりやすいという新たな問題（第３の問題）が起きることが分かった。
【００１０】
ここで、本明細書において「棚吊り」とは、図１６に示すように、溶融物５（溶融領域）と、その上部の溶融対象物４（未溶融領域）との間に空間1407ができた状態であると定義する。なお、図１６において、符号1408で示されているのが、いわゆる「棚」であり、一般に坩堝１の内壁に固着したもの（例えば、一旦溶融し始めた溶融対象物４が再度固化して付着したもの）や、上部の重量により押し付けられて落下しづらくなった溶融対象物４からなる。ただし、溶融対象物４がシリコンの場合には、この「棚」がシリコン酸化物からなる、あるいはシリコン酸化膜で覆われたシリコンとなることもある。
【００１１】
具体的に説明すると、図１７に示すような従来の高周波誘導炉９００において、高周波コイル９２０からの高周波により被加熱体９３０を加熱してゆくと、ＭＧ−Ｓｉ９０４は被加熱体９３０の最下部近傍領域９０５から溶融を始める。これは、被加熱体９３０から発生した熱が、坩堝９１０の上部からは熱伝導に加えて放射、対流等で系外に放出されるのに対して、坩堝９１０の下部においてはほとんど熱伝導のみであるため、この領域９０５が最も温度上昇しやすいためと考えられる。
この際、不均一な換算直径を持つＭＧ−Ｓｉ９０４のうち、比較的加熱されやすい換算直径を持つ原料シリコンが溶融し、それ以外の原料シリコンが固体のままである状態が坩堝９１０の下部で起こると「棚吊り」となりやすいと考えられる。さらにこの際、坩堝９１０の底の溶融シリコン上に空間ができると（図１６参照）、その溶融シリコンは固液共存状態ではなくなり、融解熱を奪われなくなった溶融物の温度が急速に上昇する。このために坩堝９１０の耐熱温度を超え、坩堝９１０を破損するおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その主たる第１の目的は、室温では誘導加熱を可能とする導電性を有さず、かつ所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有する溶融対象物を急速に溶融できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供することである。
また、本発明の主たる第２の目的は、換算直径が不均一な溶融対象物を用いた場合でも「棚吊り」を起こしにくい、または「棚吊り」が起きても溶融物の温度上昇を比較的長期間抑制できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供することである。
さらに本発明は、換算直径が不均一なシリコン材料を用いた際にも「棚吊り」を起こしにくい、または「棚吊り」が起きても溶融物の温度上昇を比較的長期間抑制できる高周波誘導炉およびそれを用いた溶融物製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かくして、本発明によれば、溶融対象物を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして坩堝内の前記溶融対象物を溶融する被加熱体とを備え、前記被加熱体は、坩堝の前記収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されているか、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられている高周波誘導炉が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記高周波誘導炉を用いた溶融物製造方法であって、前記坩堝の収容凹部内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）と、前記高周波コイルからの高周波により前記被加熱体を誘導加熱することで前記溶融対象物を溶融して溶融物とする工程（Ｂ）とを含む溶融物製造方法が提供される。
【００１４】
また、本発明のさらに別の観点によれば、溶融対象物を収容する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして前記溶融対象物を溶融して溶融物とする被加熱体とを備えた高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、前記坩堝内に内底面から所定高さまでの第１量の溶融対象物を収容する第１収容工程と、前記第１量の溶融対象物を収容した坩堝内に前記被加熱体を挿入する工程と、被加熱体を挿入した坩堝内に第２量の溶融対象物を収容する第２収容工程と、前記高周波コイルからの高周波により被加熱体を誘導加熱することで坩堝内の第１量の溶融対象物と第２量の溶融対象物のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物とする工程と、被加熱体を坩堝内から引き抜いた後、高周波コイルからの高周波により溶融した溶融物を種湯として坩堝内の未溶融の溶融対象物を溶融する工程とを含む溶融物製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、室温では誘導加熱を可能とする導電性を有さず、かつ所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有する溶融対象物を、従来よりも簡便な装置で急速に溶融することができる。よって、本発明の高周波誘導炉を、例えばシリコンの溶融やＭＧ−Ｓｉなどのシリコン精製に用いることにより、安価な太陽電池用原料シリコンの製造が可能となる。
また、被加熱体は、坩堝の収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されている、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられているため、坩堝の底部には未溶融の溶融対象物が存在し、かつ坩堝に接触せずに溶融物が形成される。この結果、平均直径が不均一なＭＧ−Ｓｉといった溶融対象物を溶融しても「棚吊り現象」が生じ難い。また、棚吊り現象が生じたとしても、溶融物と周囲の溶融対象物との境界が固液共存状態となって対流が生じ、対流が生じていれば溶融物は融点以上の温度上昇は起きないため、溶融物の温度上昇を比較的長期間抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の高周波誘導炉は、溶融対象物を収容する収容凹部を有する坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして坩堝内の前記溶融対象物を溶融する被加熱体とを備え、前記被加熱体は、坩堝の前記収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されているか、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられていることを特徴とする。
この高周波誘導炉は、室温では誘導加熱を可能とする導電性を有さず、かつ所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有する溶融対象物を急速に溶融するものであり、溶融対象物としては、例えばシリコン、ゲルマニウムなどの半導体材料であり、さらに具体的にはＭＧ−Ｓｉである。
【００１７】
本発明の高周波誘導炉における被加熱体は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）のように構成されていることを特徴としている。
（Ａ）坩堝の収容凹部内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されている。
（Ｂ）坩堝の収容凹部内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。
（Ｃ）坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。
（Ｄ）前記（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせ、または前記（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせ。
ここで、前記「収容凹部内」とは、坩堝を構成する周囲壁の内面を含む収容凹部の内部空間領域を意味する。また、前記「周囲壁内」とは、周囲壁の内面と外面の間の厚み領域内を意味する。
以下、図面を参照しながら前記構成（Ａ）〜（Ｄ）について説明する。
【００１８】
構成（Ａ）の場合、前記被加熱体は、前記坩堝の収容凹部内に挿入および引き出し可能な上下方向に長い中実または中空の柱形であって、
（１）坩堝内に挿入されて坩堝の上方開口縁に上載することにより、被加熱体の下端底面を坩堝の内底面よりも所定高さで上方位置に規定するフランジが上端外周面に形成されている（図１および図２参照）、または、
（２）下端外周面が所定高さ範囲で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている（図３および図４参照）、または、
（３）下端外周面に上下方向のスリットおよび孔の少なくとも一方が所定高さ範囲で形成されている（図６および図８参照）、または、
（４）前記構成（１）〜（３）のうち２つ以上が組み合わされている（図１０参照）。
【００１９】
＜実施形態１：第１の構成（Ａ−１）＞
図１は、実施形態１である第１の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉１００Ａを示す概略断面図である。この高周波誘導炉１００Ａは、溶融対象物４を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝１と、該坩堝１の周囲に配置された高周波コイル２と、高周波コイル２からの高周波により誘導加熱を起こして坩堝１内の溶融対象物４を溶融する被加熱体３Ａとを備える。
さらに、この高周波誘導炉１００Ａは、被加熱体３Ａを昇降させて坩堝１に出し入れする昇降手段（図示省略）、溶融領域を坩堝内において均一にするために被加熱体３Ａを回転させる回転手段（図示省略）あるいは、坩堝１を傾動可能に保持し、かつ坩堝１を傾斜させて内部の溶融物を外部に取り出す排出手段（図示省略）とを備えていてもよい。
【００２０】
本発明において、坩堝１は絶縁性材料からなる。その理由は、換算直径が不均一な溶融対象物４を用いた際にも「棚吊り」（図１６参照）を起こしにくい、または「棚吊り」が起きても溶融物５の温度上昇を比較的長期間抑制できる高周波誘導炉とするためには、溶融対象物４の溶融開始位置を被加熱体３Ａの形状、挿入位置あるいはそれら両方により制御する際に、坩堝１自体が発熱することは好ましくないからである。
坩堝１としては、アルミナ製坩堝（アルミナ９０重量％以上、好ましくは９６重量％以上）、シリカ製坩堝（シリカ９０重量％以上）、ムライト質坩堝（アルミナ６９〜７０重量％とシリカ３０〜３１重量％の混合物）等の絶縁性材料を用いることができる。溶融対象物４が、不純物としてボロンを含む原料シリコンである場合、ボロン除去時にフラックスとして、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸リチウムなどのアルカリ金属、またはアルカリ土類金属の炭酸塩、炭酸水素塩あるいは珪酸塩などを用いる際には、フラックスに対する耐性の点から考慮すると、アルミナ製坩堝を使用することが好ましい。
坩堝のサイズとしては、内径200〜2500ｍｍ程度、深さ200〜3200ｍｍ程度、厚み5〜75ｍｍ程度とすることができる。
【００２１】
高周波コイル２は、被加熱体３Ａを加熱する手段であり、市販の坩堝型高周波誘導炉を使用することができる。
昇降手段としては、例えば、被加熱体３Ａを吊り下げながら昇降することができるクレーン装置を用いることができる。
排出手段としては、例えば、高周波コイル２と共に坩堝１を保持部と、坩堝上部に設けた回転軸を介して保持部を傾動可能に支持する支持部と、坩堝下部に設けられて支持部を傾動する油圧シャフトを備えた構成とすることができる。
【００２２】
図１に示すように、被加熱体３は、上端面から下端面まで太さがほぼ均一な中実円柱形の本体３ａと、本体３ａの上端寄りの外周面に設けられた円環状のフランジ３ｂと、本体３ａの上端面に設けられたフック３ｃとを有してなる。
被加熱体３Ａの材料としては、高周波コイル２からの高周波により発熱し、溶融対象物４を溶融できるものであればいかなるものを用いてもよいが、溶融対象物４がシリコンである場合には、黒鉛や炭化珪素を材料としたもの、さらにはそれらの表面にシリカ、シリコンカーバイドなどの保護被膜を形成したものが好ましく用いられる。
被加熱体３Ａの本体３ａのサイズとしては、直径80〜1000ｍｍ程度、長さ250〜4000ｍｍ程度とすることができ、フランジ３ｂのサイズとしては、直径は坩堝１の内径よりも10〜130ｍｍ程度大きく、厚み20〜500ｍｍ程度とすることができる。また、フランジ３ｂの下面から本体３ａの下面までの距離は160〜2500ｍｍ程度とすることができる。なお、フランジ３ｂには、被加熱体３Ａが挿入された坩堝１内に溶融対象物４を投入できるよう投入穴、また坩堝内の溶融物の状態が確認できるよう覗き穴が形成されている。あるいは、フランジ３ｂを円環状ではなく、２本以上の棒を放射状に配置して構成してもよい。
【００２３】
実施形態１によれば、被加熱体３Ａを坩堝１内に挿入していくと、被加熱体３Ａの下端が坩堝１の底面１ａに接する前にフランジ３ｂが坩堝１の開口縁１ｂに上載するため、被加熱体３Ａは坩堝底面１ａよりも上方位置で坩堝１内に設置可能となる。この設置状態のとき、被加熱体３の下端面は坩堝底面１ａから所定の高さ位置に規定され、この高さ位置近傍が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
図１に示すように、坩堝１内に所定量の溶融対象物４が収容され、かつ被加熱体３Ａが坩堝１内の中心位置に挿入された状態において、高周波コイル２を作動させて高周波により被加熱体３Ａを加熱してゆくと、溶融対象物４は被加熱体３Ａの最下部近傍領域から溶融を始める。このとき、被加熱体３Ａの下端は坩堝１の底面１ａから所定高さＨ1上方に位置しているため、溶融対象物４が溶融した溶融物５は坩堝１の底面１ａよりも上方に位置しており、溶融物５の上下および周囲に未溶融の溶融対象物４が残存している。
【００２４】
このように、坩堝１の底部には未溶融の溶融対象物４が存在し、かつ坩堝１に接触せずに溶融物５が形成されるため、平均直径が不均一なＭＧ−Ｓｉといった溶融対象物４を溶融しても、図１６で説明した棚1408が生じ難い。また、棚1408が生じたとしても、溶融物５と周囲の溶融対象物４との境界が固液共存状態となって対流が生じ、対流が生じていれば溶融物５は融点以上の温度上昇は起きないため、溶融物５の温度上昇を比較的長期間（例えば0.5〜4時間程度）抑制することができる。
この結果、棚1408の発生時から、坩堝１の温度が上昇し耐熱温度を越えて坩堝１が損傷するまでの時間が延びるため、この間に作業者は例えば黒鉛棒を坩堝１内に挿入して棚1408を壊すといった適切な作業を余裕をもって確実に行うことができ、坩堝１の破損を回避することができる（効果１）。
【００２５】
また、被加熱体３Ａのフランジ３ｂが坩堝１の開口縁１ｂに上載することで、坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端までの前記高さＨ1が自動的に規定されるため、昇降手段やその他の位置制御装置による被加熱体３Ａの高さ制御が不要である（効果２）。
実施形態１において、前記棚1408の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端面までの高さＨ1は、100〜1600ｍｍ程度が好ましく、50〜800ｍｍ程度がさらに好ましく、30〜500ｍｍ程度が特に好ましく、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨに対する前記高さＨ1の比率Ｈ1／Ｈは0.01〜0.8が好ましく、0.05〜0.5がさらに好ましく、０．１〜０．３が特に好ましい。
【００２６】
＜実施形態２：第２の構成（Ａ−１）＞
図２は実施形態２である第２の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉１００Ｂを示す概略断面図である。
実施形態２の高周波誘導炉１００Ｂは、被加熱体１３Ｂの形状が実施形態１における被加熱体３Ａ（図１参照）と異なること以外は、実施形態１と同様の構成である。なお、図２における図１と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態２における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
この高周波誘導炉１００Ｂの被加熱体１３Ｂは、本体１３ａが中空柱形であり、その本体１３ａの上端寄りの外周面にフランジ１３ｂを有すると共に、上端面にフック１３ｃを有している。
被加熱体１３Ｂにおいて、本体１３ａの直径、長さ、フランジ１３ｂのサイズおよびフランジ１３ｂの取付位置は、図１で説明した中実円柱形の被加熱体３Ａと同じにすることができ、本体１３ａの内部軸心位置に形成された穴の径は８〜９００ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
この実施形態２によれば、実施形態１の前記効果（１）および（２）が得られることに加え、被加熱体１３Ｂの本体１３ａが中空円柱形であるため、その内部に溶融対象物４を収納して誘導加熱すると、被加熱体３Ａが中実円柱形の実施形態１に比べて、溶融開始がさらに短時間で起きる利点が得られる（効果３）。この利点は、被加熱体１３Ｂの熱容量が小さくなること、被加熱体１３Ｂの中空部の溶融物５の熱が周囲方向（坩堝周囲壁の方向）に放出し難いことなどに起因するものと考えられる。また、被加熱体１３Ｂの本体１３ａが中空円柱形であるため、中実の被加熱体よりも軽量化をはかることができるので、作業性が容易になるというメリットもある。
実施形態２において、棚1408の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体１３Ｂの下端面までの高さＨ2、および、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨに対する高さＨ2の比率Ｈ2／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることが好ましい。
【００２８】
＜実施形態３：第１の構成（Ａ−２）＞
図３は実施形態３である第１の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉２００Ａを示す概略断面図である。この高周波誘導炉２００Ａは、実施形態１と同様の坩堝１、高周波コイル２、昇降手段（図示省略）、回転手段（図示省略）および排出手段（図示省略）を備えると共に、実施形態１とは形状が異なる被加熱体２３Ａを備える。なお、図３における図１と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態３における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
【００２９】
実施形態３の場合、被加熱体２３Ａは、中実円柱形の本体２３ａと、その上端に設けられたフック２３ｃとを有し、さらに本体２３ａは、その下端外周面が所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている。なお、図３において、符号２３ｂはテーパ面部を表している。
被加熱体２３Ａのサイズとしては、直径80〜1000ｍｍ程度、長さ300〜4800ｍｍ程度とすることができる。また、本体２３ａにおける直径がほぼ一定である胴部とテーパ面部２３ｂとの境界線２３ｄから本体２３ａの下端面までの高さＨ3は60〜2600ｍｍ程度とすることができる。
【００３０】
実施形態３では、図３に示すように、坩堝１の底面１ａ上に被加熱体２３Ａを載置した状態で、坩堝１内に収容された溶融対象物４を溶融する。このとき、被加熱体２３Ａの前記境界線２３ｄの高さ近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
つまり、被加熱体２３Ａが坩堝１内に挿入された状態において、被加熱体２３Ａのテーパ面部２３ｂは下端面に向かうほど高周波コイル２からの距離が広がるため発熱量が減少していく。これにより、坩堝１内の溶融対象物４の溶融開始位置を、被加熱体２３Ａのテーパ面部２３ｂの最下端近傍ではなく、テーパ面部２３ｂの上端である境界線２３ｄの近傍位置に規定することができる。
【００３１】
この実施形態３によれば、実施形態１と同様に前記効果（１）および（２）が得られる。なお、実施形態３の効果（２）については、被加熱体２３Ａを坩堝１の底面１ａ上に接触させた状態で設置することができ、このとき自動的にテーパ面部２３ｂの上端の境界線２３ｄの高さＨ3が規定されるため、昇降手段やその他の位置制御装置による被加熱体３Ａの高さ制御が不要となる。
また、実施形態３によれば、さらに以下の効果（４）〜（６）が得られる。
【００３２】
つまり、実施形態３では、坩堝１内における被加熱体２３Ａの境界線２３ｄよりも下方の収容領域は、テーパ面部２３ｂが縮径することにより広がっているため、溶融開始位置（境界線２３ｄの位置）よりも上方の溶融対象物４が溶融開始領域に落下しやすい。この結果、棚吊り現象をさらに効果的に抑制することができる（効果４）。
また、従来型の被加熱体９３０（図１７参照）を坩堝９１０の底面に接触するまで挿入して加熱した場合、被加熱体９３０が局所的に高温となり、坩堝９１０との接触面において坩堝材質を軟化させ、被加熱体９３０が坩堝９１０に固着してしまう場合があった。これに対し、実施形態３のように被加熱体２３Ａの下端にテーパ面部２３ｂを形成して下端面の面積を小さくすることで、仮に被加熱体２３Ａが坩堝１に固着した場合でも被加熱体２３Ａを容易に取り出すことができる（効果５）。
さらに、実施形態３では、溶融対象物４の溶融開始位置よりも下の坩堝底面１ａまで被加熱体２３Ａが存在するため、坩堝１内から引き上げる際の被加熱体２３Ａの動き（例えば回転機構による回転運動や、フック２３ｃに掛けられているクレーンによる前後左右への揺動や振動）によって、発生または発生しかけている棚吊り現象が破壊されやすくなる（効果６）。
【００３３】
実施形態３において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体２３Ａの境界線２３ｄまでの高さＨ3と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ3／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。また、図５に示すように、被加熱体２３Ａの軸心に対するテーパ面部２３ｂのテーパ角度θは、溶融対象物４の溶融開始位置を被加熱体２３Ａの下端面よりも上方位置にできる角度であれば特に限定されるものではなく、例えば５°〜６０°が適当であり、好ましくは１０°〜３０°である。
【００３４】
＜実施形態４：第２の構成（Ａ−２）＞
図４は実施形態４である第２の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉２００Ｂを示す概略断面図である。
実施形態４の高周波誘導炉２００Ｂは、被加熱体３３Ｂの本体３３ａが中空円柱形であること以外は、実施形態３と同様の構成である。なお、図４における図３と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態４における実施形態３とは異なる点を主として説明する。
【００３５】
被加熱体３３Ｂは、本体３３ａが中空円柱形であり、その上端面にフック３３ｃを有し、さらに本体３３ａは、その下端外周面が所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている。なお、図４において、符号３３ｂはテーパ面部を表し、３３ｄは本体３３ａの胴部とテーパ面部３３ｂとの境界線を表している。
本体３３ａのサイズとしては、外径、長さおよび下端から境界線３３ｄまでの高さＨ4は実施形態３と同じにすることができ、本体３３ａの内部軸心位置に形成された穴の径は８〜５００ｍｍ程度とすることができる。
【００３６】
この実施形態４によれば、前記効果（１）〜（６）が得られ、さらに効果（５）については、実施形態４の被加熱体３３Ｂは中空円柱形であることにより下端の面積が実施形態３よりも大幅に小さくなり、そのため坩堝１の底面１ａとの接触面積が大幅に小さくなり、仮に被加熱体３３Ｂが坩堝１に固着してもより容易に取り出すことができる。
実施形態４において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体３３Ｂの境界線３３ｄまでの高さＨ4と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ4／Ｈは、実施形態３での比率Ｈ3／Ｈと同程度とすることができる。また、被加熱体３３Ｂの軸心に対するテーパ面部３３ｂのテーパ角度θも、実施形態３と同様に特に限定されるものではなく、例えば５°〜６０°が適当であり、好ましくは１０°〜３０°である。
【００３７】
＜実施形態５：第１の構成（Ａ−３）＞
図６は実施形態５である第１の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉３００Ａを示す概略断面図である。この高周波誘導炉３００Ａは、実施形態１と同様の坩堝１、高周波コイル２、昇降手段（図示省略）、回転手段（図示省略）および排出手段（図示省略）を備えると共に、実施形態１とは形状が異なる被加熱体４３Ａを備える。なお、図６における図１と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態５における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
【００３８】
実施形態５の場合、被加熱体４３Ａは、中空円柱形の本体４３ａと、その上端に設けられたフック４３ｃとを有し、さらに本体４３ａは、その下端外周面に所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で上下方向のスリット４３ｂがほぼ等間隔で複数形成されている。なお、本明細書において、「スリット」とは、図７に示すように長穴の長手方向の一方端が開放した形状を意味し、例えば、図７（ａ）に示すような幅が一定のスリット４３ｂ1や、図７（ｂ）に示すように上端へ向かうにつれて幅が連続的に狭くなるスリット４３ｂ2、スリット４３ｂ2の頂部がＲ加工され円弧状になるスリット（図示省略）あるいは幅が段階的に狭くなるスリット（図示省略）等を実施形態５のスリット４３ｂとして採用することができる。
本体４３ａのサイズとしては、外径80〜1000ｍｍ程度、内径8〜900ｍｍ程度、長さ250〜4000ｍｍ程度とすることができる。また、スリット４３ｂの長さＨ5は60〜2600ｍｍ程度、幅は1〜50ｍｍ程度、スリット本数は１〜200本程度とすることができる。
【００３９】
実施形態５では、図６に示すように、坩堝１の底面１ａ上に被加熱体４３Ａを載置した状態で、坩堝１内に収容された溶融対象物４を溶融する。このとき、被加熱体４３Ａの前記スリット４３ｂの上端近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
つまり、被加熱体４３Ａが坩堝１内に挿入された状態において、被加熱体４３Ａの下端には複数のスリット４３ｂが形成されているため、高周波コイル２を作動させると、スリット形成部分においては高周波による誘導電流が周回できないので発熱されない。このため、スリット４３ｂ部分の発熱量は、スリット４３ｂが無い部分の発熱量よりも少なくなり、溶融対象物４の溶融開始位置が坩堝１の底面１ａよりも上方のスリット４３ｂの上端近傍位置となる。
【００４０】
実施形態５において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体４３Ａのスリット４３ｂの上端までの高さＨ5と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ5／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
【００４１】
この実施形態５によれば、前記効果（１）〜（３）、（５）および（６）が得られる。また、スリットを形成することで、中空の被加熱体がさらに軽量化して作業性が容易になるメリットもある。
なお、効果（５）については、実施形態５の被加熱体４３Ａは中空円柱形であり、かつ下端はスリット４３ｂにより部分的に切欠かれているため下端面積が大幅に小さくなり、そのため坩堝１の底面１ａとの接触面積が大幅に小さくなり、仮に被加熱体４３Ａが坩堝１に固着してもより容易に取り出すことができる。
なお、スリット４３ｂの形状、寸法、本数等は上述の説明に限定されるものではなく、例えば、被加熱体４３Ａの下方に向かうにつれてスリット本数が増えるようにしてもよい。つまり、被加熱体４３Ａの発熱量が最下端よりも高さＨ5の位置の方が多くなるように、発熱量の増減を多数の段階に分けて行うように加工すればよい。
【００４２】
＜実施形態６：第２の構成（Ａ−３）＞
図８は実施形態６である第２の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉３００Ｂを示す概略断面図である。
実施形態６の高周波誘導炉３００Ｂは、実施形態５における被加熱体４３Ａの下端のスリット４３ｂに代えて、孔５３ｂを形成したこと以外は、実施形態５と同様の構成である。なお、図８における図６と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態６における実施形態５とは異なる点を主として説明する。
【００４３】
被加熱体５３Ｂは、本体５３ａが中空円柱形であり、その上端面にフック５３ｃを有し、さらに本体５３ａは、その下端外周面に所定高さ範囲（下端面からの所定長さ範囲）で孔５３ｂ1が複数形成されている。図８および図９（ａ）ではこの孔５３ｂ1が上下方向に長い一定幅の長孔の場合を例示している。なお、このような長孔に限定されず、図９（ｂ）に示すように、例えば、上端へ向かうにつれて直径が段階的に小さくなる複数の孔５３ｂ2、楕円状の長孔（図示省略）であってもよく、あるいは直径が一定の複数の孔（図示省略）を形成してもよく、あるいは図７（ｂ）で示したような上端へ向かうにつれて幅が連続的に小さくなる長孔を形成してもよい。また、前述のような孔を組み合わせてもよいし、斜め方向に形成しても構わない。
本体５３ａのサイズは、実施形態５と同じにすることができる。また、例えば、長孔の場合、被加熱体５３Ｂの下端から孔５３ｂ1の上端までの高さＨ6は60〜2600ｍｍ程度、孔５３ｂ1の長さは57〜2570ｍｍ程度、孔５３ｂ1の幅は１〜５０ｍｍ程度、孔本数は１〜２００本程度とすることができる。なお、図９（ｂ）で示した孔５３ｂ2の場合、例えば、図９（ａ）で示した複数の長い孔５３ｂ1の形成領域内に収まるサイズで形成することができる。
【００４４】
実施形態６では、図８に示すように、坩堝１の底面１ａ上に被加熱体５３Ｂを載置した状態で、坩堝１内に収容された溶融対象物４を溶融する。このとき、被加熱体５３Ｂの前記孔５３ｂ1の上端近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
つまり、実施形態５のスリット４３ｂと同様に、高周波コイル２を作動させたとき、孔５３ｂ1部分は、円周方向に連続した導電体が無いため、誘導電流が発生せず、発熱されない。そのため、孔５３ｂ1が無い部分の発熱量よりも少なくなるため、孔５３ｂ1の上端近傍位置が溶融対象物４の溶融開始位置となる。
【００４５】
実施形態６において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体５３Ｂの孔５３ｂ1の上端までの高さＨ6と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ6／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
この実施形態６によれば、前記効果（１）〜（３）、（５）および（６）が得られる。なお、効果（５）については、実施形態６の被加熱体５３Ｂが中空円柱形であることによる。
なお、孔の形状、寸法、個数等は上述の説明に限定されるものではなく、例えば、被加熱体５３Ｂの下方に向かうにつれて、長孔の本数が増加するあるいは同じ径の孔の密度が増加するように配置してもよい。つまり、被加熱体５３Ｂの発熱量が最下端よりも高さＨ6の位置の方が多くなるように、発熱量の増減を多数の段階に分けて行うように加工すればよい。
【００４６】
＜実施形態７：第１の構成（Ａ−４）＞
図１０（ａ）は実施形態７である第１の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体６３Ａの下端を示す正面図である。
この実施形態７は、被加熱体６３Ａが異なる以外は、前記実施形態４〜６と同様であり、以下被加熱体６３Ａの構造について主に説明する。
この被加熱体６３Ａは、上端に図示しないフックを有する中空柱形の本体６３ａの下端にテーパ面部６３ｂが形成されると共に、テーパ面部６３ｂに上下方向のスリット６３ｃが複数本が形成されている。つまり、実施形態７の被加熱体６３Ａは、実施形態４（図４）と実施形態５（図６）を組み合わせたものである。
【００４７】
この場合、被加熱体６３Ａの本体６３ａのサイズは、実施形態４〜６と同じにすることができ、被加熱体６３Ａの下端からテーパ面部６３ｂの上端までの高さＨ7およびテーパ角度は、実施形態４と同じに設定することができる。また、スリット６３ｃの形成範囲は、前記高さＨ7と同じまたはそれより短くすることができ、スリット６３ｃの形状、寸法および本数等は実施形態５と同じにすることができる。
この実施形態７の被加熱体６３Ａも、実施形態３〜６と同様に、坩堝の底面上に被加熱体６３Ａを載置した状態で、坩堝内に収容された溶融対象物を溶融する（図４、図６参照）。このとき、被加熱体６３Ａのテーパ面部６３ｂの上端近傍位置が溶融対象物の溶融開始位置となる。そして、実施形態７によれば、前記効果（１）〜（６）が得られる。
【００４８】
＜実施形態８：第２の構成（Ａ−４）＞
図１０（ｂ）は実施形態８である第２の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体７３Ｂの下端を示す正面図である。
この実施形態８は、被加熱体７３Ｂが異なる以外は、前記実施形態４〜６と同様であり、以下被加熱体７３Ｂの構造について主に説明する。
この被加熱体７３Ｂは、上端に図示しないフックを有する中空柱形の本体７３ａの下端にテーパ面部７３ｂが形成されると共に、テーパ面部７３ｂに複数個の孔７３ｃが形成されている。つまり、実施形態８の被加熱体７３Ｂは、実施形態４（図４）と実施形態６（図８および図９）を組み合わせたものである。
【００４９】
この場合も、被加熱体７３Ｂの本体７３ａのサイズは、実施形態４〜６と同じにすることができ、被加熱体７３Ｂの下端からテーパ面部７３ｂの上端までの高さＨ8およびテーパ角度は、実施形態４と同じに設定することができる。また、孔７３ｃの形成範囲は、前記高さＨ8と同じまたはそれより短くすることができ、孔７３ｃの形状、寸法および本数等は実施形態６と同じにすることができる。
この実施形態８の被加熱体７３Ｂも、実施形態４〜６と同様に、坩堝の底面上に被加熱体７３Ｂを載置した状態で、坩堝内に収容された溶融対象物を溶融する（図４、図８参照）。このとき、被加熱体７３Ｂのテーパ面部７３ｂの上端近傍位置が溶融対象物の溶融開始位置となる。そして、実施形態８によれば、前記効果（１）〜（６）が得られる。
【００５０】
＜実施形態９：構成（Ｂ）＞
図１１は実施形態９である前記構成（Ｂ）の高周波誘導炉４００を示す概略断面図である。この実施形態９は、被加熱体８３が異なると共に、昇降手段を有さないこと以外は実施形態１〜８と同様であり、図１１における実施形態１〜８と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態９における実施形態１〜８とは異なる点を主として説明する。
【００５１】
前記構成（Ｂ）では、上述したように、被加熱体８３は、坩堝１の収容凹部内において、溶融対象物４の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。具体的には、被加熱体８３は、リング形であり、坩堝１の周囲壁内面における内底面１ａから所定高さ位置に固定されている。
被加熱体８の材料としては、高周波コイル２からの高周波により発熱し、溶融対象物４を溶融できるものであればいかなるものを用いてもよいが、溶融対象物４がシリコンである場合には、黒鉛や炭化珪素を材料としたもの、さらにはそれらの表面にシリカ、シリコンカーバイドなどの保護被膜を形成したものが好ましく用いられる。
【００５２】
被加熱体８３がリング形の場合、外径は坩堝１の内周壁の内径と同程度であり、内径は195〜2450ｍｍ程度、高さｈ9は60〜2600ｍｍ程度とすることができる。
また、被加熱体８３を設置する位置は、坩堝１の底面１ａから被加熱体８３の上下中間位置までの高さＨ9が35〜1310ｍｍ程度とすることができる。この高さＨ9が坩堝１内の溶融対象物４の溶融開始位置となる。
【００５３】
被加熱体８３を坩堝１の内周壁内面における前記の高さ位置に固定するために、絶縁性材料（例えば坩堝１と同じ材料）からなる上下一対のリング形固定部材８６が坩堝１の内周壁内面に取り付けられている。この固定部材８６において、外径は坩堝１の内周壁の内径と同程度であり、厚みは被加熱体８３を保持できる5〜50ｍｍ程度である。また、下側の固定部材８６の高さは、被加熱体８３を前記高さＨ9に支持できる5〜600ｍｍ程度とすることができる。
【００５４】
固定部材８６の坩堝１への固定および被加熱体８３の固定部材８６への固定は、ネジ部材を用いて固定することができる。他の方法としては、坩堝１の内壁に適当なテーパ（下に行くほど内径が小さくなる）を付け、被加熱体８３と固定部材８６をその内径に合わせたものにすれば、それらを押し込むことにより固定することができる。また、被加熱体８３を押さえる上部固定部材８６を坩堝１と同じ材質で、かつ坩堝１の上端面まで延設し、上部固定部材８６の上端面と坩堝１の上端面とを粘度のようなパッチング材と呼ばれる築炉用材料で固定して、バーナーで乾燥させて焼き固めて固定することもできる。
【００５５】
この実施形態９の高周波誘導炉４００の場合、図１１に示すように、被加熱体８３を収容凹部に有する坩堝１内に溶融対象物４を収容した後、高周波コイル２を作動させると、高周波により被加熱体８３が誘導加熱を起こし、それによって被加熱体８３の近傍の溶融対象物４が溶融を開始する。このとき、被加熱体８３は坩堝底面１ａよりも所定高さＨ9分上方に位置しているため、溶融物５は坩堝１の底面１ａよりも上方に位置し、溶融物５と坩堝底面１ａとの間には未溶融の溶融対象物４が存在する。
【００５６】
実施形態９において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１ａから被加熱体８３の高さＨ9と、坩堝底面１ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ9／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
この実施形態９によれば、前記効果（１）および（２）を奏すると共に、被加熱体８３を昇降させる昇降手段が不要であり（効果７）、柱形被加熱体が坩堝１の底面１ａに固着する配がない（効果８）。また、被加熱体８３は据付型であるため、所定温度以上に加熱され、あるいは溶融した状態でも導電性を有さない溶融対象物の溶融にも対応できる（効果９）。
【００５７】
＜実施形態１０：構成（Ｃ）＞
図１２は実施形態１０である前記構成（Ｃ）の高周波誘導炉５００を示す概略断面図である。この実施形態１０は、被加熱体９３および坩堝１０が異なると共に、昇降手段を有さないこと以外は実施形態１〜８と同様であり、図１２における実施形態１〜８と同様の要素には同一の符号を付している。以下、実施形態１０における実施形態１〜８とは異なる点を主として説明する。
【００５８】
前記構成（Ｃ）では、上述したように、被加熱体９３は、坩堝１０を構成する周囲壁内において、溶融対象物４の溶融開始位置を規定する位置に設けられている。具体的には、被加熱体９３は、リング形であり、坩堝１０の周囲壁内部における内底面１０ａから所定高さ位置に埋設されている。つまり、被加熱体９３は坩堝１０の周囲壁の一部を構成している。
被加熱体９３の材料としては、高周波コイル２からの高周波により発熱し、溶融対象物４を溶融できるものであればいかなるものを用いてもよいが、溶融対象物４がシリコンである場合には、黒鉛や炭化珪素を材料としたもの、さらにはそれらの表面にシリカ、シリコンカーバイドなどの保護被膜を形成したものが好ましく用いられる。
【００５９】
被加熱体９３がリング形の場合のサイズは、被加熱体９３を坩堝１０の内周壁内に埋設することができるサイズに設定され、高さｈ10は60〜2600ｍｍ程度とすることができる。
また、被加熱体９３の埋設位置は、坩堝１０の底面１０ａから被加熱体９３の上下中間位置までの高さＨ10が35〜1310ｍｍ程度とすることができる。この高さＨ10が坩堝１０内の溶融対象物４の溶融開始位置となる。
【００６０】
加熱体９３の材料と坩堝１０の材料の線膨張係数が異なる場合、被加熱体９３が高温となるので、被加熱体９３の内側に位置する坩堝１０は外側へ膨張する。そのため、被加熱体９３の膨張が坩堝１０の膨張より大きければ、被加熱体９３は内側の坩堝１０により押し広げられ破損するおそれがある。したがって、被加熱体９３の外周面と坩堝１０との間には膨張を見込んで0.01〜10ｍｍ程度の隙間を設けておくことが好ましい。
【００６１】
この実施形態１０の高周波誘導炉５００の場合、図１２に示すように、被加熱体９３が内蔵された坩堝１０内に溶融対象物４を収容した後、高周波コイル２を作動させると、高周波により被加熱体９３が誘導加熱を起こし、坩堝１０における被加熱体９３の周辺部分が加熱され、それによって被加熱体９３の高さ位置付近の溶融対象物４が溶融を開始する。このとき、被加熱体９３は坩堝底面１０ａよりも所定高さＨ10分上方に位置しているため、溶融物５は坩堝１０の底面１０ａよりも上方に位置し、溶融物５と坩堝底面１０ａとの間には未溶融の溶融対象物４が存在する。
【００６２】
実施形態１０において、棚吊り現象の発生を抑制しながら溶融対象物４を迅速に溶融する上で、坩堝底面１０ａから被加熱体９３の高さＨ10と、坩堝底面１０ａからの溶融対象物４の高さＨとの比率Ｈ10／Ｈは、実施形態１での比率Ｈ1／Ｈと同程度とすることができる。
この実施形態１０も、実施形態９と同様に、前記効果（１）および（２）を奏すると共に、被加熱体９３を昇降させる昇降手段が不要であり（効果７）、柱形被加熱体が坩堝１０の底面１ａに固着する心配がない（効果８）。また、被加熱体９３は据付型であるため、所定温度以上に加熱され、あるいは溶融した状態でも導電性を有さない溶融対象物の溶融にも対応できる（効果９）。
【００６３】
＜実施形態１１：構成（Ｄ）＞
前記構成（Ｄ）は、上述したように、前記構成（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせ、または構成（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせである。
構成（Ａ）および（Ｂ）の組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。
〔１〕実施形態９における被加熱体８３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成して、そのテーパ面部から高周波コイルまでの距離を下方に向かうにつれて遠ざけるように構成する。
〔２〕実施形態９における被加熱体８３の下部に、実施形態５で説明した複数のスリットまたは実施形態６で説明した複数の孔を形成して、そのスリット部分または孔部分の発熱量を少なくするように構成する。
〔３〕実施形態９における被加熱体８３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成し、かつこのテーパ面部に複数のスリットまたは孔を形成する。
【００６４】
構成（Ａ）および（Ｃ）の組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。
〔４〕実施形態１０における被加熱体９３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成して、そのテーパ面部から高周波コイルまでの距離を下方に向かうにつれて遠ざけるように構成する。
〔５〕実施形態１０における被加熱体９３の下部に、実施形態５で説明した複数のスリットまたは実施形態６で説明した複数の孔を形成して、そのスリット部分または孔部分の発熱量を少なくするように構成する。
〔６〕実施形態１０における被加熱体９３の外周面における下部に、実施形態３および４で説明したテーパ面部を形成し、かつこのテーパ面部に複数のスリットまたは孔を形成する。
【００６５】
＜被加熱体の他の実施形態＞
１．実施形態１（図１）および実施形態２（図２）の被加熱体の下端に、テーパ面部、スリット、孔、テーパ面部とスリット、またはテーパ面部と孔を設けてもよい。
２．図４、図６および図８等で説明した中空柱形の被加熱体は、テーパ面部の上端から上、スリットから上、あるいは孔から上は、中空ではなく中実であってもよい。
【００６６】
＜溶融物製造方法の説明＞
本発明によれば、上述の実施形態の高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、前記坩堝の収容凹部内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）と、前記高周波コイルからの高周波により前記被加熱体を誘導加熱することで前記溶融対象物を溶融して溶融物とする工程（Ｂ）とを含む溶融物製造方法を提供することができる。
これらの工程（Ａ）および工程（Ｂ）を基礎として、上述の実施形態１〜１０の高周波誘導炉を用いて以下のようにして溶融物を製造することができる。
【００６７】
（実施形態１の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態１の高周波誘導炉１００Ａを用いた場合、図１を参照しながら説明すると、前記工程（Ａ）が、坩堝１内に内底面１ａから所定高さまでの第１量の溶融対象物４を収容する第１収容工程（ａ１）と、前記第１量の溶融対象物４を収容した坩堝１内に被加熱体３Ａを挿入する工程（ａ２）と、被加熱体３Ａを挿入した坩堝１内に第２量の溶融対象物４を収容する第２収容工程（ａ３）とを含み、前記工程（Ｂ）が、高周波コイル２からの高周波により被加熱体３Ａを誘導加熱することで坩堝１内の第１量の溶融対象物４と第２量の溶融対象物４のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物５とする工程（ｂ１）と、被加熱体３Ａを坩堝１内から引き抜いた後、高周波コイル２からの高周波により溶融した溶融物５を種湯として坩堝１内の未溶融の溶融対象物４を溶融する工程（ｂ２）とを含む。
なお、本工程では溶融対象物４として、上述したように、所定温度への加熱時または溶融後に導電性を有するシリコン、ゲルマニウム、ＭＧ−Ｓｉ等であるため、前記工程（ｂ２）において坩堝１内から被加熱体３Ａを引き抜いても溶融物５が高周波誘導電流によって加熱され発熱して周囲の未溶融の溶融対象物４を溶融する。また、被加熱体３Ａの昇降は上述の昇降手段により行われる。
【００６８】
この場合、前記第１量の溶融対象物４の前記所定高さは、坩堝１内に被加熱体３Ａを挿入した状態での坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端面までの高さＨ1とほぼ同じ高さとされる。なお、前記第１量の溶融対象物４の前記所定高さは、高さＨ1よりも幾分高くてもよいが、被加熱体３Ａを坩堝１内に挿入したときに被加熱体３Ａの下端が溶融対象物４の中に沈み込んでフランジ３ｂが確実に坩堝１の開口縁１ｂに上載できる程度までが望ましい。
また、前記第２量の溶融対象物４の高さは、比率Ｈ1／Ｈが前記0.01 〜0.8となるように設定される。
【００６９】
このようなプロセスにより、上述した効果（１）および（２）が得られる。すなわち、坩堝１の底部には未溶融の溶融対象物４が存在し、かつ坩堝１に接触せずに溶融物５が形成されるため、平均直径が不均一なＭＧ−Ｓｉといった溶融対象物４を溶融しても棚吊り現象が生じ難い。また、棚吊り現象が生じたとしても、溶融物５の温度上昇を比較的長期間抑制することができる。この結果、棚吊り現象の発生した場合は、坩堝１の温度が上昇し耐熱温度を越えて坩堝１が損傷するまでの間に適切な処置を行って坩堝１の破損を回避することができる。
また、被加熱体３Ａのフランジ３ｂが坩堝１の開口縁１ｂに上載することで、坩堝底面１ａから被加熱体３Ａの下端までの前記高さＨ1が自動的に規定されるため、昇降手段やその他の位置制御装置による被加熱体３Ａの高さ制御が不要であると共に、溶融対象物４の第１量を厳密に重量測定する必要がない。
【００７０】
（実施形態２の高周波誘導炉を用いる場合）
図２に示す実施形態２の高周波誘導炉１００Ｂを用いる場合、実施形態１の高周波誘導炉１００Ａを用いた前記溶融物製造方法を採用することができるが、さらに、前記第２収容工程（ａ３）では、被加熱体１３Ｂ内の中空部にも溶融対象物４を充填する。この場合、被加熱体１３Ｂの上端の開口部から溶融対象物４を充填すればよい。
このプロセスによれば、実施形態２で説明した前記効果（１）〜（３）が得られる。
【００７１】
（実施形態３〜８の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態３（図３）、実施形態４（図４）、実施形態５（図６）、実施形態６（図８）、実施形態７（図１０（ａ））および実施形態８（図１０（ｂ））の高周波誘導炉を用いる場合、実施形態１および２とは異なって、坩堝１内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）の前に、空の坩堝１内に被加熱体を挿入して坩堝底面１ａ上に設置する。
その後、工程（Ａ）において、坩堝１内に所定高さＨまで溶融対象物４を収容する。なお、実施形態４〜８のように中空柱形の被加熱体を用いる場合は、実施形態２と同様に、被加熱体内にも溶融対象物４を充填する。
その後は、実施形態１での工程（Ｂ）の工程（ｂ１）および（ｂ２）と同様にして溶融物５を形成する。
このようなプロセスによれば、前記効果（１）および（２）に加え、実施形態４〜８で説明した被加熱体の構成による効果が得られる。
【００７２】
（実施形態９〜１１の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態９（図１１）、実施形態１０（図１２）および実施形態１１の高周波誘導炉を用いる場合、実施形態１〜８とは異なって、被加熱体を坩堝１内に挿入する工程および坩堝１内から被過熱体を引き抜く工程が省略される。
すなわち、まず、坩堝１内に被加熱体を設置して、その後に溶融対象物４を収容する工程（Ａ）を行う。この際、坩堝１内に所定高さＨまで溶融対象物４を収容する。その後、高周波コイル２からの高周波により被加熱体８３（または９３）を誘導加熱することで溶融対象物４を溶融して溶融物５とする工程（Ｂ）を行う。
このようなプロセスによれば、前記効果（１）および（２）に加え、実施形態９〜１１で説明した被加熱体の構成による効果が得られる。
【００７３】
（実施形態１〜１１の高周波誘導炉を用いる場合）
実施形態１〜１１の高周波誘導炉を用い、かつ溶融対象物４がボロンを含有する原料シリコンである場合、さらに以下のようにすることができる。
前記工程（Ｂ）が、図１３に示すように、溶融シリコン５ａ中にフラックス７を投入してスラグを形成する工程（ｂ３）を含み、工程（Ｂ）の後に、図１４に示すように、前記溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収した前記スラグ８を坩堝１外へ排出する工程（Ｃ）をさらに含む。
ここで、図１３は本発明の溶融物製造方法における坩堝１内で含量シリコンの全量を溶融した溶融シリコン５ａ中にフラックス７を投入する状態を示す図であり、図１４は図１３の続きの工程であって、溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収したスラグ８を坩堝１外へ排出する状態を示す図である。なお、図１３および図１４において、図１〜図４等で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００７４】
工程（ｂ３）において、フラックス７としては、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、珪酸塩とからなる群より選択された少なくとも１種類が含まれており、例えば炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、珪酸リチウムなどが挙げられる。このフラックスにシリカ（SiO2）を適量混合したものであってもよく、別々に加えても良く、さらにはフッ化カルシウムを適宜添加してもよい。フラックス７の添加量としては溶融シリコン１００重量部に対して１〜３０重量部が適当である。
溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収したスラグ８は、溶融シリコン５ａ上に浮上する。
その後、工程（Ｃ）において、坩堝１内の溶融シリコン５ａ上のスラグ８が排出される程度に上述の排出手段によって坩堝１を所定角度αで傾けることにより、スラグ８が坩堝１内から排出され、スラグ回収容器（図示しない）内に回収される。
このような工程（ｂ３）および工程（Ｃ）を行うことにより、ボロンが除去された精製シリコンを製造することができる。
なお、本明細書において「スラグ」とは、フラックスが溶融し熱分解したもの、および、この溶融物や熱分解物と溶融シリコンの各成分とが反応した生成物の少なくとも一方を含むものを意味し、このスラグにボロンなどの不純物が取り込まれることによりシリコンの精製が行われる。
【００７５】
本発明の溶融物製造方法によれば、前記工程（Ｃ）の後に、坩堝１内の溶融シリコン５ａの一部を坩堝１外へ排出する工程（Ｄ）と、坩堝１内に新たな原料シリコンを投入し、坩堝１内に残った溶融シリコン５ａを種湯として前記新たな原料シリコンを溶融して溶融シリコン５ａとし、その後、坩堝１内の溶融シリコン５ａ中に新たなフラックス７を投入して新たなスラグ８を形成する工程（Ｅ）と、前記溶融シリコン５ａ中のボロンを吸収した前記新たなスラグ８を坩堝１外へ排出する工程（Ｆ）とを含み、前記工程（Ｄ）〜工程（Ｆ）を１回以上繰り返すものとしてもよい。
このような工程（Ｄ）〜（Ｆ）を１回以上繰り返すことにより、精製シリコンを効率よく継続して製造することができ、精製シリコンの生産性が向上する。なお、工程（Ｄ）において、溶融シリコン５ａは坩堝１から専用の溶融シリコン回収容器（具体的には一方向凝固炉）に移注し、偏析凝固によってシリコン中に残存するFe、Ａlなどの金属不純物元素を除去しつつ結晶化することにより、太陽電池、半導体デバイス等の製造用材料となる。
【００７６】
（その他の溶融物製造方法）
図１５は、本発明の別の観点による溶融物製造方法を説明する工程図を示している。
この溶融物製造方法は、溶融対象物４を収容する円筒状の坩堝１と、該坩堝１の周囲に配置された高周波コイル２と、前記高周波コイル２からの高周波により誘導加熱を起こして前記溶融対象物４を溶融して溶融物５とする被加熱体１０３とを備えた高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、坩堝１内に内底面１ａから所定高さＨ12までの第１量の溶融対象物４ａを収容する第１収容工程と、前記第１量の溶融対象物４ａを収容した坩堝１内に前記被加熱体１０３を挿入する工程と、被加熱体１０３を挿入した坩堝１内に第２量の溶融対象物４ｂを収容する第２収容工程と、高周波コイル２からの高周波により被加熱体１０３を誘導加熱することで坩堝１内の第１量の溶融対象物４ａと第２量の溶融対象物４ｂのうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物５とする工程と、被加熱体１０３を坩堝１内から引き抜いた後、高周波コイル２からの高周波により溶融した溶融物５を種湯として坩堝１内の未溶融の溶融対象物４を溶融する工程とを含む。
【００７７】
つまり、この溶融物製造方法は、前記実施形態１では、被加熱体３Ａのフランジ３ｂを坩堝１の開口縁１ｂに上載することにより、被加熱体３Ａの下端面を坩堝底面１ａから所定高さＨ1に規定したが、このようなフランジを有さない被加熱体１０３によっても下端面を坩堝底面１ａから所定高さＨ12に規定できるようにするものである。
まず、図１５（ａ）に示すように、坩堝１内に第１量の溶融対象物４ａを収容することにより、溶融対象物４ａの高さを所定高さＨ12に規定する（第１収容工程）。
次に、図１５（ｂ）に示すように、昇降手段により被加熱体１０３を坩堝１内に挿入して溶融対象物４ａ上に載置し、この位置よりも被加熱体１０３が上下しないように昇降手段によって被加熱体１０３を位置決めする。なお、昇降手段がクレーン装置であれば、ストップ位置を維持すればよい。
【００７８】
その後、図１５（ｃ）に示すように、坩堝１内の被加熱体１０３の周囲に第２量の溶融対象物４ｂを収容する（第２収容工程）。このとき、前記第２量の溶融対象物４の高さＨは、比率Ｈ12／Ｈが前記0.01〜0.8となるように設定される。
そして、図１５（ｄ）に示すように、高周波コイル２を作動することにより、高周波により被加熱体１０３が誘導加熱し、坩堝１内の前記高さＨ12近傍位置の溶融対象物４が溶融して溶融物５となる。
その後、被加熱体１０３を坩堝１内から引き抜き、高周波コイル２からの高周波により溶融した溶融物５を種湯として坩堝１内の未溶融の溶融対象物４を溶融する。
このような溶融物製造方法によっても、実施形態１と同様の効果（１）および（２）が得られる。なお、被加熱体１０３を実施形態２のように中空柱形としてもよく、そうすれば前記効果（３）が得られる。
【００７９】
また、図１５で説明した溶融物製造方法において、溶融対象物４としてボロンを含む原料シリコンを用いる場合は、上述と同様に、溶融シリコン中にフラックスを投入してスラグを形成する工程と、その後、溶融シリコン中のボロンを吸収したスラグを坩堝外へ排出する工程をさらに含んでもよく、さらに、坩堝内の溶融シリコンの一部を坩堝外へ排出する工程と、坩堝内に新たな原料シリコンを投入し、坩堝内に残った溶融シリコンを種湯として前記新たな原料シリコンを溶融して溶融シリコンとし、その後、坩堝内の溶融シリコン中に新たなフラックスを投入して新たなスラグを形成する工程と、前記溶融シリコン中のボロンを吸収した前記新たなスラグを坩堝外へ排出する工程とを含み、これらの工程を１回以上繰り返すものとしてもよい。
【実施例】
【００８０】
（実施例１）
実施形態１（図１）の高周波誘導炉１００Ａであって、被加熱体３Ａの下端にテーパ面部を形成したもの（被加熱体３Ａ1）を用いて、以下のようにして溶融物を製造した。
【００８１】
大気開放系にある内径３８０ｍｍ、深さ６５０ｍｍのアルミナ製坩堝１の中に、不純物としてホウ素を１０ｐｐｍｗ含むＭＧ−Ｓｉ（溶融対象物４）を２０ｋｇ投入した。ここで、この２０ｋｇ（第１量）のＭＧ−Ｓｉは、坩堝１の底面１ａから約２００ｍｍの高さＨ1で収容された。
次に、この坩堝１内部に直径２５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、下端部に４０°のテーパー加工を施したフランジ付き黒鉛棒（被加熱体３Ａ１）を昇降手段を用いて挿入し、続いて不純物としてホウ素を１０ｐｐｍｗ含むＭＧ−Ｓｉを２０ｋｇ（第２量）投入した。このとき、この２０ｋｇ（第２量）のＭＧ−Ｓｉは、坩堝１の底面１ａから約５５０ｍｍの高さＨで収容された。
【００８２】
次に、高周波コイル２に９００Ｈｚの高周波を７５ｋWで印加することで、第１量および第２量のＭＧ−Ｓｉの溶融を行った。
高周波印加開始後、約２時間経過した時点で十分な量の溶融シリコン５が確認できたため、昇降手段にて黒鉛棒を坩堝１から外へ引き出した。
黒鉛棒の引き出し時点においては、未溶融のＭＧ−Ｓｉが残っており、この未溶融ＭＧ−Ｓｉを溶融シリコン５への誘導加熱で溶融しつつ、さらに追加として６０ｋｇ（追加量）のＭＧ−Ｓｉを投入した。
このＭＧ−Ｓｉの追加投入および、全ＭＧ−Ｓｉ（第１量、第２量、追加量の総和）の溶融には約５時間必要であった。ここで、この追加投入ならびに全量溶融期間中に、作業者が耐熱棒（黒鉛製）で溶融対象物内を突付いて適宜溶融状態を確認したが「棚吊り現象」は確認されなかった。
【００８３】
高周波出力を調整することで、全量溶融した溶融シリコン（溶融物５）を１４５０℃〜１６００℃程度の温度範囲に維持した。
この溶融シリコン１００ｋｇに対し、約１０ｋｇのフラックス７を投入した（図１３参照）。使用したフラックス７は炭酸ナトリウムとシリカが重量比１：１となるように調合したものである。
フラックス７の投入後、溶融シリコンの湯面にスラグ８が形成されていることが確認できた。
【００８４】
フラックス７の投入終了後、約１０分経過した時点で一旦高周波を停止し、排出手段を用いて坩堝１を約６０°傾動して溶融シリコン５ａの湯面に浮かんだスラグ８を排出した（図１４参照）。
スラグ８を排出した後、坩堝１を元の位置に戻して高周波の印加を再開し、フラックス７の投入（投入量約１０ｋｇ）とスラグ８の排出をさらに４０回繰り返した。
その後、排出手段を用いて坩堝１を約８０°傾動して溶融シリコン５ａを約３６ｋｇ出湯した。このＭＧ−Ｓｉの投入から８０°傾動による溶融シリコン５ａの排出までの溶融・精製作業を１サイクルとする。
【００８５】
本実施例１において、フラックス処理後のシリコン（出湯後の溶融シリコン５ａ）中のボロン濃度は０．３ｐｐｍｗであった。なお、ボロン濃度は、ICP-AES法（Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy：誘導結合プラズマ発光分析装置）を用いて測定した。
さらに、坩堝１中に残った溶融シリコン５ａに対して、新たにＭＧ−Ｓｉを投入（投入量約３６ｋｇ）して溶融することによっても、急速な溶融が可能となり、ＭＧ−Ｓｉの溶融・精製作業が比較的短時間で行えた。
なお、本実施例１においては、２５サイクルの溶融・精製作業を繰り返した時点において、排出手段を用いて坩堝１を約９５°傾動して溶融シリコン５ａを全出湯した後、坩堝１の交換を行った。
【００８６】
（比較例１）
フランジおよびテーパ面部を有さない中実柱形の被加熱体（図１５参照）を用いたこと以外は、実施例１と同様の高周波誘導炉を用いて、以下のように溶融物を製造した。
まず、黒鉛棒を坩堝の底面に接触するまで挿入し、この黒鉛棒の周囲を覆うようにＭＧ−Ｓｉを投入した。ＭＧ−Ｓｉの投入量は約４０ｋｇであった。
実施例１と同じ条件で高周波によりＭＧ−Ｓｉの溶融を行ったところ、約８０分後の溶融開始確認とほぼ同時に「棚吊り現象」が確認された。
この「棚吊り現象」は、黒鉛棒の引き抜き後、作業者が耐熱棒（黒鉛製）を用いて破壊したので、この作業期間中は追加のＭＧ−Ｓｉ投入が行えず、溶融時間の遅延を招いた。
また、一旦発生した「棚吊り現象」は完全な破壊が難しく、残った「棚」を始点として新たな「棚吊り現象」が起きることもあり、これを確認しつつＭＧ−Ｓｉの追加投入および溶融を行ったため、さらなる溶融工程の遅延を招いた。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態１である第１の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態２である第２の構成（Ａ−１）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態３である第１の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態４である第２の構成（Ａ−２）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図５】実施形態４における被加熱体の下端を示す部分正面図である。
【図６】本発明の実施形態５である第１の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図７】実施形態５における被加熱体の下端形状を示す部分正面図であって、図７（ａ）はスリットを形成した場合、図７（ｂ）は孔を形成した場合を示している。
【図８】本発明の実施形態６である第２の構成（Ａ−３）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図９】実施形態６における被加熱体の下端形状を示す部分正面図であって、図９（ａ）は一定幅の孔を形成した場合、図７（ｂ）は異なる径の孔を形成した場合を示している。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施形態７である第１の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体の下端を示す正面図であり、図１０（ｂ）は本発明の実施形態８である第２の構成（Ａ−４）の高周波誘導炉における被加熱体の下端を示す正面図である。
【図１１】本発明の実施形態９である前記構成（Ｂ）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施形態１０である前記構成（Ｃ）の高周波誘導炉を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の溶融物製造方法におけるフラックス投入工程を示す説明図である。
【図１４】本発明の溶融物製造方法におけるスラグ排出工程を示す説明図である。
【図１５】本発明の別の溶融物製造方法を説明する工程図である。
【図１６】溶融対象物を溶融する際に発生する「棚吊り現象」を説明する概略断面図である。
【図１７】従来の高周波誘導炉を用いて溶融対象物を溶融する状態を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
1 坩堝
1a 内底面（底面）
2 高周波コイル
3A、13B、23A、33B、43A、53B、63A、73B、83、93 被加熱体
4 溶融対象物
5 溶融物
23b、33b、63b、73b、テーパ面部
43b、43b1、43b2、63c スリット
53b1、53b2、73c 孔
100A、100B、200A、200B、300A、300B、400、500 高周波誘導炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融対象物を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして坩堝内の前記溶融対象物を溶融する被加熱体とを備え、
前記被加熱体は、坩堝の前記収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されているか、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられていることを特徴とする高周波誘導炉。
【請求項２】
前記被加熱体は、前記坩堝の収容凹部内に挿入および引き出し可能な上下方向に長い中実または中空の柱形であって、
（１）坩堝内に挿入されて坩堝の上方開口縁に上載することにより、被加熱体の下端底面を坩堝の内底面よりも所定高さで上方位置に規定するフランジが上端外周面に形成されている、または、
（２）下端外周面が所定高さ範囲で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている、または、
（３）下端外周面に上下方向のスリットおよび孔の少なくとも一方が所定高さ範囲で形成されている、または、
（４）前記構成（１）〜（３）のうち２つ以上が組み合わされている請求項１に記載の高周波誘導炉。
【請求項３】
前記被加熱体は、リング形であり、前記坩堝の周囲壁内面における内底面から所定高さ位置に固定されている請求項１に記載の高周波誘導炉。
【請求項４】
前記被加熱体は、リング形であり、前記坩堝の周囲壁内部における内底面から所定高さ位置に埋設されている請求項１に記載の高周波誘導炉。
【請求項５】
前記被加熱体は、下端に上下方向のスリットおよび孔の少なくとも一方が形成されている請求項３または４に記載の高周波誘導炉。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波誘導炉を用いた溶融物製造方法であって、
前記坩堝の収容凹部内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）と、
前記高周波コイルからの高周波により前記被加熱体を誘導加熱することで前記溶融対象物を溶融して溶融物とする工程（Ｂ）とを含む溶融物製造方法。
【請求項７】
前記工程（Ａ）が、
前記坩堝内に内底面から所定高さまでの第１量の溶融対象物を収容する第１収容工程（ａ１）と、
前記第１量の溶融対象物を収容した坩堝内に前記被加熱体を挿入する工程（ａ２）と、
被加熱体を挿入した坩堝内に第２量の溶融対象物を収容する第２収容工程（ａ３）とを含み、
前記工程（Ｂ）が、
前記高周波コイルからの高周波により被加熱体を誘導加熱することで坩堝内の第１量の溶融対象物と第２量の溶融対象物のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物とする工程（ｂ１）と、
被加熱体を坩堝内から引き抜いた後、高周波コイルからの高周波により溶融した溶融物を種湯として坩堝内の未溶融の溶融対象物を溶融する工程（ｂ２）とを含む請求項６に記載の溶融物製造方法。
【請求項８】
前記溶融対象物がボロンを含有する原料シリコンであり、
前記工程（Ｂ）が、溶融シリコン中にフラックスを投入してスラグを形成する工程（ｂ３）を含み、
工程（Ｂ）の後に、前記溶融シリコン中のボロンを吸収した前記スラグを坩堝外へ排出する工程（Ｃ）をさらに含む請求項６または７に記載の溶融物製造方法。
【請求項９】
前記工程（Ｃ）の後に、
坩堝内の溶融シリコンの一部を坩堝外へ排出する工程（Ｄ）と、
坩堝内に新たな原料シリコンを投入し、坩堝内に残った溶融シリコンを種湯として前記新たな原料シリコンを溶融して溶融シリコンとし、その後、坩堝内の溶融シリコン中に新たなフラックスを投入して新たなスラグを形成する工程（Ｅ）と、
前記溶融シリコン中のボロンを吸収した前記新たなスラグを坩堝外へ排出する工程（Ｆ）とを含み、
前記工程（Ｄ）〜工程（Ｆ）を１回以上繰り返す請求項８に記載の溶融物製造方法。
【請求項１０】
溶融対象物を収容する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして前記溶融対象物を溶融して溶融物とする被加熱体とを備えた高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、
前記坩堝内に内底面から所定高さまでの第１量の溶融対象物を収容する第１収容工程と、
前記第１量の溶融対象物を収容した坩堝内に前記被加熱体を挿入する工程と、
被加熱体を挿入した坩堝内に第２量の溶融対象物を収容する第２収容工程と、
前記高周波コイルからの高周波により被加熱体を誘導加熱することで坩堝内の第１量の溶融対象物と第２量の溶融対象物のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物とする工程と、
被加熱体を坩堝内から引き抜いた後、高周波コイルからの高周波により溶融した溶融物を種湯として坩堝内の未溶融の溶融対象物を溶融する工程とを含むことを特徴とする溶融物製造方法。
【請求項１】
溶融対象物を収容する収容凹部を有する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして坩堝内の前記溶融対象物を溶融する被加熱体とを備え、
前記被加熱体は、坩堝の前記収容凹部内または坩堝を構成する周囲壁内において、溶融対象物の溶融開始位置を規定する形状に形成されているか、または前記溶融開始位置を規定する位置に設けられていることを特徴とする高周波誘導炉。
【請求項２】
前記被加熱体は、前記坩堝の収容凹部内に挿入および引き出し可能な上下方向に長い中実または中空の柱形であって、
（１）坩堝内に挿入されて坩堝の上方開口縁に上載することにより、被加熱体の下端底面を坩堝の内底面よりも所定高さで上方位置に規定するフランジが上端外周面に形成されている、または、
（２）下端外周面が所定高さ範囲で上端へ向かって拡径するテーパ状に形成されている、または、
（３）下端外周面に上下方向のスリットおよび孔の少なくとも一方が所定高さ範囲で形成されている、または、
（４）前記構成（１）〜（３）のうち２つ以上が組み合わされている請求項１に記載の高周波誘導炉。
【請求項３】
前記被加熱体は、リング形であり、前記坩堝の周囲壁内面における内底面から所定高さ位置に固定されている請求項１に記載の高周波誘導炉。
【請求項４】
前記被加熱体は、リング形であり、前記坩堝の周囲壁内部における内底面から所定高さ位置に埋設されている請求項１に記載の高周波誘導炉。
【請求項５】
前記被加熱体は、下端に上下方向のスリットおよび孔の少なくとも一方が形成されている請求項３または４に記載の高周波誘導炉。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波誘導炉を用いた溶融物製造方法であって、
前記坩堝の収容凹部内に溶融対象物を収容する工程（Ａ）と、
前記高周波コイルからの高周波により前記被加熱体を誘導加熱することで前記溶融対象物を溶融して溶融物とする工程（Ｂ）とを含む溶融物製造方法。
【請求項７】
前記工程（Ａ）が、
前記坩堝内に内底面から所定高さまでの第１量の溶融対象物を収容する第１収容工程（ａ１）と、
前記第１量の溶融対象物を収容した坩堝内に前記被加熱体を挿入する工程（ａ２）と、
被加熱体を挿入した坩堝内に第２量の溶融対象物を収容する第２収容工程（ａ３）とを含み、
前記工程（Ｂ）が、
前記高周波コイルからの高周波により被加熱体を誘導加熱することで坩堝内の第１量の溶融対象物と第２量の溶融対象物のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物とする工程（ｂ１）と、
被加熱体を坩堝内から引き抜いた後、高周波コイルからの高周波により溶融した溶融物を種湯として坩堝内の未溶融の溶融対象物を溶融する工程（ｂ２）とを含む請求項６に記載の溶融物製造方法。
【請求項８】
前記溶融対象物がボロンを含有する原料シリコンであり、
前記工程（Ｂ）が、溶融シリコン中にフラックスを投入してスラグを形成する工程（ｂ３）を含み、
工程（Ｂ）の後に、前記溶融シリコン中のボロンを吸収した前記スラグを坩堝外へ排出する工程（Ｃ）をさらに含む請求項６または７に記載の溶融物製造方法。
【請求項９】
前記工程（Ｃ）の後に、
坩堝内の溶融シリコンの一部を坩堝外へ排出する工程（Ｄ）と、
坩堝内に新たな原料シリコンを投入し、坩堝内に残った溶融シリコンを種湯として前記新たな原料シリコンを溶融して溶融シリコンとし、その後、坩堝内の溶融シリコン中に新たなフラックスを投入して新たなスラグを形成する工程（Ｅ）と、
前記溶融シリコン中のボロンを吸収した前記新たなスラグを坩堝外へ排出する工程（Ｆ）とを含み、
前記工程（Ｄ）〜工程（Ｆ）を１回以上繰り返す請求項８に記載の溶融物製造方法。
【請求項１０】
溶融対象物を収容する円筒状の坩堝と、該坩堝の周囲に配置された高周波コイルと、前記高周波コイルからの高周波により誘導加熱を起こして前記溶融対象物を溶融して溶融物とする被加熱体とを備えた高周波誘導炉を用いる溶融物製造方法であって、
前記坩堝内に内底面から所定高さまでの第１量の溶融対象物を収容する第１収容工程と、
前記第１量の溶融対象物を収容した坩堝内に前記被加熱体を挿入する工程と、
被加熱体を挿入した坩堝内に第２量の溶融対象物を収容する第２収容工程と、
前記高周波コイルからの高周波により被加熱体を誘導加熱することで坩堝内の第１量の溶融対象物と第２量の溶融対象物のうちの少なくとも一方の一部を溶融して溶融物とする工程と、
被加熱体を坩堝内から引き抜いた後、高周波コイルからの高周波により溶融した溶融物を種湯として坩堝内の未溶融の溶融対象物を溶融する工程とを含むことを特徴とする溶融物製造方法。
【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１７】
【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１７】
【公開番号】特開２００９−５２７６４（Ｐ２００９−５２７６４Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１７４２９（Ｐ２００７−２１７４２９）
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【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２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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