(57)【要約】【課題】  Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製するときに用いる鋳造用鋳型において、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を充分に抑制して製造することができる鋳造用鋳型を提供する。【解決手段】  鋳造用鋳型１００は、鋳型本体１、および傾斜部材２を含む。傾斜部材２は、鋳型本体１の開口部１１から内方に向かうにつれて、鋳型本体１の底面１２に近接するように延びる傾斜面２１を有する。そして、傾斜部材２の先端部２２と鋳型本体１の内周面との間には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が鋳型本体１内に注湯される開口となる間隙Ｇが形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製するときに用いる鋳造用鋳型において、
有底筒状に形成され、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が供給される開口を形成する開口部を有する鋳型本体と、
前記鋳型本体の前記開口部に設けられ、前記開口部に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて前記鋳型本体内に案内して注湯させる案内部とを含む鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記案内部は、前記鋳型本体の前記開口部に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が流過する傾斜面であって、前記鋳型本体の前記開口部から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される傾斜部材を含み、
前記傾斜部材において前記鋳型本体の底面に最も近接する先端部と、前記鋳型本体の内周面との間には、前記傾斜部材の前記傾斜面に沿って流過したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が、前記鋳型本体内に注湯される間隙が形成される請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項３】
前記鋳型本体は、前記開口部が長方形状の四角筒状に形成され、
前記傾斜部材の前記傾斜面は、前記鋳型本体の前記開口部の一方の短辺から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びるように形成される請求項２に記載の鋳造用鋳型。
【請求項４】
前記案内部は、
前記鋳型本体の前記開口部から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される第１傾斜部材と、
前記鋳型本体の底面に平行な方向に関して前記第１傾斜部材と対向して設けられる第２傾斜部材であって、前記鋳型本体の前記開口部から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される第２傾斜部材とを含み、
前記第１傾斜部材と前記第２傾斜部材とは、前記鋳型本体の底面に最も近接したそれぞれの先端部が、互いの傾斜面に接触することなく、前記鋳型本体の底面に平行な方向にずれた位置となるように配置される請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項５】
前記第１傾斜部材と前記第２傾斜部材とは、それぞれの先端部が、前記鋳型本体の底面に平行な同一平面上に位置し、それぞれの先端部同士の間に間隙が形成されるように配置される請求項４に記載の鋳造用鋳型。
【請求項６】
前記第１傾斜部材と前記第２傾斜部材とは、それぞれの先端部同士の間に形成される前記間隙が、前記鋳型本体の前記開口部の中央に位置するように配置される請求項５に記載の鋳造用鋳型。
【請求項７】
前記鋳型本体は、前記開口部が長方形状の四角筒状に形成され、
前記第１傾斜部材および前記第２傾斜部材において、それぞれの傾斜面は、前記鋳型本体の前記開口部において対向する２つの短辺のそれぞれから内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びるように形成される請求項４〜６のいずれか１つに記載の鋳造用鋳型。
【請求項８】
前記鋳型本体の外周面において、前記鋳型本体の底面の法線方向に関して底面が形成される法線方向下方側の所定領域には、前記鋳型本体内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が過度に冷却されるのを抑制する冷却抑制部材が設けられる請求項１〜７のいずれか１つに記載の鋳造用鋳型。
【請求項９】
前記冷却抑制部材の前記法線方向の長さは、前記鋳型本体の前記法線方向の長さに対して１／４以上である請求項８に記載の鋳造用鋳型。
【請求項１０】
前記冷却抑制部材は、前記鋳型本体の最高到達温度（℃）を、前記鋳型本体内に注湯される前のＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の温度（℃）の２２％以上６２％以下に調整可能となるように構成される請求項８または９に記載の鋳造用鋳型。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の鋳造用鋳型を用いて、溶解鋳造法により作製されたＣｕ−Ｇａ合金スラブであって、
Ｇａの組成比が、１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であるＣｕ−Ｇａ合金スラブ。
【請求項１２】
Ｃｕ−Ｇａ合金からなるスパッタリングターゲットであって、
請求項１１に記載のＣｕ−Ｇａ合金スラブを用いて作製されるスパッタリングターゲット。
【請求項１３】
Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを製造する方法であって、
坩堝内に銅（Ｃｕ）およびガリウム（Ｇａ）を仕込み、１０−１Ｔｏｒｒ以下に減圧する工程と、
その圧力下で、昇温速度５〜２０℃／分で８００℃〜１１００℃の温度に昇温した後、その温度で３０分間〜１２時間保持するとともに、８×１０−４Ｔｏｒｒ以下まで減圧し、坩堝内においてＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を得る工程と、
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の鋳造用鋳型を用いて坩堝内の前記溶湯を鋳造する工程であって、前記案内部に向けて前記溶湯を供給することで、前記鋳型本体内に前記溶湯を注湯して鋳造する工程と、
前記鋳型本体内で鋳造されたＣｕ−Ｇａ合金を室温まで冷却した後、前記鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出して、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを得る工程と、を含むＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法。
【請求項１４】
前記鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出した後、そのＣｕ−Ｇａ合金を大気圧下、４５０℃以上７００℃未満で、１時間以上１２時間以下の時間、加熱する工程をさらに含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製するときに用いる鋳造用鋳型、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブ、スパッタリングターゲット、およびＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｇａ（ガリウム）の組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、主に、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして用いられる。
【０００３】
スパッタリングターゲットは、溶解鋳造法によって製造された直方体形状（例えば大きさが、３００ｍｍ×４００ｍｍ×１０００ｍｍである）の合金インゴットを、旋盤や丸鋸を用いて幾つかに切断し、切断された合金片（スラブ）を圧延、切削することにより製造される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、溶解鋳造法によって、スパッタリングターゲット用のＣｕ−Ｇａ合金スラブを製造する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示される技術では、比較的小さなサイズのＣｕ−Ｇａ合金スラブしか製造することができない。また、特許文献１に開示される技術では、所望するＣｕ−Ｇａ合金スラブの大きさに合わせたモールドをその都度用意しなければならないので、生産性が極めて低い。
【０００５】
スパッタリングターゲット用のＣｕ−Ｇａ合金スラブを製造する他の方法としては、セラミックス等の成形と同様に、Ｃｕ−Ｇａ合金粉末を焼結することによって所望の形状に成形する方法がある。しかしながら、この方法によって製造されたＣｕ−Ｇａ合金スラブは、スパッタリングターゲットに加工したときに、相対密度が９５％以下と低密度であり、酸素含有率が数１０００ｐｐｍと高いため、スパッタ成膜時の異常放電や酸化物による汚染の問題が伴う。
【０００６】
そのため、スパッタリングターゲット作製時にＣｕ−Ｇａ合金スラブを用いる場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブは一般的に溶解鋳造法によって製造されていることが望ましい。
【０００７】
Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、延性や展性が乏しく、硬度が高くて割れ易い（脆い）。そのため、溶解鋳造法により製造されたＣｕ−Ｇａ合金スラブには、ひび割れが発生している場合がある。このようなひび割れが発生したＣｕ−Ｇａ合金スラブを製品化するためには、例えばひび割れが発生した部分を切削して除去しなければならない。また、発生した切削屑には切削によって不純物が混入してしまうため、スパッタリングターゲットの原料として再利用することができない。そのため、再利用できない多量の切削屑が発生してＣｕ−Ｇａ合金スラブの製品の歩留まりが悪くなる。
【０００８】
例えば、非特許文献１には、銅合金鋳物を溶解鋳造法により製造するときのひび割れの発生を抑制する方法として、鋳型形状の変更による応力発生源を少なくする方法、鋳物各部を一様に冷却して温度勾配を小さくして応力を緩和する方法、鋳型上部などの押し湯部に発熱材や保温材などを設ける方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−７３１６３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「銅合金鋳物の生産技術」、財団法人素形材センター、ｐ．３９１〜３９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、硬度が高くて脆い材料であるので、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により製造するときのひび割れ対策として、非特許文献１に開示される技術を適用したとしても、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を充分に抑制して製造することは困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができるＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、該方法を実施する際に用いられる鋳造用鋳型、並びに該鋳造用鋳型を用いて溶解鋳造法により作製されたＣｕ−Ｇａ合金スラブ、およびスパッタリングターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製するときに用いる鋳造用鋳型において、
有底筒状に形成され、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が供給される開口を形成する開口部を有する鋳型本体と、
前記鋳型本体の前記開口部に設けられ、前記開口部に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて前記鋳型本体内に案内して注湯させる案内部とを含む鋳造用鋳型である。
【００１４】
また本発明の鋳造用鋳型において、前記案内部は、前記鋳型本体の前記開口部に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が流過する傾斜面であって、前記鋳型本体の前記開口部から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される傾斜部材を含み、
前記傾斜部材において前記鋳型本体の底面に最も近接する先端部と、前記鋳型本体の内周面との間には、前記傾斜部材の前記傾斜面に沿って流過したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が、前記鋳型本体内に注湯される間隙が形成されることが好ましい。
【００１５】
また本発明の鋳造用鋳型において、前記鋳型本体は、前記開口部が長方形状の四角筒状に形成され、
前記傾斜部材の前記傾斜面は、前記鋳型本体の前記開口部の一方の短辺から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びるように形成されることが好ましい。
【００１６】
また本発明の鋳造用鋳型において、前記案内部は、
前記鋳型本体の前記開口部から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される第１傾斜部材と、
前記鋳型本体の底面に平行な方向に関して前記第１傾斜部材と対向して設けられる第２傾斜部材であって、前記鋳型本体の前記開口部から内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される第２傾斜部材とを含み、
前記第１傾斜部材と前記第２傾斜部材とは、前記鋳型本体の底面に最も近接したそれぞれの先端部が、互いの傾斜面に接触することなく、前記鋳型本体の底面に平行な方向にずれた位置となるように配置されることが好ましい。
【００１７】
また本発明の鋳造用鋳型において、前記第１傾斜部材と前記第２傾斜部材とは、それぞれの先端部が、前記鋳型本体の底面に平行な同一平面上に位置し、それぞれの先端部同士の間に間隙が形成されるように配置されることが好ましい。
【００１８】
また本発明の鋳造用鋳型において、前記第１傾斜部材と前記第２傾斜部材とは、それぞれの先端部同士の間に形成される前記間隙が、前記鋳型本体の前記開口部の中央に位置するように配置されることが好ましい。
【００１９】
また本発明の鋳造用鋳型において、前記鋳型本体は、前記開口部が長方形状の四角筒状に形成され、
前記第１傾斜部材および前記第２傾斜部材において、それぞれの傾斜面は、前記鋳型本体の前記開口部において対向する２つの短辺のそれぞれから内方に向かうにつれて、前記鋳型本体の底面に近接するように延びるように形成されることが好ましい。
【００２０】
また本発明の鋳造用鋳型では、前記鋳型本体の外周面において、前記鋳型本体の底面の法線方向に関して底面が形成される法線方向下方側の所定領域には、前記鋳型本体内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が過度に冷却されるのを抑制する冷却抑制部材が設けられることが好ましい。
【００２１】
また本発明の鋳造用鋳型では、前記冷却抑制部材の前記法線方向の長さは、前記鋳型本体の前記法線方向の長さに対して１／４以上であることが好ましい。
【００２２】
また本発明の鋳造用鋳型では、前記鋳型本体の最高到達温度（℃）を、前記鋳型本体内に注湯される前のＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の温度（℃）の２２％以上６２％以下に調整可能となるように、前記冷却抑制部材は構成されることが好ましい。
【００２３】
また本発明は、前記鋳造用鋳型を用いて、溶解鋳造法により作製されたＣｕ−Ｇａ合金スラブであって、
Ｇａの組成比が、１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であるＣｕ−Ｇａ合金スラブである。
【００２４】
また本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金からなるスパッタリングターゲットであって、
前記Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを用いて作製されるスパッタリングターゲットである。
【００２５】
また本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを製造する方法であって、
坩堝内に銅（Ｃｕ）およびガリウム（Ｇａ）を仕込み、１０−１Ｔｏｒｒ以下に減圧する工程と、
その圧力下で、昇温速度５〜２０℃／分で８００℃〜１１００℃の温度に昇温した後、その温度で３０分間〜１２時間保持するとともに、８×１０−４Ｔｏｒｒ以下まで減圧し、坩堝内においてＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を得る工程と、
前記鋳造用鋳型を用いて坩堝内の前記溶湯を鋳造する工程であって、前記案内部に向けて前記溶湯を供給することで、前記鋳型本体内に前記溶湯を注湯して鋳造する工程と、
前記鋳型本体内で鋳造されたＣｕ−Ｇａ合金を室温まで冷却した後、前記鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出して、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを得る工程と、を含むＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法である。
【００２６】
また本発明のＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法は、前記鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出した後、そのＣｕ−Ｇａ合金を大気圧下、４５０℃以上７００℃未満で、１時間以上１２時間以下の時間、加熱する工程をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の鋳造用鋳型は、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製するときに用いる鋳型である。この鋳造用鋳型は、鋳型本体と、案内部とを含んで構成される。鋳型本体は、有底筒状に形成され、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が供給される開口部を有する。案内部は、鋳型本体の開口部に設けられ、該開口部に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて鋳型本体内に案内して注湯させる。
【００２８】
以上のように構成された鋳造用鋳型を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体の開口部に設けられる案内部に向けて供給されることになる。すなわち、本発明の鋳造用鋳型を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部から直接的に鋳型本体内に注湯されるのではなく、案内部によって運動エネルギーが減少された状態で鋳型本体内に注湯される。これによって、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【００２９】
また本発明によれば、案内部は、傾斜部材を含むことが好ましい。この傾斜部材は、鋳型本体の開口部から内方に向かうにつれて、鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成されている。そして、傾斜部材において鋳型本体の底面に最も近接する先端部と、鋳型本体の内周面との間には、傾斜部材の傾斜面に沿って流過したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体内に注湯される間隙が形成される。
【００３０】
以上のように構成された鋳造用鋳型を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体の開口部に設けられる案内部における傾斜部材の傾斜面に向けて供給されることになる。傾斜部材の傾斜面に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、傾斜面に沿って流過して先端部に到達する。そして、先端部に到達したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、先端部と鋳型本体の内周面との間に形成された間隙から、鋳型本体の内周面に沿うようにして鋳型本体内に注湯される。
【００３１】
このような鋳造用鋳型を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部から直接的に鋳型本体内に注湯されるのではなく、傾斜部材の傾斜面に沿って流過して、先端部と鋳型本体の内周面との間に形成された間隙から、鋳型本体の内周面に沿うようにして鋳型本体内に注湯されるので、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができるとともに、注湯時における鋳型本体の内周面（特に底面）に衝突することによる溶湯の飛散を防止することができる。これによって、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制し、溶湯の飛散を防止することができるので、鋳型本体内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生および内部欠陥の発生を抑制して製造することができる。
【００３２】
また本発明によれば、鋳型本体は、開口部が長方形状の四角筒状に形成されることが好ましい。また、傾斜部材の傾斜面は、鋳型本体の開口部の一方の短辺から内方に向かうにつれて、鋳型本体の底面に近接するように延びるように形成されることが好ましい。これによって、傾斜部材の傾斜面の長さを充分に確保することができるので、傾斜面に沿って流過する溶湯の流過速度の制御性を向上することができる。そのため、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーの減少に関する制御性を向上させることができる。
【００３３】
また本発明によれば、案内部は、第１傾斜部材と第２傾斜部材とを含むことが好ましい。第１傾斜部材は、鋳型本体の開口部から内方に向かうにつれて、鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される。第２傾斜部材は、鋳型本体の底面に平行な方向に関して第１傾斜部材と対向して設けられる。この第２傾斜部材は、鋳型本体の開口部から内方に向かうにつれて、鋳型本体の底面に近接するように延びる傾斜面が形成される。そして、第１傾斜部材と第２傾斜部材とは、鋳型本体の底面に最も近接したそれぞれの先端部が、互いの傾斜面に接触することなく、鋳型本体の底面に平行な方向にずれた位置となるように配置される。
【００３４】
以上のように構成された鋳造用鋳型を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体の開口部に設けられる第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に向けて供給されることになる。第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、傾斜面に沿って流過して先端部に到達する。第１傾斜部材と第２傾斜部材とは、それぞれの先端部が、互いの傾斜面に接触することなく、鋳型本体の底面に平行な方向にずれた位置となるように配置されているので、先端部に到達したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、鋳型本体内に注湯される。
【００３５】
このような鋳造用鋳型を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部から直接的に鋳型本体内に注湯されるのではなく、第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に沿って流過して先端部から鋳型本体内に注湯されるので、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。これによって、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【００３６】
また本発明によれば、第１傾斜部材と第２傾斜部材とは、それぞれの先端部が、鋳型本体の底面に平行な同一平面上に位置し、それぞれの先端部同士の間に間隙が形成されるように配置されることが好ましい。これによって、第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、傾斜面に沿って流過し、第１傾斜部材および第２傾斜部材のそれぞれの先端部同士の間に形成された間隙から鋳型本体内に注湯されるので、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。
【００３７】
また本発明によれば、第１傾斜部材と第２傾斜部材とは、それぞれの先端部同士の間に形成される前記間隙が、鋳型本体の開口部の中央に位置するように配置されることが好ましい。これによって、第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、傾斜面に沿って流過し、鋳型本体の開口部の中央に位置する間隙から鋳型本体内に注湯されるので、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。
【００３８】
また本発明によれば、鋳型本体は、開口部が長方形状の四角筒状に形成されることが好ましい。また、第１傾斜部材および第２傾斜部材において、それぞれの傾斜面は、鋳型本体の開口部において対向する２つの短辺のそれぞれから内方に向かうにつれて、鋳型本体の底面に近接するように延びるように形成されることが好ましい。これによって、第１傾斜部材および第２傾斜部材の各傾斜面の長さを充分に確保することができるので、傾斜面に沿って流過する溶湯の流過速度の制御性を向上することができる。そのため、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーの減少に関する制御性を向上させることができる。
【００３９】
また本発明によれば、鋳型本体の外周面において、鋳型本体の底面の法線方向に関して底面が形成される法線方向下方側の所定領域には、鋳型本体内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が過度に冷却されるのを抑制する冷却抑制部材が設けられることが好ましい。これによって、第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に沿って流過して先端部から鋳型本体内に注湯された溶湯が、急激に冷却されるのを防止することができるので、鋳型本体内において溶湯を一様に凝固させることができる。
【００４０】
また本発明によれば、冷却抑制部材の前記法線方向の長さは、鋳型本体の前記法線方向の長さに対して１／４以上であることが好ましい。これによって、第１傾斜部材または第２傾斜部材の傾斜面に沿って流過して先端部から鋳型本体内に注湯された溶湯が、急激に冷却されるのをより確実に防止することができる。
【００４１】
また本発明によれば、鋳型本体の最高到達温度（℃）を、鋳型本体内に注湯される前のＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の温度（℃）の２２％以上６２％以下に調整可能となるように、冷却抑制部材は構成されることが好ましい。これによって、鋳型本体内に注湯された溶湯が、急激に冷却されるのを防止することができるとともに、鋳型本体内において溶湯を一様に効率よく凝固させることができる。
【００４２】
また本発明によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブは、Ｇａの組成比が１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることが好ましい。Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、硬度が高くて脆い材料であるので、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により製造するときにひび割れが発生する恐れがある。これに対して、本発明のＣｕ−Ｇａ合金スラブは、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる鋳造用鋳型を用いて、溶解鋳造法により作製されたものであるので、ひび割れ発生が抑制されたものである。
【００４３】
また本発明によれば、スパッタリングターゲットは、ひび割れ発生が抑制された本発明のＣｕ−Ｇａ合金スラブを用いて作製される。これによって、本発明のスパッタリングターゲットは、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
【００４４】
また本発明によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法は、まず、坩堝内に銅（Ｃｕ）およびガリウム（Ｇａ）を仕込み、１０−１Ｔｏｒｒ以下に減圧する。次に、その圧力下で、昇温速度５〜２０℃／分で８００℃〜１１００℃の温度に昇温した後、その温度で３０分間〜１２時間保持するとともに、８×１０−４Ｔｏｒｒ以下まで減圧し、坩堝内においてＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を得る。次に、坩堝内の前記溶湯を、本発明の鋳造用鋳型を用いて鋳造する。具体的には、鋳造用鋳型の案内部に向けて溶湯を供給することで、鋳型本体内に溶湯を注湯して鋳造する。次に、鋳型本体内で鋳造されたＣｕ−Ｇａ合金を室温まで冷却した後、鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出して、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを得る。
【００４５】
本発明のＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法では、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部から直接的に鋳型本体内に注湯されるのではなく、案内部によって運動エネルギーが減少された状態で鋳型本体内に注湯される。これによって、鋳型本体内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【００４６】
また本発明のＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法では、鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出した後、そのＣｕ−Ｇａ合金を大気圧下、４５０℃以上７００℃未満で、１時間以上１２時間以下の時間、加熱することが好ましい。これによって、鋳型本体内において溶湯が凝固されて得られたＣｕ−Ｇａ合金スラブにおいて、Ｃｕ中にＧａが偏析するのを抑制した上で、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブの内部に発生した応力を解放することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態である鋳造用鋳型１００の構成を示す斜視図である。
【図２】鋳造用鋳型１００の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態である鋳造用鋳型２００の構成を示す斜視図である。
【図４】鋳造用鋳型２００の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態である鋳造用鋳型３００の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態である鋳造用鋳型４００の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
（鋳造用鋳型）
図１は、本発明の第１実施形態である鋳造用鋳型１００の構成を示す斜視図である。図１では、鋳造用鋳型１００の内部構造が容易に理解できるように、鋳型本体１の１つの側壁を省略して示している。図２は、鋳造用鋳型１００の構成を示す断面図である。
【００４９】
本実施形態の鋳造用鋳型１００は、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製するときに用いる鋳型である。
【００５０】
鋳造用鋳型１００を構成する材料としては、砂、金属、セラミックス、黒鉛（カーボン）などを挙げることができる。これらの中でも、Ｃｕ−Ｇａ合金中への金属汚染源にならないことを考慮すると、砂、セラミックス、黒鉛などが好ましく、熱容量および熱伝導率が高く、冷却効率が高いという点で、黒鉛が特に好ましい。
【００５１】
鋳造用鋳型１００は、鋳型本体１と、案内部１００Ａと、冷却抑制部材３とを含んで構成される。本実施形態の鋳造用鋳型１００において、案内部１００Ａは、鋳型本体１の開口部１１に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて鋳型本体１内に案内して注湯させるように構成されていれば特に限定されるものではない。このような案内部１００Ａは、鋳型本体１の開口部１１に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部１１から直接的に鋳型本体１内に注湯されることがないように構成されている。具体的には、案内部１００Ａは、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が直接的に供給されることになる供給部分であって、周縁部の一部分が開口部１１に接続され、周縁部の他の一部分が開口部１１の内方において遊端となる供給部分を有する部材である。
【００５２】
前記案内部１００Ａは、前記供給部分においてＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が直接的に供給される面となる供給面が、たとえば、階段状に形成されていてもよいし、平面状に傾斜して延びる傾斜面として形成されていてもよい。本実施形態では、前記案内部１００Ａは、前記供給面が傾斜面となる傾斜部材２からなる。
【００５３】
鋳型本体１は、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯を収容するものであり、本実施形態では、有底四角筒状に形成され、底面１２に対向する開口部１１が長方形状となっている。この開口部１１が、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が供給される開口となる。
【００５４】
鋳型本体１の内周面における開口部１１の長辺に平行な方向（以下、「長辺方向」という）Ｘの長さ、すなわち鋳型本体１の内周面における開口部１１の長辺の長さ（以下、「長辺内径」という）をＸ１、鋳型本体１の内周面における開口部１１の短辺に平行な方向（以下、「短辺方向」という）Ｙの長さ、すなわち鋳型本体１の内周面における開口部１１の短辺の長さ（以下、「短辺内径」という）をＹ１、鋳型本体１の内周面における底面１２の法線に平行な方向（以下、「法線方向」という）Ｚの長さ、すなわち鋳型本体１の内周面における高さ（以下、「高さ内径」という）をＺ１とした場合、鋳型本体１の大きさは、好ましくは、開口部１１の長辺内径Ｘ１が１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、開口部１１の短辺内径Ｙ１が２０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、鋳型本体１の高さ内径Ｚ１が２０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下である。より好ましくは、開口部１１の長辺内径Ｘ１が１５０ｍｍ以上８００ｍｍ以下、開口部１１の短辺内径Ｙ１が３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、鋳型本体１の高さ内径Ｚ１が５０ｍｍ以上９００ｍｍ以下である。特に好ましくは、開口部１１の長辺内径Ｘ１が２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下、開口部１１の短辺内径Ｙ１が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、鋳型本体１の高さ内径Ｚ１が１００ｍｍ以上８００ｍｍ以下である。さらに、鋳型本体１において、開口部１１の長辺内径Ｘ１と、開口部１１の短辺内径Ｙ１との関係は、Ｘ１＞Ｙ１であることが好ましい。
【００５５】
鋳型本体１の大きさが小さすぎると、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブの生産性が低下し、さらにＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の急冷が起こるため、脆性割れの原因ともなりえる。また、鋳型本体１の大きさが大きくなりすぎると、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブの内部に応力がたまって脆性割れの原因となるばかりではなく、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯の最終凝固位置が中央部となるため内部欠陥発生の原因となる。
【００５６】
また、鋳型本体１において、開口部１１の長辺内径Ｘ１と、開口部１１の短辺内径Ｙ１との長さ比率は、Ｙ１を「１」とした場合、Ｙ１：Ｘ１が、１：２〜１：１５であることが好ましい。より好ましくは、Ｙ１：Ｘ１が、１：３〜１：１０である。この「Ｙ１：Ｘ１」においてＸ１の値が小さい場合、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯の鋳型本体１内における凝固形態が変化し、法線方向Ｚの中央部に応力が溜まるため、脆性割れの原因となり、また応力発生を軽減するため、徐冷を行った場合でも、偏析が起こる原因となりえる。更にこの「Ｙ１：Ｘ１」においてＸ１の値が大きい場合、短辺内径Ｙ１に対して長辺内径Ｘ１が大きいため、鋳型本体１内の底面１２に平行な面内においてＣｕ−Ｇａ合金の溶湯に対する冷却にバラツキが生じ、応力が大きくなってひび割れが発生しやすい。また、「Ｙ１：Ｘ１」においてＸ１の値が大きい場合、鋳造後に得られるＣｕ−Ｇａ合金スラブを持ち上げて加工するなどの際に、長辺方向Ｘの中央部に多くの力がかかり、その部分で割れが発生する可能性が高くなる。
【００５７】
また、鋳型本体１の内容積は、鋳造用鋳型１００を構成する材料の比熱、密度、熱伝導率などの条件から、鋳造時の鋳造温度、後述する冷却抑制部材３による鋳型本体１の調整温度などの条件と照らし合わせて、適宜選定すればよい。
【００５８】
傾斜部材２は、鋳型本体１の開口部１１の一方の短辺から、長辺方向Ｘの内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面２１を有する。そして、傾斜部材２において鋳型本体１の底面１２に最も近接する先端部２２と、鋳型本体１の内周面との間には、傾斜部材２の傾斜面２１に沿って流過したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体１内に注湯される開口となる間隙Ｇが形成される。
【００５９】
傾斜部材２の形状は、特に限定されるものではなく、鋳型本体１の開口部１１の短辺方向Ｙから見たときの形状が三角形、台形、矩形などであることを挙げることができる。
【００６０】
また、傾斜部材２の配置位置は、鋳型本体１内に注湯されるＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の量を充分に確保することができる位置、すなわち、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブが所望の大きさとなるような位置であれば特に限定されるものではない。傾斜部材２は、鋳型本体１の高さ内径Ｚ１を「１」とした場合に、傾斜部材２の最下部の位置が、鋳型本体１の最下部から１／２以上の場所に位置するように配置されることが好ましく、より好ましくは３／５以上の場所に位置するように配置され、特に好ましくは２／３以上の場所に位置するように配置される。傾斜部材２は、その最下部が、鋳型本体１内において下方側に配置されすぎた場合には、鋳型本体１の内容積に対して、得られるＣｕ−Ｇａ合金スラブが小さくなるので、鋳型本体１内において可能な限り上方側に配置されることが好ましい。
【００６１】
以上のように構成された鋳造用鋳型１００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体１の開口部１１に設けられる傾斜部材２の傾斜面２１に向けて供給されることになる。傾斜部材２の傾斜面２１に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、傾斜面２１に沿って流過して先端部２２に到達する。そして、先端部２２に到達したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、先端部２２と鋳型本体１の内周面との間に形成された間隙Ｇから、鋳型本体１の内周面に沿うようにして鋳型本体１内に注湯される。本実施形態では、傾斜部材２の傾斜面２１が、鋳型本体１の開口部１１の一方の短辺から、長辺方向Ｘの内方に向かって連なるように設けられ、先端部２２と鋳型本体１の内周面との間に間隙Ｇが形成されているので、間隙Ｇから鋳型本体１内に注湯されるＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、鋳型本体１の内周面のうち、開口部１１の他方の短辺を含む内周面に沿うようにして注湯される。これによって、鋳型本体１の内周面に沿うようにして注湯されるＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の、鋳型本体１の内周面との接触面積を小さくすることができるので、鋳型本体１内におけるＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が急冷されるのを防止することができる。したがって、鋳造後に得られるＣｕ−Ｇａ合金スラブの表面が荒れてしまうのを防止することができる。
【００６２】
本実施形態の鋳造用鋳型１００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部１１から直接的に鋳型本体１内に注湯されるのではなく、傾斜部材２の傾斜面２１に沿って流過して、先端部２２と鋳型本体１の内周面との間に形成された間隙Ｇから、鋳型本体１の内周面に沿うようにして鋳型本体１内に注湯されるので、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができるとともに、注湯時における鋳型本体１の内周面（特に底面１２）に衝突することによる溶湯の飛散を防止することができる。これによって、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制し、溶湯の飛散を防止することができるので、鋳型本体１内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生および内部欠陥の発生を抑制して製造することができる。
【００６３】
また、傾斜部材２の傾斜面２１と鋳型本体１の底面１２との成す角度である傾斜角度θは、１０°以上７０°以下であることが好ましく、より好ましくは１５°以上６０°以下であり、特に好ましくは２０°以上４０°以下である。傾斜角度θが小さすぎる場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が傾斜面２１を流過するときの流過速度が遅くなりすぎ、鋳造初期と鋳造終期とで、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯の凝固状態が異なってしまい、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生してしまうばかりでなく、傾斜面２１上でＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が凝固してしまい、鋳型本体１内での凝固が起らない問題が生じる。傾斜角度θが大きすぎる場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が傾斜面２１を流過するときの流過速度が速くなりすぎ、鋳型本体１内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の対流が強く発生してしまい、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生してしまう。
【００６４】
また、傾斜部材２の先端部２２と鋳型本体１の内周面との間に形成される間隙Ｇの面積は、５００ｍｍ２以上、３０００ｍｍ２以下であることが好ましく、より好ましくは６００ｍｍ２以上、２１００ｍｍ２以下である。間隙Ｇの面積が狭すぎる場合には、傾斜面２１に沿って流過したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、鋳型本体１内にスムーズに注湯することができず、傾斜面２１上でＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が凝固してしまい、鋳型本体１内での凝固が起らない問題が生じる。また、間隙Ｇの面積が広すぎる場合には、鋳型本体１内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の対流が強く発生してしまい、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生してしまう。
【００６５】
なお、傾斜部材２を法線方向Ｚから見たときの長辺方向Ｘの長さＸ２は、前述した傾斜面２１の傾斜角度θ、間隙Ｇの面積などにより、適宜設定すればよい。
【００６６】
また、本実施形態の鋳造用鋳型１００は、冷却抑制部材３を備える。冷却抑制部材３は、鋳型本体１の外周面において、鋳型本体１の底面１２の法線方向Ｚに関して底面１２が形成される法線方向Ｚ下方側の所定領域を覆うように設けられる。この冷却抑制部材３は、鋳型本体１内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が過度に冷却されるのを抑制する。これによって、傾斜部材２の傾斜面２１に沿って流過して、先端部２２と鋳型本体１の内周面との間に形成された間隙Ｇから、鋳型本体１の内周面に沿うようにして鋳型本体１内に注湯された溶湯が、急激に冷却されるのを防止することができるので、鋳型本体１内において溶湯を一様に凝固させることができる。
【００６７】
冷却抑制部材３は、鋳型本体１の下部に対する保温効果および加熱効果の少なくともいずれか一方の効果を発揮するものであれば特に限定されるものではなく、保温効果を発揮する保温材としては、通常断熱材として用いられるグラスウールやクレカフェルト、耐火材として用いられるアラミド繊維シートなどを挙げることができ、加熱効果を発揮する加熱材としては、パイプヒータなどを挙げることができる。
【００６８】
また、冷却抑制部材３の法線方向Ｚの長さ（冷却抑制部材３の高さ）Ｚ３は、鋳型本体１の法線方向Ｚの長さ（鋳型本体１の高さ）Ｚ２に対して、１／４以上３／４以下であることが好ましく、より好ましくは３／１０以上２／３以下であり、特に好ましくは２／５以上３／５以下である。これによって、傾斜部材２の傾斜面２１に沿って流過して、先端部２２と鋳型本体１の内周面との間に形成された間隙Ｇから、鋳型本体１の内周面に沿うようにして鋳型本体１内に注湯された溶湯が、急激に冷却されるのをより確実に防止することができる。
【００６９】
また、鋳型本体１の下部側の最高到達温度（℃）を、鋳型本体１内に注湯される前のＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の温度（鋳造温度、℃）の好ましくは２２％以上６２％以下に、より好ましくは２５％以上５０％以下に、調整可能となるように冷却抑制部材３は構成される。冷却抑制部材３による鋳型本体１の調整温度が低すぎる場合には、鋳型本体１の下部側領域に対する保温、または加熱の効果がなく、鋳型本体１の法線方向Ｚに温度勾配が大きくなるため、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生しやすい。また、冷却抑制部材３による鋳型本体１の調整温度が高すぎる場合には、冷却の速度が遅すぎるため、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯の最終凝固位置に応力が集中し、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブのひび割れ発生につながるばかりでなく、偏析の発生が懸念される。
【００７０】
図３は、本発明の第２実施形態である鋳造用鋳型２００の構成を示す斜視図である。図３では、鋳造用鋳型２００の内部構造が容易に理解できるように、鋳型本体１の１つの側壁を省略して示している。図４は、鋳造用鋳型２００の構成を示す断面図である。鋳造用鋳型２００は、前述した第１実施形態の鋳造用鋳型１００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。
【００７１】
鋳造用鋳型２００は、鋳型本体１の開口部１１に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて鋳型本体１内に案内して注湯させる案内部２００Ａの構成が、前述した案内部１００Ａと異なること以外は、鋳造用鋳型１００と同様に構成される。鋳造用鋳型１００の案内部１００Ａが１つの傾斜部材２により構成されているのに対して、鋳造用鋳型２００の案内部２００Ａは、第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２により構成されている。
【００７２】
第１傾斜部材２０１は、鋳型本体１の開口部１１の一方の短辺から、長辺方向Ｘの内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面である第１傾斜面２０１１を有する。
【００７３】
第２傾斜部材２０２は、第１傾斜部材２０１と、長辺方向Ｘ（底面１２に平行な方向）に対向して設けられる。この第２傾斜部材２０２は、鋳型本体１の開口部１１の他方の短辺から、長辺方向Ｘの内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面である第２傾斜面２０２１を有する。
【００７４】
第１傾斜部材２０１の先端部（鋳型本体１の底面１２に最も近接した部分）である第１先端部２０１２は、第２傾斜部材２０２の傾斜面である第２傾斜面２０２１に接触しておらず、第２傾斜部材２０２の先端部（鋳型本体１の底面１２に最も近接した部分）である第２先端部２０２２は、第１傾斜部材２０１の傾斜面である第１傾斜面２０１１に接触していない。そして、第１傾斜部材２０１と第２傾斜部材２０２とは、第１先端部２０１２と第２先端部２０２２とが、鋳型本体１の底面１２に平行な方向（長辺方向Ｘ）にずれた位置となるように配置される。また、本実施形態では、第１傾斜部材２０１と第２傾斜部材２０２とは、第１先端部２０１２と第２先端部２０２２とが、鋳型本体１の底面１２に平行な同一平面上に位置するように配置される。さらに、第１先端部２０１２と第２先端部２０２２との間には、鋳型本体１の開口部１１の長辺方向Ｘ中央部において、間隙Ｇ１が形成される。
【００７５】
第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２の形状は、特に限定されるものではなく、鋳型本体１の開口部１１の短辺方向Ｙから見たときの形状が三角形、台形、矩形などであることを挙げることができる。
【００７６】
また、第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２の配置位置は、鋳型本体１内に注湯されるＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の量を充分に確保することができる位置、すなわち、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブが所望の大きさとなるような位置であれば特に限定されるものではない。第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２は、鋳型本体１の高さ内径Ｚ１を「１」とした場合に、第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２のそれぞれの最下部の位置が、鋳型本体１の最下部から１／２以上の場所に位置するように配置されることが好ましく、より好ましくは３／５以上の場所に位置するように配置され、特に好ましくは２／３以上の場所に位置するように配置される。第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２は、それぞれの最下部が、鋳型本体１内において下方側に配置されすぎた場合には、鋳型本体１の内容積に対して、得られるＣｕ−Ｇａ合金スラブが小さくなるので、鋳型本体１内において可能な限り上方側に配置されることが好ましい。
【００７７】
以上のように構成された鋳造用鋳型２００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体１の開口部１１に設けられる第１傾斜部材２０１の傾斜面である第１傾斜面２０１１に向けて供給される。第１傾斜部材２０１の第１傾斜面２０１１に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、その一部が第１傾斜面２０１１に沿って流過し、残部が第１傾斜面２０１１から第２傾斜部材２０２の第２傾斜面２０２１に飛散した後、第２傾斜面２０２１に沿って流過する。第１傾斜面２０１１に沿って流過する溶湯は第１先端部２０１２に到達し、第２傾斜面２０２１に沿って流過する溶湯は第２先端部２０２２に到達する。そして、第１先端部２０１２および第２先端部２０２２に到達した溶湯は、鋳型本体１内に注湯される。
【００７８】
本実施形態の鋳造用鋳型２００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部１１から直接的に鋳型本体１内に注湯されるのではなく、第１傾斜面２０１１および第２傾斜面２０２１に沿って流過して、鋳型本体１の開口部１１の長辺方向Ｘ中央部において、第１先端部２０１２と第２先端部２０２２との間に形成される間隙Ｇ１から鋳型本体１内に注湯されるので、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。これによって、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体１内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【００７９】
また、第１傾斜部材２０１の第１傾斜面２０１１と鋳型本体１の底面１２との成す角度である第１傾斜角度θ１、および、第２傾斜部材２０２の第２傾斜面２０２１と鋳型本体１の底面１２との成す角度である第２傾斜角度θ２は、１０°以上７０°以下であることが好ましく、より好ましくは１５°以上６０°以下であり、特に好ましくは２０°以上４０°以下である。第１傾斜角度θ１および第２傾斜角度θ２が小さすぎる場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が第１傾斜面２０１１および第２傾斜面２０２１を流過するときの流過速度が遅くなりすぎ、鋳造初期と鋳造終期とで、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯の凝固状態が異なってしまい、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生してしまうばかりでなく、第１傾斜面２０１１および第２傾斜面２０２１上でＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が凝固してしまい、鋳型本体１内での凝固が起らない問題が生じる。第１傾斜角度θ１および第２傾斜角度θ２が大きすぎる場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が第１傾斜面２０１１および第２傾斜面２０２１を流過するときの流過速度が速くなりすぎ、鋳型本体１内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の対流が強く発生してしまい、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生してしまう。
【００８０】
なお、第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２において、第１傾斜面２０１１の第１傾斜角度θ１と、第２傾斜面２０２１の第２傾斜角度θ２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８１】
また、鋳型本体１の開口部１１の長辺方向Ｘ中央部において、第１傾斜部材２０１の第１先端部２０１２と、第２傾斜部材２０２の第２先端部２０２２との間に形成される間隙Ｇ１の面積は、５００ｍｍ２以上、３０００ｍｍ２以下であることが好ましく、より好ましくは６００ｍｍ２以上、２１００ｍｍ２以下である。間隙Ｇ１の面積が狭すぎる場合には、第１傾斜面２０１１および第２傾斜面２０２１に沿って流過したＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、鋳型本体１内にスムーズに注湯することができず、第１傾斜面２０１１および第２傾斜面２０２１上でＣｕ−Ｇａ合金の溶湯が凝固してしまい、鋳型本体１内での凝固が起らない問題が生じる。また、間隙Ｇ１の面積が広すぎる場合には、鋳型本体１内に注湯されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯の対流が強く発生してしまい、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブにひび割れが発生してしまう。
【００８２】
なお、第１傾斜部材２０１を法線方向Ｚから見たときの長辺方向Ｘの長さＸ３、および、第２傾斜部材２０２を法線方向Ｚから見たときの長辺方向Ｘの長さＸ４は、前述した第１傾斜面２０１１の第１傾斜角度θ１、第２傾斜面２０２１の第２傾斜角度θ２、間隙Ｇ１の面積などにより、適宜設定すればよい。
【００８３】
図５は、本発明の第３実施形態である鋳造用鋳型３００の構成を示す断面図である。鋳造用鋳型３００は、前述した第２実施形態の鋳造用鋳型２００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。
【００８４】
鋳造用鋳型３００は、鋳型本体１の開口部１１に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて鋳型本体１内に案内して注湯させる案内部３００Ａにおける、第１傾斜部材３０１および第２傾斜部材３０２の構成が、前述した案内部２００Ａにおける第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２と異なること以外は、鋳造用鋳型２００と同様に構成される。
【００８５】
鋳造用鋳型３００が備える第１傾斜部材３０１は、鋳型本体１の開口部１１の一方の短辺から内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面である第１傾斜面３０１１を有する。鋳造用鋳型３００が備える第２傾斜部材３０２は、第１傾斜部材３０１と、長辺方向Ｘに対向して設けられる。この第２傾斜部材３０２は、鋳型本体１の開口部１１の他方の短辺から内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面である第２傾斜面３０２１を有する。第１傾斜部材３０１の先端部（鋳型本体１の底面１２に最も近接した部分）である第１先端部３０１２は、第２傾斜部材３０２の傾斜面である第２傾斜面３０２１に接触しておらず、第２傾斜部材３０２の先端部（鋳型本体１の底面１２に最も近接した部分）である第２先端部３０２２は、第１傾斜部材３０１の傾斜面である第１傾斜面３０１１に接触していない。そして、第１傾斜部材３０１と第２傾斜部材３０２とは、第１先端部３０１２と第２先端部３０２２とが、鋳型本体１の底面１２に平行な方向（長辺方向Ｘ）にずれた位置となるように配置される。
【００８６】
前述した鋳造用鋳型２００において、第１傾斜部材２０１と第２傾斜部材２０２とは、第１先端部２０１２と第２先端部２０２２とが、鋳型本体１の底面１２に平行な同一平面上に位置するように配置されていたが、鋳造用鋳型３００において、第１傾斜部材３０１と第２傾斜部材３０２とは、第１先端部３０１２と第２先端部３０２２とが、底面１２に平行な同一平面上に位置しておらず、第１先端部３０１２が第２先端部３０２２よりも法線方向Ｚの上方に位置している。また、鋳造用鋳型３００を法線方向Ｚから見た場合、第１傾斜部材３０１と第２傾斜部材３０２とが重なる部分は存在しない。
【００８７】
以上のように構成された鋳造用鋳型３００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体１の開口部１１に設けられる第１傾斜部材３０１の傾斜面である第１傾斜面３０１１に向けて供給される。第１傾斜部材３０１の第１傾斜面３０１１に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、その一部が第１傾斜面３０１１に沿って流過し、残部が第１傾斜面３０１１から第２傾斜部材３０２の第２傾斜面３０２１に飛散した後、第２傾斜面３０２１に沿って流過する。第１傾斜面３０１１に沿って流過する溶湯は第１先端部３０１２に到達し、第２傾斜面３０２１に沿って流過する溶湯は第２先端部３０２２に到達する。そして、第１先端部３０１２および第２先端部３０２２に到達した溶湯は、鋳型本体１内に注湯される。
【００８８】
本実施形態の鋳造用鋳型３００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部１１から直接的に鋳型本体１内に注湯されるのではなく、第１傾斜面３０１１および第２傾斜面３０２１に沿って流過して、第１先端部３０１２および第２先端部３０２２から鋳型本体１内に注湯されるので、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。これによって、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体１内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【００８９】
図６は、本発明の第４実施形態である鋳造用鋳型４００の構成を示す断面図である。鋳造用鋳型４００は、前述した第２実施形態の鋳造用鋳型２００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。
【００９０】
鋳造用鋳型４００は、鋳型本体１の開口部１１に向けて供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を、該溶湯の運動エネルギーを減少させて鋳型本体１内に案内して注湯させる案内部４００Ａにおける、第１傾斜部材４０１および第２傾斜部材４０２の構成が、前述した案内部２００Ａにおける第１傾斜部材２０１および第２傾斜部材２０２と異なること以外は、鋳造用鋳型２００と同様に構成される。
【００９１】
鋳造用鋳型４００が備える第１傾斜部材４０１は、鋳型本体１の開口部１１の一方の短辺から内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面である第１傾斜面４０１１を有する。鋳造用鋳型４００が備える第２傾斜部材４０２は、第１傾斜部材４０１と、長辺方向Ｘに対向して設けられる。この第２傾斜部材４０２は、鋳型本体１の開口部１１の他方の短辺から内方に向かって延び、内方に向かうにつれて鋳型本体１の底面１２に近接するように傾斜した傾斜面である第２傾斜面４０２１を有する。第１傾斜部材４０１の先端部（鋳型本体１の底面１２に最も近接した部分）である第１先端部４０１２は、第２傾斜部材４０２の傾斜面である第２傾斜面４０２１に接触しておらず、第２傾斜部材４０２の先端部（鋳型本体１の底面１２に最も近接した部分）である第２先端部４０２２は、第１傾斜部材４０１の傾斜面である第１傾斜面４０１１に接触していない。そして、第１傾斜部材４０１と第２傾斜部材４０２とは、第１先端部４０１２と第２先端部４０２２とが、鋳型本体１の底面１２に平行な方向（長辺方向Ｘ）にずれた位置となるように配置される。
【００９２】
前述した鋳造用鋳型２００において、第１傾斜部材２０１と第２傾斜部材２０２とは、第１先端部２０１２と第２先端部２０２２とが、鋳型本体１の底面１２に平行な同一平面上に位置するように配置されていたが、鋳造用鋳型４００において、第１傾斜部材４０１と第２傾斜部材４０２とは、第１先端部４０１２と第２先端部４０２２とが、底面１２に平行な同一平面上に位置しておらず、第１先端部４０１２が第２先端部４０２２よりも法線方向Ｚの上方に位置している。また、鋳造用鋳型４００を法線方向Ｚから見た場合、第１傾斜部材４０１と第２傾斜部材４０２とが重なる部分がある。
【００９３】
以上のように構成された鋳造用鋳型４００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体１の開口部１１に設けられる第１傾斜部材４０１の傾斜面である第１傾斜面４０１１に向けて供給される。第１傾斜部材４０１の第１傾斜面４０１１に供給されたＣｕ−Ｇａ合金の溶湯は、その一部が第１傾斜面４０１１に沿って流過し、残部が第１傾斜面４０１１から第２傾斜部材４０２の第２傾斜面４０２１に飛散した後、第２傾斜面４０２１に沿って流過する。第１傾斜面４０１１に沿って流過する溶湯は第１先端部４０１２に到達し、そこから第２傾斜面４０２１上に落下し、第２傾斜面４０２１に沿って流過する。第２傾斜面４０２１に沿って流過する溶湯は第２先端部４０２２に到達する。そして、第２先端部４０２２に到達した溶湯は、鋳型本体１内に注湯される。
【００９４】
本実施形態の鋳造用鋳型４００を用いてＣｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により作製する場合には、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、開口部１１から直接的に鋳型本体１内に注湯されるのではなく、第１傾斜面４０１１および第２傾斜面４０２１に沿って流過して、第２先端部４０２２から鋳型本体１内に注湯されるので、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。これによって、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体１内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【００９５】
（Ｃｕ−Ｇａ合金スラブ）
本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金スラブは、溶解鋳造法により作製されたＣｕ−Ｇａ合金からなる。Ｃｕ−Ｇａ合金中のＧａの組成比については、特に限定されるものではないが、１０ａｔ％以上、５０ａｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは２０ａｔ％以上、４０ａｔ％以下である。なお、本発明において、「ａｔ％」は、原子百分率を表し、Ｃｕ−Ｇａ合金全体の原子数を１００とした場合の、特定の元素（Ｇａ）の原子数を意味し、「モル％」と同義語として扱うこととする。
【００９６】
Ｇａ濃度が低い場合には、Ｃｕ中へのＧａ固溶が起こるため、ひび割れの発生が少ない。Ｇａ濃度が高すぎる場合は、固溶限界を超えるため、金属間化合物が形成され、ひび割れの発生が多くなり、かつ鋳造時に偏析が起こりやすくなる。
【００９７】
Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、硬度が高くて脆い材料であるので、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法により製造するときにひび割れが発生する恐れがある。これに対して、本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金スラブは、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる本実施形態の鋳造用鋳型１００，２００，３００，４００を用いて、溶解鋳造法により作製されたものであるので、ひび割れ発生が抑制されたものである。
【００９８】
（スパッタリングターゲット）
本実施形態のスパッタリングターゲットは、本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金スラブを用いて作製される。Ｃｕ−Ｇａ合金スラブをスパッタリングターゲットへと加工する方法としては、ワイヤー放電加工、放電加工、レーザー加工、研削機によるダイヤモンド切断加工、切削加工、ウォータージェット加工、ワイヤーソー、ブレードソーなど一般的な方法を採用することができる。これらの加工方法の中でも、Ｃｕ−Ｇａ合金が、硬度が高くて脆い材料であることを考慮すると、ワイヤー放電加工、放電加工、レーザー加工、ワイヤーソー、ウォータージェット加工などが好ましく、ワイヤー放電加工、ワイヤーソーがより好ましく、ワイヤー放電加工が特に好ましい。
【００９９】
Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを、ワイヤー放電加工にてスパッタリングターゲットへと加工する場合、０．１ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下のワイヤー線を用いることが好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下のワイヤー線を使用する。また、ワイヤー放電加工における切断速度（加工速度）は、０．１ｍｍ／分以上、８ｍｍ／分以下が好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ／分以上、３ｍｍ／分以下である。ワイヤー線の太さは、細すぎるとワイヤー線が加工中に切れる原因になり、また加工速度においては、遅すぎると生産性の低下につながり、早すぎると割れる原因になる。
【０１００】
本実施形態のスパッタリングターゲットは、ひび割れ発生が抑制された本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金スラブを用いて作製されるので、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
【０１０１】
（Ｃｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法）
本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法では、まず、坩堝内に銅（Ｃｕ）およびガリウム（Ｇａ）の必要量を仕込む。この場合の仕込み量は、坩堝サイズ、または鋳造用鋳型サイズ、鋳造用鋳型の個数によって適宜選定すればよい。その後、坩堝が投入されたチャンバー内を１０−１Ｔｏｒｒ以下まで減圧する。
【０１０２】
チャンバー内が１０−１Ｔｏｒｒ以下まで減圧されたことを確認後、その圧力下で、昇温速度５〜２０℃／分、好ましくは７〜１８℃／分で８００℃〜１１００℃の温度に昇温する。昇温速度が速すぎる場合、突沸が起こる可能性があり、昇温速度が遅すぎる場合、生産性が下がる。昇温後の保持温度（鋳造温度）は、合金組成の融点、鋳造用鋳型の材料、体積、比熱、密度などによって変化する。例えば、合金組成の融点が８５０℃である場合には、昇温後の保持温度（鋳造温度）は、９００℃以上、１０００℃以下が好ましく、９３０℃以上、９７０℃以下がより好ましい。なお、大気中で昇温した場合、原料の酸化等の問題が起こり、歩留まりの低下につながる。
【０１０３】
その後、昇温後の温度（鋳造温度）で３０分間〜１２時間保持することが好ましく、より好ましくは１時間〜５時間保持する。これによって、ＣｕとＧａの混合物を合金液体（溶湯）にする。保持時間が短すぎる場合、合金が完全に混ざり合わない、または合金液体中に残存する気体が除ききらないおそれがあり、後のさらに高真空化する工程で、突沸が起こる原因となり得るおそれがある。また、保持時間が長すぎる場合、生産性の低下を招き好ましくない。
【０１０４】
さらにその後、前記鋳造温度下で、８×１０−４Ｔｏｒｒ以下、好ましくは５×１０−４Ｔｏｒｒまで減圧し、３０分間以上、１２時間以下、好ましくは１時間以上、５時間以下保持する。このように、鋳造温度にまで昇温させた後に、高真空に減圧する理由は、昇温前に減圧しすぎることが、突沸の原因となり得るためである。鋳造時のチャンバー内圧力が高い場合、鋳造後のＣｕ−Ｇａ合金スラブ内への気体の巻き込みが起こり、内部欠陥の原因となる。また低すぎる場合には、ポンプ性能をあげる必要性があり、製造機器の高コスト化につながる。保持時間が短い場合、溶湯中に存在する気体が除ききれず、内部欠陥の原因となる。逆に長すぎる場合には、やはり生産性の低下を招き好ましくない。
【０１０５】
以上のような工程を経て、坩堝内においてＣｕ−Ｇａ合金の溶湯を得る。次に、チャンバー内の温度を前記鋳造温度に保持し、圧力を８×１０−４Ｔｏｒｒ以下の圧力に保持した状態で、前述した本実施形態の鋳造用鋳型１００，２００，３００，４００を用いて坩堝内の前記溶湯を鋳造する。具体的には、鋳造用鋳型１００の傾斜部材２の傾斜面２１、鋳造用鋳型２００，３００，４００の第１傾斜部材２０１，３０１，４０１の第１傾斜面２０１１，３０１１，４０１１に向けて溶湯を供給することで、鋳型本体１内に溶湯を注湯して鋳造する。なお、鋳造用鋳型１００，２００，３００，４００のいずれかを複数個並べて、一度に鋳造することも可能である。次に、鋳型本体１内で鋳造されたＣｕ−Ｇａ合金を室温まで自然冷却した後、鋳型本体１からＣｕ−Ｇａ合金を取出す。
【０１０６】
次に、鋳型本体１から取出したＣｕ−Ｇａ合金を大気圧下または真空下（好ましくは装置の設備などの観点から大気圧下）で加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理時の温度としては、４５０℃以上、７００℃未満、より好ましくは５００℃以上、６００℃以下である。Ｃｕ−Ｇａ合金に加熱処理を施すことによって、鋳型本体１内において溶湯が凝固されて得られたＣｕ−Ｇａ合金において、Ｃｕ中にＧａが偏析するのを抑制した上で、Ｃｕ−Ｇａ合金の内部に発生した応力を解放することができる。加熱処理時の温度が低すぎる場合、凝固時に発生した応力を解放できず、高すぎる場合は偏析が起こる。加熱処理の時間は、１時間以上、１２時間以下が好ましく、より好ましくは２時間以上、８時間以下である。加熱処理の時間が短すぎる場合、Ｃｕ−Ｇａ合金の内部応力の解放ができず、長すぎる場合生産性の低下につながる。
【０１０７】
このようにして、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを得る。本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金スラブの製造方法では、前述のように、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯が、鋳型本体１の開口部１１から直接的に鋳型本体１内に注湯されるのではなく、傾斜部材２の傾斜面２１、第１傾斜部材２０１，３０１，４０１の第１傾斜面２０１１，３０１１，４０１１、および、第２傾斜部材２０２，３０２，４０２の第２傾斜面２０２１，３０２１，４０２１に沿って流過して、先端部２２、第１先端部２０１２，３０１２，４０１２、および、第２先端部２０２２，３０２２，４０２２から鋳型本体１内に注湯されるので、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の運動エネルギーを減少させることができる。これによって、鋳型本体１内に注湯されるときの溶湯の対流を抑制することができるので、鋳型本体１内において溶湯を一様に凝固させることができる。そのため、大型のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ひび割れ発生を抑制して製造することができる。
【実施例】
【０１０８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、実施例は本発明の一実施態様であり、本発明を限定するものではない。
【０１０９】
（実施例１）
＜鋳造用鋳型＞
鋳造用鋳型として、図１に示した鋳造用鋳型を用いた。
・材質：高純度黒鉛（カーボン）
・鋳型本体：開口部が長方形状の有底四角筒状に形成され、鋳型本体の内周面において開口部の長辺内径が２５０ｍｍ、開口部の短辺内径が５０ｍｍであり（開口部の内径比が短辺：長辺＝１：５）、鋳型本体の高さ内径が６５０ｍｍであるものを用いた。
・傾斜部材：傾斜面の傾斜角度が３０°であり、平面視したときの開口部の長辺に平行な長辺方向の長さが２３０ｍｍであるものを用いた。
・間隙：傾斜部材の先端部と鋳型本体の内周面との間に形成される間隙の面積は、１０００ｍｍ２であった。
・冷却抑制部材：鋳型本体の外周面において、鋳型本体の底面が形成される下方側を覆うように冷却抑制部材（クレカフェルト）を設けた。冷却抑制部材の高さは、鋳型本体の高さに対して１／２に設定した。また、冷却抑制部材は、鋳型本体の最高到達温度（℃）を、鋳造温度（℃）の４６．０％に調整可能となるように構成した。
【０１１０】
＜Ｃｕ−Ｇａ合金スラブの製造＞
坩堝内に銅（Ｃｕ）４４２００ｇ、ガリウム（Ｇａ）２０８００ｇを仕込み、坩堝が投入されたチャンバー内を１×１０−１Ｔｏｒｒ台まで減圧した後、その圧力下で、昇温速度８．５℃／分で９４０℃（鋳造温度）に昇温した。その後、９４０℃で１時間保持した後、２×１０−４Ｔｏｒｒ台まで減圧して２時間保持して、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯を得た。
【０１１１】
次に、チャンバー内の温度を前記鋳造温度に保持し、圧力を２×１０−４Ｔｏｒｒに保持した状態で、坩堝内の溶湯を、上記の鋳造用鋳型を用いて鋳造した。具体的には、鋳造用鋳型の傾斜部材の傾斜面に向けて溶湯を供給することで、溶湯を傾斜面に沿って流過させて、先端部と鋳型本体の内周面との間に形成された間隙から、鋳型本体の内周面（開口部の短辺を含む内周面）に沿うようにして鋳型本体内に溶湯を注湯して鋳造した。次に、鋳型本体内で鋳造されたＣｕ−Ｇａ合金を室温まで自然冷却した後、鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出して、熱風循環炉を用い、５００℃で２時間の熱処理を行った。その後、外周４辺を切断して、２４０ｍｍ×４００ｍｍ×５０ｍｍ（ｔ）の直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金スラブを得た。
【０１１２】
（実施例２）
＜鋳造用鋳型＞
鋳造用鋳型として、図３に示した鋳造用鋳型を用いた。
・材質：高純度黒鉛（カーボン）
・鋳型本体：開口部が長方形状の有底四角筒状に形成され、鋳型本体の内周面において開口部の長辺内径が２５０ｍｍ、開口部の短辺内径が５０ｍｍであり（開口部の内径比が短辺：長辺＝１：５）、鋳型本体の高さ内径が６５０ｍｍであるものを用いた。
・第１傾斜部材：第１傾斜面の第１傾斜角度が３０°であり、平面視したときの開口部の長辺に平行な長辺方向の長さが１２０ｍｍであるものを用いた。
・第２傾斜部材：第２傾斜面の第２傾斜角度が４５°であり、平面視したときの開口部の長辺に平行な長辺方向の長さが１００ｍｍであるものを用いた。
・間隙：第１傾斜部材と第２傾斜部材とは、第１先端部と第２先端部とが、鋳型本体の底面に平行な同一平面上に位置するように配置した。そして、鋳型本体の開口部の長辺方向中央部において、第１先端部と第２先端部との間に形成される間隙の面積は、１５００ｍｍ２であった。
・冷却抑制部材：鋳型本体の外周面において、鋳型本体の底面が形成される下方側を覆うように冷却抑制部材（クレカフェルト）を設けた。冷却抑制部材の高さは、鋳型本体の高さに対して１／２に設定した。また、冷却抑制部材は、鋳型本体の最高到達温度（℃）を、鋳造温度（℃）の４６．０％に調整可能となるように構成した。
【０１１３】
＜Ｃｕ−Ｇａ合金スラブの製造＞
坩堝内に銅（Ｃｕ）４４２００ｇ、ガリウム（Ｇａ）２０８００ｇを仕込み、坩堝が投入されたチャンバー内を１×１０−１Ｔｏｒｒ台まで減圧した後、その圧力下で、昇温速度８．５℃／分で９４０℃（鋳造温度）に昇温した。その後、９４０℃で１時間保持した後、２×１０−４Ｔｏｒｒ台まで減圧して２時間保持して、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯を得た。
【０１１４】
次に、チャンバー内の温度を前記鋳造温度に保持し、圧力を２×１０−４Ｔｏｒｒに保持した状態で、坩堝内の溶湯を、上記の鋳造用鋳型を用いて鋳造した。具体的には、鋳造用鋳型の第１傾斜部材の第１傾斜面に向けて溶湯を供給することで、溶湯を第１傾斜面よび第２傾斜面に沿って流過させて、鋳型本体内に溶湯を注湯して鋳造した。次に、鋳型本体内で鋳造されたＣｕ−Ｇａ合金を室温まで自然冷却した後、鋳型本体からＣｕ−Ｇａ合金を取出して、熱風循環炉を用い、５００℃で２時間の熱処理を行った。その後、外周４辺を切断して、２４０ｍｍ×４００ｍｍ×５０ｍｍ（ｔ）の直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金スラブを得た。
【０１１５】
（比較例１）
鋳造用鋳型として、傾斜部材が配置されておらず、冷却抑制部材が、鋳型本体の最高到達温度（℃）を、鋳造温度（℃）の４９．０％に調整可能となるように構成した鋳造用鋳型を用いること以外は、実施例１と同様とした。
【０１１６】
（比較例２）
鋳造用鋳型として、傾斜部材が配置されておらず、パイプヒータからなる冷却抑制部材が、鋳型本体の最高到達温度（℃）を、鋳造温度（℃）の５８．０％に調整可能となるように構成した鋳造用鋳型を用いること以外は、実施例１と同様とした。
【０１１７】
（比較例３）
鋳造用鋳型として、傾斜部材が配置されておらず、鋳型本体の開口部の内径比が短辺：長辺＝１：１．８であり、冷却抑制部材が配置されていない鋳造用鋳型を用いること以外は、実施例１と同様とした。
【０１１８】
（比較例４）
鋳造用鋳型として、傾斜部材が配置されておらず、冷却抑制部材が配置されていない鋳造用鋳型を用いること以外は、実施例１と同様とした。なお、鋳造用鋳型に溶湯を注湯したときの鋳型本体の最高到達温度（℃）は、鋳造温度（℃）の２１．９％であった。
【０１１９】
（比較例５）
鋳造用鋳型として、傾斜部材が配置されておらず、鋳型本体の上部に冷却抑制部材（冷却抑制部材の高さは、鋳型本体の高さに対して１／３）が配置された鋳造用鋳型を用いること以外は、実施例１と同様とした。
【０１２０】
（比較例６）
鋳造用鋳型として、傾斜部材が配置されておらず、冷却抑制部材が、鋳型本体の最高到達温度（℃）を、鋳造温度（℃）の６２．７％に調整可能となるように構成した鋳造用鋳型を用いること以外は、実施例１と同様とした。
【０１２１】
実施例１，２、および比較例１〜６で得られたＣｕ−Ｇａ合金スラブについて、以下の評価を行った。
【０１２２】
＜ひび割れおよび内部欠陥の評価＞
実施例１，２、および比較例１〜６で得られた２４０ｍｍ×４００ｍｍ×５０ｍｍ（ｔ）のＣｕ−Ｇａ合金スラブを、ワイヤー放電加工機（０．３ｍｍのワイヤー線）を用いて、加工速度０．７ｍｍ／分で、２４０ｍｍ×４００ｍｍ×１２ｍｍ（ｔ）の４枚のスライス板に加工した。
【０１２３】
得られた４枚のスライス板を、染色浸透探傷剤（株式会社タセト製）に浸漬した。この染色浸透探傷剤としては、深さ３０μｍ以上、幅１μｍ以上の欠陥を染色することができるものを用いた。染色浸透探傷剤に浸漬した後の４枚のスライス板について、染色状態を目視にて確認し、１０００ｃｍ２あたりのひび割れの本数を評価した。また、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブに対してスライス加工を施した表面（３面）について、０．５ｍｍ以上の幅寸法を有する内部欠陥の個数を目視にて評価した。評価結果を表１に示す。
【０１２４】
【表１】
2013151015.tif 000003
【０１２５】
実施例１，２では、４枚のスライス板のいずれにもひび割れの発生がなく、スライス加工した３面の表面のいずれにも内部欠陥の発生がなかった。これに対して、比較例１では、４枚のスライス板のうち２枚のスライス板に１本のひび割れが発生し、スライス加工した３面の表面のいずれにも７個の内部欠陥の発生が確認された。比較例２では、４枚のスライス板のうち２枚のスライス板に１本のひび割れが発生し、スライス加工した３面の表面のいずれにも５個の内部欠陥の発生が確認された。比較例３，６では、４枚のスライス板のいずれにも２０本のひび割れが発生し、スライス加工した３面の表面のいずれにも２個の内部欠陥の発生が確認された。比較例４では、４枚のスライス板のいずれにも９本のひび割れが発生し、スライス加工した３面の表面のいずれにも５個の内部欠陥の発生が確認された。比較例５では、４枚のスライス板のいずれにも９本のひび割れが発生し、スライス加工した３面の表面のいずれにも２個の内部欠陥の発生が確認された。
【０１２６】
以上の結果より、Ｃｕ−Ｇａ合金スラブを溶解鋳造法に作製するに際し、Ｃｕ−Ｇａ合金の溶湯を、傾斜部材の傾斜面、または、第１，第２傾斜部材の第１，第２傾斜面に沿って流過させて鋳型本体内に注湯して鋳造することによって、ひび割れおよび内部欠陥の発生がないＣｕ−Ｇａ合金スラブを製造することができることがわかる。
【符号の説明】
【０１２７】
１  鋳型本体
２  傾斜部材
３  冷却抑制部材
１１  開口部
１２  底面
２１  傾斜面
２２  先端部
１００，２００，３００，４００  鋳造用鋳型
２０１，３０１，４０１  第１傾斜部材
２０２，３０２，４０２  第２傾斜部材
２０１１，３０１１，４０１１  第１傾斜面
２０１２，３０１２，４０１２  第１先端部
２０２１，３０２１，４０２１  第２傾斜面
２０２２，３０２２，４０２２  第２先端部
【図１】
2013151015.tif 000004
【図２】
2013151015.tif 000005
【図３】
2013151015.tif 000006
【図４】
2013151015.tif 000007
【図５】
2013151015.tif 000008
【図６】
2013151015.tif 000009