(57)【要約】【課題】溶湯が鋳型に接触しても長時間にわたって高品質の鋳塊を製出することが可能な鋳造方法、及びこれに用いられる鋳型ユニット及び鋳造装置を提供する。【解決手段】鋳型２０の一方側から溶湯１を供給し、凝固して得られた鋳塊２を鋳型２０の他方側へ向けて製出する鋳造方法であって、鋳型２０は、鋳塊２の製出方向に分割された複数の鋳型ユニット２１を有し、一の鋳型ユニット２１を鋳塊２とともに他方側へ移動させるとともに、溶湯１が供給される前記一方側から他の鋳型ユニット２１を順次送り込んでいくことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型の一方側から溶湯を供給し、凝固して得られた鋳塊を前記鋳型の他方側へ向けて製出する鋳造方法であって、
前記鋳型は、前記鋳塊の製出方向に分割された複数の鋳型ユニットを有し、一の鋳型ユニットを前記鋳塊とともに他方側へ移動させるとともに、溶湯が供給される前記一方側から他の鋳型ユニットを順次送り込んでいくことを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
前記鋳型の前記一方側の温度を、前記鋳型の他方側の温度よりも高く設定することにより、前記溶湯を一方向凝固させることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
隣接する前記鋳型ユニット同士を熱溶着させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記鋳型ユニットの外面に、前記鋳塊の製出方向に沿った溝部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の鋳造方法。
【請求項５】
前記溶湯がシリコン溶湯であり、前記鋳型ユニットの少なくとも内面がシリコン化合物で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の鋳造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の鋳造方法に用いられる鋳型ユニットであって、石英で構成されていることを特徴とする鋳型ユニット。
【請求項７】
請求項５に記載の鋳造方法に用いられる鋳型ユニットであって、内面に、１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を有する内層シリカ層が形成されていることを特徴とする鋳型ユニット。
【請求項８】
請求項５に記載の鋳造方法に用いられる鋳型ユニットであって、内面に、粒径５０〜３００μｍの微細溶融シリカ砂が、０．２〜４．０μｍの窒化ケイ素粉末：７５〜９０重量％および残部：ナトリウム１０〜６０００ｐｐｍ含有のシリカからなる混合体素地により結合された構造の内層が形成されていることを特徴とする鋳型ユニット。
【請求項９】
鋳型の一方側から溶湯が供給されるとともに、凝固して得られた鋳塊が前記鋳型の他方側に向けて製出される鋳造装置であって、
前記鋳型は、前記鋳塊の製出方向に分割された複数の鋳型ユニットを有し、一の鋳型ユニットが前記鋳塊とともに他方側に向けて移動されるとともに、溶湯が供給される前記一方側から他の鋳型ユニットが順次送り込まれていく構成とされていることを特徴とする鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンなどの溶湯を凝固させて得られた鋳塊を製出するための鋳造方法、これに用いられる鋳型ユニット及び鋳造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用素材として用いられるシリコンは、凝固時に膨張する金属であるため、鋳造を行う場合、溶湯が鋳塊の内部に残存しないように一方向凝固させることが求められる。また、一方向凝固することにより、不純物元素が固相（鋳塊）から液相（溶湯）に排出されるため、純度の高い鋳塊を得ることが可能となる。
【０００３】
従来、シリコンの鋳造装置として、例えば特許文献１に開示されているように、石英や黒鉛からなる鋳型を有し、この鋳型の底面側を冷却するとともに上面側を加熱して、底面側から上面側に向けて一方向凝固させるものが提案されている。
また、特許文献２には、筒状をなす鋳型（ルツボ）の上方開口部から溶湯を供給して鋳型（ルツボ）の下方開口部から鋳塊を下方に向けて引き抜く構成とされた鋳造装置が提案されている。この鋳造装置では、鋳型（ルツボ）が周方向に分割された水冷銅によって形成されており、電磁力によってシリコン溶湯が鋳型（ルツボ）と非接触で保持されるように構成されている。
【特許文献１】特開平１１−０９２２８４号公報
【特許文献２】特開２００１−０１９５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、シリコン溶湯は反応性が高いため、シリコン溶湯と鋳型とが接触することによって、鋳型が劣化しやすく長時間の鋳造に耐えることができないものであった。このため、特許文献２のように、筒状の鋳型（ルツボ）を用いて連続的に長時間にわたってシリコン鋳塊を製出するためには、鋳型（ルツボ）とシリコン溶湯との接触を防止するために電磁力を用いる必要があり、鋳造装置の構成が非常に複雑となってしまうといった問題があった。また、凝固した鋳塊が鋳型と摺動することで、鋳塊の表面に欠陥が生じるおそれがあった。
なお、このような課題はシリコンの鋳造に限らず、他の材質の鋳塊を得る場合にも問題となる。
【０００５】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、溶湯が鋳型に接触しても長時間にわたって高品質の鋳塊を製出することが可能な鋳造方法、及びこれに用いられる鋳型ユニット及び鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明に係る鋳造方法は、鋳型の一方側から溶湯を供給し、凝固して得られた鋳塊を前記鋳型の他方側へ向けて製出する鋳造方法であって、前記鋳型は、前記鋳塊の製出方向に分割された複数の鋳型ユニットを有し、一の鋳型ユニットを前記鋳塊とともに他方側へ移動させるとともに、溶湯が供給される前記一方側から他の鋳型ユニットを順次送り込んでいくことを特徴としている。
【０００７】
この構成の鋳造方法においては、溶湯が供給される鋳型が、鋳塊の製出方向に分割された複数の鋳型ユニットで構成されており、鋳型ユニットが溶湯が供給される前記一方側から順次送り込まれてくるので、溶湯が供給される部分の鋳型ユニットが常に更新されることになり、鋳型の劣化による鋳塊品質の低下を防止できる。また、鋳型ユニットが鋳塊とともに移動されるので、鋳型と鋳塊との摺動が防止され、鋳塊の表面欠陥の発生を防止できる。また、鋳型ユニットが順次更新されることによって、溶湯と鋳型とが接触しても鋳造時間の経過による鋳型の劣化がなく鋳造を続行することができるので、長時間にわたって高品質の鋳塊を製出することができる。
【０００８】
ここで、前記鋳型の溶湯が供給される前記一方側の温度を、前記鋳型の他方側の温度よりも高く設定することにより、前記溶湯を一方向凝固させる構成としてもよい。
この場合、溶湯が供給される鋳型の一方側の温度を他方側よりも高くなるように設定することで、凝固を鋳型の他方側から一方側に向けて進行させることが可能となる。このように一方向凝固させることで、固相（鋳塊）から液相（溶湯）へと排出される不純物元素が鋳型の一方側に濃縮されることになり、高純度の鋳塊を得ることが可能となる。また、シリコン等の凝固膨張するものであっても良好に鋳造を行うことができる。
【０００９】
また、隣接する前記鋳型ユニット同士を熱溶着させてもよい。
この場合、隣接する鋳型ユニット同士を溶着させて一体化させることで、鋳型ユニット同士の間に空隙が形成されることを防止でき、溶湯が前記空隙に入り込む等のトラブルを未然に防止することができ、安定した鋳造を行うことができる。なお、鋳型ユニット同士を熱溶着させる方法としては、例えば、電磁コイルを設けて加熱する方法や電子ビームを照射する方法等が考えられる。
【００１０】
さらに、前記鋳型ユニットの外面に、前記鋳塊の製出方向に沿った溝部を形成してもよい。
この場合、溶湯が凝固する際の凝固収縮や凝固膨張、あるいは、鋳塊の熱変形によって鋳型ユニットに応力が作用しても、この溝部によって応力を吸収することができ、鋳型ユニットの破損を防止できる。
【００１１】
また、前記溶湯をシリコン溶湯とし、前記鋳型ユニットの少なくとも内面をシリコン化合物で構成してもよい。
この場合、溶湯が接触する鋳型ユニットを石英（ＳｉＯ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のシリコン化合物で構成しているので、不純物がシリコン溶湯中に混入することを極力防止することができる。また、鋳型ユニットとシリコン溶湯とが反応しても、鋳型ユニットを鋳塊とともに移動させるので、安定して鋳造を続行することが可能となる。
【００１２】
本発明の鋳型ユニットは、シリコンの鋳造方法に用いられる鋳型ユニットであって、石英で構成されていることを特徴としている。
この場合、シリコン溶湯と鋳型ユニットとが接触した部分で反応しても、シリコン溶湯の一部が酸化されるのみであって、他の不純物がシリコン溶湯中に混入することを抑制できる。
【００１３】
また、本発明の鋳型ユニットは、シリコンの鋳造方法に用いられる鋳型ユニットであって、内面に、１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を有する内層シリカ層が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
この場合、内層シリカ層の境界部分で剥離が生じやすくなり、凝固時や製出時にシリコン鋳塊に応力が作用することを防止できる。なお、１５０メッシュよりも細かい微細溶融シリカ砂を有しているので、鋳型ユニットの内面の表面粗さが粗くなることを防止して鋳塊の表面品質の向上を図ることができる。一方、２００メッシュよりも粗い微細溶融シリカ砂を有しているので、内層シリカ層の剥離しやすくなって前述した効果を確実に奏功せしめることができる。
また、例えば、安価な黒鉛部材の内面に内層シリカ層を設けることでシリコンの鋳造に使用することができ、この鋳型ユニットを低コストで製作することができる。
【００１５】
また、本発明の鋳型ユニットは、シリコンの鋳造方法に用いられる鋳型ユニットであって、内面に、粒径５０〜３００μｍの微細溶融シリカ砂が、０．２〜４．０μｍの窒化ケイ素粉末：７５〜９０重量％および残部：ナトリウム１０〜６０００ｐｐｍ含有のシリカからなる混合体素地により結合された構造の内層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この場合、シリコン溶湯が接触する内面に設けられた内層が、シリカと窒化ケイ素との混合体とされているので、シリコン溶湯中への酸素の混入を防止できる。なお、粒径３００μｍよりも細かい微細溶融シリカ砂を有しているので、鋳型ユニットの内面の表面粗さが粗くなることを防止して鋳塊の表面品質の向上を図ることができる。一方、粒径５０μｍよりも粗い微細溶融シリカ砂を有しているので、内層が剥離しやすくなって凝固時や製出時にシリコン鋳塊に応力が作用することを防止できる。さらに、ナトリウムを１０〜６０００ｐｐｍ含有しているので、シリカと窒化ケイ素との密着性を確保することができるとともに、ナトリウムがシリコン鋳塊中に不純物として混入することを防止できる。なお、ナトリウムの一層好ましい範囲は、５００〜６０００ｐｐｍである。
また、例えば、安価な黒鉛部材の内面に前記内層を設けることでシリコンの鋳造に使用することができ、この鋳型ユニットを低コストで製作することができる。
【００１７】
また、本発明の鋳造装置は、鋳型の一方側から溶湯が供給されるとともに、得られた鋳塊が鋳型の他方側に向けて製出される鋳造装置であって、前記鋳型は、前記鋳塊の製出方向に分割された複数の鋳型ユニットを有し、一の鋳型ユニットが前記鋳塊とともに他方側に向けて製出されるとともに、溶湯が供給される前記一方側から他の鋳型ユニットが順次送り込まれていく構成とされていることを特徴としている。
【００１８】
この構成の鋳造装置によれば、溶湯が供給される鋳型が、鋳塊の製出方向に分割された複数の鋳型ユニットで構成されており、鋳型ユニットが溶湯が供給される前記一方側から順次送り込まれてくるので、溶湯が供給される部分の鋳型ユニットが常に更新されることになり、電磁コイル等の機構を備えることなく簡単な構成で、長時間にわたって高品質の鋳塊を製出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、溶湯が鋳型に接触しても長時間にわたって高品質の鋳塊を製出することが可能な鋳造方法、及びこれに用いられる鋳型ユニット及び鋳造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の第１の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１に、本発明の第１の実施形態である鋳造装置を示す。
本実施形態である鋳造装置１０は、太陽電池用素材として用いられる６〜７Ｎクラスの純度のシリコン鋳塊２を製出するためのものであり、一方側（図１において上側）から他方側（図１において下側）に向けて延在する概略筒状をなす鋳型２０を備えている。
【００２１】
鋳型２０の上方には、金属シリコン粉末３を溶解してシリコン溶湯１を生成する溶解炉５と、溶解炉５と鋳型２０との間での熱の伝達を遮断するための断熱手段８とが配設されている。
溶解炉５は、分割された水冷銅ルツボを用いて金属シリコン粉末３を誘導加熱する、いわゆるスカル溶解炉とされており、耐火物を使用しないため、シリコン溶湯１への不純物の混入が抑制されている。この溶解炉５の底部には、鋳型２０に向けてシリコン溶湯１を出湯するための出湯口６が設けられており、この出湯口６にシリコン溶湯１の出湯状態を調整する電磁凍結弁７が配備されている。
【００２２】
鋳型２０は、図１に示すように、上方開口部と下方開口部とを備えた無底筒状をなしており、上方開口部からシリコン溶湯１が供給され、下方開口部からシリコン鋳塊２が連続的に製出される構成とされている。
そして、この鋳型２０は、シリコン鋳塊２の製出方向（図１において矢印Ｘ方向）、すなわち、鋳型２０の延在方向に分割された複数の鋳型ユニット２１を備えている。
【００２３】
本実施形態においては、鋳型ユニット２１は石英（ＳｉＯ２）で構成されており、図２に示すように、鋳型ユニット２１の外面に、鋳型２０の延在方向、つまり、シリコン鋳塊２の製出方向（図２において上下方向）に沿って延びる複数の溝部２２が形成されている。このような鋳型ユニット２１が複数（本実施形態では図１に示すように１０個）、シリコン鋳塊２の製出方向に積層されているのである。なお、これら積層されて隣接する鋳型ユニット２１同士は、後述する溶着手段（溶着用加熱コイル１３）によって熱溶着されている。
【００２４】
鋳型２０の外周側には、鋳型ユニット２１を支持する筒状のガイド部材１１が配設されている。鋳型ユニット２１は、シリコン溶湯１が供給される鋳型２０の一方側（上側）からこのガイド部材１１の中に逐次送り込まれていくように構成されている。そして、このガイド部材１１の他方側（下側）からシリコン鋳塊２と鋳型ユニット２１がともに引き抜かれていく構成とされている。
【００２５】
また、図１に示すように、鋳型２０の外周側には、この鋳型２０の延在方向における温度分布を調整するための温度制御手段１２が設けられている。
温度制御手段１２の一方側（上側）部分には、積層された鋳型ユニット２１同士を熱溶着するための溶着手段として、溶着用加熱コイル１３が配設されている。この溶着用加熱コイル１３の他方側（下側）には、鋳型２０内に供給されたシリコン溶湯１の温度を調整する溶湯温度調整用コイル１４が配設されている。また、ガイド部材１１の他方側端部（下端部）及び他方側（下側）には、シリコン鋳塊２の温度分布を調整するための鋳塊温度調整用コイル１５が配設されている。
【００２６】
次に、本実施形態である鋳造装置１０を用いたシリコンの鋳造方法について説明する。
溶解炉５に供給された金属シリコン粉末３が、誘導加熱によって溶融されてシリコン溶湯１が生成される。そして、電磁凍結弁７を操作することで、溶解炉５の底部に設けられた出湯口６からシリコン溶湯１が鋳型２０内へと供給される。
【００２７】
ここで、鋳型ユニット２１が、シリコン溶湯１が供給される鋳型２０の一方側（上側）からガイド部材１１内に送りこまれ、この送り込まれた鋳型ユニット２１と隣接する鋳型ユニット２１とが溶着用加熱コイル１３によって熱溶着されて一体化される。
その後、鋳型２０（鋳型ユニット２１）は他方側（下側）へと移動していくとともに、鋳型２０の上方開口部からシリコン溶湯１が供給される。
【００２８】
鋳型２０内に供給されたシリコン溶湯１は、図３に示すように、溶湯温度調整用コイル１４によってシリコンの融点（Ｔｍ）よりも高い温度で保持されることになる。そして、溶湯温度調整用コイル１４の下方側部分から徐々に温度が降下していき、凝固界面近傍では、シリコンの融点（Ｔｍ）近傍で安定する。
【００２９】
また、ガイド部材１１の下端部及び下方側に配設された鋳塊温度調整用コイル１５によって、シリコン鋳塊２の温度が急激に変化しないように調整されており、この温度調整により、凝固界面においてはシリコン鋳塊２側から上方に向けて凝固が一方向に進行するように構成されている。なお、本実施形態では、図１に示すように、凝固界面が上方に向けて凸となる凸曲面状をなしている。
【００３０】
このようにして得られたシリコン鋳塊２は、鋳型ユニット２１とともに下方へと引き抜かれていき、凝固界面への影響がない部分においてシリコン鋳塊２を強制冷却するとともに、鋳型ユニット２１を破壊することでシリコン鋳塊２が連続的に製出される。そして、所望の長さとなったところで図示しない切断装置によってシリコン鋳塊２を切断することで、任意の長さのシリコン鋳塊２が得られる。
【００３１】
本実施形態である鋳造装置１０を用いた鋳造方法によれば、シリコン溶湯１が供給される鋳型２０が鋳型２０の延在方向、つまり、シリコン鋳塊２の製出方向（図１において矢印Ｘ方向）に分割された複数の鋳型ユニット２１を有し、この鋳型ユニット２１がシリコン溶湯１が供給される側から順次送り込まれてくる構成とされているので、シリコン溶湯１が供給される部分の鋳型ユニット２１が常に更新されることになり、シリコン溶湯１との反応による鋳型２０の劣化がなく、鋳型２０の劣化に伴うシリコン鋳塊２品質の低下を防止することができる。
【００３２】
また、鋳型ユニット２１がシリコン鋳塊２とともに引き抜かれていくので、鋳型ユニット２１とシリコン鋳塊２との摺動がなく、シリコン鋳塊２の表面欠陥の発生を防止できる。さらに、シリコン溶湯１と鋳型ユニット２１とが反応して、シリコン鋳塊２と鋳型ユニット２１とが固着してしまっても鋳造を安定して続行することができる。また、最終的に鋳型ユニット２１を破壊してシリコン鋳塊２を製出するので、シリコン鋳塊２の表面品質の向上を図ることができる。
【００３３】
このように、鋳型ユニット２１が順次更新されることによって、反応性の高いシリコン溶湯１と鋳型ユニット２１とが接触しても鋳造時間の経過による鋳型２０の劣化がなく鋳造を続行することができるので、長時間にわたって高品質のシリコン鋳塊２を製出することができる。
【００３４】
鋳型２０の外周側に、鋳型２０の延在方向における温度分布を調整するための温度制御手段１２が設けられており、この温度制御手段１２に配設された溶湯温度調整用コイル１４及び鋳塊温度調整用コイル１５によって、鋳型２０の一方側（上側）の温度が他方側（下側）の温度よりも高く設定されているので、鋳型２０内での凝固が、シリコン鋳塊２側から鋳型２０の一方側（上側）に向けて一方向に進行することになる。このように一方向凝固させることで、不純物元素が固相（シリコン鋳塊２）から液相（シリコン溶湯１）へと排出されて鋳型２０の一方側（上側）に濃縮されることになり、高純度のシリコン鋳塊２を得ることが可能となる。また、シリコンは凝固時に膨張することになるが、液相と固相とが混在する部分がないのでシリコン鋳塊２に割れが生じることを防止でき、高品質のシリコン鋳塊２を製出することができる。
【００３５】
温度制御手段１２には、積層された鋳型ユニット２１同士を熱溶着するための溶着手段として、溶着用加熱コイル１３が配設されているので、鋳型２０の上方から送り込まれた鋳型ユニット２１とこれに隣接する鋳型ユニット２１との界面を加熱して熱溶着させることができる。このように熱溶着して隣接する鋳型ユニット２１同士を一体化させることで、鋳型ユニット２１同士の間に空隙が形成されることを防止でき、シリコン溶湯１がこの空隙に入り込む等のトラブルを未然に防止することができ、安定して鋳造を続行することができる。
【００３６】
本実施形態では、図２に示すように、鋳型ユニット２１の外面に、シリコン鋳塊２の製出方向に沿った溝部２２が形成されているので、シリコン溶湯１が凝固する際の凝固膨張やシリコン鋳塊２の熱変形によって鋳型ユニット２１に応力が作用しても、この溝部２２によって応力を吸収することができ、鋳型ユニット２１の破損を防止できる。これにより、安定して鋳造を続行することができる。
【００３７】
また、鋳型ユニット２１が石英（ＳｉＯ２）で構成されているので、シリコン溶湯１と鋳型ユニット２１とが接触した部分で反応しても、シリコン溶湯１の一部が酸化されるのみであって、不純物がシリコン溶湯１中に混入することを抑制できる。また、鋳型ユニット２１とシリコン溶湯１とが反応して固着しても、鋳型ユニット２１とシリコン鋳塊２をともに引き抜くので、安定して鋳造を続行することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図４に、本発明の第２の実施形態である鋳造装置を示す。
第２の実施形態である鋳造装置３０においては、鋳型４０は有底筒状をなしており、鋳型４０（鋳型ユニット４１）がシリコン鋳塊２とともに下方へと移動される構成とされている。
【００３９】
鋳型４０の下方側には、昇降可能なシャフト部３７とシャフト部３７の上端に接続されたプレート部３８とを有する昇降装置３６が設けられている。また、プレート部３８には、冷却手段（図示なし）が備えられている。
鋳型４０の最も下方側に位置する鋳型ユニット４１は底板４３を備えており、プレート部３８の上にこの底板４３を備えた鋳型ユニット４１が載置されているのである
【００４０】
また、本実施形態である鋳型ユニット４１は、図５に示すように、黒鉛からなるユニット本体４４と、このユニット本体４４の内面側に形成された内層シリカ層４５とで構成されている。この内層シリカ層４５は、１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を有するものであり、ユニット本体４４の内面に、平均粒径１〜１００μｍの溶融シリカ粉末とコロイダルシリカからなるスラリーを塗布又は吹き付けてスラリー層を形成し、このスラリー層の表面に１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を散布してスタッコ層を形成することを繰り返した後、焼成することで成形されている。
【００４１】
この鋳造装置３０によって鋳造する場合には、鋳型４０の上側から鋳型ユニット４１を順次送り込むとともにシリコン溶湯１を供給し、昇降装置３６を下降させることでシリコン鋳塊２と鋳型ユニット４１とを下方に向けて移動する。そして、昇降装置３６を所定の高さまで降下させた時点で鋳造を終了し、シリコン鋳塊２を鋳型ユニット４１とともに外部に取り出した後に、鋳型ユニット４１を破壊してシリコン鋳塊２を得るものである。
【００４２】
この構成の鋳造装置３０によれば、第１の実施形態と同様に、シリコン溶湯１が供給される部分の鋳型ユニット４１が常に更新されることになり、シリコン溶湯１との反応による鋳型４０の劣化がなく、鋳型４０の劣化に伴うシリコン鋳塊２の品質低下を防止することができる。また、鋳型ユニット４１がシリコン鋳塊２とともに移動されるので、鋳型ユニット４１とシリコン鋳塊２との摺動がなく、シリコン鋳塊２の表面欠陥の発生を防止できる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、鋳型ユニット４１が、黒鉛からなるユニット本体４４と、このユニット本体４４の内面側に形成された内層シリカ層４５とで構成されているので、内層シリカ層４５の境界部分で剥離が生じやすくなり、凝固時や製出時にシリコン鋳塊２に応力が作用することを防止できる。
【００４４】
また、内層シリカ層４５が１５０〜２００メッシュの微細溶融シリカ砂を有するものとされているので、鋳型ユニット４１の内面の表面粗さが粗くなることを防止してシリコン鋳塊２の表面品質の向上を図ることができるとともに、内層シリカ層４５を剥離しやすくして、凝固時や製出時にシリコン鋳塊２に応力が作用することを確実に防止することができる。
さらに、安価な黒鉛によってユニット本体４４が構成されており、このユニット本体４４の内面に内層シリカ層４５を設けているので、この鋳型ユニット４１を低コストで製作することができる。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、製出されるシリコン鋳塊２を昇降装置３６によって支持することになるので、簡単な構成の設備でシリコン鋳塊２を効率良く製出することができる。また、プレート部３８に冷却手段（図示なし）が備えられているので、上方に向けて一方向凝固させることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、太陽電池用のシリコン鋳塊を製出するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の金属や半導体等を一方向凝固させた鋳塊を製出するものであってもよい。
【００４７】
また、鋳型ユニットを石英で構成したものや黒鉛からなるユニット本体の内面に内層シリカ層を設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば図６及び図７に示すように、鋳型ユニット５１を、ユニット本体５４の内面に、粒径５０〜３００μｍの微細溶融シリカ砂５８が、０．２〜４．０μｍの窒化ケイ素粉末５７：７５〜９０重量％および残部：ナトリウム１０〜６０００ｐｐｍ含有のシリカ５６からなる混合体素地により結合された構造の内層５５が形成されたものとしてもよい。この鋳型ユニット５１を用いてシリコンを鋳造した場合、シリコン溶湯が接触する内面に設けられた内層５５が、シリカ５６と窒化ケイ素粉末５７との混合体とされているので、シリコン溶湯中への酸素の混入を防止できる。さらに、ユニット本体も黒鉛で構成されたものに限定されることはなく、その他の材質で構成されていてもよい。
鋳型ユニットの材質や構造は、供給される溶湯の性質等を考慮して適宜選択することが好ましい。
【００４８】
また、鋳型の上方開口部から溶湯を供給し、鋳塊を下方に製出するものとして説明したが、鋳塊の製出方向に限定はなく、横方向や斜め方向に鋳塊を製出するものであってもよい。
さらに、溶着用加熱コイルによって隣接する鋳型ユニット同士を熱溶着させる構成として説明したが、溶着方法に限定はなく、例えば鋳型ユニットの外側から電子ビームを照射して熱溶着してもよい。
【００４９】
また、金属シリコン粉末を、いわゆるスカル溶解炉で溶解してシリコン溶湯を生成するように構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、その他の溶解方法で原料を溶解して溶湯を生成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態である鋳造装置の概略説明図である。
【図２】図１に示す鋳造装置に用いられる鋳型ユニットの部分断面図である。
【図３】図１に示す鋳造装置において鋳型内の温度分布を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である鋳造装置の概略説明図である。
【図５】図３に示す鋳造装置に用いられる鋳型ユニットの断面図である。
【図６】鋳型ユニットの他の例を示す断面図である。
【図７】図６に示す鋳型ユニットの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  シリコン溶湯（溶湯）
２  シリコン鋳塊（鋳塊）
１０、３０  鋳造装置
２０、４０、５０  鋳型
２１、４１、５１  鋳型ユニット
２２  溝部
４５  内層シリカ層
５５  内層
５６  シリカ
５７  窒化ケイ素粉末
５８  微細溶融シリカ砂
【図１】
2009113075.tif 000003
【図２】
2009113075.tif 000004
【図３】
2009113075.tif 000005
【図４】
2009113075.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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