(第1の実施例)
 以下、本発明が適用されたシリコン加熱急� ��装置10について説明する。本実施例に係る� �リコン加熱急冷装置10は、原料シリコン12に� ��ラックを生じさせることを目的として、原� ��シリコン12を高温に加熱した後、当該原料� �リコン12を水没させて急冷する装置であり、 図1に示すように、大略、シリコン支持装置14 と加熱装置16と水槽18とシリコン支持装置14を 吊り上げるクレーン20とを備えている。

 シリコン支持装置14は、原料シリコン12を 支持し、原料シリコン12を支持した状態で加� ��装置16において加熱され、加熱された後に� �熱装置16から取り出され、さらに原料シリコ ン12を支持した状態で水槽18の中に水没され� �装置であり、図2に示すように、大略、シリ� ��ン支持部22、接触防止材24、固定部材26、当� ��部28および軸部30で構成されている。

 シリコン支持部22は、原料シリコン12を支 持する部材であって、互いに間隔をあけて平 行に配設された複数のパイプ32で構成されて� ��る。

 パイプ32は、ステンレス鋼で形成されて� �り、その内部には、図3に示すように、パイ� ��32を冷却するための冷却媒体Lが通流する内� ��通流路34が形成されている。なお、冷却媒� �Lの通流路については、後ほど説明する。

 また、本実施例に係るシリコン支持部22� �は、図2に示すように、パイプ32同士の間隔� �所定の長さに保持するための保持部材Hがパ� ��プ32の軸方向に直交する向きに所定の数(本� ��施例では、4箇所)配設されている。なお、� �持部材Hは、パイプ32の下面に溶接止めされ� �いる。

 接触防止材24は、シリコン支持部22に原料 シリコン12を載置したとき、原料シリコン12� �パイプ32とが直接に接触することを防止する 部材であり、高純度のチタン製のパイプを半 分に縦割りして(つまり、パイプの中心を通� �面で当該パイプの軸方向に切断して)形成さ� ��ている。また、接触防止材24の内径は、パ� �プ32の外径と略等しくなるように設定されて おり、接触防止材24の内面とパイプ32の外面� �は、互いに面で接触している。さらに、接� �防止材24は、パイプ32の全長に略等しい長さ� ��形成されており、1本のパイプ32に対して1本 の接触防止材が固定されている。また、本実 施例における接触防止材24の厚さは、0.5mmで� �る。なお、運搬や取扱いを容易にするため� �接触防止材24の長さをパイプ32の長さに比べ� ��短く形成し、複数の接触防止材24をその長� �方向に連続して隙間なく並べることにより� �パイプ32の全長をカバーしてもよい。

 固定部材26は、接触防止材24をパイプ32に� ��定するために用いられる高純度のチタン製� ��帯状部材であり、パイプ32の外周長よりも� �や長く形成されている。また、1つの接触防� ��材24をパイプ32に固定するため、複数の固定 部材26がそれぞれ所定の間隔をあけて配設さ� ��ている。

 ここで、本実施例における接触防止材24� �固定方法について、図4を用いて詳述する。� ��ず、パイプ32と接触防止材24と固定部材26と� ��準備し(図4(a))、原料シリコン12が当接する� �置において接触防止材24をパイプ32の外面に� ��り付け、接触防止材24の外面に固定部材26を 配設する(図4(b))。然る後、固定部材26を接触� ��止材24およびパイプ32に巻き付けて、接触防 止材24をパイプ32に固定する。このとき、固� �部材26は、パイプ32の外周長よりもやや長く� ��成されているので、固定部材26の両端部26a� �26bには、若干の余りが生じている。そこで� �固定部材26の一方端部26aを折り返して固定部 材26の他方端部26bを挟み込む(図4(c))。然る後� ��固定部材26の一方端部26aと他方端部26bとを� �体としてパイプ32の外面に沿って折り返す。 以上より、固定部材26による接触防止材24の� �イプ32への固定が完了する(図4(d))。

 当接部28は、図2に示すように、シリコン� ��持部22の端部に配設され、原料シリコン12と 当接する部材であり、当接部本体35と当接部� ��接触防止材36とで構成されている。また、� �実施例では、一対の当接部28が互いに対向す るようにしてシリコン支持部22の両端部に配� ��されている。

 当接部本体35は、パイプの軸方向に対し� �直交する方向に延びる略三角形状の板材で� �り、当接部本体35の内部には、図5に示すよ� �に、冷却媒体Lが通流する内部通流路37が設� �られている。さらに、この内部通流路37は、 当接部本体35の下端部に形成されたパイプ連� ��孔38を介してパイプ32の内部通流路34に連通� ��れているとともに、当接部本体35の上端部� �形成された軸部連通孔40を介して軸部30の内� ��通流路42(後述)に連通されている。すなわち 、パイプ32は、当接部本体35の下端部に接続� �れており、軸部30は、当接部本体35の上端部� ��接続されている。

 当接部用接触防止材36は、原料シリコン12 と当接部本体35との間に介在して原料シリコ� ��12と当接部本体35とが接触することを防止す るチタン製の板状部材であり、図2に示すよ� �に、2つの当接部本体35同士が対向する面に� �れぞれ取り付けられている。以下、当接部� �体35における、当接部用接触防止材36が取り� ��けられた面を当接部本体35の「内面」とよ� �、軸部30が取り付けられた面を当接部本体35� ��「外面」とよぶ。

 当接部用接触防止材36は、図6に示すよう� ��、当接部本体35の内面と略同一の形状を有� �ており、当接部本体35の内面に接続されたパ イプ32と干渉しないように、パイプ32の接続� �置に対応する位置に切り欠き44が設けられて いる。また、当接部用接触防止材36には、当� ��部本体35の内面に設けられたネジ孔(図示せ� ��)に対応する位置に孔46が設けられており、� ��接部用接触防止材36は、孔46を貫通してネジ 孔に螺合されたチタン製のネジ47によって当� ��部本体35の内面に密接するように取り付け� �れている。

 軸部30は、当接部28を構成する当接部本体 35の外面に取り付けられている円柱状部材で� ��り、図5に示すように、内部に内部通流路42� ��有する。また、軸部30には、軸部30の一方端 面(図5における左側端面)を貫通して内部通流 路42と当接部本体35の内部通流路37とを連通す る当接部連通孔48と、軸部30の他方端部にお� �て軸部30の外周面を貫通して内部通流路42に� ��通する冷却媒体給排出孔50とが設けられて� �る。軸部30は、軸部30に設けられた当接部連� ��孔48と、当接部本体35に設けられた軸部連通 孔40とが互いに連通するようにして、当接部� ��体35の上端部に接続されている。すなわち� �一方の軸部30における冷却媒体給排出孔50は� ��軸部30の内部通流路42、一方の当接部本体35� ��内部通流路37、パイプ32の内部通流路34、他� ��の当接部本体35の内部通流路37および他方の 軸部30の内部通流路42を介して他方の軸部30の 冷却媒体給排出孔50に連通している。

 また、軸部30には、シリコン支持装置14を 吊り上げるためのフック52が取り付けられて� ��る。フック52は、軸部30に対して直交する方 向に延びる略長方形状の板材であり、フック 52の中央部には、図7に示すように、軸部30が� ��通する貫通孔54が設けられている。また、� �通孔54を挟んだ上下位置には、シリコン支持 装置14を吊り上げる際にクレーン20のワイヤ� �が掛けられるワイヤー掛け部56がそれぞれ形 成されている。また、フック52は、軸部30の� �手方向に対する略中央において、溶接など� �手段によって軸部30に固着されている。

 加熱装置16は、図1に示すように、その内� ��に原料シリコン12と原料シリコン12を支持し た状態のシリコン支持装置14とを収容し、大� ��圧下で加熱する装置であり、加熱装置16の� �部には、所定の温度まで原料シリコン12を加 熱するヒータ58が設けられている。また、加� ��装置16は、原料シリコン12およびシリコン支 持装置14を収容あるいは取り出す際に加熱装� ��16を開閉する開閉装置(図示せず)を備えてい る。加熱装置16の停止中あるいは加熱中にお� ��て、加熱装置16は閉じた状態になっており� �原料シリコン12およびシリコン支持装置14を� ��容しあるいは取り出すとき、加熱装置16は� �いた状態になる。

 水槽18は、原料シリコン12を急冷するため の水を貯留するものであり、原料シリコン12� ��支持した状態のシリコン支持装置14を水没� �せることができる大きさに形成されている� �なお、本実施例では、原料シリコン12を急冷 するための水として、超純水が使用されてい る。

 クレーン20は、吊り下げたシリコン支持� �置14を加熱装置16から水槽18まで移動させる� �ともに、所定の位置および高さでシリコン� �持装置14を保持するものである。

 本実施例に係るシリコン加熱急冷装置10� �用いて原料シリコン12を加熱し、冷却する手 順について、図8を用いて説明する。

 加熱装置16の電源スイッチ(図示せず)をオ ンにして加熱装置16のヒータ58に給電し、加� �装置16の内部温度を大気圧下で約1,000℃まで� ��温させる。

 また、シリコン支持装置14における一方� �軸部30に形成された冷却媒体給排出孔50およ� ��他方の軸部30に形成された冷却媒体給排出� �50にそれぞれホース59を接続し、一方の軸部3 0の冷却媒体給排出孔50から、該軸部30に冷却� ��体Lを供給する。

 冷却媒体Lの供給量は、シリコン支持装置 14を加熱装置16内で加熱する際、接触防止材24 、固定部材26および当接部用接触防止材36の� �度を380℃以下に維持できるように設定され� �。特に、本実施例では、固定部材26が巻回さ れている位置と固定部材26が巻回されていな� ��位置との間において、接触防止材24の温度� �差が生じることから、冷却媒体Lの供給量を� ��定する際には、固定部材26が巻回されてい� �い位置における接触防止材24の温度が380℃以 下になるようにする必要がある。すなわち、 固定部材26が巻回されている位置では、パイ� ��32と接触防止材24とが密接していることから 、接触防止材24がパイプ32を介して冷却媒体L� ��らの冷却効果を受ける度合いが高い。しか� ��、固定部材26が巻回されていない位置では� �接触防止材24とパイプ32との接触が弱く、当� ��位置における接触防止材24がパイプ32を介し て冷却媒体Lからの冷却効果を受ける度合い� �低い。

 軸部30の内部通流路42に供給された冷却媒 体Lは、一方の当接部本体35、パイプ32および� ��方の当接部本体35を経由して他方の軸部30に 設けられた冷却媒体給排出孔50から排出され� ��。

 加熱装置16内の昇温が完了したことを確� �し、開閉装置により加熱装置16を開いた状態 にする。そして、クレーン20を用いて原料シ� ��コン12を支持した状態のシリコン支持装置14 を加熱装置16内に収容し、加熱装置16を閉じ� �。然る後、昇温された加熱装置16内で原料シ リコン12を約600℃まで加熱する(図8(a))。

 このとき、シリコン支持装置14も同様に� �熱されるが、シリコン支持装置14を構成する パイプ32、当接部本体35および軸部30の内部に は、冷却媒体Lが通流されているので、これ� �の温度が不所望に高くなることはない。ま� �、パイプ32に面で接するように固定された接 触防止材24および固定部材26もパイプ32を介し て冷却媒体Lからの冷却作用を受けるので、� �触防止材24および固定部材26が不所望に高温� ��なって脆化することを回避できる。さらに� ��当接部本体35に密接する当接部用接触防止� �36も当接部本体35を介して冷却媒体Lからの冷 却作用を受けるので、当接部用接触防止材36� ��不所望に高温となって脆化することを回避� ��きる。

 原料シリコン12の加熱を完了した後、加� �装置16を開いた状態にして原料シリコン12お� ��びシリコン支持装置14を取り出し、すぐに� �料シリコン12を支持した状態のシリコン支持 装置14を水槽18に貯留した超純水に水没させ� �(図8(b))。すると、水槽18に貯留された超純水 によって急冷された原料シリコン12にクラッ� ��が生じる。なお、シリコン支持装置14を構� �するパイプ32などの冷却媒体Lによる冷却作� �を受ける部材は、原料シリコン12ほど高温に なっていないので、水槽18に貯留された超純� ��によって冷却されてもクラックや破損が発� ��することはない。

 水槽18内の水で原料シリコン12を十分に冷 却した後、原料シリコン12を水槽18から引き� �げ、原料シリコン12を床に降ろしてシリコン 加熱急冷装置10による原料シリコン12の加熱� �よび急冷が終了する(図8(c))。なお、クラッ� �が生じた原料シリコン12は、非常に脆くなっ ており、軽い衝撃を与えるだけで容易に破砕 することができる。

 本実施例に係るシリコン支持装置14によ� �ば、チタン製の接触防止材24が原料シリコン 12とパイプ32との間に介在し、原料シリコン12 とパイプ32とが接触するのを防止しており、� ��た、この接触防止材24は、固定部材26によっ てパイプ32に固定されている。このため、コ� ��ティングによってパイプ32にチタンを取り� �ける必要がなくなり、コーティング工程に� �けるピンホールの発生を懸念する必要がな� �。また、シリコン支持装置14が加熱と冷却と を交互に受けたときに生じる、パイプ32と接� ��防止材24および固定部材26との間における延 びの違いは、主に固定部材26の伸縮によって� ��収される。このため、接触防止材24がパイ� �32から剥がれ落ちるおそれがない。

 また、万一、接触防止材24や固定部材26が 摩耗するなどの問題が生じても、問題のある 接触防止材24や固定部材26を交換するだけで� �く、シリコン支持装置14を工場などに搬送し て修理を行う必要がない。

 したがって、本実施例によれば、ピンホ� ��ルの発生を懸念する必要がなく、また、接� ��防止材24がパイプ32から剥がれ落ちるおそれ がないことから、原料シリコン12の表面に異� ��が付着して原料シリコン12の純度が低下す� �おそれがなく、さらに、メンテナンスが容� �なシリコン支持装置14およびこれを用いたシ リコン加熱急冷装置10を提供することができ� ��。

 また、固定部材26を巻き付けることによ� �て接触防止材24がパイプ32に固定されている� ��で、接触防止材24の着け外しを簡単に行う� �とができる。したがって、メンテナンスが� �易なシリコン支持装置14を提供することがで きる。

 また、接触防止材24は、パイプを縦割り� �して形成されているので、加熱装置16に収容 されて熱を受けた接触防止材24は板状に広が� ��うとする。ここで、本実施例では、固定部� ��26が接触防止材24に巻回されているので、固 定部材26は、接触防止材24が広がろうとする� �を常に受けることになる。このため、振動� �どによって固定部材26が緩むのを防止できる 。

 また、通常、チタンの表面には、硬度が� ��く、かつ、化学的に安定した性質を有する� ��化チタンが形成されているが、チタンが約3 80℃以上に加熱されると、酸化チタンが接触� ��止材24および固定部材26の表面だけでなくこ れらの内部にまで形成され、接触防止材24お� ��び固定部材26が脆化する。しかし、本実施� �に係るシリコン支持装置14によれば、パイプ 32の内部通流路34には、冷却媒体Lが通流され� ��おり、パイプ32やパイプ32の外面に接して配 設された接触防止材24および固定部材26は冷� �媒体Lによって冷却される。また、当接部本� ��35に密接する当接部用接触防止材36も当接部 本体35を介して冷却媒体Lからの冷却作用を受 けるので、当接部用接触防止材36の表面温度� ��不所望に上昇することはない。このため、� ��リコン支持装置14が原料シリコン12とともに 1000℃の加熱装置16の中で加熱されても、接触 防止材24および固定部材26が不所望に高温と� �って脆化するのを回避することができる。

 さらに、原料シリコン12を支持するシリ� �ン支持部22は、複数のパイプ32で構成されて� ��るので、パイプ32の本数、あるいはパイプ32 同士の間隔を変更することにより、原料シリ コン12の大きさや形状に適したシリコン支持� ��22を構成することができる。

 また、シリコン支持部22の端部に原料シ� �コン12と当接する当接部28が配設されており� ��万一、原料シリコン12がシリコン支持部22の 上をパイプ32の軸方向に移動しても、原料シ� ��コン12は、シリコン支持部22の端部で当接部 28に当接し、それ以上移動しない。したがっ� ��、原料シリコン12がシリコン支持装置14から 転落することを防止できる。

 また、チタン製の当接部用接触防止材36� �原料シリコン12と当接部本体35との間に介在� ��て原料シリコン12と当接部本体35とが接触す ることを防止するので、原料シリコン12の表� ��に異物が付着して原料シリコン12の純度が� �下するおそれがない。

 なお、本実施例では、パイプ32にステン� �ス鋼が用いられているが、パイプ32の材料は ステンレス鋼に限られず、他の材料を使用す ることができる。

 また、接触防止材24は、パイプ32の外面に 接して配設され、原料シリコン12とパイプ32� �の間に介在して原料シリコン12とパイプ32と� ��接触することを防止するチタン製の部材で� ��れば、図9(a)に示すように、断面形状が扇形 になるように形成してもよい。ただし、原料 シリコン12の形状が図9(a)および図9(b)に示す� �うな楔状である場合、楔状の原料シリコン12 の先端部がパイプ32に接触するおそれがある� ��したがって、接触防止材24の形状としては� �本実施例のように、パイプを半分に縦割り� �た形状が好適である(図9(b))。

 また、固定部材26の形状も帯状部材に限� �れず、他の形状を有するものであってもよ� �、例えば、図10に示すように、接触防止材24� ��固定部材26とを一体的に形成してもよい。

 また、本実施例では、原料シリコン12を� �冷するため、シリコン支持装置14に支持され た状態で原料シリコン12を水槽18中に水没さ� �ているが、原料シリコン12を急冷する方法は 、これに限られるものではなく、例えば、液 体窒素などの低温媒体を加熱された原料シリ コン12に吹き付けることによって原料シリコ� ��12を急冷してもよい。

(第2の実施例)
 次に、本発明に係る第2の実施例について、 図11に基づいて説明する。第2の実施例は、上 述した第1の実施例と比較して、個々のパイ� �32に別々の接触防止材24が取り付けられてい� ��のではなく、一枚の接触防止材24がシリコ� �支持部22に取り付けられている点が異なって いる。そこで、以下ではこの接触防止材24に� ��係する事項についてのみ説明し、第2の実施 例に係る他の部分についての構成および作用 効果については、第1の実施例における記載� �援用することとする。

 本実施例の接触防止材24は、複数のパイ� �32全体で構成される仮想曲面に沿うように湾 曲され、多数の通水孔60を有するチタン製の� ��状部材(パンチングメタル)であり、複数の� �イプ32で構成されたシリコン支持部22の上側( すなわち、原料シリコン12を支持する側)にお いて複数のパイプ32上に敷設された後、固定� ��材26によりパイプ32に固定されている。また 、接触防止材24には、図12に示すように、帯� �の固定部材26を貫通させるための固定部材貫 通孔62が2つ一組で設けられている。

 固定部材26による接触防止材24の固定方法 について、図12を用いて具体的に説明する。� ��ず、パイプ32と接触防止材24と固定部材26と� ��準備し(図12(a))、接触防止材24を複数のパイ� ��32上に敷設し、然る後、シリコン支持部22の 上方から固定部材26の両端26a、26bを接触防止� ��24に設けられた固定部材貫通孔62に貫通させ 、接触防止材24の外面に当接するように固定� ��材26を配設する(図12(b))。

 そして、固定部材26をパイプ32に巻回して 接触防止材24をパイプ32に固定するが、この� �き、固定部材26は、パイプ32の外周長よりも� ��や長く形成されているので、固定部材26の� �端部26a、26bには、若干の余りが生じている� �そこで、固定部材26の一方端部26aを折り返し て固定部材26の他方端部26bを挟み込む(図12(c)) 。然る後、固定部材26の一方端部26aと他方端� ��26bとを一体としてパイプ32の外面に沿って� �り返す。以上より、固定部材26による接触防 止材24のパイプ32への固定が完了する(図12(d))� ��

 本実施例によれば、接触防止材24は、複� �のパイプ32上に敷設されており、接触防止材 24が個々のパイプ32に対して別々に取り付け� �れている場合に比べ、少ない手間でシリコ� �支持部22全体に取り付けられた接触防止材24� ��脱着を行うことができる。したがって、メ� ��テナンスが容易なシリコン支持装置14を提� �することができる。

 また、原料シリコン12を支持した状態で� �リコン支持装置14を水没させて原料シリコン 12を急冷し、その後、原料シリコン12を水中� �ら取り出す際、接触防止材24に設けられた通 水孔60を水槽18内の水が通流するので、シリ� �ン支持装置14を水槽18内に水没させやすいと� ��もに、シリコン支持装置14を水中から取り� �す際の水切りがよい。

 なお、本実施例の接触防止材24は、その� �面に通水孔60が設けられているが、シリコン 支持装置14を水没させ易く、かつ、その後に� ��り出し際の水切りがよいものであれば、通� ��孔60を設ける位置は、これに限られるもの� �はない。たとえば、1のパイプ32と当該パイ� �32に隣りあう他のパイプ32との隙間に対応す� ��位置においてのみ、通水孔60を設けてもよ� �。これによれば、パイプ32に対応する位置に 通水孔60がないことから、パイプを半分に縦� ��りすることによって接触防止材24を形成し� �場合のように、原料シリコン12がパイプ32と� ��触するおそれを極小化することができる。

 また、通水孔60の大きさは、原料シリコ� �12がシリコン支持装置14から脱落しないよう� ��、原料シリコン12の大きさ(例えば、直径300m m、長さ1000mm)よりも小さく形成されているこ� ��はいうまでもなく、通水孔60を破砕後の原� �シリコン12の大きさ(例えば、15mm角程度)より も小さく形成することが好適である。加熱し た原料シリコン12を水槽18内に水没させたと� �に小片の原料シリコン12が分離したとき、こ の小片の原料シリコン12がシリコン支持装置1 4から脱落するのを防止できるからである。

 また、接触防止材24の形状についても、� �曲して形成された板状の部材には限られず� �波板状の部材であってもよい。

 さらに、接触防止材24は、本実施例のよ� �なパンチングメタルに限られず、例えばチ� �ンの線材で形成された網を用いることもで� �る。この網の目は、シリコン支持部22が支持 する原料シリコン12の大きさよりも小さく形� ��される必要があることはいうまでもない。

 また、本実施例では、シリコン支持部22� �全面を覆う大きさの接触防止材24が使用され ているが、原料シリコン12とパイプ32とが接� �することを防止できるのであれば、これに� �られず、必要な範囲のみを覆う、より面積� �小さい接触防止材24を使用することができる 。