特許 6809923 シリコン芯線溶接装置、シリコン芯線の製造方法、および、多結晶シリコンの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6809923

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】シリコン芯線溶接装置、シリコン芯線の製造方法、および、多結晶シリコンの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 13/00 20060101AFI20201221BHJP

   C01B 33/035 20060101ALI20201221BHJP

   B23K 13/08 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   B23K13/00 Z

   C01B33/035

   B23K13/08 510

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-17902(P2017-17902)

(22)【出願日】2017年2月2日

(65)【公開番号】特開2018-122340(P2018-122340A)

(43)【公開日】2018年8月9日

【審査請求日】2019年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】惠本 美樹

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１６６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０５２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−００７１９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５７−００７１９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特公昭４０−０２１４０７（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １３／００、１３／０１、１３／０８

Ｃ０１Ｂ ３３／０３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波発生器に接続され、交番磁界を出力し、かつ、一方の端子から他方の端子に至るまでの形状が、シリコン芯線の溶接部を収容可能な空間を形成するように屈曲する部分を含むワークコイルと、
前記空間に出し入れ可能に設置され、前記空間に挿入された際に前記シリコン芯線を覆い、前記交番磁界により加熱されて前記シリコン芯線の予熱を行う予熱用カーボン部材と、を備え、
前記空間は、２つ仮想面を形成し、該仮想面が間隔をあけて対向するように前記ワークコイルを加工することにより、前記シリコン芯線を２つの前記仮想面に略平行な向きで出し入れできるように開放されており、
前記空間において前記交番磁界による前記シリコン芯線の加熱が行われることを特徴とするシリコン芯線溶接装置。

【請求項2】

前記仮想面は、前記ワークコイルを逆Ｕ字形状に加工することにより形成され、対向する前記逆Ｕ字形状のワークコイルが直列に連続していることを特徴とする請求項１に記載のシリコン芯線溶接装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のシリコン芯線溶接装置によりシリコン芯線を製造する工程を含むシリコン芯線の製造方法。

【請求項4】

請求項３に記載のシリコン芯線の製造方法によりシリコン芯線を製造するシリコン芯線製造工程と、
得られたシリコン芯線を用いて、多結晶シリコンを製造する多結晶シリコン製造工程と、を含む多結晶シリコンの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコン芯線の溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ジーメンス法によるポリシリコン製造用反応器（ベルジャー）に立設するシリコン析出用のシリコン芯線について様々な製造方法が提案されている。例えば、特許文献１〜３には、シリコン析出用のシリコン芯線の製造において、シリコン芯線を軸方向に溶接する方法について記載されている。

【0003】

特許文献１に記載されている芯棒の接続方法は、加熱管の中で２本の芯棒を突き合わせた状態に固定する。次に、加熱管に取り付けられた高周波加熱コイルを予熱リングのところまで下げ、高周波加熱コイルにより赤熱状態にした予熱リングにより下部の芯棒を予熱した後、高周波加熱コイルを付き合わせ部まで上昇させ、同部を加熱し溶接する。

【0004】

特許文献２に記載されているシリコンシードの製造方法は、上側シリコンシード、および下側シリコンシードを同一の軸心上に配置する。次に、高周波誘導加熱コイルの下方に配置されている予熱リングで、下側シリコンシードの上端部を加熱した後、予熱リングを下側シリコンシードの上端部から退避させる。その後、下側シリコンシードを上側シリコンシードと溶接できる位置まで上昇させ、高周波誘導加熱コイルで両シリコンシードの端部を誘導加熱し、溶接する。

【0005】

また、特許文献３に記載されているシリコン細棒の製造方法は、誘導コイルにより加熱された炭素管で片側のシリコン細棒を加熱し、さらに誘導コイルが２本のシリコン細棒の両端部を加熱することで２つのシリコン細棒を融着させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭６３−２４２３３９号公報（１９８８年１０月７日公開）

【特許文献2】特開２０１１−１１６６３４号公報（２０１１年６月１６日公開）

【特許文献3】特開２０１２−６２２４３号公報（２０１２年３月２９日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述のような従来技術は、シリコン芯線を軸方向に溶接する直溶接はできるものの、２本のシリコン芯線をＬ字に溶接する直角溶接ができないという問題がある。

【0008】

また、特許文献１〜３に記載されている方法では、高周波加熱コイル、または予熱管がシリコン芯線を包囲するように配置されている。そのため、シリコン芯線を溶接した後、高周波加熱コイル、または予熱管から溶接した芯棒を引き抜く作業が必要となる。溶接したシリコン芯線を高周波加熱コイル、または予熱管から引き抜く際に、シリコン芯線が高周波加熱コイル、または予熱管に接触すると、シリコン芯線の汚染につながるおそれがある。そのため、引き抜き作業は慎重に行う必要があり、特に、溶接したシリコン芯線が長尺である場合、上記引き抜き作業により、作業効率がわるくなるという問題がある。

【0009】

本発明の一態様は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、直溶接のみならず、直角溶接にも対応可能であり、溶接されるシリコン芯線のセット、取り出しが極めて容易であり、作業効率がよいシリコン芯線溶接装置を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るシリコン芯線溶接装置は、高周波発生器に接続され、交番磁界を出力するワークコイルを備え、該ワークコイルは、一方の端子から他方の端子に至るまでの形状が、シリコン芯線の溶接部を収容可能で、かつ、一方向に開放された空間を形成するように屈曲する部分を含み、前記空間において前記交番磁界による前記シリコン芯線の加熱が行われることを特徴とする。

【0011】

上記構成によれば、一方の端子から他方の端子に至るまでのワークコイルに含まれる屈曲する部分は、シリコン芯線の溶接部を収容可能で、かつ、一方向に開放された空間を形成するように構成されている。そのため、シリコン芯線のワークコイルへのセットは、上記開放部より行うことができる。また、上記空間の一方向が開放されていることで、上記空間への溶接前のシリコン芯線のセット、および溶接後のシリコン芯線の取り出しを、上記開放部より行うことができるため、かかる作業を容易に行うことが可能となる。その結果、二本のシリコン芯線を付き合わせて融着する直溶接において、従来の溶接装置のように閉じられた空間へのシリコン芯線のセット、取り出し作業に対して、極めて効率的にかかる作業を行うことができるばかりでなく、従来の溶接装置では不可能であった、二本のシリコン芯線を例えば直角に付き合わせて融着することも可能な融着装置を実現することができる。

【0012】

また、本発明の一態様に係るシリコン芯線溶接装置は、２つ仮想面を形成し、該仮想面が間隔をあけて対向するように前記ワークコイルを加工することにより、前記空間が形成されることが好ましい。

【0013】

上記構成によれば、対向する２つの仮想面を形成するように一方の端子から他方の端子に至るまでのワークコイルを加工することで前記空間を形成することができる。

【0014】

また、本発明の一態様に係るシリコン芯線溶接装置は、前記仮想面は、前記ワークコイルを逆Ｕ字形状に加工することにより形成され、対向する前記逆Ｕ字形状のワークコイルが直列に連続していることが好ましい。

【0015】

上記構成によれば、一方の端子から他方の端子に至る１本のワークコイルにより対向する２つの仮想面を構成する際の加工が容易である。すなわち、２つの逆Ｕ字形状に加工されたワークコイルは直列に連続、すなわち、それぞれの逆Ｕ字形状コイルの１つの端部同士が連続し、それぞれの他端は、高周波発生器に接続される。

【0016】

そのため、逆Ｕ字形状の端子側の連続部を除き、仮想面を構成する２つの逆Ｕ字形状に加工されたワークコイルにより形成される空間は、開放されている。その結果、シリコン芯線を上記空間に設置する方法のバリエーション、または、予熱用カーボンを上記空間に挿入する方向のバリエーションを増やすことができ、予熱用カーボンを用いる場合においてもシリコン芯線の直溶接、および直角溶接が可能となる。

【0017】

尚、逆Ｕ字形状は、装置の方向によっては、Ｕ字形状となり得る場合もある。

【0018】

また、本発明の一態様に係るシリコン芯線溶接装置は、前記空間に出し入れ可能に設置され、前記空間に挿入した際に前記シリコン芯線の近傍に位置し、前記交番磁界により加熱されて前記シリコン芯線の予熱を行う予熱用カーボン部材を備えていることが好ましい。

【0019】

上記構成によれば、交番磁界により加熱されてシリコン芯線の予熱を行う予熱用カーボン部材が、空間に出し入れ可能に、かつ、空間に挿入した際はシリコン芯線の近傍に位置するように、設置されている。これにより、作業効率を低下させることなく、シリコン芯線の予熱を行うことができる。

【0020】

また、本発明の一態様に係るシリコン芯線の製造方法は、前記シリコン芯線溶接装置によりシリコン芯線を製造する工程を含むことが好ましい。

【0021】

また、本発明の一態様に係る多結晶シリコンの製造方法の製造方法は、前記シリコン芯線の製造方法によりシリコン芯線を製造するシリコン芯線製造工程と、得られたシリコン芯線を用いて、多結晶シリコンを製造する多結晶シリコン製造工程と、を含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一態様によれば、直溶接のみならず、直角溶接にも対応可能であり、溶接されるシリコン芯線のセット、取り出しが極めて容易であり、作業効率がよいシリコン芯線溶接装置を実現できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】（ａ）は本発明の実施形態１に係るシリコン芯線溶接装置の概略構成を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は上記シリコン芯線溶接装置のワークコイルの拡大図である。

【図2】上記シリコン芯線溶接装置の蓋部を外した状態を示す平面図である。

【図3】上記シリコン芯線溶接装置の高周波発生器を模式的に示す図である。

【図4】（ａ）〜（ｄ）は上記シリコン芯線溶接装置におけるシリコン芯線の溶接方法を図１の（ａ）のＡ１方向から見て説明する図である。

【図5】（ａ）〜（ｄ）は上記溶接方法を図１の（ａ）のＢ１方向から見て説明する図である。

【図6】（ａ）〜（ｄ）は上記溶接方法を図１の（ａ）のＣ１方向から見て説明する図である。

【図7】本発明の実施形態２に係るシリコン芯線溶接装置の蓋部を開けた状態を示す斜視図である。

【図8】（ａ）は上記シリコン芯線溶接装置の概略構成を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は上記シリコン芯線溶接装置のワークコイルの拡大図である。

【図9】（ａ）は上記シリコン芯線溶接装置の変形例の概略構成を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は上記シリコン芯線溶接装置のワークコイルの拡大図である。

【図10】（ａ）〜（ｃ）は逆Ｕ字形状のシリコン芯線の製造方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

【0025】

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図６に基づいて説明する。図１の（ａ）は本発明の実施形態１に係るシリコン芯線溶接装置１００の概略構成を模式的に示す斜視図であり、図１の（ｂ）は上記シリコン芯線溶接装置１００のワークコイル３の拡大図である。図２はシリコン芯線溶接装置１００の蓋部を外した状態を示す平面図である。図３はシリコン芯線溶接装置１００の高周波発生器５を模式的に示す図である。

【0026】

（シリコン芯線溶接装置）
シリコン芯線溶接装置１００は、図１〜図３に示すように、筐体１、芯線支持台２、ワークコイル３、予熱部４、および高周波発生器５を備えている。

【0027】

筐体１は、ワークコイル３、および予熱部４を収容し、筐体１の内部でシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接を行う。筐体１は、略直方体である。筐体１は、図２に示すように、底部１１、および、側壁１２・１３・１４・１５を備えている。側壁１２・１３・１４・１５は、略長方形の板部材である。側壁１２・１３・１４・１５は、略長方形の板部材である底部１１の辺に沿って、底部１１と略垂直になるように設けられている。側壁１２と側壁１３とが対向し、側壁１４と側壁１５とが対向するように配置されている。側壁１４の幅方向の中央部には、側壁１４の上端から底部１１に向けて、凹部１４１が形成されている。凹部１４１の幅および高さは溶接するシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の直径よりも大きい。側壁１５の凹部１４１に対向する位置には、凹部１４１と同様に凹部１５１が形成されている。

【0028】

筐体１の外面には、冷却水配管を設置して、筐体１を冷却することができる。また、図示していないが、上記筐体１には蓋を設けることが好ましく、上記蓋には窓を設けることが、筐体１の中の様子が確認することができ、好ましい。また、筐体１には、ダクト等（図示なし）を接続し、溶接時に筐体１の内部に不活性ガス（アルゴン）を充填させることが好ましい。

【0029】

芯線支持台２は、溶接するシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を所定の位置に支持する。芯線支持台２は、略直方体の部材で２層に分かれており、内側の層の上面に溝部２１が形成されている。溝部２１の幅は溶接するシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２が嵌る大きさで形成されており、当該シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を溶接する際に、溝部２１にシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を嵌め、固定することができる。芯線支持台２は２つあり、各芯線支持台２は、溝部２１が凹部１４１または凹部１５１に通じるように、側壁１４・１５に設置されている。

【0030】

なお、本実施形態では、筐体１は略直方体としているが、上記に限らない。例えば、筐体１は卵型であってもよい。筐体１が略直方体の場合、筐体１内部の気体をアルゴンに置換する際に、アルゴンが略直方体の隅の充填に時間がかかる。筐体１を卵型とすることで筐体１内部の気体をアルゴンに置換する時間を短縮することができる。

【0031】

（ワークコイル）
ワークコイル３は、高周波発生器５に接続され、交番磁界を出力する。ワークコイル３は、２つの芯線支持台２間の中央部に配置されており、各芯線支持台２に溶接するシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を配置すると、後述するワークコイル３の第１逆Ｕ字形状部３３、および第２逆Ｕ字形状部３４の間にシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部が配置される。

【0032】

高周波発生器５とワークコイル３との接続例を図３に基づき説明する。高周波発生器５は、高周波用電源５１、絶縁体５２、金属管５３、および高周波発生コイル５４を備えている。高周波用電源５１は一端が高周波発生コイル５４に接続されている。高周波用電源５１から流れる高周波電流により、高周波発生コイル５４では高周波のエネルギが発生する。高周波発生コイル５４で発生した高周波のエネルギは、絶縁体５２を有し、かつ高周波発生コイル５４の外側に間隔をあけて設置されている金属管５３に移る。ワークコイル３の他端３２は、高周波用電源５１の他端に接続され、ワークコイル３の一端３１は金属管５３に接続されている。これにより、高周波のエネルギが金属管５３に移ると、ワークコイル３の空間部に交番磁界が発生する。

【0033】

交番磁界が働いている箇所にシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部を配置すると、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２に電流が流れて加熱され、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を溶接することができる。

【0034】

（ワークコイルの形状）
ワークコイル３は、一方の端子（一端）から他方の端子（他端）に至るまでの形状が、シリコン芯線の溶接部を収容可能で、かつ、一方向に開放された空間を形成するように屈曲する部分を含み、上記空間において交番磁界によるシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の加熱が行われる。上記空間は、２つ仮想面を形成し、該仮想面が間隔をあけて対向するように前記ワークコイル３を加工することにより形成されている。

【0035】

言い換えると、ワークコイル３は、一方の端子（一端）から他方の端子（他端）に至るまでの形状が、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を収容可能な空間を空けて対向する２つの面を成すように屈曲する部分を含む。より具体的には、一端から他端に至るまでのコイルの形状が、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を収容可能な空間をあけて相対する２つの逆Ｕ字形状を形成するように、ワークコイル３が加工されている。これにより、ワークコイル３には、上記空間に交番磁界による加熱を行うための加熱空間部が形成されている。

【0036】

以下に、詳しく説明する。ワークコイル３は、図１の（ｂ）に示すように、ワークコイル３の一端３１（一方の端子）およびワークコイル３の他端３２（他方の端子）との間に、第１逆Ｕ字形状部３３（逆Ｕ字形状）、および第２逆Ｕ字形状部３４（逆Ｕ字形状）を備えている。

【0037】

第１逆Ｕ字形状部３３は、第１コイル部材３３１、第２コイル部材３３２、および接続コイル部材３３３により逆Ｕ字形状が形成されている。第１コイル部材３３１、および第２コイル部材３３２は、側壁１２・１３に略平行かつ底部１１に略垂直なコイル部材である。接続コイル部材３３３は、側壁１２・１３に略平行かつ底部１１に略平行なコイル部材である。接続コイル部材３３３は、第１コイル部材３３１の底部１１とは反対側の端部３３１Ｐ、および第２コイル部材３３２の底部１１とは反対側の端部３３２Ｐを接続する。言い換えると、第１逆Ｕ字形状部３３は、端部３３１Ｐおよび端部３３２Ｐで屈曲し、側壁１２・１３に略平行な１つの仮想面７１を成す。

【0038】

第２逆Ｕ字形状部３４は、第１コイル部材３４１、第２コイル部材３４２、および接続コイル部材３４３により逆Ｕ字形状が形成されている。第１コイル部材３４１、および第２コイル部材３４２は、側壁１２・１３に略平行かつ底部１１に略垂直なコイル部材である。接続コイル部材３４３は、側壁１２・１３に略平行かつ底部１１に略平行なコイル部材である。接続コイル部材３４３は、第１コイル部材３４１の底部１１とは反対側の端部３４１Ｐ、および第２コイル部材３４２の底部１１とは反対側の端部３４２Ｐを接続する。言い換えると、第２逆Ｕ字形状部３４は、端部３４１Ｐおよび端部３４２Ｐで屈曲し、側壁１２・１３に略平行な１つの仮想面７２を成す。

【0039】

第１逆Ｕ字形状部３３、および第２逆Ｕ字形状部３４は、（１）第１コイル部材３３１と第１コイル部材３４１とが対向し、（２）第２コイル部材３３２と第２コイル部材３４２とが対向し、（３）接続コイル部材３３３と接続コイル部材３４３とが対向するように配置されている。これにより、第１逆Ｕ字形状部３３により形成される仮想面７１および第２逆Ｕ字形状部３４により形成される仮想面７２の間には空間（加熱空間）が形成される。

【0040】

第１コイル部材３４１の底部１１側の端部３４１Ｑは、底部１１の中央部に配置されている他端３２を介して高周波発生器５に接続されている。第２コイル部材３３２の底部１１側の端部３３２Ｑは、底部１１の中央部に配置されている一端３１を介して高周波発生器５に接続されている。第１コイル部材３３１の底部１１側の端部３３１Ｑは、第２コイル部材３４２の底部１１側の端部３４２Ｑと接続されている。

【0041】

また、第１逆Ｕ字形状部３３、および、第２逆Ｕ字形状部３４は距離Ｌ１を空けて形成されている。そのため、第１逆Ｕ字形状部３３、および第２逆Ｕ字形状部３４の間は、コイル部材は存在せず、ワークコイル３の上部（接続コイル部材３３３および接続コイル部材３４３との間）は開放されている。

【0042】

さらに、距離Ｌ１はシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の直径よりも長い。そのため、第１逆Ｕ字形状部３３と第２逆Ｕ字形状部３４との間には、接続コイル部材３３３・３４３に沿った状態のシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２が収容可能となる加熱空間が形成される。これにより、接続コイル部材３３３・３４３に沿った状態であれば、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２は、第１逆Ｕ字形状部３３、および、第２逆Ｕ字形状部３４の間において出し入れ可能となる。言い換えると、ワークコイル３における屈曲する部分により形成される２つの面は、２つの面による加熱空間の一方向において、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を上記２つの面に略平行な向きで出し入れ可能に開放されている。

【0043】

ワークコイル３の上部が開放されることにより、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接前の加熱空間へのセット、および、溶接後の加熱空間部からの取り出しが、ワークコイル３に影響されることなくワークコイル３の上部から容易に行うことができる。その結果、シリコン芯線溶接装置１００は、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２をワークコイル３から引き抜く必要がある従来のシリコン芯線溶接装置と比較して、作業効率が向上する。

【0044】

なお、ワークコイル３は、コイル形状でなくても、ワークコイル３によりある程度の加熱空間が形成されれば、交番磁界が作用し、渦電流によるジュール熱が発生するため、溶接箇所の加熱に問題はない。ワークコイル３の磁界が強く働く位置に、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部を配置することが望ましい。

【0045】

また、ワークコイル３は上部からシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２をセットするスタンダードなものであり、筐体１におけるワークコイル３の設置位置は適宜設定可能である。例えば、ワークコイル３が横向き（接続コイル部材３３３、および接続コイル部材３４３が底部１１に略垂直）であってもよい。また、ワークコイル３が逆向き（接続コイル部材３３３、および接続コイル部材３４３が底部１１側に位置する）であってもよい。

【0046】

（予熱部）
予熱部４は、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接箇所の近傍を予熱する。予熱部４は、カーボン部４１（予熱用カーボン部材）を備えている。

【0047】

予熱部４は、カーボン部４１を加熱空間に出し入れ可能となるように、側壁１２に設置されている。カーボン部４１は、加熱空間に挿入した際にシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の近傍に位置し、交番磁界により加熱されてシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の予熱を行う。

【0048】

カーボン部４１は、２枚の板状部材が底部１１と略平行に配置されており、コの字形状を有する。カーボン部４１は、図１の（ａ）に示すように、コの字形状を形成する各板状部材が、接続コイル部材３３３および接続コイル部材３４３と平行になるように、第１逆Ｕ字形状部３３から第２逆Ｕ字形状部３４へ、逆Ｕ字形状の内側に挿入される。逆Ｕ字形状の内側とは、第１コイル部材３３１と第２コイル部材３３２との間、および第１コイル部材３４１と第２コイル部材３４２との間である。その際、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部近傍は、カーボン部４１のコの字の中に納まり、カーボン部４１はシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部近傍を挟む。

【0049】

カーボン部４１の形状はコの字に限らず、下記の（１）および（２）を満たす形状であればよい。（１）ワークコイル３の中にセットでき（挿入でき）、かつ（２）シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２に対して抜き差しできるよう、一部が開放されている形状。また、カーボン部４１は一枚の板部材であってもよい。カーボン部４１が一枚の板状部材であっても、ワークコイル３により渦電流が発生するため、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を予熱することができる。

【0050】

（溶接方法）
シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接方法について、図１、および図４〜図６に基づいて説明する。図４の（ａ）〜図４の（ｄ）は上記シリコン芯線溶接装置１００におけるシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接方法を図１の（ａ）のＡ１方向から見て説明する図である。図５の（ａ）〜図５の（ｄ）は上記溶接方法を図１の（ａ）のＢ１方向から見て説明する図である。図６の（ａ）〜図６の（ｄ）は上記溶接方法を図１の（ａ）のＣ１方向から見て説明する図である。なお、図４の（ａ）、図５の（ａ）、および図６の（ａ）は、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２のセット前の状態を示す。図４の（ｂ）、図５の（ｂ）、および図６の（ｂ）はカーボン部４１によるシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の予熱状態を示す。図４の（ｃ）、図５の（ｃ）、および図６の（ｃ）は、ワークコイル３によるシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の加熱状態を示す。図４の（ｄ）、図５の（ｄ）、および図６の（ｄ）は、溶接完了状態を示す。

【0051】

まず、図４の（ａ）、図５の（ａ）、および図６の（ａ）の状態から、図１の（ａ）に示すように、溶接するシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を芯線支持台２にセットする。その後、カーボン部４１を、図１の（ａ）の破線で示す位置に移動させ、図４の（ｂ）、図５の（ｂ）、および図６の（ｂ）に示すように、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を挟むようにカーボン部４１をワークコイル３内にセットし、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を予熱する。

【0052】

シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を予熱し、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２が赤くなった状態で、図４の（ｃ）、図５の（ｃ）、および図６の（ｃ）に示すようにカーボン部４１をシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２およびワークコイル３から退避させる。その後、一気にワークコイル３の出力を上げることで、図４の（ｄ）、図５の（ｄ）、および図６の（ｄ）に示すように、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を溶接する。符号６０は溶接部を示す。

【0053】

シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の接合部の融着は、図１、および図４〜図６に示すように、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を密着させた状態で加熱して行ってもよいし、間隔をあけてシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２をセットし、端部を加熱溶融せしめた後、密着させることにより行ってもよい。

【0054】

また、シリコン芯線溶接装置１００において、ワークコイル３の上部が開放されていることにより、ワークコイル３内に、シリコン芯線Ｐ２を、シリコン芯線Ｐ１とシリコン芯線Ｐ２とがＬ字形状を形成するように配置することが可能となる。そのため、予熱部４を用いない場合、シリコン芯線溶接装置１００において直角溶接が可能となる。

【0055】

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について図７および図８に基づいて説明する。図７は本実施形態のシリコン芯線溶接装置１００Ａの蓋部１６ａを開けた状態を示す斜視図である。図８の（ａ）は上記シリコン芯線溶接装置１００Ａの概略構成を模式的に示す斜視図であり、図８の（ｂ）は上記シリコン芯線溶接装置１００Ａのワークコイル３ａの拡大図である。

【0056】

（シリコン芯線溶接装置）
シリコン芯線溶接装置１００Ａは、図７、および図８に示すように、筐体１ａ、芯線支持台２ａ、ワークコイル３ａ、予熱部４ａ、および高周波発生器５を備えている。

【0057】

筐体１ａは、ワークコイル３ａ、および予熱部４ａを収容し、筐体１ａの内部でシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接を行う。筐体１ａは、上底部１１ａ、側壁１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ、蓋部１６ａ、および、下底部１９ａを備えている。

【0058】

側壁１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａは、略長方形の板部材である上底部１１ａの辺に沿って、上底部１１ａと略垂直になるように設けられている。側壁１２ａと側壁１３ａとが対向し、側壁１４ａと側壁１５ａとが対向するように配置されている。側壁１４ａおよび側壁１５ａは略長方形の板部材であり、側壁１５ａにおける上底部１１ａからの長さは、側壁１４ａにおける上底部１１ａからの長さよりも長い。

【0059】

また、側壁１５ａの上底部１１ａとは反対側の端部からは、上底部１１ａと平行な下底部１９ａが設けられている。下底部１９ａの幅は側壁１２ａから側壁１３ａまでであり、長さは上底部１１ａよりも短い。これにより、筐体１ａの下底部１９ａ側の一部は開口部が形成されており、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の出し入れが可能となる。また、当該開口部は蓋部１６ａで開閉可能となっている。

【0060】

側壁１４ａの幅方向の中央部には、側壁１４ａの上端（蓋１６ａ側の端部）から上底部１１ａに向けて、凹部１４１ａが形成されている。凹部１４１ａの幅および高さはシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の直径よりも大きい。

【0061】

下底部１９ａの幅方向の中央部には、下底部１９ａの端部（筐体１ａの開口部側の端部）から側壁１５ａに向けて、凹部１９１ａが形成されている。凹部１９１ａの幅および高さはシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の直径よりも大きい。

【0062】

筐体１ａの外面には、冷却水配管を設置して、筐体１ａを冷却することができる。蓋１６ａには窓が設けられており、筐体１ａの中の様子が確認できるようにすることが好ましい。また、筐体１ａには、ダクト等（図示なし）を接続し、溶接時に筐体１ａの内部に不活性ガス（アルゴン）を充填させることが好ましい。

【0063】

芯線支持台２ａは、芯線支持台２と同様の形状であり、溝部２１ａが形成されている。各芯線支持台２ａは、溝部２１ａが凹部１４１ａまたは凹部１９１ａに通じるように、側壁１４ａ、および下底部１９ａに設置されている。

【0064】

（ワークコイル）
次にワークコイル３ａについて説明する。ワークコイル３ａは、ワークコイル３と比較し、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａの向き、および、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａの接続方法が異なり、その他の構成は同じである。

【0065】

ワークコイル３ａは、側壁１４ａに設置されている芯線支持台２ａの溝部２１ａの延長上、かつ、下底部１９ａに設置されている芯線支持台２ａの溝部２１ａの延長上に配置されている。これにより、各芯線支持台２ａにシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を配置すると、後述するワークコイル３ａの第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａの間にシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２がＬ字型に配置される。

【0066】

ワークコイル３ａは、図８の（ｂ）に示すように、ワークコイル３ａの一端３１ａおよびワークコイル３ａの他端３２ａとの間に、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａを備えている。

【0067】

第１逆Ｕ字形状部３３ａは、第１コイル部材３３１ａ、第２コイル部材３３２ａ、および接続コイル部材３３３ａにより逆Ｕ字形状が形成されている。第１コイル部材３３１ａ、および第２コイル部材３３２ａは、上底部１１ａに略平行かつ側壁１４ａ・１５ａに略垂直なコイル部材である。接続コイル部材３３３ａは、側壁１４ａ・１５ａに略平行かつ上底部１１ａに略垂直なコイル部材である。

【0068】

接続コイル部材３３３ａは、第１コイル部材３３１ａの側壁１４ａ側の端部３３１ａＰ、および第２コイル部材３３２ａの側壁１４ａ側の端部３３２ａＰを接続する。言い換えると、第１逆Ｕ字形状部３３ａは、端部３３１ａＰおよび端部３３２ａＰで屈曲し、側壁１２ａ・１３ａに略平行な１つの仮想面７３を成す。

【0069】

第２逆Ｕ字形状部３４ａは、第１コイル部材３４１ａ、第２コイル部材３４２ａ、および接続コイル部材３４３ａにより逆Ｕ字形状が形成されている。第１コイル部材３４１ａ、および第２コイル部材３４２ａは、上底部１１ａに略平行かつ側壁１４ａ・１５ａに略垂直なコイル部材である。接続コイル部材３４３ａは、側壁１４ａ・１５ａに略平行かつ上底部１１ａに略垂直なコイル部材である。

【0070】

接続コイル部材３４３ａは、第１コイル部材３４１ａの側壁１４ａ側の端部３４１ａＰ、および第２コイル部材３４２ａの側壁１４ａ側の端部３４２ａＰを接続する。言い換えると、第２逆Ｕ字形状部３４ａは、端部３４１ａＰおよび端部３４２ａＰで屈曲し、側壁１２ａ・１３ａに略平行な１つの仮想面７４を成す。

【0071】

第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａは、（１）第１コイル部材３３１ａと第１コイル部材３４１ａとが対向し、（２）第２コイル部材３３２ａと第２コイル部材３４２ａとが対向し、（３）接続コイル部材３３３ａと接続コイル部材３４３ａとが対向するように配置されている。これにより、第１逆Ｕ字形状部３３ａにより形成される仮想面７３および第２逆Ｕ字形状部３４ａにより形成される仮想面７４の間には空間（加熱空間）が形成される。

【0072】

さらに、対向する第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａは直列に連続している。具体的には、第１コイル部材３３１ａの側壁１５ａ側の端部３３１ａＱは、上底部１１ａの中央部に配置されている一端３１ａを介して高周波発生器５に接続されている。第１コイル部材３４１ａの側壁１５ａ側の端部３４１ａＱは、上底部１１ａの中央部に配置されている他端３２ａを介して高周波発生器５に接続されている。第２コイル部材３３２ａの側壁１５ａ側の端部３３２ａＱは、第２コイル部材３４２ａの側壁１５ａ側の端部３４２ａＱと接続されている。言い換えると、ワークコイル３ａは、相対する２つの逆Ｕ字形状部３３ａ・３４ａにおいて、対向する一組の辺（第２コイル部材３３２ａ、および第２コイル部材３４２ａ）同士が接続コイル部材３５１に接続されている。これにより、２つの逆Ｕ字形状部３３ａ・３４ａの間に、第２コイル部材３３２ａ、第２コイル部材３４２ａ、および、接続コイル部材３５１により、Ｕ字形状部３５（Ｕ字形状）が形成されている。

【0073】

また、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および、第２逆Ｕ字形状部３４ａは距離Ｌ２を空けて形成されている。そのため、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および第２逆Ｕ字形状部３４ａの間は、コイル部材は存在せず、ワークコイル３ａの上部（接続コイル部材３３３ａおよび接続コイル部材３４３ａとの間）は開放されている。

【0074】

さらに、距離Ｌ２はシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の直径よりも長い。そのため、第１逆Ｕ字形状部３３ａと第２逆Ｕ字形状部３４ａとの間には、接続コイル部材３３３ａ・３４３ａに沿った状態のシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２が収容可能となる加熱空間が形成される。これにより、接続コイル部材３３３ａ・３４３ａに沿った状態のシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２は、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、および、第２逆Ｕ字形状部３４ａの間において出し入れ可能となる。

【0075】

（予熱部）
予熱部４ａは、カーボン部４１ａ（予熱用カーボン部材）を備えている。カーボン部４１ａはカーボン部４１と比較し、ワークコイル３に挿入される方向が異なり、その他の構成は同じである。

【0076】

カーボン部４１ａは、図７および図８の（ａ）に示すように、ワークコイル３ａの側壁１５ａ側から、コの字形状を形成する各板状部材が、第１逆Ｕ字形状部３３ａ、が成す面、および第２逆Ｕ字形状部３４ａが成す面と平行になるようにワークコイル３ａの内側に挿入される。ワークコイル３ａの内側とは、第１コイル部材３３１ａと第１コイル部材３４１ａとの間、および第２コイル部材３３２ａと第２コイル部材３４２ａとの間である。その際、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部近傍は、カーボン部４１ａのコの字の中に納まり、カーボン部４１ａはシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２の溶接部近傍を挟む。

【0077】

つまり、ワークコイル３ａはシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を挿入する部分と、カーボン部４１ａを挿入する部分が開放されており、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２とカーボン部４１ａとが障害なく出し入れできる。そのため、本実施形態によれば、予熱部４ａを用いる場合であっても、直角溶接が可能となる。

【0078】

（変形例）
本発明の実施形態２の変形例であるシリコン芯線溶接装置１００Ｂについて図９に基づいて説明する。図９の（ａ）は、シリコン芯線溶接装置１００Ａの変形例であるシリコン芯線溶接装置１００Ｂの概略構成を模式的に示す斜視図である。図９の（ｂ）は、シリコン芯線溶接装置１００Ｂのワークコイル３ａの拡大図である。シリコン芯線溶接装置１００Ｂは、シリコン芯線溶接装置１００Ａと比較してワークコイル３ａの一端３１ａおよび他端３２ａの接続先が異なり、その他の構成は同様である。シリコン芯線溶接装置１００Ｂによれば、直角溶接だけではなく、直溶接も行うことができるため、溶接の方向性を問わずにシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を溶接することができる。

【0079】

シリコン芯線溶接装置１００Ｂでは、図９の（ａ）・（ｂ）に示すように、ワークコイル３ａの一端３１ａが側壁１２ａに接続されており、他端３２ａが側壁１３ａに接続されている。また、上底部１１ａにおいて下底部１９ａに設置されている芯線支持台２ａに対向する位置に、さらに芯線支持台２ａが設置されている（図示なし）。これにより、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を軸方向に配置する際に上底部１１ａは障害にならないため、シリコン芯線溶接装置１００Ｂにシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を軸方向に並べて配置することができ、直溶接が可能となる。

【0080】

〔実施形態３〕
本実施形態では、シリコン芯線溶接装置１００・１００Ａ・１００Ｂにより製造されたシリコン芯線を用いて製造される多結晶シリコンの製造方法について説明する。本実施形態に係る多結晶シリコンの製造方法は、ベルジャーに設置する逆Ｕ字形状のシリコン芯線にシリコン芯線溶接装置１００・１００Ａ・１００Ｂにより製造されたシリコン芯線を用いる。

【0081】

多結晶シリコンの製造方法として、ジーメンス法による方法が知られている。ジーメンス法による製造方法では、例えば、反応炉内にシリコン芯線を多数配設して加熱しておき、このベルジャーにクロロシランガスと水素ガスとを含む原料ガスを供給して赤熱状態のシリコン芯線に接触させる。そして、接触させたシリコン芯線の表面に原料ガスの熱分解及び水素還元によって多結晶シリコンを円柱状のシリコンロッドとして析出させる（多結晶シリコン製造工程）。

【0082】

この場合、シリコン芯線は、反応炉の底板部に配設した電極に立設状態に固定され、逆Ｕ字形状をなすように固定される。本実施形態では、シリコン芯線溶接装置１００・１００Ａ・１００Ｂを用いることで、シリコン芯線を直角溶接できるので、長尺の逆Ｕ字形状のシリコン芯線を作業効率よく製造することができる。その結果、長尺の逆Ｕ字形状のシリコン芯線を用いて多結晶シリコンを製造することができるので、多結晶シリコンの生産性が向上する。

【0083】

具体的に、図１０に基づき説明する。なお、以下では、シリコン芯線溶接装置１００Ａを用いて逆Ｕ字形状のシリコン芯線を製造する方法を説明する。図１０の（ａ）〜図１０の（ｃ）は逆Ｕ字形状のシリコン芯線の製造方法を説明する図である。まず、図１０の（ａ）に示すように、２本のシリコン芯線Ｐ１・Ｐ２をシリコン芯線溶接装置１００Ａ内にＬ字に配置し、図１０の（ｂ）に示すように、シリコン芯線Ｐ１・Ｐ２を直角溶接する。その後、図１０の（ｃ）に示すように、シリコン芯線Ｐ１に溶接されたシリコン芯線Ｐ２と、他のシリコン芯線Ｐ３とをシリコン芯線溶接装置１００Ａにより直角溶接する。なお、符号６１・６２は溶接部を示す。これにより、逆Ｕ字形状のシリコン芯線を製造することができる（シリコン芯線製造工程）。

【0084】

なお、「シリコン芯線製造工程」と「多結晶シリコン製造工程」とは、時間・空間・人的に、それぞれ個別に行われてもよい。

【0085】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0086】

３ ワークコイル
５ 高周波発生器
３１・３１ａ 一端（一方の端子）
３２・３２ａ 他端（他方の端子）
Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３ シリコン芯線
３３・３３ａ・３４・３４ａ 逆Ｕ字形状部（逆Ｕ字形状）
３５ Ｕ字形状部（Ｕ字形状）
４１ カーボン部（予熱用カーボン部材）
７１・７２・７３・７４ 仮想面
１００・１００Ａ・１００Ｂ シリコン芯線溶接装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】