結晶の製造方法、結晶の製造装置および結晶育成用治具
【課題】ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造し得る結晶の製造方法および結晶の製造装置、およびかかる結晶の製造装置に用いられる結晶育成用治具を提供すること。
【解決手段】本発明の結晶の製造装置は、水熱合成法により人工的に結晶を製造するための装置である。この結晶の製造装置は、溶解液、結晶原料および種子結晶を収納するチャンバー２を有している。また、チャンバー２内には、種子結晶ごとに設けられた結晶育成用治具１３が収納されている。結晶育成用治具１３は、種子結晶の主面の一方を覆うように設けられた第１の面と、第１の面と直交する第２の面と、を有している。そして、結晶育成用治具１３は、チャンバー２の横断面の中心Ｏを囲むように環状に配置され、好ましくは多重の同心円の環状に配置される。
【解決手段】本発明の結晶の製造装置は、水熱合成法により人工的に結晶を製造するための装置である。この結晶の製造装置は、溶解液、結晶原料および種子結晶を収納するチャンバー２を有している。また、チャンバー２内には、種子結晶ごとに設けられた結晶育成用治具１３が収納されている。結晶育成用治具１３は、種子結晶の主面の一方を覆うように設けられた第１の面と、第１の面と直交する第２の面と、を有している。そして、結晶育成用治具１３は、チャンバー２の横断面の中心Ｏを囲むように環状に配置され、好ましくは多重の同心円の環状に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶の製造方法、結晶の製造装置および結晶育成用治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化ケイ素の単結晶である水晶は、圧電デバイスや光学デバイスの原材料として、電子機器、通信機器、光学機器等に大量に使用されている。
このようなデバイス用の水晶は、当初、天然水晶から切り出して製造されていたが、近年は、より良質な水晶を効率よく製造できることから、工業的に育成した人工水晶から切り出す方法が用いられている。特に、光学フィルター等の光学素子用途において、高品質の水晶に対する需要が伸びている。
【０００３】
人工水晶を製造する方法としては、結晶の製造方法の一つである水熱合成法（水熱温度差法、水熱育成法ともいう。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
水熱合成法は、圧力容器（チャンバー）内において、容器下部で水晶原料を溶解液に溶解させるとともに熱対流で循環させ、容器上部に固定した種子結晶に溶解液を接触させることにより、種子結晶を育成して人工水晶を製造する方法である。
【０００４】
水熱合成法では、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を充填したオートクレーブと呼ばれる高圧容器内において、高温高圧下で育成する。この育成法の特徴は、高圧容器内の下部を高温部、上部を低温部として、高圧容器内に温度差を設けることにより、高圧容器下部の高温部でラスカ（屑水晶）と呼ばれる水晶原材料をアルカリ水溶液に溶解させるとともに、高温になったアルカリ水溶液に対流を生じさせることである。この対流により前記溶液は高圧容器上部の低温部に上昇し、ここで冷却されて過飽和溶液となる。その結果、予め高圧容器上部の低温部に吊しておいた水晶の種子結晶上に過飽和状態となった酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の結晶が析出し、結晶が成長する。このようにして人工水晶が製造される。
【０００５】
ところが、水熱合成法では、アルカリ水溶液の対流が円滑に行われないと、人工水晶中にボイドが発生する。このようなボイドが発生すると、人工水晶の品質が低下することとなる。
また、水熱合成法では、アルカリ水溶液中に浮遊するアクマイト等の不純物が成長過程の人工水晶中に取り込まれる不良が発生することも課題となっている。これらの不純物も人工水晶の品質を低下させる一因である。
【０００６】
かかる問題を解決するため、特許文献１では、圧力容器内の種子結晶の収納領域よりも上方に、複数の貫通孔を備え、溶解液の対流量を制御するフィルター部材を設けることにより、フィルター部材より上方の空間における過飽和度を高めることが提案されている。これにより、フィルター部材の上方において不純物粒子の生成が促され、さらにはフィルター部材によって不純物粒子が捕捉されることにより、種子結晶に不純物粒子が付着するのを抑制している。
しかしながら、この装置では、上昇流と下降流との区分けが十分になされないため、溶解液の供給が不足してボイドが発生するおそれがある。また、フィルター部材を使用することによって、圧力容器内において種子結晶を配置し得る容積が少なくなるため、人工水晶の収率が低下するという問題もある。
【０００７】
一方、特許文献１に対して、種子の育成方法において当該種子の配置方法が大きく異なる文献、すなわち、種子結晶のＺ軸の方向が圧力容器（オートクレーブ）の鉛直方向と平行になるように種子結晶を配置して当該種子結晶を育成する方法が記載されている特許文献としては、特許文献２〜４が提案されている。
ところが、特許文献２〜４には、不純物が人工水晶に取り込まれるのを防止することを目的の１つとして、種子結晶の一面に沿うように、すなわちＺ軸に対して直交するように結晶種子の一面に設けられる抑制板について開示されているものの、これらの抑制板を単に用いたとしても、ボイドの発生を十分に抑制することができない。
【０００８】
また、特許文献１と同じように結晶種子を配置する例として、特許文献５には、やはり種子結晶の一面に沿い、Ｚ軸に対して直交するように設けられる治具が開示されており、このような治具を用いることにより、製造後の人工水晶に対してランバード加工を施すことが容易になることが開示されている。しかしながら、特許文献５に記載の方法によっても、ボイドの発生や不純物粒子の取り込みといった不具合を解消することは難しいのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３１２５４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４５９９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４５６９９号公報
【特許文献４】特開２００４−１１５３６４号公報
【特許文献５】特開２００９−１６１３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造し得る結晶の製造方法および結晶の製造装置、およびかかる結晶の製造装置に用いられる結晶育成用治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の結晶の製造方法は、水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成する結晶の製造方法であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着させた第１の面を備える治具を複数枚用い、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記複数の治具が前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されている状態で前記種子結晶を育成することを特徴とする。
これにより、溶解液の対流を制御することができ、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造することができる。
【００１２】
［適用例２］
本発明の結晶の製造方法では、前記治具は前記第１の面に対して直交する第２の面を備え、
前記第２の面を含む部分が前記育成炉の内壁面側に位置するように、かつ、前記第２の面が前記第１の面よりも下方に位置するように、前記治具を配置することが好ましい。
これにより、溶解液の上昇流を種子結晶近傍に進入し易くするとともに、下降流が種子結晶側に逆流するのを抑制することができる。その結果、ボイドの発生と不純物粒子の取り込みとを抑制することができる。
【００１３】
［適用例３］
本発明の結晶の製造方法では、前記種子結晶は、前記主面が育成すべき結晶のＺ軸と直交し、側面が育成すべき結晶のＸ軸と直交するものであり、
前記治具を、前記第２の面を前記種子結晶の前記Ｘ軸の＋方向の面を覆うように密着させた状態で用いることが好ましい。
これにより、品質に優れた−方向の面を確実に成長させることができ、より高品質な結晶を製造することができる。
【００１４】
［適用例４］
本発明の結晶の製造方法では、前記育成炉を前記中心軸に直交する面で見たとき、前記育成炉の内壁の断面は円形をなし、
前記治具の前記第２の面の法線が前記内壁の断面の前記円形の中心を通過するよう前記治具を配置することが好ましい。
これにより、横断面内における溶解液の対流の偏りが抑制され、結晶成長の偏りも抑制されることとなる。その結果、品質あるいは成長速度において均質な結晶を製造することができる。
【００１５】
［適用例５］
本発明の結晶の製造方法では、前記複数の治具を、前記中心を囲む多重の同心円の環状に配置することが好ましい。
これにより、溶解液の流れを阻害することなく、より多数の結晶育成用治具を配置することができる。その結果、結晶の品質を下げることなく、収率を高めることができる。
【００１６】
［適用例６］
本発明の結晶の製造方法では、前記育成炉中には、前記上下方向に沿って複数の棒状体が配置されており、
前記複数の治具を、それぞれ前記棒状体に固定している状態で用いることが好ましい。
これにより、溶解液の対流を維持しつつ、結晶育成用治具を確実に機能させることができる。
【００１７】
［適用例７］
本発明の結晶の製造方法では、前記複数の治具は、前記上下方向に沿って所定の間隔で多段に配置されており、
前記所定の間隔を、
前記棒状体に固定されたスペーサーにより規制し、
かつ、前記種子結晶の育成量以上に設定することが好ましい。
これにより、結晶育成用治具の取り付けを容易かつ確実に行うことができるので、結晶製造の準備を効率よく行うことができる。
【００１８】
［適用例８］
本発明の結晶の製造装置は、内部に溶解液、原料および種子結晶を収納し、上下方向に伸びた筒状をなす育成炉本体と、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着した第１の面を備える複数の治具と、
を備え、
前記複数の治具は、前記各第１の面が前記育成炉本体の上下方向に対して直交するよう配置され、前記育成炉本体の横断面の中心を囲むように配置されていることを特徴とする。
これにより、溶解液の対流を制御することができ、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造可能な結晶の製造装置が得られる。
【００１９】
［適用例９］
本発明の結晶育成用治具は、水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成するのに用いられる結晶育成用治具であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆い得る第１の面と、前記第１の面に対して直交する第２の面と、を含み、
複数個の当該結晶育成用治具が、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されたとき、隣り合う前記結晶育成用治具同士の間が実質的に密着し得るよう構成されていることを特徴とする。
これにより、溶解液の対流を制御することができ、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造する際に好適に用いられる結晶育成用治具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の結晶の製造装置の実施形態を示す概略図（縦断面図）である。
【図２】図１に示す結晶の製造装置のＡ−Ａ線断面図（製造装置内に配置された結晶育成用治具の平面図）である。
【図３】図２に示す結晶育成用治具を固定するための枠の構成を示す正面図である。
【図４】図２に示す結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図である。
【図５】図４に示す結晶育成用治具に種子結晶を固定した状態を示す平面図である。
【図６】図１に示す結晶の製造装置内における溶解液の対流の向きを模式的に示す図である。
【図７】スペーサーの正面図および側面図である。
【図８】従来の結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図である。
【図９】図８に示す結晶育成用治具を用いた従来の結晶の製造装置を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の結晶の製造方法、結晶の製造装置および結晶育成用治具を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
（結晶の製造装置および結晶育成用治具）
図１は、本発明の結晶の製造装置の実施形態を示す概略図（縦断面図）、図２は、図１に示す結晶の製造装置のＡ−Ａ線断面図（製造装置内に配置された結晶育成用治具の平面図）、図３は、図２に示す結晶育成用治具を固定するための枠の構成を示す正面図、図４は、図２に示す結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図、図５は、図４に示す結晶育成用治具に種子結晶を固定した状態を示す平面図、図６は、図１に示す結晶の製造装置内における溶解液の対流の向きを模式的に示す図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」という。
【００２２】
図１に示す結晶の製造装置（オートクレーブ、育成炉）１は、水熱合成法により結晶を育成するための装置である。
この結晶の製造装置１は、結晶の原料を溶解する溶解液５、結晶原料１１および種子結晶１２を収納し、鉛直方向（上下方向）に長い形状をなす育成炉本体であるチャンバー２と、このチャンバー２の外周部に設けられ、チャンバー２を加熱することにより、チャンバー２内において溶解液５に熱対流を生じさせる加熱手段９と、を有している。なお、図１では、種子結晶１２の図示を省略している。
【００２３】
また、チャンバー２内には、種子結晶１２ごとに設けられた結晶育成用治具（本発明の結晶育成用治具）１３が複数個収納されている。結晶育成用治具１３は、種子結晶１２の主面の一方を覆うように設けられた第１の面１３１と、第１の面１３１と直交する第２の面１３２と、を有している。そして、種子結晶１２が固定された複数個の結晶育成用治具１３は、図２に示すように、チャンバー２の中心を囲むように環状に配置されている。
【００２４】
このような結晶育成用治具１３を備えた結晶の製造装置１を用いることにより、溶解液５の対流が円滑になるよう制御されるとともに、種子結晶１２における不純物粒子の付着が防止されるよう制御される。その結果、ボイドの発生や不純物粒子の取り込みが抑制された良質な結晶を効率よく育成することができる。
ここで、水熱合成法により人工的に製造可能な結晶としては、酸化ケイ素の単結晶（水晶）、酸化鉄の単結晶（マグネタイト）、酸化アルミニウムの単結晶（コランダム）、酸化亜鉛の単結晶、硫化亜鉛の単結晶等が挙げられる。以下においては、水晶の製造装置および製造方法を例に説明するが、他の単結晶の製造装置および製造方法については、原料や溶解液、製造条件等が異なる以外、水晶の場合と同様である。以下、結晶の製造装置１の各部について詳述する。
【００２５】
図１に示すチャンバー２は、有底筒状の本体部２ａと、本体部２ａの上部開口を密閉する蓋部２ｂとで構成されている。
本体部２ａの全体形状は、特に限定されないが、断面形状がほぼ円形をなす円筒形状をなしているのが好ましい。これにより、内部に収納された溶解液５を鉛直方向に容易かつ確実に熱対流させることができる。また、後述するように、チャンバー２の内部を加圧する場合には、円筒形状であれば、チャンバー２に対して優れた耐圧性を付与できる。
本体部２ａの寸法は、好ましくは内径３００〜１０００ｍｍ程度、高さ（長さ）５〜２０ｍ程度とされる。
【００２６】
チャンバー２（本体部２ａおよび蓋部２ｂ）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、高張力鋼、ステンレス鋼のような鉄系金属、チタン系金属、アルミ系金属、ニッケル系金属等が挙げられる。これらの中でも高張力鋼が好ましく用いられる。高張力鋼は、引張強度が特に高く、チャンバー２の耐圧力を特に高めることができる。
チャンバー２の耐圧力としては、特に限定されないが、５０ＭＰａ以上であるのが好ましく、１００ＭＰａ以上であるのがより好ましい。水熱合成法では、チャンバー２内に高い圧力を付与することで、溶解液５中により多量の酸化ケイ素（水晶、ＳｉＯ２）を溶解する必要があるが、上記耐圧力であれば、数ヶ月の長期間に渡って高い圧力が付与された場合にも、チャンバー２の破損を確実に防止することができる。
【００２７】
また、チャンバー２（特に、本体部２ａ）の内壁は、溶解液５に対する耐食性がより高い材料で構成するようにしてもよい。このような材料としては、例えば、フッ素樹脂のような樹脂材料、金、白金のような貴金属材料等が挙げられる。
また、チャンバー２には、図示しない加圧手段が設けられている。この加圧手段は、チャンバー２内を加圧するものであり、チャンバー２内を加圧することにより、溶解液５に対する酸化ケイ素の溶解度を高めることができる。また、加圧力を調整することにより、溶解液５に対する酸化ケイ素の溶解度を変化させることもできる。
【００２８】
また、チャンバー２の上部（蓋部２ｂ）には、圧力計２７、安全弁２８が備えられている。圧力計２７により、チャンバー２内の圧力をモニターすることで、チャンバー２内を所定の圧力に維持することができる。また、所定の圧力を超えた場合に安全弁２８が自動的に圧力を解放することで、不要な圧力によるチャンバー２の破損を防止することができる。
【００２９】
チャンバー２の内部には、対流制御板（バッフル板）３がチャンバー２内の空間を上下に仕切るように設けられている。これにより、チャンバー２内には、対流制御板３より下方の第１の空間２１と、対流制御板３より上方の第２の空間２２とが画成されている。
これらの空間のうち、第１の空間２１には、結晶原料１１が収納され、第２の空間２２には、結晶育成用治具１３とこれに固定された種子結晶１２とが収納される。そして、第１の空間２１および第２の空間２２に溶解液５が満たされている。
ここで、水晶原料である結晶原料１１は、水晶を製造するための酸化ケイ素を供給する供給源となるものである。
この結晶原料１１には、例えば、天然水晶の小片であるラスカが用いられる。また、水晶以外の結晶を育成する場合には、各種子結晶の成分を含む鉱物等を用いればよい。
【００３０】
第２の空間２２に収納される種子結晶１２は、結晶を再結晶・成長させるための核となるものである。
この種子結晶１２が種子水晶（水晶種子）であるときには、例えば、Ｙ軸方向に細長い棒状の「Ｙ棒」、Ｙ軸方向に長くＸ軸方向に幅を有する板状の「Ｚ板」等の水晶片等が用いられるが、本発明では特にＺ板が好ましく用いられる。Ｚ板を用いることにより、特に光学特性に優れた人工水晶を育成することができる。
【００３１】
溶解液５は、第１の空間２１に収納された結晶原料１１から溶解した酸化ケイ素を、第１の空間２１から第２の空間２２へと運搬する媒体として機能する。
この溶解液５には、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）水溶液のようなアルカリ溶液、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）水溶液、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）水溶液、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ３）２）水溶液のような溶液等が挙げられるが、アルカリ溶液が好ましい。アルカリ溶液は、酸化ケイ素に対して特に高い溶解度を有することから、酸化ケイ素を運搬する媒体として好適である。
【００３２】
また、アルカリ溶液の中でも、特に水酸化ナトリウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液を用いるのが好ましい。これらのアルカリ溶液は、化学的な安定性が高く、比較的安価であるため、酸化ケイ素を運搬する媒体として特に好適である。
また、溶解液５としてアルカリ溶液を用いる場合、その溶質（アルカリ物質）の濃度は、１重量％以上１０重量％以下程度であるのが好ましく、２重量％以上５重量％以下程度であるのがより好ましい。これにより、チャンバー２の腐食・劣化や、雑晶の生成を最小限に抑制しつつ、最大の水晶の析出速度を得ることができる。
【００３３】
対流制御板３は、第１の空間２１と第２の空間２２との間で対流する溶解液５の対流量を、制御する機能を有するものである。
本実施形態に係る対流制御板３は、溶解液５の通過を許容する貫通孔が複数形成された板状体のもので構成されている。これにより、熱対流に伴って溶解液５が第１の空間２１から第２の空間２２へと上昇、および、第２の空間２２から第１の空間２１へと下降することができる。また、これにより、第１の空間２１と第２の空間２２との間に、前記対流量に応じた温度差を形成することができる。
なお、この対流制御板３では、貫通孔の大きさや数等を適宜設定することにより、溶解液５の対流量を制御することができる。
【００３４】
対流制御板３の貫通孔の開口率は、目的とする溶解液５の対流量に応じて適宜設定され、特に限定されないが、３％以上５０％以下程度であるのが好ましく、５％以上４０％以下程度であるのがより好ましい。これにより、溶解液５の熱対流を適度に制御して、対流制御板３で仕切られる上下の各空間（第１の空間２１と第２の空間２２）の温度差を最適な範囲内に維持することができる。その結果、第１の空間２１と第２の空間２２との間で、溶解液５に対する酸化ケイ素の過飽和度に差が生じさせ、水晶の析出をより確実に制御することが可能となる。具体的には、第２の空間２２における溶解液５に対する酸化ケイ素の過飽和度を、第１の空間２１における溶解液５に対する酸化ケイ素の過飽和度より高くすることにより、過飽和状態となった酸化ケイ素を種子結晶１２の表面に優先的に析出させることができる。
このような対流制御板３の構成材料としては、例えば、チャンバー２の構成材料で挙げた材料と同様の材料を用いることができる。
【００３５】
一方、第２の空間２２には結晶育成用治具１３が収納されている。結晶育成用治具１３は、図４（ａ）に示すように、平面視において細長い略六角形をなす第１の面１３１を有している。そして、６つの辺のうちの１つからは、図４（ｂ）に示すように、第１の面１３１に対して直交する第２の面１３２が立ち上がっている。これらの第１の面１３１および第２の面１３２のそれぞれの側方から見たとき、結晶育成用治具１３は、図４（ｃ）に示すように、板状体をＬ字状に折り曲げたようになっている。また、結晶育成用治具１３は、第２の面１３２を含む部分がチャンバー２の内壁面側に位置するよう配置されている。
【００３６】
このような結晶育成用治具１３には、図５（ａ）に示すように、種子結晶１２の２つの主面のうちの一方が第１の面１３１によって覆われるように種子結晶１２が配置される。そして、図５（ａ）では、結晶育成用治具１３に設けられた固定用孔１３３に緊縛糸１３４を通すことにより、種子結晶１２が緊縛固定されている。図５（ａ）では、平面視において長方形をなす種子結晶１２の２つの短辺近傍が結晶育成用治具１３に対して固定されている。
なお、種子結晶１２の固定方法はこれに限定されず、例えば、図５（ｂ）に示すように種子結晶１２の４つの角部を緊縛糸１３４により固定してもよく、図５（ｃ）に示すように種子結晶１２の短辺全体を緊縛糸１３４により固定してもよい。
緊縛糸１３４としては、例えば、金属繊維、炭素繊維、樹脂繊維等が挙げられる。
【００３７】
種子結晶１２が固定された結晶育成用治具１３は、図２に示すように、チャンバー２の横断面内に複数のものが配置され、その配置は、前記横断面の中心Ｏを囲むような環状に設定される。図２では、結晶育成用治具１３が２重の同心円の環状に配置されており、このうち、内側の１重目では、３枚の結晶育成用治具１３が環状に配置されている一方、外側の２重目では、６枚の結晶育成用治具１３が環状に配置されている。その結果、図２に示す結晶の製造装置１では、１つの前記横断面内において９枚の結晶育成用治具１３が配置されている。なお、図２では、結晶育成用治具１３を固定するための枠体１４およびチャンバー２は破線で図示されており、結晶育成用治具１３および結晶育成用治具１３を枠体１４に固定するためのスペーサー１５は実線で図示されている。
【００３８】
図６は、図１に示す結晶の製造装置１において、溶解液５の対流の向きを矢印で模式的に示す図である。各結晶育成用治具１３は、図６に示すように、第１の面１３１がそれぞれ下方に向き、第２の面１３２が第１の面１３１より下方に位置し、かつ第２の面１３２が前記横断面の中心Ｏを通過する中心軸に向くように、配置されている。
そして、種子結晶１２は、各結晶育成用治具１３の第１の面１３１および第２の面１３２に対して主面および側面がそれぞれ当接するように固定されている。例えば、種子結晶１２がＺ板の場合、主面であるＺ面（育成すべき結晶のＺ軸に直交する面）の一方が第１の面１３１に当接し、側面であるＸ面（育成すべき結晶のＸ軸に直交する面）の一方が第２の面１３２に当接するよう固定されるのが好ましい。これにより、成長速度が速く、高品質な結晶を生み易いＺ面を効率よく成長させることができる。
【００３９】
また、結晶育成用治具１３は、図２に示すように、１つの前記横断面内において９枚が配置されており、かつ、図６に示すように、上下方向において所定の間隔で複数段に配置されている。各結晶育成用治具１３は、それぞれ、図２に示すように枠体１４に固定されている。枠体１４は、図３に示すように、上下方向に伸びる複数の支柱（棒状体）１４１と、複数の支柱１４１を上端、下端および中間部においてそれぞれ固定する固定環１４２と、固定環１４２内において水平方向に設けられた複数の梁１４３と、で構成されている。このような枠体１４は、表面積が小さいため、これに溶解液５の対流を阻害し難い。このため、枠体１４に結晶育成用治具１３を固定することによって、溶解液５の対流を維持しつつ、結晶育成用治具１３を確実に機能させることができる。
【００４０】
各結晶育成用治具１３は、それぞれの長手方向の両端において支柱１４１に固定されている。結晶育成用治具１３には、平面視において、この支柱１４１を嵌め込むための半円状の凹み１３５が形成されている。この凹み１３５に支柱１４１を嵌め込むことにより、隣り合う結晶育成用治具１３は、支柱１４１を包み込むように配置されることとなる。その結果、隣り合う結晶育成用治具１３同士の間は、図２に示すように実質的に密着することとなり、環状に配列した結晶育成用治具１３は、第２の空間２２を内側と外側とに確実に分割することができる。このように空間が分割されると、溶解液５には円滑な対流が生起される。
【００４１】
具体的には、図６に示すように、前記横断面の中心Ｏを通過する中心軸に沿って、昇温した溶解液５により上昇流Ｒが生起される。そして、結晶育成用治具１３の第２の面１３２を含む部分は、チャンバー２の内壁面側に位置するよう配置されているので、反対側（中心軸側）には比較的広い隙間が開くこととなる。このため、溶解液５はこの広い隙間から、所定の間隔で上下方向に並んだ結晶育成用治具１３同士の間に円滑に進入することができる。結晶育成用治具１３同士の上下間に進入した溶解液５は、第１の面１３１および第２の面１３２に当接するよう設けられた種子結晶１２に接触し、酸化ケイ素を析出させて結晶育成に供される。その後、結晶育成に供された溶解液５は、第２の面１３２の下方に開いた隙間から、結晶育成用治具１３とチャンバー２の内壁面との間に形成された空間に出る。この空間には、冷却された溶解液５により下降流Ｄが生起されており、隙間から出た溶解液５もこれに合流する。
【００４２】
このような一連の流れに伴い、種子結晶１２には常に過飽和度の高い溶解液５が円滑に供給され続けることになり、結晶成長中のボイドの発生が抑制される。特に、結晶育成用治具１３が、中心Ｏを囲むように環状に配置されたことにより、その内側と外側とで溶解液５の対流を区分けすることができるため、溶解液５の対流を極めて円滑にすることができるのである。
【００４３】
また、下降流Ｄには上昇流Ｒに比べて不純物粒子が比較的高い濃度で含まれるが、前述したように、第２の面１３２の下方に開いた隙間は比較的狭いこと、および、第１の面１３１との接続線から第２の面１３２が下方に伸びていることにより、下降流Ｄは種子結晶１２側に逆流することが抑制される。その結果、種子結晶１２に不純物粒子が取り込まれるのを抑制することができる。
なお、この不純物粒子としては、育成する結晶が水晶の場合、アクマイト、エメリューサイト、ペクトライト等が挙げられる。
【００４４】
また、図２に示すチャンバー２の内壁面の横断面形状は円形であるから、第２の面１３２の法線がその円の中心を通過するように各結晶育成用治具１３が配置されていることが好ましい。これにより、前記横断面内における溶解液５の対流の偏りが抑制され、結晶成長の偏りも抑制することができる。その結果、品質あるいは成長速度において均質な結晶を製造することができる。
【００４５】
また、種子結晶１２がＺ板の場合、Ｘ面のうち、＋方向の面が第２の面１３２に当接するよう、各結晶育成用治具１３に対して種子結晶１２を固定することが好ましい。Ｘ面においては、＋方向に比べて−方向に成長させた方が結晶の品質が高いので、＋方向の面が成長しないように第２の面１３２に当てておくことにより、品質に優れた−方向の面を確実に成長させることができるとともに、品質の高い結晶の生産性を高め収率を向上させることができる。その結果、より高品質な結晶の製造において、生産性を向上し収率を上げることができる。
【００４６】
なお、種子結晶１２の一方の主面が第１の面１３１に接していることから、種子結晶１２は他方の主面側に成長することとなる。その結果、一方の主面は、育成終了後も種子結晶１２の初期の面そのものであるから、育成後の結晶を加工する際の基準面として利用することができる。例えば水晶の場合、育成後の結晶に対してランバード加工を行うが、この基準面を利用することで、ランバード加工を容易かつ正確に行うことができる。
【００４７】
また、結晶育成用治具１３を、前述したように２重の同心円の環状に配置したことにより、前述したような溶解液５の流れを阻害することなく、より多数の結晶育成用治具１３を配置することができる。その結果、結晶の品質を下げることなく、収率を高めることができる。
また、結晶育成用治具１３は、第２の面１３２が上記のように中心Ｏ側を向き、かつ、第２の面１３２を含む部分がチャンバー２の内壁面側に位置するよう配置されるのが好ましいが、この配置は特に限定されず、例えば第２の面１３２が中心Ｏとは反対側を向いていてもよい。この場合でも、結晶育成用治具１３が環状に配置されていれば、溶解液５の円滑な対流が確保される。
【００４８】
また、上下方向において複数段に結晶育成用治具１３を配置する際には、各結晶育成用治具１３を枠体１４に固定するのにスペーサー１５が用いられる。このスペーサー１５は、結晶育成用治具１３を固定する機能と、結晶育成用治具１３の上下方向の間隔を規制する機能と、を併せ持つものである。このため、スペーサー１５を用いることで、結晶育成用治具１３の取り付けを容易かつ確実に行うことができるので、結晶製造の準備を効率よく行うことができる。
【００４９】
図７は、スペーサー１５の正面図および側面図である。
図７に示すスペーサー１５は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、底面がＵ字状をなすような柱状体である。スペーサー１５の側面には、支柱１４１を嵌め込むことが可能な凹部１５１が設けられている。凹部１５１を支柱１４１に嵌め込むことにより、スペーサー１５の上面および下面がそれぞれ結晶育成用治具１３に当接し、これにより結晶育成用治具１３の上下方向の間隔を規制することができる。
【００５０】
また、スペーサー１５には、図７（ｃ）に示すような切り欠き１５２が形成されている。支柱１４１に設けた突起部にこの切り欠き１５２を係合させることにより、スペーサー１５を支柱１４１に対して容易に固定することができる。なお、支柱１４１に設けた突起部に代えて、ボルト等を切り欠き１５２に挿入し、支柱１４１に対して固定するようにしてもよい。
【００５１】
また、結晶育成用治具１３の平面視形状は、上述したような略六角形に限定されず、例えば長円、楕円等の円形、四角形、五角形、八角形等の多角形等であってもよいが、六角形や八角形のような多角形が好ましく用いられる。このような形状であれば、環状に配列したときに隣り合う結晶育成用治具１３同士の間を実質的に密着させた状態で配置し易く、かつ、多重に同心円の環状に配置したときには内側や外側の結晶育成用治具１３が相互に干渉し難く高密度に配置し易いという利点がある。なお、実質的に密着させた状態とは、結晶育成用治具１３や枠体１４の寸法のバラツキ等の原因により、不可避的に生じる隙間がなければ、理論上は結晶育成用治具１３同士を密着させ得る構造であることをいう。また、図４に示す結晶育成用治具１３の形状は、熱対流に対する抵抗が最小になる形状という点でも有用である。
【００５２】
また、結晶育成用治具１３を構成する材料は、種子結晶１２を固定し得るとともに溶解液５に対して耐久性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、鉄、チタン、アルミニウム、ニッケル、またはこれらの合金のような各種金属系材料、アルミナ、ジルコニア等の各種セラミックス系材料、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のような各種樹脂系材料等が挙げられ、これらの複合材料も用いられる。
このうち、鉄または鉄基合金が特に好ましく用いられる。これにより、結晶育成用治具１３は、十分な機械的強度と化学的安定性とを併せ持つものとなり、長期にわたる結晶の育成期間中も、種子結晶１２を固定し続けることができる。
【００５３】
なお、スペーサー１５および前述した枠体１４の構成材料も、結晶育成用治具１３の構成材料と同様である。
また、結晶育成用治具１３の板厚は、特に限定されないが、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下程度であるのが好ましく、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であるのがより好ましく、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であるのがさらに好ましい。
なお、チャンバー２の横断面において、結晶育成用治具１３が占める割合（遮蔽率）は、面積比で３０％以上９８％以下程度であるのが好ましく、４０％以上９５％以下程度であるのがより好ましく、４０％以上８０％以下程度であるのがさらに好ましい。これにより、溶解液５の円滑な熱対流を確保しつつ、十分な収率を確保することができる。
【００５４】
また、結晶育成用治具１３において、第１の面１３１からの第２の面１３２の立ち上がり高さｈ１（図６参照。）は、種子結晶１２の大きさや育成量およびチャンバー２の大きさ等に応じて適宜設定されるが、一例として１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下程度であるのが好ましく、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。
また、結晶育成用治具１３を上下方向において複数段に配置する場合、上下に隣り合う第１の面１３１の間隔ｈ２（図６参照。）は、前述した比較的広い隙間に相当するものであるが、種子結晶１２の大きさや育成量およびチャンバー２の大きさ等に応じて適宜設定され、一例として、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度であるのが好ましく、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。
【００５５】
さらに、結晶育成用治具１３において、第２の面１３２を含む部分同士の間隔ｈ３（図６参照。）は、前述した比較的狭い隙間に相当するものであり、一例として、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度であるのが好ましく、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。
そして、この間隔ｈ３は、前述した間隔ｈ２の２０％以上５０％以下程度であるのが好ましく、３０％以上４０％以下程度であるのがより好ましい。これにより、間隔ｈ２と間隔ｈ３とのバランスが最適化され、上昇流から間隔ｈ２への流入量を十分に確保しつつ、下降流から間隔ｈ３への逆流を確実に抑制することができる。その結果、ボイドの発生と不純物粒子の取り込みの双方を確実に抑制することができる。
【００５６】
チャンバー２には、その長手方向に沿って加熱手段９が設けられている。
図１に示す加熱手段９は、第１の空間２１に対応する部分に設けられたヒーター９１と、第２の空間２２に対応する部分に設けられたヒーター９２と、で構成されている。
各ヒーター９１、９２は、それぞれ、チャンバー２の外周面に巻き付けられるように取り付けられている。これにより、第１の空間２１および第２の空間２２内の溶解液５を、それぞれチャンバー２の周方向においてムラなく加熱し、溶解液５に鉛直方向の熱対流を確実に生じさせることができる。
【００５７】
このようなヒーター９１、９２は、例えば、シーズヒーター等で構成することができる。このシーズヒーターは、発熱線が金属管中に封入されてなるヒーターであるため、発熱線の酸化等による劣化を抑制し、長期間の連続加熱が可能である。
また、これらのヒーター９１、９２は、図示しない制御手段により、それぞれ独立して出力を制御するよう構成されている。すなわち、第１の空間２１内の溶解液５の温度および第２の空間２２内の溶解液５の温度が、それぞれ異なるように制御し得るよう構成されている。これにより、第１の空間２１内の過飽和度および第２の空間２２内の過飽和度が、それぞれ異なるように調整することができる。
なお、各ヒーター９１、９２は必要に応じて設ければよく、一部を省略してもよい。
【００５８】
（結晶の製造方法）
次に、上述した結晶の製造装置１を用いた結晶の製造方法（本発明の結晶の製造方法）について説明する。
［１］ まず、チャンバー２内の第１の空間２１に結晶原料１１を入れるとともに、第２の空間２２に種子結晶１２を固定した結晶育成用治具１３を取り付ける。そして、チャンバー２内に溶解液５を所定量満たす。
このとき、溶解液５の量（チャンバー２の容積に対する充填率）としては、種子結晶１２が浸される量であり、例えば６０％以上９５％以下程度であるのが好ましく、７０％以上８５％以下程度であるのがより好ましい。
【００５９】
［２］ 次に、チャンバー２の内部を加圧する。
チャンバー２内部を加圧する際の圧力としては、５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下程度であるのが好ましく、９０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下程度であるのがより好ましい。チャンバー２内の圧力が前記範囲を超えると、チャンバー２の耐圧力を高めるために、チャンバー２の構成材料を引張強度のより高い高価な材料に変更したり、チャンバー２の肉厚を厚くする必要が生じ、製造コストの増大につながる。これに対し、チャンバー２内の圧力が前記範囲を下回ると、酸化ケイ素の溶解液５に対する溶解度が低下し、水晶の析出速度が低下するおそれがある。
【００６０】
［３］ 次に、ヒーター９１、９２を制御して、第１の空間２１および第２の空間２２をそれぞれ加熱する。これにより、チャンバー２内は、高温・高圧状態となり、酸化ケイ素の溶解液５に対する溶解度が増加する。その結果、結晶原料１１中の酸化ケイ素が溶解液５中に多量に溶解する。
加熱の際には、チャンバー２内の第１の空間２１および第２の空間２２の溶解液５の温度が、それぞれ異なる温度になるように加熱するのが好ましい。
【００６１】
具体的には、ヒーター９１、９２をそれぞれ制御して、第１の空間２１内の溶解液５の温度より第２の空間２２内の溶解液５の温度が低くなるように加熱するのが好ましい。これにより、チャンバー２内に温度差が生じ、この温度差に伴う熱対流によって、溶解液５に一定の流れが生起する。
すなわち、このような温度差を設けることだけで、第２の空間２２内の過飽和度を第１の空間２１内の過飽和度より高くすることができ、種子結晶１２を成長させることができる。
【００６２】
具体的な温度差としては、第２の空間２２内の溶解液５の温度は、第１の空間２１の溶解液５の温度より２０℃以上６０℃以下程度低くなるよう設定されるのが好ましく、３０℃以上５０℃以下程度低くなるよう設定されるのがより好ましい。これにより、第１の空間２１と第２の空間２２との間に適度な過飽和度の差が生じ、種子結晶１２の成長速度が最適化される。
このような温度差を設けた場合、第１の空間２１内の溶解液５の温度は、好ましくは３６０℃以上４１０℃以下程度、第２の空間２２内の溶解液５の温度は、好ましくは３２０℃以上３６０℃以下程度とされる。
【００６３】
［４］ 前記工程［３］の状態で所定の期間放置することにより、種子結晶１２の表面に水晶を連続的に析出・成長させる。
放置期間（成長期間）は、必要とする水晶（育成する結晶）のサイズや過飽和状態となった水晶（酸化ケイ素）が溶解液から析出する析出速度によっても異なるが、１ヶ月以上６ヶ月以下程度が好ましい。
以上のようにして、結晶が得られる。
【００６４】
このような本発明によれば、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を高い製造歩留まりで製造することができる。そして、結晶育成用治具１３の配置を工夫することにより、不純物粒子の取り込みも抑制された、より良質な結晶を製造することができる。
育成により得られた結晶は、種々の分野で用いられる。例えば、水晶は、水晶発振器、水晶振動子のような水晶デバイス、光学フィルター、波長板のような光学デバイス、ＳＡＷフィルターのような弾性表面波素子等の各種デバイスの原材料として好適に用いられる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の結晶の製造装置および結晶育成用治具を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．人工水晶の作製
（実施例）
図１および図２に示す人工水晶の製造装置を用いて人工水晶を作製した。作製時の条件を以下に示す。
【００６６】
チャンバーの寸法 ：内径６５０ｍｍ×高さ１４ｍ
チャンバーの構成材料 ：高張力鋼
チャンバー内の圧力 ：１３０ＭＰａ
溶解液の組成 ：水酸化ナトリウム水溶液
溶解液の濃度 ：４重量％
溶解液の充填率 ：８５％
種子結晶の種類 ：Ｚ板水晶
種子結晶のサイズ ：長軸２１０ｍｍ、短軸８５ｍｍ
対流制御板の開口率 ：１０％
結晶育成用治具の遮蔽率 ：６０％
第１の面に当接させる結晶面 ：Ｚ面
第２の面に当接させる結晶面 ：Ｘ面の＋方向
第２の面の立ち上がり高さｈ１ ：４０ｍｍ
第１の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：１５ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合：３０％
第１の空間内の溶解液の温度 ：３９０℃
第２の空間内の溶解液の温度 ：３５０℃
育成期間 ：３ヶ月
人工結晶の作製個数 ：１１００個
なお、結晶育成用治具同士の間は実質的に密着していた。
【００６７】
（比較例）
図８および図９に示す結晶育成用治具を用いるようにした以外は、前記実施例と同様にして人工水晶を作製した。なお、図８は、従来の結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図、図９は、図８に示す結晶育成用治具を用いた従来の結晶の製造装置を示す横断面図である。
【００６８】
比較例１において用いた結晶育成用治具８は、細長い略八角形の主部８１と、主部８１の短辺に設けられた側部８２と、を有している。主部８１は、種子結晶１２を固定し得るようになっている。
この結晶育成用治具８は、図９に示すように、チャンバーの横断面内において一定の間隔を保ちながら配置される。なお、図９においては、結晶育成用治具８を実線で、結晶育成用治具８を固定するための台座およびチャンバーの内壁面をそれぞれ破線にて示している。
【００６９】
２．評価
２．１ ボイドの発生の評価
実施例および比較例で得られた各１１００個の人工水晶について、それぞれ人工水晶中に含まれるボイドの発生率、すなわち全１１００個中においてボイドが発生した人工水晶の個数の割合を算出した。その結果を表１に示す。
【００７０】
２．２ 不純物粒子取り込みの評価
実施例および比較例で得られた各１１００個の人工水晶について、それぞれ人工水晶中に含まれる不純物粒子の含有密度（１ｃｍ３当たりの不具合の個数）を算出した。そして、算出結果について、含有密度が低い方から、Ａ級、Ｂ級、Ｃ級、Ｄ級の４段階で評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１から明らかなように、実施例で得られた人工水晶は、Ａ級の割合が９７％と高く、いわゆる良品率が高かった。また、光学素子の中でも特に不具合の許容度が小さい一眼レフカメラ用の光学素子にも適用可能な高品質の人工水晶が高い歩留まりで得られた。
一方、比較例で得られた人工水晶は、Ａ級の割合が７０％未満であり、実施例に比べて良品率が低かった。
以上のことから、本発明によれば、良質な結晶を高い歩留まりで効率よく製造できることが明らかとなった。
【００７３】
３．結晶育成用治具の形状変更による品質比較
前述した実施例で使用した結晶育成用治具の一部の形状を変更したものを用いた以外、前記実施例と同様にして実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄ、実施例Ｅにより人工水晶を製造した。
（実施例Ａ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：５５ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：５ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：１０％
【００７４】
（実施例Ｂ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：４５ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：１０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：２０％
【００７５】
（実施例Ｃ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：３０ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：２０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：４０％
【００７６】
（実施例Ｄ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：１５ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：３０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：６０％
【００７７】
（実施例Ｅ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：１０ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：４０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：８０％
【００７８】
次いで、前述した実施例で得られた人工水晶および上記実施例Ａ〜Ｅで得られた人工水晶について、ボイドの発生率および不純物粒子の含有密度を比較した。その結果、前述した実施例の人工水晶と、実施例Ｂおよび実施例Ｃの人工水晶は、それぞれ同等の品質であった。また、これらに比べ、実施例Ａの人工水晶はボイドの発生率がやや高く、実施例Ｄの人工水晶は不純物粒子の含有密度がやや高かった。さらに、実施例Ｅの人工水晶はボイドの発生率および不純物粒子の含有密度の双方が高かった。
以上の結果から、結晶育成用治具の形状を最適化することにより、ボイドの発生と不純物粒子の取り込みの双方を抑制し得ることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００７９】
１……結晶の製造装置（オートクレーブ、育成炉） ２……チャンバー ２ａ……本体部 ２ｂ……蓋部 ３……対流制御板 １１……結晶原料（ラスカ） １２……種子結晶（水晶種子） １３……結晶育成用治具 １３１……第１の面 １３２……第２の面 １３３……固定用孔 １３４……緊縛糸 １３５……凹み １４……枠体 １４１……支柱 １４２……固定環 １４３……梁 １５……スペーサー １５１……凹部 １５２……切り欠き ２１……第１の空間 ２２……第２の空間 ２７……圧力計 ２８……安全弁 ５……溶解液 ８……結晶育成用治具 ８１……主部 ８２……側部 ９……加熱手段 ９１、９２……ヒーター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶の製造方法、結晶の製造装置および結晶育成用治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化ケイ素の単結晶である水晶は、圧電デバイスや光学デバイスの原材料として、電子機器、通信機器、光学機器等に大量に使用されている。
このようなデバイス用の水晶は、当初、天然水晶から切り出して製造されていたが、近年は、より良質な水晶を効率よく製造できることから、工業的に育成した人工水晶から切り出す方法が用いられている。特に、光学フィルター等の光学素子用途において、高品質の水晶に対する需要が伸びている。
【０００３】
人工水晶を製造する方法としては、結晶の製造方法の一つである水熱合成法（水熱温度差法、水熱育成法ともいう。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
水熱合成法は、圧力容器（チャンバー）内において、容器下部で水晶原料を溶解液に溶解させるとともに熱対流で循環させ、容器上部に固定した種子結晶に溶解液を接触させることにより、種子結晶を育成して人工水晶を製造する方法である。
【０００４】
水熱合成法では、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を充填したオートクレーブと呼ばれる高圧容器内において、高温高圧下で育成する。この育成法の特徴は、高圧容器内の下部を高温部、上部を低温部として、高圧容器内に温度差を設けることにより、高圧容器下部の高温部でラスカ（屑水晶）と呼ばれる水晶原材料をアルカリ水溶液に溶解させるとともに、高温になったアルカリ水溶液に対流を生じさせることである。この対流により前記溶液は高圧容器上部の低温部に上昇し、ここで冷却されて過飽和溶液となる。その結果、予め高圧容器上部の低温部に吊しておいた水晶の種子結晶上に過飽和状態となった酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の結晶が析出し、結晶が成長する。このようにして人工水晶が製造される。
【０００５】
ところが、水熱合成法では、アルカリ水溶液の対流が円滑に行われないと、人工水晶中にボイドが発生する。このようなボイドが発生すると、人工水晶の品質が低下することとなる。
また、水熱合成法では、アルカリ水溶液中に浮遊するアクマイト等の不純物が成長過程の人工水晶中に取り込まれる不良が発生することも課題となっている。これらの不純物も人工水晶の品質を低下させる一因である。
【０００６】
かかる問題を解決するため、特許文献１では、圧力容器内の種子結晶の収納領域よりも上方に、複数の貫通孔を備え、溶解液の対流量を制御するフィルター部材を設けることにより、フィルター部材より上方の空間における過飽和度を高めることが提案されている。これにより、フィルター部材の上方において不純物粒子の生成が促され、さらにはフィルター部材によって不純物粒子が捕捉されることにより、種子結晶に不純物粒子が付着するのを抑制している。
しかしながら、この装置では、上昇流と下降流との区分けが十分になされないため、溶解液の供給が不足してボイドが発生するおそれがある。また、フィルター部材を使用することによって、圧力容器内において種子結晶を配置し得る容積が少なくなるため、人工水晶の収率が低下するという問題もある。
【０００７】
一方、特許文献１に対して、種子の育成方法において当該種子の配置方法が大きく異なる文献、すなわち、種子結晶のＺ軸の方向が圧力容器（オートクレーブ）の鉛直方向と平行になるように種子結晶を配置して当該種子結晶を育成する方法が記載されている特許文献としては、特許文献２〜４が提案されている。
ところが、特許文献２〜４には、不純物が人工水晶に取り込まれるのを防止することを目的の１つとして、種子結晶の一面に沿うように、すなわちＺ軸に対して直交するように結晶種子の一面に設けられる抑制板について開示されているものの、これらの抑制板を単に用いたとしても、ボイドの発生を十分に抑制することができない。
【０００８】
また、特許文献１と同じように結晶種子を配置する例として、特許文献５には、やはり種子結晶の一面に沿い、Ｚ軸に対して直交するように設けられる治具が開示されており、このような治具を用いることにより、製造後の人工水晶に対してランバード加工を施すことが容易になることが開示されている。しかしながら、特許文献５に記載の方法によっても、ボイドの発生や不純物粒子の取り込みといった不具合を解消することは難しいのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３１２５４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４５９９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４５６９９号公報
【特許文献４】特開２００４−１１５３６４号公報
【特許文献５】特開２００９−１６１３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造し得る結晶の製造方法および結晶の製造装置、およびかかる結晶の製造装置に用いられる結晶育成用治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の結晶の製造方法は、水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成する結晶の製造方法であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着させた第１の面を備える治具を複数枚用い、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記複数の治具が前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されている状態で前記種子結晶を育成することを特徴とする。
これにより、溶解液の対流を制御することができ、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造することができる。
【００１２】
［適用例２］
本発明の結晶の製造方法では、前記治具は前記第１の面に対して直交する第２の面を備え、
前記第２の面を含む部分が前記育成炉の内壁面側に位置するように、かつ、前記第２の面が前記第１の面よりも下方に位置するように、前記治具を配置することが好ましい。
これにより、溶解液の上昇流を種子結晶近傍に進入し易くするとともに、下降流が種子結晶側に逆流するのを抑制することができる。その結果、ボイドの発生と不純物粒子の取り込みとを抑制することができる。
【００１３】
［適用例３］
本発明の結晶の製造方法では、前記種子結晶は、前記主面が育成すべき結晶のＺ軸と直交し、側面が育成すべき結晶のＸ軸と直交するものであり、
前記治具を、前記第２の面を前記種子結晶の前記Ｘ軸の＋方向の面を覆うように密着させた状態で用いることが好ましい。
これにより、品質に優れた−方向の面を確実に成長させることができ、より高品質な結晶を製造することができる。
【００１４】
［適用例４］
本発明の結晶の製造方法では、前記育成炉を前記中心軸に直交する面で見たとき、前記育成炉の内壁の断面は円形をなし、
前記治具の前記第２の面の法線が前記内壁の断面の前記円形の中心を通過するよう前記治具を配置することが好ましい。
これにより、横断面内における溶解液の対流の偏りが抑制され、結晶成長の偏りも抑制されることとなる。その結果、品質あるいは成長速度において均質な結晶を製造することができる。
【００１５】
［適用例５］
本発明の結晶の製造方法では、前記複数の治具を、前記中心を囲む多重の同心円の環状に配置することが好ましい。
これにより、溶解液の流れを阻害することなく、より多数の結晶育成用治具を配置することができる。その結果、結晶の品質を下げることなく、収率を高めることができる。
【００１６】
［適用例６］
本発明の結晶の製造方法では、前記育成炉中には、前記上下方向に沿って複数の棒状体が配置されており、
前記複数の治具を、それぞれ前記棒状体に固定している状態で用いることが好ましい。
これにより、溶解液の対流を維持しつつ、結晶育成用治具を確実に機能させることができる。
【００１７】
［適用例７］
本発明の結晶の製造方法では、前記複数の治具は、前記上下方向に沿って所定の間隔で多段に配置されており、
前記所定の間隔を、
前記棒状体に固定されたスペーサーにより規制し、
かつ、前記種子結晶の育成量以上に設定することが好ましい。
これにより、結晶育成用治具の取り付けを容易かつ確実に行うことができるので、結晶製造の準備を効率よく行うことができる。
【００１８】
［適用例８］
本発明の結晶の製造装置は、内部に溶解液、原料および種子結晶を収納し、上下方向に伸びた筒状をなす育成炉本体と、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着した第１の面を備える複数の治具と、
を備え、
前記複数の治具は、前記各第１の面が前記育成炉本体の上下方向に対して直交するよう配置され、前記育成炉本体の横断面の中心を囲むように配置されていることを特徴とする。
これにより、溶解液の対流を制御することができ、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造可能な結晶の製造装置が得られる。
【００１９】
［適用例９］
本発明の結晶育成用治具は、水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成するのに用いられる結晶育成用治具であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆い得る第１の面と、前記第１の面に対して直交する第２の面と、を含み、
複数個の当該結晶育成用治具が、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されたとき、隣り合う前記結晶育成用治具同士の間が実質的に密着し得るよう構成されていることを特徴とする。
これにより、溶解液の対流を制御することができ、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を効率よく製造する際に好適に用いられる結晶育成用治具が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の結晶の製造装置の実施形態を示す概略図（縦断面図）である。
【図２】図１に示す結晶の製造装置のＡ−Ａ線断面図（製造装置内に配置された結晶育成用治具の平面図）である。
【図３】図２に示す結晶育成用治具を固定するための枠の構成を示す正面図である。
【図４】図２に示す結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図である。
【図５】図４に示す結晶育成用治具に種子結晶を固定した状態を示す平面図である。
【図６】図１に示す結晶の製造装置内における溶解液の対流の向きを模式的に示す図である。
【図７】スペーサーの正面図および側面図である。
【図８】従来の結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図である。
【図９】図８に示す結晶育成用治具を用いた従来の結晶の製造装置を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の結晶の製造方法、結晶の製造装置および結晶育成用治具を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
（結晶の製造装置および結晶育成用治具）
図１は、本発明の結晶の製造装置の実施形態を示す概略図（縦断面図）、図２は、図１に示す結晶の製造装置のＡ−Ａ線断面図（製造装置内に配置された結晶育成用治具の平面図）、図３は、図２に示す結晶育成用治具を固定するための枠の構成を示す正面図、図４は、図２に示す結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図、図５は、図４に示す結晶育成用治具に種子結晶を固定した状態を示す平面図、図６は、図１に示す結晶の製造装置内における溶解液の対流の向きを模式的に示す図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」という。
【００２２】
図１に示す結晶の製造装置（オートクレーブ、育成炉）１は、水熱合成法により結晶を育成するための装置である。
この結晶の製造装置１は、結晶の原料を溶解する溶解液５、結晶原料１１および種子結晶１２を収納し、鉛直方向（上下方向）に長い形状をなす育成炉本体であるチャンバー２と、このチャンバー２の外周部に設けられ、チャンバー２を加熱することにより、チャンバー２内において溶解液５に熱対流を生じさせる加熱手段９と、を有している。なお、図１では、種子結晶１２の図示を省略している。
【００２３】
また、チャンバー２内には、種子結晶１２ごとに設けられた結晶育成用治具（本発明の結晶育成用治具）１３が複数個収納されている。結晶育成用治具１３は、種子結晶１２の主面の一方を覆うように設けられた第１の面１３１と、第１の面１３１と直交する第２の面１３２と、を有している。そして、種子結晶１２が固定された複数個の結晶育成用治具１３は、図２に示すように、チャンバー２の中心を囲むように環状に配置されている。
【００２４】
このような結晶育成用治具１３を備えた結晶の製造装置１を用いることにより、溶解液５の対流が円滑になるよう制御されるとともに、種子結晶１２における不純物粒子の付着が防止されるよう制御される。その結果、ボイドの発生や不純物粒子の取り込みが抑制された良質な結晶を効率よく育成することができる。
ここで、水熱合成法により人工的に製造可能な結晶としては、酸化ケイ素の単結晶（水晶）、酸化鉄の単結晶（マグネタイト）、酸化アルミニウムの単結晶（コランダム）、酸化亜鉛の単結晶、硫化亜鉛の単結晶等が挙げられる。以下においては、水晶の製造装置および製造方法を例に説明するが、他の単結晶の製造装置および製造方法については、原料や溶解液、製造条件等が異なる以外、水晶の場合と同様である。以下、結晶の製造装置１の各部について詳述する。
【００２５】
図１に示すチャンバー２は、有底筒状の本体部２ａと、本体部２ａの上部開口を密閉する蓋部２ｂとで構成されている。
本体部２ａの全体形状は、特に限定されないが、断面形状がほぼ円形をなす円筒形状をなしているのが好ましい。これにより、内部に収納された溶解液５を鉛直方向に容易かつ確実に熱対流させることができる。また、後述するように、チャンバー２の内部を加圧する場合には、円筒形状であれば、チャンバー２に対して優れた耐圧性を付与できる。
本体部２ａの寸法は、好ましくは内径３００〜１０００ｍｍ程度、高さ（長さ）５〜２０ｍ程度とされる。
【００２６】
チャンバー２（本体部２ａおよび蓋部２ｂ）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、高張力鋼、ステンレス鋼のような鉄系金属、チタン系金属、アルミ系金属、ニッケル系金属等が挙げられる。これらの中でも高張力鋼が好ましく用いられる。高張力鋼は、引張強度が特に高く、チャンバー２の耐圧力を特に高めることができる。
チャンバー２の耐圧力としては、特に限定されないが、５０ＭＰａ以上であるのが好ましく、１００ＭＰａ以上であるのがより好ましい。水熱合成法では、チャンバー２内に高い圧力を付与することで、溶解液５中により多量の酸化ケイ素（水晶、ＳｉＯ２）を溶解する必要があるが、上記耐圧力であれば、数ヶ月の長期間に渡って高い圧力が付与された場合にも、チャンバー２の破損を確実に防止することができる。
【００２７】
また、チャンバー２（特に、本体部２ａ）の内壁は、溶解液５に対する耐食性がより高い材料で構成するようにしてもよい。このような材料としては、例えば、フッ素樹脂のような樹脂材料、金、白金のような貴金属材料等が挙げられる。
また、チャンバー２には、図示しない加圧手段が設けられている。この加圧手段は、チャンバー２内を加圧するものであり、チャンバー２内を加圧することにより、溶解液５に対する酸化ケイ素の溶解度を高めることができる。また、加圧力を調整することにより、溶解液５に対する酸化ケイ素の溶解度を変化させることもできる。
【００２８】
また、チャンバー２の上部（蓋部２ｂ）には、圧力計２７、安全弁２８が備えられている。圧力計２７により、チャンバー２内の圧力をモニターすることで、チャンバー２内を所定の圧力に維持することができる。また、所定の圧力を超えた場合に安全弁２８が自動的に圧力を解放することで、不要な圧力によるチャンバー２の破損を防止することができる。
【００２９】
チャンバー２の内部には、対流制御板（バッフル板）３がチャンバー２内の空間を上下に仕切るように設けられている。これにより、チャンバー２内には、対流制御板３より下方の第１の空間２１と、対流制御板３より上方の第２の空間２２とが画成されている。
これらの空間のうち、第１の空間２１には、結晶原料１１が収納され、第２の空間２２には、結晶育成用治具１３とこれに固定された種子結晶１２とが収納される。そして、第１の空間２１および第２の空間２２に溶解液５が満たされている。
ここで、水晶原料である結晶原料１１は、水晶を製造するための酸化ケイ素を供給する供給源となるものである。
この結晶原料１１には、例えば、天然水晶の小片であるラスカが用いられる。また、水晶以外の結晶を育成する場合には、各種子結晶の成分を含む鉱物等を用いればよい。
【００３０】
第２の空間２２に収納される種子結晶１２は、結晶を再結晶・成長させるための核となるものである。
この種子結晶１２が種子水晶（水晶種子）であるときには、例えば、Ｙ軸方向に細長い棒状の「Ｙ棒」、Ｙ軸方向に長くＸ軸方向に幅を有する板状の「Ｚ板」等の水晶片等が用いられるが、本発明では特にＺ板が好ましく用いられる。Ｚ板を用いることにより、特に光学特性に優れた人工水晶を育成することができる。
【００３１】
溶解液５は、第１の空間２１に収納された結晶原料１１から溶解した酸化ケイ素を、第１の空間２１から第２の空間２２へと運搬する媒体として機能する。
この溶解液５には、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）水溶液のようなアルカリ溶液、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）水溶液、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）水溶液、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ３）２）水溶液のような溶液等が挙げられるが、アルカリ溶液が好ましい。アルカリ溶液は、酸化ケイ素に対して特に高い溶解度を有することから、酸化ケイ素を運搬する媒体として好適である。
【００３２】
また、アルカリ溶液の中でも、特に水酸化ナトリウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液を用いるのが好ましい。これらのアルカリ溶液は、化学的な安定性が高く、比較的安価であるため、酸化ケイ素を運搬する媒体として特に好適である。
また、溶解液５としてアルカリ溶液を用いる場合、その溶質（アルカリ物質）の濃度は、１重量％以上１０重量％以下程度であるのが好ましく、２重量％以上５重量％以下程度であるのがより好ましい。これにより、チャンバー２の腐食・劣化や、雑晶の生成を最小限に抑制しつつ、最大の水晶の析出速度を得ることができる。
【００３３】
対流制御板３は、第１の空間２１と第２の空間２２との間で対流する溶解液５の対流量を、制御する機能を有するものである。
本実施形態に係る対流制御板３は、溶解液５の通過を許容する貫通孔が複数形成された板状体のもので構成されている。これにより、熱対流に伴って溶解液５が第１の空間２１から第２の空間２２へと上昇、および、第２の空間２２から第１の空間２１へと下降することができる。また、これにより、第１の空間２１と第２の空間２２との間に、前記対流量に応じた温度差を形成することができる。
なお、この対流制御板３では、貫通孔の大きさや数等を適宜設定することにより、溶解液５の対流量を制御することができる。
【００３４】
対流制御板３の貫通孔の開口率は、目的とする溶解液５の対流量に応じて適宜設定され、特に限定されないが、３％以上５０％以下程度であるのが好ましく、５％以上４０％以下程度であるのがより好ましい。これにより、溶解液５の熱対流を適度に制御して、対流制御板３で仕切られる上下の各空間（第１の空間２１と第２の空間２２）の温度差を最適な範囲内に維持することができる。その結果、第１の空間２１と第２の空間２２との間で、溶解液５に対する酸化ケイ素の過飽和度に差が生じさせ、水晶の析出をより確実に制御することが可能となる。具体的には、第２の空間２２における溶解液５に対する酸化ケイ素の過飽和度を、第１の空間２１における溶解液５に対する酸化ケイ素の過飽和度より高くすることにより、過飽和状態となった酸化ケイ素を種子結晶１２の表面に優先的に析出させることができる。
このような対流制御板３の構成材料としては、例えば、チャンバー２の構成材料で挙げた材料と同様の材料を用いることができる。
【００３５】
一方、第２の空間２２には結晶育成用治具１３が収納されている。結晶育成用治具１３は、図４（ａ）に示すように、平面視において細長い略六角形をなす第１の面１３１を有している。そして、６つの辺のうちの１つからは、図４（ｂ）に示すように、第１の面１３１に対して直交する第２の面１３２が立ち上がっている。これらの第１の面１３１および第２の面１３２のそれぞれの側方から見たとき、結晶育成用治具１３は、図４（ｃ）に示すように、板状体をＬ字状に折り曲げたようになっている。また、結晶育成用治具１３は、第２の面１３２を含む部分がチャンバー２の内壁面側に位置するよう配置されている。
【００３６】
このような結晶育成用治具１３には、図５（ａ）に示すように、種子結晶１２の２つの主面のうちの一方が第１の面１３１によって覆われるように種子結晶１２が配置される。そして、図５（ａ）では、結晶育成用治具１３に設けられた固定用孔１３３に緊縛糸１３４を通すことにより、種子結晶１２が緊縛固定されている。図５（ａ）では、平面視において長方形をなす種子結晶１２の２つの短辺近傍が結晶育成用治具１３に対して固定されている。
なお、種子結晶１２の固定方法はこれに限定されず、例えば、図５（ｂ）に示すように種子結晶１２の４つの角部を緊縛糸１３４により固定してもよく、図５（ｃ）に示すように種子結晶１２の短辺全体を緊縛糸１３４により固定してもよい。
緊縛糸１３４としては、例えば、金属繊維、炭素繊維、樹脂繊維等が挙げられる。
【００３７】
種子結晶１２が固定された結晶育成用治具１３は、図２に示すように、チャンバー２の横断面内に複数のものが配置され、その配置は、前記横断面の中心Ｏを囲むような環状に設定される。図２では、結晶育成用治具１３が２重の同心円の環状に配置されており、このうち、内側の１重目では、３枚の結晶育成用治具１３が環状に配置されている一方、外側の２重目では、６枚の結晶育成用治具１３が環状に配置されている。その結果、図２に示す結晶の製造装置１では、１つの前記横断面内において９枚の結晶育成用治具１３が配置されている。なお、図２では、結晶育成用治具１３を固定するための枠体１４およびチャンバー２は破線で図示されており、結晶育成用治具１３および結晶育成用治具１３を枠体１４に固定するためのスペーサー１５は実線で図示されている。
【００３８】
図６は、図１に示す結晶の製造装置１において、溶解液５の対流の向きを矢印で模式的に示す図である。各結晶育成用治具１３は、図６に示すように、第１の面１３１がそれぞれ下方に向き、第２の面１３２が第１の面１３１より下方に位置し、かつ第２の面１３２が前記横断面の中心Ｏを通過する中心軸に向くように、配置されている。
そして、種子結晶１２は、各結晶育成用治具１３の第１の面１３１および第２の面１３２に対して主面および側面がそれぞれ当接するように固定されている。例えば、種子結晶１２がＺ板の場合、主面であるＺ面（育成すべき結晶のＺ軸に直交する面）の一方が第１の面１３１に当接し、側面であるＸ面（育成すべき結晶のＸ軸に直交する面）の一方が第２の面１３２に当接するよう固定されるのが好ましい。これにより、成長速度が速く、高品質な結晶を生み易いＺ面を効率よく成長させることができる。
【００３９】
また、結晶育成用治具１３は、図２に示すように、１つの前記横断面内において９枚が配置されており、かつ、図６に示すように、上下方向において所定の間隔で複数段に配置されている。各結晶育成用治具１３は、それぞれ、図２に示すように枠体１４に固定されている。枠体１４は、図３に示すように、上下方向に伸びる複数の支柱（棒状体）１４１と、複数の支柱１４１を上端、下端および中間部においてそれぞれ固定する固定環１４２と、固定環１４２内において水平方向に設けられた複数の梁１４３と、で構成されている。このような枠体１４は、表面積が小さいため、これに溶解液５の対流を阻害し難い。このため、枠体１４に結晶育成用治具１３を固定することによって、溶解液５の対流を維持しつつ、結晶育成用治具１３を確実に機能させることができる。
【００４０】
各結晶育成用治具１３は、それぞれの長手方向の両端において支柱１４１に固定されている。結晶育成用治具１３には、平面視において、この支柱１４１を嵌め込むための半円状の凹み１３５が形成されている。この凹み１３５に支柱１４１を嵌め込むことにより、隣り合う結晶育成用治具１３は、支柱１４１を包み込むように配置されることとなる。その結果、隣り合う結晶育成用治具１３同士の間は、図２に示すように実質的に密着することとなり、環状に配列した結晶育成用治具１３は、第２の空間２２を内側と外側とに確実に分割することができる。このように空間が分割されると、溶解液５には円滑な対流が生起される。
【００４１】
具体的には、図６に示すように、前記横断面の中心Ｏを通過する中心軸に沿って、昇温した溶解液５により上昇流Ｒが生起される。そして、結晶育成用治具１３の第２の面１３２を含む部分は、チャンバー２の内壁面側に位置するよう配置されているので、反対側（中心軸側）には比較的広い隙間が開くこととなる。このため、溶解液５はこの広い隙間から、所定の間隔で上下方向に並んだ結晶育成用治具１３同士の間に円滑に進入することができる。結晶育成用治具１３同士の上下間に進入した溶解液５は、第１の面１３１および第２の面１３２に当接するよう設けられた種子結晶１２に接触し、酸化ケイ素を析出させて結晶育成に供される。その後、結晶育成に供された溶解液５は、第２の面１３２の下方に開いた隙間から、結晶育成用治具１３とチャンバー２の内壁面との間に形成された空間に出る。この空間には、冷却された溶解液５により下降流Ｄが生起されており、隙間から出た溶解液５もこれに合流する。
【００４２】
このような一連の流れに伴い、種子結晶１２には常に過飽和度の高い溶解液５が円滑に供給され続けることになり、結晶成長中のボイドの発生が抑制される。特に、結晶育成用治具１３が、中心Ｏを囲むように環状に配置されたことにより、その内側と外側とで溶解液５の対流を区分けすることができるため、溶解液５の対流を極めて円滑にすることができるのである。
【００４３】
また、下降流Ｄには上昇流Ｒに比べて不純物粒子が比較的高い濃度で含まれるが、前述したように、第２の面１３２の下方に開いた隙間は比較的狭いこと、および、第１の面１３１との接続線から第２の面１３２が下方に伸びていることにより、下降流Ｄは種子結晶１２側に逆流することが抑制される。その結果、種子結晶１２に不純物粒子が取り込まれるのを抑制することができる。
なお、この不純物粒子としては、育成する結晶が水晶の場合、アクマイト、エメリューサイト、ペクトライト等が挙げられる。
【００４４】
また、図２に示すチャンバー２の内壁面の横断面形状は円形であるから、第２の面１３２の法線がその円の中心を通過するように各結晶育成用治具１３が配置されていることが好ましい。これにより、前記横断面内における溶解液５の対流の偏りが抑制され、結晶成長の偏りも抑制することができる。その結果、品質あるいは成長速度において均質な結晶を製造することができる。
【００４５】
また、種子結晶１２がＺ板の場合、Ｘ面のうち、＋方向の面が第２の面１３２に当接するよう、各結晶育成用治具１３に対して種子結晶１２を固定することが好ましい。Ｘ面においては、＋方向に比べて−方向に成長させた方が結晶の品質が高いので、＋方向の面が成長しないように第２の面１３２に当てておくことにより、品質に優れた−方向の面を確実に成長させることができるとともに、品質の高い結晶の生産性を高め収率を向上させることができる。その結果、より高品質な結晶の製造において、生産性を向上し収率を上げることができる。
【００４６】
なお、種子結晶１２の一方の主面が第１の面１３１に接していることから、種子結晶１２は他方の主面側に成長することとなる。その結果、一方の主面は、育成終了後も種子結晶１２の初期の面そのものであるから、育成後の結晶を加工する際の基準面として利用することができる。例えば水晶の場合、育成後の結晶に対してランバード加工を行うが、この基準面を利用することで、ランバード加工を容易かつ正確に行うことができる。
【００４７】
また、結晶育成用治具１３を、前述したように２重の同心円の環状に配置したことにより、前述したような溶解液５の流れを阻害することなく、より多数の結晶育成用治具１３を配置することができる。その結果、結晶の品質を下げることなく、収率を高めることができる。
また、結晶育成用治具１３は、第２の面１３２が上記のように中心Ｏ側を向き、かつ、第２の面１３２を含む部分がチャンバー２の内壁面側に位置するよう配置されるのが好ましいが、この配置は特に限定されず、例えば第２の面１３２が中心Ｏとは反対側を向いていてもよい。この場合でも、結晶育成用治具１３が環状に配置されていれば、溶解液５の円滑な対流が確保される。
【００４８】
また、上下方向において複数段に結晶育成用治具１３を配置する際には、各結晶育成用治具１３を枠体１４に固定するのにスペーサー１５が用いられる。このスペーサー１５は、結晶育成用治具１３を固定する機能と、結晶育成用治具１３の上下方向の間隔を規制する機能と、を併せ持つものである。このため、スペーサー１５を用いることで、結晶育成用治具１３の取り付けを容易かつ確実に行うことができるので、結晶製造の準備を効率よく行うことができる。
【００４９】
図７は、スペーサー１５の正面図および側面図である。
図７に示すスペーサー１５は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、底面がＵ字状をなすような柱状体である。スペーサー１５の側面には、支柱１４１を嵌め込むことが可能な凹部１５１が設けられている。凹部１５１を支柱１４１に嵌め込むことにより、スペーサー１５の上面および下面がそれぞれ結晶育成用治具１３に当接し、これにより結晶育成用治具１３の上下方向の間隔を規制することができる。
【００５０】
また、スペーサー１５には、図７（ｃ）に示すような切り欠き１５２が形成されている。支柱１４１に設けた突起部にこの切り欠き１５２を係合させることにより、スペーサー１５を支柱１４１に対して容易に固定することができる。なお、支柱１４１に設けた突起部に代えて、ボルト等を切り欠き１５２に挿入し、支柱１４１に対して固定するようにしてもよい。
【００５１】
また、結晶育成用治具１３の平面視形状は、上述したような略六角形に限定されず、例えば長円、楕円等の円形、四角形、五角形、八角形等の多角形等であってもよいが、六角形や八角形のような多角形が好ましく用いられる。このような形状であれば、環状に配列したときに隣り合う結晶育成用治具１３同士の間を実質的に密着させた状態で配置し易く、かつ、多重に同心円の環状に配置したときには内側や外側の結晶育成用治具１３が相互に干渉し難く高密度に配置し易いという利点がある。なお、実質的に密着させた状態とは、結晶育成用治具１３や枠体１４の寸法のバラツキ等の原因により、不可避的に生じる隙間がなければ、理論上は結晶育成用治具１３同士を密着させ得る構造であることをいう。また、図４に示す結晶育成用治具１３の形状は、熱対流に対する抵抗が最小になる形状という点でも有用である。
【００５２】
また、結晶育成用治具１３を構成する材料は、種子結晶１２を固定し得るとともに溶解液５に対して耐久性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、鉄、チタン、アルミニウム、ニッケル、またはこれらの合金のような各種金属系材料、アルミナ、ジルコニア等の各種セラミックス系材料、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のような各種樹脂系材料等が挙げられ、これらの複合材料も用いられる。
このうち、鉄または鉄基合金が特に好ましく用いられる。これにより、結晶育成用治具１３は、十分な機械的強度と化学的安定性とを併せ持つものとなり、長期にわたる結晶の育成期間中も、種子結晶１２を固定し続けることができる。
【００５３】
なお、スペーサー１５および前述した枠体１４の構成材料も、結晶育成用治具１３の構成材料と同様である。
また、結晶育成用治具１３の板厚は、特に限定されないが、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下程度であるのが好ましく、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であるのがより好ましく、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であるのがさらに好ましい。
なお、チャンバー２の横断面において、結晶育成用治具１３が占める割合（遮蔽率）は、面積比で３０％以上９８％以下程度であるのが好ましく、４０％以上９５％以下程度であるのがより好ましく、４０％以上８０％以下程度であるのがさらに好ましい。これにより、溶解液５の円滑な熱対流を確保しつつ、十分な収率を確保することができる。
【００５４】
また、結晶育成用治具１３において、第１の面１３１からの第２の面１３２の立ち上がり高さｈ１（図６参照。）は、種子結晶１２の大きさや育成量およびチャンバー２の大きさ等に応じて適宜設定されるが、一例として１５ｍｍ以上６０ｍｍ以下程度であるのが好ましく、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。
また、結晶育成用治具１３を上下方向において複数段に配置する場合、上下に隣り合う第１の面１３１の間隔ｈ２（図６参照。）は、前述した比較的広い隙間に相当するものであるが、種子結晶１２の大きさや育成量およびチャンバー２の大きさ等に応じて適宜設定され、一例として、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度であるのが好ましく、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。
【００５５】
さらに、結晶育成用治具１３において、第２の面１３２を含む部分同士の間隔ｈ３（図６参照。）は、前述した比較的狭い隙間に相当するものであり、一例として、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度であるのが好ましく、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。
そして、この間隔ｈ３は、前述した間隔ｈ２の２０％以上５０％以下程度であるのが好ましく、３０％以上４０％以下程度であるのがより好ましい。これにより、間隔ｈ２と間隔ｈ３とのバランスが最適化され、上昇流から間隔ｈ２への流入量を十分に確保しつつ、下降流から間隔ｈ３への逆流を確実に抑制することができる。その結果、ボイドの発生と不純物粒子の取り込みの双方を確実に抑制することができる。
【００５６】
チャンバー２には、その長手方向に沿って加熱手段９が設けられている。
図１に示す加熱手段９は、第１の空間２１に対応する部分に設けられたヒーター９１と、第２の空間２２に対応する部分に設けられたヒーター９２と、で構成されている。
各ヒーター９１、９２は、それぞれ、チャンバー２の外周面に巻き付けられるように取り付けられている。これにより、第１の空間２１および第２の空間２２内の溶解液５を、それぞれチャンバー２の周方向においてムラなく加熱し、溶解液５に鉛直方向の熱対流を確実に生じさせることができる。
【００５７】
このようなヒーター９１、９２は、例えば、シーズヒーター等で構成することができる。このシーズヒーターは、発熱線が金属管中に封入されてなるヒーターであるため、発熱線の酸化等による劣化を抑制し、長期間の連続加熱が可能である。
また、これらのヒーター９１、９２は、図示しない制御手段により、それぞれ独立して出力を制御するよう構成されている。すなわち、第１の空間２１内の溶解液５の温度および第２の空間２２内の溶解液５の温度が、それぞれ異なるように制御し得るよう構成されている。これにより、第１の空間２１内の過飽和度および第２の空間２２内の過飽和度が、それぞれ異なるように調整することができる。
なお、各ヒーター９１、９２は必要に応じて設ければよく、一部を省略してもよい。
【００５８】
（結晶の製造方法）
次に、上述した結晶の製造装置１を用いた結晶の製造方法（本発明の結晶の製造方法）について説明する。
［１］ まず、チャンバー２内の第１の空間２１に結晶原料１１を入れるとともに、第２の空間２２に種子結晶１２を固定した結晶育成用治具１３を取り付ける。そして、チャンバー２内に溶解液５を所定量満たす。
このとき、溶解液５の量（チャンバー２の容積に対する充填率）としては、種子結晶１２が浸される量であり、例えば６０％以上９５％以下程度であるのが好ましく、７０％以上８５％以下程度であるのがより好ましい。
【００５９】
［２］ 次に、チャンバー２の内部を加圧する。
チャンバー２内部を加圧する際の圧力としては、５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下程度であるのが好ましく、９０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下程度であるのがより好ましい。チャンバー２内の圧力が前記範囲を超えると、チャンバー２の耐圧力を高めるために、チャンバー２の構成材料を引張強度のより高い高価な材料に変更したり、チャンバー２の肉厚を厚くする必要が生じ、製造コストの増大につながる。これに対し、チャンバー２内の圧力が前記範囲を下回ると、酸化ケイ素の溶解液５に対する溶解度が低下し、水晶の析出速度が低下するおそれがある。
【００６０】
［３］ 次に、ヒーター９１、９２を制御して、第１の空間２１および第２の空間２２をそれぞれ加熱する。これにより、チャンバー２内は、高温・高圧状態となり、酸化ケイ素の溶解液５に対する溶解度が増加する。その結果、結晶原料１１中の酸化ケイ素が溶解液５中に多量に溶解する。
加熱の際には、チャンバー２内の第１の空間２１および第２の空間２２の溶解液５の温度が、それぞれ異なる温度になるように加熱するのが好ましい。
【００６１】
具体的には、ヒーター９１、９２をそれぞれ制御して、第１の空間２１内の溶解液５の温度より第２の空間２２内の溶解液５の温度が低くなるように加熱するのが好ましい。これにより、チャンバー２内に温度差が生じ、この温度差に伴う熱対流によって、溶解液５に一定の流れが生起する。
すなわち、このような温度差を設けることだけで、第２の空間２２内の過飽和度を第１の空間２１内の過飽和度より高くすることができ、種子結晶１２を成長させることができる。
【００６２】
具体的な温度差としては、第２の空間２２内の溶解液５の温度は、第１の空間２１の溶解液５の温度より２０℃以上６０℃以下程度低くなるよう設定されるのが好ましく、３０℃以上５０℃以下程度低くなるよう設定されるのがより好ましい。これにより、第１の空間２１と第２の空間２２との間に適度な過飽和度の差が生じ、種子結晶１２の成長速度が最適化される。
このような温度差を設けた場合、第１の空間２１内の溶解液５の温度は、好ましくは３６０℃以上４１０℃以下程度、第２の空間２２内の溶解液５の温度は、好ましくは３２０℃以上３６０℃以下程度とされる。
【００６３】
［４］ 前記工程［３］の状態で所定の期間放置することにより、種子結晶１２の表面に水晶を連続的に析出・成長させる。
放置期間（成長期間）は、必要とする水晶（育成する結晶）のサイズや過飽和状態となった水晶（酸化ケイ素）が溶解液から析出する析出速度によっても異なるが、１ヶ月以上６ヶ月以下程度が好ましい。
以上のようにして、結晶が得られる。
【００６４】
このような本発明によれば、ボイドの発生が抑制された良質な結晶を高い製造歩留まりで製造することができる。そして、結晶育成用治具１３の配置を工夫することにより、不純物粒子の取り込みも抑制された、より良質な結晶を製造することができる。
育成により得られた結晶は、種々の分野で用いられる。例えば、水晶は、水晶発振器、水晶振動子のような水晶デバイス、光学フィルター、波長板のような光学デバイス、ＳＡＷフィルターのような弾性表面波素子等の各種デバイスの原材料として好適に用いられる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の結晶の製造装置および結晶育成用治具を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．人工水晶の作製
（実施例）
図１および図２に示す人工水晶の製造装置を用いて人工水晶を作製した。作製時の条件を以下に示す。
【００６６】
チャンバーの寸法 ：内径６５０ｍｍ×高さ１４ｍ
チャンバーの構成材料 ：高張力鋼
チャンバー内の圧力 ：１３０ＭＰａ
溶解液の組成 ：水酸化ナトリウム水溶液
溶解液の濃度 ：４重量％
溶解液の充填率 ：８５％
種子結晶の種類 ：Ｚ板水晶
種子結晶のサイズ ：長軸２１０ｍｍ、短軸８５ｍｍ
対流制御板の開口率 ：１０％
結晶育成用治具の遮蔽率 ：６０％
第１の面に当接させる結晶面 ：Ｚ面
第２の面に当接させる結晶面 ：Ｘ面の＋方向
第２の面の立ち上がり高さｈ１ ：４０ｍｍ
第１の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：１５ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合：３０％
第１の空間内の溶解液の温度 ：３９０℃
第２の空間内の溶解液の温度 ：３５０℃
育成期間 ：３ヶ月
人工結晶の作製個数 ：１１００個
なお、結晶育成用治具同士の間は実質的に密着していた。
【００６７】
（比較例）
図８および図９に示す結晶育成用治具を用いるようにした以外は、前記実施例と同様にして人工水晶を作製した。なお、図８は、従来の結晶育成用治具の１つの拡大図および２方向からの側面図、図９は、図８に示す結晶育成用治具を用いた従来の結晶の製造装置を示す横断面図である。
【００６８】
比較例１において用いた結晶育成用治具８は、細長い略八角形の主部８１と、主部８１の短辺に設けられた側部８２と、を有している。主部８１は、種子結晶１２を固定し得るようになっている。
この結晶育成用治具８は、図９に示すように、チャンバーの横断面内において一定の間隔を保ちながら配置される。なお、図９においては、結晶育成用治具８を実線で、結晶育成用治具８を固定するための台座およびチャンバーの内壁面をそれぞれ破線にて示している。
【００６９】
２．評価
２．１ ボイドの発生の評価
実施例および比較例で得られた各１１００個の人工水晶について、それぞれ人工水晶中に含まれるボイドの発生率、すなわち全１１００個中においてボイドが発生した人工水晶の個数の割合を算出した。その結果を表１に示す。
【００７０】
２．２ 不純物粒子取り込みの評価
実施例および比較例で得られた各１１００個の人工水晶について、それぞれ人工水晶中に含まれる不純物粒子の含有密度（１ｃｍ３当たりの不具合の個数）を算出した。そして、算出結果について、含有密度が低い方から、Ａ級、Ｂ級、Ｃ級、Ｄ級の４段階で評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１から明らかなように、実施例で得られた人工水晶は、Ａ級の割合が９７％と高く、いわゆる良品率が高かった。また、光学素子の中でも特に不具合の許容度が小さい一眼レフカメラ用の光学素子にも適用可能な高品質の人工水晶が高い歩留まりで得られた。
一方、比較例で得られた人工水晶は、Ａ級の割合が７０％未満であり、実施例に比べて良品率が低かった。
以上のことから、本発明によれば、良質な結晶を高い歩留まりで効率よく製造できることが明らかとなった。
【００７３】
３．結晶育成用治具の形状変更による品質比較
前述した実施例で使用した結晶育成用治具の一部の形状を変更したものを用いた以外、前記実施例と同様にして実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄ、実施例Ｅにより人工水晶を製造した。
（実施例Ａ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：５５ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：５ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：１０％
【００７４】
（実施例Ｂ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：４５ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：１０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：２０％
【００７５】
（実施例Ｃ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：３０ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：２０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：４０％
【００７６】
（実施例Ｄ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：１５ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：３０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：６０％
【００７７】
（実施例Ｅ）
結晶育成用治具の立ち上がり高さｈ１ ：１０ｍｍ
第２の面の間隔ｈ２ ：５０ｍｍ
第２の面を含む部分の間隔ｈ３ ：４０ｍｍ
間隔ｈ２に対する間隔ｈ３の割合 ：８０％
【００７８】
次いで、前述した実施例で得られた人工水晶および上記実施例Ａ〜Ｅで得られた人工水晶について、ボイドの発生率および不純物粒子の含有密度を比較した。その結果、前述した実施例の人工水晶と、実施例Ｂおよび実施例Ｃの人工水晶は、それぞれ同等の品質であった。また、これらに比べ、実施例Ａの人工水晶はボイドの発生率がやや高く、実施例Ｄの人工水晶は不純物粒子の含有密度がやや高かった。さらに、実施例Ｅの人工水晶はボイドの発生率および不純物粒子の含有密度の双方が高かった。
以上の結果から、結晶育成用治具の形状を最適化することにより、ボイドの発生と不純物粒子の取り込みの双方を抑制し得ることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００７９】
１……結晶の製造装置（オートクレーブ、育成炉） ２……チャンバー ２ａ……本体部 ２ｂ……蓋部 ３……対流制御板 １１……結晶原料（ラスカ） １２……種子結晶（水晶種子） １３……結晶育成用治具 １３１……第１の面 １３２……第２の面 １３３……固定用孔 １３４……緊縛糸 １３５……凹み １４……枠体 １４１……支柱 １４２……固定環 １４３……梁 １５……スペーサー １５１……凹部 １５２……切り欠き ２１……第１の空間 ２２……第２の空間 ２７……圧力計 ２８……安全弁 ５……溶解液 ８……結晶育成用治具 ８１……主部 ８２……側部 ９……加熱手段 ９１、９２……ヒーター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成する結晶の製造方法であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着させた第１の面を備える治具を複数枚用い、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記複数の治具が前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されている状態で前記種子結晶を育成することを特徴とする結晶の製造方法。
【請求項２】
前記治具は前記第１の面に対して直交する第２の面を備え、
前記第２の面を含む部分が前記育成炉の内壁面側に位置するように、かつ、前記第２の面が前記第１の面よりも下方に位置するように、前記治具を配置する請求項１に記載の結晶の製造方法。
【請求項３】
前記種子結晶は、前記主面が育成すべき結晶のＺ軸と直交し、側面が育成すべき結晶のＸ軸と直交するものであり、
前記治具を、前記第２の面を前記種子結晶の前記Ｘ軸の＋方向の面を覆うように密着させた状態で用いる請求項２に記載の結晶の製造方法。
【請求項４】
前記育成炉を前記中心軸に直交する面で見たとき、前記育成炉の内壁の断面は円形をなし、
前記治具の前記第２の面の法線が前記内壁の断面の前記円形の中心を通過するよう前記治具を配置する請求項２または３に記載の結晶の製造方法。
【請求項５】
前記複数の治具を、前記中心を囲む多重の同心円の環状に配置する請求項１ないし４のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項６】
前記育成炉中には、前記上下方向に沿って複数の棒状体が配置されており、
前記複数の治具を、それぞれ前記棒状体に固定している状態で用いる請求項１ないし５のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項７】
前記複数の治具は、前記上下方向に沿って所定の間隔で多段に配置されており、
前記所定の間隔を、
前記棒状体に固定されたスペーサーにより規制し、
かつ、前記種子結晶の育成量以上に設定する請求項６に記載の結晶の製造方法。
【請求項８】
内部に溶解液、原料および種子結晶を収納し、上下方向に伸びた筒状をなす育成炉本体と、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着した第１の面を備える複数の治具と、
を備え、
前記複数の治具は、前記各第１の面が前記育成炉本体の上下方向に対して直交するよう配置され、前記育成炉本体の横断面の中心を囲むように配置されていることを特徴とする結晶の製造装置。
【請求項９】
水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成するのに用いられる結晶育成用治具であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆い得る第１の面と、前記第１の面に対して直交する第２の面と、を含み、
複数個の当該結晶育成用治具が、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されたとき、隣り合う前記結晶育成用治具同士の間が実質的に密着し得るよう構成されていることを特徴とする結晶育成用治具。
【請求項１】
水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成する結晶の製造方法であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着させた第１の面を備える治具を複数枚用い、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記複数の治具が前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されている状態で前記種子結晶を育成することを特徴とする結晶の製造方法。
【請求項２】
前記治具は前記第１の面に対して直交する第２の面を備え、
前記第２の面を含む部分が前記育成炉の内壁面側に位置するように、かつ、前記第２の面が前記第１の面よりも下方に位置するように、前記治具を配置する請求項１に記載の結晶の製造方法。
【請求項３】
前記種子結晶は、前記主面が育成すべき結晶のＺ軸と直交し、側面が育成すべき結晶のＸ軸と直交するものであり、
前記治具を、前記第２の面を前記種子結晶の前記Ｘ軸の＋方向の面を覆うように密着させた状態で用いる請求項２に記載の結晶の製造方法。
【請求項４】
前記育成炉を前記中心軸に直交する面で見たとき、前記育成炉の内壁の断面は円形をなし、
前記治具の前記第２の面の法線が前記内壁の断面の前記円形の中心を通過するよう前記治具を配置する請求項２または３に記載の結晶の製造方法。
【請求項５】
前記複数の治具を、前記中心を囲む多重の同心円の環状に配置する請求項１ないし４のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項６】
前記育成炉中には、前記上下方向に沿って複数の棒状体が配置されており、
前記複数の治具を、それぞれ前記棒状体に固定している状態で用いる請求項１ないし５のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項７】
前記複数の治具は、前記上下方向に沿って所定の間隔で多段に配置されており、
前記所定の間隔を、
前記棒状体に固定されたスペーサーにより規制し、
かつ、前記種子結晶の育成量以上に設定する請求項６に記載の結晶の製造方法。
【請求項８】
内部に溶解液、原料および種子結晶を収納し、上下方向に伸びた筒状をなす育成炉本体と、
前記種子結晶の一方の主面を覆うように密着した第１の面を備える複数の治具と、
を備え、
前記複数の治具は、前記各第１の面が前記育成炉本体の上下方向に対して直交するよう配置され、前記育成炉本体の横断面の中心を囲むように配置されていることを特徴とする結晶の製造装置。
【請求項９】
水熱合成法により、上下方向に伸びた筒状の育成炉中において種子結晶を育成するのに用いられる結晶育成用治具であって、
前記種子結晶の一方の主面を覆い得る第１の面と、前記第１の面に対して直交する第２の面と、を含み、
複数個の当該結晶育成用治具が、前記各第１の面が前記育成炉の上下方向に対して直交するように、かつ、前記育成炉の横断面の中心を囲むように配置されたとき、隣り合う前記結晶育成用治具同士の間が実質的に密着し得るよう構成されていることを特徴とする結晶育成用治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９５６４３（Ｐ２０１３−９５６４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１２６７（Ｐ２０１１−２４１２６７）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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