(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種子結晶を移動させながら融液よりサファイア単結晶体を成長させていく製造方法において、単結晶体の成長方向に対して垂直なＸＹ方向にも種子結晶を移動させながら成長させることによって、研削加工を施すことなく、結晶方位が一定方向に揃い、かつ屈曲部を有する単結晶体を得ることを特徴とするサファイア単結晶体の製造方法。
【請求項２】
上記種子結晶の保持部をテーブルに固定し、該テーブルを単結晶体の成長方向に対して垂直なＸＹ方向に駆動できるようにしたことを特徴とする請求項１記載のサファイア単結晶体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、サファイアやルチル等の単結晶体を複雑な形状に製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、サファイアはＳＯＳ基板やＥＰ−ＲＯＭパッケージの窓等の各種電子部品に用いられ、ルチルは各種光学素子として用いられている。
【０００３】
このような単結晶体は、ＥＦＧ法、ＦＺ法、引き下げ法などにより製造されている。例えばＥＦＧ法の場合、図５に示すようにＡｌ２  Ｏ３  等の原料を溶融させた融液の入ったルツボ（不図示）の上面に金型４を設置し、この金型４を通して種子結晶保持部３に備えた種子結晶２の先端に単結晶体１を形成し、このまま種子結晶２を図面の上方向に引き上げることによって、単結晶体１を育成成長させるようになっている。そして上記金型４の形状を変えることによって、棒状、筒状、板状等、断面形状の異なる単結晶体１を製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の単結晶体の製造方法では、ストレートの棒状や板状など、引き上げ方向について直線形状の製品しか得られなかった。
【０００５】
電子部品用や光学素子として使用する場合はこのような単純な形状でも問題ないが、各種産業機械用の複雑な形状をした部品に単結晶体を用いる場合は、非直線状の形状をした単結晶体が必要となる。この場合には、目的物の最終形状とするために研削などの加工技術が必要となり、コストがかかり、また加工技術も困難であるという問題点があった。
【０００６】
例えば、サファイアは硬度が高く表面が滑らかであるため繊維用ガイド部材に適用することが既に提案されている（特開平１−３２１２６２号公報等参照）。しかし、複雑な形状とできないために、図６に示すように棒状の単結晶体１を２本交差させてこの交差部で繊維を案内させるようにして用いていたが、設置に手間がかかるという不都合があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて本発明は、種子結晶を移動させながら融液より単結晶体を成長させていく製造工程において、単結晶体の成長方向と異なる方向にも種子結晶を移動させながら成長させるようにしたものである。
【０００８】
このような本発明の製造方法によれば、研削加工を施すことなく、結晶方位が一定方向に揃い、かつ屈曲部を有する単結晶体を得ることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、上記製造方法により単結晶体からなる棒状体の一部に屈曲部を形成して繊維等のガイド部材を構成したことによって、上記屈曲部で繊維等が外れることなく案内できるようにしたものである。
【００１０】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。
【００１１】
まず、ＥＦＧ法による製造方法を説明すると、図１に示すように、あらかじめ種子結晶保持部３を二次元的に移動可能なテ−ブル５に固定し、結晶引上装置６に取り付けておく。このテ−ブル５は二つのボールネジ等の駆動手段を有し、単結晶の成長方向である引き上げ方向（図面の矢印方向）に対して垂直なＸＹ方向に自由に駆動できるようになっている。そして、Ａｌ２  Ｏ３  等の原料を溶融させた融液を入れたルツボ（不図示）の上面に金型４を設置し、金型４を通して種子結晶２により単結晶体１を形成して、この状態で結晶引上装置６を引き上げて行けば単結晶体１を製造できる。
【００１２】
このとき、引き上げの途中で、テ−ブル５をＸＹ方向へ移動させれば、種子結晶保持部１が移動することで、単結晶体１に屈曲部１ｂを形成できるのである。図１の例では、最初はテーブル５を止めた状態で上に引き上げて直線部１ａを形成し、途中からテーブル５を図面の右方向に移動させながら引き上げることによって屈曲部１ｂを形成し、最後にテーブル５を止めて引き上げることによって、直線部１ｃを形成してある。
【００１３】
その結果、両端に直線部１ａ、１ｃを有し、中央に屈曲部１ｂを有する単結晶体１を研削加工なしに製造することができるのである。また、この単結晶体１は引き上げ方向に沿って結晶方位が揃い、かつこの方向に垂直な断面は同一形状となっている。
【００１４】
次に、ＦＺ法では、図２に示すように回転楕円面鏡９により、ハロゲンランプ８の光熱を石英管１０内部の原料棒１２の一点に集中させて融帯１１を形成し、ハロゲンランプ８と回転楕円面鏡９を移動させることで融帯１１が連続的に移動し、単結晶体１を製造していくようになっている。この融帯１１が連続的に移動していく過程において、種子結晶保持部３に、あらかじめ取り付けられている二次元方向に移動可能なテ−ブル５を移動させることで、様々な形状の単結晶体１を製造することができる。
【００１５】
また引下法では、図３に示すように融液７を入れたルツボの下面に備えた金型４を通して種子結晶２により単結晶体１を引き下げて製造するに際し、引き下げ途中で、種子結晶保持部３に取り付けられた二次元方向に移動可能なテ−ブル５を移動させることで、様々な形状の単結晶体１を製造することができる。
【００１６】
なお、以上の実施例で用いたテーブル５としては、例えば２つのボールネジを備えてＸＹ方向に移動可能としたものを用いればよく、このボールネジを手動またはコンピュータを用いて自動的に移動させれば、所定形状の単結晶体１を容易に製造することができる。また、テーブル５は二次元方向だけでなく、三次元方向に移動できるようにしてもよい。
【００１７】
次に、本発明の製造方法により得られた単結晶体１の例について説明する。図４（ａ）に示す単結晶体１は、上記製造方法によって得られたもので、両端の直線部１ａ、１ｃと中央の屈曲部１ｂからなるものである。また図４（ｂ）に示すものは中央の屈曲部１ｂが半円状であり、両端の直線部１ａ、１ｃを同軸上としてある。さらに図４（ｃ）では両端の直線部１ａ、１ｃの向きを変えている。
【００１８】
これらの図４（ａ）〜（ｃ）に示す形状の単結晶体１は、繊維や磁気テープ等のガイド部材として用いることができ、中央の屈曲部１ｂで繊維等を案内すれば外れにくく好適に用いることができる。特に単結晶体１としてサファイアを用いれば、硬度が高く表面が滑らかであるため最適である。また、本発明の製造方法によれば、屈曲部１ｂは鋭いエッジにならずに滑らかな曲面となるため、繊維等に傷をつける恐れはない。
【００１９】
さらに、図４（ｄ）に示した単結晶体１は、テーブル５を円周状に移動させながら成長させることによって、中央に屈曲部として螺旋部１ｂを形成したものであり、バネとして用いることができる。一般に単結晶体は脆性材料であるが、僅かであれば弾性変形するため、通常の金属材が使用できないような厳しい環境下でのバネ部材として使用することができる。
【００２０】
また、図４（ｅ）に示した単結晶体１は、板状で、中央に屈曲部１ｂを持った形状のものである。
【００２１】
このように、本発明の製造方法により得られた単結晶体１は、引き上げ方向（単結晶の成長方向）に沿って結晶方位が揃っており、この方向に垂直な断面は同一形状であるが、引き上げ方向に沿って屈曲部を形成することができる。その結果、図４（ａ）〜（ｅ）に示すような単結晶体１を研削加工なしに製造することができ、繊維ガイドやテープガイド等の各種ガイド部材、バネ部材等の各種産業機械用部品として好適に用いることができる。
【００２２】
また、単結晶体１としてはサファイア、ルチル、ルビーの他に、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウムなどの誘電体材料の単結晶、あるいはシリコン単結晶や２族−６族金属の化合物半導体、３族−５族金属の化合物半導体等の半導体材料の単結晶を用いることができる。また、これらの単結晶体の製造方法としては、上記したＥＦＧ法、ＦＺ法、引き下げ法の他にも金型４を用いて単結晶体を成長させていく製造方法であれば適用することができいる。
【００２３】
ここで、本発明の一実施としてＥＦＧ法にて図４（ａ）の単結晶体１を製造した。その寸法として、直径５．７ｍｍ、全長４３ｍｍ、屈曲部１ｂの長さ１９ｍｍ、屈曲部１ｂの曲率半径Ｒを１２ｍｍとして、両端の軸間の距離ｄを９．５ｍｍとした。引き上げ速度ｖは、０．１〜３．０ｍｍ／分の間の一定値とし、引き上げ方向と垂直な方向への移動距離ｙは、次の式により時間ｔごとに変化させた。
【００２４】
ｙ＝１２−｛２４ｖｔ−（ｖｔ）２  ｝１／２                      １２≦ｖｔ＜２１．５
ｙ＝−２．５＋｛１４４−（ｖｔ−３１）２  ｝１／２      ２１．５≦ｖｔ＜３１
この結果、ＥＦＧ法により引き上げるだけで、上記のような形状、寸法の単結晶体１を極めて容易に製造することができた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、種子結晶を移動させながら融液より単結晶体を成長させていく製造方法において、単結晶体の成長方向と異なる方向にも種子結晶を移動させながら成長させるようにしたことによって、研削加工を施すことなく、結晶方位が一定方向に揃い、かつ屈曲部を有する単結晶体を容易に製造することができる。
【００２６】
したがって、複雑な形状の製品であっても最終形状に近い形のものを製造することで、加工技術が簡単になり、コスト的にも削減できるため、各種産業機械用部品への単結晶体の応用が容易になる。
【００２７】
また、特に単結晶体からなる棒状体の一部に屈曲部を備えてガイド部材としたことによって、屈曲部で繊維等が外れることなく案内することができ、一つの部材で良いため設置も簡単にできることから、高品質のガイド部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単結晶体の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明における単結晶体の製造方法の他の実施例を説明するための図である。
【図３】本発明における単結晶体の製造方法の他の実施例を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明の単結晶体のさまざまな形状例を示す図である。
【図５】従来のＥＦＧ法による単結晶体の製造方法を示す図である。
【図６】従来のサファイア製ガイド部材を示す図である。
【符号の説明】
１：単結晶体
２：種子結晶
３：種子結晶保持部
４：金型
５：テ−ブル
６：結晶引上装置
７：融液
８：ハロゲンランプ
９：回転楕円面鏡
１０：石英管
１１：融帯
１２：原料棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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