(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶作製後の加工を最小限にとどめ、かつ切断ロスのないように目的とする製品との形状差が少ない結晶作製方法を提供すること。【解決手段】製品の仕上がり形状に近い空間を有する坩堝が複数接しており、融液を分離するように少なくとも１つのの坩堝が駆動される。融液を流し込む時は、それぞれの坩堝内の空間がつながっており、すべての坩堝内の空間に融液が満たされる。しかる後、融液が固化する前に少なくとも１つの坩堝が機械的に駆動されることによってそれぞれの空間に満たされた融液が分離される。以上の操作によって分離された融液を固化することによって製品との形状差の少ない結晶を切断工程を経ることなく作製する。【選択図】  図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度勾配を有する炉内で結晶材料を作製する時、目的とする材料の融液状態を保ち、その時点で使用目的に合わせた大きさや形状に近い大きさになるように融液を分離可能な坩堝を用いて分離固化させることを特徴とする結晶の作製方法。
【請求項２】
固化させた材料の大きさは使用目的の試料の大きさより縦、横、高さのうち少なくともひとつは１ミクロン以上大きいことを特徴とする請求項１の結晶作製方法。
【請求項３】
結晶成長方法としてはＢｒｉｄｇｍａｎ法を用いることを特徴とする請求項１の結晶作製方法。
【請求項４】
結晶成長炉として融液を分離するために駆動される坩堝部分が少なくとも１つ以上あることを特徴とするＢｒｉｄｇｍａｎ成長装置。
【請求項５】
成長する結晶材料はＢａＦ２，ＣａＦ２，ＭｇＦ２，ＬｉＦ２，ＹＬＦ（ＬｉＹＦ４）のフッ化物結晶材であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】
成長する結晶材料はＢａＦ２，ＣａＦ２，ＭｇＦ２，ＬｉＦ２，ＹＬＦ（ＬｉＹＦ４）のフッ化物結晶材であり不純物を添加した結晶材料であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項７】
固化する材料として
ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２），ＹＡＰ（ＹＡｌＯ３），ＹＳＧＧ（Ｙ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２），ＧＧＧ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２），ＬＧＳ（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４），ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５），ＢＳＯ（Ｂｉ４Ｓｉ３Ｏ１２），ＢＧＯ（Ｂｉ１２ＧｅＯ２０），ＢＩＢＯ（ＢｉＢ３Ｏ６），ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３），ＬＴ（ＬｉＴａＯ３），ＬＳＢ（ＬａＳｃ３（ＢＯ３）４），ＬＴ（ＬｉＴｉＯ３），ＬＩＳ（ＬｉＩｎＳ２），ＬｉＩＯ３，ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４），ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ４），ＫＢ５（ＫＢ５Ｏ８・４Ｈ２Ｏ），ＰＭ（ＰｂＭｏＯ４），Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７，ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）ＤＫＤＰ（ＫＤ２ＰＯ２），ＡＤＰ（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４），ＢＢＯ（−  −  ＢａＢ２Ｏ４），ＢＧＯ（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２），ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０），ＴＧＧ（Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２），ＳＢＯ（ＳｒＢ４Ｏ７），ＫＧＷ（ＫＧｄ（ＷＯ４）２），ＬｕＡＧ（（Ｌｕ，Ｙ）３Ａｌ５Ｏ１２），ＴｅＯ２，ＧｄＮＯ４，ＧｄＶＯ４，ＲＥ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＹＶＯ４，ＬｉＮｂＯ３，Ａｌ２Ｏ３，Ｍｇ２ＳｉＯ４，ＬａＡｌＯ３，ＴｉＯ２，ＺｎＯ，ＢａＴｉＯ３等の酸化物材料を対象とする請求項１の作製方法。
【請求項８】
固化する材料として
ＣｄＳｅ，ＧａＳｅ，ＣｄＴｅ，ＫＢｒ，Ｃｓｌ，ＺｎＳｅ，ＧａＳｅ，ＡｇＧａＳ２，ＡｇＧａＳｅ２，ＨｇＧａ２Ｓ４，ＺｎＧｅＰ２を対象とする請求項１の作製方法。
【請求項９】
固化する材料として金属を対象とする請求項１の作製方法。
【請求項１０】
温度勾配を有する炉内でガラス材料を作成する時、目的とする材料の軟化状態を保ち、その時点で使用目的に合わせた大きさや形状に近い大きさになるように軟化物質を分離可能な坩堝を用いて分離固化させることを特徴とするガラスの作製方法。
【請求項１１】
固化ガラス材料としては  Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７ガラス、ＳｉＯ２ガラスを対象とする請求項１１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、結晶及びガラス状材料の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】現在、フッ化物結晶はレンズ結晶材料に大型結晶が使われるなど多くの注目を集めている結晶材料である。さらには不純物を添加しシンチレータ結晶としての特性を有している。シンチレータ用結晶材料には結晶材料以外に金属材料やＬｉ２Ｂ４Ｏ７等のガラス材料も含まれそれぞれの用途に合わせて加工されている。【０００３】結晶材料あるいはガラス材料などは価格を下げるために大型の結晶が作製され、これらの結晶を切断、研磨を実施し製品化を行っているのが現状である。これらの方法では結晶の切断・加工に費用がかかりすぎる。さらに小型の試料を作製する場合には加工に大変な労力がかかるとともに切削のための原材料の切断ロスの割合が大きくなり、価格を抑えることは困難であった。さらには不純物を添加する場合には材料の部位により不純物濃度が異なり特性にばらつきが現れるなどの問題が生じた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】本発明は結晶作製後の加工を最小限にとどめ、かつ切断ロスのないように目的とする製品との形状差が少ない結晶作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】製品の仕上がり形状に近い空間を有する坩堝が複数接しており、融液を分離するように少なくとも１つのの坩堝が駆動される。融液を流し込む時は、それぞれの坩堝内の空間がつながっており、すべての坩堝内の空間に融液が満たされる。しかる後、融液が固化する前に少なくとも１つの坩堝が機械的に駆動されることによってそれぞれの空間に満たされた融液が分離される。以上の操作によって分離された融液を固化することによって製品との形状差の少ない結晶を切断工程を経ることなく作製する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】温度勾配を有する炉内で結晶材料を作製する時、目的とする材料の融液状態を保ち、その時点で使用目的に合わせた大きさや形状に近い大きさになるように融液を分離可能な坩堝を用いて分離固化させることを特徴とする結晶の作製方法。
【実施例１】
【０００７】ＣａＦ２結晶を用いた図１に示すような小型のプリズムやレンズを作成する場合にＣａＦ２結晶を縦型Ｂｒｉｄｇｍａｎ成長炉で成長する場合の坩堝として例えば図２ａ）で示したような仕上がりに近い形状を有する空間を持つ直径約５０ｍｍのカーボンを複数枚組み合わせてでできたカーボン坩堝を用いて原料を充填し成長炉内を真空度４・１０−６Ｔｏｒｒまで真空にし温度を上昇させる。組み合わせたカーボン坩堝はある位置で原料を充填できる穴が一番下にあるカーボン板まで貫通している。坩堝温度が１４００℃を超えるあたりで原料は融解する。そのときの真空度は２・１０−６１０ｒｒ以上の真空度は確保されていた。しかる後真空状態で坩堝上部の回転駆動冶具を坩堝の上部にある回転中心軸にかみ合わせた後固定しこれを回転させる。図−２ｂ）で示すように融液は複数個に分離される。その後坩堝全体を毎時５ｍｍ程度の速度で温度勾配が９０℃／ｃｍの温度分布内を降下させた。坩堝の降下距離は１５ｃｍである。２日間で結晶を成長した。前記複合坩堝を分解すると約直径５ｍｍの平板状結晶が１００個ほど作成できた。この得られた結晶の表面を研磨処理、反射防止膜作成を施し小型のレンズを多数作成することに成功した。またレンズ状結晶を作成する場合には一枚の空洞部分の形状を変えることによって可能であることは勿論である。特に湾曲した形状の試料を作成する場合には坩堝の形状を出っ張った部分とへこんだ部分を設けて同様な方法で結晶を作製し取りだし後に形状を研磨し修正するなどの工夫を実施した。このようなカーボン板の一枚の例を図３に示した。また本発明の方法によれば他のフッ化物結晶例えばＢａＦ２，ＬｉＦ，ＭｇＦ２等のフッ化物結晶材でも同様であることは言うまでもない。
【実施例２】
【０００８】ＣａＦ２結晶にシンチレーション効果をもたらすためにＮｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｌａなどの不純物を添加する際に直径１０ｃｍ重さが２Ｋｇ程度の大型結晶を作成し試料を切り出す場合には融液から結晶が最初に成長した部分と最後に結晶化した部分では不純物濃度が大幅に異なり小型の試料を作成する場合には試料を取り出す部位の違いにより不純物濃度が異なるなどの問題が生じた。実施例１で用いたカーボン坩堝にＮｄを不純物として１ｍｏｌ％添加し結晶を作成した。原料としてＣａＦ２原料にフッ化Ｎｄを同時に坩堝内に充填し溶融させる。溶融後１時間ほど融液を均一化させ坩堝を回転させ試料の大きさに分離する。その後坩堝全体を毎時５ｍｍ程度の速度で温度勾配が９０℃／ｃｍの温度分布内を降下させた。坩堝の降下距離は１５ｃｍである。２日間で結晶を成長した。前記複合坩堝を分解すると均一に不純物が添加された約直径５ｍｍの平板状結晶が１００個ほど成長した。得られた結晶の表面を研磨し試料とした。不純物としてはＬａ系不純物以外にＴｉ，Ｍｇなどの不純物を添加する場合にも有効である。また不純物としてＥｕ２Ｏ３などの酸化物を添加する場合にも同様な方法で結晶作製が可能であった。
【実施例３】
【０００９】Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７ガラスにＣｅ２Ｏ３を添加する場合には酸素が存在する雰囲気下で結晶成長を実施する。用いる電気炉は酸素１０％以下のやや還元雰囲気下で結晶を作製した。使用した坩堝はカーボン製であるが表面にＢＮなどの酸化し難いもので被覆した。このような坩堝を用い融液温度が９８０℃まで上昇させ液化した。しかる後に坩堝上部の回転駆動冶具を坩堝の上部にある回転中心軸にかみ合わせた後固定しこれを回転させ融液を複数個に分離させる。その後坩堝全体を毎時５ｍｍ程度の速度で温度勾配が約９０℃／ｃｍの温度分布内を降下させた。坩堝の降下距離は４０ｃｍであり１日でガラス状Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７の成長を終了した。前記複合坩堝を分解すると約直径５ｍｍの平板状結晶が１００個ほど作製できた。この得られた結晶の表面を研磨処理、反射防止膜作製を施し小型のレンズを多数作製することに成功した。不純物濃度も変動がほとんどなく安価な小型シンチレータの作製に成功した。またこの方法で通常のＳｉＯ２ガラスの作製も可能であり広い応用が見られた。
また、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７の結晶体を持つ材料系を結晶化させる場合には概坩堝の効果速度を毎時５ｍｍ程度で降下させると単結晶化し品質の高いシンチレータの作製が可能であった。
【実施例４】
【００１０】ＰｂとＳｎの合金を実施例１で示した電気炉を用いて作製した。温度は４００℃まで上昇させその後融液をレンズ状になるように分離した。その後そのまま坩堝を下降することなく固化させた。固化速度としては電気炉電源を切り冷却した。２時間で金属材料を作製した。前記複合坩堝を分解する堝を分解すると約直径５ｍｍの平板状金属片が１００個ほど作成できた。この得られた金属は使用する製品サイズにほぼ等しい形状に作製することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１１】以上述べた内容はイオン結晶、金属結晶、ガラス状、半導体材料などの広い範囲で応用が可能である。特に不純物を添加した結晶材料やプラスチックなど表面張力の低い材料には適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例によって形成された結晶の形状例
【図２ａ】坩堝の形状
【図２ｂ】融液分離を表す説明図
【図３ａ】湾曲形状の試料を作成する場合の坩堝形状
【図３ｂ】融液分離を表す説明図
【符号の説明】
【００１３】１  駆動される坩堝
２  坩堝駆動軸
【図１】
2006036619.tif 000003
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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