(57)【要約】【課題】  人工水晶の育成が完了した後に、微結晶が付着しても枠体の連結を容易に解除でき、これにより作業効率を向上し得る育成冶具及び育成方法を提供する。【解決手段】  育成冶具１０は、上側の枠体３０の下端部であるリング３１下側の枠体３０の上端部であるリング３２にそれぞれ設けられた連結突起１１と、連結突起１１に予め設けられた固定ピン１２と、上側の枠体３０に設けられた連結突起１１及び固定ピン１２と下側の枠体３０に設けられた連結突起１１及び固定ピン１２とをそれぞれ通す二つの連結孔２０を有する連結板１３と、連結孔２０に通された固定ピン１２を連結孔２０に保持する保持部（２１，２２）と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種水晶を水熱合成法によって人工水晶に育成する際に、圧力容器内に前記種水晶を吊り下げる複数の枠体を上下方向に連結する、人工水晶の育成冶具において、
上側の前記枠体の下端部及び下側の前記枠体の上端部にそれぞれ設けられた連結突起と、
この連結突起に予め設けられた固定ピンと、
上側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンと下側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンとをそれぞれ通す連結孔を有する連結板と、
前記連結孔に通された前記固定ピンを当該連結孔に保持する保持部と、
を備えたことを特徴とする人工水晶の育成冶具。
【請求項２】
前記保持部は、前記連結孔内の一部からなり、当該連結孔に通された前記連結突起及び前記固定ピンのうち、当該連結突起を通し当該固定ピンを通さない保持孔である、
請求項１記載の人工水晶の育成冶具。
【請求項３】
前記保持孔は、上側の前記枠体を完全に吊り上げたときに前記連結突起を通し前記固定ピンを通さない第一保持孔と、上側の前記枠体を下側の前記枠体の上に載置したときに前記連結突起を通し前記固定ピンを通さない第二保持孔とからなる、
請求項２記載の人工水晶の育成冶具。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の育成冶具によって上下方向に連結された複数の前記枠体に前記種水晶を吊り下げ、前記圧力容器内において前記種水晶を水熱合成法によって前記人工水晶に育成する方法であって、
下側の前記枠体の上に上側の前記枠体を位置付ける工程と、
上側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンと下側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンとを、それぞれ前記連結板の前記連結孔に通す工程と、
前記連結孔に通された前記固定ピンを、前記保持部によって当該連結孔に保持し、この状態で前記人工水晶を育成する工程と、
を含むことを特徴とする人工水晶の育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱合成法による人工水晶の製造に用いられる育成冶具及び育成方法に関する。以下、「人工水晶の育成冶具」及び「人工水晶の育成方法」を、それぞれ「育成冶具」及び「育成方法」と略称する。
【背景技術】
【０００２】
工業用の人工水晶は、圧力容器を使用した水熱合成法により製造される（例えば特許文献１、２参照）。この水熱合成法は、圧力容器内に高温部と低温部を設け、それぞれの領域に温度差を付けることによって、高温部で溶解した水晶原料を低温部で過飽和溶液にし、圧力容器内に吊り下げられた種水晶上に結晶を析出させる、結晶育成方法の一つである。以下、関連技術１の育成冶具及び育成方法について説明する。
【０００３】
図３は、水熱合成法で使われるオートクレーブを示す断面図である。図４は関連技術１の育成冶具を示し、図４［Ａ］は部分拡大正面図、図４［Ｂ］は平面図である。図５は、関連技術１の育成冶具を用いて枠体を上下方向に連結した状態を示す正面図であり、図５［Ａ］は連結した直後であり、図５［Ｂ］は上側の枠体を完全に吊り上げた状態であり、図５［Ｃ］は上側の枠体を下側の枠体の上に載置した状態である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【０００４】
関連技術１の育成冶具は、図３において、種水晶４０を水熱合成法によって人工水晶に育成する際に、圧力容器７０内に種水晶４０を吊り下げる枠体３０を上下方向に連結することに用いられる。
【０００５】
図４に示すように、関連技術１の育成冶具５０は、上側の枠体３０のリング３１及び下側の枠体３０のリング３２にそれぞれ設けられた連結突起５１と、連結突起５１の突出方向と垂直に連結突起５１に設けられた貫通孔５５と、上側の枠体３０の連結突起５１と下側の枠体３０の連結突起５１とをそれぞれ通す二つの連結孔５４を有する連結板５３と、連結孔５４に通された連結突起５１の貫通孔５５に挿入される固定ピン５２と、を備えている。
【０００６】
連結突起５１は、リング３１，３２の外側へ突出する円柱状である。連結孔５４は、上下に長い長孔であり、連結突起５１を挿通可能な大きさである。貫通孔５５は、連結突起５１の軸線を垂直に貫くように形成されている。固定ピン５２は、貫通孔５５に挿入可能な太さであり、Ｌ字状に曲がった棒である。リング３１，３２は、それぞれ四本の支柱３３と、四か所の取り付け面３４とを有する。取り付け面３４には連結突起５１が設けられており、ここに連結板５３が取り付けられる。
【０００７】
関連技術１の育成方法は、次の工程を含む。下側の枠体３０の上に上側の枠体３０を位置付ける工程（図４［Ａ］）。上側の枠体３０の連結突起５１と下側の枠体３０の連結突起５１とを、それぞれ連結板５３の二つの連結孔５４に通す工程（図５［Ａ］）。連結孔５４に通された連結突起５１の貫通孔５５に固定ピン５２を挿入し、この状態で人工水晶を育成する工程（図５［Ｂ］［Ｃ］）。
【０００８】
換言すると、下側の枠体３０の上に上側の枠体３０を位置付け、上側の枠体３０の連結突起５１を上側の連結孔５４に通し、下側の枠体３０の連結突起５１を上側の連結孔５４に通し、両方の連結突起５１の貫通孔５５にそれぞれ固定ピン５２を挿入し、この状態で人工水晶を育成する。このとき、固定ピン５２は、連結板５３がリング３１，３２から脱落することを防ぐ閂（かんぬき）として作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０６９８２７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６２４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
枠体３０は、二つのリング３１を、例えば長さ１．５〜２ｍの４本の支柱３３で固定したものである。この枠体３０を例えば３〜４個積み重ねて一組とし、これをオートクレーブ６０に充填する。このとき、上下の枠体３０を連結板５３及び連結突起５１を介して連結し、最後に連結板５３が外れないように連結板５３を固定ピン５２で固定することにより、３〜４個の枠体３０を一度の昇降でオートクレーブ６０の中へ挿入している。
【００１１】
しかしながら、人工水晶の育成が完了すると、枠体３０や育成冶具５０にも微結晶が付着するので、固定ピン５２を通している貫通孔５５も微結晶で埋まってしまい、しばしば固定ピン５２が抜けなくなることがあった。そうなると、枠体３０の連結を解除することに多大な労力を要するため、作業効率が低下していた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、人工水晶の育成が完了した後に、微結晶が付着しても枠体の連結を容易に解除でき、これにより作業効率を向上し得る育成冶具及び育成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る育成冶具は、
種水晶を水熱合成法によって人工水晶に育成する際に、圧力容器内に前記種水晶を吊り下げる複数の枠体を上下方向に連結する、人工水晶の育成冶具において、
上側の前記枠体の下端部及び下側の前記枠体の上端部にそれぞれ設けられた連結突起と、
この連結突起に予め設けられた固定ピンと、
上側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンと下側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンとをそれぞれ通す連結孔を有する連結板と、
前記連結孔に通された前記固定ピンを当該連結孔に保持する保持部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る育成方法は、
本発明に係る育成冶具によって上下方向に連結された複数の前記枠体に前記種水晶を吊り下げ、前記圧力容器内において前記種水晶を水熱合成法によって前記人工水晶に育成する方法であって、
下側の前記枠体の上に上側の前記枠体を位置付ける工程と、
上側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンと下側の前記枠体に設けられた前記連結突起及び前記固定ピンとを、それぞれ前記連結板の前記連結孔に通す工程と、
前記連結孔に通された前記固定ピンを、前記保持部によって当該連結孔に保持し、この状態で前記人工水晶を育成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る育成冶具及び育成方法によれば、固定ピンを予め連結突起に設け、これらを連結孔に通して固定ピンを保持することにより枠体を連結でき、固定ピンの保持を解除することにより枠体の連結も解除できる。これにより、人工水晶の育成が完了した後に、育成冶具に微結晶が付着しても、固定ピンを抜くことなく枠体の連結を容易に解除できるので、作業効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の育成冶具を示し、図１［Ａ］は部分拡大正面図、図１［Ｂ］は平面図である。
【図２】実施形態１の育成冶具を用いて枠体を上下方向に連結した状態を示す正面図であり、図２［Ａ］は連結した直後であり、図２［Ｂ］は上側の枠体を完全に吊り上げた状態であり、図２［Ｃ］は上側の枠体を下側の枠体の上に載置した状態である。
【図３】水熱合成法で使われるオートクレーブを示す断面図である。
【図４】関連技術１の育成冶具を示し、図４［Ａ］は部分拡大正面図、図４［Ｂ］は平面図である。
【図５】関連技術１の育成冶具を用いて枠体を上下方向に連結した状態を示す正面図であり、図５［Ａ］は連結した直後であり、図５［Ｂ］は上側の枠体を完全に吊り上げた状態であり、図５［Ｃ］は上側の枠体を下側の枠体の上に載置した状態である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１８】
図１は実施形態１の育成冶具を示し、図１［Ａ］は部分拡大正面図、図１［Ｂ］は平面図である。図２は、実施形態１の育成冶具を用いて枠体を上下方向に連結した状態を示す正面図であり、図２［Ａ］は連結した直後であり、図２［Ｂ］は上側の枠体を完全に吊り上げた状態であり、図２［Ｃ］は上側の枠体を下側の枠体の上に載置した状態である。図３は、水熱合成法で使われるオートクレーブを示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１９】
ただし、図１［Ａ］及び図２では、図１［Ｂ］に示す四つの育成冶具の一つのみを示す。図２では、上側の枠体に関する部分のみに符号を付す。図３では、育成冶具の図示を省略する。
【００２０】
実施形態１の育成冶具１０は、図３に示すように、種水晶４０を水熱合成法によって人工水晶に育成する際に、圧力容器７０内に種水晶４０を吊り下げる複数の枠体３０を上下方向に連結するものである。ここでいう「上下方向」とは、重力方向（すなわち下方向）及びその反対方向（すなわち上方向）のことである。
【００２１】
図１に示すように、育成冶具１０は、上側の枠体３０の下端部であるリング３１及び下側の枠体３０の上端部であるリング３２にそれぞれ設けられた連結突起１１と、連結突起１１に予め設けられた固定ピン１２と、上側の枠体３０に設けられた連結突起１１及び固定ピン１２と下側の枠体３０に設けられた連結突起１１及び固定ピン１２とをそれぞれ通す二つの連結孔２０を有する連結板１３と、連結孔２０に通された固定ピン１２を連結孔２０に保持する保持部（２１，２２）と、を備えている。
【００２２】
保持部（２１，２２）は、連結孔２０内の一部からなり、連結孔２０に通された連結突起１１及び固定ピン１２のうち、連結突起１１を通し固定ピン１２を通さない保持孔（２１，２２）である。保持孔（２１，２２）は、上側の枠体３０を完全に吊り上げたときに連結突起１１を通し固定ピン１２を通さない第一保持孔２１と、上側の枠体３０を下側の枠体３０の上に載置したときに連結突起１１を通し固定ピン１２を通さない第二保持孔２２とからなる。換言すると、連結孔２０内に入った連結突起１１及び固定ピン１２は、固定ピン１２が保持孔（２１，２２）によって保持されると、抜けなくなくなった状態で保持孔（２１，２２）内をスライドする。
【００２３】
次に、育成冶具１０の各構成要素について詳しく説明する。
【００２４】
育成冶具１０及び枠体３０は例えば鉄材からなる。リング３１，３２は、それぞれ文字通り環状の板からなり、四本の支柱３３及び四箇所の取り付け面３４の他に、支柱３３に垂直な梁（はり）を設けてもよい。
【００２５】
連結突起１１は、全体として円柱状であり、一端におねじ、他端に六角柱、中央に貫通孔（いずも図示せず）が形成されている。連結突起１１の一端のおねじは、他端の六角柱を工具で回すことにより、リング３１の取り付け面３４に形成されためねじ（図示せず）に嵌め込まれている。連結突起１１の中央の貫通孔には、固定ピン１２が予め挿入され固定されている。その固定方法には、例えばねじ止めや溶接が用いられる。連結突起１１における固定ピン１２の取り付け位置（すなわち中央の貫通孔の位置）は、取り付け面３４から少なくとも連結板１３の厚みだけ離れた位置とする。
【００２６】
固定ピン１２は、細長い円柱状である。固定ピン１２の両端は、連結突起１１の突出方向と垂直に、それぞれ連結突起１１から突出している。固定ピン１２の両端にはおねじを形成してもよい。その場合は、連結突起１１の中央の貫通孔へ固定ピン１２を挿入した後、固定ピン１２の両端をナットで押さえることにより、固定ピン１２を連結突起１１に確実に固定できる。また、固定ピン１２は、円柱状などの棒状以外にも、その名称によって限定されることなく、例えば連結突起１１の周囲の全部又は一部に突出する円板状や球状としてもよい。
【００２７】
連結板１３には、概ね十字状の二つの連結孔２０が形成されている。連結孔２０は、連結突起１１を挿通可能な大きさの上下に長い長孔と、固定ピン１２を挿通可能な大きさの左右に長い長孔とが、互いに直交した形状である。そのため、固定ピン１２は、二つの長孔の交差部分のみから連結孔２０を通り抜けることができ、連結孔２０を通り抜けて交差部分から外れると連結孔２０から戻れなくなる。上側の連結孔２０は、上下に長い長孔の上縁が第一保持孔２１であり、その下縁が第二保持孔２２である。逆に、下側の連結孔２０は、上下に長い長孔の上縁が第二保持孔２２であり、その下縁が第一保持孔２１である。
【００２８】
次に、実施形態１の育成方法について説明する。
【００２９】
実施形態１の育成方法は、育成冶具１０を用いて人工水晶を育成する方法であって、次の工程を含む。下側の枠体３０の上に上側の枠体３０を位置付ける第一工程（図１［Ａ］）。上側の枠体３０に設けられた連結突起１１及び固定ピン１２と下側の枠体３０に設けられた連結突起１１及び固定ピン１２とを、それぞれ連結板１３の二つの連結孔２０に通す第二工程（図２［Ａ］）。連結孔２０に通された固定ピン１２を、保持部（２１，２２）によって連結孔２０に保持し、この状態で人工水晶を育成する第三工程（図２［Ｂ］［Ｃ］）。
【００３０】
次に、実施形態１の育成方法の各工程について詳しく説明する。
【００３１】
第一工程（図１［Ａ］）：上側の枠体３０を例えばクレーンなどで吊り上げて、下側の枠体３０から上側の枠体３０を少し浮かすことにより、下側の枠体３０の上に上側の枠体３０を位置付ける。このとき、枠体３０には、多数の種水晶４０が吊り下げられている。
【００３２】
第二工程（図２［Ａ］）：上側の枠体３０の連結突起１１及び固定ピン１２を上側の連結孔２０に通し、下側の枠体３０の連結突起１１及び固定ピン１２を下側の連結孔２０に通す。これにより、上下の枠体３０が連結突起１１及び連結板１３によって連結される。
【００３３】
第三工程（図２［Ｂ］［Ｃ］）：まず、上下方向に連結された複数の枠体３０を、クレーンなどで吊り上げる。このとき、図２［Ｂ］に示すように、上側の枠体３０は完全に吊り上げられた状態になり、上側及び下側の枠体３０同士の間隔が十分に広がるので、固定ピン１２が第一保持孔２１に保持される。これにより、連結板１３は固定ピン１２によって連結突起１１から外れなくなるので、連結された枠体３０を吊り上げて圧力容器７０内に挿入する作業が安全に行える。
【００３４】
図２［Ｃ］に示すように、圧力容器７０内に挿入された枠体３０は、上側の枠体３０を下側の枠体３０の上に載置した状態になる、このとき、上側及び下側の枠体３０同士の間隔が無くなるので、固定ピン１２が第二保持孔２２に保持される。その結果、連結板１３は固定ピン１２によって連結突起１１から外れないままの状態を保ちつつ、人工水晶の育成中に枠体３０が揺れたりずれたりすることが無くなるので、不良品の発生が抑えられる。
【００３５】
次に、図２［Ｃ］に示す状態で人工水晶を育成する工程について説明する。
【００３６】
人工水晶の育成には、図３に示すオートクレーブ６０を用いる。オートクレーブ６０は、円柱状の圧力容器７０を加熱部６１で囲んだ外観をしている。圧力容器７０は、円筒状の本体部７１の開口を蓋部７２及びクランプ７３で塞ぐ構造である。圧力容器７０の内側には、アルカリ溶液７４が満たされており、対流制御板７５の下側にラスカ７６、その上側に種水晶４０が収容されている。ラスカ７６とは砕石状の天然水晶である。本体部７１と蓋部７２とはシールリング７７によって密閉されている。蓋部７２には、圧力計６２及び安全弁６３が設けられている。なお、加熱部６１は、ヒーター、熱電対、保温材などからなり、コンピュータによって温度が制御される。
【００３７】
まず、圧力容器７０内の枠体３０に多数の種水晶４０を吊り下げた状態で、アルカリ溶液７４を圧力容器７０の容積の７０〜８５％ほどに充填する。アルカリ溶液７４としては、一般に水酸化ナトリウム溶液が用いられる。そして、本体部７１を蓋部７２及びクランプ７３で密閉して、圧力容器７０を加熱部６１で加熱する。
【００３８】
これにより、圧力容器７０内は、温度が約３５０〜４００℃、圧力が９０〜１５０ＭＰａになる。このとき、本体部７１内の下側の温度を上側の温度よりも高く設定することにより、アルカリ溶液７４は自然対流が起こる。この状態を保つと、ラスカ７６がアルカリ溶液７４に溶けて種水晶４０に再結晶することにより、高純度の人工水晶が完成する。
【００３９】
次に、実施形態１の作用及び効果について説明する。
【００４０】
（１）連結孔２０に通された連結突起１１を及び固定ピン１２のうち、連結突起１１を通し固定ピン１２を通さない保持孔（２１，２２）を、連結孔２０内の一部から形成した場合は、連結孔２０の形状を変更するという比較的簡単な方法で、固定ピン１２の保持部を実現できる。
【００４１】
（２）上側の枠体３０を完全に吊り上げたときに連結突起１１を通し固定ピン１２を通さない第一保持孔２１と、上側の枠体３０を下側の枠体３０の上に載置したときに連結突起１１を通し固定ピン１２を通さない第二保持孔２２とを形成した場合は、連結された枠体３０の吊り上げ時の作業を安全に行えるとともに、連結された枠体３０の人工水晶育成中の揺れやずれを抑えられるので歩留まりを向上できる。
【００４２】
（３）関連技術１では、連結突起に連結板を嵌めた後に、固定ピンを連結突起に嵌めていた。これに対し、実施形態１では、連結板及び固定ピンの形状を改良したことにより、固定ピンを常に連結突起に固定した状態で、枠体を連結できるようにした。つまり、固定ピンが抜けなくなる問題を解決するため、固定ピンを抜き差ししないで安全に枠体を連結できる構造にした。これにより作業効率が向上する。
【００４３】
（４）実施形態１によれば、固定ピン１２を予め連結突起１１に設け、これらを連結孔２０に通して固定ピン１２を保持することにより枠体３０を連結でき、固定ピン１２の保持を解除することにより枠体３０の連結も解除できる。これにより、人工水晶の育成が完了した後に、育成冶具１０に微結晶が付着しても、固定ピン１２を抜くことなく枠体３０の連結を容易に解除できるので、作業効率を向上できる。
【００４４】
（５）枠体を連結する際のフローは次のとおりである。
１．枠体を連結する際は、まず連結突起に固定ピンを予め固定しておく。
２．二つの枠体のうち一方の枠体を地面に立て、他方の枠体をクレーンで吊り上げて一方の枠体の直上にセットする。
３．クレーンで吊っている枠体を少し浮かした状態で、連結板を連結突起に嵌める。
これにより連結板の連結孔の形状が長穴になっているので、二つの枠体を吊り上げた際もオートクレーブにセットした際も固定ピンが機能するので、連結板が外れることなく安全に枠体を連結できる。
【００４５】
以上、本発明を上記各実施形態に即して説明したが、本発明は、上記各実施形態の構成や動作にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得ることが可能な各種変形及び修正を含むことはもちろんである。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  育成冶具（実施形態１）
１１  連結突起
１２  固定ピン
１３  連結板
２０  連結孔
２１  第一保持孔（保持孔、保持部）
２２  第二保持孔（保持孔、保持部）
３０  枠体
３１  リング（下端部）
３２  リング（上端部）
３３  支柱
３４  取り付け面
４０  種水晶
５０  育成冶具（関連技術１）
５１  連結突起
５２  固定ピン
５３  連結板
５４  連結孔
５５  貫通孔
６０  オートクレーブ
６１  加熱部
６２  圧力計
６３  安全弁
７０  圧力容器
７１  本体部
７２  蓋部
７３  クランプ
７４  アルカリ溶液
７５  対流制御板
７６  ラスカ
７７  シールリング
【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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