JP2016108240A - 坩堝 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モリブデンまたはその合金製の坩堝であって、開口11が設けられた有底円筒形状の下部坩堝10と、開口11に嵌まり合う上部坩堝20とを備え、下部坩堝20の側壁が鉛直方向に対して2から10°の角度θ1をなし、下部坩堝20は、開口11に近づくにつれて大きくなる内径を有する。
【選択図】図2
Description
坩堝は、モリブデンまたはその合金製の坩堝であって、開口が設けられた有底円筒形状の下部坩堝と、開口に嵌まり合う上部坩堝とを備え、上部坩堝は、モリブデンまたはその合金製の板材を曲げて板材の両端部を接合することで形成される。
単結晶サファイヤの製造方法は、上記のいずれかに記載のモリブデンまたはその合金製の坩堝の下部坩堝および上部坩堝に原料を充填する工程と、原料を溶融させたのち凝固させることで下部坩堝内に単結晶サファイヤを生成する工程とを備える。
以下、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。
図1から3を参照して、実施の形態1に従った坩堝1は、モリブデンまたはその合金製であり、開口11が設けられた有底円筒形状の下部坩堝10と、開口11に嵌まり合う上部坩堝20とを備え、上部坩堝20は、モリブデンまたはその合金製の板材23を曲げて板材の両端部を接合することで形成される。下部坩堝10は、モリブデンまたはその合金製の板材13を絞り加工することで形成され、開口11には円筒の外周方向に延在する、円周方向に連続する下部坩堝側フランジ部12が設けられている。上部坩堝20は、開口11の内周側に嵌め合わせられて下部坩堝10に係合する係合部28を有し、上部坩堝20は下部坩堝10に対して着脱自在に設けられる。上部坩堝20の下部には、円筒の半径方向に延在する上部坩堝側フランジ部30が設けられている。
図4から7を参照して、実施の形態2に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約10°である点で、実施の形態1に従った坩堝1と異なる。
図8から10を参照して、実施の形態3に従った坩堝1では、下部坩堝10の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ1が約2°である点で、実施の形態1に従った坩堝1と異なる。さらに、下部坩堝10にフランジが設けられていない点で、実施の形態1に従った坩堝1と異なる。
図11から14を参照して、実施の形態4に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約2°である点で、実施の形態2に従った坩堝1と異なる。さらに、下部坩堝10にフランジが設けられていない点で、実施の形態2に従った坩堝1と異なる。
図15から17を参照して、実施の形態5に従った坩堝1では、上部坩堝20の端部がリベット50により当て板40に接合されている点で、実施の形態1に従った坩堝1と異なる。リベット50は2列に並列に配置され、縦方向に8つのリベット50が設けられている。
図18から21を参照して、実施の形態6に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約10°である点で、実施の形態5に従った坩堝1と異なる。
図22から24を参照して、実施の形態7に従った坩堝1では、当て板40において、リベット50は2列に千鳥状に配置され、縦方向に4つのリベット50が設けられている点で、実施の形態5に従った坩堝1と異なる。
図25から28を参照して、実施の形態8に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約10°である点で、実施の形態7に従った坩堝1と異なる。
図29から31を参照して、実施の形態9に従った坩堝1では、当て板40において、リベット50は2列に並列に配置され、縦方向に4つのリベット50が設けられている点で、実施の形態5に従った坩堝1と異なる。
図32から35を参照して、実施の形態10に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約10°である点で、実施の形態9に従った坩堝1と異なる。
図36から38を参照して、実施の形態11に従った坩堝1では、当て板40において、リベット50は2列に並列に配置され、縦方向に12個のリベット50が設けられている点で、実施の形態5に従った坩堝1と異なる。
図39から42を参照して、実施の形態12に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約10°である点で、実施の形態11に従った坩堝1と異なる。
図43から45を参照して、実施の形態13に従った坩堝1では、当て板40において、リベット50は2列に千鳥状に配置され、縦方向に6つのリベット50が設けられている点で、実施の形態5に従った坩堝1と異なる。
図46から49を参照して、実施の形態14に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約10°である点で、実施の形態13に従った坩堝1と異なる。
図50から52を参照して、実施の形態15に従った坩堝1は、モリブデンまたはその合金製の坩堝1であって、開口11が設けられた有底円筒形状の下部坩堝10と、開口11に嵌まり合う上部坩堝20とを備え、上部坩堝20は、モリブデンまたはその合金製の板材23が継ぎ目なく周方向に連続することで形成される。
図53から55を参照して、実施の形態16に従った坩堝1では、上部坩堝20に縮径部24が設けられていない点で、実施の形態15に従った坩堝1と異なる。
図56から58を参照して、実施の形態17に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約2°である点で、実施の形態16に従った坩堝1と異なる。
図59から61を参照して、実施の形態18に従った坩堝1では、下部坩堝10の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ1が2°であり、下部坩堝側フランジが存在しない点で、実施の形態15に従った坩堝1と異なる。
図62から64を参照して、実施の形態19に従った坩堝1では、上部坩堝20に縮径部24が設けられていない点で、実施の形態18に従った坩堝1と異なる。
図65から67を参照して、実施の形態20に従った坩堝1では、上部坩堝20の側壁が鉛直方向に対してなす角度θ2が約2°である点で、実施の形態16に従った坩堝1と異なる。
図68を参照して、実施の形態21では、上部坩堝側フランジ部30は、複数の爪部310,320,330,340と、それらの爪部310.320.330.340が接続される胴部300とを有する。複数の爪部310,320,330,340を設け、各々の爪部310,320,330,340の間に隙間が設けられている。そのため、爪部が一枚の板材により構成されている構造と比較して、上部坩堝側フランジ部30を容易に製造することができる。
実施の形態1から20で示す、モリブデン製及びその合金製の坩堝1を用いて単結晶サファイアを製造することができる。厚さ数mm程度のモリブデン板材或いはモリブデン合金板材を板金加工によって丸め成形後リベット50で接合し(実施の形態5から14)、或いは溶接して(実施の形態1から4)、円筒或いは中空円錐台を作る。また、或いは絞り成型して(実施の形態15から20)上部坩堝20を作り、当該上部坩堝20の底部を切削加工によって除去し、円筒或いは中空円錐台となす。これらを本体として、外周部の数か所にリベット接合又は溶接によって上部坩堝側フランジ部30を後付けし(板金加工の場合)、或いは外周部の全周にフランジ(テーパー面26)を形成し(絞り成型の場合)、これらのフランジを介して下部坩堝10上縁部に上部坩堝20が載せ置かれる。
上部坩堝の製造方法を、A;リベット接合、B;溶接、C;絞り成型の3種類に分けて記述する。
冷間圧延仕上げされた表面粗さRa5μm程度のモリブデン板材、或いは酸化ランタン添加合金、TZM合金などのモリブデン合金板材を準備する。坩堝用の冷間圧延板材サイズは、厚さ3mmx幅250mmx長さ1100mmである。この圧延板材を放電ワイヤーカット機などを用いて、扇状の丸め加工用素材に素材展開図に基づいて切り出す。この丸め加工用素材には展開図に基づき、リベット接合用のドリル貫通穴(直径3mm、当て板接合用、フランジ接合用ともに)をボール盤を用いて開けておく。
坩堝素材と同質で、同様の表面粗度の板材(厚さ3mmx幅50mmx長さは任意で200mm〜1000mm程度)および棒材(直径3mmx長さ1000mm程度)を用いる。
工程A1および工程A2で準備した素材或いは部品の成型加工について、順次記載する。
上部坩堝本体は、製作した各部品をリベット接合によって組み付けることで完成する。先ず上部坩堝本体を組み上げる。補助治具類を用いて坩堝を仮組みしておき、当て板を坩堝上縁部基準にして、直線または千鳥状に配列された穴に棒材を通し、内側に3mm突き出させて小径バーナーで加熱して小ハンマーで叩いて潰す。全ての穴を埋めた後、外側に3mm突き出した棒を小ハンマーで叩いて潰し、リベット接合を完成させる。
上記A1と同じ材質・規格・品質の板材を用いる。冷間圧延仕上げされた表面粗さRa5μm程度のモリブデン板材、或いは酸化ランタン添加合金、TZM合金などのモリブデン合金板材を準備する。坩堝用の冷間圧延板材サイズは、厚さ3mmx幅250mmx長さ1100mmである。この圧延板材を放電ワイヤーカット機などを用いて、扇状の丸め加工用素材に素材展開図に基づいて切り出す。この丸め加工用素材には展開図に基づき、リベット接合用のドリル貫通穴(直径3mm、フランジ接合用)をボール盤を用いて開けておく。全ての接合を溶接工法で行う場合は、貫通穴加工は不要である。
坩堝素材と同質で、同様の表面粗度の板材(厚さ3mmx幅50mmx長さは任意で200mm〜1000mm程度)を用いる。フランジ用部品は、4個分を長さ200mmで切断しておく。棒材(直径3mmx長さ1000mm程度)を用いる。
リベット接合によって製作する場合と同様工程A3の手順で、坩堝本体用部品の丸め加工およびフランジ用部品のL字曲げ加工を実施する。
溶接中の酸化脆化を防止するために、不活性ガスで置換したチャンバー内でTIG溶接を実施する。補助治具類で仮組みした坩堝本体を、先ず溶接する。丸め加工した突合せ部を3〜4箇所点止め溶接した後、突合せ部全域を溶接して本体坩堝を完成させる。
上記と同じ材質・規格・品質の板材を用いる。冷間圧延仕上げされた表面粗さRa5μm程度のモリブデン板材、或いは酸化ランタン添加合金、TZM合金などのモリブデン合金板材を準備する。坩堝用の冷間圧延板材サイズは、厚さ3mmx□620mmである。この圧延板材を放電ワイヤーカット機や旋盤などを用いて、厚さ3mmx直径600mmの絞り成型用ブランク材を切り出す。
坩堝素材と同質で、同様の表面粗度の板材(厚さ3mmx幅50mmx長さは任意で200mm〜1000mm程度)を用いる。フランジ用部品は、4個分を長さ200mmで切断しておく。棒材(直径3mmx長さ1000mm程度)を用いる。
スピニングマシンを用いて、坩堝本体の絞り成型加工を行う。スピニングマシンは装置本体、中子となる金型、押し当て棒、およびローラーで主構成されている。被成型加工材であるブランク材を、ローラーによって金型外面に押しつけるようにして成型する加工方法である。
フランジはリベットによる接合、或いは溶接工法によっても取り付けができる。その方法・作業手順は上述のとおりである。坩堝本体外周に階段状のフランジ部分が形成されている坩堝においては、フランジ自体が不要である。
製作した4等配フランジ付き上部坩堝(厚さ3mmx上端外径330mmx下端外径300mmx高さ200mmの中空円錐台状坩堝)を利用して、サファイア原料充填量増加の確認を行った。
Claims (10)
- モリブデンまたはその合金製の坩堝であって、
開口が設けられた有底円筒形状の下部坩堝と、前記開口に嵌まり合う上部坩堝とを備え、
前記上部坩堝は、モリブデンまたはその合金製の板材を曲げて板材の両端部を接合することで形成される、坩堝。 - 前記下部坩堝は、モリブデンまたはその合金製の板材を絞り加工することで形成され、前記開口には円筒の外周方向に延在する、円周方向に連続する下部坩堝側フランジ部が設けられている、請求項1に記載の坩堝。
- 前記上部坩堝は、前記開口の内周側に嵌め合わせられて前記下部坩堝に係合する係合部を有し、前記上部坩堝は前記下部坩堝に対して着脱自在に設けられる、請求項1または請求項2に記載の坩堝。
- 前記上部坩堝の下部には、円筒の半径方向に延在する上部坩堝側フランジ部が設けられている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の坩堝。
- モリブデンまたはその合金製の坩堝であって、
開口が設けられた有底円筒形状の下部坩堝と、前記開口に嵌まり合う上部坩堝とを備え、
前記上部坩堝は、モリブデンまたはその合金製の板材が継ぎ目なく周方向に連続することで形成される、坩堝。 - 前記下部坩堝は、モリブデンまたはその合金製の板材を絞り加工することで形成され、前記開口には円筒の外周方向に延在する、円周方向に連続する下部坩堝側フランジ部が設けられている、請求項5に記載の坩堝。
- 前記上部坩堝は、前記下部坩堝に近い側の小径部と、前記下部坩堝から遠い側の大径部とを有し、前記小径部が前記下部坩堝の内側に嵌まり合う、請求項5または請求項6に記載の坩堝。
- 前記大径部と前記小径部との間には内周側に向かって下方向に傾斜するテーパー面が設けられている、請求項7に記載の坩堝。
- 前記小径部の下端に内側へ延在する縮径部が設けられている、請求項7または請求項8に記載の坩堝。
- 単結晶サファイヤの製造方法であって、
請求項1から請求項9のいずれかに記載の坩堝の前記下部坩堝および前記上部坩堝に原料を充填する工程と、
前記原料を溶融させたのち凝固させることで前記下部坩堝内に単結晶サファイヤを生成する工程とを備えた、単結晶サファイヤの製造方法。
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