JP4457995B2 - Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member - Google Patents

Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member Download PDF

Info

Publication number
JP4457995B2
JP4457995B2 JP2005221494A JP2005221494A JP4457995B2 JP 4457995 B2 JP4457995 B2 JP 4457995B2 JP 2005221494 A JP2005221494 A JP 2005221494A JP 2005221494 A JP2005221494 A JP 2005221494A JP 4457995 B2 JP4457995 B2 JP 4457995B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solution
crystal
filter member
artificial quartz
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005221494A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007031254A (en
Inventor
孝典 丹羽
基秀 畑中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2005221494A priority Critical patent/JP4457995B2/en
Publication of JP2007031254A publication Critical patent/JP2007031254A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4457995B2 publication Critical patent/JP4457995B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

本発明は、人工水晶の製造装置、人工水晶の製造方法およびフィルタ部材に関するものである。 The present invention relates to an artificial quartz crystal manufacturing apparatus, an artificial quartz crystal manufacturing method, and a filter member .

水晶は、水晶デバイスや光学部品の原材料として、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製造する方法が用いられている。
Quartz is used in large quantities in electronic devices, communication devices, optical devices and the like as a raw material for crystal devices and optical components.
This quartz crystal was originally manufactured by cutting out from natural crystal. However, in recent years, since a higher quality crystal can be efficiently manufactured, a method of manufacturing from an artificially grown artificial crystal has been used.

上記方法の1つとして、水熱温度差法(水熱合成法)が提案されている(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アルカリ溶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水晶にアルカリ溶液を接触させることにより、種水晶を育成して人工水晶を製造する方法である。
As one of the above methods, a hydrothermal temperature difference method (hydrothermal synthesis method) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In the hydrothermal synthesis method, in the pressure vessel (chamber), the crystal raw material is dissolved in an alkaline solution at the bottom of the vessel and circulated by thermal convection, and the seed crystal fixed on the top of the vessel is brought into contact with the alkali solution, so that the seed crystal Is a method for producing an artificial quartz crystal.

しかしながら、水熱温度差法では、水晶原料に含有する不純物や、アルカリ溶液によって劣化・脱落した容器の一部等が、異物としてアルカリ溶液とともに対流し、育成中の種水晶に付着して人工水晶中に取り込まれるという問題がある。このような異物を含む人工水晶は、特性が低下するため、廃棄せざるを得ず、製造歩留まりの低下の主な原因となっている。   However, in the hydrothermal temperature difference method, the impurities contained in the quartz raw material or a part of the container that has deteriorated or dropped due to the alkaline solution convects with the alkaline solution as a foreign substance and adheres to the seed crystal being grown and adheres to the artificial quartz crystal. There is a problem of being captured inside. The artificial quartz containing such a foreign substance has a characteristic deteriorated, and therefore must be discarded, which is a main cause of a decrease in manufacturing yield.

かかる問題を解決するため、特許文献1では、種水晶の両端に、アルカリ溶液の対流を制御する傘状の制御部材を設けている。これにより、異物が種水晶に付着するのを抑制している。
しかしながら、この制御部材は、アルカリ溶液の対流を制御する機能を有するのみであり、異物を捕捉する機能を有するものではない。このため、異物はアルカリ溶液中に常に残存し、アルカリ溶液の対流の方向等によっては、異物が制御部材を回り込むようにして種水晶に付着する場合がある。このようにアルカリ溶液の対流を制御するのみでは、異物の付着防止効果は十分とは言えない。
さらに、多数の種水晶に対して、個別に制御部材を設ける必要があり、多大な手間と費用を要している。
In order to solve such a problem, in Patent Document 1, umbrella-shaped control members that control convection of the alkaline solution are provided at both ends of the seed crystal. Thereby, it is suppressed that a foreign material adheres to a seed crystal.
However, this control member only has a function of controlling the convection of the alkaline solution, and does not have a function of capturing foreign matter. For this reason, the foreign matter always remains in the alkaline solution, and depending on the direction of the convection of the alkaline solution, the foreign matter may adhere to the seed crystal so as to go around the control member. Thus, only by controlling the convection of the alkaline solution, it cannot be said that the effect of preventing the adhesion of foreign substances is sufficient.
Furthermore, it is necessary to provide control members individually for a large number of seed crystals, which requires great effort and cost.

特開2001−19584号公報JP 2001-19584 A

本発明の目的は、良質な人工水晶を高い歩留まりで効率よく製造し得る人工水晶の製造装置および人工水晶の製造方法、および人工水晶の製造においてオートクレーブ内に設置されるフィルタ部材を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an artificial quartz crystal manufacturing apparatus and an artificial quartz crystal manufacturing method capable of efficiently manufacturing a high quality artificial quartz crystal with a high yield, and a filter member installed in an autoclave in the manufacturing of the artificial quartz crystal. is there.

上記目的は、下記により達成される。
本発明の人工水晶の製造装置は、圧力容器内に溶解液、水晶原料および種水晶を収納し、水熱合成法により人工水晶を製造する人工水晶の製造装置であって、
前記圧力容器内の前記種水晶の収納領域よりも上部に設けられ、複数の貫通孔を有し前記溶解液の対流量を制御するフィルタ部材を有し、
前記フィルタ部材が配置された部分における前記圧力容器の横断面の遮蔽率が、前記圧力容器の周縁領域と中央領域とで異なり、
前記中央領域における遮蔽率は、前記周縁領域における遮蔽率よりも高いことを特徴とする。
これにより、良質な人工水晶を高い歩留まりで効率よく製造し得る人工水晶の製造装置が得られる。
The above object is achieved by the following.
The artificial quartz crystal production apparatus of the present invention is an artificial quartz crystal production apparatus that houses a solution, a quartz crystal raw material, and a seed crystal in a pressure vessel, and produces an artificial quartz crystal by a hydrothermal synthesis method.
A filter member that is provided above the seed crystal storage region in the pressure vessel, has a plurality of through holes, and controls the flow rate of the solution;
The shielding rate of the cross section of the pressure vessel in the portion where the filter member is disposed is different between the peripheral region and the central region of the pressure vessel ,
The shielding rate in the central region is higher than the shielding rate in the peripheral region .
Thereby, an artificial quartz crystal manufacturing apparatus capable of efficiently manufacturing a high quality artificial quartz crystal with a high yield can be obtained.

発明の人工水晶の製造装置では、前記フィルタ部材は、複数の網状体を積層してなる積層体で構成されており、
前記網状体の配置を変更することにより、前記圧力容器の横断面の遮蔽率を調整可能であることが好ましい。
本発明の人工水晶の製造装置では、前記圧力容器内に配置された前記フィルタ部材よりも上部の領域の前記溶解液に対する酸化ケイ素の過飽和度が、前記種水晶の収納領域内の前記溶解液に対する酸化ケイ素の過飽和度より高くなるよう過飽和度差を設けることにより、前記上部の領域において、前記溶解液中に前記結晶粒が生成されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、フィルタ部材のフィルタ機能により不純物が捕捉・除去されるため、不純物が種水晶に付着するのを防止することができ、その結果、不純物の含有量が非常に少ない、すなわち、高純度(良質)の人工水晶を製造することができる。
In the artificial quartz crystal manufacturing apparatus of the present invention, the filter member is composed of a laminate formed by laminating a plurality of nets,
It is preferable that the shielding ratio of the cross section of the pressure vessel can be adjusted by changing the arrangement of the mesh body.
In the artificial quartz crystal manufacturing apparatus of the present invention, the degree of supersaturation of silicon oxide with respect to the solution in the region above the filter member disposed in the pressure vessel is relative to the solution in the seed crystal storage region. It is preferable that the crystal grains are generated in the solution in the upper region by providing a difference in supersaturation so as to be higher than that of silicon oxide.
As a result, since the impurities are captured and removed by the filter function of the filter member, it is possible to prevent the impurities from adhering to the seed crystal, and as a result, the impurity content is very low, that is, high purity ( High quality) artificial quartz.

本発明の人工水晶の製造装置では、前記過飽和度差は、前記上部の領域内の前記溶解液の温度が、前記種水晶の収納領域内の前記溶解液の温度より低くなるよう温度差を設けることにより形成されるものであることが好ましい。
これにより、前記上部の領域内に溶解液中の不純物を含む結晶粒をより容易に析出(生成)させることができる。
本発明の人工水晶の製造装置では、前記圧力容器は、鉛直方向に長い形状をなし、
前記圧力容器の長手方向に沿って設けられた、前記圧力容器を加熱することにより前記溶解液に熱対流を生じさせる加熱手段を有することが好ましい。
これにより、溶解液に鉛直方向の熱対流を確実に生じさせることができる。
本発明の人工水晶の製造装置では、前記加熱手段は、前記種水晶の収納領域内の前記溶解液の温度および前記上部の領域内の前記溶解液の温度が、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とが好ましい。
これにより、水晶原料の収納領域内の酸化ケイ素の溶解液に対する過飽和度、種水晶の収納領域内の酸化ケイ素の溶解液に対する過飽和度および前記上部の領域内の酸化ケイ素の溶解液に対する過飽和度が、それぞれ異なるように調整することができる。
In the artificial quartz crystal manufacturing apparatus of the present invention, the difference in supersaturation provides a temperature difference so that the temperature of the solution in the upper region is lower than the temperature of the solution in the seed crystal storage region. It is preferable that it is formed by this.
Thereby, crystal grains containing impurities in the solution can be more easily precipitated (generated) in the upper region.
In the artificial quartz crystal manufacturing apparatus of the present invention, the pressure vessel has a shape that is long in the vertical direction,
It is preferable to have a heating means provided along the longitudinal direction of the pressure vessel to generate thermal convection in the solution by heating the pressure vessel .
Thereby, the thermal convection of a perpendicular direction can be produced reliably in a solution.
In the artificial quartz crystal manufacturing apparatus of the present invention, the heating means can control the temperature of the solution in the seed crystal storage region and the temperature of the solution in the upper region to be different from each other. It is preferable to be configured.
Thus, the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution in the crystal raw material storage region, the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution in the seed crystal storage region, and the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution in the upper region are as follows. , Each can be adjusted differently.

本発明の人工水晶の製造方法は、オートクレーブ内に搬入された種水晶を水熱合成法によって育成して人工水晶を製造する人工水晶の製造方法であって、
前記オートクレーブ内の前記種水晶の収納領域よりも上部に、複数の貫通孔を有し前記オートクレーブ内に貯留された溶解液の対流量を制御するフィルタ部材を配置し、
前記フィルタ部材が配置された部分における前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を、前記オートクレーブの周縁領域と中央領域とで異ならせ、
前記中央領域における遮蔽率を、前記周縁領域における遮蔽率よりも高くし、
前記種水晶を前記オートクレーブ内で育成することを特徴とする。
The method for producing an artificial quartz crystal of the present invention is a method for producing an artificial quartz crystal for producing an artificial quartz crystal by growing a seed crystal carried into an autoclave by a hydrothermal synthesis method,
Arranged above the seed crystal storage area in the autoclave is a filter member that has a plurality of through holes and controls the counter flow rate of the solution stored in the autoclave.
The shielding rate of the cross section of the autoclave in the portion where the filter member is disposed is different between the peripheral region and the central region of the autoclave ,
The shielding rate in the central region is higher than the shielding rate in the peripheral region,
The seed crystal is grown in the autoclave.

本発明の人工水晶の製造方法では、前記フィルタ部材は、複数の網状体を積層してなる積層体で構成されており、In the method for producing an artificial quartz crystal of the present invention, the filter member is composed of a laminate formed by laminating a plurality of nets,
前記網状体の配置を変更することにより、前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を調整することが好ましい。  It is preferable to adjust the shielding ratio of the cross section of the autoclave by changing the arrangement of the mesh body.

本発明のフィルタ部材は、複数の貫通孔を有するフィルタ部材であって、
種水晶を水熱合成法によって育成して人工水晶を製造するオートクレーブ内の前記種水晶の収納領域よりも上部に配置されることによって、前記オートクレーブ内に貯留された溶解液の対流量を制御するものであり、
配置される部分における前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を、前記オートクレーブの周縁領域と中央領域とで異ならせ、
前記中央領域における遮蔽率を、前記周縁領域における遮蔽率よりも高くするよう構成されていることを特徴とする。
The filter member of the present invention is a filter member having a plurality of through holes,
The counter flow rate of the solution stored in the autoclave is controlled by placing the seed crystal above the seed crystal storage area in the autoclave in which the seed crystal is grown by hydrothermal synthesis to produce an artificial crystal. Is,
The shielding ratio of the cross section of the autoclave in the portion to be arranged is different between the peripheral area and the central area of the autoclave ,
The shielding rate in the central region is configured to be higher than the shielding rate in the peripheral region .

本発明のフィルタ部材では、複数の網状体を積層してなる積層体で構成されており、The filter member of the present invention is composed of a laminate formed by laminating a plurality of nets,
前記網状体の配置を変更することにより、前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を調整可能であることが好ましい。  It is preferable that the shielding ratio of the cross section of the autoclave can be adjusted by changing the arrangement of the mesh body.

以下、本発明の人工水晶の製造装置、人工水晶の製造方法およびフィルタ部材について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の人工水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に示す人工水晶の製造装置のA−A線断面図(フィルタ部材の平面図)、図3は、フィルタ部材の他の構成例示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言い、図2および図3中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言う。また、図3中の点線は、チャンバーの位置およびサイズに対応している。
Hereinafter, an artificial quartz crystal manufacturing apparatus, an artificial quartz crystal manufacturing method, and a filter member according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram (longitudinal sectional view) showing an embodiment of an artificial quartz crystal manufacturing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the artificial quartz crystal manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a plan view showing another configuration example of the filter member. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper”, the lower side is referred to as “lower”, the front side of the paper in FIGS. 2 and 3 is “upper”, and the rear side of the paper is “lower”. Say. Moreover, the dotted line in FIG. 3 respond | corresponds to the position and size of a chamber.

図1に示す人工水晶の製造装置(オートクレーブ)1は、水熱温度差法により人工水晶を製造するための装置である。
この人工水晶の製造装置1は、溶解液5、水晶原料11および種水晶12を収納し、鉛直方向に長い形状をなすチャンバー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。
An artificial quartz crystal manufacturing apparatus (autoclave) 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for manufacturing an artificial quartz crystal by a hydrothermal temperature difference method.
The artificial quartz crystal manufacturing apparatus 1 accommodates a solution 5, a crystal raw material 11, and a seed crystal 12, and is provided in a vertically long chamber 2 and an outer peripheral portion of the chamber 2, and heats the chamber 2. Thus, the heating means 9 for generating a thermal convection in the solution 5 in the chamber 2 is provided.

チャンバー2は、図1に示すように、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、側部の形状がほぼ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。
この場合、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。
As shown in FIG. 1, the chamber 2 includes a bottomed cylindrical main body 2a and a lid 2b that seals the upper opening of the main body 2a.
The overall shape of the main body portion 2a is not particularly limited, but it is preferable that the side portion has a substantially cylindrical shape. Thereby, it is possible to easily and surely convect the dissolved solution 5 accommodated therein in the vertical direction. Further, as will be described later, when the inside of the chamber 2 is pressurized, excellent pressure resistance can be imparted to the chamber 2 if it is cylindrical.
In this case, the dimensions of the main body 2a are preferably about 300 to 1000 mm in inner diameter and about 5 to 20 m in height (length).

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。これらの中でもチャンバー2の構成材料としては、高張力鋼が好ましい。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。   The constituent material of the chamber 2 (the main body 2a and the lid 2b) is not particularly limited, and examples thereof include iron-based metals such as high-tensile steel and stainless steel, titanium-based metals, aluminum-based metals, and nickel-based metals. Can be mentioned. Among these, as a constituent material of the chamber 2, high-tensile steel is preferable. High tensile steel has particularly high tensile strength, and can particularly increase the pressure resistance of the chamber 2.

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。水熱温度差法では、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、SiO)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。
また、チャンバー2(特に、本体部2a)の内壁は、上記の材料で構成された容器の内壁を、溶解液5に対する耐食性がより高い材料で構成するのが好ましい。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。
The pressure resistance of the chamber 2 is not particularly limited, but is preferably 50 MPa or more, and more preferably 100 MPa or more. In the hydrothermal temperature difference method, it is necessary to dissolve a larger amount of silicon oxide (quartz, SiO 2 ) in the solution 5 by applying a high pressure in the chamber 2. Even when a high pressure is applied over a long period of months, the chamber 2 can be reliably prevented from being damaged.
Moreover, it is preferable that the inner wall of the chamber 2 (particularly, the main body 2a) is made of a material having higher corrosion resistance to the solution 5 than the inner wall of the container made of the above material. Examples of such a material include a resin material such as a fluororesin, and a noble metal material such as gold and platinum.

このようなチャンバー2の内部には、対流制御板(バッフル板)3と、この対流制御板3より上方にフィルタ部材4(本発明のフィルタ部材)とが、それぞれ、チャンバー2内の空間を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とフィルタ部材4との間の第2の空間22と、フィルタ部材4より上方の第3の空間23とが画成されている。 Inside the chamber 2, a convection control plate (baffle plate) 3 and a filter member 4 (the filter member of the present invention) above the convection control plate 3 partition the space in the chamber 2. It is provided as follows. Thereby, in the chamber 2, a first space 21 below the convection control plate 3, a second space 22 between the convection control plate 3 and the filter member 4, and a third space above the filter member 4. The space 23 is defined.

これらの空間のうち、第1の空間21には、水晶原料11が収納され、第2の空間22には、図示しない治具等により種水晶12が固定または吊り下げられることにより収納される。そして、通常、第1の空間21、第2の空間22および第3の空間23に溶解液5が満たされる。
ここで、水晶原料11は、人工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。
この水晶原料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。
種水晶12は、人工水晶を再結晶・成長させるための核となるものである。
この種水晶12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。
Among these spaces, the crystal material 11 is stored in the first space 21, and the seed crystal 12 is stored in the second space 22 by being fixed or suspended by a jig or the like (not shown). In general, the first space 21, the second space 22, and the third space 23 are filled with the solution 5.
Here, the quartz raw material 11 serves as a supply source for supplying silicon oxide for producing artificial quartz.
For this quartz raw material 11, for example, Lasca, which is a small piece of natural quartz, is used.
The seed crystal 12 serves as a nucleus for recrystallizing and growing the artificial crystal.
The seed crystal 12 is, for example, a crystal piece such as a bar-shaped “Y bar” elongated in the Y-axis direction or a plate-shaped “Z plate” that is long in the Y-axis direction and has a width in the X-axis direction.

溶解液5は、第1の空間21に収納された水晶原料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や第3の空間23へと、運搬する媒体として機能するものである。
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(NaCO)水溶液のようなアルカリ溶液、硝酸アンモニウム(NHNO)水溶液、硝酸ナトリウム(NaNO)水溶液、硝酸カルシウム(Ca(NO)水溶液のような酸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。
The solution 5 functions as a medium for transporting silicon oxide dissolved from the crystal raw material 11 stored in the first space 21 from the first space 21 to the second space 22 or the third space 23. Is.
Examples of the solution 5 include an alkali solution such as an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH), an aqueous solution of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), an aqueous solution of ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), an aqueous solution of sodium nitrate (NaNO 3 ), nitric acid An acid solution such as a calcium (Ca (NO 3 ) 2 ) aqueous solution may be mentioned, and an alkaline solution is preferable. Alkaline solutions have a particularly high solubility in silicon oxide, and are therefore suitable as a medium for transporting silicon oxide.

特に、アルカリ溶液の中でも、水酸化ナトリウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液が好ましい。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、1〜10wt%程度であるのが好ましく、2〜5wt%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。
In particular, among the alkali solutions, a sodium hydroxide aqueous solution or a sodium carbonate aqueous solution is preferable. Since these alkali solutions have high chemical stability and are relatively inexpensive, they are particularly suitable as a medium for transporting silicon oxide.
When an alkaline solution is used as the solution 5, the concentration of the solute (alkaline substance) is preferably about 1 to 10 wt%, and more preferably about 2 to 5 wt%. Thereby, the maximum crystal deposition rate can be obtained while suppressing the corrosion / deterioration of the chamber 2 to the minimum.

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。
本実施形態の対流制御板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網状体で構成されている。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。
The convection control plate 3 has a function of controlling the convective flow rate of the solution 5 that convects between the first space 21 and the second space 22.
The convection control plate 3 of the present embodiment is configured by a net-like body in which a plurality of through holes that allow the solution 5 to pass are formed. Accordingly, the dissolved solution 5 can rise from the first space 21 to the second space 22 and drop from the second space 22 to the first space 21 along with the heat convection. Thereby, a temperature difference corresponding to the counter flow rate can be formed between the first space 21 and the second space 22.
In the convection control plate 3, the convection flow rate of the solution 5 can be controlled by appropriately setting the size and number of through holes.

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、3〜50%程度であるのが好ましく、5〜40%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、後に詳述する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、酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度に差が生じ、水晶の析出をより確実に制御することが可能となる。
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。
The aperture ratio of the through hole of the convection control plate 3 is appropriately set according to the convective flow rate of the target solution 5 and is not particularly limited, but is preferably about 3 to 50%, and about 5 to 40%. More preferably. Accordingly, the temperature difference between the upper and lower spaces (the first space 21 and the second space 22) partitioned by the convection control plate 3 by appropriately controlling the thermal convection of the solution 5 is optimally described in detail later. Within a certain range. As a result, a difference occurs in the degree of supersaturation of the silicon oxide solution 5 with respect to the solution 5 of the silicon oxide between the first space 21 and the second space 22, and it becomes possible to more reliably control the precipitation of the crystal.
As a constituent material of such a convection control plate 3, for example, the same material as the constituent material of the chamber 2 can be used.

フィルタ部材4は、第3の空間23内において、熱対流する溶解液5中に生成した雑晶(結晶粒)10を捕捉して、この雑晶10が第2の空間22へ移動するのを阻止する機能を有するとともに、第2の空間22と第3の空間23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。
ここで、この雑晶10は、人工水晶にとって不純物となる物質を含んで結晶化したものである。この不純物としては、例えば、水晶原料11が含有する溶解液5に不溶な粒子や、溶解液5によって溶出したチャンバー2の材料成分等が挙げられる。
In the third space 23, the filter member 4 captures the miscellaneous crystals (crystal grains) 10 generated in the solution 5 that is convected by heat, and the miscellaneous crystals 10 move to the second space 22. In addition to having a function of blocking, it has a function of controlling the convective flow rate of the solution 5 that convects between the second space 22 and the third space 23.
Here, the miscellaneous crystal 10 is crystallized by containing a substance that becomes an impurity for the artificial quartz crystal. Examples of the impurities include particles insoluble in the solution 5 contained in the crystal raw material 11, material components of the chamber 2 eluted by the solution 5, and the like.

一般に、溶解液5中から結晶が析出する場合、核となり得る異物があれば、その周囲に優先的に析出する傾向が高い。したがって、このような異物の周辺には、水晶が優先的に析出・成長して雑晶10が生成する。
また、雑晶10としては、ケイ素とその他の元素とで構成される副生成鉱物が挙げられ、この具体例としては、例えば、鉄を含有するアクマイト、リチウムを含有するエメリューサイト、カルシウムを含有するペクトライト等が挙げられる。
In general, when crystals are precipitated from the solution 5, if there is a foreign substance that can become a nucleus, the tendency to preferentially precipitate around the foreign substance is high. Accordingly, crystal is preferentially precipitated and grown around such a foreign substance, and a miscellaneous crystal 10 is generated.
Further, the miscellaneous crystal 10 includes a by-product mineral composed of silicon and other elements, and specific examples thereof include, for example, alumite containing iron, emerysite containing lithium, and calcium. Pectolite to be used.

このような雑晶10は、人工水晶に求められる特性、例えば、電気的および光学的等の特性を低下させてしまうため、人工水晶中からは極力排除することが好ましいが、本発明では、フィルタ部材4のフィルタ機能により雑晶10(不純物)が捕捉・除去されるため、雑晶10が種水晶12に付着するのを防止することができ、その結果、不純物の含有量が非常に少ない、すなわち、高純度(良質)の人工水晶を製造することができる。   Such a miscellaneous crystal 10 deteriorates characteristics required for the artificial quartz, for example, electrical and optical characteristics, and therefore is preferably excluded from the artificial quartz as much as possible. Since the miscellaneous crystal 10 (impurities) is captured and removed by the filter function of the member 4, the miscellaneous crystals 10 can be prevented from adhering to the seed crystal 12, and as a result, the impurity content is very small. That is, high-purity (good quality) artificial quartz can be manufactured.

本実施形態のフィルタ部材4は、2枚の長方形状をなす網状体41、42を、互いに直交するように積層してなる積層体で構成され、熱対流に伴って溶解液5が第2の空間22から第3の空間23へと上昇、および、第3の空間23から第2の空間22へと下降することができる。
このフィルタ部材4は、各網状体41、42の配置を変更することにより、フィルタ部材4による空間の遮蔽率等の条件を容易に調整することができる。
The filter member 4 of the present embodiment is composed of a laminate formed by laminating two rectangular mesh bodies 41 and 42 so as to be orthogonal to each other, and the dissolved solution 5 is added to the second liquid due to thermal convection. It is possible to rise from the space 22 to the third space 23 and to descend from the third space 23 to the second space 22.
The filter member 4 can easily adjust the conditions such as the shielding rate of the space by the filter member 4 by changing the arrangement of the mesh bodies 41 and 42.

このようなフィルタ部材4は、チャンバー2のフィルタ部材4が位置する部分における横断面積において、その占める面積の割合(遮蔽率)が50〜90%程度となるものが好ましく、60〜80%程度となるものがより好ましい。これにより、溶解液5の熱対流を適度に制御して、フィルタ部材4で仕切られる上下の各空間(第2の空間22と第3の空間23)の温度差を、後に詳述する最適な範囲内に維持することができる。その結果、第2の空間22と第3の空間23とで、酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度に差を形成することができる。そして、この過飽和度差に応じて、第3の空間23において、優先的に析出させる水晶の析出量を制御することができる。また、フィルタ部材4の前記遮蔽率が前記範囲内であれば、雑晶10を確実に捕捉することができる。   Such a filter member 4 preferably has an area ratio (shielding rate) of about 50 to 90% in the cross-sectional area of the portion of the chamber 2 where the filter member 4 is located, and about 60 to 80%. Is more preferable. Accordingly, the temperature difference between the upper and lower spaces (second space 22 and third space 23) partitioned by the filter member 4 is appropriately controlled by appropriately controlling the heat convection of the dissolving solution 5, and the optimum will be described in detail later. Can be kept within range. As a result, the second space 22 and the third space 23 can form a difference in the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution 5. And according to this supersaturation degree difference, in the 3rd space 23, the precipitation amount of the crystal | crystallization which preferentially precipitates can be controlled. Moreover, if the said shielding rate of the filter member 4 is in the said range, the miscellaneous crystal 10 can be capture | acquired reliably.

また、フィルタ部材4により上側に画成される第3の空間23の容積は、チャンバー2内の空間の容積の3〜20%程度であるのが好ましく、5〜15%程度であるのがより好ましい。これにより、チャンバー2が不必要に大型化するのを防止しつつ、雑晶10の生成・捕捉に十分な容積の第3の空間23を確保することができる。
このようなフィルタ部材4の構成材料としては、例えば、チャンバー2で挙げた材料と同様の材料を用いることができる。
The volume of the third space 23 defined on the upper side by the filter member 4 is preferably about 3 to 20% of the volume of the space in the chamber 2, and more preferably about 5 to 15%. preferable. Thereby, the third space 23 having a volume sufficient for generating and capturing the miscellaneous crystals 10 can be secured while preventing the chamber 2 from being unnecessarily enlarged.
As a constituent material of such a filter member 4, the material similar to the material quoted by the chamber 2 can be used, for example.

なお、網状体を積層して用いる場合、その枚数は、2〜100枚であるのが好ましく、5〜50枚であるのがより好ましい。これにより、溶解液5の熱対流が阻害されるのを防止しつつ、フィルタ部材4にフィルタとしての機能を確実に発揮させることができる。
また、フィルタ部材4としては、1枚の網状体で構成されたものであってもよい。
また、フィルタ部材4の平面視形状は、長方形のほか、例えば、正方形、菱形のような四辺形、真円、楕円のような円形、十字形等であってもよい。
In addition, when laminating | stacking and using a mesh body, it is preferable that the number of sheets is 2-100 sheets, and it is more preferable that it is 5-50 sheets. Thereby, the function as a filter can be surely exhibited in the filter member 4 while preventing the thermal convection of the solution 5 from being hindered.
Further, the filter member 4 may be composed of a single mesh.
Moreover, the planar view shape of the filter member 4 may be, for example, a square, a quadrangle such as a rhombus, a perfect circle, a circle such as an ellipse, or a cross, in addition to a rectangle.

さらに、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、加圧の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。
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。
Furthermore, the chamber 2 is provided with a pressurizing means (not shown). This pressurizing means pressurizes the inside of the chamber 2, and by pressurizing the inside of the chamber 2, the solubility of silicon oxide in the solution 5 can be increased. Further, the solubility of silicon oxide in the solution 5 can be changed by adjusting the pressure of pressurization.
In addition, a pressure gauge 27 and a safety valve 28 are provided in the upper portion (the lid portion 2b) of the chamber 2. By monitoring the pressure in the chamber 2 with the pressure gauge 27, the inside of the chamber 2 can be maintained at a predetermined pressure. Moreover, when the predetermined pressure is exceeded, the safety valve 28 automatically releases the pressure, thereby preventing the chamber 2 from being damaged due to unnecessary pressure.

このようなチャンバー2の外周部には、その長手方向に沿って加熱手段9が設けられている。
この加熱手段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、第3の空間23に対応する部分に設けられたヒーター93とで構成されている。
A heating means 9 is provided on the outer periphery of the chamber 2 along the longitudinal direction thereof.
The heating means 9 includes a heater 91 provided in a portion corresponding to the first space 21, a heater 92 provided in a portion corresponding to the second space 22, and a portion corresponding to the third space 23. The heater 93 is provided.

各ヒータ91〜93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、第1の空間22および第3の空間23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。
このような構成により、チャンバー2の横断面において、中央部に比べ、壁部(縁部)の温度が若干高くなるため、主に、壁部には溶解液5の上昇流が、中央部には溶解液5の下降流が、それぞれ生じることになる。
Each heater 91-93 is attached so that it may be wound around the outer peripheral surface of the chamber 2, respectively. Thereby, the solution 5 in the first space 21, the first space 22, and the third space 23 is heated evenly in the circumferential direction of the chamber 2, and vertical convection is ensured in the solution 5. Can be generated.
With such a configuration, in the cross section of the chamber 2, the temperature of the wall (edge) is slightly higher than that of the central portion, so that the upward flow of the solution 5 mainly occurs in the central portion. Will cause a downward flow of the solution 5 respectively.

このようなヒーター91〜93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91〜93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、第2の空間22内の溶解液5の温度および第3の空間23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内の酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度、第2の空間22内の酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度および第3の空間23内の酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度が、それぞれ異なるように調整することができる。
Such a heater 91-93 can be comprised with a sheathed heater etc., for example. Since this sheathed heater is a heater in which a heating wire is enclosed in a metal tube, deterioration due to oxidation or the like of the heating wire is suppressed, and continuous heating for a long period of time is possible.
Moreover, these heaters 91-93 are comprised so that an output may be controlled independently by the control means which is not shown in figure, respectively. That is, the temperature of the solution 5 in the first space 21, the temperature of the solution 5 in the second space 22, and the temperature of the solution 5 in the third space 23 can be controlled to be different from each other. It is configured. Accordingly, the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution 5 in the first space 21, the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution 5 in the second space 22, and the silicon oxide solution 5 in the third space 23. The degree of supersaturation with respect to can be adjusted differently.

本実施形態では、このような加熱手段9により、溶解液5の温度が、第1の空間21内>第2の空間22内>第3の空間23内となるように調整する。この温度差を設けることにより、酸化ケイ素の溶解液5に対する溶解度が、第1の空間21内>第2の空間22内>第3の空間23内となるように調整されている。すなわち、酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度が、第1の空間21内<第2の空間22内<第3の空間23内となるように調整されている。
これにより、第1の空間21内では、水晶原料11の溶解が生じる。そして、酸化ケイ素が溶解した溶解液5は、チャンバー2の壁部に沿って上昇し、第2の空間22を経て第3の空間23に到達すると、温度の低下によりチャンバー2の中央部において下降に転じる(すなわち、熱対流する)。
In the present embodiment, the temperature of the solution 5 is adjusted by the heating unit 9 such that the temperature in the first space 21> the second space 22> the third space 23. By providing this temperature difference, the solubility of the silicon oxide in the solution 5 is adjusted so as to be in the first space 21> in the second space 22> in the third space 23. That is, the degree of supersaturation of the silicon oxide solution 5 with respect to the solution 5 is adjusted so that the first space 21 <the second space 22 <the third space 23.
As a result, the crystal raw material 11 is dissolved in the first space 21. Then, the dissolved solution 5 in which silicon oxide is dissolved rises along the wall portion of the chamber 2 and reaches the third space 23 through the second space 22, and falls in the central portion of the chamber 2 due to a decrease in temperature. (Ie heat convection).

次に、上記のような人工水晶の製造装置1の作用(人工水晶の製造装置1を用いて人工水晶を製造する人工水晶の製造方法)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に水晶原料11を入れるとともに、第2の空間22に種水晶12を吊り下げる。また、対流制御板3とフィルタ部材4を取り付け、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は、前述のようにチャンバー2内を満たす。この溶解液5の量(チャンバー2の容積に対する充填率)としては、60〜95%程度であるのが好ましく、70〜85%程度であるのがより好ましい。これにより、第3の空間23の雑晶10捕捉の効果が確実に発揮される。
Next, the operation of the artificial quartz crystal manufacturing apparatus 1 (the artificial quartz crystal manufacturing method for manufacturing the artificial quartz crystal using the artificial quartz crystal manufacturing apparatus 1) will be described.
[1] First, the crystal raw material 11 is placed in the first space 21 in the chamber 2, and the seed crystal 12 is suspended in the second space 22. Further, the convection control plate 3 and the filter member 4 are attached, and the chamber 2 is filled with a predetermined amount of the solution 5.
At this time, the solution 5 fills the chamber 2 as described above. The amount of the solution 5 (filling ratio with respect to the volume of the chamber 2) is preferably about 60 to 95%, and more preferably about 70 to 85%. Thereby, the effect of trapping the miscellaneous crystal 10 in the third space 23 is reliably exhibited.

[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、50〜200MPa程度であるのが好ましく、90〜150MPa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。
[2] Next, the inside of the chamber 2 is pressurized.
The pressure when pressurizing the inside of the chamber 2 is preferably about 50 to 200 MPa, and more preferably about 90 to 150 MPa. When the pressure in the chamber 2 exceeds the above range, it is necessary to change the constituent material of the chamber 2 to an expensive material with higher tensile strength or to increase the thickness of the chamber 2 in order to increase the pressure resistance of the chamber 2. This leads to an increase in manufacturing costs. On the other hand, when the pressure in the chamber 2 is lower than the above range, the solubility of the silicon oxide in the solution 5 is lowered, and the deposition rate of crystal may be lowered.

[3] 次に、ヒーター91、92、93を制御して、第1の空間21、第2の空間22および第3の空間23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、水晶原料11中の酸化ケイ素が多量に溶解液5中に溶解する。
加熱の際には、チャンバー2内の第1の空間21、第2の空間22および第3の空間23の各溶解液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。
[3] Next, the heaters 91, 92, and 93 are controlled to heat the first space 21, the second space 22, and the third space 23, respectively. Thereby, the inside of the chamber 2 becomes a high temperature / high pressure state, and the solubility of the silicon oxide in the solution 5 increases. As a result, a large amount of silicon oxide in the crystal raw material 11 is dissolved in the solution 5.
When heating, it is preferable to heat so that the temperature of each solution 5 in the first space 21, the second space 22, and the third space 23 in the chamber 2 is different.

具体的には、ヒーター91、92、93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、第2の空間22内の溶解液5の温度より第3の空間23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。   Specifically, the heaters 91, 92, and 93 are respectively controlled so that the temperature of the solution 5 in the second space 22 is lower than the temperature of the solution 5 in the first space 21, and the second space 22. It is preferable to heat so that the temperature of the solution 5 in the third space 23 is lower than the temperature of the solution 5 therein. Thereby, a temperature difference arises in the chamber 2, and a constant flow arises in the solution 5 by the heat convection accompanying this temperature difference.

すなわち、このような温度差を設けることだけで、第3の空間23内の酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度を、第2の空間22内の酸化ケイ素の溶解液5に対する過飽和度より高くすることができる。これにより、第3の空間23内に溶解液5中の不純物を含む雑晶(結晶粒)10をより容易に析出(生成)させることができる。なお、前述したように、析出した雑晶10は、フィルタ部材4により第3の空間23内に捕捉・貯留される。その結果、第2の空間22内の種水晶12には、雑晶10が付着することが防止され、純度が高く良質な人工水晶を得ることができる。   That is, only by providing such a temperature difference, the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution 5 in the third space 23 is made higher than the degree of supersaturation with respect to the silicon oxide solution 5 in the second space 22. be able to. Thereby, the miscellaneous crystals (crystal grains) 10 containing impurities in the solution 5 can be more easily precipitated (generated) in the third space 23. As described above, the precipitated miscellaneous crystals 10 are captured and stored in the third space 23 by the filter member 4. As a result, the miscellaneous crystal 10 is prevented from adhering to the seed crystal 12 in the second space 22, and a high-quality artificial crystal with high purity can be obtained.

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20〜60℃程度低くなるよう設定されるのが好ましく、30〜50℃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との間に適度な熱対流と過飽和度の差が生じ、種水晶12の表面に析出する水晶の析出速度が最適化される。その結果、より短い育成期間で人工水晶を製造することができる。   As a specific temperature difference, the temperature of the solution 5 in the second space 22 is preferably set to be about 20 to 60 ° C. lower than the temperature of the solution 5 in the first space 21. It is more preferable to set the temperature to be about -50 ° C lower. Thereby, an appropriate thermal convection and supersaturation difference occur between the first space 21 and the second space 22, and the deposition rate of the crystal deposited on the surface of the seed crystal 12 is optimized. As a result, an artificial quartz crystal can be manufactured in a shorter growing period.

また、第3の空間23内の溶解液5の温度は、第2の空間22の溶解液5の温度より10〜40℃程度低くなるよう設定されるのが好ましく、15〜30℃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2の空間22と第3の空間23との間に適度な熱対流と過飽和度の差が生じ、第3の空間23内で雑晶10が確実に析出するとともに、第2の空間22内での水晶の析出速度をより速くする(効率よく析出させる)ことができる。
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、360〜410℃程度、第2の空間22内の溶解液5の温度は、好ましくは、320〜360℃程度、第3の空間23内の溶解液5の温度は、好ましくは、300〜340℃程度とされる。
The temperature of the solution 5 in the third space 23 is preferably set to be about 10 to 40 ° C. lower than the temperature of the solution 5 in the second space 22 and is about 15 to 30 ° C. lower. More preferably, it is set as follows. As a result, an appropriate thermal convection and supersaturation difference occur between the second space 22 and the third space 23, and the miscellaneous crystal 10 is surely precipitated in the third space 23. The deposition rate of the quartz crystal in the space 22 can be made faster (efficient deposition).
When such a temperature difference is provided, the temperature of the solution 5 in the first space 21 is preferably about 360 to 410 ° C., and the temperature of the solution 5 in the second space 22 is preferably About 320-360 degreeC, The temperature of the solution 5 in the 3rd space 23 is preferably about 300-340 degreeC.

[4] 前記工程[3]の状態で所定の期間放置することにより、種水晶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、必要とする人工水晶のサイズや水晶の析出速度によっても異なるが、1〜6ヶ月程度が好ましい。
以上のようにして、人工水晶が得られる。
[4] The crystal is continuously deposited and grown on the surface of the seed crystal 12 by leaving it in the state of the step [3] for a predetermined period.
The standing period (growth period) varies depending on the size of the artificial quartz required and the deposition rate of the quartz, but is preferably about 1 to 6 months.
An artificial quartz is obtained as described above.

なお、以上のような人工水晶の製造方法では、例えば、工程[2]と工程[3]とを同時に、または、順序を逆にして行うこともできる。また、任意の工程を追加するようにしてもよい。
このような本発明によれば、高純度で結晶欠陥の少ない良質な人工水晶を高い歩留まりで効率よく製造することができる。
得られた人工水晶は、例えば、水晶発振器、水晶振動子、水晶フィルタのような水晶デバイス、光学フィルタのような光学デバイス、SAWフィルタ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。
In the method for manufacturing artificial quartz crystal as described above, for example, step [2] and step [3] can be performed simultaneously or in the reverse order. Moreover, you may make it add arbitrary processes.
According to the present invention as described above, a high-quality artificial quartz with high purity and few crystal defects can be efficiently manufactured with a high yield.
The obtained artificial quartz is suitably used as a raw material for various devices such as crystal oscillators, crystal resonators, crystal devices such as crystal filters, optical devices such as optical filters, and surface acoustic wave elements such as SAW filters. Used.

さて、フィルタ部材4には、図2に示す構成のもの他、例えば、図3に示す構成のものを用いることができる。
図3(a)に示すフィルタ部材4は、チャンバー2の内径より若干小さい外径の円盤状をなす網状体が複数枚積層した積層体で構成されている。そして、これらの各網状体には、ほぼ全体に多数の貫通孔が設けられている。この貫通孔は、フィルタ部材4の中央部と周辺部とで配置密度が異なっている。これにより、フィルタ部材4を通過する溶解液5の抵抗を調整し、チャンバー2の横断面方向における中央部と周辺部の熱対流量をそれぞれ制御することができる。
ここで、前述したように、チャンバー2では、一般に、その横断面における中央部と周辺部とで溶解液5の対流の方向が異なっている。したがって、前述のように、フィルタ部材4の中央部と周辺部とで貫通孔の配置密度を異ならせることにより、上昇流と下降流の各熱対流量をそれぞれ制御することもできる。
Now, the filter member 4 may be of the structure shown in FIG. 2, for example, the structure shown in FIG.
The filter member 4 shown in FIG. 3A is configured by a laminated body in which a plurality of mesh-like bodies having a disk shape with an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the chamber 2 are stacked. Each of these nets is provided with a large number of through holes almost entirely. The through holes have different arrangement densities at the central portion and the peripheral portion of the filter member 4. Thereby, the resistance of the solution 5 that passes through the filter member 4 can be adjusted, and the heat flow rate at the center portion and the peripheral portion in the cross-sectional direction of the chamber 2 can be controlled.
Here, as described above, in the chamber 2, the convection direction of the solution 5 is generally different between the central portion and the peripheral portion in the cross section. Therefore, as described above, by varying the arrangement density of the through holes between the central portion and the peripheral portion of the filter member 4, it is possible to control each heat flow rate of the upward flow and the downward flow.

一方、図3(b)に示すフィルタ部材4は、上側の網状体41が下側の網状体42に対して45°回転した状態で積層した積層体で構成されている。これらの各網状体41、42にも、全体に多数の貫通孔が設けられ、溶解液5がフィルタ部材4を通過できるよう構成されている。また、フィルタ部材4とチャンバー2の内壁との間には、間隙が生じている。この隙間とフィルタ部材4とで、フィルタ部材4を通過しようとする溶解液5の流れに対する抵抗を調整することができる。これにより、フィルタ部材4の中央部と周辺部とで、溶解液5の対流量に差を設けることができる。   On the other hand, the filter member 4 shown in FIG. 3B is configured by a laminated body in which the upper mesh body 41 is laminated in a state of being rotated by 45 ° with respect to the lower mesh body 42. Each of these nets 41 and 42 is also provided with a large number of through-holes so that the solution 5 can pass through the filter member 4. Further, a gap is generated between the filter member 4 and the inner wall of the chamber 2. With this gap and the filter member 4, it is possible to adjust the resistance to the flow of the solution 5 that is about to pass through the filter member 4. Thereby, a difference in the counter flow rate of the solution 5 can be provided between the central portion and the peripheral portion of the filter member 4.

また、網状体41と網状体42とが重なった部分では、その重なり方に応じて、貫通孔のサイズを変えることができる。これにより、フィルタ部材41で濾し取る雑晶10のサイズ(粒径)を調整することもできる。
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、本発明の人工水晶の製造装置を構成する各部は、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。
In addition, in the portion where the mesh body 41 and the mesh body 42 overlap, the size of the through hole can be changed according to the overlapping method. Thereby, the size (particle diameter) of the miscellaneous crystal 10 filtered by the filter member 41 can also be adjusted.
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to this.
For example, each part constituting the artificial quartz crystal manufacturing apparatus of the present invention can be replaced with any one that exhibits the same function, or other configurations can be added.

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。
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 :4wt%
溶解液の充填率 :85%
種水晶の種類 :Z板
対流制御板の開口率 :10%
フィルタ部材の遮蔽率 :70%
フィルタ部材の網状体の数 :50枚
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℃
第3の空間内の溶解液の温度:335℃
育成期間 :3ヶ月
人工水晶の作製個数 :1500個
(比較例)
フィルタ部材を省略した人工水晶の製造装置を用いた以外は、前記実施例と同様にして人工水晶を作製した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of artificial quartz (Example)
An artificial quartz crystal was manufactured using the artificial quartz crystal manufacturing apparatus shown in FIGS. The conditions at the time of production are shown below.
Chamber dimensions: 650mm inner diameter x 14m height
Chamber material: High tensile steel Pressure in the chamber: 130 MPa
Solution composition: Sodium hydroxide aqueous solution Solution concentration: 4 wt%
Solution filling rate: 85%
Type of seed crystal: Z plate Opening ratio of convection control plate: 10%
Filter member shielding rate: 70%
Number of filter member nets: 50 Temperature of solution in first space: 390 ° C.
Temperature of the solution in the second space: 350 ° C
Temperature of the solution in the third space: 335 ° C
Growth period: 3 months Number of artificial quartz produced: 1500 (comparative example)
An artificial quartz crystal was produced in the same manner as in the above example except that an artificial quartz crystal manufacturing apparatus in which the filter member was omitted was used.

2.評価
実施例および比較例で得られた各1500個の人工水晶について、それぞれ人工水晶中に含まれる異物の含有密度を評価した。なお、この評価は、JIS C 6704に規定の試験方法および評価基準にしたがって行った。表1に評価基準を示す。
2. Evaluation For each of the 1500 artificial quartz crystals obtained in the examples and comparative examples, the density of foreign substances contained in the artificial quartz was evaluated. This evaluation was performed in accordance with the test method and evaluation criteria specified in JIS C 6704. Table 1 shows the evaluation criteria.

Figure 0004457995
Figure 0004457995

また、評価項目としては、表1に示す5段階の等級のうち、少なくとも等級Iを満足する人工水晶を良品とする良品率とした。そして、この良品率を以下の基準にしたがって評価した。
◎:良品率90%以上
○:良品率75%以上90%未満
△:良品率60%以上75%未満
×:良品率60%未満
表2に評価結果を示す。
Moreover, as an evaluation item, it was set as the non-defective rate which made the artificial quartz which satisfies the class I at least among the five grades shown in Table 1 into a non-defective product. Then, the yield rate was evaluated according to the following criteria.
A: Good product rate of 90% or more ○: Good product rate of 75% or more and less than 90% Δ: Good product rate of 60% or more and less than 75% X: Good product rate of less than 60% Table 2 shows the evaluation results.

Figure 0004457995
Figure 0004457995

表2からも明らかなように、実施例で得られた人工水晶の良品率は90%以上(◎)の非常に高い歩留まりであった。また、良品の等級内訳(等級別占有率)では、最も良質な等級Iaが4割と高い割合を占めており、実施例では、極めて良質な人工水晶を高い歩留まりで得ることができた。
一方、比較例で得られた人工水晶の良品率は60以上75%未満(△)であった。良品の等級内訳では、等級Iが2割弱と比較的高い割合を占めており、全体としてやや異物密度が高かった。
以上のことから、本発明の人工水晶の製造装置および人工水晶の製造方法によれば、良質な人工水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。
As is apparent from Table 2, the yield rate of the artificial quartz obtained in the examples was a very high yield of 90% or more (◎). In addition, in the grade breakdown (occupation rate by grade) of non-defective products, the highest quality grade Ia occupies a high ratio of 40%, and in the example, an extremely high quality artificial quartz crystal could be obtained with a high yield.
On the other hand, the yield rate of artificial quartz obtained in the comparative example was 60 or more and less than 75% (Δ). In the breakdown of non-defective products, Grade I accounted for a relatively high proportion of just under 20%, and the overall foreign matter density was slightly higher.
From the above, it has become clear that according to the artificial quartz crystal manufacturing apparatus and artificial quartz crystal manufacturing method of the present invention, high-quality artificial quartz can be efficiently manufactured with high yield.

本発明の人工水晶の製造装置の実施形態を示す概略図(縦断面図)である。It is the schematic (longitudinal sectional view) which shows embodiment of the manufacturing apparatus of the artificial quartz crystal of this invention. 図1に示す人工水晶の製造装置のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of the artificial quartz crystal manufacturing apparatus shown in FIG. フィルタ部材の他の構成例示す平面図である。It is a top view which shows the other structural example of a filter member.

符号の説明Explanation of symbols

1……人工水晶の製造装置 2……チャンバー 2a……本体部 2b……蓋部 3……対流制御板 4……フィルタ部材 5……溶解液 10……雑晶 11……水晶原料 12……種水晶 21……第1の空間 22……第2の空間 23……第3の空間 27……圧力計 28……安全弁 41、42……網状体 9……加熱手段 91、92、93……ヒーター   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Artificial crystal manufacturing apparatus 2 ... Chamber 2a ... Main part 2b ... Cover part 3 ... Convection control board 4 ... Filter member 5 ... Dissolved solution 10 ... Miscellaneous crystals 11 ... Crystal raw material 12 ... ... Seed crystal 21 ... First space 22 ... Second space 23 ... Third space 27 ... Pressure gauge 28 ... Safety valve 41, 42 ... Reticulated body 9 ... Heating means 91, 92, 93 ……heater

Claims (10)

圧力容器内に溶解液、水晶原料および種水晶を収納し、水熱合成法により人工水晶を製造する人工水晶の製造装置であって、
前記圧力容器内の前記種水晶の収納領域よりも上部に設けられ、複数の貫通孔を有し前記溶解液の対流量を制御するフィルタ部材を有し、
前記フィルタ部材が配置された部分における前記圧力容器の横断面の遮蔽率が、前記圧力容器の周縁領域と中央領域とで異なり、
前記中央領域における遮蔽率は、前記周縁領域における遮蔽率よりも高いことを特徴とする人工水晶の製造装置。
An artificial quartz crystal manufacturing apparatus that stores a dissolving liquid, a crystal raw material, and a seed crystal in a pressure vessel and manufactures an artificial crystal by a hydrothermal synthesis method,
A filter member that is provided above the seed crystal storage region in the pressure vessel, has a plurality of through holes, and controls the flow rate of the solution;
The shielding rate of the cross section of the pressure vessel in the portion where the filter member is disposed is different between the peripheral region and the central region of the pressure vessel ,
The artificial quartz crystal manufacturing apparatus , wherein a shielding rate in the central region is higher than a shielding rate in the peripheral region .
前記フィルタ部材は、複数の網状体を積層してなる積層体で構成されており、
前記網状体の配置を変更することにより、前記圧力容器の横断面の遮蔽率を調整可能である請求項に記載の人工水晶の製造装置。
The filter member is composed of a laminate formed by laminating a plurality of nets,
By changing the arrangement of the mesh body, artificial crystal manufacturing apparatus according shielding ratio of the cross-section of the pressure vessel to claim 1 is adjustable.
前記圧力容器内に配置された前記フィルタ部材よりも上部の領域の前記溶解液に対する酸化ケイ素の過飽和度が、前記種水晶の収納領域内の前記溶解液に対する酸化ケイ素の過飽和度より高くなるよう過飽和度差を設けることにより、前記上部の領域において、前記溶解液中に前記結晶粒が生成されるよう構成されている請求項1または2に記載の人工水晶の製造装置。 The supersaturation of the silicon oxide with respect to the solution in the region above the filter member disposed in the pressure vessel is higher than the supersaturation of silicon oxide with respect to the solution in the seed crystal storage region. 3. The artificial quartz crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the crystal grains are generated in the solution in the upper region by providing a degree difference. 4. 前記過飽和度差は、前記上部の領域内の前記溶解液の温度が、前記種水晶の収納領域内の前記溶解液の温度より低くなるよう温度差を設けることにより形成されるものである請求項に記載の人工水晶の製造装置。 The supersaturation difference is formed by providing a temperature difference so that the temperature of the solution in the upper region is lower than the temperature of the solution in the seed crystal storage region. 3. The artificial quartz crystal manufacturing apparatus according to 3. 前記圧力容器は、鉛直方向に長い形状をなし、
前記圧力容器の長手方向に沿って設けられた、前記圧力容器を加熱することにより前記溶解液に熱対流を生じさせる加熱手段を有する請求項1ないしのいずれかに記載の人工水晶の製造装置。
The pressure vessel has a vertically long shape,
Wherein provided along the longitudinal direction of the pressure vessel, artificial crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4 having a heating means for generating heat convection to the solution by heating the pressure vessel .
前記加熱手段は、前記種水晶の収納領域内の前記溶解液の温度および前記上部の領域内の前記溶解液の温度が、それぞれ異なるように制御し得るよう構成されている請求項に記載の人工水晶の製造装置。 It said heating means, the temperature of the solution of the solution temperature and the upper in the region of the seed crystal accommodating region, according to claim 5 which is configured to be controlled differently each Artificial quartz manufacturing equipment. オートクレーブ内に搬入された種水晶を水熱合成法によって育成して人工水晶を製造する人工水晶の製造方法であって、
前記オートクレーブ内の前記種水晶の収納領域よりも上部に、複数の貫通孔を有し前記オートクレーブ内に貯留された溶解液の対流量を制御するフィルタ部材を配置し、
前記フィルタ部材が配置された部分における前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を、前記オートクレーブの周縁領域と中央領域とで異ならせ、
前記中央領域における遮蔽率を、前記周縁領域における遮蔽率よりも高くし、
前記種水晶を前記オートクレーブ内で育成することを特徴とする人工水晶の製造方法。
An artificial quartz crystal manufacturing method for producing artificial quartz by growing seed crystals carried into an autoclave by a hydrothermal synthesis method,
Arranged above the seed crystal storage area in the autoclave is a filter member that has a plurality of through holes and controls the counter flow rate of the solution stored in the autoclave.
The shielding rate of the cross section of the autoclave in the portion where the filter member is disposed is different between the peripheral region and the central region of the autoclave ,
The shielding rate in the central region is higher than the shielding rate in the peripheral region,
A method for producing artificial quartz crystal, wherein the seed crystal is grown in the autoclave.
前記フィルタ部材は、複数の網状体を積層してなる積層体で構成されており、
前記網状体の配置を変更することにより、前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を調整する請求項に記載の人工水晶の製造方法。
The filter member is composed of a laminate formed by laminating a plurality of nets,
The method for manufacturing an artificial quartz crystal according to claim 7 , wherein a shielding rate of a cross section of the autoclave is adjusted by changing the arrangement of the mesh body.
複数の貫通孔を有するフィルタ部材であって、
種水晶を水熱合成法によって育成して人工水晶を製造するオートクレーブ内の前記種水晶の収納領域よりも上部に配置されることによって、前記オートクレーブ内に貯留された溶解液の対流量を制御するものであり、
配置される部分における前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を、前記オートクレーブの周縁領域と中央領域とで異ならせ、
前記中央領域における遮蔽率を、前記周縁領域における遮蔽率よりも高くするよう構成されていることを特徴とするフィルタ部材。
A filter member having a plurality of through holes,
The counter flow rate of the solution stored in the autoclave is controlled by placing the seed crystal above the seed crystal storage area in the autoclave in which the seed crystal is grown by hydrothermal synthesis to produce an artificial crystal. Is,
The shielding ratio of the cross section of the autoclave in the portion to be arranged is different between the peripheral area and the central area of the autoclave ,
The filter member characterized by making the shielding rate in the said center area | region higher than the shielding rate in the said peripheral area | region .
複数の網状体を積層してなる積層体で構成されており、
前記網状体の配置を変更することにより、前記オートクレーブの横断面の遮蔽率を調整可能である請求項に記載のフィルタ部材。
It is composed of a laminate formed by laminating a plurality of nets,
The filter member according to claim 9 , wherein the shielding ratio of the cross section of the autoclave can be adjusted by changing the arrangement of the mesh body.
JP2005221494A 2005-07-29 2005-07-29 Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member Expired - Fee Related JP4457995B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005221494A JP4457995B2 (en) 2005-07-29 2005-07-29 Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005221494A JP4457995B2 (en) 2005-07-29 2005-07-29 Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007031254A JP2007031254A (en) 2007-02-08
JP4457995B2 true JP4457995B2 (en) 2010-04-28

Family

ID=37790945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005221494A Expired - Fee Related JP4457995B2 (en) 2005-07-29 2005-07-29 Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4457995B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5033386B2 (en) * 2006-09-29 2012-09-26 日本電波工業株式会社 Method for producing artificial quartz and artificial quartz
JP2011190135A (en) * 2010-03-12 2011-09-29 Seiko Epson Corp Apparatus and method for manufacturing crystal and filter member
US9133037B2 (en) * 2010-10-21 2015-09-15 Uop Llc Processes for making nano zeolites and for recovery of nano zeolites from an aqueous suspension
JP5516650B2 (en) * 2012-06-04 2014-06-11 日本電波工業株式会社 Method for producing artificial quartz and artificial quartz

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007031254A (en) 2007-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4457995B2 (en) Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member
EP2825306B1 (en) Process for manufacturing synthetic single crystal diamond material
US20100031873A1 (en) Basket process and apparatus for crystalline gallium-containing nitride
US20100031874A1 (en) Process and apparatus for growing a crystalline gallium-containing nitride using an azide mineralizer
US8444765B2 (en) Process and apparatus for large-scale manufacturing of bulk monocrystalline gallium-containing nitride
CN100339512C (en) Improvemrnt of process for obtaining of bulk monocrystallline gallium-containing nitride
CN101983263A (en) Zinc oxide single crystal and method for producing the same
EP2725123A1 (en) Method for producing nitride single crystal and autoclave used therefor
JP2010241628A (en) Apparatus for producing silicon carbide single crystal
JP6400438B2 (en) Single crystal manufacturing method and single crystal manufacturing apparatus
JP2008189520A (en) Apparatus for and method of producing artificial quartz, and artificial quartz produced thereby
JP2011190135A (en) Apparatus and method for manufacturing crystal and filter member
JP5033386B2 (en) Method for producing artificial quartz and artificial quartz
JP5260019B2 (en) Method for producing granular sodium iodide
US11346017B1 (en) Single crystalline NaUO3 and method of making same
JPH07133182A (en) Hydrothermal synthesis and growth vessel for hydrothermal synthesis
KR102028586B1 (en) Apparatus for seperating mixture
US9388506B2 (en) Semiconductor crystal removal apparatus and production method for semiconductor crystal
JP4427276B2 (en) Single crystal growth vessel
JP5516650B2 (en) Method for producing artificial quartz and artificial quartz
JP2001010897A (en) Production of artificial rock crystal
US11661674B1 (en) Single crystalline RbUO3 and method of making and using same
JP2011190135A5 (en) Artificial quartz crystal manufacturing apparatus, artificial quartz crystal manufacturing method, and filter member
JP2013047158A (en) Method and apparatus for producing artificial quartz
JP2013014486A (en) Method for producing zinc oxide single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070301

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090701

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090714

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090907

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091027

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100119

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4457995

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees