JPH08183697A - 単結晶フェライトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、（−１１１）結晶面、（１−１
２）結晶面、（１１０）結晶面で構成されるＶＨＳフォ
ーマット向けの面方位の単結晶ブロックを切り出すのに
有利で、かつ、白金等のルツボ材の混入や結晶欠陥の少
ない良質の単結晶を作製するフェライト単結晶の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 融液の状態の原材料を温度勾配を有する炉中
を徐々に通過させることにより単結晶を育成するにあた
り、長手方向が＜−１１１＞結晶方向の種結晶を使用し
て、＜−１１１＞結晶方向へ単結晶を成長させる。ま
た、上記単結晶フェライトがＭｎ−Ｚｎ系の単結晶フェ
ライトであることを特徴とする。そして、このように得
られた単結晶インゴット６を、＜−１１１＞結晶方向と
直交する方向から切り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶フェライトの製
造方法に関し、特に、ＶＨＳフォーマット（Ｖｉｄｅｏ
Ｈｏｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒｍａｔ）向けの面方
位の単結晶ブロックを切り出すのに有利なフェライト単
結晶の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フェライト単結晶を製造する方法
として、操作が容易で、且つ設備も簡易なことからブリ
ッジマン法が広く用いられている。

【０００３】このブリッジマン法は、温度勾配を利用し
て結晶化を進めるものであり、例えば、溶融した原材料
の一端を冷却して結晶化させ、これを徐々に成長させる
というものである。このようなブリッジマン法によれ
ば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶ばかりでなく、金属
や塩類等の大きな単結晶を作製することが可能で、工業
的にも光学用材料や磁性材料，半導体，各種合金等の単
結晶を製造するのに利用されている。

【０００４】ところで、上述のような製造方法で、これ
までＭｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶の場合、出来上がっ
たインゴットから最終的なブロック形状まで加工したと
きの収率や加工性において有利な＜１１０＞結晶方向に
成長させる育成方法が一般的であった。

【０００５】特に、この結晶方法で育成した場合、得ら
れる単結晶インゴットは（００１）結晶、（−１１０）
結晶面で構成されるベータフォーマット（β Ｆｏｒｍ
ａｔ）向けの面方位のブロックを切り出すのに有利であ
り、他の面方位への切り出し方のアレンジも容易であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年のＶＨ
Ｓフォーマット（ｖｉｄｅｏ ｈｏｍｅ ｓｙｓｔｅｍ
Ｆｏｒｍａｔ）の著しい普及に伴い、βフォーマットで
広く用いられていた面方位に変わって、（−１１１）結
晶面、（１−１２）結晶面、（１１０）結晶面で構成さ
れるＶＨＳ・フォーマット向けの面方位を使用する機会
が多くなってきた。このＶＨＳ・フォーマット向けの面
方位の場合、通常、（−１１１）結晶面がブロックの最
大面積となるような形状に切り出すため、＜１１０＞結
晶方向に成長させた単結晶インゴットに対しては、研削
砥石を＜１−１２＞結晶方向に進めて切る。

【０００７】しかしながら、＜１１２＞結晶方向は、切
削性が悪く、研削砥石がフェライト単結晶の劈開面であ
る＜−１００＞結晶方向など他の方向へと逃げ易いため
に、厚み精度良く平坦なブロックを切り出すことが難し
く、時間もかかった。

【０００８】また、＜１１０＞結晶方向への結晶成長の
場合、もともと結晶が持つ成長速度が＜−１１１＞結晶
方向の場合よりも遅く、さらに、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライ
ト自体の融液が結晶化するときに発生する熱量が大きい
ために、固液界面の中心部ほど冷却され難く、固液界面
の断面形状が下に凸状になって結晶欠陥や不純物を結晶
内部にとり込み易くなり、白金等のルツボ材からの混入
物が結晶内部に残ってしまう傾向があった。

【０００９】さらに、融液の冷却速度を速めれば速める
ほど固液界面の断面形状の下に凸状の度合いが増し、ま
すます結晶欠陥を結晶内部に取り込んで結晶性が劣化し
てしまうために育成速度を速めることも難しかった。

【００１０】そこで、本発明は、（−１１１）結晶面、
（１−１２）結晶面、（１１０）結晶面で構成されるＶ
ＨＳフォーマット向けの面方位の単結晶ブロックを切り
出すのに有利で、かつ、白金等のルツボ材の混入や結晶
欠陥の少ない良質の単結晶を作製するフェライト単結晶
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係るフェライト単結晶の製造方法は、融
液の状態の原材料を温度勾配を有する炉中を徐々に通過
させることにより単結晶を育成するにあたり、長手方向
が＜−１１１＞結晶方向の種結晶を使用して＜−１１１
＞結晶方向へ単結晶を成長させることを特徴とする。

【００１２】また、長手方向が＜−１１１＞結晶方向の
種結晶を使用して＜−１１１＞結晶方向へ単結晶を成長
させて得られた端結晶ブロックを＜−１１１＞結晶方向
と直交する方向から切り出すことを特徴とする。

【００１３】さらに、単結晶フェライトがＭｎ−Ｚｎ系
の単結晶フェライトであることを特徴とする。

【００１４】上記Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライト原材料の基
本組成としては、ＺｎＯ，ＭｎＯ，Ｆｅ₂ Ｏ ₃を混合し
た通常のＭｎ−Ｚｎ系のフェライト原材料の基本組成が
いずれも採用可能である。

【００１５】そして、本発明が適用されるフェライト単
結晶の製造方法としては、例えば、フローティングゾー
ン法、フレイムフュージョン法（ベルヌーイ法）、フラ
ックス法等、その製造方法は問われないが、温度勾配を
有する炉の中を徐々に通過させてＭｎ−Ｚｎ系フェライ
ト単結晶を育成する、いわゆるブリッジマン法に適用し
た場合に特に有効である。

【００１６】

【作用】本発明によれば、得られる単結晶フェライトの
結晶方向を決定づける種結晶に、長手方向が＜−１１１
＞結晶方向の種結晶を使用して＜−１１１＞結晶方向へ
単結晶を成長させることによって、ＶＨＳフォーマット
向けの面方位の単結晶ブロックを切り出すのに有利な単
結晶インゴットが得られる。

【００１７】また、本発明によれば、＜−１１１＞結晶
方向が持つ速い成長速度が活かされて、結晶欠陥や白金
混入の少ない良質な単結晶フェライトの製造が可能とな
る。

【００１８】そして、このようにして得られた単結晶イ
ンゴットを、＜−１１１＞結晶方向と直交する方向から
切り出すことにより、厚み精度良く平坦に切り出すこと
が容易となり、時間もかからない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明のフェライト単結晶の作製方法
について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施
例は、ブリッジマン法により製造するものであるが、本
発明は、ブリッジマン法に限定されるものではなく、フ
ローティングゾーン法等にも適用できるものである。

【００２０】Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶の育成 Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶を育成に際しては、ま
ず、図１に示すように、上部ルツボ１及び下部ルツボ２
の上下二段に配置した白金製のルツボを準備する。

【００２１】上部ルツボ１は、上方から吊り下げ、下部
ルツボ２は支持管によって下から支えられるようにし、
上記の両ルツボ１，２が独立に動作できるような構造と
なっている。

【００２２】また、上部ルツボ１は、上方から吊り下げ
られた棒状のフェライト原材料３が挿入される円筒部
と、溶融した原材料を下部ルツボ２に供給するための注
ぎ口４が設けられている。

【００２３】次に、これら上部ルツボ１と下部ルツボ２
を図１右側に模式的に示すような温度勾配を有する炉内
を徐々に降下させていく。なお、図中符号７は、フェラ
イト原材料３の破砕品である。

【００２４】このときの上部ルツボ１としては、一定の
距離を隔てたまま、育成中は常にその動作を同期させる
ものとする。

【００２５】そして、図２に示すように原材料３の下端
がこの原材料３の溶融開始温度となっている炉内のＸ点
に達すると、上記原材料３が溶融して上記下部ルツボ２
へ流れ落ち、溶融状態のメルトゾーン５が形成される。

【００２６】続いて、さらに上記各ルツボ１，２を降下
すると、図３に示すように下部ルツボ２の下端が炉内温
度が晶出温度となっているＹ点に達し、上記メルトゾー
ン５の下端が結晶晶出温度以下に冷却され、このメルト
ゾーン５の下端から単結晶６が晶出し始める。

【００２７】そして、さらに徐々に各ルツボ１，２を降
下させていくと、上部ルツボ１から溶融した原材料３が
炉内の最高温度位置を通って次々に下部ルツボ２に供給
されるとともに、メルトゾーン５の下端から順次単結晶
６が晶出し、図４に示すように上記メルトゾーン５が常
に一定幅ｄとなるよに制御されて単結晶が成長する。

【００２８】、インゴット６の形にまで成長することに
なる。

【００２９】最終的には、図５に示すような状態で上記
各ルツボ１，２の移動を止め、徐々に冷却して下部ルツ
ボ２内から棒状のインゴット６を取り出す。

【００３０】実施例 本発明に係る実施例は、上記のような育成に際して、あ
らかじめ上記ルツボ２の先端部に長手方向が＜−１１１
＞結晶方向の種結晶を充填して、＜−１１１＞結晶方向
へ単結晶を成長させるものである。

【００３１】この方法によれば、ブリッジマン法により
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶を育成する際、得られる
単結晶インゴット６の成長方向を決定づける種結晶に長
手方向が＜−１１１＞結晶方向の種結晶を使用し、＜−
１１１＞結晶方向へ単結晶を成長させることによって、
ＶＨＳフォーマット向けの面方位の単結晶ブロックを切
り出すのに有利な単結晶インゴット６が得られる。そし
て、同時に＜−１１１＞結晶方向が持つ速い成長速度が
活かされて、結晶欠陥や白金混入等の少ない良質な単結
晶フェライトの育成が可能となる。

【００３２】なお、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶は等
軸晶系なので、＜−１１１＞結晶方向と等価の結晶方向
は他に７つ存在するが、これら全ての結晶方向に対して
上述のことが成立することは明かである。

【００３３】次に本発明の具体的な実施例について説明
する。なお、本発明がこの実施例に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。

【００３４】原材料として、酸化第二鉄Ｆｅ₂ Ｏ ₃５４
ｍｏｌ％，酸化マンガンＭｎＯ２４ｍｏｌ％，酸化亜鉛
ＺｎＯ２２ｍｏｌ％からなるＭｎ−Ｚｎ系フェライト原
料を用いた。そして、まず、下ルツボ２の先端部に直径
５ｍｍ、長さ１１５ｍｍで長手方向が＜−１１１＞結晶
方向の種結晶を充填し、次に適量の仮焼原料を下ルツボ
２に充填し、最適温度１７１０°Ｃに保った炉内を３．
０ｍｍ／ｈの速度で上下の各ルツボ１，２を降下し、Ｍ
ｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶を作製した。なお、ここ
で、使用した長手方向が＜１１１＞結晶方向の種結晶
は、通常の＜１１０＞結晶方向に成長させた単結晶イン
ゴット６から切り出して作製した。さらに、良好な結晶
性が得られるようにメルトゾーンを３５ｍｍに設定し、
ガスの導入出口の段面積を等しくして外気の影響をなく
した。このときの炉内の雰囲気は酸素９８ｋＰａとし、
酸素の流量は１（ｌ／ｍｉｎ）とした。また、上下ルツ
ボ１，２ともその径は６５ｍｍとし、下部ルツボ２の回
転数は２ｒｐｍとした。

【００３５】さらに、比較するために上述の条件の中で
長手方向が＜１１１＞結晶方向の代わりに＜１１０＞結
晶方向の種結晶を充填し、他は同じ条件のもとでＭｎ−
Ｚｎ系フェライト単結晶を作製した。

【００３６】こうして得られた各単結晶インゴット６を
その長手方向にスライス加工した後、インゴット中心部
のスライスを鏡面加工して、それぞれの単結晶インゴッ
ト６の白金の混入量と分布状態を拡大率１００倍の金属
顕微鏡で調べた。この結果を図６乃至図９に示す。な
お、比較例は、従来の＜１１０＞結晶方向へ単結晶を成
長させたものである。また、図中アルファベット（Ａ〜
Ｐ）は、単結晶インゴット６の位置を表す。

【００３７】この図６乃至図９から明らかなように、本
実施例により製造された単結晶インゴット６の方は、比
較例に係る単結晶インゴットと比較し、白金の混入量が
少なく、また、混入している位置（分布状態）が改善さ
れたことが分かる。

【００３８】すなわち、白金の混入量は、図８・図９か
ら明らかなように、実施例に係る方が平均２．１個／ｃ
ｍ² であるのに対し、比較例の方は平均５．１個／ｃｍ
² であった。

【００３９】また、白金の混入している位置（分布状
態）は、図６・図７から明らかなように、比較例の方が
単結晶インゴットの中心部に分布しているのに対し、実
施例に係る方は単結晶インゴット６の外周部に掃き出さ
れた形になっていることが分かる。

【００４０】これらの相違が生じた理由は、従来の＜１
１０＞結晶方向への結晶成長の場合は、Ｍｎ−Ｚｎ系フ
ェライト自体の融液が結晶化するときに発生する熱量が
大きいために、固液界面の中心部ほど冷却され難く、固
液界面の断面形状が下に凸状になって結晶欠陥や不純物
を結晶内部にとり込み易くなり、白金等のルツボ材から
の混入物が結晶内部に残ってしまう傾向があることを明
らかにするものである。

【００４１】そして次に、同様にして得られた有効長１
８５ｍｍの各単結晶インゴット６について、（−１１
１）結晶面、（１−１２）結晶面、（１１０）結晶面で
構成され、（１１１）結晶面がブロックの最大面積とな
る、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような形状の
ブロックを、＜−１１１＞結晶方向と直交する方向から
とれるだけ切り出した。

【００４２】なお、ここで、図１０（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）の大きさは次の通りである。図１０（ａ）中、Ｘ
＝４２ｍｍ±０．０５ｍｍ、Ｙ＝２１．５ｍｍ±０．１
ｍｍ、角度θ１、θ２＝９０°±３０’である。また
、図１０（ｂ）中、Ｈ＝０．０１ｍｍ、角度θ３＝３
５±３°０’である。また、図１０（ｃ）中、Ｌ＝１．
６１ｍｍ±０．０１から０．０２ｍｍ、θ４＝０．５ｍ
ｍ±０．２ｍｍである。

【００４３】そして、単結晶インゴット６の１本当たり
の収率とブロック加工に要した総時間数を調べた。この
結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】この表１から明らかなように、上記図１０
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような大型のブロックに
対しては、本発明の単結晶インゴット６の方が加工し易
く、収率が高いことが分かった。また、比較例のもの
は、面の反りが生じる問題を生じたが、実施例のものに
はこのような問題は生じなかった。さらに、歩留まり
は、実施例が９５％であったのに対し、比較例が９５％
であった以上のように、上記実施例によって、良質なＭ
ｎ−Ｚｎ系フェライト単結晶が得られることが明らかで
ある。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のフェライト単結晶の製造方法は、融液の状態の原材
料を温度勾配を有する炉中を徐々に通過させることによ
り単結晶を育成するにあたり、長手方向が＜−１１１＞
結晶方向の種結晶を使用して、＜−１１１＞結晶方向へ
単結晶を成長させることを特徴とするから、得られる単
結晶フェライトの結晶方向を決定づける種結晶に、長手
方向が＜−１１１＞結晶方向の種結晶を使用して＜−１
１１＞結晶方向へ単結晶を成長させることによって、Ｖ
ＨＳフォーマット向けの面方位の単結晶ブロックを切り
出すのに有利な単結晶インゴットが得られる。

【００４７】また、同時に＜−１１１＞結晶方向が持つ
速い成長速度が活かされて、結晶欠陥や白金混入の少な
い良質な単結晶フェライトの製造が可能となる。

【００４８】そして、このようにして得られた単結晶イ
ンゴットを＜−１１１＞結晶方向と直交する方向から切
り出すと、厚み精度良く平坦に切り出すことが容易とな
り、時間もかからない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施例の製造方法の原理を説明
する模式図であり、原材料の準備状態を示す図である。

【図２】 本発明に係る実施例の製造方法の原理を説明
する模式図であり、原材料の溶融開始状態を示す図であ
る。

【図３】 本発明に係る実施例の製造方法の原理を説明
する模式図であり、単結晶晶出開始状態を示す図であ
る。

【図４】 本発明に係る実施例の製造方法の原理を説明
する模式図であり、単結晶成長状態を示す図である。

【図５】 本発明に係る実施例の製造方法の原理を説明
する模式図であり、単結晶晶出終了状態を示す図であ
る。

【図６】 本発明に係る実施例で得られた単結晶インゴ
ットの内部の白金の混入状態を模式的に示す図であり、
（Ａ）は、この単結晶インゴットの表面から見た図であ
り、（Ｂ）は、（Ａ）の断面図である。

【図７】 比較例に係る単結晶インゴットの内部の白金
の混入状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は、この単
結晶インゴットの表面から見た図であり、（Ｂ）は、
（Ａ）の断面図である。

【図８】 本発明に係る実施例で得られた単結晶インゴ
ット内部の白金の混入量を示す図である。

【図９】 比較例で得られた単結晶インゴット内部の白
金の混入量を示す図である。

【図１０】 本発明に係る実施例により得られた単結晶
インゴットの大きさを示す図であり、（ａ）は（−１１
１）結晶面から見た図を示し、（ｂ）は（１１０）結晶
面から見た図を示し、（ｃ）は（１−１２）結晶面から
見た図を示す。

【符号の説明】

１ 上部ルツボ ２ 下部ルツボ ３ フェライト原材料 ４ 注ぎ口 ５ メルトゾーン ６ 単結晶インゴット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 融液の状態の原材料を温度勾配を有する
   炉中を徐々に通過させることにより単結晶を育成するに
   あたり、長手方向が＜−１１１＞結晶方向の種結晶を使
   用して、＜−１１１＞結晶方向へ単結晶を成長させるこ
   とを特徴とする単結晶フェライトの製造方法。
2. 【請求項２】 前記単結晶フェライトがＭｎ−Ｚｎ系の
   単結晶フェライトであることを特徴とする請求項１記載
   の単結晶フェライトの製造方法。
3. 【請求項３】 前記長手方向が＜−１１１＞結晶方向の
   種結晶を使用して＜−１１１＞結晶方向へ単結晶を成長
   させて得られた単結晶インゴットを、＜−１１１＞結晶
   方向と直交する方向から切り出すことを特徴とする請求
   項１、又は、請求項２記載の単結晶フェライトの製造方
   法。