JPH02221180A - 単結晶育成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は単結晶育成装置に関し、特に炉芯管内におい
て一定温度の領域を炉芯管の長平方向に自由な長さで形
成できるようにすると共に、溶融した単結晶の冷却速度
を自由に制御できるようにした単結晶育成装置に関する
。 ［従来の技術］ ビデオデツキ用映像ヘッドには、縦型ブリッジマン法に
よって育成されたフェライト単結晶を適当な形状に切断
加工したものが使用されている。 ここで、従来の単結晶フェライトを育成する装置の一例
を第７図及び第８図に示す。鉛直に立設された円筒状の
炉芯管２は、その外側に円筒状のカーボン発熱体ｌが備
えられ、そのカーボン発熱体１によって炉芯管２の内部
空間が加熱される。 その加熱された炉芯管２内を１種結晶と単結晶用原料を
入れたるつぼ３が移動し、そのるつぼ３内で単結晶用原
料が溶融されその後に冷却させられて単結晶となる。こ
の円筒状の炉芯管２の外周を外部から均等に加熱するた
めに、カーボン発熱体１を円筒状に形成しである。 円筒状の炉芯管２を外部から均等に加熱する他の従来例
としては、第９図や第１０図に示すように、円筒状のカ
ーボン発熱体１に代えて、炉芯管２の長手方向に並行に
多数個の小径で棒状の発熱体４（例えばＬ　ａ　Ｃｒ　
Ｏｘを素材とするケラマックス発熱体）を等間隔にその
炉芯管２の周囲に配置するようにしたものもある。 ここで、従来の炉芯管２内における長手方向の温度分布
を第１１図に示す。この第１１図で縦軸は炉芯管２の長
手方向を示し、横軸Ｔは炉芯管２内の温度を示す。この
温度分布曲線は、炉芯管２の上端Ｃの温度が低（、その
上端より炉芯管２の長手方向の中央部Ａに向うにつれて
次第に温度が高くなり、その中央部Ａで最高温度となり
、中央部Ａから下端Ｂに向うにつれて次第に温度が低（
なる山形となる。これは、単体としての発熱体１や棒状
の発熱体４が炉芯管２内の長手方向に長いものとされて
いるので、炉芯管２内の長手方向における温度制御が自
由にできず、この結果、温度曲線が山形になってしまう
ものである。 ［発明が解決しようとする問題点］ るつぼ３内に収納された単結晶用原料の全部な一旦は溶
融して液相にしなければならないため、第１１図の温度
分布曲線において、少なくともるつぼ３の縦方向の長さ
以上にわたる単結晶用原料の融点（Ｔ１）以上の温度の
範囲を作らなければならない。 しかし、炉芯管２内の温度分布が中央が高い山形の曲線
となる従来の単結晶育成装置で前記条件を満たすとなる
と、温度分布の最高温度（′ｒ□）が単結晶用原料の融
点よりはるかに高くなる。例えば単結晶用原料をフェラ
イトとすると、融点が１６００℃で、最高温度が１７０
０℃を越える程度となる。この最高温度が単結晶用原料
の融点よりはるかに高い場合には、育成中の単結晶に分
解反応が発生したり、育成した単結晶の相が途中で変わ
ったりする不具合が生じる。その上、るっぽ３の材料で
ある白金等が高熱によって溶けて（白金の融点は１７６
０℃程度）単結晶の中に混入するおそれがある。 また、溶融した単結晶用原料を固化する際に、冷却過程
の温度勾配が急峻になりすぎる場合には熱衝撃によりク
ラックが発生し、その反対に温度勾配が緩慢な場合には
固液界面層が厚（なって液相内の温度が不安定になり易
く、単品内にサブグレインが発生するという不具合があ
った。 ［発明の目的］ 本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、炉芯管内
において所望の温度を炉芯管の長さ方向に必要な範囲だ
け作れるようにして、良質の単結晶を得るようにした小
型の単結晶育成装置を提供することを目的する。 本発明の他の目的は、溶融した材料の冷却過程における
温度勾配を調節できるようにしてクラックやサブグレイ
ンの発生を防止するようにしたものである。

【問題点を解決するための手段】

上記目的を達成するために本発明は、筒状の炉芯管とそ
の炉芯管の外側に備える加熱手段とを有し、るつぼをそ
の炉芯管の内部を移動させて、そのるつぼ内に収納した
単結晶用原料を育成する単結晶育成装置（縦型ブリッジ
マン炉）において、前記加熱手段を炉芯管の両側に長手
方向に沿って配置した多数個の発熱体から構成し、その
多数個の発熱体を炉芯管の長手方向に複数の独立した加
熱区域に分割し、各加熱区域をそれぞれ独立に温度制御
するようにしたものである。 また、前記各加熱区域同士の間あるいは前記るつぼの進
行方向の先端側の加熱区域の先端側の少な（とも１ケ所
に温度制御可能な冷却手段を備えるようにしたものであ
る。 １作　用〕 炉芯管の長手方向に温度調節が可能な複数の加熱領域を
設けたので、広い範囲でしかも溶融温度を少し越えたほ
ぼ均一な温度で単結晶を育成することができる。また、
炉芯管の長手方向における異なる区域で、複数の異なる
均一な温度領域を作ることも可能になる。 溶融した単結晶用原料の冷却過程における温度勾配の温
度調節を行なうことによって、育成する単結晶の性質に
応じて最適な冷却温度勾配に合わせることができる。 ［実施例］ 以下、この発明を図面に従って説明する。 第１図及び第２図において、中空で円筒状の炉芯管２は
鉛直方向に立設されており、炉芯管２の外面の両側に上
方から下方に向けてＬ　ａ　ＣｒＯ３（ランタンクロマ
イト）を素材とする小径で棒状の発熱体５が水平に多数
配置されている。この棒状の発熱体５の長さは前記炉芯
管２の直径より長くするのが望ましく、炉芯管２の外面
の両側に棒状の発熱体５を多数個水平に上から下に向け
て配置する。これら多数の発熱体５は、例えば上方から
下方に向けて、第１加熱区域°７と第２加熱区域８と第
３加熱区域９とから成る３種類の加熱区域に分割され、
これらの各加熱区域の一群の発熱体５は、他の加熱区域
から独立した電源ラインにより通電制御され、それぞれ
独立に温度制御される。なお、図面では加熱区域を３箇
所とし、各加熱区域での発熱体の本数を４本としたが、
加熱区域は２箇所以上であれば良（、かつ各加熱区域に
は１本以上の発熱体５から構成すれば良い。 ここで、第１加熱区域７、第２加熱区域８及び第３加熱
区域９の発熱体５群への通電量を調節することによって
、第３図に示すような炉芯管２の長手方向の広い範囲（
Ｌ）での均一な高温域の温度特性を得ることができる。 このような広い範囲での均一な高温域を得られるのは、
各加熱区域毎の加熱手段が炉芯管２の長手方向に配置さ
れた複数個の発熱体５から成るので、各加熱区域におけ
る全域をほぼ均等になるように細かく加熱することがで
き、その上、各加熱区域毎に独立して加熱温度を制御す
ることができるからである。 このように本発明によれば、炉芯管２内に広範囲なほぼ
均一の温度領域を作ることができるので、最高温度を単
結晶用原料の融点より僅かだけ高い温度にすることが可
能となる。この結果、本発明では溶融した液相部を必要
以上に高温にさらさずに済み、従来のような炉芯管２内
の最高温度が単結晶用原料の融点よりはるかに高（なっ
て単結晶に分解反応が発生したり組成偏析が発生したり
する不具合を無くすことができる。また、最高温度を単
結晶用原料の融点より僅かだけ高い温度にできることか
ら、最高温度がるつぼ３の材料である白金等の融点近（
まで達することがなく、白金等が溶は出して単結晶へ混
入する事態を防止することができる。このように本発明
の単結晶育成装置によれば、均質で偏析の少ない単結晶
を得ることができる。 本発明では、第３図に示すように、炉芯管２の両端付近
を除いて均一な温度領域を作ることができるので、従来
のものより炉芯管２の長さが短くて済み、装置を小型の
ものにすることができる。 なお、実施例において、炉芯管２の外面の両側に棒状の
発熱体５を多数個水平に上から下に向けて配置したが、
炉芯管２内の水平空間１１１面をほぼ均等に加熱する観
点からすれば、炉芯管２の外周の全域を発熱体５で井桁
状に囲むのが望ましい。しかし、井桁状に囲んだ場合に
構成が複数化しコスト高になる。これに対して、実施例
に示したよりに、炉芯管２の外面の両側に棒状の発熱体
５を多数個水平に配置するものは、炉芯管２の水平内部
空間断面をほぼ均等に加熱でき、装置全体を安価に作る
ことができる。 その上、Ｆｅｚｏｉ（酸化第二鉄）、Ｚｎ０（酸化亜鉛
）、Ｍｎ０（酸化マンガン）の３元組成からなる単結晶
フェライトを育成する場合に、従来のような液相の温度
が一定でない装置で育成された単結晶では、先に育成さ
れる側（るっぽ３内の進行方向の先端側）は酸化鉄の含
有比率が大きく、後に育成される側（後端側）酸化鉄の
含有比率が小さ（なるものであり、同じるつぼで育成さ
れた単結晶フェライトであっても組成に差異があった。 これに対して、本発明のような液相の温度をほぼ一定と
する装置で育成した単結晶フェライトでは、先端側も後
端側も酸化鉄の含有比率は殆ど差異が無くなる。単結晶
フェライトはビデオデツキのヘッド等に使用されるもの
で、規格に合格する酸化鉄の含有比率の範囲が厳しいの
で、その酸化鉄の含有比率を安定させることは、単結晶
フェライトの歩留りをも向上させるだけでな（、ビデオ
デツキの性能の向上にもつながるものである。 また、加熱区域の数を自由に設定し、各加熱区域の加熱
温度を自由に制御すれば、炉芯管２内の温度分布を例え
ば第４図や第５図に示すようなものを始め、自由な温度
特性曲線を得ることができる。このように、種々の温度
特性曲線を作り、育成条件を様々に変化させることによ
って新結晶の開発が可能となる。更には、多品種生産や
各種実験や技術開発への広範囲の適用が可能である。 次に、第１図や第２図に示すように、第１加熱区域７と
第２加熱区域８との間並びに第２加熱区域８と第３加熱
区域９との間に冷却手段１０．１１を設けると共に、第
３加熱区域９の下側（るつぼ３の進行方向先端側）に冷
却手段１２を設ける。これらの冷却手段１０．１１．１
２はそれぞれ独立した電源ラインにより通電制ｉ卸され
、他の冷却手段とは独立して冷却温度が制御される。 ここで、第３加熱区域９の下側にある冷却手段１２のみ
を作動させた状態を第６図に示す。冷却手段１２の温度
を制御することによって、炉芯管２の下端付近における
温度曲線を、例えばａ、ｂ、ｃ等に自由に変化させるこ
とができる。即ち、育成しようとする単結晶用原料が、
急峻な温度勾配を要する場合にはａの温度曲線になるよ
うに、中間の温度勾配を要する場合にはｂの温度曲線に
なるように、比較的緩やかな温度勾配を要する場合には
Ｃの温度曲線になるように、冷却手段１２の温度を制御
する。このように、育成する単結晶用原料に応じて適正
な冷却温度曲線に合わせることによって、冷却速度が急
峻になり過ぎてクラックが発生したり、その反対に冷却
速度が遅なり過ぎてサブグレインが発生したりする従来
の欠点を解消することができる。 また、各加熱区域同士の間に設けた冷却手段１０．１１
は、−旦冷却した後に、一定の高い温度を保つ必要があ
る場合等に用いられる。この冷却手段１０．１１を用い
て冷却した箇所は、例えば第５図のｄの位置で示される
。 ［発明の効果］ 以上、説明してきたようにこの発明によれば、炉芯管の
長手方向にの各領域において温度側ｉ卸を自由に行な久
るようにしたので、組成偏析がなく分解反応が発生せず
組成偏析がなくしかもるつぼ材料の混入のない良質の単
結晶を作ることができ、しかも炉を小型のものとするこ
とができる。 また、各種育成条件の変更に自由に対応できるので、新
製品の開発に用いることができる。 更に、この発明に係る装置で育成したフェライト単結晶
では、どの育成箇所においても酸化鉄の含有比率が均一
な単結晶を作ることができる。 その上、冷却手段を備えて冷却過程の温度勾配を調節し
、単結晶用原料に応じた適正な冷却温度勾配によって冷
却するので、育成した単結晶内にクラックが発生したり
サブグレインが発生したするのを防止することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単結晶育成装置の一実施例を示す部分
断面図、第２図は第１図の斜視図、第３図は広い範囲の
均一な高温領域を有する本発明の温度特性図、第４図及
び第５図は本発明の他の温度特性図、第６図は下端側の
固液界面層厚を変化させた状態の温度特性図、第７図は
従来の単結晶育成装置の主要構成部材の断面図、第８図
は第７図の斜視図、第９図は従来能の単結晶育成装置の
第７図相当図、第１０図は第９図の斜視図、第１１図は
従来の単結晶育成装置の温度特性図である。 ２・・・・・・炉芯管、　　３・・・・・・るつぼ、５
・・・・・・発熱体、　　７・・・・・・第１加熱区域
、８・・・・・・第２加熱区域、 ９・・・・・・第３加熱区域、 １０．１１．１２・・・・・・冷却手段。 特許出願人　株式会社フユーテックファーネス代　理　
人　弁理士　八　　嶋　　　敬　　頒　；、゛、″ｃＪ
５ 第 図 第３図 第５図 第２図 第４ 図 ■ 第６図 第７図 第１０図 第８図 第９ 図 第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状の炉芯管とその炉芯管の外側に備える加熱手
   段とを有し、るつぼをその炉芯管の内部を移動させて、
   そのるつぼ内に収納した単結晶材料を育成する単結晶育
   成装置において、前記加熱手段を炉芯管の両側に長手方
   向に沿って配置した多数個の発熱体から構成し、その多
   数個の発熱体を炉芯管の長手方向に複数の独立した加熱
   区域に分割し、各加熱区域をそれぞれ独立に温度制御す
   るようにしたことを特徴とする単結晶育成装置。
2. （２）前記各加熱区域同士の間あるいは前記るつぼの進
   行方向の先端側の加熱区域の先端側の少なくとも１ヶ所
   に温度制御可能な冷却手段を備えたことを特徴とする請
   求の範囲第１項記載の単結晶育成装置。