(57)【要約】【課題】本発明は超電導コイルを冷却する冷凍機を有した冷凍機冷却型超電導マグネット装置に関し、真空容器本体上における作業の安全性を高めると共に、漏れ磁界による冷凍機の誤動作の発生を抑制することを課題とする。【解決手段】リード２１を介して供給される電力により励磁する超電導コイル１８と、モータ１３Ａにより駆動して超電導コイル１８を冷却するＧＭ冷凍機１３と、超電導コイル１８が収納されると共にＧＭ冷凍機１３が取り付けられる真空容器本体１１とを有する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、磁性材料よりなるシールドカバー２５を真空容器本体１１に配設する。シールドカバー２５は、真空容器本体１１の天板１２から突出するモータ１３Ａ等を覆うよう構成する。また、このシールドカバー２５の天板部２６を平坦面とすると共に、この天板部２６が人の作業領域としての強度を有するよう構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を介して供給される電力により励磁する超電導コイルと、
モータにより駆動して前記超電導コイルを冷却する冷凍機と、
前記超電導コイルが収納されると共に、前記冷凍機が取り付けられる容器と、
を有する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記容器の天板から突出する前記モータを覆うよう、前記容器に磁性材料よりなるカバーを設け、
該カバーの天板部を平坦面とすると共に、該カバーの天板部が人の作業領域としての強度を有する構成とした特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記カバーは、前記超電導コイルと接続されると共に前記容器の天板から突出する電極を覆うよう構成されていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍機冷却型超電導マグネット装置に係り、特に超電導コイルを冷却する冷凍機を有した冷凍機冷却型超電導マグネット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、シリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際、シリコン単結晶製造装置に磁界を印加しつつシリコン単結晶を成長させることが行なわれている（例えば、特許文献１参照）。このシリコン単結晶製造装置に対する磁界の印加は、冷凍機冷却型超電導マグネット装置を用いて行なわれている。
【０００３】
図２は、従来の一例である冷凍機冷却型超電導磁石装置１００（以下、超電導磁石装置という）を示している。この超電導磁石装置１００は、後述するようにＭＣＺ法を用いてシリコン単結晶を成長させる際に用いられるものである。
【０００４】
超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器本体１１１，ギフォード・マクマホン式冷凍機１１３（以下、ＧＭ冷凍機という），熱シールド板１１６，超電導コイル１１８，及び冷凍機コンプレッサ１１７等により構成されている。
【０００５】
熱シールド板１１６は真空容器本体１１１に内設されており、この真空容器本体１１１にはＧＭ冷凍機１１３が配設されている。ＧＭ冷凍機１１３は冷媒を圧縮する冷凍機コンプレッサ１１７に接続されており、冷凍機コンプレッサ１１７で高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）はＧＭ冷凍機１１３に供給される。
【０００６】
この高圧冷媒は、ＧＭ冷凍機１１３内でモータ１１３Ａにより駆動されるディスプレーサ（図示せず）により膨張され、これによりＧＭ冷凍機１１３に内設された蓄冷材は冷却される。また、膨張することにより低圧となった冷媒は、冷凍機コンプレッサ１１７に戻されて再び高圧化される。
【０００７】
このＧＭ冷凍機１１３は、１段目冷却シリンダ１１４Ａと２段目冷却シリンダ１１４Ｂを有している。１段目冷却シリンダ１１４Ａは熱シールド板１１６に熱的に接続され、２段目冷却シリンダ１１４Ｂは冷却ステージ１１５と熱的に接続されている。
【０００８】
よって、ＧＭ冷凍機１１３が熱シールド板１１６を冷却することにより外部の熱が熱シールド板１１６内に侵入するのを防止し、かつ超電導コイル１１８は冷却ステージ１１５を介してＧＭ冷凍機１１３（２段目冷却シリンダ１１４Ｂ）により臨界温度以下に冷却される。これにより超電導コイル１１８は、超電導状態を実現する。
【０００９】
真空容器本体１１１は、その中央に円筒状の中空円筒１２２を形成している。超電導コイル１１８は、この中空円筒１２２の回りに配設されている。よって、超電導コイル１１８が励磁されると、真空容器本体１２１に形成された中空円筒１２２には磁界が発生し、よってこの中空円筒１２２は常温磁場空間１２３として機能する。ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶製造装置１３０は、この常温磁場空間１２３内に配設され、超電導コイル１１８が発生する磁界内でシリコン単結晶が製造される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３０２３９２号公報（第００１１〜００１２段落、図１参照）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように超電導磁石装置１００にシリコン単結晶製造装置１３０を組み込んだ構成では、シリコン単結晶製造装置１３０は超電導磁石装置１００の内側に位置するため、シリコン単結晶製造装置１３０の内部を観察するときや、ルツボにシリコン多結晶を投入するときは、作業者は図示されるようにどうしても真空容器本体１１１の天板１１２上に立って作業を行なう必要がある。
【００１２】
しかしながら、従来の超電導磁石装置１００では、ＧＭ冷凍機１１３は単に真空容器本体１１１に配設された構成であったため、モータ１１３Ａはいわゆる剥き出しの状態で、天板１１２から突出した構成とされていた。このため、従来の超電導磁石装置１００では、作業者はモータ１１３Ａが突出した天板１１２上で作業を行なう必要が有り、安全性の面で問題があった。
【００１３】
一方、超電導コイル１１８は、常温強磁場空間１２３内に配設されたシリコン単結晶製造装置１３０に対して強力な磁界を発生するものである。この発生磁界は、常温強磁場空間１２３内のみに留まるものではなく、その一部は常温強磁場空間１２３の外部にも漏れ出す（以下、この磁界を漏れ磁界という）。
【００１４】
この漏れ磁界がＧＭ冷凍機１１３のモータ１１３Ａに印加されると、この漏れ磁界によりモータ１１３Ａの安定性が劣化したり、またモータ１１３Ａに振動が発生したりしてしまう。モータ１１３Ａが不安定になると、適正な冷却処理を行なうことが出来なくなるおそれがあり、また振動が発生した場合にはシリコン単結晶製造装置１３０によるシリコン単結晶の引き上げ処理に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、真空容器本体上における作業の安全性を高めると共に、漏れ磁界による冷凍機の誤動作の発生を抑制しうる冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１記載の発明は、
電極を介して供給される電力により励磁する超電導コイルと、
モータにより駆動して前記超電導コイルを冷却する冷凍機と、
前記超電導コイルが収納されると共に、前記冷凍機が取り付けられる容器と、
を有する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記容器の天板から突出する前記モータを覆うよう、前記容器に磁性材料よりなるカバーを設け、
該カバーの天板部を平坦面とすると共に、該カバーの天板部が人の作業領域としての強度を有する構成とした特徴とするものである。
【００１８】
上記発明によれば、磁性材料よりなるカバーを容器の天板から突出するモータを覆うよう配設したことにより、超電導コイルが発生する磁界はカバーによりシールドされ、モータに影響を及ぼすことを防止できる。このため、超電導コイルが発生する磁界によりモータが適正に回転しなかったり、またモータに振動が発生したりすることを防止できる。
【００１９】
また、カバーの天板部は平坦面とされており、かつカバーの天板部は人の作業領域としての強度を有しているため、例えばメンテナンス等のために作業者がカバーの天板部に乗ったとしても、作業者の安全性を確保することができる。
【００２０】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記カバーは、前記超電導コイルと接続されると共に前記容器の天板から突出する電極を覆うよう構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
上記発明によれば、カバーは容器の天板から突出する電極をも覆うよう構成されているため、この電極が作業者の邪魔になることを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施例である冷凍機冷却型超電導磁石装置１０（以下、超電導磁石装置という）を示している。この超電導磁石装置１０は、後述するようにシリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際に用いられるものである。
【００２４】
超電導磁石装置１０は、大略すると真空容器本体１１，ギフォード・マクマホン式冷凍機１３（以下、ＧＭ冷凍機という），熱シールド板１６，超電導コイル１８，冷凍機コンプレッサ１７，及びシールドカバー２５等により構成されている。
【００２５】
熱シールド板１６は真空容器本体１１に内設されており、この真空容器本体１１１にはＧＭ冷凍機１３が配設されている。ＧＭ冷凍機１３は冷媒を圧縮する冷凍機コンプレッサ１７に接続されており、冷凍機コンプレッサ１７で高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）はＧＭ冷凍機１３に供給される。
【００２６】
この高圧冷媒は、ＧＭ冷凍機１３に配設されているモータ１３Ａにより駆動されるディスプレーサ（図示せず）によりシリンダ１４Ａ，１４Ｂ内で膨張され、これによりＧＭ冷凍機１３に内設された蓄冷材は冷却される。また、膨張することにより低圧となった冷媒は、冷凍機コンプレッサ１７に戻されて再び高圧化される。
【００２７】
このＧＭ冷凍機１３は、１段目冷却シリンダ１４Ａと２段目冷却シリンダ１４Ｂを有している。１段目冷却シリンダ１４Ａは天板１６Ａに熱的に接続され、２段目冷却シリンダ１４Ｂは冷却ステージ１５と熱的に接続されている。
【００２８】
よって、ＧＭ冷凍機１３が熱シールド板１６を冷却することにより外部の熱が熱シールド板１６内に侵入するのを防止し、かつ超電導コイル１８は冷却ステージ１５を介してＧＭ冷凍機１３（２段目冷却シリンダ１４Ｂ）により臨界温度以下に冷却される。これにより超電導コイル１８は、超電導状態を実現する。
【００２９】
真空容器本体１１は、その中央に円筒状の中空円筒２２を形成している。超電導コイル１８は、この中空円筒２２を囲繞するよう複数個配置されている。また、超電導コイル１８は、リード２１を介して電流が供給される。このリード２１は、天板１２から突出した端部に配線１９が接続されており、この配線１９は図示しない電源に接続されている。また、リード２１の他端は熱シールド板１６の内部まで延出しており、超電導コイル１８と電気的に接続されている。
【００３０】
よって、電源から配線１９，リード２１を介して超電導コイル１８に電流が供給されて超電導コイル１８が励磁すると、真空容器本体２１に形成された中空円筒２２には所定の磁界が発生し、よってこの中空円筒２２は常温磁場空間２３として機能する。尚、図示しないが、リード２１は外部の熱が超電導コイル１８に伝わらないような構成とされている。
【００３１】
一方、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶製造装置３０は、この常温磁場空間２３内に配設され、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｃが発生する磁界内でシリコン単結晶３６（インゴッド）が製造される。ここで、シリコン単結晶製造装置３０について簡単に説明しておく。
【００３２】
本実施例に係る超電導磁石装置１０は、常温強磁場空間２３にシリコン単結晶製造装置３０を設けた構成としている。この超電導磁石装置１０は、加熱炉３１内にルツボ３２，ヒータ３３，ピアノ線３５等を設けた構成とされている。
【００３３】
この超電導磁石装置１０を用いてシリコン単結晶３６のインゴットを製造するには、先ずシリコン単結晶の原料となる他結晶シリコン片（ナゲット）をルツボ３２に装填し、ヒータ３３により加熱溶融させる。そして、ピアノ線３５の先端に予め種結晶３４を設けておき、これを溶融した他結晶シリコンに接触させ、回転させながらピアノ線３５を引き上げる。これにより、種結晶３４の下部にはシリコン単結晶３６が形成される。
【００３４】
この際、ＭＣＺ法では、ルツボ３２内の融液に対して強磁界を印加することが行なわれる。これは、ルツボ３２内の融液に磁界を印加することにより、ルツボ３２内での融液の対流を抑制し、これによりシリコン単結晶３６に溶け込む酸素量を低減させるためである。超電導磁石装置１０は、このルツボ３２内の融液に印加する磁界を生成するのに用いられている。
【００３５】
また、シリコン単結晶製造装置３０は超電導磁石装置１０の内側に位置するため、シリコン単結晶製造装置３０の内部を観察するときや、ルツボ３２にシリコン多結晶を投入するとき、作業者は図示されるようにどうしても超電導磁石装置１０の上部に立って作業を行なう必要があることは、前述した通りである。
【００３６】
ここで、本実施例に係る超電導磁石装置１０において、真空容器本体１１の上部に注目する。本実施例では、真空容器本体１１の天板１２の上部に、シールドカバー２５が配設されている。
【００３７】
このシールドカバー２５は、磁性材（例えば、軟鋼）により形成されている。このシールドカバー２５は、真空容器本体１１の天板１２から突出するＧＭ冷凍機１３のモータ１３Ａ及びリード２１を覆うよう設けられている。また、シールドカバー２５の天板部２６は、平坦面となるよう構成されている。
【００３８】
具体的には、シールドカバー２５の厚さ（図中、上下方向の厚さ）は、モータ１３Ａの天板１２からの突出量及びリード２１のリード２１からの突出量よりも大きくなるよう構成されており、またシールドカバー２５の内部にはモータ収納室２７及び配線収納室２８が形成されている。
【００３９】
このシールドカバー２５は、後述するように磁気シールドを行なうカバーとしても機能する。このため、モータ収納室２７及び配線収納室２８の外部に開口する位置は天板部２６の側面とされており、またその開口の大きさも可能な限り小さく設定されている。
【００４０】
モータ収納室２７は内部にモータ１３Ａを収納する凹部であり、ＧＭ冷凍機１３（モータ１３Ａ）の配設位置に対応するよう形成されている。また、配線収納室２８は、リード２１及び配線１９を収納する凹部であり、リード２１及び配線１９の配設位置に対応するよう形成されている。よって、シールドカバー２５は、その内部にモータ１３Ａ，配線１９，及びリード２１を収納し得る構成とされており、よってシールドカバー２５の天板部２６を平坦面とすることができる。
【００４１】
また、シールドカバー２５の平面視したときの外形は、真空容器本体１１を平面視したときの外形と略等しく形成されている。そして、シールドカバー２５の中央位置には、中空円筒２２と同一径の中央開口２９が形成されている。従って、真空容器本体１１上にシールドカバー２５を設けても、このシールドカバー２５がシリコン単結晶製造装置３０の邪魔になるようなことはない。
【００４２】
更に、シールドカバー２５は、シリコン単結晶製造装置３０に対して所定の処理を行なう作業領域としての強度を有する構成とされている。具体的には、通常シリコン単結晶製造装置３０に対して処理を行なう際に天板部２６に乗る人数の作業者がシールドカバー２５に乗っても、変形等が発生しない強度をシールドカバー２５に持たせている。
【００４３】
上記したように、本実施例に係る超電導磁石装置１０は、磁性材料よりなるシールドカバー２５を真空容器本体１１の天板１２から突出する構成物、具体的にはモータ１３Ａ，配線１９，及びリード２１を覆うよう配設したことにより、超電導コイル１８が発生する磁界はシールドカバー２５によりシールドされる。
【００４４】
このため、漏れ磁界がモータ１３Ａに悪影響を及ぼすことを防止でき、よって超電導コイル１８が発生する磁界によりモータ１３Ａが適正に回転しなかったり、またモータ１３Ａに振動が発生したりすることを防止できる。
【００４５】
また、シールドカバー２５の天板部２６は、前記のように平坦面とされている。また、シールドカバー２５の天板部２６は、人の作業領域としての強度を有している。更に、シールドカバー２５に形成されたモータ収納室２７及び配線収納室２８は、シールドカバー２５の側面に開口しており、天板部２６に開口していない。このため、メンテナンス等のために作業者がシールドカバー２５の天板部２６上に乗ったとしても、作業者の安全性を確保することができる。
【００４６】
尚、本実施例では、シールドカバー２５により真空容器本体１１の天板部２６から突出したモータ１３Ａ，配線１９，リード２１を覆う構成としたが、他にも天板部２６から突出した構成がある場合には、これらをシールドカバー２５により覆う構成としててもよい。
【００４７】
また、本実施例では、シールドカバー２５の天板部２６を完全な平坦面とした構成を示した。しかしながら上記説明から明らかなように、シールドカバー２５の天板部に凹凸が存在しても、作業者が天板部２６上で作業を行なう際に十分な安全性を確保しうる程度の凹凸であれば、この凹凸を有する天板部も請求項１に係る発明でいう平坦面に含まれるものとする。
【００４８】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、超電導コイルが発生する磁界によりモータが悪影響を受けることを防止できると共に、作業者がカバーの天板部に乗って作業したとしても、作業者に対する十分な安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の構成図である。
【図２】従来の一例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の構成図である。
【符号の説明】
１０  超電導磁石装置
１１  真空容器本体
１２  天板
１３  ＧＭ冷凍機
１５  冷却ステージ
１６  熱シールド板
１８  超電導コイル
２１  リード
２３  常温強磁場空間
２５  シールドカバー
２６  天板部
２７  モータ収納室
２８  配線収納室
２９  中央開口
３０  シリコン単結晶製造装置
【図１】
2004349477.tif 000003
【図２】
2004349477.tif 000004