(57)【要約】【課題】本発明は電源から供給される電力により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磁石装置に関し、停電状態であっても冷凍機の駆動を維持しうるように構成することを課題とする。【解決手段】電源３０ら供給される電力により励磁する超電導コイル１８と、電源３０から供給される電力により超電導コイル１８を冷却するＧＭ冷凍機１３とを有する冷凍機冷却型超電導磁石装置において、電源３０からの電力供給が停止した際、ＧＭ冷凍機１３と電源３０との電気的接続を切断すると共に、ＧＭ冷凍機１３と超電導コイル１８とを電気的に接続する切り換えスイッチ３２を設ける。【選択図】　　図４
2004087706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電力により励磁する超電導コイルと、
前記電源から供給される電力により前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを有する冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記電源からの電力供給が停止した際、前記冷凍機と前記電源との電気的接続を切断すると共に、前記冷凍機と前記超電導コイルとを電気的に接続する切り換え手段を設けたことを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記切り換え手段は、
前記電源からの電力の供給の有無により、前記冷凍機と前記電源とが電気的に接続される第１の接続状態と、前記超電導コイルと前記冷凍機とが電気的に接続される第２の接続状態を自動的に切り換えるリレースイッチであることを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記超電導コイルは、磁界印加式チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造工程中に、溶融多結晶シリコンの溶融坩堝に対して磁界印加を行なう構成とされていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
【請求項４】
電源から供給される電力により励磁する超電導コイルと、
前記電源から供給される電力により前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを有する冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記電源から供給される電力を貯蔵する電力貯蔵用フライホイールと、
前記電源からの電力供給が停止した際、前記冷凍機と前記電源との電気的接続を切断すると共に、前記冷凍機と前記電力貯蔵用フライホイールとを電気的に接続する切り換え手段とを設けたことを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
【請求項５】
請求項４記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記切り換え手段は、
前記電源からの電力の供給の有無により、前記冷凍機と前記電源とが電気的に接続される第１の接続状態と、前記冷凍機と前記電力貯蔵用フライホイールとが電気的に接続される第２の接続状態を自動的に切り換えるリレースイッチであることを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記超電導コイルは、磁界印加式チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造工程中に、溶融多結晶シリコンの溶融坩堝に対して磁界印加を行なう構成とされていることを特徴とする冷凍機冷却型超電導磁石装置。
【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磁石装置に係り、特に電源装置から供給される電力により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磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１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、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に用いられるものである。
【０００３】
図１に示されるように、超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器本体１１１，熱シールド板１１６，ギフォード・マクマホン式冷凍機１１３（以下、ＧＭ冷凍機という），超電導コイル１１８，励磁用電源装置１３１，切り換えスイッチ１３２，及び冷凍機コンプレッサ１４１等により構成されている。
【０００４】
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の上部には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１４１に冷媒配管１４２，１４３を介して接続されている。冷凍機コンプレッサ１４１で高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）は、冷媒配管１４２を介してＧＭ冷凍機１１３に供給される。
【０００５】
この高圧冷媒は、ＧＭ冷凍機１１３内で膨張され、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、冷媒配管１４３を介して冷凍機コンプレッサ１４１に戻され、再び高圧化される。上記のＧＭ冷凍機１１３及び冷凍機コンプレッサ１４１は、いずれもモータを駆動源としており、電源１３０から供給される電力により駆動する構成とされている。
【０００６】
上記のＧＭ冷凍機１１３は、超電導コイル１１８と熱的に接続された冷却ステージ１１５と接続されている。よって超電導コイル１１８は冷却ステージ１１５を介してＧＭ冷凍機１１３により臨界温度以下に冷却され、これにより超電導コイル１１８は超電導状態を実現する。
【０００７】
真空容器本体１１１は、その中央に環状の空間を形成しており、この超電導コイル１１８はこの環状空間を囲繞するように配設されている。よって、超電導コイル１１８が励磁すると、真空容器本体１２１に形成された環状空間には磁場が発生し、よってこの環状空間は常温磁場空間１２３として機能する。
【０００８】
超電導コイル１１８は、リード１２１，切り換えスイッチ１３２，及び励磁用電源装置１３１を介して電源１３０に接続されている。リード１２１は、真空容器本体１１１の外部の熱が超電導コイル１１８に伝達しないよう構成されている。また、励磁用電源装置１３１は、常温磁場空間１２３に発生する磁界が所定の強さとなるよう超電導コイル１１８に供給する電流を制御する。
【０００９】
切り換えスイッチ１３２は、停電対策用のリレースイッチである。この切り換えスイッチ１３２は、励磁用電源装置３１を介して電源１３０に接続された一対の端子１３３と、リード１２１を介して超電導コイル１１８に接続された一対の端子１３４と、間に抵抗１３６が配設された一対の端子１３５とを有した構成とされている。
【００１０】
図１は、停電が発生してない状態（以下、通常状態という）を示している。この通常状態では、図示されるように端子１３３と端子１３４とが接続されており、端子１３５（即ち、抵抗１３６）は接続されない状態となっている。よって、電源１３０は励磁用電源装置１３１及び切り換えスイッチ１３２を介して超電導コイル１１８と接続され、超電導コイル１１８は電源１３０から供給される電流により励磁する。
【００１１】
一方、通常状態では、電源１３０はＧＭ冷凍機１１３及び冷凍機コンプレッサ１４１にも電力を供給する。従って、ＧＭ冷凍機１１３は、電源１３０から供給される電力により冷媒を膨張させて寒冷を発生させ蓄冷材を冷却する。また、冷凍機コンプレッサ１４１は、電源１３０から供給される電力により冷媒の高圧化処理を実施する。
【００１２】
図２は、上記した超電導磁石装置１００の停電した状態（以下、停電状態という）を示している。停電が発生すると、リレースイッチである切り換えスイッチ１３２は、端子の切り換えを行なう。具体的には、停電が発生することにより、切り換えスイッチ１３２は、端子１３３と端子１３４との接続を切ると共に、端子１３４と端子１３５を接続する。
【００１３】
電源１３０から超電導コイル１１８に電力の供給が行なわれている通常状態では、超電導コイル１１８は常温強磁場空間１２３に磁場を形成すると共に電力を貯蔵する処理を行なっている。停電が発生した場合、この超電導コイル１１８に貯蔵された電力を消費する必要があり、よって切り換えスイッチ１３２は超電導コイル１１８と抵抗１３６を接続するよう切り換え処理を行なう。これにより、超電導コイル１１８に貯蔵された電力は、抵抗１３６が発熱することにより消費される。
【００１４】
仮に、この抵抗１３６を設けていないとすると、停電によりＧＭ冷凍機１１３及び冷凍機コンプレッサ１４１が停止し、これにより超電導コイル１１８の温度が上昇して超電導状態から常伝導状態になった場合、超電導コイル１１８に大きな電圧が発生し、励磁用電源装置１３１を破損するおそれがある。しかしながら、上記のように抵抗１３６を設けておくことにより、励磁用電源装置１３１の破損を防止することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超電導磁石装置１００を用いて上記の磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いてシリコン単結晶を製造しようとした場合、１本のシリコン単結晶のインゴットを作製するのに数日の時間を要する。また、シリコン単結晶は半導体素子を作製する基板となるものであり、よって一定の品質を持ったインゴットを作製することが要求されている。
【００１６】
しかしながら、シリコン単結晶の製造中に停電が発生し、超電導磁石装置１００による磁界印加が停止してしまった場合には、シリコン単結晶中に磁場が印加されない領域が発生し、均一なシリコン単結晶を製造できなくなるという問題点がある。
【００１７】
また、発生する停電の時間は、平均すると２〜３分程度であるのに対し、この時間内で超電導コイル１１８の温度が上昇して常電導状態となった場合には、これを再び超電導状態まで冷却するのに数時間から１日を要してしまい、時間的なロスが発生してしまう。
【００１８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、停電状態であっても冷凍機の駆動を維持できるようにすることにより停電状態におけるクエンチの発生を抑制する冷凍機冷却型超電導磁石装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【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。
【００２０】
請求項１記載の発明は、
電源から供給される電力により励磁する超電導コイルと、
前記電源から供給される電力により前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを有する冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記電源からの電力供給が停止した際、前記冷凍機と前記電源との電気的接続を切断すると共に、前記冷凍機と前記超電導コイルとを電気的に接続する切り換え手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
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磁石装置において、
前記切り換え手段は、
前記電源からの電力の供給の有無により、前記冷凍機と前記電源とが電気的に接続される第１の接続状態と、前記超電導コイルと前記冷凍機とが電気的に接続される第２の接続状態を自動的に切り換えるリレースイッチであることを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記超電導コイルは、磁界印加式チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造工程中に、溶融多結晶シリコンの溶融坩堝に対して磁界印加を行なう構成とされていることを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項４記載の発明は、
電源から供給される電力により励磁する超電導コイルと、
前記電源から供給される電力により前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを有する冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記電源から供給される電力を貯蔵する電力貯蔵用フライホイールと、
前記電源からの電力供給が停止した際、前記冷凍機と前記電源との電気的接続を切断すると共に、前記冷凍機と前記電力貯蔵用フライホイールとを電気的に接続する切り換え手段とを設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項５記載の発明は、
請求項４記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記切り換え手段は、
前記電源からの電力の供給の有無により、前記冷凍機と前記電源とが電気的に接続される第１の接続状態と、前記冷凍機と前記電力貯蔵用フライホイールとが電気的に接続される第２の接続状態を自動的に切り換えるリレースイッチであることを特徴とするものである。
【００２５】
また、請求項６記載の発明は、
請求項４または５記載の冷凍機冷却型超電導磁石装置において、
前記超電導コイルは、磁界印加式チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造工程中に、溶融多結晶シリコンの溶融坩堝に対して磁界印加を行なう構成とされていることを特徴とするものである。
【００２６】
上記した各発明は、次のように作用する。
【００２７】
請求項１記載の発明によれば、電源が停電した際、切り換え手段により冷凍機と電源との電気的接続は切断され、冷凍機と超電導コイルとが電気的に接続される。超電導コイルは、冷凍機冷却型超電導磁石装置の通常運転時（停電していない状態をいう）において、電力を貯蔵する特性（ＳＭＥＳ：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ）を有している。
【００２８】
このため、電源が停電しても、ＳＭＥＳにより電力を貯蔵した超電導コイルが電源となって冷凍機に対して電力を供給する。よって、停電後も超電導コイルは冷却されて超電導状態を維持でき、超電導コイルが発生する磁力に変動が発生することを防止できる。
【００２９】
また、請求項２または５記載の発明によれば、第１の接続状態と第２の接続状態を切り換える切り換え手段として、電源からの電力の供給の有無により自動的に切り換えるリレースイッチを用いたことにより、電源からの電力停止を検出する検出手段を設けることなく切り換え処理を行なうことができ、よって切り換え手段の構成の簡単化を図ることができる。、
また、請求項３または６記載の発明によれば、停電の有無に拘わらず冷凍機は駆動を維持し、よって超電導コイルに対する冷却は維持されるため、溶融多結晶シリコンの溶融坩堝に印加する磁界を一定に保つことができ、よって停電が発生しても高品質のシリコン単結晶を製造することができる。
【００３０】
また、請求項４記載の発明によれば、電源から供給される電力を貯蔵する電力貯蔵用フライホイールが設けられているため、通常運転時（停電していない状態をいう）において、電力貯蔵用フライホイールは電力を貯蔵する。
【００３１】
一方、電源が停電した際、切り換え手段により冷凍機と電源との電気的接続は切断され、冷凍機と電力貯蔵用フライホイールとが電気的に接続されるため、電源が停電しても電力を貯蔵した電力貯蔵用フライホイールが電源となって冷凍機に対して電力を供給する。よって、停電後も超電導コイルは冷却されて超電導状態を維持でき、超電導コイルが発生する磁力に変動が発生することを防止できる。
【００３２】
【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。
【００３３】
図３及び図４は、本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導磁石装置１０Ａ（以下、超電導磁石装置という）を示している。図３は通常状態（停電していない状態）の超電導磁石装置１０Ａを示しており、図４は停電状態の超電導磁石装置１０Ａを示している。この超電導磁石装置１０Ａは、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に用いられるものである。
【００３４】
超電導磁石装置１０Ａは、大略すると真空容器本体１１，熱シールド板１６，ギフォード・マクマホン式冷凍機１３（以下、ＧＭ冷凍機という），超電導コイル１８，励磁用電源装置３１，切り換えスイッチ３２，インバータ３６，第２の切り換えスイッチ３７，及び冷凍機コンプレッサ４１等により構成されている。
【００３５】
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の上部には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４１に冷媒配管４２，４３を介して接続されている。冷凍機コンプレッサ４１で高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）は、冷媒配管４２を介してＧＭ冷凍機１３に供給される。
【００３６】
この高圧冷媒は、ＧＭ冷凍機１３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、冷媒配管４３を介して冷凍機コンプレッサ４１に戻され、再び高圧化される。上記のＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１は、いずれもモータを駆動源としており、電源３０から供給される電力により駆動する構成とされている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
真空容器本体１１は、その中央に環状の空間を形成している。そして超電導コイル１８は、この環状空間を囲繞するように配設されている。よって、超電導コイル１８が励磁すると、真空容器本体２１に形成された環状空間には磁場が発生し、よってこの環状空間は常温磁場空間２３として機能する。ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造する装置は、この常温磁場空間２３内に配設され、超電導コイル１８が発生する磁場内でシリコン単結晶のインゴッドが製造される。
【００４０】
超電導コイル１８は、リード２１，切り換えスイッチ３２，及び励磁用電源装置３１を介して電源３０に接続されている。リード２１は、真空容器本体１１の外部の熱が超電導コイル１８に伝達しないよう構成されている。また、励磁用電源装置３１は、常温磁場空間２３に発生する磁界が所定の強さとなるよう超電導コイル１８に供給する電流を制御する。
【００４１】
切り換えスイッチ３２は、停電対策用のリレースイッチである。この切り換えスイッチ３２は、励磁用電源装置３１を介して電源３０に接続された一対の端子３３と、リード２１を介して超電導コイル１８に接続された一対の端子３４と、インバータ３６に接続された一対の端子３５とを有した構成とされている。
【００４２】
また、第２の切り換えスイッチ３７も第１の切り換えスイッチ３２と同様に停電対策用のリレースイッチであり、電源３０に接続された一対の端子３８と、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に接続された一対の端子３９と、インバータ３６に接続された一対の端子４０とを有した構成とされている。尚、インバータ３６は、入力された直流と交流に変換する処理を行なうものである。
【００４３】
図３は、停電が発生してない状態（以下、通常状態という）を示している。この通常状態では、第１の切り換えスイッチ３２は端子３３と端子３４とを接続しており、端子３５を開放した状態となっている。よって、電源３０は、励磁用電源装置３１及び切り換えスイッチ３２を介して超電導コイル１８に接続される。これにより、超電導コイル１８は電源３０から供給される電流により励磁する。
【００４４】
また、第２の切り換えスイッチ３７は、端子３８と端子３９とを接続しており、端子４０を開放した状態となっている。よって、電源３０は、第２の切り換えスイッチ３７を介してＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に接続される。これにより、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１は電源３０から供給される電力により駆動し、ＧＭ冷凍機１３は冷媒を膨張させて寒冷を発生させ蓄冷材を冷却し、また冷凍機コンプレッサ４１は冷媒の高圧化処理を実施する。よって、超電導コイル１８はＧＭ冷凍機１３により冷却され、超電導状態とされる。
【００４５】
図４は、停電した状態（以下、停電状態という）における超電導磁石装置１０Ａを示している。停電が発生すると、リレースイッチである第１の切り換えスイッチ３２及び第２の切り換えスイッチ３７は、端子の切り換えを行なう。
【００４６】
具体的には、停電が発生すると、第１の切り換えスイッチ３２は、端子３３と端子３４との接続を切ると共に、端子３４と端子３５とを接続する。また、第２の切り換えスイッチ３７は、端子３８と端子４０との接続を切ると共に、端子４０と端子３９とを接続する。
【００４７】
本実施例では、上記の端子切り換え処理を行なう各切り換えスイッチ３２，３７として、コイルを用いた電磁リレースイッチを用いている。この電磁リレースイッチは、内部に電源３０から電流供給される励磁コイルと、この励磁コイルにより変位すると共に各端子の接続切り換えを行なう接続片を有している。
【００４８】
今、第１の切り換えスイッチ３２を例に挙げて説明すると、通常時は電源１３０から電流供給されるため、励磁コイルは励磁して接続片を磁力により吸引する。これにより、接続片は端子３３と端子３４が接続する。これに対し、停電が発生すると、電源３０から電流供給が停止されるため、励磁コイルは消磁され、これにより接続片は変位して端子３４と端子３５が接続する。
【００４９】
このように、本実施例では電源３０からの電流の供給の有無により自動的に切り換えるリレースイッチを用いたことにより、特に電源３０からの電力停止を検出する検出手段を設けることなく、簡単な構成で上記した各端子端子３３〜３５，３８〜４０の切り換え処理を行なうことが可能となる。
【００５０】
上記のように各切り換えスイッチ３２，３７が切替わることにより、超電導コイル１８は第１の切り換えスイッチ３２，インバータ３６，第２の切り換えスイッチ３７を介してＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に電気的に接続された状態となる。
【００５１】
ところで、上記したように電源３０から超電導コイル１８に電力の供給が行なわれている通常状態では、超電導コイル１８は常温強磁場空間２３に磁場を形成すると共に電力を貯蔵する処理を行なっている。即ち、超電導コイル１８は超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）として機能するため、この超電導コイル１８を電源として用いることが可能となる。
【００５２】
そこで本実施例では、停電状態において超電導コイル１８をＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１と電気的に接続する構成とした。これにより、電源３０が停電しても、電力を貯蔵した超電導コイル１８が電源となって、超電導コイル１８からＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に電力が供給される。この際、超電導コイル１８から供給される電力は直流であるため、インバータ３６で交流に変換された上で、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に供給される。
【００５３】
従って、停電の有無に拘わらずＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１は駆動を維持し、よって超電導コイル１８に対する冷却は維持されクエンチの発生が抑制される。このため、超電導磁石装置１０ＡをＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置に適用した場合、停電が発生しても超電導コイル１８が発生する磁力を一定に保つことができるため、高品質のシリコン単結晶を製造することができる。
【００５４】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図５及び図６は、本発明の第２実施例である超電導磁石装置１０Ｂを示している。尚、図５及び図６において、第１実施例の説明で用いた図３及び図４に示した構成と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
前記した第１実施例に係る超電導磁石装置１０Ａでは、超電導コイル１８の有する超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）の機能を利用し、停電状態において超電導コイル１８を電源としてＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１を駆動してクエンチが発生することを防止する構成とした。これに対して本実施例では、超電導コイル１８に代えて電力貯蔵用フライホイール５０を用いたことを特徴とするものである。以下、超電導磁石装置１０Ｂの詳細について説明する。
【００５６】
本実施例においても、二つの第１の切り換えスイッチ５２，５７を有している。この各切り換えスイッチ５２，５７は、第１実施例の各切り換えスイッチ３２，３７と同様に停電の発生の有無により自動的に切り換え処理を行なう電磁リレースイッチにより構成されている。
【００５７】
第１の切り換えスイッチ５２は、励磁用電源装置３１を介して電源３０に接続された一対の端子５３と、リード２１を介して超電導コイル１８に接続された一対の端子５４と、間に抵抗５６が配設された一対の端子５５とを有した構成とされている。一方、第２の切り換えスイッチ５７は、電源３０に接続された一対の端子５８と、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に接続された一対の端子５９と、インバータ３６を介して電力貯蔵用フライホイール５０に接続された一対の端子６０とを有した構成とされている。
【００５８】
ここで、電力貯蔵用フライホイール５０は、電気的エネルギーをはずみ車効果を利用した機械エネルギーとして貯蔵する装置である。この電力貯蔵用フライホイール５０は、エネルギーを蓄えるフライホイールと、このフライホイールを支持する軸受と、電気エネルギーと機械エネルギーとの間でエネルギー変換処理を行なう電力発電機等により構成されている。
【００５９】
停電が発生してない通常状態においては、電力貯蔵用フライホイール５０は電源３０から供給される電気力（電気エネルギー）をフライホイールの回転という機械エネルギーに変換して貯蔵する。また、フライホイールに蓄えられた機械エネルギーは、電力発電機を介して電力（電気エネルギー）に変換として出力させることが可能である。従って、電力貯蔵用フライホイール５０を電源として、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１を駆動することが可能となる。
【００６０】
図５は、停電が発生してない通常状態の超電導磁石装置１０Ｂを示している。この通常状態では、第１の切り換えスイッチ５３は端子５３と端子５４とを接続し、端子５５を開放した状態となっている。よって、電源３０は、励磁用電源装置３１及び切り換えスイッチ５２を介して超電導コイル１８に接続される。これにより、超電導コイル１８は電源３０から供給される電流により励磁する。
【００６１】
また、第２の切り換えスイッチ５７は、端子５８と端子５９とを接続しており、端子６０を開放した状態となっている。よって、電源３０は、第２の切り換えスイッチ５７を介してＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に接続される。
【００６２】
これにより、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１は電源３０から供給される電力により駆動し、ＧＭ冷凍機１３は冷媒を膨張させて寒冷を発生させ蓄冷材を冷却し、また冷凍機コンプレッサ４１は冷媒の高圧化処理を実施する。よって、超電導コイル１８はＧＭ冷凍機１３により冷却され、超電導状態とされる。
【００６３】
図６は、停電した停電状態における超電導磁石装置１０Ｂを示している。停電が発生すると、リレースイッチである第１の切り換えスイッチ５２及び第２の切り換えスイッチ５７は、端子の切り換えを行なう。
【００６４】
具体的には、停電が発生すると、第１の切り換えスイッチ５７は、端子５３と端子５４との接続を切ると共に、端子５４と端子５５とを接続する。これにより、超電導コイル１８は抵抗５６と接続された状態となる。これにより、超電導コイル１８に貯蔵された電力は抵抗５６が発熱することにより消費され、よって停電時に励磁用電源装置３１が破損することを防止できる。
【００６５】
一方、第２の切り換えスイッチ５７は、端子５８と端子６０との接続を切ると共に、端子６０と端子５９とを接続する。このように接続することにより、電源３０に代わり、電力貯蔵用フライホイール５０がＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に電気的に接続された状態となる。
【００６６】
ところで、上記したように電源３０から電力貯蔵用フライホイール５０に電力の供給が行なわれている通常状態では、電力貯蔵用フライホイール５０は電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、フライホイールの回転としてエネルギーの貯蔵を行なっている。即ち、電力貯蔵用フライホイール５０は、電源として用いることができる。
【００６７】
そこで本実施例では、停電状態において電力貯蔵用フライホイール５０をＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１と電気的に接続する構成とした。これにより、電源３０が停電しても、エネルギーを貯蔵した電力貯蔵用フライホイール５０が電源となって、電力貯蔵用フライホイール５０からＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に電力が供給される。この際、電力貯蔵用フライホイール５０から供給される電力は直流であるため、インバータ３６で交流に変換された上で、ＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１に供給される。
【００６８】
従って本実施例に係る超電導磁石装置１０Ｂにおいても、停電の有無に拘わらずＧＭ冷凍機１３及び冷凍機コンプレッサ４１は駆動を維持し、よって超電導コイル１８に対する冷却は維持されクエンチの発生が抑制される。このため、超電導磁石装置１０ＢをＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造装置に適用した場合、停電が発生しても超電導コイル１８が発生する磁力を一定に保つことができるため、高品質のシリコン単結晶を製造することができる。
【００６９】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００７０】
請求項１記載の発明によれば、電源が停電しても、電力を貯蔵した超電導コイルが電源となって冷凍機に対して電力を供給するため、停電後も超電導コイルは冷凍機により冷却されて超電導状態を維持し、よって超電導コイルが発生する磁力の安定化を図ることができる。
【００７１】
また、請求項２または５記載の発明によれば、電源からの電力停止を検出する検出手段を設けることなく切り換え処理を行なうことができるため、切り換え手段の構成の簡単化を図ることができる。、
また、請求項３または６記載の発明によれば、溶融多結晶シリコンの溶融坩堝に印加する磁界を一定に保つことができめため、停電が発生しても高品質のシリコン単結晶を製造することができる。
【００７２】
また、請求項４記載の発明によれば、電源が停電しても電力を貯蔵した電力貯蔵用フライホイールが電源となって冷凍機に対して電力を供給するため、停電後も超電導コイルは冷却されて超電導状態を維持でき、よって超電導コイルが発生する磁力に変動が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一例である超電導磁石装置の通常時における状態を示す図である。
【図２】従来の一例である超電導磁石装置の停電時における状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例である超電導磁石装置の通常時における状態を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例である超電導磁石装置の停電時における状態を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例である超電導磁石装置の通常時における状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例である超電導磁石装置の停電時における状態を示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ　超電導磁石装置
１１　真空容器本体
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
２２　中空円筒
２３　常温強磁場空間
３０　電源
３１　励磁用電源装置
３２　第１の切り換えスイッチ
３６　インバータ
３７　第２の切り換えスイッチ
４１　冷凍機コンプレッサ
５０　電力貯蔵用フライホイール
５２　第１の切り換えスイッチ
５６　抵抗
５７　第２の切り換えスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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