JP2009130081A

JP2009130081A - Superconductive magnet device

Info

Publication number: JP2009130081A
Application number: JP2007302604A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Nagamoto; 義史長本; Tsutomu Kurusu; 努来栖; Yoshihiro Oguchi; 義広小口; Takashi Sasaki; 高士佐々木; Yuji Minemoto; 祐二峯元
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Industrial Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Industrial Technology Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP5057941B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a vacuum space in the inside of a cryostat so that a normal temperature workspace can be expanded in its outside, and heat infiltrating into the cryostat by radiation can be reduced. <P>SOLUTION: In this superconductive magnet device 10 having a very low temperature structure 16 containing a plurality of superconductive coils 15, a radiation shield 17 which covers the very low temperature structure, and a cryostat 18 which stores these very low temperature structure and radiation shield, the cryostat is equipped with an outer cylinder 20, an inner cylinder 21, and a top plate 22 which connects the upper parts of these outer cylinder and inner cylinder, at least one of the outer cylinder 20 and the inner cylinder 21, the outer cylinder 20 for example, is molded, and the respective lower parts of these outer cylinder and inner cylinder are directly and airtightly bonded. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は単結晶引き上げ装置等に適用される超電導マグネット装置に関する。 The present invention relates to a superconducting magnet device applied to a single crystal pulling device or the like.

単結晶引き上げ装置に適用された超電導マグネット装置は、単結晶引き上げ装置の一構成要素であるため、その設置スペースに対する制約が厳しく、要求される磁場の増大に反して装置の小型化が求められている。一般に、単結晶引き上げ装置に適用される超電導マグネット装置のクライオスタットの形状としては、円筒型クライオスタット（例えば特許文献１、２）、コの字型クライオスタット（例えば特許文献３）、分離型クライオスタット（例えば特許文献４）等が知られている。 Since the superconducting magnet device applied to the single crystal pulling device is a component of the single crystal pulling device, there are severe restrictions on its installation space, and there is a demand for downsizing the device against the increase in required magnetic field. Yes. Generally, as a shape of a cryostat of a superconducting magnet device applied to a single crystal pulling apparatus, a cylindrical cryostat (for example, Patent Documents 1 and 2), a U-shaped cryostat (for example, Patent Document 3), and a separation type cryostat (for example, a patent) Document 4) is known.

例えば、特許文献１及び２に記載の円筒型のクライオスタットを備えた超電導マグネット装置の一部を図８に示す。この超電導マグネット装置１００は、超電導コイル１０１を含む極低温構造物１０２と、この極低温構造物１０２を覆う輻射シールド１０３と、これらの極低温構造物１０２及び輻射シールド１０３を格納するクライオスタット１０４とを有して構成され、クライオスタット１０４が円筒形状に構成されている。 For example, FIG. 8 shows a part of a superconducting magnet device including a cylindrical cryostat described in Patent Documents 1 and 2. The superconducting magnet device 100 includes a cryogenic structure 102 including a superconducting coil 101, a radiation shield 103 covering the cryogenic structure 102, and a cryostat 104 storing the cryogenic structure 102 and the radiation shield 103. The cryostat 104 is formed in a cylindrical shape.

クライオスタット１０４は、外筒１０５、内筒１０６、外筒１０５と内筒１０６の上部を連結する天板１０７、及び外筒１０５と内筒１０６の下部を連結する底板１０８を有して形成された真空容器である。極低温構造物１０２及び輻射シールド１０３は、底板１０８に結合された垂直支持サポート１０９によって垂直方向に支持され、更に、外筒１０５に結合された水平支持サポート１１０によって水平方向に支持されている。尚、符号１１１は座板を示す。
特開２００４−５１４７５号公報特開２００３−７５２６号公報特開昭６０−３６３９１号公報特開平１０−１３９５９９号公報 The cryostat 104 has an outer cylinder 105, an inner cylinder 106, a top plate 107 that connects the outer cylinder 105 and the upper part of the inner cylinder 106, and a bottom plate 108 that connects the outer cylinder 105 and the lower part of the inner cylinder 106. It is a vacuum vessel. The cryogenic structure 102 and the radiation shield 103 are supported in a vertical direction by a vertical support support 109 coupled to the bottom plate 108, and further supported in a horizontal direction by a horizontal support support 110 coupled to the outer cylinder 105. Reference numeral 111 denotes a seat plate.
JP 2004-51475 A JP 2003-7526 A JP-A-60-36391 JP-A-10-139599

しかしながら、極低温構造物１０２は垂直支持サポート１０９及び水平支持サポート１１０等の配置によって形状が複雑になるため、クライオスタット１０４の内部に不要な真空空間が生まれやすいという課題があった。またクライオスタット１０４内への輻射による侵入熱は、一般に輻射シールド１０３を用いて低減が図られるが、輻射伝熱量が対象の表面積に比例するためクライオスタット１０４の形状に依存する。従って、底板１０８が存在する場合には、クライオスタット１０４内への輻射熱量が著しいという課題があった。 However, since the cryogenic structure 102 has a complicated shape due to the arrangement of the vertical support support 109, the horizontal support support 110, and the like, there is a problem that an unnecessary vacuum space is easily generated inside the cryostat 104. The intrusion heat due to radiation into the cryostat 104 is generally reduced by using the radiation shield 103, but depends on the shape of the cryostat 104 because the amount of radiant heat transfer is proportional to the surface area of the object. Therefore, when the bottom plate 108 is present, there is a problem that the amount of radiant heat into the cryostat 104 is significant.

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、クライオスタット内部の真空空間を削減して外部の常温作業空間を拡大できると共に、クライオスタット内への輻射による熱侵入を低減できる超電導マグネット装置を提供することにある。 The object of the present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and can reduce the vacuum space inside the cryostat to expand the outside room temperature working space, and can reduce the heat intrusion due to radiation into the cryostat. It is to provide a magnet device.

本発明は、複数個の超電導コイルを含む極低温構造物と、この極低温構造物を覆う輻射シールドと、これらの極低温構造物及び輻射シールドを格納するクライオスタットと、を有して構成される超電導マグネット装置において、前記クライオスタットは、外筒、内筒、及びこれらの外筒及び内筒の上部を連結する天板を備えてなり、前記外筒と前記内筒の少なくとも一つが成型加工され、これらの外筒と内筒のそれぞれの下部が直接気密接合されて構成されたことを特徴とするものである。 The present invention includes a cryogenic structure including a plurality of superconducting coils, a radiation shield that covers the cryogenic structure, and a cryostat that houses the cryogenic structure and the radiation shield. In the superconducting magnet device, the cryostat includes an outer cylinder, an inner cylinder, and a top plate that connects the outer cylinder and the upper part of the inner cylinder, and at least one of the outer cylinder and the inner cylinder is molded. The lower part of each of the outer cylinder and the inner cylinder is directly airtightly joined.

本発明によれば、クライオスタットは、外筒と内筒の少なくとも一つが成型加工され、これらの外筒と内筒のそれぞれの下部が直接気密接合されたので、底板を廃することができる。この結果、クライオスタット内部の真空空間を削減して外部の常温作業空間を拡大できると共に、クライオスタット内への輻射による熱侵入を低減できる。 According to the present invention, in the cryostat, at least one of the outer cylinder and the inner cylinder is molded and the lower portions of the outer cylinder and the inner cylinder are directly hermetically joined, so that the bottom plate can be eliminated. As a result, the vacuum space inside the cryostat can be reduced, the outside room temperature working space can be expanded, and heat intrusion due to radiation into the cryostat can be reduced.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図３）
図１は、本発明に係る超電導マグネット装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、引き上げ炉と共に示す超電導マグネット装置の断面図である。図３は、図２の一部を拡大して示す部分断面図である。 [A] First embodiment (FIGS. 1 to 3)
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a superconducting magnet apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the superconducting magnet device shown along with the pulling furnace along the line II-II in FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a part of FIG. 2 in an enlarged manner.

図１〜図３に示す超電導マグネット装置１０は、単結晶引き上げ装置１１の構成要素として適用される。この単結晶引き上げ装置１１は、前記超電導マグネット装置１０のほかに、この超電導マグネット装置１０に囲まれた空間（ボア部２６）内に配置された引き上げ炉１２、及び単結晶体１を引き上げる引き上げ機（不図示）等を有して構成される。 The superconducting magnet device 10 shown in FIGS. 1 to 3 is applied as a component of the single crystal pulling device 11. In addition to the superconducting magnet device 10, the single crystal pulling device 11 includes a pulling furnace 12 disposed in a space (bore portion 26) surrounded by the superconducting magnet device 10, and a pulling machine for pulling up the single crystal 1. (Not shown) and the like.

引き上げ炉１２内に、単結晶材料２を溶融状態で収容する坩堝１３と、この坩堝１３の外周に配設されて、坩堝１３内の単結晶材料２を溶融するヒータ１４とが内蔵される。前記超電導マグネット装置１０は、後述の超電導コイル１５からの水平磁場Ｂを坩堝１３内の単結晶材料２へ印加して、溶融状態の単結晶材料２に対流の発生を抑制し、大口径且つ高品質な半導体用のウェハを製造可能とする。 A crucible 13 for containing the single crystal material 2 in a molten state and a heater 14 for melting the single crystal material 2 in the crucible 13 are built in the pulling furnace 12. The superconducting magnet device 10 applies a horizontal magnetic field B from a superconducting coil 15 to be described later to the single crystal material 2 in the crucible 13 to suppress the occurrence of convection in the molten single crystal material 2, and has a large diameter and high height. Enables production of quality semiconductor wafers.

ここで、単結晶引き上げ装置１１による単結晶体１の製造について述べる。まず、坩堝１３内に単結晶材料２を投入してヒータ１４により加熱し、単結晶材料２を溶融させる。 Here, the production of the single crystal body 1 by the single crystal pulling apparatus 11 will be described. First, the single crystal material 2 is put into the crucible 13 and heated by the heater 14 to melt the single crystal material 2.

次に、この溶融液中に図示しない種結晶を、例えば坩堝１３の中央部上方から下降して挿入し、図示しない引き上げ機により種結晶を所定速度で引き上げ方向Ｚに引き上げる。これにより、固体と液体の境界層に結晶が成長し、単結晶が生成される。 Next, a seed crystal (not shown) is inserted into the melt from below the center of the crucible 13, for example, and the seed crystal is pulled up in the pulling direction Z at a predetermined speed by a pulling machine (not shown). Thereby, a crystal grows in the boundary layer between the solid and the liquid, and a single crystal is generated.

この際、ヒータ１４の加熱によって単結晶材料２の溶融液に熱対流が生ずると、引き上げられる溶融液が乱され、単結晶生成の歩留まりが低下してしまう。そこで、超電導マグネット装置１０の超電導コイル１５から溶融状態の単結晶材料２へ磁場Ｂを印加する。これにより、坩堝１３内の溶融状態の単結晶材料２は、電磁制動によって対流が抑制され、種結晶の引き上げに伴って所定の速度でゆっくりと引き上げ方向Ｚに引き上げられ、固体の単結晶体１として製造される。 At this time, if a heat convection occurs in the melt of the single crystal material 2 due to the heating of the heater 14, the melt that is pulled up is disturbed, and the yield of single crystal formation is reduced. Therefore, the magnetic field B is applied from the superconducting coil 15 of the superconducting magnet device 10 to the molten single crystal material 2. Accordingly, the convection of the molten single crystal material 2 in the crucible 13 is suppressed by electromagnetic braking, and is slowly pulled up in the pulling direction Z at a predetermined speed as the seed crystal is pulled up, so that the solid single crystal 1 Manufactured as.

さて、超電導マグネット装置１０は、引き上げ炉１２に磁場Ｂを印加するヘルムホルツ型の超電導マグネット装置であり、複数個の超電導コイル１５を含む極低温構造物１６と、この極低温構造物１６を覆う輻射シールド１７と、これらの極低温構造物１６及び輻射シールド１７を格納するクライオスタット１８とを有して構成される。 The superconducting magnet device 10 is a Helmholtz type superconducting magnet device that applies a magnetic field B to the pulling furnace 12, and includes a cryogenic structure 16 including a plurality of superconducting coils 15 and radiation covering the cryogenic structure 16. The shield 17 is configured to include a cryostat 18 for storing the cryogenic structure 16 and the radiation shield 17.

超電導コイル１５は少なくとも２個（例えば２個）が、クライオスタット１８の内筒２１（後述）を介して対向配置され、同一方向の磁場Ｂを発生する。この超電導コイル１５は、本実施の形態では円形状のものであるが、楕円形状、矩形状、矩形の角部が湾曲して形成されたレーストラック形状、または内筒２１の曲面に沿って形成された鞍型形状に構成されたものであってもよい。 At least two (for example, two) superconducting coils 15 are arranged to face each other via an inner cylinder 21 (described later) of the cryostat 18 and generate a magnetic field B in the same direction. The superconducting coil 15 is circular in the present embodiment, but is formed along an elliptical shape, a rectangular shape, a racetrack shape formed by curving rectangular corners, or a curved surface of the inner cylinder 21. It may be configured in a bowl shape.

輻射シールド１７は、極低温構造物１６への輻射熱の侵入を抑制するものである。また、クライオスタット１８は、内部を真空空間Ａとして断熱機能を高めるための真空容器である。このクライオスタット１８は、本実施の形態では円筒型の場合を示す。このクライオスタット１８に冷凍機１９及び電流リード（不図示）が設置されている。冷凍機１９は、その第１段ステージによって輻射シールド１７を直接冷却し、第２段ステージによって伝熱材（不図示）を介し極低温構造物１６（即ち超電導コイル１５）を直接冷却する。また、電流リードは超電導コイル１５へ電流を供給する。 The radiation shield 17 suppresses intrusion of radiant heat into the cryogenic structure 16. The cryostat 18 is a vacuum vessel for enhancing the heat insulating function with the inside as a vacuum space A. In this embodiment, the cryostat 18 has a cylindrical shape. A refrigerator 19 and a current lead (not shown) are installed on the cryostat 18. The refrigerator 19 directly cools the radiation shield 17 by the first stage, and directly cools the cryogenic structure 16 (that is, the superconducting coil 15) by a second stage through a heat transfer material (not shown). The current lead supplies a current to the superconducting coil 15.

前記クライオスタット１８は、外筒２０、内筒２１及び天板２２を有して構成される。天板２２は、外筒２０と内筒２１とのそれぞれの上縁を連結する。冷凍機１９及び電流リードは、この天板２２に配置される。 The cryostat 18 includes an outer cylinder 20, an inner cylinder 21, and a top plate 22. The top plate 22 connects the upper edges of the outer cylinder 20 and the inner cylinder 21. The refrigerator 19 and the current lead are disposed on the top plate 22.

この天板２２に結合されて垂下された垂直支持構造物としての第１垂直支持サポート２３が、極低温構造物１６を上方から垂直方向に支持する。同様に、天板２２に結合されて垂下された第２垂直支持サポート２４が、輻射シールド１７を上方から垂直方向に支持する。極低温構造物１６及び輻射シールド１７は、外筒２０に結合された水平支持サポート２５によって水平方向に支持される。 The first vertical support support 23 as a vertical support structure that is coupled to the top plate 22 and hangs down supports the cryogenic structure 16 in the vertical direction from above. Similarly, the second vertical support support 24 coupled to the top plate 22 and hanging down supports the radiation shield 17 in the vertical direction from above. The cryogenic structure 16 and the radiation shield 17 are supported in the horizontal direction by a horizontal support support 25 coupled to the outer cylinder 20.

ところで、極低温構造物１６がクライオスタット１８内で内筒２１側に偏って配置されている場合、例えば、クライオスタット１８のボア部２６（即ち、内筒２１により囲まれた常温空間部）の直径をＤとしたとき、一対の超電導コイル１５が１．０５Ｄ〜１．２５Ｄの間隔で内筒２１を挟んで対向配置されている場合には、クライオスタット１８内部の真空空間Ａの下部外側の領域に不要なスペースが生ずる。 By the way, when the cryogenic structure 16 is disposed in the cryostat 18 so as to be biased toward the inner cylinder 21, for example, the diameter of the bore portion 26 of the cryostat 18 (that is, the room temperature space surrounded by the inner cylinder 21). When D is a pair, the superconducting coils 15 are opposed to each other across the inner cylinder 21 with an interval of 1.05D to 1.25D, and are not required in the region outside the lower part of the vacuum space A inside the cryostat 18. Space is created.

そこで、このような場合には、外筒２０の下部が内筒２１側へ向かって傾斜して成型加工され、この外筒２０の下端２０Ａが内筒２１の下端２１Ａに直接気密接合される。外筒２０の上記成型加工は、例えば絞り加工やプレス加工である。また、外筒２０と内筒２１との気密接合は、例えば溶接などである。 Therefore, in such a case, the lower part of the outer cylinder 20 is inclined and molded toward the inner cylinder 21 side, and the lower end 20A of the outer cylinder 20 is directly airtightly joined to the lower end 21A of the inner cylinder 21. The molding process of the outer cylinder 20 is, for example, drawing or pressing. The hermetic joining between the outer cylinder 20 and the inner cylinder 21 is, for example, welding.

外筒２０の成型加工に際し、この外筒２０の成型加工部分の水平面に対する角度θが２０°〜３０°の範囲に設定されて、クライオスタット１８内部の真空空間Ａの下部外側の不要なスペースがより効果的に削減される。 When the outer cylinder 20 is molded, the angle θ of the molded portion of the outer cylinder 20 with respect to the horizontal plane is set in the range of 20 ° to 30 °, so that unnecessary space outside the lower portion of the vacuum space A inside the cryostat 18 is further increased. Effectively reduced.

また、このとき、外筒２０の曲げ部２７の曲率半径Ｒは、５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲に設定される。曲率半径Ｒを５ｍｍ以上としたのは、成型加工される外筒２０の板厚を基準にしたものである。また、曲率半径Ｒを２００ｍｍ以下としたのは、外筒２０の成型加工部分が極低温構造物１６の存在する領域に至らず、外筒２０の成型加工部分と極低温構造物１６との間に適切な断熱ギャップが確保されるからである。尚、図３中の符号２８は、クライオスタット１８（即ち、超電導マグネット装置１０）をフロアに据付るための台座である。 At this time, the radius of curvature R of the bent portion 27 of the outer cylinder 20 is set in a range of 5 mm to 200 mm. The reason why the radius of curvature R is 5 mm or more is based on the thickness of the outer cylinder 20 to be molded. The reason why the radius of curvature R is set to 200 mm or less is that the molded portion of the outer cylinder 20 does not reach the region where the cryogenic structure 16 exists, and between the molded portion of the outer cylinder 20 and the cryogenic structure 16. This is because an appropriate insulation gap is secured. In addition, the code | symbol 28 in FIG. 3 is a base for installing the cryostat 18 (namely, superconducting magnet apparatus 10) on a floor.

従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects (1) to (4) are obtained.

（１）極低温構造物１６が第１垂直支持サポート２３を用い、輻射シールド１７が第２垂直支持サポート２４を用いて、それぞれ天板２２により上方から支持されることで、クライオスタット１８から底板１０８（図８参照）を不要にできると共に、外筒２０の下部が成型加工され、その下端２０Ａが内筒２１の下端２１Ａに、底板を介することなく直接気密接合されている。この結果、クライオスタット１８の真空空間Ａにおいて、極低温構造物１６が存在しない下部外側の領域を削減でき、その分、クライオスタット１８の外部の常温作業空間を拡大できる。 (1) The cryostat structure 16 uses the first vertical support support 23 and the radiation shield 17 uses the second vertical support support 24 to support the top plate 22 from above, so that the cryostat 18 and the bottom plate 108 are supported. (Refer to FIG. 8) can be made unnecessary, and the lower portion of the outer cylinder 20 is molded and its lower end 20A is directly airtightly joined to the lower end 21A of the inner cylinder 21 without a bottom plate. As a result, in the vacuum space A of the cryostat 18, the area outside the lower portion where the cryogenic structure 16 does not exist can be reduced, and the room temperature working space outside the cryostat 18 can be expanded accordingly.

このため、超電導マグネット装置１０は、寸法制約の厳しい単結晶引き上げ装置１１の他の構成要素との干渉を回避することができ、更に、拡大した外部常温作業空間を、単結晶引き上げ装置１１の据付時の作業スペースや、単結晶引き上げ装置１１の計測機器、ユーティリティなどの設置スペースとして有効に活用することができる。 For this reason, the superconducting magnet apparatus 10 can avoid interference with other components of the single crystal pulling apparatus 11 having severe dimensional constraints, and further, the expanded external room temperature work space can be installed in the single crystal pulling apparatus 11. It can be effectively used as an installation space for working space, measuring equipment of the single crystal pulling apparatus 11, utility, etc.

（２）外筒２０の下部が成型加工され、その下端２０Ａが内筒２１の下端２１Ａに直接気密接合されて、底板が廃されたので、クライオスタット１８の表面積を低減することができる。従って、この表面積に比例するクライオスタット１８の輻射伝熱量を低減できるので、クライオスタット１８内への熱侵入を抑制できる。 (2) Since the lower part of the outer cylinder 20 is molded and its lower end 20A is directly airtightly joined to the lower end 21A of the inner cylinder 21, and the bottom plate is discarded, the surface area of the cryostat 18 can be reduced. Therefore, since the amount of radiant heat transfer of the cryostat 18 that is proportional to the surface area can be reduced, the heat intrusion into the cryostat 18 can be suppressed.

（３）クライオスタット１８の外筒２０を成型加工せずに、外筒２０と内筒２１とを底板に溶接した場合と比較すると、外筒２０を成型加工して内筒２１に溶接したときの製作誤差は小さくなる。この結果、この超電導マグネット装置１０では、外筒２０と極低温構造物１６の間の設計時の断熱ギャップを最小限としても、高い信頼性を確保することができる。 (3) When the outer cylinder 20 and the inner cylinder 21 are welded to the bottom plate without molding the outer cylinder 20 of the cryostat 18, the outer cylinder 20 is molded and welded to the inner cylinder 21. Manufacturing error is reduced. As a result, in this superconducting magnet device 10, high reliability can be ensured even if the heat insulation gap between the outer cylinder 20 and the cryogenic structure 16 is minimized.

（４）外筒２０が成型加工されたことで、クライオスタット１８の剛性を全体として向上させることができる。 (4) Since the outer cylinder 20 is molded, the rigidity of the cryostat 18 can be improved as a whole.

［Ｂ］第２の実施の形態（図４）
図４は、本発明に係る超電導マグネット装置の第２の実施の形態を示し、図３に対応する部分断面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。 [B] Second embodiment (FIG. 4)
FIG. 4 shows a second embodiment of the superconducting magnet device according to the present invention, and is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified or omitted.

本実施の形態の超電導マグネット装置３０が前記第１の実施の形態の超電導マグネット装置１０と異なる点は、クライオスタット１８の内筒３３の下部が成型加工され、その下端３３Ａが外筒３２の下端３２Ａに直接気密接合された点である。成型加工と気密接合については、第１の実施の形態と同様である。 The superconducting magnet device 30 of the present embodiment is different from the superconducting magnet device 10 of the first embodiment in that the lower part of the inner cylinder 33 of the cryostat 18 is molded and its lower end 33A is the lower end 32A of the outer cylinder 32. It is a point that is directly air-tightly joined to. The molding process and the airtight joining are the same as those in the first embodiment.

極低温構造物１６がクライオスタット１８内で外筒３２側に偏って配置されている場合には、クライオスタット１８内の真空空間Ａの下部内側領域に不要なスペースが生ずることになる。そこで、内筒３３の下部が外筒３２側へ向かって傾斜して成型加工され、その下端３３Ａが外筒３２の下端３２Ａに気密接合される。これにより、クライオスタット１８のボア部２６の常温作業空間（特に下側領域）を拡大させることが可能となる。 When the cryogenic structure 16 is arranged in the cryostat 18 so as to be biased toward the outer cylinder 32, an unnecessary space is generated in the lower inner region of the vacuum space A in the cryostat 18. Therefore, the lower part of the inner cylinder 33 is inclined and molded toward the outer cylinder 32 side, and its lower end 33A is hermetically joined to the lower end 32A of the outer cylinder 32. As a result, the room temperature working space (particularly the lower region) of the bore portion 26 of the cryostat 18 can be enlarged.

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（３）及び（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）及び（６）を奏する。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects (5) and (6) are obtained in addition to the effects (3) and (4) of the first embodiment.

（５）クライオスタット１８の内筒３３の下部が成型加工され、その下端３３Ａが外筒３２の下端３２Ａに直接気密接合されている。この結果、クライオスタット１８の真空空間Ａにおいて、極低温構造物１６が存在しない下部内側の領域を削減でき、その分、クライオスタット１８のボア部２６の常温作業空間を拡大できる。 (5) The lower part of the inner cylinder 33 of the cryostat 18 is molded and its lower end 33A is directly airtightly joined to the lower end 32A of the outer cylinder 32. As a result, in the vacuum space A of the cryostat 18, the lower inner region where the cryogenic structure 16 does not exist can be reduced, and the room temperature working space of the bore portion 26 of the cryostat 18 can be expanded accordingly.

このため、超電導マグネット装置３０は、寸法制約の厳しい単結晶引き上げ装置１１の他の構成要素との干渉を避けることができ、更に、拡大したボア部２６の常温作業空間を、単結晶引き上げ装置１１の計測機器、引き上げ炉１２等の設置スペースとして有効に活用することができる。 For this reason, the superconducting magnet device 30 can avoid interference with other components of the single crystal pulling device 11 with severe dimensional constraints, and further, the room temperature working space of the enlarged bore portion 26 can be used as the single crystal pulling device 11. It can be effectively used as an installation space for the measuring instrument, the lifting furnace 12, and the like.

（６）内筒３３の下部が成型加工され、その下端３３Ａが外筒３２の下端３２Ａに直接気密接合されて、底板が廃されたので、クライオスタット１８の表面積を低減することができる。従って、この表面積に比例するクライオスタット１８の輻射伝熱量を低減できるので、クライオスタット１８内への熱侵入を抑制できる。 (6) Since the lower portion of the inner cylinder 33 is molded and its lower end 33A is directly airtightly joined to the lower end 32A of the outer cylinder 32, and the bottom plate is discarded, the surface area of the cryostat 18 can be reduced. Therefore, since the amount of radiant heat transfer of the cryostat 18 that is proportional to the surface area can be reduced, the heat intrusion into the cryostat 18 can be suppressed.

［Ｃ］第３の実施の形態（図５）
図５は、本発明に係る超電導マグネット装置の第３の実施の形態を示し、図３に対応する部分断面図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。 [C] Third embodiment (FIG. 5)
FIG. 5 shows a third embodiment of the superconducting magnet device according to the present invention, and is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. In the third embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified or omitted.

本実施の形態の超電導マグネット装置４０が前記第１の実施の形態の超電導マグネット装置１０と異なる点は、クライオスタット１８の外筒４２の下部と内筒４３の下部とが、共に成型加工され、外筒４２の下端４２Ａと内筒４３の下端４３Ａとが直接気密接合された点である。成型加工と気密接合については、第１の実施の形態と同様である。 The superconducting magnet device 40 of the present embodiment is different from the superconducting magnet device 10 of the first embodiment in that the lower part of the outer cylinder 42 and the lower part of the inner cylinder 43 of the cryostat 18 are both molded and processed. The lower end 42A of the cylinder 42 and the lower end 43A of the inner cylinder 43 are directly airtightly joined. The molding process and the airtight joining are the same as those in the first embodiment.

極低温構造物１６がクライオスタット１８内で外筒４２と内筒４３との中間位置に配置されている場合には、クライオスタット１８内の真空空間Ａの下部外側領域及び下部内側領域に不要なスペースが生ずることになる。そこで、外筒４２の下部及び内筒４２の下部が、相互に接近して傾斜するように共に成型加工され、それらの下端４２Ａ、４３Ａ同士が気密接合される。これにより、クライオスタット１８の外部及びボア部２６の常温作業空間を共に拡大させることが可能となる。 When the cryogenic structure 16 is disposed at an intermediate position between the outer cylinder 42 and the inner cylinder 43 in the cryostat 18, unnecessary spaces are provided in the lower outer region and the lower inner region of the vacuum space A in the cryostat 18. Will occur. Therefore, the lower part of the outer cylinder 42 and the lower part of the inner cylinder 42 are molded together so as to be inclined toward each other, and their lower ends 42A and 43A are hermetically joined. Thereby, both the outside of the cryostat 18 and the room temperature work space of the bore portion 26 can be expanded.

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（３）及び（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）及び（８）を奏する。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects (7) and (8) are obtained in addition to the effects (3) and (4) of the first embodiment.

（７）クライオスタット１８の外筒４２の下部と内筒４３の下部とが共に成型加工され、外筒４２の下端４２Ａと内筒４３の下端４３Ａとが直接気密接合されている。この結果、クライオスタット１８の真空空間Ａにおいて、極低温構造物１６が存在しない下部外側領域及び下部内側領域を削減でき、その分、クライオスタット１８の外部及びボア部２６の常温作業空間を拡大できる。 (7) The lower part of the outer cylinder 42 of the cryostat 18 and the lower part of the inner cylinder 43 are both molded, and the lower end 42A of the outer cylinder 42 and the lower end 43A of the inner cylinder 43 are directly airtightly joined. As a result, in the vacuum space A of the cryostat 18, the lower outer region and the lower inner region where the cryogenic structure 16 does not exist can be reduced, and the room temperature working space outside the cryostat 18 and the bore portion 26 can be expanded accordingly.

このため、超電導マグネット装置４０は、寸法制約の厳しい単結晶引き上げ装置１１の他の構成要素との干渉を回避することができ、更に、拡大した外部及びボア部２６の常温作業空間を単結晶引き上げ装置１１の計測機器、ユーティリティ、引き上げ炉１２等の設置スペースとして有効に活用することができる。 For this reason, the superconducting magnet device 40 can avoid interference with other components of the single crystal pulling device 11 having severe dimensional constraints, and further, the expanded outside and the room temperature working space of the bore portion 26 are lifted by the single crystal. It can be effectively used as an installation space for the measuring instrument, utility, and pulling furnace 12 of the apparatus 11.

（８）外筒４２及び内筒４３の下部が成型加工され、これらの下端４２Ａと４３Ａとが直接気密接合されて、底板が廃されたので、クライオスタット１８の表面積を低減することができる。従って、この表面積に比例するクライオスタット１８の輻射伝熱量を低減できるので、クライオスタット１８への熱侵入を抑制できる。 (8) Since the lower portions of the outer cylinder 42 and the inner cylinder 43 are molded and the lower ends 42A and 43A are directly hermetically joined to eliminate the bottom plate, the surface area of the cryostat 18 can be reduced. Therefore, since the amount of radiant heat transfer of the cryostat 18 proportional to the surface area can be reduced, the heat intrusion into the cryostat 18 can be suppressed.

［Ｄ］第４及び第５の実施の形態（図６、図７）
図６は、本発明に係る超電導マグネット装置の第４の実施の形態を示す斜視図である。図７は、本発明に係る超電導マグネット装置の第５の実施の形態を示す斜視図である。これらの第４及び第５の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。 [D] Fourth and fifth embodiments (FIGS. 6 and 7)
FIG. 6 is a perspective view showing a fourth embodiment of the superconducting magnet device according to the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing a fifth embodiment of the superconducting magnet device according to the present invention. In these fourth and fifth embodiments, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified or omitted.

第４の実施の形態の超電導マグネット装置５０のクライオスタット５１（図６）と、第５の実施の形態の超電導マグネット装置６０のクライオスタット６１（図７）が、前記第１の実施の形態における超電導マグネット装置１０のクライオスタット１８と異なる点は、クライオスタット５１が平面視コ字形状のコ字型クライオスタットであり、クライオスタット６１が分離型のクライオスタットである点である。 The cryostat 51 (FIG. 6) of the superconducting magnet device 50 of the fourth embodiment and the cryostat 61 (FIG. 7) of the superconducting magnet device 60 of the fifth embodiment are the superconducting magnets in the first embodiment. The difference from the cryostat 18 of the apparatus 10 is that the cryostat 51 is a U-shaped cryostat having a U-shape in a plan view, and the cryostat 61 is a separation-type cryostat.

分離型のクライオスタット６１は、それぞれが直方体形状のクライオスタット６１Ａと６１Ｂとが所定距離離間し、サポート６２を用いて連結されて配置されている。これらのクライオスタット６１Ａと６１Ｂとに囲まれた空間に引き上げ炉１２が配置される。また、コ字型のクライオスタット５１についても、このクライオスタット５１に囲まれた空間に引き上げ炉１２が配置される。 The separation-type cryostat 61 is arranged in such a manner that rectangular parallelepiped-shaped cryostats 61A and 61B are separated by a predetermined distance and are connected using a support 62. The pulling furnace 12 is disposed in a space surrounded by the cryostats 61A and 61B. Also for the U-shaped cryostat 51, the pulling furnace 12 is disposed in a space surrounded by the cryostat 51.

これらの第４及び第５の両実施の形態においても、前記第１〜第３の実施の形態と同様な効果（１）〜（８）を奏する。 In both the fourth and fifth embodiments, the same effects (1) to (8) as in the first to third embodiments are achieved.

以上、本発明を上記実施の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、超電導マグネット装置は、クライオスタット１８内に、超電導コイル１５を収容する冷媒容器が配置され、この超電導コイル１５が冷媒容器内に充填された冷媒によって間接的に冷却されるものでもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this. For example, the superconducting magnet device may be one in which a refrigerant container that accommodates the superconducting coil 15 is disposed in the cryostat 18 and the superconducting coil 15 is indirectly cooled by the refrigerant filled in the refrigerant container.

本発明に係る超電導マグネット装置の第１の実施の形態を示す斜視図。The perspective view which shows 1st Embodiment of the superconducting magnet apparatus which concerns on this invention. 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、引き上げ炉と共に示す超電導マグネット装置の断面図。Sectional drawing of the superconducting magnet apparatus shown with a pulling furnace along the II-II line of FIG. 図２の一部を拡大して示す部分断面図。The fragmentary sectional view which expands and shows a part of FIG. 本発明に係る超電導マグネット装置の第２の実施の形態を示し、図３に対応する部分断面図。The fragmentary sectional view which shows 2nd Embodiment of the superconducting magnet apparatus which concerns on this invention, and respond | corresponds to FIG. 本発明に係る超電導マグネット装置の第３の実施の形態を示し、図３に対応する部分断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a third embodiment of the superconducting magnet device according to the present invention and corresponding to FIG. 本発明に係る超電導マグネット装置の第４の実施の形態を示す斜視図。The perspective view which shows 4th Embodiment of the superconducting magnet apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る超電導マグネット装置の第５の実施の形態を示す斜視図。The perspective view which shows 5th Embodiment of the superconducting magnet apparatus which concerns on this invention. 従来の超電導マグネット装置の一部を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows a part of conventional superconducting magnet apparatus.

Explanation of symbols

１０超電導マグネット装置
１２引き上げ炉
１３坩堝
１５超電導コイル
１６極低温構造物
１７輻射シールド
１８クライオスタット
２０外筒
２１内筒
２２天板
２３第１垂直支持サポート（垂直支持構造物）
２７曲げ部
３０超電導マグネット装置
３２外筒
３３内筒
４０超電導マグネット装置
４２外筒
４３内筒
５０超電導マグネット装置
５１クライオスタット
６０超電導マグネット装置
６１クライオスタット
Ａ真空空間
Ｂ磁場
Ｒ曲率半径
θ 角度 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Superconducting magnet apparatus 12 Pulling furnace 13 Crucible 15 Superconducting coil 16 Cryogenic structure 17 Radiation shield 18 Cryostat 20 Outer cylinder 21 Inner cylinder 22 Top plate 23 First vertical support support (vertical support structure)
27 Bending portion 30 Superconducting magnet device 32 Outer tube 33 Inner tube 40 Superconducting magnet device 42 Outer tube 43 Inner tube 50 Superconducting magnet device 51 Cryostat 60 Superconducting magnet device 61 Cryostat A Vacuum space B Magnetic field R Curvature radius θ Angle

Claims

In a superconducting magnet apparatus comprising a cryogenic structure including a plurality of superconducting coils, a radiation shield that covers the cryogenic structure, and a cryostat that houses the cryogenic structure and the radiation shield. ,
The cryostat comprises an outer cylinder, an inner cylinder, and a top plate that connects the outer cylinder and the upper part of the inner cylinder,
A superconducting magnet apparatus, wherein at least one of the outer cylinder and the inner cylinder is molded and the lower portions of the outer cylinder and the inner cylinder are directly hermetically joined.

The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the cryogenic structure is supported from above by a vertical support structure coupled to a top plate of a cryostat.

2. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein when the outer cylinder of the cryostat is molded, an angle θ of the molded portion with respect to a horizontal plane is set to 20 ° to 30 °.

The superconducting magnet apparatus according to claim 1, wherein when the outer cylinder of the cryostat is molded, the radius of curvature of the bent portion of the outer cylinder is set in a range of 5 mm to 200 mm.

The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the cryostat is configured in a cylindrical shape, a U-shape, or a separation type.

The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the superconducting coil is formed in a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, a saddle shape, or a racetrack shape.

The superconducting magnet apparatus according to claim 1, wherein the cryostat is provided in a vacuum space, and the cryogenic structure and the radiation shield are configured to be directly cooled by a refrigerator.

In the space surrounded by the cryostat, a pulling furnace containing a crucible for containing a semiconductor single crystal material in a molten state is disposed, and a magnetic field from a superconducting coil in the cryostat is applied to the single crystal material in the crucible. The superconducting magnet device according to claim 1, wherein the superconducting magnet device is configured as described above.