JP4990194B2

JP4990194B2 - 磁石位置測定方法

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Publication number: JP4990194B2
Application number: JP2008057701A
Authority: JP
Inventors: 修尾崎; 憲一井上; 量一広瀬
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Japan Superconductor Technology Inc
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Japan Superconductor Technology Inc
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: JP2009216424A

Description

本発明は、略円筒状（コイル状）の磁石の位置を測定するための磁石位置測定方法に関する。

従来、強磁場を発生可能な超電導マグネット等のコイル状の磁石が知られている。そして、このような磁石を備えた磁石装置は、例えばＳｉ単結晶の製造に利用されている（特許文献１参照）。

Ｓｉ単結晶を製造する方法としては、坩堝内の溶融Ｓｉに磁界を印加しながら単結晶種結晶に結晶成長させる方法（ＭＣＺ法）が一般に知られている。この方法では、溶融Ｓｉの熱対流が電磁制動によって抑制されるため、高品質のＳｉ単結晶を製造可能である。

そして、近年、産業用として直径約３００ｍｍの大型のＳｉ単結晶の需要が増えている。このような大型のＳｉ単結晶を製造するには、それに見合った直径１ｍ程度の坩堝が必要となる。また、この場合、溶融Ｓｉの熱対流を抑制するためには、０．３（Ｔ）以上の磁場強度が必要である。このように、直径１ｍの空間に上記のような強磁場を発生する装置として、例えば超電導マグネットを備えた磁石装置が好適となっている。
特許第２７９０５４９号

ところで、磁石の位置は、製造誤差に起因して磁石装置ごとにばらつきがある。特に、上述のＳｉ単結晶の品質は、磁場分布に大きく影響される。従って、装置ごとのＳｉ単結晶の品質を揃えるためには、超電導マグネット（磁石）のＳｉ単結晶育成部（対象領域）に対する位置がなるべく設計通りであることが望ましい。これにより、従来から、磁石の位置、すなわち設計位置からのずれ量を正確に測定したいという要望があった。

なお、上記特許文献１のような装置では、超電導マグネットは、一般に、真空容器内に収納された構成になっている。真空容器には、Ｓｉ単結晶確認用の覗き窓が設けられているが、真空容器の覗き窓以外の部分は、高強度、非磁性、安価等の観点から非磁性ステンレス等の不透明な材料からなるため、装置外部からの目視による磁石位置の正確な把握は極めて困難である。

本発明は、上記のような要望に応えるためになされたものであり、磁石の位置を正確に測定することが可能な磁石位置測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様にかかる磁石位置測定方法は、対象領域に磁場を発生するように所定位置に配設される略円筒状の磁石を備えた磁石装置における前記磁石の前記所定位置からのずれ量を求める磁石位置測定方法であって、前記磁石装置を作動させて、前記磁石の磁場強度を測定し、その実測データを取得する工程と、前記磁場強度の実測データに基づいて、前記磁石の磁場強度を表す関数式を求める工程とを備え、前記磁場強度の関数式は、前記磁石が前記所定位置に配されているときの当該磁石の磁場中心を座標原点とするとともに、その所定位置の磁石の軸心に沿う方向をｘ軸方向、このｘ軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向をｙ軸方向およびｚ軸方向としてｘｙｚ直交座標系を設定し、前記磁石のｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ずれ量としての未知数をそれぞれｄｘ、ｄｙおよびｄｚとするとともに、磁石のｙ軸およびｚ軸を中心とする角度ずれ量としての未知数をそれぞれγおよびαとしたときに、ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ、γ、αを含むｘ、ｙおよびｚの２次関数式で表されることを特徴とする。

この磁石位置測定方法では、上記のように、磁場強度を実際に測定して得られた実測データに基づいて、磁石の所定位置からのずれ量として規定された未知数を含む磁石の磁場強度の関数式を求めるようにしたので、例えば外部から磁石を視認しにくい装置構成であっても当該磁石の位置を正確に測定することができる。

また、略円筒状の磁石に対して上記のようにｘｙｚ直交座標系を設定した場合、当該磁石は、ｘｙ平面、ｙｚ平面およびｚｘ平面に対して対称で、かつ、ｘ軸に対して回転対称となる。このことから、磁石の磁場強度をｘ、ｙおよびｚの偶関数で表すことができる。そして、本発明では、０次を除いて最も低次の２次関数式で磁場強度を表すようにしたので、未知数を容易に求めることができる。

上記の磁石位置測定方法において、前記２次関数式は、前記磁石の中心磁場強度をＢ_０としたときに、以下の式（１）で表される。

Ｂ＝Ｂ_０＋ａ［（ｘ＋αｙ−γｚ）−ｄｘ］^２＋ｂ［（ｙ−αｘ）−ｄｙ］^２
＋ｃ［（ｚ＋γｘ）−ｄｚ］^２・・・式（１）
これら上記の磁石位置測定方法において、好ましくは、前記磁場強度のデータは、複数位置における磁場強度のデータであり、前記関数式を求める工程は、最小２乗法によって前記磁場強度の実測データから前記関数式を求める工程を含んでいる。

上記のような最小２乗法を利用すれば、磁石のずれ量である未知数を精度良く求めることができるので、磁石位置をより正確に測定することができる。

これら上記の磁石位置測定方法において、好ましくは、前記磁石は、略同形の一対の超電導マグネットを、同軸に、かつ軸方向に所定間隔を隔てるように配してなるスプリットペア型の超電導マグネットである。

このようにすれば、スプリットペア型の超電導マグネットの位置を正確に測定することができるようになる。

本発明の磁石位置測定方法によれば、例えば外部から磁石を視認しにくい装置構成であっても当該磁石の位置を正確に測定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるＳｉ単結晶育成装置の全体構成を示した正面断面図である。また、図２は、図１に示したＳｉ単結晶育成装置の磁場強度測定時の状態を示した正面断面図である。また、図３は、磁場測定ジグの保持板および移動機構の構成を示した斜視図であり、図４は、図３に示した保持板のプローブ用穴とプローブとの関係を説明するための部分拡大斜視図である。また、図５は、磁場強度の測定位置を説明するための斜視図である。

まず、図１を参照して、本実施形態のＳｉ単結晶育成装置１００の全体構成について説明する。なお、Ｓｉ単結晶育成装置１００は、本発明の「磁石装置」の一例である。

Ｓｉ単結晶育成装置１００は、一対の略円筒状の超電導マグネット１Ａ，１Ｂと、それらの間に設けられる坩堝２とを備えている。超電導マグネット１Ａ，１Ｂは、超電導線材がコイル状に巻回されて構成されている。坩堝２には、溶融Ｓｉ３Ａが収容されている。なお、超電導マグネット１Ａ，１Ｂは、本発明の「磁石」の一例である。

一対の超電導マグネット１Ａ，１Ｂは、略同サイズ（同形）であり、同軸に、かつ軸方向に所定間隔を隔てるように設けられるスプリットペア型の超電導マグネットである。

また、このＳｉ単結晶育成装置１００は、超電導マグネット１Ａ，１Ｂを軸方向が略水平となるように横方向に並設してなる横磁界方式である。なお、本発明は、その他の縦磁界方式や、カスプ磁界方式のものにも適用可能である。

超電導マグネット１Ａ，１Ｂは、平面視で略コの字状の真空容器４内に収容されており、坩堝２は、上記真空容器４とは別の真空容器５内に収容されている。真空容器５には、Ｓｉ単結晶確認用の覗き窓（図示せず）が設けられているが、真空容器４や真空容器５の覗き窓以外の部分は、高強度、非磁性、安価等の観点から非磁性ステンレス等の不透明な材料により構成されている。従って、超電導マグネット１Ａ，１Ｂを容器外部から視認するのは極めて困難であり、外観視で超電導マグネットの位置を正確に把握するのはほぼ不可能となっている。

坩堝２は、移動機構６によって支持されている。また、坩堝２の側方には、抵抗加熱方式、赤外線集中加熱方式、あるいは高周波誘導加熱方式等のヒータ１０が設置されている。

移動機構６は、坩堝２を載置するための載置台６１と、この載置台６１を回転および昇降させるための駆動部６２とで構成されている。

本実施形態では、坩堝２内の溶融Ｓｉ３Ａの液面中心がＳｉ単結晶育成部７となっており、当該Ｓｉ単結晶育成部７にはＳｉ単結晶育成用の種結晶が配されている。Ｓｉ単結晶育成の初期状態では、Ｓｉ単結晶育成部７と一対の超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場中心とが略一致するように、超電導マグネット１Ａ，１Ｂおよび坩堝２が相対的に位置決めされて配されている。なお、上記相対位置の条件を満たす超電導マグネット１Ａ，１Ｂの配置位置が本発明の「所定位置」である。

また、図２に示すように、本実施形態では、上記所定位置に配された超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場中心（すなわちＳｉ単結晶育成部７）を座標原点とするとともに、その所定位置の超電導マグネット１Ａ，１Ｂの軸心に沿う方向をｘ軸方向（図２では左右方向で、右方向が＋ｘ方向）、このｘ軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向をｙ軸方向（図２では紙面に直交する方向で、奥方向が＋ｙ方向）およびｚ軸方向（図２では上下方向で、上方向が＋ｚ方向）として、ｘｙｚ直交座標系が設定されている。

そして、移動機構６は、坩堝２がゆっくりと回転されつつ下降されるように構成されており、これによって種結晶と同じ方位配列を有する略円柱状のＳｉ単結晶３Ｂが育成されるようになっている。

また、本実施形態のＳｉ単結晶育成装置１００では、溶融Ｓｉ３Ａに超電導マグネット１Ａ，１Ｂによる磁場を印加しながらＳｉ単結晶３Ｂを育成する構成であるので、溶融Ｓｉ３Ａの熱対流が電磁制動によって抑制される。これにより、高品質のＳｉ単結晶３Ｂを製造可能となっている。

ところで、本実施形態のＳｉ単結晶育成装置１００では、上述のように、真空容器４が不透明材料で構成されているため、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置を外観視で把握するのがほぼ不可能となっている。しかし、超電導マグネット１Ａ，１ＢのＳｉ単結晶育成部７に対する相対位置が設定通り、すなわち、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場中心がＳｉ単結晶育成部７と略一致することが、Ｓｉ単結晶３Ｂの品質向上にとって重要であるので、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置を正確に把握し、必要に応じてその配置位置を調整することが望まれている。

ここで、本実施形態のＳｉ単結晶育成装置１００は、図２に示すように、磁場測定ジグ８を備える構成となっており、後記に詳細に説明するが、Ｓｉ単結晶育成の前に磁場測定ジグ８により超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場を測定し、これによって超電導マグネット１Ａ，１Ｂの上記所定位置からのずれ量を求めるようになっている。

磁場測定ジグ８は、図３および図４に示すように、磁場強度を測定するための複数のプローブ８１（図４参照）と、これらのプローブ８１を保持する保持板８２とを有している。保持板８２の上面は、ｘｙ平面に平行となっており、各プローブ８１がそれぞれ挿入されて位置決めされる複数のプローブ用穴８２ａが設けられている。プローブ用穴８２ａは、その穴の断面形状がプローブ８１の断面形状よりもわずかに大きく設定されており、これによってプローブ８１を移動不能に保持するようになっている。なお、プローブ用穴８２ａは、本発明の「凹部」の一例である。また、保持板８２の上面は、本発明の「保持面部」に相当する。このように保持板８２のプローブ用穴８２ａに保持された複数のプローブ８１は、ｘｙ平面に沿うようにマトリクス状に並んだ状態となる。

また、保持板８２は、図３に示すように、前記移動機構６に支持されており、当該移動機構６によって、回転することなくｚ軸方向（上下方向）に移動される。そして、上下方向の複数位置で保持板８２が停止されるように設定されており、停止される毎に各プローブ８１によって磁場強度の測定が行われる。これにより、プローブ８１による磁場強度の測定位置Ｐ（図５参照）が空間に一様に分布するようになるので、空間的に偏りの少ない磁場強度の実測データが取得されるようになる。また、保持板８２は、Ｓｉ単結晶を育成すべく坩堝２を載置台６１に載置するより前に、載置台６１にセットされる。なお、本実施形態では、磁場測定ジグ８と移動機構６とによって、本発明の「磁場測定装置」が構成されている。

次に、図６を参照して、Ｓｉ単結晶育成装置１００の制御系の構成について説明する。

Ｓｉ単結晶育成装置１００に具備されている制御装置９は、図６に示すように、演算処理部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory），ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等からなるメモリとしての記憶部９２と、移動機構６の駆動制御を行うための移動機構制御部９３と、プローブ８１の制御を行うプローブ制御部９４とで構成されている。

ＣＰＵ９１は、機能的に、データ取得部９１ａと、ずれ量演算部９１ｂとを有している。データ取得部９１ａは、磁場強度の実測データを各プローブ８１から取得する機能を有している。ずれ量演算部９１ｂは、磁場強度の実測データと後述のシミュレーションデータとから、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの所定位置からのずれ量を求める演算を実行するための機能を有している。

次に、図７のフローチャートを参照しながら、本実施形態による磁石位置測定方法について説明する。

まず、ステップＳ１において、載置台６１に載置された磁場測定ジグ８によって超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場強度が測定される。この磁場測定動作は、制御装置９の移動機構制御部９３（図６参照）に、移動機構６により磁場測定ジグ８をｚ軸方向に移動させるとともに上下方向の所定位置で停止させる制御を行わせ、さらに、プローブ制御部９４に、各プローブ８１により磁場強度を測定する制御を行わせることによってなされる。これによって、図５に示すように、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場空間の複数の測定位置Ｐで３次元的に磁場強度が測定される。

そして、ステップＳ２において、ＣＰＵ９１のデータ取得部９１ａ（図６参照）により、各測定位置Ｐの磁場強度が磁場分布（磁場強度）の実測データとして取得される。

そして、ステップＳ３において、ずれ量演算部９１ｂにより、モデル関数のフィッティング処理が行われ、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの上記所定位置からのずれ量が求められる。詳細には、磁場測定ジグ８によって得られた磁場強度の実測データと、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの所定位置からのずれ量として規定された未知数を含む磁場強度のモデル関数から得られる磁場強度のシミュレーションデータとを用いて、当該モデル関数のフィッティング処理を行い、これによってモデル関数に含まれる未知数、すなわち超電導マグネット１Ａ，１Ｂの所定位置からのずれ量を決定するものである。

そして、本実施形態では、前述のように設定したｘｙｚ直交座標系において、超電導マグネット１Ａ，１Ｂのｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ずれ量としての未知数をそれぞれｄｘ、ｄｙおよびｄｚとするとともに、超電導マグネット１Ａ，１Ｂのｙ軸およびｚ軸を中心とする角度ずれ量としての未知数をそれぞれγおよびαとしたときに、上記モデル関数として、以下のように表される２次関数式（１１）が用いられる。

Ｂ＝Ｂ_０＋ａ［（ｘ＋αｙ−γｚ）−ｄｘ］^２＋ｂ［（ｙ−αｘ）−ｄｙ］^２＋ｃ［（ｚ＋γｘ）−ｄｚ］^２・・・式（１１）
ここで、式（１１）の導出過程について簡単に説明する。

所定位置に設けられた超電導マグネット１Ａ，１Ｂは、本実施形態のｘｙｚ直交座標系では、ｘｙ平面、ｙｚ平面およびｚｘ平面に対して対称となるとともに、ｘ軸に対して回転対称となる。

この対称性より、磁場強度は、ｘ、ｙおよびｚの偶関数で表すことができる。そして、磁場強度が定数になる０次成分だけの多項式を除いて、次数が最小となる多項式は、２次成分までを含んだものであり、以下の式（２１）で表される。なお、Ｂ_０は中心磁場強度、ａ、ｂおよびｃは超電導マグネットの形状によって決まる係数である。

Ｂ＝Ｂ_０＋ａｘ^２＋ｂｙ^２＋ｃｚ^２・・・式（２１）
ここで、超電導マグネット１Ａ，１Ｂが上記所定位置からｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向にそれぞれｄｘ、ｄｙおよびｄｚだけ位置ずれしており、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に関してそれぞれβ、γおよびαラジアンだけ回転ずれしていると仮定すると、座標点（ｘ，ｙ，ｚ）における磁場強度は、以下の式（２２）のように表すことができる。

Ｂ＝Ｂ_０
＋ａ［（ｘｃｏｓαｃｏｓγ＋ｙｓｉｎα−ｚｓｉｎγｃｏｓα）−ｄｘ］^２
＋ｂ［（ｙｃｏｓβｃｏｓα＋ｚｓｉｎβ−ｘｓｉｎαｃｏｓβ）−ｄｙ］^２
＋ｃ［（ｚｃｏｓγｃｏｓβ＋ｘｓｉｎγ−ｙｓｉｎβｃｏｓγ）−ｄｚ］^２
・・・式（２２）
磁場強度の分布がｘ軸に対して回転対称であることから、式（２２）においてβを０とすると、式（２２´）のように表すことができる。

Ｂ＝Ｂ_０
＋ａ［（ｘｃｏｓαｃｏｓγ＋ｙｓｉｎα−ｚｓｉｎγｃｏｓα）−ｄｘ］^２
＋ｂ［（ｙｃｏｓα−ｘｓｉｎα）−ｄｙ］^２
＋ｃ［（ｚｃｏｓγ＋ｘｓｉｎγ）−ｄｚ］^２
・・・式（２２´）
さらに、γおよびαが１よりも十分に小さいと考えられるので、以下の２つの近似式（２３）を用いて、数式（２２´）を変形すると、磁場強度の関数式として上記式（１１）が導出される。

ｓｉｎθ〜θ，ｃｏｓθ〜１（ただし、絶対値θ＜＜１）・・・式（２３）
なお、シミュレーションデータは、予め記憶部９２に記憶されているデータテーブルから抽出されるものであってもよいし、リアルタイムで演算処理により求められるものであってもよい。

そして、磁場測定ジグ８による磁場強度の実測データ、および、モデル関数（式（１１））から求められる磁場強度のシミュレーションデータの相対応する位置の磁場強度の差分を各位置において求め、その求められた各差分を２乗して合算した値が最小となるように、いわゆる最小２乗法によって、ａ，ｂ，ｃ，Ｂ_０，α，γ，ｄｘ，ｄｙ，ｄｚを決定する。

このようにして、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置（所定位置からのずれ量）を正確に測定することができる。

そして、以上の結果を基に、例えば真空容器４ごと超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置を調整することで、超電導マグネット１Ａ，１ＢとＳｉ単結晶育成部７の位置を設計通りにすることができる。なお、本実施形態では、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置調整は、手動作で行ってもよいし、真空容器４を移動させる機構を組み込んでおき、ずれ量に合わせて自動調整するようなものであってもよい。

本実施形態では、上記のように、磁場強度を実際に測定して得られた実測データに基づいて、一対の超電導マグネット１Ａ，１Ｂの所定位置からのずれ量として規定された未知数を含む超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場強度の関数式を求めるようにしたので、例えば外部から超電導マグネット１Ａ，１Ｂを視認しにくい装置構成であっても当該超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置を正確に測定することができる。

また、一対の略円筒状の超電導マグネット１Ａ，１Ｂに対して上記のようにｘｙｚ直交座標系を設定した場合、当該超電導マグネット１Ａ，１Ｂは、ｘｙ平面、ｙｚ平面およびｚｘ平面に対して対称で、かつ、ｘ軸に対して回転対称となる。このことから、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場強度をｘ、ｙおよびｚの偶関数で表すことができる。そして、本実施形態では、上記のように、０次を除いて最も低次の２次関数式で磁場強度を表すようにしたので、未知数を容易に求めることができる。

また、本実施形態では、上記のように、実測データおよびシミュレーションデータの相対応する位置の磁場強度の差分を各位置において求め、各差分を２乗して合算した値が最小となるように未知数を決定する最小２乗法を利用することによって、超電導マグネット１Ａ，１Ｂのずれ量である未知数を精度良く求めることができるので、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置をより正確に測定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、複数のプローブ８１を保持する保持板８２を駆動部６２により移動させながら磁場強度を測定するようにしたので、磁場強度を複数位置で同時に測定することができる。これにより、例えば磁場強度を一箇所ずつ測定する場合に比べて、実測データの取得が容易になる。従って、磁場強度を実際に測定して得られた実測データに基づいて、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの所定位置からのずれ量として規定された未知数を含む超電導マグネット１Ａ，１Ｂの磁場強度の関数式を容易に求めることができるので、例えば外部から超電導マグネット１Ａ，１Ｂを視認しにくい装置構成であっても当該超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置を正確に測定しやすくなる。

また、本実施形態では、上記のように、保持板８２により複数のプローブ８１をｘｙ平面上にマトリクス状に並べた状態で保持し、その保持板８２を駆動部６２によってｚ軸方向に移動させるように構成したので、磁場強度の測定位置が空間に一様に分布するようになる。これにより、得られた実測データが空間的に偏りの少ないものとすることができるので、実測データに基づいて求めた超電導マグネットのずれ量の信頼性を高めることができる。

また、本実施形態では、上記のように、保持板８２の上面に、プローブ８１をそれぞれ保持する複数のプローブ用穴８２ａをマトリクス状に設けたので、測定中にプローブ８１の位置がずれるのを防ぐことができる。これにより、実測データを正確に取得することができる。
（実施例）
以下、上記実施形態の磁石位置測定方法による効果を確認するために実施した一実験について説明する。

この実験では、使用する磁場測定ジグ８を非磁性のアルミニウムで作製した。

そして、図５を参照して、保持板８２に設けられたプローブ８１（Ｌａｋｅｓｈｏｒｅ製３軸ホール素子、型番ＭＭＺ−２５０２−ＵＨを使用）を固定するためのプローブ用穴８２ａの数は、ｘ軸方向に１００ｍｍ間隔で９個、ｙ軸方向にも同じく１００ｍｍ間隔で９個となっている。すなわち、保持板８２のプローブ用穴８２ａの総数は８１個である。

この保持板８２を載置した載置台６１を、駆動部６２によって機械的に上下方向（ｚ軸方向）に昇降させながら適宜停止させ、磁場強度を測定した。ｚ軸方向の停止位置は、−１８５ｍｍ、−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍ、１８５ｍｍの５箇所であり、各箇所においてそれぞれ８１点で測定したので、全測定位置Ｐは４０５個である。そして、この実測データと、モデル関数から得られたシミュレーションデータとから、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの所定位置からのずれ量を計算する。その結果、ａ，ｂ，ｃ，Ｂ_０，α，γ，ｄｘ，ｄｙ，ｄｚは以下の表１に示す値となった。

この表から、本例では、超電導マグネット１Ａ，１Ｂが、所定位置に対して、ｘ軸方向に＋１．２ｍｍ、ｙ軸方向に−４．５６ｍｍ、ｚ軸方向に＋１．９６ｍｍだけ位置ずれしており、ｙ軸回りに−０．１７度（−０．０３０ラジアン）、ｚ軸回りに＋０．１６度（＋０．０２８ラジアン）だけ回転ずれしていることが判明した。なお、軸回りの回転方向は、軸のプラス側を向いて時計回り方向を正（＋）方向とした。

そして、上記ずれ量を補正すべく、超電導マグネット１Ａ，１Ｂの位置を真空容器４ごと調整した。この時、坩堝２はｚ軸に対して回転対称な形状をしているため、超電導マグネット１Ａ，１Ｂのｚ軸回りの回転ずれは調整しなかった。そして、ずれ量を補正した後の装置では、Ｓｉ単結晶３Ｂの品質が向上したことが確認された。

また、上記のような補正方法を用いれば、Ｓｉ単結晶育成装置毎のＳｉ単結晶の品質のばらつきを十分に抑えることが可能になる。

なお、上記実施形態では、坩堝２を回転昇降させる駆動部６２を、保持板８２を昇降させる機構にも利用する例について示したが、保持板８２を昇降させる機構を別途設ける構成であってもよい。この場合、坩堝２を固定式にして、Ｓｉ単結晶育成用の種結晶を坩堝２に対して引き上げる方式をとることもできる。

また、スプリットペア型の超電導マグネット１Ａ，１Ｂを備えたＳｉ単結晶育成装置１００に本発明を適用したが、これに限らず、単一のコイル状の超電導マグネットを備えた磁石装置における超電導マグネットの位置を測定する場合や、超電導マグネット以外の略円筒状の磁石を備えた磁石装置における磁石位置を測定する場合にも本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態によるＳｉ単結晶育成装置の全体構成を示した正面断面図である。図１に示したＳｉ単結晶育成装置の磁場強度測定時の状態を示した正面断面図である。磁場測定ジグの保持板および移動機構の構成を示した斜視図である。図３に示した保持板のプローブ用穴とプローブとの関係を説明するための部分拡大斜視図である。磁場強度の測定位置を説明するための斜視図である。Ｓｉ単結晶育成装置の制御系の構成を示したブロック図である。磁石位置確認動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ超電導マグネット（磁石）
６移動機構（磁場測定装置）
８磁場測定ジグ（磁場測定装置）
６２駆動部
８１プローブ
８２保持板（プローブ保持部）
８２ａプローブ用穴（凹部）
１００Ｓｉ単結晶育成装置（磁石装置）

Claims

対象領域に磁場を発生するように所定位置に配設される略円筒状の磁石を備えた磁石装置における前記磁石の前記所定位置からのずれ量を求める磁石位置測定方法であって、
前記磁石装置を作動させて、前記磁石の磁場強度を測定し、その実測データを取得する工程と、
前記磁場強度の実測データに基づいて、前記磁石の磁場強度を表す関数式を求める工程とを備え、
前記磁場強度の関数式は、前記磁石が前記所定位置に配されているときの当該磁石の磁場中心を座標原点とするとともに、その所定位置の磁石の軸心に沿う方向をｘ軸方向、このｘ軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向をｙ軸方向およびｚ軸方向としてｘｙｚ直交座標系を設定し、前記磁石のｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の位置ずれ量としての未知数をそれぞれｄｘ、ｄｙおよびｄｚとするとともに、磁石のｙ軸およびｚ軸を中心とする角度ずれ量としての未知数をそれぞれγおよびαとしたときに、ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ、γ、αを含むｘ、ｙおよびｚの２次関数式で表されることを特徴とする磁石位置測定方法。
前記２次関数式は、前記磁石の中心磁場強度をＢ_０としたときに、以下の式（１）で表されることを特徴とする請求項１に記載の磁石位置測定方法。
Ｂ＝Ｂ_０＋ａ［（ｘ＋αｙ−γｚ）−ｄｘ］^２＋ｂ［（ｙ−αｘ）−ｄｙ］^２＋ｃ［（ｚ＋γｘ）−ｄｚ］^２・・・式（１）
前記磁場強度のデータは、複数位置における磁場強度のデータであり、
前記関数式を求める工程は、最小２乗法によって前記磁場強度の実測データから前記関数式を求める工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁石位置測定方法。
前記磁石は、略同形の一対の超電導マグネットを、同軸に、かつ軸方向に所定間隔を隔てるように配してなるスプリットペア型の超電導マグネットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁石位置測定方法。