以下、本発明を実施するための最良の形� ��を、図面に基づき説明する。尚、いかに記� ��において、上下、左右等の方向、位置を示� ��記載は、添付図面の記載に基づくか、実際� ��取り付け状態に基づき記載である。

 [第1実施の形態(図1~図10)]
 図1に示す超電導マグネット装置10を備えた� ��結晶引上げ装置11は、半導体の単結晶材料1� ��溶融させる坩堝12が内蔵された引上げ炉13の 外側に超電導マグネット装置10が配置されて� ��坩堝12内で溶融した単結晶材料1に一方向の� ��磁場(図1に磁力線2で表示)を印加して、溶融 した単結晶材料1の坩堝12内での対流を防止す るものであり、いわゆるMCZ法(磁界印加型チ� �クラルスキー法)が適用されたものである。

 つまり、この単結晶引上げ装置11は、上� �が開口した引上げ炉13に坩堝12が内蔵され、� ��の引上げ炉13と坩堝12との間に、坩堝12内の� ��結晶材料1を加熱溶融するためのヒータ14が� ��置されている。引上げ炉13の外側に、一対� �超電導コイル15(図3)を備えた超電導マグネッ ト装置10が配置される。また、引上げ炉13の� �方には、図示しないが、坩堝12の中心線Oに� �って単結晶体3(後述)を引き上げるための引� �げ機が設けられている。

 単結晶体3の製造に際しては、まず、坩堝 12内に単結晶材料1を投入し、ヒータ14により� ��熱して溶融させる。この溶融した単結晶材� ��1中に、図示しない種結晶を、例えば坩堝12� ��中央部上方から下降して挿入し、この種結� ��を前記引上げ機により所定速度で引上げ方� ��αの方向に引き上げていく。これにより、� �体・液体境界層に結晶が成長し、単結晶体3� ��生成される。

 この際、ヒータ14の加熱によって誘起さ� �る、溶融した単結晶材料1の坩堝12内での対� �を防止するために、超電導マグネット装置10 の超電導コイル15へ通電がなされる。坩堝12� �の溶融した単結晶材料1は、超電導コイル15� �発生する横磁場(図1に磁力線2で表示)によっ� ��動作抑止力を受け、坩堝12内で対流するこ� �なく、種結晶の引上げに伴ってゆっくりと� �き上げられ、固体の単結晶体3として製造さ� ��る。

 超電導マグネット装置10は、図2~図4に示� �ように、超電導コイル15及び輻射シールド16� ��内包するクライオスタット17と、このクラ� �オスタット17の外側周面18に設置され、極低� ��冷凍機20、電流導入端子23及びバルブ(不図� �)等を備える単一の冷凍機ポート19と、を有� �て構成される。

 クライオスタット17は、円筒形状の円筒� �クライオスタットであり、断熱のために内� �が真空に保持される。輻射シールド16は、ク ライオスタット17内で超電導コイル15を覆い� �クライオスタット17外側からの超電導コイル 15への熱輻射を遮る。超電導コイル15は、ク� �イオスタット17のボア部24を介して対向して� ��置された鞍形状の一対のコイルであり、ク� ��イオスタット17のボア部24内に同一方向の横 磁場(図3に磁力線2で表示)を生成する。この� �ライオスタット17のボア部24内に、前記引上� ��炉13及び坩堝12が配置される。

 ここで、クライオスタット17に内包され� �超電導コイルは、超電導コイル15の如く鞍形 状のコイルに限らず、図7及び図8に示すよう� ��、クライオスタット17のボア部24を介して対 向配置された一対の円形状の超電導コイル27� ��あってもよい。更に、クライオスタット17� �の超電導コイルは、図9及び図10に示すよう� �、クライオスタット17のボア部24を介してそ� ��ぞれ対向配置された複数対(例えば2対)の超� ��導コイル28A、28Bであってもよい。これら一� ��の超電導コイル27、複数対の超電導コイル28 A、28Bによっても、クライオスタット17のボア 部24内に同一方向の横磁場(図7、図9に磁力線2 で表示)が生成される。

 極低温冷凍機20は、図4に示すように、第1 冷却ステージ21が、伝熱板25介して輻射シー� �ド16に接続され、この輻射シールド16を例え� ��40Kの極低温に冷却し、第2冷却ステージ22が� ��伝熱板26を介して超電導コイル15、27、28境� �X、28Bに接続され、これらの超電導コイル15� �27、28A、28Bを例えば4Kの極低温に冷却する。� ��の極低温冷凍機20は、冷凍機ポート19に1個� �たは複数個設置される(図2においては複数個 (2個))。また、電流導入端子23は、超電導コイ ル15、27、28A、28Bへ電流を供給する、いわゆ� �電流リードである。

 この極低温冷凍機20は、図4及び図5に示す ように、第1冷却ステージ21の下方に第2冷却� �テージ22が配置され、最上部に駆動モータ33� ��設置された一般的なタイプの冷凍機である� ��このタイプの極低温冷凍機20では、図5及び� ��6に示すように、下端に第1冷却ステージ21が 設けられた第1シリンダ34内に第1ディスプレ� �サ(第1蓄冷器)35が、下端に第2冷却ステージ22 が設置された第2シリンダ36内に第2ディスプ� �ーサ(第2蓄冷器)37が、シリンダの長手方向(� �の場合はそれぞれ鉛直方向)に往復移動可能� ��収容される。そして、これらの第1ディスプ レーサ35及び第2ディスプレーサ37の往復移動� ��より、第1シリンダ34の下端と第1ディスプレ ーサ35との間、第2シリンダ36の下端と第2ディ スプレーサ37との間にそれぞれ導入された作� ��流体(例えばHeガス等)が断熱膨張して所定の 冷凍能力を得る。

 図4に示すように、前記冷凍機ポート19は� ��クライオスタット17の上端面17Aと下端面17B� �の範囲内において、クライオスタット17の外 側周面18に設置される。更に、この冷凍機ポ� ��ト19に搭載される極低温冷凍機20、電流導入 端子23及びバルブ等は、上述のクライオスタ� ��ト17の上端面17Aと下端面17Bとの範囲内に設� �される。つまり、極低温冷凍機20、電流導入 端子23及びバルブ等は、冷凍機ポート19の上� �面19A側または下端面19B側から冷凍機ポート19 に差し込まれて配置されるが、このとき上端 面19Aまたは下端面19Bからの露出部分が、クラ イオスタット17の上端面17Aと下端面17Bとの範� ��内に設置される。これにより、冷凍機ポー� ��19と、極低温冷凍機20、電流導入端子23及び� ��ルブ等の露出部分とが、クライオスタット1 7の上端面17A及び下端面17Bから突出すること� �防止される。

 更に、冷凍機ポート19は、図3に示すよう� ��、超電導コイル15、27、28A、28Bが発生する磁 場によって極低温冷凍機20の駆動モータ33(図5 )が変調をきたすことのない磁場領域に設置� �れる。つまり、図3、図7、図9には、磁界の� �さが40~50mT(ミリテスラ)の境界を符号Xで示す� ��冷凍機ポート19、特に冷凍機ポート19に搭載 される極低温冷凍機20は、磁界の強さが40~50mT 以下の磁場領域W(境界Xよりも外側の領域)に� �置されることで、極低温冷凍機20の駆動モー タ33に変調(停止を含む)が生ずることが回避� �れる。

 このように、クライオスタット17の外側� �の領域における超伝導コイル15により発生す る磁場の強度の弱い領域に、極低温冷凍機20� ��設けられている。すなわち、クライオスタ� ��ト17内の超電導コイル15が発生する磁場の強 度は、極低温冷凍機20が設けられたクライオ� ��タット17の外側面の領域が、クライオスタ� �ト17の外側面の他の領域の磁場の強度よりも 弱い。

 ここで、図3、図7及び図9に示す磁界の強� ��が40~50mTの境界Xは、図4、図8、図10に示す超� ��導マグネット装置10における軸方向(鉛直方� ��)中央位置の中央平面29Aでの磁界の強さであ る。また、超電導マグネット装置10における� ��央平面29Aと、クライオスタット17の上端面17 A、下端面17Bとの間の平面29B、29Cにおいて、� �記境界Xと同等な磁界の強さの境界を、図3、 図7、図9に符号Yで示す。更に、クライオスタ ット17の上端面17A、下端面17Bのそれぞれを含� ��平面29D、29Eにおいて、上記境界Xと同等な磁 界の強さの境界を、図3、図7、図9に符号Zで� �す。

 このように、超電導マグネット装置10で� �、同等な磁界の強さ(例えば40~50mT)は、鉛直� �向の各平面において相似な形状であり、超� �導マグネット装置10の軸方向(鉛直方向)にお� ��て中央平面29Aから離れるに従って小さくな� ��。極低温冷凍機20は、磁界の強さが40~50mTの� ��ちで最も大きい境界Xの外側(磁場領域W)に設 置されており、40~50mT以上の強さの磁界に晒� �らされることがない。

 従って、本実施の形態によれば、次の効� ��(1)~(3)を奏する。

 (1)極低温冷凍機20、電流導入端子23及びバ ルブ等を備えた冷凍機ポート19が、クライオ� ��タット17の上端面17Aと下端面17Bとの範囲内� �おいて、クライオスタット17の外側周面18に� ��置され、しかも、極低温冷凍機20、電流導� �端子23及びバルブ等が、クライオスタット17� ��上端面17Aと下端面17Bとの範囲内において冷� ��機ポート19に搭載されている。このため、� �凍機ポート19と、極低温冷凍機20、電流導入� ��子23及びバルブ等の露出部分とが、クライ� �スタット17の上端面17Aから突出することが防 止されるので、クライオスタット17の上端面1 7Aをフラットに構成できる。従って、単結晶� ��上げ装置11の特に引上げ機と超電導マグネ� �ト装置10とが干渉することを抑制でき、更に 、クライオスタット17の上端面17A上で作業す� ��作業員の作業性及び作業安全性を向上させ� ��ことができる。

 (2)極低温冷凍機20、電流導入端子23及びバ ルブなどの露出部分がクライオスタット17の� ��端面17Bよりも下方へ突出せず、しかもこの� ��端面17Bに脚部等の突出物も存在しないので� ��超電導マグネット装置10の全高さ寸法を低� �設定できる。この結果、超電導マグネット� �置10を昇降させることで、この超電導マグネ ット装置10が印加する磁場を調整する磁場の� ��整代を良好に確保できる。

 (3)極低温冷凍機20は、第1ディスプレーサ3 5、第2ディスプレーサ37が第1シリンダ34、第2� ��リンダ36内でそれぞれ鉛直方向に往復移動� �るタイプであり、重力の作用で、第1ディス� ��レーサ35、第2ディスプレーサ37がそれぞれ� �1シリンダ34、第2シリンダ36内に鉛直配置さ� �るので、これらが擦れ合って摩擦熱が発生� �ることがない。更に、この極低温冷凍機20で は、第1ディスプレーサ35、第2ディスプレー� �37の上部にそれぞれ設置されたシール部38、3 9が第1シリンダ34、第2シリンダ36のそれぞれ� �内周面に片当りすることがないので、シー� �性が良好に維持される。これらの結果、こ� �極低温冷凍機20では、冷凍能力を好適に確保 できると共に、前記摩擦等による駆動モータ 33の負荷蓄積や、第1ディスプレーサ35、第2デ ィスプレーサ37、シール部38、39の損傷を防止 できるため、極低温冷凍機20の運転寿命及び� ��頼性を向上させることができる。

 また、第1ディスプレーサ35、第2ディスプ レーサ37は、運転状態において軸方向(鉛直方 向)における上端が高温端となり、下端が低� �端となる温度勾配を有する。また、第1シリ� ��ダ31、第2シリンダ36内に導入された作動流� �(Heガス等)は、温度による密度差によって、� ��方が高温、下方が低温の如く、鉛直方向に� ��度勾配を有する。縦置きタイプの極低温冷� ��機20では、上述の第1ディスプレーサ35及び� �2ディスプレーサ37の温度勾配の方向と、作� �流体の温度勾配の方向とが一致するので、� �交換効率が良好に維持されて、極低温冷凍� �20の冷凍能力を好適に確保できる。

 更に、極低温冷凍機20は、第1ディスプレ� ��サ35、第2ディスプレーサ37が第1シリンダ34� �第2シリンダ36内でそれぞれ鉛直方向に往復� �動するタイプであるため、第1ディスプレー� ��35、第2ディスプレーサ37を交換するメンテ� �ンス時には、重力の作用で、これらの第1デ� ��スプレーサ35、第2ディスプレーサ37を第1シ� ��ンダ34、第2シリンダ36内にそれぞれ同心円� �に高精度に挿入することができる。このた� �、このメンテナンス作業の作業性を向上で� �ると共に、第1ディスプレーサ35、第2ディス� ��レーサ37、第1シリンダ34、第2シリンダ35の� �突による損傷を防止できる。

 [第2の実施の形態(図11)]
 図11は、本発明に係る単結晶引上げ装置用� �電導マグネット装置の第2の実施の形態を示� ��斜視図である。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につ� �ては、同一の符号を付すことにより説明を� �略化し、または省略する。

 本実施の形態の単結晶引上げ装置用超電� ��マグネット装置30が前記第1の実施の形態の� ��電導マグネット装置10と異なる点は、複数� �冷凍機ポート31がクライオスタット17の外側� ��面18に分散して配置され、各冷凍機ポート31 に1個または複数個(本実施の形態では1個)の� �低温冷凍機20が搭載された点である。

 従って、本実施の形態においても、前記� ��1実施の形態の効果(1)~(3)と同様な効果を奏� �る他、次の効果(4)を奏する。

 (4)極低温冷凍機20を搭載する冷凍機ポー� �31がクライオスタット17の外側周面18の複数� �所に分散配置されたことで、極低温冷凍機20 の1台当たりの最長伝熱距離を例えば半分に� �減できる。この結果、極低温冷凍機20と超電 導コイル15、27、28A、28Bとの最大温度差も例� �ば約半分に低減できるので、クライオスタ� �ト17内の超電導コイル15、27、28A、28Bをより� �層均一に冷却することができる。

 [第3の実施の形態]
 この第3の実施の形態は、図示は省略するが 、図2に示される冷凍機ポートを図11に示され るように複数個設けた形態である。

 本実施の形態における単結晶引上げ装置� ��超電導マグネット装置が前記第1及び第2の� �施の形態の超電導マグネット装置10及び30と� ��なる点は、極低温冷凍機20を複数搭載する� �凍機ポートが、クライオスタット17の外側周 面18に連続して円環形状に設置された点であ� ��。即ち、この第3の実施の形態は、図2に示� �れる冷凍機ポート20を図11に示されるように� ��ライオスタット17の外周面に複数個設けた� �態である。

 従って、本実施の形態においても、前記� ��1及び第2の実施の形態の効果(1)~(4)と同様な� ��果を奏する他、次の効果(5)を奏する。

 (5)冷凍機ポートがクライオスタット17の� �側周面18に連続して円環形状に設置されたこ とから、極低温冷凍機20の個数が多い場合に� ��、冷凍機ポートを多数設置する必要がない� ��このため、超電導マグネット装置の製作を� ��易化できると共に、材料費も削減できるの� ��、超電導マグネット装置の製作コストを低� ��できる。

 [第4の実施の形態(図12)]
 図12は、本発明に係る単結晶引上げ装置用� �電導マグネット装置の第4の実施の形態を示� ��斜視図である。この第4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につ� �ては、同一の符号を付すことにより説明を� �略化し、または省略する。

 本実施の形態の単結晶引上げ装置用超電� ��マグネット装置40が前記第1の実施の形態の� ��電導マグネット装置10と異なる点は、極低� �冷凍機20、電流導入端子23及びバルブ等を搭� ��した冷凍機ポート19が、直方体形状のスプ� �ット型のクライオスタット41の外側面42に設� ��された点である。

 つまり、スプリット型のクライオスタッ� ��41は、複数個が対向して配置され、それぞ� �の間隔が調整可能にサポート部材43により連 結されている。各クライオスタット41内に超� ��導コイル27及び輻射シールド16が内包される 。これらの超電導コイル27および輻射シール� ��16が極低温冷凍機20により極低温に冷却され る。また、これらのクライオスタット41間に� ��超電導コイル27によって一方向の横磁場が� �成される。この横磁場が、クライオスタッ� �41間に配置された単結晶引上げ装置11の引上� ��炉13及び坩堝12に印加される。

 そして、各クライオスタット41の外側面42 に冷凍機ポート19が、クライオスタット41の� �端面41Aと下端面41Bとの範囲内となるように� �置される。更に、極低温冷凍機20、電流導入 端子23及びバルブ等は、それらの露出部分が� ��クライオスタット41の上端面41Aと下端面41B� �の範囲内となるように冷凍機ポート19に設置 される。更に、冷凍機ポート19は、クライオ� ��タット41内の超電導コイル27が発生する磁場 によって、極低温冷凍機20の駆動モータが変� ��をきたすことがない磁場領域に設置される� ��

 従って、本実施の形態においても、前記� ��1の実施の形態の効果(1)~(3)と同様な効果を� �する。

 以上、本発明を上記実施の形態に基づい� ��説明したが、本発明はこれに限定されるも� ��ではない。例えば、上述の各実施の形態に� ��いては、クライオスタット17、41内の超電導 コイル15、27、28は、伝熱板26を介して極低温� ��凍機20により極低温に冷却される伝導冷却� �式の場合を述べたが、クライオスタット17、 41内の冷媒容器に充填された液体ヘリウムに� ��漬されて、極低温冷凍機20により極低温に� �却される浸漬冷却方式であってもよい。