JP2011192422A - 超電導線材焼成炉および酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物超電導薄膜に生じる引張応力を解消して超電導特性の劣化が抑制された高品質の酸化物超電導線材を製造することができる。
【解決手段】基板の表面に設けられた超電導材原料の塗膜を焼成して酸化物超電導薄膜を形成することにより、基板と酸化物超電導薄膜とが一体となった酸化物超電導線材を製造する超電導線材焼成炉であって、上方に向けて凸曲した断面円弧状の凸曲面を有する台座を備え、基板の酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ基板を台座の凸曲面に沿って湾曲させた状態で焼成するように構成されている超電導線材焼成炉。また、基板の酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ基板を上方に向けて凸曲するように断面円弧状に湾曲させた状態で焼成する酸化物超電導線材の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導線材の焼成技術に関し、詳しくは、基板上に酸化物超電導薄膜が一体に形成された酸化物超電導線材を製造する超電導線材焼成炉および酸化物超電導線材の製造方法に関する。

酸化物超電導線材の作製方法として、例えばＲｅ（希土類元素）、Ｂａ、Ｃｕの金属有機化合物を含有する酸化物超電導線材の原料溶液をテープ状の基板上に塗布し塗膜を形成した後、前記金属有機化合物を熱分解して仮焼膜を作製する仮焼、さらに仮焼膜を熱処理して酸化物超電導体の結晶を生成させる本焼などの熱処理（焼成）を行って酸化物超電導薄膜を形成するＭＯＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属塗布熱分解法）が広く知られている（例えば、特許文献１）。ＭＯＤ法によれば、成膜の高速化が容易であり、又原理的に非真空プロセスで行うことができるため、低コスト化が期待される。

図４は、ＭＯＤ法に用いられる超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図であり、図５は酸化物超電導線材の断面図である。図５に示すように酸化物超電導線材ｃは、基板ａ上に酸化物超電導薄膜ｂを積層して形成されている。図４に示すように超電導線材焼成炉５０は、巻出し部５１と、炉体５２と、巻取り部５３とを備えており、酸化物超電導線材ｃ（図５参照）は、塗膜が形成された基板ａ（図５参照）を炉体５２内で焼成することにより作製される。

しかし、焼成後に冷却する際の基板ａと酸化物超電導薄膜ｂの熱収縮挙動の相違により、焼成後に酸化物超電導線材ｃを直線状にした状態では、熱収縮率の大きい酸化物超電導薄膜ｂに引張応力が発生するため、引張歪により超電導特性が劣化するという問題があった。

特開２００７−１６５１５３号公報

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、酸化物超電導薄膜に生じる引張応力を解消して超電導特性の劣化が抑制された高品質の酸化物超電導線材を製造することができる超電導線材焼成炉および酸化物超電導線材の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す各請求項の発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、請求項毎に説明する。

請求項１に記載の発明は、
基板の表面に設けられた超電導材原料の塗膜を焼成して酸化物超電導薄膜を形成することにより、前記基板と前記酸化物超電導薄膜とが一体となった酸化物超電導線材を製造する超電導線材焼成炉であって、
上方に向けて凸曲した断面円弧状の凸曲面を有する台座を備え、
前記基板の前記酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ前記基板を前記台座の前記凸曲面に沿って湾曲させた状態で焼成するように構成されていることを特徴とする超電導線材焼成炉である。

本請求項においては、上方に向けて凸曲した断面円弧状の凸曲面を有する台座を備え、基板に設けられた酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ基板を台座の凸曲面に沿って湾曲させた状態で焼成するように構成されているため、酸化物超電導線材は、酸化物超電導薄膜が凸側に位置するように湾曲した状態で製造される。この際、酸化物超電導薄膜には引張応力が発生している。しかし、酸化物超電導線材を湾曲した状態から直線状にした場合、凸側に位置する酸化物超電導薄膜は縮むため、前記の引張応力を解消することができて超電導特性の劣化が抑制された高品質の酸化物超電導線材を製造することができる。

直線状にした場合に、引張応力が解消されると共に、圧縮応力もかかっていないことが望ましいが、酸化物超電導薄膜線材は、圧縮応力に対しては強いため、直線状にした場合に若干の圧縮応力を発生させることは許される。このため、酸化物超電導薄膜線材を直線状にした場合、多少の圧縮応力が発生するように、前記凸曲面の湾曲の程度（曲率）が設定されても良い。

本請求項における「焼成」には、前記した仮焼、本焼のいずれも含まれ、「超電導材料の塗膜」には前記した酸化物超電導線材の原料溶液を塗布して形成された塗膜、および仮焼膜が含まれる。

本請求項における「断面円弧状」の円弧には、円の他、楕円、長円等の弧またはこれらの弧を組み合わせた曲線なども含まれ、楕円の弧が好ましく用いられる。

請求項２に記載の発明は、
前記台座の凸曲面は前記基板の曲げの度合いを調整できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材焼成炉である。

本請求項においては、台座が凸曲面の湾曲の度合いを調整できるように構成されているため、曲げの度合いが異なる毎に台座を取り替えることなく、容易に曲げの度合いを変更することができる。

請求項３に記載の発明は、
前記台座は、
前記基板を曲げるための湾曲した弾性板と、
前記弾性板を支持し、かつ、前記弾性板の曲げの度合いを調整する曲率調整ブロックと
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の超電導線材焼成炉である。

本請求項の発明は、請求項２の発明を具体化した発明であり、基板を曲げるための湾曲した弾性板と、前記弾性板を支持し、かつ、前記弾性板の曲げの度合いを調整する曲率調整ブロックだけで構成されており、湾曲の度合いを、簡単な構成で容易に、かつ自由に調整することができる。

請求項４に記載の発明は、
基板の表面に設けられた超電導材原料の塗膜を焼成して酸化物超電導薄膜を形成することにより、前記基板と前記酸化物超電導薄膜とが一体となった酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記基板の前記酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ前記基板を上方に向けて凸曲するように断面円弧状に湾曲させた状態で焼成することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法である。

本請求項においては、上方に凸曲するように前記基材を曲げた状態で前記超電導材原料の塗膜を焼成して酸化物超電導線材を形成するため、酸化物超電導薄膜側に引張応力がかかる。そして、酸化物超電導線材を直線状にした場合、酸化物超電導線材の凸側に位置する酸化物超電導薄膜側が縮むことにより引張応力を解消することができ、高品質の酸化物超電導線材を製造することができる。

本発明により、酸化物超電導薄膜に生じる引張応力を解消して超電導特性の劣化が抑制された高品質の酸化物超電導線材を製造することができる。

本発明の実施の形態１に係る超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係る超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。 従来の焼成炉を有する超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。 酸化物超電導線材の断面図である

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
１．超電導線材焼成炉
図１は本発明の実施の形態１に係る超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。超電導線材焼成炉１は、基板ａ（図５参照）の搬送路に配置される台座２と、台座２の上方に間隔を設けて配置される加熱部３と、炉体（図示略）と、炉内雰囲気制御機構（図示略）を備えており、密閉構造となっている。台座２および加熱部３は前記炉体内部に配置されている。

台座２の上面には、断面楕円弧状の凸曲面２ａが形成されている。そして、台座２としては耐熱性に優れ、硬度が高く、基板と反応する恐れがないＡｌ_２Ｏ_３製やＺｒＯ_２製の台座が好ましく用いられる。

加熱部３は、複数の加熱エレメント３ａから構成され、複数の加熱エレメント３ａは、台座２の凸曲面２ａに沿って配置され、超電導線材焼成炉１内を所定の温度に維持するように制御される。

また、超電導線材焼成炉１は、さらに巻出しリール４、巻出し側ガイドロール５、巻取り側ガイドロール６、巻取りリール７を備えている。巻出し側ガイドロール５、巻取り側ガイドロール６は図上で台座２の凸曲面２ａの裾部分の付近に設けられている。

２．酸化物超電導線材の製造方法
次に、超電導線材焼成炉１を用いた酸化物超電導線材の製造方法について図１に基づいて説明する。

（１）塗布工程
巻出しリール４から基板ａ（図５参照）を巻き出し、基板ａの上側の表面に酸化物超電導線材原料溶液（図示略）を塗布して所定の厚さの塗膜（図示略）を形成する。

（２）仮焼成工程
次いで、基板ａを前記炉体内に搬送し、台座２の凸曲面２ａに沿わせて湾曲させた状態で仮焼成を行って、基板ａに仮焼膜を形成する。その後、基板ａの上側に仮焼膜が形成された基板ａは、巻取りリール７に巻取られる。

（３）本焼成工程
本焼成工程では仮焼膜を上側にして基板ａを仮焼成工程と同様に巻取りリール４から巻き出して前記炉体内に搬送する。次に、前記炉体内において、基板ａは台座２の凸曲面２ａに沿わせて湾曲させた状態で本焼成を行って、基板ａに本焼膜を形成する。その後、基板ａの上側に酸化物超電導薄膜ｂが形成された酸化物超電導線材ｃは、巻取りリール７に巻取られる。

本実施の形態の超電導線材焼成炉および酸化物超電導線材の製造方法によると、湾曲した酸化物超電導線材ｃの凸側に、酸化物超電導薄膜ｂが位置した状態で、焼成が行われる。このため、酸化物超電導線材ｃを湾曲した状態から直線状にした場合、凸側に位置する酸化物超電導薄膜は縮むため、焼成の時に生じる引張応力を解消することができる。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係る超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。図２に示すように実施の形態２に係る超電導線材焼成炉１は、加熱部が上部加熱部３１だけでなく下部加熱部３２も設けられている点が実施の形態１と相違する。

下部加熱部３２は、加熱エレメント３ｂが台座２１の下面に沿ってほぼ直線状に配置されて構成されている。

このように、実施の形態２に係る超電導線材焼成炉１は、下部加熱部３２を付加しているため、加熱時間の迅速化が図れる。

（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係る超電導線材焼成炉の概略構成を示す側面図である。図３に示すように実施の形態３に係る超電導線材焼成炉１は、台座２２の凸曲面の曲率を変更できるように構成されている点が、他の実施の形態と相違する。

台座２２は、楕円弧状に曲げられた弾性板２２ａと弾性板２２ａを支持する複数の曲率調整ブロック２３ａからなる曲率調整体２３とを備えている。弾性板２２ａは実施の形態１および２の台座２、２１の凸曲面２ａ、２１ａに相当する。

曲率調整ブロック２３ａは、弾性板２２ａの楕円弧の中心から機構部（図示略）により、図３の矢印で示すように放射状に往復動できるように構成されており、曲率調整ブロック２３ａの往復動により弾性板２２ａの曲率を調整する。

加熱部３３は、台座２２の弾性板２２ａに沿って配置される複数の加熱エレメント３ｃから構成されている。また、加熱エレメント３ｃを弾性板２２ａに対して離接可能に構成されている。このため、台座２２の弾性板２２ａの曲率に応じて移動して適正な加熱距離を確保している。

このように、実施の形態３に係る超電導線材焼成炉１は、凸曲面を構成する弾性板２２ａの曲率を変更することができるため、台座を交換することなく、酸化物超電導線材に生じる引張応力を調整することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以上の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ 超電導線材焼成炉
２、２１、２２ 台座
２ａ、２１ａ 凸曲面
３、３３ 加熱部
３ａ、３ｂ、３ｃ 加熱エレメント
４ 巻出しリール
５ 巻出し側ガイドロール
６ 巻取り側ガイドロール
７ 巻取りリール
２２ａ 弾性板
２３ 曲率調整体
２３ａ 曲率調整ブロック
３１ 上部加熱部
３２ 下部加熱部
５０ 超電導線材焼成炉
５１ 巻出し部
５２ 炉体
５３ 巻取り部
ａ 基板
ｂ 酸化物超電導薄膜
ｃ 酸化物超電導線材

Claims (4)

1. 基板の表面に設けられた超電導材原料の塗膜を焼成して酸化物超電導薄膜を形成することにより、前記基板と前記酸化物超電導薄膜とが一体となった酸化物超電導線材を製造する超電導線材焼成炉であって、
   上方に向けて凸曲した断面円弧状の凸曲面を有する台座を備え、
   前記基板の前記酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ前記基板を前記台座の前記凸曲面に沿って湾曲させた状態で焼成するように構成されていることを特徴とする超電導線材焼成炉。
2. 前記台座の凸曲面は前記基板の曲げの度合いを調整できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材焼成炉。
3. 前記台座は、
   前記基板を曲げるための湾曲した弾性板と、
   前記弾性板を支持し、かつ、前記弾性板の曲げの度合いを調整する曲率調整ブロックと
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の超電導線材焼成炉。
4. 基板の表面に設けられた超電導材原料の塗膜を焼成して酸化物超電導薄膜を形成することにより、前記基板と前記酸化物超電導薄膜とが一体となった酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造方法であって、
   前記基板の前記酸化物超電導薄膜が形成される側の表面を上側にし、かつ前記基板を上方に向けて凸曲するように断面円弧状に湾曲させた状態で焼成することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。

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