JP2015225728A - 酸化物超電導線材の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物超電導線材の作製に際して、酸化物超電導層への酸素導入処理やＭＯＤ法における仮焼処理および本焼処理など、処理室内で雰囲気ガスに曝す処理を短時間で行って、酸化物超電導線材の製造効率を改善することができる技術を提供する。【解決手段】リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造装置であって、リールの外径と略等しい内径を有する円筒形状に形成されて、内周がリールの外周と接するようにリールが収容されることによりリールを挟んで空間が形成されるように構成されている容器と、容器内に雰囲気ガスを供給した際、リールを挟んで形成された空間における互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整する圧力調整機構とを備えた酸化物超電導線材の製造装置。【選択図】図１

Description

本発明は、基材上に形成された酸化物超電導層を雰囲気ガスに曝す処理を行って酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造装置、および前記酸化物超電導線材の製造装置を用いた酸化物超電導線材の製造方法に関する。

液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導材料の発見以来、ケーブル、限流器、マグネットなどの電力機器への応用を目指した高温超電導線材の開発が活発に行われている。中でも酸化物超電導線材用基材（以下、単に「基材」ともいう）上にレア・アース系の酸化物超電導層（以下、単に「超電導層」ともいう）を形成させた酸化物超電導線材（以下、単に「線材」ともいう）が注目されている。

このような酸化物超電導線材は、一般的に、長尺の基材の表面に、ＲＥＢＣＯ（ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ：ＲＥはレア・アースであり、Ｙ、Ｈｏ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｔｍ、Ｇｄ等の希土類元素の一つかあるいはその混合体）で示される酸化物超電導材料などからなる酸化物超電導層を形成させることにより製造される。

具体的には、まず、長尺の金属基板の表面に、スパッタ法などを用いて、Ｙ_２Ｏ_３（酸化イットリウム）、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ_２（酸化セリウム）などの酸化物層を中間層として形成することにより長尺の基材を作製する。

次に、基材上の中間層の表面に、パルスレーザ蒸着法（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、略称：ＰＬＤ法）や塗布熱分解法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、略称：ＭＯＤ法）などを用いて酸化物超電導層を形成する。

最後に、基材および酸化物超電導層の周囲に保護層や安定化層を形成して酸化物超電導薄膜線材とする。

このような酸化物超電導線材の製造工程において、線材の超電導特性の向上を図るために、従来より超電導層を形成した後に、必要に応じて超電導層に酸素を導入する酸素導入処理が行われている（例えば特許文献１）。

このような酸素導入処理は、所定の酸素雰囲気および温度に設定された処理室内に超電導層を所定時間保持することにより行われるが、超電導層に充分に酸素を導入させるためには、超電導層が雰囲気ガスである酸素に充分に曝されている必要がある。

そこで、従来はリールに密に巻かれた線材をほぐして、超電導層とその上に巻き重ねられた基材の裏面との間に隙間を形成させることにより、超電導層を酸素に曝して酸素導入を行っていた。しかし、この方法の場合、線材をほぐす工程に時間と手間が掛かり、さらに、２００ｍを超える、例えば１ｋｍという長尺の線材の場合には、線材を均一にほぐすことが困難であった。

このため、近年では、リールから巻き出した線材を順次搬送して、処理室を通過させた後に再びリールに巻き取る所謂リールｔｏリール方式を用いて上記の酸素導入処理を行っている。

特開２０１０−１２３４３３号公報

しかしながら、リールｔｏリール方式の場合、線材を順次巻き出して処理室に送って処理する必要があるため、リールに巻かれた線材が長尺になるにつれて１個のリール当たりの処理時間が増大し、製造効率を大きく低下させていた。

そして、特に、超電導層の形成に上記したＭＯＤ法を用いる場合には、酸素導入処理だけでなく、酸化物超電導材料の前駆体層を形成する仮焼処理、および前駆体層から超電導層を形成する本焼処理においても、処理室内で雰囲気ガスに曝して雰囲気ガスと反応させる必要があり、この工程においても上記のリールｔｏリール方式が用いられているため、ＰＬＤ法などの他の方法に比べて処理時間の増大がより顕著になって製造効率がさらに低下し、ＭＯＤ法を用いた線材の量産化に対して妨げともなっていた。

このため、酸化物超電導線材の作製に際して、酸化物超電導層への酸素導入処理やＭＯＤ法における仮焼処理および本焼処理など、処理室内で雰囲気ガスに曝す処理を短時間で行って、酸化物超電導線材の製造効率を改善することができる技術が求められていた。

本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造装置は、
リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、前記酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造装置であって、
前記リールの外径と略等しい内径を有する円筒形状に形成されて、内周が前記リールの外周と接するように前記リールが収容されることにより前記リールを挟んで空間が形成されるように構成されている容器と、
前記容器内に前記雰囲気ガスを供給した際、前記リールを挟んで形成された前記空間における互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整する圧力調整機構と
を備えた酸化物超電導線材の製造装置である。

また、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、
リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、前記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、
前記した酸化物超電導線材の製造装置を用い、
前記リールの外周と前記容器の内周とが接するように前記リールを前記容器に収容し、
収容された前記リールを挟んで形成された前記空間において、互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整して、
前記雰囲気ガスに曝す処理を行う工程を有している酸化物超電導線材の製造方法である。

上記によれば、酸化物超電導線材の作製に際して、酸化物超電導層への酸素導入処理やＭＯＤ法における仮焼処理および本焼処理など、処理室内で雰囲気ガスに曝す処理を短時間で行って、酸化物超電導線材の製造効率を改善することができる。

本発明の第１の実施形態に係る酸化物超電導線材の製造装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る酸化物超電導線材の製造装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る酸化物超電導線材の製造装置の主要部を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法において用いられるリールを模式的に示す図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造装置は、
リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、前記酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造装置であって、
前記リールの外径と略等しい内径を有する円筒形状に形成されて、内周が前記リールの外周と接するように前記リールが収容されることにより前記リールを挟んで空間が形成されるように構成されている容器と、
前記容器内に前記雰囲気ガスを供給した際、前記リールを挟んで形成された前記空間における互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整する圧力調整機構と
を備えた酸化物超電導線材の製造装置である。

本発明者は、前記した処理室内で雰囲気ガスに曝す処理において、リールに密に巻かれた状態であっても処理室内に充填された雰囲気ガスに超電導層などを充分曝すことができれば、リールｔｏリール方式に比べて処理時間を大幅に短縮することが可能なバッチ方式を採用できると考え、鋭意検討を行った結果、リールの外径と略等しい内径を有する円筒状の容器にリールを収容し、収容されたリールを挟んで形成された空間における互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整すればよいことに思い至った。

即ち、リールの外周と円筒状の容器の内周が接するようにしてリールを収容し、容器内にリールを挟んだ空間を形成させて、この形成された空間における互いの圧力に差を生じさせた場合、高い圧力の空間から低い圧力の空間への雰囲気ガスの流れを形成させることができる。

そして、この雰囲気ガスの流れにより、間に配置されたリールに巻かれた酸化物超電導線材の隙間を通って雰囲気ガスを流通させることができるため、リールに巻き重ねられた線材をほぐすことなく超電導層を雰囲気ガスに充分に曝して導入させることが可能となり、バッチ方式を採用することができる。この結果、従来のリールｔｏリール方式に比べて、酸素導入処理に要する時間を大幅に短縮させて、線材の製造効率を大幅に改善することができる。

そして、このような構造の基材を、ＭＯＤ法を用いた線材の作製に採用した場合、線材の製造効率を顕著に改善させることができる。

即ち、ＭＯＤ法を用いた線材の作製においては、前記したように、酸素導入処理だけでなく、酸化物超電導材料の前駆体層を形成する仮焼処理、および前駆体層から超電導層を形成する本焼処理においても、処理室内で雰囲気ガスに曝して雰囲気ガスと反応させる必要がある。本実施形態に係る基材は、このような場合にもバッチ方式を採用することが可能となるため、線材の製造効率を顕著に改善させて、ＭＯＤ法を用いた線材の量産化に大きく寄与することができる。

なお、本態様において「リールの外径と略等しい内径」とは、リールを容器内に適切に収容することができ、かつ、リールの外周が円筒状の容器の内周に適切に接触して、リールを挟んで形成されるそれぞれの空間に圧力差を生じさせることができる程度にリールの外径と円筒状の容器の内径が近似していることを指している。具体的には、リールの外径が円筒状の容器の内径よりも小さく、かつ、円筒状の容器の内径とリールの外径との差が１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、「リールを挟んで形成された空間」は、１つのリールにより形成される２つの空間に限定されず、２つ以上のリールにより形成される３つ以上の空間であってもよく、この場合には、隣り合った２つの空間で互いに圧力差が生じるように圧力調整機構が設けられていればよい。

（２）そして、前記酸化物超電導線材の製造装置は、
前記圧力調整機構が、前記リールを挟んで形成された前記空間における互いの圧力に２倍以上の差が生じるように各空間の圧力を調整するように構成されていることが好ましい。

リールを挟んで形成された空間の圧力差が小さすぎると、リールに巻かれた酸化物超電導線材の隙間から雰囲気ガスを流通させることが難しく、高い圧力の空間から低い圧力の空間への雰囲気ガスの流れを形成させることが困難である。２倍以上の圧力の差であれば、この雰囲気ガスの流れを充分に形成させることができるため好ましい。なお、圧力の差が大きすぎると、リールを容器内に保持する機構に大きな負荷が掛かるという別の問題が生じる恐れがあるため、１００倍以下であることが好ましい。そして、リールを挟んで形成された空間の圧力差が２〜５０倍の範囲内であるとより好ましい。

（３）また、前記酸化物超電導線材の製造装置は、
前記容器が石英により構成されていることが好ましい。

雰囲気ガスに超電導層を曝して導入する際には、容器内部の雰囲気空間が所定の温度に加熱されている必要があり、通常は、熱線ヒーターなどを用いて加熱する。円筒状の容器が石英により構成されていると、この熱線ヒーターなどによる加熱を効率的に行うことができ好ましい。

（４）また、前記酸化物超電導線材の製造装置は、
前記容器の内周面に所定の弾性を有する密閉用シートが貼り付けられていることが好ましい。

リールの外周と円筒状の容器の内周との間に隙間が形成されるとその隙間から雰囲気ガスが流通するため、リールを挟んで形成された各空間に適切な圧力差を生じさせることが難しくなる。円筒状の容器の内周面に所定の弾性を有する密閉用シートが貼り付けられていると、このような隙間が形成されず好ましい。

（５）また、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、
リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、前記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、
前記した（１）〜（４）のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造装置を用い、
前記リールの外周と前記容器の内周とが接するように前記リールを前記容器に収容し、
収容された前記リールを挟んで形成された前記空間において、互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整して、
前記雰囲気ガスに曝す処理を行う工程を有している酸化物超電導線材の製造方法である。

上記した製造装置を用いて、リールの外周と円筒状の容器の内周とが接するようにリールを容器に収容し、リールを挟んで形成された空間に圧力差を生じさせることにより、高い圧力の空間から低い圧力の空間への雰囲気ガスの流れを形成させて、雰囲気ガスをリールに巻かれた酸化物超電導線材の隙間に流通させることができるため、超電導線材をほぐすことなく雰囲気ガスを超電導層に導入させることができる。

（６）また、前記酸化物超電導線材の製造方法は、
前記リールとして鍔に複数の通気孔が設けられたリールを用いることが好ましい。

リールには、一般にＳＵＳなどの空気を透過しない材料が用いられており、リールに巻き重ねられた線材の隙間に雰囲気ガスを流通させることが難しい。リールの鍔に複数の通気孔が設けられていると、この通気孔を経由して雰囲気ガスがリールに巻き重ねられた線材の隙間に流入しやすくなる。

（７）また、前記酸化物超電導線材の製造方法は、
前記リールが、回転中心に空洞を有する円環状のリールであり、前記空洞を円盤状の蓋により封止した後に、前記リールを前記容器内に収容することが好ましい。

線材をリールに巻き取る際、一般に巻き取り装置の回転軸にリールの回転中心を装着して巻き取りが行われる。このとき、リールの回転中心の空洞を残したまま、リールを容器内に収納した場合、雰囲気ガスが空洞から自由に流通するため、２つの空間に圧力差を生じさせることが難しい。空洞を円盤状の蓋により封止することにより、空洞を経由した雰囲気ガスの流通が抑制されて好ましい。

（８）また、前記酸化物超電導線材の製造方法は、
前記リールを前記容器内に収容した後、前記容器の内径と略等しい外径を有するリング状の封止部材により、前記リールの外周と前記容器の内周との隙間を封止することが好ましい。

前記したように、リールの外周と円筒状の容器の内周との間に隙間が形成されるとその隙間から雰囲気ガスが流通するため、リールを挟んで形成された各空間に適切な圧力差を生じさせることが難しくなる。リールを容器内に収容した後、容器の内径と略等しい外径を有するリング状の封止部材をリールの外周を覆うように配置すると、このような隙間が形成されない。そして、上記した密閉用シートが容器の内周面に貼り付けられていると、隙間の形成をさらに抑制することができる。

（９）また、前記酸化物超電導線材の製造方法は、
前記酸化物超電導線材として、前記酸化物超電導線材を重ね合わせた際、前記酸化物超電導層の表面との間に、外気を流通させる隙間が形成される凹凸加工が基材の裏面側に施されている酸化物超電導線材を用いることが好ましい。

このような裏面に凹凸加工が施された基材を有する酸化物超電導線材をリールに巻き取った場合、超電導層と、その上に巻き重ねられた線材の基材の裏面との間に隙間が形成されるため、より適切に酸化物超電導に雰囲気ガスを導入することができる。

なお、上記した凹凸加工としては、超電導層と、その上に巻き重ねられた線材の基材の裏面との間に外気を流通させる隙間が形成される手段であれば特に限定されず、例えば、基材の側縁に両端が達するような幅方向に沿った溝を複数本設ける溝加工や、微細な凹凸を形成させる粗面加工などが好ましい。このような粗面加工の具体的な方法としては、ロールによる型付けの他、研削などの機械的な方法、あるいはエッチングなどの化学的な方法などを採用することができる。

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明を実施形態に基づき、図面を参照して説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１．第１の実施形態
（１）酸化物超電導線材の製造装置
図１は本実施形態に係る酸化物超電導線材の製造装置を模式的に示す斜視図であり、図２は断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る酸化物超電導線材の製造装置２は、酸化物超電導線材が巻き重ねられたリール１の外径よりも僅かに大きな内径を有する円筒状の容器２１と、円筒状の容器２１に収容されたリール１を加熱するヒーター（図示省略）と、円筒状の容器２１内に雰囲気ガスを供給することにより円筒状の容器２１内の圧力を調整する圧力調整機構（図示省略）とを備えている。なお、容器２１内の内周面には図示しない密閉用シートが貼り付けられている。

円筒状の容器２１の上端は蓋２２によって封止されており、下端は解放されステンレス（ＳＵＳ）製のメッシュＭの上に設置されている。また、容器２１には、図外の圧力調整機構に接続されるガス供給管２３が取り付けられており、ガス供給管２３を介して圧力調整機構から雰囲気ガスが供給されることにより、容器２１内の圧力が調整される。なお、本実施形態に係る円筒状の容器２１は石英製である。

（２）酸素導入処理
上記した製造装置を用いた酸化物超電導線材の酸素導入処理について説明する。

先ず、図１及び図２に示すように、円筒状の容器２１の内周とリール１の外周とが接するようにリール１を容器２１内に収容する。これにより、容器２１内にリール１を挟んで２つの空間Ｄ１、Ｄ２が形成される。

次に、ヒーターにより容器２１内のリール１を加熱しながら、ガス供給管２３を介して圧力調整機構からリール１上方の空間Ｄ１に酸素濃度２０〜１００％の酸素ガスを供給する。このとき、酸素ガスの供給量は、下端が開放されて圧力が１気圧になっているリール１下方の空間Ｄ２の圧力に対して、リール１上方の空間Ｄ１の圧力が２倍以上、例えば、２〜３気圧になるように調整する。

これにより、図１及び図２の矢印に示すように、酸素ガスが、高い圧力のリール１上方の空間Ｄ１から低い圧力のリール１下方の空間Ｄ２に向かう流れが形成され、空間Ｄ１、Ｄ２に挟まれたリール１に巻き重ねられた酸化物超電導線材の隙間を酸素ガスが流通する。これにより、リールに巻き重ねられた線材をほぐすことなく、超電導層の表面を酸素ガスに曝すことができ、酸素導入処理を行うことができる。

このように、本実施形態によれば、円筒状の容器２１にリール１を収容して、リール１を挟んで形成されたそれぞれの空間Ｄ１、Ｄ２に圧力差を生じさせて、重ねられた線材の隙間に酸素ガスを流通させているため、バッチ方式を採用しても酸素導入処理を行うことができる。この結果、従来のリールｔｏリール方式のように、線材を巻き出して順次酸素導入処理を行う必要がなくなり、酸素導入処理の処理時間を大幅に短縮して、製造効率を向上させることができる。

そして、線材を形成させる基材として、線材を重ね合わせた際、超電導層の表面と、その上に巻き重ねられた基材の裏面との間に隙間が形成される凹凸加工が裏面側に施されている基材を用いると、この隙間を介して雰囲気ガスが流通しやすい。

また、ここでは、酸素導入処理を例に挙げて説明したが、本実施形態に係る基材を用いることにより可能となったバッチ方式の処理は、酸化物超電導線材の製造に際して雰囲気ガスに曝す必要があるその他の工程においても同様に適用することができる。

具体的には、ＭＯＤ法を用いた酸化物超電導線材の製造においては、酸化物超電導材料の前駆体層を形成する仮焼処理、および前駆体層から超電導層を形成する本焼処理においても、処理室内で雰囲気ガスに曝して雰囲気ガスと反応させているため、本実施形態に係る基材を用いたバッチ方式の処理が可能であり、仮焼処理と本焼処理の時間を大幅に短縮し、さらに、酸化物超電導層形成後の酸素導入処理の処理時間も大幅に短縮することができる。この結果、優れた特性を有する酸化物超電導層を作成できる一方で処理時間が長いため量産化が困難であったＭＯＤ法を用いた酸化物超電導線材の製造における問題点が解消されて、ＭＯＤ法を用いた酸化物超電導線材の量産化の実現に大きく貢献することができる。

２．第２の実施形態
図３は第２の実施形態に係る酸化物超電導線材の製造装置を模式的に示す図である。第２の実施形態では、円筒状の容器２１内に複数のリール１ａ、１ｂを収容し、リール１ａ、１ｂを挟んで形成されたそれぞれの空間Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５における圧力に差を付けることにより、複数のリール１ａ、１ｂを同時に処理することができる点において第１の実施形態と異なる。

具体的には、本実施形態に係る製造装置の場合、第１の実施形態における容器よりも長尺の円筒状の容器２１を備えており、２つのリール１ａ、１ｂが、それぞれ、円筒状の容器２１の内周に接するように収容される。これにより、容器２１の内部に、それぞれのリール１ａ、１ｂを挟んで３つの空間Ｄ３〜Ｄ５が形成される。

そして、本実施形態では、複数のガス供給管２３とガス排出管２４が設けられており、それぞれの空間Ｄ３〜Ｄ５の間で圧力差が生じるように、圧力調整機構がガスの供給、排出を調整することにより、それぞれの空間Ｄ３〜Ｄ５に圧力差を生じさせる。

例えば、容器２１内の圧力が上方から下方に向かって小さくなるように、リール１ａの上方の空間Ｄ３、２つのリール１ａ、１ｂの間の空間Ｄ４、リール１ｂの下方の空間Ｄ５のそれぞれの圧力を調整する。このとき、互いに隣り合った空間の圧力は第１の実施形態の場合と同様に２倍以上であることが好ましく、例えば、Ｄ３：Ｄ４：Ｄ５＝１．０：０．５：０．２５の圧力に設定することが好ましい。

これにより、図３の下方に向けた矢印に示すように、上方から下方に向かう雰囲気ガスの流れが生じ、それぞれのリール１ａ、１ｂに巻き重ねられた線材の隙間に雰囲気ガスを適切に流通させて、酸化物超電導層を雰囲気ガスに曝して導入させることができる。

さらに、本実施形態に係る製造装置をＭＯＤ法による線材の製造に適用した場合、仮焼処理と本焼処理のように加熱温度の異なる複数の処理を連続して行うことができる。即ち、容器２１を仮焼処理の領域Ａと、本焼処理の領域Ｂに分けて、それぞれの領域Ａ、Ｂにおける加熱温度を調整し、図３の上方に向けた長い矢印のように、リールがそれぞれの領域Ａ、Ｂを順次通過するように移動させることにより、仮焼処理と本焼処理を連続して行うことができる。

具体的には、仮焼処理の領域Ａにおける加熱温度を５００℃程度の仮焼温度に設定し、本焼処理の領域Ｂにおける加熱温度を８００℃程度の本焼温度に設定する。そして、線材が巻き重ねられたリールを仮焼処理の領域Ａにおいて所定時間保持した後、吊り上げ装置などを用いて本焼処理の領域Ｂに移動させてさらに保持することにより、仮焼処理と本焼処理を連続して行うことができ、製造効率をさらに向上させることができる。

３．第３の実施形態
図４は第３の実施形態において用いられるリールを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。第３の実施形態では、上記した第１及び第２の実施形態のような円筒状の容器を備えた製造装置において、図４に示すようなリールを用いる。

図４に示すように、本実施形態においては、回転中心に空洞１２を有する円環状のリール１ｃが用いられる。この空洞１２は、成膜装置などにおける巻取り装置の回転軸に取り付けるために設けられており、このようなリール１ｃをそのまま使用すると、リールを挟んで形成されたそれぞれの空間に圧力差を生じさせることが難しくなる。このため、このようなリール１ｃを用いる場合には、この空洞１２が円盤状の蓋１６により塞がれていることが好ましい。これにより、リールに巻かれた線材の酸化物超電導層をより適切に雰囲気ガスに曝すことができる。

また、本実施形態では、リール１ｃの鍔１３、１４に複数の通気孔１５が形成されている。この通気孔１５は、図４（ｂ）に示すように、線材Ｃが巻き重ねられる領域に対応して形成されており、リール１ｃがＳＵＳなどの場合であっても、巻き重ねられた線材Ｃの隙間に適切に雰囲気ガスを流通させることができる。

通気孔１５の直径は、１〜１０ｍｍ、例えば２ｍｍ程度であることが好ましい。また、通気孔１５は、適切に雰囲気ガスを流通させるという観点から、多く形成されている方が好ましいが、形成し過ぎると鍔１３、１４の強度が低下する恐れがある。このため、鍔１３、１４に占める通気孔１５の面積比が３０〜８０％になるように、通気孔１５を形成することが好ましい。また、通気孔１５の形成にはパンチングが好適であり、容易かつ安価に形成することができる。

さらに、本実施形態では、リール１ｃの外周縁１１を覆うように、リング状の封止部材１７が取り付けられている。このようなリング状の封止部材１７を用いることにより、容器の内周とリールの外周との間の隙間を適切に塞ぐことができ、リール１ｃを挟んで形成されたそれぞれの空間の圧力差を適切に生じさせることができる。

なお、本実施形態において、リールの構造は特に限定されず、使用するリールに応じて適宜変更することができる。例えば、上記の空洞１２の代わりに、リールを巻き取り装置に取り付けるための部材として、リールの中心部に円柱状の突起が設けられている場合には円盤状の蓋１６を用いる必要はない。

また、リールの鍔が空気透過性に優れた素材により形成されている場合には、通気孔を設けなくても、巻き重ねられた線材Ｃの隙間に適切に雰囲気ガスを流通させることができる。このような空気透過性に優れた素材としては、例えば、多孔質金属体などを挙げることができる。

［実験例］
１．実験例１、２
（１）実験例１
厚さ１００μｍのＳＵＳ基板と厚さ５０μｍのＣｕ基板を貼り合わせた厚さ１５０μｍのクラッド基板（長さ１ｋｍ）の表面に、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＳＺ、ＣｅＯ_２の３層構造の中間層（厚さ０．５μｍ）を形成することにより基材を作製した。

次に、ＰＬＤ法を用いて、基材の表面に超電導層（厚さ４μｍ）を形成することにより線材（長さ１ｋｍ）を作製し、リールに巻き重ねた。

次に、このリールを、図１に示すように、内部環境が温度５００℃、Ｏ_２雰囲気に設定された円筒状の容器に、外周が容器の内周に接するようにリールを収容した後、リール上方の領域の圧力を１気圧、リール下方の領域の圧力を０．０１気圧に設定して４時間保持するバッチ方式を行うことにより酸素導入処理を行った。

（２）実験例２
上記と同様の手順で作製した酸化物超電導線材をリールに巻き重ねた後、リールｔｏリール方式を用いて酸素導入処理を行った。

具体的には、リールから巻き出された線材が、実験例１と同条件に設定された製造装置（炉長１０ｍ）内を４時間掛けて搬送されるように搬送速度を２．５ｍ／ｈに設定して、リールｔｏリール方式の酸素導入処理を行った。

２．評価
実験例１、２において、各線材への酸素導入処理に要した時間を表１に示す。

表１より、実験例１では、１ｋｍ分の線材が巻かれたリール単位で酸素導入処理を行ったため、リールから線材を巻き出して順次酸素導入処理を行うリールｔｏリール方式を用いた実験例２よりも、１／１００という非常に短い時間で酸素導入処理を行うことができた。

そして、それぞれの実験例により作製された各線材の超電導特性として、１ｃｍ幅あたりに規格化した臨界電流値Ｉｃを測定したところ、いずれの実験例においても７５０Ａ程度とほぼ同等のＩｃが得られていた。

この結果より、図１に示したような製造装置を用いた場合、バッチ方式を用いて短時間で酸素導入処理を行っても、従来のリールｔｏリール方式を用いた場合と同様に、優れた超電導特性を有する線材が得られることが確認できた。

なお、上記の各実験例においては、１つのリールにより２つの空間を形成させたが、図３に示すように、２つ以上のリールを収納して３つ以上の空間を形成させてバッチ方式により処理することにより、より効率的に処理することができる。

本発明は、レア・アース系などの酸化物超電導層を備える酸化物超電導線材の製造において酸素導入処理やＭＯＤ法における仮焼処理および本焼処理などに要する時間を大幅に短縮することを可能にするものであり、特にＭＯＤ法による酸化物超電導線材の量産化に大きく貢献することができる。

１、１ａ〜１ｃ リール
２ 製造装置
１１ リールの外周縁
１２ 空洞
１３、１４ 鍔
１５ 通気孔
１６ 円盤状の蓋
１７ 封止部材
２１ 円筒状の容器
２２ 蓋
２３ ガス供給管
２４ ガス排出管
Ａ 仮焼処理の領域
Ｂ 本焼処理の領域
Ｃ 酸化物超電導線材
Ｄ１〜Ｄ５ 空間
Ｍ メッシュ

Claims (9)

1. リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、前記酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造装置であって、
   前記リールの外径と略等しい内径を有する円筒形状に形成されて、内周が前記リールの外周と接するように前記リールが収容されることにより前記リールを挟んで空間が形成されるように構成されている容器と、
   前記容器内に前記雰囲気ガスを供給した際、前記リールを挟んで形成された前記空間における互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整する圧力調整機構と
   を備えた酸化物超電導線材の製造装置。
2. 前記圧力調整機構が、前記リールを挟んで形成された前記空間における互いの圧力に２倍以上の差が生じるように各空間の圧力を調整するように構成されている請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
3. 前記容器が石英により構成されている請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
4. 前記容器の内周面に所定の弾性を有する密閉用シートが貼り付けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
5. リールに巻き重ねられた長尺の酸化物超電導線材を所定の雰囲気ガスに曝す処理を行い、前記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、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の製造装置を用い、
   前記リールの外周と前記容器の内周とが接するように前記リールを前記容器に収容し、
   収容された前記リールを挟んで形成された前記空間において、互いの圧力に差が生じるように各空間の圧力を調整して、
   前記雰囲気ガスに曝す処理を行う工程を有している酸化物超電導線材の製造方法。
6. 前記リールとして鍔に複数の通気孔が設けられたリールを用いる請求項５に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
7. 前記リールが、回転中心に空洞を有する円環状のリールであり、前記空洞を円盤状の蓋により封止した後に、前記リールを前記容器内に収容する請求項５または請求項６に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
8. 前記リールを前記容器内に収容した後、前記容器の内径と略等しい外径を有するリング状の封止部材により、前記リールの外周と前記容器の内周との隙間を封止する請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
9. 前記酸化物超電導線材として、前記酸化物超電導線材を重ね合わせた際、前記酸化物超電導層の表面との間に、外気を流通させる隙間が形成される凹凸加工が基材の裏面側に施されている酸化物超電導線材を用いる請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。

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