JPWO2013150942A1 - 超電導線 - Google Patents
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Abstract
超電導線は、基板と、前記基板の一方の主面側に積層した超電導層と、前記超電導層の表面と前記基板の他方の主面を覆う安定化層と、前記安定化層の表面を覆い、前記基板側と前記超電導層側とを識別する識別部を有する絶縁層と、を備える
Description
本発明は、超電導線に関する。
従来から、基板及び当該基板の一方の主面側に積層した超電導層の周囲を覆う安定化層を有する超電導線が知られている。
ところが、このような超電導線では、超電導層や基板を視認することができず、超電導線を切断しない限り、基板側と超電導層側を識別することが困難であった。
そこで、特開２０１１−１５４７９０号公報及び米国特許第７７０２３７３号明細書には、基板及び超電導層の周囲を覆う安定化層のうち、基板側に位置する安定化層または超電導層側に位置する安定化層のいずれかの表面に、超電導層が設けられた側を識別するための識別標識が設けられた超電導線が開示されている。
また、特許第４４２３７０８号公報には、特開２０１１−１５４７９０号公報等に記載の安定化層（の周囲）をさらに、銅層を酸化処理した絶縁層（酸化銅層）で覆う超電導線が開示されている。
同様に、特開２０１１−２３３２９４には、超電導線の周囲を絶縁層（樹脂テープ）で覆う超電導線が開示されている。
しかしながら、特開２０１１−１５４７９０号公報や米国特許第７７０２３７３号明細書に記載の識別標識では、特許第４４２３７０８号公報や特開２０１１−２３３２９４号公報のように安定化層を絶縁層で覆った場合、安定化層等にある識別標識を視認することができず、結局、基板側と超電導層側を識別することが困難となる。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、安定化層が絶縁層で覆われていても基板側と超電導層側とを容易に識別することができる超電導線を提供することを目的とする。
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞基板と、前記基板の一方の主面側に積層した超電導層と、前記超電導層の表面と前記基板の他方の主面を覆う安定化層と、前記安定化層の表面を覆い、前記基板側と前記超電導層側とを識別する識別部を有する絶縁層と、を備える超電導線。
＜２＞前記安定化層は、金属元素を含み、前記絶縁層は、前記識別部として、少なくとも前記超電導層側に形成され、前記金属元素の酸化物を含む金属酸化物絶縁部を有する、＜１＞に記載の超電導線。
＜３＞前記金属酸化物絶縁部は、前記識別部として、前記超電導層側に形成された第１金属酸化物絶縁部と、前記基板側に形成された第２金属酸化物絶縁部とを有し、前記第１金属酸化物絶縁部と前記第２金属酸化物絶縁部は、互いに色が異なる、＜２＞に記載の超電導線。
＜４＞前記第１金属酸化物絶縁部の厚みは、前記第２金属酸化物絶縁部の厚みよりも大きい、＜３＞に記載の超電導線。
＜５＞前記金属酸化物絶縁部の厚みは、前記安定化層の厚みよりも小さい、＜２＞〜＜４＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜６＞前記金属酸化物絶縁部と前記安定化層の間には、前記金属元素と前記金属元素の酸化物とが混在し、且つ、単体の金属元素に対する前記金属元素の酸化物の比率が前記金属酸化物絶縁部に向かって連続的に大きくされた組成傾斜層が設けられている、＜２＞〜＜５＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜７＞前記金属酸化物絶縁部は、前記超電導線の長手方向の一端部と他端部又は前記超電導線の短手方向の一端部と他端部を識別する端部識別部を有する、＜２＞〜＜６＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜８＞前記絶縁層における前記超電導層側の表面粗さは、前記絶縁層における前記基板側の表面粗さと異なる、＜１＞〜＜７＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜９＞前記絶縁層における前記超電導層側のビッカース硬さは、前記絶縁層における前記基板側のビッカース硬さと異なる、＜１＞〜＜８＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜１＞基板と、前記基板の一方の主面側に積層した超電導層と、前記超電導層の表面と前記基板の他方の主面を覆う安定化層と、前記安定化層の表面を覆い、前記基板側と前記超電導層側とを識別する識別部を有する絶縁層と、を備える超電導線。
＜２＞前記安定化層は、金属元素を含み、前記絶縁層は、前記識別部として、少なくとも前記超電導層側に形成され、前記金属元素の酸化物を含む金属酸化物絶縁部を有する、＜１＞に記載の超電導線。
＜３＞前記金属酸化物絶縁部は、前記識別部として、前記超電導層側に形成された第１金属酸化物絶縁部と、前記基板側に形成された第２金属酸化物絶縁部とを有し、前記第１金属酸化物絶縁部と前記第２金属酸化物絶縁部は、互いに色が異なる、＜２＞に記載の超電導線。
＜４＞前記第１金属酸化物絶縁部の厚みは、前記第２金属酸化物絶縁部の厚みよりも大きい、＜３＞に記載の超電導線。
＜５＞前記金属酸化物絶縁部の厚みは、前記安定化層の厚みよりも小さい、＜２＞〜＜４＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜６＞前記金属酸化物絶縁部と前記安定化層の間には、前記金属元素と前記金属元素の酸化物とが混在し、且つ、単体の金属元素に対する前記金属元素の酸化物の比率が前記金属酸化物絶縁部に向かって連続的に大きくされた組成傾斜層が設けられている、＜２＞〜＜５＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜７＞前記金属酸化物絶縁部は、前記超電導線の長手方向の一端部と他端部又は前記超電導線の短手方向の一端部と他端部を識別する端部識別部を有する、＜２＞〜＜６＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜８＞前記絶縁層における前記超電導層側の表面粗さは、前記絶縁層における前記基板側の表面粗さと異なる、＜１＞〜＜７＞の何れか１つに記載の超電導線。
＜９＞前記絶縁層における前記超電導層側のビッカース硬さは、前記絶縁層における前記基板側のビッカース硬さと異なる、＜１＞〜＜８＞の何れか１つに記載の超電導線。
本発明によれば、安定化層が絶縁層で覆われていても基板側と超電導層側とを容易に識別することができる超電導線を提供することができた。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る超電導線を具体的に説明する。なお、各図面を通して、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
＜＜超電導線の概略構成＞＞
図１は、本発明の実施形態に係る超電導線１の積層構造を示す斜視図である。
図１に示すように、超電導線１は、基板１０の厚みＴ方向の一方の主面１０Ａ側に、中間層２０、超電導層３０、安定化層４０、及び絶縁層５０が順に積層した積層構造を有している。
図１は、本発明の実施形態に係る超電導線１の積層構造を示す斜視図である。
図１に示すように、超電導線１は、基板１０の厚みＴ方向の一方の主面１０Ａ側に、中間層２０、超電導層３０、安定化層４０、及び絶縁層５０が順に積層した積層構造を有している。
基板１０は、図中矢印Ｌ方向（以下、長手Ｌ方向とする）に伸びるテープ状とされている。この基板１０は、低磁性の金属基板やセラミックス基板が用いられる。金属基板の材料としては、例えば、強度及び耐熱性に優れた、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金が用いられる。特に好ましいのは、耐食性及び耐熱性の点で優れているステンレス、ハステロイ（登録商標）、その他のニッケル系合金である。また、これら各種金属材料上に各種セラミックスを配してもよい。また、セラミックス基板の材料としては、例えば、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、又はイットリウム安定化ジルコニア等が用いられる。
中間層２０は、超電導層３０において例えば高い２軸配向性を実現するために、基板１０と超電導層３０の間に設けられる層である。このような中間層２０は、例えば、熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基板１０と超電導層３０を構成する超電導体との中間的な値を示す。また、中間層２０は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されないが、例えば図１に示すように、非晶質のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７−δ（δは酸素不定比量）等を含むベッド層２２と、結晶質のＭｇＯ等を含みＩＢＡＤ法により形成された強制配向層２４と、ＬａＭｎＭＯ３＋δ（δは酸素不定比量）を含むＬＭＯ層２６と、ＣｅＯ２等を含むキャップ層２８と、を順に積層した構成となっていてもよい。
超電導層３０は、中間層２０の厚み方向の表面に設けられ（堆積しており）、酸化物超電導体、特に銅酸化物超電導体を含んでいる。銅酸化物超電導体としては、高温超電導体としてのＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ＲＥ系超電導体と称す）が好ましい。なお、ＲＥ系超電導体中のＲＥは、Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂやＬｕなどの単一の希土類元素又は複数の希土類元素であり、これらの中でもＢａサイトと置換が起き難い等の理由でＹであることが好ましい。また、δは、酸素不定比量であって、例えば０以上１以下であり、超電導転移温度が高いという観点から０に近いほど好ましい。なお、酸素不定比量は、オートクレーブ等の装置を用いて高圧酸素アニール等を行えば、δは０未満、すなわち、負の値をとることもある。
安定化層４０は、少なくとも超電導層３０の表面３０Ａと基板１０の他方の主面１０Ｂを覆っている。安定化層４０は、好ましくは、銅などの金属元素を含んでいることが好ましい。これら表面３０Ａ及び主面１０Ｂだけでなく、超電導層３０の側面、中間層２０の側面及び基板１０の側面を含め、図１に示すように、基板１０と中間層２０と超電導層３０の周囲全体を覆っていてもよい。
この安定化層４０は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されないが、例えば図１に示すように、銀からなる銀安定化層４２と、銅からなる銅安定化層４４を順に積層した構成となっていてもよい。
この安定化層４０は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されないが、例えば図１に示すように、銀からなる銀安定化層４２と、銅からなる銅安定化層４４を順に積層した構成となっていてもよい。
絶縁層５０は、安定化層４０を覆い、基板１０側と超電導層３０側とを識別する識別部を有している。
基板１０側と超電導層３０側とを識別する識別部としては、例えば以下の手段（１）〜（５）が挙げられる。なお、これらの手段を組み合わせてもよい。
（１）絶縁層５０に基板１０側と超電導層３０側とを識別する識別標識を設ける。
具体的に、識別標識として○や×等のマークや、「表」や「裏」等の文字を絶縁層５０における超電導層３０側の表面５０Ａ、又は絶縁層５０における基板１０側の表面５０Ｂに印刷や刻印等により設ける。
この識別標識により、超電導線ユーザの視覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
特に、立体的な識別標識を設けるようにすれば、視覚だけでなく触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。ただし、超電導線１をコイルにするときや使用時に立体的な識別標識が邪魔となる場合もあるので、触覚を通じて識別できる程度に識別標識の厚みを極力薄くした方が好ましい。
具体的に、識別標識として○や×等のマークや、「表」や「裏」等の文字を絶縁層５０における超電導層３０側の表面５０Ａ、又は絶縁層５０における基板１０側の表面５０Ｂに印刷や刻印等により設ける。
この識別標識により、超電導線ユーザの視覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
特に、立体的な識別標識を設けるようにすれば、視覚だけでなく触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。ただし、超電導線１をコイルにするときや使用時に立体的な識別標識が邪魔となる場合もあるので、触覚を通じて識別できる程度に識別標識の厚みを極力薄くした方が好ましい。
（２）絶縁層５０における超電導層３０側の表面５０Ａの粗さと基板１０側の表面５０Ｂの粗さを異ならせる。
具体的に、表面５０Ａ又は表面５０Ｂを研磨したり、超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の材料を変えたりして、超電導層３０側の表面５０Ａの粗さ（算術平均粗さＲａ）と、絶縁層５０における基板１０側の表面５０Ｂの粗さ（算術平均粗さＲａ）を異ならせる。
この粗さＲａの相違により、超電導線ユーザの触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。また、このような超電導線１をコイル化した場合には、巻回する表面５０Ａと表面５０Ｂが接することになり、これら粗さＲａの差によって巻きずれを防止することができるという特有な効果も奏することとなる。
超電導層３０側の表面５０Ａの粗さＲａと、絶縁層５０における基板１０側の表面５０Ｂの粗さＲａは、あらゆる超電導線ユーザでも触覚を通じて表面粗さの相違が把握することができるという観点から、１０μｍ以上の差があることが好ましい。また、応用機器への適用の際に不具合を生じさせない程度の粗さであることが望ましいことから、５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の差であるとよい。
具体的に、表面５０Ａ又は表面５０Ｂを研磨したり、超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の材料を変えたりして、超電導層３０側の表面５０Ａの粗さ（算術平均粗さＲａ）と、絶縁層５０における基板１０側の表面５０Ｂの粗さ（算術平均粗さＲａ）を異ならせる。
この粗さＲａの相違により、超電導線ユーザの触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。また、このような超電導線１をコイル化した場合には、巻回する表面５０Ａと表面５０Ｂが接することになり、これら粗さＲａの差によって巻きずれを防止することができるという特有な効果も奏することとなる。
超電導層３０側の表面５０Ａの粗さＲａと、絶縁層５０における基板１０側の表面５０Ｂの粗さＲａは、あらゆる超電導線ユーザでも触覚を通じて表面粗さの相違が把握することができるという観点から、１０μｍ以上の差があることが好ましい。また、応用機器への適用の際に不具合を生じさせない程度の粗さであることが望ましいことから、５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下の差であるとよい。
（３）絶縁層５０における超電導層３０側の硬さと、絶縁層５０における基板１０側の硬さを異ならせる。
具体的に、超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の材料を変えることによって、絶縁層５０における超電導層３０側のビッカース硬さと、絶縁層５０における基板１０側のビッカース硬さを異ならせる。
このビッカース硬さの相違により、超電導線ユーザの触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
超電導層３０側のビッカース硬さと基板１０側のビッカース硬さは、あらゆる超電導線ユーザでも触覚を通じて表面粗さの相違が把握することができるという観点から、少なくともＨｖ３０以上、望ましくはＨｖ１５０以上の差があることが好ましい。また、応用機器への適用の際に不具合を生じさせない程度の硬さであることが望ましいことから、Ｈｖ１０００以下、好ましくはＨｖ５００以下の差であるとよい。
具体的に、超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の材料を変えることによって、絶縁層５０における超電導層３０側のビッカース硬さと、絶縁層５０における基板１０側のビッカース硬さを異ならせる。
このビッカース硬さの相違により、超電導線ユーザの触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
超電導層３０側のビッカース硬さと基板１０側のビッカース硬さは、あらゆる超電導線ユーザでも触覚を通じて表面粗さの相違が把握することができるという観点から、少なくともＨｖ３０以上、望ましくはＨｖ１５０以上の差があることが好ましい。また、応用機器への適用の際に不具合を生じさせない程度の硬さであることが望ましいことから、Ｈｖ１０００以下、好ましくはＨｖ５００以下の差であるとよい。
（４）絶縁層５０の角部にＲを形成したり、絶縁層５０における超電導層３０側のＲの曲率と、絶縁層５０における基板１０側のＲの曲率を異ならせたりする。
具体的に、絶縁層５０における超電導層３０側及び絶縁層５０における基板１０側のいずれか一方の角部にＲを形成する。両方の角部にＲを形成する場合は、絶縁層５０における超電導層３０側のＲの曲率と、絶縁層５０における基板１０側のＲの曲率を異ならせる。
これにより、超電導線ユーザの視覚及び触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
具体的に、絶縁層５０における超電導層３０側及び絶縁層５０における基板１０側のいずれか一方の角部にＲを形成する。両方の角部にＲを形成する場合は、絶縁層５０における超電導層３０側のＲの曲率と、絶縁層５０における基板１０側のＲの曲率を異ならせる。
これにより、超電導線ユーザの視覚及び触覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
（５）絶縁層５０における超電導層３０側の表面５０Ａと、基板１０側の表面５０Ｂとで色を異ならせる。
具体的に、超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の材料を変えたり、上記（２）と同様に超電導層３０側と基板１０側で粗さＲａを変えて反射率を変えたり、絶縁層５０となる絶縁テープを帯巻きして超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の厚みを変えて反射率を変えたり、後述するように、絶縁層５０において少なくとも超電導層３０側に、安定化層４０に含まれる金属元素の酸化物（実施形態では銅酸化物）を含む金属酸化物絶縁部を設けたりして、絶縁層５０における超電導層３０側の表面５０Ａと、基板１０側の表面５０Ｂとで色を異ならせる。
これにより、超電導線ユーザの視覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。また、金属酸化物絶縁部を設ける場合は、単に絶縁テープを帯巻きする場合に比べて、絶縁層５０と安定化層４０との密着性が増し、基板１０の長手Ｌ方向の引っ張りに強くなり、また絶縁層５０と安定化層４０との間に液体や不純物が入ることを抑制できる。
具体的に、超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の材料を変えたり、上記（２）と同様に超電導層３０側と基板１０側で粗さＲａを変えて反射率を変えたり、絶縁層５０となる絶縁テープを帯巻きして超電導層３０側と基板１０側で絶縁層５０の厚みを変えて反射率を変えたり、後述するように、絶縁層５０において少なくとも超電導層３０側に、安定化層４０に含まれる金属元素の酸化物（実施形態では銅酸化物）を含む金属酸化物絶縁部を設けたりして、絶縁層５０における超電導層３０側の表面５０Ａと、基板１０側の表面５０Ｂとで色を異ならせる。
これにより、超電導線ユーザの視覚を通じて、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。また、金属酸化物絶縁部を設ける場合は、単に絶縁テープを帯巻きする場合に比べて、絶縁層５０と安定化層４０との密着性が増し、基板１０の長手Ｌ方向の引っ張りに強くなり、また絶縁層５０と安定化層４０との間に液体や不純物が入ることを抑制できる。
＜＜金属酸化物絶縁部の詳細＞＞
次に、絶縁層５０において少なくとも超電導層３０側に、安定化層４０に含まれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物絶縁部を設ける場合をより詳細に説明する。
次に、絶縁層５０において少なくとも超電導層３０側に、安定化層４０に含まれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物絶縁部を設ける場合をより詳細に説明する。
超電導層３０側にのみ金属酸化物絶縁部を設ける場合は、超電導層３０側以外の絶縁層５０は絶縁テープ等で形成される。
また、図２Ａに示すように、上記金属酸化物絶縁部は安定化層４０（銅安定化層４４）の全面に形成されており、識別部として、超電導層３０側に形成された第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと基板１０側に形成された第２金属酸化物絶縁部５０Ｄとを有し、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの色を互いに異ならせてもよい（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）。この色を異ならせるためには、例えば、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みと、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの厚みを異ならせばよい。
なお、図２Ａに示すように、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みは、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの厚みよりも大きい方が好ましい。基板１０よりも超電導層３０をより保護する必要があるため、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みを第２金属酸化物絶縁部５０Ｄよりも大きくすることで、保護の強化を図ることができるからである。
また、保護が必要な超電導層３０側の絶縁層５０や安定化層４０の剥離を防止することができるからである。
また、超電導線１の使用時には超電導層３０に電流が流れるため、超電導層３０側の絶縁層５０をより高い絶縁特性とする必要がある。したがって、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みを第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの厚みよりも大きくして、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの絶縁特性を第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの絶縁特性よりも高くすることが好ましい。
また、保護が必要な超電導層３０側の絶縁層５０や安定化層４０の剥離を防止することができるからである。
また、超電導線１の使用時には超電導層３０に電流が流れるため、超電導層３０側の絶縁層５０をより高い絶縁特性とする必要がある。したがって、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みを第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの厚みよりも大きくして、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの絶縁特性を第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの絶縁特性よりも高くすることが好ましい。
また、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃ及び第２金属酸化物絶縁部５０Ｄ、特に第１金属酸化物絶縁部５０Ｃは、安定化層４０の厚みよりも小さいことが好ましい。後述するように、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃ及び第２金属酸化物絶縁部５０Ｄは、安定化層４０を酸化処理したものを利用することができ、安定化層４０の金属元素よりこの金属元素を酸化して形成された金属酸化物の方が一般的に脆いため、より強固な安定化層４０の厚みを確保しておくことで、機械的強度の低下を抑制することができるからである。
また、絶縁層５０の金属酸化物絶縁部と安定化層４０の間に、安定化層４０の金属元素（実施形態では銅元素）と金属元素の酸化物（実施形態では銅酸化物）とが混在し、且つ、当該単体の金属元素に対する金属元素の酸化物の比率が金属酸化物絶縁部に向かって連続的に大きくされた組成傾斜層が設けられていることが好ましい。これにより、絶縁層５０と安定化層４０の密着性が高まるからである。
また、図２Ａに示すように、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと基板１０側に形成された第２金属酸化物絶縁部５０Ｄとを有し、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの色を互いに異ならせる他の形態として、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃ（超電導層３０側の表面５０Ａ）の表面形状と、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄ（基板１０側の表面５０Ｂ）の表面形状を異ならせることにより、可視領域の反射率を制御し、異なる色としてもよい。
＜＜金属酸化物絶縁部の製造方法＞＞
次に、上述した金属酸化物絶縁部の製造方法の一例を説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、金属酸化物絶縁部の製造工程の一部を示す図である。なお、図中の点線は銅安定化層４４において酸化される領域の境界線又は酸化された領域の境界線を示すものであり、実際に視認できるものではない。
次に、上述した金属酸化物絶縁部の製造方法の一例を説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、金属酸化物絶縁部の製造工程の一部を示す図である。なお、図中の点線は銅安定化層４４において酸化される領域の境界線又は酸化された領域の境界線を示すものであり、実際に視認できるものではない。
まず、図３Ａに示すように、基板１０、中間層２０、及び超電導層３０の周囲が、銀安定化層４２及び銅安定化層４４で順に覆われた処理前の超電導線１Ａを用意する。
超電導線１Ａにおいて、超電導層３０側の銅安定化層４４の表面を除く銅安定化層４４の周囲をマスキングテープ６０で被覆し、超電導層３０側の銅安定化層４４の表面を酸化処理し、酸化銅層７０を得る（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。酸化処理としては、強アルカリ性煮沸タイプの銅・銅合金黒染め剤に浸漬する方法や、アンモニア（ガス）気相法、銅の陽極酸化法、酸化性雰囲気で熱処理する方法が挙げられる。なお、超電導層３０から酸素が抜け出す要因となる高温処理を超電導線１Ａに施さなくて済むという観点から、熱処理以外の方法を用いることが好ましい。浸漬方法や、アンモニア（ガス）気相法及び銅の陽極酸化法の中では、酸化速度が速くなるために、金属酸化物絶縁部（酸化銅層）の厚みの制御が難しくなることを防ぐ観点から、アンモニア（ガス）気相法及び銅の陽極酸化法を用いることが好ましい。ただし、浸漬方法の場合には、用いる溶液の濃度を薄く、塗布量を少なくすることで金属酸化物絶縁部（酸化銅層）の厚みを制御しやすくすることが可能である。
黒染め剤に浸漬する方法では、黒染め剤として例えば、エボノールＣスペシャル液を用いることができる。このとき、浸漬条件として例えば浸漬温度を９０℃、浸漬時間を３０秒とすることができる。また、浸漬の前、特にマスキングテープの前に、アルカリ脱脂材による電解脱脂(例えば処理温度６０℃：処理時間１２０秒)、硫酸による表面活性化を行ってもよい。
超電導層３０側の銅安定化層４４の酸化処理をした後は、図３Ｂに示すように、超電導線１Ａからマスキングテープ６０を取り外す。
次に、図３Ｃに示すように、酸化銅層７０を含めて銅安定化層４４の全表面を酸化処理する。全表面を酸化処理する方法としては、超電導層３０側の銅安定化層４４の酸化処理の方法と同一の方法を取る事が手間を省く点で好ましいが、超電導層３０側の銅安定化層４４の酸化処理の方法と異なる方法で酸化処理を行ってもよい。
これにより、図２Ａに示すように、銅安定化層４４の周囲に絶縁層５０となる金属酸化物絶縁部（銅酸化物層）が形成され、超電導線１が得られる。そして、金属酸化物絶縁部は、超電導層３０側に形成された第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと基板１０側に形成された第２金属酸化物絶縁部５０Ｄとを有し、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みは第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの厚みよりも大きくなり、例えば２回の浸漬条件を同じとすれば、約２倍厚くなる。
この結果、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃは厚みが大きいことにより濃い黒色に見え、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄは厚みが小さいことにより薄い黒色に見えて、互いに色が異なって見えるようになり、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
これにより、図２Ａに示すように、銅安定化層４４の周囲に絶縁層５０となる金属酸化物絶縁部（銅酸化物層）が形成され、超電導線１が得られる。そして、金属酸化物絶縁部は、超電導層３０側に形成された第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと基板１０側に形成された第２金属酸化物絶縁部５０Ｄとを有し、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの厚みは第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの厚みよりも大きくなり、例えば２回の浸漬条件を同じとすれば、約２倍厚くなる。
この結果、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃは厚みが大きいことにより濃い黒色に見え、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄは厚みが小さいことにより薄い黒色に見えて、互いに色が異なって見えるようになり、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
また、銅安定化層４４の形成工程と、酸化処理工程を連続して行ってもよい。この場合、銀安定化層４２が最表面である超電導線を用意する。この超電導線を過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ、硫酸５０ｇ／Ｌの溶液に室温で３０秒浸漬して銀安定化層４２の表面を化学粗化し、その後水洗を行う。更に、硫酸銅１８０〜２５０ ｇ／Ｌ、硫酸４５〜６５ ｇ／Ｌ、塩化物イオン２０〜６０ ｍｇ／Ｌの溶液に水洗された超電導線を浸漬し、室温で超電導線にめっき処理を行い、銅安定化層４４を形成する。
超電導線を搬送させながら片面にマスキングを施し、マスキングを行なっていない面に黒染め剤を塗付する。その際の浸漬温度を９０℃、浸漬時間を３０秒とする。水洗及び乾燥後にマスキングを取り除き、超電導線に対して酸化処理を行なえばよい。
超電導線を搬送させながら片面にマスキングを施し、マスキングを行なっていない面に黒染め剤を塗付する。その際の浸漬温度を９０℃、浸漬時間を３０秒とする。水洗及び乾燥後にマスキングを取り除き、超電導線に対して酸化処理を行なえばよい。
次に、上述した金属酸化物絶縁部の製造方法の他の例を説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、金属酸化物絶縁部の他の製造工程の一部を示す図である。なお、図中の点線は銅安定化層４４において酸化される領域の境界線又は酸化された領域の境界線を示すものであり、実際に視認できるものではない。
第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの表面形状と、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの表面形状（可視領域の反射率）を異ならせる方法としては、銅安定化層４４を形成するためのめっき液を調製することによって、銅安定化層４４の表面形状を制御することができる。
例えば、図４Ａのように、基板１０、中間層２０、及び超電導層３０の周囲が、銀安定化層４２及び銅安定化層４４で順に覆われた処理前の超電導線１Ｂにおいて、超電導層３０側の銅安定化層４４の表面を除く銅安定化層４４の周囲をマスキングテープ６０で被覆し、表面硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ、硫酸５０ｇ／Ｌの溶液に室温で３０秒浸漬して超電導層３０側の銅安定化層４４の表面を化学粗化し、水洗を行う。その後、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４ ・５Ｈ２Ｏ）１００ｇ／Ｌ（Ｎｉとして２４ｇ／Ｌ）、硫酸第２銅（ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ）４ｇ／Ｌ（Ｃｕとして１ｇ／Ｌ）からなるめっき液（ｐＨ４．５、３０℃）に浸漬し、アノードは、不溶性アノードである白金めっきチタンメッシュを用い、電流密度２Ａ／ｄｍ２で２０秒間電解を行い、電解後、水洗及び乾燥を行う。これにより、図４Ｂのように、超電導層３０側の銅安定化層４４の表面に、マスキングされた銅安定化層４４とは異なる表面形状の銅層（均一な黒色を呈する銅層）８０を形成する。
そして、図４Ｂに示すように、超電導線１Ａからマスキングテープ６０を取り外す。次に、図４Ｃに示すように、銅層（均一な黒色を呈する銅層）８０を含めて銅安定化層４４の全表面を酸化処理する。
これにより、図２Ａに示すように、銅安定化層４４の周囲に絶縁層５０となる金属酸化物絶縁部（銅酸化物層）が形成され、超電導線１が得られる。そして、金属酸化物絶縁部は、超電導層３０側に形成された第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと基板１０側に形成された第２金属酸化物絶縁部５０Ｄとを有し、銅層８０の色が他の安定化層４４の色よりも濃い（反射率が低い）ため、同じ酸化処理を行うことによって、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃの色（反射率）は第２金属酸化物絶縁部５０Ｄよりも濃く（低く）なる。
この結果、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃは可視領域の反射率が第２金属酸化物絶縁部５０Ｄよりも低く、濃い黒色に見え、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄは互いに色が異なって見えるようになり、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
この結果、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃは可視領域の反射率が第２金属酸化物絶縁部５０Ｄよりも低く、濃い黒色に見え、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄは互いに色が異なって見えるようになり、基板１０側と超電導層３０側とが識別可能となる。
＜変形例＞
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであり、例えば上述の複数の実施形態は、適宜、組み合わされて実施可能である。また、以下の変形例を、適宜、組み合わせてもよい。
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであり、例えば上述の複数の実施形態は、適宜、組み合わされて実施可能である。また、以下の変形例を、適宜、組み合わせてもよい。
例えば、上記実施形態のように基板１０側と超電導層３０側を識別するものだけでなく、絶縁層５０の金属酸化物絶縁部に、超電導線１の長手Ｌ方向の一端部と他端部又は超電導線１の短手方向の一端部と他端部を識別する端部識別部を有するようにしてもよい。例えば、長手Ｌ方向の一端部と他端部が識別できれば、一端部から他端部までの特性変化表を把握するとき等に有用となる。また、短手方向の一端部と他端部が識別できれば、破損を特定するとき等に有用となる。
この場合、他の処理工程を増やさなくて済むという観点から、酸化処理して形成された第１金属酸化物絶縁部５０Ｃ又は第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの一部をさらに酸化処理して色を変化させ（色をより濃くし）、図５Ａに示すような短手方向に伸びる直線状の端部識別部８０や図５Ｂに示すような長手Ｌ方向に伸びる直線状の端部識別部８２を設けることが好ましい。
この場合、他の処理工程を増やさなくて済むという観点から、酸化処理して形成された第１金属酸化物絶縁部５０Ｃ又は第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの一部をさらに酸化処理して色を変化させ（色をより濃くし）、図５Ａに示すような短手方向に伸びる直線状の端部識別部８０や図５Ｂに示すような長手Ｌ方向に伸びる直線状の端部識別部８２を設けることが好ましい。
また、実施形態では、銅安定化層を用いて、酸化処理の際に、銅元素を酸化して銅酸化物を得ているが、銅安定化層の変わり又は銅安定化層の表面に、コバルトや鉄等の金属層を配してコバルトや鉄等の他の金属元素を酸化してもよい。この場合、金属酸化物絶縁部が実施形態で説明したような黒色でなく、青色や茶色に見えるときもある。
また、実施形態で説明したように第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの色が互いに色の濃淡で相違する場合を説明したが、互いに色の種類が相違するように酸化を工夫してもよい。具体的に、酸化処理法を調整して、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの金属の価数を変え、例えば、銅安定化層の変わり又は銅安定化層の表面に、鉄の金属層を配し、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃを黒色に見えるＦｅ３Ｏ４にし、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄを赤色に見えるＦｅ２Ｏ３にしたりする等が考えられる。
また、実施形態で説明したように第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの色が互いに色の濃淡で相違する場合を説明したが、互いに色の種類が相違するように酸化を工夫してもよい。具体的に、酸化処理法を調整して、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃと第２金属酸化物絶縁部５０Ｄの金属の価数を変え、例えば、銅安定化層の変わり又は銅安定化層の表面に、鉄の金属層を配し、第１金属酸化物絶縁部５０Ｃを黒色に見えるＦｅ３Ｏ４にし、第２金属酸化物絶縁部５０Ｄを赤色に見えるＦｅ２Ｏ３にしたりする等が考えられる。
また、中間層２０の全部又は一部（ＬＭＯ層２６等）は、省略することができる。
日本出願第２０１２−０９２８０３の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (9)
- 基板と、
前記基板の一方の主面側に積層した超電導層と、
前記超電導層の表面と前記基板の他方の主面を覆う安定化層と、
前記安定化層の表面を覆い、前記基板側と前記超電導層側とを識別する識別部を有する絶縁層と、
を備える超電導線。 - 前記安定化層は、金属元素を含み、
前記絶縁層は、前記識別部として、少なくとも前記超電導層側に形成され、前記金属元素の酸化物を含む金属酸化物絶縁部を有する、
請求項１に記載の超電導線。 - 前記金属酸化物絶縁部は、前記識別部として、前記超電導層側に形成された第１金属酸化物絶縁部と、前記基板側に形成された第２金属酸化物絶縁部とを有し、
前記第１金属酸化物絶縁部と前記第２金属酸化物絶縁部は、互いに色が異なる、
請求項２に記載の超電導線。 - 前記第１金属酸化物絶縁部の厚みは、前記第２金属酸化物絶縁部の厚みよりも大きい、 請求項３に記載の超電導線。
- 前記金属酸化物絶縁部の厚みは、前記安定化層の厚みよりも小さい、
請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の超電導線。 - 前記金属酸化物絶縁部と前記安定化層の間には、前記金属元素と前記金属元素の酸化物とが混在し、且つ、単体の金属元素に対する前記金属元素の酸化物の比率が前記金属酸化物絶縁部に向かって連続的に大きくされた組成傾斜層が設けられている、
請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の超電導線。 - 前記金属酸化物絶縁部は、前記超電導線の長手方向の一端部と他端部又は前記超電導線の短手方向の一端部と他端部を識別する端部識別部を有する、
請求項２〜請求項６の何れか１項に記載の超電導線。 - 前記絶縁層における前記超電導層側の表面粗さは、前記絶縁層における前記基板側の表面粗さと異なる、
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の超電導線。 - 前記絶縁層における前記超電導層側のビッカース硬さは、前記絶縁層における前記基板側のビッカース硬さと異なる、
請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の超電導線。
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