KR102288552B1 - 초전도 선재 - Google Patents

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다츠히코 요시하라
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Abstract

초전도 선재(10)는, 제 1 주면(1a)과, 제 1 주면(1a)과 반대측의 제 2 주면(1b)을 갖는 기판(1)과, 기판(1)의 제 1 주면(1a) 상에 배치된 초전도 재료층(5)을 구비한다. 초전도 재료층(5)은 기판(1)의 폭 방향에 있어서의 기판(1)의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련된다.

Description

초전도 선재{SUPERCONDUCTING WIRE ROD}
본 발명은 초전도 선재에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 기판 상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재에 관한 것이다.
최근, 금속 기판 상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재의 개발이 진행되어 있다. 그 중에서도, 전이 온도가 액체 질소 온도 이상인 고온 초전도체인 산화물 초전도체로 이루어지는 초전도 재료층이 마련된 산화물 초전도 선재가 주목받고 있다.
이러한 산화물 초전도 선재는 일반적으로, 배향성의 금속 기판 상에 중간층을 형성하고, 해당 중간층 상에 산화물 초전도 재료층을 형성하고, 또한 은(Ag)이나 구리(Cu)의 안정화층을 형성함으로써 제조되어 있다(예를 들어 일본 공개 특허 공보 제 2013-12406호(특허 문헌 1) 참조).
일본 공개 특허 공보 제 2013-12406 호
상술한 구성의 초전도 선재는 금속 기판 상에 중간층 및 초전도 재료층으로 이루어지는 세라믹스층이 형성된 적층 구조를 갖고 있다. 이러한 초전도 선재를 임계 온도까지 냉각할 때, 상기 적층 구조에 있어서는, 금속 기판과 세라믹스층의 열 팽창 계수의 상이로 인해, 세라믹스층에는 금속층으로부터의 인장 응력이 작용한다. 그렇지만, 세라믹스층은 인장 응력에 추종해서 늘어날 수 없기 때문에, 금속 기판과 세라믹스층의 계면에 있어서의 접합 강도가 저하해서, 결과적으로, 세라믹스층의 에지 부분에 국소적인 박리가 발생한다고 하는 문제가 있었다. 이것으로 인해, 초전도 재료층의 일부에 있어 파손이나 변형 등이 생기기 쉬워지고, 결과적으로, 초전도 특성의 열화로 이어졌다.
본 발명의 목적은, 국소적인 초전도 재료층의 박리를 억제함으로써, 안정된 초전도 특성을 갖는 초전도 선재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 따른 초전도 선재는 제 1 주면(主面)과 제 1 주면과 반대측의 제 2 주면을 갖는 기판과, 기판의 제 1 주면 상에 배치된 초전도 재료층을 구비한다. 초전도 재료층은 기판의 폭 방향에 있어서의 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련된다.
상기에 따르면, 기판 상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재에 있어서, 국소적인 초전도 재료층의 박리를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 안정된 초전도 특성을 갖는 초전도 선재를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 실시의 형태 1에 따른 적층체의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 5는 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 6은 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7은 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 8은 세선(細線) 가공 공정에 이용되는 슬리터(slitter)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 나타내는 슬리터를 이용한 기계 슬릿팅(slitting) 가공을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 도 9의 기계 슬릿팅 가공에 의해 얻어지는 세선 b 및 세선 c의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 11은 세선 가공 공정 후의 적층체의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 도 9에 있어서의 세선 a의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 14은 본 발명의 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 15은 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 다른 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 16은 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 17은 기계 슬릿팅 가공에 의해 세선화된 기판의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 19는 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 21은 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
[본 발명의 실시 형태의 설명]
먼저 본 발명의 실시 형태를 하나씩 설명한다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따른 초전도 선재는 제 1 주면과 제 1 주면과 반대측의 제 2 주면을 갖는 기판과, 기판의 제 1 주면 상에 배치된 초전도 재료층을 구비한다. 초전도 재료층은 기판의 폭 방향에 있어서의 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련된다.
초전도 재료층이 기판의 제 1 주면 상에만 배치되어 있는 종래의 초전도 선재에서는, 임계 온도까지 냉각할 때에, 금속으로 이루어지는 기판의 열 팽창 계수가 세라믹스인 초전도 재료층의 열 팽창 계수보다 큰 것으로 인해 초전도 재료층에 기판으로부터의 인장 응력이 작용하기 때문에, 초전도 재료층의 폭 방향에 있어서의 단부에 박리가 발생하는 경우가 있었다. 이것으로 인해, 초전도 재료층에 있어 파손이나 변형 등이 생기기 쉬워져서, 결과적으로, 초전도 특성이 열화할 가능성이 있었다.
상기 (1)에 따른 초전도 선재에 의하면, 초전도 재료층은 기판의 제 1 주면 상에 직접적 마련되거나 또는 중간층 등을 거쳐 간접적으로 마련된다. 초전도 재료층은 기판의 제 1 주면을 덮음과 아울러 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮고 있기 때문에, 폭 방향의 단부에 있어 기판과 초전도 재료층의 접합 강도를 높일 수 있다. 이것에 의해, 냉각시에 기판의 수축에 대한 세라믹스층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판으로부터 초전도 재료층이 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 초전도 재료층의 파손이나 변형을 방지할 수 있기 때문에, 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 따른 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 초전도 선재가 연장하는 방향의 적어도 일부에 있어, 초전도 재료층은 기판의 측면의 전부를 덮도록 마련된다. 이것에 의해, 폭 방향의 단부에 있어 기판과 초전도 재료층의 접합 면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 기판과 초전도 재료층의 접합 강도를 더 높일 수 있다. 따라서, 냉각시에 기판의 수축에 대한 초전도 재료층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판으로부터 초전도 재료층이 박리되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 따른 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 초전도 선재가 연장하는 방향의 적어도 일부에 있어, 초전도 재료층은 기판의 측면 상부로부터 제 2 주면의 적어도 일부 상에까지 연장하도록 형성된다. 이것에 의해, 폭 방향의 단부에 있어 기판과 초전도 재료층의 접합 면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 기판과 초전도 재료층의 접합 강도를 더 높일 수 있다. 따라서, 냉각시에 기판의 수축에 대한 초전도 재료층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판으로부터 초전도 재료층이 박리되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 기판의 제 1 주면은 곡면 형상의 부분을 포함한다. 이것에 의해, 제 1 주면이 평탄한 기판에 비해, 제 1 주면의 표면적이 증가하기 때문에, 기판과 초전도 재료층의 계면에 있어서의 접합 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 기판과 초전도 재료층의 계면에 있어서의 접합 강도를 더 높일 수 있다.
(5) 상기 (4)에 따른 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 곡면 형상의 부분은 기판의 제 1 주면에 있어 기판의 폭 방향에 있어서의 단부에 위치한다. 초전도 재료층의 폭 방향에 있어서의 단부는 냉각시에 기판으로부터의 인장 응력을 받아 박리가 생기기 쉬운 부분이다. 기판의 폭 방향에 있어서의 단부에 곡면 형상의 부분을 마련함으로써, 단부에서의 초전도 재료층과 기판의 접합 강도를 효과적으로 높일 수 있다. 이것에 의해, 기판으로부터 초전도 재료층이 박리되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 기판의 측면 상부에 위치하는 초전도 재료층의 두께는 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하이다. 이것에 의해, 냉각시에 기판의 수축에 대한 초전도 재료층의 추종성을 확보할 수 있기 때문에, 초전도 재료층의 파손을 방지할 수 있다.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 초전도 선재는 기판의 제 1 주면과 초전도 재료층의 사이에 배치된 중간층을 더 구비한다. 중간층은 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련된다. 이것에 의해, 기판의 측면에 있어서도 초전도 재료층의 배향성을 향상시킬 수 있다. 또, 중간층과 기판의 계면에 있어서의 접합 강도를 높일 수 있기 때문에, 기판으로부터 중간층이 박리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 초전도 재료층의 파손이나 변형을 억제할 수 있다.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 초전도 선재에 있어 바람직하게는, 초전도 재료층은 산화물 초전도 재료로 이루어진다. 이것에 의해, 국소적인 산화물 초전도 재료층의 박리를 억제할 수 있기 때문에, 안정된 초전도 특성을 갖는 산화물 초전도 선재를 실현할 수 있다.
[본 발명의 실시 형태의 상세]
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면에 근거해서 설명한다.
또한, 이하의 도면에 있어, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 반복하지 않는다.
＜실시의 형태 1＞
(초전도 선재의 구성)
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 1은 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)의 연장하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다. 이 때문에, 지면에 교차하는 방향이 초전도 선재의 길이 방향이며, 초전도 재료층(5)의 초전도 전류는 지면에 교차하는 방향을 따라 흐르는 것으로 한다. 또, 도 1 및 이후의 단면 모식도에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서 직사각형 형상의 단면에 있어서의 상하 방향(이하, 「두께 방향」이라고도 한다)과 좌우 방향(이하, 「폭 방향」이라고도 한다)의 길이의 차이를 작게 하고 있지만, 실제는 해당 단면의 두께 방향의 길이는 폭 방향의 길이에 비해 충분히 작다.
도 1을 참조해서, 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)는 단면이 직사각형을 이루는 긴 형상(테이프 형상)이며, 여기에서는 긴 형상의 길이 방향으로 연장하는 상대적으로 큰 표면을 주면으로 한다. 초전도 선재(10)는 기판(1)과, 중간층(3)과, 초전도 재료층(5)과, 보호층(7)과, 안정화층(9)을 구비한다.
기판(1)은 제 1 주면(1a)과, 제 2 주면(1b)을 갖는다. 제 2 주면(1b)은 제 1 주면(1a)과는 반대측에 위치한다. 기판(1)은 제 1 측면(1c)과, 제 1 측면(1c)과 대향하는 제 2 측면(1d)을 더 갖는다. 기판(1)은 예를 들어 금속으로 이루어지고, 단면이 직사각형을 이루는 긴 형상(테이프 형상)으로 하는 것이 바람직하다. 코일에 감기 위해서는, 기판(1)은 2㎞ 정도로 길게 하는 것이 바람직하다.
기판(1)은 배향 금속 기판을 이용하는 것이 더 바람직하다. 또한, 배향 금속 기판은 기판 표면의 면내의 2축 방향에 관해 결정 방위가 정렬되어 있는 기판을 의미한다. 배향 금속 기판으로서는, 예를 들어 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 금(Au) 중 2 이상의 금속으로 이루어지는 합금이 바람직하게 이용된다. 이들의 금속을 다른 금속 또는 합금과 적층할 수도 있어, 예를 들어 고강도 재료인 SUS 등의 합금을 이용할 수도 있다. 또한, 기판(1)의 재료는 특별히 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 금속 이외의 재료를 이용해도 좋다.
초전도 선재(10)의 폭 방향의 길이는 예를 들어 4㎜ ~ 10㎜ 정도이다. 초전도 선재(10)에 흐르는 전류 밀도를 크게 하기 위해서는, 기판(1)의 단면적이 작은 것이 바람직하다. 다만, 기판(1)의 두께(도 1에 있어서의 상하 방향)를 너무 얇게 하면, 기판(1)의 강도가 열화할 가능성이 있다. 따라서, 기판(1)의 두께는 예를 들어 0.1㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.
중간층(3)은 기판(1)의 제 1 주면(1a) 상에 형성되어 있다. 초전도 재료층(5)은 중간층(3)의, 기판(1)과 대향하는 주면과 반대측의 주면(도 1에 있어서의 위쪽의 주면) 상에 형성되어 있다. 즉, 초전도 재료층(5)은 중간층(3)을 거쳐 기판(1)의 제 1 주면(1a) 상에 배치되어 있다. 중간층(3)을 구성하는 재료는, 예를 들어 이트리아 안정화 산화 지르코늄(YSZ), 산화 세륨(CeO2), 산화 마그네슘(MgO), 산화 이트륨(Y2O3) 및 티탄산 스트론튬(SrTiO3) 등이 바람직하다. 이들의 재료는 초전도 재료층(5)과의 반응성이 상당히 낮고, 초전도 재료층(5)과 접촉하고 있는 경계면에서도 초전도 재료층(5)의 초전도 특성을 저하시키지 않는다. 특히, 기판(1)을 구성하는 재료로서 금속을 이용하는 경우에는, 표면에 결정 배향성을 갖는 기판(1)과 초전도 재료층(5)의 배향성의 차이를 완화시켜서, 초전도 재료층(5)을 고온에서 형성할 때에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)으로의 금속 원자의 유출을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 중간층(3)을 구성하는 재료는 특별히 이것으로 한정되지 않는다.
또, 중간층(3)은 복수의 층에 의해 구성되어 있어도 좋다. 중간층(3)이 복수의 층에 의해 구성되는 경우, 중간층(3)을 구성하는 각각의 층은 서로 다른 재질 또는 일부가 동일한 재질에 의해 구성되어 있어도 좋다.
초전도 재료층(5)은 초전도 선재(10) 중 초전도 전류가 흐르는 박막층이다. 초전도 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 RE-123계의 산화물 초전도체로 하는 것이 바람직하다. 또한, RE-123계의 산화물 초전도체란, REBa2Cu3Oy(y는 6~8, 보다 바람직하게는 6.8~7, RE는 이트륨, 또는 Gd, Sm, Ho 등의 희토류 원소를 의미한다)로서 나타내어지는 초전도체를 의미한다. 또, 초전도 재료층(5)에 흐르는 초전도 전류의 값을 향상시키기 위해서는, 초전도 재료층(5)의 두께는 0.5㎛ ~ 10㎛인 것이 바람직하다.
보호층(7)은 초전도 재료층(5)의, 중간층(3)과 대향하는 주면과 반대측의 주면(도 1에 있어서의 위쪽의 주면) 상에 형성되어 있다. 보호층(7)은 예를 들어 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지고, 그 두께는 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상에서 말한 기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)에 의해 적층체(20)가 형성되어 있다. 그리고, 이 적층체(20)의 주위를 덮도록 안정화층(9)이 배치되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 적층체(20)의 외주를 덮도록, 즉, 적층체(20)의 외측의 최표면의 거의 전면을 덮도록, 안정화층(9)이 배치되어 있다. 다만, 본 발명에 있어서의 「적층체의 주위」란, 전체면으로 한정되는 것이 아니고, 적층체의 주면만으로 해도 좋다.
안정화층(9)은 높은 도전성의 금속 재료의 박(foil) 또는 도금층 등으로 이루어진다. 안정화층(9)은 보호층(7)과 함께, 초전도 재료층(5)이 초전도 상태로부터 상전도 상태로 천이할 때에 초전도 재료층(5)의 전류가 전류(轉流)하는 바이패스로서 기능한다. 안정화층(9)을 구성하는 재료는 예를 들어 구리(Cu) 또는 구리 합금 등이 바람직하다. 안정화층(9)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 보호층(7) 및 초전도 재료층(5)을 물리적으로 보호하는 관점에서 10㎛ ~ 500㎛인 것이 바람직하다.
도 2는 실시의 형태 1에 따른 적층체(20)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 2는 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)의 연장하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 2를 참조해서, 적층체(20)에 있어서, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)은 기판(1)의 폭 방향(도 2의 좌우 방향)에 있어서의 기판(1)의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)은 기판(1)의 제 1 주면(1a) 전체 영역을 덮음과 아울러, 기판(1)의 제 1 측면(1c) 및 제 2 측면(1d)의 각각의 일부를 덮도록 마련되어 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)이 기판(1)의 제 1 주면(1a)만을 덮고 있는 종래의 초전도 선재와 비교해서, 금속으로 이루어지는 기판(1)과, 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)으로 이루어지는 세라믹스층의 계면에 있어서의 접합 면적을 증가시킬 수 있다. 이것에 의해, 기판(1)과 세라믹층의 계면에 있어서의 접합 강도를 높일 수 있다.
금속 기판 상에 세라믹스층이 형성된 초전도 선재를 임계 온도까지 냉각할 때, 금속 기판의 열 팽창 계수가 세라믹스층의 열 팽창 계수보다 큰 것에 기인해서, 금속 기판과 세라믹스층의 사이에는 응력이 발생한다. 구체적으로는, 초전도 선재를 냉각했을 경우, 선재의 각 층은 수축한다. 이때, 초전도 재료층 및 중간층은 세라믹스이며, 금속 기판보다 열 팽창 계수가 작기 때문에, 금속 기판의 수축에 추종하지 못하고, 압축 응력을 받는다. 그 결과, 특히 초전도 재료층 및 중간층의 폭 방향에 있어서의 단부에서, 초전도 재료층이나 중간층에 박리가 발생한다. 이것에 의해, 초전도 재료층에 있어 파손이나 변형 등이 생기기 쉬워져서, 결과적으로, 초전도 특성이 열화할 가능성이 있었다.
실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)에 의하면, 초전도 재료층(5) 및 중간층(3)으로 이루어지는 세라믹스층이 기판(1)의 측면 중 적어도 일부를 덮고 있기 때문에, 폭 방향의 단부에서 기판(1)과 세라믹스층의 접합 강도를 높일 수 있다. 이것에 의해, 냉각시에 기판(1)의 수축에 대한 세라믹스층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)이나 중간층(3)이 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 초전도 재료층(5)의 파손이나 변형을 방지할 수 있기 때문에, 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 기판(1)의 제 1 주면(1a)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)의 두께를 W1로 하고, 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)의 두께를 W2로 하면, 두께 W2는 두께 W1 이하인 것이 바람직하다(W2≤W1). 두께 W2가 두께 W1보다 크면, 초전도 선재(10)의 냉각시에, 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)이 기판(1)의 수축에 추종하기 어려워져, 기판(1)으로부터 큰 인장 응력을 받는다. 그 결과, 기판(1)의 제 1 주면(1a)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)과의 경계 부분(도 2에 있어서의 영역 II에 상당)에서, 초전도 재료층(5)이 꺽여 버릴 우려가 있다. 한편, 두께 W2를 두께 W1에 비해 현저하게 작게 하면, 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)의 강도가 기판(1)의 제 1 주면(1a)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)의 강도에 비해 현저하게 작아지기 때문에, 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 상부에 위치하는 초전도 재료층(5)의 바닥 부분(도 2에 있어서의 영역 I에 상당)에서 초전도 재료층(5)이 꺽여 버릴 가능성이 있다. 이러한 초전도 재료층(5)의 파손을 방지하는 관점에서, 예를 들어 두께 W1를 0.5㎛ ~ 10㎛로 한 경우, 두께 W2는 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 실시의 형태 1에 있어서, 기판(1)의 측면의 상부에 위치하는 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)은 기판(1)의 제 1 측면(1c) 및 제 2 측면(1d)의 양쪽에 형성되어도 좋고, 어느 한쪽에만 형성되어도 좋다. 환언하면, 제 1 측면(1c) 및 제 2 측면(1d)의 적어도 한쪽을 덮도록, 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)이 마련되어 있으면 좋다. 이러한 구성으로 하면, 종래의 초전도 선재와 비교해서, 기판(1)과 세라믹스층의 계면에 있어서의 접합 면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 해당 계면에 있어서의 접합 강도를 높일 수 있다.
(초전도 선재의 제조 방법)
다음으로, 도 3 ~ 도 8을 참조해서, 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법에 대해 설명한다. 이하에서는, 30㎜의 폭으로 제작된 적층체(20)로부터 4㎜의 폭으로 세선 가공된 적층체(20)를 이용해서 초전도 선재(10)를 제조하는 방법을 예로 들어 본 실시의 형태를 구체적으로 설명한다.
도 3은 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3을 참조해서, 우선 기판 준비 공정(S10)이 실시된다. 구체적으로는, 도 4를 참조해서, 배향 금속 기판으로 이루어지고, 30㎜ 폭의 테이프 형상을 갖는 기판(1)이 준비된다. 기판(1)은 제 1 주면(1a)과, 제 1 주면(1a)과는 반대측에 위치하는 제 2 주면(1b)을 갖는다. 기판(1)의 두께는 목적에 따라 적당히 조정하면 좋고, 통상은 10㎛ ~ 500㎛의 범위로 할 수 있다. 기판(1)의 두께는 예를 들어 100㎛ 정도이다.
다음으로, 기판(1) 상에 중간층(3)을 형성하는 중간층 형성 공정(도 3의 S20)이 실시된다. 구체적으로는, 도 5를 참조해서, 기판(1)의 제 1 주면(1a) 상에 중간층(3)이 성막된다. 중간층(3)의 성막 방법으로서는, 임의의 성막 방법을 이용할 수 있지만, 예를 들어 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition : PLD법) 등의 물리 증착법을 이용할 수 있다.
다음으로, 중간층(3) 상에 초전도 재료층(5)을 형성하는 초전도 재료층 형성 공정(도 3의 S30)이 실시된다. 구체적으로는, 도 6을 참조해서, 중간층(3)의 기판(1)과 대향하는 주면과 반대측의 주면(도 6에 있어서의 위쪽의 주면) 상에, RE-123계의 산화물 초전도체로 이루어지는 초전도 재료층(5)을 형성한다. 초전도 재료층(5)의 성막 방법으로서는, 임의의 성막 방법을 이용할 수 있지만, 예를 들어 기상법 및 액상법, 또는 그들의 조합에 의해 형성한다. 기상법으로서는, 예를 들어 레이저 증착법, 스퍼터링법, 및 전자빔 증착법 등을 들 수 있다. 레이저 증착법, 스퍼터링법, 전자빔법, 및 유기 금속 퇴적법 중 적어도 1개에 의해 행해지면, 결정 배향성 및 표면 평활성이 우수한 표면을 갖는 초전도 재료층(5)을 형성할 수 있다.
다음으로, 초전도 재료층(5) 상에 보호층(7)을 형성하는 보호층 형성 공정(도 3의 S40)이 실시된다. 구체적으로는, 도 7을 참조해서, 초전도 재료층(5)의 중간층(3)과 대향하는 주면과 반대측의 주면(도 7에 있어서의 위쪽의 주면) 상에, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 보호층(7)을 예를 들어 스퍼터링 등의 물리적 증착법이나 전기 도금법 등에 의해 형성한다. 보호층(7)을 형성함으로써, 초전도 재료층(5)의 표면을 보호할 수 있다. 그 후, 산소 분위기 하에서 가열 처리하는 산소 어닐링을 행하고(산소 도입 공정), 초전도 재료층(5)에 산소를 도입한다. 이상의 공정이 실시됨으로써, 폭 방향의 길이가 30㎜ 정도인 적층체(20)가 형성된다.
다음으로, 30㎜ 폭의 적층체(20)로부터 소정의 폭(예를 들어 4㎜ 폭)으로 절단하는 세선 가공 공정(도 3의 S50)이 실시된다. 구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 회전 칼날을 이용해서 30㎜ 폭의 적층체(20)를 기계적으로 절단하는 기계 슬릿팅 가공을 행함으로써, 적층체(20)를 4㎜의 폭으로 세선화한다. 도 8은 세선 가공 공정에 이용되는 슬리터(30)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 8의 우측에는, 슬리터(30)에 의해 슬릿팅되는 적층체(20)의 구성을 나타내고 있다. 적층체(20)는 기판(1) 상에 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 이 순서대로 적층해서 이루어진다.
도 8을 참조해서, 슬리터(30)는 복수의 회전 칼날(31)과, 복수의 스페이서(32)를 갖는다. 본 실시의 형태에 있어서는, 슬리터(30)는 예를 들어 합계 11매의 회전 칼날(31)을 갖고 있다. 슬리터(30)의 위쪽의 회전축에는, 폭이 좁은 약 1㎜ 폭의 회전 칼날(31)이 5매 배치되어 있다. 회전축 방향으로 인접하는 회전 칼날(31)의 사이에는 스페이서(32)가 배치되어 있다. 한편, 슬리터(30)의 아래쪽의 회전축에는 폭이 넓은 약 4㎜ 폭의 회전 칼날(31)이 6매 배치되어 있다. 이와 같이 회전 칼날(31)을 배치함으로써, 적층체(20)에 대해서, 기판(1) 측으로부터 폭이 넓은 회전 칼날(31)이 들어가고, 보호층(7) 측으로부터 폭이 넓은 회전 칼날(31)이 들어간다. 이것에 의해, 4㎜ 폭의 세선을 합계 6개 얻을 수 있다.
도 9는 도 8에 나타내는 슬리터(30)를 이용한 기계 슬릿팅 가공을 설명하기 위한 모식도이다. 도 9의 우측에는 슬리터(30)에 의해 슬릿팅되는 적층체(20)의 구성을 나타내고 있다. 적층체(20)는 기판(1) 상에 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 이 순서대로 적층해서 구성되어 있다.
도 9를 참조해서, 보호층(7) 측을 위로 해서 적층체(20)의 기계 슬릿팅 가공을 행함으로써, 세선 a~g를 얻었다. 또한, 실제의 기계 슬릿팅 가공에서는 각 회전 칼날의 간극은 눈으로 볼 수 없을 정도로 매우 작지만, 도 9에서는, 이해하기 쉽게 하기 위해서 과장해서 크게 그리고 있다.
기계 슬릿팅 가공에 있어서는, 상하로 서로 대향하는 회전 칼날(31)을 이용해서 전단(shearing)에 의해 절단하고 있다. 구체적으로는, 위쪽의 회전 칼날(31)에 의해 보호층(7) 측으로부터 슬릿팅함으로써 세선 c, e, g가 형성되고, 아래쪽의 회전 칼날(31)에 의해 기판(1) 측으로부터 슬릿팅함으로써 세선 b, d, f가 형성된다. 또한, 슬리터(30)의 회전축 방향의 단부에는 세선 a가 형성된다.
얻어진 세선 a~g의 각각에 있어서, 회전 칼날(31)이 들어가는 방향(슬릿팅 방향)에 따라서 에지 부분에 만곡이 발생한다. 구체적으로는, 위쪽의 회전 칼날(31)에 의해 보호층(7) 측으로부터 슬릿팅한 세선 c, e, g의 에지 부분에서는, 기판(1)이 보호층(7) 측으로 만곡한다. 한편, 아래쪽의 회전 칼날(31)에 의해 기판(1) 측으로부터 슬릿팅한 세선 b, d, f의 에지 부분에서는, 보호층(7) 및 세라믹스층이 기판(1) 측으로 만곡한다.
도 10은 도 9의 기계 슬릿팅 가공에 의해 얻어지는 세선 b 및 세선 c의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 10을 참조해서, 위쪽의 회전 칼날(31)을 보호층(7) 측으로부터 기판(1) 측으로 넣어 슬릿팅했을 경우에는, 세선 c의 에지 부분이 보호층(7) 측으로 만곡한다. 이 경우, 보호층(7) 및 세라믹스층은 도면에서 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 폭 방향으로 압축된다. 한편, 아래쪽의 회전 칼날(31)을 기판(1) 측으로부터 보호층(7) 측에 넣어 슬릿팅했을 경우에는, 세선 b의 에지 부분이 기판(1) 측으로 만곡한다. 이 경우, 보호층(7) 및 세라믹스층의 에지 부분은, 도면에서 실선 화살표로 나타내는 바와 같이, 기판(1) 측으로 늘어진다. 세선 b에 있어서는, 기판(1) 측으로 늘어진 세라믹스층 및 보호층의 에지 부분이 기판(1)의 측면 중 적어도 일부를 덮는다. 이것에 의해, 도 2에 나타내는 적층체(20)가 형성된다.
또한, 세선 b, d, f의 각각에 있어서, 기판(1)의 측면의 상부를 덮는 세라믹스층 및 보호층의 에지 부분은, 실제로는 도 11에 나타내는 바와 같이, 두께가 기판(1)의 제 1 주면(1a)으로부터 제 2 주면(1b)을 향해 서서히 얇아지고 있다. 기판(1)의 측면의 상부를 덮는 세라믹스층 및 보호층(7)의 두께는 슬리터(30)에 있어서, 상하로 서로 대향하는 회전 칼날(31)의 간극이나, 회전축 방향에서 보았을 때의 상하로 서로 대향하는 회전 칼날(31)의 중첩 등을 조정함으로써 변경 가능하다.
본 실시의 형태 1에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 기계 슬릿팅 가공에 있어서, 기판(1) 측으로부터 들어가는 회전 칼날(31)로서 소정의 선폭(예를 들어 4㎜ 폭)에 대응한 회전 칼날(31)을 이용함과 아울러, 보호층(7) 측으로부터 들어가는 회전 칼날(31)로서 더 폭이 좁은 회전 칼날(31)을 이용하고 있다. 이것에 의해, 기판(1) 측으로부터 들어온 슬릿팅에 의해 얻어지는 세선(도 9의 세선 b, d, f)의 수를 많게 할 수 있다.
도 12는 도 9에 있어서의 세선 a의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 세선 a는 슬리터(30)의 회전축 방향의 단부에 형성되는 세선이다. 도 12를 참조해서, 적층체(20)에 있어서, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)은 기판(1)의 제 1 주면(1a) 전체 영역을 덮음과 아울러, 기판(1)의 제 1 측면(1c)을 덮도록 마련되어 있다. 또한, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)은, 기판(1)의 제 1 측면(1c)의 상부로부터 제 2 주면(1b)의 적어도 일부 위에까지 연장하도록 형성되어 있다. 이것은, 중간층 형성 공정, 초전도 재료층 형성 공정 및 보호층 형성 공정(도 3의 S20, S30, S40)에 있어서, 기판(1)의 제 1 주면(1a) 상에 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 차례로 성막할 때에, 제 1 주면(1a) 상과 함께 측면(1c, 1d) 상에도 각 층이 성막되는 것에 따른 것이다.
이러한 구성으로 함으로써, 세선 a에서도, 세선 b, d, f(도 9)와 마찬가지로, 기판(1)과 세라믹스층의 계면에 있어서의 접합 면적이 증가하기 때문에, 해당 계면에 있어서의 접합 강도를 높일 수 있다. 이것에 의해, 냉각시에 기판(1)의 수축에 대한 세라믹스층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)이나 중간층(3)이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 3을 참조해서, 마지막으로, 세선 가공된 적층체(20)의 주위에 안정화층(9)을 형성하는 안정화층 형성 공정(도 3의 S60)이 실시된다. 구체적으로는, 적층체(20)의 외주를 덮도록, 즉, 적층체(20)의 외측의 최표면의 거의 전면을 덮도록, 구리(Cu) 또는 구리 합금으로 이루어지는 안정화층(9)을 공지의 도금법에 의해 형성한다. 안정화층(9)을 형성하는 방법으로서는, 도금법 이외에, 동박을 접합시키는 방법이 있다. 이상의 공정이 실시됨으로써, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)가 제조된다.
＜실시의 형태 2＞
도 13은 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 13은 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재(10)의 연장하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 13을 참조해서, 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재(10)는 상술한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재(10)에서는, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)이 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 전부를 덮도록 마련되어 있다는 점에서 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와는 다르다.
본 실시의 형태 2에 있어서는, 초전도 재료층(5) 및 중간층(3)으로 이루어지는 세라믹스층이 기판(1)의 측면의 전부를 덮고 있기 때문에, 폭 방향의 단부에서 기판(1)과 세라믹스층의 접합 강도를 더 높일 수 있다. 이것에 의해, 냉각시에 기판(1)의 수축에 대한 세라믹스층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)이나 중간층(3)이 박리되는 것을 확실히 방지할 수 있다. 이 결과, 초전도 재료층(5)의 파손이나 변형을 방지할 수 있기 때문에, 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 세라믹스층이 기판(1)의 측면의 전부를 덮고 있는 부분은 초전도 선재(10)의 길이 방향의 적어도 일부에 존재하고 있으면, 기판(1)과 세라믹스층의 접합 강도를 높일 수 있다.
실시의 형태 2에 따른 초전도 선재의 제조 방법은 도 3 ~ 도 8에 근거해서 설명한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법과 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 세선 가공 공정(도 3의 S50, 도 8)에 있어서의 기계 슬릿팅 가공의 가공 조건이 실시의 형태 1과는 다르다. 구체적으로는, 슬리터(30)(도 8)에 있어서, 상하로 서로 대향하는 회전 칼날(31)의 간극, 회전축 방향에서 보았을 때에 상하의 회전 칼날(31)이 서로 겹치는 중첩 및 회전 칼날(31)의 회전 속도 중 적어도 어느 하나가 실시의 형태 1과는 다르다. 일례로서 실시의 형태 2에서는, 상하로 서로 대향하는 회전 칼날(31)의 간극을 실시의 형태 1보다 넓게 함으로써, 기판(1)의 측면을 덮는 세라믹스층의 면적을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 세선 가공 공정에 있어서의 가공 조건에 따라서, 기판(1)의 측면을 덮는 세라믹스층의 형상을 조정할 수 있다.
＜실시의 형태 3＞
도 14는 본 발명의 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 14는 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 연장하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 14를 참조해서, 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재(10)는 상술한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재(10)에서는, 기판(1)의 제 1 주면(1a)이 곡면 형상의 부분을 포함한 점에서 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와는 다르다. 이 곡면 형상의 부분은 예를 들어 도 14에 나타내는 바와 같이, 중간층(3) 측으로 볼록한 형태로 되는 형상을 갖고 있고, 제 1 주면(1a)의 전체 영역에 걸쳐서 마련된다.
본 실시의 형태 3에 있어서는, 기판(1)의 제 1 주면(1a)이 곡면 형상의 부분을 가짐으로써, 제 1 주면(1a)이 평탄한 기판(1)에 비해, 제 1 주면(1a)의 표면적을 증가시킬 수 있다. 그리고, 곡면 형상의 부분을 갖는 제 1 주면(1a)의 전체 영역을 덮도록 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)으로 이루어지는 세라믹스층이 형성되기 때문에, 기판(1)과 세라믹스층의 계면에 있어서의 접합 면적을 증가시킬 수 있다. 이것에 의해, 기판(1)과 세라믹층의 계면에 있어서의 접합 강도를 더 높일 수 있다. 따라서, 초전도 선재(10)의 냉각시에 기판(1)으로부터 인장 응력을 받아도, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)이나 중간층(3)이 박리되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 곡면 형상의 부분은 도 14에 나타내는 바와 같이, 제 1 주면(1a)의 전체 영역에 걸쳐서 형성되어도 좋고, 제 1 주면(1a)에 부분적으로 형성되어도 좋다. 또, 곡면 형상의 부분은 중간층(3) 측으로 볼록한 형태로 되는 형상이어도 좋고, 제 2 주면(1b) 측으로 오목한 형태로 되는 형상이어도 좋다.
또한, 본 실시의 형태 3에 있어서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 기판(1)의 제 1 주면(1a)에 이TDJ서 기판(1)의 폭 방향에 있어서의 단부에 곡면 형상의 부분을 마련하는 것이 보다 바람직하다. 세라믹스층의 폭 방향에 있어서의 단부는 기판(1)으로부터 인장 응력을 받아 박리가 생기기 쉬운 부분이다. 기판(1)의 폭 방향에 있어서의 단부에 곡면 형상의 부분을 마련함으로써, 세라믹스층의 폭 방향에 있어서의 단부에서 기판(1)과의 접합 강도를 효과적으로 높일 수 있다. 이것에 의해, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)이나 중간층(3)이 박리되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
또한, 도 14 및 도 15에서는, 적층체(20)의 주위를 덮는 안정화층(9)에 있어서, 초전도 선재(10)의 길이 방향에 수직인 단면의 형상을 직사각형으로 하는 구성에 대해 예시했지만, 안정화층(9)의 단면 형상은 직사각형 이외의 형상이어도 좋다. 예를 들어, 안정화층(9)의 단면 형상은 적층체(20)의 단면 형상에 맞춰서 볼록한 형상으로 되어 있어도 좋다.
실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 제조 방법은 도 3 ~ 도 8에 근거해서 설명한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법과 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 세선 가공 공정(도 3의 S50, 도 8)에 있어서의 기계 슬릿팅의 가공 조건이 실시의 형태 1과는 다르다. 구체적으로는, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 아래쪽의 회전 칼날(31)을 기판(1) 측으로부터 보호층(7) 측으로 넣어 슬릿팅했을 경우, 세선의 에지 부분이 기판(1) 측으로 만곡한다. 이때, 보호층(7) 및 세라믹층의 에지 부분과 함께 기판(1)의 에지 부분도 기판(1) 측으로 늘어진다. 이것에 의해, 기판(1)의 제 1 주면(1a)에는 도 14에 나타내는, 중간층(3) 측으로 볼록한 형상으로 되도록 곡면 형상의 부분이 형성된다. 또한, 볼록한 형상 부분의 곡율은 기계 슬릿팅의 가공 조건(상하로 대향하는 회전 칼날(31)의 간극이나 중첩, 회전 칼날(31)의 회전 속도 등)에 의해 조정할 수 있다.
또는, 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 제조 방법은 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법 대신에, 제 1 주면(1a)에 곡면 형상의 부분을 갖는 기판(1)을 형성한 후에, 해당 기판(1) 상에 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 차례로 적층하도록 해도 좋다.
도 16은 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다. 이하에서는, 4㎜의 폭으로 세선 가공된 기판(1)을 이용해서 초전도 선재(10)를 제조하는 방법을 예로 들어 본 실시의 형태를 구체적으로 설명한다.
도 16을 참조해서, 우선 기판 준비 공정(S10)이 실시된다. 구체적으로는, 배향 금속 기판으로 이루어지고, 광폭(12㎜ ~ 40㎜ 정도)의 테이프 형상을 갖는 기판(1)이 준비된다. 기판(1)의 두께는 목적에 따라서 적절히 조정하면 좋고, 통상은 10㎛ ~ 500㎛의 범위로 할 수 있다. 기판(1)의 두께는 예를 들어 100㎛ 정도이다.
다음으로, 광폭의 기판(1)으로부터 소정의 폭(예를 들어 4㎜ 폭)으로 절단하는 세선 가공 공정(도 16의 S50)이 실시된다. 구체적으로는, 회전 칼날을 이용해서 광폭의 기판(1)을 기계적으로 절단하는 기계 슬릿팅 가공을 행함으로써, 기판(1)을 4㎜의 폭으로 세선화한다. 이 기계 슬릿팅 가공을 도 8에 나타낸 슬리터(30)를 이용해서 행함으로써, 도 17에 나타내는 바와 같이, 기판(1)의 제 1 주면(1a)에 곡면 형상의 부분을 형성할 수 있다.
구체적으로는, 기계 슬릿팅 가공에 있어서는, 기판(1)에 회전 칼날이 들어가는 방향(슬릿팅 방향)에 따라 세선의 에지 부분이 제 1 주면(1a) 측 또는 제 2 주면(1b) 측으로 만곡한다. 예를 들어, 제 2 주면(1b) 측으로부터 제 1 주면(1a) 측의 방향으로 회전 칼날을 넣어 슬릿팅했을 경우에는, 기판(1)의 에지 부분이 제 2 주면(1b) 측으로 만곡한다. 반대로, 제 1 주면(1a) 측으로부터 제 2 주면(1b) 측의 방향으로 회전 칼날을 넣어 슬릿팅했을 경우에는, 기판(1)의 에지 부분이 제 1 주면(1a) 측으로 만곡한다. 도 17은 기계 슬릿팅 가공에 의해 세선화된 기판(1)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 17에 나타나는 기판(1)은 제 2 주면(1b) 측으로부터 제 1 주면(1a) 측의 방향으로 회전 칼날을 넣어 슬릿팅함으로써 얻어진 것이다.
도 16으로 돌아와서, 다음으로, 세선화된 기판(1)에 대해서, 중간층 형성 공정(S20), 초전도 재료층 형성 공정(S30) 및 보호층 형성 공정(S40)이 이 순서대로 실시된다. 중간층 형성 공정, 초전도 재료층 형성 공정 및 보호층 형성 공정은 각각 실시의 형태 1의 경우와 마찬가지로 실시된다. 즉, 곡면 형상의 부분을 포함한 제 1 주면(1a) 전체 영역과 측면(1c, 1d)의 적어도 일부를 덮도록, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)이 형성된다. 마지막으로, 안정화층 형성 공정(S60)에 의해 적층체(20)의 주위에 안정화층(9)이 형성되어, 도 14에 나타내는 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재(10)가 완성된다.
또한, 본 실시의 형태 3에 있어서는, 세선 가공 공정(도 16의 S50)에서, 광폭의 기판(1)을 소망의 폭으로 절단한 후, 절단된 기판(1)의 제 1 주면(1a)에 곡면 형상의 부분을 형성하기 위한 가공을 해도 좋다.
＜실시의 형태 4＞
도 18은 본 발명의 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 18은 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재의 연장하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 18을 참조해서, 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재(10)는 상술한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재(10)에서는, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)이 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 상부로부터 제 2 주면(1b)의 적어도 일부 위에까지 연장하도록 형성되는 점에서 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와는 다르다.
본 실시의 형태 4에 있어서는, 초전도 재료층(5) 및 중간층(3)으로 이루어지는 세라믹스층이 기판(1)의 측면의 전부를 덮음과 아울러, 제 2 주면(1b)의 적어도 일부를 덮고 있다. 그 때문에, 폭 방향의 단부에서 기판(1)과 세라믹스층의 접합 강도를 더 높일 수 있다. 이것에 의해, 냉각시에 기판(1)의 수축에 대한 세라믹스층의 추종성이 향상되기 때문에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)이나 중간층(3)이 박리되는 것을 확실히 방지할 수 있다. 이 결과, 초전도 재료층(5)의 파손이나 변형을 방지할 수 있기 때문에, 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 세라믹스층이 기판(1)의 제 2 주면(1b)의 적어도 일부를 덮고 있는 부분은 초전도 선재(10)의 길이 방향의 적어도 일부에 존재하고 있으면, 기판(1)과 세라믹스층의 접합 강도를 높일 수 있다.
실시의 형태 4에 따른 초전도 선재(10)의 제조 방법은 상술한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법과 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 세선 가공 공정을 갖고 있지 않다는 점에서 실시의 형태 1과는 다르다. 도 19는 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 19를 참조해서, 우선, 기판 준비 공정(S10)이 실시된다. 구체적으로는, 배향 금속 기판으로 이루어지고, 소망의 폭(예를 들어 4㎜ 폭)의 테이프 형상을 갖는 기판(1)이 준비된다. 기판(1)은 도 18에 나타내는 바와 같이, 제 1 주면(1a)과, 제 1 주면(1a)과는 반대측에 위치하는 제 2 주면(1b)과, 제 1 측면(1c)과, 제 1 측면(1c)에 대향하는 제 2 측면(1d)을 갖고 있다.
다음으로, 중간층 형성 공정(S20), 초전도 재료층 형성 공정(S30) 및 보호층 형성 공정(S40)이 이 순서대로 실시된다. 중간층 형성 공정, 초전도 재료층 형성 공정 및 보호층 형성 공정은 각각 실시의 형태 1의 경우와 마찬가지로 실시된다. 초전도 재료층(5) 상에 보호층(7)이 형성된 후, 산소 어닐링이 행해짐으로써, 폭 방향의 길이가 4㎜ 정도인 적층체(20)가 형성된다.
이 적층체(20)에 있어서, 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)의 각각은 도 18에 나타내는 바와 같이, 기판(1)의 측면(1c, 1d)의 상부로부터 제 2 주면(1b)의 적어도 일부 위에까지 연장하도록 형성되어 있다. 이것은 중간층 형성 공정, 초전도 재료층 형성 공정 및 보호층 형성 공정에 있어서, 기판(1)의 제 1 주면(1a) 상에 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 차례로 성막할 때에, 제 1 주면(1a) 상과 함께 측면(1c, 1d) 상에도 각 층이 성막되는 것에 따른 것이다.
마지막으로, 안정화층 형성 공정(S60)에 있어서, 적층체(20)의 주위에 안정화층(9)이 형성되어, 도 18에 나타내는 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재(10)가 완성된다.
＜실시의 형태 5＞
도 20은 본 발명의 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 20은 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재의 연장하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 20을 참조해서, 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재(10)는 상술한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(10)와 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재(10)에서는, 안정화층(9) 대신에, 적층체(20)의 주위에 보호층이 형성되어 있다는 점에서 실시의 형태 1과는 다르다.
본 실시의 형태 5에 있어서는, 기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)으로 이루어지는 적층체(20)의 외주를 덮도록, 즉, 적층체(20)의 외측의 최표면의 거의 전체면을 덮도록, 보호층(8)이 배치되어 있다. 이 보호층(8)은 예를 들어 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 박막이며, 그 두께는 0.1㎛ ~ 50㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 이하의 설명에서는, 적층체(20)에 포함되는 보호층(7)을 「제 1 보호층」이라고 하고, 적층체(20)의 외주를 덮는 보호층(8)을 「제 2 보호층」이라고도 표기한다.
도 21은 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 21을 참조해서, 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재의 제조 방법은 도 3 ~ 도 8에 근거해서 설명한 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재의 제조 방법과 기본적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 그러나, 실시의 형태 5에서는, 보호층 형성 공정(도 3의 S40) 및 안정화층 형성 공정(도 3의 S60) 대신에, 제 1 보호층 형성 공정(S45) 및 제 2 보호층 형성 공정(S70)을 구비한다는 점에서 실시의 형태 1과는 다르다. 구체적으로는, 제 1 보호층 형성 공정(S45)에 있어서는, 실시의 형태 1에 있어서의 보호층 형성 공정(도 3의 S40)과 마찬가지로, 초전도 재료층(5)의 중간층(3)과 대향하는 주면과 반대측의 주면 상에, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 보호층(7)을 예를 들어 물리 증착법이나 전기 도금법 등에 의해 형성한다.
제 2 보호층 형성 공정(S70)에 있어서는, 세선화된 적층체(20)의 외주를 덮도록, 즉, 적층체(20)의 외측의 최표면의 거의 전면을 덮도록, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 보호층(8)(제 2 보호층)을 예를 들어 물리 증착법이나 전기 도금법 등에 의해 형성한다. 이상의 공정이 실시됨으로써, 도 20에 나타내는 실시의 형태 5에 따른 초전도 선재(10)가 제조된다.
또한, 본 실시의 형태 5에 있어서는, 추가로 제 2 보호층(8)의 외주를 덮도록, 즉, 제 2 보호층(8)의 외측의 최표면의 거의 전체면을 덮도록, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 안정화층이 배치되어 있어도 좋다. 제 2 보호층(8)의 외주에 안정화층을 배치하는 경우, 제 2 보호층(8)을 적층체(20)의 최표면의 거의 전체면을 덮도록 배치함으로써, 제 2 보호층(8)을 포함한 적층체(20)에 대해서 안정화층(9)으로서의 동 도금 박막을 형성하는 도금 처리를 용이하게 행할 수 있다. 즉, 제 2 보호층(8)의 외측의 표면 상에 안정화층(9)을 형성하게 된다. 도금 처리를 행할 때에 적층체(20)를 동 도금액에 침지하지만, 초전도 재료층(5)의 표면이 제 2 보호층(8)에 덮여 있기 때문에, 초전도 재료층(5)의 표면은 직접 동 도금액에 접촉하지 않는다. 따라서, 도금 처리를 행할 때에, 초전도 재료층(5)의 표면이나 내부가 동 도금액에 의해 침식되는 것을 억제할 수 있다. 또, 초전도 재료층(5)에 퀸칭(quenching) 등의 부작용이 발생했을 경우에는, 초전도 재료층(5)에 흐르는 과잉 전류의 일부를 분류(分流)해서 제 2 보호층(8)으로 흐르게 할 수 있다. 이것에 의해, 초전도 재료층(5)에 과잉 전류가 흐르는 것에 의한 초전도 재료층(5)의 파손 등을 억제할 수 있다.
또, 실시의 형태 5에 있어서는, 실시의 형태 1에 따른 초전도 선재(도 1)에 있어서의 안정화층(9)을 보호층(8)(제 2 보호층)으로 대체한 구성에 대해 예시했지만, 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재(도 13), 실시의 형태 3에 따른 초전도 선재(도 14, 도 15) 및 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재(도 18)의 각각에 있어서도 마찬가지로, 안정화층(9)을 보호층(제 2 보호층)으로 대체하는 것이 가능하다. 또는, 실시의 형태 2 ~ 4에 따른 초전도 선재에 있어서, 적층체(20)의 외주를 덮도록 보호층(제 2 보호층)을 마련함과 아울러, 해당 보호층의 외주를 덮도록 안정화층을 마련하는 것이 가능하다.
또한, 상기의 실시의 형태 1 ~ 5에 있어서는, 초전도 재료층이 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련되는 구성으로서, 중간층, 초전도 재료층 및 보호층이 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮는 구성에 대해 예시했지만, 본 발명은 본 실시의 형태에 한정하지 않고, 중간층 및 초전도 재료층이 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮는 구성, 초전도 재료층만이 기판의 측면의 일부를 덮는 구성, 및 초전도 재료층 및 보호층이 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮는 구성을 더 포함하고 있다. 이들 구성 중, 중간층 및 초전도 재료층이 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮는 구성은 기판의 측면에서도 초전도 재료층의 배향성을 향상할 수 있다는 점과, 중간층이 박리를 방지할 수 있다는 점에 있어서 바람직하다.
또, 상기의 실시의 형태 1 ~ 5에 있어서는, 적층체의 외주를 덮도록 안정화층 또는 보호층을 형성하는 구성에 대해 예시했지만, 적어도 적층체의 표면(즉, 보호층 상)에 안정화층 또는 보호층을 마련하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 보호층 상에 안정화층 또는 보호층을 형성한 후에, 초전도 선재를 보호하는 관점에서, 초전도 선재의 외주를 절연 피복층으로 피복하는 구성으로 해도 좋다.
또, 상기의 실시의 형태 1에서는, 보호층 형성 공정(도 3의 S40)을 실시한 후에 세선 가공 공정(S50)을 실시하는 제조 방법에 대해 예시했지만, 초전도 재료층 형성 공정(S30)을 실시한 후에 세선 가공 공정(S50)을 실시하고, 그 후에 보호층 형성 공정(S40)을 실시해도 좋다. 이것에 의하면, 기판, 중간층 및 초전도 재료층으로 이루어지는 적층체의 외주를 덮도록 보호층이 형성되기 때문에, 제 1 보호층(7) 및 제 2 보호층(8)(도 20)을 실질적으로 동시에 형성할 수 있다.
또, 상기의 실시의 형태 2에 따른 초전도 선재는 실시의 형태 4에 따른 초전도 선재와 마찬가지의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 소망의 폭의 테이프 형상을 갖는 기판의 한쪽의 주면 상에 중간층, 초전도 재료층 및 안정화층을 차례로 형성함으로써, 기판의 측면의 전부를 덮도록 중간층, 초전도 재료층 및 안정화층을 형성할 수 있다.
이번에 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기 실시의 형태는 아니고 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 기판 3 : 중간층
5 : 초전도 재료층 7 : 보호층(제 1 보호층)
8 : 보호층(제 2 보호층) 9 : 안정화층
10 : 초전도 선재 20 : 적층체
30 : 슬리터 31 : 회전 칼날
32 : 스페이서

Claims (9)

  1. 초전도 선재에 있어서,
    제 1 주면과, 상기 제 1 주면과 반대측의 제 2 주면을 갖는 기판과,
    상기 기판의 상기 제 1 주면 상에 배치된 초전도 재료층
    을 구비하고,
    상기 초전도 재료층은 상기 기판의 폭 방향에 있어서의 상기 기판의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련되고,
    상기 초전도 선재가 연장하는 방향의 적어도 일부에서, 상기 초전도 재료층은 상기 기판의 상기 측면 상부로부터 상기 제 2 주면의 적어도 일부 위에까지 연장하도록 형성되는
    초전도 선재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초전도 선재가 연장하는 방향의 적어도 일부에서, 상기 초전도 재료층은 상기 기판의 상기 측면의 전부를 덮도록 마련되는 초전도 선재.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 1 주면은 곡면 형상의 부분을 포함하는 초전도 선재.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 곡면 형상의 부분은 상기 기판의 상기 제 1 주면에 있어서 상기 기판의 폭 방향에 있어서의 단부에 위치하는 초전도 선재.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측면 상부에 위치하는 상기 초전도 재료층의 두께는 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하인 초전도 선재.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 1 주면과 상기 초전도 재료층의 사이에 배치된 중간층을 더 구비하고,
    상기 중간층은 상기 기판의 상기 측면 중 적어도 일부를 덮도록 마련되는
    초전도 선재.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초전도 재료층은 산화물 초전도 재료로 이루어지는 초전도 선재.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 2 주면 상부에 위치하는 상기 초전도 재료층의 두께는 상기 제 1 주면 상부에 위치하는 상기 초전도 재료층의 두께보다 작은 초전도 선재.
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