KR102603380B1 - 초전도 선재 및 초전도 코일 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 태양에 따른 초전도 선재는 제 1 면과 제 2 면을 갖는 기판과, 제 3 면과 제 4 면을 갖는 초전도층과, 피복층을 구비한다. 제 2 면은 제 1 면의 반대면이다. 제 4 면은 제 3 면의 반대면이다. 초전도층은 제 3 면이 제 2 면과 대향하도록 기판 위에 배치된다. 피복층은 제 1 면 및 제 4 면 위에 배치된다. 제 1 면 위에 배치되는 피복층과 기판의 밀착 강도는, 제 4 면 위에 배치되는 피복층과 초전도층의 밀착 강도보다 낮다. 본 개시의 일 태양에 따른 초전도 선재에 의하면, 제조 공정을 복잡화시키지 않고, 절연체와 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의한 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
Description
본 발명은 초전도 선재 및 초전도 코일에 관한 것이다.
종래부터, 일본 특허 공개 제 2008-244249 호 공보(특허문헌 1)에 기재된 초전도 선재가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 초전도 선재는 기판과, 기판 위에 배치된 초전도층과, 기판 및 초전도층을 피복하는 안정화층을 갖고 있다. 특허문헌 1에 기재된 초전도 선재는 권회되는 동시에 에폭시 수지 등의 함침재로 함침되는 것에 의해, 초전도 코일로 되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 초전도 코일에 있어서는, 함침재와 초전도 선재 사이의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의해, 초전도층의 파괴에 수반하는 초전도 특성의 열화가 생길 우려가 있는 것이 알려져 있다.
상기와 같은 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의한 초전도층의 파괴를 방지하기 위한 구성으로서, 종래부터, 일본 특허 공개 제 2011-198469 호 공보(특허문헌 2)에 기재된 절연 피복 산화물 초전도 선재의 구성, 일본 특허 공개 제 2014-022693 호 공보(특허문헌 3)에 기재된 복합 테이프의 구성 및 일본 특허 공개 제 2016-134418 호 공보(특허문헌 4)에 기재된 초전도 선재의 구성이 알려져 있다.
특허문헌 2에 기재된 절연 피복 산화물 초전도 선재는 산화물 초전도 선 소재와, 산화물 초전도 선 소재의 전체 표면을 피복하는 절연재층과, 절연재층 위에 마련된 이형재층을 갖는다. 특허문헌 2에 기재된 절연 피복 산화물 초전도 선재는 권회되는 동시에, 열경화성 수지로 함침되는 것에 의해, 코일이 된다. 특허문헌 2에 기재된 코일에 있어서도, 냉각시에 열경화성 수지와, 절연 피복 산화물 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력이 생긴다. 특허문헌 2에 기재된 코일에 있어서는, 열경화성 수지와 이형재층의 계면이 용이하게 박리되기 때문에, 열응력이 초전도층에 작용하기 어려워, 초전도층의 파손에 수반하는 초전도 특성의 열화가 생기기 어렵다.
특허문헌 3에 기재된 복합 테이프는 초전도 테이프선과, 절연 테이프선과, 이형층을 갖는다. 이형층은 초전도 테이프선 및 절연 테이프선 중 적어도 한쪽의 위에 배치된다. 특허문헌 3에 기재된 복합 테이프는 권회되는 동시에, 에폭시 수지로 함침되는 것에 의해, 코일이 된다. 특허문헌 3에 기재된 코일에 있어서도, 냉각시에 열응력이 생긴다. 특허문헌 3에 기재된 코일에 있어서는, 에폭시 수지와 이형층의 계면이 박리되기 때문에, 이 열응력에 기인하여 초전도층의 파손에 수반하는 초전도 특성의 열화가 생기기 어렵다.
특허문헌 4에 기재된 초전도 선재는 금속 기판과, 초전도층과, 카본층을 갖는다. 초전도층은 금속 기판 위에 배치된다. 카본층은 초전도층 및 금속 기판 중 적어도 한쪽의 위에 배치되어 있다. 카본층의 파괴 강도는 초전도층보다 낮다. 특허문헌 4에 기재된 초전도 선재는 권회되는 동시에, 에폭시 수지 조성물로 함침되는 것에 의해, 코일이 된다. 특허문헌 4에 기재된 코일에 있어서도, 냉각시에 에폭시 수지 조성물과 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력이 생긴다. 이 열응력에 의해, 카본층이 용이하게 파단된다. 그 때문에, 이 열응력에 기인하여 초전도층의 파손에 수반하는 초전도 특성의 열화가 생기기 어렵다.
본 개시의 일 태양에 따른 초전도 선재는 제 1 면과 제 2 면을 갖는 기판과, 제 3 면과 제 4 면을 갖는 초전도층과, 피복층을 구비한다. 제 2 면은 제 1 면의 반대면이다. 제 4 면은 제 3 면의 반대면이다. 초전도층은 제 3 면이 제 2 면과 대향하도록 기판 위에 배치된다. 피복층은 제 1 면 및 제 4 면 위에 배치된다. 제 1 면 위에 배치되는 피복층과 기판의 밀착 강도는 제 4 면 위에 배치되는 피복층과 초전도층의 강도보다 낮다.
본 개시에 따른 초전도 코일은 상기의 본 개시에 따른 초전도 선재와, 절연체를 구비한다. 초전도 선재는 주회 마다 공간을 두고 권회된 소용돌이 형상을 갖는다. 절연체는 그 공간에 충전되어 있다. 절연체의 열팽창계수는 초전도층의 열팽창계수보다 높다.
도 1은 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 2는 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 코일 축에 수직인 단면에 있어서의 단면도이다.
도 3은 도 2의 영역 Ⅲ의 확대 단면도이다.
도 4는 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 제조 방법의 공정도이다.
도 5a는 준비 공정 S1의 종료 후에 있어서 안정화층 형성 공정 S21이 실행되기 전에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 5b는 안정화층 형성 공정 S21의 종료 후에 있어서 보호층 형성 공정 S22가 실행되기 전에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 5c는 보호층 형성 공정 S22의 종료 후에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 6은 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 제조 방법의 공정도이다.
도 7은 비교예에 따른 초전도 선재(110)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 8은 비교예에 따른 초전도 코일(210)의 부분 단면도이다.
도 9는 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 냉각시에 있어서의 부분 단면도이다.
도 2는 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 코일 축에 수직인 단면에 있어서의 단면도이다.
도 3은 도 2의 영역 Ⅲ의 확대 단면도이다.
도 4는 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 제조 방법의 공정도이다.
도 5a는 준비 공정 S1의 종료 후에 있어서 안정화층 형성 공정 S21이 실행되기 전에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 5b는 안정화층 형성 공정 S21의 종료 후에 있어서 보호층 형성 공정 S22가 실행되기 전에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 5c는 보호층 형성 공정 S22의 종료 후에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 6은 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 제조 방법의 공정도이다.
도 7은 비교예에 따른 초전도 선재(110)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다.
도 8은 비교예에 따른 초전도 코일(210)의 부분 단면도이다.
도 9는 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 냉각시에 있어서의 부분 단면도이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
특허문헌 2에 기재된 절연 피복 초전도 선재 및 그것을 이용한 코일에 있어서는, 이형재층을 형성하기 위한 새로운 공정을 추가할 필요가 있다. 특허문헌 3에 기재된 복합 테이프 및 그것을 이용한 코일에 있어서도, 이형층을 형성하기 위한 새로운 공정을 추가할 필요가 있다. 특허문헌 4에 기재된 초전도 선재 및 그것을 이용한 코일에 있어서도, 카본층을 형성하기 위한 새로운 공정을 추가할 필요가 있다. 그 때문에, 특허문헌 2 내지 특허문헌 4에 기재된 초전도 선재 등 및 그것을 이용한 코일에는 제조 공정이 복잡화된다는 문제점이 있다.
본 개시에 따른 초전도 선재 및 초전도 코일은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시는 제조 공정을 복잡화시키는 일이 없이, 절연체와 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의한 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있는 초전도 선재 및 초전도 코일을 제공한다.
[본 개시의 효과]
본 개시에 따른 초전도 선재 및 초전도 코일에 의하면, 제조 공정을 복잡화시키지 않고, 절연체와 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의한 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
최초에 본 개시의 실시형태를 열거하여 설명한다.
(1) 본 개시의 일 태양에 따른 초전도 선재는 제 1 면과 제 2 면을 갖는 기판과, 제 3 면과 제 4 면을 갖는 초전도층과, 피복층을 구비한다. 제 2 면은 제 1 면의 반대면이다. 제 4 면은 제 3 면의 반대면이다. 초전도층은 제 3 면이 제 2 면과 대향하도록 기판 위에 배치된다. 피복층은 제 1 면 및 제 4 면 위에 배치된다. 제 1 면 위에 배치되는 피복층과 기판의 밀착 강도는 제 4 면 위에 배치되는 피복층과 초전도층의 강도보다 낮다.
상기 (1)의 초전도 선재의 제조에 있어서는, 카본층 등을 형성하기 위한 새로운 공정은 불필요하다. 그 때문에, 상기 (1)의 초전도 선재에 의하면, 제조 공정이 복잡화되지 않는다. 또한, 상기 (1)의 초전도 선재는 초전도 코일이 될 때에 소용돌이 형상으로 성형되는 동시에 초전도 선재 사이에 절연체가 충전되지만, 상기 (1)의 초전도 선재에 의하면, 초전도 선재와 절연재 사이의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의해 초전도층이 파괴되기 전에, 피복층과 기판이 초전도층으로부터 멀어진 제 1 면 위에서 박리된다. 그 때문에, 상기 (1)의 초전도 선재에 의하면, 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
(2) 상기 (1)의 초전도 선재에 있어서, 피복층은 안정화층을 갖고 있어도 좋다. 안정화층은 제 1 면 및 제 4 면 위에 배치된다.
상기 (2)의 초전도 선재에 의하면, 초전도층과 피복층의 밀착성이 향상되어, 피복층이 초전도층을 보호하는 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
(3) 상기 (2)의 초전도 선재에 있어서, 제 1 면 위에 배치되는 안정화층의 두께는 제 4 면 위에 배치되는 안정화층의 두께보다 작아도 좋다.
제 1 면 위에 배치되는 피복층의 두께 및 제 4 면 위에 배치되는 피복층의 두께의 합계가 동일하여도, 초전도층 측에 위치하는 제 4 면 위에 배치되는 피복층의 두께를 보다 크게 하는 것이 초전도층을 보호하는 기능이 커진다. 그 때문에, 상기 (3)의 초전도 선재에 의하면, 피복층이 초전도층을 보호하는 기능을 높이는 것이 가능해진다.
(4) 상기 (2)의 초전도 선재에 있어서, 제 1 면 위에 배치되는 안정화층은 단층으로 구성되며, 제 4 면 위에 배치되는 안정화층은 복수층으로 구성되어 있어도 좋다.
상기 (4)의 초전도 선재에 의하면, 보다 확실히 제 1 면측으로부터 피복층을 박리시키기 쉽게 할 수 있다.
(5) 상기 (4)의 초전도 선재에 있어서, 제 1 면 위의 안정화층은 스트라이크 도금층으로 구성되며, 제 4 면 위의 안정화층은 제 4 면 위에 배치되는 스퍼터층과, 스퍼터층 위에 배치되는 스트라이크 도금층에 의해 구성되어 있어도 좋다.
상기 (5)의 초전도 선재에 의하면, 스트라이크 도금층과 기재의 밀착 강도가 극히 낮아지기 때문에, 피복층과 기판의 계면이 극히 용이하게 박리된다. 그 때문에, 상기 (5)의 초전도 선재에 의하면, 절연체와 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의한 초전도 특성의 열화를 더욱 억제할 수 있다.
(6) 본 개시의 일 태양에 따른 초전도 코일은, 상기 (1) 내지 (5)의 초전도 선재와, 초전도층보다 열팽창계수가 큰 절연체를 구비한다. 초전도 선재는 주회 마다 공간을 두고 권회된 소용돌이 형상을 갖는다. 절연체는 그 공간에 충전된다.
상기 (6)의 초전도 코일에 의하면, 제조 공정을 복잡화시키지 않고, 절연체와 초전도 선재의 열팽창계수 차에 기인한 열응력에 의한 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
다음에, 실시형태의 상세에 대해서 설명한다.
(실시형태에 따른 초전도 선재의 구성)
이하에, 실시형태에 따른 초전도 선재의 구성에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다. 또한, 이하에 기재하는 실시형태의 적어도 일부를 임의로 조합하여도 좋다.
도 1은 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 실시형태에 따른 초전도 선재(100)는 기판(1)과, 초전도층(2)과, 안정화층(3)과, 피복층(3)을 갖고 있다.
기판(1)은 바람직하게는, 길이방향의 길이와 비교하여 두께가 작은 테이프형상의 형상을 갖고 있다. 기판(1)은 제 1 면(1a)과, 제 2 면(1b)을 갖고 있다. 제 2 면(1b)은 제 1 면(1a)의 반대면이다. 기판(1)은 복수의 층에 의해 구성되어 있어도 좋다. 보다 구체적으로는, 기판(1)은 기판층(11)과, 중간층(12)을 포함하고 있어도 좋다. 기판층(11)은 제 1 면(1a)측에 위치하고 있으며, 중간층(12)은 제 2 면(1b)측에 위치하고 있다.
기판층(11)은 복수의 층에 의해 구성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 기판층(11)은 제 1 층(11a)과, 제 2 층(11b)과, 제 3 층(11c)에 의해 구성되어 있다. 제 1 층(11a), 제 2 층(11b) 및 제 3 층(11c)은 각각 상이한 재료에 의해 구성되어 있다. 제 1 층(11a)에는 예를 들면 스테인리스강이 이용된다. 제 2 층(11b)에는 예를 들면 구리(Cu)가 이용된다. 제 3 층(11c)에는 예를 들면 니켈(Ni)이 이용된다.
중간층(12)은 기판(1) 위에 초전도층(2)을 형성시키기 위한 버퍼가 되는 층이다. 중간층(12)은 균일한 결정 배향성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 중간층(12)에는 초전도층(2)을 구성하는 재료와의 격자 정수의 미스매치가 작은 재료가 이용된다. 보다 구체적으로는, 중간층(12)에는 산화 세륨(CeO2), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)가 이용된다.
초전도층(2)은 초전도체를 함유하는 층이다. 초전도층(2)에 이용되는 재료는, 예를 들면 레어-어스(rare-earth)계의 산화물 초전도체이다. 초전도층(2)에 이용되는 레어-어스계의 산화물 초전도체는 예를 들면 REBCO(REBa2Cu3Oy, RE는 이트륨(Y), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로븀(Eu), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 이테르븀(Yb) 등의 레어-어스)이다.
초전도층(2)은 제 3 면(2a)과, 제 4 면(2b)을 갖고 있다. 제 4 면(2b)은 제 3 면(2a)의 반대면이다. 초전도층(2)은 기판(1) 위에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 초전도층(2)은 제 3 면(2a)이 제 2 면(1b)과 대향하도록, 기판(1) 위에 배치되어 있다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 초전도층(2)은 중간층(12) 위에 배치되어 있다.
피복층(3)은 기판(1) 및 초전도층(2)을 피복하고 있는 층이다. 피복층(3)은 기판(1)의 제 1 면(1a) 및 초전도층(2)의 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있다. 제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 기판(1)의 밀착 강도는 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 초전도층(2)의 밀착 강도보다 낮게 되어 있다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 피복층(3)은 제 1 면(1a)측에 있어서, 제 4 면(2b)측에서 보다도, 기판(1)으로부터 박리되기 쉽다. 또한, 제 1 면 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 기판(1)의 밀착 강도는 초전도층(2)의 강도보다 낮게 되어 있다.
제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 기판(1)의 밀착 강도 및 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 초전도층(2)의 밀착 강도는 JISK6854-2에 규정된 방법에 준거하여 측정된다.
피복층(3)은 안정화층(31)과, 보호층(32)을 갖고 있다. 안정화층(31)은 초전도층(2)을 보호하고, 초전도층(2)에 있어서의 국소적인 발열을 발산시키는 동시에, 초전도층(2)에 퀸치(초전도 상태로부터 통상 전도 상태로 이행하는 현상)가 생겼을 때에, 전류를 바이패스시키는 층이다. 안정화층(31)은 제 1 면(1a) 및 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있다. 안정화층(31)에 이용되는 재료는 예를 들면 은(Ag)이다.
제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은 바람직하게는, 단층으로 구성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은 스트라이크 도금층이다. 스트라이크 도금층은 스트라이크 도금에 의해 형성된 층이다.
제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은, 바람직하게는 복수층으로 구성되어 있다. 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은 더욱 바람직하게는 2층으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은 스퍼터층(31a)과, 스트라이크 도금층(31b)에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.
스퍼터층(31a)은 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있다. 스트라이크 도금층(31b)은 스퍼터층(31a) 위에 배치되어 있다. 스퍼터층(31a)은 스퍼터링에 의해 형성되는 층이다.
제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은 제 1 두께(T1)를 갖고 있다. 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)은 제 2 두께(T2)를 갖고 있다. 제 1 두께(T1)는 제 2 두께(T2)보다 작다. 제 1 두께(T1)는 예를 들면 5 ㎛ 이하이다.
스퍼터층(31a)은 제 3 두께(T3)를 갖고 있다. 스트라이크 도금층(31b)은 제 4 두께(T4)를 갖고 있다. 제 3 두께(T3)는 예를 들면 2 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이다. 제 4 두께(T4)는 예를 들면 5 ㎛ 이하이다. 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)이 스퍼터층(31a)과 스트라이크 도금층(31b)에 의해 구성되어 있는 경우, 제 2 두께(T2)는 제 3 두께(T3) 및 제 4 두께(T4)의 합계와 동일하다. 그 때문에, 이 경우에는 제 2 두께(T2)는 예를 들면 2 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하이다.
보호층(32)은 안정화층(31)을 보호하기 위한 층이다. 보호층(32)은 안정화층(31) 위에 배치되어 있다. 보호층(32)에 이용되는 재료는 예를 들면 Cu이다.
또한, 도 1에 있어서는 도시되어 있지 않지만, 피복층(3)(안정화층(31) 및 보호층(32))은, 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 길이방향에 수직인 방향에 있어서의 단부면 위를 피복하고 있어도 좋다.
(실시형태에 따른 초전도 코일의 구성)
이하에, 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 구성에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 코일 축에 수직인 단면에 있어서의 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 실시형태에 따른 초전도 코일(200)은 초전도 선재(100)와, 절연체(150)를 갖고 있다.
초전도 선재(100)는 코일 축을 중심으로 한 소용돌이 형상을 갖고 있다. 즉, 초전도 선재(100)는 코일 축을 중심으로 하여 권회되어 있다. 초전도 선재(100)는 주회 마다 공간을 두고 권회되어 있다.
절연체(150)는 권회된 초전도 선재(100) 사이의 공간에 충전되어 있다. 이에 의해, 권회된 초전도 선재(100)가 서로 절연되고, 서로 고착된다. 도 3은 도 2의 영역 Ⅲ의 확대 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 초전도 선재(100)는 절연체(150)에 의해 개재되어 있다.
절연체(150)에는 예를 들면 열경화성 수지가 이용된다. 절연체(150)에 이용되는 열경화성 수지는 경화전의 상태에 있어서, 권회된 초전도 선재(100) 사이의 공간에 함침될 수 있을 정도의 낮은 점도를 갖고 있는 것이 바람직하다. 절연체(150)에 이용되는 열경화성 수지는 예를 들면 에폭시 수지이다.
절연체(150)의 열팽창계수는 초전도 선재(100)보다 열팽창계수가 크다. 구체적으로는, 절연체(150)는 초전도층(2)보다 열팽창계수가 크다. 절연체(150)의 열팽창계수는 기판(1)의 열팽창계수보다 커도 좋다. 예를 들면, 절연체(150)에 에폭시 수지를 이용한 경우, 실온으로부터 77K까지 냉각했을 때에, 절연체(150)의 치수는 약 1퍼센트 수축한다. 한편, 기판(1)을 마찬가지로 냉각했을 때에는, 기판(1)의 치수는 0.3퍼센트 정도 수축한다. 초전도층(2)을 마찬가지로 냉각했을 때에는, 초전도층(2)의 치수의 수축률은 0.3퍼센트 미만이다.
(실시형태에 따른 초전도 선재의 제조 방법)
이하에, 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 4는 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 제조 방법의 공정도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 실시형태에 따른 초전도 선재(100)의 제조 방법은 준비 공정 S1과, 피복층 형성 공정 S2를 갖고 있다. 피복층 형성 공정 S2는 안정화층 형성 공정 S21과, 보호층 형성 공정 S22를 포함하고 있다.
도 5a는 준비 공정 S1의 종료 후에 있어서 안정화층 형성 공정 S21이 실행되기 전에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다. 준비 공정 S1에 있어서는, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 기판(1) 위에 초전도층(2)이 형성된다. 보다 구체적으로는, 기판층(11) 위에 중간층(12)이 형성되고, 중간층(12) 위에 초전도층(2)이 형성된다. 기판층(11) 위로의 중간층(12)의 형성 및 중간층(12) 위로의 초전도층(2)의 형성은 종래 공지의 방법에 의해 실행된다.
도 5b는 안정화층 형성 공정 S21의 종료 후에 있어서 보호층 형성 공정 S22가 실행되기 전에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다. 도 5b에 도시하는 바와 같이, 안정화층 형성 공정 S21에 있어서는, 제 1 면(1a) 및 제 4 면(2b) 위에 안정화층(3)이 형성된다.
안정화층 형성 공정 S21에 있어서는, 첫째로 스퍼터링이 실행된다. 스퍼터링은 제 4 면(2b)측에 대해 실행된다. 이에 의해, 제 4 면(2b) 위에, 제 4 면(2b) 위에 배치되는 안정화층(31)의 일부인 스퍼터층(31a)이 형성된다. 또한, 제 1 면(1a)측에는, 스퍼터링은 실행되지 않기 때문에, 제 1 면(1a)측에는 스퍼터층(31a)은 형성되지 않는다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 안정화층 형성 공정 S21은 종래 공지의 안정화층(31)의 형성 공정으로부터, 제 1 면(1a)측에 관한 스퍼터링을 제외한 것이다.
안정화층 형성 공정 S21에 있어서는, 둘째로 스트라이크 도금이 실행된다. 스트라이크 도금은 제 1 면(1a)측 및 제 4 면(2b)측의 쌍방에 대해 실행된다. 이에 의해, 제 1 면(1a) 위에 배치되는 안정화층(31)인 스트라이크 도금층과, 제 4 면(2b) 위에 배치되는 안정화층(31)의 일부인 스트라이크 도금층(31b)이 형성된다.
도 5c는 보호층 형성 공정 S22의 종료 후에 있어서의 초전도 선재(100)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다. 도 5c에 도시하는 바와 같이, 보호층(32)이 안정화층(31) 위에 형성된다. 보호층(32)의 형성은 종래 공지의 방법, 예를 들면 도금에 의해 실행된다. 또한, 제 1 면(1a) 위에는 스트라이크 도금층이 배치되어 있기 때문에, 보호층(32)을 형성할 때에, 기판(1)이 도금액 등에 의해 침식되어 버리는 것이 억제된다.
(실시형태에 따른 초전도 코일의 제조 방법)
이하에, 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 6은 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 제조 방법의 공정도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 제조 방법은 선재 권회 공정 S3과, 절연체 충전 공정 S4를 갖고 있다.
선재 권회 공정 S3에 있어서는, 초전도 선재(100)가 예를 들면 권회 프레임의 주위에 권회된다. 이에 의해, 초전도 선재(100)가 소용돌이 형상으로 성형된다. 절연체 충전 공정 S4에 있어서는, 초전도 선재(100) 사이의 공간에, 에폭시 수지 등이 함침되는 동시에, 에폭시 수지 등을 가열 경화시킴으로써, 소용돌이 형상으로 성형된 초전도 선재(100) 사이의 공간에 절연체(150)가 충전된다.
(실시형태에 따른 초전도 선재 및 초전도 코일의 효과)
이하에, 실시형태에 따른 초전도 선재(100) 및 초전도 코일(200)의 효과에 대해서, 비교예와 대비하는 것에 의해 설명한다. 도 7은 비교예에 따른 초전도 선재(110)의 길이방향에 평행한 단면에서의 단면도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 비교예에 따른 초전도 선재(110)는 실시형태에 따른 초전도 선재(100)와 마찬가지로, 기판(1)과, 초전도층(2)과, 피복층(3)을 갖고 있다.
그러나, 비교예에 따른 초전도 선재(110)는 제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 피복층(3)이 동일한 구성으로 되어 있는 점에 있어서, 실시형태에 따른 초전도 선재(100)와 상이하다. 즉, 비교예에 따른 초전도 선재(110)에 있어서는, 제 1 면(1a) 위에 배치되는 피복층(3) 및 제 4 면(2b) 위에 배치되는 피복층(3)이, 동시에 스퍼터층(31a)과 스트라이크 도금층(31b)을 포함하는 안정화층(31)과, 보호층(32)에 의해 구성되어 있다. 그 결과, 비교예에 따른 초전도 선재(110)에 있어서는, 제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 기판(1)의 밀착 강도가 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 초전도층(2)의 밀착 강도보다 낮게 되어 있지 않다.
도 8은 비교예에 따른 초전도 코일(210)의 부분 단면도이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 비교예에 따른 초전도 코일(210)은 비교예에 따른 초전도 선재(110)가 이용되어 있는 점을 제외하고, 실시형태에 따른 초전도 코일(200)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다.
비교예에 따른 초전도 코일(210)은 동작시에는, 액체 질소 등에 의해, 극저온까지 냉각된다. 절연체(150)의 열팽창계수는 상기한 바와 같이, 기판(1) 및 초전도층(2)의 열팽창계수보다 작다. 즉, 냉각에 수반하는 절연체(150)의 수축은 초전도층(2)의 냉각에 수반하는 수축보다 작다. 그 결과, 초전도층(2)에는 냉각에 수반하는 인장 응력(TS)이 작용한다. 이 인장 응력(TS)에 의해, 초전도층(2) 내에 파괴(B)가 생겨, 초전도 선재(110) 및 초전도 코일(210)의 초전도 특성이 열화된다.
도 9는 실시형태에 따른 초전도 코일(200)의 냉각시에 있어서의 부분 단면도이다. 도 9에 도시하는 바와 같이 실시형태에 따른 초전도 코일(200)에 있어서도, 마찬가지로 냉각에 수반하여 인장 응력(TS)이 발생한다.
그러나, 실시형태에 따른 초전도 코일에 있어서는, 제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 기판(1)의 밀착 강도가 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 피복층(3)과 초전도층(2)의 밀착 강도보다 낮게 되어 있기 때문에, 초전도층(2)에 과대한 인장 응력(TS)이 작용하기 전에, 초전도층(2)과는 반대측에 위치하는 제 1 면(1a) 위에 있어서, 기판(1)과 피복층(3)이 용이하게 박리된다.
그 때문에, 실시형태에 따른 초전도 선재(100) 및 초전도 코일(200)에 의하면, 초전도층(2) 내에 열팽창계수 차에 기인한 파괴의 발생을 억제할 수 있으며, 나아가서는 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
기판(1)에 직접 스트라이크 도금을 실시하는 경우, 기판(1)과 스트라이크 도금층 사이의 밀착 강도는 극히 낮다. 그 때문에, 실시형태에 따른 초전도 선재(100)에 있어서, 피복층(3)이 안정화층(31)을 갖고 있으며, 제 1 면(1a) 위에 배치되어 있는 안정화층(31)이 스트라이크 도금층으로 구성되며, 제 4 면(2b) 위에 배치되어 있는 안정화층이 스퍼터층(31a) 및 스트라이크 도금층(31b)에 의해 구성되어 있는 경우에는, 기판(1)과 피복층(3)이 제 1 면(1a)에 있어서 극히 용이하게 박리된다. 따라서, 이 경우에는, 초전도층(2) 내에 열팽창계수 차에 기인한 파괴의 발생을 더욱 억제할 수 있으며, 나아가서는 초전도 특성의 열화를 더욱 억제할 수 있다.
금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 하는 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아닌 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 기판 1a: 제 1 면
1b: 제 2 면 11: 기판층
11a: 제 1 층 11b: 제 2 층
11c: 제 3 층 12: 중간층
2: 초전도층 2a: 제 3 면
2b: 제 4 면 3: 피복층
31: 안정화층 31a: 스퍼터층
31b: 스트라이크 도금층 32: 보호층
100, 110: 초전도 선재 150: 절연체
200, 210: 초전도 코일 B: 파괴
S1: 준비 공정 S2: 피복층 형성 공정
S3: 선재 권회 공정 S4: 절연체 충전 공정
S21: 안정화층 형성 공정 S22: 보호층 형성 공정
T1: 제 1 두께 T2: 제 2 두께
T3: 제 3 두께 T4: 제 4 두께
TS: 인장 응력
1b: 제 2 면 11: 기판층
11a: 제 1 층 11b: 제 2 층
11c: 제 3 층 12: 중간층
2: 초전도층 2a: 제 3 면
2b: 제 4 면 3: 피복층
31: 안정화층 31a: 스퍼터층
31b: 스트라이크 도금층 32: 보호층
100, 110: 초전도 선재 150: 절연체
200, 210: 초전도 코일 B: 파괴
S1: 준비 공정 S2: 피복층 형성 공정
S3: 선재 권회 공정 S4: 절연체 충전 공정
S21: 안정화층 형성 공정 S22: 보호층 형성 공정
T1: 제 1 두께 T2: 제 2 두께
T3: 제 3 두께 T4: 제 4 두께
TS: 인장 응력
Claims (6)
- 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대면인 제 2 면을 갖는 기판과,
제 3 면과, 상기 제 3 면의 반대면인 제 4 면을 갖고, 상기 제 3 면이 상기 제 2 면에 대향하도록 상기 기판 위에 배치되는 초전도층과,
상기 제 1 면 위 및 상기 제 4 면 위에 배치되는 피복층을 구비하고,
상기 제 1 면 위에 배치되는 상기 피복층과 상기 기판의 밀착 강도는 상기 제 4 면 위에 배치되는 상기 피복층과 상기 초전도층의 밀착 강도보다 낮고,
상기 제 1 면 위에 배치되는 상기 피복층은 상기 제 1 면 위에 배치되는 제 1 안정화층 및 상기 제 1 안정화층 바로 위에 배치되는 제 1 보호층을 포함하고,
상기 제 4 면 위에 배치되는 상기 피복층은 상기 제 4 면 위에 배치되는 제 2 안정화층 및 상기 제 2 안정화층 바로 위에 배치되는 제 2 보호층을 포함하며,
상기 제 1 보호층 및 상기 제 2 보호층은 구리(Cu)로 형성되는
초전도 선재. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 면 위에 배치되는 상기 안정화층의 두께는 상기 제 4 면 위에 배치되는 상기 안정화층의 두께보다 작은
초전도 선재. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 면 위에 배치되는 상기 안정화층은 단층으로 구성되며,
상기 제 4 면 위에 배치되는 상기 안정화층은 복수층으로 구성되는
초전도 선재. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 면 위에 배치되는 상기 안정화층은 스트라이크 도금층으로 구성되며,
상기 제 4 면 위에 배치되는 상기 안정화층은 상기 제 4 면 위에 배치되는 스퍼터층과, 상기 스퍼터층 위에 배치되는 스트라이크 도금층에 의해 구성되는
초전도 선재. - 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 초전도 선재와,
상기 초전도층보다 열팽창계수가 큰 절연체를 구비하고,
상기 초전도 선재는 주회 마다 공간을 두고 권회된 소용돌이 형상을 가지며,
상기 절연체는 상기 공간에 충전되는
초전도 코일.
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