KR20170038029A - 초전도 선재 - Google Patents

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다츠오키 나가이시
마사야 고니시
고타로 오키
겐키 혼다
다츠히코 요시하라
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

초전도 선재(10)는, 적층체(20)와 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))을 구비한다. 적층체(20)는, 주면을 갖는 기판(1)과, 해당 주면상에 형성된 초전도 재료층(5)을 포함한다. 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))은, 적어도 초전도 재료층(5)상에 배치된다. 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))에 있어서, 초전도 재료층(5)상에 위치하는 표면 부분(안정화층(9)의 표면 부분(25) 또는 보호층(7)의 상부 표면)은 오목 형상으로 되어 있다.

Description

초전도 선재{SUPERCONDUCTING WIRE ROD}
본 발명은, 초전도 선재에 관한 것이고, 보다 특정적으로는, 기판상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재에 관한 것이다.
최근, 금속 기판상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재의 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도, 전이 온도가 액체 질소 온도 이상의 고온 초전도체인 산화물 초전도체로 이루어지는 초전도 재료층이 마련된 산화물 초전도 선재가 주목받고 있다.
이와 같은 산화물 초전도 선재는, 일반적으로, 배향성의 금속 기판상에 중간층을 형성하고, 해당 중간층상에 산화물 초전도 재료층을 형성하고, 은(Ag)이나 구리(Cu)의 안정화층을 더 형성하는 것에 의해 제조되고 있다(예컨대 일본 특허 공개 2013-12406호 공보(특허 문헌 1) 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2013-12406호 공보
상술한 구성의 초전도 선재는, 예컨대 코일 형상으로 감겨져 초전도 코일을 구성한다. 이때, 감겨진 초전도 선재의 표면(특히 초전도 재료층이 형성된 쪽의 안정화층 표면)이, 해당 표면상에 적층된 초전도 선재나 다른 부재와 접촉하여, 해당 표면이 손상되는 경우가 있었다. 이 경우, 해당 손상에 기인하여 초전도 선재의 초전도 재료층도 손상되고, 결과적으로 초전도 선재의 특성이 열화되는 일이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은, 초전도 특성의 열화를 억제하는 것이 가능한 초전도 선재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양과 관련되는 초전도 선재는, 적층체와 피복층을 구비한다. 적층체는, 주면을 갖는 기판과, 해당 주면상에 형성된 초전도 재료층을 포함한다. 피복층은, 적어도 초전도 재료층상에 배치된다. 피복층에 있어서, 초전도 재료층상에 위치하는 표면 부분은 오목 형상으로 되어 있다.
상기에 의하면, 초전도 선재의 피복층에 있어서의 표면 부분이 오목 형상으로 되어 있으므로, 표면 부분상에 적층 배치된 다른 부재 등이 표면 부분의 오목한 영역에 접촉할 가능성을 저감할 수 있다. 이 때문에, 상기 접촉에 기인하는 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 4는 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 5는 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 6은 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 7은 세선 가공 공정에 이용되는 슬리터의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 초전도 선재의 변형예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 초전도 선재의 변형예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 초전도 선재를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 초전도 선재의 변형예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 7과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 7과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 20은 본 발명의 실시의 형태 7과 관련되는 초전도 선재를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 21은 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 22는 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 23은 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 초전도 선재를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 24는 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 초전도 선재의 변형예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 25는 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 초전도 선재의 변형예의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 26은 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 초전도 선재의 변형예를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 27은 본 발명의 실시의 형태 9와 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 28은 본 발명의 실시의 형태 9와 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 29는 본 발명의 실시의 형태 9와 관련되는 초전도 선재를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
[본 발명의 실시 형태의 설명]
최초로 본 발명의 실시 형태를 열기하여 설명한다.
(1) 본 발명의 일 태양과 관련되는 초전도 선재(10)(도 1 참조)는, 적층체(20)와 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))을 구비한다. 적층체(20)는, 주면을 갖는 기판(1)과, 해당 주면상에 형성된 초전도 재료층(5)을 포함한다. 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))은, 적어도 초전도 재료층(5)상에 배치된다. 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))에 있어서, 초전도 재료층(5)상에 위치하는 표면 부분(안정화층(9)의 표면 부분(25) 또는 보호층(7)의 상부 표면)은 오목 형상으로 되어 있다. 또, 상기 초전도 재료층(5)은, 기판(1)의 주면상에 직접적으로 형성되거나 또는 중간층(3) 등을 거쳐서 간접적으로 형성될 수 있다.
이와 같이 하면, 초전도 선재(10)의 피복층(안정화층(9) 또는 보호층(7))에 있어서의 표면 부분이 오목 형상으로 되어 있으므로, 표면 부분상에 적층 배치된 다른 부재(예컨대 초전도 선재(10)의 다른 부분 등)가 표면 부분(25)의 오목한 영역에 접촉할 가능성을 저감할 수 있다. 이 때문에, 상기 접촉에 기인하여 초전도 재료층(5)이 파손될 가능성을 저감할 수 있으므로, 초전도 선재(10)에 있어서의 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
(2) 상기 초전도 선재(10)에서는, 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 표면 부분(25)의 오목 형상으로 되어 있는 영역의 꼭대기부(頂部)(21)와 바닥부(底部)(23)의 사이의, 기판의 두께 방향에 있어서의 거리 L1이 1㎛ 이상 100㎛ 이하이더라도 좋다. 이 경우, 오목 형상으로 되어 있는 표면 부분(25)에 다른 부재 등이 접촉할 가능성을 저감할 수 있으므로, 상술한 초전도 재료층(5)의 파손의 가능성을 확실히 저감할 수 있다. 또, 여기서 꼭대기부(21)란, 오목 형상으로 되어 있는 표면 부분(25)에 있어서 초전도 재료층(5)으로부터 가장 떨어진 영역(예컨대, 볼록 형상으로 돌출한 영역)을 의미한다. 또한, 바닥부(23)란, 표면 부분(25)에 있어서 초전도 재료층(5)에 가장 가까운 영역(예컨대, 오목 형상 내부에 있어서 가장 깊은 영역)을 말한다. 또, 상기 거리 L1이 1㎛ 미만이면 표면 부분(25)의 오목 형상이 충분한 깊이가 되지 않고, 상술한 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 상기 거리 L1이 100㎛를 넘는 경우, 표면 부분(25)의 꼭대기부(21)가 너무 돌출하여 해당 꼭대기부(21)의 파손 등의 가능성이 높아진다. 또한, 상기 거리 L1의 하한은 바람직하게는 5㎛, 보다 바람직하게는 10㎛, 더 바람직하게는 15㎛로 할 수 있다. 또한, 상기 거리 L1의 상한은, 바람직하게는 80㎛, 보다 바람직하게는 70㎛, 더 바람직하게는 50㎛로 할 수 있다.
(3) 상기 초전도 선재(10)(도 8 참조)에서는, 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 표면 부분(25)의 폭 W1은, 초전도 선재에 있어서 표면 부분과 반대쪽에 위치하는 영역(이면 부분(26))의 폭 W2보다 좁더라도 좋다. 이 경우, 초전도 선재(10)를 감아서 코일 등을 형성할 때에, 적층된 외주측의 초전도 선재(10)의 부분과, 해당 초전도 선재(10)의 부분의 내주측에 위치하는 다른 부분의 사이에서 극간을 형성할 수 있다. 이 때문에, 적층된 초전도 선재(10)의 표면 부분(25)이 적층된 초전도 선재(10)의 다른 부분에 의해 손상을 받을 가능성을 저감할 수 있다.
(4) 상기 초전도 선재(10)에서는, 초전도 선재(10)에 있어서 표면 부분(25)과 반대쪽에 위치하는 이면 부분(26)의 형상이 평면 형상(예컨대 도 1 참조) 및 오목 형상(예컨대 도 29 참조) 중 어느 한쪽이더라도 좋다. 이 경우, 초전도 선재(10)를 포갰을 때에, 표면 부분(25)과 이면 부분(26)의 형상이 상이하기 때문에, 해당 이면 부분(26)이 표면 부분(25)의 중앙부(예컨대 오목 형상의 바닥의 부분 등)에 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
(5) 상기 초전도 선재(10)(도 9 참조)에서는, 초전도 선재(10)에 있어서 표면 부분(25)과 반대쪽에 위치하는 이면 부분(26)의 형상은 볼록 형상의 곡면 형상이더라도 좋다. 표면 부분(25)의 형상은 오목 형상의 곡면 형상이더라도 좋다. 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 이면 부분(26)의 곡률 반경은 표면 부분(25)의 곡률 반경보다 크더라도 좋다. 이 경우, 초전도 선재(10)를 포갰을 때에, 표면 부분(25)과 이면 부분(26)의 곡률 반경이 상이하기 때문에, 해당 이면 부분(26)이 표면 부분(25)의 중앙부 등에 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
(6) 상기 초전도 선재(10)(도 12 참조)에서는, 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 초전도 재료층(5)의 중앙부상에 있어서의 피복층(안정화층(9))의 두께 T1보다, 초전도 재료층(5)의 단부상에 있어서의 피복층(안정화층(9))의 두께 T2가 두껍더라도 좋다. 이 경우, 피복층의 표면 부분(25)의 오목 형상에 있어서의 꼭대기부가 초전도 재료층(5)의 단부상의 영역이 된다. 그리고, 해당 초전도 재료층(5)의 단부상의 피복층의 영역은, 다른 부재(예컨대 적층 배치된 초전도 선재(10)의 다른 부분)와 직접적으로 접촉할 가능성이 높아진다. 이와 같이 다른 부재가 상기 피복층의 영역에 접촉한 경우에도, 다른 부재가 접촉한 영역에 있어서의 상기 피복층의 두께 T2가 충분히 두껍게 되어 있기 때문에, 해당 다른 부재의 접촉에 기인하는 압력이 초전도 재료층(5)에까지 악영향을 미칠 가능성을 저감할 수 있다.
(7) 본 발명의 일 태양과 관련되는 초전도 선재(10)(도 16 참조)는, 주면을 갖는 기판(1)과, 주면상에 형성된 초전도 재료층(5)을 구비한다. 초전도 재료층(5)의 표면은 오목 형상으로 되어 있다. 이와 같이 하면, 초전도 재료층(5)의 표면상에 보호층(7)이나 안정화층(9) 등의 피복층을 형성할 때에, 해당 피복층의 상부 표면(표면 부분(25))을 용이하게 오목 형상으로 할 수 있다. 이 결과, 상부 표면상에 적층 배치된 다른 부재(예컨대 초전도 선재(10)의 다른 부분 등)가 표면 부분(25)의 오목한 영역에 접촉할 가능성을 저감할 수 있다.
(8) 상기 초전도 선재(10)(도 16 참조)에서는, 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 초전도 재료층(5)의 표면의 오목 형상으로 되어 있는 영역의 꼭대기부(41)(도 14 참조)와 바닥부(43)(도 14 참조)의 사이의, 기판(1)의 두께 방향에 있어서의 거리 L2가 1㎛ 이상 100㎛ 이하이더라도 좋다. 이 경우, 초전도 재료층(5)에 있어서 표면을 오목 형상으로 한 것에 의한 내부 응력의 값을, 초전도 특성에 대한 악영향이 발생하지 않는 레벨로 억제할 수 있음과 아울러, 초전도 재료층(5)(도 16 참조)의 표면상에 형성하는 피복층의 상부 표면을 확실히 오목 형상으로 할 수 있다. 또, 여기서 꼭대기부(41)란, 오목 형상으로 되어 있는 초전도 재료층(5)의 표면에 있어서 기판(1)의 이면(초전도 재료층(5)이 형성된 표면과 반대측의 이면)으로부터 가장 떨어진 영역(예컨대, 볼록 형상으로 돌출한 영역)을 의미한다. 또한, 바닥부(43)란, 초전도 재료층(5)의 표면에 있어서 기판(1)의 이면에 가장 가까운 영역(예컨대, 오목 형상 내부에 있어서 가장 깊은 영역)을 말한다. 또, 상기 거리 L2가 1㎛ 미만이면, 초전도 재료층(5)의 표면상에 형성되는 피복층(안정화층(9))의 표면 부분(25)의 오목 형상이 충분한 깊이가 되지 않고, 상술한 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 상기 거리 L2가 100㎛를 넘는 경우, 초전도 재료층(5)에 있어서 과대한 내부 응력이 발생할 가능성이 있고, 이 결과 초전도 특성이 열화될 가능성이 있다. 또한, 상기 거리 L2의 하한은 바람직하게는 5㎛, 보다 바람직하게는 10㎛, 더 바람직하게는 15㎛로 할 수 있다. 또한, 상기 거리 L2의 상한은, 바람직하게는 80㎛, 보다 바람직하게는 70㎛, 더 바람직하게는 50㎛로 할 수 있다.
(9) 본 발명의 일 태양과 관련되는 초전도 선재(10)(도 20 참조)는, 주면을 갖는 기판(1)과, 주면상에 형성된 초전도 재료층(5)을 구비한다. 기판(1)의 주면(55)(도 18 참조)은 오목 형상으로 되어 있다. 이와 같이 하면, 해당 초전도 재료층(5)(도 20 참조)상에 보호층(7)이나 안정화층(9) 등의 피복층을 형성할 때에, 해당 피복층의 상부 표면(표면 부분(25))을 용이하게 오목 형상으로 할 수 있다. 이 결과, 상부 표면상에 적층 배치된 다른 부재(예컨대 초전도 선재(10)의 다른 부분 등)가 표면 부분(25)의 오목한 영역에 접촉할 가능성을 저감할 수 있다.
(10) 상기 초전도 선재(10)(도 20 참조)에서는, 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 기판(1)의 주면(55)(도 18 참조)의 오목 형상으로 되어 있는 영역의 꼭대기부(51)와 바닥부(53)의 사이의, 기판(1)의 두께 방향에 있어서의 거리 L3이 1㎛ 이상 100㎛ 이하이더라도 좋다. 이 경우, 기판(1)의 주면(55)상에 형성한 초전도 재료층(5)에 있어서 해당 주면(55)이 오목 형상으로 되어 있는 것에 기인하여 발생하는 내부 응력의 값을, 초전도 특성에 대한 악영향이 발생하지 않는 레벨로 억제할 수 있음과 아울러, 초전도 재료층(5)의 표면상에 형성하는 피복층의 상부 표면을 확실히 오목 형상으로 할 수 있다. 또, 여기서 꼭대기부(51)란, 오목 형상으로 되어 있는 기판(1)의 표면에 있어서 기판(1)의 이면(초전도 재료층(5)이 형성된 표면과 반대쪽의 이면)으로부터 가장 떨어진 영역(예컨대, 볼록 형상으로 돌출한 영역, 혹은 기판(1)의 주면에 있어서 기판(1)의 두께가 가장 두꺼운 영역)을 의미한다. 또한, 바닥부(53)란, 기판(1)의 표면에 있어서 기판(1)의 이면에 가장 가까운 영역(예컨대, 오목 형상 내부에 있어서 가장 깊은 영역, 혹은 기판(1)의 주면(55)에 있어서 기판(1)의 두께가 가장 얇은 부분)을 말한다. 또한, 상기 거리 L3이 1㎛ 미만이면, 기판(1)의 주면(55) 및 초전도 재료층(5)을 포함하는 적층체(20)의 표면상에 형성되는 피복층(안정화층(9))의 표면 부분(25)의 오목 형상이 충분한 깊이가 되지 않고, 상술한 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 상기 거리 L3이 100㎛를 넘는 경우, 기판(1)의 주면(55)상에 형성되는 초전도 재료층(5)에 있어서 과대한 내부 응력이 발생할 가능성이 있고, 이 결과 초전도 특성이 열화될 가능성이 있다. 또한, 상기 거리 L3의 하한은 바람직하게는 5㎛, 보다 바람직하게는 10㎛, 더 바람직하게는 15㎛로 할 수 있다. 또한, 상기 거리 L3의 상한은, 바람직하게는 80㎛, 보다 바람직하게는 70㎛, 더 바람직하게는 50㎛로 할 수 있다.
(11) 상기 초전도 선재(10)(도 23 참조)에서는, 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 주면(55)(도 21)의 폭 W3은, 기판(1)에 있어서 주면(55)과 반대쪽에 위치하는 영역(도 21에 있어서의 이면(56))의 폭 W4보다 좁더라도 좋다. 이 경우, 초전도 선재(10)를 감아서 코일 등을 형성할 때에, 적층된 외주측의 초전도 선재(10)의 부분과, 해당 초전도 선재(10)의 부분의 내주측에 위치하는 다른 부분의 사이에서 극간을 형성할 수 있다. 이 때문에, 적층된 초전도 선재(10)의 초전도 재료층(5)이 형성된 쪽의 표면(표면 부분(25))이 적층된 초전도 선재(10)의 다른 부분에 의해 손상을 받을 가능성을 저감할 수 있다.
(12) 상기 초전도 선재(10)(도 20 또는 도 29 참조)에서는, 기판(1)에 있어서 주면(55)(도 18 또는 도 27 참조)과 반대쪽에 위치하는 이면(56)의 형상은 평면 형상(도 18 참조) 및 오목 형상(도 27 참조) 중 어느 한쪽이더라도 좋다. 이 경우, 초전도 선재(10)를 포갰을 때에, 기판(1)의 주면(55)측의 표면(도 20 또는 도 29의 표면 부분(25))과 기판(1)의 이면(56)측의 표면(도 20 또는 도 29의 이면 부분(26))의 형상이 상이하기 때문에, 해당 이면 부분(26)이, 주면(55)의 형상을 따른 오목 형상으로 된 표면 부분(25)의 중앙부(예컨대 오목 형상의 바닥의 부분 등)에 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
(13) 상기 초전도 선재(10)(도 26 참조)에서는, 기판(1)에 있어서 주면(55)(도 24 참조)과 반대쪽에 위치하는 이면(56)(도 24 참조)의 형상은 볼록 형상의 곡면 형상이더라도 좋고, 주면(55)의 형상은 오목 형상의 곡면 형상이더라도 좋다. 기판(1)의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 이면(56)의 곡률 반경은 주면(55)의 곡률 반경보다 크더라도 좋다. 이 경우, 초전도 선재(10)(도 26 참조)를 포갰을 때에, 기판(1)의 주면(55)측에 위치하는 초전도 선재(10)의 표면(표면 부분(25))과, 기판(1)의 이면(56)측에 위치하는 초전도 선재(10)의 이면(이면 부분(26))의 곡률 반경을 용이하게 상이하도록 할 수 있으므로, 해당 이면 부분(26)이 표면 부분(25)의 중앙부 등에 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
[본 발명의 실시 형태의 상세]
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면에 근거하여 설명한다. 또, 이하의 도면에 있어서, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
<실시의 형태 1>
(초전도 선재의 구성)
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 1은 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재(10)의 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다. 이 때문에, 지면에 교차하는 방향이 초전도 선재의 긴 방향이고, 초전도 재료층(5)의 초전도 전류는 지면에 교차하는 방향을 따라 흐르는 것으로 한다. 또한, 도 1 및 이후의 단면 모식도에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 직사각형 형상의 단면에 있어서의 상하 방향(이하, 「두께 방향」이라고도 칭한다)과 좌우 방향(이하, 「폭 방향」이라고도 칭한다)의 길이의 차이를 작게 하고 있지만, 실제는 해당 단면의 두께 방향의 길이는 폭 방향의 길이에 비하여 충분히 작다.
도 1을 참조하여, 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재(10)는, 단면이 직사각형을 이루는 긴 형상(테이프 형상)이고, 여기서는 긴 형상의 길이 방향으로 연장되는 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 주면과, 제 2 주면을 갖는다. 제 2 주면은, 제 1 주면과는 반대쪽에 위치한다. 기판(1)은, 예컨대 금속으로 이루어지고, 단면이 직사각형을 이루는 긴 형상(테이프 형상)으로 하는 것이 바람직하다. 코일로 감기 위해서는, 기판(1)은 예컨대 2㎞ 정도로 길게 되어 있는 것이 바람직하다.
기판(1)은, 배향 금속 기판을 이용하는 것이 더 바람직하다. 또, 배향 금속 기판이란, 기판 표면의 면내의 2축 방향에 관하여, 결정 방위가 정렬되어 있는 기판을 의미한다. 배향 금속 기판으로서는, 예컨대 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 및 금(Au) 중 2개 이상의 금속으로 이루어지는 합금이 적합하게 이용된다. 이들 금속을 다른 금속 또는 합금과 적층할 수도 있고, 예컨대 고강도 재료인 SUS 등의 합금을 이용할 수도 있다. 또, 기판(1)의 재료는 특별히 이것으로 한정되지 않고, 예컨대 금속 이외의 재료를 이용하더라도 좋다.
초전도 선재(10)의 폭 방향의 길이는, 예컨대 4㎜~10㎜ 정도이다. 초전도 선재(10)에 흐르는 전류 밀도를 크게 하기 위해서는, 기판(1)의 단면적이 작은 것이 바람직하다. 단, 기판(1)의 두께(도 1에 있어서의 상하 방향)를 너무 얇게 하면, 기판(1)의 강도가 열화될 가능성이 있다. 따라서, 기판(1)의 두께는 예컨대 0.1㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.
중간층(3)은, 기판(1)의 제 1 주면상에 형성되어 있다. 초전도 재료층(5)은, 중간층(3)의, 기판(1)과 대향하는 주면과 반대쪽의 주면(도 1에 있어서의 위쪽의 주면)상에 형성되어 있다. 즉, 초전도 재료층(5)은, 중간층(3)을 거쳐서 기판(1)의 제 1 주면상에 배치되어 있다. 중간층(3)을 구성하는 재료는, 예컨대 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 산화세륨(CeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화이트륨(Y2O3) 및 타이타늄산스트론튬(SrTiO3) 등이 바람직하다. 이들 재료는, 초전도 재료층(5)과의 반응성이 매우 낮고, 초전도 재료층(5)과 접촉하고 있는 경계면에 있어서도 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 완화하여, 초전도 재료층(5)을 고온에서 형성할 때에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)으로의 금속 원자의 유출을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또, 중간층(3)을 구성하는 재료는 특별히 이것으로 한정되지 않는다.
또한, 중간층(3)은, 복수의 층에 의해 구성되어 있더라도 좋다. 중간층(3)이 복수의 층에 의해 구성되는 경우, 중간층(3)을 구성하는 각각의 층은 서로 상이한 재질 또는 일부가 동일한 재질에 의해 구성되어 있더라도 좋다.
초전도 재료층(5)은, 초전도 선재(10) 중, 초전도 전류가 흐르는 박막층이다. 초전도 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 RE-123계의 산화물 초전도체로 하는 것이 바람직하다. 또, RE-123계의 산화물 초전도체란, REBa2Cu3Oy(y는 6~8, 보다 바람직하게는 6.8~7, RE란 이트륨, 또는 Gd, Sm, Ho 등의 희토류 원소를 의미한다)로서 나타내어지는 초전도체를 의미한다. 또한, 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 반대쪽의 주면(도 1에 있어서의 위쪽의 주면)상에 형성되어 있다. 보호층(7)은, 예컨대 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 바깥쪽의 최표면(最表面)의 거의 전면을 덮도록, 안정화층(9)이 배치되어 있다. 단, 본 발명에 있어서의 「적층체의 주위」란, 모든 둘레로 한정되는 것이 아니고, 적층체의 주면만이더라도 좋다.
안정화층(9)은, 높은 도전성의 금속재료의 박 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 전류(電流)가 전류(轉流; commutation)하는 바이패스로서 기능한다. 안정화층(9)을 구성하는 재료는, 예컨대 구리(Cu) 또는 구리 합금 등이 바람직하다. 안정화층(9)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 보호층(7) 및 초전도 재료층(5)을 물리적으로 보호하는 관점으로부터 10㎛~500㎛인 것이 바람직하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 적층체(20)에 있어서, 적층체(20)의 연장 방향에 대하여 수직인 방향(폭 방향)에 있어서의 양 단부는, 보호층(7)의 표면으로 향하는 방향으로 돌출하고 있다. 즉, 적층체(20)의 보호층(7)의 표면은 상술한 적층체(20)의 연장 방향에 대하여 수직인 방향(폭 방향)에 있어서의 단면에 있어서 오목 형상으로 되어 있다. 또, 적층체(20)에 있어서의 기판(1)의 이면(기판(1)에 있어서 중간층(3)이 형성된 제 1 주면과 반대쪽에 위치하는 제 2 주면)은, 평탄한 형상으로 되어 있다.
이 적층체(20)의 외주를 덮도록 형성되어 있는 안정화층(9)에 있어서, 초전도 재료층(5)이 형성되어 있는 쪽의 표면인 표면 부분(25)도, 적층체(20)의 연장 방향에 대하여 수직인 방향에 있어서의 단면의 형상이 오목 형상으로 되어 있다. 또한, 안정화층(9)에 있어서, 기판(1)의 이면상에 위치하는 부분의 표면인 이면 부분(26)은 평탄한 형상으로 되어 있다. 표면 부분(25)에 있어서의 바닥부(23)와 꼭대기부(21)의 사이의 기판(1)의 두께 방향에 있어서의 거리 L1은, 예컨대 1㎛ 이상 100㎛ 이하로 할 수 있다. 바닥부(23)는, 표면 부분(25)의 폭 방향에 있어서의 거의 중앙부에 위치한다. 또한, 꼭대기부(21)는, 표면 부분(25)의 폭 방향에 있어서의 단부에 위치한다.
이와 같이, 초전도 재료층(5)이 형성된 쪽의 안정화층(9)의 표면 부분(25)이 오목 형상으로 되어 있기 때문에, 초전도 선재(10)를 코일 형상으로 감은 경우에 표면 부분(25)이 다른 부재 또는 감겨진 초전도 선재(10)의 다른 부분과 접촉하여 결과적으로 초전도 재료층(5)이 데미지를 받는다고 하는 문제의 발생을 억제할 수 있다.
(초전도 선재의 제조 방법)
도 2~도 7을 참조하여, 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)의 제조 방법을 설명한다. 이하에서는, 30㎜ 폭으로 제작된 적층체(20)로부터 4㎜ 폭으로 세선 가공된 적층체(20)를 이용하여 초전도 선재(10)를 제조하는 방법을 예로 들어, 본 실시의 형태를 구체적으로 설명한다.
도 2는 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 플로차트이다. 도 2를 참조하여, 우선 기판 준비 공정(S10)이 실시된다. 구체적으로는, 도 3을 참조하여, 배향 금속 기판으로 이루어지고, 30㎜ 폭의 테이프 형상을 갖는 기판(1)이 준비된다. 기판(1)은, 제 1 주면과, 제 1 주면과는 반대쪽에 위치하는 제 2 주면을 갖는다. 기판(1)의 두께는 목적에 따라 적당히 조정하면 되고, 통상 10㎛~500㎛의 범위로 할 수 있다. 기판(1)의 두께는 예컨대 100㎛ 정도이다.
다음으로, 기판(1)상에 중간층(3)을 형성하는 중간층 형성 공정(도 2의 S20)이 실시된다. 구체적으로는, 도 4를 참조하여, 기판(1)의 제 1 주면상에 중간층(3)이 성막된다. 중간층(3)의 성막 방법으로서는, 임의의 성막 방법을 이용할 수 있지만, 예컨대 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 2의 S30)이 실시된다. 구체적으로는, 도 5를 참조하여, 중간층(3)의 기판(1)과 대향하는 주면과 반대쪽의 주면(도 5에 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, 예컨대 기상법 및 액상법, 또는 그들의 조합에 의해 형성한다. 기상법으로서는, 예컨대 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 2의 S40)이 실시된다. 구체적으로는, 도 6을 참조하여, 초전도 재료층(5)의 중간층(3)과 대향하는 주면과 반대쪽의 주면(도 6에 있어서의 위쪽의 주면)상에, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 보호층(7)을, 예컨대 스퍼터 등의 물리적 증착법이나 전기 도금법 등에 의해 형성한다. 보호층(7)을 형성함으로써, 초전도 재료층(5)의 표면을 보호할 수 있다. 그 후, 산소 분위기하에서 가열 처리하는 산소 어닐을 행하여(산소 도입 공정), 초전도 재료층(5)에 산소를 도입한다. 이상의 공정이 실시되는 것에 의해, 폭 방향의 길이가 30㎜ 정도인 적층체(20)가 형성된다.
다음으로, 30㎜ 폭의 적층체(20)를 소정의 폭(예컨대 4㎜ 폭)으로 절단하는 세선 가공 공정(도 3의 S50)이 실시된다. 구체적으로는, 도 7에 나타내어지는 바와 같이, 회전 칼날을 이용하여 30㎜ 폭의 적층체(20)를 기계적으로 절단하는 기계 슬릿팅 가공을 행하는 것에 의해, 적층체(20)를 4㎜ 폭으로 세선화한다. 도 7은 세선 가공 공정에 이용되는 슬리터(30)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 7의 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 순서로 적층하여 이루어진다.
도 7을 참조하여, 슬리터(30)는, 복수의 회전 칼날(31)과, 복수의 스페이서(32)를 갖는다. 본 실시의 형태에 있어서는, 슬리터(30)는 예컨대 합계 7매의 회전 칼날(31)을 갖고 있다. 슬리터(30)의 위쪽의 회전축에는, 약 4㎜ 폭의 회전 칼날(31)이 3매 배치되어 있다. 회전축 방향으로 인접하는 회전 칼날(31)의 사이에는 스페이서(32)가 배치되어 있다. 슬리터(30)의 아래쪽의 회전축에도 약 4㎜ 폭의 회전 칼날(31)이 4매 배치되어 있다. 또, 위쪽의 회전축과 아래쪽의 회전축에 설치하는 회전 칼날(31)의 폭은, 임의로 설정할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 보호층(7) 쪽으로부터 회전 칼날(31)이 접촉하여 슬릿팅된 적층체(20b)는, 인접하는 회전 칼날(31) 사이의 거리나 포개지는 높이 등의 슬릿팅 조건을 조정하는 것에 의해, 도 1에 나타내는 바와 같이 초전도 재료층(5)이나 보호층(7)의 폭 방향 단부가 돌출하는(보호층(7)의 표면이 오목 형상이 되는) 단면 형상으로 되어 있다. 이것에 의해, 도 1에 나타내는 바와 같은 단면 형상의 적층체(20b)(4㎜ 폭의 세선)를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 기계 슬릿팅 가공에 있어서는, 상하로 서로 대향하는 회전 칼날(31)을 이용하여 전단(shearing)에 의해 절단하고 있다. 얻어진 세선(적층체 20a, 20b)의 각각에 있어서, 회전 칼날(31)이 들어가는 방향(슬릿팅 방향)에 따라 에지 부분에 만곡이 발생한다. 구체적으로는, 위쪽의 회전 칼날(31)에 의해 보호층(7) 쪽으로부터 슬릿팅한 세선(적층체(20b))의 에지 부분에서는, 기판(1)이 보호층(7) 쪽으로 만곡한다. 한편, 아래쪽의 회전 칼날(31)에 의해 기판(1) 쪽으로부터 슬릿팅한 세선(적층체(20a))의 에지 부분에서는, 보호층(7) 및 세라믹스층이 기판(1) 쪽으로 만곡한다.
또, 도 7에 나타낸 기계 슬릿팅 가공에 있어서, 기판(1) 쪽으로부터 넣는 회전 칼날(31)의 폭과 보호층(7) 쪽으로부터 넣는 회전 칼날(31)의 폭을 동일하게 했지만, 보호층(7) 쪽으로부터 넣는 회전 칼날(31)에 소정의 선폭(예컨대 4㎜ 폭)에 대응한 회전 칼날(31)을 이용함과 아울러, 기판(1) 쪽으로부터 넣는 회전 칼날(31)로 보다 폭이 좁은 회전 칼날(31)을 이용하도록 하더라도 좋다. 이것에 의해, 보호층(7) 쪽으로부터 슬릿팅되어 얻어지는 세선(도 1에 나타내는 바와 같이 보호층(7)의 상부 표면이 오목 형상으로 된 적층체(20))의 수를 많게 할 수 있다.
다시 도 2를 참조하여, 마지막으로, 세선 가공된 적층체(20)의 주위에 안정화층(9)을 형성하는 안정화층 형성 공정(도 2의 S60)이 실시된다. 구체적으로는, 적층체(20)의 외주를 덮도록, 즉, 적층체(20)의 바깥쪽의 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 붙이는 방법이 있다. 이상의 공정이 실시되는 것에 의해, 도 1에 나타내는 실시의 형태 1과 관련되는 초전도 선재(10)가 제조된다.
<실시의 형태 2>
도 8을 참조하여, 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 2를 설명한다.
도 8을 참조하여, 초전도 선재(10)는, 기본적으로는 도 1에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 적층체(20)를 구성하는 기판(1)의 이면(중간층(3)이 형성된 상부 표면과 반대쪽에 위치하는 이면)이 바깥쪽으로 볼록하게 된 곡면 형상으로 되어 있는 점 및 안정화층(9)의 이면 부분(26)(기판(1)으로부터 보아서 초전도 재료층(5)이 형성된 쪽과 반대쪽에 위치하는 안정화층(9)의 표면)이 바깥쪽으로 볼록한 곡면 형상으로 되어 있는 점이 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 상이하다. 또한, 도 8에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서는, 안정화층(9)의 표면 부분(25)의 폭 W1보다 이면 부분(26)의 폭 W2가 크게 되어 있다. 또한, 안정화층(9)의 양 단면(표면 부분(25)과 이면 부분(26)의 사이를 접속하는 2개의 측면)이, 서로 경사한 상태로 되어 있다. 또, 적층체(20)의 양 단면(기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)이 노출되고 있는 2개의 측면)도 서로 교차하는 방향으로 경사져 있다.
이와 같은 구조의 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 8에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서는, 해당 초전도 선재(10)를 코일 형상으로 감은 경우에, 표면 부분(25)과 이면 부분(26)의 폭이 상이하기 때문에, 감아서 적층 배치된 초전도 선재(10)의 내주 쪽에 위치하는 부분과 외주 쪽에 위치하는 부분의 사이에 극간을 형성할 수 있다. 이 때문에, 적층한 초전도 선재(10)끼리 밀착되는 경우에 비하여 초전도 선재(10)의 표면 부분(25)에 상처 등이 발생할 확률을 저감할 수 있다.
도 9를 참조하여, 본 발명에 의한 초전도 선재(10)의 실시의 형태 2의 변형예를 설명한다. 도 9에 나타낸 초전도 선재(10)는, 기본적으로는 도 8에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 표면 부분(25)의 곡률 반경과 이면 부분(26)의 곡률 반경이 상이하다. 구체적으로는, 도 9에 나타낸 초전도 선재(10)에서는, 이면 부분(26)의 곡률 반경이, 표면 부분(25)의 곡률 반경보다 크게 되어 있다. 이와 같이 하면, 초전도 선재(10)를 감아서 적층한 경우에, 하층 쪽의 초전도 선재(10)의 표면 부분(25)과, 상층 쪽의 초전도 선재(10)의 이면 부분(26)이 밀착되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 표면 부분(25)상에 적층된 초전도 선재(10)의 다른 부분에 의해 해당 표면 부분(25)에 상처 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
<실시의 형태 3>
도 10을 참조하여, 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 3을 설명한다.
도 10을 참조하여, 초전도 선재(10)는, 기본적으로는 도 1에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 안정화층(9)의 이면 부분(26)이 기판(1) 쪽으로 오목한 오목부(곡면 형상부)로 되어 있다. 이와 같은 구조의 초전도 선재(10)에 있어서도, 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음과 아울러, 초전도 선재(10)를 감아서 적층했을 때에, 적층한 초전도 선재(10)의 표면 부분(25)과 해당 표면 부분(25)상에 위치하는 초전도 선재(10)의 다른 부분(이면 부분(26))이 접촉하는 영역의 면적을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 표면 부분(25)에 상처 등이 발생할 확률을 저감할 수 있다. 이 결과, 해당 상처에 기인하여 초전도 재료층(5)에 결함이 발생하고 초전도 특성이 열화된다고 하는 문제의 발생을 억제할 수 있다.
또, 도 10에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서의 안정화층(9)의 제조 방법으로서는, 임의의 방법을 이용할 수 있지만, 예컨대 적층체(20)의 폭 방향 단부에 있어서의 도금시의 전계 강도를 다른 부분에 있어서의 전계 강도보다 높인다고 하는 것에 의해, 해당 단부에서의 안정화층(9)의 두께를 상대적으로 두껍게 한다고 하는 방법을 이용할 수 있다.
도 11을 참조하여, 도 10에 나타낸 초전도 선재의 변형예를 설명한다. 도 11에 나타낸 초전도 선재(10)는, 기본적으로는 도 10에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 적층체(20)를 구성하는 기판(1)의 이면(중간층(3)이 형성된 표면과 반대쪽에 위치하는 표면)의 형상이 도 10에 나타낸 초전도 선재(10)의 기판(1)과는 상이하다. 즉, 도 11에 나타낸 초전도 선재(10)의 기판(1)의 이면은 초전도 재료층(5) 쪽으로 오목한 곡면 형상으로 되어 있다. 그리고, 안정화층(9)의 이면 부분(26)의 형상도, 해당 기판(1)의 이면의 형상을 따른 곡면 형상의 오목부 형상으로 되어 있다. 또한, 도 10에 나타낸 초전도 선재(10)의 기판(1)의 단면에 있어서의 모서리 부분은 2개의 직선이 교차한 예각 또는 거의 직각의 모서리 부분으로 되어 있지만, 도 11에 나타낸 초전도 선재(10)의 기판(1)의 단면에 있어서의 모서리 부분은 곡면 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 초전도 선재(10)의 폭 방향에서의 단면에 있어서의 안정화층(9)의 외주의 4개의 구석의 모서리 부분도 기판(1)의 상기 모서리 부분을 따르도록 곡면 형상으로 되어 있다.
이와 같은 구조의 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 10에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 11에 나타낸 초전도 선재(10)를 구성하는 적층체(20)는, 예컨대 폭이 넓은 적층체(20)를 레이저 슬릿팅하는 것에 의해 얻을 수 있다. 또한, 도 11에 나타낸 안정화층(9)은, 해당 적층체(20)의 표면을 덮도록 도금법 등 종래 주지의 임의의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
<실시의 형태 4>
도 12를 참조하여, 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 4를 설명한다. 도 12를 참조하여, 초전도 선재(10)는, 기본적으로는 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 적층체(20)의 형상이 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)의 적층체(20)의 형상과 상이하다. 즉, 도 12에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서는, 기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)의 상부 표면이 거의 평탄한 형상으로 되어 있다. 그 때문에, 보호층(7)의 표면상에 있어 보호층(7)의 중앙부에 있어서의 안정화층(9)의 두께 T1보다, 보호층(7)의 단부상에 있어서의 안정화층(9)의 두께 T2가 두껍게 되어 있다. 이 때문에, 안정화층(9)의 도 12에 있어서의 단부 쪽(안정화층(9)의 오목 형상으로 되어 있는 상부 표면의 단부)에 응력이 가해진 경우에 있어서도, 안정화층(9)의 두께 T2가 충분히 두껍게 되어 있기 때문에, 보호층(7) 및 초전도 재료층(5)에 해당 압력이 미치는 영향을 경감할 수 있다. 따라서, 초전도 재료층(5)이 외부로부터의 해당 응력에 의해 파손된다고 하는 위험성을 저감할 수 있다.
도 12에 나타낸 초전도 선재(10)의 적층체(20)는, 예컨대 해당 적층체(20)의 폭이 되는 단면 형상이 직사각형 형상인 기판(1)을 준비하고, 해당 기판(1)의 주면상에 중간층(3), 초전도 재료층(5), 보호층(7)을 차례로 형성한다고 하는 방법에 의해 얻을 수 있다. 또한, 도 12에 나타낸 안정화층(9)은, 예컨대 도 10에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서의 안정화층(9)과 마찬가지의 수법에 의해 형성할 수 있다.
<실시의 형태 5>
도 13은 본 발명에 의한 초전도 선재(10)의 실시의 형태 5를 나타내는 단면 모식도이다. 도 13을 참조하여, 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 5를 설명한다.
도 13을 참조하여, 초전도 선재(10)는, 기본적으로는 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 적층체(20) 및 안정화층(9)의 표면 부분(25)의 형상이 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와는 상이하다. 즉, 도 13에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서는, 적층체(20)를 구성하는 기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)의 상부 표면에 있어서의 한쪽의 단부만이 다른 쪽의 단부에 비하여 돌출하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 안정화층(9)의 표면 부분(25)의 형상도, 해당 적층체(20)의 돌출한 한쪽의 단부 쪽이 돌출함과 아울러, 오목 형상이고 또한 곡면 형상으로 되어 있다. 이와 같은 한쪽의 단부가 돌출하는 것에 의해 결과적으로 오목 형상의 곡면으로 된 표면 부분(25)의 형상도, 본 명세서에 있어서 오목 형상이라고 부른다. 그리고, 도 13에 나타낸 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지로, 표면 부분(25)에 있어서의 다른 부재와의 접촉 등에 기인하는 상처의 발생을 억제할 수 있다.
또, 도 13에 나타낸 초전도 선재(10)의 적층체(20)는, 예컨대 도 7에 나타낸 슬리터(30)에 있어서, 세선화의 대상인 폭이 넓은 적층체(20)(모재) 중 단부에 위치하는 부분(다시 말해, 한쪽의 단부만이 회전 칼날(31)에 의해 절단되는 부분)을 도 13에 나타낸 적층체(20)로서 얻을 수 있다. 또한, 도 13에 나타낸 안정화층(9)은, 적층체(20)의 주위를 둘러싸도록, 도금법 등 종래 주지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
<실시의 형태 6>
도 14는 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 6의 제조 공정의 도중 단계를 나타내는 모식도이다. 도 14를 참조하여, 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 6의 제조 방법에 있어서는, 기판(1)의 상부 표면상에 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)이 형성된다. 또한, 이때, 초전도 재료층(5)의 표면이 기판(1) 쪽으로 오목한 곡면 형상의 오목부로 되어 있다. 도 14에 나타낸 바와 같은 구조는, 종래 주지의 임의의 방법에 의해 얻을 수 있다. 예컨대, 기판(1)으로서 도 14에 나타낸 바와 같은 단면 형상의 기판(1)을 준비하고, 해당 기판(1)의 주면(오목 형상으로 오목하게 되어 있는 주면)상에 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)을 형성하더라도 좋다. 혹은, 단면 형상이 직사각형 형상의 기판(1)의 주면상에 중간층(3), 초전도 재료층(5)을 형성한 후, 도 7에 나타낸 슬리터 등을 이용하여 세선화하는 것에 의해, 도 14에 나타내는 바와 같은 단면 형상의 구조(기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5)의 적층체)를 얻더라도 좋다.
이때, 초전도 재료층(5)의 폭 방향에 있어서의 중앙부에 위치하는 바닥부(43)와 초전도 재료층(5)의 폭 방향에 있어서의 단부에 위치하는 꼭대기부(41)의 사이의 기판(1)의 두께 방향에 있어서의 거리 L2는 예컨대 1㎛ 이상 100㎛ 이하로 할 수 있다. 그리고, 도 15에 나타내는 바와 같이, 초전도 재료층(5)상에 보호층(7)을 형성하는 것에 의해, 도 15에 나타낸 적층체(20)를 얻을 수 있다. 또, 단면 형상이 직사각형 형상의 기판(1)의 주면상에 중간층(3), 초전도 재료층(5), 보호층(7)을 형성한 후, 도 7에 나타내는 바와 같이 슬리터를 이용하여 세선 가공 공정(S50)(도 2 참조)을 실시함으로써 도 15에 나타내는 바와 같은 구조를 얻더라도 좋다. 이와 같은 적층체(20)를 얻는 것에 의해, 해당 적층체의 주위에 도 16에 나타내는 바와 같이 안정화층(9)을 형성한 경우에, 안정화층(9)의 표면 부분(25)의 형상을, 도 16에 나타내는 바와 같이 오목한 곡면 형상(오목 형상부)으로 용이하게 할 수 있다. 그리고, 도 16에 나타내는 바와 같은 구조의 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 1에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 상술한 세선 가공 공정(S50)에 있어서, 세선화한 적층체(20)의 단부에 위치하는 부분에 대해서는, 도 13에 나타낸 초전도 선재(10)의 제조 방법에 관해서 설명한 바와 같이, 슬리터의 회전 칼날(31)에 의해 절단된 한쪽 단이 돌출하도록 변형함으로써, 도 17에 나타내는 바와 같이 초전도 재료층(5)(및 보호층(7))의 폭 방향의 한쪽의 단부만이 돌출한 형상으로서, 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)의 표면이 오목 형상의 곡면 형상으로 되도록 형성할 수 있다. 이 경우도, 초전도 재료층(5)의 꼭대기부(41)(초전도 재료층(5)의 돌출한 쪽의 단부)와 바닥부(43)(초전도 재료층(5)의 돌출한 쪽과 반대쪽의 단부)의 사이의 거리 L2를 1㎛ 이상 100㎛ 이하로 할 수 있다. 이와 같은 구조의 적층체(20)를 이용하여, 해당 적층체(20)의 외주를 덮도록 안정화층(9)을 형성함으로써, 도 13에 나타내는 바와 같은 초전도 선재를 구성하더라도 좋다. 이 경우도, 도 1에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<실시의 형태 7>
도 18은 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 7을 구성하기 위한 기판(1)을 나타내는 단면 모식도이다. 도 18에 나타내는 기판(1)은, 그 상부 표면(주면)이 오목한 오목 형상의 곡면 형상(오목부)으로 되어 있다. 또, 기판(1)의 이면(상부 표면과 반대쪽의 이면)은 평탄한 형상이다. 또한, 해당 상부 표면의 꼭대기부(51)와 바닥부(53)의 사이의 거리 L3(기판(1)의 두께 방향에 있어서의 거리)은 1㎛ 이상 100㎛ 이하로 할 수 있다.
이와 같은 기판(1)의 주면상에, 도 19에 나타내는 바와 같이 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 형성한다. 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)의 상부 표면의 형상은, 기판(1)의 주면의 형상을 따라 오목 형상으로 되어 있다. 이 결과, 도 19에 나타내는 바와 같이 기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)으로 이루어지는 적층체(20)를 얻을 수 있다. 다음으로, 이 적층체(20)의 주위를 둘러싸도록 안정화층(9)(도 20 참조)을 형성한다. 이 결과, 도 20에 나타내는 바와 같이, 초전도 재료층(5) 쪽의 표면인 표면 부분(25)이 오목한 곡면 형상 부분인 오목 형상부로 된 초전도 선재(10)를 용이하게 얻을 수 있다. 그리고, 도 20에 나타낸 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 10에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<실시의 형태 8>
도 21은 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 8을 구성하기 위한 기판(1)을 나타내는 단면 모식도이다. 도 21에 나타낸 기판(1)은, 한쪽의 주면(55)의 폭 W3보다 다른 쪽의 주면(이면(56))의 폭 W4가 넓게 되어 있다. 또한, 기판(1)의 한쪽의 주면(55)은 기판(1)의 두께 방향의 안쪽으로 향해 오목한 곡면 형상의 오목부로 되어 있다. 또한, 다른 쪽의 주면(이면(56))은, 기판(1)의 내부로부터 바깥쪽으로 향해 돌출하는 곡면 형상의 볼록부로 되어 있다.
이와 같은 기판(1)의 한쪽의 주면(55)(오목한 곡면 형상으로 되어 있는 주면(55))상에, 도 22에 나타내는 바와 같이 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 형성한다. 이 결과, 도 22에 나타내는 적층체(20)를 얻을 수 있다. 또, 단면 형상이 직사각형 형상인 기판(1)의 주면상에 중간층(3), 초전도 재료층(5), 보호층(7)을 형성한 후, 도 7에 나타내는 슬리터(30)를 이용하여 세선화할 때의 가공 조건을 조정함으로써, 도 22에 나타내는 바와 같은 단면 형상의 적층체(20)를 얻더라도 좋다.
이와 같은 적층체(20)의 주위에, 도 23에 나타내는 바와 같이 안정화층(9)을 형성한다. 이 결과, 안정화층(9)의 초전도 재료층(5) 쪽의 표면인 표면 부분(25)은, 기판(1)의 한쪽의 주면(55)(또는 보호층(7)의 상부 표면)을 따른 오목한 곡면 형상부의 오목 형상부가 된다. 한편, 안정화층(9)의 이면 부분(26)(기판(1)의 이면(56)과 대향하는 위치에 있어서의 안정화층(9)의 표면)은, 기판(1)으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 볼록 형상으로 된 곡면 형상부(볼록 형상 부분)로 되어 있다. 이와 같은 초전도 선재(10)에 있어서는, 도 8에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지로 안정화층(9)의 표면 부분(25)의 폭보다 이면 부분(26)의 폭이 넓게 되어 있기 때문에, 해당 초전도 선재(10)를 감아서 적층한 경우에, 적층된 초전도 선재(10)의 부분끼리의 사이에서 접촉이 일어나 표면 부분(25)에 있어서 상처가 발생한다고 하는 문제의 발생 확률을 저감할 수 있다.
도 24를 참조하여, 도 21에 나타낸 기판(1)의 변형예를 설명한다. 도 24에 나타낸 기판(1)은, 기본적으로는 도 21에 나타낸 기판(1)과 마찬가지의 구조를 구비하지만, 기판(1)의 주면(55)의 곡률 반경보다 이면(56)의 곡률 반경이 크게 되어 있다. 이와 같이 구성된 기판(1)의 주면(55)상에, 도 25에 나타낸 바와 같이 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 형성하는 것에 의해 적층체(20)를 얻을 수 있다. 그리고, 이 적층체(20)의 외주를 안정화층(9)에 의해 덮는 것에 의해, 도 26에 나타내는 바와 같은 초전도 선재(10)를 얻을 수 있다.
도 26에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서, 안정화층(9)의 표면 부분(25) 및 이면 부분(26)의 형상은, 각각 기판(1)의 주면(55) 및 이면(56)의 형상을 따르고 있다. 이 때문에, 안정화층(9)의 표면 부분(25)의 곡률 반경보다 이면 부분(26)의 곡률 반경이 크게 되어 있다. 이 결과, 도 26에 나타낸 초전도 선재(10)는, 도 9에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 도 26에 나타낸 초전도 선재(10)는, 도 24에 나타낸 바와 같은 단면 형상의 기판(1)을 최초부터 준비하여 해당 기판(1)상에 중간층(3), 초전도 재료층(5), 보호층(7) 등을 형성하여 적층체(20)를 얻고 나서, 안정화층(9)을 더 형성한다고 하는 방법에 의해 제조하더라도 좋지만, 단면 형상이 직사각형 형상인 기판(1)의 주면상에 중간층(3), 초전도 재료층(5), 보호층(7)을 형성한 후, 도 7에 나타내는 슬리터(30)를 이용하여 세선화할 때의 가공 조건을 조정함으로써, 도 25에 나타내는 바와 같은 단면 형상의 적층체(20)를 얻더라도 좋다.
<실시의 형태 9>
도 27은 본 발명에 의한 초전도 선재의 실시의 형태 9를 구성하는 기판(1)을 나타내고 있다. 도 27에 나타낸 기판(1)에 있어서는, 주면(55) 및 이면(56)이 각각 기판(1)의 안쪽으로 향해 오목한 오목 형상의 곡면 형상으로 되어 있다. 이 기판(1)의 주면(55)상에, 도 28에 나타내는 바와 같이 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)을 형성한다. 이 결과, 도 28에 나타내는 바와 같은 적층체(20)를 얻는다. 그리고, 이 적층체(20)의 외주를 덮도록, 도 29에 나타내는 바와 같이 안정화층(9)을 형성한다. 이 결과, 도 29에 나타내는 바와 같이 안정화층의 표면 부분(25)과 이면 부분(26)이 각각 기판(1) 쪽으로 오목한 곡면 형상의 형상으로 되어 있는 초전도 선재(10)를 얻을 수 있다. 도 29에 나타낸 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 10에 나타낸 초전도 선재와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 29에 나타낸 초전도 선재(10)에 있어서는, 적층체(20)의 기판(1)의 이면(56) 및 보호층(7)의 상부 표면의 형상이 초전도 재료층(5) 쪽으로 오목한 곡면 형상으로 되어 있다. 그 때문에, 안정화층(9)을 적층체(20)의 표면을 따라 형성함으로써, 용이하게 오목한 오목 형상(곡면 형상)의 표면 부분(25) 및 이면 부분(26)을 형성할 수 있다. 그리고, 도 29에 나타낸 초전도 선재(10)에 의해서도, 도 10에 나타낸 초전도 선재(10)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이번에 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
(산업상 이용가능성)
본 발명은, 특히 기판의 표면상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재에 유리하게 적용된다.
1 : 기판
3 : 중간층
5 : 초전도 재료층
7 : 보호층
9 : 안정화층
10 : 초전도 선재
20, 20a, 20b : 적층체
21, 41, 51 : 꼭대기부
23, 43, 53 : 바닥부
25 : 표면 부분
26 : 이면 부분
30 : 슬리터
31 : 회전 칼날
32 : 스페이서
55 : 주면
56 : 이면

Claims (13)

  1. 주면을 갖는 기판과, 상기 주면상에 형성된 초전도 재료층을 포함하는 적층체와,
    적어도 상기 초전도 재료층상에 배치된 피복층
    을 구비하고,
    상기 피복층에 있어서, 상기 초전도 재료층상에 위치하는 표면 부분은 오목 형상으로 되어 있는
    초전도 선재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 표면 부분의 상기 오목 형상으로 되어 있는 영역의 꼭대기부(頂部)와 바닥부(底部)의 사이의, 상기 기판의 두께 방향에 있어서의 거리는, 1㎛ 이상 100㎛ 이하인 초전도 선재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 표면 부분의 폭은, 상기 초전도 선재에 있어서 상기 표면 부분과 반대쪽에 위치하는 영역의 폭보다 좁은 초전도 선재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초전도 선재에 있어서 상기 표면 부분과 반대쪽에 위치하는 이면 부분의 형상은 평면 형상 및 오목 형상 중 어느 한쪽인 초전도 선재.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초전도 선재에 있어서 상기 표면 부분과 반대쪽에 위치하는 이면 부분의 형상은 볼록 형상의 곡면 형상이고,
    상기 표면 부분의 형상은 오목 형상의 곡면 형상이고,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 이면 부분의 곡률 반경은 상기 표면 부분의 곡률 반경보다 큰
    초전도 선재.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 초전도 재료층의 중앙부상에 있어서의 상기 안정화층의 두께보다, 상기 초전도 재료층의 단부상에 있어서의 상기 피복층의 두께가 두꺼운 초전도 선재.
  7. 주면을 갖는 기판과,
    상기 주면상에 형성된 초전도 재료층
    을 구비하고,
    상기 초전도 재료층의 표면은 오목 형상으로 되어 있는
    초전도 선재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 초전도 재료층의 표면의 오목 형상으로 되어 있는 영역의 꼭대기부와 바닥부의 사이의, 상기 기판의 두께 방향에 있어서의 거리는, 1㎛ 이상 100㎛ 이하인 초전도 선재.
  9. 주면을 갖는 기판과,
    상기 주면상에 형성된 초전도 재료층
    을 구비하고,
    상기 기판의 상기 주면은 오목 형상으로 되어 있는
    초전도 선재.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 기판의 상기 주면의 오목 형상으로 되어 있는 영역의 꼭대기부와 바닥부의 사이의, 상기 기판의 두께 방향에 있어서의 거리는, 1㎛ 이상 100㎛ 이하인 초전도 선재.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 주면의 폭은, 상기 기판에 있어서 상기 주면과 반대쪽에 위치하는 영역의 폭보다 좁은 초전도 선재.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 있어서 상기 주면과 반대쪽에 위치하는 이면의 형상은 평면 형상 및 오목 형상 중 어느 한쪽인 초전도 선재.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 있어서 상기 주면과 반대쪽에 위치하는 이면의 형상은 볼록 형상의 곡면 형상이고,
    상기 주면의 형상은 오목 형상의 곡면 형상이고,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 이면의 곡률 반경은 상기 주면의 곡률 반경보다 큰
    초전도 선재.
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