KR20180008475A - 초전도 선재 - Google Patents

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다츠히코 요시하라
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다카시 야마구치
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

초전도 선재(10)는, 주면을 갖는 기판(1) 및 상기 주면 상에 형성된 초전도 재료층(5)을 포함한 적층체(20)와, 기판(1)의 폭 방향에 있어서의 적층체(20)의 양측면 위에 배치된 보강층(12)을 구비한다. 보강층(12)은 적층체(20)의 저면(20B) 및 상면(20A)의 적어도 한쪽 측에 위치하는 단면이 노출되어 있다. 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체(20)의 폭에 대한 보강층(12)의 폭의 합계의 비율은 1% 이상 15% 이하이다.

Description

초전도 선재
본 발명은 초전도 선재에 관한 것이며, 보다 특정적으로는, 기판 상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재에 관한 것이다.
근래, 금속 기판 상에 초전도 재료층이 형성된 초전도 선재의 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도, 전이 온도(transition temperature)가 액체 질소 이상의 고온 초전도체인 산화물 초전도체로 이루어지는 초전도 재료층이 마련된 산화물 초전도 선재가 주목받고 있다.
이러한 산화물 초전도 선재는, 일반적으로, 금속 기판 상에 초전도 재료층을 형성하고, 추가로, 은(Ag)이나 구리(Cu)의 금속층을 형성함으로써 제조되고 있다(예를 들어 국제 공개 제2001/008234호(특허문헌 1) 및 일본 공개 특허 공보 제2012-084478호(특허문헌 2) 참조).
국제 공개 WO2001/008234 일본 공개 특허 공보 제2012-084478호
상술한 구성의 산화물 초전도 선재를 코일 형상으로 감아서 임계 온도까지 냉각할 때, 금속층과 초전도 재료층의 열팽창 계수의 차이로 인해, 초전도 재료층에 대해서 코일의 직경 방향으로 인장 응력이 작용하기 때문에, 초전도 재료층에 국소적인 박리가 발생한다고 하는 문제가 있었다. 이것에 의해, 초전도 재료층의 일부에 파손이나 변형 등이 생기기 쉽고, 결과적으로 초전도 특성의 열화로 이어졌다.
초전도 재료층의 박리 대책으로서는, 예를 들어, 초전도 선재의 외주 전체를 두꺼운 막(厚膜)의 금속 테이프로 피복하는 구성을 채용할 수 있다. 그렇지만, 상기 구성으로는, 금속 테이프의 두께에 의해 초전도 선재 전체의 단면적이 커져 버리기 때문에, 임계 전류 밀도(Jc)가 저하한다고 하는 문제가 생길 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 초전도 선재의 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재의 박리를 억제하는 것이 가능한 초전도 선재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 따른 초전도 선재는, 주면을 갖는 기판 및 상기 주면 상에 형성된 초전도 재료층을 포함한 적층체와, 기판의 폭 방향에 있어서의 적층체의 양측면에 배치된 보강층을 구비한다. 적층체는 기판이 위치하는 저면과, 저면과 반대측의 상면을 갖는다. 보강층은 적층체의 저면 및 상면의 적어도 한쪽 측에 위치하는 단면이 노출되어 있다. 기판의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체의 폭에 대한 보강층의 폭의 합계의 비율은 1% 이상 15% 이하이다.
상기에 따르면, 초전도 선재의 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재의 박리를 억제할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 실시예에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 비교예 1에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는 비교예 2에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 5는 초전도 선재에 작용하는 인장 응력을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 7은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 9는 실시 형태 2에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 10은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 11은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 12는 실시 형태 2의 변형예에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 13은 실시 형태 3에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 14는 실시 형태 3에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 실시 형태 3의 변형예에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 16은 실시 형태 4에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 17은 실시 형태 4에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 실시 형태 4에 있어서의 마스크층을 형성한 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 19는 실시 형태 5에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 20은 실시 형태 5에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 21은 실시 형태 5에 따른 초전도 선재의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
[본 발명의 실시 형태의 설명]
먼저, 본 발명의 실시 형태를 열기해서 설명한다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따른 초전도 선재(10)(도 1 참조)는 적층체(20)와, 보강층(12)을 구비한다. 적층체(20)는 주면을 갖는 기판(1)과, 상기 주면 상에 형성된 초전도 재료층(5)을 포함한다. 보강층(12)은 기판(1)의 폭 방향에 있어서의 적층체(20)의 양측면 위에 배치된다. 적층체(20)는 기판(1)이 위치하는 저면(20B)과, 저면(20B)과 반대측의 상면(20A)을 갖는다. 보강층(12)은 적층체(20)의 저면(20B) 및 상면(20A)의 적어도 한쪽 측에 위치하는 단면이 노출되어 있다. 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체(20)의 폭에 대한 보강층(12)의 폭의 합계의 비율은 1% 이상 15% 이하이다.
이와 같이 하면, 적층체(20)에 작용하는 인장 응력을 적층체(20)의 양측면 위에 배치된 보강층(12)으로 분산시킬 수 있기 때문에, 초전도 선재(10)의 인장 강도가 향상된다. 따라서, 초전도 선재(10)를 코일 형상으로 감아서 임계 온도 이하의 극저온으로 냉각한 경우에, 적층체(20)에 국소적인 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 적층체(20)의 외주면을 피복하는 두꺼운 막의 금속 테이프가 불필요해지기 때문에, 인장 강도의 향상을 위해서 초전도 선재의 단면적이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체(20)의 폭에 대한 보강층(12)의 폭의 합계의 비율은 1% 이상 15% 이하, 바람직하게는 3% 이상 15% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이상 12% 이하로 할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 따른 초전도 선재(10A)(도 6 참조)에 있어서 바람직하게는, 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)의 어느 한쪽 측에 배치된 피복층(9)을 더 구비한다. 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 피복층(9)의 폭은 적층체(20)의 폭보다 넓다. 보강층(12)은 적층체(20)와 피복층(9)을 접합하는 도전성의 접합 부재(28)이다.
이와 같이 하면, 접합 부재(28)가 보강층(12)으로서 기능하기 때문에, 적층체(20)의 상면 및 저면의 어느 한쪽 측에 피복층(9)을 배치하는 구성으로 해도, 초전도 선재에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(3) 상기 (1)에 따른 초전도 선재(10B)(도 13 참조)에 있어서 바람직하게는, 보강층(12)은 적층체(20)의 양측면에 접합된 금속 부재(30)와, 적층체(20) 및 금속 부재(30)의 외주면을 피복하는 피복층(34)을 포함한다.
이와 같이 하면, 금속 부재(30)가 보강층(12)으로서 기능하기 때문에, 박막의 피복층(34)을 배치하는 구성으로 해도, 초전도 선재(10B)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(4) 상기 (3)에 따른 초전도 선재(10B)에 있어서 바람직하게는, 보강층(12)은 적층체(20)의 연장 방향을 따라 연장하는 금속 부재(30)를 적층체(20)의 양측면에 접합하는 접합층(32)을 더 포함한다.
이와 같이 하면, 금속 부재(30) 및 접합층(32)이 보강층(12)으로서 기능하기 때문에, 초전도 선재(10B)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(5) 상기 (3) 또는 (4)에 따른 초전도 선재(10B)에 있어서 바람직하게는, 피복층(34)은 적층체(20) 및 금속 부재(30)의 외주면을 피복하도록 마련된, 금속 재료로 이루어지는 호일(foil) 또는 도금층에 의해 구성된다.
이와 같이 하면, 피복층(34)을 박막으로 할 수 있기 때문에, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10B)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(6) 상기 (1)에 따른 초전도 선재(10C)(도 16 참조)에 있어서 바람직하게는, 보강층(12)은 적층체(20)의 양측면 위로부터 저면(20B) 및 상면(20A)의 일부 위에까지 연장하는 연장부를 더 포함하는 금속층(38)이다.
이와 같이 하면, 금속층(38)이 보강층(12)으로서 기능하기 때문에, 초전도 선재(10C)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(7) 상기 (6)에 따른 초전도 선재(10C)에 있어서 바람직하게는, 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)을 피복하는 피복층(36)을 더 구비한다. 금속층(38)은 피복층(36)과 일체적으로 형성된다.
이와 같이 하면, 금속층(38) 및 피복층(36)이 보강층(12)으로서 기능하기 때문에, 초전도 선재(10C)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(8) 상기 (7)에 따른 초전도 선재(10C)에 있어서 바람직하게는, 금속층(38) 및 피복층(36)은 도금층에 의해 구성된다.
이와 같이 하면, 금속층(38)에 보강층(12)으로서의 필요한 두께를 갖게 하면서, 피복층(36)을 박막으로 할 수 있기 때문에, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10C)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(9) 상기 (1)에 따른 초전도 선재(10D)(도 19 참조)에 있어서 바람직하게는, 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)을 피복하는 피복층(42)을 더 구비한다. 보강층(12)은 피복층(42)과 일체적으로 형성된다.
이와 같이 하면, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 피복층(42)이 보강층(12)으로서 기능하기 때문에, 초전도 선재(10D)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(10) 상기 (9)에 따른 초전도 선재(10D)에 있어서 바람직하게는, 피복층(42)은 땜납층에 의해 구성된다.
이와 같이 하면, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 피복층(42)에 보강층(12)으로서의 필요한 두께를 갖게 하면서, 적층체(20)의 상면 및 저면 상에 위치하는 피복층(42)을 박막으로 할 수 있기 때문에, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10D)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
[본 발명의 실시 형태의 상세]
이하, 도면에 근거해 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고 그 설명은 반복하지 않는다.
＜실시 형태 1＞
실시 형태 1에서는, 본 발명의 실시 형태에 따른 초전도 선재(10)의 기본 구성에 대해 설명하고, 그 후 실시 형태 2~4에 있어서, 초전도 선재(10)의 구체적 구성 및 그 제조 방법에 대해 설명한다.
(초전도 선재의 기본 구성)
도 1은 실시 형태 1에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 1은 실시 형태 1에 따른 초전도 선재(10)가 연재하는 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다. 이 때문에, 지면에 교차하는 방향이 초전도 선재의 길이 방향이며, 초전도 재료층(5)의 초전도 전류가 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 1에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 초전도 선재(10)는 단면이 직사각형을 이루는 가늘고 긴 형상(테이프 형상)이며, 여기에서는 가늘고 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, 피복층(9)과, 보강층(12)을 구비한다.
기판(1)은 제 1 주면과, 제 2 주면을 갖는다. 제 2 주면은 제 1 주면과는 반대측에 위치한다. 기판(1)은 예를 들어 금속으로 이루어지고, 단면이 직사각형을 이루는 가늘고 긴 형상(테이프 형상)으로 하는 것이 바람직하다. 코일로 감기 위해서는, 기판(1)은 예를 들어 2km 정도로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
기판(1)은 배향 금속 기판을 이용하는 것이 또한 바람직하다. 또한, 배향 금속 기판은 기판 표면의 면내의 2축 방향에 대해서, 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 매우 적합하게 이용된다. 이들 금속을 다른 금속 또는 합금과 적층할 수도 있고, 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 4mm~10mm 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 열화될 가능성이 있다. 따라서, 기판(1)의 두께는 예를 들어 100㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
중간층(3)은 기판(1)의 제 1 주면 상에 형성되어 있다. 초전도 재료층(5)은 중간층(3)의, 기판(1)과 대향하는 주면과 반대측의 주면(도 1에 있어서의 상측의 주면) 상에 형성되어 있다. 즉, 초전도 재료층(5)은 중간층(3)을 사이에 두고 기판(1)의 제 1 주면 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. 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 완화해서, 초전도 재료층(5)을 고온에서 형성할 때에, 기판(1)으로부터 초전도 재료층(5)으로의 금속 원자의 유출을 방지하는 역할을 할 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) 내 초전도 전류가 흐르는 박막층이다. 초전도 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 RE-123계의 산화물 초전도체로 하는 것이 바람직하다. 또한, RE-123계의 산화물 초전도체는 REBa2Cu3Oy(y는 6~8, 보다 바람직하게는 6.8~7, RE는 이트륨 또는 Gd, Sm, Ho 등의 희토류 원소를 의미한다)로서 나타내는 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 상측의 주면) 상에 형성되어 있다. 보호층(7)은 예를 들어 은 또는 은합금으로 이루어진다. 보호층(7)의 두께는 0.1㎛ 이상 50㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 기판(1), 중간층(3), 초전도 재료층(5) 및 보호층(7)에 의해 적층체(20)가 형성되어 있다. 적층체(20)는 기판(1)이 위치하는 저면(20B)과, 저면(20B)과 반대측의 상면(20A)을 갖는다. 이 적층체(20)의 상면(20A) 상에 피복층(9)이 형성되어 있다. 피복층(9)은 상면(20A)을 대신해서 또는 상면(20A)에 더해서 적층체(20)의 저면(20B) 상에 형성되어 있어도 좋다. 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 피복층(9)의 폭(W2)은 적층체(20)의 폭(W1)과 동일한 혹은 적층체(20)의 폭(W1)보다 넓은 것이 바람직하다(W2≥W1).
피복층(9)은 도전성이 좋은 금속 재료의 호일 또는 도금층 등으로 이루어진다. 피복층(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. 피복층(9)을 구성하는 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금, 땜납 등이 바람직하다. 피복층(9)의 두께는 보호층(7) 및 초전도 재료층(5)을 물리적으로 보호하면서, 초전도 선재(10)의 단면적을 작게 하는 관점에서 20㎛~100㎛ 정도인 것이 바람직하다.
보강층(12)은 기판(1)의 폭 방향에 있어서의 적층체(20)의 양측면 위에 배치된다. 보강층(12)은 도전성이 좋은 금속 재료로 이루어진다. 보강층(12)을 구성하는 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금, 땜납 등이 바람직하다.
도 1에 나타내는 초전도 선재(10)에서는, 피복층(9)의 폭(W2)은 적층체(20)의 폭(W1)보다 넓게 되어 있다(W2＞W1). 그 때문에, 피복층(9)의 폭 방향에 있어서의 양단부는 적층체(20)의 양측면으로부터 돌출하고 있다. 보강층(12)은 적층체(20)의 양측면 및 피복층(9)의 돌출한 부분에 접속하도록 마련되어 있다. 따라서, 보강층(12)의 폭(W3)의 합계는 피복층(9)의 폭(W2)과 적층체(20)의 폭(W1)의 차분에 상당한다(W3×2=W2-W1).
보강층(12)은 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)의 적어도 한쪽 측에 위치하는 단면이 노출되어 있다. 도 1에 나타내는 초전도 선재(10)에서는, 적층체(20)의 상면(20A) 상에, 적층체(20)보다 폭이 넓은 피복층(9)을 배치함으로써, 적층체(20)의 저면측에 위치하는 단면이 노출되어 있다. 또한, 도시를 생략하지만, 피복층(9)의 폭(W2)이 적층체(20)의 폭(W1)과 동일한 경우(W1=W2)에는, 보강층(12)의 양단면이 각각 노출되도록 된다.
기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체(20)의 폭(W1)에 대한 보강층(12)의 폭(W3)의 합계의 비율(W3×2/W1)은 1% 이상 15% 이하인 것이 바람직하다. 해당 비율은 보다 바람직하게는 3% 이상 15% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이상 12% 이하로 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 초전도 선재(10)에 있어서는, 적층체(20)의 양측면 위에 보강층(12)이 배치되어 있다. 이것에 의해, 초전도 선재(10)의 임계 전류 밀도(Jc)를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10)를 코일 형상으로 감아서 임계 온도 이하의 극저온으로 냉각한 경우에 있어서, 적층체(20)에 국소적인 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이하, 도 2에 나타내는 실시예와 도 3 및 도 4에 나타내는 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 초전도 선재(10)의 작용 효과에 대해 설명한다. 다만, 본 실시 형태에 따른 초전도 선재는 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
도 2는 실시예에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 2는 초전도 선재의 폭 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 실시예로서 적층체(20)와, 보강층(12)과, 피복층(9)을 구비하는 초전도 선재를 준비했다. 실시예에 따른 초전도 선재에 있어서, 적층체(20)는 폭 4mm(W1=4mm)로 하고, 두께 100㎛(L1=100㎛)로 했다. 또, 보강층(12)은 구리로 이루어지고, 폭 0.2mm(W3=0.2mm)로 하고, 두께를 적층체(20)의 두께와 동일하게 했다. 피복층(9)은 폭 4.4mm(W2=4.4mm)로 하고, 두께를 30㎛(L2=30㎛)로 했다. 즉, 실시예에서는, 적층체(20)의 폭(W1)에 대한 보강층(12)의 폭(W3)의 합계의 비율을 10%로 했다(W3×2/W1=10%).
(비교예 1)
도 3은 비교예 1에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 1로서, 종래의 3 ply 구조의 초전도 선재를 준비했다. 3 ply 구조는 예를 들어 특허문헌 1에 나타나 있는 바와 같이, 초전도 테이프의 상면 및 저면 상에 초전도 테이프보다 폭이 넓은 금속 테이프를 적층한 후, 초전도 테이프 및 금속 테이프를 일체화한 것이다.
비교예 1에 있어서, 적층체(20)는 실시예에 있어서의 적층체(20)와 마찬가지의 구조로 했다. 적층체(20)의 외주면은 금속 테이프(23, 25)에 의해 피복되어 있다. 금속 테이프(23)는 적층체(20)의 상면측 및 저면측에 각각 배치되어 있다. 금속 테이프(23)의 폭(W2)은 적층체(20)의 폭(W1)보다 넓고, 금속 테이프(23)의 양단부는 적층체(20)의 양측면으로부터 돌출되어 있다. 금속 테이프(25)는 금속 테이프(23)의 돌출한 부분의 사이에 배치되어 있다. 금속 테이프(23)는 폭 4.4 mm(W2=4.4mm)로 하고, 두께 200㎛(L3=200㎛)로 했다.
즉, 비교예 1에 있어서의 금속 테이프(25)를 실시예에 있어서의 보강층(12)과 동일한 형상으로 하고 있다. 한편, 비교예 1에서는, 적층체(20)의 상면 및 저면에 각각 금속 테이프(23)를 배치함으로써, 실시예에 비해 초전도 선재의 두께가 두껍게 되어 있다.
(비교예 2)
도 4는 비교예 2에 따른 초전도 선재의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 2로서, 실시예와 마찬가지의 구조로 이루어지는 적층체(20)를 준비했다. 즉, 비교예 2에 있어서, 적층체(20)의 외주면은 피복되어 있지 않다.
실시예 및 비교예 1 및 2의 각각에 대해, 초전도 선재의 인장 강도 및 임계 전류 밀도를 시뮬레이션에 의해 평가했다. 각 초전도 선재의 시뮬레이션 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
도 5에 나타내는 바와 같이, 코일 형상으로 감겨진 초전도 선재를 극저온으로 냉각한 경우, 적층체(20)에 있어서, 기판(1) 및 보호층(7)을 형성하는 금속 재료와, 중간층(3) 및 초전도 재료층(5)을 형성하는 세라믹스 재료와의 열팽창 계수의 차로 인해, 적층체(20)의 상면 및 저면에 인장 응력(F1)이 작용한다. 적층체(20)는 예를 들어 1Mpa(1N/mm2) 정도의 인장 강도를 갖는다.
적층체(20)에 인장 응력(F1)이 작용하고 있을 때, 적층체(20)의 양측면 위에 배치된 보강층(12)에 대해서도 인장 응력(F2)이 작용한다. 보강층(12)은 금속 재료로 구성되어 있기 때문에, 적층체(20)의 인장 강도보다 높은 인장 강도를 갖고 있다. 예를 들어 보강층(12)이 구리로 구성되는 경우, 보강층(12)은 220MPa 정도의 인장 강도를 갖는다.
실시예에 있어서, 초전도 선재의 인장 강도는, 적층체(20)의 인장 강도 및 보강층(12)의 인장 강도를, 초전도 선재의 주면에 있어서의 적층체(20)와 보강층(12)의 면적 비율로 합산함으로써 산출했다. 마찬가지로, 비교예 1에 따른 초전도 선재의 인장 강도는, 적층체(20)의 인장 강도 및 금속 테이프(25)의 인장 강도를, 초전도 선재의 주면에 있어서의 적층체(20)와 금속 테이프(25)의 면적 비율로 합산함으로써 산출했다. 금속 테이프(25)가 구리로 구성되는 경우, 금속 테이프(25)는 220MPa 정도의 인장 응력을 갖는다.
또, 각 초전도 선재의 임계 전류 밀도는, 적층체(20)를 흐르는 임계 전류(Ic)를 200A로 설정하고, 설정한 임계 전류(Ic)를 각각의 초전도 선재의 단면적으로 제산함으로써 산출했다.
표 1을 참조하면, 실시예는 보강층(12)을 갖지 않는 비교예 2와 비교해서 높은 인장 강도를 갖고 있다. 이것은, 실시예에서는, 적층체(20)보다 인장 강도가 높은 보강층(12)을 적층체(20)의 양측면 위에 배치함으로써, 적층체(20)에 걸리는 인장 응력의 대부분을 보강층(12)이 받게 되어, 결과적으로 인장 응력을 보강층(12)으로 분산시킬 수 있기 때문이다. 비교예 1에 있어서도, 실시예와 마찬가지로, 적층체(20)에 걸리는 인장 응력이 적층체(20)의 측면 상에 배치된 금속 테이프(25)로 분산되기 때문에, 실시예와 동등의 인장 강도가 얻어진다.
한편으로, 초전도 선재의 임계 전류 밀도는 비교예 2가 가장 높고, 실시예, 비교예 1의 순서로 낮아진다. 실시예는, 비교예 1에 비해, 적층체(20)의 상면 및 저면측에 마련되는 금속층의 두께가 얇기 때문에, 초전도 선재의 두께가 박형화되어 있다. 그 때문에, 실시예는 비교예 1과 동일한 정도의 인장 강도를 확보하면서, 비교예 1보다 높은 임계 전류 밀도를 실현하고 있다.
그리고, 실시예는 비교예 1에 비해 초전도 선재의 단면적이 작기 때문에, 초전도 선재를 감아서 코일을 형성하는 경우, 실시예는 비교예 1과 비교해서, 동일 권선수에서도 코일의 직경이 작아진다. 또, 동일 코일의 직경이면, 실시예는 비교예 1과 비교해, 초전도 선재의 권선수가 많아진다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 초전도 선재(10)에 따르면, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재를 코일 형상으로 감아서 임계 온도 이하의 극저온으로 냉각한 경우에서, 적층체(20)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 초전도 선재(10)는 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체(20)의 폭(W1)에 대한 보강층(12)의 폭(W3)의 합계의 비율(W3×2/W1)이 1% 이상 15% 이하인 것이 바람직하다. 해당 비율은 보다 바람직하게는 3% 이상 15% 이하, 보다 더 바람직하게는 5% 이상 12% 이하로 할 수 있다.
＜실시 형태 2＞
실시 형태 2~5에서는, 실시 형태 1에 따른 초전도 선재(10)(도 1 참조)를 실현하기 위한 구체적인 구성 및 그 제조 방법을 설명한다.
(초전도 선재의 구성)
도 6은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재(10A)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 6은 초전도 선재(10A)를 폭 방향으로 절단했을 때의 단면을 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10A)는 적층체(20)와, 피복층(9)과, 접합 부재(28)를 구비한다. 피복층(9)은 적층체(20)의 상면(20A) 상에 배치되어 있다. 피복층(9)의 폭은 적층체(20)의 폭보다 넓게 되어 있다.
적층체(20)와 피복층(9)은 도전성의 접합 부재(28)에 의해 접합되어 있다. 접합 부재(28)의 재료로서는 예를 들어 땜납이 이용된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 접합 부재(28)는 피복층(9)과 적층체(20)의 상면(20A)의 사이로부터 적층체(20)의 측면위에까지 연장하고 있다.
초전도 선재(10A)에 있어서는, 적층체(20)의 측면 상에 위치하는 접합 부재(28)가 도 1에 나타내는 초전도 선재(10)에 있어서의 보강층(12)을 구성한다. 그리고, 보강층(12)은 적층체(20)의 저면측에 위치하는 단면이 노출된 구성으로 되어 있다.
상기 구성으로 함으로써, 실시 형태 2에서는, 코일 형상으로 감은 초전도 선재(10A)를 극저온에까지 냉각했을 때에 적층체(20)에 작용하는 인장 응력을, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 접합 부재(28)로 분산시킬 수 있다. 이것에 의해, 적층체(20)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 박막의 피복층(9)을 적층체(20)의 상면(20A) 상에만 배치한 구성으로 함으로써, 인장 강도의 향상을 위해서 초전도 선재의 단면적이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10A)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(초전도 선재의 제조 방법)
도 7은 실시 형태 2에 따른 초전도 선재(10A)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10A)의 제조 방법은 적층체 형성 공정(S10)과 피복층 접합 공정(S20)을 구비한다.
적층체 형성 공정(S10)에서는, 우선 기판 준비 공정(S11)이 실시된다. 구체적으로는, 도 8을 참조해서, 배향 금속 기판으로 이루어지는 기판(1)이 준비된다. 기판(1)은 제 1 주면과, 제 1 주면과는 반대측에 위치하는 제 2 주면을 갖는다. 기판(1)의 두께는 목적에 따라 적절히 조정하면 좋고, 통상은 10㎛~500㎛의 범위로 할 수 있다.
다음으로, 중간층 형성 공정(도 7의 S12)이 실시된다. 구체적으로는, 도 9를 참조해서, 기판(1)의 제 1 주면 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, 초전도 재료층 형성 공정(도 7의 S13)이 실시된다. 구체적으로는, 도 10을 참조해서, 중간층(3)의 기판(1)과 대향하는 주면과 반대측의 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.
다음으로, 보호층 형성 공정(도 7의 S14)이 실시된다. 구체적으로는, 도 11을 참조해서, 초전도 재료층(5)의 중간층(3)과 대향하는 주면과 반대측의 주면 상에, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어지는 보호층(7)을, 예를 들어 스퍼터링 등의 물리적 증착법이나 전기 도금법 등에 의해 형성한다. 그 후, 산소 분위기 하에서 가열 처리하는 산소 어닐링을 행하고(산소 도입 공정), 초전도 재료층(5)에 산소를 도입한다. 이상의 공정 S11~S14를 실시함으로써, 적층체(20)가 형성된다.
다음으로, 피복층 접합 공정(도 7의 S20)이 실시된다. 구체적으로는, 우선, 적층체(20)의 폭보다 큰 폭을 갖는 피복층(9)이 준비된다. 피복층(9)은 예를 들어 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 호일이며, 그 두께는 예를 들어 30㎛이다.
다음으로, 땜납 등의 접합 부재(28)를 이용해서, 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)의 어느 한쪽에 피복층(9)을 접합한다. 피복층(9)을 접합하는 방법에 대해서는 특히 제한되지 않고, 가열에 의해 접합 부재(28)를 용융시켜, 필요에 따라서 가압하면 좋다. 예를 들어, 적층체(20)의 상면(20A)에 피복층(9)을 접합시키는 경우, 우선, 적층체(20)의 저면(20B)을 피복하도록 마스크층을 형성한다. 마스크층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 코터(coater)나 스프레이 방식에 의해 도포할 수 있다. 다음으로, 적층체(20) 및 피복층(9)을 땜납 배스(bath)에 통과시킨다. 그 후, 저면(20B)으로부터 마스크층을 벗기고, 적층체(20) 및 피복층(9)을 일체로 해서 한 쌍의 가열·가압 롤 사이를 통과시킨다.
혹은, 처음에, 피복층(9)의, 적층체(20)의 상면(20A)과 대향하는 측의 주면 상에 접합 부재(28)를 형성한다. 그 후, 적층체(20), 접합 부재(28) 및 피복층(9)을 일체로 해서 한 쌍의 가열·가압 롤 사이를 통과시킨다.
상기 2개의 방법 중 어느 하나로도, 피복층(9)은 적층체(20)의 양측면으로부터 돌출하기 때문에, 피복층(9)과 적층체(20)의 양측면 사이의 공간이 땜납으로 채워진다. 이것에 의해, 적층체(20)의 양측면에 보강층(12)(도 1)이 형성된다.
(실시 형태 2의 변형예)
도 12는 실시 형태 2의 변형예에 따른 초전도 선재(10A#)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 실시 형태 2의 변형예에 따른 초전도 선재(10A#)는 기본적으로는 도 6에 나타낸 초전도 선재(10A)와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 피복층(9)이 적층체(20)의 저면측에 배치되어 있는 점이 도 6에 나타낸 초전도 선재(10A)와는 상이하다. 이러한 구조에 의해서도, 도 6에 나타낸 초전도 선재(10A)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 변형예에 따른 초전도 선재(10A#)는 피복층 접합 공정(도 7의 S20)에서, 적층체(20)의 저면(20B)에 피복층(9)을 접합함으로써 제조할 수 있다.
＜실시 형태 3＞
(초전도 선재의 구성)
도 13은 실시 형태 3에 따른 초전도 선재(10B)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 13은 초전도 선재(10B)의 연장 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10B)는 적층체(20)와, 금속 부재(30)와, 접합층(32)과, 피복층(34)을 구비한다. 금속 부재(30)는 적층체(20)의 연장 방향을 따라 연장하는 기둥 형상의 외형을 갖고 있다. 금속 부재(30)의 연장 방향에 수직인 방향에 있어서의 단면의 형상은 직사각형 형상이다. 금속 부재(30)를 구성하는 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금 등이 바람직하다.
기둥 형상의 금속 부재(30)는 예를 들어 땜납 접합재 또는 도전성 접착제 등의 도전성 접합재에 의해 적층체(20)의 양측면에 접합된다. 금속 부재(30)와 적층체(20)의 양측면의 사이에는 접합층(32)이 형성된다.
피복층(34)은 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)을 피복함과 아울러, 금속 부재(30)의 외주면도 피복하도록 마련된다. 피복층(34)은 금속 재료로 이루어지는 호일 또는 도금층에 의해 구성된다. 피복층(34)의 두께는 20㎛~100㎛ 정도이다. 피복층(34)을 구성하는 금속 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금 등이 바람직하다.
초전도 선재(10B)에 있어서는, 금속 부재(30), 접합층(32), 및 금속 부재(30)의 외주면 상에 위치하는 피복층(34)이 도 1에 나타내는 초전도 선재(10)에 있어서의 보강층(12)을 구성한다. 그리고, 보강층(12)은 적층체(20)의 상면측 및 저면측에 위치하는 단면이 노출된 구성으로 되어 있다.
상기 구성으로 함으로써, 실시 형태 3에서는, 코일 형상으로 감긴 초전도 선재(10B)를 극저온에까지 냉각했을 때에 적층체(20)에 작용하는 인장 응력을, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 금속 부재(30)로 주로 분산시킬 수 있다. 이것에 의해, 적층체(20)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 피복층(34)의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 인장 강도의 향상을 위해서 초전도 선재의 단면적이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 임계 전류 밀도(Jc)를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10B)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(초전도 선재의 제조 방법)
도 14는 실시 형태 3에 따른 초전도 선재(10B)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10B)의 제조 방법은 적층체 형성 공정(S10)과, 금속 부재 접합 공정(S30)과, 피복층 도금 공정(S40)을 구비한다.
우선, 도 7에 나타낸 적층체 형성 공정(S10)을 실시함으로써, 적층체(20)가 형성된다. 다음으로, 금속 부재 접합 공정(S20)이 실시된다. 금속 부재 접합 공정(S20)에서, 금속 부재(30)를 접합하는 방법에 대해 특별히 제한되지 않고, 가열에 의해 도전성 접합재를 용융시켜, 필요에 따라서 가압하면 좋다. 예를 들어, 적층체(20)를 땜납 배스에 통과시키고, 그 후, 적층체(20) 및 금속 부재(30)를 일체로 해서 한 쌍의 가열·가압 롤 사이를 통과시킨다. 혹은, 처음에, 금속 부재(30)의, 적층체(20)의 측면과 대향하는 측의 표면 상에 도전성의 접합 부재로 이루어지는 접합층(32)을 형성한다. 그 후, 적층체(20) 및 금속 부재(30)를 일체로 해서 한 쌍의 가열·가압 롤 사이를 통과시킨다. 이것에 의해, 땜납으로 이루어지는 접합층(32)을 통해서 적층체(20)의 양측면에 금속 부재(30)가 접합된다.
마지막으로, 피복층 도금 공정(S40)이 실시된다. 구체적으로는, 도금법에 의해 적층체(20) 및 금속 부재(30)의 외주면에 금속층(도금층)으로 이루어지는 피복층(34)이 형성된다. 또한, 피복층(34)을 형성하는 공정으로서, 상술한 도금 공정을 대신해서, 적층체(20) 및 금속 부재(30)의 외주면을, 금속 재료로 이루어지는 호일로 일체적으로 피복하는 공정을 실시해도 좋다.
(실시 형태 3의 변형예)
도 15는 실시 형태 3의 변형예에 따른 초전도 선재(10B#)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 15는 초전도 선재(10B#)의 연장 방향에 교차하는 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 본 변형예에 따른 초전도 선재(10B#)는 기본적으로는 도 13에 나타낸 초전도 선재(10B)와 마찬가지의 구조를 구비하지만, 금속 부재(30)의 형상이 도 13에 나타낸 초전도 선재(10B)와는 상이하다. 본 변형예에 따른 초전도 선재(10B#)에서는, 금속 부재(30)의 연장 방향에 수직인 방향에 있어서의 단면의 형상이 원형으로 되어 있다. 이 때문에, 초전도 선재(10B#)의 측면도 원호 형상으로 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해서도, 도 13에 나타낸 초전도 선재(10B)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 금속 부재(30)의 연장 방향에 수직인 방향에 있어서의 단면의 형상은 직사각형 형상 또는 원형 형상으로 한정되지 않고, 직사각형 이외의 다각형 형상 및 타원 형상 등 임의의 형상으로 할 수 있다.
＜실시 형태 4＞
(초전도 선재의 구성)
도 16은 실시 형태 4에 따른 초전도 선재(10C)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 16은 초전도 선재(10C)의 폭 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10C)는 적층체(20)와, 피복층(36)과, 금속층(38)을 구비한다.
피복층(36)은 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)을 피복함과 아울러, 적층체(20)의 측면도 피복하도록 마련된다. 피복층(36)은 금속 재료로 이루어지는 도금층에 의해 구성된다. 피복층(36)의 두께는 20㎛~100㎛ 정도이다. 피복층(36)을 구성하는 금속 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금 등이 바람직하다.
금속층(38)은 적층체(20)의 양측면 위에 배치된다. 금속층(38)은 적층체(20)의 저면(20B) 및 상면(20A)의 일부 위에까지 연장하는 연장부를 갖고 있다. 즉, 금속층(38)은 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)을 피복하는 피복층(36)과 일체적으로 형성된다. 금속층(38)은 금속 재료로 이루어지는 도금층에 의해 구성된다. 금속층(38)을 구성하는 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금 등이 바람직하다.
초전도 선재(10C)에 있어서는, 적층체(20)의 측면 상에 위치하는 피복층(36) 및 금속층(38)이 도 1에 나타내는 초전도 선재(10)에 있어서의 보강층(12)을 구성한다. 그리고, 보강층(12)은 적층체(20)의 상면측 및 저면측에 위치하는 단면이 노출된 구성으로 되어 있다.
상기 구성으로 함으로써, 실시 형태 4에서는, 코일 형상으로 감긴 초전도 선재(10C)를 극저온에까지 냉각했을 때에 적층체(20)에 작용하는 인장 응력을, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 금속층(38) 및 피복층(36)으로 분산시킬 수 있다. 이것에 의해, 적층체(20)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 박막의 피복층(36)을 적층체(20)의 상면측 및 저면측에 배치한 구성으로 함으로써, 인장 강도의 향상을 위해서 초전도 선재의 단면적이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10C)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(초전도 선재의 제조 방법)
도 17은 실시 형태 4에 따른 초전도 선재(10C)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10C)의 제조 방법은 적층체 형성 공정(S10)과, 피복층 도금 공정(S50)과, 금속층 도금 공정(S60)을 구비한다.
우선, 도 7에 나타낸 적층체 형성 공정(S10)을 실시함으로써, 적층체(20)가 형성된다. 다음에, 피복층 도금 공정(S50)이 실시된다. 구체적으로는, 도금법에 의해 적층체(20)의 외주면에 금속층(도금층)으로 이루어지는 피복층(36)이 형성된다. 또한, 피복층(36)을 형성하는 공정에서, 상술한 도금층을 형성하는 공정을 대신해서, 적층체(20)의 외주면을, 금속 재료로 이루어지는 호일로 일체적으로 피복하는 공정을 실시해도 좋다.
다음으로, 금속층 도금 공정(S60)이 실시된다. 구체적으로는, 우선, 도 18에 나타내는 바와 같이, 피복층(36)의 일부분을 덮도록 마스크층(40)을 형성한다. 마스크층(40)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 코터나 스프레이 방식에 의해 도포할 수 있다. 마스크층(40)은 적층체(20)의 상면측 및 저면측에 각각 배치되어 있고, 그 폭은 적층체(20)의 폭보다 좁다.
그 후, 마스크층(40)을 형성한 피복층(36)을 덮도록 도금층(금속층(38))을 형성한다. 도금층은 적층체(20)의 저면(20B) 및 상면(20A)의 일부 위에까지 연장하는 연장부를 갖고 있다. 다만, 도금층은 적층체(20)의 양측면측에 형성하면 좋고, 적층체(20)의 상면측 및 저면측에는 형성되어 있지 않아도 좋다. 도금층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 전기 도금법에 의해 형성된다. 그 후, 마스크층(40)을 제거한다. 마스크층(40)의 제거 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 에칭 등에 의해 제거할 수 있다. 이것에 의해, 도금층으로 이루어지는 금속층(38)을 적층체(20)의 양측면 위에 형성할 수 있다.
또한, 도 17의 흐름도에서는, 피복층 도금 공정(S50)을 실시한 후에 금속층 도금 공정(S60)을 실시하는 구성에 대해 설명했지만, 금속층 도금 공정(S60)을 실시한 후에 피복층 도금 공정(S50)을 실시해도 좋다. 이 경우, 적층체(20)의 양측면 위에 금속층(38)으로 이루어지는 도금층이 형성된 후, 적층체(20) 및 금속층(38)의 외주면을 피복하도록 피복층(36)으로 이루어지는 도금층이 형성된다.
＜실시 형태 5＞
도 19는 실시 형태 5에 따른 초전도 선재(10D)의 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 도 19는 초전도 선재(10D)의 폭 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10D)는 적층체(20)와, 피복층(42)을 구비한다.
피복층(42)은 적층체(20)의 외주면을 피복하도록 마련된다. 피복층(42)은 땜납층에 의해 구성된다. 기판(1)의 폭 방향으로의 단면에 있어서, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 피복층(42)의 두께는 적층체(20)의 상면측 및 저면측 상에 위치하는 피복층(42)의 두께보다 두껍게 되어 있다.
초전도 선재(10D)에 있어서는, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 피복층(42)에 의해 보강층(12)이 구성된다. 환언하면, 보강층(12)은 피복층(42)과 일체적으로 형성된다.
상기 구성으로 함으로써, 실시 형태 5에서는, 코일 형상으로 감긴 초전도 선재(10D)를 극저온에까지 냉각했을 때에 적층체(20)에 작용하는 인장 응력을, 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 피복층(42)(땜납층)으로 분산시킬 수 있다. 이것에 의해, 적층체(20)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 박막의 피복층(36)을 적층체(20)의 상면측 및 저면측에 배치한 구성으로 함으로써, 인장 강도의 향상을 위해서 초전도 선재의 단면적이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 임계 전류 밀도를 저하시키지 않고, 초전도 선재(10D)에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(초전도 선재의 제조 방법)
도 20은 실시 형태 5에 따른 초전도 선재(10D)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(10D)의 제조 방법은 적층체 형성 공정(S10)과, 땜납층 형성 공정(S70)을 구비한다.
우선, 도 7에 나타낸 적층체 형성 공정(S10)을 실시함으로써, 적층체(20)가 형성된다. 다음으로, 땜납층 형성 공정(S70)이 실시된다. 땜납층 형성 공정(S70)에서는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 적층체(20) 전체를 땜납 배스(100) 내의 용융된 땜납액(110) 중에 침지하면서, 롤(112, 114)을 이용해서 땜납 배스(100)를 통과시킨다. 땜납 배스(100)의 출구측에는, 한 쌍의 링거 롤(116, 118)이 마련되어 있다. 적층체(20)의 상면(20A) 및 저면(20B)에 부착한 땜납이 한 쌍의 링거 롤(116, 118)에 의해 스퀴즈됨으로써, 땜납층으로 이루어지는 피복층(42)이 형성된다. 적층체(20)의 상면 및 저면 상에 위치하는 땜납층의 두께 및 적층체(20)의 양측면 위에 위치하는 땜납층의 두께는 한 쌍의 링거 롤(116, 118)에 있어서의 가압 조건, 적층체(20)를 반송시키는 속도 등에 의해 조정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 실시 형태 및 실시예는 아니고 청구의 범위에 나타낸 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 기판 3 : 중간층
5 : 초전도 재료층 7 : 보호층
9, 34, 36 : 피복층 10, 10A~10D : 초전도 선재
12 : 보강층 20 적층체
30 : 금속 부재 32 : 접합층
38 : 금속층 40 : 마스크층
100 : 땜납 배스 110 : 땜납액
112, 114 : 롤 116, 118 : 링거 롤

Claims (10)

  1. 주면을 갖는 기판 및 상기 주면 상에 형성된 초전도 재료층을 포함하는 적층체와,
    상기 기판의 폭 방향에 있어서의 상기 적층체의 양측면에 배치된 보강층
    을 구비하고,
    상기 적층체는 상기 기판이 위치하는 저면과, 상기 저면과 반대측의 상면을 가지며,
    상기 보강층은 상기 적층체의 상기 저면 및 상기 상면의 적어도 한쪽 측에 위치하는 단면이 노출되어 있고,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 적층체의 폭에 대한 상기 보강층의 폭의 합계의 비율은 1% 이상 15% 이하인
    초전도 선재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층체의 상기 상면 및 상기 저면의 어느 한쪽 측에 배치된 피복층을 더 구비하고,
    상기 기판의 폭 방향에서의 단면에 있어서, 상기 피복층의 폭은 상기 적층체의 폭보다 넓고,
    상기 보강층은 상기 적층체와 상기 피복층을 접합하는 도전성의 접합 부재인
    초전도 선재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 상기 적층체의 양측면에 접합된 금속 부재와, 상기 적층체 및 상기 금속 부재의 외주면을 피복하는 피복층을 포함하는 초전도 선재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보강층은 상기 적층체의 연장 방향을 따라 연장하는 상기 금속 부재를 상기 적층체의 양측면에 접합하는 접합층을 더 포함하는 초전도 선재.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 피복층은, 상기 적층체 및 상기 금속 부재의 외주면을 피복하도록 마련된, 금속 재료로 이루어지는 호일(foil) 또는 도금층에 의해 구성되는 초전도 선재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강층은 상기 적층체의 양측면 위로부터 상기 저면 및 상기 표면의 일부 위에까지 연장하는 연장부를 더 포함하는 금속층인 초전도 선재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적층체의 상기 상면 및 상기 저면을 피복하는 피복층을 더 구비하고,
    상기 금속층은 상기 피복층과 일체적으로 형성되는
    초전도 선재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속층 및 상기 피복층은 도금층에 의해 구성되는 초전도 선재.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층체의 상기 상면 및 상기 저면을 피복하는 피복층을 더 구비하고,
    상기 보강층은 상기 피복층과 일체적으로 형성되는
    초전도 선재.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피복층은 땜납층에 의해 구성되는 초전도 선재.
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