(57)【要約】【課題】基材の表面に超電導薄膜を形成させる際に、ヒーターなど基材以外の表面に堆積した蒸着物を容易に除去して厚膜で均一な超電導薄膜を連続して形成することができる薄膜超電導線材の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行ステップと、前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成ステップと、前記基材の走行方向とは垂直の方向に前記基材を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去ステップとを有している薄膜超電導線材の製造方法および製造装置。【選択図】図１
2010080375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行ステップと、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成ステップと、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記基材を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去ステップと
を有していることを特徴とする薄膜超電導線材の製造方法。
【請求項２】
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行手段と、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成手段と、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記基材を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去手段と
が設けられていることを特徴とする薄膜超電導線材の製造装置。
【請求項３】
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行ステップと、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成ステップと、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記支持部を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去ステップと
を有していることを特徴とする薄膜超電導線材の製造方法。
【請求項４】
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行手段と、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成手段と、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記支持部を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去手段と
が設けられていることを特徴とする薄膜超電導線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜超電導線材の製造方法および製造装置に関し、より具体的にはテープ状の基材上に超電導薄膜を形成する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜超電導線材の製造においては、テープ状の金属製の基材の表面に中間層、超電導層、安定化層等を薄膜状に、かつ連続的に形成する必要がある。その手段として、基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成するいわゆる蒸着法が一般的に用いられ、その一例として、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。
【０００３】
ＰＬＤ法は、ターゲット上にレーザー光を収束させて照射することにより、ターゲット表面の超電導薄膜材料を剥離、分解して、プルームと言われるプラズマを発生させ、ターゲットに対向して配置されているテープ状の基材上に、発生させたプルーム中の超電導薄膜材料を蒸着、堆積させて超電導層を形成する方法であり、薄膜超電導線材はテープ状の基材を搬送しながらその表面に超電導層を連続的に形成することにより製造される。
【０００４】
そして、ＰＬＤ法を用いて得られる薄膜超電導線材の生産性向上や特性改善につき検討がなされている。例えば、特許文献１には、成膜領域をマルチターン方式とすることにより材料の収率や成膜レートのアップを図ることが示されている。そして、特許文献２には、ＰＬＤプルームを移動させることにより成膜領域の大面積化を図ることが示されている。また、特許文献３には、ターゲット上のレーザー照射位置を移動させることにより、ターゲットの消費の均一化を図ることが示されている。さらに、特許文献４には、接触式ヒーターを用いることにより、適切な温度制御を図ることが示されている。
【特許文献１】特開２００４−２６３２２７号公報
【特許文献２】特開平７−２１６５４０号公報
【特許文献３】特開２０００−３１９０９７号公報
【特許文献４】特開平１０−１３４６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このＰＬＤ法は、基材の幅に比べプルームの広がり、即ち蒸着領域が大きいため、ターゲットより発生したプルーム中の蒸発物は、基材を熱すると共に基材を支持するヒーター等の支持部の表面にも堆積する。そして、成膜時間が長時間化した場合、蒸着物は時間と共に成長するため、支持部に付着した蒸着物は最終的に基材の表面にまでも乗り出してきて、基材の表面でプルームに対して影となる部分を生じ、基材の表面に蒸着物を均一に堆積することを困難にし、超電導特性の安定した薄膜超電導線材を作製することが困難になる。
【０００６】
対策として、定期的に生産ラインを停止して支持部の堆積物を除去することが考えられるが、生産ラインの停止は製造コストのアップに繋がる。また、除去作業中のターゲットの汚染防止や、成膜再開時の雰囲気調整など除去作業以外にも煩雑な作業が必要であり、この面からも製造コストのアップに繋がる。
【０００７】
また、長尺で均一な超電導特性の超電導薄膜層を得ようとする場合、支持部に付着する蒸着物の成長を制御する必要があるため、膜厚の薄い超電導薄膜層しか得ることができない。そのため、超電導特性に優れた厚膜の薄膜超電導線材を作製するためには、前記の膜厚の薄い超電導薄膜層を多層化する必要があり、この面からも製造コストのアップに繋がる。
【０００８】
前記した蒸着物による影響を避ける手段として、プルームの位置を固定せず、動かすことにより蒸着領域を大面積化させて、単位面積あたりの蒸着物の量を制御することも多く行われているが、この場合には製造装置全体を大型化する必要があり、製品のコストアップに繋がる。
【０００９】
以上のような問題点は、ＰＬＤ法のみならず、蒸発物の基材への蒸着を利用して基材の表面に均一な薄膜を連続して形成する蒸着法全てに共通する問題である。
【００１０】
このため、基材の表面に超電導薄膜を形成させる際に、ヒーターなど基材以外の表面に堆積した蒸着物を容易に除去して厚膜で均一な超電導薄膜を連続して形成することができ、その結果優れた超電導特性が安定した長尺の薄膜超電導線材を得ることができる薄膜超電導線材の製造方法および製造装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記の課題の解決につき鋭意検討の結果、テープ状の基材と支持部のいずれかを基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって往復して動かすという極めて簡便な方法により、支持部に堆積した蒸着物を基材の側面を用いて除去できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行ステップと、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成ステップと、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記基材を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去ステップと
を有していることを特徴とする薄膜超電導線材の製造方法である。
【００１３】
請求項１の発明では、蒸着物除去ステップにおいて、基材をその走行方向とは垂直方向の成分をもって往復移動させるという極めて簡便な方法を用いて支持部に堆積した蒸着物を基材の側面により削り取っているため、支持部には基材の表面にまで乗り出すほどの蒸着物が堆積することがなく、容易にテープ状の基材の表面に均一に超電導薄膜が厚膜に形成された長尺の薄膜超電導線材を得ることができる。
【００１４】
基材をその走行方向とは垂直方向の成分をもって往復移動させる具体的な方法としては、例えば、長尺のテープ状の基材を送り出す送り出しリールと基材の表面に超電導薄膜が形成された基材を巻き取る巻き取りリールの双方を、同調して基材の走行方向とは垂直の方向に往復移動させる方法を挙げることができるが、基材と支持部とがほぼ密着した状態で基材を走行方向とは垂直方向の成分を有する往復移動をさせることができれば方法は特に限定されず、走行方向に対して斜めの往復移動をさせる方法でもよい。また、移動の周期や距離も特に限定されず、適宜決定することができる。
【００１５】
このように、極めて簡便な方法により容易に支持部の堆積物を除去することができるため、定期的に生産ラインを停止する必要がなくなり、製造コストの低減を図ることができる。
【００１６】
テープ状の基材としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅、ニッケル合金等の各種金属より適宜選択された長尺の金属テープを使用することができる。
【００１７】
なお、前記の各基材上にＣｅＯ２やＹＳＺ等の中間層を設けたものを基材として用いてもよい。
【００１８】
テープ状の基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させる方法としては、気相蒸着法であれば特に限定はされず、具体的には、ＰＬＤ法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。成膜条件は、基材の種類やサイズ、成膜方法に応じて適宜決定することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行手段と、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成手段と、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記基材を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去手段と
が設けられていることを特徴とする薄膜超電導線材の製造装置である。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明を装置の面より捉えたものであり、蒸着物除去手段として極めて簡便な手段を採用しているため、製造コストを上昇させることなく、厚膜の超電導薄膜層を連続的に形成することができ、優れた超電導特性を有する長尺の薄膜超電導線材を安価に提供することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行ステップと、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成ステップと、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記支持部を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去ステップと
を有していることを特徴とする薄膜超電導線材の製造方法である。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１の発明が基材を移動させることにより支持部に堆積した蒸着物を除去しているのに対し、支持部を基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって往復移動させることにより、支持部に堆積した蒸着物を除去している。
【００２３】
基材と支持部との間での相対的な動きは、請求項１の場合と同じであるため、請求項１の発明と同じような作用、効果を得ることができる。
【００２４】
支持部を基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって往復移動させる具体的な方法としては、例えば、支持部を基材の走行方向とは垂直の方向に往復移動させる方法を挙げることができ、また支持部に回転往復運動を与えて往復移動させる方法なども挙げることができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、
テープ状の基材を、裏面側に配置された支持部に沿って長尺方向に走行させる基材走行手段と、
前記基材の表面に薄膜材料の蒸発物を蒸着させて超電導薄膜層を連続的に形成する薄膜形成手段と、
前記基材の走行方向とは垂直方向の成分をもって前記支持部を往復移動させて、前記基材の表面以外の領域に蒸着した薄膜材料を除去する蒸着物除去手段と
が設けられていることを特徴とする薄膜超電導線材の製造装置である。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項３の発明を装置の面より捉えたものであり、基材と支持部との間での相対的な動きは、請求項２の場合と同じであるため、請求項２の発明と同じような作用、効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、基材の表面に超電導薄膜を形成させる際に、ヒーターなど基材以外の表面に堆積した蒸着物を容易に除去して厚膜で均一な超電導薄膜を連続して形成することができ、その結果優れた超電導特性が安定した長尺の薄膜超電導線材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００２９】
１．第１の実施の形態
本実施の形態においては、ＰＬＤ法によりテープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成し、その際、支持部は固定しておき、基材をその走行方向とは垂直の方向に往復移動させている。以下、図１を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００３０】
（薄膜超電導線材の製造装置の概要）
図１において、（１）は、本実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置から主要部のみを抜き出して、ＰＬＤ法によりテープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成する様子を概念的に示したものである。そして、（２）は、テープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成するに際して、支持部（ヒーター）の表面にも蒸着物が堆積する様子を示したものである。
【００３１】
図１において、ヒーター１０は走行するテープ状の基材２０を加熱すると共に、基材２０の支持部を兼ねている。基材２０は白抜き矢印の方向に搬送されると共に、黒い矢印の方向に往復移動している。なお、図示しないが、基材２０はリール巻きの状態で供給されており、送り出しリールから巻き出された基材は表面に超電導薄膜が形成された後に巻き取りリールまで搬送されるようになっており、前記の往復移動は、送り出しリールと巻き取りリールの双方が同期をとりながら往復移動することによりもたらされるようになっている。
【００３２】
レーザーを含む光学系４０より発したレーザー光４１は収束されてターゲット３０上に照射される。レーザー光４１の照射により、ターゲット３０の薄膜材料が剥離、分解して、プルーム３１が発生する。プルーム３１には、ターゲット３０から蒸発した薄膜材料の粒子が含まれており、ヒーター１０のターゲット３０に対向する位置でヒーター１０表面および基材２０表面にほぼ円形に付着する。この時、基材２０上に付着した薄膜材料の粒子は超電導薄膜２３を形成すると共に、基材２０以外の箇所では堆積物１３を生じる。堆積物１３は、基材２０を黒い矢印の方向に往復移動させることにより削ぎ落とされ除去される。なお、プルーム３１の位置を固定せず、ヒーター１０および基材２０上を基材２０の走行方向と平行に往復移動させると、蒸着物が分散して堆積するため好ましい。
【００３３】
（実施例１）
上記した本実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置を用いて薄膜超電導線材を製造した実施例を以下に示し、具体的に説明する。
【００３４】
本実施例における薄膜超電導線材の製造条件は以下の通りである。
即ち、基材としては、厚さ１００μｍ×幅１ｃｍ×長さ２００ｍのＳＵＳ薄板の表面上に、順にＣｅＯ２、ＹＳＺ、ＣｅＯ２の中間層（総厚：１〜２μｍ）を設けたものを基材とした。そして、前記基材を、幅６ｃｍ×長さ４０ｃｍのヒーターの表面に沿って、線速１０ｍ／ｈｒで走行させた。なお、ヒーターは、基材側の面が多少湾曲して凸出しており、基材はこの湾曲面に沿って走行する。また、基材は、ヒーター上を長尺方向に走行すると共に、走行方向とは垂直な方向に周期０．１Ｈｚ、幅±０．５ｃｍで往復移動するようにした。この基材の往復移動により、基材周囲の蒸着物を除去することができる。
【００３５】
そして、前記基材表面に、ＰＬＤ法を用いて厚さ２μｍのＧｄＢａ２Ｃｒ３Ｏｘ超電導薄膜を形成させた。ＰＬＤ法の条件は以下の通りである。即ち、レーザーとして、周波数：１８０Ｈｚ、出力：１Ｊ、波長：２４８ｎｍのＫｒ−Ｆエキシマレーザーを用い、１０Ｐａの酸素雰囲気中でターゲットへ照射を行いプルームを発生させた。なお、基板とターゲットの距離は５５ｍｍとした。
【００３６】
上記ＰＬＤ法において、従来のように、基材を往復移動させることをせず、即ち堆積物の除去を行うことなく１０ｍ／ｈｒの線速で２０ｈｒ走行させた（総長さ２００ｍ）場合、基材周囲のヒーター上には厚さ約１ｍｍの蒸着物が堆積して基材上に乗り出し、基材上での成膜に悪影響を及ぼしていた。そのため、従来のように、堆積した蒸着物を除去しない場合には、蒸着物の堆積による悪影響を考慮する必要から、総長さ２００ｍの走行において１走行当たり厚さ０．４μｍの超電導薄膜を形成するしかなく、これを５回繰り返すことにより、厚さ２μｍの超電導薄膜としていた。
【００３７】
これに対して、本実施例においては、基材を往復移動させて、絶えず基材周囲のヒーター上に堆積する蒸着物を除去しているため、厚さ２μｍの超電導薄膜を１度に形成させることができ、製造時間の大幅な短縮が得られる。
【００３８】
２．第２の実施の形態
本実施の形態においては、基材は固定しておき、支持部を基材の走行方向とは垂直の方向に往復移動させるものであり、その他は第１の実施の形態と同じである。以下、図２を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００３９】
図２は、（１）は、本実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置から主要部のみを抜き出して、ＰＬＤ法によりテープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成する様子を概念的に示したものである。そして、（２）は、テープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成するに際して、支持部（ヒーター）の表面に蒸着物が堆積する様子を示したものである。
【００４０】
図２においては、ヒーター１０は、走行するテープ状の基材２０を加熱すると共に、黒い矢印の方向に往復移動している。ヒーター１０を往復移動させる方法としては、特に限定されず、適宜決定することができる。
【００４１】
そして、ヒーター１０とテープ状の基材２０との相対的な関係は、第１の実施の形態と同様であるため、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
３．第３の実施の形態
本実施の形態においては、基材は固定しておき、基材の走行方向とは垂直方向の成分をもつ回転往復運動により支持部を往復移動させるものであり、その他は第１の実施の形態と同じである。以下、図３を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００４３】
図３において、（１）は、本実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置から主要部のみを抜き出して、ＰＬＤ法によりテープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成する様子を概念的に示したものである。そして、（２）は、テープ状の基材の表面に超電導薄膜を形成するに際して、支持部（ヒーター）の表面に蒸着物が堆積する様子を示したものである。
【００４４】
図３において、ヒーター１０は、走行するテープ状の基材２０を加熱すると共に、図３（２）に示すように黒い矢印の方向に回転往復移動している。このヒーター１０の回転往復移動は、基材の走行方向とは垂直方向の成分をもっているため、この垂直方向の成分により支持部の堆積物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。
【図２】第２の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。
【図３】第３の実施の形態に係る薄膜超電導線材の製造装置の主要部を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    ヒーター
１３    堆積物
２０    基材
２３    超電導薄膜
３０    ターゲット
３１    プルーム
４０    レーザーを含む光学系
４１    レーザー光
【図１】
2010080375.tif 000003
【図２】
2010080375.tif 000004
【図３】
2010080375.tif 000005