(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に中間層膜、超電導層膜の順に積層する超電導薄膜線材の製造方法であって、
所望する超電導薄膜線材の倍以上の幅を有する長尺の金属基板の上に、中間層膜を形成して金属基板／中間層膜複合線材とする中間層膜形成工程と、
前記金属基板／中間層膜複合線材を、所望する超電導薄膜線材の幅に切断する切断工程と、
切断された前記金属基板／中間層膜複合線材の中間層膜の上に超電導層膜を形成する超電導層膜形成工程と
を有していることを特徴とする超電導薄膜線材の製造方法。
【請求項２】
前記切断工程と前記超電導層膜形成工程との間に、
切断された前記金属基板／中間層膜複合線材の切断面を研削する研削工程を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜線材の製造方法。
【請求項３】
前記金属基板が、配向金属基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導薄膜線材の製造方法。
【請求項４】
前記超電導層膜形成工程の後に、
前記超電導層膜の上に安定化層膜を形成する安定化層膜形成工程を有している
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超電導薄膜線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導薄膜線材の製造方法に関し、特に帯状の金属基板を中間層膜が形成された段階で所定の幅に切断し、その後超電導層膜を形成する超電導薄膜線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転位温度（Ｔｃ）が液体窒素温度以上の高温超電導体である酸化物超電導体からなる超電導層膜が設けられた超電導薄膜線材は、一般に、幅１０ｍｍ程度の長尺でフレキシブルな金属テープ（金属基板）上に、中間層膜、超電導層膜、安定化層膜が順に形成されることにより製造されている。
【０００３】
そして、この超電導薄膜線材を、例えば、交流を使用する超電導機器用線材として使用する際には、交流損失が小さく、より良好な機器特性を得るために、さらに、２〜５ｍｍ幅に切断加工して使用されている。
【０００４】
また、近年、超電導薄膜線材の製造効率の向上を図って、より幅広（１２〜４０ｍｍ程度）の金属基板を用いて超電導薄膜線材を作製した後、所望の幅（２〜５ｍｍ）に切断加工して、超電導機器に使用することも行われている。
【０００５】
これら切断加工には、刃を用いて機械的に切断するスリッタ加工や、レーザ光を用いて連続的に切断するレーザ加工が、通常用いられている（特許文献１の段落１１７、非特許文献１のＦｉｇ．２とその説明、非特許文献２の４節）。
【０００６】
前記交流損失を低減する手段としては、他に、基板の全幅に亘って形成された幅広の超電導層膜にレーザを用いて一定の間隔毎に細い溝を形成し（レーザスクライビング）、磁束の干渉により交流損失を低減することも行われている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５０３５９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１６８８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａ  Ｐ  Ｍａｌｏｚｅｍｏｆｆ  他１３名著、「Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｏａｔｅｄ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２１（２００８）
【非特許文献２】Ｖ．Ｓｅｌｖａｍａｎｉｃｋａｍ  他１２名著、「Ｓｃａｌｅ  ｕｐ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ−ｒｅａｄｙ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｙ−Ｂａ―Ｃｕ−Ｏ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｖｏｌ．１５、ｎｏ．２、ｐｐ．２５９６−２５９９．Ｊｕｎｅ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの超電導薄膜線材の製造方法では、切断加工時に高温に曝されたり機械的な歪みが発生したりするため、超電導層膜のエッジ部（切断で生じた端面やその近傍）に大きなダメージが発生して超電導特性を劣化させる恐れがある。このようなエッジ部の超電導特性が劣化した超電導薄膜線材は、交流損失を増大させて製品の歩留まりを低下させるため、切断工程の条件管理を厳しくする必要があり、コストアップを招く要因ともなっていた。また、生産性の向上を図ることも困難であった。
【００１０】
このため、超電導層膜に大きなダメージを発生させることがなく、切断工程において厳しい条件管理を必要としない、また、製品の歩留まりを低下させず、生産性の向上を図ることができる超電導薄膜線材の製造方法の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、金属基板に中間層膜が形成された段階で所定の幅に切断し、その後、酸化物超電導層薄膜を形成するようにした発明である。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、
金属基板上に中間層膜、超電導層膜の順に積層する超電導薄膜線材の製造方法であって、
所望する超電導薄膜線材の倍以上の幅を有する長尺の金属基板の上に、中間層膜を形成して金属基板／中間層膜複合線材とする中間層膜形成工程と、
前記金属基板／中間層膜複合線材を、所望する超電導薄膜線材の幅に切断する切断工程と、
切断された前記金属基板／中間層膜複合線材の中間層膜の上に超電導層膜を形成する超電導層膜形成工程と
を有していることを特徴とする超電導薄膜線材の製造方法である。
【００１３】
本請求項の発明においては、従来の方法のように、超電導層膜形成後に切断加工を施すのではなく、中間層膜を形成した段階で切断加工を施しているため、得られた超電導薄膜線材において超電導特性を低下させるダメージの発生が抑制される。その結果、製品の歩留まりが低下せず、生産性の向上を図ることができる。
【００１４】
即ち、前記した通り、超電導層膜形成後に切断加工を施した場合、超電導層膜のエッジ部に大きなダメージが発生して、得られた超電導薄膜線材において超電導特性に大きな劣化を招く。
【００１５】
これに対して、中間層膜は、結晶構造の配向性さえ良好であればよく、切断加工を施しても、得られた超電導薄膜線材において超電導特性に大きな劣化を招く恐れがない。その結果、製品の歩留まりが低下せず、生産性の向上を図ることができる。
【００１６】
また、上記したように、中間層膜は、結晶構造の配向性さえ良好であれば超電導薄膜線材の超電導特性に影響を及ぼすことが少ないため、中間層膜を形成する際に、温度分布の均一性や組成比等の形成条件を厳しく管理する必要がない。この結果、幅広の金属基板／中間層膜複合線材を大量生産することができ、コストの低減を図ることができる。
【００１７】
一方、超電導層膜は、結晶構造が複雑であり、組成の揺らぎ、ａ軸／ｃ軸の方向の相違、酸素量等によって超電導特性が大きく変化するため、超電導層膜を形成する際に、温度分布の均一性等の形成条件を厳しく管理する必要があり、形成する超電導層膜の幅が広くなるにつれて、より厳しい管理が必要となる。しかし、本請求項の発明においては、狭い幅に切断された中間層膜の上に超電導層膜を形成しているため、形成条件をさほど厳しく管理する必要がなく、管理コストの低減を図ることができる。
【００１８】
なお、本請求項の発明において、「所望する超電導薄膜線材の倍以上の幅」とは、切断によって、２本以上の複数本、所望する幅の超電導薄膜線材を作製することができる幅を指す。
【００１９】
中間層膜および超電導層膜の形成は、ＰＬＤ法やＭＯＤ法等、公知の方法を用いて形成すればよく、中間層膜としては、通常、ＣｅＯ２／ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）／ＣｅＯ２等の複数の層からなる中間層膜が好ましく用いられ、超電導層膜としては、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体（ここで、ＲＥは希土類元素を示す）からなる超電導層膜が好ましく用いられる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、
前記切断工程と前記超電導層膜形成工程との間に、
切断された前記金属基板／中間層膜複合線材の切断面を研削する研削工程を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜線材の製造方法である。
【００２１】
前記した通り、金属基板／中間層膜複合線材に切断加工を施す際、中間層膜のエッジ部にダメージが発生したとしても、このダメージが超電導特性の劣化に及ぼす影響は少なく、超電導特性を少し劣化させるだけであるが、少ないながら劣化が発生している。本請求項の発明においては、この軽微なダメージを受けた中間層膜をも研削して除去しているため、確実に超電導特性の劣化を抑制することができる。
【００２２】
なお、本請求項の発明を適用するに際しては、中間層膜の切断面を研削するため、切断工程においては、この研削代を見込んだ幅で切断を行う。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、
前記金属基板が、配向金属基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導薄膜線材の製造方法である。
【００２４】
金属基板として配向金属基板を用いることにより、より幅広の金属基板上に均一な中間層膜を形成することができ、特性の安定した超電導薄膜線材を効率よく製造することができる。
【００２５】
配向金属基板としては、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｗ合金またはＮｉ−Ｃｒ合金などを圧延した後熱処理することにより、結晶配向性を付与したものが好ましく用いられる。その他、Ｃｕ、Ａｇなどやその合金などを用いてもよい。また、基板の配向性向上のために、結晶配向性を付与した金属層と支持層を複合したクラッド型の配向金属基板も好ましく用いられる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記超電導層膜形成工程の後に、
前記超電導層膜の上に安定化層膜を形成する安定化層膜形成工程を有している
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超電導薄膜線材の製造方法である。
【００２７】
超電導層膜の上に安定化層膜を設けることにより、超電導層膜が大気等に触れることから保護される。また、超電導層膜に欠陥部がある場合、欠陥部の温度が上昇し超電導特性が失われるが、安定化層膜を設けることにより、この安定化層膜がバイパスの役割を果たし電流を安定して流すため、欠陥部の温度上昇が抑制され、超電導特性を維持することができる。
【００２８】
安定化層膜としては、通常、まず、超電導層膜の上に銀層が保護層を兼ねて形成され、その後、銅安定化層が形成される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、超電導層膜にダメージを発生させることがなく、切断工程において厳しい条件管理を必要としない、また、製品の歩留まりを低下させず、生産性の向上を図ることができる超電導薄膜線材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の超電導薄膜線材の製造方法の各工程における線材の断面構成を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を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。
【００３２】
（実施例）
以下の実施例は、金属基板／中間層膜複合線材を切断工程で３分割し、切断面を研削した後、超電導層膜を形成した例であり、図１を参照しつつ説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態の超電導薄膜線材の製造方法の各工程における線材の断面構成を概念的に示す図である。図１において、１は切断前の金属基板／中間層膜複合線材であり、２は切断後の金属基板／中間層膜複合線材であり、３は超電導層膜形成後の超電導薄膜線材であり、４は安定化層膜形成後の超電導薄膜線材である。
【００３４】
そして、１０は切断前の金属基板であり、１１は切断後の金属基板であり、２０は切断前の中間層膜であり、２１は切断後の中間層膜であり、２９は中間層膜の切断面部であり、３１は切断後の中間層膜２１の上に形成された超電導層膜であり、４１は超電導層膜３１の上に形成された安定化層膜である。また、９１は研削用治具である。
【００３５】
１．中間層膜形成工程
最初に、図１の（１）に示すように、幅１０ｍｍ、厚さ１００μｍ、長さ４ｍの幅広の金属基板１０の上面に、ＲＦスパッタリング法を用いて厚さ０．５μｍの中間層膜２０を形成し、金属基板／中間層膜複合線材を得た。これを長さ２ｍに２分し、それぞれを、本実施例および後述する比較例における金属基板／中間層膜複合線材とした。
【００３６】
なお、金属基板１０としては、下からＳＵＳ３１６Ｌ、Ｃｕ、Ｎｉを順に積層したクラッド型の配向金属基板を用いた。
【００３７】
また、中間層膜２０としては、結晶の配向の良好な酸化物超電導層膜を形成するため、ＣｅＯ２／ＹＳＺ／ＣｅＯ２の３層からなる中間層膜とした。この中間層膜は、配向性金属基板の結晶配向性を引き継いで、２軸配向した結晶配向性を有していた。
【００３８】
２．切断工程
次に、スリッタ加工により、金属基板／中間層膜複合線材１を幅４．１ｍｍに２分割して、図１の（２）に示す金属基板／中間層膜複合線材２を得た。
【００３９】
３．研削工程
次に、図１の（３）に示すように、切断後の金属基板／中間層膜複合線材２の切断面部２９には、結晶構造等の不具合、損傷あるいは劣化が発生した可能性があるため、研削用治具９１を用いた研削により、その直下の基板１１ごと除去した。この研削により、切断後の金属基板／中間層膜複合線材２の幅は４ｍｍとなった。
【００４０】
４．超電導膜形成工程
次に、図１の（４）に示すように、研削された切断後の金属基板／中間層膜複合線材の中間層膜２１の上に、ＰＬＤ法を用いてＹＢＣＯの超電導層膜３１を形成し、超電導薄膜線材３を得た。
【００４１】
５．安定化層膜形成工程
図１の（５）に示すように、超電導層膜形成後の超電導薄膜線材３の超電導層膜３１の上に、ＤＣスパッタリング法を用いて、厚さ２μｍの銀安定化層を形成した。なお、この銀安定化層は保護層を兼ねている。
【００４２】
さらに、銀安定化層の上面にめっき法により厚さ１０μｍの銅安定化層を形成し、安定化層膜４１とした。以上により得られた超電導薄膜線材４を、実施例の超電導薄膜線材とした。
【００４３】
６．比較例
実施例において作製した長さ２ｍの金属基板／中間層膜複合線材を用いて、その上に超電導層膜の形成を行った後、実施例で得られた超電導薄膜線材と同じ４ｍｍ幅になるように切断加工を施し、比較例の超電導薄膜線材を得た。
【００４４】
７．超電導薄膜線材の超電導特性の測定
実施例および比較例で得られた各超電導薄膜線材につき、臨界電流密度Ｊｃと臨界電流値Ｉｃを測定したところ、実施例で得られた各超電導薄膜線材では、Ｉｃが１００Ａであった。これに対し、比較例で得られた各超電導薄膜線材では、Ｉｃが８０Ａであり、実施例の場合、比較例に比較してＩｃが優れていることが確認できた。
【００４５】
８．まとめ
以上のように、本発明によれば、金属基板／中間層膜複合線材に切断加工を施した後に超電導層膜を形成しているため、超電導膜へのダメージがなく、超電導層膜を形成した後に切断加工を施した場合に比べ、優れた超電導特性の超電導薄膜線材を効率的に提供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１          切断前の金属基板／中間層膜複合線材
２          切断後の金属基板／中間層膜複合線材
３          超電導層膜形成後の超電導薄膜線材
４          安定化層膜形成後の超電導薄膜線材
１０        切断前の金属基板
１１        切断後の金属基板
２０        切断前の中間層膜
２１        切断後の中間層膜
２９        中間層膜の切断面部
３１        超電導層膜
４１        安定化層膜
９１        研削用治具
【図１】
0005497412.tif 000002