酸化物超電導導体用基材と該基材を備えた酸化物超電導導体およびそれらの製造方法
【課題】本発明は、超電導コイルなどに用いて好適な断面形状の酸化物超電導導体用基材とそれを用いた酸化物超電導導体及びそれらの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、外周部の周方向の少なくとも一部に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有してなる柱状であり、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層とを具備してなることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、外周部の周方向の少なくとも一部に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有してなる柱状であり、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層とを具備してなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形状に類似する断面形状の基材の周面に配向性の良好な中間層を備えた酸化物超電導導体用基材と該基材を備えた酸化物超電導導体およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類系の酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥは希土類元素）は、液体窒素温度で超電導性を示すことから実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体として用いることが要望されている。中でも、Ｙ系酸化物超電導体（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）を用いた超電導線材は、外部磁界に対して強く、強磁界内でも高い電流密度を維持することができるため、超電導コイル用導体としての利用、あるいは電力供給用ケーブルとしての利用の他、超電導限流器用の導体などとしての研究開発が進められている。
これら研究開発用途のいずれにおいても、希土類系酸化物超電導導体の作製には、配向基材を使用する必要があり、配向基材を作製できる方法の一例として、イオンビームアシスト成膜法（ＩＢＡＤ法：Ion-Beam-Assisted Deposition）が知られている。
【０００３】
希土類系酸化物超電導導体の一構造例として、テープ状の金属基材と、その上にベッド層や拡散防止層を介しＩＢＡＤ法によって成膜された中間層と、その上に成膜されたキャップ層と酸化物超電導層とを具備した酸化物超電導線材が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の希土類系酸化物超電導体は、配向基材上に２軸配向させることで高い超電導特性を示すことが知られており、希土類系酸化物超電導体の結晶配向度が高い程、臨界電流、臨界磁場、臨界温度等の超電導特性においてより優れたものが得られる。
【０００４】
前述のＩＢＡＤ法に従い、テープ状の金属基材上に中間層を形成し、その上に酸化物超電導層を積層してなる酸化物超電導導体の一例として図８に示す構造が知られている。
図８に示す酸化物超電導導体Ｔは、Ｎｉ系の耐熱合金テープからなる基材１００の上に、Ａｌ２Ｏ３からなる拡散防止層１０１と、Ｙ２Ｏ３からなるベッド層１０２と、ＩＢＡＤ法によるＭｇＯあるいはＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる中間層１０３と、ＣｅＯ２からなるキャップ層１０４と、希土類系の酸化物超電導層１０５と、Ａｇからなる安定化基層１０６と、Ｃｕからなる安定化層１０７が積層された構造とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記構造の酸化物超電導導体Ｔを製造する場合、ＩＢＡＤ法により中間層１０３の結晶配向性を整えることは重要な技術であり、中間層１０３の結晶配向度の指標とされる面内方向結晶軸分散の半値幅（Δφ）の値を２０゜以下にすることで、その上に成膜するキャップ層１０４を自己配向させてΔφの値を４〜１０゜程度とすることができ、このキャップ層１０４上に酸化物超電導層１０５をエピタキシャル成膜することで優れた超電導特性を発揮する酸化物超電導導体Ｔを得ることが可能となる。
【０００７】
ところで、酸化物超電導導体Ｔを電力、エネルギー関連の種々の電気機器用の導体として利用する試みがなされており、有力な開発用途として、超電導マグネット、超電導限流器、超電導変圧器、超電導発電機などが検討されている。また、これらの超電導機器に適用するための超電導コイルの構造においては、巻き胴に長尺の超電導導体を巻回した構造、あるいは、円盤状の基板に超電導巻線回路を形成した構造などが知られ、それぞれ研究開発が進められている。
これらの背景において図８に示すような酸化物超電導導体Ｔを巻き胴に巻回して超電導コイルを構成しようとした場合、基材１００は薄型のテープ状であり、その上に各種の膜を成膜したとしても各膜の膜厚は数１０ｎｍ〜１μｍ程度であるので、得られた酸化物超電導導体Ｔは全体として薄型のテープ形状に形成される。
【０００８】
このため、この種の酸化物超電導導体Ｔを巻き胴に巻き付けるためには、テープ状の酸化物超電導導体Ｔの基材１００側を巻き胴の周面に沿わせて巻き胴の下層側から上層側に順次巻き付けて積層する作業が必要となるが、薄型のテープ状の酸化物超電導導体Ｔである限り、巻き胴の周面に多層巻きすることは容易ではない問題がある。即ち、テープ状の酸化物超電導導体Ｔの場合、曲げることができる方向は制限されるので、巻き胴に整列巻きすることが難しく、テープ状である限り、自由な形状への加工は困難な問題がある。
また、薄型のテープ状の酸化物超電導導体Ｔであると、交流用超電導機器としての利用を想定した場合、交流損失の発生も問題となり易い傾向がある。例えば、交流用のために撚線構造や転移構造を採用しようとしてとも、薄型のテープ状の酸化物超電導導体Ｔを撚り合わることは難しく、仮に撚線化ができたとしてもそのピッチを小さくすることはできないので、交流損失低減のための撚線構造や転移構造を簡単には採用できない問題がある。
【０００９】
前記酸化物超電導導体Ｔがテープ状であることの理由の１つについて考察すると、ＩＢＡＤ法により結晶配向性の良好な中間層を形成するためには、スパッタ法などの成膜法により基材１００の成膜面上に中間層を構成する粒子の堆積を行っている間、成膜面の法線に対し斜め方向、例えば４５゜あるいは５５゜などの特定の方向から、入射角度を±１０゜程度の狭い範囲に保ってアシストイオンビームを照射する必要があり、基材１００の成膜面として平面が望ましく、長尺の超電導導体を製造するためには、テープ状の基材１００を選択することが自然であることに起因している。
しかし、前述の超電導コイルへの応用、交流用途などを考慮すると、テープ状の酸化物超電導導体Ｔではなく、ＩＢＡＤ法を利用した結晶配向性の良好な中間層を備えた上で、巻き胴などへの巻き付けに好適な形状の酸化物超電導導体の提供が望まれている。また、交流損失低減の面から見て薄型のテープ状ではない形状であって、撚線構造や転移構造を採用可能な他の形状の酸化物超電導導体の提供が望まれている。
【００１０】
本願発明は、ＩＢＡＤ法による結晶配向性に優れた中間層を備えた上に、超電導コイルとしての適用や交流用途を想定した場合などにおいて、薄型のテープ状の酸化物超電導導体よりも取り扱い易く、巻き胴などに巻回する作業がし易く、また、交流損失の発生を抑制し易い構造の酸化物超電導導体を提供できる酸化物超電導導体用基材の提供を目的とする。
また、本願発明はそのような優れた酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体とそれらの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の酸化物超電導導体用基材は、外周部の周方向の少なくとも一部分に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層とを具備してなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材は、前記イオンビームアシスト成膜法により積層された中間層の面内方向結晶軸分散の半値幅（Δφ）の値が１６゜以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材は、前記中間層が前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の酸化物超電導導体用基材は、前記基材の外周部がその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状に形成されてなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体は、先に記載の酸化物超電導導体用基材の中間層上に、キャップ層と酸化物超電導層とが積層されてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、外周部の周方向の少なくとも一部に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層を具備してなる酸化物超電導導体用基材を製造するに際し、前記基材を一方のリールから繰り出し、他方のリールに巻き取る間に、中間層の構成粒子を堆積させて中間層を成膜する成膜領域を通過させ、前記基材が成膜領域を通過する間に、前記粒子の堆積と同時にアシストイオンビームを特定の方向から前記基材に対し照射するイオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成するとともに、前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材よりも細いスリット状の通過孔を備えたシールド板を用い、前記通過孔を前記リール間に繰り出されている基材の延在方向中心部に沿って配置し、前記リール間に繰り出されている基材の幅方向両側部分を覆い隠しながら前記中間層の構成粒子の堆積を行うとともに、前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材をその周回りに所定角度ずつ回転させながら前記シールド板の通過孔を介し中間層の構成粒子を堆積させる位置を基材の周方向に順次変更しつつ前記基材の平面部あるいは円周面部に成膜することを特徴とする。
【００１４】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記スリット状の通過孔を介し前記基材の円周面部に前記中間層の構成粒子を堆積させて成膜する際、前記スリット状の通過孔の幅方向端縁を前記基材の円周面部に投影させた位置において規定される前記円周面部の接線の傾斜角度を前記通過孔を含むシールド板の表面に対する傾斜角度として３０゜以下に設定して成膜することを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記スリット状の通過孔の幅について、該通過孔を介し前記基材の円周面部に対し斜め方向から入射するアシストイオンビームの入射角度が、前記円周面部に対するアシストイオンビームの照射範囲内のいずれの位置であっても、前記特定のアシストイオンビームの入射角度に対し±１０゜の範囲に収まるような幅に設定して成膜することにより中間層を形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記中間層を前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層することを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記基材として、その外周部にその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状の基材を用いることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法は、先のいずれか１項に記載の中間層上にキャップ層と酸化物超電導層を積層することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
外周部の少なくとも一部分に平面部を他の部分に円周面部を有する柱状の長尺の基材にイオンビームアシスト成膜法による結晶配向性の良好な中間層を備えるているので、中間層上に酸化物超電導層を形成することで、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を得ることができるとともに、超電導コイルなどの用途のためにコイル加工する場合、テープ状の基材を用いた酸化物超電導導体に比較し、曲げ加工できる方向の自由度が向上しているので、コイル加工が容易になる効果がある。従って、本発明に係る基材を適用してなる酸化物超電導導体であるならば、超電導マグネット、超電導限流器、超電導変圧器、超電導発電機などに適用される超電導コイルの製造が容易となり、テープ状の酸化物超電導導体を用いた構造に比べて交流損失の低減も可能となる。
中間層の面内方向結晶軸分散の半値幅Δφの値を１６゜以下とすることで、その上にキャップ層を介し酸化物超電導層を形成した構造とするならば、超電導特性の優れた酸化物超電導層を平面部上あるいは円周面部上に備えた構造の酸化物超電導導体を提供することができる。
【００１７】
外周部の少なくとも一部分に平面部を他の部分に円周面部を有する柱状の長尺の基材にイオンビームアシスト成膜法を適用し、通過孔を有するシールド板を利用して基材外周部の必要な領域のみに適正入射角度のアシストイオンビームを照射しつつ中間層の粒子堆積を行って結晶配向性の良好な中間層を形成するので、円周面部上であっても結晶配向性の良好な中間層を形成できる。よって、円周面部を備えた柱状の基材であっても結晶配向性に優れた中間層を有した酸化物超電導導体用基材を得ることができ、この基材の利用によって、超電導特性の優れた酸化物超電導導体を得ることができる。
前記基材の円周面部にイオンビームアシスト成膜法により結晶配向性の優れた中間層を形成するには、シールド板のスリット状の通過孔の幅が重要であり、通過孔の端縁を基材の円周面部に投影した位置を通過する接線の傾きを３０゜以下とすることにより、通過孔を通過して円周面部に達するアシストイオンビームの入射角度を許容範囲内とすることができ、これにより結晶配向性の良好な中間層を円周面部に備えた酸化物超電導導体用基材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の第１実施形態を備えた酸化物超電導導体の一例を示す構成図。
【図２】イオンビームアシストスパッタ法を実施するために用いる成膜装置の一例を示す斜視図。
【図３】図２に示す成膜装置に設けられるイオン源の一例構造を示す概略図。
【図４】図２に示す成膜装置を用いて第１実施形態の酸化物超電導導体用基材を製造する工程の一例を示す工程説明図。
【図５】図４に示す工程を実施する場合の要部拡大断面図。
【図６】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の第２実施形態を備えた酸化物超電導導体の一例を示す構成図。
【図７】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の第３実施形態を備えた酸化物超電導導体の一例を示す構成図。
【図８】ＩＢＡＤ法に基づいて得られる中間層を備えた酸化物超電導導体の従来構造の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明に係る第１実施形態の酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体の一例を模式的に示す部分断面図である。
この実施形態の酸化物超電導導体Ａは、横断面略円形状の長尺の金属製基材１の外周面に、Ａｌ２Ｏ３などからなる拡散防止層２と、Ｙ２Ｏ３などからなるベッド層３と、ＩＢＡＤ法による中間層４と、ＣｅＯ２などからなるキャップ層５と、希土類系などの酸化物超電導層６と、Ａｇなどからなる安定化基層７と、Ｃｕなどからなる安定化層８とを順次積層して構成されている。本実施形態において、基材１上に拡散防止層２とベッド層３と中間層４を積層することによって酸化物超電導導体用基材９が構成されている。
なお、前記酸化物超電導導体用基材９の構成において、拡散防止層２とベッド層３は必須の構成ではなく、どちらか一方あるいは両方を略する構成とすることもできる。
【００２０】
基材１は、横断面円形状の丸線の外周部の周方向の少なくとも一部に平面部１Ａを有し、外周部の周方向の残りの部分を円周面部１Ｂとしてなる概略円形断面構造とされ、平面部１Ａは基材１の全長に連続形成されている。
酸化物超電導導体用基材Ａに適用できる基材１は、通常の超電導線材の基材として使用することができ、高強度かつ耐熱性であれば良く、長尺の超電導ケーブル用途、超電導コイル用途であることが好ましく、耐熱性の面から見て金属からなるものが好ましい。例えば、ステンレス鋼、銅合金あるいはニッケル合金等の各種耐熱金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの、等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましく、市販品であれば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）が好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。
【００２１】
拡散防止層２は、基材１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。
拡散防止層２の厚さが１０ｎｍ未満となると、基材１の構成元素の拡散を十分に防止できなくなる虞がある。一方、拡散防止層２の厚さが４００ｎｍを超えると、拡散防止層２の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が基材２から剥離しやすくなる傾向がある。また、拡散防止層２の結晶性は特に問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
【００２２】
ベッド層３は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層３は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物であり、組成式（α１Ｏ２）２ｘ（β２Ｏ３）（１−ｘ）で示されるものが例示できる。より具体的には、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を例示することができる。このベッド層３は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００２３】
中間層４は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層されるキャップ層５などの結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から形成される。中間層４として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物などを選択することができる。
この中間層４をＩＢＡＤ法により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１６゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層５の結晶配向性を良好な値（例えばキャップ層において結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層５の上に成膜する酸化物超電導層６の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できる酸化物超電導層を備えた酸化物超電導導体Ａを得るようにすることができる。
【００２４】
中間層４の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、５〜３００ｎｍの範囲とすることができる。
中間層４は、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）で積層する。このＩＢＡＤ法で形成された中間層４は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層６やキャップ層５の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、先にも説明した如く成膜時に、下地の成膜面に対して所定の角度でイオンビームをアシスト照射することにより、目的の薄膜の結晶軸を配向させる方法である。通常は、アシストイオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、ＭｇＯあるいはＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる中間層４は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標である結晶軸分散の半値幅ΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００２５】
キャップ層５は、前記中間層４の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層５は、前記金属酸化物層からなる中間層４よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層５の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層５の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層５は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００２６】
このＣｅＯ２のキャップ層５は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によるＣｅＯ２のキャップ層の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
ＣｅＯ２のキャップ層５の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲、より好ましくは１００〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２７】
酸化物超電導層６は公知のもので良く、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層６として、Ｙ１２３系（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３系（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）などを例示することができる。
酸化物超電導層６は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）、ＰＬＤ法又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
このＭＯＤ法は、金属有機酸塩を塗布後熱分解させるもので、金属成分の有機化合物を均一に溶解した溶液を基材上に塗布した後、これを加熱して熱分解させることにより基材上に薄膜を形成する方法であり、真空プロセスを必要とせず、低コストで高速成膜が可能であるため長尺のテープ状酸化物超電導導体の製造に適している。
【００２８】
前記酸化物超電導層６の上に積層されている安定化基層７はＡｇなどの良電導性かつ酸化物超電導層６と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる層として形成され、更にＣｕなどの良電導性金属材料の安定化層８を複合した積層構造とされている。前記安定化基層７はスパッタ法などの成膜法により形成することができ、安定化層８はメッキ法や箔の貼り付け法などにより形成することができる。
【００２９】
図２は前述のＩＢＡＤ法を実施するための成膜装置の一構造例を示す。
図２に示すイオンビームアシストスパッタ装置５０は、長尺の基材１を配置する成膜領域Ｋに下向きに面するようにターゲット５２がターゲットホルダ５５に支持された状態で成膜室５１に配置され、このターゲット５２に対して斜め方向に対向するようにスパッタイオンソース源５４が配置されるとともに、成膜領域Ｋに設置されている基材１の設置面の法線に対し所定の入射角度で（例えば入射角度θ＝４５゜など）斜め方向から対向するようにアシストイオンソース源５３を配置し構成されている。
この例のイオンビームアシストスパッタ装置５０は、真空チャンバが構成する成膜室５１に各種機器が設けられる成膜装置であり、基材が長尺の基材１である場合、対向配置された第１のリール６０から第２のリール６１側に繰り出すように移動されて成膜領域Ｋを基材１が水平移動できるように構成されている。
この実施形態において適用されるイオンソース源５３、５４は、図３に示す如く容器５６の内部に、引出電極５７とフィラメント５８を備え、容器５６の外部にＡｒガス等の導入管５９を備えて構成され、容器５６の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
【００３０】
本実施形態で用いるイオンビームアシストスパッタ装置５０を構成する真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガス及び反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図２ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。ここで用いるターゲット５２とは、前述の中間層４を構成する材料に見合った組成のターゲットとすることができる。
【００３１】
前記イオンビームアシストスパッタ装置５０において、ターゲット５２及びイオンソース源５３と成膜空間Ｋとの間の位置に長方形状のシールド板６２が前記リール６０、６１間に繰り出されている基材１を覆うように水平に配置されている。このシールド板６２は、ＪＩＳ規定ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）などの金属製の長方形状の板材からなり、リール６０、６１の間の成膜空間Ｋをほぼカバーできる幅と長さに形成されており、その幅方向中央部には基材１よりも若干幅狭のスリット状の通過孔６２ａが形成されている。
【００３２】
前記シールド板６２の通過孔６２ａは、図５に示す如く、基材１を通過孔６２ａの下に水平に配置し、基材１の円周面部１Ｂの最上部１Ｃを通過孔６２ａの中央側に配置した状態とし、前記スリット状の通過孔６２ａの幅方向端縁６２ｂを前記基材１の円周面部１Ｂに投影した位置において規定される前記円周面部１Ｂの接線Ｓの傾斜角度θ（前記シールド板６２の表面に対する傾斜角度θ）が３０゜以下、例えば５〜３０゜の範囲になるように設定されている。また、この３０゜以下の条件については、シールド板６２の表面に対し、アシストイオンビームの入射角度θ２が４５゜の場合の設定例の１つである。
ここで上述の傾斜角度θを３０゜以下としたのは、イオンビームに対する基材表面の角度が適切な角度からずれた部分（領域）にイオンビームが当たるのを防ぐためでありる。
【００３３】
また、前記スリット状の通過孔６２ａのより好ましい幅として、該通過孔６２ａを介し前記基材１の円周面部１Ｂに対し斜め方向から入射するアシストイオンビームが、前記円周面部１Ｂに対するアシストイオンビームの照射範囲内のいずれの位置であっても、前記特定のアシストイオンビームの入射角度に対し±１５゜の範囲に収まるような幅に設定されていることが好ましい。
ただし、傾斜角度を小さくし過ぎるとシールド板の通過孔の幅が小さくなり過ぎ、基材１を回転させてその周方向に中間層を順次成膜する際の工程数が不要に増加することも加味すると、実用的な傾斜角度θの範囲は１５〜２０゜の範囲が好ましい。
【００３４】
なお、図２に示すイオンビームアシストスパッタ装置５０において、基材１を回転するための機構として、リール６０、６１の中心軸Ｃを軸支する機構に回転機構が組み込まれ、リール６０、６１とこれらの間に繰り出されている基材１をまとめて図２の矢印Ｅ１、Ｅ２の方向に回転できる構成とされている。回転機構の一例として、リール６０、６１の中心軸Ｃの両端を軸支するＣ字型やＹ字型の軸支部材を同期回転するように構成すれば、リール６０、６１間に繰り出されている基材１をその周回りに回転することができる。
【００３５】
図２に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置５０を用いることでＩＢＡＤ法を実施し、基材１の外周面に目的の中間層４を成膜することができる。
ＩＢＡＤ法により中間層４を成膜する場合、図２に示すターゲット５２、イオンソース源５３、５４及び基材１を収容している真空チャンバには、Ａｒガスや酸素ガスなどのソースガスを導入できるように構成されており、内部を例えば目的の真空度に調整した上でＡｒ：Ｏ２＝９：１などの混合ガス雰囲気（ソースガス雰囲気）に調整できるように構成されている。
本実施形態で用いる真空チャンバでは、真空ポンプを用いた減圧雰囲気に、例えば背圧でもって、０．００８Ｐａ〜０．００００８Ｐａの範囲の所望の真空度に調節できるようになっている。この範囲の真空度には、真空ポンプによる減圧に要する時間を適宜調整することで到達することができる。
【００３６】
そして、基材１のベッド層３上に中間層４を成膜するには、真空ポンプにより減圧する際の成膜雰囲気の背圧を目的の値に設定した後、前記ソースガスを導入し、スパッタイオン源５４からターゲット５２にイオンビームを照射してターゲット粒子の叩き出しや放出を行い、ベッド層３上に中間層４の粒子堆積を行うと同時に、ベッド層３の成膜面に対し斜め４５゜方向からアシストイオン源５３からのイオンビーム照射を行いつつ成膜するイオンビームアシストスパッタ法を実施する。イオンビームアシストスパッタ法を実施する際の成膜温度は常温で差し支えない。
【００３７】
イオンビームアシストスパッタ法を実施して基材１の外周部の全面に中間層４を形成するためには、図４（Ａ）に示す如く基材１の幅方向両端側をシールド板６２で覆い隠しながら中間層の構成粒子堆積を行うと、ターゲット５２から飛来するとともに通過孔６２ａの部分を通過したスパッタ粒子のみが例えば斜め方向４５゜からのアシストイオンビームの照射を受けながら堆積されて通過孔６２ａの下側領域の円周面部１Ｂにのみ中間層４が成膜される。ここで、前述の傾斜角度θを３０゜以下としているので、斜め方向４５゜の入射角度で照射されるアシストイオンビームは通過孔６２ａの下側に位置する基材１の円周面部１Ｂに対し適正な許容範囲の入射角度で入射される結果、通過孔６２ａの下側の円周面部１Ｂに成膜される中間層４の結晶配向性が整った状態となり、目的の結晶配向性の中間層４を円周面部１Ｂに形成できる。
【００３８】
目的の膜厚の中間層４を基材１の円周面部１Ｂ上に成膜したならば、図４（Ａ）に示す状態から基材１を図４（Ｂ）に示す如く所定角度右回りに回転させて所定時間保持すると、基材１の円周面部１Ｂ上の他の位置に通過孔６２ａを介し粒子が堆積されて先に形成した中間層４に隣接する位置に中間層４を形成できる。この粒子堆積処理を図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）に示す如く所定角度毎に行うと、基材１の円周面部１Ｂの外周部にその周方向に沿って順次中間層４を形成できるので、更に粒子堆積と基材１の回転操作を順次行うことで基材１の円周面部１Ｂと平面部１Ａを含めた全周に対し中間層４を形成できる。なお、図４（Ａ）〜（Ｅ）には基材１の円周面部１Ｂに対し最初に成膜した領域を矢印Ｆで示しており、図４（Ａ）〜（Ｅ）において基材１を回転した際の回転角度が分かり易いように表示している。
【００３９】
基材１の外周部に形成した平面部１Ａについては、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す如く所定角度基材１を回転する場合の回転角度の目印として利用できる。本実施形態では、平面部１Ａについても通過孔６２ａの下に位置させた状態で中間層４を成膜する面とする。なお、平面部１Ａ上への中間層４の堆積を略して基材１の円周面部１Ｂの全周面にのみ中間層４の堆積を行うようにしても良い。
基材１の全周面に中間層４を形成したならば、シールド板６２の下方に位置させて中間層４を成膜した部分の基材１をリール６１側に移動させてリール６０側から中間層未形成の基材１を繰り出し、中間層未形成の基材１をシールド板６２の通過孔６２ａの下に位置させた後、再度、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す如く基材１を回転させながらその全周面に中間層４を成膜する操作を行う。この基材１の回転操作とリール６０側からリール６１側への基材１の繰り出し操作を繰り返し行うことにより、基材１の全長にわたりその全周に中間層４を成膜することができる。
【００４０】
基材１の全長および全周面に中間層４を形成したならば、基材１の中間層４の上に上述したＰＬＤ法あるいはスパッタ法などに従い、キャップ層５を成膜する。キャップ層５を基材１の全周面に形成する場合、ＰＬＤ法で成膜する場合は、その成膜装置内に、スパッタリング法で成膜する場合はその成膜装置内に、上述したリール６０、６１と同等の機構を組み込み、基材１を回転させながら順次成膜し、基材１を長さ方向に一方のリールから他方のリール側に繰り出して基材１の中間層４上にキャップ層５を成膜すればよい。
このキャップ層５は上述の材料からなる層として成膜すると、自己配向効果により中間層４の結晶配向性よりも更に良好な結晶配向性を示すようになり、例えば、Δφの値において５゜程度の良好な結晶配向性を得ることができる。
【００４１】
その後、基材１のキャップ層５上に酸化物超電導層６を形成する。ここで図１に示す構造のように、良好な配向性を有するキャップ層５上に酸化物超電導層６を形成すると、このキャップ層５上に積層される酸化物超電導層６もキャップ層５の配向性に整合するように結晶化する。酸化物超電導層６の成膜時においてもキャップ層５の成膜と同様に、成膜装置内に設けた一方のリールから他方のリール側に基材１を繰り出し、回転させながら成膜することで基材１の全周に酸化物超電導層６を成膜できる。
前記キャップ層５上に形成された酸化物超電導層６は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層６を構成する結晶粒の１つ１つにおいては、基材１の径方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、基材１の長さ方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが２軸配向している。従って得られた酸化物超電導層６は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、基材１の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度を示す外径円形断面構造の酸化物超電導導体Ａが得られる。
【００４２】
図１に示す構造の酸化物超電導導体Ａであるならば、円形断面に近い基材１の外周面に酸化物超電導層６を有し、酸化物超電導導体Ａの全体として円形断面に類似する導体形状とされるので、従来のテープ状の酸化物超電導導体と異なり、曲げ加工の自由度が高いので、巻き胴に巻回して超電導コイルを構成する場合の作業性が向上する。また、巻き胴に巻回する場合、巻き胴周面側に平面部１Ａを向けるように巻き付けることで巻き付け方向の目安とすることができる。更に、断面略円形状の基材１の外周面に酸化物超電導層６を備えた導体構造であるならば、酸化物超電導導体Ａを巻き胴に巻回して超電導コイルとした場合に交流損失の抑制に寄与する。
なお、外周面全部に酸化物超電導層６を有する構造であるならば、超電導コイルとした場合、磁場の方向性による影響を受け難い特徴がある。即ち、超電導コイルが発生させた磁場のベクトル成分が酸化物超電導層６に対して直角向きとなる領域では、その領域の超電導特性が磁場の影響で劣化するおそれを有するが、基材１の外周面の全体に酸化物超電導層６が形成されていると、基材１の周方向の一部の領域で磁場の影響を受けてその領域の超電導特性が部分的に劣化することが生じても、基材１の周方向の他の領域の酸化物超電導層６が超電導特性を維持するので、酸化物超電導導体Ａの全体として見た場合に超電導特性劣化を少なくすることができる。
この点において、仮に、基材１の外周面の一部分のみに沿って帯状の酸化物超電導層を有した構造の酸化物超電導導体を用いて超電導コイルを形成した場合、超電導コイルが磁場を発生させると、長尺の酸化物超電導導体の長さ方向のいずれかの部位における酸化物超電導層全体が特性劣化するおそれがあり、これが原因となって超電導特性劣化につながるおそれがある。従って上述の構成の酸化物超電導導体Ａであるならば、コイル化した場合の特性劣化を抑制できる効果がある。
【００４３】
図６は本発明に係る第２実施形態の酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体の一例を模式的に示す部分断面図である。
この実施形態の酸化物超電導導体Ｂは、横断面略４角形状の長尺の金属製基材１１の外周面に、拡散防止層１２と、ベッド層１３と、ＩＢＡＤ法による中間層１４と、キャップ層１５と、酸化物超電導層１６と、安定化基層１７と、安定化層１８とを順次積層して構成されている。本実施形態において、基材１１上に拡散防止層１２とベッド層１３と中間層１４を積層することによって酸化物超電導導体用基材１９が構成されている。
前記金属基材１１は、その周方向に平面部１１Ａと円周面部１１Ｂとが交互に４つ配置されてなる略４角形状とされている。よって、酸化物超電導導体Ｂは全体として略４角形状に形成されている。
【００４４】
この実施形態の酸化物超電導導体Ｂにあっても、先の第１実施形態の酸化物超電導導体Ａと同様に通過孔６２ａを有するシールド板６２を用いて円周面部１１Ｂの部分に酸化物超電導層１６を成膜できる。なお、円周面部１１Ｂの部分について成膜する場合は、シールド板６２の通過孔６２ａの幅を円周面部１１Ｂの幅より若干狭く形成しておき、円周面部１１Ｂに成膜している場合にその両側の平面部１１Ａ上に成膜がなされないようにすることが好ましい。
更に、平面部１１Ａの部分について成膜する場合は、シールド板６２の通過孔６２ａの幅を平面部１１Ａの幅より若干狭く形成しておき、平面部１１Ａに成膜している場合に隣接する円周面部１１Ｂ上に成膜がなされないようにすることがより好ましい。また、シールド板６２の通過孔６２ａの幅については、先の第１実施形態の場合と同様に、アシストイオンビームが通過孔６２ａを介して円周面部１１Ｂのいずれの位置に入射されても許容範囲のイオンビームの入射角となるように設定する点については同様である。
【００４５】
図６に示す断面構造の酸化物超電導導体Ｂにあっても、第１実施形態の酸化物超電導導体Ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
図７は本発明に係る第３実施形態の酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体の一例を模式的に示す部分断面図である。
この実施形態の酸化物超電導導体Ｃは、横断面略４角形状でかつその各周面が全長に渡り所定のピッチで螺旋状に旋回された柱状の長尺の金属製基材１１の外周面に、拡散防止層２２と、ベッド層２３と、ＩＢＡＤ法による中間層２４と、キャップ層２５と、酸化物超電導層２６と、安定化基層２７と、安定化層２８とを順次積層し構成されている。本実施形態において、基材２１上に拡散防止層２２とベッド層２３と中間層２４を積層することによって酸化物超電導導体用基材２９が構成されている。
前記金属製の基材２１は、その周方向に平面部２１Ａと円周面部２１Ｂとが交互に４つずつ配置されてなる略４角形状とされ、それら４つの平面部２１Ａと円周面部２１Ｂとが基材２１の全長に渡り所定のピッチで螺旋状に形成されている。
図７に示す断面構造の酸化物超電導導体Ｃにあっても、第１実施形態の酸化物超電導導体Ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
この実施形態の酸化物超電導導体Ｃを製造するには、平面部２１Ａが基材２１の長さ方向に所定のピッチで螺旋状に旋回するように形成されているので、成膜装置の成膜領域に配置するシールド板に設ける通過孔６２ｃについて基材２１の所定長さの平面部２１Ａに対応した幅と長さの形状とする。ここでの通過孔６２ｃの所定長さと幅とは、基材２１の所定の長さ範囲の平面部２１に対し、アシストイオンビームの入射角度の許容範囲が先の実施形態の場合と同様に確保される所定長さを意味し、その他の部分はシールド板が覆い隠すことができる構成としてシールド板を構成する。
【００４８】
このシールド板の通過孔６２ｃを基材２１の所定長さ範囲の平面部２１Ａに対向させた状態で基材２１をその周回りに少しずつ回転させながら基材２１の長手方向に一方のリールから他方のリールに基材２１を移動させつつ成膜することで、基材２１の長さ方向に所定のピッチで螺旋状に配置される１つの連続した平面部２１Ａに対し中間層２４を成膜できるので、残り３つの平面部２１Ａに対し順次成膜してゆくことで、基材２１の全長に渡り螺旋状に配置された、４つの平面部２１Ａに対しそれぞれ中間層２４を成膜できる。
図７に一例としてシールド板の通過孔６２ｃの輪郭を２点鎖線にて示すが、この通過孔６２ｃに沿って粒子が堆積される範囲を基材２１の長さ方向に基材２１を所定角度ずつ回転させながら移動させることで、螺旋状の所定ピッチの平面部２１Ａに対応した中間層２４の成膜ができる。
【００４９】
なお、基材２１の円周面部２１Ｂに沿って所定ピッチの螺旋状の範囲に成膜するには、図７の２点鎖線で囲む通過孔６２ｄを備えたシールド板を用いて基材２１の長さ方向に基材２１を移動させながら所定角度ずつ回転させることで、螺旋状の所定ピッチの円周面部２１Ｂに対応した中間層２４の成膜ができる。
【００５０】
なおまた、本実施形態の酸化物超電導導体Ｃにおいては、円周面部２１Ｂに中間層２４を形成することなく、平面部２１Ａに沿ってのみ中間層２４を形成し、その中間層２４の上のみキャップ層２５と酸化物超電導層２６と安定化基層２７と安定化層２８を構成しても良い。その場合、円周面部２１Ｂには酸化物超電導層２６が形成されないので、基材２１の周面には４本の酸化物超電導層２６が所定のピッチで螺旋状に形成された撚線構造の酸化物超電導導体を得ることができる。
この例の酸化物超電導導体であるならば、酸化物超電導層を基材２１の外周面に撚線構造（螺旋構造）として設けることができるので、撚線状あるいは転移構造の酸化物超電導導体を得ることができる。この構造の酸化物超電導導体であるならば、交流損失を抑制できる酸化物超電導導体を得ることができる効果がある。
【００５１】
以上、本発明に係る酸化物超電導導体用基材Ａ、Ｂ、Ｃの各実施形態について説明したが、これらの実施形態において、超電導導体を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
例えば、基材の断面形状は、先の形態の形状に限らず、断面楕円形状の少なくとも１カ所に平面部を設けた略楕円形状の基材、多角形状の基材の角部に円周面部を設けた略多角形状の基材などに本発明を適用できるのは勿論である。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明の具体的実施例について説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
直径１０ｍｍの円形断面を有し、外周面に幅２ｍｍの平面部をその全長２０ｍに有する長尺のハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる図１に示す略円形断面形状の基材上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３の拡散防止層（厚さ１５０ｎｍ）とＹ２Ｏ３のベッド層（厚さ２０ｎｍ）をスパッタ法により積層した。基材の全外周面に拡散防止層とベッド層を形成するには、これらの層を形成する際に用いたスパッタ装置の内部において基材を回転させながら成膜することで全周面に成膜した。
この積層体に対して図２に示す成膜装置を用いてイオンビームアシストスパッタ法によりＭｇＯの中間層を形成した。
イオンビームアシストスパッタ法を実施するにあたり、前記基材を一方のリール部材に巻き付け、基材の他方端を他方のリール部材に巻き掛け、両方のリール間に基材を繰り出し図２に示す構成の成膜装置の成膜空間に配置した。
【００５３】
基材の幅よりも小さい幅５ｍｍのスリット状の通過孔を有するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の幅３００ｍｍの長方形板状のシールド板を基材に沿って配置し、リール部材間に繰り出した基材の幅方向両端側を覆い隠すようにした。この状態において両方のリール間に位置する基材をＭｇＯのターゲットに対し露出させ、この状態でイオンビームアシストスパッタ法を実施してＭｇＯ中間層の成膜を行った。
前記シールド板の通過孔において、その幅方向端縁部をその下方の基材の円周面部に投影した位置における円周面部に対する接線の傾斜角度θは１５゜である。
【００５４】
イオンビームアシストスパッタ法の実施に当たり、図２に示す構成の成膜装置を用い、アシストイオンビームの入射方向をシールド板表面の法線に対し４５゜傾斜した方向にセットし、成膜温度を３０℃（室温）、成膜雰囲気のソースガスはＡｒガス：Ｏ２ガス＝９：１の混合ガスを使用し、ＭｇＯのターゲットを用いてイオンビームアシストスパッタ法を実施した。アシストイオンビームの加速電圧を１４００Ｖ、電流密度を９０μＡ／ｃｍ２に設定し、成膜雰囲気の背圧を０．００００８Ｐａに設定して成膜した。
【００５５】
イオンビームアシストスパッタ法を実施し、基材上にＭｇＯ中間層を厚さ約２０ｎｍ成膜後、図２に示す如く対になるリールとリール間に繰り出した基材を共に１５゜ずつ回転させて２４回成膜することにより、基材の全周面にＭｇＯ中間層を厚さ約２０ｎｍ成膜後、対になるリール間に成膜を施していない基材を繰り出し、再度全周に成膜するという操作を基材の全長に渡り順次繰り返して基材の全長に渡りＭｇＯ中間層を厚さ約２０ｎｍ成膜した。
【００５６】
次に、アシストイオンビームの照射を停止してイオンビームスパッタ法に切り替え、成膜温度３００℃で膜厚約４００ｎｍのエピタキシャルＭｇＯ層（Epi-ＭｇＯ）を基材の長さ方向一端側に積層した。この膜厚約４００ｎｍのエピタキシャルＭｇＯ層はＸ線測定を行ってＩＢＡＤ−ＭｇＯ中間層の結晶配向度を調べるために成膜するものである。厚さ２０ｎｍのＭｇＯ中間層では膜自体が薄すぎてＸ線測定が困難か、あるいは不可能なために、エピタキシャルＭｇＯ層を成膜後に成膜部分の基材を切り出し、基材の周方向４箇所においてＸ線測定によりＭｇＯ（２２０）正極点測定を行い、結晶配向性の指標である結晶軸分散の半値幅Δφの平均値を求めたところ、Δφ＝８゜の優れた値を示した。
【００５７】
なお、ＩＢＡＤ法により形成した厚さ２０ｎｍのＭｇＯ中間層の配向性に倣うようにエピタキシャルＭｇＯ層が配向するので、エピタキシャルＭｇＯ層のΔφが優れることはその下地のＩＢＡＤ法によるＭｇＯ層も同等に優れた配向性であることを意味する。この測定結果から、ＩＢＡＤ法により断面円形状の基材上に成膜したＭｇＯ層は良好な結晶配向性を示すことが判明した。
【００５８】
前記基材のほぼ全長に成膜したＩＢＡＤ−ＭｇＯ層の上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により８００℃で膜厚５００ｎｍのＣｅＯ２のキャップ層を成膜した。このキャップ層の成膜についてもレーザー蒸着装置内部で基材を回転させて基材の全周に成膜した。このキャップ層の基材周面４カ所においてΔφを測定したところ、平均Δφは５゜となり、良好な配向性を示した。
次いでこのキャップ層上にパルスレーザー蒸着法により膜厚１．０μｍのＲＥ１２３系の酸化物超電導層を成膜し、さらに、この酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇ（安定化層）をスパッタにより成膜し、次いで０．１ｍｍ厚の銅層（安定化層）を積層して酸化物超電導導体を作製した。なお、酸化物超電導層の成膜は、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＧｄＢＣＯ）の粉末を焼結させたターゲットを使用し、温度８００℃、圧力８０Ｐａ、レーザ出力１８０Ｗ、酸素８０％雰囲気下にて行った。この酸化物超電導層の成膜についてもレーザー蒸着装置内部で基材を回転させて基材の全周に成膜した。
【００５９】
得られた酸化物超電導導体を液体窒素に浸漬して超電導特性を測定したところ、臨界電流は１００Ａを示した。これにより、横断面円形状に近い基材の外周部の全面に良好な結晶配向性を有する超電導特性の優れた酸化物超電導層を備えた酸化物超電導線材を得ることができた。
【００６０】
次に、前記シールド板の通過孔において、その幅方向端縁部をその下方の基材の円周面部に投影した位置における円周面部に対する接線の傾斜角度θを３５゜、２５゜、２０゜、１５゜に設定してそれぞれ中間層を形成し酸化物超電導導体用基材を得るとともに、各基材に上記と同等のキャップ層、酸化物超電導層、安定化基層、安定化層を積層して酸化物超電導導体を作製し、各超電導導体の臨界電流値を測定した。その結果、傾斜角度θ＝３５゜の場合、臨界電流値６０Ａ、傾斜角度θ＝２５゜の場合、臨界電流値６８Ａ、傾斜角度θ＝２０゜の場合、臨界電流値７４Ａ、傾斜角度θ＝１５゜の場合、臨界電流値１００Ａを示した。
このことから、傾斜角度θを３０゜以下とすることが望ましいが、１５゜以下とすることがより好ましい範囲であると思われる。ただし、傾斜角度を小さくし過ぎるとシールド板の通過孔の幅が小さくなり過ぎるため、基材を回転させてその周方向に中間層を順次成膜する際の工程数が不要に増加するので、１５〜２０゜の範囲が実用的には好ましい。
【符号の説明】
【００６１】
Ａ、Ｂ…酸化物超電導導体、Ｋ…成膜領域、Ｓ…接線、θ…入射角、１、１１…基材、１Ａ…平面部、１Ｂ…円周面部、２、１２…拡散防止層、３、１３…ベッド層、４、１４…中間層、５、１５…キャップ層、６、１６…酸化物超電導層、７、１７…安定化基層、８、１８…安定化層、５０…成膜装置、５１…成膜室、５２…ターゲット、５３、５４…イオン源、６０、６１…リール、６２…シールド板、６２ａ…通過孔、６２ｂ…端縁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形状に類似する断面形状の基材の周面に配向性の良好な中間層を備えた酸化物超電導導体用基材と該基材を備えた酸化物超電導導体およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類系の酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥは希土類元素）は、液体窒素温度で超電導性を示すことから実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体として用いることが要望されている。中でも、Ｙ系酸化物超電導体（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）を用いた超電導線材は、外部磁界に対して強く、強磁界内でも高い電流密度を維持することができるため、超電導コイル用導体としての利用、あるいは電力供給用ケーブルとしての利用の他、超電導限流器用の導体などとしての研究開発が進められている。
これら研究開発用途のいずれにおいても、希土類系酸化物超電導導体の作製には、配向基材を使用する必要があり、配向基材を作製できる方法の一例として、イオンビームアシスト成膜法（ＩＢＡＤ法：Ion-Beam-Assisted Deposition）が知られている。
【０００３】
希土類系酸化物超電導導体の一構造例として、テープ状の金属基材と、その上にベッド層や拡散防止層を介しＩＢＡＤ法によって成膜された中間層と、その上に成膜されたキャップ層と酸化物超電導層とを具備した酸化物超電導線材が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の希土類系酸化物超電導体は、配向基材上に２軸配向させることで高い超電導特性を示すことが知られており、希土類系酸化物超電導体の結晶配向度が高い程、臨界電流、臨界磁場、臨界温度等の超電導特性においてより優れたものが得られる。
【０００４】
前述のＩＢＡＤ法に従い、テープ状の金属基材上に中間層を形成し、その上に酸化物超電導層を積層してなる酸化物超電導導体の一例として図８に示す構造が知られている。
図８に示す酸化物超電導導体Ｔは、Ｎｉ系の耐熱合金テープからなる基材１００の上に、Ａｌ２Ｏ３からなる拡散防止層１０１と、Ｙ２Ｏ３からなるベッド層１０２と、ＩＢＡＤ法によるＭｇＯあるいはＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる中間層１０３と、ＣｅＯ２からなるキャップ層１０４と、希土類系の酸化物超電導層１０５と、Ａｇからなる安定化基層１０６と、Ｃｕからなる安定化層１０７が積層された構造とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記構造の酸化物超電導導体Ｔを製造する場合、ＩＢＡＤ法により中間層１０３の結晶配向性を整えることは重要な技術であり、中間層１０３の結晶配向度の指標とされる面内方向結晶軸分散の半値幅（Δφ）の値を２０゜以下にすることで、その上に成膜するキャップ層１０４を自己配向させてΔφの値を４〜１０゜程度とすることができ、このキャップ層１０４上に酸化物超電導層１０５をエピタキシャル成膜することで優れた超電導特性を発揮する酸化物超電導導体Ｔを得ることが可能となる。
【０００７】
ところで、酸化物超電導導体Ｔを電力、エネルギー関連の種々の電気機器用の導体として利用する試みがなされており、有力な開発用途として、超電導マグネット、超電導限流器、超電導変圧器、超電導発電機などが検討されている。また、これらの超電導機器に適用するための超電導コイルの構造においては、巻き胴に長尺の超電導導体を巻回した構造、あるいは、円盤状の基板に超電導巻線回路を形成した構造などが知られ、それぞれ研究開発が進められている。
これらの背景において図８に示すような酸化物超電導導体Ｔを巻き胴に巻回して超電導コイルを構成しようとした場合、基材１００は薄型のテープ状であり、その上に各種の膜を成膜したとしても各膜の膜厚は数１０ｎｍ〜１μｍ程度であるので、得られた酸化物超電導導体Ｔは全体として薄型のテープ形状に形成される。
【０００８】
このため、この種の酸化物超電導導体Ｔを巻き胴に巻き付けるためには、テープ状の酸化物超電導導体Ｔの基材１００側を巻き胴の周面に沿わせて巻き胴の下層側から上層側に順次巻き付けて積層する作業が必要となるが、薄型のテープ状の酸化物超電導導体Ｔである限り、巻き胴の周面に多層巻きすることは容易ではない問題がある。即ち、テープ状の酸化物超電導導体Ｔの場合、曲げることができる方向は制限されるので、巻き胴に整列巻きすることが難しく、テープ状である限り、自由な形状への加工は困難な問題がある。
また、薄型のテープ状の酸化物超電導導体Ｔであると、交流用超電導機器としての利用を想定した場合、交流損失の発生も問題となり易い傾向がある。例えば、交流用のために撚線構造や転移構造を採用しようとしてとも、薄型のテープ状の酸化物超電導導体Ｔを撚り合わることは難しく、仮に撚線化ができたとしてもそのピッチを小さくすることはできないので、交流損失低減のための撚線構造や転移構造を簡単には採用できない問題がある。
【０００９】
前記酸化物超電導導体Ｔがテープ状であることの理由の１つについて考察すると、ＩＢＡＤ法により結晶配向性の良好な中間層を形成するためには、スパッタ法などの成膜法により基材１００の成膜面上に中間層を構成する粒子の堆積を行っている間、成膜面の法線に対し斜め方向、例えば４５゜あるいは５５゜などの特定の方向から、入射角度を±１０゜程度の狭い範囲に保ってアシストイオンビームを照射する必要があり、基材１００の成膜面として平面が望ましく、長尺の超電導導体を製造するためには、テープ状の基材１００を選択することが自然であることに起因している。
しかし、前述の超電導コイルへの応用、交流用途などを考慮すると、テープ状の酸化物超電導導体Ｔではなく、ＩＢＡＤ法を利用した結晶配向性の良好な中間層を備えた上で、巻き胴などへの巻き付けに好適な形状の酸化物超電導導体の提供が望まれている。また、交流損失低減の面から見て薄型のテープ状ではない形状であって、撚線構造や転移構造を採用可能な他の形状の酸化物超電導導体の提供が望まれている。
【００１０】
本願発明は、ＩＢＡＤ法による結晶配向性に優れた中間層を備えた上に、超電導コイルとしての適用や交流用途を想定した場合などにおいて、薄型のテープ状の酸化物超電導導体よりも取り扱い易く、巻き胴などに巻回する作業がし易く、また、交流損失の発生を抑制し易い構造の酸化物超電導導体を提供できる酸化物超電導導体用基材の提供を目的とする。
また、本願発明はそのような優れた酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体とそれらの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の酸化物超電導導体用基材は、外周部の周方向の少なくとも一部分に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層とを具備してなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材は、前記イオンビームアシスト成膜法により積層された中間層の面内方向結晶軸分散の半値幅（Δφ）の値が１６゜以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材は、前記中間層が前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の酸化物超電導導体用基材は、前記基材の外周部がその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状に形成されてなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体は、先に記載の酸化物超電導導体用基材の中間層上に、キャップ層と酸化物超電導層とが積層されてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、外周部の周方向の少なくとも一部に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層を具備してなる酸化物超電導導体用基材を製造するに際し、前記基材を一方のリールから繰り出し、他方のリールに巻き取る間に、中間層の構成粒子を堆積させて中間層を成膜する成膜領域を通過させ、前記基材が成膜領域を通過する間に、前記粒子の堆積と同時にアシストイオンビームを特定の方向から前記基材に対し照射するイオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成するとともに、前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材よりも細いスリット状の通過孔を備えたシールド板を用い、前記通過孔を前記リール間に繰り出されている基材の延在方向中心部に沿って配置し、前記リール間に繰り出されている基材の幅方向両側部分を覆い隠しながら前記中間層の構成粒子の堆積を行うとともに、前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材をその周回りに所定角度ずつ回転させながら前記シールド板の通過孔を介し中間層の構成粒子を堆積させる位置を基材の周方向に順次変更しつつ前記基材の平面部あるいは円周面部に成膜することを特徴とする。
【００１４】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記スリット状の通過孔を介し前記基材の円周面部に前記中間層の構成粒子を堆積させて成膜する際、前記スリット状の通過孔の幅方向端縁を前記基材の円周面部に投影させた位置において規定される前記円周面部の接線の傾斜角度を前記通過孔を含むシールド板の表面に対する傾斜角度として３０゜以下に設定して成膜することを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記スリット状の通過孔の幅について、該通過孔を介し前記基材の円周面部に対し斜め方向から入射するアシストイオンビームの入射角度が、前記円周面部に対するアシストイオンビームの照射範囲内のいずれの位置であっても、前記特定のアシストイオンビームの入射角度に対し±１０゜の範囲に収まるような幅に設定して成膜することにより中間層を形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記中間層を前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層することを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、前記基材として、その外周部にその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状の基材を用いることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法は、先のいずれか１項に記載の中間層上にキャップ層と酸化物超電導層を積層することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
外周部の少なくとも一部分に平面部を他の部分に円周面部を有する柱状の長尺の基材にイオンビームアシスト成膜法による結晶配向性の良好な中間層を備えるているので、中間層上に酸化物超電導層を形成することで、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を得ることができるとともに、超電導コイルなどの用途のためにコイル加工する場合、テープ状の基材を用いた酸化物超電導導体に比較し、曲げ加工できる方向の自由度が向上しているので、コイル加工が容易になる効果がある。従って、本発明に係る基材を適用してなる酸化物超電導導体であるならば、超電導マグネット、超電導限流器、超電導変圧器、超電導発電機などに適用される超電導コイルの製造が容易となり、テープ状の酸化物超電導導体を用いた構造に比べて交流損失の低減も可能となる。
中間層の面内方向結晶軸分散の半値幅Δφの値を１６゜以下とすることで、その上にキャップ層を介し酸化物超電導層を形成した構造とするならば、超電導特性の優れた酸化物超電導層を平面部上あるいは円周面部上に備えた構造の酸化物超電導導体を提供することができる。
【００１７】
外周部の少なくとも一部分に平面部を他の部分に円周面部を有する柱状の長尺の基材にイオンビームアシスト成膜法を適用し、通過孔を有するシールド板を利用して基材外周部の必要な領域のみに適正入射角度のアシストイオンビームを照射しつつ中間層の粒子堆積を行って結晶配向性の良好な中間層を形成するので、円周面部上であっても結晶配向性の良好な中間層を形成できる。よって、円周面部を備えた柱状の基材であっても結晶配向性に優れた中間層を有した酸化物超電導導体用基材を得ることができ、この基材の利用によって、超電導特性の優れた酸化物超電導導体を得ることができる。
前記基材の円周面部にイオンビームアシスト成膜法により結晶配向性の優れた中間層を形成するには、シールド板のスリット状の通過孔の幅が重要であり、通過孔の端縁を基材の円周面部に投影した位置を通過する接線の傾きを３０゜以下とすることにより、通過孔を通過して円周面部に達するアシストイオンビームの入射角度を許容範囲内とすることができ、これにより結晶配向性の良好な中間層を円周面部に備えた酸化物超電導導体用基材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の第１実施形態を備えた酸化物超電導導体の一例を示す構成図。
【図２】イオンビームアシストスパッタ法を実施するために用いる成膜装置の一例を示す斜視図。
【図３】図２に示す成膜装置に設けられるイオン源の一例構造を示す概略図。
【図４】図２に示す成膜装置を用いて第１実施形態の酸化物超電導導体用基材を製造する工程の一例を示す工程説明図。
【図５】図４に示す工程を実施する場合の要部拡大断面図。
【図６】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の第２実施形態を備えた酸化物超電導導体の一例を示す構成図。
【図７】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の第３実施形態を備えた酸化物超電導導体の一例を示す構成図。
【図８】ＩＢＡＤ法に基づいて得られる中間層を備えた酸化物超電導導体の従来構造の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明に係る第１実施形態の酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体の一例を模式的に示す部分断面図である。
この実施形態の酸化物超電導導体Ａは、横断面略円形状の長尺の金属製基材１の外周面に、Ａｌ２Ｏ３などからなる拡散防止層２と、Ｙ２Ｏ３などからなるベッド層３と、ＩＢＡＤ法による中間層４と、ＣｅＯ２などからなるキャップ層５と、希土類系などの酸化物超電導層６と、Ａｇなどからなる安定化基層７と、Ｃｕなどからなる安定化層８とを順次積層して構成されている。本実施形態において、基材１上に拡散防止層２とベッド層３と中間層４を積層することによって酸化物超電導導体用基材９が構成されている。
なお、前記酸化物超電導導体用基材９の構成において、拡散防止層２とベッド層３は必須の構成ではなく、どちらか一方あるいは両方を略する構成とすることもできる。
【００２０】
基材１は、横断面円形状の丸線の外周部の周方向の少なくとも一部に平面部１Ａを有し、外周部の周方向の残りの部分を円周面部１Ｂとしてなる概略円形断面構造とされ、平面部１Ａは基材１の全長に連続形成されている。
酸化物超電導導体用基材Ａに適用できる基材１は、通常の超電導線材の基材として使用することができ、高強度かつ耐熱性であれば良く、長尺の超電導ケーブル用途、超電導コイル用途であることが好ましく、耐熱性の面から見て金属からなるものが好ましい。例えば、ステンレス鋼、銅合金あるいはニッケル合金等の各種耐熱金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの、等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましく、市販品であれば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）が好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。
【００２１】
拡散防止層２は、基材１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。
拡散防止層２の厚さが１０ｎｍ未満となると、基材１の構成元素の拡散を十分に防止できなくなる虞がある。一方、拡散防止層２の厚さが４００ｎｍを超えると、拡散防止層２の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が基材２から剥離しやすくなる傾向がある。また、拡散防止層２の結晶性は特に問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
【００２２】
ベッド層３は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層３は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物であり、組成式（α１Ｏ２）２ｘ（β２Ｏ３）（１−ｘ）で示されるものが例示できる。より具体的には、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を例示することができる。このベッド層３は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００２３】
中間層４は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層されるキャップ層５などの結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から形成される。中間層４として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物などを選択することができる。
この中間層４をＩＢＡＤ法により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１６゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層５の結晶配向性を良好な値（例えばキャップ層において結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層５の上に成膜する酸化物超電導層６の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できる酸化物超電導層を備えた酸化物超電導導体Ａを得るようにすることができる。
【００２４】
中間層４の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、５〜３００ｎｍの範囲とすることができる。
中間層４は、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）で積層する。このＩＢＡＤ法で形成された中間層４は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層６やキャップ層５の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、先にも説明した如く成膜時に、下地の成膜面に対して所定の角度でイオンビームをアシスト照射することにより、目的の薄膜の結晶軸を配向させる方法である。通常は、アシストイオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、ＭｇＯあるいはＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる中間層４は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標である結晶軸分散の半値幅ΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００２５】
キャップ層５は、前記中間層４の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層５は、前記金属酸化物層からなる中間層４よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層５の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層５の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層５は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００２６】
このＣｅＯ２のキャップ層５は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によるＣｅＯ２のキャップ層の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
ＣｅＯ２のキャップ層５の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲、より好ましくは１００〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２７】
酸化物超電導層６は公知のもので良く、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層６として、Ｙ１２３系（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３系（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）などを例示することができる。
酸化物超電導層６は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）、ＰＬＤ法又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
このＭＯＤ法は、金属有機酸塩を塗布後熱分解させるもので、金属成分の有機化合物を均一に溶解した溶液を基材上に塗布した後、これを加熱して熱分解させることにより基材上に薄膜を形成する方法であり、真空プロセスを必要とせず、低コストで高速成膜が可能であるため長尺のテープ状酸化物超電導導体の製造に適している。
【００２８】
前記酸化物超電導層６の上に積層されている安定化基層７はＡｇなどの良電導性かつ酸化物超電導層６と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる層として形成され、更にＣｕなどの良電導性金属材料の安定化層８を複合した積層構造とされている。前記安定化基層７はスパッタ法などの成膜法により形成することができ、安定化層８はメッキ法や箔の貼り付け法などにより形成することができる。
【００２９】
図２は前述のＩＢＡＤ法を実施するための成膜装置の一構造例を示す。
図２に示すイオンビームアシストスパッタ装置５０は、長尺の基材１を配置する成膜領域Ｋに下向きに面するようにターゲット５２がターゲットホルダ５５に支持された状態で成膜室５１に配置され、このターゲット５２に対して斜め方向に対向するようにスパッタイオンソース源５４が配置されるとともに、成膜領域Ｋに設置されている基材１の設置面の法線に対し所定の入射角度で（例えば入射角度θ＝４５゜など）斜め方向から対向するようにアシストイオンソース源５３を配置し構成されている。
この例のイオンビームアシストスパッタ装置５０は、真空チャンバが構成する成膜室５１に各種機器が設けられる成膜装置であり、基材が長尺の基材１である場合、対向配置された第１のリール６０から第２のリール６１側に繰り出すように移動されて成膜領域Ｋを基材１が水平移動できるように構成されている。
この実施形態において適用されるイオンソース源５３、５４は、図３に示す如く容器５６の内部に、引出電極５７とフィラメント５８を備え、容器５６の外部にＡｒガス等の導入管５９を備えて構成され、容器５６の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
【００３０】
本実施形態で用いるイオンビームアシストスパッタ装置５０を構成する真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガス及び反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図２ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。ここで用いるターゲット５２とは、前述の中間層４を構成する材料に見合った組成のターゲットとすることができる。
【００３１】
前記イオンビームアシストスパッタ装置５０において、ターゲット５２及びイオンソース源５３と成膜空間Ｋとの間の位置に長方形状のシールド板６２が前記リール６０、６１間に繰り出されている基材１を覆うように水平に配置されている。このシールド板６２は、ＪＩＳ規定ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）などの金属製の長方形状の板材からなり、リール６０、６１の間の成膜空間Ｋをほぼカバーできる幅と長さに形成されており、その幅方向中央部には基材１よりも若干幅狭のスリット状の通過孔６２ａが形成されている。
【００３２】
前記シールド板６２の通過孔６２ａは、図５に示す如く、基材１を通過孔６２ａの下に水平に配置し、基材１の円周面部１Ｂの最上部１Ｃを通過孔６２ａの中央側に配置した状態とし、前記スリット状の通過孔６２ａの幅方向端縁６２ｂを前記基材１の円周面部１Ｂに投影した位置において規定される前記円周面部１Ｂの接線Ｓの傾斜角度θ（前記シールド板６２の表面に対する傾斜角度θ）が３０゜以下、例えば５〜３０゜の範囲になるように設定されている。また、この３０゜以下の条件については、シールド板６２の表面に対し、アシストイオンビームの入射角度θ２が４５゜の場合の設定例の１つである。
ここで上述の傾斜角度θを３０゜以下としたのは、イオンビームに対する基材表面の角度が適切な角度からずれた部分（領域）にイオンビームが当たるのを防ぐためでありる。
【００３３】
また、前記スリット状の通過孔６２ａのより好ましい幅として、該通過孔６２ａを介し前記基材１の円周面部１Ｂに対し斜め方向から入射するアシストイオンビームが、前記円周面部１Ｂに対するアシストイオンビームの照射範囲内のいずれの位置であっても、前記特定のアシストイオンビームの入射角度に対し±１５゜の範囲に収まるような幅に設定されていることが好ましい。
ただし、傾斜角度を小さくし過ぎるとシールド板の通過孔の幅が小さくなり過ぎ、基材１を回転させてその周方向に中間層を順次成膜する際の工程数が不要に増加することも加味すると、実用的な傾斜角度θの範囲は１５〜２０゜の範囲が好ましい。
【００３４】
なお、図２に示すイオンビームアシストスパッタ装置５０において、基材１を回転するための機構として、リール６０、６１の中心軸Ｃを軸支する機構に回転機構が組み込まれ、リール６０、６１とこれらの間に繰り出されている基材１をまとめて図２の矢印Ｅ１、Ｅ２の方向に回転できる構成とされている。回転機構の一例として、リール６０、６１の中心軸Ｃの両端を軸支するＣ字型やＹ字型の軸支部材を同期回転するように構成すれば、リール６０、６１間に繰り出されている基材１をその周回りに回転することができる。
【００３５】
図２に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置５０を用いることでＩＢＡＤ法を実施し、基材１の外周面に目的の中間層４を成膜することができる。
ＩＢＡＤ法により中間層４を成膜する場合、図２に示すターゲット５２、イオンソース源５３、５４及び基材１を収容している真空チャンバには、Ａｒガスや酸素ガスなどのソースガスを導入できるように構成されており、内部を例えば目的の真空度に調整した上でＡｒ：Ｏ２＝９：１などの混合ガス雰囲気（ソースガス雰囲気）に調整できるように構成されている。
本実施形態で用いる真空チャンバでは、真空ポンプを用いた減圧雰囲気に、例えば背圧でもって、０．００８Ｐａ〜０．００００８Ｐａの範囲の所望の真空度に調節できるようになっている。この範囲の真空度には、真空ポンプによる減圧に要する時間を適宜調整することで到達することができる。
【００３６】
そして、基材１のベッド層３上に中間層４を成膜するには、真空ポンプにより減圧する際の成膜雰囲気の背圧を目的の値に設定した後、前記ソースガスを導入し、スパッタイオン源５４からターゲット５２にイオンビームを照射してターゲット粒子の叩き出しや放出を行い、ベッド層３上に中間層４の粒子堆積を行うと同時に、ベッド層３の成膜面に対し斜め４５゜方向からアシストイオン源５３からのイオンビーム照射を行いつつ成膜するイオンビームアシストスパッタ法を実施する。イオンビームアシストスパッタ法を実施する際の成膜温度は常温で差し支えない。
【００３７】
イオンビームアシストスパッタ法を実施して基材１の外周部の全面に中間層４を形成するためには、図４（Ａ）に示す如く基材１の幅方向両端側をシールド板６２で覆い隠しながら中間層の構成粒子堆積を行うと、ターゲット５２から飛来するとともに通過孔６２ａの部分を通過したスパッタ粒子のみが例えば斜め方向４５゜からのアシストイオンビームの照射を受けながら堆積されて通過孔６２ａの下側領域の円周面部１Ｂにのみ中間層４が成膜される。ここで、前述の傾斜角度θを３０゜以下としているので、斜め方向４５゜の入射角度で照射されるアシストイオンビームは通過孔６２ａの下側に位置する基材１の円周面部１Ｂに対し適正な許容範囲の入射角度で入射される結果、通過孔６２ａの下側の円周面部１Ｂに成膜される中間層４の結晶配向性が整った状態となり、目的の結晶配向性の中間層４を円周面部１Ｂに形成できる。
【００３８】
目的の膜厚の中間層４を基材１の円周面部１Ｂ上に成膜したならば、図４（Ａ）に示す状態から基材１を図４（Ｂ）に示す如く所定角度右回りに回転させて所定時間保持すると、基材１の円周面部１Ｂ上の他の位置に通過孔６２ａを介し粒子が堆積されて先に形成した中間層４に隣接する位置に中間層４を形成できる。この粒子堆積処理を図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）に示す如く所定角度毎に行うと、基材１の円周面部１Ｂの外周部にその周方向に沿って順次中間層４を形成できるので、更に粒子堆積と基材１の回転操作を順次行うことで基材１の円周面部１Ｂと平面部１Ａを含めた全周に対し中間層４を形成できる。なお、図４（Ａ）〜（Ｅ）には基材１の円周面部１Ｂに対し最初に成膜した領域を矢印Ｆで示しており、図４（Ａ）〜（Ｅ）において基材１を回転した際の回転角度が分かり易いように表示している。
【００３９】
基材１の外周部に形成した平面部１Ａについては、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す如く所定角度基材１を回転する場合の回転角度の目印として利用できる。本実施形態では、平面部１Ａについても通過孔６２ａの下に位置させた状態で中間層４を成膜する面とする。なお、平面部１Ａ上への中間層４の堆積を略して基材１の円周面部１Ｂの全周面にのみ中間層４の堆積を行うようにしても良い。
基材１の全周面に中間層４を形成したならば、シールド板６２の下方に位置させて中間層４を成膜した部分の基材１をリール６１側に移動させてリール６０側から中間層未形成の基材１を繰り出し、中間層未形成の基材１をシールド板６２の通過孔６２ａの下に位置させた後、再度、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す如く基材１を回転させながらその全周面に中間層４を成膜する操作を行う。この基材１の回転操作とリール６０側からリール６１側への基材１の繰り出し操作を繰り返し行うことにより、基材１の全長にわたりその全周に中間層４を成膜することができる。
【００４０】
基材１の全長および全周面に中間層４を形成したならば、基材１の中間層４の上に上述したＰＬＤ法あるいはスパッタ法などに従い、キャップ層５を成膜する。キャップ層５を基材１の全周面に形成する場合、ＰＬＤ法で成膜する場合は、その成膜装置内に、スパッタリング法で成膜する場合はその成膜装置内に、上述したリール６０、６１と同等の機構を組み込み、基材１を回転させながら順次成膜し、基材１を長さ方向に一方のリールから他方のリール側に繰り出して基材１の中間層４上にキャップ層５を成膜すればよい。
このキャップ層５は上述の材料からなる層として成膜すると、自己配向効果により中間層４の結晶配向性よりも更に良好な結晶配向性を示すようになり、例えば、Δφの値において５゜程度の良好な結晶配向性を得ることができる。
【００４１】
その後、基材１のキャップ層５上に酸化物超電導層６を形成する。ここで図１に示す構造のように、良好な配向性を有するキャップ層５上に酸化物超電導層６を形成すると、このキャップ層５上に積層される酸化物超電導層６もキャップ層５の配向性に整合するように結晶化する。酸化物超電導層６の成膜時においてもキャップ層５の成膜と同様に、成膜装置内に設けた一方のリールから他方のリール側に基材１を繰り出し、回転させながら成膜することで基材１の全周に酸化物超電導層６を成膜できる。
前記キャップ層５上に形成された酸化物超電導層６は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層６を構成する結晶粒の１つ１つにおいては、基材１の径方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、基材１の長さ方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが２軸配向している。従って得られた酸化物超電導層６は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、基材１の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度を示す外径円形断面構造の酸化物超電導導体Ａが得られる。
【００４２】
図１に示す構造の酸化物超電導導体Ａであるならば、円形断面に近い基材１の外周面に酸化物超電導層６を有し、酸化物超電導導体Ａの全体として円形断面に類似する導体形状とされるので、従来のテープ状の酸化物超電導導体と異なり、曲げ加工の自由度が高いので、巻き胴に巻回して超電導コイルを構成する場合の作業性が向上する。また、巻き胴に巻回する場合、巻き胴周面側に平面部１Ａを向けるように巻き付けることで巻き付け方向の目安とすることができる。更に、断面略円形状の基材１の外周面に酸化物超電導層６を備えた導体構造であるならば、酸化物超電導導体Ａを巻き胴に巻回して超電導コイルとした場合に交流損失の抑制に寄与する。
なお、外周面全部に酸化物超電導層６を有する構造であるならば、超電導コイルとした場合、磁場の方向性による影響を受け難い特徴がある。即ち、超電導コイルが発生させた磁場のベクトル成分が酸化物超電導層６に対して直角向きとなる領域では、その領域の超電導特性が磁場の影響で劣化するおそれを有するが、基材１の外周面の全体に酸化物超電導層６が形成されていると、基材１の周方向の一部の領域で磁場の影響を受けてその領域の超電導特性が部分的に劣化することが生じても、基材１の周方向の他の領域の酸化物超電導層６が超電導特性を維持するので、酸化物超電導導体Ａの全体として見た場合に超電導特性劣化を少なくすることができる。
この点において、仮に、基材１の外周面の一部分のみに沿って帯状の酸化物超電導層を有した構造の酸化物超電導導体を用いて超電導コイルを形成した場合、超電導コイルが磁場を発生させると、長尺の酸化物超電導導体の長さ方向のいずれかの部位における酸化物超電導層全体が特性劣化するおそれがあり、これが原因となって超電導特性劣化につながるおそれがある。従って上述の構成の酸化物超電導導体Ａであるならば、コイル化した場合の特性劣化を抑制できる効果がある。
【００４３】
図６は本発明に係る第２実施形態の酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体の一例を模式的に示す部分断面図である。
この実施形態の酸化物超電導導体Ｂは、横断面略４角形状の長尺の金属製基材１１の外周面に、拡散防止層１２と、ベッド層１３と、ＩＢＡＤ法による中間層１４と、キャップ層１５と、酸化物超電導層１６と、安定化基層１７と、安定化層１８とを順次積層して構成されている。本実施形態において、基材１１上に拡散防止層１２とベッド層１３と中間層１４を積層することによって酸化物超電導導体用基材１９が構成されている。
前記金属基材１１は、その周方向に平面部１１Ａと円周面部１１Ｂとが交互に４つ配置されてなる略４角形状とされている。よって、酸化物超電導導体Ｂは全体として略４角形状に形成されている。
【００４４】
この実施形態の酸化物超電導導体Ｂにあっても、先の第１実施形態の酸化物超電導導体Ａと同様に通過孔６２ａを有するシールド板６２を用いて円周面部１１Ｂの部分に酸化物超電導層１６を成膜できる。なお、円周面部１１Ｂの部分について成膜する場合は、シールド板６２の通過孔６２ａの幅を円周面部１１Ｂの幅より若干狭く形成しておき、円周面部１１Ｂに成膜している場合にその両側の平面部１１Ａ上に成膜がなされないようにすることが好ましい。
更に、平面部１１Ａの部分について成膜する場合は、シールド板６２の通過孔６２ａの幅を平面部１１Ａの幅より若干狭く形成しておき、平面部１１Ａに成膜している場合に隣接する円周面部１１Ｂ上に成膜がなされないようにすることがより好ましい。また、シールド板６２の通過孔６２ａの幅については、先の第１実施形態の場合と同様に、アシストイオンビームが通過孔６２ａを介して円周面部１１Ｂのいずれの位置に入射されても許容範囲のイオンビームの入射角となるように設定する点については同様である。
【００４５】
図６に示す断面構造の酸化物超電導導体Ｂにあっても、第１実施形態の酸化物超電導導体Ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
図７は本発明に係る第３実施形態の酸化物超電導導体用基材を備えた酸化物超電導導体の一例を模式的に示す部分断面図である。
この実施形態の酸化物超電導導体Ｃは、横断面略４角形状でかつその各周面が全長に渡り所定のピッチで螺旋状に旋回された柱状の長尺の金属製基材１１の外周面に、拡散防止層２２と、ベッド層２３と、ＩＢＡＤ法による中間層２４と、キャップ層２５と、酸化物超電導層２６と、安定化基層２７と、安定化層２８とを順次積層し構成されている。本実施形態において、基材２１上に拡散防止層２２とベッド層２３と中間層２４を積層することによって酸化物超電導導体用基材２９が構成されている。
前記金属製の基材２１は、その周方向に平面部２１Ａと円周面部２１Ｂとが交互に４つずつ配置されてなる略４角形状とされ、それら４つの平面部２１Ａと円周面部２１Ｂとが基材２１の全長に渡り所定のピッチで螺旋状に形成されている。
図７に示す断面構造の酸化物超電導導体Ｃにあっても、第１実施形態の酸化物超電導導体Ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
この実施形態の酸化物超電導導体Ｃを製造するには、平面部２１Ａが基材２１の長さ方向に所定のピッチで螺旋状に旋回するように形成されているので、成膜装置の成膜領域に配置するシールド板に設ける通過孔６２ｃについて基材２１の所定長さの平面部２１Ａに対応した幅と長さの形状とする。ここでの通過孔６２ｃの所定長さと幅とは、基材２１の所定の長さ範囲の平面部２１に対し、アシストイオンビームの入射角度の許容範囲が先の実施形態の場合と同様に確保される所定長さを意味し、その他の部分はシールド板が覆い隠すことができる構成としてシールド板を構成する。
【００４８】
このシールド板の通過孔６２ｃを基材２１の所定長さ範囲の平面部２１Ａに対向させた状態で基材２１をその周回りに少しずつ回転させながら基材２１の長手方向に一方のリールから他方のリールに基材２１を移動させつつ成膜することで、基材２１の長さ方向に所定のピッチで螺旋状に配置される１つの連続した平面部２１Ａに対し中間層２４を成膜できるので、残り３つの平面部２１Ａに対し順次成膜してゆくことで、基材２１の全長に渡り螺旋状に配置された、４つの平面部２１Ａに対しそれぞれ中間層２４を成膜できる。
図７に一例としてシールド板の通過孔６２ｃの輪郭を２点鎖線にて示すが、この通過孔６２ｃに沿って粒子が堆積される範囲を基材２１の長さ方向に基材２１を所定角度ずつ回転させながら移動させることで、螺旋状の所定ピッチの平面部２１Ａに対応した中間層２４の成膜ができる。
【００４９】
なお、基材２１の円周面部２１Ｂに沿って所定ピッチの螺旋状の範囲に成膜するには、図７の２点鎖線で囲む通過孔６２ｄを備えたシールド板を用いて基材２１の長さ方向に基材２１を移動させながら所定角度ずつ回転させることで、螺旋状の所定ピッチの円周面部２１Ｂに対応した中間層２４の成膜ができる。
【００５０】
なおまた、本実施形態の酸化物超電導導体Ｃにおいては、円周面部２１Ｂに中間層２４を形成することなく、平面部２１Ａに沿ってのみ中間層２４を形成し、その中間層２４の上のみキャップ層２５と酸化物超電導層２６と安定化基層２７と安定化層２８を構成しても良い。その場合、円周面部２１Ｂには酸化物超電導層２６が形成されないので、基材２１の周面には４本の酸化物超電導層２６が所定のピッチで螺旋状に形成された撚線構造の酸化物超電導導体を得ることができる。
この例の酸化物超電導導体であるならば、酸化物超電導層を基材２１の外周面に撚線構造（螺旋構造）として設けることができるので、撚線状あるいは転移構造の酸化物超電導導体を得ることができる。この構造の酸化物超電導導体であるならば、交流損失を抑制できる酸化物超電導導体を得ることができる効果がある。
【００５１】
以上、本発明に係る酸化物超電導導体用基材Ａ、Ｂ、Ｃの各実施形態について説明したが、これらの実施形態において、超電導導体を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
例えば、基材の断面形状は、先の形態の形状に限らず、断面楕円形状の少なくとも１カ所に平面部を設けた略楕円形状の基材、多角形状の基材の角部に円周面部を設けた略多角形状の基材などに本発明を適用できるのは勿論である。
【実施例】
【００５２】
以下に、本発明の具体的実施例について説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
直径１０ｍｍの円形断面を有し、外周面に幅２ｍｍの平面部をその全長２０ｍに有する長尺のハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる図１に示す略円形断面形状の基材上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３の拡散防止層（厚さ１５０ｎｍ）とＹ２Ｏ３のベッド層（厚さ２０ｎｍ）をスパッタ法により積層した。基材の全外周面に拡散防止層とベッド層を形成するには、これらの層を形成する際に用いたスパッタ装置の内部において基材を回転させながら成膜することで全周面に成膜した。
この積層体に対して図２に示す成膜装置を用いてイオンビームアシストスパッタ法によりＭｇＯの中間層を形成した。
イオンビームアシストスパッタ法を実施するにあたり、前記基材を一方のリール部材に巻き付け、基材の他方端を他方のリール部材に巻き掛け、両方のリール間に基材を繰り出し図２に示す構成の成膜装置の成膜空間に配置した。
【００５３】
基材の幅よりも小さい幅５ｍｍのスリット状の通過孔を有するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の幅３００ｍｍの長方形板状のシールド板を基材に沿って配置し、リール部材間に繰り出した基材の幅方向両端側を覆い隠すようにした。この状態において両方のリール間に位置する基材をＭｇＯのターゲットに対し露出させ、この状態でイオンビームアシストスパッタ法を実施してＭｇＯ中間層の成膜を行った。
前記シールド板の通過孔において、その幅方向端縁部をその下方の基材の円周面部に投影した位置における円周面部に対する接線の傾斜角度θは１５゜である。
【００５４】
イオンビームアシストスパッタ法の実施に当たり、図２に示す構成の成膜装置を用い、アシストイオンビームの入射方向をシールド板表面の法線に対し４５゜傾斜した方向にセットし、成膜温度を３０℃（室温）、成膜雰囲気のソースガスはＡｒガス：Ｏ２ガス＝９：１の混合ガスを使用し、ＭｇＯのターゲットを用いてイオンビームアシストスパッタ法を実施した。アシストイオンビームの加速電圧を１４００Ｖ、電流密度を９０μＡ／ｃｍ２に設定し、成膜雰囲気の背圧を０．００００８Ｐａに設定して成膜した。
【００５５】
イオンビームアシストスパッタ法を実施し、基材上にＭｇＯ中間層を厚さ約２０ｎｍ成膜後、図２に示す如く対になるリールとリール間に繰り出した基材を共に１５゜ずつ回転させて２４回成膜することにより、基材の全周面にＭｇＯ中間層を厚さ約２０ｎｍ成膜後、対になるリール間に成膜を施していない基材を繰り出し、再度全周に成膜するという操作を基材の全長に渡り順次繰り返して基材の全長に渡りＭｇＯ中間層を厚さ約２０ｎｍ成膜した。
【００５６】
次に、アシストイオンビームの照射を停止してイオンビームスパッタ法に切り替え、成膜温度３００℃で膜厚約４００ｎｍのエピタキシャルＭｇＯ層（Epi-ＭｇＯ）を基材の長さ方向一端側に積層した。この膜厚約４００ｎｍのエピタキシャルＭｇＯ層はＸ線測定を行ってＩＢＡＤ−ＭｇＯ中間層の結晶配向度を調べるために成膜するものである。厚さ２０ｎｍのＭｇＯ中間層では膜自体が薄すぎてＸ線測定が困難か、あるいは不可能なために、エピタキシャルＭｇＯ層を成膜後に成膜部分の基材を切り出し、基材の周方向４箇所においてＸ線測定によりＭｇＯ（２２０）正極点測定を行い、結晶配向性の指標である結晶軸分散の半値幅Δφの平均値を求めたところ、Δφ＝８゜の優れた値を示した。
【００５７】
なお、ＩＢＡＤ法により形成した厚さ２０ｎｍのＭｇＯ中間層の配向性に倣うようにエピタキシャルＭｇＯ層が配向するので、エピタキシャルＭｇＯ層のΔφが優れることはその下地のＩＢＡＤ法によるＭｇＯ層も同等に優れた配向性であることを意味する。この測定結果から、ＩＢＡＤ法により断面円形状の基材上に成膜したＭｇＯ層は良好な結晶配向性を示すことが判明した。
【００５８】
前記基材のほぼ全長に成膜したＩＢＡＤ−ＭｇＯ層の上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により８００℃で膜厚５００ｎｍのＣｅＯ２のキャップ層を成膜した。このキャップ層の成膜についてもレーザー蒸着装置内部で基材を回転させて基材の全周に成膜した。このキャップ層の基材周面４カ所においてΔφを測定したところ、平均Δφは５゜となり、良好な配向性を示した。
次いでこのキャップ層上にパルスレーザー蒸着法により膜厚１．０μｍのＲＥ１２３系の酸化物超電導層を成膜し、さらに、この酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇ（安定化層）をスパッタにより成膜し、次いで０．１ｍｍ厚の銅層（安定化層）を積層して酸化物超電導導体を作製した。なお、酸化物超電導層の成膜は、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＧｄＢＣＯ）の粉末を焼結させたターゲットを使用し、温度８００℃、圧力８０Ｐａ、レーザ出力１８０Ｗ、酸素８０％雰囲気下にて行った。この酸化物超電導層の成膜についてもレーザー蒸着装置内部で基材を回転させて基材の全周に成膜した。
【００５９】
得られた酸化物超電導導体を液体窒素に浸漬して超電導特性を測定したところ、臨界電流は１００Ａを示した。これにより、横断面円形状に近い基材の外周部の全面に良好な結晶配向性を有する超電導特性の優れた酸化物超電導層を備えた酸化物超電導線材を得ることができた。
【００６０】
次に、前記シールド板の通過孔において、その幅方向端縁部をその下方の基材の円周面部に投影した位置における円周面部に対する接線の傾斜角度θを３５゜、２５゜、２０゜、１５゜に設定してそれぞれ中間層を形成し酸化物超電導導体用基材を得るとともに、各基材に上記と同等のキャップ層、酸化物超電導層、安定化基層、安定化層を積層して酸化物超電導導体を作製し、各超電導導体の臨界電流値を測定した。その結果、傾斜角度θ＝３５゜の場合、臨界電流値６０Ａ、傾斜角度θ＝２５゜の場合、臨界電流値６８Ａ、傾斜角度θ＝２０゜の場合、臨界電流値７４Ａ、傾斜角度θ＝１５゜の場合、臨界電流値１００Ａを示した。
このことから、傾斜角度θを３０゜以下とすることが望ましいが、１５゜以下とすることがより好ましい範囲であると思われる。ただし、傾斜角度を小さくし過ぎるとシールド板の通過孔の幅が小さくなり過ぎるため、基材を回転させてその周方向に中間層を順次成膜する際の工程数が不要に増加するので、１５〜２０゜の範囲が実用的には好ましい。
【符号の説明】
【００６１】
Ａ、Ｂ…酸化物超電導導体、Ｋ…成膜領域、Ｓ…接線、θ…入射角、１、１１…基材、１Ａ…平面部、１Ｂ…円周面部、２、１２…拡散防止層、３、１３…ベッド層、４、１４…中間層、５、１５…キャップ層、６、１６…酸化物超電導層、７、１７…安定化基層、８、１８…安定化層、５０…成膜装置、５１…成膜室、５２…ターゲット、５３、５４…イオン源、６０、６１…リール、６２…シールド板、６２ａ…通過孔、６２ｂ…端縁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部の周方向の少なくとも一部分に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層とを具備してなることを特徴とする酸化物超電導導体用基材。
【請求項２】
前記イオンビームアシスト成膜法により積層された中間層の面内方向結晶軸分散の半値幅（Δφ）の値が１６゜以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項３】
前記中間層が前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項４】
前記基材の外周部がその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状に形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材の中間層上に、キャップ層と酸化物超電導層とが積層されてなることを特徴とする酸化物超電導導体。
【請求項６】
外周部の周方向の少なくとも一部に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層を具備してなる酸化物超電導導体用基材を製造するに際し、
前記基材を一方のリールから繰り出し、他方のリールに巻き取る間に、中間層の構成粒子を堆積させて中間層を成膜する成膜領域を通過させ、前記基材が成膜領域を通過する間に、前記粒子の堆積と同時にアシストイオンビームを特定の方向から前記基材に対し照射するイオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成するとともに、
前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材よりも細いスリット状の通過孔を備えたシールド板を用い、前記通過孔を前記リール間に繰り出されている基材の延在方向中心部に沿って配置し、前記リール間に繰り出されている基材の幅方向両側部分を覆い隠しながら前記中間層の構成粒子の堆積を行うとともに、
前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材をその周回りに所定角度ずつ回転させながら前記シールド板の通過孔を介し中間層の構成粒子を堆積させる位置を基材の周方向に順次変更しつつ前記基材の平面部あるいは円周面部に成膜することを特徴とする酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項７】
前記スリット状の通過孔を介し前記基材の円周面部に前記中間層の構成粒子を堆積させて成膜する際、前記スリット状の通過孔の幅方向端縁を前記基材の円周面部に投影させた位置において規定される前記円周面部の接線の傾斜角度を前記通過孔を含むシールド板の表面に対する傾斜角度として３０゜以下に設定して成膜することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項８】
前記スリット状の通過孔の幅について、該通過孔を介し前記基材の円周面部に対し斜め方向から入射するアシストイオンビームの入射角度が、前記円周面部に対するアシストイオンビームの照射範囲内のいずれの位置であっても、前記特定のアシストイオンビームの入射角度に対し±１０゜の範囲に収まるような幅に設定して成膜することにより中間層を形成することを特徴とする請求項６または７に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項９】
前記中間層を前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１０】
前記基材として、その外周部にその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状の基材を用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の中間層上にキャップ層と酸化物超電導層を積層することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項１】
外周部の周方向の少なくとも一部分に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層とを具備してなることを特徴とする酸化物超電導導体用基材。
【請求項２】
前記イオンビームアシスト成膜法により積層された中間層の面内方向結晶軸分散の半値幅（Δφ）の値が１６゜以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項３】
前記中間層が前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項４】
前記基材の外周部がその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状に形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材の中間層上に、キャップ層と酸化物超電導層とが積層されてなることを特徴とする酸化物超電導導体。
【請求項６】
外周部の周方向の少なくとも一部に平面部を有し外周部の周方向の少なくとも他の部分に円周面部を有する柱状であるとともに、前記平面部と円周面部が全長に渡り連続形成された長尺の基材と、該基材の外周面に前記平面部と円周面部の少なくとも一方を覆ってイオンビームアシスト成膜法により積層された結晶配向性の良好な中間層を具備してなる酸化物超電導導体用基材を製造するに際し、
前記基材を一方のリールから繰り出し、他方のリールに巻き取る間に、中間層の構成粒子を堆積させて中間層を成膜する成膜領域を通過させ、前記基材が成膜領域を通過する間に、前記粒子の堆積と同時にアシストイオンビームを特定の方向から前記基材に対し照射するイオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成するとともに、
前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材よりも細いスリット状の通過孔を備えたシールド板を用い、前記通過孔を前記リール間に繰り出されている基材の延在方向中心部に沿って配置し、前記リール間に繰り出されている基材の幅方向両側部分を覆い隠しながら前記中間層の構成粒子の堆積を行うとともに、
前記イオンビームアシスト成膜法を実施して中間層を形成する際、前記基材をその周回りに所定角度ずつ回転させながら前記シールド板の通過孔を介し中間層の構成粒子を堆積させる位置を基材の周方向に順次変更しつつ前記基材の平面部あるいは円周面部に成膜することを特徴とする酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項７】
前記スリット状の通過孔を介し前記基材の円周面部に前記中間層の構成粒子を堆積させて成膜する際、前記スリット状の通過孔の幅方向端縁を前記基材の円周面部に投影させた位置において規定される前記円周面部の接線の傾斜角度を前記通過孔を含むシールド板の表面に対する傾斜角度として３０゜以下に設定して成膜することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項８】
前記スリット状の通過孔の幅について、該通過孔を介し前記基材の円周面部に対し斜め方向から入射するアシストイオンビームの入射角度が、前記円周面部に対するアシストイオンビームの照射範囲内のいずれの位置であっても、前記特定のアシストイオンビームの入射角度に対し±１０゜の範囲に収まるような幅に設定して成膜することにより中間層を形成することを特徴とする請求項６または７に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項９】
前記中間層を前記基材上に、ベッド層と拡散防止層の少なくとも１層を介し積層することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１０】
前記基材として、その外周部にその周方向に平面部と円周面部を交互に配してなる横断面略多角形状の基材を用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の中間層上にキャップ層と酸化物超電導層を積層することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８８７０（Ｐ２０１２−１８８７０Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５６６５２（Ｐ２０１０−１５６６５２）
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]