酸化物超電導線材の熱処理装置
【課題】排気効率を向上させ、キャリアガスの流量を削減することができる酸化物超電導線材の熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１は、外筒２と内筒３により形成された円筒状の熱処理空間４を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータ５と、熱処理空間４内部に炉芯軸に対して回転可能に配置されたＹＢＣＯ超電導前駆体膜を有するテープ状線材を巻回するための多数の貫通孔６ａが形成された円筒状の回転体６と、外筒２と回転体６との間に配置された多数のガス噴出孔７ａを備えたガス供給管７と、雰囲気ガスを回転体６と内筒３との間から排出するためのガス排出路８とを備え、ガス排出路８は内筒３と回転体６の間に配置された外側円筒体１１とこの内部に同心状に配置された内側円筒体１２により形成された円筒状のガス排出路１３を有するガス排出管１４により形成されており、円筒状の回転体６に巻きつけられテープ状線材の全長に亘って均一な反応を行わせることが可能になる。
【解決手段】熱処理装置１は、外筒２と内筒３により形成された円筒状の熱処理空間４を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータ５と、熱処理空間４内部に炉芯軸に対して回転可能に配置されたＹＢＣＯ超電導前駆体膜を有するテープ状線材を巻回するための多数の貫通孔６ａが形成された円筒状の回転体６と、外筒２と回転体６との間に配置された多数のガス噴出孔７ａを備えたガス供給管７と、雰囲気ガスを回転体６と内筒３との間から排出するためのガス排出路８とを備え、ガス排出路８は内筒３と回転体６の間に配置された外側円筒体１１とこの内部に同心状に配置された内側円筒体１２により形成された円筒状のガス排出路１３を有するガス排出管１４により形成されており、円筒状の回転体６に巻きつけられテープ状線材の全長に亘って均一な反応を行わせることが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に係り、特に超電導ケーブルや超電導電力貯蔵のような電力機器及びモーターなどの動力機器への使用に適したテープ状の希土類系酸化物超電導線材の製造に適した酸化物超電導線材の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導線材のうち、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＹＢＣＯ）超電導線材は、一般に、金属基板上に２軸配向した無機材料薄膜を１層あるいは複数層形成し、その上に超電導膜および安定化層を順次形成した構造を有する。この線材は結晶が２軸配向しているため、ビスマス系の銀シース線材に比べて臨界電流値（Ｉｃ）が高く、液体窒素温度での磁場特性に優れているため、この線材を用いることにより、現在、液体ヘリウム温度近傍の低温で使用されている超電導機器が高温状態で使用できる利点を有する。
【０００３】
このＹＢＣＯ超電導体の特性は、その結晶の配向性に大きく影響され、従って、この下層を構成する中間層及び基板の結晶の配向性や表面平滑性によって大きく影響される。
【０００４】
即ち、ＹＢＣＯ超電導体の結晶系は斜方晶であり、このため、通電特性において材料の特性を発揮させるためには、結晶のＣｕＯ面を揃えるだけでなく、面内の結晶方位をも揃えることが要求される。その理由は、僅かな方位のずれが双晶粒界を発生させ、通電特性を低下させることによる。
【０００５】
ＹＢＣＯ超電導線材は、現在、種々の成膜方法で検討が行われ、これに用いらるテープ状金属基板の上に面内配向した中間層を形成した２軸配向金属基板の製造技術として、ＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法やＲＡＢｉＴＳ（商標：Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate）法が知られており、無配向また配向金属テープ上に面内配向度と方位を向上させた中間層を形成したＹＢＣＯ超電導線材が多く報告され、例えば、基板として、強圧延加工後の熱処理により配向集合組織を有するＮｉ又はＮｉ基合金からなる基板を用い、この表面上にＮｉ酸化物の薄層、ＣｅＯ２等のＭＯＤ法により形成された酸化物中間層及びＹＢＣＯ超電導層を順次形成した希土類系テープ状酸化物超電導体が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この内、最も高特性が得られているのはＩＢＡＤ基板を用いた方法である。この方法は、非磁性で高強度のテープ状Ｎｉ系基板（ハステロイ等）上に、このＮｉ系基板に対して斜め方向からイオンを照射しながら、ターゲットから発生した粒子をレーザー蒸着法で堆積させて形成した高配向性を有し超電導体を構成する元素との反応を抑制する中間層（ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ等）または２層構造の中間層（ＹＳＺまたはＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７／ＣｅＯ２またはＹ２Ｏ３等）を成膜し、その上にＣｅＯ２をＰＬＤ法で成膜した後、更にＹＢＣＯ層をＰＬＤ法で成膜するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
しかしながら、この方法は、全ての層が気相法による真空プロセスで作られるため、緻密で平滑な中間層膜を得ることができるという利点を有するが、成膜速度が遅い上、設備コストが高いため線材価格が上昇するなどの問題点があり、このＩＢＡＤ法の他にもいくつかの気相法を使った成膜方法が検討されているが、コスト及び製造速度の問題を解決する有効な手段は報告されていない。
【０００８】
一方、化学蒸着法（ＣＶＤ）は、他の気相プロセスに比べて製造速度が速いが、高いＩｃ値を得るために膜厚を増大させることが困難であるという問題がある。
【０００９】
低コストを実現するために最も有効な方法は、金属有機酸塩あるいは有機金属化合物を原料として用い、塗布後に熱処理を施すことによってＹＢＣＯ超電導層を形成するＭＯＤ法（Metal Organic Deposition Processes：金属有機酸塩堆積法）である。
【００１０】
このプロセスは、真空プロセスを使用しないため、設備コストおよびメンテナンスコストがかからないという利点を有しており、低価格の超電導体を提供できることが期待されているプロセスである。この場合、中間層、即ち拡散防止層や格子整合層等もＭＯＤ法で成膜することができれば、更にコストを下げることが可能である。
【００１１】
このＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導層の成膜プロセスの中で重要な点は、焼成時の雰囲気調整、特に、仮焼膜表面に均一なガス流が吹き付けられるような焼成方法を確立することである。
【００１２】
従来、ＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導線材の焼成手段として、線材送り出し機構及び巻き取り機構をトンネル式の炉の両端に備え、所定の温度勾配の炉内を一定速度で移動させることによって焼成を行う(RTR：Reel to Reel)方式が多く採用されている。例えば、管状炉の軸方向に安定した雰囲気を形成することを目的として、炉心管を二重構造にし、外管と内管の間に４枚の仕切板を設け２組のガス供給流路とガス排出流路を形成し、ガス供給流路に複数箇所のガス流出孔を、ガス排出流路に複数箇所のガス流入孔を設けた構造の雰囲気制御型熱処理炉が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１３】
以上のＲＴＲ方式は、トンネル炉方式であるため、炉内の雰囲気コントロールが困難であり、また、製造速度が遅いなどの欠点がある。
【００１４】
以上の問題を解決するために、本出願人等は、仮焼膜表面に均一なガス流が吹き付けられ、これにより焼成時の雰囲気調整を容易にし、製造速度の大きな酸化物超電導線材の熱処理装置を開発した。この熱処理装置は、外側にヒータを備えた炉芯管と、この炉芯管の内部に水平方向の回転軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体とからなり、この回転体は、多数の貫通孔が形成された円筒体と、この円筒体の一端側を密封する蓋体と、他端側に円筒体内部のガスを熱処理炉外へ排出するためのガス排出管が接続された蓋体とを備えるとともに、円筒体の外表面に離間して回転軸に対して対称に配置され、多数のガス噴出孔が形成された複数のガス供給管と、ガス供給管に接続され、熱処理炉外からガス供給管に雰囲気ガスを送給するための接続管とを備えるもので（特願２００６−５８３０号参照）、ＹＢＣＯ超電導層の成膜プロセスをバッチ型の電気炉で実施する場合に、雰囲気ガスの炉内流通を十分に行うことにより、ガス導入および排気を適正化させ、長尺の線材を一括で焼成することができるという利点を有する。
【００１５】
この装置は、更に図３及び図４に示すように改良された。図３（ａ）は炉芯軸に垂直な概略断面図、同図（ｂ）はその炉芯管の断面図、図４は炉芯軸に平行な概略断面図である。
【００１６】
即ち、熱処理装置２０は、外部にヒータ２１（図３では省略）を備えた炉芯管２２と、炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔２３ａが形成された円筒状の回転体２３と、炉芯管２２と回転体２３との間に炉芯軸に垂直な断面内で炉芯軸に対して対称に配置された被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するための多数の貫通孔２４ａが形成された複数のガス供給管２４と、雰囲気ガスを回転体内部から排出するための多数の貫通孔２５ａが形成された円筒状のガス排出管２５とから構成されている。
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１７１８４１号公報
【特許文献２】特開平４−３２９８６７号公報
【特許文献３】特開２００３−１２１０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のバッチ式の熱処理装置は、線材を試料ドラムに巻きつけて熱処理を実施するため、炉内温度及び雰囲気コントロールが容易であり、結果として安定した線材の製造が可能となり、また、線材を一括に処理できるため、Reel to Reelプロセスに比べて製造速度を大きくすることができるという利点がある。しかしながら、以上のバッチ式の熱処理装置又はそれ以前の従来のバッチ式炉は炉内空間が広いため、反応ガスや水蒸気ガスが炉内の余剰空間に滞留し易いという欠点を有しており、この滞留ガスの影響を低減するためには効率よく滞留ガスを炉外に排出する必要があるという問題があった。この滞留ガスを炉外に効率よく排出するには、大量のガスを流し、このガス流に巻き込んで有害なガスを炉外に排出する方法が採用されている。この手法は、大量のガスをキャリアガスとして流す必要があり、現在採用しているアルゴンや酸素など、雰囲気ガスに要するコストが高くなるとともに、環境への影響が懸念されるという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、酸化物超電導線材を製造するためのバッチ式熱処理装置において、炉芯管内部の余剰な空間を削除することにより、炉芯管内部での雰囲気ガス（反応ガス）の滞留をなくすとともに、排気効率を向上させ、同時にキャリアガスの使用量を削減することことにより環境への影響を抑制することをその目的としている。本発明の他の目的は、長さ方向に均一な特性を有し、かつ優れたＩｃを有するテープ状のＹＢＣＯ超電導線材を製造することが可能な酸化物超電導線材の熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の酸化物超電導線材の熱処理装置は、外筒と内筒により形成された円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータと、熱処理空間内部に炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔が形成された円筒状の回転体と、外筒と回転体との間に配置された被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するためのガス供給管と、雰囲気ガスを回転体と内筒との間から排出するためのガス排出路とを備えるようにしたものである。
【００２１】
上記の外筒と回転体との間に配置されたガス供給管は、回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備え、炉芯軸に平行に配置された複数の管状体を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置することが好ましい。
【００２２】
また、ガス排出路は、雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管により構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、炉芯管を外筒と内筒により構成し、熱処理空間を円筒状に形成したことにより、外筒と回転体との間に配置されたガス供給管から雰囲気ガスが被熱処理物である仮焼膜表面に均一なガス流として吹き付けられ、このガスは回転体と内筒との間のガス排出路から熱処理炉外へ排出されるため、炉芯管内部での雰囲気ガス（反応ガス）の滞留をなくし、排気効率を向上させることができるとともに、仮焼膜表面の雰囲気調整が容易となり、製造速度を大きくして酸化物超電導線材を製造することができ、また、その構造も簡単であるという利点を有する。
【００２４】
また、ガス供給管を、回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備え、炉芯軸に平行に配置された複数の管状体を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置し、ガス排出路を、雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管により構成することにより、ガス供給管から供給される雰囲気ガスを炉内に滞留させることなく効率よく排出することができるとともに、排気効率の向上により、キャリアガスの流量を削減することが可能となり、結果として製造コストの低減と環境への影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図５は、ＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導線材３０の概略断面を示したもので、ＹＢＣＯ超電導線材３０は、２軸配向性を有するＮｉ基板３１上に、テンプレートとしてＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７中間層３２を成膜し、さらに、この上にＰＬＤ法によりＣｅＯ２中間層３３を成膜した複合基板３４上に、（ａ）Ｙ−トリフルオロ酢酸塩、Ｂａ−トリフルオロ酢酸塩およびＣｕ−ナフテン酸塩を有機溶媒中にＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３の比率で溶解した混合溶液をディップコート法により塗布した後、（ｂ）仮焼し、この塗布および仮焼工程を所定回数繰り返した後、（ｃ）結晶化熱処理、即ち、ＹＢＣＯ超電導体生成の熱処理を施してＹＢＣＯ層３５を成膜し、次いで、（ｄ）スパッタ法によりＡｇ安定化層３６を施した後、（ｅ）後熱処理を施して製造される。
【００２６】
本発明の熱処理装置は、上記の（ｃ）の結晶化熱処理に用いられるものであるが、上記の中間層の形成にも適用可能である。
【００２７】
上記のＮｉ基板は２軸配向性を有するものであるが、無配向あるいは２軸配向性の金属基板の上に２軸配向性を有する中間層を１層又は複数層成膜したものも用いることもできる。
【００２８】
また、ＹＢＣＯ原料の塗布方法としては、上記のディップコート法以外にインクジェット法、スプレー法などを用いることも可能であるが、基本的には、連続して混合溶液を複合基板上に塗布できるプロセスであればこの例によって制約されない。１回に塗布する膜厚は、０．０１〜３．０μｍ、好ましくは０．１〜１．０μｍである。
【００２９】
ここで用いるＭＯＤ原料は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを所定のモル比で含んだ金属有機酸塩または有機金属化合物である。モル数はＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：（２＋ａ）：（３＋ｂ）とし、−１．０＜ａ＜０．３、−０．５＜ｂ＜０．５とすることが好ましい。この範囲以外のモル数にした場合、超電導層が生成されないか、あるいは多数の不純物が生成するなどの問題点が生じる。また、金属有機酸塩としては、各元素のオクチル酸塩、ナフテン酸塩、ネオデカン酸塩、三弗化酢酸塩などが挙げられるが、１種類あるいは２種類以上の有機溶媒に均一に溶解し、複合基板上に塗布できるものであれば用いることができる。
【００３０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００３１】
以下、図１および２を用いて本発明の構成について説明する。図１（ａ）は、本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置の一実施例の構造を示す炉芯軸に垂直な概略断面図、同図（ｂ）はその炉芯管の断面図、図２は本発明の酸化物超電導線材の熱処理装置の他の実施例の構造を示す炉芯軸に平行な概略断面図である。尚、図１及び図２の同一部分は同符号で示した。
【００３２】
図１及び図２において、酸化物超電導線材の熱処理装置１は、外筒２と内筒３により形成された円筒状の熱処理空間４を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータ５（図１では省略）と、熱処理空間４内部に炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体６と、外筒２と回転体６との間に配置されたガス供給管７と、雰囲気ガスを回転体６と内筒３との間から排出するためのガス排出路８とを備えている。熱処理空間４は、炉内の減圧雰囲気又は真空が保持できるように構成されており、また、不活性ガス、酸素ガス、水蒸気を供給するガス系統に接続され（図示せず）、熱処理パターンに合わせて雰囲気ガスを変化させる機構を有する。内筒３の一端又は両端は大気中に開放されている。
【００３３】
被熱処理物、即ち、基板上に１層あるいは複数層の２軸配向性を持つ無機材料薄膜層からなる中間層を形成した複合基板の上に、ＹＢＣＯ超電導層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材又は基板上に中間層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材が円筒状の回転体６に巻きつけられる。
【００３４】
円筒状の回転体６には、多数の貫通孔６ａが形成されており、この貫通孔６ａの径は、テープ状線材のテープ幅と同等とすることが好ましい。また、その開孔率は５０〜９５%とし、特に８９〜９１%の範囲の開孔率が好適する。回転体６は熱処理中に一定速度で回転する機構を備え、その材質は、石英ガラス、アルミナなどのセラミックス又はハステロイ、インコネル等の金属等のような高温に耐え、酸化しにくい材質により構成される。
【００３５】
ガス供給管７は、回転体６に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔７ａを備え、炉芯軸に平行に配置され、かつ複数のガス供給管７が炉芯軸に垂直な断面において対称に配置されている。雰囲気ガスは、炉体の一端あるいは両端から供給される。ガス供給管７の長さは、回転体６の長さよりも長くすることが好ましい。これにより円筒状の回転体６に巻きつけられテープ状線材の全長に亘って均一な反応を行わせることが可能になる。
【００３６】
ガス排出路８は、図１においては、内筒３と回転体６の間に配置された円筒体９と内筒３との間の円筒状空間１０によって形成されているが、図２においては、内筒３と回転体６の間に配置された外側円筒体１１とこの内部に同心状に配置された内側円筒体１２により形成された円筒状のガス排出路１３を有するガス排出管１４により形成されている。
【００３７】
上記のガス供給管７及びガス排出管１４は、石英ガラス、アルミナなどのセラミックス又はハステロイ、インコネル等の金属等のような高温に耐え、酸化しにくい材質により構成される。
【００３８】
上記の円筒体９及び外側円筒体１１には、ガス供給管７の多数のガス噴出孔７ａに対応して、即ち、ガス噴出孔７と対向する位置に雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔９ａ、１１ａが形成されている。排気ガス（反応ガス）は、炉体の一端あるいは両端から排気される。いずれの場合もガス噴出孔７及びガス吸入孔９ａ、１１ａの位置、径及び数は、ガス流量が均一になるように形成されている必要がある。
【００３９】
以上の熱処理装置１において、テープ状線材が円筒状の回転体６に巻きつけられ、回転体６を一定速度で回転させる。雰囲気ガス供給装置（図示せず）から供給された雰囲気ガスがガス供給管７の多数のガス噴出孔７ａからテープ状線材の線材表面に対して均等に吹き付けられ、このガスは、円筒体９又は外側円筒体１１形成された多数のガス吸入孔９ａ、１１ａからガス排出路８を経由して炉外へ排出される。
【００４０】
以下、本発明の酸化物超電導線材の熱処理装置を用いてＹＢＣＯ超電導線材を製造した具体例について説明する。
【００４１】
具体例
外径６６０ｍｍの外筒、外径３００ｍｍの内筒、長さ３４００ｍｍの円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管及び外径５００ｍｍ、長さ１３００ｍｍの被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体を有する熱処理装置を用いて、被熱処理物に熱処理を施した。
【００４２】
被熱処理物は、厚さ１００μｍ、幅４．５ｍｍのハステロイテープに、テンプレートとしてＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７中間層を約０．４μｍの厚さに成膜し、さらに、この上にＰＬＤ法によりＣｅＯ２中間層を約１μｍの厚さに成膜した複合基板上に、Ｙ−トリフルオロ酢酸塩、Ｂａ−トリフルオロ酢酸塩およびＣｕ−ナフテン酸塩を有機溶媒中にＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３の比率で溶解した混合溶液をディップコート法により塗布した後、最高温度４５０℃、水蒸気分圧５％の条件で仮焼し、この塗布および仮焼工程を所定回数繰り返して製造した長さ２００ｍのＹＢＣＯ前駆体膜を有するテープ状線材である。
【００４３】
熱処理は、炉内温度７５０℃、炉内圧力５０ｔｏｒｒ、水蒸気分圧１３％の炉内雰囲気中でガス供給管から酸素分圧１０００ｐｐｍのＡｒ−Ｏ２混合ガスを２００Ｌ／ｍｉｎのガス流量で供給した。
【００４４】
このようにしてＹＢＣＯ層を成膜し、次いで、ＹＢＣＯ超電導層の上にスパッタ法によりＡｇ安定化層を施してテープ状ＹＢＣＯ超電導線材を製造した。
【００４５】
以上の方法により製造したテープ状ＹＢＣＯ超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）をテープの長さ方向に沿って、７７Ｋ、自己磁場中で測定した結果を図６（黒棒グラフ）に示す。
【００４６】
比較例
外径６６０ｍｍ、長さ３４００ｍｍの円柱状の熱処理空間を備えた炉芯管及び外径５００ｍｍ、長さ１３００ｍｍの被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体を有する熱処理装置を用いて、被熱処理物に熱処理を施した。
【００４７】
被熱処理物は、具体例と同一のものを用い、炉内雰囲気中も具体例と同一とした。
【００４８】
このようにしてＹＢＣＯ層を成膜し、次いで、ＹＢＣＯ超電導層の上にスパッタ法によりＡｇ安定化層を施してテープ状ＹＢＣＯ超電導線材を製造した。
【００４９】
以上の方法により製造したテープ状ＹＢＣＯ超電導線材のＩｃをテープの長さ方向に沿って、７７Ｋ、自己磁場中で測定した結果を図６（白棒グラフ）に同時に示した。
【００５０】
また、この装置を用いて具体例と同等のＩｃを得るためにキャリアガスの流量を変化させて実験を行った結果、４００Ｌ／ｍｉｎのガス流量を必要とした。
【００５１】
以上の具体例及び比較例の結果からも明らかなように、本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置によれば、超電導特性に優れた長尺のテープ状の超電導線材を製造することが可能になるとともに、ガス導入・排気の効率が向上することは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置は、ケーブル、電力機器及び動力機器への利用が可能な希土類系テープ状酸化物超電導体に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置の一実施例の構造を示す炉芯軸に垂直な概略断面図（ａ）及び炉芯管の断面図（ｂ）である。
【図２】本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置の他の実施例の構造を示す炉芯軸に平行な概略断面図である。
【図３】従来の酸化物超電導線材の熱処理装置の炉芯軸に垂直な概略断面図（ａ）及び炉芯管の断面図（ｂ）である。
【図４】従来の酸化物超電導線材の熱処理装置の炉芯軸に平行な概略断面図である。
【図５】ＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導線材の概略断面である。
【図６】本発明及び従来の酸化物超電導線材の熱処理装置を用いて製造したテープ状ＹＢＣＯ超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）をテープの長さ方向に沿って測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１、２０ 酸化物超電導線材の熱処理装置
２ 外筒
３ 内筒
４ 熱処理空間
６ 回転体
７ ガス供給管
８、１３ ガス排出路
９ 円筒体
１０ 円筒状空間
１１ 外側円筒体
１２ 内側円筒体
１４ ガス排出管
２２ 炉芯管
２３ 回転体
２４ ガス供給管
２５ ガス排出管
３０ ＹＢＣＯ超電導線材
３１ Ｎｉ基板
３２ Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７中間層
３３ ＣｅＯ２中間層
３４ 複合基板
３５ ＹＢＣＯ層
３６ Ａｇ安定化層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に係り、特に超電導ケーブルや超電導電力貯蔵のような電力機器及びモーターなどの動力機器への使用に適したテープ状の希土類系酸化物超電導線材の製造に適した酸化物超電導線材の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導線材のうち、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＹＢＣＯ）超電導線材は、一般に、金属基板上に２軸配向した無機材料薄膜を１層あるいは複数層形成し、その上に超電導膜および安定化層を順次形成した構造を有する。この線材は結晶が２軸配向しているため、ビスマス系の銀シース線材に比べて臨界電流値（Ｉｃ）が高く、液体窒素温度での磁場特性に優れているため、この線材を用いることにより、現在、液体ヘリウム温度近傍の低温で使用されている超電導機器が高温状態で使用できる利点を有する。
【０００３】
このＹＢＣＯ超電導体の特性は、その結晶の配向性に大きく影響され、従って、この下層を構成する中間層及び基板の結晶の配向性や表面平滑性によって大きく影響される。
【０００４】
即ち、ＹＢＣＯ超電導体の結晶系は斜方晶であり、このため、通電特性において材料の特性を発揮させるためには、結晶のＣｕＯ面を揃えるだけでなく、面内の結晶方位をも揃えることが要求される。その理由は、僅かな方位のずれが双晶粒界を発生させ、通電特性を低下させることによる。
【０００５】
ＹＢＣＯ超電導線材は、現在、種々の成膜方法で検討が行われ、これに用いらるテープ状金属基板の上に面内配向した中間層を形成した２軸配向金属基板の製造技術として、ＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法やＲＡＢｉＴＳ（商標：Rolling Assisted Biaxially Textured Substrate）法が知られており、無配向また配向金属テープ上に面内配向度と方位を向上させた中間層を形成したＹＢＣＯ超電導線材が多く報告され、例えば、基板として、強圧延加工後の熱処理により配向集合組織を有するＮｉ又はＮｉ基合金からなる基板を用い、この表面上にＮｉ酸化物の薄層、ＣｅＯ２等のＭＯＤ法により形成された酸化物中間層及びＹＢＣＯ超電導層を順次形成した希土類系テープ状酸化物超電導体が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この内、最も高特性が得られているのはＩＢＡＤ基板を用いた方法である。この方法は、非磁性で高強度のテープ状Ｎｉ系基板（ハステロイ等）上に、このＮｉ系基板に対して斜め方向からイオンを照射しながら、ターゲットから発生した粒子をレーザー蒸着法で堆積させて形成した高配向性を有し超電導体を構成する元素との反応を抑制する中間層（ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ等）または２層構造の中間層（ＹＳＺまたはＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７／ＣｅＯ２またはＹ２Ｏ３等）を成膜し、その上にＣｅＯ２をＰＬＤ法で成膜した後、更にＹＢＣＯ層をＰＬＤ法で成膜するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
しかしながら、この方法は、全ての層が気相法による真空プロセスで作られるため、緻密で平滑な中間層膜を得ることができるという利点を有するが、成膜速度が遅い上、設備コストが高いため線材価格が上昇するなどの問題点があり、このＩＢＡＤ法の他にもいくつかの気相法を使った成膜方法が検討されているが、コスト及び製造速度の問題を解決する有効な手段は報告されていない。
【０００８】
一方、化学蒸着法（ＣＶＤ）は、他の気相プロセスに比べて製造速度が速いが、高いＩｃ値を得るために膜厚を増大させることが困難であるという問題がある。
【０００９】
低コストを実現するために最も有効な方法は、金属有機酸塩あるいは有機金属化合物を原料として用い、塗布後に熱処理を施すことによってＹＢＣＯ超電導層を形成するＭＯＤ法（Metal Organic Deposition Processes：金属有機酸塩堆積法）である。
【００１０】
このプロセスは、真空プロセスを使用しないため、設備コストおよびメンテナンスコストがかからないという利点を有しており、低価格の超電導体を提供できることが期待されているプロセスである。この場合、中間層、即ち拡散防止層や格子整合層等もＭＯＤ法で成膜することができれば、更にコストを下げることが可能である。
【００１１】
このＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導層の成膜プロセスの中で重要な点は、焼成時の雰囲気調整、特に、仮焼膜表面に均一なガス流が吹き付けられるような焼成方法を確立することである。
【００１２】
従来、ＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導線材の焼成手段として、線材送り出し機構及び巻き取り機構をトンネル式の炉の両端に備え、所定の温度勾配の炉内を一定速度で移動させることによって焼成を行う(RTR：Reel to Reel)方式が多く採用されている。例えば、管状炉の軸方向に安定した雰囲気を形成することを目的として、炉心管を二重構造にし、外管と内管の間に４枚の仕切板を設け２組のガス供給流路とガス排出流路を形成し、ガス供給流路に複数箇所のガス流出孔を、ガス排出流路に複数箇所のガス流入孔を設けた構造の雰囲気制御型熱処理炉が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１３】
以上のＲＴＲ方式は、トンネル炉方式であるため、炉内の雰囲気コントロールが困難であり、また、製造速度が遅いなどの欠点がある。
【００１４】
以上の問題を解決するために、本出願人等は、仮焼膜表面に均一なガス流が吹き付けられ、これにより焼成時の雰囲気調整を容易にし、製造速度の大きな酸化物超電導線材の熱処理装置を開発した。この熱処理装置は、外側にヒータを備えた炉芯管と、この炉芯管の内部に水平方向の回転軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体とからなり、この回転体は、多数の貫通孔が形成された円筒体と、この円筒体の一端側を密封する蓋体と、他端側に円筒体内部のガスを熱処理炉外へ排出するためのガス排出管が接続された蓋体とを備えるとともに、円筒体の外表面に離間して回転軸に対して対称に配置され、多数のガス噴出孔が形成された複数のガス供給管と、ガス供給管に接続され、熱処理炉外からガス供給管に雰囲気ガスを送給するための接続管とを備えるもので（特願２００６−５８３０号参照）、ＹＢＣＯ超電導層の成膜プロセスをバッチ型の電気炉で実施する場合に、雰囲気ガスの炉内流通を十分に行うことにより、ガス導入および排気を適正化させ、長尺の線材を一括で焼成することができるという利点を有する。
【００１５】
この装置は、更に図３及び図４に示すように改良された。図３（ａ）は炉芯軸に垂直な概略断面図、同図（ｂ）はその炉芯管の断面図、図４は炉芯軸に平行な概略断面図である。
【００１６】
即ち、熱処理装置２０は、外部にヒータ２１（図３では省略）を備えた炉芯管２２と、炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔２３ａが形成された円筒状の回転体２３と、炉芯管２２と回転体２３との間に炉芯軸に垂直な断面内で炉芯軸に対して対称に配置された被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するための多数の貫通孔２４ａが形成された複数のガス供給管２４と、雰囲気ガスを回転体内部から排出するための多数の貫通孔２５ａが形成された円筒状のガス排出管２５とから構成されている。
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１７１８４１号公報
【特許文献２】特開平４−３２９８６７号公報
【特許文献３】特開２００３−１２１０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のバッチ式の熱処理装置は、線材を試料ドラムに巻きつけて熱処理を実施するため、炉内温度及び雰囲気コントロールが容易であり、結果として安定した線材の製造が可能となり、また、線材を一括に処理できるため、Reel to Reelプロセスに比べて製造速度を大きくすることができるという利点がある。しかしながら、以上のバッチ式の熱処理装置又はそれ以前の従来のバッチ式炉は炉内空間が広いため、反応ガスや水蒸気ガスが炉内の余剰空間に滞留し易いという欠点を有しており、この滞留ガスの影響を低減するためには効率よく滞留ガスを炉外に排出する必要があるという問題があった。この滞留ガスを炉外に効率よく排出するには、大量のガスを流し、このガス流に巻き込んで有害なガスを炉外に排出する方法が採用されている。この手法は、大量のガスをキャリアガスとして流す必要があり、現在採用しているアルゴンや酸素など、雰囲気ガスに要するコストが高くなるとともに、環境への影響が懸念されるという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、酸化物超電導線材を製造するためのバッチ式熱処理装置において、炉芯管内部の余剰な空間を削除することにより、炉芯管内部での雰囲気ガス（反応ガス）の滞留をなくすとともに、排気効率を向上させ、同時にキャリアガスの使用量を削減することことにより環境への影響を抑制することをその目的としている。本発明の他の目的は、長さ方向に均一な特性を有し、かつ優れたＩｃを有するテープ状のＹＢＣＯ超電導線材を製造することが可能な酸化物超電導線材の熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の酸化物超電導線材の熱処理装置は、外筒と内筒により形成された円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータと、熱処理空間内部に炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔が形成された円筒状の回転体と、外筒と回転体との間に配置された被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するためのガス供給管と、雰囲気ガスを回転体と内筒との間から排出するためのガス排出路とを備えるようにしたものである。
【００２１】
上記の外筒と回転体との間に配置されたガス供給管は、回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備え、炉芯軸に平行に配置された複数の管状体を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置することが好ましい。
【００２２】
また、ガス排出路は、雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管により構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、炉芯管を外筒と内筒により構成し、熱処理空間を円筒状に形成したことにより、外筒と回転体との間に配置されたガス供給管から雰囲気ガスが被熱処理物である仮焼膜表面に均一なガス流として吹き付けられ、このガスは回転体と内筒との間のガス排出路から熱処理炉外へ排出されるため、炉芯管内部での雰囲気ガス（反応ガス）の滞留をなくし、排気効率を向上させることができるとともに、仮焼膜表面の雰囲気調整が容易となり、製造速度を大きくして酸化物超電導線材を製造することができ、また、その構造も簡単であるという利点を有する。
【００２４】
また、ガス供給管を、回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備え、炉芯軸に平行に配置された複数の管状体を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置し、ガス排出路を、雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管により構成することにより、ガス供給管から供給される雰囲気ガスを炉内に滞留させることなく効率よく排出することができるとともに、排気効率の向上により、キャリアガスの流量を削減することが可能となり、結果として製造コストの低減と環境への影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図５は、ＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導線材３０の概略断面を示したもので、ＹＢＣＯ超電導線材３０は、２軸配向性を有するＮｉ基板３１上に、テンプレートとしてＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７中間層３２を成膜し、さらに、この上にＰＬＤ法によりＣｅＯ２中間層３３を成膜した複合基板３４上に、（ａ）Ｙ−トリフルオロ酢酸塩、Ｂａ−トリフルオロ酢酸塩およびＣｕ−ナフテン酸塩を有機溶媒中にＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３の比率で溶解した混合溶液をディップコート法により塗布した後、（ｂ）仮焼し、この塗布および仮焼工程を所定回数繰り返した後、（ｃ）結晶化熱処理、即ち、ＹＢＣＯ超電導体生成の熱処理を施してＹＢＣＯ層３５を成膜し、次いで、（ｄ）スパッタ法によりＡｇ安定化層３６を施した後、（ｅ）後熱処理を施して製造される。
【００２６】
本発明の熱処理装置は、上記の（ｃ）の結晶化熱処理に用いられるものであるが、上記の中間層の形成にも適用可能である。
【００２７】
上記のＮｉ基板は２軸配向性を有するものであるが、無配向あるいは２軸配向性の金属基板の上に２軸配向性を有する中間層を１層又は複数層成膜したものも用いることもできる。
【００２８】
また、ＹＢＣＯ原料の塗布方法としては、上記のディップコート法以外にインクジェット法、スプレー法などを用いることも可能であるが、基本的には、連続して混合溶液を複合基板上に塗布できるプロセスであればこの例によって制約されない。１回に塗布する膜厚は、０．０１〜３．０μｍ、好ましくは０．１〜１．０μｍである。
【００２９】
ここで用いるＭＯＤ原料は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを所定のモル比で含んだ金属有機酸塩または有機金属化合物である。モル数はＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：（２＋ａ）：（３＋ｂ）とし、−１．０＜ａ＜０．３、−０．５＜ｂ＜０．５とすることが好ましい。この範囲以外のモル数にした場合、超電導層が生成されないか、あるいは多数の不純物が生成するなどの問題点が生じる。また、金属有機酸塩としては、各元素のオクチル酸塩、ナフテン酸塩、ネオデカン酸塩、三弗化酢酸塩などが挙げられるが、１種類あるいは２種類以上の有機溶媒に均一に溶解し、複合基板上に塗布できるものであれば用いることができる。
【００３０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００３１】
以下、図１および２を用いて本発明の構成について説明する。図１（ａ）は、本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置の一実施例の構造を示す炉芯軸に垂直な概略断面図、同図（ｂ）はその炉芯管の断面図、図２は本発明の酸化物超電導線材の熱処理装置の他の実施例の構造を示す炉芯軸に平行な概略断面図である。尚、図１及び図２の同一部分は同符号で示した。
【００３２】
図１及び図２において、酸化物超電導線材の熱処理装置１は、外筒２と内筒３により形成された円筒状の熱処理空間４を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータ５（図１では省略）と、熱処理空間４内部に炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体６と、外筒２と回転体６との間に配置されたガス供給管７と、雰囲気ガスを回転体６と内筒３との間から排出するためのガス排出路８とを備えている。熱処理空間４は、炉内の減圧雰囲気又は真空が保持できるように構成されており、また、不活性ガス、酸素ガス、水蒸気を供給するガス系統に接続され（図示せず）、熱処理パターンに合わせて雰囲気ガスを変化させる機構を有する。内筒３の一端又は両端は大気中に開放されている。
【００３３】
被熱処理物、即ち、基板上に１層あるいは複数層の２軸配向性を持つ無機材料薄膜層からなる中間層を形成した複合基板の上に、ＹＢＣＯ超電導層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材又は基板上に中間層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材が円筒状の回転体６に巻きつけられる。
【００３４】
円筒状の回転体６には、多数の貫通孔６ａが形成されており、この貫通孔６ａの径は、テープ状線材のテープ幅と同等とすることが好ましい。また、その開孔率は５０〜９５%とし、特に８９〜９１%の範囲の開孔率が好適する。回転体６は熱処理中に一定速度で回転する機構を備え、その材質は、石英ガラス、アルミナなどのセラミックス又はハステロイ、インコネル等の金属等のような高温に耐え、酸化しにくい材質により構成される。
【００３５】
ガス供給管７は、回転体６に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔７ａを備え、炉芯軸に平行に配置され、かつ複数のガス供給管７が炉芯軸に垂直な断面において対称に配置されている。雰囲気ガスは、炉体の一端あるいは両端から供給される。ガス供給管７の長さは、回転体６の長さよりも長くすることが好ましい。これにより円筒状の回転体６に巻きつけられテープ状線材の全長に亘って均一な反応を行わせることが可能になる。
【００３６】
ガス排出路８は、図１においては、内筒３と回転体６の間に配置された円筒体９と内筒３との間の円筒状空間１０によって形成されているが、図２においては、内筒３と回転体６の間に配置された外側円筒体１１とこの内部に同心状に配置された内側円筒体１２により形成された円筒状のガス排出路１３を有するガス排出管１４により形成されている。
【００３７】
上記のガス供給管７及びガス排出管１４は、石英ガラス、アルミナなどのセラミックス又はハステロイ、インコネル等の金属等のような高温に耐え、酸化しにくい材質により構成される。
【００３８】
上記の円筒体９及び外側円筒体１１には、ガス供給管７の多数のガス噴出孔７ａに対応して、即ち、ガス噴出孔７と対向する位置に雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔９ａ、１１ａが形成されている。排気ガス（反応ガス）は、炉体の一端あるいは両端から排気される。いずれの場合もガス噴出孔７及びガス吸入孔９ａ、１１ａの位置、径及び数は、ガス流量が均一になるように形成されている必要がある。
【００３９】
以上の熱処理装置１において、テープ状線材が円筒状の回転体６に巻きつけられ、回転体６を一定速度で回転させる。雰囲気ガス供給装置（図示せず）から供給された雰囲気ガスがガス供給管７の多数のガス噴出孔７ａからテープ状線材の線材表面に対して均等に吹き付けられ、このガスは、円筒体９又は外側円筒体１１形成された多数のガス吸入孔９ａ、１１ａからガス排出路８を経由して炉外へ排出される。
【００４０】
以下、本発明の酸化物超電導線材の熱処理装置を用いてＹＢＣＯ超電導線材を製造した具体例について説明する。
【００４１】
具体例
外径６６０ｍｍの外筒、外径３００ｍｍの内筒、長さ３４００ｍｍの円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管及び外径５００ｍｍ、長さ１３００ｍｍの被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体を有する熱処理装置を用いて、被熱処理物に熱処理を施した。
【００４２】
被熱処理物は、厚さ１００μｍ、幅４．５ｍｍのハステロイテープに、テンプレートとしてＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７中間層を約０．４μｍの厚さに成膜し、さらに、この上にＰＬＤ法によりＣｅＯ２中間層を約１μｍの厚さに成膜した複合基板上に、Ｙ−トリフルオロ酢酸塩、Ｂａ−トリフルオロ酢酸塩およびＣｕ−ナフテン酸塩を有機溶媒中にＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３の比率で溶解した混合溶液をディップコート法により塗布した後、最高温度４５０℃、水蒸気分圧５％の条件で仮焼し、この塗布および仮焼工程を所定回数繰り返して製造した長さ２００ｍのＹＢＣＯ前駆体膜を有するテープ状線材である。
【００４３】
熱処理は、炉内温度７５０℃、炉内圧力５０ｔｏｒｒ、水蒸気分圧１３％の炉内雰囲気中でガス供給管から酸素分圧１０００ｐｐｍのＡｒ−Ｏ２混合ガスを２００Ｌ／ｍｉｎのガス流量で供給した。
【００４４】
このようにしてＹＢＣＯ層を成膜し、次いで、ＹＢＣＯ超電導層の上にスパッタ法によりＡｇ安定化層を施してテープ状ＹＢＣＯ超電導線材を製造した。
【００４５】
以上の方法により製造したテープ状ＹＢＣＯ超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）をテープの長さ方向に沿って、７７Ｋ、自己磁場中で測定した結果を図６（黒棒グラフ）に示す。
【００４６】
比較例
外径６６０ｍｍ、長さ３４００ｍｍの円柱状の熱処理空間を備えた炉芯管及び外径５００ｍｍ、長さ１３００ｍｍの被熱処理物を巻回するための円筒状の回転体を有する熱処理装置を用いて、被熱処理物に熱処理を施した。
【００４７】
被熱処理物は、具体例と同一のものを用い、炉内雰囲気中も具体例と同一とした。
【００４８】
このようにしてＹＢＣＯ層を成膜し、次いで、ＹＢＣＯ超電導層の上にスパッタ法によりＡｇ安定化層を施してテープ状ＹＢＣＯ超電導線材を製造した。
【００４９】
以上の方法により製造したテープ状ＹＢＣＯ超電導線材のＩｃをテープの長さ方向に沿って、７７Ｋ、自己磁場中で測定した結果を図６（白棒グラフ）に同時に示した。
【００５０】
また、この装置を用いて具体例と同等のＩｃを得るためにキャリアガスの流量を変化させて実験を行った結果、４００Ｌ／ｍｉｎのガス流量を必要とした。
【００５１】
以上の具体例及び比較例の結果からも明らかなように、本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置によれば、超電導特性に優れた長尺のテープ状の超電導線材を製造することが可能になるとともに、ガス導入・排気の効率が向上することは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置は、ケーブル、電力機器及び動力機器への利用が可能な希土類系テープ状酸化物超電導体に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置の一実施例の構造を示す炉芯軸に垂直な概略断面図（ａ）及び炉芯管の断面図（ｂ）である。
【図２】本発明による酸化物超電導線材の熱処理装置の他の実施例の構造を示す炉芯軸に平行な概略断面図である。
【図３】従来の酸化物超電導線材の熱処理装置の炉芯軸に垂直な概略断面図（ａ）及び炉芯管の断面図（ｂ）である。
【図４】従来の酸化物超電導線材の熱処理装置の炉芯軸に平行な概略断面図である。
【図５】ＭＯＤ法によるＹＢＣＯ超電導線材の概略断面である。
【図６】本発明及び従来の酸化物超電導線材の熱処理装置を用いて製造したテープ状ＹＢＣＯ超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）をテープの長さ方向に沿って測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１、２０ 酸化物超電導線材の熱処理装置
２ 外筒
３ 内筒
４ 熱処理空間
６ 回転体
７ ガス供給管
８、１３ ガス排出路
９ 円筒体
１０ 円筒状空間
１１ 外側円筒体
１２ 内側円筒体
１４ ガス排出管
２２ 炉芯管
２３ 回転体
２４ ガス供給管
２５ ガス排出管
３０ ＹＢＣＯ超電導線材
３１ Ｎｉ基板
３２ Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７中間層
３３ ＣｅＯ２中間層
３４ 複合基板
３５ ＹＢＣＯ層
３６ Ａｇ安定化層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と内筒により形成された円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータと、前記熱処理空間内部に炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔が形成された円筒状の回転体と、前記外筒と前記回転体との間に配置された前記被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するためのガス供給管と、前記雰囲気ガスを前記回転体と前記内筒との間から排出するためのガス排出路とを備えたことを特徴とする酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項２】
外筒と回転体との間に配置されたガス供給管は、前記回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備え、炉芯軸に平行に配置された複数の管状体を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置したことを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項３】
ガス排出路は、雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管からなることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項４】
被熱処理物は、基板上に１層あるいは複数層の２軸配向性を持つ無機材料薄膜層からなる中間層を形成した複合基板の上に、Ｙ系（１２３）超電導層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材であることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項５】
被熱処理物は、基板上に中間層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材であることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項６】
混合溶液中の金属元素を含む金属有機酸塩は、オクチル酸塩、ナフテン酸塩、ネオデカン酸塩または三弗化酢酸塩のいずれか１種よりなることを特徴とする請求項４または５記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項７】
円筒状の回転体に形成された多数の貫通孔の径は、テープ状線材のテープ幅と同等であることを特徴とする請求項４または５記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項８】
外筒と内筒により形成された円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータと、前記熱処理空間内部に炉芯軸に対して回転可能に配置され、酸化物超電導体の前駆体膜を有するテープ状の被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔が形成された円筒状の回転体と、前記外筒と前記回転体との間に炉芯軸に平行に配置され、前記回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備えた管状体の複数本を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置し、前記被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するためのガス供給管と、前記雰囲気ガスを前記回転体と前記内筒との間から排出するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管とを備えたことを特徴とする酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項１】
外筒と内筒により形成された円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータと、前記熱処理空間内部に炉芯軸に対して回転可能に配置された被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔が形成された円筒状の回転体と、前記外筒と前記回転体との間に配置された前記被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するためのガス供給管と、前記雰囲気ガスを前記回転体と前記内筒との間から排出するためのガス排出路とを備えたことを特徴とする酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項２】
外筒と回転体との間に配置されたガス供給管は、前記回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備え、炉芯軸に平行に配置された複数の管状体を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置したことを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項３】
ガス排出路は、雰囲気ガスを吸入するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管からなることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項４】
被熱処理物は、基板上に１層あるいは複数層の２軸配向性を持つ無機材料薄膜層からなる中間層を形成した複合基板の上に、Ｙ系（１２３）超電導層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材であることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項５】
被熱処理物は、基板上に中間層を構成する金属元素を含む金属有機酸塩または有機金属化合物を有機溶媒中に溶解した混合溶液を塗布後仮焼したテープ状線材であることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項６】
混合溶液中の金属元素を含む金属有機酸塩は、オクチル酸塩、ナフテン酸塩、ネオデカン酸塩または三弗化酢酸塩のいずれか１種よりなることを特徴とする請求項４または５記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項７】
円筒状の回転体に形成された多数の貫通孔の径は、テープ状線材のテープ幅と同等であることを特徴とする請求項４または５記載の酸化物超電導線材の熱処理装置。
【請求項８】
外筒と内筒により形成された円筒状の熱処理空間を備えた炉芯管と、この炉芯管の外周に配置されたヒータと、前記熱処理空間内部に炉芯軸に対して回転可能に配置され、酸化物超電導体の前駆体膜を有するテープ状の被熱処理物を巻回するための多数の貫通孔が形成された円筒状の回転体と、前記外筒と前記回転体との間に炉芯軸に平行に配置され、前記回転体に対して雰囲気ガスを噴出するための多数のガス噴出孔を備えた管状体の複数本を炉芯軸に垂直な断面において対称に配置し、前記被熱処理物へ雰囲気ガスを供給するためのガス供給管と、前記雰囲気ガスを前記回転体と前記内筒との間から排出するための多数のガス吸入孔を備えた外側円筒体とこの内部に同心状に配置された内側円筒体により形成された円筒状のガス排出路を有するガス排出管とを備えたことを特徴とする酸化物超電導線材の熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−４８８１７（Ｐ２００９−４８８１７Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１２３０８（Ｐ２００７−２１２３０８）
【出願日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超電導応用基盤技術研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（３９１００４４８１）財団法人国際超電導産業技術研究センター (144)
【出願人】（３０６０１３１２０）昭和電線ケーブルシステム株式会社 (218)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超電導応用基盤技術研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（３９１００４４８１）財団法人国際超電導産業技術研究センター (144)
【出願人】（３０６０１３１２０）昭和電線ケーブルシステム株式会社 (218)
【Ｆターム（参考）】
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