ＣＶＤ装置及び超電導線材の製造方法
【課題】原料収率の向上を図るとともに、超電導用基材の表面への超電導層の成膜を安定して行うことができるＣＶＤ装置、及び、超電導線材の製造方法を提供すること。
【解決手段】原料ガスを噴出する原料ガス噴出部４１と、テープ状基材Ｔを支持するとともに伝熱によりテープ状基材Ｔを加熱するサセプタ３３と、サセプタ３３を加熱するヒータ３５と、原料ガス噴出部４１から噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル４３とを備え、テープ状基材Ｔの幅方向における両側にダミーテープＳが配置されていることを特徴とする。
【解決手段】原料ガスを噴出する原料ガス噴出部４１と、テープ状基材Ｔを支持するとともに伝熱によりテープ状基材Ｔを加熱するサセプタ３３と、サセプタ３３を加熱するヒータ３５と、原料ガス噴出部４１から噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル４３とを備え、テープ状基材Ｔの幅方向における両側にダミーテープＳが配置されてい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、超電導薄膜を超電導用基材の表面に形成するＣＶＤ装置、及び、超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体窒素温度（７７Ｋ）以上で超電導を示す高温超電導体の一種として、ＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）が知られている。特に、化学式ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Yで表されるイットリウム系酸化物超電導体（以下ＹＢＣＯ）が代表的である。このＹＢＣＯ薄膜の形成には、例えば、基材の表面に原料ガスを供給して化学反応させることにより超電導層を成膜する化学気相成長法(ＣＶＤ法：Chemical Vapor Deposition method)が利用される。具体的には、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕそれぞれのβジケトン金属錯体をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などに溶解させ、これらの溶液を所定量ずつ混合して気化した原料ガスを基材の表面に吹き付けることにより行われる。
この種のＣＶＤ法を利用するＣＶＤ装置（気相成長装置）として、従来、原料ガスを反応室内に噴出する原料ガス噴出部と、反応室内で長尺の超電導用基材（テープ状基材）を支持するサセプタと、このサセプタを加熱するヒータとを備え、当該サセプタからの伝熱により超電導用基材を加熱しつつ、この超電導用基材の表面に原料ガスを供給して超電導線材を製造するコールドウォール型（内熱型）のＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５６１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のＣＶＤ装置では、超電導用基材の成膜に寄与する原料ガスの量を増加させ、原料収率の向上を図ることが望ましい。このため、超電導用基材よりも幅広に形成され、原料ガス噴出部から噴出された原料ガスを超電導用基材の表面に案内する延長ノズルを設けた構成が模索されている。
しかしながら、上記した構成では、成膜に寄与しない未反応の原料ガスは、超電導用基材の幅方向における外側のサセプタ上で分解して結晶化し、当該サセプタ上に堆積して堆積物（異常成長層）を形成する。この堆積物は、延長ノズルとサセプタの間における隙間の狭い部分に形成され易く、成膜時間が長くなるにつれて当該堆積物は拡大し、延長ノズルから上記隙間を通じて外側に排出される排気ガスの流れを妨げる傾向にある。
また、堆積物が超電導用基材上に進出することにより、超電導用基材の幅方向の端部付近の成膜を阻害、あるいは、当該超電導用基材表面の超電導層の異常成長を引き起こすおそれがある。
このため、超電導層の成膜が長時間に及んだ場合、上記した堆積物が拡大することにより、超電導用基材の表面において、超電導層の結晶異常が生じるようになり、製造した超電導線材の超電導特性が低下するといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、原料収率の向上を図るとともに、超電導用基材の表面への超電導層の成膜を安定して行うことができるＣＶＤ装置、及び、超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを噴出する原料ガス噴出部と、超電導用基材を支持するとともに伝熱により前記超電導用基材を加熱するサセプタと、前記サセプタを加熱するヒータと、前記原料ガス噴出部から噴出された前記原料ガスを前記超電導用基材の表面に案内する原料ガス輸送路と、を備え、前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープが配置されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成において、前記原料ガス輸送路は、前記サセプタから所定間隔だけ離間して配設され、前記原料ガス輸送路の路壁の先端が前記ダミーテープの幅内に対向させても良い。また、上記構成において、前記ダミーテープの幅方向において、前記原料ガス輸送路の路壁の端部から前記ダミーテープが前記超電導用基材と反対側にはみ出して配置されても良い。
【０００８】
また、上記構成において、前記ダミーテープは、前記超電導用基材の幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔だけ離間して配置されても良い。また、上記構成において、前記超電導用基材を一対のリールに巻き掛け、前記超電導用基材の巻き掛け方向において、前記リールの外側に配置される一対のダミーテープ用リールに前記ダミーテープを巻き掛けても良い。
【０００９】
また、本発明は、超電導用基材と、前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープを配置する工程と、前記超電導用基材の表面と前記ダミーテープの表面とに原料ガスを案内して、前記超電導用基材上に超電導層を形成する工程と、前記ダミーテープを走行させて、前記ダミーテープ上の堆積物を排出する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この構成において、前記ダミーテープは、金属基板のみであっても、金属基板と、前記金属基板上に形成された中間層とを有していても良い。さらに、前記ダミーテープは、前記中間層上に超電導層を有していても良い。また、上記構成において、前記ダミーテープは、前記超電導用基材の走行速度以下で走行しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原料ガス噴出部から噴出された原料ガスを超電導用基材の表面に案内する原料ガス輸送路を備えるため、超電導用基材の成膜に寄与する原料ガスの量を増加させることができ、原料収率の向上を図ることができる。さらに、超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープが配置されているため、このダミーテープ上に堆積した堆積物を排出することができる。従って、堆積物が超電導層の成膜を阻害することを防止でき、超電導用基材の表面への超電導層の成膜を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態のＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図２】テープ状基材とダミーテープとの配置構成を示す平面図である。
【図３】ダミーテープの構成を示す斜視図である。
【図４】成長チャンバの内部構造を示す側断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】成膜時間と堆積物の量及び臨界電流特性との関係を示すグラフである。
【図７】第二実施形態のＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図８】テープ状基材とダミーテープとの配置構成を示す平面図である。
【図９】成長チャンバの内部構造を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態にかかるＣＶＤ装置１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、ＣＶＤ装置１０は、長尺のテープ状に形成された超電導用基材（以下、テープ状基材Ｔという）を巻き取り走行させる基材搬送部１１と、テープ状基材Ｔの幅方向の両側にそれぞれ配置される長尺のダミーテープＳを巻き取り走行させるダミーテープ搬送部１３と、超電導薄膜の原料を供給する原料溶液供給部１５と、原料溶液を気化させる気化器１７と、気化された原料ガス、テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳがそれぞれ供給され、テープ状基材Ｔの表面に薄膜を形成する成長チャンバ（反応室）１９と、を備えて構成されている。この成長チャンバ１９にはリールチャンバ２１，２１が連結され、これら成長チャンバ１９及びリールチャンバ２１，２１内に上記したテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳが走行する閉空間が形成される。
【００１４】
原料溶液供給部１５は、テープ状基材Ｔの表面に形成される薄膜の原料溶液（例えば、ＹＢＣＯの原料であるＹ、Ｂａ、Ｃｕのジケトンによるそれぞれの金属錯体を適宜な分量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させた溶液）を各々所定の分量ずつ混合して気化器１７へ供給する。
気化器１７は、原料溶液供給部１５から供給された原料溶液を、キャリアガス供給部２９から供給されるキャリアガス（例えばアルゴンＡｒ）とともに噴霧して加熱することにより気化させる。この気化した原料ガスは、酸素供給部３１から供給される酸素（Ｏ2）と混合された後に成長チャンバ１９へと供給される。
【００１５】
基材搬送部１１は、テープ状基材Ｔが巻き掛けられる一対の基材用リール２３，２３を備え、成長チャンバ１９内においてテープ状基材Ｔを所定速度（１〜１００ｍ／ｈ）で搬送する。基材用リール２３，２３は、それぞれリールチャンバ２１，２１内に配置されており、正転及び逆転駆動可能である。本実施形態では、原料ガスが供給された成長チャンバ１９内にテープ状基材Ｔを往復搬送させることにより、当該テープ状基材Ｔの表面に所定の膜厚（例えば０．５μｍ〜３μｍ）の超電導層を効率よく成膜することができる。なお、超電導層が成膜されたテープ状基材Ｔは、その後、スパッタ装置により超電導層の上に安定化層が形成されて超電導線材が製造される。
テープ状基材Ｔは、幅１０ｍｍ程度のテープ形状を有し、例えば、１００μｍの厚さの金属基板上に中間層を形成したものが用いられる。金属基板の材料としては、例えば、強度及び耐熱性に優れた、Ｍｏ，Ｔａ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｗ、Ｍｎ等の金属又はこれらの合金を用いることができる。この中間層は、超電導体の結晶粒を２軸配向して成膜させるためのものである。
テープ上基材Ｔは、低磁性の無配向金属基板を用いて、ＩＢＡＤ(Ion Beam Assisted Deposition)法と呼ばれるイオンビームアシストを用いたスパッタ装置により、無配向金属基板上に単層あるいは多層の２軸配向した中間層を形成したものを用いることができ、２軸配向した中間層上に、更にスパッタ装置またはＰＬＤ(Pulse Laser Deposition)装置により、複数の中間層を形成したものでもよい。
また、テープ上基材Ｔとして、ニッケル（Ｎｉ）合金からなり、還元雰囲気で配向熱処理により、表面酸化膜の除去と同時に２軸配向を行った配向金属基板を用いて、中間層を配向金属基板上に形成したものを用いてもよい。
【００１６】
ダミーテープ搬送部１３は、ダミーテープＳが巻き掛けられる一対のダミーテープ用リール２５，２５と、これらダミーテープ用リール２５，２５間に配置されるサポートリール２７，２７とを備え、成長チャンバ１９内においてダミーテープＳを、テープ状基材Ｔの走行速度以下の所定速度で搬送する。本構成では、ダミーテープＳは、図２に示すように、テープ状基材Ｔの幅方向の両側にそれぞれ配置されており、リールチャンバ２１内には、基材用リール２３を挟んでダミーテープ用リール２５，２５及びサポートリール２７，２７がそれぞれ並設されている。
ダミーテープ用リール２５，２５は、一方向に回転駆動されるように構成され、ダミーテープＳを、一方のダミーテープ用リール２５から他方のダミーテープ用リール２５に搬送する。これにより、原料ガスが結晶化し、ダミーテープＳ上に堆積した堆積物を、ダミーテープＳとともにダミーテープ用リール２５に巻き取ることで当該堆積物を成長チャンバ１９の外部に効率よく排出することができる。また、ダミーテープ用リール２５，２５は、テープ状基材Ｔの巻き掛け方向における基材用リール２３，２３の外側に配置されている。ここで、テープ状基材Ｔの巻き掛け方向とは、基材用リール２３，２３に巻き掛けられるテープ状基材Ｔの長手方向をいう。この構成によれば、ダミーテープＳ及びダミーテープＳ上に堆積した堆積物は、テープ状基材Ｔが搬送される領域の外側でダミーテープ用リール２５，２５に巻き取られるため、この巻き取りの際に、堆積物が万一、ダミーテープＳ上から落下したとしても、この落下した物がテープ状基材Ｔの搬送領域に進入することはなく、テープ状基材Ｔの品質を確保することができる。
【００１７】
ダミーテープＳは、少なくともテープ状基材Ｔと同等の耐熱性を有する材料で形成される。本実施形態では、図３に示すように、ダミーテープＳとしてテープ状基材Ｔに準ずる材料、具体的には、当該テープ状基材Ｔを構成する金属基板２４と、この金属基板２４上に形成される中間層２６とを有するものが用いられている。この構成によれば、テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する際に、ダミーテープＳがテープ状基材Ｔに対して、表面状態の違いや輻射の違いによる悪影響を与えることはなく、当該ダミーテープＳの表面上に、原料ガスが結晶化したものを容易に堆積させることができる。本実施形態では、ダミーテープＳとして金属基板２４上に中間層２６のみを備えるものを使用しているが、これに限るものではなく、金属基板２４と、中間層２６と、この中間層２６上に形成される超電導層（図示略）を備えたものや、金属基板２４のみの材料を使用することもできる。この構成によれば、例えば、製造過程で失敗した材料をダミーテープＳとして使用することができるため、材料のコストを低減することができる。
また、ダミーテープＳは、図２に示すように、テープ状基材Ｔの幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔Ｐだけ離間して配置されている。テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳは、それぞれ走行時に幅方向に振れて（蛇行して）走行することがある。この場合、テープ状基材ＴとダミーテープＳとが接触すると、テープ状基材Ｔの表面の成膜品質に影響を及ぼすおそれがあるため、所定間隔Ｐは、予想される幅方向のぶれ量よりも大きな値（本実施形態では１〜２ｍｍ）に設定されている。
【００１８】
成長チャンバ１９は、気化器１７から供給された原料ガスを、内部を走行するテープ状基材Ｔに向けて噴出して化学反応させることにより、テープ状基材Ｔの表面に超電導層を成膜する。また、成長チャンバ１９は、図１に示すように、テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓを支持するとともに伝熱により加熱するサセプタ３３と、このサセプタ３３を加熱するヒータ３５とを備えている。すなわち、ＣＶＤ装置１０は、コールドウォール型のＣＶＤ装置である。
【００１９】
次に、成長チャンバ１９の内部構造について説明する。
図４は、成長チャンバ１９の内部構造を示す側断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面の模式図である。成長チャンバ１９は横長の直方体形状を有しているものとし、成長チャンバ１９の短手方向（テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓの走行方向に直交する方向）を幅方向という。
図４及び図５に示すように、成長チャンバ１９の底壁１９Ａには開口部３７が形成されており、この開口部３７にサセプタ３３が配設されている。サセプタ３３は、走行するテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓを支持するとともに、伝熱によりテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓを加熱する熱伝導プレートである。サセプタ３３の幅方向中央の領域がテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓの走行領域となる。
サセプタ３３は、図５に示すように、周縁部が成長チャンバ１９の底壁１９Ａから所定の間隙をもって離間した状態で配設される。テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する際、サセプタ３３を７００〜８００℃で保持する必要があるが、成長チャンバ１９の底壁１９Ａとサセプタ３３が密接していると、サセプタ３３から底壁１９Ａへの伝熱によりサセプタ３３の高温保持が困難となるためである。
【００２０】
サセプタ３３の直下には、サセプタ３３より一回り小さいヒータ（例えばＳｉＣ製のセラミックヒータ）３５が配設されている。このヒータ３５でサセプタ３３が所定の温度に加熱されることにより、テープ状基材Ｔの表面が適切な温度（超電導層の成膜温度）に保持される。
【００２１】
成長チャンバ１９の上部には、上記した気化器１７（図１）から連結管１８を介して接続される原料ガス噴出部４１が配設されている。原料ガス噴出部４１は、成長チャンバ１９の上壁の幅方向中央に形成された矩形状の原料ガス噴出口４１ａを有している。この原料ガス噴出口４１ａには、多数の細孔（例えばφ１.５ｍｍ）が形成されたメッシュ板が配設され、このメッシュ板の細孔から原料ガス及びキャリアガスが所定の噴出速度で噴出される。テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する場合、原料ガスの噴出速度は１０ｍ／ｓ以上に設定される。
【００２２】
また、原料ガス噴出部４１には、原料ガス噴出口４１ａから噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル（原料ガス輸送路）４３が設けられている。この延長ノズル４３は、テープ状基材Ｔの幅方向に沿って対向配置される第１遮蔽板４３ａ，４３ａと、当該テープ状基材Ｔの走行方向に沿って対向配置される第２遮蔽板４３ｂ，４３ｂとを備えて角筒形状に形成されている。これら第１遮蔽板４３ａ及び第２遮蔽板４３ｂは、超電導層を成膜するための成膜温度に対して耐熱性を有するとともに、原料ガスと反応しない材料（例えばＳＵＳ）で構成される。
このように、本構成では、原料ガス噴出口４１ａから噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル４３を設けることにより、テープ状基材Ｔの成膜に寄与する原料ガスの量を増加させることができ、原料収率の向上を図ることができる。さらに、本構成では、図４に示すように、延長ノズル４３の２枚の第１遮蔽板４３ａ，４３ａで挟まれた成長領域Ｌにおいて、テープ状基材Ｔに超電導層が成膜される。つまり、第１遮蔽板４３ａ，４３ａで原料ガスの長手方向の拡散を抑制することにより、成長領域Ｌにおいて良質な超電導層が成膜することができる。
【００２３】
また、成長チャンバ１９の底壁１９Ａにおいて、サセプタ３３の幅方向両側には、成長領域Ｌに対応する長さの排気口４５ａを有する排気部４５が配設されている。排気部４５は、排気ポンプ（図示略）を備え、未反応の原料ガスやキャリアガス等を成長チャンバ１９の外部に排気する。
【００２４】
延長ノズル４３は、図４及び図５に示すように、サセプタ３３の上面（テープ状基材Ｔが配置された面）から所定間隔ｈだけ離間して配設されている。この延長ノズル４３は、上述のように、原料ガス噴出口４１ａから噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内することで、テープ状基材Ｔの成膜に寄与する原料ガスの量を増加させ、原料収率の向上を図るものである。従って、所定間隔ｈは、テープ状基材Ｔの走行を妨げない程度に小さい方が、より原料収率を向上することができるから望ましいと考えることもできる。しかし、所定間隔ｈを小さくし過ぎる（延長ノズル４３とサセプタ３３とが近すぎる）と、延長ノズル４３がサセプタ３３からの輻射熱により加熱されやすくなる。そうすると、延長ノズル４３を通過する原料ガスがテープ状基材Ｔに到達する前に輻射熱によって加熱されてしまった部分で反応してしまうおそれがあり、原料収率が低下する要因となる。そこで、延長ノズル４３とサセプタ３３との所定間隔ｈは、１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
延長ノズル４３を流れる原料ガスは、主として第２遮蔽板４３ｂとサセプタ３３との間の所定間隔ｈを通じて、排気部４５に向けて排気される。この構成では、成膜に寄与しない未反応の原料ガスは、テープ状基材Ｔの幅方向における外側のサセプタ３３上で結晶化し、当該サセプタ３３上に堆積して堆積物（異常成長層）を形成することが判明した。
この堆積物は、時間が経過するにつれて成長する傾向にあり、上記した延長ノズル４３とサセプタ３３との所定間隔ｈに対する当該堆積物の高さの割合が増加すると、図６に示すように、製造した超電導線材の臨界電流Ｉｃの値が大きく低下し、超電導特性が悪化することが判明した。
【００２６】
このため、本構成では、テープ状基材Ｔの幅方向の両側にダミーテープＳ，Ｓをそれぞれ配置し、このダミーテープＳ上に堆積物を形成させるとともに、当該ダミーテープＳを走行させて堆積した堆積物を成長チャンバ１９から排出する構成となっている。
これらダミーテープＳは、図５に示すように、延長ノズル４３の第２遮蔽板（炉壁）４３ｂの真下に配置されている。第２遮蔽板４３ｂの真下は、原料ガスが流れる経路の内、最も狭い部分であるため、原料ガスが通過する際に分解して堆積しやすいことが実験等により判明している。このため、本構成では、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの下端部（先端）４３ｂ１がダミーテープＳの真上に（ダミーテープＳの幅内に対向して）配置されることにより、堆積物５０をダミーテープＳ上に形成することができ、当該堆積物５０を容易に成長チャンバ１９から排出できる。
さらに、本構成では、ダミーテープＳは、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２（端部）からテープ状基材Ｔと反対側に所定距離（本実施形態では３ｍｍ）はみ出して配置されている。この構成によれば、延長ノズル４３内から排気部４５に向かって原料ガスが流れる場合に、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２よりも外側に形成された堆積物５０についてもダミーテープＳ上に堆積させることができる。
【００２７】
次に、ダミーテープＳの走行速度について説明する。
上述のように、ダミーテープＳ上の堆積物は、時間が経過するにつれて成長する傾向にある。このため、図６に示すように、延長ノズル４３とサセプタ３３との所定間隔ｈに対する堆積物５０の高さの割合が閾値を超えると、この堆積物５０がダミーテープＳ上だけでなくテープ状基材Ｔ上に堆積することにより、製造された超電導線材の臨界電流値Ｉｃが大きく低下する。
この臨界電流値Ｉｃが低下する時間ｔは、原料ガスの供給率や上記所定間隔ｈに依存して変化する値である。このため、本実施形態では、超電導層を成膜する条件から上記臨界電流値Ｉｃが低下する時間ｔを試験的に測定し、この時間ｔよりもダミーテープＳが成長領域Ｌ（図４）に滞在する総時間が短くなるような走行速度に、当該ダミーテープＳの走行速度が設定されている。この場合、走行速度を下限近くに設定すると、不安定要素が増すため、上記時間ｔに所定の安全率（例えば０．９）を乗じた値を使用するのがよい。
ここで、ダミーテープＳの走行速度を速くすると、堆積量は低減できるものの、ダミーテープＳの使用量が増大する。このため、ダミーテープＳの走行速度は、成長領域Ｌ内に滞在する総時間が上記時間ｔよりも短くなる走行速度以上であって、テープ状基材Ｔの走行速度以下に設定される。
ダミーテープＳは、上記した時間ｔに基づいて設定された走行速度で連続的に走行しても良いし、ダミーテープＳを成長領域Ｌ内で停止しておき、上記した時間ｔが経過する前に、ダミーテープＳを走行させて新たな部位を成長領域に滞在させても良い。
【００２８】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態にかかるＣＶＤ装置について説明する。
図７は、第二実施形態にかかるＣＶＤ装置１００の概略構成を示す図である。上記した第一実施形態のＣＶＤ装置１０と同一の構成を示すものは同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のＣＶＤ装置１００は、テープ状基材Ｔを巻き取り走行させる基材搬送部１１１を備え、この基材搬送部１１１は、テープ状基材Ｔが巻き掛けられる一対の基材用リール２３，２３と、これら基材用リール２３，２３間に配置されるターン用リール１１３，１１３とを備える。このターン用リール１１３は、成長チャンバ１９内で複数回反転させるためのリールであり、一回の走行で成膜時間を長く確保することができるため、複数回の成膜処理を行うものに比べて容易に超電導層の成膜を行うことができる。
また、図８に示すように、テープ状基材Ｔをマルチターン方式とした場合でも、ダミーテープＳは、テープ状基材Ｔの縁部から所定間隔Ｐだけ離間して配置されるように構成される。
この第２実施形態では、テープ状基材Ｔが複数回反転することにより、図９に示すように、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂ，４３ｂ間の距離が拡大される。この場合であっても、ダミーテープＳは、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの真下に配置されている。このため、堆積物をダミーテープＳ上に形成することができ、当該堆積物を容易に成長チャンバ１９から排出できる。
さらに、この第二実施形態でも、ダミーテープＳは、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２（端部）からテープ状基材Ｔと反対側に所定距離（本実施形態では３ｍｍ）はみ出して配置されているため、延長ノズル４３内から排気部４５に向かって原料ガスが流れることにより、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２よりも外側に形成された堆積物についてもダミーテープＳ上に堆積させることができる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態によれば、原料ガスを噴出する原料ガス噴出部４１と、テープ状基材Ｔを支持するとともに伝熱によりテープ状基材Ｔを加熱するサセプタ３３と、サセプタ３３を加熱するヒータ３５と、原料ガス噴出部４１から噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル４３とを備え、テープ状基材Ｔの幅方向における両側にダミーテープＳ，Ｓが配置されているため、このダミーテープＳを走行させることにより、当該ダミーテープＳ上に堆積した堆積物を排出することができる。従って、堆積物が超電導層の成膜を阻害することを防止でき、テープ状基材Ｔの表面への超電導層の成膜を安定して行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、延長ノズル４３は、サセプタ３３の上面から所定間隔ｈだけ離間して配設され、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの下端部４３ｂ１がダミーテープＳの真上に位置しているため、原料ガスが分解して形成される堆積物をダミーテープＳ上に形成することができ、当該堆積物を容易に成長チャンバ１９から排出できる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳの幅方向において、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２からダミーテープＳがテープ状基材Ｔと反対側にはみ出して配置されているため、延長ノズル４３内から排気部４５に向かって原料ガスが流れる場合に、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２よりも外側に形成された堆積物についてもダミーテープＳ上に堆積させることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳは、テープ状基材Ｔの幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔Ｐだけ離間して配置されているため、ダミーテープＳとテープ状基材Ｔとの接触を防止することができ、当該テープ状基材Ｔの表面に成膜される超電導層の品質を高めることができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳは、金属基板２４と、金属基板２４上に形成された中間層２６とを有しているため、テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する際に、ダミーテープＳがテープ状基材Ｔに対して、表面状態の違いや輻射の違いによる悪影響を与えることはなく、当該ダミーテープＳの表面上に、原料ガスが結晶化したものを容易に堆積させることができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳは、テープ状基材Ｔの走行速度以下で走行するため、ダミーテープＳの使用量の低減を図ることができ、材料コストを抑えることができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、一対の基材用リール２３，２３にテープ状基材Ｔを巻き掛け、このテープ状基材Ｔの巻き掛け方向において、基材用リール２３，２３の外側に配置される一対のダミーテープ用リール２５，２５にダミーテープＳを巻き掛けているため、テープ状基材Ｔと、ダミーテープＳとを別個に走行させることができ、テープ状基材Ｔの表面に超電導膜を成膜するとともに、このテープ状基材Ｔの両側に堆積する堆積物を容易に排出できる。さらに、ダミーテープＳ及びダミーテープＳ上に堆積した堆積物は、テープ状基材Ｔが搬送される領域の外側でダミーテープ用リール２５，２５に巻き取られるため、この巻き取りの際に、堆積物が万一、ダミーテープＳ上から落下したとしても、この落下した物がテープ状基材Ｔの搬送領域に進入することはなく、テープ状基材Ｔの品質を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、テープ状基材Ｔと、このテープ状基材Ｔの幅方向における両側にダミーテープＳ，Ｓを、それぞれ基材用リール２３、ダミーテープ用リール２５にセットする工程と、テープ状基材Ｔの表面とダミーテープＳの表面上に原料ガスを案内して、テープ状基材Ｔ上に超電導層を形成する工程と、ダミーテープＳを走行させて、ダミーテープＳ上の堆積物を排出する工程とを備えたため、堆積物がテープ状基材Ｔの表面への超電導層の成膜を阻害することを防止でき、テープ状基材Ｔの表面への超電導層の成膜を安定して行うことができる。
【００３７】
以上、本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、ダミーテープＳは、ダミーテープ搬送部１３により、成長チャンバ１９内を走行する構成となっているが、堆積物が堆積したダミーテープＳが除去されるものであれば、これに限るものではない。
また、本実施形態では、サセプタ３３上に、テープ状基材ＴとダミーテープＳ，Ｓとを走行させ、このダミーテープＳ，Ｓの真上（上空）に、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの下端部４３ｂ１を配置した構成について説明したが、これに限るものではなく、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの先端が、ダミーテープＳ，Ｓの幅内に対向するのであれば、例えば、サセプタ３３の下面に、テープ状基材ＴとダミーテープＳ，Ｓとを走行させ、このダミーテープＳ，Ｓの真下に、延長ノズルの第２遮蔽板の上端部を配置した構成としてもよい。
また、上記した第二実施形態では、テープ状基材Ｔをマルチターン方式としたＣＶＤ装置１００について説明し、テープ状基材Ｔを反転させるターン用リール１１３を成長チャンバ１９内に配置していたが、これに限るものではなく、ターン用リールをリールチャンバ２１内に配置することもできる。
この構成によれば、すべてのリールがリールチャンバ２１内に配置されるため、各リールのメンテナンス等の作業を容易に行うことができる。さらに、成長チャンバ１９をコンパクトに形成することができるため、原料ガスの流れを安定化することができ、これに伴い超電導膜の安定した製造が期待できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００ ＣＶＤ装置
１１、１１１ 基材搬送部
１３ ダミーテープ搬送部
１５ 原料溶液供給部
１７ 気化器
１９ 成長チャンバ（反応室）
２１ リールチャンバ
２３ 基材用リール
２４ 金属基板
２５ ダミーテープ用リール
２６ 中間層
３３ サセプタ
３５ ヒータ
４１ 原料ガス噴出部
４３ 延長ノズル（原料ガス輸送路）
４３ａ 第１遮蔽板
４３ｂ 第２遮蔽板（炉壁）
４３ｂ１ 下端部（先端）
４３ｂ２ 外面（端部）
１１３ ターン用リール
Ｌ 成長領域
Ｐ 所定間隔
Ｓ ダミーテープ
Ｔ テープ状基材
ｈ 所定間隔
ｔ 時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導薄膜を超電導用基材の表面に形成するＣＶＤ装置、及び、超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体窒素温度（７７Ｋ）以上で超電導を示す高温超電導体の一種として、ＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）が知られている。特に、化学式ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Yで表されるイットリウム系酸化物超電導体（以下ＹＢＣＯ）が代表的である。このＹＢＣＯ薄膜の形成には、例えば、基材の表面に原料ガスを供給して化学反応させることにより超電導層を成膜する化学気相成長法(ＣＶＤ法：Chemical Vapor Deposition method)が利用される。具体的には、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕそれぞれのβジケトン金属錯体をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などに溶解させ、これらの溶液を所定量ずつ混合して気化した原料ガスを基材の表面に吹き付けることにより行われる。
この種のＣＶＤ法を利用するＣＶＤ装置（気相成長装置）として、従来、原料ガスを反応室内に噴出する原料ガス噴出部と、反応室内で長尺の超電導用基材（テープ状基材）を支持するサセプタと、このサセプタを加熱するヒータとを備え、当該サセプタからの伝熱により超電導用基材を加熱しつつ、この超電導用基材の表面に原料ガスを供給して超電導線材を製造するコールドウォール型（内熱型）のＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５６１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のＣＶＤ装置では、超電導用基材の成膜に寄与する原料ガスの量を増加させ、原料収率の向上を図ることが望ましい。このため、超電導用基材よりも幅広に形成され、原料ガス噴出部から噴出された原料ガスを超電導用基材の表面に案内する延長ノズルを設けた構成が模索されている。
しかしながら、上記した構成では、成膜に寄与しない未反応の原料ガスは、超電導用基材の幅方向における外側のサセプタ上で分解して結晶化し、当該サセプタ上に堆積して堆積物（異常成長層）を形成する。この堆積物は、延長ノズルとサセプタの間における隙間の狭い部分に形成され易く、成膜時間が長くなるにつれて当該堆積物は拡大し、延長ノズルから上記隙間を通じて外側に排出される排気ガスの流れを妨げる傾向にある。
また、堆積物が超電導用基材上に進出することにより、超電導用基材の幅方向の端部付近の成膜を阻害、あるいは、当該超電導用基材表面の超電導層の異常成長を引き起こすおそれがある。
このため、超電導層の成膜が長時間に及んだ場合、上記した堆積物が拡大することにより、超電導用基材の表面において、超電導層の結晶異常が生じるようになり、製造した超電導線材の超電導特性が低下するといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、原料収率の向上を図るとともに、超電導用基材の表面への超電導層の成膜を安定して行うことができるＣＶＤ装置、及び、超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを噴出する原料ガス噴出部と、超電導用基材を支持するとともに伝熱により前記超電導用基材を加熱するサセプタと、前記サセプタを加熱するヒータと、前記原料ガス噴出部から噴出された前記原料ガスを前記超電導用基材の表面に案内する原料ガス輸送路と、を備え、前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープが配置されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成において、前記原料ガス輸送路は、前記サセプタから所定間隔だけ離間して配設され、前記原料ガス輸送路の路壁の先端が前記ダミーテープの幅内に対向させても良い。また、上記構成において、前記ダミーテープの幅方向において、前記原料ガス輸送路の路壁の端部から前記ダミーテープが前記超電導用基材と反対側にはみ出して配置されても良い。
【０００８】
また、上記構成において、前記ダミーテープは、前記超電導用基材の幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔だけ離間して配置されても良い。また、上記構成において、前記超電導用基材を一対のリールに巻き掛け、前記超電導用基材の巻き掛け方向において、前記リールの外側に配置される一対のダミーテープ用リールに前記ダミーテープを巻き掛けても良い。
【０００９】
また、本発明は、超電導用基材と、前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープを配置する工程と、前記超電導用基材の表面と前記ダミーテープの表面とに原料ガスを案内して、前記超電導用基材上に超電導層を形成する工程と、前記ダミーテープを走行させて、前記ダミーテープ上の堆積物を排出する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この構成において、前記ダミーテープは、金属基板のみであっても、金属基板と、前記金属基板上に形成された中間層とを有していても良い。さらに、前記ダミーテープは、前記中間層上に超電導層を有していても良い。また、上記構成において、前記ダミーテープは、前記超電導用基材の走行速度以下で走行しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原料ガス噴出部から噴出された原料ガスを超電導用基材の表面に案内する原料ガス輸送路を備えるため、超電導用基材の成膜に寄与する原料ガスの量を増加させることができ、原料収率の向上を図ることができる。さらに、超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープが配置されているため、このダミーテープ上に堆積した堆積物を排出することができる。従って、堆積物が超電導層の成膜を阻害することを防止でき、超電導用基材の表面への超電導層の成膜を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態のＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図２】テープ状基材とダミーテープとの配置構成を示す平面図である。
【図３】ダミーテープの構成を示す斜視図である。
【図４】成長チャンバの内部構造を示す側断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】成膜時間と堆積物の量及び臨界電流特性との関係を示すグラフである。
【図７】第二実施形態のＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図８】テープ状基材とダミーテープとの配置構成を示す平面図である。
【図９】成長チャンバの内部構造を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態にかかるＣＶＤ装置１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、ＣＶＤ装置１０は、長尺のテープ状に形成された超電導用基材（以下、テープ状基材Ｔという）を巻き取り走行させる基材搬送部１１と、テープ状基材Ｔの幅方向の両側にそれぞれ配置される長尺のダミーテープＳを巻き取り走行させるダミーテープ搬送部１３と、超電導薄膜の原料を供給する原料溶液供給部１５と、原料溶液を気化させる気化器１７と、気化された原料ガス、テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳがそれぞれ供給され、テープ状基材Ｔの表面に薄膜を形成する成長チャンバ（反応室）１９と、を備えて構成されている。この成長チャンバ１９にはリールチャンバ２１，２１が連結され、これら成長チャンバ１９及びリールチャンバ２１，２１内に上記したテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳが走行する閉空間が形成される。
【００１４】
原料溶液供給部１５は、テープ状基材Ｔの表面に形成される薄膜の原料溶液（例えば、ＹＢＣＯの原料であるＹ、Ｂａ、Ｃｕのジケトンによるそれぞれの金属錯体を適宜な分量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させた溶液）を各々所定の分量ずつ混合して気化器１７へ供給する。
気化器１７は、原料溶液供給部１５から供給された原料溶液を、キャリアガス供給部２９から供給されるキャリアガス（例えばアルゴンＡｒ）とともに噴霧して加熱することにより気化させる。この気化した原料ガスは、酸素供給部３１から供給される酸素（Ｏ2）と混合された後に成長チャンバ１９へと供給される。
【００１５】
基材搬送部１１は、テープ状基材Ｔが巻き掛けられる一対の基材用リール２３，２３を備え、成長チャンバ１９内においてテープ状基材Ｔを所定速度（１〜１００ｍ／ｈ）で搬送する。基材用リール２３，２３は、それぞれリールチャンバ２１，２１内に配置されており、正転及び逆転駆動可能である。本実施形態では、原料ガスが供給された成長チャンバ１９内にテープ状基材Ｔを往復搬送させることにより、当該テープ状基材Ｔの表面に所定の膜厚（例えば０．５μｍ〜３μｍ）の超電導層を効率よく成膜することができる。なお、超電導層が成膜されたテープ状基材Ｔは、その後、スパッタ装置により超電導層の上に安定化層が形成されて超電導線材が製造される。
テープ状基材Ｔは、幅１０ｍｍ程度のテープ形状を有し、例えば、１００μｍの厚さの金属基板上に中間層を形成したものが用いられる。金属基板の材料としては、例えば、強度及び耐熱性に優れた、Ｍｏ，Ｔａ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｗ、Ｍｎ等の金属又はこれらの合金を用いることができる。この中間層は、超電導体の結晶粒を２軸配向して成膜させるためのものである。
テープ上基材Ｔは、低磁性の無配向金属基板を用いて、ＩＢＡＤ(Ion Beam Assisted Deposition)法と呼ばれるイオンビームアシストを用いたスパッタ装置により、無配向金属基板上に単層あるいは多層の２軸配向した中間層を形成したものを用いることができ、２軸配向した中間層上に、更にスパッタ装置またはＰＬＤ(Pulse Laser Deposition)装置により、複数の中間層を形成したものでもよい。
また、テープ上基材Ｔとして、ニッケル（Ｎｉ）合金からなり、還元雰囲気で配向熱処理により、表面酸化膜の除去と同時に２軸配向を行った配向金属基板を用いて、中間層を配向金属基板上に形成したものを用いてもよい。
【００１６】
ダミーテープ搬送部１３は、ダミーテープＳが巻き掛けられる一対のダミーテープ用リール２５，２５と、これらダミーテープ用リール２５，２５間に配置されるサポートリール２７，２７とを備え、成長チャンバ１９内においてダミーテープＳを、テープ状基材Ｔの走行速度以下の所定速度で搬送する。本構成では、ダミーテープＳは、図２に示すように、テープ状基材Ｔの幅方向の両側にそれぞれ配置されており、リールチャンバ２１内には、基材用リール２３を挟んでダミーテープ用リール２５，２５及びサポートリール２７，２７がそれぞれ並設されている。
ダミーテープ用リール２５，２５は、一方向に回転駆動されるように構成され、ダミーテープＳを、一方のダミーテープ用リール２５から他方のダミーテープ用リール２５に搬送する。これにより、原料ガスが結晶化し、ダミーテープＳ上に堆積した堆積物を、ダミーテープＳとともにダミーテープ用リール２５に巻き取ることで当該堆積物を成長チャンバ１９の外部に効率よく排出することができる。また、ダミーテープ用リール２５，２５は、テープ状基材Ｔの巻き掛け方向における基材用リール２３，２３の外側に配置されている。ここで、テープ状基材Ｔの巻き掛け方向とは、基材用リール２３，２３に巻き掛けられるテープ状基材Ｔの長手方向をいう。この構成によれば、ダミーテープＳ及びダミーテープＳ上に堆積した堆積物は、テープ状基材Ｔが搬送される領域の外側でダミーテープ用リール２５，２５に巻き取られるため、この巻き取りの際に、堆積物が万一、ダミーテープＳ上から落下したとしても、この落下した物がテープ状基材Ｔの搬送領域に進入することはなく、テープ状基材Ｔの品質を確保することができる。
【００１７】
ダミーテープＳは、少なくともテープ状基材Ｔと同等の耐熱性を有する材料で形成される。本実施形態では、図３に示すように、ダミーテープＳとしてテープ状基材Ｔに準ずる材料、具体的には、当該テープ状基材Ｔを構成する金属基板２４と、この金属基板２４上に形成される中間層２６とを有するものが用いられている。この構成によれば、テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する際に、ダミーテープＳがテープ状基材Ｔに対して、表面状態の違いや輻射の違いによる悪影響を与えることはなく、当該ダミーテープＳの表面上に、原料ガスが結晶化したものを容易に堆積させることができる。本実施形態では、ダミーテープＳとして金属基板２４上に中間層２６のみを備えるものを使用しているが、これに限るものではなく、金属基板２４と、中間層２６と、この中間層２６上に形成される超電導層（図示略）を備えたものや、金属基板２４のみの材料を使用することもできる。この構成によれば、例えば、製造過程で失敗した材料をダミーテープＳとして使用することができるため、材料のコストを低減することができる。
また、ダミーテープＳは、図２に示すように、テープ状基材Ｔの幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔Ｐだけ離間して配置されている。テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳは、それぞれ走行時に幅方向に振れて（蛇行して）走行することがある。この場合、テープ状基材ＴとダミーテープＳとが接触すると、テープ状基材Ｔの表面の成膜品質に影響を及ぼすおそれがあるため、所定間隔Ｐは、予想される幅方向のぶれ量よりも大きな値（本実施形態では１〜２ｍｍ）に設定されている。
【００１８】
成長チャンバ１９は、気化器１７から供給された原料ガスを、内部を走行するテープ状基材Ｔに向けて噴出して化学反応させることにより、テープ状基材Ｔの表面に超電導層を成膜する。また、成長チャンバ１９は、図１に示すように、テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓを支持するとともに伝熱により加熱するサセプタ３３と、このサセプタ３３を加熱するヒータ３５とを備えている。すなわち、ＣＶＤ装置１０は、コールドウォール型のＣＶＤ装置である。
【００１９】
次に、成長チャンバ１９の内部構造について説明する。
図４は、成長チャンバ１９の内部構造を示す側断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面の模式図である。成長チャンバ１９は横長の直方体形状を有しているものとし、成長チャンバ１９の短手方向（テープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓの走行方向に直交する方向）を幅方向という。
図４及び図５に示すように、成長チャンバ１９の底壁１９Ａには開口部３７が形成されており、この開口部３７にサセプタ３３が配設されている。サセプタ３３は、走行するテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓを支持するとともに、伝熱によりテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓを加熱する熱伝導プレートである。サセプタ３３の幅方向中央の領域がテープ状基材Ｔ及びダミーテープＳ，Ｓの走行領域となる。
サセプタ３３は、図５に示すように、周縁部が成長チャンバ１９の底壁１９Ａから所定の間隙をもって離間した状態で配設される。テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する際、サセプタ３３を７００〜８００℃で保持する必要があるが、成長チャンバ１９の底壁１９Ａとサセプタ３３が密接していると、サセプタ３３から底壁１９Ａへの伝熱によりサセプタ３３の高温保持が困難となるためである。
【００２０】
サセプタ３３の直下には、サセプタ３３より一回り小さいヒータ（例えばＳｉＣ製のセラミックヒータ）３５が配設されている。このヒータ３５でサセプタ３３が所定の温度に加熱されることにより、テープ状基材Ｔの表面が適切な温度（超電導層の成膜温度）に保持される。
【００２１】
成長チャンバ１９の上部には、上記した気化器１７（図１）から連結管１８を介して接続される原料ガス噴出部４１が配設されている。原料ガス噴出部４１は、成長チャンバ１９の上壁の幅方向中央に形成された矩形状の原料ガス噴出口４１ａを有している。この原料ガス噴出口４１ａには、多数の細孔（例えばφ１.５ｍｍ）が形成されたメッシュ板が配設され、このメッシュ板の細孔から原料ガス及びキャリアガスが所定の噴出速度で噴出される。テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する場合、原料ガスの噴出速度は１０ｍ／ｓ以上に設定される。
【００２２】
また、原料ガス噴出部４１には、原料ガス噴出口４１ａから噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル（原料ガス輸送路）４３が設けられている。この延長ノズル４３は、テープ状基材Ｔの幅方向に沿って対向配置される第１遮蔽板４３ａ，４３ａと、当該テープ状基材Ｔの走行方向に沿って対向配置される第２遮蔽板４３ｂ，４３ｂとを備えて角筒形状に形成されている。これら第１遮蔽板４３ａ及び第２遮蔽板４３ｂは、超電導層を成膜するための成膜温度に対して耐熱性を有するとともに、原料ガスと反応しない材料（例えばＳＵＳ）で構成される。
このように、本構成では、原料ガス噴出口４１ａから噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル４３を設けることにより、テープ状基材Ｔの成膜に寄与する原料ガスの量を増加させることができ、原料収率の向上を図ることができる。さらに、本構成では、図４に示すように、延長ノズル４３の２枚の第１遮蔽板４３ａ，４３ａで挟まれた成長領域Ｌにおいて、テープ状基材Ｔに超電導層が成膜される。つまり、第１遮蔽板４３ａ，４３ａで原料ガスの長手方向の拡散を抑制することにより、成長領域Ｌにおいて良質な超電導層が成膜することができる。
【００２３】
また、成長チャンバ１９の底壁１９Ａにおいて、サセプタ３３の幅方向両側には、成長領域Ｌに対応する長さの排気口４５ａを有する排気部４５が配設されている。排気部４５は、排気ポンプ（図示略）を備え、未反応の原料ガスやキャリアガス等を成長チャンバ１９の外部に排気する。
【００２４】
延長ノズル４３は、図４及び図５に示すように、サセプタ３３の上面（テープ状基材Ｔが配置された面）から所定間隔ｈだけ離間して配設されている。この延長ノズル４３は、上述のように、原料ガス噴出口４１ａから噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内することで、テープ状基材Ｔの成膜に寄与する原料ガスの量を増加させ、原料収率の向上を図るものである。従って、所定間隔ｈは、テープ状基材Ｔの走行を妨げない程度に小さい方が、より原料収率を向上することができるから望ましいと考えることもできる。しかし、所定間隔ｈを小さくし過ぎる（延長ノズル４３とサセプタ３３とが近すぎる）と、延長ノズル４３がサセプタ３３からの輻射熱により加熱されやすくなる。そうすると、延長ノズル４３を通過する原料ガスがテープ状基材Ｔに到達する前に輻射熱によって加熱されてしまった部分で反応してしまうおそれがあり、原料収率が低下する要因となる。そこで、延長ノズル４３とサセプタ３３との所定間隔ｈは、１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
延長ノズル４３を流れる原料ガスは、主として第２遮蔽板４３ｂとサセプタ３３との間の所定間隔ｈを通じて、排気部４５に向けて排気される。この構成では、成膜に寄与しない未反応の原料ガスは、テープ状基材Ｔの幅方向における外側のサセプタ３３上で結晶化し、当該サセプタ３３上に堆積して堆積物（異常成長層）を形成することが判明した。
この堆積物は、時間が経過するにつれて成長する傾向にあり、上記した延長ノズル４３とサセプタ３３との所定間隔ｈに対する当該堆積物の高さの割合が増加すると、図６に示すように、製造した超電導線材の臨界電流Ｉｃの値が大きく低下し、超電導特性が悪化することが判明した。
【００２６】
このため、本構成では、テープ状基材Ｔの幅方向の両側にダミーテープＳ，Ｓをそれぞれ配置し、このダミーテープＳ上に堆積物を形成させるとともに、当該ダミーテープＳを走行させて堆積した堆積物を成長チャンバ１９から排出する構成となっている。
これらダミーテープＳは、図５に示すように、延長ノズル４３の第２遮蔽板（炉壁）４３ｂの真下に配置されている。第２遮蔽板４３ｂの真下は、原料ガスが流れる経路の内、最も狭い部分であるため、原料ガスが通過する際に分解して堆積しやすいことが実験等により判明している。このため、本構成では、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの下端部（先端）４３ｂ１がダミーテープＳの真上に（ダミーテープＳの幅内に対向して）配置されることにより、堆積物５０をダミーテープＳ上に形成することができ、当該堆積物５０を容易に成長チャンバ１９から排出できる。
さらに、本構成では、ダミーテープＳは、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２（端部）からテープ状基材Ｔと反対側に所定距離（本実施形態では３ｍｍ）はみ出して配置されている。この構成によれば、延長ノズル４３内から排気部４５に向かって原料ガスが流れる場合に、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２よりも外側に形成された堆積物５０についてもダミーテープＳ上に堆積させることができる。
【００２７】
次に、ダミーテープＳの走行速度について説明する。
上述のように、ダミーテープＳ上の堆積物は、時間が経過するにつれて成長する傾向にある。このため、図６に示すように、延長ノズル４３とサセプタ３３との所定間隔ｈに対する堆積物５０の高さの割合が閾値を超えると、この堆積物５０がダミーテープＳ上だけでなくテープ状基材Ｔ上に堆積することにより、製造された超電導線材の臨界電流値Ｉｃが大きく低下する。
この臨界電流値Ｉｃが低下する時間ｔは、原料ガスの供給率や上記所定間隔ｈに依存して変化する値である。このため、本実施形態では、超電導層を成膜する条件から上記臨界電流値Ｉｃが低下する時間ｔを試験的に測定し、この時間ｔよりもダミーテープＳが成長領域Ｌ（図４）に滞在する総時間が短くなるような走行速度に、当該ダミーテープＳの走行速度が設定されている。この場合、走行速度を下限近くに設定すると、不安定要素が増すため、上記時間ｔに所定の安全率（例えば０．９）を乗じた値を使用するのがよい。
ここで、ダミーテープＳの走行速度を速くすると、堆積量は低減できるものの、ダミーテープＳの使用量が増大する。このため、ダミーテープＳの走行速度は、成長領域Ｌ内に滞在する総時間が上記時間ｔよりも短くなる走行速度以上であって、テープ状基材Ｔの走行速度以下に設定される。
ダミーテープＳは、上記した時間ｔに基づいて設定された走行速度で連続的に走行しても良いし、ダミーテープＳを成長領域Ｌ内で停止しておき、上記した時間ｔが経過する前に、ダミーテープＳを走行させて新たな部位を成長領域に滞在させても良い。
【００２８】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態にかかるＣＶＤ装置について説明する。
図７は、第二実施形態にかかるＣＶＤ装置１００の概略構成を示す図である。上記した第一実施形態のＣＶＤ装置１０と同一の構成を示すものは同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のＣＶＤ装置１００は、テープ状基材Ｔを巻き取り走行させる基材搬送部１１１を備え、この基材搬送部１１１は、テープ状基材Ｔが巻き掛けられる一対の基材用リール２３，２３と、これら基材用リール２３，２３間に配置されるターン用リール１１３，１１３とを備える。このターン用リール１１３は、成長チャンバ１９内で複数回反転させるためのリールであり、一回の走行で成膜時間を長く確保することができるため、複数回の成膜処理を行うものに比べて容易に超電導層の成膜を行うことができる。
また、図８に示すように、テープ状基材Ｔをマルチターン方式とした場合でも、ダミーテープＳは、テープ状基材Ｔの縁部から所定間隔Ｐだけ離間して配置されるように構成される。
この第２実施形態では、テープ状基材Ｔが複数回反転することにより、図９に示すように、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂ，４３ｂ間の距離が拡大される。この場合であっても、ダミーテープＳは、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの真下に配置されている。このため、堆積物をダミーテープＳ上に形成することができ、当該堆積物を容易に成長チャンバ１９から排出できる。
さらに、この第二実施形態でも、ダミーテープＳは、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２（端部）からテープ状基材Ｔと反対側に所定距離（本実施形態では３ｍｍ）はみ出して配置されているため、延長ノズル４３内から排気部４５に向かって原料ガスが流れることにより、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２よりも外側に形成された堆積物についてもダミーテープＳ上に堆積させることができる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態によれば、原料ガスを噴出する原料ガス噴出部４１と、テープ状基材Ｔを支持するとともに伝熱によりテープ状基材Ｔを加熱するサセプタ３３と、サセプタ３３を加熱するヒータ３５と、原料ガス噴出部４１から噴出された原料ガスをテープ状基材Ｔの表面に案内する延長ノズル４３とを備え、テープ状基材Ｔの幅方向における両側にダミーテープＳ，Ｓが配置されているため、このダミーテープＳを走行させることにより、当該ダミーテープＳ上に堆積した堆積物を排出することができる。従って、堆積物が超電導層の成膜を阻害することを防止でき、テープ状基材Ｔの表面への超電導層の成膜を安定して行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、延長ノズル４３は、サセプタ３３の上面から所定間隔ｈだけ離間して配設され、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの下端部４３ｂ１がダミーテープＳの真上に位置しているため、原料ガスが分解して形成される堆積物をダミーテープＳ上に形成することができ、当該堆積物を容易に成長チャンバ１９から排出できる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳの幅方向において、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２からダミーテープＳがテープ状基材Ｔと反対側にはみ出して配置されているため、延長ノズル４３内から排気部４５に向かって原料ガスが流れる場合に、第２遮蔽板４３ｂの外面４３ｂ２よりも外側に形成された堆積物についてもダミーテープＳ上に堆積させることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳは、テープ状基材Ｔの幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔Ｐだけ離間して配置されているため、ダミーテープＳとテープ状基材Ｔとの接触を防止することができ、当該テープ状基材Ｔの表面に成膜される超電導層の品質を高めることができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳは、金属基板２４と、金属基板２４上に形成された中間層２６とを有しているため、テープ状基材Ｔに超電導層を成膜する際に、ダミーテープＳがテープ状基材Ｔに対して、表面状態の違いや輻射の違いによる悪影響を与えることはなく、当該ダミーテープＳの表面上に、原料ガスが結晶化したものを容易に堆積させることができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、ダミーテープＳは、テープ状基材Ｔの走行速度以下で走行するため、ダミーテープＳの使用量の低減を図ることができ、材料コストを抑えることができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、一対の基材用リール２３，２３にテープ状基材Ｔを巻き掛け、このテープ状基材Ｔの巻き掛け方向において、基材用リール２３，２３の外側に配置される一対のダミーテープ用リール２５，２５にダミーテープＳを巻き掛けているため、テープ状基材Ｔと、ダミーテープＳとを別個に走行させることができ、テープ状基材Ｔの表面に超電導膜を成膜するとともに、このテープ状基材Ｔの両側に堆積する堆積物を容易に排出できる。さらに、ダミーテープＳ及びダミーテープＳ上に堆積した堆積物は、テープ状基材Ｔが搬送される領域の外側でダミーテープ用リール２５，２５に巻き取られるため、この巻き取りの際に、堆積物が万一、ダミーテープＳ上から落下したとしても、この落下した物がテープ状基材Ｔの搬送領域に進入することはなく、テープ状基材Ｔの品質を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、テープ状基材Ｔと、このテープ状基材Ｔの幅方向における両側にダミーテープＳ，Ｓを、それぞれ基材用リール２３、ダミーテープ用リール２５にセットする工程と、テープ状基材Ｔの表面とダミーテープＳの表面上に原料ガスを案内して、テープ状基材Ｔ上に超電導層を形成する工程と、ダミーテープＳを走行させて、ダミーテープＳ上の堆積物を排出する工程とを備えたため、堆積物がテープ状基材Ｔの表面への超電導層の成膜を阻害することを防止でき、テープ状基材Ｔの表面への超電導層の成膜を安定して行うことができる。
【００３７】
以上、本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、ダミーテープＳは、ダミーテープ搬送部１３により、成長チャンバ１９内を走行する構成となっているが、堆積物が堆積したダミーテープＳが除去されるものであれば、これに限るものではない。
また、本実施形態では、サセプタ３３上に、テープ状基材ＴとダミーテープＳ，Ｓとを走行させ、このダミーテープＳ，Ｓの真上（上空）に、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの下端部４３ｂ１を配置した構成について説明したが、これに限るものではなく、延長ノズル４３の第２遮蔽板４３ｂの先端が、ダミーテープＳ，Ｓの幅内に対向するのであれば、例えば、サセプタ３３の下面に、テープ状基材ＴとダミーテープＳ，Ｓとを走行させ、このダミーテープＳ，Ｓの真下に、延長ノズルの第２遮蔽板の上端部を配置した構成としてもよい。
また、上記した第二実施形態では、テープ状基材Ｔをマルチターン方式としたＣＶＤ装置１００について説明し、テープ状基材Ｔを反転させるターン用リール１１３を成長チャンバ１９内に配置していたが、これに限るものではなく、ターン用リールをリールチャンバ２１内に配置することもできる。
この構成によれば、すべてのリールがリールチャンバ２１内に配置されるため、各リールのメンテナンス等の作業を容易に行うことができる。さらに、成長チャンバ１９をコンパクトに形成することができるため、原料ガスの流れを安定化することができ、これに伴い超電導膜の安定した製造が期待できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００ ＣＶＤ装置
１１、１１１ 基材搬送部
１３ ダミーテープ搬送部
１５ 原料溶液供給部
１７ 気化器
１９ 成長チャンバ（反応室）
２１ リールチャンバ
２３ 基材用リール
２４ 金属基板
２５ ダミーテープ用リール
２６ 中間層
３３ サセプタ
３５ ヒータ
４１ 原料ガス噴出部
４３ 延長ノズル（原料ガス輸送路）
４３ａ 第１遮蔽板
４３ｂ 第２遮蔽板（炉壁）
４３ｂ１ 下端部（先端）
４３ｂ２ 外面（端部）
１１３ ターン用リール
Ｌ 成長領域
Ｐ 所定間隔
Ｓ ダミーテープ
Ｔ テープ状基材
ｈ 所定間隔
ｔ 時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを噴出する原料ガス噴出部と、
超電導用基材を支持するとともに伝熱により前記超電導用基材を加熱するサセプタと、
前記サセプタを加熱するヒータと、
前記原料ガス噴出部から噴出された前記原料ガスを前記超電導用基材の表面に案内する原料ガス輸送路と、を備え、
前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープが配置されていることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記原料ガス輸送路は、前記サセプタから所定間隔だけ離間して配設され、前記原料ガス輸送路の路壁の先端が前記ダミーテープの幅内に対向することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記ダミーテープの幅方向において、前記原料ガス輸送路の路壁の端部から前記ダミーテープが前記超電導用基材と反対側にはみ出して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記ダミーテープは、前記超電導用基材の幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記超電導用基材を一対のリールに巻き掛け、前記超電導用基材の巻き掛け方向において、前記リールの外側に配置される一対のダミーテープ用リールに前記ダミーテープを巻き掛けていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＣＶＤ装置。
【請求項６】
超電導用基材と、前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープを配置する工程と、
前記超電導用基材の表面と前記ダミーテープの表面とに原料ガスを案内して、前記超電導用基材上に超電導層を形成する工程と、
前記ダミーテープを走行させて、前記ダミーテープ上の堆積物を排出する工程と、を備えたことを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項７】
前記ダミーテープは、金属基板と、前記金属基板上に形成された中間層とを有していることを特徴とする請求項６に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項８】
前記ダミーテープは、前記中間層上に超電導層を有していることを特徴とする請求項７に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項９】
前記ダミーテープは、前記超電導用基材の走行速度以下で走行することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項１】
原料ガスを噴出する原料ガス噴出部と、
超電導用基材を支持するとともに伝熱により前記超電導用基材を加熱するサセプタと、
前記サセプタを加熱するヒータと、
前記原料ガス噴出部から噴出された前記原料ガスを前記超電導用基材の表面に案内する原料ガス輸送路と、を備え、
前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープが配置されていることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記原料ガス輸送路は、前記サセプタから所定間隔だけ離間して配設され、前記原料ガス輸送路の路壁の先端が前記ダミーテープの幅内に対向することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記ダミーテープの幅方向において、前記原料ガス輸送路の路壁の端部から前記ダミーテープが前記超電導用基材と反対側にはみ出して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記ダミーテープは、前記超電導用基材の幅方向における両縁部からそれぞれ所定間隔だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記超電導用基材を一対のリールに巻き掛け、前記超電導用基材の巻き掛け方向において、前記リールの外側に配置される一対のダミーテープ用リールに前記ダミーテープを巻き掛けていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＣＶＤ装置。
【請求項６】
超電導用基材と、前記超電導用基材の幅方向における両側にダミーテープを配置する工程と、
前記超電導用基材の表面と前記ダミーテープの表面とに原料ガスを案内して、前記超電導用基材上に超電導層を形成する工程と、
前記ダミーテープを走行させて、前記ダミーテープ上の堆積物を排出する工程と、を備えたことを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項７】
前記ダミーテープは、金属基板と、前記金属基板上に形成された中間層とを有していることを特徴とする請求項６に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項８】
前記ダミーテープは、前記中間層上に超電導層を有していることを特徴とする請求項７に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項９】
前記ダミーテープは、前記超電導用基材の走行速度以下で走行することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の超電導線材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４４００６（Ｐ２０１３−４４００６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１６３２（Ｐ２０１１−１８１６３２）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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