(57)【要約】【課題】本発明は、酸化物超電導導体をレーザービームにより切断して複数の酸化物超電導線材を製造する技術の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、テープ状の基材上に酸化物超電導層と第１の金属安定化層を備えた酸化物超電導導体に、レーザービームを前記第１の金属安定化層形成側の外方から基材の長さ方向に沿って照射し前記第１の金属安定化層と前記酸化物超電導層と前記基材を溶断することにより、前記酸化物超電導導体をその幅方向に複数に分割して酸化物超電導線材を製造する場合、前記酸化物超電導層の直上の第１の金属安定化層として５μｍ以下の厚さの第１の金属安定化層を備えた酸化物超電導導体を用い、前記レーザービームで溶断後に前記基材裏面側の溶断部分に沿う溶融残渣物を厚さ１０μｍ未満とすることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材上に酸化物超電導層と第１の金属安定化層を備えた酸化物超電導導体に、レーザービームを前記第１の金属安定化層形成側の外方から基材の長さ方向に沿って照射し前記第１の金属安定化層と前記酸化物超電導層と前記基材を切断することにより、前記酸化物超電導導体をその幅方向に複数に分割して酸化物超電導線材を製造する場合、
前記酸化物超電導層の直上の第１の金属安定化層として５μｍ以下の厚さの第１の金属安定化層を備えた酸化物超電導導体を用い、前記レーザービームで切断後に前記基材裏面側の溶断部分に沿う溶融残渣物を厚さ１０μｍ未満とすることを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記基材の酸化物超電導層形成側と反対側の面に、前記酸化物超電導層直上の第１の金属安定化層を構成する元素の層が厚さ１μｍ未満形成されてなる酸化物超電導導体を用いることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記レーザービームで切断後に前記第１の金属安定化層の外側に第２の金属安定化層を形成す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線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系の酸化物超電導線材（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥは希土類元素）は、液体窒素温度で超電導性を示し、電流損失が低いため、電力供給用のケーブル、超電導コイル用の導体としての使用が望まれている。
上述の酸化物超電導線材に交流通電する場合、交流損失を低減することが必要となるため酸化物超電導線材を細線化した構造が提供されている。
例えば、テープ状の金属基材上に中間層を介し酸化物超電導層を形成し、酸化物超電導層上に金属安定化層を形成した酸化物超電導導体に対し、連続波レーザーを集光照射して酸化物超電導導体をその幅方向に複数に分断して細線化し、交流損失の低減を目指した酸化物超電導線材が提供されている（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２０１２−１５６０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、連続波レーザーのレーザービームを用い、レーザービームを金属安定化層の表面側に集光照射し、酸化物超電導導体の長さ方向にレーザービームを走査することで金属安定化層から基材までを一括して切断することで細線化している。また、切断時にレーザービームを照射した部分に生じる溶融残渣物が線材に付着残留しないようにノズルから窒素ガスを吹き付けつつ溶断することもなされている。
しかしながら、レーザービームを集光照射して酸化物超電導導体を溶断する方法を実施する場合、溶融残渣物を完全に除去することは難しく、酸化物超電導線材の基材裏面側の切断部分に沿って溶融残渣物の塊が付着することがあった。
【０００５】
この溶融残渣物が塊状となり、切断部分に沿って基材裏面側に存在する場合、酸化物超電導線材を用いてコイル化する場合の支障となる問題がある。例えば、巻胴の外周に酸化物超電導線材を多層重ねるように巻き付けて超電導コイルを構成する場合、溶融残渣物の塊によって酸化物超電導線材の巻き乱れを生じ易くなる問題がある。また、超電導コイルを構成するために、酸化物超電導線材の周囲に絶縁層を配してコイル化する場合、塊状の溶融残渣物を絶縁層に押し付けて酸化物超電導線材を巻胴に多層巻き付けすることになるので、塊状の溶融残渣物によって絶縁層を破断するおそれがあるなど、絶縁層を損傷させるおそれがある。
【０００６】
また、レーザービームを用いて酸化物超電導導体を切断する場合、特許文献１に記載の技術においては、熱溶融型のレーザービームを使用しており、このレーザービームはレーザーを照射した部分で発生した熱を厚さ方向に伝播させることで溶融切断を行うが、発生する熱は照射部分（表面部分）で最も高く、照射側と反対側の面（裏面部分）が最も低くなっている。
ここで、酸化物超電導導体の一般的な構造は、酸化物超電導層の上にＡｇの安定化層やＣｕの安定化層が配置される構造であり、これらの金属は熱伝導率が高く、熱を逃がしやすいので、酸化物超電導導体の裏面側の温度が低くなりやすい。このため、レーザー溶断後の酸化物超電導線材には、特に基材裏面側において溶融不足の部分が生じ易くこれが原因となって塊状の溶融残渣物が生じることとなる。この問題を解消するためには、レーザービームの出力を上げて基材裏面側の部分も十分に加熱できるようにすることが考えられるが、レーザービームの出力を向上させると、レーザービームで溶断する切断幅が増加することとなり、細線化した場合、必要な酸化物超電導層の面積が減少するおそれがある。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、酸化物超電導線材の基材裏面側に残留する溶融残渣物をコイル化する場合に支障ない程度に小さくすることができる酸化物超電導線材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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、テープ状の基材上に酸化物超電導層と第１の金属安定化層を備えた酸化物超電導導体に、レーザービームを前記第１の金属安定化層形成側の外方から基材の長さ方向に沿って照射し前記第１の金属安定化層と前記酸化物超電導層と前記基材を切断することにより、前記酸化物超電導導体をその幅方向に複数に分割して酸化物超電導線材を製造する場合、前記酸化物超電導層の直上の第１の金属安定化層として５μｍ以下の厚さの第１の金属安定化層を備えた酸化物超電導導体を用い、前記レーザービームで切断後に前記基材裏面側の溶断部分に沿う溶融残渣物を厚さ１０μｍ未満とすることを特徴とする。
【０００９】
酸化物超電導層直上の第１の安定化層の厚さを５μｍ以下とした酸化物超電導導体からレーザービームによる切断により酸化物超電導線材を製造することで、レーザービームによる切断時に基材裏面側の溶断部分に生じる溶融残渣物を１０μｍ未満の大きさにできる。基材裏面側に存在する溶融残渣物を１０μｍ未満とすることにより、超電導コイルを形成するためのコイル加工時の巻き乱れを少なくできる。超電導コイル形成時に酸化物超電導線材の巻き乱れを生じていると、径の精度が悪い超電導コイルとなってしまい、目的の磁場分布の超電導コイルが得られない。基材裏面側の溶融残渣物を１０μｍ以下の酸化物超電導線材としているならば、巻き乱れを生じ難い、酸化物超電導線材とすることができる。
また、レーザービームで切断することにより細線化した構造の酸化物超電導線材を得ることができるので、交流損失低減に有利であって、巻き乱れを生じ難い超電導コイルを提供できる。更に、超電導コイルを構成する場合、あるいは、超電導ケーブルに利用する場合など、酸化物超電導線材の周囲に絶縁層を配して巻線する場合において、溶融残渣物が絶縁層に損傷を与えることのない酸化物超電導線材を提供できる。
【００１０】
本発明において、前記基材の酸化物超電導層形成側と反対側の面に、前記酸化物超電導層直上の第１の金属安定化層を構成する元素の層が厚さ１μｍ未満形成されてなる酸化物超電導導体を用いることができる。
【００１１】
酸化物超電導導体をレーザービームにより切断して細線化した酸化物超電導線材を製造する場合、酸化物超電導層形成側と反対側の面、即ち、基材裏面側に存在する層の厚さに応じ、基材裏面側に残留する溶融残渣物の大きさが影響を受ける。基材裏面側に存在する層の厚さが大きければ、溶融残渣物が大きくなる。このため、基材裏面側に存在する層の厚さを１μｍ未満とすることが、レーザービームによる切断後に基材裏面側に生じる溶融残渣物の大きさを１０μｍ未満とする場合に有効となる。
基材裏面側の溶融残渣物が１０μｍ未満であるならば、上述した如くコイル化の場合の支障とはならない。
本発明において、前記レーザービームで切断後に前記第１の金属安定化層の外側に第２の金属安定化層を形成することができる。
第１の金属安定化層に加えて第２の金属安定化層を設けることで、酸化物超電導層が何らかの原因で超電導状態から常電導状態に転移した場合の電流パスを確保できる。第１の金属安定化層のみでは電流パスとしての容量が不足する場合、第２の金属安定化層が加わることで電流パスとしての容量を増大することができ、常電導転移時の酸化物超電導層の温度上昇を抑制して酸化物超電導層の焼損を防止し、安定性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザービームによる基材の切断部分裏面側に大きな溶融残渣物を生じないので、溶断部分の滑らかな酸化物超電導線材を提供できる。この酸化物超電導線材であるならば、コイル化した場合に巻き乱れを生じていないコイル化が可能となり、目的の磁化特性の超電導コイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はファイバーレーザー装置による熱溶融型の連続波レーザーによって酸化物超電導導体を切断する状態の一例を示す説明図。
【図２】図２（ａ）はレーザー切断前の酸化物超電導導体の一例構造を示す斜視図、図２（ｂ）はレーザー切断後の酸化物超電導線材の一例構造を示す斜視図。
【図３】図３は切断後の酸化物超電導線材に絶縁テープによる絶縁被覆を形成した状態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、各図に示す酸化物超電導導体および酸化物超電導線材は、本発明の特徴をわかりやすくするため、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
図１は本発明に係る方法に基づき、テープ状の酸化物超電導導体を連続波レーザーにより切断している状態の一例を示す説明図、図２は切断対象となる酸化物超電導導体と切断後の酸化物超電導線材を示す斜視図である。
【００１５】
本発明において切断対象とする酸化物超電導導体１は、図２（ａ）に示す如くテープ状の基材３の上に酸化物超電導層５と第１の金属安定化層６が積層されてなる。この構成の酸化物超電導導体１を後述する如く連続波レーザーのレーザービームにより切断することにより、図２（ｂ）に示す如く酸化物超電導導体１よりも幅狭の複数本（図２（ｂ）の例では４本）の酸化物超電導線材１０を得ることができる。
この例の酸化物超電導線材１０は、酸化物超電導導体１をその幅方向に切断して構成されているので、幅が狭い点を除くと積層構造は全く同等であり、酸化物超電導線材１０は、テープ状の基材３ａの上に、酸化物超電導層５ａと第１の安定化層６ａが積層されてなる。
【００１６】
前記酸化物超電導線材１０は、一例として図３に示す如く、金属製のテープ状の基板９ａの上面に拡散防止層１１ａとベッド層１２ａと配向層１５ａとキャップ層１６ａを積層して基材３ａが構成され、その上に酸化物超電導層５ａと第１の金属安定化層６ａを積層して構成されているが、図２（ｂ）では図示の簡略化のために基材３ａを１層構造のように描いている。なお、拡散防止層１１ａとベッド層１２ａとキャップ層１６ａはいずれも必須ではなく、場合によってはこれらのうち、いずれかを略しても良い。
図３に示す酸化物超電導線材１０は、第１の金属安定化層６ａの上に第２の金属安定化層７ａを積層した状態を示しており、酸化物超電導線材１０と金属安定化層６ａ、７ａからなる積層体の全周に樹脂テープを巻き付けるか樹脂テープを縦添えするなどの手段により絶縁層１８が形成され、絶縁処理されている。
【００１７】
第１の金属安定化層６までを形成した酸化物超電導導体１をレーザービームにより溶断した後、別工程において、金属安定化層７ａのみを貼り付け、あるいは、めっきなどの方法により形成して第２の金属安定化層７ａを備えた酸化物超電導線材１０を得ることができる。
【００１８】
図３に示す構造として絶縁層１８で絶縁処理した酸化物超電導線材１０をコイル加工することで超電導コイルなどの用途に用いることができる。また、酸化物超電導線材１０を送電用の超電導ケーブルなどの用途に用いることができる。
以下に酸化物超電導線材１０の各要素について説明する。
【００１９】
前記基材３（３ａ）の基部を構成する基板９ａは、長尺とするためにテープ状であることが好ましく、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）に代表されるニッケル合金などの耐熱性に優れた高強度の金属材料からなる。なかでも、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。また、基板９ａとして、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金テープ基材を適用することもできる。基板９ａの厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００２０】
拡散防止層１１ａは、基板９ａ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）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、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１０〜４００ｎｍである。
ベッド層１２ａ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。ベッド層１２ａは、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等からなる。ベッド層１２ａは、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１０〜１００ｎｍである。拡散防止層１１ａ、ベッド層１２ａは必須の層ではなく場合によっては一方あるいは両方を略しても良い。
【００２１】
配向層１５ａは、その上のキャップ層１６ａ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。配向層１５ａの材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。
この配向層１５ａをＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法により良好な２軸配向性で成膜するならば、キャップ層１６ａの結晶配向性を良好にすることができ、その上に成膜する酸化物超電導層５（５ａ）の結晶配向性を良好にして優れた超電導特性を発揮できる。
キャップ層１６ａは、上述の配向層１５ａの表面に成膜されて結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなり、具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＬａＭｎＯ３等からなる。キャップ層１６ａの膜厚は５０〜５０００ｎｍ、好ましくは３００〜８００ｎｍ程度の範囲に形成できる。
【００２２】
酸化物超電導層５（５ａ）は高温超電導体として公知のもので良く、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち、１種または２種以上の希土類元素を示す。）なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層５（５ａ）の具体例として、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）などを例示できる。
【００２３】
前記酸化物超電導層５（５ａ）の上に積層されている第１の金属安定化層６（６ａ）はＡｇあるいはＡｇ合金などの良電導性かつ酸化物超電導層５（５ａ）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る。ＡｇあるいはＡｇ合金からなる第１の金属安定化層６（６ａ）を成膜するには、スパッタ法などの成膜法を採用し、その厚さを１〜３０μｍ程度に形成できる。これらの材料からなる第１の金属安定化層６（６ａ）は酸化物超電導層５（５ａ）の安定化のために形成されると同時に、酸素アニール時に酸化物超電導層の結晶に酸素供給を可能にする。
第２の金属安定化層７（７ａ）は酸化物超電導層５（５ａ）の安定化のために設けられ、酸化物超電導層５（５ａ）を流れる電流のバイパス用として第１の金属安定化層６（６ａ）とともに設けられているので、ＣｕやＡｌまたはそれらの合金などの良導電性の金属材料から形成される。なお、酸化物超電導線材１０を限流器などの目的に適用する場合は第２の金属安定化層７（７ａ）として高抵抗材料を用いることが好ましいので、ＮｉＣｒなど、ＣｕやＡｇ、Ａｌに対して高抵抗の金属材料から構成することができる。
第２の金属安定化層７（７ａ）は、第１の金属安定化層６（６ａ）よりも厚く形成して電流のバイパス路として十分な容量を確保するため、１００〜３００μｍ程度の厚さに形成する。その場合、半田や導電性接着剤による貼り付け法あるいはめっき法などを用いて第１の金属安定化層６（６ａ）の上に形成することができる。
【００２４】
本実施形態においては、第２の金属安定化層７を設ける前であって、酸化物超電導層５上にＡｇの第１の金属安定化層６を形成した状態から連続波レーザーのレーザービームを用いて切断することができる。
【００２５】
図１は、連続波レーザーを発生させて酸化物超電導導体１を切断するために用いる切断装置２０の概略構成を示す。この例の切断装置２０は、複数の（図１の例では３基の）励起用レーザーの発光装置２１と、これら複数の発光装置２１からの励起用レーザーを結合するビームコンパイナとしての結合器２２と、この結合器２２に接続されたダブルクラッドファイバーからなる増幅用ファイバー２３と、この増幅用ファイバー２３に接続された伝送用ファイバー２４と、伝送用ファイバー２４の先端部に接続された出力部２５を主体として構成されている。図１において符号２１ａは接続用ファイバー２１ａを示す。
【００２６】
前記増幅用ファイバー２３は、一例として、光増幅媒体である希土類添加ファイバーを用いることができる。
前記出力部２５は、伝送用ファイバー２４からのレーザー出力を導入する筒型の案内部２６と、この案内部２６の上部側に収容されている光学装置２７と、案内部２６の下部側に接続されているノズル体２８と、このノズル体２８の下部側に接続されたガス供給源２９を主体として構成されている。
前記光学装置２７は複数の光学レンズを備えて構成され、これらの光学レンズの相互位置を調整することにより、伝送用ファイバー２４から入射されたレーザー光の径を絞ってノズル体２８の先端外方において適切なビーム径になるようにレーザー光を集光照射することができる。ノズル体２８の上部側壁にはガス導入部３０が形成され、このガス導入部３０に不活性ガスなどのガス供給源２９が接続されている。このガス供給源２９からノズル体２８の内部に不活性ガスなどのシールドガスを送ることによりノズル体２８の先端開口からシールドガスを噴出できるように構成されている。このシールドガスを後述するレーザービームによる切断時に切断対象となる酸化物超電導導体１の表面に吹き付け、レーザービームが切断した結果生成される溶融物をできる限り吹き飛ばすことができる。この結果、細線化した酸化物超電導線材１０にできるだけ溶融残渣物が付着しないように切断できる。
【００２７】
前記切断装置２０を用いて酸化物超電導導体１を切断するには、図１に示す如く水平に設置した酸化物超電導導体１の例えば中央部にノズル体２８の先端を位置させ、この状態から酸化物超電導導体１の中央部に連続波レーザーのレーザービームを照射するとともに、酸化物超電導導体１をその長さ方向に所定の速度で順次移動させる。
切断装置２０において励起光の発光装置２１から接続用ファイバー２１ａを介し結合器２２に入力した励起光は、結合器２２において光結合されて増幅用ファイバー２３に入力され、増幅用ファイバー２３において波長の増幅と出力増幅がなされ、モード変換され、伝送用ファイバー２４を介し連続波レーザーとして出力される。
本実施形態において適用する連続波レーザーの一例として、中心波長１０８０ｎｍの連続波レーザーを用いることができ、ビーム出力８０〜３００Ｗ、ノズル体８の先端外方にレーザービームを集光照射する場合のビーム先端側のビーム径を５μｍ〜１００μｍ程度、例えば２０μｍとすることができる。また、連続波レーザーの中心波長は、１０５０〜１１００ｎｍ程度の波長とすることができる。
【００２８】
伝送用ファイバー２４から出力部２５に達したレーザービームに対し、光学装置２７を調節して連続波レーザーのレーザービーム径を１０〜２０μｍ程度に絞り、ノズル体２８の先端から上述の如く酸化物超電導導体１の中央部に照射すると、酸化物超電導導体１の中央部の第１の金属安定化層６と酸化物超電導層５と基材３をレーザービームにより切断することができる。
また、レーザービームを第１の金属安定化層６の外側から照射しているので、酸化物超電導導体１において第１の金属安定化層６と酸化物超電導層５と基材３の順にレーザービームの照射部分を順次溶融できるが、ノズル体２８の先端から噴出されているシールドガスが、第１の金属安定化層６と酸化物超電導層５と基材３の溶融物を吹き飛ばして除去する。また、レーザービームが基材３を貫通した状態においてノズル体２８の先端から噴出されているシールドガスが、溶融させた第１の金属安定化層６と酸化物超電導層５と基材３を酸化物超電導導体１の裏面側に吹き飛ばして除去する。
これらの作用により、レーザービームによって切断した部分に、第１の金属安定化層６と酸化物超電導層５と基材３の溶融物に起因する溶融残渣物の付着を極力阻止できる。しかし、溶融残渣物を完全に除去することは難しく、例えば、図２（ｂ）に示すように基板３ａの裏面側切断部分の縁に沿って多少の溶融残渣物３ｂが付着残留する。この溶融残渣物３ｂは、上述の溶融物が吹き飛ばされずに基板３ａの溶断部分の縁に沿って不定形状に付着残留した固着物を意味する。
【００２９】
前記レーザービーム切断による溶融開始状態から、酸化物超電導導体１を順次その長さ方向に所定の速度、例えば１５０ｍｍ／ｓで移動させることにより、酸化物超電導導体１をその長さ方向全長に渡り中央部で溶断して２本の酸化物超電導線材に２分割することができる。
以上の操作を酸化物超電導導体１の幅方向に所定間隔毎に繰り返し複数回行えば、例えば、３回行うことにより図２（ｂ）に示す如く酸化物超電導導体１を４分割することができる。なお、酸化物超電導導体１が長尺のものである場合は、その全長に渡りレーザービームを走査するのに時間がかかるので、３基の出力部２５を並列状態で設けてレーザービームを３本同時に照射できる構成とすることにより、酸化物超電導導体１の全長に対し１回のレーザービーム走査でもって４分割できるようにしても良い。
【００３０】
前述の如く連続波レーザーのレーザービームにより酸化物超電導導体１を切断した場合、第１の金属安定化層６（６ａ）の厚さを５μｍ以下としているので、基材３の裏面側に残留する溶融残渣物３ｂの厚さを１０μｍ以下に小さくすることができる。
基材裏面側に存在する溶融残渣物３ｂの厚さを１０μｍ未満とすることにより、酸化物超電導線材１０を用いて超電導コイルを形成するためのコイル加工時の巻き乱れを少なくできる。超電導コイル形成時に酸化物超電導線材１０の巻き乱れを生じていると、径の精度が悪い超電導コイルとなってしまい、目的の磁化分布の超電導コイルが得られない。基材裏面側の溶融残渣物３ｂを１０μｍ以下の酸化物超電導線材１０としているならば、コイル加工時に巻き乱れを生じ難い、酸化物超電導線材１０とすることができる。
また、レーザービームで切断することにより細線化した構造の酸化物超電導線材１０を得ることができるので、交流損失低減に有利であって、巻き乱れを生じ難い超電導コイルを提供できる。更に、超電導コイルを構成する場合、あるいは、超電導ケーブルに利用する場合など、酸化物超電導線材１０の周囲に絶縁層１８を配して巻線する場合において、溶融残渣物３ｂが絶縁層に損傷を与えることのない酸化物超電導線材１０を提供できる。なお、仮に溶融残渣物３ｂの厚さが３０μｍ程度ある場合、コイル加工時に絶縁層を備えた酸化物超電導線材を巻胴に巻き付けると、溶融残渣物が絶縁層を切断する。
【００３１】
なお、本発明で適用するレーザービームは、連続波レーザーのレーザービームの他に、パルスレーザーのレーザービームであっても良く、エキシマレーザー等のレーザービームであっても良く、波長の長いＣＯ２レーザーなどでも良いが、波長３５０ｎｍ以上の熱溶融型のレーザービームを適用することが好ましい。
また、前記酸化物超電導導体１が長尺の場合、酸化物超電導導体１をリールなどに巻き付けておき、リールから順次繰り出して他のリールに巻き付け移動させる途中においてレーザービームを照射して酸化物超電導導体１をその全長にわたり切断して細線化することで分割することが好ましい。
【００３２】
酸化物超電導導体１を切断して細線化し、必要に応じて第１の金属安定化層６ａの上に第２の金属安定化層７ａを積層し、図３に示すように第２の金属安定化層７ａを備えた酸化物超電導線材１０の全周に樹脂テープを巻き付けるか樹脂テープを縦添えするなどの手段により絶縁層１８を形成し、超電導コイルなどに応用することができる。
第１の金属安定化層６ａに加えて第２の金属安定化層７ａを設けることで、酸化物超電導層５ａが何らかの原因で超電導状態から常電導状態に転移した場合の電流パスを確保できる。第１の金属安定化層６ａのみでは電流パスとしての容量が不足する場合、第２の金属安定化層６ａが加わることで電流パスとしての容量を増大することができ、常電導転移時の酸化物超電導層５ａの温度上昇を抑制して酸化物超電導層５ａの焼損を防止し、安定性を高めることができる。
図３に示す構造としてから超電導コイルを構成する場合において、巻胴などに多層巻回する場合、基材９ａの裏面側端縁部分に溶融残渣物による凹凸部分が殆ど生じていないか凹凸部分が生じたとしても小さいため、先に説明した通り、巻き乱れなどを生じることなくコイル化することができ、絶縁層１８を傷めることなく巻線とコイル化ができる。
【実施例】
【００３３】
「実施例１」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍのテープ状の基板を用意し、基板表面を平均粒径３μｍのアルミナ粒子（Ａｌ２Ｏ３粒子）を用いて研磨した。表面の研磨後、有機溶剤（エタノールまたはアセトン）で基板を脱脂し、洗浄した。
洗浄後の基板表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ１００ｎｍの拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、拡散防止層とベッド層を形成した。次に、イオンビームアシスト蒸着法によりベッド層上に厚さ１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。この場合、アシストイオンビームの入射角度は、テープ状基材成膜面の法線に対し、４５゜とした。
【００３４】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いて前記ＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ２μｍの酸化物超電導層を形成した。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に以下の表１に示す厚さ２〜１０μｍのＡｇの第１の金属安定化層（保護層）を形成し、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間かけて炉冷した。以上の工程により、テープ状の長尺の基板上に拡散防止層とベッド層と配向層とキャップ層と酸化物超電導層と第１の金属安定化層を備えた構造の酸化物超電導導体を形成した。
なお、本実施例ではＡｇからなる第１の金属安定化層をスパッタ法により形成しているが、スパッタ法を実施する場合、スパッタ粒子の回り込みにより基材の裏面側にもＡｇの層が多少付着する。この回り込み量、あるいは、別途裏面側にＡｇを成膜することにより、表１のように基材裏面側に形成するＡｇの層厚を調整した。
【００３５】
前記酸化物超電導導体に対し、図１に概略構成を示す切断加工装置を用い、中心波長１０８０ｎｍの連続波レーザーのファイバーレーザーのビームを照射し、レーザー出力８０〜３００Ｗ、ビーム径２０μｍ、切断速度５〜１５ｍｍ／ｓ、アシストガス流量５０〜１００Ｌ／分として、１０ｍｍ幅の酸化物超電導導体を２本の酸化物超電導線材に分割する切断加工を行った。切断加工に際し、ノズル体の先端から窒素ガスを酸化物超電導導体の上面に噴出することで切断加工面に溶融ドロスが付着しないように加工した。以下の表１の溶融残渣物の有無は、厚さ１０μｍ以上の大きな溶融残渣物が存在するか、しないかで区別した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示す試験結果が示すように、Ａｇからなる第１の金属安定化層の厚さを５μｍ以下とした実施例１、２、３の試料においては、テープ状の基板裏面側の切断部分周囲に、１０μｍ以上の溶融残渣物を生じないように切断できることがわかった。
比較例３、３の試料の如く第１の金属安定化層の厚さが５μｍを超えて６μｍあるいは１０μｍの試料は１０μｍ以上の溶融残渣物が生成した。
比較例１、２の試料は、第１の金属安定化層の厚さが２μｍと薄いが、裏面側のＡｇの層が１μｍあるいは２μｍと厚いため、裏面側に形成される溶融残渣物の厚さも１０μｍを超える結果となった。
以上の試験結果から、酸化物超電導層直上の第１の金属安定化層の厚さを５μｍ以下とした酸化物超電導導体をレーザービームで切断し細線化した酸化物超電導線材を得ることにより、切断部分に厚さ１０μｍ以上の溶融残渣物を生成していない酸化物超電導線材を製造できることがわかる。
また、基板裏面側にＡｇの層を形成する場合、厚さ１μｍ未満にしなければ、裏面側の溶融残渣物を１０μｍ未満に小さくできないことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明により得られた酸化物超電導線材は、例えば超電導コイル、送電用超電導ケーブル、超電導モータ、限流器など、各種の超電導機器に用いられる酸化物超電導線材に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…酸化物超電導導体、３、３ａ…基材、３ｂ…溶融残渣物、５、５ａ…酸化物超電導層、６、６ａ…第１の金属安定化層、７、７ａ…第２の金属安定化層、１０…酸化物超電導線材、１１ａ…拡散防止層、１２ａ…ベッド層、１５ａ…配向層、１６ａ…キャップ層、１８…絶縁層、２１…励起用レーザーの発光装置、２２…結合器、２３…増幅用ファイバー、２４…伝送用ファイバー、２５…出力部、２７…光学系、２８…ノズル体、２９…ガス供給源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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