(57)【要約】【課題】長さ方向にレーザービームによって溶断された酸化物超電導線材であって、斜行が発生していない酸化物超電導線材の提供を目的とする。【解決手段】テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体に、レーザービームを前記安定化層形成側の外方から前記酸化物超電導積層体の長さ方向に沿って照射し前記酸化物超電導積層体を複数に縦割り溶断して形成された酸化物超電導線材であって、斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であることを特徴とする酸化物超電導線材【選択図】図２
2014110104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体に、レーザービームを前記安定化層形成側の外方から前記酸化物超電導積層体の長さ方向に沿って照射し前記酸化物超電導積層体を複数に縦割り溶断して形成された酸化物超電導線材であって、
斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項２】
前記レーザービームとして連続波レーザービームを用いて溶断して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材を有することを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項４】
前記請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材を有することを特徴とする超電導コイル。
【請求項５】
テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層とを積層し酸化物超電導積層体を形成する工程と、
前記酸化物超電導積層体にレーザービームを前記安定化層形成側の外方から前記酸化物超電導積層体の長さ方向に沿って照射し前記酸化物超電導積層体を複数に縦割り溶断し、酸化物超電導線材を形成する工程とを有し、
前記レーザービームを照射し前記酸化物超電導積層体を溶断する工程において、前記レーザービームの照射経路に対して既に溶断された部分を幅方向外側に拡げ、歪みを印加して溶断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６】
前記歪みが０．０２〜０．３３％であることを特徴とする請求項５記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項７】
前記レーザービームとして連続波レーザービームを用いて溶断することを特徴とする請求項５又は６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、酸化物超電導線材及びその製造方法並びに超電導コイル及び超電導ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系超電導線材ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ）（ＲＥ１２３：ＲＥはＹやＧｄなどを含む希土類元素）は、液体窒素温度で超電導性を示し、電流損失が低いため、これを酸化物超電導線材に加工して電力供給用の超電導導体あるいは超電導コイルを製造することがなされている。この酸化物超電導体を線材に加工するための方法として、金属製の基材テープ上に中間層を介し酸化物超電導薄膜を形成し、この酸化物超電導薄膜の上に安定化層を形成する方法が実施されている。
また、酸化物超電導体の結晶は電気的異方性を有しているので、基材テープ上に酸化物超電導層を形成する場合、結晶の配向制御を行う必要があり、その方法の一例として、基材テープ上に中間層を介し酸化物超電導層を積層する技術が実施されている。この中間層を利用する技術の一例として、イオンビームアシスト成膜法（ＩＢＡＤ法：Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が知られており、このＩＢＡＤ法により高い２軸配向性を示す中間層を基材テープ上に成膜することができ、この中間層上に酸化物超電導層を形成することにより、超電導特性の優れた酸化物超電導積層体を得ることができる。
【０００３】
この種の酸化物超電導積層体において目的の線幅を得るためには、製造開始段階から目的の線幅の基材テープを準備し、その上に中間層と酸化物超電導層の成膜を行い、安定化層を形成して酸化物超電導線材を製造する方法が採用されている。あるいは、予め一定の線幅の基材テープを準備し、その上に中間層と酸化物超電導層の成膜を行い、安定化層を形成して酸化物超電導積層体とした後、目的の線幅になるように切断加工する方法も研究されている。また、これら製造方法のなかで、製造がし易いこと、様々な線幅に対応できることを考慮すると、予め一定の線幅で酸化物超電導積層体を作製し、その後、目的の線幅に切断して酸化物超電導線材とする方法が製造効率の面で有利であると考えられる。
【０００４】
酸化物超電導線材は、その使用目的に応じ寸法（幅、長さ、厚さ）が決定されるが、現状において、一定の線幅で酸化物超電導積層体を製造する場合、一般的には、１０〜３０ｍｍ幅で超電導導体を作製し、その使用目的に応じた線幅に切断して酸化物超電導線材を得ることがなされている。切断方法の一例として、２つの切断部を複数組備えたカッターバイトを用い、このカッターバイトの切断部の刃先によってテープ状の酸化物超電導積層体を機械的に挟み込み、酸化物超電導積層体の幅方向に沿って複数の酸化物超電導線材に切断加工する方法が知られている。しかしながら、係る切断方法を採用すると、酸化物超電導積層体が積層構造であるがために、切断面付近で酸化物超電導層に剥離や変形が必然的に発生し、超電導特性の劣化を招く虞がある。
【０００５】
そこで、テープ状の酸化物超電導積層体に熱溶融タイプレーザービームである連続波レーザービームを照射することで溶断する方法が提案されている（特許文献１参照）。この溶断方法は、熱溶融タイプレーザービームを酸化物超電導積層体の安定化層の外側から照射し、酸化物超電導積層体の安定化層、酸化物超電導層、中間層、基材を熱溶融タイプレーザービームによって順次溶融し溶断するものであり、酸化物超電導層に剥離や変形などが発生しづらい方法として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の溶断方法においては、図８に示すように、例えば熱溶融タイプレーザービームを照射し１本の酸化物超電導積層体１０１を複数本（図８においては２本）の酸化物超電導線材１１０に溶断すると溶断された酸化物超電導線材１１０は、レーザービーム照射部Ｓ側に湾曲するという問題があった（以下これを斜行と呼ぶ）。
熱溶融タイプレーザービームを照射し酸化物超電導積層体１０１を溶融する過程で、レーザービーム照射部Ｓ近傍では、酸化物超電導積層体が溶融し再凝固する。このとき酸化物超電導線材１１０の熱溶融タイプレーザービームによって溶断された縁部１１０ａには、再凝固によって収縮方向の歪みが発生しこれにより酸化物超電導線材１１０が斜行すると考えられている。
このような斜行は熱溶融タイプレーザービームのうち、溶断を高速化することができる連続波レーザービームを用いて溶断を行う際により顕著に表れる。
【０００８】
酸化物超電導線材１１０が斜行していると、巻き線しコイル化して使用する場合において、巻き線が不揃いとなり超電導コイルの品質を低下させる虞がある。
この斜行は、レーザー出力を抑える等の工夫を行うことである程度抑制することができるが、レーザー出力を抑えると切断速度が低速となり生産性が悪い。
【０００９】
本発明は、以上のような実情に鑑みなされたものであり、熱溶融タイプレーザービームを用いて溶断された酸化物超電導線材であって、斜行量が小さい酸化物超電導線材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】
【００１０】
本発明者は、斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であれば、均一に巻き線することが可能となり、安定した性能を発揮する超電導コイルを作製することが可能となる事を見出した。そこで、熱溶融タイプレーザービームによって溶断しても斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下となる酸化物超電導線材及びその製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
前記課題を解決するため本発明の酸化物超電導線材は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体に、レーザービームを前記安定化層形成側の外方から前記酸化物超電導積層体の長さ方向に沿って照射し前記酸化物超電導積層体を複数に縦割り溶断して形成された酸化物超電導線材であって、斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であり、均等に巻き線することが可能な酸化物超電導線材を提供することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の酸化物超電導線材は、前記の酸化物超電導線材であって、前記レーザービームとして連続波レーザービームを用いて溶断して形成されたことを特徴とする。
本発明によれば、連続波レーザービームによって溶断をおこなっているため、生産性が高く安価な酸化物超電導線材を提供することができる。
【００１３】
また、本発明の超電導ケーブルは、前記酸化物超電導線材を有することを特徴とする。
前記酸化物超電導線材を用いて、超電導ケーブルを作製することによって、酸化物超電導線材の斜行量が小さいため、酸化物超電導線材を螺旋状に巻きつけ超電導ケーブルを作製する際のフォーミング精度が高くなり、より高密度に酸化物超電導線材を巻きつけることができ、高性能な超電導ケーブルを作製することができる。
加えて、この超電導ケーブルは、内部で酸化物超電導線材が均一に螺旋巻きされているため、屈曲性等の点において局所性がなく、取扱いが容易となる。
【００１４】
また、本発明の超電導コイルは、前記酸化物超電導線材を有することを特徴とする。
前記酸化物超電導線材を巻回して作製された超電導コイルは、酸化物超電導線材の斜行量が小さいため、コイル高さ方向（即ち線材幅方向）のズレが小さくなる。したがって、この超電導コイルを積層し、超電導コイル間に冷却板を配置する場合において、超電導コイルを構成する酸化物超電導線材が均一に冷却板に接触することによって、超電導コイルと冷却板の接触面積が上昇し冷却効率が向上する。
加えて、コイル巻回時の巻精度が高いことで、解析値と実測値のかい離を抑制し、超電導コイルが設計値通りの性能を発揮することができる。
【００１５】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層とを積層し酸化物超電導積層体を形成する工程と、前記酸化物超電導積層体にレーザービームを前記安定化層形成側の外方から前記酸化物超電導積層体の長さ方向に沿って照射し前記酸化物超電導積層体を複数に縦割り溶断し、酸化物超電導線材を形成する工程とを有し、前記レーザービームを照射し前記酸化物超電導積層体を溶断する工程において、前記レーザービームの照射経路に対して既に溶断された部分を幅方向外側に拡げ、歪みを印加して溶断することを特徴とする。
本発明によれば、斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であり、均等に巻き線することが可能な酸化物超電導線材を提供することが可能となる。また、レーザービームによって溶断をおこなっているため、生産性が高く安価な酸化物超電導線材を提供することができる。
【００１６】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、前記歪みが０．０２〜０．３３％であることを特徴とする。
本発明によれば、前記歪みを０．０２〜０．３３％とすることで、酸化物超電導線材の、酸化物超電導線材の斜行量を長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下とすることができる。加えて、前記歪みを０．３３％以下とすることで酸化物超電導線材１０の酸化物超電導層６の結晶構造に亀裂が入ることがなく、超電導特性が劣化していない酸化物超電導線材を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、前記レーザービームとして連続波レーザービームを用いて溶断することを特徴とする。
本発明によれば、連続波レーザービームによって溶断をおこなっているため、生産性が高く安価な酸化物超電導線材を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、斜行量が長さ方向１ｍあたり５ｍｍ以下であり、均等に巻き線することが可能な酸化物超電導線材を提供することが可能となる。加えて、超電導特性が低下していない酸化物超電導線材を提供することができる。
また、連続波レーザービームによって溶断をおこなう場合においては、生産性が高く安価な酸化物超電導線材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱溶融タイプレーザービームによって酸化物超電導積層体を溶断する様子を示すもので、図１（ａ）は溶断前の部分断面斜視図、図１（ｂ）は溶断後の部分断面斜視図である。
【図２】本発明に係る酸化物超電導積層体の溶断方法を示す斜視模式図である。
【図３】酸化物超電導積層体の溶断時の様子を示す模式図である。
【図４】レーザービーム照射装置によって熱溶融タイプレーザービームを酸化物超電導積層体に照射し溶断している状態の一例を示す模式図である。
【図５】溶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模式図である。
【図６】超電導ケーブルの一例を示す部分断面略図である。
【図７】超電導コイルの一例を示す斜視図である。
【図８】従来例としての酸化物超電導積層体の溶断方法を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴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。
なお、本発明は、酸化物超電導積層体をレーザービームによって溶断し形成する酸化物超電導線材に関するものであるが、レーザービームとしては熱溶融タイプレーザービームを用いることが好ましく、本実施形態おいて用いられるレーザービームは熱溶融タイプレーザービームである。
【００２１】
（酸化物超電導線材）
本発明において切断対象とする酸化物超電導積層体１は、図１（ａ）に示す如く金属製のテープ状の基材３の上に、中間層５と酸化物超電導層６と第１の安定化層７が積層されてなり、この酸化物超電導積層体１を後述する如く熱溶融タイプレーザービームＢによって切断することにより、図１（ｂ）に示す如く酸化物超電導積層体１よりも幅狭の複数本（図１（ｂ）では２本）の酸化物超電導線材１０を得ることができる。
この酸化物超電導線材１０は、酸化物超電導積層体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他は全く同等構造であり、酸化物超電導線材１０は、金属製のテープ状の基材３ａの上に、中間層５ａと酸化物超電導層６ａと第１の安定化層７ａが積層されてなる。
【００２２】
前記酸化物超電導線材１０は、より詳細には図５に示す如く、基材３ａの上面に拡散防止層１１とベッド層１２と配向層１５とキャップ層１６とからなる中間層５ａが積層され、その上に酸化物超電導層６ａと第１の安定化層７ａを積層して構成されているが、図１では図示の簡略化のために中間層５ａを１層のように描いている。なお、拡散防止層１１とベッド層１２とキャップ層１６は必須ではなく、場合によっては略しても良い。
図５に示す酸化物超電導線材１０は、第１の安定化層７ａの上にさらに厚い第２の安定化層８を積層した状態を示しており、酸化物超電導線材１０と第２の安定化層８からなる積層体の全周に樹脂テープ１７を巻き付けて絶縁層１８が形成されている。
前記第２の安定化層８は、熱溶融タイプレーザービームＢを照射経路Ｐに沿って切断することにより図１（ｂ）に示す如く酸化物超電導線材１０を得た後に、貼り付けあるいはめっきなどにより形成されたものである。
図５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、絶縁層１８で絶縁処理した酸化物超電導線材１０を用いて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。
【００２３】
基材３（３ａ）は、通常の酸化物超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、可撓性を有する長尺のテープ状であることが好ましい。また、基材３（３ａ）に用いられる材料は、機械的強度が高く、耐熱性があり、線材に加工することが容易な金属を有しているものが好ましく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料、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材料などが挙げられる。中でも、市販品であれば、ハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）が好適である。このハステロイの種類には、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等が挙げられ、ここではいずれの種類も使用できる。また、基材３（３ａ）として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金テープ基材等を適用することもできる。基材３（３ａ）の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍである。
【００２４】
拡散防止層１１は、基材３（３ａ）の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、不純物の混入を防止する効果が比較的高いＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、又はＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましく、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成される。
ベッド層１２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１２は、例えば、耐熱性が高いＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、などの希土類酸化物から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
【００２５】
配向層１５は、その上に形成されるキャップ層１６や酸化物超電導層６（６ａ）の結晶配向性を制御したり、基材３（３ａ）の構成元素が酸化物超電導層６（６ａ）へ拡散することを抑制したり、基材３（３ａ）と酸化物超電導層６（６ａ）との熱膨張率や格子定数といった物理的特性の差を緩和したりする機能等を有するものである。配向層１５の材料には、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、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）等の金属酸化物を用いると、後述するイオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と呼ぶことがある。）において、結晶配向性の高い層が得られ、キャップ層１６や酸化物超電導層６（６ａ）の結晶配向性をより良好なものとすることができるため、特に好適である。
【００２６】
キャップ層１６は、上述のように面内結晶軸が配向した配向層１５の表面に成膜されることによってエピタキシャル成長し、その後、横方向に粒成長して、結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料であれば特に限定されないが、ＣｅＯ２、ＬａＭｎＯ３、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３等の金属酸化物が酸化物超電導層６（６ａ）との格子整合性の観点から好適である。そのなかでも、酸化物超電導層６（６ａ）とのマッチング性から、ＣｅＯ２、ＬａＭｎＯ３が特に好適である。
ここで、キャップ層１６にＣｅＯ２を用いる場合、キャップ層１６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。
【００２７】
酸化物超電導層６（６ａ）は、超電導状態の時に電流を流す機能を有するものである。酸化物超電導層６（６ａ）に用いられる材料には、通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、例えば、ＲＥ−１２３系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。ＲＥ−１２３系超電導体の組成は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ）（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素、ｘは酸素欠損を表す。）が挙げられ、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ））、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ））が挙げられる。Ｂｉ系超電導体の組成は、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（ｎはＣｕＯ２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。この銅酸化物超電導体は、母物質が絶縁体であるが、酸素を取り込むことで超電導体となり、超電導特性を示す性質を持っている。ここで、本発明に用いられる酸化物超電導層６（６ａ）の材料は、銅酸化物超電導体であり、以下、特に指定がなければ、酸化物超電導層６（６ａ）に用いる材料を銅酸化物超電導体とする。
【００２８】
前記酸化物超電導層６（６ａ）の上に積層されている第１の安定化層７（７ａ）はＡｇなどの良電導性かつ酸化物超電導層６（６ａ）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の第１の安定化層７（７ａ）の厚さを１〜３０μｍ程度に形成できる。
第２の安定化層８は酸化物超電導層６ａの安定化のために設けられ、ＣｕやＣｕ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の安定化層８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に対し高抵抗の金属材料から構成できる。第２の安定化層８は１００〜３００μｍ程度の厚さに形成できる。
【００２９】
以上のように形成された酸化物超電導線材１０と第２の安定化層８からなる線材は、その全周に樹脂テープ１７を巻き付けて絶縁層１８が形成される。この絶縁層１８が形成された線材は、巻き線しコイルにすることで超電導コイルとして使用することができる。その場合、ＦＲＰ等の材質からなる巻き芯に、酸化物超電導線材１０を所定のターン数巻きつける。さらに酸化物超電導線材１０を固定、補強し外力に強い構造とする目的で、コイル自体をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で含浸する。
【００３０】
（溶断方法）
以下に本発明に用いるレーザービーム照射装置２０の概略構成と、当該レーザービーム照射装置２０を用いた熱溶融タイプレーザービームＢによる酸化物超電導積層体１の溶断方法について説明する。
なお、本実施形態において、熱溶融タイプレーザービームＢとして連続波レーザービームを照射することで、酸化物超電導積層体１を高速に溶断する場合に関して説明する。しかしながら、本発明は熱溶融タイプレーザービームであれば、レーザービームの出力形態は問わず、例えばパルス波レーザービームを用いた酸化物超電導積層体１の溶断においても適用可能である。
図４に、熱溶融タイプレーザービームＢを発生させて酸化物超電導積層体１を切断するために用いるレーザービーム照射装置２０の概略構成を示す。この例のレーザービーム照射装置２０は、複数の（図４の例では３基の）励起用レーザーの発光装置２１と、これら複数の光源から接続用ファイバー２１ａを介し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。
【００３１】
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。希土類添加ファイバーとして、希土類元素、例えば、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）等の希土類元素が添加されたコアと、コアの外周を囲む第１クラッドと、この第１クラッドを囲む第２クラッドとからなる希土類添加ダブルクラッドファイバーを用いることができる。
【００３２】
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スポット径を絞ってノズル体２８の先端外方において適切なスポット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が形成されているとともに、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Ｇ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Ｇを噴出できるように構成されている。
【００３３】
上述したレーザービーム照射装置２０を用いて、図１に示すように、水平に設置した酸化物超電導積層体１の幅方向中央にノズル体２８の先端を位置させて熱溶融タイプレーザービームＢを照射経路Ｐに沿って照射するとともに、酸化物超電導積層体１をその長さ方向に張力をかけながら所定の速度で移動させる。なお、酸化物超電導積層体１に加える張力は、酸化物超電導積層体１の超電導特性が劣化しない程度の張力であり、しかもスムーズな移動が可能となる張力である。具体的には１〜２０ｋｇｆであることが好ましい。
【００３４】
レーザービーム照射装置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に入力したマルチモードの励起光は、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、シングルモードに変換され、伝送用ファイバー２４を介し熱溶融タイプレーザービームＢとして出力される。
【００３５】
本実施形態において適用する熱溶融タイプレーザービームＢの一例として、中心波長１０８０ｎｍの連続波レーザービームを用いることができ、ビーム出力３００Ｗ、ノズル体２８の先端外方に熱溶融タイプレーザービームＢを集光照射する場合のビーム先端側のスポット径を１０μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。熱溶融タイプレーザービームの中心波長は、１０５０〜１１００ｎｍ程度の波長とすることができる。
レーザービーム照射部Ｓのスポット径は一例として２０μｍ程度とされる。なお、レーザービーム照射部Ｓのスポット径を大きくしすぎると、基材３の溶断幅が大きくなり、酸化物超電導層６を大きな幅で消失させることになるので、スポット径は５００μｍ以下、さらに望ましくは１００μｍ以下に設定することが好ましい。
【００３６】
熱溶融タイプレーザービームＢに対し、光学装置２７を調節してスポット径を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積層体１の表面に照射すると、酸化物超電導積層体１の第１の安定化層７と酸化物超電導層６と中間層５と基材３を酸化物超電導積層体１の長手方向に沿って熱溶融タイプレーザービームＢにより溶断することができる。
【００３７】
また、熱溶融タイプレーザービームＢを第１の安定化層７の外側から照射しているので、酸化物超電導積層体１において第１の安定化層７と酸化物超電導層６と中間層５と基材３の順にレーザービーム照射部Ｓを順次溶融できるが、その際に発生する不定形の溶融物は、ノズル体２８の先端から噴出されているシールドガスＧによって吹き飛ばして除去する。
【００３８】
この溶断を行うに当たり、図２に示すように、送り方向Ｙに送られレーザービーム照射部Ｓにおいて溶断された一対の酸化物超電導線材１０、１０は、ガイドロール４０、４０によってそれぞれガイドされ、送り方向Ｙに対して垂直方向に保持されている。
但し、図２は、本実施形態に係る溶断方法の特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示した模式図であり、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。
【００３９】
ガイドロール４０は、酸化物超電導線材１０の送り方向Ｙに沿って個々に回転自在に設置されている。また、ガイドロール４０は、酸化物超電導線材１０が載置される軸部４０ｂと、その両側に配置され、送り方向Ｙに沿って、溶断された酸化物超電導線材１０の両側をガイドする円板状のガイド部４０ａ、４０ａとを有している。ガイド部４０ａ、４０ａは、軸部４０ｂを介して溶断された酸化物超電導線材１０の幅（＝Ｄ／２）より若干大きく離間して配置されている。
ガイドロール４０、４０は、レーザービーム照射部Ｓに対し、送り方向Ｙに沿って距離Ｈをおいて配置され、酸化物超電導線材１０、１０をガイドしている。
【００４０】
一対のガイドロール４０、４０は、酸化物超電導線材１０の送り方向Ｙに対して直交方向（酸化物超電導線材１０の幅方向）に離間して配置されている。これによって、溶断された酸化物超電導線材１０、１０は、送り方向Ｙに送られていくに従って徐々に離間していき、ガイドロール４０、４０に達した際には、酸化物超電導線材１０の幅方向に距離Ｌだけ離間している。即ち、レーザービーム照射部Ｓにおいて、隣接して形成される酸化物超電導線材１０、１０のレーザービーム照射部Ｓ側の縁部１０ａ、１０ａは、送り方向Ｙに距離Ｈだけ送られる間に、送り方向Ｙと直交方向に距離Ｌだけ離間することとなる。
【００４１】
酸化物超電導線材１０、１０は、送り方向Ｙに沿って送られるに従って、熱溶融タイプレーザービームＢの照射経路Ｐに対して幅方向外側に、ガイドロール４０、４０によって拡げられる。したがって、レーザービーム照射部Ｓからガイドロール４０、４０に至るまでの間において、一対の酸化物超電導線材１０、１０にはお互いが離間する方向（即ち、照射経路Ｐに対して外側方向）へ曲げ応力が印加される。この曲げ応力は、酸化物超電導線材１０の幅（Ｄ／２）において縁部１０ａ、１０ａを最大とする送り方向Ｙへの引っ張り応力と説明することができ、縁部１０ａ、１０ａには、当該引っ張り応力に応じた引っ張り方向の歪みが発生する。この歪みは、レーザービーム照射部Ｓにおいて溶融し再凝固する際に発生する収縮方向の歪みと逆方向であり、溶融、再凝固に起因する斜行を抑制する。以下、この歪みを逆歪みと呼ぶ。
【００４２】
逆歪み（以下εとする）とは、酸化物超電導線材１０の縁部１０ａにおける引っ張り応力に応じた引っ張り方向の歪みを表し、図２における、酸化物超電導線材１０の幅（Ｄ／２）と、レーザービーム照射部Ｓに対してのガイドロール４０の、送り方向Ｙに沿う距離（Ｈ）と、送り方向Ｙと直交するＸ方向の距離（Ｌ／２）とによって、算出することができる。
以下、図２をより模式的に示す図３を基に、逆歪みεの算出方法を説明する。なお、酸化物超電導線材１０とガイドロール４０は、図２における点Ｑにおいて点接触すると仮定する。
【００４３】
酸化物超電導線材１０は、ガイドロール４０によって、Ｘ方向に曲げられることによって、その縁部は図３に示すように湾曲する。この湾曲する曲線は、一定曲率を有する円弧とみなし近似可能であり、この時の曲率半径をＲとする。また、レーザービーム照射部Ｓから酸化物超電導線材１０とガイドロール４０の接触点Ｑの直線距離（即ち半径Ｒを有する円の弦長）をｘとする。
また、円弧中心と、弦長ｘの弦を繋ぐ二等辺三角形の２つの等しい角をθとする。
【００４４】
このとき、以下の関係式が成り立つ。
【数１】
2014110104.tif 000003
【数２】
2014110104.tif 000004
【数３】
2014110104.tif 000005
【数４】
2014110104.tif 000006
式（１）〜（４）によって、曲率半径Ｒを求めることができる。
【００４５】
ここで、酸化物超電導線材１０は曲げによって断面に対称な応力が生ずると仮定することで、逆歪みεは、以下の式（５）によって表される。ただし、式（５）において、ｒは逆歪みεが生じる点から、中立点（応力が０となる点）からの距離、ｄは中立点の位置を表す。したがって、ｒ＝Ｄ／４、ｄ＝Ｄ／４である。
【数５】
2014110104.tif 000007
式（５）に、ｒ、ｄ、並びに式（１）〜（４）によって算出されるＲを代入してまとめると、
【数６】
2014110104.tif 000008
となる。
【００４６】
本明細書においては、逆歪みεとして、式（６）を用いて算出したものを用いる事とする。
また、ガイドロール４０とレーザービーム照射部Ｓの送り方向Ｙに沿う距離Ｈを固定し、距離Ｈにおいて一対の酸化物超電導線材１０、１０の離間距離Ｌを適宜変更するなどして、逆歪みεを適宜調整することができる。
【００４７】
ところで、図８を基に説明したように、従来の酸化物超電導積層体１０１の溶断を行う場合（即ち、溶断時に逆歪みを印加しない場合）、一対の酸化物超電導線材１１０、１１０には、レーザービーム照射部Ｓ側に（即ち内側に）湾曲し長さ方向１ｍあたり５ｍｍ超の斜行が現れる。１ｍあたり５ｍｍ超の斜行を有する酸化物超電導線材１１０は安定した巻き線が困難になり、係る巻き線を有する超電導コイルの品質は、低下する虞がある。斜行量が１ｍあたり５ｍｍ以下であれば、均一な巻き線することが可能となり、安定した性能を発揮する超電導コイルを作製することが可能となる。
【００４８】
上述したように、酸化物超電導線材１０、１０は、溶断時に逆歪みがかけられているために、斜行が抑制される。しかしながら逆歪みを大きくしすぎると（即ち、距離Ｌを大きくしすぎると）、酸化物超電導線材１０が、レーザービーム照射部Ｓ側と反対側に（即ち外側に）湾曲し５ｍｍを超える斜行を示す。加えて、酸化物超電導線材１０の酸化物超電導層６の結晶構造に亀裂が入り、超電導特性が劣化する虞がある。本発明者は、鋭意検討によって、０．０２％以上０．３３％以下の逆歪みを印加することが有効であることを見出した。即ち、逆歪みを０．０２％以上０．３３％以下とすることで長さ方向１ｍあたりの斜行量が５ｍｍ以下の酸化物超電導線材１０を得ることができる。また、逆歪みが０．３３％以下であれば、酸化物超電導線材１０の超電導特性に劣化は見られない。
【００４９】
本実施形態においては、熱溶融タイプレーザービームＢによる幅Ｄの１本の酸化物超電導積層体１を幅Ｄ／２の２本の酸化物超電導線材１０、１０に溶断する場合について説明した。しかしながら、１本の酸化物超電導積層体１を３本以上の酸化物超電導線材１０に分割する場合においても、酸化物超電導積層体１の幅方向の端部から順に、０．０２〜０．３３％の逆歪みを加えながら溶断することで、長さ方向１ｍあたりの斜行量が５ｍｍ以下の酸化物超電導線材１０を得ることができる。
【００５０】
（超電導ケーブル）
上述したように作製された酸化物超電導線材１０は、図６に部分断面略図の一例を示す超電導ケーブル８０として使用することができる。超電導ケーブル８０の中心にあるケーブルコア８５は、金属製（例えば銅製）フォーマ８１の周りに、複数列のテープ状の酸化物超電導線材１０を、絶縁層８２を挟んで２層にわたって螺旋状に巻きつけ、更に導電性のケーブル用安定化層８３によって覆われて形成されている。このケーブルコア８５は可撓性を有する金属製の二重断熱管８４の中に収納されている。二重断熱管８４は、内管８４ａと外管８４ｃを有し、内管８４ａと外管８４ｃの間には、真空断熱層８４ｂが形成されており、外部からの熱の影響を排除する構造となっている。
【００５１】
酸化物超電導線材１０を用いて、超電導ケーブル８０を作製することによって、酸化物超電導線材１０を螺旋状に巻きつけ超電導ケーブル８０を作製する際のフォーミング精度が高くなり、より高密度に酸化物超電導線材１０を巻きつけることができ、高性能な超電導ケーブル８０を作製することができる。
加えて、この超電導ケーブル８０は、内部で酸化物超電導線材１０が均一に螺旋巻きされているため、屈曲性等の点において局所性がなく、取扱いが容易となる。
【００５２】
（超電導コイル）
上述したように作製された酸化物超電導線材１０を用いて一例として図７に示す超電導コイル９０を構成することができる。超電導コイル９０は、酸化物超電導線材１０（図７において図示略）を巻回して作製したパンケーキコイル９１を複数積層させた構造を有する。以下に図７を基に超電導コイル９０の構造を説明する。
一対のドーナツ状のパンケーキコイル９１、９１は、厚さ方向同軸的に積層されてダブルパンケーキコイル９２を構成する。ダブルパンケーキコイル９２は、それらの厚さ方向に３層分積層され、コイル積層体９３が構成され、コイル積層体９３の上端面９３ａ及び下端面９３ｂにそれぞれ接するようにフランジ板９４、９５が配置されている。また、積層されたダブルパンケーキコイル９２、９２の間に冷却板９７が介挿されている。また、対向配置されたフランジ板９４、９５を巻胴９６で一体化したボビンＣにコイル積層体９３を装着して超電導コイル９０が構成される。
【００５３】
酸化物超電導線材１０を巻回して作製したパンケーキコイル９１は、酸化物超電導線材１０の斜行量が小さいため、コイル高さ方向（即ち線材幅方向）のズレが小さくなる。
したがって、このパンケーキコイル９１を構成する酸化物超電導線材１０がパンケーキコイル９１上方又は下方に介挿された冷却板９７に均一に接触しパンケーキコイル９１と冷却板９７の接触面積が上昇するため、超電導コイル９０の冷却効率が向上する。
加えて、コイル巻回時の巻精度が高いことで、解析値と実測値のかい離を抑制し、超電導コイル９０が設計値通りの性能を発揮することができる。
【００５４】
本発明の酸化物超電導線材１０は、様々な超電導機器に使用可能である。
ここで、超電導機器は、前記酸化物超電導線材１０を有するものであれば特に限定されず、例えば、超電導モータ、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などを例示できる。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（試料の作製）
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０．０７５ｍｍ、長さ３０ｍのテープ状の基材を用意し、平均粒径２ｎｍのＡｌ２Ｏ３砥粒により、表面粗さＲａが４〜５ｎｍとなるまで研磨した後、有機溶剤（エタノール又はアセトン）によって洗浄した。次いで、イオンビームスパッタ法を用いて基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ１００ｎｍの拡散防止層を形成した。さらに前記拡散防止層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。次に、ベッド層上にＩＢＡＤ法を用いて厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。さらに、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−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厚さ２μｍのＡｇの安定化基層を形成し、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導積層体を作製した。
この酸化物超電導線材を以下の実施例及び比較例で共通して使用する。
【００５６】
上述した酸化物超電導積層体の幅方向中央に表１に記載の出力の熱溶融タイプレーザービームである連続波レーザービームを照射し、張力９ｋｇｆを与えながら送り速度８００ｍ／ｈで、表１に記載の逆歪みを印加しながら酸化物超電導積層体を幅５ｍｍの２本の酸化物超電導線材に溶断し、サンプルＮｏ．１〜１２の実施例及び比較例を作製した。なお、サンプルＮｏ．８の比較例は逆歪みを印加していない。
【００５７】
（評価方法）
サンプルＮｏ．１〜１２の酸化物超電導線材について、長さ方向１ｍあたりの斜行量を計測した結果を表１に示した。
斜行量の測定方法は、ＪＩＳ  Ｈ４５５１に規定されているように、各サンプルを１ｍ切り出し、定盤に当該サンプルを両端部を接地した状態で載置し、中央部（即ち端部から５０ｍｍの部分）の定盤との隙間を測定した。
なお、斜行量の２つの値は、切断した２本の酸化物超電導線材の測定結果である。
また、斜行量は、レーザービーム照射部のパスに対して内側の斜行を正として記載した。即ち、負の値は、レーザービーム照射部のパスに対して外側に斜行したことを示す。
【００５８】
また、超電導特性の評価として溶断の前後での臨界電流を測定した。臨界電流は、７７Ｋでの磁化測定装置（ＴＨＥＶＡ社製）による。溶断前後の臨界電流値を比較し、臨界電流値の低下が５％以上のものを×、５％未満のものを○として表１に示した。
【００５９】
【表１】
2014110104.tif 000009
【００６０】
（実施例及び比較例の比較）
サンプルＮｏ．２〜７、９〜１１の実施例においては、様々な逆歪みを印加しているが、斜行量が５ｍｍ以下となっている。また、超電導特性の低下のない酸化物超電導線材を得ることができた。また、０．０２％の逆歪みを印加したサンプルＮｏ．９の実施例において、本発明の斜行量の境界値である５ｍｍの実施結果を得たことから、０．０２％以上の逆歪みを印加することで、５ｍｍ以下の斜行量である酸化物超電導線材を得ることができると考えられる。
これに対して、０．３３％を超える逆歪みを印加したサンプルＮｏ．１、１２の比較例は、斜行量が大きくなってしまっている（５ｍｍ以上）。また、サンプルＮｏ．１に関しては、超電導特性の劣化が見られたことから、逆歪みの印加によって、酸化物超電導層の結晶構造に亀裂が生じたと考えられる。
また、逆歪みを印加していないサンプルＮｏ．８の比較例は、斜行量が大きくなってしまっている（５ｍｍ以上）。
これらより、本発明に係る酸化物超電導線材の優位性が確認された。
【符号の説明】
【００６１】
１、１０１…酸化物超電導積層体、３、３ａ…基材、５、５ａ…中間層、６、６ａ…酸化物超電導層、７、７ａ…第１の安定化層、８…第２の安定化層、１０、１１０…酸化物超電導線材、１０ａ…縁部、１１…拡散防止層、１２…ベッド層、１５…配向層、１６…キャップ層、１７…樹脂テープ、１８…絶縁層、２０…レーザービーム照射装置、２１…発光装置、２１ａ…接続用ファイバー、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、２６…案内部、２７…光学装置、２８…ノズル体、２９…ガス供給源、３０…ガス導入部、４０…ガイドロール、４０ａ…ガイド部、４０ｂ…軸部、８０…超電導ケーブル、９０…超電導コイル、Ｂ…熱溶融タイプレーザービーム、Ｇ…シールドガス、Ｈ、Ｌ…距離、Ｐ…照射経路、Ｓ…レーザービーム照射部、Ｙ…送り方向
【図１】
2014110104.tif 000010
【図２】
2014110104.tif 000011
【図３】
2014110104.tif 000012
【図４】
2014110104.tif 000013
【図５】
2014110104.tif 000014
【図６】
2014110104.tif 000015
【図７】
2014110104.tif 000016
【図８】
2014110104.tif 000017