(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材と、該基材上に設けられた中間層と、該中間層上に設けられた酸化物超電導層と、該酸化物超電導層上に設けられた安定化層を備えて構成された酸化物超電導導体に、レーザービームを前記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安定化層と酸化物超電導層と中間層と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、レーザービームとして連続波レーザーのレーザービームを用い、前記連続波レーザーのレーザービームにより前記基材の溶断面に形成される凹凸部を最大高さＲｚにおいて５μｍ以下とするとともに、前記レーザービームの照射に伴って前記酸化物超電導導体に噴出されるシールドガスにより、前記レーザービームにより溶融させた前記安定化層、前記酸化物超電導層、前記中間層および前記基材の溶融物を吹き飛ばして除去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】
前記連続波レーザーのレーザービームによる溶断後、前記基材と中間層と酸化物超電導層と安定化層の積層体を囲むように絶縁テープを巻回する工程を備える請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項３】
テープ状の基材と、該基材上に設けられた中間層と、該中間層上に設けられた酸化物超電導層と、該酸化物超電導層上に設けられた安定化層を備えて構成された酸化物超電導導体を、その幅方向にレーザービームにより複数に溶断して形成された酸化物超電導線材であって、前記基材の長さ方向に沿って形成されたレーザービームによる溶断部分に形成されている凹凸部の最大高さＲｚにおいて５μｍ以下とされたことを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項４】
前記基材と中間層と酸化物超電導層と安定化層を備えた積層体の周囲を囲むように絶縁テープが巻回されてなる請求項３に記載の酸化物超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の基材上に中間層と酸化物超電導層と安定化層を備えた積層構造の酸化物超電導線材の製造方法と酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥはＹ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、電力供給用の導体あるいはコイル用の導体として応用開発がなされている。この酸化物超電導体を線材に加工するための方法の一例として、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長尺のテープ状に加工し、この金属基材テープ上に酸化物超電導層を形成する技術が提供されている。
【０００３】
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導体を得ることができる。
【０００４】
この種の酸化物超電導導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か、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導体とした後に目的の線幅になるように切断加工する方法が研究されている。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導体を作製し、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。
【０００５】
従来から、酸化物超電導導体の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導体を機械的に挟み込み、酸化物超電導導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提案されている。（特許文献１参照）
また、テープ状の酸化物超電導導体の長さ方向に沿ってレーザービームを照射し、酸化物超電導層を幅方向に溶断して分割し、基材上に複数の酸化物超電導層を備えた分割構造の酸化物超電導線材を製造する方法が提案されている。（特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８７６２９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の酸化物超電導線材の製造方法において、特許文献１に記載の如く切断部を有するカッターバイトを用いて機械的に酸化物超電導導体を切断する方法であると、酸化物超電導導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生じるおそれが高い問題がある。このように酸化物超電導層に剥離が一端発生してしまった箇所は切断後に機械的に剥がれやすい部分となり、剥離強度が低下する問題がある。
また、特許文献２に記載の如く酸化物超電導導体にレーザービームを照射し、酸化物超電導層を分割する方法にあっては、一例としてレーザー周波数１０ｋＨｚ、エネルギー４Ｗのパルスレーザーを用い、レーザースポット径を３０μｍ程度に絞ってテープ状の酸化物超電導導体に照射し、酸化物超電導層を溶断している。
しかしながら、本発明者がこのパルスレーザーを用いて上述の積層構造の酸化物超電導導体を切断し、所定幅の１本の酸化物超電導導体から複数本の酸化物超電導線材を製造してみたところ、金属基材テープからその上方のＡｇの安定化層までの溶断部分に連続的に波形の不定形の凹凸部分が発生することを知見した。
【０００８】
前記酸化物超電導導体に用いられている基材テープは強度が高い金属からなるので、基材テープの溶断部分に沿って安定化層の部分も含めて連続的に不定形の凹凸部分が生じていると、この凹凸部分が刃物のような形態に加工されていることになる。
ところで、酸化物超電導体は、超電導マグネット用の超電導コイルや送電用途の超電導ケーブルに利用するとしても、いずれの用途においても絶縁処理がなされる。この絶縁処理は、例えば図７に示すように、基材テープ１００の上に中間層と酸化物超電導層と安定化層などの積層物１０１を備えた酸化物超電導線材１０２に対し、樹脂製の絶縁テープ１０３を巻き付けすることでなされている。
しかし、本発明者が試作した結果、基材テープ１００の両端縁に連続的な刃物状の凹凸部分を有する酸化物超電導線材１０２に樹脂製の絶縁テープ１０３を巻き付けて絶縁処理を行うと、連続的に先鋭な凹凸部分によって絶縁テープ１０３が切られてしまい、絶縁被覆が困難になるという問題を生じることが分かった。  
【０００９】
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、レーザービームにより酸化物超電導導体を切断する方法を実施しても基材の切断面に絶縁処理の障害になる凹凸部分を生じないように切断加工することができる酸化物超電導線材の製造方法と得られた酸化物超電導線材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、テープ状の基材と、該基材上に設けられた中間層と、該中間層上に設けられた酸化物超電導層と、該酸化物超電導層上に設けられた安定化層を備えて構成された酸化物超電導導体に、レーザービームを前記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安定化層と酸化物超電導層と中間層と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、レーザービームとして連続波レーザーのレーザービームを用い、前記連続波レーザーのレーザービームにより前記基材の溶断面に形成される凹凸部を最大高さＲｚにおいて５μｍ以下とするとともに、前記レーザービームの照射に伴って前記酸化物超電導導体に噴出されるシールドガスにより、前記レーザービームにより溶融させた前記安定化層、前記酸化物超電導層、前記中間層および前記基材の溶融物を吹き飛ばして除去することを特徴とする。
連続波レーザーのレーザービームを照射し、基材を含めて酸化物超電導導体を溶断し、分割すると、連続波レーザーのレーザービームにより溶断された酸化物超電導導体の溶断部分について、生成する凹凸部を従来のパルスレーザーにより溶断した場合よりも遙かに小さな凹凸部にすることができる。このため、レーザービームによる酸化物超電導導体の溶断部分を従来よりも滑らかに形成できる。また、この滑らかな溶断部分を備えた酸化物超電導線材であるならば、その外周に絶縁テープの巻き付けを行って絶縁処理する場合、絶縁テープが溶断部分の凹凸部によって切れてしまうおそれがなくなり、酸化物超電導線材の絶縁処理に支障を生じない。
【００１１】
レーザービームにより基材と安定化層の溶断面に生成する凹凸部を最大高さＲｚにおいて５μｍ以下とするならば、基材溶断部を滑らかに形成できる。よって、溶断部分を囲むように張力を付加し絶縁テープを巻回して酸化物超電導線材を絶縁処理する場合、絶縁テープが切れてしまうことがない。
本発明において、前記連続波レーザーのレーザービームによる溶断後、前記基材と中間層と酸化物超電導層と安定化層の全体周囲を囲むように絶縁テープを巻回する工程を備えることができる。
基材側縁と安定化層側縁の溶断面の凹凸部が小さく、溶断面が滑らかに加工されているため、張力を印加して酸化物超電導線材の外周に絶縁テープを巻き付けたとしても、絶縁テープが切れない。このため、絶縁テープの巻き付けによって絶縁処理を施した酸化物超電導線材を得ることができる。
【００１２】
本発明の酸化物超電導線材は、テープ状の基材と、該基材上に設けられた中間層と、該中間層上に設けられた酸化物超電導層と、該酸化物超電導層上に設けられた安定化層を備えて構成された酸化物超電導導体を、その幅方向にレーザービームにより複数に溶断して形成された酸化物超電導線材であって、前記基材の長さ方向に沿って形成されたレーザービームによる溶断部分に形成されている凹凸部の最大高さＲｚにおいて５μｍ以下とされたことを特徴とする。
レーザービームにより基材の溶断面に生成する凹凸部を最大高さＲｚにおいて５μｍ以下とするならば、基材側縁の溶断面を滑らかにすることができる。
【００１３】
本発明の酸化物超電導線材は、前記基材と中間層と酸化物超電導層と安定化層の積層体を囲むように絶縁テープが巻回されてなる。
基材側縁の溶断部分の凹凸が５μｍ以下の最大高さＲｚに形成されているため、張力を加えて絶縁テープを巻き付けたとしても、絶縁テープが切れ難い。このため絶縁テープの巻き付けにより確実に絶縁被覆を形成できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レーザービームによる基材の溶断部分に大きな凹凸部が生じていない、溶断部分の滑らかな酸化物超電導線材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１はファイバーレーザー装置による連続波レーザーによって酸化物超電導導体を溶断する状態の一例を示す説明図。
【図２】図１に示すファイバーレーザー装置の全体構成を示す概略図。
【図３】図１に示すファイバーレーザー装置によって溶断される酸化物超電導導体を示すもので、図３（ａ）は溶断前の酸化物超電導導体の一例構造を示す斜視図、図３（ｂ）は溶断後の酸化物超電導線材の一例構造を示す斜視図。
【図４】図４は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図。
【図５】図５は溶断後の酸化物超電導線材の基材に形成されている凹凸部の一例を示す説明図。
【図６】図６は実施例において製造された酸化物超電導線材の剥離テストの説明図。
【図７】図７は従来の酸化物超電導線材に絶縁テープを巻き付けている状態の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
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を示す説明図、図２は同連続波レーザーを発生させるために用いるファイバーレーザー装置の概略構成図、図３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。
【００１７】
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３（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と安定化層７が積層されてなり、こ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って切断することにより、図３（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３（ｂ）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と安定化層７ａが積層されてなる。
【００１８】
前記酸化物超電導線材１０は、より詳細には図４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５が積層され、その上に酸化物超電導層６ａと安定化層７ａを積層して構成されているが、図３では図示の簡略化のために中間層５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４に示す酸化物超電導線材１０は、安定化層７ａの上に更に厚い安定化層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。
前記安定化層８は、レーザービームによる切断により図３（ｂ）に示す如く超電導線材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４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。
【００１９】
前記基材３（３ａ）は、通常の超電導線材の基材として使用することができ、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状であり、耐熱性の金属からなるものが好ましい。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高強度高耐熱性の金属材料、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い。なかでも、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。基材３の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００２０】
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、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、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、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１２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１０〜１００ｎｍである。
【００２１】
配向層１５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１６の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から選択される。配向層１５の好ましい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１５をＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１５゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層１６の結晶配向性を良好な値（例えば結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層１６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６を得るようにすることができる。
例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる配向層１５は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標であるΔφ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００２２】
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、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、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。
例えばＣｅＯ２によって構成される。キャップ層１６は、上述のように自己配向していることにより、配向層１５よりも更に高い面内配向度、例えばΔφ＝４〜６゜程度を得ることができる。
例えば、ＣｅＯ２層は、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。ＣｅＯ２層の膜厚は、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましいが、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２３】
酸化物超電導層６（６ａ）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（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３（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、レーザー蒸着法、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、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着）法、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）又はＣＶＤ法を用いることができる。
【００２４】
前記酸化物超電導層６の上に積層されている第１番目の安定化層７ａ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る。Ａｇの安定化層７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。
第２番目の安定化層８は酸化物超電導層６ａの安定化のために設けられ、酸化物超電導層６ａが常電導状態に転移することを防止するために電流のバイパス用として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、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。
安定化層８は安定化層７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安定化層７の上に形成することができる。
【００２５】
本実施形態においては、厚い安定化層８を設ける前に、酸化物超電導層６上にＡｇの安定化層７を形成した図３（ａ）に示す酸化物超電導導体１の状態からこれを切断して幅狭の酸化物超電導線材１０を製造する場合に連続波レーザーのレーザービームを用いて切断する。
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の概略構成を示すもので、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、これら複数の光源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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１０μｍ〜１００μｍ程度、例えば２０μｍとすることができる。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。
【００２９】
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を調節して中心波長１０８０ｎｍの連続波レーザーのレーザービーム径を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の中央部の安定化層７と酸化物超電導層６と中間層５と基材３をレーザービームにより溶断することができる。
また、レーザービームを安定化層７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、溶融させた安定化層７と酸化物超電導層６と中間層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を酸化物超電導導体１の裏面側も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溶断した部分に、安定化層７と酸化物超電導層６と中間層５と基材３の溶融物に起因する溶融ドロスの付着を阻止できる。なお、レーザービームの酸化物超電導導体１に対する照射角度は９０゜でもよいが、１〜２゜程度傾斜させても良い。これは、Ａｇの安定化層７の光反射率が高いので、戻り光が光ファイバー２４、２３側に戻らないようにするためである。
このレーザービーム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、４回行うことにより図３（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、４基の出力部２５を並列状態で設けてレーザービームを４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を溶断した場合、酸化物超電導導体１の溶断部分において従来技術のパルスレーザーを用いて溶断する方法よりも溶断部分を滑らかに形成できる。図５は連続波レーザーのレーザービームにより溶断して得られた酸化物超電導線材１０の溶断部分を平面視した場合の一例を示す部分拡大図である。
このように酸化物超電導線材１０の溶断部分は、拡大平面視すると凹凸部１０ｃが酸化物超電導線材１０の長さ方向に（図５の左右方向に）多数形成されているが、本実施形態の如く連続波レーザーのレーザービームを用いてビーム径２０μｍに設定して上述の条件で溶断すると、この凹凸部１０ｃの最大高さＲｚを５μｍ以下に形成できる。
【００３１】
従来技術において用いられているパルスレーザーのレーザービームは、レーザーの出力が極めて高いピーク出力のものをパルス状に交互に繰り返し出力することで対象物を溶断する。このパルスレーザーのレーザービームでは、酸化物超電導導体１の溶断を行う場合、凹凸部の最大高さＲｚが１０μｍよりも大きくなり、例えばＹＡＧレーザーで溶断した場合、１０〜２０μｍの最大高さの凹凸部が生成する。
また、短波長のレーザーでは酸化物超電導導体１を溶断するための出力が不足し、酸化物超電導導体１の溶断自体ができないとともに、波長の長いＣＯ２レーザーなどではＡｇの安定化層７の光反射率が高いので、ＣＯ２レーザーを照射しても安定化層７の光反射が多くなって高速に酸化物超電導導体１を溶断できなくなる。
これらに対し本実施形態において用いた連続波レーザーのレーザービームでは、最大高さ５μｍ以下の凹凸部を有するように溶断面を従来技術よりも滑らかに加工できる。
【００３２】
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酸化物超電導線材１０に分割することが好ましい。
【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１００ｍのテープ状の基材を用意し、このテープ状基材の表面に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１μｍ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１０μｍのＡｇの安定化基層を形成し、酸素アニールを５００℃で行った。以上の工程により、テープ状の長尺の基材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安定化層を備えた構造の酸化物超電導導体を形成した。
【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レーザーのビームを照射し、出力３００Ｗ、ビーム径２０μｍ、加工速度１５０ｍｍ／ｓ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。この操作によってハステロイテープ基材の切断面には最大高さＲｚ＝３〜５μｍの凹凸部が生成されていたが、肉眼観察では大きな凹凸部分は見られず、滑らかな切断面であった。
得られた幅５ｍｍの酸化物超電導線材に対し、ポリイミド樹脂製の幅５ｍｍ、厚み１２．５μｍの絶縁テープを張力１５０ｇで巻き付けて絶縁処理したところ、絶縁テープを切ることなく巻き付けることができ、絶縁処理ができた。
また、図６に示す如く切断加工した酸化物超電導線材１０の安定化層７の上面に外径２．７ｍｍの円盤部３５とロッド部３６を有するアルミ合金製のピン部材３７をエポキシ樹脂接着剤で接着し、ロッド部３６を酸化物超電導線材１０に対して垂直方向に引っ張る剥離試験を行った。前記連続波レーザーのレーザービームで切断した酸化物超電導線材の試料５個に対し、同様の剥離試験を行ったところ、剥離力の平均値は約３０Ｋｇｆであった。
【００３６】
「比較例１」
実施例において使用した酸化物超電導導体と同じ構成の酸化物超電導導体を用意した。中心波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザーを使用し、周波数３０ＫＨｚ、出力２．４Ｗ、ビーム径２０ｎｍ、加工速度５ｍｍ／ｓの条件にて先の１０ｍｍ幅の酸化物超電導導体を２分割する切断加工を行った。
ＹＡＧレーザーでは、上述の値から加工速度を上げると酸化物超電導導体に切断できない箇所が発生した。あるいは、上述の値から加工速度を上げると酸化物超電導導体の基材の切断面に大きな凹凸部分が発生するので、上述の加工速度に設定して凹凸部分が発生しないように切断加工し、酸化物超電導線材を得た。ＹＡＧレーザーによる切断においても窒素ガスを酸化物超電導導体の上面に吹き付けながら切断を行った。なお、ＹＡＧレーザーによる切断面においては、前述の加工速度であっても切断面には最大高さＲｚ：１０〜２０μｍの凹凸部が生じていた。
実施例において用いたものと同等の樹脂テープを酸化物超電導線材に同等張力で巻き付けたところ、樹脂テープの一部に切れ目を生じてしまった。
得られた酸化物超電導線材に対し実施例と同等の条件でピン部材３７を用いた剥離試験を行った。前記ＹＡＧレーザーで切断して得た酸化物超電導線材の試料５個に対し、同様の剥離試験を行ったところ、剥離力の平均値は約２８Ｋｇｆであった。
比較例１の試料では、樹脂テープに部分的に切れ目が入ったが巻き付けは可能であった。なお、この比較例１の試料を作成する際の加工速度は５ｍｍ／ｓであり、極めて遅いため、酸化物超電導導体のような長尺の超電導導体を加工するには速度が遅く、不向きである。
【００３７】
「比較例２」
比較例１で用いたＹＡＧレーザーによる切断条件のうち、加工速度のみを１０ｍｍ／ｓに変更して先の１０ｍｍ幅の酸化物超電導導体を２分割する切断加工試験を行った。
この結果、酸化物超電導導体の切断面にＲｚ：２０μｍを超える大きな鋭利な凹凸部が発生した。この切断面を有する酸化物超電導導体に比較例１と同等条件にて樹脂テープを巻き付けてみたところ、巻き付け中に樹脂テープが切れてしまう現象が発生した。この樹脂テープの切断位置を調べたところ、基材端縁の切断面の凹凸部に沿って切断箇所が生成されたので、巻き付け張力によって凹凸部に押し付けられた樹脂テープが鋭利かつ大きな凹凸部により切断されたものと思われる。
このように、ＹＡＧレーザーを用いた酸化物超電導導体の切断にあたり、加工速度を上昇させると切断面に大きな凹凸部が発生し、巻き付けた樹脂テープが切れてしまうので、長尺の酸化物超電導導体を切断する際、効率的切断が可能な速度で切断することができないことが明らかになった。
【００３８】
「比較例３」
実施例において使用した酸化物超電導導体と同じ構成の酸化物超電導導体を用意した。中心波長１０８０ｎｍのファイバーレーザーを使用し、周波数６０ＫＨｚ、出力３０Ｗ、ビーム径２０ｎｍ、加工速度１０ｍｍ／ｓの条件にて先の１０ｍｍ幅の酸化物超電導導体を２分割する切断加工を行った。
この条件のファイバーレーザー（パルス出力）では、上述の値から加工速度を上げると酸化物超電導導体に切断できない箇所が発生した。あるいは、上述の値から加工速度を上げると酸化物超電導導体の基材の切断面に大きな凹凸部分が発生するので、上述の加工速度に設定して凹凸部分が発生しないように切断加工し、酸化物超電導線材を得た。このファイバーレーザーによる切断においても窒素ガスを酸化物超電導導体の上面に吹き付けながら切断を行った。なお、このファイバーレーザーによる切断面においては、前述の加工速度であっても切断面には最大高さＲｚ：１０〜２０μｍの凹凸部が生じていた。
実施例において用いたものと同等の樹脂テープを酸化物超電導線材に同等張力で巻き付けてみたところ、樹脂テープに部分的に切れ目が入ってしまった。
前記ファイバーレーザーで切断して得た酸化物超電導線材の試料５個に対し、同様の剥離試験を行ったところ、剥離力の平均値は約２９Ｋｇｆであった。
なお、パルス出力のファイバーレーザーを用いて切断速度を２０ｍ／ｓに設定したところ、切断面に生成する凹凸部のＲｚが２０〜３０μｍに増大した。これは、切断速度が上昇すると酸化物超電導導体の被切断部分に照射されるパルス波の重なりが悪くなることが原因と思われる。
【００３９】
「比較例４」
実施例において使用した酸化物超電導導体と同じ構成の酸化物超電導導体を用意した。この酸化物超電導導体を切断加工刃によって機械的に２分割する加工を施してみたが、切断加工中にＡｇの安定化層が２カ所で剥離する欠陥部分を生じてしまった。
前記切断刃で切断して得た酸化物超電導線材の試料５個に対し、同様の剥離試験を行ったところ、剥離力の平均値は約３Ｋｇｆであった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、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】
【００４１】
１…酸化物超電導導体、３、３ａ…基材、５、５ａ…中間層、６、６ａ…酸化物超電導層、７、７ａ…安定化層、８…安定化層、１０…酸化物超電導線材、１１…拡散防止層、１２…ベッド層、１５…配向層、１６…キャップ層、１７…絶縁テープ、１８…絶縁層、２０…切断装置、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】
0005695921.tif 000002
【図２】
0005695921.tif 000003
【図３】
0005695921.tif 000004
【図４】
0005695921.tif 000005
【図５】
0005695921.tif 000006
【図６】
0005695921.tif 000007
【図７】
0005695921.tif 000008