(57)【要約】【課題】本発明は、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材、及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の酸化物超電導線材１０の製造方法は、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と金属安定化層６とがこの順に積層されてなる超電導積層体Ｓ０を準備する第１工程と、超電導積層体Ｓ０の幅方向端部にレーザＬを照射して超電導積層体Ｓ０の端部を溶融・凝固させて、少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆う溶融凝固層７を形成する第２工程と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と中間層と酸化物超電導層と銀層と金属安定化層とがこの順に積層されてなる超電導積層体を準備する第１工程と、
前記超電導積層体の幅方向端部にレーザを照射して該超電導積層体の端部を溶融・凝固させて、少なくとも前記酸化物超電導層の側面を覆う溶融凝固層を形成する第２工程と、
を備え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】
前記基材と前記金属安定化層の少なくとも一方を溶融凝固させて前記溶融凝固層を得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】
前記第２工程において、レーザ照射面の表面粗さを粗く加工した後に、レーザを照射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。
【請求項４】
レーザとしてファイバーレーザを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項５】
金属テープの貼り合わせ又はめっきにより前記金属安定化層を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項６】
基材と中間層と酸化物超電導層と銀層と金属安定化層とがこの順に積層されてなる超電導積層体と、該超電導積層体の幅方向の側面側に少なくとも前記酸化物超電導層の側面を覆い、前記基材と前記金属安定化層の少なくとも一方に対するレーザの照射により形成された溶融凝固層とを備えてなることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項７】
前記溶融凝固層が、前記基材と前記金属安定化層の少なくとも一方の溶融凝固物を含んでなることを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導線材。
【請求項８】
前記金属安定化層が、金属テープの貼り合わせ又はめっきにより形成されてなることを特徴とする請求項６または７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、酸化物超電導線材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になって発見されたＲＥ−１２３系酸化物超電導体（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、実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体あるいは磁気コイル等として使用することが要望されている。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、金属基材テープ上に酸化物超電導層を形成する方法が研究されている。
【０００３】
酸化物超電導線材にあっては、酸化物超電導層上に薄い銀の安定化層を形成し、その上に銅などの良導電性金属材料からなる厚い安定化層を設けた２層構造の安定化層を積層する構造が採用されている。前記銀の安定化層は、酸化物超電導層を酸素熱処理する際に酸素量の変動を調節する目的のためにも設けられており、銅の安定化層は、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたとき、該酸化物超電導層の電流を転流させるバイパスとして機能させるための目的で設けられている。
【０００４】
２層構造の安定化層を形成する技術の一例として、酸化物超電導層の上にスパッタリングにより薄い銀の安定化層を設けた線材と、銅製の安定化材テープとをはんだを介して重ね合わせて加熱・加圧ロールに通すことによって、銀の安定化層上に銅の安定化層を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＲＥ−１２３系酸化物超電導層の特定組成のものは水分により劣化しやすく、線材を水分の多い環境に保管した場合や、線材に水分が付着した状態のまま放置した場合に、酸化物超電導層に水分が浸入すると、超電導特性が低下する要因となる。
特許文献１のように銀の安定化層上に銅製の安定化材テープを積層して銅の安定化層を形成する技術では、銀の安定化層の上面のみが銅の安定化層で保護される構造であり、水分によりダメージを受けやすい酸化物超電導層の側面が外部に露呈しているため、製造工程中などに水分が浸入することにより超電導特性の低下を引き起こす虞がある。
【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、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材及びそ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、基材と中間層と酸化物超電導層と銀層と金属安定化層とがこの順に積層されてなる超電導積層体を準備する第１工程と、前記超電導積層体の幅方向端部にレーザを照射して該超電導積層体の端部を溶融・凝固させて、少なくとも前記酸化物超電導層の側面を覆う溶融凝固層を形成する第２工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、超電導積層体の幅方向の端部にレーザを照射して、該超電導積層体の端部を溶融・凝固させることにより、少なくとも酸化物超電導層の側面を覆う溶融凝固層を形成する。そのため、酸化物超電導層の側面が溶融凝固層により外部から遮蔽された構造の酸化物超電導線材を製造でき、水分の浸入を防止して水分による酸化物超電導層の劣化を抑止できる酸化物超電導線材を提供できる。
【０００９】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記基材と前記金属安定化層の少なくとも一方を溶融凝固させて前記溶融凝固層を得ることもできる。
この場合、溶融凝固層は基材と金属安定化層のどちらか一方を溶融させて、少なくとも酸化物超電導層の側面を覆う溶融凝固層を形成でき、酸化物超電導層を外部から遮蔽した構造を実現できる。さらに、基材と金属安定化層の両方を溶融させて溶融凝固層を形成するならば、溶融凝固層は超電導積層体の側面全体を覆う構造となり、超電導積層体の側面全体を外部から遮蔽した構造を実現できる。従って、より効果的に水分の浸入を防止して水分による酸化物超電導層の劣化を確実に抑止できる酸化物超電導線材を提供できる
【００１０】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、前記第２工程において、レーザ照射面の表面粗さを粗く加工した後に、レーザを照射することもできる。
この場合、レーザ照射面の表面粗さを粗く加工することにより、レーザ照射面の反射率を低下させることができるため、汎用のレーザを使用しても確実にレーザのエネルギーを照射部に伝えて、レーザ照射部を加熱・溶融することができる。また、レーザ照射面より反射されるレーザ光を低減できるので、レーザ加工機へのレーザ光の反射も低減され、レーザ加工機がレーザ光により劣化しやすくなることを抑制できる。
【００１１】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、レーザとしてファイバーレーザを用いることもできる。
この場合、連続波レーザであるファイバーレーザを用いることにより、パルスレーザ等の他のレーザを用いる場合とは異なり、レーザ照射部が気化することが無く、確実に溶融凝固層を形成できる。
【００１２】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、金属テープの貼り合わせ又はめっきにより前記金属安定化層を形成することもできる。
金属テープの貼り合わせより金属安定化層を形成する場合、金属テープの厚さを調整することで容易に金属安定化層の厚さを調整できるので、酸化物超電導層を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定化効果が高い酸化物超電導線材を製造できる。
また、めっきにより金属安定化層を形成する場合、超電導積層体の基材の裏面側にも金属安定化層が形成できるので、酸化物超電導層を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定性の優れた酸化物超電導線材を製造できる。
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の酸化物超電導線材は、基材と中間層と酸化物超電導層と銀層と金属安定化層とがこの順に積層されてなる超電導積層体と、該超電導積層体の幅方向の側面側に少なくとも前記酸化物超電導層の側面を覆い、前記基材と前記金属安定化層の少なくとも一方に対するレーザの照射により形成された溶融凝固層とを備えてなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材は、酸化物超電導層の側面が溶融凝固層により覆われ、外部から遮蔽された構成である。そのため、酸化物超電導層への水分の浸入を防止でき、水分による酸化物超電導層の劣化を抑止できる。
【００１４】
本発明の酸化物超電導線材において、前記溶融凝固層が、前記基材と前記金属安定化層の少なくとも一方の溶融凝固物を含んでなることもできる。
溶融凝固層が基材の溶融凝固物を含む場合、超電導積層体の側面のうち、少なくとも基材と中間層と酸化物超電導層の側面が溶融凝固層により外部から遮蔽された構造となる。従って、酸化物超電導層への水分の浸入を防止でき、水分による酸化物超電導層の劣化を抑止できる酸化物超電導線材となる。
また、溶融凝固層が金属安定化層の溶融凝固物を含む場合、超電導積層体の側面のうち、少なくとも金属安定化層と銀層と酸化物超電導の側面が溶融凝固層により外部から遮蔽された構造となる。従って、酸化物超電導層への水分の浸入を防止でき、水分による酸化物超電導層の劣化を抑止できる酸化物超電導線材となる。
さらに、溶融凝固層が基材と金属安定化層の両方の溶融凝固物を含む場合、溶融凝固層は超電導積層体の側面全体を覆う構造となり、超電導積層体の側面全体を外部から遮蔽した構造を実現できる。従って、より効果的に水分の浸入を防止して水分による酸化物超電導層の劣化を確実に抑止できる酸化物超電導線材となる。
【００１５】
本発明の酸化物超電導線材において、前記金属安定化層が、金属テープの貼り合わせ又はめっきにより形成されてなることもできる。
金属安定化層が金属テープの貼り合わせより形成されている場合、金属テープの厚さを調整することで容易に金属安定化層の厚さを調整できるので、酸化物超電導層を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定化効果が高い酸化物超電導線材となる。
また、金属安定化層がめっきにより形成されている場合、超電導積層体の基材の裏面側にも金属安定化層が形成される構成となるため、酸化物超電導層を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定性の優れた酸化物超電導線材となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す酸化物超電導線材の部分拡大断面図である。
【図３】図１に示す酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
【図４】本発明に係る酸化物超電導線材の第２実施形態を示す断面図である。
【図５】図４に示す酸化物超電導線材の部分拡大断面図である。
【図６】図５に示す酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
【図７】本発明に係る酸化物超電導線材の第３実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る酸化物超電導線材の第４実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法に用いるファイバーレーザ装置の概略構成図である。
【図１０】実施例１〜３および比較例１、２の酸化物超電導線材の耐久試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態を模式的に示す断面図であり、図２は図１に示す酸化物超電導線材の部分拡大断面図である。
【００１９】
図１に示す酸化物超電導線材１０は、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５と金属安定化層６が順次積層された超電導積層体Ｓ１と、この超電導積層体Ｓ１の幅方向の側面ほぼ全体を覆う溶融凝固層７とを備えてなる。
溶融凝固層７は、後述の如く超電導積層体Ｓ１と同じ層構成の超電導積層体Ｓ０の端部にレーザを照射し、超電導積層体Ｓ０の端部を溶融させた後に凝固させることにより形成される。そのため、溶融凝固層７の形状はレーザの照射条件により変化するので、図１に示す形状以外となる場合もあるが、本発明において、溶融凝固層７は少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆っていればよい。
【００２０】
基材１は、通常の超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）合金がより好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）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、基材１としてニッケル（Ｎｉ）合金などに集合組織を導入した配向金属基材を用い、その上に中間層２および酸化物超電導層３を形成してもよい。
基材１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることでオーバーオールの臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００２１】
中間層２は、酸化物超電導層３の結晶配向性を制御し、基材１中の金属元素の酸化物超電導層３への拡散を防止するものである。さらに、基材１と酸化物超電導層３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が基材１と酸化物超電導層３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層２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等の金属酸化物が例示できる。
中間層２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００２２】
中間層２は、基材１側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、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は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層は、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１０〜２００ｎｍである。
【００２３】
さらに、本発明において、中間層２は、基材１側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、基材１とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、基材１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）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように基材１とベッド層との間に拡散防止層を介在させることにより、中間層２を構成する他の層や酸化物超電導層３等を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、基材１の構成元素の一部がベッド層を介して酸化物超電導層３側に拡散することを効果的に抑制することができる。基材１とベッド層との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００２４】
また中間層２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層３の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層３を構成する元素の中間層２への拡散や、酸化物超電導層３積層時に使用するガスと中間層２との反応を抑制する機能等を有するものである。
【００２５】
キャップ層は、前記金属酸化物層の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、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、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、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。
キャップ層は、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が、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが好ましい。
【００２６】
中間層２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．１〜５μｍである。
中間層２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍである。
【００２７】
中間層２は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層３やキャップ層の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層２は、ＩＢＡＤ法における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。
【００２８】
酸化物超電導層３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、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、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層３は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層３の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００２９】
酸化物超電導層３の上に積層されている銀層４は、スパッタ法などの成膜法により形成され、その厚さを１〜３０μｍ程度とされる。
酸化物超電導層３上に銀層４を備える構成とする理由としては、銀は良導電性かつ酸化物超電導層３と接触抵抗が低くなじみの良い点、及び、酸化物超電導層３に酸素をドープするアニール工程においてドープした酸素を酸化物超電導層３から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。
【００３０】
金属安定化層６は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、銀層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層６は銀層４上に半田層５を介して積層されている。半田層５が金属安定化層６と銀層４との間に介在していることにより、金属安定化層６と銀層４とが半田層５により電気的および機械的に接続されて、銀層４と金属安定化層６との接合が強固となり、接続抵抗が低下するため、酸化物超電導層３を安定化する効果を向上できる。
半田層５の厚さは、特に限定されず、適宜調整可能であるが、例えば、２〜２０μｍ程度とすることができる。
【００３１】
半田層５としては、従来公知の半田を使用することができ、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金などの鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、これらの半田を１種または２種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属安定化層６と銀層４を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層３の特性が劣化することを抑止することができる。
【００３２】
金属安定化層６は、良導電性の金属よりなる長尺の金属テープより形成されている。金属安定化層６を形成する金属テープは、Ｃｕ、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることがらＣｕ製が好ましい。
金属安定化層６の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以上とすることにより酸化物超電導層３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることにより酸化物超電導線材１０を薄型化できる。
なお、酸化物超電導線材１０を超電導限流器に使用する場合は、金属安定化層６は抵抗金属材料より構成され、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などを使用できる。
【００３３】
溶融凝固層７は、超電導積層体Ｓ１と同一の層構成の超電導積層体Ｓ０の端部にレーザを照射し、超電導積層体Ｓ０の端部を溶融・凝固させることにより形成されている。そのため、溶融凝固層７は、超電導積層体Ｓ１および超電導積層体Ｓ０の構成成分（溶融凝固物）を含んでなる。図２は本実施形態の酸化物超電導線材１０の幅方向の一端部付近の様子を模式的に示す図である。レーザの照射により形成された溶融凝固層７の構造は、レーザ照射条件により変化するため図２に示す構造に限定されるわけではないが、金属安定化層６の側面に形成された溶融凝固層７Ａは金属安定化層６の構成成分（溶融凝固物）を多く含み、基材１の側面に形成された溶融凝固層７Ｃは基材１の構成成分（溶融凝固物）を多く含む構成となる。中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５の側面の溶融凝固層７Ｂは、中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５の構成成分に加え、金属安定化層６および基材１の構成成分（溶融凝固物）も含む構成となる。
【００３４】
溶融凝固層７の形状はレーザの照射条件により変化するので、図１及び図２に示す形状以外となる場合もあるが、本発明において、溶融凝固層７は少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆っていればよい。溶融凝固層７が少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆う構成とすることにより、酸化物超電導層３への水分の浸入を抑えることができるので、酸化物超電導層３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。
【００３５】
溶融凝固層７の厚さは特に制限されず適宜変更可能であるが、溶融凝固層７の最薄部の厚さが１０μｍ以上とすることが好ましい。溶融凝固層７の厚さを１０μｍ以上とすることにより、酸化物超電導層３に水分が浸入することを効果的に防ぐことができる。また、溶融凝固層７の最厚部の厚さは１５０μｍ以下とすることが好ましい。溶融凝固層７の厚さが１５０μｍを超えると、レーザの照射により失われる酸化物超電導層３の面積が増加するため、超電導特性が低下する虞がある。
【００３６】
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、超電導積層体Ｓ１の側面のほぼ全体が溶融凝固層７により覆われ、外部から遮蔽された構成である。そのため、酸化物超電導層３への水分の浸入を防止でき、水分による酸化物超電導層３の劣化を抑止できる。
【００３７】
次に、本発明に係る酸化物超電導線材１０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３は、図１に示す酸化物超電導線材１０の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と金属安定化層６とがこの順に積層されてなる超電導積層体Ｓ０を準備する第１工程と、超電導積層体Ｓ０の幅方向端部にレーザを照射して超電導積層体Ｓ０の端部を溶融・凝固させて、超電導積層体Ｓ１の側面を覆う溶融凝固層７を形成する第２工程と、を備える。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示す如く、前述した超電導積層体Ｓ１と同じ層構成の超電導積層体Ｓ０を準備する（第１工程）。一例として、基材１上にスパッタ法で拡散防止層とベッド層を形成した後、このベッド層の上にＩＢＡＤ法で中間層２を形成し、さらにＰＬＤ法でキャップ層と酸化物超電導層３を形成し、次に、酸化物超電導層３上にスパッタ法により銀層４を形成する。その後、基材１上に銀層４まで形成された積層体の銀層４上に、金属テープを半田を介して積層することにより超電導積層体Ｓ０を得ることができる。なお、超電導積層体Ｓ０としては、幅広の超電導積層体を作製した後、この幅広の超電導積層体を幅方向に複数個に分割するように長手方向に沿って切断したものを使用してもよい。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示す如く基材１側を上にして、得られた超電導積層体Ｓ０の幅方向の端部に上からレーザを照射して、超電導積層体Ｓ０の端部を溶融・凝固させて、超電導積層体Ｓ１の側面を覆う溶融凝固層７を形成する（第２工程）。
第２工程において、超電導積層体Ｓ０の基材１の裏面１Ａ側からレーザを照射してもよく、図３（ｂ）とは上下逆になるように超電導積層体Ｓ０の金属安定化層６側を上にして、超電導積層体Ｓ０の金属安定化層６の表面６Ａ側からレーザを照射してもよい。金属安定化層６が銅などの反射率の高い金属材料よりなり、基材１の裏面１Ａの反射率が低い場合は、図３（ｂ）に示す如く基材１の裏面１Ａ側からレーザを照射する方が効率的にレーザ照射部を加熱できるため好ましい。
【００４０】
ここで、金属安定化層６が前記した良導電性材料の金属テープよりなる場合、銅などの反射率の高い金属や合金より構成された金属テープをレーザ溶接するには、レーザの出力を高く設定したり、レーザ照射時間を長く設定する必要がある。例えば、表面を光沢面とした銅テープの反射率は、波長２８０ｎｍで３３．０％、波長４００ｎｍで４７．５％、波長７００ｎｍで９７．５％、波長１０００ｎｍで９８．５％とされている。このように銅は、ＹＡＧレーザや半導体レーザ（ファイバーレーザ）等の波長１０００ｎｍ付近の反射率が非常に高いため、レーザが反射されてしまい溶接加工し難いという問題がある。
【００４１】
そこで、本実施形態においては、超電導積層体Ｓ０の金属安定化層６の表面６Ａ側からレーザを照射する場合には、予め金属安定化層６のレーザ照射部（幅方向端部）の表面粗さを粗くしてからレーザを照射することが好ましい。これにより、銅等の表面を光沢面とした金属テープよりなる金属安定化層６のレーザ照射面の反射率を低下させて、確実にレーザのエネルギーを照射部に伝えて、超電導積層体Ｓ０の端部を加熱・溶融することができる。
【００４２】
超電導積層体Ｓ０の金属安定化層６の表面６Ａ側からレーザを照射する場合、金属安定化層６のレーザ照射部（幅方向端部）の表面粗さＲａは、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。このような表面粗さＲａとすることにより、金属安定化層６が銅等の反射率の高い金属材料より構成される場合にも、汎用のレーザーを使用して、良好な製造速度で超電導積層体Ｓ０の端部を溶融・凝固させて溶融凝固層７を形成できるため好ましい。また、金属安定化層６により反射されるレーザ光を低減できるので、レーザ加工機へのレーザ光の反射も低減され、レーザ加工機がレーザ光により劣化しやすくなることを抑制できる。なお、本発明において、表面粗さＲａとは、算術表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）を表す。
【００４３】
レーザ照射前に、金属安定化層６のレーザ照射部（幅方向端部）の表面粗さを粗く加工する方法としては、特に限定されず、型押し、鑢がけなど、従来公知の方法が適用できる。具体的には、例えば、図３（ｂ）に二点鎖線で示す如く表面に凹凸加工が施された加圧ローラーなどの成形具２０により加圧する方法が挙げられる。この場合、成形具により接触加圧される金属安定化層６の表面を、成形具表面の凹凸形状が反転した凹凸形状に加工し、所望の表面粗さとすることができる。
なお、レーザ照射前にレーザ照射部の表面粗さを粗く加工する方法は、超電導積層体Ｓ０の基材１の裏面１Ａ側からレーザを照射する場合にも行ってもよい。
【００４４】
第２工程において使用できるレーザとしては、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ＣＯ２レーザ、およびこれらのレーザ光を光ファイバにより伝送するファイバーレーザ等が挙げられる。中でも、連続波であるため、ファイバーレーザが好ましい。パルスレーザの場合は１パルスのエネルギーが大きすぎるために、レーザ照射部分が気化してしまい溶融凝固層７が形成されない場合がある。銅の金属安定化層６に対するレーザ照射にＹＡＧレーザを使用する場合は、銅の反射率が低くなる第２高調波（５３２ｎｍ）を使用することができる。
【００４５】
図９は本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法に用いるファイバーレーザ装置の概略構成図である。この例のファイバーレーザー装置３０は、複数の（図９の例では３基の）励起用レーザーの発光装置３１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３２と、この結合器３２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３３と、この増幅用ファイバー３３に接続された伝送用ファイバー３４と、伝送用ファイバー３４の先端部に接続された出力部３５を主体として構成されている。
【００４６】
増幅用ファイバー３３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。
【００４７】
ファイバーレーザ装置３０において、励起光の発光装置３１から接続用ファイバー３１ａを介し結合器３２に入力したマルチモードの励起光は、結合器３２において光結合されて増幅用ファイバー３３に入力され、増幅用ファイバー３３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３４を介し連続波レーザーとして出力部３５から出力される。
【００４８】
図３（ｂ）に示すように、レーザ加工機２１の先端（出力部３５）から集光レンズ２２で集光されたレーザ光Ｌを射出すると、超電導積層体Ｓ０の幅方向の端部を加熱することができ、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５と金属安定化層６の幅方向の端部を局部的に溶融できる。溶融した部分は超電導積層体Ｓ１の側面を覆うように付着するので、この部分をその後、凝固させることにより、超電導積層体Ｓ１の幅方向の側面を覆う溶融凝固層７を形成できる。レーザ加工機２１は、外部のアシストガス供給装置に接続されたガス供給口２３から窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが供給され、この不活性ガスＧがレーザ加工機２１の先端部よりレーザ光Ｌの照射部へと吹き付けられる構成となっている。このように、溶接部に窒素などの不活性ガスを吹き付けながら溶接することにより、溶接される金属テープが酸化することを防ぐことができる。なお、不活性ガスで溶融物を吹き飛ばしてしまわないようなガス噴射圧とすることが必要となる。
【００４９】
レーザ照射時のレーザのスポット径は、特に制限されないが、１０〜１００μｍ程度に設定することが好ましい。レーザのスポット径を１０μｍ以上とすることにより溶融凝固層７を確実に形成することができるので好ましい。レーザのスポット径を１００μｍ以下とすることにより、レーザ照射部のエネルギー密度が低くなりすぎることを防ぎ、充分な加工パワーを得られるため好ましい。また、レーザ照射により失われる酸化物超電導層３の面積を抑えることができるので、超電導特性の低下を少なく抑えることができる。
レーザのスポット径１０〜１００μｍ程度でレーザを照射することにより、形成される溶融凝固層７の厚さは１０〜１５０μｍ程度となる。
レーザ溶接時のレーザの出力および波長は特に制限されず、使用するレーザ種や超電導積層体Ｓ０の層構成や厚さにより適宜調整すればよい。
【００５０】
図３（ｂ）に示すように、超電導積層体Ｓ０の幅方向の端部に（図３（ｂ）に示す例では基材１の裏面１Ａ側から）レーザ光Ｌを照射しながら、レーザ加工機２１を超電導積層体Ｓ０の長手方向に沿って走査する、あるいは、超電導積層体Ｓ０を移動させることにより、レーザ光Ｌの照射位置を移動させて、超電導積層体Ｓ０の幅方向の端部に連続的にレーザ光Ｌを照射し、超電導積層体Ｓ０の端部を加熱して溶融・凝固させることにより、超電導積層体Ｓ１の幅方向の側面を覆う溶融凝固層７を形成できる。
同様に、超電導積層体Ｓ０の他方の幅方向端部にもレーザ光Ｌを照射することにより、超電導積層体Ｓ１の他方の側面を覆う溶融凝固層７を形成する。これにより、超電導積層体Ｓ１の幅方向の両側面が溶融凝固層７により覆われた図１及び図３（ｃ）に示す構造の酸化物超電導線材１０を製造できる。
【００５１】
なお、超電導積層体Ｓ０の幅方向の端部にレーザを照射する際のレーザ照射位置は図３に示す例に限定されず、図３に示すレーザ照射位置よりも若干内側あるいは外側の位置にレーザを照射して溶融凝固層７を形成してもよい。
【００５２】
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、超電導積層体Ｓ０の幅方向の端部にレーザを照射して、超電導積層体Ｓ０の端部を溶融・凝固させることにより、超電導積層体Ｓ１の側面を覆う溶融凝固層７を形成する。そのため、超電導積層体Ｓ１の側面全てが溶融凝固層７により外部から遮蔽された構造の酸化物超電導線材１０を製造でき、水分の浸入を防止して水分による酸化物超電導層３の劣化を抑止できる酸化物超電導線材１０を提供できる。
【００５３】
また、本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、金属テープの貼り合わせより金属安定化層６を形成するため、使用する金属テープ６の厚さを調整することで容易に金属安定化層６の厚さを調整できるので、酸化物超電導層３を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定化効果が高い酸化物超電導線材１０を製造できる。
【００５４】
本実施形態の超電導線材の製造方法によれば、超電導積層体Ｓ０の端部をレーザ照射により溶融・凝固させて溶融凝固層７を形成しているため、万一、コイル加工や巻線加工、ケーブル加工など、あるいは、保管環境などにおいて酸化物超電導線材１０が高温環境に曝されて半田層５が溶融するなどの現象を起こした場合であっても、金属安定化層６は溶融凝固層７と連続的に構成されているため、金属安定化層６が剥離することがなく、酸化物超電導層３に水分が浸入することを防止できる酸化物超電導線材１０を製造できる。また、機械的強度が高い酸化物超電導線材１０を提供できる。
さらに、溶融凝固層７形成前の超電導積層体Ｓ０と、溶融凝固層７形成後の超電導積層体Ｓ１とでは、線材全体の厚みや幅が増加することがほとんどないため、線材を大型化させずに酸化物超電導層３を外部から遮蔽する構造を実現できる。
【００５５】
［第２実施形態］
図４は本発明に係る酸化物超電導線材の第２実施形態を模式的に示す断面図であり、図５は図４に示す酸化物超電導線材の部分拡大断面図である。図４および図５において、上記第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図４に示す酸化物超電導線材１０Ｂは、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４が順次積層された積層体Ｔ１と、この積層体Ｔ１の上面、下面および幅方向の一側面を覆う金属安定化層１６と、積層体Ｔ１と金属安定化層１６よりなる超電導積層体Ｓ１１の幅方向の一側面を覆う溶融凝固層１７とを備えてなる。
金属安定化層１６は、積層体Ｔ１の上面（銀層４の表面）を覆う金属安定化層１６Ａと、積層体Ｓ２の下面（基材１の裏面）を覆う金属安定化層１６Ｂと、積層体Ｓ２の幅方向の一側面を覆う金属安定化層１６Ｃより構成され、溶融凝固層１７は積層体Ｔ１の金属安定化層１６が形成されてない側に形成されている。
【００５７】
図４に示す超電導積層体Ｓ１１において、幅方向の側面のうち片方のみに金属安定化層１６が形成されている構成であるのは、超電導積層体Ｓ１１は元々金属安定化層を全周にめっきした積層体を分割して形成されたものであるためである。後述の如く超電導積層体Ｓ１１は、積層体Ｔ１と同一の層構成で且つ積層体Ｔ１よりも幅広の積層体に対してめっきを行い、その全周に金属安定化層を形成してカプセル化した積層体をを長手方向に沿ってその幅方向に切断して分割することにより形成される。
溶融凝固層１７は、後述の如く超電導積層体Ｓ１１と同じ層構成の超電導積層体Ｓ１０の金属安定化層１６が形成されていない側の幅方向端部にレーザを照射し、超電導積層体Ｓ１０の端部を溶融させた後に凝固させることにより形成される。そのため、溶融凝固層１７の形状はレーザの照射条件により変化するので、図４に示す形状以外となる場合もあるが、本発明において、溶融凝固層１７は少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆っていればよい。
【００５８】
積層体Ｔ１の上面、下面および幅方向の一側面を覆う金属安定化層１６は、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、銀層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層１６は、電気めっきにより形成されている。金属安定化層１６を構成する材質としては、良導電性の金属が好ましく、Ｃｕ、Ａｌなどが挙げられ、高い導電性を有するためＣｕが特に好ましい。金属安定化層１６の厚さは特に限定されず、適宜変更可能であるが、１０〜１００μｍ程度とすることができ、２０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。金属安定化層１６の厚さを１０μｍ以上とすることにより酸化物超電導層３を安定化する一層高い効果が得られ、１００μｍ以下とすることにより酸化物超電導線材１０Ｂを薄型化できる。
【００５９】
溶融凝固層１７は、後に説明する図６（ｃ）に示す如く超電導積層体Ｓ１１と同一の層構成の超電導積層体Ｓ１０Ｂの金属安定化層１６が形成されていない方の幅方向端部にレーザを照射し、超電導積層体Ｓ１０Ｂの端部を溶融・凝固させることにより形成されている。そのため、溶融凝固層１７は、超電導積層体Ｓ１１および超電導積層体Ｓ１０Ｂの構成成分（溶融凝固物）を含んでなる。
図５は本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｂの溶融凝固層１７付近の様子を模式的に示す図である。レーザの照射により形成された溶融凝固層１７の構造は、レーザ照射条件により変化するため図５に示す構造に限定されるわけではないが、金属安定化層１６Ａ、１６Ｂの側面に形成された溶融凝固層１７Ａ、１７Ｄは金属安定化層１６の構成成分（溶融凝固物）を多く含み、基材１の側面に形成された溶融凝固層１７Ｃは基材１の構成成分（溶融凝固物）を多く含む構成となる。中間層２と酸化物超電導層３と銀層４の側面の溶融凝固層１７Ｂは、中間層２と酸化物超電導層３と銀層４の構成成分に加え、金属安定化層１６および基材１の構成成分（溶融凝固物）も含む構成となる。
【００６０】
溶融凝固層１７の形状はレーザの照射条件により変化するので、図４及び図５に示す形状以外となる場合もあるが、本発明において、溶融凝固層１７は少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆っていればよい。溶融凝固層１７が少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆う構成とすることにより、酸化物超電導層３への水分の浸入を抑えることができるので、酸化物超電導層３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。
【００６１】
溶融凝固層１７の厚さは特に制限されず適宜変更可能であるが、溶融凝固層１７の最薄部の厚さが１０μｍ以上とすることが好ましい。溶融凝固層１７の厚さを１０μｍ以上とすることにより、酸化物超電導層３に水分が浸入することを効果的に防ぐことができる。また、溶融凝固層１７の最厚部の厚さは１５０μｍ以下とすることが好ましい。溶融凝固層１７の厚さが１５０μｍを超えると、レーザの照射により失われる酸化物超電導層３の面積が増加するため、超電導特性が低下する虞がある。
【００６２】
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｂは、超電導積層体Ｓ１１の側面が溶融凝固層１７により覆われ、外部から遮蔽された構成である。そのため、酸化物超電導層３への水分の浸入を防止でき、水分による酸化物超電導層３の劣化を抑止できる。
また、本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｂは、金属安定化層がめっきにより形成されており、基材１の裏面側にも金属安定化層１６が形成される構成となるため、酸化物超電導層３を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定化効果が高い酸化物超電導線材となる。
【００６３】
次に、本発明に係る酸化物超電導線材１０Ｂ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６は、図４に示す酸化物超電導線材１０Ｂの製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と金属安定化層６とがこの順に積層されてなる図６（ｂ）に示す超電導積層体Ｓ１０Ｂを準備する第１工程と、図６（ｃ）に示す如く超電導積層体Ｓ１０Ｂの幅方向端部にレーザを照射して超電導積層体Ｓ１０Ｂの端部を溶融・凝固させて、図６（ｄ）に示す如く超電導積層体Ｓ１１の側面を覆う溶融凝固層１７を形成する第２工程と、を備える。
【００６４】
第１工程では、まず、図６（ａ）に示す如く積層体Ｔ１よりも幅広で且つ積層体Ｔ１と同じ層構成の積層体Ｔ１Ｐを作製する。一例として、基材１上にスパッタ法で拡散防止層とベッド層を形成した後、このベッド層の上にＩＢＡＤ法で中間層２を形成し、さらにＰＬＤ法でキャップ層と酸化物超電導層３し、次に、酸化物超電導層３上にスパッタ法により銀層４を形成することにより積層体Ｔ１Ｐを得ることができる。
次に、作製した積層体Ｔ１Ｐをめっき浴に浸漬させて電気めっきを行うことにより、積層体Ｔ１Ｐの全周を覆って金属安定化層１６Ｐを形成して、図６（ａ）に示す超電導積層体Ｓ１０Ａを作製する。金属安定化層１６ＰはＣｕまたはＡｌより形成されていることが好ましく、Ｃｕより形成されていることがより好ましい。
金属安定化層１６ＰをＣｕのめっきより形成する場合、積層体Ｔ１Ａを硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬させて電気めっきを行うことにより、積層体Ｔ１Ａの全周を覆ってＣｕの金属安定化層１６Ｐを形成することができる。
【００６５】
その後の第２工程では、得られた超電導積層体Ｓ１０Ａを長手方向に沿って切断し、図６（ｂ）に示す如く２つの超電導積層体Ｓ１０Ｂ、Ｓ１０Ｂに分割する。超電導積層体Ｓ１０Ａの分割方法としては特に限定されず、レーザによる溶断方法あるいは回転刃などによる機械的な切断方法が挙げられる。
【００６６】
続いて、得られた超電導積層体Ｓ１０Ｂの、切断面Ｃ１側の幅方向の端部にレーザを照射して、超電導積層体Ｓ１０Ｂの端部を溶融・凝固させて、超電導積層体Ｓ１１の切断面Ｃ１側の幅方向側面を覆う溶融凝固層１７を形成する（第２工程）。
第２工程において、超電導積層体Ｓ１０Ｂの銀層４側の金属安定化層１６Ａの表面側からレーザを照射してもよく、超電導積層体Ｓ１０Ｂの基材１側の金属安定化層１６Ｂの表面側からレーザを照射してもよい。
【００６７】
ここで、本実施形態においては、上記第１実施形態の場合と同様に、レーザ照射前に予め金属安定化層１６のレーザ照射部（切断面Ｃ１側の幅方向端部）の表面粗さを粗くしてからレーザを照射することが好ましい。これにより、銅等の反射率の高い材料よりなる金属安定化層１６のレーザ照射面の反射率を低下させて、確実にレーザのエネルギーを照射部に伝えて、超電導積層体Ｓ１０Ｂの切断面Ｃ１側の端部を加熱・溶融することができる。
【００６８】
金属安定化層１６のレーザ照射部（幅方向端部）の表面粗さＲａ、及び、金属安定化層１６のレーザ照射部表面を粗す際の加工方法は、上記第１実施形態と同様である。
また、第２工程において使用できるレーザ種も上記第１実施形態と同様である。
【００６９】
図６（ｃ）に示すように、レーザ加工機２１の先端から集光レンズ２２で集光されたレーザ光Ｌを射出し、超電導積層体Ｓ１０Ｂの切断面Ｃ１側の幅方向の端部に照射し、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と金属安定化層１６Ａ、１６Ｂの切断面Ｃ１側の幅方向端部を局部的に溶融する。その後、溶融部分を凝固することにより、超電導積層体Ｓ１１の幅方向の一側面を覆う溶融凝固層１７を形成する。レーザ加工機は、外部のアシストガス供給装置に接続されたガス供給口２３から窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが供給され、この不活性ガスＧがレーザ加工機２１の先端部よりレーザ光Ｌの照射部へと吹き付けられる構成となっている。このように、溶接部に窒素などの不活性ガスを吹き付けながら溶接することにより、溶接される金属テープが酸化することを防ぐことができる。
【００７０】
レーザ照射時のレーザのスポット径は、特に制限されないが、１０〜１００μｍ程度に設定することが好ましい。レーザのスポット径を１０μｍ以上とすることにより溶融凝固層１７を確実に形成することができるので好ましい。レーザのスポット径を１００μｍ以下とすることにより、レーザ照射部のエネルギー密度が低くなりすぎることを防ぎ、充分な加工パワーを得られるため好ましい。また、レーザ照射により失われる酸化物超電導層３の面積を抑えることができるので、超電導特性の低下を少なく抑えることができる。
レーザのスポット径１０〜１００μｍ程度でレーザを照射することにより、形成される溶融凝固層１７の厚さは１０〜１５０μｍ程度となる。
レーザ溶接時のレーザの出力および波長は特に制限されず、使用するレーザ種や超電導積層体Ｓ０の層構成や厚さにより適宜調整すればよい。
【００７１】
図６（ｃ）に示すように、超電導積層体Ｓ１０Ｂの切断面Ｃ１側の幅方向端部にレーザ光Ｌを照射しながら、レーザ加工機２１を超電導積層体Ｓ１０Ｂの長手方向に沿って走査する、あるいは、超電導積層体Ｓ１０Ｂを移動させることにより、レーザ光Ｌの照射位置を移動させて、超電導積層体Ｓ１０Ｂの幅方向の端部に連続的にレーザ光Ｌを照射し、超電導積層体Ｓ１０Ｂの端部を加熱して溶融・凝固させることにより、超電導積層体Ｓ１１の幅方向の一側面を覆う溶融凝固層１７を形成できる。
以上の工程により、図４及び図６（ｄ）に示す構造の酸化物超電導線材１０Ｂを製造できる。
【００７２】
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、超電導積層体Ｓ１０Ｂの切断面Ｃ１側の幅方向端部にレーザを照射して、超電導積層体Ｓ１０Ｂの端部を溶融・凝固させることにより、超電導積層体Ｓ１１の一側面（切断面Ｃ１側の側面）を覆う溶融凝固層１７を形成する。そのため、超電導積層体Ｓ１１の側面全てが金属安定化層１６Ｃおよび溶融凝固層１７により外部から遮蔽された構造の酸化物超電導線材１０Ｂを製造でき、水分の浸入を防止して水分による酸化物超電導層３の劣化を抑止できる酸化物超電導線材１０Ｂを提供できる。
【００７３】
また、本実施形態の超電導線材の製造方法では、金属安定化層１６をめっきにより形成する構成であるため、基材１の裏面側にも金属安定化層１６Ｂが形成できるので、酸化物超電導層３を安定化するに充分な厚さを確保しやすく、安定化効果が高い酸化物超電導線材１０Ｂを製造できる。
【００７４】
以上、本発明の酸化物超電導線材およびその製造方法の実施形態について説明したが、上記実施形態において、酸化物超電導線材の各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記第２実施形態では、外周に金属安定化層がめっきされてカプセル化された超電導積層体Ｓ１０Ａを２分割した場合を例示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、超電導積層体Ｓ１０Ａを長手方向に沿って、幅方向に３以上に分割し、分割された超電導積層体の切断面に対して上記第２実施形態と同様にしてレーザ照射して、該切断面を溶融凝固層で被覆することもできる。この場合、切断面が溶融凝固層に覆われていることにより酸化物超電導層３が外部から遮蔽された構造を実現できるため、水分の浸入による酸化物超電導層３の劣化を抑制できる。
【００７５】
また、上記第１および第２実施形態では、超電導積層体Ｓ１、Ｓ１１の側面全体を覆うように溶融凝固層７、１７が形成された例を示したが、本発明はこの例に限定されない。少なくとも酸化物超電導層３の側面を覆うように溶融凝固層が形成されていれば、酸化物超電導層３に側面側から水分が浸入することを防止できる。
図７は本発明に係る酸化物超電導線材の第３実施形態を示す概略断面図であり、図８は本発明に係る酸化物超電導線材の第４実施形態を示す概略断面図である。図７および図８において、図１〜図６に示す上記実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
図７に示す酸化物超電導線材１０Ｃは、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５と金属安定化層６がこの順に積層された超電導積層体の幅方向の側面側に、金属安定化層６と半田層５と銀層４と酸化物超電導層３と中間層２の側面を覆う溶融凝固層７Ｃが形成されてなる。
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｃは、上記した図３に示す製造工程において、図３（ｂ）に示すレーザ照射時に金属安定化層６側からレーザを照射し、超電導積層体Ｓ０の幅方向端部の金属安定化層６と半田層５と銀層４と酸化物超電導層３と中間層２を加熱して溶融させ、溶融部分を凝固させることにより溶融凝固層７Ｃを形成して製造できる。
この実施形態の酸化物超電導線材１０Ｃも、上記実施形態と同様に、酸化物超電導層３の側面が溶融凝固層７Ｃにより外部より遮蔽された構造となるため、酸化物超電導層３への水分の侵入を防止できる。
【００７７】
図８に示す酸化物超電導線材１０Ｄは、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５と金属安定化層６がこの順に積層された超電導積層体の幅方向の側面側に、基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５の側面を覆う溶融凝固層７Ｄが形成されてなる。
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｄは、上記した図３に示す製造工程において、図３（ｂ）に示すレーザ照射時に基材１側からレーザを照射し、超電導積層体Ｓ０の幅方向端部の基材１と中間層２と酸化物超電導層３と銀層４と半田層５を加熱して溶融させ、溶融部分を凝固させることにより溶融凝固層７Ｄを形成して製造できる。
この実施形態の酸化物超電導線材１０Ｄも、上記実施形態と同様に、酸化物超電導層３の側面が溶融凝固層７Ｄにより外部より遮蔽された構造となるため、酸化物超電導層３への水分の侵入を防止できる。
【実施例】
【００７８】
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。
【００７９】
「実施例１」
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社製商品名）製の基材の上に、ＩＢＡＤ法により１．２μｍ厚のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）なる組成の中間層を形成し、さらにこの中間層の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２なる組成のキャップ層を成膜した。次に、このキャップ層の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘなる組成の酸化物超電導層を形成し、さらにこの酸化物超電導層の上にスパッタ法により１０μｍ厚の銀層を形成し、酸素アニールを施した。続いて、銀層上に厚さ５μｍのスズ半田（融点２３０℃）を介して幅１０ｍｍ、厚さ１００μｍの銅製テープ（金属安定化層）を積層し、この積層体を加熱・加圧ロール（加熱温度：２４０℃、加圧力：１０〜２０ＭＰａ、通過速度：１００ｍ／ｈ）に通過させることにより、銀層上に半田層を介して銅製テープ（金属安定化層）を接合させることにより超電導積層体を作製した。
【００８０】
作製した超電導積層体の基材側の幅方向両端部に対し、表面に凹凸加工された加圧ローラーにより圧力１０〜２０ＭＰａで加圧しながら、長手方向に回転走行させることにより、超電導積層体の基材側の幅方向両端部の表面粗さＲａを５０μｍに加工した。図３（ｂ）に示すように、超電導積層体の幅方向の両端部から２０μｍの位置に基材側からファイバーレーザを照射して、溶融・凝固させることにより超電導積層体の側面を覆う溶融凝固層（厚さ約１０μｍ）を形成して、図１及び図３（ｃ）に示す構造の酸化物超電導線材を作製した。得られた酸化物超電導線材の液体窒素温度（７７Ｋ）における臨界電流値Ｉｃ０は１５０Ａであった。なお、レーザ照射は次の条件で行った。
使用レーザ：ファイバーレーザ（波長１０６５ｎｍ、出力２００Ｗ）、スポット径：２０μｍ、溶接速度：１０ｍ／分、アシストガスとして窒素ガスをレーザ照射部に吹きつけながらレーザ照射を行った。
【００８１】
作製した実施例１の酸化物超電導線材を、温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気中で１００時間保持した後に、液体窒素温度（７７Ｋ）における酸化物超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定し、試験前の臨界電流値Ｉｃ０に対する試験後の臨界電流値Ｉｃの割合Ｉｃ／Ｉｃ０を求めたところ、Ｉｃ／Ｉｃ０＝０．９９であり、超電導特性は劣化せずに保持されていた。
【００８２】
「実施例２」
銅製テープ（金属安定化層）側からファイバーレーザを照射したこと以外は、実施例１と同様にして酸化物超電導線材を作製した。得られた酸化物超電導線材の液体窒素温度（７７Ｋ）における臨界電流値Ｉｃ０は１５０Ａであった。
作製した実施例２の酸化物超電導線材を、温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気中で１００時間保持した後に、液体窒素温度（７７Ｋ）における酸化物超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定し、試験前の臨界電流値Ｉｃ０に対する試験後の臨界電流値Ｉｃの割合Ｉｃ／Ｉｃ０を求めたところ、Ｉｃ／Ｉｃ０＝０．９８であり、超電導特性は劣化せずに保持されていた。
【００８３】
「実施例３」
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社製商品名）製の基材の上に、ＩＢＡＤ法により１．２μｍ厚のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）なる組成の中間層を形成し、さらにこの中間層の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２なる組成のキャップ層を成膜した。次に、このキャップ層の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘなる組成の酸化物超電導層を形成し、さらにこの酸化物超電導層の上にスパッタ法により１０μｍ厚の銀層を形成し、酸素アニールを施して積層体を作製した。続いて、得られた積層体を長手方向に沿って幅５ｍｍに裁断し、裁断後の積層体の銀層上に厚さ５μｍのスズ半田（融点２３０℃）を介して幅５ｍｍ、厚さ１００μｍの銅製テープ（金属安定化層）を、積層し、この積層体を加熱・加圧ロール（加熱温度：２４０℃、加圧力：１０〜２０ＭＰａ、通過速度：１００ｍ／ｈ）に通過させることにより、銀層上に半田層を介して銅製テープ（金属安定化層）を接合させることにより超電導積層体を作製した。
【００８４】
次に、実施例１と同様にして超電導積層体の幅方向の両端部に基材側からファイバーレーザを照射することにより溶融凝固層を形成することにより酸化物超電導線材を作製した。得られた酸化物超電導線材の液体窒素温度（７７Ｋ）における臨界電流値Ｉｃ０は７５Ａであった。
作製した実施例３の酸化物超電導線材を、温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気中で１００時間保持した後に、液体窒素温度（７７Ｋ）における酸化物超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定し、試験前の臨界電流値Ｉｃ０に対する試験後の臨界電流値Ｉｃの割合Ｉｃ／Ｉｃ０を求めたところ、Ｉｃ／Ｉｃ０＝０．９７であり、超電導特性は劣化せずに保持されていた。
【００８５】
「比較例１」
実施例３と同様の方法で超電導積層体を作製したものをそのまま酸化物超電導線材とした。得られた酸化物超電導線材の液体窒素温度（７７Ｋ）における臨界電流値Ｉｃ０は１５０Ａであった。
作製した比較例１の酸化物超電導線材を、温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気中で４８時間保持した後、酸化物超電導線材の超電導特性を測定したところ、液体窒素温度（７７Ｋ）における臨界電流値Ｉｃは０Ａであり超電導特性が劣化していた。比較例１の酸化物超電導線材は、酸化物超電導層の側面が露出していたため、この露出部から水分が浸入して酸化物超電導層が劣化したと考えられる。
【００８６】
実施例１〜３および比較例１の酸化物超電導線材の耐久試験結果を図１０に示す。図１０は、試験時間に対して、試験前の臨界電流値Ｉｃ０に対する試験後の臨界電流値Ｉｃの割合Ｉｃ／Ｉｃ０をプロットしたものである。縦軸Ｉｃ／Ｉｃ０が１．０に近いほど耐久性が高いことを示す。
図１０の結果より、本発明に係る実施例１〜３の酸化物超電導線材は、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種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】
【００８８】
１…基材、２…中間層、３…酸化物超電導層、４…銀層、５…半田層、６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｐ…金属安定化層、７、１７、７Ｃ、７Ｄ…溶融凝固層、１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…酸化物超電導線材、２１…レーザ加工機、２２…集光レンズ、Ｌ…レーザ光、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ１０Ａ、Ｓ１０Ｂ…超電導積層体、Ｔ１、Ｔ１Ｐ…積層体、Ｃ１…切断面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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