(57)【要約】【課題】基板上に酸化物超電体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化するに際して、切断されたエッジ部分やその近傍での劣化による超電導線材の超電導特性の低下を抑制して、材料をスムースに切断することができる超電導線材の加工方法を提供する。【解決手段】基板上に酸化物超電導体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化する超電導線材の加工方法であって、超電導線材に連続レーザーを照射することにより前記超電導線材を切断する超電導線材の加工方法。配向金属基板上に、順に、セラミック中間層、酸化物超電導膜、銀安定化層が形成され、さらに上下面の表層に銅保護層が形成された幅広の超電導線材が、連続レーザーにより長手方向に切断されることにより作製されている超電導線材。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に酸化物超電導体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化する超電導線材の加工方法であって、
前記超電導線材に連続レーザーを照射することにより前記超電導線材を切断することを特徴とする超電導線材の加工方法。
【請求項２】
前記連続レーザーの照射エネルギーが５０〜５００（Ｊ／ｓ）であることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の加工方法。
【請求項３】
前記超電導線材が、銅を含有する層を有する超電導線材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導線材の加工方法。
【請求項４】
配向金属基板上に、順に、セラミック中間層、酸化物超電導膜、銀安定化層が形成され、さらに上下面の表層に銅保護層が形成された幅広の超電導線材が、連続レーザーにより長手方向に切断されることにより作製されていることを特徴とする超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材の加工方法に関し、詳しくは基板上に酸化物超電導体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化する超電導線材の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導体からなる超電導膜を用いた超電導線材は、一般に、幅１〜１０ｃｍ程度の金属基板上に中間層、超電導膜、安定化層を形成した後、必要に応じて酸素導入処理を行い、用途に合わせた所定の線材幅に細線加工することにより作製される。
【０００３】
このような細線加工の方法として、従来より、スリッターなどを用いて機械的に剪断する方法や、レーザーなどを用いて熱的に焼き切る方法などが採用されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８７６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、機械的に剪断する方法は、速い加工速度を有するものの、部材を引き裂いて切断する方法であるため、切断されたエッジ部分やその近傍が変形して劣化し易く、細線化された超電導線材の超電導特性を低下させる恐れがあった。
【０００６】
これに対して、レーザーを用いた切断は、一般にスリッターによる切断に比べて劣化範囲を小さくできるという利点を有している。このレーザーとしては、瞬間的に材料を貫通することができる点からパルスレーザーが一般的に用いられているが、超電導線材の切断においては、材料をスムースに切断できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑み、基板上に酸化物超電体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化するに際して、切断されたエッジ部分やその近傍での劣化による超電導線材の超電導特性の低下を抑制して、材料をスムースに切断することができる超電導線材の加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するに当って、まず、パルスレーザーを用いた場合、何故、超電導線材の切断が困難になるのか、種々の実験と検討を行った。その結果、パルスレーザーの特徴である間欠的なレーザー照射に問題があることが分かった。
【０００９】
即ち、パルスレーザーは、間欠的にレーザーを照射、即ち、エネルギーを蓄えて瞬間的に照射することにより、切断部の温度を上昇させて材料を瞬間的に融解、蒸発させて切断した後、凝固させて切断面を形成することを繰り返している。しかし、超電導線材には熱伝導速度が速い銅などの金属材料が使用されており、熱が拡散され易いため、材料の融解が起こり難くなり、融解してもすぐに凝固してしまう。この結果、超電導線材の切断が困難になっていることが分かった。
【００１０】
このような熱の拡散を補うために、１パルスのエネルギーを大きくすることが考えられるが、この場合には、セラミック層である超電導層が熱劣化し、超電導特性の低下を招くことが分かった。
【００１１】
そこで、本発明者は、このように間欠的に出力するパルスレーザーに替えて、連続的に出力する連続レーザーに着目し、実験を行ったところ、連続レーザーを用いた場合、熱伝導速度が速い銅などの金属材料が使用されている超電導線材に対して、スムースな切断が可能となり、さらに、切断速度も速くでき、効率的に切断できることが分かった。
【００１２】
即ち、連続的なレーザー出力により拡散する熱を連続的に補っているため、パルスレーザーの場合のようにパルス間における凝固の発生がない。このため、材料をスムースに、しかも、速い速度で切断することができる。また、拡散により失われる熱を効率的に補い、短時間で切断することが可能なため、セラミック層である超電導層の熱劣化を抑制することができる。
【００１３】
本発明は、上記の知見に基づく発明であり、請求項１に記載の発明は、
基板上に酸化物超電導体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化する超電導線材の加工方法であって、
前記超電導線材に連続レーザーを照射することにより前記超電導線材を切断することを特徴とする超電導線材の加工方法である。
【００１４】
基板としては、酸化物超電導体をｃ軸配向してエピタキシャル成長させるため、配向金属基板やＩＢＡＤ中間層基板が好ましく用いられ、配向金属基板の具体的な材料としてはＮｉ−Ｗ合金基板、ＳＵＳ等をベース金属としたクラッドタイプの金属基板等を挙げることができる。また、配向金属基板上にＣｅＯ２／ＹＳＺ／ＣｅＯ２からなる３層構造等のセラミックからなる中間層が設けられた基板を用いることもできる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、
前記連続レーザーの照射エネルギーが５０〜５００（Ｊ／ｓ）であることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の加工方法である。
【００１６】
照射エネルギーが小さ過ぎる場合は、熱量が不足するため、スムースに切断できない。一方、大き過ぎる場合は、熱により超電導膜が劣化する恐れがある。本発明者の実験によれば、好ましい照射エネルギーは５０〜５００Ｊ／ｓであり、具体的な一例として、後述する実施例に示す材料を切断速度９０ｍ／ｍｉｎで加工する場合、好ましい照射エネルギーは２００〜３００Ｊ／ｓである。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、
前記超電導線材が、銅を含有する層を有する超電導線材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導線材の加工方法である。
【００１８】
銅は、金属材料の内でも、特に熱伝導速度が速いため、銅を含有する層を有する超電導線材に本発明を適用することにより、本発明の効果が顕著に発揮される。
【００１９】
なお、超電導線材には、銅保護層の他に、熱伝導速度が速い銀層が安定化層として設けられているが、その厚みは銅層の厚みに比べてはるかに薄いため、銀層における熱の逃げは充分無視することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
配向金属基板上に、順に、セラミック中間層、酸化物超電導膜、銀安定化層が形成され、さらに上下面の表層に銅保護層が形成された幅広の超電導線材が、連続レーザーにより長手方向に切断されることにより作製されていることを特徴とする超電導線材である。
【００２１】
配向金属基板上に、順に、セラミック中間層、酸化物超電導膜、銀安定化層が形成され、さらに上下面の表層に銅保護層が形成された幅広の超電導線材は、優れた超電導特性を有する。このような超電導特性が優れた幅広の超電導線材を、連続レーザーを用いてスムースに切断しているため、切断に伴う劣化による超電導特性の低下が抑制されて、優れた超電導特性が維持された超電導線材を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板上に酸化物超電体からなる超電導膜が形成された幅広の超電導線材を長手方向に切断して細線化するに際して、切断されたエッジ部分やその近傍での劣化による超電導線材の超電導特性の低下を抑制して、材料をスムースに切断することができる超電導線材の加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】超電導線材の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例および比較例の超電導線材の切断部の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００２５】
１．超電導線材
本実施例においては、図１に示す構成の超電導線材を使用した。図１は、本実施例における超電導線材の構成を模式的に示す断面図であり、３は超電導線材、３１は金属基板、３２は中間層、３３は超電導膜、３４および３６は銀安定化層、３５は銅保護層である。
【００２６】
（１）金属基板
金属基板３１としては、１００μｍ厚のＳＵＳ層の表面に、２０μｍ厚のＣｕ層および２μｍ厚のＮｉ層が形成された総厚み約１２０μｍのクラッドタイプの金属基板を用いた。
【００２７】
（２）中間層
中間層３２としては、ＣｅＯ２／ＹＳＺ／ＣｅＯ２の３層構造で構成されている総厚０．６μｍの中間層を設けた。なお、各層の形成には、スパッタリング法を用いた。
【００２８】
（３）超電導膜
超電導膜３３としては、２μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ超電導膜を設けた。なお、超電導膜３３の形成には、レーザー蒸着法を用いた。
【００２９】
（４）銀安定化層
銀安定化層としては、超電導膜３３の表面に８μｍ厚の銀安定化層３４を、また、金属基板３１の表面に２μｍ厚の銀安定化層３６を設けた。なお、各銀安定化層３４および３６の形成には、スパッタリング法を用いた。
【００３０】
（５）銅保護層
銅保護層３５としては、銀安定化層３４および３６の外側に、２０μｍ厚の銅保護層を設けた。なお、銅保護層の形成には、めっき法を用いた。
【００３１】
２．細線加工
以下に示す仕様の連続レーザーを用い、１０ｍｍ幅の上記超電導線材（長さ：２００ｍｍ）の中央部を４ｍｍ幅、両サイドを１ｍｍ幅に切断して、４ｍｍ幅および１ｍｍ幅の細線各２本を得た。なお、細線加工に際しては、切断部の酸化を防ぐためと溶解した材料を吹き飛ばすために、レーザー照射箇所にＡｒガスを吹き付けた。また、この細線加工におけるロス幅は２０μｍであった。
【００３２】
レーザーの波長      １０６４ｎｍ
出力                  ３００Ｗ
エネルギー            ３００Ｊ／ｓ
切断速度                ９０ｍ／ｍｉｎ
【００３３】
（比較例１）
細線加工を、切断速度２ｍ／ｍｉｎのスリッターを用いて行った他は、実施例と同様にして細線を得た。
【００３４】
（比較例２）
細線加工を、以下に示す仕様のパルスレーザーを用いて行った他は、実施例と同様にして細線を得た。
【００３５】
レーザーの波長      １０６４ｎｍ
平均出力                ５０Ｗ
パルス幅              １００ｎｓ
繰り返し周波数          １０ｋＨｚ
切断速度                ５０ｍ／ｈｏｕｒ
【００３６】
３．切断部の観察
顕微鏡を用いて実施例、比較例１、２で得られた細線の切断部を観察した。図２は実施例１および比較例１、比較例２の各々で得られた細線の切断部の顕微鏡写真であり、（ａ）は比較例１、（ｂ）は比較例２、（ｃ）は実施例１である。
【００３７】
図２に示すように、比較例１では、スリッターにより超電導線材を引き裂いて切断しているため、切断箇所が大きく変形している。また、比較例２では、特に右側がスムースに切断されておらず、熱によるとみられる劣化が認められる。これに対して、実施例では、これらの変形や熱による劣化が認められず、スムースに切断されていることが分かる。
【００３８】
４．超電導特性
細線化された各超電導線材について、超電導特性の一例として、７７Ｋ、自己磁場下における臨界電流値Ｉｃを測定した。なお、このとき、細線加工前の幅広の超電導線材についても測定した。
【００３９】
その結果、細線加工前には３００（Ａ／ｃｍ）であったＩｃが、実施例では２９９（Ａ／ｃｍ）となっており、スムースな切断により、Ｉｃの低下が抑制されていることが分かる。これに対して、比較例１では２７０（Ａ／ｃｍ）、比較例２では２９５（Ａ／ｃｍ）となっており、前記した変形や熱による劣化により、Ｉｃが低下していることが分かる。また、実施例と比較例２においてはＩｃ劣化度合いの差は小さいが加工速度においては連続レーザーの方が素早く綺麗に加工できた。
【００４０】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００４１】
３              超電導線材
３１            金属基板
３２            中間層
３３            超電導膜
３４、３６      銀安定化層
３５            銅保護層
【図１】
2012169057.tif 000003
【図２】
2012169057.tif 000004