JP2013196768A - Method of manufacturing oxide superconducting wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物超電導線材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an oxide superconducting wire.
RE−123系酸化物超電導体(REBa2Cu3Ox:REは希土類元素の内から選択される1種以上の元素)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導体を得ることができる。
The RE-123 oxide superconductor (REBa 2 Cu 3 O x : RE is one or more elements selected from rare earth elements) exhibits superconductivity at a liquid nitrogen temperature and has a low current loss. Is processed into a superconducting wire to produce a superconducting conductor or a superconducting coil for supplying power. As a method for processing this oxide superconductor into a wire, a method of forming an oxide superconducting thin film on a metal base tape via an intermediate layer and forming a stabilization layer on the oxide superconducting thin film Has been implemented.
In addition, since the oxide superconductor crystals have electrical anisotropy, it is necessary to control the crystal orientation when forming the oxide superconducting layer on the base tape. A technique of laminating an oxide superconducting layer on a base tape via an intermediate layer has been implemented. As an example of a technique using this intermediate layer, an ion beam assisted film formation method (IBAD method: Ion Beam Assisted Deposition) is known. By this IBAD method, an intermediate layer exhibiting high biaxial orientation is formed on a base tape. An oxide superconducting conductor having excellent superconducting properties can be obtained by forming an oxide superconducting layer on the intermediate layer.
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導体とした後、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。 In order to obtain the target line width in this kind of oxide superconductor, prepare a base tape of the target line width from the start of production, and then form an intermediate layer and an oxide superconducting layer thereon, A method of forming an oxide superconducting wire by forming a stabilizing layer is employed. Alternatively, a base tape having a certain line width is prepared in advance, an intermediate layer and an oxide superconducting layer are formed thereon, and a stabilization layer is formed to form an oxide superconducting conductor. A method of cutting so as to become is also studied. In addition, considering the ease of manufacturing and the ability to handle various line widths among these manufacturing methods, an oxide superconducting conductor is prepared in advance with a constant line width, and then cut to the target line width. It is considered that the method of using an oxide superconducting wire is advantageous in terms of production efficiency.
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導体を製造する場合、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。
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も提案されている。
The dimensions (width, length, thickness) of oxide superconducting wires are determined according to the purpose of use. Currently, when manufacturing an oxide superconducting conductor with a constant line width, generally 10 An oxide superconducting wire is obtained by producing a superconducting conductor with a width of ˜30 mm and cutting it into a line width according to the purpose of use.
Conventionally, as an example of a method for cutting an oxide superconductor, using a cutter bit having a plurality of sets of two cutting portions, the tape-shaped oxide superconducting conductor is mechanically sandwiched by the cutting edge of the cutting portion of the cutter bit, A method of cutting a plurality of oxide superconducting wires along the width direction of the oxide superconducting conductor has been proposed. (See Patent Document 1)
In addition, a laser beam is irradiated along the length direction of the tape-shaped oxide superconducting conductor, and the oxide superconducting layer is divided by fusing in the width direction, and a plurality of oxide superconducting layers are provided on the substrate. A method of manufacturing an oxide superconducting wire having a structure has also been proposed.
しかし、レーザー光を照射して酸化物超電導導体を切断する方法では、通常、安定化層の上方からレーザービームを照射し、安定化層の下の酸化物超電導層と中間層と基材テープを溶断するが、これら溶断物からドロスが発生する問題がある。これら溶断物から生成したドロスは、切断位置の基材の裏面側にこびりつくように付着し、不定形の異物となるので、基材テープの厚さ方向の寸法精度に影響を及ぼすおそれがある。例えば、基材テープの厚さが100μmの場合、基材テープの裏面側にドロスが厚さ100μm程度、塊として付着することがあった。
酸化物超電導線材は、主要な用途の一例として、巻胴に巻回し超電導コイルを構成するために用いられるので、巻胴に巻回してコイル化する場合、基材テープの裏面側にドロスが付着していると、巻き乱れを生じ易くなる問題がある。
なお、レーザービームによって酸化物超電導導体を溶断する場合、レーザービームの照射位置に不活性ガスを吹き付けてドロスを吹き飛ばしながら溶断する技術も知られているが、この技術によっても基材テープの裏面側に付着しようとするドロスを満足に除去することはできない問題がある。
However, in the method of cutting an oxide superconductor by irradiating a laser beam, the laser beam is usually irradiated from above the stabilizing layer, and the oxide superconducting layer, the intermediate layer, and the base tape under the stabilizing layer are irradiated. Although it melts, there is a problem that dross is generated from these melts. Dross generated from these melts sticks to the back side of the base material at the cutting position and becomes an irregular foreign material, which may affect the dimensional accuracy in the thickness direction of the base tape. For example, when the thickness of the base tape is 100 μm, the dross may adhere to the back side of the base tape as a lump with a thickness of about 100 μm.
As an example of the main application, oxide superconducting wire is used to form a superconducting coil by winding it around a winding drum. Therefore, when it is wound around a winding drum to form a coil, dross adheres to the back side of the base tape. If this is the case, there is a problem that turbulence is likely to occur.
In addition, when the oxide superconductor is melted by a laser beam, a technique of blowing an inert gas to the irradiation position of the laser beam and blowing the dross is also known. There is a problem that the dross that tries to adhere to the surface cannot be removed satisfactorily.
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたものであり、テープ状の酸化物超電導導体をレーザービームにより溶断する場合に基材の裏面側に付着しようとするドロスの量を確実に減らすことができ、基材厚さ方向の寸法精度を高めつつ溶断ができる技術の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and reliably reduces the amount of dross that tends to adhere to the back side of the substrate when the tape-shaped oxide superconducting conductor is melted by a laser beam. An object of the present invention is to provide a technique capable of fusing while improving the dimensional accuracy in the thickness direction of the substrate.
上記課題を解決するため、本発明は、テープ状の基材と、該基材表面の上方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、レーザービームを照射して前記酸化物超電導導体を溶断する位置に沿ってレーザービームよる溶断前に前記基材の裏面側に溝を形成しておき、前記レーザービームによる溶断時に前記溝に沿ってレーザービームによる溶断を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a tape-shaped substrate, an intermediate layer provided above the surface of the substrate, an oxide superconducting layer provided on the intermediate layer, and the oxide superconducting material. A laser beam is irradiated along the length direction of the substrate from the outside on the stabilization layer forming side to the oxide superconducting conductor configured to include the stabilization layer provided on the layer, and the stabilization layer and When manufacturing the oxide superconducting wire by fusing the oxide superconducting layer, the intermediate layer, and the base material into a plurality of the oxide superconducting conductors in the width direction, the oxide superconducting wire is irradiated with a laser beam. A groove is formed on the back surface side of the base material before fusing with a laser beam along a position where the conductor is fusing, and fusing with the laser beam is performed along the groove when fusing with the laser beam. .
レーザービームによって溶断する位置に合わせて基材裏面側に溝を形成したので、安定化層と酸化物超電導層と中間層と基材を合わせて溶断した場合、これらの溶融によって生じるドロスは溝の体積分減少する。このため、溶断に伴い発生するドロス量が少なくなり、基材の裏面側に堆積するドロス量が減少するので、基材裏面側にドロスが付着していない、基材厚さ方向の寸法精度の高い酸化物超電導線材を得ることができる。
また、基材厚さ方向に寸法精度の高い酸化物超電導線材を得ることができるので、酸化物超電導線材を巻胴に巻回してコイル化する場合、巻き乱れの生じ難い超電導コイルを提供できる。
Since the groove was formed on the back side of the substrate in accordance with the position to be melted by the laser beam, when the stabilization layer, the oxide superconducting layer, the intermediate layer, and the substrate were fused together, the dross generated by the melting of the groove Decrease volume. For this reason, the amount of dross generated due to fusing is reduced, and the amount of dross deposited on the back side of the base material is reduced.Therefore, no dross is attached to the back side of the base material. A high oxide superconducting wire can be obtained.
In addition, since an oxide superconducting wire with high dimensional accuracy can be obtained in the thickness direction of the base material, when the oxide superconducting wire is wound around a winding drum to form a coil, it is possible to provide a superconducting coil that hardly causes turbulence.
本発明において、前記溝の溝幅を前記レーザービームのビーム径と同等以上とすることができる。
溝幅をレーザービームのビーム径と同等以上にすることで、溶断に伴い発生するドロス量を確実に少なくできる。
本発明において、前記溝の深さを前記基材の厚さの50%以上、75%以下とすることができる。
溝の深さを前記基材の厚さの50%以上、75%以下とすることで、溶断に伴い発生するドロス量を確実に少なくできる。また、基材強度を必要以上に低下させないので、基材上に中間層と酸化物超電導層と安定化層を形成する場合、基材強度の低下により成膜に支障を生じることがない。
In the present invention, the groove width of the groove can be equal to or greater than the beam diameter of the laser beam.
By making the groove width equal to or greater than the beam diameter of the laser beam, the amount of dross generated due to fusing can be reliably reduced.
In the present invention, the depth of the groove can be 50% or more and 75% or less of the thickness of the substrate.
By setting the depth of the groove to 50% or more and 75% or less of the thickness of the base material, the amount of dross generated due to fusing can be surely reduced. In addition, since the base material strength is not lowered more than necessary, when the intermediate layer, the oxide superconducting layer, and the stabilizing layer are formed on the base material, the base material strength is not lowered, thereby preventing film formation.
本発明において、前記レーザービームを前記安定化層の表面側から照射して酸化物超電導導体を溶断する際、不活性ガスをレーザービームの照射方向に沿って噴射しつつ前記酸化物超電導導体を溶断することができる。
不活性ガスを噴射しつつ溶断することで、基材等を溶断することで発生した溶融物を溝を介して基材裏面から離れる方向に吹き飛ばすことができ、溝の存在と相俟って基材裏面側に付着するドロス量を削減できる。
In the present invention, when irradiating the laser beam from the surface side of the stabilization layer to melt the oxide superconductor, the oxide superconductor is blown while jetting an inert gas along the irradiation direction of the laser beam. can do.
By fusing while injecting an inert gas, the melt generated by fusing the base material etc. can be blown away in a direction away from the back surface of the base material through the groove, coupled with the presence of the groove. The amount of dross attached to the back side of the material can be reduced.
本発明は、テープ状の酸化物超電導導体について、レーザービームによって溶断する位置に合わせて基材裏面側に溝を形成したので、安定化層と酸化物超電導層と中間層と基材を合わせて溶断した場合、これらの溶融によって生じるドロスを溝の体積分減少できる。
このため、溶断に伴い発生するドロス量が少なくなり、基材の裏面側に堆積するドロス量が減少するので、基材裏面側にドロスが付着していない、基材厚さ方向に寸法精度の高い酸化物超電導線材を得ることができる。
In the present invention, the tape-shaped oxide superconducting conductor is formed with a groove on the back side of the substrate in accordance with the position to be melted by the laser beam. Therefore, the stabilization layer, the oxide superconducting layer, the intermediate layer, and the substrate are combined. When melted, dross generated by melting these can reduce the volume of the groove.
For this reason, the amount of dross generated due to fusing is reduced, and the amount of dross deposited on the back side of the base material is reduced.Therefore, no dross is attached to the back side of the base material. A high oxide superconducting wire can be obtained.
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、図2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レーザービームにより切断する状態を説明するための図、図3はレーザービームを発生させる装置で酸化物超電導導体にレーザービームを照射する状態を説明するための図である。
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を後述する如くレーザービーム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導体1よりも幅狭の複数本(図1(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。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing an oxide superconducting wire according to the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are diagrams for explaining a state in which a tape-shaped oxide superconductor is cut by a laser beam based on the method according to the present invention, and FIG. 3 is an apparatus for generating a laser beam. It is a figure for demonstrating the state which irradiates a laser beam.
The oxide superconducting conductor 1 to be cut in the present invention has an
Since this
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3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1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1(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。
In more detail, the
The
The stabilization layer 8 is formed by attaching or plating after obtaining the
As the structure shown in FIG. 4, the
Hereinafter, each element of the
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等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、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の範囲とすることができる。また、基板1としてニッケル合金などに集合組織を導入したNi−W合金のような配向基板を用いてもよい。 The base material 3 (3a) can be used as a base material for a normal superconducting wire, has only to be high strength, is in the form of a tape to make a long cable, and is made of a heat-resistant metal. Is preferred. For example, various high-strength and heat-resistant metal materials such as nickel alloys such as stainless steel and Hastelloy are listed. Among various heat-resistant metals, Hastelloy (trade name, manufactured by Haynes, USA) is suitable for commercial products. What is necessary is just to adjust the thickness of the base material 3 (3a) suitably according to the objective, Usually, it can be set as the range of 10-500 micrometers. Further, an oriented substrate such as a Ni—W alloy in which a texture is introduced into a nickel alloy or the like may be used as the substrate 1.
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の厚さは例えば10〜100nmである。
The
The bed layer 12 has high heat resistance and is intended to reduce interfacial reactivity, and is used to obtain the orientation of a film disposed thereon. Such a bed layer 12 is, for example, a rare earth oxide such as yttria (Y 2 O 3 ), and is represented by a composition formula (α 1 O 2 ) 2x (β 2 O 3 ) (1-x). It can be illustrated. More specifically, Er 2 O 3, CeO 2 , Dy 2
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にすることができる。
The
If the
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。
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)などを例示できる。
The
The oxide superconducting layer 6 (6a) may be a known one, and specifically, is a material made of REBa 2 Cu 3 O y (RE represents a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Er, Gd). The thing can be illustrated. Examples of the
前記酸化物超電導層6の上に積層されている安定化層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、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。安定化層8は100〜300μm程度の厚さに形成できる。
The stabilizing
The second stabilization layer 8 is provided for stabilization of the
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1(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を製造する場合に以下に説明する連続波レーザーのレーザービームを用いて切断する場合について説明する。なお、連続波レーザーを用いるのは本実施形態においてであって、パルスレーザーなど他のレーザービームを用いても差し支えないのは勿論である。
図3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3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。
In this embodiment, before the thick stabilization layer 8 is provided, this is cut from the state of the oxide superconducting conductor 1 shown in FIG. 1A in which the
FIG. 3 shows a schematic configuration of a
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。ビーム径は一例として20μm程度に設定できる。
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。
The
The
A
前記切断装置20を用いて酸化物超電導導体1を複数に切断する前に、予め切断位置に沿ってバイトなどの切削工具を用いて基材3の裏面側に前記レーザー光のビーム径と同等程度の幅の溝3Aを基材3の裏面全長に亘り切断に必要な本数形成する。溝3Aの横断面形状は図1(A)のように矩形状で良いが、他に三角溝や丸溝等でも良く、特に断面形状は問わない。また、溝3Aの深さは、基材3の厚さの50〜75%の範囲が好ましい。溝3Aの深さについて基材3の厚さの75%を超える深さにすると、基材3自体の強度が低下する傾向となるので、中間層5や酸化物超電導層6の成膜時に基材3に必要な強度が不足し、成膜時に断線するおそれがある。また、50%未満の場合、基材3の裏面側に付着するドロス量が増加する懸念がある。また、溝3Aの幅は、レーザービームのビーム径20μmと同程度かそれよりも幅広とすることが好ましいが、溝幅を大きくすることは、溶断幅が大きくなり、1本の超電導導体1から複数本の酸化物超電導線材10を製造する場合に無駄にする部分の割合が大きくことを意味する。通常用いる基材3の幅が10〜30mm程度であることを考慮すると、溶断幅に相当するビーム径は最大でも500μm程度にすることが望ましい。
Before the oxide superconducting conductor 1 is cut into a plurality of pieces using the
次に、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1本目の溝3Aに沿った位置にノズル体28の先端を位置させて連続波レーザーのレーザービームB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において発光装置21からの励起光は、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、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。
レーザービームBに対し、光学装置27を調節して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の表面に照射すると、酸化物超電導導体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を溝3Aに沿ってレーザービームBにより溶断することができる。
Next, as shown in FIG. 1, the tip of the
In the
For the laser beam B, the
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Gが、安定化層7と酸化物超電導層6と中間層5と基材3の溶融物を溝3Aを吹き飛ばして除去する。
ここで、レーザービームBの照射位置の下方には溝3Aが形成されているので、安定化層7と酸化物超電導層6と中間層5と基材3の溶融物は溝3Aに沿って基材3を通過させて下方に吹き飛ばして排出できる。また、前記溶融物が溝3Aの内周面に一部残留することも考えられるが、基材3に予め溝3Aを形成し、基材3の溶融により生じる溶融物を少なくできるので、溝3Aの内周面に残留する溶融物に伴うドロス3Dは図2(b)に示すように溝3Aの内側面3cに付着した微量で済む。このため、基材3の裏面側に回り込んで残留するドロスは殆ど生じないか、生じたとしても微量で済む。
この溶断に当たり、図1、2の例では溝3Aの幅とレーザー溶断幅をほぼ同等とした例を示すので、図2(a)〜(b)に示すように、溶断後の溝3Aはその内側面3cを除去部3Eとして残す形で残留し、内側面3cにドロス3Dが付着し、残留する。
Further, since the laser beam is irradiated from the outside of the
Here, since the
1 and 2 show an example in which the width of the
なお、基材3の裏面側に回り込んで残留するドロスの量をできるだけ少なくするためには、溝3Aの溝幅をレーザービームBのビーム径と同程度か、ビーム径よりある程度大きくすることが望ましい。なお、ビーム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、ビーム径は大きくても500μm程度に設定することが好ましい。なお、溝幅がビーム径より十分に大きい場合の溶断状態については後の例において説明する。
また、溝3Aの深さについては、基材3の厚さに対し、50〜75%の範囲であると、酸化物超電導導体1の剛性が必要以上に低下することを阻止でき、酸化物超電導導体1の製造のために各層を成膜する際の障害にはなり難い。また、溝3Aの深さが上述の範囲であるならば、溶融物の吹き飛ばしと排除に有効であり、溝3Aの内周面に溶融物のドロス3Dが残留したとしてもその残留量は少なく、基材3の裏面側に異物として付着することがない。
一例として、基材3の厚さが100μmの場合、25μm程度の厚さを残しておかないと、中間層5、酸化物超電導層6、安定化層7などの成膜時に基材3として強度不足となるおそれがある。
In order to reduce the amount of dross remaining around the back surface side of the
Moreover, about the depth of the groove |
As an example, when the thickness of the
以上説明のレーザービームによる溶断処理を図1(a)に示す溝3Aに沿って複数回行うことで酸化物超電導導体1をその長さ方向全長に渡り、複数本、図1の例では4本の酸化物超電導線材10に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同時に4分割することができる。
By performing the fusing process with the laser beam described above a plurality of times along the
When the oxide superconducting conductor 1 is long, it takes time to scan the laser beam over its entire length, so four
図5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レーザービームにより切断する状態の他の例を説明するための図である。
図5に示す例において図1に示す例と同等の部分は同一の符号を付して説明は省略する。
図5に示す例において、図1に示す例と異なっているのは、溝3A2の幅が図1に示す溝3Aより若干幅広に形成され、溝幅よりもレーザー溶断の幅が狭い点である。
溝幅よりもレーザー溶断幅が狭い場合、図5(a)に示す状態からレーザー溶断した場合、溝3A2の内側面3c2と内底面3d2の形を残すように溝3A2の一部を除去部3E2として残して溶断される。即ち、図5(b)に示すように溶断時に生成するドロスを内側面3c2と内底面3d2に付着残留させた状態で溝3A2に沿って溶断される。
図5に示すようにレーザー溶断した場合であっても先の実施形態と同等の作用効果を奏する。
FIG. 5 is a diagram for explaining another example of a state in which a tape-shaped oxide superconducting conductor is cut by a laser beam based on the method according to the present invention.
In the example shown in FIG. 5, the same parts as those in the example shown in FIG.
In the example shown in FIG. 5, what differs from the embodiment shown in FIG. 1, the width of the
If laser fusing width is narrower than the groove width, when the laser blown from the state shown in FIG. 5 (a), a part of the
Even when laser cutting is performed as shown in FIG. 5, the same effects as those of the previous embodiment can be obtained.
即ち、溝3A2を設けておき、溝3A2の幅より狭い幅でレーザー溶断し除去部3E2を残して溶断するならば、溶融物の吹き飛ばしと排除に有効であり、溝3A2の内面に溶融物のドロスが残留したとしてもその残留量は少なく、基材3の裏面側に異物として付着することがない効果を奏する。
That is, if the
1…酸化物超電導導体、3、3a…基材、3A…溝、3c、3c2…内側面、3E、3E2…除去部、5、5a…中間層、6、6a…酸化物超電導層、7、7a…安定化層、10…酸化物超電導線、11…拡散防止層、12…ベッド層、15…配向層、16…キャップ層、20…切断装置、21…光源、23…増幅用ファイバー、24…伝送用ファイバー、25…出力部、27…光学装置、28…ノズル体、29…ガス供給源、30…ガス導入部、B…レーザービーム。
1 ... oxide superconductor, 3, 3a ... substrate, 3A ... groove, 3c, 3c 2 ... inner surface, 3E, 3E 2 ... removal unit, 5, 5a ... intermediate layer, 6, 6a ... oxide superconducting layer, 7, 7a: Stabilization layer, 10: Oxide superconducting wire, 11: Diffusion prevention layer, 12 ... Bed layer, 15 ... Orientation layer, 16 ... Cap layer, 20 ... Cutting device, 21 ... Light source, 23 ... Amplifying
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