JP2014110104A - Oxide superconductive wire rod, method for producing the same, superconductive coil and superconductive cable - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an oxide superconducting wire, a manufacturing method thereof, a superconducting coil, and a superconducting cable.
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。
RE-123 series superconducting wire REBa 2 Cu 3 O (7-x) (RE123: RE is a rare earth element including Y, Gd, etc.) exhibits superconductivity at liquid nitrogen temperature and has low current loss. A superconducting conductor or a superconducting coil for supplying electric power is manufactured by processing into a superconducting wire. 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, and an intermediate layer exhibiting high biaxial orientation is formed on a base tape by this IBAD method. An oxide superconducting laminate having excellent superconducting characteristics can be obtained by forming an oxide superconducting layer on the intermediate layer.
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。 In order to obtain the target line width in this kind of oxide superconducting laminate, a base tape having the target line width is prepared from the start of production, and an intermediate layer and an oxide superconducting layer are formed 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, a stabilizing layer is formed into an oxide superconducting laminate, and the target line is then formed. Research has also been conducted on a method of cutting to a width. Also, considering the ease of manufacturing and the ability to handle various line widths among these manufacturing methods, an oxide superconducting laminate is prepared in advance with a constant line width, and then cut to the target line width. Thus, 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。 The dimensions (width, length, thickness) of the oxide superconducting wire are determined according to the purpose of use. However, in the present situation, when producing an oxide superconducting laminate with a certain line width, A superconducting conductor is produced with a width of 10 to 30 mm, and an oxide superconducting wire is obtained by cutting into a line width according to the purpose of use. As an example of the cutting method, a cutter tool having a plurality of sets of two cutting parts is used, and the tape-shaped oxide superconducting laminate is mechanically sandwiched between the cutting edges of the cutting part of the cutter tool, and the width of the oxide superconducting laminate is determined. A method of cutting into a plurality of oxide superconducting wires along the direction is known. However, when such a cutting method is adopted, the oxide superconducting laminate has a laminated structure, and therefore, the oxide superconducting layer is inevitably peeled or deformed near the cut surface, which may lead to deterioration of superconducting characteristics. is there.
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。 Therefore, a method of fusing by irradiating a continuous wave laser beam, which is a thermal melting type laser beam, on a tape-shaped oxide superconducting laminate has been proposed (see Patent Document 1). This fusing method irradiates a thermal melting type laser beam from the outside of the stabilization layer of the oxide superconducting laminate and heats the stabilization layer, oxide superconducting layer, intermediate layer, and base material of the oxide superconducting laminate. It is known as a method in which peeling or deformation is unlikely to occur in the oxide superconducting layer, which is sequentially melted and melted by a laser beam.
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。
However, in the fusing method described in
In the process of irradiating the thermal melting type laser beam to melt the oxide
Such skewing becomes more prominent when the fusing is performed using a continuous wave laser beam capable of speeding up the fusing of the thermal melting type laser beam.
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。
If the oxide
This skew can be suppressed to some extent by devising the laser output or the like, but if the laser output is suppressed, the cutting speed becomes low and the productivity is poor.
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。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an oxide superconducting wire that has been melted and melted using a heat-melting type laser beam and that has a small amount of skew. Objective.
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。 The present inventor has found that when the amount of skew is 5 mm or less per 1 m in the length direction, it is possible to wind uniformly and to produce a superconducting coil exhibiting stable performance. . Accordingly, the inventors have found an oxide superconducting wire and a method for manufacturing the same, in which the amount of skewing is 5 mm or less per 1 m in the length direction even when melted by a heat melting type laser beam, and have completed the present invention.
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。
In order to solve the above-mentioned problems, the oxide superconducting wire of the present invention provides a laser beam to the oxide superconducting laminate in which an intermediate layer, an oxide superconducting layer and a stabilizing layer are laminated on a tape-like substrate. An oxide superconducting wire formed by irradiating along the length direction of the oxide superconducting laminate from the outer side of the layer forming side and fusing the oxide superconducting laminate into a plurality of pieces, Is 5 mm or less per 1 m in the length direction.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the oxide superconducting wire which can be wound evenly because the amount of skewing is 5 mm or less per 1 m in the length direction.
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。
The oxide superconducting wire of the present invention is the oxide superconducting wire described above, wherein the oxide superconducting wire is formed by fusing using a continuous wave laser beam as the laser beam.
According to the present invention, since fusing is performed by a continuous wave laser beam, it is possible to provide an oxide superconducting wire that is highly productive and inexpensive.
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。
The superconducting cable of the present invention is characterized by having the oxide superconducting wire.
By producing a superconducting cable using the oxide superconducting wire, the amount of skew of the oxide superconducting wire is small, so the forming accuracy when producing a superconducting cable by spirally winding the oxide superconducting wire is high. Thus, the oxide superconducting wire can be wound at a higher density, and a high-performance superconducting cable can be produced.
In addition, since the superconducting cable has the oxide superconducting wire uniformly wound inside, the superconducting cable has no locality in terms of flexibility and is easy to handle.
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。
The superconducting coil of the present invention is characterized by having the oxide superconducting wire.
Since the superconducting coil produced by winding the oxide superconducting wire has a small skew amount of the oxide superconducting wire, the deviation in the coil height direction (that is, the wire width direction) is small. Therefore, when this superconducting coil is laminated and a cooling plate is disposed between the superconducting coils, the oxide superconducting wire constituting the superconducting coil uniformly contacts the cooling plate, so that the contact area between the superconducting coil and the cooling plate is reduced. Increases cooling efficiency.
In addition, since the winding accuracy at the time of winding the coil is high, the separation between the analysis value and the actual measurement value can be suppressed, and the superconducting coil can exhibit the performance as designed.
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。
The method for producing an oxide superconducting wire according to the present invention comprises a step of laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer and a stabilizing layer on a tape-like substrate to form an oxide superconducting laminate, and the oxide superconducting laminate. Then, a laser beam is irradiated along the length direction of the oxide superconducting laminate from the outside on the stabilization layer forming side to cut the oxide superconducting laminate into a plurality of pieces, thereby forming an oxide superconducting wire. The step of irradiating the oxide superconducting laminate by irradiating the laser beam and expanding the portion that has already been fused to the irradiation path of the laser beam, and applying strain. It is characterized by fusing.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the oxide superconducting wire which can be wound evenly because the amount of skewing is 5 mm or less per 1 m in the length direction. In addition, since fusing is performed by a laser beam, an oxide superconducting wire that is highly productive and inexpensive can be provided.
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。
Moreover, the manufacturing method of the oxide superconducting wire of the present invention is characterized in that the strain is 0.02 to 0.33%.
According to the present invention, by setting the strain to 0.02 to 0.33%, the skew amount of the oxide superconducting wire can be set to 5 mm or less per 1 m in the length direction. In addition, providing the oxide superconducting wire in which the crystal structure of the
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。
Moreover, the manufacturing method of the oxide superconducting wire of the present invention is characterized by fusing using a continuous wave laser beam as the laser beam.
According to the present invention, since fusing is performed by a continuous wave laser beam, it is possible to provide an oxide superconducting wire that is highly productive and inexpensive.
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。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the oxide superconducting wire which can be wound evenly because the amount of skewing is 5 mm or less per 1 m in the length direction. In addition, an oxide superconducting wire whose superconducting properties are not deteriorated can be provided.
Further, in the case of fusing with a continuous wave laser beam, an oxide superconducting wire with high productivity and low cost can be provided.
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。
Hereinafter, an embodiment of an oxide superconducting wire according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
Although the present invention relates to an oxide superconducting wire formed by fusing an oxide superconducting laminate with a laser beam, it is preferable to use a thermal melting type laser beam as the laser beam, which is used in this embodiment. The laser beam to be used is a heat melting type laser beam.
(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。
(Oxide superconducting wire)
The
Since this
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。
More specifically, as shown in FIG. 5, the
The
The second stabilization layer 8 is bonded or plated after the
As the structure shown in FIG. 5, the
Hereinafter, each element of the
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。 The base material 3 (3a) may be any material that can be used as a base material for a normal oxide superconducting wire, and is preferably a long tape having flexibility. The material used for the base material 3 (3a) is preferably a material having high mechanical strength, heat resistance, and a metal that can be easily processed into a wire, such as stainless steel, hastelloy, etc. And various heat-resistant metal materials such as nickel alloys, or materials in which ceramics are arranged on these metal materials. Among them, Hastelloy (trade name, manufactured by Haynes, USA) is preferable as a commercial product. This kind of Hastelloy includes Hastelloy B, C, G, N, W, etc., which have different amounts of components such as molybdenum, chromium, iron, cobalt, etc., and any kind can be used here. Further, as the base material 3 (3a), an oriented Ni—W alloy tape base material in which a texture is introduced into a nickel alloy can also be applied. What is necessary is just to adjust the thickness of the base material 3 (3a) suitably according to the objective, Usually, 10-500 micrometers, Preferably it is 20-200 micrometers.
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。
The
The
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。
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、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。
The
Here, when CeO 2 is used for the
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。
The oxide superconducting layer 6 (6a) has a function of flowing current when in the superconducting state. As the material used for the oxide superconducting layer 6 (6a), a material composed of an oxide superconductor having a generally known composition can be widely applied. For example, RE-123 series superconductor, Bi series superconductor. And copper oxide superconductors. The composition of the RE-123 series superconductor is, for example, REBa 2 Cu 3 O (7-x) (RE represents a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Er, Gd, and x represents oxygen deficiency). mentioned, specifically, Y123 (YBa 2 Cu 3 O (7-x)), Gd123 (
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。
The first stabilization layer 7 (7a) laminated on the oxide superconducting layer 6 (6a) has good conductivity such as Ag and has low contact resistance with the oxide superconducting layer 6 (6a). It is formed as a layer made of a metal material. The thickness of the Ag first stabilizing layer 7 (7a) can be formed to about 1 to 30 μm.
The second stabilization layer 8 is provided for stabilization of the
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。
In the wire composed of the
(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。
(Fusing method)
Below, the schematic structure of the laser
In the present embodiment, a case where the
FIG. 4 shows a schematic configuration of a laser
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。
As an example, the amplifying
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。
The
The
A
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。
Using the laser
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。
In the laser
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。
As an example of the thermal melting type laser beam B applied in the present embodiment, a continuous wave laser beam having a center wavelength of 1080 nm can be used, and the thermal melting type laser beam B is collected outside the tip of the
As an example, the spot diameter of the laser beam irradiation part S is about 20 μm. If the spot diameter of the laser beam irradiation part S is too large, the fusing width of the
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。
When the spot diameter is reduced to about 20 μm by adjusting the
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。
Further, since the thermal melting type laser beam B is irradiated from the outside of the first stabilizing
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。
In performing this fusing, as shown in FIG. 2, the pair of
However, FIG. 2 is a schematic diagram showing an enlarged portion that is a feature for convenience in order to make the characteristics of the fusing method according to the present embodiment easier to understand. Not always.
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。
The guide rolls 40 are individually rotatably installed along the feed direction Y of the
The guide rolls 40 and 40 are arranged at a distance H along the feed direction Y with respect to the laser beam irradiation unit S, and guide the
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。
The pair of guide rolls 40, 40 are arranged apart from each other in the direction perpendicular to the feed direction Y of the oxide superconducting wire 10 (the width direction of the oxide superconducting wire 10). Thereby, the melted
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。
The
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。
The reverse strain (hereinafter referred to as ε) represents a strain in the tensile direction according to the tensile stress at the
Hereinafter, a method for calculating the inverse strain ε will be described with reference to FIG. 3 schematically showing FIG. 2. It is assumed that the
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。
The
Further, two equal angles of an isosceles triangle connecting the arc center and the chord having a chord length x are defined as θ.
このとき、以下の関係式が成り立つ。
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。
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。
In the present specification, the inverse strain ε is calculated using the equation (6).
Further, the distance H along the feed direction Y between the
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。
By the way, as explained based on FIG. 8, when the conventional
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。
As described above, since the
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。
In the present embodiment, the case where one
(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。
(Superconducting cable)
The
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。
By forming the
In addition, since the
(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。
(Superconducting coil)
As an example, a
A pair of donut-shaped pancake coils 91, 91 are laminated coaxially in the thickness direction to constitute a
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。
Since the
Therefore, the
In addition, since the winding accuracy at the time of coil winding is high, the separation between the analysis value and the actual measurement value can be suppressed, and the
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。
The
Here, the superconducting device is not particularly limited as long as it has the
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。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(Sample preparation)
A tape-shaped substrate having a width of 10 mm, a thickness of 0.075 mm, and a length of 30 m made of Hastelloy C276 (trade name of Haynes, USA) is prepared, and the surface roughness Ra is obtained by Al 2 O 3 abrasive grains having an average particle diameter of 2 nm. After polishing to 4-5 nm, it was washed with an organic solvent (ethanol or acetone). Next, a diffusion prevention layer having a thickness of 100 nm made of Al 2 O 3 was formed on the surface of the base material by ion beam sputtering. Further, a 30 nm thick bed layer made of Y 2 O 3 was formed on the diffusion preventing layer by ion beam sputtering. Next, an alignment layer of MgO having a thickness of 5 to 10 nm was formed on the bed layer using the IBAD method. Subsequently, a cap layer of CeO 2 having a thickness of 500 nm was formed on the MgO alignment layer using a pulsed laser deposition method (PLD method). Furthermore, an oxide superconducting layer having a thickness of 2 μm of GdBa 2 Cu 3 O (7-x) was formed on the cap layer by a pulse laser deposition method. Next, an Ag stabilizing base layer having a thickness of 2 μm was formed on the oxide superconducting layer by sputtering, oxygen annealing was performed at 500 ° C. for 10 hours, and the furnace was cooled for 26 hours and then taken out. An oxide superconducting laminate was produced by the above method.
This oxide superconducting wire is commonly used in the following examples and comparative examples.
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。 The above-described oxide superconducting laminate is irradiated with a continuous wave laser beam, which is a thermal melting type laser beam having the output shown in Table 1, at the center in the width direction, and is given in Table 1 at a feed rate of 800 m / h while applying a tension of 9 kgf. The oxide superconducting laminate was melted and cut into two oxide superconducting wires having a width of 5 mm while applying reverse strain of Examples 1 to 12 and comparative examples were prepared. Sample No. The comparative example of 8 does not apply reverse strain.
(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。
(Evaluation method)
Sample No. Table 1 shows the results of measuring the amount of skew per 1 m in the length direction of 1 to 12 oxide superconducting wires.
As defined in JIS H4551, the method of measuring the amount of skew is to cut each sample 1 m, place the sample on a surface plate with both ends grounded, and place the center part (ie 50 mm from the end part). The gap with the surface plate of (part) was measured.
The two values of the amount of skew are the measurement results of the two cut oxide superconducting wires.
Further, the amount of skew is described with the inside skew as positive with respect to the path of the laser beam irradiation part. That is, a negative value indicates that the laser beam is skewed outward with respect to the path of the laser beam irradiation unit.
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。 Moreover, the critical current before and after fusing was measured as an evaluation of the superconducting characteristics. The critical current is determined by a magnetization measuring device (made by THEVA) at 77K. The critical current values before and after fusing were compared, and those with a critical current value decrease of 5% or more were shown in Table 1 with x being less than 5%.
(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。
(Comparison of Examples and Comparative Examples)
Sample No. In the examples of 2 to 7 and 9 to 11, various reverse distortions are applied, but the skew amount is 5 mm or less. In addition, an oxide superconducting wire having no deterioration in superconducting properties could be obtained. In addition, Sample No. with 0.02% reverse strain applied thereto. In Example 9, since the implementation result of 5 mm, which is the boundary value of the skew amount of the present invention, was obtained, by applying a reverse strain of 0.02% or more, the oxidation having the skew amount of 5 mm or less. It is thought that a superconducting wire can be obtained.
On the other hand, Sample No. with reverse strain exceeding 0.33% applied. In the comparative examples 1 and 12, the amount of skew is large (5 mm or more). Sample No. Regarding No. 1, since the superconducting characteristics were deteriorated, it is considered that the crystal structure of the oxide superconducting layer was cracked by the application of reverse strain.
In addition, sample no. In the comparative example of 8, the skew amount is large (5 mm or more).
From these, the superiority of the oxide superconducting wire according to the present invention was confirmed.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Oxide superconducting laminated body, 3, 3a ... Base material, 5, 5a ... Intermediate | middle layer, 6, 6a ... Oxide superconducting layer, 7, 7a ... 1st stabilization layer, 8 ...
Claims (7)
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。 The oxide superconducting laminate in which an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a stabilizing layer are laminated on a tape-like base material is irradiated with a laser beam from the outside of the stabilizing layer forming side to the length of the oxide superconducting laminate. An oxide superconducting wire formed by irradiating along the length direction and vertically cutting the oxide superconducting laminate into a plurality of pieces,
An oxide superconducting wire characterized by having a skew amount of 5 mm or less per 1 m in the length direction.
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。 A step of laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer and a stabilizing layer on a tape-shaped substrate to form an oxide superconducting laminate;
The oxide superconducting laminate is irradiated with a laser beam along the length direction of the oxide superconducting laminate from the outside on the stabilization layer forming side, and the oxide superconducting laminate is cut into a plurality of pieces, and then oxidized. Forming a superconducting wire material,
In the step of fusing the oxide superconducting laminate by irradiating with the laser beam, a portion that has already been fused with respect to the irradiation path of the laser beam is spread outward in the width direction, and is melted by applying strain. A method of manufacturing an oxide superconducting wire.
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