JPH01191774A - 長尺酸化物系超電導体の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、酸化物系超電導体の製造装置に係わり、詳
しくはテープ状あるいは線状などの長尺体の製造に適用
される製造装置に関する。

「従来の技術」 近年、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度（
Ｔｃ）が極めて高い値を示す酸化物系超電導材料が種々
発見されつつある。

この種の酸化物系超電導材料は、一般式Ａ−Ｂ−Ｃｕ−
０（ただし、ＡはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｅｒ等
の周期律表第１ＩＩａ族元素の１種以上を示し、ＢはＢ
ａ、Ｓｒ等の周期律表第Ｕａ族元素の１種以上を示す）
で示されるものである。

ところで、このような酸化物系超電導材料からなる超電
導体を製造する装置として、近時レーザＰＶＤ法（物理
的蒸着法）を用いた装置が注目されている。

レーザＰＶＤ法は、レーザ光を集光照射して被照射試料
を加熱蒸発させる方法であり、特に炭層ガスレーザ光は
、一般にセラミック材料に吸収されやすいので、大出力
光を集光することにより瞬間的に極めて高い蒸発温度に
到達させることができる。したがって、大きな飛行速度
で蒸発粒子を基材表面に衝突させて、緻密・強固なセラ
ミック膜が高能率に作製でき、よって酸化物系超電導体
の作製に好適に使用し得るものと期待されている。

そして、このようなレーザＰＶＤ法を用いた酸化物系超
電導体の製造装置としては、レーザｐｖＤ処理室を有し
、この処理室内に処理物となる母材を配し、処理室の外
方にレーザ装置を配してこのレーザ装置より、処理室内
に配置された凹面鏡等の集光部材を介してレーザビーム
を集光照射し、母材を蒸発させて基材に蒸着せしめるも
のか一般に知られている。

ところで、酸化物系超電導体としては、種々の形状のも
のが所望され作製されているが、中でもテープ状あるい
は線状などの長尺体は、電力輸送用として、あるいは超
電導コイルの材料としてなど広範囲な用途があるため、
種々の製造法により作製されており、例えば上記レーザ
ＰＶＤ法を用いた装置による作製も試みられている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記レーザＰＶＤ法を用いた装置にあっ
ては、テープ状等の長尺体を作製する場合、長尺体の送
出装置あるいは巻取装置をどこに配置するかという問題
がある。すなわち、レーザ［’ＶＤ装置は、通常処理室
が狭く、よって処理室内に送出装置や巻取装置を配置す
るのは不適当である。

また、処理室を広くし、その中に送出装置あるいは巻取
装置を配置するようにしても、蒸発した母材によって送
出装置や巻取装置、さらには蒸着ｎｔのテープや巻取装
置に巻き取られた製品が汚染されるという新たな問題を
生ずる。

さらに、凹面鏡等の集光部材が処理室内に配置されてい
ることから、蒸発した母材によってこの集光部材が汚染
され、その集光能力が低下して母材へのレーザビームの
照射増が低下し、蒸着能力が低下するといった問題かあ
り、またこの集光部材の汚染により蒸着能力が低下する
ことから、長時間の安定運転が困難であるという問題か
ある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、テープ状等の長尺な酸化物系超電導体
の作製に好適な製造装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 この発明の長尺酸化物系超電導体の製造装置では、レー
ザＰＶＤの処理室に隣接させて長尺体送出室と長尺体巻
取室を配し、該長尺体送出室内に送出装置を、長尺体巻
取室内に巻取装置を各々配し、上記レーザＰＶＤの処理
室と長尺体送出室との境界壁と、レーザＰＶＤの処理室
と長尺体巻取室との境界壁とに、長尺体を通過せしめる
ための通過孔を設け、かつ集光部材をレーザＰＶＤ処理
室外に配したことを上記問題点の解決手段とした。

「作用」 この発明によれば、レーザＰＶＤ処理室に隣接させて長
尺体送出室と長尺体巻取室を配したので、テープ状等の
長尺な基材を連続して処理室内に移送することができる
。また、送出装置および巻取装置を処理室外に配置した
ので、母材の蒸発物による送出装置および巻取装置の汚
染を抑制することができる。さらに、送出室内にて、長
尺基材に面処理を施したり、巻取室内にて蒸着後の基材
に熱処理等の後処理を施すことが可能となる。そしてさ
らに、集光部材を処理室外に配置したので、母材の蒸発
物による該集光部材の汚染を防止することができる。

「実施例」 以下、この発明の製造装置を詳しく説明する。

第１図はこの発明の長尺酸化物系超電導体の製造装置の
一実施例を示す図であって、第１図中符号１は蒸着処理
室である。この蒸着処理室１は、図示しない真空ポンプ
に連結された排気孔２を備えたものであり、上記真空ポ
ンプにより真空引きされて１０−′〜１０−５Ｔｏｒｒ
程度の真空雰囲気に保持されるものである。また、この
蒸着処理室１内には、図示しない母材固定部材に着脱可
能に固定された母材３と、この母材３を予熱するための
予熱ヒーター４と、被処理体およびこれに蒸着した蒸着
物を加熱するための補助ヒータ５が配置されており、さ
らに質量分析計６の測定部６ａが配置されている。

母材３は、酸化物系超電導体あるいはこの酸化物系超電
導体を構成する材料からなるもので、リング状に成形さ
れたものであり、図示しない母材固定部材によって第１
図中矢印方向に適宜な速さで回転するものである。ここ
で、酸化物系超電導体とは、一般式Ａ　−Ｂ　−Ｃ−Ｄ
　（ただし、ＡはＹ、Ｓｃ。

Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈａ。

Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの周期律表第１１ｒａ族元素の
うち１種あるいは２種以上を表し、ＢはＳｒ、Ｂａ、Ｃ
ａ。

Ｂｅ、Ｍｇ、Ｒａの周期律表第Ｕａ族元素のうち１種あ
るいは２種以上を表し、ＣはＣｕ、Ａｇ、Ａｕの周期律
表第１ｂ族元素およびＮｂのうちＣｕあるいはＣｕを含
む２種以上を表し、ＤはＯ、Ｓ　、Ｓ　ｅ、Ｔｅ。

ＰＯ等の周期律表第■ｂ族元素およびＦ、ＣＩ、Ｂｒ。

１、Ａｔ等の周期律表第■ｂ族元素のう“ち０あるいは
Ｏを含む２種以上を表す。）として示されるものである
。また、この酸化物系超電導体の各構成元素の組成は、
例えばＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の場合、Ｙ　：Ｂａ：
Ｃｕ：Ｏ＝　Ｉ　：２　：３　：Ｃ７−δ　）とされ、
δは０≦δ≦５の範囲とされる。また、酸化物系超電導
体を構成する材料とは、上記式中のＡ　、Ｂ　、Ｃの元
素またはこれらの合金、さらに上記Ａ、Ｂ、Ｃの元素ま
たは合金の酸化物などが用いられろ。

予熱ヒータ４は、母材３全体を数百℃に予熱することに
より、レーザビームによる母材３への部分的な集中加熱
によって母材３に熱破壊が生じるのを防止するとともに
、母材３の外周面を均一に蒸発させるためのものである
。

補助ヒータ５は、後述する被処理体の下方に配置されて
これを加熱するもので、被処理体およびこれに蒸着した
蒸着物を加熱することにより、蒸着物を急激に冷やすこ
となく適宜な速度で徐冷せしめる乙のである。

質量分析計６は、スリットと組み合わせた固定イオンコ
レクター電極を使用し、イオンを電気的に検出する、周
知の構成からなる分析計であり、処理時において、レー
ザビームを照射して母材３を蒸発させ、被処理体に蒸着
せしめる際、蒸発成分の組成を検出して蒸着物の組成を
検知するものである。また、この質量分析計６は、その
測定部６ａが後述する被処理体の近傍でかつこの被処理
体や補助ヒータ５に覆われることのないように配置され
たものであり、上記母材３からの蒸発成分を十分捕集可
能に構成されたものである。

蒸着処理室ｌの側方には、レーザ装置７および集光レン
ズ８が配置されている。レーザ装置７は、炭酸ガスレー
ザなどのレーザビームを照射する装置であり、出射した
レーザビームを上記集光レンズ８によって集光し、蒸着
処理室ｌに設けられたＺｎ５ｅなどからなる透明窓９を
介して上述した母材に照射するものである。ここで、こ
のレーザ装置７としては、例えば炭酸ガスレーザとした
場合、出力画〜数千Ｗ程度のものが用いられる。集光レ
ンズ８は、レーザ装置７と蒸着室１の透明窓９との間に
配置されたもので、レーザビームの入射側が凸状で出射
側が凹状のレンズであり、集光して母材３に照射するた
めのものである。また、これらレーザ装置７および集光
レンズ８は、出射するレーザビームの焦点を回転するリ
ング状の母材３のド端部に合わせ、かつ出射方向を母材
３の接線方向とするよう構成配置されたものである。

このような構成のもとに蒸着処理室ｌにおいては、母材
３の蒸発粒子がレーザビームの入射方向に対し直角方向
でありかつ半径方向外方（第１図中下方）に飛散し、被
処理体表面にこの蒸発粒子が衝突せしめられ、緻密・強
固な蒸着膜が形成されるようになっている。

また、この蒸着処理室ｌの両側には、該蒸着処理室に接
して送出室ＩＯおよび巻取室１１が配置されている。こ
れら送出室１０および巻取室！！は、いずれも図示しな
い真空ポンプに連結された排気孔！２．１２を備えたも
のであり、蒸着処理室ｌと同様に真空引きされるもので
ある。また、送出室ＩＯ内には送出装置１３が、巻取室
１１内には巻取装置１４がそれぞれ配置されている。送
出装置１３および巻取装置１４は、いずれもドラム等か
らなるもので、テープ状あるいは線状の長尺体を送り出
しあるいは巻き取るものである。さらに、送出室ｌＯお
よび巻取室ＩＩは、いずれも蒸着処理室ｌとの境界壁に
形成された通過孔！５．１５を介して通じており、これ
によって被処理体となる長尺体は、送出室１０から巻取
室ＩＩに移送される際、蒸着処理室ｌを通過し、かつ上
記補助ヒータ５の上方を通過する。

このような構成の製造装置により、例えばテープ状の超
電導体を作製するには、まず基材となる長尺のテープＴ
を用意し、このテープＴを送出室ＩＯの送出装置１３に
巻回した後、その先端を蒸着処理室ｌを介して他方の巻
取室２の巻取装置１４に係止せしめる。ここで、テープ
Ｔとしては、蒸着時に加わる高熱に耐え得る耐熱材料が
選択され、具体的には銅、銀、アルミニウム等の金属、
あるいはこれらの合金やステンレス鋼などからなるもの
が用いられる。

次に、母材３を所定の位置にセットし、さらに予熱ヒー
ター４に通電して母材３を加熱する。次いで、真空ポン
プにより蒸着処理室！および送出室ＩＯ１巻取室１１を
真空引きし、蒸着処理室ｌを所望する真空雰囲気にする
。

次いで、レーザ装置７を駆動せしめ、レーザビームを集
光レンズ８に照射し、この集光レンズ８により集光して
母材３の下端部にレーザビームを照射し、かつ母材３を
適宜な速度で回転せしめる。

すると母材３は、照射された部分が極めて高い蒸発温度
に到達し、蒸発粒子が大きな飛行速度で飛散し、チー１
Ｔ表面に蒸着する。そしてこの時、質量分析計６を作動
させ、蒸発粒子を捕集しこれの組成を測定することによ
り、テープＴに生成される蒸着膜の組成を検知する。こ
こで、蒸発粒子の組成が所望する組成にならない場合に
は、レーザ装置７による加熱条件を変え、あるいは母材
３を違う組成のものに代えるなどして所望する組成とな
るまで調整する。

その後、母材３からの蒸発粒子が所望する組成となった
ら、送出装置１２および巻取装置！ｌを回転させ、テー
プＴに連続的に蒸着処理を施してその表面に母材３の蒸
発粒子からなる蒸着膜を形成する。またこの時、補助ヒ
ータ５を作動し、被処理体およびこれに蒸着した蒸着物
を加熱することにより、蒸着物を急激に冷やすことなく
適宜な速度で徐冷せしめる。

さらに、後処理としてこの蒸着膜を形成したテープＴに
、母材３の成分に応じて適宜な熱処理を施し、テープＴ
上に酸化物系超電導物質を生成して超電導テープとする
。

なお、母材３として、例えば酸化物系超電導体を構成す
る上記式中のＡ、Ｂ、Ｃの元素金属のうちＡを用いた場
合には、上記処理によりテープＴ上にＡ元素を蒸着した
後、その上にＢ元素お上びＣ元素を適宜な比で蒸着し、
さらにその後、酸素雰囲気中でテープＴを８５０〜９５
０’Ｃで熱処理し、テープＴ上に超電導物質を生成する
。

また、蒸着処理中においても、質量分析計６により連続
的あるいは断続的に蒸着膜の組成を測定し、所望する組
成に維持できるようレーザ装置７の出力などをコントロ
ールするようにしてもよい。

このような構造の超電導体の製造装置にあっては、レー
ザＰＶＤ法による蒸着処理室！に隣接させて送出室ｌＯ
と巻取室１１を配したので、テープ状等の長尺な基材を
連続して処理室内に移送し、その表面に酸化物系超電導
体あるいはその材料などを蒸着することができる。また
、送出装置Ｉ３および巻取装置１４を蒸着処理室ｌ外に
配置したので、母材３の蒸発物による送出装置１３およ
び巻取装置１４、さらには処理前の長尺基材や蒸着処理
後の製品の汚染を抑制することができる。さらに、送出
室ｌθ内にて、長尺基材に前処理を施したり、巻取室ｌ
ｌ内にて蒸着後の基材に熱処理等の後処理を施すことが
可能となり、製造装置としての自由度が高まる。そして
さらに、集光レンズ８を蒸着処理室１外に配したので、
蒸発した母材による集光レンズ８の汚染を防止すること
ができ、よってレーザビームを母材３へ安定して集光照
射することができ、したがって基材に均一な蒸着処理を
施すことができる。

なお、上記実施例においては、送出室１０と巻取室ｌｌ
とをそれぞれ蒸着処理室１の両側に配置したが、他に例
えば、第２図に示すように蒸着処理室！を中心に直角方
向に送出室！０および巻取室１１を配置したり、第３図
に示すように蒸着処理室ｌの同一側に配置してもよく、
その場合には長尺体の移送方向をローラー１６等で適宜
変更して送り出しおよび巻き取りを行う。

また、上記実施例では、その使用例においてテープ状の
基材に蒸着処理する例を示したが、これに限ることなく
、他に例えば線状の６のに処理することもでき、その場
合にはレーザ装置、母材等を２組用意し、これらを適宜
配置して線状基材の両側に蒸発粒子が衝突し蒸着し得る
ように製造装置を構成し、処理を行う。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の長尺酸化物系超電導体
の製造装置は、レーザビームを集光部材によって集光し
、これを処理室内の酸化物系超電導体またはその構成材
料からなる母材に照射し母材の一部を蒸発させてレーザ
ＰＶＤの処理を行う製造装置であり、レーザＰＶＤの処
理室に隣接させて長尺体送出室と長尺体巻取室を配し、
該長尺体送出室内に送出装置を、長尺体巻取室内に巻取
装置を各々配し、上記レーザＰＶＤの処理室と長尺体送
出室との境界壁と、レーザＰＶＤの処理室と長尺体巻取
室との境界壁とに、長尺体を通過せしめろための通過孔
を設け、かつ上記集光部材をレーザＰＶＤの処理室外に
配したものである。

したがってこの発明の製造装置にあっては、テープ状等
の長尺な基材を連続的に処理室内に移送してその表面に
酸化物系超電導体あるいはその材料などを蒸着すること
ができ、また送出装置および巻取装置を処理室外に配置
したので、母材の蒸発物による送出装置および巻取装置
の汚染や、さらには処理前の基材や処理後の製品の汚染
を抑制することができ、さらに送出室内にて、長尺基材
に前処理を施したり、巻取室にて蒸着後の基材に熱処理
等の後処理を施すことができることにより、製造装置と
しての自由度が高まり、種々の用途への応用が可能とな
る。そしてさらに、集光部材を処理室外に配したので、
蒸発した母材による集光部材の汚染を防止することがで
き、よってレーザビームを母材へ安定して集光照射し得
るので基材に均一な蒸着処理を施すことができ、したが
って長時間に亙って安定した運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の長尺酸化物系超電導体の製造装置の
一実施例を示す図であって、製造装置の概略構成図、第
２図および第３図はいずれもこの発明の製造装置の変形
例を示す平面図である。 ■・・・・・・蒸着処理室、３・・・・・・母材、７・
・・・・・レーザ装置、８・・・・・・集光レンズ、ｌ
Ｏ・・・・・・送出室、＋１・・・・・・巻取室、１３
・・・・・・送出装置、１４・・・・・・巻取装置、１
５・・・・・・通過孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　レーザビームを集光部材によって集光し、これを処理
   室内の酸化物系超電導体またはその構成材料からなる母
   材に照射し母材の一部を蒸発させてレーザＰＶＤ処理を
   行う酸化物系超電導体の製造装置であって、 レーザＰＶＤの処理室に隣接させて長尺体送出室と長尺
   体巻取室を配し、該長尺体送出室内に送出装置を、長尺
   体巻取室内に巻取装置を各々配し、上記レーザＰＶＤの
   処理室と長尺体送出室との境界壁と、レーザＰＶＤの処
   理室と長尺体巻取室との境界壁とに、長尺体を通過せし
   めるための通過孔を設け、かつ上記集光部材をレーザＰ
   ＶＤ処理室外に配したことを特徴とする長尺酸化物系超
   電導体の製造装置。