JPH0719489B2 - テープ状超伝導体の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、細長いテープ状の超伝
導体を製造する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ａ−１５型超伝導体、特にいわゆるポス
トＮｂ−Ｓｎ超伝導体、例えばＮｂ−Ａｌ、Ｎｂ−Ｇ
ｅ、Ｎｂ−Ｇａから超伝導磁石を作る技術的および経済
的動機はかなりあるけれども、この新しいクラスの超伝
導体はＮｂ−Ｔｉのようなこれまでに使用された超伝導
化合物で実施されたように細線の束に加工することは困
難であることが立証されている。さらに、Ａ−１５型の
テープ状超伝導体の製造におけるこれまでの試みは短尺
のテープ状超伝導体の製造だけが成功している。かかる
短尺のものを有用な長尺の超伝導体テープに継ぐことは
導体の信頼性と共に重大な問題を引き起す。

【０００３】Ａ−１５型超伝導材料を成形するこれまで
の方法の大部分は、多分プラズマ溶射法と溶融紡糸法で
ある。プラズマ溶射法は、超伝導体材料の連続性および
その超伝導特性を保証するために導体を比較的厚い断面
に成形しなければならないという欠点がある。溶融紡糸
法は、基質上に薄膜を形成させるために溶融して圧力下
で吐出できる材料の量に限界があるという欠点がある。
従って、その方法は超伝導体製品の大量生産には適して
いるとは考えられない。さらに、化学蒸着（ＣＶＤ）法
を使用できるが、この方法は遅くコストがかかると共に
大量生産には適さない。

【０００４】技術的に開示されている他の方法は、超伝
導材料のバルク・テープを成形し、加熱し、溶融および
再凝固した部分がテープ上に化合物超伝導体領域を形成
するようにテープの中心部を溶融する工程を含む。この
方法は、実際に超伝導性材料に転化される量よりも極め
て大量の原材料を要するという少なくも１つの欠点を有
する。技術的に開示されているさらに別の方法は、化合
物超伝導体の元素の１つからなる基質を成形し、その基
質にその化合物の第２の元素の塗料を塗布し、塗工され
た基質を熱処理して金属間化合物を生成し、次に塗工さ
れた基質に電子ビームやレーザビームのような高エネル
ギー密度ビームを照射する必要がある。この方法は超伝
導材料を得るのに多数の工程を要するという欠点があ
る。これらの方法は共に、後の加工のための基質を調整
する工程を含むから、限定された長さの超伝導体の製造
に有用であるに過ぎない。さらに提案されている他の方
法も同じような欠点を有すると共に、Ａ−１５型の化合
物超伝導体を使用した超伝導体を使用した超伝導体製品
の製造のむずかしさを示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、長
尺の超伝導体テープを製造する簡潔な方法を提出するこ
とを主目的としている。

【０００６】本発明の別の目的は、超伝導体磁石用に適
したＡ−１５型化合物超伝導体の超伝導性テープの製造
法を提供することにある。

【０００７】さらに本発明の目的は、不定（無限）の長
さの超伝導性のテープ製品の連続製造法を提供すること
にある。

【０００８】更に本発明の目的は、超伝導体テープ製品
の特にオンラインによる寸法制御及び品質管理によく適
した超伝導体テープ製品の製造法を提供することにあ
る。

【０００９】また、本発明の目的は、大量生産に適した
速度で細長のテープ状超伝導テープを製造する装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記および他の
目的は、化合物超伝導材料で作られた線供給原料の端部
を連続的に溶融することによってその線の先端部にその
材料の溶融ビードを形成させ、その溶融ビードに冷却さ
れたテープ基質又は裏当て材料を送って接触させて、そ
の溶融材料をテープ基質上でぬぐう工程を含む方法で達
成される。線供給原料は、線の端部が溶融されてテープ
基質上でぬぐわれる際に連続的に送られる。そして溶融
超伝導化合物材料の膜がテープ基質上に形成されそして
凝固されて、超伝導性テープ製品を形成する。

【００１１】線の端部に溶融ビードを生成させるのに線
供給原料のレーザ加熱が望ましいけれども、別の方法、
例えばアーク溶接法に類似した方法で一対の線の先端に
アークを発生させる方法も使用できる。

【００１２】本発明の方法は２工程法でも実施すること
ができ、化合物超伝導体の元素の１つからなる第１の膜
を基質の上に作り、その第１の膜の上に第２の元素の膜
を作る。溶着されたそれらの膜の厚さおよび連続性はレ
ーザ追跡システムを使用して監視および制御する。その
テープは次に任意であるが加熱して２の元素の膜間に拡
散反応を誘導して、後続の加熱装置と共にオンライン
で、又は後の時点でのオフラインで超伝導体を製造す
る。

【００１３】本発明による装置は、線の先端部を溶融し
て溶融ビードを生成する手段、長尺のテープ基質を溶融
ビードに関して所定の方向に移送し溶融ビードと接触さ
せて溶融ビードからの溶融材料をテープ基質上でぬぐっ
て超伝導体材料の膜を形成する手段、線をテープ基質方
向へ連続的に供給して溶融させビードからぬぐわれた溶
融材料と取替える手段、およびその膜を冷却して超伝導
材料を凝固させる手段を含む。

【００１３】

【実施例】先ず図１を参照すると、本発明の方法による
テープ状超伝導体の製造装置１０が示されている。技術
的に既知の型式の高出力レーザ熱源１２は、この実施例
の場合、超伝導化合物材料からなる線１４の先端に向け
られるように配置される。本発明の装置及び方法は、Ａ
−１５型超伝導体、例えばＮｂ−Ａｌ、Ｎｂ−Ｇｅ、Ｎ
ｂ−ＧａおよびＮｂ−Ｓｕの場合の使用に特に適するけ
れども、他の超伝導体材料もテープ状超伝導体材料もテ
ープ状超伝導体の製造に使用できる。

【００１４】本発明の方法で潜在的に重要な利点の１つ
は、本法がいずれかの工程において真空室を使用したり
或いは真空に引く必要がなく実施できることである。本
法は制御された空気又は不活性の環境他で実施すること
が好ましく、その環境は他の既知方法が採用している真
空室の使用に比べて操作が簡単であることが期待され
る。

【００１５】銅のような冷却された基質又は裏当て材料
１６は、該基質が装置の縦軸に沿って線１４の先端を越
えて矢印Ａで示した方向に水平かつ軸方向に移動される
とき、超伝導体線１４の先端に極めて接近して通過する
ように配置される。そのテープ基質１６は図１に示した
ように供給ロール１８から巻出されるように従来の方法
で供給される。基質１６の冷却は、従の方法で基質を図
１に模式的に示すように超伝導体線１４が配置される点
の前へ冷却装置又はチルロールに通すことによって行わ
れるが、或いは図１に模式的に示したようにコイル２０
によって下側から冷却される。基質１６は、膜がその上
に溶着するときに基質が溶ける可能性を防ぐためと共に
膜の急冷および急凝固をさせるために冷却される、従っ
て基質を冷却する手段はその溶融材料が溶着する直前お
よび直後に基質を冷却するように設計することが望まし
い。

【００１６】超伝導体線１４は、基質１６の方向へ連続
的に供給され、線１４を支え線の先端の位置を実質的に
一定に保つために、基質１６の上でレーザビームによっ
て照射される線の先端部の上の場所でローラガイド２２
の間を通される。線１４の供給装置は、線を供給するス
プール２４によって模式的に示した消耗電極アーク溶接
法で使用される型式にすることができる。

【００１７】本法のこの望ましい実施態様において、レ
ーザ熱源１２は大きな出力のレーザビームを超伝導体線
１４の先端２６に向けて線材料を溶融させて超伝導体材
料の溶融ビード２８を形成させる。適当なレーザ源は、
工程の速度を含む２、３の要素に依存するが最低約５０
Ｗ〜最高１０００Ｗの出力をもった市販のＣＯ２レーザ
である。基質１６はこの溶融ビード２８と接触するよう
に配置される、そして気質がビードに関して横方向に移
動されるに伴い溶融材料は基質の上をぬぐって基質１６
の上面３２に超伝導体膜３０を形成する。基質と線の移
動速度は、線１４が基質１６の方向へ連続的に供給さ
れ、レーザ熱源によって溶融されて溶融ビードを連続的
に補給し、線の先端に形成されるビードが基質上でぬぐ
われて所定厚さの連続膜を生成するように整合すること
が望ましい。換言すると、本発明の装置および方法にお
いては、溶融ビードを実質的に一定の体積に保つことが
望ましい。溶着膜の厚さは約０．０１２７ｍｍ（１／２
ｍｉｌ）〜０．０５０８ｍｍ（２ｍｉｌ）の範囲が望ま
しいけれども、他の厚さも種々の用途に適することが立
証されている。

【００１８】この実施例において基質１６は冷却される
ので、溶融超伝導材料は一旦レーザ１２によって加熱さ
れる領域を出ると迅速に冷却および凝固される。基質お
よびその上に配置された超伝導体膜からなる最終生成物
は長く、実質的に連続の長さにすることができる。その
長さは理論的にテープ基質出発材料の長さおよび／また
は線供給装置によって連続的に供給できる線供給原料の
長さの上限によってのみ限定される。

【００１９】テープ基質１６の上面３２は、超伝導性膜
の基質への結合を改善する作用を有する基質のぬれ性を
改善するために任意に処理することができる。かかる処
理としては、例えば表面の酸洗浄や、酸化物を表面から
除去する処理又は表面を物理的に荒くする処理がある。

【００２０】本発明の方法は、所望の寸法、特に厚さを
有すると共に所望水準の溶着連続性および性質を有する
テープを得ることにおける自動又は手動式オンライン制
御によく適している。アーク溶接法用に前に開発された
アーク・ビード・レーザ追跡システムに類似の３４で模
式的に示してレーザ追跡システムが、テープ上に溶着し
た超伝導体材料の厚さおよび溶着の連続性を監視および
制御するのに特に適している。溶着膜の厚さ制御におい
て、線の供給速度および基質の移動速度並びに線の溶融
速度を変えることができる。テープ基質の移動速度の増
加は、線の供給速度および線の溶融の減少の場合のよう
に、より薄い超伝導性膜層をもたらす傾向を有する。逆
に言うと、テープ基質の移動速度の減少又は線供給の増
加（レーザはかかる速度で線の先端を完全に溶融させる
のに十分な出力を有すると仮定する）は、超伝導性膜の
得られた厚さを増大させる傾向を有する。

【００２１】前記のように、溶着材料の望ましい厚さは
約０．０１２７ｍｍ〜０．０５０８ｍｍの範囲内にあ
る。従ってレーザ追跡装置３４は、プロセス制御のハー
ドウェアおよび／またはソフトウェアを含むことが望ま
しく、図１に破線で示したように基質供給速度、線供給
速度およびレーザ熱源の出力に関与する種々の構成要素
へ作動時に接続されることが望ましい。なお、これらの
機能を果たすのに他の監視および制御手段も使用するこ
とができる。

【００２２】図２は、前述の方法又はその改変した方法
を行うために使用される装置１００を飯巣。そうでない
ものを除いて、図２に示した構成要素は請求項１に関し
て記載されている類似要素と同一の動作特性を有するこ
とが望ましい。この実施例の装置は、技術的に既知の型
式の第１および第２のレーザ熱源１０２、１０４からな
る。レーザ熱源１０２と１０４はテープ基質１０６の移
動軸方向Ａに関して相互に離れている。第１のレーザ熱
源１０２は、化合物超伝導体を形成せんとする第１の元
素からなる第１の線１１０の先端部１０８に向けるよう
に配置されている。

【００２３】第２のレーザ熱源は、第１のレーザ熱源１
０２の下流に配置される、その下流方向は基質の移動方
向Ａによって決まる。第２のレーザ熱源は化合物超伝導
体を形成せんとする第２の要素からなる第２の線１１４
の先端部１１２へ向けるように配置される。

【００２４】テープ基質又は裏当て材料１０６は図１の
実施例と類似の方法で冷却するのが好ましい、そして基
質が線の先端部を越えて矢印Ａで示したように水平に移
動するとき、第１および第２の超伝導体線１１０、１１
４のそれぞれの先端部１０８、１１２に近接して通過す
るように配置される。図１の実施例のように、基質１０
６は供給ロール１１６又は他の通常の手段から供給され
る、そして基質の冷却は冷却コイル１１８の使用を介し
て行うことができる。

【００２５】第１の線１１０は、基質１０６の上そして
レーザビームによって照射される線の先端部の上の位置
にあるローラガイド１２０の間を通って基質１０６の方
向へ連続的に供給される。ローラガイド１２０は線１１
０を支える共に線先端の位置を実質的に一定の場所に保
つために設けられる。スプール１２２で示した線供給装
置は図１に関して前に説明した従来のアーク溶接法で使
用される型にすることができる。

【００２６】第１のレーザ熱源１０２は高エネルギーの
レーザビームを第１の線１１０の先端部１０８に向けて
線材料を加熱、溶融して、第１の溶融ビード１２４を形
成させる。図１の装置のように、基質１０６は溶融した
ビード１２４と接続するように配置される、そして基質
がビードに関して用方向に移動する際にビードからの溶
融材料は、図１の場合と実質的に同一の方法で、線から
基質１０６の上で連続的にぬぐわれて基質の上面に第１
の膜１２６を形成する。

【００２７】第２の線１１４は、基質１０６および第１
の溶着膜１２６の上および第２のレーザビームによって
照射される線の先端部分の上の場所にあるローラガイド
１２８の間を通って基質１０６方向へ連続的に供給され
る。望ましくは前記のものと同一の線供給装置はスプー
ル１３０で示されている。

【００２８】第２のレーザ熱源１０４は高エネルギーの
レーザビームを第２の線１１４の先端部１１２に向け、
線材料を加熱溶融して、第２の溶融ビード１３２を形成
させる。第２の溶融ビードからの溶融材料は線から第１
の膜１２６の上に連続的にぬぐわれて、第１の膜１２６
の上に溶着された第２の膜層１３４を形成する。

【００２９】本実施例における２本の線１１０、１１
４、従って２つの膜層１２６、１３４は化合物超伝導体
が形成される２つの元素からなることが望ましい。例え
ば、Ｎｂ−Ｓｎの化合物超伝導体の製造においては、第
１の膜１２６を作るために使用される第１の線はニオブ
（Ｎｂ）からなり、第２の膜１３４を形成する第２の線
はスズ（Ｓｎ）からなる。超伝導体の性質は、Ｎｂ３Ｓ
ｎ（Ａ−１５型）相が形成されるように十分な量のスズ
をＮｂの中に拡散させることによって該構造物に得られ
る。図２に関して説明したこの「２工程」法では、特に
第２の膜が溶融状態で完全に冷却されていない第１の膜
上に溶着される場合に、さらに加工をすることなく適当
な水準の拡散を達成することができる。

【００３０】目標の材料で適当なレベルの拡散を得るた
めに、材料は高い方の融点を有する材料の融点の少なく
とも半分の最低温度に保持しなければならないことが一
般に認識されている。上記の実施例で記載されたテープ
超伝導体、すなわち銅裏当て又は基質上のＮｂ−Ｓｎ超
伝導体において、拡散はＮｂの融点（２７００℃）の半
分以下の温度（銅はこの温度で溶融する）で生じなけれ
ばならない。しかしながら、基質上に溶着された第１の
膜１２６の冷却速度を遅くする、およびその温度を少し
長い時間保つことによって十分な量の拡散が得られる。

【００３１】また、第２の膜が溶着される時に生じる拡
散を増大させる必要がある場合には、さらに膜間の反応
は技術的に既知の方のプラズマアーク・トーチ１３６の
ようなさらに別の加熱装置によってオンラインで行うこ
とができる。この例におけるトーチ１３６はテープを約
９００℃（この温度は銅気質の融点より約１５％冷た
い）に加熱するように設計することが望ましい。その温
度およびさらに加熱する時間は、実際に元素の完全拡散
が達成されないとしても、その加熱および拡散によって
得られた基質１０６上に配置された単一の超伝導膜１３
８を示す図２に模式的に示すように、スズのニオブ内へ
の適当な拡散を保証するように選ぶことができる。それ
以上の反応が必要又は望ましい場合には、技術的に既知
の別の方法で行われるように「オフライン」で任意に行
う。

【００３２】上記の方法は他のＡ−１５型化合物超伝導
体又は他の化合物超伝導体の場合にも同様の方法で実施
できうる。同様に、膜を溶着する順序は本法にとって重
要であるとは考えられないので、二次元素（例えばＧ
ａ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ）は第１の膜に溶着し、Ｎｂは第
２の膜として溶着できる。

【００３３】図１に関して記載した「１工程」法の場合
のように、テープ基質１０６上に溶着された膜の厚さお
よび連続性はテープ基質および線の供給速度制御装置と
作動的に接続されるレーザ追跡装置を使用して監視およ
び制御することができる。

【００３４】図３は本発明の方法によってテープ超伝導
体を製造するさらに別の装置２００を模式的に示す。こ
の装置２００は図１および図２に示したものとは異なる
材料の溶融ビード生成手段を用いている。この実施例に
おいては、移動する基質２０６の直上の所定の場所に供
給される第１および第２の超伝導体線２０２と２０４の
それぞれの先端にアークを発生させる。

【００３５】図１および図２に示すように、基質の移動
方向は矢印Ａで示す、基質２０６は図１又は図２で示し
た供給ロールを含む従来の手段によって供給される。同
様に、第１および第２の線２０２、２０４は図１および
図２に示したようなワイヤ・スプールの如き従来の方法
で連続的に供給される。

【００３６】本実施例では、第１および第２の線２０
２、２０４と協同する第１および第２の対のローラガイ
ド２０８、２１０は、線を必要な場所へ供給および案内
するのみならず、通常のＤＣアーク溶接法と類似の方法
で電流を線を介して供給する電極として作用することが
望ましい。通常のＤＣアーク電源２１２はこれら対のロ
ーラガイド２０８、２１０の各々へ接続されて第１およ
び第２の線を流れる電流を提供する。

【００３７】第１および第２の線２０２、２０４は共に
予め決めた同一の場所へ供給される、そしてアークは電
流搬送線の先端部２１４、２１６間に点弧され、それに
よって２本の線の各々の先端から溶融された材料からな
る溶融ビード２１８を形成する。移動する基質２０６は
図１のように配置されて、溶融ビード２１８と接触し、
基質の上面２２０の溶融材料をぬぐって、テープ基質２
０６上に膜２２２を形成し、それは次に急冷されて細長
い超伝導性膜又はテープを形成する。

【００３８】移動する基質２０６は、基質の溶融を防ぎ
溶着膜の急冷を促進するために、図１および図２の基質
と類似する方法で冷却する（冷却手段は図示せず）こと
が望ましい。さらに、図３の装置は前記の方法で形成さ
れた溶融ビード２１８の上側で冷却用ガスを排出する手
段を含む。冷却用ガスは、必要に応じて流量を制御する
ため或いは必要ない場合に冷却用ガスの流れを完全に遮
断するために設けられた１個以上の弁２２６をインライ
ンに備えた模式的に示した従来の配管２２４を通して排
出される。冷却用ガスの流れは工程を改善すると共に、
生成される溶着膜およびテープ超伝導体の性質を改善す
るが、その際冷却用ガスは溶融ビード２１８を下方の基
質の方向へ押し付けると共に溶着膜２２２の冷却を助け
る。

【００３９】第１および第２の線２０２、２０４はそれ
ぞれＡ−１５型又は他の超伝導体組成物である必要な超
伝導体化合物材料製であることが望ましい。また、線供
給原料として化合物超伝導体の第１の元素からなる第１
の線２０２および化合物超伝導体の第２の元素からなる
第２の線２０４を用いることができる。例えば、プロセ
スに第１および第２の線２０２、２０４としてそれぞれ
ニオブ線とアルミニウム線を使用することができる。そ
してその超伝導性化合物相Ｎｂ_３Ａｌは溶融ビード内に
溶けて後で基質２０６上に溶着される機会をもつことに
なる。

【００４０】図３は、溶融ビードが基質上に溶着して膜
２２２を形成する領域の下流に配置されたプラズマアー
ク・トーチ２２８も示す。プラズマアーク・トーチ２２
８は図２におけるように溶着膜を加熱して化合物超伝導
体を構成する元素の拡散を促進するために用いられる。
この膜の余分の加熱は、膜が溶着される時および溶着さ
れた膜２２２が急冷される前に元素の適当な拡散が得ら
れるので全ての場合に必要ではない。また、更に元素の
拡散を必要とする場合には、プラズマアーク・トーチ２
２８によって示される「オンライン」プロセスの代りに
「オフライン」の拡散反応プロセスを行うことができ
る。

【００４１】図４は、本発明の方法に従ってテープ状超
伝導体を製造するさらに別の装置３００を模式的に示
す。この図の装置は、多くの点で図２について説明した
方法と類似する「２工程」膜溶着法の実施に使用され
る。例えば、線供給手段および基質供給手段は先に記載
したものと同一型式であることが望ましい。

【００４２】この実施例において、アークは線先端部３
０３と３０５において連続的に供給される第１及び第２
の線３０２と３０４からなる第１の対の間にとばされ
て、第１の溶融ビード３０６を形成する、そしてそのビ
ードは移動するテープ基質３１０の上面３０８でぬぐわ
れる（薄く広げられる）。第１の膜３１２が形成される
場所の下流で、アークが線先端部３１５と３１７におい
て連続的に供給される第２の対の第１および第２の線３
１４と３１６間にとばされて、第２の溶融ビード３１８
を形成する、そしてそのビードは第１の膜３１２の上面
３２０の上でぬぐわれる。

【００４３】図４の実施例におけるアークをとばす手段
は図３について説明したものに類似することが望まし
い。第１対の第１および第２の線３０２、３０４を基質
３１０の上の所定の位置へ案内すために第１および第２
の対のローラガイド３２４、３２６が設けられている、
そしてそれらのローラガイド３２４、３２６は第１のＤ
Ｃアーク電源３２８へ結合されて、線を介して電流を送
ってアークを発生する電極の作用をする。第２の対の第
１および第２の線３１４、３１６を第１の膜３１２の上
の所定の位置へ案内するために第２の対の第１および第
２のローラガイド３３０、３３２が設けられている、そ
してローラガイド３３０、３３２は第２のＤＣアーク電
源334結合されて、線を介して電流を送ってアークを発
生する電極の作用をする。図４に示してないが、図３に
ついて説明したように、第１および第２の溶融ビード３
０６、３１８の各々へ下向きに吹き付ける冷却用ガスを
放出させることが望ましいことがわかる。

【００４４】この実施例を採用してＡ−１５化の化合物
超伝導体を製造する例において、第１の対の第１および
第２の線３０２、３０４はニオブまたはニオブを含有す
るベース合金からなり、第２の対の第１及び第２の線３
１４、３１６は、第２の元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ）又は第２の元素とニオブの合金からなることが望ま
しい。膜溶着プロセス自体は、化合物超伝導体材料を生
成するために第１および第２の膜における元素を適当に
拡散される。しかしながら、図１〜３について説明した
実施例の場合のように、望ましい又は必要な場合には、
元素をさらに拡散させるためにテープおよび溶着膜の
「オンライン」又は「オフライン」加熱を採用すること
ができる。

【００４５】以上、本発明の詳細な説明は単に説明のた
めであって、本発明の意図および範囲から逸脱すること
なく多くの変化および改良がありうることは当業者には
明白である。従って、本発明の範囲は特許請求項を参照
して決めるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施態様に従ってテープ状超伝
導体を製造する方法の実施に使用される装置の側面図で
ある。

【図２】本発明の方法の別の実施態様の実施に使用され
る装置の側面図である。

【図３】本発明の方法の実施に使用される別の装置の略
図である。

【図４】本発明の方法の実施に使用されるさらに別の装
置の略図である。

【符号の説明】

１０ テープ状超伝導体の製造装置 １２ レーザ熱源 １４ 超伝導体線 １６ テープ基質 １８ 供給ロール ２０ 冷却コイル ２２ ローラガイド ２４ スプール ２６ 超伝導体線の
先端部 ２８ 溶融ビード ３０ 超伝導体膜 ３２ 基質上面 ３４ レーザ追跡装
置 １００ テープ超伝導体の製造装置 １０２ 第１のレーザ熱源 １０４ 第２のレー
ザ熱源 １０６ テープ基質 １１０ 第１の超伝
導体線 １１４ 第２の超伝導体線 １１８ 冷却コイル １２０ 第１のローラガイド １２２ スプール １２４ 第１の溶融ビード １２６ 第１の膜 １２８ 第２のローラガイド １３０ スプール １３２ 第２の溶融ビード １３４ 第２の膜 １３６ フラズマアーク・トーチ １３８ 単一の超伝導体膜 ２００ テープ状超
伝導体の製造装置 ２０２ 第１の超伝導体線 ２０４ 第２の超伝
導体線 ２０６ テープ基質 ２０８ 第１のロー
ラガイド ２１０ 第２のローラガイド ２１２ ＤＣアーク
電源 ２１４ 第１の線の先端部 ２１６ 第２の線の
先端部 ２１８ 溶融ビード ２２０ テープ基質
上面 ２２２ 超伝導体膜 ２２４ 冷却用ガス
配管 ２２８ プラズマアーク・トーチ ３００ テープ状超伝導体の製造装置 ３０２ 第１の対の第１の線 ３０３ 第１の対の第１の線の先端部 ３０４ 第１の対の第２の線 ３０５ 第１の対の第２の線の先端部 ３０６ 第１の溶融ビード ３０８ テープ基質
上面 ３１０ テープ基質 ３１２ 第１の膜 ３１４ 第２の対の第１の線 ３１４ 第２の対の第１の線の先端部 ３１６ 第２の対の第２の線 ３１７ 第２の対の第２の線の先端部 ３１８ 第２の溶融ビード ３２２ 第２の膜 ３２４ 第１の対のローラガイド ３２６ 第２の対のローラガイド ３２８ 第１のＤＣアーク電源 ３３４ 第２のＤＣアーク電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール マーレイ ペニー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 12866 サラトガ スプリングス アールディー １ ルート ９ピー ボックス 362エ ー (56)参考文献 特開 昭52−18195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−74698（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−93606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−93607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−159508（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−159009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−7026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−35416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−4030（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−276829（ＪＰ，Ａ)

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の線をその先端部で溶融して、該先端
   部に第１の溶融ビードを形成する手段； 前記第１の線の先端部に対して所定の方向にテープ基室
   を移送して、該第１の線の先端部に形成された前記第１
   の溶融ビードと接触させると共に該溶融ビードを越えて
   軸方向に移送し、前記第１の溶融ビードからの溶融材料
   が前記テープ基質の上面でぬぐわれて該テープ基質絵に
   第１の膜を形成する構成のテープ基質を移送する手段； 前記第１の線の先端部が前記溶融手段によって逐次溶融
   されて前記基質上でぬぐわれる際に、前記第１の線を実
   質的に連続供給する手段；および 前記基質が前記第１の溶融ビードと接触しそして該溶融
   ビードを越えて移送されるときに、前記基質を冷却する
   手段、からなることを特徴とする化合物超伝導体型のテ
   ープ状超伝導体の製造装置。
2. 【請求項２】前記第１の線が、前記化合物超伝導体を構
   成する元素を含有する材料製である請求項１の装置。
3. 【請求項３】前記溶融手段が、前記第１の線を溶融させ
   るのに十分なレーザ熱源からなる請求項２の装置。
4. 【請求項４】前記冷却手段が、さらに前記基質上に形成
   された前記第１の膜を急冷する手段を含む請求項３の装
   置。
5. 【請求項５】前記移送手段によって送られる前記テープ
   基質が不定の長さを有する請求項１の装置。
6. 【請求項６】前記基質上に形成された前記第１の膜が、
   0.0127〜0.0508mm（１／２〜２ｍｉｌ）の範囲内の所望
   の厚さを有する請求項３の装置。
7. 【請求項７】さらに、前記基質上に溶着された第１の膜
   を監視する手段、および該監視手段に接続されると共に
   前記溶融手段、移送手段および線供給手段の少なくとも
   １つに接続されて溶着された前記膜の厚さを制御する手
   段からなる請求項６の装置。
8. 【請求項８】前記監視手段がレーザ追跡装置からなる請
   求項７の装置。
9. 【請求項９】前記第１の線が本質的に２つの元素の化合
   物超伝導体の第１の元素からなり、前記装置がさらに、 第２の線をその先端部で溶融して、該先端部に第２の溶
   融ビードを形成させる手段であって、前記移送手段が前
   記基質および前記第１の膜を前記第２の線の先端部に形
   成された前記第２の溶融ビードと接触させかつ該第２の
   溶融ビードを通り越して移送させるように構成、配列さ
   れ、前記第２の溶融ビードからな溶融材料が前記第１の
   膜の上面上をぬぐわれて該第１の膜の上面に第２の膜を
   形成させる構成の前記第２の線を溶融する手段； 前記第２の線の先端部が前記溶融手段によって逐次溶融
   されて、前記第１の膜上てぬぐわれる際に、該第２の線
   を実質的に連続供給する手段；および 前記基質が前記第２の溶融ビードを越えて移送されると
   きに、前記基質を冷却する手段からなる、請求項１の装
   置。
10. 【請求項１０】さらに、前記基質が移送される際に前記
    第１および第２の膜間の元素の拡散を誘導するのに十分
    な温度および時間で前記基質上で溶着された前記第１お
    よび第２の膜を加熱する手段からなる請求項９の装置。
11. 【請求項１１】前記溶融手段がさらに、第１の対の線を
    形成する第１の線と第２の線の先端部間にアークを発生
    させて該先端に前記第１の溶融ビードを形成させる手
    段；および 前記第１の溶融ビードが、前記テープ基質上で逐次ぬぐ
    われる際に、前記第１の対の線の中の前記第２の線を実
    質的に連続供給する手段からなる請求項１の装置。
12. 【請求項１２】前記アークを発生させる手段が、前記第
    １の対の線の第１および第２の線へ接続されたＤＣ電源
    である請求項１１の装置。
13. 【請求項１３】さらに、第２の対の線の第１および第２
    の線の先端部間にアークを発生させて該先端部に第２の
    溶融ビードを形成させる手段であって、前記移送手段が
    前記基質および前記第１の膜を前記第２の対の線の前記
    先端部に形成された前記第２の溶融ビードと接触させか
    つ該第２の溶融ビードを通り越して軸方向に移送させる
    ように構成、配列され、前記第２の溶融ビードからの溶
    融材料が前期第１の膜の上面上ぬぐわれて該第１の膜の
    上面に第２の膜を形成させる構成の前記アークを発生さ
    せる手段； 前記第２の溶融ビードが前記第１の膜上で逐次ぬぐわれ
    る際に、前記第２の対の線の第１および第２の線を実質
    的に連続供給する手段；および 前記基質が前記第２の溶融ビードを越えて移送されると
    きに、該基質を冷却する手段、からなる請求項２の装
    置。
14. 【請求項１４】前記第１の対の線の第１および第２の線
    が２つの元素の化合物超伝導体の中の第１の元素からな
    り、前記第２の対の線の第１および第２の線が前記２つ
    の元素の化合物超伝導体の中の第２の元素からなる請求
    項１３の装置。
15. 【請求項１５】冷却用ガスを前記第１の溶融ビードの上
    側へ供給する手段をさらに含む請求項１２の装置。
16. 【請求項１６】冷却用ガスを前記第１の溶融ビードの上
    側および前記第２の溶融ビードの上側へ供給する手段を
    さらに含む請求項１３の装置。
17. 【請求項１７】超伝導性化合物の元素からなる線を実質
    的に連続法でテープ基質の方向へ供給する工程； 前記線の先端部を溶融させて該先端部に溶融ビードを形
    成させる工程； 前記テープ基質を所定の一を超えて軸方向に移送させ
    て、該基質を前記溶融ビードと接触させ、該テープ基質
    を前記溶融ビードに対して所定の軸方向にさらに移送さ
    せることによって、前記溶融ビードからの溶融材料を前
    記テープ基質上でぬぐって該テープ基質上に膜を形成さ
    せる工程；および 前記膜を冷却して該膜を超伝導性化合物に凝固させる工
    程からなることを特徴とする化合物超伝導体型のテープ
    状超伝導体の製造方法。
18. 【請求項１８】化合物超伝導体の少なくとも第１の元素
    からなる第１の線を実質的に連続法でテープ基質の方向
    に供給する工程； 前記第１の線の先端部を溶融して該先端部に第１の溶融
    ビード形成させる工程； 前記テープ基質を所定の一を越えて軸方向に移送させ
    て、該基質を前記第１の溶融ビードと接触させ、該テー
    プ基質を前記第１の溶融ビードに対して所定の軸方向に
    さらに移送させることによって、前記溶融ビードからの
    溶融材料を前記基質上でぬぐって該テープ基質上に第１
    の膜を形成させる工程； 前記化合物超伝導体の少なくとも第２の元素からなる第
    ２の線を実質的に連続法で前記テープ基質および該テー
    プ基質上に溶着された前記第１の膜の方向に供給する工
    程； 前記第２の線の先端部を溶融して該先端部に第２の溶融
    ビードを形成させる工程； 前記テープ基質を所定の位置を越えて軸方向に移送させ
    て、前記第１の膜を前記第２の溶融ビードと接触させ、
    前記テープ基質を前記第２の溶融ビードに対して所定の
    軸方向にさらに移送させることによって、前記第２の溶
    融ビードからの溶融材料を前記テープ基質上で先にぬぐ
    われた前記第１の膜上でぬぐう工程；および 前記第１および第２の膜を冷却して前記膜を凝固させる
    工程からなることを特徴とする化合物超伝導体型のテー
    プ状超伝導体の製造方法。
19. 【請求項１９】前記溶融ビードが前記先端部をレーザで
    溶融させることよって形成される請求項１７の方法。
20. 【請求項２０】前記第１および第２の溶融ビードが前記
    第１および第２の線の先端部をレーザで溶融させること
    によって形成される請求項１８の方法。
21. 【請求項２１】さらに、前記テープ基質上の膜を該膜中
    の元素の拡散を誘導するのに十分な温度および時間で加
    熱する工程からなる請求項１９の方法。
22. 【請求項２２】さらに、前記テープ基質上に溶着された
    前記第１および第２の膜を該第１および第２の膜間で元
    素の拡散を誘導させるのに十分な温度および時間で加熱
    する工程からなる請求項２０の方法。
23. 【請求項２３】さらに、前記テープ基質上でぬぐわれた
    前記膜の厚さおよび連続性を監視する工程；および 前記厚さおよび連続性を所定の限度内に保つために、前
    記膜の厚さおよび連続性の監視に基づいて少なくとも１
    つのプロセス・パラメーターを選択的に制御する工程か
    らなる請求項２１の方法。
24. 【請求項２４】さらに、前記テープ基質上でぬぐわれた
    前記膜の厚さおよび連続性を監視する工程；および 前記厚さおよび連続性を所定の限度内に保つために、前
    記膜の厚さおよび連続性の監視に基づいて少なくとも１
    つのプロセス・パラメーターを選択的に制御する工程か
    らなる請求項２２の方法。
25. 【請求項２５】少なくとも１の線から化合物超伝導体材
    料の第１の溶融ビードを所定の位置に形成させる工程； テープ基質を前記所定の位置を越えて軸方向に移送して
    該所定位置に配置された前記第１の溶融ビードと接触さ
    せることによって、前記第１の溶融ビードからの溶融材
    料を前記テープ基質上でぬぐって該テープ基質上に第１
    の膜を形成させる工程； 前記溶融材料が前記テープ基質によって前記第１の溶融
    ビードから除去される際に、前記少なくとも１つの線を
    実質的に連続式に前記所定の位置へ供給して該少なくと
    も１つの線の先端部を実質的に同一速度で溶融させて、
    前記第１の溶融ビードを実質的に一定の体積に保つ工
    程；および 前記第１の膜を冷却して前記化合物超伝導体を形成させ
    る工程からなることを特徴とする化合物超伝導型のテー
    プ状超伝導体の製造方法。
26. 【請求項２６】さらに、前記少なくとも１つの線と第２
    の線からなる第１の対の線を前記所定の位置に供給する
    工程；および 前記少なくと１つの線の先端部と前記第２の線の先端部
    間にアークをとばし該アークを維持させ、前記先端部を
    溶融させて前記第１の溶融ビードを形成させる工程から
    なる請求項２５の方法。
27. 【請求項２７】第１の対の線の各々の先端部間にアーク
    をとばし、かつ、該アークを維持することによって、該
    第１の対の線から化合物超伝導体材料の少なくとも第１
    の元素からなる第１の溶融ビードを第１の所定の位置に
    形成させる工程； テープ基質を軸方向前記所定の位置を越えて移送し、前
    記第１の所定位置に配置された第１の溶融ビードと接触
    させることによって、前記第１の溶融ビードからの溶融
    材料を前記テープ基材上でぬぐって該テープ基材上に第
    １の膜を形成させる工程； 前記溶融材料が前記テープ基質によって前記第１の溶融
    ビードから除去される際に、前記少なくとも１つの線を
    実質的に連続式に前記所定の位置へ供給して前記第１の
    対の線の先端部を実質的に同一速度で溶融させて、前記
    第１の溶融ビードを実質的に一定の体積に保つ工程； 第２の対の線の各々の先端部間にアークをとばしかつ該
    アークを維持することによって、該第２の対の線から前
    記第１の元素以外の前記化合物超伝導体材料の元素から
    なる第２の溶融ビードを第２の所定位置に形成させる工
    程； 前記テープ基質を軸方向前記第２の所定位置を越えて移
    送して前記第２の溶融ビードと接触させることによっ
    て、該第２の溶融ビードからの溶融材料を前記テープ基
    質上に形成された前記第１の膜上でぬぐって前記テープ
    基質上に第２の膜を形成させる工程； 溶融材料が前記テープ基質によって前記第２の溶融ビー
    ドから除去される際に、前記第２の対の線を実質的に連
    続式に前記第２の所定の位置に供給して前記第２の対の
    線の先端部を実質的に一定の速度で溶融させて、前記第
    ２の溶融ビードを実質的に一定の体積に保つ工程；およ
    び 前記第１の膜および前記第２の膜を冷却して該膜を凝固
    させる工程からなることを特徴とする化合物超伝導体型
    のテープ状超伝導体の製造方法。
28. 【請求項２８】さらに、前記超伝導体材料間で拡散を誘
    導させるのに十分な温度および時間で前記テープ基質上
    の前記第１の膜を加熱する工程からなる請求項２６の方
    法。
29. 【請求項２９】さらに、前記第１の膜と前記第２の膜間
    に拡散を誘導させるのに十分な温度および時間で前記テ
    ープ基質上の前記第２の膜上の前記第１の膜を加熱する
    工程からなる請求項２７の方法。
30. 【請求項３０】さらに、前記テープ基質上に溶着された
    前記第１の膜の厚さをレーザ追跡源を使用して監視する
    工程；および 前記第１の膜の監視から得た情報に基づいて前記第１の
    膜の厚さを制御する工程からなる請求項２６の方法。
31. 【請求項３１】さらに、前記第１および第２の膜の各々
    の厚さをレーザ追跡源を使用して監視する工程；および 前記第１および第２の膜の監視から得た情報に基づいて
    前記第１および第２の膜の各々の厚さを制御する工程か
    らなる請求項２７の方法。
32. 【請求項３２】前記テープ基質が不定の長さを有する請
    求項２５の方法。
33. 【請求項３３】前記テープ基質が不定の長さを有する請
    求項２７の方法。
34. 【請求項３４】前記テープ基質が銅製である請求項３２
    の方法。
35. 【請求項３５】前記テープ基質が銅製である請求項３３
    の方法。
36. 【請求項３６】さらに、前記第１の溶融ビードの上側に
    下向きの冷却用ガスを提供する工程からなる請求項２５
    の方法。
37. 【請求項３７】さらに、前記第１および第２の溶融ビー
    ドの各々の上側に下向きの冷却用ガスを提供する工程か
    らなる請求項２７の方法。
38. 【請求項３８】前記化合物超伝導体がＡ−１５型である
    請求項２５の方法。
39. 【請求項３９】前記化合物超伝導体がＡ−１５型である
    請求項２７の方法。