JPH0419921A - テープ状超伝導体の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

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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、特にいわゆるボス）Ｎｂ−３ｎ超
伝導体、例えばＮｂ−Ａｌ、Ｎｂ−Ｇｅ、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げ
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）法も使用できる
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とも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
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−ＧｅＮｂ−ＧａおよびＮｂ−５ｕ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〈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、従来の方法で基質を図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カミ或い
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２
６に向げて線材料を溶融させて超伝導体材料の溶融ビー
Ｆ２８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５０Ｗ〜最高１０
００Ｗの出力をもった市販のＣ○２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ば、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Ｏ．０１２７ｍｍ　（１／２ｍｉ　ｌ）　
〜Ｏ．Ｏ５Ｏ８ｍｍ（２ｒｎｉｌ）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−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、時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Ｏ．０１２
７ｒｎｒｎ〜Ｏ．Ｏ５Ｏ８ｍｍ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１０２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１１
２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１１Ｏ．１１４のそれぞれ
の先端部１０８１１２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１０６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１２００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１１０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１２
６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１１Ｏ．１１４、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Ｕ）。例えば、Ｎｂ−３
ｎの化合物超伝導体の製造においては、第１、の膜１２
６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（Ｓ
ｎ）からなる。超伝導体の性質は、Ｎｂ３Ｓｎ　（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−３ｎ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１０
６上に配置された単一の超伝導膜１３８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拳法にとって重要であるとは
考えられないので１．二次元素（例えばＧａ、Ｇｅ、Ａ
ｌ、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２０２．２０４と協
同する第１および第２の対のローラガイド２０８．２１
０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２０
８．２１０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２
１８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２０６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め急冷
を促進するために、図１および図２の基質と類似す名刀
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２０
４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Ｎｂ３Ａｌ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。 ［００４０１ 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２
２８も示す。プラズマアーク・トーチ２２８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２２８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３０３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３１４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ＤＣアーク電源３
２８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３３Ｏ．３３２が設けられている、そしてローラガイ
ド３３Ｏ．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に示してないカミ図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３０６．３１８
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３０
２．３０４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３１４．３１６
は、第２の元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、、Ｓｎ）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】

テープ状超伝導体の製造装置 レーザ熱源　　　　　　　　　　１４　　超伝導体線テ
ープ基質　　　　　　　　　　１８　　供給ロール冷却
コイル　　　　　　　　　　２２　　ローラガイドスプ
ール　　　　　　　　　　　２６　　超伝導体線の先端
部溶融ビード　　　　　　　　　　３０　　超伝導体膜
基質上面　　　　　　　　　　　３４　　レーザ追跡装
置テープ超伝導体の製造装置 第１のレーザ熱源　　　　　　１０４　　　第２のレー
ザ熱源テープ基質　　　　　　　　　１１０　　第１の
超伝導体線第２の超伝導体線　　　　　　１１８　　冷
却コイル第１のローラガイド　　　　　１２２　　スプ
ール第１の溶融ビード　　　　　　１２６　　第１の膜
第２のローラガイド　　　　　１３０　　　スツール第
２の溶融ビード　　　　　　１３４　　第２の膜フラズ
マアーク・トーチ 単一の超伝導体膜 第１の超伝導体線 テープ基質 第２のローラガイド 第１の線の先端部 溶融ビード 超伝導体膜 プラズマアーク・トーチ テープ状超伝導体の製造装置 第１の対の第１の線 第１の対の第１の線の先端部 第１の対の第２の線 第１の対の第２の線の先端部 第１の溶融ビード テープ基質 第２の対の第１の線 第２の対の第１の線の先端部 第２の対の第２の線 第２の対の第２の線の先端部 第２の溶融ビード 第１の対のローラガイド 第２の対のローラガイド 第１のＤＣアーク電源 第２のＤＣアーク電源 テープ状超伝導体の製造装置 第２の超伝導体線 第１のローラガイド ＤＣアーク電源 第２の線の先端部 テープ基質上面 冷却用ガス配管 テープ基質上面 第１の膜 第２の膜

【書類者】

【図１】 図面

【図２】

【図３】

【図４】

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、
   Ｏ．０１２７〜Ｏ．Ｏ５Ｏ８ｍｍ（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の溶融ビードからの溶融材料が前記第１の
   膜の上面上でぬぐわれて該第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の溶融ビードを形成させる工程； 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も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２
    ６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。