JP2020116513A - Wire processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、線材の処理方法に関する。 The present invention relates to a method for treating a wire rod.
超電導線材は、例えば、金属テープからなる基材上に、結晶配向性の良好な中間層を介して超電導層が形成されている。超電導層の上には、超電導層を保護するために保護層が形成される。保護層の上に金属安定化層が形成される。 In the superconducting wire, for example, a superconducting layer is formed on a base material made of a metal tape via an intermediate layer having a good crystal orientation. A protective layer is formed on the superconducting layer to protect the superconducting layer. A metal stabilizing layer is formed on the protective layer.
超電導線材の特性を高めるには、線材を洗浄して表面を清浄化することが有効であるが、線材に付着した異物はエアー洗浄などの非接触の洗浄方法では除去しにくい。一方、線材表面をブラッシングなどにより洗浄する方法では洗浄効果は高いものの、線材表面が傷つき、超電導線材としての特性に影響が及ぶ可能性がある。
特許文献1には、超電導線材を水に浸漬させた状態で超音波洗浄を行うことが記載されている。超音波洗浄は、線材を傷つけず、洗浄効果も良好である。しかしながら、下地層、中間層、および超電導層は水中で水酸化し、化学組成の変化が生じることがある。そのため、特許文献1に記載の方法では、配向度の均一性が低くなって超電導線材の特性に影響が出る場合があった。
超電導線材をレーザー加工により細線化する場合には、ドロスが超電導線材の表面に付着することがある。ドロスは、線材の外観上の問題、および、線材表面に膜形成する場合の膜の密着性の問題の原因となる可能性がある。
In order to improve the characteristics of the superconducting wire, it is effective to clean the surface by cleaning the wire, but foreign substances attached to the wire are difficult to remove by a non-contact cleaning method such as air cleaning. On the other hand, although the method of cleaning the surface of the wire by brushing or the like has a high cleaning effect, the surface of the wire may be damaged and the characteristics of the superconducting wire may be affected.
When the superconducting wire is thinned by laser processing, dross may adhere to the surface of the superconducting wire. The dross may cause problems in the appearance of the wire and adhesion of the film when the film is formed on the surface of the wire.
本発明の一態様は、線材の特性に影響を及ぼすことなく、高い清浄化効果が得られる線材の処理方法を提供することを課題とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a method for treating a wire rod that can obtain a high cleaning effect without affecting the characteristics of the wire rod.
本発明の一態様は、線材の表面に繊維集合体を接触させつつ、前記線材を前記繊維集合体に対して相対的に移動させる乾式の処理を行う線材の処理方法を提供する。 One aspect of the present invention provides a method for treating a wire rod, which performs a dry process of moving the wire rod relative to the fiber aggregate while bringing the fiber aggregate into contact with the surface of the wire rod.
前記処理にあたっては、前記線材に前記繊維集合体を接触させつつ前記線材を長さ方向に走行させることが好ましい。 In the treatment, it is preferable to run the wire rod in the length direction while bringing the fiber aggregate into contact with the wire rod.
前記処理にあたっては、前記繊維集合体を前記線材に押し当てることが好ましい。 In the treatment, it is preferable to press the fiber assembly against the wire rod.
前記線材は、(i)基材と中間層とが積層された第1構造体、(ii)基材と中間層と超電導層とがこの順に積層された第2構造体、(iii)基材と中間層と酸化物超電導層と第1保護層とがこの順に積層された第3構造体、(iv)基材と中間層と酸化物超電導層と第1保護層とがこの順に積層された積層体の表面に第2保護層が形成された第4構造体、(v)前記第4構造体の表面に安定化層が形成された第5構造体、のうちいずれかであってよい。 The wire includes (i) a first structure in which a base material and an intermediate layer are laminated, (ii) a second structure in which a base material, an intermediate layer, and a superconducting layer are laminated in this order, and (iii) a base material. And a third structure in which an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a first protective layer are laminated in this order, (iv) a base material, an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a first protective layer are laminated in this order. It may be either a fourth structure having a second protective layer formed on the surface of the laminate, or (v) a fifth structure having a stabilizing layer formed on the surface of the fourth structure.
前記線材は、レーザー加工によって細線化された線材であってよい。 The wire may be a wire thinned by laser processing.
前記繊維集合体は、前記線材の幅方向の寸法が前記線材の幅の1.5倍以上であることが好ましい。 In the fiber assembly, the widthwise dimension of the wire is preferably 1.5 times or more the width of the wire.
本発明の一態様によれば、線材の特性に影響を及ぼすことなく、高い清浄化効果が得られる。 According to one aspect of the present invention, a high cleaning effect can be obtained without affecting the characteristics of the wire.
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings.
[線材]
図8は、線材の構造例である超電導線材10を示す概略図である。図8に示すように、超電導線材10は、超電導積層体5と、第2保護層6と、安定化層8とを備えている。超電導線材10は、テープ状に形成されたテープ線材である。
超電導積層体5は、基材1上に中間層2を介して酸化物超電導層3および第1保護層4が形成された構造を有する。詳しくは、超電導積層体5は、基材1の一方の面に、中間層2と酸化物超電導層3と第1保護層4がこの順に積層された構成を有する。
[wire]
FIG. 8 is a schematic view showing a
The
図8において、Y方向は、超電導線材10の厚さ方向であり、基材1、中間層2、酸化物超電導層3、第1保護層4等の各層が積層される方向である。X方向は、超電導線材10の幅方向であり、超電導線材10の長手方向および厚さ方向に直交する方向である。
In FIG. 8, the Y direction is the thickness direction of the
基材1は、テープ状であり、例えば金属で形成されている。基材1を構成する金属の具体例として、ハステロイ(登録商標)に代表されるニッケル合金;ステンレス鋼;ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ni−W合金などが挙げられる。基材1の一方の面(中間層2が形成された面)を第1主面1aという。
The
中間層2は、基材1と酸化物超電導層3との間に設けられる。中間層2は、基材1の第1主面1aに形成される。中間層2は、多層構成でもよく、例えば基材1側から酸化物超電導層3側に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。
The
拡散防止層は、基材1の成分の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層3側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層は、例えば、Si3N4、Al2O3、GZO(Gd2Zr2O7)等から構成される。
拡散防止層の上には、基材1と酸化物超電導層3との界面における反応を低減し、その上に形成される層の配向性を向上するためにベッド層を形成してもよい。ベッド層の材質としては、例えばY2O3、Er2O3、CeO2、Dy2O3、Eu2O3、Ho2O3、La2O3等が挙げられる。
配向層は、その上のキャップ層の結晶配向性を制御するために2軸配向する物質から形成される。配向層の材質としては、例えば、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。配向層はIBAD(Ion-Beam-Assisted Deposition)法で形成することが好ましい。
キャップ層は、上述の配向層の表面に成膜されて、結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなる。キャップ層の材質としては、例えば、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、ZrO2、YSZ、Ho2O3、Nd2O3、LaMnO3等が挙げられる。
The diffusion prevention layer has a function of suppressing a part of components of the
A bed layer may be formed on the diffusion prevention layer to reduce the reaction at the interface between the
The orientation layer is formed of a biaxially oriented material to control the crystal orientation of the cap layer thereon. Examples of the material of the alignment layer include Gd 2 Zr 2 O 7 , MgO, ZrO 2 —Y 2 O 3 (YSZ), SrTiO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , and Examples thereof include metal oxides such as Zr 2 O 3 , Ho 2 O 3 and Nd 2 O 3 . The alignment layer is preferably formed by an IBAD (Ion-Beam-Assisted Deposition) method.
The cap layer is formed on the surface of the above-mentioned orientation layer, and is made of a material in which crystal grains can be self-oriented in the in-plane direction. Examples of the material of the cap layer include CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , ZrO 2 , YSZ, Ho 2 O 3 , Nd 2 O 3 , and LaMnO 3 .
酸化物超電導層3は、酸化物超電導体から構成される。酸化物超電導体としては、特に限定されないが、例えば一般式REBa2Cu3OX(RE123)で表されるRE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体が挙げられる。希土類元素REとしては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luのうちの1種又は2種以上が挙げられる。中でも、Y、Gd、Eu、Smの1種か、又はこれら元素の2種以上の組み合わせが好ましい。一般に、Xは、7−x(酸素欠損量x:約0〜1程度)である。
酸化物超電導層3は、中間層2の主面2a(基材1側とは反対の面)に形成されている。
The oxide
The
第1保護層4は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層3と第1保護層4の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制する等の機能を有する。第1保護層4の材質としては、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、金と銀との合金、その他の銀合金、銅合金、金合金などが挙げられる。第1保護層4は、少なくとも酸化物超電導層3の主面3a(中間層2側とは反対の面)を覆っている。
The first
第1保護層4は、酸化物超電導層3の側面、中間層2の側面、基材1の側面及び裏面から選択される領域の一部または全部を覆ってもよい。第1保護層4は2種以上又は2層以上の金属層から構成されてもよい。
The first
第2保護層6は、銅、銀などからなり、超電導積層体5の外面を一体に覆っている。
超電導積層体5と第2保護層6を併せて超電導積層体7という。
The second
The superconducting
安定化層8は、超電導積層体7の表面の少なくとも一部を覆って形成される。安定化層8は、酸化物超電導層3が常電導状態に転移した時に発生する過電流を転流させるバイパス部としての機能を有する。安定化層8の構成材料としては、銅、銅合金(例えばCu−Zn合金、Cu−Ni合金等)、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。
超電導線材10の一方の面を第1面10aという。第1面10aと反対の面を第2面10bという。
The stabilizing
One surface of the
図8に示す超電導線材10は、例えば次のようにして製造することができる。
基材1の第1主面1aに、中間層2、酸化物超電導層3、および第1保護層4を順次形成することによって超電導積層体5を得る。次いで、超電導積層体5の表面に、スパッタリング法等により第2保護層6を形成して超電導積層体7を得る。次いで、例えばめっき法(例えば電解めっき)により安定化層8を形成する。以上の工程を経て、超電導線材10を得る。
The
The
[線材の処理装置]
次に、実施形態の線材の処理方法を実施可能な処理装置を説明する。
図1は、実施形態の線材の処理方法を実施可能な処理装置100の構成図である。図2および図3は、処理装置100を用いた処理方法の工程図である。図1〜図3は、処理装置100を側方から見た模式図である。
[Wire processing equipment]
Next, a processing apparatus capable of carrying out the wire rod processing method of the embodiment will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of a
図1に示すように、処理装置100は、一対の押圧部材20,20と、一対の繊維集合体30,30とを備える。
押圧部材20,20は、ブロック状に形成され、平坦な押圧面20a,20aを有する。押圧部材20,20は、押圧面20a,20aを向かい合わせて配置される。押圧部材20,20は、互いに接近および離間する方向に移動可能である。押圧面20a,20aは互いに平行である。
As shown in FIG. 1, the
The
繊維集合体30は、平均糸径が5〜15μm程度の繊維が集合して構成されたシート体であり、例えば、織物(織布)、不織物(不織布)、編物、フェルト、マットなどである。繊維集合体30を構成する繊維としては、例えば、合成繊維、天然繊維、無機繊維などが挙げられる。合成繊維は、例えば、ポリエステル、ポリアミド、アラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリウレタン、ポリビニルアルコールなどで構成される。天然繊維は、例えば、植物繊維(綿、麻等)、動物繊維(獣毛、絹等)などである。無機繊維は、例えば、カーボン、ガラスなどで構成される。
繊維集合体30は、可撓性を有することが好ましい。また、繊維集合体30は、再汚染を防ぐために自己発塵、溶出イオン量が極めて微量であることが好ましい。
The
The
繊維集合体30,30は、それぞれ押圧部材20,20の押圧面20a,20aを覆って設けられる。そのため、繊維集合体30,30は向かい合って配置され、超電導線材10を挟み込むことができる。繊維集合体30,30の対向面30a,30aは、それぞれ超電導線材10の第1面10aおよび第2面10bに接する(図5参照)。繊維集合体30,30は、押圧部材20,20によって超電導線材10に押し当てられる。
The
繊維集合体30は、超電導線材10の表面(第1面10aおよび第2面10b)の付着物50を捕捉可能な構造を有する。例えば、繊維集合体30は、繊維どうしの隙間に付着物50を保持できる。
The
繊維集合体30は、超電導線材10の表面に乾式の処理を施すことによって、超電導線材10の表面の付着物50を捕捉することができる。「乾式」とは、液体が処理対象物に触れることがない処理の形式をいう。すなわち、乾式の処理とは、処理対象物である超電導線材10に水、アルコールなどの液体を触れさせずに行う処理をいう。この処理において超電導線材10に触れるのは、固体である繊維集合体30のみである。
The
図7は、処理装置100の断面を示す模式図である。図7は、超電導線材10の長さ方向に直交する断面を示す図である。図7に示すように、繊維集合体30の幅(超電導線材10の幅方向の寸法)W1は、超電導線材10の幅Wの1.5倍以上であることが好ましい。これにより、超電導線材10の幅方向位置にずれが生じた場合でも、超電導線材10が繊維集合体30の当接範囲から外れにくくなる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross section of the
[線材の処理方法]
次に、実施形態の線材の処理方法を説明する。
図4〜図6は、処理装置100を用いた処理方法の工程図である。図4〜図6は、超電導線材10の長さ方向に直交する断面を示す図である。
[Processing method of wire rod]
Next, a method of treating the wire rod according to the embodiment will be described.
4 to 6 are process diagrams of a processing method using the
図1および図4に示すように、超電導線材10の表面(第1面10aおよび第2面10b)には、超電導線材10の製造時などに付着物50が付着することがある。付着物50は、超電導線材10の製造時に生じたパーティクル(微粒子)などである。超電導線材10の長さは、例えば10m以上である。
As shown in FIGS. 1 and 4,
超電導線材10を長さ方向(図1における右方)に走行させる。超電導線材10を走行させるには、例えば、送出しローラ(図示略)から送り出された超電導線材10を巻取りローラ(図示略)によって引取る手法を採用できる。
The
図2および図5に示すように、押圧部材20,20を互いに近づく方向に移動させると、繊維集合体30,30は超電導線材10に向けて移動する。繊維集合体30,30の対向面30a,30aは、それぞれ超電導線材10の表面(第1面10aおよび第2面10b)に接する。
As shown in FIGS. 2 and 5, when the
押圧部材20は、繊維集合体30を超電導線材10に押し当てる(すなわち、繊維集合体30を押圧状態で超電導線材10に当接させる)ことができる。これにより、超電導線材10の表面に対する付着物50の付着力が高い場合でも付着物50の除去が容易となる。
The pressing
繊維集合体30が超電導線材10に接触した状態で超電導線材10が走行することにより、超電導線材10は繊維集合体30に対して摺動する。この処理を「拭取り処理」または単に「処理」という。この処理において、付着物50の少なくとも一部は、繊維集合体30を構成する繊維どうしの空隙に入り込み、繊維集合体30から脱離しにくい状態となる。そのため、繊維集合体30は付着物50を捕捉することができる。従って、繊維集合体30は、超電導線材10の表面の付着物50の少なくとも一部を除去し、超電導線材10の表面を清浄化することができる。繊維集合体30は、例えば、平均粒径0.1μm以上の付着物50(異物)を超電導線材10から除去することができる。この処理は、乾式の処理(超電導線材10に水などの液体を触れさせずに行う処理)である。
The
次いで、図3および図6に示すように、押圧部材20,20を互いに離れる方向に移動させることによって、繊維集合体30,30を超電導線材10から離間させる。付着物50は繊維集合体30に捕捉されているため、超電導線材10の表面は清浄となる。
Next, as shown in FIGS. 3 and 6, by moving the
[実施形態の処理方法により得られる効果]
実施形態の処理方法では、超音波洗浄と異なり、付着物50の除去にあたって水を使用しない。そのため、水の使用による下地層、中間層、および超電導層の化学的な変化を原因として超電導線材10の特性が劣化するのを回避できる。実施形態の処理方法は、水を使用しないため、処理操作が容易であるという利点もある。
[Effects Obtained by Processing Method of Embodiment]
In the treatment method of the embodiment, unlike ultrasonic cleaning, water is not used to remove the
実施形態の処理方法では、繊維集合体30を用いて超電導線材10の付着物50を除去するため、ブラッシングを用いる方法に比べ、超電導線材10に加えられる力を小さくできる。そのため、超電導線材10の損傷が起こりにくい。よって、超電導線材10の損傷を原因とした特性の劣化を抑制できる。
In the treatment method of the embodiment, since the
実施形態の処理方法では、繊維集合体30を超電導線材10に接触させて付着物50を除去するため、エアー洗浄などの非接触の洗浄方法に比べて、付着物50を除去する効果(清浄化効果)の点で優れている。
In the treatment method of the embodiment, since the
実施形態の処理方法によれば、繊維集合体30により超電導線材10の付着物50を除去するため、水を使う超音波洗浄などと異なり、超電導線材10の中間層等の配向度を向上させることができる。そのため、長手方向に均一な特性を有する超電導線材10が得られる。したがって、超電導線材10では、局所的な臨界電流値の低下は起こりにくくなる。よって、超電導線材10の特性を向上させることができる。
実施形態の超電導線材の処理方法によれば、例えば、10m以上の長尺の超電導線材10を清浄化できる。
According to the treatment method of the embodiment, since the
According to the method for treating a superconducting wire of the embodiment, for example, a
実施形態の処理方法によれば、超電導線材10に繊維集合体30を接触させつつ超電導線材10を長さ方向に走行させるため、処理を効率よく行うことができる。
According to the treatment method of the embodiment, the
超電導線材をレーザー加工により細線化する場合には、ドロスが超電導線材の表面に付着することがある。例えば、図9は、基材1と中間層2と酸化物超電導層3と第1保護層4とを有する積層体(超電導線材)の断面図(積層体の長さ方向に直交する断面を示す図)である。図9に示すように、この積層体は、切断箇所11,11において、長さ方向に沿ってレーザー加工により切断することによって細線化することができる。すなわち、積層体を幅方向に複数に分割することによって、元の積層体より幅が狭い複数の積層体を作製することができる。切断加工の際には、ドロスが積層体の表面に付着することがある。ドロスは、線材の外観上の問題、および、線材表面に膜形成する場合の膜の密着性低下の原因となる可能性がある。
細線化された超電導線材は、実施形態の処理方法の対象となり得る。実施形態の処理方法によれば、超電導線材の表面に付着したドロスを除去できるため、超電導線材の外観を良好とすることができる。また、次工程で超電導線材表面に膜形成する場合の膜の密着性を改善することができる。
When the superconducting wire is thinned by laser processing, dross may adhere to the surface of the superconducting wire. For example, FIG. 9 is a cross-sectional view of a laminate (superconducting wire) having a
The thinned superconducting wire can be the target of the processing method of the embodiment. According to the treatment method of the embodiment, the dross attached to the surface of the superconducting wire can be removed, so that the appearance of the superconducting wire can be improved. Further, the adhesion of the film can be improved when the film is formed on the surface of the superconducting wire in the next step.
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
繊維集合体が線材の表面の付着物を捕捉する機構は特に限定されない。例えば、繊維集合体は、線材の付着物を電気的な吸着(静電吸着)により捕捉してもよい。
実施形態の処理方法では、線材を繊維集合体に対して移動させるが、線材は繊維集合体に対して相対的に移動すればよい。そのため、線材と繊維集合体のうちいずれが移動してもよい。
実施形態の処理方法は、線材の製造における一工程であるから、「線材の製造方法」の一実施形態ともいえる。
Although the present invention has been described above based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
The mechanism by which the fiber assembly captures the deposits on the surface of the wire is not particularly limited. For example, the fiber assembly may capture the deposit of the wire material by electrical adsorption (electrostatic adsorption).
In the processing method of the embodiment, the wire rod is moved with respect to the fiber aggregate, but the wire rod may be moved relative to the fiber aggregate. Therefore, either the wire rod or the fiber assembly may move.
Since the treatment method of the embodiment is one step in manufacturing the wire rod, it can be said to be an embodiment of the “wire rod manufacturing method”.
実施形態の処理方法の処理対象としては、図8に示す構造の超電導線材10を挙げたが、処理対象はこれに限定されない。図10〜図13は、処理対象となる線材の構造例を示す概略図である。処理対象は、図10に示すように、基材1と中間層2とが積層された第1構造体(線材10A)であってもよい。処理対象は、図11に示すように、基材1と中間層2と酸化物超電導層3とがこの順に積層された第2構造体(線材10B)であってもよい。処理対象は、図12に示すように、基材1と中間層2と酸化物超電導層3と第1保護層4とがこの順に積層された第3構造体(線材10C)であってもよい。処理対象は、図13に示すように、線材10C(図12参照)の外面に第2保護層6が設けられた第4構造体(線材10D)であってもよい。なお、図8に示す超電導線材10は、第5構造体である。
Although the
1…基材、2…中間層、3…酸化物超電導層(超電導層)、4…第1保護層、6…第2保護層、8…安定化層、10…超電導線材(線材)、10A〜10D…線材、10a…第1面(超電導線材の表面)、10b…第2面(超電導線材の表面)、20…押圧部材、30…繊維集合体、50…付着物、W…超電導線材の幅、W1…繊維集合体の幅。
DESCRIPTION OF
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2019
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