超伝導ケーブル用基板の製造方法
【課題】基板の電解研磨時間を短縮することで生産性を向上させることができ、さらには、単位面積当たりのクラックの発生を低減させ、且つ水平度に優れている超伝導ケーブル用基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による超伝導ケーブル用基板の製造方法は、ハステロイ（登録商標）（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｃ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延し基板を形成するステップと、圧延された基板を電解研磨液に浸漬して電解研磨するステップと、電解研磨された基板上に超伝導層を蒸着するステップとを含むことを技術的特徴とする。
【解決手段】本発明による超伝導ケーブル用基板の製造方法は、ハステロイ（登録商標）（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｃ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延し基板を形成するステップと、圧延された基板を電解研磨液に浸漬して電解研磨するステップと、電解研磨された基板上に超伝導層を蒸着するステップとを含むことを技術的特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導ケーブル用基板を製造する方法に係り、特に、基板の電解研磨時間を短縮することで生産性を向上させることができる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超伝導ケーブルは、臨界温度以下で電気抵抗がゼロになる特性を持っていて、該ケーブルを介して損失を最小化しながら大電流を流すことができる。この種の超伝導ケーブルを導体として用いると、変圧器、モーター、発電機、限流器といった多くの超伝導電力機器の実用化が可能となる。また、超伝導ケーブルは、超伝導電力貯蔵装置、超伝導送電ケーブル、超伝導リニアモーターカー、超伝導磁気分離装置などの電磁場を応用する各種のエネルギー、交通、環境産業分野に活用され得る。
【０００３】
この種の超伝導ケーブルを製造する方法の例が、下記の特許文献に開示されている。
【０００４】
この種の超伝導ケーブルを製造するに際しては、該超伝導ケーブルをなす基板を製造する工程時間を短縮し、製造工程中における基板の水平度を保持させることが課題となっている。
【特許文献１】米国特許第６,１０３,６６９号
【特許文献２】米国特許第５,８７２,０８０号
【特許文献３】米国特許第５,６６１,１１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、基板の電解研磨時間を短縮することで生産性を向上させ、さらには、単位面積当たりのクラックの発生を低減させ、且つ水平度に優れている超伝導ケーブル用基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的は、ハステロイ（登録商標）Ｃ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延し基板を形成するステップと、圧延された上記基板を電解研磨液に浸漬して電解研磨するステップと、電解研磨された上記基板上に超伝導層を蒸着するステップとを含むことを技術的特徴とする超伝導ケーブル用基板の製造方法により達成される。
【０００７】
本発明の一実施の形態によれば、上記圧延ステップで形成された基板の厚さは、０．０５〜０．１ｍｍであることが好ましい。上記超伝導層の材料としては、ＲｅＢＣＯを用いることができる。
【０００８】
本発明による製造方法は、上記基板と上記超伝導層の間での拡散を防止するために、それらの間に金属のバッファ層を形成するステップをさらに含んでもよい。
【０００９】
また、本発明による製造方法は、上記超伝導層上に該超伝導層を保護するための金属の保護層を形成するステップをさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超伝導ケーブル用基板製造方法によれば、基板の厚さと表面粗さを管理することにより電解研磨の工程時間を短縮することができる。この結果、生産性を向上させることができる。
【００１１】
また、蒸着工程時における水平度の保持が容易となるため、蒸着層の品質を長手方向に沿って一定に保持することができ、好適な機械的特性を保持することができるため、蒸着層へのクラックの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳述する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態による超伝導ケーブル用基板の製造方法を示すフローチャートである。
【００１４】
同図に示すように、本発明による超伝導ケーブル用基板の製造方法は、ハステロイＣ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延して、厚さ（ｔ）０．０５〜０．１ｍｍ、幅（Ｗ）４〜１０ｍｍに圧延して基板を形成するステップ（Ｓ１０）と、圧延された基板を電解研磨液に浸漬して連続電解研磨するステップ（Ｓ２０）と、電解研磨された基板上に超伝導層及び各種の金属層を形成する蒸着ステップ（Ｓ３０〜Ｓ８０）とを含む。なお、これらの製造工程は、基板の移動に従って順次に進められる。
【００１５】
以下、このように構成された本発明による製造方法をより具体的に説明する。
【００１６】
まず、超伝導ケーブルの基板を製造するために、前述したように、ハステロイＣ−２７６またはステンレス鋼（ＳＵＳ）を、表面粗さがＲＭＳ値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延して、０．０５〜０．１ｍｍの厚さと、４〜１０ｍｍの幅を持つ基板を形成する（Ｓ１０）。
【００１７】
次いで、圧延された基板は、次工程としての電解研磨工程（Ｓ２０）を施される。基板は、電解研磨液が貯められた水槽に浸漬された状態で通りながら電解研磨され、このとき、下の表１に表すように、基板を圧延するための圧延ロールの表面粗さが低いほど、以後に進められる基板の電解研磨時間を短縮することができる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
上記表１において、条件１は、ｐＨ４、２０℃の電解研磨液を用いた場合であり、条件２は、ｐＨ２、２０℃の電解研磨液を用いた場合である。
【００２０】
基板を電解研磨液に６０秒以上浸漬した場合、基板表面に塩が生成し、該塩は不純物として作用して超伝導ケーブルの機能を低下させる。このような理由から、できる限り表面粗さ１０ｎｍ以下を有する圧延ロールを採択して、表１に表すように基板の電解研磨液への浸漬時間が６０秒を超えない範囲を有するようにすることが好ましい。ここで、電解研磨液の浸漬時間６０秒と、圧延ロールの表面粗さ１０ｎｍとの相関関係は、数多くの繰り返し実験を通じて得られたものであって、表１に表す表面粗さと電解研磨時間との関係は、上記相関関係の一例である。参考までに、本実施の形態における電解研磨された基板の表面粗さは、ＲＭＳ値にて、５×５μｍ２当たりに１ｎｍである。
【００２１】
一方、基板の厚さは、０．０５〜０．１ｍｍ、すなわち５０〜１００μｍであることが好ましい。これは、下の表２に表すように、基板の厚さが５０μｍより薄い場合は、機械的特性が悪いため、後述する蒸着工程で形成された蒸着層にクラックが生じることがあり、基板の厚さが１００μｍより厚い場合は、基板の流動性が落ちてしまい、蒸着工程中における水平度が悪くなることがあるためである。
【００２２】
【表２】
【００２３】
上記表２において、ｍ当たりのクラック発生数は、光学顕微鏡を用いた目視検査によって測定されたものである。また、表２に表す水平度は、基板が移動する時に基板の両側をガイドする一対のガイドローラーの最上端部をつなぐ仮想の線を水平と見做し、その仮想線から外れる度合いを示したものである。
【００２４】
基板にクラックが発生すると、超伝導の機能が低下され、基板が平坦でなく傾くと、蒸着後における超伝導ケーブルの結晶構造が均一にならず、超伝導の機能が低下するという短所がある。
【００２５】
このような電解研磨工程以降は、後述する各種の金属層の蒸着工程が行われる。
【００２６】
まず、電解研磨された基板上にＹ２Ｏ３を１００Åの厚さにて、またはＡｌ２Ｏ３を５００Åの厚さにて、常温で電子ビームまたはイオンスパッタリングを用いて蒸着する（Ｓ３０）。
【００２７】
そして、ＭｇＯを常温で二軸培養方式で１００Åの厚さにて蒸着（Ｓ４０）した後、ｅｐｉ−ＭｇＯを高温で二軸培養方式で５００〜１５００Åの厚さにて蒸着する（Ｓ５０）。
【００２８】
ＭｇＯ及びｅｐｉ−ＭｇＯの蒸着は、イオンガンを用いた電子ビームまたはイオンスパッタリングによって行われる。
【００２９】
次いで、バッファ層を蒸着し（Ｓ６０）、その上に超伝導層を蒸着する（Ｓ７０）。
【００３０】
バッファ層は、金属基板と超伝導層の間での拡散を防止することにより、格子不整合を低減させる。バッファ層の材料としては、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、ＬａＧａＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＹＡｌＯ３、ＰｒＧａＯ３、ＫＴａＯ３などを用いればよい。超伝導層の材料としては、ＲｅＢＣＯ（Ｒｅ＝Ｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、Ｄｙ）を用いればよい。
【００３１】
最後に、超伝導層上に保護層を蒸着（Ｓ８０）することで基板を完成する。保護層は、超伝導層を外部環境（衝撃、湿気など）から保護するためのものであって、その材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔなどを用いればよい。
【００３２】
以上、本発明の特定の好適な実施例について図示しまた説明した。しかし、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば何人も種々の変形実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の超伝導ケーブル用基板の製造方法は、基板の電解研磨時間を短縮することが可能な製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態による超伝導ケーブル用基板の製造方法を示すフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導ケーブル用基板を製造する方法に係り、特に、基板の電解研磨時間を短縮することで生産性を向上させることができる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超伝導ケーブルは、臨界温度以下で電気抵抗がゼロになる特性を持っていて、該ケーブルを介して損失を最小化しながら大電流を流すことができる。この種の超伝導ケーブルを導体として用いると、変圧器、モーター、発電機、限流器といった多くの超伝導電力機器の実用化が可能となる。また、超伝導ケーブルは、超伝導電力貯蔵装置、超伝導送電ケーブル、超伝導リニアモーターカー、超伝導磁気分離装置などの電磁場を応用する各種のエネルギー、交通、環境産業分野に活用され得る。
【０００３】
この種の超伝導ケーブルを製造する方法の例が、下記の特許文献に開示されている。
【０００４】
この種の超伝導ケーブルを製造するに際しては、該超伝導ケーブルをなす基板を製造する工程時間を短縮し、製造工程中における基板の水平度を保持させることが課題となっている。
【特許文献１】米国特許第６,１０３,６６９号
【特許文献２】米国特許第５,８７２,０８０号
【特許文献３】米国特許第５,６６１,１１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、基板の電解研磨時間を短縮することで生産性を向上させ、さらには、単位面積当たりのクラックの発生を低減させ、且つ水平度に優れている超伝導ケーブル用基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的は、ハステロイ（登録商標）Ｃ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延し基板を形成するステップと、圧延された上記基板を電解研磨液に浸漬して電解研磨するステップと、電解研磨された上記基板上に超伝導層を蒸着するステップとを含むことを技術的特徴とする超伝導ケーブル用基板の製造方法により達成される。
【０００７】
本発明の一実施の形態によれば、上記圧延ステップで形成された基板の厚さは、０．０５〜０．１ｍｍであることが好ましい。上記超伝導層の材料としては、ＲｅＢＣＯを用いることができる。
【０００８】
本発明による製造方法は、上記基板と上記超伝導層の間での拡散を防止するために、それらの間に金属のバッファ層を形成するステップをさらに含んでもよい。
【０００９】
また、本発明による製造方法は、上記超伝導層上に該超伝導層を保護するための金属の保護層を形成するステップをさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超伝導ケーブル用基板製造方法によれば、基板の厚さと表面粗さを管理することにより電解研磨の工程時間を短縮することができる。この結果、生産性を向上させることができる。
【００１１】
また、蒸着工程時における水平度の保持が容易となるため、蒸着層の品質を長手方向に沿って一定に保持することができ、好適な機械的特性を保持することができるため、蒸着層へのクラックの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳述する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態による超伝導ケーブル用基板の製造方法を示すフローチャートである。
【００１４】
同図に示すように、本発明による超伝導ケーブル用基板の製造方法は、ハステロイＣ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延して、厚さ（ｔ）０．０５〜０．１ｍｍ、幅（Ｗ）４〜１０ｍｍに圧延して基板を形成するステップ（Ｓ１０）と、圧延された基板を電解研磨液に浸漬して連続電解研磨するステップ（Ｓ２０）と、電解研磨された基板上に超伝導層及び各種の金属層を形成する蒸着ステップ（Ｓ３０〜Ｓ８０）とを含む。なお、これらの製造工程は、基板の移動に従って順次に進められる。
【００１５】
以下、このように構成された本発明による製造方法をより具体的に説明する。
【００１６】
まず、超伝導ケーブルの基板を製造するために、前述したように、ハステロイＣ−２７６またはステンレス鋼（ＳＵＳ）を、表面粗さがＲＭＳ値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延して、０．０５〜０．１ｍｍの厚さと、４〜１０ｍｍの幅を持つ基板を形成する（Ｓ１０）。
【００１７】
次いで、圧延された基板は、次工程としての電解研磨工程（Ｓ２０）を施される。基板は、電解研磨液が貯められた水槽に浸漬された状態で通りながら電解研磨され、このとき、下の表１に表すように、基板を圧延するための圧延ロールの表面粗さが低いほど、以後に進められる基板の電解研磨時間を短縮することができる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
上記表１において、条件１は、ｐＨ４、２０℃の電解研磨液を用いた場合であり、条件２は、ｐＨ２、２０℃の電解研磨液を用いた場合である。
【００２０】
基板を電解研磨液に６０秒以上浸漬した場合、基板表面に塩が生成し、該塩は不純物として作用して超伝導ケーブルの機能を低下させる。このような理由から、できる限り表面粗さ１０ｎｍ以下を有する圧延ロールを採択して、表１に表すように基板の電解研磨液への浸漬時間が６０秒を超えない範囲を有するようにすることが好ましい。ここで、電解研磨液の浸漬時間６０秒と、圧延ロールの表面粗さ１０ｎｍとの相関関係は、数多くの繰り返し実験を通じて得られたものであって、表１に表す表面粗さと電解研磨時間との関係は、上記相関関係の一例である。参考までに、本実施の形態における電解研磨された基板の表面粗さは、ＲＭＳ値にて、５×５μｍ２当たりに１ｎｍである。
【００２１】
一方、基板の厚さは、０．０５〜０．１ｍｍ、すなわち５０〜１００μｍであることが好ましい。これは、下の表２に表すように、基板の厚さが５０μｍより薄い場合は、機械的特性が悪いため、後述する蒸着工程で形成された蒸着層にクラックが生じることがあり、基板の厚さが１００μｍより厚い場合は、基板の流動性が落ちてしまい、蒸着工程中における水平度が悪くなることがあるためである。
【００２２】
【表２】
【００２３】
上記表２において、ｍ当たりのクラック発生数は、光学顕微鏡を用いた目視検査によって測定されたものである。また、表２に表す水平度は、基板が移動する時に基板の両側をガイドする一対のガイドローラーの最上端部をつなぐ仮想の線を水平と見做し、その仮想線から外れる度合いを示したものである。
【００２４】
基板にクラックが発生すると、超伝導の機能が低下され、基板が平坦でなく傾くと、蒸着後における超伝導ケーブルの結晶構造が均一にならず、超伝導の機能が低下するという短所がある。
【００２５】
このような電解研磨工程以降は、後述する各種の金属層の蒸着工程が行われる。
【００２６】
まず、電解研磨された基板上にＹ２Ｏ３を１００Åの厚さにて、またはＡｌ２Ｏ３を５００Åの厚さにて、常温で電子ビームまたはイオンスパッタリングを用いて蒸着する（Ｓ３０）。
【００２７】
そして、ＭｇＯを常温で二軸培養方式で１００Åの厚さにて蒸着（Ｓ４０）した後、ｅｐｉ−ＭｇＯを高温で二軸培養方式で５００〜１５００Åの厚さにて蒸着する（Ｓ５０）。
【００２８】
ＭｇＯ及びｅｐｉ−ＭｇＯの蒸着は、イオンガンを用いた電子ビームまたはイオンスパッタリングによって行われる。
【００２９】
次いで、バッファ層を蒸着し（Ｓ６０）、その上に超伝導層を蒸着する（Ｓ７０）。
【００３０】
バッファ層は、金属基板と超伝導層の間での拡散を防止することにより、格子不整合を低減させる。バッファ層の材料としては、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、ＬａＧａＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＹＡｌＯ３、ＰｒＧａＯ３、ＫＴａＯ３などを用いればよい。超伝導層の材料としては、ＲｅＢＣＯ（Ｒｅ＝Ｙ、Ｓｍ、Ｈｏ、Ｄｙ）を用いればよい。
【００３１】
最後に、超伝導層上に保護層を蒸着（Ｓ８０）することで基板を完成する。保護層は、超伝導層を外部環境（衝撃、湿気など）から保護するためのものであって、その材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔなどを用いればよい。
【００３２】
以上、本発明の特定の好適な実施例について図示しまた説明した。しかし、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば何人も種々の変形実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の超伝導ケーブル用基板の製造方法は、基板の電解研磨時間を短縮することが可能な製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態による超伝導ケーブル用基板の製造方法を示すフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハステロイ（登録商標）（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｃ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延し基板を形成するステップと、
圧延された前記基板を電解研磨液に浸漬して電解研磨するステップと、
電解研磨された前記基板上に超伝導層を蒸着するステップと、を含むことを特徴とする超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項２】
前記圧延ステップで形成された基板の厚さが、０．０５〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項３】
前記超伝導層が、ＲｅＢＣＯからなることを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項４】
前記基板と前記超伝導層の間での拡散を防止するために、それらの間に金属のバッファ層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項５】
前記超伝導層上に該超伝導層を保護するための金属の保護層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項１】
ハステロイ（登録商標）（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｃ−２７６またはステンレス鋼を、表面粗さがＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）値にて１０ｎｍ以下の圧延ロールで圧延し基板を形成するステップと、
圧延された前記基板を電解研磨液に浸漬して電解研磨するステップと、
電解研磨された前記基板上に超伝導層を蒸着するステップと、を含むことを特徴とする超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項２】
前記圧延ステップで形成された基板の厚さが、０．０５〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項３】
前記超伝導層が、ＲｅＢＣＯからなることを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項４】
前記基板と前記超伝導層の間での拡散を防止するために、それらの間に金属のバッファ層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【請求項５】
前記超伝導層上に該超伝導層を保護するための金属の保護層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の超伝導ケーブル用基板の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−２００８７０（Ｐ２００７−２００８７０Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６２８０（Ｐ２００６−３４６２８０）
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（５０６３３６６０３）エルエス ケーブル リミテッド (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（５０６３３６６０３）エルエス ケーブル リミテッド (9)
【Ｆターム（参考）】
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