JP2008503056A - ケーブルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

ケーブル、およびケーブルのための方法。ケーブルの実施形態が、たとえば、架空送電線として有用である。

Description

一般に、複合体（金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）を含む）が知られている。複合体は、典型的には、繊維、微粒子、ウイスカー、または繊維（たとえば、短繊維または長繊維）で強化されたマトリックスを含む。金属マトリックス複合体の例としては、アルミニウムマトリックス複合ワイヤ（たとえば、アルミニウムマトリックスに埋込まれた炭化ケイ素繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、または多結晶アルファアルミナ繊維）、チタンマトリックス複合テープ（たとえば、チタンマトリックスに埋込まれた炭化ケイ素繊維）、および銅マトリックス複合テープ（たとえば、銅マトリックスに埋込まれた炭化ケイ素繊維またはホウ素繊維）が挙げられる。ポリマーマトリックス複合体の例としては、エポキシ樹脂マトリック内の炭素繊維または黒鉛繊維、ポリエステル樹脂内のガラス繊維またはアラミド繊維、ならびにエポキシ樹脂内の炭素繊維およびガラス繊維が挙げられる。

複合ワイヤ（たとえば、金属マトリックス複合ワイヤ）の１つの使用は、裸架空送電ケーブル内の強化部材としての使用である。ケーブルに対する１つの典型的な必要は、既存の伝送インフラストラクチャの電力伝達容量を増加させる必要によって駆り立てられる。

架空送電用途のためのケーブルの望ましい性能要件としては、耐腐食性、環境耐久性（たとえば、ＵＶおよび湿気）、高温における強度の損失に対する耐性、耐クリープ性、ならびに比較的高い弾性率、低密度、低熱膨張係数、高導電性、および高強度が挙げられる。アルミニウムマトリックス複合ワイヤを含む架空送電ケーブルが知られているが、いくつかの用途の場合、たとえば、より望ましい弛み特性が引続き望まれる。

一態様において、本発明は、
熱膨張係数を有し、かつ、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つを含む長手方向のコアと、合せてコアの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する複数のワイヤであって、複数のワイヤが、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウム合金ワイヤ、または銅合金ワイヤの少なくとも１つを含み、複数のワイヤが、コアの周りに撚り合される、複数のワイヤとを含むケーブルであって、長手方向のコアが金属マトリックス複合ワイヤを含む場合、コアが、別個に、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つを含む（すなわち、金属マトリックス複合ワイヤの一部でない）という条件で、ケーブルが２０ＭＰａ以下（いくつかの実施形態において、１９ＭＰａ、１８ＭＰａ、１７ＭＰａ、１６ＭＰＡ、１５Ｐａ、１４ＭＰａ、１３ＭＰａ、１２ＭＰａ、１１ＭＰａ、１０ＭＰａ、９ＭＰａ、８ＭＰａ、７ＭＰａ、６ＭＰａ、５ＭＰａ、４ＭＰａ、３ＭＰａ、２ＭＰａ、１ＭＰａ以下、またはさらには０ＭＰａ以下；いくつかの実施形態において、０ＭＰａから２０ＭＰａ、０ＭＰａから１５ＭＰａ、０ＭＰａから１０ＭＰａ、または０ＭＰａから５ＭＰａの範囲内）の応力パラメータを有する、ケーブルを提供する。いくつかの実施形態において、複数のワイヤは、少なくとも９０ＭＰａ、またはさらには少なくとも１００ＭＰａの引張破断強度を有する（ＡＳＴＭ Ｂ５５７／Ｂ５５７Ｍ（１９９９））に従って計算された。

いくつかの実施形態において、コアが、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つの繊維（典型的には連続繊維）を含む。いくつかの実施形態において、コアは、繊維とマトリックス材料（たとえば、金属および／またはポリマー材料）とを含む複合体を含む。

別の態様において、本発明は、本発明によるケーブルを製造する方法であって、
複数のワイヤを長手方向のコアの周りに撚り合せて、予備的な撚り合されたケーブルを提供する工程であって、複数のワイヤが、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウム合金ワイヤ、または銅合金ワイヤの少なくとも１つを含み、コアが、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つを含む工程と、
予備的な撚り合されたケーブルを閉じダイにかけて、ケーブルを提供する工程であって、閉じダイが内径を有し、ケーブルが外径を有し、ダイ内径がケーブル外径の１．００から１．０２倍の範囲内である工程とを含む方法を提供する。

ここで使用されるように、次の用語を、ここで特に明記しない限り、示されているように定義する。

「セラミック」は、ガラス、結晶セラミック、ガラス−セラミック、およびそれらの組合せを意味する。

「連続繊維」は、平均繊維直径と比較されると比較的無限である長さを有する繊維を意味する。典型的には、これは、繊維が、少なくとも１×１０⁵（いくつかの実施形態において、少なくとも１×１０⁶、またはさらには少なくとも１×１０⁷）のアスペクト比（すなわち、繊維の長さと繊維の平均直径との比）を有することを意味する。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。

「形状記憶合金」は、マルテンサイト変態を経る金属合金を指し、金属合金は、変態温度より低い温度双晶化機構によって変形可能であり、そのような変形は、変態温度より高い温度に加熱すると双晶構造が元の相に戻るときに可逆性である。

本発明によるケーブルは、たとえば送電ケーブルとして有用である。典型的には、本発明によるケーブルは、向上された弛み特性（すなわち、低減された弛み）を示す。

本発明は、ケーブル、およびケーブルを製造する方法に関する。本発明による例示的なケーブル１０の断面図が、図１に示されている。ケーブル１０は、コア１２と、撚り合された丸いワイヤ１４の２つの層とを含み、コア１２は、ワイヤ１６（示されているように、複合ワイヤ）を含む。

本発明による別の例示的なケーブル２０の断面図が、図２に示されている。ケーブル２０は、コア２２と、撚り合されたワイヤ２４の３つの層とを含み、コア２２は、ワイヤ２６（示されているように、複合ワイヤ）を含む。

本発明による別の例示的なケーブル３０の断面図が、図３に示されている。ケーブル３０は、コア３２と、撚り合された台形ワイヤ３４とを含み、コア３２は、ワイヤ３６（示されているように、複合ワイヤ）を含む。

本発明による別の例示的なケーブル４０の断面図が、図４に示されている。ケーブル４０は、コア４２と、撚り合されたワイヤ４４とを含む。

いくつかの実施形態において、コアは、少なくとも、約−７５℃から約４５０℃の温度範囲にわたって、約５．５ｐｐｍ／℃から約７．５ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。

コアを構成する材料の例としては、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、および／または形状記憶合金が挙げられる。いくつかの実施形態において、材料は繊維（典型的には連続繊維）の形態である。いくつかの実施形態において、アラミドを含むコアは、少なくとも、約２０℃から約２００℃の温度範囲にわたって、約−６ｐｐｍ／℃から約０ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、セラミックを含むコアは、少なくとも、約２０℃から約６００℃の温度範囲にわたって、約３ｐｐｍ／℃から約１２ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、ホウ素を含むコアは、少なくとも、約２０℃から約６００℃の温度範囲にわたって、約４ｐｐｍ／℃から約６ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）を含むコアは、少なくとも、約２０℃から約６００℃の温度範囲にわたって、約−６ｐｐｍ／℃から約０ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、黒鉛を含むコアは、少なくとも、約２０℃から約６００℃の温度範囲にわたって、約−２ｐｐｍ／℃から約２ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、炭素を含むコアは、少なくとも、約２０℃から約６００℃の温度範囲にわたって、約−２ｐｐｍ／℃から約２ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、チタンを含むコアは、少なくとも、約２０℃から約８００℃の温度範囲にわたって、約１０ｐｐｍ／℃から約２０ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、タングステンを含むコアは、少なくとも、約２０℃から約１０００℃の温度範囲にわたって、約８ｐｐｍ／℃から約１８ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、形状記憶合金を含むコアは、少なくとも、約２０℃から約１０００℃の温度範囲にわたって、約８ｐｐｍ／℃から約２５ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、ガラスを含むコアは、少なくとも、約２０℃から約６００℃の温度範囲にわたって、約４ｐｐｍ／℃から約１０ｐｐｍ／℃の範囲内の長手方向の熱膨張係数を有する。

コアの繊維の例としては、アラミド繊維、セラミック繊維、ホウ素繊維、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、チタン繊維、タングステン繊維、および／または形状記憶合金繊維が挙げられる。

例示的なホウ素繊維が、たとえば、マサチューセッツ州ローウェルのテキストロン・スペシャルティ・ファイバーズ・インコーポレイテッド（Ｔｅｘｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｆｉｂｅｒｓ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｌｏｗｅｌｌ， ＭＡ）から市販されている。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続ホウ素繊維は、約８０マイクロメートルから約２００マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。より典型的には、平均繊維直径は、１５０マイクロメートル以下、最も典型的には、９５マイクロメートルから１４５マイクロメートルの範囲内である。いくつかの実施形態において、ホウ素繊維は、少なくとも３ＧＰａ、およびまたはさらには少なくとも３．５ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、ホウ素繊維は、約３５０ＧＰａから約４５０ＧＰａの範囲内、またはさらには約３５０ＧＰａから約４００ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

いくつかの実施形態において、セラミック繊維は、少なくとも１．５ＧＰａ、２ＧＰａ、３ＧＰａ、４ＧＰａ、５ＧＰａ、６ＧＰａ、およびまたはさらには少なくとも６．５ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、セラミック繊維は、１４０ＧＰａから約５００ＧＰａの範囲内、またはさらには１４０ＧＰａから約４５０ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

例示的な炭素繊維が、たとえば、ジョージア州アルファレッタのアモコ・ケミカルズ（Ａｍｏｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ｏｆ Ａｌｐｈａｒｅｔｔａ， ＧＡ）によって、商品名「ソーネル・カーボン（ＴＨＯＲＮＥＬ ＣＡＲＢＯＮ）」で、２０００、４０００、５，０００、および１２，０００の繊維のトウで、コネチカット州スタンフォードのヘクセル・コーポレーション（Ｈｅｘｃｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｍｆｏｒｄ， ＣＴ）、カリフォルニア州サクラメントのグラフィル・インコーポレイテッド（Ｇｒａｆｉｌ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｓａｃｒａｍｅｎｔｏ， ＣＡ）（三菱レイヨン（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｒａｙｏｎ Ｃｏ．）の子会社）から、商品名「パイロフィル（ＰＹＲＯＦＩＬ）」で、日本、東京の東レ（Ｔｏｒａｙ）、商品名「トレカ（ＴＯＲＡＹＣＡ）」で、東邦レーヨン株式会社（Ｔｏｈｏ Ｒａｙｏｎ ｏｆ Ｊａｐａｎ， Ｌｔｄ．）、商品名「ベスファイト（ＢＥＳＦＩＧＨＴ）」で、ミズーリ州セントルイスのゾルテック・コーポレーション（Ｚｏｌｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， ＭＯ）、商品名「パネックス（ＰＡＮＥＸ）」および「パイロン（ＰＹＲＯＮ）」で、ならびにニュージャージー州ワイコフのインコ・スペシャル・プロダクツ（Ｉｎｃｏ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｗｙｃｋｏｆｆ， ＮＪ）（ニッケルコーティング炭素繊維）、商品名「１２Ｋ２０」および「１２Ｋ５０」で、販売されている。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続炭素繊維は、約４マイクロメートルから約１２マイクロメートル、約４．５マイクロメートルから約１２マイクロメートル、またはさらには約５マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、炭素繊維は、少なくとも１．４ＧＰａ、少なくとも２．１ＧＰａ、少なくとも３．５ＧＰａ、またはさらには少なくとも５．５ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、炭素繊維は、１５０ＧＰａを超えて４５０ＧＰａ以下、またはさらには４００ＧＰａ以下のモジュラスを有する。

例示的な黒鉛繊維が、たとえば、ジョージア州アルファレッタのＢＰアモコ（ＢＰ Ａｍｏｃｏ ｏｆ Ａｌｐｈａｒｅｔｔａ， ＧＡ）によって、商品名「Ｔ−３００」で、１０００、３０００、および６０００の繊維のトウで、販売されている。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続黒鉛繊維は、約４マイクロメートルから約１２マイクロメートル、約４．５マイクロメートルから約１２マイクロメートル、またはさらには約５マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、黒鉛繊維は、１．５ＧＰａ、２ＧＰａ、３ＧＰａ、またはさらには少なくとも４ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、黒鉛繊維は、約２００ＧＰａから約１２００ＧＰａ、またはさらには約２００ＧＰａから約１０００ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

例示的なチタン繊維が、たとえば、ネバダ州ヘンダーソンのタイメット（ＴＩＭＥＴ， Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ， ＮＶ）から入手可能である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続チタン繊維は、５０マイクロメートルから約２５０マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、チタン繊維は、少なくとも０．７ＧＰａ、１ＧＰａ、１．５ＧＰａ、２ＧＰａ、またはさらには少なくとも２．１ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、セラミック繊維は、約８５ＧＰａから約１００ＧＰａ、またはさらには約８５から約９５ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

例示的なタングステン繊維が、たとえば、カリフォルニア州グローバービーチのカリフォルニア・ファイン・ワイヤ・カンパニー（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｆｉｎｅ Ｗｉｒｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｇｒｏｖｅｒ Ｂｅａｃｈ， ＣＡ）から入手可能である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続タングステン繊維は、約１００マイクロメートルから約５００マイクロメートル約１５０マイクロメートルから約５００マイクロメートル、またはさらには約２００マイクロメートルから約４００マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、タングステン繊維は、少なくとも０．７ＧＰａ、１ＧＰａ、１．５ＧＰａ、２ＧＰａ、またはさらには少なくとも２．３ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、タングステン繊維は、４００ＧＰａを超えて約４２０ＧＰａ以下、またはさらには４１５ＧＰａ以下のモジュラスを有する。

例示的な形状記憶合金繊維が、たとえば、ペンシルバニア州ウェストホワイトランドのジョンソン・マッセイ（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ， Ｗｅｓｔ Ｗｈｉｔｅｌａｎｄ， ＰＡ）から入手可能である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続形状記憶合金繊維は、約５０マイクロメートルから約４００マイクロメートル、約５０から約３５０マイクロメートル、またはさらには約１００マイクロメートルから３００マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、形状記憶合金繊維は、少なくとも０．５ＧＰａ、およびまたはさらには少なくとも１ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、形状記憶合金繊維は、約２０ＧＰａから約１００ＧＰａ、またはさらには約２０ＧＰＡから約９０ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

例示的なアラミド繊維が、たとえば、デラウェア州ウィルミントンのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＤＥ）から、商品名「ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）」で入手可能である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続アラミド繊維は、約１０マイクロメートルから約１５マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、アラミド繊維は、少なくとも２．５ＧＰａ、３ＧＰａ、３．５ＧＰａ、４ＧＰａ、またはさらには少なくとも４．５ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、アラミド繊維は、約８０ＧＰａから約２００ＧＰａ、またはさらには約８０ＧＰａから約１８０ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

例示的なポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維が、たとえば、日本、大阪の東洋紡（Ｔｏｙｏｂｏ Ｃｏ．）から、商品名「ザイロン（ＺＹＬＯＮ）」で入手可能である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維は、約８マイクロメートルから約１５マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維は、少なくとも３ＧＰａ、４ＧＰａ、５ＧＰａ、６ＧＰａ、またはさらには少なくとも７ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維は、約１５０ＧＰａから約３００ＧＰａ、またはさらには約１５０ＧＰａから約２７５ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

セラミック繊維の例としては、金属酸化物（たとえば、アルミナ）繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、およびこれらの繊維のいずれかの組合せが挙げられる。典型的には、セラミック酸化物繊維は、結晶セラミック、および／または結晶セラミックおよびガラスの混合物（すなわち、繊維が、結晶セラミック相およびガラス相の両方を含有することができる）である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続セラミック繊維は、約５マイクロメートルから約５０マイクロメートル、約５マイクロメートルから約２５マイクロメートル、約８マイクロメートルから約２５マイクロメートル、またはさらには約８マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、結晶セラミック繊維は、少なくとも１．４ＧＰａ、少なくとも１．７ＧＰａ、少なくとも２．１ＧＰａ、およびまたはさらには少なくとも２．８ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、結晶セラミック繊維は、７０ＧＰａを超えて約１０００ＧＰａ以下、またはさらには４２０ＧＰａ以下のモジュラスを有する。

モノフィラメントセラミック繊維の例としては、炭化ケイ素繊維が挙げられる。典型的には、炭化ケイ素モノフィラメント繊維は、結晶性、および／または結晶セラミックおよびガラスの混合物（すなわち、繊維が、結晶セラミック相およびガラス相の両方を含有することができる）である。典型的には、そのような繊維は、少なくとも５０メートルのオーダの長さを有し、キロメートル以上のオーダの長さを有することさえできる。典型的には、連続炭化ケイ素モノフィラメント繊維は、約１００マイクロメートルから約２５０マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、結晶セラミック繊維は、少なくとも２．８ＧＰａ、少なくとも３．５ＧＰａ、少なくとも４．２ＧＰａ、およびまたはさらには少なくとも６ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、結晶セラミック繊維は、２５０ＧＰａを超えて約５００ＧＰａ以下、またはさらには４３０ＧＰａ以下のモジュラスを有する。

さらに、例示的なガラス繊維が、たとえば、ニューヨーク州コーニングのコーニング・グラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ， Ｃｏｒｎｉｎｇ ＮＹ）から入手可能である。典型的には、連続ガラス繊維は、約３マイクロメートルから約１９マイクロメートルの範囲内の平均繊維直径を有する。いくつかの実施形態において、ガラス繊維は、少なくとも３ＧＰａ、４ＧＰａ、およびまたはさらには少なくとも５ＧＰａの平均引張強度を有する。いくつかの実施形態において、ガラス繊維は、約６０ＧＰａから９５ＧＰａ、または約６０ＧＰａから約９０ＧＰａの範囲内のモジュラスを有する。

いくつかの実施形態において、セラミックおよび炭素繊維はトウ形態である。トウは、繊維技術において知られており、ロービング状形態で集められた複数の（個別の）繊維（典型的には少なくとも１００の繊維、より典型的には少なくとも４００の繊維）を指す。いくつかの実施形態において、トウは、１トウあたり少なくとも７８０の個別の繊維を含み、いくつかの場合、１トウあたり少なくとも２６００の個別の繊維を含む。セラミック繊維のトウは、３００メートル、５００メートル、７５０メートル、１０００メートル、１５００メートル、１７５０メートル、およびより長いものを含むさまざまな長さで入手可能である。繊維は、円形または楕円形である断面形状を有することができる。炭素繊維のいくつかの実施形態において、トウは、１トウあたり、少なくとも２，０００ ５，０００ １２，０００、またはさらには少なくとも５０，０００の個別の繊維を含む。

アルミナ繊維が、たとえば、米国特許第４，９５４，４６２号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）および米国特許第５，１８５，２９号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）に記載されている。いくつかの実施形態において、アルミナ繊維は、多結晶アルファアルミナ繊維であり、理論酸化物基準で、アルミナ繊維の総重量を基準にして、９９重量パーセントを超えるＡｌ₂Ｏ₃と、０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ₂とを含む。別の態様において、いくつかの望ましい多結晶アルファアルミナ繊維は、１マイクロメートル未満（またはさらには、いくつかの実施形態において、０．５マイクロメートル未満）の平均粒度を有するアルファアルミナを含む。別の態様において、いくつかの実施形態において、多結晶アルファアルミナ繊維は、少なくとも１．６ＧＰａ（いくつかの実施形態において、少なくとも２．１ＧＰａ、またはさらには、少なくとも２．８ＧＰａ）の平均引張強度を有する。例示的なアルファアルミナ繊維が、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮ）によって、商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」で販売されている。

アルミノシリケート繊維が、たとえば、米国特許第４，０４７，９６５号明細書（カルスト（Ｋａｒｓｔ）ら）に記載されている。例示的なアルミノシリケート繊維が、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーによって、商品名「ネクステル４４０」、「ネクステル５５０」、および「ネクステル７２０」で販売されている。

アルミノボロシリケート繊維が、たとえば、米国特許第３，７９５，５２４号明細書（ソウマン（Ｓｏｗｍａｎ）ら）に記載されている。例示的なアルミノボロシリケート繊維が、３Ｍカンパニーによって、商品名「ネクステル３１２」で販売されている。

窒化ホウ素繊維を、たとえば、米国特許第３，４２９，７２２号明細書（エコノミー（Ｅｃｏｎｏｍｙ））および米国特許第５，７８０，１５４号明細書（オカノ（Ｏｋａｎｏ）ら）に記載されているように製造することができる。

例示的な炭化ケイ素繊維が、たとえば、カリフォルニア州サンディエゴのＣＯＩセラミックス（ＣＯＩ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ｏｆ Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ， ＣＡ）によって、商品名「ニカロン（ＮＩＣＡＬＯＮ）」で、５００の繊維のトウで、日本の宇部興産（Ｕｂｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から、商品名「ティラノ（ＴＹＲＡＮＮＯ）」で、およびミシガン州ミッドランドのダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｄｌａｎｄ， ＭＩ）から、商品名「シルラミック（ＳＹＬＲＡＭＩＣ）」で販売されている。

例示的な炭化ケイ素モノフィラメント繊維が、たとえば、マサチューセッツ州ローウェルのテキストロン・スペシャルティ・マテリアルズ（Ｔｅｘｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ Ｌｏｗｅｌｌ， ＭＡ）によって、商品名「ＳＣＳ−９」、「ＳＣＳ−６」、および「ウルラ（Ｕｌｒａ）−ＳＣＳ」で、ならびにバージニア州ゲインズビルのアトランティック・リサーチ・コーポレーション（Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， ｏｆ Ｇａｉｎｅｓｖｉｌｌｅ， ＶＡ）から、商品名「トリマーク（Ｔｒｉｍａｒｃ）」で販売されている。

市販の繊維は、典型的には、潤滑性をもたらすために、かつ取扱いの間繊維ストランドを保護するために、製造の間繊維に加えられる有機サイジング材料を含む。また、サイジングは、ポリマー複合コアワイヤを製造するために、ポリマーでの引抜成形の間の取扱いを助けることができる。サイジングは、たとえば、サイジングを繊維から溶解除去または燃焼除去することによって除去することができる。典型的には、金属マトリックス複合ワイヤを形成する前に、サイジングを除去することが望ましい。

繊維は、たとえば、繊維の湿潤性を向上させるために、繊維と溶融金属マトリックス材料との間の反応を低減または防止するために、コーティングを使用することができる。そのようなコーティング、およびそのようなコーティングを提供するための技術は、繊維および複合技術において知られている。

いくつかの実施形態において、コア内の繊維の数の少なくとも８５％（いくつかの実施形態において、少なくとも９０％、またはさらには少なくとも９５％）が連続している。

複合コアおよびワイヤの例示的なマトリックス材料としては、ポリマー（たとえば、エポキシ、エステル、ビニルエステル、ポリイミド、ポリエステル、シアン酸エステル、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、および熱可塑性樹脂）および金属（たとえば、高純度（たとえば、９９．９５％を超える）元素アルミニウム、または純アルミニウムの、銅などの他の元素との合金）が挙げられる。典型的には、金属マトリックス材料は、たとえば、繊維外部上に保護コーティングを提供する必要をなくすために、マトリックス材料が繊維と著しく化学的に反応しない（すなわち、繊維材料に対して比較的化学的に不活性である）ように選択される。例示的な金属マトリックス材料としては、アルミニウム、亜鉛、スズ、マグネシウム、およびそれらの合金（たとえば、アルミニウムおよび銅の合金）が挙げられる。いくつかの実施形態において、マトリックス材料としては、望ましくは、アルミニウムおよびその合金が挙げられる。

いくつかの実施形態において、金属マトリックスは、少なくとも９８重量パーセントのアルミニウム、少なくとも９９重量パーセントのアルミニウム、９９．９重量パーセントを超えるアルミニウム、またはさらには９９．９５重量パーセントを超えるアルミニウム含む。例示的なアルミニウムおよび銅のアルミニウム合金は、少なくとも９８重量パーセントのＡｌと、２重量パーセントまでのＣｕとを含む。いくつかの実施形態において、有用な合金は、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、および／または８０００系アルミニウム合金（アルミニウム協会（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）の名称）である。より高い純度の金属が、より高い引張強度のワイヤを製造するのに望ましい傾向があるが、金属のより純粋でない形態も有用である。

適切な金属が市販されている。たとえば、アルミニウムが、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア（Ａｌｃｏａ ｏｆ Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡ）から、商品名「スーパー・ピュア・アルミニウム（ＳＵＰＥＲ ＰＵＲＥ ＡＬＵＭＩＮＵＭ）；９９．９９％Ａｌ」で入手可能である。アルミニウム合金（たとえば、Ａｌ−２重量％のＣｕ（０．０３重量％の不純物））を、たとえば、ニューヨーク州ニューヨークのベルモント・メタルズ（Ｂｅｌｍｏｎｔ Ｍｅｔａｌｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ）から得ることができる。亜鉛およびスズが、たとえば、ミネソタ州セントポールのメタル・サービシズ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， ＭＮ）（「純亜鉛」；９９．９９９％の純度および「純スズ」；９９．９５％の純度）から入手可能である。たとえば、マグネシウムが、英国マンチェスターのマグネシウム・エレクトロン（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｅｌｅｋｔｒｏｎ， Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ， Ｅｎｇｌａｎｄ）から、商品名「ピュア（ＰＵＲＥ）」で入手可能である。マグネシウム合金（たとえば、ＷＥ４３Ａ、ＥＺ３３Ａ、ＡＺ８１Ａ、およびＺＥ４１Ａ）を、たとえば、コロラド州デンバーのタイメット（ＴＩＭＥＴ， Ｄｅｎｖｅｒ， ＣＯ）から得ることができる。

複合コアおよびワイヤは、典型的には、繊維およびマトリックス材料の組合された体積全体を基準にして、少なくとも１５体積パーセント（いくつかの実施形態において、少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、またはさらには５０体積パーセント）の繊維を含む。より典型的には、複合コアおよびワイヤは、繊維およびマトリックス材料の組合された体積全体を基準にして、４０から７５（いくつかの実施形態において、４５から７０）体積パーセントの範囲内の繊維を含む。

典型的には、コアの平均直径は、約１ｍｍから約１５ｍｍの範囲内である。いくつかの実施形態において、望ましいコアの平均直径は、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、またはさらには約３ｍｍまでである。典型的には、複合ワイヤの平均直径は、約１ｍｍから１２ｍｍ、１ｍｍから１０ｍｍ、１から８ｍｍ、またはさらには１ｍｍから４ｍｍの範囲内である。いくつかの実施形態において、望ましい複合ワイヤの平均直径は、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、またはさらには少なくとも１２ｍｍである。

複合コアおよびワイヤを、当該技術において知られている技術を用いて製造することができる。連続金属マトリックス複合ワイヤを、たとえば、連続金属マトリックス浸透プロセスによって製造することができる。１つの適切なプロセスが、たとえば、米国特許第６，４８５，７９６号明細書（カーペンター（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ）ら）に記載されている。ポリマーと、繊維とを含むワイヤを、当該技術において知られている引抜成形プロセスによって製造することができる。

連続金属マトリックスワイヤを製造するための例示的な装置６０の概略図が、図６に示されている。連続繊維のトウ６１が、供給スプール６２から供給され、平行にされて円形束にされ、繊維については、チューブ炉６３を通過させる間ヒートクリーニングされる。次に、繊維のトウ６１は、真空チャンバ６４内で排気され、金属マトリックス材料の溶融物６５（また、「溶融金属」とここで呼ばれる）を収容するるつぼ６７に入る。繊維のトウ６１は、ケータプラー（ｃａｔｅｒｐｕｌｌｅｒ）７０によって供給スプール６２から引かれる。超音波プローブ６６が、溶融物６５を繊維のトウ６１内に浸透させるのを助けるために、溶融物６５中に繊維の近傍に位置決めされる。ワイヤ７１の溶融金属は、出口ダイ６８を通って、るつぼ６７を出た後、冷却し凝固するが、いくらかの冷却が、ワイヤ７１がるつぼ６７を完全に出る前に発生することができる。ワイヤ７１の冷却は、ワイヤ７１に衝突する、冷却デバイス６９を通って送出される気体または液体の流れによって向上される。ワイヤ７１は、スプール７２上に集められる。

上で説明されたように、繊維をヒートクリーニングすることは、サイジング、吸着水、および繊維の表面上に存在することがある他の不堅牢（ｆｕｇｉｔｉｖｅ）材料または揮発性材料の量を除去または低減するのを助ける。典型的には、繊維の表面上の炭素分が２２％の面積部分より小さくなるまで、繊維をヒートクリーニングすることが望ましい。典型的には、チューブ炉６３の温度は、少なくとも３００℃、より典型的には少なくとも１０００℃であり、繊維は、チューブ炉６３内に少なくとも数秒間温度で存在するが、特定の温度および時間は、たとえば、使用されている特定の繊維のクリーニングの必要によることができる。

いくつかの実施形態において、繊維のトウ６１は、溶融物６７に入る前に排気され、というのは、そのような排気を用いることが、乾燥繊維を有する局所化領域（すなわち、マトリックスの浸透のない繊維領域）などの欠陥の形成を低減するかなくす傾向があることが観察されたからである。典型的には、繊維６１の２つが、いくつかの実施形態において、２０トル以下、１０トル以下、１トル以下、またはさらには０．７トル以下の真空中で排気される。

例示的な適切な真空システム６４が、繊維のトウの束６１の直径と一致するサイズの入口チューブを有する。入口チューブは、たとえば、ステンレス鋼チューブまたはアルミナチューブであることができ、典型的には、長さが少なくとも約２０〜３０ｃｍである。適切な真空チャンバ６４が、典型的には、約２〜２０ｃｍの範囲内の直径と、約５〜１００ｃｍの範囲内の長さとを有する。真空ポンプの容量は、いくつかの実施形態において、少なくとも約０．２〜１立方メートル／分である。排気された繊維のトウ６１は、金属浴に貫入する真空システム６４上のチューブを通して、溶融物６５に挿入される（すなわち、排気された繊維のトウの束６１は、溶融物６５に導入されるとき真空下である）が、溶融物６５は、典型的には大気圧である。出口チューブの内径は、繊維のトウの束６１の直径と本質的に一致する。出口チューブの一部が溶融金属中に浸漬される。いくつかの実施形態において、チューブの約０．５〜５ｃｍが溶融金属中に浸漬される。チューブは、溶融金属材料中で安定しているように選択される。典型的には適切であるチューブの例としては、窒化ケイ素チューブおよびアルミナチューブが挙げられる。

溶融金属６５の、繊維のトウの束６１内への浸透は、典型的には、超音波の使用によって向上される。たとえば、振動ホーン６６が、繊維のトウの束６１に密に近接するように、溶融金属６５中に位置決めされる。

いくつかの実施形態において、ホーン６６は、駆動されて、約１９．５〜２０．５ｋＨｚの範囲内、および約０．１３〜０．３８ｍｍ（０．００５〜０．０１５ｉｎ）の空気の振幅で振動する。さらに、いくつかの実施形態において、ホーンは、チタン導波管に接続され、これは、超音波トランスデューサ（たとえば、コネチカット州ダンベリーのソニックス＆マテリアルズ（Ｓｏｎｉｃｓ ＆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｄａｎｂｕｒｙ， ＣＴ）から入手可能）に接続される。

いくつかの実施形態において、繊維のトウの束６１は、ホーン先端の約２．５ｍｍ以内（いくつかの実施形態において、約１．５ｍｍ以内）である。ホーン先端は、いくつかの実施形態において、ニオブ、または、９５重量％Ｎｂ−５重量％Ｍｏおよび９１重量％Ｎｂ−９重量％Ｍｏなどのニオブの合金から製造され、たとえば、ペンシルバニア州ピッツバーグ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡ）のＰＭＴＩから得ることができる。合金は、たとえば、長さ１２．７ｃｍ（５ｉｎ．）および直径２．５ｃｍ（１ｉｎ．）の円筒に作ることができる。円筒は、その長さを変更することによって、所望の振動周波数（たとえば、約１９．５〜２０．５ｋＨｚ）に調整することができる。金属マトリックス複合物品を製造するための超音波の使用に関する付加的な詳細については、たとえば、米国特許第４，６４９，０６０号明細書（イシカワ（Ｉｓｈｉｋａｗａ）ら）、米国特許第４，７７９，５６３号明細書（イシカワ（Ｉｓｈｉｋａｗａ）ら）、および米国特許第４，８７７，６４３号明細書（イシカワ（Ｉｓｈｉｋａｗａ）ら）、米国特許第６，１８０，２３２号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、米国特許第６，２４５，４２５号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、米国特許第６，３３６，４９５号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、米国特許第６，３２９，０５６号明細書（デベ（Ｄｅｖｅ）ら）、米国特許第６，３４４，２７０号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、米国特許第６，４４７，９２７号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、米国特許第６，４６０，５９７号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、米国特許第６，４８５，７９６号明細書（カーペンター（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ）ら）、および米国特許第６，５４４，６４５号明細書（マカラック（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）；２０００年７月１４日に出願された米国特許出願第０９／６１６，７４１号明細書；ならびに２００２年１月２４日に公開された国際公開第０２／０６５５０号パンフレットを参照されたい。

典型的には、溶融金属６５は脱気される（たとえば、浸透の間および／または前、溶融金属６５に溶解した気体（たとえば、アルミニウム中の水素）の量を低減する。溶融金属６５を脱気するための技術は、金属処理技術において周知である。溶融物６５を脱気することは、ワイヤの気体多孔性を低減する傾向がある。溶融アルミニウムの場合、溶融物６５の水素濃度は、いくつかの実施形態において、約０．２ｃｍ³未満、約０．１５ｃｍ³未満、またはさらには約０．１ｃｍ³未満／アルミニウム１００グラムである。

出口ダイ６８は、所望のワイヤ直径を提供するように構成される。典型的には、その長さに沿って、均一に丸いワイヤを有することが望ましい。たとえば、５８体積パーセントのアルミナ繊維を含有するアルミニウム複合ワイヤのための窒化ケイ素出口ダイの直径は、ワイヤ７１の直径と同じである。いくつかの実施形態において、出口ダイ６８は、望ましくは、窒化ケイ素から製造されるが、他の材料も有用であることができる。当該技術において出口ダイとして使用されている他の材料としては、従来のアルミナが挙げられる。しかし、窒化ケイ素出口ダイが、従来のアルミナダイより著しく少なく摩耗し、したがって、特にワイヤの長い長さにわたって、ワイヤの所望の直径および形状を提供するのにより有用であることが、出願人によって見出された。

典型的には、ワイヤ７１を、冷却デバイス６９を通して送出された液体（たとえば、水）または気体（たとえば、窒素、アルゴン、または空気）と接触させることによって、ワイヤ７１は、出口ダイ６８を出た後、冷却される。そのような冷却は、望ましい丸さ特徴および均一性特徴、ならびに空隙がないことを提供するのを助ける。ワイヤ７１はスプール７２上に集められる。

金属間相、乾燥繊維、たとえば収縮または内部気体（たとえば、水素または水蒸気）空隙の結果としての多孔性などの、金属マトリックス複合ワイヤ内の欠陥の存在が、減少された特性、たとえばワイヤ強度などをもたらすことがあることが知られている。したがって、そのような特徴の存在を低減するか最小にすることが望ましい。

ワイヤから構成されるコアについて、いくつかの実施形態において、たとえば、テープオーバラップ（ｔａｐｅ ｏｖｅｒｗｒａｐ）で、接着剤でまたは接着剤なしで、またはバインダーで、ワイヤをともに保持することが望ましい（たとえば、米国特許第６，５５９，３８５ Ｂ１号明細書（ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）ら）を参照のこと）。たとえば、テープが巻付けられたコアを有する、本発明による別の例示的なケーブル５０の断面図が、図５に示されている。ケーブル５０は、コア５２と、撚り合されたワイヤ５４の２つの層とを含み、コア５２は、テープ５５が巻付けられたワイヤ５６（示されているように、複合ワイヤ）を含む。たとえば、コアは、当該技術において知られている技術を用いて、ワイヤの第１の層を中心ワイヤの周りに撚り合せる（たとえば、螺旋状に巻く）ことによって製造することができる。典型的には、螺旋状に撚り合されたコアが、わずか７の個別のワイヤから５０以上のワイヤを含む傾向がある。撚り合せ設備が当該技術において知られている（たとえば、イタリア、ベルガモのコルティノビス・スパ（Ｃｏｒｔｉｎｏｖｉｓ， Ｓｐａ， ｏｆ Ｂｅｒｇａｍｏ， Ｉｔａｌｙ）、およびニュージャージー州パターソンのワトソン・マシナリー・インターナショナル（Ｗａｔｓｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ， ＮＪ）から入手可能なような遊星歯車式ケーブル撚り合せ機）。ともに螺旋状に巻かれる前、個別のワイヤは、別個のボビン上に提供され、次に、これらは、撚り合せ設備のいくつかのモータ駆動キャリッジ内に配置される。典型的には、完成された撚り合されたケーブルの層ごとに１つのキャリッジがある。各層のワイヤは、各キャリッジの出口で一緒にされ、第１の中心ワイヤの上に、または前の層の上に配列される。ケーブル撚り合せプロセスの間、中心ワイヤ、または１つ以上の付加的な層が周りに巻かれる中間の未完成の撚り合されたケーブルは、さまざまなキャリッジの中心を通して引かれ、各キャリッジは、１つの層を撚り合されたケーブルに加える。１つの層として加えられるべき個別のワイヤは、モータ駆動キャリッジによってケーブルの中心軸の周りに回転される間、それらのそれぞれのボビンから同時に引かれる。これは、所望の層ごとに順次行われる。たとえばテープを、結果として生じる撚り合されたコアに付与することができ、撚り合されたワイヤをともに保持するのを助ける。テープを付与するための１つの例示的な機械が、ワトソン・マシン・インターナショナル（Ｗａｔｓｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）から市販されている（たとえば、モデル３００コンセントリック・テーピング・ヘッド（Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ Ｔａｐｉｎｇ Ｈｅａｄ））。例示的なテープとしては、金属箔テープ（たとえば、アルミニウム箔テープ（たとえば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから、商品名「フォイル／ガラス・クロス・テープ（Ｆｏｉｌ／Ｇｌａｓｓ Ｃｌｏｔｈ Ｔａｐｅ）３６３」で入手可能））、ポリエステル支持テープ、およびガラス強化バッキングを有するテープが挙げられる。いくつかの実施形態において、テープは、０．０５ｍｍから０．１３ｍｍ（０．００２から０．００５インチ）の範囲内の厚さを有する。

いくつかの実施形態において、テープは、各連続ラップが、間隙なしで、かつ重なりなしで、前のラップに接するように巻付けられる。いくつかの実施形態において、たとえば、テープは、連続ラップが、各ラップの間の間隙を残すように隔置されるように巻付けることができる。

コア、複合ワイヤ、ケーブルなどは、少なくとも１００メートル、少なくとも２００メートル、少なくとも３００メートル、少なくとも４００メートル、少なくとも５００メートル、少なくとも６００メートル、少なくとも７００メートル、少なくとも８００メートル、またはさらには少なくとも９００メートルの長さを有する。

本発明によるケーブルを提供するためにコアの周りに撚り合せるためのワイヤは、当該技術において知られている。アルミニウムワイヤが、たとえば、カナダ、ウェイバーンのネクサンズ（Ｎｅｘａｎｓ， Ｗｅｙｂｕｒｎ， Ｃａｎａｄａ）、またはジョージア州キャロルトンのサウスワイヤ・カンパニー（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｃａｒｒｏｌｔｏｎ， ＧＡ）から、商品名「１３５０−Ｈ１９アルミニウム（ＡＬＵＭＩＮＵＭ）」および「１３５０−Ｈ０アルミニウム」で市販されている。典型的には、アルミニウムワイヤは、少なくとも、約２０℃から約５００℃の温度範囲にわたって、約２０ｐｐｍ／℃から約２５ｐｐｍ／℃の範囲内の熱膨張係数を有する。いくつかの実施形態において、アルミニウムワイヤ（たとえば、「１３５０−Ｈ１９アルミニウム」）は、引張破断強度、少なくとも１３８ＭＰａ（２０ｋｓｉ）、少なくとも１５８ＭＰａ（２３ｋｓｉ）、少なくとも１７２ＭＰａ（２５ｋｓｉ）、または少なくとも１８６ＭＰａ（２７ｋｓｉ）、または少なくとも２００ＭＰａ（２９ｋｓｉ．）を有する。いくつかの実施形態において、アルミニウムワイヤ（たとえば、「１３５０−Ｈ０アルミニウム」）は、４１ＭＰａ（６ｋｓｉ）を超えて９７ＭＰａ（１４ｋｓｉ）以下、またはさらには８３ＭＰａ（１２ｋｓｉ）以下の引張破断強度を有する。アルミニウム合金ワイヤが、たとえば、日本、大阪の住友電気工業（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から商品名「ＺＴＡＬ」」で、またはジョージア州キャロルトンのサウスワイヤ・カンパニーから、商品名「６２０１」で市販されている。いくつかの実施形態において、アルミニウム合金ワイヤは、少なくとも、約２０℃から約５００℃の温度範囲にわたって、約２０ｐｐｍ／℃から約２５ｐｐｍ／℃の範囲内の熱膨張係数を有する。銅ワイヤが、たとえば、ジョージア州キャロルトンのサウスワイヤ・カンパニーから市販されている。典型的には、銅ワイヤは、少なくとも、約２０℃から約８００℃の温度範囲にわたって、約１２ｐｐｍ／℃から約１８ｐｐｍ／℃の範囲内の熱膨張係数を有する。銅合金（たとえばＣｕ−Ｓｉ−Ｘ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｘ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｘ、Ｃｕ−Ｃｄなどの銅ブロンズ；ここで、Ｘ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、およびまたはＳｉ；たとえば、ジョージア州キャロルトンのサウスワイヤ・カンパニーから市販されている；たとえば、ノースカロライナ州リサーチトライアングルパークのＯＭＧアメリカズ・コーポレーション（ＯＭＧ Ａｍｅｒｉｃａｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ， ＮＣ）から、名称「グリドコップ（ＧＬＩＤＣＯＰ）」で入手可能な酸化物分散強化銅）ワイヤ。いくつかの実施形態において、銅合金ワイヤは、少なくとも、約２０℃から約８００℃の温度範囲にわたって、約１０ｐｐｍ／℃から約２５ｐｐｍ／℃の範囲内の熱膨張係数を有する。ワイヤは、多様形状（たとえば、円形、楕円形、および台形）のいずれかであることができる。

一般に、本発明によるケーブルを、コアの上でワイヤを撚り合せることによって製造することができる。コアは、たとえば、１つのワイヤ、または撚り合された（たとえば、螺旋状に巻かれたワイヤを含むことができる。いくつかの実施形態において、たとえば、７、１９、または３７のワイヤ。本発明によるケーブルを製造するための例示的な装置８０が、図７、図７Ａ、および図７Ｂに示されている。コア材料のスプール８１が、従来の遊星歯車式撚り合せ機械８０のヘッドに設けられ、スプール８１は、自由に回転することができ、張力を制動システムによって加えることができ、張力を、（いくつかの実施形態では、０〜９１ｋｇ（０〜２００ｌｂ．）の範囲内で）繰出しの間コアに加えることができる。コア９０は、ボビンキャリッジ８２、８３を通して、閉じダイ８４、８５を通して、キャプスタンホイール８６の周りにかけられ、巻取りスプール８７に取付けられる。

外側撚り合せ層の付与前、個別のワイヤが、別個のボビン８８上に提供され、これらは、撚り合せ設備のいくつかのモータ駆動キャリッジ８２、８３内に配置される。いくつかの実施形態において、ボビン８８からワイヤ８９Ａ、８９Ｂを引くのに必要な張力の範囲は、典型的には４．５〜２２．７ｋｇ（１０〜５０ｌｂ．）である。典型的には、完成された撚り合されたケーブルの層ごとに１つのキャリッジがある。各層のワイヤ８９Ａ、８９Ｂは、各キャリッジの出口で閉じダイ８４、８５で一緒にされ、中心ワイヤの上に、または前の層の上に配列される。層は、外側層がＺ撚り（ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄ ｌａｙ）をもたらすように両方向に螺旋状に撚り合される。ケーブル撚り合せプロセスの間、中心ワイヤ、または１つ以上の付加的な層が周りに巻かれる中間の未完成の撚り合されたケーブルは、さまざまなキャリッジの中心を通して引かれ、各キャリッジは、１つの層を撚り合されたケーブルに加える。１つの層として加えられるべき個別のワイヤは、モータ駆動キャリッジによってケーブルの中心軸の周りに回転される間、それらのそれぞれのボビンから同時に引かれる。これは、所望の層ごとに順次行われる。結果は、形状の損失もほどけることもなく好都合に切断し取扱うことができる、螺旋状に撚り合されたケーブル９１である。

撚り合されたケーブルを取扱うこの能力は、望ましい特徴である。理論に縛られることを望まないが、ケーブルは、その螺旋状に撚り合された配列を維持し、というのは、製造の間、金属ワイヤが、ワイヤ材料の降伏応力を超えるが最終応力または破壊応力より低い、曲げ応力を含む応力を受けるからである。この応力は、ワイヤが、前の層または中心ワイヤの比較的小さい半径の周りに螺旋状に巻かれるときに与えられる。付加的な応力が閉じダイ８４、８５で与えられ、これらは、製造の間、半径方向の剪断力をケーブルに加える。したがって、ワイヤは、塑性変形し、それらの螺旋状に撚り合された形状を維持する。

コア材料、および所与の層のワイヤは、閉じダイによって密接に接触される。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、閉じダイ８４Ａ、８５Ａは、典型的には、巻かれている層のワイヤ上の変形応力を最小にするようなサイズである。閉じダイの内径は、外部層直径のサイズに合される。層のワイヤ上の応力を最小にするために、閉じダイは、ケーブルの外径に対して、０〜２．０％大きい範囲内であるようなサイズである。（すなわち、ダイ内径は、ケーブル外径の１．００から１．０２倍の範囲内である）。図７Ａおよび図７Ｂに示された例示的な閉じダイは、円筒であり、たとえば、ボルトまたは他の適切な付属品を使用して、所定位置に保持される。ダイは、たとえば、硬化工具鋼から製造することができる。

結果として生じる完成されたケーブルは、望ましい場合、他の撚り合せステーションを通過し、最終的に、ケーブル損傷を回避するために、十分な直径の巻取りスプール８７上に巻くことができる。いくつかの実施形態において、ケーブルのくせを取るための当該技術において知られている技術が望ましいであろう。たとえば、完成されたケーブルは、ローラから構成されるくせ取り機デバイスを通過させることができる（各ローラは、たとえば、１０〜１５ｃｍ（４〜６インチ）、２つのバンク内に線状に配列され、たとえば、各バンク内に５〜９のローラがある。ローラの２つのバンクの間の距離は、ローラが、ケーブルに衝突するだけか、ケーブルの激しい曲げを引起すように変えることができる。ローラの２つのバンクは、ケーブルの両側に位置決めされ、一方のバンク内のローラが、他方のバンク内の対向するローラによって作られた空間と一致する。したがって、２つのバンクを互いにずらすことができる。ケーブルがくせ取りデバイスを通過するとき、ケーブルは、ローラの上で前後に曲がり、導体内のストランドが同じ長さまで伸張することを可能にし、それにより、弛んだストランドを低減するかなくす。

いくつかの実施形態において、ゼロ未満の応力パラメータを有するケーブルを提供するのを促進するために、周囲温度（たとえば、２２℃）より高い高温（たとえば、少なくとも２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、４００℃、またはさらには、いくつかの実施形態において、少なくとも５００℃）でコアを提供することが望ましい。たとえば、スプールに巻かれたコア（たとえば、金属（たとえば、鋼）上のコアをオーブン内で数時間加熱することによって、コアを所望の温度にすることができる。加熱されたスプールに巻かれたコアは、撚り合せ機械の繰出しスプール（たとえば、図７の繰出しスプール８１を参照のこと）上に配置される。望ましくは、高温におけるスプールは、撚り合せプロセス中であり、コアは、依然として、所望の温度またはその近くである（典型的には約２時間以内）。さらに、ケーブルの外側層を形成する繰出しスプール上のワイヤが周囲温度であることが望ましいであろう。すなわち、撚り合せプロセスの間、コアと外側層を形成するワイヤとの間の温度差を有することが望ましい。

いくつかの実施形態において、少なくとも１００ｋｇ、２００ｋｇ、５００ｋｇ、１０００ｋｇ、またはさらには少なくとも５０００ｋｇのコア張力で撚り合せを行うことが望ましいであろう。

本発明によるケーブルのいくつかの実施形態（たとえば、ゼロ未満の応力パラメータを有するケーブル）において、たとえば、テープオーバラップで、接着剤でまたは接着剤なしで、またはバインダーで、コアの周りに撚り合されたワイヤをともに保持することが望ましい。たとえば、本発明による別の例示的なケーブル１１０の断面図が、図１０に示されている。ケーブル１１０は、ワイヤコア１１６を有するコア１１２と、撚り合されたワイヤ１１４の２つの層とを含み、ケーブル１１０は、テープ１１８が巻付けられる。撚り合されたワイヤをともに保持するのを助けるために、たとえばテープを、結果として生じる撚り合されたケーブルに付与することができる。いくつかの実施形態において、ケーブルは、従来のテーピング設備を使用して、接着テープが巻付けられる。テープを付与するための１つの例示的な機械が、ワトソン・マシン・インターナショナルから市販されている（たとえば、モデル３００コンセントリック・テーピング・ヘッド）。例示的なテープとしては、金属箔テープ（たとえば、アルミニウム箔テープ（たとえば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから、商品名「フォイル／ガラス・クロス・テープ３６３」で入手可能））、ポリエステル支持テープ、およびガラス強化バッキングを有するテープが挙げられる。いくつかの実施形態において、テープは、０．０５ｍｍから０．１３ｍｍ（０．００２から０．００５インチ）の範囲内の厚さを有する。

いくつかの実施形態において、テープは、各連続ラップが前のラップに重なるように巻付けられる。いくつかの実施形態において、テープは、各連続ラップが、間隙なしで、かつ重なりなしで、前のラップに接するように巻付けられる。いくつかの実施形態において、たとえば、テープは、連続ラップが、各ラップの間の間隙を残すように隔置されるように巻付けることができる。

いくつかの実施形態において、ケーブルは、撚り合せプロセスの間ケーブルが張力下である間巻付けられる。たとえば図７を参照すると、テーピング設備が最終閉じダイ８５と最終キャプスタン８６との間に配置される。

弛みを測定するための方法
ある長さの導体を、長さ３０〜３００メートルに選択し、従来のエポキシ取付物で終端させ、層が、製造されたままの状態と同じ相対位置を実質的に維持することを確実にする。外側ワイヤは、エポキシ取付物を通して、他方の側から延在させ、次に、従来のターミナルコネクタを使用するＡＣ電源への接続を考慮するように再構成する。エポキシ取付物を、張力を保持するためのターンバックルに接続されたアルミニウムスペルターソケット内に注ぐ。１つの側で、ロードセルをターンバックルに接続し、次に、両端で、ターンバックルをプリングアイに取付ける。アイを、張力下のときのシステムの端部撓みを最小にするのに十分大きい、大きいコンクリート柱に接続した。テストのため、張力を、導体定格破断強度の１０から３０パーセント範囲内の値に引く。温度は、導体の長さに沿った３つの位置で（総（プリングアイからプリングアイ）スパンの距離の１／４、１／２、および３／４で）、９の熱電対を使用して測定する。各位置において、３つの熱電対を、導体内の３つの異なった半径方向の位置、すなわち、外側ワイヤストランド間、内側ワイヤストランド間、および外側コアワイヤに隣接して（すなわち、接触する）位置決めする。弛み値は、導体の長さに沿った３つの位置で（スパンの距離の１／４、１／２、および３／４で）、プルワイヤポテンショメータ（カリフォルニア州パームデールのスペースエージ・コントロール・インコーポレイテッド（ＳｐａｃｅＡｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｉｎｃ， Ｐａｌｍｄａｌｅ， ＣＡ）から入手可能）を使用して測定する。これらは、３つの位置の垂直移動を測定するように位置決めする。ＡＣ電流を導体に与えて、温度を所望の値に上昇させる。導体の温度は、室温（約２０℃（６８°Ｆ））から約２４０℃（４６４°Ｆ）に６０〜１２０℃／分（１４０〜２４８°Ｆ／分）の範囲内の速度で上昇させる。熱電対のすべての最も高い温度を対照として用いる。

導体の弛み値（弛み_合計）は、室温（約２０℃（６８°Ｆ））から約２４０℃（４６４°Ｆ）まで１度間隔でさまざまな温度で、次の式を用いて計算する。

式中、
弛み_1/2＝導体のスパンの距離の１／２で測定された弛み
弛み_1/4＝導体のスパンの距離の１／４で測定された弛み
弛み_3/4＝導体のスパンの距離の３／４で測定された弛み

有効「内側スパン」長さは、１／４の位置と３／４の位置との間の水平距離である。これは、弛みを計算するために用いられるスパン長さである。

応力パラメータの導出
測定された弛みおよび温度データを、弛み対温度のグラフとしてプロットする。計算された曲線を、サウスカロライナ州グリーンビルのアルコア・フジクラ・リミテッド（Ａｌｃｏａ Ｆｕｊｉｋｕｒａ Ｌｔｄ．， Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ， ＳＣ）から商品名「サグ１０（ＳＡＧ１０）」（バージョン３．０ アップデート３．９．７）でソフトウェアプログラムで入手可能なアルコア・サグ１０（Ａｌｃｏａ Ｓａｇ１０）グラフィック方法を用いて、測定されたデータに適合させる。応力パラメータは、「組込みアルミニウム応力」と呼ばれる「サグ１０」の適合パラメータであり、これは、アルミニウム以外の材料が使用される（たとえば、アルミニウム合金）場合、他のパラメータに適合するように変更することができ、かつ、予測されたグラフ上のニーポイントの位置、およびまた高温ポストニーポイント領域の弛みの量を調整する。応力パラメータ理論の説明が、アルコア・サグ１０ユーザズマニュアル（Ｕｓｅｒｓ Ｍａｎｕａｌ）（バージョン２．０）：ＡＣＳＲのアルミニウムの圧縮応力の理論（Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｆ ＡＣＳＲ）に提供されている。次の導体パラメータが、サグ１０ソフトウェア（Ｓａｇ１０ Ｓｏｆｔｗａｒｅ）へのエントリに必要である；面積、直径、単位長さあたりの重量、および定格破断強度。次のラインローディング条件が、サグ１０ソフトウェアへのエントリに必要である；スパン長さ、室温（２０〜２５℃）における初期張力。次のパラメータが、圧縮応力計算を行うために、サグ１０ソフトウェアへのエントリに必要である；組込みワイヤ応力、ワイヤ面積（総面積の一部として）、導体内のワイヤ層の数、導体内のワイヤストランドの数、コアストランドの数、各ワイヤ層の撚り込み率（ｓｔｒａｎｄｉｎｇ ｌａｙ ｒａｔｉｏｓ）。応力−歪み係数が、表（下記表１を参照のこと）として、「サグ１０」ソフトウェアへの入力に必要である。

応力歪み曲線多項式の定義
最初の５の数字Ａ０〜Ａ４は、初期ワイヤ曲線×面積比を表す４次多項式の係数であり、

ＡＦはワイヤの最終モジュラスであり、

式中、εは、％単位の導体伸びであり、σは、ｐｓｉ単位の応力であり、
Ｂ０〜Ｂ４は、ワイヤの最終１０年クリープ曲線×面積比を表す４次多項式の係数であり、

Ｃα（Ａｌ）は、ワイヤの熱膨張の係数である。
Ｃ０〜Ｃ４は、複合コアのみの、初期曲線×面積比を表す４次多項式の係数である。
ＣＦは、複合コアの最終モジュラスであり、
Ｄ０〜Ｄ４は、複合コアの最終１０年クリープ曲線×面積比を表す４次多項式の係数であり、
α（コア）は、複合コアの熱膨張の係数である。

計算されたデータおよび測定されたデータを適合させる際に、最良適合は、（ｉ）曲線が高温（１４０〜２４０℃）で一致するように応力パラメータの値を変えることによって、計算された曲線を測定されたデータに一致させ、（ｉｉ）測定された曲線の変曲点（ニーポイント）は、計算された曲線と厳密に一致し、（ｉｉｉ）初期の計算された弛みは、初期の測定された弛みと一致する必要がある（すなわち、２４℃（７５°Ｆ）における初期張力は１４３２ｋｇであり、１２．５ｃｍ（５インチ）の弛みを生じさせる。）。測定されたデータへの最良適合を得るための応力パラメータの値は、こうして得られる。この結果は、ケーブルの「応力パラメータ」である。

本発明によるケーブルを、架空送電ケーブルを含むさまざまな用途で使用することができる。

本発明の利点および実施形態を、次の実施例によって、さらに例示するが、これらの実施例に記載された特定の材料およびそれらの量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。部およびパーセンテージはすべて、特に明記しない限り、重量による。

例示的な実施例
例示的な実施例のケーブルのワイヤを次のように準備した。ワイヤを、図６に示された装置６０を使用して製造した。１０，０００デニールのアルファアルミナ繊維（セントポールの３Ｍカンパニーによって、商品名「ネクステル６１０」で販売された）の１１（１１）のトウが、供給スプール６２から供給され、平行にされて円形束にされ、３０５ｃｍ／分（１２０ｉｎ．／分）で１１００℃に加熱された長さ１．５ｍ（５ｆｔ．）のアルミナチューブ６３を通過させることによってヒートクリーニングされた。次に、繊維のヒートクリーニングされた繊維６１は、真空チャンバ６４内で排気され、金属アルミニウム（９９．９９％Ａｌ）マトリックス材料（ペンシルバニア州ピッツバーグのベック・アルミニウム・カンパニー（Ｂｅｃｋ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏ．， Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡ）から得られた）の溶融物（溶融金属）６５を収容するるつぼ６７に入った。繊維は、ケータプラー７０によって供給スプール６２から引かれた。超音波プローブ６６が、溶融物６５を繊維のトウ６１内に浸透させるのを助けるために、溶融物６５中に繊維の近傍に位置決めされた。ワイヤ７１の溶融金属は、出口ダイ６８を通って、るつぼ６７を出た後、冷却し凝固したが、いくらかの冷却が、ワイヤ７１がるつぼ６７を完全に出る前におそらく発生した。さらに、ワイヤ７１の冷却は、ワイヤ７１に衝突した、冷却デバイス６９を通って送出された窒素気体の流れによって向上された。ワイヤ７１は、スプール７２上に集められた。

繊維６１は、溶融物６７に入る前に排気された。真空チャンバ内の圧力は約２０トルであった。真空システム６４は、繊維の束６１の直径と一致するサイズの、長さ２５ｃｍのアルミナ入口チューブを有した。真空チャンバ６４は、長さ２１ｃｍ、直径１０ｃｍであった。真空ポンプの容量は０．３７ｍ³／分であった。排気された繊維６１は、金属浴に貫入した真空システム６４上のチューブを通して、溶融物６５に挿入された（すなわち、排気された繊維６１は、溶融物５４に導入されるとき真空下であった）。出口チューブの内径は、繊維束６１の直径と一致した。出口チューブの一部が、溶融金属中に５ｃｍの深さまで浸漬された。

溶融金属６５の、繊維６１内への浸透は、繊維６１に密に近接するように溶融金属６５中に位置決めされた振動ホーン６６の使用によって向上された。ホーン６６は、駆動されて、１９．７ｋＨｚ、および０．１８ｍｍ（０．００７ｉｎ．）の空気の振幅で振動した。ホーンは、チタン導波管に接続され、これは、超音波トランスデューサ（コネチカット州ダンベリーのソニックス＆マテリアルズから得られた）に接続された。

繊維６１は、ホーン先端の２．５ｍｍ以内であった。ホーン先端は、組成９１重量％Ｎｂ−９重量％Ｍｏのニオブ合金（ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＭＴＩから得られた）から製造された。合金は、長さ１２．７ｃｍ（５ｉｎ．）および直径２．５ｃｍ（１ｉｎ．）の円筒に作られた。円筒は、その長さを変更することによって、１９．７ｋＨｚの所望の振動周波数に調整された。

溶融金属６５は、浸透前に脱気された（たとえば、溶融金属に溶解した気体（たとえば、水素）の量を低減する）。イリノイ州シカゴのブルムンド・ファウンドリ・インコーポレイテッド（Ｂｒｕｍｍｕｎｄ Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｉｎｃ， Ｃｈｉｃａｇｏ， ＩＬ）から入手可能な携帯用回転脱気ユニットが使用された。使用された気体はアルゴンであり、アルゴン流量は１分あたり１０５０リットルであり、速度は、１分あたり５０リットルに設定されたモータへの空気流量によって提供され、持続時間は６０分であった。

窒化ケイ素出口ダイ６８は、所望のワイヤ直径を提供するように構成された。出口ダイの内径は２．６７ｍｍ（０．１０５ｉｎ．）であった。

撚り合されたコアは、カナダ、モントリオールのワイヤ・ロープ・カンパニー（Ｗｉｒｅ Ｒｏｐｅ Ｃｏｍｐａｎｙ ｉｎ Ｍｏｎｔｒｅａｌ， Ｃａｎａｄａ）における撚り合せ設備上で撚り合された。ケーブルは、中心の１つのワイヤと、Ｚ撚りでの第１の層の６のワイヤとを有した。ともに螺旋状に巻かれる前、個別のワイヤが、別個のボビン上に提供され、これらは、次に、撚り合せ設備のモータ駆動キャリッジ内に配置された。キャリッジは、完成された撚り合されたケーブルの層のための６のボビンを保持した。層のワイヤは、キャリッジの出口で一緒にされ、中心ワイヤの上に配列された。ケーブル撚り合せプロセスの間、中心ワイヤは、キャリッジの中心を通して引かれ、キャリッジは、１つの層を撚り合されたケーブルに加えた。１つの層として加えられた個別のワイヤは、モータ駆動キャリッジによってケーブルの中心軸の周りに回転される間、それらのそれぞれのボビンから同時に引かれた。結果は、螺旋状に撚り合されたコアであった。

撚り合されたコアは、従来のテーピング設備（ニュージャージー州パターソンのワトソン・マシン・インターナショナル（Ｗａｔｓｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｐａｔｅｒｓｏｎ， ＮＪ）からのモデル３００コンセントリック・テーピング・ヘッド（Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ Ｔａｐｉｎｇ Ｈｅａｄ））を使用して、接着テープが巻付けられた。テープバッキングは、ガラス繊維を有するアルミニウム箔テープであり、感圧シリコーン接着剤を有した（ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニーから、商品名「フォイル／ガラス・クロス・テープ３６３」で得られた）。テープ１８の総厚さは０．００７２インチ（０．１８ｍｍ）であった。テープは幅０．７５インチ（１．９０ｃｍ）であった。

完成されたコアの平均直径は０．３２４インチ（８．２３ｍｍ）であり、撚り合された層の撚り長さは２１．３インチ（５４．１ｃｍ）であった。

第１の台形アルミニウム合金ワイヤは、アルミニウム／ジルコニウムロッドから準備された（９．５３ｍｍ（０．３７５インチ）の直径；ラミフィルＮ・Ｖ（Ｌａｍｉｆｉｌ Ｎ．Ｖ．）（ベルギー、ヘミクセム（Ｈｅｍｉｋｓｅｍ， Ｂｅｌｇｕｉｍ）、商品名「ＺＴＡＬ」で）から得られ、１５３．９５ＭＰａ（２２，１８３ｐｓｉ）の引張強度、１３．３％の伸び、および６０．４％のＩＡＣＳの導電性を有した。第２の台形ワイヤは、１３２．３２ＭＰａ（１９，１９１ｐｓｉ））の引張強度、１０．４％の伸び、および６０．５％のＩＡＣＳの導電性を有する、直径９．５３ｍｍ（０．３７５インチ）のアルミニウム／ジルコニウムロッド（「ＺＴＡＬ」）から準備された。ロッドは、室温で、当該技術において知られているように５の中間ダイを使用して、最後に台形形成ダイを使用してドローダウンされた。ドローダイは、炭化タングステンから製造された。炭化タングステンダイのジオメトリは、６０°の入口角度、１６〜１８°の低減角度、ダイ直径の３０％のベアリング長さ（ａ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ３０％ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）、および６０°のバックレリーフ角度（ｂａｃｋ ｒｅｌｉｅｆ ａｎｇｌｅ）を有した。ダイ表面は高度に研磨された。ダイは、ドローオイルを使用して潤滑され冷却された。ドローシステムは、１ダイあたり１分あたり６０〜１００リットルの範囲内に設定された速度でオイルを送出し、温度は４０〜５０℃の範囲内に設定された。最後の形成ダイは、高度に研磨された加工表面を有する２つの水平硬化鋼（６０ＲＣ硬度）形成ロールを含んだ。ロール溝の設計は、必要な台形プロファイルに基いた。ロールは、ドローボックスと外側ドローブロックとの間に配置されたローリングスタンド上に設置された。最終形成ロール低減は、ワイヤの面積を約２３．５％低減した。面積低減の量は、金属をロール溝のコーナ内に移動させ、形成ロール間の空間を適切に充填するのに十分であった。形成ロールは、台形ワイヤのキャップが、ドローブロックおよびボビンドラムの表面に面するように整列され設置された。形成後、ワイヤプロファイルは、テンプレートを使用してチェックされ確認された。

次に、このワイヤはボビン上に巻かれた。結果として生じるワイヤのさまざまな特性は、下記表２に記載されている。台形形状の「有効直径」は、台形形状の断面積と同じ面積を有する円の直径を指す。撚り合せ設備内に装填された２０のボビンがあり（第１の内側層を撚り合せるための第１のワイヤの８）、第２の外側層を撚り合せるための第２のワイヤの１２）、ワイヤは、テストのためにこれらのサブセットからとられ、これらは「サンプルボビン」であった。

ケーブルが、従来の遊星歯車式撚り合せ機械、ならびに比較例について上で説明されたコアおよび（内側および外側）ワイヤを使用して、ＳＫ、ウェイバーンのネクサンズ（Ｎｅｘａｎｓ， Ｗｅｙｂｕｒｎ， ＳＫ）によって製造された。ケーブルを製造するための装置８０の概略図が、図７、図７Ａ、および図７Ｂに示されている。

コアのスプール８１が、従来の遊星歯車式撚り合せ機械８０のヘッドに設けられ、スプール８１は、自由に回転することができ、張力を制動システムによって加えることができた。繰出しの間コアに加えられた張力は４５ｋｇ（１００ｌｂ．）であった。コアは室温（約２３℃（７３°Ｆ））で入力された。コアは、ボビンキャリッジ８２、８３の中心を通して、閉じダイ８４、８５を通して、キャプスタンホイール８６の周りにかけられ、従来の巻取り（１５２ｃｍ（６０ｉｎ．）の直径）スプール８７に取付けられた。

外側撚り合せ層の付与前、個別のワイヤが、別個のボビン８８上に提供され、これらは、撚り合せ設備のいくつかのモータ駆動キャリッジ８２、８３内に配置された。ボビン８８からワイヤ８９を引くのに必要な張力の範囲は、１１〜１４ｋｇ（２５〜３０ｌｂ．）の範囲内であるように設定された。撚り合せステーションは、キャリッジと、閉じダイとからなる。各撚り合せステーションにおいて、各層のワイヤ８９は、各キャリッジの出口で、それぞれ、閉じダイ８４、８５で一緒にされ、それぞれ、中心ワイヤの上に、または前の層の上に配列された。したがって、コアは、２つの撚り合せステーションを通過した。第１のステーションにおいて、８のワイヤを、コアの上でＳ撚り（ｌｅｆｔ ｌａｙ）で撚り合せた。第２のステーションにおいて、１２のワイヤを、前の層の上でＺ撚り（ｒｉｇｈｔ ｌａｙ）で撚り合せた。

コア材料、および所与の層のワイヤは、適用できるような閉じダイ８４、８５によって接触された。閉じダイは、円筒（図７Ａおよび図７Ｂを参照のこと）であり、ボルトを使用して所定位置に保持された。ダイは、硬化工具鋼から製造され、完全に閉じることができた。

完成されたケーブルは、キャプスタンホイール８６を通過され、最終的に、（９１ｃｍの直径（３６インチ））巻取りスプール８７上に巻かれた。完成されたケーブルは、各バンク内に７のローラで、２つのバンク内に線状に配列されたローラ（各ローラは１２．５ｃｍ（５インチ）である）から構成されたくせ取り機デバイスを通過された。ローラの２つのバンクの間の距離は、ローラがケーブルに衝突するだけであるように設定された。ローラの２つのバンクは、ケーブルの両側に位置決めされ、一方のバンク内のローラが、他方のバンク内の対向するローラによって作られた空間と一致した。したがって、２つのバンクは互いにずれた。ケーブルがくせ取りデバイスを通過するとき、ケーブルは、ローラの上で前後に曲がり、導体内のストランドが同じ長さまで伸張することを可能にし、それにより、弛んだストランドをなくした。

内側層は、１５．４ｍｍ（０．６０８ｉｎ．）の外側層直径、３５３ｋｇ／ｋｍ（２３７ｌｂ．／ｋｆｔ．）の単位長さあたり質量で、２０．３ｃｍ（８ｉｎ．）のＳ撚り（ｌｅｆｔ ｈａｎｄ ｌａｙ）で、８の台形ワイヤからなった。内側層のための閉じブロック（硬化工具鋼から製造された；６０Ｒｃ硬度）は、１５．４ｍｍ（０．６０８ｉｎ．）の内径に設定された。したがって、閉じブロックは、ケーブル直径とちょうど同じ直径に設定された。

外側層は、２２．９ｍｍ（０．９０１５ｉｎ．）の外側層直径、５０７．６ｋｇ／ｋｍ（３４１．２ｌｂ．／ｋｆｔ）の単位長さあたり質量で、２５．９ｃｍ（１０．２ｉｎ．）のＺ撚りで、１２の台形ワイヤからなった。アルミニウム合金ワイヤの単位長さあたり総質量は９２８．８ｋｇ／ｋｍ（６２４．３ｌｂ．／ｋｆｔ．）であり、コアの単位長さあたり総質量は１３６．４ｋｇ／ｋｍ（９１．７ｌｂ．／ｋｆｔ．）であり、単位長さあたり総導体質量は１０６５ｋｇ／ｋｍ（７１６．０ｌｂ．／ｋｆｔ．）であった。外側層のための閉じブロック（硬化工具鋼から製造された；６０Ｒｃ硬度）は、０．９０１５ｉｎ．（２２．９ｍｍ）の内径に設定された。したがって、閉じブロックは、最終ケーブル直径とちょうど同じ直径に設定された。

内側ワイヤおよび外側ワイヤ張力（繰出しボビンとしての）は、ハンドヘルドフォースゲージ（入手可能な、イリノイ州シカゴのマクマスター−カード（ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｄ， Ｃｈｉｃａｇｏ， ＩＬ））を使用して測定され、１３．５〜１５ｋｇ（２９〜３３ｌｂ．）の範囲内であるように設定され、コア繰出し張力は、ブレーキによって、ボビンと同じ測定方法を用いて、約９０ｋｇ（１９８ｌｂ．）に設定された。さらに、くせ取り機は使用されず、ケーブルはスプールに巻かれなかったが、まっすぐに走り、フロア上に広がる（ｌａｙ ｏｕｔ）に任された。コアは室温（約２３℃（７３°Ｆ））で入力された。

撚り合せ機械は、１５ｍ／分（４９ｆｔ／分）で動作され、従来のキャプスタンホイール、標準くせ取りデバイス、および従来の直径１５２ｃｍ（６０ｉｎ．）の巻取りスプールを使用して駆動された。

結果として生じる導体を、次の「切断端部テスト方法」を用いてテストした。テストされるべき導体のセクションをフロア上にまっすぐに広げ、長さ３．１〜４．６ｍ（１０〜１５ｆｔ．）のサブセクションを両端で締付けた。次に、導体を切断して、依然として両端で締付けられたセクションを隔離した。次に、１つの締付けを解除し、層移動は観察されなかった。次に、導体のセクションを、層の、互いに対する移動について検査した。各層の移動を、定規を使用して測定して、コアに対する移動の量を定めた。外側アルミニウム層は複合コアに対して引っ込み、コアをゼロ基準位置とみなし、内側アルミニウム層は０．１６ｉｎ．（４ｍｍ）引っ込み、外側層は０．３１ｉｎ．（８ｍｍ）引っ込んだ。

例示的な実施例のケーブルを、また、カナダ、オンタリオ州トロントのキネクトリックス・インコーポレイテッド（Ｋｉｎｅｃｔｒｉｃｓ， Ｉｎｃ． Ｔｏｒｏｎｔｏ， Ｏｎｔａｒｉｏ， Ｃａｎａｄａ）によって、次の「弛みテスト方法Ｉ」を用いて、評価した。ある長さの導体を従来のエポキシ取付物で終端させ、層が、製造されたままの状態と同じ相対位置を実質的に維持することを確実にし、ただし、アルミニウム／ジルコニウムワイヤを、エポキシ取付物を通して、他方の側から延在させ、次に、従来のターミナルコネクタを使用するＡＣ電源への接続を考慮するように再構成した。エポキシ取付物を、張力を保持するためのターンバックルに接続されたアルミニウムスペルターソケット内に注いだ。１つの側で、ロードセルをターンバックルに接続し（５０００キログラム（ｋｇ）のキャパシティ）、次に、両端で、ターンバックルをプリングアイに取付けた。アイを、張力下のときのシステムの端部撓みを最小にするのに十分大きい、大きいコンクリート柱に接続した。テストのため、張力を、導体定格破断強度の２０％に引いた。したがって、２０８２ｋｇ（４５９０ｌｂ）をケーブルに加えた。温度は、導体の長さに沿った３つの位置で（総（プリングアイからプリングアイ）スパンの距離の１／４、１／２、および３／４で）、９の熱電対（各位置に３つ；コネチカット州スタンフォードのオメガ・コーポレーション（Ｏｍｅｇａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｓｔａｍｆｏｒｄ， ＣＴ）から入手可能なＪタイプ）を使用して測定した。各位置において、３つの熱電対を、導体内の３つの異なった半径方向の位置、すなわち、外側アルミニウムストランド間、内側アルミニウムストランド間、および外側コアワイヤに隣接して（すなわち、接触する）位置決めした。弛み値は、導体の長さに沿った３つの位置で（スパンの距離の１／４、１／２、および３／４で）、プルワイヤポテンショメータ（カリフォルニア州パームデールのスペースエージ・コントロール・インコーポレイテッドから入手可能）を使用して測定した。これらは、３つの位置の垂直移動を測定するように位置決めした。ＡＣ電流を導体に与えて、温度を所望の値に上昇させた。導体の温度は、室温（約２０℃（６８°Ｆ））から約２４０℃（４６４°Ｆ）に６０〜１２０℃／分（１４０〜２４８°Ｆ／分）の範囲内の速度で上昇させた。熱電対のすべての最も高い温度を対照として用いた。２４０℃（４６４°Ｆ）を達成するために、約１２００ａｍｐが必要であった。

導体の弛み値（弛み_合計）は、さまざまな温度で、次の式を用いて計算した。

式中、
弛み_1/2＝導体のスパンの距離の１／２で測定された弛み
弛み_1/4＝導体のスパンの距離の１／４で測定された弛み
弛み_3/4＝導体のスパンの距離の３／４で測定された弛み

表３（下記）は、固定入力テストパラメータを要約する。

結果として生じる弛みおよび温度データ（例示的な実施例の「結果として生じるデータ」）をプロットし、次に、計算された曲線を、サウスカロライナ州グリーンビルのアルコア・フジクラ・リミテッドから商品名「サグ１０」（バージョン３．０ アップデート３．９．７）でソフトウェアプログラムで入手可能なアルコア・サグ１０グラフィック方法を用いて適合させた。応力パラメータは、「組込みアルミニウム応力」と呼ばれる「サグ１０」の適合パラメータであり、これは、予測されたグラフ上のニーポイントの位置、およびまた高温ポストニーポイント領域の弛みの量を調整した。応力パラメータ理論の説明が、アルコア・サグ１０ユーザズマニュアル（バージョン２．０）：ＡＣＳＲのアルミニウムの圧縮応力の理論に提供された。示された表４〜７（下記）のような６７５ｋｃｍｉｌのケーブルの導体パラメータをサグ１０ソフトウェアに入力した。最良適合は、（ｉ）曲線が高温（１４０〜２４０℃）で一致するように応力パラメータの値を変えることによって、計算された曲線を「結果として生じるデータ」に一致させ、（ｉｉ）「結果として生じるデータ」曲線の変曲点（ニーポイント）は、計算された曲線と厳密に一致し、（ｉｉｉ）初期の計算された弛みは、初期の「結果として生じるデータ」弛みと一致する必要があった（すなわち、２２℃（７２°Ｆ）における初期張力は２０８２ｋｇであり、２７．７ｃｍ（１０．９インチ）の弛みを生じさせる。）。この実施例の場合、応力パラメータの３．５ＭＰａ（５００ｐｓｉ）の値が、「結果として生じるデータ」への最良適合を提供した。図８は、サグ１０によって計算された弛み（線８２）、および測定された弛み（プロットされたデータ８３）を示す。

次の導体データを「サグ１０」ソフトウェアに入力した。

応力歪み曲線多項式の定義
最初の５の数字Ａ０〜Ａ４は、初期アルミニウム曲線×面積比を表す４次多項式の係数であり、

ＡＦはアルミニウムの最終モジュラスであり、

式中、εは、％単位の導体伸びであり、σは、ｐｓｉ単位の応力であり、
Ｂ０〜Ｂ４は、アルミニウムの最終１０年クリープ曲線×面積比を表す４次多項式の係数であり、

Ｃα（Ａｌ）は、アルミニウムの熱膨張の係数である。
Ｃ０〜Ｃ４は、複合コアのみの、初期曲線×面積比を表す４次多項式の係数である。
ＣＦは、複合コアの最終モジュラスであり、
Ｄ０〜Ｄ４は、複合コアの最終１０年クリープ曲線×面積比を表す４次多項式の係数であり、
α（コア）は、複合コアの熱膨張の係数である。

予測実施例１
ケーブルを、次の通りである以外は、例示的な実施例で説明されたように製造する。コアを形成するために撚り合される複合ワイヤは、炭素繊維複合（ビスマレイックアミド（ｂｉｓｍａｌｅｉｃ ａｍｉｄ）樹脂マトリックス内の炭素繊維）ワイヤからなる。これらのワイヤは、日本、東京の東京製綱株式会社（Ｔｏｋｙｏ Ｒｏｐｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌｔｄ．）から、商品名「ＣＦＣＣ」で入手可能である。複合ワイヤは、例示的な実施例の複合ワイヤと同じ直径を有する。

例示的な実施例で説明されたアルコア・サグ１０グラフィック方法モデルを用いて、予測実施例１で説明されたケーブルの弛み対温度挙動を予測した。例示的な実施例のサグ１０モデルおよび方法を用いて、弛み対温度曲線を生成した。表８〜１１（下記）に示された導体パラメータを、サグ１０ソフトウェアに入力した。予測実施例１の圧縮応力パラメータの値は、３．５ＭＰａ（５００ｐｓｉ）であった。さらに、５５ＭＰａ（８０００ｐｓｉ）の圧縮応力値について、弛み対温度曲線を生成した。図９は、例示的な実施例および予測実施例１の弛み対温度曲線を示す。例示的な実施例の測定されたデータは、プロットされたデータ９３として示されており、例示的な実施例の計算された曲線は、線９２として示されている。３．５ＭＰａ（５００ｐｓｉ）の応力パラメータを用いた予測実施例１の計算された曲線は、線９４として示されている。５５ＭＰａ（８０００ｐｓｉ）の応力パラメータでの付加的な計算された曲線は、線９６として示されている。

次の導体データを「サグ１０」ソフトウェアに入力した。

本発明のさまざまな変更および改変が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。また、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に不当に限定されるべきではないことが理解されるべきである。

本発明によるケーブルの例示的な実施形態の概略断面図である。 本発明によるケーブルの例示的な実施形態の概略断面図である。 本発明によるケーブルの例示的な実施形態の概略断面図である。 本発明によるケーブルの例示的な実施形態の概略断面図である。 本発明によるケーブルの例示的な実施形態の概略断面図である。 本発明による、繊維に溶融金属を浸透させるために使用される例示的な超音波浸透装置の概略図である。 本発明によるケーブルを製造するために使用される例示的な撚り合せ装置の概略図である。 本発明によるケーブルを製造するために使用される例示的な撚り合せ装置の概略図である。 本発明によるケーブルを製造するために使用される例示的な撚り合せ装置の概略図である。 例示的な実施例のケーブル弛みデータのプロットである。 例示的な実施例および予測実施例１のケーブル弛みデータのプロットである。 本発明によるケーブルの例示的な実施形態の概略断面図である。

Claims (14)

1. 熱膨張係数を有し、かつ、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つを含む長手方向のコアと、
   合せて前記コアの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する複数のワイヤであって、前記複数のワイヤが、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウム合金ワイヤ、または銅合金ワイヤの少なくとも１つを含み、前記複数のワイヤが、前記コアの周りに撚り合される、複数のワイヤとを
   含むケーブルであって、
   前記長手方向のコアが金属マトリックス複合ワイヤを含む場合、前記コアが、別個に、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つを含むという条件で、前記ケーブルが２０ＭＰａ以下の応力パラメータを有する、ケーブル。
2. 前記ケーブルが１５ＭＰａ以下の応力パラメータを有する、請求項１に記載のケーブル。
3. 前記ケーブルが１０ＭＰａ以下の応力パラメータを有する、請求項１に記載のケーブル。
4. 前記ケーブルが５ＭＰａ以下の応力パラメータを有する、請求項１に記載のケーブル。
5. 前記ケーブルが０ＭＰａから１５ＭＰａの範囲内の応力パラメータを有する、請求項１に記載のケーブル。
6. 前記ケーブルが０ＭＰａから１０ＭＰａの範囲内の応力パラメータを有する、請求項１に記載のケーブル。
7. 前記コアが、ポリマーマトリックス内の、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つの連続繊維を含む複合体を含む、請求項１に記載のケーブル。
8. 前記コアが、ポリマーマトリックス内の連続セラミックを含む複合体を含む、請求項１に記載のケーブル。
9. 前記ワイヤおよび前記コアが、連続しており、長さが少なくとも１５０メートルである、請求項１に記載のケーブル。
10. 前記コアが、１ｍｍから１２ｍｍの直径を有するワイヤを含む、請求項１に記載のケーブル。
11. 前記コアが、１ｍｍから４ｍｍの直径を有するワイヤを含む、請求項１に記載のケーブル。
12. 前記コアのワイヤが、１０から１５０の撚り係数を有するように螺旋状に撚り合される、請求項１に記載のケーブル。
13. 前記ワイヤが、形状が台形である、請求項１に記載のケーブル。
14. ケーブルを製造する方法であって、
    複数のワイヤを長手方向のコアの周りに撚り合せて、予備的な撚り合されたケーブルを提供する工程であって、前記複数のワイヤが、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウム合金ワイヤ、または銅合金ワイヤの少なくとも１つを含み、前記コアが、アラミド、セラミック、ホウ素、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、黒鉛、炭素、チタン、タングステン、または形状記憶合金の少なくとも１つを含む工程と、
    前記予備的な撚り合されたケーブルを閉じダイにかけて、請求項１に記載のケーブルを提供する工程であって、前記閉じダイが内径を有し、前記ケーブルが外径を有し、前記ダイ内径が前記ケーブル外径の１．００から１．０２倍の範囲内である工程とを含む方法。

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