JP4944021B2 - ケーブルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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
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。
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、
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、
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。
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。
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
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、
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、
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。
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。
以下に、本願発明に関連する発明の実施形態について、列挙する。
実施形態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。
実施形態2
前記ケーブルが15MPa以下の応力パラメータを有する、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態3
前記ケーブルが10MPa以下の応力パラメータを有する、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態4
前記ケーブルが5MPa以下の応力パラメータを有する、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態10
前記コアが、1mmから12mmの直径を有するワイヤを含む、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態11
前記コアが、1mmから4mmの直径を有するワイヤを含む、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態13
前記ワイヤが、形状が台形である、実施形態1に記載のケーブル。
実施形態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、実施形態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。
Claims (2)
- 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、
前記ケーブルが5MPa以下の応力パラメータを有する、ケーブル。 - 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、請求項1に記載のケーブル。
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