(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心線と
前記中心線の周りに撚られ、有意な量の弾性曲げ変形を有する３本以上の脆性線であって、前記脆性線が少なくとも他の一つの脆性線と接触するように撚られており、前記脆性線が各々、アルミニウムマトリックスを含むマトリックス中の複数の連続繊維の複合材を含み、前記連続繊維が多結晶α−Ａｌ２Ｏ３、炭化ケイ素、または炭素を含む、脆性線と、
前記線の前記弾性曲げ変形を維持する維持手段と、
を含む、送電ケーブル用撚りケーブルであって、
前記維持手段が、前記３本以上の脆性線の周りに巻き付けられたテープを含む、
撚りケーブル。
【請求項２】
前記テープが接着テープを含む、請求項１に記載の撚りケーブル。
【請求項３】
前記維持手段を含む前記撚りケーブルの外径が前記維持手段を除く前記３本以上の撚り脆性線の外径の１１０％以下である、請求項１に記載の撚りケーブル。
【請求項４】
前記撚りケーブルには前記３本以上の脆性線の周りに電力導体層がない、請求項３に記載の撚りケーブル。
【請求項５】
前記連続繊維が多結晶α−Ａｌ2Ｏ3を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の撚りケーブル。
【請求項６】
前記脆性線が連続しており、少なくとも１５０ｍの長さである、請求項１〜５の何れか一項に記載の撚りケーブル。
【請求項７】
前記脆性線が１０〜１５０の撚り込率を有するように螺旋状に撚られている、請求項１〜６の何れか一項に記載の撚りケーブル。
【請求項８】
少なくとも２層の前記撚り脆性線がある、請求項１に記載の撚りケーブル。
【請求項９】
前記接着テープが感圧接着剤を含む、請求項２に記載の撚りケーブル。
【請求項１０】
前記脆性線が１ｍｍ〜４ｍｍの直径を有する、請求項６に記載の撚りケーブル。
【請求項１１】
コアと前記コアの周りの導体層とを含む送電ケーブルであって、前記コアが請求項１〜４の何れかに記載の前記撚りケーブルを含む、送電ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】技術分野
本発明は、一般に、撚りケーブルおよびそれらの製造方法に関する。特に、本発明は、螺旋状に巻かれた脆性線を含む撚りケーブルおよびそれらの製造方法に関する。そのような撚りケーブルは、送電ケーブルおよび他の用途に役立つ。
【０００２】発明の背景技術
ケーブル撚り線加工は、個々の線を通常螺旋状配列で合わせて完成ケーブルを製造する加工である。例えば、米国特許第５，１７１，９４２号および第５，５５４，８２６号を参照のこと。得られる撚りケーブルまたはワイヤロープは、同等の断面積の中実棒から得られる柔軟性よりもはるかに大きい柔軟性を呈する。また、前記ケーブルが取扱い、設置および使用の際に屈曲し易いと前記撚りケーブルがその全体の丸い断面形状を維持するので、撚り配列は有益である。そのような撚りケーブルは、巻上げケーブル、航空機用ケーブルおよび送電ケーブルなどの種々の用途に使用される。
【０００３】  そのような螺旋撚りケーブルは、鋼、アルミニウムまたは銅などの金属から通常製造される。架空裸送電ケーブルなどの場合によっては、螺旋撚りコアは、例えば鋼などの第１の材料を含むこともでき、外側電力導電部分は、例えばアルミニウムなどの別の材料を含むこともできる。この場合、コアは、より大きい直径の送電ケーブルの製造に対する入力材料として用いられる予備撚りケーブルであってもよい。
【０００４】  螺旋撚りケーブルは、５０本以上の線を含むもっと一般的な構造に最低７本の個々の線を含むこともできる。螺旋状に一緒に巻かれる前に、前記個々の線は、撚り線機の多数の電動搬送台に更に配置された別々のボビン上に供給される。通常、完成撚りケーブルの各層に対して１つの搬送台がある。各層の前記線は、各搬送台の出口で一緒に運ばれ、中心線を覆ってまたは前層を覆って配列される。ケーブル撚り線加工の間、前記中心線、または周りに巻かれた１つ以上の追加層を有する中間未完成撚りケーブルは、各搬送台が１つの層を前記撚りケーブルに追加した状態で種々の搬送台を通って引っ張られる。１つの層として追加されるべき前記個別線は、前記電動搬送台により前記ケーブルの中心軸の周りに回転されながらそれらの各々のボビンから同時に引っ張られる。これは、所期の各層に対して順番に行われる。結果として、形状を損なったり解けたりすることなく都合よく切断して取り扱うことができる螺旋撚りケーブルになる。この特性は、当然のことのように思われるが、非常に重要な特徴である。製造中、線材の降伏応力を超えるが極限または破壊応力未満の応力に金属線をかけるので、前記ケーブルはその螺旋撚り配列を維持する。この応力は、前記線が比較的小さい半径の前層または中心線の周りに螺旋状に巻かれるにつれて与えられる。追加の応力は、製造中に半径方向および剪断力を前記ケーブルに加える型締ダイで与えられる。従って、前記線は、塑性変形してそれらの螺旋撚り形状を維持する。
【０００５】  脆い故に新しい形状に容易に塑性変形できない材料から有用なケーブル物品が最近導入されている。これらの材料の一般的な例には、金属に比べて改良された機械的性質のために魅力的であるが応力歪応答において本質的に弾性のある繊維強化複合材料がある。セラミック繊維強化金属線を含む複合ケーブルのように、繊維強化高分子線を含む複合ケーブルは、業界で知られている（例えば、ＷＯ９７／００９７６参照）。
【０００６】  繊維強化高分子マトリックス線の場合、前記ケーブル内の個々の線は、螺旋配列を維持する撚り線加工後に熱硬化可能である。そのような配列において、螺旋巻きケーブルは、前記螺旋配列を維持する何らかの手段を必要としない。例えば、米国特許第５，１２６，１６７号には、繊維強化プラスチック外装ケーブルの製造方法が記載されている。この方法では、長い強化繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させ、前記強化繊維を所定の形状に形成して、前記熱硬化性樹脂を未硬化のままにした状態で複数の棒状部材を得る。次に、前記未硬化棒状部材を溶融押出機のダイに通過させ、これにより、前記棒状部材を熱可塑性樹脂層で各々被覆する。前記棒状部材の前記被覆層をすぐに冷却して、前記熱硬化性樹脂を未硬化のままにした状態で複数本の繊維強化プラスチック外装線を同時に形成する。こうして得られた前記外装線を、回転されながら供給されるケーブルの周りに巻く。上に巻かれた前記線を有する前記ケーブルを溶融押出機のダイ部分に通過させ、これにより、すぐに冷却され固化される熱可塑性樹脂層で前記ケーブルを被覆する。熱媒体として液体を用いて前記被覆ケーブルを硬化タンクに案内して、前記外装線内の前記熱硬化性樹脂を硬化させる。
【０００７】
電気遮蔽、水や湿気などの環境からの保護、特に地下または絶縁架空導線における電気絶縁物、保護外装層、または高温用の断熱層のような種々の理由で、テープを撚りケーブルに巻き付ける。特開平３−１２９６０６には、心補強部材のような繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を有する架空電力ケーブルが教示されている。前記‘６０６出願の背景技術によると、繊維強化プラスチックケーブルは、電流を増大してたるみを減少する架空電力ケーブル用の補強部材として従来示唆されているが、前記繊維強化プラスチックが低い耐熱性と低い耐曲げおよび衝撃性とを有するという欠点を有する。前記特許では、繊維強化プラスチック線を金属テープまたは耐熱被膜で包むことによりこれらの制約を克服しようと努めている。前記‘６０６出願には、金属テープから成る金属ケーシングを前記ＦＲＰ線の周りに形成する実施形態が開示されている。前記金属テープは、緩衝層として機能し曲げの際または衝撃の下に前記ＦＲＰ線の脆性を低減すると報告されている。前記‘６０６出願によると、同時に、樹脂内部の熱劣化を効果的に防止することができ、長期信頼性を有するＦＲＰで強化されたアルミニウムケーブルを製造することができる。また、前記‘６０６出願には、（図４に示す）金属テープで各プラスチック線を包むまたはそれを耐熱結合剤で被覆することにより個々の繊維強化プラスチック線を保護する実施形態が提案されている。
【０００８】  ＷＯ９７／００９７６には、コアを形成する繊維強化複合線の配列が一実施形態で記載されている。前記心線は、送電ケーブル用の導線として役立つ一体式金属線の外被で囲まれている。前記‘９７６出願の図２ａおよび図２ｂを参照のこと。前記コア内の前記線は、略純元素アルミニウムまたは元素アルミニウムと最大約２％の銅との合金のマトリックスの内部に封入された多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維の金属マトリックスを含む。これらの線は、脆く、有意な塑性変形を受け易くない。
【０００９】発明の開示
上記方法の多くはある程度の成功を得るけれども、螺旋撚りコアの構造およびその製造方法を更に改良することが望ましい。例えば、脆性線を含む螺旋撚りケーブルを提供することが望ましい。送電ケーブルなどの以後の物品に前記コアを組み込む前に前記脆性線の螺旋配列を維持する便利な手段を提供することが望ましい。螺旋配列を維持するそのような手段は、塑性変形可能な線を有するまたは螺旋配列後に硬化または固化可能な線を有する前のコアにおいて必要でなかった。
【００１０】  １つの態様において、本発明は、撚りケーブルを提供する。前記ケーブルは、複数本の脆性線を含み、前記脆性線は共通の長手軸の周りに撚られている。前記脆性線は、有意な量の弾性曲げ変形を有する。また、前記ケーブルは、前記線の前記弾性曲げ変形を維持する接着手段を含む。１つの好ましい実施形態において、前記維持手段は、前記複数本の脆性線の周りに巻き付けられた接着テープを含む。前記接着テープは、感圧接着剤を含むこともできる。別の好ましい実施形態において、前記維持手段は、結合剤を含むこともできる。前記結合剤は、感圧接着剤を含むこともできる。
【００１１】  別の態様において、本発明は、撚りケーブルの代替実施形態を提供する。前記撚りケーブルは、共通の長手軸の周りに撚られている複数本の脆性線を含む。前記脆性線は、有意な量の弾性曲げ変形を有する。また、前記撚りケーブルは、前記線の前記弾性曲げ変形を維持する維持手段を含み、前記維持手段を含む前記撚りケーブルの外径は、前記維持手段を除く前記複数本の撚り脆性線の外径の１１０％以下である。１つの好ましい実施形態において、前記維持手段は、前記複数本の脆性線の周りに巻き付けられたテープを含む。前記テープは、接着テープを含むことが好ましい。別の好ましい実施形態において、前記維持手段は、前記複数本の撚り脆性線に付着される結合剤を含む。前記結合剤は、感圧接着剤を含むことが好ましい。
【００１２】  撚りケーブルの上記２つの実施形態の一方または両方において、以下の実施形態を使用することもできる。
【００１３】  １つの好ましい実施形態において、前記脆性線は各々、マトリックス内に複数の連続繊維の複合物を含む。前記マトリックスは、金属マトリックスを含むことが好ましい。前記金属マトリックスはアルミニウムを含み、前記連続繊維は多結晶α−Ａｌ2Ｏ3を含むことがより好ましい。
【００１４】  別の好ましい実施形態において、前記脆性線は連続しており、少なくとも１５０ｍの長さである。前記連続脆性線は、少なくとも１０００ｍの長さであることがより好ましい。
【００１５】  別の好ましい実施形態において、前記脆性線は１ｍｍ〜４ｍｍの直径を有する。
【００１６】  別の好ましい実施形態において、前記脆性線は、１０〜１５０の撚り込率を有するように螺旋状に撚られている。
【００１７】  別の好ましい実施形態において、少なくとも３本の撚り脆性線がある。より好ましくは、前記ケーブルは中心線を含み、前記撚り脆性線は前記中心線の周りの層に撚られている。更により好ましくは、少なくとも２層の前記撚り脆性線がある。
【００１８】  別の態様において、本発明は、コアと前記コアの周りの導体層とを含む送電ケーブルを提供し、前記コアは上述の何れかの撚りケーブルを含む。１つの好ましい実施形態において、前記送電ケーブルは、少なくとも２つの導体層を含む。別の好ましい実施形態において、前記導体層は、複数本の撚り導線を含む。別の好ましい実施形態において、前記送電ケーブルは、架空送電ケーブルを含む。
【００１９】  更に別の態様において、本発明は、撚りケーブルの別の代替実施形態を提供する。前記撚りケーブルは、複数本の脆性線を含む。前記脆性線は、共通の長手軸の周りに撚られており、有意な量の弾性曲げ変形を有する。また、前記撚りケーブルは、前記線の前記弾性曲げ変形を維持する維持手段を含む。この実施形態において、前記撚りケーブルには前記複数本の脆性線の周りに電力導体層がない。この実施形態には前記複数本の脆性線の周りに電力導体層がないならば、上述の好ましい実施形態の何れでも、この実施形態で使用することができる。
【００２０】  数枚の図面を通じて同様な構造には同様な符号を付けた添付図面を参照して、本発明を更に説明する。
【００２１】
発明の詳細な説明
本発明は、複数本の耐力線を含む撚りケーブルを提供する。前記耐力線は脆性線であり、それらの螺旋配列を維持するように従来のケーブル撚り線加工中に前記脆性線を十分に変形させることができない。従って、本発明は、前記撚りケーブル内の前記線の前記螺旋配列を維持する手段を提供する。このようにして、前記撚りケーブルを中間物品または最終物品として都合よく提供することもできる。中間物品として使用される場合、それを架空送電ケーブルなどの最終物品に後で組み込むこともできる。
【００２２】  ある特定の用語は、大部分は周知であるけれども何らかの説明を必要とすることがある明細書および請求の範囲において使用される。「脆性」があるような「線」を指す場合、これは前記線が最小塑性変形を伴う引張荷重状態で破損することを意味するものとする。線の変形を指すのに使用される場合の用語「弾性」は、前記変形を引き起こす荷重の除去の際に前記線がその最初の未変形の形状に実質的に戻ることを意味する。線の前記変形を指すのに使用される場合の用語「曲げ」は、前記線を螺旋状に曲げるような二次元または三次元の曲げ変形を含む。曲げ変形を有するような線を指す場合、これは、前記線が引張および／または捩り力に起因する変形も有するという可能性を排除しない。「有意な」弾性曲げ変形は、前記線の半径の最大１０，０００倍の曲率の半径に前記線を曲げる場合に生じる曲げ変形を意味する。円形断面の線に加えられると、この有意な弾性曲げ変形は、少なくとも０．０１％の前記線の外側繊維で歪を与える。用語「撚り合わせ加工」および「撚り線加工」は、「撚り合わせ加工」および「撚り線加工」される場合、区別なく使用される。
【００２３】  図１は、複数本の線１２の周りに維持手段を貼る前の、本発明による撚りケーブル１０の第１の実施形態の端面図である。図示のように、前記撚りケーブル１０は、中心線１２ａ、および前記中心線１２ａの周りに螺旋状に巻かれた線１２の第１の層１３ａを含む。好ましい実施形態において、脆性線１２は各々、より詳しく後述するようにマトリックス１６内に複数の連続繊維１４を含む。Ｃｏｒｔｉｎｏｖｉｓ，Ｓｐａ（Ｂｅｒｇａｍｏ，Ｉｔａｌｙ）およびＷａｔｓｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手できる遊星ケーブル撚り線機などの任意の適当なケーブル撚り線機によって業界で既知のように前記線１２を撚ったり螺旋状に巻いたりすることもできる。図２は、第１の層１３ａ内の前記線１２が螺旋状に撚られていることが分かる、図１の前記撚りケーブル１０の側面図である。前記撚り脆性線１２は、螺旋配列であることが好ましいが、これが必要とされることはない。
【００２４】  図３は、前記撚りケーブルに部分的に貼られたテープ１８を含む維持手段を用いた、図２の前記撚りケーブルの側面図である。テープ１８は、オプションの接着層２２を有するまたは有しない裏当て２０を含むこともできる。図３に示すように、各連続巻きが隙間なくかつ重なりなく前の巻きに当接するように前記テープ１８を巻き付けることもできる。代わりに、各巻きの間の隙間を残すようにまたは前の巻きに重なるように連続巻きを間隔を置いて配置することもできる。１つの好ましい実施形態では、各巻きがテープ幅の約１／３〜１／２だけ前の巻きに重なるように前記テープ１８を巻き付ける。テープ１８が接着剤を有しない裏当て２０である場合、前記テープ１８が前記弾性曲げ変形を維持するのに十分強く、単独でその巻き付け形状を保持することができ、または必要ならば十分に拘束されるという条件で、前記裏当て２０用の適当な材料は、金属箔、特にアルミニウム、ポリエステルおよびガラス繊維強化裏当てを含む。１つの特に好ましい裏当て２０は、アルミニウムである。そのような裏当ては、０．００２〜０．００５インチ（０．０５〜０．１３ｍｍ）の厚さを有し、前記撚りケーブル１０の直径に基づいて選択された幅を有することが好ましい。例えば、図７に示すような２層を有し、かつ約０．５インチ（１．３ｃｍ）の直径を有する撚りケーブル１０の場合、１．０インチ（２．５ｃｍ）の幅を有するアルミニウムテープが好ましい。図５は、テープ１８が接着剤を有しない裏当て２０を含む、図３の前記撚りケーブルの端面図である。
【００２５】  代わりに、テープ１８は、裏当て２０および接着剤２２を含む接着テープであってもよい。この実施形態において、裏当て２０用の適当な材料は、好ましい裏当てが０．００２〜０．００５インチ（０．０５〜０．１３ｍｍ）の厚さおよび１．０インチ（２．５４ｃｍ）の幅を有するアルミニウム裏当てであることに関して丁度説明したもののうち何れでも含む。適当な感圧接着剤には、（メタ）クリレート系接着剤、ポリ（α‐オレフィン）接着剤、ブロック共重合体系接着剤、天然ゴム系接着剤、シリコーン系接着剤、およびホットメルト感圧接着剤がある。好ましい市販テープの中には、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手できる下記のＭｅｔａｌ  Ｆｏｉｌ  Ｔａｐｅｓもあり、アクリル接着剤付きの厚さ０．００５インチ（０．１３ｍｍ）のアルミニウム裏当ておよび０．００７２インチ（０．１８ｍｍ）の全テープ厚さのｔａｐｅ４３８、アクリル接着剤付きの厚さ０．００１９インチ（０．０５ｍｍ）のアルミニウム裏当ておよび０．００３１インチ（０．０８ｍｍ）の全テープ厚さのｔａｐｅ４３１、およびシリコーン接着剤付きの厚さ０．００２インチ（０．０５ｍｍ）のアルミニウム裏当ておよび０．００３６インチ（０．０９ｍｍ）の全テープ厚さのｔａｐｅ４３３がある。適当なポリエステル裏付きテープには、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＰｏｌｙｅｓｔｅｒ  Ｔａｐｅ  ８４０２があり、これは厚さ０．００１インチ（０．０３ｍｍ）のポリエステル裏当て、シリコーン系接着剤および０．００１８インチ（０．０３ｍｍ）の全テープ厚さを有する。
【００２６】  接着剤を有するまたは有しない前記維持手段のようなテープ１８を使用する場合、業界で既知のような従来のテープ巻き付け装置を用いて、前記テープを前記撚りケーブルに貼ることもできる。適当なテープ貼り機には、型番ＣＴ−３００  Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  Ｔａｐｉｎｇ  Ｈｅａｄなどの、Ｗａｔｓｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手できるものがある。テープ上包み場所を、ケーブル撚り線装置の出口に配置し、前記ケーブル１０を巻取スプール上で巻く前に前記螺旋撚り線１２に当てる。前記テープ１８は、前記弾性変形線１２の撚り配列を維持するように選択される。
【００２７】  別の実施形態では、結合剤２４を前記撚りケーブル１０に塗布して前記線１２をそれらの撚り配列で維持することもできる。適当な結合剤には、米国特許第５，１１２，８８２号（Ｂａｂｕら）に記載のように、６〜２０個の炭素原子を含有する単量体および光活性架橋剤から誘導された１つ以上のポリ（α‐オレフィン）単独重合体、共重合体、三元共重合体、および四元共重合体を含む感圧接着合成物がある。これらの材料の放射線硬化により、剥離および剪断接着特性の優れたバランスを有する接着フィルムが与えられる。代わりに、前記結合剤２４は、エポキシを含む（但し、エポキシに限定されない）熱硬化性材料を含んでもよい。一部の結合剤の場合、上述のように前記線が撚り合わせ機を出て行く間に、前記結合剤２４を前記撚りケーブル１０の上に押し出す、それ以外ならば塗布することが好ましい。代わりに、前記結合剤２４を、転写テープとして供給される接着剤の形態で塗布することもできる。この場合、前記結合剤２４を転写または剥離シートに塗布する。前記剥離シートを、前記撚りケーブル１０の前記線１２の周りに巻き付ける。次に、裏当てを取り除いて、前記結合剤２４として後に接着層を残す。
【００２８】  図７は、前記撚りケーブル１０の更に別の実施形態を示す。この実施形態において、前記撚りケーブルは、中心線１２ａ、および前記中心線１２ａの周りに螺旋状に撚られている線の第１の層１３ａを含む。この実施形態では、前記第１の層１３ａの周りに螺旋状に巻かれている線１２の第２の層１３ｂを更に含む。この配列を、業界で既知のような従来のケーブル撚り線加工機で撚り合わせるまたは巻くこともできる。任意の適当な線１２の本数を、任意の層に含むこともできる。更に、要すれば、２つを超える層を前記撚りケーブル１０に含むこともできる。多層ケーブル１０では、各層を、他の層の方向とは無関係に左右の何れかの方向に撚ることもできる。１つの好ましい二層の実施形態では、前記層を逆方向に撚る。上述のテープまたは結合剤の何れも、図７の前記実施形態で使用することができる。更に、望み通りに各層の周りにまたは任意の適当な層の間に接着剤を塗布することができる。
【００２９】  １つの好ましい実施形態において、前記維持手段は、前記撚りケーブル１０の全直径をあまり増やさない。前記維持手段を含む前記撚りケーブルの外径は、前記維持手段を除く前記複数本の撚り線１２の外径の１１０％以下であることが好ましく、１０５％以下であることがより好ましく、１０２％以下であることが最も好ましい。
【００３０】  前記脆性線１２は、それらを従来の撚り合わせ機で撚る場合に有意な量の弾性曲げ変形を有することが分かるであろう。この有意な弾性曲げ変形は、前記線の螺旋配列を維持する維持手段がない場合、前記線がそれらの未撚りまたは未曲げ形状に戻るようにする。従って、前記維持手段は、前記脆性線１２の有意な弾性曲げ変形を維持するように選択される。
【００３１】  前記線１２は脆いので、前記線は、延性線で可能な撚り合わせ動作中に塑性変形を呈しない。例えば、延性線を含む先行技術配列では、前記線１２をそれらの螺旋配列で永久的に塑性変形させるように従来の撚り合わせ加工を実施できる。本発明は、従来の非脆性線と比較して優れた所望の特性を与えることができる脆性線１２の使用を可能にする。前記維持手段により、前記撚りケーブル１０を最終物品として都合よく取り扱うまたは以後の最終物品に組み込まれる前に都合よく取り扱うことができる。
【００３２】
前記脆性線１２に関する好ましい実施形態は、マトリックス１６内に複数の連続繊維１４を含む。１つの好ましい実施形態において、前記マトリックスは、金属マトリックスを含む。前記金属マトリックスは、アルミニウムを含むことが好ましい。好ましい繊維は、多結晶α−Ａｌ2Ｏ3を含む。前記脆性線１２に関するこれらの好ましい実施形態では、少なくとも０．４％の引張破壊伸びを有することが好ましく、より好ましくは少なくとも０．７％である。
【００３３】  本発明で使用できる他の脆性線には、炭化珪素／アルミニウム複合線、炭素／アルミニウム複合線、炭素／エポキシ複合線、およびガラス／エポキシ複合線がある。
【００３４】  本発明は、非常に長い撚りケーブルを提供するように実施されることが好ましい。また、前記撚りケーブル１０自体の内部の前記脆性線１２は、前記撚りケーブルの長さ全体を通して連続していることが好ましい。１つの好ましい実施形態において、前記脆性線１２は、連続しており、少なくとも１５０ｍの長さである。より好ましくは、前記脆性線１２は、連続しており、少なくとも２５０ｍの長さであり、より好ましくは少なくとも５００ｍであり、更により好ましくは少なくとも７５０ｍであり、最も好ましくは前記撚りケーブル１０において少なくとも１０００ｍの長さである。
【００３５】  任意の適当なサイズの脆性線を使用できると同時に、多くの実施形態および多くの用途の場合、前記脆性線１２は１ｍｍ〜４ｍｍの直径を有することが好ましく、しかし、それより大きいまたは小さい線１２を使用することもできる。
【００３６】  １つの好ましい実施形態において、前記撚りケーブル１０は、１０〜１５０の撚り込率を有するように螺旋状に撚られている複数本の撚り脆性線１２を含む。撚りケーブルの前記「撚り込率（ｌａｙ  ｆａｃｔｏｒ）」は、その撚り線を含む層の公称外径で１螺旋回転を単線１２が仕上げる前記撚りケーブルの長さを割ることにより決まる。少なくとも３本の上記のような螺旋撚り線１２があることが好ましい。より好ましくは、前記撚りケーブルは中心線１２ａを更に含み、前記撚り脆性線はその中心線の周りに巻かれている。図１〜図６で分かるように、前記中心線１２ａの周りに螺旋状に巻かれた線１２の１つの層１３ａがあってもよい。代わりに、図７に示すように、前記中心線１２ａの周りに各々螺旋状に巻かれた第１の層１３ａおよび第２の層１３ｂがあってもよい。１つの好ましい実施形態において、前記線１２の各々は、同一の構造および形状であるが、これを必要としない。更に、前記撚りケーブル１０は、２つを超える撚り層の線を含んでもよい。
【００３７】  上記のように、前記脆性線１２は、撚り合わせ加工中に弾性変形される。また、延性金属線などの、前記脆性線１２と違った構成の１本以上の塑性または永久変形線を前記撚りケーブル１０の内部に含むこともできる。
【００３８】  前記撚りケーブル１０用の前記維持手段を選択する場合、撚り配列を維持するのに十分な強度を上記のように得るべきである。更に、前記撚りケーブル１０用の所期の用途は、ある維持手段が用途によく適していると提案することもできる。例えば、前記撚りケーブル１０を送電ケーブル内の心線として使用する場合、この用途で受ける温度および他の条件で前記送電ケーブルに悪影響を及ぼさないように前記結合剤２４または前記テープ１８の何れかを選択すべきである。接着テープ１８を使用する場合、所期の用途に適するように前記接着剤２２および裏当て２０の両方を選択すべきである。
【００３９】  本発明を任意の適当な脆性線１２で実施することができるけれども、線１２の１つの好ましい実施形態は、繊維強化アルミニウムマトリックス複合線である。前記繊維強化アルミニウムマトリックス複合線１２は、略純元素アルミニウムまたはマトリックスの全重量に基づく最大約２重量％の銅を有する純アルミニウムの合金の何れかのマトリックス１６の内部に封入された多結晶α−Ａｌ2Ｏ3の連続繊維１４を含むことが好ましい。好ましい前記繊維１４は、約１００ｎｍ未満の等軸晶粒度から成り、繊維直径は約１〜５０μｍの範囲である。約５〜２５μｍの範囲の繊維直径が好ましく、約５〜１５μｍの範囲が最も好ましい。本発明による好ましい複合材料は、約３．９０〜３．９５ｇ／ｃｍ3の繊維密度を有する。好ましい前記繊維の中には、米国特許第４，９５４，４６２号（Ｗｏｏｄら、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮに譲渡）から知られているものがある。好ましい繊維は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）からαアルミナ系繊維の商品名「ＮＥＸＴＥＬ  ６１０」で市販されている。前記封入マトリックス１６は、それが前記繊維材料１４とあまり化学反応しない、即ち前記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、これにより、繊維外面上に保護被膜を設ける必要が無くなる。
【００４０】  ここで使用される場合、用語「多結晶」は、結晶粒が存在する繊維の直径よりも粒度が小さい複数の結晶粒を主に有する材料を意味する。用語「連続」は、繊維直径と比較するとかなり無限の長さを有する繊維１４を意味するつもりである。実際には、そのような繊維は、約１５ｃｍから少なくとも数ｍのオーダーの長さを有し、ｋｍ以上のオーダーの長さを有することさえもできる。
【００４１】  線１２の好ましい実施形態では、略純元素アルミニウムまたはマトリックスの全重量に基づく最大約２重量％の銅を有する元素アルミニウムの合金の何れかを含むマトリックス１６の使用が、線をうまく製造するのに示されている。ここで使用される場合、用語「略純元素アルミニウム」、「純アルミニウム」および「元素アルミニウム」は、区別がなく、約０．０５重量％未満の不純物を含有するアルミニウムを意味するつもりである。
【００４２】  繊維束１４への前記マトリックス１６の浸透は、マトリックス浸透支援として超音波エネルギー源を使用することにより実施可能である。例えば、米国特許第４，７７９，５６３号（Ｉｓｈｉｋａｗａら、Ａｇｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎに譲渡）には、炭化珪素繊維強化金属複合物から予備成形線、シートまたはテープを製造するのに用いられる超音波振動装置の使用が記載されている。超音波エネルギーは、繊維の近傍の溶融マトリックス材料に浸漬される超音波「ホーン」および変換器を有する振動機を介して繊維に供給される。前記ホーンは、溶融マトリックス中でたとえあったとしてもごく僅かの溶解性を有する材料で製作されることが好ましく、これにより、前記マトリックスへの汚染物質の投入を防止する。この場合、商用純ニオブまたは９５％のニオブと５％のモリブデンとの合金のホーンは、満足な結果を得ることが認められている。一緒に用いられる前記変換器は通常、チタンを含む。
【００４３】  １つの好ましい実施形態において、前記線１２は、略純元素アルミニウムマトリックス１６内で複合線１２の全体積に基づく約３０〜７０体積％の多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維１４を含む。前記マトリックス１６は、前記マトリックスの全重量に基づく、約０．０３重量％未満の鉄を含有することが好ましく、約０．０１重量％未満の鉄を含有することが最も好ましい。約４０〜６０％の多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維の繊維含有量が好ましい。約２０ＭＰａ未満の耐力を有するマトリックス１６および少なくとも約２．８ＧＰａの縦引張強度を有する繊維１４で形成されたかかる線１２は、優れた強度特性を有することが認められている。
【００４４】  また、マトリックスの全重量に基づく最大約２重量％の銅を有する元素アルミニウムの合金から前記マトリックス１６を形成することもできる。略純元素アルミニウムマトリックスを使用する実施形態のように、アルミニウム／銅合金マトリックスを有する複合線１２は、複合物の全体積に基づく、約３０〜７０体積％の多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維１４を含むことが好ましく、約４０〜６０体積％の多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維１４を含むことがより好ましい。その上、前記マトリックス１６は、前記マトリックスの全重量に基づく、約０．０３重量％未満の鉄を含有することが好ましく、約０．０１重量％未満の鉄を含有することが最も好ましい。前記アルミニウム／銅マトリックスは、約９０ＭＰａ未満の耐力を有することが好ましく、上記のように、前記多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維は、少なくとも約２．８ＧＰａの縦引張強度を有する。
【００４５】  線１２は、前記略純元素アルミニウムマトリックス１６または上記の最大約２重量％の銅と元素アルミニウムとの合金から形成された前記マトリックスの内部に含まれる略連続多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維１４から形成されることが好ましい。そのような線は、繊維束に配列された略連続多結晶α−Ａｌ2Ｏ3繊維１４のスプールが溶融マトリックス材料１６の浴槽を通って引っ張られる方法により一般に製造される。次に、得られた部分を固化し、これにより、前記マトリックス内に封入された繊維を提供する。上記のような超音波ホーンを、前記溶融マトリックス浴槽に下げて前記繊維束への前記マトリックスの浸透を支援するのに使用することが好ましい。
【００４６】  適当な線は、例えば、国際出願公開番号ＷＯ９７／００９７６、本願と同日出願された「金属マトリックス複合物の製造方法」と称する代理人事件番号５５６７５ＵＳＡ１Ａの米国特許出願第０９／６１６，５８９号、本願と同日出願された「金属マトリックス複合線、ケーブルおよび方法」と称する代理人事件番号５５６７３ＵＳＡ４Ａの米国特許出願第０９／６１６，５９４号、本願と同日出願された「金属マトリックス複合線、ケーブルおよび方法」と称する代理人事件番号５５７８７ＵＳＡ３Ａの米国特許出願第０９／６１６，５９３号、および本願と同日出願された「金属マトリックス複合物および方法」と称する代理人事件番号５５７９５ＵＳＡ８９の米国特許出願第６０／２１８，３４７号に開示されている。
【００４７】  本発明の撚りケーブル１０は、多くの用途に役立つ。そのような撚りケーブル１０は、低重量、高い強度、優れた導電率、低い熱膨張率、高い使用温度、および耐食性のそれらの組合せのために架空送電ケーブル３０用に特に望ましいと考えられる。
【００４８】  前記送電ケーブル３０内の線１２の重量％は、送電線の設計に左右される。前記送電ケーブル３０において、アルミニウムまたはアルミニウム合金導線３６は、１３５０  Ａｌ（ＡＳＴＭ  Ｂ６０９−９１）、１３５０−Ｈ１９  Ａｌ（ＡＳＴＭ  Ｂ２３０−８９）または６２０１Ｔ−８１  Ａｌ（ＡＳＴＭ  Ｂ３９９−９２）を含む（但し、これらに限定されない）、架空送電の業界で既知の種々の材料の何れでもよい。
【００４９】  そのような送電ケーブルの１つの好ましい実施形態の端面図を図８に示す。そのような送電ケーブルは、ここに記載の前記撚りケーブルの何れでもよいコア３２を含む。また、前記送電ケーブル３０は、前記撚りケーブル１０の周りに少なくとも１つの導体層３４を含む。図示のように、前記送電ケーブルは、２つの導体層３４ａおよび３４ｂを含む。もっと多くの導体層を望み通りに使用することもできる。各導体層３４は、業界で既知のように複数本の導線３６を含むことが好ましい。前記導線用の適当な材料は、アルミニウムおよびアルミニウム合金を含む。業界で既知のように適当なケーブル撚り線機により前記撚り心線３２の周りに前記導線を撚り合わせることもできる。適当な送電ケーブルおよび本発明の前記撚りケーブルを使用できる方法の説明に関して、例えば、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  Ｌａｙ  Ｓｔｒａｎｄｅｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｃｏａｔｅｄ，Ｓｔｅｅｌ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ（ＡＣＳＲ）  ＡＳＴＭ  Ｂ２３２−９２、または米国特許第５，１７１，９４２号および第５，５５４，８２６号を参照のこと。前記送電ケーブルの好ましい実施形態は、架空送電ケーブルである。これらの用途では、用途によって少なくとも１００℃または２４０℃または３００℃の温度での使用のために前記維持手段用の材料を選択すべきである。例えば、前記維持手段は、アルミニウム導体層を腐食する、または望ましくない気体を発する、または使用中に予期した温度における前記送電ケーブルを別の方法で損なうべきではない。
【００５０】  前記撚りケーブルを最終物品自体として使用すべきである、または異なる後の物における中間物品や構成要素として使用すべきであるといった他の用途において、前記撚りケーブルには前記複数本の脆性線１２の周りに電力導体層がないことが好ましい。
【００５１】  以下の詳細な実施例について本発明の作用を更に説明する。これらの実施例は、種々の具体的な好ましい実施形態および技法を更に示すのに提供される。しかし、本発明の範囲内にとどまりながら多くの変更および修正を行うことができるものとする。
【００５２】実施例１
アルミニウム箔テープ１８で包まれた撚りケーブル１０は、次の通りに製造された。前記ケーブルは、業界で既知のように市販の撚り線機で撚られた。前記撚りケーブル１０の幾つかのパラメータを表１に記載する。複合線１２は、高純度アルミニウムのマトリックス１６内に３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名「Ｎｅｘｔｅｌ  ６１０」で市販されている３２本のαアルミナ系繊維１４を含んだ。前記線１２は、次のような平均特性（１４８４ポンドの荷重対破壊、０．００６２の破壊歪、５０％の繊維体積分率、および０．１０１インチ（２．５７ｍｍ）の線直径）を有するように測定された多数の線からとられた。前記ケーブル１０内の前記線１２は、連続しており、破損していなかった。前記ケーブル１０は、（図７に概ね示すように）中心に１本の線１２、左撚りで第１の層に６本の線１２、および右撚りで第２の層に１２本の線１２を有していた。
【００５３】  前記ケーブル１０は、Ｗａｔｓｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌからの型３００  Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  Ｔａｐｉｎｇ  Ｈｅａｄの市販のテープ貼り機を用いて接着テープで包まれた。前記テープ１８は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから商品名「Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｆｏｉｌ  Ｔａｐｅ  ４３８」で入手できる感圧アクリル接着剤２２を有したアルミニウム箔テープであった。テープ裏当て２０は、０．００５インチ（０．１３ｍｍ）の厚さであった。テープ１８の全厚は、０．００７２インチ（０．１８ｍｍ）であった。前記テープ１８は、１インチ（２．５４ｃｍ）の幅であった。テープの巻きは、重なりの幅がテープ幅の約１／３である状態で重ね合わせられた。
【００５４】実施例２
維持手段として結合剤２４を有する撚りケーブル１０は、次の通りに製造された。前記ケーブル１０の幾つかのパラメータを表１に記載する。実施例２は、テープ１８の代わりに結合剤２４を除き、表１に記載のような他の相違をもって、実施例１に従って概ね実施された。接着結合剤２４は、米国特許第５，１１２，８８２号（Ｂａｂｕら）に記載のものと同様な粘着付与ポリオクテンポリ（α‐オレフィン）接着剤であった。０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）の層厚の前記接着剤を、転写紙の上に塗布した。前記転写紙は、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）の幅の帯片に切断され、前記結合剤２４および線１２の第１の層の周りに１２本の線１２の第２の層を撚る前に線１２の第１の層の周りに巻き付けられた。接着剤の量は、前記線１２の間の空間を塞ぐのに十分であるように推定された。
【００５５】実施例３
アルミニウム導線３４は、送電ケーブル３０を製造するのに実施例２の前記接着結合ケーブル１０の上に撚られた。前記導線３６は、６１．２％ＩＣＡＳ（ＡＳＴＭ規格Ｂ２３０−８９）の導電率を有する１３５０Ｈ１９のアルミニウムであった。
【００５６】実施例４
維持手段としてアルミニウムテープ２４を有する撚りケーブル１０は、下記を除いて、実施例１に従って概ね製造された。前記ケーブル１０は、テープ貼り機を用いて接着テープで包まれた。前記テープ１８は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから商品名「Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｆｏｉｌ  Ｔａｐｅ  ４３１」で入手できる感圧アクリル接着剤２２を有したアルミニウム箔テープであった。テープ裏当て２０は、０．００１９インチ（０．０５ｍｍ）の厚さであった。テープ１８の全厚は、０．００３１インチ（０．０８ｍｍ）であった。前記テープ１８は、１インチ（２．５４ｃｍ）の幅であった。テープの巻きは、重なりの幅がテープ幅の１／２である状態で重ね合わせられた。
【００５７】実施例５
アルミニウム導線３４は、送電ケーブル３０を製造するのに実施例４の前記テープ巻きケーブル１０の上に撚られた。実施例５は、撚りケーブルコアの構造を除き、実施例３に従って概ね実施された。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
【表２】
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【００６０】  本発明は、それの幾つかの実施形態を参照してこれまで説明されている。前述の詳細な説明および例は、単に理解し易くするために与えられている。不必要な制限は、無いものとする。本発明の範囲に反することなく記載の実施形態で多くの変更を行うことができることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲は、ここに記載の正確な詳細および構造に制限されないが、むしろ請求の範囲の言語で記載の構造およびそれらの構造の均等物により制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  複数本の線の周りに維持手段を貼る前の、本発明による撚りケーブルの第１の実施形態の端面図である。
【図２】  図１の前記撚りケーブルの側面図である。
【図３】  前記撚りケーブルに部分的に貼られたテープを含む維持手段を用いた、図２の前記撚りケーブルの側面図である。
【図４】  図３の前記撚りケーブルの端面図である。
【図５】  複数本の線に貼られた別のテープを用いた、本発明による撚りケーブルの第２の実施形態の端面図である。
【図６】  複数本の線に塗布された結合剤を用いた、本発明による撚りケーブルの第３の実施形態の端面図である。
【図７】  複数本の線の周りに維持手段を貼る前の、本発明による撚りケーブルの別の実施形態の端面図である。
【図８】  本発明による送電ケーブルの第１の実施形態の端面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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