(57)【要約】  金属マトリックス中に複数の連続した長手方向に配置された繊維を含む金属マトリックス複合体ワイヤの外部表面に付随した熱処理済み金属クラッドを含む金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
2007524977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに長手方向に配向され、セラミックまたはカーボンの少なくとも一方を含む複数の連続繊維を含む少なくとも１つのトウと、
各トウが内部に配置された金属マトリックスと
を含む、外部表面を有する金属マトリックス複合体コアと、
前記金属マトリックス複合体コアの前記外部表面を被覆し、融点が１１００℃以下である金属クラッドと
を含む、金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤであって、
真円度値が少なくとも０．９５、真円度均一性値が０．９％以下、少なくとも１００メートルの長さにわたる直径均一性値が０．２％以下である、金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項２】
前記金属マトリックス複合体コアが複数のトウを含む、請求項１に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３】
前記金属マトリックス複合体ワイヤが塑性変形可能である、請求項２に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項４】
前記金属マトリックス複合体コアの一部が一次破断を受けたとき、前記金属クラッドが反跳効果を抑え、前記金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤのセグメントの二次破断を防ぐのに効果的である、請求項２に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項５】
前記金属クラッドが、前記金属クラッドのない前記金属マトリックス複合体コアが示す破断歪みに比べて、より大きな破断歪みを示す、請求項２に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項６】
前記金属マトリックス複合体コアの前記金属マトリックスは、アルミニウム、亜鉛、錫、マグネシウム、銅またはそれらの合金のうち少なくとも１種類を含む、請求項５に記載の金属マトリックス金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項７】
前記金属マトリックス複合体コアの前記金属マトリックスは、アルミニウムまたはその合金の少なくとも一方を含む、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項８】
前記金属マトリックス複合体コアの前記金属マトリックスは、前記金属マトリックス複合体コアの総質量を基準として、少なくとも９８質量パーセントのアルミニウムを含む、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項９】
前記金属クラッドの融点が１０００℃以下である、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１０】
前記金属クラッドの融点が７００℃以下である、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１１】
前記金属クラッドが、アルミニウム、亜鉛、錫、マグネシウム、銅またはそれらの合金のうち少なくとも１種類を含む、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１２】
前記金属クラッドが、アルミニウムまたはその合金の少なくとも一方を含む、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１３】
前記金属クラッドが、前記金属クラッドの総重量を基準として、少なくとも９８重量パーセントのアルミニウムを含む、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１４】
前記金属クラッドの厚さが０．２ｍｍ〜６ｍｍである、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１５】
各トウの前記繊維の少なくとも８５％が連続している、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１６】
前記金属マトリックス複合体コアが、前記金属マトリックス複合体コアの総体積を基準として、４０〜７０体積パーセントの繊維を含む、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１７】
前記繊維が酸化セラミック繊維である、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１８】
前記繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項５に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項１９】
前記繊維が、前記繊維の総金属酸化物含量を基準として、少なくとも９９質量％のＡｌ2Ｏ3を含む、請求項１８に記載の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ。
【請求項２０】
請求項２に記載の少なくとも１つの金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブル。
【請求項２１】
螺旋状に撚られて均一ケーブルを形成している複数の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを更に含む、請求項２０に記載のケーブル。
【請求項２２】
複数の二次ワイヤを更に含む、請求項２０に記載のケーブル。
【請求項２３】
請求項２に記載の複数の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルであって、前記ワイヤが螺旋状に撚られて永久硬化しているケーブル。
【請求項２４】
請求項２に記載の少なくとも１つの金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルコアと、二次ワイヤを含むシェルとを含むケーブル。
【請求項２５】
互いに長手方向に配向され、セラミックまたはカーボンの少なくとも一方を含む複数の連続繊維を含む少なくとも１つのトウと、
各トウがアルミニウムマトリックス内に配置されたアルミニウムマトリックスと
を含む、外部表面を有するアルミニウムマトリックス複合体ワイヤと、
前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤの前記外部表面を被覆し、融点が１１００℃以下である金属クラッドと
を含む、金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤであって、
真円度値が少なくとも０．９８、真円度均一性値が０．５％以下、少なくとも１００メートルの長さにわたる直径均一性値が０．２％以下である、金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項２６】
前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤが複数のトウを含む、請求項２５に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項２７】
前記金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤが塑性変形可能である、請求項２６に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項２８】
前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤが一次破断を受けるとき、前記金属クラッドが反跳効果を抑え、前記金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤの二次破断を防ぐのに効果的である、請求項２６に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項２９】
前記金属クラッドが、前記金属クラッドのない前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤが示す破断歪みに比べて、より大きな破断歪みを示す、請求項２６に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３０】
前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤの前記アルミニウムマトリックスは、アルミニウムまたはその合金の少なくとも一方を含む、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３１】
前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤの前記アルミニウムマトリックスは、前記アルミニウムマトリックス複合体コアの前記アルミニウムの総質量を基準として、少なくとも９８質量パーセントのアルミニウムを含む、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３２】
前記金属クラッドの融点が１０００℃以下である、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３３】
前記金属クラッドの融点が７００℃以下である、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３４】
前記金属クラッドが、アルミニウム、亜鉛、錫、マグネシウム、銅またはそれらの合金のうち少なくとも１種類を含む、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３５】
前記金属クラッドが、アルミニウムまたはその合金の少なくとも一方を含む、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３６】
前記金属クラッドが、前記金属クラッドの総質量を基準として、少なくとも９８質量パーセントのアルミニウムを含む、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３７】
前記金属クラッドの厚さが０．２ｍｍ〜６ｍｍである、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３８】
各トウの前記繊維の少なくとも８５％が連続している、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項３９】
前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤが、前記アルミニウムマトリックス複合体ワイヤの総体積を基準として、４０〜７０体積パーセントの繊維を含む、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項４０】
前記繊維が酸化セラミック繊維である、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項４１】
前記繊維が多結晶アルファアルミナ繊維である、請求項２９に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項４２】
前記繊維が、前記繊維の総金属酸化物含量を基準として、少なくとも９９質量％のＡｌ2Ｏ3を含む、請求項４１に記載の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤ。
【請求項４３】
請求項２６に記載の少なくとも１つの金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤを含むケーブル。
【請求項４４】
螺旋状に撚られて均一ケーブルを形成している複数の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤを更に含む、請求項４３に記載のケーブル。
【請求項４５】
複数の二次ワイヤを更に含む、請求項４３に記載のケーブル。
【請求項４６】
請求項２６に記載の複数の金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤを含むケーブルであって、前記ワイヤが螺旋状に撚られて永久硬化しているケーブル。
【請求項４７】
請求項２６に記載の少なくとも１つの金属クラッディングされたアルミニウムマトリックス複合体ワイヤを含むケーブルコアと、二次ワイヤを含むシェルとを含むケーブル。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
一般的に、金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）は知られている。ＭＭＣは、通常、微粒子、ウィスカ、短繊維または長繊維で強化された金属マトリックスを含んでいる。金属マトリックス複合体としては、アルミニウムマトリックス複合体ワイヤ（例えば、アルミニウムマトリックスに埋め込まれた炭化ケイ素、炭素、ホウ素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体テープ（例えば、チタンマトリックス中に炭化ケイ素繊維）および銅マトリックス複合体テープ（例えば、銅マトリックスに埋め込まれた炭化ケイ素またはホウ素繊維）が例示される。当該の金属マトリックス複合体ワイヤの用途は、ベアオーバーヘッド電力伝送ケーブルにおける強化部材および導電体である。新しいケーブルの１つの代表的なニーズが、既存の伝送基板の電力移動容量を増大するニーズにより出てきている。
【０００２】
オーバーヘッド電力伝送のケーブルにとって望ましい性能要件としては、耐食性、環境耐久性（例えば、ＵＶおよび水分）、高温での強度損失に対する抵抗性、耐クリープ性、比較的高い弾性率、低密度、低熱膨張率、高導電性および／または高強度が挙げられる。アルミニウムマトリックス複合体ワイヤを含むオーバーヘッド電力伝送ケーブルは知られているが、ある用途については、例えば、改善された破断歪み値および／またはサイズ均一性を有するアルミニウムマトリックス複合体が望まれている。
【０００３】
他の態様において、従来の金属マトリックス複合体ワイヤは、適用された力が破断するのに十分な大きさになるまで、弾性変形を受ける。従来の金属マトリックス複合体ワイヤは、従来の金属ワイヤに通常見られるように、一般的に、塑性変形を示さない。従来の金属マトリックス複合体ワイヤは永久硬化しないため、追加の手段を用いて、巻いた状態でワイヤを保持しなければならない。塑性変形を受けることのできる連続金属マトリックス複合体ワイヤが業界において求められている。
【０００４】
更に、ある実施形態においては、金属マトリックス複合体ワイヤの寸法（直径、真円度およびその均一性）を制御するのが望ましい。従来の金属マトリックス複合体ワイヤだと、例えば、延伸のような従来の固体状態の金属加工技術を用いることが難しいため、高レベルの寸法許容差まで処理するのが難しい。高寸法精度で製造されていて、耐荷重性能低下のない連続金属マトリックス複合体ワイヤが業界においては求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、金属でクラッディング（例えば、アルミニウムおよびその合金）された金属（例えば、アルミニウムおよびその合金）マトリックス複合体ワイヤに関する。本発明の実施形態は、金属マトリックス複合体ワイヤの外部表面に付随する熱処理済み金属クラッドを有する金属マトリックス複合体ワイヤに関する。本発明による金属クラッディングされた金属マトリックス複合体は、弾性率、密度、熱膨張係数、導電率、強度、破断歪みおよび／または塑性変形に関して望ましい特性を示すワイヤとして形成される。
【０００６】
本発明は、金属マトリックスにおいて複数の連続した長手方向に配置された繊維を含む少なくとも１つのトウ（一般的には複数のトウ）を有する金属マトリックス複合体ワイヤに金属クラッドを含む、金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを提供する。金属クラッド材料の融点は１１００℃以下（一般的に、１０００℃以下、９００℃未満、８００℃、更に７００℃未満）である。通常、金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの長さは少なくとも１００メートル（ある実施形態において、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、少なくとも９００メートル、または更には少なくとも１０００メートル）である。金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの真円度値は少なくとも０．９５（ある実施形態においては、少なくとも０．９７、少なくとも０．９８、更に少なくとも０．９９）、真円度均一性値が０．９％以下（ある実施形態においては、０．５％以下、更に０．３％以下）および少なくとも１００メートルの長さにわたる直径均一性値が０．２％以下（ある実施形態において、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、少なくとも９００メートル、更に少なくとも１０００メートル）である。
【０００７】
他の態様において、本発明は、塑性変形特性を示す金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを提供する。ある実施形態において、長さは少なくとも１００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、少なくとも９００メートル、または更には少なくとも１０００メートルである。塑性変形の特性とは、ワイヤを曲げるとワイヤが永久硬化することを意味する。
【０００８】
他の態様において、ある実施形態において、少なくとも１００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、少なくとも９００メートル、または更には少なくとも１０００メートル）の長さが一次破断を受けるとき、本発明は、反跳効果を抑え、二次破断を防ぐのに効果的である金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを提供する。
【０００９】
他の態様において、本発明は、金属クラッドのない金属マトリックス複合体コアが示す破断歪みに比べて、より大きな破断歪みを示す金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを提供する。
【００１０】
更に他の態様において、本発明は、本発明による少なくとも１つの金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルを提供する。
【００１１】
本明細書で用いる場合、特に断りのない限り、以下の用語は次のような意味である。
【００１２】
「連続繊維」とは、平均繊維直径に比べて比較的無限の長さを有する繊維のことを意味する。通常、これは、繊維が少なくとも１×１０5（ある実施形態においては少なくとも１×１０6、または少なくとも１×１０7）のアスペクト比（すなわち、繊維の長さ対繊維の平均直径の比）を有することを意味している。通常、かかる繊維の長さは少なくとも約５０メートルであるが、約数キロメートル以上の長さであってもよい。
【００１３】
「長手方向に配置された」とは、ワイヤの長さと同じ方向にワイヤの長さに対して繊維が配向されていることを意味している。
【００１４】
ワイヤの断面形状が円周にいかに近いかの尺度である「真円度値」は、下記の実施例に記載されたワイヤの指定長さにわたる個々の測定された真円度値の平均より定義される。
【００１５】
ワイヤの指定長さにわたる測定された単一真円度値の変動係数である「真円度均一値」は、下記の実施例に記載された個々の測定された真円度値の平均で除算した個々の測定された真円度値の標準偏差の比である。
【００１６】
ワイヤの指定長さにわたるワイヤの個々の測定された直径の平均の変動係数である「直径均一値」は、下記の実施例に記載された測定された個々の直径の平均で除算した測定された個々の直径の平均の標準偏差の比により定義される。
【００１７】
従来の金属マトリックス複合体ワイヤは、一次破断を経た後二次破断を示す。この場合、一次破断の後、ワイヤの即時の反跳が起こり、これが二次破断へとつながる。従って、二次破断に耐える連続金属マトリックス複合体ワイヤが必要とされている。本発明の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの実施形態は、このニーズに応えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、金属クラッディングされた繊維強化金属マトリックス複合体を含むワイヤとケーブルを提供する。本発明の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤは、金属マトリックス複合体ワイヤの外部表面に付随する熱処理済みの延性金属クラッドを含む。理論に拘束されるものではないが、本発明のある実施形態は、大幅に改善された特性を備えたワイヤを提供するものと考えられる。本発明による少なくとも１つの金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤは、ケーブル（例えば、電力伝送ケーブル）へと組み合わせてもよい。
【００１９】
本発明の方法により作成された例証の金属クラッディングされた繊維強化金属マトリックス複合体ワイヤ２０の断面図を図１に示す。以降金属クラッディングされた複合体ワイヤまたはＭＣＣＷと呼ばれる金属クラッディングされた繊維強化金属マトリックス複合体ワイヤ２０は、金属マトリックス複合体ワイヤ２６の外部表面２４に付随した延性金属クラッド２２を含む。金属マトリックス複合体ワイヤ２６はまた、コアワイヤ２６とも呼ばれる。延性金属クラッド２２は厚さｔの略管状である。ある実施形態において、金属マトリックス複合体ワイヤ２６は、ＭＣＣＷ２０内で長手方向に中心にある。
【００２０】
本発明の方法は、金属マトリックス複合体ワイヤ２６のクラッディングに関連している。金属マトリックス複合体ワイヤ２６をクラッディングして、後述される図２および３に示した方法により、金属クラッディングされた複合体ワイヤ（ＭＣＣＷ）２０を形成してもよい。
【００２１】
図２を参照すると、コアワイヤ２６を、延性金属フィードストック２８によりクラッディングして、クラッディングマシン３０（例えば、型番３５０、英国アシュフォードのＢＷＥ社（ＢＷＥ  Ｌｔｄ，Ａｓｈｆｏｒｄ，Ｅｎｇｌａｎｄ，ＵＫ）より「コンクラッド（ＣＯＮＫＬＡＤ）」という商品名で入手可能）を利用してＭＣＣＷ２０を形成してもよい。クラッディングマシン３０は、押出しホイール３４の上またはそれに近接したシュー３２を含んでいる。シュー３２は、一端で入口ガイドダイ３８により、他端で出口押出しダイ４０によりアクセスされるダイチャンバ３６（図３）を含む。押出しホイール３４は、ダイチャンバ３６へ供給する少なくとも１つの周囲グルーブ４２（一般的に、２つの周囲グルーブ）を含む。
【００２２】
ある実施形態において、クラッディングマシン３０は接線モードで操作される。図２に示した通り、接線モードにおいては、製品センターライン（すなわち、ＭＣＣＷ２０）が、クラッディングマシン３０の押出しホイール３４に接線に操作される。コアワイヤ２６が、ワイヤを破断するのに十分ないかなる小さな半径ベンドをも通過してはならないため、これは望ましい。一般的に、コアワイヤ２６は直線経路に従う。
【００２３】
コアワイヤ２６は、十分な直径のスプール（図示せず）でクラッディングマシン３０に供給されて、コアワイヤ２６がワイヤの弾性限界を超えて曲がるのを防ぐ。ブレーキを備えたペイオフシステムを用いて、スプールでのコアワイヤ２６の張力を制御する。コアワイヤ２６の張力は、コアワイヤ２６のスプールが解けるのを防ぐほど十分なレベルまで最小に保つ。コアワイヤ２６は、一般的に、装置でスレッドする前に予熱はしない。ただし、ある実施形態においてはそれが望ましいことがある。任意で、フィードストック２８について後述するのと同様のやり方を用いてクラッディングする前にコアワイヤ２６をクリーニングしてもよい。
【００２４】
コアワイヤ２６は、押出しホイール３４の上またはそれに近接させてシュー３２でクラッディングマシン３０を介してスレッドさせてもよい。シュー３２の断面詳細は図３にある。シュー３２は、入口ガイドダイ３８と、ダイチャンバ３６と、出口押出しダイ４０とを含んでいる。コアワイヤ２６は、入口ガイドダイ３８を通して入ることにより直接スルーシュー３２（例えば、押出しツール）を通過し、ダイチャンバ３６を通過してそこでクラッディングが行われ、出口押出しダイ４０で出る。出口ダイ４０は、クラッド厚さｔに対応するべくコアワイヤ２６より大きい。ＭＣＣＷ２０は、シュー３２の遠位側で出た後、テークアップドラム（図示せず）に取り付けられる。
【００２５】
クラッディングマシン３０に導入される前、延性金属クラッドのフィードストック２８は任意でクリーニングされて、表面汚染を除去する。ある好適な洗浄方法は、ＢＷＥ社より入手可能なパロバイタル（ｐａｒｏｂｉｔａｌ）クリーニングシステムである。これは、温和アルカリクリーニング溶液（例えば、希釈水性水酸化ナトリウム）の後、酸中和剤（例えば、水溶液中希釈酢酸またはその他有機酸）を用い、最後に水で濯ぐものである。パロバイタルシステムにおいては、クリーニング流体は熱く、ワイヤに沿って高速で流れ、流体中で攪拌される。化学クリーニングによる超音波クリーニングも好適である。
【００２６】
クラッディングマシン３０の操作を図２および３を参照して以下に説明する。一般的に、連続プロセスとして行われる。まず、コアワイヤ２６を、上述した通りにして、クラッディングマシン３０を通してスレッドする。フィードストック２８を、ある実施形態においては、２本のロッドとして、回転押出しホイール３４に導入し、ある実施形態においては周囲にツイングルーブ４２を含んでいる。各グルーブ４２は、フィードストック２８のロッドを受ける。
【００２７】
押出しホイール３４は回転して、フィードストック２８をダイチャンバ３６へ押し付ける。押出しホイール３４の作用により十分な圧力が与えられ、ダイチャンバ３６の熱と組み合わさって、フィードストック２８が可塑化される。ダイチャンバ３６内のフィードストック材料の温度は、一般的に、材料の融点より低い。材料を熱処理して、変形中再結晶が起こる温度および歪み速度で塑性変形させる。フィードストック材料温度を融点より低く維持することにより、フィードストック２８から形成されたクラッド２２の硬さは、フィードストック２８を溶融形態で適用する場合よりも大きい。例えば、約５００℃の温度が、融点が約６６０℃のアルミニウムフィードストックについては一般的である。
【００２８】
フィードストック２８は、コアワイヤ２６の両側のダイチャンバ３６に入って、コアワイヤ２６周囲のフィードストック２８の圧力と流れを等しくさせる補助をする。押出しホイール３４の作用により、シュー３２によるフィードストック２８の方向転換および変形のために、ダイチャンバ３６が可塑化フィードストック２８で充填される。クラッディングマシン３０は、シュー３２内で１４〜４０ｋｇ／ｍｍ2の範囲の一般的な操作圧力を有している。コアワイヤ２６の正常なクラッディングのために、シュー３２内側の圧力は、一般的に、操作範囲の下端に向かい、押出しホイール３４の速度を調整することにより操作中に設定される。状態がダイチャンバ３６に達するまで、ホイール３４の速度を調整し、コアワイヤ２６に損傷を与えるような圧力に達することなく、可塑化フィードストック２８がコアワイヤ２６周囲の出口ダイ４０から押し出されるようにする。（ホイール速度が遅すぎると、フィードストックは出口ダイ４０から押し出されない、または出口ダイ４０から押し出されたフィードストック２８は出口ダイ４０を通してコアワイヤ２６を引っ張らない。ホイール速度が速すぎると、コアワイヤ２６は剪断切断される。）
【００２９】
更に、ダイチャンバ３６の温度および圧力は一般的に制御されて、クラッド材料（可塑化フィードストック２８）がコアワイヤ２６にボンドされ、一方、より易壊性のコアワイヤ２６への損傷を防ぐべく十分に低い。可塑化フィードストック２８内のコアワイヤ２６を中心にするために、ダイチャンバ３６に入るフィードストック２８の圧力の釣り合いを取ることも有益である。ダイチャンバ３６内のコアワイヤ２６を中心にすることにより、可塑化フィードストック２８はコアワイヤ２６周囲に同心円環を形成する。
【００３０】
クラッディングマシン３０を出るＭＣＣＷ２０の線速度としては、約５０ｍ／分が挙げられる。一般的に、クラッディングマシン３０を通る際それに沿って押し出されたフィードストック２８がコアワイヤ２６を引っ張る際に張力は必要なく、製品（すなわち、ＭＣＣＷ２０）を集めるテークアップドラムにより供給されない。マシンを出た後、ＭＣＣＷ２０は水のトラフ（図示せず）を通過してそれを冷却し、テークアップドラムに巻き付けられる。
【００３１】
クラッド材料
金属クラッド２２は、延性を示す任意の金属または金属合金で構成してよい。ある実施形態において、金属クラッド２２は、コアワイヤ２６の材料成分（例えば、繊維およびマトリックス材料）と著しく化学反応しない金属合金をはじめとする延性金属材料から選択される。
【００３２】
金属クラッド２２用の延性金属材料としては、アルミニウム、亜鉛、錫、マグネシウム、銅およびそれらの合金（例えば、アルミニウムと銅の合金）が例示される。ある実施形態において、金属クラッド２２はアルミニウムとその合金を含む。アルミニウムクラッド材料については、ある実施形態において、クラッド２２は少なくとも９９．５重量パーセントのアルミニウムを含む。ある実施形態において、有用な合金は１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００および８０００シリーズのアルミニウム合金（アルミニウム協会指示（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ））である。好適な金属は市販されている。例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金は、例えば、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア（Ａｌｃｏａ、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）より入手可能である。亜鉛および錫は、例えば、ミネソタ州セントポールのメタルサービス（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）（「純粋亜鉛」純度９９．９９９％および「純粋錫」純度９９．９５％）より入手可能である。例えば、マグネシウムは、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）より「ピュア（ＰＵＲＥ）」という商品名で入手可能である。マグネシウム合金（ＷＥ４３Ａ、ＥＺ３３Ａ、ＡＺ８１ＡおよびＺＥ４１Ａ）は、例えば、コロラド州デンバーのタイメット（ＴＩＭＥＴ，Ｄｅｎｖｅｒ，ＣＯ）より得られる。銅およびその合金は、ジョージア州キャロルトンのサウスワイヤ（Ｓｏｕｔｈ  Ｗｉｒｅ、Ｃａｒｒｏｌｌｔｏｎ、ＧＡ）より入手可能である。
【００３３】
ＭＣＣＷ２０は、１種類以上の金属（例えば、高純度（すなわち９９．９５％を超える）元素アルミニウムまたは銅のような他の元素との純粋なアルミニウムの合金を含むマトリックス内に封入されたセラミック（例えば、アルミナ系）強化繊維のような複数の連続した、長手方向に配置された繊維を含む少なくとも１つのトウを含むことが多いコアワイヤ２６に形成してもよい。ある実施形態において、金属マトリックス複合体ワイヤ２６中の繊維の数基準で少なくとも８５％（ある実施形態において、少なくとも９０％、または更には少なくとも９５％）が連続している。本発明のＭＣＣＷ２０に用いるのに好適な金属マトリックス複合体ワイヤ２６の繊維およびマトリックスの選択について後述する。
【００３４】
繊維
本発明のＭＣＣＷ２０に用いるのに好適な金属マトリックス複合体物品２６を作成するための連続繊維としては、金属酸化物（例えば、アルミナ）繊維、ホウ素繊維、窒化ホウ素繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維およびこれらの繊維の組み合わせのようなセラミック繊維が挙げられる。一般的に、酸化セラミック繊維は結晶セラミクスおよび／または結晶セラミックおよびガラスの混合物である（すなわち、繊維は、結晶セラミックとガラス相の両方を含有していてもよい）。通常、これは、繊維が少なくとも１×１０5（ある実施形態においては少なくとも１×１０6、または少なくとも１×１０7）のアスペクト比（すなわち、繊維の長さ対繊維の平均直径の比）を有することを意味している。通常、かかる繊維の長さは少なくとも約５０メートルであるが、約数キロメートル以上の長さであってもよい。一般的に、連続強化繊維の平均繊維直径は少なくとも５マイクロメートルから略５０マイクロメートル以下である。より一般的に、平均繊維直径は２５マイクロメートル以下、最も一般的には８マイクロメートル〜２０マイクロメートルである。
【００３５】
ある実施形態において、セラミック繊維の平均引張り強度は少なくとも１．４ＧＰａ、少なくとも１．７ＧＰａ、少なくとも２．１ＧＰａ、更には少なくとも２．８ＧＰａである。ある実施形態において、炭素繊維の平均引張り強度は少なくとも１．４ＧＰａ、少なくとも２．１ＧＰａ、少なくとも３．５ＧＰａ、更には少なくとも５．５ＧＰａである。ある実施形態において、セラミック繊維のモジュラスは７０ＧＰａを超え、略１０００ＧＰａ以下、更には４２０ＧＰａ以下である。引張り強度およびモジュラスの試験方法は実施例にある。
【００３６】
ある実施形態において、コアワイヤ２６を作成するのに用いる連続繊維の少なくとも一部はトウである。トウは繊維業界において周知であり、ロービング状形態で集まった複数の（個々の）繊維（一般的に少なくとも１００本の繊維、より一般的には少なくとも４００本の繊維）のことを指す。ある実施形態において、トウはトウ当たり少なくとも７８０本の繊維、場合によっては、トウ当たり少なくとも２６００本の繊維を含む。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メートル以上をはじめとする様々な長さで入手可能である。繊維の断面形状は円形または楕円であってよい。
【００３７】
アルミナ繊維は、例えば、米国特許第４，９５４，４６２号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）および第５，１８５，２９号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）に記載されている。ある実施形態において、アルミナ繊維は多結晶アルファアルミナ繊維であり、アルミナ繊維の総重量を基準として理論酸化物基準で、９９重量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3および０．２〜０．５重量パーセントのＳｉＯ2を含む。他の態様において、ある望ましい多結晶アルファアルミナ繊維は、平均結晶サイズ１マイクロメートル未満（更には、ある実施形態においては、０．５マイクロメートル未満）のアルファアルミナを含む。他の態様のある実施形態において、多結晶アルファアルミナ繊維の平均引張強さは少なくとも１．６ＧＰａ（ある実施形態においては、少なくとも２．１ＧＰａ、更には少なくとも２．８ＧＰａ）である。アルファアルミナ繊維は、例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」という商品名で市販されている。
【００３８】
アルミノシリケート繊維は、例えば、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。アルミノシリケート繊維は、例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）４４０」、「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）５５０」および「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）７２０」という商品名で市販されている。
【００３９】
アルミノホウケイ酸塩繊維は、例えば、米国特許第３，７９５，５２４号明細書（ソウマン（Ｓｏｗｍａｎ））に記載されている。例証のアルミノホウケイ酸塩繊維は、３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）３１２」という商品名で市販されている。
【００４０】
例証のホウ素繊維は、例えば、マサチューセッツ州ロウエルのテキストロンスペシャルティファイバー社（Ｔｅｘｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｆｉｂｅｒｓ，Ｉｎｃ．，Ｌｏｗｅｌｌ，ＭＡ）より市販されている。
【００４１】
窒化ホウ素繊維は、例えば、米国特許第３，４２９，７２２号明細書（エコノミー（Ｅｃｏｎｏｍｙ））および第５，７８０，１５４号明細書（オカノ（Ｏｋａｎｏ）ら）に記載された通りにして作成することができる。
【００４２】
例証の炭化ケイ素繊維は、例えば、カリフォルニア州サンディエゴのＣＯＩセラミクス（ＣＯＩ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）より５００本の繊維のトウで「ニカロン（ＮＩＣＡＬＯＮ）」という商品名で、日本の宇部興産（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｊａｐａｎ）より「ティラノ（ＴＹＲＡＮＮＯ）」という商品名で、ミシガン州ミッドランドのダウコーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）より「シルラミック（ＳＹＬＲＡＭＩＣ）」という商品名で市販されている。
【００４３】
模範的な炭素繊維は、例えば、ジョージア州アルファレッタのアモコケミカルズ（Ａｍｏｃｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ａｌｐｈａｒｅｔｔａ，ＧＡ）より２０００本、４０００本、５，０００本および１２，０００本のトウで「ソーネルカーボン（ＴＨＯＲＮＥＬ  ＣＡＲＢＯＮ）」という商品名で、コネチカット州スタンフォードのヘキセルコーポレーション（Ｈｅｘｃｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔａｍｆｏｒｄ，ＣＴ）より、カリフォルニア州サクラメントのグラフィ社（Ｇｒａｆｉｌ，  Ｉｎｃ．，Ｓａｃｒａｍｅｎｔｏ，ＣＡ）（三菱レイヨン（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｒａｙｏｎ  Ｃｏ．）の子会社）より「パイロフィル（ＰＹＲＯＦＩＬ）」という商品名で、日本の東レ（Ｔｏｒａｙ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）より「トレカ（ＴＯＲＡＹＣＡ）」という商品名で、日本の東邦レーヨン（Ｔｏｈｏ  Ｒａｙｏｎ，Ｊａｐａｎ，Ｌｔｄ．）より「ベスファイト（ＢＥＳＦＩＧＨＴ）」、ミズーリ州セントルイスのゾルテック（Ｚｏｌｔｅｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）より「パネックス（ＰＡＮＥＸ）」および「パイロン（ＰＹＲＯＮ）」という商品名で、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，Ｗｙｃｋｏｆｆ，ＮＪ）（ニッケルコート炭素繊維）より「１２Ｋ２０」および「１２Ｋ５０」という商品名で市販されている。
【００４４】
例証のグラファイト繊維は、例えば、ジョージア州アルファレッタのＢＰアモコ（ＢＰ  Ａｍｏｃｏ，Ａｌｐｈａｒｅｔｔａ，ＧＡ）より１０００本、３０００本および６０００本の繊維のトウで「Ｔ−３００」という商品名で市販されている。
【００４５】
例証の炭化ケイ素繊維は、例えば、カリフォルニア州サンディエゴのＣＯＩセラミクス（ＣＯＩ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）より５００本の繊維のトウで「ニカロン（ＮＩＣＡＬＯＮ）」という商品名で、日本の宇部興産（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｊａｐａｎ）より「ティラノ（ＴＹＲＡＮＮＯ）」という商品名で、ミシガン州ミッドランドのダウコーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）より「シルラミック（ＳＹＬＲＡＭＩＣ）」という商品名で市販されている。
【００４６】
市販の繊維は、一般的に、製造中に潤滑性を与え、取扱い中に繊維ストランドを保護するために繊維に添加された有機サイジング材料を含んでいる。サイジングは、例えば、溶解または燃焼により繊維から除去してもよい。一般的には、金属マトリックス複合体ワイヤ２６を形成する前にサイジングを除去するのが望ましい。
【００４７】
繊維は、例えば、繊維の濡れ性を向上し、繊維と溶融金属マトリックス材料との間の反応を減じる、または防ぐのに用いるコーティングを有していてもよい。かかるコーティングおよびかかるコーティングを与える技術は繊維および金属複合材料業界において公知である。
【００４８】
マトリックス
一般的に、金属マトリックス複合体ワイヤ２６の金属マトリックスは、マトリックス材料が繊維材料と著しく化学的に反応せず（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）、例えば、繊維外部に保護コーティングを与える必要性を排除するように選択する。マトリックス材料に選択した金属は、クラッド２２と同じ材料である必要はないが、クラッド２２とは著しく化学的に反応してはならない。金属マトリックス材料としては、アルミニウム、亜鉛、錫、マグネシウム、銅およびそれらの合金（例えば、アルミニウムと銅の合金）が例示される。ある実施形態において、マトリックス材料はアルミニウムとその合金を含むのが望ましい。
【００４９】
ある実施形態において、金属マトリックスは、少なくとも９８質量パーセントのアルミニウム、少なくとも９９質量パーセントのアルミニウム、９９．９質量パーセントを超えるアルミニウム、更に、９９．９５質量パーセントを超えるアルミニウムを含む。アルミニウムと銅の例証のアルミニウム合金は、少なくとも９８質量パーセントのＡｌと２質量パーセントまでのＣｕを含む。ある実施形態において、有用な合金は１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００および／または８０００シリーズのアルミニウム合金（アルミニウム協会指示（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ））である。高い引張強さのワイヤを作成するには純度の高い金属が望ましい傾向があるが、純度の低い形態の金属も有用である。
【００５０】
好適な金属は市販されている。例えば、アルミニウムは、ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア（Ａｌｃｏａ  ｏｆ  Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）より「スーパーピュアアルミニウム（ＳＵＰＥＲ  ＰＵＲＥ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ）、９９．９９％Ａｌ」という商品名で入手可能である。アルミニウム合金（Ａｌ−２質量％のＣｕ（０．０３質量％の不純物））は、例えば、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）より入手可能である。亜鉛および錫は、例えば、ミネソタ州セントポールのメタルサービス（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）（「純粋亜鉛」純度９９．９９９％および「純粋錫」純度９９．９５％）より入手可能である。例えば、マグネシウムは、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）より「ピュア（ＰＵＲＥ）」という商品名で入手可能である。マグネシウム合金（ＷＥ４３Ａ、ＥＺ３３Ａ、ＡＺ８１ＡおよびＺＥ４１Ａ）は、例えば、コロラド州デンバーのタイメット（ＴＩＭＥＴ，Ｄｅｎｖｅｒ，ＣＯ）より得られる。
【００５１】
本発明のＭＣＣＷ２０に好適な金属マトリックス複合体ワイヤ２６は、繊維とマトリックス材料を組み合わせた合計体積を基準として、少なくとも１５体積パーセント（ある実施形態においては、少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、更には５０体積パーセント）の繊維を含む。一般的に、本発明の方法に用いるコアワイヤ２６は、繊維とマトリックス材料を組み合わせた合計体積（クラッドとは無関係で）を基準として４０〜７０（ある実施形態においては、４５〜６５）体積パーセントの繊維を含む。
【００５２】
コアワイヤ２６の平均直径は、一般的に、約０．０７ミリメートル（０．００３インチ）から約３．３ｍｍ（０．１３インチ）である。ある実施形態において、コアワイヤ２６の望ましい平均直径は、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、更には約２．０ｍｍ（０．０８インチ）である。
【００５３】
コアワイヤの作成
一般的に、連続コアワイヤ２６は、例えば、連続金属マトリックス浸透プロセスにより作成することができる。ある好適なプロセスは、例えば、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。
【００５４】
本発明のＭＣＣＷ２０に用いる連続金属マトリックスワイヤ２６を作成する例証の装置の概略を図４に示す。連続セラミックおよび／または炭素繊維４４のトウを供給スプール４６より供給し、円形束へ視準し、セラミック繊維については、管状炉４８を通過させながら温水洗浄する。金属マトリックス材料の溶融物５４（「溶融金属」とも呼ばれる）を含有するるつぼ５２に入る前に真空チャンバ５０で繊維４４を排気する。繊維をケイタプラー（ｃａｔｅｒｐｕｌｌｅｒ）５６により供給スプール４６から引く。超音波プローブ５８を繊維近傍の溶融物５４に配置して、溶融物５４のトウ４４への浸透を補助する。ワイヤ２６の溶融金属は、出口ダイ６０を通してるつぼ５２を出た後冷却および固化される。ただし、ある程度の冷却はワイヤ２６が完全にるつぼ５２を出る前になされる。ワイヤ２６の冷却は、ワイヤ２６に衝突するガスまたは液体６２の流れにより促される。ワイヤ２６をスプール６４に集める。
【００５５】
上述した通り、セラミック繊維の温水洗浄により、繊維表面に存在するある量のサイジング、吸着水、およびその他の一時的または揮発性材料を除去または減少するのを補助する。一般的に、繊維表面の炭素含量の面積分率が２２％未満となるまで、セラミック繊維を温水洗浄するのが望ましい。一般的に、管状炉５４の温度は、少なくとも３００℃、より一般的には少なくとも１０００℃で、少なくとも数秒間その温度とする。ただし、例えば、用いる特定の繊維の洗浄ニーズに応じて特定の温度および時間は異なる。
【００５６】
ある実施形態において、繊維４４は、溶融物５４に入る前に排気する。かかる排気により、乾燥繊維のある局所領域（すなわち、マトリックスの浸透のない繊維領域）のような欠陥の形成を削減または排除する傾向があることが分かっている。一般的に、ある実施形態において、繊維４４は、２０トル以下、１０トル以下、１トル以下、０．７トル以下の真空で排気される。
【００５７】
例証の好適な真空システム５０は、繊維４４の束の直径に適合するサイズの入口管である。入口管は、例えば、ステンレス鋼またはアルミナ管とすることができ、一般的には長さ少なくとも３０ｃｍである。好適な真空チャンバ５０の直径は、一般的に２〜２０ｃｍ、長さは５ｃｍ〜１００ｃｍである。真空ポンプの容量は、ある実施形態においては、少なくとも０．２〜０．４立方メートル／分である。排気した繊維４４は、真空システム５０の管を通して溶融物５４に挿入され、金属浴に浸透させる（すなわち、排気した繊維４４は溶融物５４に導入させるとき真空下とする）。ただし、溶融物５４は一般的に大気圧である。出口管の内径は、繊維束４４の直径に実質的に適合している。出口管の一部は溶融金属に浸漬されている。ある実施形態において、０．５〜５ｃｍの管が溶融金属に浸漬されている。管は、溶融金属材料中で安定するものを選択する。好適な管としては、窒化ケイ素およびアルミナ管が挙げられる。
【００５８】
溶融金属５４の繊維４４への浸透は、一般的に、超音波により促される。例えば、振動ホーン５８は、溶融金属５４に配置され、繊維４４近傍にあるようにする。ある実施形態において、繊維４４は、ホーン先端の２．５ｍｍ内（ある実施形態においては１．５ｍｍ内）にある。ある実施形態において、ホーン先端は、ニオブ、または９５ｗｔ．％Ｎｂ−５ｗｔ．％Ｍｏおよび９１ｗｔ．％Ｎｂ−９ｗｔ．％Ｍｏのようなニオブの合金でできており、例えば、ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＭＴＩ（ＰＭＴＩ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）より入手可能である。金属マトリックス複合体物品を作成するのに超音波を用いることに関する詳細については、例えば、米国特許第４，６４９，０６０号明細書（イシカワ（Ｉｓｈｉｋａｗａ）ら）、同第４，７７９，５６３号明細書（イシカワら（Ｉｓｈｉｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．））および同第４，８７７，６４３号明細書（イシカワ（Ｉｓｈｉｋａｗａ）ら）、同第６，１８０，２３２号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、同第６，２４５，４２５号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、同第６，３３６，４９５号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、同第６，３２９，０５６号明細書（デーヴ（Ｄｅｖｅ）ら）、同第６，３４４，２７０号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、同第６，４４７，９２７号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）および同第６，４６０，５９７号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、同第６，４８５，７９６号明細書（カーペンター（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ）ら）、同第６，５４４，６４５号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら）、２０００年７月１４日出願の米国特許出願第０９／６１６，７４１号明細書および２００２年１月２４日公開のＰＣＴ出願公開国際公開第０２／０６５５０号パンフレットを参照のこと。
【００５９】
一般的に、溶融金属５４は、浸透中および／または浸透前に脱気される（すなわち、溶融金属５４に溶解した気体（例えば、水素）の量を減じる）。溶融金属５４の脱気技術については金属処理業界では周知である。溶融物５４の脱気はワイヤ中のガスポロシティを減じる傾向がある。溶融アルミニウムについては、溶融物５４の水素濃度は、ある実施形態においては、０．２未満、０．１５、更には０．１ｃｍ3／１００グラムのアルミニウムである。
【００６０】
出口ダイ６０は、所望のワイヤ直径を与えるように構成されている。一般的に、その長さに沿って均一な丸いワイヤを有するのが望ましい。出口ダイ６０の直径は、通常、ワイヤ２６の直径より僅かに小さい。例えば、５０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体ワイヤの窒化ケイ素出口ダイの直径は、ワイヤ２６の直径より３パーセント小さい。ある実施形態において、出口ダイ６０は、窒化ケイ素でできているのが望ましいが、その他の材料も有用である。業界において出口ダイとして用いられてきたその他の材料としては、従来のアルミナが挙げられる。しかしながら、出願人は、窒化ケイ素出口ダイは、従来のアルミナダイより大幅に小さいと、ワイヤ、特に非常に長いワイヤに所望の直径および形状を与えるのにより有用であることを見出した。
【００６１】
一般的に、ワイヤ２６を液体（例えば、水）またはガス（例えば、窒素、アルゴンまたは空気）６２と接触させることにより、出口ダイ６０を出た後ワイヤ２６を冷却する。かかる冷却は、所望の真円度および均一特性を与え、ボイドをなくす補助となる。ワイヤ２６をスプール６４に集める。
【００６２】
例えば、収縮または内部ガス（例えば、水素または水蒸気）ボイドの結果としての金属間相、乾燥繊維、ポロシティ等のような金属マトリックス複合体ワイヤに欠陥があると、ワイヤ２０長さのような特性が減じる恐れがある。従って、かかる特徴の存在を減少または最小にするのが望ましい。
【００６３】
金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ（ＭＣＣＷ）
本発明のクラッディング方法は、未クラッディングワイヤ２６に比べて改善された特性を示す例証の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ２０を製造するものである。略円形の断面形状を備えたコアワイヤ２６については、得られたワイヤの断面形状は一般的に完全な円ではない。本発明のクラッディング方法は、不規則形のコアワイヤ２６を補って、比較的円形の金属クラッディングされた製品（すなわち、ＭＣＣＷ２０）を作成する。クラッド２２の厚さｔを変えると、コアワイヤ２６の形状の不一致が補われ、この方法によりコアワイヤ２６が中心となることにより、ＭＣＣＷ２０の直径や真円度のような仕様や耐性が改善される。ある実施形態において、本発明による略円形の断面形状を備えたＭＣＣＷ２０の平均直径は、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、更には３．５ｍｍである。
【００６４】
ＭＣＣＷ２０の最低と最大直径の比（真円度値試験を参照のこと。完全な円のワイヤについては値は１となる）は、少なくとも１００メートルのＭＣＣＷ２０の長さにわたって、一般的には少なくとも０．９、ある実施形態においては、少なくとも０．９２、少なくとも０．９５、少なくとも０．９７、少なくとも０．９８、更には少なくとも０．９９である。真円度均一性（下記の真円度均一性試験を参照）は、少なくとも１００メートルのＭＣＣＷ２０の長さにわたって、一般的には０．９％以下であり、ある実施形態においては、０．５％以下、更には０．３％以下である。直径均一性（下記の直径均一性試験参照）は、少なくとも１００メートルのＭＣＣＷ２０の長さにわたって一般的に０．２％以下である。
【００６５】
本発明の方法により作成されたＭＣＣＷ２０は、一次破断が張力適用の際に生じるとき、マイクロバックリングおよび通常バックリングのような二次破断モードに抵抗するものであるのが望ましい。ＭＣＣＷ２０の金属クラッド２２は、金属マトリックス複合体ワイヤ２６の即時の反跳を防ぐ役割を果たし、一次破断中またはその後に二次破断を生じる圧縮衝撃波を抑える。金属クラッド２２は塑性変形し、ワイヤコア２６の即時の反跳を抑える。二次破断の抑制を示すためにＭＣＣＷ２０が望ましい場合には、圧縮衝撃波を吸収し抑制するために、金属クラッド２２は、十分な厚さｔを有しているのが望ましい。近似直径が０．０７ｍｍ〜３．３ｍｍのコアワイヤ２６については、クラッド厚さｔは、望ましくは０．２ｍｍ〜６ｍｍ、より望ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍである。例えば、約０．７ｍｍの近似壁厚さｔの金属クラッド２２は、公称２．１ｍｍの直径のアルミニウム複合体ワイヤ２６に好適であり、近似直径３．５ｍｍ（０．１４インチ）のＭＣＣＷ２０が形成される。
【００６６】
本発明に従って作成されたＭＣＣＷ２０はまた、塑性変形する能力を示すのも望ましい。従来の金属マトリックス複合体ワイヤは、弾性曲げモードを示し、塑性変形は示さず、材料破断もすることない。本発明のＭＣＣＷ２０は、曲げた後に離すと、ある量の曲げ（すなわち、塑性変形）を保持し有利である。塑性変形する能力は、複数のワイヤをケーブルへと撚る、または巻く用途に有用である。ＭＣＣＷ２０を巻いて、テープや接着剤のような追加の保持手段を必要とすることなく曲げ構造を保持する。ＭＣＣＷ２０が永久硬化（すなわち、塑性変形）を起こすのが望ましい場合には、クラッド２２は、初期（未湾曲）状態までコアワイヤ２６が戻る力に抵抗する十分な厚さｔを有する。近似直径が０．０７ｍｍ〜３．３ｍｍのコアワイヤ２６については、クラッド厚さｔは、望ましくは０．５ｍｍ〜約３ｍｍである。例えば、約０．７ｍｍの近似壁厚さの金属クラッドは、公称２．１ｍｍの直径のアルミニウム複合体ワイヤ２６に好適であり、近似直径３．５ｍｍ（０．１４インチ）のＭＣＣＷ２０が形成される。
【００６７】
本発明の方法に従って作成したＭＣＣＷ２０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、更には少なくとも９００メートルの長さを有している。
【００６８】
金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤのケーブル
本発明に従って作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤは、オーバーヘッド電力伝送ケーブルをはじめとする様々な用途に用いることができる。
【００６９】
本発明により作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルは、図７に示すように均一（ＭＣＣＷ２０のようなワイヤのみを含む）であっても、または図５および６のように不均一（金属ワイヤのように複数の二次ワイヤを含む）であってもよい。不均一ケーブルの一例として、ケーブルコアは、例えば、図５に示すような、複数の二次ワイヤ（例えば、アルミニウムワイヤ）を含むシェルを供えた複数の金属クラッドと金属マトリックス複合体ワイヤとを含む。
【００７０】
本発明に従って作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルは撚ることができる。撚ったケーブルは、一般的に、中央ワイヤと、中央ワイヤ周囲に螺旋状に撚られた第１の層のワイヤとを含む。通常、ケーブルの撚りは、ワイヤの個々の撚りが、螺旋構成で組み合わされて、最終ケーブルを製造する（米国特許第５，１７１，９４２号明細書（パワーズ（Ｐｏｗｅｒｓ））および第５，５５４，８２６号明細書（ジェントリ（Ｇｅｎｔｒｙ））を参照のこと）。得られた螺旋撚りワイヤロープは、等価の断面積の固体ロッドで得られるよりも遥かに大きな可撓性を与える。撚ったケーブルは、取扱い、据え付けおよび使用において曲げられるとき、全体の丸い断面形状を維持するため、螺旋構成もまた有利である。螺旋に曲げたケーブルは、３本と少ない本数のストランドを含むが、より一般的な構造では５０本以上のストランドを含んでいる。
【００７１】
本発明に従って作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルを一例を図５に示す。ケーブル６６は、複数の個々のアルミニウムまたはアルミニウム合金ワイヤ７４のジャケット７２に囲まれた複数の別個の金属クラッディングされた複合体金属マトリックスワイヤ７０を含むケーブルコア６８である。好適な数の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ７０は任意の層に含まれていてもよい。更に、ワイヤタイプ（すなわち、金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤおよび金属ワイヤ）は、任意の層またはケーブル内で混合してもよい。更に、所望であれば、３層以上の層を撚ったケーブル６６に含めてもよい。多くの変形のうちの１つ、図６に示すようなケーブル７６は、多数の個々の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ８４のジャケット８２に囲まれた複数の個々の金属ワイヤ８０のケーブルコア７８であってもよい。個々のケーブルは、撚り合わせた７本のケーブルを含むワイヤロープのようなワイヤロープ構造に組み込んでもよい。
【００７２】
図７に、本発明に従って製造された撚ったケーブルの他の実施形態８６を示す。本実施形態において、撚ったケーブルは均一であり、ケーブルのワイヤは全て、本発明に従って作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ８８である。好適な数の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤ８８が含まれていてもよい。
【００７３】
本発明に従って作成された金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルは、ベアケーブルとして用いることができる、または大きな直径のケーブルのケーブルコアとして用いることができる。同様に、本発明による金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むケーブルは、複数のワイヤ周囲の維持手段のある複数のワイヤの撚ったケーブルであってもよい。維持手段は、例えば、接着剤またはバインダーのある、またはないテープオーバーラップであってもよい。
【００７４】
本発明に従って作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含む撚ったケーブルは数多くの用途において有用である。かかる撚ったケーブルは、比較的軽量で、強度があり、導電性が良好で、熱膨張率が低く、使用温度が高く、耐食性があるという組み合わせのために、オーバーヘッド電力伝送ケーブルに用いるのに特に望ましいと考えられる。
【００７５】
クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤに関する更なる詳細は、例えば、２００４年２月１３日出願の同時係属米国特許出願第１０／７７８４８８号明細書にある。
【００７６】
本発明の利点および実施形態を以下の実施例により更に説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。特に断らない限り、部およびパーセンテージはすべて重量基準である。
【実施例】
【００７７】
試験方法
ワイヤ引張り強さ
実質的にＡＳＴＭ  Ｅ３４５−９３に記載された通りにして、データ取得システム（マサチューセッツ州カントンのインストロンコープ（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．，Ｃａｎｔｏｎ，ＭＡ）より「インストロン（ＩＮＳ（登録商標）ＴＲＯＮ）」型番８０００−０７４という商品名で入手）により駆動されたメカニカルアラインメント固定具（インストロンコープ（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．）より「インストロン（ＩＮＳ（登録商標）ＴＲＯＮ）」型番８０００−０７２という商品名で入手）を備えた引張り試験機（インストロンコープ（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．，）より「インストロン（ＩＮＳ（登録商標）ＴＲＯＮ）」型番８５６２試験機（Ｔｅｓｔｅｒ）という商品名で入手）を用いて、ＭＣＣＷ２０の引張り特性を求めた。
【００７８】
２つの異なるゲージ長さを用いて試験を実施した。試験装置により担持可能なワイヤの端部に１０１８軟鋼管タブを備えた１つは３．８ｃｍ（１．５インチ）であり、もう１つは６３ｃｍ（２５インチ）のゲージ長さ試料である。ワイヤ試料の実際の長さは、ウェッジグリップの据え付けに対応するために、試料ゲージ長さより２０ｃｍ（８インチ）長かった。直径が２．０６ｍｍ（０．０８１インチ）以下の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤについては、管の長さは１５ｃｍ（６インチ）、ＯＤ（外径）は６．３５ｍｍ（０．２５インチ）およびＩＤ（内径）は２．９〜３．２ｍｍ（０．１１〜０．１３インチ）であった。ＩＤおよびＯＤはできる限り同心とすべきである。直径が３．４５ｍｍ（０．１４インチ）の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤについては、管の長さは１５ｃｍ（６インチ）、ＯＤ（外径）は７．９ｍｍ（０．３インチ）およびＩＤ（内径）は４．７ｍｍ（０．１８７インチ）であった。鋼管およびワイヤ試料をアルコールで洗浄し、ワイヤ試料の各端部から１０ｃｍ（４インチ）の距離で印をつけ、グリッパー管を適切に配置して、３．８ｃｍ（１．５インチ）または６３ｃｍ（２５インチ）の所望のゲージ長さを得た。各グリッパー管の穴に、プラスチックノズル（ミネソタ州ブルックリンセンター（Ｂｒｏｏｋｌｙｎ  Ｃｅｎｔｅｒ，ＭＮ）のテクニカルレジンパッケージング社（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｓｉｎ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ，Ｉｎｃ．）より入手）を備えたシーラントガン（テクニカルレジンパッケージング社（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｓｉｎ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ，Ｉｎｃ．）より「セムコ（ＳＥＭＣＯ）」型番２５０という商品名で入手）を用いて、エポキシ接着剤（３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）より「スコッチ−ウェルド（ＳＣＯＴＣＨ−ＷＥＬＤ）２２１４ハイフレックス（ＨＩ−ＦＬＥＸ）」、高延性接着剤、ｎｏ．６２−３４０３−２９３０−９という商品名で入手可能）を充填した。過剰のエポキシ樹脂を管から除去し、ワイヤをワイヤのマークまで管に挿入した。ワイヤをグリッパー管に挿入したら、ワイヤを定位置に保持しながら、追加のエポキシ樹脂を管に注入し、管が樹脂で確実に満たされるようにした。（ワイヤを定位置に維持しながら、エポキシがゲージ長さのベースでワイヤ周囲に搾り出されるまで、樹脂を管に埋め戻した。）両グリッパー管がワイヤに適正に配置されたら、エポキシ硬化サイクル中にグリッパー管とワイヤの適切な同心位置合せを維持するために試料をタブアラインメント固定具に配置した。続いて、組み立て品は、１５０℃に維持されたオーブンに９０分間入れてエポキシを硬化させた。
【００７９】
試験枠のメカニカルアラインメント装置を用いて試験枠をインストロン試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｔｅｓｔｅｒ）に慎重に位置合せして、所望のアラインメントを得た。試験中、グリッパー管の外側５ｃｍ（２インチ）のみを、約１４〜１７ＭＰａ（２．〜２．５ｋｓｉ）の機械留め圧力を用いて鋸歯状Ｖノッチ油圧ジョーで握った。
【００８０】
位置制御モードで０．０１ｃｍ／ｃｍ（０．０１インチ／インチ）の歪み速度を用いた。動的歪みゲージ伸び計（インストロン社（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．）より「インストロン（ＩＮＳ（登録商標）ＴＲＯＮ）」型番Ｎｏ．２６２０−８２４という商品名で入手）を用いて歪みをモニタリングした。伸び計ナイフエッジ間の距離は１．２７ｃｍ（０．５インチ）であり、ゲージをゲージ長さの中心に配置して、ゴムバンドで固定した。ワイヤに沿った３点位置のマイクロメートル測定か、断面積を測定し、有効直径を計算して同じ断面積を求めることにより、ワイヤ直径を求めた。引張り試験からの出力により、試料についての破断時荷重、引張り強度、引張りモジュラス、および歪み対破断データを得た。１０個の試料を試験し、平均、標準偏差および変動係数を計算した。
【００８１】
繊維強度
引張り試験機（マサチューセッツ州カントンのインストロンコープ（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．，Ｃａｎｔｏｎ，ＭＡ）より「インストロン（ＩＮＳ（登録商標）ＴＲＯＮ）４２０１」という商品名で市販）およびＡＳＴＭ  Ｄ３３７９−７５（高モジュラス単一フィラメント材料の引張り強度およびヤング率の標準試験方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ａｎｄ  Ｙｏｕｎｇ’ｓ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ））に記載された試験を用いて繊維強度を測定した。試料ゲージ長さは２５．４ｍｍ（１インチ）であり、歪み速度は０．０２ｍｍ／ｍｍであった。繊維トウの引張り強度を確かめるために、１０本の単一繊維フィラメントを繊維のトウから不規則に選択し、各フィラメントを試験してその破断荷重を求めた。
【００８２】
１０００倍で、光学顕微鏡（マサチューセッツ州ローレンスのドラン−ジェンナーインダストリーズ社（Ｄｏｌａｎ−Ｊｅｎｎｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．，Ｌａｗｒｅｎｃｅ，ＭＡ）より「ドラン−ジェンナーメージャーライトビデオマイクロメーターシステム（ＤＯＬＡＮ−ＪＥＮＮＥＲ  ＭＥＡＳＵＲＥ−ＲＩＴＥ  ＶＩＤＥＯ  ＭＩＣＲＯＭＥＴＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ）」型番Ｍ２５−０００２という商品名で市販）に取り付けて、繊維直径を光学的に測定した。この装置では、較正した対物マイクロメーターによる反射光観察を用いた。個々のフィラメントの破壊応力を単位面積当たりの荷重として計算した。
【００８３】
熱膨張率（ＣＴＥ）
１９９５年発行のＡＳＴＭ  Ｅ−２２８に従ってＣＴＥを測定した。５．１ｃｍ（２インチ）のワイヤ長さを用いて膨張計（「ユニサーム（ＵＮＩＴＨＥＲＭ）１０９１」という商品名で入手）で作業を行った。固定具を用いて、６．４ｍｍ（０．２５インチ）の内径の開いた外径１０．７ｍｍ（０．４２インチ）のアルミニウムの２つのシリンダから構成される試料を保持した。試料を留めネジで各側に留めた。試料長さを各留めネジの中心から測定した。規格および技術学会（ＮＩＳＴ）認定溶融シリカ較正参照試料（ワシントンＤＣのＮＩＳＴ（ＮＩＳＴ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ）より「溶融シリカ（Ｆｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ）」という商品名で入手）により、各温度範囲について少なくとも２回の較正を実施した。試料を、実験室空気雰囲気中で、５℃の加熱傾斜速度で−７５℃〜５００℃の温度範囲にわたって試験した。試験からの出力は、加熱中５０℃毎または冷却中１０℃毎に集めた寸法膨張対温度の一組のデータであった。ＣＴＥは温度による膨張の変化率であるため、ＣＴＥについての値を得るためにデータを処理する必要がある。膨張対温度データを、図表ソフトウェアパッケージ（ワシントン州レッドモンドのマイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ，Ｒｅｄｍｏｎｄ，ＷＡ）より「エクセル（ＥＸＣＥＬ）」という商品名で入手）を用いてプロットした。二次べき関数を、曲線のための等式を得るためにソフトウェアで利用可能な標準フィッティング関数を用いて、データに合わせた。この等式の偏差を計算して、一次関数を求めた。この等式は、温度による膨張の変化率を表していた。この等式を、当該の温度範囲、すなわち、−７５〜５００℃にわたってプロットして、ＣＴＥ対温度のグラフで示した。等式を用いて、任意の温度での瞬間のＣＴＥも得た。
【００８４】
ＣＴＥは、等式αｃｌ＝［ＥｆαｆＶｆ＋Ｅｍαｍ（１−Ｖｆ）］／（ＥｆＶｆ＋Ｅm（１−Ｖf））による変化を前提としている。式中、Ｖf＝繊維体積分率、Ｅf＝繊維引張りモジュラス、Ｅm＝マトリックス引張りモジュラス（インサイチュ）、αcl＝長手方向における複合体ＣＴＥ、αf＝繊維ＣＴＥおよびαm＝マトリックスＣＴＥ。
【００８５】
直径
ワイヤに沿って４点でマイクロメートルの読取りを行うことによりワイヤの直径を測定した。一般的に、ワイヤは完全な円ではないため、長い部分と短い部分があった。ワイヤを回転させて読取りを行って、長い部分と短い部分の両方を測定した。直径を、長い部分と短い部分の平均として記録した。
【００８６】
繊維体積分率
標準鋼質試験により繊維体積分率を測定した。ワイヤ断面を磨き、合衆国国立衛生研究所のリサーチサービス部門（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｂｒａｎｃｈ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）により開発された公共画像処理プログラムであるＮＩＨ  ＩＭＡＧＥ（バージョン１．６１）というコンピュータプログラムの助けにより密度プロファリフィング機能を用いて繊維体積分率を測定した。このソフトウェアは、ワイヤの代表的な領域の平均グレースケール強度を測定した。
【００８７】
ワイヤ片を装着樹脂（イリノイ州レークブラフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｉｎｃ．，Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「エポキシキュア（ＥＰＯＸＩＣＵＲＥ）」という商品名で入手）に装着した。装着したワイヤを、従来のグラインダー／ポリッシャー（オハイオ州ウェストレークのストルアス（Ｓｔｒｕｅｒｓ，Ｗｅｓｔ  Ｌａｋｅ，ＯＨ）より入手）および従来のダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、最後の研磨工程では、ストルアス（Ｓｔｒｕｅｒｓ）より「ダイヤモンドスプレー（ＤＩＡＭＯＮＤ  ＳＰＲＡＹ）という商品名で入手した１マイクロメートルのダイヤモンドスラリーを用いて、ワイヤの研磨した断面を得た。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡写真を１５０倍で研磨したワイヤ断面から撮った。ＳＥＭ顕微鏡写真を撮るとき、画像のスレショルドレベルを調整して、全ての繊維をゼロ強度にして、二値画像を作成した。ＮＩＨ  ＩＭＡＧＥソフトウェアによりＳＥＭ顕微鏡写真を分析し、繊維体積分率を、最大強度により二値画像の平均強度を除算することにより得た。繊維体積分率を求めるこの方法の精度は＋／−２％と考えられた。
【００８８】
真円度値
ワイヤの断面形状がいかに円に近いかの尺度である真円度値は、指定した長さにわたる単一の真円度の平均より定義される。平均を計算するための単一真円度値は、回転レーザーマイクロメーター（ニューヨーク州マウントキスコのズムバッハエレクトロニクス社（Ｚｕｍｂａｃｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．，Ｍｏｕｎｔ  Ｋｉｓｃｏ，ＮＹ）より「ＯＤＡＣ３０Ｊ回転レーザーマイクロメーター（ＲＯＴＡＴＩＮＧ  ＬＡＳＥＲ  ＭＩＣＲＯＭＥＴＥＲ）」、ソフトウェア「ＵＳＹＳ−１００」、バージョンＢＡＲＵ１３Ａ３という商品名で入手）を用いて、マイクロメーターが１８０度の各回転中、１００ｍｓｅｃ毎にワイヤ直径を記録するように設定して、次のようにして求めた。１８０度の各スイープは行うのに１０秒かかった。マイクロメーターは、各１８０度回転からのデータの報告をプロセスデータベースへ送った。報告には、回転サイクル中に集めた１００個のデータ点の最小、最大および平均が含まれていた。ワイヤ速度は１．５メートル／分（５フィート／分）であった。「単一真円度値」は、回転サイクル中に集めた１００個のデータ点についての最小直径対最大直径の比であった。真円度値は、指定した長さにわたる測定された単一の真円度値の平均である。単一平均直径は、１００個のデータ点の平均であった。
【００８９】
真円度均一値
指定した長さにわたる測定された単一真円度値の変動係数である真円度均一性値は、測定された単一真円度値の平均で除算した測定された単一真円度値の標準偏差の比である。標準偏差は、次の等式に従って求めた。
【数１】
2007524977.tif 000003
式中、ｎは母集団中の試料の数であり、（すなわち、直径均一性値を求めるための測定した単一真円度値の標準偏差を計算するため、ｎは指定した長さにわたって測定した単一真円度値の数である）、ｘは試料母集団の測定値である（すなわち、直径均一性値を求めるための測定した単一真円度値の標準偏差を計算するため、ｘは指定した長さにわたって測定した単一真円度値である）。平均を求めるための測定した単一真円度値を、真円度値について上述した通りにして得た。
【００９０】
直径均一性値
指定した長さにわたる測定された単一平均直径の変動係数である直径均一性値は、測定された単一平均直径で除算した測定された単一平均直径の標準偏差の比により定義される。測定された単一平均直径は、真円度値について上述した通りにして得られた１００個のデータ点の平均である。標準偏差は、等式（１）を用いて計算した。
【００９１】
実施例１
アルミニウムマトリックス複合体ワイヤを、１５００デニール「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」アルミナセラミック繊維の３４トウを用いて作成した。各トウは約４２０本の繊維を含んでいた。繊維は、実質的に断面が丸く、直径は平均で約１１〜１３マイクロメートルの範囲であった。繊維の平均引張り強度（上述した通りに測定）は、２．７６〜３．５８ＧＰａ（４００〜５２０ｋｓｉ）であった。個々の繊維の強度は２．０６〜４．８２ＧＰａ（３００〜７００ｋｓｉ）であった。繊維（多数のトウの形態にある）を、溶融物の表面を通してアルミニウムの溶融浴へ供給し、２グラファイトローラ下の水平面に通過させ、溶融物の表面を通して４５度で溶融物から戻し、ダイ本体を配置して、テークアップスプール上とした（例えば、米国特許第６，３３６，４９５号明細書（マックロウ（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ）ら、図１に記載されている）。アルミニウム（＞９９．５％、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）製アルミニウム）を、２４．１ｃｍ×３１．３ｃｍ×３１．８ｃｍ（９．５”×１２．５”×１２．５”）の寸法のアルミナるつぼ（ペンシルバニア州ビーバーフォールズのベスビウスマックダニエル（Ｖｅｓｕｖｉｕｓ  ＭｃＤａｎｉｅｌ，Ｂｅａｖｅｒ  Ｆａｌｌｓ，Ｐａ）より入手）で溶融した。溶融アルミニウムの温度は約７２０℃であった。９５％ニオブと５％モリブデンの合金（ペンシルバニア州ラージのＰＭＴＩ社（ＰＭＴＩ  Ｉｎｃ．，Ｌａｒｇｅ，ＰＡ）より入手）から、長さ１２．７ｃｍ（５インチ）×直径２．５ｃｍ（１インチ）のシリンダを作成した。シリンダを、２０．０６〜２０．４ｋＨｚの振動周波数まで所望の振動に調整することにより（すなわち、長さを変えることにより調整）、超音波ホーンアクチュエータとして用いた。アクチュエータの振幅は０．００２ｃｍ（０．０００８インチ）より大きかった。アクチュエータの先端を、ローラ間の繊維と平行に導入し、それらの距離は＜２．５ｍｍ（＜０．１インチ）となるようにした。アクチュエータをチタン導波管に接続し、これを超音波トランスデューサに接続した。繊維をマトリックス材料に浸透させて、比較的均一な断面および直径のワイヤを形成した。このプロセスにより作成したワイヤの直径は２．０６ｍｍ（０．０８１インチ）であった。
【００９２】
出口側に配置されたダイ本体は、窒化ホウ素でできており、溶融表面に対して４５度傾いていて、内径が２ｍｍ（０．０８インチ）のアルミナスレッドガイドを差し込むのに好適な内径を備えた穴を含んでいた。スレッドガイドは、アルミナペーストを用いて適所に糊付けされていた。ダイから出る際、ワイヤを窒素ガスで冷却して、プロセスを通して、ワイヤおよび繊維を引っ張るゴム駆動ローラの損傷および燃焼を防いだ。フランジ木製スプールにワイヤをスプールアップした。
【００９３】
繊維の体積パーセントを、断面の顕微鏡写真（２００倍）から約４５体積％と見積もった。
【００９４】
ワイヤの引張り強度は１．０３〜１．３１ＧＰａ（１５０〜１９０ｋｓｉ）であった。
【００９５】
室温での伸びは約０．７〜０．８％であった。伸び計により引張り試験中伸びを測定した。
【００９６】
アルミニウム複合体ワイヤ（ＡＣＷ）を、本発明の方法に従ってクラッディングのためのコアワイヤ２６（図１および２に示す通り）として供給した。スプール３６インチＯＤ、３０インチＩＤ、３インチ幅に供給し、スプールをペイオフシステムに配置した。ブレーキングシステムを用いてＡＣＷ２６の張力を最小に保った。張力はアルミニウム複合体ワイヤのスプールが解けるのを防ぐのに十分なものであった。クラッディングされるＡＣＷ２６は、クラッディングマシン３０を通してスレッドし、出口側でテークアップドラムに取り付ける前は、表面洗浄せず、予熱しなかった。
【００９７】
クラッディングマシン（型番３５０、英国、アシュフォードのＢＷＥ社（ＢＷＥ  Ｌｔｄ，  Ａｓｈｆｏｒｄ，  Ｅｎｇｌａｎｄ，  ＵＫ）により「コンクラッド（ＣＯＮＫＬＡＤ）」という商品名で市販されているもの）を接線モード（図２参照）で稼動した。押し出しホイール３４に接線の製品センターライン稼動が示されている。図２を参照すると、操作中、アルミニウムフィードストック２８（フランス、ペシネー（Ｐｅｃｈｉｎｅｙ，Ｆｒａｎｃｅ））より入手可能なＥＣ１３７０５０；直径９．５ｍｍ標準ロッド）は、２つのペイオフドラム（図示せず）を回転押し出しホイール３４、ツイングルーブ標準シャフトレスホイールの周囲グルーブ４２へとペイオフした。ＢＷＥ社（ＢＷＥ  Ｌｔｄ．）開発の標準パロバイタルクリーニングシステムを用いて、フィードストックアルミニウム２８を表面洗浄し、使用前、表面酸化物、フィルム、油、グリースまたは粘性表面汚染物を除去した。
【００９８】
ＡＣＷ２６をシュー３２の入口ダイ３８でクラッディングマシン３０に導入した。ＡＣＷ２６は、押し出しツール（シュー３２）を直接通過し、出口押し出しダイ４０から出た（更に、図３参照）。ダイチャンバ３６はＢＷＥタイプ３２（英国アシュフォードのＢＷＥ社（ＢＷＥ  Ｌｔｄ，Ａｓｈｆｏｒｄ，Ｅｎｇｌａｎｄ，ＵＫ）より入手可能）であった。２本のアルミニウムフィードロッドが、コアワイヤ２６の両側でダイチャンバ３６に入り、圧力と金属フローを等しくした。ダイチャンバ３６を加熱して、約５００℃でアルミニウム温度を制御した。押し出しホイール３６の動作と熱はダイチャンバ３６により提供され、ダイチャンバ３６を可塑化アルミニウム２８で充填した。アルミニウム２８は、ＡＣＷ２６周囲で塑性フローし、出口ダイ４０を出た。出口ダイ４０は、クラッド厚さに対応するべく３．４５ｍｍ内径でＡＣＷ２６より大きかった。
【００９９】
アルミニウムがＡＣＷ２６周囲の出口ダイ４０から押し出されるまで、押し出しホイール３６を調整し、チャンバの圧力はクラッド２２とＡＣＷ２６との間に部分ボンディングを生じさせるほど十分なものであった。更に、押し出されたアルミニウム２８は、出口ダイ４０を通してコアワイヤ２６を引っ張って、ＭＣＣＷ２０製品を集めるテークアップドラムが張力を適用しないようにした。マシンを出る製品の線速度は、約５０ｍ／分であった。マシンを出た後、ワイヤは水のトラフを通過してそれを冷却し、テークアップドラムに巻き付けた。クラッドＡＣＷの試料は、０．７ｍｍクラッド壁厚さで作成した（３０４ｍ（１０００ｆｔ）長さ）。
【０１００】
ＭＣＣＷ２０は、直径３．５（０．１４０インチ）のＭＣＣＷ２０を作成するために、アルミニウムクラッド２２を備えた直径が公称２．０６ｍｍ（０．０８１インチ）のＡＣＷ２６を含んでいる。ＡＣＷ２６の不規則形状をクラッド２２で補って、極めて円形の製品を作成した。ＭＣＣＷ２０の面積分率は３３％ＡＣＷ、６７％アルミニウムクラッドである。ＡＣＷ２６中、４５％繊維体積分率とすると、ＭＣＣＷ２０は正味の繊維体積分率が約１５％である。
【０１０１】
上述したワイヤ引張り強度試験を用いて、実施例１で作成したワイヤを試験した（３．８ｃｍ（１．５インチ）ゲージ長さ）。
【０１０２】
【表１】
2007524977.tif 000004
【０１０３】
実施例１のＭＣＣＷ２０を試験して、ワイヤの軸に沿った熱膨張率（ＣＴＥ）を測定した。結果を、図８のＣＴＥ対温度のグラフに示してある。ＣＴＥは、−７５℃〜＋５００℃の温度範囲にわたって、約１４−１９ｐｐｍ／℃である。
【０１０４】
実施例１のＭＣＣＷ２０のワイヤ真円度、真円度均一性値および直径均一性値を測定した。平均直径＝３．５７ｍｍ（０．１４１インチ）、直径均一性値＝０．１２％、ワイヤ真円度＝０．９９２６、真円度均一値＝０．２９％、ワイヤ長さ＝１３０ｍ（４２７ｆｔ）。
【０１０５】
実施例２
入口ガイドダイ３８に挿入する前に、３００℃（表面コア温度）までの電磁誘導加熱を用いてコアワイヤ２６を加熱した以外は、実施例１に記載された通りにして実施例２を作成した。この結果、長さ３０４ｍ（１０００ｆｔ）およびクラッド壁厚さ０．７０ｍｍ（０．０３インチ）のクラッドワイヤ（ＭＣＣＷ２０）が得られた。
【０１０６】
上述したワイヤ引張り強度試験を用いて、実施例２で作成したクラッドワイヤ（ＭＣＣＷ２０）を試験した（６３．５ｃｍ（２５インチ）ゲージ長さ）。
【０１０７】
【表２】
2007524977.tif 000005
【０１０８】
実施例２のクラッドワイヤ（ＭＣＣＷ２０）を分析して、アルミニウムクラッドの降伏強さを求めた。実施例２のクラッドワイヤの応力−歪み挙動のグラフを図９に示す。傾斜の変化は０．０４〜０．０６％歪みであり、これはアルミニウムクラッドの降伏に関連している。コアワイヤ自身はかかる降伏挙動を示さない。図９に、０．０４２％歪みで生じる降伏開始を示す。このように、降伏強さは、降伏歪みを乗算したモジュラスである。純粋なアルミニウムに引張りモジュラスは６９ＧＰａ（１０Ｍｓｉ）である。従って、降伏応力は２９．０ＭＰａ（４．２ｋｓｉ）と計算される。
【０１０９】
比較例１
上述したワイヤ引張り強度試験を用いて、直径２．０６ｍｍ（０．０８１インチ）のＡＭＣコアワイヤ２６（実施例１に記載した通り作成）の張力破断を試験した。目視検査による試験後、破断の数を記録した。３８０ｍｍ（１５インチ）またはこれより長いゲージ長さで、ワイヤに多数の破断が観察された。破断の数は、一般的に、６３５ｍｍ（２５インチ）までのゲージ長さについて２〜４異なった。高速ビデオカメラ（ニューヨーク州ロチェスターのコダック（Ｋｏｄａｋ，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＮＹ）より「コダック（ＫＯＤＡＫ）」という商品名で市販（コダック（Ｋｏｄａｋ）ＨＲＣ１０００、５００フレーム／秒、試料から６１ｃｍ（２フィート）に配置））を用いて、破断機構を記録した。ビデオは、各ワイヤにおける一連の破断示す。一次（第１）破断は自然の張力であり、続く破断（すなわち、二次破断）は全て、操作機構の１つとして、通常の圧縮バックリングを示した。他の破断表面のフラクトグラフィー（ＳＥＭ）によればまた、圧縮マイクロバックリングが他の二次破断機構であったことが分かった。
【０１１０】
実施例３
０．７ｍｍ（０．０３インチ）アルミニウムクラッド２２でクラッディングされた直径２．０６ｍｍ（０．０８１インチ）のＡＭＣコアワイヤ２６（実施例１に記載した通り）の張力破断を試験した。クラッドワイヤ（ＭＣＣＷ２０）は、６３５ｍｍ（２５インチ）ゲージ長さを有していた。クラッドワイヤは、一次張力破断後、二次破断を示さなかった（破断時荷重は平均で４９００Ｎであった）。二次破断がないことは、破断ワイヤ（ＭＣＣＷ２０）の長い部分を再び担持して、張力を再び試験することにより確認された（ゲージ長さは３８．１ｃｍ（１５インチ）より長かった）。再試験の際、クラッドワイヤ（ＭＣＣＷ２０）は、やや大きな破断時荷重（約５０００Ｎ）を示した。この結果は、隠れ二次破断部位がクラッドワイヤになかったことを示した。荷重変位はまた、図１０のグラフに示すように、一次引張り破断が生じるときのアルミニウムクラッド２２の役割を明らかに示していた。荷重の急激な降下は、ＡＣＷ２６の一次破断に付随するものであるが、荷重はゼロまで直ぐには降下しない。荷重のいくつかは、グラフの領域に矢印９０で示されているように、急激な反跳を伸張し抑えるアルミニウムクラッド２２により実施される。
【０１１１】
曲げ保持試験
曲げ保持試験は、変形後ワイヤにより保持された曲げ量を示すものである。曲げが保持されない場合には、ワイヤは完全に弾性である。ある量の曲げが保持される場合は、ワイヤまたはワイヤの少なくとも一部は塑性変形して曲げ形状を保持していた。曲げ保持試験は、一般的に、曲げ角度で実施され、試験するワイヤの破断強度より弱く押し付けるものである。
【０１１２】
ＭＣＣＷ２０の長さ（上述した通り）を手で円形ループへと巻いて、図１１の図に示すように、巻いた試料９２を形成する。巻いた試料９２は、周囲が約２０．３ｃｍ（８インチ）から１３４．６ｃｍ（５３インチ）の特定の直径の閉じた円である。
【０１１３】
各巻いた試料９２について、巻いた試料１００の弦Ｌの長さを測定した。弦Ｌに垂直で、弦Ｌの中点から巻いた試料９２の端部のラインセグメントｙの長さを測定した。式２に従って各試料について初期曲げ半径Ｒ初期を計算した。式中、ｘ＝１／２Ｌである。
【数２】
2007524977.tif 000006
【０１１４】
実施例４〜３のＬ、ｙおよびＲ初期の値を以下の表１に示す。
【０１１５】
【表３】
2007524977.tif 000007
【０１１６】
巻いた試料９２の端部を離し、クラッドワイヤ（ＭＣＣＷ２０）を最後の湾曲形態まで弛緩させた。寸法Ｙ’およびＬ’をこの弛緩したワイヤで測定し、最終曲げ半径Ｒ最終を計算した。様々な実施例の結果を以下の表２に示す。
【０１１７】
【表４】
2007524977.tif 000008
【０１１８】
弛緩半径対曲げ半径を図１２にプロットする。
【０１１９】
２つの理論モデル、内径モデルと塑性ヒンジモデルを用いて、一組の１３．０インチ（３３．０ｃｍ）を保持するＭＣＣＷに必要なクラッドの厚さを予測した。以下の計算は、ＭＣＣＷについての最終試験曲げ半径ρを維持するのに必要な半径ｒのコアワイヤ周囲のクラッドの必要な厚さを求める。これらモデルは、延性金属がいかにクラッドをもたらすか点で異なる。
【０１２０】
中心コアワイヤの曲げモーメントは次の通りである。
【数３】
2007524977.tif 000009
【０１２１】
固体円形断面の面積のモーメントＩzzwは次の通りである。
【数４】
2007524977.tif 000010
式中、ｒはコアワイヤの半径、Ｅはコアワイヤの弾性モジュラス、ρはＭＣＣＷの曲げ半径である。
【０１２２】
内径モデルは、ワイヤの平衡状態が、クラッドの内側端部のクラッド材料の応力がクラッド材料の降伏強さと等しいときに生じることを予想するものである。すなわち、σx＝Ｙであり、σxはクラッド材料における応力、Ｙはクラッド材料の降伏強さである。
【０１２３】
この状態のワイヤの曲げモーメントＭLは次の通りである。
【数５】
2007524977.tif 000011
【０１２４】
クラッドの円形環ＩzzCの面積のモーメントは次の通りに定義される。
【数６】
2007524977.tif 000012
【０１２５】
第２のモデル、塑性ヒンジモデルは以下の等式を用いる。
【０１２６】
平衡時の曲げモーメントＭpは次の通りに定義される。
【数７】
2007524977.tif 000013
【０１２７】
塑性ヒンジモデルの面積モーメントＩzzpは次の通りである。
【数８】
2007524977.tif 000014
【０１２８】
ワイヤの弛緩最終状態は、コアワイヤの曲げモーメントがＭＣＣＷの曲げ降伏モーメントに等しい点として求められる。
【０１２９】
内径モデルについては、これは次のとき生じる。
【数９】
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【０１３０】
塑性ヒンジモデルについては、これは次のとき生じる。
【数１０】
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【０１３１】
コアワイヤの半径ｒ、クラッド材料降伏強さＹ、ＭＣＣＷの曲げ半径、およびコアワイヤの弾性モジュラスの関数として、式７および８を解くと、クラッド厚さｔを求めることができる。
【０１３２】
次のパラメータを以下の実施例について用いている。コアワイヤ半径ｒ＝０．０４０インチ、コアワイヤ弾性モジュラスＥ＝２４ＭＳＩ、ＭＣＣＷ曲げ半径ρ＝１３インチ、クラッド降伏応力σx＝９，０００ｋｓｉ。
【０１３３】
これらを解いて、測定された曲げ半径（１３．０インチ、３３．０ｃｍ）およびクラッド材料の仮定された降伏強さ（９ｋｓｉ）（６２ＭＰａ）により、クラッド厚さを得た。
【０１３４】
【表５】
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【０１３５】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に不当に限定されないものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の例証の金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの概略断面図である。
【図２】本発明による金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを作成する接線モードで運転される例証のツイングルーブクラッド機の斜視図である。
【図３】本発明による金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを作成するクラッド機の例証のツーリングダイ構成の概略断面図である。
【図４】本発明による溶融金属で繊維に浸透させるのに用いる例証の超音波装置の概略図である。
【図５−６】本発明による金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含むオーバーヘッド電力伝送ケーブルの２つの例証の実施形態の概略断面図である。
【図７】本発明により作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤを含む均一ケーブルの概略断面図である。
【図８】実施例１で作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの熱膨張率のグラフである。
【図９】実施例２で作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの応力−歪み挙動のグラフである。
【図１０】実施例３で作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの変位および回復を示すグラフである。
【図１１】曲げ保持試験に用いる幾何形状構造の概略図である。
【図１２】本発明により作成した金属クラッディングされた金属マトリックス複合体ワイヤの塑性変形を示す弛緩半径対曲げ半径の例証のグラフである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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