(57)【要約】複数の実質的に連続で長手方向に配置された繊維（５１）を含む少なくとも１つのトウを金属マトリックス中に有する金属マトリックス複合ワイヤ（５２）に関し、繊維は、セラミック繊維、炭素繊維、およびそれらの混合物の群より選択される。本発明のワイヤは、真円度値、真円度均一性値、および／または直径均一性値などのある規定された性質を有する。
2004504482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウを含む金属マトリックス複合ワイヤであって、前記ワイヤは、少なくとも１００ｍの長さにわたって、真円度値が少なくとも０．９であり、真円度均一性値が２％以下であり、直径均一性値が１％以下である金属マトリックス複合ワイヤ。
【請求項２】
前記繊維を含むトウを複数含む請求項１に記載の複合ワイヤ。
【請求項３】
少なくとも１００ｍの長さにわたって前記直径均一性値が０．５％以下である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項４】
少なくとも１００ｍの長さにわたって前記直径均一性値が０．３％以下である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項５】
少なくとも１００ｍの長さにわたって前記真円度均一性値が１．５％以下である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項６】
少なくとも１００ｍの長さにわたって前記真円度均一性値が１．２５％以下である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項７】
少なくとも１００ｍの長さにわたって前記真円度値が少なくとも０．９２である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項８】
前記金属マトリックスがアルミニウム、亜鉛、スズ、またはそれらの合金を含む請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項９】
前記金属マトリックスがアルミニウムまたはその合金を含む請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項１０】
前記繊維の数の少なくとも約８５％が実質的に連続である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項１１】
前記ワイヤの全体積を基準にして少なくとも約１５体積％の前記繊維、および約７０体積％以下の繊維を含む請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項１２】
前記繊維がセラミック繊維である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項１３】
前記繊維がセラミック酸化物繊維である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項１４】
前記繊維が多結晶αアルミナ系繊維である請求項２に記載の複合ワイヤ。
【請求項１５】
金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウを含む金属マトリックス複合ワイヤであって、前記ワイヤは、少なくとも１００ｍの長さにわたって、真円度値が少なくとも０．８５であり、真円度均一性値が１．５％以下であり、直径均一性値が０．５％以下である金属マトリックス複合ワイヤ。
【請求項１６】
前記繊維を含むトウを複数含む請求項１５に記載の複合ワイヤ。
【請求項１７】
少なくとも１００ｍの長さにわたって前記真円度値が少なくとも０．９である請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項１８】
前記金属マトリックスがアルミニウム、亜鉛、スズ、またはそれらの合金を含む請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項１９】
前記金属マトリックスがアルミニウムまたはその合金を含む請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項２０】
前記繊維の数の少なくとも約８５％が実質的に連続である請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項２１】
前記ワイヤの全体積を基準にして少なくとも約１５体積％の前記繊維、および約７０体積％以下の繊維を含む請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項２２】
前記繊維がセラミック繊維である請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項２３】
前記繊維がセラミック酸化物繊維である請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項２４】
前記繊維が多結晶αアルミナ系繊維である請求項１６に記載の複合ワイヤ。
【請求項２５】
金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウを含む少なくとも１つの金属マトリックス複合ワイヤを含むケーブルであって、前記ワイヤは、少なくとも１００ｍの長さにわたって、真円度値が少なくとも０．９であり、真円度均一性値が２％以下であり、直径均一性値が１％以下であるケーブル。
【請求項２６】
前記繊維を含むトウを複数含む請求項２５に記載のケーブル。
【請求項２７】
前記金属マトリックスがアルミニウム、亜鉛、スズ、またはそれらの合金を含む請求項２６に記載のケーブル。
【請求項２８】
前記繊維がセラミック繊維である請求項２６に記載のケーブル。
【請求項２９】
前記繊維がセラミック酸化物繊維である請求項２６に記載のケーブル。
【請求項３０】
前記金属マトリックスがアルミニウムまたはその合金を含む請求項２６に記載のケーブル。
【請求項３１】
コアとシェルを含み、前記コアが前記複合ワイヤを含み、前記シェルが第２のワイヤを含む請求項２６に記載のケーブル。
【請求項３２】
金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウを含む少なくとも１つの金属マトリックス複合ワイヤを含むケーブルであって、前記ワイヤは、少なくとも１００ｍの長さにわたって、真円度値が少なくとも０．８５であり、真円度均一性値が１．５％以下であり、直径均一性値が０．５％以下であるケーブル。
【請求項３３】
前記繊維を含むトウを複数含む請求項３２に記載のケーブル。
【請求項３４】
前記金属マトリックスがアルミニウム、亜鉛、スズ、またはそれらの合金を含む請求項３３に記載のケーブル。
【請求項３５】
前記繊維がセラミック繊維である請求項３３に記載のケーブル。
【請求項３６】
前記繊維がセラミック酸化物繊維である請求項３３に記載のケーブル。
【請求項３７】
前記金属マトリックスがアルミニウムまたはその合金を含む請求項３３に記載のケーブル。
【請求項３８】
コアとシェルを含み、前記コアが前記複合ワイヤを含み、前記シェルが第２のワイヤを含む請求項３３に記載のケーブル。
【請求項３９】
金属マトリックス中に複数の実質的に連続で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ワイヤの製造方法であって、
所定体積の溶融金属マトリックス材料を提供する工程と、
複数の実質的に連続な繊維を含む少なくとも１つのトウを前記所定体積の溶融マトリックス材料に浸漬する工程であって、前記繊維はセラミック繊維、炭素繊維、およびそれらの混合物の群より選択される工程と、
前記溶融金属マトリックス材料の少なくとも一部を前記複数の繊維に溶浸させて複数の溶浸繊維を得るために、前記所定体積の溶融金属マトリックス材料の少なくとも一部を振動させる超音波エネルギーを与える工程と、
金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウを含む金属マトリックス複合ワイヤが得られるように前記溶融金属マトリックス材料を固化させる条件下で、前記複数の溶浸繊維を前記所定体積の溶融金属マトリックス材料から引き抜く工程と、を含み、前記ワイヤは、少なくとも１００ｍの長さにわたって、真円度値が少なくとも０．９であり、真円度均一性値が２％以下であり、直径均一性値が１％以下である方法。
【請求項４０】
金属マトリックス中に複数の実質的に連続で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ワイヤの製造方法であって、
所定体積の溶融金属マトリックス材料を提供する工程と、
複数の実質的に連続な繊維を含む少なくとも１つのトウを前記所定体積の溶融マトリックス材料に浸漬する工程であって、前記繊維はセラミック繊維、炭素繊維、およびそれらの混合物の群より選択される工程と、
前記溶融金属マトリックス材料の少なくとも一部を前記複数の繊維に溶浸させて複数の溶浸繊維を得るために、前記所定体積の溶融金属マトリックス材料の少なくとも一部を振動させる超音波エネルギーを与える工程と、
金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウを含む金属マトリックス複合ワイヤが得られるように前記溶融金属マトリックス材料を固化させる条件下で、前記複数の溶浸繊維を前記所定体積の溶融金属マトリックス材料から引き抜く工程と、を含み、前記ワイヤは、少なくとも１００ｍの長さにわたって、真円度値が少なくとも０．８５であり、真円度均一性値が１．５％以下であり、直径均一性値が０．５％以下である方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、金属マトリックス内部の実質的に連続な繊維で強化された複合ワイヤ、およびそのようなワイヤを含むケーブルに関する。
【０００２】
発明の背景
金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）は、高い強度および剛性と軽量とを兼ね備えるため将来性のある材料として認識されている。一般にＭＭＣは、繊維で強化された金属マトリックスを有する。金属マトリックス複合材料の例としては、アルミニウムマトリックス複合ワイヤ（例えば、アルミニウムマトリックス中の炭化ケイ素、炭素、ホウ素、または多結晶αアルミナ繊維）、チタンマトリックス複合テープ（例えば、チタンマトリックス中の炭化ケイ素繊維）、および銅マトリックス複合テープ（例えば、銅マトリックス中の炭化ケイ素繊維）が挙げられる。
【０００３】
裸の空中送電ケーブルの補強部材としてのある金属マトリックス複合ワイヤの使用は特に関心が持たれている。必要電力量の増加のため既存の送電設備の送電能力の向上が求められ、規制緩和により電力潮流が変化することから、このようなケーブルに使用される新しい材料が必要とされている。
【０００４】
円形断面を有するワイヤを利用できるのであれば、より均一に束ねられたケーブル構造体を提供するために望ましい。長さ方向に沿ってより均一な直径を有するワイヤを利用できるのであれば、より均一な直径を有するケーブル構造体を提供するために望ましい。したがって、円形断面と均一な直径を有する実質的に連続な金属マトリックス複合ワイヤが必要とされている。
【０００５】
発明の要約
本発明は、実質的に連続な繊維金属マトリックス複合材料に関する。本発明の実施態様は、複数の実質的に連続で長手方向に配置された繊維を金属マトリックス中に有する金属マトリックス複合材料（例えば、複合ワイヤ）に関する。本発明による金属マトリックス複合材料は、弾性率、密度、熱膨張係数、導電率、および強度に関して所望の性質を示すワイヤに成形される。
【０００６】
本発明は、金属マトリックス中に複数の実質的に連続で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（通常は複数のトウ）を有する金属マトリックス複合ワイヤを提供する。繊維は、セラミック繊維、炭素繊維、およびそれらの混合物の群より選択される。重要なことには、本発明のワイヤは、規定の長さにわたって、ある真円度、真円度均一性、および／または直径均一特性を有する。
【０００７】
本発明の好ましい実施態様の１つは、金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウ（通常は複数のトウ）を含む金属マトリックス複合ワイヤであり、このワイヤは、少なくとも１００ｍ（好ましくは少なくとも２００ｍ、より好ましくは少なくとも３００ｍ）の長さにわたって、真円度値が少なくとも０．９であり、真円度均一性値が２％以下であり、直径均一性値は１％以下である。好ましくは、好ましさが増加する順に、真円度値は少なくとも０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、または０．９５であり、真円度均一性値は１．９％以下、１．８％以下、１．７％以下、１．６％以下、または１．５％以下であり、直径均一性値は０．９５％以下、０．９％以下、０．８５％以下、０．８％以下、０．７５％以下、０．７％以下、０．６５％以下、０．６％以下、０．５５％以下、または０．５以下である。通常、真円度値は約０．９２〜約０．９５の範囲内が好ましい。
【０００８】
本発明の別の好ましい実施態様は、金属マトリックス中に少なくとも１種類の実質的に連続で長手方向に配置された複数のセラミック繊維または炭素繊維を含む少なくとも１つのトウ（通常は複数のトウ）を含む金属マトリックス複合ワイヤであり、このワイヤは、少なくとも１００ｍ（好ましくは少なくとも２００ｍ、より好ましくは少なくとも３００ｍ）の長さにわたって、真円度値が少なくとも０．８５であり、真円度均一性値が１．５％以下であり、直径均一性値は０．５％以下である。好ましくは、好ましさが増加する順に、真円度値は少なくとも０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、または０．９５であり、真円度均一性値は１．４％以下、１．３％以下、１．２％以下、１．１％以下、または１％以下であり、直径均一性値は０．８５％以下、０．８％以下、０．７５％以下、０．７％以下、０．６５％以下、０．６％以下、０．５５％以下、または０．５％以下である。通常、真円度値は約０．９２〜約０．９５の範囲内が好ましい。
【０００９】
別の実施態様では、本発明による複合ワイヤの製造方法を提供する。この方法は、所定体積の溶融金属マトリックス材料を提供する工程と、複数の実質的に連続な繊維を含む少なくとも１つのトウ（通常は複数のトウ）を所定体積の溶融マトリックス材料に浸漬する工程であって、繊維はセラミック繊維、炭素繊維、およびそれらの混合物の群より選択される工程と、溶融金属マトリックス材料の少なくとも一部を複数の繊維に溶浸させて複数の溶浸繊維を得るために、所定体積の溶融金属マトリックス材料の少なくとも一部を振動させる超音波エネルギーを与える工程と、本発明による金属マトリックス複合ワイヤが得られるように溶融金属マトリックス材料を固化させる条件下で、複数の溶浸繊維を所定体積の溶融金属マトリックス材料から引き抜く工程とを含む。
【００１０】
さらに別の実施態様では、本発明による金属マトリックス複合ワイヤを少なくとも１本含むケーブルを提供する。ケーブル構造体における本発明によるワイヤの実施態様の利点は、例えば、ワイヤの形状および直径の均一性のためにケーブルの内部層にワイヤをより均一に束ねることが可能なことである。このような形状および直径の均一性は、ワイヤ間の間隙、または外部ワイヤ層の中でつぶれたワイヤなどのケーブルの欠陥を軽減する傾向もある。
【００１１】
定義
本明細書で使用する場合、以下の用語は次のように定義される。
【００１２】
「実質的に連続な繊維」は、繊維の平均直径と比較した場合に相対的にはるかに長い繊維を意味する。通常これは、繊維のアスペクト比（すなわち、繊維の長さと繊維の平均直径の比）が少なくとも約１×１０５、好ましくは少なくとも約１×１０６、より好ましくは少なくとも約１×１０７であることを意味する。通常、このような繊維は長さが少なくとも約５０ｍ程度であり、数ｋｍ以上の長さになる場合もある。
【００１３】
「長手方向に配置された」は、ワイヤの長さと同じ方向に向いた繊維を意味する。
【００１４】
「真円度値」は、ワイヤ断面形状がいかに円に近づいているかの尺度であり、実施例で後述するように、規定の長さにわたって測定した単独真円度値の平均として規定される。
【００１５】
「真円度均一性値」は、規定の長さにわたって測定した単独真円度値の変動係数であり、実施例で後述するように測定した単独真円度値を、測定した単独真円度値の平均で割った値の標準偏差の比である。
【００１６】
「直径均一性値」は、規定の長さにわたって測定した平均直径の変動係数であり、実施例で後述するように、測定した平均直径を、測定した平均直径の平均で割った値の標準偏差の比で規定される。
【００１７】
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、繊維で強化された金属マトリックス複合材料を有するワイヤおよびケーブルを提供する。本発明による複合ワイヤは、１種類以上の金属（例えば、高純度元素アルミニウム、または純アルミニウムと銅などの他の元素との合金）を含むマトリックス中に封入された、実質的に連続で長手方向に配置されたセラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３系）強化用繊維などの強化用繊維を複数含む少なくとも１つのトウを有する。好ましくは少なくとも繊維数の約８５％が、本発明によるワイヤ中で実質的に連続である。本発明による少なくとも１つのワイヤを、ケーブル、好ましくは送電ケーブルに取り入れることができる。
【００１８】
実質的に連続な強化用繊維の平均直径は少なくとも約５μｍであることが好ましい。通常、繊維の直径は約５０μｍ以下であり、より一般的には約２５μｍ以下である。
【００１９】
好ましくは、繊維の弾性率は約１０００ＧＰａ以下であり、より好ましくは約４２０ＧＰａ以下である。好ましくは繊維の弾性率は約７０ＧＰａを超える。
【００２０】
本発明による金属マトリックス複合材料の製造に有用となりうる実質的に連続な繊維の例としては、金属酸化物（例えば、アルミナ）繊維、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維、および炭素繊維が挙げられる。通常、セラミック酸化物繊維は、結晶質セラミックおよび／または結晶質セラミックとガラスの混合物（すなわち、結晶質セラミック相とガラス相の両方を含みうる繊維）である。
【００２１】
好ましくはセラミック繊維の平均引張強さは少なくとも約１．４ＧＰａであり、より好ましくは少なくとも約１．７ＧＰａであり、さらにより好ましくは少なくとも約２．１ＧＰａであり、最も好ましくは少なくとも約２．８ＧＰａである。好ましくは炭素繊維の平均引張強さは少なくとも約１．４ＧＰａであり、より好ましくは少なくとも約２．１ＧＰａであり、さらにより好ましくは少なくとも約３．５ＧＰａであり、最も好ましくは少なくとも約５．５ＧＰａである。
【００２２】
トウは繊維技術分野ではよく知られており、ロープ状形態に集まった複数の（個別の）繊維（通常は少なくとも１００本の繊維、より一般的には少なくとも４００本の繊維）を意味する。トウは好ましくは１つのトウ当たり少なくとも７８０本の個別の繊維を含み、より好ましくは少なくとも１つのトウ当たり２６００本の個別の繊維を含む。セラミック繊維のトウは、３００ｍ以上の長さなどの種々の長さで入手可能である。繊維の断面形状は円形や楕円形であってもよい。
【００２３】
アルミナ繊維の製造方法は、公知であり、例えば米国特許第４，９５４，４６２号（Ｗｏｏｄら）に記載される方法が挙げられる。
【００２４】
好ましくは、アルミナ繊維は多結晶αアルミナ系繊維であり、理論的酸化物を基準にして、アルミナ繊維の全重量に対して、約９９ｗｔ％を超えるＡｌ２Ｏ３と約０．２〜０．５ｗｔ％のＳｉＯ２を含む。別の態様では、好ましい多結晶αアルミナ系繊維は、平均結晶粒度が１μｍ未満（より好ましくは０．５μｍ未満）であるαアルミナを含む。別の態様では、好ましい多結晶αアルミナ系繊維は、平均引張強さが少なくとも１．６ＧＰａ（好ましくは少なくとも２．１ＧＰａ、より好ましくは少なくとも２．８ＧＰａ）である。好ましいαアルミナ繊維は３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（ミネソタ州Ｓｔ．Ｐａｕｌ）より商品名「ＮＥＸＴＥＬ　６１０」で市販されている。
【００２５】
好適なアルミノケイ酸塩繊維は米国特許第４，０４７，９６５号（Ｋａｒｓｔら）に記載されている。好ましくは、アルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物を基準にして、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に対して、約６７〜約８５ｗｔ％の範囲のＡｌ２Ｏ３と約３３〜約１５ｗｔ％の範囲のＳｉＯ２を含む。ある好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物を基準にして、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に対して、約６７〜約７７ｗｔ％の範囲のＡｌ２Ｏ３と約３３〜約２３ｗｔ％の範囲のＳｉＯ２を含む。好ましいアルミノケイ酸塩繊維の１つは、理論的酸化物を基準にして、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に対して、約８５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３と約１５ｗｔ％のＳｉＯ２を含む。別の好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、理論的酸化物を基準にして、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に対して、約７３ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３と約２７ｗｔ％のＳｉＯ２を含む。好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙより商品名「ＮＥＸＴＥＬ　４４０」セラミック酸化物繊維、「ＮＥＸＴＥＬ　５５０」セラミック酸化物繊維、および「ＮＥＸＴＥＬ　７２０」セラミック酸化物繊維で市販されている。
【００２６】
好適なアルミノホウケイ酸塩繊維は米国特許第３，７９５，５２４号（Ｓｏｗｍａｎ）に記載されている。好ましくはアルミノホウケイ酸塩繊維は、理論的酸化物を基準にして、アルミノホウケイ酸塩繊維の全重量に対して、約３５ｗｔ％〜約７５ｗｔ％（より好ましくは約５５ｗｔ％〜約７５ｗｔ％）のＡｌ２Ｏ３、０ｗｔ％を超え（より好ましくは少なくとも約１５ｗｔ％）約５０ｗｔ％未満（より好ましくは約４５％未満、最も好ましくは約４４％未満）のＳｉＯ２、および約５ｗｔ％を超える（より好ましくは約２５ｗｔ％未満、さらにより好ましくは約１ｗｔ％〜約５ｗｔ％、最も好ましくは約１０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％）のＢ２Ｏ３を含む。好ましいアルミノホウケイ酸塩繊維は３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙより商品名「ＮＥＸＴＥＬ　３１２」で市販されている。
【００２７】
好適な炭化ケイ素繊維としては、例えばＣＯＩ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ（カリフォルニア州Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ）より商品名「ＮＩＣＡＬＯＮ」（トウ当たり５００本の繊維）、宇部興産（日本）より商品名「ＴＹＲＡＮＮＯ」、およびＤｏｗ　Ｃｏｒｎｉｎｇ（ミシガン州Ｍｉｄｌａｎｄ）より商品名「ＳＹＬＲＡＭＩＣ」で市販されている。
【００２８】
好適な炭素繊維は、Ａｍｏｃｏ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（ジョージア州Ａｌｐｈａｒｅｔｔａ）の商品名「ＴＨＯＲＮＥＬ　ＣＡＲＢＯＮ」（１つのトウ当たり２０００本、４０００本、５，０００本、および１２，０００本の繊維）、Ｈｅｘｃｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（コネチカット州Ｓｔａｍｆｏｒｄ）より、Ｇｒａｆｉｌ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州Ｓａｃｒａｍｅｎｔｏ）（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　Ｒａｙｏｎ　Ｃｏ．の子会社）より商品名「ＰＹＲＯＦＩＬ」、東レ（東京、日本）より商品名「ＴＯＲＡＹＣＡ」、東邦レーヨン（日本）より商品名「ＢＥＳＦＩＧＨＴ」、Ｚｏｌｔｅｋ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ミズーリ州Ｓｔ．　Ｌｏｕｉｓ）より商品名「ＰＡＮＥＸ」および「ＰＹＲＯＮ」ならびに、Ｉｎｃｏ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ニュージャージー州Ｗｙｃｋｏｆｆ）より（ニッケルコーティングされた炭素繊維）商品名「１２Ｋ２０」および「１２Ｋ５０」で市販されている。
【００２９】
通常、市販の繊維は、潤滑性を付与し取り扱い中に繊維ストランドを保護するため製造中に繊維に加えられた有機サイジング剤を含む。サイジングによって繊維の破壊が減少し、静電気が減少し、織物を製造するときなどのほこりの量が減少すると考えられている。サイジングは、例えば溶解させたり燃焼させたりすることで除去可能である。好ましくは、本発明による金属マトリックス複合ワイヤの製造前にサイジングが除去される。これによって、アルミニウムマトリックス複合ワイヤ製造前に、セラミック酸化物繊維上にはサイジングが存在しない。
【００３０】
繊維上にコーティングすることも本発明の範囲内である。繊維のぬれ性の向上、繊維と溶融金属マトリックス材料の間の反応の緩和または防止などのためにコーティングを使用することができる。このようなコーティングおよびこのようなコーティングの適用方法は、繊維および金属マトリックス複合材料技術分野において公知である。
【００３１】
本発明によるワイヤは、繊維とマトリックス材料の全体積を基準にして少なくとも１５体積％（より好ましくは、好ましくなる順に、少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、または５０体積％）の繊維を含むことが好ましい。通常、本発明による金属マトリックス複合ワイヤは、繊維とマトリックス材料の全体積を基準にして約３０〜約７０（好ましくは約４０〜約６０）体積％の範囲の繊維を含む。
【００３２】
本発明により製造された好ましい金属マトリックス複合ワイヤの長さは、好ましくなる順に、少なくとも約１００ｍ、少なくとも約２００ｍ、少なくとも約３００ｍ、少なくとも約４００ｍ、少なくとも約５００ｍ、少なくとも約６００ｍ、少なくとも約７００ｍ、少なくとも約８００ｍ、および少なくとも約９００ｍである。
【００３３】
本発明のワイヤの平均直径は好ましくは少なくとも約０．５ミリメートル（ｍｍ）であり、より好ましくは少なくとも約１ｍｍであり、より好ましくは少なくとも約１．５ｍｍである。
【００３４】
繊維外部に保護コーティングを設ける必要性をなくすためなどの目的で、繊維材料と有意な化学反応を起こさない（すなわち、繊維材料に対して化学的に比較的不活性である）ようにマトリックス材料を選択することができる。好ましい金属マトリックス材料としてはアルミニウム、亜鉛、スズ、およびそれらの合金（例えば、アルミニウムと銅の合金）が挙げられる。より好ましくはマトリックス材料としてはアルミニウムおよびその合金が挙げられる。アルミニウムマトリックス材料の場合、好ましくは、マトリックスは少なくとも９８ｗｔ％のアルミニウムを含み、より好ましくは少なくとも９９ｗｔ％のアルミニウムを含み、さらにより好ましくは９９．９ｗｔ％を超えるアルミニウムを含み、最も好ましくは９９．９５ｗｔ％を超えるアルミニウムを含む。アルミニウムと銅の好ましいアルミニウム合金は、少なくとも約９８ｗｔ％のＡｌと最大約２ｗｔ％のＣｕを含む。より高純度の金属ほど引張強さのより大きいワイヤを作製するために好ましいが、より純度の低い形態の金属も有用である。
【００３５】
好適な金属は市販されている。例えば、アルミニウムは、Ａｌｃｏａ（ペンシルバニア州Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ）より商品名「ＳＵＰＥＲ　ＰＵＲＥ　ＡＬＵＭＩＮＵＭ；９９．９９％　Ａｌ」として入手可能である。アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−２ｗｔ％Ｃｕ（不純物０．０３ｗｔ％）は、Ｂｅｌｍｏｎｔ　Ｍｅｔａｌｓ（ニューヨーク州Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）より入手可能である。亜鉛とスズは、例えばＭｅｔａｌ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（ミネソタ州Ｓｔ．Ｐａｕｌ）より入手可能である（「純亜鉛」純度９９．９９９％、および「純スズ」純度９９．９５％）。スズ合金の例としては、９２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ａｌ（これは、アルミニウムを５５０℃の溶融スズ浴に加え、その混合物を使用前に１２時間静置することによって製造可能である）が挙げられる。スズ合金の例としては、９０．４ｗｔ％Ｚｎ−９．６ｗｔ％Ａｌ（これは、アルミニウムを５５０℃の溶融亜鉛浴に加え、その混合物を使用前に１２時間静置することによって製造可能である）が挙げられる。
【００３６】
本発明による金属マトリックス複合ワイヤの製造に使用される具体的な繊維、マトリックス材料、および工程段階は、所望の性質の金属マトリックス複合ワイヤが得られるように選択される。例えば、繊維と金属マトリックス材料は、互いに十分に適合性となり、所望のワイヤを製造するためのワイヤ製造工程に十分適合するように選択される。アルミニウムおよびアルミニウム合金マトリックス複合材料のある好ましい製造技術に関するさらなる詳細は、同時係属出願の米国特許出願第０８／４９２，９６０号、および出願番号ＷＯ９７／００９７６号（１９９６年５月２１日公開）のＰＣＴ出願に開示されている。
【００３７】
本発明による連続複合ワイヤは、例えば、連続的金属マトリックス溶浸法によって製造することができる。本発明によるワイヤの好ましい装置の概略を図１に示す。実質的に連続なセラミックおよび／または炭素繊維のトウ５１が供給スプール５０から供給され、円形の束にまとめられ、管状炉５２を通過するときにヒートクリーニングが行われる。続いて繊維は減圧室５３で減圧された後、金属性マトリックス材料溶融物６１（本明細書では「溶融金属」とも記載する）を含有するるつぼ５４に入る。繊維はキャタピラ５５によって供給スプール５０から引き出される。溶融物のトウ５１への溶浸を促進するために、繊維の近傍の溶融物中に超音波プローブ５６が配置される。出口第５７からるつぼ５４を出るとワイヤの溶融金属は冷却されて固化するが、るつぼ５４から完全に出る前にある程度冷却が進むこともある。ワイヤ５９の冷却は、気体流または液体流５８によって促進される。ワイヤ５９はスプール６０上に集められる。
【００３８】
繊維のヒートクリーニングによって、サイジング剤、吸着水、および繊維表面に存在しうる他の不安定物質または揮発性物質の除去や減量が促進される。好ましくは、繊維表面の炭素含有率が２２％未満の面積分率になるまで繊維のヒートクリーニングが行われる。通常、管状炉の温度は少なくとも約３００℃であり、より一般的には少なくとも１０００℃であり、その温度で少なくとも数秒間処理が行われるが、具体的な温度および時間は、使用される特定の繊維に必要なクリーニングなどに依存する。
【００３９】
好ましくは、繊維は溶融物に入れられる前に減圧され、このように減圧を使用することで、乾燥繊維を有する局所領域などの欠陥の形成が減少またはなくなる傾向にあることが分かっている。好ましくは、好ましさが増加していく順に、繊維は２０Ｔｏｒｒ以下、１０Ｔｏｒｒ以下、１Ｔｏｒｒ以下、および０．７Ｔｏｒｒ以下の真空に減圧される。
【００４０】
好適な減圧システムの一例は、繊維束の直径に適合した寸法の入口管である。入口管は、例えば、ステンレス鋼またはアルミナの管であってよく、通常長さは少なくとも３０ｃｍである。通常、好適な減圧室は直径が約２ｃｍ〜約２０ｃｍの範囲であり、長さは約５ｃｍ〜約１００ｃｍの範囲である。真空ポンプの能力は好ましくは少なくとも０．２〜０．４ｍ３／分である。減圧された繊維は、アルミニウム浴に貫入する減圧システムの管から溶融物中に挿入されるが（すなわち、減圧された繊維は溶融物に入れられるとき減圧下にある）、溶融物は実質的に大気圧であることが一般的である。出口管の内径は、繊維束の直径と実質的に一致する。出口管の一部は、溶融アルミニウム中に入れられる。好ましくは、管の約０．５〜５ｃｍは溶融金属中に入れられる。この管は、溶融金属材料に対して安定であるものが選択される。通常は好適となる管の例は、窒化ケイ素管およびアルミナ管である。
【００４１】
溶融金属の繊維への溶浸は、超音波を使用することで通常は促進される。例えば、繊維と近接するように溶融金属中に振動ホーンが配置される。好ましくは、繊維はホーン先端から２．５ｍｍ以内にあり、より好ましくはホーン先端から１．５ｍｍ以内にある。ホーン先端はニオブまたは、９５ｗｔ％Ｎｂ−５ｗｔ％Ｍｏや９１ｗｔ％Ｎｂ−９ｗｔ％Ｍｏなどのニオブ合金から作製されることが好ましい。金属マトリックス複合材料の製造のための超音波の使用に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，６４９，０６０号（Ｉｓｈｉｋａｗａら）、第４，７７９，５６３号（Ｉｓｈｉｋａｗａら）、および第４，８７７，６４３号（Ｉｓｈｉｋａｗａら）、米国特許出願第０８／４９２，９６０号、ならびに公開番号第ＷＯ９７／００９７６号（１９９６年５月２１日公開）のＰＣＴ出願を参照されたい。
【００４２】
溶浸中および／または溶浸前に溶融金属は脱気（例えば、溶融金属中に溶解する気体（例えば、水素）量の減少）されることが好ましい。溶融金属の脱気方法は金属加工分野においては公知である。溶融物の脱気によって、ワイヤ中のガスによる多孔度が減少する傾向にある。溶融アルミニウムの場合、好ましくは溶融物の水素濃度は、好ましくなる順に０．２、０．１５、および０．１ｃｍ３／アルミニウム１００ｇ未満である。
【００４３】
出口ダイは、所望のワイヤ直径が得られるように構成される。通常、長さ方向にそって均一な円形のワイヤが得られることが望ましい。通常、出口ダイの直径は、ワイヤの直径よりわずかに大きい。例えば、約５０体積％のアルミナ繊維を有するアルミニウム複合ワイヤ用の窒化ケイ素出口ダイの直径は、ワイヤの直径よりも約３％小さい。好ましくは、出口ダイは窒化ケイ素から作製されるが、他の材料が有用となる場合もある。当技術分野で出口ダイとして使用されてきた他の材料としては、従来のアルミナが挙げられる。しかしながら本出願人らは、窒化ケイ素出口ダイは従来のアルミナダイよりも有意に摩耗が少なく、したがって所望の直径および形状のワイヤを特にワイヤの長さ全体にわたって得るためにはより有用であることを発見した。
【００４４】
通常、ワイヤは出口ダイを出た後で、ワイヤを液体（例えば、水）または気体（例えば、窒素、アルゴン、または空気）と接触させることによって冷却される。このように冷却は、所望の真円度および均一な性質を得るために有用である。
【００４５】
好ましくは、本発明によるワイヤの平均直径は少なくとも１ｍｍであり、より好ましくは少なくとも１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、または３．５ｍｍである。
【００４６】
本発明による金属マトリックス複合ワイヤはさまざまな用途に使用可能である。これらは特に空中送電ケーブルに有用である。
【００４７】
理論によって束縛しようとするものではないが、従来の金属製ワイヤの場合、ワイヤの引張強さのばらつきはワイヤの断面積のばらつきと正比例するため、直径の制御は重要である。理論によって束縛しようとするものではないが、複合体の場合には、複合ワイヤの引張強さは、断面積のばらつきではなくワイヤに含まれる繊維量が大きく関係している。
【００４８】
ケーブルには引張応力と曲げ応力の両方が作用することがあり、これによってケーブルを構成する材料（例えば、ワイヤ）の伸張（ひずみとも呼ばれる）が起こる。材料にかかる種々の機械的荷重（例えば、引張、ねじれ、および曲げ）による全体のひずみは成分のひずみを重ね合わせたものであることは当業者であれば理解できるであろう。ひずみの引張成分はワイヤ断面に沿って均一であるが、ひずみの曲げ成分はワイヤ断面にわたって不均一であり、これは断面の外径で最大値となり、ワイヤの中心軸で最小値となる。その結果、ワイヤの直径のあらゆるばらつきは、ワイヤに加わる曲げ応力のばらつきの原因となりうる。材料に加わる全体のひずみがある値（「破壊応力」と呼ばれる）を超えると、材料の破断および破壊が起こる。金属マトリックス複合材料で、大きな引張荷重が曲げ荷重と重なる過酷な荷重状況では、直径のばらつきが原因となって、最大曲げ位置のケーブル内部でワイヤの早期破壊が発生しうる。
【００４９】
ワイヤの直径は、形状的な理由でも重要である。円形断面を有するワイヤを使用できることは、ケーブル内部の充填を向上させるために望ましい。さらに、個々のワイヤの直径のばらつきは、全体のケーブル自体のばらつきの原因となりうるので望ましくない。
【００５０】
本発明によるケーブルは、均質（すなわち、１種類のみの金属マトリックス複合ワイヤを含む）の場合もあるし、不均質（すなわち、金属ワイヤなどの複数の第２のワイヤを含む）場合もある。不均質ケーブルの例としては、コアが本発明による複数のワイヤを含むことができ、複数の第２のワイヤ（例えば、アルミニウムワイヤ）有するシェルを有する。
【００５１】
本発明によるケーブルは撚ることができる。通常、撚線ケーブルは、中心ワイヤと、中心ワイヤのまわりにらせん状に撚られるワイヤの第１の層とを有する。ケーブルの撚線は、最終ケーブルを得るためにワイヤの１つ１つのストランドを組み合わせてらせん状に配置する工程である（例えば、米国特許第５，１７１，９４２号（Ｐｏｗｅｒｓ）および第５，５５４，８２６号（Ｇｅｎｔｒｙ）を参照されたい）。得られるらせん状撚線ワイヤロープは、同じ断面積の中実ロッドよりも可撓性が高くなる。ケーブルの取り扱い、取り付け、および使用の際に全体的に円形の断面形状を撚線ケーブルが維持することでも、らせん状に配列することは有益である。らせん状に巻かれたケーブルは、わずか７本の個別のストランドを有するものから、５０以上のストランドを有する一般的な構造まで挙げることができる。
【００５２】
本発明による送電ケーブルの一例を図２を示しており、本発明による送電ケーブル１３０は、１９本の個別の複合金属マトリックスワイヤ１３４のコア１３２のまわりが、３０本の個別のアルミニウムまたはアルミニウム合金ワイヤ１３８のジャケット１３６で囲まれてもよい。同様に、多くの代案の１つとして図３に示されるように、本発明による空中送電ケーブル１４０は、３７本の個別の複合金属マトリックスワイヤ１４４のコア１４２のまわりが、２１本の個別のアルミニウムまたはアルミニウム合金ワイヤ１４８のジャケット１４６で囲まれてもよい。
【００５３】
図４は、撚線ケーブル８０のさらに別の実施態様を示している。この実施態様では、撚線ケーブルは、中心金属マトリックス複合ワイヤ８１Ａと、中心金属マトリックス複合ワイヤ８１Ａの周囲にらせん状に巻き付けられた金属マトリックス複合ワイヤの第１の層８２Ａとを含む。この実施態様は、第１の層８２Ａの周囲にらせん状に撚られた金属マトリックス複合ワイヤ８１の第２の層８２Ｂをさらに含む。任意の好適な本数の金属マトリックス複合ワイヤ８１を任意の層に使用することができる。さらに、希望するのであれば、撚線ケーブル８０が３層以上を有するようにすることもできる。
【００５４】
本発明によるケーブルは、裸のケーブルとして使用することができるし、あるいはより大きな直径のケーブルのコアとして使用することもできる。また、本発明によるケーブルは、複数のワイヤの周囲に維持手段を有する複数のワイヤの撚線ケーブルであってもよい。この維持手段は、例えば、図４に８３として示される接着剤を有するまたは有さない巻き重ねられたテープであってもよいし、あるいはバインダーであってもよい。
【００５５】
本発明による撚線ケーブルは、多数の用途で有用である。このような撚線ケーブルは、軽量、高強度、良好な導電性、低熱膨張係数、高い使用温度、および耐食性を兼ね備えるため、空中送電ケーブルに使用することが特に望ましいと考えられる。
【００５６】
好ましい実施態様の１つのこのような伝送ケーブル９０の端面図を図５に示す。このような伝送ケーブルは、コア９１を有し、これは本明細書に記載の任意の撚線コアであってよい。送電ケーブル９０は、撚線コア９１のまわりに少なくとも１つの導体層も有する。図示されるように、送電ケーブルは２つの導体層９３Ａおよび９３Ｂを有する。希望に応じて、より多くの導体層を使用することもできる。好ましくは、各導体層は、当技術分野で公知の複数の導線を含む。導線に好適な材料としては、アルミニウムおよびアルミニウム合金が挙げられる。当技術分野で公知の好適なケーブル撚線装置によって撚線コア９１周囲に導線を撚ることができる。
【００５７】
撚線ケーブルを最終物品として使用したり、別の後の物品の中間物品または成分として使用したりする別の用途では、撚線ケーブルは、複数の金属マトリックス複合ワイヤ８１の周囲に導体層が存在しないことが好ましい。
【００５８】
金属マトリックス複合ワイヤから製造されるケーブルに関するさらなる詳細は、例えば、米国特許出願第０９／６１６，７８４号（本出願と同一日に出願された）、米国特許出願第０８／４９２，９６０号、ならびに出願番号ＷＯ９７／００９７６号（１９９６年５月２１日公開）のＰＣＴ出願に開示されている。金属マトリックス複合材料材料およびその材料を有するケーブルの製造に関するさらなる詳細は、例えば、本出願と同一日に出願された同時係属中の米国特許出願第０９／６１６，５８９号、第０９／６１６，５９３号、および第０９／６１６，７４１号に開示されている。
【００５９】
実施例
以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、これらの実施例に記載される具体的な材料およびそれらの量、ならびにその他の条件および詳細は、本発明を不当に制限するために構成されたものではない。本発明の種々の修正および変更は当業者には明らかとなるであろう。他に明記しない限り、すべての部およびパーセント値は重量を基準にしている。
【００６０】
試験手順
真円度値
真円度値は、ワイヤ断面形状がいかに円に近づいているかの尺度であり、規定の長さにわたって測定した単独真円度値の平均として規定される。平均を計算するための単独真円度値は、回転レーザーマイクロメーター（Ｚｕｍｂａｃｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｃｏｒｐ．（ニューヨーク州Ｍｏｕｎｔ　Ｋｉｓｃｏ）より商品名「ＯＤＡＣ　３０Ｊ　ＲＯＴＡＴＩＮＧ　ＬＡＳＥＲ　ＭＩＣＲＯＭＥＴＥＲ」で入手した。ソフトウェアは「ＵＳＹＳ−１００」、バージョンＢＡＲＵ１３Ａ３であった）を使用し、各１８０°回転で１００ミリ秒ごとにマイクロメーターがワイヤ直径を記録するように設定して、以下の方法で求めた。１８０°の各掃引が終了するまでには１０秒間かかった。マイクロメーターは、各１８０°回転のデータ情報をプロセスデータベースに送った。この情報は、回転サイクル中に収集した１００のデータ点の最小値、最大値、および平均値を含むものであった。ワイヤ速度は１．５ｍ／分（５フィート／分）であった。単独真円度値は、回転サイクル中に収集した１００のデータ点の最小値の最大値に対する比であった。真円度値は、規定の長さにわたって測定した単独真円度値の平均値であった。単独平均真円度値は、１００のデータ点の平均値であった。
【００６１】
真円度均一性値
真円度均一性値は、規定の長さにわたって測定した単独真円度値の変動係数であり、実施例で後述するように測定した単独真円度値を、測定した単独真円度値の平均で割った値の標準偏差の比である。標準偏差は式
【数１】
2004504482.tif 000003
によって求められ、式中
ｎは集団の標本数（すなわち、直径均一性値を求めるための測定単独真円度値の標準偏差の計算では、ｎは規定の長さで測定した単独真円度値の数である）であり、
ｘは標本集団の測定値（すなわち、直径均一性値を求めるための測定単独真円度値の標準偏差の計算では、ｘは規定の長さで測定した単独真円度値である）である。
【００６２】
平均を求めるために測定される単独真円度値は、真円度値に関して前述したように求めた。
【００６３】
直径均一性値
直径均一性値は、規定の長さにわたって測定した単独平均直径の変動係数であり、測定した単独平均直径を、測定した単独平均直径の平均で割った値の標準偏差の比で規定される。測定される単独平均直径は、真円度値に関して前述したように求めた１００のデータ点の平均である。標準偏差は式（１）を使用して計算した。
【００６４】
実施例１
実施例１のアルミニウム複合ワイヤを以下のようにして作製した。図１を参照すると、３０００デニールのアルミナ繊維（３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙより商品名「ＮＥＸＴＥＬ　６１０」で入手可能、１９９６年の製品パンフレットに記載のヤング率は３７３ＧＰａであった）の３２本のトウを１つの円形の束にまとめた。この円形の束を、１．５ｍ／分の速度で、空気中１０００℃の１ｍ管状炉（ＡＴＳ（オクラホマ州Ｔｕｌｓａ）より入手した）に通すことによってヒートクリーニングを行った。次に、減圧室（直径６ｃｍ、長さ２０ｃｍ）に入るアルミナ入口管（直径２．７ｍｍ、長さ３０ｃｍ、直径は繊維束の直径に対応している）に円形の束を通すことによって１．０Ｔｏｒｒまで減圧した。減圧室は、ポンプ能力が０．４ｍ３／分の機械的真空ポンプを備えた。減圧室を出てから、減圧された繊維は、溶融アルミニウム浴中に部分的（約５ｃｍ）に浸されたアルミナ出口管（内径２．７ｍｍ、長さ２５ｃｍ）を通して溶融アルミニウム浴に入れた。溶融アルミニウム浴は、アルミニウム（純度９９．９４％のＡｌ、ＮＳＡ　ＡＬＵＭＩＮＵＭ（ケンタッキー州ＨＡＷＥＳＶＩＬＬＥ）より入手した）を７２６℃で溶融させることによって調製した。この溶融アルミニウムは約７２６℃に維持し、アルミニウム浴に入れた炭化ケイ素多孔質管（Ｓｔａｈｌ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｃｏ（ミズーリ州Ｋｉｎｇｓｖｉｌｌｅ）より入手した）からアルゴンガスを８００ｃｍ３／分でバブリングすることによって連続的に脱気した。溶融アルミニウムの水素含有率は、０．６４ｃｍ×１２．７ｃｍ×７．６ｃｍのくぼみを有する銅製るつぼ中で溶融アルミニウム試料を急冷し、得られた固化アルミニウムインゴットの水素含有率を、規格化した質量分析計試験分析（ＬＥＣＯ　Ｃｏｒｐ．（ミシガン州Ｓｔ．Ｊｏｓｅｐｈ）より入手した）を使用して分析することによって測定した。
【００６５】
溶融アルミニウムの繊維束への溶浸は、超音波溶浸を使用することによって促進させた。超音波変換器（Ｓｏｎｉｃｓ　＆　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（コネチカット州Ｄａｎｂｕｒｙ）より入手した）に接続した導波管によって超音波振動を与えた。この導波管は、長さ４８２ｍｍ、直径２５ｍｍのチタン製導波管（９０ｗｔ％Ｔｉ−６ｗｔ％Ａｌ−４ｗｔ％Ｖ）に螺合された、中央に１０ｍｍのねじが取り付けられた９１ｗｔ％Ｎｂ−９ｗｔ％Ｍｏ円筒形ロッド（直径２５ｍｍ、長さ９０ｍｍ）で構成された。Ｎｂ−９ｗｔ％Ｍｏロッドは、ＰＭＴＩ，Ｉｎｃ．（ペンシルバニア州Ｌａｒｇｅ）より供給されるものであった。このニオブロッドを、繊維束の中心線から２．５ｍｍ以内に配置した。導波管は、２０ｋＨｚで作動させ、先端の変位は２０μｍであった。１．５ｍ／分の速度で作動するするキャタピラ（Ｔｕｌｓａ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（オクラホマ州Ｔｕｌｓａ）より入手した）によって繊維束を溶融アルミニウム浴に引き込んだ。
【００６６】
アルミニウムが溶浸した繊維束は、窒化ケイ素出口ダイ（内径２．５ｍｍ、外径１９ｍｍ、および長さ１２．７ｍｍ、Ｂｒａｎｓｏｎ　ａｎｄ　Ｂｒａｔｔｏｎ　Ｉｎｃ．（イリノイ州Ｂｕｒｒ　Ｒｉｄｇｅ）より入手した）を通してるつぼから出した。溶融アルミニウム浴を出た後、窒素ガスの２つのガス流を使用することによってワイヤの冷却を促進した。より具体的に言えば、内径４．８ｍｍの２つの閉塞管は、それぞれ側面に５つの穴が開けられたものであった。穴の直径は１．２７ｍｍであり、３０ｍｍの長さにわたって６ｍｍ間隔で穴が配置された。１００リットル／分の流速でこれらの管に窒素ガスが流され、小さな側面の穴から流出させた。各管の最初の穴は出口ダイから約５０ｍｍの位置にあり、ワイヤからの距離は約６ｍｍであった。ワイヤの両側のそれぞれに管を配置させた。次にワイヤをスプール上に巻き取った。誘導結合プラズマ分析で測定した実施例１のアルミニウムマトリックスの組成は、０．０３ｗｔ％のＦｅ、０．０２ｗｔ％のＮｂ、０．０３ｗｔ％のＳｉ、０．０１ｗｔ％のＺｎ、０．００３ｗｔ％のＣｕ、および残部のＡｌであった。ワイヤ製造時のアルミニウム浴の水素含有率は、約０．０７ｃｍ３／アルミニウム１００ｇであった。
【００６７】
アルミニウム複合ワイヤについて１４回の独立した試験を行った。ワイヤの直径は２．５ｍｍであった。各試験で少なくとも３００ｍのワイヤを使用した。繊維の体積分率は、標準的な金属組織学的方法によって測定した。ワイヤ断面を研磨し、Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈが開発した公有の画像処理プログラムであるＮＩＨ　ＩＭＡＧＥ（バージョン１．６１）と呼ばれるコンピュータープログラム（ウェブサイトｈｔｔｐ／／ｒｓｂ．ｉｎｆｏ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｎｉｈ−ｉｍａｇｅより入手した）の支援による密度プロファイリング関数を使用して繊維の体積分率を測定した。このソフトフェアは、ワイヤの代表的な領域の平均グレイスケール強度を測定するものであった。
【００６８】
各試験に関して、１本のワイヤを封入樹脂（Ｂｕｅｈｌｅｒ　Ｉｎｃ．（イリノイ州Ｌａｋｅ　Ｂｌｕｆｆ）より商品名「ＥＰＯＸＩＣＵＲＥ」で入手した）に封入した。封入したワイヤを、従来のグラインダー／ポリッシャーおよび従来のダイヤモンドスラリーを使用して研磨し、最終研磨工程ではＳｔｒｕｅｒｓ（オハイオ州Ｗｅｓｔ　Ｌａｋｅ）より商品名「ＤＩＡＭＯＮＤ　ＳＰＲＡＹ」で入手した１μｍのダイヤモンドスラリーを使用して、研磨ワイヤ断面を得た。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、研磨ワイヤ断面の１５０倍の顕微鏡写真を撮影した。ＳＥＭ顕微鏡写真を撮影する場合、すべての繊維が０強度で２値画像が得られるように画像の閾値を調整した。ＳＥＭ顕微鏡写真をＮＩＨ　ＩＭＡＧＥソフトウェアで分析し、２値画像の平均強度を最大強度で割ることによって繊維体積分率を求めた。この繊維体積分率測定方法の精度は±２％になると推定された。ワイヤの平均繊維含有率を測定すると５４体積％であった。
【００６９】
１００ｍ、３００ｍ、およびその他の種々の間隔で前述のようにしてワイヤの真円度、真円度均一性値、および直径均一性値を測定した。結果を以下の表１、２、および３に示す。
【００７０】
【表１】
2004504482.tif 000004
【００７１】
【表２】
2004504482.tif 000005
【００７２】
【表３】
2004504482.tif 000006
【００７３】
比較例Ａ
１５００デニールの繊維（「ＮＥＸＴＥＬ　６１０」）の３６本のトウを使用し、ワイヤの直径が２．０ｍｍでありワイヤの繊維含有率が４５体積％であったことを除けば、実質的にＰＣＴ／ＵＳ９６／０７２８６号（この記載内容を本明細書に援用する）の実施例２に記載の通りである少なくとも長さ３００ｍのアルミニウムマトリックス複合ワイヤで１２回の独立した試験を行った。
【００７４】
１００ｍ、３００ｍ、およびその他の種々の間隔で前述のようにしてワイヤの真円度、真円度均一性値、および直径均一性値を測定した。結果を以下の表４、５、および６に示す。
【００７５】
【表４】
2004504482.tif 000007
【００７６】
【表５】
2004504482.tif 000008
【００７７】
【表６】
2004504482.tif 000009
【００７８】
比較例Ｂ
比較例Ｂは、日本カーボンから入手した長さ３００ｍのアルミニウムマトリックス複合ワイヤであった。このワイヤはＳｉＣ繊維を使用して製造されたと報告されていた（商品名「ＨＩ−ＮＩＣＡＬＯＮ」で以前はＤｏｗ　Ｃｏｒｎｉｎｇから（現在はＣＯＩ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ（カリフォルニア州Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ）から）入手可能であった）。ワイヤの繊維含有率を実施例１に記載のように測定すると５２．５体積％であった。ワイヤの直径は０．０８２ｍｍであった。
【００７９】
前述のようにワイヤの真円度、真円度均一性値、および直径均一性値を測定すると、１００ｍにわたる長さではそれぞれ０．８６９、２．４５％、および１．０８％であり、３００ｍにわたる長さではそれぞれ０．８７２、２．５６％、および１．０８％であり、４７４ｍにわたる長さではそれぞれ０．８７７、２．５８％、および１．０３％であった。
【００８０】
比較例Ｃ
１５００デニールの繊維（「ＮＥＸＴＥＬ　６１０」）の５４本のトウを使用し、ワイヤの直径が２．５ｍｍでありワイヤの繊維含有率が４５体積％であったことを除けば、実質的にＰＣＴ／ＵＳ９６／０７２８６号の実施例２に記載の通りである少なくとも長さ３００ｍのアルミニウムマトリックス複合ワイヤで、２０回の独立した試験を行った。
【００８１】
１００ｍ、３００ｍ、およびその他の種々の間隔で前述のようにしてワイヤの真円度、真円度均一性値、および直径均一性値を測定した。結果を以下の表７、８、および９に示す。
【００８２】
【表７】
2004504482.tif 000010
【００８３】
【表８】
2004504482.tif 000011
【００８４】
【表９】
2004504482.tif 000012
【００８５】
比較例Ｄ
１５００デニールの繊維（「ＮＥＸＴＥＬ　６１０」）の８６本のトウを使用し、ワイヤの直径が３．０ｍｍでありワイヤの繊維含有率が４５体積％であったことを除けば、実質的にＰＣＴ／ＵＳ９６／０７２８６号（この記載内容を本明細書に援用する）の実施例２に記載の通りである少なくとも長さ３００ｍのアルミニウムマトリックス複合ワイヤで１０回の独立した試験を行った。
【００８６】
１００ｍ、３００ｍ、およびその他の種々の間隔で前述のようにしてワイヤの真円度、真円度均一性値、および直径均一性値を測定した。結果を以下の表１０、１１、および１２に示す。
【００８７】
【表１０】
2004504482.tif 000013
【００８８】
【表１１】
2004504482.tif 000014
【００８９】
【表１２】
2004504482.tif 000015
【００９０】
本発明の範囲および意図から逸脱しない本発明の種々の修正および変形は当業者には明らかとなるであろうし、本明細書に記載の例示的な実施態様に本発明が不当に制限されるべきではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
繊維に溶融金属を溶浸するために使用される超音波装置の概略図である。
【図２】
複合金属マトリックスコアを有する空中送電ケーブルの実施態様の概略断面図である。
【図３】
複合金属マトリックスコアを有する空中送電ケーブルの実施態様の概略断面図である。
【図４】
複数のストランドの周囲に維持手段を適用する前の撚線ケーブルの実施態様の端面図である。
【図５】
送電ケーブルの実施態様の端面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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