(57)【要約】【課題】  フィラメントワイヤにマイクロチャネルを形成して、放射効率を改善すること。【解決手段】  ワイヤにマイクロチャネルを製作するための、マイクロチャネル形成デバイスが提供される。このマイクロチャネル形成デバイスは、長手方向の軸に沿って間隔をあけた、加熱ワイヤを収容する複数の金型を備える。各金型は、開口部を形成する周面、および、この面から法線方向に突き出、かつ、開口部にて終端する歯を有する。加熱ワイヤは、各金型の開口部を通して引張られるので、歯は、加熱ワイヤに係合し、そこに長手方向のマイクロチャネルを形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤにマイクロチャネルを製作するマイクロチャネル形成デバイスであって、
長手方向の軸に沿って間隔をあけた加熱ワイヤを収容する複数の金型と、
開口部を形成する周面、および、該面から法線方向に突き出し、かつ該開口部にて終端する歯を有する各金型とを備え、
該加熱ワイヤが各金型の該開口部を通して引張られると、該歯は、該加熱ワイヤに係合して、内部に長手方向のマイクロチャネルを形成する、マイクロチャネル形成デバイス。
【請求項２】
長手方向のマイクロチャネルが内部に形成された前記加熱ワイヤをねじる、ねじりデバイスをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数の金型は、第１の金型と第２の金型とを備え、該第１の金型は、前記加熱ワイヤを該第２の金型の前で収容し、
該第１の金型は、該第２の金型よりも比例的に大きい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の金型の開口部は、前記第２の金型の開口部よりも大きく、
該第１の金型の歯は、該第２の金型の歯よりも比例的に大きい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
第１の金型の歯および第２の金型の歯は、各々、該第１の金型および該第２の金型のそれぞれの中心に向かってそれぞれの面から半径方向に突き出し、
該第１の金型の歯および該第２の金型の歯は、実質的に同じ半径方向の配向を有する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
各歯は、５〜１００ミクロンにわたる横幅を有し、法線方向の高さは、該幅よりも大きい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
第１の金型の各歯は、０．１〜１．９ミクロンにわたる幅と、該幅よりも大きい深さとを有する前記加熱ワイヤに長手方向のマイクロチャネルを形成し、
第２の金型の各歯は、０．１〜１．０ミクロンにわたる幅と、該幅よりも大きい深さとを有する該加熱ワイヤに長手方向のマイクロチャネルを形成する、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記各金型の開口部を通して引張るための犠牲材料のソースをさらに備え、
該犠牲材料は、前記第１の金型を通して引張られ、前記歯の表面をコーティングし、かつ、前記マイクロチャネルの表面上に移される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
前記犠牲材料は、モリブデン、タンタル、レニウム、およびハフニウム、またはこれらの任意の組み合わせの１つで製作される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ワイヤは、タングステンで製作される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
マイクロチャネルを形成する方法であって、
（ａ）長手方向の軸に沿って配列された複数の金型を通して加熱ワイヤを引張るステップと、
（ｂ）該複数の金型の各々における周面によって形成された開口部の周囲に配列された歯に該加熱ワイヤを係合するステップと、
（ｃ）該加熱ワイヤが該複数のワイヤを通して引張られると、該加熱ワイヤに長手方向のマイクロチャネルを形成するステップと
を包含する、方法。
【請求項１２】
（ｄ）長手方向のマイクロチャネルが内部に形成された前記加熱ワイヤをねじるステップをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
（ｅ）前記歯の表面をコーティングするために、前記第１の金型を通して犠牲材料を供給するステップと、
（ｆ）該犠牲材料を前記マイクロチャネルの表面上に移すステップと
をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｂ）は、該ワイヤにマイクロチャネルを形成するために、前記加熱ワイヤが歯と係合する間、該ワイヤを引き出すステップをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
ステップ（ａ）の前に、材料を可鍛温度に加熱するステップと、前記加熱ワイヤを形成するために、該材料を引張るステップとを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ａ）は、長手方向の軸に沿って配列された複数の金型を通して加熱タングステンワイヤを引張るステップを包含する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントワイヤにマイクロチャネルを形成して、放射効率を改善することに関する。より具体的には、本発明は、大量生産環境に適した、フィラメントワイヤにマイクロチャネルを形成するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気を生産および購買するコストは、世界的に、これまでにないほど上昇している。このことは、特に、電気供給が制限される発展途上国、および、電気需要が高い人口の多い国に当てはまる。この需要によって、エネルギーが効率的で、電気使用のコストを最小化する照明源を製造することがかつてないほど強く望まれるようになった。
【０００３】
過去２世紀にわたり、科学者および発明者は、費用効果的、実用的、長寿命の白熱電球を開発することに邁進してきた。長寿命の高温フィラメントを開発することは、実用的な白熱電球を設計する際の重要な要素である。
【０００４】
タングステンフィラメントは、高融点（３，４１０℃／華氏６，１７０）、高温では低蒸発率（２，７５７℃／華氏４，９９５で１０〜４トル）、およびスチールよりも強い引張り強さ等の照明に応用するために好適な複数の特性を提供することが見出されている。これらの特性は、タングステンを市販される白熱電球内のフィラメント用の好適な材料にして、より明るい照明に好適な寿命を提供するように、フィラメントがより高い温度に加熱されることを可能にする。
【０００５】
白熱ランプのフィラメントは、十分な大きさの電流が通過した場合、可視および不可視光線を放射する。しかしながら、フィラメントは、そのエネルギーのほんの一部、通常、６〜１０パーセントを可視光の形態で放射する。放射されたエネルギーの残りの部分のほとんどは、光のスペクトルの赤外域にあり、熱の形態で損失される。その結果として、典型的なタングステンフィラメントの放射効率（可視波長で放射される電力と、すべての波長にわたる全放射電力との比によって測定される）が比較的低く、約６パーセント以下である。
【０００６】
白熱フィラメントによって放射された可視光の量を増加させるための従来の技術は、印加された電流を増加させることによって、フィラメントによって利用可能なエネルギーの量を増加させることに依存する。しかしながら、電流を増加させることによって、より多くのエネルギーが浪費される。必要とされるのは、エネルギー消費を増加することなく、より多くの可視光を放射するタングステンフィラメントである。
【０００７】
もう１つの問題は、フィラメントの寿命である。タングステンフィラメントは、非常に長持ちするが、長期間使用すると、大量の電流が過剰な電子の風を引き起こす（これは、フィラメント内で電子が衝突し、原子が移動した場合に生じる）。この効果は、時間が経つにつれて、フィラメントを薄く磨耗させ、最終的に破損させる。
【０００８】
フィラメントの表面にサブミクロンサイズの特徴を模様付けすることによって、タングステンのようなフィラメント材料の放射効率が増加され得ることが観察されている。非選択的反応性イオンエッチング技術を用いてタングステンサンプルの表面にサブミクロンの特徴を形成する方法は、Ｃｒａｉｇｈｅａｄらによる非特許文献１に開示されている。Ｃｒａｉｇｈｅａｄらは、放射効率が改善されると、タングステンからの可視光の放射率が増加することを開示している。放射率は、所与の波長での、物質（タングステン等）の表面からの放射束と、同じ条件下で黒体により放射された放射束との比率である。黒体は、この上に入射する放射線を吸収すると考えられる。
【０００９】
Ｃｒａｉｇｈｅａｄらは、模様付けされたタングステンの表面からの可視光の放射率が、模様付けされない表面からの可視光の放射率の２倍であることを開示し、この増加が、模様付けされたタングステンの表面から自由空間へ電磁放射線がより効果的に結合した結果であることを提示する。Ｃｒａｉｇｈｅａｄらによって開示されたタングステンサンプルの模様付けされた表面は、このフィラメントの表面上に約０．３ミクロン突き出す柱状組織によって分離された表面に凹部を有する。
【００１０】
タングステンランプフィラメントの表面を改変することによって、白熱ランプの効率を強化する別の方法は、Ｗａｙｍｏｕｔｈらによる非特許文献２に記載されている。Ｗａｙｍｏｕｔｈは、直径０．３５ミクロン、深さ７ミクロンであり、かつ、厚さ０．１５ミクロンの隔壁によって分離されるフィラメント表面の穿孔が、タングステンと自由空間との間の可視波長の放射線を結合する導波管として機能し得るが、不可視の波長の放射を妨げると仮定する。Ｗａｙｍｏｕｔｈは、フィラメント上の穿孔が半導体のリソグラフィ技術によって形成され得ることを開示するが、このような穿孔の寸法は、現在の従来技術の能力を超えている。
【００１１】
白熱光源の赤外線放射を低減する別の方法は、特許文献１に開示されている。開示されるように、フィラメントにおけるマイクロキャビティの存在は、放射の指向性の大幅な制御を提供し、かつ、所与の帯域幅での放射効率を高める。このような光源は、例えば、直径１ミクロン〜１０ミクロンのマイクロキャビティを有し得る。このような寸法を有する特徴がマイクロエレクトロニクスプロセス技術を用いて、いくつかの材料において形成され得る一方で、一般的に白熱フィラメントのために用いられるタングステン等の金属でこれらの特徴を形成することは困難である。
【００１２】
白熱光源の赤外線放射を低減するさらに別の方法は、特許文献２に開示されている。この開示された方法は、金属膜に個々のマイクロキャビティを形成するためにレーザビームを用いる。光学マスクは、レーザビームを複数のビームに分割し、レンズ系が、複数のビームを金属膜上にフォーカスし、マイクロキャビティを形成する。
【００１３】
さらに別の方法は、特許文献３に開示されており、可視光の放射が改善されたフィラメントを記載する。タングステンフィラメントの放射率は、サブミクロンからミクロンのクリスタライトの層を、タングステンフィラメントの表面上に堆積することによって改善される。クリスタライトは、タングステンか、または１パーセントまでのトリウム、および１０パーセントまでの、レニウム、タンタルおよびニオビウムの少なくとも１つから形成される。
【特許文献１】米国特許第５，９５５，８３９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４３３，３０３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３８９，８５３号明細書
【非特許文献１】Ｈ．Ｇ．Ｃｒａｉｇｈｅａｄ、Ｒ．Ｅ．ＨｏｗａｒｄおよびＤ．Ｍ．Ｔｅｎｎａｎｔ、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、３８  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ７４（１９８１年）
【非特許文献２】Ｊｏｈｎ  Ｆ．Ｗａｙｍｏｕｔｈ、「Ｗｈｅｒｅ  Ｗｉｌｌ  ｔｈｅ  Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌａｍｐｓ  Ｃｏｍｅ  Ｆｒｏｍ？」の第２２〜２５頁および図２０、ｔｈｅ  Ｆｉｆｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ａｌｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓにて発表（Ｙｏｒｋ、Ｅｎｇｌａｎｄ、１９８９年９月１０日〜１４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これらの従来方法はマイクロキャビティを形成して光の放射率を改善するが、複雑であり、コストがかかる。これらの方法は、コストおよび効率が重要なファクタである大量生産環境に適していない。従って、大量生産環境に適したフィラメントの表面に模様付けする方法の存在が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ワイヤにマイクロチャネルを製作するために、マイクロチャネル形成デバイスが提供される。マイクロチャネル形成デバイスは、長手方向の軸に沿って間隔をあける加熱ワイヤを収容するための複数の金型を備える。各金型は、開口部、および、表面から法線方向に突き出し、開口部で終端する歯を形成する周面を有する。加熱ワイヤは、各金型の開口部を通して引き出されるので、歯は、加熱ワイヤに係合して、そこに長手方向のマイクロチャネルを形成する。
【００１６】
本発明によるマイクロチャネル形成デバイスは、ワイヤにマイクロチャネルを製作するマイクロチャネル形成デバイスであって、長手方向の軸に沿って間隔をあけた加熱ワイヤを収容する複数の金型と、開口部を形成する周面、および、該面から法線方向に突き出し、かつ該開口部にて終端する歯を有する各金型とを備え、該加熱ワイヤが各金型の該開口部を通して引張られると、該歯は、該加熱ワイヤに係合して、内部に長手方向のマイクロチャネルを形成し、これにより上記目的を達成する。
【００１７】
長手方向のマイクロチャネルが内部に形成された前記加熱ワイヤをねじる、ねじりデバイスをさらに備えてもよい。
【００１８】
前記複数の金型は、第１の金型と第２の金型とを備え、該第１の金型は、前記加熱ワイヤを該第２の金型の前で収容し、該第１の金型は、該第２の金型よりも比例的に大きくてもよい。
【００１９】
前記第１の金型の開口部は、前記第２の金型の開口部よりも大きく、該第１の金型の歯は、該第２の金型の歯よりも比例的に大きくてもよい。
【００２０】
第１の金型の歯および第２の金型の歯は、各々、該第１の金型および該第２の金型のそれぞれの中心に向かってそれぞれの面から半径方向に突き出し、該第１の金型の歯および該第２の金型の歯は、実質的に同じ半径方向の配向を有していてもよい。
【００２１】
各歯は、５〜１００ミクロンにわたる横幅を有し、法線方向の高さは、該幅よりも大きくてもよい。
【００２２】
第１の金型の各歯は、０．１〜１．９ミクロンにわたる幅と、該幅よりも大きい深さとを有する前記加熱ワイヤに長手方向のマイクロチャネルを形成し、第２の金型の各歯は、０．１〜１．０ミクロンにわたる幅と、該幅よりも大きい深さとを有する該加熱ワイヤに長手方向のマイクロチャネルを形成してもよい。
【００２３】
前記各金型の開口部を通して引張るための犠牲材料のソースをさらに備え、該犠牲材料は、前記第１の金型を通して引張られ、前記歯の表面をコーティングし、かつ、前記マイクロチャネルの表面上に移されてもよい。
【００２４】
前記犠牲材料は、モリブデン、タンタル、レニウム、およびハフニウム、またはこれらの任意の組み合わせの１つで製作されてもよい。
【００２５】
前記ワイヤは、タングステンで製作されてもよい。
【００２６】
本発明によるマイクロチャネルを形成する方法は、（ａ）長手方向の軸に沿って配列された複数の金型を通して加熱ワイヤを引張るステップと、（ｂ）該複数の金型の各々における周面によって形成された開口部の周囲に配列された歯に該加熱ワイヤを係合するステップと、（ｃ）該加熱ワイヤが該複数のワイヤを通して引張られると、該加熱ワイヤに長手方向のマイクロチャネルを形成するステップとを包含し、これにより上記目的を達成する。
【００２７】
（ｄ）長手方向のマイクロチャネルが内部に形成された前記加熱ワイヤをねじるステップをさらに包含してもよい。
【００２８】
（ｅ）前記歯の表面をコーティングするために、前記第１の金型を通して犠牲材料を供給するステップと、（ｆ）該犠牲材料を前記マイクロチャネルの表面上に移すステップとをさらに包含してもよい。
【００２９】
前記ステップ（ｂ）は、該ワイヤにマイクロチャネルを形成するために、前記加熱ワイヤが歯と係合する間、該ワイヤを引き出すステップをさらに包含してもよい。
【００３０】
ステップ（ａ）の前に、材料を可鍛温度に加熱するステップと、前記加熱ワイヤを形成するために、該材料を引張るステップとを包含してもよい。
【００３１】
前記ステップ（ａ）は、長手方向の軸に沿って配列された複数の金型を通して加熱タングステンワイヤを引張るステップを包含してもよい。
【００３２】
本発明は、添付の図面と共に読まれた場合、以下の詳細な説明から最良に理解される。慣例により、図面の種々の特徴は縮尺どおりではないことが強調される。対照的に、種々の特徴の寸法は、明瞭化のために、任意に拡大または縮小される。
【発明の効果】
【００３３】
フィラメントの表面に模様付けし、光の放射効率を改善することのできる方法を提供する。本発明による方法は、従来の方法に比べコストがかからないため、大量生産に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
ここで、本発明の実施形態の例示的特徴が図を参照して記載される。本発明は、例示的に選択された実施形態に限定されないことが理解される。さらに、図面は、任意の特定の縮尺または比率で描かれないことに留意されたい。以下に記載される構成および材料のいずれも本発明の範囲内で改変され得ると考えられる。
【００３５】
図１を参照して、タングステンフィラメント製造システム１０は、ヒータ１４、引張りデバイス１８、マイクロチャネル形成デバイス２２、引き出しデバイス２６、およびねじりデバイス３２を備える。動作中、加熱タングステン材料１６を形成するために、タングステン材料１２は、ヒータ１４によって加熱される。タングステンは、ヒータ１４によって可鍛温度（１２００℃〜１５００℃）に加熱される。結果として生じたタングステン材料１６は、タングステン材料の直径を小さくするために、引張りデバイス１８を利用して引張られる。加熱および引張りステップは、必要な直径（通常、約２．７ミリメートル）の加熱されたタングステンワイヤ２０が形成されるまで繰返される。後述されるように、マイクロチャネル形成デバイス２２は、加熱タングステンワイヤ２０の外面上にマイクロチャネルを形成するように調整される。ねじられたマイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３４を形成するために、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０が、ねじりデバイス３２によってねじられる。本発明は、マイクロチャネル形成デバイス２２のいくつかの実施形態を含み、これらは後述される。
【００３６】
次に、図２を参照して、一般に、２２Ａと表示されたマイクロチャネル形成デバイス２２の実施形態が示される。マイクロチャネル形成デバイス２２Ａは、加熱されたフィラメントワイヤ２０にマイクロチャネル４４を形成するための金型３６Ａ〜３６Ｄを備える。各金型３６は、開口部４０を形成する周面３８、および、表面３８から法線方向に突き出す歯４２（図２Ａを参照して次に記載される）を備える。第１の金型３６Ａは、引張りデバイス１８（図示せず）から距離を隔てて配置され、加熱されたタングステンワイヤ２０を収容するように調整される。金型３６Ａ〜３６Ｄは、デバイス２２Ａを形成するマイクロチャネルの長手方向の軸Ｌに沿って位置合わせされ、これにより、第１の金型３６Ａは、加熱されたフィラメントワイヤ２０を第２の金型３６Ｂの前で収容し、第２の金型３６Ｂは、加熱されたフィラメントワイヤ２０を第３の金型３６Ｃの前で収容し、第３の金型３６Ｃは、加熱されたフィラメントワイヤ２０を第４の金型３６Ｄの前で収容する。示されるように、第１の金型３６Ａは、第２の金型３６Ｂよりも比例的に大きく、第２の金型３６Ｂは、第３の金型３６Ｃよりも比例的に大きく、第３の金型３６Ｃは、第４の金型３６Ｄよりも比例的に大きい。歯４２は、加熱されたフィラメントワイヤ２０に係合し、長手方向のマイクロチャネル４４をそこで形成し、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０を形成する。第４の金型３６Ｄは、ねじりデバイス３２と共に動作するように、クランプ等の従来の固定デバイス（図示せず）を備える。ねじれたマイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３４を形成するために、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０をねじる、ねじりデバイス３２が利用され得、このようなねじれたワイヤ３４を特定の長さに切断するために切断デバイス４６が利用され得る。図２は、長手方向に配列された４つの金型３６Ａ〜３６Ｄを示す。しかしながら、本発明は、通常、長手方向の軸に沿って、異なった間隔が空けられた３０個の金型を備える。
【００３７】
図２Ａは、図２の第１の金型３６Ａの詳細図である。示されるように、第１の金型３６Ａは、開口部４０を有する周面３８、および、面３８から法線方向に突き出す歯４２を備える。各歯４２は、５〜１００ミクロンにわたる横幅を有し、典型的な幅は２０ミクロンである。各歯４２の通常の高さは、幅よりも大きく、典型的には、幅の３倍である。明瞭化のために、図２Ａは、面３８から半径方向に配列された８個の歯のみを示す。しかしながら、本発明は、通常、面３８から半径方向に配列された１００〜２００個の歯を有する。金型３６Ｂ〜３６Ｄは、各々が長手方向の軸に沿って配置された次の金型よりも比例的に大きいことを除いて、金型３６Ａのものと同様である。図２を参照してすでに記載されたように、第１の金型３６Ａは、第２の金型３６Ｂよりも比例して大きく、第２の金型３６Ｂは、第３の金型３６Ｃよりも比例的に大きく、第３の金型３６Ｃは、第４の金型３６Ｄよりも比例的に大きい。従って、第１の金型の歯は、第２の金型の歯よりも比例して大きく、第２の金型の歯は、第３の金型の歯よりも比例的に大きい等である。さらに、第１の金型の開口部は、第２の金型の開口部よりも比例的に大きく、第２の金型の開口部は、第３の金型よりも比例的に大きい等である。典型的な配列では、３０個の金型が長手方向の軸に沿って間隔をあけ、各金型は、その前のものよりもだんだんと小さくなっている。一般に、軸に沿う最後の金型は、第１の金型よりも比例的に５０倍小さい。
【００３８】
図３は、各金型３６間の関係をさらに示すために、デバイス２２を形成するマイクロチャネルの図を提供する。上述のように、デバイス２２を形成するマイクロチャネルは、典型的には、等しい間隔を隔てた、円周が縮小していく３０個の金型（図３には６個が示される）を備える。各金型の面から半径方向に配列された歯４２の数（図２Ａに示される）は、マイクロチャネル形成デバイス２２の金型については一定であるが、各金型３６の円周が長手方向の軸に沿ってＡ方向に小さくなるにつれ、歯４２の相対的な寸法は、小さくなることが理解される。例えば、第１の金型３６Ａは、２７００  ミクロンの開口部の直径を有するので、２７００ミクロンのフィラメントワイヤの直径を形成し得る。金型３６Ａにおける各歯は、例として、５０ミクロンであり得る。従って、歯間の間隔が同様に５０ミクロンであると想定すると、８５個の歯が開口部の円周の周囲に形成され得る（歯の数＝πｄ／２×歯幅、ただし、ｄは開口部の直径）。フィラメントワイヤの最後の５０ミクロンのサイズを形成するために、最後の金型３６Ｄが、５０ミクロンの開口部を有し得ることを想定し、かつ、金型３６Ａと同じ８５個の歯を有し得ると想定すると、金型３６Ｄの歯の各々の相対的な幅は、１ミクロンであり得る。同様に、３６Ｃ等の中間金型は、１００ミクロンの開口部を有し得る。金型３６Ａおよび３６Ｄが同じ８５個の歯を有すると想定すると、このような構成のジオメトリは、金型３６Ｃの場合、約２０ミクロンの相対的な歯幅となる。これらの値は、例示にすぎない。上述のように、本発明は、任意の数の歯を有する任意の数の金型を有し得る。金型３６は、Ｌ軸に沿ってＡ方向に比例的に小さくなる。
【００３９】
金型３６は、タングステンか、または、加熱されたタングステンワイヤ２０の温度に耐えることができる、任意の他の硬化された材料から製作され得る。歯４２は、ＷＣ−Ｃｏ、金型ヤモンド、ＳｉＣ、または、加熱タングステンワイヤ２０にマイクロチャネル４４を形成することができる任意の他の超硬合金から製作される。
【００４０】
図１〜図２Ａを参照する動作中、加熱タングステンワイヤ２０が、引張りデバイス１８から出ると、マイクロチャネル形成デバイス２２Ａの第１の金型３６Ａを通る引き出しデバイス２６によって引張られる。歯４２は、第１の金型３６Ａを通してＡ方向に移動する際に加熱タングステンワイヤ２０に係合する。加熱プロセスによる可鍛性により、歯４２は、加熱タングステンワイヤ２０の表面と接触し、そこにマイクロチャネル４４を形成する。各マイクロチャネル４４は、０．１〜１．９ミクロンにわたる幅を有し、典型的な幅は、０．４ミクロンである。各マイクロチャネル４４の深さは、幅よりも大きく、典型的には、幅の３倍である。引き出しデバイス２６の連続運動は、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０を伸張し、その結果、各マイクロチャネル４４の幅が、各金型の歯４２の幅（通常、２０ミクロン）よりも低減された幅になる（通常、０．４ミクロン）。マイクロチャネル４４は、方形のような形状を有し得るか、または、Ｖ形状であり得る。マイクロチャネル４４を形成するために歯４２によって除去された過剰な材料は、再使用されて、加熱されたフィラメントワイヤ２０に戻され得る。引き出しデバイス２６の連続運動は、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０の直径をさらに縮小するために、第２の金型３６Ｂを通してマイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０を引張る。続いて、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０は、第３の金型３６Ｃ、その後、第４の金型３６Ｄを通して引張られ、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０の直径をさらに縮小する。金型３６Ｂ〜３６Ｄの機能および動作は、第１の金型３６Ａと実質的に同じであり、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０の直径は、だんだんと小さくなる。第４の金型３６Ｄの従来の固定デバイス（図示せず）は、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０の動きを固定する一方で、ねじれたマイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３４を形成するために、マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０をねじるためにねじりデバイス３２が利用され得る。このようなねじれたワイヤ３４を必要に応じて特定の長さに切断するために、切断デバイス４６が利用され得る。
【００４１】
次に、図４を参照して、マイクロチャネル形成デバイス２２の、２２Ｂとして一般に示される、別の実施形態が示される。マイクロチャネル形成デバイス２２Ｂの構成および動作は、犠牲材料４８が追加されるという明確な違いを除いて、図１〜図２Ａを参照してすでに説明されたマイクロチャネル形成デバイス２２Ａのものと実質的に同じである。マイクロチャネル形成デバイス２２Ａと同様に、マイクロチャネル形成デバイス２２Ｂは、マイクロチャネル形成デバイス２２Ｂの長手方向の軸Ｌに沿って位置合わせされた金型３６Ａ〜３６Ｄを備え、加熱フィラメントワイヤ２０よりも比例的に小さい各金型は、Ａ方向に引張られる。金型３６Ａ〜３６Ｄは、歯４２を備え、第４の金型３６Ｄは、ねじりデバイス３２と共に動作するように、従来の固定デバイス（図示せず）を備える。マイクロチャネル形成デバイス２２Ｂは、切断デバイス４６をさらに備え得る。
【００４２】
犠牲材料４８は、モリブデン、タンタル、レニウム、ハフニウム、モリブデン、これらの任意の組み合わせ、または、加熱タングステンフィラメントワイヤ２０よりも低い融解点で、高温に耐えることができる任意の他の材料から製作され得る。
【００４３】
図４Ａは、図４の第１の金型３６Ａの詳細図である。図２Ａを参照してすでに記載されたように、マイクロチャネル形成デバイス２２Ａの金型３６Ａと同様に、図４Ａは、開口部４０を形成する周面３８、および、表面３８から垂直に突き出す歯４２を示す。犠牲材料４８は、歯４２の表面をコーティングする。
【００４４】
図１、図４、および図４Ａを参照する動作において、加熱タングステンワイヤ２０が引張りデバイス１８から出て、マイクロチャネル形成デバイス２２Ｂの第１の金型３６Ａを通してデバイス２６を引き出すことによって引張られると、犠牲材料４８は、第１の金型３６Ａを通して供給される。歯４２は、加熱タングステンワイヤ２０が第１の金型３６Ａを通して移動すると、この加熱タングステンワイヤに係合し、犠牲材料４８は、形成されたマイクロチャネル４４の面に押し付けられる。犠牲材料４８は、第１の金型３６Ａから第４の金型３６Ｄまでマイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０の所望の寸法形状を維持する。マイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０がねじられた後、この犠牲材料をマイクロチャネルを有するフィラメントワイヤ３０から除去するために、犠牲材料４８を融解するために熱が加えられる。同様に、プロセスが完了すると、犠牲材料４８を除去するために化学的エッチングが用いられ得る。
【００４５】
本発明は、フィラメントの表面に形押しする従来の方法を、コストおよび効率が重要なファクタである大量生産環境に適するように改善する。本発明は、複雑であり、コストがかかるデバイスを必要とせず、その代わりに、マイクロチャネルを形成するために、簡単な機械的構造を利用する。本発明は、さらに、従来のフィラメントを製造する生産ラインに最小限の変更を加えて実現され得る。
【００４６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【００４７】
（要約）
ワイヤにマイクロチャネルを製作するための、マイクロチャネル形成デバイスが提供される。このマイクロチャネル形成デバイスは、長手方向の軸に沿って間隔をあけた、加熱ワイヤを収容する複数の金型を備える。各金型は、開口部を形成する周面、および、この面から法線方向に突き出、かつ、開口部にて終端する歯を有する。加熱ワイヤは、各金型の開口部を通して引張られるので、歯は、加熱ワイヤに係合し、そこに長手方向のマイクロチャネルを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明による、タングステンフィラメントのマイクロチャネルを製作するシステムのプロセスフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、金型を含む、図１のシステムの一部分を形成するデバイスを形成するマイクロチャネルの部分的斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態による、図２に示される金型の平面詳細図である。
【図３】図３は、本発明による、金型間の関係をさらに示すデバイスを形成するマイクロチャネルの図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態による、犠牲材料の金型およびソースを含むデバイスを形成するマイクロチャネルの部分的斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態による、図４に示される金型の詳細図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  タングステンフィラメント製造システム
１２  タングステン材料
１４  ヒータ
１６  加熱タングステン材料
１８  引っ張りデバイス
２０  加熱タングステンワイヤ
２２  マイクロチャネル形成デバイス
２２Ａ  マイクロチャネル形成デバイス
２６  引き出しデバイス
３０  フィラメントワイヤ
３２  ねじりデバイス
３４  フィラメントワイヤ
３６Ａ〜３６Ｄ  金型
４２  歯
４４  マイクロチャネル
４６  切断デバイス
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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