(57)【要約】【課題】  大量生産の環境に適切な、フィラメントに微小空洞を作製する方法を提供すること。【解決手段】  本発明は、微小空洞形成デバイスを形成し、この微小空洞形成デバイスは、以下：加熱されたフィラメントワイヤの表面に微小空洞を形成する、微小空洞形成手段であって、この微小空洞形成手段は、フィラメントワイヤの長さ寸法に沿って、表面と係合するための歯のアレイを備える、微小空洞形成手段、およびこのフィラメントワイヤをこの長さ寸法に沿って引き出す、引き出し手段、を備え、ここで、この引き出し手段は、フィラメントワイヤを長さ寸法に沿って引き出し、そして歯のアレイは、フィラメントワイヤの表面に係合して、微小空洞を形成する。【選択図】  図１
2005005248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小空洞形成デバイスであって、以下：
加熱されたフィラメントワイヤの表面に微小空洞を形成する、微小空洞形成手段であって、
該微小空洞形成手段は、該フィラメントワイヤの長さ寸法に沿って、該表面と係合するための歯のアレイを備える、微小空洞形成手段、および
該フィラメントワイヤを該長さ寸法に沿って引き出す、引き出し手段、
を備え、ここで、該引き出し手段は、該フィラメントワイヤを該長さ寸法に沿って引き出し、そして該歯のアレイは、該フィラメントワイヤの該表面に係合して、該微小空洞を形成する、デバイス。
【請求項２】
前記微小空洞形成手段が、以下：
一対のローラであって、各ローラが、他方のローラに対向して、長手方向軸上に回転可能に配置されている、ローラ、
該一対のローラの各ローラの外側表面の円周上に形成された、少なくとも１つの凹部であって、該一対のローラの一方のローラの該凹部は、該一対のローラの他方のローラの凹部と整列して、横断スロットを形成している、凹部、
を備え、そして
前記歯のアレイは、該凹部の各々から突出しており、
ここで、該一対のローラがそれぞれの長手方向軸上で回転するにつれて、加熱されたフィラメントワイヤが該横断スロットを通して引き出され、そして該歯のアレイが該フィラメントワイヤと係合して、該フィラメントワイヤに前記微小空洞を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記歯のアレイが、前記凹部から円周上で突出する、少なくとも２列の歯のアレイを備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ローラが、炭化ケイ素で作製されている、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記歯のアレイの各歯が、０．２〜１．５ミクロンの高さ、および０．２〜１．５ミクロンの幅の断面を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記歯のアレイの各歯が、０．５〜０．７５ミクロンの高さ、および０．５〜０．７５ミクロンの幅の断面を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記歯のアレイの各歯が、０．５ミクロンの高さ、および０．５ミクロンの幅の断面を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記歯のアレイの各歯の間の間隔が、該歯の幅の１〜２倍の範囲である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記フィラメントワイヤに形成される各微小空洞が、前記歯の幅の約１．５倍の断面幅を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記フィラメントワイヤに形成される各微小空洞が、前記歯の高さの約０．６倍の深さを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アレイにおける各歯が、炭化ケイ素で作製されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記微小空洞形成手段が、以下：
第一の対のローラであって、該第一の対の各ローラが、それぞれの長手方向軸上に回転可能に配置されており、それぞれの長手方向軸の各々が、他方の長手方向軸に対向している、第一の対のローラ、
第二の対のローラであって、該第二の対の各ローラが、それぞれの横断軸上に回転可能に配置されており、それぞれの横断軸の各々が、他方の横断軸に対向しており、該第二の対のローラは、該第一の対のローラの下流に配置されている、第二の対のローラ、
該第一の対および第二の対の各ローラの外側表面で円周上に形成された、凹部、
を備え、
該第一の対のローラの該凹部が、該第二の対のローラの該凹部に対して実質的に９０°の角度で整列されており、該各対のローラの該凹部が、断面スロットを形成しており、
前記歯のアレイが、該凹部の各々から突出しており、
ここで、該第一の対および第二の対のローラがそれぞれ、該長手方向軸上および横断軸上で回転するにつれて、加熱されたフィラメントワイヤが、該スロットの各々を通して引き出され、そして該歯のアレイが、該フィラメントワイヤと係合して、該フィラメントワイヤに前記微小空洞を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ローラが、炭化ケイ素で作製されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記微小空洞形成手段が、以下：
第一の対の対向するローラであって、第一の長手方向軸に沿った回転のために設置されており、そして横断方向に移動する加熱されたフィラメントワイヤを下流方向で回転可能に受容するように配置されている、第一の対の対向するローラ、
第二の対の対向するローラであって、第二の長手方向軸に沿った回転のために設置されており、そして移動する加熱されたフィラメントワイヤを回転可能に受容するように、該第一の対のローラの下流に配置されており、該第二の長手方向軸は、該第一の長手方向軸から角度を付けて配置されている、第二の対の対向するローラ、
を備え、そして
各対向するローラは、各ローラの外側表面から円周上で突出する歯のアレイを備え、
該対のローラは、移動するフィラメントワイヤを回転可能に受容し、そして該歯のアレイは、該フィラメントワイヤと係合して、該フィラメントワイヤに微小空洞を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ローラが、炭化ケイ素で作製されている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記微小空洞形成手段が、以下：
第三の対の対向するローラであって、第三の長手方向軸に沿った回転のために設置されており、そして移動する加熱されたフィラメントワイヤを回転可能に受容するように、該第二の対のローラの下流に配置されており、該第三の長手方向軸は、前記第二の長手方向軸から角度を付けて配置されている、第三の対の対向するローラ
を備える、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記微小空洞形成手段が、以下：
第一の対のローラの周りに延びる第一の無限軌道であって、ここで、該第一の対のローラは、長手軸次元に沿って、該第一の対のローラの周りで、該第一の無限軌道に対して移動を伝える、第一の無限軌道、
第二の対のローラの周りに延びる第二の無限軌道であって、ここで、該第二の対のローラは、長手軸次元に沿って、該第二の対のローラの周りで、該第二の無限軌道に対して移動を伝える、第二の無限軌道、  
を備え、
該第一の無限軌道および第二の無限軌道は、前記加熱されたフィラメントワイヤを支持するように配置されており、そして
前記歯のアレイが、該第一の無限軌道および第二の無限軌道から突出しており、
ここで、該第一の無限軌道および第二の無限軌道が、長手軸次元に沿って、該加熱されたフィラメントワイヤと共に移動するよう適合されており、そして該歯のアレイは、該移動するフィラメントワイヤと係合して、該フィラメントワイヤに前記微小空洞を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記微小空洞形成手段が、さらに、以下：
各々が、それぞれ第三の対のローラおよび第四の対のローラの周りに延びる、第三の無限軌道および第四の無限軌道であって、該第三の無限軌道および第四の無限軌道に、前記フィラメントワイヤの長手軸次元に沿った移動を伝えるためのものであり、
該第三の無限軌道および第四の無限軌道は、該フィラメントワイヤを支持するように配置されており、そして前記第一の無限軌道および第二の無限軌道の下流に、該第一の無限軌道および第二の無限軌道に対して垂直に配置されている、第三の無限軌道および第四の無限軌道、ならびに
該第三の無限軌道および第四の無限軌道からそれぞれ突出している、別の歯のアレイ、
を備え、
該第三の無限軌道および第四の無限軌道が、前記長手軸次元に沿って、該フィラメントワイヤと共に移動するよう適合されており、そして該別の歯のアレイが、該移動するフィラメントワイヤと係合して、該フィラメントワイヤに微小空洞を形成する、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記引き出し手段が、以下：
前記第一の対のローラおよび第二の対のローラを回転させる、駆動手段、
を備え、そして
該第一の対のローラおよび第二の対のローラが該駆動手段によって駆動される場合に、前記第一の無限軌道および第二の無限軌道が、前記フィラメントワイヤを引き出す、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記微小空洞形成手段が、以下：
第一の対の対向するプレスであって、ここで、対向するプレスの各々が、フィラメントワイヤの外側表面の一部に一致する、第一の輪郭付きプレートを備え、該フィラメントワイヤが、長手方向軸を有し、そして
該第一の対の対向するプレスが、第一の横断軸で移動するよう適合されている、第一の対の対向するプレス；
該第一の対の対向するプレスから長手方向軸に沿って下流に配置される、第二の対の対向するプレスであって、ここで、対向するプレスの各々が、フィラメントワイヤの外側表面の別の部分に一致する、第二の輪郭付きプレートを備え、
該第二の対の対向するプレスは、第二の横断軸で移動するよう適合されており、該第二の横断軸は、該第一の横断軸から角度を付けて配置されている、第二の対の対向するプレス、  
を備え；そして
前記歯のアレイは、第一の輪郭付きプレートおよび第二の輪郭付きプレートの各々から外向きに突出しており；
加熱されたフィラメントワイヤが、該長手方向軸に沿って移動され、そして該第一の対の対向するプレスおよび第二の対の対向するプレスが、それぞれ、該第一の横断軸および第二の横断軸において移動され、そして該歯のアレイが、該加熱されたフィラメントワイヤに係合して、前記微小空洞を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記対向するプレスが、炭化ケイ素で作製されている、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記引き出し手段が、前記長さ寸法に沿ったそれぞれ前記フィラメントワイヤの引き出しを開始および停止させるための、開始制御器および停止制御器を備え、そして前記デバイスが、さらに、以下：
前記第一の対の対向するプレスおよび第二の対の対向するプレスの移動を、該フィラメントワイヤの引き出しの開始および停止と同期させる、同期手段、
を備え、
連続して、該引き出し手段は、該フィラメントワイヤを引き出し、そして該フィラメントワイヤの引き出しを停止し、そして該第一の対の対向するプレスおよび第二の対の対向するプレスが、該フィラメントワイヤに係合する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記微小空洞形成手段が、さらに、以下：
前記第二の対の対向するプレスから長手方向軸に沿って下流に配置される、第三の対の対向するプレスであって、各対向するプレスは、前記フィラメントワイヤの外側表面の別の部分に一致する、第三の輪郭付きプレートを備え、
該第三の対の対向するプレスは、第三の横断軸において移動するよう適合されており、そして該第三の横断軸は、前記第二の横断軸から角度を付けて配置されている、第三の対の対向するプレス；ならびに
各第三の輪郭付きプレートから外向きに突出する、歯のアレイ、
を備え；
加熱されたフィラメントが、該長手方向軸に沿って移動され、そして該第三の対の対向するプレスが、該第三の横断軸において移動し、そして該歯のアレイが、該加熱されたフィラメントワイヤと係合して、前記微小空洞を形成する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２４】
フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法であって、以下の工程：
（ａ）一対のローラの各ローラを、他方のローラに対向させて長手方向軸上に配置する工程であって、ここで、各ローラが、外側表面に円周上に形成された凹部を備え、そして各それぞれの凹部から突出する歯のアレイをさらに備える、工程；
（ｂ）該それぞれの凹部を整列させて、横断スロットを形成する工程；
（ｃ）各ローラを、該それぞれの長手方向軸上で回転させる工程；
（ｄ）加熱されたフィラメントワイヤを、該横断スロットを通して引き出す工程；および
（ｅ）工程（ｃ）において各ローラが回転するにつれて、該歯のアレイを該加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、該フィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項２５】
フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法であって、以下の工程：
（ａ）第一の対のローラの各ローラをそれぞれの長手方向軸上で互いに対向させて配置させる工程であって、各ローラは、外側表面に円周上に形成された凹部を備え、そしてさらに、各それぞれの凹部から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｂ）該第一の対のローラの下流で、第二の対のローラの各ローラを、それぞれの横断軸上で、該第二の対のローラの他方のローラに対向させて配置する工程であって、各ローラが、外側表面に円周上に形成された凹部を備え、そしてさらに、各それぞれの凹部から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｃ）該第一の対のローラの該凹部を、該第二の対のローラの該凹部に対して実質的に９０℃で整列させる工程であって、各対のローラの凹部が、断面スロットを形成する、工程；
（ｄ）加熱されたフィラメントワイヤを、各スロットに通して引き出す工程；ならびに
（ｅ）各スロットに通して各加熱されたフィラメントワイヤを引き出すことに応答して各ローラが回転するにつれて、該歯のアレイを該加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、該フィラメントに微小空洞を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項２６】
フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法であって、以下の工程：
（ａ）第一の対の対向するローラの下流で、第二の対の対向するローラを配置する工程であって、該第一の対のローラおよび第二の対のローラの各ローラが、各対向するローラの外側表面から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｂ）該第一の対の対向するローラおよび第二の対の対向するローラを、それぞれ第一の長手方向軸および第二の長手方向軸に沿って整列させる工程であって、該第一の長手方向軸および第二の長手方向軸が、互いから角度を付けて配置されている、工程；
（ｃ）該対の対向するローラの各ローラを回転させる工程；
（ｄ）加熱されたフィラメントワイヤを、該対の対向するローラを通して引き出す工程；ならびに
（ｅ）工程（ｃ）において各ローラが回転するにつれて、該歯のアレイを該加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、該フィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項２７】
さらに、以下の工程：
（ｆ）前記第二の対の対向するローラの下流に、第三の対の対向するローラを配置する工程であって、該第三の対の対向するローラの各ローラが、各対向するローラの外側表面から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｇ）該第三の対の対向するローラを、第三の長手方向軸に沿って整列させる工程であって、該第三の長手方向軸が、前記第一の長手方向軸および第二の長手方向軸から角度を付けて配置される、工程、
を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法であって、以下の工程：
（ａ）第一の無限軌道および第二の無限軌道を配置して、該第一の無限軌道と第二の無限軌道との間に、複数の加熱されたフィラメントワイヤを支持する工程であって、該第一の無限軌道および第二の無限軌道の各々が、それぞれ、第一の対のローラおよび第二の対のローラの周りに延び、そして該第一の無限軌道および第二の無限軌道の各表面から突出する複数の歯を備える、工程；
（ｂ）該第一の対のローラおよび第二の対のローラを回転させて、長手方向軸に沿って、該第一の無限軌道および第二の無限軌道に移動を伝える工程；
（ｃ）該加熱されたフィラメントワイヤを、該第一の無限軌道と第二の無限軌道との間で引き出す工程；ならびに
（ｄ）該第一の無限軌道および第二の無限軌道を移動するにつれて、該複数の歯を該加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、該フィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項２９】
フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法であって、以下の工程：
（ａ）第二の対の対向するプレスを、第一の対の対向するプレスから長手方向軸に沿って下流に配置する工程であって、各対向するプレスは、輪郭付きプレートから突出する歯のアレイを有する輪郭付きプレートを備える、工程；
（ｂ）該対向するプレスの第一の対および第二の対を、それぞれ第一の横断軸および第二の横断軸に沿って、対向させて移動させる工程であって、該第一の横断軸は、該第二の横断軸から角度を付けて配置されている、工程；
（ｃ）加熱されたフィラメントワイヤを、該長手方向軸に沿って、該対の対向するプレスの輪郭付きプレート間で引き出す工程；ならびに
（ｄ）該歯のアレイを該加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、該加熱されたフィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項３０】
さらに、以下の工程：
（ｅ）前記第二の対の対向するプレスから、前記長手軸方向に沿って下流に、第三の対の対向するプレスを配置する工程であって、各対向するプレスが、該プレスから突出する歯のアレイを有する輪郭付きプレートを備える、工程；ならびに
（ｆ）該第三の対の対向するプレスを、対向させて、第三の横断軸に沿って移動させる工程であって、該第三の横断軸が、前記第一の横断軸および第二の横断軸に対して角度を付けて配置されている、工程；
を包含する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
加熱されたフィラメントワイヤに微小空洞を形成するためのローラを作製する方法であって、該方法は、以下の工程：
（ａ）炭化ケイ素で、円筒形構造体の外側表面を形成する工程；および
（ｂ）該外側表面から歯のアレイを円周上に突出させる工程であって、該アレイの各歯が、炭化ケイ素から作製される、工程、
を包含する、方法。
【請求項３２】
前記外側表面を形成する工程が、少なくとも１つの円周上凹部を含むように該外側表面を成形する工程、および
該歯のアレイを該成形された円周上凹部から突出させる工程、
を包含する、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントの放射効率を改善するために、フィラメントに微小空洞を形成することに関する。より具体的には、本発明は、大量生産環境に適切な、フィラメントに微小空洞を形成するためのデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気を発生および獲得する費用は、世界中で、空前の高さに次第に上昇している。このことは、電気の供給が制限されている低開発国、および電気に対する要求が高い、大きな人口を有する国において、特に真実である。この要求によってもたらされるものは、エネルギー効率的であり、かつ電気の使用の費用を最小にする、照明源を製造することに対する、絶えず増加する要望である。
【０００３】
過去２世紀にわたって、化学者および発明者は、費用効果的な、実用的な、長寿命の白熱電球を開発することに努めている。長寿命の、高温の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に主要な基礎である。
【０００４】
タングステンフィラメントは、照明適用に対して多くの好ましい特性（例えば、高い融点（３，４１０℃／６，１７０°Ｆ）、高温での低い蒸発速度（２，７５７℃／４，９９５°Ｆにおいて１０−４トル）、および鋼鉄より大きい引張り強度）を与えることが見出されている。これらの特性は、フィラメントがより高い温度まで加熱されて、好ましい寿命を有するより明るい光を提供することを可能にし、タングステンを、市販の白熱電球におけるフィラメントのために好ましい材料にしている。
【０００５】
白熱電球のフィラメントは、十分な大きさの電流が通過する場合に、可視光および不可視光を放出する。しかし、フィラメントは、そのエネルギーの比較的少ない部分（代表的に、６〜１０％）を、可視光の形態で放出する。放出されるエネルギーの残りの大部分は、光スペクトルの赤外領域内であり、そして熱の形態で損失される。その結果、全波長にわたる全放射電力に対する可視波長で放出される電力の比によって測定される、代表的なタングステンフィラメントの放射効率は、比較的低く、６％以下のオーダーである。
【０００６】
可視光を増加させるための従来の技術は、印加電流を増加させることによって、フィラメントからの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、電流を増加させることによって、より大きな量のエネルギーが浪費される。エネルギー消費を増加させることなく、増加した可視光を放出するタングステンフィラメントが、必要とされる。
【０００７】
別の懸念は、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、非常に耐久性であるが、長期間の後には、大きい電流が過剰の電子の風（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｗｉｎｄ）を引き起こし、これは、電子がフィラメント内の原子を衝撃し、そして移動させる場合に起こる。時間がたつにつれて、この効果は、フィラメントを細く磨耗させ、最終的には破損させる。
【０００８】
タングステンのようなフィラメント材料の放射効率は、１ミクロンより小さい大きさのフィーチャーでフィラメント表面をテクスチャー加工することによって、増加され得ることが観察された。タングステンサンプルの表面に、非選択的イオン反応エッチング技術を使用して、１ミクロンより小さいフィーチャーを形成する方法が、従来技術に開示されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１は、改善された放射効率が、タングステンからの可視光の放射率を増加させることによって生じることを開示する。放射率とは、黒体によって同じ条件下で放出される放射束に対する、基材（例えば、タングステン）の表面からの所定の波長における放射束の比である。黒体は、そこに入射する放射線を吸収するように挙動する。
【０００９】
非特許文献１は、テクスチャー加工されたタングステン表面からの可視光の放射率が、テクスチャー加工されていない表面の２倍であることを開示し、そしてこの増加は、テクスチャー加工されたタングステン表面から自由空間内への、電磁放射線のより効果的なカップリングの結果であることを示唆する。非特許文献１によって開示されるタングステンサンプルのテクスチャー加工された表面は、フィラメント表面から約０．３ミクロン上方に突出している柱状構造によって分離されている表面に、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、白熱電球の効率を増加させるための別の方法が、別の従来技術文献に記載されている（例えば、非特許文献２参照）。非特許文献２は、フィラメント表面の穿孔が、直径０．３５ミクロン、深さ７ミクロンであり、そして０．１５ミクロンの厚さの壁によって分離されており、タングステンと自由空間との間で可視波長の放射線をカップリングさせるための導波管として作用し得るが、非可視波長の放出を抑止することを仮定する。非特許文献２は、フィラメント上の穿孔が、半導体リソグラフ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、現在の技術水準の能力を超えている。
【００１１】
白熱光源の赤外線放出を低下させるための別の方法が、従来技術に記載されている（例えば、特許文献１参照）。記載されるように、フィラメントにおける微小空洞の存在は、放出の指向性のより大きい制御を提供し、そして所定の帯域幅において、放出効率を増加させる。このような光源は、例えば、１ミクロンと１０ミクロンとの間の直径の微小空洞を有し得る。これらの寸法を有するフィーチャーは、マイクロエレクトロニクスプロセシング技術を使用して、いくつかの材料において形成され得るが、白熱灯のフィラメントのために通常使用されるタングステンのような金属にこれらのフィーチャーを形成することは、困難である。
【００１２】
白熱光源の赤外線放出を低下させるためのなお別の方法が、従来技術に開示されている（例えば、特許文献２参照）。開示される方法は、レーザービームを使用して、個々の微小空洞を金属箔に形成する。光学マスクが、レーザービームを複数のビームに分割し、そしてレンズ系が、複数のビームを金属箔上に集束させ、そして微小空洞を形成する。
【００１３】
なお別の方法が、従来技術に開示されており、そして可視光の放出が改善されたフィラメントが記載される（例えば、特許文献３参照）。タングステンフィラメントの放射率は、１ミクロン未満〜１ミクロンの結晶の層をそのフィラメントの表面上に沈着させることによって、改善される。この結晶は、タングステン、またはタングステン合金から形成され、このタングステン合金は、トリウムを１％まで、およびレニウム、タンタル、およびニオブのうちの少なくとも１つを１０％まで含む。
【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，他２名，「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、３８  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７４、１９８１年
【非特許文献２】Ｊｏｈｎ  Ｊ．Ｗａｙｍｏｕｔｈ，「Ｗｈｅｒｅ  Ｗｉｌｌ  ｔｈｅ  Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌａｍｐｓ  Ｃｏｍｅ  Ｆｒｏｍ？」（英国）Ｆｉｆｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ａｌｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，１９８９年９月１０〜１４日、２２−２５頁および図２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の従来の方法は、微小空洞を形成し、そして光の放射率を改善するが、これらは複雑であり、かつ費用がかかる。これらの方法のいずれも、費用および効率が重要な要因である大量生産の環境には適切でない。その結果、大量生産の環境に適切な、フィラメントに微小空洞を作製する方法に対する必要性が、依然として存在する。  
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、微小空洞形成デバイスを形成し、この微小空洞形成デバイスは、以下：
加熱されたフィラメントワイヤの表面に微小空洞を形成する、微小空洞形成手段であって、
この微小空洞形成手段は、フィラメントワイヤの長さ寸法に沿って、表面と係合するための歯のアレイを備える、微小空洞形成手段、および
このフィラメントワイヤをこの長さ寸法に沿って引き出す、引き出し手段、
を備え、ここで、この引き出し手段は、フィラメントワイヤを長さ寸法に沿って引き出し、そして歯のアレイは、フィラメントワイヤの表面に係合して、微小空洞を形成する。
【００１６】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、以下：
一対のローラであって、各ローラが、他方のローラに対向して、長手方向軸上に回転可能に配置されている、ローラ、
この一対のローラの各ローラの外側表面の円周上に形成された、少なくとも１つの凹部であって、この一対のローラの一方のローラの凹部は、この一対のローラの他方のローラの凹部と整列して、横断スロットを形成している、凹部、
を備え、そして
上記歯のアレイは、この凹部の各々から突出しており、
ここで、一対のローラがそれぞれの長手方向軸上で回転するにつれて、加熱されたフィラメントワイヤが横断スロットを通して引き出され、そして歯のアレイがフィラメントワイヤと係合して、このフィラメントワイヤに上記微小空洞を形成する。
【００１７】
１つの実施形態において、上記歯のアレイは、上記凹部から円周上で突出する、少なくとも２列の歯のアレイを備える。
【００１８】
１つの実施形態において、上記ローラは、炭化ケイ素で作製されている。
【００１９】
１つの実施形態において、上記歯のアレイの各歯は、０．２〜１．５ミクロンの高さ、および０．２〜１．５ミクロンの幅の断面を有する。
【００２０】
１つの実施形態において、上記歯のアレイの各歯は、０．５〜０．７５ミクロンの高さ、および０．５〜０．７５ミクロンの幅の断面を有する。
【００２１】
１つの実施形態において、上記歯のアレイの各歯は、０．５ミクロンの高さ、および０．５ミクロンの幅の断面を有する。
【００２２】
１つの実施形態において、上記歯のアレイの各歯の間の間隔は、この歯の幅の１〜２倍の範囲である。
【００２３】
１つの実施形態において、上記フィラメントワイヤに形成される各微小空洞は、上記歯の幅の約１．５倍の断面幅を有する。
【００２４】
１つの実施形態において、上記フィラメントワイヤに形成される各微小空洞は、上記歯の高さの約０．６倍の深さを有する。
【００２５】
１つの実施形態において、上記アレイにおける各歯は、炭化ケイ素で作製されている。
【００２６】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、以下：
第一の対のローラであって、この第一の対の各ローラが、それぞれの長手方向軸上に回転可能に配置されており、それぞれの長手方向軸の各々が、他方の長手方向軸に対向している、第一の対のローラ、
第二の対のローラであって、この第二の対の各ローラが、それぞれの横断軸上に回転可能に配置されており、それぞれの横断軸の各々が、他方の横断軸に対向しており、この第二の対のローラは、第一の対のローラの下流に配置されている、第二の対のローラ、
第一の対および第二の対の各ローラの外側表面で円周上に形成された、凹部、
を備え、
第一の対のローラの凹部が、第二の対のローラの凹部に対して実質的に９０°の角度で整列されており、各対のローラの凹部が、断面スロットを形成しており、
上記歯のアレイが、凹部の各々から突出しており、
ここで、第一の対および第二の対のローラがそれぞれ、長手方向軸上および横断軸上で回転するにつれて、加熱されたフィラメントワイヤが、スロットの各々を通して引き出され、そして歯のアレイが、このフィラメントワイヤと係合して、このフィラメントワイヤに上記微小空洞を形成する。
【００２７】
１つの実施形態において、上記ローラは、炭化ケイ素で作製されている。
【００２８】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、以下：
第一の対の対向するローラであって、第一の長手方向軸に沿った回転のために設置されており、そして横断方向に移動する加熱されたフィラメントワイヤを下流方向で回転可能に受容するように配置されている、第一の対の対向するローラ、
第二の対の対向するローラであって、第二の長手方向軸に沿った回転のために設置されており、そして移動する加熱されたフィラメントワイヤを回転可能に受容するように、第一の対のローラの下流に配置されており、第二の長手方向軸は、第一の長手方向軸から角度を付けて配置されている、第二の対の対向するローラ、
を備え、
各対向するローラは、各ローラの外側表面から円周上で突出する歯のアレイを備え、
この対のローラは、移動するフィラメントワイヤを回転可能に受容し、そしてこの歯のアレイは、このフィラメントワイヤと係合して、このフィラメントワイヤに微小空洞を形成する。
【００２９】
１つの実施形態において、上記ローラは、炭化ケイ素で作製されている。
【００３０】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、以下：
第三の対の対向するローラであって、第三の長手方向軸に沿った回転のために設置されており、そして移動する加熱されたフィラメントワイヤを回転可能に受容するように、第二の対のローラの下流に配置されており、第三の長手方向軸は、上記第二の長手方向軸から角度を付けて配置されている、第三の対の対向するローラ
を備える。
【００３１】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、以下：
第一の対のローラの周りに延びる第一の無限軌道であって、ここで、この第一の対のローラは、長手軸次元に沿って、この第一の対のローラの周りで、第一の無限軌道に対して移動を伝える、第一の無限軌道、
第二の対のローラの周りに延びる第二の無限軌道であって、ここで、この第二の対のローラは、長手軸次元に沿って、この第二の対のローラの周りで、第二の無限軌道に対して移動を伝える、第二の無限軌道、  
を備え、
第一の無限軌道および第二の無限軌道は、上記加熱されたフィラメントワイヤを支持するように配置されており、そして
上記歯のアレイが、第一の無限軌道および第二の無限軌道から突出しており、
ここで、第一の無限軌道および第二の無限軌道が、長手軸次元に沿って、加熱されたフィラメントワイヤと共に移動するよう適合されており、そして歯のアレイは、移動するフィラメントワイヤと係合して、このフィラメントワイヤに上記微小空洞を形成する。
【００３２】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、さらに、以下：
各々が、それぞれ第三の対のローラおよび第四の対のローラの周りに延びる、第三の無限軌道および第四の無限軌道であって、この第三の無限軌道および第四の無限軌道に、上記フィラメントワイヤの長手軸次元に沿った移動を伝えるためのものであり、
第三の無限軌道および第四の無限軌道は、フィラメントワイヤを支持するように配置されており、そして上記第一の無限軌道および第二の無限軌道の下流に、この第一の無限軌道および第二の無限軌道に対して垂直に配置されている、第三の無限軌道および第四の無限軌道、ならびに
第三の無限軌道および第四の無限軌道からそれぞれ突出している、別の歯のアレイ、
を備え、
第三の無限軌道および第四の無限軌道が、上記長手軸次元に沿って、フィラメントワイヤと共に移動するよう適合されており、そして別の歯のアレイが、移動するフィラメントワイヤと係合して、このフィラメントワイヤに微小空洞を形成する。
【００３３】
１つの実施形態において、上記引き出し手段は、以下：
上記第一の対のローラおよび第二の対のローラを回転させる、駆動手段、
を備え、
この第一の対のローラおよび第二の対のローラがこの駆動手段によって駆動される場合に、上記第一の無限軌道および第二の無限軌道が、上記フィラメントワイヤを引き出す。
【００３４】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、以下：
第一の対の対向するプレスであって、ここで、対向するプレスの各々が、フィラメントワイヤの外側表面の一部に一致する、第一の輪郭付きプレートを備え、このフィラメントワイヤが、長手方向軸を有し、
第一の対の対向するプレスが、第一の横断軸で移動するよう適合されている、第一の対の対向するプレス；
第一の対の対向するプレスから長手方向軸に沿って下流に配置される、第二の対の対向するプレスであって、ここで、対向するプレスの各々が、フィラメントワイヤの外側表面の別の部分に一致する、第二の輪郭付きプレートを備え、
第二の対の対向するプレスは、第二の横断軸で移動するよう適合されており、第二の横断軸は、第一の横断軸から角度を付けて配置されている、第二の対の対向するプレス、  
を備え；そして
上記歯のアレイは、第一の輪郭付きプレートおよび第二の輪郭付きプレートの各々から外向きに突出しており；
加熱されたフィラメントワイヤが、長手方向軸に沿って移動され、そして第一の対の対向するプレスおよび第二の対の対向するプレスが、それぞれ、第一の横断軸および第二の横断軸において移動され、そして歯のアレイが、加熱されたフィラメントワイヤに係合して、上記微小空洞を形成する。
【００３５】
１つの実施形態において、上記対向するプレスは、炭化ケイ素で作製されている。
【００３６】
１つの実施形態において、上記引き出し手段は、上記長さ寸法に沿ったそれぞれ上記フィラメントワイヤの引き出しを開始および停止させるための、開始制御器および停止制御器を備え、そして上記デバイスが、さらに、以下：
上記第一の対の対向するプレスおよび第二の対の対向するプレスの移動を、フィラメントワイヤの引き出しの開始および停止と同期させる、同期手段、
を備え、
連続して、引き出し手段は、フィラメントワイヤを引き出し、そしてこのフィラメントワイヤの引き出しを停止し、そして第一の対の対向するプレスおよび第二の対の対向するプレスが、このフィラメントワイヤに係合する。
【００３７】
１つの実施形態において、上記微小空洞形成手段は、さらに、以下：
上記第二の対の対向するプレスから長手方向軸に沿って下流に配置される、第三の対の対向するプレスであって、各対向するプレスは、上記フィラメントワイヤの外側表面の別の部分に一致する、第三の輪郭付きプレートを備え、
この第三の対の対向するプレスは、第三の横断軸において移動するよう適合されており、そしてこの第三の横断軸は、上記第二の横断軸から角度を付けて配置されている、第三の対の対向するプレス；ならびに
各第三の輪郭付きプレートから外向きに突出する、歯のアレイ、
を備え；
加熱されたフィラメントが、長手方向軸に沿って移動され、そして第三の対の対向するプレスが、第三の横断軸において移動し、そして歯のアレイが、加熱されたフィラメントワイヤと係合して、上記微小空洞を形成する。
【００３８】
別の実施形態において、本発明は、フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
（ａ）一対のローラの各ローラを、他方のローラに対向させて長手方向軸上に配置する工程であって、ここで、各ローラが、外側表面に円周上に形成された凹部を備え、そして各それぞれの凹部から突出する歯のアレイをさらに備える、工程；
（ｂ）それぞれの凹部を整列させて、横断スロットを形成する工程；
（ｃ）各ローラを、それぞれの長手方向軸上で回転させる工程；
（ｄ）加熱されたフィラメントワイヤを、横断スロットを通して引き出す工程；および
（ｅ）工程（ｃ）において各ローラが回転するにつれて、歯のアレイを加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、フィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する。
【００３９】
別の実施形態において、本発明は、フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
（ａ）第一の対のローラの各ローラをそれぞれの長手方向軸上で互いに対向させて配置させる工程であって、各ローラは、外側表面に円周上に形成された凹部を備え、そしてさらに、各それぞれの凹部から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｂ）第一の対のローラの下流で、第二の対のローラの各ローラを、それぞれの横断軸上で、第二の対のローラの他方のローラに対向させて配置する工程であって、各ローラが、外側表面に円周上に形成された凹部を備え、そしてさらに、各それぞれの凹部から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｃ）第一の対のローラの凹部を、第二の対のローラの凹部に対して実質的に９０℃で整列させる工程であって、各対のローラの凹部が、断面スロットを形成する、工程；
（ｄ）加熱されたフィラメントワイヤを、各スロットに通して引き出す工程；ならびに
（ｅ）各スロットに通して各加熱されたフィラメントワイヤを引き出すことに応答して各ローラが回転するにつれて、歯のアレイを加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、このフィラメントに微小空洞を形成する工程、
を包含する。
【００４０】
別の実施形態において、本発明は、フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
（ａ）第一の対の対向するローラの下流で、第二の対の対向するローラを配置する工程であって、この第一の対のローラおよび第二の対のローラの各ローラが、各対向するローラの外側表面から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｂ）第一の対の対向するローラおよび第二の対の対向するローラを、それぞれ第一の長手方向軸および第二の長手方向軸に沿って整列させる工程であって、第一の長手方向軸および第二の長手方向軸が、互いから角度を付けて配置されている、工程；
（ｃ）対の対向するローラの各ローラを回転させる工程；
（ｄ）加熱されたフィラメントワイヤを、対の対向するローラを通して引き出す工程；ならびに
（ｅ）工程（ｃ）において各ローラが回転するにつれて、歯のアレイを加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、このフィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する。
【００４１】
１つの実施形態において、本発明の方法は、さらに、以下の工程：
（ｆ）上記第二の対の対向するローラの下流に、第三の対の対向するローラを配置する工程であって、この第三の対の対向するローラの各ローラが、各対向するローラの外側表面から突出する歯のアレイを備える、工程；
（ｇ）第三の対の対向するローラを、第三の長手方向軸に沿って整列させる工程であって、この第三の長手方向軸が、上記第一の長手方向軸および第二の長手方向軸から角度を付けて配置される、工程、
を包含する。
【００４２】
別の局面において、本発明は、フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
（ａ）第一の無限軌道および第二の無限軌道を配置して、この第一の無限軌道と第二の無限軌道との間に、複数の加熱されたフィラメントワイヤを支持する工程であって、この第一の無限軌道および第二の無限軌道の各々が、それぞれ、第一の対のローラおよび第二の対のローラの周りに延び、そしてこの第一の無限軌道および第二の無限軌道の各表面から突出する複数の歯を備える、工程；
（ｂ）この第一の対のローラおよび第二の対のローラを回転させて、長手方向軸に沿って、この第一の無限軌道および第二の無限軌道に移動を伝える工程；
（ｃ）加熱されたフィラメントワイヤを、第一の無限軌道と第二の無限軌道との間で引き出す工程；ならびに
（ｄ）第一の無限軌道および第二の無限軌道を移動するにつれて、複数の歯を加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、このフィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する。
【００４３】
別の局面において、本発明は、フィラメントワイヤに微小空洞を作製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
（ａ）第二の対の対向するプレスを、第一の対の対向するプレスから長手方向軸に沿って下流に配置する工程であって、各対向するプレスは、輪郭付きプレートから突出する歯のアレイを有する輪郭付きプレートを備える、工程；
（ｂ）対向するプレスの第一の対および第二の対を、それぞれ第一の横断軸および第二の横断軸に沿って、対向させて移動させる工程であって、この第一の横断軸は、第二の横断軸から角度を付けて配置されている、工程；
（ｃ）加熱されたフィラメントワイヤを、長手方向軸に沿って、対の対向するプレスの輪郭付きプレート間で引き出す工程；ならびに
（ｄ）歯のアレイを加熱されたフィラメントワイヤと係合させて、加熱されたフィラメントワイヤに微小空洞を形成する工程、
を包含する。
【００４４】
１つの実施形態において、本発明の方法は、さらに、以下の工程：
（ｅ）上記第二の対の対向するプレスから、上記長手軸方向に沿って下流に、第三の対の対向するプレスを配置する工程であって、各対向するプレスが、このプレスから突出する歯のアレイを有する輪郭付きプレートを備える、工程；ならびに
（ｆ）第三の対の対向するプレスを、対向させて、第三の横断軸に沿って移動させる工程であって、この第三の横断軸が、上記第一の横断軸および第二の横断軸に対して角度を付けて配置されている、工程；
を包含する。
【００４５】
別の局面において、本発明は、加熱されたフィラメントワイヤに微小空洞を形成するためのローラを作製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
（ａ）炭化ケイ素で、円筒形構造体の外側表面を形成する工程；および
（ｂ）この外側表面から歯のアレイを円周上に突出させる工程であって、このアレイの各歯が、炭化ケイ素から作製される、工程、
を包含する。
【００４６】
１つの実施形態において、上記外側表面を形成する工程は、少なくとも１つの円周上凹部を含むように外側表面を成形する工程、および
歯のアレイを成形された円周上凹部から突出させる工程、
を包含する。
【００４７】
加熱されたフィラメントワイヤの表面に微小空洞を作製する、微小空洞形成手段を備える、微小空洞形成デバイスが提供される。この微小空洞形成手段は、フィラメントワイヤの長さ寸法に沿って表面と係合するための、歯のアレイを備える。このデバイスは、フィラメントワイヤをその長さ寸法に沿って引き出す、引き出し手段をさらに備える。この引き出し手段は、このフィラメントワイヤをその長さ寸法に沿って引き出し、そしてこの歯のアレイは、フィラメントワイヤの表面と係合して、微小空洞を形成する。
【００４８】
（発明の要旨）
微小空洞形成デバイスが提供され、このデバイスは、加熱されたフィラメントワイヤの表面に微小空洞を作製するための、微小空洞形成手段を備える。この微小空洞形成手段は、フィラメントワイヤの長さ寸法に沿った表面に係合するための、歯のアレイを備える。このデバイスは、長さ寸法に沿ってフィラメントワイヤを引き出す、引き出し手段をさらに備える。この引き出し手段は、フィラメントワイヤを長さ寸法に沿って引き出し、そして歯のアレイがこのフィラメントワイヤの表面に係合して、微小空洞を形成する。
【００４９】
本発明は、添付の図面と組み合わせて読まれる場合に、以下の詳細な説明から最もよく理解される。通常の実施に従って、図面の種々の特徴は、同一縮尺ではないことが、強調される。対照的に、種々の特徴の寸法は、明瞭にするために、任意に拡大または縮小される。図面には、以下の図が含まれる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、大量生産の環境に適切な、フィラメントに微小空洞を作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
（発明の詳細な説明）
本発明の実施形態の好ましい特徴は、ここで図面を参照して記載される。本発明は、例示のため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。また、図面は、特定の縮尺または割合にしていないことが意図される。本明細書中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ことが企図される。
【００５２】
図１を参照すると、タングステンフィラメント製造システム１０は、ヒータ１４、スエージ加工デバイス（ｓｗａｇｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）１８、微小空洞形成デバイス２２、引き出しデバイス２６、カッター２８、および巻取りデバイス３２を備える。操作時に、タングステン材料１２は、ヒータ１４により加熱されて、加熱タングステン材料１６を形成する。このタングステンは、ヒータ１４により可鍛温度（１２００℃〜１５００℃）まで加熱される。得られたタングステン材料１６は、スエージ加工デバイスを利用して引っ張られて、タングステン材料の直径を減少させる。加熱工程および引き出し工程は、必要な直径（代表的には、２．５４ｍｍと６．３５ｍｍとの間）の加熱タングステンワイヤ２０が形成されるまで、反復される。微小空洞形成デバイス２２は、加熱タングステンワイヤ２０の外表面上に微小空洞４８を形成するように適合される。同期装置２７は、微小空洞形成デバイス２２の動きと、引き出しデバイス２６の動きとを同期化させる。カッター２８は、微小空洞形成したワイヤ２４を、最終的な所望の長さに切断し、それによって微小空洞形成したフィラメント３０を形成する。最終的に、微小空洞形成したフィラメント３０は、巻取りデバイス３２によって巻き取られて、フィラメントコイル３４を形成する。本発明は、微小空洞形成デバイス２２のいくつかの実施形態を包含し、以下に詳細に議論する。
【００５３】
理解されているように、タングステンフィラメント製造システム１０は、引き出しデバイス２６の使用なくして操作し得る。微小空洞形成デバイス２２は、後に図７に例示される実施形態に関して説明されるように、引き出しデバイス２６の機能を複製し得る。
【００５４】
図２を参照すると、微小空洞形成デバイス２２の実施形態が例示される。微小空洞形成デバイス２２は、１対の凹型ローラー３８、４０を備える。各ローラー３８、４０は、それぞれ、他方のローラーと対向した長手方向軸ＡおよびＢに対して回転可能に配置される。凹部４６は、各ローラー３８、４０の外表面５０の外周に形成される。ローラー３８および４０は、一方のローラーの凹部４６が、他方のローラーの凹部４６と整列し、それにより、横断スロット５２（図３に例示される）を形成するように配置される。一連の歯５４は、ローラー３８および４０の凹部４６の各々から突出している。
【００５５】
図３は、ローラー３８および４０の凹部４６の断面図である。歯５４は、示されるように、凹部の各々から半径方向に延びる。歯５４は、加熱タングステンフィラメントワイヤ２０を係合して、横断スロットを通じて引っ張られるときに、このワイヤに微小空洞を形成する。歯５４の高さ（ｘ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、最も好ましくは、０．５ミクロンである。歯５４の幅（ｙ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、最も好ましくは、０．５ミクロンである。
【００５６】
操作時に、加熱タングステンワイヤ２０は、スエージ加工デバイス１８を出て、微小空洞形成デバイス２２の凹型ローラー３８および４０を通って、引き出しデバイス２６により引っ張られる。ローラー３８および４０は、それぞれの長手方向軸ＡおよびＢに対して回転する。加熱フィラメントワイヤ２０は、ローラー３８とローラー４０との間の横断スロット５２を通して引っ張られる。加熱プロセスによる可鍛性の増大に起因して、歯５４が加熱タングステンワイヤ２０の表面と係合すると、微小空洞４８が、そのワイヤの外表面に形成される。
【００５７】
図２に例示されるように、微小空洞形成デバイス２２は、同時に、１〜５本の加熱タングステンワイヤ２０を加工し得る。１対のローラーにおける横断スロットの数を増やすことによって、同時により多くのワイヤが加工され得ることが理解される。
【００５８】
図２はまた、１対のローラーの凹部から外周方向に突出している４列の歯を備える、一連の歯５４を例示する。しかし、本発明は、別の列数の歯を有し得る。さらに、各並びの長手軸方向の寸法および横断方向の寸法の各歯の間の間隔は、歯の幅の１〜２倍の範囲であり得る。
【００５９】
理解されるように、ローラー３８とローラー４０との間の垂直方向の間隔は、軸Ｂに対して軸Ａを動かすことにより調節され得る。垂直方向の間隔は、フィラメントワイヤ２０の直径サイズ、および微小空洞４８の所望の深さに依存して、調節され得る。微小空洞４８の深さは、歯５４の高さ（ｘ）の約０．６倍である。同様に、微小空洞４８の断面の幅は、歯５４の幅（ｙ）の約１．５倍である。
【００６０】
ローラー３８および４０は、炭化ケイ素または加熱タングステンワイヤ２０の温度に持ちこたえ得る任意の他の硬化材料から作製され得、ピコ秒レーザーおよびフェムト秒レーザーを使用して微細加工することにより製作され得る。同様に、歯５４は、炭化ケイ素または任意の他の硬化材料から作製され得、微細加工により製作され得る。
【００６１】
図２の微小空洞形成デバイスは、凹型ローラー３８および４０に対して横断方向かつ下流に配向された、さらなる１対の凹型ローラーを付け加えることにより改変され得る。さらなる対は、凹部４６と同様に対向する凹部を備え得る。これらの２対のローラーは、図４に例示され、この図は、第一対のローラー５６、５８および第二対のローラー６０および６２の断面図を示す。第一対のローラー５６および５８は、それぞれの長手方向軸ＣおよびＤ（各々それぞれの長手方向軸は、他方の長手方向軸と対向する）に対して回転可能に配置される。下流に配置された第二対のローラー６０および６２は、それぞれの横断軸ＥおよびＦ（各々それぞれの横断軸は、他方の横断軸と対向する）に対して回転可能に配置される。本明細書中で使用される場合、用語「下流」とは、製造ラインまたは加工ラインをさらに下ることを意味する。凹部６４は、各ローラー５６、５８、６０および６４の外表面６６の外周上に形成される。第一対のローラー５６および５８の凹部６４は、第二対のローラー６０および６２の凹部６４に対して実質的に９０°で整列されて、横断スロット６８を形成する。一連の歯５４は、凹部の各々から突出している。
【００６２】
歯５４は、示されるように、ローラー５６、５８、６０および６２の凹部４６の各々から半径方向に延びる。歯５４（この歯は、図３の歯５４と同じであり得る）は、加熱タングステンフィラメントワイヤが微小空洞形成デバイス２２を通過したときに、このワイヤに微小空洞４８を形成する。操作時に、加熱タングステンワイヤ２０は、スエージ加工デバイス１８を出て、微小空洞形成デバイス２２の凹型ローラー５６、５８、６０および６２を通って、引き出しデバイス２６により引っ張られる。ローラー５６、５８、６０および６２は、それら各々の長手方向軸Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦに対して回転する。加熱フィラメントワイヤ２０は、ローラー５６、５８、６０および６２の間の横断スロット６８を通して引っ張られる。加熱プロセスによる可鍛性の増大に起因して、歯５４は、加熱タングステンワイヤ２０の表面に係合すると、微小空洞４８がそのワイヤの外表面に形成される。
【００６３】
理解されるように、ローラー５６とローラー５８との間の間隔は、軸Ｃを軸Ｄに対して動かすことにより調節され得る。同様に、ローラー６０とローラー６２との間の間隔は、軸Ｅを軸Ｆに対して動かすことにより調節され得る。ローラー５６、５８、６０および６２の間のこのような間隔は、フィラメントワイヤの直径サイズ、および微小空洞の所望の深さに依存して、調節され得る。
【００６４】
ローラー５６、５８、６０および６２は、炭化ケイ素または加熱タングステンワイヤ２０の温度に持ちこたえ得る任意の他の硬化材料から作製され得る。同様に、歯５４は、炭化ケイ素または任意の他の硬化材料から作製され得、微細加工により製作され得る。
【００６５】
次に図５を参照すると、微小空洞形成デバイス２２のさらなる実施形態が例示される。示されるように、微小空洞形成デバイス２２は、第一長手方向軸Ｇに沿った回転のために取り付けられ、横断下流方向Ｈに動く加熱ワイヤ２０を回転可能に受容するように配置された第一対の対向するローラー７０を備える。第二対の対向するローラー７２は、第二長手方向軸Ｉに沿った回転のために取り付けられ、第一対のローラー７０から下流の方向Ｈに配置されて、動いている加熱ワイヤ２０を回転可能に受容する。第二長手方向軸Ｉは、第一長手方向軸Ｇとは角度がずらされる。第三対の対向するローラー７４は、第三長手方向軸Ｊに沿った回転のために取り付けられ、第二対のローラー７２から下流の方向Ｈに配置されて、動いている加熱ワイヤ２０を回転可能に受容する。第三長手方向軸Ｊは、第二長手方向軸Ｉとは角度がずらされる。各対向するローラーは、各対７０、７２、および７４の各ローラーの外表面７６から外周方向に突出した一連の歯５４を備える。
【００６６】
歯５４は、示されるように、３対の対向するローラー７０、７２、および７４の外表面７６の各々から半径方向に延びる。歯５４は、加熱タングステンフィラメントワイヤ２０が微小空洞形成デバイス２２を通過したときに、このワイヤに微小空洞４８を形成する。歯５４の高さ（ｘ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、最も好ましくは、０．５ミクロンである。歯５４の幅（ｙ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、最も好ましくは、０．５ミクロンである。
【００６７】
操作時に、加熱ワイヤ２０は、スエージ加工デバイス１８を出て、微小空洞形成デバイス２２の３対の対向するローラー７０、７２および７４を通って、引き出しデバイス２６により引っ張られる。対向するローラー７０、７２および７４は、それらそれぞれの長手方向軸Ｇ、ＩおよびＪに沿って回転する。加熱フィラメントワイヤ２０は、対になった対向するローラー７０、７２、および７４の間の空間７８を通して下流方向Ｈに引っ張られる。加熱プロセスにより引き起こされる可鍛性の増大に起因して、歯５４が加熱タングステンワイヤ２０の表面と接触すると、微小空洞４８が、そのワイヤの外表面に形成される。
【００６８】
図６は、図５に示される３対の対向するローラー７０、７２、および７４の端から見た図である。第一対の対向するローラー７０は、互いに平行に配置され、加熱ワイヤ２０の移動の経路に対して垂直である。第二対の対向するローラー７２は、互いに平行に配置され、加熱ワイヤ２０の移動の経路に対して垂直である。さらに、第二対の対向するローラー７２の第二長手方向軸Ｉは、第一対の対向するローラー７０の第一長手方向軸Ｇに対して約３１５°／１３５°回転するように配向される。第三対の対向するローラー７４は、互いに平行に配置され、加熱ワイヤ２０の移動の経路に対して垂直である。第三対の対向するローラー７４の第三長手方向軸Ｊは、第一対の対向するローラー７０の第一長手方向軸Ｇに対して約４５°／２２５°回転するように配向される。
【００６９】
図５に例示されるように、微小空洞形成デバイス２２は、所定の時間で加熱タングステンワイヤ２０の単一の要素を加工する。しかし、微小空洞形成デバイス２２は、１本を超えるタングステンワイヤを加工するように改変され得ることが理解される。微小空洞形成デバイス２２はまた、３対を超える対向するローラーを備え、各々の対が、他の対から角度がずらされるように改変され得る。このようにして、微小空洞のより均一な分布が、タングステンワイヤ上に形成され得る。
【００７０】
図５および６はまた、各対の対向するローラーの外表面から外周方向に突出した２列の歯を備える、一連の歯５４を例示する。しかし、本発明は、２列を超える歯を有し得る。各並びの長手軸方向の寸法および横断方向の寸法の各歯の間の間隔は、歯の幅の１〜２倍の範囲であり得る。
【００７１】
理解されるように、対７０、７２および７４の各々の対向するローラー間の空間７８は、フィラメントワイヤの直径サイズおよび微小空洞の所望の深さに依存して、適合され得る。
【００７２】
対７０、７２および７４の各々の対向するローラーは、炭化ケイ素または加熱されたタングステンワイヤ２０の温度に耐え得る任意の他の硬化物質から作製され得る。同様に、歯５４は、炭化ケイ素または他の任意の硬化物質から作製され得る。
【００７３】
次に図７を参照すると、微小空洞形成デバイス２２の別の実施形態が例示される。微小空洞形成デバイス２２は、第一のローラー対８２および８４の周りに延びる第一の無限軌道８０を備え、そして長手軸次元Ｋに対して並行に、そしてローラー８２、８４の周りでの時計回りの移動のために位置づけられる。ローラー８２および８４は、第一の無限軌道８０を動かすための駆動デバイス（示さず）に機械的かつ電気的に接続される。第二の無限軌道８６は、第二のローラー対８８および９０の周りに延びる。第二の無限軌道８６は、第一の無限軌道８０と類似し、そして長手軸次元Ｋに対して並行に、そして第二のローラー対８８および９０の周りで時計周りに移動するように適合される。第二対のローラー８８および９０もまた、第二の無限軌道８６を動かすための駆動デバイス（示さず）に機械的かつ電気的に接続される。第一の無限軌道８０および第二の無限軌道８６は、空間９２において複数の加熱ワイヤ２０を支持するように位置づけられる。複数の歯５４が、第一の無限軌道８０および第二の無限軌道８６から突出する。
【００７４】
示されるように、歯５４は、無限軌道８０および８６から垂直に延びる。歯５４は、加熱タングステンフィラメントワイヤ２０が微小空洞形成デバイス２２を通過する際に、この加熱タングステンフィラメントワイヤ２０中に微小空洞４８を形成する。歯５４の高さ（ｘ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、そして最も好ましくは０．５ミクロンである。歯５４の幅（ｙ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、そして最も好ましくは０．５ミクロンである。
【００７５】
作動の際に、加熱タングステンワイヤ２０は、スエージ加工デバイス１８を出て、そして微小空洞形成デバイス２２の無限軌道８０と８６との間で、引き出しデバイス２６によって引き出される。ローラー８２、８４、８８および９０は、そのそれぞれの長手方向軸に対して回転し、無限軌道８０および８６に長手軸次元Ｋに沿った移動を付与する。加熱フィラメントワイヤ２０は、無限軌道８０と８６との間の空間９２を通して引き出される。加熱プロセスによって引き起こされる展性の増加に起因して、歯５４が加熱タングステンワイヤ２０の表面に接触する場合、微小空洞４８が、その外部表面に形成される。
【００７６】
理解されるように、長手軸次元Ｋに沿った無限軌道８０および８６の移動は、引き出しデバイス２６の機能を倍加し得る。従って、図７に例示される実施形態は、引き出しデバイス２６を必要とせずに、以前に記載されたのと同じ様式で操作され得る。言い換えると、加熱タングステンワイヤ２０は、スエージ加工デバイス１８を出て、そして無限軌道８０および８６に付与された長手軸次元Ｋに沿った移動によって、無限軌道８０と８６との間で引き出される。
【００７７】
図７に例示されるように、微小空洞形成デバイス２２は、１つ〜３つの加熱タングステンワイヤ２０を同時に処理し得る。微小空洞形成デバイス２２は、３つより多くのタングステンワイヤを同時に処理するように改変され得ることが理解される。
【００７８】
図７はまた、無限軌道８０および８６から垂直に突出する３列の歯を含むように、歯５４のアレイを示す。ここで、一列の歯は、１本のタングステンワイヤに係合する。しかし、本発明は、アレイ中に配置されるいくつかの列の歯を備えるように改変され得、ここで、各アレイは、１本のフィラメントワイヤに係合して、このフィラメントワイヤ中にいくつかの列の微小空洞を対応して形成する。
【００７９】
理解されるように、無限軌道８０と８６との間の空間９２は、フィラメントワイヤの直径サイズおよび微小空洞の所望の深さに依存して調節され得る。
【００８０】
無限軌道８０および８６は、加熱タングステンワイヤ２０の温度に耐え得る、可撓性のコンベヤ型（ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ−ｔｙｐｅ）材料（例えば、ＸＹＺ）から作製され得る。歯５４は、炭化ケイ素または他の任意の硬化物質から作成され得、そしてピコ秒またはフェムト秒のレーザーを使用する微小加工システムによって製造され得る。
【００８１】
図７の微小空洞形成デバイスは、図７Ａの端面図において示されるように、横向きであり、そして無限軌道８０および８６から下流に向くさらなる無限軌道対を追加することによって、改変され得る。このような配置は、１つのタングステンワイヤを同時に処理し得る。第三の無限軌道８７および第四の無限軌道８９（各々、それぞれ第三のローラー対９１および９３、ならびに第四のローラー対９５および９７の周りに延びる）は、フィラメントワイヤ２０の長手軸次元Ｋに沿った移動を第三の無限軌道８７および第四の無限軌道８９に付与する。第三の無限軌道８７および第四の無限軌道８９は、フィラメントワイヤ２０を支持するように位置付けられる。さらに、第三の無限軌道８７および第四の無限軌道８９は、第一の無限軌道８０および第二の無限軌道８６の下流に、そしてこの第一の無限軌道８０および第二の無限軌道８６に対して垂直に、位置付けられる。歯５４の別のアレイが、第三の無限軌道８７および第四の無限軌道８９からそれぞれ突出する。第一の無限軌道８０および第二の無限軌道８６と同様に、第三の無限軌道８７および第四の無限軌道８９は、長手軸次元Ｋに沿ってフィラメントワイヤ２０を移動させるように適合され、そして他のアレイの歯は、フィラメントワイヤ２０中に微小空洞４８を形成するように、移動するフィラメントワイヤ２０に係合する。
【００８２】
次に図８を参照すると、微小空間形成デバイス２２のさらなる実施形態が例示される。示されるように、微小空洞形成デバイス２２は、第一の対向プレス対９２を備え、ここで、各対向プレスは、フィラメントワイヤ２０の外部表面の一部に適合する、第一の輪郭付けされたプレート９４を備え、このワイヤは、長手方向軸Ｎに沿って引かれる。第一の対向プレス対９２は、往復移動する駆動デバイス（示さず）に機械的に接続され、そして第一の横断軸Ｏを移動するように適合される。第二の対向プレス対９６は、長手方向軸Ｎに沿って、そして第一の対向プレス対９２の下流に位置付けられる。各対向プレスは、フィラメントワイヤ２０の外部表面の別の部分に適合する、第二の輪郭付けされたプレート９８を備える。第二の対向プレス対９６もまた、往復運動する駆動デバイス（示さず）に機械的に接続され、そして第二の横断軸Ｐで移動するように適合され、この第二横断軸Ｐは、第一横断軸Ｏから角度を付けて配置される。歯５４のアレイが、第一の輪郭付けされたプレート９４および第二の輪郭付けされたプレート９８の各々から外向きに突出する。
【００８３】
示されるように、歯５４は、第一の輪郭付けされたプレート９４および第二の輪郭付けされたプレート９８から半径方向に延びる。歯５４は、加熱タングステンフィラメントワイヤ２０に係合する際に、このフィラメントワイヤに微小空洞４８を形成する。歯５４の高さ（ｘ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、そして最も好ましくは０．５ミクロンである。歯５４の幅（ｙ）は、好ましくは、０．５〜０．７５ミクロンであり、そして最も好ましくは０．５ミクロンである。
【００８４】
作動の際に、加熱タングステンワイヤ２０は、スエージ加工デバイス１８を出、そして微小空洞形成デバイス２２の第一の対向プレス対９２および第二の対向プレス対９６を通して、引き出しデバイス２６によって引き出される。引き出しデバイス２６は、長手軸次元Ｎに沿ったフィラメントワイヤ２０の引き出しを、開始および停止するための、ぞれぞれ、開始制御および停止制御を備える。第一の対向プレス対９２は、加熱ワイヤ２０に向かって、第一横断軸Ｏに沿って移動し、そして同様に、第二の対向プレス対９６は、加熱ワイヤ２０に向かって、第二横断軸Ｐに沿って移動する。第一の対向プレス対９２および第二の対向プレス対９６のこのような移動は、フィラメントワイヤ２０の引き出しを開始および停止することと同調する。連続して、引き出しデバイス２６は、フィラメントワイヤ２０を引き出し、フィラメントワイヤ２０の引き出しを停止し、そして対向プレス９２および９６の輪郭付けされたプレート９４および９８が、加熱ワイヤ２０に係合する。加熱プロセスによって引き起こされる展性の増大に起因して、歯５４が加熱ワイヤの表面に接触する場合に、微小空洞４８がワイヤの外側表面に形成される。次いで、対向プレス９２および９６は、微小空洞が形成されたタングステンフィラメント材料２４から、それぞれの横断軸ＯおよびＰに沿って離れる。
【００８５】
図８は、２つの対向プレス対９２および９６を含むような、微小空洞形成デバイス２２を例示する。しかし、本発明は、さらなる対向プレス対を備えるように改変され得、各々の対向プレス対は、別個の横断軸に沿って移動し、その結果、さらなる微小空洞が、フィラメントワイヤの表面の周りに形成され得る。例えば、さらなる対向プレス対１００が、図８Ａの端面図に例示される。
【００８６】
各対９２および９６の対向プレスは、炭化ケイ素または繰り返されるスタンプ圧力および加熱タングステンワイヤ２０の温度に耐え得る他の任意の硬化物質から作製され得る。同様に、歯５４は、炭化ケイ素または他の任意の硬化物質から作製され得る。
【００８７】
本発明は、費用および効率が重要な要素である大量製造環境に適切であるような、フィラメント中に微小空洞を形成する従来方法を超えた改善を提供する。本発明は、複雑かつ費用のかかるレーザーデバイスを必要とせず、そしてその代わりに、微小空洞を形成するために単純な機械的構造を利用する。本発明のさらなる利点は、所定のパターンで多数の微小空洞を作製することである。本発明はまた、従来のフィラメント製造ラインに対する最小の変更しか伴わずに実施され得る。
【００８８】
他の改変が、本発明の範囲（これは、添付の特許請求の範囲において、別途規定される）から逸脱することなしに例示的な実施形態に対してなされ得ることが、理解される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従って、タングステンフィラメントに微小空洞を作製するためのシステムのブロック図である。
【図２】図２は、図１のシステムの一部を形成する微小空洞形成デバイスの斜視図であり、本発明の実施形態に従うローラの対を示す。
【図３】図３は、図２に示されるローラの凹部の断面図であり、本発明の実施形態に従って、タングステンフィラメントに微小空洞を作製するための歯を備える。
【図４】図４は、図２に示される対と類似の、第一の対のローラの凹部、および第一の対を横断して配向される第二の対のローラの凹部の断面図であり、本発明の別の実施形態に従って、タングステンフィラメントに微小空洞を作製するための歯を備える。
【図５】図５は、本発明に従う対向する複数対のローラを備える、微小空洞形成デバイスのなお別の実施形態の斜視図である。
【図６】図６は、図５に示される対向するローラの端面図である。
【図７】図７は、微小空洞形成デバイスのなお別の実施形態の斜視図であり、本発明に従って微小空洞を形成するための、複数のタングステンフィラメントワイヤに係合するための突出する歯を有する１対の無限軌道を備える。
【図７Ａ】図７Ａは、微小空洞形成デバイスの別の実施形態の端面図であり、互いから下流に、そして互いに対して垂直に配置された、２対の無限軌道を備え、両方の対の無限軌道が、本発明に従ってタングステンフィラメントワイヤに係合して微小空洞を形成するための突出する歯を有する。
【図８】図８は、微小空洞形成デバイスのなお別の実施形態の斜視図であり、本発明に従って微小空洞を形成するための、タングステンフィラメントワイヤに係合するための歯を有する複数対の対向するプレスを備える。
【図８Ａ】図８Ａは、微小空洞形成デバイスの別の実施形態の端面図であり、別個の横断軸に沿って移動するよう配置された、３対の対向するプレスを備え、これらの対向するプレスは、タングステンフィラメントワイヤに係合して、本発明に従って微小空洞を形成するための、歯を有する。
【符号の説明】
【００９０】
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
１８  スエージ加工デバイス
２２  微小空洞形成デバイス
２６  引き出しデバイス
２８  カッター
３２  巻取りデバイス
【図１】
2005005248.tif 000003
【図２】
2005005248.tif 000004
【図３】
2005005248.tif 000005
【図４】
2005005248.tif 000006
【図５】
2005005248.tif 000007
【図６】
2005005248.tif 000008
【図７】
2005005248.tif 000009
【図７Ａ】
2005005248.tif 000010
【図８】
2005005248.tif 000011
【図８Ａ】
2005005248.tif 000012