(57)【要約】【課題】  コストおよび効率が重要なファクタである大量製造環境に適している、フィラメントに微小キャビティを作る方法を提供すること。【解決手段】  本発明の微小キャビティをタングステンワイヤに作る微小キャビティ形成デバイスは、粒子ソースと、加熱したタングステンワイヤを受け取るハウジングと、該ハウジングに配置され、十分な力で該粒子を該加熱したタングステンワイヤに吹き掛けて、該粒子を該加熱したタングステンワイヤに埋め込む複数のジェットノズルであって、該粒子は、該加熱したタングステンワイヤに該微小キャビティを形成する、複数のジェットノズルとを含む。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小キャビティをタングステンワイヤに作る微小キャビティ形成デバイスであって、
粒子ソースと、
加熱したタングステンワイヤを受け取るハウジングと、
該ハウジングに配置され、十分な力で該粒子を該加熱したタングステンワイヤに吹き掛けて、該粒子を該加熱したタングステンワイヤに埋め込む複数のジェットノズルであって、該粒子は、該加熱したタングステンワイヤに該微小キャビティを形成する、複数のジェットノズルと
を含む、微小キャビティ形成デバイス。
【請求項２】
前記粒子は、０．３５〜０．７５ミクロンの範囲の大きさを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ハウジングは、取り囲まれた円柱表面を含み、
前記ジェットノズルは、該取り囲まれた円柱表面に環状に配置され、該タングステンワイヤへ前記粒子を吹き掛けるように向いている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記加熱したタングステンワイヤは、前記円柱表面の長さ軸に沿って受け取られ、実質的に前記ハウジングの半径方向中心にあり、
前記ジェットノズルは、該長さ軸に沿った複数の列に配置され、各列は、前記取り囲まれた円柱表面上の別の列から環状に間隔を空けている、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記埋め込まれた粒子を前記タングステンワイヤから取り除く粒子リムーバをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記粒子は、モリブデンを含み、
前記粒子リムーバは、前記タングステンワイヤに埋め込まれた該粒子をモリブデンの融点温度まで加熱するヒータを含み、
これにより、該埋め込まれた粒子は融解されて、該タングステンワイヤから離れる、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記粒子リムーバは、前記タングステンワイヤ内の前記埋め込まれた粒子を溶解する化学溶液を含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
前記粒子リムーバは、前記埋め込まれた粒子を前記タングステンワイヤから吹き落とすブロアーを含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
前記粒子リムーバから下流に配置され、該粒子リムーバが該タングステンワイヤ内の微小キャビティから粒子を取り除いた後に、前記タングステンワイヤをコイル状にするコイリングデバイスをさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記粒子リムーバから上流に配置され、該粒子リムーバが該タングステンワイヤ内の微小キャビティから粒子を取り除く前に、前記タングステンワイヤをコイル状にするコイリングデバイスをさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記粒子は、タンタル、レニウム、モリブデン、タングステン、シリコンカーバイド、希土類元素、ガラスビードまたはそれらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つから作られる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ハウジングは、シリコンカーバイドを含む材料から形成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ハウジングを通って前記タングステンワイヤを引っ張る引っ張りデバイスをさらに含み、
該引っ張りデバイスが該ハウジングを通って該タングステンワイヤを引っ張るときに、前記ジェットノズルは、前記粒子を該タングステンワイヤ上に吹き掛ける、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
微小キャビティをタングステンワイヤに形成する方法であって、
（ａ）加熱したタングステンワイヤをハウジングに受け取るステップと、
（ｂ）該加熱したタングステンワイヤに十分な力で粒子を吹き掛けて、微小キャビティを該タングステンワイヤに形成するステップと
を包含し、
直径０．３５〜０．７５ミクロンの範囲の粒子は、タンタル、レニウム、モリブデン、タングステン、シリコンカーバイド、希土類元素、ガラスビードまたはそれらの任意の組み合わせのいずれか１つから作られる、方法。
【請求項１５】
（ｃ）粒子リムーバによって前記埋め込まれた粒子を取り除くステップをさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
（ｄ）前記埋め込まれた粒子がステップ（ｃ）において取り除かれた後に、前記タングステンワイヤをコイル状にするステップをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
（ｅ）前記埋め込まれた粒子がステップ（ｃ）において取り除かれる前に、前記タングステンワイヤをコイル状にするステップをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ｃ）は、前記加熱したタングステンワイヤを加熱して、前記タングステンワイヤ内の微小キャビティの前記埋め込まれた粒子を溶解するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｃ）は、前記タングステンワイヤの微小キャビティ内にある前記埋め込まれた粒子を化学溶液中で溶かすステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｂ）は、前記タングステンワイヤに粒子を吹き掛けている間に、該タングステンワイヤを引っ張るステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
タングステン材料を融解可能な温度まで加熱するステップと、前記ステップ（ａ）の前に、該タングステン材料を引っ張り、該加熱したタングステンワイヤを形成するステップとを包含する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、フィラメントワイヤに微小キャビティを形成して放射性能を向上させることに関する。より具体的には、この発明は、大量生産環境に適したフィラメントワイヤに微小キャビティを形成するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
発電および電気の購買コストは、世界的に空前の高さに上昇している。これは、特に、電気の供給が制限される発展途上国、および、電気の需要が高い人口の多い国においていえる。この需要によって駆り立てられるのは、エネルギー効率のよい光源を生成し、電気の使用コストを最小化するというかつてないほど多い要求である。
【０００３】
過去２世紀にわたって、科学者および発明者は、コスト対効果が大きく、実用的、長寿命の白熱電球を開発することに努めてきた。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℃／６，１７０°Ｆ）、高温での蒸発率（２，７５７℃／４，９９５°Ｆで１０〜４トール）、スチールよりも大きい引張り強さ等の、照明用途のために好ましい特性を提供することが見出されている。これらの特性により、フィラメントがより高温で加熱可能であり、都合が良いことに寿命が長く、より明るい光を提供する。市販されている白熱光電球のフィラメントにとっては、タングステンは好ましい材料となる。
【０００５】
白熱ランプのフィラメントは、十分な大きさの電流がフィラメントを通過するとき、可視光および不可視光を放出する。しかし、そのフィラメントは、フィラメントエネルギーの比較的少ない割合（通常、６〜１０％）を可視光で放出する。放出されたエネルギーのうちの残りの大部分は、光スペクトルの赤外線領域にあり、熱として失われる。結果的に、通常のタングステンフィラメントの放射効率は、全波長にわたる全放射電力対可視光波長で放出された電力の比によって計測される。これは、比較的小さく、６％より小さい。
【０００６】
白熱フィラメントによって放出された可視光量を増加させる従来の技術は、印加した電流を増加させることによってフィラメントから利用され得るエネルギー量を増加させることに依存する。しかし、その電流は、依然として大きなエネルギー量を無駄にしている。エネルギー消費を増加させることなくより多くの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】
フィラメントの寿命が別の関心事である。タングステンフィラメントは、非常に耐久性が良いが、長期間経った後、大電流が過剰な電子風を引き起こす。これは、電子がボンバードし（ｂｏｍｂａｒｄ）、そのフィラメント内の原子を移動させるときに起こる。この間、この効果により、フィラメントは薄く磨耗し、最終的に破損する。
【０００８】
タングステン等のフィラメント材料の放射効率は、ミクロンよりも小さな大きさであるフィーチャによりフィラメント表面をテクスチャリングすることによって増加し得ることが観察されている。非選択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上にミクロンより小さなフィーチャを形成する方法は、非特許文献１で開示されている。非特許文献１は、タングステンからの可視光の放射率が増加したことによって、放射効率が改善したことを開示している。放射率は、所与の波長における、（タングステン等の）物質の表面からの放射束と、黒体によって同じ条件下で放射された放射束との比である。その黒体は、黒体上に入射する放射光を吸収すると仮定する。
【０００９】
非特許文献１は、テクスチャリング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リングされていない表面からの可視光の放射率の２倍であり、テクスチャリングされたタングステン表面から自由空間内への電磁放射のより効率的なカプリングの結果により増加することを示している。非特許文献１によって開示されたタングステンサンプルのテクスチャリングされた表面は、表面に窪みを有し、約０．３ミクロンだけフィラメント表面上に突起している円柱状構造によって分離している。
【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、白熱ランプ効率を強化する別の方法は、非特許文献２に提示されている。非特許文献２は、フィラメント表面の孔（直径０．３５ミクロン、深さ７ミクロンであり、０．１５ミクロン厚さの壁によって仕切られている）が導波路として動作し得、タングステンと自由空間との間を可視光の波長で放射を結合するが、不可視光の波長を放出することを防ぐ。非特許文献２は、そのフィラメントの孔が半導体リソグラフィー技術によって形成され得ることを開示している。しかし、このような孔は、現在の最新技術の性能を越えている。
【００１１】
白熱光源の赤外線放射を減少させる別の方法は、特許文献１に記載されている。記載されているように、フィラメントに微小キャビティが存在することによって、放射の指向性をより良く制御し、所与の帯域において放射効率を上昇させる。このような光源は、例えば、直径１ミクロン〜１０ミクロンの微小キャビティを有し得る。このような大きさを有するフィーチャがミクロ電子工学技術を用いていくつかの材料に形成され得るが、通常白熱フィラメントに用いられるタングステン等の金属にそれらを形成することは難しい。
【００１２】
白熱光源の赤外線放射を減少させるさらに別の方法は、特許文献２に記載されている。開示されている方法は、レーザビームを用いて、金属膜にそれぞれの微小キャビティを形成する。光学マスクは、そのレーザビームを複数のビームに分割する。そのレンズ系は、その複数のビームを金属膜上に焦点を集め、微小キャビティを形成する。
【００１３】
さらに別の方法は、特許文献３に開示されている。特許文献３は、可視光の放射を改善させるフィラメントを説明している。タングステンフィラメントの効率は、ミクロン以下〜ミクロンの結晶体の層をその表面に堆積させることによって改善される。その結晶体は、タングステン（あるいは、〜１％のトリウム、および、〜１０％のレニウム、タンタルおよびニオブのうちの少なくとも１つのタングステン合金）から形成される。
【特許文献１】米国特許第５，９５５，８３９号
【特許文献２】米国特許第６，４３３，３０３号
【特許文献３】米国特許第５，３８９，８５３号
【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  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７４（１９８１年）
【非特許文献２】Ｊｏｈｎ  Ｆ．Ｗａｙｍｏｕｔｈ、「Ｗｈｅｒｅ  Ｗｉｌｌ  ｔｈｅ  Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌａｍｐｓ  Ｃｏｍｅ  Ｆｒｏｍ？」、ｔｈｅ  Ｆｉｆｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ａｌｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｙｏｒｋ，Ｅｎｇｌａｎｄ，１９８９年９月１０〜１４日、ページ２２〜２５および図２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これらの従来の方法は微小キャビティを形成し、光放射効率を改善するが、それらは、複雑でコストがかかる。これらのどの方法もコストおよび効率が重要なファクタである大量製造環境に適している。結果として、大量製造環境に適している、フィラメントに微小キャビティを作る方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の微小キャビティをタングステンワイヤに作る微小キャビティ形成デバイスは、粒子ソースと、加熱したタングステンワイヤを受け取るハウジングと、該ハウジングに配置され、十分な力で該粒子を該加熱したタングステンワイヤに吹き掛けて、該粒子を該加熱したタングステンワイヤに埋め込む複数のジェットノズルであって、該粒子は、該加熱したタングステンワイヤに該微小キャビティを形成する、複数のジェットノズルとを含み、それにより上記目的が達成される。
【００１６】
前記粒子は、０．３５〜０．７５ミクロンの範囲の大きさを有してもよい。
【００１７】
前記ハウジングは、取り囲まれた円柱表面を含み、前記ジェットノズルは、該取り囲まれた円柱表面に環状に配置され、該タングステンワイヤへ前記粒子を吹き掛けるように向いていてもよい。
【００１８】
前記加熱したタングステンワイヤは、前記円柱表面の長さ軸に沿って受け取られ、実質的に前記ハウジングの半径方向中心にあり、前記ジェットノズルは、該長さ軸に沿った複数の列に配置され、各列は、前記取り囲まれた円柱表面上の別の列から環状に間隔を空けていてもよい。
【００１９】
前記埋め込まれた粒子を前記タングステンワイヤから取り除く粒子リムーバをさらに含んでもよい。
【００２０】
前記粒子は、モリブデンを含み、前記粒子リムーバは、前記タングステンワイヤに埋め込まれた該粒子をモリブデンの融点温度まで加熱するヒータを含み、これにより、該埋め込まれた粒子は融解されて、該タングステンワイヤから離れてもよい。
【００２１】
前記粒子リムーバは、前記タングステンワイヤ内の前記埋め込まれた粒子を溶解する化学溶液を含んでもよい。
【００２２】
前記粒子リムーバは、前記埋め込まれた粒子を前記タングステンワイヤから吹き落とすブロアーを含んでもよい。
【００２３】
前記粒子リムーバから下流に配置され、該粒子リムーバが該タングステンワイヤ内の微小キャビティから粒子を取り除いた後に、前記タングステンワイヤをコイル状にするコイリングデバイスをさらに含んでもよい。
【００２４】
前記粒子リムーバから上流に配置され、該粒子リムーバが該タングステンワイヤ内の微小キャビティから粒子を取り除く前に、前記タングステンワイヤをコイル状にするコイリングデバイスをさらに含んでもよい。
【００２５】
前記粒子は、タンタル、レニウム、モリブデン、タングステン、シリコンカーバイド、希土類元素、ガラスビードまたはそれらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つから作られてもよい。
【００２６】
前記ハウジングは、シリコンカーバイドを含む材料から形成されてもよい。
【００２７】
前記ハウジングを通って前記タングステンワイヤを引っ張る引っ張りデバイスをさらに含み、該引っ張りデバイスが該ハウジングを通って該タングステンワイヤを引っ張るときに、前記ジェットノズルは、前記粒子を該タングステンワイヤ上に吹き掛けてもよい。
【００２８】
本発明の微小キャビティをタングステンワイヤに形成する方法は、（ａ）加熱したタングステンワイヤをハウジングに受け取るステップと、（ｂ）該加熱したタングステンワイヤに十分な力で粒子を吹き掛けて、微小キャビティを該タングステンワイヤに形成するステップとを包含し、直径０．３５〜０．７５ミクロンの範囲の粒子は、タンタル、レニウム、モリブデン、タングステン、シリコンカーバイド、希土類元素、ガラスビードまたはそれらの任意の組み合わせのいずれか１つから作られ、それにより上記目的が達成される。
【００２９】
（ｃ）粒子リムーバによって前記埋め込まれた粒子を取り除くステップをさらに包含してもよい。
【００３０】
（ｄ）前記埋め込まれた粒子がステップ（ｃ）において取り除かれた後に、前記タングステンワイヤをコイル状にするステップをさらに包含してもよい。
【００３１】
（ｅ）前記埋め込まれた粒子がステップ（ｃ）において取り除かれる前に、前記タングステンワイヤをコイル状にするステップをさらに包含してもよい。
【００３２】
前記ステップ（ｃ）は、前記加熱したタングステンワイヤを加熱して、前記タングステンワイヤ内の微小キャビティの前記埋め込まれた粒子を溶解するステップを含んでもよい。
【００３３】
前記ステップ（ｃ）は、前記タングステンワイヤの微小キャビティ内にある前記埋め込まれた粒子を化学溶液中で溶かすステップを含んでもよい。
【００３４】
前記ステップ（ｂ）は、前記タングステンワイヤに粒子を吹き掛けている間に、該タングステンワイヤを引っ張るステップを含んでもよい。
【００３５】
タングステン材料を融解可能な温度まで加熱するステップと、前記ステップ（ａ）の前に、該タングステン材料を引っ張り、該加熱したタングステンワイヤを形成するステップとを包含してもよい。
【００３６】
（発明の要旨）
微小キャビティをタングステンワイヤに作る微小キャビティ形成デバイスが提供される。この微小キャビティ形成デバイスは、粒子ソースと、加熱したタングステンワイヤを受け取るハウジングと、ハウジングに配置され、十分な力で粒子を加熱したタングステンワイヤに吹き掛けて、粒子をタングステンワイヤに埋め込む複数のジェットノズルとを含む。加熱したタングステンワイヤは、ハウジングに受けとられ、ジェットノズルは、粒子をタングステンワイヤに吹き掛け、微小キャビティをタングステンワイヤに形成する。
【００３７】
本発明は、添付の図面と共に読まれるとき、以下の詳細な説明から最大限に理解される。一般的な慣例に従って、図面の様々な特徴がスケーリングされないことを強調しておく。逆に、様々な特徴の大きさは、明確にするために、任意に拡大または縮小される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明により、大量製造環境に適している、フィラメントに微小キャビティを作る方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の好ましい特徴は、図面を参照してここで説明される。本発明は図示する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、図面は任意の特定の大きさまたは比率で示されないことは留意されたい。以降に記載される任意の構成および材料は本発明の範囲内で修正され得ることが考慮される。
【００４０】
図１では、タングステンフィラメント製造システム１０は、ヒータ１４、スワギング（ｓｗａｇｉｎｇ）デバイス１８、微小キャビティ形成デバイス２２、引っ張りデバイス２６およびコイリングデバイス３２を含む。動作中、タングステン材料１２はヒータ１４によって加熱され、加熱されたタングステン材料１６を形成する。タングステンは、ヒータ１４によって、融解可能温度（１，２００℃〜１，５００℃）まで加熱される。生じたタングステン材料１６は、スワギングデバイス１８を利用して引っ張られ、タングステン材料の直径を減少させる。この加熱および引っ張りステップは、必要とされる直径（一般に、４０ミクロン〜１００ミクロン）を有する加熱タングステンワイヤ２０が形成されるまで、繰り返される。以下に説明されるように、微小キャビティ形成デバイス２２は、加熱タングステンワイヤ２０の外表面上に微小キャビティを形成するように適応している。微小キャビティを有するフィラメントワイヤ３０は、コイリングデバイス３２によってコイル状にされ、フィラメントコイル３４を形成する。本発明は、微小キャビティ形成デバイス２２のいくつかの実施形態を含み、以下で詳細に説明される。
【００４１】
次に図２を参照する。図２では、微小キャビティ形成デバイス２２の実施形態（概して、２２Ａとして示される）が図示される。微小キャビティ形成デバイス２２Ａは、粒子３８を加熱されたフィラメントワイヤ２０に堆積するスプレイヤー３６を含む。スプレイヤー３６は、スワギングデバイス１８から一定の距離で配置されている中空の環状ハウジング４０を含み、加熱されたタングステンワイヤ２０を受け取るように適応している。ジェットノズル４２は、図示されているように、ハウジング４０の内面の様々な位置に取り付けられ、タングステンワイヤ２０へと半径方向に粒子３８を吹き掛けるように配置される。与圧された粒子ソース４４は、分配バー４６へと粒子３８を供給し、次に、粒子３８をジェットノズル４２に送るように適応している。加熱されたタングステンワイヤ２０が環状ハウジング４０を通して引っ張られるときに、ジェットノズル４２は、粒子３８をタングステンワイヤ２０に吹き掛ける。粒子３８は、ワイヤ２０に埋め込まれ、粒子３８をその内部に埋め込んだ微小キャビティを有するタングステンワイヤが形成される。粒子をその内部に埋め込んだタングステンワイヤは、概して、４８として指定される。
【００４２】
図３Ａおよび３Ｂは、図２のスプレイヤー３６の断面図である。図３Ａは、ハウジング４０内で９０度離れて半径方向に並べられた４列のジェットノズル４２の断面図を示す。図３Ｂは、ハウジング４０内で４５度離れて半径方向に並べられた８列のジェットノズル４２の断面図を示す。しかし、本発明は、図３Ａおよび３Ｂに示されたものとは異なる別の列数のジェットノズル４２を有していてもよい。
【００４３】
ハウジング４０は、シリコンカーバイドから作られてもよいし、加熱したタングステンワイヤ２０の温度に耐えることができ、ジェットスプレーからの損傷を防ぐように硬化した任意の他の硬化材料でもよい。粒子３８の直径は、好ましくは０．３５〜０．７５ミクロンであり、最も好ましくは０．５ミクロンである。粒子３８は、タンタル、レニウム、モリブデン、タングステン、シリコンカーバイド、希土類元素、ガラスビードまたは任意の他の硬化材料から作られてもよい。
【００４４】
図１〜３を参照すると、加熱されたタングステンワイヤ２０は、スワギングデバイス１８を出て、微小キャビティ形成デバイス２２Ａのスプレイヤー３６を通ってデバイス２６を引っ張ることによって引かれる。高速ジェットノズル４２は、加熱されたタングステンワイヤ２０がハウジング４０を通って方向Ａへと移動するときに、粒子３８を加熱されたワイヤ２０の表面へと推進する。加熱プロセスからの展性により、加熱されたタングステンワイヤ２０の表面に粒子３８が接触するときに、微小キャビティが内部に埋め込まれる。
【００４５】
ハウジング４０の直径、および列状ジェットノズル４２の間隔は、ワイヤに埋め込まれた粒子３８の所望の濃度に基づいて調節され得ることが理解される。同様に、ジェットノズル４２の圧力は、埋め込まれた粒子３８の各々によって形成された微小キャビティの所望の深さに基づいて調節され得る。
【００４６】
図４では、微小キャビティ形成デバイス２２の別の実施形態（概して、２２Ｂとして示す）が図示される。微小キャビティ形成デバイス２２Ｂは、微小キャビティ形成デバイス２２Ａ（図２に示される）および粒子リムーバ５４を含む。例として示したスプレイヤー３６の断面図は、図３Ａおよび３Ｂに示されている。粒子リムーバ５４は、スプレイヤー３６の下流に配置され、ワイヤが粒子リムーバ５４を通ってスプレイヤー３６から引っ張られるにつれて、粒子３６を粒子付きワイヤ４８から取り除く。粒子３８の除去によって微小キャビティを有するワイヤ２４が形成される。
【００４７】
図５は、図４の粒子リムーバ５４の概略図である。例示的な粒子リムーバ５４は、リアクタチューブ５６、化学フロー制御システム５８、および真空ポンプシステム６０を含む。リアクタチューブ５６は、ヒータ６２によって取り囲まれる。
【００４８】
粒子３８は、いくつかの方法でワイヤ４８から取り除かれ得る。１つのアプローチでは、化学融解プロセスが用いられ得る。粒子３８をワイヤ４８から分離するために適した化学溶液（例えば、硝酸、硫酸および水の混合物）は、化学フロー制御システム５８に配置され得、ワイヤ４８はリアクタチューブ５６に配置され得る。そのワイヤ（心棒に巻かれて、カセットを形成し得る）は、化学溶液によって化学的に処理され得、埋め込まれた粒子を溶かすか、除去し得る。１つ、または数個のカセットが用いられ得る。
【００４９】
真空ポンプシステム６０は、真空をリアクタチューブ５６に提供し、化学溶液のフローをそのリアクタチューブ５６に通す。また、真空ポンプシステム６０は、吸引して、ワイヤから取り除かれた粒子をリザバ（図示せず）に送ってもよい。
【００５０】
動作中、リアクタチューブ５６は、外気から密閉され、化学溶液が化学フロー制御システム５８を通って追加される。粒子３８の溶解が直ぐに開始し、ＮＯｘガスが形成され、酸性表面上で空気と混合する。ＮＯガスは空気中でＯ２と混合し、溶解する。結果として、低圧条件がリアクタチューブ５６で起こる。この条件によって、苛性ソーダ溶液が真空ポンプシステム６０内に吸引される。このプロセスの酸は、真空ポンプシステム６０を通って廃棄物リザバ（図示せず）に取り除かれる。粒子３８を除去することによって、ワイヤ４８の外面にボイドが形成され、微小キャビティを有するワイヤ２４を製造する。
【００５１】
別のアプローチでは、粒子３８は、粒子３８を溶かすことによって除去され得る。図４に示されるように、微小キャビティフォーマ２２Ｂは、粒子リムーバ５４を通って方向Ａにワイヤ４８を通し続け、ヒータ６２は、熱をリアクタチューブ５６に加え、粒子を溶かしてもよい。このアプローチは、粒子がタングステンワイヤよりも低い融点を有する場合に効果的である。例えば、粒子がモリブデンからつくられている場合、その粒子は、加熱することによって取り除かれ得る。なぜなら、タングステンは、モリブデンよりも高い融点を有しているからである。
【００５２】
粒子３８を取り除くさらなる別のアプローチは、吹き付けプロセスを介しててもよい。冷却後、ワイヤ４８は、リアクタチューブ５６等のチャンバに配置され得る。粒子３８は、空気流の力を吹き付けることによってワイヤ４８から分離され得る。
【００５３】
図６では、タングステンフィラメント製造システム１０の別の実施形態が示され、概して、７０として示される。タングステンフィラメント製造システム７０は、微小キャビティフォーマ２２Ａ（図２）を有するシステム１０と、図６に示されるように、コイリングデバイス３２の後の下流に配置された粒子リムーバ５４とを含む。システム７０は、微小キャビティフォーマ２２Ａによって、内部に粒子が埋め込まれた微小キャビティを有するワイヤを形成してもよい。その後、ワイヤ４８は、心棒上にコイル状にされてもよいし、巻き付けられてもよい。これは、ＭｃＣａｒｔｙらの米国特許第４，２９１，４４４号に開示されている。
【００５４】
その後、コイル状ワイヤ３４は、粒子リムーバ５４を通され得、以前に記載されたように、コイル状の微小キャビティを有するフィラメント６４を形成する。
【００５５】
加熱されたワイヤ２０がモリブデンの粒子を吹き付けられる場合、モリブデンの心棒上でコイル状にされるか、巻き付けられ、ＭｃＣａｒｔｙらの米国特許第４，２９１，４４４号に開示されているように、粒子リムーバ５４は、加熱アプローチを用いて粒子および心棒の両方を溶解し、タングステンワイヤから離され得る。
【００５６】
本発明は、フィラメントに微小キャビティを形成する従来の方法を改善した方法を提供する。この方法は、コストおよび効率が重要な要因である大量製造環境に適している。本発明は、複雑かつコストのかかるデバイスを必要としない。その代わりに、単純な機械的構造を利用して微小キャビティを形成する。また、本発明は、従来のフィラメント製造ラインに対して最小の変更によって実施され得る。
【００５７】
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。
【００５８】
（要旨）
タングステンワイヤに微小キャビティを作る微小キャビティ形成デバイスが提供される。その微小キャビティ形成デバイスは、粒子ソースと、加熱タングステンワイヤを受け取るハウジングと、ハウジングに配置され、粒子を加熱したタングステンワイヤに吹き掛ける複数のジェットノズルとを含む。その粒子は、直径０．３５〜０．７５ミクロンである。加熱されたタングステンワイヤは、ハウジングに受け取られ、ジェットノズルは、タングステンワイヤに粒子を吹き掛け、微小キャビティをタングステンワイヤに形成する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の実施形態によって微小キャビティをタングステンフィラメントに作るシステムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態によるスプレイヤーを含む、図１のシステムの一部を形成する微小キャビティ形成デバイスの部分的斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による図２に示されたスプレイヤーの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の別の実施形態による図２に示されたスプレイヤーの断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態によるスプレイヤーおよび粒子リムーバを含む、微小キャビティ形成デバイスの部分的断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態によって図４に示された粒子リムーバの概略的な断面図である。
【図６】図６は、本発明の粒子リムーバを含む、微小キャビティをタングステンフィラメントに作るシステムのブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
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  加熱されたタングステン材料
１８  スワギングデバイス
２０  加熱タングステンワイヤ
２２  微小キャビティ形成デバイス
２４  ワイヤ
２６  引っ張りデバイス
３０  フィラメントワイヤ
３２  コイリングデバイス
３４  フィラメントコイル
３６  スプレイヤー
３８  粒子
４０  中空の環状ハウジング
４２  ジェットノズル
４４  粒子ソース
４６  分配バー
５４  粒子リムーバ
５６  リアクタチューブ
５８  化学フロー制御システム
６０  真空ポンプシステム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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