JP2007073340A - 電極支持体、それを用いた金属蒸気放電灯、および電極支持体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の電極支持体16は、金属蒸気放電灯の発光管本体の両端に設けられた各細管部に挿入され、電極部の支持および給電を行うためのものであり、高耐ハロゲン性の電極側棒状部材28と、発光管の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する外部接続側棒状部材30とを突き合わせ溶接し一体化したものである。電極側棒状部材28と外部接続側棒状部材30の溶接部の近傍に、外部接続側棒状部材30からの溶接時の溶融物が流入する溶融物流入部38が設けられ、溶融凝固物40が溶融物流入部38内に納まった状態で存在し、電極側棒状部材28の最大径と外部接続側棒状部材30の最大径とが略等しいことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は電極部の正確な位置決めができ、かつ十分な強度を備えた電極支持体、それを用いた金属蒸気放電灯、およびその製造方法を提供することにある。
上記の電極支持体において、前記電極側棒状部材は金属心捧に金属コイル線を密巻きすることで構成され、前記溶接部近傍の金属コイル線を巻かないことで、前記小径部が形成されていることが好適である。
上記の電極支持体において、前記電極側棒状部材の溶接側端面に、該電極側棒状部材の最大径よりも小さい径をもつ柱状のチップ部材を設け、該チップ部材の部分を前記小径部とすることが好適である。
上記の電極支持体において、前記溶融物流入部を構成する小径部の径は、前記外部接続側棒状部材の溶接側端部の径の45%〜60%であることが好適である。
上記の電極支持体において、前記溶融物流入部となる小径部の軸方向の長さは、(外部接続側棒状部材の溶接側端部の径−小径部の径)/2の2倍〜5倍であることが好適である。
また、上記の電極支持体において、前記溶融物流入部が、前記電極側棒状部材の溶接側端面に設けられた凹部として形成されていることが好適である。
上記の電極支持体において、前記電極側棒状部材の溶接側の端面に設けられた前記溶融物流入部としての凹部が溝形状であることが好適である。
上記の電極支持体において、前記発光管本体の細管部内に位置する部分における、前記電極側棒状部材の最大径と前記外部接続側棒状部材の最大径との差が50μm以下であることが好適である。
また、本発明にかかる金属蒸気放電灯は、上記の電極支持体を一対と、該各一対の電極支持体を挿入固定する細管部を両端に設けた発光管本体と、を備え、前記各電極支持体の電極側棒状部材の少なくとも一部および外部接続側棒状部材の少なくとも一部が前記各細管部内に位置するように、前記各電極支持体を各細管部に挿入固定し、各電極支持体の一端に設けられた電極部を前記発光管本体内の放電空間内に位置させたことを特徴とする。
また、本発明にかかる電極支持体の製造方法は、金属蒸気放電灯の発光管本体両端に設けられた細管部に挿入固定され、該発光管本体内の放電空間内に位置するように電極部を対向させて支持し、該電極へ給電を行う電極支持体の製造方法であって、電極側棒状部材と外部接続側棒状部材とを突き合わせ溶接する工程を備え、電極側棒状部材および/または外部接続側棒状部材の溶接部近傍に、溶接時の溶融物が流入する溶融物流入部を設けていることを特徴とする。
また、本発明にかかる電極支持体およびそれを用いた金属蒸気放電灯によれば、少なくとも発光管本体の細管部に位置する部分における、電極側棒状部材の最大径と外部接続側棒状部材の最大径とが略等しいため、発光管本体内への電極部の位置決めを正確に行うことができる。
また、本発明にかかる電極支持体およびそれを用いた金属蒸気放電灯によれば、前記外部接続側棒状部材よりも耐ハロゲン性の高い材質で形成され、かつ前記外部接続側棒状部材は前記電極側棒状部材よりも、その熱膨張係数が前記発光管本体の細管部の熱膨張係数に近い材質で形成されているため、発光管の寿命特性、演色性を向上させることができ、また細管部でのシール後のクラックが生じにくい。
本発明にかかる電極支持体の製造方法によれば、突き合わせ溶接によるふくらみが生じないので、歩留まりが向上する。
<第1実施形態>
図1は本発明の第1実施形態にかかる電極支持体を用いた金属蒸気放電灯の一部断面図である。図1に示した金属蒸気放電灯10(セラミックメタルハライドランプ)は、両端に細管部14a,14bを設けた発光管本体12と、該各細管14a,14bに挿入され固定される一対の棒状電極支持体16a,16bと、を備える。ここで、発光管本体12は透光性セラミックを材質としている。
また、電極支持体16a,16bと外部リード24a,24bとの接続部分にはセラミックリング26a,26bがはめ込まれ、固着されている。これらのセラミックリング26a,26bは接続部分の補強のために用いられている。
ここでは発光管本体12の放電空間を取り囲む中央部18とその両端の細管部14a,14bとを一体形成したものを示したが、複数の部材を組み合わせて形成する構成でもよい。
また、本発明の実施形態にかかる電極支持体16a,16bは、少なくとも発光管本体12の細管部14a,14bに位置する部分における、電極側棒状部材28a,28bの最大径と外部接続側棒状部材30a,30bの最大径とを略等しくしている。好適には、電極側棒状部材28a,28bの最大径と前記外部接続側棒状部材30a,30bの最大径との差が50μm以下であればよい。このように、略一定の内径をもつ細管部14a,14bに合わせて、細管部14a,14bのほぼ全長に渡って電極支持体16a,16bの径が略一定となるようにしているため、電極側棒状部材と外部接続側棒状部材の径の差が大きいときに起こる様々な弊害を防止することができる。例えば、電極側が細い場合、その部分の細管部との間隙が大きくなるため多くの液体ハロゲン化物がその間隙に流入してしまい、発光管の光色に影響を及ぼすことがある。また外部接続側が細い場合、細管部での電極支持体の姿勢の傾きが起こり、電極部の位置がずれてしまうことがある。しかし、本発明では細管部のほぼ全長に渡って電極支持体の径を等しくしているので、上記のような問題は起こらない。
本実施形態の金属蒸気放電灯は、35Wクラスのもので、発光管本体が透光性アルミナで形成されているものを想定している。また、外部接続側棒状部材30として、外径がφ0.7mmの棒状の導電性サーメットロッドを用いており、その材質はモリブデン50%(体積比率)とアルミナ50%(体積比率)を含有したものである。また、電極側棒状部材28としては、金属心棒36(外径φ0.4mmのモリブデン金属線)を芯線として、その周りに金属コイル線34(外径φ0.15mmのモリブデン金属線)を密巻きにすることで構成されている。電極側棒状部材28の一方の端部は金属コイル線34が取り除かれ、所定の長さの小径部(金属コイル線34が巻かれておらず、金属心棒36が剥き出しの状態の部分)が形成されている。この小径部の端面が、外部接続側棒状部材30の端面(外部リード24が接続された側と反対側)に突き合わせ溶接される部分である。端部の一部の密巻きコイル部分を除去する方法としては、コイルを切断用砥石で取り除く、またはYAGレーザー(ビーム径φ0.3mm)のエネルギーとパルス幅、パルス回数を調節して、レーザーによってコイル部分の一点を溶融し、端部から溶融点までのコイルをピンセットによって取り除く、といった方法がある。レーザーによる方法の長所は、残ったコイル部分の先端が金属心棒36に溶接されるため、この部分がめくれあがることがなく、めくれ上がり部分の除去をおこなう手間もないことである。
小径部を形成する金属心棒36の径は金属コイル線34の分だけ、電極側棒状部材28の最大径(金属コイル線34が密巻きされている部分)よりも小さな径となっている。溶融物流入部38は、小径部を形成する金属心棒36の外表面と、電極側もしくは外部接続側棒状部材の最大径の部分の外表面を棒状部材の軸方向に延長した仮想面(図中点線で該仮想面と紙面との交線を示した)と、に囲まれた空間として形成されている。外部接続側棒状部材30(の少なくとも溶接部近傍)を形成する材質は、電極側棒状部材28(の少なくとも溶接部近傍)を形成する材質の融点よりも低い融点をもった材質で形成されており、溶接時の外部接続側棒状部材30端面からの溶融物(導電性サーメットのセラミック成分)は電極側棒状部材28の小径部を形成する金属心棒36へ流れてその表面を覆う。そして、小径部へと流れこんだ溶融物が凝固し、その溶融凝固物40が溶融物流入部38内に納まった状態で存在することになる。
しかしながら、図2(a)に示すように、本発明の実施形態にかかる電極支持体16では、外部接続側棒状部材30からの溶融凝固物40が溶融物流入部38に納まるため、その部分の径が外部接続側および電極側棒状部材28,30の径よりも大きくなることはなく、上記のような問題は生じない。さらに、電極側棒状部材28に小径部を設けているため、突き合せ溶接時に電極棒状部材28の小径部が外部接続側棒状部材30端面の中に食い込み、溶接強度が上がり、溶接歩留まりも向上する。この場合、溶融凝固物40に覆われた部分の小径部の径は外部接続側および電極側棒状部材28,30の径とほぼ同等となっている。また、上記の電極支持体を実際に作成したところ、溶接部は十分な強度を有しており、また、発光管の点消灯に伴う熱応力サイクルによる破壊も起こらなかった。
また、上記の電極支持体を使用した金属蒸気放電灯は小電力のものから大電力のものまで効果を発揮するが、特に70W以下の小電力ランプにおいては電極部の位置ズレ防止が特に重要となるため、この点で70W以下の小電力ランプに対し特に効果を発揮する。
次に上記第1実施形態の第1の変形例について説明する。図4にその概略構成を示す。ここで、図4(a)が溶接後、図4(b)が溶接前の状態を示す。また、図2と対応する部材には符号100を加え、説明を省略する。
本変形例における電極側棒状部材128は、金属心棒136を芯線として、その周りに金属コイル線134を密巻きにすることで構成しているところは上記第1実施形態と同じであるが、溶融物流入部138となる部分の金属コイル線134を完全には取り除かずに、数ターンに相当する部分を粗巻きコイルとすることで小径部を形成している。図4(a)に示すように、粗巻きコイル部の金属心棒136が露出した部分の表面と外部接続側棒状部材の外表面を軸方向に延長した面に囲まれた部分を溶融物流入部138となる。つまり、溶接側の端部近傍に金属コイル線134の巻き密度が十分小さい小径部を形成し、この部分を溶融物流入部138としている。ここで、「巻き密度が十分小さい」とは、小径部に巻かれる金属コイル線134の線と線との間に溶融物が流入する十分な隙間が存在していればよく、具体的には図5に示すように、小径部に巻かれる金属コイル線の線と線との間の間隔aが、金属コイル線自身の径r以上であることを意味する。また、図5に示すように、金属コイル線の線と線との間の間隔とは、隣り合う金属コイル線の外面と外面を結ぶ直線の長さのうち、最小のものを指す。このように本変形例では小径部とは金属コイル線134を疎巻きした部分のことを指し、小径部の径や長さの好適な範囲は上記第1実施形態と同様である。
図6は上記第1実施形態の第2の変形例を示す概略構成図(図6(a)は溶接後、図6(b)は溶接前の状態を示している)である。図2の電極支持体と対応する部材には符号200を加え説明を省略する。
本変形例での電極側棒状部材228は、外部接続側棒状部材230と略同径の金属ロッド234と、金属ロッド234の一方の端面に溶接された、金属ロッド234より小径の電極心棒232と、金属ロッド234の他方の端面に溶接された、金属ロッド234より小径の柱状チップ部材242とで構成されている。金属ロッド234の電極側の端面に電極心棒232が溶接されており、該電極心棒232の先端(溶接側と反対側)に電極コイル222(電極部)が取り付けられている。そして、本変形例では他方の端面に金属ロッド234の径よりも小さい径をもつ柱状のチップ部材242を設けており、該チップ部材242の部分を溶融物流入部238の一部をなす小径部としている。本変形例でも上記実施形態と同様にチップ部材242の外表面と、電極側棒状部材228(の金属ロッド234部分)もしくは外部接続側棒状部材230の最大径の部分の外表面を棒状部材の軸方向に延長した仮想面と、に囲まれた空間を溶融物流入部238としている。また、小径部の径や長さの好適な範囲は上記第1実施形態と同様である。
本変形例でも上記第1実施形態のものと同様に、溶接時に外部接続側棒状部材230端面から飛び出した導電性サーメットのセラミック成分が、小径部236を形成するチップ部材242の軸方向へ流れ、その表面を覆う。このように溶接時に溶融したセラミックが溶融物流入部238に納まった状態で凝固するため、セラミック凝固物が外部接続側棒状部材230の外径方向に広がることがなく、細管部内に位置する部分の電極支持体216の径は細管部のほぼ全長に渡って一定となる。
次に本発明にかかる第2の実施形態について説明する。本実施形態では、溶融物流入部を電極側棒状部材の溶接側端面に設けられた凹部として形成している(図7〜図10参照)。突き合わせ溶接時の外部接続側棒状部材からの溶融物の大部分はこの凹部へと流れこみ、そこで凝固する。つまり、溶融物が外側へ流出したとしてもごく僅かであるため、溶融凝固物の大部分は溶融物流入部としての凹部へ納まった状態で存在することになり、溶融凝固物による溶接部の膨らみは生じない。また、溶融凝固物が電極側棒状部材の端面に設けられた凹部の壁面に固着し、溶接部における接触面積が大きくなるため溶接部の強度も上がる。
本実施形態の電極側棒状部材328は、外部接続側棒状部材330と略同一の外径を持った筒状部材334(金属パイプ)と、筒状部材334に挿入固定された金属心捧344とを備える。ここで、金属心棒344としては、その外径(および外径の形状)が筒状部材の内径(および内径の形状)とほぼ同じものを用いている。電極側棒状部材328の溶接側端面では、金属心棒344端面を筒状部材334端面よりも内側に位置するように固定している。この結果、電極側棒状部材328の溶接側端面に、金属心棒344端面と筒状部材334の内壁面とで囲まれた凹部が形成されている。つまり、図8に示すように、本実施形態では電極側棒状部材328の外部接続側棒状部材330との溶接側の端面に筒状部材334の内径部の形状(金属心棒344の断面形状)と同一の形状の凹部が形成されることとなる。この凹部が、溶接時に外部接続側棒状部材330から流れ込む溶融物を収納する溶融物流入部338となる。なお、溶融流入部338の容積は、溶融凝固物の体積と略同一、もしくは溶融物凝固物の体積よりもやや大きくとることが好適である。
本実施形態でも上記のものと同様に、外部接続側棒状部材330を、セラミックとモリブデンとを混合、焼結した導電性サーメットで構成しており、電極側棒状部材を構成する筒状部材334はモリブデン金属により形成している。また、金属心棒344および電極コイル322はタングステンにより形成している。
図9は上記第2実施形態の変形例を示す概略構成図である。図9(a)が溶接後の状態、図9(b)が溶接前の状態を示す。また、図10は、電極側棒状部材の外部接続側棒状部材との溶接側端面を正面から見た図を示している。なお、図2と対応する部材には符号400を加え説明を省略する。
本変形例の電極側棒状部材428は、外部接続側棒状430と略同一の外径を有する金属ロッド434と、該金属ロッド434の一方の端面に溶接された電極心棒432とで構成され、電極心棒432の溶接側と反対側の端部には電極コイル422(電極部)がはめ込まれている。なお、本実施形態でも上記のものと同様に、外部接続側棒状部材430を、セラミックとモリブデンとを混合、焼結した導電性サーメットで構成しており、電極側棒状部材428を構成する金属ロッド434はモリブデン金属により形成している。また、電極心棒432および電極コイル422にはタングステンを用いている。
次に本発明にかかる電極支持体の製造方法について説明する。本発明にかかる電極支持体の製造方法は、一端に電極部を設けた導電性の電極側棒状部材と、該電極側棒状部材と接続される導電性の外部接続側棒状部材とを突き合わせ溶接する工程を備え、該電極側棒状部材の溶接部近傍に、外部接続側棒状部材からの溶融物が流入する溶融物流入部を設けたことを特徴とする。ここで、溶融物流入部は、上記したように、小径部として形成しても、端面に設けた凹部として形成してもよい。図11、12に本発明の実施形態にかかる電極支持体の製造方法の説明図を示す。図11に第1実施形態の電極支持体、図12に第2実施形態の電極支持体、を例として挙げたが、上記の他の実施形態においても同様な方法で製造される。
次に、電極側棒状部材と外部接続側棒状部材との間に電流を流して突き合わせ部分を加熱し、もしくはレーザー光を突き合わせ部分近傍に照射して加熱することで、溶接を行う。第1実施形態の電極支持体では、図11(b)に示すように、外部接続側棒状部材30からの溶融物は、小径部を形成する金属心棒36に流れて小径部表面を覆う。同時に小径部端部が外部接続側棒状部材の30の端部にやや食い込む。その後、図11(c)に示すように、小径部表面へ流れ込んだ溶融物は凝固し、該溶融凝固物40が溶融物流入部38内に納まった状態で存在することになる。同様に第2実施形態の電極支持体では、図12(b)に示すように、外部接続側棒状部材330からの溶融物は、その大部分が電極側棒状部材328の端面に形成された凹部(溶融物流入部338)に流れ込む。その後、図12(c)に示すように溶融物は凝固し、溶融凝固物340が溶融物流入部338内に納まった状態で存在することになる。また、溶融物が電極側棒状部材328の外側に流出したとしてもごく僅かな量であり、溶融物による大きな膨らみは生じない。
また、溶融物流入部を小径部として形成した第1実施形態(およびその変形例1、2)の電極支持体を、発光管の細管内面と気密シールするときのフリットの流入は次のようになる。つまり、溶融したガラスフリットは毛細管現象および重力により、外部接続側棒状部材の外表面と細管部内面の間隙を流入して、電極側棒状部材の小径部まで到達する。このため、小径部を形成する金属心棒露出部分(溶融凝固物に覆われていない部分)の空間的影響はなくなる。すなわち第2実施形態のものと同様にランプ点灯時の溶融ハロゲン化物侵入を防ぐことができる。
図14(b)に示すような密巻き部の長さがMで粗巻き部の長さがSとなるコイルロッドを製造する場合、図13に示すように、密巻き部の長さが(2M+t)、粗巻き部の長さが(2S+t)となるように巻き線装置510を設定する。ここで、tは図14(a)に示すカッティンググラインダの刃幅である。巻き上がった長尺コイルロッドを、密巻き部中央位置および粗巻き部中央位置で切断すると密巻き部の長さがM、粗巻き部の長さがSのコイルロッドを得ることができる。
12 発光管本体
14a,14b 細管部
16a,16b 電極支持体
18 中央部
20 放電空間
22a,22b 電極部
24a,24b 外部リード
26a,26b セラミックリング
28a,28b 電極側棒状部材
30a,30b 外部接続側棒状部材
Claims (15)
- 金属蒸気放電灯の発光管本体の両端に設けられた各細管部に挿入固定され、該発光管本体内の放電空間内に位置するように電極部を対向させて支持し、該電極部へ給電を行う一対の電極支持体であって、
該各電極支持体は、一端に電極部を設けた導電性の電極側棒状部材と、該電極側棒状部材と接続される導電性の外部接続側棒状部材とを備え、前記電極側棒状部材の電極部側の反対側の端面と、前記外部接続側棒状部材の一方の端面とを突き合わせ溶接し一体化したものであって、
前記電極側棒状部材の少なくとも一部および前記外部接続側棒状部材の少なくとも一部は前記発光体本体の細管部内に位置するものであって、前記電極側棒状部材は、前記外部接続側棒状部材よりも耐ハロゲン性の高い材質で形成され、かつ前記外部接続側棒状部材は前記電極側棒状部材よりも、その熱膨張係数が前記発光管本体の細管部の熱膨張係数に近い材質で形成され、
前記外部接続側棒状部材の少なくとも溶接部分の材質は、前記電極側棒状部材の少なくとも溶接部分の材質の融点よりも低い融点をもった材質で形成されており、前記電極側棒状部材と前記外部接続側棒状部材との突き合わせ溶接部の近傍に、突き合わせ溶接時の外部接続側棒状部材からの溶融物が流入する溶融物流入部が設けられ、外部接続側棒状部材からの溶融凝固物が前記溶融物流入部内に納まった状態で存在し、
前記発光管本体の細管部内に位置する部分における、前記電極側棒状部材の最大径と前記外部接続側棒状部材の最大径とが略等しいことを特徴とする電極支持体。 - 請求項1記載の電極支持体において、
前記電極側棒状部材および/または前記外部接続側棒状部材の溶接部近傍に、前記電極側棒状部材もしくは前記外部接続側棒状部材の最大径よりも小さい径をもつ小径部が形成されており、
前記溶融物流入部は、前記小径部の外表面と、電極側もしくは外部接続側棒状部材の最大径の部分の外表面を棒状部材の軸方向に延長した仮想面とに囲まれた空間として形成されていることを特徴とする電極支持体。 - 請求項2記載の電極支持体において、
前記電極側棒状部材は金属心捧に金属コイル線を密巻きすることで構成され、前記溶接部近傍の金属コイル線を巻かないことで、前記小径部が形成されていることを特徴とする電極支持体。 - 請求項2記載の電極支持体において、
前記電極側棒状部材は金属心捧に金属コイル線を密巻きすることで構成され、前記小径部として、前記溶接部近傍の金属コイル線の線と線との間の間隔を金属コイル線の径以上とした部分が形成されていることを特徴とする電極支持体。 - 請求項2に記載の電極支持体において、
前記電極側棒状部材の溶接側端面に、該電極側棒状部材の最大径よりも小さい径をもつ柱状のチップ部材を設け、該チップ部材の部分を前記小径部としたことを特徴とする電極支持体。 - 請求項2から5のいずれかに記載の電極支持体において、
前記溶融物流入部を構成する小径部の径は、前記外部接続側棒状部材の溶接側端部の径の45%〜60%であることを特徴とする電極支持体。 - 請求項2から6のいずれかに記載の電極支持体において、
前記溶融物流入部となる小径部の軸方向の長さは、(外部接続側棒状部材の溶接側端部の径−小径部の径)/2の2倍〜5倍であることを特徴とする電極支持体。 - 請求項1記載の電極支持体において、
前記溶融物流入部が、前記電極側棒状部材の溶接側端面に設けられた凹部として形成されていることを特徴する電極支持体。 - 請求項8記載の電極支持体において、
前記電極側棒状部材は筒状部材と、該筒状部材に挿入固定された金属心捧とを備え、溶接側端面にて前記金属心棒端面を前記筒状部材端面よりも内側に位置させることで、前記金属心棒端面と前記筒状部材の内壁面で囲まれた凹部を形成していることを特徴とする電極支持体。 - 請求項8記載記載の電極支持体において、
前記電極側棒状部材の溶接側の端面に設けられた前記溶融物流入部としての凹部が溝形状であることを特徴とする電極支持体。 - 請求項1から10のいずれかに記載の電極支持体において、
前記発光管本体の細管部内に位置する部分における、前記電極側棒状部材の最大径と前記外部接続側棒状部材の最大径との差が50μm以下であることを特徴とする電極支持体。 - 請求項1から11のいずれかに記載の電極支持体を一対と、該各一対の電極支持体を挿入固定する細管部を両端に設けた発光管本体と、を備え、前記各電極支持体の電極側棒状部材の少なくとも一部および外部接続側棒状部材の少なくとも一部が前記各細管部内に位置するように、前記各電極支持体を各細管部に挿入固定し、各電極支持体の一端に設けられた電極部を前記発光管本体内の放電空間内に位置させたことを特徴とする金属蒸気放電灯。
- 請求項12に記載の金属蒸気放電灯において、
前記発光管本体の少なくとも一部の材質は透光性セラミックであり、前記外部接続側棒状部材の少なくとも一部の材質はモリブデンとセラミックとを混合、焼結した導電性サーミットであり、前記電極側棒状部材の少なくとも一部の材質はモリブデンであることを特徴とする金属蒸気放電灯。 - 金属蒸気放電灯の発光管本体両端に設けられた細管部に挿入固定され、該発光管本体内の放電空間内に位置するように電極部を対向させて支持し、該電極へ給電を行う電極支持体の製造方法であって、
請求項1から11のいずれかに記載の前記電極側棒状部材と前記外部接続側棒状部材とを突き合わせ溶接する工程を備えたことを特徴とする電極支持体の製造方法。 - 請求項14に記載の電極支持体の製造方法において、
金属心棒に金属コイル線を巻きつける際に密巻き部分と粗巻き部分とを形成し、少なくとも該粗巻き部分にて金属心棒を切断することで、請求項3または4のいずれかに記載の電極側棒状部材を作成する工程をさらに備えることを特徴とする電極支持体の製造方法。
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