JPH037749B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH037749B2 JPH037749B2 JP56154876A JP15487681A JPH037749B2 JP H037749 B2 JPH037749 B2 JP H037749B2 JP 56154876 A JP56154876 A JP 56154876A JP 15487681 A JP15487681 A JP 15487681A JP H037749 B2 JPH037749 B2 JP H037749B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pores
- tungsten
- temperature
- filament
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Description
本発明は管球用タングステン材料に係わり、特
にハロゲンランプのような点灯温度の高い管球の
フイラメントとして好適するタングステン線材に
関する。 従来から、管球用タングステン材料しては、純
タングステン或いはレニウム−タングステン合金
に、アルミニウム、ケイ素、カリウムなどのドー
プ剤を微量添加したもの（本明細書では、これら
のドープタングステンを含めてタングステンと総
称する。）が使用されているが、これらの耐垂下
性は充分なものではなく、これらをフイラメント
として用いた電球の寿命も必ずしも満足できるも
のではなかつた。 特にフイラメントの直径が100〜200μmと細く、
使用温度（点灯温度）が3000Kを越えるような、
複写機等のハロゲンランプ等に使用した場合に
は、点灯中のフイラメントの垂下、変形が大き
く、点灯効率が低くなるばかりでなく、早期断線
が起こりやすいという欠点があつた。 本発明はこのような欠点を解消し、フイラメン
トの耐垂下性および寿命の向上をもたらす管球用
タングステン材料を提供するものである。 すなわち、本発明は、3200℃で５分間加熱処理
を施こした場合に、結晶粒界に沿つて連続的に整
列した空孔を有し、この粒界の単位面積に対す
る、直径0.3μm以上の空孔の総面積比の平均が、
15％以下であることを特徴とする管球用タングス
テン線材である。 本発明のタングステン線材における耐垂下性の
向上は、ドープ剤、その中でも特にカリウムが焼
結時に高温に加熱され蒸発することによつて形成
される空孔（ドープ孔）によりもたらされるもの
であり、このような空孔が線引加工され、適切な
密度でタングステン線の軸方向に沿つて連続的に
整列することによつて二次再結晶時に、タングス
テン線の軸方向と直角方向への結晶粒子の成長を
抑制することによつて長大結晶粒子を形成し、こ
れにより耐垂下性、耐衝撃性等の向上が達せられ
る。 すなわち、空孔の存在は、一般金属における不
純物分散によるそれと同様の粒界移動の抑制効果
を有し、このことにより再結晶温度を上昇させる
ばかりでなく、分散強化型金属における分散粒子
と同じような働きをすることにより、強化作用を
もたらす。また、結晶軸方向（結晶粒界の方向）
に並んだ空孔により、軸に垂直な方向の再結晶粒
の成長が抑制され、結晶粒は軸方向に優先的に発
達することになるので、軸方向に長く伸びた長大
再結晶が形成され、これも再結晶温度を高くする
作用をしている。 このように空孔の存在は以上の作用により耐垂
下性の向上に著るしい働きをするが、そのために
は結晶粒界の面積に対するその総面積比の平均
は、15％以下の範囲にある必要がある。 すなわち、上記の面積比が15％より大きい場合
には、高温使用時に、結晶粒界の空孔が逆にスベ
リ発生の源となり、高温強度が低下しフイラメン
トの変形を生じ、フイラメントの早期断線を招く
ことになる。ここで、結晶粒界の単位面積に対す
る空孔の総面積比を求める方法の一例をあげる
と、例えば線材を液体窒素などで冷却した状態で
衝撃を加えることにより粒界破断を引き起こし、
結晶粒界の表面を測定可能とした試料を得る。そ
してこの破断面を観察し、この破断面の単位面積
当りの直径0.3μmの空孔（破断面においては略円
状の凹部となつている）の総面積を測定すること
により得られる。 また、3200℃で加熱処理した場合、結晶粒界の
面積に対する空孔の総断面積比は、所定の線径ま
で加工される各段階において殆んど変化しないか
ら、総断面積比15％以下という条件は、伸線加工
のいずれかの段階で満足していればよい。 すなわち、伸線加工のいずれかの段階で上記状
態であれば、以後の加工を経ても、軸に対して垂
直な方向への粒界の移動を抑制する空孔の効果は
変らず、フイラメントにした場合の耐垂下性が飛
躍的に向上する。 更に、総面積比を算定する空孔の直径を0.3μ以
上のものに限定したのは、次の理由による。 すなわち、高温強度向上に効果があるのは0.3μ
以下の空孔であり0.3μ以上の粗大空孔は、逆にス
ベリを引き起こす原因となり高温強度の低下を招
くことが発明者らの実験によつて確められてい
る。したがつて、0.3μ以上の粗大空孔が多ければ
多い程、ランプにした時、フイラメントの高温強
度が低下するが、実使用時における対応を検討し
た結果、再結晶粒界の面積における空孔の面積の
和が平均で15％以下であれば良好なフイラメント
が得られる。 尚、連続整列空孔の状態を特定する温度を3200
℃としたのは、管球用タングステン線材としての
適否を、短時間でかつ正確に判断するためであつ
て、これより低温では観察し得る空孔が出現する
のに長時間を要し、反対に余り高温では有効な空
孔でも孔径が大きくなりすぎ、過大な空孔との区
別が難しく、適切な判断ができないためである。 また、本発明における加熱処理は、真空或いは
水素（還元）雰囲気中で線材に直接通電するか、
或いはタングステンスリーブなどの発熱体中に挿
入して行なう。本発明のタングステン線材の製造
方法の一例としては、従来の製造方法に対し下記
の条件を満足させることにより得られる。すなわ
ちまずタングステン粉末を製造するまでの過程に
おいてドープ剤以外の不純物を十分に除去するこ
とが重要である。そしてさらに、ドープ剤の均一
化を図ることが重要となる。ドープ剤の均一化の
手段として、原料粉とドープ剤を混合する際に溶
液混合法を用い、その後の粉末の粒径を２〜4μm
と粒径を適正化し粉末中に含まれるドープ剤の量
をコントロールし、かつ焼結時の昇温速度を従来
の1/2以下とすることにより、焼結時のタングス
テン成型体中のドープ剤の飛散する量を均一化
し、焼結体の表面部および内部におけるドープ剤
の分散状態を均一化することにより本発明で規定
するタングステン線材を得ることが可能となる。 以下本発明のタングステン線材を管球フイラメ
ントに適用した場合の実施例について説明する。 実施例 次表に示される各粒径のタングステン粉末にド
ープ材を溶液混合法を用いて添加し、その後通常
の還元、成形工程を行い、得られた成形体を通常
の温度で焼結を行う際に同じく次表に示す各昇温
速度で加熱を行つた。その後、通常の熱処理なら
びに転打および伸線の各加工を施こして、3200℃
で５分間加熱処理したとき、連続整列空孔を有
し、結晶粒界の総面積に対する直径0.3μ以上の空
孔の総面積比が、次表に示される各値を有する、
直径0.39mmの線材を製造した。 これらをフイラメントとして使用して100V、
2kWのハロゲンランプを製作し、その寿命およ
びフイラメントの耐垂下性を測定した。測定結果
を同表に示す。ここで、寿命および耐垂下性は同
表における試料番号１を１としての相対比較とし
て示している。 尚、本実施例における評価および測定は次のよ
うにして行つた。 すなわち、空孔の直径と断面積、および結晶粒
界の面積の観察および算定は、SEM（走査形電子
顕微鏡）を用いて10000倍に拡大した線材断面の
一定の大きさの視野を観察し、算定することによ
つて行なつた。また、寿命は、ランプを点灯しフ
イラメントが焼断するまでの時間を測定すること
によつて求め、さらに耐垂下性は、100時間点灯
後のフイラメントの端部支持位置から垂下位置ま
での距離を測定することによつて求めた。
にハロゲンランプのような点灯温度の高い管球の
フイラメントとして好適するタングステン線材に
関する。 従来から、管球用タングステン材料しては、純
タングステン或いはレニウム−タングステン合金
に、アルミニウム、ケイ素、カリウムなどのドー
プ剤を微量添加したもの（本明細書では、これら
のドープタングステンを含めてタングステンと総
称する。）が使用されているが、これらの耐垂下
性は充分なものではなく、これらをフイラメント
として用いた電球の寿命も必ずしも満足できるも
のではなかつた。 特にフイラメントの直径が100〜200μmと細く、
使用温度（点灯温度）が3000Kを越えるような、
複写機等のハロゲンランプ等に使用した場合に
は、点灯中のフイラメントの垂下、変形が大き
く、点灯効率が低くなるばかりでなく、早期断線
が起こりやすいという欠点があつた。 本発明はこのような欠点を解消し、フイラメン
トの耐垂下性および寿命の向上をもたらす管球用
タングステン材料を提供するものである。 すなわち、本発明は、3200℃で５分間加熱処理
を施こした場合に、結晶粒界に沿つて連続的に整
列した空孔を有し、この粒界の単位面積に対す
る、直径0.3μm以上の空孔の総面積比の平均が、
15％以下であることを特徴とする管球用タングス
テン線材である。 本発明のタングステン線材における耐垂下性の
向上は、ドープ剤、その中でも特にカリウムが焼
結時に高温に加熱され蒸発することによつて形成
される空孔（ドープ孔）によりもたらされるもの
であり、このような空孔が線引加工され、適切な
密度でタングステン線の軸方向に沿つて連続的に
整列することによつて二次再結晶時に、タングス
テン線の軸方向と直角方向への結晶粒子の成長を
抑制することによつて長大結晶粒子を形成し、こ
れにより耐垂下性、耐衝撃性等の向上が達せられ
る。 すなわち、空孔の存在は、一般金属における不
純物分散によるそれと同様の粒界移動の抑制効果
を有し、このことにより再結晶温度を上昇させる
ばかりでなく、分散強化型金属における分散粒子
と同じような働きをすることにより、強化作用を
もたらす。また、結晶軸方向（結晶粒界の方向）
に並んだ空孔により、軸に垂直な方向の再結晶粒
の成長が抑制され、結晶粒は軸方向に優先的に発
達することになるので、軸方向に長く伸びた長大
再結晶が形成され、これも再結晶温度を高くする
作用をしている。 このように空孔の存在は以上の作用により耐垂
下性の向上に著るしい働きをするが、そのために
は結晶粒界の面積に対するその総面積比の平均
は、15％以下の範囲にある必要がある。 すなわち、上記の面積比が15％より大きい場合
には、高温使用時に、結晶粒界の空孔が逆にスベ
リ発生の源となり、高温強度が低下しフイラメン
トの変形を生じ、フイラメントの早期断線を招く
ことになる。ここで、結晶粒界の単位面積に対す
る空孔の総面積比を求める方法の一例をあげる
と、例えば線材を液体窒素などで冷却した状態で
衝撃を加えることにより粒界破断を引き起こし、
結晶粒界の表面を測定可能とした試料を得る。そ
してこの破断面を観察し、この破断面の単位面積
当りの直径0.3μmの空孔（破断面においては略円
状の凹部となつている）の総面積を測定すること
により得られる。 また、3200℃で加熱処理した場合、結晶粒界の
面積に対する空孔の総断面積比は、所定の線径ま
で加工される各段階において殆んど変化しないか
ら、総断面積比15％以下という条件は、伸線加工
のいずれかの段階で満足していればよい。 すなわち、伸線加工のいずれかの段階で上記状
態であれば、以後の加工を経ても、軸に対して垂
直な方向への粒界の移動を抑制する空孔の効果は
変らず、フイラメントにした場合の耐垂下性が飛
躍的に向上する。 更に、総面積比を算定する空孔の直径を0.3μ以
上のものに限定したのは、次の理由による。 すなわち、高温強度向上に効果があるのは0.3μ
以下の空孔であり0.3μ以上の粗大空孔は、逆にス
ベリを引き起こす原因となり高温強度の低下を招
くことが発明者らの実験によつて確められてい
る。したがつて、0.3μ以上の粗大空孔が多ければ
多い程、ランプにした時、フイラメントの高温強
度が低下するが、実使用時における対応を検討し
た結果、再結晶粒界の面積における空孔の面積の
和が平均で15％以下であれば良好なフイラメント
が得られる。 尚、連続整列空孔の状態を特定する温度を3200
℃としたのは、管球用タングステン線材としての
適否を、短時間でかつ正確に判断するためであつ
て、これより低温では観察し得る空孔が出現する
のに長時間を要し、反対に余り高温では有効な空
孔でも孔径が大きくなりすぎ、過大な空孔との区
別が難しく、適切な判断ができないためである。 また、本発明における加熱処理は、真空或いは
水素（還元）雰囲気中で線材に直接通電するか、
或いはタングステンスリーブなどの発熱体中に挿
入して行なう。本発明のタングステン線材の製造
方法の一例としては、従来の製造方法に対し下記
の条件を満足させることにより得られる。すなわ
ちまずタングステン粉末を製造するまでの過程に
おいてドープ剤以外の不純物を十分に除去するこ
とが重要である。そしてさらに、ドープ剤の均一
化を図ることが重要となる。ドープ剤の均一化の
手段として、原料粉とドープ剤を混合する際に溶
液混合法を用い、その後の粉末の粒径を２〜4μm
と粒径を適正化し粉末中に含まれるドープ剤の量
をコントロールし、かつ焼結時の昇温速度を従来
の1/2以下とすることにより、焼結時のタングス
テン成型体中のドープ剤の飛散する量を均一化
し、焼結体の表面部および内部におけるドープ剤
の分散状態を均一化することにより本発明で規定
するタングステン線材を得ることが可能となる。 以下本発明のタングステン線材を管球フイラメ
ントに適用した場合の実施例について説明する。 実施例 次表に示される各粒径のタングステン粉末にド
ープ材を溶液混合法を用いて添加し、その後通常
の還元、成形工程を行い、得られた成形体を通常
の温度で焼結を行う際に同じく次表に示す各昇温
速度で加熱を行つた。その後、通常の熱処理なら
びに転打および伸線の各加工を施こして、3200℃
で５分間加熱処理したとき、連続整列空孔を有
し、結晶粒界の総面積に対する直径0.3μ以上の空
孔の総面積比が、次表に示される各値を有する、
直径0.39mmの線材を製造した。 これらをフイラメントとして使用して100V、
2kWのハロゲンランプを製作し、その寿命およ
びフイラメントの耐垂下性を測定した。測定結果
を同表に示す。ここで、寿命および耐垂下性は同
表における試料番号１を１としての相対比較とし
て示している。 尚、本実施例における評価および測定は次のよ
うにして行つた。 すなわち、空孔の直径と断面積、および結晶粒
界の面積の観察および算定は、SEM（走査形電子
顕微鏡）を用いて10000倍に拡大した線材断面の
一定の大きさの視野を観察し、算定することによ
つて行なつた。また、寿命は、ランプを点灯しフ
イラメントが焼断するまでの時間を測定すること
によつて求め、さらに耐垂下性は、100時間点灯
後のフイラメントの端部支持位置から垂下位置ま
での距離を測定することによつて求めた。
【表】
以上の実施例からも明らかなように、本発明の
タングステン線材は、高温における耐垂下性に優
れているので、特に点灯温度の高いハロゲンラン
プや、集魚灯、映写機用等のランプとして好適し
ている。
タングステン線材は、高温における耐垂下性に優
れているので、特に点灯温度の高いハロゲンラン
プや、集魚灯、映写機用等のランプとして好適し
ている。
Claims (1)
- １ 3200℃で５分間加熱処理を施したとき、連続
整列空孔を有し、結晶粒界の単位面積に対する、
直径0.3μm以上の空孔の総面積が15％以下である
ことを特徴とする管球用タングステン線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15487681A JPS5858260A (ja) | 1981-10-01 | 1981-10-01 | 管球用タングステン線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15487681A JPS5858260A (ja) | 1981-10-01 | 1981-10-01 | 管球用タングステン線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5858260A JPS5858260A (ja) | 1983-04-06 |
| JPH037749B2 true JPH037749B2 (ja) | 1991-02-04 |
Family
ID=15593862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15487681A Granted JPS5858260A (ja) | 1981-10-01 | 1981-10-01 | 管球用タングステン線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5858260A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53726B2 (ja) * | 1973-03-31 | 1978-01-11 | ||
| JPS50127815A (ja) * | 1974-03-28 | 1975-10-08 |
-
1981
- 1981-10-01 JP JP15487681A patent/JPS5858260A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5858260A (ja) | 1983-04-06 |
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