JPH04249852A

JPH04249852A - タングステンフィラメント、白熱ランプ及びタングステンハロゲンランプ

Info

Publication number: JPH04249852A
Application number: JP3130330A
Authority: JP
Inventors: John W Pugh; ジョン・ウィリアム・ピュー; Donald L Bly; ドナルド・リー・ブライ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1992-09-04
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: EP0456054B1; US5072147A; HUT57472A; DE69115554D1; CA2039785A1; DE69115554T2; EP0456054A3; JP2703672B2; HU911300D0; EP0456054A2; CA2039785C

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、改良されたるみ抵抗性のタン
グステンフィラメントおよびランプにおけるそれの用途
に関するものである。更に詳しく言えば本発明は、少な
くとも約８５％の再結晶度を有しかつ互いにかみ合って
結合した細長くて大きい結晶粒から成る顕微鏡組織を有
するタングステンフィラメント、それの製造方法、並び
にランプにおけるそれの用途に関する。

【０００２】

【発明の背景】白熱ランプのごときランプにおけるタン
グステンフィラメントの使用は、当業者にとって公知の
ものである。白熱ランプの効率並びにそれの光出力や演
色性は、フィラメントが動作する温度に大きく依存する
。フィラメント温度はまた、放射される光の品質をも決
定する。一般に、タングステンハロゲンランプのごとき
効率の高い白熱ランプにおいては、コイル状とりわけ二
重コイル状を成すフィラメントが使用されるが、これら
のフィラメントは約２５００℃の温度において動作する
。また、舞台ランプやスタジオランプの場合には、フィ
ラメントは２９００℃もの高温において動作する。一定
の光出力を得るためには、フィラメント温度が高いほど
寸法の小さいフィラメントを使用することができ、従っ
てランプの小形化が可能となるが、このことは市場にお
いて非常に望ましいものである。現在のところ、約２３
００℃を越える温度においてフィラメントを使用すると
実質的なたるみが生じるが、これはフィラメントコイル
のゆがみをもたらす。かかるゆがみは放射熱損失を増加
させ、それによってランプ効率を低下させることになる
。上記のごときたるみはまた、フィラメントコイルの様
々な部分間における短絡を引起こすこともある。タング
ステンフィラメントを製造するためのタングステンイン
ゴットは、微量のドーパント（たとえば、カリウム、ア
ルミニウムおよびケイ素）を含有している。一般的に述
べれば、フィラメント製造用のタングステン線を形成す
るために使用されるタングステンインゴットは、約９９
．９５〜約９９．９９重量％のタングステンと、微量の
１種または数種のドーパントおよび不純物とから成って
いる。

【０００３】フィラメント製造用の微細なタングステン
線を形成する際には、一連の圧延、すえ込み、線引きお
よびアニール工程を使用する必要がある。かかるタング
ステン線からフィラメント（すなわち、単巻コイルフィ
ラメントまたは二次コイルを有する二重コイルフィラメ
ント）を製造する際には、得られたフィラメント構造物
を一般に約１３００〜１６００℃の範囲内の温度下で約
１〜１０分間にわたって加熱することにより、軽度のア
ニールを施して応力の除去を行うのが普通である。その
結果、１９５２年にチャップマン・アンド・ホール社（
ロンドン）から発行されたスミセルズ（Ｓｍｉｔｈｅｌ
ｌｓ）　の著書「タングステン（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ）」
の１３６〜１３７頁に記載されているごとく、実質的に
再結晶していない繊維状の顕微鏡組織を有するフィラメ
ントが得られることになる。かかる繊維状の顕微鏡組織
は比較的弱いフィラメントを与えるのであって、フィラ
メントが動作する２０００℃以上の温度におけるそれの
たるみ抵抗性は極めて小さい。従って、当業者には公知
の通り、かかるフィラメントには再結晶処理を施す必要
がある。このことは、たとえば、スミセルズの著書の１
３６〜１４５頁並びに米国特許第３９２７９８９および
４２９６３５２号明細書中に記載されている。これらの
特許明細書中には、タングステンフィラメントは通例約
１９００〜２５００℃の範囲内の温度において再結晶す
ることが開示されている。最も理想的なフィラメントは
、タングステンの単結晶から成るもの、あるいはタング
ステンの単結晶を生成するようなやり方で再結晶させた
ものである。かかるフィラメントは最大のたるみ抵抗性
および引張強さを有するはずである。しかしながら、こ
のようなフィラメントを製造することは現在のところ不
可能であるから、効率の高い小形ランプにおいて使用す
るのに適するような改善された高温たるみ抵抗性を有す
るフィラメントは当業界において強く要望されているの
である。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、互いにかみ合って結合した細
長い結晶粒から成る顕微鏡組織を有し、それによって改
善された高温強度およびたるみ抵抗性を有するタングス
テンフィラメントに関するものである。上記のごとき結
晶粒は、少なくとも約１０（好ましくは少なくとも約１
５）の値を有する結晶粒形状パラメータ（ＧＳＰ）によ
って数値的に規定される。結晶粒形状パラメータの値は
、結晶粒縦横比（ＧＡＲ）を結晶粒界指数（ＧＢＦ）で
割った値に等しい。ＧＢＦおよびそれを求めるための方
法は、後記の「発明の詳細な説明」中に述べられている
。基本的には、ＧＢＦはフィラメント中に存在する互い
に隣接したタングステン結晶粒間の結晶粒界のかみ合い
特性に関するものである。スミセルズの著書の１３６〜
１３７頁に記載されているごとく、フィラメント線の長
軸を横断する比較的真直ぐな結晶粒界は最も不都合なも
のであって、それは最大量のたるみをもたらす。ＧＡＲ
は結晶粒の長さ／直径比の平均値である。ＧＳＰは、そ
れら２つのパラメータを組合わせることによって得られ
る良さの指数である。本発明においては、ＧＡＲおよび
ＧＳＰの値は大きいほど好ましいのに対し、ＧＢＦの値
は小さいほど好ましい。一般的に述べれば、上記のごと
く、ＧＳＰは少なくとも約１０（好ましくは少なくとも
約１５）の値を有し、ＧＡＲは少なくとも約５０（好ま
しくは少なくとも約１００）の値を有し、またＧＢＦは
約１５未満（好ましくは約８未満）の値を有する。本発
明のフィラメントは少なくとも約８５％（好ましくは少
なくとも約９５％）の再結晶度を有していて、たるみを
全くもしくはほとんど生じることなしに２３００℃より
高い温度において使用することができる。本発明のフィ
ラメントは、タングステンから形成された単線、単巻コ
イル、二重コイル、三重コイルおよびリボンの中から選
ばれたいずれの形態をも有し得る。本発明はまた、本発
明に基づく顕微鏡組織を有するタングステンフィラメン
トを含んだランプにも関する。

【０００５】

【詳しい説明】上記のごとくに本発明は、少なくとも約
１０の値を有する結晶粒形状パラメータ（ＧＳＰ）によ
って規定されるような互いにかみ合って結合した細長く
て大きい結晶粒から成る顕微鏡組織を有するタングステ
ンフィラメントに関する。なお、ＧＳＰは結晶粒縦横比
（ＧＡＲ）を結晶粒界指数（ＧＢＦ）で割った値に等し
い。当業者にとって公知のごとく、タングステンフィラ
メントは一般に約１０ミル未満の直径を有する微細なタ
ングステン線から形成されている。これら３種のパラメ
ータを評価するための方法を下記に示す。

【０００６】本発明によって規定されるような性質を有
するフィラメント中における結晶粒界の性質、寸法およ
び種類を確認するためには、先ず最初に、該フィラメン
トの熱エッチングを行うことが必要である。そのために
は、真空または不活性雰囲気中において、あるいはラン
プ内に取付けられたままの状態で、結晶粒界を発現させ
るのに十分な時間にわたって該フィラメントを高温下で
加熱すればよい。かかる熱エッチングによれば結晶粒界
に沿って溝の形成または丸み付けが起こる結果、結晶粒
界が見易くなる。かかる熱エッチングは、一般に、約２
４００〜２７００℃という比較的広い範囲内の温度を使
用しながら（温度および雰囲気に応じ）約２〜２４時間
にわたって行うことができる。一例を挙げれば、本発明
の実施に際しては、真空中において２４５０℃で４時間
にわたる熱エッチングを行うことによってほとんどの場
合に満足すべき結果が得られることが判明している。あ
るいはまた、ランプ内に取付けられたままの状態でフィ
ラメントに熱エッチングを施することもできるのであっ
て、そのためには該ランプをそれの定格電圧で少なくと
も約５０時間にわたって点灯すればよい。フィラメント
の熱エッチングが完了した後、該フィラメントは電界放
出走査電子顕微鏡内に配置される。かかる目的のために
は、たとえば、約２０オングストロームの分解能および
１０００×で１００μｍの焦点深度を有する日立Ｓ−８
００型電界放出走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用するこ
とができる。

【０００７】図１には、図２（ａ）に示されたフィラメ
ントのコイル断片の一部分を表わす画像が略示されてい
る。図１にはまた、結晶粒形状の解析に際して使用され
る作業工程も示されている。測定は簡単なものであって
、ＳＥＭの観測スクリーン（ＣＲＴ）またはＳＥＭによ
って撮影された写真上において直接に行うことができる
。図１（ａ）　および１（ｂ）　に示されるごとく、第
１の工程は結晶粒界の一端Ａを見出すことである。次い
で、同じ結晶粒界の他端Ｃおよびフィラメント線の一方
のへり上の点Ｂが見出される。勿論、タングステン結晶
粒の直径がフィラメント線の直径と実質的に等しいこと
は言うまでもあるまい。フィラメント線の一方のへりを
規定する直線ＡＢを引き、次いで図１（ｃ）　に示され
るごとくＡＢに対する垂線を引き、そしてその垂線がフ
ィラメント線の反対側のへりと交わる点をＤとすれば、
直線ＡＤはフィラメント線の直径を規定することになる
。次に、結晶粒界と交わるように直線ＡＣが引かれ、そ
して図１（ｄ）　に示されるごとく極大点および極小点
に×印が付けられる。フィラメント線を連続的に走査し
ながら、それに続いて存在する各々の結晶粒界が同様に
して解析される。フィラメント線の全長にわたって走査
を行った後には、ＧＢＦの平均値を求めることができる
。結晶粒界指数（ＧＢＦ）は下記の関係式によって表わ
される。

【０００８】

【数１】上記式中、Ｎｂ　は測定された結晶粒界の数である。結
晶粒界の角θは、図１および２に示されるごとく、直線
ＡＣと直線ＡＤとが成す角として求められる。波長λは
、フィラメント線の直径を横切る波（結晶粒界のうねり
）の数の逆数である。波の高さ（または振幅）ｈは、図
２に示されるごとく、結晶粒界の両端を結ぶ直線ＡＣ（
図１）を基準として求められる。場合によっては、ピー
ク間の振幅を測定して２で割って求めれば簡便であるこ
とが判明している。λおよびｈはいずれも平均され、そ
してフィラメント線の直径に対する分数として表わされ
る。

【０００９】結晶粒縦横比（ＧＡＲ）は下記の式によっ
て求められる。

【００１０】

【数２】上記式中、ＮＴ　は検査された一次コイルの巻数であり
、またＮＢは観察された結晶粒界の数である。一次コイ
ルの１巻きの長さをフィラメント線の直径で割った値が
ｋであって、これは所定のフィラメント構造について一
定である。

【００１１】ＧＢＦおよびＧＡＲの平均値が求められれ
ば、１個のフィラメントまたは１群のフィラメントに関
する結晶粒形状パラメータ（ＧＳＰ）は下記のごとくに
して求められる。

【００１２】

【数３】これらの解析および計算はまた、トラコア・ノーザン（
Ｔｒａｃｏｒ　Ｎｏｒｔｈｅｒｎ）　ＴＮ８５００型イ
メージアナライザのごとき画像分析装置と共に適当な計
算機プログラムを用いて行うこともできる。

【００１３】結晶粒界が複雑にかみ合っているほど、ラ
ンプフィラメントは一層強固なものとなる。このような
かみ合い特性は、２種のパラメータによって記述するこ
とができる。第１のものは結晶粒界のうねりの振幅ｈで
あり、また第２のものは波長λである。定量化すること
のできる結晶粒界のもう１つの特性は、フィラメント線
の横断面に対して結晶粒界が成す角θである。コイルフ
ィラメントにおいては、最大の応力はフィラメント線の
長軸に対して垂直な横断面に沿って及ぼされる。それ故
、角θが大きくなるほど、結晶粒界に加わる応力は小さ
くなる。また、角θの増大に伴って結晶粒界の長さも大
きくなる。ＧＢＦは、これらの因子の全てを組合わせた
式ＧＢＦ＝　（λ／ｈ２　）ｃｏｓ２　θによって表わ
される。

【００１４】フィラメントの結晶粒界の平均特性に加え
て、フィラメントのクリープの原因となる結晶粒界の数
を決定することも重要である。このような特性を表わす
ために選ばれたパラメータは、結晶粒縦横比（すなわち
、結晶粒の長さ／直径比の平均値）である。結晶粒縦横
比は、高温クリープ性能との関連でしばしば使用される
から、当業者にとってなじみの深い便利なパラメータで
ある。結晶粒の直径が常にフィラメント線の直径と等し
いようなランプフィラメントの場合、結晶粒縦横比は結
晶粒界の数に測定された長さを掛けかつフィラメント線
の直径で割った値の逆数にほぼ等しい。結晶粒縦横比が
大きくなるほど、フィラメントのクリープの原因となる
滑動性の結晶粒界は少なくなり、従ってフィラメントは
より強固なものとなる。

【００１５】上記のごとき特性の全てを組合わせること
により、ランプフィラメントの再結晶顕微鏡組織に関す
る良さの指数としてのＧＳＰが得られる。

【００１６】本発明に基づく特性を有するタングステン
フィラメントを製造するためには、２種の方法がある。第１の方法は連続アニール法であり、また第２の方法は
２つの加熱工程の間に室温への冷却を含む不連続の二段
アニール法である。いずれの方法も、ほぼ０％の再結晶
度を有するコイル状のタングステンフィラメントを用い
て開始される。タングステンフィラメントを製造するた
めに使用される線形成およびアニール工程においては、
タングステン線は繊維状の顕微鏡組織を生じるのであっ
て、この顕微鏡組織は以後の処理工程に際してほとんど
変化を受けない。かかる繊維状の顕微鏡組織は極めて延
性に富むタングステンフィラメントを与えるが、該フィ
ラメントが発光目的のためランプ内において２３００℃
以上の高温に加熱された場合、繊維状の顕微鏡組織は急
速に再結晶してフィラメントのたるみおよび破断をもた
らす。それ故、当業者にとって公知のごとく、フィラメ
ントとしての使用に適した特性を有する顕微鏡組織を持
ったフィラメントを得るためには、形成されたタングス
テンフィラメントを加熱して少なくともある程度の再結
晶を生起させることが必要である。タングステンフィラ
メントの製造に際しては、先ず最初に、モリブデン、鋼
などから成る線状のマンドレル（すなわち、一次マンド
レル）の回りにタングステンフィラメント線を巻くこと
によってコイル構造物が形成される。多くの白熱ランプ
においては、単巻のコイルフィラメントが使用されてい
る。しかしながら、効率のより高い小形かつ高出力のラ
ンプにおいては、タングステンフィラメントは二重コイ
ルを成している。この種のフィラメントを製造するため
には、タングステンフィラメント線を一次マンドレルの
回りに巻いて一次コイルを形成した後、それを二次マン
ドレルの回りに巻くことによって二次コイルが形成され
る。かかるフィラメントの形成を完了し、そしてマンド
レルの溶解後における弾性スプリングバックを抑制する
ためのアニールを施した後、フィラメントが二次マンド
レルから取外され、そして酸（たとえば、硝酸と硫酸と
の混合物）と水とから成る酸浴中に浸漬される。なお、
かかる酸浴は当業者にとって公知のものであって、たと
えば米国特許第４４４０７２９号明細書中に開示されて
いる。このようにして一次（および二次）マンドレルを
溶解すれば、最終フィラメントが得られる。

【００１７】本発明の連続アニール法においては、約２
６５０°Ｋの最高温度を用いて３０秒間にわたり加熱す
ることから成る再結晶処理条件の下で二重コイルフィラ
メントが処理され、次いで室温にまで急冷される。図３
には、６０Ｗ／１２０Ｖフィラメント用の典型的な再結
晶処理条件が示されている。この再結晶処理条件を使用
して本発明の連続アニール法を実施したところ、本発明
の特性を有する６０Ｗ／１２０Ｖの小形ランプ用として
適した二重コイルフィラメントが得られた。図３に示さ
れた特定の時間・温度曲線は、少なくとも８５％の再結
晶度を達成するために役立つ典型的な再結晶処理条件を
表わすものであるが、その他の処理条件が排除されるわ
けではない。たとえば、より高い最高温度と共により短
い加熱時間を使用することもできるし、あるいはより低
い最高温度と共により長い加熱時間を使用することもで
きる。

【００１８】フィラメントを加熱するための好適な方法
は、フィラメントの中心にタングステン製のマンドレル
を配置し、そしてそれに電流を流して加熱することによ
り、フィラメントを間接的に加熱するというものである
。詳しく述べれば、フィラメントの中心にタングステン
マンドレルを配置し、そしてそれを電極に取付けた後、
電極間に電流を流すことによってマンドレル（およびフ
ィラメント）が加熱される。かかるタングステンマンド
レルの直径は、二重コイルを形成するために使用される
二次マンドレルの直径よりも僅かに小さいのであって、
通例は二次マンドレルの直径よりも１．０ミルだけ小さ
い。かかる加熱は、９０％の窒素と１０％の水素とから
成る化成ガスのごとき還元雰囲気中において行われる。かかる再結晶処理に際しては、二重コイルフィラメント
中にモリブデン製の一次マンドレルが存在すれば、二次
ピッチ（すなわち、隣接する二次コイル巻線間の間隔）
の不均一化のごときフィラメントのゆがみが最小限に抑
えられる。すなわち、好適な連続アニール法においては
、モリブデン製の一次マンドレルを用いた一次コイルの
形成、アニール、二次コイルの形成、およびアニールの
諸工程を含んだ通常の方法によって製造された二重コイ
ルフィラメントであるが、酸による一次マンドレルの溶
解は受けていないようなものが使用されるのである。タ
ングステンマンドレルに電流を流して加熱することによ
り、図３の時間・温度曲線に従ってフィラメントを再結
晶させた後、通常の酸溶解操作によってモリブデン製の
一次マンドレルが溶解される。図３に示されるような再
結晶処理に際しては、タングステン製のフィラメント線
とモリブデン製の一次マンドレルとの間に顕著な相互拡
散が起こる結果、酸によってモリブデン製の一次マンド
レルを溶解した後におけるタングステン製のフィラメン
ト線は重量基準で表わして５００〜３０００ｐｐｍ　の
モリブデンを含有するのが通例である。特に、図３に示
されるような再結晶処理を施し、次いでモリブデン製の
一次マンドレルを溶解した後における６０Ｗ／１２０Ｖ
フィラメントは、１０００〜２５００ｐｐｍ　のモリブ
デンを含有するのが通例である。なお、再結晶処理に際
してフィラメント中に一次マンドレルを残存させなくて
もよいことは言うまでもない。

【００１９】あるいはまた、図３に示されるような再結
晶処理は、所定の時間・温度条件を達成するために役立
つその他任意の方法によって行うこともできる。たとえ
ば、小形のタングステンボート内にフィラメントを配置
してから急速応答炉内において加熱してもよいし、ある
いはフィラメントに取付けたリード線を通して電流を流
すことによってフィラメントを直接に加熱してもよい。

【００２０】本発明の連続アニール法の一実施例につい
て述べれば、２．１ミルの線径、６０ミルの外径および
９．６ｍｍのコイル長さを有する６０Ｗ／１２０Ｖ二重
コイルフィラメントを直径３１．０ミルのタングステン
マンドレル上に装着した。かかるタングステンマンドレ
ルをプログラム可能な電流源に接続し、そして９０％の
窒素と１０％の水素とから成る化成ガス雰囲気中におい
て加熱することによって図３に示された再結晶処理を施
し、次いで室温にまで急冷した。その後、フィラメント
を酸浴中に浸漬することによってモリブデン製の一次マ
ンドレルを溶解した。処理済みのフィラメントは９５％
の再結晶度を有すると共に、重量基準で表わして１７０
０ｐｐｍ　のモリブデンを含有していた。２８個のフィ
ラメントについて顕微鏡組織の解析を行ったところ、下
記のごとき平均値が得られた。

【００２１】ＧＳＰ　　　　　　　　５６ＧＡＲ　　　
　　　２４０ＧＢＦ　　　　　　　　　　４．３再結晶度は、フィラメントのスプリングバック特性の違
いを測定するコイル延伸試験によって求められた。スプ
リングバック特性は塑弾性応力ひずみ挙動特性（たとえ
ば、降伏強さおよびひずみ硬化速度）によって支配され
るのであって、それらの変化はスプリングバック特性の
差となって現れる。コイル延伸試験は、基本的に見れば
、軸方向に沿ってコイルを一定の延伸長さ（すなわち、
原長の約８倍の長さ）にまで引伸ばした後、張力を除去
して弛緩長さを測定するというものである。次いで、延
伸後に生じた弛緩長さおよび２種の基準弛緩長さ（すな
わち、０％の再結晶度に対応する弛緩長さおよび１００
％の再結晶度に対応する弛緩長さ）から再結晶度を計算
することができる。なお、基準コイルも同じ延伸長さに
まで引伸ばされる。再結晶度０％の基準フィラメントは
、標準的なコイル形成方法（すなわち、一次コイルの形
成、アニール、二次コイルの形成、アニール、および酸
によるマンドレルの溶解から成る方法）によって製造さ
れたものであって、その後にいかなる再結晶処理も施さ
れていないようなものである。再結晶度１００％の基準
フィラメントは、１００％の再結晶度を確実にもたらす
ような高温処理を施したものである。一定の処理時間の
下でフィラメントを次第に高い温度で処理した場合に延
伸試験後の弛緩長さがほとんど増加しなくなった時、そ
の温度は再結晶度１００％の基準フィラメントを生み出
すのに十分なものと見なされる。コイル延伸試験は、再
結晶処理およびそれに続くマンドレルの溶解後に行われ
る。再結晶度１００％の基準フィラメントを生み出す再
結晶処理について述べれば、１°Ｋの温度上昇に対する
弛緩長さの増加は０．０２％より少ないのが通例である
。百分率で表わされた再結晶度を計算するための式は下
記の通りである。

【００２２】再結晶度（％）＝１００（Ｌ−Ｌ０　）／（Ｌ１　−Ｌ
０）上記式中、Ｌは一定の延伸長さにまで引伸ばした後
におけるフィラメントの弛緩長さであり、Ｌ０　は同じ
延伸長さにまで引伸ばした後における再結晶度０％の基
準フィラメントの弛緩長さであり、そしてＬ１　は同じ
延伸長さにまで引伸ばした後における再結晶度１００％
の基準フィラメントの弛緩長さである。かかるコイル延
伸試験と、研摩およびエッチングを施した数多くの断面
を使用する通常の面倒な金属組織学的検査との間には、
良好な相関関係が認められる。このようなコイル延伸試
験方法は、メタラージカル・トランザクションズ（Ｍｅ
ｔａｌｌ．　Ｔｒａｎｓ．）第２０Ａ巻（１９８９年９
月）の１８８５〜１８８７頁に収載されたピューおよび
マックホーター（Ｐｕｇｈ　＆　ＭｃＷｈｏｒｔｅｒ）
の論文「再結晶度に関する弾性回復試験」中に発表され
ている。

【００２３】次に、本発明の二段アニール法の実施例に
ついて述べる。先ず最初に、再結晶していないフィラメ
ントを化成ガス雰囲気中において１２５０〜２０５０℃
（好ましくは１６５０〜２０５０℃）の範囲内の温度下
で約７分間にわたり加熱することによって第１段のアニ
ールを行った。なお、モリブデン製の一次マンドレルは
第１段のアニールに先立って除去され、また加熱はフィ
ラメントに接続されたリード線を通しての抵抗加熱によ
って行われた。このような第１段のアニールの結果、使
用した温度に応じて約５〜７３％の再結晶度が得られた
。なお、温度は高い方が好ましかった。

【００２４】第１段のアニールの後、部分的に再結晶し
たフィラメントを短時間にわたって室温にまで冷却し、
次いで通常のパルス抵抗加熱技術または点滅技術を用い
て再び急速に加熱した。この場合、脈動するフィラメン
ト温度は約２０秒間で２２００°Ｋから３２００°Ｋに
まで上昇した。このような方法に従って製造された４５
Ｗ（１２０Ｖ）タングステンハロゲンランプ用のフィラ
メントは、第１段のアニールを１６５０〜２０５０℃の
範囲内において行った場合にほぼ１００％の再結晶度を
示し、そして実質的にたるみを生じなかった。かかるフ
ィラメントは、カリウムを添加した直径０．０６ｍｍの
タングステン線（ＧＥタイプ２１８）から形成された長
さ約１２ｍｍの二重コイルフィラメントであった。この
ようにして製造されたフィラメントは、８６のＧＳＰ、
４．４のＧＢＦ、および２８９のＧＡＲを有していた。本発明に基づく同様な特性を有するフィラメントはまた
、タングステンボート内に配置したフィラメントを化成
ガス雰囲気中において炉内加熱することによっても製造
することができた。

【００２５】本発明のフィラメントと比較するため、別
の製造業者によって製造された同等なタングステンハロ
ゲンランプから同様な構造のフィラメントを取出して調
べたところ、それらは約１２〜２２のＧＡＲおよび約０
．５〜４．３のＧＳＰを有していた。

【００２６】本発明に従って製造されたフィラメントの
多くは、アメリカ合衆国オハイオ州クリーブランド市タ
ングステン・ロード所在のＧＥライティング（ＧＥ　Ｌ
ｉｇｈｔｉｎｇ）　社から入手し得る標準銘柄のタング
ステン線（すなわち、ＧＥタイプ２１８タングステン線
）から形成された。このタングステン線は９９．９５＋
％の純度を有し、かつ６５〜８０ｐｐｍ　のカリウムを
添加したものである。本発明に基づく特性を有するフィ
ラメントはまた、アメリカ合衆国および日本国内のその
他のタングステン線製造業者から入手したタングステン
線を用いて製造することもできた。

【００２７】図４には、本発明に基づくフィラメントを
含む各種のランプが略示されている。先ず図４（ａ）　
を見ると、適当な光透過性の管状ガラス質管球１２を有
するランプ１０が示されている。かかる管球１２は、た
とえば米国特許第４７３７６８５号明細書中に開示され
ているような種類の耐熱性アルミノケイ酸塩ガラスから
成り得る。管球１２の内部においては、本発明に基づく
特性を有する二重コイルタングステンフィラメント１３
がモリブデン製のリード線１４および１６に接続されか
つそれよって支持されている。かかるリード線１４およ
び１６は、通常のつまみ封止部１８を貫通して伸びてい
る。所望ならば、フィラメントに対する電気的接続およびラ
ンプの支持を達成するため、溶接、ろう付けまたはその
他適宜の手段によってモリブデン製のリード線１４およ
び１６をより安価な金属から成る同径または大径の金属
線に接続することもできる。管球１２はまた、窒素、水
素、貴ガス、リンおよびハロゲン（たとえば、塩素また
は臭素）の混合物から成る封入物を含有することもある
。

【００２８】次の図４（ｂ）　には、本発明の実施に際
して有用な別の種類のランプが示されている。この場合
には、石英製の管球を有する通常の技術に従い、つまみ
封止部において気密封止を達成するためにモリブデン箔
が使用されている。詳しく述べれば、石英製の管球２２
を有するランプ２０はつまみ封止された２本のリード線
構造物を有している。かかるリード線構造物は、外部リ
ード線３２および３２’　と内部リード線２６および２
６’　とを中間の封止用モリブデン箔２８および２８’
　の両端にそれぞれ接続したものから成っている。本発
明に従って製造されたコンパクトな二重コイルタングス
テンフィラメント２４の一端が内部リード線２６に固定
され、また他端が内部リード線２６’　に固定されてい
る。内部リード線および外部リード線は、適当な手段（
たとえば溶接）によって封止用モリブデン箔に接続され
ている。なお、内部リード線２６および２６’　はモリ
ブデンから成っている。管球２２はまた、貴ガス、水素
、ゲッタ（たとえばリン）、ハロゲン（たとえば、塩素
または臭素）および（随意に使用される）窒素の混合物
から成る封入物をも含有している。

【００２９】次の図４（ｃ）　には、融解シリカ（石英
）から成る管球部分４０を有するダブルエンド型の小形
ランプ５０が示されている。管球部分４０の内部には本
発明に基づく二重コイルタングステンフィラメント６０
が含まれ、そしてそれの両端はフィラメント支持体６２
および６２’　に溶接されている。両端の管状部分５４
および５４’　は、箔部材６４および６４’　上にそれ
ぞれ収縮封止されて気密封止部を形成しており、かつ所
望の長さに切断されている。管状部分５４および５４’
　の外方には外部リード線５６および５６’　が伸びて
いるが、これらはランプの組立後に所望の長さに切断さ
れる。収縮封止技術は、つまみ封止技術に比べ、ランプ
管球の管状部分の変形や心狂いが少ないので好ましい。収縮封止技術は当業者にとって公知であって、収縮封止
部の形成方法はたとえば米国特許第４３８９２０１およ
び４８１０９３２号明細書中に記載されている。このよ
うな構造のランプは商業的に入手可能であって、それら
はたとえば１９８９年５月９日に提出された同時係属米
国特許出願第３４９２８２号明細書中に開示されている
。

【００３０】次の図５には、ランプ５０を放物面反射体
６１内に組込んで成るランプ・反射体アセンブリ１００
が示されている。詳しく述べれば、ランプ５０は導電性
の取付部材６５および６７によって放物面反射体６１の
底部に取付けられている。取付部材６５および６７は、
反射体６１の底部に設けられた封止部（図示せず）を貫
通して伸びている。ランプ基部８０は、ネック部分８２
に設けられた手段（図示せず）により、反射体６１の底
部に固定されている。口金８４は、完成したアセンブリ
１００を適当なソケットにねじ込むための標準的な口金
である。最後に、接着剤またはその他適宜の手段によっ
てガラスもしくはプラスチック製のレンズまたはカバー
８６を反射体６１の他端に接合もしくは気密封止すれば
、完成したアセンブリが得られる。ランプ５０はまた、
ランプ管球の外面上に配置された被膜９０をも有してい
る。かかる被膜９０はフィラメント６０から放射された
赤外線を選択的に反射してフィラメント６０に戻すため
に役立ち、それによって赤外線の少なくとも一部が可視
光線に変えられる。

【００３１】上記の被膜９０は、低屈折率材料（たとえ
ば、シリカ）の層および高屈折率材料（たとえば、タン
タラ、チタニア、ニオビアなど）の層を交互に配置した
ものから成り、それによってフィラメントから放射され
る電磁スペクトルの様々な部分を選択的に反射もしくは
透過させるためのフィルタとして役立つことが好ましい
。本発明の好適な実施の態様に従えば、かかるフィルタ
は赤外線を反射してフィラメントに戻すと共に、スペク
トル中の可視光線部分を透過させる。このようなフィル
タおよびランプ用被膜としてのそれらの使用は、たとえ
ば、米国特許第４２２９０６６および４５８７９２３号
明細書中に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】互いにかみ合って結合した結晶粒から成る本発
明のフィラメントの一部分を示すと共に、ＧＢＦを求め
るために使用される作業工程を示す略図である。

【図２】互いにかみ合って結合した結晶粒から成る本発
明のフィラメントの一部分を示すと共に、ＧＢＦを求め
るために使用される作業工程を示す略図である。

【図３】フィラメントにアニールを施すことによって本
発明に基づく顕微鏡組織を得るために使用される連続ア
ニール法を示す時間・温度グラフである。

【図４】本発明に基づくフィラメントを含むシングルエ
ンド型およびダブルエンド型の白熱ランプを示す略図で
ある。

【図５】本発明に基づくフィラメントを含むダブルエン
ド型のタングステンハロゲンランプ、ＩＲフィルタおよ
び放物面反射体を組合わせて成るランプ・反射体アセン
ブリを示す略図である。

【符号の説明】

１０　　白熱ランプ１２　　管球１３　　タングステンフィラメント１４　　リード線１６　　リード線２０　　白熱ランプ２２　　管球２４　　タングステンフィラメント４０　　管球部分５０　　タングステンハロゲンランプ６０　　タングステンフィラメント６１　　放物面反射体９０　　被膜１００　　ランプ・反射体アセンブリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　少なくとも約１０の値を有する結晶粒
形状パラメータによって規定されるような互いにかみ合
って結合した細長い結晶粒から成る顕微鏡組織を有する
ことを特徴とするタングステンフィラメント。
【請求項２】　　少なくとも約８５％の再結晶度を有す
る請求項１記載のフィラメント。
【請求項３】　　少なくとも約５０の結晶粒縦横比を有
する請求項２記載のフィラメント。
【請求項４】　　約１５未満の結晶粒界指数を有する請
求項３記載のフィラメント。
【請求項５】　　少なくとも約１００の結晶粒縦横比を
有する請求項４記載のフィラメント。
【請求項６】　　少なくとも約１５の結晶粒形状パラメ
ータを有する請求項５記載のフィラメント。
【請求項７】　　少なくとも約９５％の再結晶度を有す
る請求項６記載のフィラメント。
【請求項８】　　約８未満の結晶粒界指数を有する請求
項７記載のフィラメント。
【請求項９】　　５００〜３０００ｐｐｍ　のモリブデ
ンを含有する請求項８記載のフィラメント。
【請求項１０】　　約１０００〜２５００ｐｐｍ　のモ
リブデンを含有する請求項９記載のフィラメント。
【請求項１１】　　少なくとも約８５％の再結晶度およ
び少なくとも約５０の結晶粒縦横比を有するような互い
にかみ合って結合した細長い結晶粒から成る顕微鏡組織
を有することを特徴とするタングステンフィラメント。
【請求項１２】　　前記結晶粒縦横比が少なくとも約１
００である請求項１１記載のフィラメント。
【請求項１３】　　少なくとも約９５％の再結晶度を有
する請求項１２記載のフィラメント。
【請求項１４】　　前記結晶粒縦横比が少なくとも約２
００である請求項１３記載のフィラメント。
【請求項１５】　　約５００〜３０００ｐｐｍ　のモリ
ブデンを含有する請求項１４記載のフィラメント。
【請求項１６】　　気密封止された光透過性管球の内部
にタングステンフィラメントを封入して成る白熱ランプ
において、前記フィラメントが少なくとも約１０の値を
有する結晶粒形状パラメータによって規定されるような
互いにかみ合って結合した細長い結晶粒から成る顕微鏡
組織を有することを特徴とするランプ。
【請求項１７】　　前記管球がガラス質管球である請求
項１６記載のランプ。
【請求項１８】　　前記フィラメントが少なくとも約８
５％の再結晶度を有する請求項１７記載のランプ。
【請求項１９】　　前記結晶粒形状パラメータが少なく
とも約１５である請求項１８記載のランプ。
【請求項２０】　　前記フィラメントが少なくとも約９
５％の再結晶度を有する請求項１９記載のランプ。
【請求項２１】　　前記フィラメントが約１５未満の結
晶粒界指数を有する請求項２０記載のランプ。
【請求項２２】　　前記フィラメントが少なくとも約５
０の結晶粒縦横比を有する請求項２１記載のランプ。
【請求項２３】　　前記フィラメントが少なくとも約１
００の結晶粒縦横比および約８未満の結晶粒界指数を有
する請求項２２記載のランプ。
【請求項２４】　　前記フィラメントが約５００〜３０
００ｐｐｍ　のモリブデンを含有する請求項２３記載の
ランプ。
【請求項２５】　　前記フィラメントが少なくとも約２
００の結晶粒縦横比を有する請求項２４記載のランプ。
【請求項２６】　　気密封止された光透過性のガラス質
管球の内部にタングステンフィラメントおよび１種以上
の金属ハロゲン化物を封入して成るタングステンハロゲ
ンランプにおいて、前記フィラメントが少なくとも約８
５％の再結晶度を有すると共に、少なくとも約１０の値
を有する結晶粒形状パラメータによって規定されるよう
な互いにかみ合って結合した細長い結晶粒から成る顕微
鏡組織を有することを特徴とするランプ。
【請求項２７】　　前記フィラメントが少なくとも約５
０の結晶粒縦横比および約１５未満の結晶粒界指数を有
する請求項２６記載のランプ。
【請求項２８】　　前記結晶粒形状パラメータが少なく
とも約１５である請求項２７記載のランプ。
【請求項２９】　　前記結晶粒縦横比が少なくとも約１
００であり、かつ前記結晶粒界指数が約８未満である請
求項２８記載のランプ。
【請求項３０】　　前記フィラメントが少なくとも約９
５％の再結晶度を有する請求項２９記載のランプ。
【請求項３１】　　光スペクトルの様々な部分を選択的
に反射もしくは透過するために役立つ薄膜状の光学干渉
被膜を前記管球の外面上に有する請求項３０記載のラン
プ。
【請求項３２】　　前記被膜が可視光線を透過すると共
に赤外線を反射して前記フィラメントに戻す請求項３１
記載のランプ。
【請求項３３】　　前記フィラメントが約５００〜３０
００ｐｐｍ　のモリブデンを含有する請求項３２記載の
ランプ。
【請求項３４】　　気密封止された光透過性のガラス質
管球の内部に１種以上の金属ハロゲン化物およびタング
ステンフィラメントを封入して成るタングステンハロゲ
ンランプと、両者の光学中心が互いに近接して配置され
るようにして前記ランプを収容した放射面反射体とから
構成されるランプ・反射体アセンブリにおいて、前記フ
ィラメントが少なくとも約８５％の再結晶度を有すると
共に、少なくとも約１０の値を有する結晶粒形状パラメ
ータによって規定されるような互いにかみ合って結合し
た細長い結晶粒から成る顕微鏡組織を有することを特徴
とするランプ・反射体アセンブリ。
【請求項３５】　　融解シリカで作製されかつ気密封止
された光透過性のガラス質管球の内部に１種以上の金属
ハロゲン化物およびタングステンフィラメントを封入し
て成るタングステンハロゲンランプと、両者の光学中心
が互いに近接して配置されるようにして前記ランプを収
容した放射面反射体とから構成され、かつ前記フィラメ
ントから放射された可視光線を透過すると共に赤外線を
反射して前記フィラメントに戻すために役立つ薄膜状の
光学干渉被膜を前記管球の外面上に有するランプ・反射
体アセンブリにおいて、前記フィラメントが少なくとも
約９５％の再結晶度を有すると共に、少なくとも約１５
の結晶粒形状パラメータ、少なくとも約１００の結晶粒
縦横比、および約８未満の結晶粒界指数によって規定さ
れるような互いにかみ合って結合した細長い結晶粒から
成る顕微鏡組織を有することを特徴とするランプ・反射
体アセンブリ。