JP3914927B2

JP3914927B2 - ハロゲン電球用タングステンフィラメントおよびそれを用いたハロゲン電球

Info

Publication number: JP3914927B2
Application number: JP2004026438A
Authority: JP
Inventors: 幸男掘田; 彰夫岩崎; 耕一山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JP2004146390A

Description

本発明はハロゲン電球用タングステンフィラメントおよびそれを用いたハロゲン電球に関するものである。

通常、ハロゲン電球用フィラメントは、粉末冶金方法により作成される。これは、タングステン鉱石を湿式精錬し、パラタングステン酸アンモニウム結晶を晶出させ、これを約６００〜１０００℃で焙焼し黄色酸化物を得る。ここで少量のアルミニウム、硅素、カリウムからなるドープ剤を酸化物の形で単独または複合で添加、還元しタングステン金属粉末とし、このタングステン金属粉末をプレス成型加工、２８００℃〜２９００℃で通電焼結を行い、ロール圧延または転打加工、さらに、線引加工をし、タングステン線材または棒材とした後、コイル形状としフィラメントを形成していた。

そしてこのように形成された従来のフィラメントのカルシウムの蒸発によるバブル孔の最大径は２〜５μｍであった。

しかしながら、このようなフィラメントを、点灯中に２８００〜３２００℃の高温となる管球、特にハロゲン電球に用いた場合、ランプ点灯中の熱によって管壁黒化を生じるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ハロゲン電球において、点灯中に管壁黒化が生じるのを抑制することのできるハロゲン電球用タングステンフィラメントおよびそれを用いたハロゲン電球を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のハロゲン電球用タングステンフィラメントは、タングステン金属粉末をプレス成形加工した後、２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行う工程を経ることによって、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下とし、その後、転打加工またはロール圧延加工を行うことで、カルシウムの気化により結晶粒界表面に形成されるクレーター状のバブル孔の最大径を１μｍ以下とする構成を有する。

また、本発明のハロゲン電球は、タングステン金属粉末をプレス成形加工した後、２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行う工程を経ることによって、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下とし、その後、転打加工またはロール圧延加工を行うことで、カルシウムの気化により結晶粒界表面に形成されるクレーター状のバブル孔の最大径を１μｍ以下とするハロゲン電球用タングステンフィラメントをバルブ内に備えた構成を有する。

本発明のハロゲン電球用タングステンフィラメントは、タングステン金属粉末をプレス成形加工した後、２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行う工程を経ることによって、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下とし、その後、転打加工またはロール圧延加工を行うことで、カルシウムの気化により結晶粒界表面に形成されるクレーター状のバブル孔の最大径を１μｍ以下とする構成を有することにより、タングステンフィラメントが高温状態となってもタングステンフィラメント自身からカルシウムのガスが発生することを防止することができる。

また、本発明のハロゲン電球は、タングステン金属粉末をプレス成形加工した後、２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行う工程を経ることによって、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下とし、その後、転打加工またはロール圧延加工を行うことで、カルシウムの気化により結晶粒界表面に形成されるクレーター状のバブル孔の最大径を１μｍ以下とするハロゲン電球用タングステンフィラメントをバルブ内に備えた構成を有することにより、ランプ点灯中に管壁黒化が生じるのを抑制することができる。

ハロゲン電球のランプ点灯中に発生する管壁黒化ついて発明者が種々検討したところ、この管壁黒化は、フィラメントに含まれる不純物であるカルシウムの蒸発によって形成されるバブル孔の挙動に依存すること、また、その挙動は２８００℃以上の高温域で起こること、さらに、バブル孔の挙動はフィラメント中に存在するカルシウムの含有量およびカルシウムによるバブル孔の分散状態に関連していることを見出した。

すなわち、従来のフィラメントの場合、ランプ点灯中の２８００℃付近において、フィラメントの表面にカリウムによるドープ孔が形成される。しかしながら、ランプ製造時において、通電焼結を２８００℃〜２９００℃の範囲で行っているため、十分にカルシウムが昇華しておらず、このため、温度がさらに高くなると残留しているカルシウムが気化しはじめ、カルシウムによるバブル孔を形成しはじめる。

このように、従来のフィラメントでは、カルシウムの含有量やカルシウムによるバブル孔の分散状態が制御されていないために、バブル孔がランダムに大きく成長をはじめ、さらにこのバブル孔からカルシウムのガスが発生していた。その結果、ランプがハロゲンサイクル不全となり、管壁黒化を引き起こすこととなる。

図１に本発明の一実施例であるハロゲン電球用タングステンフィラメントの結晶粒界の破面を、図２に比較例であるハロゲン電球用タングステンフィラメントの結晶粒界の破面をそれぞれ示す。図１および図２は走査型電子顕微鏡により撮影したもので、倍率５０００倍である。そして、図１および図２においてクレーター状で示されるものがバブル孔である。カルシウムの含有量は、フレームレス原子吸光分析装置とＩＣＰ発光分光分析装置により測定した。

つぎに、本発明の一実施例であるハロゲン電球用タングステンフィラメントの製造方法について説明する。

本実施例のハロゲン電球用タングステンフィラメントの製造方法は、タングステン鉱石を湿式精錬し、パラタングステン酸アンモニウム結晶を晶出させて、これを約６００〜１０００℃で焙焼し、黄色酸化物（カルシウム含有量２〜５ｐｐｍ）を生成する。これに、１００ｐｐｍ前後のカリウムと３０〜５０ｐｐｍ前後の珪素とアルミニウムとからなるドープ剤を酸化物の形で単独または複合で添加・還元し、フッ酸処理を加えた後に粒径２〜４μｍのタングステン金属粉末を作成した。次に、このタングステン金属粉末をプレス成形加工し、溶断電流の９０％以上（約３１００℃）で通電焼結を行いカルシウムを昇華させ、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下に低減させたタングステン焼結棒を作成し、その後、転打加工と線引加工とを行い最大径が１μｍ以下のバブル孔を有するハロゲン電球用タングステンフィラメントを得たものである。

また、ドープ剤としてはアルミニウム、硅素、カリウムを用いたが、これは、整列したドープ孔を形成するために有効であって、その効果についてはカリウムの役割が大きい。

これにより、カルシウムの含有量が１ｐｐｍ以下で、かつ結晶粒界面に最大径が１μｍ以下のクレーター状のバブル孔を有し、当該バブル孔はカルシウムの気化により形成される本発明にかかるハロゲン電球用タングステンフィラメントを得ることができる。

なお、比較例として示したハロゲン電球用タングステンフィラメントの製造方法は、タングステン鉱石を湿式精錬し、パラタングステン酸アンモニウム結晶を晶出させ、これを約６００〜１０００℃で焙焼し、黄色酸化物（カルシウム含有量２〜５ｐｐｍ）を生成する。ここで少量のアルミニウム、硅素、カリウムからなるドープ剤を酸化物の形で単独または複合で添加、還元し粒径３〜５μｍのタングステン金属粉末とし、このタングステン金属粉末をプレス成型加工、溶断電流の８５％（約２８００〜２９００℃）で通電焼結を行いカルシウムを昇華させ、カルシウムの含有量を２ｐｐｍとしたタングステン焼結棒を作成し、その後、転打加工、線引加工をし、タングステン線材または棒材とした後、コイル形状としハロゲン電球用タングステンフィラメントを得たものである。

次に、上記した本実施例のタングステンフィラメントを用いた本発明の一実施例である両口金型ハロゲン電球、および、上記した比較例のタングステンフィラメントを用いた比較品である両口金型ハロゲン電球を次のようにそれぞれ作成した。

図３に示す本発明の一実施例であるランプ電力１１０Ｖ５００Ｗの両口金型ハロゲン電球は、石英ガラスからなり、外径９ｍｍ、バルブ長１０６ｍｍの直管状バルブ１内に、最大径が１μｍ以下のバブル孔を結晶粒界面に有するタングステンフィラメント２が設けられ、このタングステンフィラメント２の両端部はそれぞれバルブ１の両端部で封止されている。封止されたバルブ１内にはＣ−Ｈ−Ｂｒ系のハロゲンガスが封入され、タングステンフィラメント２はアンカーサポート３で支持されている。また、バルブ１の両端部の封止部４には口金５が設けられている。

なお、比較品である両口金型ハロゲン電球は、タングステンフィラメントとして最大径が５μｍのバブル孔を結晶粒界面に有したものを用いたもので、他の構成は上記本実施例の両口金型ハロゲン電球と同じものである。

そして、これら両口金型ハロゲン電球の耐管壁黒化性について検討を行った。

その結果、比較例のハロゲン電球は、連続点灯１〜２時間で管壁黒化を生じたのに対し、本実施例のハロゲン電球では連続点灯３００時間を経過しても管壁黒化は生じなかった。

比較例のハロゲン電球では、タングステンフィラメント中に存在しているカルシウムの分散が悪く、かつ、高温での加熱によりタングステンフィラメントからカルシウムのガスを発生させ、ハロゲンサイクル不全を生じさせ管壁黒化を起こしたためと考えられる。

また、カルシウムの含有量が１ｐｐｍを越え、かつカルシウムによるバブル孔の最大径が１μｍを越えたタングステンフィラメントについて検討するために、このタングステンフィラメントをハロゲン電球に用いたところ、点灯中の２８００℃以上の熱によって、タングステンフィラメントに含有しているカルシウムが蒸発しバブル孔を形成し、ランダムな成長をはじめ、タングステンフィラメントからカルシウムによるガスを発生させ、ハロゲンサイクル不全となり管壁黒化を生じることが確認された。したがって、カルシウムは、１ｐｐｍ以下でかつ、カルシウムによるバブル孔の最大径を１μｍ以下とすると、タングステンフィラメントからのカルシウムによるガス発生が、より抑制されたものとなる。また、タングステンフィラメント製造時において２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行いタングステンフィラメントに含まれるカルシウムを昇華させておくことにより、ランプとして用いる場合に点灯中の温度でカルシウムのガスが発生することを防止でき、かつ管壁黒化を防止することができる。

このように、本発明にかかるハロゲン電球用タングステンフィラメントは、ハロゲン電球のように高温で用いる場合に優れた特性を示す。また、ハロゲン電球用タングステンフィラメント中に含まれるカルシウムを低減化し、カルシウムによるバブル孔を小さくする方法としては、精錬的に脱カルシウムを十分行いうる方法及びドーピングの工程でカルシウムの含有量を低減化する方法等が考えられる。

本発明の一実施例であるハロゲン電球用タングステンフィラメントの結晶粒界面の金属組織を示す電子顕微鏡写真比較例であるハロゲン電球用タングステンフィラメントの結晶粒界面金属組織を示す電子顕微鏡写真本発明の一実施例であるハロゲン電球を示す図

符号の説明

１バルブ
２フィラメント
４封止部
５口金

Claims

タングステン金属粉末をプレス成形加工した後、２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行う工程を経ることによって、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下とし、その後、転打加工またはロール圧延加工を行うことで、カルシウムの気化により結晶粒界表面に形成されるクレーター状のバブル孔の最大径を１μｍ以下とすることを特徴とするハロゲン電球用タングステンフィラメント。
タングステン金属粉末をプレス成形加工した後、２９００℃を越え３２００℃の範囲で通電焼結を行う工程を経ることによって、カルシウムの含有量を１ｐｐｍ以下とし、その後、転打加工またはロール圧延加工を行うことで、カルシウムの気化により結晶粒界表面に形成されるクレーター状のバブル孔の最大径を１μｍ以下とするハロゲン電球用タングステンフィラメントをバルブ内に備えたことを特徴とするハロゲン電球。