JPS63168963A - タングステン二重複合電極およびフィラメント材料 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電極やフィラメント部材としてランプにおい
て使用するのに適当な二重複合部材に関する。この二重
複合部材は、２部分の部品、すなわち　（１）１形式の
タングステンを基材とする材料より成るコアと、（２）
異なるタングステンを基材とする材料より成る殻体な有
する。

本発明の二重複合部材は、耐化学的侵食性や耐機械的衝
撃性および耐機械的振動性のような所望の表面特性を有
することができ、白熱ランプ、メタルハライド放電ラン
プおよび／またはハロゲン白熱ランプに特に適当なもの
とすることができる。

［従来の技術］ 機械的衝撃や化学的侵食に起因する電極やフィラメント
の故障は、照明工業において認められている問題である
。例えば米国特許第４．４１３．２０５号は、ハロゲン
白熱ランプのコイルフィラメントに対するタングステン
導体が局部的に穴が開き、臭素により化学的に侵食され
、その結果タングステン導体が折れてランプが故障する
様子について詳述している。

米国特許第４，４１３．２０５号は・この化学的侵食の
問題を減する１つの方法、すなわち導体材料を少なくと
も０．１％のレニウムを含むタングステン−レニウムに
変更する方法を示唆している。

同様に、化学的侵食に起因するフィラメントや電極の故
障が、メタルハライド高輝度ランプ、特に臭素や塩素や
沃素を含む反応性ハロゲンが使用された場合にも起り得
ることが知られている。例えば、Ｊ、　Ｆ、　Ｗａｙｍ
ｏｕｔｈ著”Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＤｉｓｃｈａｒｇｅＬ
ａｍｐ”　Ｐ、２１０　（１９７１）を参照されたい。

かくして、トリエーテッドタングステン電極ロッドの化
学的侵食は、メタルハライド放電ランプにおける反応性
ハロゲンの使用において認められた障害を引き起こす。

米国特許第４．４１３．２０５号に記述される変更のよ
うな電極組成の変更は、化学的侵食に起因する電極故障
の問題を克服し得るものであるが、この種の合金は２つ
の主たる欠点を有する。すなわち、（ａ）電極に普通使
用されるＷ−（普通１−２％の）Ｔｈｅ２材料の必要な
放射特性を有さない。

（ｂ）メタルハライドランプの発光性プラズマ放電に過
度のレニウム放射を導入する。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、電極やフィラメントの化学的侵食や機械的衝
撃の問題に対する代わりの解決法で、しかも上述の不利
益を受けない解決法に向けられるものものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、内部のタングステンを基材とするコア材料の
輻射性、ノンサグ（サグのない）性質またはその他の所
望の品質を、コア材料を取り巻く外部シースまたわ殻体
のような異なるタングステンを基材とする材料を存在さ
せることにより、異なる組合せの性質例えば対腐食性と
結合した、タングステンを基材とする二重複合部材例え
ばワイヤまたはロッドを提供するものである。

本発明により享受され得る利益の１つの例は、従来技術
の上述の困難性を避けることができる態様により例示さ
れる。本発明の１具体例においては、電極が、トリエー
テッドタングステンコア（Ｗ−ＴｈＯ□）と薄いタング
ステン−レニウム　（Ｒｅ）殻体より成る二重複合材料
から形成される。この具体例においては、レニウム輻射
は意味のない量（すなわち、特に電極の頂部において薄
い殻体から蒸発されるもの）に限定される。

二重複合部材の他の具体例はトリエーテッドタングステ
ン放電電極により提供されるが、この具体例にあっては
、部材中に２つの異なる濃度のトリア（ＴｈＯ□）を有
することが望ましい。すなわち、二重複合部材のコア内
の第１の濃度と、部材の殻体すなわち表面における第２
の濃度である。

好ましい具体例において、二重複合部材の殻体部分にお
けるトリア濃度は、コア部分におけるトリア濃度よりも
低くても高くてもよい。

本発明の二重複合部材の使用により容易化され得る１つ
の望ましい目的は、トリニーテッドコアタングステンを
、従来可能であったよりもずっと細い寸法（すなわちよ
り小径）に線引きすることができるようにすることであ
る。

本発明以前において、トリエーテッドタングステン（約
１％よりずっと高いＴｈＯ□を有する）に対するワイヤ
寸法の限界は、直径約０゜０２０インチ以下であった。

１％トリエーテッドタングステン殻体を有する２％トリ
エーテッドタングステンコアよりなる本発明の二重複合
部材を利用すると、直径０．０１７インチの線引きワイ
ヤが容易に製造された。以前製造された直径０．０２０
インチワイヤと異なり、この０．０１７インチ直径のワ
イヤは、低ワツト数すなわち４０〜１００ワツトのメタ
ルハライドランプに使用するのに特に適合した。

［実施例］ 上述のように、本発明は、内部のタングステンを基材と
するコア材料の輻射性、ノンサグの性質またはその他の
所望の品質を、コア材料を取り巻く外部シースまたは殻
体のような異なるタングステンを基材とする材料を存在
させることにより、異なる組合せの性質例えば対腐食性
と結合した、タングステンを基材とする二重複合部材例
えばワイヤまたはロッドを提供する。

本明細書中に使用される゛′タングステンを基材とする
材料′°なる用語は、ランプ特に白熱ランプ、メタルハ
ライドランプおよびハロゲン白熱ランプにおいてフィラ
メンや電極部材として使用するのに適当なタングステン
を含有する組成物として定義される。普通、タングステ
ンは、少なくとも約９５％またはそれ以上の係る組成物
を構成している。本開示の教示を注意深く考察すれば、
当業者は、本発明に使用するのに適当な組成物を容易に
確認できるであろう。

コア材料は、トリエーテッドタングステン、例えばトリ
アを約０．５〜約５．０％の範囲で含むタングステン組
成物より構成し得る。コアを構成し得る他の形式のタン
グステンを基材とする材料として、非ドープの、すなわ
ち商業的に純粋の（ｃｐ）タングステン、カリウムをド
ープしたサグのない性質のタングステン（通常白熱フィ
ラメントにおいて使用される）およびタングステン合金
が挙げられる。この種の材料は、照明の分野において技
術に精通したものに周知である。

他のコア材料として、約５％（重量）までの範囲の濃度
でＣｅＯ２，Ｌａ２Ｏ５，５ｃ２０ｓ、　）ＩｆＯｚ、
　ＺｒＯ２および同等物のような輻射性材料で改質され
たタングステンが含まれる。これらの輻射性材料の組合
せも、トリアを含むものも含まないものも、本明細書に
開示されるタングステンを基材とする材料として採用さ
れ得る。

有用なタングステンを基材とするコア材料の他の例は、
２０ｐｐｍのアルミニウムを含むタングステン電極の使
用を開示する特開昭５８−１２９７４１号により提案さ
れている。このＡｌ　レベルは、ワイヤのこの部材につ
いて現在特定されているレベルを相当に越す。

殻体材料としては、上述のコア材料のいずれも採用でき
る。ただし、所与の二重複合部材のコア材料および殻体
材料は同じでないことを条件とする。

加えて、耐浸食および耐腐食性のタングステン−レニウ
ム合金も、殻体材料として使用できる。

約５％（重量）までのＲｅを含むこの種の　（Ｒｅ）合
金もまた、機械的衝撃や振動に対する耐性を促進し、二
重複合部材を、このような衝撃や振動を含む応用に対す
る白熱フィラメントとして使用するのに特に適当にする
とともに、使用されねばならぬ高価なＲｅの量を最小化
し、Ｋドープのノンサグの性質のコアの使用により発光
効率を高める。

カリウムドープのノンサグの性質のコアの回りにタング
ステン−レニウム　（Ｗ−Ｒｅ）殻体な配したこのよう
な組合せにより、複合体は、別個の内部導体を必要とし
ないハロゲン白熱ランプのフィラメントとして使用する
ことができる。

一般に、二重複合体は、コアを殻体内の中心に予め配置
されるようにして予め配合されかつ予め配置された粉末
をビレットに等圧冷却圧縮することにより製造される。

ビレットは、ついで高温度で焼結することにより濃密化
され、そして圧延、スェージ加工および線引きの普通の
タングステン処理方法により所望の直径のワイヤに減ぜ
られる。

以下本発明を下記の例を参照してさらに詳述するが、こ
の例は本発明の理解を助けるためのものであり、その限
定として見らるべきものではない。報告されるすべての
パーセンテージは、特に特定されない限り重量パーセン
トである。すべての温度は度Ｃである。

［例１］ １％のトリア殻体内に２％トリアコアを配した二重複合
電極を製造し、１００ワツトおよび４００ワツトメタル
ハライドランプ（Ｓｙｌｖａｎｉａ　Ｍｅｔａｌａｒｃ
ランプ）に用いて試験した。

研磨した断面として見るとき、２％トリアコアは、１％
トリア殻体に比して明瞭に現われ、先行の再結晶化焼鈍
後の大粒子寸法に起因してずっと粗い粒子構造体を有し
ている。

この例に使用される型は、３つの部分、すなわち円筒状
の外部ＰｖＣ型支持管（２，２５インチ１．　Ｄ。

×２０インチ）と、円筒状外部型部材（２インチ１、Ｄ
、Ｘ　２４インチ）と円筒状ステンレススチール内部型
／充填管（１インチＸ　３６インチ）とより成るもので
あった。ステンレススチールの内部型／充填管の上部の
１部は、２インチの直径に開いており、粉末を導入する
ためのコアネルとして働く。ＰｖＣ型支持管は、衝撃吸
収体として働く硬質ゴムの部片上に置いた。３つの部品
は、同心的に嵌合させ、下記のように充填を行なった。

この二重複合体を製造するのに使用された手続きは、３
．０００ｇｒのＷ−２％Ｔｈｅ、粉末を上述の型の中心
充填管に加えることにより開始した。同時に、１，００
０　ｇｒのＷ−１％Ｔｈ０２粉末を、型と中心充填管の
間の空間に入れた。

全組立体は、両粉末の規定量が型に加えられるまで、充
填操作中捻やかに叩いた。充填操作の終了後、コアおよ
び殻体内の粉末のレベルは、概ね等しかった。充填の１
つの重要な側面は、粉末を型に緩くしか詰めないという
ことである。これは、堅く詰めると、中心充填管の除去
が妨げられるからである。

充填および充填管の抽出後、型を密封し、ついで約４５
，０００　ｌｂ／平方インチの圧力で冷却等圧プレスし
た。ついで、プレスされた粉末突固め体をハロゲン雰囲
気内において約２．１００℃で約１２時間ソリッドステ
ートに焼結し、１７．６　ｇ／ｃｃの密度すなわち理論
密度の約９３％の約１３　ｋｇの重量の複合インゴット
を生じた・ 得られたインゴットは、約１．５インチの直径と約１９
インチの長さを有した。Ｗ−１％ＴｈＯ□の殻体は、約
７０％のインゴット容積よりなり、Ｗ−ＴｈＯ□が残部
を構成し、分析により　１．３４の平均Ｔｈ０ｚ含有量
を有するインゴットを生じた。

インンゴットの低減は、先ず、１，３００℃以上の温度
で２高式ないし２段式ロールミル上で転勤することによ
り他段階バスで直径１．５インチから１．０インチに減
することにより開始された。再結晶化後、インゴットは
、マルチプルスタンドロールミル（Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ
にｏｃｋｓ社製）上において１．４００℃以上の温度に
て２度転動し中間の再結晶化で約０．３インチの直径に
減じた。

インゴットは、さらに、３回の再結晶化焼鈍で多段パス
スェージ加工することにより約０．１インチ直径に減じ
た。タングステン中のＴｈＯ□の拡散率は、ここに採用
される全処理温度に対して非常に低いから、Ｗ−１％Ｔ
ｈＯ□外部殻体とＷ−２％Ｔｈｏ２コアとの間の界面は
顕著に残り、二重複合構追悼を維持した。インゴットは
、直径０．１インチ以下において、Ｗ　−ＴｈＯ□ワイ
ヤに対する従来の線引きの慣例の技術を使用することに
よりワイヤに線引きされた。

このようにして作られた二重複合ワイヤは、直径０．０
３９インチに線引きされた。４００ワツトメタルハライ
ドランプに対するカソードロッドを、０、０３６５イン
チ直径へ無中心研削しそして研削されたロッドを１／２
インチ長に分割することによりこれから製造した。これ
らの部材は、１７個の４００ワツトのＭｅｔａｌａｒＣ
形式のランプ（Ｎａ、　Ｓｃ、　Ｉ　　およびＨｇを含
む発光管充填物を有する）を製造するのに使用されたが
、これらの各々は、それらの設計規格にしたがって通常
速りに点灯し動作した。

０、０３９インチワイヤの残りのものは、さらに０．０
１７インチに線引きされ、０．０２９５インチの部片に
分割された。これらの小部片を使用して、５個の　１０
０ワツトのメタルハライドランプを製造した。これらの
ランプもＮａ、　Ｓｃ、■　および）Ｉｇを含む発光管
充填物を有するものである。これらのランプもまた、１
％トリアカソードを有する標準的ランプよりも若干迅速
に始動することが分かった。

［例２］ 例１に記述したのと本質的に同じ手続きを使用して二重
複合部材を製造した。ただし、非トリエーテッドタング
ステンのコアを２％トリアの殻体に包んだ。これから作
られた１００ワツトのＭｅｔａｌ−ａｒｃ形式のランプ
は、１％トリア電極を有する標準的なＭｅｔａｌａｒｃ
ランプよりもずっと迅速に始動することが分かった。ラ
ンプはまた、特に同じ迅速始動特性を有するが２％トリ
エーテッドタングステンで全電極を構成した従来技術の
ランプに比較して、照度維持の改善を示した。

以上、好ましい実施例を含め本発明の詳細な説明した。

しかしながら、当業者であれば、本明細書の開示を考察
するとき、本発明の技術思想内において、本発明につい
て種々の変化や変更を思いつくことができよう。

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のタングステンを基材とする材料より成るコ
   アと、このコアを取り巻き異なる第２のタングステンを
   基材とする材料より成る外部シースないし殻体を有する
   ことを特徴とするタングステンを基材とする二重複合部
   材。
2. （２）前記コアがトリエーテッドタングステンより成る
   特許請求の範囲第１項記載のタングステンを基材とする
   二重複合部材。
3. （３）前記コア材料中におけるトリア濃度が約０．５〜
   約５パーセントである特許請求の範囲第２項記載のタン
   グステンを基材とする二重複合部材。
4. （４）前記コア材料中におけるトリア濃度が、約１〜約
   ３パーセントである特許請求の範囲第２項記載のタング
   ステンを基材とする二重複合部材。
5. （５）前記コア材料中におけるトリア濃度が約２パーセ
   ントである特許請求の範囲第２項記載のタングステンを
   基材とする二重複合部材。
6. （６）前記殻体がトリエーテッドタングステンより成る
   特許請求の範囲第１項記載のタングステンを基材とする
   二重複合部材。
7. （７）前記殻体材料中におけるトリア濃度が約０．５〜
   約５パーセントである特許請求の範囲第６項記載のタン
   グステンを基材とする二重複合部材。
8. （８）前記殻体材料中におけるトリア濃度が約１〜約３
   パーセントである特許請求の範囲第６項記載のタングス
   テンを基材とする二重複合部材。
9. （９）前記殻体材料中におけるトリア濃度が約１パーセ
   ントである特許請求の範囲第６項記載のタングステンを
   基材とする二重複合部材。
10. （１０）前記殻体材料中におけるトリア濃度が、コア材
    料中におけるトリア濃度よりも低い特許請求の範囲第１
    項記載のタングステンを基材とする二重複合材料。
11. （１１）２パーセントトリエーテッドタングステンコア
    と、１パーセントトリエーテッドタングステン殻体を含
    む特許請求の範囲第２項記載のタングステンを基材とす
    る二重複合部材。
12. （１２）前記部材が電極ロッドの形式である特許請求の
    範囲第１１項記載のタングステンを基材とする二重複合
    部材。
13. （１３）前記部材がフィラメントワイヤの形式である特
    許請求の範囲第１１項記載のタングステンを基材とする
    二重複合部材。
14. （１４）前記部材が０．０１７インチの直径を有する特
    許請求の範囲第１３項記載のタングステンを基材とする
    二重複合部材。
15. （１５）前記コアと殻体またはそのいづれかが、カリウ
    ムドープのサグのない性質のタングステンより成る特許
    請求の範囲第１項記載のタングステンを基材とする二重
    複合部材。
16. （１６）前記コア材料中におけるドーパント濃度が、約
    ０．００１〜約０．１パーセント（１０〜１００ｐｐｍ
    ）である特許請求の範囲第１５項記載のタングステンを
    基材とする二重複合部材。
17. （１７）前記殻体材料中におけるドーパント濃度が、約
    ０．００１〜約０．１パーセントである特許請求の範囲
    第１５項記載のタングステンを基材とする二重複合部材
    。
18. （１８）前記コアまたは殻体のいずれかが、商業的に純
    粋な（無ドープの）タングステンより成る特許請求の範
    囲第１項記載のタングステンを基材とする二重複合材料
    。
19. （１９）前記コアと殻体またはそのいづれかが、タング
    ステン合金より成る特許請求の範囲第１項記載のタング
    ステンを基材とする二重複合部材。
20. （２０）前記コアと殻体またはそのいづれかが、タング
    ステンと輻射性材料より成る特許請求の範囲第１項記載
    のタングステンを基材とする二重複合部材。
21. （２１）前記コア材料中における輻射性材料の濃度が、
    約０．５〜約５．０パーセントである特許請求の範囲第
    ２０項記載のタングステンを基材とする材二重複合部材
    。
22. （２２）前記殻体材料中における輻射性材料の濃度が、
    約０．５〜約５．０パーセントである特許請求の範囲第
    ２０項記載のタングステンを基材とする材二重複合部材
    。
23. （２３）前記コアまたは殻体のいずれかが、タングステ
    ンと約２０ｐｐｍのアルミニウムより成る特許請求の範
    囲第１項記載のタングステンを基材とする二重複合部材
    。 （２３）前記殻体がタングステン−レニウム合金を含む
    特許請求の範囲第１項記載のタングステンを基材とする
    二重複合部材。
24. （２４）前記レニウム濃度が約５％までである特許請求
    の範囲第２４項記載のタングステンを基材とする二重複
    合部材。