JPWO2013179519A1 - タングステン合金部品、ならびにそれを用いた放電ランプ、送信管およびマグネトロン - Google Patents

Abstract

放射性物質であるトリウムを使用せずに、トリウム含有タングステン合金と同等以上のエミッション特性を有するタングステン合金を得ること、及び、該タングステン合金を用いる放電ランプ、送信管及びマグネトロンを提供することを目的とする。本発明は、タングステン合金において、Ｚｒ成分をＺｒＣ換算で０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の範囲で含有させる。

Description

本発明の実施形態は、タングステン合金部品、ならびにそれを用いた放電ランプ、送信管およびマグネトロンに関する。

タングステン合金部品は、タングステンの高温強度を利用して様々な分野に使われている。その一例として、放電ランプ、送信管、マグネトロンが挙げられる。放電ランプ（ＨＩＤランプ）では、カソード電極、電極支持棒、コイル部品などにタングステン合金部品が使われている。また、送信管では、フィラメントやメッシュグリットなどにタングステン合金部品が使われている。また、マグネトロンでは、コイル部品などにタングステン合金部品が使われている。これらタングステン合金部品は、所定の形状を有する焼結体、線材、線材をコイル状にしたコイル部品の形状を取っている。

従来、これらタングステン合金部品には、特開２００２−２２６９３５号公報（特許文献１）に記載されたようにトリウム（またはトリウム化合物）を含有したタングステン合金が用いられている。特許文献１のタングステン合金は、トリウム粒子およびトリウム化合物粒子の平均粒径を０．３μｍ以下と微細分散させることにより、耐変形性を向上させるものである。トリウム含有タングステン合金は、エミッタ特性や高温での機械的強度に優れていることから、前述の分野に使われている。

しかしながら、トリウムまたはトリウム化合物は放射性物質であることから、環境への影響を考慮してトリウムを使わないタングステン合金部品が望まれている。特開２０１１−１０３２４０号公報（特許文献２）では、トリウムを使わないタングステン合金部品として、ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）を含有するタングステン合金部品が開発されている。

一方、特許文献３には、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）と、ＨｆＯ_２またはＺｒＯ_２とを含むタングステン合金を用いたショートアーク型高圧放電ランプが記載されている。特許文献３に記載のタングステン合金によると、十分なエミッション特性が得られない。これは、酸化ランタンの融点が２３００℃程度と低いため、印加電圧または電流密度を上げることにより部品が高温になったときに酸化ランタンが早期に蒸発してしまい、エミッション特性が低下するためである。

特開２００２−２２６９３５号公報 特開２０１１−１０３２４０号公報 特許第４７４１１９０号公報

例えば、タングステン合金部品の用途の一種である放電ランプは、大きく分けて低圧放電ランプと高圧放電ランプの２種類に分けられる。低圧放電ランプは、一般照明、道路やトンネルなどに使われる特殊照明、塗料硬化装置、ＵＶ硬化装置、殺菌装置、半導体などの光洗浄装置など様々なアーク放電型の放電ランプが挙げられる。また、高圧放電ランプは、上下水の処理装置、一般照明、競技場などの屋外照明、ＵＶ硬化装置、半導体やプリント基板などの露光装置、ウエハ検査装置、プロジェクタなどの高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ナトリウムランプなどが挙げられる。

放電ランプは、その用途に応じて、１０Ｖ以上の電圧が印加される。特許文献２に記載されたホウ化ランタンを含有したタングステン合金では、電圧が１００Ｖ未満ではトリウム含有タングステン合金と同等の寿命が得られていた。しかしながら、電圧が１００Ｖ以上と大きくなるにつれエミッション特性が低下し、その結果、寿命も大きく低下した。

送信管やマグネトロンに関しても、同様に印加電圧が上がるにつれて十分な特性が得られないと言った問題があった。

本発明は、放射性物質であるトリウムを使用せず、トリウム含有タングステン合金部品と同等以上の特性を示すタングステン合金部品、ならびにこのタングステン合金部品を用いた放電ランプ、送信管及びマグネトロンを提供することを目的とするものである。

実施形態によれば、タングステンと、ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜５ｗｔ％含有することを特徴とするタングステン合金部品が提供される。タングステン合金部品は、ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜３ｗｔ％含有することが好ましい。タングステン合金部品は、Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣからなる群より選択される少なくとも２種を含む。Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ_ｘ換算したときｘ＜１であることが好ましく、０＜ｘ＜１であることがより好ましく、０．２＜ｘ＜０．７であることがさらに好ましい。

タングステン合金部品は、さらに、Ｋ、ＳｉおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素を０．０１ｗｔ％以下含有していてもよい。また、タングステン合金は、Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき１０質量部以下のＨｆを含有していてもよい。

ＺｒＣの一次粒子は、平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましく、平均粒径が５μｍ以下、最大径が１５μｍ以下であることがより好ましい。ＺｒＣの二次粒子は、最大径が１００μｍ以下であることが好ましい。

タングステン合金部品は、金属Ｚｒの少なくとも一部がタングステンに固溶していることが好ましい。また、タングステン合金部品の表面に金属Ｚｒが存在することが好ましい。また、Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき、ＺｒＣを構成するＺｒの含有量が２５〜７５質量部であることが好ましい。

タングステン合金部品は、線径が０．１〜３０ｍｍであることが好ましく、ビッカース硬度Ｈｖが３３０以上、特に３３０〜７００の範囲内であることが好ましい。

タングステン合金部品の横断面（径方向断面）の単位面積あたり、１〜８０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることが好ましい。タングステン合金部品の縦断面の単位面積あたり、２〜１２０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることが好ましい。

実施形態のタングステン合金部品は、たとえば放電ランプ用部品、送信管用部品、またはマグネトロン用部品に用いられる。

実施形態の放電ランプは、実施形態のタングステン合金部品を用いたものである。実施形態の送信管は、実施形態のタングステン合金部品を用いたものである。実施形態のマグネトロンは、実施形態のタングステン合金部品を用いたものである。

実施形態のタングステン合金部品を放電ランプの電極に適用した場合、この電極への印加電圧が１００Ｖ以上であることが好ましい。放電ランプ用電極を構成する実施形態のタングステン合金部品は放射性物質であるトリウム（または酸化トリウム）を含まないことから環境への悪影響がない。しかも、実施形態のタングステン合金部品からなる放電ランプ用電極は、トリウム含有タングステン合金からなるものと同等以上の特性を有する。このため、実施形態のタングステン合金部品を用いた放電ランプは環境にやさしい。

図１は、実施形態の放電ランプ用電極部品の一例を示す図。 図２は、実施形態の放電ランプ用電極部品の他の一例を示す図。 図３は、実施形態の放電ランプの一例を示す図である。 図４は、実施形態のマグネトロン用部品の一例を示す図である。 図５は、実施形態の放電ランプ用電極部品の一例を示す図である。 図６は、実施形態の放電ランプ用電極部品の他の一例を示す図である。 図７は、実施形態の放電ランプ用電極部品の胴体部の横断面の一例を示す図である。 図８は、実施形態の放電ランプ用電極部品の胴体部の縦断面の一例を示す図である。 図９は、実施形態の放電ランプの一例を示す図である。 図１０は、実施例１および比較例１のエミッション電流密度−印加電圧の関係を示す図である。

実施形態のタングステン合金部品は、ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜５ｗｔ％含有することを特徴とする。Ｚｒ（ジルコニウム）をＺｒＣ（炭化ジルコニウム）換算で０．１〜５ｗｔ％含有することにより、エミッション特性や強度などの特性を向上させることができる。ＺｒがＺｒＣ換算で０．１ｗｔ％未満であると添加の効果が不十分であり、５ｗｔ％を超えると特性が低下する。また、Ｚｒ含有量はＺｒＣ換算で０．５〜２．５ｗｔ％であることが好ましい。

タングステン合金は、Ｚｒ、ＺｒＣ、およびＣからなる群より選択される少なくとも２種の成分を含有していることが好ましい。つまり、ＺｒＣ成分として、ＺｒとＺｒＣの組合せ、ＺｒとＣ（炭素）の組合せ、ＺｒＣとＣ（炭素）の組合せ、ＺｒとＺｒＣとＣ（炭素）の組合せのいずれかでＺｒＣ成分を含有している。それぞれ融点を比較すると、金属Ｚｒは１８５０℃、ＺｒＣは３４２０℃、タングステンは３４００℃である（岩波書店「理化学事典」参照）。また、金属トリウムの融点は１７５０℃、酸化トリウム（ＴｈＯ_２）の融点は３２２０±５０℃である。炭化ジルコニウムはトリウムと比べて高融点であることから、実施形態のタングステン合金部品は、トリウム含有タングステン合金部品と比較して、高温強度を同等以上にすることができる。

Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣ（炭素）の含有量をＺｒＣｘ換算したとき、ｘ＜１であることが好ましい。ｘ＜１であるということは、タングステン合金中に含有されるＺｒＣ成分がすべて化学量論的なＺｒＣで存在するわけではなく、その一部が金属Ｚｒになっていることを意味する。ＺｒＣの仕事関数は３．３であり、金属Ｔｈの仕事関数３．４と比べて同等であることからエミッション特性を向上させることができる。また、炭化ジルコニウムはタングステンと固溶体を形成するので強度向上に有効な成分である。

Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣｘ換算したとき、０＜ｘ＜１であることが好ましい。ｘ＜１は前述の通りである。また、０＜ｘであるということは、タングステン合金中にＺｒＣまたはＣのいずれかが存在することを意味している。ＺｒＣまたはＣは、タングステン合金に含まれる不純物酸素を取り除く脱酸効果がある。不純物酸素を低減することにより、タングステン合金部品の電気抵抗値を下げることができるので電極としての特性が向上する。Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣｘ換算したとき、０．２＜ｘ＜０．７であることがより好ましい。この範囲であると、金属Ｚｒ、ＺｒＣまたはＣがバランスよく存在し、エミッション特性、強度、電気抵抗などの特性が向上する。

タングステン合金部品中のＺｒ、ＺｒＣ、Ｃの含有量はＩＣＰ分析法を用いて測定できる。ＩＣＰ分析法では、金属ＺｒのＺｒ量とＺｒＣのＺｒ量とを合計したＺｒ量を測定することができる。同様に、ＺｒＣの炭素量と単独で存在する炭素量もしくは他の炭化物として存在する炭素量を合計した炭素量を測定することができる。実施形態ではＩＣＰ分析法によりＺｒ量、Ｃ量を測定し、ＺｒＣｘに換算する。

実施形態のタングステン合金部品は、Ｋ、ＳｉおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素を０．０１ｗｔ％以下含有していてもよい。Ｋ（カリウム）、Ｓｉ（珪素）、Ａｌ（アルミニウム）はいわゆるドープ材であり、これらドープ材を添加することにより再結晶特性を向上させることができる。再結晶特性を向上させることにより、再結晶熱処理を行った際に均一な再結晶組織を得易くなる。ドープ材の含有量の下限は特に限定されないが、０．００１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．００１ｗｔ％未満では添加の効果が小さく、０．０１ｗｔ％を超えると焼結性や加工性が悪くなり量産性が低下する恐れがある。

実施形態のタングステン合金部品は、Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき、１０質量部以下のＨｆを含有していてもよい。Ｚｒの含有量はＺｒおよびＺｒＣの合計のＺｒ量を示す。Ｈｆ（ハフニウム）は、融点が２２０７℃と高いことからタングステン合金部品に含有されていたとしても悪影響は少ない。市販のＺｒ粉は、グレードによっては数％のＨｆを含むこともある。不純物を除去した高純度Ｚｒ粉または高純度ＺｒＣ粉を使うことは特性向上のために有効である。一方で原料の高純度化はコストアップの要因となる。Ｚｒを１００重量部としたとき、Ｈｆ（ハフニウム）含有量が１０質量部以下であれば、特性を必要以上に低下させずに済む。

実施形態のタングステン合金部品は、表面部の炭素量をＣ１（ｗｔ％）、中心部の炭素量をＣ２（ｗｔ％）としたとき、Ｃ１＜Ｃ２であることが好ましい。表面部とはタングステン合金部品の表面から２０μｍまでの部分を示す。中心部とはタングステン合金部品の断面における中心部分である。この炭素量は、ＺｒＣなどの炭化物の炭素と単独で存在する炭素の両方を合計した値であり、ＩＣＰ分析法で分析できる。表面部の炭素量Ｃ１＜中心部の炭素量Ｃ２、であるということは表面部の炭素が脱酸によりＣＯ_２となって系外に出て行ったことを示す。表面部の炭素量が減ると、相対的に表面部のＺｒ量が増える。このため、Ｚｒをエミッタ材として使用する場合に特に有効である。

実施形態のタングステン合金部品は、平均結晶粒径が１〜１００μｍのタングステン結晶を含有することが好ましい。タングステン合金部品は焼結体であることが好ましい。焼結体であると、成型工程を利用することにより様々な形状の部品を作製することができる。また、焼結体は、鍛造工程、圧延工程、線引き工程などを施すことにより、線材（フィラメントを含む）、コイル部品などへの加工を行い易い。

焼結体のタングステン結晶は、アスペクト比３未満の結晶が９０％以上である等方結晶組織となる。このような焼結体を線引き加工すると、アスペクト比３以上の結晶が９０％以上の扁平結晶組織となる。タングステン結晶の粒径は以下のようにして求めることができる。まず、金属顕微鏡などの拡大写真により結晶組織を撮る。その断面に存在する１個のタングステン結晶について仮想円を描き、その仮想円の径を粒径とする。この測定を任意の１００個のタングステン結晶について行い、その平均値を平均結晶粒径とする。

タングステン結晶の平均結晶粒径が１μｍ未満と小さいと、Ｚｒ、ＺｒＣまたはＣといった分散成分の分散状態を均一にするのが困難となる。これは、タングステン結晶の平均結晶粒径が１μｍ未満と小さいと粒界が小さくなるため、タングステン結晶同士の粒界に分散成分が均一に分散しにくくなるためである。一方、タングステン結晶の平均結晶粒径が１００μｍを超えて大きいと、焼結体としての強度が低下する。そのため、タングステン結晶の平均結晶粒径は１〜１００μｍであることが好ましく、１０〜６０μｍであることがより好ましい。

均一分散の観点からＺｒ、ＺｒＣまたはＣといった分散成分の平均粒径は、タングステン結晶の平均結晶粒径よりも小さいことが好ましい。具体的には、タングステンの平均結晶粒径をＡ（μｍ）、分散成分の平均粒径をＢ（μｍ）としたとき、Ｂ／Ａ≦０．５であることが好ましい。Ｚｒ、ＺｒＣまたはＣといった分散成分は、タングステン結晶同士の粒界に存在し、エミッタ材や粒界強化材として機能する。分散成分の平均粒径をタングステンの平均結晶粒径の１／２以下に小さくすることにより、分散成分がタングステン結晶の粒界に均一に分散し易くなり、特性バラツキを低減することができる。

以上のようなタングステン合金部品は、放電ランプ用部品、送信管用部品、マグネトロン用部品の少なくとも１種に用いることが好ましい。

放電ランプ用部品としては、放電ランプに用いるカソード電極、電極支持棒、コイル部品が挙げられる。図１および図２に放電ランプ用カソード電極の一例を示した。図中、１はカソード電極、２は電極胴体部、３は電極先端部、である。カソード電極１はタングステン合金の焼結体で形成されている。電極先端部３は図１のように先端が円錐台であってもよいし、図２のように先端が円錐であってもよい。必要に応じ、先端部には研磨加工を施す。電極胴体部２は直径２〜３５ｍｍ、長さ１０〜３００ｍｍの円柱状であることが好ましい。

図３に放電ランプの一例を示した。図中、１はカソード電極、４は放電ランプ、５は電極支持棒、６はガラス管、である。放電ランプ４は、一対のカソード電極１を電極先端部が向い合せになるように配置する。カソード電極１は電極支持棒５に接合されている。ガラス管６の内面には、図示しない蛍光体層が設けられている。ガラス管６の内部には、必要に応じ、水銀、ハロゲン、アルゴンガス（またはネオンガス）などが封入されている。実施形態のタングステン合金部品を電極支持棒５として使う場合、電極支持棒全体が実施形態のタングステン合金であってもよいし、カソード電極と接合する部分に実施形態のタングステン合金を用い、残りの部分として他のリード材を接合した形状であってもよい。

放電ランプの種類によっては、電極支持棒にコイル部品を取り付けて電極とするものもある。このコイル部品に実施形態のタングステン合金を適用することも可能である。

実施形態の放電ランプは、実施形態のタングステン合金部品を用いたものである。放電ランプの種類は特に限定されるものではなく、低圧放電ランプと高圧放電ランプのどちらにも適用できる。低圧放電ランプとしては、一般照明、道路やトンネルなどに使われる特殊照明、塗料硬化装置、ＵＶ硬化装置、殺菌装置、半導体などの光洗浄装置など様々なアーク放電型の放電ランプが挙げられる。高圧放電ランプとしては、上下水の処理装置、一般照明、競技場などの屋外照明、ＵＶ硬化装置、半導体やプリント基板などの露光装置、ウエハ検査装置、プロジェクタなどの高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ナトリウムランプなどが挙げられる。

実施形態のタングステン合金部品は、送信管用部品にも好適である。送信管用部品としては、フィラメントまたはメッシュグリッドが挙げられる。メッシュグリッドは線材をメッシュ状に編んだものや、焼結体板に複数の穴を形成したものであってもよい。実施形態の送信管は、送信管用部品として実施形態のタングステン合金部品を使用しているのでエミッション特性などがよい。

実施形態のタングステン合金部品は、マグネトロン用部品にも好適である。マグネトロン用部品としては、コイル部品が挙げられる。図４にマグネトロン用部品の一例として、マグネトロン用陰極構体を示した。図中、７はコイル部品、８は上部支持部材、９は下部支持部材、１０は支持棒、１１はマグネトロン用陰極構体、である。上部支持部材８と下部支持部材９は支持棒１０を介して一体化されている。支持棒１０の周囲にはコイル部品７が配置され、上部支持部材８と下部支持部材９に一体化されている。このようなマグネトロン用部品は、電子レンジに好適である。コイル部品には、線径０．１〜１ｍｍのタングステン線材で作製することが好ましい。コイル部品の直径は２〜６ｍｍが好ましい。実施形態のタングステン合金部品をマグネトロン用部品に用いたとき、優れたエミッション特性と高温強度を示す。そのため、それを用いたマグネトロンの信頼性を向上させることができる。

次に実施形態のタングステン合金部品の製造方法について説明する。実施形態のタングステン合金部品は前述の構成を有すればその製造方法は特に限定されないが、効率のよい製造方法として以下の方法が挙げられる。

まず、原料となるタングステン粉末を用意する。タングステン粉末は平均粒径１〜１０μｍが好ましい。平均粒径が１μｍ未満では、タングステン粉末が凝集し易く、ＺｒＣ成分を均一分散させ難い。平均粒径が１０μｍを超えると焼結体としての平均結晶粒径が１００μｍを超えてしまう恐れがある。タングステン粉末の純度は、用途にもよるが、９９．０ｗｔ％以上、さらには９９．９ｗｔ％以上の高純度であることが好ましい。

次に、ＺｒＣ成分としてＺｒＣ粉末を用意する。ＺｒＣ粉末の代わりにＺｒ粉末および炭素粉末の混合物を用いてもよい。また、ＺｒＣ粉末単独ではなく、ＺｒＣ粉末に、Ｚｒ粉末または炭素粉末の１〜２種を混合したものであってもよい。これらのうち、ＺｒＣ粉末を用いることが好ましい。ＺｒＣ粉末は、焼結工程において、一部の炭素が分解してタングステン粉末中の不純物酸素と反応し、二酸化炭素となって系外に放出され、タングステン合金の均一化に貢献するので好ましい。Ｚｒ粉末と炭素粉末の混合粉末を用いた場合、Ｚｒ粉末と炭素粉末の両方を均一混合するために製造工程の負荷が増える。また、金属Ｚｒは酸化し易いのでＺｒＣ粉末を用いることが好ましい。

後述するように、ＺｒＣ粉末の一次粒子は平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましく、０．５〜５μｍであることがより好ましい。平均粒径が０．５μｍ未満ではＺｒＣ粉末の凝集が大きく均一分散させ難い。平均粒径が１５μｍを超えるとタングステン結晶の粒界に均一分散させ難くなる。均一分散の観点から、ＺｒＣ粉末の平均粒径≦タングステン粉末の平均粒径であることが好ましい。

ＺｒＣ粉末およびＺｒ粉末のＺｒ量を１００質量部としたとき、Ｈｆが１０質量部以下であることが好ましい。ＺｒＣ粉末またはＺｒ粉末にはＨｆ成分が不純物として含まれる場合がある。Ｚｒ量１００質量部に対し、Ｈｆ量が１０質量部以下であればＺｒ成分の特性に良さを阻害しないで済む。Ｈｆ量は少ないほど好ましいが、原料の高純度化はコストアップの要因となる。そのため、Ｈｆ量は０．１〜３質量部がさらに好ましい。

必要に応じ、Ｋ、ＳｉおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種のドープ材を添加する。添加量は０．０１ｗｔ％以下が好ましい。

次に、各原料粉末を均一混合する。混合工程は、ボールミルなどの混合機を用いて行うことが好ましい。混合工程は２０時間以上行うことが好ましい。必要に応じ、有機バインダーや有機溶媒と混合してスラリーとしてもよい。必要に応じ、造粒工程を行ってもよい。

次に、金型でプレスし、成形体を作製する。必要に応じ、成形体に脱脂工程を行う。次に、焼結工程を行う。焼結工程は、窒素などの不活性雰囲気または真空中で行うことが好ましい。焼結は温度１４００〜２０００℃×５〜２０時間で行うことが好ましい。焼結温度が１４００℃未満または焼結時間が５時間未満では焼結が不十分であり、焼結体の強度が低下する。焼結温度が２０００℃を超えるまたは焼結時間が２０時間を超えるとタングステン結晶が粒成長し過ぎる恐れがある。不活性雰囲気または真空中で焼結を行うことにより、焼結体表面部の炭素を系外に放出し易くできる。焼結は、通電焼結、常圧焼結、加圧焼結などで行なうことができ、特に限定されない。

次に、焼結体を部品に加工するための工程を行う。加工工程としては、鍛造工程、圧延工程、線引き工程、切断工程、研磨工程などが挙げられる。コイル部品にする場合はコイリング工程が挙げられる。送信管用部品としてメッシュグリッドを作製する場合は、フィラメントをメッシュ状に組み上げる工程が挙げられる。

次に、加工した部品に、必要に応じ、歪取り熱処理を行う。歪取り熱処理は、不活性雰囲気または真空中で、１３００〜２５００℃の範囲で行うことが好ましい。歪取り熱処理を行うことにより、部品への加工工程で発生した内部応力を緩和し、部品の強度を向上させることができる。

実施形態のタングステン合金部品は、ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜５ｗｔ％含有し、かつＺｒＣ粒子の一次粒子が平均粒径１５μｍ以下であることが好ましい。タングステン合金部品は、ＺｒＣおよびＺｒの２種を含有することが好ましい。ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）について、Ｃ／Ｚｒの原子比は１に限らず、０．６〜１の範囲でよい。Ｚｒは放電ランプ用電極部品においてエミッタ材として機能する成分である。Ｚｒの含有量がＺｒＣ換算で０．１ｗｔ％未満ではエミッション特性が不十分である。一方、Ｚｒの含有量がＺｒＣ換算で５ｗｔ％を超えると強度低下などを招く恐れがある。そのため、ＺｒはＺｒＣ換算で０．３〜３．０ｗｔ％であることが好ましく、０．５〜２．５ｗｔ％であることがより好ましい。

Ｚｒ成分は前述のようにＺｒＣまたはＺｒとして存在する。ＺｒＣは粒子の形態で存在し、ＺｒＣの一次粒子は平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましい。ＺｒＣ粒子はタングステン結晶粒子同士の粒界に存在する。そのため、ＺｒＣ粒子があまり大きいとタングステン結晶粒子同士の隙間を大きくしてしまい、密度低下や強度低下の原因となる。ＺｒＣ粒子がタングステン結晶粒子同士の粒界に存在すると、エミッション材としてだけでなく分散強化材としても機能するため、電極部品の強度向上に有利になる。

ＺｒＣ粒子の一次粒子は、平均粒径が５μｍ以下、かつ最大径が１５μｍ以下であることが好ましい。さらに、ＺｒＣ粒子の一次粒子は、平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下、最大径が１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満または最大径が１μｍ未満の小さなＺｒＣ粒子ではエミッションによる消耗により早く消滅してしまう恐れがある。電極としての長寿命化を図るためには、ＺｒＣ粒子は、平均粒径０．１μｍ以上または最大径１μｍ以上であることが好ましい。

タングステン合金部品中のＺｒＣ粒子の分散状態は、長さ２００μｍの任意の直線上に２〜３０個の範囲であることが好ましい。ＺｒＣ粒子の個数が長さ２００μｍの直線あたり２個未満（０〜１個）であると部分的にＺｒＣ粒子が少なくなりエミッションのばらつきが大きくなる。一方、ＺｒＣ粒子の個数が長さ２００μｍの直線あたり３０個を超えて多い（３１個以上）と、部分的にＺｒＣ粒子が多くなりすぎ、強度低下などの悪影響がでる恐れがある。なお、ＺｒＣ粒子の分散状態は、タングステン合金の任意の断面を拡大撮影することによって調べる。拡大写真の倍率は１０００倍以上とする。拡大写真上に、長さ２００μｍの任意の直線（線の太さ０．５ｍｍ）を引き、その線上に存在するＺｒＣ粒子の個数をカウントする。

ＺｒＣの二次粒子は、最大径が１００μｍ以下であることが好ましい。ＺｒＣの二次粒子とは、一次粒子の凝集体のことである。二次粒子が１００μｍを超えて大きいとタングステン合金部品の強度が低下する。そのため、ＺｒＣ粒子の二次粒子の最大径は１００μｍ以下、５０μｍ以下、さらには２０μｍ以下と小さいことが好ましい。

Ｚｒ（金属Ｚｒ）に関しては、様々な分散状態がある。
第一の分散状態は、金属Ｚｒが粒子として存在するものである。金属Ｚｒ粒子はＺｒＣ粒子と同様にタングステン結晶粒子同士の粒界に存在する。タングステン結晶粒子同士の粒界に存在することにより、金属Ｚｒ粒子もエミッション材および分散強化材として機能する。そのため、金属Ｚｒの一次粒子は、平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、０．１〜３μｍであることがさらに好ましい。また、金属Ｚｒの一次粒子は、最大径が１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。タングステン合金を作製する場合に、予めＺｒＣ粒子と金属Ｚｒ粒子を混合してもよいし、製造工程中にＺｒＣ粒子を脱炭して金属Ｚｒ粒子を生じさせてもよい。ＺｒＣ粒子を脱炭する方法を用いれば、タングステン中の酸素と反応して二酸化炭素として系外に放出する脱酸効果も得られることから好ましい。タングステン中の酸素も系外に放出させる効果も得られることから好ましい。脱酸ができれば、タングステン合金の電気抵抗を下げることができるので電極として導電性が向上する。金属Ｚｒ粒子の一部はＺｒＣ粒子になってもよい。

第二の分散状態は、ＺｒＣ粒子の表面に金属Ｚｒが存在するものである。第一の分散状態と同様に、タングステン合金の焼結体を作製する場合にＺｒＣ粒子表面から炭素が脱炭されて、表面に金属Ｚｒ被膜が形成された状態となる。金属Ｚｒ被膜付きＺｒＣ粒子であっても、すぐれたエミッション特性を示す。また、金属Ｚｒ被膜付きＺｒＣの一次粒子は、平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、０．１〜３μｍであることがさらに好ましい。また、金属Ｚｒ被膜付きＺｒＣの一次粒子は、最大径が１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。

第三の分散状態は、金属Ｚｒの一部または全部がタングステンに固溶しているものである。金属Ｚｒはタングステンと固溶体を形成する。固溶体を形成することでタングステン合金の強度を向上させることができる。固溶の有無は、ＸＲＤ分析によって判定できる。まず、Ｚｒ成分および炭素の含有量を測定する。Ｚｒおよび炭素の含有量をＺｒＯx換算し、ｘ＜１であることを確認する。次に、ＸＲＤ分析を行い金属Ｚｒのピークが検出されないことを確認する。このように、ＺｒＯxのｘが１より小さく、化学量論的な炭化ジルコニウムになっていないジルコニウムが存在するにも関わらず、金属Ｚｒのピークが検出されないということは金属Ｚｒがタングステンに固溶していることを意味する。

一方、ＺｒＣｘのｘが１より小さく、化学量論的な炭化ジルコニウムになっていないジルコニウムが存在し、かつ金属Ｚｒのピークが検出される場合には、金属Ｚｒが固溶せずタングステン結晶同士の粒界に存在する第一の分散状態であることを意味する。また、第二の分散状態は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）やＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて分析できる。

金属Ｚｒの分散状態は、第一の分散状態、第二の分散状態、第三の分散状態のいずれか１種または２種以上の組合せであってもよい。

Ｚｒの全含有量を１００質量部としたとき、ＺｒＣ粒子になっているＺｒの割合は２５〜７５質量部であることが好ましい。ＺｒのすべてがＺｒＣ粒子であってもよい。ＺｒＣ粒子であれば、エミッション特性は得られる。一方、金属Ｚｒを分散させることにより、タングステン合金の導電性や強度を向上させることができる。しかしながら、Ｚｒのすべてが金属Ｚｒであるとエミッション特性や高温強度が低下する。金属Ｚｒは融点が１８５０℃、ＺｒＣは融点が２７２０℃、金属タングステンは融点が３４００℃である。ＺｒＣは金属Ｚｒよりも融点が高いことから、ＺｒＣを含有するタングステン合金部品は高温強度が向上する。また、ＺｒＣは表面電流密度がＴｈＯ_２とほぼ同等なので、実施形態のタングステン合金部品には、酸化トリウム含有タングステン合金部品と同等の電流を流すことができる。そのため、実施形態のタングステン合金部品を放電ランプの電極に適用した場合、酸化トリウム含有タングステン合金電極と同等の電流密度を設定できるため、制御回路等の設計変更が不要である。これらの観点から、Ｚｒ成分の全含有量を１００質量部としたとき、ＺｒＣを構成するＺｒの含有量は２５〜７５質量部であることが好ましく、３５〜６５質量部であることがより好ましい。

タングステン合金中のＺｒＣと金属Ｚｒの含有量は以下のようにして分析することができる。ＩＣＰ分析法によりタングステン合金中の全Ｚｒ量を測定する。次に、燃焼−赤外線吸収法によりタングステン合金中の全炭素量を測定する。タングステン合金がタングステンとＺｒとの２元系である場合、測定された全炭素量は実質的にすべてがＺｒＣになっていると考えてよい。そのため、測定された全Ｚｒ量と全炭素量とに基づいてＺｒＣ量を算出することができる。この方法の場合は、Ｃ／Ｚｒ＝１としてＺｒＣ量を計算する。

ＺｒＣ粒子のサイズに関しては、タングステン合金焼結体の任意の断面の拡大写真を撮り、その断面に存在するＺｒＣ粒子の最も長い対角線を測定してＺｒＣの一次粒子の粒径とする。ＺｒＣ粒子５０個についてこの測定を行い、その平均値をＺｒＣの一次粒子の平均粒径とする。ＺｒＣの一次粒子の粒径（最も長い対角線）のうち、最大の値をＺｒＣの一次粒子の最大径とする。

実施形態のタングステン合金部品は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏおよび希土類元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を２ｗｔ％以下含有していてもよい。Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏおよび希土類元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素は、金属単体、酸化物、炭化物のいずれかの形態で存在する。これらの２種以上の元素を含有してもよい。２種以上の元素を含有する場合であっても、その合計が２ｗｔ％以下であることが好ましい。これらの元素は、主に分散強化材として機能する。ＺｒＣ粒子はエミッション材として機能するので、放電ランプを長時間使用すると消耗する。一方、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏおよび希土類元素はエミッション特性が弱いため、エミッションによる消耗が少なく、長期に渡り分散強化材としての機能を維持することができる。これらの元素の含有量の下限は特に限定されないが、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。これらの元素のうちでは、希土類元素が好ましい。希土類元素は原子半径が０．１６ｎｍ以上と大きいため、表面電流密度を大きくするのに有利である。言い換えれば、分散強化材として、原子半径が０．１６ｎｍ以上の元素を含む金属単体またはその化合物を用いることが好ましい。

図５および図６に、実施形態の放電ランプ用電極部品の一例を示した。図中、２１は放電ランプ用電極部品、２２はテーパ形状の先端部を有する放電ランプ用電極部品、２３は先端部、２４は胴体部、である。放電ランプ用電極部品２１は円柱状であり、その先端部２３をテーパ形状に加工して放電ランプ用電極部品２２にする。なお、テーパ形状に加工する前の放電ランプ用電極部品２１は、通常、円柱形状であるが、四角柱形状であってもよい。

放電ランプ用電極部品は先端をテーパ形状とした先端部と円柱状の胴体部を有することが好ましい。テーパ形状、つまりは先端部を尖らせた形状とすることにより放電ランプ用電極部品としての特性が向上する。図６に示したように、先端部２３と胴体部２４の長さの割合は特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設定される。

放電ランプ用電極部品の線径φは０．１〜３０ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では電極部品としての強度が保てず、放電ランプに組み込む際に折れたり、先端部をテーパ加工する際に折れたりする恐れがある。また、３０ｍｍを超えて大きいと後述するようなタングステン結晶組織の均一性を制御し難くなる。

胴体部の横断面（径方向断面）の結晶組織を観察したとき、単位面積（たとえば３００μｍ×３００μｍ）あたり、１〜８０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることが好ましい。図７に胴体部の横断面の一例を示した。図中、２４は胴体部、２５は横断面、である。横断面の結晶組織を測定するには、胴体部の長さの中央の径方向断面の拡大写真を撮影する。なお、線径が細く、一視野でたとえば３００μｍ×３００μｍの単位面積を撮影できないときには、任意の横断面を複数回撮影する。拡大写真において、その断面に存在するタングステン結晶粒子のうち最も長い対角線を最大径とする。その断面において、最大径が１〜８０μｍの範囲内に入っているタングステン結晶粒子の面積率を算出する。

胴体部の横断面の単位面積あたり、１〜８０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であるということは、結晶粒径が１μｍ未満の小さなタングステン結晶および８０μｍを超える大きなタングステン結晶が少ないことを示す。１μｍ未満のタングステン結晶が多すぎるとタングステン結晶粒子同士の粒界が小さくなり過ぎてしまう。タングステン結晶粒界中にＺｒＣ粒子の割合が増えてしまうと、エミッションによりＺｒＣ粒子が消耗した場合に大きな欠陥となりタングステン合金の強度が低下する。一方、８０μｍを超えて大きなタングステン結晶粒子が多いと、粒界が大きくなり過ぎてタングステン合金の強度が低下する。胴体部の横断面の単位面積あたり、１〜８０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率は９６％以上であることが好ましく、さらに１００％であることが好ましい。

横断面におけるタングステン結晶粒子の平均粒径は５０μｍ以下、さらには２０μｍ以下が好ましい。横断面におけるタングステン結晶粒子の平均アスペクト比は３未満であることが好ましい。アスペクト比は以下のようにして算出する。単位面積（たとえば３００μｍ×３００μｍ）の拡大写真を撮影し、その断面に存在するタングステン結晶粒子の最大径（フェレー径）を長径Ｌ、長径Ｌの中心から垂直に伸ばした粒径を短径Ｓとし、長径Ｌ／短径Ｓ＝アスペクト比とする。この測定を５０個のタングステン結晶粒子について行い、その平均値を平均アスペクト比とする。また、（長径Ｌ＋短径Ｓ）／２＝粒径とし、５０個のタングステン結晶粒子の平均値を平均粒径とする。

胴体部の縦断面の結晶組織を観察したとき、単位面積（たとえば３００μｍ×３００μｍ）あたり、２〜１２０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることが好ましい。図８に縦断面の一例を示した。図中、２４は胴体部、２６は縦断面、である。縦断面の結晶組織を測定するには、胴体部の径の中心を通る縦断面の拡大写真を撮影する。なお、一視野でたとえば３００μｍ×３００μｍの単位面積を撮影できないときは、任意の縦断面を複数回撮影する。拡大写真において、その断面に存在するタングステン結晶粒子のうち最も長い対角線を最大径とする。その断面において、最大径が２〜１２０μｍの範囲内に入っているタングステン結晶粒子の面積率を算出する。

胴体部の縦断面の単位面積あたり、２〜１２０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であるということは、結晶粒径が２μｍ未満の小さなタングステン結晶および１２０μｍを超える大きなタングステン結晶が少ないことを示す。２μｍ未満のタングステン結晶が多すぎるとタングステン結晶粒子同士の粒界が小さくなり過ぎてしまう。タングステン結晶粒界中にＺｒＣ粒子の割合が増えてしまうと、エミッションによりＺｒＣ粒子が消耗した場合に大きな欠陥となりタングステン合金の強度が低下する。一方、１２０μｍを超えて大きなタングステン結晶粒子が多いと、粒界が大きくなり過ぎてタングステン合金の強度が低下する。胴体部の縦断面の単位面積あたり、２〜１２０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率は９６％以上であることが好ましく、さらに１００％であることが好ましい。

縦断面におけるタングステン結晶粒子の平均粒径は７０μｍ以下、さらには４０μｍ以下が好ましい。縦断面におけるタングステン結晶粒子の平均アスペクト比は３以上であることが好ましい。なお、平均粒径や平均アスペクト比の測定方法は横断面に関して述べた方法と同じである。

以上のように、タングステン結晶粒子のサイズ、ＺｒＣ粒子のサイズや割合を制御することにより、放電特性に優れ、かつ強度、特に高温強度のタングステン合金を提供することが可能となる。そのため、放電ランプ用電極部品の特性も向上する。

タングステン合金部品は、相対密度が９５．０％以上であることが好ましく、９８．０％以上であることがより好ましい。相対密度が９５．０％未満であると気泡が増えて強度低下や部分放電などの悪影響がでる恐れがある。相対密度は、アルキメデス法による実測密度と理論密度から、（実測密度／理論密度）×１００（％）＝相対密度、という計算により求める。理論密度は、既知成分の密度と質量比とから計算により求める。ここで、タングステンの密度は１９．３ｇ／ｃｍ^３、ジルコニウムの密度は６．５１ｇ／ｃｍ^３、炭化ジルコニウムの理論密度６．７３ｇ／ｃｍ^３である。例えば、ＺｒＣを１ｗｔ％、Ｚｒを０．２ｗｔ％、残部タングステンからなるタングステン合金の場合、６．５１×０．０１＋６．７３×０．００２＋１９．３×０．９８８＝１９．１４６９６ｇ／ｃｍ^３が理論密度になる。理論密度を計算する場合は、不純物の存在は考慮しなくてよい。

実施形態のタングステン合金部品は、ビッカース硬度Ｈｖが３３０以上であることが好ましく、Ｈｖ３３０〜７００の範囲内であることがより好ましい。ビッカース硬度がＨｖ３３０未満ではタングステン合金が柔らか過ぎて強度が低下する。一方、Ｈｖ７００を超えるとタングステン合金が硬過ぎて先端部をテーパ形状に加工し難くなる。また、硬過ぎると胴体部の長い電極部品の場合に柔軟性がなく折れやすくなる恐れがある。ビッカース硬度Ｈｖが３３０以上であれば、タングステン合金の３点曲げ強度を４００ＭＰａ以上と高くすることができる。

実施形態のタングステン合金部品を放電ランプ用電極に適用する場合、表面粗さＲａが５μｍ以下であることが好ましい。特に、その先端部は表面粗さＲａが５μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましい。表面凹凸が大きいとエミッション特性が低下する。

以上のようなタングステン合金部品は、様々な放電ランプに適用することができ、低圧放電ランプや高圧放電ランプなど、特に制限を受けない。そのため、１００Ｖ以上と大きな電圧をかけても長寿命を達成することができる。胴体部の線径は０．１〜３０ｍｍの範囲であり、線径が０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の細いサイズ、３ｍｍを超えて１０ｍｍ以下の中くらいのサイズ、１０ｍｍを超えて３０ｍｍ以下の太いものまで適用可能である。電極胴体部の長さは１０〜６００ｍｍであることが好ましい。

図９に放電ランプの一例を示した。図中、２２は電極部品（先端部をテーパ加工済み）、２７は放電ランプ、２８は電極支持棒、２９はガラス管、である。放電ランプ２７は、一対の電極部品２２を電極先端部が向い合せになるように配置する。電極部品２２は電極支持棒２８に接合されている。ガラス管２９の内面には、図示しない蛍光体層が設けられている。ガラス管２９の内部には、必要に応じ、水銀、ハロゲン、アルゴンガス（またはネオンガス）などが封入されている。

実施形態の放電ランプは、実施形態のタングステン合金部品を用いたものである。放電ランプの種類は特に限定されるものではなく、低圧放電ランプと高圧放電ランプのどちらにも適用できる。低圧放電ランプは、一般照明、道路やトンネルなどに使われる特殊照明、塗料硬化装置、ＵＶ硬化装置、殺菌装置、半導体などの光洗浄装置など様々なアーク放電型の放電ランプが挙げられる。高圧放電ランプは、上下水の処理装置、一般照明、競技場などの屋外照明、ＵＶ硬化装置、半導体やプリント基板などの露光装置、ウエハ検査装置、プロジェクタなどの高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ナトリウムランプなどが挙げられる。タングステン合金の強度を向上させているので、自動車用放電ランプのように移動（振動）を伴う分野にも適用できる。

次に、製造方法について説明する。実施形態のタングステン合金部品は、前述の構成を有すれば製造方法は特に限定されるものではないが、効率よく得るための製造方法として次のものが挙げられる。

まず、Ｚｒ成分を含有したタングステン合金粉末の調製を行う。Ｚｒ成分として、ＺｒＣ粉末を用意する。ＺｒＣ粉末の一次粒子は平均粒径が１５μｍ以下であることが好ましく、平均粒径が５μｍ以下であることがより好ましい。篩を使用して最大径１５μｍを超えるものを予め除去することが好ましい。最大径を１０μｍ以下にしたいときは所定のメッシュ径を有する篩を使って大きなＺｒＣ粒子を除去する。小さな粒径のＺｒＣ粒子を除去したい場合にも所定のメッシュ径を有する篩を使って除去する。篩通しを行う前に、ＺｒＣ粒子をボールミル等により粉砕工程を行うことが好ましい。粉砕工程を行うことにより、凝集体を破壊できるので篩通しによる粒径制御を行い易くなる。

次に、金属タングステン粉末を混合する。金属タングステン粉末は平均粒径０．５〜１０μｍのものが好ましい。金属タングステン粉末は、純度９８．０ｗｔ％以上、炭素含有量１ｗｔ％以下、不純物金属成分１ｗｔ％以下であることが好ましい。ＺｒＣ粒子と同様に、予めボールミル等により粉砕し、篩通し工程により、小さな粒子および大きな粒子を除去しておくことが好ましい。

Ｚｒ含有量がＺｒＣ換算で０．１〜５ｗｔ％になるように金属タングステン粉末を添加する。ＺｒＣ粒子と金属タングステン粉末の混合粉末を混合容器に入れ、混合容器を回転させて均一に混合させる。このとき、混合容器として円筒形状のものを用い、円周方向に回転させることにより、スムーズに混合させることができる。この工程により、ＺｒＣ粒子を含有するタングステン粉末を調製することができる。また、後述の焼結工程時に脱炭することを考慮して炭素粉末を微量添加してもよい。このとき、添加する炭素粉末は、脱炭する炭素量と同量以下にする。

次に、得られたＺｒＣ粒子を含有するタングステン粉末を用いて成形体を作製する。成形体を形成する際に、必要に応じてバインダーを用いる。円柱形状の成形体を形成する場合、直径を０．１〜４０ｍｍとすることが好ましい。また、後述するように板状の焼結体から成形体を切り出す場合は、成形体のサイズは任意である。また、成形体の長さ（厚さ）は任意である。

次に、成形体を予備焼結する。予備焼結は１２５０〜１５００℃で行うことが好ましい。この工程により、予備焼結体を得ることができる。次に、予備焼結体を通電焼結する。通電焼結は、焼結体が２１００〜２５００℃の温度になる条件で行うことが好ましい。温度が２１００℃未満では十分な緻密化ができず強度が低下する。温度が２５００℃を超えると、ＺｒＣ粒子およびタングステン粒子が粒成長し過ぎて目的とする結晶組織が得られない。

別の方法では、成形体を温度１４００〜３０００℃で１〜２０時間で焼結してもよい。焼結温度が１４００℃未満または焼結時間が１時間未満では焼結が不十分であり、焼結体の強度が低下する。焼結温度が３０００℃を超えるまたは焼結時間が２０時間を超えるとタングステン結晶が粒成長し過ぎる恐れがある。

焼結雰囲気としては、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気中、水素などの還元雰囲気中、真空中が挙げられる。これらの雰囲気であれば焼結工程時に、ＺｒＣ粒子の炭素が脱炭する。脱炭の際にタングステン粉末中の不純物炭素が一緒に除去されるので、タングステン合金中の炭素含有量を１ｗｔ％以下、さらには０．５ｗｔ％以下と小さくすることができる。タングステン合金中の炭素含有量が減ると導電性が向上する。

この焼結工程により、Ｚｒ含有タングステン焼結体を得ることができる。予備焼結体が円柱形状であれば焼結体も円柱状焼結体（インゴット）になる。板状焼結体の場合は、所定のサイズに切り出す工程により円柱状焼結体（インゴット）を得ることができる。

次に、円柱状焼結体（インゴット）を、鍛造加工、圧延加工、線引加工などして、線径を調整する。その際の加工率は３０〜９０％の範囲であることが好ましい。この加工率とは、加工前の円柱状焼結体の断面積をＡ、加工後の円柱状焼結体の断面積をＢとしたとき、加工率＝［（Ａ−Ｂ）／Ａ］×１００％、により求められる。線径は複数回の加工により調整することが好ましい。複数回の加工を行うことにより、加工前の円柱状焼結体のポアをつぶし密度の高い電極部品を得ることができる。

例えば、直径２５ｍｍの円柱状焼結体を直径２０ｍｍの円柱状焼結体に加工した場合を使って説明する。直径２５ｍｍの円の断面積Ａは４６０．６ｍｍ^２、直径２０ｍｍの円の断面積Ｂは３１４ｍｍ^２であるから加工率は、［（４６０．６−３１４）／４６０．６］×１００＝３２％となる。このとき、複数回の線引加工などにより、直径２５ｍｍから直径２０ｍｍに加工することが好ましい。

加工率が３０％未満と低いと、結晶組織が加工方向に十分延ばされず、タングステン結晶およびＺｒＣ粒子を目的のサイズにすることが困難になる。また、加工率が３０％未満と小さいと加工前の円柱状焼結体内部のポアが十分につぶれず、そのまま残存する恐れがある。内部ポアが残存するとカソード部品の耐久性などが低下する原因となる。一方、加工率が９０％を超えて大きいと、加工し過ぎにより断線して歩留まりが低下する恐れがある。このため、加工率は３０〜９０％が好ましく、３５〜７０％がより好ましい。なお、焼結上がりのタングステン合金の相対密度が９５％以上である場合は、必ずしも上記の加工率で加工しなくてもよい。

焼結体の線径を０．１〜３０ｍｍに加工した後、必要な長さに切断することにより、電極部品を作製することができる。必要に応じ、先端部をテーパ形状に加工する。また、必要に応じ、研磨加工、熱処理（再結晶熱処理など）、形状加工を行う。

再結晶熱処理は還元雰囲気、不活性雰囲気または真空中で、１３００〜２５００℃の範囲で行うことが好ましい。再結晶熱処理を行うことにより、電極部品への加工工程で発生した内部応力を緩和する歪取り熱処理の効果が得られ、部品の強度を向上させることができる。

以上のような製造方法によれば、実施形態の放電ランプ用電極部品を効率的に製造することができる。

（実施例１）
原料粉末として、平均粒径４μｍのタングステン粉末（純度９９．９９ｗｔ％）に、平均粒径２μｍのＺｒＣ粉末（純度９９．０％）を２ｗｔ％となるように添加した。なお、ＺｒＣ粉末については、Ｚｒ量を１００質量部としたとき不純物Ｈｆ量は０．８質量部であった。

原料粉末をボールミルにより３０時間混合して混合原料粉末を調製した。次に、混合原料粉末を金型に入れて、成形体を作製した。得られた成形体を真空中（１０^−３Ｐａ）で１８００℃×１０時間の通電焼結を行った。この工程により、縦１６ｍｍ×横１６ｍｍ×長さ４２０ｍｍの焼結体を得た。

次に、直径２．４ｍｍ×長さ１５０ｍｍの円柱体の試料を切り出した。試料に対し、センタレス研磨加工を施し、表面粗さＲａを５μｍ以下にした。次に先端部を傾斜角が４５°の円錐形状に加工した。次に、真空中（１０^−３Ｐａ）にて１６００℃の歪取り熱処理を施した。

これにより、実施例１に係るタングステン合金部品として放電ランプ用カソード部品を作製した。

（比較例１）
ＴｈＯ_２を２ｗｔ％含有するタングステン合金からなり、実施例1と同サイズの放電ランプ用カソード部品を作製した。

実施例１のタングステン合金部品に関して、ＺｒＣ成分の含有量、表面部と中心部の炭素量、タングステン結晶の平均粒径を調べた。ＺｒＣ成分の含有量は、ＩＣＰ分析により、Ｚｒ量および炭素量を求め、ＺｒＣｘ換算して算出した。表面部と中心部の炭素量の分析は、表面から１０μｍの範囲および円柱断面から測定用試料を切り取り、それぞれ炭素量を測定した。タングステンの平均結晶粒径は、任意の断面において１００個のタングステン結晶の結晶粒径を測定し、その平均値を平均結晶粒径とした。その結果を表１に示す。

次に、実施例１および比較例１の放電ランプ用カソード部品のエミッション特性を調べた。エミッション特性の測定は、印加電圧（Ｖ）を１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖと変化させ、エミッション電流密度（ｍＡ／ｍｍ^２）を測定した。カソード部品への印加電流負荷１８（±０．５）Ａ／Ｗ、印加時間２０ｍｓで測定した。その結果を図１０に示す。

図１０から分かる通り、実施例１は比較例１と比べて、エミッション特性が優れていることが分かった。この結果、実施例１の放電ランプ用カソード部品は放射性物質である酸化トリウムを使わずに、優れたエミッション特性を示すことが分かる。なお、測定時は、カソード部品は２１００〜２２００℃になっていた。このため、実施例１に係るカソード部品は高温強度も優れていることが分かる。

（実施例２〜５）
次に、ＺｒＣの添加量、ドープ材としてＫ添加量を表２のように変えた原料混合粉末を調製した。各原料混合粉末を金型成形し、真空中（１０^−３Ｐａ以下）にて１５００〜１９００℃×７〜１６時間焼結して焼結体を得た。なお、実施例２〜３は焼結体サイズを実施例１と同様にして、切り出し工程を行った。実施例４〜５は、成形体サイズを調製して直径２．４ｍｍ×長さ１５０ｍｍの焼結体を直接得た。

各試料に対し、センタレス研磨加工を施し、表面粗さＲａを５μｍ以下にした。次に先端部を傾斜角度が４５°である円錐形状に加工した。次に、真空中（１０^−３Ｐａ以下）にて１４００〜１７００℃で歪取り熱処理を施した。これにより、実施例２〜５に係る放電ランプ用カソード部品を作製し、実施例１と同様の測定を行った。その結果を表３に示す。

次に、実施例１と同様の条件にて、エミッション特性を評価した。その結果を表４に示す。

表４から分かる通り、本実施例に係る放電ランプ用カソード部品は、いずれも優れた特性を示した。なお、測定時は、カソード部品は２１００〜２２００℃になっていた。このため、実施例２〜５に係るカソード部品は高温強度も優れていることが分かる。なお、実施例１〜５はＺｒとＺｒＣの２種を含むものであった。

（実施例１１〜２０、比較例１１）
原料粉末として表５に示したタングステン粉末（純度９９．０ｗｔ％以上）、ＺｒＣ粉末を用意した。いずれの粉末もボールミルにより十分ほぐし、必要に応じ、それぞれ最大径が表５に示した値になるように篩通し工程を行ったものである。

次にタングステン粉末とＺｒＣ粉末を表６に示す割合で混合して、ボールミルにより再度混合した。次に成形して成形体を調製した。次に表６に示した条件により焼結工程を行った。縦１６ｍｍ×横１６ｍｍ×長さ４２０ｍｍの焼結体を得た。

次に、得られたタングステン合金焼結体から、円柱状焼結体（インゴット）を切り出し、鍛造加工、圧延加工、線引加工を適宜組合せて線径を調整した。加工率は表７に示す通りである。また、線径を調整後、所定の長さに切断し、先端部をテーパ形状に加工した。その後、表面研磨して表面粗さＲａをＲａ５μｍ以下に研磨した。次に、水素雰囲気中にて１６００℃の再結晶熱処理を施した。これにより、放電ランプ用電極部品を完成させた。

次に各放電ランプ用電極部品に対して、ＺｒＣの割合を測定した。また、酸素含有量、相対密度（％）、ビッカース硬度（Ｈｖ）、３点曲げ強度を求めた。

ＺｒＣの割合は、ＩＣＰ分析法によりタングステン合金中のＺｒ量、燃焼−赤外線吸収法によりタングステン合金中の炭素量を測定することにより求めた。タングステン合金中の炭素はＺｒＣになっていると考えて良い。そのため、検出された全Ｚｒ量を１００重量部とし、ＺｒＣになるＺｒ量を換算し、その質量比を求めた。タングステン合金中の酸素含有量は不活性ガス燃焼−赤外線吸収法により分析した。相対密度は、アルキメデス法により分析した実測密度を理論密度で割って求めた。理論密度は前述の計算により求めた。ビッカース硬度（Ｈｖ）は、ＪＩＳ−Ｚ−２２４４に準じて求めた。３点曲げ強度は、ＪＩＳ−Ｒ−１６０１に準じて求めた。その結果を表９に示す。

本実施例に係る放電ランプ用電極部品は密度が高く、ビッカース硬度（Ｈｖ）および３点曲げ強度も優れた値を示した。これは、ＺｒＣの一部が脱炭したためである。また、ＺｒＣになっていないＺｒ成分は、金属Ｚｒ粒子になったもの、ＺｒＣ粒子の表面の一部が金属Ｚｒになったもの、タングステンとジルコニウムの固溶体になったもの、のいずれかの状態であった。また、比較例１１−１はＺｒＣ粒子が大きいために破壊起点となり強度が低下した。

（実施例２１〜２５）
次に、タングステン粉末およびＺｒＣ粉末として実施例１２と同様のものを用い、第二の成分として表１０に示した組成に変えたものを用意した。焼結条件を水素雰囲気中、２０００℃で炉焼結としてインゴットを得た。インゴットを加工率５０％で加工して、線径１０ｍｍの電極部品を得た。また、水素雰囲気中にて１６００℃の再結晶熱処理を施した。各実施例に対して、同様の測定を行った。その結果を、表１０〜１２に示した。

表から分かる通り、添加元素を用いることにより、分散強化機能が強化し、タングステン結晶の粒成長が抑制されるため強度の向上が見られた。

（実施例１１Ａ〜２５Ａ、比較例１１−１Ａ〜１１−２Ａおよび比較例１２）
実施例１１〜２５、比較例１１−１および比較例１１−２の放電ランプ用電極部品のエミッション特性を調べた。エミッション特性の測定は、印加電圧（Ｖ）を１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖと変化させ、エミッション電流密度（ｍＡ／ｍｍ^２）を測定した。放電ランプ用電極部品への印加電流負荷１８±０．５Ａ／Ｗ、印加時間２０ｍｓで測定した。

また、比較例１２として、ＴｈＯ_２を２ｗｔ％含有するタングステン合金からなる線径８ｍｍの放電ランプ用電極部品を作製した。その結果を表１３に示す。

各実施例に係る放電ランプ用電極部品は、酸化トリウムを使用しないにも関わらず、酸化トリウムを使用した比較例１２と同等以上のエミッション特性を示した。また、測定時は、カソード部品は２１００〜２２００℃になっていた。このため、各実施例に係る放電ランプ用電極部品は高温強度も優れるものである。

（実施例２６〜２８）
次に、実施例１１、実施例１３、実施例１８の放電ランプ用電極に対し、再結晶熱処理条件を１８００℃に変えた以外は同じ製造方法にて製造したものを実施例２６（実施例１１の再結晶熱処理条件を１８００℃に変えたもの）、実施例２７（実施例１３の再結晶熱処理条件を１８００℃に変えたもの）、実施例２８（実施例１８の再結晶熱処理条件を１８００℃に変えたもの）として用意した。同様の測定を行った。その結果を表１４、１５に示す。

本実施例に係る放電ランプ用電極部品は密度が高く、ビッカース硬度（Ｈｖ）および３点曲げ強度も優れた値を示した。これは、ＺｒＣの一部が脱炭したためである。また、ＺｒＣになっていないＺｒ成分を分析した結果、いずれもタングステンとジルコニウムの固溶体になったものであった。つまり、Ｚｒ成分としてＺｒとＺｒＣの２種が存在するものであった。このため、再結晶熱処理温度を１７００℃以上にすると金属Ｚｒをタングステンに固溶させ易いことが分かる。また、エミッション特性を同様の方法により測定した。その結果を表１６に示す。

上記のように金属Ｚｒをすべてタングステンに固溶させることによりエミッション特性が向上することが分かった。これは固溶により金属Ｚｒがタングステン合金の表面に存在し易くなったためであると考えられる。

また、上記のようにエミッション特性に優れることから放電ランプ用電極部品に限らず、エミッション特性を要求されるマグネトロン用部品（コイル部品）、送信管用部品（メッシュグリット）などの分野にも使用できる。

第三の分散状態は、金属Ｚｒの一部または全部がタングステンに固溶しているものである。金属Ｚｒはタングステンと固溶体を形成する。固溶体を形成することでタングステン合金の強度を向上させることができる。固溶の有無は、ＸＲＤ分析によって判定できる。まず、Ｚｒ成分および炭素の含有量を測定する。Ｚｒおよび炭素の含有量をＺｒＣｘ換算し、ｘ＜１であることを確認する。次に、ＸＲＤ分析を行い金属Ｚｒのピークが検出されないことを確認する。このように、ＺｒＣｘのｘが１より小さく、化学量論的な炭化ジルコニウムになっていないジルコニウムが存在するにも関わらず、金属Ｚｒのピークが検出されないということは金属Ｚｒがタングステンに固溶していることを意味する。

また、上記のようにエミッション特性に優れることから放電ランプ用電極部品に限らず、エミッション特性を要求されるマグネトロン用部品（コイル部品）、送信管用部品（メッシュグリット）などの分野にも使用できる。
以下、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ タングステンと、ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜５ｗｔ％含有することを特徴とするタングステン合金部品。
［２］ ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜３ｗｔ％含有することを特徴とする［１］に記載のタングステン合金部品。
［３］ Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣからなる群より選択される少なくとも２種を含むことを特徴とする［１］または［２］に記載のタングステン合金部品。
［４］ Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ _ｘ 換算したときｘ＜１であることを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［５］ Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ _ｘ 換算したとき０＜ｘ＜１であることを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［６］ Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ _ｘ 換算したとき０．２＜ｘ＜０．７であることを特徴とする［１］ないし［５］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［７］ さらに、Ｋ、ＳｉおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素を０．０１ｗｔ％以下含有することを特徴とする［１］ないし［６］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［８］ Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき、１０質量部以下のＨｆを含有することを特徴とする［１］ないし［７］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［９］ 前記ＺｒＣの一次粒子は、平均粒径が１５μｍ以下であることを特徴とする［１］ないし［８］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１０］ 前記ＺｒＣの一次粒子は、平均粒径が５μｍ以下、最大径が１５μｍ以下であることを特徴とする［９］に記載のタングステン合金部品。
［１１］ 前記ＺｒＣの二次粒子は、最大径が１００μｍ以下であることを特徴とする［９］または［１０］に記載のタングステン合金部品。
［１２］ 金属Ｚｒの少なくとも一部がタングステンに固溶していることを特徴とする［１］ないし［１１］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１３］ 前記タングステン合金部品の表面に金属Ｚｒが存在することを特徴とする［１］ないし［１２］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１４］ Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき、ＺｒＣを構成するＺｒの含有量が２５〜７５質量部であることを特徴とする［１］ないし［１３］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１５］ 前記タングステン合金部品は、ビッカース硬度Ｈｖが３３０以上であることを特徴とする［１］ないし［１４］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１６］ 前記タングステン合金部品は、線径が０．１〜３０ｍｍであることを特徴とする［１］ないし［１５］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１７］ 前記タングステン合金部品は、平均結晶粒径が１〜１００μｍのタングステン結晶を含有することを特徴とする［１］ないし［１６］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［１８］ 前記タングステン合金部品の横断面の単位面積あたり、１〜８０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることを特徴とする［１７］に記載のタングステン合金部品。
［１９］ 前記タングステン合金部品の縦断面の単位面積あたり、２〜１２０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることを特徴とする［１７］または［１８］に記載のタングステン合金部品。
［２０］ 放電ランプ用部品、送信管用部品、またはマグネトロン用部品に用いられることを特徴とする［１］ないし［１９］のいずれかに記載のタングステン合金部品。
［２１］ ［２０］にタングステン合金部品を用いたことを特徴とする放電ランプ。
［２２］ ［２０］にタングステン合金部品を用いたことを特徴とする送信管。
［２３］ ［２０］にタングステン合金部品を用いたことを特徴とするマグネトロン。

Claims (23)

1. タングステンと、ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜５ｗｔ％含有することを特徴とするタングステン合金部品。
2. ＺｒをＺｒＣ換算で０．１〜３ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１に記載のタングステン合金部品。
3. Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣからなる群より選択される少なくとも２種を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のタングステン合金部品。
4. Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ_ｘ換算したときｘ＜１であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
5. Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ_ｘ換算したとき０＜ｘ＜１であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
6. Ｚｒ、ＺｒＣおよびＣの含有量をＺｒＣ_ｘ換算したとき０．２＜ｘ＜０．７であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
7. さらに、Ｋ、ＳｉおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素を０．０１ｗｔ％以下含有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
8. Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき、１０質量部以下のＨｆを含有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
9. 前記ＺｒＣの一次粒子は、平均粒径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
10. 前記ＺｒＣの一次粒子は、平均粒径が５μｍ以下、最大径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のタングステン合金部品。
11. 前記ＺｒＣの二次粒子は、最大径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載のタングステン合金部品。
12. 金属Ｚｒの少なくとも一部がタングステンに固溶していることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
13. 前記タングステン合金部品の表面に金属Ｚｒが存在することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
14. Ｚｒの含有量を１００質量部としたとき、ＺｒＣを構成するＺｒの含有量が２５〜７５質量部であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
15. 前記タングステン合金部品は、ビッカース硬度Ｈｖが３３０以上であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
16. 前記タングステン合金部品は、線径が０．１〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
17. 前記タングステン合金部品は、平均結晶粒径が１〜１００μｍのタングステン結晶を含有することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
18. 前記タングステン合金部品の横断面の単位面積あたり、１〜８０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることを特徴とする請求項１７に記載のタングステン合金部品。
19. 前記タングステン合金部品の縦断面の単位面積あたり、２〜１２０μｍの結晶粒径を有するタングステン結晶の面積率が９０％以上であることを特徴とする請求項１７または１８に記載のタングステン合金部品。
20. 放電ランプ用部品、送信管用部品、またはマグネトロン用部品に用いられることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のタングステン合金部品。
21. 請求項２０にタングステン合金部品を用いたことを特徴とする放電ランプ。
22. 請求項２０にタングステン合金部品を用いたことを特徴とする送信管。
23. 請求項２０にタングステン合金部品を用いたことを特徴とするマグネトロン。

Images