(57)【要約】【課題】断線等の破損を防止した炭化タンタルフィラメントを有する炭化タンタル電球の製造方法を提供すること。【解決手段】予備浸炭工程１０１はタンタルフィラメントを真空浸炭炉に投入し炭化水素含有ガス雰囲気下でヒータ加熱することにより不完全に浸炭して炭化タンタルフィラメントを得る。フィラメントろう付け継線固定工程１０２は炭化タンタルフィラメントをステムのリード線にろう付けで固定する。バルブ封止固定工程１０３はバルブをステムに封止固定する。完全浸炭工程１０４は炭化タンタルフィラメントを炭化水素含有ガス雰囲気下でフィラメント通電加熱して完全に浸炭させる。気密封止工程１０５はバルブを水素含有不活性ガスによって気密封止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタルフィラメントを真空浸炭炉内で炭化水素雰囲気下でヒータ加熱することにより不完全に浸炭して炭化タンタルフィラメントを得る予備浸炭工程を具備する炭化タンタルフィラメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化タンタルフィラメントの製造方法によって得られた前記炭化タンタルフィラメントをろう付けによってステムのリード線に固定するフィラメントろう付け継線固定工程と、
前記ステムにバルブを封止固定するバルブ封止固定工程と、
前記炭化タンタルフィラメントを前記バルブ内で炭化水素雰囲気下で前記炭化タンタルフィラメントを通電加熱することにより完全に浸炭させる完全浸炭工程と、
該完全浸炭工程後に、前記バルブを気密封止する気密封止工程と
を具備する炭化タンタル電球の製造方法。
【請求項３】
前記フィラメントろう付け継線固定工程はレーザ溶接による請求項２に記載の炭化タンタル電球の製造方法。
【請求項４】
前記フィラメントろう付け継線固定工程は前記炭化タンタルフィラメントの先端部を溶融させてリング状にする請求項２、３のいずれかに記載の炭化タンタル電球の製造方法。
【請求項５】
前記ステムのリード線の熱膨張係数は炭化タンタルの熱膨張係数より大きい請求項２〜４のいずれかに記載の炭化タンタル電球の製造方法。
【請求項６】
前記完全浸炭工程における前記炭化タンタルフィラメントの温度は炭化タンタルの色温度より高い請求項２〜５のいずれかに記載の炭化タンタル電球の製造方法。
【請求項７】
前記気密封止工程は可燃限界以下の水素を含む不活性ガスを用いて行う請求項２〜６のいずれかに記載の炭化タンタル電球の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化タンタルフィラメントの製造方法及び炭化タンタル電球の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメント電球（白熱電球とも言う）の高電気／光変換効率化、高輝度化をするためには、フィラメント温度を上げればよい。つまり、フィラメント温度の上昇に伴い、フィラメントの黒体放射分布が短波長側へシフトし、結果として可視光範囲の放射が相対的に増大し、色温度が上昇する。そのためには、融点が高いフィラメント材料が必要である。最近、このようなフィラメントとして二元素系化合物で最も融点が高い炭化タンタル（TaC）（融点4150K）が注目されている。
【０００３】
図９は従来の炭化タンタル電球の製造方法を説明するためのフローチャートである（参照：特許文献１）。
【０００４】
始めに、フィラメント機械的継線固定工程９０１を参照すると、金属タンタルを巻回したコイル（フィラメント）をかしめ等の機械的手段によって電球基部として作用するステムのリード線に継線固定する。
【０００５】
次に、浸炭工程９０２を参照すると、ステムのリード線に継線固定されたタンタルフィラメントをステムと共に真空浸炭炉に投入しタンタルフィラメントを通電して加熱し浸炭処理を行う。つまり、真空浸炭炉に炭化水素含有ガスを導入すると共にタンタルフィラメントに電流を流す。この結果、たとえば、タンタルフィラメントの温度を2000K前後好ましくは3270Kとし、数時間保持すると、炭化水素雰囲気下でタンタルフィラメントの金属タンタルは炭化タンタル（TaC）に完全に変換され、炭化タンタルフィラメントが得られる。        
【０００６】
次に、バルブ封止固定工程９０３を参照すると、バルブを炭化タンタルフィラメントが固定されたステムに封止固定する。
【０００７】
最後に、気密封止工程９０４を参照すると、バルブをハロゲンガスを添加した希ガスによって気密封止する。これにより、炭化タンタル電球が完成する。
【０００８】
このように、炭化タンタルの脆弱性のために、浸炭工程の前に金属タンタルフィラメントをステムに固定するフィラメント機械的継線固定工程を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０１０−５３０６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図９に示す従来の炭化タンタル電球の製造方法においては、浸炭工程によってタンタルフィラメントに炭素が浸入して炭化タンタルフィラメントが形成されるときに体積膨張により炭化タンタルフィラメント内部に応力が発生する。この場合、炭化タンタルフィラメントはフィラメント機械的継線固定工程によって既にステムに継線固定されているので、炭化タンタルフィラメントは上述の内部応力によって変形し、場合によっては、炭化タンタルフィラメントが断線等の破損するという課題がある。
【００１１】
また、炭化タンタルフィラメントとステムのリード線との継線部分はフィラメント通電加熱では十分に昇温せず、不均一の焼成となり、従って、その継線部分の浸炭処理が不完全となって、炭化タンタルが純粋なTaCでなく、TaxCたとえばTa2Cとなり、この結果、継線部分からCが抜け出て（脱炭して）、継線部分の融点が低くなるという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明に係る炭化タンタルフィラメントの製造方法は、タンタルフィラメントを真空浸炭炉内で炭化水素雰囲気下でヒータ加熱することにより不完全に浸炭して炭化タンタルフィラメントを得る予備浸炭工程を具備するものである。タンタルフィラメントは固定されていないので、体積膨張により応力変形しても断線等の破損はない。
【００１３】
また、本発明に係る炭化タンタル電球の製造方法は、上述のごとく得られた炭化タンタルフィラメントをろう付けによってステムのリード線に固定するフィラメントろう付け継線固定工程と、ステムにバルブを封止固定するバルブ封止固定工程と、炭化タンタルフィラメントをバルブ内で炭化水素雰囲気下で炭化タンタルフィラメントを通電加熱することにより完全に浸炭させる完全浸炭工程と、完全浸炭工程後に、バルブを気密封止する気密封止工程とを具備するものである。完全浸炭工程における体積膨張による応力変形は小さいので、断線等の破損はない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、2回の浸炭工程により体積膨張による小さな応力変形により、炭化タンタルフィラメントの脆性に起因する炭化タンタルフィラメントの破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る炭化タンタル電球の製造方法の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図２】図１の予備浸炭工程を行う真空浸炭炉を示す図である。
【図３】図１の予備浸炭工程によって得られた炭化タンタルフィラメントの断面写真である。
【図４】図１のフィラメントろう付け継線固定工程を説明するもので、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は（Ａ）の炭化タンタルフィラメントの写真、（Ｃ）は（Ｂ）の部分拡大写真である。
【図５】図１のバルブ封止固定工程を説明する図である。
【図６】図１の完全浸炭工程を説明する図である。
【図７】図１の完全浸炭工程によって得られた炭化タンタルフィラメントの断面写真である。
【図８】図１の気密封止工程を説明する図である。
【図９】従来の炭化タンタル電球の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明に係る炭化タンタル電球の製造方法の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【００１７】
始めに、予備浸炭工程１０１を参照すると、図２に示すごとく、タンタルフィラメントFを真空浸炭炉２００の炭素よりなる治具２０１上に投入して予備浸炭処理を行う。つまり、真空浸炭炉２００を真空引きした後に炭化水素含有ガスを導入すると共に、セラミックヒータ２０２により炉温度を2070K以上望ましくは2470K以上で少なくとも10分間持続させる。この場合、炭化水素含有ガスは熱分解するものであればよく、たとえば圧力80kPaの不活性ガスたとえばArを含む可燃限界以下の7％CH4を用いる。この場合、図３に示すように、タンタルフィラメントFは不完全に浸炭する。つまり、タンタルフィラメントFの中央部は浸炭されず、タンタルフィラメントFの表層部のみを浸炭し、炭化タンタルフィラメントF’を得る。尚、炭化タンタルフィラメントF’の表層部においては、炭化タンタルTaxCは不完全（x>1）であってもよい。このように、中央部を金属タンタルTaとすることにより、炭化タンタルフィラメントF’の弾性を残して脆性を抑え、次のフィラメントろう付け継線固定工程を容易にする。また、炭化タンタルフィラメントF’は固定されていないので、たとえ体積膨張で変形しても断線等の破損することはない。
【００１８】
次に、フィラメントろう付け継線固定工程１０２を参照すると、図４に示すごとく、レーザ溶接により炭化タンタルフィラメントF’をろう付けで電球基部として作用するステム４０１のリード線４０２ａ、４０２ｂに継線固定する。このとき、ステム４０１のリード線４０２ａ、４０２ｂの先端部を予めV字状に曲げ加工しておき、リード線４０２ａ、４０２ｂの先端部で炭化タンタルフィラメントF’の両端を挟んで保持する。この状態で、YAGパルスレーザによってリード線４０２ａ、４０２ｂの曲げ加工した箇所が溶融され、リード線４０２ａ、４０２ｂの曲げ加工した箇所と炭化タンタルフィラメントＦ‘とをリード線４０２ａ、４０２ｂをろう材料として溶着させる。このように、炭化タンタルフィラメントF’の脆性は中央部の金属タンタルによって抑えられているものの、依然としてその脆性は強く、かしめによる継線固定はできないが、レーザによるろう付けによって継線固定が可能となる。  
【００１９】
尚、上述のフィラメントろう付け継線固定工程１０２におけるステム４０１のリード線４０２ａ、４０２ｂの熱膨張係数は炭化タンタルの熱膨張係数より大きくし、レーザ溶接後の圧着効果を増大させることができる。このため、たとえば、ステム４０１のリード線４０２ａ、４０２ｂの材料としては、ニッケル、鉄、モリブデンあるいはこれらの合金を用いればよい。また、ろう材料としてステム４０１のリード線４０２ａ、４０２ｂ以外の別の部材を用いてもよい。
【００２０】
次に、バルブ封止固定工程１０３を参照すると、図５に示すごとく、バルブ５０１をステム４０１に固定する。
【００２１】
次に、完全浸炭工程１０４を参照すると、図６に示すごとく、バルブ５０１を排気し、フィラメント通電加熱により完全浸炭処理を行う。つまり、排気途中でバルブ５０１に炭化水素含有ガスを導入すると共に、炭化タンタルフィラメントに電流を流して2770K以上で少なくとも5分間持続させる。この場合も、炭化水素含有ガスは熱分解するものであればよく、たとえば、不活性ガスたとえばArを含む圧力80kPaの可燃限界以下の7％CH4を用いる。これにより、図７に示すごとく、炭化タンタルフィラメントF’はその中央部を含めて完全に浸炭する。つまり、TaxCはTaCとなる。この場合も、炭化タンタルフィラメントF’は体積膨張して変形するが、既に予備浸炭工程を行っているので、その変形量は小さく断線等の破損することはない。
【００２２】
尚、上述の完全浸炭工程のフィラメント通電加熱により炭化タンタルフィラメントF’の温度2770K以上の温度は完成後の炭化タンタル電球に要求される色温度より高い温度とし、但し、炭化タンタルの融点4150Kより低い温度とし、これにより、炭化タンタル電球の点灯中の炭化タンタルフィラメントF’からの脱炭を防止できる。
【００２３】
最後に、気密封止工程１０５を参照すると、図８に示すごとく、バルブ５０１を可燃限界以下の水素を含む不活性ガスによって気密封止し、炭化タンタル電球は完成する。たとえば、不活性ガスがArの場合、水素濃度は3％以下とし、不活性ガスがN2の場合には、水素濃度は6％以下とする。これにより、点灯時に炭化タンタルフィラメントF’から炭素が乖離しても、水素が反応して炭化水素ガスとなるので、炭素の付着によるバルブの黒化を防止でき、また、点灯中も炭化水素雰囲気を保持することになり、炭素の乖離（脱炭）を防止できる。
【００２４】
図１の炭化タンタル電球の製造方法によれば、予備浸炭工程によって炭化タンタルフィラメントF’は予め応力変形しているので、炭化タンタルフィラメントF’はステム４０１に固定された後に完全浸炭工程では、炭化タンタルフィラメントF’の体積膨張による応力変形は小さく、従って、断線は防止できる。
【００２５】
また、フィラメントろう付け継線固定工程、バルブ封止固定工程の後に行われる完全浸炭工程においては、炭化タンタルフィラメントF’の脆性に起因する炭化タンタルフィラメントの破損を防止できる。
【００２６】
さらに、完全浸炭工程によって炭化タンタルフィラメントF’の浸炭は完全となり、炭化タンタル電球の安定性が向上する。
【００２７】
本発明は、上述の実施の形態の自明の範囲内のいかなる変更にも適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る炭化タンタル電球は、白熱電球として照明装置、自動車用光源、光学機器用光源等に利用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１０１...予備浸炭工程
１０２... フィラメントろう付け継線固定工程
１０３... バルブ固定工程
１０４...完全浸炭工程
１０５...気密封止工程
４０１... ステム
４０２ａ、４０２ｂ...リード線
５０１... バルブ
９０１... フィラメント機械的継線固定工程
９０２... 浸炭工程
９０３... バルブ封止工程
９０４...気密封止工程
F... タンタルフィラメント
F’ ... 炭化タンタルフィラメント    
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
2015098634.tif 000009
【図４】
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【図７】
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