(57)【要約】【課題】特にかしめ強度を安定させると同時に低コストでかつ線径を細くすることを可能なタングステン棒を提供する。【解決手段】タングステン棒の外周面の少なくとも一部に１０点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０〜６．０μｍであり、かつゆがみ（Ｓｋ）が−０．７よりも大きい表面を具備することを特徴とする管球用タングステン棒、および上記の管球用タングステン棒を用いたことを特徴とする管球。【選択図】　図１
2004095303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステン棒の外周面の少なくとも一部に１０点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０〜６．０μｍであり、かつゆがみ（Ｓｋ）が−０．７よりも大きい表面を具備することを特徴とする、管球用タングステン棒。
【請求項２】
レニウムを１〜３０質量％含有したタングステンからなることを特徴とする請求項１の管球用タングステン棒。
【請求項３】
Ａｌ、Ｓｉ、Ｋの少なくとも１種のドープ剤を含有したタングステンからなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の管球用タングステン棒。
【請求項４】
タングステン棒の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の管球用タングステン棒。
【請求項５】
ビッカース硬度ＨＶが７００以上であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の管球用タングステン棒。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の管球用タングステン棒を用いたことを特徴とする、管球。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の管球用タングステン棒にスリーブがかしめられてなるカソード電極を具備することを特徴とする、管球。
【請求項８】
管球がストロボ球であることを特徴とする、請求項７記載の管球。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タングステン棒およびこのタングステン棒を用いてなる管球に関するものである。さらに詳細には、本発明は、ストロボ球等の放電発光球やその他の放電灯用電極として用いられる管球用タングステン棒、およびにこのタングステン棒を用いてなるこれらの管球に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ストロボ球等の放電発光球には、直径０．６〜０．８ｍｍのタングスン棒がアノード用電極あるいはカソード用電極として多く用いられている。これらのタングステン棒は、従来から公知の粉末冶金法により製造されたタングステン合金を棒状にした後、その表面をセンタレス加工した後、最終的に所定の長さに切断して製造されている。特にカソード用電極用タングステン棒については、発光材であるセシウムを含むタンタル−ニッケルスリーブがかしめられており、このかしめ強度を向上させるために、タングステン棒の表面をセンタレス加工で用いる砥石の非常に粗いものを用いて平均粗さ３〜１０μｍに荒らしているのが一般的である（特開平７−２２６１８５号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなタングステン棒を電極として用いた場合、砥石の粒度のばらつき等で表面の仕上り状態が変わってしまったり、かつ線径が非常にばらつきやすく、かしめ強度が低下するという問題が発生しやすい。また、表面を仕上げる際にセンタレス加工を行うことから、削りしろが多くなって材料の歩留りが悪いことや、作業性の問題から、製品がコスト高となってしまうことがある。
【０００４】
さらに、近年、ストロボ球に対しては、小型化の要求があることから、よりガラス管を細くしていくうえで、タングステン棒の線径も細くする要求が強まっている。しかしながら、従来の方法であるセンタレス加工の表面処理では、線径を直径０．６ｍｍよりも細くすることが非常に困難であり、小型化に対する要求を満たすことが困難となっていた。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、特にかしめ強度を安定させると同時に、低コストで、かつ線径を細くすることを可能にする管球用タングステン棒に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の観点から、タングステン棒の表面状態および電極の組成等を検討したところ、上記問題点が解決されることを見出した。
したがって、本発明による管球用タングステン棒は、タングステン棒の外周面の少なくとも一部に１０点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０〜６．０μｍであり、かつゆがみ（Ｓｋ）が−０．７よりも大きい表面を具備すること、を特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による管球は、上記の管球用タングステン棒を用いたこと、を特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による管球用タングステン棒は、上記の通り、タングステン棒の外周面の少なくとも一部に１０点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０〜６．０μｍであり、かつゆがみ（Ｓｋ）が−０．７よりも大きい表面を具備すること、を特徴とするものである。
【０００９】
本発明によるタングステン棒は、エミッタ材を含有するタンタル−ニッケル合金などの金属製スリーブとのかしめ強度を向上させるために、その表面状態が非常に重要となる。
【００１０】
この表面（外周面）は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４で規定される１０点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜３．０μｍ、である。ここで、Ｒｚが、１．０μｍを下回るようになると、金属製スリーブをかしめた際に、タングステン棒の表面の凸の部分がスリーブに食い込まず、かしめ強度が低下してしまうことがある。さらに、Ｒｚが６．０μｍを上回るようになると、かしめ強度のバラツキが大きくなり、かつガラス管に封じた際にスローリークが起こりやすくなって好ましくない。
【００１１】
さらに、本発明では、タングステン棒の外周面のゆがみ（Ｓｋ）が−０．７よりも大きいことが非常に重要となる。Ｓｋの値が−０．７よりも小さくなると、タングステン表面の凸の分布より凹部の分布が支配的に（多く）なり、金属製スリーブとのかしめ強度が低下してしまうことがある。より好ましいＳｋの値は１．０以上である。一方、ゆがみ（Ｓｋ）の上限は、好ましくは１．５、さらに好ましくは１．３、である。ゆがみ（Ｓｋ）が１．５より大きくなるとかしめ強度のバラツキが大きくなる傾向がある。かしめ強度のバラツキが大きくなると管球の寿命にバラツキが生じ好ましいことではない。ここで、ゆがみ（Ｓｋ）は、ＪＩＳ　Ｂ　０６６０−１９９４によって規定されるものである。
【００１２】
本発明によるタングステン棒は、その外周面の少なくとも一部が１０点平均粗さ（Ｒｚ）に関する前記要件を満たしかつゆがみ（Ｓｋ）に関する前記要件を満たすことが重要である。どちらか一方の要件が満たされない場合には、本願発明の効果、目的を十分に達成することが困難になる。なお、これらの両要件を満たす表面は、スリーブ（エミッタ材）などを取付ける場所（かしめる場所）に設けることが好ましい。言い換えれば、スリーブなどを取付ける場所以外の表面は両要件（Ｒｚ、Ｓｋ）を必ずしも満たす必要はない。
【００１３】
本発明によるタングステン棒は、実質的にタングステンのみからなるものであっても良いし、従来公知の管球用タングステン棒と同様にタングステン以外の各種の成分、例えば各種の任意成分、ドープ剤成分あるいは不可避的に存在することになる各種の不純物成分、を含むことができる。
【００１４】
例えば、タングステン棒を細くすると問題になってくるのが電極自体の強度低下であるが、これに対してはレニウム（Ｒｅ）を添加することが非常に有効である。その好ましい添加量としては、１〜３０質量％を例示することが好ましい。Ｒｅの量が１質量％を下回るようになると強度向上の効果が得られず、一方、３０質量％を越えるようになると反って強度が低下し、棒に加工する際の加工性が低下してしまうことから、上記範囲が好ましい。より好ましい範囲は、３〜２６質量％である。
【００１５】
また、強度向上の観点からすると、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも１種のドープ剤を含有させることも効果的である。これらの含有量は５〜１５０ｐｐｍが好ましい。
そして、本発明による管球用タングステン棒は、直径が１ｍｍ以下、特に直径が０．２〜１ｍｍ、さらには０．２〜０．６ｍｍのものが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明による管球用タングステン棒は、ビッカース硬度ＨＶが７００以上、特に７５０以上、のものが好ましい。ビッカース硬度が高くなると強度の向上がみられる。また、ビッカース硬度の高いタングステン棒はかしめ作業を行うときにタングステン棒の破損が少ないので歩留りの向上に効果がある。
【００１７】
このような本発明によるタングステン線は、タングステン線の外周面が上記特定のものになるように処理することによって製造することができる。具体的には、例えば粉末冶金法等の公知の方法によって得られたタングステン焼結体を線材に加工し、その表面の少なくとも一部に対し１０点平均粗さ（Ｒｚ）およびゆがみ（Ｓｋ）が上記範囲となるような処理を行なうことによって製造することができる。
【００１８】
下記は、本発明に係る管球用タングステン線の好ましい製造法の一例を示すものである。
原料粉末であるタングステン粉末は、平均粒径が１〜５μｍで純度が９９．９５％以上のものを使用するのが好ましい。このタングステン粉末としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋの少なくとも１種以上を２０〜１５０ｐｐｍ含有する、いわゆるドープタングステン粉末を用いても良い。一方、レニウムは、純度が９９％以上で平均粒径が１〜５μｍ程度のものを使用するのが好ましい。
【００１９】
これらのタングステン粉末およびレニウム粉末を、例えばボールミルによって混合し、得られた原料粉末を成形圧力１〜４ｔｏｎ／ｃｍ２でゴム型により成形し、直径（φ）１０〜３５ｍｍ×長さ（Ｌ）５００〜７００ｍｍの棒状とする。得られた成形体をハンドリングしやすいように水素雰囲気中で１１００〜１５００℃にて仮焼結し、その後、通電焼結で２８００〜３１００℃で焼結を行なって、相対密度で９０％以上、好ましくは９０〜９５％、の焼結体を得る。
【００２０】
続いて、その表面をブラスト加工や、バレル研磨によって仕上げる。ここで、センタレス加工の砥石で仕上げる従来の方法では、Ｓｋの値を−０．７よりも大きくすることが非常に困難であるが、ブラスト加工やバレル研磨により仕上げる場合は、Ｓｋの値を本発明の所定範囲内に調整し易い。ここで、ブラストおよびバレルに使用するメディアとしては、セラミックスメディアが好ましく、例えば、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化珪素などが挙げられる。メディアの粒度としては＃８０〜２３０のものを用いることが好ましい。ここで、＃８０よりもサイズが大きいメディアを用いるとＲｚが大きくなりすぎてしまう。また、＃２３０よりもサイズが小さいものを用いると研削力が低下してしまい加工時間が必要以上に長くなってしまうことから上記範囲が好ましい。
【００２１】
本発明において好ましいこれらの方法では、センタレス加工を行っていないことから、材料歩留りが良く、かつ加工の手間を大幅に省けることから、低コストでタングステン棒を提供することができる。
【００２２】
このような本発明によるタングステン棒は、管球用タングステン棒、特に例えばストロボ球等の放電発光球やその他の放電灯用電極として用いられる管球用タングステン棒、さらにはかしめ構造を具備する管球用タングステン棒に好適なものである。本発明は、上記タングステン棒を用いてなるこれらの管球も含むものである。
【００２３】
図１には、本発明による管球用タングステン棒、およびこの管球用タングステンを具備してなる管球の一例を示す断面が示されている。具体的には、この図１には、本発明による管球用タングステン棒１にスリーブ３がかしめられてなるカソード電極４と、アノード電極５とを具備してなり、これらの両電極（カソード電極４およびアノード電極５）がそれぞれビートガラス６を介してガラス球７に封着され、そして両電極の端部に端子部材８が設けられてなる、ストロボ球２が示されている記載されている。従来のストロボ球と同様に、スリーブ３は例えばセシウム（Ｃｓ）を含浸させたタンタル‐ニッケル（Ｔａ‐Ｎｉ）などの金属によって形成することができ、端子部材８は例えばニッケル‐マンガン（Ｎｉ‐Ｍｎ）などの金属によって形成することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜実施例＞
タングステン粉末は、平均粒径が２．５μｍで純度が９９．９５％以上のものを用いた。また、レニウム粉末は、純度が９９％以上で平均粒径が２．５μｍものを用い、所定量をボールミルにより混合し、得られた原料粉末を成形圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２でゴム型により成形し、直径（φ）２０ｍｍ×長さ（Ｌ）７００ｍｍの棒状とした。得られた成形体をハンドリングしやすいように水素雰囲気で１４００℃にて仮焼結し、その後、通電焼結で３０００℃で焼結を行い、焼結体を得た。
【００２５】
さらに、この焼結体を転打および線引きを行い、直径（φ）０．６ｍｍで長さ（Ｌ）が４ｍｍの電極に仕上げた。表面仕上げは、種々の方法で行い、本発明範囲内と発明外のものを作製した。
【００２６】
得られたタングステン棒に内径０．６１ｍｍのタンタル−ニッケルスリーブをかしめた後、かしめ強度およびかしめ強度のバラツキを測定した。また、合わせてビッカース硬度の測定を行った。
【００２７】
かしめ強度の測定は、図２に示したように、タングステン棒が通る孔（例えばφ０．６２ｍｍ）を具備する冶具にタングステン棒を挿入し、スリーブを固定した後、タングステン棒を矢印の方向に０．５ｍｍ／分で引張りかしめ構造が壊れたとき（タングステン棒がスリーブから完全に離れたとき）の荷重を測定する方法で行った。各タングステン棒を１００本用意し、その平均値をかしめ強度、最大値と最小値をかしめ強度のバラツキとして表示した。
ビッカース硬度は荷重５００ｇｆでダイヤモンド圧子を１５秒間押し付ける。これにより生じた圧痕の長さをＸおよびＹ方向に測定し、その平均長さからビッカース硬度値に変換する。このような測定を５回行い、その平均値を本発明のビッカース硬度とする。
【００２８】
また、純タングステン棒として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋの少なくとも１種を３０〜９０ｐｐｍ含有したタングステン棒を作製し、同様の測定を行った。
これらを表１に示す。
【００２９】
【表１】
2004095303.tif 000003
本実施例にかかる管球用タングステン棒は、いずれもかしめ強度が２４Ｎ以上と高い。また、ＲｚおよびＳｋが本発明の好ましい範囲内にあるものは、かしめ強度のバラツキも小さく安定してかしめ強度を高めることができる。
【００３０】
また、試料１５のように線径が０．２ｍｍまで細くなるとセンタレス加工はできないのに対し、ブラスト加工は線径が細いものに対しても効果的であることが分かる。
【００３１】
ビッカース硬度は、いずれもＨＶ６００以上と高かった。特にレニウムを含有したタングステン棒はＨＶ７００以上と高くすることができる。このようにビッカース硬度の高いタングステン棒であれば、かしめ時にタングステン棒の破損が少ないことから管球の歩留りが向上する。
また、各試料に係るタングステン棒を用いてストロボ球を作製した。各ストロボ球を使用し、封止部の不具合の有無を確認した。その結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
2004095303.tif 000004
表２から分かる通り、試料５のようにＳｋが１．８とあまり大きいものでは封止部においてリークが発生する場合があることが判明した。以上のことからＳｋは−０．７≦Ｓｋ≦１．５が好ましい範囲であると言える。
【００３３】
次に、試料３、試料９、試料１１のタングステン棒を用い、かしめ作業を行う際の歩留りを測定した。具体的にはスリーブをかしめる際にタングステン棒が折れるなどの不具合の発生する割合を測定した。その結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
2004095303.tif 000005
表３から分かる通り、ビッカース硬度の高いタングステン棒は強度が高いためかしめ作業時に不具合が発生する可能性が低いことは判明した。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、タングステン棒の外周面の少なくとも一部に１０点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０〜６．０μｍであり、かつゆがみ（Ｓｋ）が−０．７よりも大きい表面を具備させたものは、かしめ強度を安定して高くすることができる。
【００３６】
また、レニウムを所定量含有させたタングステン棒を用いることによりビッカース硬度をＨＶ７００以上と高くすることができ、かしめ作業時の歩留りが向上することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるタングステン棒ならびに管球の一例を示す断面図。
【図２】本実施例のかしめ強度を測定する方法を示す断面図。
【符号の説明】
１　管球用タングステン棒
２　ストロボ球
３　スリーブ
４　カソード電極
５　アノード電極
６　ビートガラス
７　ガラス球
８　端子部材
９　かしめ強度測定用冶具
【図１】
2004095303.tif 000006
【図２】
2004095303.tif 000007