(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｋを２０〜１００ｐｐｍ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有し残部Ｗ及び不可避的不純物から成るタングステン線であり、熱処理により一次再結晶化させたタングステン線において、タングステン線の長手方向の断面組織に形成された結晶粒の短径に対する長径の比（アスペクト比）が７以上である結晶粒の面積割合が３０％以上であることを特徴とするタングステン線。
【請求項２】
Ｋを２０〜１００ｐｐｍ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有し残部Ｗ及び不可避的不純物から成るタングステン線であり、熱処理により一次再結晶化させたタングステン線において、タングステン線の長手方向の断面組織に形成された結晶粒の短径に対する長径の比（アスペクト比）が１０以上である結晶粒の面積割合が２０％以上であることを特徴とするタングステン線。
【請求項３】
前記タングステン線の線径が０．０１〜０．４ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２記載のタングステン線。
【請求項４】
前記タングステン線を構成する結晶粒の短径の平均値が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のタングステン線。
【請求項５】
Ｋを２０〜１００ｐｐｍ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有し残部Ｗ及び不可避的不純物から成るドープタングステン原料粉末を調製する工程と、得られた原料粉末を成形後、焼結する工程と、得られた焼結体を転打，線引加工し線材とする工程と、得られた線材に上記転打，線引加工および温度１６００℃以上で５分間以上の再結晶化熱処理を段階的に繰り返す工程とを備え、上記焼結体からの加工率が７５〜９８％になった段階で上記再結晶化処理を施すことにより、タングステン線の長手方向の断面組織に形成された結晶粒の短径に対する長径の比（アスペクト比）が７以上である結晶粒の面積割合が３０％以上であるタングステン線を作製することを特徴とするタングステン線の製造方法。
【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線およびその製造方法に係り、特に高電圧ランプ用フィラメントとして使用でき、ランプ製造時のフラッシング工程で電圧を印加した場合においても変形の発生量が少ないタングステン線およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＴＶ用電子銃のカソードヒータや各種電極材，自動車ランプ，家電機器の照明ランプおよび複写機のランプなどのフィラメント材として種々のタングステン線が使用されている。従来、この種のタングステン線は一般に下記のような製造プロセスを経て製造されていた。
【０００３】
すなわち、タングステンのアンモニウム塩を水素または大気中で分解したタングステン酸化物にＡｌ，Ｓｉ，Ｋなどのドープ剤を添加し、水素中で還元した後に酸洗浄を行ってドープタングステン原料粉末を調製する。次に得られた原料粉末を金型プレス機等で成形後、焼結し、得られた焼結体を転打，線引などの加熱加工および一次再結晶化熱処理などの熱処理を段階的に繰り返して所定直径のタングステン線を作製している。こうして得られたタングステン線を巻回してフィラメントを作製した後、さらにランプ点灯による熱処理（フラッシング）を実施して一次再結晶化して、ランプフィラメントとして使用している。
【０００４】
近年、１００ボルト（Ｖ）用フィラメントよりフィラメント長が長く、２００ボルトを超える高電圧用ランプのフィラメント材としてのタングステン線の需要も増加している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に高電圧用のフィラメントはフィラメント長が低電圧用に比べ長くなり、点灯による熱が加わった際に変形し易くなる傾向がある。特に線径が８２μｍ以下のタングステン線をコイリングした後に、カット、熱処理を施し、ランプ内に組み込み、排気する（真空にしたり、あるいは不活性ガスを封入する）という一般的なランプ製造工程を経た後に実施される初期点灯において、組織が繊維状態から一次再結晶組織に変化する際に、フィラメントはその自重によって変形が発生し易くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特に熱処理後の一次再結晶の形状が最適に形成されるタングステン線を使用することによって、フィラメントの初期点灯時の変形を低減することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願発明者らは、特に線径が８２μｍ以下のタングステン線を対象とし、伸線時の加工率および中間焼鈍を実施するタイミングについて実験を行い、これらの条件を適切に設定することにより、フィラメントとした後の初期点灯時の変形性が大幅に改善されるという結果を得た。すなわち、フィラメントとして使用される線径に加工されるまでの減面率が９９％以上となる線径より、１ダイス当たりの減面率が最大で３５％，最小で１３％となるように設定し、また、中間焼鈍においても、その実施により線の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ２以上低下しないように設定することにより、変形量が少ないタングステン線が得られるという知見を得た。
【０００８】
本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明に係るタングステン線は、Ｋを２０〜１００ｐｐｍ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有し残部Ｗ及び不可避的不純物から成るタングステン線であり、熱処理により一次再結晶化させたタングステン線において、タングステン線の長手方向の断面組織に形成された結晶粒の短径に対する長径の比（アスペクト比）が７以上である結晶粒の面積割合が３０％以上であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他のタングステン線は、Ｋを２０〜１００ｐｐｍ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有し残部Ｗ及び不可避的不純物から成るタングステン線であり、熱処理により一次再結晶化させたタングステン線において、タングステン線の長手方向の断面組織に形成された結晶粒の短径に対する長径の比（アスペクト比）が１０以上である結晶粒の面積割合が２０％以上であることを特徴とする。
【００１０】
また、上記タングステン線において、前記タングステン線の線径が０．０１〜０．４ｍｍの範囲であるときに、特に機械的特性が良好なタングステン線が得られる。また、前記タングステン線を構成する結晶粒の短径の平均値が１μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記タングステン線において、タングステン線の長手方向の断面組織に形成された結晶粒の短径に対する長径の比（アスペクト比）が７以上である結晶粒の面積割合が３０％未満である場合には、タングステン線材の長手方向への結晶粒の伸長が十分に長大化しておらず、粒界すべりによる変形が起こり易い。そのため、アスペクト比が７以上の結晶粒の面積割合は３０％以上とされるが、４０％以上がさらに望ましい。さらに同様の観点から、アスペクト比が１０以上である結晶粒の面積割合が２０％以上であることがさらに望ましい。
【００１２】
また、本発明において、タングステン線の結晶組織を微細化して細長い結晶粒の割合を高め高強度を実現するために、上記タングステン線を構成する結晶粒の短径の平均値を１μｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
また、タングステン線がＫを２０〜１００ｐｐｍ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有するとよい。
【００１４】
また、本発明に係るタングステン線は、例えば、タングステン粉末の成形体を焼結し、得られた焼結体を出発材料として所定の減面率で伸線加工して製造されるものであるが、上記出発材料としての焼結体の断面積は、焼結性を考慮して５０〜２００ｍｍ２であることが望ましい。
【００１５】
さらに、焼結体の断面積がタングステン線の断面積の６．３×１０３〜１×１０７倍であることが好ましい。
【００１６】
さらに、加工性を考慮すると、焼結体からの加工率が７５〜９８％になった段階で再結晶化処理を施すことが望ましい。また、焼結体からの加工率が７５〜９８％になった段階で複数回の再結晶化処理を施すことが、さらに好ましい。
【００１７】
ここで本発明は、特に２００ボルト以上の高電圧用フィラメントを構成する線径８２μｍ以下の細いタングステン線に適用した場合に優れた効果を発揮する。
【００１８】
上記のように高電圧用のフィラメントとして使用されるタングステン線は、その高温耐変形性を確保するために、Ｋ，Ａｌ，Ｓｉなどのドープ剤が所定量添加される。そして、このドープ剤のタングステン組織中での分散状態がタングステン線の高温耐変形性に大きく影響する。
【００１９】
Ｋの含有量が２０ｐｐｍ未満である場合には粒界のピンニング効果が少なく長繊維状の結晶が得られにくくなる。一方、Ｋの含有量が１００ｐｐｍを超えたり、Ａｌ，Ｓｉの少なくとも一方の元素の含有量が３０ｐｐｍを超える場合においても加工性が低下することにより、良好なタングステン線を得ることが困難になる。
【００２０】
本発明に係るタングステン線は、例えば下記の製法により製造できる。すなわち、タングステン酸化物に上記Ａｌ，Ｓｉ，Ｋなどのドープ剤を添加し、水素雰囲気中で還元した後に、酸洗浄を行い、成形後、焼結して、Ｋ含有量が２０〜１００ｐｐｍであり、Ａｌ，Ｓｉの少なくとも一方の元素を３０ｐｐｍ以下含有する焼結体を作製し、この焼結体を加熱加工して線径が５０μｍ以下の高電圧用フィラメント材となるタングステン線が形成される。このタングステン線を１６００℃以上の温度で５分間以上熱処理して一次再結晶化させたとき、タングステン線の長手方向の断面組織において、アスペクト比が７以上である結晶粒の面積割合が３０％以上であるインターロック構造を有するタングステン線が得られる。
【００２１】
また、伸線工程における減面率を調整することにより、タングステン線の長手方向の断面組織において短径に対する長径の比（アスペクト比）が１０以上である結晶粒の面積割合が２０％以上であるタングステン線が得られる。
【００２２】
熱処理したときの一次再結晶組織が上記のようなインターロック構造であるタングステン線においては、フィラメントの初期点灯によってフラッシングを行う工程において、繊維組織から一次再結晶組織に変化する際の粒界滑りが生じにくいため、フィラメントの自重に起因する応力によるフィラメントの垂下（サグ）が小さい。またＫ含有量を多くすると、粒界のピンニング効果が高まり、粒界滑りが生じにくくなる。
【００２３】
また上記製造方法では、焼結体に伸線加工等を施し、所定の線径サイズまで減面加工して最終的なフィラメント製品にしている。そして出発材料である焼結体の大きさとタングステン線中のドープ剤の分散状態とは密接に関係しており、本発明では上記焼結体の断面積は５０〜２００ｍｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
すなわち、焼結体の断面積が概ね２００ｍｍ２以下になると高温耐変形性が良好になる。しかし、断面積が５０ｍｍ２以下になると焼結操作中において、焼結体の曲がり変形が大きくなるとともに、生産効率の面で不利となる。したがって、上記の通り、焼結体の最適な断面積は５０〜２００ｍｍ２である。
【００２５】
また、焼結体とタングステン線との断面積比が６．３×１０３〜１×１０７倍であるときに、ドープ剤の分散状態が良好で高温耐変形性が優れたタングステン線が得られる。上記断面積比は１×１０４〜３．１×１０５倍の範囲がより好ましい。
【００２６】
さらに、上記焼結体を用いた場合には、焼結体からの加工率（減面率）が７５〜９８％になった段階で再結晶化処理を施したり、減面率が７５〜９８％になった段階で複数回の再結晶化熱処理を施したり、１ダイス当りの減面率が最大で３５％，最小で１３％となるように設定したり、また、中間焼鈍における引張強さの低下が８００Ｎ／ｍｍ２以下となるように調整することにより、初期点灯時におけるフィラメントの変形性を改善したタングステン線が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について、以下の実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２８】
実施例
ドープ剤としてのＫ，Ａｌ，Ｓｉの最終的な含有量がそれぞれ６０ｐｐｍ，５ｐｐｍ以下，５ｐｐｍ以下残存するように不純物含有量が少ないタングステン酸化物を選択し、所定量のＫ，Ａｌ，Ｓｉをドープした後に水素雰囲気中で還元を行い、さらに脱イオン水を使用して酸洗浄を行って、タングステン粉末を調製した。次に、このタングステン粉末を金型で成形し、得られた成形体を温度１４００℃で仮焼結した後に、水素気流中で最高約３０００℃で通電焼結してそれぞれＷ焼結体を作製した。
【００２９】
次に、得られた各焼結体について、１４００℃に加熱して実施する転打加工と２０００℃で行う再結晶化処理と１３００℃に加熱して実施する再度の転打加工とを実施した後に、１ダイス当り減面率が１３〜３５％となるように伸線ダイスを通す伸線加工を実施することにより、表面に潤滑剤と酸化膜とが付着した線径が３７μｍのタングステン線（ブラック線）をそれぞれ調製した。さらに上記潤滑剤および酸化膜を除去するために各ブラック線を電解研磨処理して表面部分を厚さ１μｍだけ除去し、３５μｍの線径を有するホワイト線状のタングステン線をそれぞれ調製した。この各ホワイト線を水素炉中で温度１７００℃で５分間加熱する一次再結晶化処理を実施することにより、各実施例に係るタングステン線をそれぞれ調製した。
【００３０】
比較例
一方、伸線ダイスを通す伸線加工時において１ダイス当りの減面率が最大で３０％，最小で１０％となるように設定した点以外は、実施例と同一条件で処理することにより、各比較例に係るタングステン線をそれぞれ調製した。
【００３１】
上記のように調製した各実施例および比較例に係るタングステン線について、単位長さ（１０ｍｍ）をカットし、その表面組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、長尺に伸長した各結晶粒の短径および長径を測定するとともに、短径に対する長径の比（アスペクト比）が７以上および１０以上の結晶粒が結晶組織全体に占める面積割合を画像処理により測定した。実施例および比較例に係るタングステン線の表面組織を示す電子顕微鏡写真を、それぞれ図１および図２に示す。
【００３２】
上記図１に示す組織形状から明らかなように、伸線加工時の減面率を適正化した各実施例に係るタングステン線においては、長尺に伸長した結晶粒の面積割合が多くなり、図２に示す比較例に係るタングステン線と比較して、引張強さおよび伸びを向上させることが可能であることが確認できる。
【００３３】
電子顕微鏡（ＳＥＭ）による組織観察（図１）から明らかなように、各実施例に係るタングステン線の一次再結晶化組織においては、結晶粒がタングステン線材の伸線方向に長く伸ばされており、アスペクト比が大きい結晶粒が相互にインターロックした状態であった。
【００３４】
一方、各比較例に係るタングステン線においては、伸線加工時における減面率が最大で３０％，最小で１０％であったため、一次再結晶化組織を構成するＷ結晶粒子のアスペクト比は小さく、インターロックも弱くなり、初期点灯によるフラッシングで変形し易いことが判明した。なお、各実施例および比較例に係るタングステン線を用いてフィラメントを作製し、フラッシング前後における垂下割合（サグ値）を測定したところ、実施例においては平均１７．３％であった一方、比較例では平均２９．８％であった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係るタングステン線によれば、伸線工程時の減面率を最適化しているため、一次再結晶組織を構成するタングステン結晶粒のアスペクト比が大きく、長大にインターロックした構造を有する。そのため、フィラメント長が長くなる高電圧用ランプのフィラメント構成材として使用した場合においても、初期点灯時におけるフィラメントの変形を効果的に防止でき、信頼性に優れたフィラメント用タングステン線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるタングステン線の表面組織を示す電子顕微鏡写真。
【図２】従来のタングステン線の表面組織を示す電子顕微鏡写真。
【図１】
0004582866.tif 000002
【図２】
0004582866.tif 000003