(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗを９９．９重量％以上含み相対密度８５％以上の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異方性を有すドープＷ棒材よりなる足部材とを接合してなることを特徴とする放電灯用電極。
【請求項２】
再結晶後も結晶粒が異方性を有するドープＷ棒材よりなるＷ焼結体足部材を、Ｗを９９．９重量％以上含む粉体中に前記棒材の一端を埋設した後、その粉体をプレス成形して一体としたプレス成形体を還元雰囲気にて焼結して得られることを特徴とする放電灯用電極の製造方法。
【請求項３】
再結晶後も異方性を有するドープＷ棒材よりなるＷ焼結体足部材と、Ｗを９９．９重量％以上含む電極先端放電部材を、加熱鍛造又は拡散接合又は摩擦圧接により接合して得られることを特徴とする放電灯用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の属する技術分野】
本発明は、特に直径１０ｍｍ以下の放電灯に用いる電極の構造及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、放電灯はプロジェクター用ランプや自動車用ランプに代表されるように小型化、高輝度化、長寿命化が進んでいる。
放電灯用電極は、先端部ほど使用時に高温になるために不純物が入っていると不純物が高温により蒸発してランプ内部を汚染するために、先端は純度の高い高融点金属を使用する必要がある。
そのために、現在その製造に取られている方法は、高純度Ｗの棒材を図９に示すように先端放電部２０の径を大きく、また、密封に有利なことから足部分２１の径を細く加工することにより電極を得る方法である。しかしながら、この方法及び得られる電極には問題がある。すなわち、太い棒材から機械加工又は電気加工により削り出すために、材料歩留まりが悪く、加工にかかるコストが大きく、また、電極先端部（実際に放電の起こる部分）及び周辺部の純度を上げ、ドープ剤（Ｋ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａなど）を加えていないために、使用時に再結晶が起こり、強度及び耐衝撃性が著しく落ちることである。そのために、特に細い足部２１から折れやすい。また、逆にドープ剤を加えたもので電極を製作していた場合は使用時のドープ剤の蒸発により、灯内を汚染することになる。
これらの問題を解決するために、再結晶後の強度を確保するような鍛造方法が提案されているが、いずれも前記課題を解決するには不十分である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明、純度の高い電極先端部と再結晶後の強度、耐衝撃性も優れた棒材部分を接合して得られる放電灯用電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明はＷを９９．９重量％以上含み相対密度８５％以上の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異方性を有すドープＷ棒材（Ｋ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａなどのドープ剤を０．１〜数１００ｐｐｍドープしたＷ棒材）よりなる足部材とを接合してなることを特徴とする放電灯用電極である。本発明の電極は、実際に放電が起こる先端部は９９．９重量％以上の高純度Ｗを用いていることから、使用時に高温となっても不純物が蒸発 することがなく、放電灯内を汚染することがない。また、先端部の相対密度が８５％以上であることから熱伝導性が良く、使用時に溶融しにくい。先端部のＷの 純度が９９．９重量％以下であると内部の不純物が使用時に灯内で蒸発、拡散して灯内を汚染し、ランプとしての性能が落ちる。また、相対密度が８５％以下で あれば、そのポアの部分に不純物が溜まりやすく、使用時に灯内を汚染しやすくなる。また、放電先端部と足部材を一体熱処理（焼結）、熱間鍛造接合のいずれかの手法にて接合しているために、その接合は強固であり、放電灯の組み立て時や放電灯ソケットへの装着時、使用時に接合部から両者がはずれることがない。また、放電先端部と足部材の接合面積が十分確保されているためにその他の接合方法によるものと比較して電気抵抗が上がることもなく、安定に長時間放電 灯用電極として使用することができる。更に、本発明の電極はその構造上折れやすい足部材が再結晶後も折れにくいドープＷを用いているために、足部材から折 れにくい。
請求項２に記載の本発明は再結晶後も結晶粒が異方性を有するドープＷ棒材よりなるＷ焼結体足部材を、Ｗを９９．９重量％以上含む粉体中に前記棒材の一端を埋設した後、その粉体をプレス成形して一体としたプレス成形体を還元雰囲気にて焼結して得られることを特徴とする放電灯用電極の製造方法である。この方法で電極を製造することにより足部材、先端放電部材共に削る部分が少ないところから製品歩留まりを高くすることができる。
請求項３に記載の本発明は、再結晶後も異方性を有するドープＷ棒材よりなるＷ焼結体足部材と、Ｗを９９．９重量％以上含む電極先端放電部材を、加熱鍛造又は拡散接合又は摩擦圧接より接合して得られること特徴とする放電灯用電極の製造方法である。本方法では電極先端部に既に９５％を超える高密度となったＷを接合することにより、電極先端部の密度や組織のばらつきを低減でき、電極の特性をより安定させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の放電灯用電極は以下の製造方法によって得られる。
（棒材の製造方法）純度 ９９％以上のドープＷの棒材は以下の方法により得られる。すなわち、純度９９％以上のドープＷ粉末（Ｋ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａなどを０．１〜数１００ｐｐｍ ドープしたＷ粉）を、ラバープレス機やＣＩＰ（冷間静水圧プレス）などの方法にて１００〜２０００Ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えて成 形し、プレス体を得る。得られたプレス体の両端に電極を取り付け、５００〜２００００（Ａ）の電流を加えて最高２０００〜３０００℃間で加熱して、通電焼 結を行う。通電焼結にて得られたインゴットを９００〜１７００℃程度に加熱しながら鍛造加工をして伸ばし（スエージング、ドローイング）、直径０．２〜３ｍｍ程度のドープＷ線棒を得る。このドープＷ棒を長さ１ｍｍ〜２０ｍｍに切断し、ドープＷの棒材を得る。前記方法で得られたドープＷの棒材に下記Ａ法、Ｂ法の４通りの方法にて高純度Ｗによる先端放電部材を接合し、放電灯電極を得ることができる。
Ａ法：前記ドープＷ棒材３を図１に示すように金型プレス機の下パンチ側の治具２（工具鋼以上の硬さを持つ治具）に棒材の径に合わせた穴を空けその中に立てる。その上に高純度Ｗ粉末４を充填し、上パンチ１を下げ圧力を１００〜２０００Ｋｇｆ／ｃｍ２かけることにより金型プレスを行う（図２）。次に図３に 示すようなプレス後に一体となったプレス体５と棒材部を取り出し、水素雰囲気中１５００℃〜３０００℃の温度にてプレス体５を焼結させ、Ｗを９９．９重量 ％以上含み、相対密度８５％以上の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異方性を有するドープＷ棒材よりなる足部材との２部からなり、両者を熱処理にて接合した放電灯用電極を得ることができる。
Ｂ法：前記ドープＷ棒材３と、Ｗを９９．９重量％以上含み相対密度９５％以上の密度を持つ電極先端放電部材６をそれぞれ作製する。先端放電部材６は図４に示すように、スリット又は止り穴を有する棒形状とし（図４ではスリット）、その中にドープＷ棒材３を挿入し、図５に示すようにドープＷ棒材３に両者に通電し１２００℃以上の状態での高温状態で中心に向かって複数のパンチ７にて圧力を加え、圧着する。接合は加熱のみで拡散接合又は摩擦圧接によることもできる。また、必要であればその後、加工により形状を整え本発明の放電灯用電極を得ることができる。
以上Ａ法及びＢ法に示したいずれかの方法にてＷを９９．９重量％以上含み相対密度８５％以上の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異 方性を有すドープＷ棒材よりなる足部材が接合された放電灯用電極を得ることができる。この方法によって得られた放電灯用電極は使用時に高温になる先端放電 部材が高純度であるために使用時に高温になった際も不純物の蒸発等による灯内の汚染が少なく、また、折れやすい足部材が再結晶後も強度が高く折れにくいドープＷからなるために製造、装着、使用時に折れにくい。以下に実施例及び比較例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。
【０００６】
【実施例】
実施例１
純度９９．９重量％で平均粒径３μｍのドープＷ粉末を、ラバープレス機にて８００Ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えて成形し、直径が２０ｍｍで長さ６００（ｍｍ）のプレス体を得た。得られたプレス体の両端に電極を取り付け、５０００（Ａ）の電圧(電流)を加えて最高２７００℃にて通電焼結を行った。通電焼結にて得られた直径が１６ｍｍ、長さ５００ｍｍのインゴットを１１００〜１６００℃に加熱しながら鍛造加 工をして伸ばし（スエージング）、直径２．６５（ｍｍ）まで加工を行った。次に、スエージングにより得られた合金棒を、１２００℃まで加熱を行いながら穴 径２．３５ｍｍのダイスに通し、引っ張ることにより線引き加工を行った。以下０．０５〜０．３ｍｍずつダイスの径を小さくしながら線引き加工を行い、最終 的に直径０．６ｍｍのＷ線を得た。このＷ線を長さ７ｍｍに切断し、ドープＷ棒端部３を得た。次に、前記ドープＷ棒端部３を図１に示すように金型プレス機の下パンチ側の治具２（工具鋼以上の硬さを持つ治具）に棒材の径に合わせた穴を空けその中に立てた。その上に高純度Ｗ粉末４を充填し、上パンチ１を下げ圧力を８００Ｋｇｆ／ｃｍ２かけることにより金型プレスを行った。なお、この際にプレス体中に埋まる棒材の長さは３ｍｍであった。プレス後に一体となったプレス体５とドープＷ棒端部３ を取り出し、水素雰囲気中２０００℃にて３時間保持を行い、プレス体５を焼結させ、Ｗを９９．９重量％以上含み相対密度９６％の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異方性を有すドープＷ棒材よりなるリード部との２部からなり、両者を熱処理にて接合した放電灯用電極を得た。この放電灯用電極を用 いてプロジェクター用ランプを作製したところ、製造中、ランプの取り付け中、使用中いずれも足部材から折れが全く発生しなかった。また、先端放電部材と足 部材の接合が十分であるために電気抵抗のばらつきが少なく、正常に長時間使用できる寿命ばらつきの少ないランプを得ることができた。
比較例１  純度９９．９重量％で平均粒径３μｍのＷ粉末を、ラバープレス機にて８００Ｋｇｆ／ｃｍ２の 圧力を加えて成形し、直径が２０ｍｍで長さ６００（ｍｍ）のプレス体を得た。得られたプレス体の両端に電極を取り付け、５０００（Ａ）の電圧(電流)を加 えて最高２７００℃にて通電焼結を行った。通電焼結にて得られた直径が１６ｍｍ、長さ５００ｍｍのインゴットを１１００〜１６００℃に加熱しながら鍛造加 工をして伸ばし（スエージング）、直径２．６５（ｍｍ）まで加工を行った。次に、スエージングにより得られた合金棒を、１２００℃まで加熱を行いながら穴 径２．３５ｍｍのダイスに通し、引っ張ることにより線引き加工を行った。以下０．０５〜０．３ｍｍずつダイスの径を小さくしながら線引き加工を行い、最終的に直径３ｍｍのＷ線を得た。このドープＷ線を長さ１１ｍｍに切断し、Ｗの棒材を得た。この棒材をダイヤモンドホイールを用いて足部材を切削加工し、図９のような先端放電部材と足部材を持つ電極を作製した。この方法で作製した電極を放電灯電極として使用しようとしたところ、足部材分まで高純度品であったため、ランプ点灯後再結晶した足部材が非常に脆く、ランプ製造後の不良が多数発生していた。また、製造コストを考えた場合には、切削加工で削られる部分が大 きいために材料費及び加工にかかるコストが大きく、また歩留まりが悪かった。
実施例２＜Ａ法＞実施例１と同様であるが、純度９９．９重量％で平均粒径 ３μｍのドープＷ粉末を、ラバープレス機にて８００Ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えて成形し、直径が２０ｍｍで長さ６００（ｍｍ）のプレス体を得た。得られたプレス体の両端に電極を取り付け、５０００（Ａ）の電圧(電流)を加 えて最高２７００℃にて通電焼結を行った。通電焼結にて得られた直径が１６ｍｍ、長さ５００ｍｍのインゴットを１１００〜１６００℃に加熱しながら鍛造加 工をして伸ばし（スエージング）、直径２．６５（ｍｍ）まで加工を行った。次に、スエージングにより得られた合金棒を、１２００℃まで加熱を行いながら穴径２．３５ｍｍのダイスに通し、引っ張ることにより線引き加工を行った。以下０．０５〜０．３ｍｍずつダイスの径を小さくしながら線引き加工を行い、最終 的に直径０．６ｍｍのＷ線を得た。このドープＷ線を長さ７ｍｍに切断し、ドープＷの棒材を得た。次に、前記棒材を図１に示すように金型プレス機の下パンチ側の治具２（工具鋼以上の硬さを持つ治具）に棒材の径に合わせた穴を空けその中に立てた。その上に高純度Ｗ粉末４を充填し、上パンチ１を下げ圧力を８００Ｋｇｆ／ｃｍ２かけることにより金型プレスを行った。なお、この際にプレス体中に埋まる棒材の長さは３ｍｍであった。プレス後に取り出し、水素雰囲気中２０００℃にて３時間保持を行い、プレス体を焼結させ、Ｗを９９．９重量％以上含み相対密度８５％以上の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異方性を有すドープＷ棒材よりなるリード部との２部からなり、両者を熱処理にて接合した放電灯用電極を得た。
実施例３＜Ｂ法＞  純度９９．９重量％で平均粒径 ３μｍのドープＷ粉末を、ラバープレス機にて８００Ｋｇｆ／ｃｍ２の 圧力を加えて成形し、直径が２０ｍｍで長さ６００ｍｍのプレス体を得た。得られたプレス体の両端に電極を取り付け、５０００（Ａ）の電圧(電流)を加えて最高２７００℃にて通電焼結を行った。通電焼結にて得られた直径が１６ｍｍ、長さ５００ｍｍのインゴットを１１００〜１６００℃に加熱しながら鍛造加工をして伸ばし（スエージング）、直径２．６５ｍｍまで加工を行った。次に、スエージングにより得られた合金棒を、１２００℃まで加熱を行いながら穴径２．３５ｍｍのダイスに通し、引っ張ることにより線引き加工を行った。以下０．０５〜０．３ｍｍずつダイスの径を小さくしながら線引き加工を行い、最終的に直径０．６ｍｍのＷ線を得た。このＷ線を長さ７ｍｍに切断してドープＷ棒材３を得た。一方、純度９９．９重量％で平均粒径３μｍのＷ粉末を、ラバープレス機にて８００Ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えて成形し、直径が２０ｍｍで長さ６００ｍｍのプレス体を得た。得られたプレス体の両端に電極を取り付け、５０００（Ａ）の電圧(電流)を加えて最高２７００℃にて通電焼結を行った。通電焼結にて得られた直径が １６ｍｍ、長さ５００ｍｍのインゴットを１１００〜１６００℃に加熱しながら鍛造加工をして伸ばし（スエージング）、直径２．６５（ｍｍ）まで加工を行った。次に、スエージングにより得られた合金棒を、１２００℃まで加熱を行いながら穴径２．３５ｍｍのダイスに通し、引っ張ることにより線引き加工を行った。以下０．０５〜０．３ｍｍずつダイスの径を小さくしながら線引き加工を行い直径３ｍｍとし、所定の長さに切断した後、先端加工及び溝加工により図４に示すような棒材に溝加工部を持つ形状の電極先端放電部材６を得た。次に、両者を組合せ、図５に示すようにドープＷ棒端部３及び電極先端放電部材６を通電加熱しながら加圧パンチ７にて圧力をかけ鍛造して接合し、図６に示すドープＷ棒材３及び電極先端放電部材６が接続された電極を得た。この電極は、特に電極先端部に既に高密度となったＷを用いて接合されているために、電極先端部の密度や組織のばらつきを低減できるために、電極の特性が安定していた。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の放電灯電極は、Ｗを９９．９重量％以上含み相対密度８５％以上の密度を持つ先端放電部材と、再結晶後も結晶粒が異方性を有すドープＷ棒材よりなる足部材が接合された放電灯用電極を得ることが できる。これらの方法によって得られた放電灯用電極は使用時に高温になる先端放電部材が高純度であるために放電灯としての特性に優れており、また、折れやすい足部材が再結晶後も強度が高く折れにくいドープＷからなるために製造、装着、使用時に折れにくく、製造及び取扱時の歩留まりが高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図発明の高純度Ｗ粉末プレス成形の模式図
【図２】本発明の高純度Ｗ粉末プレス時の模式図
【図３】本発明の方法にて一体となったドープＷ足部材と高純度Ｗ粉末プレス体
【図４】本発明の加熱圧着による接合を行うドープＷ足部材と高純度Ｗ放電先端部の二面図
【図５】本発明の加熱圧着による接合の加圧時の模式図
【図６】本発明の加熱圧着により接合された本発明の電極の二面図
【図７】参考図  高純度Ｗを溶融してドープタングステン足部材と接合する方法の模式図
【図８】参考図  ホットプレス方による電極製造の断面図
【図９】一般的な放電灯用電極の形状
【符号の説明】
１ プレス金型上パンチ
２ 穴付きの足部材保持のために治具
３ ドープＷ足部材
４ 充填された高純度Ｗ粉末
５ プレスされた高純度Ｗ粉末
６ 高純度Ｗ焼結体
７ 加圧パンチ
８ 押え治具
９ 加圧パンチの移動、加圧方向
１０ 変形した部分
１１ 直流電源
１２ 発生したアーク
１３ 電極
１４ 接合後の切断部
１５ カーボン筒
１６ 加圧軸
１７ カーボンパンチ
１８ ヒーター部
２０．放電部
２１．足部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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