白熱電球の技術の系統化調査

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A Systematic Survey of Technical Development of Incandescent Lamps

石﨑有義 Ariyoshi Ishizaki■ 要旨
白熱電球の歴史は 19 世紀初めから始まっており、当時の先端技術として多くの科学者による研究開発が行われている。発光材料は白金線からカーボンになりそれを入れる真空ガラス容器が開発され、エジソンの実用カーボン電球に至っている。エジソンによる電灯システムの設立により照明用光源として白熱電球の普及が始まった。その後より高温に耐えるフィラメント材料の探索が行われタングステンフィラメントが開発された。さらにガス入り電球の発明と二重コイルの発明により現在の一般電球の基礎が確立された。その間ゲッターやジュメット線などの材料開発がなされ、ロータリー真空ポンプの発明により生産技術も大きく進歩した。
我が国での電球は明治 19 年に東京電灯が輸入電球を使って電灯事業を始めてから本格的な使用が始まっている。
電球の国内生産は明治 23 年の白熱舎での試作成功からで、製造設備は英国から輸入されていた。その後、東京電気（白熱舎）は GE の系列会社になり、主要技術を GE から導入し国内の中心企業になっている。国内でタングス
テン電球が製造されるようになってから、電球の普及は急速に進み昭和年代始めには普及率が米国や英国より高くなっている。
1930 年代中頃には電球の製品としての開発はほぼ終了し、技術開発は量産化に注力されるようになった。東京
電気では GE から導入された機械を元に量産機の自主開発が行われ、電球製造機械のほかガラスバルブ、導入線、タングステンなど部品の製造機械も世界のトップクラスになり、海外への輸出も行われた。電球量産機は北九州小倉の工場に設置され我が国の一般電球の半数以上を生産していた。
この間に開発されたランプ製造技術とタングステンやガラスなど材料部品の製造技術は蛍光ランプや HID ラン
プに引き継がれている。
一般電球以外の特殊電球は多くの種類が作られており、第二次大戦後、一部は低価格を強さとして大量に輸出され、昭和末期には品質の高さにより自動車用電球なども多数輸出されている。
特殊電球は用途に対して多数の製品開発が行われてきた。国内生産が開始されてすぐに反射形や着色カーボン電球が開発され、その後、ガラスバルブや塗装の改良が行われ、紫外線、赤外線を利用する製品や反射光の配光を改善した製品が開発されている。自動車ヘッドランプや光学機器用や大型電球などはハロゲン電球化が進み現在も重要な光源である。
白熱電球は普及当初は石油ランプやガス灯に対して優位な光源として普及が進み数十年間にわたり照明光源の主流であったが、近年は蛍光ランプや HID（High Intensity Discharge）ランプや LED の性能向上により減少傾向が続いている。

白熱電球の技術の系統化調査

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■ Abstract
The history of the incandescent light bulb began in the early 19th century. As the cutting edge technology of
the time, many scientists took part in its research and development. They developed a evacuated enclosure into
which they inserted incandescent materials such as platinum or carbon wire, culminating in Edison’s commercial
carbon filament light bulb. The use of incandescent light bulbs began to spread as a source of light thanks to
Edison’s establishment of an electrical lighting system. Afterwards, scientists searched for filaments that could
better withstand heat, and developed tungsten wire. The foundation of the general light bulb used today wascompleted with the invention of gas-filled bulbs and double coiled filaments. During this span of time, materials
such as getter and Dumet wire were developed. Manufacturing technologies also made significant progress thanks
to the invention of the rotary pump.
The full-scale use of light bulbs in Japan began in 1886 with the founding of the Tokyo Electric Light Company,
which inaugurated the electric-lighting industry in Japan. The company used imported light bulbs. Domestic
production of light bulbs began in 1890 by Ichisuke Fujioka of Hakunetu-sya. Afterwards, Tokyo Electric Company(Hakunetsu-sha) became an affiliate of the General Electric Company of the U.S. and imported its primary
technologies from GE. Because Tokyo Electric Company became capable of manufacturing tungsten light bulbs
domestically, the use of light bulbs grew rapidly. Around 1935, the penetration rate of light bulbs was higher inJapan than the U.S. and Great Britain.
By the mid-1930s, the development of the light bulb as a product had almost ended, and the technologicalfocus shifted to mass production. By developing mass production equipment independently based on machinery
introduced by GE, Tokyo Electric (forerunner of Toshiba) became a world-class leader in not only light bulb
manufacturing facilities, but also facilities for manufacturing parts, including glass bulbs, lead-in wires and tungsten
wires, which the company exported. The mass production factory was located in Kitakyushu, and produced morethan half of the general light bulbs used in Japan.
The technologies for manufacturing lamps and materials of parts such as tungsten and glass have been carriedover to the production of fluorescent lamps and high-intensity discharge (HID) lamps.
Besides general light bulbs, many different types of specialized light bulbs have been created in Japan. After
World War II, a portion was exported on the strength of their low price. By the end of 1980s, a great quantity of
specialized bulbs, such as automotive lights, was being exported because of their high quality.
Many developments in specialized light bulbs have been carried out to meet different needs. After production
began in Japan, reflective and tinted carbon light bulbs were developed almost immediately. This was followed
by improvements in glass bulbs and glass coating, and products were developed that used ultraviolet and infrared
rays and improved the distribution of reflected light. Automotive headlights, light bulbs for optical instruments andlarge-scale light bulbs have changed to halogen lamps and remain important light sources today.
Incandescent light bulbs spread as a result of their superiority to oil lamps and gas lamps when they were first
introduced, and after several decades became the main source of illumination. In recent years, their use has beenfalling thanks to improvements in the performance of fluorescent lamps, HID lamps and LED light bulbs.

■ Profile

石﨑■ Contents

有義 Ariyoshi Ishizaki

国立科学博物館産業技術史資料情報センター 主任調査員
昭和43年3月
昭和49年3月
昭和49年4月
平成 3年4月
平成17年9月
平成22年4月

東北大学理学部物理学科卒業
東北大学理学研究科 博士課程修了
東京芝浦電気株式会社入社
東芝ライテック株式会社 転籍
同社退職
国立科学博物館産業技術史資料情報センター

1. はじめに… …………………………………………… 03
2. 白熱電球について… ………………………………… 04
3. 白熱電球の技術開発の歴史… ……………………… 06
4. 性能評価技術と規格… ……………………………… 26
5. 我が国の電球産業の変遷… ………………………… 30
6. 量産技術… …………………………………………… 36
7. 特殊電球の変遷… …………………………………… 55
8. 電球以外の光源… …………………………………… 65
9. まとめ… ……………………………………………… 71
謝辞……………………………………………………… 71
一般白熱電球の技術の系統化………………………… 72
付表……………………………………………………… 73
登録候補一覧…………………………………………… 77

2白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

1 はじめに
白熱電球は最も古くからある電気製品で、現在は旧数の半数以上を占めていた。

式の光源になっているが我々の生活に深く溶け込んで

近年、環境問題の対策として効率の低い電球の生産いる製品である。電気を利用した産業の最初は通信工を中止する計画が世界的で進んでおり、白熱電球の役業であるが、各家庭で発電所から送電された電気を使

目はほぼ終わりに近づいていると言われている。しか用する現在の電化生活は白熱電球による照明から始し白熱電球の発展で築かれた材料技術や生産技術は他まっている。

の光源に引き継がれており、照明技術も電球で確立さ白熱電球の開発が始まったのは 1802 年の英国の化れた技術が使われている。

学者デービーによる白金線の発光の公開実験からとさ本調査研究は一般電球の材料開発による性能向上れている。その後数十年間に多数の科学者による研究と量産化の技術を中心に調査を行い、多数の品種があ開発と電池の改良や真空ポンプの発明が行われ、1879

る特殊電球について機能別に製品の歴史を調査し系統

年のエジソンの実用電球の発明に繋がっている。エジ化を行った。

ソンによる電球の量産化と電灯システムの確立以降、電気の利用を促進するための重要な製品として急速に

以下、本報告書の第 2 章で照明光源の基本的分類の紹介と白熱光源の効率の原理の解説を記載する。

普及している。当時使用されていた石油ランプやガス

第 3 章では技術の進歩について、重要な技術革新を灯に代わって、安全でスイッチを入れるだけで明るく

項目に分けその技術の説明と歴史の概要を記載する。

なる近代的製品として世界中に普及してきた。20 世

一般的に知られている項目以外にジュメット線とゲッ

紀中ごろに効率の良い蛍光ランプなどが登場するまで

ターのほか赤外線反射膜も含めて記載する。第 4 章で白熱電球は光源の主流として、屋内外の照明、表示用

性能評価技術として測光と電球設計の元になる寿命となど多岐にわたって使用されてきた。

効率の考えかたを説明する。第 5 章では電球で我が国我が国における電球使用の開始は明治 17 年（1884）の電球産業の変遷について、中心企業であった東京電に上野駅で点灯されてからとされている。当初は輸入

気の歴史、電球の普及と小形電球の輸出について記載

電球が使用されていたが、5 年後の明治 22 年に白熱する。第 6 章で量産技術の発展について電球製造、ガ舎の藤岡市助により国産化が始められた。その後タンラスバルブ製造、真空技術の発達、タングステン線製

グステンフィラメントなどの基本的技術が欧米から導造技術に分けて記載する。特に製造技術では北九州小入され、性能が大幅に向上し一般家庭への普及が急速

倉工場の量産技術を中心に進展を述べる。第 7 章ではに進んだ。昭和 10 年頃には普及率が 89％に達して米特殊電球について種類が多いので、発光分布変更電球、

国の 68％や英国の 44％を超して世界で最も高いレベ

配光制御電球、表示用電球、装飾用電球に分けて、変ルになっている 。この普及に対応して量産技術も進遷を説明する。第 8 章では電球以外の蛍光ランプなど

歩し、東京電気の北九州小倉工場では最盛期には年間について歴史の概要を紹介し、白熱電球の位置づけを6000 万個以上を生産していた。また、一般電球以外行う。第 9 章でまとめとして白熱電球の技術発展によに表示用小形電球、投光機に使用される大型電球、自る他分野への寄与の考察と、我が国の電球技術の特長

動車用電球、映写機などの機器に使用される光学機器について述べる。

1）用電球、赤外線電球など種々の製品が開発され、大正末には 6000 種に及んでいる。昭和初期には一部の小引用文献

形電球が低価格を武器に大量に輸出され、昭和 60 年

1） 栗原 東洋：
「現代日本産業発達史 Ⅲ 電力」, 現

代には自動車用小形電球が品質の高さから世界の生産

代日本産業発達史研究会 , P.181（1964）

白熱電球の技術の系統化調査

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2 白熱電球について
古くから使われ、その光色を好む人も多く現在も重要な光源である。

2.1 照明用光源の種類*）物体の色の見え方は照明する光の分光分布によって変化す

現在の照明用光源はその発光原理によって図 2.1 のるので、太陽光や白熱電球の光を基準（100）として各色の光ように白熱、放電、エレクトロルミネスセンス（EL）

源による見え方を相対値で表わした数値が演色性（平均演色評に分けられている。

価指数：Ra）である。一般に演色性の高い方が色が自然に見え白熱電球はタングステンフィラメントを通電加熱しるので良いとされている。

て発光させるランプで、最も古くから使用されており、製品の種類も多い。ハロゲン電球は基本的には一般電球と同じであるが、一般電球から少し進化したもので、

2.2 一般白熱電球の構造

形状や特性が少し異なるので分けて扱われている。放白熱電球の原理と構造は単純であるが部品名など専電を利用した光源は水銀蒸気からの紫外線で蛍光体を門用語が使用されているので概要を紹介する。図 2.2

発光させる蛍光ランプと、封入された金属蒸気を発光させる HID（High Intensity Discharge）ランプに分けられている。蛍光ランプは屋内照明用として最も多く使用されている光源で、点灯回路を一体化した電球
形が白熱電球に代わって普及している。HID ランプ
は屋外照明用が多いが、最近小形化と点灯回路の電子化が進み、店舗用や自動車ヘッドランプ用としても使われている。
エレクトロルミネスセンス光源は LED が近年急激に進歩して表示用の他に一般照明用が開発されており、OELD（Organic Electroluminescent Display）

図 2.2 一般電球の構造図

はディスプレー用として開発されているが、照明用途も検討されている。

に一般電球の構造図を示す。ガラス球はバルブと呼ば各光源の発光効率は白熱電球が 10 〜 20lm/W、蛍れ一般電球ではソーダガラスが使用されており、拡散光 ラ ン プ が 50 〜 100lm/W で HID ラ ン プ が 40 〜

形は内面にシリカやチタニアの微粒子を塗布してあ130lm/W である。白熱電球は原理的に効率が低いが、る。形状は洋なし（PS）形が主である。フィラメン

安価である、点灯回路が不要で使いやすいなどの他に

トはタングステン線の 2 重コイルで、封入ガスとして演色性（Ra）*）が高く調光が容易であるなどの特長

アルゴンと窒素が 9 対 1 の比率で、点灯中にほぼ 1 気がある。近年他の光源への置き換えが進んでいるが、圧になる量が入っている。フィラメントの支持と電流

図 2.1 照明用光源の種類

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白熱電球の技術の系統化調査

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を流す役割を兼ねる線を導入線と言う。導入線のうち、高になるのは人間の目が太陽光を最も効率よく感ずる

フィラメントに繋がっている部分はニッケル線あるいようになっているためである。

は銅線で作られており、ガラスと封止されている部分
はジュメット線と呼ばれる合金線が使用されている。
口金に繋がる部分は、一方がニッケル又は銅線で、もう一方の一部はヒューズとしての機能を持たせモネル
かコンスタンタン線を使用している。ヒューズは点灯
中フィラメントが断線した時、アーク放電が発生しバルブが破損するのを防ぐ目的で採用されている。導入
線と排気管を固定している部分をステムと呼び、フィラメントの振動防止のためにステムから出ているモリ
ブデン線をアンカーと言う。口金はアルミニウムで接着剤は炭酸カルシウムを混合したフェノール樹脂が使われている。

図 2.3 黒体からの熱輻射

2.3 白熱光源の原理
照明用光源は枯れ木や草を燃やす松明から始まり油
ランプやローソクに進化している。これらは化学反応（燃焼）により炎の中に含まれるカーボン微粒子を白熱状態にして熱輻射に含まれる可視光を利用する白熱光源である。
その歴史は古く、旧石器時代の洞窟からは簡単な油ランプが発見されており、古代エジプトの遺跡からは
ローソクの燭台が発掘されている。油ランプとローソ
クは 18 世紀を過ぎるまで長い間主要な光源として使図 2.4 黒体熱輻射の光源としての効率

われていた。19 世紀になって電池が発明され、金属やカーボンの細い線に電流を流し白熱状態にして光をこのように熱輻射を用いる光源では発光体の温度を得る試みが行われたのが白熱電球の始まりである。

高くすることにより発光の効率が良くなるので、白熱物体を加熱すると熱輻射が発生し、その波長分布は、電球開発の歴史は、出来るだけ高温で長時間安定して物体が黒体の場合プランク（Planck）の式で与えら加熱できるフィラメント材料の開発とそれを封入するれる。図 2.3 に熱輻射の分光分布の温度変化を示す。

ガラスバルブや真空などの製造技術開発の歴史である。

大部分は赤外線であるが温度の上昇とともに放射量がカーボンは融点（正確には昇華点）が 3600℃以上増大し、可視光成分が増える。図の中で点線は人間のと高く、比較的入手しやすいことから初期の実用電球

目の分光感度（比視感度曲線）である。

に使われたが、昇華が激しく高温にすると寿命が短く

図から判るように白熱光源から放射される光の殆なるという欠点がある。そのため最終的には金属の中

どは赤外線で、可視光成分は少なく 2400K では放射で融点が 3695K（3422℃）と最も高いタングステンが全体の 3％程度で 3200K でも 10％程度である。なお、使用されるようになった。タングステンは蒸発が少な

実際の物体は選択放射体のため少し分光分布は変わいという特徴の他に、可視光領域より赤外線領域の放り、例えばローソクや油ランプでは発光するカーボン

射率が小さいという発光体として有利な選択放射特性

が微粒子なので分布が青方向にずれ、少し高い温度のをもっており、効率が図 2.4 の値より 30 〜 40％高い分布になる。

値になる。

図 2.4 は各温度での熱輻射の可視光成分を比視感度

現在もこのタングステンより優れた材料は見つかっで明るさに換算して、放射全体に対する比率を効率ていないので、タングステン電球は松明から始まった（lm/W）で表わしたものである。温度上昇に従って

長い白熱光源の歴史の最後に登場した光源であると言効率が増加し、約 6000K で最高になる。6000K が最える。

白熱電球の技術の系統化調査

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3 白熱電球の技術開発の歴史
白熱電球の技術史については本や文献が多く出されベル（Heinrich Goebel）が 1859 年に発明した竹の繊ている。ここでは J. W. Howell & H. Schroeder によ

維を炭化してフィラメントとして使用した電球は後に

1）

る History of the Incandescent Lamp（1927） 、電報告

3）エジソンの特許と論争になっている。

、電球工業会報に連載された深津正の1878 年により実用的なカーボン電球がエジソンのなどから技術的に重要な事項を整理して記述

ライバルである英国のスワン（Joseph W. Swan）に

球工業会史

2）

より発明された。この電球は図 3.2 のような形で直線する。

フィラメントを白金導入線で固定したものである。こ3.1 白熱電球の始まりの電球の発明で技術的に重要なポイントは 1865 年に

白熱電球は 1802 年に英国の王立科学研究所の化学より発明された水銀真空ポンプを使用して高真空にし者ハンフリー・デービー（Humphry Davy）が 2 年ていることと、フィラメントを通電加熱しながら排気前に発明されたボルタ電池を用いて白金線を通電加熱してフィラメントから不純物を放出させている点であし、白熱状態にすることにより、僅かな時間であるがる。これによりフィラメント温度を上げて点灯できる光が得られることを示した時が始まりとされている。

時間が長くなり、点灯中のガラスバルブ黒化も減らす

これは電球の可能性を示したもので電球にはなっていことも出来た。なお、ほぼ同時期にエジソンも同じよない。なお、デービーはカーボン電極で放電発光する

うな方法で電球を試作している。

ハーマン・シュプレンゲル（Herman Sprengel）に

アーク灯の発明者でもある。
記録されている最初の白熱電球は 1820 年に英国のデ・ラ・ルーエ（De la Rue）により作られた図 3.1に示すようなガラス管の中に白金コイルを入れ真鍮のキャップをしたものである。内部は真空になっているとされているが方法は不明である。

図 3.1 ルーエの電球 1)

当時は電源としてボルタ電池しかなかったので充スワンはその後、1883 年に木綿を混酸（硫酸と硝酸）

分な研究開発を行うことが出来なかったが、その後で処理してニトロセルロース化し、酢酸で半溶解状態

1840 年前後にダニエル電池、グローブ電池、ブンゼにして細いノズルを通して押し出し線状にして、それン電池など高性能の電池が発明され、白熱電球の開発を炭化するフィラメントの製造方法を発明した。このが急速に進んだ。

方法により太さと成分が均一なフィラメントが得られ電球の最初の特許は英国のフレドリック・デ・モーリン（Frederick De Moleyns）が 1841 年に取っており、この電球は球形のガラスグローブの中に白金コ6

図 3.2 スワンの電球 1)るようになった。
―――――――――――――――――――――――
付記）

イルを入れ、中を真空にして点灯可能時間を長くしフィラメントの均一性は電球の性能に対し重要な項たものである。その後、スター（J. W. Starr）による目である。フィラメントに部分的に細い部分や不純物

トリチェリーの真空を用いた電球やロバート（M. J.

などの欠陥があると、その部分の電気抵抗が大きくな

Roberts）による黒鉛を用いた電球など種々の開発がり、通電加熱時欠陥部分の温度が高くなり蒸発が増え、行われた。
それらの中でドイツ人のハインリッヒ・ゲー

さらに細くなりより温度が上昇するホットスポット現

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

末に埋め、数時間高温に加熱して炭化する試験を何回象が発生し、短寿命になる。
―――――――――――――――――――――――も行い、カーボンフィラメントを完成した。これを白このスワンにより発明された噴出法はその後英国人

金線に繋ぎ、ガラス容器に入れ水銀真空ポンプで排気のポエル（L. S. Powell）により木綿を塩化亜鉛の熱し、さらに通電しながら排気を行うことにより、1879

溶液で溶融する方法に改良され、タングステンフィラ

年 10 月 19 日に 40 時間の点灯に成功した。その後、メントが現れるまで使用された。

実用的電球を製造するため、フィラメントの原材料のスワン以外にも米国のマキシム（H. S. Maxim）が探索の他、ガラスバルブ製造法、導入線とフィラメン

1859 年頃から電球の開発を行い、1880 年に後述する

トの接続方法、排気方法、口金とソケットなどの多く

エジソンの電球に似た電球を完成し、United Statesの技術開発が行われ、電球の生産が開始された。図 3.3

Electric Lighting Co. という会社で製造を行っていは 1881 年から 1884 年頃に製造された 110V 用と 55Vる。また英国ではレーフォックス（S. G. Lane-Fox）用の電球である。寿命は 600 時間とされていた。このにより 1880 年に植物繊維を炭化したフィラメントを

電球のフィラメントに日本の八幡竹が原材料として使使った電球が開発され、その後実用化された。

われていたことは良く知れている。

以上のようにエジソンの実用電球発明以前に多くの電球開発が行われ、いくつかは生産されて使用されたが、電球が普及するために必要な電源、電力供給設備
や器具材料が整っておらず、本格的に普及するのはエジソン以降である。

3.2 エジソンの実用的白熱電球

1）,2）

エジソンの電球開発の研究は 1877 年頃から始まっている。当時エジソンは電話機の研究を行っており、電球の研究も当時の新聞に“一般大衆が広く利用でき

110V

16 燭光

55V

8 燭光

図 3.3 八幡の竹を使ったエジソン電球１）る電灯を、ガス灯に比べて安い費用で供給できると考えている。電流を各所に分岐させて、それぞれの地点

この日本から輸入された竹を使ったフィラメントはで少量の電気を使うということは不可能でない。ただ

10 年間以上製造されていたが、1894 年に品質と生産性

難しい問題は、あまり強すぎず快適な光を出し、ガスを高めるため吹き出しセルロースカーボンフィラメン

灯のように手軽に点滅できる光源を求めることにあトに変更された。この吹き出しフィラメントはスワンる。
”と発表しているように、最初から電灯システムの発明をポエルが改良した吹き出し法で生産された。

の開発を目標としていた。
電力の供給は、配線中の損失が電流の二乗に比例

エジソンは電球を開発すると同時にそれを点灯するシステムの開発に注力している。

するので、電圧を高くして電流を減らし、配線を細く電球を多数点灯する場合、電球は並列でつながれる

した方が有利である。そのため、エジソンの電球開発

ので内部抵抗が小さく大電流が取り出せる発電機が必の大きな目標の一つは高い電圧で使用できる高抵抗の要になる。エジソンは太い線と大量の鉄を使用して定フィラメント開発であった。最初に発明された高抵抗

電流形の発電機を開発している。さらに配線は地下に

フィラメント電球は細い白金線を陶器製のパイプに巻埋めるべきと考え、そのための配管の製造も始めてい

きつけ、白金の蒸発を防ぐため酸化ジルコニウムを被る。その他、鉛線のヒューズを発明し、使用した電力覆したフィラメントを使用したものである。この白金を測定するための積算電力計も開発している。この電を使用した電球は効率が低く高価になるので、すぐに力計は図 3.4 に示すように硫酸亜鉛の溶液に 2 個の亜カーボンフィラメント電球の開発に方針が変更され鉛電極を入れ、通電による電極の重さの変化を測定した。エジソンは当時カーボン粒子を使った電話の受話て積算電力を求めるもので、エジソンがこだわった直器を開発しており、カーボンについての知識を持って流送電で使用できる電力計である。

いたので、フィラメント用のカーボン線の寸法は太さ

電球の量産は 1880 年に電球製造会社（エジソン・

0.4mm 以下である必要があると考え、縫い糸を炭化す

ランプ・カンパニー）を設立して開始されたが、このる検討を行った。木綿の糸を U 字形にしてカーボン粉電球製造会社設立の前の 1878 年にエジソン・エレク

白熱電球の技術の系統化調査

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トリック・ライト・カンパニーという電灯システムを

電球を普及するためにエジソンが行った多くの開発事業とする会社を設立している。この会社は電球製造の一つに口金がある。電球はソケットに取り付けて使会社の親会社で、後のゼネラル・エレクトリック（GE）

用されるので使いやすい口金とソケットの開発と標準の元になる会社である。その他に電灯システム事業の化は重要なテーマであった。

ため、ソケット、スイッチなどを製造するバーグマ

エジソン電球で最初に採用された口金は口金と呼べ

ン・カンパニー、発電機の製造を行うエジソン・マシ

るものではなく、図 3.6 の①のように封止部の導入線

ン・ワークス、配線を埋設するチューブなどを製造すに銅片を繋ぎ折り曲げて、先端を糸で巻いて固定したるエレクトリック・チューブ・カンパニー、発電会社

ものであった。ソケットは木製で電球の銅線に対応すのニューヨーク・エジソン・エレクトリック・イルミ

る位置に銅片を取り付け、ネジで電球を固定していネーション・カンパニーなどが設立された。これらのた。1880 年に石油缶のネジ栓をヒントに考えだされエジソン系の照明関係会社は 1889 年に統合され、エた②のようなスクリュー（ねじ込み式）形の口金が開ジソン GE 会社になった。図 3.5 にこれらの会社の関発された。電気接続はネジ部とバルブ側に取り付けら係を示す。

れたコーン状の金属リングで行なうものである。1881
年に電気接続を先端に付けた金属に変更し、それまで使われた絶縁材料を木から石膏に変更して、③のような形に改良された。その後電球を取り付ける時に手で持つ部分の石膏リングが取り除かれるなどの改良が行われ、1901 年に絶縁部分の材料をガラスにしたものが開発され、現在使用されている口金と同じ④の形になった。
口金とガラスバルブの接着剤としては石膏と、アルコールに溶かしたセラックを混合したものが使用されていた。その後、ボルトランドセメント、大理石の粉図 3.4 エジソンの開発した積算電力計 1)（炭酸カルシウム）、フェノール樹脂を材料としたものが使われるようになった。

①ワイヤー接続口金

図 3.5 エ ジソンの電灯システム会社の関係（参考文献 1）を参考に作成）

エジソンの偉大さは実用電球の発明だけでなく、それを点灯するために必要な部品や装置の殆どを開発し、事業化した点である。
我が国における電灯システムのはじまりは電球工業②最初のネジ込み式口金とソケット及び PAT. No.251554 の図

会史によれば明治 15 年（1882）に創立準備中であった東京電灯がアーク灯の点灯デモを行ったのが最初である。白熱電球の点灯は明治 17 年（1884）に行われている。当時使用された電球は輸入品で、国産は明治23 年（1890）になってからである。
（この国産化については第 5 章で詳細に記述する）③改良ネジ込み式口金（1881）④エジソン式口金（1901）

図 3.6 エジソン口金の変化 1)8白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.Marchエジソンの電球製造開始をきっかけに米国では多くの会社が電球製造をするようになり、それらの会社で異なる口金を採用したので、1900 年頃には米国で図 3.7

3.3 タングステンフィラメント

のように様々な口金が存在した。当時、最も多かった

3.3.1 タングステン電球以前の金属フィラメント電球のはエジソン形①で 70％、次がウェスチングハウス

カーボンフィラメント電球の性能向上は 1880 年代③が 15％、
トムソンハウストン②が 10％、その他は 5％の中頃にほぼ限界に近い状況になったので、新しい材以下であった。

料の開発が行われるようになった。カーボンフィラメ①③

ントは、融点（昇華点）そのものは 3600℃と高いが、②昇華が大きいので点灯可能な温度は 1600℃程度で、効率も 3.4lm/W 程度が限界であった。
最 初 に カ ー ボ ン 以 外 の 材 料 を 発 光 体 とす る 電 球として開発されたのは 1897 年ドイツのネルンスト（Hermann Walther Nernst）によるネルンスト電球（図 3.9）である。このネルンスト電球は金属酸化物のジルコニアとイットリアで作られた発光体を加熱して発光させるもので、ヒーターにより発光体を加熱する
図 3.10 のような複雑な構造をしていた。発光体が加熱され導電性が高くなるとそれ自体で発熱するのでヒーターは遮断されるようになっている。ネルンスト
電球は高価であったが、効率が 5 lm/W 程度ありカー
ボン電球より明るかったので欧米を中心にかなりの数量が販売された。

図 3.7 1900 年頃の米国の口金の種類

1)

電球販売数は照明器具に取り付けられたソケット数に依存するのでエジソン口金への統一が進められた。
既設のソケットは交換が難しいので形式の異なるソケットに取り付けてエジソン口金の電球が使用できる
ようなアダプターを作り販売を行った。この作戦が成功し米国では 5 年後にはエジソン口金以外の口金は消えていった。

図 3.9 ネルンスト電球 2）

エジソン口金は全世界に広がったが、エジソンのライバルであったスワンの出身国イギリスではスワンの発明した横にピンがある図 3.8 のようなスワン式口金（bayonet base 形）が標準的に使われ、インド、オー
ストラリア、ニュージランドやフランスでも使用されている。なおこのスワン式口金は振動に強いので、表示用や自動車用電球に多く使用されている。
図 3.10 発光部 2）

金属フィラメント電球として最初に実用化されたのは 1898 年に発明されたオスミウム電球で、発明者はガスマントルの発明者として知られているオーストリ
アのウェルスバッハ（Von Welsbach）である。オス
ミウムは白金族元素の一種で融点が 2700℃で白金に
写真 3.8 スワン式口金

比べてかなり高いが酸化されやすい性質を持ってい

白熱電球の技術の系統化調査

9る。硬くてもろいので、
ウェルスバッハはその粉末を、

その他、チタニウム、ジルコニウムやイリジウムなニトロセルロースや砂糖をバインダーとしてペースト

どの金属のフィラメントが研究されたが実用化までに状にして、押し出し法で細線にし、これを加熱してバは至らなかった。

インダーを炭化した後、水素雰囲気で通電加熱し、フィ

これらの金属フィラメントは主にヨーロッパで開発

ラメントにして電球を製作した。このオスミウム電球されたが、米国では 1904 年に GE のホイットニー（W.

は寿命をカーボン電球と同じにした時の効率が 5.9lm/

R. Whitney）によりカーボンフィラメントを改良した

W と 75％も高く高性能なものであった。しかしオス

金属化カーボン電球が発明された。これはカーボン

ミウムは白金より高価で、フィラメントが脆いというフィラメントに含まれている不純物を高温処理により欠点もあったので、販売では無く貸出の形で事業化さ除去して性能を向上したものである。

れ、断線したものを回収しフィラメント材料を再利用

ホイットニーはカーボンで作った筒に数千アンペア

していた。ベルリンやウィーンで使用されていたがタの電流を流し、カーボンの融点近くまで温度を上げら

ングステン電球の登場により生産されなくなった。なれる電気炉を開発し、この炉を使用してフィラメント

お、ウェルスバッハの焼結によるオスミウム線の製法の不純物の除去処理を行った。処理温度は 2700℃程はタングステン線にも使われている粉末冶金法の先駆度である。真空中でカーボンフィラメントをこの温度けである。

にすると昇華が激しく、十分な処理は行えないが、電次 に 実 用 化 さ れ た の が タ ン タ ル 電 球 で、1903 年

気炉の筒の中はカーボン蒸気が高く昇華が押さえらにドイツのジーメンス・ハルスケ社のボルトン（W.

れるので不純物を蒸発させることが可能であった。こVon Bolton）により発明された。タンタルは融点がの処理を行ったカーボンフィラメントは不純物が減り2850℃と高く、延性があり線にした時の強度も高いとカーボンが緻密になるので常温での抵抗値が低く、温いう特徴を持っている。当時のタンタルは不純物が多度上昇により抵抗が増加する金属的特性を示したのでく加工性が悪かったので、ボルトンはフッ化タンタル

GEM（General Electric Metalized）フィラメントとや酸化タンタルを還元する方法で純度の高い金属を得名付けられた。
ゼム（GEM）電球はフィラメント温度をそれまでる方法を開発した。
この金属タンタルは加工が容易でダイスを通して細の 1600℃から 1700℃に上げることができたので、効線にできるが、電気抵抗が小さいので、カーボンフィ

率を 25 ％向上できた。 このゼム電球は主に米国で販ラメントに比べて細く長くする必要があり（例えば売されタングステン電球が発明されるまで 12 年間製

100V44W 用で直径が 45 ミクロンで長さ 50cm）、フィ造された。

ラメントは図 3.11 のように籠のような形に取り付け

我が国でも東京電気がこのゼムフィラメントを輸入られた。電球の効率は 4.8 lm/W と良好でヨーロッパ

して明治 43 年から 10 燭と 16 燭の電球を販売したが、以外に米国、日本でも販売された。我が国では、カー価格が従来品に比べて高かったためあまり売れず短期

ボン電球に比べて光色が白く明るいので好評で注文が間で販売は終了している。

殺到したと言われている。
3.3.2

タングステン電球

タングステンは融点が 3422℃で金属中最も高く、2500℃での蒸気圧がカーボンの 1/5000 と高温での蒸発が少ない金属である。
1781 年 に ス ェ ー デ ン の シ ュ ー レ（Karl Wilhelm
Scheele）が灰重石からタングステン酸を分離することに成功し、1783 年に同じスェーデンのベルグマン（Torbern Olof Bergman）により鉄マンガン重石から
図 3.11 タンタル電球 1)

う名称はスエーデン語の重い石（tung（heavy）, sten

このタンタル電球は点灯前はフィラメント強度が高（stone））からきている。発見当時から長年加工が困

いが、数十時間点灯すると、フィラメントが再結晶し難な金属として扱われ、粉が合金（タングステン鋼）

脆くなるという欠点があり、交流点灯で寿命が短くなの原料として使用されていた。

るという問題もあった。

10

金属タングステンが作られている。タングステンとい

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

タングステンを電球のフィラメントに使う試みは

1887 年頃から行われ、カーボンや白金のフィラメン個の平均で 10lm/W で寿命が 1400 時間と報告されてトにタングステンを付着する方法などが検討されたがいる。この報告は特に性能の良い電球についてである

成功しなかった。

かも知れないが、その性能は後の引き線タングステン

タ ン グ ステンをフィラメントに使 う の に 成 功 しに近く、押し線タングステン電球の残る欠点は脆く加た の は、 オ ー ス ト リ ア の ア レ ク サ ン ダ ー・ ユ ス ト

工が難しく、衝撃に弱いという点であった。この欠点（Alexander Just） と フ ラ ン ツ・ ハ ナ マ ン（Franzを解消したのが GE のクーリッジにより開発された引Hanaman） で あ る。 彼 ら は タ ン グ ス テ ン フ ィ ラ メ

き線タングステン（Drawn Tungsten Wire）である。

ントを作るのにいろいろな方法を検討した結果、押GE の研究所でウィリアム・クーリッジ（William

線 タ ン グ ス テ ン フ ィ ラ メ ン ト（Pressed Tungsten

D. Coolidge）がタングステンの研究に着手したのは、Filament）を 1904 年に発明した。

1906 年である。彼はまず出来るだけ純度の高いタン

タングステンは硬度が 7.5 と硬く、もろいので常温グステン粉を入手し、それに添加物を加えて特性の変での加工は出来ない。
彼らはタングステンの粉を砂糖、化を調べた。その結果タングステンのもろいという特コールタール、アラビアゴムなどと混ぜ合わせ、ダイ

性は不純物によるものではないという結論に達した。

ヤモンド・ダイスを通して押し出し、細い線にしてバ

次にタングステン粉を水銀、カドミウムやビスマスとインダーを炭化した後、水素ガス中で通電加熱して、混合しダイスを通して押し出し、加熱して他の成分をほぼ純粋なタングステン線を作成した。このタングス除去し、それを焼結するタングステン線の製法を開発

テンフィラメントを使用することによりカーボン電球

した。これはアマルガム法と呼ばれ、これにより太くの倍近い 7.75 lm/W の効率の電球ができた。ユストて純度の高いタングステン線を製造することが可能にとハナマンは資金が無かったので、この電球が商品化なった。さらにクーリッジはタングステンの熱間加工されたのは 1906 年であった。

の検討を行い、加熱しながらタングステン鋼のブロッ

GE はこの電球の特許権を購入し、1907 年に 110V

クを使って押しつぶすことによりある程度伸ばすこと用電球と低電圧用の電球の製造販売を行なった。押線が可能で、室温で少し曲げることが出来ることを見出

タングステンフィラメントは大変もろく衝撃に弱いとした。

いう欠点があり、また電気抵抗が小さいのでフィラメ

次に彼らは加熱線引きを試み、ガスバーナーでダイントの抵抗を高くするため細く長くする必要があり、スを加熱しながらタングステン線を加熱したプライ

継線は複数のヘヤピン状のフィラメントをアンカーにヤーで引く作業を繰り返し、細い線にすることに成功

かけ直列に繋ぐ工夫がなされた。形状を図 3.12 に示した。このタングステン線は低温でも脆くなく、延性す。GE ではこのランプを multiple tungsten filamentもあった。通常の金属は加工により延性を失い加熱すlamp と名付けて販売し、効率が 7.5 lm/W で寿命 800

ると延性が復活するが、タングステンはその常識が通時間と大変高性能だったので、米国では 1907 年に 50

用しない金属であることが判った。この性質はタング万個売れたと言われている。

ステンを高温にすると図 3.13（a）に示すように結晶粒が成長し常温で脆くなるが、これをクーリッジの行ったような加工をすると図 3.13（b）のように結晶が繊維状になり延性を示すようになるためである。
次にクーリッジはこの繊維構造を得る製造方法の開発を行った。タングステンの粉を加圧してインゴット（鋳塊）を作成し、水素炉中で加熱してある程度固めてから水素雰囲気中で通電加熱して焼結を行った。このインゴットを延性のある線にするため先ずローリン
グミルによる加工を試みたがうまくいかなかったの

図 3.12 押線タングステン電球 2)で、スウエージングマシンによる加工を行った。購入
したスウエージングマシンは針を加工する機械でそのな お、 明 治 41 年（1909） の 電 気 学 会 雑 誌 5） に 紹

ままでは使えないので、ハンマーダイスの改良などを介 さ れ て い る、 ド イ ツ の 雑 誌“Elektrotechinishe

行い線径が 0.75mm の細線にすることに成功した。こZeitschrift ”（1908）に掲載された押出タングステンの細線は加熱したダイヤモンド・ダイスを通すことに電球の性能評価試験結果では 220V50 燭光の電球 10より目的にあった線径に加工でき、電球用フィラメン

白熱電球の技術の系統化調査

11

トに適した曲げ加工が可能なタングステン線を得るこれた。パッツは多くの実験を行いアルミナとシリカにとに成功した。
（タングステン線の製法については第加えてカリウムを添加することにより、高温で図 3.15

6 章で説明する）のような線にそった細長い結晶になるノンサグワイ
ヤーを開発した。何故カリウムがノンサグ性に効果があるのかは 1960 年以降まで不明であったが、その後の研究によりカリウムの蒸発により発生した微小な穴が加工により軸方向に列になり、結晶が径方向に成長するのを抑制するという現象が解明された 6）。パッツ
によるノンサグワイヤーは 218 番目の試作で完成したので GE では 218 ワイヤーと名付けられた。
(a)
(a)

(b)

(b)

図 3.13 タングステン線の結晶状態 5)(c)

この延性のあるタングステン線開発の成功は 1910
年に発表され、約 100 年間続いたフィラメントの材料
開発競争はここで終わったことになる。
タングステンフィラメントに残った問題は通電する(d)と図 3.14 のように（a）の初期状態から温度上昇によ
り（b）（c）のように再結晶化が進み、点灯中に（d）のように、粒界がずれるため短時間で断線するという

図 3.14 タングステン線の結晶状態の変化 5)現象であった。クーリッジは酸化タングステンの加熱に英国のバターシー（Battersea）で製造されたるつぼを使用するとこのずれが減るということを見つけて
おり、るつぼの成分の混入が影響すると考えていた。
種々の添加物を検討した結果、微量の酸化トリウム（トリア）が添加物として優れていることを見つけた。
トリアを添加することにより結晶成長が抑制され、点灯しても図 3.14（b）の状態にとどまり粒界のずれが

図 3.15 ノンサグワイヤーの再結晶状態 5）改善される。このトリア入りタングステンはコイル
フィラメントが主流になるまで世界中で標準的フィラメントとして使用された。
コイルフィラメントが作られるようになると問題になったのは点灯中徐々にコイルが垂れ下がるサグ（sag）という現象で、この対策としてトリアに代わる微量の添加物の検討が行われた。

12

なおトリア入りタングステン線は トリアが高い電子放射特性を示すので、電子管の陰極用コイルに使用され、HID ランプの電極や TIG 溶接の電極にも使用されている。
ノンサグワイヤーについては、その後の二重コイル
やハロゲン電球が発明されてより高いノンサグ性能が1911 年に GE のパッツ（Aladar Pacz）により粒界要求されるようになり継続して改良が行われた 7）。自のずれとサグが発生しないノンサグワイヤーが発明さ

動車用電球や交通信号灯用電球用に耐震性の高いワイ

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.Marchヤーも開発され用途に合わせて使用されている。種類

た。この線は 1913 年まで使用されたが、1912 年にの例を表 3.1 に示す。

GE のフィンク（Colin. G. Fink）により安価なジュメッ

タングステン線の開発は主に白熱電球のフィラメン

ト線と呼ばれる封着線が発明され使われなくなった。

ト用として行われてきたが、蛍光ランプの電極としてフィンクの発明したジュメット線は鉄ニッケル合金

二重コイルや三重コイルが使用されており、HID ラ

線を硫酸銅液に浸して薄く銅を付着させ、これに真鍮ンプの電極もタングステンが使われている。これらののさやをかぶせ、さらにその上を銅のさやで覆うといことからタングステンの技術開発の照明光源に対するう構造である。この構造の線を線引きして目的の太さ

寄与は大変大きいと言える。

に加工された。真鍮は鉄ニッケル芯線と銅のなじみを良くするため入れられている。外側の銅と芯線の厚3.4 ジュメット線

さの比率は 2：8 で、芯線の鉄とニッケルの比率は鉄初期の白熱電球では、導入線のガラスと封着する部

ぼ同じになっている。ジュメット（Dumet）線とい分（封着線）に白金線が使用されていた。封着線はガ

う名前は 2 つの金属でできていることからきている。

ラスとの気密性が重要で、電球製造時および使用時の1913 年に GE のコイレン（W. L. Van. Keuren）によ

温度変化により発生する熱膨張係数の差による歪も問り表面に硼砂を塗布する改良がなされ、ガラスと封入題となる。白金線は膨張係数がガラスに近く、またガ線との密着性がさらに強くなった。

55％、ニッケル 45％で熱膨張係数は軟質ガラスとほラスとの濡れ性も良いので封着線として適している

このジュメット線の発明は目立たないが、電球の信が、大変高価で 1890 年頃の電球では原価の 3 分の 1

頼性の向上と生産性の向上に大きな貢献をし、電球のを白金導入線が占めていた。そのためより安価な封着他、蛍光ランプや真空管、ブラウン管、ガラス封止ダ線の開発がさかんに行われた。1893 年にドイツで考

イオードなど多くの製品に使われるようになった。

案された短い白金線に銅やニッケルの線を繋いだ導入

図 3.16 に現在のジュメット線の構造をしめす。

線はシーメンス・シールと呼ばれ当時多くのメーカーで使用された。また白金に代わる材料として鉄や薄くした銅などが使用されたが熱膨張係数が違うため信頼性が不足していた。1899 年にスイスのギヨーム（C. E.
Guillaume）によりガラスと熱膨張係数が近い、鉄とニッケルの合金線が開発されたが、そのままではガラスとの付着性が悪いという欠点があった。
1911 年に米国のエルドレッド（Byron. E .Eldred）
によりギヨームが開発した鉄とニッケルの合金線を応用した封着線が発明された。この線は鉄とニッケルの図 3.16 ジュメット線の構造

合金の芯線を硫酸銅の液につけて、薄く銅を付着させ、このジュメット線に使用されている鉄ニッケル合金

その上に銀メッキを行い、さらに白金をかぶせたもの

は 1898 年にギヨームにより発見されたインバーと呼である。この封着線は熱膨張係数が軟質ガラスより若ばれる合金である。ギヨームはこの功績によりノー

干小さく、ガラス封止加工時の高温から室温への変化

ベル賞を受賞している。鉄とニッケルの合金は図 3.17や点灯時の温度上昇に対しての歪変化が少なく、白金に示すようにニッケルが 30 〜 40％の所で、急激に膨の被覆がされているのでガラスとの密着性も良かっ

張係数が減少する。これはこの領域で合金の磁気特性

表 3.1 タングステン線の種類（東芝マテリアル（株）カタログより）

白熱電球の技術の系統化調査

13

が大きく変化し、異常に自発体積磁歪が大きくなるこ

生産量の会社になった。

とによる。体積磁歪は磁化の変化により体積が変化す

現在の一般電球の導入線はガラスとの封着部はジュる現象で、温度が高くなり磁化が減少すると体積が小メット線で、バルブ内のフィラメントに繋がる部分（内

さくなる。通常の熱膨張を減少させる方向に働くので部導入線）は真空電球では銅線が使用され、ガス入り

8）

全体として熱膨張係数が小さくなる 。その原理を図

電球ではニッケルかニッケルメッキ銅線が使用されて3.18 に示す。

いる。口金に繋がる部分（外部導入線）は真空電球では銅線、ガス入り電球では断線時発生するアーク放電による急激な電流増加を防ぐため一方を溶融断線しやすいモネルあるいはコンスタンタン線にしている。
なお、硬質ガラスバルブを使う大型電球や硬質ガ
ラスハロゲン電球などではガラスに合わせてタング
ステンやモリブデン、コバール（Ni： 29％ Fe：54％
Co：17％）などの線が使用されている。電球用ガラ
スと封止用金属の熱膨張係数の例を表 3.2 に示す。

図 3.17 鉄ニッケル合金の組成と熱膨張係数の関係

3.5 ゲッターの発明
真空を使う製品で不要な不純ガスを取り除くために使われる化学材料をゲッターと呼んでいる。ゲッター
は電球の製造や特性改善に、目立たないが重要な役割を果たしている。
このゲッターの最初の発明は 1893 年にイタリアのマ
リニャーニ（Arturo Malignani）により行われた。当時白熱電球製造に使用されていた真空ポンプはガイス

図 3.18 インバー合金の熱膨張係数変化の説明図

ラーやスプレンゲルの水銀ポンプで、これらのポンプは我が国でのジュメット線の製造は東京電気で大正 7という問題があった。1881 年のエジソンの工場では一年（1918）より行われている。製法として GE のエル

個の電球を排気するのに 5 時間かけ作業者は一人で 50

ドレッドにより発明された真鍮を使ったブラスブレー台のポンプを担当していた。時間をかけた理由は水蒸気

ジング法を採用していたが、線径の種類が増えスローの排気で、水蒸気はカーボンフィラメントと反応してリークを発生する不良品が出てきたので、昭和 34 年

ガラスバルブの黒化や短寿命の原因になるので出来る（1959）頃から真鍮を使用しないブラスレスホットド

だけ取り除く必要があった。ガラスバルブは温度上昇に

ローイング法で生産されるようになった 9）。その後昭より水分を放出するので、排気は電球を点灯時の温度以和 56 年（1981） に メ ッ キ 法（Spiral Feed Method）

上（約 300℃）に加熱しながら行われた。水蒸気の排気が開発され、品質の高さでシェアーを拡大し、昭和を補うため、図 3.19 のようにポンプと電球の間に乾燥

56 年頃には（株）東芝は GE を抜いて世界第一位の剤として無水酸化燐の入ったガラス容器を取り付ける

排気量が少なく、特に水蒸気に対する排気能力が小さい

表 3.2 電球用ガラスと封止金属の熱膨張係数（10 − 5/℃）

14

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March工夫などが行われた。その後ポンプの改良などを行い排赤燐ゲッターは主に真空度を高める目的に使用され気速度は向上したが、それでも 30 分近く必要であった。

ているが、その他にガラスバルブに付着するカーボ
ンやタングステンと反応し黒化を防止するゲッターが 開 発 さ れ た。1894 年 に 米 国 の ワ ー リ ン グ（JohnWaring）によりカーボン真空電球に少量の臭素を封入しバルブの黒化を防ぐ方法が発明されている。1912
年にはオーストリアのスカウピィー（Franz Skaupy）
によりハロゲン化合物をガラスステムの端部に固着するという方法が開発された。これは点灯中の熱で化合物が分解してハロゲン元素のガスが放出され、蒸発したタングステンと反応して淡黄色の化合物になりバ

図 3.19 水 銀ポンプに取り付けられた乾燥剤（初期のエジソン工場）10）

ルブの黒化を防ぐもので、ガラスバルブの面積に対しフィラメントの表面積が大きい高ワットの電球に対しイタリアのマリニャーニは小さな電球製造会社を作て有効であった。スカウピィーのハロゲンゲッターはり電球製造を始めたが、水銀ポンプを購入する資金がタングステンフィラメントとも反応するので低ワット無かったので、往復運動式機械ポンプを使用していた。

の電球用には適していなかった。低ワット用のゲッ

このポンプは 1mmHg（133.3Pa*）程度の真空度しかタ ー は GE の ニ ー ド ハ ム（Harry H. Needham） と得られなかったので、他の方法を検討し、赤燐を排気

ギル（Frederic W Gill）によって 1912 年と 1915 年

管に付け加熱しながらフィラメントに通電しグロー放に開発された。ニードハムの方法はクライオライト

電を発生させることにより真空度を高める方法を発見（Na3AlF6）と赤燐を混合してアンカーに塗布するもした。GE はこのマリニャーニのゲッター（化学的排気）ので、ギルの方法はクライオライトと赤燐にニトロセの特許を購入し、排気工程に導入することにより 30

ルロースを加えてエチルアルコールを溶剤としてスラ分かかっていた時間を 1 分にまで短縮することができリーにしてフィラメントに塗布するものである。これた。この燐ゲッターを使用する方法は 1909 年に GEらは真空度の向上と金属タングステンの付着によるバのマーシャル（John T. Marshall）によってタングス

ルブ黒化を低減させるもので、広く電球に使われた。

テンフィラメントを燐と水の混合液に浸し、ランプ排その他種々のゲッターが開発され、例えばガス入り電

気後に通電しグロー放電を発生させて残留ガスを除去

球では赤燐以外に窒化バリウムにカオリンを混合したする方法に改良された。現在の電球製造でもこの方法ものをステムの一部に塗布している。また、電力の大が使用されている。赤燐は放電により活性化し残留酸

きいランプではジルコニウムとアルミニウムの粉を導素と反応し、五酸化リンになりガラスバルブに付着す

入線に塗布して、点灯中にバルブ内に発生する不純ガる。この五酸化燐が水分を吸着するので酸素と水分をス（水素など）を除去するようにしている。

除去することができる。図 3.20 は真空電球にアルゴ

ゲッターは、真空管やブラウン管では必須材料で、ンガスと空気を微量封入し、赤燐ゲッターをグロー放

現在のプラズマディスプレーや有機 EL でも重要な技

電で働かせた時の真空度の変化の測定例である。アル

術になっている。

ゴンの場合、圧力変化は少ないが空気の場合は赤燐の*）以下読みやすくするため圧力をmmHgで記載する。

ゲッター作用により真空度が高くなっている。

3.6 ガス入り電球
現 在 の 電 球 は 殆 ど が ガ ス 入 り 電 球 で あ る が、 この ガ ス 入 り 電 球 も GE で ラ ン グ ミ ュ ア ー（Irving
Langmuir）によって発明されている。
電球にガスを封入するという試みそのものは、1872
年にロシアのロディギン（Alexander Lodyguine）が窒素ガスを封入したガラスバルブ中に V 字形の黒鉛を入れて点灯したり、1875 年に同じロシアのコスロ
図 3.20 赤燐ゲッターの有無による真空度変化

11）

フ（S. A. Kosloff）が数本の黒鉛フィラメントを窒素

白熱電球の技術の系統化調査

15ガス中で点灯したことが知られている。その他いくつ

許提案を行った。同じ年に 1000W と 750W のガス入

かのガス入り電球が発明されているが、ガス封入本来り電球が発売された。図 3.21 は封入ガス圧によるタの利点を理解してなされたものではなかった。

ングステン蒸発の抑制効果の測定例で、図 3.22 は電ラングミュアーは 1909 年に GE の研究所に入り、球のワット数とガス損失の関係である。ガス入りの効

当時発明されたタングステン電球の黒化現象の原因に果はワット数の大きい方が大きいことを示している。

ついての研究を始めた。先ず、ランプ内に酸素、一酸
化炭素、ハロゲンガス、アルゴン、窒素などいろいろなガスを微量封入して実験した結果、黒化はランプ内に存在する水分によると考えた。そこでランプ内の水分を出来るだけ取り除くため真空度を上げベーキングを十分行った電球を作成し点灯試験を行った結果、予想されたほど黒化は減少しなかったので、黒化の原因
はタングステンの本来の蒸発によるとの結論に達した。先に行った微量ガスの封入実験でタングステンに対し不活性なガスを少し封入すると黒化が抑制されることを発見していたので、次にガス封入による効果の実験を行った。最初に水素ガスを封入した電球につ

図 3.21 封入ガスによるタングステン蒸発の抑制 12）いて調べた結果、360 時間点灯しても黒化は発生しなかったが、水素ガスによる伝導、対流による熱損失が大きく、フィラメント温度を真空電球と同じにするのに余分な電力が必要で、効率（lm/W）は 40％以上悪くなった。次に水銀蒸気と窒素ガスについてフィラメ
ント温度を 3000℃程度にして同様の実験を行った結果熱損失は小さく、黒化防止効果も大きかった。結論としてガス封入電球は熱伝導と対流によるエネルギー損失は発生するが、タングステンの蒸発を押さえるので、熱伝導の小さいガスを使用すれば、同じ寿命にした場合真空電球よりフィラメント温度を高くできる効果の方が大きくなり、最終的に効率を良くすることが出来る可能性があることが判った。

ガス入り電球は真空電球と区別するため GE では

ラングミュアーはさらにこの対流による熱損失につMAZDA C ランプと呼び、真空電球を MAZDA B ラ

いての研究を行い、白金フィラメントを使用して、水ンプと呼ぶことにした。1914 年に封入ガスは窒素ガ

素、水銀、窒素やアルゴンガス中で熱損失を測定した。

スから、より熱伝導の少ない窒素を 10％混合したア

その結果、熱伝導はガス種の他、フィラメント温度とルゴンガスに変え、200W や 300W の低ワット電球が線径（表面積）により変化するが、対流損失は温度に開発された。

よりそれほど大きく変化せず、長さにはほぼ比例するが線径による変化は少なかった。この理由としてラン16

図 3.22 ワットとガス損失の関係 12）このガス入り電球の発明により白熱電球の基本的開発はほぼ完了した。

グミュアーはフィラメントの周りに対流が起きない薄ラングミュアーはその後広い範囲の研究を行い、水い層が存在し、この層の厚さは線径に依存しないため

銀拡散ポンプの発明等多くの業績を残している。1932と考えた。対流による熱損失が線径にあまり依存しな

年には表面化学を確立した功績によりノーベル賞を受いことは、フィラメントはコイル状にした方が有利

賞している。

で、小ワットの電球より大ワットの電球のほうがガス

我が国でのガス入り電球の生産は大正 2 年（1913）

入りにする効果が大きいことになる。ラングミュアーに東京電気が GE から技術を導入し、翌年発売を開始

はフィラメントをコイル状にした 110V1000W のガスしている。当初は窒素電球であったが大正 4 年（1915）

入り電球を試作して、真空電球に比べて同じ寿命の場からより効率が高くなるアルゴンに変更し、昭和 2 年

合、効率を 2 倍に出きることを確認し、1913 年に特からはアルゴンガスの内製も行うようになった。

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

昭和 18 年頃の 100V40W の真空電球とガス入り電球の効率を次に示す。ガスを封入することにより約7％効率が向上している。

100V 40W

効率

寿命

真空電球

8.9 lm/W

2000時間ガス入り電球

9.5 lm/W

2000時間

封入ガスの効果はワットの大きい電球の方が大きい
ので、大ワットの電球からガス入りになっており、現図 3.24 クリプトン一般電球 14)

小形化した E17 口金のミニクリプトン電球は、効

在は 100V20W までガス入りになっている。
1968 年頃にアルゴンガスに変えてクリプトンガス率向上と長寿命化の他に器具を小形に出来る利点が歓を使用し、性能を向上させた電球が米国で発売された。

迎されて普及が進み、現在もダウンライトやスタンド

クリプトンガスは原子量が大きいので、ガスの熱伝導に広く使用されている。

率が低くなり、タングステンの蒸発を抑える効果も高くなることは以前から知られていたが、高価で供給量も少なくあまり使用されていなかった。製鉄産業など
で酸素の需要が増加し、液体酸素製造での副産物とし

3.7 チップレス電球と内面艶消し電球
3.7.1 チップレス電球て希ガスの価格が低下し一般電球に使用できる範囲にタングステンフィラメントとガス入り電球の発明になりクリプトン電球の商品化が行われた。120V 用のより電球の基本的開発はほぼ完了したが、その後もい電球で寿命を同じにしてアルゴンガスをクリプトンに

くつかの重要な開発が行われている。その一つがバル変えた場合の効率向上の実験結果の例を表 3.3 に示す。

ブのチップレス化である。1922 年ごろまでは電球の排気はガラスバルブの先端に付けた排気管から行なわ

表 3.3 クリプトンガス封入による効率向上

13）れたので、図 3.25 のようにバルブ先端に突起が残っていた。この突起部分は破損の原因になり安全上も問題であったので、カーボン電球の頃から図 3.26 のように排気管を封止部に付ける方法が検討されていた。この方法は作業工程が多くなり、製造時に不良が我が国では昭和 49 年（1974）に当時発生したオイ

多く発生したのでより生産性の良いものとして、1903

ルショックにより省エネルギー化の要望が高まり、バ

年に米国のイエーゲル（Hermann J. Jaeger）によりルブと口金を小形にした図 3.23 のようなクリプトン

ステムガラス管に排気管を取り付ける方法が発明さガスを封入したミニクリプトン電球が発売され、翌年れた。これは図 3.27 にように L 字形の排気管をステには通常の E26 口金のクリプトン電球（図 3.24）がム管に入れ、ステム管を小さな炎で加熱して、排気発売された。

管から空気を吹き込んで穴を開けて溶着たものである。このステムを使用した電球はチップレス電球会社（Tipless Lamp Company）で数年間販売された。

図 3.23 ミニクリプトン電球 14)
図 3.25 チップ付き電球

白熱電球の技術の系統化調査

173.7.2 内面艶消し電球
透明ガラスバルブの白熱電球はフィラメントの輝度が高いので眩しく感ずることがある。フィラメントがカーボンからタングステンコイルに変ると輝度がさらに数倍高くなり、眩しさの問題が大きくなった。眩し
さを減らす方法としてバルブ外面に酸化物の微粒子の膜を塗布することや、ガラスそのものを乳白ガラスに変更することが行われた。これらの方法では膜やガラスによる光吸収が 8 〜 11％あり、フィラメントが赤く見えるという欠点があった。またバルブ外面を砂吹き
図 3.26 初期のチップレス化の方法

1）

艶消し（サンドブラスト）法や弗酸を使用した艶消し法で処理して光の拡散性を持たせる方法も行われたが、汚れが付きやすく取れにくいという不具合があった。
1923 年に東京電気の不破橘三によりバルブ内面を
弗酸とフッ化アンモニウムで艶消し（フロスト）処理する方法が発明された。ほぼ同じ頃 GE のピプキン（M.
Pipkin）により同様の発明がなされたが、特許出願は不破の特許が約 1 年早く出願されている。
不破は当時照明器具用として光の拡散性に優れていたアラバスターガラス（乳白色ガラスの一種）の国産

図 3.27 Ｌ字排気管ステム

１）化の検討を行い、大正 9 年（1920）に嫦娥（じょうが）ガラスを開発した。このガラスはクライライトなどの1919 年 に な っ て GE 社 の ミ ッ チ ェ ル（L. E.

微粒子が入った気泡の多いガラスで、他の乳白色ガラ

Mitchell）とホワイト（A. J. White）によりイエーゲ

スより透過率が高いものであった。不破はこれを電球

ルのステムを改良したステムが開発された。形状は図

バルブに応用することを検討したが、薄くすると拡散

3.28 に示すように、導入線の封止部分に排気管を取り性が不足するので、内面を酸により艶消し処理するこ付け、排気用の穴を開けたものである。このステムはとを考えた。処理液としてフッ化水素、フッ化アンモ機械による製造が可能で、製造コストも安価だったのニウム、酢酸を水に混合したものを使用して艶消し処

で世界中で広く使用されるようになり、チップ付き電理を行ったが、ガラスバルブの強度が低下したので加球は製造されなくなった。尚、現在も一般電球や蛍光

熱による再処理を行って強度を確保し、薄い乳白色のランプでこの形式のステムが使用されている。（製造

艶消し電球を開発した。一般電球に使われている透明方法については第 6 章に記述する）

なソーダライムガラスバルブの艶消しではより深い凹凸を形成する必要があり、艶消し処理による強度劣化が大きかったのでさらに処理法の検討が行われた。その結果艶消し処理したバルブを再度弗酸処理して凹凸を若干平滑することにより強度低下を防止する方法が考え出され、大正 14 年（1925）に内面艶消し電球が完成した。この電球は大正 15 年（1926）内面艶消新マツダ電球として発売され、米国でも同じ頃 GE から新製品としてバルブの形を変えて発売された。内面艶消しバルブは光の吸収が殆ど無く、電球単体でやわら図 3.28 改良形ステム

かな光が得られるようになったので、大変歓迎され、
艶消し電球の方が一般的に使用されるようになった。
図 3.29 は当時のフロスト処理の作業現場で、図 3.30
はクリアー電球と艶消し電球の比較である。
内面フロスト処理は弗酸を使用するので作業の安全

18

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

性と環境の問題があり、昭和 48 年（1973）頃にケイ酸ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン粒子を混合した内面塗装膜になっている。当初、塗布方法は酢酸ブチルを分散媒とした湿式塗装法であったが、その後有機溶剤の使用をシリカ（SiO2）粒子の静電塗装法に替えて生産されている。

図 3.31 二重コイル特許の図 16）

図 3.29 フロスト処理作業（昭和初期）15)

図 3.32 二重コイル

図 3.30 クリアー電球と艶消し電球の見え方

3.8 二重コイル電球
延性タングステン線の発明とガス入り電球の発明により殆どの電球のフィラメントはコイルになった。このコイルをさらに巻いた二重コイルが東京電気の三浦順一により大正 10 年（1921）に発明された。ラング

図 3.33 最初の二重コイル電球のレプリカ

ミュアーの理論ではガス入り電球のガスによる熱損失

当時の技術ではこの二重コイルをすぐに一般電球にはフィラメント長さにほぼ比例し、太さにはあまり依応用することは出来なかった。その原因はコイルフィ

存しないので、二重コイルにすることにより効率が向ラメントの耐サグ特性不足と二重コイルの製造技術の上する。図 3.31 は三浦順一により提案された特許の不足であった。

図である。図 3.32 は二重コイルの拡大で図 3.33 は最東京電気ではノンサグタングステン線に SiO2 0.4％

初に製造された二重コイル電球のレプリカである。

KCl 0.3％ NaCl 0.2％をドープしていたが、ノンサグ

二重コイル電球そのものは、欧米で 1913 年頃から性を改良するためドープ剤と粉の粒度などの検討を映写機用として使用されていた。映写機のような光学行った。その結果タングステン酸に SiO2 0.4％ KCl

機器では点光源に近い二重コイルの方がレンズなどで0.3％ Al2O3 0.02％を加え、還元条件を変えて粒度分布

配光制御を行うとき有利になるためで、熱損失などはの異なる粉を製造し、これらを適当な比率で混合して考慮されていなかった。

優れたノンサグワイヤーが開発された 17）。

白熱電球の技術の系統化調査

19

このノンサグワイヤーの採用とコイル製造時の芯金

表 3.4 一重コイルを二重コイルにした時の効率向上 19）

除去方法改良により、昭和 11 年（1936）に二重コイ
ルの一般電球が発売された。ほぼ同時期に米国でも二重コイルを使用した一般電球が発売された。これ以降、ほとんどのガス入り電球は 2 重コイル電球になった。
コイルを二重にすることによる効果は上記のガス損
失が減る他に、コイル内では蒸発したタングステン原子の濃度勾配が少なくなるので蒸発量が減少し、寿命が長くなることもある。二重コイル化による電球の効率向上を、寿命一定としてガス損失と蒸発抑制効果に分けて理論計算した例を図 3.34 に示す。ワットが大きい場合は二重コイル化の効果は少なくなるが、低ワットでは十数％の効率向上になる。また、高電圧用

3.9 ハロゲン電球の電球の方がコイルが長いので二重コイル化の効果が一般電球については二重コイルの発明で重要な開発

大きくなる。表 3.4 に 220V 用と 110V 用電球の一重は完了したが、1959 年に特殊電球の分野でハロゲン

コイルと二重コイルの実験より求めた効率差を示す。

ガスを利用して特性を向上させた電球が開発された。

この 2 重コイル電球の登場でほぼ一般電球の開発はカーボンフィラメントの時代から点灯中にガラスバ終了している。これまでの開発での効率変化を東京電ルブが黒くなる現象が問題になっていた。これはフィ気の製品についてまとめて表 3.5 に示す。

ラメントのカーボンやタングステンが蒸発し、ガラスバルブに付着する現象である。この現象はバルブ内に含まれる微量の水分や酸素などの不純ガスにより加速されるので、対策として種々のゲッターが研究開発されていた。ガス入り電球になってもこの問題は残り、特に大出力電球（スタジオ用など）や映写用ランプで大きな問題であった。図 3.35 は映写機用電球の黒化の例である。
ハロゲン元素をゲッターとして利用し黒化を減少する方法は古くから採用されており、1892 年には塩素を入れたカーボンフィラメント電球が発売されてい図 3.34 二重コイル化による効率向上の効果の比率（理論計算）18）

る。1933 年にはヨウ素を封入し、蒸発したタングス
テンを沃化タングステンにしてバルブに付着するのを

表 3.5 白熱電球の効率変化

20

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

防ぐアイディアが特許提案されている。このように従（厚さ：20 〜 30 μ m）が使用されている。モリブデ

来の電球にハロゲン化合物を封入する方法はバルブのン箔封止は 1930 年頃高圧水銀ランプ用に開発された黒化を防ぐ効果はあったが、低温部分のタングステン

ものである。

フィラメントと反応し短寿命になるという問題が発生し、実用化はあまり進まなかった。

図 3.37 ハロゲンサイクルの説明図

図 3.35 ガラスバルブ黒化の例

1959 年に GE のツブラー（E. G. Zubler）とモスビー（F. A. Mosby）により石英ガラス管を使用し、不活性ガスとヨウ素を封入して黒化が発生しない電球が発明された。構造は図 3.36 に示すように当時製造されていた赤外線電球と同じで、石英ガラスの管を使用したものである。
図 3.38 石英ガラスハロゲン電球の封止部と断面図

このヨウ素電球の発明により長年問題であったバル
図 3.36 ヨウ素電球の構造図

ブ黒化問題は解決し、大出力電球や映写機用などの光学機器用電球はヨウ素電球に代わっていった。

黒化防止の原理を単純化して図 3.37 に示す。点灯

さらにハロゲン電球は黒化しないので、封入ガスの中にフィラメントから蒸発したタングステン原子とヨ

圧力を高くすることが可能になり、電球の効率向上のウ素が反応しヨウ化タングステンになる。ヨウ化タン

ため不活性ガスの高圧封入が行われるようになった。

グステンは蒸気圧が高いのでバルブ温度を高くしてお図 3.39 は寿命を同じにしたときの封入ガスのガス圧

けば内面に付着せず黒化は発生しない。ヨウ化タングと効率向上の関係を示したものである。横軸は電球が

ステンはフィラメント近傍でヨウ素とタングステン原

20℃の時の圧力で、縦軸はアルゴンガスを 600mmHg

子に分解し、タングステン原子はフィラメントの低温封入した時の効率を 100％としてある。2 気圧にする部に付着しヨウ素ガスは再度蒸発したタングステンとと 18％、4 気圧では 30％近く効率が向上する。

反応する。このヨウ素の作用はハロゲンサイクルと呼ばれている。

ヨウ素は製造時に気化してバルブ内に入れる作業が必要で、またハロゲンサイクルが安定作用する範囲がヨウ化タングステンの付着を防ぐために必要なバル狭いなどの欠点があったので他のハロゲンガスが検ブ温度は最冷部で 250℃以上であるため、バルブ用ガ討された。1965 年にフィリップスのヤーペンス（T'.

ラスとして石英ガラス管が使用された。石英ガラスはJampens ）とウェイヤー（ van der Weijer）により熱膨張係数が小さいのでガラスと導入線の封止部は図

臭素の有機化合物を使用する電球が発表された。臭素

3.38 のように端部をナイフエッジにしたモリブデン箔

の化合物（CHBr3、CH2Br2 など）は蒸気圧が高いの

白熱電球の技術の系統化調査

21

でそのまま気体として封入することができ、活性が高いのでハロゲン電球の種類を広げることが出来るようになった。その後塩素の化合物も使用されるようになり、複写機露光用のランプに使用されている。

3.10 赤外線反射膜電球
1970 年代に起きたオイルショックをきっかけに省エネルギー化が求められるようになり、白熱電球ではクリプトンガスを封入した電球が開発されたが、新し
い効率向上案も検討された。
電球のフィラメント温度を上げて効率を高めるのは限界と考えられたので、別の方法としてガラスバルブに可視光を透過し赤外線を反射する選択反射膜を付着し、フィラメントに赤外線を戻して効率を上げた電球が昭和 58 年（1983）に開発された。
このアイディアは単純なので古くから考案されており、1922 年にはアイディア特許が提案され、1953 年

図 3.39 封入ガス圧による効率変化（Ar ：600mmHg での効率を100%とした場合）20）に酸化チタン膜での検討が報告されている。本格的な検討が行われたのは 1970 年代末からで、1977 年に
図 3.41 のような球形バルブに選択反射膜を付けた電球の理論検討が発表され、膜の材料としてマサチュー

ハロゲン電球の発明により投光用、スタジオ用など

セッツ工科大学（MIT）で開発された TiO2–Ag–TiO2も大型電球はハロゲン電球になり、フィラメント温度の薄膜が提案された。しかし球形バルブではフィラメの高い光学機器用や自動車ヘッドランプもハロゲン電

ントの中央部が集中的に加熱されるため短寿命にな球になっている。その他にもミラー付きハロゲン電球

り、また TiO2–Ag–TiO2 の膜は耐熱性が無く実用化が店舗用として普及している。製品の例を図 3.40 にには至らなかった。

示す。

投光用

光学機器用

図 3.41 赤外線反射膜電球の案 21)

昭和 58 年（1983）に東京芝浦電気の石崎有義らは反射された赤外線がフィラメントの一部に集中しない
ヘッドランプ

店舗用ミラー付き

図 3.40 各種のハロゲン電球

14)

ように図 3.42 のような円柱形のハロゲン電球を採用
し外面にチタニア（TiO2）とシリカ（SiO2）の多層干
渉膜を塗布した赤外線反射膜電球を開発・商品化した。

22

ハロゲン電球はバルブ温度が高いので一般家庭用と赤外線反射膜応用電球での最も大きな課題は選択反

してはスタンド用の低電圧タイプしか普及していない

射膜で、上記 TiO2–Ag–TiO2 のような金属薄膜以外

が、最近一般電球のバルブの中に小形のハロゲン電球に酸化インジュームスズ（ITO）膜やアンチモン添加を取り付けて効率を高めた電球が販売されるように

酸化スズ膜などの半導体が検討されたが可視光透過率なっている。

や赤外線の反射率が悪く、現在でも赤外線反射膜応用

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

電球に使用可能な膜としては金属酸化物の干渉フィの繰り返しで多層化する方法である。膜厚は 100 〜

ルター以外は見つかっていない。成膜方法としては

200nm 程度で、可視光の透過率と赤外線反射率が最蒸着、スパッターリング、CVD 法が一般的であるが、適になるように各層毎に調整して塗布された。

装置が高価で、多層膜を曲面に均一に塗布するには時間がかかり電球に応用するには費用が問題であった。
石崎らはより低価格で金属酸化膜を製造する方法としてゾルゲル法を選択して開発を行った。当時ファイン
セラミックス用として種々の有機金属液が開発されており、ゾルゲル法による薄膜も検討されていた。有機
金属の液に基板を漬け、一定速度で引き上げると、液ディップ

面で溶剤の蒸発と加水分解によるゲル化が起り膜にな

⇒引き上げ

焼成

冷却

ディップ
⇒引き上げ

図 3.44 赤外線反射膜の塗布工程の説明る。この膜の厚さは図 3.43 に示すように引き上げ速
度により変化するので膜厚が制御でき、ゲル化した膜は大気中で加熱することにより酸化膜になる。

このゾルゲル法は大気中で成膜できるので、設備として速度可変の引き上げ機と加熱炉があればよいので、他の方法に比べて安価であった。
最初に商品化されたのは図 3.45 に示す片口金の JDタイプと呼ばれるハロゲン電球で、主に店舗用として使われている電球である。その後、図 3.46 に示すス
タジオ用ハロゲン電球や複写機露光用などへの応用展
開が行われた。

図 3.42 赤外線反射膜応用電球の原理図 14）

図 3.45 片口形赤外線反射膜ハロゲン電球 14)

図 3.46 赤外線反射膜スタジオ用ハロゲン電球 14)

図 3.43 ゾルゲル法による引き上げ速度と膜厚の関係

このゾルゲル法の欠点は、10 層以上になると剥離が発生することがあり、多層化に限界があることである。そのため初期の電球では赤外線の反射率も少なく、この特性を利用して酸化チタンと酸化ケイ素の干渉

電球の効率向上は 10 〜 15％程度であった。（その後フィルターを円筒形のハロゲン電球に成膜する方法を

液剤の改良により 30 層以上の塗布が可能になってい開発した。手順は図 3.44 に示すようにる。
）

有 機 金 属（Ti） ゾ ル に 浸 漬 ⇒ 引 き 上 げ（ 加 水 分カ（SiO2）の 30 層以上の干渉フィルターを塗布した

解、縮合によりゲル化）⇒ 焼成 ⇒ 冷却 ⇒ 有機金属

両口形赤外線反射膜ハロゲン電球が発売された。成膜（Si）ゾルに浸漬 ⇒ 引き上げ ⇒ 焼成 ⇒ 冷却 ⇒ ・・には当時開発された高速で成膜できる反応性スパッタ

1984 年 に GE か ら 酸 化 タ ン タ ル（Ta2O5） と シ リ

法を利用しており、この電球の効率は従来品に比べ白熱電球の技術の系統化調査

23

て 30％向上していた。その後プラズマインパルス化

われ、真空技術、電源の発達によりカーボン電球が開学気相成長法（PICVD）が開発され安価な塩化チタ発された。1880 年代にエジソンにより実用カーボンン（TiCl4）を使用してチタニアとシリカの干渉フィ

電球とそれを使用するための電灯システムが開発されルターが作れるようになり赤外線反射膜付き電球に使

カーボン電球の時代になった。その後より明るい電球

用されている。

を求めて再びフィラメントの検討が行われ、カーボン

赤外線反射膜電球のもう一つの改良はバルブ形状に代わる材料としてタングステン線が開発され、コイで、反射した赤外線が短いフィラメントにもどる比率

ルフィラメントとガス入り電球が開発されて現在の白を高めるため回転楕円体のバルブを使用した電球が熱電球が完成した。この間、効率向上以外にゲッター

平成 6 年（1994）に松下電子工業で開発商品化され、やジュメット線の発明により品質と生産性も大きく改1998 年にはハリソン東芝ライティングで赤外線反射善された。

膜自動車用ヘッドランプが開発された（図 3.47）。

図 3.49 に一般電球の効率の年代による変化を示す。
20 世紀初めのタングステンコイルとガス入り電球で急激に性能が向上している。その後、内面拡散膜やクリプトン電球が開発され、生産技術の進歩と用途の拡大が進み、生活に深く溶け込んだ電気製品になっている。
また、1959 年に発明されたハロゲン電球により特殊電球の性能が大きく向上し、1980 年頃から一般電球形も開発され、赤外線反射膜を応用することにより、従来の電球に対して約 50％効率が高くなっている。

図 3.47 赤 外線反射膜自動車用ヘッドランプ( ハリソン東芝ライティング（株）ホームペー
ジより引用 )

現在、欧米で効率の低い一般電球の生産を順次中止する計画が進められており、その計画ではこの赤外線反射膜（IRC： Infra Red Coating）を付けた電球を次世代白熱電球として存続させることとしている。そのIRC ランプの例を図 3.48 に示す。

図 3.49一般電球の効率変化（寿命 1000Hr）

引用文献
1） J. W. Howell & H. Schroeder ：「The History of
the Incandescent Lamp」The Maqua company,（1927）
2） 日本電球工業会編「日本電球工業史」日本電球工
オスラム社製フィリップス社製

図 3.48 IRC 白熱電球の例		
（各社ホームページより引用）

業会（1963）3） 深津 正：「灯火と照明の歴史」日本電球工業会報
100 〜 262 号
4） I n t e r n a t i o n a l L i b r a r y o f T e c h n o l o g y ,3.11 技術開発まとめ

International Textbook Company, Scranton,

白熱電球の技術開発は、19 世紀初めに通電加熱し24

Section 32, pp 37-45.（1905）

た高温の物体を光源として利用する研究開発として始5） Colin J. Smithells： Tungsten“A treatise on

められた。数十年間種々の電球の基礎的研究開発が行its metallurgy, properties and applications"

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.MarchChapman & Hall Ltd. P.105-108（1952）
6） S . Y a m a z a k i e t . a l ： P l a n s e e b e r
Pulvermetallurgie P.22（1974）
7） （株）東芝 横浜金属部品工場編「東芝タンモリ
85 年のあゆみ」P.9（1994）
8） 近角 聰信 ：「強磁性体の物理」、裳華房、P.134（1984）
9） 平岩、山田： 東芝レビュー 21,1 P.1（1966）
10） Francis R. Upton, "Edison's Electric Light",
Scribner's Monthly", Feb, pp 531-544（1980）

13） W. E. Thouret, H. A. Anderson and R. Kaufman,
Illuminating Engineering, Vol. 65, p. 231, April（1970）
14） 東芝ライテック株式会社 東芝ランプ総合カタログ
15） 本城 厳 マツダ新報 vol. 16, No.8, P27（1928）16） 三浦 順一 特許第 50022 白熱電灯 出願大正 11 年
8 月 18 日
17）（株）東芝 横浜金属部品工場編「東芝タンモリ
85 年のあゆみ」（1994）18） 夏目他、東芝レビュー 12、10、P.1151（1957）

11） S. Dushman“Scientific Foundations of Vacuum19） 山下 俊彦「電球」共立出版 P.53（1943）

Technique" J. Wiley & Sons P.192（1972）20） W. Schilling； ETZ, B 13, S, P.485（1961）

12） 清水 勝「白熱電球」東芝商事株式会社 P.17, P.22

21） Brett. et.al. J. of IES P.214 （1981）（1955）

白熱電球の技術の系統化調査

25

4 性能評価技術と規格術が世界トップレベルであったことを示している。

4.1 測光技術の歴史
白熱電球の歴史であまり目立たないが関連する重要な技術として発達したのが測光技術である。電球の開発の第一の目標は明るさの向上なので測光の精度向上と基準光源の標準化が行われた。
4.1.1 標準光源
現在は白熱電球の大きさを W（電力）で表わしているが、電球が製造され始めた当初は燭あるいは燭
光が使われていた。燭という単位は candle の訳で、1830 年にフランスでステアリン酸のろうそく一本（重量が 83 〜 100g で一時間に 10g 燃焼し、炎の長さ

図 4.1 東芝製Ｍ字型光度標準電球

5.2cm のもの）を光の単位として決めたのが始まりで尚、白金の凝固点の黒体放射を基準とするカンデラある。その他イギリスでは 1860 年に都市ガス条例での定義は実現がかなり難しく、その後放射エネルギー

鯨油（ワックス）標準ろうそくを規定しており、ドを測定する技術が進歩したことから、1979 年に、周イツでも独自に標準ろうそくが使われていた。その波数 540 × 1012Hz の単色放射を放出し、所定の方向

後ろうそくに変わって 1877 年にイギリスのハコート

におけるその放射強度が 1/638W/str である光源のそ（Harcaurt）により作られたペンタン（C5H12）ランプが、の方向における光度を 1 カンデラとする現在の定義に

1898 年にイギリスのガス灯の標準器として採用され変更されている。また、現在も明るさを測定する際のた。我国では明治 44 年（1911）に電気事業法施行細基準光源は白熱電球が使用されている。

則によってこのランプの 1/10 の明るさが単位燭とされ、電気試験所で燭の標準器「ハーコート 10 燭ペン

4.1.2 測光技術 1）

タン燈」を維持することになった。この燭は国際燭と一方、測光技術は 1725 年にフランスのピエール・

呼ばれイギリス、フランス、アメリカで国際比較を行

ブーゲ（Pierre Bouguer）が光の強さを測定したのがい決定した単位である。尚、ドイツでは独自に酢酸ア最初とされている。その測光方法は図 4.2 のような単ミールなどを燃料とするヘフネル灯（Hefner Lamp）

純な装置で、二つの光源を仕切りで隔離し各々の光源を基準にしていた。

で照射される位置に小さな穴を開け、油紙で塞ぎそのその後白熱電球の安定性が向上してペンタン灯で値

明るさを目で確認し、二つの穴の明るさが同じになる付けされた二次標準として電球が使用されるようにように光源の距離を変え、その距離により光源の明るなったが、ドイツのヘフネル灯を基準にする所もありさを求めるものである。1792 年にラムフォード（C.

統一性がとれていなかった。そこで新しい定義として

Rumford）が開発した図 4.3 に示す影を利用した光度1948 年の第 9 回国際度量衡総会（CGPM）で、1 気計は高い精度が得られたと言われている。

圧の圧力下での白金の凝固点温度（2042K）の黒体の1cm2 の光度の 1/60 が 1 カンデラと定義された。1 燭
は 1.0067 カンデラに相当する。この基準を元に各国の値を合わせるため国際比較が行われた。1965 年の測光諮問委員会では国際比較使用する電球の一つとして東京芝浦電気が開発製造した図 4.1 の M 字型光度
標準電球（10V15cd、2042K）が選定された。
この標準電球はアメリカ、
カナダ、
イギリス、
フランス、
ドイツなどに計百数十個輸出され、当時の日本の電球技

26

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

図 4.2 ピエール・ブーゲの測光法 2）

図 4.3 ラムフォードの測光器 2）

その後ブンゼン（R. Bunsen）により開発された図

図 4.6 1920 年頃の測光作業３）

4.4 のような光度計は我が国でも電球工場で 1920 年代まで使用されていた。原理は台の中心にある反射板に

その後、人間が目で見て明るさを比較する方法は作

映る影の濃さを比較して、測定電球の位置を動かし距

業性が悪いので、センサーを用いる方法が検討された。

離から明るさを測定するものである。

熱電堆（サーモパイル）やボロメーターは赤外線の感度が大きく使用出来なかったので、可視光領域に感度があるセレニウムの光導電性を利用した素子や光電効
果を利用した光電管が開発された。図 4.7 は GE で開発された光電管である。
これらのセンサーを用いた時問題になるのは、感度の波長依存性で電球の光はフィラメント温度により波長分布が変化するので目でみた明るさとセンサーの出力の相関性がずれることである。この問題を解決する
ため種々のフィルターを使った検討がなされたが、測光技術が完成したのは人間の目の分光感度（比視感度）

図 4.4 ブンゼンの測光器２）が決められてからである。
目の分光感度分布は 1888 年にラングレイ、1892 年

タングステンフィラメントが発明されてからはいろにケーニッヒがプリズムを用いて測定し、その結果をいろな形のフィラメント構造の電球が作られるように

ヌッティングが目の感度の波長分布（比視感度）としなり、電球の向きによる光度差が問題になり図 4.5 のてまとめている。静止状態での比視感度の測定は再現ような球形光束計が使われるようになった。内面を白性が低く誤差が多かったが、1893 年にルードにより色塗装（現在は硫酸バリウム）した球形グローブの開発されたフリッカー法により再現性の良いデータが中に電球（A）を入れ、小さな穴（B）から出る光をとれるようになった。これは色と明るさが違う光を交

標準電球の光と比較する方法で、比較は図 4.6 のよう互に点滅すると色は混合した色になりフリッカーは消に人間の目で行っていた。写真 4.6 は 1920 年頃の GE

えるが明るさが違うとフリッカーが消えないという目

での測光状況である。

の特性を利用したものである。図 4.8 は従来法とフリッ
カー法の精度差を示したものである。比視感度は個人差や人種による差があるので国際的にデータを採取し、1924 年に国際照明委員会（CIE）で標準比視感度曲線が決められた。この CIE のデータには宗正路のデータが東洋人としてただ一人採用されている。
なお、
現在は、1972 年に国際度量衡総会（CIPM）において勧告された図 4.9 のような比視感度曲線が使用されて

図 4.5 球形光束計

いる。

白熱電球の技術の系統化調査

27

らす努力が長年続けられて寿命のばらつきは大幅に改善されている。図 4.10 は 1950 年頃と 1980 年頃の電球の寿命分布の例である。このばらつき改善により短時間での断線が減り、平均寿命を短くして効率を高くすることが出来るので 1980 年頃の効率向上につながっている。尚、分布はガウス分布にほぼ一致している。

図 4.7 初期の光電管３）

図 4.10 電球の寿命分布の例 4）一般電球は他のランプに比べて効率と平均寿命に良い相関がある。基本構造や製造工程が同じ場合、平均
フリッカー法

従来の方法

図 4.8 フリッカー法での比視感度測定結果 1）

寿命はフィラメントの温度（あるいは効率）によって決まる。効率と寿命の関係は、ガス入りタングステ
ンフィラメントの場合ほぼ寿命∝（効率）—7 になる。
効率（フィラメント温度）は実績値をもとに設計で変更できるので、平均寿命も設計で決めることができる。
白熱電球が普及し始めた頃から、電球は明るさを提供する製品なので、使用者に電気料金と電球の価格を考慮して最も安価に明るさを提供すべきであるという考え方で寿命が決められている。この考え方はエジソンが実用電球を開発した当初から採用されており、一図 4.9

現在の比視感度曲線

般電球の開発は寿命ではなく効率向上の競争になっていた。尚、効率向上の方が有利になるのは電球の価格
が電力料金（電球の使用開始から寿命になるまでに使28

4.2 一般電球の寿命特性と効率（経済寿命）用した電気料金）に比べてかなり安価な場合である。

一般電球の寿命は通常はフィラメントが溶断するまので、寿命を長くすると電球の価格の分は減るが効率での時間である。理論的にはフィラメントが均一に蒸が下がるので電気料金が増える。寿命を短くした場合

発して細くなれば電気抵抗が増加し温度が低下するのは逆になるので、単位明るさの費用が最低になる寿命

で寿命は半永久的になるが、実際はフィラメントに温があることになる。この寿命は経済寿命と言われ、大度分布があり、さらに欠陥（不純物のやコイルのピッ

正 8 年の日本電気工芸委員会の電球標準仕様では真空チムラなど）による部分的温度上昇がある。この温度

電球の平均寿命を通常では 1600 時間（A 種）とし、が高い部分は蒸発量が多く、線径が細くなりより温度

電気料金が高い場合は 1000 時間（B 種）という値にが上昇してホットスポットが発生し溶断する。この欠決められていた。現在は昭和 25 年（1950）に JIS で

陥はいろいろな種類があり、又制御が難しいものが多一般電球は 1000 時間に決められている。なお、寿命いので電球の寿命にはばらつきが発生する。タングスは図 4.11 のように点灯電圧で大きく変化するので、テン線の製造工程やコイル製造工程の改善で欠陥を減

実際の使用条件ではかなりばらついている。

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

単位明るさにかかる費用は電気料金と電球の価格な寿命や明るさの特性以外の寸法、形状についても、器具（ソケット）に取り付けて使用されるため、電球メーカー間での互換性が重要で、口金、フィラメント
位置、バルブ形状など早くから JIS 化されている。
引用文献
1） W . E . B a r r o w s “ L i g h t , P h o t o m e t r y a n dIllumination" McGraw-Hill Book Co.（1912）
2） J. Z. Buchwald, Alan Franklin“Wrong for theright reasons" Springer p.164（2005）
図 4.11 電球の点灯電圧と寿命、明るさの関係

3） J. W. Howell & H. Schroeder「The History of
the Incandescent Lamp」The Maqua company,
p.198（1927）
4） 柏木 秀一 ：「電球の製作技術」日本電球工業会
P.149（1973）

白熱電球の技術の系統化調査

29

5 我が国の電球産業の変遷
は半分程度で、輸送中の断線も多かった。また当時の5.1 基礎確立時代

送電は夜間のみであったため、排気やフラッシングのよ

我国で電灯が使われたのは明治 11 年（1878）3 月

一日 10 個から 15 個で 1 ヶ月平均 300 個程度であった。

25 日で、工部大学校のホールで開催された祝宴で教販売先は東京電灯で、電灯取り付け数は明治 24 年

師のエアトン（W. R. Ayrton）と生徒の藤岡市助らにには 10036 台になっていたが、当時使用されていた欧よってアーク灯が点灯されたのが最初である。電源は米の輸入電球と比べて、新規参入の白熱舎の電球は品

グローブ電池でフランス製のアーク灯を点灯したが、質と価格に大きな問題があった。

うな電気が必要な工程は夜間にしかできず、生産能力は

点灯時間は 15 分程度であったと言われている。白熱白熱舎の電球の価格は明治 24 年 1 月の時点で電球は明治 17 年（1884）に上野駅の鉄道開通式で 24個が点灯されたのが最初である。
白熱電球の製造は明治 23 年 *（1890）に、東京電1個

8〜16燭光24燭光

32〜50燭光

80銭

1円

1円25銭

灯会社（現在の東京電力）から独立して設立された電球製造会社の白熱舎で藤岡市助らによる 12 個の電球の試作成功から始まっている。製造開始した当時は親であったが、輸入電球の 24 燭光 1 個 40 銭〜 50 銭に比べて高価で、品質クレームも多かった。1）

会社の東京電灯会社の他に神戸電灯（明治 21 年）に

当時の電気料金は定額電灯の場合、

大阪電灯（明治 22 年）、品川、横浜、深川（明治 23 年）

半夜灯（日暮れから 12 時頃）はなどの電灯会社が開業し、これらの会社はすべて欧米から輸入した電球を使用していた。欧米ではカーボン

8燭光

1ヶ月

85銭

電球は技術的に完成し、量産が行われており、新規参

10燭光

1ヶ月

1円

入の白熱舎は品質と価格で大変苦労することになる。

16燭光

1ヶ月

1円50銭

2）

その状況を東京電気株式会社五十年史 、日本電球工業史 1）から要約して紹介する。
白熱舎を設立する前の明治 22 年 *（1889）に藤岡

終夜灯（日暮れから夜明け：門燈など）は

市助は東京電灯会社内で、イギリスから購入した製造

8燭光

1ヶ月

1円50銭

設備（水銀ポンプ、光度計、フラッシング・テーブル、

10燭光

1ヶ月

1円70銭

セルローズ製造用器具、ダイス、マッフル炉など）を

16燭光

1ヶ月

2円50銭

使用して試作を開始している。藤岡の他 2 名とガラス
職工 1 名で試作の開始をしたが、当時のガラス職工はとされていた。

バーナーによるガラス加工をしたことがなく、購入し点灯器具としては図 5.1 のようなペンダントが 1 ヶた設備の解説書も無く、試作に必要な薬品、諸材料の月 10 銭で貸し出されていた。

入手に苦労する状態であった。白熱舎を設立してからも当初は試作の繰り返しで、購入したフィラメントの製造器具が、スワンの開発した綿糸をニトロセルロー
スにしてから炭化する複雑な方法に使用するものであったため、使用可能なフィラメントを作ることが出来なかった。その後、米国では日本の竹を使用しているとの情報を得て、竹を細く削って炭化することにより良好なフィラメントが得られ、明治 23 年（1890）8
月 12 日に初めて点灯出来る電球が 12 個完成した。しかしこの電球は 2 時間程度で断線してしまう試作品レベルであった。その後、排気方法などの改善を行い実用レベルの電球が得られるようになったが、歩留まり

30

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

図 5.1 コード・ペンダント 1）

また、電球はガラス球が壊れずに切れた場合は無料交換するが、過失により破損した場合エジソン球は 1円 20 銭で新球と交換するなどとなっていた。当時の1 円は現在の 1 万円以上に当たると言われているので、電球による照明はかなりの贅沢品であった。
その後、白熱舎は、機械ポンプの追加による排気の改良や竹フィラメントの炭化温度の高温化などにより品質改善を行い、発電機の設置など設備拡張と従業員を 30 名に増員して明治 26 年には月産 2500 個程度ま
図 5.3 藤岡式電球		

で生産能力を上げた。明治 27,28 年の好景気で電灯会

東芝ライテック（株）所有社が増えて需要も増えてきたので、会社を株式会社にして、社名を明治 29 年に東京白熱電灯球製造株式

しかし安価な海外製の電球の輸入増加により在庫が会社、明治 32 年（1899）に東京電気株式会社にした。

増え、明治 34 年（1901）頃には減産する状況になっ製造技術も向上して白熱舎時代に失敗した木綿からのた。特にドイツ製の電球が一個 17,8 銭という戦略価

フィラメント製造も明治 32 年に可能になり、1 日で格で販売を行ったので、東京電気ではさらに製造原価

800 〜 1000 個製造できるようになった。

低減が必要になり、対策として口金とガラスバルブのまた明治 33 年初頭には新製品として反射鏡付電内製化を行った。当時口金は輸入電球の回収品か町工

球、藤岡式電球（明るさ切り替え式）、着色電球が発場で少量生産したものを使用していたが、回収品は品売された。このうち藤岡式電球は明治 27 年に特許提質が悪く、購入品は少量生産品のため高価であったの案されており、2 種類のフィラメントをバルブ内に入で口金製造機械を購入し内製化を行った。ガラスバル

れ、ソケットのスイッチで明るさを切り替えるものでブも購入品を使用していたが、内製の準備を行いながある。図 5.2 に特許の図と図 5.3 に現物の写真を示す。

ら、ガラスの材料をソーダガラスから加工性の良い鉛

輸入電球に対抗するための技術力向上の努力と同時にガラスに変更した。

新製品の開発も行っていたことは特筆に値する。

これらの原価低減の努力を行っても経営は苦しく明
治 36、37 年は月の収入 2500 円に対し支出 3500 円のような赤字経営が続き、経営が成り立たなくなり、明治 38 年（1905）に GE の資金と技術援助を受けることになった。
なお、現在世界最大のランプメーカーであるオラン
ダのフィリップス社も 1891 年にカーボン電球の製造会社として創立されている。白熱舎と同様に月 1000個程度生産する小さな工場でスタートしているが 1899
年には年間 180 万個生産するようになっている。この
成長は経営者の営業努力によると言われているが、白熱舎との違いはヨーロッパには周辺に多くの電球製造に関係する基礎技術があり、我が国には近くに無かったという地理的要因も大きかったと考えられる。
（* 明治 22 年という説もある： 深津正、電球工業
会報 No.455 P.43（2003））

5.2 電球産業の確立

3）

GE の系列会社になった東京電気は日露戦争後の景気回復により急激に業績が向上し、明治 39 年（1906）には日産 2500 個と生産数が大きく増加し、その後も
図 5.2 藤岡式電球の特許の図2）

図 5.4 のように生産数は急激に伸びた。明治 38 年か

白熱電球の技術の系統化調査

31

らはガラスバルブの内製化を開始し、それまで輸入品化の検討が進められ翌年には生産が開始されている。

が使用されていたソケットの製造も開始した。

1913 年に GE のラングミュアーによりガス入り電球が発明され、大正 3 年（1914）に東京電気からも発売された。発売当初は 1500W や 1000W などの大ワットのガス入り電球のみであったが、バルブ形状を球形から長丸形に変更して低ワットのガス入り電球が発売された。東京電気ではこのガス入り電球を GE と同様に
マツダ C 電球、真空電球をマツダ B 電球、押し出し
タングステン電球をマツダ A 電球と名付けて販売した。
当時電球は主に電灯会社が購入し、使用者に貸し出す方式が取れられていたので、このタングステン電球
は従量制（使用電気量に対して電気代金を徴収する方式）では電灯会社の収入減に繋がり、定額制（取り付

図 5.4 明治末期の生産数変化

3）

けた電球の数で定額の料金を徴収する方式）では使用
者から使用電気料が減るのに料金が減らないという不製品のマークとして明治 39（1906）年から図 5.5 の満がおきたので、東京電気では一般小売を増やすため

GE のマーク①を採用し、大正 14 年（1925）にマツの営業強化を行った。また電灯会社と共同で電球の使

ダマーク②になるまで使用された。

用数を増やす「増灯運動」やより明るい電球にする「高このマツダマークは 1909 年に GE がゾロアスター教

燭勧誘運動」を展開した。当時一般的に使用されての光の神のアウラ・マツダの名前にちなんで MAZDA

いた電球は 10 〜 16 燭光（現在の蛍光ランプでは 4 〜をトレードマークとして採用し、その後 GE と技術提6WW 程度の明るさ）で、欧米に比べてもかなり暗かっ携している電球メーカーが使用したものである。

た。その後電灯会社の定額料金も値下げされ、タング
ステン電球が普及した。なお、定額制電灯はかなり長く続き、従量制が 50％を超えるのは昭和 10 年頃である。
各電球の生産数の変化を図 5.6 に示す。タングステ
ン電球の登場により急激に生産数が増えている。

①②

図 5.5 東京電気製電球のマーク

1904 年に押し出しタングステンが発明され、東京電気では GE から技術導入し明治 42 年（1909）から
押し出しタングステン電球の製造を開始した。この電球は効率が良く明るい電球であったが、フィラメント
が大変もろく輸送中や使用時の断線が多く、また価格
がカーボン電球に比べて十倍以上と高価であったた
め、販売数は少なかった。1910 年に GE で線引きタ
ングステンが開発され、東京電気では翌年の明治 44

図 5.6 カーボン電球とタングステン真空電球とガス入りの生産数 3)年（1911）から線引きタングステン電球の生産を始め32た。タングステン電球はカーボン電球に比べてかな

我が国の電灯の普及率は明治 40 年（1907）には 2.3％

り高価であったが、効率が 2.3 〜 2.4 倍と高く性能がであったが、大正 5 年（1916）に 37.4％になり、昭優れていたので明治 44 年頃から急速に普及した。当和 10 年（1935）に 89％になっている 4）。この 89％の時のタングステンフィラメントは GE からの購入品で普及率は当時の米国（68％）や英国（44％）に比べてあったが、大正 4 年（1915）から東京電気内での内製もかなり高く、我が国が新しい技術を素早く導入でき

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

る特性を持っていることを示している。尚、定額制の芝浦電気株式会社になっている。

家が多かったこともあり、一戸当たりの灯数は 1 個が50.6％（2 個は 25.7％）で、当時の一般家庭では電球による照明は贅沢品であったようである。

5.4 電球の輸出

5）

我が国の電球輸出は明治 32 年（1899）から明治 33

5.3 電球企業の創設と組織化

年（1900）に東京電気がマニラ、シンガポール、上海

明治 37 年（1904）頃までは東京電気が国内唯一のまったのは第一次大戦時（大正 3 年）のロシアからの電球メーカーであったが、明治 37 年に大阪に錦商会

軍事用豆電球の注文への対応からである。その後 GE（後の大阪電球株式会社）、明治 39 年に日本電球製作のタングステン電球の特許やガス入り電球の特許の期所（43 年に日本電球株式会社）、明治 41 年に東京に限が終了したこともあり急激に増加した。輸出先は米

東京電球製作所など電球製造会社が多数創設された。

国、英国、中華民国などが主であったが昭和 10 年頃

これらの会社はタングステン電球の出現により特許問には 50 ヶ国以上に広がっていた。図 5.8 に昭和初期

題などの制約が生じ、東京電気との統合が行われた。

からの輸出電球の数量変化を示す。主な電球の種類は

第一次大戦の勃発による交戦国からの軍需品の注文

小形電球の装飾用や懐中電灯用が主で一般電球も輸出増加と国内電灯の普及により大正 3 年（1914）からされた。これらは町球と呼ばれた零細企業で生産され、13 年（1924）の間に 45 社の電球製造会社が全国各地

当時町球企業は東京品川地区を中心に 1000 から 3000に設立されたが、一部は東京電気に吸収合併された（例社あったとされている。

などに輸出したのが最初であるが、大量の輸出が始

えば小倉市の大正電球）。このように東京電気が GEからの高い技術と企業の吸収合併により市場を支配したため、対立する国内電球業者の組織化が進み、関東
では東京標準電球工業組合、関西では関西標準電球工業組合が組織された。また後述するように電球輸出の急増に伴い東京輸出電球工業組合、大阪輸出電球工業組合が結成された。これらの 4 組織は昭和 6 年（1931）に日本電球工業組合連合会として結集する。ちなみに
この結集をまとめた東電電球は東京電灯が作った会社である。連合会と東京電気は対立を避けるため協定を

図 5.8結び昭和 9 年（1934）に調印が行われた。連合会側は会員の 13 社がまとまって共同販売会社の東西電球会社を設立し、価格などのカルテルを結び、図 5.7 のようなトウマークを商標とした。

輸出用電球の生産数（1）の史料より作成）

これらの輸出は第二次大戦の始まりとともに減少したが、大戦後は欧米向けの図 5.9 のようなクリスマス
ツリー用電球が急増し、昭和 46 年（1971）頃まで大量に輸出された。図 5.10 は当時の製造の様子である。
これらの輸出電球の急増は輸出先の各国で問題となり、ダンピング防止法の適用、輸入関税の引き上げ、特許提訴などが行われた。その対策として国内では生産調整や品質向上のため工業会による品質検査が行わ

図 5.7 東西電球会社の製品マーク

れた。

東京電気と東西電球の契約時の販売比率は東京電気
60％強、東西電気 40％弱と設定された。
東京電気は昭和 7 年に GE が株の一部を日本企業に売却し、GE の出資比率が過半数以下になったので正式に日本企業にもどり、昭和 14 年（1939）には重電会社の芝浦製作所と合併し、総合電機メーカーの東京

図 5.9 クリスマス電球の例

白熱電球の技術の系統化調査

33

PPM で管理するまでになっている。我が国の製造現場の強さを示す例である。

ウエッジベース電球

図 5.10 小
 形電球の製造状（品川歴史館資料より）

これらの輸出電球は図 5.11 のような組織で生産されており、問屋が輸入業者から注文を受け、コイル、口金などの材料を下請け業者に渡し、製品を集めて輸入業者に納入する流れであった。

自動車用パネル

図 5.12 ウエッジベース電球とパネル

図 5.11 輸出用電球の生産組織 4）

輸出用小形電球は人件費の安い零細企業で生産されており、低価格が強みで、当時の米国製に比べて 1/3

図 5.13 小形と一般電球の生産数( 電球工業会報資料より作成 )程度の価格であった。
昭和 30 年頃からの高度成長で人件費が上昇し、台湾、韓国、香港などとの価格競争に勝てなくなり輸出が減少し、競争力を高めるため製造工場を中心地で34

平成 5 年（1993）頃から LED 電球が登場し、この自動車用小型電球も生産数が急激に減少している。

あった品川区から秋田県など地方に移転して対抗した

一般照明用電球については第二次世界大戦後も東が成功せず、生産数は昭和 46 年頃から大きく減少し

京電気が国内最大のメーカーであったが、昭和 11 年た。

（1936）から一般電球を製造していた松下電器が昭和

一方、昭和 46 年頃（1971）から図 5.13 に示すよう

27 年（1952）にオランダのフィリップス社から技術に自動車用電球が増加し輸出も増えている。この自動を導入し、大きくシェアーを拡大し東芝と並ぶ電球

車用電球は主に図 5.12 に示すようなウエッジベース

メーカーになっており、日立製作所、三菱電機などのと呼ばれるパネル表示用の小型電球が主体で、製品の大手電機メーカーも白熱電球の製造販売を行うように強さは品質の高さであった。国内大手自動車メーカーなった。

の高い品質要求に対し、品質改善に努力を続けて、世

しかし、国内生産数は昭和 30 年（1955）頃から蛍

界最高の品質レベルに到達し、最終的には不良率を光ランプが一般家庭に急速に普及してきたため、ほぼ白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March一定の生産で推移している。近年になって電球形蛍光ランプの形状や効率以外の特性が電球に近くなり置き換えが進み、生産数が減少している。さらに環境問題の対策として白熱電球の生産中止が世界的に進んでおり、我が国でも最大メーカーであった東芝が 2010 年
一般電球の生産を中止した。

2） 東京芝浦電気株式会社「東京電気株式会社五十年史」（1940）
3） 東京芝浦電気株式会社編「東京芝浦電気株式会
社八十五年史」（1963）
4） 栗原 東洋：「現代日本産業発達史Ⅲ電力」, 現代
日本産業発達史研究会 , P.181（1964）
5） 瀧 谷 善 一 編「 輸 出 雑 貨 工 業 論 」 有 斐 閣 P.219

引用文献（1942）

1） 日本電球工業会「日本電球工業史」（1963）

白熱電球の技術の系統化調査

35

6 量産技術
一般電球は 1930 年頃に基本的技術がほぼ完成しており、製品構造が簡単で付加価値を付けるなどの製品開発を行って販売量を増やすことが難しく、大手メー
カーでは大量生産による製造原価の削減と品質向上に注力するようになった。そのためのガラスバルブなどの部材を含め量産設備の開発が継続して行われた。
白熱電球の製造法は現在でも、手作業によるものか
ら一秒一個生産する機械による大量生産まで種々存在する。製造技術はメーカー毎に開発されており、各社の knowhow となっているのでこの章では GE で開発された技術と、それを元に開発された東京芝浦電気での一般電球に関する技術を中心に製造技術の変遷につ

図 6.2 ステム封止電球 1)

いて述べる。
電球の製造は先ず導入線を封着したステムを製造

6.1 電球製造技術し、それにフィラメントルを取り付け、ガラスバルブ

1）,2）と溶着した後、排気を行い、ガスを封入して排気管をエジソンが電球の開発を始めた当初はガラスに固定

チップオフし、口金を付けて完成する。

した導入線にフィラメントを取り付けた部品（ステ初期のステムは図 6.3 のようにガラス管の中央部にム）とガラスバルブをゴム栓のようなもので固定し膨らみを作ってこの部分とガラスバルブを溶着し、余て、フィラメントが切れたらステム部分を交換できる分な部分をカットする方法がとれられていた。その後

図 6.1 のようなものを検討していた。しかし、この方1893 年に図 6.4 に示す端部をフレアー（つば）状に加式では真空度の確保がうまくいかなかったので、ステ工してバルブに封着する方法が開発され生産性がよく

ムとガラスバルブの端部を溶融して一体化する図 6.2なり、クラック発生も減少した。

の方法に変更した。フィラメントが切れたら電球を破棄することになるので、エジソンが“私はフィラメン
トが断線したら捨てても良いような寿命が長く安価な電球を作りたい”と言ったと伝えられている。

図 6.3 初期のステム 2)

図 6.4 フレアーステム 2)1901 年にハウエル（J. W. Howell）とバロース（W.
R. Burrows）によって図 6.5 に示すようなステム製造
機械が開発され、手作業が機械化された。この機械は
図 6.1 エジソンのゴム栓電球

36

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March1）

フレアー付きのガラス管をヘッドに差し込み、中に 2

本の導入線を入れ、三か所のバーナーで加熱し、端部を平らに加工するようになっていた。それまで熟練工
2 〜 3 名で行っていた作業を非熟練工 1 名で行えるもので、現在使用されているステムマシンと基本的によく似たものである。

図 6.7 現在のステム

初期のガラスバルブとコイルを取り付けたステムの封止加工は工具を使った手作業で行われていた。1895
年に GE で図 6.8 のような 4 ヘッドの封止マシンが開発された。この機械はバルブ内にステム設置し、回転させながらバーナーで加熱封止するもので、現在のものとほぼ同じ機構である。この機械により非熟練工 1
図 6.5 初期のステムマシン 2)

名で一日 600 個生産することが可能になった。

1919 年には GE のミッチェル（Mitchell）とホワイ
ト（White）によりステム内に排気管を設置して排気する方法が開発された。
この発明によりガラスバルブ先端にあったチップが無くなり排気管を付ける作業も不要になったので、品質と同時にバルブ生産性も大きく向上した。製造方法
は図 6.6 のように排気管を導入線の入ったステムガラ
ス管内に入れ、両者を同時に加熱して溶着加工し、溶着部のガラスが柔らかい間に排気管に空気を吹き込み

図 6.8 ４ヘッド封止マシン 15)

ステム先端部分に排気用の穴をあけるものである。こ

第一次世界大戦前までは電球の製造プロセスはステの方法は我国でも大正 14 年（1925）から採用され、ム製造、コイル継線、封止・排気、口金付けの各工程

現在の電球ステムの標準的製法となっている。現在のに分けられており、工程の速度差のため仕掛品が多く、ステムの例を図 6.7 に示す。

また広い場所が必要であった。第一次大戦後 GE のバ
ロースにより各機械の速度を合わせるなどの工夫が行
われ、ユニットマシンと呼ばれるアンカー巻きつけ機、封止マシン、排気マシン、口金付け機、フラッシング
機を同一テーブルに設置した機械が開発された。図 6.9に外観を示す。

図 6.6 ステムの製法

図 6.9 ユニットマシン 2)

白熱電球の技術の系統化調査

37

この機械では各工程で部品が回転しながら加工され、排気マシンの中心にはセンターバルブと呼ばれる
回転機械用の真空部品が使用されている。これは図6.10 に示すように表面を研磨した円盤に同心円に穴を開けたものを 2 つ重ねて、回転により繋がる穴が順次切り替わるようにしたものである。上下のディスクの間には薄い油の膜があり真空が保たれるようになっている。このセンターバルブは図 6.11 のように排気マ
シンの中心に取り付けられ、下方盤の穴は図のように排気ポンプや封入ガス管に繋がっており、上方盤は電球の排気管が挿入される排気ヘッドに繋がっている。

図 6.12 排気マシンの配管の例 3）

6.2 我国の電球量産技術
我が国の電球製造も初期にはすべて工具を使用した手作業で行われていたが、生産数が増えるに従い、機械を導入し、工場的生産方式になった。最初に工程毎に分業するデパートメント方式が採用され、次に電球の品種毎にグループを形成し製品の流れを良くしたグ
ループ生産方式になっていった。この方式は自動排気

図 6.10 センターバルブ構造図 3）機械が開発されたことにより可能になった。その後、
大正 13 年（1924）に GE 社よりステム製造機械とその後の工程を一台の機械にまとめたユニットマシンが輸入され、高速で品質の安定した電球を製造できるユ
ニットシステムで生産されるようになった。東京電気ではこの GE ユニットマシンは同じものを約 20 台製
作し、小倉、大阪、川崎の工場に設置して、昭和 20年代まで使用していた。その後、この GE ユニットマシンを元により高速の機械が開発され、各地の工場で使用された。昭和 43 年に一般電球の製造が小倉工場に集約され、より高速の機械が開発設置されている。
これらの電球量産技術開発の経緯を、国内最大の電球

図 6.11 排気マシンのセンターバルブの組み込み図3)

工場であった東京電気の北九州小倉工場の歴史に従って説明する。

図 6.12 に排気マシンの配管例を示す。排気動作は①の所で電球が挿入され、回転に従い、電球のリーク

6.2.1 東京電気北九州小倉工場 4）,5）

チェックが行われたのち、加熱されながら排気が行わ

小倉工場の元は大正 5 年（1916）に創立された大正れる。この図の例では⑥と⑨の所で窒素を入れ再び排電球株式会社である。この会社は北九州地区と山口県気するという入りウオッシング工程が入っている。後にあった電気事業会社（九州電灯鉄道、
九州水力電気、半で高真空にした後、アルゴンが封入され、チップオ

九州電気軌道、鹿児島電気、山陽電気株式会社など）フされる。

が出資して、電球の内製化を目的として設立された。
工場の場所は小倉市室町 65 番地で従業員は約 80 名の規模であった。製造技術についてはドイツの AEG 社の技術を導入していた大阪電球の支援を受け、京都大学の青柳教授の技術指導も受けていた。当時は国産推奨運動が盛り上がっており、GE の支援を受けていた

38

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

東京電気のマツダランプに対抗するために年間生産数
50 万個を目標に、桜マークの真空電球の生産を開始した。
大正 7 年（1918）
頃には月産 3 〜 5 万個の生産を行っていたが、不良品が多く価格も高かったので売れ行きが伸びず在庫が増えて経営不振に陥り、東京電気の援助を受けて製造を行うことになった。大正 9 年（1920）には東京電気の経営になり、東京電気小倉工場としてマツダランプの生産を開始した。当時はガラスバル
ブも図 6.13 のように手吹き作業であったが、日産約 7千個の生産数で、大正 12 年（1923）の関東大震災の図 6.14 小倉工場のユニットマシンの設置状況 4）時には九州、
中国地方向けをすべて小倉工場で生産し、日産 2 万個まで増産が行われた。

図 6.13 ガラスバルブの手吹き作業現場（小倉工場）４）

増産に伴い工場拡張が必要になり、
昭和 2 年（1927）

図 6.15 TE ユニットマシン 5）に下到津にあった魔法瓶会社の跡地を購入し、工場移昭和 28 年（1953）に大水害に見舞われ、それを契転を行った。新工場には GE 社で開発されたユニット

機に建屋が新設され、昭和 32 年（1957）頃から自社マシンが図 6.14 のように 10 台設置された。このマシ開発のハイスピードマシンと呼ばれる一個 2 〜 3 秒でンは東京電気ではエジソンの名前をとってエジソンマ生産できる機械が図 6.17 のように 12 台導入された。

シンと呼ばれ、真空電球一個を 13 秒程度で生産でき

これにより生産数は月 350 万個になった。このハイスる機械であった。同時にガラス工場も新設されたが、ピードマシンは図 6.16 のようなレイアウトで、封止川崎にアイバンホーマシンが設置され量産化が進んだ機と排気機が一つの台に設置され、ステムにマウントので、このガラス工場は一時廃止された。その後昭和

マシンでコイルを取り付けたマウントとバルブを封止

17 年（1942）に小倉工場にアイバンホーマシンとタし、排気後口金付けの機械に送るものである。その後

ンク窯、ドーソン式ガス発生炉が設置されバルブ製造

フィラメント供給の自動化、マウントマシンの連結やも行われるようになった。
（アイバンホーマシンにつ手作業で行われていた口金付けでの外部導入線伸ばし

いてはガラスバルブの章で説明する）の機械化などの改良が行われ、当初図 6.16（a）に示

昭和 5 年（1930）からはフロスト作業も行うようになった。

すレイアウトのように一台の機械を 12 〜 13 名で担当していたが、最終的には 6.16（b）のように 4 〜 5 名

昭和 10 年頃よりエジソンユニットマシンを元に自で生産出来るようになった。これらの改良は製造現場社で改良した真空電球とガス入り電球の兼用 TE ユ

で定期修理時に行われ、次の量産機開発の技術に繋ニットマシンが設置された。この機械は図 6.15 に示がっている。このハイスピードマシンはインド、イン

すような外観で、アンカー取り付け機と 9 ヘッドの封ドネシア、台湾や韓国など海外へも輸出された。

止機と 18 ヘッドの排気機が一つにまとめられており、その後、海外で一個 1.2 秒の機械が開発され、国内電球一個を 6 秒で生産できる能力であった。この機械でも一個 1.8 秒の輸入機械が稼働しているとの情報がの導入により工場の生産数は倍増した。

あり、より高速のマシンの開発が進められた。

白熱電球の技術の系統化調査

39

(a)

図 6.17 ハイスピードマシン 12 台の稼働状況

排気機は 2 × 24 ヘッドで構成されていた。口金付け
機はチェーンコンベア方式が採用された。この機械はアメリカ、東ドイツなどに輸出されたことからも判るように当時の最先端の機械であった。外観を図 6.19に示す。
この機械の設置により生産数は年間 7000 万個になっている。当時の工場の外観を図 6.21 に示す。
表 6.1 に小倉工場に設置された電球製造マシンの概(b)

図 6.16 ハ イスピードマシンの設置と作業員の配置図要をまとめて示す。
小倉工場では昭和 32 年（1957）から導入線の製造も行っており、電球用以外のダイオード用も含めて多昭和 45 年（1970）には 1 秒一個の世界トップクラ

いときには年間 20 億本が生産されていた。

スの超高速マシン（G マシン）が完成し、3 台が小倉

小倉工場は半導体製造が増加したことと、電球の市工場に設置された。この機械は図 6.18 に示すレイア

場変化による採算性の悪化で小倉工場の位置による物

ウトのような機械で、高速で動かすため継線機械以外

流コストが問題になり、電球生産を日本の中心に近いはダブルインデックス方式で封止機は 2 × 18 ヘッド、

栃木県鹿沼に移転することになった。昭和 58 年
（1983）

図 6.18 超高速マシンのレイアウト 5）40

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に小倉工場での生産が終了し、超高速マシンは鹿沼工スになった背景には、国内の大手電気メーカー数社が場に移設され平成 20 年に一般電球生産が中止される

電球製造を行っており、競争が激しかったことと、消まで稼働していた。小倉工場の生産終了までの電球、費者の製品に対する要求レベルが高かったことがあ

導入線の生産数を図 6.21 と 6.22 に示す。

る。米国などでは電球は 6 個や 12 個単位で購入されることが多いと言われているのに対し、我が国では 1

6.2.2

電球量産技術の特長

個か 2 個を購入することが多く、不良品の混入の影響

ほぼ半世紀にわたる電球の量産技術は原価低減と品が大きく、きずや汚れなどの外観についても他の電気質向上を目的として行われている。白熱電球は簡単な製品と同様に厳しい見方をされている。これらの要求構造でコイル、バルブなどの部品が入手出来れば人件を満たすため製造機械には種々の改良がされた。

費の安い小さな企業でも製造可能なので、大手企業で電球は構造が単純なので加工工程は少ないが、ガラは対抗上少ない人員で高速で量産できる機械の開発に

ス加工と真空排気があり、機械設計開発には長年の注力した。我が国の電球量産機械が世界のトップクラ

knowhow の積み重ねによって行われている。

図 6.19 超高速マシンの外観 5）図 6.21 北九州小倉工場での電球生産数

図 6.20 昭和４８年頃の小倉工場 4）
表 6.1

図 6.22 北九州小倉工場での導入線の生産数

小倉工場に設置された電球製造マシン

白熱電球の技術の系統化調査

41

製造機械の設計での課題は内では真鍮に比べて安っぽく見えるという意見が強①

ガラスの材質が軟質ガラスなので歪を残さない

く、また性能的に腐食しやすい、半田付けが難しいな加工であること。				

どの問題があったのですぐにアルミニウム化は行われ（電球は頭上で使用されることが多いので使用なかった。アルミニウム素材の改良などを行い昭和

中の割れは大きな問題になる）

31 年（1956）に一部がアルミニウム口金になり、昭ガラスバルブ内の残留空気や点灯中に使用部材

和 39 年（1964）に全面的にアルミニウムに変更され、から放出される水分などを出来るだけ短時間で現在の口金になった。小倉工場では昭和 36 年から口除去できること。

金を製造するようになり昭和 48 年には月産 1200 万個

製品価格が安いので、単価の低いばらつきのあるの生産数に増加した。図 6.23 は小倉工場の口金製造部材も使用出来るように機械に余裕があること。

マシンで、図 6.24 は生産数の変化である。

②③④

バーナーや加熱炉の熱で機械が膨張するので、調整可能であること。				
（大きい所では数ミリメーター変化する）などである。
これらの課題の対策案は大部分製造現場での機械の改造で得られており、電球量産機が海外に輸出できる世界トップレベルになった背景には製造現場のレベルの高さも一つの要因である。
約半世紀に亙って開発された電球量産技術は他の分野に応用されており、例えば薬品業界ではアンプル管の製造にほぼ同じ機構が使われている。電球製造機械の間欠動作の機構は移動時間が短く停止位置精度が高いので、それ自体をインデックステーブルという装置にしていろいろな業界に販売されている。
6.2.3

図 6.23 口金製造機械（小倉工場）6）

口金の製造

我が国の電球口金は白熱舎による電球製造が始まった当初（明治 23 年）は、主に断線した輸入電球から回収した口金を再生して使用していた。輸入電球にはエジソン形とスワン形の口金があったが、明治 34 年
（1901）に東京電気が米国から口金製造設備を輸入し、自社でエジソン口金を製造するようになったので国産
電球はエジソン形が主流になった。
当時回収口金を再生する会社が数社あり、一部の会社では後に口金を製造するようになった。なお、断線

図 6.24 北九州工場の口金の生産数４）電球からの口金の再生は導入線が白金でガラスも回収

42

して販売出来たので経営が成り立っていた。東京電気

口金の接着剤は最初石膏であったが接着強度を上げの口金は、当初は社内向けのみであったが量産化が進るためシェラック（天然樹脂）やポートランドセメン

み、後に外販するようになった。

トが使用されるようになった。ガス入り電球になって口金の材料は真鍮が使われていたが、昭和 14 年

から口金の温度が高くなったので耐熱性が必要になり（1939）に真鍮が軍需資材になり使用が禁止されたのフェノール樹脂系の接着剤に変更された。フェノール

で、亜鉛メッキの鉄製口金が製造された。この口金

樹脂は熱硬化形なので加熱状態は現在もマラカイトグ

は酸化などの問題があり再び真鍮に戻っている。昭リーンと呼ばれる色素を混合し、その色の変化で管理

和 25 年（1950）に始まった朝鮮動乱の影響で銅が不されている。口金の接着剤は付着力が不足すると電球足してきたのでアルミニウムへの切り替えが検討され使用時に安全上の問題が発生するので、耐熱性向上のた。当時米国ではアルミ口金が使用されていたが、国改良は継続して行われた。

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6.3 真空ポンプ
真空ポンプはその能力が電球の性能と生産速度を決定するので、電球製造機械で最も重要な装置の一つである。残存酸素や水分は電球の寿命とバルブの黒化に大きく影響するので、到達真空度が高く、排気量の大きいポンプが必要である。初期の電球開発は真空ポンプの発達により開発が進んでいる。
6.3.1

図 6.26 ガイスラーポンプの原理

真空ポンプの発達

エジソンが白熱電球の開発を行っていた時代はガイ
スラー水銀ポンプとスプレンゲル水銀ポンプの他、補助ポンプとして往復動作式機械ポンプが使用されていた。
ガイスラー水銀ポンプは 1855 年にガイスラー（H.
Geissler）により発明された図 6.25 のようなガラスで作られたポンプで、原理を図 6.26 に示す。排気する電球を配管 D に取り付け、コック C を図のように E に繋がる状態にしておき水銀が入った容器 A を持ちあげ、B の部分を水銀で満たした後、コック C を配管

図 6.27 スインバーン式ポンプ 8)

D につながる位置に回転し、A を下げることにより Dから電球の空気を抜きとる。次にコック C を図の位置

スプレンゲルポンプは 1865 年にスプレンゲル（H.

に戻して再び A を上げ B に入った空気を E から外にSprengel）によって発明された図 6.28 のようなポン

出し一回の排気を完了する。この操作を繰り返して排プである。原理は図 6.29 に示すように単純でガラス-3気を行うものである。到達真空度は 10 mmHg 程度の管に上にある容器 A から水銀を注入し、排気する電高い値が得られるが、水銀は比重が大きく重いので（1

球に繋がれた枝管 C から空気を吸い込んで、下の水リッターで 13.5kg）上下動作に労力が必要で、コック

銀溜めに流れ出るようにしたものである。このポンプの切り替えも煩雑であった。その後改良が行われ、図はガイスラーポンプのように水銀の上下運動や煩雑な6.27 のようなスインバーン式ポンプと呼ばれる改良形

コック切り替えがなく、比較的作業性の良いポンプでのポンプが開発された。このポンプは機械式補助ポンある。図 6.30 は有名なエジソンが初めて電球点灯にプを使って水銀の上下動作を不要にしたもので、白熱成功した時を描いた絵であるが、スプレンゲルポンプ

舎で初めて電球が作られた時に使用されている。

を使用し、台に上がっている人物が水銀を注いでいる
様子がわかる。尚、エジソンは中央でポケットに手を入れている人物である。

図 6.25 ガイスラーポンプ 7)

図 6.28 スプレンゲルポンプ 7)

白熱電球の技術の系統化調査

43

図 6.29 原理図

図 6.32 鉄製スプレンゲルポンプ 8)

これらの水銀ポンプは排気速度が遅く、一個の電球を排気するのに 30 分以上かかっていたので、1893 年のマリグナニによる燐ゲッターの発明とゲーデ（W.
Gaede）の機械式ポンプの発明により使用されなくなった。
機械式ポンプの歴史は古く 1640 年頃にゲーリック（O. Guericke）が発明した手動式のポンプが最初とさ
図 6.30 エジソンの電球発明の絵 9)とフック（R. Hooke）によりラックピニオンを使ってエジソンは、最初図 6.31 のようなガイスラーポン

ピストンを動かすポンプが発明された。ボイルは水銀

プとスプレンゲルポンプを組み合わせたものを使用しマノメータを作り、ポンプによる真空度を測定し、6ていたが、電球工場では水銀をポンプ（スクリューポ

mmHg 程度の真空であることを確認している。

ンプ）で汲み上げて連続稼働できるスプレンゲルポン
プを採用し、1884 年頃には 500 台の真空ポンプが稼

その後 2 世紀の間、このボイルのピストンポンプと水銀マノメータが唯一のポンプと圧力計であった。

働し数百リッターの水銀が使われていた。その後水銀約 200 年後の 1850 年にニューマン（Newman）にを流す管を酸化水銀が付着しにくい鉄製にして複数本

より図 6.33 のような 2 連シリンダー式の改良形が開並列にして排気量を増やした図 6.32 のような真空ポ発された。このポンプの到達真空度は 0.5mmHg 程度

ンプが使用されるようになった。8）で、1874 年頃エジソンも電球製造に使用していた。

図 6.31 初期の電球排気用ポンプ 7)

44

れている。その後 1658 年に英国のボイル（R. Boyle）

白熱電球の技術の系統化調査

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図 6.33 ２連式ピストンポンプ 9）1900 〜 1920 年にドイツのゲーデと米国のラング使用されている。ポンプに要求される性能としては高ミュアーにより真空ポンプは大きく進化した。ゲーい到達真空度と排気速度の他に、安価で壊れにくいこ

デは 1905 年に図 6.34 の水銀回転ポンプ、1907 年に図とや低騒音でメンテナンスが容易であることがあり、6.35 の油回転ポンプを発明している。これらのポンプ

センコ形やキニー形などの改良形が開発されている。

はモーターで駆動され、排気量が大きく、水銀回転ポ

ゲーデの油回転ポンプは回転翼型と呼ばれ現在も多-6ンプは補助ポンプが必要であったが 10 mmHg の高く使用されている。

真空が得られ電球や真空管の製造に広く使われるよう

図 6.36 にゲーデの油回転ポンプの原理図を示す。

になった。油回転ポンプは当時の加工精度の不足など

シリンダー内にローターを内接するように設置し、-1

により 1 〜 10 mmHg 程度であったので、水銀回転

ローターには翼板が取り付けられており、シリンダー

ポンプの補助ポンプとして使われた。

内壁を常に摺動するようになっている。

図 6.36 油回転ポンプの原理図

図 6.34 ゲーデの水銀回転ポンプ 9）ローターの回転に従い、A の部分に吸入口から空気が入り、B から C に圧縮され、弁を押し上げ放出される。シリンダー内には潤滑と気密を保つように油が入れられており、この油は真空度が高くなって弁を開くための C の圧力が不足するのを補うため空気と一緒に排出されるので適当量流れ込むようになっている。初期のポンプは油溜めをシャフトの外に取り付けていたが、1925 年にポンプ全体を油に浸すように改良された。また到達真空度を高めるためポンプを 2 段

図 6.35 ゲーデの油回転ポンプ 9）直列にしたものが開発された。2 段式ポンプの原理と水銀回転ポンプは、到達真空度は高かったが回転数

排気速度の差を図 6.37 に示す。①と③が排気量 48l/

を 20 rpm 以上に上げることが困難で、大量の水銀をmin と 144l/min の 1 段式のポンプの性能で②と④が使用する欠点もあったので、その後、拡散ポンプが発48l/min と 144l/min の 2 段式ポンプの性能で、2 段明されてからは使用されなくなった。

式では 10-3mmHg 以下でも排気性能があることを示し

拡散ポンプは可動部の無いポンプで 1915、16 年にている。

ゲーデとラングミュアーにより各々独自に発明され電球製造では水蒸気の排気が重要であるが、油回転た。このポンプは水銀（後には油）を加熱し、蒸気ポンプでは圧縮工程で凝縮され水になって油に混じっ-6をノズルから噴き出し空気を巻き込んで排気し、10てしまい水蒸気の真空度が飽和する問題があった。こmmHg 以上の真空度が得られるので、高真空が必要の対策として 1935 年にゲーデによりガスバラスト方な産業分野で必須のポンプとなっている。又、ゲーデ式が発明された。これは圧縮工程にはいる時に外部かは 1909 年に分子ポンプを発明しており、このポンプ

ら空気を吸入し、蒸気が凝縮しないようにして排気弁は現在の超高真空用のターボモレキュラーポンプにつから放出するようにしたもので、現在でも油回転ポン

ながっている。

プの重要な機能として使われている。
-3

電球の製造では 10 mmHg 程度の真空度が得られれば良いので、現在も特殊な製品を除き油回転ポンプがこれらの改良により油回転ポンプのみで 10-3 mmHg
程度の真空度が得られるようになった。

白熱電球の技術の系統化調査

45

6.3.2

我国の真空ポンプの歴史

東京電気 50 年史によると、明治 21 年我が国で初めて電球製造を始めるため藤岡市助が英国より購入した機械一式に含まれていた真空ポンプはスウインバーン
式水銀ポンプである。それ以前に工部大学校では実験室でスプレンゲルポンプを使用して真空管や豆ランプの実験が行われていた。当時の水銀ポンプはガラス製であったため、酸化水銀がガラス管に付着して真空度が低下する問題が発生するので頻繁に水銀の洗浄が必要であった。明治 25 年（1892）頃からは機械式ポンプも併用することにより生産数が大きく増加した。明治 29 年（1896）に白熱舎から新会社東京白熱電灯球製造会社になった時、白熱舎から引き継がれた機械の目録よればスウインバーン式水銀ポンプが 6 台になっている。その後、海外で油回転ポンプが発明されたので、輸入して使用するようになった。
図 6.37 ２段式ポンプの原理図と効果のデータ

国内での真空ポンプの製造は、島津製作所が明治
14 年（1881）頃から往復動式ポンプの製作を始めた

そ の 後 米 国 の Central Scientific 社 に よ り 回 転のが最初である 10）。図 6.40 はそのポンプの明治 41 年

翼 板 を カ ム 式 に 変 え た セ ン コ 形 ポ ン プ、Kinney（1908）頃の改良形で、電球の製造にも使われていた。

Manufacturing 社により揺動ピストン式のキニー形ポ

同社では明治 41 年（1908）にはゲーデが発明した油ンプが開発された。原理図を図 6.38 と図 6.39 に示す。

回転ポンプや水銀回転ポンプの他マクラウド真空計の製造も開始している。

図 6.38 センコ形油回転ポンプ

図 6.40 往復動式真空ポンプ 10）

当時の加工技術では十分な精度が得られなかったので、軸封に麻糸を使用して気密を保ち、ローターの加工は手仕上げで行うなど大変苦労し、真空度を確保するため一台作るのに一週間かかったと言われている。
この当時、白熱電球製造に使われた真空技術は他の
図 6.39 キニー型油回転ポンプ

産業にも応用され、大正元年（1912）に電球製造会社の日本電球株式会社で国内初の魔法瓶が作られている。

共にローターが偏心しているので騒音が大きいが、昭和初期頃に電球や真空管の製造がさかんになり真回転翼が無いので故障が少なく、工場用として用いら

空ポンプの需要が増加したので、島津製作所では米国れている。

のセンコ社からポンプを輸入販売するようになり、昭
和 8 年（1933）からは自社で製造するようになった。

46

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March図 6.41 と図 6.42 はその当時のポンプである。

は黒川高明、神谷牧男により電球工業会誌 11） と「電球バルブ 100 年」12）に詳しく紹介されている。
ここではそれを要約して記述する。
6.4.1

手吹き法

エジソンが電球の開発を始めたときは 1 インチのガラス管を加工してバルブにしていたが、工場での生産
はコーニング（Corning Glass Works）から手ぶき法
図 6.41 島津ハイバック回転式真空ポンプ 10）で製造されたバルブを購入して行われた。この手ぶき法によるバルブ製造は 25 年間、バルブ成形の機械化が完成するまで続いていた。
白熱舎で電球製造を開始した当初はヨーロッパから鉛ガラスの手吹きバルブを輸入していたが、加工時に酸化鉛が還元され黒くなる不具合が発生していた。このため、岩城硝子商会に黒くならない鉛ガラスバルブの開発を依頼したが成功しなかったので岩城硝子製のソーダ石灰ガラスバルブを明治 34 年（1901）まで使

図 6.42 ２段式回転真空ポンプ 10）

用していた。このソーダ石灰ガラスは、鉛ガラスに比昭和 6 年（1931）には国内で大亜真空、
昭和 7 年（1932）

く割れやすい欠点があったので明治 35 年（1902）にに徳田製作所が真空ポンプメーカーとして設立され、鉛ガラスバルブの内製化を開始した。元工部省品川硝

国産真空ポンプが普及してきた。

子製造所内にあった品川硝子会社跡に 120 kg のるつ

徳田製作所で昭和 31 年（1956）に管球製造用として開発された図 6.43 のキニー型 2 段多頭真空ポンプ（4CP ポンプ）は、小形で丈夫なことから電球製造にべて加工性が悪く、不純物が多く赤外線の吸収が大き

ぼが 2 個入るジャパン窯を設置して、手吹き法で電球バルブの試作を始めた。
ジャパン窯は、図 6.44 のように溶融ガラスを巻き取り易いように 2 個のるつぼを 45 度斜めに傾けて配多く使用された。

置し、るつぼの下から石炭を燃焼して加熱し、煙を上部から出す簡単な構造の窯である。るつぼはジャパン
るつぼと呼ばれるもので、江戸時代からビードロ吹きに使用されていたガラス溶融用るつぼで、元は信楽の粘度で作られていたが明治 28 年（1895）頃から、耐熱性を良くするため瀬戸地方の粘土、三石産の蝋石、シャモット（アルミナ・シリカ）を混合調整して作られようになった。

図 6.43 ２段多頭式ポンプ（４CP 形）

6.4 ガラスバルブ製造技術

10）,11）

ガラスバルブの量産技術は電球製造技術と共に発展している。この電球用ガラスバルブの技術史について

図 6.44 ジャパン窯の構造図

白熱電球の技術の系統化調査

47

ジャパン窯は燃料効率が悪く、るつぼの温度も低かったので、明治 38 年（1905）に建設された工場では洋式るつぼ窯を築造して生産が行われた。
手吹き作業は、図 6.45 に示すように職人が竿と屋
バレル鉄パイプに溶融ガラスを巻き取り、金盤の上で回転させてマーベリングし、シャボン玉の要領で息を吹き込んで膨らませ、小僧と呼ばれた補助員が押さえる木型に入れ回転させながらさらに息を吹き込んで成型するという完全な手作業で、生産数は職人一人当たり一日 800 〜 1000 個程度であった。
図 6.46 エンパイヤマシン 11）

エンパイヤマシンは昭和初期に図 6.47 のように約20 台導入され生産数は増加したが、まだ手作業の部分があったので、さらに生産数を増やすため全自動化が進められた。

図 6.45 手吹きバルブの工程

この手吹きによる電球バルブ製造は関東の深川、大井、川崎の工場や北九州小倉工場で行われた。
現在も量産機械では製造できない形状のバルブはこ

図 6.47 東京電気のエンパイヤマシン設置状態 13）の手吹き作業で行われている。
6.4.3
6.4.2

エンパイヤマシン

東京電気では昭和 4 年（1929）に GE よりアイバン

東京電気では白熱電球の需要急増に伴い、バルブ生ホーと呼ばれる全自動バルブ製造機 2 台とジーメンス

産数を増やす必要がでてきたので、大正 5 年（1916）

式タンク窯とウェルマン・シルバー・モルガン式石炭に GE から図 6.46 のようなエンパイヤマシン（半自ガス発生炉を導入し、川崎工場に設置した。

動バルブ製造マシン）を購入し、深川工場に設置した。

アイバンホーマシンは GE が開発した溶融ガラスをこの機械により生産数は一時間に 400 〜 500 個になり、吸い込む方式の 24 ヘッドの機械で、名称は W・スコッ

手吹きに比べて 4 〜 5 倍増加した。また品質も均一化

トの小説の騎士 Ivanhoe からきている。この機械は 4され電球の良品率も向上した。

の吸い込みアームで溶融炉から同時に 4 ガラス塊を取エンパイヤマシンは米国コーニング社の子会社のエンパイヤ社が 1912 年に開発した世界最初のバルブ成り出し、4 ヘッドが一組になって動く形式である。
成形工程を図 6.48 に示す。各工程は①サクション
ヘッドが溶融ガラスを吸い込む、②はさみでガラスを形マシンである。

48

アイバンホーマシン

成形工程は職人がるつぼより吹き棹に溶融ガラスを切り取る、③パリソン（ガラスのかたまり）をブロー

巻き取り、機械のアームにセットし、金盤が回転してヘッドに移す、④プランジャーをパリソンに差し込む、形状成形を行い、アームがスイングする間に空気を吹⑤空気を入れ膨らませる、⑥回転して下向きにする、

き込み膨らませた後、金型に入れ成形するもので、手⑦鋳型で包み込み空気を吹き込みバルブ形にするとい吹き法と同じ方法を機械化したものである。

う流れである。

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March械の知識が豊富であったためである。この機械は昭和 30 年（1955）に機械は完成したが、モールドの間が狭く、一般電球用のバルブ（60 mm 径）の不良品の除去がうまくいかず、最終的には小形電球用のバルブ製造機として使用されることになった。その後、昭和 33 年（1958）からロータリー式機械の開発で得られた知見をもとに、日産 50 万個のストレートタイプのリボンマシンの開発が開始され、昭和 35 年（1960）に製作完了した。さらにこの機械を川崎の工場に設置
し、約 2 年間試験を行い、ガラス材料の見直しを含め
図 6.48 バルブ成形工程て種々の改良を行い、昭和 37 年（1962）に生産機械

この機械の導入当初は時間あたり 1200 〜 1300 個

図 6.51 はリボンマシンの成形工程の説明図である。

として完成した。図 6.50 がこのリボンマシンである。

の生産数であったが、種々の改善により昭和 31 年頃には 4000 〜 4500 個になっている。台数も昭和 11 年
（1936）より国内で製作して 6 台が稼働し、昭和 17 年
（1942）に小倉工場にも移設された（図 6.49）。

図 6.50 リボンマシン

図 6.49 小倉工場のアイバンホーマシン 11）

6.4.4

リボンマシン

昭和 24 年頃に国内の電球生産数の増加に対応するため、高性能なガラスバルブ製造機械の検討が始められた。米国では 1920 年代後半にコーニングで開発された重力供給方式によるリボンマシンと呼ばれるガラ
スバルブ製造機械が使用されていた。この機械は一日
100 万個の生産能力がある大きな機械で、国内用には適していなかったので、東京電気では市場規模にあった機械の独自開発に着手した。
設計開始と並行してシミュレーション実験を行いリ

図 6.51 成形工程

ボン成形が容易に出来ることを確認し、アスファルト

しかし、完成当時一般電球の需要が停滞し、一時休を使って実験を行いガラス流量制御が小形の機械でも止状態になった。昭和 38 年（1963）になってクリス

可能なことを理論解析した。次に回転タイプのリボン

マス電球や自動車用小型電球の需要が急激に拡大したマシンの開発を行った。理由は生産数が多いストレー

ので、小形バルブ用に改造し生産を行った。その後、

ト式ではなく、アイバンホーマシンの 2 〜 3 倍程度の

昭和 43 年（1968）に北九州小倉工場で電球の高速機

機械の開発を目標にしたことと、アイバンホーマシン

械（G マシン）が稼働したのに合わせて一般電球用のの機構が使用でき、ランプ製造機械の開発で回転式機

バルブの製造を開始した。

白熱電球の技術の系統化調査

49

このリボンマシンは振動が少なく、製造されたバルになってきた。我が国の生産性は世界トップクラスでブの品質（外観や肉厚の均一性）が良いという特長があったが、表 6.3 に示すように原材料の価格に大きなあり、計 6 台製作され、ポーランドや東ドイツにも輸差があり、ガラスバルブの単価の差も大きくなってい出された。

た。それまで国産バルブは海外製に比べて品質が高く、その他、電球用バルブの製造機械としてはフランス

輸入品はあまり使用されていなかったが価格差が広がで開発され、イタリアの機械メーカーが製作したローり輸入が増えてきた。その結果国内最大メーカーの東

タリー式の機械（昭和 33 年（1958 年）に日本電気硝子

芝硝子は電球バルブの生産から撤退した。

（株）が輸入）やオランダ・フィリップス社が開発した

表 6.3 電球用溶融ガラスの単価比較 12）

カルセルマシン、それを改造したカリボマシンがある。
6.4.5

ガラス組成
＊日本を 100 として換算

ガラスバルブ製造技術の進展と同様にガラス組成も改良されてきている。表 6.2 に組成の変化を示す。
表 6.2 一般電球用ガラスの成分

スワンやエジソンが電球試作に使用したガラスは加工性の良い①のドイツ製ガラスとされている。エジソンが実用電球に使用したガラスは②のコーニング製
ソーダカリ鉛ガラスであった。我が国で最初の電球試作時に使用された輸入品の鉛ガラスバルブは、前述し6.5 タングステンとコイルの製造技術
タングステンフィラメントの製造技術開発により白熱電球の性能は大きく進歩している。

たように酸化鉛が還元され黒変し良品が出来なかった

最 初 の タ ン グ ス テ ン フ ィ ラ メ ン トは ユ ス ト と ハので、岩城硝子商会に③のソーダ石灰ガラスのバルブ

ナマンの押線タングステンフィラメント（pressedを製造依頼した。このガラスは割れやすい欠点があっtungsten filament）であるが、もろく僅かな衝撃でもたので明治 35 年（1902）に④のソーダカリ鉛ガラス

断線するという欠点があり、クーリッジによる引線タが東京電気で開発された。その後、鉛原料が他のガラ

ングステン線の発明により使用されなくなった。クー

ス原料より高価なので、大正 13 年（1924）頃から無

リッジは前述のようにタングステンの基礎研究から製鉛ガラスの開発が行われ昭和 4 年（1929）に⑤の電球造プロセス、製造機械の開発まで行っており現在もほ用ソーダ石灰ガラスが完成し、当時稼働を始めたアイ

ぼクーリッジと同様な方法で製造されている。

バンホーマシンで使用された。この組成は電球の製造
機械やバルブ製造機械の進化に合わせて少しずつ改良され現在に至っている。

6.5.1

タングステン粉の製法

タングステンの教科書として有名なスミッシェルの本によると「クーリッジの成功は純度の高いタングス

6.4.6

50

電球用ガラス製造の現状

テンを使用したこと、結晶構造の最適化による」とさ

1990 年頃から電球の生産数が減少し、さらに海外れている。金属タングステン粉を製造する方法にはい製の安価なバルブの輸入が増えたので国内生産が困難

くつかあるがここでは代表的な方法を簡単に記載する。

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.Marchタングステンの原材料は鉄・マンガン重石（Fe,Mn）
WO3 や重灰石（CaWO4）である。鉄・マンガン重石の場合は粉砕して 100 メッシュ程度の微粒子にしたものに高濃度の苛性ソーダ溶液を加え、加熱してタング
ステン酸ソーダ（Na2WO4）を生成させる。次に純度を高めるため塩化カルシウムを加えてタングステン酸
カルシウム（CaWO4）を沈殿させる。これを塩酸でタングステン酸（H2WO4）にする。
さらに不純物を取り除くためタングステン酸をアンモニアで溶解し、アンモニウム塩（APT：パラタ
ングステン酸アンモニウム（（NH4）10（H2W12O42）
・
4H2O））の結晶にする。この結晶を塩酸で分解して酸化タングステン酸にして、良く洗浄してから再度アンモニアで溶解し、アンモニウム塩（APT）の結晶にする。この繰り返しにより純度の高い APT にしてから、
大気中で加熱し酸化タングステン（WO3）にする。

図 6.52 焼結装置の説明図 16）

この酸化タングステン粉にフィラメントの高温での変形（サグ）を防止するための酸化トリウムなどが添加される。金属タングステン粉はこの WO3 を水素雰
囲気中で還元して得られる。炉の温度は 700 〜 900℃
で、金属タングステン粉の粒度分布はフィラメントの高温特性（対サグ、強度など）に関係するので各社のknowhow になっている。
6.5.2

クーリッジのタングステン線の製法

クーリッジの引線タングステンの製造法の発明はタングステン粉をフィラメントに加工する方法で 1910
年の特許には製法が詳しく記載されている。その製法は完成度が高く現在でもあまり変っていない。
上記のようにして得られたタングステン粉末を鋳鉄

図 6.53

スエージング・マシンの構造 16）

製の型に入れ圧力を加えて、長さ 20cm で一片が 1cm程度の四角柱にする。この状態ではまだもろいので、水素中で 1200℃ 2 時間程度加熱して丈夫にしたもの
を図 6.52 に示すような装置に取り付け水素雰囲気中でタングステン棒（インゴット）に電流を流し焼結する。この焼結は短時間（30 分程度）で行われるが、最終的には 3000℃程度まで加熱するので、結晶化が進み不純物が放出される。焼結後棒は硬くなり、常温では加工出来ないが高温にすることにより鎚打可能になる。クーリッジはスエージング・マシンと呼ばれる
高速で回転しながら金属線を軽打して加工する機械を改良し、図 6.53 のような加工機を発明した。水素炉で加熱したインゴットを図 6.54 のようにスエージン
グ・マシンにかけ、順次ハンマーリングダイスを交換し細くしていく。一回の加工で 8％程度細くするので
径を 1 mm にするためにダイスは 30 個程度使用する。

図 6.54 スエージング作業（1925 年頃）15)

白熱電球の技術の系統化調査

510.9mm 程度まで細くした後ダイヤモンド・ダイスによる線引きが行われる。

6.5.3

我が国のタングステン線製造 17）

我が国におけるタングステン線の製造は明治 42 年

線引きは図 6.55 のように線とダイスを加熱しなが（1909）東京電気が GE から押し出しタングステン製ら行う。タングステン線には潤滑と酸化防止のためア

造用の機械、材料を購入して製造を開始したのが最クアダックと呼ばれるグラファイトと寒天、アンモニ初である。このタングステン線を使用した電球は断ウム塩、砂糖を混合した液が塗布される。ダイスは初線が多く価格も高かったので、明治 44 年（1911）年

期にはダイヤモンド製しか使用されなかったが、太いからはクーリッジの発明した引き線タングステンフィ

ところではタングステンカーバイト製が使用されるよラメントを輸入し、引き線タングステン電球の製造販うになった。0.25mm 以下の太さの線の線引きには摩売を行った。引き線タングステンの自社製造は大正 4

耗の点から現在もダイヤモンド製が使用されている。

年（1915）から研究が始められ、大正 5 年（1916）に一回の加工で約 10％程度細くし、1.0mm から 0.01mm

GE から製造設備を購入して製造を開始した。同時にまで細くするのに 80 〜 90 回ダイスを通過させる。こダイヤモンド・ダイスの加工も研究され自社でダイスのようにして加工されたタングステンは強靭で室温でを製造するようになった。

曲げても折れないものになる。

当初鉱石溶解は 1 バッチ 50 kg 単位で、粉砕は多摩
川の小石を使用し、塩酸沈殿はガラスフラスコで行っていた。大正 8 年（1919）頃には粉砕に鉄製ボールを使用するようになり 1 バッチ 150 kg でメタル生産量
は 600kg/ 月程度にまで増加した。昭和 6 年（1931）にはモリブデンの製造も開始している。
東京電気のタングステン線は自社用として製造されていたので、大正 7 年（1918）に日本冶金株式会社が設立され一般市販用のタングステン線の製造が開始された。製造技術は米国のインデペンデント・ランプ・

図 6.55 線引き機械

16）

アンド・ワイヤー・カンパニーから導入し、京都大学の中澤良夫教授の指導も受けているが、製法はクー
リッジの発明と殆ど同じであった。

なお、フィラメント用のタングステン線は細いもの

昭和 6 年（1931）日本冶金から独立した技術者によは数十ミクロンなので線径を精度よく測定することがり日本タングステン株式会社が北九州の福岡市に設立難しいので、通常 20 cm の重量をミリグラム単位でされた。日本タングステンは一時期東京芝浦電気の援測定し MG という単位で管理されている。図 6.56 は助を受けていたが、独自に改良研究を行い、黄色の酸

重さを測定するための秤でトーションバランスと呼ば化タングステンに変えて青色酸化タングステンを還元れている。

して金属タングステンにする方法を確立し、世界トップクラスの高品質のワイヤーを開発している。
東京電気は昭和 14 年（1939）年に東京芝浦電気になり、同年勃発した第二次世界大戦のため軍需用超硬合金の需要が急増したので、昭和 17 年より新たにタングステン・モリブデン工場を建設した。鉱石の溶解は 1 バッチ 4.5 トンで世界第 3 位（一位の GE は 6 トン）の大きさで昭和 19 年から稼働した。昭和 20 年 1月から軍需工場になり、製造技術のすべてを国内同業社に公開したので各社の製造技術が向上した。図 6.57
は当時の沈殿タンクで図 6.58 はドープ作業用の皿である。
昭和 30 年頃から各工程の自動化、各省力化が進められ、精錬工程ではそれまでのバッチ法にフローシス
図 6.56 トーションバランス

52

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

テムを取り入れ、鉱石粉砕の粒径を 5 ミクロン以下に

図 6.57 沈殿タンク

図 6.5917)

多連スエージング・マシン 17)

図 6.60 線引き工程 17)
図 6.58 ドープ作業用の皿 17)

タングステン鉱石の埋蔵量は中国が 40 ％で最も多く、生産量も 1990 年代に入って増加し、現在は中国

して溶解工程を簡略化し、タングステン酸ソーダ以降

が世界の生産量の 80 ％以上を占めている。中国製のは沈殿槽を最上階に設置し、自然流下方式にした。増安価な APT を輸入できるようになってからは国内で加する需要に対応するため線引きでは多段引き法が開の精錬加工は縮小され、タングステン線も中国での生発され、それまでは一回に 1 個のダイスを通していた産が増えている。

が、これにより 1 回で 6 個のダイスを通すことができるようになった。昭和 40 年頃からタングステン線の

6.5.4

コイル製造

輸出を増やすためさらに合理化が進められた。電球

線引き加工したタングステン線は線径が細くなるに製造やガラスバルブではコスト低下のため生産速度をつれて引っ張り強度が高くなり、同時に靱性も増加し上げることが行われていたが、タングステン線では長二次加工性が向上するのでコイル加工自体は比較的容尺化が合理化の目標になっていた。そのためインゴッ

易であるが、加熱処理や酸処理があるので、現在の製トの大形化が行われ、当初の 600g から 1.2kg にして、法確立には長年に亙る開発努力が必要であった。線径

さらに 1.5kg になり、インゴットを溶接する技術も開が数十ミクロンでピッチムラや加工時の歪や金属汚染

発され一本のインゴットを長くすることが行われた。

が残っていると電球の特性に大きく影響する。そのたまたスエージング加工も多連化され、スエージングに

め熱処理方法や芯線の材質など各所に knowhow があ代わる三方ロール圧延加工も開発された。図 6.59 はり例えばニッケルは合金になり易いのでステンレスは

多連スエージング・マシンで図 6.60 は当時の線引き避けるなど多くの知識が蓄積されている。

工程である。

コイル製造の最初は図 6.61 のような機械で手巻き

昭和 50 年代の東京芝浦電気のタングステン製造はで巻かれていたが、比較的早くから電動の機械になっ世界トップクラスになっており、製造プラントが電球ている。図 6.62 はその例の一つである。芯線は洋白、メーカーとして世界的に有名なハンガリーのタングス鉄などが使用され、一般電球の 2 重コイルではモリラム社に輸出されている。また、中国へはインゴット

ブデンが使用されている。巻き線後設計寸法に切断から細線（0.7mm）までの製造プラントが輸出された。

し、洋白線の場合は硝酸、鉄芯線の場合は塩酸と硫酸

白熱電球の技術の系統化調査

53

の混合液で芯線を溶解し、中和後、水素炉中で 900 〜
950℃で熱処理を行ってコイルが完成する。二重コイ
ルの場合は心線にモリブデン線を使用し、一次コイルを連続巻し、これを再度モリブデンの心線に巻く。これを加湿水素雰囲気の炉で、1500 〜 1600℃で熱処理し混酸（硝酸 3：硫酸 1：蒸留水 1）でモリブデンを溶解除去する。その後アルカリ中和して水洗乾燥後加熱処理して完成する。昭和 20 年頃（1945）の一次コイルは 8000 rpm で巻かれていたが、その後高回転化が進み 30000 rpm の高速で巻かれるようになった。
昭和 30 年（1955）頃からは二次コイルの心線にピア

図 6.63 コイル製造工場 5)ノ線を使用しコイリングが終了した時点で引き抜く自動コイリングマシンが使用されるようになった。当時

参照文献のコイル製造の様子を図 6.63 に示す。大型電球用の1）
	Francis Jehl “Menlo Park Reminiscences"

太いフィラメントはレースマシンと呼ばれる旋盤形の機械が使用され延性 - 脆性遷移温度が高いので加熱しながら加工されている。

Edison Institute（1936）
2） J. W. Howell & H. Schroeder「The History of
the Incandescent Lamp」The Maqua company,（1927）
3） 柏木 秀一「電球の製作技術」日本電球工業会
P104,105（1950）
4） 東 京 芝 浦 電 気 株 式 会 社 北 九 州 工 場「50 年 史 」（1968）
5） 東芝ライテック株式会社「マツダランプの後裔たち」（1996）6） 東芝北九州工場パンフレット「東芝北九州工場と図 6.61 手巻き機 3)

その製品」1965
7） R. K. Waits, J. Vac. Sci. Technol. A 21（4）, P.881,（2003）
8） P. A. Redhead, J. Vac. Sci. Technol. A 23（4）,P.1254,（2005）
9） V. L. Fabel, Vakluum-Technik 35, P.128（1985）
10） 島 津 製 作 所「 島 津 製 作 所 百 十 年 史 」P.306-308（1985）
11） 電球工業会誌（2003,1 〜 2005,1）
12） 東芝硝友会「電球バルブ 100 年」（2002）
13）本城 巌 マツダ新報 vol.16, 9. P.22（1928）
14） Colin J. Smithells； Tungsten“A treatise on
its metallurgy, properties and applications"
Chapman & Hall Ltd.（1952）

図 6.62 コイリングマシン

15） J. A. Cox、A Century of Light P.148（1979）
16） 松山 芳治 日本金属学会誌 第一巻 08 号 P.533（1937）
17） 東芝金属部品工場「東芝タンモリ 85 年のあゆみ」（1994）

54

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March7 特殊電球の変遷
初期の白熱電球は一般照明用が主で特殊用途用は信電球として学習スタンド用として販売されている。

号用や電話交換用などしか無かったが、タングステン
電球が開発されてから種々の製品が製造されるようになった。フィラメントをコイルにすることにより発光源を小さくして集光性を向上した電球や着色ガラスを使用した電球などがそれぞれの分野で開発され発展している。
特殊電球は種類が非常に多いので、ここでは機能別に整理して品種の変遷を表にまとめ、その表に基づいて記述する。

7.1 分光分布を制御した電球
白熱電球の分光分布は基本的にあまり変えることが

図 7.1 カナリア電球

出来ないが、ガラスバルブの着色とフィラメント温度の変更により分光分布を変えた製品が開発されている。
製品の変遷を表 A に示す。

昭和 53 年（1978）に、ガラスに希土類のネオジウムを入れたネオジウム電球が製品化された。この電球

7.1.1 着色電球

はネオジウム入りガラスが 570 〜 580nm の黄色光をガラスバルブを着色して光の色を変えたカーボン電

吸収するので、黄ばみが減り野菜や肉を鮮やかに見せ球は明治 33 年（1900）に東京電気から発売されている。

る効果があり、1965 年頃から北欧を中心に使われてこの電球は赤と青色で店舗や劇場で装飾用として使用いた。国内では反射型やボール形など数種類が開発さされ、赤色電球は写真現像の時にも使用された。

れ、主に生鮮食料品店用として販売されているが一般白熱電球は色温度が低く光色が黄色みを帯びて見えるので、大正 7 年（1918）に色温度を高くした昼光色

家庭の食卓用も販売されている。図 7.2 に分光分布を示す。

電球が開発された。これはガラスに酸化コバルトを加えて青色に着色したガラスを用いたもので、明るさは30 〜 40％低下していたが、自然光と電球による照明との色の見え方が問題になる呉服店や花屋などで使用された。
大正 9 年（1920）に図 7.1 のようなカナリア電球という名前の電球が開発された。この電球はウランガラスを使用した特殊な電球で、ガラスバルブが黄緑色（カナリア色）に見える電球である。ウランガラス
は蛍光特性を持っており、紫外線や青色光を吸収して520nm 近傍の光（黄緑色）を放射するので、明るさを減らさずに、紫外線と青色を減らすことが出来る。

図 7.2 ネオジウム電球の分光分布 3）効果としては眼精疲労を減らすことが実験的に確かめられ、目に良い電球として販売された。

7.1.2

紫外線電球

昭和 32 年（1957）に無機顔料を入れたシリカをバル

白熱電球は放電灯に比べて量は少ないが近紫外線をブ内面に塗布した淡青色、淡黄色、淡赤色の電球がホ放出する。昭和 5 年（1930）バイタライトランプとい

テルや店舗のいわゆるムード照明用として発売された。

う名前で紫外線透過ガラスと高温のフィラメントを組同じような淡青色の電球が昭和 57 年頃から目に優しい

み合わせて紫外線を多くした電球が発売された。これ

白熱電球の技術の系統化調査

55

はドイツと米国で開発された電球で、当時すでに存在

電球から放射される紫外線は僅かで問題視されていした紫外線水銀ランプより紫外線量が少なく、波長もなかったが 1985 年頃からのオゾンホール現象をきっ長いので一般消費者が使用しても安全で、病弱な人やかけに紫外線への関心が高まり、照明用光源からの近子供部屋、浴室に適しているとされていた。なお、米紫外光が問題になった。ハロゲン電球は紫外線透過率

国では養鶏などの動物用としても販売されていた。昭の高い石英ガラスを使用しており、フィラメント温度

和 7 年（1932）にはフィラメント温度を下げて長寿命も高いので、一般電球より多く紫外線を放射する。欧にしたものが発売され、昭和 12 年には健康ランプと米でハロゲン電球からの紫外線を減らすため紫外線をいう名称で図 7.3 のような紫外線透過青色ガラスを使吸収する石英ガラスを使用したハロゲン電球が開発さ用した電球が開発された。その後、同じような電球がれ、国内でも 1992 年からセリウムを添加した石英ガ

鑑定用電球として発売された。これは蛍光を発する物

ラスを使用した紫外線カット形ハロゲン電球が販売さ質を鑑定するためのもので、現在もブラックライト電れている。

球として販売されている。
7.1.4

赤外線電球

白熱電球はもともと赤外線が多い光源であるが、フィラメント温度を低くしてより赤外部を増やしたのが赤外線電球である。我が国で最初に赤外線電球が製造されたのは昭和 6 年（1931）で、図 7.5 に示すような形の電球が医療、健康用として販売された。赤外線
は皮膚の内部に浸透するので血行が良くなるとして販売された。この赤外線の医療効果を利用した電球はガラスバルブを赤色ガラスにして昭和 33 年（1958）に家庭用赤外線医療用電球という名称で発売されている。
図 7.3 健康ランプ 1）

7.1.3

紫外線カット電球

昭和 35 年（1960）に外面に黄色の塗料を塗布し虫が感ずる 500nm 以下の波長の光をカットした図 7.4のような分光分布の虫よけ電球が発売された。普通の電球に比べて虫が集まりにくいので食品工場などで使用されている。

図 7.5 初期の医療用赤外線電球 1）

昭 和 16 年（1941） に 海 軍 向 け に 乾 燥 用 と し て20V100W、100V250W の 赤 外 線 電 球 が 製 造 さ れ た。
白熱電球は加熱、乾燥等に適した光源なので、種々の赤外線電球が作られ、昭和 27 年には JIS 化が行われている。現在は図 7.6 のような反射形が多く使われて
図 7.4 虫よけ電球の分光分布 3）いる。
昭和 36 年（1961）に我が国でも石英ガラス管を使用した管形赤外線電球が製造されるようになり、電球自体の耐熱性が高く小形なので、加熱、乾燥用の他、複写機定着用などとして用途が広がった。

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白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

分光分布を図 7.9 に示す。この電球は照度が高く熱が問題になるスタジオ照明や相撲中継の照明に使用されたが、価格が高かったので、翌年前面ガラスに赤外反
射特性を持った透明導電膜（SnO2+Sb）を熱分解法で塗布したクールビーム電球が開発され、店舗照明用として普及した。

図 7.6 反射形赤外線電球 3）

赤外線電球で我が国のみで発達したのがこたつ用電球である。昭和 39 年（1964）に図 7.7 下のようなレモン形の赤色ガラスバルブを使用したこたつ用電球が発売された。ニクロム線ヒーターに比べて立ち上がりが早く、赤い光の心理効果もあり広く普及した。昭和
49 年には不透明石英ガラス管を使用した図 7.7 上のよ図 7.8 クールレイランプ

うな電球が開発された。こたつ内の空間が広くなるのでレモン形に代わって普及したが、近年はこたつ内にファンを取り付け、ニクロム線を不透明石英ガラス管にいれたヒーターが増えている。

図 7.9 クールレイランプの分光分布４）

昭和 45 年（1970）にはフッ化マグネシウムと硫化亜鉛の干渉フィルターを使ったダイクロイックミラー付きハロゲン電球が光学機器用に開発され、昭和 56
図 7.7 こたつ用電球

年（1981）に店舗用が開発された。小形で熱線が少ないので店舗照明用として普及している。

7.1.5

赤外線カット電球

反射形電球によるスポット照明が普及するに従って電球から放射される赤外線が問題視されるようにな

7.2 配光を制御した電球

り、照射光の赤外線を減らした電球が開発された。昭タングステンコイルフィラメントが発明されて急速

和 36 年（1961）にシールドビーム形電球の反射鏡にに発展したのが配光を制御した電球である。フィラメ

ゲルマニウムと酸化チタンの干渉フィルターを蒸着しントをコイルにして発光源を小さくすることにより、たクールレイランプ（図 7.8）が東京芝浦電気で開発

反射鏡やレンズで配光制御が可能になるので種々の電された。反射鏡のフィルターは可視光を反射し赤外線球が開発されている。この発光源を小さくできることを透過するので通常のシールドビームランプに比べては電球の特長の一つで、効率の低さを補えるので現在

照射光中の赤外線が約 1/3 になり、特に皮膚を透過す

も反射鏡付電球が多く使用されている。製品の変遷をる 0.9 μ m からの赤外線を減らす工夫がされていた。

表 B に示す。

白熱電球の技術の系統化調査

57

7.2.1反射形電球

反射形電球は光を一定方向に集めるので高い照度が得られ、看板照明や店舗用として使用されている。最初のバルブに反射膜を付けて配光を変えた反射形電球
は明治 33 年（1900）に藤岡市助により考案され、白熱舎から売り出されている。この電球はカーボンフィ
ラメントで図 7.10 のような形状をしており、一般電球に比べて 3 倍の明るさが得られたとされている。昭和 5 年（1930）にバルブ形状をキノコ形にして反射面を大きくしたアルミ蒸着の反射形電球が発売され、その後反射鏡の部分のバルブの形状を回転放物面や回転楕円面にして、配光を良くした図 7.11 のような電球

図 7.12 回転楕円反射形電球 3）が商品化されている。昭和 51 年（1976）に米国で回転楕円反射面に銀を蒸着し、集光性を高めた電球が開7.2.2

シールドビーム電球発された。この電球は 75W で 150W 相当の直下照度

シールドビーム電球は自動車ヘッドライトとして昭が得られる電球で、昭和 54 年（1979）に国内でも商

和 29 年（1954）から生産されていたが、フィラメン品化された（図 7.12）。

トを商用電圧用に変更し口金を E26 にした電球が昭和
37 年（1962）に開発された。外観は図 7.13 に示すようなもので、押型で製造したガラス反射鏡にアルミ蒸着し、端部をナイフエッジにしたコバール合金のつばを通して導入線を入れ、反射鏡の焦点にフィラメント
を配置して前面ガラスレンズを溶着したものである。
構造図を図 7.14 に示す。反射形電球より強く集光でき、
投光用、手術灯用などが作られ、電球それ自体の形状も装飾効果があるので店舗用としても普及した。

図 7.10 藤岡式反射形電球 1）

図 7.13 シールドビーム形電球 3）

図 7.11 反射型電球 3）58

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

図 7.14 シールドビームランプの構造参考として図 7.15 にきのこ型、
回転楕円型反射電球、
シールドビーム電球の配光パターンを示す。

きのこ型反射電球

回転楕円反射形電球

図 7.17 間接照明用電球

用途が異なるが昭和 55 年（1980）に図 7.18 のようにバルブ頭部にリング状にアルミ反射鏡を付けたバン
ドミラー電球が交通信号機用として開発された。従来の 100W 電球と同等の輝度が 70W で得られるので日本全国に普及したが、現在は LED 化が進んでいる。

シールドビーム電球
図 7.15 反射形電球とシールドビーム電球の配光 3）

昭和 8 年（1933）に防空のための灯火管制用電球が作られた。これは図 7.16 のようにガラスの透明部分
を頭部のみにして、他の部分は青色と白色の塗料を重ねて塗布して光を遮断したものである。昭和 13 年頃
から種類が増え、家庭用や店舗用などが製造された。
反射形電球とは逆にバルブ先端部分の外面に反射膜を付け、フィラメントから直接光が下に出ないようにした間接照明用電球が 1935 年米国で製造された。我が国では、昭和 36 年（1961）にシルバーボウルラン
プとして発売された（図 7.17）。電球のみで間接照明

図 7.18 バンドミラー形交通信号灯ができるので、現在も販売されている。
昭和 56 年（1981）にハロゲン電球とダイクロイッ
クミラーを組み合わせて赤外線を減らした電球が発売され、小形で色温度も高いことから店舗用として普及した。100W など高出力型では耐熱性のある酸化チタ
ンとシリカが干渉フィルターの材料として使用されるようになり、昭和 60 年（1985）には反射鏡を多面体
反射面（マルチファセット）にした製品も発売された。さらに反射鏡の反射波長を変更して光の色温度を3400 〜 4200K と高くして光に高級感を持たせた電球も開発され、ガラス製品や宝石・貴金属店で使用されている。図 7.19 に外観、図 7.20 に原理図を示す。
図 7.16 灯火管制用電球

白熱電球の技術の系統化調査

59

図 7.19 ダイクロリックミラー付きハロゲン電球 3）

図 7.21 初期の投光用電球（1kW）1）

図 7.20 原理図

7.2.3

一般電球 60 Ｗ

投光用電球・スポットライト用電球

投光用電球はフィラメントをコンパクトにして、器具による集光性が高くなるようにした電球である。我が国では大正 4 年（1915）に初めて製作された。図 7.21は初期の 1kW 投光用電球である。

図 7.22 50 kW バイポスト電球（東芝ライテック（株）所有）

映画撮影やスタジオで使用されるスポットライト用
電球はコイルを平面状にして、寿命を犠牲にして効率

1959 年にハロゲン電球が発明されてからは、これらと色温度を高くしたものである。最初はカーボンアーの電球はハロゲン電球に代わっていった。ハロゲン電

クランプが使用されていたが、安全性と取り扱い易さ

球にすることにより、黒化が無くなり、バルブを小さから白熱電球に代わってきた。劇場や映画撮影用ではくできるので器具も小形になるなど大きな利点がある。

高い照度が必要なので大ワット化が進められた。我国

我が国では昭和 36 年（1961）に投光器用沃素電球

では大正 14 年（1925）に 10kW が試作されたが、工が製造されたのが最初で、昭和 44 年（1969）に両端

業的に製造を始めたのは昭和 4 年頃で 2 〜 10kW の電口金形の 200V4kW が製作されている。昭和 37 年頃

球が製造された。その後 20kW がラインナップされからテレビのカラー化に伴い、スタジオで使用されるた。さらに大ワット化が進み、昭和 32 年（1957）に電球はハロゲン電球化が進み、昭和 38 年（1963）に30kW が開発され、昭和 35 年に図 7.22 に示すような両口金形の 500W 〜 1kW の電球、昭和 42 年（1967）

50kW が開発された。これらの大きなワットの電球でには G 形口金の 1kW、2kW が発売された。これらははタングステンの粉が封入されており、電球を振ってカラー撮像管の感度に合わせた色温度 3200K で、平バルブの黒化を取り除いていた。

面フィラメント形状をしている。図 7.23 に 2kW の例

30kW と 50kW の電球の特性はを示す。図 7.24 は 20kW のバイポスト電球とハロゲ

電圧 電流

効率

重量

30 kW 100V 300A 32.5 lm/W 3350K 500Hr

7.6kg

易なので一部はメタルハライドランプに代わっている

50 kW 100V 500A 34.0 lm/W 3400K

23.14kg

が、現在も多く使用されている。

である。

60

ン電球を比較したものである。

色温度 寿命

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March—

スタジオ用ハロゲン電球は演色性が高く、調光が容自動車が増加するに従ってより配光が制御されたヘッドランプが必要になりフィラメントと反射鏡、レンズが一体になった図 7.26 のようなシールドビーム
ランプが開発された。
シールドビーム電球は 1940 年に米国で発売され、新車への取り付けが義務化されたため急速に普及し た。 我 が 国 で は 昭 和 29 年（1954） に 主 コ イ ル が6V45W で副コイルが 35W の電球が発売された。昭和 36 年に違いビームと補助走行ビームの 2 本のフィ
図 7.23 スタジオ用ハロゲン電球 5）100V2kW 3050K 500Hr

ラメントを持った電球を組み合わせた 4 灯式シールド
ビームが発売された。従来の 2 灯式より配光性能が良かったので短期間で普及した。その後、前面ガラスをアンバー色に着色したフォグランプや自動車のデザインからの要求で図 7.27 の角形シールドビーム電球が開発され、昭和 51 年（1977）から生産が開始された。
シールドビーム電球は国内の自動車台数の増加により、年間生産数が昭和 37 年（1962）の年間 350 万個に対し昭和 45 年（1970）には 2400 万個に急増した。
全体がガラスのシールドビームランプの他に、反射鏡を金属にしたセミシールドランプとメタルバックラン

図 7.24 20kW バイポスト電球と 20kW ハロゲン電球（江東電気所有）

プも昭和 31 年（1956）から発売されている。セミシー
ルドランプは図 7.28 に示すように小形電球を装着したもので電球の交換が可能なものである。

7.2.4

自動車用ヘッドランプ

ヘッドランプは視認性や対向車へのグレアなど安全性に関係するので高精度の配光制御が要求される電球である。
自動車のヘッドランプとして 1870 年頃には灯油ランプが使われ、1888 年にアセチレンランプが登場している。白熱電球を最初にヘッドランプとして使用したのはフランスで 1909 年と言われている。我が国では大正 8 年（1919）に自動車用ガス入り電球が製作さ

図 7.26 シールドビームヘッドランプ 1）

れたのが始まりである。昭和 3 年（1928）には 6 〜
8V の電圧用で 32/3 燭、32/21 燭、50/3 燭、50/21 燭などの切り替え点灯用電球が発売された。昭和 2 年（1927）には対向車のまぶしさを減らす目的で図 7.25のようなひだ付きバルブの電球が開発されている。
図 7.27 角型シールドビームランプ 1）

図 7.25

ひだ付きヘッドランプ（東芝ライテック（株）所有）

図 7.28 セミシールドヘッドランプ 2）

白熱電球の技術の系統化調査

61

自動車の性能向上と台数の増加により、ヘッドラン

7.2.5

光学機器用電球

プの視認距離向上の要求が強まり、ヘッドランプ用ハ

光学機器用電球の中で一般的なのは映写機用電球

ロゲン電球の開発が進められた。開発は主にヨーロッで、大正 8 年（1919）に活動写真用として製造された（図

パで進められ、国内でも昭和 40 年（1965）に H-1 タ

7.30）。ただし興行用の 35mm 映画用にはカーボンアー

イプ（縦形単フィラメント）、昭和 42 年（1967）にク灯（後にはキセノンランプ）が使用されていたので、H-3（横形単フィラメント）がフォグランプ用として白熱電球は 16mm 以下の映画用であった。

発売された（図 7.29）。走行用とすれ違い用の 2 本フィ
ラメントを入れたハロゲン電球はハロゲンサイクルの問題があり難しいとされていたが 1969 年オランダで開発に成功し、国内でも H-4 タイプ（12V60/55W）（図7.30）が多く使用されるようになった。昭和 55 年
（1980）に硬質ガラス（アルミナシリケートガラス）を使用した H-6 タイプのハロゲン電球がセミシールド形用として開発された。この電球はモリブデン線をシール部に使用しているので、フィラメント位置精度を高く出来、封入ガス圧を 5 気圧以上封入し効率も向上していた。
米国ではシールドビーム電球しか認めていなかったが1983 年交換式前照灯が認められ、世界的にハロゲン電球を使用した異型ヘッドランプの普及が進んだ。ハロ

図 7.30 H4 形ヘッドランプ

ゲン電球は小形なのでヘッドランプのデザイン変更も容易になり、1986 年にはドイツでプロジェクターラン
プ登場し、翌年 1987 年日本でも発売された。

映写用電球は高い輝度の小さな光源である必要があるので、昭和 8 年（1933）に 2 重コイルが出現したの

その後車のデザインに対応しやすいプラスチック製

は大きな進歩であった。輸入品を含め種々の電球が販のヘッドランプも開発され、紫外線に弱い欠点がある

売されたが、フィラメントの色温度は 3000 〜 3200℃

ので硬質バルブ製の電球が使用されている。平成 10と 高 く 寿 命 も 25 〜 50 時 間 程 度 で あ る。 昭 和 34 年

年（1998）には赤外線反射膜付きヘッドランプが製品（1959）には 8mm 映写機用として 8V50W のミラー内化され、効率が向上したが、更に、大幅に効率が高い

蔵形（通商タヌキ）（図 7.31）が発売され、性能が高HID ランプが開発され、普及し始めている。

く好評であった。ハロゲン電球が登場してからは図7.32 のようなミラーと組み合わせた小形映写用が開発され、昭和 45 年（1970）にコールドミラーと組み合
わせたものが発売された（図 7.33）。この電球はその後店舗用のダイクロミラー付きハロゲン電球に繋がっていった。

図 7.29 ハロゲンヘッドランプ 2）
図 7.31 初期の映写用電球 1）62

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

表示用電球として最も多く生産されるようになったのは自動車用である。
昭和 4 年（1929）にテールライト用の 6 〜 8V10 燭
光のガス入り電球が作られ、翌年には 3 燭光の電球が製作された。その後ルームライト、スピードメー
ター、方向指示用などが製造されるようになった。自動車の数量が増えるに従って取り付け易さや価格低下の要望が強くなり、昭和 36 年（1961）に英国でウエッ
ジベース形の自動車計器盤用電球が開発された。昭和38 年（1963）AEI 社と特許契約をして国内でも T10、
図 7.32 ミラー内蔵形電球 2）

12V3.4W が生産されるようになった。
ウエッジベース電球は図 7.35 のように口金が無く導入線を封止部で折り曲げ計器基板に付けられたソケットのばねで電気接触を確保している。この構造により価格を安くでき、ソケットに押し込むだけで設置できるので作業性が良くなるという利点がある。

図 7.33 ミラー付きハロゲン映写用電球 2）7.3 表示用小形電球

図 7.35 ウエッジベース電球

我が国の最初の表示用小形電球は明治 25 年（1892）

最初は真空電球であったが昭和 44 年（1969）にはに白熱舎が海軍からの注文を受けて製造した信号灯用

ガス入りの 12V10W が製作された。その後品種と生と電話交換用の電球である。その後大正 5 年（1916）

産数が増え、性能も向上し、昭和 59 年（1984）キセに専用の工場が設立され量産が開始された。明治 36

ノンガス封入車幅灯用が開発され、フィラメント材料

年（1903）にはランプ式並列電話交換機用に輸入電球として振動に強いレニウム入りタングステンを使用しが使用され始め、大正の初めに国産化された。当初はた品種も開発されている。

大手が製造していたが、次第に中小の専業メーカーで

自動車用電球は信頼性が重要で厳しい品質管理が行生産されるようになった。昭和 30 年にカーボン電球

われている。平成 15 年頃には四国のハリソン東芝ラとタングステン電球の両方が JIS 化されている。

イティングが世界の 40％近くを生産していた。

その他、配電盤用、ラジオパネル用、浮標灯用、漁網表示用、エレベーター用、計器用など種々の用途の現在はより効率が高く壊れにくい LED 電球に代わっており、生産数は減少している。

電球が生産された（図 7.34）。

7.4 小形特殊電球
小形電球の分野で表示用以外に電球の特性を生かした医療用や顕微鏡用電球が 1950 年頃から開発された。
胃カメラ用などの医療用は血管や胃壁の色の見え方が重要で演色性の良い電球が適している。図 7.36 は昭和 29 年（1954）に開発された胃壁のカラー撮影用電図 7.34 表示用小形電球の例

2）球でかまぼこ形のバルブを使用し観察用と写真撮影用

白熱電球の技術の系統化調査

63

の 2 個の電球が組み合わされている。医療用は各機器に合わせて設計されるので種類が多くあり、小さいものは径が 2mm 以下である。

図 7.38 ボール形電球 3)
図 7.36 胃 壁撮影用電球		
（細渕電球株式会社所有）

装飾用電球はガラスバルブの形状を変え、着色したもので代表的なものがクリスマス電球である。大正 5その他、一時期腕時計用として超小形電球が製造さ年頃米国から注文があり、その後トンガリと呼ばれたれた。図 7.37 に示すように径が 0.5mm 程度でフィラ炎型や果物、花、人形などの形をした変形電球（ファメントは 2.5 μ m の極細線が使用されていた。これ

ンシーランプ）として大量に輸出された。例を図 7.39

らも最近は LED 化が進んでいる。

に示す。

図 7.37 超小形電球 2）
図 7.39 ファンシーランプの例

7.5 装飾用電球

照明用途も兼ねた一般露出用ろうそく型電球（シャンデリア電球）が大正 12 年に発売され現在も販売され装飾専用ではないが、全光電球という名称で拡散性ている。大正 15 年に赤、黄、緑、青、濃青など数種類の高い膜を塗布してバルブ全体が均一に光るようにしの色を付けた着色電球が発売された。現在、シャンデ

た電球が昭和 6 年（1931）に発売された。膜による光

リア電球以外は殆ど国内での生産が無くなっている。

吸収は 10％程度で、照明用として使用しても問題は無く、点灯しない状態では装飾効果があるので店舗や参照文献

一般家庭でも使用された。この種の電球は一時期生産

1） 東京芝浦電気「東京電気株式会社五十年史」1940

中止されていたが昭和 28 年（1953）に内面塗装にシ2） 日本電球工業会編「日本電球工業史」日本電球工

リカなどを使用して吸収を 5％程度まで減らした電球が発売された。ガラスバルブ形状を球形にしてボール形電球としたものも発売された。現在の塗装膜はチタ
ニアとシリカの混合粉が塗布されている（図 7.38）。

業会 19633） 東芝ライテック株式会社
ログ（2010）4） 森 礼於、他 東芝レビュー、vol.16、10、P. 1271
（1961）
5） 江東電気株式会社カタログ

64

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March

東芝ランプ総合カタ

8 電球以外の光源
照明用光源には白熱電球以外にいくつかあり、時代によりそれぞれの光源と性能と価格の競争が行われてあるなどの短所があり、電球の普及に伴い使用されな
くなった。

いる。
電球が使われ始めた当時にはろうそく、油ランプ、ガス灯、アーク灯が使用されており、電球が普及してから 30 年後頃に蛍光ランプ、
HID ランプが普及し始め、近年には LED の性能が大きく向上し強力な競争相手になっている。この章ではそれらの光源の進化の歴史と白熱電球との関係について記述する。表 C に白熱電球が登場する時代の光源の歴史の概略、表 D に電球が普及してから競合した光源の歴史の概略を示す。

8.1 石油ランプ
油を使ったランプの歴史は古く、旧石器時代から獣
脂と植物繊維の芯を使ったオイルランプが使われていた。その後古代ギリシャ時代に植物性油が使われるよ図 8.1 石油ランプ

うになり、ろうそくと並んで照明光源として使われていた。1780 年にアルガン（A. Argan）によりガラス製のほやと筒型の芯を組み合わせたランプが発明され8.2 ガス灯

明るさと使いやすさが大幅に改良された。原油をランプの燃料に使うことは古くから行われていたが、灯油

ガスを照明に使い始めたのは英国のマードック（W.

を使用するようになったのは、1859 年に米国で石油

Murdoch）で、1792 年に石炭ガスを燃やしてガス灯掘削に成功し、シリマン（Benjamin Silliman）によの実験を行っている。マードックはガス灯だけでなくり原油から精製した灯油を使用する効率の良い石油ラ

石炭の乾留装置、石炭ガスの貯蔵タンクや配管などガンプが発表されてからである。この石油ランプは燃料

ス灯のシステムを開発し、1813 年にロンドンでウエが安価で性能が良かったので世界中に普及した。

ストミンスター橋の照明を行った。後にエジソンが電我が国に入ってきたのは明治維新直前の 1860 年頃とされている。当時使用されていた灯明や行灯に比べて灯システムを開発する際、このマードックのシステム
を詳細に調べたことは良く知られている。

明るさが数倍（約 3 燭光）であったことと灯油が菜種

ガス灯は当時使われていたろうそくや油ランプより油より安価であったことから急速に普及した。明治 2

明るく、点けたり消したりするのが簡単であったので年（1869）に国内で「ほや」の製造が始まり、その後急速に普及した。さらに 1880 年にオーストリアのウ

ランプ用笠、バーナーの国産化が行われるようになり、

エルスバッハにより高性能なマントルが発明された。

種類も平芯、両芯、細芯など開発され一般家庭では平1891 年に改良されたマントルでは、裸のガス灯に比芯が使用された。石油ランプの例を図 8.1 に示す。

べて明るさが約 5 倍になり色温度の高い白い光が得ら

石油ランプはガス灯や電灯と異なり配管や配線が不れるようになったので、世界各地で使用され、電球の要で、ランプと灯油を購入すれば使用でき移動も簡単

普及を 30 年遅らせたと言われている。このマントルだったので、地方の町村では電球が全国に普及する昭はトリア（ThO2）に微量のセリア（CeO2）を混合し和初期まで使用されていた。

木綿の網に染み込ませたもので、トリアの選択放射特白熱電球と比較すると、明るさは一般的な石油ラン性を利用したものである。

プの場合当時のカーボン電球に比べて半分程度で、同我が国では明治 5 年（1872）に横浜で初めてガス灯

じ明るさにするための石油代金はほぼ電球の電気料金が点灯され（図 8.2）、2 年後に東京で点灯された。そと同じであった。しかし、火災などの危険性の問題の後、神戸、長崎など各地でガス会社が設立され、ガと、点灯する際「ほや」をずらして火を付ける必要がス灯が広がった。

白熱電球の技術の系統化調査

65岡市助、中野初子らにより工部大学校でアーク灯が点灯された。その後明治 15 年（1882）に東京電灯により銀座でアーク灯のデモンストレーション点灯が行われた。アーク灯は輝度が高く光量も大きいので一般照
明には適していなかったが、電球が普及した後も街路灯の他探照灯や映写機用として使用されていた。

8.4 蛍光ランプ
現在、屋内照明用光源として白熱電球に代わって最も普及しているのは蛍光ランプである。
図 8.2 ガス灯

蛍光ランプの始まりは 1859 年のフランスのベク
レル（E. Becquerel）のガイスラー管に蛍光体を入

ガス灯は白熱電球と似たシステムで普及しており、れて発光させた実験とされている。現在の蛍光ラン

費用も電球に比べて安かったので電球と激しい競争がプの原理と同じ水銀ガス放電を使ったランプは 1901行われた。特にマントルが発明されてからはガス灯の年にヒューイット（P. C. Hewitt）により発明され方が白い光を出せるようになったので、衣料店などでた。このランプはガラス管の外面にローダミン B を

はガス灯を好んで使用していた。表 8.1 に明治末期の塗布したもので、劣化が激しく実用化には至らなかっ

東京市内のガス灯と電球の取り付け数を示す。白熱電

た。1910 年にフランスのクロードによりネオン管が球が急増しているが、ガス灯も増えている。

発 明 さ れ、1926 年 に ド イ ツ の ゲ ル マ ー ら（Meyer,

表 8.1 東京市内のガス灯と電灯の灯数の変化１）

Spanner and Germer）により現在の蛍光ランプと同じ構造の蛍光ランプの特許が提案され、1939 年に権利化された。この特許は後に GE に売却されている。
1934 年に英国の GEC で 34lm/W の緑色の蛍光ランプが開発され、これをきっかけに GE でランプと点灯回路を含めた開発が行われ、1938 年に実用となる蛍光ランプが発売された。この開発中にランプ開発のリーダーであったインマン（George E. Inman）が提案した特許が実用蛍光ランプの最初とされている。

ガス灯も、石油ランプと同様に火を使うため安全上

その後、1942 年にアルフレッド・マーキグ（A.H.

の問題や利便性で電球に劣っていたため、電球の性能

McKeag）により白色に発光するハロリン酸カルシウ

向上と価格低下とともに使用されなくなって行った。

ム蛍光体が発明され効率は 60lm/W に向上した。
我が国で蛍光ランプが製造されたのは、昭和 15 年

66

8.3 アーク灯（1940）に東京芝浦電気が GE から技術導入して 10W

アーク灯は白熱電球の可能性を提案したディヴィー

は効率が白熱電球の 2.5 倍の約 30lm/W 程度で、寿命により 1808 年に発明された。アーク灯は二つのカーは 1000 時間とされていた。昭和 26 年（1951）からハ

ボン電極を近づけて電圧をかけて電極間に放電を起こ

ロリン酸カルシウム蛍光体を使用したランプが製造さし発光させるものである。発光させるためには高い電れるようになり、効率は 40lm/W を超し、エミッター

圧と大きな電流が必要で、カーボン電極の間隙を一の改良で寿命も 3000 時間になった。昭和 31 年に GE定に保つ必要もあるので種々の改良が行われた。実用で開発された環形のランプが国内で生産され、一般家化は発電機が発達した 1870 年代になってからで、米庭への普及が進んだ。当初は白熱電球に比べて色の見

国では 1877 年にウォレス（William Wallace）、が最え方が悪く、またスイッチをいれてもすぐ点灯しない初の実用化を行い、1879 年にブラッシュ（Charles F.

などいくつかの欠点があったが、効率が高い、白い光

Brush）によりアーク灯電灯会社が設立されている。

で熱くないなどの長所が多く、特に我が国では家庭用

我が国では明治 11 年（1878）にエアトンの指導で藤として急速に普及した。

白熱電球の技術の系統化調査と 20W のランプを商品化したのが最初である。性能

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1973 年にオランダのフィリップス社が希土類を使

60lm/W のランプが開発された。

用した RGB の三原色の蛍光体を使った三波長形蛍光1992 年にフィリップスにより、点灯中の水銀蒸気ランプを開発し、蛍光ランプの演色性が 80 以上になの圧力が 200 気圧の超高圧水銀ランプが開発され、プり、色の見え方が悪いという欠点が大きく改良された。

ロジェクター用光源として使用されている。

また、点灯回路の改良も進み、鉄心の磁気回路式から水銀ランプの演色性や効率を改善する目的で、封入

トランジスターを使用したインバータ回路になり、効物として金属のハロゲン化物を封入したメタルハラ率の向上と共にすぐ点灯しないという欠点も無くなっ

イドランプが開発された。1939 年に GE のシュネッ

た。平成 3 年（1991）にはランプと点灯回路を最適化

ツラー（K. J. Schnetzler）により水銀—タリウムをした高周波専用形ランプが開発され、効率は 100lm/

封入して 70lm/W のランプが開発され、1961 年にはW になっている。

100lm/W まで向上した。最近では図 8.4 のような発1978 年に点灯回路とランプを一体にして電球のソ光管にセラミックスを使用したランプも開発され、演ケットに取り付けて使用できる電球口金付き蛍光ラン

色性が 90 近くあるので店舗照明などに使用されていプが開発され、昭和 55 年（1980）には蛍光管を曲げる *）。また点灯回路の電子化により高電圧パルスにて球形カバーに入れた電球形蛍光ランプが開発されよる瞬時点灯も可能になり、キセノンガスの発光と組た。この電球形蛍光ランプは点灯回路の電子化、水銀みあわせた図 8.5 に示す自動車ヘッドランプが開発さ

アマルガムの改良により図 8.3 のように一般電球と同れている。35W でハロゲン電球のヘッドランプ 60W

じ大きさ形状になり、また発光色も電球色形が作られ以上の明るさが得られ、視認性が良くなることから普一般電球からの取り換えが進んでいる。

及が進んでいる。
*）一般家庭やオフィスの室内で使う照明で Ra が80 以上 , 廊下などでは 70 以上 , 美術館や店舗など演色性を気にする用途向けで 90 以上が向くとされている。

図 8.3 電球形蛍光ランプの例 4)

8.5 HID ランプ（高輝度放電灯）

図 8.4 セラミックメタルハライドランプ 4)

HID ランプは比較的大きなワットのものが多く、開発当初から大形電球に代わって道路灯など屋外照明に多く使用されている。最近は店舗用や自動車のヘッドランプ用など小形のものが開発され、ハロゲン電球に代わって増えてきている。
高圧水銀ランプはランプ内の水銀蒸気圧を高くして可視光の発光を増やしたランプで、1934 年にジャーマ（Edmund Germer） に よ り 発 明 さ れ、1947 年 にGE から製品として発売された。
水銀の発光だけでは演色性が悪いので、蛍光体を外管に塗布したものが開発され、1967 年にリン酸バ
ナジウム蛍光体を使用して、演色指数が 65 で効率が

図 8.5 自動車用ＨＩＤランプ

白熱電球の技術の系統化調査

67

技術開発の歴史で、初めて我が国が世界をリードした

8.6 ナトリウムランプ

発明である。

低 圧 ナ ト リ ウ ム ラ ン プ は 1919 年 に 米 国 のWestinghouse Electric の コ ン プ ト ン（Arthur H.
Compton）により発明された。ナトリウムは蒸気圧が高く、黄色に発光するので高い効率が得られる。1930
年頃は 50lm/W 程度であったが、道路照明に使用された。その後ガラス管の材料と構造の改良が行われ、効率は 200lm/W 近くまで向上し、寿命も 16000 時間になっている。低圧ナトリウムランプは最も効率の良いランプであるが、発光が 589nm の線スペクトルであるため演色性が悪く、道路照明や工場照明にしか使用されていない。

図 8.6 ＬＥＤ電球の例

発光管に透光性アルミナを使用してナトリウム蒸気の圧力を高くし、発光波長を広げて演色性を改善した高圧ナトリウムランプが 1960 年に GE で開発され、1967 年に発売された。その後より演色性の高いラン

8.8電球以外の光源との関係のまとめと白熱電球の現状プも開発されスポーツ照明や屋内の照明にも使用されている。

白熱電球は約 130 年前に開発され、当時使用されていた油ランプ、ガス灯などに比べて明るく使いやすい

8.7 LED

光源として電灯配線の広がりとともに普及した。そのLED は 1907 年英国のラウンド（H. J. Round）が年頃に、より効率の良い蛍光ランプが開発され、我がシリコンカーバイト（SiC）の鉱石検波器を光らせた

国では一般照明分野は蛍光ランプが主流になっていのが始まりとされている。1927 年にロシアでも SiCる。また、特殊電球の分野ではハロゲン電球が現在での発光が報告されているが、実用的 LED が開発されも多く使用されているが、HID ランプの改良が進み始めたのは、1955 年に RCA のブラウンシュタイン

徐々にハロゲン電球が減少している。白熱電球の弱点（Rubin Braunstein）によるダイオードからの赤外線は効率の低さで、図 8.7 に示すように電球以外の光源

放射の報告からである。彼は GaAs や InP のダイオーの効率が高く年代と共に差が大きくなっている。

後数十年間にわたり照明光源の主流であったが、1940

ドが液体窒素（77K）で赤外線を発光することを発見した。1961 年に米国のビアード（Robert Biard）とピットマン（ Gary Pittman）により赤外線 LED が発明され、1962 年に GE のホロニャク（N Holonyak J.）により赤色 LED が発明された。その後、1980 年代後半に InGaAlP 系の LED が開発され黄色や緑の発光が得られるようになった。表示用小形電球に比べて、明るく寿命も長いので表示用光源は殆ど LED になっている。1993 年に我が国で名古屋大学の赤崎勇と日亜化学の中村修二により GaN 系の青色 LED が発明され、赤、緑、青の三原色が揃い照明用として利用できるよ
うになった。1996 年には日亜化学でこの青色 LED と
YAG：Ce 蛍光体を組み合わせた白色 LED が開発され、近年急速に性能が向上し照明用として図 8.6 のような
LED 電球などが普及しはじめている。
この青色 LED と白色 LED は 150 年の照明光源の68

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図 8.7 各種光源の効率変化

表 8.2 電球の長所に対する各光源の性能比較

なお、照明用光源では効率以外の色の見え方、点滅なる。この傾向は我が国で特に進んでおり、図 8.9 にの容易さなどの特性も重要で表 8.2 のように電球が優2005 年頃の我が国と EU と中国の各光源の生産数のれている点が多くあったが、各光源の改良が行われて比率を示す。3）,5）

電球に近づいている。
蛍光ランプや HID ランプと比較すると電球には小形化が可能、水銀を使用しない等の有利な点がいくつかあったが、白色（青色）LED の登場によりそれらの項目が同等になっている。

8.9 我が国の現状と動向
図 8.8 に我が国の一般電球と蛍光ランプの生産数の変化を示す。一般電球は 1950 年頃から約 40 年間は 1
億個前後生産されていたが 1990 年頃から減少が続いている。一方蛍光ランプは 1950 年頃から増加し 1990
年頃には 4 億個になっている。

図 8.9 日本とＥＵと中国の照明用光源の生産数の比率（2005 年頃）

我が国では蛍光ランプが 74％になっているが、EUでは蛍光ランプは 20％で白熱電球は 66％でハロゲン
図 8.8 我が国の電球と蛍光ランプの生産数

電球を加えると 78％である。中国では輸出が多いので国内使用数は不明であるが日本と EU との中間である。

電球の寿命は蛍光ランプのほぼ数分の 1 以下なの

米国の状況は IEA（International Energy Agency）

で、屋内照明は殆どが蛍光ランプになっていることにの調査 6）によると 2001 年での家庭用ランプでは 86％

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表 8.3 家庭でのランプ数と平均効率と点灯時間（IEA データ 2006）

が白熱電球で 14％が蛍光ランプである。表 8.3 は同じすると考えられる。しかし、ヨーロッパでは一般電球

IEA の調査報告に記載されている 2006 年の各国の家の生産中止によりハロゲン電球が増えているという情

庭で使用されているランプの数とその平均効率と 1 日報もあり、白熱電球は今後も重要な光源として継続しの点灯時間である。先進国で日本が飛びぬけて照明用て使用されると考えられる。

ランプの効率が高く、蛍光ランプが多く使われている
参照文献

ことを示している。
このように我が国で一般家庭に蛍光ランプを多く使われる理由は、①部屋全体を明るくするフラットな照業会 1963

明を好む、②湿気が多い夏があるので色温度の高い光2） 東京芝浦電気「東京電気株式会社五十年史」1940

が気候に合っている、③新しいものが好きなどと言わ

3） 電球工業会報れている。

4） 東芝ライテック株式会社 東芝ランプ総合カタロ

以上のように蛍光ランプが普及した 2005 年頃でも白熱は数千万個の生産が行われ、重要な光源であった。
しかし、最近、環境問題の対策として一般白熱電球のグ5） Chen Yansheng, Light Source 2007 , IL01
FAST-LS

製造を中止する方針が各国で出され、EU ではすでに

6） IEA International Energy Agency ECBCS

生産中止が始まっており、我が国でも東芝が 2010 年

Energy Conservation in Buildings andに中止し、他のメーカーも中止計画を発表している。

Community System- Annex 45 -Energy Efficient

また白熱電球と交換できる LED 電球が開発され、急Electric Lighting for Buildings 2 P.30（2010）

速に普及し始めており白熱電球の使用数はさらに減少

701） 日本電球工業会編「日本電球工業史」日本電球工

白熱電球の技術の系統化調査

Vol.4 2011.March9 まとめ
白熱電球は最も古い家電製品で、最初は発電所からは、現在我が国の一般家庭での蛍光ランプの比率が欧送電された電気を使用する家庭電化の先駆けとして普米に比べて極めて高くなっていることに繋がっている。

及し、その後数十年間にわたり光源の主流として多岐

電球の製品としての基本開発は 1930 年代中頃でほにわたる分野で使用されている。
白熱電球開発の歴史はボルタの電池を使って白金線を通電加熱して光らせるという単純な実験から始まっ

ぼ終了し、その後ランプメーカーの技術開発の主体は量産技術と蛍光ランプや HID などの他の光源の開発に移っている。

ている。当時の科学者により高温に耐える材料の探索

我が国の一般電球の量産技術開発は主に東京芝浦電と酸化を防ぐ容器の開発が行われ、1879 年にエジソ気で行われた。東京電気時代に GE から導入された機ンにより商用電圧で点灯出来る実用的なカーボンフィ

械を元に自社開発を行い、北九州小倉工場を中心に量ラメント電球が発明された。
同時に発電所から送電し、産機を設置し、昭和 45 年には世界トップクラスの高電球を使用する電灯システムが確立され、電気による速機械で生産が行われていた。電球製造機械の他、ガ

照明の普及が始まっている。

ラスバルブ製造機械、タングステン線製造機械も量産

その後、より高温に出来るフィラメント材料が検討

機が開発され海外に輸出されている。この我が国におされ、オスミウムやタンタルを経てタングステンに到ける量産技術の進歩は国内での競争が激しかったこと達している。さらにタングステンの蒸発を押さえるの他に消費者の品質に対する要求レベルが高いことがための不活性ガスを封入したガス入り電球の発明にある。

より、1930 年頃に現在の電球の基礎が完成している。

近年の環境問題と蛍光ランプの性能向上により効率

このタングステン線の発明は照明用光源にとって大変の悪い白熱電球は苦しい状況になり、2005 年ごろか

重要な発明で、電球フィラメント以外の蛍光ランプやらこれらの量産機は電球の需要縮小により順次稼働終

HID ランプの電極材料としてかかせないものになっ了している。また、最近、地球温暖化対策として世界ている。フィラメントなどの開発と同時にゲッター、的にも一般電球の製造中止と LED 電球の普及が進ん

ジュメット線やステムに排気管を付ける方式が開発さでおり、電球の光源としての役割は少なくなっている。

れて電球生産技術が確立された。これらの重要な技術

しかし電球で築かれた材料と量産の技術は蛍光ランプ

開発は殆どエジソンの会社である米国の GE 社で行わや HID ランプに繋がっており、蛍光ランプや HID ラ

れている。

ンプは今後も重要な光源として使われていくことは確

我が国で電球製造が始まったのは明治 23 年（1890）

実である。

でエジソンの実用電球開発の約 10 年後である。当時本報告書では主に一般電球の技術について系列化を

欧米ではカーボン電球は製品としてほぼ完成し量産化行ったが、他に種々の特殊電球がありそれぞれの分野されていたのでこの 10 年の遅れは大きく、国産電球で技術開発が行われており、特にハロゲン電球は現在は輸入品との価格競争に苦戦し、当時唯一製造を行っも重要な役割を担っている。また白熱電球は照明光源ていた東京電気は GE の支援を受け系列会社になっての一部なので他の蛍光ランプ、HID ランプ、LED ないる。その後東京電気が我が国の電球産業の中心企業

どを含めて光源全体としての技術動向の把握が重要ととなり、技術は殆ど GE から導入されることになる。

思われる。

なお東京電気では単に技術を導入するだけではなく、白熱電球の技術系統図を次に示す。

自主研究も行っており、二重コイル、内面フロストバ
ルブの発明が GE に先行して行われていることは特記

謝辞

すべきことである。

本調査を行うにあたり多数の方にご協力戴いた。特我が国における電球の普及はタングステン電球が登に照明文化研究所の伊藤安雄氏には貴重な史料提供と場してから急速に進み、昭和 10 年頃の普及率は米国やご指導を受け、東芝ライテック株式会社の夏目匡治氏

英国を大きく上回っている。この普及率の高さは電灯には史料収集に多大なご協力を戴いた。また東芝ライ産業の広がりを表わしているが、日本人が当時使用さテックの先輩、染谷 彰氏、塚原 淳一氏、神谷 明宏氏

れていた石油ランプなどの光より電球の光を好んだこには多くのご助言を戴いた。これに対し深く感謝する。

とも一つの要因と考えられる。この光色に対する好み

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国立科学博物館 北九州産業技術保存継承センター

技術の系統化調査報告
共同研究編 第 4 集
平成 23（2011）年 3 月 31 日

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