白熱電球
↑ 文部省、日本物理学会編『学術用語集 物理学編』培風館、1990年。ISBN 4-563-02195-4。
1 2 『ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典』【白熱電球】
1 2 3 4 5 6 松本 2000, p. 154.
↑ 松本 2000, p. 153.
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1 2 3 4 5 6 7 8 “2017-2018 東芝ランプ総合カタログ”. page3.cextension.jp. 東芝ライラック. 2020年4月18日閲覧。
↑ 石﨑 2011, p. 7.
↑ 光り輝く竹は「京都の裏鬼門」にあった 探し求めた発明王との縁(朝日新聞2023年2月26日記事)
1 2 石﨑 2011, p. 11.
↑ 石﨑 2011, pp. 11–12.
1 2 石﨑 2011, pp. 15–17.
↑ 石﨑 2011, pp. 19–20.
1 2 3 石﨑 2011, pp. 18–19.
1 2 3 “ついに白熱電球の生産が終了、パナソニックの白熱電球76年の歴史を振り返る”. 2012年12月27日閲覧。
フィラメントの温度を高く設定すると放射光中の可視光成分が多くなり、発光効率が上昇するが、その分フィラメントの蒸散も大きくなり、電球の寿命が短くなる。ハロゲンランプの場合、フィラメントの温度が同じならば通常のガス入り白熱電球の数倍の寿命となるが、その温度を高く設定し、寿命は同じだが効率が高い電球とすることもできる。
フィラメントの温度を低く設定し、長寿命化した製品も存在する。例えばキセノンランプの中には、効率が低く光色も赤色味が強くなる代わりに10000時間前後の寿命を持つものがあり、電球交換の頻度を減らす必要がある、交換が困難な場所(高所など)で用いられている。交流点灯の場合、ダイオードによりフィラメントに流れる電流を半減させ効率と引き換えに寿命を延ばすという手法もある。
他に寿命を伸ばす手法としては、制御回路により、フィラメントが切れることが多い電源投入時に流れるラッシュカレント(電源投入の瞬間からフィラメントの温度が安定するまでの間、規格の8倍程度の電流が流れてしまう現象。消灯時の冷えたフィラメントの抵抗値は点灯中の高温時に比べ低いために発生する。突入電流とも言う)を軽減し、電源投入時のストレスを減らすというものがある。
フィラメントは、通常単コイルまたは二重コイル(小径のコイルを巻き、そのコイル線で大径のコイルを巻く)となっている。これはフィラメントの封入ガスとの接触面積を減らすことで、熱伝導を抑え発光効率を改善するとともにその寿命を延長するのに有効である。
現在、市販されている白熱電球の多くは1000時間程度の寿命を持つ。ただ使用環境によっては電圧の高い(日本では許容最大値である110Vがかかる)場合もあり、この場合は100V用電球では寿命が短くなる。そのため、特に記載はないが、110Vの電圧を想定した電球も販売されている。電圧が定格より下がると、効率が低下する一方で寿命は向上する(照度参照)。
高温(2200 - 2700°C)となるフィラメントではその構成する素材(今日ではほとんどがタングステンとなっている)が点灯時間の累積と共に徐々に蒸発し、細くなることで素材強度がなくなり、最後に折損(俗に言う「球切れ」)することで寿命となる。また昇華したタングステンがガラス球内に付着し、可視放射効率低下の原因ともなる。フィラメントを真空中に置いた真空電球ではこの昇華が大きい。
ガラス球内を不活性ガスで満たすことで昇華を抑えることが出来るが、ガス中への熱伝導による損失が大きくなる。今日用いられる白熱電球のほとんどがこのガス入り白熱電球と呼ばれるタイプのもので封入する不活性ガスとしては通常、希ガスが用いられるがその分子量が大きいもの程熱伝導による損失が少なくなるため窒素やアルゴン以外に高価なクリプトンあるいはキセノンを用いたものもある。
封入ガスにハロゲン(ヨウ素、臭素、塩素あるいはその化合物)を微量混合し、ガラス球部が高温になるように設計することで、昇華したタングステンをフィラメントへと還元するようにしたものもある(ハロゲンランプ)。
19世紀後半、電気照明にはアーク灯がもてはやされていた。しかし、アーク灯は花火のような灯りでバチバチという音も伴うもので屋内の照明にはまぶしすぎるものだった。一般家庭の室内照明にはガス灯が普及していたが、爆発の危険性もあるほか室内の壁が黒ずむ問題もあり、硫黄臭やアンモニア臭が発生することもあった。また、ガス灯は大量の酸素を必要としたため、室内の人にめまいや頭痛を引き起こすこともあった。他に電気を使った発光体としてガイスラー管もあったが、高電圧を必要としもっぱら実験用途で照明用には使われなかった。
そこで19世紀半ば以来、電気エネルギーを利用した白熱光による照明の開発に20人以上の発明家が取り組んだ。イギリスのジョゼフ・スワンとアメリカのトーマス・エジソンが開発を競っており、1878年にスワンはエジソンの1年前に白熱電球を発明したが、スワンのフィラメントは径が4mmと太く利便性等の問題があった。
1879年10月19日、エジソンは木綿糸を炭化させてフィラメントにした実用炭素電球を開発した。フィラメントの材料に白金を試していたが加熱するとガスが出て寿命が短くなる問題があった。そこで炭素処理を施した厚紙を使ったが最終的には竹を使用することになった。エジソンは中国と日本に部下を派遣し、最終的に粘着性と柔軟性に富む京都・八幡の真竹がフィラメントに採用された。エジソンの開発した電球のフィラメントは径が0.4mmと細く、自由に点けたり消したりするのに優れた特長をもった。
エジソンは高抵抗のランプを使用することで、電圧100Vに電球を並列に接続しそれぞれ独立して点滅できるようにするとともに、ソケットをねじ込み式(エジソンベース)にして自由に交換できるようにした。
ハロゲン電球
クリプトン電球