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■電球豆知識 (白熱電球の構造・特徴)

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■電球の特長・構造

●白熱電球の特長

特別な点灯回路を必要とせず、手軽に照明効果が得られます。なお、最近では小形で効率の高いミニクリプトンの需要が高まっています。

・暖かみのある白色光で演色性に優れた光源です。
・豊富な品種があり様々な用途にご使用できます。
・調光が自由にでき変化に富んだ照明が可能です。

●白熱電球の構造

電球は実際に光を発する
@フィラメント、それを保護するAガラス球、そしてB口金から成り立っています。

ガラス球の中は真空のものや不活性ガスを封入したものがあり、高温になる
フィラメントの燃焼(酸化)や蒸発を防いでいます。
小形・軽量で集光・散光も簡単にできる電球は、使われている範囲も広く、用途に
より様々な形状のものがあります。

■電球の発光原理

電球の中には導入線によって、フィラメントが固定されています。

このフィラメントは高温に強いタングステンという金属で作られ、電流を流すと
電気抵抗により2000〜3000℃の高温になり、白熱化して暖かみのある白色光を発します。


●封入ガスと熱損失

一般の電球には高温になるフィラメントの蒸発を抑えるために、ガラス球内に不活性ガス(アルゴンと
窒素の混合)が封入されています。

この不活性ガスにより電球は長寿命を保てるのですが、同時に不活性ガスは、ガス自体の熱伝導や
対流によりフィラメントの熱を奪う働き(熱損失)もしてしまいます。

このため熱を奪われにくくするために、一般にはフィラメントを二重コイルにする方法が採られます。
また、アルゴンガスに比べて熱を伝えにくく、熱損失を抑えられるクリプトンガスを封入した電球も
あります。熱損失の減少により、高効率・長寿命を実現しています。
さらに、ガラス球に伝わる熱が低くなり温度上昇を抑えられるので、電球の小形化も可能になります。
(例:ミニクリプトン)
封入ガスと熱損失の関係

■電球の特性

●電源電圧変動特性と寿命に対する影響

電球は電圧の変動によってその特性が大きく変化します。

●使用電圧が高い場合
明るさは上昇しますが、消費電力が増え、寿命が短くなってしまいます。例)電圧が5%高いと寿命は約1/2になります。
●使用電圧が低い場合
寿命が長くなり、消費電力は少なくなりますが、明るさが低下し不経済です。例)電圧が5%低いと明るさは約84%になります。

もっとも経済的に使用していただくために、用途に合った機種を選び、
使用場所の電圧に合った機種(100V用、110V用等)をご使用ください。
電圧と全光束・消費電力の関係 電圧と寿命の関係

●分光分布

フィラメントから発生する光は、各波長の光が連続して含まれて
いるため演色性がよく、その光色は、質の良い高級感あふれる
光です。
   ホワイトランプの分光分布図

●点灯中の温度

電球は点灯中にフィラメント温度が非常に高くなるため、ガラス球や口金の温度も上昇します。特に高ワットの電球ほど発生する熱量も大きく、温度が高くなります。各種電球の点灯時温度の概略値は右表に、また点灯方向の違いによる各部分の温度分布は右図例に示します。
点灯中や消灯直後の電球は熱いので、絶対に手や肌で触れたり、燃えやすいものを近づけたりしないでください。
また、適合した器具、ソケットで指定された種類とワット数の電球を必ず使用してください。
ワットの区分 消費電力(W) ガラス球最大
径部の温度(度)
口金温度(度)
20W形 18 53 80
40W形 36 73 90
60W形 54 92 105
100W形 90 95 115
150W 150 85 92
250W 200 105 107
・定格電圧100V 周囲温度20℃ 裸点灯周囲温度込
・口金上向きで点灯、二重コイル電球の場合
・口金温度:JIS C 7801附属書1 に準拠(クロメルーアルメル熱電対使用)
・ガラス球温度:JEL 304に準拠(クロメルーアルメル弓形熱電対使用)


●周囲温度による寿命変化
電球点灯時の周囲温度によって電球の寿命も変化します。
周囲温度が60℃以下では寿命変化はほとんどありませんが、60度を越えると寿命が短くなり、さらに温度が高くなるとガラス球と口金の接着剤が劣化して接着力が弱まり、ガラス球と口金とが離れてしまうなどの事故のもとになります。
●過渡電流
電球のフィラメントは、点灯前の常温の状態では非常に抵抗値が小さく、そのためスイッチを入れ、電気を流した瞬間には定格電流の7〜10倍の電流が流れます(フィラメントはすぐに熱を発して電流値も通常使用時の定格電流に戻ります)。この点灯直後の大きな電流が過渡電流で、電球を半導体回路などに接続して使用する場合には、回路の故障を防ぐためにこの過渡電流を十分考慮する必要があります。
周囲温度と寿命の関係
過渡電流

●応答特性
電球の場合、スイッチをONにしてから所定の光束が出るまでの時間は、0.1〜0.2秒程度です。これはフィラメントが一定の温度に達するまでの時間です。またスイッチをOFFにした場合は、これとは逆にフィラメントが冷える
までしばらく光を発しています。通常の一般電球の場合、右図のような特性を持ちます。
●残存率(電球の寿命について)
電球の寿命は、カタログに記載されている「定格寿命」で一度に全部が切れるのではなく、製造条件のバラツキや点灯方向、電圧、点滅、振動の有無など微妙な諸条件によって、ある程度の幅があります。この様子を表したものが残存率曲線です。電球の定格寿命は残存率が50%になった時と決められています。つまり定格寿命1000時間の電球では、1000時間点灯した時に半分が切れ、半分が点灯していることになります。
応答特性

残存率曲線

東芝ランプ総合カタログより抜粋
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