（第2版；令和3年5月18日）

GAMMATRON　真空管

　1920年代の初期、米国のサンフランシスコにあった無線機製造業のHeintz and Kaufman（H&K)　会社は、競合他社であったRCA及びAT&Tによって真空管の供給を拒否されたため、特許により規制されていたDe FOREST （ディフォレスト）の”グリッドのある3極真空管”の特許を免れるために自社で真空管を開発しました。その後、GAMMATRONと呼ばれていた”グリットのない送信機用真空管”を開発し、1930年代の大恐慌時代に自社製真空管の販売を していました。第2次大戦後は、無線、放送機材の製造販売のために真空管の製造を中止しました。しかし、その後販売をした。グリッドある普通の真空管にも”GAMMATRON"の名称を使用していました。当時の真空管技術者がスピン･オフして 操業したのがEIMAC社です。

　H＆K 255は、500Wのプレート損失の典型的なGAMMATRONでした。　この真空管の電極構造は、2枚の3ｘ４ｲﾝﾁ（7.62ｘ19.16ｾﾝﾁ）の板が5/8ｲﾝﾁ（1.59ｾﾝﾁ）の間隔で配置されていました。タングステン･フィラメントは、1つの板から約1/8ｲﾝﾁ（0.317ｾﾝﾁ） の間隔で設置されて、ガンマー･プレート（制御電極）と呼ばれていました。反対側のプレートは、フィラメントから1/2ｲﾝﾁ（1.27ｾﾝﾁ）離れた場所に配置されていました。ガンマ･プレート（制御電極）は、プレートとフィラメントの中間に配置され ていないので、所謂”グリッドのある3極真空管”の特許には觝触していません。

　GAMMATRONに関する詳細な資料は、TUBE COLLECTORS ASSOCIATION ､Special Publication No.2、”THE GAMMATRON"の記述を参照してください。

Tube Collectorｓ Association Special Publication No.20”THE GAMMATRON”の表紙	Tube Collectorｓ Association Special Publication No.20”THE GAMMATRON”の裏表紙

表紙(左）：写真は、AI Jonesのコレクションの”355”で開発中の水冷式の GAMMATRONですが、現在はWashington州のBellinghamにある Radio and Electricity博物館に展示されています。
裏表紙（右）：写真はCalifornia州PerhamのSan　Jose 歴史博物館のコレクションにあるグリッドレス真空管の”真空管属の写真”です。ＧＡＭＭＡＴＲＯＮでない 真空管、Ｆａｒｎｓｗｏｒｔｈ冷陰極発振器は、右の行の中央に表示されています。GAMMATRONは、RCA社の特許侵害の主張を躱 すためにＨｅｉｎｔｚ and Kaufman社の努力で開発された真空管です。写真は、WLL Jensbyと彼の友人からの提供です。

THE GAMMATRONの概要と目次

以下に”THE GAMMATRON"の概要を翻訳をした一部の紹介です。


　これは、現在ガンマトロン関する貴重な情報の概説です。この名前は、時間の経過とともに3つの用途で使用されました。即ち、特別な真空管構造として、コントロール･グリッドはないが、コントロール･アノードを使用している。このバージョンは、 DE Forest>のオリジナル真空管特許に書かれているが、すぐに忘れ去られた。それはHeintz　Kaufman（H ＆ K)社によって商業用送信管として考案され完成しました。その後、グリッド型電力増幅用真空管は、H &K社の一般的な商標となりました。 >ずっと後に、別のHeintz ＆ Kaufman社から販売された受信用真空管に対しての商品名として使用されました。 この小冊子は、これらの形式をもとにそれぞれ解説をしました。それは最初に、開発者 Ralf Heintzについての関連資料と共にSan Jose 歴史博物館のPerhamコレクションのオリジナルのガンマトロンに焦点を当てました。その結果、オリジナルの ガンマトロン型の被試験管HK5とHK55の電気的パラメータの最近の測定値を掲載します。その結果、グリッドを採用後のH ＆ K社史にも言及をしました。
最初のセクションはTCA 「Tube Collector Association」の会議で開催されたプレゼンテーションに基づいたものです。このプロジェクトの最初の発案は､Will Jensbyでしたが多数の人達が貢献をしました。ーEd.

概要

　1920年代と1930年代、企業の多くは,　De Forestおよび後のRCA社の ”ラジオ企業連合”のバックボーンであった特許を侵害しない3極真空管の開発を試みていました。Heintz and Kaufman 社のガンマトロンは、希少でかつ顕著な 成功をしました。これらの真空管の例として、試作品および製品は,博物館や個人コレクションにほんの一握りの真空管として保存されています。San Jose歴史博物館、Early ElectronicsのPerhamコレクションには,多くのサンプルが展示されていますが、 それらの多 くは彼の友人Ralph M HeintzによってDouglas Perhamに寄贈されたものです。 　1928年から1936年ごろ、San FranciscoのMagnavox社のRalph M.Heintzはグリッドレス真空管シリーズの開発をしましたが、真空管が生産に投入されたとき、同社は品質管理上の問題に遭遇し、まもなく販売を中止しました。 Ralf M.Heintz は、”ガンマトロン” と呼ばれるグリッドレス3極管シリーズを開発し、次いで特許侵害のRCA社の申し立てからHeintz and Kaufman社を守るための戦いを成功に導きました。

　Heintzの指導のもとにH & K社（最初のHeintz and Kohlmoos、1924年から1927年、しかし1927年からHeintz　and Kaufman）は、カスタムメイドの船舶および航空機用無線装置と同時にNatoma通りにある彼らのSan Francisco 店の裕福なラジオの愛好家のため にも真空管を開発し製造をしました。1929年までに、H & Kは、航路が沢山あるPasificルートで使用されている船舶用と沿岸用無線機器を汽船ラインに供給をしました。一年後に、Dollar社は、Globe wireless社（H &K社の社長Jack Kaufmanとともに）を結成しましが、Dollar Steamship船団と無線局用機器とサービスの両方を行っていました。この時までにRCA社やその”ラジオ企業連合”の少数の人々はH & K社の設計に注目をしていました。しかしGlobe社との競争でケーブルおよび無線電報会社は重要な 商売をなしましたが、RCA社は警戒をしていました。当初、HeintzはRCA社の真空管を使用してDollar社に若干の送信機を製造していましたが、しかしGlobe社がDollar Steamship社の無線局に加えて、顧客のために商業用無線交信業務を取り扱い始めたときに、 RCA社は、彼らが必要とする真空管の販売を拒否しました。（1929年にDollra社は、H & K社の過半数の株を購入していた） Heintzは、既にRCA社の3極管に関連する特許を回避する努力と研究していました。
　1928年には早くも、彼はSeatleのSimson Radio社のFrederickとプッシュプルの3極電力発振管のための特許を取得するためにDollar社の代わりに交渉していました。1925年に、グリッドでない制御電極の開発にHerbert Metcalfと一緒に仕事をしたので、Heintzは、3極管を理解していたのと同様に現在、RCA社が所有するDE Forestの特許を回避するためにすべき努力は何であるかを認識していました。>Heintzは、船舶用にSimpson送信機で動作するような試作品のグリッドレス真空管を何本か設計をしました。Heintzが開発した最初のグリッドレス送信真空管の一つは、250WのRCA社真空管204Aと差替えができるHK-155でした。
そのHK-155は、204Aと同じガラス容器とベースを使用していました。実際に初期の複数のHK-155の一部には破損した（使用済みの）204を再利用していました。1929年に製造したプロトタイプの試験では、より多くの電力を必要とすることが判明したので、 HK-255を開発しました。（これは利得が低くμが約3）船舶送信機に設置されている2本は、出力電力がそれぞれ500Wまたは1000Wの定格のものでした。以前のHK-155とは異なりこの真空管は、H ＆K社のガンマトロンとして製造され、その後のH ＆ K社のグリッドレス 真空管の一般的な取引の名称となりました。
今日、H ＆ K社のグリッドレスのガンマトロンには、2つの主要なコレクションがあります。Al Jonesによって組み立てられた１つは、Washington州のBellinghamにあるアメリカのRadio and Electricity博物館の所有になっています。もう１つは、San Jose にある歴史博物館のElectronics Perhamコレクションの一部です。

Will Jensby
September 2010

謝辞
Heintz and Kaufman社の初期開発に関する決定的な記事およびRCA社との競合は、Hank OslenおよびAl Jonesです。”西部の反抗：Heintz and Kaufman の物語。The AWA Review Volume 10（1996）pp188-221
写真は、Bill Durfeyおよび図面はBjorn Forsbergによるものです。

H ＆ K グリッドレス真空管（H & K GRIDLESS TUBES）

以下省略


１．GAMMATRONの動作原理と特許

　 3極真空管は、グリッドがエミッタ(通常はフィラメントまては加熱されたカソード)とプレート電極の間に挿入されている2極管です。 エミッタとプラス電位のプレート電極間の電子流は、グリッド電位により制御されます。 プラス電位のグリッドは、プラス電位のプレート電極への電子流を加速しますが、マイナス電位のグリッドは、プラス電位のプレート電極への電子流を減速します。 通常の3極真空管では、エミッタは、電子が過剰に放出されるように設計されていて、プレート電極への電子流はグリッドの電位によって制御されます。

　GAMMATRON真空管は、少し動作が違います。エミッタとプラス電位のプレート電極のある2極管の原理と同じですが、2つの2極管の間には電子の流れを制御するグリッドはありません。 代わりに、エミッタの近くにはガンマ･プレートは、ガンマ･プレートへ流れる電子流の一部分または全ての電子流の方向を変えることによって、プレート電極への電子流を制御します。極端にカンマ･プレトの電位をプラスにするとプレート電極へ流れる電子流の殆ど全てがガンマ･プレートへ流れます。マイナス電位のガンマ･プレートは、エミッタからの電子を跳ね返し、電子は勢いよくプレート電極へ流れていきます。GAMMATRONの利得は、エミッタとガンマ･電極間の距離とエミッタとプレート電極間の距離の比率により決まります。ガンマ･プレートへエミッタを接近させればさせるほど大きな利得が得られます。

　通常の3極管では、エミッタとプラス電位のプレート電極間の電子流は、グリッド電位により制御されますが、一方GAMMATRON真空管の電子流はガンマ･プレートへ向かう電子流が跳ね返されてプレート電極へ向かうように制御されるという理屈です。（筆者註；電子流が跳ね返されて方向を変える状態がギリシャ文字の”γ”に似ているところからガンマ･プレート（ＧＡＭＡ　ＰＬＡＴＥ）、引いてはＧＡＭＭＡＴＲＯＮの名称を使用したのではないかと推測をしています。）　GAMMATRON真空管は、電子流の”方向転換（跳ね返し）”原理に基づき動作するので、エミッタからの過剰な電子は、ガンマ･プレトの制御動作を不十分にして、単に制御不能の整流用の2極管として動作することになります。GAMMATRON真空管のエミツタからの電子流は、”方向転換（跳ね返し）”が起こるようなレベル(温度制限電流）に制限することが必要です。（筆者註、通常の真空管の飽和電流動作は、空間電荷制限電流（sapace-charge limited current）の状態で動作するものとエミッタ温度のみによる温度制限電流（temperature limited current）がある。）

　このような理由により、GAMMATRON真空管のエミッタ温度は、厳密に調整する必要があります。面白いことに、通常の3極管ではマイナス電位のグリッドがプレートへの電子流を制御しますが、GAMMATRON真空管では、ガンマ･プレートがプラス電位の時にプレート電極への電子流が制限されます。言い換えれば、通常の3極管とGAMMATRON真空管の制御電圧の位相差は180度です。

　以上のGAMMATRONの特許が米国で発行されています。1つは、受信用真空管と思われるＰ．Ｆ．ＳＣＯＦＥＬＤによるJan. 1, 1935日付、特許番号　1,986,450、”THERMONIC TUBE" Filed July 18, 1932ともう1つは、電力増幅用真空管と思われるR.M. HEINTZによるFeb. 23, 1937、特許番号　2,071,630、”MULTIPLE ELECTRODE THERMONIC　TUBE”　Filed　July 18　1932です。

　　　　

　Heintz and Kaufman　グリッドレスのGAMMATRONSシリーズ、HK55、HK155、HK255の電気的特性は、次の表の通りです。何れも”Radio Handbook for Amateurs & Experimenters”、Ｆｒａｎｋ　Ｃ　Ｊｏｎｅｓ著、1937年発行、page 240及び260からの抜粋です。

Parameter	TYPE ５５	TYPE ５５	TYPE ５５
Filament　Voltage	6.0	5	14
Filament　Current,A	3	10	30
Normal　Plate　Diss.,W	75	150	500
Amplification　Factor	3.5	2	3
Max.DC Plate Curr. ｍA	150	300	1000
Max. DC Plate Voltage、ｋV	1.25	3.0	5.0
Plate Iｍpedance,ohms	1200	1100	1000

　（１）． 特異な性能；制御用電極は、タンタルのガンマ･プレートです。通常のプレートとガンマ･プレートの間にフィラメント電極が配置されています。
　（２）．用途；発振器、音声及びRF増幅機。プレート電流の振幅は、ガンマ･プレートがプラスに励振されない限り特に問題はありません。

HK255の動作例は、次の通りです。
　

>

Parameter	Class　A AF1	Class　B AF２	Class　B AF３
DC Plate Voltage、ｋV	3	5	5
DC ”Grid" Voltage、ｋV	ｰ1	ｰ2.1	ｰ2.1
DC Plate　Current,　ｍA	170	900	142
Load Resistance, Ohms	20k	10k4	4.5ｋ
Output Power、W	180	2500	220
Plate　Loss, W		2000	220
Efficiency、％	36	56	31
Ham、 Distorstion、％	5

　１．A級動作の音声増幅器で、真空管1本の”グリッド”電流はゼロです。
　２．B級動作の音声増幅器で、真空管2本の場合、”グリッド”振幅はゼロまで振れるが電流は流れない。
　３．B級動作のRF増幅器で、真空管1本の”グリッド”電流はゼロです。
　４．プレートとプレート間の値です。

　下記の回路図は、HK55 GAMMATRON　プッシュプルA級動作の高出力電力（250W)音声増幅器です。

　
２．GAMMATRON　および　PLATIONのサンプル

サンプル１　 ＵＮＫＮＯＷＮ ＧＡＭＭＡＴＲＯＮ	サンプル１ ＵＮＫＮＯＷＮ ＧＡＭＭＡＴＲＯＮ

　上の写真のサンプル1は、製造メーカーのロゴも品名も不明なＧＡＭＭＡＴＲＯＮですが、右の写真の電極配置では、左からガンマ･プレート（制御電極）、フィラメント、プレートの順に配置されている様子が良くわかります。（写真は、大塚久氏のご厚意により藤岡清澄氏が撮影）

サンプル２　HUTH ＰＬＡV．９ PLATION	サンプル２　HUTH ＰＬＡV．９ PLATION

　上の写真のサンプル2は、製造メーカーは、HUTH社で、品名は”ＰＬＡV ．９”の”DAS　PLATION"ですが、右の写真の電極配置では、左からガンマ･プレート（制御電極）、フィラメント、プレートの順に配置されていますが、フィラメントはガンマ･プレート（制御電極）の中央の円形の凹みの中を通してあります。サンプル１よりもより効果的にGAMMATRNの電界の効果を電子流に与えそうな様子が良く理解できます。フィラメント電壓；1.2V、フィラメント電流；0.075〜0.0085A、プレート電圧；50Vです。（写真は、大塚久氏のご厚意により藤岡清澄氏が撮影）

　下のHUTH社の広告では、”DAS PLATION"となっています。こシリーズの真空管には、PLAV9A、PLAV9H,　PLVA9SおよびPLAV9Dがあります。”DAS PLATION ist eine neue Empfanges- und Verstarkerlampe ohne Gitter"（PLATIONは、グリットのない斬新な受信用と送信用真空管です。）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

RCA　6AX5-GT	RCA　6AX5-GT

　上の写真のサンプル3は、RCA ６AX5-GT、全波整流用の双２極管です。右の写真は、この6AX5-GT 双２極管がGAMMATRONGAMMATRON特性を示す構造が理解できます。中央のフィラメントを挟んで２つのプレート電極か対峙しています。右でも左でもマイナス電圧でバイアスされている方がガンマ電極で反対側のプラス電圧を印可した方がプレート電極となります。但し、対向しているプレートからフィラメントの距離が、等間隔であると言う理由で、ＧＡＭＭＡＴＲＯＮ特性は、弱いと予想できます。


３．Heintz and Kaufman（H & K)会社のGAMMATRONのサンプル　

HEINTZ and KAUFMAN EF80CF

　前述の通り、Heintz and Kaufman（H & K)会社は、競合他社であったRCA及びAT&Tによって真空管の供給を拒否されたため、特許により規制されていたDe　FOREST （ディ　フォレスト）の”グリッドのある3極真空管”の特許を免れるために自社で真空管を開発しました。その後、GAMMATRONと呼ばれていた”グリットのない送信機用真空管”を開発し、1930年代の大恐慌時代に自社製真空管 の販売をしていました。第2次大戦後は、無線、放送機材の製造販売のために真空管の製造を中止しました。しかし、その後、販売をした真空管にも”GAMMATRON"の名称を使用していました。当時の真空管技術者がスピン･オフして操業 したのがEIMAC社です。

　手元にあるHeintz and Kaufman（H & K)会社の”GAMMATRON”のロゴを使用した真空管の例です。

HEINZ & KAUFMAN　2A3W	HEINZ & KAUFMAN　24
HEINZ & KAUFMAN　24G	HEINZ & KAUFMAN　E80CF

参考文献

１．大塚 久,「クラッシック･ヴァルブ　幻の真空管800種の軌跡」、誠文堂新光社、1999年2月４日発行、
２．「無線工学　ポケットブック」、社団法人 日本ラジオ協会編纂、昭和16年7月31日発行、
３．Reed Fisher,W2CQH,「A ６AX5 GAMMATRON AMPLIFIER/OSCILLATOR」、「Tube Collector」、Vol.6,No.2(Apr. 2004)
４．Bob Deuel,K２GLO,「A GAMMATRON AM TRANSMITTER」、「Tube　Collector」、Vol.８,No.１(Feb.. 2004)
５．「ＴＨＥ　ＧＡＭＭＡＴＲＯＮ」、Ｔｕｂｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ No.20(pdf)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上