真空管[Gammatron真空管]
                                                                                                              (第1版;平成29年1月9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 KaufmanH & 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。

 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。




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CaliforniaPerhamSan 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”真空管続の写真”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。

以下に翻訳をした一部と」目次の紹介です。

ガンマトロン(THE GAMMATRON)
 これは、現在ガンマトロン(Gannatronに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 & KaufmanH & 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の一般的な商標となりました。
- ずっと後に、別の"Heintz & Kaufman"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ともにSan Jose歴史博物館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 ガンマトロン被試験管、HK5HK55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HK社史にも言及をしました。
 最初のセクションは、TCATube 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。
- 編集者

目次
1.    グリッドレス・ガンマトロン- 構造と歴史
(Gridless GAMMATRON-CONSTRUCTION AND HISTORY)
Early ElectronicsSan Jose歴史博物館のPerham コレクションのH & K グリッドレス・ガンマトロン
Will Jensby, Bill Durfey, Bjorn Forsberg)
Type 5 (Michael Schultz)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2
Type 55 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4
Type 155  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5
Type "155" ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・6
Type 255 (H & K データ・シート)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 6
Type 255X  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8
Jones Type “ 355X” ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11
“Experimental 102”  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・12
”Experimental 103”  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 13
関連資料
Farneworth Cold- Cathode Oscillator ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14
Ralph M. Heintz(1892-1980)(Thorn Mayes)  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15
Early Bay Area Tube Developments:Interview, Ralph Heintz and Thorn
Mayes  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・16
More on the Gammatron (Jack McCullough)  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・17
Heintz & Kaufman Gridless Gammatrons,Type HK55,HK155,HK255・・・・ ・20
Gammatron Tube Price ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・21
Kaufman Letter,Feb.1938 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・22
History San Jose-Perham Collection of Early Electronics(Roxannu nilan) ・・・ 23
Why Gammatron Tubes? (H & K) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・24
2 .HK5 及びHK55のパラメータ測定値(Steve Sparks)  ・・・・・・・・・・26
3. グリッドあり時代のH & K Ludwell Sibley)  ・・・・・・・・・・・・・・・・・31
関係資料
H & K Tube Sales, 4Q48 through 3Q49 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・39
Infringements Claimed in RCA - H&K suits ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 40
The 1941 Situation, H&K Versus Eimac ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・41

Heintz & Kaufman社のグリッドレス・ガンマトロン
HEINTZ & KAUFMAN GRIDLESS GAMMATRON)
Erarly ElectronicsSan Jose歴史博物館、のPerhamコレクションで

概要
  1920年代と1930年代、企業の多くは, De Forestおよび後のRCA 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真空管として保存されています。San Jose歴史博物館、Early ElectronicsPerhamコレクションに,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 Magnavox 社のRalph M. Heintz,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,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。 Heintz,この真空管の設計でMetcalfを技術的に支援していました。
 1928年から1936年の間に、Ralph M. Heintzは、"ガンマトロン"と呼ばれるグリッドレス3極管のシリーズを開発し、次いで特許侵害のRCAの申し立てからHeintz and Kaufman 社を守るため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 Kohlmoos1924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社は、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Dollar汽船ラインに供給をしました。一年後に、Dollar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"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,West Coastケーブルおよび無線電報会社は重要な商売をなくしましたが、RCA社は警戒をしていました。
 当初、HeintzRCA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、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SeatleSimson Radio Frederick Simpson 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 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 一緒に仕事をしたので、Heintzは、Robert Goddard によって開発された以前の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、250WRCA 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"ガンマトロン(Gammatron"として製造され、その後のH & K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、California州のSan JoseにあるSan Jose歴史博物館のEarly 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 101996pp188- 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

Perhamコレクションには、以下の例が含まれています。5つの異なる設計が発見されました。ほとんどの場合、フィラメントは点灯でき、簡単に内部構造を観察できます。
 1 . Type 53つは同じサンプルで、すべてゲッターは生きています。
   A .
   B . アルミニューム・ベース、トップのチップ。表示なし。ステムからのワイヤーを用いて、上部のフィラメントの支持。
   C. アルミニューム・ベース,Heintz and Kaufman / San rancisco,U.S.Aのスタンプがある。 フィラメントのサポートは、ステムからの支持棒とガラスの補強材です。
 2 .  Type 55 Perham コレクションは、4つのサンプルがありますが、いずれも類似しています。プレートの形状は、一体型で“競歩トラック”に似た設計です。フィラメントとガンマ・プレートは、Magnavox社の  グリッドレス設計の後にパターン化されました。
 3.Type 155. Perham コレクションは、この真空管の唯ひとつの事例があります。完全なラベルがガラス容器に 貼られています。アノードは、Type 55と良く似ていますが、交差したガンマ・プレートと2
   この真空管は、克ってラジオ受信機に使用されたとは信じられていません。
  3A. この真空管は、RCAの真空管 204Aと同じガラス容器、ベースおよびキャップを使用していましたが、あるケースでは、204Aの廃物利用をしていました。この真空管には、表示がありませんが、真空管の名称は、  Bill Eitelとのインタービューから推定しました。しかしRalf Heintzは、形状が小型であることによると小さすぎると Ralf Heintz によって否定され、かつ生産には至らなかった可能性がありました。2本のサンプルは、  それぞれプレートの寸法が違います。2つのプレートを使用した設計です。
 4.Type 255 この型番号は、いくつかの異なった真空管に使用されていました。Perham コレクションの真空管は、RCA 真空管 851の形状を留めていて、完全な表示255ありました。通常の2つのプレートを使用した設計で、送信機に使用されたようです。
 5.Type 255  H and K 社のカタログに掲載されていました。ガラス容器の側面に端子がついている大型真空管です。Perham コレクションには、この事例はありません。
 6.Type 255X この真空管は、前述のType 255と良く似ていて、“225X ラベルが貼ってあります。22本のロッドでできたグリットのある3極管です。
 7.試作管 101 (355 ) この真空管は、JoesOlsion資料にある大型水冷真空管の設計に似ています。
 8.試作管 102この真空管は、JoesOlson資料にある大型水冷真空管の設計のFig. 6Hに似ています。
 試作管 103これは、中空の湾曲したプレートを用いて大規模な水冷真空管です。プレートは179度の半円です。(Federal CM2174?の生産の変種 - 編集者

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トは、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トは、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。

                                    [image]   [image]       

 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
AF
Class B
AF
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GAMMATRON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GAMMATRON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 
 





 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.「クラッシック・ヴァルブ 幻の真空管800種の軌跡」、大塚 久著、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.
A 6AX5 GAMMATRON AMPLIFIER/OSCILLATOR」、Reed Fisher W2CQH、「Tube Collector」、Vol.6,No.2(Apr. 2004)
4.「A GAMMATRON AM TRANSMITTER」、Bob Deuel K2GLO、「Tube Collector」、Vol.8,No.1(Feb.. 2004)
5.「THE GAMMATRON」、Tube Collectors Association,Special Publication No.20(pdf)

                                                                              以上