第9版；令和3年4月22日

　 １．真空管の高周波特性
通常の真空管は、例えばミニチュア管でも精々数100ＭＨｚまで増幅できるのが限界とされています。その原因としては、① 真空管の各電極間容量と各電極から外部端子までのﾘｰﾄﾞ線のインダクタンス　② 電子の走行時間　です。　

　3極管の場合、各電極間には、Ｃｐｇ（プレートとグリッド間容量）、Ｃｇｃ（グリッドとカソード間容量）、Ｃｐｃ（プレートとカソード間容量）があります。　また各電極のリード線には、Ｌｐ（プレートのリード線インダクタンス）、Ｌｇ（グリッドのリード線インダクタンス）、Ｌｃ（カソードのリード線インダクタンス）があります。プレート電流が流れるとＬｃに電圧降下が生じ、この電圧がｸﾞﾘｯドに加えられるため、入力電圧を打ち消すような”負帰還”が生じます。更にプレート回路の一部がＣｐｇを通して入力側に加わる”負帰還”が生じます。この”負帰還”は周波数の増加と共に増加し、ついには増幅が出来なくなります。

　真空管内部の電子の走行時間が、増幅しようとする交流信号の周期の近くなると、真空管の動作に慣性がないと考えられなくなり、走行時間による時間遅れのため真空管の増幅機能が低下していきます。この走行時間も電極間隔の短縮、電圧の増加により、ある程度は短くすることは出来ますが、究極的には、真空管の周波数の上限を制約することになります。

　以上のような問題を克服して、真空管の高周波化を進めるには、まず考えられることは、現状の真空管の電極寸法を全て 1/N （N＞１）に短縮することです。プレート電流、Ipは、Ip＝（2.34 ｘ 10^ｰ8S ｘ Vｐ^3/2／D²となる。　ここで、Vpはプレート電圧（V）、Sは電極面積（ｃｍ^２）、Dは電極間隔（ｃｍ）・・・東北大学基礎電子工学入門、”電子工学　基礎論”、和田正信著、近代科学社発行より抜粋）

これから、電極寸法を１/NにしてもVpが一定であれば、Ipは変わらないから、真空管3定数（μ、ｒｐ、ｇｍ）は変わらない。ただしプレート電流密度はN²になるからプレートにおける熱損失は大きくなる。一方、電極容量は、1/Nになり、リード線インダクタンスも1/Nになり、周波数の上限もN倍に上がります。


2．1/Nの小型化真空管

　１９３０年頃から超短波領域の実用化が進み、それに適した真空管が求められるようになりました。まず、RCAで開発され、1934年に最初の製品として955が発売された”エーコン管”があります。955は、電子走行時間および電極間容量を極限まで減らすため、記録破りの小型電極を用い、その上全ての接続用のピンを真空管の側面に設けたフランジ状のステムから最短距離で放射状に引き出した真空管で、600MHｚぐらいまでの発振、増幅用の傍熱型3極管です。　（この項は、「クラッシック･ヴァルブ」、大塚久著、誠文堂新光社発行より抜粋）　詳細は、真空管[エーコン管]物語を参照下さい。（下の写真はRCA 955）

RCA 955

　 製造面で色々と難点のあった”エーコン管”の代わりにミニチュア管が使用されるようになりました。その中でも代表的な品種とされる真空管は、6AK5です。最初は、1943年頃米国　のウエスターン･エレクトリック社で実用化されたものです。この6AK5の特徴は、カソードの面積をできる限り小さくして入力容量（Cin）をできるだけ小さくした真空管です。　従って、そのグリッド線には、0.0035 mm 径の細い線を200回/吋に捲き、且つカソードとグリッド電極間隔は、極度に狭く約0.1 mmにおさえ、RCA 955で、5 ｍ℧の相互コンダクタンスが得られています。また、カソードからのリードﾞ線は２本を並列に出してあり、入力回路と出力回路が分離出来るようにしてあり、400ＭＨｚまでの増幅ができます。 （下の写真はGE ６AK５）

General ElectricE 6AK5

　一方低雑音回路の研究が進む内に、3極管をグリッド接地型で使用すれｒば、グリッドがカソード入力側とプレート出力側の遮蔽として働き安定で、しかも3極管の低雑音性も有効に利用できることが分かりました。そのため6J4のような特にグリッド接地型に適した3極管が開発され、しかも電極間容量はCpgよりもCpcの小さいものが望まれました。6J4は、500MHｚまでのRF用グリッド接地型3極管として使用されました。
　米国のテレビ放送の周波数が、1000MHｚ帯を使用したため6AN4ミニチュア3極管でグリッド接地型高周波増幅、混合、局部発振に使用できるものまで現れました。尚、500MHｚまで数WのVHF出力が得られるミニチュア管として6J6があります。 長方形のカソードの量長辺面をそれぞれのカソードとし、両側に平面型3極管を形成させたものです。2ヶの3極管をプッシュプル動作をさせてEp=150V、900MHｚで0.35Wの励振電力により3.5Wが得られました。（この項は、「電子管工学」、高村新太郎著、より抜粋）

　石原平典,岡崎一郎共著の,「UHF受信管」､昭和36年､テレビジョン､第16巻第1號,pp38～42より、当時議論されていたUHF用受信管一覧表を下記に表示します。

石原平典,岡崎一郎共著の,「UHF受信管」､昭和36年､テレビジョン､第16巻第1號,pp38～42より抜萃

NEC 6J4	RCA 6J6	SYLVANIA 6AN4

　ニュービスタ（Nuvistor)は、1960年にRCAから発表されたテレビジョンなどのUHF受信機の高周波増幅、発振、混合用の超小型管で、同心円状の電極と真空金属容器とセラミック･ベースのみを用い、ガラスは一切使用されていないのが特徴です。我が国では、日立が1961年にニュービスタを発表しています。詳細は、真空管[ニュービスタ管]物語を参照下さい。 （下の写真は日立 2BH5)

日立　2BH5

　従来のミニチュア管を更に小型化して高周波特性を改善したサブｍT管が開発されました。サブｍT管、6D-HH12(3D-HH12）は､TVチューナ高周波混合発振用双3極管として、6D-HH13(3D-HH13）は、TVチューナ高周波増幅用双3極管として、6D-HH13（3D-HH13)は、TVチューナ高周波増幅用双3極管としてそれぞれ使用されました。東芝は、1961年にこれら一連のサブミｍT管をRCAのニュービスタ(日本は、主としてRCAと関係のあった日立製作所で生産された）に対抗してミクロビスタと呼称して宣伝をしました。
（下の写真は、Toshiba　3D-HH12と6D-HH13）

Toshiba 3D-HH12	Toshiba 6D-HH13

　以上のように、従来の真空管を単に小型化して高周波用に改良設計をした製品を見ますと製造面で既に限界に来ていて、何らかのブレークスルーする新しい手法が必要でした、

３．プレナー電極構造の真空管

　高周波増幅に適した電極構造として、第2次大戦中にドイツとアメリカで板封止（Disk Seal）の3極管が1942年頃に開発されました。1000MHｚ以上の所謂マイクロ波に使用できる真空管が現れました。　　之を「板極管」と呼び、国内では戦争末期から開発にかかり戦後に実用化され、1952年には「板極管」 2C40、2C43を用いた2000MHｚ帯のマイクロ波通信回線が開通しました。
　2C40は、局部発振など低出力連続波用に適し、発振管として3000MHｚ程度が安定な限界周波数でしたが、増幅管としては1500MHｚ付近まででした。それは、グリッドを通しての帰還のために巧く動作しないからでした。規格は、Vp=250V, Ip=20ｍA、μ＝35、ｇｍ＝6６ｍSでした。2C43は2C40と殆ど同じ構造ですが、プレートなどの寸法が大きくしてあって出力電力が大きい。　特にパルス発振に適し、パルス通信やレーダーなどに使用されていました。
　1950年にベル電話研究所のモルトンらは極めて微細な構造の「板極管」を作り、4000MHｚの広帯域増幅器に実用をしました。最初1553と名付けられましたが、WE社で量産に移行してからは416Aに変わりました。陰極酸化物の厚さ、グリッドーヒター間隔、グリッド線太さ、グリッド線間隔などよれまで知られていたものの内最も小さいとされていた2C40間に比較して桁違いに小さかった。（”電子管の歴史”より抜粋）

　しかし、PIRE（Proceedings of Insititute of Radio Engineers）、Volume 21,Number 12，December 1933年の記載の論文”VACUUM TUBEWS OF DIMENSIONS FOR USE AT EXTREMLY HIGH FREQUENCIES”、By　B.J. THOMPSON　and　G.M. Rose.Jeが発表され、この論文が　通信工学邦文工学雑誌12号に、野口勉訳で”超高周波用極小真空管”で掲載されています。その概要では・・・・・・本論文は60糎までの超短波をありきたりの回路で受信する目的で作った極めて小さな3極管および遮蔽グリッド真空管の構造や動作について述べている。　これらの真空管は従来の真空管に比べれば寸法に於いて約十分の一に縮まっているが、相互コンダクタンスや増幅率の値に於いては決して之に劣らない。電極間静電容量は普通真空管に得られる値の数分の一に減っている。　試作した3極管を普通の反結合回路に使用して、プレート電圧 115ボルト、プレート電流　3ｍＡ、で30糎の波長の発生しえた。受信機は遮蔽グリッド真空管を用いて作り波長100糎および75糎で同調高周波増幅を行い長い波長（100糎）の域で1段の利得４を得た。

　
　上の写真は、この論文が、既に1933年の時期に、例え実験室での実験とは言え、”プレナー型真空管”の着想を得ていたことが理解できます。上の写真中、左上の第一図では、汎用の”57真空管”と”試作真空管”との比較をしていますが、極めて小型である以外は、写真が不鮮明でよく理解できませんが、中央の第二図では、プレナー型”（平行板型）の電極配置がよく理解できます。勿論、カソード、グリッドおよびプレートは、所謂平面構造の3極管です。

　第三図は、遮蔽グリットが加わった4極管構造です。当時は、まだ”Disc Sea（板極封止）構造”ではなくて、954や955のエーコン管のリード線引き出しと同じ構造を採用したようで、その構造は、第四図に示されています。

　下記のような記述が見られます・・・・。

「”試作真空管”の写真を第一図に示す。比較の標準に従来の大きさの57真空管を用いてある。この小型真空管の最大寸法は何れも3/4吋（19mm）を出でず部品も従って小さい。両者とも電極構造は平行板型にで傍熱型陰極を有する。
　三極管では部分品の重さは非常に軽く導線だけで之を支持することができる。この結果として各電極と支持物間の容量を除去することを得た。プレートもカソードも同じ形で二個の金属製小椀を背中合わせに配置してその間にグリッドを挿入してある。カソードの椀の中には小さなヒーターを入れその外面には電子放出物質を塗ってある。グリッドは支持環に取り付けた網で出来ている。電極間の距離は千分の何吋という程度に過ぎない。第二図は全體の構造をしめすものである。」

　　・・・・・遮蔽グリッド四極管の記述に関しては割愛する・・・・。

　「以上の両者を封入するバルブは、どちらも形状の稍半球に近い二つの部分からなる。三極管の導線は全てこの封止部分から出すから普通に使うステムは不必要である。四極管では更にバルブの両端で別々に封じてプレートと遮蔽グリットの導線は総て中央の封止部から出る。四極管でかういう配置にすることは遮蔽の見地から利益がある。マウント（組立部品）は遮蔽グリットが封じの面より少し上に出て殆ど硝子まで達する様にバルブに入れる。第四図を見ると直ぐに分かるが図示する様に外部遮蔽を置けばプレートは有効に制御グリットから隔離される。遮蔽グリットの導線は相当短く外部遮蔽のそばに出し、其處で直ちに接地して遮蔽導線のイムピーダンスを極減する。るこれはヒターおよびグリッドの導線に對しても同様である。」

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・電気的特性の記述に関しては、割愛する・・・・・・・・

　この論文の結論の部分で、次の様に締めくくっている。

　「最後に述べて置きたいことは上記の真空管は研究室で或る基本原理の説明に作ったもので寧ろ真空管を賣るために設計したものでないことである。併し、以上の原理将来短波長用の特殊真空管の開発に益する所あらば幸いである」

と結んでいるが、筆者、B.J. THOMPSON and G.M. ROSE .Je　二人の1933年当時ににおける超高周波用極小真空管に関する慧眼は素晴らしいと思います。その後、高い周波数帯での導波管や空洞共振器の採用に及んで使用される真空管にも”Ｄｉｓｃ Ｓｅａｌ”技術が開発され約10年後に所謂”板極管”、”ライトハウス管”がRCAによって開発されました。

４．真空管の”Disc Seal”技術

　”Disc　Seal”の技術が、いつ頃開発、実用されたのかを調べましたが現時点では文献、資料が見つかっていません。しかし、前述の”電子管の歴史”、第5章　マイクロ波管、　５．６ その他のマイクロ波管、　（３） 切替放電管（ＴＲ管やＡＴＲ管など）　(a) アメリカに於ける発展過程と進展　(1)　TR管　には次のように記述されています。

Bomac 724B/CV1793

　最初の頃は、TR管と言っても、単に放電間隙をガラス管内に封入しただけのもので、之を空洞共振器に挿入して使用してた。このものにはイグナイタ電極がないので、送信電力が来ても放電の開始が遅れ、僅かな時間ではあるが送信電力が受信機で漏れて、礦石検波器（検波ダイオード）を破壊してしまうことがある。このため、検波器には真空管しか使用できなかった。なお、この放電間隙は、Sバンドに使用された。
　そこで、放電が遅れることなく放電が開始されるように、イグナイタ電極入れることが考えられ、その最初のTR管が１９４２年に開発された”板封止型”（Disc　Seal)の７２１Aである。　（上の写真はBomac　Labolatories　Inc.CBNQー724B /CV1793）

５．ライトハウス・チューブ（燈台管、プラナー･チューブ、板極管）

　Planar構造でDisc Seal型真空管として、ライトハウス・チューブ（燈台管、プラナー･チューブ、板極管）は、RCAが１９４２年頃開発しました。

　5.1　国内のライトハウス・チューブ（燈台管、プラナー･チューブ、板極管）
　下記の表は、「電子管の歴史」、資料編、第４章 送信管　第４．２節 規格表より抜粋しました。

各種ライトホウス･チューブ	各種スタックトロン･チューブ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 註　*1　日立　2T72　伝導冷却方式の電力増幅3極管は、JA0DSH　越山修太氏のご厚意による寄贈品です。
　　　　　　　　　　　　

　伝導冷却・・・・・・小電力のUHF,VHFテレビサテライト装置では、半導体との組合せによる小型簡易化を目的として、冷却扇を省略して筐体やヒートシンクへの熱伝導により放熱する伝導冷却が用いられた。これは、陽極に熱伝導の良好な物体を接続し、熱伝導の良い電気絶縁物たとえばベリリヤ磁器などを介してヒートシンクや筐体に熱を伝え、輻射と自然対流により熱を放散する方式である。この方式は冷却扇が不要になるばかりでなく、空洞共振器の構造に通風上の制約がなく、また通風によるホコリなどの汚れがないので空洞共振器の保守が容易であるという利点がある。しかしながら、陽極、電気絶縁物、ヒートシンクなど各部品の接触状態が悪いと熱抵抗が増加し伝熱効果を妨げるという欠点がある。1964年テレビサテライト局用として２T72に伝導冷却方式が採用されたのをはじめ、4F64R、4F16R、4F84Rの強制空冷管も伝導冷却管化した。

HITACHI　2C39A		HITACHI　2C43	NEC　2C43
NEC　２B22
TOSHIBA 2T27R		HITACHI 2T72R
日立　2T72		NEC LD-583＊１
NEC　４T72R		TOSHIBA 7077
TOSHIBA　7266		TOSHIBA　8506

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　註 １．NEC LD-583＊１は、尾崎逸郎氏のご厚意による寄贈品です。



5.2　GE　プラナー及びセラミック型（燈台管、プラナー･チューブ、板極管）
　”ＧＥ　Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”　ＰＲＩＮＣＩＰＡＬ ＲＡＴＩＮＧＳ，ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＡＮＤ ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ、ＴＵＢＥ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＤＥＰＡＲＴＭＥＮＴ、ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ よりの抜粋です。

　　　　　　　　　　*^１；6D3Dは、ﾛｼﾔ　OTK製のﾗｲﾄﾊｳｽ管でﾓﾆﾀｰ検波用のUHF2極管です。全長は、47mm、最大径が32.7mmφです。

GENERAL ELECTRIC 2C40A
GENERAL ELECTRIC 6299		GENERAL ELECTRIC 6771
MACHLETT 2C39A		EIMAC 2C39A
GENERAL ELECTRIC　2C42	GENERAL ELECTRIC　2C43	GENERA ELECTRIC　2C46
GENERAL　ELECTRIC　2B22	OTK　6D3D	UNKNOWN 6442
Ｅｉｍａｃ　２C39WA＊１		MACHLETT 7289
ＲＣＡ　６８８４＊１
EIMAC 7815		EIMAC 7815AL
GENERAL ELECTRIC 7911		GENERAL ELECTRIC GE17701
GENERAL ELECTRIC GE18651		KM CV273

　　　　　　　　　註　１．ＲＣＡ　６８８４＊１およびＥｉｍａｃ　２C39WA＊１は、尾崎逸郎氏のご厚意による寄贈品です。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上

参考文献
１．池田豊､「小型真空管のガラス部品の強さと、それに用いるガラスの熱膨張との関係について」､昭和34年1月､材料試験､第8巻第70号､pp592-589
２．西尾秀彦､「小型真空管」、昭和30年10月､電気学会雑誌､75巻805號､pp156～161
３．濱田成徳､「輓近の真空管」､昭和13年7月､電界学会雑誌､58巻第600號,pp589ｰ601
４．小原正典､「最近の小型真空管」、昭和17年4月、電気学会雑誌、62巻 645号,pp219-222
５．浜田成徳､「最近に於ける真空管の研究に就て」､日本数学物理学會誌､第十三巻第四號,pp255～272
６．石原平典,岡崎一郎,「UHF受信管」､昭和36年､テレビジョン､第16巻第1號,pp38～42
７．畑捨三､「新しい受信管とその回路（１）」､昭和37年mテレビジョン､第16巻第4号､pp196～199
８．赤坂極､「テエレビジョン共同聴視用UHFコンバータ」､昭和40年､テレビジョン､第19巻第9号,pp638～642
９．岡部豊比古､「10.電子管」､テレビジョン年報､第16巻第6号,pp351～354
１０．村田良雄､「ニュービスタ 2B-H5,6CW4」､昭和37年5月､日立評論､第44巻第5号､pp83～86
１１. 坂上巌､「テレビチューナ用新型真空管」､昭和36年10月､日立評論､第43巻第10号pp1265～1269
１２. 宮地抗一,「板極管」、電気学会雑誌､技術総説､69巻753號,pp257～367
１３．池田豊､「板極真空管に用いうる鐵と接着剤のガラスに就て」､pp201～203
１４．真空管部門委員会､「板封じ真空管の試作及び應用研究」、1951年､電気学会雑誌、第71巻第747号pp16～26
１５．B.J.THOMPSON and G.M.ROSE,JR「VACUUM TUBES OF DIMENSIONS FOR USE AT EXTREMELY HIGH FREQUENCIES」December 1933､Proc. I.R.E.､pp334～338