真空管[サイラトロン]物語
                                       (第18版;令和2年7月12日)

1.サイラトロン

 熱陰極グリット制御放電管は、電極として陽極、熱陰極及び1個ないし2個のグリットを有し、水銀蒸気、アルゴン、クセノンなどの稀ガスや水素ガスあるいは水銀蒸気と稀ガスの混合物をバルブ内に封入した放電管で、一般的にはサイラトロンと呼称されている。サイラトロンは、僅かなグリッド入力電力によって普通の真空管では到底望み得ない大きな電力が制御できるものです。機械的な継電器に比較して応答速度が速く、動作が確実であるなどの優れた特徴があります。従って、光継電器、その他一般継電器、電動機の速度制御(サイモトール)、溶接機の制御、整流回路などきわめて多方面に利用されていました。

 右から、Raytheon 2D21マツダ TYー66G、e2V technologies CX1140LD

 写真は、手元にあるサイラトロンの代表的なものを示します。 右のミニチュア管は、クセノン( Xenon)封入Raytheon 2D21、中央のST管は、アルゴン封入 マツダ TY−66Gおよび左の大型サイラトロンは、重水素(Deuterium)封入e2V technologies CX1140LDです。なお、CX1140LDは、志田文夫氏のご厚意による寄贈品です


2.構造と特性の概要

 陽極は、カーボンまたはタンタル等の材料で、グリッドは、ニッケル板に1個或いは数個の穴をあけたもの、酸化タングステンの棒を一定間隔で並べたもの(Toshiba特許、No.232501)など品種によって種々の構造を有している。さらに4極管では、このグリッドの他に遮蔽グリッドのあるものがあります。陰極は、直熱型と傍熱型があり、直熱型は、ニッケルやタングステンのフィラメントに直接電子放射能力の大きいバリウム等の酸化物が塗布してあり、水銀蒸気やアルゴン、クセノンなどの希ガスや水素ガス或いは水銀蒸気と希ガスの混合物が真空管内に封入しある。

 
3.種類

 サイラトロンは、管の構造や封入ガスの点から次のような種類に分類されている。
1)負グリッド特性3極管
 最も多く用いられるもので、通常使用の陽極電圧に対して負のグリッド臨界電圧を持っています。
2)正グリッド特性3極管
 正のグリッド臨界電圧を有するもので、例えばレーダーのパルス変調用として用いられる水素サイラトロンはこれに属し、グリッド・バイアス電圧は、ゼロで正のパルス電圧をグリッドに加えて放電を起こさせる。
3)負グリッド特性4極管
 制御グリッドの他に制御グリッドを持つ放電管は、電極間容量が小さくて外部回路の影響を受けることが少なく、また放電開始  直前のグリッド電流が3極管に比較して非常に少ないので、10MΩのグリッド抵抗入れても安定に動作するという特徴がある。
 このため、4極管は特に光電管と組み合わせて高感度のフォトリレー用として使用される。

一方、封入ガスの種類から分類すると

1)水銀入り管
 水銀を封入したサイラトロンは、耐圧が高く管内電圧降下が低く、またガス・クリーンアップの恐れがない等の特徴を持っているが、反面特性の温度依存性が強いため使用温度範囲が狭く、陰極加熱時間が長い等の欠陥がある。
2)ガス入り管
 アルゴン、クセノン、水素等を封入したもので、水銀の場合と反対に温度依存性が少なく、使用温度範囲が広く、陰極加熱時間が短い特徴がある。主として、工業用に使用されていた。
3)水銀及びガス入り管
 前2者の特徴を兼備するように、水銀にアルゴンやクセノンなどの希ガスを混入したもので、使用温度範囲が広くガス・クリーンアップもガス入り管に比較して少ない特徴がある。

特記事項:サイラトロンのガス・クリーンアップ現象は、ガス入りサイラトロンがインダクタンス成分の大きい負荷で使用される場合、陽極電流は、陽極電圧よりも位相が遅れるために、電流が流れ終わった瞬間に、逆電圧が加わり、管内の残留イオンは、この逆電圧によって加速され、陽極に衝突してこれを吸着させたり、陽極物質とともに飛沫して管内に吸着される結果、管内のガス量が減少して、所謂ガス・クリーンアップを起こして管の短寿命の原因になります。この程度を表すものとして回路のCommunication Factorの大きさによって放電管がガス・クリーンアップを起こして短寿命になることがあります。これは、グローの色の変化グローが陽極上部でちらつくことで検知できる。このような場合には、陽極陰極間にC,Rを直列に挿入して逆電圧の上昇率を少なくしますとこのガス・クリーンアップを著しく軽減できる。このC,R回路をCusion Circuitと呼んでいる。


以下のサイラトロンの規格一覧表は、”NEC電子部品 電子管規格一覧表”、1964年9月から抜粋し、一部のサイラトロンの規格を追加したものです。

熱陰極グリット制御3極(または4極)放電管(希ガス入)
品名 製造会社 陰極;電圧x電流
(VxA)
尖頭陽極電圧
(kV)
尖頭陽極電流
(A)
外形寸法
(mmxmmΦ)
備考
884 RCA、6Q5G  6.3x0.6  0.35  0.075  100x37   
885 GE  2.5x1.4  0.35  0.075  106x37   
2050  RCA  6.3x0.3  0.65  2.0  95x38  4極管 
2051 KEN-RAD、VT-109  6.3x0.6  0.7  0.375  105x40  4極管 
4690  VALVO 4.0x1.3  0.5  0.06  95x40   
5663  RCA  6.3x0.5  0.5 0.06  37x184  4極管 
5684  ELECTRON  2.5x9.0  1.25  2.5  140x40   
5696  RCA  6.3x0.15  0.5  0.1  42x18  4極管 
5796  CETRON  2.5x8.5  1.5  20  127x39  キャップ欠 
6021  RCA  6.3x2.6  1.3  5.0  85x41  4極管 
7410  CETRON  2.5x7.0  1.  1.5  165x50.4   
8370 EE  6,3x5.7  0.1  114x41.3   
1G32P  Toshiba  6.3x6.1  2.8  0.1  140x45.2   
1G45P/3C45 JRC  6.3x2.7  0.45  120x30   
1G50  Toshiba、2050  6.3x0.6  0.65  1.0  78x32  4極管 
1G50A  日立、2050  6.3x0.6  0.65  1.0  78x32  4極管 
2D21 2D21  6.3x0.6  0,65  0.5  53x17.5  4極管
2D21W  2D21  6.3x0.6  0.65  0.5  53x17.5  4極管
3C31  C1B  2.5x6.3  0.75  1.0  155x39.5   
4C35A  ITT ELECTRON  6.3x6.0  0.1  160x35   
3G15  C1A  2.5x6.0  0.17  7.7  165x42   
5G32 5632/C3J  2.5x9.0  0.75  30  150x42   
5G84  5684/C3JA  2.5x9.0  1.25  30  145x40   
6D4 CHATHAM  6.3x 0.25 0.35  0.11  42x18  ノイズ源
6K25  MAZDA,CV2177  6.3x1.02  0.4  0.5  80x32   
6Q5G Du Mont、2B4  6.3x0.4  0.3  0.3  100x38   
338A  WE  10.0x0.5  0.325  0.6  105x38.5   
2050W 2D21  6.3x0.3  0.65  0.5  95x35  4極管 
AC50  VALVO  4.0x0.6  0.3  0.3  90x35   
C1A  Electrons Inc.  2.5x6.0  1.17  7.7  165x42   
C1B/A  Electrons Inc.   2.5x6.3  0.75  1.0  115x38   
C1K/6014 NE 註  2.5x0.63  1.0  1.0  100x38   
C6A Electrons Inc.   2.5x1.8  0.33  7.7  290x55   
C6J/5685 Contnental  2.5x2.0  1.25  6.4  215x50   
NGT2/W269  ZOSJ  4.0x0.135  0.5  1.0  115x44  4極管 
T66G-GT 6.3x0.4 0.25 0.3 82x32
TB-712-B  ー  3.0x1.2  0.325  0.1  124x48   
TH-3016G 2.5 x1.4 0.25  0.3  100x38.5   
TY-16G 2.5x1.4 0.25 0.3 105x38
TY-65G 6.3x0.4 0.2 0.25 100x38
TY-66G 6.3x0.4 0.2 0.25 105x38
TY-66G-GT 6.3x0.4 0.2 0.25 83x32
XB-767-A 2050 6.3x0.3 0.65 1 100x38 4極管
XB-785ーB 6.3x0.8 0.35 0.5 102x38 4極管
XC-754-A 110x45 4極管

                        註;NATIONAL ELECTRONS、INC
                        註;CONTINENTAL ELECTRIC CO.

 

   

  


 
RCA 884  General Electric 885 RCA 2050  KEN-RAD 2051 
     
VALVO 4690  RCA 5663  ELECTRON 5684/C3JA  RCA 5696 
 
RCA 5796  RCA 6021 CETRON ELECTONICS
7410
ELECTRONIC ENTERPRISE
8370
   
Toshiba 1G32P JRC 1G45P  日立 1G50/2050   Toshiba 1G50  
     
Toshiba 1G50A  三菱 1G50A/2050A RAYTHEON 2D21 Toshiba 2D21 
     
NEC 2D21  MULLARD 2D21W  CONTINENTAL ELECTRIC
3C31/C1B
 
 
Toshiba 3G15 
       
ITT ELECTRON 4C35A  Toshiba 5G32 Toshiba 5G84   CHATHAM 6D4  
 
MAZDA 6K25  Du Mont 6Q5G  Western Electric 338A  RAYTHEON 2050W 
 
VALVO AC50  ELECTRONS C1A  ELECTRONS C1B/A  NATIONAL ELCTRONS C1K
       
ELECTRONS C6A CONTINENTAL C6J/5685  ZOSJ NGT2/W269  TEN T66G−GT 
   
 NEC TB-712-B  理研真空 TH-3016G   マツダ TY−16G   マツダ TY−65G 
     
マツダ TY−66G−GT  住友真空管 XBー767A  NEC XB-785-B   NEC XC-754-A  

                     *1.ELECTRON 5684/C3JA は、7N1VMN 鈴木輝夫氏のご厚意による寄贈品です。

熱陰極グリット制御3極放電管(水銀入り)
品名 外国相当品 陰極;電圧x電流 尖頭陽極電圧 尖頭陽極電流 外形寸法 備考
2G57/FG17 5557 2.5Vx5A 2.5KV 1.2A 180mmx63mmφ
3G94 394A 2.5x3.2 1.25 2.5 142x47 MARSHALL
4G23 3C23 2.5x7 1.25 6 149x52
4G93 393A 2.5x7 1.25 6 160x52 W E
4G63A 5563A 5x10 20 6.4 256x67
TX-920 5x4.3 15 180x78
LD-537 5x4.5 2.5 6 190x62
5G69 5x19 20 10 360x125
6G51 5x25 16 20 460x155
6G10(105) FG105 5x10 2.5 40 286x99 GE,4極管
7G57 5x30 18 40 520x185

                     注;W E;WESTERN ELECTRIC

    

MARSHALL ELECTRONICS
394A
WESTERN ELECTRIC
394A
*1
WESTERN ELECTRIC
393A
MARSHALL ELECTRONICS
393A
*1
GENERAL ELECTRIC
 FG-105
Nationa ELECTRONICS
FG17

              *1.MARSHALL ELECTRONICS 393A は、7N1VMN 鈴木輝夫氏のご厚意による寄贈品です。

パルス用熱陰極グリット制御3極放電管(水素入り)
品名 外国相当品 陰極;電圧x電流 尖頭陽極電圧 尖頭陽極電流 外形寸法 備考
1G35P 6.3Vx6.1A 8KV 90A 170x63 4C35
1G45P 6.3x2.25 3 35 120x30 3C45
5957 ITT ELECTRON 6.3x6.1 8 110x38.5
6130 6130 6.3x2.25 3 35 170x59.5
8370 E.E *1 6.3x5.7 5 85 115x41.5
2G22P 6.3x10.6 16 325 218x63 5C22
5C22 Kurthe Lab. 6.3x10.6 16 325 218x63 HTー415
CX1140LD e2V technolgies 6.3x22 25 1000 305x84 4極管
FX2519A e2V technolgies 6.3x18.5 25 500 305x84 3極管

                      *1:ELECTRONIC ENTERPRISE


JRC 1G35P ITT ELECTRON 4C35A JRC 1G45P TOSHIBA 1G45P
JRC 6130 ELECTRONIC ENTERPRISE 8370 Toshiba 2G22P ITT ELECTRON 2G22P
Kuthe Laboratories 3C45 ITT ELECTRON 5957 Kuthe Laboratories 5C22 e2V CX1140LD

4. e2V Technologies社の大型 サイラトロン

 下の左の写真は、e2V Technologies 社の大型サイラトロン CX1140LD(左)及びサイラトロン FX2519A(右)です。CX1140LD(右)は、志田文夫氏のご厚意による寄贈品、FX2519A(左)は、村田健司氏のご厚意による寄贈品です。何れも全長が305mm、最大径が85mmφの大型のサイラトロンです。

   
e2V Technologies
CX1140LD
 e2V Technologies
FX2519A



上の右の写真は、e2V Technologies社サイラトロン FX2519Aとその輸送用の段ボールで、内部にサイラトロン FX2519Aがすっぽり入る穴の開いた発泡プリウレタン製の緩衝材により輸送中の衝撃に堪えうるように収容されています。

 サイラトロン FX2519Aを寄贈いただいた村田健司氏のこれらのサンプルのサイラトロンの開発経緯の知見によるとサイラトロン FX2519Aが、オリジナルでサイラトロン CX1140は、放熱その他を考慮して許容電流(500A→1000A)を大きくしたモデルではないかと言うことです。事実サンプルを並べた写真を見ると外形寸法は、ほぼ同じですが、プレートに取り付けられている”冷却用フィン”が目立ちます。また、FX2519は、 1MeVクラスのX線発生装置に、CX11403MeVクラスのX線発生装置に使用されています。いずれは、サイリスタに置き換わるのでしょうが、現状ではまだまだサイラトロンは健在です また、FX2519は、1MeVクラスのX線発生装置に、CX1140は3MeVクラスのX線発生装置に使用されています。いずれはサイリスタに置き換わるのでしょうが、まだまだサイラトロンは健在です

 動作時に高電圧を使用する大型真空管やクライストロンなどの大型装置には、必ずX線に関する健康と安全のための注意がデーターシートに記載されていますが、このe2V Technologies社FX2519A 及びCX1140 サイラトロンに関しても同様な注意書きが記載されています。 X線を遮蔽するため少なくとも1.6mmの厚さの鋼板で保護することが規定されています。

 
 

5. CHATHAM ELECTRONICS アルゴン封入3極サイラトロン 6D4


 
 CHATHAM ELECTRONICS
6D4
  

上の写真は、CHATHAM ELECTRONICS 6D4で、7ピンMT管のアルゴン封入3極管サイラトロンです。サイラトロンとしての通常の制御(トリガー電圧;75V)、弛緩発振器などに使用されます。
 一方、この6D4 サイラトロンは、RFノイズ信号源として使用されることて有名です。 真空管内部の電子ビームが真空管の頂部の方向に偏向されるような磁界(7ピンベースが磁界の”N”)の中に真空管を実装しすると次に示すようなデータが得られます。
                                                     

周波数(KHz) 最少ノイズ電圧 (μV,実効値)
100 10,000
200 14,000
500 25,000
1,000 22,000
2,000 7,000
5,000 500
10,000 70
          
6. クセノン入熟陰極グリッド制御放電管(]enon-gaS-fi11ed Grid・COntrOlled Rectifier)定格一覧表
下の表は、日立評論、昭和34年2月
小島秀雄、「クセノン入熱陰極グリッド制御放電管」、第41巻第2号、pp80〜87からの抜萃したものです。
 


          


参考文献

1.小原實、「第8章 プラズマスイッチ」、1987年、電気学会雑誌,Vol.107、No.11、1987、pp1136〜1140.pdf

2.中川孝之、「サイラトロン管を用いた電圧測定」.pdf、pp13〜16
3.南野幸雄、土屋久、「大電力パルス発生装置」、昭和33年5月、日立評論、第40巻第5号、1958_05_10、pp65〜70.pdf

4.菅田榮治、裏克己、「電子管の工業応用」、生産と技術、1953年、2号pp26〜28、.pdf
5.黒田芳郎、「Thyratron Pukse Generator によるElectric Oscillationの実験装置について」、日本物理教育学会誌、第6巻第2号、pp14〜19.pdf
6.泉川清、岡修一郎、「ブラウン管とブラウン管オッシログラフ装置」、日本數學物理學會誌、第十四巻第三號pp207〜236、.pdf
7.小迫秀夫、「変形サイラトロン増幅器とその応用」、昭和36年3月、計測、第11巻 第3号、pp7〜10.pdf

8.額田巌、「サイラトロンに磁界を加えた場合の消イオン時間測定」、昭和17年12月、電氣學會雜誌、62卷653號
9.額田巌、
格子にて消弧可能なるサイラトロンの周波数特性」、昭和17年12月、電氣學會雜、62巻653號
10. 額田巌、「サイラトロンの格子回路にL-Rを挿入した場合の消イオン時間の激減に就いて」、昭和18年4月 電氣學會雜誌 63卷657號
11.青柳健次、宮越一雄、「変形サイラトロン増幅器の跳躍特性」、電気学会雑誌、1962年2月、82巻880号pp20〜25.pdf
12.松川潔、「サイラトロンの消イオン時間の短縮に就て」、昭和18年3月、電氣學會雜誌、63卷656號
13.山村昌、三神一郎、「熱陰極格子制御放電管の閉路時に於ける過渡始動特性」、昭和21年10〜12月、電氣學會雜誌、66卷699〜701號.pdf

14.安達彦一、沢寅夫、「サイラトロン2D21のパルス点火特性」、昭和34年10月、計測、第9巻 第10号、pp16〜22.pdf
15.畑四郎、高島修直、徳田精、「MT形サイラトロンを用いた電流成形サイラトロン増幅器の応用」、1961年2月、電気学会雑誌、巻876、pp44〜48.pdf
16.石崎長光、「サイラトロン増幅器によつ直流直巻電動機の運転特性」、電気学会雑誌、1961年3月、81巻870号、pp31〜36.pdf

17.八田吉典、斎藤範夫、井浦瑞彰、飯村二郎、「.冷陰極サイラトロンの起動特性」、1958年1月、電気学会雑誌、78巻832号pp87〜90.pdf
18.八田吉典、佐藤益美、「冷陰極サイラトロンの動作機構」、1961年3月、電気学会雑誌、81巻870号、pp9〜17.pdf
19.e2v technologies、「Deuterium Thyratron CX1140LD」、pp1〜4.pdf                                                    20.マツダ ,[サイラトロン TY-66G(Matsuda-1953)」 ,pp1〜2.pdf               
21.高津清一、「通信の分野から見た最近の放電管 (T) 」、電気学会雑誌(J.I.E.E.J.) 昭和32年2月、pp81〜85.pdf
22.高津清一、「通信の分野から見た最近の放電管 (U) 」. 電気学会雑誌(J.I.E.E.J.)、昭和32年3月、pp71〜76.pdf
23.小島秀雄、「クセノン入熱陰極グリッド制御放電管」、昭和34年2月、日立評論、第41巻第2号、pp80〜87.pdf
24.久野拓治、「.サイラトロン」、綜合と紹介、第4巻第2号、pp154〜157

25.久野拓治、「三極管の流行児 サイラトロン」、昭和7年3月、マツダ新報 ラヂオ号、Vol19 No3,pp18〜20
26.防衛庁規格「電子管 NDS-3G49P(5949) 」、C7101E_269D
27.白石一美、「VT信管考」、宮崎大学教育文化学部紀要、人文科学、第20号(2009)、pp41〜52
28.GENERAL ELECTRIC、「 Thyratrons」、Application Data、ETI-116.pdf                                                     29.Electons-Inc、「Rectifiers_Thyratron」_1958.pdf          

                                                                      以上