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技術 真空管

出願人 ノリタケ伊勢電子株式会社株式会社ノリタケカンパニーリミテド株式会社コルグ
発明者 龍田和典前田忠己山中美沙三枝文夫
出願日 2015年1月20日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2015-008346
公開日 2016年7月25日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2016-134299
状態 特許登録済
技術分野 電子管又は放電ランプの共通細部
主要キーワード 端子用開口 アナログ増幅 金属バリウム 排気穴 アナログ増幅器 ステンレス鋼材 封着用 直接型
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年7月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (14)

課題

安価で入手しやすい蛍光表示管に近い構造であって、音響信号用のアナログ増幅器として使用しやすい真空管を提供する。

解決手段

本発明が対象とする真空管は、熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントと、2組のグリッドアノードを有する。アノードの両方は、平面基板上の同一の面に形成される。フィラメントは、平面基板と平行に、アノードの両方と対向する位置に配置される。本発明では、グリッドのそれぞれは、同じ組のアノードと第1所定間隔を有して対向し、フィラメントと第2所定間隔を有するように、アノードとフィラメントとの間に配置される。フィラメントを、2組のアノード同士の中間点に対応する位置で固定するフィラメント中間固定部を備える。さらに、第1所定間隔は、0.15mm以上0.35mm以下であり、第2所定間隔は、0.2mm以上0.6mm以下としてもよい。

概要

背景

真空管に関する技術として蛍光表示管が知られており、例えば特許文献1,2に示された構造が知られている。特許文献1では、所定以上の温度で熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントを「ヒータH」と呼んでいる。そして、フィラメントと平行に配置されたアノード(特許文献1の「陽極4」)と、フィラメントとアノードの間に、アノードと対向するように配置されたグリッドを備えている(特許文献1の第1図、第2図参照)。特許文献2も基本的な構造は特許文献1と同じである。また、特許文献1,2に示された蛍光表示管の制御方法として非特許文献1に示された駆動方式が知られている。

概要

安価で入手しやすい蛍光表示管に近い構造であって、音響信号用のアナログ増幅器として使用しやすい真空管を提供する。本発明が対象とする真空管は、熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントと、2組のグリッドとアノードを有する。アノードの両方は、平面基板上の同一の面に形成される。フィラメントは、平面基板と平行に、アノードの両方と対向する位置に配置される。本発明では、グリッドのそれぞれは、同じ組のアノードと第1所定間隔を有して対向し、フィラメントと第2所定間隔を有するように、アノードとフィラメントとの間に配置される。フィラメントを、2組のアノード同士の中間点に対応する位置で固定するフィラメント中間固定部を備える。さらに、第1所定間隔は、0.15mm以上0.35mm以下であり、第2所定間隔は、0.2mm以上0.6mm以下としてもよい。

目的

本発明は、安価で入手しやすい蛍光表示管に近い構造であって、音響信号用のアナログ増幅器として使用しやすい真空管を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントと、2組のグリッドアノードを有する真空管であって、前記アノードの両方は、平面基板上の同一の面に形成され、前記フィラメントは、前記平面基板と平行に、前記アノードの両方と対向する位置に配置され、前記グリッドのそれぞれは、同じ組の前記アノードと第1所定間隔を有して対向し、前記フィラメントと第2所定間隔を有するように、前記アノードと前記フィラメントとの間に配置され、前記フィラメントを、2組の前記アノード同士の中間点に対応する位置で固定するフィラメント中間固定部を備えることを特徴とする真空管。

請求項2

請求項1記載の真空管であって、前記第2所定間隔は、0.2mm以上0.6mm以下であることを特徴とする真空管。

請求項3

請求項1または2に記載の真空管であって、前記第1所定間隔は、0.15mm以上0.35mm以下であることを特徴とする真空管。

請求項4

請求項1から3のいずれか記載の真空管であって、前記フィラメントは、固有振動基本周波数が3kHz以上であることを特徴とする真空管。

請求項5

請求項1から4のいずれかに記載の真空管であって、前記グリッドのそれぞれの中心は、前記フィラメントの片端から1/4の位置と対向しており、前記フィラメント中間固定部は、前記フィラメントを2分する位置であることを特徴とする真空管。

請求項6

請求項1から5のいずれかに記載の真空管であって、当該真空管内の真空度を保つためのゲッターリングと、前記ゲッターリングを、前記フィラメント、前記グリッド、前記アノードに対して遮蔽するためのゲッターシールドも備え、前記ゲッターリングは、前記グリッドのそれぞれから等距離に配置されていることを特徴とする真空管。

技術分野

0001

本発明は、アナログ増幅器として動作する真空管に関する。

背景技術

0002

真空管に関する技術として蛍光表示管が知られており、例えば特許文献1,2に示された構造が知られている。特許文献1では、所定以上の温度で熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントを「ヒータH」と呼んでいる。そして、フィラメントと平行に配置されたアノード(特許文献1の「陽極4」)と、フィラメントとアノードの間に、アノードと対向するように配置されたグリッドを備えている(特許文献1の第1図、第2図参照)。特許文献2も基本的な構造は特許文献1と同じである。また、特許文献1,2に示された蛍光表示管の制御方法として非特許文献1に示された駆動方式が知られている。

0003

実公昭49−5240号公報
特開2007−42480号公報

先行技術

0004

ノリタケ伊勢電子株式会社,“蛍光表示管(VFD)全般アプリケーションノート駆動方法−駆動方式”,[平成26年12月19日検索]、インターネット

発明が解決しようとする課題

0005

音楽業界を中心に真空管の特性を好むユーザからの要望があるので、アナログ増幅器として使用する真空管の需要はあり、アナログ増幅器として使用できる真空管は存在する。しかし、製造量が減っており、価格の上昇や入手が困難という課題がある。一方、真空管の一種であり、安価で普及している蛍光表示管は、非特許文献1に示された駆動方式からも分かるようにデジタルの制御であり、アナログ増幅器として使用するものではないので、アナログ増幅用には使用できない。

0006

本発明は、安価で入手しやすい蛍光表示管に近い構造であって、音響信号用のアナログ増幅器として使用しやすい真空管を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の真空管は、熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントと、2組のグリッドとアノードを有する。アノードの両方は、平面基板上の同一の面に形成される。フィラメントは、平面基板と平行に、アノードの両方と対向する位置に配置される。グリッドのそれぞれは、同じ組のアノードと第1所定間隔を有して対向し、フィラメントと第2所定間隔を有するように、アノードとフィラメントとの間に配置される。フィラメントを、2組のアノード同士の中間点に対応する位置で固定するフィラメント中間固定部を備える。

発明の効果

0008

本発明の真空管によれば、フィラメントを中間で固定するのでフィラメントの振動基本周波数を高くしやすい。つまり、人間が感知しにくい周波数にしやすいので、音響信号用のアナログ増幅器として使用しやすい。

図面の簡単な説明

0009

実施例1の真空管の平面図。
実施例1の真空管の正面図。
実施例1の真空管の側面図。
図1のA−A線での断面図。
アノードと絶縁層ガラス基板上に形成した様子を示す図。
アノードがガラス基板上に形成された様子を示す図。
絶縁層の形状を示す図。
アンカー三面図(平面図、正面図、側面図)。
グリッドの形状の例を示す図。
ゲッターリングを示す図。
真空管を用いた増幅回路の例を示す図。
蛍光表示管でのアノード電圧Vaと電流Ipとの関係をグリッドの電圧ごとに示す図。
アノードとグリッドの間隔を0.3mm程度、フィラメントとグリッドの間隔は0.4mm程度にした場合のアノード電圧Vaと電流Ipとの関係をグリッドの電圧ごとに示す図。

0010

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

0011

図1に本発明の真空管の平面図、図2に正面図、図3に側面図、図4図1のA−A線での断面図を示す。真空管100は、所定以上の温度で熱電子を放出する直線状に張られたフィラメント110と、2組のグリッド130−1,130−2とアノード120−1,120−2を有する。アノード120−1,120−2の両方は、平面基板上(ガラス基板125)の同一の面に形成される。フィラメント110は、平面基板(ガラス基板125)と平行に、アノード120−1,120−2の両方と対向する位置に配置される。グリッド130−1,130−2のそれぞれは、同じ組のアノード120−1,120−2と第1所定間隔を有して対向し、フィラメント110と第2所定間隔を有するように、アノード120−1,120−2とフィラメント110との間に配置される。フィラメント110を、2組のアノード120−1,120−2同士の中間点に対応する位置で固定するフィラメント中間固定部113を備える。さらに、第1所定間隔を0.15mm以上0.35mm以下、第2所定間隔を0.2mm以上0.6mm以下にすればアナログ増幅用として利用しやすくできる。なお、図1ではアノード120−1,120−2の位置が分かるようにグリッド130−1,130−2の一部を記載していない。実際の真空管100では、アノード120−1,120−2の上にメッシュ状のグリッド130−1,130−2(図9参照)が存在するので、アノード120−1,120−2は見えにくい状態である。

0012

次に、上記の特徴を実現するための構造の具体例を説明する。図5にアノード120−1,120−2と絶縁層をガラス基板上に形成した様子を示す。図6はアノード120−1,120−2がガラス基板上に形成された様子を示す図、図7は絶縁層の形状を示す図である。ガラス基板125は排気穴151を有しており、アノード120−1,120−2はガラス基板125の一方の面上に形成される。アノード120−1,120−2には、アノード端子121−1,121−2が接続されている。アノード120−1,120−2は、例えばアルミニウム薄膜で形成すればよい。絶縁層126は、例えば低融点ガラスを用いればよく、アノード用開口部127−1,127−2と端子用開口部128−1,128−2を有している。真空管100は、ケース180とガラス基板125とを封着し、排気穴151から空気を抜くことで内部を真空にする。そして、排気穴151には、排気孔栓150がはめられる。図5には示していないが、ガラス基板125のケース180と接触する部分に、封着用の低融点ガラスをさらに配置してもよい。また、外部との電気的な接触は端子190により行う。

0013

フィラメント110は直接型カソードである。例えば、フィラメント110は、直流電流を流すことで650度程度に加熱すると熱電子を放出するように、酸化バリウムコーティングを施せばよい。この例では、上記の「所定以上の温度」が650度であるが、650度に限定するものではない。図8にフィラメント110に張力を与えるためのアンカー115の三面図(平面図、正面図、側面図)を示す。アンカー本体116の一部には板バネ117の一端が配置されており、板バネ117の他端がフィラメント固定部118である。アンカー115にはSUS(ステンレス鋼材)などを用いればよい。アンカー115はフィラメント支持部材111に取り付けられ、フィラメント110がアンカー115のフィラメント固定部118に溶接などによって固定される。図4中の112は、溶接点を示している。2組のアノード同士の中間点に対応する位置にはフィラメント中間支持部材119が取り付けられる。フィラメント中間支持部材119にフィラメント110を溶接などによって固定することで、フィラメント中間固定部113が形成される。フィラメント110とアノード120−1,120−2との間隔はフィラメント支持部材111とフィラメント中間支持部材119の長さで決定され、フィラメント110の張力はアンカー115の板バネ117によって調整できる。

0014

フィラメント110は、直流電流が流れることで加熱され熱電子を放出できる所定の温度以上まで加熱される。しかし、溶接点112とフィラメント中間固定部113では、フィラメント支持部材111,フィラメント中間支持部材119への伝熱があるので、その近傍ではフィラメント110の温度は熱電子を放出できる所定以上の温度まで加熱できない。そこで、グリッド130−1,130−2のそれぞれの中心は、フィラメント110の片端(溶接点112の一方)から1/4の位置と対向しており、フィラメント中間固定部113は、フィラメント110を2分する位置(2つの溶接点112の中点)にすればよい。このような配置にすれば、アノード120−1,120−2と対向する位置のフィラメント110は、フィラメント支持部材111,フィラメント中間支持部材119から最も離れた位置にできるので、フィラメント110から十分な熱電子を放出させることができる。

0015

図9にグリッドの形状の例を示す。グリッド130はメッシュ状であり、SUSなどで形成すればよい。上述のとおり、図1ではアノード120−1,120−2を分かりやすく示すためにグリッド130の一部の記載を省略している。実際のグリッド130−1,130−2は、図9に示したグリッド130である。また、グリッド130−1,130−2はグリッド支持部材132−1,132−2に固定されている。グリッド支持部材132−1,132−2の板厚によって、アノード120−1,120−2とグリッド130−1,130−2との間隔、フィラメント110とグリッド130−1,130−2との間隔が決められている。

0016

つまり、真空管100では、アノード120−1,120−2とグリッド130−1,130−2の間隔(第1所定間隔)が0.15mm以上0.35mm以下であることは、グリッド支持部材132−1,132−2で実現している。そして、フィラメント110とグリッド130−1,130−2の間隔(第2所定間隔)が0.2mm以上0.6mm以下であることは、フィラメント支持部材111,フィラメント中間支持部材119とグリッド支持部材132−1,132−2で実現している。

0017

図10にゲッターリング140を示す。ゲッターリング140は、高周波誘導加熱によりフラッシュし、ケース180内の一部に金属バリウム膜を蒸着させることで、真空度を高めるもしくは真空度を保つ役割を果たす。ゲッターシールド142は、ゲッターリング140を、フィラメント110、グリッド130−1,130−2、アノード120−1,120−2に対して遮蔽するため部材である。蛍光表示管の場合には、ゲッターリングはケース内のどこに配置しても表示器の特性への影響は無視できるので、ゲッターリングの位置を特性の面から考慮する必要はなかった。しかし、2組のアノード120−1,120−2とグリッド130−1,130−2を、ステレオ信号用のアンプとして使用する場合、2組のアンプの特性を揃えるためにはゲッターリング140の影響を無視できないことが分かった。したがって、2組のアンプの特性をそろえるために、ゲッターリング140は、グリッド130−1,130−2のそれぞれから等距離に配置することが望ましい。

0018

図11に真空管100を用いた増幅回路の例を示す。フィラメント110は直流電圧源310(例えば0.7V)が接続され、熱電子を放出する所定の温度(例えば650度)まで加熱される。アノード120−1,120−2にはアノード電圧源320が抵抗330−1,330−2を介して印加される。そして、例えば、所定のバイアスが付加されたステレオ左チャンネルの信号vLがグリッド130−1に入力され、同じバイアスが付加されたステレオの右チャンネルの信号vRがグリッド130−2に入力される。この場合、アノード端子121−1の電圧VLが左チャンネルの出力、アノード端子121−2の電圧VRが右チャンネルの出力である。

0019

次に、本発明の第1所定間隔と第2所定間隔の必要性について説明する。一般的な蛍光表示管も、所定以上の温度で熱電子を放出する直線状に張られたフィラメントと、フィラメントと平行に配置されたアノードと、フィラメントとアノードの間にアノードと対向するように配置されたグリッドとを備える。ただし、一般的な蛍光表示管であれば、アノードとグリッドの間隔は0.5mm程度以上であり、フィラメントとグリッドの間隔は1.0mm程度以上である。また、フィラメントの固有振動の基本周波数は考慮しない。蛍光表示管の場合、ON,OFFの制御を行うので、グリッドの電圧を変化させたときに中途半端に電流が流れることを避けなければならない。そこで、上記のような寸法となっている。図12に、蛍光表示管でのアノード電圧Vaと電流Ipとの関係をグリッドの電圧ごとに示す。図12の線の横に示された数値がグリッドの電圧(ボルト)である。この実験に用いた蛍光表示管は、アノードとグリッドの間隔は0.5mm程度、フィラメントとグリッドの間隔は1.0mm程度である。アノード電圧Vaが10Vの場合、グリッドの電圧が4V付近では中途半端な電流が流れるが、グリッドの電圧が3V以下ならばOFF、5V以上ならばONである。また、グリッドの電圧を4V付近で変化させるとしても、線形性を得られる範囲が狭いと考えられ、アナログ増幅用には利用しにくいことが分かる。なお、アノード電圧Vaを30Vよりも高い領域に線形性が得られる領域が存在する可能性はある。しかし、アナログ増幅器として利用するためにはアノード電圧を常時印加しておく必要があるので、熱膨張の影響を考慮するとアノード電圧Vaを高くできない。補足すると、蛍光表示管として使用する場合は、人間の残像も利用するのでアノード電圧を常時印加しておく必要がない。つまり、アノード電圧を高くできないことも、蛍光表示管としての利用と対比してアナログ増幅器としての利用が難しい原因である。

0020

図13に、アノードとグリッドの間隔を0.3mm程度、フィラメントとグリッドの間隔は0.4mm程度にした場合のアノード電圧Vaと電流Ipとの関係をグリッドの電圧ごとに示す。この図から、バイアス電圧を3V、入力信号振幅最大値を1Vとすれば、アノード電圧Vaが4V程度以上の範囲でほぼ線形増幅特性が得られることが分かる。したがって、アナログ増幅用の真空管として利用できる。本願で示す実験例は図13だけであるが、フィラメント110とグリッド130−1,130−2の間隔が0.2mm以上0.6mm以下であれば、図12を用いて説明した一般的な蛍光表示管に比べ、アナログ増幅用として利用しやすい真空管にできる。つまり、本発明の真空管の第2所定間隔を0.2mm以上0.6mm以下にすれば、フィラメントからアノードへの電子の流れを、グリッドの電位によってアナログ的に変化させることができるのでアナログ増幅器として使用しやすい。

0021

また、アノード120−1,120−2とグリッド130−1,130−2の間隔(第1所定間隔)が0.35mmを超える場合は、グリッド支持部材132−1,132−2を折り曲げ成形する必要がある。一方、アノードとグリッドの間隔(第1所定間隔)が0.15mm以上0.35mm以下であれば、グリッド支持部材132−1,132−2は平板抜き加工しただけで構成可能である。この場合はアノードとグリッドの間隔が、グリッド支持部材の板厚だけで決定されるため、高精度の間隔を維持できる。またグリッド支持部材132−1,132−2を折り曲げ成形した場合は、グリッドも振動やすくなりノイズの原因となる。グリッド支持部材132−1,132−2を平板打ち抜き加工とした場合は、グリッドの振動を抑えることができ、アナログ増幅用として利用しやすい真空管にできる。

実施例

0022

また、上述のとおり、フィラメントを中間で固定すればフィラメントの振動において波長を短くできるので、基本周波数を高くしやすい。つまり、人間が感知しにくい周波数にしやすいので、音響信号用のアナログ増幅器として使用しやすい。そして、フィラメント110の固有振動の基本周波数を3kHz以上にすれば、フィラメント110の振動による影響を人が聞き取りにくい周波数にできる。このような周波数の調整は、フィラメント110の材質、太さ、溶接点112からフィラメント中間固定部113までの長さ、アンカー115によって与えられる張力の調整で実現すればよい。なお、基本周波数は高い方が望ましく、10kHz以上に調整できればフィラメントの振動による雑音を人には聞こえなくできる。

0023

100真空管110フィラメント
111フィラメント支持部材112溶接点
113フィラメント中間固定部 115アンカー
116 アンカー本体 117板バネ
118 フィラメント固定部 119 フィラメント中間支持部材
120アノード121アノード端子
125ガラス基板126絶縁層
127 アノード用開口部 128端子用開口部
130グリッド132 グリッド支持部材
140ゲッターリング142ゲッターシールド
150排気孔栓151排気穴
180ケース190端子
310直流電圧源320アノード電圧源
330 抵抗

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