（第11回）インスツルメンツの歴史 計測と制御の機器を中心に「バルボルの発明」
松 本 栄寿
読者は「バルボル」と言う名前をご存知だろう

ーラーと呼ばれる検波器が広く使われていた。奇か。
「バルボル」（真空管電圧計 Valve Voltmeter）、妙に聞こえるが、まだ鉱石検波器はなかった。コ「 オ ス ク 」（ 発 振 器 O s c i l l a t o r ）、「 オ ッ シ ロ 」

ヒーラーとはガラス管にニッケルのような金属の（Oscilloscope）は無線技術者、ラジオアマチュア微粉末をいれる。この粉末を密着させると半導体にとって３種の神器と称された。いずれも真空管のような特性を持つようなって、これに高周波をが発明されて初めて可能になった測定器である

通すと検波作用を示す。ただ長く使っていると電が、基本的な計器「テスター」に加えて、身の回流が流れっぱなしになるので、ときおりガラス管りになくてはならない道具であった。それまでのを外側から叩いて元に戻すような操作が必要であメカ構造主体の電気計器から、能動素子の真空管った。要するにコヒーラーは、はなはだ扱いにくを採用した近代的な電気測定器が出現した。高周く不安定な検波装置であった。

波とエレクトロニクス時代の幕開けを告げる測定フレミングは、このような不安定な装置に代わ器でもあった。日本での普及は昭和 10 年代以降る検波器を探してきた。最初はコヒーラーに代っのことであろうか。て化学作用を使おうとしたが、かつてエジソンが白熱電球で悩んだときに観察された、エジソン効フレミングの２極管果を思い出した。奇妙にもその電球をコイルで囲最初の真空管２極管は、エジソン効果を詳細にむと電流が流れることを見つけ出した。はじめは研究したフレミングの手によって発明されたしフィラメントに対抗しておいた金属棒を金属板た。フレミング（John Ambrose Fleming、1849 ―に、次に円筒状にしてフィラメントを囲う構造に1945）は英国の物理学者で、エジソン社のアドバした。これが２極管として見事な整流作用を見せイザーでもあった。その頃観察されたエジソン効た。最初の真空管の用途とは、一方向のみに電流果に興味をもっていた。1888 年頃フレミングがが流れる特性を使う、つまり一方向に流す弁さまざまな実験を行っている。また 1889 年にはValve である。これをコヒーラーにかわる検波管マルコーニ電信社のアドバイザーともなった。エとして使った。1904 年 oscillation valve と名付け

ジソンは真空管の発明を逃したが、フレミングはている。のちに形が電球や球根に似ていることか無線受信機の検波器の研究をしていた。送信機にら Bulb の用語も使われるようになった。ちなみ

火花発振器が使われていた当時、受信機にはコヒに、特許 803,684（1905 ／ 11 ／ 7）の名称も「交流直流変換装置」である。

Ag

ド・フォレストの３極管から増幅器へ
真のアクティブ素子ともいえる、ド・フォレス
トの３極管はフレミングの特許を逃れようとした

Ni粉

図１72工 夫 か ら 生 ま れ た 。 ド ・ フ ォ レ ス ト（ Lee deハンマーForest、1873 ― 1961）は生涯にわたり 300 以上の特コヒーラー検波器

許をもつ発明家であると同時に、企業家でもあっオートメーションインスツルメンツの歴史

PATENTED NOV. 7, 1905.
J. A. FLEMING.
INSTRUMENT FOR CONVERTING ALTERNATING ELECTRIC CURRENTS
INTO CONTINUOUS CURRENTS.
APPLICATION FILED APR.19, 1905.

No. 803, 684.

検波の原理
電流＋平均Fig1.

0naddc高周波−
電流j

２極管の特性bc

プレート電流af

時間e＋ −kmljoh

図２
フレミングの２極管
米国特許 803,684（1905 ／ 11 ／ 7）「交流直流変換装置」より

曲率最大点0

図３

プレート電圧

2 極管の特性と検波の原理た。イェール大学卒業後ウエスターンエレクトリ各段に感度のよい検波器と 3 極管増幅器の誕生でックに入社、コヒーラーの代替品を研究した。最ある。フィラメントから出た電子がプレートに引

初に２電極のオーディオンの特許を申請したのはき寄せられるときに、手前にあるグリッドに加わ1906 年であった。1906 年の AIEE には新無線受る電圧によって、より引き寄せられたり、反撥し信機として発表し、1907 年に３電極オーディオたりして動きを制御されて増幅作用が生まれるこンを特許申請している。このときには熱電子を放とになる。この高感度の検波器を使った無線機が射する陰極（フィラメント）と電子を捕まえる陽もう翌年にはアメリカ中の艦船に使われた。

極（プレート）の間に、電子流を制御する格子（グまずコヒーラーがフレミングの 2 極管に置き換リッド）が挿入された現代の 3 極管の原型である。

わったように、ド・フォレストの 3 極管は 2 極管

はじめ、ド・フォレストはフレミングの 2 極管を実験して、少しでも無線の検波器として感度を上げることを研究したようである。２極管の特性検波器を駆逐したと言えよう。

オーディオンから高真空へをよく調べると、プレート電圧がゼロでも、わず３極管最初の用途はあくまで検波器だった。つかの電流が流れる。これが検波効率を下げることぎに増幅器、発振器と広がっていくが、真空管とを、フレミングもド・フォレストも気づいていた。

はいえ、はじめはガラス管内の真空度が上がらず

ところが、フレミングが図３の曲率最大の点にバに苦しんだ。それがガスを入れると検波感度があイアスをかけて検波器として使うと検波特性が上がることが分かり、逆にアルゴンやセシュウム蒸がるとの特許をとってしまった。これに反発して、気を注入して使うようになって、これをオーディそれならばプレートとフィラメントの間に、格子オンと名づけた。オーディオンは現在の目で見る状の電極を入れて、同じようにバイアスをかけてとガス入り真空管である。しかし、高電圧をかけやろうと考えたのがキッカケであった。それは、ると内部放電を起こす現象があって、高い電圧は白金線をジグザグに巻いた構造で電子は流れを妨かけられなかった。これでは高出力の信号が取りげない構造をとった。

扱えないことになる。

ところが、結果は目標を上回った。プレート電増幅器として使われだすと、オーディオンはラ流をある程度流しておいてグリッド電圧を変化しジオの信号増幅にはよかったが、１ワット以上のてやると、プレート電流に大きな変化がみられる。

出力が欲しい電話の中継増幅器レピーターなどにつまり増幅作用があることが判った。2 極管よりは不十分であった。当時、ATT はニューヨー

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ク・サンフランシスコ間の大陸横断電話の完成を開発に従事し、テレビにも関心をいだいていた。

もくろんでいた。そのためには真空管増幅器を途一生が発明の連続であったが、企業経営者として中の中継器に使いたかった。このときはより高出は必ずしも成功しなかった。

力の増幅器、つまり高出力の真空管が必要となる。
オーディオンを使った増幅器からは高出力が得られないのを、はじめ誰もがガスが障害になったとは思わなかった。それを追求したのが、ATT のバルボル（真空管電圧計）
このようにラジオに使われた真空管が、電気測定器に応用されるのは自然の流れである。

アーノルド（Harold De ― Forest Arnold, 1883 ―また、真空管を応用した測定器は、高周波の測1933）、GE のラングミュア（Irving Langmuir,定が必要になる無線の研究や、ラジオの工場生産

1881 ― 1951）である。高真空度の真空管を追求しラインでも必要になってくる。

250 ボルトまで扱え、キロワット級の真空管まで電気計測器の歴史をたどると、はじめは電磁作完成する。これには真空ポンプに進歩と、真空中用を利用した機械的構造の電気計器から、ついでの電子流の研究成果が役立った。ちなみにオーデ

アクティブ要素の真空管が組み込まれる。第二次

ィオンではプレート電圧は 30 ボルトほどが限界

大戦後にはトランジスタが測定器に採用されてくであったし、ド・フォレストはあまり真空度を追るとより複雑な機能を持たせることが可能にな求しなかった。

る。1980 年代からはディジタル方式が採用ととこのような背景のもとで電話中継網は 1914 年

もに、精度の高い計器はアナログ方式からディジにニューヨークからデンバーまで、ついでサンフタル方式に置き換わって、より使いやすい測定器ランシコまで完成し、1915 年にはバージニア州になってきた。しかし、真空管時代のはじめの頃アーリントンからホノルルまで開通した。また、は、真空管の増幅作用や高インピーダンス特性をド・フォレストはラジオ放送に大変興味をもっ利用できるようになるが、精度も決して良くなく、て、その後も無線機の研究を続けている。1916

使いがっても悪い計器であった。

年には、ニューヨークに設置した 250 ワットの送真空管電圧計は、1922 年にケンブリッジ大学

信機から毎週 5 日間、音楽放送を始めて、やがてのモーリン（E. B. Moullin）により開発され、ケンラジオがニュースと人々の娯楽を独占すると予言ブリッジ科学機器社から製品として発売され、高していた。さらに 1920 年代にはトーキー映画の周波と高インピーダンス、つまり測定する対象からパワー、エネルギーを取らない特徴をもった測PATENTED FEB. 18, 1908.
L. DE FOREST.
¨
SPACE TELEGRAPHY.
APPLICATION FILED JAN. 29, 1907

No. 879, 532.

定器として使われた。高周波の検出方式は３種類

V
DFab
3M
I12I2C−

A

4＋B＋−

1T
C'E

図４74

ド・フォレストの３極管
米国特許 879,532（1908 ／ 2 ／ 18）「空間電信」
より

図５ A 型真空管電圧計内部と目盛（横河電機製 1930
年頃 技術館蔵）
定格： 0 ―― 1.5V、DC ――数 100kHz まで。6V 電池使用。真空管はマツダ UX ― 110（ナス管）わずか１本と大型指示計で構成されている。ゼロ点を測定のつど調整した。目盛りも二乗に近くリニアでない。
オートメーションインスツルメンツの歴史に大別される。①プレート電流とグリッド電圧の非直線性、②グリッド電流とグリッド電圧の非直線性、③２極真空管またはダイオード、方式である。それらの方式から

A

INPUT

AINPUT

プレート検波を利用した A 型電圧計（交直両用）、それに B, D（交流）、C（二重レン¨A¨A型ジ）P（プローブ付き）型が生み出された。
図５は A 型であるが当時のカタログに¨A¨ ¨B¨
B型

は「此電壓計は三極真空管の整流作用を利用し、Grid に加えられた交流電圧を、其の Plate 電流の直流成分の変化によって読A

INPUT

A

INPUT

むように目盛られた、一種の直流の計器であって Moullin Thermionic Voltmeter とも言われる。測定電流を殆どとらずに、交流の低壓が測られることが其の特徴であっ

C型

¨A¨

図６

バルボル回路（A、B、C、D 型）

D型¨A¨て、適当に使用すれば中々応用の広い測定器であります」

る。次回に解説するが、単なる増幅器、正帰還増と入力インピーダンスが高く、測定対象からエネ幅器、超再生回路、それに本当に安定な回路は、ルギーをとらないことを強調している。

ブラックが 1927 年に発明した負帰還回路によっこのバルボルの目盛りをよく見るとリニアではて達成された。真空管の特性が多少変っても増幅ない。真空管の非直線性がそのまま現れている。

器の特性に影響をおよぼさない回路である。これ

グリッドに加えた電圧の 2 乗の電流がプレートのも電話の増幅器の研究から生まれた。測定器にも流れるのをそのまま使っている。また、バルボル採用されるようになると、バルボルも測定した電の入力信号がゼロでもメーターが少しふれる。つ

圧は直線目盛で読みやすく、ゼロ点も安定な計器まりメーター（指示計）のゼロとバルボルのゼロが生まれてくる。

が違っていた。測定する際には、電源スイッチをエジソンが電球の中に一本の針金を入れること入れて、まず入力端子をショートして、バルボルから始まったエジソン効果から、フレミングがそのゼロ点を調整する必要があった。

れを電極にして初めての真空管２極管となった。

なにしろ真空管は高価な時代である。測定器はド・フォレストがもう一つ電極をいれて３極管こわごわと扱い、使い勝手などは後回しの時代でに、3 極管の欠点を補うものとしてハル（Albertあった。写真で見えるように、このバルボルはナWallace Hull, 1880 ― 1966）の４極管、つづいてラス管と呼ぶ一本の大形真空管と、大形の指示計がウンド（H.J.Round）の５極管、まだまだつづいた主な構成部品である。また大形の乾電池が内部に多極管競争、少なくとも７極管までは広く使われある。バルボルは、交流電源からの誘導ノイズをた。

きらって乾電池を使っていた。
当時の測定器には、このようにやっかいな調整が必要であったが、それでも、それまで測れなかった、高周波や音声周波数の電圧を測れるメリットは大きかった。電話線の保守、ラジオ設計には欠かせない機器であった。
実は真空管回路、増幅回路でも、安定で長時間＜参 考 文 献＞
1）P.H.Sydenham, Measuring instruments ： tools ofknowledge and control, Peter Peregrinus, 395 ／ 397,
（1979）
2）Harolod G.Bowen, The Edison Effect , Thomas Alva
Edison Foundation,（1951）3）城阪俊吉『年代別科学技術史』日刊工業新聞社（2002）

使えるようになるまでには、いくつもの変遷があVol.48 No.5（2003 年 5 月号）

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