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ニキシー管（/ˈnɪk.siː/ NIK - see ） 、または冷陰極表示器[ 1 ]は、グロー放電を使用して数字やその他の情報を表示するために使用される電子機器です。
ガラス管には、金網状の陽極と、数字やその他の記号の形をした複数の陰極が入っています。1つの陰極に電力を印加すると、オレンジ色の放電でその周囲が光ります。管の中には、通常、ペニング混合ガスと呼ばれる、主にネオンと少量のアルゴンからなる低圧ガスが充填されています。[ 2 ] [ 3 ]後期のニキシー管では、デバイスの寿命を延ばすために、陰極の汚染やスパッタリングを減らす目的で、ごく少量の水銀が添加されました。
外観は真空管に似ているが、その動作は熱陰極からの電子の熱電子放出に依存しない。したがって、冷陰極管（ガス封入管の一種）であり、ネオンランプの変種である。このような管は、室温の部屋で最も厳しい動作条件下であっても、40 °C（104 °F）を超えることはめったにない。 [ 4 ]同じ時代の真空蛍光表示管は全く異なる技術を使用しており、加熱陰極と制御グリッド、成形された蛍光体陽極を備えている。ニキシー管にはヒーターや制御グリッドはなく、通常は単一の陽極（制御グリッドと混同しないようにワイヤーメッシュの形をしている）と成形された裸金属陰極がある。
ニキシー管は、デイビッド・ヘーゲルバーガーによって発明されました。[ 5 ] [ 6 ]初期のニキシー表示器は、ヘイドゥ・ブラザーズ・ラボラトリーズという小さな真空管メーカーによって製造され、ヘイドゥを買収したバローズ社によって1955年に発表されました。 [ 7 ]ニキシーという名前は、バローズが「NIX I」から取ったもので、「Numeric Indicator eXperimental No. 1」の略語です。[ 8 ]ただし、これはこの名前の神話上の生き物を想起させることを正当化するために考案されたバクロニムだった可能性があります。1950年代から1990年代にかけて、多くの企業によってこのデザインの何百ものバリエーションが製造されました。バローズ社は「ニキシー」を発表し、ニキシーという名前を商標として所有しました。他の企業が製造したニキシーに似た表示器には、 Digitron、Inditron、Numicatorなどの商標名がありました。正式な総称としては冷陰極ネオン管が用いられるが、ニキシー管という表現がすぐに一般名称として定着した。
バローズは、デジタルカウンタとして動作し、表示用にニキシー管を直接駆動できる別のハイドゥ管も所有していた。これは「トロコトロン」と呼ばれ、後に「ビームXスイッチ」カウンタ管として知られるようになった。また、分割陽極マグネトロンから派生したことから、「マグネトロンビームスイッチング管」とも呼ばれた。トロコトロンは、 UNIVAC 1101コンピュータのほか、時計や周波数カウンタにも使用された。
最初のトロコトロンは、両端に極を持つ中空の円筒形磁石で囲まれていました。磁石内部の磁場は、管の軸に平行な、ほぼ平行な磁力線を持っていました。これは熱電子真空管で、内部には中央の陰極、10個の陽極、および10個の「スペード」電極がありました。電極に印加された磁場と電圧により、電子は（空洞マグネトロンのように）厚いシートを形成し、1つの陽極にのみ移動しました。スペードに特定の幅と電圧のパルスを印加すると、シートは次の陽極に進み、次の前進パルスが印加されるまでそこに留まりました。カウント方向は磁場の方向によって決定され、そのため可逆ではありませんでした。ビームXスイッチと呼ばれる後のタイプのトロコトロンでは、大きくて重い外部円筒形磁石が、電極としても機能する10個の小さな内部金属合金棒磁石に置き換えられました。
1949年、フィリップスは別のビーム偏向カウンター管であるE1Tを発明した。これは10状態を持つ熱電子真空管で、直接読み出しが可能である。フィリップスはこの真空管をベースに、5桁、120kHzの電子カウンターPW4032を設計した。
グロー転送式計数管は、基本的な機能においてトロコトロンに似ており、ガラス管の上部から見える複数の主陰極のうちの1つでグロー放電が発生していた。ほとんどの計数管はネオンをベースとした混合ガスを使用し、10進数でカウントしたが、より高速なタイプはアルゴン、水素、またはその他のガスをベースとしており、計時や同様の用途向けに12進数のタイプもいくつか存在した。指示陰極の間にある「ガイド」陰極（通常は2セットだが、1セットまたは3セットのものもあった）によって、グロー放電は段階的に次の主陰極へと移動した。ガイド陰極が2セットまたは3セットあるタイプは、どちらの方向にもカウントできた。英国では、グロー転送式計数管の有名な商標としてデカトロンがあった。各指示陰極に接続部があり、管の状態を任意の値にプリセットできるタイプ（単純なタイプは、直接ゼロまたは全状態数のごく一部にしかリセットできなかった）は、セレクトロン管という商標で呼ばれていた。
ニキシー管と同様の動作をするデバイスが少なくとも1つ、1930年代に特許を取得していた[ 9 ] 。1950年代初頭頃にはノースロップ社などが関連する特許を多数出願し、1954年にはナショナル・ユニオン社がインディトロンというブランド名で最初の量産型ディスプレイ管を発売した。しかし、初期のインディトロンの構造は後のニキシー管よりも粗雑で、共通陽極グリッドがなかったため、点灯していない数字が陽極電圧で保持され、実効陽極として機能した。平均寿命は短く、駆動回路が複雑だったため、多くの用途には利用されなかった。
最も一般的なニキシー管は、0から9までの数字（場合によっては小数点も）の形をした10個の陰極を備えていますが、さまざまな文字、記号、シンボルを表示するタイプもあります。数字やその他の文字は縦に並んで配置されているため、各文字は異なる深さで表示され、ニキシー管ディスプレイは独特の外観を呈します。関連するデバイスとしてピクシー管があり、これは形状の陰極の代わりに数字の形をした穴が開いたステンシルマスクを使用します。ロシア製のニキシー管の中には、例えばИH-14（IN-14）のように、数字の5として逆さまの数字の2を使用しているものがあり、これはおそらく製造コストを削減するためでしょう。
各陰極は、陰極と陽極の間に数ミリアンペアの電流で約170ボルトの直流を印加することで、特徴的なネオンの赤橙色に発光させることができます。電流制限は通常、数万オームの陽極抵抗器によって実現されます。ニキシー管は負性抵抗を示し、通常、点火電圧より20～30ボルト低い電圧で発光を維持します。使用されるガス混合物の違いにより、種類によって色に若干のばらつきが見られます。ニキシー管の歴史の後期に製造された長寿命管には、スパッタリングを減らすために水銀が添加されており[ 4 ]、その結果、発光に青または紫の色合いが生じます。場合によっては、これらの色はガラス上の赤またはオレンジのフィルターコーティングによって除去されます。
ニキシー管の利点の 1 つは、カソードが読みやすさを考慮して活字のようにデザインされていることです。ほとんどのタイプでは、カソードは背面から前面に数値順に配置されるのではなく、前面のカソードが点灯中のカソードを最小限に隠すように配置されています。そのような配置の 1 つは、前面 (6) から背面 (1) に 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 です。[ 10 ] [ 11 ] ロシアの ИH-12A (IN-12A) および ИH-12B (IN-12B) 管は、前面 (3) から背面 (1) に 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 という数字の配置を使用しており、5 は逆さまの 2 です。ИH-12B 管は、8 と 3 の間に左下隅の小数点があります。
ニキシー管は、初期のデジタル電圧計、マルチメーター、周波数カウンター、その他多くの種類の技術機器の数値表示装置として使用されました。また、研究機関や軍事施設で使用される高価なデジタル時刻表示装置や、初期の多くの電子卓上計算機（1961年の最初のSumlock-Comptometer ANITA Mk VIIを含む）や、最初の電子電話交換機にも使用されました。後に、14セグメント表示形式の英数字版が空港の到着/出発案内標識に採用されました。一部のエレベーターでは、階数表示にニキシー管が使用されていました。
ニキシー管の平均寿命は、初期のタイプでは約5,000時間から、最後に導入されたタイプでは200,000時間以上に及ぶものまで様々です。機械的な故障を除いて、ニキシー管の「寿命終了」を構成する正式な定義はありません。一部の情報源[ 2 ]では、グリフの発光が不完全な場合（「陰極汚染」）や、管内の他の場所で発光が見られる場合は許容できないと示唆しています。
Nixie tubes are susceptible to multiple failure modes, including:
Driving Nixies outside of their specified electrical parameters will accelerate their demise, especially excess current, which increases sputtering of the electrodes. A few extreme examples of sputtering have even resulted in complete disintegration of Nixie-tube cathodes.
Cathode poisoning can be abated by limiting current through the tubes to significantly below their maximum rating,[12] through the use of Nixie tubes constructed from materials that avoid the effect (e.g. by being free of silicates and aluminum), or by programming devices to periodically cycle through all digits so that seldom-displayed ones get activated.[13]
As of 2006, several suppliers still provided common Nixie tube types as replacement parts, new in original packaging. Devices with Nixie-tube displays in excellent working condition are still plentiful, though many have been in use for 30 to 40 years or more. Such items can be found as surplus and obtained at little expense. In the former Soviet Union, Nixies were still being manufactured in volume in the 1980s, so Russian and Eastern European Nixies are still available.
Other numeric-display technologies include light pipes, rear-projection and edge-lit lightguide displays (all using individual incandescent or neon light bulbs for illumination), Numitron incandescent filament readouts,[14] Panaplex seven-segment displays, and vacuum fluorescent display tubes. Before Nixie tubes became prominent, most numeric displays were electromechanical, using stepping mechanisms to display digits either directly by use of cylinders bearing printed numerals attached to their rotors, or indirectly by wiring the outputs of stepping switches to indicator bulbs. Later, a few vintage clocks even used a form of stepping switch to drive Nixie tubes.
ニキシー管は1970年代に発光ダイオード（LED）や真空蛍光表示管（VFD）に取って代わられ、多くの場合、 7セグメント表示の形をとります。VFDは、電子を放出する高温のフィラメント、制御グリッド、および数字のセグメント、グラフィック表示のピクセル、または完全な文字、記号、または単語を表すように成形された蛍光体コーティングされた陽極（陰極線管に似ています）を使用します。ニキシー管は通常、点灯に180ボルトを必要としますが、VFDは比較的低い電圧で動作するため、より簡単で安価に使用できます。VFDは内部構造がシンプルなため、明るく鮮明で遮るもののない画像が得られます。ニキシー管とは異なり、VFDのガラス管は低圧の特定の混合ガスで満たされているのではなく、真空になっています。
ニキシー管を駆動するために、 7441/74141などの高電圧専用ドライバチップが利用可能でした。LEDは半導体集積回路が一般的に使用する低電圧に適しているため、ポケット電卓、デジタル時計、携帯型デジタル計測器などの機器にとって有利でした。また、LEDははるかに小型で頑丈であり、壊れやすいガラス管もありません。LEDは、同じ機能を持つVFDやニキシー管よりも消費電力が少なくて済みます。
現代のデジタルディスプレイの美観に対する不満と、時代遅れの技術のスタイルに対する懐かしい愛着を挙げ、多くの電子機器愛好家がニキシー管の復活に興味を示している。[ 15 ]何十年も倉庫に眠っていた売れ残りの管が持ち出されて使用されており、最も一般的な用途は自作のデジタル時計である。[ 11 ] [ 16 ] [ 10 ]ニキシー管は全盛期には、時計などの大量生産の消費者向け製品に使用するには高価すぎると一般的に考えられていた。[ 10 ]最近の需要の急増により、特に大型管の価格が大幅に上昇し、新しい管の小規模生産が経済的に成り立つようになった。
真空管本体に加え、真空管を駆動するために必要な比較的高電圧の回路も重要な考慮事項です。7400シリーズのドライバ集積回路（例えば74141 BCDデコーダドライバ）は既に生産終了しており、NOS真空管よりも希少です。74141は様々なウェブサプライヤーからNOSとして入手可能で、ソ連製の同等品であるK155ID1は現在も生産されています。しかし、MPSA92やMPSA42といった高電圧定格の最新バイポーラトランジスタが安価に入手できるようになりました。
ニキシー管のプロトタイプと特許資料は、発明者のデイビッド・ヘーゲルバーガーによって博物館に寄贈された。
はほぼ同じ場所に表示されます。このようにして、対応する陰極を発光させることにより、10個の数字のいずれかを表示できます。