專利名稱：用于陰極射線管的玻璃泡和陰極射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于陰極射線管的玻璃泡和陰極射線管，其中表面部分具有基本平直的外表面，該表面部分具有急劇變化的壁厚分布。
近年來，作為已采用的一種屏面部分，其中表面部分具有一基本平直的外表面和一凹入的內(nèi)表面，并且被熱力加強以改善強度。通常，在其中具有蔭罩的陰極射線管的屏面部分的情況下，為使蔭罩可以容易地控制來自電子槍的電子束，以便將電子束投射在表面部分的內(nèi)表面的熒光屏上，或者為使陰極射線管的強度增加，以便改善防內(nèi)爆特性，屏面部分在表面部分的周緣部分中具有遠大于其中心部分的壁厚。換句話說，屏面部分在表面部分中具有壁厚分布，其中壁厚從中心部分到周緣部分逐漸增加。例如，日本-A-11-67124揭示了周緣部分的壁厚不小于中心部分的1.5倍。
然而，在用燒結(jié)的玻璃通過裙邊部分的端面使屏面部分與漏斗部分結(jié)合，這樣結(jié)合的屏面部分和漏斗部分經(jīng)受熱處理過程(抽真空過程)以產(chǎn)生陰極射線管時，表面部分中的壁厚分布產(chǎn)生的巨大熱應(yīng)力會引起破裂，降低生產(chǎn)能力。
當(dāng)屏面部分在表面部分中具有如前所述的急劇變化的壁厚分布時，表面部分的中心部分與周緣部分之間的壁厚差異產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力遍及熱處理過程中的表面部分的邊緣至混合部分和裙邊部分的所有區(qū)域。當(dāng)屏面在表面部分的中心部分與周緣部分之間的壁厚分布相同或差別不大時，熱應(yīng)力不會出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。然而，在陰極射線管的有用屏幕區(qū)具有60厘米的對角直徑、以及諸如表面部分中的周緣部分的壁厚超過中心部分的壁厚1.7倍的情況下，屏面部分中產(chǎn)生的熱應(yīng)力達到30-40兆帕。在這些應(yīng)力值覆蓋的范圍中，玻璃發(fā)生碎裂的可能性按指數(shù)規(guī)律增長。這意味著熱應(yīng)力的略微增加會使破裂的發(fā)生明顯增加，極其不利地影響生產(chǎn)能力。
盡管使表面部分的壁厚分布的不均勻性降至最小可以最有效地減少熱應(yīng)力，但由于形狀是與圖像質(zhì)量或清晰度相關(guān)的重要因素，因此不可能以簡單的方式修改表面部分的內(nèi)、外表面的形狀。
為了抑制玻璃泡中的破裂，有一種通過熱力增強來增強屏面部分的方法。該方法旨在通過保持熱力加強的壓應(yīng)力以抵消熱應(yīng)力，從而抑制破裂。在屏面具有表面部分中劇烈變化的壁厚分布的情況下，由于玻璃模制過程中在冷卻和固化玻璃時，易于產(chǎn)生表面部分與裙邊部分之間的冷卻差異，因此很難以同樣的方式引入加強應(yīng)力。由于該原因，無法充分獲得抑制玻璃泡破裂的效果。另外，在某些情況下，先前所述的不必要的拉應(yīng)力會導(dǎo)致出乎意料的破裂。
在屏面部分和漏斗部分的設(shè)計中，沒有對抑制熱應(yīng)力進行仔細考慮。例如，當(dāng)熱力加強的屏面部分與漏斗部分結(jié)合以產(chǎn)生陰極射線管時，無法以充分的方式抑制熱應(yīng)力。就玻璃泡重量的減少來說，也沒有進行優(yōu)化。
當(dāng)漏斗部分過薄時，漏斗部分與屏面部分之間的熱容量的不平衡被放大。在熱處理過程中，漏斗部分的加熱或冷卻速度過快，以致無法產(chǎn)生過度的熱應(yīng)力，降低了漏斗部分的強度。由于漏斗部分設(shè)有較大的壁厚，以便補償正常設(shè)計中降低的強度，因此事實上沒有充分地減少漏斗部分的重量。
考慮到上述問題而提出的、以及通過發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)力研究的成果而獲得了本發(fā)明，熱應(yīng)力是在具有表面部分——該表面部分在熱處理過程中具有急劇變化的壁厚分布——的屏面部分產(chǎn)生的，熱應(yīng)力的研究揭示了當(dāng)裙邊部分的壁厚與表面部分的周圍部分的壁厚互相協(xié)調(diào)時，可提供一種抑制熱應(yīng)力的作用，還揭示了通過向一部分(該部分從短軸或長軸上的表面部分的邊緣向裙邊部分延伸)的外表面區(qū)域施加所需的加強壓應(yīng)力，可有效地消除該熱應(yīng)力以防止破裂。
另外，通過發(fā)現(xiàn)在熱處理過程中漏斗部分的壁厚對屏面部分產(chǎn)生的熱應(yīng)力和通過在泡的內(nèi)側(cè)抽真空(下文將稱為“真空應(yīng)力”)所產(chǎn)生的應(yīng)力的關(guān)系的研究，本發(fā)明做成了一種重量較輕的玻璃泡，上述研究可揭示漏斗部分的壁厚與熱應(yīng)力和真空應(yīng)力密切相關(guān)，以及在某些范圍中，當(dāng)漏斗部分的壁厚根據(jù)表面部分的壁厚來確定時，可以在漏斗部分做薄的同時抑制熱應(yīng)力以防止破裂。
本發(fā)明提供一種用于陰極射線管的玻璃泡，該玻璃泡包括一具有矩形表面部分和一裙邊部分的屏面部分，該矩形表面部分具有一基本平直的外表面和一凹入的內(nèi)表面，該裙邊部分從表面部分的周緣處基本垂直地延伸；一漏斗部分，該漏斗部分具有與屏面部分相連的一端部；以及一頸部，該頸部與漏斗部分的另一端相連；其中，至少屏面部分被熱力加強，以便向其施加一壓應(yīng)力；該屏面部分和漏斗部分滿足下列條件1、2、3和4；其中，屏面部分在一短軸上的表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分或在一長軸上的表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分處滿足下列條件，即，無論哪個邊緣部分具有較大的壁厚1)1.70≤TL/TC，其中TC是表面部分的中心壁厚，而TL是有用屏幕區(qū)的壁厚；2)5兆帕≤|σC|≤14兆帕，其中σC是模壓配合(mold match)附近的裙邊部分的側(cè)面的至少一區(qū)域中的加強壓應(yīng)力的值；以及3)0.43≤TS/TL≤0.50，其中TS是裙邊部分的密封端面的壁厚；漏斗部分滿足下列條件4)0.37≤TF/TC≤0.49，其中，當(dāng)B是漏斗部分中的本體部分沿泡軸方向的長度時，TF是位于B/2處部分的壁厚，本體部分從密封端向其軛狀部分延伸。
另外，本發(fā)明提供一種采用屏面部分和漏斗部分制成的陰極射線管。
根據(jù)本發(fā)明，可減少表面部分和裙邊部分之間的冷卻差異，并且可以控制加強壓應(yīng)力中的不平衡，以便通過限定具有表面部分——該表面部分具有如前所述的急劇變化的壁厚分布——的屏面部分的裙邊部分的形狀，以充分的方式獲得熱力加強效果。換句話說，本發(fā)明的特征在于通過限定裙邊部分的壁厚和熱力加強給予的壓應(yīng)力的值，可以抑制由于表面部分的壁厚分布而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以防止或減少屏面部分發(fā)生破裂。
根據(jù)本發(fā)明，在表面部分的短軸或長軸上有利地限定裙邊部分的壁厚和熱力加強給予的壓應(yīng)力的值。這是因為破裂易產(chǎn)生自該部分。原因是盡管表面部分的壁厚分布在靠近有用屏幕區(qū)的邊緣部分具有最大壁厚，但受到巨大熱應(yīng)力的裙邊部分(尤其是在短軸或長軸上)的壁厚分布會影響邊緣部分，并且在陰極射線管的生產(chǎn)過程中使表面部分的附近部分的中心部分的真空拉應(yīng)力最大。在相互比較短軸上的有用屏幕區(qū)的邊緣部分和長軸上的有用屏幕區(qū)的邊緣部分時，具有較大壁厚的邊緣部分中的熱應(yīng)力較高。
從該觀點來看，限定裙邊部分的壁厚和短軸上的有用屏幕區(qū)的邊緣部分或長軸上的有用屏幕區(qū)的邊緣部分上的熱力加強的壓應(yīng)力的值(無論哪個邊緣部分具有較大的壁厚)是十分重要的。由于有用屏幕區(qū)的長寬比或表面部分的內(nèi)部形狀給予的設(shè)計值可確定短軸或長軸上的有用屏幕區(qū)的壁厚，因此哪個邊界部分具有較大壁厚是可變的，其變化將取決于屏面部分的類型或形狀。在根據(jù)選定的短軸或長軸上的邊緣部分來限定所需壁厚和熱力加強的壓應(yīng)力的值時，以相同的方式來確定或基于如此限定的條件來設(shè)計給予屏面部分中的其它部分的所需壁厚和熱力加強的壓應(yīng)力的值。這也可以應(yīng)用于漏斗部分。
如

圖1所示，玻璃泡包括屏面部分1和漏斗部分2，該漏斗部分具有形成頸部3的端部。屏面部分1包括表面部分4，該表面部分具有基本平直的外表面和凹入的內(nèi)表面；以及一裙邊部分6，該裙邊部分從表面部分的周緣處基本垂直地延伸。因而，屏面部分總體上具有一中空的盒形形狀，并且在表面部分4和裙邊部分6互相連接的曲面轉(zhuǎn)角處具有一混合部分5。短語“基本平直的外表面”是指外表面最小的曲率半徑不短于25,000毫米。
漏斗部分2包括一呈漏斗形狀的本體部分7；一軛狀部分8，該軛狀部分與本體部分相連，并且與泡軸Z垂直的截面形狀呈圓形或大致呈矩形；以及密封于軛狀部分的頸部3。本體部分7具有形成大致呈矩形的密封端面的一端部，可用諸如燒結(jié)的玻璃使該密封端面與屏面部分1的裙邊部分的端面相連。在形狀和壁厚方面，本體部分7的一端基本上與屏面部分的裙邊部分的端面相同，而整個周緣中的端面具有相等的壁厚。
屏面部分1中的表面部分4的壁厚分布與表面部分的內(nèi)、外表面的形狀一致，而表面部分4的中心部分與周緣部分之間的壁厚分布變化極大。特別地，當(dāng)表面部分的中心部分的壁厚為TC，有用屏幕區(qū)的邊緣部分9的壁厚為TL時，建立公式1.70≤TL/TC。當(dāng)屏面部分的表面部分中的壁厚分布的變化極大時，可應(yīng)用該公式。在該公式中，TL是與泡軸Z方向平行的有用屏幕區(qū)的邊緣部分9的壁厚。當(dāng)屏面部分的TL/TC比小于1.70時，即使不限定裙邊部分的壁厚或熱力加強的壓應(yīng)力值，也不會由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致破裂。這是因為壁厚分布具有相對較小的變化。由于需要根據(jù)陰極射線管的設(shè)計說明書來規(guī)定上限，因此盡管沒有規(guī)定TL/TC的上限，但其通常在2.50左右。
現(xiàn)在，將敘述通過熱力加強使壓應(yīng)力施加于屏面部分1。使用將壓應(yīng)力至少施加于表面部分4、混合部分5和裙邊部分6的外表面的傳統(tǒng)方法，來熱力加強屏面部分1。由于壓應(yīng)力可起到抵消熱應(yīng)力或真空應(yīng)力的作用，因此該壓應(yīng)力可有效地避免由于屏面部分中產(chǎn)生熱應(yīng)力或真空應(yīng)力而引起的破裂。眾所周知，所施加的壓應(yīng)力的數(shù)值隨屏面部分的位置不同而發(fā)生變化。
在施加于模壓配合12附近的裙邊部分6的一區(qū)域的壓應(yīng)力可十分有效地避免熱處理過程中發(fā)生破裂，以便基于這樣的基礎(chǔ)提供本發(fā)明。模壓配合12由一模具形成，并且通常位于靠近混合部分5的裙邊部分6的外側(cè)面的位置。模壓配合附近的位置覆蓋了靠近模壓配合的混合部分5和裙邊部分6的上部的一區(qū)域。由于模壓配合和混合部分5附近的區(qū)域的壁厚較大，因此在熱處理過程中冷卻時，較大的熱拉應(yīng)力將施加于屏面部分的外表面。
由于漏斗部分的熱容量小于屏面部分的熱容量，并且其冷卻速度快于屏面部分，因此冷卻時漏斗部分受到的熱收縮大于屏面部分受到的熱收縮。由于熱收縮使裙邊部分變形，因此該熱收縮進一步地增加屏面部分中的裙邊部分的外表面上的熱拉應(yīng)力，以使裙邊部分向外彎曲。有可能會損壞該部分以降低強度，并且還將施加一真空拉應(yīng)力。這意味著該部分的屏面部分的加強可有效地避免破裂。
從該觀點來看，本發(fā)明的特征在于將模壓配合12附近的裙邊部分6的側(cè)面的至少一區(qū)域中的加強壓應(yīng)力的值σC確定為滿足公式5兆帕≤|σC|≤14兆帕。需要滿足公式5兆帕≤|σC|≤14兆帕的原因是當(dāng)|σC|小于5兆帕?xí)r，無法以充分的方式抵消模壓配合附近產(chǎn)生的熱應(yīng)力或真空拉應(yīng)力，導(dǎo)致不能充分地防止熱處理過程中產(chǎn)生的破裂。當(dāng)|σC|大于14兆帕?xí)r，在屏面部分的模壓過程中冷卻的不平衡狀態(tài)增加，使均勻加強較為困難。這將導(dǎo)致熱處理過程中的破裂率增加。|σC|最好等于7-11兆帕。為方便起見，在靠近模壓配合部分的裙邊部分的一區(qū)域處測量模壓配合附近的加強壓應(yīng)力的值。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)有用屏幕區(qū)的邊緣部分的壁厚TL來確定裙邊部分6的密封端面的壁厚TS，以滿足公式0.43≤TS/TL≤0.50。當(dāng)TS/TL＜0.43時，裙邊部分過薄，使其很難以可靠和充分的方式實際地?zé)崃訌娙惯叢糠?。當(dāng)TS/TL＞0.50時，熱應(yīng)力的增加使破裂率增加，并且還使質(zhì)量增加。最好滿足公式0.44≤TS/TL≤0.48。
根據(jù)本發(fā)明，盡可能地做薄漏斗部分2中的本體部分7的壁厚，使漏斗部分2更輕。通常，從減少重量或成本的角度來看，本體部分7的壁厚最好較薄。然而，當(dāng)壁厚太薄時，熱容量的降低使先前所述的熱應(yīng)力增加，這將會產(chǎn)生問題。從本發(fā)明產(chǎn)生應(yīng)力的觀點來看，當(dāng)漏斗部分2中的本體部分7的壁厚薄于傳統(tǒng)的壁厚時，通過優(yōu)化成對、密封的屏面部分和漏斗部分的壁厚，將不會產(chǎn)生與熱應(yīng)力和陰極射線管的防內(nèi)爆強度有關(guān)的問題。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)漏斗部分2中的本體部分7(從與屏面部分密封的端面延伸到軛狀部分8的部分)沿泡軸方向Z的長度為B時，B/2位置處的壁厚滿足公式0.37≤TF/TC≤0.49。滿足公式TF/TC≥0.37可抑制熱應(yīng)力增加。抑制熱應(yīng)力增加與熱力加強效應(yīng)可協(xié)同地作用以提高屏面部分的防破裂效果。
另一方面，當(dāng)TF/TC＜0.37時，冷卻速度或加熱速度變得極快，以使熱應(yīng)力增加，另外本體部分7的壁厚可能過薄，以致無法獲得所需的強度。當(dāng)TF/TC＞0.49時，盡管降低熱應(yīng)力會產(chǎn)生效果，但會根據(jù)市場銷售和經(jīng)濟效率不適當(dāng)?shù)卦黾勇┒凡糠值馁|(zhì)量。
本體部分7的壁厚為何由B/2位置確定的原因是本體部分7的中間區(qū)域是適合限定本體部分的壁厚的位置，該位置提供了平滑的連續(xù)部分。
根據(jù)應(yīng)用于本發(fā)明的玻璃泡和具有薄壁的裙邊部分6的玻璃泡中產(chǎn)生的應(yīng)力(該應(yīng)力是加強壓應(yīng)力、熱應(yīng)力和真空應(yīng)力的結(jié)合)，圖3示出了可能會破裂的應(yīng)力位置(特別是在熱處理過程中)。在圖3中，實線10表示作為本發(fā)明示例的玻璃泡的應(yīng)力分布，而雙點劃線11表示玻璃泡中產(chǎn)生的應(yīng)力分布，如虛線14所示，由于裙邊部分5的壁面較薄，因此其壁厚未被優(yōu)化。所有的應(yīng)力都是拉應(yīng)力，箭頭13的長度表示數(shù)值。從實線10與雙點劃線11的比較中可以看到，應(yīng)用于本發(fā)明的玻璃泡中產(chǎn)生的應(yīng)力受到抑制并變小。
盡管本發(fā)明的實施例的解釋是在短軸上的表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分具有較大的壁厚的情況下作出的，但可以對玻璃泡進行設(shè)計，以便用相同的尺寸或更小的尺寸來確定除短軸上的部分以外的其它部分。
示例根據(jù)用于長寬比為4∶3的17英寸彩色陰極射線管的玻璃泡，表1中示出了本發(fā)明的示例和對照示例。在示例和對照示例中，所有屏面部分的表面部分具有基本平直的外表面(外表面的最小曲率半徑＝50,000毫米)，而相應(yīng)屏面部分中的表面部分的壁厚分布，即表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分的壁厚TL與表面部分的中心部分的壁厚TC的比值TL/TC都為1.8。由于長軸上采用的屏面部分中的表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分的壁厚厚于短軸上采用的壁厚，因此將長軸上的有用屏幕區(qū)的邊緣部分的壁厚定義為TL。除了對照示例1中的屏面部分以外，所有的屏面部分都是在相同的加強條件下制造的。根據(jù)Weibull統(tǒng)計法來設(shè)置玻璃的相應(yīng)部分的應(yīng)力關(guān)系和損壞發(fā)生率，并且用統(tǒng)計學(xué)的方法來處理玻璃泡的整個外表面的排列關(guān)系，以便估計出破裂率。在表1中，M加強壓應(yīng)力是指模壓配合附近的加強壓應(yīng)力，而所有壁厚的單位都是毫米。根據(jù)日本電子和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)EIAJ ED-2136B來確定有用屏幕區(qū)的邊緣部分的位置。
在示例1-3的每一個示例中，由于成功地抑制了熱應(yīng)力的增加，因此破裂率保持在允許范圍內(nèi)。在對照示例1中，盡管漏斗部分的質(zhì)量較輕，但由于未受到加強，因此模壓配合附近的加強壓應(yīng)力的值基本為零，而且由于熱應(yīng)力較大，因此破裂率很高。在對照示例2中，盡管加強壓應(yīng)力為一典型值，但由于整個玻璃泡未被正確地平衡，因此產(chǎn)生的較大熱應(yīng)力使破裂率升高。在對照示例3中，盡管質(zhì)量較重，但漏斗部分中的本體部分的壁厚的增加抑制了熱應(yīng)力，使其處于較低的水平而減少破裂率。
表1

根據(jù)用于長寬比為4∶3的29英寸陰極射線管的玻璃泡，與示例1-3相同，表2中示出了示例4和5以及對照示例4和5。在這些示例和對照示例的每一示例采用的屏面部分中，由于短軸上的有用屏幕區(qū)中的邊緣部分的壁厚大于長軸上的壁厚，因此將短軸上的壁厚定義為TL。從表2中可以清楚地看到，在示例4和5的每一示例中，由于成功地抑制了熱應(yīng)力，因此破裂率處于允許范圍內(nèi)。另一方面，在對照示例4中，熱應(yīng)力的增加使破裂率升高。在對照示例5中，盡管破裂率低，但漏斗部分的質(zhì)量顯著增加。
表2

根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)屏面部分在表面部分中具有變化較大的壁厚分布時，該屏面部分與漏斗部分結(jié)合以產(chǎn)生一陰極射線管，根據(jù)所述表面部分周圍的壁厚，基于密封端面的寬度適當(dāng)?shù)卮_定裙邊部分的壁厚。結(jié)果，可以在熱處理過程中抑制玻璃泡中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并通過熱力加強有效地施加壓應(yīng)力。因而，可防止或降低玻璃泡發(fā)生破裂。
另外，由于可以根據(jù)表面部分中的中心部分的壁厚適當(dāng)?shù)卮_定漏斗部分中的本體部分的壁厚，因此可將漏斗部分對熱應(yīng)力的影響降至最小。因而，可防止或抑制玻璃泡在熱處理過程中發(fā)生破裂，并同時使漏斗部分變輕，而玻璃泡保持所需的強度。根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用，屏面部分具有的表面部分中的壁面可薄于傳統(tǒng)的屏面部分，并且不會使生產(chǎn)能力降低。
顯然，可以根據(jù)上面的講述對本發(fā)明進行多種修改和變型。因此，應(yīng)予理解的是在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，除本文特別敘述的方法以外，還可用其它方法來實施本發(fā)明。
本文將援引2001年3月12日提交的日本專利申請No.2001-69100的全部揭示(包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要)作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于陰極射線管的玻璃泡，它包括一具有矩形表面部分和一裙邊部分的屏面部分，所述矩形的表面部分具有一基本平直的外表面和一凹入的內(nèi)表面，所述裙邊部分從所述表面部分的周緣處基本垂直地延伸；一漏斗部分，所述漏斗部分具有與所述屏面部分相連的一端部；以及一頸部，所述頸部與所述漏斗部分的另一端相連；其中，至少所述屏面部分被熱力加強，以便向其施加一壓應(yīng)力；所述屏面部分在一短軸上的表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分或在一長軸上的表面部分中的有用屏幕區(qū)的邊緣部分處滿足下列條件，即，無論哪個邊緣部分具有較大的壁厚1)1.70≤TL/TC，其中TC是表面部分的中心壁厚，而TL是有用屏幕區(qū)的壁厚；2)5兆帕≤|σC|≤14兆帕，其中σC是模壓配合附近的裙邊部分的側(cè)面的至少一區(qū)域中的加強壓應(yīng)力的值；以及3)0.43≤TS/TL≤0.50，其中TS是裙邊部分的密封端面的壁厚；漏斗部分滿足下列條件4)0.37≤TF/TC≤0.49，其中，當(dāng)B是漏斗部分中的本體部分沿泡軸方向的長度時，TF是位于B/2處部分的壁厚，所述本體部分從密封端向其軛狀部分延伸。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的屏面部分和漏斗部分制成的陰極射線管。
全文摘要
當(dāng)屏面部分(1)的表面部分(4)的中心壁厚為T
文檔編號H01J29/86GK1375854SQ0210730
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者菅原恒彥, 清水直也, 村上敏英 申請人:旭硝子株式會社, 三菱電機株式會社