CN1104736C - 阴极射线管的玻璃真空管壳和阴极射线管 - Google Patents

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Abstract

一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，其中通过物理强化在面板部分的一个表面产生压应力；在荧光屏部分的长轴和短轴中的至少一根轴上的荧光屏部分7的最大壁厚tF和过渡R部分的最大壁厚tR满足关系：1.0≤tR/tF≤1.4；而且在阴极射线管装配完之后分布有张真空应力的区域通过物理强化得到的压应力值的绝对值为7-30MPa，因此，即使将面板部分的壁厚制作得和传统的玻璃真空管壳比起来较薄，玻璃真空管壳发生爆裂的可能性很小。

Description

阴极射线管的玻璃真空管壳和阴极射线管
本发明涉及一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，这种阴极射线管主要是用于接收电视广播或者诸如此类的信号。
如图1和图2所示，一种用于在电视广播或者诸如此类的工作中接收信号的阴极射线管1有一个玻璃真空管壳2，这个真空管基本上由用于显示图像的面板玻璃(panel glass)或者面板部分(panel portion)3、其上安装了偏转线圈的漏斗状部分(funnel portion)4、以及用于安装电子枪17的管颈部分5构成。
在图1和2中，标号6指面板部分3中的侧裙部，标号7指用于在面板部分显示图像的荧光屏部分(face portion)，标号8指用于提供强度的防爆加强带(implosion-proof reinforcing band)，标号9指用于将荧光屏部分接合到裙部的过渡(blend)R部分，标号10指封接部分，面板部分3和漏斗状部分4在这个部分用封接玻璃之类的材料加以封接，标号12指一个通过辐射电子束来发出荧光的荧光层，标号13指一铝层(aluminum film)，用于向前方反射荧光层处的荧光，标号14指一个荫罩，这个荫罩确定通过电子束辐照而发光的荧光物质的位置，标号15指用于将荫罩14安装到裙部6的内侧表面的柱螺栓销，标号16指一个内部导电敷层，这个敷层防止由电子束引起荫罩14带电而达到高电位，并将电荷接地到外面。
符号A指一个将管颈部分5的中心轴线连接到面板部分3的中心的显像管管轴。荧光层形成在面板玻璃的内侧平面上，以此形成一个荧光屏。这个荧光屏大体上是一个由四条轮廓线构成的矩形，四条轮廓线大体上平行于在矩形的中心点和管轴呈直角交叉的一根长轴和一根短轴。
在采用了具有大体上为箱形的结构的玻璃面板的阴极射线管1中，在长轴和短轴上的荧光屏部分的边缘的相对较宽大的区域，有一个具有很大的张应力(符号为“+”)区域和一个具有压应力(符号为“-”)区域，这是由于与球状不同的不对称结构造成的，如图3所示，张应力和压应力还出现在过渡R部分附近的裙部外侧表面，因为面板玻璃外侧和内侧之间施加一个大气压的压力差。在图3中，符号σR表示沿纸面方向的应力分量，而符号σT表示垂直于纸面的应力的分量(单位MPa(百万帕斯卡))。图3中的应力分布曲线旁所描述的数值表明了相应位置上的应力值。
在玻璃管壳的前表面上有应力的二维分布。通常，张真空应力最大值发生在面板玻璃的荧光屏部分的图像显示表面的裙部或者面板玻璃的裙部。相应地，如果阴极射线管的玻璃真空管壳中产生的张真空应力很大，且如果玻璃真空管壳没有足够的强度对抗张真空应力，则会导致由大气压引起的静疲劳破裂(staticfatigue breakage)，玻璃真空管壳将不具作为阴极射线管的功用。
此外，在阴极射线管的制造中，玻璃真空管壳处于高温状态，比如在380℃左右，并且玻璃真空管壳中的空气被抽空。在这样的加热过程中，除产生张真空应力外，还产生热应力。在更糟的情况下，会因空气的瞬时引入及其反作用力导致强烈爆炸，因此在其周围有引起损害的危险。考虑到在玻璃真空管壳和阴极射线管的装配步骤中玻璃表面可能产生的擦痕的深度，以及阴极射线管的使用寿命，对该玻璃真空管壳上采用#150的(金刚)砂纸均匀地产生擦痕。通过在玻璃真空管壳施加压力进行了外部的应力加载测试，以保证防止玻璃真空管壳或者玻璃面板的这种破裂。然后，测出了当玻璃真空管壳破裂时内部压力和外部压力之间的差。通常构制玻璃真空管壳以使其能够经得住3个大气压或者更大的压力差。
由于玻璃真空管壳的外侧表面的张真空应力取决于玻璃真空管壳的结构，并且有二维的应力分布，故并不在起初就预定具有擦痕的玻璃真空管壳的断裂强度(fracture strength)。就平均值而言，断裂强度通常落在18.6MPa(最小值)和24.5MPa的范围之内。
另一方面，考虑到由真空应力引起的疲劳破裂，在具有最大张真空应力σVmax的区域，具有较大的可能性会引起玻璃真空管壳的破裂。因此，确定玻璃真空管壳的壁厚以及形状，使最大值σVmax在从6到12MPa的范围内。换句话说，荧光屏部分使具有某一曲率半径和壁厚以减小真空应力。此外，通常将荧光屏部分的裙部制作得较厚，而荧光屏部分整体并不一同加厚，藉此，通过楔形效应(wedgeeffect)减小真空应力。相应地，过渡R部分制作得比其它部分厚。
近年来要求增加阴极射线管的尺寸。在这种情况下，当荧光屏部分的曲率半径较小时，出现了图像表面的清晰度的问题。为了消除清晰度的问题，提出了不对称地形成荧光屏部分的曲率半径的建议，藉此荧光屏部分的曲率半径可以增加2倍到3倍，并且可以获得上述最大张真空应力的范围而不必要求荧光屏部分的厚度增加许多。例如，当面板部分的外部直径最大值相当于29英寸的时候，荧光屏部分对角线轴上的曲率半径增加到大约2400mm，而短轴上的曲率半径可以减小到1400mm。这样，可以通过将荧光屏部分的周围部分的高度差减到最小，以保证足够的清晰度，并且可以通过减小荧光屏部分在短轴上的曲率半径，减小最大张真空应力。
但是，当进一步增加荧光屏部分的曲率半径时，比如就29英寸型号而言，当荧光屏部分具有平坦的形状而又要保持上述最大张真空应力的值，荧光屏部分的壁厚增加到18.5mm。因此，日本未审查公开专利JP-A-7-21944和JP-A-7-142013提议给一个张真空应力为最大的区域有效地实施物理强化，也就是进行加热处理，以给表面层提供一个欲得到的压应力，它在保持了强度的同时，又减小了壁厚。
通常，在大约1000℃的高温，通过压制工序形成面板玻璃。然后，实施物理强化方法，以对玻璃面板进行加热处理，使得在玻璃的中心部分和表面之间至少在一个温度范围内产生有效温度差，而这个温度允许形成玻璃的分子重新排列。
但是，在传统的面板部分中，如图4所示，过渡R部分的壁厚比在其附近的荧光屏部分或者裙部的壁厚要厚得多。相应地，当玻璃面板被冷却以强化时，在和过渡R部分连接的荧光屏部分和裙部的附近区域发现有冷却延迟，由于过渡R部分的热容量很大，而且过渡R部分的形变也很大，所以产生很大的张真空应力。结果，表面层中通过物理强化形成的压应力小于荧光屏部分的中心部分的压应力。
相应地，当在这个区域通过强化要获得很大的应力值时，荧光屏部分的中心部分和裙部的密封边缘部分的经强化的应力值过大，而且为了避免这种应力分布的不均衡，在荧光屏部分的裙部的内侧表面或者外侧表面上重新地产生张面板应力。此外，厚壁部分存在提供了不稳定的冷却。此外，有一个问题即在这个区域控制强化的应力值是困难的。
本发明的目的是提供一种玻璃真空管壳，这种真空管可以在阴极射线管没有内向爆裂的危险，并同时可以减小最大张真空应力的条件下被强化。
根据本发明，给阴极射线管提供了一种玻璃真空管壳，这种玻璃真空管壳包含具有大体上为矩形的荧光屏部分和为荧光屏部分形成侧壁的裙部的面板部分，漏斗状部分和管颈部分，其特征在于通过物理强化至少在面板部分的外侧表面上形成了压应力；在穿过荧光屏部分的中心，并且直角交叉的长轴和短轴中的至少一根轴上荧光屏部分的最大壁厚tF和用于连接裙部的过渡R部分的最大壁厚tR之间有关系：1.0≤tR/tF≤1.4；而且满足公式7MPa≤|σC|≤30MPa其中，σC是通过在至少一个区域(所述区域包含在装配阴极射线管之后产生最大张真空应力σVmax的位置)物理强化得到的压应力值。
此外，根据本发明，提供了一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，这种玻璃真空管壳包含具有大体上为矩形的平坦荧光屏部分和为荧光屏部分形成侧壁的裙部的面板部分，漏斗状部分以及管颈部分，其特征在于通过物理强化，在面板部分的至少一个外侧表面产生压应力；在穿过荧光屏部分的中心，并且直角交叉的长轴或短轴中的至少一根轴上荧光屏部分的最大壁厚tF和用于连接裙部的过渡R部分的最大壁厚tR之间有关系：1.0≤tR/tF≤1.3；而且满足公式7MPa≤|σC|≤30MPa，其中σC是通过在至少一个区域(这个区域包含在装配阴极射线管之后产生最大张真空应力σVmax的位置)物理强化得到的压应力值。
此外，根据本发明，提供一种相应于上面所述发明的用于阴极射线管的玻璃真空管壳，其特征在于通常过渡R部分的最大壁厚tR和曲率半径Rb之间有关系tR≤Rb。
当通过下面结合附图详细地描述对本发明后，将更易完整地理解本发明及其附带的优点。
图1是根据本发明的用于阴极射线管的玻璃真空管壳的省略了一些部分的放大的截面图；
图2是采用了根据本发明的玻璃真空管壳的阴极射线管的一个实施例的垂直截面图；
图3是表示用于阴极射线管的传统的玻璃真空管壳中的应力的分布的图；
图4是根据本发明用于阴极射线管的玻璃真空管壳的面板部分中过渡R部分(省略了一些部分)放大的截面图；
图5是截面图，表示了本发明的玻璃真空管壳的面板部分的造型工艺，其中图5a和5b分别是A部分的放大截面图。
下面将参照附图对本发明进行描述，其中相同的参考符号表示相同的或者相应的部分。
在本发明中，规定了用于阴极射线管的面板部分中荧光屏部分和裙部之间的连接区域的壁厚和结构。这样，当面板玻璃在压制成形工序(press-formingoperation)之后受到强化处理或者加热处理时，位于连接区域的附近部分的经强化的压应力值σC增加了，藉此可以减小阴极射线管装配之后产生的张真空应力。
为了强化的加热处理通常在玻璃表面温度大约为600℃-380℃的条件下进行。但是，由于玻璃面板在壁厚和三维形状上分布不均匀，而且要使玻璃面板均匀地冷却是困难的，故在连接区域的温度分布相当不均匀。由于过渡R部分的壁厚较大，该处的热容量也较大，所以在冷却步骤过程中，从过渡R部分到其相邻部分产生热流。结果，产生最大张真空应力的过渡R部分附近的一个位置的经强化的应力在阴极射线管的装配工作之后减小了。由此，为了避免经强化的应力在和荧光屏部分的中心部分的经强化的应力值相比太小，在产生最大张真空应力的轴上过渡R部分的最大壁厚tR和荧光屏部分的最大壁厚tF的比值tR/tF是1.4或者更小。
此外，为了在压制工序中减小压力，比值tR/tF应该是1.0或者更大，其中这个压制工序如图5所示应用一个模型，被加热到1000℃的玻璃料在这个模型中被压制。
另一方面，阴极射线管装配完之后产生的张真空压力的分布取决于过渡R部分的曲率半径Rb的值。由于Rb较大，张真空应力的分布扩展开来。然而，σVmax减小了，而且强化后玻璃真空管壳的强度增加了。特别当tR≤Rb时，效果显著。
此外，在本发明中，通过确定过渡R部分的结构，规定了提供σvmax值的区域的经强化的应力值σC的有效范围。如上所述，当强化处理所要求的玻璃面板的内侧和表面之间的温度差较大时，经强化的压应力值σC也变得较大。当连接区域的经强化的压应力值小于5MPa时，从过渡R部分到相邻部分的热流的量减小。相应地，本发明中通过玻璃面板的形状获得的效应变小，而且和通过传统的技术下的形状相比经强化的应力值σC没有显示出很大的不同。为了获得相对显著的效果，需要7MPa或者更大的经强化的应力值σC。
另一方面，当经强化的应力值σC超过30MPa时，在荧光屏部分和裙部之间要控制冷却的平衡是困难的。结果，在连接区域或者拐角部分附近的内侧或外侧表面产生不必要的张面板应力，因此它不实用。此外，当玻璃面板的过渡R部分附近的部分中由荧光屏部分和裙部形成的角度接近直角时，在强化处理中均匀地从荧光屏部分和裙部传热是困难的，产生了不平衡的冷却。因此，过渡R部分附近的荧光屏部分或者裙部接收到较大的热量。于是，当面板玻璃的荧光屏部分大体上平坦时，为了获得本发明的效果，tR/tF≤1.3是较适宜的。
由于大体上产生最大张应力σVmax的区域，阴极射线管装配完之后面板玻璃的强度有一个限制。相应地，改善这个区域的强度是重要的。这个申请的发明人注意到在结构上和实验上认识到最大张应力σVmax的形成的长轴和短轴的方向，并且他们能够通过物理强化和改变面板的形状的方法，改善这个区域的强度，这一点是强度方面最大的问题。
在本发明的较佳实施例中，作为荧光屏部分和裙部之间的连接部分的过渡R部分的曲率半径是均一的，或者从和荧光屏部分的短轴或者长轴相交的长边或短边的中心向拐角部分单调减小。此外，过渡R部分的最大壁厚tR或者tF向拐角部分单调增加。但是，增加的速度主要随面板玻璃的形状和尺寸而改变，而不是预先确定的。
现在将参考例子对本发明进行详细地描述。但是，应该知道这些具体的例子决不对本发明起限制的作用。
例1(本发明)和例2(比较例子)
在例1中，采用具有表2所示的参数的玻璃材料制备了一个玻璃真空管壳，这种玻璃真空管壳通常用于彩色电视机的阴极射线管(如图2所示)。在表2中，“名称”是指由Asahi玻璃有限公司制造的产品的商品名称。
玻璃真空管壳具有和用于电视机的29英寸型号的传统的玻璃真空管壳(例2)相同的结构，具有宽高比为4∶3，对角线长为68cm(除最大壁厚tR和短轴的过渡R部分的曲率半径Rb和从短轴上的Rb渐渐向拐角部分变化的长轴上的过渡R部分的曲率半径)的有效荧光屏区域。这些玻璃真空管壳的尺寸在表1中示出，其中用对角线的长度表示面板的最大外部直径和有效荧光屏区域的大小。通过将过渡R部分的曲率半径Rb从8.0mm(例2)变化到12.5mm，过渡R部分的最大壁厚tR从24.4mm(例2)减小到22.5mm。
此外，通过将玻璃真空管壳中的空气抽空，在荧光屏部分的外侧表面的有效荧光屏区域的裙部，在短轴上，形成有最大张真空应力。表1示出最大张真空应力的值，其中，应力值可以从8.5MPa(例2)减小到8.3MPa。
在例1和例2中，通过同样的加热处理对玻璃真空管壳进行强化。表1示出荧光屏部分的中心部分和荧光屏部分短轴上的裙部形成的经强化的压应力的值。虽然就在荧光屏部分的中心部分的经强化的应力值σCO而言，在例1和例2之间没有显著的差别，在例1中的荧光屏部分的裙部的经强化的应力值σCE从7.7MPa(例2)增加到9.4MPa，而且σCO/σCE从0.46增加到0.56。
例3(本发明)
用相同的玻璃材料制备了和例1具有相同形状(除最大壁厚tR和短轴上过渡R部分的曲率半径Rb以及例2中从短轴上的Rb向拐角部分渐渐变化的长边上过渡R部分的曲率半径)的玻璃真空管壳。
当短轴上的过渡R部分的曲率半径Rb进一步增加到20.0mm时，即使过渡R部分的壁厚从24.4mm(例2)减小到17.9mm，最大张真空应力σVmax从8.5MPa减小到8.1MPa。
在例3中，和例2一样，通过应用相同的加热处理对玻璃真空管壳进行强化。表1示出在荧光屏部分的中心部分和荧光屏部分短轴上的裙部形成的经强化的压应力的值。虽然就荧光屏部分的中心部分经强化的应力值σCO而言，例3和例2之间没有发现有显著的差别，例3中荧光屏部分的裙部的经强化的应力值σCE从7.7MPa(例2)增加到12.5MPa，并且σCE/σCO从0.46增加到0.74。
例4(本发明)和例5(比较例子)
和例1中一样用相同的玻璃材料制造玻璃真空管壳。这个玻璃真空管壳有和用于28英寸的电视机的传统的玻璃真空管壳(例5)相同的形状，具有大体上为扁平坦的荧光屏部分，有宽高比为16∶9，对角线长为66cm(除短轴上过渡R部分的最大壁厚tR和过渡R部分的曲率半径Rb以及从短轴上Rb向拐角部分渐渐变化的长边上过渡R部分的曲率半径以外)的有效区域。表1示出玻璃真空管壳的尺寸。当过渡R部分的曲率半径Rb从17.5mm(例5)变化到25.0mm时，过渡R部分的最大壁厚tR从22.2mm(例5)减小到19.5mm。
当将玻璃真空管壳中的空气抽空，在荧光屏外侧表面的有效荧光屏区域的裙部的短轴上产生最大张真空应力σVmax。表1示出它的值。应力值可以从9.6MPa(例5)减小到9.2MPa。
此外，在例4和例5中，应用相同的加热处理来进行强化。表1示出荧光屏部分的中心部分和荧光屏部分短轴上的裙部产生的经强化的压应力的值。虽然就荧光屏部分的中心部分的经强化的应力值σCO而言，在例4和例5之间没有发现显著的差别，但例4中荧光屏部分的裙部的经强化的应力值σCE从6.6MPa(例5)增加到10.6MPa，而且σCE/σCO从0.41增加到0.66。
                                  表1
    例1     例2     例3     例4     例5
面板外部直径最大值     72cm     72cm    72cm     71cm     71cm
宽高比     4∶3     4∶3    4∶3     16∶9     16∶9
图像表面的有效尺寸     68cm     68cm    68cm     66cm     66cm
荧光屏部分中心部分的壁厚     13.5mm     13.5mm    13.5mm     15.0mm     15.0mm
荧光屏部分外侧表面的曲率半径短轴长轴 1350mm1930mm 1350mm1930mm 1350mm1930mm 100000mm100000mm 100000mm100000mm
荧光屏部分内侧表面的曲率半径短轴长轴Rb(短轴)tF(短轴)tR(短轴)tR/tF 1100mm1740mm12.5mm17.2mm22.5mm1.32 1100mm1740mm8.0mm17.2mm24.4mm1.42 1100mm1740mm20.0mm17.2mm17.9mm1.04 14500mm12700mm25.0mm15.9mm19.5mm1.23 14500mm12700mm17.5mm15.9mm22.2mm1.40
偏转角     108°     108°    108°     102°   102°
σVmax(MPa)σCO(MPa)σCE(MPa)σCE/σCO     8.316.79.40.56     8.516.87.70.46    8.116.912.50.74     9.216.610.60.66   9.616.06.60.41
                             表2
    玻璃   屏面板玻璃 漏斗状部分的玻璃     管颈玻璃
名称(商品名称)     5008     0138     0150
密度(g/cm3)     2.79     3.00     3.29
杨氏模量(GPa)     75     69     62
泊松比     0.21     0.21     0.23
软化点(℃)     703     663     643
退火点(℃)     521     491     466
畸变点(℃)     477     453     428
根据本发明，提供了一种玻璃真空管壳，这种玻璃真空管壳中通过物理强化方法至少在面板部分的一个表面产生经强化的压应力，其中规定了将荧光屏部分连接到面板部分的裙部的过渡R部分的壁厚和过渡R部分附近的荧光屏部分的关系，并规定了压应力的大小，藉此，增加了阴极射线管装配完之后产生相对较大的张真空应力的区域中经强化的应力值，而这个经强化的应力值和荧光屏部分的中心部分和裙部的封装部分的经强化的应力值相比不是太小，这样，在面板部分的一个外侧表面产生了经强化的应力值的有效分布。
此外，在上述规定的关系下，可以控制在荧光屏部分和裙部之间的冷却平衡，而且可以减小在上述区域或者拐角部分附近的内侧或外侧表面上产生的不必要的平面压应力。
此外，通过规定过渡R部分的上述区域的曲率半径和壁厚之间的关系，可以减小张真空应力。这样，可以容易地获得一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，这种玻璃真空管壳避免了在阴极射线管的装配工作中的爆裂和装配之后的疲劳破裂。
显然，根据上述技术，本发明可以有许多修改和变化。因此要知道在所附权利要求项的范围内，本发明可以有不同于这里所具体描述的实施方法。

Claims (4)

1.一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，包含面板部分、漏斗状部分和管颈部分，所述面板部分具有大体上为矩形的荧光屏部分以及形成所述荧光屏部分的侧壁的裙部，其特征在于通过物理强化所述面板部分的至少一个外侧表面产生压应力；在穿过所述荧光屏部分的中心并且直角交叉的长轴和短轴中的至少一根轴上所述荧光屏部分的最大壁厚tF和用于连接所述荧光屏部分和所述裙部的过渡R部分的最大壁厚tR之间有关系：1.0≤tR/tF≤1.4；而且满足公式7MPa≤|σC|≤30MPa，其中σC是通过在至少一个区域进行物理强化得到的压应力值，所述区域包含在阴极射线管装配完之后产生最大张真空应力σVmax的位置。
2.如权利要求1所述的一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，其特征在于所述荧光屏部分是大体上为矩形的扁平状，而且所述最大壁厚tF和所述最大壁厚tR之间有关系：1.0≤tR/tF≤1.3。
3.如权利要求1或2所述的一种用于阴极射线管的玻璃真空管壳，其特征在于在所述过渡R部分的最大壁厚tR和所述过渡R部分的曲率半径Rb之间有关系：tR≤Rb。
4.一种具有如权利要求1或2所述的玻璃真空管壳的阴极射线管。
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