CN1215524C - 用于阴极射线管的玻璃泡和阴极射线管 - Google Patents

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Abstract

当屏面部分(1)的表面部分(4)的中心壁厚为TC，有用屏幕区的端部的壁厚为TL，裙边部分的密封端面的宽度为TS，漏斗部分(2)的本体部分(7)的中间部分为TF时，可建立以下公式：TL/TC≥1.70、TS/TL＝0.43-0.50以及TF/TC＝0.37-0.49，向裙边部分的侧面施加5-14兆帕的加强压应力。

Description

用于阴极射线管的玻璃泡和阴极射线管
技术领域
本发明涉及用于阴极射线管的玻璃泡和阴极射线管，其中表面部分具有基本平直的外表面，该表面部分具有急剧变化的壁厚分布。
背景技术
在阴极射线管中，外罩包括一玻璃泡，该玻璃泡包括一用于显示图像的屏面部分，以及呈漏斗状的漏斗部分，该漏斗部分的一端设有用于放置电子枪的颈部。屏面部分大致呈盒状，并且包括一大致呈矩形的表面部分和一裙边部分，该表面部分可提供一屏幕(屏幕区)，该裙边部分从表面部分的周缘处基本垂直地延伸，以形成一侧壁。
近年来，作为已采用的一种屏面部分，其中表面部分具有一基本平直的外表面和一凹入的内表面，并且被热力加强以改善强度。通常，在其中具有荫罩的阴极射线管的屏面部分的情况下，为使荫罩可以容易地控制来自电子枪的电子束，以便将电子束投射在表面部分的内表面的荧光屏上，或者为使阴极射线管的强度增加，以便改善防内爆特性，屏面部分在表面部分的周缘部分中具有远大于其中心部分的壁厚。换句话说，屏面部分在表面部分中具有壁厚分布，其中壁厚从中心部分到周缘部分逐渐增加。例如，日本-A-11-67124揭示了周缘部分的壁厚不小于中心部分的1.5倍。
然而，在用烧结的玻璃通过裙边部分的端面使屏面部分与漏斗部分结合，这样结合的屏面部分和漏斗部分经受热处理过程(抽真空过程)以产生阴极射线管时，表面部分中的壁厚分布产生的巨大热应力会引起破裂，降低生产能力。
当屏面部分在表面部分中具有如前所述的急剧变化的壁厚分布时，表面部分的中心部分与周缘部分之间的壁厚差异产生巨大的热应力，该热应力遍及热处理过程中的表面部分的边缘至混合部分和裙边部分的所有区域。当屏面在表面部分的中心部分与周缘部分之间的壁厚分布相同或差别不大时，热应力不会出现严重的问题。然而，在阴极射线管的有用屏幕区具有60厘米的对角直径、以及诸如表面部分中的周缘部分的壁厚超过中心部分的壁厚1.7倍的情况下，屏面部分中产生的热应力达到30-40兆帕。在这些应力值覆盖的范围中，玻璃发生碎裂的可能性按指数规律增长。这意味着热应力的略微增加会使破裂的发生明显增加，极其不利地影响生产能力。
尽管使表面部分的壁厚分布的不均匀性降至最小可以最有效地减少热应力，但由于形状是与图像质量或清晰度相关的重要因素，因此不可能以简单的方式修改表面部分的内、外表面的形状。
为了抑制玻璃泡中的破裂，有一种通过热力增强来增强屏面部分的方法。该方法旨在通过保持热力加强的压应力以抵消热应力，从而抑制破裂。在屏面具有表面部分中剧烈变化的壁厚分布的情况下，由于玻璃模制过程中在冷却和固化玻璃时，易于产生表面部分与裙边部分之间的冷却差异，因此很难以同样的方式引入加强应力。由于该原因，无法充分获得抑制玻璃泡破裂的效果。另外，在某些情况下，先前所述的不必要的拉应力会导致出乎意料的破裂。
在屏面部分和漏斗部分的设计中，没有对抑制热应力进行仔细考虑。例如，当热力加强的屏面部分与漏斗部分结合以产生阴极射线管时，无法以充分的方式抑制热应力。就玻璃泡重量的减少来说，也没有进行优化。
当漏斗部分过薄时，漏斗部分与屏面部分之间的热容量的不平衡被放大。在热处理过程中，漏斗部分的加热或冷却速度过快，以致无法产生过度的热应力，降低了漏斗部分的强度。由于漏斗部分设有较大的壁厚，以便补偿正常设计中降低的强度，因此事实上没有充分地减少漏斗部分的重量。
发明内容
考虑到先前所述的问题，本发明的目的是提供一种重量较轻的玻璃泡以及其中采用该玻璃泡的阴极射线管，其中可以将具有表面部分——该表面部分具有剧烈变化的壁厚分布——的屏面部分产生的热应力尽可能地抑制为最小，并且有效地应用热力加强。
考虑到上述问题而提出的、以及通过发现热应力研究的成果而获得了本发明，热应力是在具有表面部分——该表面部分在热处理过程中具有急剧变化的壁厚分布——的屏面部分产生的，热应力的研究揭示了当裙边部分的壁厚与表面部分的周围部分的壁厚互相协调时，可提供一种抑制热应力的作用，还揭示了通过向一部分(该部分从短轴或长轴上的表面部分的边缘向裙边部分延伸)的外表面区域施加所需的加强压应力，可有效地消除该热应力以防止破裂。
另外，通过发现在热处理过程中漏斗部分的壁厚对屏面部分产生的热应力和通过在泡的内侧抽真空(下文将称为“真空应力”)所产生的应力的关系的研究，本发明做成了一种重量较轻的玻璃泡，上述研究可揭示漏斗部分的壁厚与热应力和真空应力密切相关，以及在某些范围中，当漏斗部分的壁厚根据表面部分的壁厚来确定时，可以在漏斗部分做薄的同时抑制热应力以防止破裂。
本发明提供一种用于阴极射线管的玻璃泡，该玻璃泡包括：一具有矩形表面部分和一裙边部分的屏面部分，该矩形表面部分具有一基本平直的外表面和一凹入的内表面，该裙边部分从表面部分的周缘处基本垂直地延伸；一漏斗部分，该漏斗部分具有与屏面部分相连的一端部；以及一颈部，该颈部与漏斗部分的另一端相连；其中，至少屏面部分被热力加强，以便向其施加一压应力；该屏面部分和漏斗部分满足下列条件1、2、3和4；
其中，屏面部分在一短轴上的表面部分中的有用屏幕区的边缘部分或在一长轴上的表面部分中的有用屏幕区的边缘部分处满足下列条件，即，无论哪个边缘部分具有较大的壁厚：
1)1.70≤TL/TC≤2.50，其中TC是表面部分的中心壁厚，而TL是有用屏幕区边缘部分的最大壁厚；
2)5兆帕≤|σC|≤11兆帕，其中σC是模压配合(mold match)附近的裙边部分的侧面的至少一区域中的加强压应力的值；以及
3)0.43≤TS/TL≤0.50，其中TS是裙边部分的密封端面的壁厚；
漏斗部分满足下列条件：
4)0.37≤TF/TC≤0.49，其中，当B是漏斗部分中的本体部分沿泡轴方向的长度时，TF是位于B/2处部分的壁厚，本体部分从密封端向其轭状部分延伸。
另外，本发明提供一种采用屏面部分和漏斗部分制成的阴极射线管。
根据本发明，可减少表面部分和裙边部分之间的冷却差异，并且可以控制加强压应力中的不平衡，以便通过限定具有表面部分——该表面部分具有如前所述的急剧变化的壁厚分布——的屏面部分的裙边部分的形状，以充分的方式获得热力加强效果。换句话说，本发明的特征在于：通过限定裙边部分的壁厚和热力加强给予的压应力的值，可以抑制由于表面部分的壁厚分布而产生的热应力，以防止或减少屏面部分发生破裂。
根据本发明，在表面部分的短轴或长轴上有利地限定裙边部分的壁厚和热力加强给予的压应力的值。这是因为破裂易产生自该部分。原因是尽管表面部分的壁厚分布在靠近有用屏幕区的边缘部分具有最大壁厚，但受到巨大热应力的裙边部分(尤其是在短轴或长轴上)的壁厚分布会影响边缘部分，并且在阴极射线管的生产过程中使表面部分的附近部分的中心部分的真空拉应力最大。在相互比较短轴上的有用屏幕区的边缘部分和长轴上的有用屏幕区的边缘部分时，具有较大壁厚的边缘部分中的热应力较高。
从该观点来看，限定裙边部分的壁厚和短轴上的有用屏幕区的边缘部分或长轴上的有用屏幕区的边缘部分上的热力加强的压应力的值(无论哪个边缘部分具有较大的壁厚)是十分重要的。由于有用屏幕区的长宽比或表面部分的内部形状给予的设计值可确定短轴或长轴上的有用屏幕区的壁厚，因此哪个边界部分具有较大壁厚是可变的，其变化将取决于屏面部分的类型或形状。在根据选定的短轴或长轴上的边缘部分来限定所需壁厚和热力加强的压应力的值时，以相同的方式来确定或基于如此限定的条件来设计给予屏面部分中的其它部分的所需壁厚和热力加强的压应力的值。这也可以应用于漏斗部分。
附图说明
在附图中：
图1是沿图2的线I-I截取的本发明的实施例的用于阴极射线管的玻璃泡的截面图；
图2是屏面部分的表面部分的平面图；以及
图3是图1的玻璃泡中产生的应力(热应力和真空应力)的分布示意图。
具体实施方式
现在，将结合附图对本发明进行特定叙述。图1是本发明的实施例的用于阴极射线管的玻璃泡的部分截面图，图2是屏面部分的平面图；而且图1是沿图2的线I-I截取的截面图。换句话说，图1示出了沿短轴截取的玻璃泡的右半部分的截面形状。在图2中，符号X和Y分别表示表面部分4的长轴和短轴，虚线9表示表面部分4中的有用屏幕区。在该示例的玻璃泡中，由于短轴上的表面部分4中的有用屏幕区的端部的壁面厚度大于长轴上的有用屏幕区的端部，因此相对于短轴的屏面部分和漏斗部分充分地限定了本发明的要求。现在，将具体地叙述这些要求。
如图1所示，玻璃泡包括屏面部分1和漏斗部分2，该漏斗部分具有形成颈部3的端部。屏面部分1包括：表面部分4，该表面部分具有基本平直的外表面和凹入的内表面；以及一裙边部分6，该裙边部分从表面部分的周缘处基本垂直地延伸。因而，屏面部分总体上具有一中空的盒形形状，并且在表面部分4和裙边部分6互相连接的曲面转角处具有一混合部分5。短语“基本平直的外表面”是指外表面最小的曲率半径不短于25,000毫米。
漏斗部分2包括：一呈漏斗形状的本体部分7；一轭状部分8，该轭状部分与本体部分相连，并且与泡轴Z垂直的截面形状呈圆形或大致呈矩形；以及密封于轭状部分的颈部3。本体部分7具有形成大致呈矩形的密封端面的一端部，可用诸如烧结的玻璃使该密封端面与屏面部分1的裙边部分的端面相连。在形状和壁厚方面，本体部分7的一端基本上与屏面部分的裙边部分的端面相同，而整个周缘中的端面具有相等的壁厚。
屏面部分1中的表面部分4的壁厚分布与表面部分的内、外表面的形状一致，而表面部分4的中心部分与周缘部分之间的壁厚分布变化极大。特别地，当表面部分的中心部分的壁厚为TC，有用屏幕区的边缘部分9的壁厚为TL时，建立公式1.70≤TL/TC。当屏面部分的表面部分中的壁厚分布的变化极大时，可应用该公式。在该公式中，TL是与泡轴Z方向平行的有用屏幕区的边缘部分9的壁厚。当屏面部分的TL/TC比小于1.70时，即使不限定裙边部分的壁厚或热力加强的压应力值，也不会由于热应力而导致破裂。这是因为壁厚分布具有相对较小的变化。由于需要根据阴极射线管的设计说明书来规定上限，因此尽管没有规定TL/TC的上限，但其通常在2.50左右。
现在，将叙述通过热力加强使压应力施加于屏面部分1。使用将压应力至少施加于表面部分4、混合部分5和裙边部分6的外表面的传统方法，来热力加强屏面部分1。由于压应力可起到抵消热应力或真空应力的作用，因此该压应力可有效地避免由于屏面部分中产生热应力或真空应力而引起的破裂。众所周知，所施加的压应力的数值随屏面部分的位置不同而发生变化。
在施加于模压配合12附近的裙边部分6的一区域的压应力可十分有效地避免热处理过程中发生破裂，以便基于这样的基础提供本发明。模压配合12由一模具形成，并且通常位于靠近混合部分5的裙边部分6的外侧面的位置。模压配合附近的位置覆盖了靠近模压配合的混合部分5和裙边部分6的上部的一区域。由于模压配合和混合部分5附近的区域的壁厚较大，因此在热处理过程中冷却时，较大的热拉应力将施加于屏面部分的外表面。
由于漏斗部分的热容量小于屏面部分的热容量，并且其冷却速度快于屏面部分，因此冷却时漏斗部分受到的热收缩大于屏面部分受到的热收缩。由于热收缩使裙边部分变形，因此该热收缩进一步地增加屏面部分中的裙边部分的外表面上的热拉应力，以使裙边部分向外弯曲。有可能会损坏该部分以降低强度，并且还将施加一真空拉应力。这意味着该部分的屏面部分的加强可有效地避免破裂。
从该观点来看，本发明的特征在于将模压配合12附近的裙边部分6的侧面的至少一区域中的加强压应力的值σC确定为满足公式5兆帕≤|σC|≤14兆帕。需要满足公式5兆帕≤|σC|≤14兆帕的原因是当|σC|小于5兆帕时，无法以充分的方式抵消模压配合附近产生的热应力或真空拉应力，导致不能充分地防止热处理过程中产生的破裂。当|σC|大于14兆帕时，在屏面部分的模压过程中冷却的不平衡状态增加，使均匀加强较为困难。这将导致热处理过程中的破裂率增加。|σC|最好等于7-11兆帕。为方便起见，在靠近模压配合部分的裙边部分的一区域处测量模压配合附近的加强压应力的值。
根据本发明，根据有用屏幕区的边缘部分的壁厚TL来确定裙边部分6的密封端面的壁厚TS，以满足公式0.43≤TS/TL≤0.50。当TS/TL＜0.43时，裙边部分过薄，使其很难以可靠和充分的方式实际地热力加强裙边部分6。当TS/TL＞0.50时，热应力的增加使破裂率增加，并且还使质量增加。最好满足公式0.44≤TS/TL≤0.48。
根据本发明，尽可能地做薄漏斗部分2中的本体部分7的壁厚，使漏斗部分2更轻。通常，从减少重量或成本的角度来看，本体部分7的壁厚最好较薄。然而，当壁厚太薄时，热容量的降低使先前所述的热应力增加，这将会产生问题。从本发明产生应力的观点来看，当漏斗部分2中的本体部分7的壁厚薄于传统的壁厚时，通过优化成对、密封的屏面部分和漏斗部分的壁厚，将不会产生与热应力和阴极射线管的防内爆强度有关的问题。
根据本发明，当漏斗部分2中的本体部分7(从与屏面部分密封的端面延伸到轭状部分8的部分)沿泡轴方向Z的长度为B时，B/2位置处的壁厚满足公式0.37≤TF/TC≤0.49。满足公式TF/TC≥0.37可抑制热应力增加。抑制热应力增加与热力加强效应可协同地作用以提高屏面部分的防破裂效果。
另一方面，当TF/TC＜0.37时，冷却速度或加热速度变得极快，以使热应力增加，另外本体部分7的壁厚可能过薄，以致无法获得所需的强度。当TF/TC＞0.49时，尽管降低热应力会产生效果，但会根据市场销售和经济效率不适当地增加漏斗部分的质量。
本体部分7的壁厚为何由B/2位置确定的原因是本体部分7的中间区域是适合限定本体部分的壁厚的位置，该位置提供了平滑的连续部分。
根据应用于本发明的玻璃泡和具有薄壁的裙边部分6的玻璃泡中产生的应力(该应力是加强压应力、热应力和真空应力的结合)，图3示出了可能会破裂的应力位置(特别是在热处理过程中)。在图3中，实线10表示作为本发明示例的玻璃泡的应力分布，而双点划线11表示玻璃泡中产生的应力分布，如虚线14所示，由于裙边部分6的壁面较薄，因此其壁厚未被优化。所有的应力都是拉应力，箭头13的长度表示数值。从实线10与双点划线11的比较中可以看到，应用于本发明的玻璃泡中产生的应力受到抑制并变小。
尽管本发明的实施例的解释是在短轴上的表面部分中的有用屏幕区的边缘部分具有较大的壁厚的情况下作出的，但可以对玻璃泡进行设计，以便用相同的尺寸或更小的尺寸来确定除短轴上的部分以外的其它部分。
示例
根据用于长宽比为4∶3的17英寸彩色阴极射线管的玻璃泡，表1中示出了本发明的示例和对照示例。在示例和对照示例中，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径＝50,000毫米)，而相应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区的边缘部分的壁厚TL与表面部分的中心部分的壁厚TC的比值TL/TC都为1.8。由于长轴上采用的屏面部分中的表面部分中的有用屏幕区的边缘部分的壁厚厚于短轴上采用的壁厚，因此将长轴上的有用屏幕区的边缘部分的壁厚定义为TL。除了对照示例1中的屏面部分以外，所有的屏面部分都是在相同的加强条件下制造的。根据Weibull统计法来设置玻璃的相应部分的应力关系和损坏发生率，并且用统计学的方法来处理玻璃泡的整个外表面的排列关系，以便估计出破裂率。在表1中，M加强压应力是指模压配合附近的加强压应力，而所有壁厚的单位都是毫米。根据日本电子和信息技术产业协会标准EIAJ ED-2136B来确定有用屏幕区的边缘部分的位置。
在示例1-3的每一个示例中，由于成功地抑制了热应力的增加，因此破裂率保持在允许范围内。在对照示例1中，尽管漏斗部分的质量较轻，但由于未受到加强，因此模压配合附近的加强压应力的值基本为零，而且由于热应力较大，因此破裂率很高。在对照示例2中，尽管加强压应力为一典型值，但由于整个玻璃泡未被正确地平衡，因此产生的较大热应力使破裂率升高。在对照示例3中，尽管质量较重，但漏斗部分中的本体部分的壁厚的增加抑制了热应力，使其处于较低的水平而减少破裂率。
表1
                条件     示例1     示例2     示例3 对照示例1 对照示例2 对照示例3
表面部分的中心部分中的壁厚TC     11.0     11.0     11.0     11.0     11.0     11.0
长轴上的有用屏幕区的边缘部分中的壁厚TL     20.2     20.2     20.2     20.2     20.2     20.2
短轴上的有用屏幕区的边缘部分中的壁厚TL     15.6     15.6     15.6     15.6     15.6     15.6
TL/TC     1.8     1.8     1.8     1.8     1.8     1.8
密封端面的壁厚TS     8.7     9.2     8.7     8.0     8.0     8.7
TS/TL     0.43     0.46     0.43     0.40     0.40     0.43
本体部分的壁厚TF     4.5     4.5     5.0     4.0     4.0     6.0
TF/TC     0.41     0.41     0.46     0.36     0.36     0.55
M加强压应力σC(兆帕)     -8.0     -9.5     -8.0     0.0     -6.0     -8.0
热应力(兆帕)     28.0     28.0     27.0     31.0     31.0     25.0
估计的破裂率(％)     0.21     0.15     0.17     1.00     0.51     0.11
漏斗质量(千克)     2.8     2.8     2.9     2.7     2.7     3.1
根据用于长宽比为4∶3的29英寸阴极射线管的玻璃泡，与示例1-3相同，表2中示出了示例4和5以及对照示例4和5。在这些示例和对照示例的每一示例采用的屏面部分中，由于短轴上的有用屏幕区中的边缘部分的壁厚大于长轴上的壁厚，因此将短轴上的壁厚定义为TL。从表2中可以清楚地看到，在示例4和5的每一示例中，由于成功地抑制了热应力，因此破裂率处于允许范围内。另一方面，在对照示例4中，热应力的增加使破裂率升高。在对照示例5中，尽管破裂率低，但漏斗部分的质量显著增加。
                              表2
    条件     示例4     示例5 对照示例4 对照示例5
表面部分的中心部分中的壁厚TC 12.5 12.5 12.5 12.5
长轴上的有用屏幕区的边缘部分中的壁厚 20.3 20.3 20.3 20.3
短轴上的有用屏幕区的边缘部分中的壁厚TL 24.6 24.6 24.6 24.6
TL/TC     2.0     2.0     2.0     2.0
密封端面的壁厚TS     11.8     10.5     10.0     11.8
TS/TL     0.480     0.427     0.407     0.480
本体部分的壁厚TF     6.0     6.0     4.5     7.3
TF/TC     0.480     0.480     0.360     0.584
M加强压应力σC(兆帕)     -6.5     -5.0     -4.0     -6.5
热应力(兆帕)     28.0     28.0     30.3     26.0
估计的破裂率(％)     0.23     0.28     0.68     0.21
漏斗质量(千克)     8.6     8.3     8.2     9.6
根据本发明，当屏面部分在表面部分中具有变化较大的壁厚分布时，该屏面部分与漏斗部分结合以产生一阴极射线管，根据所述表面部分周围的壁厚，基于密封端面的宽度适当地确定裙边部分的壁厚。结果，可以在热处理过程中抑制玻璃泡中产生的热应力，并通过热力加强有效地施加压应力。因而，可防止或降低玻璃泡发生破裂。
另外，由于可以根据表面部分中的中心部分的壁厚适当地确定漏斗部分中的本体部分的壁厚，因此可将漏斗部分对热应力的影响降至最小。因而，可防止或抑制玻璃泡在热处理过程中发生破裂，并同时使漏斗部分变轻，而玻璃泡保持所需的强度。根据本发明的应用，屏面部分具有的表面部分中的壁面可薄于传统的屏面部分，并且不会使生产能力降低。
显然，可以根据上面的讲述对本发明进行多种修改和变型。因此，应予理解的是在所附的权利要求书的范围内，除本文特别叙述的方法以外，还可用其它方法来实施本发明。
本文将援引2001年3月12日提交的日本专利申请No.2001-69100的全部揭示(包括说明书、权利要求书、附图和摘要)作为参考。

Claims (2)

1.一种用于阴极射线管的玻璃泡，它包括：
一具有矩形表面部分和一裙边部分的屏面部分，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内表面，所述裙边部分从所述表面部分的周缘处基本垂直地延伸；
一漏斗部分，所述漏斗部分具有与所述屏面部分相连的一端部；以及
一颈部，所述颈部与所述漏斗部分的另一端相连；
其中，至少所述屏面部分被热力加强，以便向其施加一压应力；
所述屏面部分在一短轴上的表面部分中的有用屏幕区的边缘部分或在一长轴上的表面部分中的有用屏幕区的边缘部分处满足下列条件，即，无论哪个边缘部分具有较大的壁厚：
1)1.70≤TL/TC≤2.50，其中TC是表面部分的中心壁厚，而TL是有用屏幕区边缘部分的最大壁厚；
2)5兆帕≤|σC|≤11兆帕，其中σC是模压配合附近的裙边部分的侧面的至少一区域中的加强压应力的值；以及
3)0.43≤TS/TL≤0.50，其中TS是裙边部分的密封端面的壁厚；
漏斗部分满足下列条件：
4)0.37≤TF/TC≤0.49，其中，当B是漏斗部分中的本体部分沿泡轴方向的长度时，TF是位于B/2处部分的壁厚，所述本体部分从密封端向其轭状部分延伸。
2.一种采用权利要求1所述的屏面部分和漏斗部分制成的阴极射线管。
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