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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Farbkathodenstrahlröhre, die beispielsweise
für eine Anzeige für einen Fernsehempfänger (nachstehend Fernsehgerät
genannt) oder einen Computer zu verwenden ist und einen für eine solche
Kathodenstrahlröhre zu verwendenden Glaskolben.
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Zunächst wird der Aufbau der Farbkathodenstrahlröhre mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer
vollständigen Farbkathodenstrahlröhre. Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht von Fig. 1
an einem Bereich S, einschließlich des Abdichtbereichs und dessen nähere
Umgebung. In der vorliegenden Erfindung versteht man unter Kathodenstrahlröhre
eine Farbkathodenstrahlröhre, sofern nicht anders ausgewiesen.
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Die Außenhülle der Kathodenstrahlröhre 1 besteht aus einem Glaskolben 2, der
eine Platte, einen Schirm bzw. eine Scheibe 3 zur Anzeige von Abbildungen,
einen Trichter 4, der abdichtend an Platte 3 gebunden ist, und einen Hals 5, der die
Elektronenkanone 17 aufnimmt, umfasst. Die Platte 3 ist aus einem etwa
rechteckigen Stirnbereich 7, der einen Anzeigebildschirm darstellt, und einem
Einfassungsbereich 6 aufgebaut, der sich in im Wesentlichen senkrechter Richtung zum
Stirnbereich 7 von dessen Peripherie über einen Übergangs-R-Bereich (blend R
portion) 9 erstreckt.
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Ein explosionsfestes Verstärkungsband 8 wird um den Umfang des
Einfassungsbereiches 6 gewickelt, um die Plattenfestigkeit aufrechtzuerhalten und um
Zersplittern nach Bruch zu verhindern. Auf der inneren Oberflächenseite des
Stirnbereichs 7 sind ein Phosphorschirm 12, der Fluoreszenz durch
Elektronenstrahlbombardement aus einer Elektronenkanone 17 emittiert, und ein Aluminiumfilm 13
zum Reflektieren der von dem Phosphorschirm 12 zu der Rückseite der
Kathodenstrahlröhre (zu der Trichter- 4 Seite) emittierten Fluoreszenz zu der
Vorderseite (zur Stirnfläche- 7 Seite) laminiert, und eine Lochmaske, die die Position des
Elektronenstrahlbombardements reguliert, wird außerdem bereitgestellt. Die
Lochmaske 14 ist an der Innenfläche des Einfassungsbereichs 6 durch Studpins
15 befestigt. Außerdem gibt A in Fig. 1 eine Röhrenachse, die die mittige Achse
von Hals 5 mit der mittigen Achse von Platte 3 verbindet, an.
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Eine solche Platte 3 ist abdichtend an einen Versiegelungskantenbereich 16' des
Trichters 4 durch ein Versiegelungsmaterial, wie ein Lötglas, bereitgestellt an dem
Versiegelungskantenbereich 16 entsprechend dem Endbereich des
Einfassungsbereichs 6, befestigt, wodurch ein Versiegelungsbereich 10 gebildet wird.
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Der Glaskolben 2 für eine Kathodenstrahlröhre mit der vorstehend genannten
Konstruktion wird als Vakuumgefäß verwendet, wobei der Atmosphärendruck auf
die Außenoberfläche einwirkt. Der Glaskolben liegt im Unterschied zu einer
kugelförmigen Schale aufgrund einer asymmetrischen Form in einem instabil
verformten Zustand vor und eine mechanische Spannung liegt über einen relativ
breiten Bereich an (eine Spannung, gebildet, wenn der Glaskolben evakuiert wird,
wird nachstehend als Vakuumspannung bezeichnet). In einem solchen Zustand,
in dem eine hohe Vakuum-Zugspannung an der Außenoberfläche anliegt, kann
aufgrund der Wirkung von Atmosphärenfeuchtigkeit ein verzögerter Bruch
stattfinden, wodurch Sicherheit und Verläßlichkeit abnehmen können.
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Der Stirnbereich 7 als der Bereich, der Abbildungen anzeigt, hat in der
Kathodenstrahlröhre die höchste Ebenheit und dadurch die geringste Unnachgiebigkeit und
er wird sehr wesentlich verformt, wenn das Innere der Kathodenstrahlröhre
evakuiert wird und Atmosphärendruck darauf einwirkt. Des weiteren wird der
Stirnbereich 7 durch Übergangs-R-Bereich 9 mit hoher Unnachgiebigkeit getragen,
wodurch eine hohe Vakuum-Zugspannung in der Nähe des Übergangs-R-Bereichs 9
zusammen mit der Verformung des Stirnbereichs 7 erzeugt wird. Außerdem wirkt
die Verformung des Stirnbereichs 7 als Kraft zur Verformung des
Einfassungsbereichs 6 nach außen über Übergangs-R-Bereich 9 und folglich wird eine hohe
Vakuum-Zugspannung auch an dem Versiegelungsbereich 10 erzeugt.
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Allerdings weist der Versiegelungsbereich, der versiegelnd durch ein
Versiegelungsmaterial gebunden ist, die geringste Zulässigkeit gegen Vakuum-
Zugspannung in dem Glaskolben auf und die erlaubte Spannung am
Versiegelungsbereich wird geringer, wenn die Genauigkeit der Ebenheit an der
Versiegelungsfläche zwischen der Platte und dem Trichter gering ist.
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Ein Fernsehgerät unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre weist den Nachteil
auf, dass es verglichen mit einem Plasmabildschirm und einer
Flüssigkristallanzeige schwer ist, wodurch eine Gewichtsverminderung eines Glaskolbens
erwünscht wurde. In den letzten Jahren wurde außerdem eine Kathodenstrahlröhre
mit einem Stirnbereich mit höherer Ebenheit erwünscht, um die Verzerrung der
Abbildungen weitgehend unter Verbesserung der Sichtbarkeit zu vermindern.
Indem man den Stirnbereich flacher gestaltet, steigt allerdings die Asymmetrie in
der Form des Glaskolbens und der Glaskolben ist in einem weiter instabil
verformten Zustand, wodurch die an den betreffenden Bereichen erzeugte Vakuum-
Zugspannung in der Regel ansteigt. Außerdem nimmt die verwendete Glasmenge
verglichen mit üblichen aufgrund der Gewichtsverminderung ab, wodurch eine
höhere Verformungsenergie in der Regel auf dem Glaskolben akkumuliert wird
und so sich die Möglichkeit der Zerstörung erhöht.
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Wenn folglich die Plattendicke dünn gestaltet wird und der Stirnbereich
gleichzeitig eben gestaltet wird, um eine solche Gewichtsverminderung auszuführen, wird,
wie vorstehend beschrieben, die am Stirnbereich erzeugte Vakuum-Zugspannung
signifikant ansteigen. Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wurden
Temperverfahren zur Erzeugung einer Druckspannung auf die Plattenoberfläche
entwickelt.
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Bislang wurde als Mittel zur Verminderung des Gewichts des Glaskolbens einer
Kathodenstrahlröhre praktisch vorgeschlagen, eine Druckspannungsschicht auf
der Oberfläche einer Platte in einer Dicke von etwa 1/6 des Glases mit Hilfe von
beispielsweise einem physikalischen Temperverfahren, wie in der Japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 2904067 offenbart, zu bilden. Es ist allerdings
unmöglich, eine Platte oder einen Trichter mit einer dreidimensionalen Struktur und einer
ungleichförmigen Dickenverteilung gleichförmig abzuschrecken. Aufgrund der
ungleichförmigen Temperaturverteilung wird folglich eine hohe Restzugspannung
zusammen mit der Druckspannung gebildet, wodurch die Druckspannung eher auf
ein Maß von bestenfalls 30 MPa begrenzt ist, und es erwies sich als unmöglich,
eine hohe Druckspannung zu erzeugen. Wenn ein physikalisches
Temperverfahren verwendet wird, ist daher die Gewichtsverminderung des Glaskolbens
begrenzt, da die Druckspannung, die erzeugt werden kann, relativ gering ist.
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Andererseits ist die Gewichtsverminderung durch Tempern der Oberfläche eines
Glaskolbens durch ein Ionenaustauschverfahren bekannt. Dieses Verfahren ist
ein Verfahren, bei dem bei einer Temperatur von nicht höher als der
Verzerrungspunkt bestimmte Alkaliionen im Glas durch Ionen, die größer als die Alkaliionen
sind, substituiert bzw. ausgetauscht werden und eine Druckspannungsschicht auf
der Oberfläche durch Volumenerhöhung gebildet wird. Beispielsweise kann dies
durch Eintauchen eines Strontium/Barium/Alkali/Aluminiumoxid/Silikat-Glases,
enthaltend etwa 5 bei etwa 8% Na2O und etwa 5 bis etwa 9% K2O, in eine
geschmolzene Flüssigkeit von KNO3 von etwa 450°C bewirkt werden. Im Fall eines
solchen Ionenaustauschverfahrens kann eine hohe Druckspannung in einer Höhe
von 50 bis 300 MPa erhalten werden und es ist für die Gewichtsverminderung
über physikalisches Tempern vorteilhaft, dass keine notwendige Zugspannung
ausgebildet wird.
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Das Ionenaustauschverfahren wird gewöhnlich bei dem Verfahren der
Plattenproduktion ausgeführt, d. h. es wird nach Druckformen und Polieren ausgeführt,
wodurch eine hohe Druckspannung auf dem Stirnbereich und dem
Einfassungsbereich erzeugt wird. Der Versiegelungsbereich wird jedoch in einer solchen Weise
bereitgestellt, dass beispielsweise nach Befestigen der Lochmaske an der
Innenseite der Platte, der Versiegelungskantenbereich der Platte und der
Versiegelungskantenbereich des Trichters zusammengeführt werden und mit einem
Versiegelungsmaterial, wie Lötglas, verschweißt werden, wodurch keine
Druckspannung mit Hilfe eines Ionenaustauschverfahrens erzeugt werden kann und folglich
der Unterschied in der Festigkeit zwischen dem Stirnbereich und dem
Versiegelungsbereich dazu neigt, sich zu erweitern.
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Andererseits wird der Stirnbereich, auf dem eine hohe Druckspannung durch ein
Ionenaustauschverfahren erzeugt wird, eine hohe Vakuum-Zugspannung verglichen
mit einem üblichen tolerieren können und folglich kann der Stirnbereich
deutlich dünn gestaltet werden, was zu einer Gewichtsverminderung beiträgt.
Wenn allerdings der Stirnbereich auf der Grundlage des durch das
Ionenaustauschverfahren erzeugten Druckspannungswertes möglichst dünn gestaltet wird,
steigt in der Regel der Verzerrungsgrad des Stirnbereichs, wodurch die Vakuum-
Zugspannung, die an dem Versiegelungsbereich erzeugt wird, weiter ansteigen
kann.
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Der Versiegelungsbereich wird durch versiegelndes Befestigen der Platte und des
Trichters mit einem wie vorstehend beschriebenen Versiegelungsmaterial
gebildet. Ein ausgeheiztes Produkt eines Versiegelungsmaterials, wie Lötglas hat eine
Festigkeit von 60 bis 70%, verglichen mit der Platte, und in dem Glaskolben ist die
Festigkeit am Versiegelungsbereich aufgrund einer solchen Festigkeit des
Versiegelungsmaterials am schwächsten. Außerdem wird keine Druckspannung auf dem
Versiegelungsbereich durch ein Ionenaustauschverfahren erzeugt.
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Wenn daher eine Vakuum-Zugspannung in dem Glaskolben erzeugt wird, der
eine dünne Platte mit einer Druckfestigkeitsschicht darauf durch ein
Ionenaustauschverfahren gebildet einsetzt, kann folglich, obwohl die Vakuum-
Zugspannung für den Stirnbereich der Platte erlaubt ist, sie die obere erlaubte
Grenze an dem Versiegelungsbereich erreichen und folglich kann ein Stirnbereich
nicht möglichst dünn gestaltet werden, wodurch die Gewichtsverminderung
verhindert wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten
Probleme entwickelt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Glaskolben für eine Kathodenstrahlröhre bereitzustellen, wobei
Gewichtsverminderung und/oder Ebenheit des Stirnbereichs durch Erzeugen einer hohen
Druckspannung durch ein Ionenaustauschverfahren ohne Senken der Festigkeit an dem
Versiegelungsbereich und Bereitstellung einer Kathodenstrahlröhre, die den
Glaskolben für eine Kathodenstrahlröhre verwendet, die eine hohe Sicherheit aufweist,
erreicht werden können.
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Zur Lösung der vorliegenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung einen
Glaskolben für eine Farbkathodenstrahlröhre bereit, umfassend eine Scheibe bzw.
Platte, einen an die Platte angeschlossenen Trichter und einen Hals, wobei die
Platte einen Stirnbereich und einen Einfassungsbereich, der eine Seitenwand des
Stirnbereichs ausmacht und einen Abdichtkantenbereich an dem Endbereich
aufweist, umfasst, worin für mindestens einen der Kurzachsen-Endbereiche und
Langachsen-Endbereiche der Außenoberfläche des Stirnbereichs durch ein
Ionenaustauschverfahren eine solche Druckspannung σc erzeugt wird, dass 50 MPa
≤|σc|≤ 250 MPa; die mittlere Dicke t = (tc + tmax)/2 des Stirnbereichs, wiedergegeben
durch die mittige Dicke tc des Stirnbereichs und die maximale Dicke tmax des
Stirnbereichs und die Dicke tse am Abdichtkantenbereich der Beziehung t/tse ≤ 1,4
genügen; und der maximale Wert σVTmax der Zugspannung, erzeugt am Stirnbereich,
wenn Vakuum angelegt wird, 20 MPa ≤ σVTmax < 200 MPa ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Farbkathodenstrahlröhre bereit, die den
vorstehend genannten Glaskolben verwendet.
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In dem Glaskolben für eine Kathodenstrahlröhre ist die Druckspannung σc
bevorzugter 50 MPa ≤|σc|≤ 200 MPa. Es ist bevorzugter, dass die Druckspannung
80 MPa ≤|σc|≤ 150 MPa ist und der maximale Wert σVTmax der Zugspannung 20 MPa
≤ σVTmax ≤ 100 MPa ist, wodurch eine hohe industrielle Produktivität erhalten
werden kann. Außerdem ist in dem Glaskolben für eine Farbkathodenstrahlröhre der
vorliegenden Erfindung das Verhältnis der mittleren Dicke t des Stirnbereichs zu
der Dicke tse an dem Versiegelungskantenbereich, d. h. t/tse vorzugsweise 0,5 ≤
t/tse ≤ 1,0, wodurch eine weitere Gewichtsverminderung ohne Erzeugung einer
hohen Vakuum-Zugspannung am Abdichtungsbereich möglich wird.
Beigefügte Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Kathodenstrahlröhre
veranschaulicht.
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Versiegelungsbereich und dessen
nähere Umgebung veranschaulicht.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht, die den Stirnbereich veranschaulicht.
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In den Zeichnungen weist Bezugsziffer 1 eine Kathodenstrahlröhre, Ziffer 2 einen
Glaskolben, Ziffer 3 eine Platte, Ziffer 4 einen Trichter, Ziffer 5 einen Hals, Ziffer 6
einen Einfassungsbereich, Ziffer 7 einen Stirnbereich, Ziffer 10 einen
Versiegelungsbereich, Ziffer 21 die Mitte des Stirnbereichs, Ziffer 23 die kurze Achse des
Stirnbereichs, Ziffer 25 eine lange Achse des Stirnbereichs, Ziffer 27 einen
Kurzachsen-Endbereich und Ziffer 28 einen Langachsen-Endbereich aus.
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Die vorliegende Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Figuren
beschrieben. Der Glaskolben für eine Kathodenstrahlröhre wird hierin als ein Kolben
bezeichnet und die Glasplatte wird hierin als eine Platte bezeichnet.
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In der vorliegenden Erfindung ist die äußere Oberfläche der Platte die Oberfläche
an der Außenseite, wenn ein Kolben gebildet wird, und die innere Oberfläche ist
die Oberfläche, die sich an der Rückseite der äußeren Oberfläche befindet, d. h.
an der Seite, die mit einem Phosphor bzw. phosphoreszierenden Stoff zu
beschichten ist, und die eine innere Oberfläche ausmacht, wenn ein Kolben gebildet
wird.
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Wie in Fig. 3, eine Draufsicht auf den Stirnbereich, erläutert, ist unter den Achsen,
die durch die Mitte 21 des Stirnbereichs 7 gehen, die Achse parallel zur kurzen
Seite 22 des Stirnbereichs eine kurze Achse 23 des Stirnbereichs, und die Achse
parallel zur langen Seite 24 des Stirnbereichs ist eine lange Achse 25 des
Stirnbereichs. Die Platte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
sie eine Schicht, gebildet durch ein Ionenaustauschverfahren an mindestens
Enden 27 der kurzen Achse 23 (nachstehend als Kurzachsen-Endbereiche
bezeichnet) oder Enden 28 der langen Achse 25 (nachstehend als Langachsen-
Endbereiche bezeichnet) auf der äußeren Oberfläche des Stirnbereichs mit einer
solchen Druckspannung σc aufweist, dass 50 MPa ≤|σc|≤ 250 MPa. Die
Kurzachsen-Endbereiche 27 bedeuten hierin Positionen, an welchen die kurze Achse 23
die wirksame Schirmkante (Bildkante) 26 und deren unmittelbare Nähe schneidet
und die Langachsen-Endbereiche 28 bedeuten Positionen, an welchen die lange
Achse 25 die wirksame Schirmkante (Bildkante) 26 und deren unmittelbare Nähe
schneidet.
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Ein physikalisches Temperverfahren wurde in breitem Maße als ein Verfahren
zum Tempern von Glas ausgeführt, wie jedoch vorstehend beschrieben, ist eine
Druckspannung |σc|, die für eine Platte oder einen Trichter mit dreidimensionaler
Struktur und ungleichförmiger Dickenverteilung durch ein physikalisches
Temperverfahren erzeugt werden kann, bestenfalls in einer Höhe von 30 MPa und keine
höhere Druckfestigkeit kann erzeugt werden. Wenn nämlich ein physikalisches
Temperverfahren verwendet wird, ist die zu erzeugende Druckspannung relativ
gering, wodurch der Grad der Gewichtsabnahme des Glaskolbens begrenzt ist.
Wenn allerdings ein Ionenaustauschverfahren verwendet wird, kann eine
Druckspannung |σc| von bis zu 300 MPa erzeugt werden, was für eine
Gewichtsverminderung des Kolbens geeignet ist.
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Um eine Platte mit hoher Sicherheit zu erhalten, wird hier gefordert, dass die
Druckspannung |σc| bei mindestens einer der Kurzachsen-Endbereiche und der
Langachsen-Endbereiche der äußeren Fläche des Stirnbereichs mindestens 50 MPa
ist. Wenn die Druckspannung |σc| 250 MPa überschreitet, kann sich die
Druckspannungsschicht abschälen und fragmentieren, wenn die Platte zerstört
wird, wobei dieses in Hinsicht auf die Sicherheit und die Produktion problematisch
ist. Folglich ist der Druckspannungswert 50 MPa ≤|σc|≤ 250 MPa.
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Das Ionenaustauschverfahren wird hierin wie folgt verwendet.
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In Silikatglas sind Alkali- und Erdalkalielemente gewöhnlich unregelmäßig als
Netzwerkmodifizierungsmittel in der Netzwerkstruktur, die durch die Si-O-
Bindungen aufgebaut wird, enthalten. Die Alkaliionen in der Glasoberfläche
können in einem äußeren Medium durch einwertige Ionen mit größeren Ionenradien
substituiert werden, indem man eine solche Eigenschaft nutzt, dass unter
Netzwerkmodifizierungsmitteln sich einwertige Kationen relativ zwanglos in das Innere
des Glases bewegen können. Im Ergebnis werden größere Ionen in die
Positionen gelangen, aus denen die Alkaliionen gelöst werden, während die umgebende
Netzwerkstruktur gedrückt und eingezwungen wird, wodurch eine Druckspannung
gebildet wird. Ein Verfahren zum Eintauchen eines
Strontium/Barium/Alkali/Aluminiumoxid/Silikat-Glases, enthaltend etwa 5 bis etwa 8%
Na2O und etwa 5 bis etwa 9% K2O, in geschmolzenes flüssiges KNO3 bei etwa
450°C (nachstehend als "Ionenaustauschverfahren vom Tauchtyp" in der
vorliegenden Erfindung bezeichnet) dürfte beispielsweise bekannt sein. Das
Ionenaustauschverfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das vorstehend genannte
Ionenaustauschverfahren vom Eintauchtyp beschränkt.
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Die Erfinder haben außerdem festgestellt, dass die Übertragung der Verformung
von dem Stirnbereich auf dem Versiegelungsbereich durch weitere Senkung des
Unterschieds in der Festigkeit bzw. Steifigkeit zwischen dem Stirnbereich und dem
Einfassungsbereich (vorausgesetzt, dass (Festigkeit des Stirnbereichs) <
(Festigkeit des Einfassungsbereichs)) verglichen mit üblichen Ausführungsformen
gehemmt werden kann. Wenn der Unterschied in der Festigkeit zwischen dem
Stirnbereich und dem Einfassungsbereich zu groß wird, kann die an dem
Stirnbereich zu erzeugende Spannung ansteigen, jedoch kann eine hohe Druckspannung
auf den Stirnbereich durch das vorstehend genannte Ionenaustauschverfahren
erzeugt werden, wodurch der Stirnbereich nicht zerstört wird. Der
Einfassungsbereich weist andererseits eine relativ hohe Unnachgiebigkeit bzw. Festigkeit
verglichen mit dem Stirnbereich auf, wodurch eine Erzeugung der Spannung an dem
Versiegelungsbereich gehemmt werden kann.
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Insbesondere durch Verminderung des Verhältnisses der Dicke des Stirnbereichs
zu der Dicke des Versiegelungskantenbereichs kann der Unterschied in der
Festigkeit zwischen dem Stirnbereich und dem Einfassungsbereich erhöht werden.
Hier wird unter Berücksichtigung des Unterschiedes in der Dicke zwischen dem
mittigen Bereich und dem nicht-mittigen Bereich des Stirnbereiches das
"Verhältnis der mittleren Dicke des Stirnbereichs zu der Dicke des
Versiegelungskantenbereichs" durch t/tse wiedergegeben, wobei die mittlere Dicke des
Stirnbereichs t = (tc + tmax)/2 ist, wenn die mittige Dicke des Stirnbereichs tc und die
maximale Dicke des Stirnbereichs tmax ist und die Dicke an dem
Versiegelungskantenbereich tse ist.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von t/tse,
verglichen mit einem üblichen, gering ist, insbesondere ist der vorstehend
genannte Wert höchstens 1,4. Wenn der Wert von t/tse 1,4 übersteigt, wird nicht nur
der Stirnbereich dick und die Platte neigt dazu, schwer zu werden, sondern auch
die Vakuum-Zugspannung, erzeugt an den Versiegelungsbereichen, erreicht das
obere Limit des Erlaubten, selbst wenn die Vakuum-Zugspannung, die an der
Stirnfläche erzeugt wird, nicht die obere Grenze des Erlaubten erreicht,
wohingegen, wenn der Wert t/tse höchstens 1,4 ist, die vorstehend genannten Probleme
überwunden werden können und der Stirnbereich kann zur Erzielung einer
Gewichtsverminderung der Platte möglichst dünn gestaltet werden. Wenn der Wert
t/tse 0,5 ≤ t/tse ≤ 1,0 ist, kann eine Kraft, erzeugt zum Zeitpunkt der Verformung des
Stirnbereichs, nicht auf den Einfassungsbereich übertragen werden, wodurch es
möglich wird, den Stirnbereich dünn zu gestalten, ohne hohe Vakuum-
Zugspannung am Versiegelungsbereich zu erzeugen, und eine weitere
Gewichtsverminderung wird möglich, was günstig ist.
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Außerdem zeichnet sich der erfindungsgemäße Kolben dadurch aus, dass der
maximale Wert σVTmax der Zugspannung, erzeugt am Stirnbereich der Platte, wenn
der Kolben evakuiert wird, d. h. die Vakuum-Zugspannung, erzeugt im
Stirnbereich, 20 MPa ≤ σVTmax ≤ 200 MPa ist. In der vorliegenden Erfindung bedeutet
Vakuum ein Hochvakuumzustand.
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In dem vorstehend genannten Kolben kann, wenn σVTmax mindestens 200 MPa ist,
der Kolben verzögertem Bruch unterliegen und folglich ist er vorzugsweise
geringer als 200 MPa, und wenn er weniger als 20 MPa ist, kann im Hinblick auf die
Sicherheit der Stirnbereich nicht dünn gestaltet werden und die
Gewichtsverminderung kann nicht erzielt werden, und folglich ist σVTmax mindestens 20 MPa und
weniger als 200 MPa. Im Hinblick auf die industrielle Produktivität ist σVTmax
bevorzugter 20 MPa ≤ σVTmax ≤ 100 MPa.
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Durch Anwenden eines Kolbens mit einer solchen Konstruktion kann eine
Kathodenstrahlröhre mit geringem Gewicht bei hoher Sicherheit mit Verläßlichkeit in
der Festigkeit erzeugt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Beispiele
beschrieben. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die vorliegende Erfindung in
keiner Weise durch solche speziellen Beispiele eingeschränkt ist.
BEISPIELE 1 bis 4 und VERGLEICHSBEISPIELE 1 bis 3
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Sieben Arten von Platten mit einem Länge-Breiten-Verhältnis von 16 : 9, einem
wirksamen Stirnbereich mit einer Bildschirmdiagonale, konjugierter Durchmesser
von 860,0 mm, einem maximalen diagonalen konjugierten Durchmesser des
Stirnbereichs von 912,0 mm, einem Stirnbereich außerhalb des
Oberflächenkrümmungsradius von 17000,0 mm, einem inneren Oberflächenkrümmungsradius
der Stirnfläche von 9400,0 mm und einer Einfassungsbereichshöhe von 120,0 mm
und unterschiedlicher Dicke des Stirnbereichs und Dicke des
Versiegelungskantenbereichs wurden in Beispielen 1 bis 4 bzw. Vergleichsbeispielen 1 bis 3
hergestellt. Als Glasmaterialien wurden Produkte, hergestellt von Asahi Glass
Company, Limited, wie in Tabelle 1 ausgewiesen, verwendet. Die Dicke des
Stirnbereichs und die Dicke des Versiegelungskantenbereichs in den Beispielen und
Vergleichsbeispielen war so ausgelegt, dass der zulässige Spannungswert an
dem Versiegelungsbereich 8,5 MPa sein würde.
Tabelle 1
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Dann wurde jede der Platten von Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1
und 2 in geschmolzenes, flüssiges KNO3 getaucht und bei 450°C für 6 Stunden
erhitzt, um eine Ionenaustauschbehandlung mit Hilfe des vorstehend genannten
Ionenaustauschverfahrens vom Tauchtyp zur Erzeugung einer
Druckspannungsschicht auf der Oberfläche auszuführen. Die Platte von Beispiel 3 wurde in
geschmolzenes flüssiges KNO3 getaucht und bei 440°C für 12 Stunden erhitzt und
die Platte von Beispiel 4 wurde in geschmolzenes, flüssiges KNO3 getaucht und
bei 440°C für 24 Stunden zur Durchführung einer Ionenaustauschbehandlung mit
Hilfe des Ionenaustauschverfahrens vom Tauchtyp zur Bildung einer
Druckspannungsschicht auf der Oberfläche erhitzt. Hinsichtlich der Platte von
Vergleichsbeispiel 3 wurde nach dem Formen Kühlluft darauf geblasen, um Verzerrung zu
erzeugen, dann wurde die Platte in einem Abschreckofen durch Einstellen auf eine
solche Temperatur, dass die Verzerrung nicht vollständig entfernt werden würde,
abgeschreckt, und eine Druckspannungsschicht wurde gebildet. Die Werte der
Druckspannung |σc|, die in den Kurzachsen-Endbereichen in Beispielen und
Vergleichsbeispielen erzeugt wurden, sind in Tabelle 2 dargestellt.
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Die Masse von jeder Platte wurde gemessen und die Platte und ein Trichter
wurden abdichtend mit Hilfe eines Versiegelungsmaterials (Handelsname: ASF-
1307R), hergestellt von Asahi Glass Company, Limited, durch Ausheizen bei etwa
440°C für 35 Minuten gebunden, und der Trichter und ein Hals wurden
aneinander zur Erzeugung eines Kolbens verbunden. Der Kolben wurde dann evakuiert
und der maximale Wert σVTmax der Vakuum-Zugspannung, erzeugt an den
Kurzachsen-Endbereichen und dem Stirnbereich, wurde gemessen, wenn die
erzeugte Vakuum-Zugspannung an den Versiegelungsbereichen der zulässige
Spannungswert bei dem Versiegelungsbereich war (8,5 MPa).
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In Tabelle 2 werden nun die mittige Dicke des Stirnbereichs: tc (mm), die
maximale Dicke des Stirnbereichs: tmax (mm), die mittlere Dicke des Stirnbereichs: t
(mm) = (tc + tmax)/2, die Dicke des Versiegelungskantenbereichs: tse (mm), t/tse, die
Druckspannung, erzeugt an den Kurzachsen-Endbereichen der äußeren Oberfläche
der Platte: |σc| (MPa), der zulässige Spannungswert an dem Stirnbereich: σAf
(MPa), der zulässige Spannungswert an dem Versiegelungsbereich: σAs (MPa),
die Masse der Platte: mp (kg), die Vakuum-Zugspannung, erzeugt in dem
Versiegelungsbereich: σVTs (MPa) und der maximale Wert des Zugspannungsvakuums,
erzeugt an dem Stirnbereich: σVTmax (MPa) gezeigt.
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Hier in den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde der Druckspannungswert
σc wie nachstehend gemessen:
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Als ein Verfahren zur Messung der Spannung von Glas kann ein Messverfahren
unter Nutzung einer solchen Eigenschaft erwähnt werden, dass der beim Anlegen
einer Kraft an das Glas in Hauptspannungsrichtung im Brechungsindex erzeugte
Unterschied proportional zur Spannungsdifferenz ist. Wenn lineare Polarisation
durch das Glas, auf das Spannung angewendet wird, durchtritt, hat das
durchgelassene Licht eine Polarisationsebene senkrecht zur Hauptspannungsrichtung und
wird in Wellenkomponenten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zerlegt. Eine
Wellenkomponente wird nach der anderen durch das Glas hindurchtreten und der
Brechungsindex des Glases ist in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit jeder
Komponentenwelle in der Hauptspannungsrichtung unterschiedlich. Der
Spannungsunterschied von Glas ist proportional dem Unterschied im Brechungsindex,
d. h. sogenannte Doppelbrechung, und folglich kann die Spannung aus dem
Phasenunterschied der Komponentenwellen gemessen werden.
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Mit Hilfe eines Polarisationsmikroskops wird unter Ausnutzung des vorstehend
genannten Prinzips Licht durch einen Glasschnitt mit einer Restspannung geleitet
und der Phasenunterschied nach Durchtritt der in der Hauptspannungsrichtung
schwingenden Komponenten, wird unter Ermittlung der Spannung gemessen. Zu
jenem Zeitpunkt wird vor dem Glas, durch das das Licht durchzuleiten ist, ein
Polarisator angeordnet, und eine Platte mit einem Phasenunterschied und ein
Analysator zum Nachweis der Polarisation werden am hinteren Teil des Glases,
wodurch das Licht fallen wird, angeordnet. Beispiele der Platte mit einem
Phasenunterschied schließen einen Breck-Kompensator, einen Babinet-Kompensator
und eine 1/4-Wellenlängen-Platte ein. Durch Nutzung einer solchen Platte kann
eine dunkle Linie so ausgebildet werden, dass der Phasenunterschied in dem zu
messenden Bereich Null ist, wodurch der Wert der Spannung aus dem
Einstellungsgrad des Kompensators erhalten werden kann.
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Durch Verwendung einer empfindlichen Farbplatte mit einem optischen
Wegunterschied von etwa 565 nm, worin sich Interferenzfarben bei einer geringen
Änderung im optischen Wegunterschied ändern, können anstelle von vorstehend
genanntem Kompensator außerdem Interferenzfarben in Abhängigkeit vom
Phasenunterschied aufgrund einer geringen Doppelbrechung nach Durchgang durch das
Glas wiedergegeben werden, wodurch der Grad der Spannung durch die Farbe
identifiziert werden kann. Durch Nutzung einer solchen Beschaffenheit wird der
Glasquerschnitt beobachtet und die Dicke der Spannungsschicht wird gemessen.
In der vorliegenden Erfindung wurde als Platte mit einem Phasenunterschied ein
Breck-Kompensator verwendet.
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Außerdem wurden σVTs und σTmax durch Anlegen einer Spannungsmessuhr KFG-
5-120-D16-11, hergestellt von Kyowa Electronic Instruments, Co., Ltd., an eine
vorbestimmte Position gemessen.
Tabelle 2
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In Beispielen 1 bis 4, Vergleichsbeispielen 1 und 2, worin eine
Druckspannungsschicht durch ein Ionenaustauschverfahren gebildet wurde, konnte eine hohe
Außenoberflächendruckspannung erzeugt werden und die Masse konnte, verglichen
mit Vergleichsbeispiel 3, um mindestens 20% vermindert werden, worin eine
Druckspannungsschicht durch ein physikalisches Temperverfahren gebildet wurde.
Insbesondere in Beispielen 1 und 2, worin der Wert t/tse höchstens 1,4 ist,
konnte die Dicke des Stirnbereichs, verglichen mit Vergleichsbeispielen 1 und 2,
worin t/tse < 1,4, dünn gestaltet werden, wodurch, verglichen mit Vergleichsbeispiel
3, eine Gewichtsverminderung um etwa 30% möglich wurde. Außerdem wurde in
Beispiel 3, worin t/tse 0,9 war und der Druckspannungswert |σc| 160 MPa war, eine
Gewichtsverminderung um etwa 33% erzielt, und in Beispiel 4, worin t/tse 0,8 war
und der Druckspannungswert |σc| 240 MPa war, wurde eine
Gewichtsverminderung um etwa 39% erzielt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, während die Festigkeit an den
Versiegelungsbereich durch Einstellen des Verhältnisses der Dicke des Stirnbereichs zur
Dicke am Versiegelungskantenbereich der Platte innerhalb eines geeigneten
Bereichs gewährleistet wird, eine Druckspannung, die den maximalen Wert, der an
der Stirnfläche erzeugten Vakuum-Zugspannung gegenseitig ausgleicht, durch ein
Ionenaustauschverfahren zu mindestens Kurzachsen-Endbereichen oder
Langachsen-Endbereichen auf der Außenoberfläche des Stirnbereichs der Platte
erzeugt, wodurch der Stirnbereich möglichst dünn gestaltet werden kann und
folglich ein Kolben mit geringem Gewicht bereitgestellt werden kann. Durch
Verwendung eines solchen Kolbens kann eine leichtgewichtige und sichere
Kathodenstrahlröhre bereitgestellt werden.
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Die vollständige Offenbarung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-164084,
eingereicht am 31. Mai 2001, einschließlich Beschreibung, Ansprüchen,
Zeichnungen und Zusammenfassung, werden hierin durch diesen Hinweis in ihrer
Gesamtheit eingeschlossen.