EP0063322B1

EP0063322B1 - Masken-Rahmen-Kombination und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: EP0063322B1
Application number: EP82103016A
Authority: EP
Inventors: Dietrich Berner; Rolf Reidinger; Rainer Vollath
Original assignee: Alcatel SEL AG; Standard Elektrik Lorenz AG; International Standard Electric Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1985-08-28
Also published as: DE3115799C2; JPS5810353A; US4806820A; EP0063322A1; DE3115799A1; JPH0363170B2; DE3265747D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Masken-Rahmen-Kombination, wie sie als Auswahlelektrode in Farbfernsehröhren verwendet wird und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
In einer Farbfernsehröhre üblicher Bauart müssen die drei Elektronenstrahlen die ihnen zugeordneten roten, grünen und blauen Leuchtstoffbereiche des Bildschirms genau treffen. Die dafür notwendige winkelabhängige Zuordnung der Farbbereiche zu den Elektronenstrahlen wird durch die sogenannte Maske erreicht. Vor jeder Dreiergruppe von Farbstoffbereichen des Bildschirms befindet sich eine Öffnung in dieser Maske, weiche sich in geringer Entfernung hinter dem Leuchtschirm befindet.
Die Anforderungen an die Genauigkeit der Lage und der Abmessungen einer solchen Maske sind sehr hoch, denn die Zuordnung von Masken-und Bildschirmstruktur muß bei der Herstellung in dem Gesamtbereich der Maskenfläche erreicht und während des Betriebs der Röhre über deren gesamte Lebensdauer erhalten werden. Insbesondere darf sich während der Inbetriebnahme durch die Erwärmung keine störende Lageänderung ergeben. Die hieraus resultierenden Bedingungen an die Konstruktionsform und Herstellung können nur durch optimale Gestaltung des Produkts und der verwendeten Fertigungstechnologie erfüllt werden, so daß zunächst auch ein vergleichsweise hoher Aufwand getragen werden muß.
Ziel der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit einer solchen Fertigung durch weitere Vereinfachung des Herstellganges zu ermöglichen. Dies wird erreicht durch eine auf diese Prozeßvereinfachung abgestimmte Verbesserung der Konstruktionsform. Im Mittelpunkt stehen dabei die Arbeitsgänge des sogenannten Schwärzens der Maske und ihres Trägerrahmens, was auch als Oberflächenpassivierung bezeichnet werden kann und vorwiegend dazu dient, die Korrosion der verwendeten Eisenbleche zu verhindern und die Flächen reflexionsfrei und gut wärmeabstrahlend zu machen. Bisher hat man den Zusammenbau der Maske mit ihrem Rahmen nach deren getrenntem Schwärzen vorgenommen, um dabei Maßänderungen infolge der Temperatureinwirkung von ca. 600 °C beim Schwärzen weitgehend ausgleichen zu können. Nach dem Zusammenbau durch Punktschweißen wurde die Masken-Rahmen-Kombination bei ca. 450 °C stabilisiert, womit innere Spannungen im Werkstoff, die durch das Schweißen entstanden waren, vermindert wurden.
Die zweimalige Temperaturbehandlung von Maske und Rahmen in getrennten Arbeitsgängen und Geräten hat einen großen Aufwand an Handhabung sowie die Notwendigkeit zur Bereitstellung von zwei Ofenanlagen verursacht, wobei besonders erschwerend hinzukam, daß das getrennte Stapeln sowohl bei Masken als auch bei Rahmen während der Wärmebehandlungen sehr leicht zum Verziehen unter deren Eigengewicht führt und somit die Stapelung nicht zur Einsparung von Fertigungskapazität, also Fabrikationsraum und Vorrichtungsaufwand ausgenützt werden kann. Beim Zusammenschweißen von Maske und Rahmen und beim Anschweißen der Befestigungsfedern war es infolge der beim Schwärzen auch schlecht stromleitend gewordenen Oberflächen nicht möglich, Schweißspritzer zu vermeiden. Weiter von Nachteil war, daß bei der bisherigen Maximaltemperatur beim Schwärzen eine hohe Nachverformung (ce Zusammenfallen ») der Maske auftrat.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein vereinfachtes Fertigungsverfahren anzugeben, welches die erwähnten Nachteile nicht aufweist und eine besonders im Hinblick auf das neue Fertiqunqsverfahren geeignet verbesserte Konstruktionsform der Masken-Rahmen-Kombination zu beschreiben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den im Verfahrensanspruch 4 und im Sachanspruch 1 dargestellten Maßnahmen, wozu die Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen enthalten.
Es wurde nämlich gefunden, daß die den bisherigen Fertigungsablauf hauptsächlich bestimmenden Erfordernisse für die Gestaltung des Herstellprozesses dann nicht mehr zwingend sind, wenn man erfindunsgemäß folgenden technischen Anweisungen folgt:

Die Lage der Schweißpunkte wird, wie im Anspruch 1 angegeben, so gewählt, daß die bei der Temperaturbehandlung auftretenden bzw. verbleibenden inneren Spannungen im Material von der Konstruktionsform durch funktionsmäßig noch zulässige Verformungen aufgenommen werden, die innerhalb des elastischen Bereiches bleiben. Kerbunden, Aussparungen und Einsickungen erfolgen zur Entkopplung gemäß dem Wortlaut von Anspruch 1. Der Maske wird damit die Möglichkeit gegeben, die infolge von Erwärmung auftretenden Dehnungen ohne zu große Wölbung optimal nach allen Seiten auszugleichen, so daß die maximale Lageänderung klein genug bleibt, wenn die gemeinsame Wärmebehandlung der Masken-Rahmen-Kombination nach dem Wortlaut des Anspruchs 4 durchgeführt wird.

Anhand der Figuren wird die Erfindung nun beschrieben.

Figur 1 zeigt schematisch die Funktion einer Schattenmaske 1 mit Öffnungen 2, durch welche Elektronenstrahlen 3 auf Leuchtstoffbereiche 4 eines Bildschirms 5 treffen.
In Figur 2 ist die gesamte Schattenmaske 1 mit einem Rahmen 6 auf dem sie durch Punktschweißung entlang ihres Randes festgeschweißt ist, dargestellt. Verbindungsglieder 7 dienen zur Befestigung (« Einknöpfen ») der Masken-Rahmen-Kombination in die Schirmwanne 8 einer Fernsehröhre.
Figur 3 gibt die Verteilung von Schweißstellen 9 entlang des Randes der Schattenmaske.
Figur 4 zeigt, wie die Schweißstellen 9 durch Einschnitte 10 oder Ausschnitte 11 entkoppelt werden. Eine Sicke 12 dient dem Dehnungsausgleich.
Figur 5 gibt einen Querschnitt und zeigt die Sicke 12, wie sie in der Fig. 4 zu sehen ist, und die Lage der Schweißstellen 9 außen am Rand der Maske 1 auf dem Rahmen 6.
Figur 6 stellt einen Ablaufplan der erfindungsgemäßen Masken-Rahmen-Fertigung dar. Die einzelnen Verfahrensschritte in Fig. 6 sind durch Kästchen dargestellt.

In 15 wird der Rahmen gewaschen und entfettet. Das in 16 vorgenommene Schwärzen ist gemäß der Erfindung nun gemeinsam mit dem Stabilisieren der bereits miteinander verschweißten Teile 1, 6 und 7 in 23 durchgeführt. Im Verfahrensschritt 17 werden drei Verbindungsglieder 7 an den Rahmen geschweißt, auf dem in 22 die Maske 1 auch durch Punktschweißungen befestigt wird. Dann erfolgt die gemeinsame Wärmebehandlung zum Schwärzen und gleichzeitigen Stabilisieren in 23. Schritt 24 bezeichnet das Einsetzen in die Glaswanne 8 und die Anbringung des vierten Verbindungsgliedes. Der Herstellprozeß wird dann mit dem Beschirmen 25 fortgesetzt.
Die Verbindungsglieder 7 bestehen aus Bimetallfederhalter 7a und Befestigungsfeder 7b. Bei der vierten Befestigungsfeder erfolgt die Schweißung erst nach dem gleichzeitigen Schwärzen und Stabilisieren. Alle übrigen Schweißungen können als Punktschweißungen vor dem Schwärzen der zu verbindenden Teile erfolgen. Dies ergibt festere Schweißungen und hat den großen Vorteil, daß kaum noch Schweißspritzer entstehen, welche sich in den Öffnungen der Maske festsetzen könnten.
Ein früher notwendiger Produktionsschritt Entspannen von Maske und Rahmen und der dazu dienende Aufwand eines Durchlaufofens kann entfallen, weil erfindungsgemäß der Temperaturverlauf beim Schwärzen der vorher miteinander verschweißten Masken-Rahmen-Kombination auf eine Maximal temperatur von 580 °C begrenzt wird, und die Einwirkung dieser Temperatur auf die Maske nur andauert, bis auch der Rahmen sich auf gleicher Temperatur befindet. Durch Einengung der Verfahrensparameter sind die Verformungen der Maske (« Einfallen ») und das Verziehen des Rahmens so gering, daß sie mit höchstens 0,3 mm Maßänderung durch die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung der Masken-Rahmen-Kombination im Bereich der elastischen Dehnung innerhalb der zulässigen Grenzen aufgenommen werden können. Zum Ausgleich des geringen noch stattfindenden « Einfallens •, um also die Masken-Sollkontur am Fertigungsprodukt zu garantieren, wird diese verbleibende Maßänderung durch maßlichen Vorhalt an der Maskenprägeform kompensiert. Die während des Schwärzens der vorher verschweißten Masken-Rahmen-Kombination erfolgende Entspannung hat eine ausreichende Alterung der Metallteile zur Folge. Die erfindungsgemäße Einordnung des Fertigungsschrittes « Schwärzen-Stabiliiseren in den Ablauf bei der Herstellung der Masken-Rahmen-Kombination zeigt Fig. 6. Gestrichelt eingetragen ist noch angedeutet, wo das Schwärzen im Ablauf bisher stattgefunden hat und die Pfeile deuten an, wohin dieser früher bei Maske und Rahmen getrennt ausgeführte Arbeitsgang gemeinsam integriert worden ist.
Die Vereinfachung und Verbesserung des Verfahrens ist durch die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte konstruktive Gestaltung, insbesondere der Maske, und die geeignete Wahl ihrer Abmessungen und der Lage der Schweißstellen somit möglich. Die leicht gewölbte Maske 1 soll die bei der Herstellung und im Betrieb auftretenden Dehnungen bei minimalen Form- und Lageänderungen im elastischen Bereich aufnehmen. Dies wird durch die Wahl von A, B und C (s. a. Fig. 3 und Fig. 4) sowie mit Entkopplungen erreicht. Als Entkopplungen werden hier die zur Aufnahme von Dehnungen dienenden Einschnitte 10, Ausschnitte 11, die umlaufende Sicke 12 und Ränder 13 (« Schürzen •) ausgenützt. Es ist nicht immer günstig, alle Schweißstellen auszuführen. Insbesondere solche, die sich nahe den Ecken befinden, sind nicht immer nützlich und können unter Umständen auch weggelassen werden.
Wenn die Maße A, B und C eingehalten werden, und die Befestigungsstellen unter sich nicht zu dicht und nicht zu nahe bei Ecken und Kanten Liegen, ist ausreichend dafür gesorgt, daß zwischen ihnen ausreichende Ausfederungen ermöglicht sind. Somit wird durch die Wahl der Lage von Verbindungs- und Entkopplungsstellen die Lageänderung der Maske bei der Herstellung und auch im Betrieb so klein gehalten, daß der verbesserte und vereinfachte Ablauf bei der Herstellung von Maske und Trägerrahmen realisiert werden kann.

Claims

1. Masken-Rahmen-Kombination mit einer Maske (1) aus einem die Öffnungen (2) enthaltenden dünnen Blech, das einen umgebogenen Rand (13) aufweist und mit einem die Maske tragenden, mit Verbindungsgliedern (7) aus Bimetallfederhaltern (7a) und Befestigungsfedern (7b) versehenen Rahmen (6) zur Verwendung als Farbauswahlelektrode in Farbfernsehröhren, wobei Maske, Rahmen und Verbindungsglieder (1, 6 und 7) miteinander verschweißt oberflächengeschwärzt und thermisch stabilisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der längeren Seite der Maske für den Abstand A zwischen der Mitte dieser Seite und der nächstgelegenen Schweißstelle (9) die Bedingung D/4,5 < A ≤ D/2,4, auf der kürzeren Seite der Maske für den Abstand B zwischen der Schweißstelle und der nächstgelegenen Ecke der Maske die Bedingung D/8,4 < B < D/3,0, sowie für die Breite C des Randes (13), nahe dessen Kante (14) die Schweißstellen angebracht sind, die Bedingung C≥ (1,6·D)/100 gilt, wobei D die Länge der Bildschirmdiagonale ist, und daß die an den Ecken der Maske befindlichen Schweißstellen beiderseits durch Entkopplungselemente (10, 11) von mechanischen Spannungen entlastet sind.

2. Masken-Rahmen-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungen als Einschnitte (10) ausgeführt sind.

3. Masken-Rahmen-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungen als Ausschnitte (11) ausgebildet sind.

4. Verfahren zur Herstellung einer Masken-Rahmen-Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Teile (1, 6 und 7) miteinander verschweißt, oberflächengeschwärzt und thermisch stabilisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (1) und der Rahmen (6) nach ihrer Verbindung durch Punktschweißen auch mit Bimetallfederhaltern (7a) und Befestigungsfedem (7b) versehen werden und dann als Einheit aus Maske, Rahmen, Bimetallfederhaltern und Befestigungsfedern gemeinsam oberflächenbehandelt und dabei zugleich auch thermisch stabilisiert werden, wobei die Temperatureinwirkung solange erfolgt, bis Maske und Rahmen bei einer gemeinsamen Endtemperatur T_E gleich heiß sind und die Aufheizung zeitlich so erfolgt, daß der maximale Temperaturunterschied zwischen Rahmen und Maske < ca. 1/3 der gemeinsamen Endtemperatur T_E 500 bis 600 °C, vorzugsweise 570 bis 580 °C beträgt, und daß die bei dieser thermischen Stabilisierung gleichzeitig bewirkte Oberflächenbehandlung durch Gegenwart von Generatorgas als Ofenatmosphäre eine Schwärzung der Masken-Rahmen-Kombination bewirkt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Gegenwart von 2 bis 3 % Sauerstoff eine zusätzliche Passivierung von Maske und Rahmen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Stabilisierung und Oberflächenbehandlung die Abkühlung der Masken-Rahmen-Kombination durch eine Verminderung der Heizleistung im Ofen und durch die Wahl des Zeitpunkts der Entnahme aus dem Ofen soweit beschleunigt wird, daß die Temperatur des Rahmens innerhalb von ca. 4 Minuten unter T_E/2 gefallen ist, und somit das Thermobimetall der Befestigungsfedern seine Daten nicht unzulässig stark ändert.