JP3582377B2 - 陰極線管用ガラスファンネル及び陰極線管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にテレビジョン放送受信等に用いられる陰極線管のためのガラスファンネル及びこれを用いた陰極線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビジョン放送受信等に用いる陰極線管１は、図５に示すように、基本的には映像を表示する矩形状のフェースを有する略箱型のパネル部３と漏斗状のファンネル部（ガラスファンネル）２で構成されており、これらパネル部３とガラスファンネル２（以下これら両者をガラスバルブとする）は、半田ガラス等からなる封着部７で接合されている。そして、前記ファンネル部２はパネル部と接合する略矩形の開口端部を備え、偏向コイルを装着するヨーク部４、電子銃１７を格納するネック部５、ヨーク部と開口端部を繋ぐボディ部６から構成されている。
【０００３】
図５において、８はパネルスカート部、９は映像を映し出すパネルフェース部、１０は強度を保持するための防爆補強バンド、１２は電子線の照射により蛍光を発する蛍光膜、１３は蛍光膜での発光を前方へ反射するアルミニウム膜、１４は電子線が照射する蛍光体の位置を特定するシャドウマスク、１５はシャドウマスク１４をパネルスカート部８の内面に固定するためのスタッドピンである。また、Ａはネック部５の中心軸とパネル部３の中心を結ぶ管軸を示している。前記蛍光膜をパネル部内面に形成したスクリーンは、前記管軸に直交する長軸及び短軸にほぼ平行な４辺で構成された略矩形をなしている。
【０００４】
このように略箱型のパネル部と漏斗状のガラスファンネルを用いた陰極線管は、１気圧の内外圧力差が負荷されるために、球殻とは異なる非対称構造に起因して、短軸や長軸上のパネル部フェース端部や、封着部近傍のパネル部とガラスファンネルの外表面に、図６に示すように大きな引張り応力（＋の符号）の領域が、圧縮応力（−の符号）とともに比較的広範囲に存在する。
【０００５】
ここで、図６中の点線は紙面に沿った応力、実線は紙面に垂直な方向の応力の応力分布をそれぞれ示し、応力分布に沿った数字はその位置における応力値（単位：ｋｇ／ｃｍ^２ ）を示している。
【０００６】
図６から明らかのように、ガラスバルブの表面上には二次元的応力分布が存在し、通常引張り真空応力の最大値は、短軸又は長軸上のパネルフェース部の映像表示面端部又は封着部近傍に存在する。したがって、もしこの引張り真空応力が大きく、かつガラスバルブが十分な構造的強度を持っていなければ、大気圧による静的疲労破壊を生じ陰極線管として機能しなくなる。
【０００７】
さらに陰極線管の製造工程においては、特に３８０℃程度の高温に保持し排気する際に、熱応力が発生し前記真空応力にさらに加わるため、甚だしい場合には瞬間的な空気流入とその反作用によって激しい爆縮を生じ、周囲にまで損害を及ぼす危険性がある。
【０００８】
このような破壊を防止するための保証としては、ガラスバルブ及び陰極線管の組み立て工程で発生するガラス表面への加傷の強さと陰極線管の実用耐用年数等を考慮して、＃１５０エメリー紙により一様に加傷したガラスバルブに加圧して外圧負荷試験を行い、破壊に至ったときの内外圧力差を求めるようにした場合に、かかる圧力差として通常３気圧以上は耐え得るようにしている。
【０００９】
真空応力による疲労破壊を考えると、引張り性の真空応力の最大値σＶｍａｘの存在する領域が起点となり破壊する確率が高い。すなわち、ガラスバルブが持つ構造的な破壊強度は、ガラスバルブの形状に起因しかつ外表面に存在する二次元的な引張り性の真空応力に左右されので、σＶｍａｘを極力抑制するのが望ましい。
【００１０】
しかし、ガラスバルブの肉厚を合理的な範囲に抑制することと陰極線管の必要耐用年数を考慮し、通常はσＶｍａｘが６ＭＰａ〜９ＭＰａの範囲となるようにガラスバルブの肉厚や形状を定めている。ただし、封着部については、半田ガラスによって封着された封着部の強度が低いため、最大７ＭＰａ程度に抑制するようパネル部のスカート部、ガラスファンネルのボディ部と封着部の肉厚及び形状を設計している。
【００１１】
従来このような設計を行う場合、図４に示されるように、ガラスファンネルのボディ部６の形状については、管軸Ａの周りの開口端部１７からの等高線１６の輪郭を、パネル部との封着部近傍では略矩形の開口端端と相似の矩形形状にし、ヨーク部付近ではヨーク部４の円錐コーン又は四角錐コーンに相似する形状にして滑らかに変化するようしている。この結果、前記等高線はボディ部の全域において外側に凸の曲率を有する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、陰極線管の大型化に伴いパネルフェース部の曲率半径をより大きくしてフラット化し、画面の視認性を確保するようにしている。また、大型陰極線管の容積を抑制するため、電子ビームの偏向角を広角化することによりガラスファンネルを偏平化している。しかし、パネル部のフラット化とガラスファンネルの偏平化は、前記最大引張り真空応力を増大させる。そして、最大引張り真空応力を単に増大させるのみならず、ガラスファンネルのボディ部における最大引張り真空応力の発生位置をより封着部近傍に近づけ、すなわち封着部近傍に応力集中を生ぜしめて、これにより最大引張り真空応力を一層増大させる。
【００１３】
さらに、パネル部とガラスファンネルは封着されているため、パネル部のフラット化はパネル部に前記応力集中を生起させるほかにガラスファンネルの前記応力集中を助長する。同様な理由によりガラスファンネルの偏平化は、ボディ部のガラスパネルとの封着部近傍、特にその略矩形の開口端部の各辺部とりわけ各辺の中央部分に応力集中を生ぜしめるとともに、ガラスパネルの各辺の中央部分に発生する前記真空応力を増大させる。このため、従来のガラスバルブでは封着部又は封着部近傍の強度確保上、大幅に肉厚を増加させてかかる応力の低減を図っている。パネル部のフラット化とガラスファンネルの偏平化は、陰極線管容積を抑制したり、視認性を改良できる反面、ガラスバルブの重量増加をもたらす問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、このようなパネル部のフラット化やガラスファンネルの偏平化によって封着部近傍に生じる最大引張り真空応力の増大、重量増加という従来技術の問題を解消し、軽量化されたガラスファンネルを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、ガラスファンネルのボディ部の形状を改良することにより、ガラスファンネルに発生する前記最大引張り真空応力の分散化により応力集中を解消して、該最大引張り真空応力の低減を図り、ガラスファンネルの強度の増大及び軽量化を達成するものである。
【００１６】
すなわち、本発明はパネル部と接合する略矩形の開口端部を備え、電子銃を格納するネック部と、偏向コイルを装着するヨーク部と、前記開口端部とヨーク部の間を形成するボディ部からなる陰極線管用ガラスファンネルにおいて、前記ボディ部は開口端部からヨーク部に向かって連続的に変化する漏斗状体であり、該ボディ部の対角部分に対角軸方向の凹みを有することを特徴とする陰極線管用ガラスファンネル及び該ガラスファンネルを用いた陰極線管を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスファンネルは、前記したようにパネル部と接合する略矩形の開口端部を備え、偏向コイルを装着するヨーク部、電子銃を格納するネック部、ヨーク部と開口端部を繋ぐボディ部から構成される中空ガラス体で、該ボディ部は内面及び外面ともに矩形状の開口端部からヨーク部に向かって連続的に変化し、全体が漏斗状体をなしている。ガラスファンネルの偏平化及び開口端部の縦横比等により漏斗状体の形態又は輪郭が変わることはあっても、その基本形状は維持される。
【００１８】
本発明は、このボディ部の対角線部分に凹みを所定の態様で設けることを構成要件としている。図２は、ボディ部６の対角部分に凹み１１を設けたガラスファンネルを、ネック部５の側から見たときの平面図である。図示するように、凹み１１はボディ部６の対角部分に対角軸方向に沿って設ける。凹み１１をボディ部６の対角部に設けるのは、隣接する二辺に支持され剛性が最も高い対角部の剛性を、凹み１１により低減するためである。また、凹み１１を対角軸方向に設けるのは、ガラスファンネルの形状と構造とにより前記剛性を低減するのに効果的であるからである。この場合、凹み１１の方向は厳密に対角軸方向でなくてもよい。高い剛性を低減する観点から凹み１１はほぼ対角軸方向であればよく、対角軸方向に沿って設けるとはこのことを意味する。
【００１９】
さらに、凹み１１はボディ部６の対角部分の少なくとも一部分に設ける。特にボディ部６の対角部分の封着部近傍すなわち開口端部に近い領域に設けるのが有効である。この位置が辺部中央部分に集中的に発生する引張り性の最大真空応力を効果的に低減させるからである。また、凹み１１の大きさ（長さ×幅）や深さはガラスファンネルのサイズ、ボディ部のガラス厚み、開口端部の縦横比を含むガラスファンネルの形状等により適宜決定できる。さらに凹み１１の幅や深さは対角軸方向に沿って変更できる。通常は、開口端部からヨーク部に向かって漸次減少して形成され、周りのボディ部の曲面と円滑に連続している。
【００２０】
一方、対角部分以外のボディ部は通常はそのままであるが、必要に応じ前記凹みに対応して若干の形状修正は自由である。例えば、ある種のガラスファンネルにおいては、ボディ部の辺部中央部分の開口端部に近い領域を外側に膨らませて湾曲の程度を大きくすることもある。なお、ボディ部６の内面は外面にほぼ相似させている。
【００２１】
さらに、本発明は図３に示すようなボディ部６に複数個のヨーク部４とネック部５を具備するガラスファンネルに対しても応用できる。このタイプのガラスファンネルは、複数の電子銃と偏向ヨークコイルとによりスクリーンを複数分割した領域で電子線を走査する様式の陰極線管に用いるもので、広角化をせずにガラスファンネルを実質的に偏平化できるメリットがある。凹み１１は通常ボディ部６の少なくとも４つのコーナー部に設けられている。
【００２２】
本発明における前記凹み１１をガラスファンネルのボディ部における等高線でみると、図１のように表現できる。図１において、１６は管軸Ａの周りにおけるボディ部６の開口端部１７からの等高線で、図１はボディ部６の外面における代表的な高さでの４本の等高線を示している。また、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は等高線を構成する近似的な円を示す。Ｒ３が逆向きであるのはその円の中心座標が外側にある場合、すなわち等高線が内側に凸の曲率を有することを意味し、Ｒ２、Ｒ３は円の中心座標が内側にあり外側に凸の曲率を有することを意味する。
【００２３】
このガラスファンネルのボディ部における等高線を従来のもの（図４参照）と比較すると、ガラスファンネルのボディ部６を構成する外面の開口端部１７に最も近い領域における等高線及び辺部の中央部分の等高線は、従来とほぼ同様の形状となっており、いずれも外側に凸の曲率を有する。これに対し、それよりヨーク部側に位置する領域の３本の等高線は、対角部分において２本は内側に凸の曲率を有し１本は曲率が無限の直線状となっている。この等高線からボディ部６の対角部分は、周りのボディ部に対し凹んでいることがわかる。凹みの深さ及び幅は、Ｒ３の半径の大きさにより表示され、さらに隣り合う等高線を比較することにより、この凹みが対角軸に沿って変化しヨーク部４に向かって深さが浅くなっていることがわかる。
【００２４】
【作用】
従来、図４に示されるように、ガラスファンネルのボディ部形状については、管軸Ａの周りの開口端部からの等高線輪郭を、封着部付近ではパネル部を接合する開口端部の略矩形と相似の形状にし、ヨーク部付近ではヨーク部の円錐コーン又は四角錐コーンに相似する形状にして滑らかに変化するようしていた。この結果、陰極線管において、ガラスファンネルのボディ部の対角部は、隣接する二辺に支持され最も剛性が高いために、対角軸上に発生する真空応力はかなり小さい値を示す。反面、短軸や長軸上すなわち四辺中央の封着部近傍に大きな引張り最大真空応力を発生させる。
【００２５】
本発明においては、図１に示されるように、ガラスファンネルのボディ部対角部分の少なくとも開口端部に近い領域に凹みを設けている。すなわち、管軸Ａの周りにおける開口端部からの等高線で見るならば、対角部の領域では内側に凸の曲率を有する等高線を集合させて滑らかに窪んだ構造にしている。この場合、前記等高線は便宜的にボディ部外面について示しているが、ボディ部の内面も前記したように外面とほぼ相似であるので、ボディ部の形状が対角部の領域で凹んでいる。この凹み形状は、ガラスファンネルのボディ部の最も剛性の高い対角部分を比較的柔構造にする作用を有し、四辺の中央部分でかつパネル部との封着部近傍に発生する最大引張り真空応力を分散し、低減する効果を生じる。
【００２６】
【実施例】
「実施例１」
本実施例においては、図５に示すようなカラーテレビジョン用陰極線管に使用されるものであって、表３に示すような特性を有するガラス材料を用いてガラスバルブを作成した。
前記ガラスバルブのうち、パネル部は、フェース中央肉厚が２１．０ｍｍ、パネル全高が８０ｍｍ、アスペクト比が１６：９で、対角径８６ｃｍのフラットな有効画面を有する３６型テレビジョン用で比較例１と同一形状にしている。ガラスファンネルは、前記パネル部と同じ３６型テレビジョン用で、円錐コーン状のヨーク部を有し、偏向角は１３０度、ネック部外径は２９．１ｍｍ、ファンネル偏向中心から開口端部までの長さは１２０．５ｍｍである。
【００２７】
表１には、このガラスバルブの重量及び図１と図４中で示される代表的な高さでのガラスファンネル外面の等高線を構成する近似的な円Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の半径の大きさ等を記載している。Ｒ３のマイナスの符号は、その円の中心座標が外側にある場合、すなわち内側に凸の曲率を有することを意味し、プラスの符号は外側に凸の曲率を有することを意味する。
【００２８】
実施例１は、比較例１で用いたガラスファンネルの従来品と比べて、この外面の等高線の輪郭形状とそれに相似する内面の等高線の輪郭形状でのみ異なる。実施例１では、開口端部と開口端部から３２ｍｍの高さの区間において、Ｒ３が外側に凸であり、例えば開口端部から２０ｍｍの高さではＲ３＝３６．５ｍｍの値を有している。一方、開口端部から３２ｍｍの高さの地点から開口端部から８５ｍｍの高さの地点までＲ３が内側に凸であり、７０ｍｍの高さにおいてＲ３＝−３６．２ｍｍの極値を有する。その区間内においてＲ３を連続的に滑らかに変化させている。また、開口端部から８５ｍｍの高さの地点から開口端部から９０．５ｍｍの高さの真円のヨーク部端までは、Ｒ３を外側に凸に連続的に滑らかに変化させ、ガラスファンネルのボディ部の外面を構成している。
【００２９】
これらのパネル部とガラスファンネルを封着してガラスバルブの内部を真空にし、ガラスバルブに発生する最大真空応力、より正確には最大引張り真空応力を測定した。測定は、パネル部とガラスファンネルの短軸、長軸及び対角軸における主要部分の最大真空応力について行った。結果を表２に示す（単位： ＭＰａ）。
【００３０】
比較例１のガラスバルブでは、偏向角がかなり広角なため封着部近傍に大きな真空応力を形成するが、実施例１の場合、表２に示すとおり比較例１に比べ、封着部では短軸上で１３ＭＰａから６ＭＰａへ、長軸上で９ＭＰａから６ＭＰａへそれぞれ低減できた。また、ファンネルボディ部についても短軸上で１４ＭＰａから９ＭＰａまで、長軸上で１２ＭＰａから６ＭＰａまで低減できた。一方、対角軸上では、封着部及びファンネルボディ部ともに圧縮応力の領域であり、その圧縮応力が若干減少したが実用的には問題ない。
【００３１】
「実施例２」
パネル部もガラスファンネルとも実施例１と全く同一の外面形状をしているが、封着部全周の厚みを実施例１と比較し１５ｍｍから１４ｍｍに１ｍｍ薄くしている。これに合わせてパネル部のスカート部及びガラスファンネルのボディ部全体をほぼ２ｍｍ薄くしている。
【００３２】
実施例１と比較すると、封着部の引張り真空応力は、短軸、長軸上とも６ＭＰａから７ＭＰａへ増加した。 しかし、その値は比較例１と比較するといずれも小さく実用的な範囲にある。この薄肉化によりガラスバルブの重量は５５．１ｋｇから５４．３ｋｇに低減できた。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
【表３】

【００３６】
【発明の効果】
本発明においては、ガラスファンネルのボディ部、特に対角部分の曲面形状を特定することにより、すなわち対角部分に対角軸方向に沿って凹みを設けることにより、対角部分の外面の封着部近傍に形成される比較的小さな真空応力はやや大きくなるものの、四辺中央の封着部近傍に形成される比較的大きなピークの引張り真空応力は、応力の分散により大幅に低減され、真空応力の分布をバランスさせる効果が得られる。この効果により、少なくとも封着部近傍のボディ部の薄肉化、さらにパネルスカート部の薄肉化も計られ、軽量化したガラスバルブを得ることができる。この効果は、偏向角がより広角化された偏平なガラスバルブになるほど大きい。
【００３７】
また、相対する電子銃と偏向ヨークコイルをそれぞれ複数個を具備し、特に１個のガラスファンネルのボディ部に複数個を具備し、これら電子銃と偏向ヨークコイルとによりスクリーンを複数分割した領域で電子線を走査する様式の陰極線管用ガラスファンネルにも応用でき、好ましい効果が得られる。
【００３８】
さらに、封着部の薄肉化が計れることにより封着部の内外面の温度差を低減でき、陰極線管組み立てにおける熱処理の際に発生する熱応力を抑制し、ガラスバルブの割れを招かない強固な陰極線管を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスファンネルをネック部側から見た場合の１／４部分の等高線入り平面図。
【図２】本発明の実施例のガラスファンネルをネック部側から見た平面図。
【図３】本発明の他の実施例のガラスファンネルをネック部側から見た平面図。
【図４】従来のガラスファンネルをネック部側から見た場合の１／４部分の等高線入り平面図。
【図５】一部を切り欠いた陰極線管の側面図。
【図６】陰極線管用ガラスバルブに発生する長軸上の真空応力分布を示す説明図。
【符号の説明】
１：陰極線管
２：ガラスファンネル
３：パネル部
４：ヨーク部
５：ネック部
６：ボディ部
１１：凹み
１６：等高線
１７：開口端部

Claims (4)

1. パネル部と接合する略矩形の開口端部を備え、電子銃を格納するネック部と、偏向コイルを装着するヨーク部と、前記開口端部とヨーク部の間を形成するボディ部からなる陰極線管用ガラスファンネルにおいて、前記ボディ部は開口端部からヨーク部に向かって連続的に変化する漏斗状体であり、該ボディ部の対角部分に対角軸方向の凹みを有することを特徴とする陰極線管用ガラスファンネル。
2. パネル部と接合する略矩形の開口端部を備え、電子銃を格納するネック部と、偏向コイルを装着するヨーク部と、前記開口端部とヨーク部を繋ぐボディ部からなる陰極線管用ガラスファンネルにおいて、前記ボディ部は開口端部からヨーク部に向かって連続的に変化する漏斗状体であり、該ボディ部の外面の開口端部からの等高線が、四辺の中央部分は外側に凸の曲率を有し、対角部分は内側に凸の曲率を有することを特徴とする陰極線管用ガラスファンネル。
3. 前記ボディ部にネック部とヨーク部が複数設けられている請求項１又は２に記載の陰極線管用ガラスファンネル。
4. 請求項１、２又は３に記載の陰極線管用ガラスファンネルを用いた陰極線管。

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