JPH0685307B2 - 陰極線管表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に管状のポンプステムを陰極線管の軟鋼
容器部分に気密に封着する方法およびポンプステムが軟
鋼容器部分に取付けた陰極線管表示装置に関するもので
ある。

金属容器部分、すなわち“かん”はしばしば知られてい
るように、平坦な或いはほぼ平坦なガラスフェースプレ
ートを有する陰極線管内の真空外匣の一部を構成するコ
ーンとして用いられている。このような陰極線管は例え
ばテレビジョン表示管としうる。本明細書で用いる“コ
ーン”とは完全に円錐形状でなく陰極線管分野でこの言
葉で表わされている容器部分をも含むものである。

陰極線管はガラスフェースプレートを金属コーンに気密
に固着することにより組立てられ、陰極線管の動作素
子、例えば１つ以上の電子銃は容器内に収容され、電子
ビームをフェースプレート上に載置された螢光スクリー
ンに向けるように配置されている。ポンプステムはポン
プ装置に取付けて容器内の空気を外部に吸い出し、容器
内を真空にする為のものである。その後にポンプステム
の端部を気密に封止し、真空度の損失が生じないように
する。

このようなコーンを形成するのに用いられている金属に
はFe-Ni-Co或いはFe-Ni-Cr合金が含まれる。しかしこれ
らの合金は高価であり形成するのが困難である。平坦な
或いはほぼ平坦なフェースプレートの陰極線管用の経済
的で内破しない真空容器を製造する為には深絞りした軟
鋼製のコーンが有利である。その理由は、このコーンは
形成しやすく、低価格であり、設計の融通性がある為で
ある。ガラスフェースプレートを金属コーンに封着する
簡単で廉価な方法は鉛或いは鉛合金を可鍛性金属層とし
て用いた圧着による方法である。このような技術の一例
は英国特許第1598888号に記載されている。金属コーン
とガラスフェースプレートとの間に鉛接着部が存在する
ことにり陰極線管に加えうる温度を最大300℃に制限す
る。しかし、迅速な排気を補助する為に約360℃にして
陰極線管を排気するのが一般的である。従って、所要の
低温度で経済的な排気時間内で容器内を所要の低圧力に
容易に到達せしめる為には、大きな直径のポンプステム
が望ましく、その実際的な寸法は容器の体積に依存す
る。容器を排気した後、ポンプステムを封止する。

このようなポンプステムを信頼的で廉価な方法で軟鋼コ
ーンに封着するのは困難である。既知の一般的な封着／
接合技術には銀ろう付が含まれている。しかし、ポンプ
ステムを軟鋼製コーンに取付け且つ封着する手段として
このような技術を採用するには多数の欠点がある。すな
わち、銀ろうは高価であり、しかもポンプステムを正確
に機械加工したりコーンのうち少くともポンプステムを
取付けるべき領域を正確に形成したりする必要がある。
更にポンプステムの取付け作業に700〜800℃の熱処理を
必要とし、この熱処理はエネルギーを必要とすること以
外にコーンの機械的特性に有害であり、軟鋼を酸化せし
めてしまう。

本発明の目的は、ポンプステムを陰極線管の軟鋼容器部
分に信頼的に気密に封着する迅速で比較的廉価な方法で
あって、大量生産に適し、自動生産に適合しうる方法を
提供せんとするにある。

本発明の他の目的は、ポンプステムを信頼的に且つ金属
容器部分に取付けられている陰極線管表示装置を提供せ
んとするにある。

本発明は、軟鋼の容器部分に、封止した管状ポンプステ
ムが取付けられている陰極線管表示装置において、前記
のポンプステムが軟鋼容器部分上に摩擦溶接されている
ことを特徴とする。

摩擦溶接をすると、ポンプステムは信頼的に且つ廉価に
容器部分に封着され、しかもこの摩擦溶接は気密性およ
び機械的強度を適切なものとする。摩擦溶接中に生じる
熱は分散する為、容器部分には周囲領域においても著し
い損傷が与えられない。

ポンプステムは銅を以って構成するのが好ましい。この
ような材料は、容易に摩擦溶接できるとともに、容器の
排気後に２つのローラ間で容易にピンチ・オフ処理（つ
まり処理）して機械的に封止しうるという点で有利であ
る。

本発明はまた、一般に管状のポンプステムを陰極線管の
軟鋼容器部分に気密に封着するポンプステム封着方法に
おいて、密閉端を有する一般に管状のポンプステムを形
成する工程と、このポンプステムをその軸線を中心とし
て容器部分に対し回転させる工程と、前記のポンプステ
ムの密閉端部を容器部分の表面に押圧してポンプステム
の密閉端部と容器部分とを摩擦溶接させ互いに封着させ
る工程と、その後に一般に管状のポンプステムの穿孔が
前記の密閉端部を貫通して延在するようにする工程とを
具えていることを特徴とする。

この本発明による方法を用いることによりポンプステム
を軟鋼容器部分に迅速に、有効に、信頼的に且つ低価格
で封着しうることを確かめた。摩擦溶接により達成され
た気密封着は陰極線管の条件に完全に通しており、漏れ
率は長年に亘って陰極線管の動作に著しい悪影響を及ぼ
さない程度にわずかである。更に、ポンプステムと容器
部分との間の接合部は、後にポンプステムをピンチ・オ
フ処理する場合に、しかもこのピンチ・オフ処理が容器
部分に比較的接近して行なわれる場合でもこの接合部に
加わる機械的応力に充分機械的に耐える程度に強力であ
る。更に、本発明による方法に含まれる工程は大量生産
技術に理想的に適しており、これらの工程を容易に全自
動にしうる。

摩擦溶接を用いることは、溶接面の界面状態のある程度
の公差を認めるという点で特に有利である。軟鋼製の容
器部分の場合ある程度酸化されていても著しい油脂の汚
れがなければ荒く形成した掛合面を、溶接強度および封
着に著しい悪影響を及ぼすことなく用いうる。その理由
は、摩擦溶接の回転中に、溶接すべき領域がすりみがか
れ、この処理により不純物が除去される為である。回転
は連続して行なわれる為、ポンプステムの掛合面の凹凸
は摩擦接触および圧力により除去されて掛合面が平滑と
なる。摩擦発生熱は増大する為、ポンプステムの材料が
可塑性となり、掛合材料間が密接する。

一般に管状のポンプステムは鋼を以って構成するのが好
ましい。銅は摩擦溶接に適しているという以外に、ポン
プステムを容器の排気に続いて２つのローラ間で容易に
ピンチ・オフ処理せしめ機械的に封止せしめることがで
きるという利点を有する。

ポンプステムをピンチ・オフ処理せしめうるようにする
必要性の為に、好適例では一般に管状のポンプステムの
壁厚を1.5mmを越えないように選択し、好ましくは、加
えるピンチ・オフ圧力や必要とするピンチングローラの
寸法を適正な範囲内に保持する為に約1mm程度とする。
最適な排気を行なう為には、ポンプステムの内径を容器
の体積に依存して約６〜10mmの範囲にしうる。密閉端部
を有する一般に管状のポンプステムを本発明により形成
することにより、前述した比較的薄肉壁のポンプステム
を用いた場合に、満足な気密摩擦溶接を再現的に達成し
うるということを確かめた。端部が開口した簡単な管状
ポンプステムを用いた実験によれば、良好な気密性を有
する機械的に強い摩擦溶接を信頼的に達成しえないとい
うことが分った。その理由は、この場合、摩擦溶接中の
熱損失は、溶接領域が必要な高温度に達しえない程度に
大きい為であるものと思われる。一方、むくの密閉端部
を有するポンプステムの場合、熱損失が阻止され、従っ
て溶接領域を臨界温度に到達せしめうる。

好適例では、一般に管状の前記のポンプステムを、この
ポンプステムの端部を密閉する壁部の厚さが管壁の厚さ
を５〜15倍となるように形成する。摩擦溶接する以前の
ポンプステムの端壁の外径はポンプステムの管壁の外径
よりも大きくしうる。

管状のポンプステムはペレットの不完全押出し成形によ
り形成するのが有利である。

ポンプステムを容器部分に押圧する前記の工程は、ポン
プステムの掛合面が可塑性となるまで、ポンプステムお
よび容器部分を相対的に回転させている間ポンプステム
を第１の圧力の下で容器部分に押圧させ、可塑性となっ
た後にこの相対回転を停止させ、実効的な冷却が生じる
前に前記の第１の圧力よりも高い第２の圧力の下でポン
プステムを容器部分に押圧する処理を含んでいるように
することができる。

一般に管状の前記のポンプステムの穿孔が前記の密閉端
部を貫通して延在するようにする前記の工程は、ポンプ
ステムの穿孔の軸線方向で前記の密閉端部に孔あけする
孔あけ工程を含んでいるようにすることができる。孔は
密閉端部と同時に容器部分にもあけるようにするのが有
利である。ポンプステムの内部が孔あけによって生じる
金属粒子によって汚染されないようにする為には（金属
粒子はピンチ・オフ処理による気密封止を妨げるおそれ
がある）、孔あけは容器部分側から行なうのが好まし
い。

以下図面につき、本発明により陰極線管の軟鋼容器部分
に一般に管状のポンプステムを気密に封着する方法およ
びポンプステムが取付けられた容器部分を有する陰極線
管表示装置を例示的に説明する。

第１図を参照するに、線図的に示す陰極線管表示装置は
一般に円錐台形のコーン10を有しており、このコーン10
がシャドウマスク13に対する支持構体を内部に有する1.
5mm厚の深絞り成形軟鋼より成る容器部分を構成する。
このコーン10の一端には、一体型の電子銃11を収容し拡
開端部を有するガラスネック14が封着されている。この
ガラスネック14の拡開端部の周りには関連の偏向コイル
12が配置されている。このコーン10は周辺フランジ15に
より縁どりされた一般に方形の開口を有し、この周辺フ
ランジ15上にほぼ平坦なガラスフェースプレート16が封
着されている。このフェースプレート16はその内面に螢
光スクリーン17を有し、この螢光スクリーン17に一体型
の電子銃から電子ビームが当てられて表示を行わしめ
る。陰極線管はテレビジョン表示装置或いはデータグラ
フィック表示装置として用いることができる。

コーン10には焼なまししたOF銅より成る一般に管状のポ
ンプステム20を装着し、このポンプステム20を本発明に
よりコーン10に気密に封着する。陰極線管内で素子を組
立て、フェースプレート16およびネック14をコーン10に
装着するのに続いて、ポンプ装置をポンプステムの自由
端に連結し、ネック14、容器部分10およびフェースプレ
ート16により画成された容器の内側から空気を排出させ
る。その後、ポンプステムを通常のように２つのローラ
間でピンチ・オフ処理して封止を行ない（このピンチ・
オフ処理端部を場合に応じ追加の予防措置としてろう材
中に浸す）、陰極線管容器内の圧力を低くする。

ポンプステム20は第２図に線図的に示す装置を用いてコ
ーン10に装着し且つ封着する。簡単化の為に第２図に
は、一端で円形の開口で終端し、他端で方形の開口で終
端する４つの傾斜平坦側面を有し、第１図の構造に類似
する構造の深絞りコーンを示してある。しかし種々の形
状のコーンを用いうること明らかであり、第１および第
２図に示すものは例示的なものである。

コーン10は適切な形状のジグ30により支持され且つこの
ジグ上にクランプされる。このジグ30は、コーン10の側
面に形状が一致し且つこれら側面に対向する面を形成す
る。ジグ30は、固定面33上にベアリング30により支持さ
れ且つ水圧ラム34により両矢印Ａで示す方向に移動しう
る往復台31上に装着されている。ポンプステム20は支持
面37に対して固定の位置にある回転自在のクランプヘッ
ド36内にクランプされ、クランプヘッド36は組合せブレ
ーキを有する電動機38により歯車−ベルト機構を介して
駆動され、ポンプステムがその軸線を中心に回転され
る。ポンプステム20の一例の初期形状を第３図に詳細に
示す。このポンプステム20はOF銅のペレットの不完全押
出成形体として製造し、比較的厚肉の円柱状の端壁40に
より一端を閉じた一般に管状の部材を具えている。この
部材の長さは約60mmであり、端壁40の厚さ、すなわち部
材の軸線方向におけるこの端壁40の肉厚は約12mmであ
る。しかし端壁40の厚さは種々の条件に適合させて５〜
15mmの範囲で変えることができる。図示の例では、端壁
40の直径はその全体に亘り部材の残りの部分よりもわず
かに大きく、その残りの部分の外径は約10mmでその壁厚
は約1mmである。

部材の形状や寸法は種々に変えることができる。例え
ば、部材長さを約52mmとし、その内部の穿孔の直径を8.
5mmとし、部材の円筒外側面をこの部材の全長に沿って1
1mmの直径の平坦な円筒外側面とし（すなわち端壁にお
いて外径を増大させず）、部材の軸線方向に測った端壁
の厚さを7.5mmとした当該部材を用いても充分良好な結
果が得られた。

ポンプステム20をコーン10上に装着し且つ封着する為
に、クランプヘッド36を電動機38により3720r.p.m.の速
度で回転させ、往復台31を水圧ラム34により回転中のク
ランプヘッド36に対して移動させ、ポンプステムを装着
すべきコーンの表面の部分をポンプステムの端壁40の回
転中の面と接触させ、これら両面をポンプステムの軸線
方向に加える約６バールの圧力で互いに押圧する。クラ
ンプヘッド36に面するジグ30の垂直面は戻り停止支持面
として作用する。代表的に約１〜２秒間後、摩擦により
生じる界面温度は、相対的に回転する面における銅材料
が可塑性となる温度まで増大し、加熱された材料が界面
から押出され、カラーを形成する。この時点で電動機38
を制動させることよりポンプステムの回転を急激に停止
させ、ポンプステム20とコーン10との間の圧力を水圧ラ
ム34により約35バールまで高め、ポンプステムおよびコ
ーンをこれらの実質的な冷却が生じる前に互いに鍛接さ
せる。この圧力はポンプステムおよびコーンの冷却中、
通常約数秒間維持しておく。（鍛接圧力は使用する銅の
硬度に応じて20〜40バールの範囲で変えることができ
る。）ポンプステムの“バーン・オフ”、すなわち摩擦
溶接処理により得られるポンプステムの長さの実効減少
量は約3.0mmとなる。

摩擦溶接中の熱損失をわずかにする為に、従って溶接熱
ができるだけ早く得られるようにする為に、ジグの戻り
停止支持面を熱絶縁性の材料、例えば樹脂を以って構成
する。更に、ポンプステムを装着すべきコーン10の部分
のすぐ後ろの戻り停止支持面上に絶縁性材料の環状体39
を配置し、コーン10の上記の部分をジグの他の部分から
わずかに離間させる。この環状体39はポンプステムと同
心的に配置し、その内径を6mm、外径を12.5mmとする。

ポンプステム20をコーン10に接合する摩擦溶接に続い
て、ポンプステムの端壁40の残りの部分に且つコーン10
の壁部やいかなる所望なフラッシュにも同時に孔をドリ
ル形成し、ポンプステムの穿孔がコーン10の内部と連通
するようにする。再び第２図を参照するに、上述した孔
の形成は、ベアリング43により装着され往復台31に横切
って移動するドリル工具42により行なう。ドリルビット
はポンプステムの穿孔よりもわずかに小さくし、ポンプ
ステムの軸線と整列させる。ドリル工具はポンプステム
の方向に移動し、コーン10の壁部に最初に孔をあけ、次
にポンプステム20の端壁の残りの部分に孔をあける。こ
のようにすると、ドリル工具ビットによって取出される
金属粒子によりポンプステムの穿孔が汚染されるおそれ
が最小となる。

その後、ドリル工具42をポンプステムから取出し、クラ
ンプヘッド36をポンプステムから釈放し、往復台32を戻
してポンプステム20が取付けられたコーン10をジグ30か
ら取外す。

次に陰極線管の内部素子を取付け、ネック14およびガラ
スフェースプレート16を装着し、偏向コイル12を取付け
ることにより陰極線管を完成させる。次に、ポンプステ
ムをポンプ装置に連結し、コーン10、ネック14およびフ
ェースプレート16により画成された容器から空気を抜き
取り、次にポンプステムをピンチ・オフ処理し、これに
より容器を封止する。

上述したようにしてポンプステムを金属コーンに摩擦溶
接することにより、ピンチ・オフ処理中に生じる機械的
な応力に充分容易に耐え、信頼性のある気密性を有する
強い機械的な接合が得られるということを確かめた。

前述したように、本発明による方法は種々の形状の種々
のコーン上にポンプステムを装着且つ封着するのに用い
ることができる。ポンプステムは第１図に示すようにコ
ーンの平坦な表面上に或いは場合によっては湾曲面上に
容易に装着することができ、後者の場合ポンプステムを
装着すべきコーン部分の曲率中心をこのポンプステムの
軸線が通過するようにこのポンプステムを配置し、対照
的な接触、従って良好な溶接および封着が達成されるよ
うにするのが好ましい。また例えば方形と湾曲との組合
せ形状のようなより一層複雑な形状のコーンを用いるこ
とができる。電子銃を収容しているガラスネック部分を
用いる必要はない。その代わり、金属コーン10をフェー
スプレート側でのみ開口させ、電子銃と偏向コイルとが
支持構体によりコーン10の内部に支持されているように
することができる。更に、本発明による方法は例えば公
開された英国特許出願第2,101,396号に記載されたフラ
ットディスプレイ陰極線管に用いられているような一般
に方形の“コーン”上にポンプステムを装着し且つ封着
するのに用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、軟鋼容器部分とほぼ平坦なガラスフェースプ
レートとを有する陰極線管表示装置を示す線図的断面
図、 第２図は、陰極線管の容器部分上にポンプステムを装着
し且つ封着するのに用いる装置を示す線図、 第３図は、陰極線管の容器部分に封着すべきほぼ管状の
ポンプステムの一例を示す拡大断面図である。 10……コーン（容器部分）、11……電子銃 12……偏向コイル、13……シャドウマスク 14……ネック、15……周辺フランジ 16……フェースプレート、17……螢光スクリーン 20……ポンプステム、30……ジグ 31……往復台、32,43……ベアリング 33……固定面、34……水圧ラム 36……クランプヘッド、38……電動機 39……環状体、40……円柱状端壁 42……ドリル工具

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軟鋼の容器部分に、封止した管状ポンプス
   テムが取付けられている陰極線管表示装置において、前
   記のポンプステムが軟鋼容器部分上に摩擦溶接されてい
   ることを特徴とする陰極線管表示装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の陰極線管表
   示装置において、前記の管状ポンプステムは銅を以って
   構成されていることを特徴とする陰極線管表示装置。
3. 【請求項３】一般に管状のポンプステムを陰極線管の軟
   鋼容器部分に気密に封着するポンプステム封着方法にお
   いて、密閉端を有する一般に管状のポンプステムを形成
   する工程と、このポンプステムをその軸線を中心として
   容器部分に対し回転させる工程と、前記のポンプステム
   の密閉端部を容器部分の表面に押圧してポンプステムの
   密閉端部と容器部分とを摩擦溶接させ互いに封着させる
   工程と、その後に一般に管状のポンプステムの穿孔が前
   記の密閉端部を貫通して延在するようにする工程とを具
   えていることを特徴とするポンプステム封着方法。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載のポンプステ
   ム封着方法において、一般に管状の前記のポンプステム
   を銅を以って構成することを特徴とするポンプステム封
   着方法。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第３項または第４項に記載
   のポンプステム封着方法において、前記のポンプステム
   の端部を密閉する壁部がこのポンプステムの軸線方向に
   測ってポンプステムの管壁の厚さの５〜15倍の範囲の厚
   さを有することを特徴とするポンプステム封着方法。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第３項〜第５項のいずれか
   １項に記載のポンプステム封着方法において、ポンプス
   テムの端部を密閉する壁部が摩擦溶接工程前にポンプス
   テムの管壁の外径よりも大きな外径を有するようにする
   ことを特徴とするポンプステム封着方法。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第３項〜第６項のいずれか
   １項に記載のポンプステム封着方法において、一般に管
   状の前記のポンプステムをペレットの不完全押出成形体
   を以って構成することを特徴とするポンプステム封着方
   法。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第３項〜第７項のいずれか
   １項に記載のポンプステム封着方法において、ポンプス
   テムの管壁の厚さを約1mmとすることを特徴とするポン
   プステム封着方法。
9. 【請求項９】特許請求の範囲第３項〜第８項のいずれか
   １項に記載のポンプステム封着方法において、ポンプス
   テムの管壁の外径を約10mmとすることを特徴とするポン
   プステム封着方法。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲第３項〜第９項のいずれ
    か１項に記載のポンプステム封着方法において、ポンプ
    ステムを容器部分に押圧する前記の工程は、ポンプステ
    ムの掛合面が可塑性となるまで、ポンプステムおよび容
    器部分を相対的に回転させている間ポンプステムを第１
    の圧力の下で容器部分に押圧させ、可塑性となった後に
    この相対回転を停止させ、実効的な冷却が生じる前に前
    記の第１の圧力よりも高い第２の圧力の下でポンプステ
    ムを容器部分に押圧する処理を含んでいることを特徴と
    するポンプステム封着方法。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲第３項〜第10項のいずれ
    か１項に記載のポンプステム封着方法において、一般に
    管状の前記のポンプステムの穿孔が前記の密閉端部を貫
    通して延在するようにする前記の工程は、ポンプステム
    の穿孔の軸線方向で前記の密閉端部に孔あけする孔あけ
    工程を含んでいることを特徴とするポンプステム封着方
    法。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲第11項に記載のポンプス
    テム封着方法において、前記の孔あけ工程は、同時にポ
    ンプステムの穿孔と同心的に容器部分に孔をあける工程
    を含んでいることを特徴とするポンプステム封着方法。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲第３項〜第12項のいずれ
    か１項に記載のポンプステム封着方法において、摩擦溶
    接中にポンプステムが押圧される容器部分の領域に隣接
    し、しかもこのポンプステム側とは反対側の容器部分の
    面を少くとも摩擦溶接工程中熱絶縁材料の部材によって
    支持することを特徴とするポンプステム封着方法。
14. 【請求項１４】特許請求の範囲第13項に記載のポンプス
    テム封着方法において、前記の熱絶縁部材の外径がポン
    プステムの外径を囲む環状とし、この熱絶縁部材をポン
    プステムと同心的に容器部分の面と掛合させることを特
    徴とするポンプステム封着方法。