JPH08138579A - 陰極線管用ガラスバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】陰極線管用ガラスバルブの肉厚を従来品より薄
くして軽量化しても爆縮しないようにする。 【解決手段】パネル部３の領域に物理強化により圧縮応
力σ_KCを有する圧縮層を形成し、圧縮応力σ_KCはガラス
バルブ２の破壊強度σ_SGと引張応力の最大値σ_VTmax と
の間に、１＜Ｃσ_VTmax ／σ_SG≦１−（σ_KC／σ_SG）
（ただし２≦Ｃ≦４）かつσ_KC≦−３０ｋｇ／ｃｍ² な
る関係を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にテレビジョン
等に用いるためのガラスバルブを有する陰極線管に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１の部分断面図に示すように、テレビ
ジョン等に用いる陰極線管１は、基本的には映像を表示
するパネル部３、偏向コイルを装着するファンネル部４
および電子銃１７を格納するネック部５からなるガラス
バルブ２で構成されている。

【０００３】図１において６はパネルスカート部、７は
映像を映し出すパネルフェース部、８は強度を保持する
ための防爆補強バンド、１０はパネル部３とファンネル
部４をハンダガラス等で封着する封着部、１２は電子線
の照射により蛍光を発する蛍光膜、１３は蛍光の戻りを
防止するアルミニウム膜、１４は電子線の照射位置を規
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６内面に固定するためのスタッドピン、
１６はシャドウマスク１４の電子線による高帯電を防ぎ
外部へ導通接地するための内装ダッグである。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
示す。

【０００４】真空容器としての陰極線管のガラスバルブ
は、大気圧が外表面に加わるため応力（以後真空応力と
称する）が発生するが、球殻とは異なる非対称的構造に
負うところの引張応力（＋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図２のように存在
する。ここで、図２中のσ_R は紙面に沿った応力、σ_T
は紙面に垂直方向の応力成分を示す。図中の応力分布に
沿った数字は、その位置における応力値を示す。

【０００５】ガラスバルブの表面上には二次元的応力分
布が存在し、通常引張真空応力の最大値は、パネルガラ
スフェース部の映像表示面端部またはパネルガラスの側
壁部に存在する。したがって、もし陰極線ガラスバルブ
の前記引張真空応力が大きく、充分に構造的な強度がな
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。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、そ
の熱工程において熱応力が発生し前記真空応力に加わる
ため、はなは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発生し、周囲まで損害を及ぼ
す危険性がある。

【０００６】このような破壊を防止するための保証とし
ては、ガラスバルブおよび陰極線管の組立て工程で発生
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空気圧または水圧により加圧して外
圧負荷試験をおこない、破壊に至ったときの内外圧力差
を求め、かかる圧力差として３気圧以上は耐えうるよう
にしている。

【０００７】このような加傷をおこなったガラスバルブ
が持つ構造的な破壊強度は、図２に示すようにガラスバ
ルブの外表面に存在する真空応力がガラスバルブの構造
に左右され、二次元的であるため一義的には決まらな
い。同じ材質から作られた各種のテレビジョン受信用ガ
ラスバルブの破壊強度を図３に示すが、たかだか最小値
１９０ｋｇ／ｃｍ² 、平均２５０ｋｇ／ｃｍ² 程度にし
かすぎない。

【０００８】一方、真空応力による疲労破壊を考える
と、最大引張真空応力σ_VTmax の存在する領域が起点と
なって破壊する確率が高いので、前述の耐圧強度の保証
値である内外圧力差が３気圧以上の強度を有する陰極線
管ガラスバルブにするためには、弾性体の線形性がガラ
スバルブに適合することからして、３．０σ_VTmax ＜σ
_SGの条件を満足すればよい。すなわち、σ_VTmax ＜σ_SG
／３であるから、従来は図２に示すように、σ_VTmax を
６０〜９０ｋｇ／ｃｍ² に抑えるようにガラスバルブの
肉厚、形状等の幾何学的構造を定めている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、耐圧強度を保
証するためσ_VTmax を前述のように６０〜９０ｋｇ／ｃ
ｍ² に定めたガラスバルブの構造にすると、例えばアス
ペクト比が４：３（横：縦）の有効画面（視像領域）を
有するカラーテレビジョン用陰極線管ガラスバルブに用
いられるパネル部の重量は、その最大外径のほぼ２．０
〜２．４乗に比例し増加するので、大型サイズの陰極線
管の生産性、とりわけガラスバルブの生産性を極端に低
下させ、材料コストも大幅に増大する結果となる。

【００１０】このような問題に対する解決方法として、
例えばガラスバルブの表面をイオン交換処理によって強
化させ、軽量化を図ることが考えられる。この方法は、
徐冷域以下の温度でガラス中のアルカリイオンをそれよ
りも大きいイオンで置換し、その容積増加によって表面
に圧縮応力を作る方法である。例えば、Ｎａ₂ Ｏを５〜
８％、Ｋ₂ Ｏを５〜９％程度含有するＳｉＯ₂ −ＳｒＯ
−ＢａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃−ＺｎＯ₂ 系パネルガラス（旭硝
子製５００１ガラス）を、約４５０℃に保持したＫＮＯ
₃ の溶融液中に約４〜６時間程度浸漬することによって
得られる。

【００１１】この処理により、パネルガラス表面に１５
００〜３０００ｋｇ／ｃｍ² 程度の大きさで、深さ１０
〜３０μｍ程度の深さを有する圧縮層が形成される。こ
の強化法の場合、ガラス内部に大きな引張応力層は形成
されないが、得られた圧縮応力層の厚味は薄い。表１に
示すように＃１５０エメリー紙による加傷の深さと同程
度かそれ以下である。したがって、製造中あるいは使用
中に応力層をつき抜ける傷がつくことは充分考えられ、
その場合強化の効果が消失する問題がある。

【００１２】また風冷強化によっても、ガラスの表面を
強化できることは知られている。これは、ガラスを軟化
点よりも少し低い温度に加熱し、次に空気を吹きつけ急
冷し、ガラス表面に５００〜１０００ｋｇ／ｃｍ² 程度
の圧縮応力層を形成する方法である。

【００１３】つまり、ガラスの軟化が多少生じる温度域
に保持して表面を急冷するため、処理後若干の変形を伴
うので、寸法精度が厳密に要求される陰極線管用パネル
ガラスの強化方法としては問題が大きい。また圧縮層形
成と同時にガラス内部に圧縮応力の絶対値の半分の大き
さの引張応力層が形成される。そのため、亀裂がガラス
内部へ進展した場合、貯えられている引張歪のエネルギ
ーを解放しようとして自爆するので、陰極線管のような
真空容器では、爆縮の点から大きすぎる引張応力層は問
題となる。

【００１４】本発明の目的は、従来技術におけるこのよ
うな欠点を解消しつつ、陰極線管の爆縮を招かないよう
安全性を確保しながらガラスバルブの表面を強化し、そ
の表面の圧縮応力値との関係において、従来よりも軽量
化された陰極線管ガラスバルブを新たに提供することに
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、第１の発明として、略
矩形のパネルフェース部を有するパネル部とファンネル
部およびネック部からなる陰極線管用ガラスバルブにお
いて、前記ガラスバルブの少くともパネル部の領域に物
理強化により圧縮応力σ_KCを有する圧縮層が形成されて
なり、前記圧縮応力σ_KCは、前記ガラスバルブの破壊強
度σ_SGと、内部が真空のガラスバルブの表面に大気圧が
負荷されることによって発生する引張応力の最大値であ
る最大引張真空応力σ_VTmax との間に、１＜Ｃσ_VTmax
／σ_SG≦１−（σ_KC／σ_SG）（ただし２≦Ｃ≦４）かつ
σ_KC≦−３０ｋｇ／ｃｍ² なる関係を有することを特徴
とする陰極線管用ガラスバルブを提供する。

【００１６】第２の発明として、前記σ_VTmax がパネル
部の映像表示面端部に存在する陰極線管用ガラスバルブ
であって、パネルフェース部の内面および外面の面形状
を一定とし肉厚を変化させたときに、σ_VTmax ＝σ_SG／
Ｃ（ただし２≦Ｃ≦４）となるようなパネルフェース部
中央の肉厚がｔ₀ である場合、パネルフェース部中央の
肉厚ｔ₁ が、σ_SG／（σ_SG−σ_KC）≦（ｔ₁ ／ｔ₀ ）²
＜１かつσ_KC≦−３０ｋｇ／ｃｍ² なる関係を有するこ
とを特徴とする陰極線管用ガラスバルブを提供する。

【００１７】前記第２の発明において、（ｔ₁ ／ｔ₀ ）
² は、０．６４≦（ｔ₁ ／ｔ₀ ）²＜１とするのが好ま
しい。０．６４よりも小さいとフェース部の肉厚が薄く
なり、爆縮しやすくなる。またｔ₁ ＝ｔ₀ の場合、薄く
して軽量化することができなくなる。

【００１８】本発明において、前記引張応力の最大値σ
_VTmax は７０〜１５０ｋｇ／ｃｍ²であり、これはガラ
スの構造上決定される値であり、従来と同等かより大き
な値に設定できる。

【００１９】また、前記圧縮応力σ_KCは具体的には−３
０ｋｇ／ｃｍ² 以下にすることが、陰極線管用ガラスバ
ルブを有効に軽量化しかつ耐圧強度を高め爆縮発生率を
抑えるために好ましい。圧縮応力σ_KCは小さければ小さ
いほど陰極線管用ガラスバルブの強化のためによいが、
実際上物理強化により−３００ｋｇ／ｃｍ² 程度以下に
することは困難であり、実用的な下限として−３００ｋ
ｇ／ｃｍ² までとするのがよい。

【００２０】前記Ｃの値は、ガラスバルブが使用される
環境に適合し、要求される安全性等の条件を満たすよう
に、耐えうる内外圧力差に等しく、耐圧強度（表４、５
中のＰ）の初期設定値（単位：ｋｇ／ｃｍ² ）である。
ある値のＣの設定に対して、本発明のような条件式にな
るよう、ある値のσ_KCを設定すれば、耐圧強度Ｐが結果
的に向上しＣ≦Ｐとなる。σ_VTmax 、σ_SGはガラスバル
ブの形状によってほぼ決定される値である。

【００２１】すなわち、特定のＣに対して、条件式を満
たす特定のσ_KC、σ_VTmax 、σ_SGが決定できる。Ｃの範
囲としては２≦Ｃ≦４とすることが必要であり、それに
よって従来よりも広範囲の耐圧強度Ｐでガラスバルブを
製造できることとなる。

【００２２】Ｃ＜２の場合はσ_SG／Ｃ（＝σ_VTmax ）が
大きくなりすぎ遅れ破壊による自然爆縮を起こしやすく
なるため不適であり、Ｃ＞４の場合はσ_VTmax を小さく
しすぎる、すなわちσ_KCを大きくしすぎることになり、
過大なσ_KCを形成することは生産性の悪化等を招き実用
的でないため不適である。また、Ｃ＝３の場合、耐圧強
度Ｐが３以上となり、耐圧強度の保証値３以上のガラス
バルブを提供でき、好ましい。

【００２３】本発明において、パネル部の最大引張真空
応力が生ずる部分がフェース部の外面である場合は、パ
ネル部のスカート部の圧縮応力よりもフェース部の圧縮
応力が大きくなるようにすることが、最大引張真空応力
によるガラス表面の亀裂伸展を阻止し爆縮を防止するう
えで好ましい。この場合、スカート部の圧縮応力はフェ
ース部の圧縮応力の５０％以上１００％未満とする。

【００２４】スカート部の圧縮応力がフェース部のそれ
より大きいと、冷却後のパネルガラスの捻れによる変形
を防止できなくなる。また、スカート部の圧縮応力がフ
ェース部の圧縮応力の５０％よりも小さいと、スカート
部の強化がなされないため厚みを厚くする必要が生じ、
軽量化が達成できないという問題がある。

【００２５】前記のフェース部の圧縮応力がスカート部
の圧縮応力よりも大きいパネル部は、ガラスの温度が歪
点に下がるまでの間に、前記パネル部の主にフェース部
に冷却風を当てることにより製造される。このような方
法により、パネル部のスカート部よりもフェース部の方
が急冷されることになり、大きな圧縮応力が形成され
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明は、パネル部、ファンネル
部およびネック部からなるガラスバルブを有してなる陰
極線管用ガラスバルブの表面に、物理強化により陰極線
管の爆縮を導かない程度の大きさと厚さを有する圧縮層
（強化による圧縮応力σ_KCで、本発明は引張応力をプラ
スの値で表すので、圧縮応力をマイナスの値で表す。）
を形成する。特にパネルガラスの寸法精度に非実用的な
狂いを生じさせず、前記圧縮応力σ_KCとの関係において
ガラスバルブの機械的物性とガラスバルブの構造によっ
て定まる最大引張真空応力σ_VTmax の許容範囲を従来よ
り増大せしめる構造にして、軽量化された陰極線管ガラ
スバルブを提供する。

【００２７】本発明の特に好ましい実施態様として、前
記圧縮応力σ_KCの絶対値の大きさは、そのガラスが有す
る構造上本質的な破壊強度σ_SGに対し｜σ_KC｜≦σ_SGの
関係を有し、かつ構造的に定まる引張真空応力の最大値
σ_VTmax が、σ_SG／Ｃ＜σ_VTmax ＜（σ_SG−σ_KC）／Ｃ
となることが挙げられる。

【００２８】また本発明において、前記引張応力の最大
値σ_VTmax は、パネルの形状および厚みの分布によって
フェース部外面の有効画面端の短軸上に存在する場合と
長軸上に存在する場合がある。前記短軸および長軸は、
パネルフェース部外面の中心点を通りパネルの短辺に平
行な軸およびパネルフェース部外面の中心点を通りパネ
ルの長辺に平行な軸を意味する。

【００２９】さらに前記圧縮応力σ_KCは、パネル部の側
壁部よりもフェース部の方で大きくなっていることが好
ましく、それはガラスパネルの側壁（スカート）部より
フェース部を速く冷却して圧縮応力層を形成することに
より、側壁部の収縮固化に伴うフェース部の変形を抑制
し、フェース部内面の曲率精度の向上が達成できるため
である。

【００３０】スカート部がフェース部よりも強く速く冷
却されると、パネル部の冷却固化の際、フェース部はス
カート部が収縮する際の動きに伴って大きな変形を引き
起こす。したがって、フェース部内面曲率の精度が変動
し不安定になるため、このようなガラスパネルを用いた
カラー受像管の場合、電子ビームのランディング特性不
良の原因となり、安定したカラー画像が得られなくな
る。

【００３１】本発明によると、ガラスパネルのスカート
部の冷却固化に伴う収縮作用によりフェース部が変形す
ることを最小限に抑えることができる。

【００３２】本発明は、前述のように圧縮応力値は大き
いが充分な圧縮層の厚みが得られないイオン交換強化法
や、ガラス内部に過大な引張応力を導く結果陰極線管の
爆縮を招いたり、内部の引張応力を抑制しようとすると
安定的に圧縮応力が得られない風冷強化法によるもので
はなく、ガラス成型後の徐冷時の冷却速度と保持温度を
操作することにより、安定的な圧縮応力が得られる物理
強化をおこなうものである。

【００３３】本発明者らは、実験により、許容されうる
圧縮応力の大きさを特定することによりガラスバルブの
肉厚を従来品より薄くし、爆縮を招かず軽量化したガラ
スバルブを実現できた。また、パネルフェース部の形状
は球面、円筒面、非球面のいずれの形状であってもよ
い。ただし、本発明は縦横比が大きくかつ非球面となる
ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ＴＶ）用
のパネルに適用する場合の利点が大きい。

【００３４】物理強化においては、ガラスを軟化点近く
の高温域から急冷すると、表面は急激に収縮固化する反
面、内部はまだ充分流動性を保持し膨張したままの状態
にあり、一時歪を流動により瞬時に緩和してしまう。さ
らに冷却されると内部も収縮しようとするが、その動き
は固化した表面層の存在によって制限される。この結
果、ガラスの温度が室温まで下がり充分な平衡状態に達
したときには、表面には大きな圧縮応力層と内部には引
張応力層が形成され残留応力として残る。

【００３５】この際、発生する応力の大きさはガラス表
面が徐冷温度から歪点に下がるまでに要する時間によっ
て左右され、冷却が早ければ早いほど内部との収縮の差
が大きくなり、冷却終了後は表面に絶対値の大きな圧縮
応力σ_KCを発生する。しかし、同時にこの圧縮応力を打
ち消す形で内部中央にはσ_KT＝−σ_KC／２の大きさの引
張応力が必然的に形成される。

【００３６】通常、最大部外径が１５ｃｍ以上のテレビ
ジョン受信用陰極線管では、陰極線管パネル部のスカー
ト部外面を金属製の防爆バンドで締め付ける等の処理を
おこなって、取扱い上考えられる大きさの衝撃が陰極線
管に加わっても破壊を生じさせず安全性を確保するよう
にしている。

【００３７】また、たとえ衝撃により陰極線管ガラスバ
ルブの破壊が生じたとしても、使用者の安全性を確保す
るため、米国のＵＬ安全規格では、陰極線管に衝撃を加
えて、その際飛散するガラスの量の大小によって可否を
判定するというような下記２種類の方法により安全性を
判断している。

【００３８】一つは、ダイヤモンドカッタで長さ１０ｃ
ｍのスクラッチをパネルフェース部の有効画面表示端近
くの長辺側上下２ケ所に入れた後、最大２０ジュールの
エネルギーを与えるようミサイル状の鋼鉄製物体により
フェース部を衝撃する。その衝撃により陰極線管を破壊
して、その際飛散するガラス片の大小により合否判定を
おこなう試験で、ミサイル法と呼ばれている。

【００３９】もう一つは、直径５０ｍｍの鋼球を７ジュ
ールのエネルギーでパネルフェース部の有効画面に振り
子状に落下させ、その際飛散するガラス片の大小により
合否判定をおこなう試験で、ボールインパクト法と呼ば
れている。

【００４０】これらの破壊試験において、急激な爆縮を
生じた場合にはガラス飛散量が多くなり、不合格になる
確率が高い。また、従来ギロチン法と呼ばれるテストが
安全性確認のためにおこなわれており、陰極線管を収納
したキャビネットの上からファンネル上部相当部分に、
直立した鋼鉄製の棒で６１ジュール程度のエネルギーの
衝撃を与えるというものである。

【００４１】前記ギロチン法は、ＴＶセットに多大なエ
ネルギーの衝撃を与えて強制的に損傷、破壊させるとい
うテストであり、通常の日常生活で発生するような衝撃
を想定しているとはいえない。したがって、ギロチン法
は、フェース面に安全ガラス等を接着した前面補強型バ
ルブを除いて１９９２年に米国安全規格から削除されて
おり、本発明においても採用していない。

【００４２】本発明においては、物理強化による応力層
の存在が安全性に与える影響を確認するため、これらの
試験を用いて爆縮の発生の有無で、σ_KTの許容範囲を求
めた。表１にパネルガラスを各種の加傷方法を用いて加
傷した場合に発生する傷の深さを示す。ミサイル法で
は、表１に示した通りダイヤモンドカッタで入れるスク
ラッチの深さはたかだか１４０μｍであるのに対し、圧
縮層の厚みがガラス肉厚のほぼ１／６に相当することか
ら充分に厚く、圧縮応力値σ_KCの絶対値が大きいほどス
クラッチからの亀裂進展を阻止する度合が大きくなり安
定する傾向を見せた。

【００４３】

【表１】

【００４４】一方、ボールインパクト法においては、パ
ネルガラス外表面に圧縮応力層があるため、衝撃部にヘ
ルツクラック状の小さな打痕が生じるだけでガラスにク
ラックを生じさせない反発の発生率が増加する傾向を見
せた。圧縮応力値σ_KCの絶対値が大きいほどこの傾向が
見られた。

【００４５】このような表面圧縮応力層を有するガラス
バルブが陰極線管として組み立てられ、内部を真空にし
た際、外表面に発生する応力σは、線形弾性体に関する
応力の重ね合わせの原理からして、真空応力σ_V と表面
圧縮応力σ_KCの和、すなわちσ＝σ_V ＋σ_KCとして表せ
る。

【００４６】陰極線管の製造工程や使用時に破壊が生じ
ない保証として、前述の耐圧強度試験において、内外圧
力差がＣ気圧の場合に耐えうるようにしなければならな
い。内外圧力差としてＣ気圧を与えた場合、陰極線管ガ
ラスバルブの表面に発生している応力の大きさはσ＝Ｃ
σ_V ＋σ_KCに変化している。

【００４７】したがって、ガラスバルブが構造的に有す
る破壊強度をσ_SG、大気圧における最大引張真空応力を
σ_VTmax とすれば、破壊しない条件としては、Ｃσ
_VTmax ＋σ_KC＜σ_SGとなる。

【００４８】一方、物理強化により薄肉化、軽量化する
として、σ_SG／Ｃ＜σ_VTmax なる条件を満足しなければ
ならないから、結局１／Ｃσ_SG＜σ_VTmax ＜（σ_SG−σ
_KC）／Ｃとなる。すなわち、１＜Ｃσ_VTmax ／σ_SG＜１
−σ_KC／σ_SGなる関係をσ_VTmax とσ_KCが満足すること
が、物理強化をおこなって安全に軽量化しうる条件とな
ると判明した。

【００４９】カラーテレビジョン用陰極線管の製造工程
においては、パネルとファンネルとは、封着域の強度を
向上させる目的で、旭硝子製ＡＳＦ１３０７のようなＰ
ｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＺｎＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ₂ 系の結晶性
ハンダガラスを用い、約４４０℃で３５分間焼成して封
着し、ガラスバルブとして一体化した構造にする。

【００５０】しかし、このようなハンダガラス焼成体が
有する曲げ強度は、パネルガラスやハンダガラスの約７
０％しかない。そこで、封着部からの破壊を防止する必
要上、封着部近傍のパネル、ファンネルの肉厚を厚く
し、封着部に発生する真空引張応力を通常６０ｋｇ／ｃ
ｍ² 程度に抑えている。

【００５１】ところで、上記カラーテレビジョン用陰極
線管の製造工程で、結晶性ハンダガラスを用い約４４０
℃で３５分間焼成し封着して室温まで冷却する際に、パ
ネルガラスに形成した圧縮応力が５％程度緩和される。
本発明においては、前記の圧縮応力の緩和を加味して圧
縮応力を形成しているため、パネルガラスとファンネル
ガラスを封着してカラーテレビジョン用陰極線管を製造
した後にも充分な圧縮応力が残留し、強化されている。

【００５２】パネル部の軽量化は、パネルフェース部ま
たはパネル側壁部（スカート部）のいずれかを薄肉化し
ても得られるが、パネル側壁部を薄肉化する場合、パネ
ルとファンネルの封着部の引張真空応力の増加を招き、
封着部からの破壊発生が問題となる。すなわち、軽量化
はパネルフェース部を薄肉化し達成するのが好ましい。

【００５３】いま、パネルフェース部の外曲面の曲率お
よび内曲面の曲率を一定にしたまま、どちらか一方を平
行移動し薄肉化を達成するものとする。

【００５４】アスペクト比が４：３または１６：９のテ
レビジョン用陰極線管ガラスバルブの短軸または長軸上
のフェース画像表示端部の近傍に発生する最大引張真空
応力σ_VTmax は、フェース部中央の肉厚のほぼ２乗に反
比例して増減する。したがって、σ_VTmax ＝σ_SG／Ｃを
与えるフェース部中央肉厚をｔ₀ とすると、肉厚をｔ ₁
にした場合の最大引張真空応力は、ほぼσ_VTmax ＝（ｔ
₀ ／ｔ₁ ）² σ_SG／Ｃの関係を有する。

【００５５】前述したように、物理強化により圧縮応力
σ_KCを有するガラスバルブについて、許容されるσ
_VTmax の範囲はσ_SG／Ｃ＜σ_VTmax ＜（σ_SG−σ_KC）／
Ｃであるから、σ_SG／（σ_SG−σ_KC）＜（ｔ₁ ／ｔ₀ ）
² ＜１となる。つまり、前式の範囲でフェース部中央肉
厚ｔ₁ を薄くすることにより、陰極線管の爆縮を招かず
軽量化を達成できる。

【００５６】

【実施例】

（実施例１）本実施例においては、図１に示すようなカ
ラーテレビジョン用陰極線管に通常使用されるものでＣ
＝３で設計されており、表２に示されるような特性を有
し、表３に記載された組成（単位：重量％）からなるガ
ラス材料を用いてガラスバルブを作成した。図１の各部
品については、ガラスバルブ２の応力分布およびパネル
フェース部７の肉厚が薄肉化しているのを除いて、従来
と同様であるのでその説明を省略する。なお、表２、表
３における「名称」はいずれも商品名（旭硝子製）であ
る。

【００５７】前記ガラスバルブはアスペクト比が４：３
で、対角径６８ｃｍの有効画面を有する２９インチ型テ
レビジョン用の従来品と同一形状、同一寸法の外形をし
ている。また、パネルフェース部の内曲面を、設計時に
パネルフェースとネック中心を結ぶ管軸に沿って外方向
に平行移動して薄肉化し、フェース中央肉厚が１４ｍｍ
の従来品から１３ｍｍに変更した構造になっている。

【００５８】

【表２】

【００５９】

【表３】

【００６０】ガラスバルブの内部を排気し真空にする
と、フェース部外面の有効画面端の短軸上に最大引張真
空応力σ_VTmax を形成する。その値を表４に示す。

【００６１】

【表４】

【００６２】この値は、パネルフェース中央肉厚が１４
ｍｍの従来品において８４ｋｇ／ｃｍ² であったが、フ
ェース中央肉厚を１３ｍｍに薄肉化した場合９７ｋｇ／
ｃｍ² まで増加した。

【００６３】次に、この薄肉化したパネルを成型後の徐
冷時に冷却速度と保持温度を操作し、パネルの外面、内
面にほぼ一様に種々のσ_KCの値を有する圧縮応力層を形
成した。これらのσ_KCの値は表４のケース３からケース
７に示した。

【００６４】このようにして、パネル表面に形成された
圧縮応力値σ_KCと強度との関係を確認するため、強化さ
れたパネルとファンネルとを封着しガラスバルブを形成
後、耐圧強度テストと排気後防爆加工をおこない前述の
ミサイル法とボールインパクト法により防爆試験で評価
した。

【００６５】フェース中央肉厚が１４ｍｍのパネルを用
いた従来品のガラスバルブの場合、耐圧強度は約３．０
ｋｇ／ｃｍ² であった。これに対し、フェース中央肉厚
が１３ｍｍの薄肉化されたパネルを用いた未強化ガラス
バルブの場合、耐圧強度は２．６ｋｇ／ｃｍ² に低下し
た。この両者の破壊強度σ_SGを求めると約２５０ｋｇ／
ｃｍ² であった。

【００６６】また、薄肉化された強化ガラスバルブにつ
いて耐圧強度を求めると、表４に示したように、ほぼσ
_SG＝Ｐ・σ_VT＋σ_KCの関係が成り立つ。圧縮応力σ_KCの
絶対値が増加するにつれて、耐圧強度Ｐの値が大きくな
ることが判った。しかし、σ_VTmax ＜（σ_SG−σ_KC）／
３を満たさないケース３の場合、耐圧強度は２．９ｋｇ
／ｃｍ² となり、Ｃ＝３．０（ｋｇ／ｃｍ² ）を保証で
きなかった。

【００６７】次にミサイルテストをおこない爆縮発生率
の差異を求めたが、圧縮応力の絶対値が大きくなるにつ
れて、フェース有効面端に予め入れられたスクラッチが
伸びた亀裂の進展を阻止する効果によって安定する傾向
を示した。

【００６８】さらに、ボールインパクトテストをおこな
い、ミサイルテストと同様爆縮発生率の差異を求めた。
ケース２にみられるように未強化ガラスバルブではコー
ナー部打点（有効画面端より２５ｍｍ内側）で爆縮が発
生したが、圧縮応力σ_KCの絶対値が増加するにつれて爆
縮発生率が低下し、また亀裂の発生を阻止する効果によ
って反発の発生率が増加する傾向を示した。

【００６９】（実施例２）本実施例においては、ガラス
バルブの構造的因子が与える影響、設定された耐圧強度
Ｃの影響を確認するため、アスペクト比がほぼ１６：９
で、対角径が７６ｃｍの有効画面を有する横長の３２イ
ンチ型テレビジョン用ガラスバルブについて、実施例１
と同様の評価をおこなった。

【００７０】この３２インチ型テレビジョン用の従来パ
ネルのフェース中央肉厚は１４．５ｍｍでＣ＝３である
が、Ｃ＝２．８としフェース中央肉厚を１４．０、１
３．５、１３．０として薄肉化し、さらにＣ＝２．５と
しフェース中央肉厚を１２．５ｍｍとして薄肉化した。
本実施例においてもフェース部外面の有効面端短軸上に
最大引張真空応力σ_VTmax を形成しており、このガラス
バルブについて耐圧強度試験をおこなって測定した破壊
強度σ_SGはほぼ２６０ｋｇ／ｃｍ² であった。また強化
によりパネル表面に形成した圧縮応力値σ_KCの値は表５
に示した。

【００７１】

【表５】

【００７２】耐圧強度に関しては、表５に示す通り、薄
肉化されたガラスバルブで、σ_VTmax ＞（σ_SG−σ_KC）
／Ｃとなるケース４は耐圧強度２．８ｋｇ／ｃｍ² 未満
となり不充分であった。しかもミサイルテスト、ボール
インパクトテストにおいても爆縮が発生した。

【００７３】一方、圧縮応力σ_KC≦−３０ｋｇ／ｃｍ²
にし、σ_VTmax ＜（σ_SG−σ_KC）／Ｃを満足しているケ
ース３、ケース５、ケース６については耐圧強度２．８
ｋｇ／ｃｍ² を超えかつ圧縮応力層がもたらす亀裂進展
阻止の効果により、ミサイルテスト、ボールインパクト
テストにおいても爆縮が発生せず安定している。さらに
Ｃを２．５としたケース７においても耐圧強度、ミサイ
ルテスト、ボールインパクトテストとも安全が確認され
た。

【００７４】またケース２にみられるように、未強化で
σ_VTmax ＜（σ_SG−σ_KC）／Ｃを満足しながらボールイ
ンパクトテストで爆縮が発生する場合に対して、圧縮応
力σ_KCを付加したケース３では爆縮が発生せず、ボール
の反発の発生率も増加した。

【００７５】（実施例３）本実施例では、実施例１と同
様のアスペクト比が４：３で、対角径６８ｃｍの有効画
面を有する２９インチ型テレビジョン用のパネルガラス
を用い、表６に示すように圧縮応力σ_KC（ｋｇ／ｃｍ
² ）がパネル部の外表面においてスカート部よりもフェ
ース部の方で大きくなるようにした。

【００７６】この場合、パネルガラスを徐冷点から歪点
へ冷却する際に、主にフェース部に冷却風が当たるよう
にし、フェース部がスカート部より急冷されるようにし
て製造した。

【００７７】

【表６】

【００７８】サンプル１はスカート部の圧縮応力がフェ
ース部の圧縮応力より大きい例であり、サンプル２〜４
はスカート部の圧縮応力がフェース部の圧縮応力の６２
％、６０％、５８％の例である。冷却後の捻れ（μｍ）
については、パネルの４隅のスカート端部を結ぶ２本の
対角線について、パネル中央におけるフェース面からの
高さの差を測定して求めた。各サンプルは、１００個ず
つのパネルについて測定した。捻れの平均値で比較する
と、サンプル１の捻れが約１００μｍであるのに対し、
サンプル２〜４のそれは各々サンプル１の１／４以下に
改善された。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、陰極線管用ガラスバルブのガ
ラス成型後の徐冷時の冷却速度と保持温度を操作するこ
とにより、安定的な圧縮応力が得られる物理強化をおこ
ない、その圧縮応力の大きさを許容できる範囲内で特定
することにより、ガラスバルブの肉厚を従来品より薄く
し、爆縮を招かず軽量化したガラスバルブを実現できる
という優れた効果を有する。また、特に薄くしても強度
的に影響の小さいパネルフェース部の肉厚を薄肉化して
軽量化できるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガラスバルブを説明するためのもの
で、テレビジョン用陰極線管の部分断面図。

【図２】従来の２８インチ形陰極線管用ガラスバルブの
応力分布図。

【図３】従来の各種陰極線管用ガラスバルブの破壊強度
を示すグラフ。

【符号の説明】

１：陰極線管 ２：ガラスバルブ ３：パネル部 ４：ファンネル部 ５：ネック部 ６：パネルスカート部 ７：パネルフェース部 ８：防爆補強バンド １０：封着部 １２：蛍光膜 １３：アルミニウム膜 １４：シャドウマスク １５：スタッドピン １６：内装ダッグ １７：電子銃

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略矩形のパネルフェース部を有するパネル
   部とファンネル部およびネック部からなる陰極線管用ガ
   ラスバルブにおいて、前記ガラスバルブの少くともパネ
   ル部の領域に物理強化により圧縮応力σ_KCを有する圧縮
   層が形成されてなり、前記圧縮応力σ_KCは、前記ガラス
   バルブの破壊強度σ_SGと、内部が真空のガラスバルブの
   表面に大気圧が負荷されることによって発生する引張応
   力の最大値である最大引張真空応力σ_VTmax との間に、
   １＜Ｃσ_VTmax ／σ_SG≦１−（σ_KC／σ_SG）（ただし２
   ≦Ｃ≦４）かつσ_KC≦−３０ｋｇ／ｃｍ² なる関係を有
   することを特徴とする陰極線管用ガラスバルブ。
2. 【請求項２】前記σ_VTmax がパネル部の映像表示面端部
   に存在する陰極線管用ガラスバルブであって、パネルフ
   ェース部の内面および外面の面形状を一定とし肉厚を変
   化させたときに、σ_VTmax ＝σ_SG／Ｃ（ただし２≦Ｃ≦
   ４）となるようなパネルフェース部中央の肉厚がｔ₀ で
   ある場合、パネルフェース部中央の肉厚ｔ₁ が、σ_SG／
   （σ_SG−σ_KC）≦（ｔ₁ ／ｔ₀ ）² ＜１かつσ_KC≦−３
   ０ｋｇ／ｃｍ² なる関係を有することを特徴とする陰極
   線管用ガラスバルブ。
3. 【請求項３】前記（ｔ₁ ／ｔ₀ ）² が０．６４≦（ｔ₁
   ／ｔ₀ ）² ＜１である請求項２記載の陰極線管用ガラス
   バルブ。
4. 【請求項４】前記引張応力の最大値σ_VTmax は、フェー
   ス部外面の短軸上の端部に形成されている請求項１また
   は２記載の陰極線管用ガラスバルブ。
5. 【請求項５】前記引張応力の最大値σ_VTmax は、フェー
   ス部外面の長軸上の端部に形成されている請求項１また
   は２記載の陰極線管用ガラスバルブ。
6. 【請求項６】前記圧縮応力σ_KCは、パネル部のスカート
   部よりもフェース部の方で大きくなっている請求項１ま
   たは２記載の陰極線管用ガラスバルブ。
7. 【請求項７】前記圧縮応力σ_KCは、スカート部の圧縮応
   力がフェース部の圧縮応力の５０％以上１００％未満と
   されている請求項１または２記載の陰極線管用ガラスバ
   ルブ。
8. 【請求項８】陰極線管用ガラスバルブのパネル部の表面
   が徐冷点から歪点に下がるまでの間に、前記パネル部の
   主にフェース部に冷却風を当てることにより、前記パネ
   ル部のスカート部よりもフェース部の方を急冷して製造
   される請求項１または２記載の陰極線管用ガラスバル
   ブ。