WO2005098892A1 - Ceinture anti-implosion pour tube a rayons cathodiques - Google Patents

Ceinture anti-implosion pour tube a rayons cathodiques Download PDF

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Luigi Sarracco
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Pedro Cosma
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/86—Vessels; Containers; Vacuum locks
    • H01J29/87—Arrangements for preventing or limiting effects of implosion of vessels or containers

Definitions

  • the present invention relates to a cathode ray tube and more particularly to the anti-implosion device in the form of a metal belt fitted to such a tube.
  • Cathode ray tubes used for example in television receivers, are formed from a glass envelope in which there is a high vacuum.
  • This envelope comprises a glass slab composed of a front face surrounded by a skirt substantially perpendicular to this front face.
  • phosphor arrays intended to reproduce a color image when said arrays are excited by electron beams from cannons arranged inside the tube.
  • the periphery of the slab is surrounded by a metal belt, called an anti-implosion belt intended to reinforce the mechanical resistance of the glass envelope.
  • the cathode ray tube according to the invention comprises a glass envelope formed: - of a glass slab comprising a front face and a peripheral skirt substantially perpendicular to said face of a rear part in the form of a funnel, sealed on the front face at the level of the skirt and of an anti-implosion metal belt arranged all around the glass slab and covering at least partially said skirt, characterized in that the ends of said metal belt are joined edge to edge to using laser welding.
  • FIG. 1 shows a cathode ray tube according to the state of the art.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of a cathode ray tube comprising an anti-implosion belt according to the invention
  • Figure 3 illustrates a second embodiment of a belt according to the invention.
  • Figure 1 illustrates an embodiment of a cathode ray tube according to the prior art.
  • the tube comprises a slab 1 forming with the rear part in the form of a funnel 2 a glass envelope placed under vacuum.
  • the slab and the rear flared part are joined to each other using a sintered glass bead F.
  • the slab is of substantially rectangular shape delimited by a pair of long horizontal sides and a pair of sides vertical courts.
  • the slab is composed of a front face delimited by a skirt 11 perpendicular to said face.
  • an electron gun 5 emitting at least one electron beam in the direction of a screen arranged on the internal surface of the face before 1.
  • the screen is made up of phosphor networks intended to reproduce an image under the impact of an electron beam.
  • An electromagnetic deflection device is arranged on the rear part of the tube and deflects the electron beam (s) so that the entire surface of the screen is scanned.
  • the electron gun emits three electron beams, each beam being intended to reproduce a primary color: red, green, blue.
  • An anti-implosion belt 10 is disposed on the skirt 11 of the slab, skirt disposed between the front face and the sealing zone with the rear part 2.
  • the belt comprises in the corners of the tube ears 14 allowing the tube to be fixed to inside a case, generally made of plastic materials.
  • the belt is arranged around the tube as follows: the belt is first heated at high temperature to increase its perimeter the heated belt is arranged around the tube and by cooling the decrease in its perimeter puts the front of the tube in mechanical compression.
  • the belt is generally composed from a folded metal strip 10, the ends of which are joined by a plate 17 made of a material having a high mechanical strength or a large thickness, this in order to be able to withstand the strong tensile forces s' exerting on these ends when the belt placed on the tube has returned to room temperature.
  • the weld is a resistive spot weld as illustrated in FIG. 1.
  • the ends 21 and 22 of the belt 20, cut at right angles are brought into contact edge to edge and then using a laser beam all along the edges in contact.
  • the welding is carried out on two opposite sides of the belt: on the side intended to come into contact with the tube and on the side opposite the latter.
  • Laser welding makes it possible to obtain in the welded area the same tensile strength as a portion of a seamless belt, because laser welding makes it possible to precisely control the energy supplied to the areas to be welded and thus to obtain at the weld level perfect cohesion of the material.
  • the ends 31 and 32 of the belt 30 are bevelled in their thickness so that one end does not come above the other end, this structure allowing '' improve the structure of the welded area in terms of homogeneity of the material. While it was impossible to verify the quality of the electrical resistance welding according to the state of the art, the laser welding can be inspected visually, inspection which can be automated for example using a video camera on the production line.
  • the anti-implosion belt can for example be made from two separate metal halves, the ends of these two halves being welded in pairs by laser welding.
  • the belt can be made in standard steel or in special steel with a higher percentage of carbon.
  • a standard steel used for making an anti-implosion belt is characterized by a percentage of carbon not exceeding 0.1% in composition, 1.2% in Magnesium and 0.18% in Silicon.
  • Manganese and silicon can advantageously be combined to promote the welding capacities of the steel in question and to harden it.
  • the percentages of manganese and of silicon are advantageously chosen so that the following material composition is satisfied:
  • the anti-implosion belt was made of steel, the Indicative chemical composition is as follows:
  • the steel chosen within the framework of the invention has a greater tensile strength (600MPa against 340 MPa) and an elastic limit between 360 and 450 MPa against around 350 MPa for the steel commonly used.
  • Anti-implosion belts using steel as prescribed by the invention can be produced by laser welding of their ends or, as in the prior art, by spot welding of additional parts.
  • the belt can be covered with an anti-corrosion metallic layer mainly based on aluminum. This layer can also advantageously comprise at least 5% of silicon in order to improve its hardness and therefore its resistance during the steps of positioning first around the tube and, secondly, in the housing of the television set equipped with such a tube.

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)

Abstract

Tube à rayons cathodiques comportant une ceinture anti-­implosion (20) dont les extrémités (21) et (22) sont disposées bord à bord et solidarisées par soudure laser. Cette technique permet d'obtenir une ceinture anti-implosion d'épaisseur sensiblement constante autour du panneau avant du tube. La ceinture peut être réalisée dans un acier comportant un pourcentage de carbone compris entre 0.12% et 0.18%.

Description

CEINTURE ANTI-IMPLOSION POUR TUBE A RAYONS CATHODIQUES
La présente invention se rapporte à un tube à rayons cathodiques et plus particulièrement au dispositif anti-implosion sous forme de ceinture métallique équipant un tel tube. Les tubes à rayons cathodiques, utilisés par exemple dans les récepteurs de télévision, sont formés d'une enveloppe en verre dans laquelle règne un vide poussé. Cette enveloppe comprend une dalle en verre composé d'une face avant entourée par une jupe sensiblement perpendiculaire à cette face avant. Sur la surface interne de la face avant sont disposés des réseaux de luminophores destinés à reproduire une image en couleurs lorsque lesdits réseaux sont excités par des faisceaux électroniques issus de canons disposés à l'intérieur du tube. De manière conventionnelle la périphérie de la dalle est entourée par une ceinture métallique, appelée ceinture anti-implosion destinée à renforcer la résistance mécanique de l'enveloppe en verre. En effet, après la mise sous vide de l'enveloppe en verre, des contraintes mécaniques s'appliquent sur la face avant et sur la jupe sous l'influence de la pression atmosphérique extérieure à l'enveloppe. Il est connu par exemple par le document US6150760 que la ceinture anti-implosion installée autour de la face avant du tube soit sous forme d'une boucle dont les extrémités libres sont solidarisées à l'aide d'une pièce métallique complémentaire disposée au-dessus de ces extrémités et soudées électriquement par point à celles-ci. Cependant ce type de liaison présente un certain nombre d'inconvénients : - il augmente le nombre de pièces nécessaires à la constitution de la ceinture. - il utilise beaucoup de matériau consommable sous forme de d'électrode de soudure à changer fréquemment - il consomme beaucoup d'énergie - il augmente localement l'épaisseur de la ceinture ce qui est nuisible pour l'insertion du tube dans le boîtier plastique qui généralement épouse au plus prés les formes du tube pour des raisons esthétiques. - la qualité de la soudure n'est pas visuellement vérifiable ce qui peut induire l'implosion du tube en cas de soudure défectueuse.
L'ensemble de ces problèmes est d'autant plus sensible que la tendance actuelle demandant à la face avant d'être sensiblement plane fait que les fabricants de téléviseurs pour bénéficier de l'aspect esthétique de ces tubes désirent pouvoir concevoir des boîtiers dans lesquels les tubes s'emboitent au plus prés. Il n'est cependant pas possible de diminuer l'épaisseur de la ceinture anti-implosion elle- même, ni l'épaisseur de la pièce disposée au- dessus des extrémités de ladite ceinture pour des raisons de résistance mécanique à la traction. L'invention apporte une solution à ces problèmes grâce à une structure de ceinture anti-implosion permettant d'obtenir une épaisseur uniforme tout autour du tube qu'elle entoure. Pour cela, le tube à rayons cathodiques selon l'invention comprend une enveloppe en verre formée : - d'une dalle en verre comportant une face avant et une jupe périphérique sensiblement perpendiculaire à ladite face d'une partie arrière en forme d'entonnoir, scellée à la face avant au niveau de la jupe et d'une ceinture métallique anti-implosion disposée tout autour de la dalle en verre et couvrant au moins partiellement ladite jupe caractérisé en ce que les extrémités de ladite ceinture métallique sont solidarisées bord à bord à l'aide d'une soudure laser. L'invention sera mieux comprise ainsi que ses différents avantages à l'aide de la description ci-après et des dessins parmi lesquels : la figure 1 montre un tube à rayon cathodiques selon l'état de la technique. - La figure 2 Illustre un mode de réalisation d'un tube à rayon cathodique comportant une ceinture anti-implosion selon l'invention La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d'une ceinture selon l'invention. La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un tube à rayons cathodiques selon l'état de la technique. Comme indiqué sur la figure, le tube comprend une dalle 1 formant avec la partie arrière en forme d'entonnoir 2 une enveloppe en verre mise sous vide. La dalle et la partie évasée arrière sont solidarisées l'une à l'autre à l'aide d'un cordon de verre fritte F. La dalle est de forme sensiblement rectangulaire délimitée par une paire de cotés longs horizontaux et une pai re de cotés courts verticaux. La dalle est composée d'une face avant dél imité par une jupe 11 perpendiculaire à ladite face. A l'intérieur du col cylindrique 3, situé à l'extrémité de la partie en entonnoir 2, est disposé un canon à électrons 5 émettant au moins un faisceau d'électrons en direction d'un écran disposé sur la surface interne de la face avant 1. L'écran est constitué par des réseaux de luminophores destinés à reproduire une image sous l'impact d'un faisceau d'électrons. Un dispositif de déflection électromagnétique est disposé sur la partie arrière du tube et dévie le ou les faisceaux électroniques afin que soit balayée toute la surface de l'écran. Lorsque le tube est de type à reproduire une image en couleurs, le canon à électrons émet trois faisceaux d'électrons, chaque faisceau étant destiné à reproduire une couleur primaire : rouge, vert, bleu. Une ceinture anti-implosion 10 est disposée sur la jupe 11 de la dalle, jupe disposée entre la face avant et la zone de scellement avec la partie arrière 2. La ceinture comporte dans les coins du tube des oreilles 14 permettant la fixation du tube à l'intérieur d'un boîtier, généralement réalisé en matériaux plastiques. La ceinture est disposée autour du tube de la manière suivante : la ceinture est dans un premier temps chauffée à haute température pour augmenter son périmètre la ceinture chauffée est disposée autour du tube et en refroidissant la diminution de son périmètre met l'avant du tube en compression mécanique. La ceinture est en général composée à partir d'une bande métallique pliée 10 dont les extrémités sont solidarisée par une plaque 17 réalisée dans un matériau ayant une forte résistance mécanique ou une épaisseur importante, ceci afin de pouvoir résister aux fortes forces de traction s'exerçant sur ces extrémités lorsque la ceinture disposée sur le tube est revenue à la température ambiante. La soudure est une soudure résistive par points comme illustré par la figure 1. Des expériences menées en disposant bord à bord les extrémités de la ceinture et en soudant ces extrémités par apport de matière n'ont pas apporté satisfaction, la soudure résultante ne supportant pas les forces de traction nécessaires pour assurer la contrainte mécanique nominale que doit exercer la ceinture sur le tube. Selon l'invention l'utilisation d'un laser pour assurer la soudure bord à bord des extrémités de la ceinture permet sans ajout de matière d'obtenir la résistance mécanique aux dites forces de traction. Selon un mode de réalisation de l'invention, illustré par la figure 2, les extrémités 21 et 22 de la ceinture 20, coupées à angle droit, sont mises en contact bord à bord puis à l'aide d'un faisceaux laser tout le long des bords en contact. De manière préférentielle, la soudure s'effectue des deux cotés opposées de la ceinture : du coté destiné à venir au contact du tube et du coté opposé à celui-ci. La soudure laser permet d'obtenir dans la zone soudée la même résistance à la traction qu'une portion de ceinture sans soudure du fait que la soudure par laser permet de contrôler précisément l'énergie amenée sur les zones à souder et d'obtenir ainsi au niveau de la soudure une parfaite cohésion de la matière. Dans un mode de réalisation alternatif, illustré par la figure 3, les extrémités 31 et 32 de la ceinture 30 sont biseautées dans leur épaisseur de manière à ce qu'une extrémité vien ne au-dessus de l'autre extrémité, cette structure permettant d'améliorer la structure de la zone soudée en terme d'homogénéité de la matière. Alors qu'il était impossible de vérifier la qualité de la soudure par résistance électrique selon l'état de la technique, la soudure par laser peut être inspectée visuellement, inspection qui peut être automatisée par exemple à l'aide d'une caméra vidéo sur la chaîne de fabrication. Par ailleurs la soudure par laser est plus économique en énergie et elle permet d'obtenir une diminution du temps de fabrication du tube équipé d'une telle ceinture. En effet le temps de refroidissement d'une telle ceinture est plus faible que celui des ceinture selon l'état de la technique du fait de la moindre quantité de matière utilisée pour réaliser ladite ceinture. Les modes de réalisation décrits précédemment ne sont pas limitatifs. La ceinture anti-implosion peut par exemple être réalisée à partir de deux moitiés métalliques distinctes, les extrémités de ces deux moitiés étant soudées deux par deux par soudure laser. La ceinture peut être réalisée dans un acier standard ou dans un acier spécial comportant un pourcentage de carbone plus élevé. Un acier standard utilisé pour la réalisation de ceinture antiimplosion est caractérisé par un pourcentage de carbone n'excédant pas 0.1 % en composition, 1.2% en Magnésium et 0.18% en Silicium. Divers aciers ont été expérimentés en vue d'obtenir une ceinture anti-implosion qui nécessite l' usage de moins de matière afin d'obtenir une ceinture plus économiqu e à fabriquer et qui présente la résistance mécanique nécessaire pour cet usage. L'expérience a montré qu'en utilisant des aciers dont le pourcentage de carbone était compris entre 0.12 et 0.18, il était possible de fabriquer des ceintures anti-implosion économiques, plus légères grâce à l'utilisation de moins de matière et présentant de bonnes caractéristiques mécaniques en terme de résistance à l'effort et de limite d'élasticité, l'acier comportant cette quantité de carbone ne présentant pas un surcoût important. La composition du matériau a été optimisée pour obtenir les meilleures caractéristiques mécaniques, par l'ajout en faible quantité de matériaux comme le Silicium et/ou le manganèse. Il est connu que le pourcentage de Silicium participe à l'ajustement du niveau de résistance de l'acier par un durcissement de celui- ci. Cependant afin de garder une limite d'élasticité convenable de la ceinture anti-implosion il est préférable d'utiliser pour cet usage un acier comportant une quantité de Silicium n'excédant 0.6%. L'expérience montre également que lorsque l'acier comporte plus de 0.15% de carbone il tend à perdre ses capacités au soudage ; il est alors nécessaire de rajouter du Manganèse pour retrouver ces capacités et en particulier faciliter la soudure par laser des extrémités d'une bande anti- implosion fabriquée dans ce matériau. Différents aciers au manganèse ont été utilisés dans le cadre de l'invention ; les meilleurs résultats expérimentaux en terme de résistance mécanique et limite d'élasticité ont pu être obtenus avec une quantité de manganèse comprise entre 1 ,2% et 1 ,8%. Dans cette gamme, la soudure par laser est mécaniquement résistante aux efforts importants demandés quand la ceinture est installée sur le tube. Le manganèse et le silicium peuvent être avantageusement combinés pour favoriser les capacités au soudage de l'acier considéré et pour durcir celui-ci. Dans le cadre d'un acier destiné à la fabrication de ceinture anti-implosion les pourcentages de manganèse et de silicium sont avantageusement choisis de manière à ce que la composition matière suivante soit satisfaite:
- 1.4%<Mn + Si < 2.4%
Dans un mode de réalisation de l'invention, particulièrement avantageux, la ceinture anti-implosion a été réalisées dans un acier dont la composition chimique indicative est la suivante :
Figure imgf000009_0001
Par comparaison avec un acier communément utilisé pour réaliser les ceintures anti-implosion, et dont la composition chimique est définie par :
Figure imgf000009_0002
l'acier choisi dans le cadre de l'invention présente une plus grande résistance à la traction ( 600MPa contre 340 MPa) et une limite élastique comprise entre 360 et 450 MPa contre environ 350 MPa pour l'acier communément utilisé. Les ceintures anti-implosion utilisant un acier comme prescrit par l'invention peuvent être réalisées par soudure au laser de leurs extrémités ou comme dans l'état de la technique, par soudure par points de pièces additionnelles. Avantageusement, la ceinture peut être recouverte d'une couche métallique anti-corrosion principalement à base d'aluminium. Cette couche peut également avantageusement comprendre au moins 5% de silicium pour améliorer sa dureté et donc sa tenue lors des étapes de mise en place d'abord autour du tube et dans un deuxième temps dans le boîtier du téléviseur équipé d'un tel tube.

Claims

Revendications
1/ Tube à rayons cathodiques comprenant une enveloppe en verre sous vide formée - d'une dalle en verre comportant une face avant 1 et une jupe périphérique 11 sensiblement perpendiculaire à ladite face - d'une partie arrière 2 en forme d'entonnoir, scellée à la face avant au niveau de la jupe et d'une ceinture métallique anti-implosion (20,30) disposée tout autour de la dalle en verre et couvrant au moins partiellement ladite jupe caractérisé en ce que des extrémités (21 ,22 ;31 ,32)de ladite ceinture métallique sont solidarisées bord à bord à l'aide d'une soudure laser. 2/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisée en ce que les extrémités (31,32) sont biseautées dans leur épaisseur.
3/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisée en ce que la dalle en verre comporte une face avant 1 sensiblement plane.
4/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé ne ce que la soudure est réalisée des deux cotés des extrémités disposées bord à bord
5/ Tubes à rayons cathodiques comprenant une enveloppe en verre sous vide formée - d'une dalle en verre comportant une face avant 1 et une jupe périphérique 11 sensiblement perpendiculaire à ladite face - d'une partie arrière 2 en forme d'entonnoir, scellée à la face avant au niveau de la jupe I et d'une ceinture métallique anti-implosion (20,30) disposée tout autour de la dalle en verre et couvrant au moins partiellement ladite jupe caractérisé en ce que la ceinture est réalisée dans un acier comportant un pourcentage de carbone compris entre 0.12% et 0.18%
6/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication précédente caractérisé en ce que des extrémités (21 ,22 ;31 ,32) de ladite ceinture métallique sont solidarisées bord à bord à l'aide d'une soudure laser.
77 Tube à rayons cathodiques selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'acier de la ceinture est un alliage comportant du Silicium dans un pourcentage n'excédant pas 0.6%
8/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'acier de la ceinture est un alliage comportant du Manganèse dans une quantité comprise entre 1 ,2% et 1 ,8%.
9/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'acier de la ceinture est un alliage comportant du Silicium et du Manganèse dans une quantité satisfaisant la relation : - 1.4%<Mn + Si < 2.4%
1 0/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 5 caractérisé en ce que la ceinture est recouverte d'une couche métallique à base d'alumini um.
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