WO2006054013A1 - Ceinture anti-implosion pour tube a rayons cathodiques - Google Patents

Ceinture anti-implosion pour tube a rayons cathodiques Download PDF

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Massimo De Marino
Luigi Sarracco
Alfredo De Pascale
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Thomson Licensing
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • H—ELECTRICITY
    • 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 equipping such a tube.
  • Cathode ray tubes used for example in television receivers, are formed of a glass envelope in which a high vacuum prevails.
  • This envelope comprises a glass slab composed of a front face surrounded by a skirt substantially perpendicular to this front face.
  • arrays of phosphors for reproducing a color image when said arrays are excited by electron beams from guns 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 strength of the glass envelope. Indeed, after evacuation of the glass envelope, mechanical stresses are applied on the front face and on the skirt under the influence of the atmospheric pressure outside the envelope.
  • the anti-implosion belt installed around the front face of the tube is in the form of a loop whose free ends are secured by means of a complementary metal part arranged above these ends and electrically welded point to them.
  • edge-to-edge laser beam welding methods have been developed.
  • these methods use steels which to offer good mechanical properties in terms of resistance to effort and yield strength are difficult to form steels. It appeared that the formability of these steels was too low to allow to realize anti-implosion belts of the type of those comprising at least two layers obtained by folding of said strip as shown in the patent US5216513.
  • the anti-implosion belts incorporating this type of structure, in at least two layers of material has the advantage of being able to better locate on the periphery of the tube the place where the maximum of the compression exerted by said belt is applied, which in turn Consequently, it makes it possible to reduce the quantity of material used to produce it.
  • the invention provides a solution to these problems through a choice of steels whose formability allows for an anti-implosion belt possibly in several layers.
  • the cathode ray tube comprises a glass envelope formed of: a glass slab having a front face and a peripheral skirt substantially perpendicular to said face a funnel-shaped rear portion, sealed to the front face at the skirt of an anti-implosion metal belt disposed around the glass slab and at least partially covering said skirt, said belt being made in a carbon steel, characterized in that the steel comprises as additional ingredients Niobium
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of a cathode ray tube comprising an anti-implosion belt according to the invention
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a cathode ray tube according to the state of the art.
  • the tube comprises a slab 1 forming with the funnel-shaped rear portion 2 a vacuum-packed glass envelope.
  • the slab and the rear flared portion are secured to one another by means of a sintered glass bead F.
  • the slab is of substantially rectangular shape delimited by a pair of long horizontal sides and a pair of short sides vertical.
  • the slab is composed of a front face delimited by a skirt 11 perpendicular to said face.
  • the screen consists of arrays of phosphors intended to reproduce an image under the impact of an electron beam.
  • An electromagnetic deflection device is disposed on the rear portion of the tube and deflects the electron beam (s) to scan the entire surface of the screen.
  • the electron gun emits three beams of electrons, 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, a skirt disposed between the front face and the sealing zone with the rear part 2.
  • the belt has in the corners of the tube ears 14 for fixing the tube inside a housing, usually made of plastic materials.
  • the belt is arranged around the tube in the following manner: the belt is first heated at high temperature to increase its perimeter the heated belt is arranged around the tube and cooling the decrease in its perimeter puts the front of the tube into mechanical compression.
  • the belt is generally composed of a folded metal strip 10 whose ends are secured by a plate 17 made of a material having a high mechanical strength or a large thickness, in order to be able to withstand the strong tensile forces s' exerting on these ends when the belt disposed on the tube has returned to room temperature.
  • the weld is a resistive spot weld as illustrated in FIG.
  • the ends 21 and 22 of the belt 20, cut at right angles, are brought into contact edge to edge; then using a laser beam both ends are welded all along the edges in contact.
  • the laser weld makes it possible to obtain in the welded zone the same tensile strength as a portion of a seamless belt because the laser welding makes it possible to precisely control the energy supplied to the zones to be welded and thus to obtain at the level of the weld a perfect cohesion of the material.
  • the belt 20 is made from a steel strip 1.25 mm thick folded so as to have two thicknesses 30 and 31 of material for example in the area on the side of the slab 1
  • a standard steel used for the production of 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.
  • Niobium in an amount of the same order as the percentage of carbon, makes it possible with the other ingredients to obtain both a good mechanical strength as well as a formability of the material allowing folding without damage to the strip of the strip. order of a few millimeters thick.
  • the constituent material of the belt uses a steel whose carbon percentage is between 0.05% and 0.08%.
  • carbon percentage is between 0.05% and 0.08%.
  • steel has more than 0.08% carbon it tends to lose formability. Below 0,05% of carbon, the material no longer has sufficient characteristics in terms of resistance to effort and yield strength
  • the composition of the material has been optimized to obtain the best mechanical properties, by the addition of small quantities of materials such as silicon and / or manganese.
  • the percentage of silicon contributes to the adjustment of the strength level of the steel by hardening thereof.
  • a steel comprising a quantity of silicon not exceeding 0.45. %.
  • Various manganese steels have been used in the context of the invention; the best experimental results in terms of mechanical strength and yield strength could be obtained with a quantity of manganese of between 0.9% and 1.2%. In this range, the laser weld is mechanically more resistant to the significant forces required when the belt is installed on the tube and the formability of the strip is sufficient to perform a folding thereof.
  • Manganese and silicon can be advantageously combined to promote the welding capabilities of the steel in question and to harden it.
  • the amount of Niobium was related to the amounts of the other ingredients such as manganese and silicon.
  • the percentages of manganese, silicon and Niobium are advantageously chosen so that the percentages of the various ingredients in the material composition of the steel, are such that than , :
  • the steel may lose either its characteristics of good formability or its characteristics of sufficient mechanical strength for use in the production of anti-implosion belt.
  • the anti-implosion belt with a thickness of 1.25 mm has been made in a steel whose indicative chemical composition is as follows:
  • the steel chosen in the context of the invention has a greater elastic limit (between 400-500 MPa against approximately 360-450 MPa for the steel commonly used).
  • the anti-implosion belts using a steel as prescribed by the invention can be made by laser welding their ends or as in the prior art, by spot welding of additional parts.
  • the belt may be covered with an anti-corrosion metal layer mainly based on aluminum.
  • This layer may also advantageously comprise at least 5% silicon to improve its hardness and therefore its behavior during the steps of setting in place first around the tube and in a second time in the housing of the TV equipped with such a tube.
  • the embodiment of the figure is not limiting.
  • the invention may advantageously be used to produce anti-implosion belts comprising a single thickness of material as for making belts having more than two thicknesses.

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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. La ceinture est réalisée dans un acier au carbone comportant du Niobium.

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'emboîtent au plus près.
Récemment, pour pallier les inconvénients cités ci-dessus, des méthodes de soudure bord à bord par faisceau laser ont été développées. Cependant ces méthodes utilisent des aciers qui pour offrir de bonnes caractéristiques mécaniques en terme de résistance à l'effort et de limite d'élasticité sont des aciers difficile à former. Il est apparu que la formabilité des ces aciers était trop faible pour permettre de réaliser des ceintures anti¬ implosion du type de celles comportant au moins deux couches obtenues par pliage de ladite bande comme indiqué dans le brevet US5216513. Les ceintures anti-implosion incorporant ce type de structure, en au moins deux couches de matériau, présente l'avantage de pouvoir mieux localiser sur la périphérie du tube l'endroit où est appliqué le maximum de la compression exercée par ladite ceinture ce qui en conséquence permet de diminuer la quantité de matière utilisée pour la réaliser. L'invention apporte une solution à ces problèmes grâce à un choix d'aciers dont la formabilité permet de réaliser une ceinture anti¬ implosion éventuellement en plusieurs couches.
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 d'une ceinture métallique anti-implosion disposée tout autour de la dalle en verre et couvrant au moins partiellement ladite jupe, ladite ceinture étant réalisée dans un acier au carbone, caractérisé en ce que l'acier comprend comme ingrédient additionnels du Niobium
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 rayons 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 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 paire de cotés courts verticaux. La dalle est composée d'une face avant délimitée 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.
Il est également connu de disposer bord à bord les extrémités de la ceinture et en soudant ces extrémités par laser grâce à l'utilisation d'acier comportant environ 0.15% de carbone. Cependant ce type d'acier n'a pas les caractéristiques de formabilité permettant le pliage de bande métallique dont l'épaisseur est de l'ordre du millimètre sans créer des zones de fracture au niveau du pli, zones de fracture fragilisant la résistance mécanique du matériau constituant la ceinture. L'acier selon l'invention permet l'utilisation d'un laser pour assurer la soudure bord à bord des extrémités de la ceinture ainsi que le pliage préalable de ladite ceinture.
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 les deux extrémités sont soudées tout le long des bords en contact. 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.
La ceinture 20 est réalisée à partir d'une bande d'acier de 1.25mm d'épaisseur pliée de manière à disposer deux épaisseurs 30 et 31 de matière par exemple dans la zone située du coté de la dalle 1
Un acier standard utilisé pour la réalisation de ceinture anti- implosion 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, qui présente la résistance mécanique nécessaire pour cet usage et qui puisse être réalisée à partir d'une bande qui puisse être pliée sans fracture du matériau.
L'expérience a montré qu'en utilisant des aciers au carbone dans la composition desquels il était rajouté du Niobium, il était possible d'obtenir un acier offrant les caractéristiques désirées de résistance mécanique et de formabilité.
Ainsi l'addition de Niobium, dans une quantité du même ordre que le pourcentage de carbone, permet avec les autres ingrédients d'obtenir à la fois une bonne résistance mécanique ainsi qu'une formabilité du matériau permettant le pliage sans dommage de bande de l'ordre de quelques millimètres d'épaisseur.
Dans le cadre de l'invention le matériau constitutif de la ceinture utilise un acier dont le pourcentage de carbone est compris entre 0.05% et 0.08%. L'expérience montre également que lorsque l'acier comporte plus de 0.08% de carbone il tend à perdre ses capacités de formabilité. En deçà de 0,05% de carbone, le matériau ne présente plus les caractéristiques suffisantes en terme de résistance à l'effort et de limite d'élasticité 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 l'expérience a montré que dans le cadre de l'invention, 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 0.45%. 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 0,9% et 1 ,2%. Dans cette gamme, la soudure par laser est mécaniquement plus résistante aux efforts importants demandés quand la ceinture est installée sur le tube et la formabilité de la bande est suffisante pour réaliser un pliage de celle-ci.
Le manganèse et le silicium peuvent être avantageusement combinés pour favoriser les capacités au soudage de l'acier considéré et pour durcir celui-ci. L'expérience a montré que les caractéristiques de résistance mécanique et de formabilité étaient préservées si, pour un acier dont le pourcentage de carbone était compris entre 0.05% et 0.08%, la quantité de Niobium était liée aux quantités des autres ingrédients comme le manganèse et le silicium. Dans le cadre d'un acier destiné à la fabrication de ceinture anti-implosion les pourcentages de manganèse, de silicium et de Niobium sont avantageusement choisis de manière à ce que les pourcentages des différents ingrédients dans la composition matière de l'acier, soit telle que , :
- (Mn + Si)/100 < Nb< (Mn + Si)/10 Lorsque la relation précédente n'est pas vérifiée, l'acier peut perdre soit ses caractéristiques de bonne formabilité soit ses caractéristiques de résistance mécanique suffisante à l'emploi à la réalisation de ceinture anti-implosion.
Dans un mode de réalisation de l'invention, particulièrement avantageux, la ceinture anti-implosion d'une épaisseur de 1 ,25 mm a été réalisées dans un acier dont la composition chimique indicative est la suivante :
Figure imgf000008_0001
Par comparaison avec un acier communément utilisé pour réaliser les ceintures anti-implosion soudées bord à bord au laser, et dont la composition chimique est définie par :
Figure imgf000008_0002
l'acier choisi dans le cadre de l'invention présente une plus grande limite élastique (comprise entre 400-500MPa contre environ 360-450 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.
L'exemple de réalisation de la figure n'est pas limitatif. L'invention peut avantageusement être utilisée pour réaliser des ceintures anti-implosion comportant une seule épaisseur de matériau comme pour réaliser des ceintures comportant plus de deux épaisseurs.

Claims

REVENDICATIONS
1/ 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 - d'une ceinture métallique anti-implosion (20) disposée tout autour de la dalle en verre et couvrant au moins partiellement ladite jupe, ladite ceinture étant réalisée dans un acier au carbone, caractérisé en ce que I' acier comprend comme ingrédient additionnels du Niobium.
2/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'acier de la ceinture comporte un pourcentage de carbone compris entre 0.05% et 0.08%.
3/ Tube à rayons cathodiques selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'acier comprend en outre comme ingrédient additionnels du silicium et du manganèse.
4/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'acier de la ceinture est un alliage comportant du Silicium dans un pourcentage n'excédant pas 0.5%.
5/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'acier de la ceinture est un alliage comportant du Manganèse dans une quantité comprise entre 0.9% et 1 ,2%. 6/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'acier de la ceinture est un alliage comportant du Silicium du Manganèse et du Niobium dans des quantités exprimées en % satisfaisant la relation : - (Mn + Si)/100 < Nb< (Mn + Si)/10
11 Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que la ceinture est recouverte d'une couche métallique à base d'aluminium.
8/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que la section de la ceinture comporte une partie avec au moins deux épaisseurs de matière (30,31) obtenues par pliage d'une épaisseur sur l'autre.
9/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisée en ce que la dalle en verre comporte une face avant 1 sensiblement plane.
10/ Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que des extrémités (21 ,22 )de ladite ceinture métallique sont solidarisées bord à bord à l'aide d'une soudure laser.
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