(57)【要約】【課題】ボディ部の剛性を高める構造とし、応力を増加させることなく奥行きの短縮や軽量化を実現できる安全で信頼性の高いガラスファンネル及びそれを用いた陰極線管の提供。【解決手段】陰極線管用ガラスファンネル２のボディ部３をアーチ面部１２とドーム状部１３とから形成せしめ、前記ボディ部３の少なくとも長辺側に、開口端部のコーナー部近傍を両端とするアーチ状稜線部８により、開口端面にほぼ垂直なアーチ面部１２を設け、ボディ部に発生する応力を前記アーチ状稜線部８に沿って剛性が高い開口端部のコーナー部に伝える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　矩形状の開口端部を一端に有するボディ部と、ボディ部の他端に接続して形成されたヨーク部と、ヨーク部の端部に連結したネック部とを具備し、前記ボディ部は少なくとも長辺側に、前記開口端部の開口端面にほぼ垂直でかつ開口端部のコーナー部近傍を両端とするアーチ状稜線部を有するほぼ平坦なアーチ面部を有し、ボディ部が該アーチ面部とドーム状部により形成されていることを特徴とする陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項２】
　ボディ部の長辺側及び短辺側に前記アーチ面部を有する請求項１に記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項３】
　ボディ部のアーチ状稜線部は、アーチ面部とドーム状部をつなぐブレンドＲ部を有する請求項１または２に記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項４】
　辺部中央の稜線部におけるブレンドＲ部とアーチ面部の接点及びブレンドＲ部とドーム状部の接点におけるそれぞれの接線がなす角度θが、９０°≦θ≦１２０°である請求項３に記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項５】
　ブレンドＲ部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）が開口端部の最大径Ｄ（ｍｍ）に対し、Ｒ≦０．０７Ｄ−９．６である請求項３または４に記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項６】
　開口端部のコーナー部近傍において、アーチ状稜線部の端部の開口端面からの高さＨａ（ｍｍ）が、開口端部の最大径Ｄ（ｍｍ）に対して、Ｈａ≦０．０４４Ｄ＋９．６である請求項１〜５のいずれかに記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項７】
　アーチ状稜線部の開口端面からの最大高さＨが、ボディ部の高さＨｂに対し、Ｈ／Ｈｂ≧０．５である請求項１〜６のいずれかに記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項８】
　ボディ部のドーム状部がボディ部の対角軸方向に沿って凹部を有する請求項１に記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項９】
　ボディ部がヨーク部とネック部を複数具備する請求項１〜８のいずれかに記載の陰極線管用ガラスファンネル。
【請求項１０】
　請求項１〜８のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、主にテレビジョン放送受信及び産業用装置に用いられる陰極線管用ガラスファンネル及びこのガラスファンネルを用いた陰極線管に関する。
【背景技術】
【０００２】
　陰極線管は、基本的には図７に示すように映像を表示するガラスパネル１と、電子銃６を格納するネック部５を有するガラスファンネル２からなるガラスバルブで真空外囲体が構成されている。そして、このガラスファンネル２の主要部は偏向コイル７を装着するヨーク部４と、ヨーク部に連続してガラスパネルを封着する開口端部に向かって延在するボディ部３からなっている。１０は、ガラスパネル３とガラスファンネル２を半田ガラス等で封着する封着部、Ａはネック部５の中心軸とガラスパネル１の中心を結ぶ管軸を示している。
【０００３】
　陰極線管は、ガラスバルブ内部で電子線を照射することにより映像を表示するため、内部は高真空に保たれている。そして、球殻とは異なる非対称構造に内外圧力差１気圧が負荷されるため、高い変形エネルギーを内在していると同時に不安定な変形状態にある。このような状態にある陰極線管用ガラスバルブに亀裂が生じた場合、内在する高い変形エネルギーを開放しようとするため、亀裂は伸長し破壊する。また、外表面に高い引張り性応力が負荷されている状態では、大気中の水分が作用して遅れ破壊が生じ、信頼性を低下させる。
【０００４】
　一方、近年においては陰極線管以外の映像表示装置が多数提案され、陰極線管はそれらとの対比から表示装置としての奥行きと重量が大きな欠点として取り上げられている。そのため、奥行きを短縮したり、軽量化の実施を迫られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　しかし、従来の陰極線管において奥行きの短縮を行えば、陰極線管の構造上の非対称性も増大して、更に多くの変形エネルギーがガラスバルブに蓄積する問題が生じる。また、軽量化を行う場合には通常ガラスの剛性低下により変形エネルギーの増加を引き起こし、変形エネルギーの増加は応力を増大させるので、破壊による安全性の低下や遅れ破壊による信頼性の低下を助長させる。上記応力の増大を防止しようとしてガラス肉厚を増加させれば、自動的に重量が増加する。
【０００６】
　本発明は、応力の増加なしにガラスファンネルの奥行きの短縮や重量の削減が実現できる、安全で信頼性の高いガラスファンネル及び陰極線管の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　本発明は、前述の課題を解決すべく、ガラスファンネルに発生する応力の低減策について種々検討した結果、ガラスファンネルのボディ部に開口端部のコーナー部を端点とするアーチ状稜線部を設けると、ガラスファンネルのボディ部の変形を抑制し、応力の抑制効果が大きくなることを見出し得られたものである。
【０００８】
　すなわち、本発明は、矩形状の開口端部を一端に有するボディ部と、ボディ部の他端に接続して形成されたヨーク部と、ヨーク部の端部に連結したネック部とを具備し、前記ボディ部は少なくとも長辺側に、前記開口端部の開口端面にほぼ垂直に立ち上がりかつ開口端部のコーナー部近傍を両端とするアーチ状稜線部を有するほぼ平坦なアーチ面部を有し、ボディ部が該アーチ面部とドーム状部により形成されていることを特徴とする陰極線管用ガラスファンネルを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
　本発明は、ガラスファンネルのボディ部に稜線部を設けることにより、ボディ部の真空外囲器としての剛性を向上せしめ応力の低減を図れるので、容易に陰極線管の軽量化が実現できる。さらに、このような効果により、応力低減による軽量化のみならず、実用的な重量での奥行き短縮を実現でき、安全で信頼性の高い陰極線管を実現する優れた効果を有する。
【００１０】
　つまり、本発明はボディ部に稜線部を設けることにより、開口端部の辺部への変形の伝達を抑制する結果、封着部の応力を格段に減少できる。このため封着部の薄肉化だけでなくボディ部も薄肉化できるので、大幅な軽量化が実現できる。
【００１１】
　さらに、従来のファンネルガラスは、ボディ部の変形をパネルガラスに封着部を通して伝えてしまう構造であったため、パネルガラスの応力も増加するが、本発明は剛性の高い開口端部のコーナー部に力を伝えるため、パネルガラスの応力低減効果も有するので、パネルガラスの軽量化にも寄与する。このように、本発明で軽量化された陰極線管は全体的に肉厚が薄くなるため、陰極線管製造の際に通過する熱工程内での熱応力も低減し、生産性を向上できる。
【００１２】
　また、本発明ではアーチ状稜線部の端部を剛性の高い開口端部のコーナー部近傍におき、かつ稜線部の端部すなわち開口端部のコーナー部での稜線部端部の開口端面からの高さを規定することにより、ボディ部の他の部位に応力が新たに波及しないようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
　本発明は、ガラスファンネルのボディ部にアーチ状稜線部を設けることにより、ボディ部の変形を抑制し、発生応力の増大を防止する効果を得るものである。
【００１４】
　最初に、ガラスファンネルの形状と発生する応力について説明する。通常の陰極線管は、前記したようにガラスパネルに封着されたガラスファンネルのうちではネック部が最も後方にあり、その前にヨーク部が位置しヨーク部とガラスパネルを滑らかにつなぐようにボディ部が漏斗状に設けられている。ボディ部の前端はガラスパネルとの封着部となる開口端部であり、この開口端部は矩形または矩形に近い矩形状をしている。
【００１５】
　陰極線管はできるだけ球殻に近い構造にして応力の増大を防ぐようにしているが、画像を表示する前面部と電子線を照射し走査する後部とで機能が異なるため、本質的に非対称構造である。
【００１６】
　一般に滑らかなガラスファンネルのボディ部は、この非対称性のためにかえって剛性が低い。陰極線管の非対称性のため、ガラスファンネルは真空作用によりガラスパネル側へ押込まれる方向に変形を起こし、ボディ部や強度の最も弱いガラスパネルとの封着部に引張り性の応力が発生する。特に、ボディ部の長辺中央は剛性が相対的に低いので、この部分の開口端部付近には大きい応力が発生する。この応力は、ガラスファンネルの安全性や信頼性を低下させる。
【００１７】
　前記応力を低減させるには、ガラスパネル側に押し込まれようとするボディ部の変形を抑制することが望ましい。一方、ガラスファンネルの開口端部のコーナー部は、辺部に比べて剛性が高く、発生する真空応力も低い。ボディ部の前記変形を抑制する方法としては、変形しやすい部分のボディ部を変形しにくい構造にしたり、剛性の低い部分のボディ部を剛性が高くかつ真空応力が低い前記コーナー部で支持できるようにすることが有効である。こうすれば、ボディ部の変形を未然に防止又は軽減できるとともに、剛性が低く変形しやすい長辺中央の開口端部付近に応力が集中しないようにできるので、この部分の変形を抑制できる。
【００１８】
　そこで、本発明は、ボディ部の変形による力を効率よく開口端部のコーナー部に伝えるため、ボディ部にアーチ状稜線部を稜線部の両端（端点）が開口端部のコーナー部又はその近傍となるように設けることを特徴としている。一般に知られているように、アーチ状の構造はアーチに負荷される力をアーチに沿う方向の圧縮力に変換し、アーチ端部に伝えるので、ガラスファンネルにおいてもアーチ状稜線部を前記したようにボディ部に設けると、このアーチ構造によって好ましい強度向上が得られる。
【００１９】
　本発明において、このアーチ状稜線部は開口端部の辺部におけるボディ部を、開口端面にほぼ垂直な面すなわち管軸方向の面にすることにより形成できる。つまり、前記稜線部は、漏斗状のボディ部と前記面との接合部として形成されるのである。その結果、全体的には両端が開口端部のコーナー部近傍に達するアーチ状をなしており、この稜線部が設けられている辺部を側面から見ると、上部がアーチ状稜線部により囲まれたアーチ面部が形成されている。このアーチ面部としては、主要部分が平面またはわずかに湾曲する曲面であるほぼ平坦な面が有効である。
【００２０】
　ガラスファンネルのボディ部は、一部がこのアーチ面部、残部がドーム状の湾曲面（ドーム状部）から構成されるため、従来のように滑らかな湾曲面にはならないが、全体としては漏斗状をなしている。このようにボディ部に前記アーチ面部を設けると、開口端面にほぼ垂直な面によりボディ部の前方へ押込まれようとする変形が抑制されるので、ガラスファンネルに発生する真空応力を低減できる。したがって、アーチ面部は開口端部の特に剛性が低い長辺側に設けるのが有効である。
【００２１】
　しかし、パネルガラスの形状、アスペクト比によっては、開口端部の長辺側のみでなく短辺側にも負担がかかり高い応力が発生することがある。その場合には、短辺側にもアーチ面部によりアーチ状稜線部を同様に設ければよい。また、長辺側の負担の軽減のみを考えた場合においても、短辺側にアーチ状稜線部を設けると、ボディ部全体の剛性を高めることができるので、より一層の効果が得られる。
【００２２】
　次に、本発明を図面に従って詳述する。図１は本発明の実施例であるガラスファンネルの斜視図であり、図２は平面図、図３は正面図である。図４は図２のＡ−Ａ部の断面図で、長辺中央における稜線部の拡大図である。本例は、アーチ状稜線部をボディ部の長辺側と短辺側の両辺に設けている。
【００２３】
　図２、図３に示すようにボディ部３は従来技術のように滑らかな形状ではなく、開口端部の各辺部にアーチ状稜線部８と開口端面１１にほぼ垂直なアーチ面部１２を有している。前記稜線部８の端部は、図１に示すように開口端部のコーナー部にある。アーチ面部１２は、開口端面１１に対し垂直でもよいが、ガラスの金型への充填、型離れを考慮すれば、開口端面１１に垂直で各辺に実質的に平行な面に対し５〜１５°程度の傾斜を有するのが実用的である。この傾斜が大きくなり過ぎると、アーチ面部によるボディ部の変形抑制効果が低減する。アーチ面部を開口端面１１にほぼ垂直に設けるとは、このような傾斜を有する場合をも含んでいる。また、このアーチ面部１２は図には平坦状のものを示したが、若干の湾曲を持っていてもよい。
【００２４】
　ボディ部３に発生した力を、前述のように稜線部８に沿って剛性の高い開口端部７のコーナー部に確実に伝えるために、稜線部８の端部は開口端面１１から一定の範囲にあることが望ましい。すなわち、図３に示すように稜線部８の端部と開口端面１１との距離をＨａ（ｍｍ）、ガラスファンネルの開口端部の最大径をＤ（ｍｍ）（図２参照）としたとき、Ｈａ≦０．０４４Ｄ＋９．６であることが望ましい。Ｈａがこの条件を満たさずに、稜線部の端点が開口端面１１から離れ過ぎると、ボディ部３の例えば辺部中央で発生した力が他の剛性の弱い部位に伝わり、高い応力を発生させる恐れがある。
【００２５】
　また、稜線部８が前記したようにアーチ形状の効果を十分に発揮し、例えば長辺中央に発生する応力を開口端部のコーナー部に伝えるためは、稜線部は所望の剛性を持っていることが必要である。この剛性は、稜線部のブレンドＲ部の形状と密接な関係を有している。特に辺部の中央部分におけるブレンドＲ部の影響が大きいので、この部分のブレンドＲ部の形状を積極的に規制することが推奨される。具体的には、この部分のブレンドＲ部の曲率半径を所定以下にすればよい。
【００２６】
　これを図４により説明すると、稜線部の辺部中央におけるブレンドＲ部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、前記最大径Ｄ（ｍｍ）に対しＲ≦０．０７Ｄ−９．６であることが望ましい。Ｒがこれを超えて大きくなると、所望の剛性が得られず、稜線部が効果を発揮できない。また、Ｒの下限は限定されないが、稜線部８の欠けやガラスの成形性を考慮すれば、実質的に５．０ｍｍ以上が好ましい。
【００２７】
　さらに、稜線部８は、アーチ面部１２とドーム状部１３が角度を持って接続されている場合に、その接続部の剛性が高いことを利用している。その効果を十分発揮するためには、ブレンドＲ部がこれらアーチ面部１２とドーム状部１３に接続する接点１５及び１４における接線が交差する角度をθ（図４参照）としたとき、９０°≦θ≦１２０°であるのが望ましい。
【００２８】
　θが１２０°を超えると、稜線部に隣接するアーチ面部１２とドーム状部１３とがなす角度が大きくなりすぎ、十分な剛性を得ることができない。一方、θが９０°より小さいと、成形時に金型からの取り出しが困難となる。成形性と稜線部の効果の観点から、θは１００〜１１０°が特に好ましい。
【００２９】
　ボディ部の稜線部８とヨーク部４との間の部分は、前述の要件を満足すれば任意の形状でよい。図１に例示したものは最もシンプルなドーム状のもので、その特徴はアーチ面部以外のボディ部を滑らかに連続する球面状に形成していることにある。前記ボディ部がこのような球面状であると、アーチ状稜線部に力を分散して伝えることができるため推奨されるが、これに限定されない。実際には、この部分の形状はアーチ面部の形状とともにガラスファンネルの設計要件により適宜定める。
【００３０】
　図５は、ボディ部の形状が異なる他の実施形態を示す。この例はガラスファンネルの管軸方向の寸法を短縮するために、ボディ部を偏平化しかつ真空応力に対して強い構造にしたもので、アーチ面部以外のボディ部を長辺側の凸状の湾曲面１３と短辺側の凸状の湾曲面１３’で形成している。図５から明らかのようにこれら湾曲面１３、１３’の一端はそれぞぞれ稜線部８でアーチ面部１２、１２’に、他端はヨーク部４に円滑に連続して一体成形されており、かつ湾曲面１３、１３’がつながる部分にはほぼ対角軸方向に沿って凹部１７が形成されている。
【００３１】
　したがって、湾曲面１３、１３’で形成されるドーム状部は凹凸を有するウェーブ状であり、前記した球面状のものと比べると複雑な形状となっている。本発明においてボディ部を形成するドーム状部は、このようなウェーブ状のものを含んでおり、アーチ面部に力を分散して伝えることができれば、その形状は種々変更できる。
【００３２】
　さらに、本発明は一つのボディ部に複数のヨーク部とネック部を設けるガラスファンネルに対しても適用できる。図６はその一例で、一つのボディ部３に例えば二つのヨーク部４とネック部５とを設けているが、アーチ面部１２が設けられている点では、前記のヨーク部とネック部が単一の場合と変わりない。このガラスファンネルを用いれば、二つの電子銃と偏向コイルで一つの画像が再生され、一つの電子銃と偏向コイルが分担する画像面積は半分となるので、ガラスファンネルの管軸方向の寸法（奥行き）を短縮できる。なお、ボディ部３に二つのヨーク部４とネック部５を設ける場合でも、アーチ面部１２以外のドーム状部を図５に示したようなウェーブ状に形成してもよい。
【００３３】
　本発明において、アーチ状稜線部の効果を十分に発揮させるためには、アーチ面部１２が十分な高さを有していることが重要である。とりわけ、ボディ部の長辺側の中央には、大きな真空応力が発生するので、長辺側アーチ面部の中央部の高さが重視される。ここで、アーチ面部１２の高さは開口端面１１から稜線部８までの寸法であるから、この高さはアーチ面部１２の中央部において最大高さＨとなる。
【００３４】
　図４は、ガラスファンネルの長辺中央における断面図である。前記最大高さＨは、図４を参照して次の方法で求めることができる。すなわち、アーチ面部１２とドーム状部１３がブレンドＲ部に接する点をそれぞれ接点１５及び１４とし、これら接点における接線の交点を１６としたとき、Ｈはこの交点１６の開口端面１１からの高さとして求められる。アーチ面部１２が、ボディ部の長辺中央部に応力が集中しないよう有効に機能するには、Ｈがボディ部３に対し一定以上であることが望ましい。このＨをボディ部３の高さＨｂに対し、Ｈ／Ｈｂ≧０．５にすると、前記の応力集中の防止に高い効果が得られる。前記Ｈｂは、図３に示すようにボディ部３の頂部（ヨーク部４の下端）の開口端面１１からの高さである。
【００３５】
　本発明において、ボディ部に発生する応力が低減できるのは、ガラスファンネルのボディ部にアーチ状稜線部を配置することにより、ボディ部の剛性が高まり、ガラスファンネルの変形が抑制されるからである。この結果、例えばボディ部を広角にして奥行きを短縮した場合にも応力の増加を抑制できるので、応力低減のために肉厚を増す必要がなくなり軽量化できる。
【実施例】
【００３６】
　以下に、本発明の実施例及び比較例を表１を用いて説明する。これらの例におけるガラスパネル（以下パネルとする）は、図５に示すような陰極線管に通常使用されるもので、いずれもアスペクト比４：３のパネル最外径が８５９．０ｍｍ、パネル外面曲率が１００００ｃｍで対角径が８１ｃｍの有効画面を有する３４型テレビジョン用のものを用いた。このパネルとガラスファンネルとを組み合わせて陰極線管を製作し、この陰極線管に発生する応力を測定した。なお、これらの例におけるパネル及びガラスファンネルには、いずれも同一組成のガラスを用いた。
【００３７】
　（実施例１）
　本例のガラスファンネルは、ボディ部に稜線部を設けない従来技術で製作された比較例１に対し、図１と同様に短辺と長辺にアーチ状稜線部を設けたものである。
【００３８】
　（実施例２）
　本例のガラスファンネルは従来技術で製作された比較例１に対し、実施例１と同様にアーチ状稜線部を設け、かつ奥行きを９０ｍｍ短縮したものである。
【００３９】
　（比較例１）
　本例のガラスファンネルは、図５のようなボディ部に稜線部を設けない従来のものである。
【００４０】
　（比較例２）
　本例のガラスファンネルは、実施例２と同じく奥行きを９０ｍｍ短縮し、陰極線管にしたときボディ部及び封着部に発生する応力が実施例２とほぼ同等になるように、ガラス肉厚を調整し製作したものである。
【００４１】
　これら実施例から明らかなように、ボディ部に稜線部を配することによりボディ部に発生する応力は低減される。すなわち、実施例１では、比較例１に比べると、ボディ部及び封着部を薄くしてもほぼ同等の応力を保持できる。さらに、このガラスファンネルをパネルと組み合わせて陰極線管を製造したとき、パネルに発生する応力も軽減できることが判明した。発生応力値が比較例１と同等になるようにボディ部や封着部を薄くした結果、ガラスファンネルの重量は実施例１では比較例１に対し１．３ｋｇ軽量化できた。
【００４２】
　また、実施例２では、ボディ部を広角にして奥行きを短縮したため、通常であれば応力はかなり増加する。これを、比較例１と同等の応力値となるよう厚肉化すれば、比較例２のように重量は２．９ｋｇ増加するが、実施例２はわずかに１．０ｋｇの重量増加で製作できた。
【００４３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例のガラスファンネルの斜視図。
【図２】図１のガラスファンネルの平面図。
【図３】図１のガラスファンネルの正面図。
【図４】図２のＡ−Ａ部における稜線部の断面図。
【図５】本発明の他の実施例のガラスファンネルの斜視図。
【図６】本発明の他の実施例のガラスファンネルの斜視図。
【図７】従来技術の陰極線管の部分断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１：ガラスパネル
２：ガラスファンネル
３：ボディ部
４：ヨーク部
５：ネック部
８：稜線部
１１：開口端面
１２：アーチ面部
１３：ドーム状部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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