(57)【要約】【課題】陰極線管用ガラスパネルの加圧成型用の金型の底部の周辺部を均一に冷却し、生産性の向上を図る。【解決手段】成型体１を成型するための金型２の底部に設けられている支脚４の、少なくとも金型底部に近い部分の断面形状を略翼形状に形成し、金型下部のノズルから吹き出された冷却空気が金型底部の中央に当った後、金型の底面に沿って周辺部に流れる時にその流れが支脚によって剥離されるのを防止して、支脚の背後に冷却空気が流れない部分が生じないようにし、金型の底部の周辺部を均一に冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレスマシンに固定するための支脚を金型底部に有しており、該支脚の少なくとも金型底部に近い部分の高さ方向に垂直な断面の形状が略翼形状であることを特徴とする陰極線管用ガラスパネル成型用金型。
【請求項２】
前記支脚の断面形状が略翼形状である部分の断面において、冷却空気の流れに直交する方向における最大厚さ部より冷却空気の上流側の沿面距離が最大厚さの１．８倍以上である請求項１に記載の陰極線管用ガラスパネル成型用金型。
【請求項３】
前記支脚の金型底部に接する位置から１０ｍｍ以上に渡る部分の断面形状が略翼形状である請求項１または２に記載の陰極線管用ガラスパネル成型用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極線管用ガラスパネルの製造工程に使用する金型に関し、特に金型の支脚の背後にあたる部分を効果的に冷却できる陰極線管用ガラスパネル成型用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陰極線管用ガラスパネル（以下、「パネル」とも記載する）の製造方法としては、溶融ガラスを一定量金型に供給し、次いで上型を下降させて加圧成型した後、上型を上昇させて引き続き金型内で成型体を冷却した後に取り出すようにした方法が一般的であり、以下にこの方法について具体的に説明する。
【０００３】
まず、ゴブと呼ばれる所定量の溶融ガラス塊が、パネルの開口端部を成型するための中間型を載せた金型に供給される。ゴブが装填された金型は、続いて加圧成型ポジションに運ばれ、該加圧成型ポジションにおいて上型が下降してきてゴブは中空箱型のパネル形状に加圧成型される。
【０００４】
このとき相対的に低温の上型によって金型内のガラスは急冷されるが、その後、上型が上昇してさらに中間型が外されてからも、金型内の陰極線管用ガラスパネル成型体（以下「成型体」とも記載する）は、金型から取り出せる温度になるまでは引き続き冷却される。この場合、複数の金型が回転盤（以下「プレスマシンテーブル」とも記載する）に等間隔で配置されている成型装置（以下「プレスマシン」とも記載する）では、成型体の冷却は金型がプレスマシンテーブルの回動により複数の冷却ポジションに順次運ばれて行われる。各冷却ポジションにおいて、成型体と金型との接触面は金型によって冷却され、また成型体の内面は金型の上方に設けたダクトから吹き出される冷却空気により冷却される。
【０００５】
図７は、金型を冷却する状態を示す基本構成図である。図７のように成型体１は金型２内に置かれ、金型２はその底部に設置された支脚４によってプレスマシンテーブル１０に固定され、この状態で金型の下方に配置したノズル３からの冷却空気５によって金型２の底面が冷却される。ノズルからの冷却空気は最初に金型中央部に衝突した後に周辺部に流れる。各冷却ポジションでの冷却によって成型体がその後の取り扱いで変形が実質的に生じない程度まで充分に冷却されると、成型体は金型から取り出されて次工程へと送られる。そして、成型体を取り出した後の金型は、次のゴブの供給ポジションへと送られる。
【０００６】
このようなパネルの成型において、金型の冷却は、上記したようにプレスマシンの各冷却ポジションの下部に設置されているφ６０ｍｍ程度の円形のノズルから吹き出される冷却空気により行われている。この金型の冷却で重要なことは、金型底部の中心から周辺までを全周に渡ってできるだけ均一に冷却することである。例えば、特開２０００−３５１６３８号公報においては、そのノズル形状を工夫することにより平面的には略長方形である金型を効率よく均一に冷却しようとしている。
【０００７】
一方、金型をプレスマシンテーブルに取り付けるための支脚は、従来、図８に示すように断面が略四角形のものが、通常金型の長軸および短軸上に配置されている。これらの支脚は、プレスマシンテーブルへの取り付けの制約で支脚の位置が決められているため、特に大型のパネルを成型する金型においては、相対的に支脚の位置が金型の比較的中央部に近い所に位置している。さらに、支脚の断面形状が従来は略四角形であるため、金型中央部に衝突した後に周辺部に流れる空気が支脚にあたると、空気流が遮断されて剥離を生じ、支脚の背後には空気が流れないようになる。これによって、金型の冷却空気による熱伝達率分布にむらができるために金型に温度分布が生じ、パネルに局所的な凹凸や強化応力むらを発生させるために、厳しい寸法精度や強化応力の精度を要求されるものに対して品質保証が困難になるという事態を招いている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３５１６３８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
シャドウマスクタイプの陰極線管では、その構造上内面が曲率を有する球面を持つ必要がある。一方、最近の陰極線管の画像表示面（パネルのフェース部）は急速にフラット化している。そのため、シャドウマスクタイプの陰極線管では、図６に示すようにパネル（成型体）１のフェース部６は、周辺部７の厚さが中央部８の厚さの２倍以上にもなるように設計されることがある。すなわち、フェース部６の断面は方位により若干の肉厚分布の違いはあるが、中央から周辺に向かって厚肉となる偏肉形状となる。
【００１０】
このため、パネルの前記製造工程において成型体を冷却する際に、この偏肉形状のため中央部は過冷却、周辺部は冷却不足という問題が生じる。一方で、金型の温度分布を考えると、前記のように中央部の冷却は充分であるが周辺部は冷却不足になり、さらには支脚の背後に局所的高温部が発生し、周辺部の冷却不足はより助長される傾向がある。
【００１１】
このため、金型内の成型体をこの冷却工程において物理強化するとき、このような金型の温度分布によってフェース部の周辺部と中央部とで大きな強化応力値の差異が生じる。すなわち、図６においてフェース部６の周辺部７は周方向においてほぼ均一の肉厚分布であっても、フェース部６の周縁に直角に延在するスカート部９の影響で内面からは冷却しにくいうえに、相対的に他の部位より肉厚が厚いことに起因する冷却不足が更に重なるため、周辺部７の強化応力は相対的にかなり低くなる。さらに、前述のように金型の周辺部、特に支脚の背後にあたる部分の温度は、更に高温になるために強化応力の高低差が一層広がる。
【００１２】
一方、陰極線管は、その使用時において排気・減圧され、内部が真空状態になるため、外囲器には随所に引っ張り性の応力（以下、これを「引張り性真空応力」と記載する）が発生する。この引張り性真空応力は、パネルの形状や肉厚などにより応力値の大きさや分布が変わるが、この引張り性真空応力の大きさと分布をほぼ矩形状のフェース部について見ると、フェース部外表面の周辺部、特に短軸と長軸の端部において最大となる。したがって、パネルをこの最大引張り真空応力に対抗できるようにするためには、これら短軸と長軸の端部を含むフェース部の周辺部に相対的に大きい強化応力を付与することが望ましい。
【００１３】
しかしながら、従来の金型の冷却技術では、前記のように金型の周辺部、特に短軸と長軸上に支脚を配置した場合には、この支脚の背後に局所的高温部が存在するために、物理強化によってパネルのうち最も強化応力を付与したい部分、例えば長軸および短軸の端部の強化が不充分になり、所望の物理強化を施したパネルを製造することが困難である。特に、フェース部の外面がフラットな大型パネルの周辺部を充分かつ均一に物理強化することは至難である。
【００１４】
本発明は、フェース部の中央部に対して周辺部が厚肉である偏肉パネルに対して、特に２９型以上の大型サイズにおける偏肉パネルに対して、冷却効率が周辺部で均一になるような金型を提供することを目的とする。
【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るためになされたものであり、特にフェース部の周辺部肉厚が中央部肉厚より厚い偏肉パネルガラスの製造工程において、金型を冷却する際、金型底部の周辺部のうち、特に支脚の背後（冷却空気の流れの下流側）の冷却を促進するものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、陰極線管用ガラスパネル成型体の製造工程に使用する金型に関し、特にその支脚の高さ方向に垂直な断面（以下、支脚の断面というときはこの断面を指す）を略翼形状にすることにより、金型の冷却を行う際に、金型下方から金型底部の中央に向けられた空気が、金型底部の中央に当った後、支脚によって剥離されることなく周辺部へ流れ、金型の周辺部、特に支脚の背後の部分を効果的に冷却できる陰極線管用ガラスパネル成型用金型を提供する。
【００１７】
本発明の金型は、支脚の少なくとも金型底部に近い部分の断面形状が略翼形状をなしており、この略翼形状の断面において冷却空気の流れに直交する方向の最大厚さ部より冷却空気の上流側の沿面距離が最大厚さの１．８倍以上であり、また金型底部から１０ｍｍ以上に渡って支脚の断面が略翼形状に形成されていることが好ましい。
【００１８】
【作用】
本発明においては、支脚の断面形状が技術的に重要となる。一般に、支脚の断面形状が長方形のような形状の場合、冷却空気が流れる支脚の下流方向（背後）には支脚により空気の流れに剥離が発生し、熱伝達率が著しく低下する領域が発生する。
【００１９】
本発明は、支脚の断面形状を略翼形状にすることにより、支脚による冷却空気の流れの剥離を防止し、冷却空気が支脚の背後にも流れるようにして熱伝達率が著しく低下する領域が発生しないようにする。そして、この断面において冷却空気の流れに直交する方向の最大厚さ部より冷却空気の上流側の沿面距離を、最大厚さの１．８倍以上にすることにより、略翼形状によって得られる効果を増大させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に従って具体的に説明する。
図１は、本発明の金型の基本構成を示すもので、図２に示す金型の正面図のＡ−Ａ部における断面図である。図示のように金型２は平面的には略矩形状をしており、その形状や材質などは、従来よりパネル成型用金型として知られているものと実質的に同一である。この金型２の底部には、図１に例示するように４本の支脚４が略矩形状の金型２の長軸Ｘおよび短軸Ｙ上に左右対称に設けられている。金型２に設ける支脚４の数は特定されないが、略矩形状の金型を安定して支持するために、通常は４本の支脚が好ましく用いられる。そして、支脚４が４本の場合には、金型２を大きな成型荷重に耐えられるようプレスマシンテーブルに安定して取り付けするために、これらの支脚４は本例のように金型２の長軸Ｘおよび短軸Ｙ上に設けるのが好ましいとされている。
【００２１】
本発明において支脚４の断面は、図１のように略翼形状に形成されている。ここで、略翼形状とは長円形、楕円形または紡錘形などの総称であり、その一方向に長軸を有する細長形状が好ましい。実際の支脚４の断面においては、この略翼形状の長軸を冷却空気の流れの方向にすることが推奨される。したがって、本例のように支脚４を金型２の長軸Ｘおよび短軸Ｙ上に設ける場合には、略翼形状の長軸をこれら長軸および短軸に一致させるようにする。ただし、支脚４は、対角軸上に設けたり、長軸Ｘおよび短軸Ｙを４５度回転させた軸上に配置してもよい。
【００２２】
本発明において、支脚４は高さ方向に垂直な断面をその全長に渡って略翼形状にするのが最も好ましいが、支脚の金型底部に近い部分すなわち支脚の上部分の断面だけを略翼形状に形成することもできる。金型底部の中央に当った冷却空気のほとんどが底面に沿って流れるため、この冷却空気が当る部分の支脚の断面を略翼形状に形成しておけば、目的が達成できるからである。したがって、支脚は少なくとも金型底部に近い部分の断面が略翼形状に形成されていればよい。本発明において支脚の金型底部に近い部分とは、このように金型の底面に沿って流れる冷却空気が主として当る支脚の部分を指している。
【００２３】
このように支脚の上部分だけを略翼形状に形成する場合、金型底部に接する位置から１０ｍｍ以上に渡る部分の断面形状が略翼形状になっていることが好ましい。略翼形状の断面部分の長さが金型底部から１０ｍｍより短いと、冷却空気の一部が略翼形状に形成されていない部分の支脚に当り流れが剥離して支脚の背後（冷却空気の流れの下流側）に冷却空気が流れない部分をつくるので好ましくない。支脚の寸法は成形装置の制約で金型の大きさの影響をそれほど受けないため、金型が大型化しても金型底部から最低１０ｍｍを略翼形状の断面にしておけば充分効果が得られる。なお、支脚の断面を全長に渡って略翼形状に形成しないとき、支脚の略翼形状に形成しない部分の断面は、例えば従来のような矩形状にすることができる。
【００２４】
図３は、支脚の好ましい断面形状を例示したものである。図中の矢印は冷却空気の流れの方向を示している。支脚４の断面は冷却空気の流れの方向（略翼形状の長軸）およびこれと直交する方向に対し対称またはほぼ対称に形成されている。特に支脚を図１に示す如く金型の長軸および短軸上に設けるときには、これらの長軸および短軸に対し線対称に形成するのが好ましい。しかしながら、冷却空気の流れに直交する方向においては、対称性はそれほど強く求められないので、図示はしないが略翼形状であればその形状を適宜変えることができる。
【００２５】
また、支脚の断面としては、前記したように冷却空気の流れの方向に細長い略翼形状が適している。このような細長の略翼形状は便宜的に略翼形状の最大厚さと沿面距離により特定できる。すなわち、支脚の好ましい断面形状としては、図３に示すように冷却空気の流れに直交する方向の最大厚さ部（短軸径）より冷却空気の上流側の沿面距離Ｌが、最大厚さＤの１．８倍以上であることが好ましく、２倍以上であれば一層好ましい。沿面距離Ｌが最大厚さＤの１．８倍以上であると、支脚の断面は冷却空気の流れ方向に細長い流線形の略翼形状になるので、支脚に当る冷却空気量が減少するとともに、更に支脚に当った冷却空気も断面が略翼形状になっているので、剥離することなく金型の周辺部に向かって円滑に流動し、支脚の背後（冷却空気の流れの下流側）に冷却空気が流れない部分を作らない。
【００２６】
これに対し沿面距離Ｌが最大厚さＤの１．８倍未満であると、相対的に支脚の厚さ（幅）が大きくなることにより、支脚に当る冷却空気量が増し支脚に当った冷却空気の一部が剥離して支脚の背後（冷却空気の流れの下流側）に冷却空気が流れない部分を作るため、金型の周辺部を均一に冷却することが困難となる。しかし、沿面距離Ｌの最大厚さＤに対する割合が大きくなりすぎると、一般に支脚の断面が冷却空気の流れ方向に必要以上に細長くなり、これにより支脚の強度や金型の成形装置への取り付けに問題が生じる恐れがあるので、沿面距離Ｌは最大厚さＤの４倍以下であることが望ましい。
【００２７】
図４は、本発明に係る支脚の断面と従来型の支脚の断面（図８参照）について数値流体解析による冷却空気の流れの様子を示したものであり、ａが本発明に係る略翼形状の断面、ｂが従来型の略四角形の断面の場合をそれぞれ示す。ｂの従来型の断面形状では支脚による冷却空気の剥離が見られ、支脚の背後に冷却空気が流れない部分が生じて、金型周辺部の特に支脚の背後部に熱伝達率分布むらができる。これに対し、支脚の断面が略翼形状になっているａでは、支脚による冷却空気の剥離がなく、支脚の背後まで冷却空気がほぼ一様に流れることから、金型周辺部の熱伝達率分布が一様になることが分かる。
【００２８】
【実施例】
図１に例示した断面形状の支脚をもつ金型により３４型陰極線管用パネルを成型しその成型体を冷却した。このパネルはフェース部外表面が実質的にフラット（曲率半径１０００００ｍｍ）で、フェース部の中央部の肉厚は約１５ｍｍ、フェース部の周辺部にあたる長軸端部の肉厚は約２３ｍｍ、フェース部の周辺部にあたる対角軸端部の肉厚は約３０ｍｍの偏肉分布である。
【００２９】
一方、金型の冷却装置の空気吹き出し口（図７の３）の内径は６０ｍｍ、空気流速は約１００ｍ／秒、１ポジション当たりの空気吹き出し開始から吹き出し停止までの時間を２０秒に設定した。そして、次の例１（本発明の実施例）と例２（比較例）の２種類の金型を用意し、これらの金型を同じプレスマシンの別の位置にそれぞれ設置して、前記パネルを同一条件で同時に成型し、成型体を取り出すことができる温度まで冷却した。
（例１）支脚の断面形状は、長軸径が８０ｍｍ、短軸径（最大厚さＤ）が５０ｍｍ、沿面距離Ｌが１００ｍｍの楕円形状とした。支脚の高さは５０ｍｍとし、支脚の高さ方向の全てに渡って断面を上記の楕円形状に形成した。
（例２）支脚の断面形状は、図８に例示するような一辺の長さが５０ｍｍの略四角形状とした。支脚の高さは例１と同じ５０ｍｍである。
【００３０】
次いで、成型後の金型の温度を成型体が取り出された直後のタイミングで測定したところ、例１の金型では底面中央部４９０℃に対して、支脚の背後（冷却空気の流れの下流側）にあたる底面長軸端は５２０℃であったのに対し、例２の金型では底面中央部４９０℃に対して底面長軸端は５５０℃であり、例１の金型では支脚の背後部分の冷却が例２に比べて促進され、金型の周辺部の冷却が改善されていることが分かった。
【００３１】
さらに、例１と例２の金型で成型した３４型の二つの成型体を、冷却後に金型からそれぞれ取り出し、続いて同じ条件で徐冷して成型体に物理強化法による圧縮応力を付与し、物理強化したパネルを得た。そして、これら物理強化したパネルについて、それぞれのフェース部の外表面における強化圧縮応力を測定した。
【００３２】
なお、前記圧縮応力の測定には、特開平１１−２８１５０１号公報に記載されている装置、具体的には、光源、偏向素子、スリット、第一のプリズムと第二のプリズムとその両者の間に配置された遮光板からなる測定部、補正器、検光子および接眼レンズとを備えた応力測定装置を用い、光弾性法により測定した。
【００３３】
フェース部の外表面における強化圧縮応力の測定箇所を図４に示す。第一の測定箇所は、フェース部６の外表面の中央部１３（短軸１４と長軸１５とが交差する位置）であり、第二の測定箇所はフェース部の外表面の長軸端近傍部１６である。ここでいう長軸端近傍部１６は、長軸１５の最外周位置１７からフェース部６の外表面の中央部に向かって６０ｍｍ内側の位置を指す。なお、前述の長軸端における温度もこの位置で測定した。
【００３４】
その結果、本発明の例１の金型で成型したパネルは、フェース部の中央部で１５．２ＭＰａ、長軸端近傍部で１２．０ＭＰａであり、フェース部の周辺部のうち特に長軸端近傍部にも充分な強化圧縮応力が形成されていることを確認した。
【００３５】
これに対し、例２の従来の金型で成型したパネルでは、フェース部の中央部で１５．３ＭＰａ、長軸端近傍部で１０．１ＭＰａであり、フェース部の中央部は例１と同程度の強化圧縮応力が付与されたが、フェース部の周辺部のうち特に長軸端近傍部は成型後に充分に冷却されないため、所望の強化圧縮応力が付与できなかった。なお、応力測定は行わなかったが、短軸端近傍における強化圧縮応力も数値的には異なっても同様な傾向を持っていることが推測される。
【００３６】
【発明の効果】
従来タイプの略四角形の断面形状の支脚を持つ金型では、冷却空気が支脚によって剥離するために支脚の背後に熱伝達率分布にむらができる問題があったが、本発明の金型では、支脚によって剥離しないために支脚の背後も均等に冷却できる。これにより、フェース部の周辺部のうち特に支脚の背後の部分に所望の強化圧縮応力を形成できる。また、金型の均一な冷却により陰極線管用パネルの成型精度を向上させることができる。
【００３７】
本発明は、フェース部の周辺部の肉厚が中央部の肉厚より著しく大きい偏肉分布を有する特に２９型以上である大型サイズの陰極線管用パネルの金型冷却に対して好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である金型の、図２のＡ−Ａ部における断面図。
【図２】本発明の一実施形態である金型の正面図。
【図３】本発明における支脚の好ましい断面図。
【図４】従来技術及び本発明の冷却空気の数値シミュレーション結果を示す斜視図。
【図５】強化圧縮応力の測定箇所を示す説明図。
【図６】陰極線管用ガラスパネル成型体の断面図。
【図７】従来技術の金型冷却装置の断面説明図。
【図８】従来技術の金型の図１に相当する断面図。
【符号の説明】
１：成型体（陰極線管用ガラスパネル）
２：金型
３：ノズル
４：支脚
５：冷却空気
６：フェース部
７：周辺部
８：中央部
９：スカート部
１０：プレスマシンテーブル
１３：中央部
１４：短軸
１５：長軸
１６：長軸端近傍部
１７：最外周位置
【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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【図８】
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