专利名称：预拉伸阴极射线管张力荫罩材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备用于阴极射线管(CRT)的张力荫罩材料的方法，更具体地讲是涉及在荫罩材料被装入CRT之前预拉伸CRT张力荫罩材料以产生蠕变的方法。
荫罩或者张力荫罩是CRT荧光屏面板组件的一部分，它靠近在观视屏板的内表面上形成的荧光屏设置。正如在CRT技术领域中所公知的，荫罩起选色电极或者视差阻挡层的作用，它保证由设置在CRT的管颈中的电子枪产生的三根电子束中的每一束仅撞击为其所指定的荧光粉淀积区。未拉伸的常规曲面荫罩通常被支撑在一个框架内，这个框架固定在荧光屏面板内。典型情况是，常规荫罩具有约0.15mm(6密耳)的厚度，并且在其中心部分具有约18-20％的透射率。一种单轴张力荫罩具有平行的栅单元，这些单元仅在一个方向上延伸并且以与常规荫罩相同的横向间隔相互横向隔开，这种单轴张力荫罩具有固有的较高透射率，因为它没有横向的连接条。在1972年1月25日授予Tachikawa等人的美国专利USP3638063中描述了一种这样的荫罩。所公开的这种张力荫罩是由宽度为0.5mm(19.7密耳)和厚度为0.1mm(3.9密耳)的栅单元构成的。张力荫罩存在的一个问题是，在CRT制造操作过程中，例如在约435℃或更高的封接温度下采用玻璃料将面板封接至CRT玻壳的锥体上时，栅条会永久性地膨胀。为防止在发生这种膨胀后栅条弯曲，常规方法是提供足够的框架柔量，以便即使在封接操作过程中栅条伸长后，也能在栅条上维持所需的张力。但是，根据为栅条和框架部件所选择的材料，栅条可能在玻璃料封接时产生如此程度的伸长，以致于在阴极射线管的正常操作过程中，可能难以提供足够的框架柔量来维持栅条上所需的张力。因此，希望在张力荫罩被安装至CRT的荧光屏面板上之前，预拉伸栅条，以产生由应力引起的材料的与时间有关的永久应变或伸长，后面称之为蠕变。
本发明涉及一种预拉伸CRT张力荫罩材料以产生蠕变的方法。该方法包括以下步骤对荫罩材料施加适当的力，以在其中产生应力；在所述应力作用下，加热荫罩材料至一个极限温度并保持充分的时间，以产生蠕变；和冷却荫罩材料。
图1是体现本发明的彩色CRT的平面图，其中部分是轴向剖视图。
图2是用于图1的CRT中的具有张力的荫罩-框架组件的平面图。
图3是沿图2的线3-3获取的荫罩-框架组件的前视图。
图4是一种预拉伸CRT张力荫罩材料的装置的侧视图。
图5是沿图4的线5-5获取的该装置的顶视图。
图6是图4的装置被置于具有受控气氛的炉子内时的侧视图。
图1示出一个阴极射线管10，它具有一个玻壳11，此玻壳包括一个矩形的荧光屏面板(faceplate panel)12和一个圆管状的管颈14，荧光屏面板12和管颈14由一个矩形的锥体15连接。锥体具有一个内导电涂层(未示出)，此涂层从阳极钮(anode button)16延伸至管颈14。面板(panel)12包括一个柱面形的观视屏板(faceplate)18和一个外围边缘或者侧壁20，后者通过玻璃料17封接至锥体15。一个三色荧光屏22由屏板18的内表面承载。荧光屏22是一个条形屏，它具有以三色组方式排列的荧光粉条，每一三色组包括对应三种颜色中的每一种的荧光粉条。一个柱面形的多孔选色电极或张力(tension)荫罩24以可以拆除的方式安装在面板12内，并且相对于荧光屏22有预定的间距。在图1中由虚线简单示出的一个电子枪26居中地安装在管颈14内，用于产生三根一字形排列的电子束，即中心电子束和两根侧边或外侧电子束，并且使这三根电子束沿会聚路径通过荫罩24到达荧光屏22。
图1的CRT要与一个外部磁偏转线圈联用，例如邻近锥体-管颈交界处示出的偏转线圈30。当被激励时，偏转线圈30使三根电子束受到磁场的作用，使得电子束在荧光屏22上扫描出一个水平和垂直的矩形光栅。如图2所示，张力荫罩24是一个单轴的张力荫罩，它最好是由一张矩形的约0.05mm(2密耳)厚的低碳钢薄板制成，它包括两个长边和两个短边。荫罩的两个长边平行于荫罩的中心长轴X，两个短边平行于荫罩的中心短轴Y。此荫罩包括一个有孔的部分，此部分包含多个细长条32，这些条由多个狭槽33分离，狭槽33平行于荫罩的短轴。每一狭槽33从靠近荫罩的一个长边处延伸至靠近荫罩的另一长边处。在图1-3中示出一个用于该张力荫罩的框架34，此框架包括四个主要部件，即两个扭力管(torsion tube)或弯曲部件35和36以及两个张力臂或直部件38和40。两个弯曲部件35和36平行于长轴X并且彼此平行。如图3所示，每一直部件38和40包括两个重叠的半部件或部分42和44，每一部分具有一个L形的断面。重叠的部分42和44在其重叠处焊接在一起。每一部分42和44的一端连接至弯曲部件35和36之一的一端。弯曲部件35和36的曲率与张力荫罩24的柱面曲率相匹配。单轴张力荫罩24的长边被焊接在两个弯曲部件35和36之间，它们提供了荫罩24所需的张力。
在采用玻璃料将荧光屏面板12封接至锥体15的过程中，为使张力荫罩的附加蠕变降至最小程度，单轴张力荫罩24采用图4和5中所示的装置50预拉伸。此装置50包括一个支架52，此支架具有第一主表面54和相对设置的第二主表面56。一个止挡凸台(boss)58设在支架52的第一主表面54上，并且伸至此表面之上，正如后面将描述的。具有第一夹爪62的主夹具60与止挡凸台58隔开一定距离，并且与支架52的第一主表面54是一体的或者其一端固定至支架52的第一主表面54。主夹具60还包括一个可调的第二夹爪64，此第二夹爪通过主固定部件65例如螺钉或者螺栓与第一夹爪62相连，它可以调节，以便将张力荫罩材料夹紧于第一和第二夹爪62和64之间。一个可移动的辅助夹具70设置在止挡凸台58附近。辅助夹具70包括一个第三夹爪72，此夹爪固定至一个轴杆74。轴杆74具有一个近端76和一个远端80，近端76设置在一个凸轮78内，远端80延伸穿过一个细长孔82，此细长孔形成在一个支柱84中，支柱84固定至支架52上。孔82在平行于支架的第一主表面54的平面中延伸。辅助夹具70还包括一个可调的第四夹爪86，此第四夹爪通过辅助固定部件88例如螺钉或者螺栓与第三夹爪72相连，它也可以调节，以便将张力荫罩材料夹紧于第三和第四夹爪72和86之间。凸轮78具有一个止挡凸台配合表面90，它接触止挡凸台58的平的凸轮接触表面92。一个杆形臂(lever arm)93具有一个近端94，此近端例如通过焊接固定至凸轮78的一侧。杆形臂93的远端96包括一个凹口98，此凹口支撑一个重块100，此重块向荫罩材料施加单轴应力。如图5所示，装置50设计用于在狭槽33(最好是)通过蚀刻贯穿形成之后，使张力荫罩24均匀地预拉伸。另一种方式是，可以在狭槽33形成之前拉伸张力荫罩材料的一个断面(section)，或者，如果荫罩是通过将多个条绕制在一个心轴上形成的，而不是通过蚀刻荫罩材料薄板形成的，可以采用一个相似的装置预拉伸各金属条。再参照图5，凸轮78可以包括两个分离的凸轮，这两个凸轮靠近第一表面54的每一侧，在这种情况下，分离的止挡凸台58设置在每一凸轮附近。凸轮78在荫罩材料上提供了11.5∶1的拉伸率(pull ratio)。施加至材料上的应力值是由所采用的重块100的质量决定的。
宽度为0.3mm(12密耳)、厚度为0.05mm(2密耳)的张力荫罩材料的一根381mm(15英寸)长的条，制造时没有采用这里描述的本发明的预拉伸方法，并且在440℃温度下被加热1小时，当施加的应力为703kgcm-2(104psi)时，产生了0.43mm(17密耳)的蠕变。当应力增加到1406kgcm-2(2×104psi)时，蠕变量增大到1.4mm(55密耳)。然而，一个相同荫罩材料的条在1406kgcm-2(的应力)和470℃温度下预拉伸1小时，然后在703kgcm-2的应力和440℃的温度下经过1小时处理，后面的这种处理接近玻璃料封接条件，结果未产生附加的蠕变。但是，如果在440℃的温度下经过1小时，应力增加到1406kgcm-2，蠕变量增大到0.43mm(17密耳)。
为了进一步减小玻璃料封接过程中的蠕变，在实际上高于玻璃料封接温度的温度下实施优选的预拉伸方法。在这种优选方法中，张力荫罩24被置于主夹具60和可移动的辅助夹具70之间，并且由固定部件65和88固定在其间。通过将12.3kg(2711b)的重块施加至杆形臂93的远端96，在被夹紧的张力荫罩24上产生约1547kgcm-2(2.2×104psi)的应力。然后，该装置50被装入一个炉子102，如图6所示，此炉子包括一个合适的气体混合器104，这个混合器在炉子内提供由大部分氮气和几个百分数的氧气组成的弱氧化气氛。典型条件是，氮气占炉子内气氛的约96wt.％(重量％)，氧气占约4wt.％。流量调节器106和108分别控制氧气和氮气的量。炉子102的温度以大约10℃/分钟的速率升高到500℃，并在此温度下保持约1小时。随后，荫罩材料被冷却至室温(约22℃)。实际上高于约460℃的玻璃料封接温度的500℃温度容许这种381mm长的荫单材料条平均蠕变约2.515mm(99密耳)。在荫罩材料的预拉伸过程中采用的弱氧化气氛还使荫罩在预拉伸工艺中黑化，从而降低了其反射，由此改善了CRT荧光屏的对比度。
用于形成张力荫罩24的优选低碳钢具有这样的按重量计的组分约0.005％的碳、0.01％的硅、0.12％的磷、0.43％的锰和0.007％的硫磺。ASTM粒度最好在9至10范围内。根据本发明的这种优选方法实施的荫罩材料的预拉伸被认为使荫罩材料超负荷，从而在所施加的应力下，荫罩内被活化的材料扩散至其颗粒边界。这使得材料在玻璃料封接过程中不太可能进一步蠕变。当在1406kg/cm-2(2×104psi)的张应力和460℃的玻璃料封接温度条件下保持1小时时，按这里描述的方法处理的张力荫罩产生了仅仅0.05mm(2密耳)的附加蠕变。即使按这里描述的方法预拉伸的荫罩材料经历长的玻璃料(封接)操作过程，其中温度在7小时内缓慢升高至460℃并在此温度下保持1小时，蠕变也仅仅为附加的0.05mm(2密耳)。这个小的附加伸长量可以由荫罩框架的柔量补偿，并且对于按这种新方法处理的荫罩不会产生问题。
权利要求
1.一种预拉伸CRT张力荫罩材料以产生蠕变的方法，包括以下步骤a)对所述荫罩材料施加适当的力，以在其中产生应力；b)在所述应力作用下，加热所述荫罩材料至一个极限温度并保持充分的时间，以产生蠕变；和c)冷却所述荫罩材料。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在一种弱氧化气氛中实施加热步骤b)，以便在所述荫罩材料的表面上形成一个氧化层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述力产生约1547kgcm-2的应力。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述高温约为500℃。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述充分时间约为1小时。
6一种预拉伸方法，用于预拉伸CRT(10)中使用的单轴张力荫罩(24)，以产生高温下的蠕变，该方法包括以下步骤a)对所述荫罩在一个单轴方向上施加一个力，以在所述单轴方向上产生应力；b)在所述应力作用下，加热所述荫罩至所述的高温，此温度高于制造过程中所述CRT经受的任何加工温度，并保持充分的时间，以产生蠕变；和c)冷却所述荫罩至室温。
7.如权利要求6所述的方法，还包括在一种弱氧化气氛中实施加热步骤b)，以便在所述荫罩(24)的表面上形成一个氧化层。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述力产生约1547kgcm-2的应力。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述高温约为500℃。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述充分时间约为1小时。
全文摘要
本发明涉及一种预拉伸CRT张力荫罩(24)以产生蠕变的方法。该方法包括以下步骤:对荫罩材料施加适当的力,以在其中产生应力;在所述应力作用下,加热荫罩材料至一个极限温度并保持充分的时间,以产生蠕变;和冷却荫罩材料。
文档编号H01J9/14GK1189239SQ96195020
公开日1998年7月29日 申请日期1996年6月4日 优先权日1995年6月26日
发明者理查德·W·诺斯克 申请人:Rca汤姆森许可公司