JP2001110307A - カラーブラウン管用シャドウマスクおよび電子ビーム孔加工機によるその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フォトエッチング法では明けることのできない
ような小径の電子ビーム通過孔も明けることができ、ま
た環境を汚染することなく低コストで製造することがで
き、さらには容易に電子ビーム通過孔のパターンを変更
できるカラーブラウン管用シャドウマスクの製造方法を
提供する。 【解決手段】 電子ビーム孔加工機から放射される孔加
工用電子ビームにより電子ビーム通過孔を明ける。この
とき孔加工用電子ビームの焦点を、シャドウマスク素材
の肉厚方向の内部に位置させて略テーパ状を呈する孔を
明ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子銃から放出さ
れる電子ビームが通過する電子ビーム通過孔が多数形成
され、そして３色蛍光体層からなる蛍光面に対向して配
置されるように選定されているカラーブラウン管用シャ
ドウマスクおよび電子ビーム孔加工機によるその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラーブラウン管用シャドウマスクの電
子ビーム通過孔は、例えば特開平３−１７３０４０号公
報に開示されているように、ネガパターンを利用したフ
ォトエッチングにより明けられている。すなわち、シャ
ドウマスク素材の両面に感光剤を塗布して感光剤皮膜を
形成し、この感光剤皮膜に電子ビーム通過孔に対応する
ネガパターンが形成されているネガ版を真空吸着により
密着し、そして露光してネガパターンを焼き付ける。次
いで未感光部分を除去した後、シャドウマスク素材の両
面にエッチング液をスプレイして電子ビーム通過孔が形
成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、フォト
エッチング法により電子ビーム通過孔が明けられたシャ
ドウマスクも、色選別電極として実用に供され、通常の
テレビションには格別に問題はないが、製造されたシャ
ドウマスクにおいても、またシャドウマスクの製造方法
においても改良すべき点が認められる。例えば、図２は
従来のエッチング法により明けられた電子ビーム通過孔
の拡大断面図であるが、同図にも示されているように、
電子ビーム通過孔４０は、内部において絞られた形にな
っているので、すなわち内部においてリング状凸部４１
が内側に形成されているので、電子銃から照射される電
子ビームＢがこの凸部４１により反射されることがあ
る。さらに詳しく説明すると、図２において参照数字４
２は電子銃側を、そして４３は３色蛍光体層からなる蛍
光面側を示しているが、フォトエッチング法によると、
その加工法上、電子ビーム通過孔４０は、断面形状が盃
型となり、リング状凸部４１の形成は避けられない。そ
うすると、電子銃から照射される電子ビームＢの一部
は、この凸部４１により矢印で示されているように反射
される。その結果、電子ビームＢの一部は、蛍光面にラ
ンディングしなくなり、ハイビションテレビ用シャドウ
マスクとしては必ずしも満足のいくものではない。ま
た、鮮明な画像を得るためには、シャドウマスクの電子
ビーム通過孔の孔径は、０．１〜０．２ｍｍ程度が要求
されるが、従来のフォトエッチング方法ではこのような
小径の電子ビーム通過孔は明け難いという問題もある。

【０００４】一方、製造方法の点から見ると、フォトエ
ッチング法によると、電子ビーム通過孔の孔径に制約を
受け、孔径が０．２ｍｍ以下の電子ビーム通過孔を明け
るのは一般に困難である。また、感光剤皮膜が形成され
ているシャドウマスク素材が大型になると、ネガ版を密
着させる真空吸引時間が長くなる欠点がある。もっと
も、前記公報に記載されている発明によると、感光剤が
平滑状に塗布乾燥された皮膜上に、感光剤をスプレイし
て凹凸皮膜を形成するようになっているので、真空吸引
時間の問題は解決されているが、凹凸皮膜を形成する工
程が増え、コストアップになることが予想される。ま
た、エッチングには例えば塩化第２鉄が薬液として使用
されているので、廃液中にニッケル、鉄などの重金属が
含まれ、環境を汚染しないように処理するのにコストが
かかることが懸念される。さらには、電子ビーム通過孔
のパターンを変更しようとすると、ネガ板を変えなけれ
ばならないという問題もある。

【０００５】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであって、電子銃から照射される電子ビー
ムの反射量が少なく、３色蛍光体層からなる蛍光面に正
しくランディングし、したがって限定するものではい
が、ハイビションテレビ用シャドウマスクとして好適
な、カラーブラウン管用シャドウマスクを提供すること
を目的としている。また、フォトエッチング法では明け
ることのできないような小径の電子ビーム通過孔も明け
ることができ、また環境を汚染することなく低コストで
製造することができ、さらには容易に電子ビーム通過孔
のパターンを変更できるカラーブラウン管用シャドウマ
スクの製造方法を提供することも目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、所
定肉厚のシャドウマスク素材に高密度の孔加工用電子ビ
ームを照射して孔明け加工することにより達成される。
特に、高密度の孔加工用電子ビームの焦点を、シャドウ
マスク素材の肉厚の内部に位置させることにより達成さ
れる。すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を
達成するために、電子銃から放出される電子ビームが通
過する電子ビーム通過孔が多数形成され、それが電子銃
と、３色蛍光体層からなる蛍光面との間に配置されるよ
うに選定されているカラーブラウン管用シャドウマスク
であって、前記電子ビーム通過孔は、電子ビーム孔加工
機から放射される孔加工用電子ビームにより明けられて
いる。請求項２に記載の発明は、電子銃から放出される
電子ビームが通過する電子ビーム通過孔が多数形成さ
れ、それが電子銃と、３色蛍光体層からなる蛍光面との
間に配置されるように選定されているカラーブラウン管
用シャドウマスクであって、前記電子ビーム通過孔は、
電子ビーム孔加工機から放射される孔加工用電子ビーム
により明けられていると共に、その孔径は、電子銃側よ
りも蛍光面側の方が大きく、その断面形状は、全体とし
て略テーパ状を呈するように構成されている。そして、
請求項３に記載の発明は、電子ビーム孔加工機から放射
される孔加工用電子ビームをシャドウマスク素材に照射
して、電子ビーム通過孔を多数形成してカラーブラウン
管用シャドウマスクを得るとき、前記電子ビーム孔加工
機から放射される孔加工用電子ビームの焦点を、シャド
ウマスク素材の肉厚方向の内部に位置させて孔明け加工
するように構成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１により本発明の実施の
形態を説明する。図１の（イ）は、本実施の形態に係わ
るシャドウマスクを備えたカラーブラウン管の側断面図
であるが、同図に示されているように本実施の形態に係
わるシャドウマスク１は、平板状を呈している。そし
て、電子銃３と、青、緑および赤に発光する３色蛍光体
層からなる蛍光面４との間に配置されている。電子銃３
は、従来周知のように、ファンネル６のネック５の内部
に、そしてシャドウマスク１は平板状のパネル７の内側
に配置されている。

【０００８】上記のように平板状を呈するシャドウマス
ク１の電子ビーム通過孔８は、詳しくは後述するように
電子ビーム孔加工機から照射される高密度に収束された
高パワーの孔加工用電子ビームにより明けられるが、そ
の形状は図１の（ロ）に拡大して示されているように略
テーパ状になっている。すなわち、同図において参照符
号１ａは、シャドウマスク１の電子銃３側の面を、そし
て１ｂは蛍光面４側の面をそれぞれ示しているが、電子
銃３側の面１ａにおける電子ビーム通過孔８の孔径ｄ
は、蛍光面４側の面１ｂにおける孔径Ｄよりも小さく、
全体としてテーパ状になっている。このようなテーパ状
の電子ビーム通過孔８が従来のように多数明けられてい
る。したがって、電子銃３から照射される電子ビーム３
Ｂ、３Ｇ、３Ｒが、シャドウマスク１の端部に位置する
電子ビーム通過孔８、８、…を通過するときも、電子ビ
ーム通過孔８、８、…の内周壁により反射されるような
ことはない。反射されることなく通過している状態は、
図１の（ロ）において矢印Ａで示されている。

【０００９】次に、図３により電子ビーム孔加工機の実
施の形態を説明する。本実施の形態に係わる電子ビーム
孔加工機１０は、概略的には電子銃部１１、下部コラム
部１６、真空チャンバー部２０等からなっている。電子
銃部１１は、従来周知のように、減圧された加速室１２
に配置されているカソード１３、グリッド１４、アノー
ド１５等から構成されている。また、下部コラム１６の
減圧室内にはアライメントコイル１７、収束コイル１
８、偏向コイル１９等から構成されている。カソード１
３から放出される孔加工用電子ビームは、これらのアラ
イメントコイル１７、収束コイル１８、偏向コイル１９
等により、高パワー密度に収束され、そして焦点位置が
調節されて次の真空チャンバー部２０のワークすなわち
シャドウマスク素材Ｗに照射されるようになっている。

【００１０】真空チャンバー部２０は、図４に詳細が示
されているように、真空加工チャンバー２０ａと、この
真空加工チャンバー２０ａの両側に位置する第１、２の
等圧用チャンバー２０ｂ、２０ｃとからなっている。こ
れらのチャンバー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、開閉可能
な第１〜４の開閉ドア２１〜２４により、その内部は互
いに独立して負圧状態が保たれるようになっている。そ
の負圧を保つために、これらのチャンバー２０ａ、２０
ｂ、２０ｃには、負圧原に接続された排気管２５〜２７
がそれぞれ設けられている。真空加工チャンバー２０ａ
内部には、図３、４には示されていないが、ワークＷを
保持している加工治具Ｊを駆動する治具駆動装置が設け
られている。この治具駆動装置により、加工治具Ｊは矢
印Ｋ方向に回転するが、高密度の孔加工用電子ビームＢ
がワークＷにパルス状に照射されるので、加工治具Ｊの
回転もこれに連動して、すなわち孔開けする電子ビーム
通過孔８の間隔に見合って間欠的に回転駆動される。ま
た、軸方向Ｓにも移動あるいは駆動されるが、軸方向Ｓ
の駆動間隔も孔開けする電子ビーム通過孔８の間隔に見
合った量だけ不連続に駆動される。

【００１１】次に、上記電子ビーム孔加工機１０によ
り、ワークＷに多数の電子ビーム通過孔８を、端の方か
ら順次開ける例について説明する。なお、上記電子ビー
ム孔加工機１０は、制御装置も備え、ワークＷの取り扱
いを初めとして、電子ビーム通過孔８の孔径、電子ビー
ム通過孔８の配列パターン等を制御装置にプログラムす
ることにより、電子ビーム孔加工機１０から所定のパル
ス電流、パルス幅の電子ビームＢがワークＷに照射さ
れ、これに連動して加工治具Ｊも駆動されるが、以下説
明を簡単にするために手動的に加工する例について説明
する。

【００１２】図４の左下隅に示されているように、加工
治具Ｊにシャドウマスク素材すなわちワークＷが円筒状
に巻かれる。真空チャンバー部２０の第１の開閉ドア２
１が開き、ワークＷは加工治具Ｊと共に第１の等圧用チ
ャンバー２０ｂに搬入される。そうすると、第１の開閉
ドア２１が閉まり、第１の等圧用チャンバー２０ｂの内
部は減圧され、真空加工チャンバー２０ａの圧力に略等
しくなる。そうすると、第２の開閉ドア２２が開き、ワ
ークＷが巻かれた治具Ｊは、今度は真空加工チャンバー
２０ａ内へ搬入され、そして高密度の孔加工用電子ビー
ムＢがワークＷの端部に当たるように治具駆動装置にセ
ットされる。第２の開閉ドア２２が閉まり、電子ビーム
通過孔８の孔明けが開始される。孔明けされている間
に、前述したようにして、次のワークＷが準備される。

【００１３】電子銃部１１から１パルスの孔加工用電子
ビームＢがワークＷに略直角に照射される。これによ
り、ワークＷの照射された部分は、溶融し蒸発する。こ
れにより１個の電子ビーム通過孔８が開けられる。この
孔明けで生じた加工屑は５０ミクロン程度の粉となり、
真空加工チャンバー２０ａの底に落下する。加工治具Ｊ
は、開ける電子ビーム通過孔８の間隔だけ矢印Ｋ方向に
回転する。そうして、次の孔加工用電子ビームＢがワー
クＷに照射される。これにより１列目の２個目の電子ビ
ーム通過孔８が開けられる。以下同様にしてワークＷを
１周させて１列目の電子ビーム通過孔８が開けられる。
次に、孔開けする電子ビーム通過孔８の横方向の間隔だ
け、加工治具Ｊは矢印Ｓ方向に移動させられる。そうし
て、前述したようにして、電子銃部１１から１パルスの
孔加工用電子ビームＢがワークＷに照射される。これに
より、２列目の１個目の電子ビーム通過孔８が開けられ
る。以下同様にして３列目、４列目、…と順次孔開けさ
れる。このようにして孔明けされている状態は、図３、
４に示されている。

【００１４】全体の孔明加工が終了すると、第３の開閉
ドア２３が開き、孔加工されたワークＷ’は加工治具Ｊ
と共に、第２の等圧用チャンバー２０ｃに搬入される。
この搬入が終わると、真空加工チャンバー２０ａ内で
は、前述したようにして、次のワークＷの孔明加工が開
始される。第３の開閉ドア２３が閉まり、第４の開閉ド
ア２３が開く。第２の等圧用チャンバー２０ｃ内が大気
圧に等しくなると、孔加工されたワークＷ’は加工治具
Ｊと共に外部へ搬出される。次いで、図４の右下隅に示
されているように、ベルト研磨機ＢＫにより、ワーク
Ｗ’のバリが取られる。最後に、ワークＷ’は加工治具
Ｊから外され、薄い酸性の液で洗浄される。乾燥して、
孔加工が終わる。

【００１５】なお、上記実施の形態では、加工治具Ｊは
回転方向Ｋと軸方向Ｓとに駆動されるようになっている
が、３次元的に駆動されるように実施し、孔加工用電子
ビームＢをワークＷに斜めに照射し、ワークＷの位置に
より、例えばワークＷの端部には斜めの電子ビーム通過
孔８を明けることができることは明らかである。

【００１６】実施例：電子ビーム孔加工機１０により開
けられる加工孔の孔径および孔形状は、加速電圧、パル
ス電流、パルス幅、孔加工用電子ビーム焦点位置等に左
右されるので、当出願人が所有するメッサー・グリース
ハイム社製の、最大加速電圧１５０ｋＶ、最大出力１２
ｋＷのパルスビームタイプの孔加工専用機により、パル
ス電流、パルス幅および電子ビーム焦点位置を適宜変え
て、これらが孔径、孔形状に与える影響についてテスト
した。なお、孔加工用電子ビームによる孔開け加工は、
通常１パルスの照射により孔開けする、いわゆるシング
ルパルス加工が行われるので、本テストにおいてもシン
グルパルス加工によった。

【００１７】実施例１：孔径とパルス電流との関係テス
ト。ワークすなわち被加工物として板厚０．２ｍｍのス
テンレス鋼板ＳＵＳ３０４を使用し、パルス幅０．３ｍ
ｓと、０．５ｍｓにおいて、パルス電流を１０〜８０ｍ
Ａの間で変化させてテストした。その結果を図５に示
す。図５より孔径は、パルス幅が大きければ大きく、パ
ルス電流に略比例して大きくなることが判る。また、フ
ォトエッチング法では明けることが困難な、孔径が０．
２ｍｍ以下の小孔も容易に加工できることも理解され
る。

【００１８】実施例２：孔断面形状とパルス電流との関
係テスト。なお、孔断面形状の評価方法として、加工孔
の中心を深さ方向に切断して断面研磨を行い、図６に示
すように、最大孔径φＤ_Ｌと、最小孔径φＤ_Ｓとを計測
し、その差を求め、その値に正負の符号を付記すること
により孔断面形状を数値的に表現する方法を採用した。
被加工物としては、実施例１と同じステンレス鋼板ＳＵ
Ｓ３０４で、板厚は０．５ｍｍのものを使用した。パル
ス電流を１０〜４０ｍＡの範囲で孔径φ０．２５ｍｍの
孔を開けてテストした。なお、この時孔加工用電子ビー
ムの焦点は、被加工物の表面に合わせた、いわゆるジャ
ストフォーカスでテストした。その結果を図６に示す。
パルス電流が３０ｍＡで孔が得られ、２５ｍＡ以下では
平行度は低下し、ティアドロップ形状を呈している。ジ
ャストフォーカスで孔加工すると、テーパ孔は得にくい
ことが判る。

【００１９】実施例３：孔断面形状と電子ビームの焦点
位置との関係テスト。本テストには板厚０．５ｍｍのテ
ンレス鋼板ＳＵＳ３０４を使用し、孔加工用電子ビーム
焦点位置を変えて孔径φ０．１ｍｍの孔加工をした。な
お、このときパルス電流は１５ｍＡに、そしてパルス幅
は０．１ｍｓにそれぞれ設定し、孔加工用電子ビームの
焦点位置は、被加工物の表面から肉厚方向に深さ１ｍｍ
（−１、アンダーフォーカス）から０．５ｍｍ間隔で被
加工物の表面上方１ｍｍ（＋１、オーバーフォーカス）
の点まで５カ所でテストした。その結果を図７に示す。
この図７からアンダーフォーカスで孔加工すると、孔の
断面形状はテーパ状を呈し、ジャストフォーカスでスト
レート形状を呈し、プラス側のオーバーフォーカスでテ
ィアドロップ形状を呈していることが判る。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、カラー
ブラウン管用シャドウマスクの電子ビーム通過孔は、電
子ビーム孔加工機から放射される孔加工用電子ビームに
より明けられているので、あるいは電子ビーム通過孔
は、その断面形状が全体として略テーパ状になっている
ので、電子ビーム通過孔の孔径を、フォトエッチング法
では明けることのできないような例えば０．０７ｍｍ程
度の極小径にでき、また電子ビーム通過孔の孔壁にる反
射量も少なくなる。したがって、本発明によると、明る
い鮮明な画像の、ハイビションテレビ用シャドウマスク
としても好適なシャドウマスクが得られる。また、製造
方法の発明によると、電子ビーム孔加工機から放射され
る孔加工用電子ビームの焦点を、シャドウマスク素材の
肉厚方向の内部に位置させて孔明け加工するので、電子
ビーム通過孔の断面形状は略テーパ状になり、電子銃か
ら照射される電子ビームの反射量が無くなり、明るい鮮
明な画像が得られる。さらには、孔加工用電子ビームに
より孔明けされるので、化学物質による環境の汚染の問
題もなく、低コストで製造することができ、また容易に
電子ビーム通過孔のパターンを変更することもできる。
上記のような極小径あるいは断面形状が略テーパ状の電
子ビーム通過孔も、フラットなシャドウマスクに対して
は、電子銃から放射される電子ビームは略直角に入射さ
れるので、電子ビーム通過孔はシャドウマスクに対して
略直角でよく、電子ビーム孔加工機により容易に明ける
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を示す図で、その（イ）
は本発明に係わるカラーブラウン管用シャドウマスクの
適用状態を示すブラウン管の断面図、その（ロ）は、本
発明に係わるカラーブラウン管用シャドウマスクの一部
を拡大して示す断面図である。

【図２】 従来のシャドウマスクの一部を拡大して示す
断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態に係わる電子ビーム孔加
工機の模式的断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態に係わる電子ビーム孔加
工機の真空加工チャンバーの近傍を示す模式的正面図で
ある。

【図５】 本発明の実施の形態に係わる電子ビーム孔加
工機により明けられる孔径とパルス電流との関係を示す
図である。

【図６】 本発明の実施の形態に係わる電子ビーム孔加
工機により明けられる孔の形状を示す断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態に係わる電子ビーム孔加
工機により明けられる孔断面形状と孔加工用電子ビーム
の焦点位置との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ カラーブラウン管用シャドウマスク ３ 電子銃 ４ 蛍光面 ８ 電子ビーム通過孔 １０ 電子ビ
ーム孔加工機 ２０ 真空チャンバー部 Ｂ 孔加工用電子ビーム Ｗ ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子銃から放出される電子ビームが通過す
   る電子ビーム通過孔が多数形成され、それが電子銃と、
   ３色蛍光体層からなる蛍光面との間に配置されるように
   選定されているカラーブラウン管用シャドウマスクであ
   って、 前記電子ビーム通過孔は、電子ビーム孔加工機から放射
   される孔加工用電子ビームにより明けられていることを
   特徴とするカラーブラウン管用シャドウマスク。
2. 【請求項２】電子銃から放出される電子ビームが通過す
   る電子ビーム通過孔が多数形成され、それが電子銃と、
   ３色蛍光体層からなる蛍光面との間に配置されるように
   選定されているカラーブラウン管用シャドウマスクであ
   って、 前記電子ビーム通過孔は、電子ビーム孔加工機から放射
   される孔加工用電子ビームにより明けられていると共
   に、その孔径は、電子銃側よりも蛍光面側の方が大き
   く、その断面形状は、全体として略テーパ状を呈してい
   ることを特徴とするカラーブラウン管用シャドウマス
   ク。
3. 【請求項３】電子ビーム孔加工機から放射される孔加工
   用電子ビームをシャドウマスク素材に照射して、電子ビ
   ーム通過孔を多数形成してカラーブラウン管用シャドウ
   マスクを得るとき、前記電子ビーム孔加工機から放射さ
   れる孔加工用電子ビームの焦点を、シャドウマスク素材
   の肉厚方向の内部に位置させて孔明け加工することを特
   徴とする、電子ビーム孔加工機によるカラーブラウン管
   用シャドウマスクの製造方法。