JP2001152292A - 磁気特性に優れたセミテンションマスク用Fe−Ni系合金並びにそれを用いたセミテンションマスク及びカラーブラウン管 - Google Patents
磁気特性に優れたセミテンションマスク用Fe−Ni系合金並びにそれを用いたセミテンションマスク及びカラーブラウン管Info
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Abstract
張力を架けてマスクにするセミテンションマスクタイプ
のマスク用材料として使用すると磁気シールド性が悪く
なってビームドリフト量が大きくなる。 【解決手段】 Niを34質量百分率(以下%とする)以上45
%以下、Mnを0.01%以上0.5%以下、残部Feおよび不可避的
不純物から成るFe-Ni系合金で、最終冷間圧延後の板表
面における下記式〔数1〕で表わされる(111)集合度と(2
20)集合度の和α( 111)+(220)が15%以上であることを特
徴とするセミテンションマスク用Fe-Ni系合金。 【数1】
Description
管)に使用されるFe-Ni系合金から成るセミテンション
マスクにおいて、磁気特性が良好で、地磁気の影響によ
るビームドリフトの抑制に優れる材料に関する。
スロット状にエッチング加工された後プレス成形される
シャドウマスク方式と、すだれ状にエッチング後、架張
するアパーチャグリル方式に大別される。
ドーミング特性を改善するため、Fe-36%Ni(インバー合
金)が一般的に使用されている。一方、アパーチャグリ
ル方式では、その構造的特徴から熱膨張によるドーミン
グが発生しにくく、熱膨張係数が高くてもより安価な軟
鋼が使用されている。
らの方式も市場で用いられているが、最近、この2方式
のそれぞれの長所を取り入れたセミテンションマスク(S
emiTension Mask)方式が新たに検討され始めた。
にエッチング加工された板をプレスすることなく、アパ
ーチャグリル方式同様上下に引張(架張方式)、マスク
を支持する方法である。プレスによるシャドウマスク方
式に比べ、より平面化が可能となり、かつ、高輝度化、
高解像化が可能となる。さらには、アパーチャグリル方
式より振動特性に優れており、ダンパー線を必要とせ
ず、また、上下に引っ張る荷重も低くすみ、コスト低減
に寄与する。
パーチャグリル方式と異なることから熱膨張によるドー
ミング現象が発生するため、熱膨張係数の低いインバー
合金を中心とするFe-Ni系合金の採用が検討されている。
ところが、高精細カラーディスプレイ用として使用され
ているインバー合金をセミテンションマスクに使用した
場合、マスクの端部でビームドリフトが大きくなるとい
った問題を生じることが判明した。これは、セミテンシ
ョンマスクが平面管のためにマスク端部では、マスクと
ビームとのなす角度が小さく、わずかなビームドリフト
で蛍光体へのミスランディング量が大きくなるからであ
る。また、セミテンションマスク方式は、開口面積を大
きくして高輝度にすることも目的の一つであり、そのた
めにマスク自体の磁気シールド性が低下するためにビー
ムドリフトが起きやすい状況にあった。
の観点から、軟鋼等がセミテンションマスク用材料とし
て使用できないことから、インバー合金のような低熱膨
張合金で磁気シールド性を良くする必要があった。そこ
で、プレスタイプのシャドウマスクでは磁気シールド性
で問題なく使用できるインバー合金をセミテンションマ
スクに使用すると磁気シールド性が悪くなる原因を、マ
スク製造の各段階で詳細に調査した結果、材料を架張し
た時の磁気特性が架張前の磁気特性から大きく変化する
ことが判明した。
クは、その形状(曲率)を保てる強度をブリッジ(ドッ
ト状またはスロット状のビームを透過する孔と孔との間
の部分)に持たせる必要があるため、高輝度にするには
エッチングファクタ(深さ方向のエッチング量/サイド
エッチング量)を大きくする必要があり、そのために、
圧延面に腐食速度が小さい原子最密面である(111)を集
合させないようにすることが一般的に行われている。こ
の材料を圧延方向(<100>方向)と圧延方向に対して90度
および45度の方向(<110>方向)とに架張して磁気特性を
測定した。ブラウン管のように交流消磁後の地磁気シー
ルドにおいては,残留磁束密度(Br)が大きく、保磁力(H
c)が小さい方が磁気シールド性に優れることから、Br/H
cで計算される比透磁率μBr/Hcが大きいほど磁気シール
ド性に優れることになる。圧延方向および圧延方向に対
して90度の方向に架張すると、比透磁率μBr/Hcが架張
しない場合よりも小さくなって磁気シールド性は悪くな
り、圧延方向に対して45度の方向に架張した場合は比透
磁率μBr/Hcが大きくなって磁気シールド性が良くなる
ことが判明した。また、この比透磁率μBr/Hcは黒化処理
温度と架張する応力によっても変化することも判明し
た。しかしながら、マスクを斜め45度の角度で条から加
工することはロスが多く現実性がない。
題点を解決したものであり、 (1)Niを34%以上45%以下、Mnを0.01%以上0.5%以下、
残部Feおよび不可避的不純物から成るFe-Ni系合金で、
最終冷間圧延後の板表面における下記式〔数4〕で表わ
される(111)集合度と(220)集合度の和α(111)+(220)が1
5%以上であることを特徴とするセミテンションマスク用
Fe-Ni系合金。
セミテンションマスクとして架張する応力をσN/mm2と
すると、最終冷間圧延後の板表面における下記式〔数
5〕で表わされるα(111)+(220)が、下記式〔数6〕を
満足することを特徴とする(1)に記載のセミテンショ
ンマスク用Fe-Ni系合金。
05%以上0.030%以下含有する(1)〜(2)に記載のセ
ミテンションマスク用低熱膨張Fe-Ni系合金。
以下、Pが0.015%以下、Sが0.010%以下であることを特徴
とする(1)〜(3)に記載のセミテンションマスク用
Fe-Ni系合金。
を用いたことを特徴とするセミテンションマスク。
を用いることを特徴とするカラーブラウン管。
合度が1%未満のプレスマスク用インバー金属条から、グ
リッドの長手方向が、圧延平行方向に対して0度〜45度
までの5度間隔になるようにエッチングしてマスクを作
成し、640℃で黒化処理し、100N/mm2で架張して、グリ
ッドを通過するビームのドリフト量を調べるとともに、
圧延平行方向に対して0度〜45度の角度で短冊形の試験
片を切り出し、100N/mm2で架張して最大磁場3183A/mの
ヒステリシス曲線を測定し、比透磁率μBr/Hcを計算し
たところ、比透磁率μBr/Hcが2400以上あればビームの
ドリフトが満足できる程度に抑えられることがわかっ
た。 そして、圧延面の(111)集合度と(220)集合度の和を変え
ることによっても、(111)集合度が1%未満の条からの採
取角度を変えた場合と同様に磁気シールド性を確保でき
ることがわかった。
おける圧延面の(111)集合度と(220)集合度との和を制御
することで、磁気シールド性を確保してビームドリフト
による色ずれ発生を抑制できることを見出した。それ
は、マスクの黒化処理温度とセミテンションマスクへの
架張の応力に応じて制御される。
が高くなり色純度の低下につながる。Niが34%より少なく
なると、熱膨張係数が急激に大きくなる以外に、軟化温
度も低くなり黒化処理後の耐力が下がり、架張した時の
クリープ伸びが大きくなり易い。よってNiの下限を34%と
した。 また、Niが36%を超えると熱膨張係数が大きくなるが、
軟化温度が高くなるために黒化処理後の耐力の低下が小
さく、架張力を大きくして熱膨張によるドーミング特性
劣化を防ぐことができる。さらにNiが多いほど磁気特性
は良くなる。しかしながら、Niが45%より多くなると熱膨
張係数で軟鋼との差が小さくなるためにコストも考慮す
るとFe-Ni系合金をセミテンションマスク用材料として
使用するメリットがなくなる。よってその成分範囲を34%
以上45%以下とする。 Mn:Mnは熱間加工性を阻害する不純物として含まれるS
を無害化させるのに必要である。そしてMnが0.01%より少
ないとこの効果がなく、0.5%を超えるとエッチング性を
阻害し、熱膨張係数が大きくなる。よって、その成分範
囲を0.01%以上0.5%以下とするが、エッチング性と熱膨
張特性をより良くするのに好ましい範囲は、0.01%以上
0.1%以下である。
多いとエッチング性を大きく阻害することから少ないほ
うが好ましい。しかしながら、小さいながらもクリープ
特性を改善する効果があることからその成分範囲を0.01
%以上0.20%以下とする。ただし、エッチング性をより良
くするのに好ましい範囲は0.03%以下である。 Al:Alは脱酸材として使用され、Alを多く固溶させると
クリープ特性を改善する効果がある。しかしながら、Al
含有量を多くするとアルミナを形成して、エッチング性
を阻害するとともに、冷間圧延においてアルミナ起因の
表面疵が発生する。よってその成分範囲を0.005%以上0.0
30%以下とする。
超えると炭化物が過剰に生成しこれがエッチング性を阻
害する。よってCを0.010%以下とするが、固溶Cもエッチ
ング性に悪影響を及ぼすためCはできるだけ少ないほう
がよく、Cのさらに好ましい範囲は0.005%以下である。 P:Pは過剰に含有されるとエッチング不良の原因とな
る。このため含有量を0.015%以下とする必要がある。 S:Sは0.010%を超えると熱間加工性を阻害するととも
に、硫化物系介在物が多くなってエッチング性に悪影響
を及ぼす。このため上限を0.010%以下とする。
α(111)+(220):α(111)+(220)は、圧延平行方向および
圧延方向に対して90度の方向に架張した時の磁気特性に
大きく影響し、α(111)+(220)が小さいと、架張したと
きの比透磁率が低くなり磁気シールド性が悪くなる。磁
気シールド性を確保するためにα(111)+(220)は15%以上
とする。一方、α(111)+(220)を大きくするためには、冷
間圧延の加工度を小さくする必要があり、焼鈍回数が増
えるためにコスト高になり、マスクを黒化処理する温度
が高いと同じα(111)+(220)でも比透磁率が高くなる。よ
ってα(111)+(2 20)は、実験によって黒化処理温度T℃と
架張の応力σN/mm2との関係から得た下記式〔数7〕の
範囲とすることが望ましい。 ここで、α(111)+(220)は下記式〔数8〕で計算される
値であって次のようにして規定した。
物からなるFe-Ni合金を真空溶解で溶製し、熱間鍛造と
熱間圧延で3mm厚みとした後、酸洗を行いスケールを除
去した。次に(111)集合度と(220)集合度との和α
(111)+(220)を変えるために間に1回または2回の焼鈍を
行ったものを含めて、数種類の加工度で冷間圧延で0.13
mm厚みにし、これらの材料を再結晶焼鈍後に冷間にて0.
1mm厚みまで圧延した。そして、これらの圧延面の結晶方
位をX線回折で測定してα(111)+(220)を求めるととも
に、580℃、600℃、640℃で15分間黒化処理した後、100
N/mm2、150N/mm2、200N/mm2の引張応力を圧延平行方向
に負荷して、最大磁場3183A/mのヒステリシス曲線から
比透磁率μBr/Hcを測定した。
終冷間圧延後の圧延面のα(111)+(22 0)と比透磁率μ
Br/Hcとの関係を示す。そして、引張応力と黒化処理温度
との組み合わせにおいて、ビームのドリフトが生じない
と判断した比透磁率μBr/Hcが2400となる最終冷間圧延
後の圧延面のα(111)+(220)を求めると表1のようになっ
た。従って、黒化処理温度が640℃以下(640℃を超える
と軟化温度に近く強度が低くなるため)で、架張応力が
200N/ mm2以下(200N/ mm2を超えると耐力に近くクリー
プ伸びが大きくなるため)でのα(111)+(220)は、15%以
上あれば良いことがわかる。さらに、表1の結果をもと
に、黒化処理温度T℃と引張応力σN/mm2との2変数で、
比透磁率μBr/Hcが2400以上となるα(111)+(220)を表わ
す近似式を求めると下記式〔数9〕の左辺を得た。
(111)+(220)を小さくするには、最終焼鈍前以前の冷間
圧延加工度を小さくする必要があるが、加工度が小さい
とその後の再結晶焼鈍で混粒になる。混粒になっていな
い限界の加工度で製造した場合の最終冷間圧延後の圧延
面のα(111)+(220)の上限は55%となった。これで下記式
〔数10〕の右辺が決まり、最終的に下記式〔数11〕
を得た。
よび熱間圧延にて3mm厚みにした後、酸洗を行いスケー
ルを除去した。
または2回の焼鈍を行ったものを含めて、数種類の加工
度で0.13mm厚みにし、これらの材料を再結晶焼鈍後に冷
間にて0.1mm厚みまで圧延した。そして、これらの圧延面
の結晶方位をX線回折で測定してα(111)+(220)を測定す
るとともに、640℃で15分間黒化処理した後、100N/mm2
の引張応力を負荷して、3183A/mの交流磁場中で比透磁
率μBr/Hcを測定した。 また、460℃に加熱しながら100N/mm2の引張り応力を負
荷して、1時間後のクリープ伸びを測定した。引張方向は
圧延平行方向とした。
度と(220)集合度との和α(111)+(22 0)、比透磁率μ
Br/Hc、クリープ伸び、30℃から100℃の平均熱膨張係
数、エッチング性としてエッチング面の状態を示す。
たすものである。これらは、比透磁率μBr/Hcがビームド
リフトを抑えることが可能な2400以上あって磁気シール
ド性に優れ、クリープ伸びも0.07%未満と小さく、エッ
チング面も良好である。熱膨張係数は、Ni含有量に応じ
て大きくなっているが、架張力の調整でドーミング特性
の劣化を防ぐことができる。
Br/Hcは4000を超えて良好であるが、最終冷間圧延後の
圧延面のα(111)+(220)が請求項2で規定した55%を超え
ているためにNo.1〜No.6までのクリープ伸びよりも大き
い。従って、これ以上架張力を大きくした場合には、セ
ミテンションマスクとした時にマスクしわが発生するこ
とが懸念される。
Br/Hcは2400を超えており、クリープ伸びもNo.1〜No.6
のクリープ伸びと同じである。しかしながら、エッチン
グ面に微少な凹凸が存在していた。その微少な凹凸の原
因は、No.10では鉄炭化物、No.11では硫化マンガン(Mn
S)、No.12では二酸化珪素(SiO2)、 No.13ではアルミナ
(Al 2O3)と考えられる。 これらの凹凸はエッチング条件(液比重、液温等)に左
右されるので、その条件によっては、エッチング面の状
態が問題となることが懸念される。
えるために、エッチング面にMnSのエッチング痕が多数
存在する。このMnSは延性を有するために圧延で長く伸ば
される。これらは多数あるために、スロット状やドット
状のビーム透過孔の壁面に存在し、その形状を劣化させ
る。一方、No.15はMnが請求項1で規定した範囲よりも少
ないために、材料中に含まれるSが熱間延性を劣化させ
ることを無害化できず、熱間加工時に割れやへげ疵が多
数発生するため、工業的に製造することが困難である。
た範囲から外れるために、熱膨張係数が大きくセミテン
ションマスク用材料として不適当である。さらに、No.17
はNiが少ないためにクリープ伸びが非常に大きい。
2で規定した15%未満であるために、比透磁率μBr/Hcが
2400未満であり、磁気シールド性が不十分である。さら
に、No.20はエッチング面に燐偏析の影響と考えられる
エッチング痕が存在しており、これはエッチング条件に
よっては、凹凸が大きくなって透過するビームの散乱に
影響を及ぼすことが懸念される。
後に歪み取り焼鈍を行っていないが、歪み取りを行って
もα(111)+(220)はほとんど変わらず、従って、磁気特
性も変化しないことを確認している。ただし、歪み取り
を行わない場合は、エッチングでドット状またはスロッ
ト状のマスクに加工した際に残留応力分布のバランスが
崩れ、それが黒化処理で解放されて形状が劣化する場合
があるので、架張する作業上は歪取焼鈍を行い黒化処理
で形状が変化しないようにすることが望ましい。さら
に、必要に応じてテンションレベラー等による形状矯正
を実施する場合があるが、当然これらの工程が入っても
本特許の有効性は問題なく、本特許請求の範囲に含まれ
るのは言うまでもない。
を備えるのでビームドリフトがなく色ずれのないカラー
ブラウン管用材料として好適である。特に本発明からな
るセミテンションマスクは、カラーブラウン管の画面の
平面化を可能とするのに好適である。
透磁率との関係を示すグラフである。
透磁率との関係を示すグラフである。
透磁率との関係を示すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】Niを34質量百分率(以下%とする)以上45%
以下、Mnを0.01%以上0.5%以下、残部Feおよび不可避的
不純物から成るFe-Ni系合金で、最終冷間圧延後の板表
面における下記式〔数1〕で表わされる(111)集合度と
(220)集合度の和α(1 11)+(220)が15%以上であることを
特徴とするセミテンションマスク用Fe-Ni系合金。 【数1】 - 【請求項2】マスクを黒化処理する温度をT℃、セミテ
ンションマスクとして架張する応力をσN/mm2とする
と、最終冷間圧延後の板表面における下記式〔数2〕で
表わされるα(111)+(220)が、下記式〔数3〕を満足す
ることを特徴とする請求項1に記載のセミテンションマ
スク用Fe-Ni系合金。 【数2】 【数3】 - 【請求項3】Siを0.005%以上0.20%以下、Alを0.005%以
上0.030%以下含有する請求項1〜請求項2に記載のセミ
テンションマスク用低熱膨張Fe-Ni系合金。 - 【請求項4】不可避的不純物のうち、Cが0.010%以下、P
が0.015%以下、Sが0.010%以下であることを特徴とする
請求項1〜請求項3に記載のセミテンションマスク用Fe
-Ni系合金。 - 【請求項5】最終冷間圧延後に歪取焼鈍を行うことを特
徴とする請求項1〜請求項4に記載のセミテンションマ
スク用Fe-Ni系合金。 - 【請求項6】請求項1〜請求項5のFe-Ni系合金を用い
たことを特徴とするセミテンションマスク。 - 【請求項7】請求項6のセミテンションマスクを用いる
ことを特徴とするカラーブラウン管。
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