JP2009007649A - マスク用フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着マスクを保持するマスク用フレームにおいて、剛性がありながら軽量で熱膨張の少ないものを提供する。また製造時における変形を極力抑えることができる構造を有するマスク用フレームを提供する。
【解決手段】２５〜１００℃における熱膨張係数が１．１〜８．５×１０^−６／℃の材料で作られた中空断面部材１０１〜１０４を拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂを介して接合させる。低熱膨張係数の材料を用い、さらに拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂを用いることで、組み立て時の溶接および蒸着時の加熱による熱変形を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ、液晶、有機ＥＬ等のフラットパネルディスプレーの製造時の印刷や蒸着などの工程で用いられるメタルマスクの保持に用いられるマスク用フレームに関する。

例えばＥＬディスプレーの製造時におけるＥＬ素子の形成方法として、蒸着法や印刷法を利用する方法がある。いずれの場合も被形成面上にメタルマスクを介して、ＥＬ材料を堆積させることで、素子が定着した薄膜層を形成する。

蒸着法を用いてＥＬ素子を形成する場合は、蒸着源が３５０℃程度以上に加熱され、被蒸着面の温度は一時的に１００℃前後になる。蒸着マスクを固定する枠状の部材は、この熱による変形が生じ難い材質あるいは構造であることが要求される。工程時の熱により蒸着マスクを固定する枠状の部材に変形が生じると、蒸着マスクの投影角に変化が発生し、蒸着材料の均一な定着が望めなくなる。蒸着材料の不均一な定着は、ＥＬディスプレーの表示における輝度ムラや色ムラの要因となるので好ましくない。

また、印刷法の場合は、常温において加工されるのであるが、メタルマスク自体がマスクフレームに密着する形になるため、マスク用フレームとの密着時にフラットな状態を維持するために、マスクフレームを構成する部材の剛性およびそれらを組み立てた後の寸法精度が要求される。

これらの技術に関連したものとして、特許文献１や特許文献２に記載された発明がある。特許文献１には、イオン浸炭炉に用いられる搬送治具であって、イオン浸炭処理室内に導入されるガスの流れを妨げないように導電性の鋼材が格子状に形成されたものが記載されている。特許文献２には、基板のリフロー炉への搬送に用いられるもので、基板上の電子部品に形成されている樹脂部を覆うように形成された熱遮蔽板が固定された搬送部材について記載されている。

特開平９―３０２４５７号（要約書） 特開２０００−３４０９４５（要約書）

特許文献１に記載されている搬送治具は、導入されるガスの流れを妨げない工夫がなされたものではあるが、搬送治具自体の熱変形への対処方法がないため、搬送対象物に影響を与えないように別の支持体に移し換えており、（１）工数が増える、（２）搬送装置が複雑になる、（３）品質確保が困難となる、（３）作用効率が低下するという問題がある。

また、特許文献２に開示される構成では、搬送用治具は搬送部と称する平行に設置された２本の角材上に固定されるようになっているが、加熱時にこの搬送用治具を支える２本の搬送部の熱変形については、配慮されていない。このため、平行状態が保てなくなり、搬送用治具を傾転させてしまう危険がある。

とくに極めて薄い膜で平坦度に厳しい膜質の場合、加熱炉から出し入れする時などに、急激な雰囲気温度の変化で搬送用手段自体が熱変形を受け搬送部品に有害な変形を与えることがあるが、上述した技術では、この点で問題がある。

また、ディスプレーの大面積化、高生産性の追求、といった観点から、蒸着マスクは大型化する傾向にある。しかしながら、蒸着マスクを保持するフレームを大面積（大型化）してゆくと、フレームの製造時における変形も無視できない要素となる。

製造時の変形は、部材の溶接時に発生する熱に起因する。この問題を回避する方法として、板状の部材を切削加工により加工し、枠形状のフレームを形成する方法がある。しかしながら、この方法は、製造コスト、生産性、材料の利用効率といった点で問題がある。

以上を踏まえ、本発明は、蒸着用のメタルマスクを保持するマスク用フレームにおいて、剛性がありながら軽量で熱膨張の少ないものを提供することを目的とする。さらに加えて、製造時における変形を極力抑えることができる構造を有するマスク用フレームを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、メタルマスクを保持するマスク用フレームであって、２５〜１００℃における熱膨張係数が１．１〜８．５×１０^−６／℃の材料で作られた複数の中空断面部材を額縁状に組み合した構造を有することを特徴とする。

本発明のマスク用フレームは、例えば、プラズマディスプレー、液晶ディスプレー、ＥＬディスプレー等のフラットパネルディスプレーに代表される大面積集積回路の製造工程における各種薄膜材料の蒸着工程時や印刷工程時に用いられるメタルマスクを保持するフレーム（メタルマスク保持部材）として利用することができる。

中空断面部材としては、中空の角パイプ形状のものを挙げることができる。また、角パイプ形状であっても、中空部分の断面形状を円形、楕円形、多角形とした構造を採用することもできる。中空断面部材は、ねじれ剛性に優れ、組み立て加工時の少なくとも１００〜１５０℃の温度差で平坦度≦０．１ｍｍ（長さ１０００ｍｍあたり）であって、当該フレームに有害な変形を及ぼさないことが望ましい。

２５〜１００℃での熱膨張係数が、１．１〜８．５×１０^−６／℃の範囲より小さいと、メタルマスクの温度変形量の方が大きくなり逆にマスク面に歪みを生じ好ましくない。また、２５〜１００℃での熱膨張係数が、上記の範囲より大きいと、蒸着工程時における熱によるマスク用フレームの変形が顕著になり、それに伴う蒸着ムラ等の不都合が顕在化する。したがって、２５〜１００℃での熱膨張係数が、１．１〜８．５×１０^−６／℃の範囲にある材料を用いることが望ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、中空断面部材は、長さ１０００mm当たりの平坦度λ（ｍｍ）が、λ（ｍｍ）≦０．１であることを特徴とする。平坦度λは、雰囲気温度の差が１００〜１５０℃で、長さ１０００mm当たりの高低差の最大値であり、ＪＩＳ３１９３：２００５に準じて定義される。

平坦度λが上記の範囲より大きいと、蒸着マスクの平坦度を保って保持する機能が低下する。なぜならば、素子などが堆積した厚みと基板フィルムの膜厚を加えた厚みは、１００〜５００μｍであり、これに対し、平坦度がそれと同等以上あっては、基板フィルム上の素子堆積厚が不均一となり、最終製品化した際に光を乱反射させる等の不具合が出る危険がある。したがって、平坦度は、素子を堆積厚み以下に抑える必要があるので平坦度λは、０．１ｍｍ（＝１００μｍ）以下であることが望ましく、より望ましくは、０．０８ｍｍ以下である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、中空断面部材同士の接触箇所が接着剤、または溶接により接合されていることを特徴とする。中空断面部材同士の接触箇所が接着剤により接合されることで、溶接時に加わる熱の影響を排除することができる。また、接触する中空断面部材同士の接触箇所を溶接により接合する場合は、溶接時に発生する熱に起因するマスク用フレームの歪みの発生を抑える為にレーザー溶接などの低歪み溶接を利用することが望ましい。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、複数の中空断面部材同士の接合は、拘束部材を介して行われ、拘束部材は、接合される中空断面部材の少なくとも一方の中空構造の内面に拘束されていることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、拘束部材が中空断面部材の内側で拘束されることで、接続される中空断面部材の接続部分における変形の発生が抑えられる。この構造は、特に中空断面部材同士の接続時における変形を抑えるのに効果がある。ここで拘束というのは、中空断面部材の内部において、拘束部材が差し込み方向に直角な方向に動かない状態、あるいは動き難い状態のことをいう。拘束部材は、中空断面部材と同じ材質とすることが望ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、複数の中空断面部材同士の接合は、予め、中空断面部材の両端部に取り付けられてあるプラグ状の拘束部材と、額縁コーナー部を形成するソケット部材によって行われていることを特徴とする。この構成によれば、プラグ状の拘束部材が中空断面部材の両端部に接合して封止し剛性を高めることで平坦度を得るための切削加工時の圧壊などを防止できる。特にソケット部材を、中実（中空でない構造）部材とすることで、上記の効果をさらに有効に発揮させることができる。なお、この拘束部材は、中空断面部材と同じ材質とすることが望ましい。

請求項６に記載の発明は、中空断面部材が、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０１〜０．８％、Ｎｉ：２８〜４５％、Ｃｏ：０．００１〜１７．０％、Ａｌ：０．２％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物であることを特徴とする。この組成範囲とすることで、２０〜１００℃の雰囲気中における熱膨張係数が１．１〜８．５×１０^−６／℃の値を示す中空断面部材を得ることができる。

以下、上記各元素の含有量と熱膨張に及ぼす影響について説明する。なお、含有量の単位は、全て質量％である。
（Ｎｉ）
２５℃〜７０℃の温度範囲では、Ｎｉ添加量の増加につれ、熱膨張係数が小さくなり、３６％近辺で最小となる。さらにＮｉ添加量が増加するにつれ、熱膨張係数が大きくなるが、Ｎｉの含有量が２８ｗｔ％未満では、オーステナイトが不安定となり、マルテンサイトが形成されやすくなる。マルテンサイトが形成されると、本発明の構成部材用としての熱膨張、その他の機械的特性が損なわれるので、２８％以上の添加が必要である。しかし、Ｎｉ含有量が４５％を超えると低温域の熱膨張係数が大きくなりすぎるので望ましくない。したがって、Ｎｉ含有量は２８〜４５％とすることが望ましい。

（Ｓｉ）
Ｓｉは、素材の介在物量を低く抑える為に０．０１％程度以上含まれていることが望ましい。一方、その添加量の増加につれ、熱膨張係数が増加する傾向がある。この増加傾向は、０．０１％を超えるあたりから顕著になるが、０．３％程度以下であれば、許容できる。したがって、低い熱膨張係数を安定的に確保するには、その含有量を０．０１〜０．３％とすることが望ましい。

（Ｍｎ）
ＭｎはＳｉと同様、その添加量の増加につれ、熱膨張係数を増加させる元素であるが、その添加量が小さい場合には、ほとんど熱膨張係数が増加しないという特徴がある。しかしながら、０．８％を超えると、急激に熱膨張係数は増加するので、低い熱膨張係数を得るためには、０．０１〜０．８％とすることが望ましい。

（Ｃｏ）
Ｃｏは、合金板の強度向上のために有用な元素であるが、熱膨張係数に影響を及ぼす元素でもある。Ｃｏは、０．００１〜１７．０％の範囲内で添加することが望ましく、もしこの範囲を外れると、熱膨張率が大きくなり、部材の平坦度が保てなくなる。従って、Ｃｏの含有量は０．００１〜１７．０％とすることが望ましい。

（Ａｌ）
Ａｌは、合金の精錬において脱酸元素として添加されるが、０．２％を超えて含有すると、金属間化合物および窒化物の析出を促進して耐食性を劣化させる。したがって、Ａｌの含有量の上限値は、０．２％とすることが望ましい。

本発明によれば、メタルマスクを保持するマスク用フレームにおいて、剛性がありながら軽量で熱膨張の少ないものを提供することができる。さらに加えて、製造時における変形を極力抑えることができる構造を有するマスク用フレームを提供することができる。

次に本発明を利用した実施形態および実施例を説明する。以下に説明する実施形態および実施例は、例示であり、本発明をそれら実施形態および実施例の内容に限定するものではない。

図１は、本発明を利用したマスク用フレームの一例を示す斜視概念図である。図１には、マスク用フレーム１００が示されている。マスク用フレーム１００は、中空断面部材１０１〜１０４が額縁状（井桁状）に組み合わされた構造を有している。マスク用フレーム１００は、フラットパネルディスプレーの生産性を追求する観点から、例えば、１２００ｍｍ×１５００ｍｍ以上の大きさを有している。中空断面部材１０１〜１０４は、例えば断面の外径寸法が３０ｍｍ×３０ｍｍ〜１００ｍｍ×１００ｍｍ程度、肉厚が１〜７ｍｍ程度のものが採用される。また、中空断面部材１０１〜１０４は、１０００mm当たりの平坦度λ（ｍｍ）が、λ（ｍｍ）≦０．１であるものが採用されている。

中空断面部材１０１〜１０４は、角パイプ形状を有し、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０１〜０．８％、Ｎｉ：２８〜４５％、Ｃｏ：０．００１〜１７．０％、Ａｌ：０．２％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物で構成される組成を有する合金で構成されている。中空断面部材１０１と１０３の端部は、中空断面部材端部封止材１０３ａおよび１０３ｂによって塞がれている。中空断面部材端部封止材１０３ａおよび１０３ｂは、中空断面部材１０１および１０３と同じ材質であって、その中空部の断面形状に合わせた矩形形状に成形された板材により構成されている。中空断面部材１０１および１０３への中空断面部材端部封止材１０３ａおよび１０３ｂの固定は、溶接または接着によって行われる。なお、中空断面部材１０１および１０３の図示されていない側の開口部も同様な構造によって塞がれている。

図示するような角パイプは、例えば、円形管にロール加工を施し角型断面に成型した後、熱処理を施して製造される。この熱処理は、ロール加工で発生する加工歪が残留応力として蓄積され、後の機械切削加工の際に平坦度が確保できなくなるのを防ぐために行われる。

図示する例では、中空断面部材１０２と１０４が、中空断面部材１０１と１０３との間に挟まれた構造を有している。以下、中空断面部材同士を接合する構造の一例を説明する。図２は、図１のマスク用フレームの分解状態を示す斜視概念図である。図２に示す例では、中空断面部材１０１の両端近くに中空断面部材と同じ材質の拘束部材１０５ａと１０５ｂが溶接により固定されている。また、中空断面部材１０３の両端近くに拘束部材１０６ａと１０６ｂが溶接により固定されている。拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂは、丸パイプ形状であり、その直径が、中空断面部材１０１および１０３の内側中空部の縦横の寸法に略一致する値とされている。この寸法は、拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂが、中空断面部材１０１および１０３の内側に挿入可能となるように調整されている。

拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂの長さは、中空断面部材１０２および１０４の断面せいの１０％〜１５０％程度の範囲とされている。拘束部材の長さがこの範囲よりも短いとマスク用フレーム１００の変形を抑える効果が十分に得られず、拘束部材の長さがこの範囲よりも長いと、中空断面部材への拘束部材の固定の際における熱変形が問題となる。拘束部材は、中空断面部材に溶接によって固定されるが、拘束部材の長さが上記の範囲以下であれば、溶接時の部材の固定方法を工夫することで、中空断面部材と拘束部材の位置関係の相対的な変化は、問題とならないレベルに抑えることができる。なお、拘束部材の肉厚は、任意であるが、例えば、中空断面部材と同程度以上とすることが、強度確保の観点から好ましい。

次に中空断面部材への拘束部材の固定方法の一例を説明する。図３は、中空断面部材への拘束部材の固定方法の一例を示す概念図である。図３には、中空断面部材１０１に拘束部材１０５ｂがレ型溶接３１により固定されている状態が示されている。この例では、中空断面部材１０１に接触する拘束部材１０５ｂの縁の部分を、断面形状がレ型（端部方向に向かって厚みが減少するテーパー形状）になるように成型し、接触部分にレ型の隙間を意図的に形成し、その隙間に溶加材が充填されるようにすることで、溶接の強度と信頼性を確保している。なお、レ型溶接については、ＪＩＳＺ３０２１に規定されている。

なお、上記のレ型溶接による中空断面部材１０１への拘束部材１０５ｂの固定作業において、溶接時の熱による変形に起因して、中空断面部材１０１と拘束部材１０５ｂとの相対位置関係の変化（接合させた状態の部材の変形）が生じないように、中空断面部材１０１に対して拘束部材１０５ｂを仮固定しておくことが重要である。

中空断面部材１０１に拘束部材１０５ｂを固定した後、拘束部材１０５ｂを中空断面部材１０２の内側（中空部１０２ａ）に差し込むようにして、中空断面部材１０１と中空断面部材１０２とを組み合わせる。ついで、両部材の接触部分を溶接し、両部材を接合させる。また、図２に示すように、中空断面部材１０１に拘束部材１０５ａを固定し、同様な手順で中空断面部材１０１に中空断面部材１０４を固定する。

一方、中空断面部材１０３に拘束部材１０６ａと１０６ｂを固定し、拘束部材１０６ｂを中空断面部材１０４の中空部１０４ａに挿入し、拘束部材１０６ａを中空断面部材１０２の中空部１０２ａに挿入する。次いで、中空断面部材１０２と中空断面部材１０３の接触部分、中空断面部材１０３と中空断面部材１０４の接触部分を溶接する。こうして、図１に示すマスク用フレーム１００を得る。

これらの溶接の際、拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂの機能により、中空断面部材１０１〜１０４の間における傾き等の変形が抑制される。このため、溶接時の熱の影響によるマスク用フレーム１００（図１参照）の変形（歪み）を抑えることができる。なお、溶接時に発生する熱に起因するマスク用フレームの歪みの発生を抑える観点から、溶接は、通常の電気溶接よりもレーザー溶接などの低歪み溶接を利用することが望ましい。

中空断面部材と拘束部材との接合方法として、栓溶接を用いることもできる。栓溶接は、ＪＩＳＺ３００１で定義されている溶接方法である。栓溶接では、接合する母材の一方に孔をあけて、その孔を埋めるよう溶接材料を充填することで、母材同士の接合が行われる。

図４は、中空断面部材同士の接合を栓溶接により行う例を示す概念図である。以下、図４に例示する構造の作業工程の一例を説明する。まず、中空断面部材１０１に拘束部材１０５ｂを固定する。この工程は、図３の場合と同じである。次に中空断面部材１０２の符号５１の部分に開口が形成されたものを用意する。そして、中空断面部材１０２の中空部分１０２ａに拘束部材１０５ｂを挿入した状態とする。次に、符号５１の部分の開口部分で溶接を行い中空断面部材１０２と拘束部材１０５ｂとの接合を行う。こうして栓溶接を利用した中空断面部材１０１への拘束部材１０５ｂの固定が行われる。

中空断面部材同士の接合構造として、図５に示す構造を採用することもできる。図５は、中空断面部材の接合構造の例を示す概念図である。図５に示すのは、中空断面部材の端部を斜め（この例では４５°）にカットし、突き合わせて接合させた例である。図５（Ａ）は、組立状態が、図５（Ｂ）には、組み立てた後の状態が示されている。

以下、図５に例示する構造の組立工程の一例を説明する。なお、この例示では、中空断面部材および拘束部材は、図１に例示する構成と同じ断面構造および材質を有するものとする。まず、図５（Ａ）に示すように、中空断面部材６０１および６０２を用意する。ここで、中空断面部材６０１および６０２の端部は、長手方向（軸方向）に対して４５°の角度で切断された（あるいは成型された）構造とされている。端部が斜めカットされた中空断面部材を用意したら、中空断面部材６０２の端部に拘束部材６０３を固定する。中空断面部材６０２は、中空部６０２ａを有し、拘束部材６０２は、そこに拘束させることができる（嵌め込むことができる）構造とされている。拘束部材６０３は、中空断面部材６０２の長手方向（軸方向）に対して、その長手方向が直交する方向となるように中空断面部材６０２の端部に固定される。この固定は、拘束部材６０２を図示する向きで中空部６０２ａに挿入し、溶接等により、両者を接合することで行われる。

この接合は、図４に例示する栓溶接を利用した方法により行うこともできる。特に栓溶接を利用した方法は、加熱による変形を避けることができるので、熱変形を抑える点で有効である。

中空断面部材６０２に拘束部材６０３を固定した状態を得たら、図５（Ａ）に示すように、拘束部材６０３を中空断面部材６０１の中空部６０１ａに挿入する。この結果、図５（Ｂ）に示す状態を得る。次に中空断面部材６０１と中空断面部材６０２の突き合わせた部分（斜めカットした部分同士）を溶接し、両者を接合する。この場合も、中空断面部材６０１と拘束部材６０３との接合を、図５に例示する栓溶接を利用した方法により行うことができる。

以上の接合構造を利用することで、井桁状を有するマスク用フレームを組み立てることができる。以上が、本発明を利用したマスク用フレームの基本的な組立方法の一つであるが、中空断面部材同士を直接溶接により接合しない構成とすることもできる。この態様において、接合される中空断面部材同士を接着材によって補強することが望ましい。この態様によれば、溶接時の熱による影響を避けることができるので、溶接時におけるマスク用フレームの熱変形を防止することができる。

以下、中空断面部材同士を直接溶接により接合しない構成の一例を説明する。図６は、中空断面部材の接合構造の一例を示す概念図である。図６に示すのは、図４に示す接合構造において、中空断面部材１０１と中空断面部材１０２との接触部分を溶接ではなく、接着剤により接合（接着）した場合の例である。

図６に示す接合を得る作業工程の一例を説明する。この場合、まず中空断面部材１０１に拘束部材１０５ｂを固定する。次いで中空断面部材１０２の端部縁部分に接着剤を付着し、中空断面部材１０２の中空部１０２ａに拘束部材１０５ｂを挿入する。そして、符号５１で示す部分に栓溶接を施す。こうして、図６に示す状態を得る。図６には、周囲に盛り上がった接着剤７１が示されている。接着剤は、蒸着工程における温度に耐える耐熱性のあるものが選択される。このような接着剤としては、例えば住友スリーエム社製の（商標名）スコッチウェルドＥＷ２０７０等を挙げることができる。

より好ましい実施形態として、中空断面部材同士の接合構造として、予め、中空断面部材の両端部に取り付けられてあるプラグ状の拘束部材と、額縁コーナー部を形成するソケット部材を利用する構成を挙げることができる。以下、この形態の一例を説明する。

図７は、発明を利用したマスク用フレームの一例を示す上面図であり、（Ａ）は、分解状態を示し、（Ｂ）は組み立てた状態を示す。図７に示す例では、中空断面部材８０２の両端にプラグ状の拘束部材８０１と８０３が取り付けられている。プラグ状の拘束部材８０３は、額縁コーナー部を形成するソケット部材８０４に接続され、またプラグ状の拘束部材８０１は、額縁コーナー部を形成するソケット部材８１６に接続される。

他の辺においても同様な構造とされ、中空断面部材８０６の両端には、プラグ状の拘束部材８０５と８０７が取り付けられ、その一方がソケット部材８０４に接続され、その他方がソケット部材８０８に接続される。また、中空断面部材８１０の両端には、プラグ状の拘束部材８０９と８１１が取り付けられ、その一方がソケット部材８０８に接続され、その他方がソケット部材８１２に接続される。さらに、中空断面部材８１４の両端には、プラグ状の拘束部材８１３と８１５が取り付けられ、その一方がソケット部材８１２に接続され、その他方がソケット部材８１６に接続される。各部材同士の接合は、溶接または接着により行われる。このような組み立て構造により、図７（Ｂ）に示すマスク用フレーム８００が構成される。

以上が図７に示すマスク用フレームの全体構造であるが、以下、各部材の接合方法について、その一例を説明する。図８は、図７に示すマスク用フレームの一部分を示す分解図（Ａ）、その接合図（Ｂ）、および他の分解図（Ｃ）である。図８（Ａ）には、中空断面部材８０６の両端にソケット部材８０５および８０７を固定する過程が示され、図８（Ｂ）には、その固定作業が終了した状態が示されている。

図８（Ａ）を例に挙げると、中空断面部材８０６は、断面の外観形状が四角で内部にも断面形状が四角の空間が形成された角形パイプ構造を有している。中空断面部材８０６は、例えば図１に示す中空断面部材１０１と同じものを利用することができる。

プラグ状の拘束部材８０５は、中空断面部材８０６と同じ材質であり、削り出しによって形成された一体物である。プラグ状の拘束部材８０５は、一方に突出する差し込み部材８０５ａと、それとは逆の方向に突出する差し込み部材８０５ｂを備えている。プラグ状の拘束部材８０５の本体は、中空断面部材８０６と同じ断面形状および断面寸法を有している。差し込み部材８０５ａは、円柱形状を有し、差し込み部材８０５ｂは、中空断面部材８０６の中空部に合致する四角柱形状を有している。

プラグ状の拘束部材８０７は、プラグ状の拘束部材８０５と同様な構造を有し、一方に突出する差し込み部材８０７ａと、それとは逆の方向に突出する差し込み部材８０７ｂを備えている。ここで、差し込み部材８０７ａは、差し込み部材８０５ａに対応し、差し込み部材８０７ｂは、差し込み部材８０５ｂに対応する。これらの構造は、図７に示す他の中空断面部材８０６、８１０および８１４、さらにプラグ状の拘束部材８０１、８０３、８０９、８１１、８１３および８１５においても同じである。

次にソケット部材について、ソケット部材８０４を例に挙げ説明する。ソケット部材８０４は、中空断面部材と同じ材質が好ましく、例えば図８（Ｃ）に示すように、平面形状が例えばＬ字形状を有し、断面が角形を有している。図９は、ソケット部材の形状のバリエーションを示す斜視図および平面図である。図９（Ａ）には、平面形状がＬ字型のソケット部材９０１の例が示され、図９（Ｂ）には、ハンチコーナー型のソケット部材９０２が示され、図９（Ｃ）には、ボックス型のソケット部材９０３が示されている。

図７に戻り、ソケット部材８０４には、断面が円形の凹部である差し込み口８０４ａおよび８０４ｂが形成されている。各差し込み口は、接続されるプラグ状の拘束部材の差し込み部材に合致する形状および寸法に形成されている。すなわち、差し込み口８０４ａは、プラグ状の拘束部材８０３の差し込み部材８０３ａと極力隙間無く組み合う形状および寸法とされている。また、差し込み口８０４ｂは、プラグ状の拘束部材８０５の差し込み部材８０５ａと極力隙間無く組み合う形状および寸法とされている。

以下、図７に示すマスク用フレーム８００の組み立て手順の一例を説明する。まず、中空断面部材にプラグ状の拘束部材を接続する。すなわち、図８（Ａ）に示すように、中空断面部材８０６の一端にプラグ状の拘束部材８０５を取り付け、他端にプラグ状の拘束部材８０７を取り付ける。そして、接続した部材同士を溶接または接着剤により固定する。こうして図８（Ｂ）に示す中空断面部材８０６の両端にプラグ状の拘束部材８０５と８０７とが取り付けられた部材が得られる。

次に平面度が確保された定盤面の上に図７（Ａ）に示す状態の部材を仮固定し、平坦度を高めるための平面切削加工を行う。この際、プラグ状の拘束部材８０５および８０７が、中空断面部材８０６の両端からその内部に拘束されると共に、その内側を差し込み部材８０５ｂおよび８０７ｂによって補強した状態となるので、切削加工工程における圧力による中空断面部材８０２および８１０の圧壊や変形を抑えることができる。このため、平面切削による平坦度を高める作用を効果的に得ることができる。

以下、本発明を利用したマスク用フレームの具体例を説明する。具体的な諸条件は、以下の通りである。まず、マスク用フレームの形状は、図１あるいは図７に示す枠形状とした。マスク用フレームの組み立て後の寸法は、１２００ｍｍ×１２００ｍｍである。枠形状に組まれる（接合される）中空断面部材の断面形状は、外径が５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形形状であり、構成する中空部材の肉厚は、ｔ＝５ｍｍとした。図１に示す構造の場合、拘束部材は、外径が４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形断面のものと、外径が４０ｍｍの円形断面のものを用意した。拘束部材は、長さが５０ｍｍであり、材質および肉厚は、マスク用フレームと同じものを用いた。下記「表１」に実施形態の諸項目を示す。

また、図７および８に示す構造とした場合、中空断面部材８０２、８０６、８１０および８１４は、外径が５０ｍｍ×５０ｍｍ、長さが９００ｍｍ、肉厚がｔ＝５ｍｍのものを用いた。また、プラグ状の拘束部材８０１、８０３、８０５、８０７、８０９、８１１、８１３および８１５は、図８（Ａ）の場合を例とすると、本体部分の外径を５０ｍｍ×５０ｍｍ、長さが５０ｍｍとし、差し込み部材８０５ａを径が３０ｍｍ、長さが１０ｍｍの円柱形状とし、差し込み部材８０５ｂを径が４０ｍｍ×４０ｍｍ、長さが３０ｍｍの四角柱形状とした。また、ソケット部材８０４、８０８、８１２および８１６は外径を５０ｍｍ×５０ｍｍ、Ｌ字形状（くの字形状）の各辺の長さを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、接合面に内径が３０ｍｍ、深さが１０ｍｍの円形の開口（例えば、図８の符号８０４ａ）を形成したものを用いた。

表１において、溶接後のねじれ角というのは、マスク用フレームとして完成した後に、中空断面部材の延在方向が本来の延在方向（理想的な延在方向）から何度傾いたかを測定したものである。熱変形によるねじれ角というのは、蒸着工程を経ることで発生するマスク用フレームの変形の度合である。これらのねじれ角は、定盤上にマスク用フレームの一辺の端部が接触するように置き、その際における他端の持ち上がり距離（定盤表面からの離間距離）に基づいて算出した。この例では、蒸着工程を模した条件として、常圧で１００℃の雰囲気の加熱炉の内部にマスク用フレームを３０分置き、自然冷却後に中空断面部材の延在方向が炉に入れる前の延在方向から何度変化したかを測定し、その値を熱変形によるねじれ角とした。判定結果の○は、マスク用フレームとして実用になる判定であることを示し、×は、マスク用フレームとして実用にならない判定であることを示す。また、△は、マスク用フレームの実用性がボーダーライン上である判定であることを示す。また、表１において、実施例８を除いて、拘束部材同士の接触部分は、溶接（電気溶接）により接合した。

実施例１では、図２に例示する構造において、拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂの断面形状が円形とされている。また、拘束部材１０５ａおよび１０５ｂは、中空断面部材１０１に溶接により固定され、中空断面部材１０４および１０２に対しては、その中空部に差し込まれているだけで、溶接等による固定は行われていない。また、拘束部材１０６ａおよび１０６ｂは、中空断面部材１０３に溶接により固定され、中空断面部材１０２および１０４に対しては、その中空部に差し込まれているだけで、溶接等による固定は行われていない。

実施例２では、図２に例示する構造において、拘束部材１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａおよび１０６ｂの断面形状が角形とされている。また、拘束部材１０５ａおよび１０５ｂは、中空断面部材１０１に溶接により固定され、中空断面部材１０４および１０２に対しては、その中空部に差し込まれた上でさらに図４に例示するように、栓溶接により固定されている。また、拘束部材１０６ａおよび１０６ｂは、中空断面部材１０３に溶接により固定され、中空断面部材１０２および１０４に対しては、その中空部に差し込まれた上でさらに図４に例示するように、栓溶接により固定されている。

実施例１と実施例２のねじれ角を見ると、溶接後のねじれ角は、同程度であるが、熱変形によるねじれ角は、実施例２の方が小さい。これは、実施例１では、拘束部材が他方の中空断面部材を拘束しているだけで固着がされていないが、実施例２では、栓溶接により、拘束部材が他方の中空断面部材に栓溶接により固着され、それにより、拘束部材の中空断面部材同士を拘束する拘束機能がより優れており、そのため熱変形がより起こり難くなっている為であると考えられる。また、拘束部材の断面形状が丸形の場合より、角形（矩形）の場合の方が、中空断面部材の中空部内面との接触面積が大きく、より高い拘束機能を得ることができることも、実施例２の実施例１に対する優位性の要因であると考えられる。

実施例３〜６は、同じ材質である。実施例３は、図２に示す構造において、拘束部材として断面形状が円形のものを採用した例であり、実施例５は、図２に示す構造において、拘束部材として角形なものを採用した例であり、実施例６は、拘束部材を採用しない場合の例である。また、実施例４は、図７および８に示す構造を採用した場合の例である。

実施例３〜６を比較すると、拘束部材を用いる優位性を確認することができる。また、平坦度、溶接後のねじれ角、熱変形によるねじれ角の全ての項目において、プラグ・ソケット構造（図７および８の構造）が優れていることが分かる。

実施例８は、拘束部材として角形のものを用い、さらに接触する中空断面部材同士を直接溶接により接合せず、接着剤によって接合する構造（図６参照）とした場合の例である。この場合、溶接工程時のねじれは、測定限界以下（０．４°以下）となる。これは、接触する中空断面部材の接触部分に対する溶接が行われないからである。

比較例１〜４は、材料の熱膨張係数が、本発明で必須とする範囲から外れている場合の例である。比較例１〜４の例では、材料の熱膨張係数が大きいので、蒸着工程時に発生するねじれが大きくなっている。なお、比較例１〜４を比べると、拘束部材の有無の効果を確認することができる。

本発明は、有機ＥＬディスプレーや液晶ディスプレー等のフラットパネルディスプレーの各種蒸着膜の形成および印刷時に利用されるメタルマスクを保持する治具に利用することができる。

発明を利用したマスク用フレームの一例を示す斜視概念図である。 図１に示すマスク用フレームの分解状態を示す斜視概念図である。 中空断面部材と拘束部材との接合方法の一例を示す概念図である。 中空断面部材同士の接合方法の一例を示す概念図である。 中空断面部材同士の接合方法の一例を示す概念図である。 中空断面部材同士の接合方法の一例を示す概念図である。 発明を利用したマスク用フレームの一例を示す上面概念図である。 図７に示すマスク用フレームの一部分を示す分解図（Ａ）、その接合図（Ｂ）、および他の分解図（Ｃ）である。 ソケット部材の形状のバリエーションを示す斜視図および平面図である。

符号の説明

１００…マスク用フレーム、１０１…中空断面部材、１０２…中空断面部材、１０３…中空断面部材、１０３ａ…中空断面部材端部封止材、１０３ｂ…中空断面部材端部封止材、１０４…中空断面部材、１０５ａ…拘束部材、１０５ｂ…拘束部材、１０６ａ…拘束部材、１０６ｂ…拘束部材、５１…栓溶接が施された部分、８０１…プラグ状の拘束部材、８０２…中空断面部材、８０３…プラグ状の拘束部材、８０４…ソケット部材、８０５…プラグ状の拘束部材、８０６…中空断面部材、８０７…プラグ状の拘束部材、８０８…ソケット部材、８０９…プラグ状の拘束部材、８１０…中空断面部材、８１１…プラグ状の拘束部材、８１２…ソケット部材、８１３…プラグ状の拘束部材、８１４…中空断面部材、８１５…プラグ状の拘束部材、８１６…ソケット部材。

Claims (6)

1. メタルマスクを保持するための治具であって、
   ２５〜１００℃における熱膨張係数が１．１〜８．５×１０^−６／℃の材料で作られた複数の中空断面部材を額縁状に組み合わした構造を有することを特徴とするマスク用フレーム。
2. 前記中空断面部材は、１０００mm当たりの平坦度λ（ｍｍ）が、λ（ｍｍ）≦０．１であることを特徴とする請求項１に記載のマスク用フレーム。
3. 前記中空断面部材同士の接合は、接着剤、または溶接によりなされていることを特徴とする請求項１または２に記載のマスク用フレーム。
4. 前記複数の中空断面部材同士の接合は、拘束部材を介して行われ、
   前記拘束部材は、前記接合される中空断面部材の少なくとも一方の中空構造の内面に拘束されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマスク用フレーム。
5. 前記複数の中空断面部材同士の接合は、予め、中空断面部材の両端部に取り付けられてあるプラグ状の拘束部材と、額縁コーナー部を形成するソケット部材によって行われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマスク用フレーム。
6. 前記中空断面部材は、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０１〜０．８％、Ｎｉ：２８〜４５％、Ｃｏ：０．００１〜１７．０％、Ａｌ：０．２％以下を含有し、残部が実質的にＦｅおよび不可避的不純物であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマスク用フレーム。

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