JP2667700B2 - シャドウマスク素材の製造方法 - Google Patents

シャドウマスク素材の製造方法

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貴朗 井口
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/227Surface roughening or texturing
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    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、カラーテレビジョンブラウン管用シャドウ
マスク素材の製造方法に関するものであり、特にシャド
ウマスクの製造条件に応じて制御された表面粗さ及び表
面形態を具備するシャドウマスク素材の製造方法に関す
る。
<従来の技術> カラーテレビジョンブラウン管には色選別電極として
シャドウマスクが使用されている。シャドウマスク用の
材料としては、低炭素Alキルド鋼やリムド鋼が使用され
てきたが、最近では低熱膨張特性を有するアンバー合金
材(Fe−36%Ni)も用いられている。
シャドウマスクの製造工程は概ね次の通りである。
先ずシャドウマスク素材の製造方法として低炭素Alキ
ルド鋼を例に挙げると、鋳造されたスラブを熱間圧延及
び冷間圧延し、オープンコイル焼鈍により脱炭処理し、
その後所定の厚みまで最終冷間圧延が施される。その
後、スリットして所定板幅としてシャドウマスク素材を
得る。アンバー材の場合も同様であり、熱間圧延を行
い、その後冷間圧延と焼鈍とを適時繰返し、最終冷間圧
延により所定板厚とし、同じくスリットして所定板幅の
シャドウマスク素材が得られる。
シャドウマスク素材は、脱脂後、フォトレジストを両
面に塗布しそしてパターンを焼付けて現像後、塩化第2
鉄を主とするエッチング液にてエッチング穿孔加工さ
れ、個々に切断されてフラットマスクとなる。
フラットマスクは、非酸化性雰囲気中で焼鈍されてプ
レス成形性を付与される。レベラー加工を経た後、プレ
スによりマスク形態に球面成形される。
そして、最後に、球面成形されたマスクは、脱脂後、
水蒸気又は焼鈍ガス雰囲気中で黒化処理を施されて表面
に黒色酸化膜を形成する。こうしてシャドウマスクが作
製される。
以上が一般的なシャドウマスクの製造工程であるが、
シャドウマスク素材の表面の粗さや表面の形態は、その
素材からシャドウマスクを作製するにあたって、重要な
影響を持っている。
第1に、シャドウマスク素材にフォトレジストを塗布
する前の脱脂性に関して重要な影響を与える。脱脂が不
十分であると、レジスト膜の密着強度が低下し、それが
原因となってエッチング後の孔形状不良等のムラが発生
する。第2に、表面粗さが適正な範囲にないと、レジス
ト膜が部分的に剥離して適正なエッチング孔が創出され
ず、また逆に部分的に密着しすぎてエッチング後強アル
カリで除去ができないといった問題が生じる。
このように、シャドウマスク素材の表面粗さ及び表面
形態は、後の工程での脱脂、レジスト膜付着性等に関し
て上述したような現象を生ぜしめる。
そこで、この様な現象を防ぐために、シャドウマスク
素材メーカーでは一般にダル加工即ち表面全体に細かい
凹凸を形成する処理を施し、表面粗さを制御したシャド
ウマスク素材をエッチングメーカーやブラウン管メーカ
ーに供給している。現在、素材メーカーで使用している
ダル加工の方法は、ショットブラスト方法又は放電加工
方法によりロール表面にダル加工したロールを用いての
ロール加工が一般的である。また、特開昭63−230206号
公報では、シャドウマスク素材の表面粗さをさらに人為
的に制御できる手段として、レーザによるロール表面加
工を提案している。
<発明が解決しようとする課題> ところで、エッチングメーカーやブラウン管メーカー
では、各社がそれぞれに異なった条件の下でシャドウマ
スクを製造しているのが現実である。それ故、レジスト
塗布前の脱脂能力、レジスト膜の塗布方法及び剥離方
法、エッチング時間等の条件、エッチング時のスプレイ
圧等々各社まちまちである。このため、各メーカーの製
造条件に適したシャドウマスク素材の表面粗さ及び表面
形態は幾分異なってくる。
こうした状況に鑑み、素材メーカー側では、これら条
件の相違に出来るかぎり対応すべく、各条件にあわせ
て、供給するシャドウマスクの表面粗さ及び表面形態を
制御する必要性が生じている。近年の高品位テレビ志向
の下でのシャドウマスクの高精度化の動きは、この必要
性を一段と大きくしている。
しかしながら、現在のダル加工技術ではこの要求に対
処しきれない。前述したように、現在一般に素材メーカ
ーで使用しているダル加工の方法はショットブラスト方
法又は放電加工方法によるロール加工であり、これで
は、RaやRz、Rmaxといった表面粗さの大きさをある程度
制御可能であるが、表面の粗さの周期や表面形態を自由
に制御することは不可能であった。従ってショットブラ
スト法によりダル加工した圧延ロールを用いてダル圧延
を行った素材表面は、どうしても表面形態の均一性に劣
り、部分的に粗い部分や部分的に十分ダルが乗らない部
分が生じることを避けることが非常に難しかった。放電
加工法によるロールのダル加工は、Raが1μm以下の様
な微小な表面粗さを創出できず、ダル加工に膨大な時間
を要するのも問題である。
一方レーザ加工法による圧延ロールのダル加工は、第
2図のようにロール表面をレーザで溶融させ、溶融金属
を溶融部の外周にリング状に形成させる。従って形成で
きる表面形態は限られてしまい、各メーカーの製造条件
に適した表面形態が得られない問題がある。また、溶融
時に該ロール表面に軟質のオーステナイトが残存する。
従って、ロール表面の凸形状はシャドウマスク素材を圧
延していくにつれて、次第に摩耗が進行し、初期のシャ
ドウマスク素材と後期のそれで表面粗さが異なるという
欠点がある。ロール寿命という観点から、レーザによる
ロールのダル加工は不利である。
本発明では、シャドウマスク製造時に問題となる素材
粗さを精密にかつその形態を任意に制御することが可能
なシャドウマスク素材用ダル加工技術を確立し、メーカ
ーのニーズに応じた素材を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> 本発明は、シャドウマスク素材にダル加工を施すに際
し、エッチング加工法により表面に均一に分布した微細
な凹部と連続した凸部を形成した圧延ロールを用いて前
記シャドウマスク素材にダル圧延を行うものであり、ま
た上記ダル圧延をシャドウマスク素材の最終冷間圧延の
最終パス及び/又は最終パスの一つ前のパスにおいて行
うことを特徴とするものである。
<実施例> 本発明のエッチング加工法による圧延ロール表面のダ
ル加工は、フォトレジスト法で行う場合には、脱脂→前
処理→フォトレジスト塗布→露光→現像→フォトレジス
ト硬化→エッチング→フォトレジスト剥離→水洗→乾燥
の工程で加工する。
ここで、フォトレジストを露光させる方式には、フィ
ルムを用いた露光方式とフィルムを使用せずレーザで直
接露光させる方式があり、これらについて以下説明す
る。
フィルムを用いた露光方式は、第3図に示すように、
フォトレジストを塗布したロール1に形成すべき模様を
描いたフィルム2を巻き付け、その上から透明フィルム
3を巻き付ける。透明フィルム3はテンションロール4
によって、張力を付与し、ロール1とフィルム2の密着
性を高める。スリット板5を通して、高圧水銀灯6でロ
ール面1を照射し、かつロール1を回転させることによ
り、ロール1表面のフォトレジストを全周にわたって感
光させ、模様を焼付ける。次にロール1を現像すると、
ポジ型レジストの場合は未感光部、ネガ型の場合は感光
部がロール表面に残る。さらに、従来技術である浸漬
法、スプレー法等でエッチング処理を行うと、フォトレ
ジストにマスクされていない部分が腐食される。エッチ
ング時間、エッチング液温度、エッチング液濃度等をコ
ントロールすることによりエッチング深さを変えること
ができる。
以上のように本法によれば所望の表面形態を所望の深
さだけロールに加工することができる。
またフィルムを使用せずレーザで直接フォトレジスト
を露光させる方式は、第4図に示すように、回転してい
るロール1の軸方向に単一またはマルチレーザビーム照
射ヘッド7を移動させる。そのとき、形成すべき模様に
応じ、ロール1の回転角度に対応したレーザ照射の指令
を発するが、これは例えば従来公知のラスタ走査描画法
により可能である。レーザ照射ヘッド7がロール1のバ
レル全長上を移動すると、ロール1全周は所望の模様に
感光、焼き付けられる。
また別の方法としては、第5図のように、ロール1表
面に感光レジストに代えて、例えば、プラスチックなど
の耐酸腐食性樹脂8をコーティングし、上記のように例
えばラスタ走査描画法によりレーザ照射ヘッド7よりレ
ーザ照射し、樹脂8を蒸発させることにより、ロール1
の表面が露光し、所望の模様が形成される。
以上説明した、本発明の圧延ロール表面のダル加工方
法は、レーザ発振器からのレーザビームでロール表面の
金属を直接溶融させず、フォトレジストを感光させる方
法、あるいは表面に形成した低融点の樹脂だけを蒸発さ
せる方法であるため、さほどのパワーを必要としない。
樹脂を蒸発させる場合であっても、極めて周波数の高い
パルスビームを電気的手段によって、追随性良く発振で
きるレーザ、例えばYAGレーザ等の波長の短い固体レー
ザが使用でき、集光レンズで絞りうる最小スポット径を
約10μmまで小さくすることができるため、任意形状の
微細な模様を自由自在に形成することができる。
このように本発明の方法によれば、従来技術に比べ、
所望の高さの任意形状の凹凸模様が形成されたダルロー
ルを製造できるので、そのロールによって圧延されたシ
ャドウマスク素材の表面はより均一化される。従って、
該シャドウマスク素材は後のエッチング工程において、
一層均一な品質を得ることが可能となる。
次に本発明の具体的な実施例について説明する。
第3図のフィルムを用いる方式で第1図に示すような
表面構造を備えたロールを作製した。
ロール表面に均一に分布した微細な凹部1bの形状は
(a)が正方形、(b)が六角形、(c)が円形で、そ
の形状だけでなく、その寸法も任意に設定できる。ま
た、その周囲には連続した凸部1aが形成される。該ロー
ルで圧延したシャドウマスク素材の表面状態は当然第1
図を反転した様相を呈し、ロール表面の凸部はシャドウ
マスク素材の凹部となる。また、シャドウマスク素材の
凹部が格子状あるいは巣状の溝で連絡されるように加工
する。この理由は、シャドウマスク素材にフォトレジス
トを塗布し、ガラスパターンをマスクしたとき、フォト
レジストとガラスパターンの間に数μmの微小空隙が生
じても、露光時空隙中で散乱あるいは乱反射して、解像
度が低下するので、通常素材側を真空ポンプによって負
圧となし密着性を高めているので、この負圧時に、空気
の排出を行い真空密着性を向上させるためである。
第6図は、第1図に示した本発明によるダル加工を施
した圧延ロールを使用し、シャドウマスク素材用低炭ア
ルミキルド鋼を板厚0.25mmに、30コイル(圧延距離700k
m)に相当する量を圧延し、圧延後の素材の表面粗さRa
を調査した結果を示したグラフである。
なお、シャドウマスク素材の表面粗さは現すぎても、
細かすぎても悪影響を与えるので、Raで0.3〜0.6μm程
度が適当で、圧延時の転写率(素材のRa/ロールのRa)
を50%以下に制御したので圧延ロールをRa1.2μmに近
い値に加工した。
また、第1図(a)の凸部形状を施した圧延ロールは
最終冷間圧延の最終パス、最終パスの1つ前のパス及び
最終パスと最終パスの一つ前のパスに使用し、第1図
(b)、(c)の凸部形状を施した圧延ロールは最終冷
間圧延の最終パスのみに使用した。
また第6図に、比較例としてレーザダル加工を施した
レーザ・ダルロールを最終冷間圧延の最終パスに使用し
て上記と同様の素材を圧延し、圧延後の素材の表面粗さ
Raを調査した結果を示した。
第6図から分かるように、上下の点線に挟まれた領域
がシャドウマスク素材に適する範囲で、本発明によるロ
ールで圧延した素材は、粗度の低下は見られるものの、
その範囲から逸脱していない。これに対し、比較例のレ
ーザ・ダルロールを用いた素材は、ロールの摩耗が激し
いため、早い段階から粗度が低下し、適用範囲から外れ
ている。
このように、本発明によるロールを用いることによ
り、安定した素材を供給でき、ロールの寿命も伸びるこ
とが確認された。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明の方法によりダル加工し
た圧延ロールを用いてシャドウマスク素材を製造するこ
とにより、素材表面の凹凸を所望の高さにコントロール
することが可能となり、また、形成できる模様の自由度
も大きいので、表面粗さが均一で、メーカーの製造条件
に適した表面形態を備えた素材を提供することが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のロールに付与されるパターンの例を模
式的に示した拡大図である。 第2図は従来のレーザ加工法によって、ロールに形成さ
れたダル形状の断面図及び平面図である。 第3〜5図は本発明による圧延ロール表面へのダル加工
法の例を説明する図であり、第3図はフィルムを用いて
フォトレジストを露光させる方法、第4図はフィルムを
使用せずレーザで直接フォトレジストを露光させる方
法、第5図はフォトレジストの代わりに耐酸腐食性樹脂
を使用する方法の説明図である。 第6図は本発明の実施例を比較例とともに示したグラフ
であり、圧延距離に伴うシャドウマスク素材の表面粗さ
の変化を示したものである。 1……ロール、2……フィルム、 3……透明フィルム、4……テンションロール、 5……スリット板、6……高圧水銀灯、 7……マルチレーザビーム照射ヘッド、 8……耐酸腐食性樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 比良 隆明 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (72)発明者 鑓田 征雄 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭62−238003(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シャドウマスク素材にダル加工を施すに際
    し、エッチング加工法により表面に均一に分布した微細
    な凹部と連続した凸部を形成した圧延ロールを用いて前
    記シャドウマスク素材にダル圧延を行うことを特徴とす
    るシャドウマスク素材の製造方法。
  2. 【請求項2】上記ダル圧延をシャドウマスク素材の最終
    冷間圧延の最終パス及び/又は最終パスの一つ前のパス
    において行うことを特徴とする請求項(1)のシャドウ
    マスク素材の製造方法。
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