JP3151100B2 - Fe−Ni系合金シャドウマスク用素材 - Google Patents

Fe−Ni系合金シャドウマスク用素材

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JP3151100B2 JP01495894A JP1495894A JP3151100B2 JP 3151100 B2 JP3151100 B2 JP 3151100B2 JP 01495894 A JP01495894 A JP 01495894A JP 1495894 A JP1495894 A JP 1495894A JP 3151100 B2 JP3151100 B2 JP 3151100B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カラーテレビブラウン
管に用いられるFe−Ni系合金シャドウマスク用素材
に関するものであり、特にはエッチング穿孔性に優れる
Fe−Ni系合金シャドウマスク用素材に関する。
【0002】
【従来の技術】カラーテレビジョン受像管には色選別用
電極としてシャドウマスクが使用されている。このシャ
ドウマスク用材料として、最近では低熱膨張特性を有す
る30〜50wt%Niを含有するFe−Ni系合金、
特にはFe−36wt%Ni系合金が使用されることが
多くなっている。これは、Fe−Ni系合金の場合、従
来用いられていた低炭素アルミキルド鋼に比べて、電子
ビームがシャドウマスクの開孔部以外の表面に射突する
ことによるシャドウマスクの温度上昇にともなう熱膨張
が小さいため、色純度の低下が小さいためである。
【0003】しかしながら、このFe−36wt%Ni
系合金に代表されるFe−Ni系合金は、低炭素アルミ
キルド鋼に比べてエッチング穿孔性に劣るということが
問題となっている。特に、シャドウマスクの開孔部が高
精細化するほど、シャドウマスクの板厚方向のエッチン
グ速度と圧延面に平行なエッチング速度の比を表すエッ
チファクターと呼ばれる値の大きな素材が必要となり、
エッチング穿孔性の一層良好な素材の開発が望まれてい
る。なお、上述のエッチファクターEFは、図3に示さ
れるように、EF=d/SEで定義される。ここでdは
エッチング深さでありそしてSEはサイドエッチ量で、
実際に形成されたエッチング加工孔径をRそしてレジス
ト開口径をrとすると、(R−r)/2で表され、レジ
スト開口縁辺を超え板面方向に余剰にエッチングされた
量を表す。
【0004】これに対して、従来から非金属介在物や微
量不純物の低減によってエッチング穿孔性を改善する方
法が提案されているが、エッチング穿孔性の向上は充分
に満足できるものではなかった。また、特公平2−96
54号や特開平5−140698号などでは、強加工を
施し、圧延面への{100}結晶面の集合度を高めるこ
とでエッチング穿孔性の改善を図っているが、エッチン
グ面の荒れやスジ模様の原因となるうえに、エッチング
加工孔の形状が真円度を失ってしまうといった弊害が生
じていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】シャドウマスクの高精
細化に充分対応しうる高品質なシャドウマスク素材の提
供が要望されている。本発明の課題は、上述した弊害を
生じることなく、これまでのFe−36wt%Ni系合
金に代表されるFe−Ni系合金のエッチング穿孔性を
高精細化に充分対応しうるまでに大幅に改善し得るシャ
ドウマスク用素材を開発することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の実情に
鑑み種々の検討を重ねた結果、Mn含有量=0.05w
t%を境にエッチファクターへのMnの影響度が大きく
変化することを見いだしたことを基礎とするものであ
る。詳しくは、Mnは、エッチング穿孔性を妨げること
が周知であるC、Siと同様に、含有量が増えるとエッ
チング穿孔性を悪化する傾向にある。これらの含有量の
対数とエッチファクターとの間には反比例関係があり、
Mn含有量が0.05wt%以上の領域では、CやSi
と同様にMn含有量が1桁減少するとともに、エッチフ
ァクターは1.5〜2%増加するだけである。しかしな
がら、Mn含有量が0.05wt%以下の領域では、M
n含有量が1桁低減したときのエッチファクターの増加
率は5%以上にもなり、Mn含有量が0.05wt%以
上の領域におけるよりエッチファクターの増大率が大幅
であることが判明した。Fe−36wt%Ni系合金に
代表されるFe−Ni系合金のMnの標準含有量はこれ
まで0.2〜0.3wt%であり、従ってエッチング穿
孔性を大幅に改善するにはMn含有量を0.05wt%
以下に下げることが必要である。Mnは不可避的不純物
として存在するSの熱間加工性を損なう等の悪影響を無
害化するためにも添加されるが、Mn量とS量との関係
を規制することによって、即ちMn含有量をS含有量の
5倍以上とすることにより、熱間加工性を損なうことな
く所望の厚さまで加工が可能となることが見出された。
【0007】以上の知見に基づいて、本発明は、Ni:
30〜50wt%を含有し、残部がMnとFeおよび不
可避的不純物からなるFe−Ni系合金シャドウマスク
用素材において、Mnを0.05%以下そして不可避的
不純物においてS:0.005wt%以下に規制し、か
つMn含有量をS含有量の5倍以上としたことを特徴と
するFe−Ni系合金シャドウマスク用素材を提供す
る。また、不可避的不純物において、C:0.01wt
%以下そしてSi:0.01wt%以下とし、またJI
S G 0555に規定される方法で測定した酸化物系
介在物の断面清浄度が0.05%以下であることが好ま
しい。
【0008】
【作用】本発明のシャドウマスク用素材の特徴は、Sの
含有量と併せてMnの含有量を限定し、さらにMn含有
量とS含有量の関係を規定することでSに起因する熱間
加工性等の問題を回避しつつエッチング穿孔性を高めた
ものである。更に、一層好ましい態様において、不可避
的不純物において、C:0.01wt%以下そしてS
i:0.01wt%以下としたものである。図1に、M
nとS並びにCとSi各元素の含有量とエッチファクタ
ー変化率ΔEFとの関係を示す。図1では、Mnは0.
25wt%の時のエッチファクターを基準とし、Sは
0.005wt%の時のエッチファクターを基準とし、
そしてCとSiは0.01wt%の時のエッチファクタ
ーを基準としている(ΔEF=0%)。これら元素の含
有量Xとエッチファクター変化率ΔEFとの間には、次
の関係が成り立つ: Mn:(0.05wt%以下の場合) ΔEF=−5.52−5.75×log(X) (0.05wt%以上の場合) ΔEF=−0.91−1.48×log(X) C : ΔEF=−3.80−1.90×log(X) Si: ΔEF=−3.48−1.74×log(X) S : ΔEF=8.71+3.79×log(X) 図1において、C及びSiの場合は含有量Xとエッチフ
ァクター変化率ΔEFとは一定の勾配の直線関係にある
が、Mnの場合には、0.05wt%を境として直線の
勾配が急激に変化していることがわかる。即ち、Mn含
有量が0.05wt%以上の領域では、CやSiと同様
にMn含有量が1桁減少するとともに、エッチファクタ
ーは1.5〜2%増加するだけである。しかしながら、
Mn含有量が0.05wt%以下の領域では、Mn含有
量が1桁低減したときのエッチファクターの増加率は5
%以上にもなり、Mn含有量が0.05wt%以上の領
域におけるよりエッチファクターの増大率が大幅に増大
することがわかる。C:0.01wt%以下そしてS
i:0.01wt%以下とすることにより、エッチファ
クターを一層改善することができる。
【0009】次に、図2に酸化物系介在物の断面清浄度
とエッチファクター変化率ΔEFとの関係を示す。断面
清浄度が0.05%のときのエッチファクターを基準と
している(ΔEF=0%)。断面清浄度Zとエッチファ
クター変化率ΔEFとの間には次の関係が成り立つ: ΔEF=−0.33−0.26×log(Z) 酸化物系介在物の断面清浄度がエッチファクター変化率
に及ぼす影響は、図1の元素の含有量がエッチファクタ
ー変化率に及ぼす影響に比べて1桁小さいことがわか
る。即ち、Mn含有量を0.05wt%から0.01w
t%に低減したときと断面清浄度を0.05wt%から
0.01wt%に低減したときのエッチファクター変化
率を比較すると、Mn含有量の場合の方が20倍以上大
きくなる。
【0010】30〜50wt%Niを含有するFe−N
i系合金は高強度、適度の耐熱性、耐食性に加えて低熱
膨張特性を有する。Niが30wt%未満の場合こうし
た優れた特性が充分に発現しない。また50wt%を超
える場合には低熱膨張特性が失われまた高価となる。以
下に、関与する各元素の限定理由について述べる: (1)Mn:Mnは、0.05wt%以下において、少
なければ少ないほどエッチファクターを著しく向上させ
ることができる。しかしながら、不可避的不純物のSが
存在するために、熱間加工性を損なわないようにするべ
くSを無害化するにはS含有量の5倍以上の量が必要で
ある。このため、Mnの含有量は、5×S含有量≦Mn
含有量≦0.05wt%にする。 (2)C:Cはエッチング穿孔性を阻害するために、少
ないほど好ましいが、Cを工業的規模で大幅に低減させ
ることは経済性の観点から困難である。よって、C含有
量の上限を0.01wt%、好ましくは0.005wt
%にする。 (3)Si:Siはエッチング穿孔性を阻害するため
に、少ないほど好ましいが、Siを工業的規模で大幅に
低減させることは経済性の観点から困難である。よっ
て、Si含有量の上限を0.01wt%、好ましくは
0.005wt%にする。 (4)S:Sはその含有量が増えるにつれてエッチファ
クターを大きくする作用がある。しかしながら、熱間加
工性を阻害するために、Mn等Sを無害化する元素がな
い場合は少ないほうが好ましい。ただし、Sを工業的規
模で大幅に低減させることは経済性の観点から困難であ
る。よって、S含有量の上限を0.005wt%にす
る。 (5)酸化物系介在物:酸化物系介在物はエッチング穿
孔性を阻害するために、少ないほど好ましいが、上述の
元素に比べてエッチファクター向上への寄与度は小さい
ために、その存在が実質的にエッチングの障害とならな
い程度まで減じれば良い。この上限をJIS G 05
55に規定される測定方法で求めた断面清浄度で表すと
0.05%になる。
【0011】次に製造方法について述べる。本発明は、
Mn含有量を0.05wt%以下にするものであり、こ
れはFe−Ni系合金を溶解する際のMnの添加量をS
含有量の5倍以上の要件を満たしつつ0.05wt%に
なるように添加することで可能であり、真空溶解や大気
溶解など周知の溶解方法で行うことができる。しかしな
がら、C、Si、Sを特定量以下にするために、溶解原
料を厳選し、必要があれば脱酸や脱炭や脱硫処理を行う
ことが好ましい。また、酸化物系介在物の断面清浄度
(JIS G 0555に規定される方法で測定)を
0.05%以下とすることが好ましい。これも脱酸や脱
炭や脱硫処理を充分に行うことにより得られる。エッチ
ング穿孔性を阻害するCやSiや酸化物系介在物を所定
割合以下に減じることにより一層良好なエッチング穿孔
性が得られる。溶湯を造塊するのではなく連続鋳造して
も良い。このようにして得られた鋳塊は、熱間脆性を起
こすことなく鍛造や圧延が可能であり、焼鈍と冷間圧延
を繰り返すことで所望の厚さのシャドウマスク用素材を
得ることができる。
【0012】最終冷間加工後の圧延面における{10
0}結晶面の集積度を数式1で計算される値に基づい
て、60〜85%になるように中間加工度を調整するこ
とが好ましい。エッチング穿孔性の一層の改善を図るこ
とができる。
【0013】
【数1】
【0014】このように、本発明によれば、Fe−Ni
系合金のS及びMnの含有量をそれぞれ特定量以下に限
定しかつMn含有量とS含有量との関係を規定すること
ではじめてエッチング時のエッチング穿孔性、特にエッ
チファクターを大幅に向上したシャドウマスク用素材を
製造することができるのである。なお、CとSiの含有
量及び/或いは断面清浄度を減じることで一層良好なエ
ッチング穿孔性が得られる。
【0015】
【実施例】以下に、実施例と比較例とを示す。試料N
o.1〜8は本発明の要件を満たす実施例でありそして
試料No.9〜18は比較例である。比較例のうち、試
料No.9〜10はMn含有量は少ないが、Mn含有量
がS含有量の5倍未満のものであり、試料No.11〜
15のMn含有量が0.05wt%を超えるものであ
り、試料No.16〜17のCとSiのいずれかの含有
量が0.01wt%を超えるものであり、そして試料N
o.18はS含有量が0.005wt%を超えるもので
ある。
【0016】真空溶解法でFe−36wt%Ni合金の
Mn、C、S、Siの含有量および酸化物系介在物の断
面清浄度を調整した鋳塊を得た。次に鍛造圧延し、冷間
圧延と焼鈍を繰り返して0.15mm厚さの合金帯を製
造した。この時最終冷間加工後の圧延面における{10
0}結晶面の集積度を数式1で表される値で、60〜8
5%になるように中間加工度を調整した。これらの合金
帯のエッチング穿孔性を比較するために、周知のフォト
リソグラフィー技術を用いて、合金帯の片側の表面に直
径が80μmの真円上の開口部を多数有するレジストマ
スクを形成し、塩化第2鉄溶液をスプレー状に吹き付け
て図3に示すサイドエッチ量が15μmになった時のエ
ッチファクターを調査した。また、熱間加工性として熱
間加工時の割れの発生を評価した。実施例及び比較例に
おけるこれら結果をまとめて表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】表1の結果から、本発明の試料No.1〜
8のMn含有量が0.05wt%以下のものは、試料N
o.11〜13のMn含有量が0.05wt%を超える
ものに比べてエッチファクターは0.1以上大きくなっ
ていることがわかる。試料No.9〜10はMn含有量
は少ないが、Mn含有量がS含有量の5倍未満であるた
めに、熱間加工時の割れを生じている。さらに、試料N
o.16〜18のC、Si、Sのいずれかを特定量を超
えて含有するもののエッチファクターの低下がほとんど
無いことから、Mn含有量を低減することによってはじ
めてエッチファクターを大幅に向上できることがわか
る。ここで、S含有量を多くするとエッチファクターは
大きくなるが、熱間加工性の悪化とエッチング加工孔の
形状不良を生じるためにシャドウマスク用素材として不
適である。また、Mn含有量がS含有量の5倍以上にす
ることで熱間加工時の割れを生じることなく、0.15
mm厚さまで加工することができる。
【0019】
【発明の効果】以上に述べた如く、本発明によれば、F
e−Ni系合金シャドウマスク用素材において、Mn並
びにSを所定の値以下に限定しかつMn含有量とS含有
量との関係を規定し、更に望ましくはCとSiの含有量
及び/または酸化物系介在物の断面清浄度を所定の値以
下に限定することで、エッチング穿孔性に優れたシャド
ウマスク用素材を提供することを可能とした。これによ
り、シャドウマスクの高精細化に充分対応する高品質な
シャドウマスク素材の提供が可能となり、その工業的意
義は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】C、Si、S並びにMn各元素の含有量Xとエ
ッチファクターの変化率ΔEFとの関係を示すグラフで
ある。
【図2】酸化物系介在物の断面清浄度Zとエッチファク
ター変化率ΔEFとの関係を示すグラフである。
【図3】エッチファクターEF=d/SE(d:エッチ
ング深さ、SE:サイドエッチ量)の定義またエッチン
グ加工孔径Rとレジスト開口径rとの関係を説明する説
明図である。
【符号の説明】
d:エッチング深さ、 SE:サイドエッチ量 R:エッチング加工孔径 r:レジスト開口径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 H01J 29/07

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni:30〜50wt%を含有し、残部
    がMnとFeおよび不可避的不純物からなるFe−Ni
    系合金シャドウマスク用素材において、Mnを0.05
    %以下そして不可避的不純物においてS:0.005w
    t%以下に規制し、かつMn含有量をS含有量の5倍以
    上としたことを特徴とするFe−Ni系合金シャドウマ
    スク用素材。
  2. 【請求項2】 不可避的不純物において、C:0.01
    wt%以下そしてSi:0.01wt%以下であること
    を特徴とする請求項1のFe−Ni系合金シャドウマス
    ク用素材。
  3. 【請求項3】 JIS G 0555に規定される方法
    で測定した酸化物系介在物の断面清浄度が0.05%以
    下であることを特徴とする請求項1乃至請求項2のFe
    −Ni系合金シャドウマスク用素材。
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