JP3322370B2

JP3322370B2 - 高強度高エッチング性シャドウマスク材料およびシャドウマスクの製造方法

Info

Publication number: JP3322370B2
Application number: JP01437594A
Authority: JP
Inventors: 良二井上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH07224359A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーブラウン管内で
使用されるシャドウマスク材料およびその材料を用いた
シャドウマスクの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シャドウマスク材料としては、従来一般
には軟鋼が用いられていた。軟鋼はプレス成形性および
エッチング性は良好であるが、熱膨張係数が約12×10マ
イナス6乗/℃と大きく、電子ビームの照射により加熱さ
れて熱膨張を生じ、色純度を劣化させてしまうという問
題があった。近年、デイスプレイの高精細化、高輝度化
が要求される中、従来の軟鋼に替えて、熱膨張係数の小
さいＦe-36Ｎi等のアンバー系合金がシャドウマスク材
料として実用化されている。しかしながら、Ｆe-36Ｎi
アンバー系合金は、軟鋼と比べてエッチング性が低く、
また、コストが非常に高いという問題点を有している。
そこで、この合金に種々の強化元素を添加してマスク強
度を向上させることによってマスクの薄板化を可能と
し、これによりマスク原価を低下することが提案されて
いる。

【０００３】一方、特開昭６１−２０１７５８号および
同６３−２５９０５４号は、それぞれＮi 30〜45%とＣr
2〜10%およびＮi 34〜38%とＣr 0.3〜2.0%を含むＦe-
Ｎi合金に、Ｔi,Ｚr,Ｍo,Ｎb,Ｂ,Ｖ,Ｂe、後者において
は、さらにＡl,Ｔa,Ｗを加えた群から１種または２種以
上を0.01〜1.0%添加してヤング率の上昇と結晶粒の微細
化によりマスクの耐座屈性を向上させることを提案して
いる。また、特開平３−２２５７３０号は、Ｎi 29.5〜
40.0%、Ｃr 0.001〜2.0%、Ｃo 2〜7%を含むＦe-Ｎi合金
に、Ｔiの0.001〜2.0%の他、Ｔa,Ｎb,Ｍo,Ｗの１種以上
を2%以下、Ｂe,Ｖ,Ｚr,Ｓiの１種以上を5%以下等を添加
して強度を上昇させる方法を示している。一方、精密エ
ッチング加工を必要とするＦe-Ｎi系アンバー合金に関
し、特公平２−５１９７３号、特開昭６１−１９００２
３号等が示すように、Ｃ，Ｏ，Ｎ等の不純物元素を低減
化することがエッチング速度、エッチング孔品質を向上
させる点で重要であることは良く知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のＮb,Ｔi,Ｚr,Ｂ
e,Ａl,Ｔa等の析出型の強化元素を添加したシャドウマ
スク材料は、非金属介在物等を多量に生成しやすく、こ
の場合エッチング性が低下し、また高強度化が有効に機
能しないという問題点があることを本発明者は見出し
た。また、本発明者は、シャドウマスク材料として、板
厚が薄くなるほど、例えば、厚み 0.15mm未満、さらに
は0.1mm以下となると従来より高いエッチング孔の平坦
性および高いプレス成形性が要求されることを見出し
た。本発明は、添加した強化元素によるエッチング性の
低下がなく、かつ十分な高強度化により薄板化した際に
もエッチング孔の高い平坦性およびプレス成形性を保持
した高強度高エッチング性シャドウマスク材料およびそ
れを用いたシャドウマスクの製造方法を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明は、係る
問題点について種々の研究を行なった結果、前述の析出
強化元素と反応して介在物等を形成しやすいＣ，Ｓ，
Ｎ，Ｏの４元素はそれぞれ厳しく特定値以下に制限すべ
きであり、これにより非金属介在物によるエッチング性
の低下が防止されることを見出したこと、ならびに前記
薄板化に伴うエッチング孔の高平坦性化の要求とプレス
成形性の高度化の要求に基づいて、下記の対策を講じて
なされたものである。すなわち、エッチング孔の高平坦
化に対する対策として、圧延面の結晶方位集積度と結晶
粒度を適正範囲に保持すること、およびプレス成形性の
要求に対する対策として、結晶粒度を適正範囲に保持し
たことである。

【０００６】すなわち、本願の第１発明は、重量％にて
Ｎｉ 30〜45%、Ｍn 0.1〜0.5%、Ｓi0.05%以下、Ｎb,Ｔ
i,Ｚr,Ｂe,Ａl,Ｔaのうち１種または２種以上合計で0.1
〜5.0%、残部Ｆeおよび不可避的不純物からなるＦe-Ｎi
合金であって、不純物としてＣ 0.004%以下、Ｓ 0.002%
以下、Ｎ 0.002%以下、Ｏ 0.003%以下に制限され、圧延
面の{100}方位集積度が85%以上であり、結晶粒度番号が
8〜11の結晶粒からなることを特徴とする高強度高エッ
チング性シャドウマスク材料であり、本願の第２発明
は、上記第１発明の材料をエッチング穿孔、マスク焼鈍
およびプレス成形の各処理を行なった後、550〜800℃の
温度で熱処理することにより析出強化させることを特徴
とするシャドウマスクの製造方法である。

【０００７】

【作用】先ず、本発明における数値限定理由を述べる。
Ｎi含有量が30%より少なく、または45%を越えるもので
は熱膨張係数を低めるインバー効果がなくなるため、Ｎ
iの範囲は30〜45%とする。Ｎiの望ましい範囲は、34〜4
0%である。Ｍnは、脱酸目的と熱間加工性を付与する目
的で添加するが、0.1%より少ないとその効果が少なく、
0.5%を越えて含有すると介在物の量が多くなり、エッチ
ング性を低下する。したがって、Ｍnは0.1〜0.5%とす
る。Ｓiは脱酸目的で添加するが、0.05%を越えると粗大
な介在物を形成してエッチング性を低下させるため0.05
%以下とした。望ましくは0.03%以下である。

【０００８】Ｎb,Ｔi,Ｚr,Ｂe,Ａl,Ｔaは、析出強化元
素として添加するものであるが、その添加量が合計量で
0.1%未満ではその効果がなく、5%を越えて添加すると非
金属介在物が生成しやすくなり、それがエッチング孔壁
面に露出し孔形異常を生じやすくなる。このため、これ
らの強化元素は、１種または２種以上を0.1〜5.0%とす
る。これらの元素の望ましい範囲は、0.3〜3.0%であ
る。Ｃ，Ｓ，Ｏ，Ｎは、前述のように微量の混入でも前
記の強化元素と反応して介在物等を形成するため、厳し
く規制する必要があり、Ｃ 0.004%以下、Ｓ 0.002%以
下、Ｎ 0.002%以下、Ｏ 0.003%以下に制限することによ
って、上記強化元素を添加したＦe-Ｎi系合金に対し、
良好なエッチング性と高強度化を達成することができ
る。望ましくは、それぞれＣ 0.003%以下、Ｓ 0.001%以
下、Ｎ 0.001%以下、Ｏ 0.001%以下である。

【０００９】次に圧延面の{100}方位集積度が85%未満で
は、方位によるエッチングの速度差により、結晶粒間で
段差が生じてエッチング面の平坦性が損なわれてマスク
むらが発生する。このため、圧延面の{100}方位集積度
は85%以上に限定する。方位集積度の望ましい範囲は90%
以上である。これにより、エッチング孔の高い平坦性を
確保する第１の条件が満たされる。次に、結晶粒度番号
が8未満の粗大な結晶粒では、エッチング時に開孔部の
表面がギザギザの階段状となりやすく、やはり平坦性が
損なわれ、エッチング性が低下する。また、結晶粒度番
号が11以上の細かい結晶粒では、エッチング後に行なわ
れるマスク焼鈍においても十分に結晶粒が成長せず、高
耐力となって良好なプレス成形ができない。したがっ
て、結晶粒度は8〜11に限定する。結晶粒度の望ましい
範囲は9〜10である。これによって、エッチング孔の平
坦性の第２の条件が満たされるとともに、プレス成形性
が確保される。

【００１０】前記の強化元素を添加した材料はシャドウ
マスク製造工程の黒化処理時(プレス成形後)、またはこ
の黒化処理の前後の少なくとも一方に550〜800℃で熱処
理することにより、析出による高強度化させることが可
能である。処理温度が550℃未満では、Ｎi系金属間化合
物の析出が不十分で強化効果が少なく、800℃を越える
温度では、金属間化合物の析出が起こる場合もあるが、
析出物が粗大となり、強化に寄与しない。したがって、
熱処理温度としては、550〜800℃が適当である。この処
理により、高強度のシャドウマスクが得られ、薄板化へ
の対応が可能となる。望ましい処理温度は600〜750℃で
ある。

【００１１】

【実施例】表１に示す各種成分のＦe-Ｎi系アンバー合
金の鋼塊を熱間加工して所定の板厚とした。次に、表面
を酸洗、研磨後冷間圧延と焼鈍を繰り返して0.15mmの板
厚とし、それぞれ下記の各実施例用のテストピースを採
取した。（実施例１）上記のうち、各エッチングテスト用テスト
ピースをアルカリ脱脂後、レジストを塗布してマスク孔
パターンを形成し、塩化第二鉄溶液のスプレーエッチン
グによりシャドウマスク用穿孔平板に加工した。エッチ
ング孔品質の判定は、エッチングされた面の走査電子顕
微鏡写真上で評価した。また、各々採取した試料からＸ
線解析により{100}結晶方位集積度および結晶粒度を測
定した。それぞれの結果を表１にまとめて示す。

【００１２】表１から次のことがわかる。 (1) 強化元素を含まないＮo.1およびＮo.2は、不純物
量が本願の規定量を越えても良好なエッチング孔となっ
ている。これに対して、強化元素を含み、かつ、本願規
定量を越えて不純物を含むＮo.4〜7,12,14,16,18,20
は、エッチング孔品質が異常となっている。なお、この
異常はエッチング孔面に非金属介在物が抜け落ちた穴が
見られるものである。 (2) また、Ｎo.9では{100}結晶方位集積度が不十分で
あり、Ｎo.10では結晶粒が粗大であるため、いずれも開
孔部の面で結晶粒界に沿って段差が大きくなり、やはり
良好なエッチング孔が得られなかった。 (3) これらに対し、本発明の不純物の規定を満足する
Ｎo.3,8,11,13,15,17,19,21,22はいずれも良好なエッチ
ング性を有している。但し、Ｎo.13は結晶粒度番号が12
と本願の規定を外れるもので、このままでは後述のよう
にプレス成形性を満足しないものである。

【００１３】

【表１】

【００１４】（実施例２）表２は、前述により採取した
テストピースのうち、析出硬化テスト用のもの（本発明
の各材料および比較材料Ｎo.1,4および13の各材料)に、
さらに、900℃×10分(マスク焼鈍に相当)およびその
後、600℃×1h(黒化処理に相当)の加熱処理を行ない、6
00℃×1hの加熱処理の前(A)および後(B)の硬さ測定結果
を示したものである。表２から次のことがわかる。析出
硬化元素が添加され、かつ不純物を規定以下に制限され
た各本発明および比較材料Ｎo.13は黒化処理によって正
常な析出硬化を生じている。これに対し、析出硬化元素
を含まないＮo.1は硬化がなく、また、比較材料Ｎo.4は
不純物であるＯを規定値以上含む以外は、ほぼ同じ組成
である。Ｎo.3の硬さ差HV57に対し、HV50と硬化幅が小
さい。なお、Ｏ以外の他の不純物を過剰に含む場合もほ
ぼ同様であった。

【００１５】

【表２】

【００１６】（実施例３）次に、前述により採取したス
プリングバックテスト用テストピースＮo.13(結晶粒度
番号12)と、この材料を焼なましすることにより、結晶
粒度を粒度番号約11および10とした材料の合計３種を準
備し、これら各材料をマスク焼鈍に相当する900℃、10
分保持の熱処理を行なった。その結果、結晶粒度はそれ
ぞれ約8.5,7.5,7に粗大化した。プレス成形性は、テス
トピースでのスプリングバックの測定で評価が可能であ
り、このテストを行なった。テスト方法は、10w×50L×
0.15tのテストピースの一端をバイスで把持して60°折
り曲げた後の戻り角度を測定するものである。なお、こ
の評価法でスプリングバック角度が12.5°以上を示すも
のは、プレス成形性不良と判定される。その測定結果を
図１に示す。この図から、マスク焼鈍前の結晶粒度番号
がほぼ11以下でないとプレス成形性が不良となることが
わかる。

【００１７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は、従来Ｆ
e-Ｎi系アンバー合金では、コスト的に問題があり、強
化元素の添加により高強度化して薄板化を実現すること
により、マスク原価の低減を図るに際して、予期しない
エッチング性の低下等の問題があること、ならびに薄板
化に伴って高いエッチング孔平坦性と高いプレス成形性
が要求されることを見出したことに基づくものである。
そして、本発明はこれらの問題点を不純物に厳しく限定
するとともに、結晶方位集積度および結晶粒度を特定範
囲に規制することにより解決したものであり、本発明に
よりシャドウマスクの薄板化による低価格化が容易とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】マスク焼鈍前の結晶粒度（番号）とプレス成形
性（スプリングバック）との関係を説明する図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にてＮｉ 30〜45%、Ｍn 0.1〜0.5
%、Ｓi 0.05%以下、Ｎb,Ｔi,Ｚr,Ｂe,Ａl,Ｔaのうち１
種または２種以上合計で0.1〜5.0%、残部Ｆeおよび不可
避的不純物からなるＦe-Ｎi系合金であって、不純物と
してＣ 0.004%以下、Ｓ 0.002%以下、Ｎ 0.002%以下、
Ｏ 0.003%以下に制限され、圧延面の{100}方位集積度が
85%以上であり、結晶粒度番号が8〜11の結晶粒からなる
ことを特徴とする高強度高エッチング性シャドウマスク
材料。
【請求項２】重量％にてＮｉ 30〜45%、Ｍn 0.1〜0.5
%、Ｓi 0.05%以下、Ｎb,Ｔi,Ｚr,Ｂe,Ａl,Ｔaのうち１
種または２種以上合計で0.1〜5.0%、残部Ｆeおよび不可
避的不純物からなるＦe-Ｎi系合金であって、不純物と
してＣ 0.004%以下、Ｓ 0.002%以下、Ｎ 0.002%以下、
Ｏ 0.003%以下に制限され、圧延面の{100}方位集積度が
85%以上であり、結晶粒度番号が8〜11の結晶粒からなる
シャドウマスク材料をエッチング穿孔、マスク焼鈍およ
びプレス成形の各処理を行なった後、550〜800℃の温度
で熱処理することにより析出強化させることを特徴とす
るシャドウマスクの製造方法。