JP3471465B2 - プレス性及びエッチング性に優れたシャドウマスク用材料 - Google Patents

プレス性及びエッチング性に優れたシャドウマスク用材料

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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、エッチング性及びプレ
ス性に優れた高品質のシャドウマスク用材料に関する。 【0002】 【従来の技術】カラーテレビ用ブラウン管,OA機器用
ディスプレイ等の受像管には、多数の電子ビーム通過孔
が形成されたシャドウマスクが組み込まれている。電子
銃から射出された電子ビームは、特定の電子ビーム通過
孔を通過し、各色調に応じてそれぞれの蛍光部にビーム
スポットを投影する。シャドウマスク用材料としては、
電子ビーム通過孔が高精度で形成されるようにエッチン
グ性に優れていることが要求される。この点で、低炭素
Alキルド鋼がシャドウマスク用材料として従来から使
用されている。しかし、シャドウマスクは、電子ビーム
の衝突によって加熱され、熱膨張する。熱膨張は、電子
ビーム通過孔を変位させ、電子ビームが所定の蛍光面に
当らなくなるドーミング現象の原因となる。 【0003】ドーミング現象は、テレビ,ディスプレイ
等の高精密化や高輝度化に伴って大きな問題となってい
る。ドーミング現象を抑制するために、発生原因である
熱膨張に起因した電子ビーム通過孔の変位を小さくする
低熱膨張特性をもつ材料の使用が検討されている。たと
えば、特開昭61−78033号公報,特公平4−56
107号公報等では、シャドウマスク用材料としてFe
−36%Ni系アンバー合金が紹介されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】Fe−36%Ni系ア
ンバー合金は、多量のNiを含んでいることから低炭素
Alキルド鋼に比較して素材価格が高いことは勿論、高
強度のためプレス成形性に劣っている。また、ヤング率
が低く、シャドウマスクに必要な剛性が不足し、エッチ
ング速度が遅く、エッチング穿孔性にも問題がある。プ
レス成形性は、0.2%耐力の低下,結晶粒径の適正化
等で向上する。たとえば、Cr,Mnの添加により0.
2%耐力を低下させる方法(特開昭61−78033号
公報),結晶粒度を規制する方法(特開昭61−157
662号公報,特開昭62−112759号公報,特開
平2−305941号公報)等が知られている。また、
更にC含有量を低減することによってプレス成形性を改
善することも試みられている。 【0005】しかし、フラット化が進行している近年の
ブラウン管画面に適したシャドウマスクに関しては、こ
れらの方法でプレス成形性が改善された材料であっても
依然として要求特性を満足しない。そのため、シャドウ
マスクのプレス成形不良を完全に無くすことはできず、
形状不良に起因して歩留まりの低下や品質の低下を引き
起こす原因となっている。本発明は、このような問題を
解消すべく案出されたものであり、成分が特定されたF
e−Ni系合金を軟化焼鈍した後の集合組織を制御する
ことにより、Fe−Ni系合金のエッチング性及びプレ
ス成形性を向上させ、高品質のシャドウマスク用材料を
提供することを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明のシャドウマスク
用材料は、その目的を達成するため、Ni:34〜39
重量%,Cr:3重量%以下,Si:1重量%以下,M
n:1重量%以下を含み、残部が実質的にFeの組成を
もち、軟化焼鈍後において{111}の面強度比が30
〜45%,{200}の面強度比が30〜45%の集合
組織をもち、伸びが20%以上で、200℃での0.0
5%耐力が120N/mm2 以下であることを特徴とす
る。 【0007】 【作用】シャドウマスクは、通常、次の工程を経て製造
されている。 溶製 → 分塊 → 熱延 → 酸洗 → 冷延 →
光輝焼鈍 → 冷延→ エッチング → 軟化焼鈍 →
プレス加工 → 黒化処理 黒化膜の形成に先立って行われるプレス加工において、
Fe−36%Ni系合金は、200℃前後の温度に加熱
され、所定形状の金型を使用してシャドウマスク形状に
成形される。プレス不良は、プレス成形時にシャドウマ
スクの湾曲面の一部に陣笠状のヘコミとして発生するも
のであり、被加工材料の伸びが低く耐力が高いことに原
因があると考えられている。しかし、フラット化の進展
が著しい近年のブラウン管画面に組み込まれるシャドウ
マスクに対しては、従来からプレス成形性の評価として
使用されている0.2%耐力では十分に評価することが
できない。本発明者等の調査・研究によるとき、0.2
%耐力に替えて歪み量0.05%での耐力を使用する
と、プレス成形性を正確に評価できることが判った。
0.05%耐力は、歪み量が極めて小さく、すなわち弾
性領域に近い塑性領域での変形挙動を表し、曲率の大き
なシャドウマスクの成形を考慮したプレス成形性の評価
指標として有効である。 【0008】本発明者等は、更に調査・研究を進め、
0.05%耐力,伸び及び金属組織の面から、200℃
前後の温間におけるプレス成形性について詳細に検討し
た。その結果、軟化焼鈍材において、伸びが20%未満
で、且つ200℃での0.05%耐力が120N/mm
2 を超えると、プレス不良が発生することを見い出し
た。また、調査過程で、伸びと集合組織との間に相関関
係があることを解明した。集合組織に関しては、Fe−
Ni系合金のエッチング性に影響することが従来から知
られている。たとえば、特開昭62−243782号公
報は、圧延面に{100}結晶面を集合させ、表面粗さ
を規制するとき、エッチングスピードが向上することを
報告している。特公平2−9655号公報は、{10
0}結晶面を35%以上集合させるとき、高精度で且つ
均一なエッチングが可能になることを開示している。し
かし、シャドウマスク用Fe−Ni系合金について、プ
レス成形性の観点から集合組織を調査した例は、今まで
のところ知られていない。 【0009】本発明者等は、この集合組織が機械的性質
に影響を及ぼす因子であることに着目し、集合組織と機
械的性質との相関関係を詳細に調査した。そして、{1
11}の面強度比が30〜45%,{200}の面強度
比が30〜45%の集合組織が形成されたとき、伸びが
20%以上になることを見い出した。そして、この場合
の200℃での0.05%耐力が120N/mm2 以下
になると、プレス成形性が改善されるとの知見を得た。
本発明は、このような0.05%耐力,伸び及び金属組
織等に関する調査・研究の結果として完成されたもので
ある。以下、本発明シャドウマスク用材料に含まれる合
金元素等を説明する。 Ni:34〜39重量% Fe−Ni系合金の熱膨張係数を低く維持する上で重要
な合金元素である。Ni含有量が34〜39重量%の範
囲を外れると、熱膨張係数が増大し、シャドウマスクと
して使用したときに熱変形に起因するドーミング現象が
現れ易くなる。また、39重量%を超える多量のNiが
含まれると、耐力が上昇し、成形性が低下する。 【0010】Cr:0〜3重量% Fe−Ni系合金のエッチング速度を増大させる有効な
合金元素であり、必要に応じて添加される。Crの効果
は、0.001重量%以上の含有量で顕著になる。しか
し、熱膨張係数を増加させる欠点をもつことから、Cr
を添加する場合、Cr添加量の上限を3重量%に設定し
た。 Si:0〜1重量% 脱酸剤として添加される元素であり、所望の脱酸効果を
得るためには0.001重量%以上のSiを含有させる
ことが好ましい。しかし、1重量%を超えるSi含有量
は、Fe−Ni系合金の熱膨張係数を大きくすると共
に、仕上げ焼鈍された合金素材の表面に酸化物を形成
し、エッチング性や黒化膜特性を劣化させる。 Mn:0〜1重量% 脱酸剤として添加される元素であり、所望の脱酸効果を
得るためには0.01重量%以上のMnを含有させるこ
とが好ましい。しかし、1重量%を超えるMn含有量で
は、Fe−Ni系合金の熱膨張係数が大きくなり、ドー
ミング現象が生じ易くなる。 【0011】集合組織 以上に規制した合金元素を含有するFe−Ni系合金を
冷間圧延した後、還元雰囲気中での光輝焼鈍を施し、引
き続き仕上げ圧延する。そして、焼鈍後に集合組織の
{111}の面強度比が30〜45%,{200}の面
強度比が30〜45%となるように軟化焼鈍する。焼鈍
条件としては、温度700〜100℃,好ましくは75
0〜950℃の温度範囲,1気圧の大気下での露点−2
0〜+30℃の範囲が好適である。その結果、軟化焼鈍
された材料は、伸びが29%以上,200℃での0.0
5%耐力が120N/mm2 以下となり、エッチング性
及びプレス成形性に優れたシャドウマスク用材料とな
る。 【0012】集合組織の{111}面強度比及び{20
0}面強度比は、図1の(a)及び(b)にそれぞれ示
すように、伸びとの間に相関関係を持っている。{11
1}面強度比が30%以上で{200}面強度比が45
%以下のとき、20%以上の伸びが得られており、プレ
ス成形性が向上する。また、伸びと0.05%耐力との
間には図2に示す相関関係が成立しており、伸びが20
%以上で0.05%耐力が120N/mm2 以下とな
り、プレス成形性が向上する。集合組織は、エッチング
性にも影響する。図1における黒丸は、エッチング性が
不良のものを示す。図1(a)に示されるように{11
1}面強度比が45%以下であれば、良好なエッチング
性が得られている。また、図1(b)から、{200}
面強度比が30%以上で良好なエッチング性が得られて
いる。これらの点から、本発明では、{111}面強度
比を30〜45%,{200}面強度比を30〜45%
の範囲に定めた。 【0013】 【実施例】表1に示すFe−Ni系合金をVODプロセ
スで溶製し、分塊工程を経て板厚6mmの熱延コイルを
製造した。熱延コイルを更に冷延し、板厚0.3mmの
冷延板を得た。 【0014】 【表1】 【0015】冷延板に対し、還元雰囲気中で750〜1
050℃に加熱する仕上げ焼鈍を施し、次いで圧下率5
〜25%の仕上げ圧延を行った。得られた板材をエッチ
ングした後、650〜800℃の軟化焼鈍を施した。軟
化焼鈍された板材から試験片を切り出し、集合組織,引
張り特性,プレス性及びエッチング性を調査した。調査
結果を表2に示す。集合組織はX線回折装置で観察し、
次式に従って測定データから{111}面強度比及び
{200}面強度比を算出した。ただし、I(hkl)
は、X線回折による結晶面(hkl)の積分強度とし
た。 {111}面強度比=I(111)/[I(111)+
I(220)+I(311)+I(200)] {200}面強度比=I(200)/[I(111)+
I(220)+I(311)+I(200)] 【0016】引張り特性は、室温及び200℃で引張り
試験を行い、引張り試験後の室温での伸び及び200℃
での0.05%耐力を測定した。プレス成形性は、素材
をシャドウマスクに成形した後、マスク形状に発生した
不良の有無を目視観察することにより判定した。そし
て、プレス設計曲率に対してズレが±5%以内のものを
○,へこみの発生によりズレが±5%を超えたものを×
として評価した。エッチング性は、シャドウマスクパタ
ーンを用いて穿孔加工した後、穿孔径の精度,テーパー
部のがさつき等を検査し、穿孔径の精度が5%以下で、
テーパ部のがさつきがないものを○,精度が5%を超え
たもの又はがさつきのあるものをを×として評価した。 【0017】 【表2】【0018】表2から明らかなように、集合組織が{1
11}面強度比30〜45%,{200}面強度比30
〜45%の条件下で製造された試験番号1〜3の板材
は、伸びが20%以上,200℃での0.05%耐力が
120N/mm2 以下となり、良好なプレス成形性及び
エッチング性を示していた。これに対し、試験番号4,
5の比較例では、{200}面強度比が30%未満であ
り、伸びが大きく、0.05%耐力が120N/mm2
以下であることから、良好なプレス成形性を呈したもの
の、エッチング時に孔精度が悪くがさつきのある孔が穿
孔された。試験番号6〜8の比較例では、{200}面
強度比が45%を超えており、板材の伸びが20%以下
と小さく、0.05%耐力も130N/mm2 と高い値
を示した。そのため、エッチング性が良好であったもの
の、プレス成形性に劣っていた。試験番号9の比較例で
は、集合組織が{111}面強度比30%未満,{20
0}面強度比45%以下の条件下で板材が製造されてお
り、伸びが20%未満,0.05%耐力が121N/m
2 で、プレス成形性及びエッチング性の双方に劣って
いた。この対比から明らかなように、{111}面強度
比30〜45%,{200}面強度比30〜45%の集
合組織を持つ材料は、伸びが大きく、温間の0.05%
耐力が120N/mm2 以下の低い値になっており、良
好なプレス成形性及びエッチング性を備えていることが
判る。 【0019】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明のシャド
ウマスク用材料は、軟化焼鈍後の集合組織を{111}
面強度比30〜45%,{200}面強度比30〜45
%とすることにより、板材が軟質化され、プレス成形性
及びエッチング性の双方に優れている。しかも、黒化膜
密着性も良好で、高精密化,高輝度化,大型化,フラッ
ト化が著しい傾向にあるテレビ用ブラウン管やOA機器
用ディスプレイ等に使用される低熱膨張特性を活用した
シャドウマスク用材料となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 軟化焼鈍材の伸びと集合組織の面強度比との
関係 【図2】 軟化焼鈍材の伸びと0.05%耐力との関係
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−336654(JP,A) 特開 平7−150299(JP,A) 特開 平6−57382(JP,A) 特開 平4−341543(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 29/07 H01J 9/14 C22C 38/00 C22C 38/08

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 Ni:34〜39重量%,Cr:3重量
    %以下,Si:1重量%以下,Mn:1重量%以下を含
    み、残部が実質的にFeの組成をもち、軟化焼鈍後にお
    いて{111}の面強度比が30〜45%,{200}
    の面強度比が30〜45%の集合組織をもち、伸びが2
    0%以上で、200℃での0.05%耐力が120N/
    mm2 以下であるプレス性及びエッチング性に優れたシ
    ャドウマスク用材料。
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