JPH07302542A

JPH07302542A - 電子ビーム加工によるシャドウマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH07302542A
Application number: JP11745694A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Otsuka; 芳直大塚; Tadashi Yamazaki; 正山崎; Atsushi Imamura; 淳今村
Original assignee: Taiheiyo Kinzoku KK; Pacific Metals Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Kinzoku KK; Pacific Metals Co Ltd
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】電子ビーム穴明け加工法により、素材が大型
で板厚が厚い場合でも、穴の断面形状が盃形で、かつ、
壁面が平滑なカラーブラウン管用シャドウマスクの製造
方法を提供する。【構成】金属板を穿孔するに際し、電子ビームの焦点
位置を前記金属板に対し、アンダーフォーカスに保ちつ
つ電子ビームを照射すること、また、これに加え電子ビ
ームの焦点距離を金属板に対し、−０．２〜−２．０ｍ
ｍに保ちつつ電子ビームを照射し、穴形状を丸形または
長丸形とし、かつ、断面形状を盃形とすることを特徴と
する。【効果】シャドウマスクの穴断面形状として理想的な
形状が得られる。

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に使用
されるシャドウマスクの穿孔方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にカラーブラウン管のシャドウマス
クは、図７のようにパネル２１とファンネル２２からな
る外囲器を有し、そのパネル２１の内面に形成された
青、緑、赤に発光する３色蛍光体層からなる蛍光面２３
に対向して、その内側に多数の電子ビーム通過孔が所定
形状、配列で形成されたシャドウマスク２４が装着され
ている。また、ファンネル２２のネック２５内に３電子
ビーム２６Ｂ、２６Ｇ、２６Ｒを放出する電子銃２７が
配置されている。

【０００３】このようなカラーブラウン管は、例えば特
開平３−１７３０４０にみられるように従来よりフォト
エッチング法により製造されている。すなわち、アルミ
キルド鋼やニッケル−鉄合金であるアンバーなどからな
る、板厚０．１〜０．３ｍｍの板状シャドウマスク素材
の両面に、感光剤を塗布し乾燥して感光剤被膜を形成す
る。その両面の感光剤被膜にシャドウマスクの電子ビー
ム通過孔に対応する、ネガパターンの形成されたネガ版
を真空吸着により密着させて露光し、両面の感光剤被膜
に上記ネガパターンを焼付ける。その後、上記感光剤被
膜を現像して未感光部分を除去し乾燥した後、上記シャ
ドウマスク素材にエッチング液を例えばスプレイして電
子ビーム通過孔を開孔することにより形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】大型カラーブラウン管
用シャドウマスクのように、シャドウマスク素材が大型
で板厚が厚い場合には、ネガ版の中間部にエア残りによ
り密着不良部ができ、電子ビーム通過孔の寸法不良やむ
らなどが発生する。また、素材として低膨張のニッケル
−鉄合金である例えば、アンバー材の比較的厚い板を使
用した場合、多くの工程と時間が必要になり、穿孔され
た穴の断面形状は両面からエッチングされるとエッチン
グむらが起こり、形成された穴の面積が大きくなった
り、不揃いな形状となり、材料強度が弱くなる。さら
に、材料中にＭｎＳなどその他の非金属介在物が存在す
るとエッチングによりエッチング壁面にへこみが生じ、
電子ビームの透過むらを発生しやすい。また、アンバー
合金では加工性が悪く、シャドウマスクを支えている部
分（純鉄系）との釣り合いがなくなるので、使用の上で
問題がある。さらにアンバー合金は純鉄と違いエッチン
グされるとＮｉＣｌ₂ を生じるが、それが液中に溜ると
エッチングが抑制されるので液を交換しなければならな
い。ＦｅＣｌ₂ と分離することはできるが回収を行なう
となると、処理設備に莫大な費用を要する。

【０００５】この対策として、シャドウマスクに歪みが
でないように板厚を厚くすると、エッチングに時間がか
かりその結果として穴径が大きくなってしまう欠点があ
る。また、サイドの曲面部分では、表と裏のパターンを
少しずらして穴を明けると、穴断面のくびれ部の高さが
変わりムラが発生する等の欠点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであって、シャドウマスクの製
造において、電子ビーム穴明け加工法により、金属板を
穿孔するに際し、電子ビームの焦点位置を前記金属板に
対し、アンダーフォーカスに保ちつつ電子ビームを照射
し、穴形状を丸形または長丸形とし、かつ、その断面形
状を盃形に形成することを特徴とする電子ビーム加工に
よるシャドウマスクの製造方法、および電子ビームの焦
点距離を前記金属板に対し、−０．２〜−２．０ｍｍの
アンダーフォーカスに保ちつつ電子ビームを照射しする
ことを特徴とする電子ビーム加工によるシャドウマスク
の製造方法にある。

【０００７】

【作用】本発明者等は前記の如き欠点を有しないシャド
ウマスクの製造について、鋭意検討を重ねた結果新規な
製造方法として、電子ビーム穴明け加工法を適用するこ
とによりカラーブラウン管の電子銃から放出される電子
ビームを、十分にかつ、むらなく通過させることができ
る丸穴或は長丸穴を、少ない工程で短時間により厚い板
状シャドウマスク素材に穿孔でき、素材の強度低下をで
きる限り少なくした精度の高い穴断面形状をもち、か
つ、安価な費用により容易に製造できる加工条件を見い
だし本発明を完成するに至った。

【０００８】電子ビームによる金属板への穴明け加工方
法について図面に基づき簡単に説明すると、図３（ａ）
〜（ｄ）は、従来通常に行われている電子ビーム穴明け
加工法を工程順に示した断面図で、被穴明け金属板２は
回転ドラム或はマニプレータ（図示せず）に通常バッキ
ング材５（気化し易い樹脂）を介してセットされる。し
かして収束された電子ビーム１が金属板２の穴明けすべ
き個所に照射され、照射された表面３が局部的に加熱・
溶融し穴明けが開始される（図３ａ）。次いで電子ビー
ム１が浸透していき、電子ビーム１によって気化された
材料で満たされた空洞部４が金属板２の深くまで生成
し、そのまわりに溶融材料が生成する（図３ｂ）。更に
金属板２の溶融が深部にまで進み、遂に電子ビーム１が
金属板２の裏面を貫通しバッキング材５まで到達する
（図３ｃ）。貫通穴はバッキング材５の持つ高い蒸気圧
によって貫通穴に存在する気化溶融材料１８を外部へ飛
散放出し穴明けが完了する（図３ｄ）。

【０００９】さらに図４は本発明に使用した電子ビーム
穴明け装置の基本構造を示すもので、図において、電子
銃７により発生した電子ビーム１は陽極１１で加速さ
れ、ブランキングシステム１２でパルス化され、次いで
下部コラム８の収束レンズ１３で収束、更に偏光レンズ
１４により偏光されて、回転ドラム１７上に固定された
金属板２に照射される。なお図中９は電極、１０は陰
極、１５は遮蔽板、１６は加工チャンバー、１９はワー
クディスタンスである。また、下部コラム８には図示し
ないが、パルス電流を制御するファラデーカップ、同電
流を監視するロゴブスキーコイル、ビームの位置調整を
するアライメントコイル、ビームの真円度を調整するス
ティグメーター等が設けられている。また本電子ビーム
穴明け装置の寸法、性能は表１に示す通りである。

【００１０】

【表１】

【００１１】ここで、シャドウマスクにおける穴断面形
状の良否について若干述べると、シャドウマスク中央部
は比較的問題はないが、サイドに近くなると曲面の曲率
が大きくなり、電子ビームが通過する場合斜めに入射す
るため、図２のように穴断面形状がストレート形では電
子ビームが壁にぶつかり通過できない、これを避けるた
めには出口側が膨らむ盃形が必要となる。そこで本発明
者等は前記の装置を使用し、電子ビーム加工法における
電子ビーム焦点と加工後の穴断面形状について種々の研
究調査を行い、新規な加工方法を開発した。

【００１２】図５は穴明け加工法における電子ビームの
焦点位置を模式図で示したもので、ジャストフォーカス
とは金属板の加工表面、即ち、接触面にビーム焦点が位
置する状態であり（図５ａ）、オーバーフォーカスとは
金属板の加工表面より上方に離れた所にビーム焦点が位
置する状態である（図５ｂ）。またアンダーフォーカス
とは金属板の加工表面より下方に離れた所に焦点が位置
する状態である（図５ｃ）。

【００１３】図６は電子ビーム焦点位置の差による、加
工後の穴断面形状を模式図で示したもので、図から分か
るようにオーバーフォーカスの場合は不均一で、かつ、
大きな波形となり（図６ａ）、ジャストフォーカスの場
合も軽度ではあるが、やはり波形となる（図６ｂ）。ま
たアンダーフォーカスの場合は深い盃形となる（図６
ｃ）。

【００１４】本発明者等は電子ビーム焦点位置により、
形成される穴形状が、前記のようになる事実を探究の結
果得たもので、この事実に基づきシャドウマスクの製造
において、これを適正に適用することにより、非常に良
好な穴形状を有するシャドウマスクの製造が可能である
との知見を得ることができた。電子ビームによる穴明け
加工において、アンダーフォーカスを選択すれば、厚い
シャドウマスク素材においても穴断面形状を、盃形に形
成することができ、材料強度を低下させることなくカラ
ーブラウン管において、電子銃より照射された電子ビー
ムを十分にかつむらなく通過させることができる。

【００１５】穴明け加工に際し、穴の壁面は、電子ビー
ムが照射されると瞬時に蒸発し高い蒸気圧を生じる下敷
き材料を、金属板の下に敷いて穿孔することにより、壁
面に付着する再凝固層をできる限り少なくし、平滑にす
ることができる。さらに穿孔部にＭｎＳなどのような非
金属介在物が存在しても、電子ビーム穴明け加工法にお
いては、フォトエッチングのように優先的に腐食されて
脱落することが起こらず、均一で平滑な壁面が得られ
る。かつ、電子ビームを高頻度にパルス化することによ
り、従来のフォトエッチング法のように多くの工程を踏
まずに、短時間に穿孔することができる。

【００１６】実際には、図４に示す装置を用いてバッキ
ング材５を貼り付けた金属板２を回転ドラム１７に取り
付け、電子ビームの加速電圧１２０〜１５０ｋＶ、パル
ス電流５〜８０ｍＡ、出力０．６〜１２ｋＷ、ワークデ
ィスタンス２５〜１５０ｍｍの範囲で適宜選択し、金属
板２にパルス電子ビームを照射し穴明けする。一つの穴
明けが完了すると、回転ドラムの回転により金属板２を
穴ピッチの距離だけ高速に移動させ、次のパルス電子ビ
ームにより次の穴が明けられる。この穴明けサイクル時
間は３〜１２×１０^-4秒であり、１秒間に１００〜７０
０の穴が明けられる。このようにして金属板２に電子ビ
ームにより高速で、且つ、連続的に穴明けすることがで
きる。例えば、３０インチ型ブラウン管用シャドウマス
クの場合、穴径０．２ｍｍ、穴ピッチ０．５ｍｍの丸穴
を２０〜３０分で全数穴明けできる。また、長丸穴を穴
明けするには、回転する金属板に一つの穴当たりの電子
ビーム照射を若干長く当てればよい。

【００１７】本発明電子ビーム穴明け加工によって穿孔
された穴断面形状は、図１に示す如く盃形を呈し、ブラ
ウン管において電子ビームが斜めに入射しても、シャド
ウマスクに穿孔された穴の壁面が邪魔にならず、電子ビ
ームの通過を充分に保証し得る。次に本発明での電子ビ
ーム加工での加工条件の限定理由について説明する。ま
ず、電子ビームの焦点位置であるが、前記したようにオ
ーバーフォーカスでは形状が極端に悪く、次いでジャス
トフォーカの場合は若干改善されているが、図６にみら
れるようにアンダーフォーカスではシャドウマスクの穴
形状として理想的な盃形が得られる。また、後述する実
施例からも明らかなように電子ビームの焦点距離は被加
工金属板から−０．２〜−２．０ｍｍの距離に保つと最
適の穴断面形状が得られる。

【００１８】

【実施例】以下実施例を表３と表４に比較例を表５に示
し両者の比較により本発明の効果を説明する。なお、実
施に供した金属板の化学組成を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】種々の材質の金属板および板厚に対して丸
穴の場合、穴径φ０．２０ｍｍ、穴ピッチ０．３０ｍ
ｍ、長丸穴の場合０．２０ｍｍ×０．４０ｍｍ、穴ピッ
チ０．８０ｍｍとし穴明け加工を加速電圧１２０ｋＶ、
ワークデスタンス１５０ｍｍの設定条件で電子ビーム加
工を行った。加工条件は電子ビーム焦点位置および距離
を変化させて実施した。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】表３の実施例１〜６は板厚０．３ｍｍのア
ルミキルド鋼板について、穴形状を丸形とし、アンダー
フォーカスで電子ビーム焦点距離を変えながら穿孔した
例で、−０．２〜−２．０ｍｍの場合は極めて良好であ
り、−２．１〜−３．５ｍｍの場合でも良好な結果が得
られている。また実施例７〜１２は板厚を０．５ｍｍと
厚くして実施した例で、板厚をかえても同様に良好な結
果が得られている。実施例１３〜１９は穴形状を長丸形
にして実施した例で、長丸形の場合にも同様の傾向を示
し良好な結果を得た。表４の実施例２０以降は金属板を
アンバーに変えて穿孔を行った例で、実施例２０〜２５
は板厚０．３ｍｍで穴形状を丸形とし、実施例２６〜３
１は板厚を０．５ｍｍで同じく丸形を、実施例３２〜３
７は長丸形の場合であり、アルミキルド鋼板と同様に何
れも良好な結果が得られている。

【００２５】表５の比較例はアルミキルド鋼板とアンバ
ーについて、穴形状を丸形と長丸形で電子ビーム焦点位
置および距離を、ジャストフォーカスとオーバーフォー
カスで実施した例で、何れも穴断面形状、精度共不良で
あった。以上実施例及び比較例の結果から明らかなよう
に、本発明の電子ビーム焦点位置がアンダーフォーカス
の場合は穴断面形状、精度共概ね良好な成績が得られて
おり、特に電子ビームの焦点距離が−０．２〜−２．０
ｍｍの場合はすこぶる良好な結果が得られた。これに対
し比較例では電子ビーム焦点位置が、ジャストフォーカ
ス又はオーバーフォーカスであり、何れの結果も不良で
あった。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたのように、本発明によれば板
状のシャドウマスク素材に電子ビーム穴明け加工によ
り、穴形状を丸形あるいは長丸形に穿孔すると、その断
面形状は盃形で、かつ、壁面が平滑な穴が得られ、しか
も所定の位置に精度良く配置され、カラーブラウン管用
シャドウマスクの製造が容易になり、特に大型、かつ、
板厚の厚いシャドウマスクの製造に適用して大きな効果
が得られる。また、穿孔部にＭｎＳなどその他の非金属
介在物が存在しても壁面の平滑に影響なく、シャドウマ
スク素材を短時間に穿孔できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって穿孔された穴断面形状を示す図

【図２】従来のシャドウマスクの穴断面形状を示す図

【図３】（ａ）〜（ｄ）は通常の電子ビーム加工による
穴明け加工法を工程順に示した模式断面図

【図４】電子ビーム穴明け加工装置の基本構造図

【図５】電子ビーム焦点位置を示す模式図

【図６】電子ビーム焦点位置の差による穴明け加工後の
穴断面形状を模式的に示した図

【図７】カラーブラウン管の構造を示す図

【符号の説明】

１電子ビーム２金属板３金属板表面４空洞部５バッキング材６電子ビーム焦点７電子銃８下部コラム９電極１０陰極１１陽極１２ブラッキングシステム１３収束レンズ１４偏光レンズ１５遮蔽板１６加工チャンバー１７回転ドラム１８気化溶融材料１９ワークディスタンス２１パネル２２ファンネル２３蛍光面２４シャドウマスク２５ネック２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒ電子ビーム２７電子銃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今村淳東京都千代田区大手町１−６−１大平洋金属株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビーム穴明け加工法により、金属板
を穿孔するに際し、電子ビームの焦点位置を前記金属板
に対し、アンダーフォーカスに保ちつつ電子ビームを照
射し、穴形状を丸形で、かつ、その断面形状を盃形に形
成することを特徴とする電子ビーム加工によるシャドウ
マスクの製造方法。
【請求項２】電子ビーム穴明け加工法により、金属板
を穿孔するに際し、電子ビームの焦点位置を前記金属板
に対し、アンダーフォーカスに保ちつつ電子ビームを照
射し、穴形状を長丸形で、かつ、断面形状を盃形に形成
することを特徴とする電子ビーム加工によるシャドウマ
スクの製造方法。
【請求項３】電子ビーム穴明け加工法により、金属板
を穿孔するに際し、電子ビームの焦点位置を前記金属板
に対し、アンダーフォーカスに保ちつつ、且つ、電子ビ
ーム焦点距離を前記金属板に対し、−０．２〜−２．０
ｍｍとして電子ビームを照射しすることを特徴とする請
求項１および請求項２記載の電子ビーム加工によるシャ
ドウマスクの製造方法。
【請求項４】電子ビーム穴明け加工法により、金属板
を穿孔するに際し、電子ビームの焦点位置を前記金属板
に対し、アンダーフォーカスに保ちつつ電子ビームを照
射し、連続的に多数の穴を明けることを特徴とする請求
項１ないし請求項３記載の電子ビーム加工によるシャド
ウマスクの製造方法。