JPS6148523A - シヤドウマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はカラー受像管用シャドウマスクの製造方法口開
するものである。

〔発明の技術的背景と問題点〕

一般のカラー受像管は第２図に示すように、電子銃（図
示せず）から射出された赤、緑及び青に対応する８本の
電子ビーム（１）　、　（２＋及び（３）がシャドウマ
スク（４）の規則正しく配列された微細な開孔（５）を
介してパネル（６）の内面に被着された赤、緑及び青に
発光する螢光体（７）、（８１及び（９）に正しく対応
射突発光させることによってカラー映像を映出する構成
を有している。

このようなカラー受像管のシャドウマスクは、規則正し
く配列される微細な開孔を正確に穿設すること、パネル
内面と相似の曲面状に形状歪のないように成形すること
及びパネル内面との間隔（以下ｑ値と称す）を所定の値
に正しく保持すること等が要求される。このようなシャ
ドウマスクの素材としては一般に高純度の鉄を主成分と
する、例えばＱ、１０ｗｎ乃至０．３椙程度の厚さのア
ルミキルド脱炭鋼が用いられている、これは素材の供給
能力、コスト、加工性及び強度等から総合的に決定され
るものである。

ところがカラー受像管のシャドウマスクは管内組み込み
迄の各工程で上記の条件を全て許容範囲内に管理しても
、尚いくつかの問題点を有している。その内の一つ１ニ
シヤドウマスクの温度上昇に伴う加熱膨張の問題がある
。即ちカラー受像管を動作させた場合、シャドウマスク
の開孔を通過する電子ビームは全体のＩＡ以下であり、
残りの電！　　　　　　　子ビームはシャドウマスクに
射突し、シャドウマスクは時として８０Ｃにも達する程
加熱される。この結果シャドウマスクは熱膨張を生じ正
しいｑ値からずれてしまう、いわゆるドーミング現像を
生じ色純度を劣化させる。従来一般に用いられている鉄
を主成分とする素材はその膨張係数が０〜１００Ｃで約
１２　Ｘ　１０　／ｄｅｇと相当大であるため、このド
ーミング現象を生じ易く重要な問題となっている。そこ
で従来からこのドーミング現象によるピユリティドリフ
ト、即ち色純度の劣化を軽減するために種々の提案がな
されているが、特に管の動作初期及び局部的なドーミン
グに対しては有効な手段は見出されていない。そこでシ
ャドウマスクの素材自体に熱膨張係数の小さいもの、例
えば鉄−ニッケル系合金を用いる例が特公昭４２−２５
４４６号公報、特開昭５０−５８９７７号公報及び特開
昭５〇−６８６５０号公報で提案されているが未だ実用
条件を満足するには到っていない。この原因の一つとし
て鉄−ニッケル合金からなる金属板の加工の困難さが挙
げられる。即ちｑｔを許容範囲内とするためにはシャド
ウマスクの曲面は高精度が要求され、ｉｏｏｏｔｍの曲
率半径（６）に対し許容公差は±５ｍと非常に厳しいも
のである。しかし乍ら鉄−ニッケル系合金は従来の鉄を
主成分とするものに比べて焼鈍工程を経た後にもかなり
の弾性か残るためプレス等による球面成形性が劣る欠点
を有している。

例えば第８図に示すように厚さ０．２ｍの鉄−ニッケル
板を球面成形時に標準Ｒに対して局部的な凹みを生じた
場合、この凹み１ｔ（ｄ）は２０μｍ以下であれば実質
的に色純度の劣化は許容し得ることが確認されている。

そしてこの凹む量（ｄ）とシャドウマスク素材の降伏点
強度について、例えば１４吋型のシャドウマスクの場合
第４図に示すような特性を示す。即ち凹み量を２０μｍ
以下とするためには降伏点強度は２０１ｙＡＩ以下に抑
える必要がある。しかし乍ら、鉄−ニッケル系合金を素
材とするシャドウマスクを従来のアルミキルド脱炭鋼を
素材とするシャドウマスクと同様に水素中のマスクアニ
ール炉で焼鈍した場合の降伏点強度は第５図に示すよう
に、アルミキルド脱炭鋼の特性（、）に比べて鉄−ニッ
ケル系合金の特性（ｂ）は非常に高い。即ち９００Ｃも
の高温で焼鈍して本降伏点強度は尚２９〜８０Ｖ−まで
にしか低下しない。尚、第４図において、鉄−ニッケル
系合金の降伏点強度は明確な境界が得られないため、０
．２１伸びた時の引張強度を対応するものとして代用し
ている。このように鉄−ニッケル系合金を素材とするシ
ャドウマスクは特に有効部周辺の変形と凹みか大きいた
め、膨張係数が小さいことによるマスクの加熱膨張から
生ずる色純度の劣化は殆んど問題ないが、変形による色
純度劣化が大きな問題とされている。

〔発明の目的〕

本発明は鉄−ニッケル系合金を主成分とするシャドウマ
スクの曲面成形性を向上し、変形を防止した高精度のシ
ャドウマスクの製造方法を得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は鉄−ニッケル系合金を主成分とする金属板に多
数の開孔を穿設し焼鈍し、しかる後冷間ブレス成形工程
と加熱成形仕上げ工程を行なうもので、冷間プレス成形
工程で仮成形されたシャドウマスクを加熱成形仕上げ工
程を行なうことによつて成形歪を実用上支障のない程度
に除去し高精度のシャドウマスクとし色純度の劣化を防
止するものである。

〔発明の実施例〕

鉄−ニッケル系合金を主成分とするシャドウマスク用素
材としてアンバー合金を用いた実施例について以下説明
する。第１表に実施例として用いたアンバー合金と従来
のアルミキルド脱炭鋼の重量組成比を示す。

第１表　シャドウマスク用素材の組成（重量比）上記組
成の８６Ｎｉアンバ一合金を素材とするシャドウマスク
について、まず従来の水素雰囲気中でのマスクアニール
炉の焼鈍工程の温度を上げた時の降伏点強度を第６図に
示す。図から明らかな１　　　　　　ように、１２００
Ｃもの高温度で焼鈍しても降伏点強度は２４ｋＦ／−ま
でしか低下しない。従って降伏点強度を成形性に問題の
ない２０　］ｌ＃／−以下とするには第６図から外挿し
て焼鈍温度を１５００　Ｃ〜１７００Ｃとする必要があ
る。しかし乍らこのアンバー合金の融点は１４４０　ｔ
Ｚ’〜１４５５　Ｇであるので、単純に温度のみを上げ
る方法は実行不可能でちる。

焼鈍による金属組織の変化については特開昭５９−２７
４８８号公報に示されているように、焼鈍温度の上昇に
伴い断面の結晶粒はよく成長するのに対し、表面の結晶
粒は殆んど成長していない。この表面結晶粒の成長不足
は降伏点強度と関連があり、この結晶成長の偏寄は合金
板厚さ方向の特に表面近傍とその内側間の不純物の微妙
な偏析によるものと考えられる。そこで蒸気圧の高いＭ
ｎ、Ｐ及び８等を結晶粒界より蒸発させ結晶粒の成長を
容易にすること、また大気中の焼鈍で生じがちな応等不
純物の酸化物を表面層内に形成されにくくするために真
空中での焼鈍を実施した。真空度は１０　Ｔａｒｔ１温
度は９００Ｃ乃至１２００Ｃで夫々１０分間の焼鈍を行
なった。第２表は厚さの１／２０以下の表面層の不純物
の分析結果を示すもので、Ｍｎ、Ｐ及びＳ等の不純物が
大幅に減少していることがわかる。

第２表　焼鈍前後の組成　（重量比） また上記試験例での降伏点強度は第７図に示すように、
２０嗜／−以下の降伏点強度は１０００１１：’以上の
の焼鈍によって得られる。

しかし乍ら上記焼鈍による降伏点強度はシャドウマスク
を個々に処理して得られた値であって、量産工程に適応
して処理効率を上げるために多数の合金板を重ね合わせ
て処理した場合は、　１００Ｏｃで降伏点強度は２２乃
至２８　ｋ＃／ｄを示し実用品としては尚不充分なもの
であった。

そこで本発明は金属の温度による耐力の低下現象に着目
し、温度による耐力の低下状態について検討を試みた。

まず引張試験を行うためにアンバー合金材をＪＩＳ規格
７号片とし、１（ｒ”Ｔｏｒｒの真空中で１００Ｋ’、
　１０分間の真空焼鈍を行なった。その後試験片を電気
炉中で室温から４０００まで変化させ、各温度での耐力
を測定した。この結果を第８図に示す。

一般のオーステナイト質のステンレス鋼では素材の曙２
度を上げた場合の耐力の低下が生ずるのは約２００　ｔ
？近辺からであるが、アンバー合笠材においては第８図
から明らかなように室温程度の低温からの温度増加によ
って耐力は急激に低下し、２００Ｃ近傍から飽和する傾
向を示す。このことは鉄及びニッケルを主成分とする金
属板が焼鈍後に成形性に問題を生ずる弾性を有している
場合であっても、プレス成形時にその耐力を低下させれ
ば成形が可能であることを意味している。

之等の結果を踏まえてアンバー合金材によるシャドウマ
スクの成形工程において冷間プレス成形工程と加熱成形
工程を組み合わせて成形を行なった。即ち、従来のアル
ミキルド脱炭鋼を素材とするシャドウマスクの成形工程
と同様の冷間プレス成形工程を行なった場合、アンバー
合金は耐力が強く第８図に示すような実用上支障となる
成形歪を生ずる。この変形は前述の通り真空焼鈍を行な
った場合でも降伏点強度が２０ｋｔ／−を越え変形量も
２０μｍを越えるものとなる。次に第１図に示すように
下型α呻と上ｍｕとからなる金型を用い下型−と上型Ｉ
との間に冷間ブレス成形工程により仮成形されたシャド
ウマスク（４）を挾み込み両金型で密着させる。この状
態で約ｉｏｏ　ｃまで金型全体を加熱し１０分間保持す
る。加熱法は赤外線による加熱、熱風吹付、ヒーター加
熱或は金型内の流通路Ｕの加熱オイル循環等加熱温度に
応じて用いることができる。この加熱時にシャドウマス
ク素材のアンバー合金よりも膨張係数の大きな例えば軟
鋼からなる金型を用いることによって膨張係数の差によ
りシャドウマスクに張力を与えると同時に降伏点強度を
低下させることが可能となる。次いで５０　ｔ？／分乃
至１００Ｇ／分の温度勾配で８０ｃ以下に急冷する。冷
却は金型内に設けられた流通路（Ｉｚに冷！　　　　　
　動用媒体、例えば水や冷却ガスを循環させるとよい。

このように加熱することによりシャドウマスクに張力を
与えると同時に降伏点強度を低下させ冷間ブレス成形に
よる変形を是正し、急冷によりシャドウマスクに塑性変
形を生じさせることなく、実用上支障のない変形量が２
０μｍ以内のシャドウマスクを成形することができた。

ここで加熱成形仕上げ工程での加熱温度は高い程成形歪
の少ないシャドウマスクが得られる。例えばカラー受像
管の製造工程の排気工程でシャドウマスクの受ける４０
００前後の温度を実質的な加熱最高温度の目安とするこ
とができるが加熱設備や加熱時間等の生産性を考慮すれ
ば低い温度の方が好ましい。しかし乍らこの加熱成形仕
上げ工程での加熱温度は適用するシャドウマスクの曲率
半径や大きさ及び焼鈍の種類により冷間ブレス仮成形工
程での変形量が異なるので、変形量に応じて選択される
べきである。例えば水素焼鈍を用いる場合は仮成形によ
る変形量が大きいので加熱温度は高い方が好ましく、い
ずれにせよ加熱温度は少なくとも１００　Ｃ以上でない
と変形量を２０μｍ以内に是正する効果は充分に得られ
ない。またシャドウマスクの曲面張り出し成形及びスカ
ート部折り曲げ成形を含む仮成形工程は従来の冷間ブレ
ス成形工程を使用することができ、加熱成形仕上げ工程
は上型と下型の比較的単純な金型とすることができるの
で、ブレス成形装置全体を加熱する方法と比較して加熱
設備を含めてより生産性に富んだ方法とすることができ
る。

このようにして得られたシャドウマスクを組み込んだカ
ラー受像管は、アンバー合金の熱膨張率が０〜１００Ｃ
で０〜２　Ｘ　ＩＱ−’／ｄｅｇと非常に小さいためシ
ャドウマスクの熱膨張に起因する色純度の劣化は問題な
く、またシャドウマスクの機械的変形による色純度の劣
化も全く問題のないものが得られた。

以上の実施例ではシャドウマスク素材として３６Ｎｌア
ンバ一合金を用いて説明したが本発明はこれに限られる
ものではなく、４１Ｎｌ合金や８２Ｎｌ−５０ｏ等のス
ーパーアンバーを含む鉄及びニッケルを主成分とする合
金でめれは同様に適用し得ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、沫−ニッケル系合金を主
成分とするシャドウマスクの曲面成形性を向上し変形を
防止した高精度の曲面品位とすることができ、色純度の
問題のないカラー受像管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための成形金型を示す
模式図、第２図はカラー受像管の動作を説明するための
模式図、第３図はシャドウマスクの変形を説明するため
の要部の概略図、第４図はシャドウマスク素材の変形量
と降伏点強度との関係を示す特性図、第５図及び第６図
はシャドウマスクの焼鈍温度と降伏点強度との関係を示
す特性図、第７図は真空焼鈍温度と降伏点強度との関係
を示す特性図、第８図は引張り試験温度と降伏点強度と
の関係を示す特性図である。 （４）・・・シャドウマスク　　（５）・・・開孔（Ｉ
Ｉ・・・下型　　　　　　　０υ・・・上型（Ｉｚ・・
・流通路 第１図 第２図　　　　第８つ 第６図　　　　第７図 第８図 引引シ〕１人壽艷１Ｕ艷じＣ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）鉄及びニッケルを主成分とする薄板状金属板に多数
   の開孔を穿設する工程と、前記多数の開孔の穿設された
   金属板を焼鈍する工程と、前記焼鈍された金属板を成形
   する工程とを少くとも備えたシヤドウマスクの製造方法
   において、前記成形が冷間プレス工程と加熱成形仕上げ
   工程からなることを特徴とするシヤドウマスクの製造方
   法。 ２）前記加熱成形仕上げ工程に用いる金型をその熱膨張
   係数が前記薄板状金属板の熱膨張係数より大きいものを
   用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシ
   ヤドウマスクの製造方法。 ３）前記加熱成形仕上げ工程の加熱温度を１００℃以上
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のシ
   ヤドウマスクの製造方法。 ４）前記焼鈍工程が１０＾−＾１Ｔｏｒｒ以下の圧力の
   真空中で行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項記載のシヤドウマスクの製造方法。 ５）前記加熱成形仕上げ工程が加熱成形後の急冷工程を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のシヤ
   ドウマスクの製造方法。 ６）前記急冷工程の降温率を５０℃／分以上としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載のシヤドウマス
   クの製造方法。