KR100618311B1

KR100618311B1 - 알루미늄킬드강 섀도우마스크용 트리메탈스프링소재

Info

Publication number: KR100618311B1
Application number: KR1020050089162A
Authority: KR
Inventors: 서두환; 이동호
Original assignee: 엔바로테크 주식회사
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2006-09-01

Abstract

본 발명은 알루미늄 킬드강 소재의 섀도우마스크를 지지고정하고 섀도우마스크의 열팽창을 보상하여 색 일그러짐 현상을 방지하는 트리메탈스프링에 관한 것으로서,

종래의 29 "RF 형식 섀도우마스크용 인 TRI METAL 1.2T * 51W의 단점인 블랭킹편 과다발생을 보완하고 트리메탈 스프링 비율 5:5 및 만곡상수계수 11.5 ~ 13.5 × 10^-6/℃를 고려한 트리메탈스프링소재에 관한 것이다.

특히, 본발명은 인바 또는 알루미늄킬드강(AK)만으로 제조된 스프링소재 대신 STS 304H와 인바를 배열하여 서로 맞닿는 면을 공지의 연속 전자빔 용접방식에 의해 일체화시킨 것으로서 열팽창계수가 작고 랜딩오차 보상기능이 탁월하며 값이 저렴한 장점이 있는 29" TR형식의 알루미늄 킬드강 섀도우마스크용 트리메탈스프링소재에 관한 것이다.

Description

알루미늄킬드강 섀도우마스크용 트리메탈스프링소재{Tri-metal spring material for shadowmasking aluminiumkild steel}

도 1은 일반적인 알루미늄킬드강 섀도우마스크를 나타낸 횡단면도.

도 2의 a, b, c는 브라운관내에서 스프링의 사용상태를 예시한 일부종단면도.

도 3의 a, b는 STS 304H와 인바(Ni 36%)합금이 일체로 성형된 트리메탈의 사시도.

도 4a 내지 도4d는 트리메탈소재로 블랭킹편이 형성되지 않게 성형하는 가공공정도.(※ 도4d는 도4c의 측면도)

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 판넬 3 : 펀넬

5 : 섀도우마스크 6 : 지지프레임

12 : 스프링 21 : 결합공

A : 인바 B : STS 304H 스테인레스스틸

본 발명은 알루미늄킬드강 섀도우마스크용 트리메탈스프링소재에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 지지프레임을 판넬에 지지하는 역할과 브라운관의 동작시 전자빔의 충돌에 따른 섀도우마스크의 열팽창 보상역할을 하는, 29" TR 형식의 알루미늄킬드강 섀도우마스크용 트리메탈스프링소재에 관한 것이다.

알루미늄킬드강 섀도우마스크의 구조와 이 알루미늄킬드강 섀도우마스크내에서 스프링의 역할을 설명하면, 도 1은 일반적인 칼라브라운관을 나타낸 횡단면도이고, 도 2a, b, c는 스프링의 사용상태도를 나타내고 있다.

일반적으로 브라운관은 장방형의 판넬(1)과, 전자총(2)이 봉입되는 네크부(3a)가 일체로 형성된 펀넬(3)로 구성된다.

상기 판넬(1)은 관축이 중심을 통과하고 있으며, 내면에는 청색, 녹색, 적색으로 발광하는 3색의 형광체가 도포되어 형광면(4)을 이루고 있고 상기 형광면의 근접부에는 무수히 많은 구멍(5a)이 형성되어 전자빔의 색선별 역할을 하는 섀도우마스크(5)가 위치되어 있는데, 이 섀도우마스크는 장방형의 지지프레임(6)에 용접 고정되어 지지된다.

상기 지지프레임(6)은 복수개의 스프링(12)에 의해 판넬(1)의 내면에 고정된 스터드핀(8)에 끼워져 판넬(1)에 매달린 상태를 유지하게 된다.

상기 스프링(12)은 브라운관의 동작에 따라 섀도우마스크(5) 및 지지프레임(6)이 전자빔의 충돌로 인해 가열되어 팽창될 때 섀도우마스크에 형성된 구멍(5a)과 스크린의 형광면(4) 사이의 상대적 변위에 의해 야기되는 변색(색 일그러짐현 상)을 방지하는 역할과, 브라운관의 동작시 충격이 가해지더라도 가해진 충격이 섀도우마스크(5)측으로 전달되는 것을 방지하여 색순도의 저하를 미연에 방지하는 역할을 한다.

이와같은 구조로 된 브라운관에서의 스프링과 섀도우마스크는 일반적으로 지지프레임(6)은 일반적인 강이고 섀도우마스크(5)는 알루미늄킬드강(AK)이나 Ni 36% 합금으로 열팽창계수가 극히 작은 인바합금을 사용하고 있으며 셰도우마스크(5)의 열팽창에 따른 전자빔(11)의 랜딩오차의 보상량을 줄이기 위해 스프링(12)의 재질도 섀도우마스크와 같은 Ni 36% 합금인 인바 또는 알루미늄킬드강(AK)등을 사용하고 있다.

그런데 이 인바합금은 Ni의 함량이 36%(잔부는 Fe)을 표준으로 하는 합금으로 열팽창계수가 상온에서 1.2×10^-6/℃이하로 매우 작아서, 열영향에 민감한 소재인 표준척 트리메탈소자, VTR의 헤드지지대, 리드프레임의 지지합금 등에 많이 쓰이나 고가인 Ni이 많이 함유되어 있고 성형시 블랭킹편의 과다발생으로 스프링소재의 제조단가가 상승되어 결국 알루미늄킬드강 섀도우마스크의 제조원가 상승요인이 문제점으로 대두되고 있다.

본 발명은 종래의 이와같은 문제점을 해결하기 위해, 인바 사용량을 적절히 줄이면서, 또한 기존 트리메탈스프링의 기계적, 열적 특성을 만족시키는 소재로 가공하여 브라운관의 동작시 섀도우마스크의 열팽창에 따른 전자빔의 미스랜딩현상을 개선하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본발명은 스테인레스스틸인 STS 304H, 인바 그리고 스테인레스스틸인 STS 304H의 판재를 나란히 배열하여 그 접촉단면을 공지의 연속 전자빔 용접방식으로 용접하여 하나의 스프링판재로 형성하는 것을 기술적 과제로 하고 있다.

참고로 본발명의 구성 및 작용을 설명하기에 앞서 스프링소재의 브라운관에서의 역할을 설명하면,

스프링소재는 도 4와 같은 가공방식으로 스프링을 성형하고 이 스프링이 도2a, b, c와 같이 섀도우마스크를 패널에 고정시켜주는 역할과 섀도우마스크의 열팽창에 따른 보정자로서의 역할을 담당하게 되며 스프링이 보정자로서의 역할을 하는 매카니즘을 설명하면 다음과 같다.

<마스크 도밍(MASK DOMING) 단계>

전자총으로부터 방출되는 전자빔의 약 20% 정도만이 스크린의 형광체가 도포된 스크린에 충돌하고 그 나머지는 섀도우마스크 또는 지지프레임 등에 충돌하여 운동에너지를 잃어버린다.

이때 전자빔의 충돌로 발생한 마찰열이 섀도우마스크를 열팽창시켜 마스크곡면부가 스크린 방향으로 부풀어오르는 도밍현상이 발생하고 마스크의 변위에 의해 마스크를 통과하는 전자빔은 스크린 중심방향으로 이동하게 된다.

<프레임(FRAME) 열팽창단계>

상대적으로 많은 전자빔의 충돌이 일어나고 열용량이 적은 셰도우마스크가 먼저 열팽창하여 도밍현상이 일어나고 이어서 지지프레임이 스크린의 주변방향으로 열팽창하면서 도밍현상을 일으킨 섀도우마스크가 스크린의 주변부로 팽창하게 된다.

이러한 마스크의 팽창에 의해 스크린의 중심방향으로 이동하던 전자빔의 랜딩은 다시 주변방향으로 이동하게 된다.

<스프링의 변위 및 안정화단계>

프레임이 열팽창하면서 섀도우마스크가 주변방향으로 팽창할때 프레임에 용접된 스프링도 가열되어 트리메탈작용이 일어나 MASK ASS'Y를 스크린방향으로 들어 올려주는 작용을 하면서 전자빔의 랜딩은 서서히 주변방향으로 이동하다가 일정시간이 경과하면 입사에너지와 방출에너지의 균형을 이루면서 더이상 열변위나 랜딩 변화가 일어나지 않는 안정된 단계가 된다.

<스프링의 보정효과>

<스프링의 보정량 설정>

스프링의 열변위 보정량 설정은 아래식으로서 표현될 수 있다.

이하 본 발명을 일실시예로 표시한 도 3을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a, b는 표2 및 표3에 나타난 바와 같이 화학조성, 기계적 특성이 서로 다른 STS 304H와 인바 이종 소재를 연속 전자빔 용접방식을 이용하여 하나의 금속 strip로 만든 트리메탈을 나타낸 것으로써 알루미늄킬드강 섀도우마스크의 제품의 형식에 따라 표1과 같이 트리메탈의 규격이 정하여진다.

[표 1]

알루미늄킬드강 섀도우마스크의 제품의 형식에 따른 트리메탈 표준 소재규격단위 mm

제품형식	소재(폭)
29" TR (LPD)	STS 304H(B)	인바(A)	STS 304H(B)
29" TR (LPD)	8	16	8

비고 1 : 소재의 두께(T)는 공히 1.0mm임.

비고 2 : 소재 두께(T)의 허용오차는 ±0.035mm임.

비고 3 : 폭의 허용오차는 ±0.15mm임.

[표 2]

(단위 %)

성분 구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Fe
STS 304H (고팽창부)	0.12 이하	1.00 이하	2.00 이하	0.030 이하	0.030 이하	8.0~ 10.5	17.0~ 19.0	-	BAL
INVAR (저팽창부) Ni 36% 합금	0.02 이하	0.25 이하	0.2~ 0.4	0.007 이하	0.002 이하	35.5~ 36.5	-	-	BAL

[표 3]

항목 구분	인장강도 (Kg/㎟)	경도 (HV)	열팽창계수 (×10^-6/℃)
STS 304H	130 ~ 150	380 ~ 440	15 ~ 18
INVAR(Ni 36% 합금)	57 ~ 75	190 ~230	1.3이하
* 열팽창계수 : 450℃에서 1HR AGING 한후 30℃~100℃사이의 열팽창계수 측정

이러한 29" TR 형식의 트리메탈스프링소재는 표 4에 나타난 물리적 특성과 같이 만곡상수나 용접점 인장강도 등이 아주 양호하여 인바 또는 알루미늄킬드강(AK)만을 사용한 스프링에 비해 품질상의 차이가 크게 나타나지 아니하고 또한 스프링성형시 중심부의 저팽창재 소재인 인바(A)의 손실 최소화, 랜딩오차의 탁월한 보상이 가능한 장점이 있다.

또한 표 4의 만곡상수 특성값을 갖기 위한 스프링의 고팽창소재 대 저팽창소재의 비율 즉, 스프링비율은 5:5가 가장 양호하였다. 이때 스프링비율은 도4c의 스프링의 고팽창소재(B) 대 저팽창소재(A)의 면적비율로 계산된다.

한편 도 3의 스프링소재로 섀도우마스크용 스프링을 가공하는 공정을 설명하면, 두께가 1㎜이고 전체폭이 32㎜(A:16㎜, B:8mm)인 스프링소재를(도4a) 양편으로 나누어 상호 대칭되게 프레스가공하면(도4b) "

"와 같은 형상의 스프링이 성형된다.(도4c)

이때 판넬(1)에 고정되는 부분의 폭은 열팽창계수가 극히 낮은 소재인 인바(A)를 포함한 전체폭이 24mm이고 지지프레임(6)에 접하는 부분의 폭은 STS 304H 스테인레스스틸소재(B)로만으로 하여 8mm으로 하였다.

그리고 도4d와 같이 스프링을 2차에 걸쳐 절곡형성하는 것은 섀도우마스크와 충분한 텐션을 유지하므로써 브라운관의 충격이나 흔들림에도 섀도우마스크가 브라운관에서 이탈하지 않게 하고 브라운관 제조시 탈부착작업을 용이하게 하기 위함이다.

이러한 소재의 구성은 판넬(1)에 고정되는 부분은 열영향을 가장 많이 받는 부분이므로 열팽창계수가 가장 낮은 인바(A)를 STS 304H 스테인레스스틸(B)에 비해 상대적으로 더 많게 하였고 지지프레임(6)에 접하는 스프링의 끝단부는 열영향을 거의받지 않는 부분이므로 비교적 값이 저렴한 STS 304H 스테인레스스틸소재로만 구성하였다.

[표 4]

항목 구분	특성값	비고
만곡상수(C.V)	11.5 ~ 13.5 X10 -6/℃	* 열팽창계수 : 450℃에서 1HR AGING 한후 30℃~100℃ 사이의 열팽창계수 측정
용접점인장강도	50 kg/㎟ 이상	-

이상에서와 같이 본발명은 알루미늄킬드강 섀도우마스크용 스프링소재인 스테인레스 304와 인바인 이종금속을 서로 용접하여 일체화시켜 스크랩이 전혀 발생되지 않게 가공하므로써 스프링의 성능감소가 없이 스프링의 제조단가를 절약하였고 열영향부를 가장 많이 받는 부분에 인바소재가 상대적으로 많이 포함되게 가공하므로써 종래 스프링과 동일한 기능을 가지면서도 스프링소재의 원가절감을 기할 수 있어 결과적으로 알루미늄킬드강 섀도우마스크의 원가가 감소되는 효과가 있다.

Claims

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두께 0.965~1.035mm이고, 폭 15.85~16.15mm이며, 화학성분은 C 0.02중량%이하, Si 0.25중량%이하, Mn 0.2~0.4중량%, P 0.007중량%이하, S 0.002중량%이하, Ni 35.5~36.5중량%이고, 잔부는 Fe인 인바소재(A) 양편에 두께 0.965~1.035mm이고 폭 7.85~8.15mm이며 화학성분은 C 0.12중량%이하, Si 1.0중량%이하, Mn 2.0중량%이하, P 0.03중량%이하, S 0.03중량%이하, Ni 8.0~10.5중량%, Cr 17.0~19.0중량%이며 잔부는 Fe인 STS 304H 스테인레스스틸소재(B)를 전자빔 용접방식에 의해 일체화시킨 알루미늄킬드강 섀도우마스크용 트리메탈스프링소재를 사용하여 만들어지는 섀도우마스크용 스프링으로서, 판넬(1)에 고정되는 부분(도4c의 우측부)의 폭은 인바(A)의 폭 16mm을 포함하여 전체폭이 24mm이고 지지프레임(6)쪽(도4c의 좌측부) 스프링의 폭은 8mm이며, STS 304H 스테인레스스틸(B) 대 인바(A)의 면적비(스프링비)는 5:5인 것을 특징으로 하는 섀도우마스크용 스프링.