JPH03266338A - 成形したシャドウマスクとその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、陰極線管の動作中あるいは製造時に、色選
別電極であるシャドウマスクが振動あるいは外力により
歪発生の生じることをなくすることに関するものである
。

［従来の技術］ 第１０図は一般的な陰極線管（カラー陰極線管）の概略
を説明する図である６ カラー陰極線管（１）は皿状のパネル（２）と漏斗状の
ファンネル（３）とを低融点ガラスである鉛ガラス（６
）で溶融接合して一体にし、内部を高真空に保たれてい
る。パネル（２）には色選別電極であるシャドウマスク
（４）が保持部（７）を介してとりつけられている。パ
ネル（２）の内面には蛍光体絵素が形成されている。（
５）は内部磁気シールドで、カラー陰極線管（１）の外
部磁界を遮蔽する部品である。（８）は電子銃でこれよ
り発射された電子ビームが蛍光体絵素に射突して蛍光を
発する。なお電子銃（８）より発射された電子ビームの
約８０％はシャドウマスク（４）を衝撃して熱に変換さ
れシャドウマスク（４）自身の温度上昇に寄与する。

シャドウマスク（４）自身の温度が上昇すると熱膨張を
生じ、シャドウマスク（４）に熱歪が生じ、その結果シ
ャドウマスク（４）と絵素との相対位置にずれを生じ、
カラー陰極線管（１）の画質の色純度を低下（ビユリテ
ィ・ドリフト）させる原因となる。

このため、近年高画質を求められる映像再現装置に用い
られるカラー陰極線管に内蔵されるシャドウマスクは従
来の鉄材（低炭素Ａ℃−Ｋｉｌｌｅｄ鋼）に代えてＩＮ
ＶＡＲ材が用いられるようになった（表１参照）。

ＩＮＶＡＲ材は膨張係数が鉄材の１０分の１であるため
、シャドウマスク（４）の熱歪を小さくすることが可能
である。

しかしＩＮＶＡＲ材は弾性係数が従来の鉄材の約７０％
しかなく、非常に変形しやすい（表２参照）。この変形
しやすい状態に対して、特開昭６２−２２３９５０号公
報はＩＮＶＡＲ材の表面にメツキ層をもうけて変形しや
すい状態を防止する方法を開示しているが、これはマス
ク孔径を小さくする欠点がある。

［発明が解決しようとする課題］ ＩＮＶＡＲ材のシャドウマスクは第９図に示す如くビユ
リティ・ドリフトに対しては有効である。即っ、第９図
の横軸には蛍光体に電子を当て始めてコ）らの時間ｔ（
分）を、縦軸には色選別電極のジ−ドウマスクの孔に相
対する蛍光体絵素から電子′−ムが移動する量すなわち
ビユリティ・ドリフ−量ｄ（相対値）を示し、曲線Ａは
従来の鉄のジ−ドウマスク、曲線ＢはＩＮＶＡＲ材のシ
ャドウマス７の特性を示す。このように、シャドウマス
クの素材を鉄材に代エテＩＮＶＡＲ材（３６％Ｎｉ　　
Ｍｅ）ニすることによりビユリティ・ドリフト量を減少
；せる効果はある。しかしＩＮＶＡＲ材は表２に示す二
つに弾性係数が従来の鉄材（低炭素ＡＩ２−　Ｋ１１ｌ
ｄ鋼）の約７０％しかないため、カラー陰極線管）周囲
より発せられる例えばスピーカーの振動に４して共振を
生じ、カラー陰極線管の画面が振動るという画質低下（
ハウリング）の問題があるこの発明は上記のような問題
点を解消するためになされたもので、変形の生じにくい
シャドウマスクを得ること、およびその製造方法を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るインバー材のシャドウマスクはその表面
に窒素の含有量を多くさせる熱処理を行い、変形しにく
い構造にしたものである。

［作用］ 物体の形状の変形のしやすさ、しにくさを表わすのに剛
性率Ｇが用いられる。

ここで、Ｅは弾性係数 νはポアッソン比である。

この式により、従来の鉄材とインバー材の剛性率Ｇを比
較すると表３の通りである。

表 かくしてインバー材のシャドウマスクが、振動に対して
変形しやすいことが表３の値から判る。

すなわちインバー材は鉄材の６２％の剛性率しかない。

このインバー材の低い剛性率を鉄材のレベルに上げるに
はインバー材を積層構造にすることである。

積層板の曲げ剛性（ＥＩ）Ｈｙは下記の式より求められ
る。

但し、弾性率Ｅｔ、　Ｅ−、寸法ｈｃ、　ｔｃ、　ｂｒ
については第８図（イ）の積層板の断面でその関係を示
す単板の曲げ剛性（ｉ：ｒｈは、下記の式より求められ
る。

］２ 但し、弾性率ＥＣ１寸法す、ｈについては第８図（ロ）
の単層板の平面図でその関係を示す。

式３より鉄材のシャドウマスクについて曲げ剛性を算出
する。説明上、ｂ＝２００ｍｍとし、板厚を、ｈ　＝０
．２ｍｍ　、　Ｅｅ＝　２００００Ｋｇｆ　７ｍｍ”と
すると、 （ＥＩ）Ｈ’＝　２７００　Ｋｇｆ−ｍｍ”−−一式４
ところで金属を強化するメカニズムとして金属に元素を
固溶させる手法がある。

インバー材は面心立方構造の金属で転位が部分転位に分
れ、その間に積層欠陥が生じる。溶質原子がこの積層欠
陥上に偏析し、積層欠陥が固着され、強化作用が生じる
。

この現象を利用して成形処理のために、インバー材を熱
処理し、表面にＦｅ、　Ｎｉより原子半径の大なる元素
例えば窒素、はう素あるいは炭素を積極的に偏析させて
、その後所定のシャドウマスクの形状に成形した後、前
記窒素、はう素あるいは炭素を固溶させる熱処理を行う
。なお　窒素、はう素、炭素のそれぞれの原子半径は、
０．９２人、０．９８人、　０．９１４人である。

これにより表面部に固溶による硬化層を形成して金属の
強化をはかる。

第７図は固溶による材料の強化を示す。これはインバー
材（Ｆｅ−Ｎｉ合金）の０６％ひずみの耐力とＣ濃度の
関係であり、耐力はＣ濃度の掻乗で増加している。固溶
による強化は、溶質（固溶）原子の希薄な場合、濃度の
坏乗で増大し、濃度の高い場合、濃度と直線的関係で増
大することは理論的にも求められている。

従って、剛性面で鉄シャドウマスクとほぼ同等のインバ
ー材シャドウマスクを求めるにはインバー材の表面の剛
性を上げることで具体化出来る。

式２と式４より １２　　　　　１２ 但しｂ＝２００ｍｍ、　Ｅｃ”　１４０００Ｋｇｆ　７
ｍｍ２、ｈｆ＝０．２ｍｍ　、　ｈｃ＝Ｏ，１６ｍｍと
して、Ｅ２を求めるとＥｆ”＝＝　２６３００Ｋｇｆ　
７ｍｍ２の値をもつ層を表面に形成すれば良い。この値
は通常固溶させ金属を強化するのは、もとの材料の１０
倍は一般に可能といわれる量である。

第５図に、シャドウマスクとして求められる弾性係数と
固溶強化層の弾性係数をその屡の厚み（２，５μｍ　、
　５μｍ　、　　１０μｍ　）の関係で示した。

シャドウマスクとして求められる弾性係数は、鉄製のシ
ャドウマスクの２０　Ｘ　１０’　Ｋｇｆ　７ｍｍ２（
表２参照）を基準にすると、現行のインバー材シャドウ
マスクは１４Ｘ　１０３Ｋｇｆ　７ｍｍ２で充分でなく
、少なくとも１６　Ｘ　１０３Ｋｇｆ　７ｍｍ２の弾性
係数が求められる。溶媒原子中の原子半径が、溶質原子
の半径より大きい偏析原子を熱処理して表面層へ偏析さ
せると、より効果的に溶質原子の固溶層を形成出来る。

これは積層板の剛性を上げるのに効果的である。

なお第６図は第５図と同じ内容を別の観点から画き直し
たものである。

熱処理温度については、カラー陰極線管製造工程中のパ
ネルの歪取り温度、パネル内面の蛍光面構造の物質のガ
ス出し温度、そしてパネル、ファンネルの溶着温度の３
５０℃〜４５０℃の温度より高い温度で処理し、これら
の温度での剛性効果の極限を予測しての処理温度で、処
理することが必要である。シャドウマスクに対して、こ
の固溶処理が効果的なのは色選別の孔構成が、シャドウ
マスク有孔部にシャドウマスク球面に対して垂直方向に
傾斜した面を有するために第１図、第４図のような固溶
層の形成が出来るためである。

［実施例］ 以下この発明の一実施例を第１図および第２図について
説明する。第１図は本発明のシャドウマスクの構造を断
面図で示す。（１０）は本発明に係るインバー材シャド
ウマスクの一部、（１］）は本発明に係るシャドウマス
クの孔部、（１２）は固溶原子のほぼ存在しないか含有
量の希薄な部分、（１３）は本発明の主要な部分で、固
溶原子が熱により外部より侵入、拡散固溶し、金属を強
化する役割をはだす部分である。本実施例では窒素な固
溶原子にもちいた。

この窒素固溶層の厚みは約５μｍである。

この固溶層を形成する製造法は、第２図に示す工程を用
いる。

第２図の工程は平坦な有孔部を有するシャドウマスクを
８５０℃の水素雰囲気で、再結晶焼鈍処理（１）をして
結晶粒径を均一なものにし、それを成形工程にて、シャ
ドウマスクとしての規定の設計された形状に成形（旦）
する。なお焼鈍処理（１）は真空焼鈍処理を行うと、シ
ャドウマスクに介在している特に表面近傍の鉄、ニッケ
ル以外の介在物をほぼ除去される傾向が大である。開放
焼鈍では、この傾向は弱いが、偏析物は表面部に浮上が
る傾向にある。成形されたシャドウマスクは、成形時の
油汚れを除去するために脱脂洗浄（旦）が行われる。脱
脂洗浄されたシャドウマスクは、３５０〜７００℃のア
ンモニアガス雰囲気内で、窒化処理（旦）を行う。アン
モニアガスの流量は処理品の装入条件により異なるが、
解離生成された発生期の窒素はただちに不活性の窒素に
変化する。不活性の窒素が炉内を支配すると窒化現象を
抑制するので、未分解のアンモニアガスがたえず７０〜
８０％残留するように調節を行う。処理時間は５５０℃
〜７００℃で、約２０分キープし、窒化処理が完了する
と、次に酸化処理（０）を行う。この時、窒化処理から
、酸化処理に移る時、処理品を少なくとも５００　’Ｃ
以上の赤熱状態を保って行う。酸化処理（Ω）は表面に
Ｆｅ５ＣＪａの黒錆を主成分とする酸化膜を形成し、輻
射率を少なくとも０．５が得られるように、６５０℃で
２０分、ＣＯ□を主成分とする酸化性雰囲気で下記に示
す反応処理を行う。

温度く５７５℃ ３　　（Ｆｅ）　＋４　（ＣＯ２）　＝　＜Ｆｅ３０４
）　＋４　　（ＣＯ）温度〉５７５℃ Ｆｅ＋　（ＣＯ□）　＝　＜ＦｅＯ）　＋　（ＣＯ）３
　　（ＦｅＤ　　＞　　＋　　（ＣＤ２　　）　　＝　
　＜Ｆｅ　３０４　）　　＋　　（Ｃｏ）２　（Ｆｅ３
０４＞　＋　（ＣＯ２）　＝　３　（Ｆｅｚｅ３）　＋
（ＣＯ） なお酸化に、ＣＯ□を用いたが、ＨｚＯを用いると温度
５００〜５７５℃ ３　（Ｆｅ）　＋４　（）１２０　）＝　＜Ｆｅ、０４
）　＋４　（Ｈ２）温度〉５７５℃ ＜Ｆｅ）＋　　（Ｈ２Ｏ）　　＝　　＜ＦｅＯ）＋　　
（）Ｉｔ）３　（ＦｅＯ）　＋　（Ｈ２Ｏ）　＝　＜Ｆ
ｅ３Ｏ４＞　＋　（Ｈ２）２　　（Ｆｅ３０４　）　　
＋　　（Ｈ２Ｏ）　　＝３　　＜Ｆｅ２０ｓ　　＞　　
＋　　（Ｌ） （上述で〈　〉は固体、（）は気体を示す）この酸化処
理（０）に、ＣＯ□ガスの露点を３０〜５０℃に設定す
ると、輻射率の向上に効果的である（ＣＯ□と８２０の
混合状態の反応となる）。酸化処理が終ると大気へ取り
出されてこの処理が完了する。その後シャドウマスク（
４）はカラー陰極線管（１）の管内に保持出来るよう保
持部（７）に組立てる。以下通常のカラー陰極線管の製
造工程をへて、カラー陰極線管が完成する。

このようにして、処理したシャドウマスクは、第１図に
示す状態で窒素固溶層（１３）を有する。窒素固溶層（
１３）はインバー材シャドウマスク（１０）の表面部に
形成されている。この窒素固溶層（１３）はシャドウマ
スク（１０）の中心部（１２）に比し窒素固溶濃度が高
い。

なお、窒素固溶層（１３）の表面部の約１μｍは、Ｆｅ
５０４の黒錆も併せ形成されている。黒錆による輻射率
の向上は、第３図に示すようにビユリティ・ドリフトを
減少させ、画質向上に寄与するこのようにインバー材の
表面に窒素を固溶させたシャドウマスクを内蔵したカラ
ー陰極線管はＴＶ上セツト組み込まれ、ＴＶを動作させ
た場合、ＴＶの音声による振動に対して鉄材とほぼ同等
に近い特性を示す。

インバー材への窒素の固溶をより効果的にしているのは
、原子半径が、窒素の０．９２人に対して太きいものが
存在することである。これについては、　　Ｍｎｎ原子
同月２６人Ｓｉ原子カ月３２人、Ｐ原子カ月。

２８人、Ｓ原子カ月、２７人、Ｎｉ原子が１．２４人、
Ｆｅ原子が１．２６人で、インバー材の主成分であるＦ
ｅ及びＮｉ以外の偏析原子の役割も窒素固溶強化をにな
っている。

第２図の焼鈍処理（１）において真空焼鈍したインバー
材のシャドウマスクについてはその窒素固溶状態は第４
図に示すように表面より約２０μｍ内部に密なる窒素固
溶層（１３Ａ）を形成する特徴がある。これは表面部に
偏析していた介在物が真空焼鈍の時に除去された結果で
あり、偏析物の密度の高い所で、より効果的に固溶現象
が生じた。これは偏析物が除去された粒間な通じてアン
モニアガスが拡散しやすくなったことにも起因している
。真空焼鈍したシャドウマスクは表面に偏析介在物が少
なく、黒錆が形成されやすく、輻射率も大となる。

なお固溶原子として、窒素を例にあげたが炭素、はう素
でも同じ効果が得られる。溶媒原子としては、インバー
材の主成分である鉄（Ｆｅ）　、ニッケル（Ｎｌ以外に
原子としてＦｅ、Ｎｉより原子半径の大きいＴｉ、　Ｃ
ｒ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｔａ、Ａｌ１等の微少量
の存在も効果がある。

このように、シャドウマスクの材料であるインバー材の
剛性率の小さいことに対してその表面に固溶原子による
強度改善をおこなえば、カラー陰極線管動作中、周囲の
振動によるシャドウマスクの振動発生による画質の低下
を防止し、さらに、カラー陰極線管に組み込まれる時に
は変形しにくい状態に保つ効果がある。

なお、本発明は以上の通り詳述したインバー材に限定さ
れることなく、シャドウマスクに用いられる他の種々な
材料にも適用されることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明から理解される通り、本発明によればシャド
ウマスクを成形した後にその表面層を固溶処理すること
により、シャドウマスク全体の剛性率を高め、カラー陰
極線管動作中、周囲の振動によるシャドウマスクの振動
発生を抑制し、画質の低下を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるシャドウマスクの孔部拡大概略
断面図、第２図は本発明に係わるシャドウマスク製造工
程ブロック図、第３図は輻射率とビユリティ・ドリフト
の関係を示す図、第４図は真空焼鈍したインバー材を窒
素固溶させた本発明に係わるシャドウマスクの孔部拡大
概略断面図、第５図はシャドウマスクとして求められる
弾性係数を固溶層の厚みとの関係で示した図、第６図は
第５図のグラフの内容を別の観点から示した図、第７図
はＦｅ−Ｎｉ合金に炭素固溶にともなうせん断降伏応力
の変化を示す図、第８図は複合材の構造による剛性率の
特性を説明するモデル図、第９図はシャドウマスク材質
によるカラー陰極線管の画質特性の変化を示す図、第１
０図は一般的なカラー陰極線管の構成を示す一部断面図
である。 図中、（１）はカラー陰極線管、（２）はパネル、（３
）はファンネル、（４）はシャドウマスク、（５）は内
部磁気シールド、（６）は鉛ガラス、（７）は保持部、
（８）は電子銃、（１０）は本発明に係わるシャドウマ
スク、（１１）は孔部、（１２）は固溶原子の希薄な部
分、（１３）は固溶原子の密なる部分である。 なお図中の同一番号、同一記号は、同一部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）カラー陰極線管に内蔵される色選別電極である成
   形したシャドウマスク材の表面層に、原子半径が１Å以
   下の原子を少なくとも１種類固溶させたことを特徴とす
   る成形したシャドウマスク。
2. （２）規定の形状に成形したシャドウマスク材を３００
   ℃〜７００℃の温度範囲で原子半径が１Å以下の原子を
   含んだ雰囲気で熱処理することを特徴とする成形したシ
   ャドウマスクの製造方法。