JPH0547311A

JPH0547311A - シヤドウマスク

Info

Publication number: JPH0547311A
Application number: JP20194491A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Takenaka; 滋男竹中; Yasuhisa Otake; 康久大竹; Emiko Higashinakagaha; 恵美子東中川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1991-08-12
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、熱膨脹係数が小さく、弾性係
数が高い複合材を用いることにより、色ずれやハウリン
グの発生を効果的に低減し得るシャドウマスクをを提供
することにある。【構成】本発明に係るシャドウマスク１ａは、アンバー
合金６を心材とし、この心材の両表面に合せ材としての
鉄層７，８を一体に接合した複合材９にエッチング処理
により多数の電子線通過孔３ａを穿設し、上記合せ材と
しての鉄層７，８の合計厚さを、心材としてのアンバー
合金６の厚さの０．５４〜０．８倍に設定したことを特
徴とする。

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用のシ
ャドウマスクに係り、特に色ずれやハウリングの発生を
効果的に低減し得るシャドウマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーブラウン管の蛍光面の直前には、
丸形または角形断面を有する多数の電子線通過孔を穿設
したシャドウマスクと呼ばれる板状電極が配置されてい
る。従来の中小型ＴＶ用受像管のシャドウマスクは、一
般に薄い軟鋼材で形成されていた。このシャドウマスク
に対向して赤、緑、青用の電子ビームを出射する３組の
電子銃が配置される。上記ブラウン管の蛍光面は、光の
三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種の蛍
光点から成り、各電子銃から出射された電子ビームが１
つの電子線通過孔を通ると、赤、緑、青の蛍光点が三角
形を形成するようになっている。すなわち各原色に対応
した電子ビームの入射方向が異なることを利用して、
赤、緑、青用の電子ビームはそれぞれ対応する赤、緑、
青の蛍光点だけを発光させるように配置される。

【０００３】ちなみに２１インチ（約５３０mm）カラー
ブラウン管用シャドウマスクの一例においては、直径
０．２３mmの電子線通過孔が約３５万個穿設されてお
り、一方蛍光面には、電子線通過孔の数の３倍である１
０５万個の蛍光点が配置されている。

【０００４】電子銃から出射され、シャドウマスクの電
子線通過孔を通過した赤、青、緑用の電子ビームがそれ
ぞれ対応する蛍光点に射突して発光が起こる。各蛍光点
における発光の強さは、映像信号として変換された電子
ビームの強さに比例するため、各発光色の混合の割合に
よって正しい色彩画像が再現される。

【０００５】しかしながら、電子銃から出射された電子
ビームの約８０％はシャドウマスクに射突し、シャドウ
マスクの温度を上昇させるために費される。そのため熱
膨脹係数が大きな金属材で形成されたシャドウマスクの
場合には、熱膨脹によって各蛍光点に対向する電子線通
過孔の位置が正規の位置から大きく変位してしまうた
め、カラー画像の色ずれが発生し易い欠点がある。

【０００６】近年、急激に普及しつつある２９インチ以
上の大型カラーＴＶやハイビジョン受像機においては、
使用電力も大きくなるため、上記の問題点は、より顕著
になる。そこで上記欠点を解決するために、従来の金属
材より熱膨脹係数が小さいアンバー合金（３６Ｎｉ−Ｆ
ｅ）で形成したシャドウマスクが広く使用されるに至っ
ている。

【０００７】このシャドウマスク１は、図２に示すよう
にアンバー（Invar)合金製の薄板２に多数の精細な電子
線通過孔３を所定間隔をおいて穿設して形成される。上
記電子線通過孔３は、薄板２の両面からフォトエッチン
グ法によって椀状に食刻して形成され、それぞれ両面か
らの食刻部４ａ，４ｂが交わる開孔寸法調整部（エッジ
部）５の目開きの調整によって所定の開孔寸法ｄが得ら
れるように調整される。すなわちエッチング条件を調整
することによって開孔寸法調整部５の目開きを調整し、
最終的に電子線通過孔３の開孔寸法ｄを高精度に設定し
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
ンバー合金は、従来の中型、小型ＴＶ用シャドウマスク
材料として使用されていた鉄と比較して耐力が大きく優
れた機械的強度および耐久性を発揮する一方、弾性係数
が小さいため音波などの音声信号が伝播し易くハウリン
グなどの異常現象を起こし易い欠点がある。ここでハウ
リングとは外部からの振動に共振することであり、シャ
ドウマスクの共振は、電子線通過孔の振動を引き起こ
し、色ずれをもたらす結果となる。

【０００９】さらにアンバー合金はエッチング処理に対
して異方性を有しており、結晶面の方向によっては、食
刻作用が円滑に進行せず、電子線通過孔の貫通が困難と
なる場合もある。いずれにしても高精度の電子線通過孔
を穿設するためのエッチング条件の制御が煩雑であり、
電子線通過孔の形状精度のばらつきが大きくなるため、
色ずれを完全に防止することは困難であった。

【００１０】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、熱膨脹係数が小さく、弾性係数が高
い複合材を用いることにより、色ずれやハウリングの発
生を効果的に低減し得るシャドウマスクを提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
るため本発明に係るシャドウマスクは、アンバー合金を
心材とし、この心材の両表面に合せ材としての鉄層を一
体に接合した複合材にエッチング処理により多数の電子
線通過孔を穿設し、上記合せ材としての鉄層の合計厚さ
を、心材としてのアンバー合金の厚さの０．５４〜０．
８倍に設定したことを特徴とする。

【００１２】また、電子線通過孔の開孔寸法調整部を鉄
層内に配置するとよい。

【００１３】さらに、複合材の熱膨脹係数を７×１０^-6
／℃以下に設定する一方、縦弾性係数を１６５００kgf/
mm²以上に設定して構成することにより、色ずれやハウ
リングを効果的に解消することができる。

【００１４】上記構成のように、アンバー合金を心材と
し、その両面に鉄板を一体にライニングした３層構造の
シャドウマスクは、アンバー合金層の働きにより、低熱
膨脹特性を発揮するとともに、鉄板層の働きにより、シ
ャドウマスク全体に高弾性特性を付与する。

【００１５】また鉄板層の熱伝導率はアンバー合金の約
５倍であり、熱伝導特性が極めて優れているため、多量
の電子ビームがシャドウマスクに射突し熱に変換された
場合においても、鉄板層による放熱作用によってシャド
ウマスク全体の温度の異常上昇を防止することができ
る。このように、心材としてのアンバー合金の低熱膨脹
特性と、合せ材としての鉄板の高熱伝導性との相乗効果
により、高電流で長時間に亘ってシャドウマスクを使用
した場合においても、熱膨脹や共振による電子線通過孔
の変位が少なく、画像の色ずれを発生させることが少な
い。

【００１６】また電子線通過孔の開孔寸法を最終的に調
整する開孔寸法調整部を、エッチング処理の条件制御が
容易な鉄層内に配置することにより、電子線通過孔の穿
設作業をより高精度に、かつ容易で効率的に実施するこ
とが可能になる。

【００１７】本発明者らの実験研究から得た知見によれ
ば、上記３層構造の複合材でシャドウマスクを形成した
場合に、色ずれを効果的に防止するためにはマスク全体
の熱膨脹係数αを７×１０^-6／℃以下に設定する必要が
あり、またハウリングを防止するためには、同じくマス
ク全体の縦弾性係数Ｅを１６５００kgf/mm²以上に設定
する必要があることが確認されている。

【００１８】これらの要求特性を満足させるための複合
材の構成を以下に示す計算式によって確認する。

【００１９】今、図１に示すようにアンバー合金から成
る心材６の上下面にそれぞれ合せ材７，８としての鉄層
を一体にクラッドした３層構造の複合材９に多数の電子
線通過孔３ａを穿設して形成したシャドウマスク１ａを
考える。

【００２０】また熱膨脹量の差異に基づく複合材９の反
りの発生を防止するため、両合せ材７，８の厚さｔ₁は
相互に同等に設定されている。

【００２１】ここで鉄層７、心材６および鉄層８のそれ
ぞれの厚さをｔ₁，ｔ₂，ｔ₁、０．２％耐力をσ₁，
σ₂，σ₁、熱膨脹係数をα₁，α₂，α₁、縦弾性係
数をＥ₁，Ｅ₂，Ｅ₁とすると、３層構造を有する複合
材９全体の厚さｔ、０．２％耐力σ、熱膨脹係数αおよ
び縦弾性係数Ｅはそれぞれ下記（１）〜（４）式で表わ
される。

【００２２】

【数１】

【００２３】

【数２】

【００２４】

【数３】

【００２５】

【数４】

【００２６】ここでｔ₁／ｔ₂＝ｍとおいて、さらに鉄
層７，８の０．２％耐力σ₁＝１１kgf/mm²、アンバー
合金の０．２％耐力σ₂＝２２kgf/mm²、縦弾性係数Ｅ
₁＝２１０００kgf/mm²、Ｅ₂＝１４０００kgf/mm²、
熱膨脹係数α₁＝１２．５×１０^-6／℃、α₂＝０．５
×１０^-6／℃を（２），（３），（４）式に代入すると
下記（５），（６），（７）式が得られる。

【００２７】

【数５】

【００２８】

【数６】

【００２９】

【数７】

【００３０】次にそれぞれ色ずれおよび共振の発生を防
止できる下記条件、すなわちＥ≧１６５００kgf/mm²、
α≦７×１０^-6／℃をそれぞれ（６），（７）式に代入
して上記両条件を満足するｍの値を求めると下記（８）
式のようになる。

【００３１】０．２７≦ｍ≦０．４ ……（８）すなわち図１に示すような鉄層７−アンバー合金６−鉄
層８から成る３層構造の複合材９の各構成材の厚さの比
は、鉄層が最も薄い場合で０．２７：１：０．２７であ
る一方、鉄層が最も厚い場合で、０．４０：１：０．４
０である。したがって合せ材としての鉄層７，８の合計
厚さは心材としてのアンバー合金６の厚さの０．５４〜
０．８倍となる。

【００３２】ここでｍの値が０．２７〜０．４の範囲に
あるときの複合材９の０．２％耐力σは、（５）式より
下記（９）式のように得られる。

【００３３】１７．１≦σ≦１８．１ ……（９）このように複合材９の０．２％耐力σは、従来材である
アンバー合金６の耐力（σ₂＝２２kgf/mm²）と比較し
て小さいため、成形性が優れている。したがってプレス
成形時において製品周辺にしわが発生するスプリングバ
ック現象などが起こらず、製品歩留りを大幅に改善する
ことができる。

【００３４】次に上記のようなアンバー合金の両面に鉄
層をライニングしたシャドウマスクの製造方法を説明す
る。まず所定厚さのアンバー合金板を心材として中心に
据え、その両側に所定厚さの鉄板を配置する。このとき
各材料のずれを防止するため、必要に応じて、圧延方向
端部を点溶接し一体固定化した後に熱間ないし冷間圧延
を実施する。こうして圧延時に鉄板とアンバー合金板と
の界面に発生する面摩擦熱によって両部材の構成金属元
素が相互拡散して両部材は一体に接合される。この一体
化した複合板をさらに冷間圧延し、さらに焼鈍して所定
厚さ、例えば０．１５〜０．２５mm程度の複合薄板とす
る。そして得られた複合薄板に、フォトエッチング法を
利用して所定の開孔寸法（丸孔では１２０μ±５μ）を
有する多数の電子線通過孔を所定ピッチ（０．２〜０．
４mm）で穿設してシャドウマスク素材が形成され、最終
的に得られたシャドウマスク素材をプレス成形機によっ
て各種受像機の寸法に合せて切断した後に、黒化膜を形
成することにより、製品としてのシャドウマスクが完成
する。

【００３５】ここでアンバー合金は前記の通り、エッチ
ングに対する異方性を有し、合金の結晶方位によって電
子線通過孔を穿設し易い方位と、穿設が困難な方位があ
る。そこで、開孔部の形状および寸法が高精度であり、
穿設作業を容易にするために、アンバー合金板面を｛１
００｝結晶面方向に揃えることが望ましい。そのために
は、複合板を大きな加工率で圧延して薄肉化した後に、
アンバー合金の再結晶温度以上に昇温して焼鈍処理を行
なうと電子線通過孔が容易に開孔できる。

【００３６】なお鉄層のエッチング処理における条件制
御は、アンバー合金と比較して極めて容易であり、精細
な電子線通過孔を穿設することが容易である。特に電子
線通過孔の開孔寸法調整部５ａを鉄層内に設定すること
により、開孔寸法ｄの調整を、エッチング制御が容易な
鉄層内において実施できるため、電子線通過孔の開孔寸
法および形状を高精度に調整することが可能になる。す
なわち全体をアンバー合金のみで形成した従来のシャド
ウマスクと比較して、電子線通過孔の形状および位置精
度が格段に向上するため、シャープな画像が得られる。

【００３７】さらに本発明に係る３層構造のシャドウマ
スクの０．２％耐力は、アンバー合金のみで形成したも
のの耐力より小さいため成形性が優れる。そのためプレ
ス成形機による加工後においても変形が少なく、成形品
位が極めて優れる。

【００３８】またプレス成形後に行なう黒化処理も容易
になる。すなわちマスク全体を５００℃程度の水蒸気中
に通し表面に黒色の酸化膜を形成する黒化処理を行なう
際にも、従来のアンバー合金のみから成るマクス本体は
耐食性を有するＮｉ成分が表面に存在するため黒化しに
くい反面、本発明に係るシャドウマスクによれば、黒化
し易い鉄層を表面に配置しているため、黒化処理が容易
である。また黒化度を高くすることができるため、熱伝
導性が良く放熱特性が優れる。また黒化膜の熱放射率は
アンバーが０．５、鉄が０．７〜０．８で鉄の方が昇温
を防げる効果が大きい。したがって、画像の色ずれの問
題を効果的に解消することができる。

【００３９】

【実施例】次に本発明を下記の実施例に基づいて説明す
る。まず３６重量％Ｎｉ−Ｆｅの組成式を有し、厚さ１
〜２mmのアンバー合金板および０．０８ｗｔ％Ｃ−０．
３％Ｍｎ−０．０３％Ｓｉ−残部Ｆｅなる組成式を有
し、厚さ０．５〜０．８mmの軟鋼板（アルミキルド鋼）
をそれぞれ通常の溶解法により調製した。

【００４０】次に実施例１〜５として、得られた心材と
してのアンバー合金板の上下両面にそれぞれ同じ厚さを
有する合せ材としての軟鋼板を重ねた状態で冷間圧延を
行ない、厚さ０．１７mmで３層構造を有する複合材を形
成した。心材および合せ材は冷間圧延操作によってそれ
ぞれの界面は冶金的結合を形成していた。次に得られた
各複合材を、温度８００℃で１０分間に亘り連続焼鈍炉
で焼鈍し、心材としてのアンバー合金板面の結晶方位が
｛１００｝面に揃うように調整した。そして焼鈍後に精
整圧延を実施し、最終的に表１の左欄に示すように、心
材に対する鉄層厚さの比を有し、厚さ０．１５mmのシャ
ドウマスク原板を得た。

【００４１】そして得られた各シャドウマスク原板の２
０〜１００℃における平均熱膨脹係数、０．２％耐力、
縦弾性係数を測定して表１の右欄に示す結果を得た。

【００４２】さらに得られた各シャドウマスク原板の両
面方向からフォトエッチング法により図１に示すような
電子線通過孔３ａを穿設した。電子線通過孔３ａの開孔
寸法調整部５ａは、いずれの試料の場合においても、シ
ャドウマスク原板の、図１における下表面から２０〜３
０μｍ上方の鉄層８内に配置する条件とした。各電子線
通過孔３ａの開孔寸法ｄは１２０μｍとし、電子線通過
孔３ａの配設ピッチは０．３mmとした。

【００４３】そして各試料について、穿設した１００個
の電子線通過孔３ａの開孔寸法を顕微鏡にて計測し、開
孔寸法のばらつきを測定評価し、表１の右欄に併記し
た。

【００４４】一方、比較例１〜２として、心材に対する
鉄層の合計厚さの比をそれぞれ０．４，１．０とすると
ともに、開孔寸法調整部の配設位置をアンバー合金層に
配設した以外は、実施例１〜５と同一の条件で圧延およ
びエッチング処理を施して、シャドウマスク原板を調製
し、同様に各特性値を測定した。

【００４５】また比較例３〜４として、それぞれ実施例
１〜５で使用した軟鋼材単体またはインバー合金単体で
形成したシャドウマスク原板を調製し、同様に各特性値
を測定して下記表１に示す結果を得た。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１に示す結果から明らかなように、実施
例１〜５に係るシャドウマスク原板によれば、いずれも
平均熱膨脹係数が７×１０^-6／℃以下であり、０．２％
耐力が２２kgf/mm²以下であり、さらに弾性係数が１６
５００kgf/mm²以上であり、色ずれおよびハウリングを
防止できる基準を充分に満足している。

【００４８】また開孔寸法調整部を、いずれもエッチン
グ処理条件の制御が容易な鉄層に設けているため、電子
線通過孔の穿孔精度が高く、開孔寸法のばらつきが比較
例１，２，４と比べて小さくなる。

【００４９】一方、比較例１のように鉄層が薄い場合に
は、弾性係数が不充分となり、ハウリングを完全に解消
することが困難となる一方、開孔寸法調整部を、エッチ
ング制御が難しいアンバー合金層に配置することになる
ため電子線通過孔の寸法および配置精度が低下してしま
う。

【００５０】また比較例２のように鉄層が過度に厚い場
合には、比較例３と同様に、プレス成形性は良いが、熱
膨脹係数が大きくなり、色ずれの解消が困難である。さ
らに比較例４では弾性係数が小さくハウリング低減効果
が少ない一方、電子線通過孔の穿孔精度が低下すること
がわかる。

【００５１】こうして電子線通過孔を穿設した実施例１
〜５のシャドウマスク原板をプレス成形機によって１枚
ずつ切り離し、所定寸法のシャドウマスクにし、さらに
マスク表面を水蒸気酸化によって黒化処理を施した。得
られた各シャドウマスクをカラーテレビジョンの受像機
に実装して特性を測定したところ、アンバー合金の低膨
脹特性および鉄層の高熱伝導性による放熱効果によって
画像の色ずれは殆どなく、かつ鉄層の高弾性特性によっ
てハウリングも解消されることが実証された。

【００５２】また実施例１〜５のシャドウマスクは、比
較例４と比較して０．２％耐力が小さいため、成形性が
良好であり、また表面にＮｉ等の耐食性を発揮する元素
が含まれていないため黒化処理も極めて容易であった。

【００５３】またアンバー合金は高価なＮｉを３６重量
％も含有しているため、比較例４のシャドウマスクは高
価となるが、本実施例１〜５においては、安価な鉄材を
クラッドしてアンバー合金の使用量を低減しているた
め、製造コストを低減することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るシャドウ
マスクによれば、低熱膨脹特性を有するアンバー合金を
心材とし、その両面に高弾性特性および高熱伝導性を有
する鉄層を一体に接合した複合材で形成しているため、
熱膨脹による電子線通過孔の位置ずれが少なく、画像の
色ずれを効果的に防止することができる。

【００５５】さらに表面側の鉄層が高熱伝導性を有して
いるため、放熱が良好であり、シャドウマスクの昇温を
より抑制することができる。

【００５６】また鉄層の高弾性特性によってハウリング
の発生も効果的に防止することができる。

【００５７】さらにエッチング処理によって穿設する電
子線通過孔の開孔寸法調整部を、エッチング条件の制御
が容易な鉄層内に配置することにより、電子線通過孔の
寸法および位置精度をより高めることが可能となり、ま
た製造効率も大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシャドウマスクの一実施例を示す
部分断面図。

【図２】アンバー合金によって形成された従来のシャド
ウマスクの構造例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１，１ａシャドウマスク２薄板（アンバー合金）３，３ａ電子線通過孔４ａ，４ｂ食刻部５，５ａ開孔寸法調整部（エッジ部）６心材（アンバー合金）７，８合せ材（鉄層）９複合材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンバー合金を心材とし、この心材の両
表面に合せ材としての鉄層を一体に接合した複合材にエ
ッチング処理により多数の電子線通過孔を穿設し、上記
合せ材としての鉄層の合計厚さを、心材としてのアンバ
ー合金の厚さの０．５４〜０．８倍に設定したことを特
徴とするシャドウマスク。
【請求項２】電子線通過孔の開孔寸法調整部を鉄層内
に配置したことを特徴とする請求項１記載のシャドウマ
スク。
【請求項３】複合材の熱膨脹係数を７×１０^-6／℃以
下に設定する一方、縦弾性係数を１６５００kgf/mm²以
上に設定したことを特徴とする請求項１記載のシャドウ
マスク。
【請求項４】心材の両表面に接合する鉄層の厚さを相
互に概ね同等としたことを特徴とする請求項１記載のシ
ャドウマスク。