(57)【要約】  レーザーにより精密加工されるメタルマスク等に使用するのに好適なレーザー加工用金属板（例、ステンレス鋼板、チタン板）、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼板は、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と板厚ｔ（μｍ）とが、ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８なる式を満足する。
2012118113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足することを特徴とするレーザー加工用金属板。
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８        ・・・・・・・（１）
【請求項２】
前記金属板がオーステナイト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼板、及びチタン板から選ばれる、請求項１に記載のレーザー加工用金属板。
【請求項３】
レーザー加工によって形成された細孔またはスリットからなるパターンを有する請求項１または２に記載のレーザー加工用金属板。
【請求項４】
平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足することを特徴とするレーザーメタルマスク。
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８        ・・・・・・・（１）
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼に熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を行ってオーステナイト系ステンレス鋼板とした後に、該オーステナイト系ステンレス鋼板に３０％以上の圧下率で最後の冷間圧延を行い、その後８００〜９５０℃で２５〜７０秒の焼鈍を行うことを特徴とするレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記最後の冷間圧延とその後の焼鈍後に２０％以上の圧下率で調質圧延を行う、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記調質圧延の後に、５００〜８２０℃で５〜１５０秒間の歪とり焼鈍を行う、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーにより精密加工されるメタルマスク等に使用するのに好適な、例えばレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板等のレーザー加工用金属板と、レーザー加工用ステンレス鋼板の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーメタルマスク（laser cut metal mask）とは、金属板にレーザー光を照射することによって金属板の一部を溶解及び穿孔することによって加工された、微細な細孔（またはスリット）からなる所定のパターン画像を有する金属板である。これは主に、プリント配線板のような回路基板にソルダーペースト（クリーム半田）をスキージによりスクリーン印刷するのに使用されるが、導電性インキの印刷などの他の用途にも使用される。金属板としてはステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルなどの板が用いられる。メタルマスクの孔あけには、以前はエッチングが利用されてきたが、レーザー加工機の普及に伴い、より高精度の孔あけが可能なレーザーメタルマスクが多用されるようになってきた。【０００３】
ステンレス鋼は、機械的強度や耐食性に優れることから、エッチング加工またはレーザー加工により製造されるメタルマスク用の金属板として広く用いられている。近年、レーザー加工機の高性能化に伴って、加工精度の向上だけではなく、短納期対応が可能になっており、ステンレス鋼からなるレーザーメタルマスクの需要がさらに高まっている。【０００４】
レーザー加工機の技術進歩によってレーザーメタルマスクの細孔の加工精度の向上と熱によるゆがみ防止とが図られ、これによりレーザーメタルマスクの加工精度が向上してきた。【０００５】
特許文献１には、レーザー光を照射して金属板に微細な細孔からなるパターン画像を形成する際に、照射するレーザー光の焦点スポット径を４０μｍ以下に抑制するとともに、加工中のレーザー光の焦点位置とレーザー光入射側の金属板面との距離を−２００〜＋３００μｍの範囲に設定することによって、パターン画像を構成する細孔のレーザー光入射側の開口径と、レーザー光出射側の開口径との差（本明細書では「細孔拡がり」という）を、金属板の厚みの１０％以下に抑制することが開示されている。【０００６】
特許文献２には、金属板にレーザー光線を照射することによって金属板の一部を溶解及び穿孔して細孔によるパターン画像を形成した後に、金属板の表面をサンドブラストにより研削することによって、スクリーン印刷用レーザーメタルマスクを製造する方法が開示されている。この方法により製造されるレーザーメタルマスクでは、ドロスが無いため裏面が被印刷体のプリント面に接触可能であり、かつサンドブラストにより表面が梨地になっているために被印刷体との離れ性がよく、印刷スピードを増加させることができる。【０００７】
特許文献３には、レーザー加工により生じた裏面側のドロス等を化学研磨によって除去することが提案されている。
特許文献１〜３により例示されるように、これまでレーザーメタルマスクの性能は、もっぱら、加工機の技術進歩といったレーザー加工方法の改良による細孔に対する加工精度向上や、ハンダ供給量の安定化のためにレーザー加工後のメタルマスクの機械的および／または化学的な加工を行うことによって向上してきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２４８９７６号公報
【特許文献２】特開平６−３９９８８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４８２５３号公報
【発明の概要】
【０００９】
これまで、レーザーメタルマスクにおける細孔に対するレーザー加工の加工精度を向上することができる金属板は殆ど開発されておらず、細孔を高精度でレーザー加工することに適した金属板（例えば、ステンレス鋼板）は存在しなかった。また、レーザー加工後の機械的または化学的な加工に適した金属板も存在しなかった。
【００１０】
このため、特許文献１に提案されているような照射するレーザー光の焦点スポット径の縮小、或いはパルスレーザーの採用、さらにはレーザー加工時の入熱の抑制を併用することによって、熱による歪みを防止しながら、レーザーメタルマスクにおける細孔に対するレーザー加工の加工精度の向上が図られてきた。或いは、特許文献２、３に提案されているように、レーザー加工後の機械的または化学的な研磨の条件を適正化することによって、性能向上が図られてきた。
【００１１】
しかし、これらの従来技術の手法では、加工速度の低下を避けることができず、レーザーメタルマスクの加工コストが大幅に上昇し、生産性が大きく低下していた。
また、レーザー加工後の処理としては、レーザー加工で生じた裏面側のドロスやバリを除去するために電解／化学研磨または機械研磨を行うのに加えて、スキージ性（スキージによる半田供給量の均一性）を向上させるために表面側には鏡面仕上げを行っていた。そのため、作業時間が長時間化し、高コストとなっていた。
【００１２】
本発明は、レーザーにより精密加工されるメタルマスク等に使用するのに適したレーザー加工用金属板、特にレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板と、レーザー加工用ステンレス鋼板の製造方法とを提供することを目的とする。具体的には、本発明は、レーザー加工性に優れ、開口断面の寸法精度が向上した（例えば、細孔拡がりが板厚２５０μｍに対して１０％以下の精度である２５μｍ以下である）レーザーメタルマスクの製造可能にし、かつ微細スリット加工にも適する、レーザー加工用金属板、望ましくはオーステナイト系ステンレス鋼板と、このステンレス鋼板の製造方法とを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明におけるレーザー加工は、スクリーン印刷に使用されるような微細な細孔を有するメタルマスクの製造に利用される金属板のレーザー加工を主な対象とする。
本発明者らは、金属板の結晶粒径をその板厚に依存してある限度以下に微細化することにより上記目的を達成できることを知見した。
【００１４】
本発明は、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板の厚さｔ（μｍ）とが下記（１）式：
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８    ・・・    （１）
を満足することを特徴とするレーザー加工用金属板、望ましくはオーステナイト系ステンレス鋼板である。
【００１５】
別の観点からは、本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼に熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を施してオーステナイト系ステンレス鋼板にし、このステンレス鋼板に圧下率で２０％以上の調質圧延を行い、必要に応じて、調質圧延後に５００〜８２０℃で２０〜１５０秒間の歪とり焼鈍を行うことを特徴とするレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法である。調質圧延と歪取り焼鈍ではオーステナイト系ステンレス鋼板の平均結晶粒径は実質的に変化しないので、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を施して得られた冷延鋼板の平均結晶粒径が前記（１）式を満たすようにする。そのためには、冷間圧延（冷間圧延を２回以上行う場合には、調質圧延前の最終の冷間圧延）を３０％以上の圧下率で行い、焼鈍（同様に焼鈍を２回以上行う場合には調質圧延前の最終焼鈍）を８００〜９５０℃で２５〜７０秒の温度での均熱により行うことが好ましい。
【００１６】
本発明により、レーザーによる精密加工で製造されるレーザーメタルマスク等に使用するのに好適なレーザー加工用金属板、特に、高強度を有しかつ、加工精度の高い微細な細孔を得ることができるレーザー加工オーステナイト系ステンレス鋼板が提供される。
【００１７】
本発明に係るレーザー加工用金属板は、レーザー加工の加工精度が向上することによって、入熱を抑制する必要が低減されるので、レーザー加工の加工速度を高めることができる。その結果、レーザーメタルマスクの生産性の向上と加工コストの低減とを図ることができる。
【００１８】
レーザー加工の加工精度は、これまではレーザー装置あるいは加工条件に依存していた。本発明によれば、レーザー加工用金属板の平均結晶粒径ｄ（μｍ）と板厚ｔ（μｍ）とが前記（１）式の関係を満足するように管理することによっても、レーザー加工の加工精度を高めることができる。
【００１９】
結晶粒を細粒化することにより、多くのオーステナイト系ステンレス鋼板では、レーザー加工で形成された細孔の内面に付着するドロスが少なく、さらに裏面側（レーザー出射側）の細孔周縁部に形成されるバリが低くなるという効果も得られることが判明した。その結果、電解研磨または化学研磨によるドロスやバリの除去や、細孔内面やスキージ面の平滑化（鏡面仕上げ）も短時間で処理可能となり、レーザーメタルマスクの製造時間の短縮（納期短縮）やコスト抑制が可能となるので、本発明の実用上の意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例で採用したオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法を示す説明図である。
【図２】図２(Ａ)はレーザー加工によりステンレス鋼板に細孔を穿孔する状況を模式的に示す説明図であり、図２(Ｂ)はレーザー加工で穿孔された細孔に生ずるドロスとバリの状況を示す説明図である。
【図３】金属板の平均結晶粒径と細孔拡がり量との関係を示すグラフである。
【００２１】
図２中、１：レーザー、２：ステンレス鋼板、２a：レーザー入射面、２b：レーザー出射側面、３：細孔、３ａ：レーザー入射側の切断幅（切断径）、３ｂ：レーザー出射側の切断幅（切断径）、４：最大ドロス厚さ、５：最大バリ高さ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明をより具体的に説明する。以下の説明では、被加工材である金属板がステンレス鋼板、特にオーステナイト系ステンレス鋼である場合を例にとる。しかし、本発明において金属板はステンレス鋼板には限定されない。例えば、チタン、チタン合金板、純ニッケル板、アルミニウム板、アルミニウム合金板といった、ステンレス鋼板以外の他の金属板についても本発明は等しく適用される。ただし、本発明に係るレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法は、特に各工程の条件については、オーステナイト系ステンレス鋼板以外の金属板には適用されない。
【００２３】
ステンレス鋼板は、強度や発錆の観点から、オーステナイト系ステンレス鋼板であることが好ましい。ただし、フェライト系ステンレス鋼も使用可能である。オーステナイト系を含む冷間圧延ステンレス鋼板は、ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されている。オーステナイト系ステンレス鋼板の中でも、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｌの調質圧延材や、ＪＩＳ Ｇ ４３１３（ばね用ステンレス鋼帯）に規定されているＳＵＳ３０１−ＣＳＰやＳＵＳ３０４−ＣＳＰを用いることが、細粒化し易いので、好ましい。
【００２４】
ここで、これらのオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成を例示する。以降の説明では、化学組成に関する「％」は「質量％」を意味する。
［ＳＵＳ３０１］
Ｃ：０.１５％以下、Ｓｉ：１.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０４５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｎｉ：６.００〜８.００％、Ｃｒ：１６.００〜１８.００％以下、残部Ｆｅおよび不純物。
【００２５】
［ＳＵＳ３０１Ｌ］
Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：１.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０４５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｎｉ：６.００〜８.００％、Ｃｒ：１６.００〜１８.００％、Ｎ：０.２０以下、残部Ｆｅおよび不純物。
【００２６】
［ＳＵＳ３０４］
Ｃ：０.０８％以下、Ｓｉ：１.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０４５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｎｉ：８.００〜１０.５０％、Ｃｒ：１８.００〜２０.００％以下、残部Ｆｅおよび不純物。
【００２７】
［ＳＵＳ３０４Ｌ］
Ｃ：０.０３０％以下、Ｓｉ：１.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０４５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｎｉ：９.００〜１３.００％、Ｃｒ：１８.００〜２０.００％以下、残部Ｆｅおよび不純物。
【００２８】
［ＳＵＳ３０１−ＣＳＰ］
Ｃ：０.１５％以下、Ｓｉ：１.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０４５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｎｉ：６.００〜８.００％、Ｃｒ：１６.００〜１８.００％以下、残部Ｆｅおよび不純物。
【００２９】
［ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ］
Ｃ：０.０８％以下、Ｓｉ：１.００％以下、Ｍｎ：２.００％以下、Ｐ：０.０４５％以下、Ｓ：０.０３０％以下、Ｎｉ：８.００〜１０.５０％、Ｃｒ：１８.００〜２０.００％以下、残部Ｆｅおよび不純物。
【００３０】
上記各組成において、成分のＦｅに替え、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選ばれた１種又は２種以上を０.５％以下含有させてもよい。これらの元素の含有は、結晶粒の微細化や有害なクロム炭化物の析出を防止する効果が期待できる。また、強度を向上させるために、Ｍｏを５％以下、Ｃｕを５％以下、Ｍｎを１０％以下の１種または２種以上を含有させてもよい。
【００３１】
また、上記各組成のＦｅに替え、Ｓを３０〜９０ｐｐｍ含有させてもよい。それにより、レーザー加工性が改善し、裏面のバリやドロスの量が減少する効果が得られる。
Ｓの含有がレーザー加工性を改善する機構は不明だが、レーザーにより溶融した金属の対流パターンが変化して深さ方向の溶解が促進されることや、ＦｅＳなどの低融点化合物の生成が寄与していると推定される。
【００３２】
Ｓによる上記効果を得るためには、３０ｐｐｍ以上のＳの含有が有効であり、４０ｐｐｍ以上の含有が好ましい。Ｓ含有量が多すぎると、熱間加工性や耐食性が低下するため、その上限は９０ｐｐｍ程度が妥当である。
【００３３】
本発明に係るレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板は、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが（１）式：
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８    ・・・    （１）
で示される関係を満足する。金属板がオーステナイト系ステンレス鋼板以外のもの、例えば、フェライト系ステンレス鋼、チタン板、チタン合金板などである場合にも同様である。この理由を次に説明する。
【００３４】
図２(Ａ)は、レーザー加工によりステンレス鋼板２に細孔３を穿孔する状況を模式的に示す説明図である。
この図に示すように、ステンレス鋼板２のレーザー入射面２ａにレーザー１が照射されると、その裏面であるレーザー出射側面２ｂへ向けてレーザー１のエネルギーによる金属の溶込みが起こり、ステンレス鋼板２に細孔３が穿孔される。
【００３５】
レーザー加工における加工精度の課題は、ステンレス鋼板２のレーザー１の照射面２ａにおける切断幅（円形の細孔では細孔径）３ａが、その裏面であるレーザー１の出射側面２ｂにおける切断幅３ｂよりも広くなること、すなわち細孔拡がり（３ａ−３ｂ）が大きくなることによって、レーザー加工による細孔３の寸法精度が低下することである。
【００３６】
本発明者は、ステンレス鋼板２の結晶を細粒化することによって、レーザー１により生ずる溶け込みが狭い範囲に限定され、これにより、細孔３の加工精度の向上を図ることができることを見出した。その結果、レーザー加工の入熱量を抑制する必要性が低下し、加工速度を高めることができる。この理由は明らかではないが、以下のように推定される。
【００３７】
ステンレス鋼板２におけるレーザー１の照射面２ａにおける幅広がりは、レーザー１を照射した部分においてレーザー１の光が反射を繰り返しながらステンレス鋼２に吸収されるために、照射面２ａの近傍では多くのレーザーエネルギーが吸収されることになる。
【００３８】
一方、ステンレス鋼板２の個々の結晶粒では、結晶粒内よりも不純物が多い結晶粒界の方が、融点がより低いため、レーザー照射を受けると結晶粒界で溶解が始まり、結晶粒がそのまま脱落するように、ステンレス鋼板２が溶解されると考えられる。そのため、照射面２ａでの幅広がりは、結晶粒約１個程度の大きさになると推測される。
【００３９】
また、最終焼鈍後に調質圧延を行った場合は、調質圧延により結晶粒が変形するが、不純物が多く含まれる旧結晶粒界はその後の歪み取り焼鈍においても変化しないために、前記幅広がりは、やはり結晶粒１個程度の大きさになると推測される。
【００４０】
図３のグラフは、後述する実施例のデータであり、平均結晶粒径（図中では結晶粒径と記載）と細孔広がり量との関係を、ＳＵＳ３０１Ｌ、ＳＵＳ３０４のオーステナイト系ステンレス鋼板、ＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス鋼板、およびＴＰ３４０Ｃのチタン板についてまとめて示したものである。図３から明らかなように、細孔広がりは、金属の種類や板厚にかかわらず、結晶粒径のみによって決まることが分かる。
【００４１】
図３のグラフから、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と細孔拡がり量Ｗ（μｍ）との間には、Ｗ＝２.２３・ｄ＋２.８５の関係がある（図中の実線）。一方、メタルマスクとして要求される細孔拡がりＷ（μｍ）は、特許文献１にも開示されるように、板厚ｔ（μｍ）の１０％以下であること、すなわちＷ≦０.１・ｔが成り立つことが良好であると一般的に考えられている。これらより、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが（１）式：
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８    ・・・    （１）
を満たせば、良好なレーザー加工性が得られることになる。
【００４２】
平均結晶粒径ｄの測定方法は、圧延方向と直角断面の板厚中心部で行い、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に記載されている切断法による評価方法により測定した。
オーステナイト系ステンレス鋼板２の平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが上記（１）式を満たさないと、細孔拡がりが増加して、レーザー１により広い範囲で金属が溶込んでしまい、細孔３の加工精度が不芳となる。このため、本発明では（１）式の関係を満足することが必要である。
【００４３】
本発明の好適態様にあっては、細孔拡がりＷ（μｍ）は板厚ｔ（μｍ）の７％以下と小さくなり、それだけレーザー加工精度が向上する。この場合、Ｗ≦０.０７・ｔが成り立ち、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と板厚ｔ（μｍ）とは下記（１'）式を満たす。
【００４４】
ｄ≦０.０３１４・ｔ−１.２８・・・    （１'）
さらに好ましくは、細孔拡がりＷ（μｍ）は板厚ｔ（μｍ）の５％以下と更に小さくなり、この場合、Ｗ≦０.０５・ｔが成り立ち、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と板厚ｔ（μｍ）とは下記（１''）式を満たす。
【００４５】
ｄ≦０.０２２４・ｔ−１.２８・・・    （１''）
図２(Ｂ)は、レーザー加工で穿孔された細孔に不可避的に生ずるドロスとバリの状況を示す説明図である。ドロスやバリは溶けた金属が細孔に付着することで生じ、細孔内面に付着しているのがドロス、レーザー出射側の細孔周縁に垂れ下がって付着しているのがバリである。これらは、加工後に行われる化学研磨や電解研磨により取り除かれる。従って、図中の最大ドロス厚さ４および最大バリ高さ５は、可及的に小さいことが望ましい。前述したように、本発明では、金属板の平均結晶粒径が小さいために、最大ドロス厚さや最大バリ高さが小さくなり、ドロスやバリの除去が容易となる。
【００４６】
図１は、本発明の効果を実証する実施例で採用したレーザー加工用（好ましくはメタルマスク用）オーステナイト系ステンレス鋼の製造工程の説明図である。
まず、溶解および鋳造されたオーステナイト系ステンレス鋼からなる鋳塊に熱間圧延を行って、例えば板厚が３.０ｍｍの熱延鋼帯とし、さらに、図１に第１中間焼鈍→第１中間圧延→第２中間焼鈍→第２中間圧延→最終焼鈍と示すように、冷間圧延及び焼鈍を少なくとも１回ずつ行って、目的とする板厚の冷間圧延オーステナイト系ステンレス鋼板を得る。通常、冷間圧延と焼鈍の繰り返しは２回〜３回程度行われる。最後の冷間圧延後の焼鈍が最終焼鈍であり、これは一般に光輝焼鈍（鋼板表面の酸化を防止するために不活性ガスまたは真空中で行われる焼鈍）により行われる。それより前の中間焼鈍は、大気中での連続焼鈍により行われ、焼鈍後に酸洗して表面のスケールを除去する。
【００４７】
調質圧延の前に行われる最後の冷間圧延（図１では第２中間圧延）における圧下率は３０％以上とすることが好ましい。これは、加工歪みの導入が焼鈍後の結晶粒微細化に寄与するからである。最後の冷間圧延での圧下率は好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上である。また、最後の冷間圧延後の最終焼鈍（調質圧延前の焼鈍）は、前記（１）式を満たす平均結晶粒径が得られるように設定した条件下で行う。具体的には、再結晶温度域前後の低い温度（オーステナイト系ステンレス鋼の場合、８００〜９５０℃）で２５〜７０秒の均熱により最終焼鈍を行うことが、粒成長を抑制できることから好ましい。焼鈍温度が８００℃より低いと未再結晶粒が混在し、成形加工時に割れ、加工性劣化の原因となる。一方、最終焼鈍温度が９５０℃を超えると、平均結晶粒径が上記（１）式を満たすことが困難となる。板厚が２５０μｍ（０.２５ｍｍ）の場合、最終焼鈍後の冷間圧延オーステナイト系ステンレス鋼は平均結晶粒径が１０μｍ以下にすることが好ましい。
【００４８】
こうして得られた冷延オーステナイト系ステンレス鋼板に、必要に応じて、２０％以上の圧下率で調質圧延を行って、板厚および硬さを調整する。調質圧延は冷間で行われる。調質圧延によって材料の強度が上昇し、メタルマスクとしての耐久性や使用時の耐キズ付き性が改善される。ステンレス鋼板の場合、材料表面の硬さはビッカース硬度で３００ＨＶ以上が好ましく、通常は３３０ＨＶ以上のものが使用されており、より好ましくは３６０ＨＶ以上の硬度が推奨される。このような観点から、調質圧延の伸び率は、２０％〜６０％程度が好ましい。調質圧延後の板厚は、例えば、１００〜４００μｍ（０.１〜０.４ｍｍ）とすることができる。本発明では、板厚が薄いほど、平均結晶粒径を小さくする必要がある。
【００４９】
調質圧延に使用するワークロールの表面粗度を調整することにより、圧延板の表面粗度をコントロールすることが可能である。メタルマスクとして使用する際には、スキージの滑り性やソルダーペースト等のメタルマスクへの付着・残存を防止する観点等から、素材の表面粗度は平滑であることが望ましい。調質圧延後の鋼板の表面粗度は、中心線表面粗さ（Ｒａ）で０.１６μｍ以下が好ましく、通常は０.１０μｍ以下である。Ｒａはより好ましくは０.０８μｍ以下である。
【００５０】
その後、必要に応じて、テンションレベラーによる形状矯正および歪取り焼鈍を行うか、あるいは形状矯正および歪取り焼鈍を目的とするテンションアンニーリングを行う。
歪取り焼鈍の温度が５００℃未満であると、歪が十分に除去されずレーザー加工時に反りが発生し易く、８２０℃超であると、転位が消失し始め、軟化が急速に進む。歪取り焼鈍の時間が５秒間未満であると、鋼板温度が設定温度に未達となり、１５０秒間超であると生産性が劣る。このため、歪とり焼鈍は、５００〜８２０℃で５〜１５０秒間の条件で行うことが望ましい。歪取り焼鈍はより好ましくは６００〜８２０℃で１０〜１５０秒間の条件で行われ、さらに好ましくは７００〜８２０℃で１０〜１５０秒間の条件で行われる。
【００５１】
調質圧延を行うと、鋼板内部の残留応力は、鋼板表面部で大きく、板圧中心部では小さくなる。しかし、表面と裏面との間で表面部分の残留応力がバランスすることにより、鋼板の平坦性は保たれる。ところが、レーザー加工を行う前にハーフエッチング（板の一部をエッチングして部分的に板厚を減らす処理；メタルマスクでは、プリントされるハンダ量の低減を目的として実施されることがある）を施す場合や、レーザー加工後のレーザー照射面と裏面の細孔径の差（細孔拡がり）が大きい場合のように、片面の表面部分の面積が他面と異なると、両面間の残留応力のバランスが崩れて、鋼板が反り易くなる。その場合には、歪取り焼鈍を行うことにより、内部残留応力を低減させることができ、鋼板の平坦性が改善される。従って、歪取り焼鈍は必須工程ではなく、必要に応じて行えばよい。
【００５２】
フェライト系ステンレス鋼板の場合もオーステナイト系ステンレス鋼板と同様に、調質圧延前の最終焼鈍を、再結晶温度域前後の低い温度（例えば７００〜８２０℃）で行うことによって粒成長を抑制し、目的とする細粒組織を有する鋼板を製造することができる。次に、このフェライト系ステンレス鋼板に圧下率で２０％以上の調質圧延を行って板厚および硬さを必要に応じ調整する。調質圧延後の板厚や表面粗度はオーステナイト系ステンレス鋼板と同様でよく、その後に歪取り焼鈍を行うことが望ましいのもオーステナイト系ステンレス鋼板の場合と同様である。
【００５３】
チタン板やチタン合金板の場合は、調質圧延前の最終焼鈍を再結晶温度域前後の低い温度（チタン板では５５０〜７００℃）で行うことによって粒成長を抑制し、目的とする細粒組織の金属板を製造することができる。次に、このチタン板に圧下率で２０％以上の調質圧延を行って板厚および硬さを必要に応じ調整する。調質圧延後の板厚と表面粗度は上記と同様である。その後、歪取り焼鈍を行うことが望ましいのも同様である。
【００５４】
以上の説明は、オーステナイト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼板、チタン板、およびチタン合金板を例にとったが、前記以外の金属板（例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼板、純ニッケル板、アルミニウム板、アルミニウム合金板）においても、同様の結晶粒が存在するため、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と細孔拡がりＷ（μｍ）との間にＷ＝２.２３・ｄ＋２.８５の関係が成り立つので、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが、下記（１）式：
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８    ・・・    （１）
を満足することによって、レーザー照射による狭い範囲への溶込みが可能となり、これにより、細孔の加工精度の向上を図ることができる。
【実施例】
【００５５】
本発明を実施例により具体的に説明する。
表１に示す化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、及びフェライト系ステンレス鋼Ｃを溶製してスラブとなし、通常の方法で熱間圧延を行った。オーステナイト系ステンレス鋼Ａ１、Ａ２はＳＵＳ３０１Ｌベースの鋼材であり、オーステナイト系ステンレス鋼Ｂ１、Ｂ２はＳＵＳ３０４であり、フェライト系ステンレス鋼ＣはＳＵＳ４３０である。得られた熱間圧延ステンレス鋼板に、焼鈍酸洗ラインにおいて焼鈍及び脱スケールを行った後に、冷間圧延及び焼鈍を２回繰り返し、最終冷間圧延率及び最終焼鈍温度を表３に記載の様に変化させ、１５０〜３００μｍ（０.１５〜０.３０ｍｍ）厚のステンレス鋼板を得た。【００５６】
別に、表２に示す化学組成を有するチタン材をＶＡＲ溶解し、通常の方法で鍛造及び熱間圧延を行った。得られた熱間圧延材を焼鈍酸洗ラインにおいて焼鈍及び脱スケールを行った後に、冷間圧延及び焼鈍を２回繰り返し、最終冷間圧延率及び最終焼鈍温度を表３に記載のように変化させ、２５０μｍ（０.２５ｍｍ）厚のチタン板を得た。【００５７】
【表１】
2012118113.tif 000003
【００５８】
【表２】
2012118113.tif 000004
【００５９】
最終焼鈍後の冷間圧延ステンレス鋼板またはチタン板に対して、表３に示す圧下率で調質圧延を実施した。調質圧延は２４０番研磨ロールを使用して行い、それにより表面粗さ（Ｒａ）が０.１２μｍ以下となった。【００６０】
さらに、一部のステンレス鋼板（表３の番号１、３〜６、８〜１４、１６〜１８、２０〜２２、２７〜３２、３４、３５）に対しては、張力０.２ＭＰａの条件で歪取り焼鈍を表３に示す温度および時間で行った。【００６１】
こうして製造された各金属板の平均結晶粒径を次のようにして求めた。最終焼鈍後の金属板の試験片を用いて、任意に選んだ５点の平均結晶粒径を前述した方法で測定し、その平均を結晶粒径として、表３に示した。調質圧延および歪取り焼鈍では、結晶粒界は実質的に保持されるので、歪取り焼鈍を実施した場合であっても、歪取り焼鈍後に得られた金属板の平均結晶粒径は、最終焼鈍後と実質的に同じと考えられる。【００６２】
製造された各金属板を用いてレーザー加工を行った。レーザー加工は、ＹＡＧレーザー（パルス発振形式）を、出力：１５ワット、スポット径：４０μｍ、アシストガス：酸素（７ｋｇ／ｃｍ2）の条件下で照射することにより行い、自動的にパターン画像を形成させた。【００６３】
各金属板に形成された細孔の細孔拡がり量（図２(Ａ)の［３ａ−３ｂ］の値）を測定した。細孔拡がり量は、各金属板について任意に選んだ５個所の細孔で測定し、その平均値を細孔広がり量とした。また、（細孔広がり量×板厚）×１００として細孔広がり率を算出した。【００６４】
一部のオーステナイト系ステンレス鋼板については、レーザー加工後の最大ドロス厚みと最大バリ高さ（図２(Ｂ)参照）およびハーフエッチング後の反り曲率を測定した。
最大ドロス厚みの測定には、レーザー加工を行ったステンレス鋼板を、細孔のほぼ中心を通るように切断した後、透明樹脂で埋め込んで作製した細孔断面試験片を用いた。この試験片の切断断面に、研磨後に１０％しゅう酸を用いて電解エッチングを施し、１０００倍の光学顕微鏡またはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によりドロス厚さを測定し、任意に選んだ１０か所の測定点の内、最大の厚みを最大ドロス高さとした。【００６５】
最大バリ高さの測定にも同様に樹脂を埋め込んだ細孔断面試験片を用いた。レーザー照射面とは反対側の面の細孔周縁部に形成されバリの高さを任意に１０点測定し、最大の高さを最大バリ高さとした。【００６６】
一方、ハーフエッチング後の反り曲率は、調質圧延後のステンレス鋼板から、幅がｔ×１２ｍｍ（ｔ：板厚）、長さが１００ｍｍの試験片を切り出し、片面および側面をマスキング後、露出している片面を化学エッチングすることにより板厚の１／２まで減肉した。エッチング後、試験片を定盤上に置き、片方の端部を定盤表面に押さえつけ、もう一方の端部と定盤との隙間Ａ（ｍｍ）を測定し、Ａ＝Ｌ（１−ｃｏｓ（θ））／θ（Ｌ：試験片長さ＝１００ｍｍ）から反り半径θを求め、反り曲率＝１／Ｒ（Ｒ：曲率半径（Ｒ＝Ｌ／θ））により反り曲率の値を求めた。【００６７】
ハーフエッチング前の試験片についても同様に反り曲率を求め、ハーフエッチング後の反り曲率の増加量ρを算出した。結果を次の基準で表３に示す。
反り曲率増加量ρの評価基準
優：        ρ≦０.００３０
良：        ０.００３１＞ρ≧０.０１００
不良：      ０.００１０＞ρ≧０.０５００
非常に不良：ρ＞０.０５００。【００６８】
【表３】
2012118113.tif 000005
【００６９】
表３に示す結果から明らかなように、板厚と金属板の種類に関係なく、発明例ではいずれも細孔拡がり率が１０％以下（すなわち、細孔拡がり量が板厚の１０％以下）という、細孔拡がりの少ない高精度の細孔をレーザー加工により形成することができた。また、レーザー加工後のドロス量やバリ高さも小さかった。さらに、ハーフエッチング時の反りも非常に小さかった。【００７０】
これに対し、金属板の材質を問わず、比較例では、最終焼鈍温度が高く、平均結晶粒径と板厚との関係が本発明を満足していないため、細孔拡がり量が板厚の１０％を越え、細孔精度が不芳となった。Ｎｏ.１０、Ｎｏ．１１及びＮｏ.１７は、Ｓ含有量が低いオーステナイト系ステンレス鋼板を例示する。そこに示すように、低Ｓではドロス厚みやバリ高さが大きくなる傾向がある。
【図１】
2012118113.tif 000006
【図２】
2012118113.tif 000007
【図３】
2012118113.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月4日(2012.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足することを特徴とする板厚ｔが４００μｍ以下のレーザー加工メタルマスク用金属板。
ｄ≦０．０４４８・ｔ−１．２８        ・・・・・・・（１）
【請求項２】
前記金属板がオーステナイト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼板、及びチタン板から選ばれる、請求項１に記載のレーザー加工メタルマスク用金属板。
【請求項３】
レーザー加工によって形成された細孔またはスリットからなるパターンを有する請求項１または２に記載のレーザー加工メタルマスク用金属板。
【請求項４】
平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足することを特徴とする板厚ｔが４００μｍ以下のレーザーメタルマスク。
ｄ≦０．０４４８・ｔ−１．２８        ・・・・・・・（１）
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼に熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を行ってオーステナイト系ステンレス鋼板とした後に、該オーステナイト系ステンレス鋼板に３０％以上の圧下率で最後の冷間圧延を行い、その後８００〜９５０℃で２５〜７０秒の焼鈍を行うことを特徴とするレーザー加工メタルマスク用オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記最後の冷間圧延とその後の焼鈍後に２０％以上の圧下率で調質圧延を行う、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記調質圧延の後に、５００〜８２０℃で５〜１５０秒間の歪とり焼鈍を行う、請求項６に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、レーザーにより精密加工されるメタルマスク等に使用するのに好適な、例えばレーザー加工用オーステナイト系ステンレス鋼板等のレーザー加工メタルマスク用金属板と、レーザー加工メタルマスク用ステンレス鋼板の製造方法とに関する。
背景技術
［０００２］
レーザーメタルマスク（ｌａｓｅｒ  ｃｕｔ  ｍｅｔａｌ  ｍａｓｋ）とは、金属板にレーザー光を照射することによって金属板の一部を溶解及び穿孔することによって加工された、微細な細孔（またはスリット）からなる所定のパターン画像を有する金属板である。これは主に、プリント配線板のような回路基板にソルダーペースト（クリーム半田）をスキージによりスクリーン印刷するのに使用されるが、導電性インキの印刷などの他の用途にも使用される。金属板としてはステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルなどの板が用いられる。メタルマスクの孔あけには、以前はエッチングが利用されてきたが、レーザー加工機の普及に伴い、より高精度の孔あけが可能なレーザーメタルマスクが多用されるようになってきた。
［０００３］
ステンレス鋼は、機械的強度や耐食性に優れることから、エッチング加工またはレーザー加工により製造されるメタルマスク用の金属板として広く用いられている。近年、レーザー加工機の高性能化に伴って、加工精度の向上だけではなく、短納期対応が可能になっており、ステンレス鋼からなるレーザーメタルマスクの需要がさらに高まっている。
［０００４］
レーザー加工機の技術進歩によってレーザーメタルマスクの細孔の加工精度の向上と熱によるゆがみ防止とが図られ、これによりレーザーメタルマスクの加工精度が向上してきた。
［０００５］
特許文献１には、レーザー光を照射して金属板に微細な細孔からなるパタ
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
［００１３］
本発明におけるレーザー加工は、スクリーン印刷に使用されるような微細な細孔を有するメタルマスクの製造に利用される金属板のレーザー加工を主な対象とする。
本発明者らは、金属板の結晶粒径をその板厚に依存してある限度以下に微細化することにより上記目的を達成できることを知見した。
［００１４］
本発明は、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板の厚さｔ（μｍ）とが下記（１）式：
ｄ≦０．０４４８・ｔ−１．２８    ・・・    （１）
を満足することを特徴とするレーザー加工メタルマスク用金属板、望ましくはオーステナイト系ステンレス鋼板である。
［００１５］
別の観点からは、本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼に熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を施してオーステナイト系ステンレス鋼板にし、このステンレス鋼板に圧下率で２０％以上の調質圧延を行い、必要に応じて、調質圧延後に５００〜８２０℃で２０〜１５０秒間の歪とり焼鈍を行うことを特徴とするレーザー加工メタルマスク用オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法である。調質圧延と歪取り焼鈍ではオーステナイト系ステンレス鋼板の平均結晶粒径は実質的に変化しないので、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を施して得られた冷延鋼板の平均結晶粒径が前記（１）式を満たすようにする。そのためには、冷間圧延（冷間圧延を２回以上行う場合には、調質圧延前の最終の冷間圧延）を３０％以上の圧下率で行い、焼鈍（同様に焼鈍を２回以上行う場合には調質圧延前の最終焼鈍）を８００〜９５０℃で２５〜７０秒の温度での均熱により行うことが好ましい。
［００１６］
本発明により、レーザーによる精密加工で製造されるレーザーメタルマスク等に使用するのに好適なレーザー加工用金属板、特に、高強度を有しかつ、加工精度の高い微細な細孔を得ることができるレーザー加工オーステナイト系ステンレス鋼板が提供される。
［００１７］
本発明に係るレーザー加工用金属板は、レーザー加工の加工精度が向上することによって、入熱を抑制する必要が低減されるので、レーザー加工の加
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月21日(2013.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足することを特徴とする板厚ｔが４００μｍ以下のレーザー加工メタルマスク用金属板。
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８        ・・・・・・・（１）
【請求項２】
前記金属板がオーステナイト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼板、及びチタン板から選ばれる、請求項１に記載のレーザー加工メタルマスク用金属板。
【請求項３】
レーザー加工によって形成された細孔またはスリットからなるパターンを有する請求項１または２に記載のレーザー加工メタルマスク用金属板。
【請求項４】
平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足することを特徴とする板厚ｔが４００μｍ以下のレーザーメタルマスク。
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８        ・・・・・・・（１）
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼に熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を行ってオーステナイト系ステンレス鋼板とした後に、該オーステナイト系ステンレス鋼板に３０％以上の圧下率で最後の冷間圧延を行い、その後８００〜９５０℃で２５〜７０秒の焼鈍を行うことを特徴とする、平均結晶粒径ｄ（μｍ）と、板厚ｔ（μｍ）とが下記（１）式を満足する板厚ｔが４００μｍ以下のレーザー加工メタルマスク用オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
ｄ≦０.０４４８・ｔ−１.２８        ・・・・・・・（１）
【請求項６】
前記最後の冷間圧延とその後の焼鈍後に２０％以上の圧下率で調質圧延を行う、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記調質圧延の後に、５００〜８２０℃で５〜１５０秒間の歪とり焼鈍を行う、請求項６に記載の方法。
【国際調査報告】
2012118113.tif 000009
2012118113.tif 000010
2012118113.tif 000011
2012118113.tif 000012