(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚の３０〜７０％までＦｅ−Ｎｉ系合金素材をエッチングし、エッチング面の表面粗さを測定し、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される表面粗さを表す指標である算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下のものを、エッチング後にスジむらが発生しないシャドウマスク用素材として評価することを特徴とするシャドウマスク用素材のエッチング性評価方法。
【請求項２】
Ｎｉ：３０〜５０重量％，Ｃｒ：０．０１〜１．０重量％，Ｃ：０．０１５重量％以下，Ｓｉ：０．２重量％以下，Ｍｎ：０．５重量％以下，Ａｌ：０．０２重量％以下，Ｂ：０．００４０重量％以下の組成をもつＦｅ−Ｎｉ系合金であり、素材表面を板厚の３０〜７０％エッチングした面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される表面粗さの指標である算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下であることを特徴とするエッチング後にスジむらが発生しないシャドウマスク用素材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多数の電子ビーム通過孔をエッチングで穿孔したとき、スジむら発生の有無を判断するためのシャドウマスク用素材のエッチング性を評価する方法及びエッチング後にスジむらが発生しないシャドウマスク用素材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーテレビ用ブラウン管，ＯＡ機器のディスプレイ等の受像管には、多数の電子ビーム通過孔が形成されたシャドウマスクが組み込まれている。電子銃から射出された電子ビームは、特定の通過孔を通過し、各色調に応じてそれぞれの蛍光部にビームスポットを形成する。
シャドウマスク用素材としては、正確な電子ビーム通過孔が形成されるようにエッチング性に優れていることが要求され、従来から低炭素Ａｌキルド鋼が使用されている。しかし、シャドウマスクは、電子ビームの衝突によって加熱されて熱膨張する。このときの熱膨張が大きいと、電子ビーム通過孔の位置が変位し、電子ビームが所定の蛍光面に当らなくなるドーミング現象が発生する。
【０００３】
ドーミング現象は、カラーテレビ，ディスプレイ等の高精度化，高輝度化に伴って大きな問題となっている。ドーミング現象は低熱膨張特性をもった素材の使用によって抑制されることから、熱膨張率の小さなＦｅ−Ｎｉ系合金がシャドウマスク用材料として使用されるようになってきている。しかし、Ｆｅ−Ｎｉ系合金は、Ｎｉを多量に含んでいるため、低炭素Ａｌキルド鋼に比較して素材価格が高いことは勿論、低炭素Ａｌキルド鋼よりも大きな強度をもち、プレス成形性に劣る。また、ヤング率が低くシャドウマスクとしての剛性に欠け、エッチング速度が遅くエッチング穿孔性にも劣る等の欠点がある。
そこで、シャドウマスク用素材として要求される特性を満足するように、Ｆｅ−Ｎｉ系合金を改質する試みが種々提案されている。なかでも、ブラウン管の品質を低下させる大きな要因であるエッチング後のシャドウマスクに現れるスジむらについては、鋳造方法，熱間加工方法，均質化熱処理等によってＮｉや他の合金成分の成分偏析を解消することによってスジむらの発生を抑制することが検討されている。
【０００４】
たとえば、特開昭６０−５６０５３号公報では、スジむらの原因がＮｉの成分偏析にあり、偏析部と母材部とでエッチング性が異なることに起因してスジむらが発生するとの前提で、Ｎｉの成分偏析率を規制し、スジむらの発生を抑制することを紹介している。具体的には、Ｎｉがヒモ状に濃化した偏析部が素材中に存在するとして、ヒモ状偏析物の容積率及び長さを規制し、且つ偏析率を１０％以下に規制している。
特開昭６０−１２８２５３号公報では、１ヒート又は２ヒート以上で断面減少率４０％以上の鍛造を鋳塊に施すことにより、Ｎｉ偏析を解消している。特開平２−５４７４３号公報では、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ等の不純物元素の成分偏析及び鋳造時に生じる特定方位をもった柱状組織の残存がスジむらの主原因であるとし、等軸晶率が規制された連鋳スラブを９５０℃又は１１００℃以上の温度に１時間以上保持することによってスジむらを防止している。
特開平１−２５２７２５号公報でも、スジむらの支配的原因が成分偏析にあるとし、スラブ又は熱延コイルを特定条件下で均質化処理することにより、スジむらを軽減する方法を紹介している。具体的には、鋳片中のＮｉ濃度範囲に対する薄板製品中のＮｉ濃度範囲の比率をＮｉの偏析レベルとし、この数値が０．７以下であると実用上で問題ない程度までスジむらが抑制されるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｎｉや他の合金成分の成分偏析を解消することにより、スジむらの発生をある程度まで抑制できる。しかし、最近のカラーテレビ，ディスプレイの大型化や画像の高輝度化に対する要求は苛酷であり、この要求に応えるように、従来以上に孔径が小さな電子ビーム通過孔を高密度で穿孔し、孔と孔との間のピッチも細かくしたシャドウマスクが求められている。そのため、従来提案されている方法で製造される素材は、高品位が要求されるシャドウマスクとしての用途ではスジむらが十分に解消されているとはいえない。
また、偏析解消を目的とした種々の方法についても、目標となる偏析の解消程度について明確さを欠いているばかりでなく、素材の段階でどの程度の偏析が残存した場合にスジむらとなり、使用に適さなくなるのかについては未だ明確にされていない。
【０００６】
たとえば、前掲した特開昭６０−５６０５３号公報では、素材中の成分偏析を調査するためＸ線マイクロアナライザを用い、成分固有のＸ線強度から成分濃度を測定し、偏析域の成分濃度と平均成分濃度との差を平均成分濃度で除して百分率で表したときに１０％以下であること、且つ偏析物の長さが３０ｍｍ以下であることを規制している。また、特開平１−２５２７２５号公報では、同様にＸ線マイクロアナライザを用い、製造された薄板製品でのＮｉ濃度変動を鋳片の段階での濃度変動を除した値をＮｉの偏析レベルとし、その値が０．７以下であるときスジむら発生なしと判定している。
【０００７】
しかし、素材の成分偏析からスジむらの程度を評価することは、工業的に採用可能な評価手段とはいえない。すなわち、シャドウマスク用素材を製造する工程で、エッチング後に発生が予想されるスジむら不良を素材の段階でＸ線マイクロアナライザを用いて判断することは非能率的であり、エッチング性そのものの迅速且つ的確な評価方法ではない。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、シャドウマスク用素材の表面を板厚の３０〜７０％までエッチングした面における表面粗さとスジむら発生との間に密接な関係があることに着目し、シャドウマスク用素材のエッチング性を表面粗さから迅速且つ的確に予測することにより、シャドウマスクを高精度で十分に品質管理すると共に、その面における表面粗さを厳しく規制することにより、エッチング後にスジむら発生のない高品質のシャドウマスク用素材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のエッチング性評価方法は、その目的を達成するため、板厚の３０〜７０％までＦｅ−Ｎｉ系合金素材をエッチングし、エッチング面の表面粗さを測定し、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される表面粗さを表す指標である算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下のものを、エッチング後にスジむらが発生しないシャドウマスク用素材として評価することを特徴とする。
また、本発明のシャドウマスク用素材は、Ｎｉ：３０〜５０重量％，Ｃｒ：０．０１〜１．０重量％，Ｃ：０．０１５重量％以下，Ｓｉ：０．２重量％以下，Ｍｎ：０．５重量％以下，Ａｌ：０．０２重量％以下，Ｂ：０．００４０重量％以下の組成をもつＦｅ−Ｎｉ系合金であり、素材表面を板厚の３０〜７０％エッチングした面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される表面粗さの指標である算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
エッチング穿孔時のスジむらは、線状又は帯状の明暗の差として観察され、なかには３００ｍｍの長さに達するものもある。本発明者等は、シャドウマスクで発生するスジむらとエッチングにより表面に発生するスジむらとの対応について調査・研究した。その結果、素材の極表層をエッチングするだけではシャドウマスクに発生するスジむらとの対応関係が把握されなかったが、板厚の３０〜７０％までエッチング（以下、ハーフエッチングという）したとき、シャドウマスクに見られるスジむらと同様なスジむらが発生した。そして、このときのスジむら発生状況がシャドウマスクのスジむら発生状況と密接に関係していることを見い出した。
そこで、ハーフエッチング面におけるＮｉの分布状態をＸ線マイクロアナライザで定量マッピング分析した。その結果、図１に示すように、スジむらの発生状況と１対１に対応したＮｉ欠乏域１が圧延方向２に沿ってスジ状に分布することを突き止めた。Ｆｅに比較してＮｉはイオン化傾向が小さく、欠乏域１では正常部よりも多量のＦｅが存在することから、Ｎｉ欠乏域１では正常部よりも早く且つ多量の金属元素がエッチングにより素材表面から溶出していくと考えられる。すなわち、欠乏域１では周囲とエッチング速度が異なる欠乏域１では、エッチング面に凹凸の差が発生し、その表面の凹凸の差が光学的なムラとして観察されるものと推察した。
【００１０】
また、凹凸の差を精度良く測定することで、スジむらの程度を定量的に評価できる指標が得られるものと推察した。事実、スジむら改善のために種々の改良を施して作製した複数の素材について調査したところ、スジむらの程度と凹凸の差との間に密接な相関関係があることを見い出した。
以上の知見から、本発明者等は、ハーフエッチング面における凹凸の差が小さい素材を得るために、鋳塊の分塊条件，ソーキング条件等の種々の製造条件を検討し、得られた製品素材のハーフエッチング面における凹凸の差を表面粗さ計で測定した。その結果、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される表面粗さを表す指標である算術平均粗さＲaとスジむらレベルとの間に強い相関関係があることを見い出し、算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下であると肉眼でほとんど観察されない程度にまでスジむらが軽減されることを見い出した。
【００１１】
以下、本発明で使用するＦｅ−Ｎｉ系合金の成分，含有量等を説明する。
Ｎｉ：３０〜５０重量％
Ｆｅ−Ｎｉ系合金の熱膨張係数を低く維持する上で重要な合金成分である。Ｎｉ含有量は、低熱膨張係数を維持するために３０〜５０重量％の範囲に規制
される。
Ｃｒ：０．０１〜１．０重量％
Ｆｅ−Ｎｉ系合金のエッチング速度を増大させるために有効な合金成分であり、０．０１重量％以上の含有量でＣｒ添加の作用・効果が顕著になる。しかし、１．０重量％を超える多量のＣｒが含まれると、Ｆｅ−Ｎｉ系合金の熱膨
張係数が大きくなる。
Ｃ：０．０１５重量％以下
素材中に炭化物を形成し、エッチング性を損なう有害元素である。本発明においては炭化物起因の弊害を防止するため、Ｃ含有量の上限を０．０１５重量
％に設定した。
【００１２】
Ｓｉ：０．２重量％以下
脱酸剤として添加される元素であり、熱膨張係数を大きくし、エッチング性や黒化膜性を劣化させる傾向を示す。そのため、本発明においては、Ｓｉ含有
量の条件を０．２重量％に設定した。
Ｍｎ：０．５重量％以下
脱酸剤として有効な元素であるが、熱膨張係数を大きくする作用を呈する。
そのため、本発明では、Ｍｎ含有量の上限を０．５重量％に設定した。
Ａｌ：０．０２重量％以下
表面疵の発生等の原因となる硬質の介在物を形成し、表面品質を劣化させる悪影響を及ぼす。そのため、本発明では、Ａｌ含有量の上限を０．０２重量％
に設定した。
【００１３】
Ｂ：０．００４０重量％以下
エッチング速度を増加させる有効な合金成分である。しかし、０．００４０重量％を超えるＢが含まれると、軟化焼鈍後に焼鈍ムラが発生し易くなり、黒
化膜の生成ムラを助長する。
本発明が対象とするＦｅ−Ｎｉ系合金では、その他の不可避的不純物としてＳ，Ｐ，Ｏ，Ｎ等がある。これらの不可避的成分が合金中に含まれる量はそれぞれ０．０１０重量％以下であり、この程度の含有量であればシャドウマスク用素材としての性能に悪影響を及ぼさない。
【００１４】
ハーフエッチング面における算術平均粗さ（Ｒa）：０．６６μｍ以下
ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される表面粗さを表す指標である算術平均粗さＲaが大きいほど、エッチングされたシャドウマスク用素材の表面にスジむらが強く観察される。算術平均粗さＲａ が小さいほど、ハーフエッチング後の表面における凹凸の差が小さいことを意味し、結果として光学的なムラが観察されにくくなり、エッチングされたシャドウマスク用素材の表面でスジむらが抑制される。本発明者等の調査・研究によるとき、ハーフエッチングによりスジむらが肉眼でほとんど観察されず、高品位のシャドウマスク用として使用可能な素材を得るためには、ハーフエッチング面における算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下であればよいことが判った。
【００１５】
算術平均粗さＲaは、接触示針式の表面粗さ計を使用し、たとえば次の手順で測定される。比重１．４５，温度６０℃の塩化第二鉄溶液を用い、スプレー式のエッチング装置でＦｅ−Ｎｉ系合金素材をハーフエッチングする。次いで、任意の箇所で素材の腐食面について、先端の曲率半径２μｍ，開き角４５度のダイヤモンド製触針を用い圧延方向と直角に４ｍｍの長さを測定する。圧延方向に２０μｍづつ移動させてこの測定を繰り返し、４ｍｍ角の範囲における平均値を算術平均粗さＲaとして求める。
また、ハーフエッチング面における算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下のＦｅ−Ｎｉ合金素材を得るためには、再加熱を繰り返しながら分塊圧延し、熱間圧延後に焼鈍と冷間圧延を繰り返す方法（特願平８−４６６１６号）や、冷間圧延の途中で８５０〜１２００℃の中間焼鈍を施す方法（特開平８−２６０１０３号公報）等が採用される。
【００１６】
【実施例】
表１に示した組成をもつＦｅ−Ｎｉ系合金を溶製し、鋳型を用いて９トンのインゴットを鋳造し、ＩＭ材とした。また、連続鋳造によって１０トンのスラブを鋳造し、ＣＣ材とした。
【００１７】
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【００１８】
各鋳塊を表２に示す製造条件下で分塊，ソーキングした。
ＩＭ材では、分塊圧延、或いは更にソーキングを施した。ＣＣ材では、そのままソーキングを施した。次いで、各スラブの表面を手入れし、熱間圧延により板厚６ｍｍの熱延鋼帯を製造した。更に、１０００℃の焼鈍及び冷間圧延を数回繰り返し、最終的に板厚０．１２ｍｍの冷延鋼帯を得た。
比重１．４５，温度６０℃の塩化第二鉄溶液を用い、各冷延鋼帯から切り出された試験片を板厚の５０％までハーフエッチングし、ハーフエッチング面におけるスジむらの発生状況を観察した。スジむらが全く観察されなかったものを最高レベルＡ，スジむらがほとんど観察されず、これ以上であれば高品位シャドウマスク用素材として使用可能なものをレベルＢ，比較的多数のスジむらが観察されたものをレベルＣ，明瞭なスジむらが多数現出したものを最低レベルＤとする４段階でスジむら発生状況を評価した。また、試験片の任意の箇所でハーフエッチングした面を触針式の表面粗さ計で測定し、算術平均粗さＲaを求めた。
各試験片について、算術平均粗さＲa（単位μｍ）及びスジむらレベルを表２に併せ示す。また、算術平均粗さＲaとスジむらレベルとの関係を図２に示す。
【００１９】
0003623620.tif 000003
【００２０】
図２から、算術平均粗さＲaとスジむらレベルとの間に、強い相関関係があることが判る。すなわち、ハーフエッチング後の算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下であると、スジむらレベルがＢ以上となり、高品位が要求されるシャドウマスクに適した素材として使用できる。他方、算術平均粗さＲaが０．６６μｍを超えると、スジむらレベルがＣ又はＤになり、高品位シャドウマスク用素材としては不適当であった。
算術平均粗さＲaとスジむらレベルとの関係をＩＭ材についてみると、表２に示されているように、分塊圧延時に再加熱を施さない比較例７ではスジむらレベルがＤであった。これに対し、１回以上の再加熱を施した本発明例１，２では、算術平均粗さＲaが低減し、スジむらレベルがＢに改善されていた。これは、再加熱処理によってＮｉ偏析が解消され、その結果としてハーフエッチング後の算術平均粗さＲaも小さくなることを示唆している。しかし、１回の再加熱を施した比較例８のように均熱時間が不十分であると、十分な改善効果が発現せず、算術平均粗さＲaはあまり低減せず、結果としてハーフエッチング後にスジむらが発生した。
【００２１】
以上の結果及び他の製造結果から、分塊圧延時に十分な加熱時間で再加熱を２回以上施すことにより、算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下になり、スジむらの発生がほとんどないシャドウマスク用素材を得ることができた。なお、再加熱温度が高いほど、算術平均粗さＲaが低減した。
算術平均粗さＲaは、本発明例２と３との対比にみられるように、高温長時間の再加熱を２回施すことにより更に低減する。また、分塊圧延後のスラブを２４時間ソーキングした本発明例４にみられるように、算術平均粗さＲaが０．４０μｍと最も低い値を示した。算術平均粗さＲaの低い本発明例３，４は、何れもエッチング後にスジむらが全く観察されない最高レベルＡであった。
ＣＣ材についてみると、一般的にスラブをソーキングすることによりＮｉ偏析が解消されるといえる。しかし、比較例１０にみられるように均熱温度１１５０℃で２４時間ソーキングを施した場合、算術平均粗さＲaが０．６９μｍとなり、そのスジむらレベルはＣであった。他方、均熱温度を１２５０〜１３５０℃に設定した本発明例５，６では、算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下になり、スジむら発生のないシャドウマスク用素材を得ることができた。
【００２２】
以上のように、ＩＭ材及びＣＣ材の何れにおいても、シャドウマスク用素材のエッチング性をハーフエッチング後の素材表面における算術平均粗さＲaで評価できることが判った。また、ハーフエッチング後の素材表面における算術平均粗さＲaが０．６６μｍ以下となるように、分塊圧延条件，ソーキング条件等の製造条件を適正化するとき、本発明例１〜６にみられるように、スジむらレベルがＢ以上の高品位のシャドウマスク用素材が得られることが判った。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によるとき、シャドウマスク用素材のエッチング性を迅速且つ的確に評価でき、エッチング穿孔後にスジむらが発生せず、高精細な画像品位が要求されるカラーテレビ，ディスプレイ用等のブラウン管に適したシャドウマスク用素材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハーフエッチングされたＦｅ−Ｎｉ系合金素材の表面で観察されるＮｉ欠乏域の分布状態
【図２】ハーフエッチングされたＦｅ−Ｎｉ系合金素材の算術平均粗さＲａ  とエッチング後の素材表面に発生するスジむらとの間に密接な関係をあることを示すグラフ
【図１】
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【図２】
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