(57)【要約】【課題】熱膨張と共に地磁気に起因する電子ビームのドリフトによる色ずれを防止できるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系のシャドウマスク用低熱膨張合金を提供する。【解決手段】化学成分として質量％で、Ｎｉ：３０〜３４％、Ｃｏ：２〜６％を含有し、残部が実質的に鉄からなり、最大比透磁率が５×１０３以上であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金である。さらに、Ｍｎ：０．０１〜０．５％以下を含有し、不純物は、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金とすること、また、これらの発明において更に、板厚が０．３ｍｍ以下、最大比透磁率μｍａｘと板厚ｔ（ｍｍ）の積μｍａｘ×ｔが５×１０２以上、保磁力が６０Ａ／ｍ以下であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金とすることもできる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分として質量％で、Ｎｉ：３０〜３４％、Ｃｏ：２〜６％を含有し、残部が実質的に鉄からなり、最大比透磁率が５×１０３以上であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金。
【請求項２】
化学成分として質量％で、Ｎｉ：３０〜３４％、Ｃｏ：２〜６％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％以下を含有し、不純物は、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下であり、残部が実質的に鉄からなり、最大比透磁率が５×１０３以上であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金。
【請求項３】
板厚が０．３ｍｍ以下、最大比透磁率μｍａｘと板厚ｔ（ｍｍ）の積μｍａｘ×ｔが５×１０２以上、保磁力が６０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のシャドウマスク用低熱膨張合金。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３記載のシャドウマスク用低熱膨張合金をプレス成形および黒化処理することにより製造されたシャドウマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー表示装置のブラウン管のシャドウマスクに用いられるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーテレビ等のカラー表示装置のブラウン管は、蛍光面の所定位置に電子ビームが照射されるように、色選別用マスクが用いられる。この色選別用マスクの一種に、多数の小孔を設けた金属板をプレス成形して得られるシャドウマスクが使用されている。シャドウマスクは、電子銃と蛍光面の間に設置されており、極めて高い位置精度が求められている。
【０００３】
しかし、ブラウン管を長時間使用すると、シャドウマスクが電子ビームの照射により加熱されて、熱膨張による歪みが発生する。そのため、シャドウマスクを通過した電子ビームが蛍光面に対して所定位置からずれ、結果として画像の色ずれが生じる。そこでこの問題への対策として、従来から、ブラウン管のシャドウマスクには熱膨張係数の小さい、Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金等のＦｅ−Ｎｉ系合金が使用されてきた。
【０００４】
近年、カラー表示装置の高精細化と同時に高輝度化が求められており、これに伴い熱膨張による歪み量をより低減することへの要求が厳しさを増している。そのため、従来のＦｅ−Ｎｉ系合金よりも更に熱膨張係数の小さい合金が使用されつつある。
【０００５】
例えば、特開平６−５７３８３号公報（特許文献１）には、磁気特性、特に５０Ｈｚ以上の周波数帯域での透磁率を優れたものとし、この周波数帯域での迷走磁場遮蔽（シールド）を充分に行い得るシャドウマスク用Ｆｅ−Ｎｉ合金薄板およびＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金薄板が提案されている。この技術は、Ｎｉ：３０〜８％，Ｍｎ≦０．３５％，  Ｓｉ≦０．０５％，Ｃｒ≦０．０５％，Ｔｉ≦０．０２％，Ｍｏ≦０．０５％，Ｗ≦０．０５％，Ｎｂ≦０．０２％，Ｖ≦０．０５％，Ｃｕ≦０．０５％，Ｃｏ≦６％であって、〔Ｔｉ〕＋〔Ｃｒ〕＋〔Ａｌ〕＋〔Ｓｉ〕＋〔Ｍｏ〕＋〔Ｗ〕＋〔Ｎｂ〕＋〔Ｖ〕＋〔Ｃｕ〕≦０．２５％を含有するＦｅ−Ｎｉ合金およびＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であって、黒化処理後の合金板表面への｛３３１｝、｛２１０｝、｛２１１｝の結晶面の集積度が所定の値（表形式で表示）を満足し、かつビッカース硬度（Ｈｖ）  が１４０以下であるというものである。
【０００６】
また、特開平４−３５８０４２号公報（特許文献２）には、エッチング穿孔性、プレス成形性及び磁気特性に優れ、熱膨張係数が低いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金が提案されている。この技術は、Ｎｉを２８〜３４％、Ｃｏを２〜７％に、Ｓｉを０．１０％以下、Ｍｎを０．１〜１．０％に規制し、平均結晶粒径を３０μｍ以下にするというものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−５７３８３号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平４−３５８０４２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シャドウマスクに従来技術による熱膨張係数の著しく小さいＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を使用した場合、熱膨張に起因する色ずれは低減されるものの、別の要因による色ずれが問題となる場合が生じる。それは、地磁気に起因する電子ビームのドリフトによるもので、単に、熱膨張係数を低下させるだけでは解決できない。
【００１０】
特許文献１（特開平６−５７３８３号公報）記載の技術は、５０Ｈｚ以上の周波数帯域での透磁率の向上により、商用電力周波数およびその高調波に対する磁気遮蔽の効果を高めるというものであり、地磁気のような直流磁場に対する磁気遮蔽については記載されていない。透磁率については５０Ｈｚ〜３０ｋＨｚの周波数帯域での測定値しか記載されておらず、また、測定に用いている磁界の強さは５ｍＯｅであり、地磁気の数百ｍＯｅとは桁が違う。
【００１１】
特許文献２（特開平４−３５８０４２号公報）記載の技術は、磁気特性に優れたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金とは言うものの、主として熱膨張係数とエッチング穿孔性（エッチングファクター）について説明されており、磁気特性としては保持力が記載されているのみである。従って、この技術では、地磁気に起因する電子ビームのドリフトについては、解決することができない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点を解決し、熱膨張に起因する色ずれの低減と共に、地磁気に起因する電子ビームのドリフトによる色ずれを防止することのできるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系のシャドウマスク用低熱膨張合金を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。その発明は、化学成分として質量％で、Ｎｉ：３０〜３４％、Ｃｏ：２〜６％を含有し、残部が実質的に鉄からなり、最大比透磁率が５×１０３以上であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金である。
【００１４】
この発明において、さらに化学成分として質量％で、Ｍｎ：０．０１〜０．５％以下を含有し、不純物は、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金とすることもできる。
【００１５】
また、これらの発明において更に、板厚が０．３ｍｍ以下、最大比透磁率μｍａｘと板厚ｔ（ｍｍ）の積μｍａｘ×ｔが５×１０２以上、保磁力が６０Ａ／ｍ以下であることを特徴とするシャドウマスク用低熱膨張合金とすることもできる。
【００１６】
これらの発明は、エッチング穿孔されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のシャドウマスクについて、その磁気シールド性を詳細に検討した結果なされた。その結果、最大比透磁率の向上が、磁気シールド性の向上に必要であるという知見を得た。
【００１７】
まず、各成分の添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００１８】
Ｎｉ：３０〜３４％
Ｎｉは、Ｃｏと共に添加することにより顕著なインバー効果（低熱膨張特性）を発現させる元素である。Ｃｏを添加する場合、Ｎｉ量が３０％未満あるいは３４％超では、熱膨張係数が十分に低くならない。従って、Ｎｉ量を３０〜３４％の範囲内とする。
【００１９】
Ｃｏ：２〜６％
Ｃｏは、Ｎｉと共に添加することにより顕著な低熱膨張特性を発現させる元素である。Ｃｏ量が２％未満あるいは６％超では、熱膨張係数が十分に低くならない。従ってＣｏ量を２〜６％の範囲内とする。
【００２０】
Ｍｎ：  ０．０１〜０．５％以下
Ｍｎは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱間加工性を改善する元素であり、そのためには０．０１％以上添加する必要がある。一方、０．５％を超えると低熱膨張特性を阻害する。従って、Ｍｎ量を０．５％以下、好ましくは０．３％以下とする。
【００２１】
次に、不純物元素の限定理由について説明する。
【００２２】
Ｃ：０．０１％以下
Ｃは、シャドウマスクのエッチング加工性を阻害する元素であり、その含有量は低いほど好ましい。エッチング加工を比較的容易とするにはＣ量を０．０１％以下とする必要があり、好ましくは０．００５％以下とする。
【００２３】
Ｓｉ：０．１％以下
Ｓｉは、シャドウマスクのエッチング加工性を阻害する元素であり、その含有量は低いほど好ましい。エッチング加工を比較的容易とするにはＳｉ量を０．１％以下とする必要があり、好ましくは０．０７％以下とする。
【００２４】
Ｐ：０．０１％以下
Ｐは、シャドウマスクのエッチング加工性を阻害する元素であり、その含有量は低いほど好ましい。エッチング加工を比較的容易とするにはＰ量を０．０１％以下とする必要がある。
【００２５】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱間加工性を劣化させる元素であり、その含有量は低いほど好ましい。熱間加工を比較的容易とするにはＳ量を０．０１％以下とする必要があり、好ましくは０．００４％以下とする。
【００２６】
本発明の化学成分以外の項目については、次のようになる。
【００２７】
最大比透磁率：５×１０３以上
最大比透磁率は、エッチング加工されたシャドウマスクの磁気シールド性に大きな影響を及ぼす。後述のように、実際の使用時のシャドウマスクをシミュレートした試験結果から明らかなように、最大比透磁率を５×１０３以上とすることにより、シャドウマスクとしての良好な磁気シールド性を得ることが可能となる。
【００２８】
板厚：０．３ｍｍ以下
板厚は、エッチング処理による穿孔においては、薄い方が孔の間隔を狭くすることができるので、高精細化に有利となる。そのため、板厚は実用上０．３ｍｍ以下であることを必要とする。
【００２９】
最大比透磁率と板厚の積：５×１０２以上
地磁気のシールドにおいては、板厚が薄いほど高い最大比透磁率が求められる。検討の結果、磁気シールド性を確保するには、最大比透磁率と板厚の積を一定値以上とする必要がある。最大比透磁率μｍａｘと板厚ｔ（ｍｍ）の積μｍａｘ×ｔを５×１０２以上とすることにより、シャドウマスクとしての良好な磁気シールド性を得ることができる。
【００３０】
保磁力：６０Ａ／ｍ以下
ブラウン管の使用開始の際には、一般に消磁（デガウス）が行われるが、その際、保磁力が大きい場合は十分な消磁が行われず、シャドウマスクの残留磁化による色ずれが残ることがある。デガウス時に十分に消磁されるためには保磁力を６０Ａ／ｍ以下とする必要がある。
【００３１】
これらの発明の低熱膨張合金を用いたシャドウマスクの発明は、上記のシャドウマスク用低熱膨張合金をプレス成形および黒化処理することにより製造されたシャドウマスクである。
【００３２】
シャドウマスクの製造は、上記の発明の低熱膨張合金を材料としてエッチング処理し、軟化焼鈍およびプレス成形を行った後、黒化処理することにより可能である。ここで、材料の磁気特性はプレス成形による歪の影響を受けるが、この歪は黒化処理を行う際に除去される。その結果、後述のように、材料の磁気特性の劣化を考慮しても、シャドウマスクとしての磁気シールド性が大きく損なわれることはない。
【００３３】
【発明の実施の形態】
発明の実施に当たっては、前記成分組成で溶製し、造塊法または連続鋳造法によりスラブとする。スラブは、熱間圧延により熱延鋼板とする。この熱延板について、酸洗または研削により表面のスケールを除去した後、冷間圧延と回復焼鈍または再結晶焼鈍を複数回施して、薄板を得る。このようにして本発明のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金は製造される。
【００３４】
ブラウン管は、その内部を、シャドウマスク、フレーム、内部磁気シールドといった磁性体からなる部材で囲むことにより、電子ビームの走査空間を地磁気からシールドしている。磁気シールド性を向上させるためには、一般にシールド部材の軟磁気特性が優れていることが好ましい。しかし、特に高輝度、高精細が求められるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるシャドウマスクにおいては、孔（開口部の面積）が大きく磁気回路を形成し難い形状であり、板厚も磁気シールド材としては極端に薄い。そのため、磁気シールド性の評価が困難であり、従来、詳細に検討されたことはなかったと言える。
【００３５】
そこで、本発明のシャドウマスク用低熱膨張合金に関する詳細な検討結果について、次に説明する。Ｎｉ：３２．２％、Ｃｏ：４．８％を含有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を、真空溶製後、熱間圧延、冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍの鋼板とした。この鋼板から、軟磁気特性試験用にリング形状の試験片を採取し、５００〜１０００℃で軟化焼鈍を施した後、直流磁気特性を測定した。
【００３６】
磁気シールド性については、エッチング穿孔によりフラットマスクを作成し、５００〜１０００℃の軟化焼鈍、プレス成形、６００℃の黒化処理を施した試験材を用いて測定した。測定は、シャドウマスクを、図１に示す純鉄製の箱の開口部に取付けて、箱内部の磁場の強さをガウスメータで測定した。結果を図２に示す。図より、最大比透磁率が５０００以上の場合に、シャドウマスクの良好な磁気シールド性が得られることがわかる。
【００３７】
【実施例】
表１に示す化学成分を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を溶製し、仕上板厚２．１ｍｍに熱間圧延し、酸洗後、途中に軟化焼鈍を挟んで板厚０．０９〜０．１３ｍｍに冷間圧延した。これらの材料から、軟磁気特性試験用にリング形状の試験片を採取し、７００〜１０００℃で軟化焼鈍を施した後、直流磁気特性を測定した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
また、地磁気のシールド特性を測定するため、エッチング穿孔によりフラットマスクを作成し、７００〜１０００℃の軟化焼鈍、プレス成形、６００℃の黒化処理を施し、試験用のシャドウマスクとした。磁気シールド性の評価は、前述（図１）の磁気シールド性測定箱に、シャドウマスクを取付けた時の箱内部の磁場をガウスメータで測定し、シャドウマスクが無い場合に比べて磁場が３０％以上低減するものを良好（○印）とした。以上の測定結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
表より、板厚ｔ（ｍｍ）と最大比透磁率μｍａｘの積μｍａｘ×ｔが、本発明の範囲（５×１０２以上）を満足するサンプル２〜４，７，８は、優れた磁気シールド性が得られることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明は、エッチング穿孔されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のシャドウマスクについて、材料の最大比透磁率を規定することにより、磁気シールド性を向上させている。その結果、熱膨張に起因する色ずれの低減と共に、地磁気に起因する電子ビームのドリフトによる色ずれを防止することのできるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系のシャドウマスク用低熱膨張合金を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】シャドウマスクの磁気シールド性の測定方法を示す図。
【図２】シャドウマスクの磁気シールド性に及ぼす材料の最大比透磁率の影響を示す図。
【図１】
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【図２】
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