(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大孔径が１５０μｍ以下である複数の微細貫通孔を有し、該微細貫通孔から粒子が吐出される側とは反対の面に制御電極を配置した平板形状部位もしくは湾曲形状部位を有し、当該部位以外は平板形状のセラミック部材であって、
該制御電極が有する電荷の符号を切り換えることにより、一定の符号の電荷を有する粒子の該微細貫通孔からの吐出を制御するセラミック部材において、
該微細貫通孔が、該粒子が吐出される側の面に向かって拡がるテーパー形状を有し、且つ該セラミック部材が部分安定化ジルコニアからなり、その平均結晶粒径が２μｍ以下であることを特徴とする電極付きセラミック部材。
【請求項２】
該微細貫通孔の平均傾斜角が５度以上４５度以下である請求項１に記載の電極付きセラミック部材。
【請求項３】
該微細貫通孔を有する平板形状部位もしくは湾曲形状部位の、該粒子が吐出される側の面に、剛性板を接合配置し、該電極を他の面に配置するとともに、該湾曲形状部位が該粒子が吐出される側の面に向かって凸である請求項１に記載の電極付きセラミック部材。
【請求項４】
該剛性板が、該微細貫通孔を有する平板形状部位もしくは湾曲形状部位に、１２００〜１７００℃の温度で焼成により接合されている請求項３に記載の電極付きセラミック部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン流制御ヘッド、エンコーダ、スケール、高精度電界シャッターに用いられる電極付きセラミック部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の微細貫通孔を有するとともに、一方の面に電極を配置した平板形状のセラミック部材は、イオン流制御ヘッド、エンコーダ、スケール、高精度電界シャッター等の部品として、位置検知装置、記録装置等に用いられている。
【０００３】
このようなセラミック部材を、例えば、イオン流制御ヘッドの部品として使用する場合の例を図３に示す。図３において、７は一方の面に電極１を配置したセラミック部材で、電極１を配置した面と反対の側にイオン発生源５を配置し、電極１にイオン２の有する電荷と同符号の電荷を持たせることによりイオン２の微細貫通孔４からの吐出を抑え、一方電極１にイオン２の有する電荷と逆符号の電荷を持たせることによりイオン２の微細貫通孔４への吐出を促進させるというように、電極１の電荷の符号を切り換えることにより、イオン２の誘電体ドラム３への吐出を制御している。なお、９はセラミック部材７を支持する剛性板で、１０はイオン流制御ヘッド、１１はライン電極、１２はフィンガー電極である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のセラミック部材７は、微細貫通孔４の面積が、セラミック部材７の厚み方向のどの点においても一定であったため、粒子の通過抵抗が大きく、粒子の吐出性が悪く、又、微細貫通孔内壁部との衝突により粒子直進性が低下するという問題があった。
【０００５】
粒子の通過抵抗を小さくするには、セラミック部材の厚みを小さくすることも考えられるが、この場合には、生産方法が困難な工程になるとともに、セラミック部材の機械的強度が低下し、微細貫通孔を形成する際にセラミック部材が破損するという問題がある。
【０００６】
さらに、従来は、上記のセラミック部材７をイオン流制御ヘッドに用いた場合には、電極１を設けた面の側に誘電体ドラム３を配置していたため、誘電体ドラム３をセラミック部材７に密着させた場合には、誘電体ドラム３の回転に伴って、電極１が磨耗するという問題もあった。
【０００７】
従って、本発明は、機械的強度や良好な生産効率を維持しつつ、微細貫通孔からの荷電粒子の吐出性が向上したセラミック部材を提供することを目的とする。さらに、ドラムとセラミック部材とが密着している場合においても、電極の磨耗のおそれがない電極付きセラミック部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】
即ち、本発明によれば、最大孔径が１５０μｍ以下である複数の微細貫通孔を有し、微細貫通孔から粒子が吐出される側とは反対の面に制御電極を配置した平板形状部位もしくは湾曲形状部位を有し、当該部位以外は平板形状のセラミック部材であって、制御電極が有する電荷の符号を切り換えることにより、一定の符号の電荷を有する粒子の微細貫通孔からの吐出を制御するセラミック部材において、上記微細貫通孔が、粒子が吐出される側の面に向かって拡がるテーパー形状を有し、且つセラミック部材が部分安定化ジルコニアからなり、その平均結晶粒径が２μｍ以下である電極付きセラミック部材が提供される。
【０００９】
本発明のセラミック部材においては、微細貫通孔の平均傾斜角が５度以上４５度以下であることが好ましい。
ここで、微細貫通孔の平均傾斜角とは、
平均傾斜角＝ｔａｎ−１［（大円半径−小円半径）／基板厚み］
で表されるものである。
また、本発明のセラミック部材を誘電体ドラム、ゴムローラー等を有する製品に用いる場合には、微細貫通孔を有する平板形状部位部位もしくは湾曲形状部位の、粒子が吐出される側の面に、剛性板を接合配置し、電極を他の面に配置するとともに、湾曲形状部位が粒子が吐出される側の面に向かって凸であるように形成することが好ましい。この場合、剛性板は、微細貫通孔を有する平板形状部位もしくは湾曲形状部位に、１２００〜１７００℃の温度で焼成により接合されていることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック部材は、粒子が吐出される側の面に向かって拡がるテーパー形状の微細貫通孔を有するため、貫通孔の傾斜角が０度である従来のセラミック部材に比べ粒子の通過抵抗が小さく、粒子の吐出性を向上させることができる。なお、ここでいう粒子としては、液体、気体、イオン、光、固体等が対象となるが、特に固体に対しての効果が大きい。
【００１１】
本発明において、微細貫通孔の平均傾斜角が５度未満の場合は、吐出性を十分に向上させることができず、４５度を超える場合は、もはや吐出性の向上には寄与せず、却ってテーパー部分の機械的強度を弱めることになるからである。
【００１２】
なお、微細貫通孔の開口部の形状は特に限定されず、円形、楕円形、矩形若しくは多角形、又はこれらを組み合わせた形状とすることができる。又、開口部の孔径は最大が１５０μｍ以下であり、１０〜１５０μｍの範囲であることが好ましい。なお、３０〜１００μｍがさらに好ましい。微細貫通孔の開口部の孔径が１５０μｍより大きい場合には高密度化できないという問題があり、１０μｍより小さい場合には粒子の吐出が困難になるからである。ここで、孔径とは、微細貫通孔の形状が円の場合は直径を、楕円形の場合は長径の大きさを、矩形の場合は長辺の長さを、多角形の場合は最も長い対角線の長さをいう。
【００１３】
又、本発明のセラミック部材は１〜５０μｍの厚みを有することが好ましく、１０〜４０μｍの範囲がさらに望ましい。セラミック部材の厚みが１μｍ未満の場合は、機械的強度が小さくなり、微細貫通孔を形成する際に破損する等の不都合が生じるからである。一方、５０μｍを超える場合は、粒子の通過抵抗が大きく、又、微細貫通孔の通過時間に伴う応答性の劣化となるからである。
【００１４】
又、本発明のセラミック部材において、電極は誘電体ドラム等、微細貫通孔と密着性を要する面とは反対側の面に形成することが好ましい。セラミック部材を、例えば、電界シャッターやイオン流制御ヘッドに用いた場合には、ドラムの回転により、電極が磨耗するのを防ぐためである。
【００１５】
本発明のセラミック部材のセラミック部分の素材としては、アルミナ、完全安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア及びそれらの混合物等を用いることができるが、２〜６ｍｏｌ％、好ましくは２．５〜４．０ｍｏｌ％の酸化イットリウムを含有する部分安定化ジルコニアを主成分とすることが好ましく、その平均結晶粒径は２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であることが、セラミック部材の強度及び耐磨耗性を向上させる観点より好ましく、適度なヤング率を与える点でも好ましい。なお、上記の部分安定化ジルコニアに対して、３０重量％以下の助剤、例えば、アルミナ、シリカ、粘土、マグネシア、遷移金属酸化物を単独あるいは複数添加することも、ヤング率や焼結性の制御等の観点から、好ましく採用される。
【００１６】
本発明のセラミック部材は、例えば、以下のような方法にて製造される。
まず、セラミック粉末に適当なバインダ、可塑剤、分散剤、焼結助剤、有機溶媒等を配合して調製したスラリー又はペーストを用いて、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の公知の手法により、所定の厚みを有するセラミックグリーンシートを成形する。
【００１７】
次に、必要に応じて切断、切削、打ち抜き、微細貫通孔の形成等の加工を施して所定の形状及び寸法を有する成型物とする。なお、微細貫通孔は、金型／ＮＣパンチング、エキシマレーザ加工等により形成される。セラミック部材を剛性板にて支持する場合には、セラミック部材と剛性板とを加熱圧着等により接合した後に、微細貫通孔を形成してもよい。
【００１８】
上記成型物は、１２００〜１７００℃程度、好ましくは１３００〜１６００℃程度の温度で焼成するが、焼成後に反りが生じた場合は、平滑なセラミック製の重し等を載せて、焼成温度近傍の温度で再焼成することにより、反りを修正してもよい。また、上記成型物にスパッタリング法、印刷法、メッキ法等により電極を形成し、必要に応じ、フォトリソ法、エキシマレーザー加工法、エッチング法等によりパターン形成をする。
【００１９】
上記成型物においては、密着性の観点から、うねり、凸起といった形状はない方が好ましいが、ある場合においても、エッチング法、研磨法、研削法によって除去することが可能である。
【００２０】
図１に本発明のセラミック部材を用いたイオン流制御ヘッドの一例を示す。図１のイオン流制御ヘッド１０において、セラミック部材７の一方の側にはイオン発生源５が配置され、他方の側には剛性板９を介して誘電体ドラム３が配置されている。微細貫通孔４は、イオン発生源５を配置した側から誘電体ドラム３を配置した側へ向かって拡がった形状を有し、電極１は密着性を要する誘電体ドラム３とは反対側に形成されている。また、この例では、セラミック部材７は、図上、下方向に向かって湾曲した形状を有するセラミック部材を示している。
【００２１】
イオン流制御ヘッド１０においては、電極１にイオン２の有する電荷と同符号の電荷を持たせることによりイオン２の微細貫通孔４からの吐出を抑え、一方電極１にイオン２の有する電荷と逆符号の電荷を持たせることによりイオン２の微細貫通孔４への吐出を促進させるというように、電極１の電荷の符号を切り換えることにより、イオン２の誘電体ドラム３への吐出を制御する。
なお、剛性板９の厚さは、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。剛性板９の厚さが５０μｍ未満の場合は、イオン流制御ヘッド１０に十分な機械的強度を付与することができないからである。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）に本発明のセラミック部材を用いたイオン流制御ヘッドの他の例を示す。図２（ａ）及び（ｂ）のイオン流制御ヘッド１０において、セラミック部材７は、図１と同様に、その一方の面において剛性板９によって支持されており、イオン２を付着する誘電体ドラム３は剛性板９と同じ側に配置されている。又、電極１は誘電体ドラム３を配置した側と反対の面に形成されている。微細貫通孔４は、誘電体ドラム３を配置した側の方向へ、即ちイオン２が吐出される方向に向かって拡がった形状を有する。なお、この例では、平板形状のセラミック部材７を示している。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）  微細貫通孔が、粒子が吐出される側の面に向かって拡がるテーパー形状を有するセラミック部材を製造し、このセラミック部材を用いて図２（ａ）及び（ｂ）に示すイオン流制御ヘッドを構成した。
セラミック部材７の厚みは３０μｍとし、微細貫通孔４の開口部のうち、小さい方の孔径を７５μｍ、大きい方の孔径を８５μｍとした。微細貫通孔４の間隔は８０μｍとした。ここで、微細貫通孔の間隔とは、隣接する微細貫通孔間の、孔径が大きい開口部の縁の最短距離をいう。又、剛性板９は厚みが８０μｍのものを用い、セラミック部材７が２個の剛性板９によって支持される間の部分の幅は３．０ｍｍとした。セラミック部材及び剛性板の材質としては、酸化イットリウム３ｍｏｌ％で部分安定化されたジルコニアを主成分とし、助剤としてアルミナ０．３重量％を含有するセラミックスを用いた。この場合には、微細貫通孔４の傾斜角は、ｔａｎ−１｛（（８５−７５）／２）／３０｝＝９．５度となる。
【００２５】
このイオン流制御ヘッドを用いてイオン転写を行った結果、微細貫通孔をテーパー形状としなかった場合に比べ、粒子の吐出性が向上した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のセラミック部材は、微細貫通孔が、粒子が吐出される側の面に向かって拡がるテーパー形状を有するため、粒子の通過抵抗が小さく、粒子の吐出性の向上を通じて、上記セラミック部材を高精度電界シャッターやイオン流制御ヘッドに用いた場合の、転写不良という不都合を防止することができる。
【００２７】又、電極が、密着を要するドラム等とは反対側の面に形成されているため、上記セラミック部材をイオン流制御ヘッドや高精度電界シャッターに用いた場合において、ドラムとセラミック部材とが密着している場合でも、電極の磨耗のおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック部材を用いたイオン流制御ヘッドの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のセラミック部材を用いたイオン流制御ヘッドの他の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】従来のセラミック部材を用いたイオン流制御ヘッドの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…電極、２…イオン、３…誘電体ドラム、４…微細貫通孔、５…イオン発生源、７…セラミック部材、９…剛性板、１０…イオン流制御ヘッド、１１…ライン電極、１２…フィンガー電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003597018.tif 000004