(57)【要約】  【課題】  表層部において導電性または半導電性を有しつつ、絶縁耐力が高いアルミナ質焼結体およびこれを備える静電偏向器を提供する。  【解決手段】  アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いアルミナ質焼結体である。アルミナ質焼結体からなる筒状基体と、筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備える静電偏向器である。【選択図】  図１
2015125896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における前記金属元素の含有量が、内部における前記金属元素の含有量よりも多いことを特徴とするアルミナ質焼結体。
【請求項２】
前記表層部における前記金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって多くなっていることを特徴とする請求項１に記載のアルミナ質焼結体。
【請求項３】
前記チタンおよび前記ニオブの少なくともいずれかを含む化合物からなり、円相当径が１μｍ以上20μｍ以下である結晶粒子が、前記表層部における１ｍｍ２当たりに10000個
以上50000個以下存在していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルミ
ナ質焼結体。
【請求項４】
表面における気孔の面積占有率が３％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアルミナ質焼結体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアルミナ質焼結体からなる筒状基体と、該筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備えることを特徴とする静電偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層部が導電性または半導電性を有しているアルミナ質焼結体と、このアルミナ質焼結体を備える静電偏向器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置に搭載される静電偏向器において、電子ビームの軌道の偏向に、セラミックス焼結体からなる円筒状基体が用いられている。そして、この円筒状基体の内周面には、一般的に、分極された複数の電極が間隔をあけて設けられ、これらの各電極に電圧を印加して磁場を発生させることにより、電子ビームの照射方向の制御が行なわれている。
【０００３】
このような構成において、露光の分解能を上げるために高い電圧を印加すると、各電極間でチャージアップ（帯電）するという問題があった。この問題を解決するため、電極の間隔を広げることが考えられるが、電極の間隔を広げれば、静電偏向器そのものが大型化するため、この静電偏向器を搭載した電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置も大型化し、装置の立ち上げや維持管理に時間が掛かったり、装置自体のコストが高くなったりするという問題が生じる。
【０００４】
そして、このような問題を解決して小型化を可能にすべく、本発明者らは、特許文献１において、筒状基体として、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、チタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が１ｍｍ以下となるように形成するとともに、10４〜10１０Ω・ｍの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が３ｋＶ/ｍｍ以上であるアルミナセラミック
スを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005−190853号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、昨今、静電偏向器に用いられる筒状基体を構成するセラミックス焼結体には、真空下における電圧印加時の絶縁耐力（絶縁破壊の強さ）が10ｋＶ／ｍｍ以上であることが要求されている。
【０００７】
本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、絶縁耐力が高いアルミナ質焼結体およびこれを備える静電偏向器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアルミナ質焼結体は、アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における前記金属元素の含有量が、内部における前記金属元素の含有量よりも多いことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の静電偏向器は、上記構成のアルミナ質焼結体からなる筒状基体と、該筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアルミナ質焼結体は、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いことにより、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有する。
【００１１】
また、本発明の静電偏向器は、本発明のアルミナ質焼結体からなる筒状基体と、筒状基体の内周面に沿って形成された複数の電極とを有することから、筒状基体の有する高い絶縁耐力により、高い信頼性を有しつつ、露光の分解能を上げることが可能となるとともに、電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置等の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の静電偏向器の一例を示す、（ａ）は長手方向に垂直な断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態の一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の静電偏向器の一例を示す、（ａ）は長手方向に垂直な断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【００１５】
図１に示す例の静電偏向器１は、本実施形態のアルミナ質焼結体からなる筒状基体２と、筒状基体２の内周側に設けられた複数の電極３とを備える。そして、図１の静電偏向器１においては、電極３の間に溝５が形成され、電圧印加用のコネクタとして外部から電圧を与えるピン４が筒状基体２の外周側から挿入されて電極３に接続されている例を示している。
【００１６】
そして、静電偏向器１においては、各電極３に電圧を印加して磁場を発生させることにより、電子ビームの照射方向を制御することができる。なお、電極３およびピン４は、非磁性の金属、例えば、ニッケル、銅、銀、金または白金からなるものである。
【００１７】
本実施形態のアルミナ質焼結体は、上述した静電偏向器１における筒状基体２のような用途に用いられるものであり、アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いものである。
【００１８】
このような構成を満たしていることにより、本実施形態のアルミナ質焼結体は、表層部においては、導電性または半導電性を有し、内部においては、表層部よりも絶縁性が高いものとなることから、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有する。
【００１９】
なお、本実施形態のアルミナ質焼結体において、主成分とは、焼結体の全構成成分100
質量％のうち、70質量％以上を超える成分のことであり、アルミナ質焼結体とは、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算したアルミナの含有量が、焼結体の全構成成分100質量％のうち70質量％
を超えるものである。なお、表層部と内部との構成成分が異なる場合、表層部、内部のそれぞれにおいて、アルミナの含有量の測定を行なって確認すればよい。
【００２０】
また、表層部とは、表面から１ｍｍ以内の領域のことを指し、内部とは、表層部を除く領域のことを指す。また、表面とは、個々のアルミナ質焼結体において、露出している面のことであり、図１に示すような構成の筒状基体２においては、内周面側の表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多ければよい。
【００２１】
そして、本実施形態のアルミナ質焼結体においては、表層部における金属元素の含有量は、表層部における全構成成分100質量％のうち、１質量％以上15質量％以下であること
が好適である。この範囲の含有量であれば、１×10１１Ω以上の表面抵抗率とすることができる。なお、表面抵抗率については、ＪＩＳ  Ｃ  2141−1992に準拠して求めればよい。
【００２２】
また、内部における金属元素の含有量については、表層部よりも少ないことが好適であり、具体的には、内部における全構成成分100質量％のうち、金属元素の含有量が0.1質量％以下であることが好適であり、内部における体積固有抵抗が10１２Ω・ｍ以上であることが好適である。なお、体積固有抵抗については、ＪＩＳ  Ｃ  2141−1992に準拠して求めればよい。さらに、本実施形態のアルミナ質焼結体における高い絶縁耐力は、ＪＩＳ  Ｃ  2141−1992に準拠した絶縁破壊の強さで確認することができる。
【００２３】
なお、アルミナ質焼結体の全体、表層部、内部におけるアルミナや金属元素の含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置を用いて、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂの含有量を求め、アルミナについては、ＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算し、ＴｉおよびＮｂは得られた測定値をそのまま含有量とすればよい。なお、アルミナ質焼結体全体における含有量を求めるときは、表層部および内部を含む焼結体を満遍なく粉砕した試料を用いればよく、表層部および内部であれば、表層部および内部に相当する領域から試料を採取して粉砕した試料を用いればよい。
【００２４】
また、本実施形態のアルミナ質焼結体は、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっていることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、導電性または半導電性を有する領域が少なくなることから、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、さらに高い絶縁耐力を有することとなる。また、内部側から表面側に向かって漸次金属元素の含有量が多くなっていることにより、熱負荷が繰り返し与えられた際に表面に掛かる応力が緩和されて、表層部における表面側にマイクロクラックが生じにくいことから、本実施形態のアルミナ質焼結体の表面に電極を形成する際に介することとなるメタライズ層が剥離しにくくなる。
【００２５】
ここで、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているか否かについては、表面に垂直な断面を観察面とし、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いたカラーマッピングにより確認することができる。ここで、カラーマッピングは、含有量の多い部分は暖色系の色（例えば、赤）で表示され、含有量の少ない部分は寒色系の色（例えば、青）で表示されるものであるため、内部側から表面側に向かって青→緑→黄→赤のいずれかの推移が確認されれば、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているということができる。
【００２６】
また、本実施形態のアルミナ質焼結体は、チタンおよびニオブの少なくともいずれかを含む化合物からなり、円相当径が1μｍ以上20μｍ以下である結晶粒子が、表層部におけ
る１ｍｍ２当たりに10000個以上50000個以下存在していることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、表面抵抗率のばらつきを少なくすることができるため、電子ビームの照射方向の制御を行ないやすくすることができる。
【００２７】
ここで、上記化合物としては、例えば、窒化チタン、チタン酸アルミニウム、窒化ニオブ、ニオブ酸アルミニウム、窒化チタンにニオブが固溶したもの、窒化ニオブにチタンが固溶したものなどが例示できる。
【００２８】
また、上記化合物は、表層部を測定面としてＸ線回折装置を用いて測定し、ＪＣＰＤＳ
カードと照合することによって同定すればよい。また、表層部を測定面とし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察されたアルミナの結晶粒子と異なる色調の結晶粒子に、ＳＥＭに付設のエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）を用いてＸ線を照射した際、例えば、窒化チタンであれば、窒素とチタンとが確認されることによって上記化合物が存在するとみなしてよい。
【００２９】
また、上記化合物からなり、円相当径が１μｍ以上20μｍ以下である結晶粒子の表層部における１ｍｍ２当たりの個数は、ＳＥＭで観察した画像から色調差を用いて解析して求めればよい。具体的には、表層部を測定面とし、200倍の倍率で表層部において化合物が
平均的に観察される部分を選択する。このときの観察領域としては、例えば、面積が0.27ｍｍ２（例えば、横方向の長さが0.64ｍｍ、縦方向の長さが0.43ｍｍ）である。そして、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件としては、粒子の明度を明、２値化の方法を手動、小図形除去面積を０μｍとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の1.28倍に設定して測定すればよい。
【００３０】
また、本実施形態のアルミナ質焼結体は、表面における気孔の面積占有率が３％以上10％以下であることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、上述した効果を有しつつ、表面において高いアンカー効果が得られるため、本実施形態のアルミナ質焼結体の表面に電極を形成する際に介することとなるメタライズ層が剥離しにくくなる。なお、図１に示す筒状基体２において、上述した表面とは、内周面のことである。
【００３１】
そして、気孔の面積占有率は、アルミナ質焼結体の表面を光学顕微鏡を用いて確認することができる。具体的には、まず、100倍の倍率で表面において気孔が平均的に観察され
る部分を選択する。このときの観察領域としては、例えば、面積が1.2ｍｍ２（横方向の
長さが1.238ｍｍ、縦方向の長さが0.909ｍｍ）である。そして、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件としては、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、小図形除去面積を５μｍとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.88倍に設定して測定することにより、観察した面積100％に占める気孔の面積占有率を求めることができる。
【００３２】
そして、本実施形態の静電偏向器１は、本実施形態のアルミナ質焼結体からなる筒状基体２と、筒状基体２の内周面に沿って形成された複数の電極３とを有することから、筒状基体２の有する高い絶縁耐力により、高い信頼性を有しつつ、露光の分解能を上げることが可能となるとともに、電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置等の小型化を図ることができる。
【００３３】
次に、本実施形態のアルミナ質焼結体の製造方法の一例について説明する。
【００３４】
まず、純度が99.9％以上の酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末とを所望量秤量して第１の１次原料とする。次に、この第１の１次原料と溶媒とを、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミルまたはアトライター等に入れて湿式で混合・粉砕してスラリーとする。なお、混合・粉砕は、粉末の累積体積50％となる粒径（Ｄ５０）が0.3μｍ以上1.0μm以下となるまで行なうことが好適である。
【００３５】
次に、成形助剤として、パラフィンワックス、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等のバインダを、１次原料100質量部に対して１質量部以
上10質量部以下の範囲で添加する。また、このとき、アセチレン系、カルボン酸系または
エステル系の分散剤を用いることが好適である。
【００３６】
次に、噴霧乾燥装置を用いてスラリーを噴霧乾燥させることにより造粒した第１の顆粒を得る。
【００３７】
また、純度が99.9％以上の酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末と、導電性付与材として酸化チタンおよび酸化ニオブの少なくともいずれかとを所望量秤量して第２の１次原料とする。そして、第１の１次原料から第１の顆粒を得た方法と同じ方法により、第２の１次原料から第２の顆粒を得る。
【００３８】
そして、第２の顆粒が第１の顆粒を覆うように、第１の顆粒および第２の顆粒を所望の成形型に順次充填し、一軸加圧法または冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を用いて加圧した後、切削加工を施すことにより所望形状の成形体を得る。なお、このときの成形圧力としては、80〜100ＭＰａの範囲であれば、成形体の密度の向上や顆粒の潰れ性の観点より好適
である。
【００３９】
そして、還元雰囲気中、1480℃以上1700℃以下で焼成することにより、本実施形態のアルミナ質焼結体を得ることができる。なお、還元雰囲気を形成するガスは、例えば、水素ガス、アルゴンガスまたはアームガス（水素および窒素の混合ガス）である。
【００４０】
また、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているアルミナ質焼結体を得るには、第１の顆粒のみを所望の成形型に充填し、上述した方法と同じ方法により、成形体を得る。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において仮焼する。このときの仮焼温度としては、1100℃以上1400℃以下である。
【００４１】
次に、金属元素としてチタン粉末およびニオブ粉末の少なくともいずれかを含む乳酸水溶液に仮焼体を５分以上15分以下浸漬する。この浸漬により、金属元素が仮焼体の表面から内部に向かって含浸されることとなり、仮焼体において金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなる。このような方法を用いることによって、複雑な形状であっても、容易に金属元素の含有量を、内部側から表面側に向かって漸次多くすることができ、金属元素を蒸着する場合のように剥がれるおそれがないため、信頼性を高めることができる。
【００４２】
ここで、表層部における金属元素の含有量を１質量％以上15質量％以下とするには、金属元素の粉末を第１の１次原料100質量部に対して４質量％以上60質量％以下含む乳酸水
溶液を用いればよく。浸漬時間を10分以下とすれば、内部における金属元素の含有量を0.1質量％以下とすることができる。
【００４３】
次に、浸漬後の仮焼体を、大気雰囲気中において100℃以上150℃以下で乾燥する。そして、乾燥した仮焼体を大気雰囲気中、300℃以上500℃以下で熱処理することによって、金属元素を酸化させる。そして、熱処理後の仮焼体を、還元雰囲気中において1480℃以上1700℃以下で焼成することにより、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているアルミナ質焼結体を得ることができる。
【００４４】
また、チタンおよびニオブの少なくともいずれかを含む化合物からなり、円相当径が１μｍ以上20μｍ以下である結晶粒子が、表層部における１ｍｍ２当たりに10000個以上50000個以下存在するアルミナ質焼体を得るには、上述した仮焼体の浸漬に、例えば、収率を考慮して、第１の１次原料100質量部に対してチタン（Ｔｉ）換算で0.6質量％以上22質量％以下含む乳酸水溶液である、示性式がＴｉ（ＯＨ）２［ＯＣＨ（ＣＨ３）ＣＯＯＨ］２として示されるチタンラクテートを用いればよい。なお、ニオブが上記示性式のチタンの
位置に置換固溶していても何ら差支えない。
【００４５】
また、表面における気孔の面積占有率が３％以上10％以下であるアルミナ質焼結体を得るには、焼成工程における降温速度を15℃／時間以上25℃／時間以下とすればよい。
【００４６】
そして、得られた焼結体の表面に必要に応じて研削したり、研磨したりしてもよい。例えば、研削であれば、両頭研削盤や平面研削盤等を用いればよく、研磨であれば、アルミナ製のラップ盤を用いればよい。表面からの脱粒を抑制するには、算術平均粗さ（Ｒａ）を0.98μｍ以下とすることが好適である。算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ  Ｂ  0601：2013（ＩＳＯ  4287：1997）に準拠して測定すればよい。
【００４７】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【実施例１】
【００４８】
まず、純度が99.9％以上の酸化アルミニウムの粉末99.5質量％と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末0.5質量％とを秤量して第１の１次原料とした。次に、この第１の１
次原料と溶媒とをバレルミルに入れて湿式で混合・粉砕してスラリーとした。なお、混合・粉砕した粉末の累積体積50％となる粒径（Ｄ５０）は0.65μｍであった。
【００４９】
次に、成形助剤として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を、１次原料100質量部に対して５質量部添加した。そして、噴霧乾燥装置
を用いてスラリーを噴霧乾燥させることにより造粒された第１の顆粒を得た。
【００５０】
次に、第１の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において1250℃で仮焼した。
【００５１】
次に、表１に示す金属元素の粉末を用いて、第１の１次原料100質量部に対して表１に
示す量を含む乳酸水溶液に仮焼体を10分浸漬した後、大気雰囲気中において130℃で乾燥
した。ここで、金属元素の粉末の粒径は、0.2μｍ以上0.6μｍ以下とした。そして、乾燥した仮焼体を大気雰囲気中において400℃で熱処理することによって、金属元素を酸化さ
せた。
【００５２】
そして、熱処理後の仮焼体を、アームガス雰囲気中において1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50ｍｍ×50ｍｍであって、厚みが10ｍｍの試料Ｎｏ．１〜３，６〜10，13〜17，20，21を得た。
【００５３】
また、純度が99.9％以上の酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末と、導電性付与剤として酸化チタンの粉末または酸化ニオブの粉末を所望量秤量して第２の１次原料とした。そして、第１の１次原料から第１の顆粒を得た方法と同じ方法により、第２の１次原料から第２の顆粒を得た。
【００５４】
次に、第２の顆粒が第１の顆粒を覆うように、第１の顆粒および第２の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、この成形体を、アームガス（水素および窒素の混合ガス）雰囲気中、1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50ｍｍ×50ｍｍであって、厚みが10ｍｍの試料Ｎｏ．４，11，18を得た。
【００５５】
また、表１に示す金属元素の含有量となるように、酸化チタンの粉末または酸化ニオブの粉末の量を異ならせたこと以外は、第２の顆粒を作製したときと同じ方法により、第３
の顆粒を得た。そして、第３の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50ｍｍ×50ｍｍであって、厚みが10ｍｍの試料Ｎｏ．５，12，19を得た。
【００５６】
そして、各試料の絶縁破壊の強さをＪＩＳ  Ｃ  2141−1992に準拠して求めた。なお、圧力が1.3×10−３Ｐａに維持された真空雰囲気中で、商用周波電圧を０から平均10秒〜20秒で絶縁破壊が起こるような一定の速さで上昇させて行なった。
【００５７】
また、各試料の表面抵抗率をＪＩＳ  Ｃ  2141−1992に準拠して求めた。各試料の絶縁破壊の強さおよび表面抵抗率のそれぞれの値を表１に示す。
【００５８】
また、内部、表層部における内部側、表層部における表面側から測定試料を採取し、金属元素の含有量をＩＣＰ発光分析装置を用いて測定した。なお、表層部における内部側の金属元素の含有量と、表層部における表面側の金属元素の含有量との平均を、表層部全体における金属元素の含有量とした。含有量を表１に示す。
【００５９】
次に、各試料につき、外形が30ｍｍであり、厚みが５ｍｍの円板状の試料を用意した。また、フェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ430）からなる、外径、内径および厚みがそれ
ぞれ60ｍｍ、26ｍｍ、５ｍｍである環状体を用意した。そして、銀、銅およびチタンからなり、その質量比率がそれぞれ68質量％、27質量％、５質量％であるろう材を用いて、各試料を環状体に接合して接合体とした。
【００６０】
なお、接合については、67Ｐａ以下の真空雰囲気とした後、キャリアガスとしてアルゴンガスを流した状態で、厚み方向から30ｋＰａの圧力を加え、800℃の温度で接合した。
また、昇温速度および冷却速度は、いずれも10℃／分とした。そして、接合体を用いて、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、室温ま
で降温するというサイクルを１サイクルとする熱サイクル試験を3000サイクル行なった。その後、接合面側の表層部における表面側が確認できる断面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて、500倍の倍率で観察し、マイクロクラックの有無を調べた。マイクロクラックが
観察された試料には「有」を、マイクロクラックが観察されなかった試料には「無」を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2015125896.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜４，６〜11，13〜18，20，21は、試料Ｎｏ.５，12
，19よりも絶縁破壊の強さが大きかった。また、試料Ｎｏ．１〜４，６〜11，13〜18，20，21は、表面抵抗率が0.5×10１１Ω以上であった。この結果より、アルミナを主成分と
し、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いことにより、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有するアルミナ質焼結体となることがわかった。
【００６３】
また、内部および表層部全体における金属元素の含有量が同じである試料Ｎｏ．３，４、試料Ｎｏ．10，11、試料Ｎｏ．17，18を比較すると、試料Ｎｏ．３，10，17は、熱サイクル試験においてマイクロクラックが観察されていないことから、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かっていることより、熱負荷が繰り返し与えられた際に、マイクロクラックを生じにくくなることがわかった。
【実施例２】
【００６４】
実施例１の試料Ｎｏ．３と同様の仮焼体を準備し、第１の１次原料100質量部に対して
チタン換算で表２に示す量を含む、示性式がＴｉ（ＯＨ）２［ＯＣＨ（ＣＨ３）ＣＯＯＨ］２として示されるチタンラクテートに10分浸漬した後、実施例１の試料Ｎｏ．３と同じ作製方法により、試料Ｎｏ．21〜25を得た。
【００６５】
そして、表層部を測定面とし、Ｘ線回折装置を用いて測定し、ＪＣＰＤＳカードと照合することによって、化合物の同定を行なった。
【００６６】
また、表層部を測定面とし、ＳＥＭを用いて200倍の倍率で表層部において化合物が平
均的に観察される部分を選択した。このときの観察領域の面積は0.27ｍｍ２（横方向の長さが0.64ｍｍ、縦方向の長さが0.43ｍｍ）であった。そして、画像解析ソフト「Ａ像くん
」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件を、粒子の明度を明、２値化の方法を手動、小図形除去面積を０μｍとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の1.28倍に設定して、円相当径が１μｍ以上20μｍ以下である結晶粒子の表層部における１ｍｍ２当たりの個数を求めた。
【００６７】
また、各試料において、測定箇所を異ならせて表面抵抗率をＪＩＳ  Ｃ  2141−1992に準拠して求め、ばらつきの大きさの小さいものから順位付けを行なった。結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
2015125896.tif 000004
【００６９】
表２に示すように、試料Ｎｏ．22〜24は、チタンを含む化合物からなり、円相当径が1
μｍ以上20μｍ以下である結晶粒子が、表層部における１ｍｍ２当たりに10000個以上50000個以下存在していることにより、表面抵抗率のばらつきを少なくできることがわかった。それゆえ、このような構成を満たしていれば、電子ビームの照射方向の制御を行ないやすくできることがわかった。なお、試料Ｎｏ．25は、表面抵抗率のばらつきが２番目に少ないものであったが、第１の１次原料100質量部に対するチタン換算での含有量が多いに
も関わらず、結晶粒子の個数は試料Ｎｏ．24と変わらず、一部に結晶粒子の凝集が見られたことから、表層部における１ｍｍ２当たりの結晶粒子の個数の上限は、50000個が好ま
しいことがわかった。
【実施例３】
【００７０】
実施例２の試料Ｎｏ．23と同様の熱処理後の仮焼体を準備し、焼成工程において表３に示す降温速度としたこと以外は、実施例１の試料Ｎｏ．３と同じ作製方法により、試料Ｎｏ．26〜30を得た。
【００７１】
そして、試料の表面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で表面において気
孔が平均的に観察される部分を選択した。このときの観察領域の面積は1.2ｍｍ２（横方
向の長さが1.238ｍｍ、縦方向の長さが0.909ｍｍ）であった。そして、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件を、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、小図形除去面積を５μｍとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.88倍に設定して測定することにより、観察した面積100％に占める気孔の面積占有率を求めた。
【００７２】
また、実施例１で示した方法と同じ方法で各試料の絶縁破壊の強さを測定した。
【００７３】
そして、白金およびチタンの各粉末との質量比率をそれぞれ96質量％、４質量％とし、バインダとしてエチルセルロース、有機溶媒としてテルピネオールを用い、ミキサーで混
合したペーストを用いて試料の一方の主面に塗布し、真空雰囲気中において1300℃で熱処理することによりメタライズ層を形成した。
【００７４】
そして、メタライズ層の引張試験を行ない、メタライズ層が剥離したときの単位面積当たりの引張強度を求めた。結果を表３に示す。
【００７５】
【表３】
2015125896.tif 000005
【００７６】
表３に示すように、試料Ｎｏ．27〜29は、絶縁破壊の強さが大きく、引張強度も高いものであった。そのため、表面における気孔の面積占有率が３％以上10％以下であることにより、絶縁耐力が高いという効果を有しつつ、本実施形態のアルミナ質焼結体の表面に電極を形成する際に介することとなるメタライズ層を剥離しにくくすることができ、信頼性を高いものとなることがわかった。
【符号の説明】
【００７７】
１：静電偏向器
２：筒状基体
３：電極
４：ピン
５：溝
【図１】
2015125896.tif 000006