JPH1095139A - セラミック部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドラム等との密着性が良好で、転写不良を防
止でき、かつドラム等との接触により破損するおそれの
ないセラミック部材を提供する。 【解決手段】 複数の微細貫通孔４を有する薄肉板１３
及び薄肉板１３を支持する剛性板９とから成るセラミッ
ク部材である。両端が剛性板９にて支持された薄肉板１
３の部分が頂点を結ぶ線１６が直線となるような剛性板
９への湾曲を有し、微細貫通孔４を湾曲部分１４の頂点
近傍に形成した。

Description

【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、高精度微細電界シャッタ
ーなどに用いられる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薄肉板を剛
性板にて支持して成るセラミック部材は、イオン流制御
ヘッド、エンコーダ、スケール及び高精度電界シャッタ
ーの部品として、位置検知装置、記録装置等に用いられ
ている。

【０００３】 上記応用製品において、上記の微細貫通
孔は、気体、液体、微粒子固体、光等を通過させたり、
通過させなかったりすることにより位置を検知又は記録
するため等に用いられる。

【０００４】 例えば、イオン流制御ヘッドの部品とし
て使用する場合には、図３に示すように、一方の面に電
極１を配置した上で、剛性板９が存在する側に誘電体ド
ラム６を設置し、他方の側にイオン発生源５を配置し、
電極１にイオン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、イオン２の有する電荷と異符号の電荷を持たせるこ
とによりイオンを吐出させる。

【０００５】 上記のいずれの用途に用いる場合におい
ても、ドラム３又は誘電体ドラム６が微細貫通孔の開口
部と密着することが、流体吐出性能、流体制御性又は転
写性という観点より好ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、従来
のセラミック部材を高精度電界シャッター等に用いた場
合には、剛性板９の存在が、ドラム等の微細貫通孔４へ
の接近の妨げとなり、ドラム等を開口部と密着させるこ
とができないという問題があった。又、薄肉板側からド
ラムを密着させる場合、電極配線がドラムに接触し、電
極が磨耗するという問題、及びイオン源と電極が離れる
事により、イオンへ効果的に電界がかからないという問
題もあった。

【０００７】 又、薄肉板１３の厚みは、粒子の通過抵
抗を小さくする観点及びドラム形状追従性という観点か
らは小さくすることが好ましいが、その場合は薄肉板１
３の強度が小さくなり、ドラム等を接近させた場合に薄
肉板１３が反対方向にたわみ、微細貫通孔との密着性が
低下したり、ドラム等と接触した場合に薄肉板１３が破
損するという問題があった。

【０００８】 従って、本発明は、ドラム等との密着性
が良好であり、かつドラム等との接触により破損するお
それのないセラミック部材を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、複数の微細貫通孔を有する薄肉板及び薄肉板を支持
する剛性板とから成るセラミック部材であって、両端が
剛性板にて支持された薄肉板の部分が、頂点を結ぶ線が
直線となるような剛性板方向への湾曲を有し、上記の微
細貫通孔を湾曲部分の頂点近傍に形成したセラミック部
材が提供される。

【００１０】 上記のセラミック部材において、薄肉板
の厚みは１μｍ以上、５０μｍ以下であり、剛性板の厚
みは５０μｍ以上であり、上記薄肉板の部分の該両端を
結ぶ直線と湾曲部分の頂点を結ぶ直線との距離が３μｍ
以上、剛性板の厚みの１０倍以下であることが好まし
い。

【００１１】 上記セラミック部材において、湾曲部分
の頂点近傍の表面粗さＲａは１μｍ以下であることが好
ましい。又、上記のセラミック部材において、湾曲部分
の頂点近傍の曲率を、湾曲部分の他の部分の曲率より小
さくすることが好ましい。

【００１２】 又、上記のセラミック部材は、剛性板が
矩形の窓部を有し、上記薄肉板がその四方を剛性板に支
持された状態で窓部を閉塞し、薄肉板の湾曲部分の両端
と剛性板の窓部の縁との間をつなぐ薄肉板の部分が剛性
板方向への湾曲を有するものであってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】 本発明のセラミック部材は、図
１に示すように、薄肉板１３の部分のうちその両端が剛
性板９にて支持された部分が、頂点を結ぶ線が直線とな
るような剛性板９方向への湾曲１４を有し、微細貫通孔
４が湾曲部分１４の頂点近傍に形成されている。

【００１４】 そのため、薄肉板１３にバネ性及び剛性
を付与することができ、薄肉板１３の厚みを小さくして
も、ドラム等を接近させた場合に薄肉板１３が反対方向
に逃げることなく、ドラムの形状に追随し、ドラム等を
微細貫通孔４の開口部に密着させることが可能となる。
又、ドラム等との接触による薄肉板１３の破損を防ぐこ
とができる。なぜなら、頂点近傍における変形が小さく
なるため、微細貫通孔からクラックが進展しないからで
ある。さらに、薄肉板１３がドラム等に対して突出する
ことになるため、剛性板９の存在が、ドラム等の微細貫
通孔４への接近の妨げとなることもない。

【００１５】 両端が剛性板により支持された薄肉板の
部分の幅は、剛性板及びドラムとの密着性、追従性の観
点より、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、２〜
５ｍｍであることがより好ましい。

【００１６】 本発明のセラミック部材において、薄肉
板の厚みは１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ま
しく、５μｍ以上、４０μｍ以下であることがより好ま
しい。１μｍ未満の場合は薄肉板の機械的強度が小さく
なり、破損しやすくなるからであり、５０μｍを超える
場合は、剛性は大きくなるものの、バネ性を付与できな
くなり、密着性が低下したり、粒子に対する通過抵抗が
大きくなるからである。又、薄肉板は複数の薄肉板より
構成されていても良いが、この時においても厚みは上記
条件を満たすものとする。

【００１７】 剛性板の厚みは５０μｍ以上５００μｍ
以下であることが好ましい。５０μｍ未満の場合はセラ
ミック部材の機械的強度が小さくなるからであり、５０
０μｍを超える場合は、装置への部材組付けが困難にな
る為である。なお、剛性板は単に部材の剛性を上げるだ
けでなく、その他の機能を有していても良い。

【００１８】 本発明のセラミック部材において、両端
が剛性板にて支持された薄肉板の部分の両端を結ぶ直線
と湾曲部分の頂点を結ぶ直線との距離（湾曲量）は３μ
ｍ以上、剛性板の厚みの１０倍以下であることが好まし
い。なお、図５に示すように、「両端が剛性板９にて支
持された薄肉板１３の部分の両端を結ぶ直線１５と湾曲
部分１４の頂点を結ぶ直線１６との距離」とは、両直線
１５、１６の間に、両直線と直角に交わるように引いた
線分１７の長さをいう。なお、線分が一様でない場合は
その最大値をいう。湾曲量が３μｍ未満の場合は、薄肉
板に十分な剛性及びバネ性を付与することができず、
又、剛性板の厚みの１０倍を超える場合は、湾曲部分の
曲率が大きくなりすぎ、又、剛性及びバネ性の大きさが
不適当となり、又、微細貫通孔の近傍への電極の形成が
困難となるからである。

【００１９】 なお、薄肉板の厚みｔｕ（μｍ）、湾曲
量Ｔ（μｍ）及び剛性板に両端が支持された薄肉板の部
分の幅Ｗ（μｍ）との間には、密着性を向上させる剛性
及びバネ性の観点から、下式： ０．０００３μｍ≦〔Ｔ（μｍ）×ｔｕ（μｍ）〕／Ｗ
（μｍ）≦１２５μｍ で示される関係があることが、適度なバネ性及び剛性の
関係より好ましい。

【００２０】 又、本発明のセラミック部材において
は、図６に示すように、湾曲部分１４の頂点近傍１８の
曲率を、湾曲部分１４の他の部分の曲率より小さくする
ことも好ましく採用される。それをより具体的に示した
のが、図１０のセラミック部材である。湾曲部分１４の
曲率を大きくすると薄肉板１３の剛性及びバネ性は大き
くなるが、その一方、微細貫通孔４を設ける位置が湾曲
部分１４の頂点を結ぶ直線から少しずれただけで、ドラ
ム等と開口部との密着性が急激に低下する。従って、湾
曲部分１４の頂点を結ぶ直線近傍１８において曲率を小
さくすることにより、微細貫通孔４の形成位置が多少ず
れた場合にも、密着性の大幅な低下を防ぐことができ、
他の部分の曲率を大きく保つことにより、薄肉板１３の
バネ性及び剛性を大きく保つことができる。なお、ここ
でいう曲率とは、図２に示すように、湾曲部分１４の上
記他の部分又は頂点近傍１８を円周の一部とする円を想
定した場合に、最も良く近似される円の曲率をいう。

【００２１】 表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）を、触
針５μｍＲ、カットオフ０．０８ｍｍの条件下、サーフ
コム（東京精密株式会社製）での測定において、１μｍ
以下とすることが好ましいが、０．２μｍ以下であるこ
とがより好ましい。表面粗さＲａを上記の範囲内とする
ことにより、密着性をさらに向上させることができる。

【００２２】 なお、図４に示すように、本発明のセラ
ミック部材は２以上の湾曲部分１４を有していてもよ
い。この場合は、各湾曲部分が上記の湾曲量等に対する
条件を満たすものとされる。

【００２３】 又、本発明のセラミック部材は、図９に
示すように、剛性板９に設けた矩形の窓部２１に、薄肉
板１３をその四方が剛性板９に支持された状態で窓部２
１を閉塞するように取り付けたものであって、かつ、
薄肉板１３の湾曲部分１４の両端２２と剛性板９の窓部
２１の縁２３との間をつなぐ薄肉板１３の部分２４が剛
性板９方向への湾曲２５を有するものであってもよい。
外周を剛性板で囲むことにより、ねじれ等の外力に対
し、強度を上げる事ができ、薄肉板の破損を防ぐことが
できる。

【００２４】 本発明のセラミック部材の素材には、特
に制限はないが、アルミナ、部分安定化ジルコニア、完
全安定化ジルコニア又はこれらの混合物等を用いること
ができるが、２〜６ｍｏｌ％、望ましくは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、望ましくは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
点及び適度なヤング率、可変形性を付与する観点より好
ましい。なお、本発明のセラミック部材における薄肉板
と剛性板は、主成分として同一のセラミック組成から構
成されていることが信頼性の点で望ましい。さらに、薄
肉板と剛性板が同時焼成一体化物であることが、信頼性
の点でより望ましい。

【００２５】 本発明のセラミック部材において、薄肉
板に設けられる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１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μ
ｍ以下であることがより好ましい。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
長径の長さを、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。

【００２６】 又、微細貫通孔の間隔は、１５０μｍ以
下であることが好ましく、８０μｍ以下であることがよ
り好ましい。ここで、微細貫通孔の間隔とは、隣接する
微細貫通孔間の開口部の縁の最短距離をいう。

【００２７】 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もちい
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
を有する薄肉板用及び剛性板用のセラミックグリーンシ
ートを成形する。

【００２８】 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。

【００２９】 薄肉板用の成型物と剛性板用の成型物と
を加熱圧着等により接合した後に、１２００〜１７００
℃程度、好ましくは１３００〜１６００℃程度の温度で
焼成し、その後、印刷、スパッタ若しくはフォトリソに
より電極形成を行う。湾曲部の形成は、剛性板及び薄肉
板の焼成過程における収縮率等を制御することにより形
成される。又、湾曲部の形成は、焼成前の積層物の状態
で湾曲形状を形成した後、焼成して得ることもできる。
なお、密着性の観点から局所的突起といった形状はない
方が好ましいが、あった場合においてはエッチング法、
研磨法、研削法等により除去することも好ましく採用さ
れる。

【００３０】 図８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８のイオン流制
御ヘッド１０において、セラミック部材７の電極１を配
置した側にはセラミック基板１９を介してイオン発生源
５が配置され、他方の側には誘電体ドラム６が配置され
ている。薄肉板１３は、剛性板９の方向へ湾曲し、その
湾曲部分１４の頂点近傍に微細貫通孔４が設けられてい
る。

【００３１】 なお、本発明のセラミック部材は、上記
のような構成を有するので、これをフィルター、スクリ
ーン（篩い）、濾過部材などに好ましく使用することが
できる。本発明のセラミック部材をフィルター、スクリ
ーン（篩い）、濾過部材に適用した場合の利点を以下に
示す。 (1)本発明の部材はセラミックからなるため、耐磨耗性
に優れる。 (2)微細貫通孔が形成された薄肉板の厚さを１〜５０μ
ｍと薄くしているため、濾過抵抗を小さくすることがで
きる。 (3)剛性板によって薄肉板を支持する構造であるため、
破損し難い。 (4)開口部（微細貫通孔）の密度を大きくすることがで
きるため、濾過面積効率を高くすることができる。 (5)薄肉板部が適度に湾曲しているため、濾過部分が薄
くても、濾過耐圧または逆洗耐圧の大きいものとするこ
とができる。すなわち、濾過対象たる粒子通過方向は、
湾曲部に対してどちらの場合もあり得るので、図１１に
示すように、例えば、Ｘ側からＹ側方向に濾過する場合
には、濾過耐圧を大きくすることができ、Ｙ側からＸ側
方向に濾過する場合には、逆洗耐圧を大きくすることが
できる。

【００３２】

【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。

【００３３】（実施例１） 薄肉板が剛性板方向への湾
曲を有し、微細貫通孔が湾曲部分の頂点近傍に形成され
ているセラミック部材を製造し、このセラミック部材を
用いてイオン流制御ヘッドを構成した。薄肉板の厚みは
３０μｍとし、剛性板の厚みは８０μｍとした。又、両
端が剛性板により支持された薄肉板の部分の幅は、３．
２ｍｍとした。微細貫通孔の孔径は７５μｍ、微細貫通
孔４の間隔は８０μｍとし、湾曲量は１０μｍとした。
さらに、湾曲部の頂点を結ぶ直線の近傍部分の曲率を湾
曲部の他の部分の曲率より小さくし、その部分の表面粗
さＲａを、触針５μｍＲ、カットオフ０．０８ｍｍの条
件下、サーフコム（東京精密株式会社製）での測定にお
いて、０．１μｍとした。なお、セラミック部材の材質
としては、部分安定化ジルコニアを主成分とするセラミ
ックスを用いた。

【００３４】 このイオン流制御ヘッドを用いて誘電体
ドラムへのイオン転写を行った結果、誘電体ドラムと微
細貫通孔の開口部との密着性が良好であり、薄肉部分を
湾曲させなかった場合に比べ、転写性のよい像が得られ
た。又、薄肉部分の破損も生じなかった。

【００３５】

【発明の効果】 本発明のセラミック部材は、両端の剛
性板にて支持された薄肉板の部分が、剛性板方向への湾
曲を有するため、湾曲部分の頂点を結ぶ線上に形成した
微細貫通孔とドラム等の密着性がよく、転写不良を防止
することができる。又、薄肉板に適当な剛性及びバネ性
を付与できるため、薄肉板の厚みを小さくした場合にお
いても、ドラム、ローラー等との接触により薄肉板が破
損することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のセラミック部材の一例を示す斜視図
である。

【図２】 本発明における曲率の概念を示す説明図であ
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。

【図４】 本発明のセラミック部材の他の例を示す斜視
図である。

【図５】 湾曲量の概念を示す説明図である。

【図６】 本発明のセラミック部材のさらに他の例を示
す斜視図である。

【図７】 本発明のセラミック部材を用いた電界シャッ
ター用ヘッドの一例を示す斜視図である。

【図８】 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斜視図である。

【図９】 本発明のセラミック部材の他の例を示す
（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’線断面図、及び（ｃ）Ｂ
−Ｂ’線断面図である。

【図１０】 本発明のセラミック部材の更に他の例を示
す斜視図である。

【図１１】 セラミック部材の湾曲部に対する濾過方向
を示す説明図である。

【符号の説明】

１…電極、２…固体粒子又はイオン、３…ドラム、４…
微細貫通孔、５…イオン発生源、６…誘電体ドラム、７
…セラミック部材、８…トナー吐出制御ヘッド、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、１３…薄肉板、１４…湾曲部
分、１５…両端が剛性板にて支持された薄肉板の部分の
両端を結ぶ直線、１６…湾曲部分の頂点を結ぶ直線、１
７…直線１５及び直線１６とが直角に交わる線分、１８
…湾曲部分の頂点を結ぶ直線近傍、１９…セラミック基
板、２１…窓部、２２…湾曲部分の両端、２３…窓部の
縁、２４…湾曲部分の両端と窓部の縁との間をつなぐ薄
肉板の部分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小口 貴司 長野県岡谷市湖畔１−18−11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の微細貫通孔を有する薄肉板及び該
   薄肉板を支持する剛性板とから成るセラミック部材であ
   って、 両端が該剛性板にて支持された該薄肉板の部分が、頂点
   を結ぶ線が直線となるような該剛性板方向への湾曲を有
   し、 該微細貫通孔を該湾曲部分の頂点近傍に形成したことを
   特徴とするセラミック部材。
2. 【請求項２】 該薄肉板の厚みが１μｍ以上、５０μｍ
   以下であり、該剛性板の厚みが５０μｍ以上であり、 該薄肉板の部分の該両端を結ぶ直線と該湾曲部分の頂点
   を結ぶ直線との距離が３μｍ以上、該剛性板の厚みの１
   ０倍以下である請求項１に記載のセラミック部材。
3. 【請求項３】 該湾曲部分の頂点近傍の曲率が、該湾曲
   部分の他の部分の曲率より小さい請求項１又は２に記載
   のセラミック部材。
4. 【請求項４】 該湾曲部分の頂点近傍の表面粗さＲａが
   １μｍ以下である請求項１〜３の何れかに記載のセラミ
   ック部材。
5. 【請求項５】 該剛性板が矩形の窓部を有し、該薄肉板
   がその四方を該剛性板に支持された状態で該窓部を閉塞
   し、 該薄肉板の湾曲部分の両端と該剛性板の窓部の縁との間
   をつなぐ該薄肉板の部分が該剛性板方向への湾曲を有す
   る請求項１〜４の何れかに記載のセラミック部材。