(57)【要約】【課題】強度を確保するとともに、高い通気性を得る。【解決手段】真空吸引によって部品等を搬送あるいは固定する吸引治具における吸着面に用いられる吸着パッドを、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する空隙が形成された三次元網目構造をなすとともに、その空隙率が５０〜９５体積％の範囲に設定された多孔質焼結体から構成する。空隙の平均寸法を１０〜３００μｍの範囲に設定する。多孔質焼結体を超硬合金あるいはサーメットから構成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空吸引によって部品等を搬送あるいは固定する吸引治具の吸着面に用いられる吸着パッドであって、
微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する空隙が形成された三次元網目構造をなすとともに、その空隙率が５０〜９５体積％の範囲に設定された多孔質焼結体から構成されていることを特徴とする吸着パッド。
【請求項２】
請求項１に記載の吸着パッドにおいて、
前記空隙の平均寸法が１０〜３００μｍの範囲に設定されていることを特徴とする吸着パッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に吸着パッドにおいて、
前記多孔質焼結体が超硬合金あるいはサーメットからなることを特徴とする吸着パッド。
【請求項４】
真空吸引によって部品等を搬送あるいは固定する吸引治具の吸着面に、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の吸着パッドが用いられていることを特徴とする吸引治具。
【請求項５】
微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する空隙が形成された三次元網目構造をなすとともに、その空隙率が５０〜９５体積％の範囲に設定された超硬合金あるいはサーメットからなる多孔質焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子部品や粉末成形体のグリーンシートを真空吸引して搬送したり、シリコンウエハーを真空吸引で固定して研磨加工するための吸引治具の吸着面に用いられる吸着パッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の吸着パッドの一例としては、特開２００２−３８２０２号公報に開示されているような多孔質ステンレス焼結体や、直径０．１ｍｍ程度の貫通孔を有するとともに、吸引部を広くするため、吸着面にその貫通孔から溝が十字に延びるように形成されたダイヤモンド焼結体がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−３８２０２号公報には、１００〜９００μｍ程度のステンレス鋼の球状粉末と不規則形状粉末とを混合してプレス成形・焼結することによって多孔質ステンレス焼結体を製造する技術が開示されているが、このような多孔質ステンレス焼結体を吸着パッドとして用いる場合、ステンレスは比較的柔らかい材料であるため、長期間の使用時に耐摩耗性を確保することができず、寿命が短いという問題がある。
さらに、製造方法上、この多孔質ステンレス焼結体は、ステンレスの粉末同士が接合することでこれら粉末同士の間に空隙を有する多孔質の構造を維持している、つまり、空隙が三次元網目構造となっているので、高い空隙率のものを製造することができず、十分な通気性が得られない（高い吸引力が得られない）のであり、また、空隙の寸法を制御することが困難であるので、所望の特性を得ることができなかった。
【０００４】
一方、小径の貫通孔と溝とが形成されたダイヤモンド焼結体を吸着パッドとして用いる場合、耐摩耗性は確保できるものの、比較的大きな面積の吸着面が必要となると、素材であるダイヤモンド焼結体の費用が高くなり、かつ、難加工性材料であるダイヤモンド焼結体の加工コストがかさんでしまうので、貫通孔の直径や溝の形状には限界があった。
さらに、被吸着部品として、粉末の成形体であるグリーンシートのような軟物質が選択された場合には、吸着面に開口するように形成された貫通孔が０．１ｍｍ程度と大きくなると、被吸着部品の表面に凹凸などの変形を生じさせてしまうという問題もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような問題点を解決すべく種々検討した結果、図１に示すような、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する空隙が形成された三次元網目構造をなす多孔質焼結体によって吸着パッドを構成すればよいことを見い出した。
【０００６】
このような三次元網目構造をなす多孔質焼結体は、粉末冶金法による例えば超硬合金やサーメットなどの硬質材料の製造工程において、スラリー状混合原料に、結合剤、界面活性剤、発泡剤などを添加して発泡させて得られた三次元網目構造の多孔質成形体を焼結することで製造されるから、多孔質成形体の製造条件を適宜調整することによって、空隙率や空隙の寸法を容易に所望の値に設定できるようになっている。
【０００７】
そして、この多孔質焼結体を吸引治具における吸着パッドとして用いると、耐摩耗性に優れていることはもとより、中実の骨格を有するがゆえに高い強度を呈するので、高い空隙率を設定することが可能となって、通気性を十分に確保して高い吸引力を得ることができる。しかも、空隙の寸法を小さく設定すれば、セラミックスのグリーンシートのような軟物質を吸着するときであっても、その表面に凹凸を生じさせることがなくなるのである。
【０００８】
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、
真空吸引によって部品等を搬送あるいは固定する吸引治具の吸着面に用いられる吸着パッドであって、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する空隙が形成された三次元網目構造をなすとともに、その空隙率が５０〜９５体積％の範囲に設定された多孔質焼結体から構成されていることを特徴とするものである。また、前記空隙の平均寸法は１０〜３００μｍの範囲に設定されていることが好ましく、前記多孔質焼結体は超硬合金あるいはサーメットからなることが好ましい。
【０００９】
次に、本発明において、上記の空隙率が５０〜９５体積％の範囲に設定される理由と、上記の空隙の平均寸法が１０〜３００μｍの範囲に設定されることが好ましい理由と、上記の多孔質焼結体の材質が超硬合金あるいはサーメットであることが好ましい理由とを説明する。
（１）空隙率
空隙率は、強い吸引力を要する場合には高めに、グリーンシートのような軟物質からなる被吸着部品に変形などの悪影響を与えたくない場合には低めに設定するなど、用途に応じて適宜設定されるのであるが、この空隙率が５０体積％未満になると、通気性が部分的に不十分となって、十分な吸引力を確保することができなくなるおそれがあり、一方、空隙率が９５体積％を超えると、三次元網目構造を構成する骨格部分が少なくなりすぎて、その強度を確保できなくなるおそれがあることから、空隙率は５０〜９５体積％の範囲に設定されている。
なお、上述したようなおそれをより確実になくすためには、空隙率は６０〜８５体積％の範囲に設定されるのがより好ましい。
【００１０】
（２）空隙の平均寸法
空隙の寸法は、上記の空隙率と同様に、強い吸引力を要する場合には大きめに、グリーンシートのような軟物質からなる被吸着部品に変形などの悪影響を与えたくない場合には細かめに設定するなど、用途に応じて適宜設定されるのであるが、この空隙の平均寸法が１０μｍ未満になると、通気性の確保が部分的に困難となって、十分な吸引力を確保することができなくなったり、ほこり等によって目詰まりを起こしやすくなるおそれがあり、一方、空隙の平均寸法が３００μｍを越えて大きくなると、三次元網目構造を構成する骨格部分が少なくなりすぎて、その強度を確保することができなくなるおそれがあることから、空隙の平均寸法は１０〜３００μｍに設定されることが好ましい。
なお、上述したようなおそれをより確実になくすためには、空隙の平均寸法は３０〜１５０μｍの範囲に設定されるのがより好ましい。
【００１１】
（３）多孔質焼結体の材質
超硬合金やサーメットは、硬質材料の中でも耐摩耗性が高く、また、原料粉末（微細粒子）が細かいものが得られるので、発泡による成形時に空隙率、空隙の寸法を制御しやすいなどの理由から、これらの硬質材料が選択されている。
本発明の吸着パッド用の超硬合金の一例としては、炭化タングステン（ＷＣ）を主体とした硬質相をコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属で結合したものや、必要に応じて炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｏ２）、クロム（Ｃｒ）などを添加した従来より知られているものが挙げられ、本発明の吸着パッド用のサーメットの一例としては、ＴｉＣやＴｉＣＮを主体とし、必要に応じてＷＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃなどを含む硬質相をＮｉ、Ｃｏなどの金属で結合した従来より知られているものが挙げられる。
なお、吸引時に衝撃を受ける場合には、金属結合相量を多めにして靭性を高めたり、耐食性が問題になる場合には、ＮｉやＮｉ−Ｃｒ系結合相とするとよい。
【００１２】
また、本発明の吸着パッドを用いた吸引治具を製造するためには、得られた多孔質焼結体を通気用の孔を有する台金に、接着剤やろう材を用いて接合することになるが、吸着面が曲面の場合には、多孔質焼結体を研磨して曲面を形成してもよいし、多孔質成形体の一面をそれに合わせた形状に成形して焼結してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の吸着パッドを実施の形態により具体的に説明する。
まず、微細粒子として、平均粒径０．５μｍのＷＣ粉末、同１．５μｍのＴｉＣ０．５Ｎ０．５（以下ＴｉＣＮと表記）粉末、ＶＣ粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、Ｎｉ粉末、同２μｍのＷＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、同１．３μｍのＣｏ粉末、同１．６μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ固溶体粉末（ＴｉＣ／ＷＣ＝３／７質量比）、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ固溶体粉末（ＴａＣ／ＮｂＣ＝９／１質量比）を用意し、以下の表１に示す配合組成に配合してアルコール中でボールミルによる湿式混合を行った。
【００１４】
【表１】
2004059295.tif 000002
【００１５】
得られたスラリーを乾燥して混合粉とした後、蒸留水、水溶性樹脂結合剤として水溶性セルロース（ヒドロキシプロピルメチルセルロース）、界面活性剤（アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム）、可塑剤としてグリセリン、及び、発泡剤となる有機溶剤（非水溶性有機溶剤）としてヘキサンを添加して攪拌し、発泡用スラリーとした。この発泡用スラリーの組成を、混合粉重量を１００としたときの比率で表１に示した。
【００１６】
次に、発泡用スラリーを、ドクターブレード法によって厚さ３ｍｍのシート状に成形し、ヘキサンを気化して成形体を発泡させた後、これを乾燥させることにより、多孔質成形体を得た。
得られた多孔質成形体を、本発明吸着パッド１〜３及び比較吸着パッド１，２については、真空中１２８０〜１３３０゜Ｃの温度に、本発明吸着パッド４，５及び比較吸着パッド３については、１００Ｐａの窒素雰囲気中１３００〜１３５０゜Ｃの温度に、いずれも１時間保持して焼結した。
【００１７】
比較の目的で、ガスアトマイズ法によるＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の球状粉末（平均粒径３５０μｍ）と、水アトマイズ法によるＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の不規則形状粉末（平均粒径２００μｍ）とを用意して、それらを球状粉末／不規則形状粉末＝４／６の割合に配合して混合した後、０．５トン／ｃｍ２の圧力でプレス成形し、真空中１２００゜Ｃに１時間保持して焼結して、多孔質ステンレス焼結体（従来吸着パッド）を製造した。
【００１８】
これらの多孔質焼結体（本発明吸着パッド１〜５、比較吸着パッド１〜３、従来吸着パッド）について、その空隙率と空隙の平均寸法を測定した。空隙の平均寸法は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真上で２０個の空隙の寸法を測定して求めた。
また、吸引力を評価する目的で、真空ポンプに連結した配管先端に、直径２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの多孔質焼結体を設置して、直径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅板を吸引させ、これを引き剥がすのに要する力を測定した。
それらの結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
2004059295.tif 000003
【００２０】
表２に示されるように、本発明吸着パッド１〜５は、いずれも強度を損なうことなく、空隙率を高く設定するとともに空隙の平均寸法を大きく設定することが可能で、十分な通気性を確保して高い吸引力を得ることができていることが分かる。
これに対して、比較吸着パッド１，３では、空隙率が高すぎるとともに空隙の平均寸法が大きすぎたため、強度が不足して吸引力の測定が不可能となってしまい、比較吸着パッド２では、空隙率が低すぎるとともに空隙の平均寸法が小さすぎたため、十分な通気性を確保できず、吸引力が低くなってしまった。
また、従来吸着パッドでは、高い空隙率を設定することができなかったため、通気性が不十分であり、吸引力が低くなってしまった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、３次元網目構造をなす多孔質焼結体を吸着パッドとして用いているので、中実の骨格を有するがゆえに十分な強度を呈し、高い空隙率を設定することが可能となって、通気性を十分に確保して高い吸引力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超硬合金からなる連続した空隙を有する三次元網目構造をなす多孔質焼結体の一例（ＳＥＭ写真）である。
【図１】
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