JP2007229943A - 多孔質シートの製造方法及びその製造方法により得られる多孔質シート - Google Patents

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Abstract

【課題】 表面平滑性及び通気性に優れ、かつ連続・長尺で製造可能な多孔質シートの製造方法及びその製造方法により得られる多孔質シートを提供する。
【解決手段】 本発明に係る多孔質シートの製造方法は、超高分子量ポリエチレン粒子を溶媒に分散させた分散液を作製する工程と、前記分散液をフィルム上に塗布して塗布層を形成する工程と、前記塗布層を焼成する工程と、前記塗布層に含まれる前記溶媒を除去する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、多孔質シートの製造方法及びその製造方法により得られる多孔質シートに関し、特に液晶用ガラス板、半導体ウェハ又は積層セラミックコンデンサーの製造等における吸着搬送、真空吸着固定等に適用可能な多孔質シートの製造方法及びその製造方法により得られる多孔質シートに関する。
例えば、誘電シートを積層して構成されるセラミックコンデンサー等の電子部品の場合、該誘電シートを吸引固定して搬送し、更に積層する部材の一つとして、吸着固定搬送用シートとしてのプラスティック多孔質シートが用いられる。
このような多孔質シートとして通気性、剛性、クッション性などを考慮して平均分子量50万以上の超高分子量ポリエチレン(以下「UHMWPE」という)からなる多孔質シートを使用することが提案されている。
UHMWPEからなる多孔質シートは、一般に、金型にUHMWPEを充填し、焼結する等して製造される。しかし、この方法はバッチでの生産であり、連続化、長尺化は不可能である。
そのため、我々はこれまでに長尺の多孔質シートを得る方法として、金型に充填したUHMWPE粉末を加熱された水蒸気を用いて焼結し、冷却後切削するという特徴的な方法を提案している(例えば、下記特許文献1参照)。
この方法で得られた多孔質シートは、長尺であるため多様な用途で使用することが可能であり、強度が高く通気性に優れているという特徴を持っている。
本方法で製造された多孔質シートは、表面粗さが2.0μm程度となる。これは、製造工程中に行う切削に起因するものである。また、例えば平均粒子径30μm以下の微細な粒子を用いて多孔質シートを製造する場合、ピンホールが発生したり、充填時及び成型後にクラックが形成される問題があり、成型が困難である。
従って、表面粗さの対策として、プラスティックフィルムと積層し、加熱して表面を平滑にする方法が提案されている(例えば、下記特許文献2及び3参照)。これらの方法を用いることで表面平滑性の向上を図ることが可能となった。しかし、昨今、更なる表面平滑性が求められている。
また、小径粒子を成型する方式として、プラスティック粒子を溶媒中に分散させた分散液をキャリアシートに塗布し、乾燥して塗膜を形成した後、粒子同士の接点を融着させ、キャリアシートから剥離することで多孔質シートを得る方法が開示されている(例えば、下記特許文献4参照)。
当該方法では、小径粒子をシート化することが可能であるが、切削によって製造した多孔質シートと比べ強度が低いという欠点を有する。また、その製法上、例えば1mmを越えるような厚手品を生産することも困難である。
更に、本方式では、粒子の融点と比較して、非常に低い沸点を有する溶媒を用いている為、粒子が溶融、焼結する際には溶媒は揮発している。この様な状態で焼結を行うと、粒子が流動して当初の形状である球形を保持できない。その結果、この様な方法で作製された多孔質シートの表面に於いては粒子が潰れて形状変形し、これにより表面での孔径が小さくなっている。その結果、通気性を阻害する要因となっている。
また、下記特許文献5には、粒子の融点と比較して高い沸点を有する溶媒にプラスティック粒子を分散させて、比較的強度の高いUHMWPEシート上に、粒子層を形成する方法が記載されている。この方法であれば高強度であり、かつ、孔径の小さなシートの作製が可能である。しかし、この方法はUHMWPEシートを支持層として使用することから、厚みを薄くすることが困難である。その為、通気性の高いシートを作製することは困難である。
特公平5−66855号 特開平09−174694号公報 特開2001−28390号公報 特開2001−172577号公報 特開2006−26981号公報
本発明は前記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、表面平滑性及び通気性に優れ、かつ連続・長尺で製造可能な多孔質シートの製造方法及びその製造方法により得られる多孔質シートを提供することにある。
本願発明者等は、前記目的を達成すべく、多孔質シートの製造方法及びその製造方法により得られる多孔質シートについて検討した。その結果、下記の構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
即ち、前記の課題を解決する為に、本発明に係る多孔質シートの製造方法は、超高分子量ポリエチレン粒子を溶媒に分散させた分散液を作製する工程と、前記分散液をフィルム上に塗布して塗布層を形成する工程と、前記塗布層を焼成する工程と、前記塗布層に含まれる前記溶媒を除去する工程とを有することを特徴とする。
前記の方法によれば、超高分子量ポリエチレン粒子の形状の大部分を維持し、かつ、隣接する粒子相互がその接触部位において熱融着すると共に、非接触部位を孔とするミクロ構造の多孔質シートが得られる。即ち、前記方法であると、超高分子量ポリエチレン粒子の形状が潰れず、その形状を維持した構造の多孔質シートが得られる。その結果、被吸着部材を吸着固定する吸着固定用シートとして、通気性に優れたものを製造することができる。また、前記構造の多孔質シートであると、被吸着部材との接触状態を面接触ではなく多点接触にするので、被吸着部材との有効接触面積を低減し、剥離性に優れものにできる。更に、被吸着部材が極めて厚みの薄いものであっても、剥離の際に破れやキズ等が発生するのを防止可能な多孔質シートの製造が可能になる。
また、本多孔質シートは、支持体等の無い単層構造でありながら高い強度を有するため、比較的厚みが薄くても吸着固定用シートとして十分な強度を備えている。厚みが薄いことは、高い通気性を持たせるためには非常に重要であり、吸着固定用シートとしてはより好ましい。尚、本方式であれば、比較的暑いシートの作製も可能である。
前記方法に於いては、前記超高分子量ポリエチレン粒子として、平均粒子径が100μm以下のものを使用することが好ましい。
これにより、表面平滑性を向上させた多孔質シートの製造が可能になる。即ち、例えば被吸着部材が柔軟性の大きいものであっても、該被吸着部材を吸引固定した際に、多孔質シートの表面状態が被吸着部材に形状転写されるのを防止できる。
前記溶媒として、前記超高分子量ポリエチレン粒子の融点よりも沸点が高く、かつ該超高分子量ポリエチレン粒子との相溶性が低いものを使用することが好ましい。
また、前記の課題を解決する為に、本発明に係る多孔質シートは、前記に記載の多孔質シートの製造方法により得られたものであって、表面粗さ(Ra)が0.5μm以下であることを特徴とする。
前記の構成によれば、表面粗さ(Ra)が0.5μm以下であるので、表面平滑性に優れている。さらに、超高分子量ポリエチレン粒子を含み構成される層なので、摩擦係数が低く、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れた多孔質シートとすることができる。更に、例えば、被吸着部材を吸引固定する際には、被吸着部材との接触状態を面接触ではなく多点接触にすることができる。これにより、被吸着部材と吸着面との有効接触面積を低減し、被吸着部材と多孔質シートとの剥離性及び通気性を向上させる。その結果、被吸着部材が極めて厚みの薄いものであっても、剥離の際に破れやキズ等が発生するのを防止できる。
また前記構成は、被吸着部材の吸引固定に用いられるものであることが好ましい。
本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。
即ち、本発明に係る多孔質シートの製造方法によれば、超高分子量ポリエチレン粒子の形状の大部分を維持し、かつ、隣接する粒子相互がその接触部位において熱融着すると共に、非接触部位を孔とするミクロ構造とすることができるので、剥離性、表面平滑性及び通気性に優れた多孔質シートの製造が可能になる。
先ず、本実施の形態に係る多孔質シートの製造方法について説明する。当該製造方法は、超高分子量ポリエチレン(以下、「UHMWPE」と言う)粒子を溶媒に分散させた分散液を作製する工程と、前記分散液をフィルム上に塗布して塗布層を形成する工程と、前記塗布層を焼成する工程と、前記塗布層に含まれる前記溶媒を除去する工程とを少なくとも有する。
まず、目的に応じたUHMWPE粒子を任意の溶媒に分散させる。本発明でUHMWPE粒子を使用するのは、当該UHMWPE粒子により得られる多孔質シートが、摩擦係数が低く、耐摩耗性及び耐衝撃性に優れたものにすることができ、かつ、低コストで製造できるからである。UHMWPEの分子量は、50万以上のものが好適であり、100万以上のものが耐摩耗性の観点から特に好適である。UHMWPEの具体例としては、例えば市販されているミペロン(商品名、三井化学社製)、ホスタレンGUR(商品名、ティコナ社製)等が挙げられる。尚、前記の分子量は、ASTMD4020(粘度法)による測定値を言う。
前記UHMWPE粒子の平均粒子径としては、用途等に応じて適宜設定することができる。但し、表面粗さを低下させる為には、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。これにより、多孔質シート自体の表面平滑性を向上させることができる。従って、例えば被吸着部材が柔軟性の大きいものであっても、該被吸着部材を吸引固定した際に、被吸着部材に多孔質シートの表面状態が形状転写されるのを防止できる。但し、平均粒子径が1μm以下であると、多孔質シートの形成の際に通気性が著しく低下することや、無孔化することがある。また、この無孔化を防止する為に、多孔質シート形成の際、加熱温度の制御も必要となって工程が煩雑化する。尚、UHMWPE粒子の平均粒子径は均一であるのが好ましい。多孔質シートの厚み及び孔径を均一にできるからである。平均粒子径は、コールターカウンター方式により測定した値である。
また、UHMWPE粒子の粒子形状は、用途等に応じて適宜設定することができる。例えば球状または略球状であると、多孔質シートはUHMWPE粒子が面内に配列した構造となるため、被吸着部材に対して面接触ではなく多点接触となる。その結果、接触面積を低減することができ、摩擦係数の極めて小さい多孔質シートが得られる。前記粒子形状は、球状または略球状の他にジャガイモ状、ブドウ状等も採用することができる。尚、UHMWPE粒子の粒子形状は均一であるのが好ましい。多孔質シートの厚み及び孔径を均一にできるからである。
前記溶媒としては特に限定されるものではないが、具体的には、例えばグリセリン、エチレングリコール、ポリエチレングリコール等が例示できる。また、溶媒は、沸点がUHMWPE粒子の融点以上であり、かつUHMWPE粒子との相溶性が低いものが好ましい。UHMWPE粒子の融点より低い沸点の溶媒であると、UHMWPE粒子の焼結時に該溶媒が蒸発し、焼結を気相中で行うことになる。気相中での焼結は、UHMWPE粒子を溶融させ流動を生じさせるので、形状変形が起こる。その結果、多孔質シートの表層部分が潰れ、被吸着部材との接触面積が増加し、摩擦係数が大きくなる。また、前記溶媒のUHMWPE粒子に対する相溶性が良好であると、UHMWPE粒子が膨潤し、粒子の形状変形が起こる。また、溶媒は、作業性の観点から所定の粘度、より具体的には、0.1〜20Pa・sの粘度を有するものが好ましい。当該粘度は、ブルックフィールド粘度計にて測定した値である。尚、測定の際の回転数は10rpmとした。
UHMWPE粒子と溶媒との混合割合は特に限定はされないが、UHMWPE粒子1に対して溶媒が約0.5〜10(体積比)の範囲内であることが好ましく、1〜3の範囲内であることがより好ましい。
また分散液には、界面活性剤を添加することができる。これにより、UHMWPE粒子の分散性を向上させることができる。更に、UHMWPE粒子と溶媒との配合の際に発生する気泡を防止することを目的として、分散液に消泡剤を添加したり、配合後に、例えば真空脱泡等の方法により脱泡したりしてもよい。
次に、分散液をフィルム上に塗布して塗布層を形成する。塗布は、粘ちょう物を塗布する場合に用いられる一般的な方法により行なうことができる。例えば、一般的な粘着剤を塗布する塗工機が挙げられ、塗工方式としてはダイ方式、コンマコーター、リバースコーター等が挙げられる。また、その簡易的な方式としては、アプリケーターやドクターブレード等の治具を用いた方式であってもよい。
塗布層の厚みは、使用目的や分散液に含まれるUHMWPE粒子の大きさにより適宜設定すればよい。但し、塗布層の焼結後の厚みが約10〜1000μmの範囲内であることが好ましく、約50〜500μmの範囲内であることがより好ましい。厚みが10μmより小さいと、UHMWPE粒子を面内に配列させることが困難な場合がある。その一方、1000μmよりも大きいと通気性が低下する場合がある。
前記フィルムとしては、耐熱性、表面平滑性に優れるものが好ましい。耐熱性の観点からフィルムを選択する場合、フィルムはUHMWPE粒子の材料に応じて適宜採用すればよい。より具体的には、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド等が好ましい。これらの材料からなるフィルムは耐熱性を十分に有しており、またそれらの表面は一般的に平滑だからである。また、表面平滑性の観点からフィルムを選択すると、UHMWPE粒子のうち支持体との接触部位を平坦化する際、該平坦面の平滑性が良好となる。その結果、被吸着部材を吸引固定する際に、該被吸着部材との密着性が向上する。
前記フィルムの表面には、分散液との親和性を高めるために親水化処理を施してもよい。親水化処理の方法としては、コロナ処理、プラズマ処理、親水性モノマーのグラフト処理等が例示できる。
次に、塗布層を所定の温度で加熱して焼成する。これにより、塗布層中のUHMWPE粒子の焼結を行う。焼成温度としては、例えば130〜200℃が好ましく、140〜180℃がより好ましい。また、焼成時間は、焼成温度等に応じて適宜設定すればよく、例えば約1分〜1時間である。前記のようにして焼結を行った後、塗布層の冷却をする。冷却の方法としては、焼結後、室温で放置する、冷却ロールに通過させる等の方法を採用できる。また、そのままの状態で直接抽出槽に投入する等して焼結から抽出までを連続的に行うことも可能である。
続いて、塗布層に含まれる溶媒の除去を行う。溶媒の除去は他の溶媒で抽出、乾燥させることにより行うことができる。抽出に用いる他の溶媒は、前記溶媒の種類に応じて適宜選択すればよい。具体的には、例えばエチルアルコール、メチルアルコール、イオン交換水等が挙げられる。また、これらの混合物を用いてもよい。また抽出は、例えば超音波等による加振下で、或いは加温して行ってもよい。これにより、前記溶媒の抽出を一層効率よく行うことができる。超音波等の振動を付与する場合、例えば、振動数10〜200kHzの超音波の加振を1〜10分間行うのが好ましい。また、加温の場合、例えば、30〜100℃の温度で1〜100分間行うのが好ましい。
この様な方法によって得られるUHMWPE粒子の多孔質シートは、前記したように隣接するUHMWPE粉末がその形状の大部分を維持すると共に粒子相互がその接触部位において熱融着してシート形状を呈し、且つ、粒子相互の非接触部位を孔とするミクロ構造を有している。この多孔質シートのミクロ構造は、例えば、多孔質シートを厚さ方向に沿って切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡で観察(倍率は適宜設定するが、通常約100〜1000倍である)することができる。
次に、本発明の製造方法により得られる多孔質シートについて説明する。多孔質シートは、例えば被吸着部材の吸引固定に用いることでき、UHMWPE粒子を含み構成されている。
多孔質シートの厚さは、用途等に応じて適宣に設定することができるが、0.1mm〜3.0mmの範囲内であることが好ましい。厚さが0.1mmより薄いと多孔質シートの機械的強度が低下し、使用時に破れる場合があり、また多孔質シートを積層治具等に取り付ける際の作業性も低下する恐れがある。その一方、厚さが3.0mmより厚いと多孔質シートの通気性が低下する。
又、多孔質シートの気孔率は、用途等に応じて適宣に設定することができるが、5〜50%の範囲内であることが好ましく、15〜40%の範囲内であることがより好ましい。気孔率が5%未満であると、通気性の低下や摩擦係数が上昇する傾向が見られる。その一方、50%を超えると、多孔質シートの機械的強度が低下するおそれがある。尚、気孔率は下記式(1)から算出される。
Figure 2007229943
本発明に係る多孔質シートは帯電防止の為に界面活性剤や導電性ポリマー等の帯電防止剤を含浸させても良い。その他に、カーボンブラックや導電性ポリマーを成型時に混合しておき、帯電防止性を付与しても良い。また、切削後のシート状で帯電防止剤を含浸させても良い。これにより、例えば半導体ウェハのダイシング工程において多孔質シートの帯電によるスパークを回避でき、スパークに起因するウェハの損傷を防止できる。また、塵やゴミが半導体ウェハ等の被加工物に付着することも防止できる。
多孔質シートの表面粗さ(Ra)は、0.5μm以下であることが好ましく、0.1〜0.4の範囲内であることがより好ましい。表面粗さが0.5μmを超えると、表面が粗くなり、被吸着部材が極めて薄い場合など被吸着部材にダメージを与える恐れがある。また、0.1μm未満では表面が平滑になり、被吸着部材を剥がす際の剥離性が低下する恐れがある。表面粗さ(Ra)が0.5μm以下であると、積層セラミックコンデンサー用グリーンシートの様に厚みが極めて薄く、剛性の小さい被吸着部材であっても、多孔質シートの孔の中に被吸着部材が潜り込むのを防ぐことができる。その結果、薄層の被吸着部材に凹凸や傷等の欠陥が生じるのを防止し、作業性も向上する。
また、多孔質シートは、UHMWPE粒子を含み構成される層であるので、被吸着部材を吸引固定する際には、被吸着部材に対して面接触ではなく多点接触とする。これにより、剥離性に優れ、被吸着部材が極めて厚みの薄いものであっても、剥離の際に破れやキズ等が発生するのを防止できる。加えて、被吸着部材の吸引・脱離に要する時間、即ち製造工程のタクト時間を低減できる。また、隣接するUHMWPE粒子同士は、接触している部分で融着(焼結)している箇所がある。
本実施の形態に係る多孔質シートは、被吸着部材を吸引固定して搬送した後に剥離する場合、できるだけ剥離性に優れるほうが好ましい。この剥離性を、一般的な粘着テープ(No.31、日東電工(株)製)における接着力により評価した場合、接着力が小さい程剥離性に優れる為、接着力が小さい方が良い。具体的には、接着力が2.0N/19mm以下であることが好ましく、1.5N/19mm以下であることがより好ましい。接着力が2.0N/19mmより大きいと、誘電シートを剥離した際、多孔質シートの表面に被吸着部材がそのまま残り、剥離の不具合が生じる恐れがある。また、この接着力は表面粗さが大きい程小さくなる傾向がある。この為、接着力が小さ過ぎると表面粗さが大きすぎて、被吸着部材の吸引固定時にキズ等が発生する。よって、かかる観点からは、接着力が0.3N/19mm以上であることが好ましい。
また、本実施の形態に係る多孔質シートは、被吸着部材を吸引する為のタクトタイムの問題から、通気性に優れる方が好ましい。具体的にはフラシジール試験機による通気性が0.3cm/cm・sec以上が好ましく、さらには1.0cm/cm・sec以上が好ましい。通気性が低下する場合、前述の通り被吸着部材の吸着固定に要するタクトタイムが長くなり、生産性が低下する恐れがある。
尚、本発明に係る多孔質シートは単体であっても良く、また孔径や強度、通気度等の異なる他の多孔質シートを複数積層する積層体であっても良い。この場合、他の多孔質シートは、多孔質シートの吸着面とは反対側の面に積層される。他の多孔質シートを多孔質シートに積層した場合には、良好な表面平滑性と共に、吸引固定搬送用として十分な強度を付与することができる。
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例に過ぎない。
(実施例1)
UHMWPE粉末(平均分子量200万、融点135℃、平均粒子径30μm、粒子形状:球状)を、グリセリン及び界面活性剤と混合し、分散液を調製した。分散液の固形分は、40体積%とした。続いてこの分散液を、PETフィルム(商品名;ルミラーS10、厚み100μm)上にアプリケータを用いて塗布した。塗布層の厚さ(溶媒を含む)は250μmとした。
PETフィルムに塗布層を形成した積層物を150℃にセットされた乾燥機に投入し、30分間静置した。その後、積層物を取り出して室温まで自然冷却した。さらに、PETフィルムを剥がし、エチルアルコールに浸漬して、分散溶媒を抽出した。このとき分散溶媒を効率よく抽出するために超音波による振動を与えた。超音波の振動数は38Hz、加振時間は10分間とした。その後、室温でエチルアルコールを揮発させ、本実施例に係る多孔質シートを作製した。
(比較例1)
実施例1で用いた分散溶媒としてのグリセリンをイオン交換水に替えたこと以外は、実施例1と同様にして、本比較例に係る多孔質シートを作製した。
(各種の測定及び評価)
以上のようにして作製した各多孔質シートについて、表面粗さ、厚み、通気性及び摩擦係数をそれぞれ測定し、SEM写真観察を行った。それらの結果を下記表1に示す。尚、測定方法及び測定条件は以下の通りである。
[表面粗さ]
各多孔質シートの表面粗さは、触針式表面粗さ計((株)東京精密、サーフコム550A)を用いて測定した。測定条件は、先端径R250μm、速度0.3mm/sec、測定長4mmとした。
[厚さ]
各多孔質シートの厚さは、1/1000マイクロメータを用いて測定した。
[通気性]
各多孔質シートの通気性は、フラジール試験機を用いて測定した。通気性は、各多孔質シート全体の厚み方向に対する値である。
[摩擦係数]
往復動摩擦試験機(バーデンレーベン式摩擦試験機)(オリエンテック(株)社製、AST−15B)によって、相手材としてポリエチレンテレフタレートフィルム(50μm)を用い、試験荷重200g、移動速度150mm/minの条件下での動摩擦係数を測定し、平均値を求めた。
[SEM写真観察]
多孔質シートの断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真により行った。測定条件は、倍率400倍、傾斜面15°とした。
Figure 2007229943
表1から明らかな様に、実施例1に係る多孔質シートについては、表面粗さ(Ra)が0.3μmと低い値を示し、表面平滑性に優れていることが確認された。また、多孔質シートの表面状態については、図1に示すSEM写真から明らかな様に、UHMWPE粒子は球状の形状を維持しており、通気性にも優れていることが確認された。その一方、比較例1に係る多孔質シートの場合、表面は平滑であったが、図2に示すSEM写真から明らかな様にUHMWPE粒子の表面が潰れ、通気性も低かった。
実施例1で得られた多孔質シートの断面の走査型電子顕微鏡写真である。 比較例1で得られた多孔質シートの断面の走査型電子顕微鏡写真である。

Claims (5)

  1. 超高分子量ポリエチレン粒子を溶媒に分散させた分散液を作製する工程と、
    前記分散液をフィルム上に塗布して塗布層を形成する工程と、
    前記塗布層を焼成する工程と、
    前記塗布層に含まれる前記溶媒を除去する工程とを有することを特徴とする多孔質シートの製造方法。
  2. 前記超高分子量ポリエチレン粒子として、平均粒子径が100μm以下のものを使用することを特徴とする請求項1に記載の多孔質シートの製造方法。
  3. 前記溶媒として、前記超高分子量ポリエチレン粒子の融点よりも沸点が高く、かつ該超高分子量ポリエチレン粒子との相溶性が低いものを使用することを特徴とする請求項1又は2に記載の多孔質シートの製造方法。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の多孔質シートの製造方法により得られたものであって、表面粗さ(Ra)が0.5μm以下であることを特徴とする多孔質シート。
  5. 被吸着部材の吸引固定に用いられるものであることを特徴とする請求項4に記載の多孔質シート。
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