JP3305053B2

JP3305053B2 - 帯電除去用部材

Info

Publication number: JP3305053B2
Application number: JP20838893A
Authority: JP
Inventors: 伸広篠原; 音次郎木田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JPH0745315A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は帯電したエレクトロニク
ス関連部品などを取り扱う際に起きている急速な放電に
よって部品が電気的に破壊される現象を防ぎ、部品の帯
電を除去するのに使用される帯電除去用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を始めとするエレクトロニク
ス関連部品の製造工程などにおいて、工程中で部品が実
帯電または誘電帯電によって電荷を帯びることがあり、
帯電した部品が電気抵抗が小さい金属などの導電性材料
と接触すると、電荷の急速な放電が起き、放電によって
部品が電気的に破壊（絶縁破壊など）されることが度々
あり、この放電による部品の破壊を防ぐことが重要な課
題となっている。

【０００３】導電性を有するセラミックスとしては、例
えば特公平４−５４６３０にアルミナに２族元素と３ａ
族元素を添加した導電性のセラミックスが、また、特公
平２−４３６９９にＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆの窒化物や
炭化物を窒化ケイ素に混入した、体積固有抵抗が小さく
放電加工が可能な窒化ケイ素の焼結体が開示されてい
る。帯電防止を目的とするセラミックスとしては、実公
平５−２３０３に金属製のピンセットの挟持部分に１０
²〜１０⁶Ω・ｃｍの体積固有抵抗を有する、チタニア
質、ジルコニア質、窒化ケイ素質または炭化ケイ素質セ
ラミックスを装着したものが開示されている。

【０００４】また、実開平２−１１４４４１には、加工
ないし物性測定用の部材を吸引するチャックで、吸着面
に体積固有抵抗が１０〜１０⁵Ω・ｃｍのセラミックス
を使用して帯電によりごみが付着するのを防いだチャッ
クが提案され、特公昭６１−４２４１８には、シリコン
ウエハと接触する面を高純度の炭化ケイ素（表面抵抗率
は通常１０³〜１０⁴Ω／ｃｍ²の範囲にある）で構成し
た被取り扱い物を汚さない吸引運搬具（吸引チャック）
が提案されている。

【０００５】しかし、これらの部材は、帯電除去に使用
する部材としては以下に述べる理由により信頼性が満足
なものではなかった。すなわち、部品などに帯電してい
る静電気の電圧が２０００Ｖを超える高いものとなって
いることが多くあり、放電が起きたときに部品が電気的
な破壊を受けないように保護するとともに、部品を破壊
することなく電荷を除去するには１０⁵Ω・ｃｍ以下の
レベルの体積固有抵抗では不充分であることが分かっ
た。

【０００６】帯電を除去するための材料の電気抵抗の表
示方法としては、その特性の利用形態から表面抵抗率で
表すのが適当と考えられるが、現在統一した表現は採用
されていない。均質な素材の場合、表面抵抗率と体積固
有抵抗の関係は、測定値が一桁違う場合もあるが大抵の
場合は概ね一致する。これらの知見から、帯電除去の目
的に適した表面抵抗率は１０⁶〜１０¹⁰Ω／ｃｍ²程度と
考えられるが、単一の組成からなる素材ではこの範囲の
表面抵抗率を示す適当な素材は見当たらない。

【０００７】他方、プラスチックスにカーボン粉末を練
り込んだ帯電除去用の床材なども実用に供されている
が、プラスチックスは強い洗浄処理を行うと劣化しやす
く、摩耗すれば塵を放出し、被取り扱い物に触れると被
取り扱い物が塵で汚されるおそれがある。他方、セラミ
ックスは一般に化学的に安定であり、耐熱性と耐食性に
優れ、硬くて摩耗しにくいなどの長所があるので、汚れ
を嫌う被取り扱い物と直接接触する部材として好ましい
材料である。

【０００８】しかし、セラミックスは脆性材料であって
破損しやすく、所要の形状に加工するのにダイヤモンド
砥石による研削加工を必要とするなど、製品としての仕
上げ加工に手間とコストがかかるという欠点がある。

【０００９】また、帯電除去用セラミックスを帯電除去
用部材として使用するには、帯電除去用セラミックスを
アースに接続した導電材と電気的に接続する必要がある
が、帯電除去用セラミックスの表面抵抗率が１０⁶Ω／
ｃｍ²以上と大きいような場合、導電線などの導電材を
帯電除去用セラミックスに単に接触させるだけでは接触
抵抗が大きくかつ不安定であり、帯電除去用部材として
使用するときに帯電した部品の静電気の除去を確実に行
うことができないという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来技術を背景とし、帯電した静電気の急速な放電により
破壊を受けやすい被取り扱い物を扱う装置において、帯
電除去用部材を直接被取り扱い物に接触させることによ
り部品を放電破壊させることなく帯電した静電気を確
実、かつ速やかに除去できる使いやすい帯電除去用部材
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を達
成すべくなされたものであり、本発明の帯電除去用部材
は、表面抵抗率が２×１０⁶〜１０¹⁰Ω／ｃｍ²の範囲に
ある帯電除去用セラミックスとアース線に接続された導
電材とからなり、帯電除去用セラミックスと導電材が面
で接触または接合されて電気的に接続され、かつ帯電除
去用セラミックスがアルミナを主成分とするマトリック
ス中に炭化チタン、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウ
ム、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、窒化ニオブ、炭
化ニオブ、窒化タンタルおよび炭化タンタルからなる群
から選ばれる１種以上の導電性化合物を含み、その相対
密度が９０％以上の焼結体であることを特徴とする。本
発明の別の帯電除去用部材は、表面抵抗率が２×１０⁶
〜９×１０¹⁰Ω／ｃｍ²の範囲にある帯電除去用セラミ
ックスとアース線に接続された導電材とからなり、帯電
除去用セラミックスと導電材が面で接触または接合され
て電気的に接続され、かつ帯電除去用セラミックスが、
窒化ケイ素と焼結助剤からなるマトリックス中に窒化チ
タン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ニオ
ブ、窒化タンタルからなる群から選ばれる１種以上と炭
化ケイ素を含み、その相対密度が９０％以上の焼結体で
あることを特徴とする。

【００１２】本発明の帯電除去用部材では、帯電除去用
セラミックスの表面抵抗率が２×１０⁶〜１０¹⁰Ω／ｃ
ｍ² （マトリックスがアルミナを主成分とする場合、マ
トリックスが窒化ケイ素と焼結助剤からなる場合は９×
１０ ¹⁰ Ω／ｃｍ ² ）の範囲とされていることによって、
例えば２０００Ｖ以上に帯電した被取り扱い物から静電
気を電気的なダメージを伴わずに確実に除去できる。帯
電除去用セラミックスの表面抵抗率が２×１０⁶Ω／ｃ
ｍ²より小さいと、帯電した静電気の電圧が高いときに
被取り扱い物を電気的に破壊する可能性があり、他方表
面抵抗率が１０¹⁰Ω／ｃｍ² （マトリックスがアルミナ
を主成分とする場合、マトリックスが窒化ケイ素と焼結
助剤からなる場合は９×１０ ¹⁰ Ω／ｃｍ ² ）より大きい
と、帯電した静電気の除去が難しくなる場合がある。

【００１３】帯電除去用セラミックスの表面抵抗率の範
囲は、使用性能の面から、さらには１０⁷〜９×１０⁹Ω
／ｃｍ²とするのが好ましい。また、アース線に接続さ
れた導電材と面で確実に電気的に接続されていることに
より、帯電除去用セラミックスに移された電荷を導電材
を経て確実にアース線に逃がし、帯電除去用部材として
の機能を発揮する。１０⁶Ω／ｃｍ²より大きい表面抵抗
率を有する部材では静電気を帯電しやすいが、アース線
と確実に接続されていることによって静電気が除去さ
れ、帯電除去用セラミックスに帯電した静電気により塵
が付着することなく、被取り扱い物がこの塵で汚される
こともない。接触または接合面の面積は、１ｍｍ ² 以
上、好ましくは２ｍｍ ² 以上とし、帯電除去用セラミッ
クスと導電材との間の電気的な接続抵抗が不安定になっ
たり、断線したりする可能性を完全に排除する。

【００１４】このような大きさの表面抵抗率を有する帯
電除去用セラミックスは、例えば、絶縁材料であるアル
ミナや窒化ケイ素を主成分とするセラミックス中に、導
電性の無機化合物である窒化チタン、炭化チタン、窒化
ジルコニウム、炭化ジルコニウム、窒化ハフニウム、炭
化ハフニウム、窒化ニオブ、炭化ニオブ、窒化タンタル
および炭化タンタルの微粒子を単独でまたは併用して存
在せしめることによって得ることができる。

【００１５】導電材は、好ましくは電気抵抗が小さく加
工の容易な金属材料とされ、導電材と帯電除去用セラミ
ックスとの電気的接続は、点でなく面で接触または接合
する。かくして本発明の帯電除去用部材では、帯電除去
用セラミックスの表面抵抗率が大きいことに起因する不
安定になりやすい導電材との間の接続抵抗を低くし、か
つ安定させることで電流が流れ難くなる現象を防ぎ、帯
電除去用部材としての機能を確保している。

【００１６】接触または接合面の面積は、好ましくは１
ｍｍ²以上、さらに好ましくは２ｍｍ²以上とし、帯電除
去用セラミックスと導電材との間の電気的な接続抵抗が
不安定になったり、断線したりする可能性を完全に排除
する。

【００１７】導電材と帯電除去用セラミックスとの間の
電気的接続を接触によって確保するには、例えば柔らか
く錆びにくい金属の薄板を帯電除去用セラミックスと導
電材との間に配置し、ネジやボルトまたはナットなどに
より機械的な押圧力を加えた状態とすればよい。すなわ
ち、柔らかい金属の薄板が押圧力で変形すれば面による
接触が得られる。

【００１８】導電材が表面の錆びやすい金属材料である
場合など、接触抵抗が大きくなる危険性が高いので、好
ましくは接触または接合する面をメタライジング、また
はさらに導電材と接合して、電気的接続を安定させるの
がよい。接合する場合には、接合面の面積を１ｍｍ²以
上確保し、電気的接続と接合強度を同時に確保するのが
好ましい。接合の方法としては、セラミックス接合用の
ハンダでハンダ付けしたり、メタライジング後ロウ付け
したり、導電ペーストを焼き付けたり、有機の導電性接
着材を使用するなどの他、接合強度をあまり必要としな
い場合には、導電性を有する両面接着テープを使用する
こともできる。

【００１９】アース線には例えば銅線を使用し、導電材
とアース線との間の電気的接続は、両者の電気抵抗が小
さいので点接触によっても確保できるが、断線すること
がないようネジやハンダまたはロウ付けにより接続する
のが好ましい。

【００２０】本発明の帯電除去用部材では、帯電除去用
セラミックスに、アルミナを主成分とするマトリックス
中に炭化チタン、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウ
ム、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、窒化ニオブ、炭
化ニオブ、窒化タンタルおよび炭化タンタルからなる群
から選ばれる１種以上の導電性化合物を含み、その相対
密度が９０％以上（閉じた気孔率も含めて気孔率１０％
以下）の焼結体とする。ここで、相対密度は、先ず嵩比
重を測定し、原料粉末の密度が変化しないと仮定して嵩
比重から気孔率を計算し、１００％から気孔率を差し引
くことにより求められる。

【００２１】アルミナは絶縁材料として知られ、焼結が
容易な細かくて純度の高い原料粉末の入手が容易なの
で、帯電除去用セラミックスの主原料として適するもの
である。本発明者らは、平均粒径５μｍ以下のアルミナ
の原料粉末に、同じく５μｍ以下の平均粒径を有する炭
化チタン、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、窒化
ハフニウム、炭化ハフニウム、窒化ニオブ、炭化ニオ
ブ、窒化タンタルおよび炭化タンタル（いずれも体積固
有抵抗は１０^-4〜１０^-5Ω・ｃｍの範囲にある）からな
る群から選ばれる１種以上の粉末を混合して成形し、成
形体を焼結することにより、目標とする範囲内の表面抵
抗率を有し、相対密度が９０％以上の帯電除去用セラミ
ックスを得ることに成功した。

【００２２】目標とする表面抵抗率が得られる原料組成
は、原料粉末の性状、焼結条件などによって変化する
が、５μｍ以下の平均粒径の原料粉末を使用し、炭化チ
タン、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、窒化ハフ
ニウム、炭化ハフニウム、窒化ニオブ、炭化ニオブ、窒
化タンタルおよび炭化タンタルからなる群から選ばれる
１種以上の導電性化合物の粉末を合わせて４〜２３体積
％と、残部がアルミナを主成分とするマトリックスの原
料粉末と混合したものを焼結することにより、比較的容
易に目標とする表面抵抗率を有する焼結体が得られる。

【００２３】焼結体の原料粉末は、平均粒径が５μｍ以
下、さらには２μｍ以下と細かいものの方が焼結性がよ
いので、緻密で均質な焼結体を得やすいように、混合し
た原料粉末をさらに粉砕するのが好ましい。混合と粉砕
は回転ボールミル、振動ミル、アトリションミルなどに
より、エタノールなどを分散媒として湿式で粉砕すると
効率がよい。

【００２４】焼結体がアルミナを主成分とするマトリッ
クスからなるとしたのは、原料粉末中に含まれる不可避
不純物や、焼結を促進するために加えるイットリア、マ
グネシアなどの焼結助剤、または結晶成長を抑制するマ
グネシア、シリカなどの添加剤が他に含まれていても差
し支えないからである。導電性化合物を混入するとアル
ミナ結晶の成長を抑制する効果も得られ、平均粒径が５
μｍ以下の原料粉末を使用することにより、大抵の場合
平均粒径５μｍ以下、例えば平均粒径２〜３μｍの材料
物性の安定した帯電除去用セラミックスが得られる。

【００２５】焼結体の強度は大きい方が破損し難く、耐
摩耗性の大きい方が塵を放出せず、耐久性に優れた帯電
除去用セラミックスが得られるので、強度と耐摩耗性を
確保するため、焼結体の密度は相対密度（以下単に密度
という）で９０％以上とされている。さらに焼結体の有
する気孔をすべて閉じた気孔として吸湿性をなくするに
は、焼結体の密度９３％以上とするのが好ましい。

【００２６】混合粉末の成形には、通常行われているプ
レス成形法、スリップキャスト成形法、射出成形法、ア
イソスタチックプレス成形法などが採用でき、射出成形
法により得られた成形体では、多量の結合剤を含んでい
るため、最終的な焼成を行う前に脱脂処理を行う必要が
ある。成形体の焼結は、無加圧焼結やホットプレスによ
り行い、導電性化合物が酸化されて非導電性とならない
ように、非酸化性雰囲気中において行う。

【００２７】炉内を非酸化性雰囲気とするには、炉内に
窒素、アルゴン、ヘリウムなどのガスを導入し、１５５
０〜１７００℃の温度で１〜５時間保持して無加圧焼結
する。より緻密な焼結体を得たい場合には、９０％以上
の密度とした無加圧焼結体をさらにホットアイソスタチ
ックプレスで焼結するとよい。無加圧焼結とホットアイ
ソスタチックプレスは、成形体が複雑な形状を有してい
ても焼結ができる。

【００２８】本発明の他の帯電除去用部材では、帯電除
去用セラミックスが、窒化ケイ素と焼結助剤からなるマ
トリックス中に窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハ
フニウム、窒化ニオブおよび窒化タンタルからなる群か
ら選ばれる１種以上と炭化ケイ素を含む、密度が９０％
以上の焼結体とされている。

【００２９】この窒化ケイ素を主成分とする帯電除去用
セラミックスは、目標とする範囲内の表面抵抗率を有す
るとともに、アルミナを主成分とする帯電除去用セラミ
ックスと比べてより高強度を有するものが得られる。す
なわち、アルミナを主成分とする帯電除去用セラミック
スの曲げ強度が２５〜３５ｋｇ／ｍｍ²のレベルにある
のに対し、窒化ケイ素を主成分とする帯電除去用セラミ
ックスでは５０ｋｇ／ｍｍ²以上の曲げ強度を有するも
のが容易に得られ、構造材料としても利用できる。

【００３０】このような帯電除去用セラミックスは、平
均粒径５μｍ以下の炭化ケイ素粉末０．１〜１７重量％
と、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、
窒化ニオブおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる
１種以上の平均粒径５μｍ以下の粉末２２〜５５重量％
と、残部の焼結助剤を含む平均粒径５μｍ以下の窒化ケ
イ素粉末からなる混合された粉末を成形、焼結して得る
ことができる。

【００３１】この帯電除去用セラミックス中に、窒化チ
タンや窒化ニオブなどの金属窒化物の他に、中間的な体
積固有抵抗を有する炭化ケイ素（体積固有抵抗は１０⁵
Ω・ｃｍ以下）が含まれているのは、焼結体の表面抵抗
率の制御を容易とするためである。しかし、炭化ケイ素
を３体積％を超えて含む混合粉体は無加圧焼結で緻密化
するのが難しいので、ホットアイソスタチックプレスに
より焼結を行うのが好ましい。

【００３２】また、窒化ケイ素粉末の無加圧焼結を可能
にする焼結助剤としては、マグネシア、アルミナ、スピ
ネルおよびイットリアから選ばれる１種以上を合わせて
２〜１５重量％添加するのが好ましく、これにより密度
が９０％以上で、曲げ強度が６０ｋｇ／ｍｍ²以上の焼
結体を容易に得ることができる。

【００３３】帯電除去用セラミックスの表面抵抗率を目
標とする範囲におさめて、強度の大きい焼結体とするの
に、窒化チタンの適切な含有量は２２〜３３重量％であ
る。また、窒化ジルコニウムおよび／または窒化ニオブ
の適切な含有量はいずれも２７〜４０重量％であり、い
ずれの場合にも、炭化ケイ素の含有量は０．１〜１２重
量％とするのが好ましい。

【００３４】窒化ケイ素質の帯電除去用セラミックスの
製造方法は前述のアルミナ質の帯電除去用セラミックス
の製造方法と基本的には同じであるが、窒化ケイ素がＳ
ｉとＮ₂に分解して焼結が阻害されるのを防ぐため、少
なくともＮ₂雰囲気中で、好ましくはＮ₂とＳｉを含む雰
囲気中で焼成を行う。また、原料粉末の粒径はアルミナ
質の帯電除去用セラミックスを製造する場合より細かく
した方がよく、密度が大きく、曲げ強度の大きい焼結体
が得られるように、平均粒径が５μｍ以下、好ましくは
０．１〜２μｍの原料粉末を使用する。

【００３５】目標とする表面抵抗率と密度を有する帯電
除去用セラミックスを得るための焼結条件は、原料粉末
の混合の程度、粒径分布、成形条件および組成によって
かなり変わるが、無加圧焼結を行う場合には、通常焼結
温度を１７００〜１８００℃とし、１〜１０時間保持し
て焼結する。

【００３６】他の帯電除去用部材では、帯電除去用セラ
ミックスが、導電材である金属基材上に形成された金属
のアンダーコート層上に溶射により形成されたものであ
り、アンダーコート層の熱膨張率が金属基材とセラミッ
クス層の中間の熱膨張率を有するものである。

【００３７】通常、導電材と導電材の間の電気的接続
は、ネジやバネで単に接触させれば充分であるが、表面
抵抗率が２×１０⁶Ω／ｃｍ²以上９×１０¹⁰Ω／ｃｍ²
以下である帯電除去用セラミックスと導電材との間の電
気的接続は、単なる接触では接触抵抗が安定しないこと
があるため信頼性に欠ける。しかし、金属基材がセラミ
ックス層と一体化された帯電除去用部材ではこの間の電
気的接続の問題はなく、導電材である金属基材とアース
線を電気的に接続すればよく、単なる接触によってもア
ースとの接続が可能であるが、より信頼性の高いハンダ
付けやロウ付けなどにより接続するのが好ましい。

【００３８】また金属材料の加工はセラミックスと比べ
て顕著に容易であり、加工コストも安いので、予め所要
の形状に加工した金属基材を準備しておいてセラミック
ス層を形成すれば、種々の形状を有する帯電除去用部材
を安価に製造できる。

【００３９】金属基材として、例えば、Ｃｕ、ステンレ
ス、アルミニウムなどを使用するとき、これらの熱膨張
率が１７〜１８×１０^-6／℃と大きいのに対し、Ａｌ₂
Ｏ₃−ＴｉＯ₂系セラミックス層やＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＮ系セ
ラミックス層の熱膨張率は８〜９×１０^-6／℃と小さく
その差はかなり大きい。

【００４０】他の帯電除去用セラミックスでは、セラミ
ックス層が溶射によって形成されるので、溶射時には金
属基材の温度が上昇し、温度が高い時点では熱歪みがな
いか非常に小さい状態となっていても、室温まで冷却さ
れると両者の熱膨張率の差によって境界付近に歪みが生
じ、セラミックス層に亀裂が生じたり、セラミックス層
が金属基材から剥離したりする場合が多い。

【００４１】このため、他の帯電除去用部材では、金属
基材の上に予め両者の中間の熱膨張率を有する金属のア
ンダーコート層を施すことにより熱膨張率が大きい金属
基材と熱膨張率が小さいセラミックス層の接合面に生じ
る熱歪みを小さくし、熱歪みによってセラミックス層に
亀裂が生じたり、セラミックス層が金属基材から剥離す
るのを防ぐとともに、アンダーコート層にセラミックス
層と金属基材の間の電気的な接続を確保する機能を担わ
せている。

【００４２】アンダーコート層は、例えばＭｏ、Ｔｉ、
Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ
−Ｃｒ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃ
ｒ−Ａｌ−Ｙなどの金属や合金をメッキ、火炎溶射、プ
ラズマ溶射、スパッタリング、Ｍｏ−Ｍｎ法メタライジ
ング、蒸着などによって形成する。

【００４３】アンダーコート層は、特にプラズマ溶射法
によって形成するのが好ましく、その理由は非酸化性雰
囲気で溶射して金属の酸化を防ぐことが可能なことであ
る。また、プラズマ溶射法によれば、温度を高くできる
のでアンダーコートできる材料の選択の幅が広く、やや
厚いアンダーコート層や２層構造のアンダーコート層を
形成するのが容易である。

【００４４】これらのアンダーコート層の熱膨張率は、
好ましくは１２〜１５×１０^-6／℃とされ、さらに好ま
しくはアンダーコート層を熱膨張率が異なる複層で構成
し、セラミックス層側のアンダーコート層の熱膨張率を
金属基材側のアンダーコート層の熱膨張率よりセラミッ
クス層の熱膨張率に近いものとするのが好ましい。

【００４５】セラミックス層側のアンダーコート層とセ
ラミックス層との熱膨張率の差を２×１０^-6／℃より小
さくするとセラミックス層の剥離の心配がない帯電除去
用部材が得られる。熱膨張率が小さい金属のアンダーコ
ート層としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、これら
の金属を含む合金などが挙げられる。

【００４６】アンダーコート層の厚さは、金属基材とセ
ラミックス層の熱膨張差に起因する熱応力を緩和してア
ンダーコート層の上に密着したセラミックス層を安定し
て形成できれば薄いものでよい。両者の熱膨張差が大き
い場合には少し厚めのアンダーコート層とされるが、ア
ンダーコート層を２層構成としてセラミックス層側にも
アンダーコート層を施した場合には、金属基材側のアン
ダーコート層の厚さ分も合わせて好ましくは３０〜１５
０μｍ、さらに好ましくは８０〜１２０μｍとする。

【００４７】また、他の帯電除去用部材は、金属基材と
一体とされていることにより、セラミックス層の強度が
小さく薄いものであっても、複合化されて実用的に充分
な強度と靭性が付与されており、金属基材と一体の帯電
除去用部材はセラミックスの帯電除去用部材と比べて所
要の形状とするのが容易なので機械に組み付けることも
容易である。

【００４８】アンダーコート層の形成は、好ましくは、
予め金属基材の表面をアルミナや炭化ケイ素の砥粒でサ
ンドブラスト処理して荒れた表面としておくことによっ
てアンダーコート層の金属基材への密着性を向上させる
ことができる。また、金属基材の表面に溝やねじを切っ
ておき、溝やねじを設けた面をさらにサンドブラスト処
理してアンダーコート層を形成すると、アンダーコート
層の密着性がさらに向上する。アンダーコート層の厚さ
は、密着性のよいセラミックス層を形成できるように、
３０〜１５０μｍ程度とするのが適当である。

【００４９】他の帯電除去用部材では、セラミックス層
の溶射材料としてアルミナにＴｉの酸化物および／また
は窒化物を含むものが選ばれる。その理由は溶射によっ
て目標とする範囲内の表面抵抗率を再現性よく得られる
セラミックス層が形成できるからである。また、アルミ
ナは高純度で、溶射しやすい粒度が揃った原料粉末の入
手が容易であり、形成されるセラミックス層が化学的に
安定で硬度が高く耐摩耗性を具備しているためである。

【００５０】セラミックス層中の副成分であるＴｉの酸
化物および／または窒化物の必要とされる含有量は溶射
条件によって変化するが、好ましくはいずれも５〜５０
重量％である。また、セラミックス層は、表面抵抗率を
目標とする狭い範囲に制御するのが容易であることか
ら、プラズマ溶射法を採用するのが好ましい。

【００５１】セラミックス層を形成する溶射粉末には、
所要の表面抵抗率を有する均質なセラミックス層を形成
するため、予め所定の組成とした溶射粉末を使用するの
が好ましく、例えば、原料粉末を混合して焼結した所定
の組成を有する焼結体を粉砕して溶射しやすい粒径の粉
体、例えば平均粒径１０〜７５μｍのものを使用すると
よい。平均粒径が１０μｍより小さいと、溶射装置への
原料の供給が難しくなり、７５μｍより大きいと粒子が
ガス中で融けにくくなり、緻密なセラミックス層の形成
が困難となる。

【００５２】セラミックス層の厚さは、ある程度の厚さ
にした方が安定した表面抵抗率を得やすいので、１００
μｍ以上とするのが好ましい。また、アンダーコート層
を２層とすれば、セラミックス層の密着性も高くなり、
厚いセラミックス層を形成できるが、セラミックス層を
厚く形成するとセラミックス層が剥離しやすくなり、溶
射に必要な時間が長くなることから、厚くても２ｍｍ以
下にとどめるのが好ましい。

【００５３】本発明の他の好ましい帯電除去用部材で
は、帯電除去用部材がエレクトロニクス関連部品を取り
扱うマニピュレータまたはチャックの少なくとも一部分
とされている。

【００５４】マニピュレータはいわゆるロボットの手で
あり、例えば被取り扱い物を掴む指（この場合少なくと
も２本の指があればよい）の先に本発明の帯電除去用部
材が取り付けられており、被取扱い部品が静電気を帯び
ている場合には、静電気が帯電除去用セラミックスを介
して緩慢に放電して除去され、静電気がアースに流れる
ので部品の電荷が除去されると同時に、急速放電によっ
て電気的に破壊されることがない。

【００５５】チャックは例えば吸引チャックであり、吸
引チャックの被取り扱い物と接触する部分に本発明の帯
電除去用部材が取り付けられており、同様にして帯電し
た電荷の急速な放電によって被取り扱い物を破壊するこ
となく電荷が除去される。

【００５６】本発明の他の好ましい帯電除去用部材で
は、帯電除去用部材の導電材がエレクトロニクス関連部
材を取り扱う装置の、アース線に接続された金属材料か
らなる枠体と電気的に接続されている。

【００５７】このようにしてアース線と接続することに
より、アース線を顕著に短くでき、帯電除去用部材が装
置の重心に対して移動する場合にも、アース線を帯電除
去用部材が取り付けられているアームに添わせたり、導
電材のアームをアース線の一部分として利用するなどに
よりアース線を引きずらないように配線することが可能
となる。

【００５８】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定さ
れるものではない。

【００５９】試験例１〜５１平均粒径０．２６μｍ、純度９９．９９％のアルミナ粉
末（住友化学工業社製ＡＫＰ−５０）に、平均粒径１〜
２μｍのいずれも純度が約９９％の窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、炭化チタン（Ｔｉ
Ｃ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）（以上、シュタルク
社製）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、炭化ハフニウム
（ＨｆＣ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、炭化ニオブ（Ｎｂ
Ｃ）、窒化タンタル（ＴａＮ）および炭化タンタル（Ｔ
ａＣ）（以上、日本新金属社製）から選ばれた粉末を、
表１と表３に示した１〜３０体積％含む組成となるよう
にアルミナと調合し、ナイロン製ポットとナイロン製ボ
ールを使用する振動ミルにより、エタノールを媒体とし
て湿式で混合した。

【００６０】得られたスラリーを約６０℃の減圧下で乾
燥してエタノールを除き、乾燥物を解砕して成形用の混
合粉末を得た。この混合粉末を、金型プレスによって１
００ｋｇ／ｃｍ²でプレス成形し、寸法が５０ｍｍ×１
２０ｍｍ×１０ｍｍの成形体とし、さらにこれを２００
０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で静水圧プレスした。

【００６１】各成形体を、窒素またはアルゴンの非酸化
性雰囲気中において１５５０〜１７００℃で３時間無加
圧焼結した。各焼結体から、３０ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍ
ｍの平板を切り取って表面抵抗率の測定を行うととも
に、各焼結体から３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試験片を
それぞれ５個切り出して３点曲げ強度を測定した。

【００６２】また、除電特性と放電特性の試験として、
切り取ったそれぞれの試験片の一端をメタライジング
し、この一端を金属製の棒の先端にロウ付けした。金属
棒をアースに接続しておいて、予め帯電させた金属板に
接続したリード線に試験片の先を接触させて除電と放電
の状況を観察し、帯電除去用部材としての特性を評価し
た。

【００６３】これらの結果を焼結体の密度も含めて表２
と表４に示す。除電特性と放電特性の結果は〇が良好、
×が不良を意味する。すなわち、除電特性は帯電した電
荷が実質的に除去されれば良好とされ、放電特性は帯電
している電荷の放出速度（電位の低下速度を計器で測
定）が速すぎないもの（本試験では、電荷が半減するの
に要する時間が０．５〜８ｍｓｅｃのもの）を良好とし
た。また、これらの表中Ｎｏ．１、２、３、２０、２
１、２２、２３、２４、２５、４６、４７、４８、４
９、５０および５１の試験例は比較例であり、Ｎｏ．
７、９、１２、１４、１７、１９、２６〜４５は本発明
の実施例であり、他は参考例である。

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】

【表３】

【００６７】

【表４】

【００６８】以上の試験結果から、本発明によるアルミ
ナ質の帯電除去用セラミックスは２×１０⁶〜１０¹⁰Ω
／ｃｍ²の範囲内の表面抵抗率を示し、帯電除去用セラ
ミックスとアースされた導電材を組み合わせた帯電除去
用部材は良好な除電特性を示すことが分かった。

【００６９】また帯電除去用セラミックスの曲げ強度も
２７〜３９ｋｇ／ｍｍ²とアルミナを素材とするもので
は高いレベルの値が得られ、本発明のアルミナ質の帯電
除去用セラミックスに導電材を組み合わせた帯電除去用
部材は信頼性が高いことが示された。

【００７０】試験例６１〜８２平均粒径０．７μｍの窒化ケイ素粉末（宇部興産社製、
ＳＮ−Ｅ１０）に、平均粒径１〜２μｍで、いずれも純
度が約９９％である窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコ
ニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化ニ
オブ（ＮｂＮ）および窒化タンタル（ＴａＮ）から選ば
れた導電性の金属窒化物粉末（いずれも日本新金属社
製）と、平均粒径０．６μｍの炭化ケイ素粉末（昭和電
工社製、Ａ−１）と、表５に示した焼結助剤粉末とを、
表５に示した割合（重量％）で窒化ケイ素粉末と調合し
た。

【００７１】この調合した粉末を、ナイロン樹脂製ポッ
トと窒化ケイ素製ボールを使用する回転ボールミルに入
れ、エタノールを媒体とし湿式で混合した。なお、表５
において、窒化ケイ素欄には混合粉末全量に対する窒化
ケイ素粉末と焼結助剤粉末との合量の重量％を、焼結助
剤欄には窒化ケイ素粉末と焼結助剤粉末との合量に対す
る各焼結助剤粉末の重量％を示した。

【００７２】湿式混合により得られた混合粉末のスラリ
ーを約６０℃に加熱しつつ減圧下で乾燥してエタノール
を除き、乾燥物を解砕して帯電除去用セラミックス成形
用の粉体を得た。この粉体を金型に入れ、２００ｋｇ／
ｃｍ²でプレス成形し、５０ｍｍ×１２０ｍｍ×１０ｍ
ｍの寸法に成形し、さらに２０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力
で静水圧プレスして成形体とした。

【００７３】この成形体を窒素中で１７３０℃〜１７７
０℃において約２時間焼結した後、一部の試料について
はさらに１００ｋｇ／ｃｍ²の窒素ガス圧力下において
１７５０℃で２時間焼成し、より緻密な焼結体を得た。
表５および表６中の例７２〜７４が、さらに１００ｋｇ
／ｃｍ²の窒素圧力下において１７５０℃で２時間焼結
されたものである。

【００７４】それぞれの焼結体から３０ｍｍ×３０ｍｍ
×２ｍｍの平板を切り出して表面抵抗率の測定を行うと
ともに、同じ焼結体から３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試
験片を各５個切り出して３点曲げ強度の測定を行った。
また、除電特性と放電特性の試験として、切り取った３
ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試験片の一端をメタライジン
グし、メタライジングした一端を金属の棒の先端にロウ
付けした。金属の棒をアース線に接続しておき、予め帯
電させた金属板と接続したリード線に試験片の先を接触
させて除電と放電の状況を観察し、帯電除去用部材とし
ての特性を評価した。

【００７５】これらの評価結果を、焼結体の密度および
曲げ強度と併せて表６に示した。なお、表６の除電と放
電の評価結果は〇が良好、×が不良を示す。これらの表
中、Ｎｏ６１、６２、６４、８１および８２の試験例は
比較例であり、他は本発明の実施例である。

【００７６】

【表５】

【００７７】

【表６】

【００７８】表５、表６に示された結果から、本発明に
よる窒化ケイ素質セラミックスは、いずれも２×１０⁶
〜９×１０¹⁰Ω／ｃｍ²の範囲内の表面抵抗率を示し、
この帯電除去用セラミックスにアースされた導電材を組
み合わされた帯電除去用部材は良好な除電特性を示すこ
とが分かる。また、この帯電除去用セラミックスの曲げ
強度は、いずれの焼結体においても６０ｋｇ／ｍｍ²以
上の高い値を示し、本発明による帯電除去用部材が優れ
た帯電除去特性とともに優れた信頼性を具備しているこ
とが分かる。

【００７９】参考例９１〜１１０溶射してセラミックス層を形成するセラミックス粉末を
得るため、表７に示した調合組成からなる、９９．５重
量％純度のアルミナ粉末とチタニア粉末（純度９９．５
重量％）の混合物および同じアルミナ粉末と窒化チタン
粉末（純度９９．５重量％）の混合物をそれぞれ１５０
０℃と１６００℃の非酸化性雰囲気中で焼結して塊状の
焼結物を得た。この焼結物を粉砕後分級し、１０〜４５
μｍの範囲の粒径を有する２０種類の溶射用セラミック
ス粉末を得た。

【００８０】他方で、２０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの
寸法のアルミニウム板を金属基材とし、その２０ｍｍ×
５０ｍｍの表面をアルミナ砥粒でサンドブラスト処理し
て粗面とし、この粗面上に、Ｎｉ−Ａｌ（成分比８：
２）合金の粉末（粒径１０〜４５μｍ）をプラズマ溶射
（メテコ社製のプラズマ溶射装置を使用）し、厚さ５０
μｍのアンダーコート層を形成した。

【００８１】プラズマ溶射にはＡｒとＨ₂の混合ガス
（容積比８：２）をプラズマガスとして使用した。すな
わち、毎分４２．５リットルの流量で混合ガスを流し、
３５ｋＶ、７００Ａの電力を印加し、１００００〜２０
０００℃のプラズマガス流を形成し、Ｎｉ−Ａｌ合金の
粉末をこのプラズマガス流に乗せて瞬間的に加熱して半
溶融状態とし、金属基材上に溶射した。この際、プラズ
マ溶射ガンを左右に動かす操作を繰返して約５０μｍの
厚さの第１のアンダーコート層を形成した。

【００８２】同様にしてこの第１のアンダーコート層の
上にＴｉ粉末をプラズマ溶射し、厚さ５０μｍの第２の
アンダーコート層を形成した。別に、剥がしやすいよう
に溶射したアンダーコート層を剥がし取って熱膨張率を
測定したところ、第１のアンダーコート層と第２のアン
ダーコート層の熱膨張率は、それぞれ１２．５×１０^-6
／℃および８．５×１０^-6／℃であった。

【００８３】次に、前述の各種溶射用粉末を第２のアン
ダーコート層上にプラズマ溶射して厚さ２００〜１００
０μｍのセラミックス層を形成し、２０種類の帯電除去
用部材のサンプルを得た。これらのサンプルのセラミッ
クス層の金属基材への密着性はいずれも良好で剥離は認
められず、セラミックス層の気孔率はいずれも４％以下
と小さく、硬度が大きくて耐摩耗性にも優れたものであ
った。

【００８４】これらの帯電除去用部材のセラミックス層
についてそれぞれ表面抵抗率を測定し、除電特性と放電
特性の試験として、各帯電除去用部材の金属基材を金属
製の棒の先端にロウ付けして接合した。また、金属基材
をアース線に接続しておき、予め２０００Ｖに帯電させ
た金属板に接続したリード線に帯電除去用部材のセラミ
ックス層と接触させて除電と放電の状況を観察し、帯電
除去用部材としての適否を評価した。これらの試験結果
を表７に併せて示した。

【００８５】

【表７】

【００８６】また、除電と放電の試験結果は○が良好、
△が若干問題あり（帯電の条件によっては不良となる可
能性がある）、×が不良であったことを意味する。な
お、アンダーコート層を施さない金属基材上にセラミッ
クス層をプラズマ溶射し、剥がし取ったセラミックス層
の熱膨張率を測定したところ、７〜９×１０^-6／℃の範
囲にあることが分かった。

【００８７】以上の試験結果から、セラミックス層が２
×１０⁶〜９×１０¹⁰Ω／ｃｍ²の範囲内の表面抵抗率を
有していると、優れた帯電除去特性を示すことが分かっ
た。

【００８８】また、別途直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ
のアルミニウム円盤を旋盤に固定して１０ｒｐｍで回転
させておき、この円盤の円面をアルミナ砥粒によりサン
ドブラスト処理して粗面とし、この粗面上に上記試験例
の方法に準じてアンダーコート層を施し、さらに試験例
３と同じ組成のセラミック層を形成した帯電除去用部材
を作成した。

【００８９】この帯電除去用部材のセラミックス層は試
験例３とほぼ同じ表面抵抗率を示し、金属基材をアース
線に接続しておき半導体部材を取り扱う作業台として使
用するときに半導体部材から帯電を除去するのに適した
ものであることが分かった。

【００９０】図１は本発明の帯電除去用部材の一例を示
す吸引チャックの断面図であり、図において１は吸引チ
ャック、２は金属基材、３はロウ付け層、４は帯電除去
用セラミックス、５は図示されていない減圧ポンプと接
続される吸引孔、６は被取り扱い物、７はアース線であ
る。また、図２は本発明の帯電除去用部材の他の一例を
示す吸引チャックの側面図であり、図において８はプラ
ズマ溶射されたセラミックス層、９はアンダーコート
層、１０は駆動アームである。

【００９１】試験として、図１の金属基材２にステンレ
ス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用し、複数の吸引孔５を設け
た帯電除去用セラミックス４に試験例８のアルミナ質焼
結体（表面抵抗率１×１０⁹Ω／ｃｍ²、密度９４％）を
使用し、帯電除去用セラミックスの一面をメタライジン
グし、この面に金属基材２をロウ付けした。

【００９２】また、図２の金属基材２にステンレス板を
使用し、金属基材の被取り扱い物６を吸引する側の面に
前述の例と同じ２層構造のアンダーコート層９を施し、
１５重量％の酸化チタンを含むアルミナ粉末をプラズマ
溶射して厚さが４００μｍのセラミックス層８を付け、
セラミックス層８の表面を研磨仕上げし、帯電除去用部
材の一種である吸引チャック１とした。この吸引チャッ
クのセラミックス層８の研磨面の表面抵抗率を測定した
ところ、３×１０⁸Ω／ｃｍ²であった。

【００９３】アース線に接続したこれら２種類の吸引チ
ャックにより、被取り扱い部材として２０００Ｖに帯電
させた金属板６をそれぞれの吸引チャックで吸引したと
ころ、いずれの場合も２０００Ｖから２００Ｖまで、接
触後約１．４ｍｓｅｃで除電され、帯電除去用部材とし
て適していることを確認した。

【００９４】

【発明の効果】本発明の帯電除去用部材は、電子部品な
どを製造する工程で、電子部品などに帯電した電荷が急
速に放電して電子部品の回路が破壊されるのを防止する
のに適した帯電除去特性を有している。例えば、電子部
品を搬送する際に用いられるマニピュレータ、吸引チャ
ック、作業台などの電子部品などと直接接触する部分に
本発明の帯電除去用部材を使用することにより、電子部
品などに帯電している電荷を火花を生じることなく速や
かに除去して電子部品の回路の放電破壊を回避し、電子
部品関連製造装置の信頼性の向上と電子部品などの歩留
りの向上に寄与する。

【００９５】また、本発明の帯電除去用部材を構成する
帯電除去用セラミックスは、高密度化することにより、
高強度で耐摩耗性に優れたものとできるので、電子部品
などと直接接触する部分に用いてもほとんど破損したり
摩耗することがなく、電子部品などを塵などによって汚
したり、無塵室中に塵を放出する心配もない。

【００９６】また、本発明の他の帯電除去用部材では、
帯電除去用セラミックスが金属基材の上に溶射されたセ
ラミックス層とされているので、金属基材によって補強
されていて破損し難く、金属基材の加工が容易なので装
置に組み込むのに必要とされる各種形状の帯電除去用部
材の製造が容易であり、製造コストも安く、金属基材と
一体化されているので使用時にアース線と接続すること
も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電除去用部材の一例である吸引チャ
ックの断面図。

【図２】本発明の帯電除去用部材の他の一例である吸引
チャックの断面図。

【符号の説明】

１：吸引チャック（帯電除去用部材）２：金属基材３：ロウ付け層４：帯電除去用セラミックス５：吸引孔６：被取り扱い物７：アース８：セラミックス層９：アンダーコート層１０：駆動アーム

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−21584（ＪＰ，Ａ) 特開平４−230904（ＪＰ，Ａ) 特開平１−209739（ＪＰ，Ａ) 特開平４−59652（ＪＰ，Ａ) 特開平６−151084（ＪＰ，Ａ) 特開平５−275513（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−78973（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01R 4/64 C04B 35/10 - 35/584 H01B 1/08 H01L 21/00 - 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面抵抗率が２×１０⁶〜１０¹⁰Ω／ｃｍ²
の範囲にある帯電除去用セラミックスとアース線に接続
された導電材とからなり、帯電除去用セラミックスと導
電材が面で接触または接合されて電気的に接続され、か
つ帯電除去用セラミックスがアルミナを主成分とするマ
トリックス中に炭化チタン、窒化ジルコニウム、炭化ジ
ルコニウム、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、窒化ニ
オブ、炭化ニオブ、窒化タンタルおよび炭化タンタルか
らなる群から選ばれる１種以上の導電性化合物を含み、
その相対密度が９０％以上の焼結体であることを特徴と
する帯電除去用部材。
【請求項２】前記焼結体が、炭化チタン、窒化ジルコニ
ウム、炭化ジルコニウム、窒化ハフニウム、炭化ハフニ
ウム、窒化ニオブ、炭化ニオブ、窒化タンタルおよび炭
化タンタルからなる群から選ばれる１種以上の導電性化
合物の平均粒径５μｍ以下の粉末を合わせて４〜２３体
積％と、残部の平均粒径５μｍ以下のアルミナを主成分
とする粉末とからなる組成物を焼結して得られたもので
ある請求項１に記載の帯電除去用部材。
【請求項３】表面抵抗率が２×１０⁶〜９×１０¹⁰Ω／
ｃｍ²の範囲にある帯電除去用セラミックスとアース線
に接続された導電材とからなり、帯電除去用セラミック
スと導電材が面で接触または接合されて電気的に接続さ
れ、かつ帯電除去用セラミックスが、窒化ケイ素と焼結
助剤からなるマトリックス中に窒化チタン、窒化ジルコ
ニウム、窒化ハフニウム、窒化ニオブ、窒化タンタルか
らなる群から選ばれる１種以上と炭化ケイ素を含み、そ
の相対密度が９０％以上の焼結体であることを特徴とす
る帯電除去用部材。
【請求項４】前記焼結体が、平均粒径５μｍ以下の炭化
ケイ素粉末０．１〜１７重量％と、窒化チタン、窒化ジ
ルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ニオブおよび窒化タ
ンタルからなる群から選ばれる１種以上の平均粒径５μ
ｍ以下の粉末２２〜５５重量％と、残部の焼結助剤を含
む平均粒径５μｍ以下の窒化ケイ素粉末からなる組成物
を焼結して得られたものである請求項３に記載の帯電除
去用部材。
【請求項５】接触または接合されている面の面積が１ｍ
ｍ^２以上である請求項１、２、３または４に記載の帯電
除去用部材。