JP6706457B2

JP6706457B2 - 中空部材

Info

Publication number: JP6706457B2
Application number: JP2016210733A
Authority: JP
Inventors: 敬一関口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: JP2018069528A

Description

本開示は、中空部材に関する。

半導体や液晶等の製造、検査装置には、ウエハ等の被処理物を載せて、上下、左右、前後に移動し、被処理物を搬送する部材やこの搬送する部材を支持する部材が用いられている。そして、このような部材には、被処理物の搬送速度の向上および位置決め精度の向上のため、軽量化が求められている。

例えば、特許文献１には、中空部を有し、一体に焼成されたセラミック部材が開示されている。

特開２０１４−２３３８８３号公報

このような部材は、軽量でありながらも、被処理物を載せた際に破損しにくい、高い信頼性が要求されている。

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、軽量でありながらも、被処理物を載せた際に破損しにくい、高い信頼性を有する中空部材を提供するものである。

本開示の中空部材は、第１壁部と、該第１壁部に対向して位置する第２壁部と、前記第１壁部および前記第２壁部の間に位置する第３壁部とを備える。そして、前記第１壁部、前記第２壁部および前記第３壁部に囲まれた空隙部に対応する、前記第１壁部における第１部位および前記第２壁部における第２部位のいずれかは、中央にあたる部分をＡ部、前記第３壁部側をＢ部としたとき、前記Ｂ部が前記Ａ部よりも厚い部分を有している。

本開示の中空部材は、軽量でありながらも、被処理物を載せた破損しにくいことから、高い信頼性を有する。

本開示の中空部材の一例を示す模式図である。図１に示す空隙部の拡大図である。本開示の中空部材の他の例を示す、空隙部の拡大図である。本開示の中空部材のさらに他の例を示す、空隙部の拡大図である。本開示の中空部材のさらに他の例を示す模式図である。

以下、本開示の中空部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図においては、中空部材の識別のために数字とアルファベットとにより符号を付すが、本開示の中空部材に共通する箇所の記載においては、数字のみを付して説明する。

本開示の中空部材１０は、図１に示すように、第１壁部１と、第１壁部１に対向して位置する第２壁部２と、第１壁部１および第２壁部２の間に位置する第３壁部３とを備える。そして、本開示の中空部材１０は、第１壁部１、第２壁部２および第３壁部３に囲まれた空隙部４を有する。

また、第１壁部１は、図２に示すように、空隙部４に対応する第１部位を有する。ここで、第１部位とは、第１壁部１において空隙部４を構成する部位のことである。図２に示す構成によれば、中空部材１０を第１壁部１から第２壁部２にかけて切断した切断面（以下、単に切断面という。）の第１壁部１において、第３壁部３の内壁の延長線同士に挟まれている領域のことである。また、第２壁部２は、図２に示すように、空隙部４に対応する第２部位を有する。ここで、第２部位とは、第１部位と同様に、図２に示す構成によれば、切断面の第２壁部２において、第３壁部３の内壁の延長線同士に挟まれている領域のことである。

そして、第１壁部１における第１部位および第２壁部２における第２部位のいずれかは、中央にあたる部分をＡ部、第３壁部３側をＢ部としたとき、Ｂ部がＡ部よりも厚い部分を有している。以下、図２を用いて、第１部位に着目して説明する。第１部位におけるＡ部とは、図２に示す切断面において、第１部位の長さを５等分となるように分割した際の真ん中の部位のことである。一方、第１部位におけるＢ部とは、図２に示す切断面において、第１部位の長さを５等分となるように分割した際の両端の部位のことである。また、Ｂ部がＡ部よりも厚い部分を有しているとは、切断面において、Ｂ部がＡ部の最大厚み（Ａｔ）よりも厚い部分を有しているということである。なお、第１部位の長さとは、図示面における左右の寸法のことであり、第１部位の厚みとは、図示面における上下寸法のことである。

そして、本開示の中空部材１０は、このような構成を満足していることで、空隙部４の領域を確保して軽量化を図りつつ、Ｂ部がＡ部と同じ厚みであるときよりも被処理物を載せた際に破損が発生しにくい。

また、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位のいずれかにおいて、Ｂ部がＡ部よりも厚くてもよい。ここで、Ｂ部がＡ部よりも厚いとは、Ａ部の最大厚みよりもＢ部の最小厚みが厚いことをいう。このような構成を満足するならば、本開示の中空部材１０は、被処理物を載せた際に破損がさらに発生しにくいものとなる。

また、図３に示すように、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位の両方において、Ｂ部がＡ部よりも厚くてもよい。このような構成を満足するならば、第１壁部１側および第２壁部２側の両方において、被処理物を載せた際に破損が発生しにくいものであることから、第１壁部１側および第２壁部２側の両方の面を被処理物の載置面とすることができる。

また、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位のいずれかは、図２に示すように、Ａ部の最大厚みをＡｔ、Ｂ部の最大厚みをＢｔとしたときの比Ｂｔ／Ａｔが１．５以上５．０以下であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示の中空部材１０は、より空隙部４の領域を確保しつつ、空隙部４の角部であるＢ部の機械的強度を向上させることができる。なお、空隙部４のＡ部の最大厚みＡｔは０．１ｍｍ以上１．０．ｍｍ以下であることが好適である。

さらに、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位の両方において、比Ｂｔ／Ａｔが１．５以上５．０以下であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示の中空部材１０は、さらに空隙部４の領域を確保しつつ、第１壁部１側および第２壁部２側
の両方から負荷が加えられても、破損が発生しにくいものとなる。

また、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位のいずれかは、Ａ部からＢ部にかけて漸次厚くなっている部分を有していてもよい。このような構成を満足するならば、第１部位および第２部位のいずれかにおいて、応力の集中箇所を有していないことから、被処理物を載せた際により破損が発生しにくいものとなる。

また、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位のいずれかは、Ａ部からＢ部にかけて漸次厚くなっていてもよい。さらに、本開示の中空部材１０の第１部位および第２部位の両方が、Ａ部からＢ部にかけて漸次厚くなっていてもよいことは言うまでもない。

また、本開示の中空部材１０は、空隙部４に対応する第３壁部３の表面に凹凸を有していてもよい。ここで、凹凸の形状としては、図４（ａ）に示すようなＳ字状、図４（ｂ）に示すような角ばった形状等、様々な形状であってよい。このような構成を満足するならば、被処理物を載せた際に掛かる応力が、凹凸の箇所に集中しやすく、結果として応力が分散されて中空部材１０の破損が抑制されることから、本開示の中空部材１０は高い信頼性を有するものとなる。

また、本開示の中空部材１０は、図５に示すように、切断面において、空隙部４が一方向に並んで複数設けられており、複数の空隙部４の全てを見たときに、空隙部４は、両端より中央に向かうにつれて漸次第１壁部１側または第２壁部２側にずれて配置されていてもよい。このような構成を満足するならば、中空部材１０を断熱部材として使用する場合、中央に向けて傾斜的な断熱効果を提供できる。例えば、中空部材１０ｂのように、空隙部４が、両端より中央に向かうにつれて漸次第１壁部１側にずれて配置されているならば、第１壁部１上に被処理物を載置し、被処理物に対して中央付近に熱が発生しやすい処理を行なう際、生じた熱を効果的に断つことができる。また、中空部材１０ｃのように、空隙部４が、両端より中央に向かうにつれて漸次第２壁部２側にずれて配置されているならば、第１壁部１上に被処理物を載置し、被処理物に対して両端付近に熱が発生しやすい処理を行なう際、生じた熱を効果的に断つことができる。

また、本開示の中空部材１０における第１壁部１、第２壁部２および第３壁部３は、どのような材料で構成されていてもよいが、セラミックスからなるならば、高い耐久性および耐食性を兼ね備えており、腐食性の高いガス雰囲気下や、高温・高圧下での使用が可能となる。ここで、セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等を用いることができる。

そして、セラミックスが酸化アルミニウム質セラミックスであるならば、原料代が安く加工をしやすいため、他材質よりも安価に中空部材１０を製造することができる。また、セラミックスが炭化珪素質セラミックスであるならば、高剛性により中空部材１０の機械的強度を高めることができる。また、セラミックスがコージェライト質セラミックスであるならば、中空部材１０は軽量かつ耐熱性に優れたものとなる。

ここで、例えば酸化アルミニウム質セラミックスとは、酸化アルミニウムを主成分としたセラミックスであり、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化アルミニウムを７０質量％以上含有するものである。そして、本開示の中空部材１０における第１壁部１、第２壁部２および第３壁部３の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値をＪＣＰＤＳカードで同定することにより、酸化アルミニウムの存在を確認
する。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、アルミニウム（Ａｌ）の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰまたはＸＲＦで測定したＡｌの含有量から酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。なお、他のセラミックスについても同様である。

また、第１壁部１、第２壁部２および第３壁部３がセラミックスからなる場合、空隙部４には、空気、アルゴン、窒素等の気体が内部に存在するか真空状態であることが好適である。セラミックスの熱伝導率は一般的に４Ｗ／ｍ・Ｋ〜１６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。これに対し、空隙部４に、空気、アルゴン、窒素等の気体が内部に存在するか真空状態である場合には、空隙部４内の熱伝導率は０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ程度以下と非常に低くなる。このように、セラミックスよりも熱伝導率が低い空隙部４が存在すれば、断熱効果を得ることができ、中空部材１０を断熱部材として使用することができる。

以下、本開示の中空部材１０の製造方法の一例について示す。

まず、主成分原料（炭化珪素、酸化アルミニウム等）の粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を適宜添加し混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーを用いて、ドクターブレード法により複数のセラミックグリーンシートを形成する。

なお、セラミックグリーンシートを形成する他の方法としては、スラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒することによって顆粒を作製し、得られた顆粒をロールコンパクションにより成形する方法がある。また、顆粒を用いて、メカプレス法や冷間静水圧加圧成形（ＣＩＰ）法、または、スラリーの代わりに坏土を作製して、押出成形法によってセラミックグリーンシートを得てもよい。

次に、得られた複数のセラミックグリーンシートをそれぞれ所望の形状となるように金型もしくはレーザを用いて加工する。ここで、焼成後の第１壁部１や第２壁部２において、Ｂ部がＡ部よりも厚い部分を有するように、セラミックグリーンシートを加工する。なお、Ｂ部をＡ部よりも厚くしたり、Ａ部の最大厚みＡｔとＢ部の最大厚みＢｔとの比Ｂｔ／Ａｔが１．５以上５．０以下となるようにしたり、Ａ部からＢ部にかけて漸次厚くなっている部分を有するようにしたり、Ａ部からＢ部にかけて漸次厚くなるように加工してもよい。

その後、それぞれのセラミックグリーンシートに上記スラリーを塗布して積層し、加圧することで成形体とする。なお、空隙部４に対応する第３壁部の表面が凹凸を有するようにするには、セラミックグリーンシートを積層することで空隙部４となる部分を形成した後に、内面を切削加工して凹凸を形成すればよい。または、空隙部４となる孔の形状を異ならせたセラミックグリーンシートを積層することで、空隙部４となる部分を形成してもよい。

そして、成形体を乾燥、脱脂することで脱脂体を作製した後、主成分原料に合わせた焼成温度および焼成雰囲気で焼成することで、本開示の中空部材１０を得る。なお、焼成雰囲気を大気雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気または真空雰囲気として脱脂体を焼成すれば、空隙部４の内部はそれぞれ、空気、アルゴン、窒素の気体が存在するものになるか、または真空状態となる。

なお、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：中空部材
１：第１壁部
２：第２壁部
３：第３壁部
４：空隙部

Claims

第１壁部と、
該第１壁部に対向して位置する第２壁部と、
前記第１壁部および前記第２壁部の間に位置する第３壁部とを備え、
前記第１壁部、前記第２壁部および前記第３壁部に囲まれた空隙部に対応する、前記第１壁部における第１部位および前記第２壁部における第２部位のいずれかは、中央にあたる部分をＡ部、前記第３壁部側をＢ部としたとき、前記Ｂ部が前記Ａ部よりも厚い部分を有しており、
前記空隙部に対応する前記第３壁部の表面が滑らかに連続した凹凸を有しており、
前記第１壁部、前記第２壁部および前記第３壁部は、セラミックスからなる
中空部材。
前記第１部位および前記第２部位のいずれかは、前記Ｂ部が前記Ａ部よりも厚い請求項１に記載の中空部材。
前記第１部位および前記第２部位は、前記Ｂ部が前記Ａ部よりも厚い請求項２に記載の中空部材。
前記第１部位および前記第２部位のいずれかは、前記Ａ部の最大厚みをＡｔ、前記Ｂ部の最大厚みをＢｔとしたときの比Ｂｔ／Ａｔが１．５以上５．０以下である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の中空部材。
前記第１部位および前記第２部位は、前記Ａ部の最大厚みをＡｔ、前記Ｂ部の最大厚みをＢｔとしたときの比Ｂｔ／Ａｔが１．５以上５．０以下である請求項４に記載の中空部材。
前記第１部位および前記第２部位のいずれかは、前記Ａ部から前記Ｂ部にかけて漸次厚くなっている部分を有している請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の中空部材。
前記第１部位および前記第２部位のいずれかは、前記Ａ部から前記Ｂ部にかけて漸次厚くなっている請求項６に記載の中空部材。
前記第１部位および前記第２部位は、前記Ａ部から前記Ｂ部にかけて漸次厚くなっている請求項７に記載の中空部材。