JPH0745315A

JPH0745315A - 帯電除去用部材

Info

Publication number: JPH0745315A
Application number: JP5208388A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Shinohara; 伸広篠原; Otojiro Kida; 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: 1995-02-14
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3305053B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被取り扱い物６に帯電した電荷を確実、かつ速
やかに除去できる帯電除去用部材を提供する。【構成】帯電除去用部材１を表面抵抗率が２×１０⁶ 〜
１０¹⁰Ω／ｃｍ² の範囲にある帯電除去用セラミックス
４とアース７に接続された導電材２とで構成し、帯電除
去用セラミックス４と導電材２を面で接触または接合し
て電気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用技術】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
帯電あるい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
炭化物を窒化珪素に混入した、体積固有抵抗が小さく放
電加工が可能な窒化珪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１０² 〜１
０⁶ Ω・ｃｍの体積固有抵抗を有する、チタニア質、ジ
ルコニア質、窒化珪素質あるいは炭化珪素質セラミック
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１０〜１０⁵ Ω・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、シリコー
ンウエハと接触する面を高純度の炭化珪素（表面抵抗率
は通常１０³ 〜１０⁴ Ω／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。その第１の理由は、部品などが帯
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１０⁵ Ω・ｃ
ｍ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セラミッ
クスは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１０⁶ Ω／
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ていることを
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 の範囲とされていることによって、例えば２０００
Ｖ以上に帯電した被取り扱い物から被取り扱い物を電気
的に破壊するおそれなく確実に静電気を除去することが
可能となった。帯電除去用セラミックスの表面抵抗率が
２×１０⁶ Ω／ｃｍ² 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 〜９×１０⁹
とするのが好ましい。また、アース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
にアースに逃がし、帯電除去用部材としての機能を発揮
する。１０⁶ Ω／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。

【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
ミナや窒化珪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Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＮｂまたはＴ
ａの窒化物または炭化物の微粒子を単独あるいは併用し
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ため不安定になり
やすい導電材との間の接続抵抗が大きくなって電流が流
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、ネジやボルトあるいはナットなど
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
ましくは接続する面をメタライジング、あるいはさらに
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あるいはロウ付けにより接続す
るのが好ましい。

【００２０】本発明の好ましい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Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＮｂまたはＴａの窒化
物および炭化物から選ばれる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
度を求めるには、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、１
００％から気孔率を差し引けば相対密度が求められる。

【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好ましいも
のである。本発明者らは、粒径５μｍ以下のアルミナの
原料粉末に、同じく５μｍ以下の粒径を有するＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、ＮｂまたはＴａの窒化物および炭化物（体積
固有抵抗は１０^-4〜１０^-5Ω・ｃｍの範囲にある）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以下の粒径の原料粉末を使用し、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、ＮｂまたはＴａの窒化物および炭化物から選
ばれる１種以上の導電性化合物の粉末を合わせて４〜２
３体積％、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、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Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｍｇ
Ｏなどの焼結助剤、あるいは結晶成長を抑制するＭｇ
Ｏ、ＳｉＯ₂ 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５μｍ
以下の原料粉末を使用することにより、大抵の場合平均
結晶粒径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】本発明の他の好ましい帯電除去用部材で
は、帯電除去用セラミックスが、Ｓｉ₃ Ｎ₄ と焼結助剤
からなるマトリックス中にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂおよ
びＴａの窒化物から選ばれる１種以上とＳｉＣ（炭化珪
素）を含む密度が９０％以上の焼結体とされている。

【００２９】このＳｉ₃ Ｎ₄ 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、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 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ＳｉＣ粉末０．１〜１７重量％と、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａの窒化物から選ばれ
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Ｓｉ
₃ Ｎ₄ 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、Ｔｉや
Ｎｂ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ＳｉＣ（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、ＳｉＣ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、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 粉末の無加圧焼結を可能
にする焼結助剤としては、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＡ
ｌ₂ Ｏ₄ およびＹ₂ Ｏ₃ 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、ＴｉＮの適切な含有量は２２〜３３重量％である。
また、ＺｒＮおよび／またはＮｂＮ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、Ｓ
ｉＣの含有量は０．１〜１２重量％とするのが好まし
い。

【００３４】窒化珪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、Ｓｉ₃ Ｎ₄ がＳｉ
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】本発明の他の好ましい帯電除去用部材で
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２×１０⁶ Ω／ｃｍ² 以上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Ａｌ₂ Ｏ₃ −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】本発明の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、本発明による帯電除去用部材で
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、その理由の第１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、本発明の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珪素の砥粒でサン
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】本発明の他の好ましい帯電除去用部材で
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
化物あるい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、としたもの
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、他は本発
明の実施例である。

【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Ｓｉ₃ Ｎ₄ 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ＳｉＣ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Ｓｉ₃ Ｎ₄ 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Ｓｉ₃ Ｎ₄ 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、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 欄には混合粉末全量に対するＳｉ
₃ Ｎ₄ 粉末と焼結助剤粉末との合量の重量％を、焼結助
剤欄にはＳｉ₃ Ｎ₄ 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。

【００７６】

【表５】

【００７７】

【表６】

【００７８】表５、表６に示された結果から、本発明に
よる窒化珪素質セラミックスは、いずれも２×１０⁶ 〜
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】試験例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ＴｉＯ₂ 粉末（純度９９．５
重量％）の混合物および同じアルミナ粉末とＴｉＮ粉末
（純度９９．５重量％）の混合物をそれぞれ１５００℃
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、１０〜４５μｍ
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み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
をアースに接続しておき、あらかじめ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】これらの試験例のうちで、Ｎｏ．９１、１
０１、１０２、１０３および１１０は本発明の比較例で
あり、他は本発明の実施例である。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 〜１０¹⁰Ω／ｃｍ² の範囲内の表面抵抗率を有
している本発明の帯電除去用部材は、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
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１×１０⁹ Ω／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ＴｉＯ₂ 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、３×１０⁸ Ω／ｃｍ² であった。

【００９３】アースに接続したこれら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
チャックの側面図。

【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 (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/584

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面抵抗率が２×１０⁶ 〜１０¹⁰Ω／ｃｍ
² の範囲にある帯電除去用セラミックスとアースに接続
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てい
ることを特徴とする帯電除去用部材。
【請求項２】接触または接合されている面の面積が１ｍ
ｍ² 以上である請求項１に記載の帯電除去用部材。
【請求項３】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Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂま
たはＴａの窒化物および炭化物から選ばれる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
体である請求項１または２に記載の帯電除去用部材。
【請求項４】焼結体が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂまたは
Ｔａの窒化物および炭化物から選ばれる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４〜２
３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３に記載の帯電除去用部材。
【請求項５】帯電除去用セラミックスが、Ｓｉ₃ Ｎ₄ と
焼結助剤からなるマトリックス中にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
ＮｂおよびＴａの窒化物から選ばれる１種以上と炭化珪
素を含む相対密度が９０％以上の焼結体である請求項１
または２に記載の帯電除去用部材。
【請求項６】焼結体が、５μｍ以下のＳｉＣ粉末０．１
〜１７重量％と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａの
窒化物から選ばれる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Ｓｉ₃ Ｎ₄ 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５に記載の帯電除去用部材。
【請求項７】焼結助剤がＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＡｌ
₂ Ｏ₄ およびＹ₂ Ｏ₃ から選ばれる１種以上であり、焼
結体中に焼結助剤が合わせて２〜１５重量％含まれ、焼
結体の曲げ強度が６０ｋｇ／ｍｍ² 以上である請求項５
または６に記載の帯電除去用部材。
【請求項８】焼結体が平均粒径５μｍ以下の結晶粒子か
らなるものである請求項１〜７のいずれか１つに記載の
帯電除去用部材。
【請求項９】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
有するものである請求項１または２に記載の帯電除去用
部材。
【請求項１０】セラミックス層が、アルミナを主成分と
し、Ｔｉの酸化物および／または窒化物を副成分とする
ものである請求項９に記載の帯電除去用部材。
【請求項１１】セラミックス層が、Ｔｉの酸化物を５〜
５０重量％および／またはＴｉの窒化物を５〜３０重量
％含むものである請求項１０に記載の帯電除去用部材。
【請求項１２】アンダーコート層および／またはセラミ
ックス層がプラズマ溶射法により形成されたものである
請求項９〜１１のいずれか１つに記載の帯電除去用部
材。
【請求項１３】アンダーコート層が熱膨張率が異なる複
層で構成され、セラミックス層側のアンダーコート層の
熱膨張率が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され、アンダ
ーコート層の合計厚さが３０〜１５０μｍである請求項
９〜１２のいずれか１つに記載の帯電除去用部材。
【請求項１４】帯電除去用部材がエレクトロニクス関連
部材を取り扱うマニピュレータまたはチャックの少なく
とも一部分として使用されるものである請求項１〜１３
のいずれか１つに記載の帯電除去用部材。
【請求項１５】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のに使用される装置のアースに
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
いる請求項１〜１４のいずれか１つに記載の帯電除去用
部材。