特開 2024-4760 滑り止め部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024004760

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】滑り止め部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20240110BHJP

   B25J 15/08 20060101ALN20240110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

B25J15/08 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022104569

(22)【出願日】2022-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】前野 洋平

(72)【発明者】

【氏名】二田 伸康

【テーマコード（参考）】

3C707

5F131

【Ｆターム（参考）】

3C707AS25

3C707AS30

3C707EV10

3C707EW18

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA32

5F131AA33

5F131BA00

5F131CA17

5F131CA18

5F131CA32

5F131CA53

5F131DA02

5F131DA22

5F131DA42

5F131DA43

5F131DB02

5F131DB06

5F131DB32

5F131EB35

5F131EB36

(57)【要約】

【課題】高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用可能であり、対象物を十分に固定することが可能な滑り止め部材を提供する。
【解決手段】無機材料からなる基材１１の表面の少なくとも一部に、一方向に延在する複数の突条部２１からなるストライプ構造２０が形成されており、突条部２１の平均ピッチが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされており、表面における静摩擦係数が０．２０以上とされていることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無機材料からなる基材の表面の少なくとも一部に、一方向に延在する複数の突条部からなるストライプ構造が形成されており、前記突条部の平均ピッチが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされており、
前記表面における静摩擦係数が０．２０以上とされていることを特徴とする滑り止め部材。

【請求項2】

前記表面における前記ストライプ構造の占有面積率が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の滑り止め部材。

【請求項3】

前記突条部の平均ピッチが５００ｎｍ以下とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の滑り止め部材。

【請求項4】

前記突条部の平均高さが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の滑り止め部材。

【請求項5】

前記突条部の延在方向に直交する断面が三角形状をなすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の滑り止め部材。

【請求項6】

前記基材の前記表面がアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、タングステン、タングステン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、石英、ガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンのうち、少なくとも一つ以上で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の滑り止め部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、滑り止め部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

対象物を把持する把持部材、対象物を搬送する搬送部材においては、例えば、特許文献１，２に示すように、対象物を安定して固定するために、対象物と接触する部分には滑り止め部材が配設されている。
また、対象物を取り扱う際にも、例えば、特許文献３に示すように、対象物を仮固定して位置ずれを防止するために、滑り止め部材が用いられている。
ここで、滑り止め部材においては、対象物との間に十分な摩擦力を有することが要求されることから、通常、粘弾性体であるゴム等の有機材料で構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－０９４７０４号公報

【特許文献2】ＷＯ２００９／００５０２７号公報

【特許文献3】特開２００９－１６８８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ゴム等の有機材料においては、耐熱性が不十分なために、高温環境下では安定して使用することができないといった問題があった。また、有機材料による汚染のおそれがあるため、クリーン環境下では使用できないといった問題があった。
よって、例えば、半導体製造プロセス用途、航空宇宙用途、ロボット用途においては、有機材料からなる滑り止め部材を適用することができなかった。

【0005】

ここで、各種部材を構成する工業材料は、樹脂やゴムなどの有機材料、セラミックスや金属等の無機材料に大別される。
有機材料においては、上述のように、柔軟性に優れるが耐熱性に劣ることになる。これに対して、無機材料においては、耐熱性に優れるが柔軟性に劣ることになる。このように、工業材料においては、選択する材料によって特性のトレードオフが発生してしまうことになる。

【0006】

このため、滑り止め部材を無機材料で構成した場合には、耐熱性に優れるとともに汚染の問題が少なくなるが、十分な摩擦力を得ることができず、対象物を十分に固定することができないおそれがあった。

【0007】

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用可能であり、対象物を十分に固定することが可能な滑り止め部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、セラミックスや金属等の無機材料からなる基材の表面に微細な凹凸を形成することにより、その表面に十分な摩擦力が付与されることになり、滑り止め部材として使用することが可能となるとの知見を得た。

【0009】

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の態様１の滑り止め部材は、無機材料からなる基材表面の少なくとも一部に、一方向に延在する複数の突条部からなるストライプ構造を有しており、前記突条部の平均ピッチが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされており、前記表面における静摩擦係数が０．２０以上とされていることを特徴としている。

【0010】

本発明の態様１の滑り止め部材によれば、セラミックスや金属等の無機材料で構成されているので、耐熱性に優れるとともに、汚染の問題を十分に抑制することができる。そして、基材の表面の少なくとも一部に、一方向に延在する複数の突条部からなるストライプ構造が形成され、前記突条部の平均ピッチが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされており、前記表面における静摩擦係数が０．２０以上とされているので、この表面の摩擦力によって対象物を十分に固定することができる。
よって、高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用することができるとともに、対象物を十分に固定することが可能となる。

【0011】

本発明の態様２は、態様１の滑り止め部材において、前記表面における前記ストライプ構造の占有面積率が３０％以上であることを特徴としている。
本発明の態様２の滑り止め部材によれば、前記表面における前記ストライプ構造の占有面積率が３０％以上とされているので、前記表面にストライプ構造によってさらに十分な摩擦力が付与されており、さらに確実に対象物を固定することが可能となる。

【0012】

本発明の態様３は、態様１または態様２の滑り止め部材において、前記突条部の平均ピッチが５００ｎｍ以下とされていることを特徴としている。
本発明の態様３の滑り止め部材によれば、前記突条部の平均ピッチが５００ｎｍ以下とさらに微細な構造とされているので、前記表面にさらに十分な摩擦力を付与することができ、さらに確実に対象物を固定することが可能となる。

【0013】

本発明の態様４は、態様１から態様３のいずれか一つの滑り止め部材において、前記突条部の平均高さが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
本発明の態様４の滑り止め部材によれば、前記突条部の平均高さが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされているので、前記表面にさらに十分な摩擦力を付与することができ、さらに確実に対象物を固定することが可能となる。

【0014】

本発明の態様５は、態様１から態様４のいずれか一つの滑り止め部材において、前記突条部の延在方向に直交する断面が三角形状をなすことを特徴としている。
本発明の態様５の滑り止め部材によれば、前記突条部の延在方向に直交する断面が三角形状をなしていることから、突条部の先端が対象物の外形に沿って変形し易くなり、対象物をさらに確実に固定することが可能となる。

【0015】

本発明の態様６は、態様１から態様５のいずれか一つの滑り止め部材において、前記基材の前記表面がアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、タングステン、タングステン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、石英、ガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンのうち、少なくとも一つ以上で構成されていることを特徴としている。
本発明の態様６の滑り止め部材によれば、前記基材の前記表面がアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、タングステン、タングステン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、石英、ガラス、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンのうち、少なくとも一つ以上で構成されていることから、耐熱性に特に優れており、高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用可能であり、対象物を十分に固定することが可能な滑り止め部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態である滑り止め部材の概略説明図である。

【図2】本発明の一実施形態である滑り止め部材におけるストライプ構造の説明図である。

【図3】図２におけるＡ－Ａ断面説明図である。

【図4】静摩擦係数の算出方法を示す説明図である。

【図5】本実施形態である滑り止め部材の製造方法を示すフロー図である。

【図6】実施例において静摩擦係数を測定する方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態である滑り止め部材１０について説明する。
本実施形態である滑り止め部材１０は、例えば、航空宇宙分野、半導体製造プロセス分野、医療分野等の高温環境下又はクリーン環境下で使用される把持装置、搬送装置、製造装置等において、対象物を仮固定するために用いられるものである。

【0019】

本実施形態である滑り止め部材１０は、セラミックスや金属等の無機材料からなる基材１１を有しており、図１に示すように、基材１１の表面の少なくとも一部に、一方向に延在する複数の突条部２１からなるストライプ構造２０が形成されている。
なお、基材１１の形状やサイズに特に制限はないが、本実施形態では、図１に示すように、板状とされており、その厚さが、例えば１０μｍ以上１０ｃｍ以下の範囲内とされている。

【0020】

ここで、基材１１を構成する無機材料としては、金属、セラミックス、シリコン、ガラスが挙げられる。基材１１を構成する無機材料は、融点が１００℃以上、分解温度が１００℃以上であることが好ましく、融点が３００℃以上で、分解温度が３００℃以上であることが好ましく、融点が５００℃以上で、分解温度が５００℃以上であることが好ましい。

【0021】

基材１１を構成する金属は、金属単体であってもよいし、合金であってもよい。合金は、複数の金属元素からなるもの及び金属元素と非金属元素からなるものを含む。金属単体の例としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、チタン、タングステン、マグネシウムを挙げることができる。合金の例としては、アルミニウム合金、ＮｉＰ、ステンレス鋼、銅合金を挙げることができる。
基材１１を構成するセラミックスとしては、酸化物、窒化物、炭化物を用いることができる。セラミックスの例としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン、石英を挙げることができる。
基材１１を構成する無機材料は、金属であることが好ましく、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ＮｉＰ合金のいずれかを含むことがより好ましい。

【0022】

基材１１の表面に形成されたストライプ構造２０は、図２および図３に示すように、一方向に延在する複数の突条部２１によって構成されている。
ここで、並列する突条部２１，２１の平均ピッチＰが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされている。突条部２１の平均ピッチＰは、隣り合う突条部２１，２１の頂部２１ａ，２１ａの間の距離の平均値である。突条部２１の平均ピッチＰは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で撮影されたストライプ構造２０の断面ＳＥＭ写真から測定することができる。
なお、突条部２１の平均ピッチＰは、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、突条部２１の平均ピッチＰは、２０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることが好ましい。

【0023】

また、本実施形態においては、突条部２１の平均高さＨが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。突条部２１の平均高さＨは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で撮影されたストライプ構造２０の断面ＳＥＭ写真から測定することができる。
なお、突条部２１の平均高さＨは、８００ｎｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、突条部２１の平均高さＨは、２０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることが好ましい。

【0024】

また、本実施形態においては、図３に示すように、突条部２１の延在方向に直交する断面が三角形状をなすことが好ましい。
ここで、突条部２１の断面形状は、二等辺三角形であることがさらに好ましい。突条部２１の底角（図３のα）は、６０度以上であることが好ましく、６０度以上８０度以下の範囲内にあることが好ましい。

【0025】

また、本実施形態においては、突条部２１の平均ピッチＰに対する平均高さＨの比（平均高さＨ／平均ピッチＰ）は、０．８以上２．０以下の範囲内であることが好ましく、１．０以上１．５以下の範囲内であることがさらに好ましい。
平均高さＨ／平均ピッチＰが０．８以上である場合には、突条部２１が対象物の外形に沿って変形しやすくなり、対象物をさらに確実に固定することが可能となる。一方、平均高さＨ／平均ピッチＰが２．０以下である場合には、突条部２１の形状の復元力が高くなり、繰り返し使用することが可能となる。

【0026】

また、本実施形態である滑り止め部材１０においては、基材１１において対象物と接触する表面におけるストライプ構造２０の占める面積率（占有面積率）が３０％以上であることが好ましい。
図１に示す滑り止め部材１０においては、基材１１の表面の約７０％にストライプ構造２０が形成されている。
なお、基材１１の表面におけるストライプ構造２０の占める面積率は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることが好ましい。また、基材１１の表面におけるストライプ構造２０の占める面積率は１００％以下となる。

【0027】

ここで、「ストライプ構造２０の占有面積率」とは、一定方向に延在する複数の突条部２１において、突条部２１から突条部２１までのピッチが、平均ピッチから－１０％～＋１０％の範囲であって、その突条部２１が３本以上連続して繰り返される範囲の面積を基材表面の面積で除した値のことである。

【0028】

そして、本実施形態である滑り止め部材１０においては、基材１１のうちストライプ構造２０が形成された表面における静摩擦係数μが０．２０以上とされている。
なお、基材１１の表面における静摩擦係数μは、０．３０以上であることが好ましく、０．４０以上であることが好ましい。なお、静摩擦係数μの上限に特に制限はないが、現実的には静摩擦係数μは１０以下である。
ここで、基材１１の表面における静摩擦係数μは、図４に示す式によって算出することができる。図４におけるｍは物体の質量、ｇは重力加速度、Ｆ_０は最大静止摩擦力、Ｎは垂直抗力である。具体的には、滑り始める角度をθとしたときに、静摩擦係数μ＝ｔａｎθで表される。なお、本実施形態では、突条部２１の延在方向に直交する方向、および、突条部２１の延在方向に平行する方向のいずれの方法においても、静摩擦係数μが０．２０以上とされている。

【0029】

次に、本実施形態である滑り止め部材１０の製造方法の一例について説明する。本実施形態である滑り止め部材１０は、図５のフロー図に示すように、研磨工程Ｓ０１と、切削工程Ｓ０２と、を有している。
研磨工程Ｓ０１においては、無機材料からなる基材１１の表面を研磨する。基材１１の研磨は、例えば、グラインダー研磨、耐水紙による研磨、バフ研磨を用いることができる。研磨後の基材１１の表面は、例えば、表面粗さＲａで０．０２μｍ以下であることが好ましい。

【0030】

切削工程Ｓ０２においては、研磨工程Ｓ０１で研磨した基材１１の表面を切削加工して突条部２１を形成する。切削加工方法は、特に制限はなく、種々の方法を選択することができる。
切削加工方法としては、例えば、刃具を周期的に上下に移動させながら刃具を刃面に対して直交する方向に移動させて溝を形成する方法（ＮＰ法：ナノペッキング法）、刃具を上下に移動させずに直線的に移動させて溝を形成する方法（従来法）を用いることができる。

【0031】

ＮＰ法において、加工装置としては、刃具と刃具を超音波振動させる超音波振動装置とを有する加工装置を用いることができる。刃具の刃面の形状は特に制限はなく、例えば、三角形や四角形とすることができる。ＮＰ法では、例えば、刃具を超音波振動させながら基材１１の表面に斜めに押入し、次いで、刃具を周期的に上下に動かしながら、刃具を刃面に対して直交する方向に移動させる。これによって、基材１１の表面に刃具の移動方向と直交する方向に延びる突条部２１が形成される。

【0032】

従来法において、加工装置としては、刃具と刃具を超音波振動させる超音波振動装置とを有する加工装置を用いることができる。刃具の刃面の形状は、三角形とする。従来法では、例えば、刃具を超音波振動させながら基材１１の表面に垂直に押入し、次いで、刃具を上下に移動しないように固定しながら、刃具を刃面に対して直交する方向に移動させる。これによって、基材１１の表面に刃具の移動方向と平行に延びる突条部２１が形成される。

【0033】

上述の各工程により、本実施形態である滑り止め部材１０が製造される。

【0034】

以上のような構成とされた本実施形態である滑り止め部材１０によれば、セラミックスや金属等の無機材料で構成されているので、耐熱性に優れるとともに、汚染の問題を十分に抑制することができる。
そして、基材１１の表面の少なくとも一部に、一方向に延在する複数の突条部２１からなるストライプ構造２０が形成され、突条部２１の平均ピッチＰが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされており、基材１１の表面における静摩擦係数μが０．２０以上とされているので、対象物を十分に固定することができる。
よって、高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用することができるとともに、対象物を十分に固定することが可能となる。

【0035】

ここで、本実施形態において、基材１１の表面におけるストライプ構造の占める面積率が３０％以上である場合には、ストライプ構造２０によって対象物と接触する基材１１の表面にさらに十分な摩擦力が付与されており、さらに確実に対象物を固定することが可能となる。

【0036】

本実施形態において、突条部２１の平均ピッチＰが５００ｎｍ以下とされている場合には、対象物と接触する基材１１の表面にさらに十分な摩擦力を付与することができ、さらに確実に対象物を固定することが可能となる。

【0037】

本実施形態において、突条部２１の平均高さＨが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされている場合には、対象物と接触する基材１１の表面にさらに十分な摩擦力を付与することができ、さらに確実に対象物を固定することが可能となる。

【0038】

本実施形態において、突条部２１の延在方向に直交する断面が三角形状をなしている場合には、突条部２１の先端が対象物の外形に沿って変形し易くなり、対象物をさらに確実に固定することが可能となる。

【0039】

以上、本発明の実施形態である滑り止め部材について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、切削加工によってストライプ構造を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の方法によってストライプ構造を形成したものであってもよい。
また、本実施形態では、突条部の断面形状が三角形状をなすものとして説明したがこれに限定されることはなく、台形形状等の他の断面形状をなしていてもよい。

【実施例0040】

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

【0041】

まず、表１に示す無機材料からなる基材（縦：１０ｍｍ、横：１０ｍｍ、板厚：１ｍｍ）を用意した。
用意した基材の表面に対して研磨加工を行い、表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平滑面とした。

【0042】

次に、研磨した基材の表面に、ＮＰ法を用いて切削加工を行い、一方向に延在する複数の突条部からなるストライプ構造を形成した。
ここで、ストライプ構造を構成する突条部の平均ピッチＰ、平均高さＨ、Ｐ／Ｈ、表面におけるストライプ構造の占める面積率を、表１に示すものとした。

【0043】

なお、加工装置としては、刃具と刃具を超音波楕円振動させる超音波振動装置とを有する加工装置を用いた。刃具を超音波振動させながら斜めに押入し、次いで、刃具を超音波楕円振動させながら、刃面に対して直交する方向に移動させる間に、刃先が上下方向に移動する周期で動かすことによって、基材の表面に刃具の移動方向と直交する方向に延びる突条部を形成し、表面にストライプ構造を有する滑り止め部材を作製した。

【0044】

得られた滑り止め部材のうち、ストライプ構造が形成された表面の静摩擦係数を測定した。
３００ｍｍの円板状のシリコンウエハＳを準備した。なお、シリコンウエハＳの表面粗さＲａは０．１４ｎｍとした。図６に示すように、シリコンウエハＳの中心から１４０ｍｍの径方向位置で周方向に１２０°間隔で３つの滑り止め部材１０を配置し、固定板Ｑの上に載置した。
なお、ストライプ構造が形成された表面がシリコンウエハＳ側を向くように、滑り止め部材１０を配置した。また、質量１２８ｇのシリコンウエハを用いることで、積層方向の荷重を４３ｇ／ｃｍ^２とした。

【0045】

そして、固定板Ｑを傾けて、シリコンウエハＳが滑り落ちる角度θを測定し、静摩擦係数を算出した。
なお、表１において、シリコンウエハＳの径方向とストライプ構造の突条部の延在方向とが平行な場合を「平行」とし、シリコンウエハＳの径方向とストライプ構造の突条部の延在方向とが直交する場合を「直交」とした。

【0046】

【表1】

【0047】

比較例１においては、ストライプ構造の突条部の平均ピッチＰが１５００ｎｍとされており、静摩擦係数が０．１４（平行）、０．１５（直交）となり、表面の摩擦力が不十分となった。
比較例２においては、ストライプ構造の突条部の平均ピッチＰが１０ｎｍとされており、静摩擦係数が０．１７（平行）、０．１７（直交）となり、表面の摩擦力が不十分となった。

【0048】

これに対して、本発明例１－１０においては、ストライプ構造の突条部の平均ピッチＰが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内とされており、静摩擦係数が０．２８（平行）以上、０．２７（直交）以上となり、表面の摩擦力が十分に高く、対象物を十分に固定可能であることが確認された。
また、本発明例８，９では、基材を石英で構成されたものとしたが、表面に突条部の平均ピッチＰが２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のストライプ構造を形成することができ、ストライプ構造の占める面積率が３０％以上確保されており、静摩擦係数が０．９９（平行）以上、０．７６（直交）以上となった。

【0049】

以上のことから、本発明例によれば、高温環境下およびクリーン環境下でも安定して使用可能であり、対象物を十分に固定することが可能な滑り止め部材を提供可能であることが確認された。

【符号の説明】

【0050】

１０ 滑り止め部材
１１ 基材
２０ ストライプ構造
２１ 突条部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】