JP2022134962A - 多孔質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄物または薄型のワークの吸着時にワークの変形や損傷がなく吸着可能な多孔質焼結体及びその製造方法を提供する。【解決手段】多孔質焼結体１は、ワーク３０を吸着するための吸着面１ｂとこれに背向して負圧源に接続するための吸引面１ａとの間を連通する連通孔８を有する。多孔質焼結体は、第１多孔質層３、第２多孔質層７、第３多孔質層５の３層を積層して形成され、下端に吸引面が形成され、上端に吸着面が形成される。３つ多孔質層の夫々は、メジアン径が互いに異なるステンレス鋼粉末を焼結して形成され、下側の第２多孔質層７から上側の第１多孔質層３に向かってメジアン径が小さくなる。３つ多孔質層の夫々には、焼結により互に連結した多数の空隙３ａ，５ａ、７ａが形成され、これらの空隙によって吸着面及び吸引面の間を相互に連通する多数の連通孔が形成される。連通孔の気孔径は、吸引面から吸着面に向かって小さくなる。【選択図】 図１

Description

本発明は、ステンレス鋼粉末を焼結してなる多孔質焼結体及びその製造方法であって、特に、半導体等の繊細な取扱いを要するワークを吸着保持する吸着ヘッド等の吸着プレートに使用するのに適した多孔質焼結体及びその製造方法に関する。

ワークを吸着保持する吸着ヘッド等の吸着プレートとしては、多孔質焼結体を使用したものが既に知られている。このような多孔質焼結体は、例えば特許文献１に記載された多孔質ステンレス鋼焼結体のように、ステンレス鋼粉末を加圧成形したグリーン体を焼結して形成される。この多孔質ステンレス鋼焼結体は、強度が高いので、使用等により表面が損傷し難く、表面の平面性や吸着力の低下が抑制されて、ワークを精度良く確実に吸着することができる。

特開２００３－１７１７０２号公報

ところで、このような多孔質焼結体によって半導体等の繊細な取扱いを要するワークを吸着保持する場合、負圧（吸着力）によるワークの変形や損傷を防止するため、前記多孔質焼結体に形成される多数の気孔の径分布はより小径側であることが望ましい。そして、このように気孔の径分布をより小径側にするためには、より小さいメジアン径を有するステンレス鋼粉末を使用する必要性がある。

しかしながら、特許文献１に記載された従来の多孔質ステンレス鋼焼結体は、特定の粒径分布を有した１種類のステンレス鋼粉末を加圧成形して焼結することにより形成されている。そのため、焼結体に形成される気孔の径分布がより小径側となるように、より小径のステンレス鋼粉末を使用して焼結密度を上げようとすると、焼結時に小径の気孔が潰れ易く気孔の径分布が大径側となる傾向にある。そして、そのような焼結体を用いてワークを吸着すると、上述のようにワークの変形や損傷を生じる虞がある。

そこで、本発明の技術的課題は、負圧によるワークの吸着時に、該ワークが変形したり損傷したりするのを防止することが可能な多孔質焼結体及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る多孔質焼結体は、ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されていて、負圧によりワークを吸着するための吸着面と、前記吸着面に背向して負圧源に接続するための吸引面とを有し、内部に、前記焼結により形成され相互に連結した多数の空隙によって、前記吸着面及び前記吸引面の間を相互に連通させる多数の連通孔が形成されたワーク吸着用の多孔質焼結体であって、前記多孔質焼結体は、複数の多孔質層を積層することにより形成されていて、積層方向一方の端面によって前記吸引面が形成され、積層方向他方の端面によって前記吸着面が形成されており、複数の前記多孔質層の夫々は、メジアン径が互いに異なるステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されていて、前記吸引面側に配された多孔質層よりも吸着面側に配された多孔質層の方が、焼結したステンレス鋼粉末のメジアン径が小さくなっており、それにより、前記連通孔の気孔径が、前記吸引面から前記吸着面に向けて徐々に小さくなるように形成されている、ことを特徴とする。

この場合において、好ましくは、前記多孔質焼結体は、３つの前記多孔質層を積層した３層に形成されている。また、より好ましくは、前記多孔質焼結体は、前記吸引面を有する第１多孔質層と、前記第１多孔質層に積層された第３多孔質層と、前記第３多孔質層に積層されて前記吸着面を有する第２多孔質層とにより形成され、前記第１多孔質層は、第１ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成され、前記第２多孔質層は、第２ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成され、前記第３多孔質層は、前記第１ステンレス鋼粉末と前記第２ステンレス鋼粉末とが混合された第３ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されている。

さらに、好ましくは、前記第１多孔質層は、前記第１ステンレス鋼粉末に、前記第１ステンレス鋼粉末の焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、前記焼結助剤を混合して焼結処理されて作製され、前記第２多孔質層は、前記第２ステンレス鋼粉末に、前記第２ステンレス鋼粉末の焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、前記焼結助剤を混合して焼結処理されて作製され、前記第３多孔質層は、前記第１ステンレス鋼粉末及び前記第２ステンレス鋼粉末の夫々に、前記第１ステンレス鋼粉末及び前記第２ステンレス鋼粉末の夫々の焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、前記焼結助剤を混合して焼結処理されて作製される。

また、好ましくは、前記多孔質焼結体は、前記吸着面と前記吸引面とが互いに平行に延びてプレート状に形成されている。

また、本発明に係る多孔質焼結体の製造方法は、ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されていて、負圧によりワークを吸着するための吸着面と、前記吸着面に背向して負圧源に接続するための吸引面とを有し、内部に、前記焼結により形成され相互に連結した多数の空隙によって、前記吸着面及び前記吸引面の間を相互に連通させる多数の連通孔が形成されたワーク吸着用の多孔質焼結体の製造方法であって、メジアン径が互いに異なる複数種類のステンレス鋼粉末の夫々に焼結助剤を混合して複数種類の原料粉末を作製する原料粉末作製工程と、前記複数種類の原料粉末の夫々を成形型に投入して複数層の積層体を成形する成形工程と、前記複数層の積層体を積層方向に沿った１軸方向に圧縮成形して複数層のグリーン体を作製する圧縮工程と、前記グリーン体を焼結して、前記多孔質焼結体を作製する焼結工程と、を含むことを特徴とする。

また、好ましくは、前記原料粉末作製工程において、メジアン径が互いに異なる複数種類のステンレス鋼粉末の夫々の前記焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、複数種類の前記原料粉末を作製することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、負圧によるワークの吸着時に、該ワークが変形したり損傷したりするのを防止することが可能な多孔質焼結体及びその製造方法を提供することができる。

本実施形態に係わる多孔質焼結体が組み込まれた吸着工具の断面図である。 多孔質焼結体の製造工程図である。 図３（ａ）はステンレス鋼粉末に焼結助剤を混合した状態のステンレス鋼粉末の模式図であり、図３（ｂ）は、さらにバインダーを混合した状態のステンレス鋼粉末の模式図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る多孔質焼結体及びその製造方法について説明する。本実施形態の多孔質焼結体１は、薄物または薄型のワークを吸着するための吸着体として用いられ、多孔質層を３層積層したものを例にして説明する。なお、多孔質焼結体１は、多孔質層を３層積層したものに限るものではなく、２層又は４層以上積層したものでもよい。

多孔質焼結体１は、図１に示すように、ワーク３０を吸着するための吸着面１ｂと吸着面１ｂに背向して負圧源に接続するための吸引面１ａとの間を連通する連通孔８が内部に形成されており、吸着面１ｂと吸引面１ａとが互いに平行に延びてプレート状に形成されている。

多孔質焼結体１は、積層方向一方側（以下、「下側」と記す。）から積層方向他方側（以下、「上側」と記す。）へ向かって、第１多孔質層（多孔質層）３、第３多孔質層（多孔質層）５、第２多孔質層（多孔質層）７の３層が配されて形成されている。これら３層の多孔質層の夫々は、メジアン径（頻度の累積５０％の粒子径）が互いに異なるステンレス鋼粉末を焼結して形成されている。本実施形態では、３層の多孔質層の夫々は、メジアン径が異なる２種類のステンレス鋼粉末の少なくともいずれかにより焼結形成されている。ステンレス鋼粉末の詳細については後述する。

第１多孔質層３は、メジアン径が異なる２種類のステンレス鋼粉末のうち最もメジアン径が大きい第１ステンレス鋼粉末１１を焼結して形成されており、内部には多数の空隙３ａによって相互に連結して積層方向に延びる多数の第１連通孔部３ｃが形成されている。第１多孔質層３の下端には負圧源に接続されるための吸引面１ａが形成されている。

第２多孔質層７は、２種類のステンレス鋼粉末のうち最もメジアン径が小さい第２ステンレス鋼粉末１２を焼結して形成されており、内部には、多数の空隙７ａによって相互に連結して積層方向に延びる多数の第２連通孔部７ｃが形成されている。第２多孔質層７の上端にはワーク３０を吸着するための吸着面１ｂが形成されている。

第３多孔質層５は、第１多孔質層３と第２多孔質層７との間に形成されて、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２が混在して焼結形成され、内部には多数の空隙５ａによって相互に連結して積層方向に延びる多数の第３連通孔部５ｃが形成される。これらの連通孔部３ｃ、５ｃ、７ｃは互いに連通して吸着面１ｂ及び吸引面１ａの間を相互に連通させる連通孔８を形成している。

第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の表面は、焼結後の収縮変形の程度を調整するための焼結助剤１４（図３（ｂ）参照）によって覆われている。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の１粒子を一方向から見たときの模式図であり、図中に示す小さい粒が焼結助剤１４を表している。焼結助剤１４の詳細は後述する。

本実施形態に係わる多孔質焼結体１及びその製造方法に用いられる第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２のステンレス鋼は、ステンレス鋼であれば特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ４１０が好ましい。また、２種類の第１ステンレス鋼粉末１１、第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の粒径は、１０～２５０μｍの範囲内であって且つ種類毎にメジアン径が相違するものである。より具体的には２種類のメジアン径の夫々は、例えば１５０μｍ、２００μｍであることが好ましい。また、焼結助剤１４は、例えば、タングステンカーバイト（ＷＣ）が好ましい。なお、焼結助剤１４は、ＷＣに限定されるものではなく、ＷＣの他に炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）や炭化バナジウム（ＶＣ）が含まれたものでもよい。

第２多孔質層７の上端に形成された吸着面１ｂには上側開口部７ｂが形成されている。この上側開口部７ｂは、第２連通孔部７ｃの上端部が吸着面１ｂに開口したものである。一方、第１多孔質層３の下端に形成された吸引面１ａには、下側開口部３ｂが形成される。この下側開口部３ｂは、第１連通孔部３ｃの下端部が吸引面１ａに開口したものである。このため、連通孔８は、吸着面１ｂに開口する上側開口部７ｂと吸引面１ａに開口する下側開口部３ｂとの間を連通している。

ここで、３層を形成する第１多孔質層３、第２多孔質層７、第３多孔質層５について更に詳細に説明する。先ず、３層の上部に配された第２多孔質層７から説明する。第２多孔質層７は、この原料となる第２ステンレス鋼粉末１２に、第２ステンレス鋼粉末１２の焼結助剤１４（Ｂ）に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、焼結助剤１４を混合して焼結処理されて作製されている。第２ステンレス鋼粉末１２の表面には、隣接する焼結助剤１４間の隙間が小さい密の状態で均一に付着している（図３（ｂ）参照）。このため、図１に示すように、第２ステンレス鋼粉末１２は、焼結時において、焼結密度のムラがなく且つ焼結密度が高くなり、第２多孔質層７に形成される空隙７ａは狭くなる。従って、第２多孔質層７に形成される多数の第２連通孔部７ｃの径分布はより小径側になる。

一方、３層の下部に配された第１多孔質層３は、この原料となる第１ステンレス鋼粉末１１に、第１ステンレス鋼粉末１１の焼結助剤１４に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、焼結助剤１４を混合して焼結処理されて作製される。第１ステンレス鋼粉末１１のメジアン径は、第２ステンレス鋼粉末１２よりもメジアン径が大きく、第１ステンレス鋼粉末１１の表面には焼結助剤１４が均一に付着している（図３（ｂ）参照）。このため、第１ステンレス鋼粉末１１は、焼結時において、焼結密度のムラがないが、焼結密度が第２ステンレス鋼粉末１２と比較して低くなる。このため、第１多孔質層３に形成される空隙３ａは、第２多孔質層７に形成される空隙７ａよりも広くなる。従って、第１多孔質層３に形成される多数の第１連通孔部３ｃの径分布は、第２多孔質層７に形成される多数の第２連通孔部７ｃの径分布よりも大径側になる。

さらに、第１多孔質層３と第２多孔質層７との間に配された第３多孔質層５は、この原料が第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２が混在したものであり、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々に、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の焼結助剤１４に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、焼結助剤１４を混合して焼結処理されて作製される、このため、第３多孔質層５に形成される空隙５ａは、空隙３ａと空隙７ａとが含まれたものであるので、第３多孔質層５に形成される多数の空隙５ａの平均的な大きさは、第１多孔質層３の空隙３ａよりも狭く且つ第２多孔質層７の空隙７ａよりも広くなる。従って、第３多孔質層５に形成される第３連通孔部５ｃの径分布は、第１多孔質層３に形成される第１連通孔部３ｃの径分布よりも小径側であって、且つ第２多孔質層７に形成される第２連通孔部７ｃの径分布よりも大径側となる。よって、多孔質焼結体１内に形成される連通孔８は、吸引面１ａから吸着面１ｂへ向かって気孔径が段階的に小さくなる傾斜構造を有している。

このように、連通孔８は、吸引面１ａから吸着面１ｂへ向かって気孔径が段階的に小さくなる傾斜構造を有しているので、多孔質焼結体１は、第２多孔質層７の吸着面１ｂに開口する小径の上側開口部７ｂによって、薄物または薄型のワーク３０を変形させることなく吸着することができる。また、連通孔８のうち気孔径の小さい第２連通孔部７ｃは、３層のうちの一つの第２多孔質層７のみに形成されているので、気孔径が小さい第２連通孔部７ｃのみによって連通孔８の全体が形成される焼結体と比較して、連通孔８における第２連通孔部７ｃが占める上下方向長さを短くすることができる。このため、連通孔８の目詰まりや圧力損失の増大を抑制することができる。

次に、本実施形態に係る多孔質焼結体１を製造して吸着ヘッドに組み込むまでの製造方法について、図１、図２、図３を参照しながら説明する。多孔質焼結体１の製造方法は、原料粉末作製工程と、成形工程と、焼結工程と、粗加工・洗浄工程と、仕上げ加工工程と、洗浄乾燥工程と、組込工程と、を有する。

原料粉末作製工程（Ｓ１００）は、図２に示すように、ステンレス鋼粉末と焼結助剤１４の計量・混合工程（Ｓ１０１）と、バインダー投入・混合工程（Ｓ１０２）とを含む。

ステンレス鋼粉末と焼結助剤１４の計量・混合工程（Ｓ１０１）では、先ず、メジアン径が互いに異なる２種類の第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々と焼結助剤１４とを所定の混合比になるように計量する。本実施形態では、２種類の第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の焼結助剤１４に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、第１ステンレス鋼粉末１１、第２ステンレス鋼粉末１２、焼結助剤１４を計量する。なお、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２と焼結助剤１４は、体積混合比を基準として計量してもよい。

計量された第１ステンレス鋼粉末１１、第２ステンレス鋼粉末１２、焼結助剤１４は、メジアン径が互いに異なる２種類の第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２毎に、別々の混合機によって２時間混合される。本実施形態では、混合機による混合によって、焼結助剤１４は、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の表面の一部分に密の状態で付着し（図３（ａ）参照）、表面の他の部分において隣接する焼結助剤１４間の隙間が大きい粗の状態で付着して、表面全体において密の状態で均一に付着していない。

バインダー投入・混合工程（Ｓ１０２）では、混合された第１ステンレス鋼粉末１１及び焼結助剤１４と、混合された第２ステンレス鋼粉末１２及び焼結助剤１４の夫々に、重量比で６％未満のプレス成型用バインダーを、更に投入して混合する。そして、バインダーが混合された、第１ステンレス鋼粉末１１及び焼結助剤１４と第２ステンレス鋼粉末１２及び焼結助剤１４の夫々を、９０℃のオーブン内で一定時間の間、加熱して乾燥させる。このバインダーは、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２と焼結助剤１４との仮固着剤として機能する。

したがって、本実施形態では、バインダー混合後の第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の表面には、図３（ｂ）に示すように、焼結助剤１４が均一に付着する。よって、成形（圧縮成形）が完了するまでにおいて、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々と焼結助剤１４とが分離し難くなり、後述する成形型内に投入されて圧縮された第１ステンレス鋼粉末１１と焼結助剤１４からなるグリーン体、及び第２ステンレス鋼粉末１２と焼結助剤１４からなるグリーン体の強度が不足して、カケや割れが簡単に発生する事態を防止することができる。また、焼結助剤１４は、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の表面に均一に付着するので、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の焼結密度を高めることができる。

成形工程（Ｓ１２０）では、図示しない加圧成形用の成形型内に、メジアン径が互いに異なる２種類の第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２を投入して積層する。従って、本実施形態では、第１ステンレス鋼粉末１１からなる第１層と、第２ステンレス鋼粉末１２からなる第２層とからなる二層構造の積層体が形成される。なお、第１ステンレス鋼粉末１１のメジアン径は、第２ステンレス鋼粉末１２のメジアン径よりも大きい。

二層構造の積層体が成形型内に形成されると、積層体を圧縮する。圧縮は、積層方向に沿った１軸加圧成形によって行われる。本実施形態では、面圧力が所定値（１．５ｔ/ｃｍ^２）以下となるように、積層体を圧縮する。本実施形態では、積層体が圧縮されると、図１を参照して説明すると、第１層の第１ステンレス鋼粉末１１と第２層の第２ステンレス鋼粉末１２の夫々の一部が混ざり合って、第１層と第２層との間に第１ステンレス鋼粉末１１と第２ステンレス鋼粉末１２とが混在するステンレス鋼粉末（以下、「第３ステンレス鋼粉末１３」と記す。）からなる第３層が形成されて、第１層、第３層，第２層からなる三層構造のグリーン体が形成される。よって、この三層構造のグリーン体は、下側の第１層から上側の第２層に向かってステンレス鋼粉末のメジアン径が徐々に小さくなる。

なお、１軸加圧成形のみでは、グリーン体の場所により密度にムラが生じて、通気性や硬度が均一にならない場合がある。この場合には、グリーン体に対して１軸加圧成形を予備成形として、圧力が所定値（例えば１．５ｔ/ｃｍ^３）以下の等方圧成形を行う。

成形後のグリーン体は、５００℃還元雰囲気下の炉内で脱脂（脱バインダー）される（Ｓ１３０）。なお、炉は、脱脂時に炉内の温度がプログラムに従った速度で上昇するように設定される。

焼結工程（Ｓ１４０）では、グリーン体を真空炉内に入れて所定温度（例えば、１０００℃～１３００℃）で焼結する。グリーン体の焼結によって、第１多孔質層３内に第１連通孔部３ｃを形成し，第２多孔質層７内に第２連通孔部７ｃを形成し、第３多孔質層５内に第３連通孔部５ｃを形成して、これら第１から第３の連通孔部３ｃ、７ｃ、５ｃが互いに連通して連通孔８を形成するとともに、３つの多孔質層のうちの下部に形成された第１多孔質層３の下端に吸引面１ａを形成し、上部に形成された第２多孔質層７の上端に吸着面１ｂを形成した多孔質焼結体１が作製される。連通孔８の気孔径は、吸引面１ａから吸着面１ｂに向かって小さくなる。焼結によって形成された多孔質焼結体１は、ファンから送風される冷却ガス（例えば、窒素ガス）により急冷却される。

なお、前述したように、グリーン体の焼結後には第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２が収縮変形して連通孔８の一部が潰れる虞がある。このため、連通孔８の連通状態が維持されるようにするため、前述したように第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２の夫々に対する焼結助剤１４の混合割合が調整されている。

粗加工・洗浄工程（Ｓ１５０）では、製品設計に合わせて多孔質焼結体１に対して切削加工又はレーザー加工を行って、多孔質焼結体１の外径及び厚さを所定の大きさにする。外径及び厚さが調整された多孔質焼結体１は、平面研削用砥石を用いて多孔質焼結体１の表面及び裏面に対して平面研削加工が行われて、面精度を出しながら厚さの精度が高められる。そして、面精度及び厚さの精度が高められた多孔質焼結体１に対して、純水による超音波洗浄を実施した後に、９０℃に設定されたオーブン内で８時間、加熱して乾燥させる。

仕上げ加工工程（Ｓ１６０）では、粗加工で用いられた平面研削用砥石よりも目が細かい砥石を用いて、多孔質焼結体１に対して平面研削加工を行う。これにより、多孔質焼結体１内の連通孔８を連通状態にすることができる。なお、多孔質焼結体１を切削工具等の製品内に組み込んだ際に、多孔質焼結体１と製品とが同一平面上にない場合には、仕上げ加工工程（Ｓ１６０）の前に、多孔質焼結体１及び製品に対して一体加工（平面研削加工）を行う。

洗浄乾燥工程（Ｓ１７０）では、多孔質焼結体１に対して、純水による超音波洗浄を行うことで多孔質焼結体の連通孔８に入り込んだ切削カス等を除去する。そして、純水の代わりにアルコールを用いて上記洗浄乾燥工程（Ｓ１７０）を繰り返す。さらに、アルコールの代わりにアセトンを用いて上記洗浄乾燥工程（Ｓ１７０）を繰り返す。そして、連通孔８を完全に乾燥させるため、多孔質焼結体１を９０℃に設定されたオーブン内で８時間以上、加熱して乾燥させて、多孔質焼結体１が完成する。

組込工程（Ｓ１８０）では、図１に示すように、多孔質焼結体１を吸着ヘッド２０に形成された収容凹部２２内に挿入し、ボルトやエポキシ樹脂系接着剤を介して多孔質焼結体１を吸着ヘッド２０に固定する。なお、多孔質焼結体１を吸着ヘッド２０等の製品に固定する方法は、製品毎に設定される。またボルトで多孔質焼結体１を製品に締結する場合には、ボルトを螺合するための雌ネジ穴の加工は、前述した粗加工・洗浄工程（Ｓ１５０）後に行うのが好ましい。

次に、このようにして作製された多孔質焼結体１を備える吸着ヘッド２０について説明する。吸着ヘッド２０の上面には、図１に示すように、上方に開口して下方へ窪む収容凹部２２が形成され、この収容凹部２２の底部には、収容凹部２２に連通する複数の通気溝２３が環状に設けられ、通気溝２３の上端は開口して多孔質焼結体１の吸引面１ａに対向する。複数の通気溝２３の一部は、吸着ヘッド２０に設けられた吸引孔２４に連通している。このため、吸引孔２４から空気が吸引されると、複数の通気溝２３を通じて多孔質焼結体１の連通孔８内の空気を吸引することができる。

ここで、本実施形態では、多孔質焼結体１の吸着面１ｂには、開口の大きさが小さい上側開口部７ｂが形成されているので、上側開口部７ｂを通じて薄物または薄型のワーク３０を吸着する際に、ワーク３０が変形したり損傷したりするのを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態に係わる多孔質焼結体１は、ワーク３０を吸着するための吸着面１ｂとこれに背向して負圧源に接続するための吸引面１ａとの間を連通する連通孔８を有してワーク３０の吸着に用いられる。この多孔質焼結体１は、第１から第３の多孔質層３，７，５を積層して形成され、下端に吸引面１ａが形成され、上端に吸着面１ｂが形成される。第１から第３の多孔質層３，７，５の夫々は、メジアン径が互いに異なる第１から第３のステンレス鋼粉末１１，１２，１３を焼結して形成され、下側の第２多孔質層７から上側の第１多孔質層３に向かってメジアン径が小さくなるステンレス鋼粉末を焼結して形成される。３つの多孔質層の夫々には、焼結により互に連結した多数の空隙３ａ，５ａ、７ａが形成され、これらの空隙３ａ，５ａ、７ａによって吸着面１ｂ及び吸引面１ａの間を相互に連通する多数の連通孔８が形成される。連通孔８の気孔径は、吸引面１ａから吸着面１ｂに向かって小さくなっている。

このため、多孔質焼結体１の吸着面１ｂに開口する連通孔８の気孔径は小径であるので、ワーク３０の吸引時にワーク３０を変形させたり損傷させたりすることなく吸着可能な多孔質焼結体１を提供することができる。

なお、前述した実施形態では、多孔質焼結体１は、第１ステンレス鋼粉末１１を焼結してなる第１多孔質層３と、第２ステンレス鋼粉末１２を焼結してなる第２多孔質層７と、第１ステンレス鋼粉末１１及び第２ステンレス鋼粉末１２が混在する第３ステンレス鋼粉末１３を焼結してなる第３多孔質層５とを有する３層構造である場合を示したが、焼結体の構造はこれに限るものではない。多孔質焼結体１は、第１ステンレス鋼粉末１１を焼結してなる第１多孔質層３と、第２ステンレス鋼粉末１２を焼結してなる第２多孔質層７とからなる２層構造や、第１多孔質層３及び第２多孔質層７を含んだ４層以上の多層構造でもよい。

以下に、本発明に係わる実施例を比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。原料粉末として、ＳＵＳ４１０のステンレス鋼の不規則形状の粉末と焼結助剤（ＷＣ）とを表１に示すメジアン径比で混合したものを用い、成形圧力１．０ｔ／ｃｍ^２で加圧して６０×６０×１５ｍｍのグリーン体を作成し、真空中で１３００℃に加熱して、実施例および比較例の多孔質焼結体１を作製した。これらの多孔質焼結体を試験片として、下記方法で表面気孔径、表面気孔率、見かけ密度を測定した。その結果を表１に示す。

表面気孔径の測定方法は、作製された多孔質焼結体１の表面の一部を光学顕微鏡で撮影し、撮影画像を画像処理して気孔のみを色付けして気孔径を測定し、さらに表面の他の部分も同様に撮影して気孔の色づけ及び気孔径の測定を行う工程を複数回実施し、測定された複数の気孔径の平均値を表面気孔径とした。

また、表面気孔率の算出方法は、多孔質焼結体１の表面の一部を光学顕微鏡で撮影し、多孔質焼結体１の表面の全表面積に対する撮影された表面の画像面積の割合を考慮して、多孔質焼結体１の全表面積に対する気孔部分の面積の割合を気孔率とし、さらに表面の他の部分も同様に撮影して多孔質焼結体１の表面の全表面積に対する気孔部分の面積の割合を気孔率とする工程を複数回実施して、測定された複数の気孔率の平均値を表面気孔率とした。また、見掛け密度は、グリーン体の焼結後の体積と実重量から算出した。

表１に示すように、実施例１～３の多孔質焼結体は、表面気孔径が30～150μmとなり、厚さが100μmの薄いワークを変形させること無く、吸着することができた。一方、比較例１の多孔質焼結体は、表面気孔径が200μmであり、厚さが100μmの薄いワークを吸着することができるが、吸着時にワークを変形させてしまった。

１ 多孔質焼結体
１ａ 吸引面
１ｂ 吸着面
３ 第１多孔質層（多孔質層）
３ａ、５ａ、７ａ 空隙
３ｂ 下側開口部
３ｃ 第１連通孔部
５ 第３多孔質層（多孔質層）
５ｃ 第３連通孔部
７ 第２多孔質層（多孔質層）
７ｂ 上側開口部
７ｃ 第２連通孔部
８ 連通孔
１１ 第１ステンレス鋼粉末（ステンレス鋼粉末）
１２ 第２ステンレス鋼粉末（ステンレス鋼粉末）
１３ 第３ステンレス鋼粉末（ステンレス鋼粉末）
１４ 焼結助剤
２０ 吸着ヘッド
２２ 収容凹部
２３ 通気溝
２４ 吸引孔
３０ ワーク

Claims (7)

1. ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されていて、負圧によりワークを吸着するための吸着面と、前記吸着面に背向して負圧源に接続するための吸引面とを有し、内部に、前記焼結により形成され相互に連結した多数の空隙によって、前記吸着面及び前記吸引面の間を相互に連通させる多数の連通孔が形成されたワーク吸着用の多孔質焼結体であって、
   前記多孔質焼結体は、複数の多孔質層を積層することにより形成されていて、積層方向一方の端面によって前記吸引面が形成され、積層方向他方の端面によって前記吸着面が形成されており、
   複数の前記多孔質層の夫々は、メジアン径が互いに異なるステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されていて、前記吸引面側に配された多孔質層よりも吸着面側に配された多孔質層の方が、焼結したステンレス鋼粉末のメジアン径が小さくなっており、それにより、前記連通孔の気孔径が、前記吸引面から前記吸着面に向けて徐々に小さくなるように形成されている、
   ことを特徴とする多孔質焼結体。
2. 前記多孔質焼結体は、３つの前記多孔質層を積層した３層に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質焼結体。
3. 前記多孔質焼結体は、前記吸引面を有する第１多孔質層と、前記第１多孔質層に積層された第３多孔質層と、前記第３多孔質層に積層されて前記吸着面を有する第２多孔質層とにより形成され、
   前記第１多孔質層は、第１ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成され、
   前記第２多孔質層は、第２ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成され、
   前記第３多孔質層は、前記第１ステンレス鋼粉末と前記第２ステンレス鋼粉
   末とが混合された第３ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の多孔質焼結体。
4. 前記第１多孔質層は、前記第１ステンレス鋼粉末に、前記第１ステンレス鋼粉末の焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、前記焼結助剤を混合して焼結処理されて作製され、
   前記第２多孔質層は、前記第２ステンレス鋼粉末に、前記第２ステンレス鋼粉末の焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、前記焼結助剤を混合して焼結処理されて作製され、
   前記第３多孔質層は、前記第１ステンレス鋼粉末及び前記第２ステンレス鋼粉末の夫々に、前記第１ステンレス鋼粉末及び前記第２ステンレス鋼粉末の夫々の焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、前記焼結助剤を混合して焼結処理されて作製される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の多孔質焼結体。
5. 前記多孔質焼結体は、前記吸着面と前記吸引面とが互いに平行に延びてプレート状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多孔質焼結体。
6. ステンレス鋼粉末を焼結することにより形成されていて、負圧によりワークを吸着するための吸着面と、前記吸着面に背向して負圧源に接続するための吸引面とを有し、内部に、前記焼結により形成され相互に連結した多数の空隙によって、前記吸着面及び前記吸引面の間を相互に連通させる多数の連通孔が形成されたワーク吸着用の多孔質焼結体の製造方法であって、
   メジアン径が互いに異なる複数種類のステンレス鋼粉末の夫々に焼結助剤を混合して複数種類の原料粉末を作製する原料粉末作製工程と、
   前記複数種類の原料粉末の夫々を成形型に投入して複数層の積層体を成形する成形工程と、
   前記複数層の積層体を積層方向に沿った１軸方向に圧縮成形して複数層のグリーン体を作製する圧縮工程と、
   前記グリーン体を焼結して、前記多孔質焼結体を作製する焼結工程と、を含む
   ことを特徴とする多孔質焼結体の製造方法。
7. 前記原料粉末作製工程において、メジアン径が互いに異なる複数種類のステンレス鋼粉末の夫々の前記焼結助剤に対するメジアン径比が２０以上３００以下となるように、複数種類の前記原料粉末を作製する
   ことを特徴とする請求項６に記載の多孔質焼結体の製造方法。

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