JPH03149132A - 小径管内面の電解砥粒超鏡面仕上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 半導体工業をはじめとして、清浄、高純度流体を圧送す
る波路に使用するために、内面を高度に鏡面仕上げした
小径ステンレス鋼管の需要が着実に増大している。

本発明は、このような小径管内面を電解砥粒超鏡面仕上
げするための方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、清浄で高純度の流体を圧送する配管には、電解研
磨仕上げした管が最良であるとされているが、仕上げ面
粗さのＲｍａｘのばらつきが大きく、実用上ての保証値
は０．７μｍ　Ｒｔａａｘ程度に止まっている。また。

取り代が大きいために生じる肉厚の減少、コスト高のほ
か、°電解液の老化や管素材成分の変化の影響を大きく
受けるなどの問題もある。

一方、本発明者らは、先に特開昭６０−３４２２７号に
おいて、円筒内面の電解砥粒研磨法を提案している。

この方法は、導電性材料からなる回転支持体の外周に砥
粒を支持するナイロン不織布等の通液性ある弾性体を捲
回固定することにより工具を構成し、この工具を被加工
物における円筒内に圧入し、被加工物と工具との間に電
解液中で微小電流を流して円筒内面を電解すると共に、
これに並行して工具と被加工物との間に相対的運動を与
えることにより、上記弾性体に支持された砥粒によって
被加工物内面を機械的に研磨するものであり、上記弾性
体が円筒内面の形状に倣って変形し、砥粒をその内面に
無理なく押し付けるため、円筒内面が形状精度を保った
まま研磨され、表面粗さを時には０．ｌＩＬｍ　Ｒｍａ
ｘ程度に研磨できるものである。

しかしながら、上述した流体圧送用その他の用途におい
て、小径管内面の表面粗さを一層改善することが望まれ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、電解砥粒研磨法を上記小径管内
面に適用して、下地面粗さ３　ＪＬＩＩ　Ｒｍａｘ程度
の表面を数１０ｎｍ　Ｒｍａｘ程度にまで超鏡面仕上げ
する方法を得ることにある。

［課題を解決するための手段、作用］ 上記課題を解決するための本発明の電解砥粒超鏡面仕上
げ方法は、芯電極の周囲に弾性材を介してナイロン不織
布を巻いた仕上げ用電極工具を。

ワークである小径管内に圧入し、その小径管をプラス極
、電極工具をマイナス極として、電解液中において両極
間に微小電流を流すことにより、上記小径管内面を電解
により研磨し、これと並行して電極工具と小径管を相対
的に°回転させると同時に、軸方向に相対的な往復Ｎ動
を与えることによって機械的に研磨し、この前段研磨工
程において、小径管内面の表面粗さが（１５ＪＬＩＩ　
Ｒｍａｘを切った後に、工具として、芯電極にの周囲に
ウレタンを巻いた鏡面仕上げ用電極工具を用い、これを
上記小径管内に圧入して、小径管をプラス極、電極工具
をマイナス極として、電解液中において両極間に微小電
流を流すことにより上記小径管内面を電解により研磨し
、これと並行して電極工具と小径管を相対的に回転させ
ると同時に、軸方向に相対的な往復運動を与え、電解液
中に混入した微細な遊離砥粒の作用をも付加して機械的
に鏡面研磨することを特徴とするものである。

上記前段研磨工程は、順次細かいナイロン不織布を巻い
た仕上げ用工具を用いて複数段に行うこともできる。

上記電解砥粒超鏡面仕上げ方法においては、前段研磨工
程において、ナイロン不織布を巻いた仕上げ用工具によ
る電解作用及び工具と小径管の相対的回転と軸方向の往
復運動による機械的な研磨作°用、並びに適切な時点で
切換えて行う鏡面研磨工程において、ウレタンを巻いた
鏡面仕上げ用工具による電解作用及び電解液中に微細な
遊離砥粒を混入した状態での工具と小径管の相対的回転
と軸方向の往復運動による機械的な研磨作用が、後述す
る実施例によって明らかなように、極めて有効に作用し
、下地面粗さ３　ＩＬｍ　Ｒｍａｘ程度の表面が数１０
ｎ■Ｒｍａｘ程度にまで超鏡面仕上げされる。

本発明の方法をさらに具体的に説明すると、先ず、第１
図Ａ、Ｈに例示するように、本発明において用いる仕上
げ用電極工具ｌは、ＳＵＳ管等からなる芯電極２に、ウ
レタン材等の電解液の吸収性に優れた弾性材３を介して
ナイロン不織布４を螺旋状に巻き、両端を接着剤で固定
することにより構成される。粗及び中仕上げ用電極工具
を用いて複数段の前段研磨工程を実施する場合には、例
えば＃５００及び−＄、３０００のナイロン不織布を用
いた粗及び中仕上げ用電極工具を用意し、順次細かいナ
イロン不織布の工具を用いて研磨を行うことになる。鏡
面仕上げ用電極工具は、同様の芯電極にウレタン材のみ
を巻くことにより構成される−。

小径管内面の研磨では、加工面全体が常に工具と接触状
態にあり、工具外径により押付圧がほぼ決まるため、上
記工具の外径は押付圧を考慮して決定する必要がある。

研磨に際しては、電極工具と小径管を相対的に回転させ
ると同時に、軸方向に相対的な往復運動を与えるが、こ
の往復運動により小径管内面の砥粒線に大きな交差角が
生じて円周方向の深い条痕発生が防止され、平滑作用も
大幅に向上するほか、工具作製のばらつきに起因する長
手方向の加工むらも平均化される。

工具と小径管の相対的な回転速度と軸方向の往復運動の
速度は、小径管の内面の砥粒線に少なくとも５〜６°の
平均交差角が生じるように設定される。第２図は、往復
運動の平均速度をパラメータとして、電極工具周速と平
均女差角の関係を尽すものである 一方、一般的に、電解による研磨を行うに際しては、電
解液の流量を多くする必要がある。しかるに、上述した
電極工具を小径管に挿入すると、その小径管の一端から
自然流下により電解液を供給しても、小径管内面と工具
との間の隙間からは殆ど電解液が流下しない、そのため
、電解液を自然流下により供給する場合には、加工に影
響が出る可能性があり、その対策としては、３０秒位で
一旦停止して液を更新するとか、パルス電流を使用する
などの配慮が必要である。電解液に圧力をかけて強制的
に流すようにした場合には、上記配慮は不必要になり、
特に長尺管の場合には、強請的に流す必要かあると考え
られるが、この場合には、パイプ状の芯電極を用い、”
その中を通して供給した電解液を適宜位置に設けた穴を
通して流出させるのか望ましい。

実用面からは、前段研磨工程での電解による下地面処理
を２〜３分の一工程で行いたいという要請があるが、ピ
ット発生により仕上げ面粗さが急増大する現象が始まる
臨界電流密度近くにまて電流を上げるのは避ける方が安
全である。電流密度は、　０．５Ａ／ｃａ２では部分的
に粗さの急増大がみられることから、ＯＩＡ／ｃｍ”前
後に設定するのが望ましい。

なＳ、臨界電流密度に対しては、芯電極の小径管中心軸
からのブレが大きな影響を及ぼしているほか、研磨材の
巻き方の不均一による極間抵抗の局所的ばらつきの影響
も考えられる。これらの点での改善がなされれば、加工
電流密度を０．５Ａ／ｃｍ２程度まで上げることも可能
である。また。パルス電源を使用する場合には、電解液
の更新に伴う休止時間の省略のほか、臨界電流密度のア
ップも期待できる。ナイロン不織布を用いた前段研磨工
程からウレタン材を用いる鏡面研磨工程への切換は、一
般的には小径管内面の表面粗さが０．５　ｐ、ｍＲｍａ
ｘを切った後に、望ましくは０−：］ＩＬｍ　Ｒｍａｘ
を切った後に行うのが有効である。

次に、第３図ないし第５図を参照して本発明の電解砥粒
超鏡面仕上げ方法を実施する装置について説明する。

第３図は、比較的短寸の小径管内面の研磨に適した装置
例を示すものである。この装置において、　１０は内面
を研磨すべき小径管で、保持具１１によって垂直に保持
するようにし、小径管ＩＯの一端をプラスチック製のガ
イド１２によって加工槽１３の底部に臨ませている。電
極工具１４は、第１図Ａ。

Ｂによって説明したような構成を有するもので。

その芯電極１５を図示しない回転及び軸方向往復駆−動
装置に装着可能とし、またこの電極工具１４と小径管Ｉ
Ｏとの間に電解のための電°流を流すため、電極工具１
４は図示しない電源装置のマイナス極に、小径管ｌＯは
その電源装置のプラス極に接続される。

小径管１０の内面の研磨に際しては、先に説明したよう
に、順次必要な電極工具１４を取付け、また鏡面研磨工
程においては電解液中に微細な遊離砥粒を混入して、電
解及び機械的な研磨を行うものである。

なお、量産を行う場合には、加工槽に多数の小径管を装
着可能にするとともに、電極工具の回転及び往復駆動装
置を多軸化すればよい。

第４図及び第５図に示す装置例は、長尺の小径管の内面
研磨に適したもので、脚２１，２１．−−によって支持
された架台２２．２３上に、小径管２０を横架状態で支
持する支持台２４．及び電極工具２５をその小径管２０
と同一軸線上に保持して取付ける工具スタンド２６を設
けている。この工具スタンド２６は、架台２３上に小径
管２０の軸線方向に摺動自在に支持させたもので、電極
工具２５を回転駆動するモータ２７を備えるとともに、
工具スタンド２６自体を小径管の軸線方向に駆動する移
動用モータ２８を備えている。また、上記架台２２には
、小径管２０を軸線方向に往復駆動するための往復駆動
装置３０を設けている。なお、３１は小径管２０を押え
ておくための押えｍ構である。

この装置においては、電極工具２５の芯電極を構成する
ロッド３２を長く形成して、それをモータ２７で回転さ
せながら、小径管２０の軸線方向の定速送りを掛けるよ
うにし、一方、往復駆動装置３０によって小径管２０を
軸線方向に往復駆動するようにしているが、工具スタン
ド２６に定速送りと往復駆動の複合動作を行ねせること
もできる。また。原則として、小径管２０の一端から挿
入した電極工具２５は小径管２０の他端まで送ってそこ
から取出し、ｌバスで研磨を完了するのか望ましいが、
必要に応じて電極工具２５を往復移動させることもでき
る。

上記ｌパスで研磨を完了する場合には、電極工具２５と
して、その先端側から、順次、粗、中のナイロン不織布
を巻き、さらに鏡面仕上げ用のウレタン材を巻いた複合
電極工具を用いることもできるが、複数の研磨装置にお
いて、それぞれ、粗、中、鏡面仕上げのための電極工具
を装着して、それらの装置により小径管を順次研磨する
こともできる。

また、電極工具２５は図示しない電源装置のマイナス極
に、、小径管２０はその電源装置のプラス極に接続され
るのは勿論であるが、電解液は、小径管２０の一端から
、あるいは電極工具２５の芯電極内を通して加圧供給さ
れる。

［実施例］ 以下に本発明の方法の実施例を示す。　−実験において
は、第１図Ａ及び第１図Ｂによって説明したような、粗
、中、及び鏡面仕上げ用電極工具を使用した。

小径管としては、外径６　＋　３５ｍｍ、肉厚１ｍｌ、
長ざ：１５ｍ■のステンレス鋼ＢＡ管（ＳＵＳ３１６Ｌ
：内表面積約４４ｃｍ”）を使用したので、それに伴っ
て、粗、中仕上げ用電極工具は、外径２ｍｍのＳＵＳ管
を芯電極とし、ウレタン材とナイロン不織布を螺旋状に
巻いて両端を接着し、外径を約５ｍｍに形成した。

鏡面仕上げ用電極工具は、ウレタン材のみを巻いたもの
である。

研磨に際しては、上記工具を第３図に示すような態様て
、ボール盤を改造した研磨装置の主軸に取付け、毎秒２
３回転と、７Ｈｚ、振＠８＋ａｍの往復運動を付加した
。これにより平均交差角は第２図のＯ印に設定される。

小径管と工具のすき間を通過して落下する電解液は殆ど
ゼロであるため、電解液を更新する目的−で３０秒毎に
加工槽を降下させて工具を小径管からほんの少し離す操
作（ｖＪ１２秒間）を行った。なお、電解液には、Ｎａ
ＮＯｚの２０％水溶液を使用した。

素材のステンレス鋼ＢＡ管の内面には、多数の微小ピッ
トが点在しており、このピットの深さが下地面粗さを支
配している。第６図は粗さ曲線から求めたＲ■ａＸ（カ
ット才）値（Ｌ８＋ｗｍ）の分布である（データ数６３
０）。従って、きすを考慮しなければ、前段の粗研磨工
程における＃５００ナイロン不織布による取り代は３Ｊ
Ｌ１１程度を見込めば良いことになる。

第７図は、＃５００ナイロン不織布による下地面粗さの
改善特性を示し、１０分はどで粗さは下限に達している
。

電流密度を０．：ｌＡ／ｃｍ”に設定し、加工時間を各
２分間とする粗、中仕上げの研磨実験を行った結果の粗
さ改善特性を第８図Ａ、Ｂに示す（カットオフ値０．２
５ｍ＋ｉ）　、粗、中仕上げては同一の試験片を使用し
、＃５００による仕上げ面がそのまま＠　３０００での
下地面となっている。

＃５００及び＃３００Ｇのナイロン不織布による粗、中
仕上げ面の粗さ曲線をａ察した結果によれば。

小径管内面の加工表面は、かなり大きな交差角をもつ多
数の砥粒線により構成されており、その砥粒線の最も深
いものが、仕上げ面粗さＲｍａｘを支配している。

第９図は、ウレタン材を用いた鏡面仕上げ用電極工具に
よる研磨工程の粗さ曲線の時間変化を示す（縦倍率２万
倍、横倍率１００倍モ測定）。電解液（ＮａＮＯ＊の２
０％水溶液）中に混入したアルミナ砥粒の平均粒径は、
ｌＩＬｍ弱である。

中心線平均粗さＲａは、１〜２分で粗さ計の最小感度を
下回っており、　Ｒｍａｘも２分で見かけ上の変化はな
くなる。このレベルの粗さではミクロのう−ねつと粗さ
の区別が難しくなるため、目的、用途−に応じて適切な
カットオフ値を用いてデータ整理する必要があると考え
られる。°カットオフ値０．２５曹■とすると、最も良
い場合ではｏ、ｏ：Ｉ、Ｌ■Ｒｍａｘ、平均的には（Ｌ
Ｏ５ＩＬｍが得られた。

以上の実験結果かう、内径４．３５ｍｍのステンレスｇ
ＢＡ管内面に電解砥粒研磨法を適用し、３ル■Ｒ■ａｘ
程度の下地面を０−０５＝■ｆｉａｘ程度にまで超鏡面
仕上げすることができた。＃５００及び＃　３００Ｇナ
イロン不織布による粗、中研磨工程、ウレタン材による
鏡面研磨工程の各２分のほか、電解液流量がゼロに近い
ために３０秒ごとに行う電解液更新の際の休止時間が各
３回加わり、総加工時間は８分弱になる。多軸化が容易
であることを考慮すれば、これは十分に経済性のある値
である。

［発明の効果］ このような本発明の電解砥粒超鏡面仕上げ方法によれば
、″ｒＩＬ解砥粒研磨法を小径管内面に適用して、下地
面粗さ３　ＩＬｍ　Ｒｍａｘ程度の表面を数１０ｎｍＲ
ｍａｘ程度にまで超鏡面仕上げすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは、本発明において用いる電極工具の製造
の過程及び完成状態を示す斜視図、第２ズは電極工具周
速と平均交差角の関係を示すグラフ、第３図は本発明の
方法を実施する装置の概要を示す断面図、第４図及び第
５図は他の装置例の平面図及び正面図、第６図は素材管
内面の粗さ分布を示すグラフ、第７図は＃５００ナイロ
ン不織布による下地面粗さの改善特性を示すグラフ、第
８図Ａ、Ｂは粗、中仕上げの研磨実験を行った結果の粗
さ改善特性を示すグラフ、第９図はウレタン材を用いた
鏡面仕上げ用電極工具による研磨工程の粗さ曲線の時間
変化を示すグラフである。 ｌ・・電極工具、　　２，１５・・芯電極。 ３−・弾性材、　　　４・・ナイロン不織布。 １０．２０　・・小径管、　　１４．２５　・・電極工
具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、芯電極の周囲に弾性材を介してナイロン不織布を巻
   いた仕上げ用電極工具を、ワークである小径管内に圧入
   し、その小径管をプラス極、電極工具をマイナス極とし
   て、電解液中において両極間に微小電流を流すことによ
   り、上記小径管内面を電解により研磨し、これと並行し
   て電極工具と小径管を相対的に回転させると同時に、軸
   方向に相対的な往復運動を与えることによって機械的に
   研磨し、この前段研磨工程において、小径管内面の表面
   粗さが０．５μｍＲｍａｘを切った後に、工具として、
   芯電極にの周囲にウレタンを巻いた鏡面仕上げ用電極工
   具を用い、これを上記小径管内に圧入して、小径管をプ
   ラス極、電極工具をマイナス極として、電解液中におい
   て両極間に微小電流を流すことにより上記小径管内面を
   電解により研磨し、これと並行して電極工具と小径管を
   相対的に回転させると同時に、軸方向に相対的な往復運
   動を与え、電解液中に混入した微細な遊離砥粒の作用を
   も付加して機械的に鏡面研磨することを特徴とする小径
   管内面の電解砥粒超鏡面仕上げ方法。 ２、請求項１に記載の方法において、前段研磨工程を、
   順次細かいナイロン不織布を巻いた仕上げ用電極工具を
   用いて複数段に行うことを特徴とする小径管内面の電解
   砥粒超鏡面仕上げ方法。