JPH06256969A

JPH06256969A - 内面研磨パイプとパイプ内面研磨方法および装置

Info

Publication number: JPH06256969A
Application number: JP7080793A
Authority: JP
Inventors: Michiyuki Harada; 宙幸原田; Kazu Mikasa; 和三笠; Kimiharu Yuyama; 公春湯山
Original assignee: Mitsubishi Corp; Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Corp; MA Aluminum Corp
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】微細なパーティクルの発生を低減できる内面
研磨パイプとその製造方法および装置を提供する。【構成】アルミニウム合金パイプ１の内側に研磨工具
２４を挿入し、パイプ１内にエタノール液１０を流通し
つつ、研磨工具２４を駆動杆１７を介して矢示２３の方
向に定速で移動する。エタノール液１０の流通によって
研磨工具２４の回転刃２８が回転し、アルミニウム合金
パイプ１の内面が切削、研磨される。切削、研磨された
清浄な内面はエタノール液と反応して、不動態皮膜であ
る純粋アルミナで覆われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の製造で
用いる高純度ガスや、純水、高純度薬液等を供給するラ
インに使用する内面研磨パイプとパイプ内面研磨方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造では、半導体ウエハー
内に微細なパターンを形成するので、微細なパーティク
ルによる汚染の低減が不可欠である。このため、従来よ
り高純度ガスの供給には、ステンレスパイプの内面を電
解研磨により平滑にし、微細なパーティクルの発生およ
び付着を少なくしようとした電解研磨パイプが広く用い
られてきた。

【０００３】また、耐水研磨材を用いてパイプの内面を
水等の潤滑液の存在下で機械的に研磨し、内表面の二乗
平均粗さを０．５μm 以下として微細なパーティクルの
付着を防ぐ提案（例えば特開昭６１−１８２７５０号公
報）も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、ステンレス
をはじめ、一般に金属の切削等の加工したての面は化学
的に非常に活性であるので、加工後すぐに、加工面が置
かれている雰囲気に含まれる水分や酸素等と反応して酸
化皮膜を形成する。パイプ内面における水分の吸脱着や
微細なパーティクルの発生等の特性は、この表面層の特
性できまり、従来使用されているパイプでは、満足でき
る特性が得られなかった。

【０００５】例えば、ステンレスパイプの電解研磨で
は、薬液を用いた電解研磨や水洗等の工程で、研磨面に
自然と酸化膜が形成されてしまうので、特性が揃った良
質なパイプを製作することは困難であり、平滑な面が得
られているにも拘らず、衝撃を与えると前記自然酸化膜
から微細なパーティクルの発生が認められたりもしてい
る。

【０００６】また、ステンレスパイプは、半導体素子の
特性上から、最も嫌われている重金属汚染源である鉄、
クロム、ニッケルで構成されているので、近年、このよ
うな重金属をほとんど含まないアルミニウムまたはアル
ミニウム合金パイプの使用が検討されている。然し乍ら
アルミニウム又はアルミニウム合金パイプの内面研磨
に、ステンレスパイプで広く用いられている電解研磨技
術の応用は困難である。従って、アルミニウム又はアル
ミニウム合金製のパイプ等にも適用可能な内面研磨の方
法の開発が望まれている。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】この発明は前記のような問
題点に鑑みてなされたもので、微細なパーティクルの発
生を低減できる内面研磨パイプ並びにその製造方法およ
び装置を提供することを目的としている。

【０００８】斯る目的を達成するこの発明の内面研磨パ
イプは、パイプ内面を研磨しつつ、該内面に不動態皮膜
を形成したことを特徴としたものである。

【０００９】アルミニウム又はアルミニウム合金パイプ
にあっては、内面の研磨面が研磨時に形成された純粋ア
ルミナ膜で覆われていることを特徴としたものである。

【００１０】また、この発明の製造方法は、パイプ内に
研磨工具を挿入してパイプ内面を研磨しつつ、該パイプ
内に不動態皮膜形成用の流体を流して研磨面に不動態皮
膜を形成することを特徴としたものである。

【００１１】この発明の別の製造方法は、パイプ内に研
磨工具を挿入してパイプ内面を研磨しつつ、該パイプ内
に、不動態皮膜形成用の流体を流して研磨面に不動態皮
膜を形成すると共に、前記研磨工具とパイプとを、パイ
プの長手方向に沿って相対移動させ、かつ、研磨で生じ
た研磨屑を前記流体を介して研磨工具の進行方向側に排
出することを特徴としたものである。

【００１２】前記の各方法において、パイプをアルミニ
ウム又はアルミニウム合金パイプとした場合、流体は乾
燥酸素又はエタノールとすることができる。他の材質の
パイプの場合には、その材質に従って流体の成分が選定
される。

【００１３】次にこの発明の製造装置は、パイプ内で研
磨工具を相対移動させてパイプ内面を研磨する装置にお
いて、パイプの端部開口部に不動態皮膜形成用流体の供
給手段を接続したことを特徴としている。

【００１４】また、この発明の別の製造装置は、パイプ
内で研磨工具を相対移動させてパイプ内面を研磨する装
置において、パイプの端部開口部に不動態皮膜形成用流
体の供給手段を接続すると共に、前記研磨工具をパイプ
の中心軸上に案内する手段が設けてあることを特徴とし
ている。

【００１５】前記研磨工具は、パイプに挿通した回転軸
で回転する回転刃とできる他、パイプ内に供給された流
体で回転する回転刃とすることもできる。

【００１６】また、研磨工具をパイプの中心軸上に案内
する手段は、回転刃に連結した筒体等、外壁円筒状の部
材で構成したり、回転刃に連結した強磁性体（例えば軟
鉄）と、パイプの外側に嵌装したソレノイドコイル又は
筒状永久磁石で構成することができる。

【００１７】また、前記研磨面に不動態皮膜を形成する
為の流体を供給する手段は、パイプを巻装可能としたプ
ーリの中心軸を通してパイプの端部開口部に接続可能に
構成して、長尺のパイプを連続研磨可能とすることもで
きる。

【００１８】

【作用】この発明の内面研磨パイプによれば、パイプ内
面の研磨面が、研磨時に形成された、化学的に不活性な
不動態皮膜で覆われているので、微細なパーティクルの
発生を低減することができる。

【００１９】また、この発明のパイプ内面研磨方法およ
び装置によれば、パイプの内面の研磨時に、研磨面に化
学的に不活性な不動態皮膜を形成し、微細なパーティク
ルの発生源を無くすることができる。

【００２０】

【実施例】以下この発明を、アルミニウム合金パイプで
実施した例を図を参照して説明する。

【００２１】図１は実施例のパイプ内面研磨装置であっ
て、アルミニウウ合金パイプ１が、対向して設置した継
手構造のコネクタ２、３で端部開口部を支持できるよう
になっている。前記コネクタ２は処理液槽４と配管５で
接続されている一方、コネクタ３は回収槽６と配管７で
接続されており、また、処理液槽４と回収槽６がポンプ
８を中間部に介設した配管９で接続されている。処理液
槽４内にはエタノール液１０が収容してあり、処理液槽
４内に、加圧ポート１１を通してＮ₂ガス等の加圧ガス
を導入すると、エタノール液１０が配管５、アルミニウ
ム合金パイプ１、配管７を経て回収槽６へと流通できる
ようにしてある。

【００２２】図中、１２はリリーフポート、１３は弁、
１４はフィルターである。加圧ポート１１とリリーフポ
ート１２は回収槽６にも設置してある。処理液槽４およ
び回収槽６内には、夫々レベルセンサ１５が設置してあ
り、レベルセンサ１５の出力はポンプ８の駆動、停止を
制御する制御装置１６に与えられている。

【００２３】前記コネクタ３には、外側端を通して、ア
ルミニウム合金パイプ１の内側へ駆動杆１７を水密構造
で導入してある。この駆動杆１７は、外部に突出した端
部１７ａがネジ杆体１８とナット部材１９でなる移動装
置２０のナット部材１９と連結材２１で連結され、ネジ
杆体１８をモータ２２で回転することによって、ナット
部材１９および駆動杆１７が矢示２３のように所定の速
度で移動できるようになっている。モータ２２は前記制
御装置１６で、駆動、停止が制御される。

【００２４】駆動杆１７のアルミニウム合金パイプ１内
の端部は、アルミニウム合金パイプ１内に挿入した研磨
工具２４に連結してある。

【００２５】研磨工具２４は図２に示した構造をしてい
る。即ちアルミニウム合金パイプ１の内径に略等しい外
径とした金属筒体２５の一端（図２において上端）部
に、十文字状に配置した仕切片２６、２６を介して、金
属筒体２５の中心軸上に軸２７を設け、該軸２７を介し
て金属筒体２５の一端外側に回転刃２８を回転自在に設
けてあると共に、前記軸２７の端部に、逆截頭円錐状の
ディフューザ２９を連結固着してある。

【００２６】前記回転刃２８は、図４に示したように４
枚の切削刃３０、３０をスクリュー形状に配置した構造
としてあり、最大径はアルミニウム合金パイプ１の内径
に対して、研磨の為に切削する厚さ（例えば５０〜１０
０μm ）の２倍分大きくしてある。

【００２７】また、前記ディフューザ２９の最大径はア
ルミニウム合金パイプ１の内径に比べて、僅かに小さい
径としてある。然して、前記処理液槽４内のエタノール
液１０がコネクタ２を通して、アルミニウム合金パイプ
１内に送液されると、ディフューザ２９とアルミニウム
合金パイプ１の内面の対向部に形成された微小間隙３１
の部分でエタノール液１０の流速が増速され、高速のエ
タノール液１０が回転刃２８の切削刃３０、３０に当っ
てこれを回転させる結果、アルミニウム合金パイプ１の
内面が切削により研磨されるようになっている。

【００２８】次に、上記実施例のパイプ内面研磨装置を
用いてアルミニウム合金パイプ１の内面を研磨する様子
について説明する。

【００２９】はじめに、アルミニウム合金パイプ１内の
一端部（図１において上端部）に駆動杆１７に連結され
た研磨工具２４を挿入した状態で、アルミニウム合金パ
イプ１の両端部をコネクタ２、３に連結して固定する。

【００３０】次に制御装置１６を介してモータ２２を回
転して、駆動杆１７を矢示２３の方向に定速で移動させ
ると共に、処理液槽４内へ、加圧ポート１１を通してＮ
₂ガスを注入することによりエタノール液１０を配管５
を通してアルミニウム合金パイプ１内へ流通させる。

【００３１】研磨工具２４は、駆動杆１７の移動に従っ
てアルミニウム合金パイプ１内を移動すると共に、エタ
ノール液１０の流通によって回転する回転刃２８で内面
を切削研磨する。切削研磨によって生ずる切削屑は、エ
タノール液１０の流通と共に、駆動杆１７側に排出され
て、切削研磨された側（研磨工具２４の進行方向後方）
に残留、汚染するのが防止され、清浄な研磨面を残すこ
とができる。

【００３２】回転刃２８によって切削研磨されたアルミ
ニウム合金パイプ１の清浄な内面は、化学的に非常に活
性であるが、エタノール液１０に晒されているので、切
削研磨と同時に、純粋アルミナ膜（Ａｌ₂Ｏ₃）が形成
され、この純粋アルミナ膜でなる不動態皮膜で内面全面
が覆われることになる。不動態皮膜である純粋アルミナ
膜の形成される厚さは、表面の温度で律速されるので、
切削研磨による温度上昇を考慮して、エタノール液１０
の温度を定めることになる。

【００３３】純粋アルミナは、微細なパーティクルの発
生を防止する為に、可及的に緻密な膜とすることが必要
で、この点で１００オングトローム以下とするのが望ま
しい。

【００３４】以上のようにして、アルミニウム合金パイ
プ１の内面を研磨しつつ、該内面に不動態皮膜が形成さ
れた内面研磨パイプが製造され、半導体素子の製造等に
有用な、微細パーティクルの発生を低減したアルミニウ
ム合金パイプが提供される。

【００３５】次に図５に基づいてこの発明の他の実施例
を説明する。前記実施例と同様にアルミニウム合金パイ
プ１が、対向して設置したコネクタ２、３で支持できる
ようになっている。コネクタ２には、配管３２を介して
乾燥酸素ガスが充填されたボンベ３３が接続してある。
３４ａは減圧弁、３４ｂは流量調整器を内蔵したガス純
化器である。コネクタ３には、逆流防止機能を備えたガ
ス放出管３５が接続してある。

【００３６】アルミニウム合金パイプ１の外側にはソレ
ノイドコイル３６が嵌装してあり、該ソレノイドコイル
３６は駆動プーリ３７、プーリ３８、３９、テンション
プーリ４０に装着されたエンドレスの駆動ワイヤ４１の
一側と連結してあり、駆動プーリ３７を駆動することに
よって、ソレノイドコイル３６が矢示４２の方向に定速
で移動できるようになっている。

【００３７】アルミニウム合金パイプ１の内側には図６
に示した構造の研磨工具２４が挿入してある。

【００３８】研磨工具２４は、軟鉄その他の強磁性体杆
４３の側壁に放射状の回転羽根４４、４４が多段に固着
してあると共に、一端（図において上端）に放射状に設
けた切削刃４５、４５でなる回転刃４６が固着して構成
されている。

【００３９】この実施例のパイプ内面研磨装置では、ア
ルミニウム合金パイプ１を、内側に研磨工具２４を挿入
した状態で、コネクタ２、３間に図５の如くセットし、
配管３２を通してボンベ３３内の高圧乾燥酸素を流通さ
せると共に、ソレノイドコイル３６に通電した状態で、
駆動プーリ３７を介して、ソレノイドコイル３６を矢示
４２の方向に定速で移動させて、アルミニウム合金パイ
プ１の内面を研磨する。

【００４０】ソレノイドコイル３６で発生した磁界は研
磨工具２４の強磁性体杆４３に作用して研磨工具２４の
位置および姿勢を制御するので、ソレノイドコイル３６
をアルミニウム合金パイプ１に対して、一定の位置関係
を保ち、定速で移動することによって、研磨工具２４を
アルミニウム合金パイプ１の中心軸上に沿って案内する
ことができる。

【００４１】アルミニウム合金パイプ１内に流通させた
高圧乾燥酸素は、研磨工具２４の回転羽根４４、４４に
作用して、研磨工具２４全体を、アルミニウム合金パイ
プ１の中心軸の回りで回転させるので、回転刃４６がア
ルミニウム合金パイプ１の内面を切削、研磨し、清浄な
内面とする。化学的に活性な切削、研磨面は乾燥酸素と
反応して、純粋アルミナ膜を形成するので、純粋アルミ
ナ膜でなる不動態皮膜で覆われた内面研磨パイプを得る
ことができる。

【００４２】切削、研磨で生ずる屑は、流通する乾燥酸
素と共にガス放出管３５と共に外部に排出されて、清浄
な切削、研磨面を汚染することは無い。

【００４３】以上二つの実施例では、研磨工具２４を構
成した回転刃２８、４６は、アルミニウム合金パイプ１
内に流通させた、エタノール液や高圧乾燥酸素等の流体
を介して回転させたが、図１の実施例の変形である図７
のように、駆動杆１７にモータ４７を連結して、研磨工
具２４全体を直接回転駆動したり、研磨工具２４側にＮ
極およびＳ極を交互に設け、アルミニウム合金パイプ１
の外側から回転磁界を作用させて回転させる構造とする
ことも可能である。

【００４４】また、何れの実施例も定尺のアルミニウム
合金パイプ１の研磨装置としたが、図８に示したよう
に、長尺のアルミニウム合金パイプ１の研磨装置を構成
することも可能である。

【００４５】図８において、４８、４９はアルミニウム
合金パイプ１を巻装可能としたプーリである。アルミニ
ウム合金パイプ１内には図５、６に示した実施例と同様
の研磨工具２４が挿入してあると共に、アルミニウム合
金パイプ１に嵌装したソレノイドコイル３６が、プーリ
４８、４９の中間部で固定設定してあり、プーリ４８、
４９を介してアルミニウム合金パイプ１を矢示５０の方
向に移動させると、研磨工具２４とアルミニウム合金パ
イプ１との間に相対移動が生ずるようにしてある。研磨
工具２４はソレノイドコイル３６で一定の位置に保持さ
れ、結果としてアルミニウム合金パイプ１の中心軸上に
沿って移動することになる。

【００４６】乾燥酸素ガスを充填したボンベ３３とアル
ミニウム合金パイプ１の接続は、プーリ４９の中心軸を
通して行なわれ、高圧乾燥酸素が連続的に流通できるよ
うになっている。

【００４７】尚、内面研磨されるパイプの材質は、アル
ミニウム又はアルミニウム合金に限定されるものではな
い。例えば銅又は銅合金パイプその他の金属パイプ等に
も適用できる。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、微細なパーティクルの発生を低減した内面研磨パイ
プが提供できる効果があり、半導体素子の製造等、微細
パーティクルの排除の必要に応ずることができる。

【００４９】また、この発明のパイプ内面研磨方法およ
び装置によれば、微細なパーティクルの発生を低減した
内面研磨パイプを、工業的に能率良く生産できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の研磨装置の構成図であ
る。

【図２】同じく第１実施例の研磨装置の研磨工具の拡大
断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。

【図４】(a) は図２のＢ−Ｂ線における断面図、(c) は
回転刃の斜視図である。

【図５】この発明の第２実施例の研磨装置の構成図であ
る。

【図６】(a) は第２実施例の研磨装置の研磨工具の拡大
正面図、(b) は(a) のＣ−Ｃ線における断面図である。

【図７】第１実施例の変形で、駆動杆に対する回転機構
部分の構成図である。

【図８】この発明の第３実施例の研磨装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１アルミニウム合金パイプ４処理液槽６回収槽８ポンプ１０エタノール液１１加圧ポート１６制御装置１７駆動杆２０移動装置２４研磨工具２５金属筒体２６仕切片２７軸３８回転刃２９ディフューザ３０切削刃３１微小間隙３３ボンベ３６ソレノイドコイル３７駆動プーリ４３強磁性体杆４４回転羽根４５切削刃４６回転刃４７モータ４８プーリ４９プーリ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】（ａ）は図２のＢ−Ｂ線における断面図、
（ｂ）は回転刃の斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パイプ内面を研磨しつつ、該内面に不動
態皮膜を形成したことを特徴とする内面研磨パイプ。
【請求項２】パイプは、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金パイプであり、内面の研磨面が研磨時に形成され
た純粋アルミナ膜で覆われた請求項１記載の内面研磨パ
イプ。
【請求項３】パイプ内に研磨工具を挿入してパイプ内
面を研磨しつつ、該パイプ内に不動態皮膜形成用の流体
を流して研磨面に不動態皮膜を形成することを特徴とし
たパイプ内面研磨方法。
【請求項４】パイプ内に研磨工具を挿入してパイプ内
面を研磨しつつ、該パイプ内に、不動態皮膜形成用の流
体を流して研磨面に不動態皮膜を形成すると共に、前記
研磨工具とパイプとを、パイプの長手方向に沿って相対
移動させ、かつ、研磨で生じた研磨屑を前記流体を介し
て研磨工具の進行方向側に排出することを特徴としたパ
イプ内面研磨方法。
【請求項５】パイプをアルミニウム又はアルミニウム
合金パイプとし、不動態皮膜形成用の流体を乾燥酸素又
はエタノールとした請求項３又は４記載のパイプ内面研
磨方法。
【請求項６】パイプ内で研磨工具を相対移動させてパ
イプ内面を研磨する装置において、パイプの端部開口部
に不動態皮膜形成用流体の供給手段を接続したことを特
徴とするパイプ内面研磨装置。
【請求項７】パイプ内で研磨工具を相対移動させてパ
イプ内面を研磨する装置において、パイプの端部開口部
に不動態皮膜形成用流体の供給手段を接続すると共に、
前記研磨工具をパイプの中心軸上に案内する手段が設け
てあることを特徴としたパイプ内面研磨装置。
【請求項８】研磨工具は、パイプ内に供給された流体
で回転する回転刃とした請求項６又は７記載のパイプ内
面研磨装置。
【請求項９】研磨工具をパイプの中心軸上に案内する
手段は、回転刃に連結した、外壁内筒状の部材とした請
求項８記載のパイプ内面研磨装置。
【請求項１０】研磨工具をパイプの中心軸上に案内す
る手段は、回転刃に連結した強磁性体と、パイプの外側
に嵌装したソレノイドコイル又は筒状永久磁石で構成し
た請求項８記載のパイプ内面研磨装置。
【請求項１１】不動態皮膜形成用流体を供給する手段
は、パイプを巻装可能としたプーリの中心軸を通してパ
イプの端部開口部に接続可能としてある請求項６又は７
記載のパイプ内面研磨装置。