JPS61214958A - 金属管の内面研磨方法 - 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） 本発明は高純度ガスや液体の導通に通した金属管の内面
研磨方法に関するものである。

（発明の背景） 近年、電子工業、特に半導体工業の発達によりその製造
プロセスに用いられるガスや液体中の微細な塵埃、或い
は微生物の除去が重要な技術的課題となっている。

例えば、１メガビツトのＤＲＡＭ　（ダイナミックラン
ダムアクセスメモリ）では、設計上の最小線幅は１〜１
．２μであり、更に４メガビツトのそれにおいては１μ
以下となることは容易に理解される。

又、他の一例を挙げれば、ＭＯ３構造のトランジスタに
おいて、酸化珪素の膜厚が１メガビツトでは２００人程
度であり、４メガビツトでは１００人の膜厚が要求され
るであろうことも容易に推定できる。

しかしながら、最小線幅が１μの設計で、これに用いる
ガス中に１μの塵埃が存在すると、その塵埃が１ケでも
チップ上の重要な部分に落下すればそのチップは不良品
となることは当然のことであり、従うで、現在一般に考
えられているのは、最小線幅の約１　／１０．例えば最
小線幅１μであれば０．１μｍまでの異物については許
容可能であるといわれている。

又、一方では高性能なフィルターが開発され、０．１＃
ｍの異物といえども殆ど１００％に近い補集効率で補集
することのできるフィルターも市販されているが、問題
はフィルター以降における配管の内面に吸蔵或いは付着
している異物であり、このような異物はガスの流れと共
に極めて長期に亘り（長い場合には一年以上も）パイプ
の振動や膨張、収縮により少しずつ管外に放出されて半
導体製造上、好ましくない現象を呈していることが判明
している。

又、前述した酸化珪素膜の生成においては、厚さ１００
人のものを必要とする時期が目前に迫っており、このよ
うな１００人、即ち、０．０１μｍの膜厚ではその中に
含まれる異物は殆ど原子４〜５ケの大きさになるものと
考えられる。

このような極限状態におけるパーティクル（塵埃）の配
管内での挙動は未だ確かな定説はないが、少なくともパ
イプの内面とガスとの界面においてパーティクルの吸蔵
、脱着が行われていると想像するに足りる現象を見いだ
すことができる。

発明者等の研究によれば、例えば内表面粗さの最大高さ
く以下、内表面粗さと称す）が１．６μの通常市販のパ
イプと、内面を完全に研磨して内表面粗さを０．２μｍ
に仕上げたパイプとを、どちらも完全にアルカリ説脂し
たのち純水し洗浄し、次いで不動態化処理をして更に純
水で完全に洗浄、乾燥した両パイプ（長さ４８１１、内
径２８．４ｍｍ）の空気流入側から、０゜０５μのパー
ティクルで９９．９９９９９９９％の補集効率を持った
フィルターを通じてこれらのパイプに圧力４　ｋｇ　／
　ｃｉ　Ｇ　、常温にてＩＮｎ？／Ｈｒの乾燥空気を流
入させ、出口側においてパーティクルカウンター（ＰＭ
Ｓ社製り、ＡＳ−Ｘ）を用いてパイプに振動を与えなが
らパーティクルの検出実験を行ったところ、市販パイプ
では０．１　μｍ以上のパーティクルが１回の測定で１
０ケ以下になるためには少なくとも５００時間を要する
のに対し、０．２μ曙の内表面粗さを持つ内面研磨管で
は２時間足らずで００１８ｍのパーティクルが１回の測
定角たり１０ケ以下になるのが実験で見いだした。又、
これらのパイプ内を流通する空気の入口側のフィルター
を外し、再びこれらパイプ内にパーティクルを導入した
のち、あらためてフィルターを取りつけてパイプ出口側
でパーティクルのカウントを行ったところ、市販のパイ
プでは前回同様に５００時間位要するのに対し、０．２
μ−の内表面粗さの内面研磨管では１時間足らずで０．
１μｍのパーティクルが１０ケ以下になることが確認さ
れた。このような効果的な塵埃補集は、内表面粗さが少
なくとも０．５μｍ以下になると顕著に現れる。

パイプの内表面粗さが０．５μ鋼以下になると、粒状の
パーティクルでは転がり摩擦抵抗の減少によってパイプ
の外へ放出され易くなることは想像に難くないが、電子
顕微鏡で観察される０、１８ｍ級のパーティクルの中に
は表面から見て線状に観察されるものも多い。

このような線状のパーティクルでも容易に管外に放出で
きる現象については、単に転がり抵抗の減少のみでは充
分な説明ができなく、管の不動能膜とパーティクルの界
面において吸着力が極めて小さくなっていると考える方
が説明がつき易い。

勿論、この他に通常のパイプであれば内表面積が理論表
面積の数倍に達していると思われるが、０゜５μｍ以下
に研磨されたパイプでは内表面積が理論表面積の１．１
〜１．５倍位になっていると考えられるので、その分だ
けパーティクルの付着面積が減少している効果も現れて
いる。

一方、金属や合金で製造されたパイプは一般に造管時に
熱処理や成型工程中、パイプ内面にスケールやキズが発
生し、表面粗さとしては５〜３０μの極めて粗雑な内表
面を呈している。

又、金属でも板状のものは、圧延工程時に極めて平滑な
ロールを用いると、ロール面が金属面に転写されて平滑
な面を持った板を製造することが可能であり、更に平滑
度を要求すれば、平面研磨により表面粗さ０．１　μｍ
の板も容易に製造することが可能である。

さらに、造管時に板と同様の平滑なロール面で大径パイ
プから徐々に細径パイプへと該パイプの内面側に平滑な
ロールを挿嵌し且つ外面側から３本のロールで縮管する
ことにより、管内面の表面粗度を下げる技術的な試みも
実行されているが、この方法で得られるパイプも表面粗
さは１μが限度で、最終工程でロールを抜き取る時に生
じる傷等を避けることが困難である。

又、従来からホーニングと称するパイプの内面研磨技術
もあるが、この方法はパイプの内面を砥石を用いて研磨
する方法であり、表面粗さとしては０゜２μｍ以下の研
磨でも可能であるが、研磨可能な長さ及び内径において
限界があり、内径の大きいパイプでは全長４ｍを越える
パイプでもホーニング加工は可能であるが、内径数ＩＩ
ＩＩＩ程度では列置長尺管の研磨が不可能で、精々、０
．５〜１ｍ位がその長さとしての加工可能な限界である
。又、内径十数ｌｌｌ１１では長さとしての研磨加工が
可能な限界が２ｍ位である。

その他のパイプ内面研磨技術としては電解研磨法が知ら
れているが、全長が４ｍ以上の細径パイプではパイプの
内面に設置した電解電極の抵抗のために、両端部と中央
部とでは電解研磨量が異なって中央部で最良の仕上げ面
に研磨すると両端部では過研磨状態となり、ステンレス
等の合金、特に５ＵＳ３１６等のモリブデンを含む合金
管では合金の各成分の異なるイオン化傾向の作用によっ
て電解研磨量に差異が生じ、過電解研磨による表面粗さ
の増大現象が発生するという問題点がある。

勿論、これらの複合技術による管内面研磨法も広く検討
されているが、夫々固有の欠点を解消しがたく、従来の
技術では内径２０ｎ＋ｍ以下で長さが３ｍ以上のパイプ
の内表面粗さを０．５μｍ以下にすることが不可能であ
った。

（発明の目的） 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、小
径で長尺な金属管であってもその内面を高精度に鏡面研
磨が可能な金属管の内面研磨方法を提供するものである
。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明の内面研磨方法は金
属管に挿通したロープ等の外周面を金属管の内面に沿っ
て移動させることにより金属管内に供給した研磨砥粒混
入エツチング剤を金属内面に摺接させながら通過させて
該内面の表面粗さが０゜５μｍ以下に研磨することを特
徴とするものである。

（実施例の説明） 本発明の実施例を図面について説明すると、（１）は内
径が２０ｍ＋ｗ以下であって長さが３ｍ以上の細径長尺
の金属管で、この金属管（１）を適宜な固定治具（２）
　（２）により固定する。

次いで、この金属管（１１の内部にロープ等の索条物（
３）を挿通する。この索条物（３）には長さ方向に一定
間隔毎に研磨砥粒を混入させたエツチング剤を含浸し得
る布片或いはスポンジ状物等の摺接体（４）（４）・・
・（４）を取りつけである。

摺接体（４）に含浸させるエツチング剤としては、研磨
すべき金属管（１）が銅又は銅合金等の場合、次のよう
な配合組成物を使用する。

硝　　　　酸　　　　　　　　１５重量％硫　　　　酸
　　　　　　　　　５　　〃リ　　ン　　酸　　　　　
　　　　　　１０　　〃スルファミン酸　　　　　１　
〃 ノニオン系界面活性剤　　１〜 アルミナ　　　　　　　３０　〃 水　　　　　　　　　　３８　　〃 又、金属管がステンレス鋼管やチタン、ジルコニウム等
の金属を含有する管等の場合には次のような配合組成物
をエツチング剤として使用する。

硝　　　　酸　　　　　　　　２００重量％酸性フッア
ンモニウム　５　〃 フ　　ツ　　酸　　　　　　　　　　　　２　　〃リ　
　ン　　酸　　　　　　　　　　　１０　　〃カルボキ
シル基を有する インヒビター　　　　　　５　〃 界面活性剤　　　　　　　１〜 アルミナ　　　　　　　２５　〃 水　　　　　　　　　　　　　残 上記組成物において、硝酸は金属管内面の不動脆化を図
るために添加され、この硝酸と硫酸、リン酸又はフッ酸
は混酸として用いて金属面の選択溶解を防ぐものである
。

又、スルファミン酸等はインヒビターとして働き、金属
表面の過エツチングを防ぐ酸化抑制剤であり、酸液の表
面張力を減少させて金属内面とのヌレ特性を良くし、液
のレベリング向上のために界面活性剤が添加されている
。

さらに、研摩粒としてのアルミナの粒度は０゜５゜μ〜
４０μの粒径のものが使用される。このエツチング液剤
の粘度は適宜に決定すればよいが、上述したような摺接
体に吸収含浸させて金属管（１）の内面を研摩する場合
には２５０〜４００ｃｐｓに調整される。又、多ｔｆＭ
ｉ系の増粘剤を適量エツチング剤に加えればアルミナの
分散性を一層良好にすることができる。

このように調整してエツチング剤を摺接体（４）に含浸
させるには、金属管（１１内に挿入する前に研磨砥粒混
入エラ、チング剤中に浸入、通過させるか或いは金属管
内に研磨砥粒混入エツチング剤を供給することにより行
う。

摺接体（４）にエツチング剤を含浸させて索条物（３）
を金属管内に長さ方向に引張移動させると、摺接体（４
）の外周面が金属管（１）の内周面を摺動しながら金属
管（１）の一端から他端に通過し、その間に研摩砥粒混
入エツチング剤が摺接体（４）によって積極的に金属管
（１）の内周面に摺接し、その内周面を研磨するもので
ある。摺接体（４）を取り付けた索条物（３）は金属管
内を一方方向にのみ移動させてもよく、往復移動させて
もよいものであり、又、摺接体（４）が安定した状態で
研磨面に接するように金属管（１）を回転させることも
必要であり、この研磨作業を適宜時間行って金属管（１
）の内周面を全長に亘り最大高さ粗さ０．５以下まで研
磨する。

なお、摺接体（４）を使用することなく、研磨砥粒混入
エツチング剤を含浸した繊維ローブの外周面を直接金属
管内面に摺接させても同様な研磨が可能である。

次に、第２図は別な研磨手段を示すもので、管の端部を
挿嵌、固定する嵌合孔（５）と該嵌合孔（５）の中心線
上に連通した小径の軸挿通孔（６）とを前後端面間に貫
設し、且つ外周面適所から軸挿通孔（６）に連通ずる液
剤導孔（７）を設けてなる一対の支持治具（８）　（８
）を使用し、この支持治具（８）　（８）を管の長さ寸
法を存して対設し、嵌合孔（５）　（５１に金属管（１
）の両端部を挿嵌、固定する。さらに、支持治具（８）
　（８）の挿通孔（６１（６１間に回転軸（９）を挿通
し、その一端をモータαωに連結しである。又、金属管
（１１に挿入している軸部分には、金属管の内周面に摺
接するポリプロピレン等の高分子化合物よりなるブラシ
体又はフェルトテープ等の液剤移送部材１１を螺旋状に
巻着しである。

なお、軸挿通孔（６）の端部はパツキン等によって閉塞
しておく。

今、一方の支持治具（８）の導孔（６）から前述した組
成の研磨砥粒混入エツチング剤を供給すると共にモータ
α〔を駆動して軸（９）を回転させると、エツチング剤
は軸（９）の螺旋状移送部材１１によって金属管（１）
の内周面に摺接させられながら他方の支持治具（８）側
に移送され、金属管の内周面を研磨するものであり、こ
うして金属管（１）の内周面を研磨しながら、金属管の
他端から流出した研磨砥粒混入エツチング剤は他方の支
持治具（８）の下向き導孔（６）から排出される。

なお、この研磨方法の場合、エツチング剤の粘度を前述
した粘度より大きい４０００〜６０００ｃｐｓ程度にし
ておくことが望ましい。

このような研磨作業において、金属管（１）を軸方向に
水平往復移動をさせれば一層研磨効果が大となり、又、
摺接体を使用することなく、スパイラル状の金属製若し
くは高分子化合物製軸材を金属管内で回転させ、高粘度
（２００００ｃｐｓ　）の研磨砥粒混入エツチング剤を
金属管内で攪拌することも同様な研磨効果が得られるも
のである。

このようにして研磨された金属管（１）はその内面をイ
オン交換水で充分洗浄し、乾燥空気を用いて乾燥する。

（発明の効果） 以上のよ・うに本発明の金属管の内面研磨方法によれば
、研磨砥粒混入エツチング剤を金属管の内面に摺接させ
て研磨するものであるから、内径が２０以下で長さが３
ｍ以上の金属管であっても全長に亘って内面を均一に研
磨でき、しかも、最大高さ粗さが０．５μｍ以下の研磨
度に能率良く研磨できるものであり、小径長尺の金属管
の高精密研磨方法として極めて有益な発明である。

又、こうして得られた研磨管は、極めて微細な塵埃でも
その内面に殆ん、ど付着させることがなく、フィルター
から半導体製造部に至る間の配管等に最適であってその
製造プロセスに用いられるガスを常に高純度に保持でき
、従って精度の高い製品を能率よく製造できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は摺接体の
使用による研磨手段の簡略図、第２図は＋！１旋状物の
使用による研磨手段の簡略図である。 （１）・・・金属管、（３）・・・索条物、（４ト・・
摺接体、（９）・・・回転軸、１１・・・液剤移送部材
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属管に挿通したロープ等の外周面を金属管の内面に沿
   って移動させることにより金属管内に供給したエッチン
   グ剤と研磨砥粒を金属管内面に摺接させて該内面を表面
   粗さが最大高さ（Ｒｍａｘ）０．５μｍ以下に研磨する
   ことを特徴とする金属管の内面研磨方法。