JP4035581B2

JP4035581B2 - 高圧ガス容器の内面処理方法

Info

Publication number: JP4035581B2
Application number: JP17566795A
Authority: JP
Inventors: 成禎野沢
Original assignee: Air Liquide Japan GK
Current assignee: Air Liquide Japan GK
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: US5803795A; CN1147428A; EP0753380B1; DE69606591D1; JPH0926093A; TW308630B; KR970005530A; SG52819A1; EP0753380A1; DE69606591T2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マンガン鋼製、もしくは、クロムモリブデン鋼製の高圧ガス容器の内部を防錆剤を含んでなる研磨材で湿式研磨したのち、洗浄する高圧ガス容器の内面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高圧ガス容器の内面処理方法としては、通常、マンガン鋼製、もしくは、クロムモリブデン鋼製の高圧ガス容器に対しては、内部を乾式研磨して処理する方法が行われている。ところが、乾式研磨を行っただけの高圧ガス容器は、内面粗さＲｍａｘが６μｍ以上程度のものとなるため、前記高圧ガス容器からガスを導出した時に、前記高圧ガス容器の内壁面から前記高圧ガス容器を構成する材料のクラスターが剥がれ落ち、ダストとなって前記ガスに混入することがあるという問題点があった。前記ガスにダストが混入すると、例えば、ＣＶＤ装置等において用いられる前記ガスにマンガン鋼、クロムモリブデン鋼等の金属クラスターからなるダストが混入すると、製品に絶縁不良、導電不良等を招く虞があった。そのため、ガスにダストが混入するのを防ぐ目的で、より一層内面粗さを細かく形成し、前記高圧ガス容器内面からダストが発生しにくくする内面処理方法が望まれていた。
そこで、高圧ガス容器の内部を湿式研磨することが考えられているが、単に高圧ガス容器の内面を湿式研磨して、内面粗さＲｍａｘが３μｍ以下になるようにした場合には、前記高圧ガス容器を構成する材料のクラスターの剥がれ落ちによるダストの発生は抑制できると考えられるものの、前記高圧ガス容器の内面は、内面粗さＲｍａｘが小さくなるにつれ酸化し易くなり、前記高圧ガス容器を構成する材料の酸化物のクラスターがダストとなって発生しやすくなると考えられる。そのため、前記湿式研磨を行うのに、防錆剤を含んでなる研磨材を用いることが提案されており、この場合には、研磨屑等のダストを取り除く水洗を行えば、前記高圧ガス容器内面には、緻密な防錆被膜のみが残り、導出されるガスにダストが混入するのを防ぐことができると考えられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際には高圧ガス容器の内部を防錆剤を含んでなる研磨材で湿式研磨したのち、洗浄するだけでは、完全にはダストの混入を防止することができないという現状が明らかになってきている（図１（Ｂ）参照）。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記実情に鑑み、導出されるガスにダストが混入しにくいように、マンガン鋼製、もしくは、クロムモリブデン鋼製の高圧ガス容器の内部を処理する高圧ガス容器の内面処理方法を提供する事にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明の第１特徴構成は、マンガン鋼製、もしくは、クロムモリブデン鋼製の高圧ガス容器の内部を、前記高圧ガス容器内表面に酸化鉄を主成分とする防錆被膜を形成可能な防錆剤を含んでなる研磨材で湿式研磨したのち、洗浄する高圧ガス容器の内面処理方法において、
前記湿式研磨によって、前記高圧ガス容器の内面粗さをＲｍａｘが３μｍ以下になるようにしたのち、クエン酸２アンモニウムを０．１〜１％含む酸洗浄液により洗浄することにある。
その作用効果は以下の通りである。
【０００６】
【作用】
本発明者らは、図１に示すように、防錆剤を含んでなる研磨材を用いて湿式研磨していないマンガン鋼製の高圧ガス容器では、洗浄に用いた純水に１００ｐｐｂ（重量）程度の各種金属成分が混入している（図１（Ｄ）参照）のに対し、湿式研磨後のマンガン鋼製の高圧ガス容器では、洗浄に用いた純水に混入する金属成分の量が減少していることがわかるが、やはり、数１０ｐｐｂ程度の各種金属成分が混入している（図１（Ｂ）参照）という知見を得た。
本発明者らは、このような実験結果に基づき、研磨屑等のダストが、前記湿式研磨の際に生じる酸化鉄を主成分とする防錆被膜に、何らかの形で吸着（もしくは固着）し、水洗した程度では脱離しにくいために、徐々にガス中に混入してしまうのではないかと考え、高圧ガス容器の内面を酸により洗浄する処理を行えば、前記吸着したダストを前記防錆被膜上から除去できるのではないかと予測した。そこで、防錆剤を含んでなる研磨材を用いて湿式研磨した前記マンガン鋼製の高圧ガス容器の内面を、種々の酸洗浄液によって洗浄したところ、ガス中にダストが混入するのを防止する事ができる（図１（Ａ）参照）という新知見が得られた。
尚、このような現象は、クロムモリブデン鋼製の高圧ガス容器であっても同様に見られるものと予想できる。
【０００７】
また、このような場合、酸洗浄液は、クエン酸２アンモニウムを０．１〜１％含むものであれば、前記高圧ガス容器内面の防錆被膜に悪影響を与えにくく、かつ、洗浄作業環境が穏やかであり、酸洗浄液を廃棄する際の中和も容易であることなどから好ましい。さらには、クエン酸２アンモニウムであれば、半導体産業で利用される高圧ガス容器において、たとえ酸洗浄液が高圧ガス容器内面に残存しても、金属やリンや硫黄成分を含まないので、前記半導体の性能に悪影響を与えにくいという点で特に好ましい。
【０００８】
【発明の効果】
従って、研磨時に、前記高圧ガス容器内表面に酸化鉄を主成分とする防錆被膜を形成可能な防錆剤を含んでなる研磨材で湿式研磨する内面処理のあと、その内面を酸洗浄液により洗浄するという工程を追加するだけで、内面粗さをＲｍａｘが３μｍ以下になるようにし、内面からの金属クラスターの剥がれ落ちや、腐食を防止し、かつ、導出されるガスにダストが混入しにくい高圧ガス容器を提供できるようになった。
その結果、例えば、定期点検等で前記高圧ガス容器内部に水を充填するなどの検査を行った後に、前記容器内面を再び内面処理して、ガスを充填しても、そのガスには、金属クラスターによるダストや、他のガスが混入しにくく、充填されたガスを、純度の高い高品質なものに維持できるとともに、導出されるガスをＣＶＤ装置等に利用したとしても、製品に絶縁不良、導通不良等の悪影響を生じにくくなり、安定した性能の製品供給が可能になるなどの利点がある。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、マンガン鋼製の円筒形状の高圧ガス容器（以下単にボンベと略称する）（Ｒｍａｘ＝１２μｍ程度）を、Ｒｍａｘが３μｍ以下にする湿式研磨工程を行ったのち、洗浄工程に供し、さらに、後工程に供する。
【００１０】
前記湿式研磨工程を詳述する。
まず、ボンベ１の多数を内部に研磨材２と防錆剤と内部に収容した状態で水平に支持し、前記ボンベをその軸心周りで右周りに自転させつつ、水平軸芯周りで左周りに公転させる湿式研磨装置（図７参照（いわゆる遠心式研磨機））に取付けて湿式研磨を行う。
つまり、このような湿式研磨装置によれば、前記研磨材２は遠心力によって公転軌跡外方側に集中し、その研磨材２に対して前記ボンベ１内面が相対的に回転移動する事になり、ボンベ１内面が、前記研磨材２と接触することで前記ボンベ１内面が研磨されることになる。
尚、研磨材２として粒径５ｍｍの球形のセラミックス製研磨材を用いて一次研磨工程を行い、内面粗さをＲｍａｘ＝３〜５μｍ程度に研磨して、内部のカーボンスケールを除去し、さらに、一時研磨工程に用いた研磨材２よりもアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）含有率が高いセラミックス製研磨材２を用いて二次研磨工程及び仕上研磨工程（二次研磨工程の繰り返し）を行う。これにより、前記ボンベは内面粗さＲｍａｘ＝１μｍ程度で防錆被膜を形成した状態になる。
尚、この工程では、研磨材２としては粒径５ｍｍの球形で、一時研磨工程に用いた研磨材２よりもアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）含有率が高いセラミックス製研磨材２を用い、内面粗さＲｍａｘ＝０．８μｍ程度で緻密な防錆被膜を形成した状態にできる。
【００１１】
尚、上述の一次研磨工程においては水１リットルあたり５〜１０ｇの前記研磨材２、二次研磨工程においては水１リットルあたり１０〜２０ｇの前記研磨材２を用いた。
【００１２】
次に洗浄工程を詳述する。
まず、仕上研磨された前記ボンベを、その軸心周りに自転させる回転装置（図８参照（いわゆる回転研磨機））上に、内部にシリカアルミナ（粒径５ｍｍの球形）と純水とを収容した状態で取付け、そのボンベを低速回転させて、ボンベ内に残留する研磨材および、防錆剤を除去する一次洗浄工程を行う。次に、前記ボンベの内面を純水によって洗浄し、前記ボンベ内面の防錆被膜に付着しているダストを除去する二次洗浄工程を行う。
さらに、クエン酸２アンモニウムの０．１％水溶液からなる酸洗浄液を用いて、前記防錆被膜に付着して、前記二次洗浄工程では取り除くことのできなかったダストを除去する酸洗浄工程を行う。
酸洗浄工程を行ったのち、前記酸洗浄液が前記ボンベ内壁面に残留するのを防ぐため再度純水によって後洗浄工程を行う。
【００１３】
前記研磨工程及び洗浄工程を経たガスボンベは、ベーキングしたのち冷却し、バルブの取付、バルブの締付、リーク検査、真空加熱洗浄、ガスパージ等の後工程を行い、ガス充填してガスボンベとして用いられる。
【００１４】
以下に、上述の方法で内面処理を行ったボンベと、種々のボンベとの比較実験例を示す。
【００１５】
＜１＞純水による洗浄、および、酸洗浄液による洗浄で、金属ダストの発生量にどの程度の差が生じるかを、本発明の内面処理を行ったもの（Ａ）と、研磨工程は行ったが酸洗浄工程は行わなかったもの（Ｂ）、および、研磨工程を行うことなく、酸洗浄工程のみをおこなったもの（Ｃ）、および、研磨工程、洗浄工程ともに行っていないもの（Ｄ）とで比較したところ図１のようになった。
図１によると、湿式研磨を行わないボンベは、純水による洗浄によって大量の金属ダストが発生し、単に酸洗浄液による洗浄のみを行っても前記金属ダストの発生量は減少させられないのに対して、前記湿式研磨を行った後では、酸洗浄液による洗浄を行うことで、金属ダストの発生をほぼ０（重量ｐｐｂ）（検出限界量以下）に抑えることができるようになったことがわかる。
【００１６】
＜２＞窒素ガスパージによって、ガスボンベ内から発生するダスト量について、本発明の内面処理を行ったもの（Ａ）と、研磨工程は行ったが酸洗浄工程は行わなかったもの（Ｂ）とで比較したところ図２のようになった。尚、さらに、本発明の内面処理をクリーンエリアで行ったものを（Ａａ）として示す。
図２によると、ガスパージを行う際に発生するダスト量は、ガスパージを行う度に減少するが、酸洗浄工程を行っていないものについては、３度のガスパージ後にもダスト量が１０^７個／ｃｆｔ程度までしか減少しないのに対して、本発明の方法を適用したものについては、初めから１０^６個／ｃｆｔ程度のダスト量で、３度のガスパージ後には１０^２個／ｃｆｔ程度まで減少させることができ、さらに、前記ガスパージを、クリーンエリアで行った場合には１０個／ｃｆｔ以下にまで減少させられることがわかった。
これにより、前記酸洗浄工程を行わない場合に、ダストの減少が見られないのは、ガスパージを行うたびにボンベの内壁面から新たなダストが発生していることが原因であると考えられ、酸洗浄により、前記ボンベの内壁面から新たなダストが発生するのを防止できたことが示唆された。
尚、ダストとは、窒素気体中に分散する粒径０．１μｍ以上の固体成分を指すものとする。
【００１７】
＜３＞本発明の内面処理を行ったもの（Ａ）と、研磨工程は行ったが酸洗浄工程は行わなかったもの（Ｂ）とで水分の吸着特性がどのように違うかを比較したところ図３のようになった。尚、比較には各内面処理を行ったテストピースをシリンダ内に入れ、圧力を開放することによる前記シリンダ内の水分濃度の変化を測定した。
つまり、図３によれば、酸洗浄工程を行わなかった場合には、高圧状態では見かけ上水分を吸着していなくてもボンベ内の圧力が低下したときに前記ボンベ内壁面に吸着していた水分が放出され、ガス内に水分が混入する不都合があるものの、本発明の内面処理を行ったボンベの内壁面には水分が吸着しにくい状態になっているものと考えられる。その結果、本発明の内面処理を行ったボンベでは、水分を吸着しにくい緻密な内表面が得られていることが示唆された。
尚、本発明の内面処理を行ったボンベの内表面を分析したところ図４に示すようになり、酸化鉄を主成分とする防錆被膜の緻密な層が形成されていることが確認できた。
【００１８】
＜４＞ボンベ内にシランガスを充填した際に、本発明の内面処理を行ったもの（Ａ）と、一般の研磨工程は行ったが酸洗浄工程は行わなかったもの（Ｂ）とで前記シランガスの安定性がどのように違うかを比較したところ図５のようになった。
図５より、（Ｂ）のガスボンベ内ではシランガスの分解によるジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、水素（Ｈ_２）がともに増加傾向にあり、かつ、シロキサンが発生していることもあり、ボンベ内面に吸着した水分や酸素によって、シランガスが分解しているものと考えられるのに対して、（Ａ）のガスボンベ内ではシランガスの分解によるジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、水素（Ｈ_２）の増加が見られず、また、シロキサンの発生量は検出限界以下であることがわかり、水分や酸素がボンベ内壁面に吸着しにくくなっているために、シランガスの安定性が高くなっていることがわかる。
【００１９】
先の実施例では、マンガン鋼製の高圧ガス容器を用いたが、クロムモリブデン鋼からなる高圧ガス容器であってもよく、内表面粗さがＲｍａｘ＝３μｍ以下であることが要求される高圧ガス容器に適用されれば良い。
前記酸洗浄液として、リン、イオウ、及び金属成分を含まないクエン酸２アンモニウムを用いるが、前記酸洗浄液の使用濃度については、防錆皮膜に悪影響を与えない１％以下の濃度で適宜設定することが出来、０．１％程度の濃度があれば酸洗浄液使用量を少なく抑えながら十分な洗浄効果が得られるので好適である。
尚、先の実施例における酸洗浄工程以降の工程については、適宜公知の技術を適用すればよい。
【００２０】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較実験例＜１＞の実験結果を示すグラフ
【図２】比較実験例＜２＞の実験結果を示すグラフ
【図３】比較実験例＜３＞の実験結果を示すグラフ
【図４】比較実験例＜３＞の実験結果を示すグラフ
【図５】比較実験例＜４＞の実験結果を示すグラフ
【図６】本発明の高圧ガス容器の内面処理方法の作業行程図
【図７】遠心式研磨機の概念図
【図８】回転式研磨機の概念図
【符号の説明】
１高圧ガス容器
２研磨材

Claims

マンガン鋼製、もしくは、クロムモリブデン鋼製の高圧ガス容器（１）の内部を、前記高圧ガス容器（１）内表面に酸化鉄を主成分とする防錆被膜を形成可能な防錆剤を含んでなる研磨材（２）で湿式研磨したのち、洗浄する高圧ガス容器の内面処理方法であって、
前記湿式研磨によって、前記高圧ガス容器（１）の内面粗さをＲｍａｘが３μｍ以下になるようにしたのち、クエン酸２アンモニウムを０．１〜１％含む酸洗浄液により洗浄する高圧ガス容器の内面処理方法。