JP4733794B2 - 部材内面の表面処理方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に複雑な形状を有する部材の内面を研磨、洗浄等の表面処理する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、半導体製造装置等に原材料や処理液を供給するフレキシブル管は、ステンレス等の非磁性材料で製造され、外周および内周に凹凸を連続して形成することにより、曲折自在のフレキシブル管に成形している。このフレキシブル管の内面には、成形工程においてミクロンオーダーの微小な突起が多数形成されており、これをそのまま使用すると突起の間に異物が堆積してゆき、やがてこの異物が原材料や処理液に混入し、半導体の製造に悪影響を与えてしまう。
【0003】
そこで、特開平7−40226号公報においては、フレキシブル管の外周に一対の磁石を対向して配置するとともに、フレキシブル管の内部にスラリー状の磁性砥粒を充填し、磁石を回転させるとともに、フレキシブル管を軸方向に移動させることにより、フレキシブル管内面の突起を研磨、表面処理する方法を提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図12および図13は、上記従来の表面処理方法を示し、図(A)は模式的構成図、図(B)は磁力線の状態を示す図である。図12は、フレキシブル管1の外周に一対の磁石2a、2bを対向して配置する際、磁石2a、2bの磁極が異極(S−N)すなわち吸引磁場となるようにし、フレキシブル管1の内部にスラリー状の磁性砥粒3を充填した状態を示している。このように、フレキシブル管1内の磁性砥粒3に吸引磁場を作用させると、磁性砥粒3は、フレキシブル管1の谷部1aで磁気ブラシを形成するため、谷部1aにおける突起は研磨できるが、山部1bは研磨し難いという問題を有している。また、図12(B)に示すように、磁場の変化率が小さいために研磨部位における加工圧が小さく、1μm以下の精度で研磨することは不可能であった。
【0005】
この問題を解決するために、上記特開平7−40226号公報においては、図13に示すように、磁石2a、2bの磁極が同極(N−N)すなわち反発磁場となるように配置させるようにしている。これによれば、図13(B)に示すように、磁場の変化率が大きいために研磨部位における加工圧が大きく、Ry0.7μm以下の精度で研磨することが可能になったが、フレキシブル管1の径が小さくなると、磁性砥粒3は、フレキシブル管1の隣接する山部1b間で磁気ブラシを形成するため、山部1bにおける突起は研磨できるが、谷部1aは研磨し難いという問題を有している(表1参照)。
【0006】
上記の問題は、フレキシブル管に限定されるものではなく、内部に複雑な形状を有する部材の内面を研磨、洗浄等の表面処理する場合に共通の問題である。
【0007】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、内部に複雑な形状を有する部材の内面を、高精度で研磨、洗浄することができる部材内面の表面処理方法および装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の部材内面の表面処理方法は、非磁性材料からなりその内面を表面処理する部材の外側に一つの磁石を配置し、部材内面に磁性粒とスラリー状砥粒を供給し、前記部材と磁石の少なくとも一つを回転させると同時に軸方向に相対移動させることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の部材内面の表面処理装置は、傾斜面上設置された複数組の磁石駆動用モータおよび磁極ユニットと、各磁極ユニットに取り付けられた位置決め部材と、ロボットのアームの先端に装着されたパイプ駆動用モータと、前記各磁極ユニットおよび位置決め部材に貫通され前記パイプ駆動用モータに連結されたガイドパイプと、該ガイドパイプ内に挿入されたフレキシブル管と、該フレキシブル管内に充填された磁性粒およびスラリー状砥粒とを備えることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1〜図3は、本発明における部材内面の表面処理方法の1実施形態を示し、図1は表面処理装置の一部断面を示す側面図、図2は図1の磁極ユニットの拡大斜視図、図3(A)は磁石の配置図、図3(B)は磁力線図である。
【0011】
図1において、本発明に係わる表面処理装置4は、ロボット5および支持台6を備え、支持台6に固定具7により非磁性材料からなるガイドパイプ9が固定され、ガイドパイプ9内に非磁性材料からなるフレキシブル管1(図2に明示)が挿入、支持されている。ロボット5のアーム5aは、内部機構により三次元空間を自由に移動可能にされている。
【0012】
支持台6の下方には、砥粒タンク10が配設されている。砥粒タンク10内には、オイルにダイヤモンド、酸化アルミナ、窒化ケイ素などの砥粒を混入したスラリー状砥粒11が充填されている。また、ガイドパイプ9の上方には、供給ノズル12が配設され、開閉弁13、供給管14、ポンプ15を介して砥粒タンク10内に接続されている。
【0013】
ロボット5のアーム5aには、磁極ユニット16のフレーム17が取り付けられ、磁極ユニット16はガイドパイプ9に沿って移動自在にされている。フレーム17には、ガイドパイプ9を支持する位置決め部材19が設けられ、位置決め部材19の先端にはローラ19aが配設され、ガイドパイプ9を支持している。この位置決め部材19により、磁石23(後述)とガイドパイプ9間のギャップを維持している。
【0014】
次に、図2をも参照しつつ上記磁極ユニット16について説明する。磁極ユニット16は、フレーム17と、フレーム17に装着された磁石駆動用モータ20および支持部材21と、支持部材21に回転自在に設けられた筒状の回転部材22と、回転部材22の内側に対向するように固定された磁石23およびバランサ24とを備え、モータ20の回転軸20aに固定された駆動プーリ25と回転部材22の間には、駆動ベルト26が張設されている。回転部材22とバランサ24は非磁性材料からなっている。そして、回転部材22の中心部にガイドパイプ9が配置されている。
【0015】
図3(A)に示すように、磁石23は、フレキシブル管1の軸方向にN極およびS極が位置するように配置され、フレキシブル管1内には、鉄、ニッケル、特殊処理したステンレスなどの磁性体からなる粉状または円柱状の磁性粒27が挿入される。磁性粒27の大きさは、0.1〜1.5mmが好ましい。図3(B)に示すように、フレキシブル管1の管壁で磁力線が寝た状態となって磁場の変化率が大きくいために、磁性粒27は、フレキシブル管1の谷部1aおよび山部1bに連続して沿い、強固に付着されることになる。
【0016】
図4(A)は、磁石の配置の比較例を示し、磁石23をフレキシブル管1の径方向にN極およびS極が位置するように配置している。この場合には、図4(B)に示すように、フレキシブル管1の管壁で磁力線が立って磁場の変化率が小さいために、磁性粒27は、フレキシブル管1の谷部1aのみに付着され。従って、図3(A)に示すように、フレキシブル管1の軸方向にN極およびS極が位置するように配置することが本発明において重要である。
【0017】
次に、上記構成からなる表面処理装置の表面処理方法について説明する。ガイドパイプ9内にフレキシブル管1を挿入した後、ガイドパイプ9を支持台6にセットする。次いで、図3(A)に示すように、フレキシブル管1内に磁性粒27を挿入するとともに、供給ノズル12からフレキシブル管1内にスラリー状砥粒11を供給し、磁石駆動用モータ20により磁石23をフレキシブル管1の回りに回転させる(回転数1400rpm程度)と、磁性粒27および磁性粒の間に担持されたスラリー状砥粒は、フレキシブル管1の谷部1aおよび山部1bを摺動し、スラリー状砥粒により、谷部1aおよび山部1bの表面が研磨されることになる。同時に、ロボット5により磁石23を微小速度でフレキシブル管1の軸方向に振動(図1の矢印)させると、図5に示すように、磁性粒27は谷部1aから山部1bに移動し、さらに高精度で研磨することができる。このようにして、その部位の研磨が終了すると、ロボット5により磁極ユニット16を移動させ、順次、研磨を行っていく。
【0018】
図7は、上記表面処理方法による実験結果を示し、図7(A)に示すように、フレキシブル管1の内面を探針29を移動させて表面粗さを測定した。図7(B)は、研磨前の測定結果を示し、Ry4μm程度の表面粗さがあったが、研磨後は、図7(C)に示すように、Ry0.3μm程度の表面粗さとなり、本発明の有効性が確認された。
【0019】
図6は、本発明の表面処理方法の他の実施形態を示す図である。本実施形態は、磁石23の磁極N、Sをフレキシブル管1の軸線に対して傾斜するように配置している。これにより、磁性粒27はフレキシブル管1の軸線に対して傾斜して管壁に付着するため、谷部1aと山部1bの中間部1cをより高精度で研磨することができる。
【0020】
表1は、フレキシブル管1の管径が、大(管径19mm)、中(管径14mm)、小(管径9mm)に対して、磁石の配置による評価結果をまとめたものである。図中、N−N磁場は図13、N−S磁場は図12、単極磁場は図5、単極磁場(45°)は図6の状態を示している。また、評価結果○は研磨面が極めて良好で許容値Ry0.7μmを十分にクリア、△は表面粗さが許容値Ry0.7μmを越えない、×は全く加工がなされていないことを示している。これによれば、本発明における単極磁場が優れていることが判り、特に小径のフレキシブル管については単極磁場(45°)が優れていることが判る。
【0021】
【表1】
図8〜図11は、本発明に係わる表面処理装置の他の実施形態を示す図である。なお、以下の説明においては、前記実施形態と同一の構成については同一番号を付けて説明を省略する。
【0022】
図8の実施形態は、支持台6と固定具7の間に加振台30を配設し、加振台30を加振用モータ31により図示矢印方向に振動させ、ガイドパイプ9およびフレキシブル管1を振動させるようにしている。
【0023】
図9の実施形態は、固定具7の下部に回転体32を固定し、回転体32を加振台30に対して回動自在に装着している。回転体32には従動歯車33が固定され、モータ35の回転を駆動歯車34を介して従動歯車33に伝達させ、回転体32、ガイドパイプ9およびフレキシブル管1を回動させるようにしている。なお、回転体の回転数は約1400rpmとし、これにより研磨ムラを低減させ工作物と工具の相対周速を増加させ加工効率を高めている。
【0024】
図10は、図9の実施形態の変形例を示し、ガイドパイプ9を水平状態にして研磨または洗浄する例を示している。
【0025】
図11の実施形態について説明する。支持台6には傾斜面6aが形成されており、傾斜面6a上には、図2で説明した磁石駆動用モータ20および磁極ユニット16の複数組が設置されている。各磁極ユニット16には、図1で説明した位置決め部材19が設けられている。ロボット5のアーム5aの先端にはパイプ駆動用モータ36が装着されている。
【0026】
ガイドパイプ9内にフレキシブル管を挿入し、フレキシブル管内に磁性粒とスラリー状砥粒を充填し、ガイドパイプ9の下端を栓37で封止する。次に、ガイドパイプ9を各磁極ユニット16および位置決め部材19に貫通させ、ガイドパイプ9の上端を接続具38によりパイプ駆動用モータ36に連結する。
【0027】
そして、磁石駆動用モータ20により磁石23(図2)をガイドパイプ9の回りに回転させると同時に、パイプ駆動用モータ36によりガイドパイプ9を磁石23とは反対方向に回転させる(回転数は共に1400rpm程度)。その部位の研磨が終了すると、ロボット5によりガイドパイプ9を軸方向に移動させる。本実施形態においては、隣接する磁極ユニット16間の距離L分、ガイドパイプ9を移動するだけで研磨ができるため、短時間で処理を行うことができる。
【0028】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、フレキシブル管の表面処理について説明しているが、フレキシブル管に限定されるものではなく、要するに内部に複雑な形状を有する部材に適用可能である。
【0029】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非磁性材料からなりその内面を表面処理する部材の外側に一つの磁石を配置し、部材内面に磁性粒とスラリー状砥粒を供給し、前記部材と磁石の少なくとも一つを回転させると同時に振動を付与させることにより、フレキシブル管等の内部に複雑な形状を有する部材の内面を、高精度で研磨、洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における部材内面の表面処理方法の1実施形態を示し、表面処理装置の一部断面を示す側面図である。
【図2】図1の磁極ユニットの拡大斜視図である。
【図3】図3(A)は図2における磁石の配置図、図3(B)は磁力線図である。
【図4】図4(A)は磁石の配置の比較例を示す図、図4(B)は磁力線図である。
【図5】本発明の表面処理方法を説明するための図である。
【図6】本発明の表面処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図7】本発明の表面処理方法による実験結果を示す図である。
【図8】本発明に係わる表面処理装置の他の実施形態を示す図である。
【図9】本発明に係わる表面処理装置の他の実施形態を示す図である。
【図10】図9の実施形態の変形例を示す図である。
【図11】本発明に係わる表面処理装置の他の実施形態を示す図である。
【図12】従来の表面処理方法を示し、図(A)は模式的構成図、図(B)は磁力線の状態を示す図である。
【図13】従来の表面処理方法の他例を示し、図(A)は模式的構成図、図(B)は磁力線の状態を示す図である。
【符号の説明】
1…部材(フレキシブル管)
5…ロボット
5a…アーム
6a…傾斜面
9…ガイドパイプ
11…スラリー状砥粒
16…磁極ユニット
19…位置決め部材
20…磁石駆動用モータ
23…磁石
27…磁性粒
36…パイプ駆動用モータ
Claims (6)
- 非磁性材料からなりその内面を表面処理する部材の外側に一つの磁石を配置し、部材内面に磁性粒とスラリー状砥粒を供給し、前記部材を中心にして上記磁石を回転させると同時に軸方向に相対移動させる部材内面の表面処理方法において、
前記内面を表面処理する部材は、外周および内周に凹凸を連続して形成された曲折自在のフレキシブル管であり、該フレキシブル管を非磁性材料からなるガイドパイプ内に挿入すると共に、前記磁石の磁極の方向を該フレキシブル管の軸方向に配置し、上記フレキシブル管の上記磁石が沿う管壁において磁力線が寝た状態にして磁性粒をフレキシブル管の内面の上記凸部および凹部に連続して沿わせて付着させ、研磨することにより上記フレキシブル管内面の上記凸部および凹部に存在するミクロンオーダーの微少突起を研磨・表面処理したことを特徴とする部材内面の表面処理方法。 - 前記フレキシブル管に振動を付与させることを特徴とする前記請求項1記載の部材内面の表面処理方法。
- 前記部材も回転させる前記請求項1また2記載の部材内面の表面処理方法。
- 前記磁石の磁極をフレキシブル管の軸線に対して傾斜して配置したことを特徴とする前記請求項1〜3の内、いずれか1項に記載の部材内面の表面処理方法。
- 非磁性材料からなりその内面を表面処理する部材の外側に一つの磁石を配置し、部材内面に磁性粒とスラリー状砥粒を供給し、上記部材を中心にして上記磁石を回転させる部材内面の表面処理装置において、
傾斜面上設置された複数組の磁石駆動用モータおよび磁極ユニットと、各磁極ユニットに取り付けられた位置決め部材と、ロボットのアームの先端に装着されたパイプ駆動用モータと、前記各磁極ユニットおよび位置決め部材に貫通され前記パイプ駆動用モータに連結されたガイドパイプと、該ガイドパイプ内に挿入された外周および内周に凹凸を連続して形成された曲折自在のフレキシブル管と、該フレキシブル管内に充填された磁性粒およびスラリー状砥粒とを備えることを特徴とする部材内面の表面処理装置。 - 前記磁石とガイドパイプをそれぞれ逆方向に回転させることを特徴とする前記請求項5記載の部材内面の表面処理装置。
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