JPH05329766A - 容器内面を磁気研磨する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】非磁性材料製の円筒状容器の内面を研磨痕が残
らないように効果的に研磨する。 【構成】円筒状容器を鉛直軸線まわりに回転可能に支持
する保持機構と、モータと、容器の外部に近接して配置
される複数の磁極部材と、磁極部材を支持するターンテ
ーブルと、容器内に投入される混合磁性砥粒とで構成さ
れる。混合磁性砥粒は微細な磁性砥粒とそれより大きな
鉄粉とで構成され、磁力線の方向に沿って鉄粉が鎖状あ
るいは網目状に整列し、さらに鉄粉に磁性砥粒が付着す
ることにより強固な磁力保持モジュールを形成し、容器
内面に大きな研磨圧力を及ぼす。ターンテーブルの回転
により、研磨痕が残らない効果的な磁気研磨を達成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非磁性材からなる円筒
形の容器、例えば高純度ガス容器などの内面を磁気研磨
する方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体や超ＬＳＩなどの製造工程
において、ほこり等による影響から製品の品質を確保す
るため、クラス１００〜クラス１０００程度の清浄度が
求められている。このクリーン空間を得る方法として
は、室内での発塵を局所垂直層流方式などにより薄める
方法が一般的である。しかし、さらに清浄度を高めるた
めには、外部から高純度ガスを送る高純度ガス容器系、
ガス配管系、装置系や薬系等からのさまざまな汚染に対
してもより高度なクリーン化を行わなければならないと
考えられる。

【０００３】高純度ガス容器などにおける汚染防止の条
件の一つに、バクテリア発生の抑制がある。この抑制の
ためには容器内の表面粗さの凹凸を極力なくすことが必
要である。望ましくは、０．２μｍ（Ｒｍａｘ）程度の
表面粗さが必要となろう。高純度ガス容器などの内面研
磨は、容器入口が狭いため、通常工具での加工は困難で
あり、粒子状や液状のものを使用する研磨方法に限られ
ている。現在、これらの研磨方法として、バレル研磨、
電解研磨や化学研磨がある。

【０００４】これら従来の方法によれば、容器内面の表
面粗さは、測定可能な箇所において胴部が０．９μｍ、
頭部が１．４μｍ、底部が０．７μｍ（Ｒｍａｘ）程度
の表面粗さが得られるが、さらに凹凸のない表面粗さを
得るには限界がある。また、これらの方法を用いると長
時間の研磨時間が必要になり、生産性が低下しコストが
上昇する欠点がある。

【０００５】他の方法として、加工物の内面のバリ取り
や表面仕上げに磁気研磨方法を用いることはすでに知ら
れており、例えば特開昭６１ー２１４９６７号「加工物
の内面を磁気研磨する方法」や特開昭６１ー２６０９７
４号「内面研磨方法」等に開示されている。しかしなが
ら、特開昭６１−２１４９６７号の方法では、容器の首
下部分や底面のまわり等を効果的に研磨するための磁極
を、狭い容器の入口から挿入することができないという
欠点があった。また、特開昭６１−２６０９７４号の方
法は、容器の円筒部内面を研磨するには効果があるが、
容器の首下部分や底面のまわり等を研磨することについ
ては全く考慮されていないという欠点があった。

【０００６】特開昭６３ー３００８５６号「磁気研磨方
法及びそれに使用する磁気研磨装置」では、台上の磁石
等が固定されているため、研磨加工後において同心円状
の研磨痕が残り、表面粗さが改善されないという欠点が
あった。加えて、研磨体として三角錐状分割研磨体チッ
プ群を利用する方法が提案されているが、鉄粉と砥粒を
混合焼結した三角錐状チップはその製造上の限界から大
きな粒となり、磁石の吸引力を受けて深い研磨痕を残
し、高純度ガス容器などが求めている表面粗さまでには
改善されないという欠点があった。また、砥粒を含まな
い鉄チップ群と砥粒とを混合して研磨体とした場合、非
磁性体である砥粒が鉄チップ群と分離しないようにする
ためには、鉄チップに微細な鉄粉を使用しなければなら
ず、そのために、摩擦力が不足して鉄チップ群は容器内
で連れ回りして、研磨効果が発揮できないという欠点が
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、非磁
性材からなる容器の内面、特に首下部分や底面のまわり
などの研磨しにくい部分を効率よく研磨し、研磨痕が残
らないようにして表面粗さを改善する方法と装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の前述した目的
は、その第１の面において、非磁性材からなる円筒形の
容器を鉛直方向に延伸する中心軸線回りに回転可能に支
持し、容器の外部に近接して複数の磁極を配置し、それ
ら複数の磁極をターンテーブル上に載置し、容器の内部
で前記磁極に対向した位置に微細な磁性砥粒とそれより
大きな鉄粉とを混合した混合磁性砥粒を投入し、容器を
前記中心軸線回りに回転させると共に、前記ターンテー
ブルを前記容器と反対方向に回転させることを特徴とす
る容器内面を磁気研磨する方法によって達成される。

【０００９】本発明は、その第２の面において、円筒形
の容器を鉛直方向に延伸する中心軸線回りに回転可能に
支持する保持機構と、前記保持機構を回転させるモータ
と、容器の外部に近接して配置される複数の磁極部材
と、それら複数の磁極部材を支持する回転可能なターン
テーブルと、容器の内部に投入される微細な磁性砥粒と
それより大きな鉄粉とを混合した混合磁性砥粒とを備え
てなる容器内面の磁気研磨装置を提供する。

【００１０】

【作用】かかる構成に基づき、本発明によれば、容器の
内部に投入される混合磁性砥粒が、図４に示すような磁
性砥粒Ｊとそれより大きな鉄粉Ｆとを混ぜ合わせたもの
で構成されるため、磁力線の方向に沿って鉄粉が整列し
て鎖状に連結され、その周囲に微細な磁性砥粒が付着
し、強固な磁力保持モジュール（集合体）が形成され
る。

【００１１】この磁力保持モジュールは、容器が回転す
ることにより混合磁性砥粒の一部が斜面をずり落ちる形
となって変形するが、その強固な磁力線の方向は概ね一
定に保たれて容器内面に研磨圧力（摩擦力）を及ぼし続
け、この研磨圧力によって容器内面の凹凸を削り落とし
て研磨効果を発揮する。すなわち、従来のような磁性砥
粒だけの場合と比べて、鉄粉が磁力及び研磨圧力を高め
る作用を発揮することになる。

【００１２】磁性砥粒はすでに広く知られている各種の
ものを利用することができる。一方、鉄粉は、使用する
磁性砥粒より大きな磁性体であれば、材質、形状は特に
問わない。安価なショット用グリッドやビーズ、電解鉄
粉等を利用することができる。

【００１３】非磁性材料からなる容器としては、ステン
レス、アルミニウム、銅、しんちゅう、プラスチック
ス、ガラス、セラミックス等、各種の材料から成る容器
を研磨対象とすることができる。

【００１４】本発明はさらに好適な実施態様として、容
器の中心軸線を鉛直方向に対しわずかに傾斜させた状態
で容器を回転させたり、複数の磁極をターンテーブル上
で回転させたりする等により、研磨効果を一層高めるこ
とができる。以下、図示の実施例を参照しながら、本発
明をさらに詳細に説明する。

【００１５】

【実施例】図１は本発明による研磨方法を実施するため
の研磨装置の第１の実施例を表している。図において、
非磁性材料（ステンレス）製の円筒形の容器Ｗが、ホル
ダー１２内に挿入され、クランプ１４とボルト１６によ
って固定されている。ホルダー１２の水平フランジ部１
２ａはベアリング部（図示せず）を介して水平テーブル
１８上に置かれており、動力伝達ベルト２２を介して駆
動用モータ２０によって回転させられるようになってい
る。駆動用モータ２０もまた水平テーブル１８上に支持
されている。従って、容器Ｗは図示の状態で、おおむね
鉛直方向に延伸する中心軸線１０の回りに回転可能に支
持されている。

【００１６】容器Ｗの底面の外側に近接して２個の磁石
３２，３６が、一方がＮ極、他方がＳ極になるように配
置され、これらはそれぞれ磁極ヨーク３０，３４上に調
節可能に取付けられている。さらに、磁極ヨーク３０，
３４は回転可能なターンテーブル３８上に移動可能に載
置されている。磁石３２，３６は永久磁石を図示した
が、電磁石であっても良い。

【００１７】第１実施例の研磨装置は上記のように構成
されているので、容器Ｗの入口から微細な磁性砥粒４２
とそれより大きな鉄粉、例えば電解鉄粉４４との混合体
を投入することにより、混合磁性砥粒が容器Ｗの底面付
近に蓄積する。電解鉄粉４４は磁力線に沿って整列して
鎖状に連結され、その周囲に微細な磁性砥粒４２が付着
し、強固な磁力保持モジュール（集合体）５０が模式的
に表現した図１のように形成されることになる。

【００１８】次に、ターンテーブル３８上の磁極ヨーク
３０，３４を移動させ、磁石３２，３６の位置を調節し
て、容器の外周から約１ｍｍ程度離した状態で位置決め
する。ここで、モータ２０を起動し、容器Ｗを矢印Ｒ方
向に回転させると、磁力保持モジュール５０は、容器Ｗ
が回転することにより、磁性砥粒４２や鉄粉４４の一部
が斜面をずり落ちる形となって変形するが、その強固な
磁力線の方向は概ね一定に保たれて容器内面に研磨圧力
（摩擦力）を及ぼし続け、この研磨圧力によって容器内
面の凹凸を削り落として研磨効果を発揮する。すなわ
ち、従来のような磁性砥粒だけの場合と比べて、鉄粉が
磁力及び研磨圧力を高める作用を発揮することになる。
かくして、容器内面の底面付近の内部は強力な研磨作用
を受けて凹凸が減少し、表面粗さが小さくなっていく。

【００１９】図１の装置において、水平テーブル１８の
一端を上昇させ他端を下降させれば、容器Ｗの中心軸線
１０が鉛直方向に対し角度θだけ傾斜した状態になり、
磁力保持モジュール５０も傾斜して研磨作用に変化が生
じる。これにより、容器内面に生じる筋状の研磨痕が解
消され、さらに平滑な研磨が可能になる。

【００２０】また、容器ＷをＲ方向に回転させると同時
にターンテーブル３８を反対方向である矢印Ｖ方向に回
転させると、両者の回転数が合算されてより高速で回転
することになり、研磨作用に変化を生じさせてさらに円
滑な研磨を達成することが可能になる。

【００２１】図２は、図１の装置における非磁性材料製
の円筒形の容器Ｗを倒立させ、その入口側の肩部を研磨
する方法を表しており、ターンテーブル３８上に置かれ
る磁極ヨーク６０，６４とその磁石６２，６６だけが肩
部の形状に適合するように別の形状のものを使用してい
る。もちろん、図１に示した磁極ヨークを調整してその
まま使用することも可能である。図２の例でも、図１の
場合と同じく、混合磁性砥粒が容器Ｗの入口側肩部付近
に蓄積し、鉄粉が磁力線に沿って整列して鎖状に連結さ
れ、その周囲に微細な砥粒が付着し、強固な磁力保持モ
ジュール６８が形成されて磁気研磨が行なわれる。

【００２２】図３は、底面が球面に形成された非磁性材
料製の円筒形の容器Ｙの底面を研磨する第２実施例の研
磨装置を表しており、ターンテーブル３８上に３個の磁
極ヨーク７０，７２，７４とその磁石７１，７３，７５
が底面の形状に適合するように、容器Ｙに近接した位置
に配置されている。３個の磁石のうち、２個はＮ極、残
り１個がＳ極になるように位置決めされている。図３の
例では、磁石が３個あるので磁力線の方向が複雑になる
が、基本的には図１の場合と同じく、混合磁性砥粒が容
器Ｙの底面付近に蓄積し、電解鉄粉が磁力線に沿って整
列して鎖状に連結され、その周囲に微細な砥粒が付着
し、強固な磁力保持モジュール７８が形成されて磁気研
磨が行なわれる。

【００２３】

【実験例】本発明による研磨効果を確認するための実験
を行なった。一般的に、磁力は磁性砥粒の粒径に比例す
ることがわかっているので、粒径を変化させながら、下
記の条件で実験を行なった。

【００２４】加工すべき工作物Ｔとして、外径４０ｍ
ｍ、内径３０ｍｍ、肉厚５ｍｍの半円球に長さ１５ｍｍ
の円筒を接続したもの（図５参照）を使用した。磁性砥
粒として粒径５０μｍのものを使用し、電解鉄粉とし
て、粒径７５μｍ、３３０μｍ、１６８０μｍのものを
使用した。工作物と磁石の間隙を１ｍｍ、工作物及び磁
石の回転数を４００ｒｐｍ、混合磁性砥粒の供給量を２
０ｇとして研磨時間１０分ごとに接触式表面粗さ計を用
いて表面粗さを測定した。

【００２５】その結果、電解鉄粉の粒径が大きすぎれば
磁力は強くなるがそのエッジで表面を傷つけてしまい表
面粗さが向上せず、粒径が小さすぎれば磁力が弱くなり
表面粗さにあまり影響を及ぼさなくなることが判明し
た。図５に示すごとく、上記３種類の中では粒径３３０
μｍの電解鉄粉を混ぜ合わせた混合砥粒を使用したとき
に、研磨時間４０分で表面粗さが０．３μｍ（Ｒｍａ
ｘ）となり、最大の効果があることが判明した。

【００２６】本発明において使用する混合磁性砥粒は、
図１乃至図３に示したような大きな鉄粉が鎖状に連結さ
れたものに限定される必要はなく、例えば大きな鉄粉を
核とし、そのまわりに微細な磁性砥粒が付着して全体を
覆っているようなものであっても良い。この場合は、混
合磁性砥粒が容器の内面に沿って鎖状あるいは網目状に
はりめぐらされることになる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明によれ
ば、容器の内部に投入される混合磁性砥粒が、磁性砥粒
とそれより大きな鉄粉とを混ぜ合わせたもので構成され
るため、磁力線の方向に沿って鉄粉が整列して鎖状ある
いは網目状に連結され、その周囲に微細な砥粒が付着
し、強固な磁力保持モジュールが形成される。この磁力
保持モジュールは、容器が回転することにより磁性砥粒
や鉄粉の一部が斜面をずり落ちる形となって変形する
が、その強固な磁力線の方向は概ね一定に保たれて容器
内面に研磨圧力を及ぼし続け、この研磨圧力によって容
器内面の凹凸を削り落として研磨効果を発揮する。

【００２８】すなわち、従来のような磁性砥粒だけの場
合と比べて、本発明では鉄粉が磁力及び研磨圧力を高め
る作用を発揮することになる。さらに、ターンテーブル
を回転させることにより、研磨痕が残るのを防止するこ
とができて、表面粗さが飛躍的に改善される。これによ
り、高純度ガス容器のような密閉型の容器について、そ
の内面の研磨加工が効果的に達成されることになり、ク
リーン度の高い清浄空間を得るのに役立つようになるな
ど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による研磨装置の第１実施例を表わす斜
視図である。

【図２】図１の装置を用いて容器の反対側を研磨する状
態を表わす斜視図である。

【図３】本発明による研磨装置の第２実施例を表わす斜
視図である。

【図４】本発明による磁気研磨の原理を表わす模式図で
ある。

【図５】鉄粉の粒径を変化させた場合の表面粗さの変化
を表わすグラフである。

【符号の説明】

１０ 中心軸線 １２ ホルダー １４ クランプ １８ 水平テーブル ２０ モーター ２２ ベルト ３０，３４ 磁極ヨーク ３２，３６ 磁石 ３８ ターンテーブル ４２ 微細砥粒 ４４ 鉄粉 ５０ 磁力保持モジュール Ｗ 容器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性材からなる円筒形の容器を鉛直方
   向に延伸する中心軸線回りに回転可能に支持し、 容器の外部に近接して複数の磁極を配置し、 それら複数の磁極をターンテーブル上に載置し、 容器の内部で前記磁極に対向した位置に微細な磁性砥粒
   とそれより大きな鉄粉とを混合した混合磁性砥粒を投入
   し、 容器を前記中心軸線回りに回転させると共に、 前記ターンテーブルを前記容器と反対方向に回転させる
   ことを特徴とする容器内面を磁気研磨する方法。
2. 【請求項２】 前記中心軸線を鉛直方向に対しわずかに
   傾斜させた状態で容器を回転させる請求項１記載の研磨
   方法。
3. 【請求項３】 円筒形の容器を鉛直方向に延伸する中心
   軸線回りに回転可能に支持する保持機構と、 前記保持機構を回転させるモータと、 容器の外部に近接して配置される複数の磁極部材と、 それら複数の磁極部材を支持する回転可能なターンテー
   ブルと、 容器の内部に投入される微細な磁性砥粒とそれより大き
   な鉄粉とを混合した混合磁性砥粒とを備えてなる容器内
   面の磁気研磨装置。