JPH11254279A - 金属管内面の仕上げ研磨装置および研磨方法 - Google Patents

金属管内面の仕上げ研磨装置および研磨方法

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JPH11254279A
JPH11254279A JP8042298A JP8042298A JPH11254279A JP H11254279 A JPH11254279 A JP H11254279A JP 8042298 A JP8042298 A JP 8042298A JP 8042298 A JP8042298 A JP 8042298A JP H11254279 A JPH11254279 A JP H11254279A
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pipe
polishing
honing head
fixed
metal tube
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JP8042298A
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Hiroshi Suzuki
拓 鈴木
Naoto Koshi
尚登 越
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Sumikin Stainless Steel Tube Co Ltd
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Sumikin Stainless Steel Tube Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属管内面を少ない研削代で、偏径に追従し
て鏡面のように高精度に仕上げることを可能にする装置
および方法。 【構成】 金属管内面に挿入したホーニングヘッドによ
り管内面を仕上げ研磨する装置において、管軸方向に伸
びた長尺のシャフトの先端に管軸方向に前進後退および
回転自在に連接されたホーニングヘッド、該ホーニング
ヘッドの中央部に形成され、管外のエア供給源に連通し
た圧縮エア室、該圧縮エア室の剛性の側壁部に管の内面
方向へ設けられた貫通孔、この貫通孔の内壁と気密に摺
動するピストン状部材、ピストン状部材の先端に固着し
た剛性の支持部材を介して固定された柱状ゴム架台、お
よび柱状ゴム架台の管内面側の面に固着された可撓性研
磨布紙からなり、好ましくは、位置決め固定した金属管
の内面へのホーニングヘッド挿入側と反対側に金属管内
部に潤滑水を充満するための給水口を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属管、特に溶接ステ
ンレス鋼管やシームレスステンレス鋼管などの鋼管の内
面の精密仕上げ研磨装置および該研磨装置を用いた研磨
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属管の内面の研磨は、ブラシ
(特開平7−276197号公報)、ローラーバニッシ
ング加工(特開平7−100757号公報、特開平7−
132457号公報、特開平8−19961号公報)、
回転砥石(特公平7−14587号公報、特開平6−3
1603号公報、実開平6−42053号公報)、回転
切削刃(特開平6−256969号公報)、サンドペー
パーホイール等種々の手段が使用されている。この他、
ステンレス、アルミニウムなどの非磁性体管の内面に磁
性体砥石を配置し、管の外側に磁石や電磁石を配置して
磁性体砥石や砥粒を管内面に擦らせて研磨する方法も知
られている(特開平9−131653号公報、特開平7
−251369号公報、特開平8−132343号公
報、特開平8−1506号公報等)。シンリダー等の内
面仕上げ研磨に主に用いられるホニーング法も管状体の
仕上げ研磨に使用可能である。
【0003】圧縮エアで管内面に押圧される超硬工具な
どの研磨材で新しい管あるいは再生管の管内表面の残存
物、例えばスケール、塗膜、溶接部、溶接飛沫を除去す
る装置が公知である(例えば、米国特許第546056
3号明細書)が、これは、石油パイプライン用管等への
塗装、ライニングの前処理として行われるサンドブラス
ト処理前の荒仕上げ研磨であり、管の微小な偏径に追従
して、管の内面を鏡面のように高平滑に仕上げ研磨する
ものではない。ステンレス鋼製のサニタリーパイプ、ク
リーンルームや半導体製造プロセス用のガス配管等の細
径管に使用されるステンレス鋼管の内面仕上げには、電
解研磨や研磨材による研磨と電解による研磨を同時に行
う電解複合研磨、さらには磁気を利用した電解磁気研磨
方法(特開平8−99224号公報)も公知である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半導体製造装置におけ
る高純度ガス、超純水等のプロセス配管は、その用途上
パ−ティクル、水分等の付着性の少ないことが重視さ
れ、管内面の優れた平滑度、清浄性が求められている。
このプロセス配管として、従来高清浄鋼を用いた1/8
〜3/4インチ程度のシームレスステンレス鋼管が使用
されている。このシームレスステンレス鋼管は内面平滑
性に優れている。しかし、ステンレス鋼配管は、近年大
口径化の傾向にあり、このため溶接鋼管の使用が考えら
れるが、溶接鋼管は、シームレス鋼管と比べて内径の偏
り、すなわち偏径の問題があり、また、4mもの長さの
長尺大口径管になると研磨面積も大きく、研削力の大き
なバイトを用いても工具摩耗が大きいと1本の管の最後
端までの正確な研磨ができず、研削代も少なくできな
い。上記米国特許第5460563号明細書に開示され
ている装置は、研削力の大きな超硬工具を用いて荒仕上
げするもので、研削代も多く、金属管の微小な偏径に追
従して、少ない研削代で金属管の内面を鏡面のように高
平滑に仕上げるには不適当である。
【0005】また小面積の研磨材を用いて単に偏径に追
従性がよいようにしても、研磨面積に対して研磨材が不
足し、寿命が十分でなく、作業効率が劣るという問題が
ある。そこで、本発明は、大口径から小口径の長尺の金
属管、特に溶接ステンレス鋼管の内面を研磨粒度の細か
い研磨材を用いて0.03mm〜0.08mm程度の少
ない研削代で、鏡面のように高精度に仕上げることを可
能にし、研削力、研磨材寿命、追従性、仕上げ面粗さの
総てに優れ、作業効率の高い研磨装置および研磨方法を
提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題の解
決を図るもので、金属管内面に挿入したホーニングヘッ
ドにより管内面を仕上げ研磨する装置において、管軸方
向に伸びた長尺のシャフトの先端に管軸方向に前進後退
および回転自在に連接されたホーニングヘッド、該ホー
ニングヘッドの中央部に形成され、管外のエア供給源に
連通した圧縮エア室、該圧縮エア室の剛性の側壁部に管
の内面方向へ設けられた貫通孔、この貫通孔の内壁と気
密に摺動するピストン状部材、ピストン状部材の先端に
固着した剛性の支持部材を介して固定された柱状ゴム架
台、および柱状ゴム架台の管内面側の面に固着された可
撓性研磨布紙からなることを特徴とする金属管内面の仕
上げ研磨装置を提供する。さらに、位置決め固定した金
属管の内面へのホーニングヘッド挿入側と反対側に金属
管内部に潤滑水を充満するための給水口を設けて、金属
管内に潤滑水を注入することにより、研磨時の目づまり
防止効果や冷却効果を得る。
【0007】本発明は、さらに、上記の金属管内面の仕
上げ研磨装置を用いて研磨する方法において、ホーニン
グヘッドに圧縮エアを供給して、ピストン状部材の作用
により、柱状ゴム架台に固着した可撓性研磨布紙を管内
面に押圧し、ホーニングヘッドを回転前進させて研磨す
るとともに、金属管内部に潤滑水を充満し、ホーニング
ヘッドと金属管内面との間に形成される間隙の可撓性研
磨布紙の近くを潤滑水が高速で流出するようにしたこと
を特徴とする金属管内面の研磨方法を提供する。この方
法において、金属管の両端面を水密に固定する面板によ
り金属管を位置決めして、冷却および潤滑のための液体
を面板に設けた給水口を通して金属管内に供給するよう
にするとよい。研磨材に与える押圧力は0.2〜0.6
Kg/mm2 とし、柱状ゴム架台の高さを10mm以上
とするのが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の金
属管の内面高精度仕上げ研磨装置の実施の形態を詳述す
る。図1は、本発明の仕上げ研磨装置の全体側面図であ
る。図2は、金属管の両端部を面板で把持する状態を示
す部分切断側面図である。図3は、本発明の仕上げ研磨
装置のホーニングヘッドの部分切断側面図である。図4
は、図1のX−X線断面図である。図5は、溶接鋼管の
製造工程を示す概念図である。
【0009】第5図に示すように、溶接鋼管を製造する
には、まず、圧延により製造された所定の厚さのコイル
を巻き戻して数段の成形ロールで管状にフォーミング加
工する。成形後の長さ方向の継ぎ目をTIG溶接法によ
り溶接する。溶接部に形成されたビードをロールで平滑
に圧延し、高周波熱処理後、4方ロールで矯正加工し、
所定の長さ、例えば管の輸送等を考慮して通常4m程度
以下の長さにカッターで切断する。その後に適宜外面研
磨、内面仕上げ研磨を行い、所望に応じて洗浄して製品
とする。なお、図5は、直線状のシーム部を有する金属
管の製造工程の例を示しているが、原板をスパイラル状
に成形して継ぎ目を溶接するスパイラル金属管の製造法
も金属管の製法としては公知であり、本発明の仕上げ研
磨装置は、この方法で製造された金属管にも適用でき
る。また、溶接鋼管に限らずシームレス鋼管などにも適
用できる。
【0010】本発明の内面仕上げ研磨装置は、図1〜3
に示すように、金属管1の内面にホーニングヘッド2を
挿入して、ホーニングヘッド2を回転させてヘッドの外
周部に弾力的に設けた研磨材3で金属管1の内面の研磨
を行うものである。ホーニングヘッド2は、長尺の金属
棒からなる回転シャフト4の先端に固着する。回転シャ
フト4の後端は台車5に装着した軸受に支持され、回転
シャフト回転用のモータ6によりプーリなどの伝動手段
7を介して回転する。この回転シャフト回転用のモータ
6の駆動によって回転シャフト4を回転させ、回転シャ
フト4と接続したホーニングヘッド2を金属管1内で回
転させる。この回転シャフト4の先端には回転シャフト
受け8を設ける。
【0011】回転シャフト4の下部の架台9には、回転
シャフト4と平行にレール10を配置する。回転シャフ
ト4の中間に中間シャフト受け11を取り付け、その脚
をレール10の上に乗せる。回転シャフト回転用のモー
タ6の台車5もレール10の上に乗せる。ホーニングヘ
ッド走行用モータ12によりスプロケットを介してチェ
ーンにより、台車5と中間シャフト受け11をレール1
0上を前進させることにより、金属管1内のホーニング
ヘッド2を前進させる。
【0012】搬送装置(図示せず)により、研磨加工位
置に搬送された金属管1の両端13、13には金属管1
と同一内径のダミー材14、14をセットし、ダミー材
14、14を面板15、15で把持する。金属管1の外
周をクランプ装置16により締着固定するとともに、各
面板15、15を金属管1の端面方向にシリンダー(図
示せず)等で押圧して金属管1を位置決めして把持し、
その両端面13、13を水密に固定する。金属管1の先
端側の面板15には潤滑水の給水口17、給水管18
を、反対側の面板15には排水口19を設ける。潤滑水
は、水または切削油でよく、研磨の際の潤滑、研磨粉に
よる目詰まり防止および冷却のために使用する。
【0013】ホーニングヘッド2の外径と金属管1の内
径との差を4〜6mmとして金属管1の給水側の内面に
潤滑水を充満させてホーニングヘッド2の研磨面の潤滑
水の流速を高める。水または切削油等の潤滑水の注入量
は、ホーニングヘッド2より先端側の金属管1の内面が
満水となることが望ましい。好ましくは、潤滑水は、ポ
ンプ圧力2〜3Kg/cm2 で先端側の面板15の給水
口18へ給水する。特に、可撓性研磨布紙に付着する研
磨粉がよく流れて目詰まりを防止できるように研磨材の
横をより多く潤滑水が流れるようにする。潤滑水の流れ
により、研磨により発生する研磨布紙の熱により金属管
に曲げ応力が発生して変形が生じることによる研磨の障
害も防止できる。
【0014】ホーニングヘッド2は、図3、4に示すよ
うに、その中央部に圧縮エア室20を有している。圧縮
エア室20には、回転シャフト4内等に設けたエア供給
管(図示せず)からエアを供給する。圧縮エア室20の
剛性の側壁部に金属管1の内面方向へ貫通孔を設け、こ
の貫通孔の内壁と気密に摺動するピストン状部材21を
設ける。ピストン状部材21の先端には、ネジ22等に
より鋼等の剛性の支持部材23を固着する。この支持部
材23に柱状ゴム架台24を固定する。金属管1の内面
に面した柱状ゴム架台24の面には研磨材3を適宜の手
段により固着する。なお、図4では、ピストン状部材2
1、柱状ゴム架台24などからなる研磨工具は、金属管
1の半径方向断面で見て4個が圧縮エア室20から半径
方向に等角度に設けられているが、複数個、すなわち2
〜6個程度を等角度に設けるようにしてもよい。
【0015】上記の構成により、ピストン状部材21の
作用によりエア圧で研磨材3を均一に金属管1の内面に
押しつけることができる。圧縮エア圧による押圧力は、
0.2〜0.6Kg/mm2 程度が望ましく、柱状ゴム
架台24の高さは、5mm以上、より好ましくは10m
m以上とし、該押圧力を受けた時1.5〜3.0mm程
度収縮する材料が好ましい。金属管1の偏径等に起因し
て反押圧力が作用してもピストン状部材21は後退せ
ず、柱状ゴム架台24の収縮により反押圧力を吸収する
ように圧縮エア圧による押圧力と柱状ゴム架台24の素
材、形状を選択する。この柱状ゴム架台24として好適
なゴムは、耐油性のニトリルゴム、ネオプレンゴム(シ
ョア硬度Hs65〜75°)等である。
【0016】金属管1の内面の凹部に応じて研磨材3
は、ピストン状部材21の作用により押圧されるが、金
属管1の内面の凸部に対しては、ピストン状部材21の
押圧力が大きく、ピストン状部材21の後退による即座
の応答は困難である。そこで、本発明は柱状ゴム架台2
4を設けて、金属管1の内面の凸部に対して伸縮性に優
れた柱状ゴム架台24が速やかに追従するようにした。
ピストン状部材21は、図3に示すように、金属管1の
管軸方向断面で見て研磨材3の両端部に相当する2か所
に設けるとよい。
【0017】この柱状ゴム架台24による効果を十分に
発揮させるには、研磨材3としてダイヤモンド砥粒を塗
布した研磨シート、アルミナ、ジルコニア等の砥粒を塗
布したサンドペーパー等の厚さ3mm以下の可撓性研磨
布紙を用いることが重要で、これにより研削力、研磨材
寿命、追従性、仕上げ面粗さが総て優れ、特に追従性が
優れていることが分かった。ダイヤモンド砥粒の研磨シ
ートは、布にダイヤモンド砥粒を均一に塗布したもので
あり、セラミック、ガラス等の比較的研削の困難な材料
の研磨に通常使用されている。
【0018】一般に、研磨材としては、レジン系、TR
B砥石、フラップホイール、弾性砥石(ゴム)等も使用
されるが、これらを金属管の内面研磨に用いた場合、レ
ジン系は寿命、追従性、仕上げ面粗さに劣り、TRB砥
石は研削力に劣り、フラップホイールは寿命、仕上げ面
粗さに劣り、弾性砥石は研削力に劣ることが判明した。
柱状ゴム架台24と可撓性研磨布紙3との接合面は、平
らな面かやや凸状とし、この面に可撓性研磨布紙の四辺
を接着等により固着する。金属管の内面の凹面に合わせ
て、柱状ゴム架台24の面を凸状にした方が、金属管内
面にフィットし、研磨材の寿命も長くなる。
【0019】可撓性研磨布紙3がゴム架台24のやや凸
状の面に接着されていると、圧縮エアにより可撓性研磨
布紙3が金属管1の内面に押圧されたときに、可撓性研
磨布紙3の四辺の端部より中央部がより強く金属管1の
内面に押圧され、可撓性研磨布紙3の中央部から周辺へ
均一に摩耗が進む。研磨材の中央部のみが金属管内面に
接触していると潤滑水による洗い流しも良好になる。
【0020】ホーニングヘッド2が金属管1の内面の後
端部まで進行したら、面板15内にセットされたダミー
材14内までホーニングヘッド2を進ませ、研磨材3に
与える押圧力とホーニングヘッド2の回転をそのまま継
続して台車5を逆走行させてホーニングヘッド2を後退
させ、研磨開始側のダミー材14の位置まで戻す。研磨
量が不足の場合は、予め、ホーニングヘッド2の往復回
数をセットすることにより設定量の研磨を全自動で実施
できる。
【0021】本発明の内面仕上げ研磨装置を用いてステ
ンレス鋼管を研磨仕上げする実施態様を以下に説明す
る。本発明の内面仕上げ研磨する溶接ステンレス鋼管
は、例えば、外径65A〜300AW ,肉厚2.0〜
4.0t,長さ4000mmのサイズのものである。ス
テンレス鋼材としては、例えば下記の組成範囲のものが
適する。 C≦0.030,Si≦0.75,Mn≦0.80,P
≦0.035,S≦0.007,Cr16.10〜1
8.00,Ni13.00〜15.00,Mo2.03
〜3.00,Al≦0.010,Fe残部(重量%) 具体例 C:0.021,Si:0.49,Mn:0.62,
P:0.025,S:0.001,Cr:16.20,
Ni:13.50,Mo2.12,Al:0.008,
H:0.0006,O:0.0033,Fe残部(重量
%) 上記の具体例の組成の高清浄ステンレス鋼材を使用し
て、図5に示すような工程で、外径165.2mm、内
径159.2mmの溶接管を製造した。
【0022】ホーニングヘッド2の柱状ゴム架台24と
して、底面積13×170mm、高さ10mmのゴムを
使用した。研磨材3としてダイヤモンド砥粒を布に塗布
した14mm×170mmの表面積、厚さ3mmの可撓
性研磨シート(商品名ダイヤネット、光陽社製)を用い
た。圧縮エア圧による加圧力は、0.5Kg/mm2と
し、研磨材3の回転速度230m/分、管軸方向の前進
速度0.25m/分とした。給水口17を通して、切削
油からなる潤滑水を鋼管内部の先端側が満水となるよう
に注入した。1本の鋼管の仕上げ研磨に要した時間は研
磨材#140で30分、#240で20分、合計50分
であった。仕上げ研磨後の面粗さは、Rmax(μm)
≦3.0、電解研磨後≦0.7であった。
【0023】
【発明の効果】本発明は、上記の構成により金属管、特
にステンレス鋼管の内面の仕上げ研磨を管の偏径によく
追従して、高精度に可能としたものであり、生産性が高
く極めて実用効果が大きい。さらに、精密洗浄のまま、
あるいは電解研磨工程を経て製品とされる半導体製造装
置等のプロセス配管としての最適の鋼管を提供すること
を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の仕上げ研磨装置の全体側面図である。
【図2】本発明の仕上げ研磨装置において、金属管の両
端部を面板で把持する状態を示す部分切断側面図であ
る。
【図3】本発明の仕上げ研磨装置のホーニングヘッドの
部分切断側面図である。
【図4】図1のX−X線断面図である。
【図5】溶接鋼管の一般的な製造工程を示す概念図であ
る。
【符号の説明】
1 金属管 2 ホーニングヘッド 3 研磨材 4 回転シャフト 6 回転シャフト回転用モータ 12 ホーニングヘッド走行用モータ 15 面板 18 潤滑水供給口 20 圧縮エア室 21 ピストン状部材 24 柱状ゴム架台

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属管内面に挿入したホーニングヘッド
    により管内面を仕上げ研磨する装置において、管軸方向
    に伸びた長尺のシャフトの先端に管軸方向に前進後退お
    よび回転自在に連接されたホーニングヘッド、該ホーニ
    ングヘッドの中央部に形成され、管外のエア供給源に連
    通した圧縮エア室、該圧縮エア室の剛性の側壁部に管の
    内面方向へ設けられた貫通孔、この貫通孔の内壁と気密
    に摺動するピストン状部材、ピストン状部材の先端に固
    着した剛性の支持部材を介して固定された柱状ゴム架
    台、および柱状ゴム架台の管内面側の面に固着された可
    撓性研磨布紙からなることを特徴とする金属管内面の仕
    上げ研磨装置。
  2. 【請求項2】 位置決め固定した金属管の内面へのホー
    ニングヘッド挿入側と反対側に金属管内部に潤滑水を充
    満するための給水口を設けたことを特徴とする請求項1
    記載の研磨装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の金属管内面の仕
    上げ研磨装置を用いて研磨する方法において、ホーニン
    グヘッドに圧縮エアを供給して、ピストン状部材の作用
    により、柱状ゴム架台に固着した可撓性研磨布紙を管内
    面に押圧し、ホーニングヘッドを回転前進させて研磨す
    るとともに、金属管内部に潤滑水を充満し、ホーニング
    ヘッドと金属管内面との間に形成される間隙の可撓性研
    磨布紙の近くを潤滑水が高速で流出するようにしたこと
    を特徴とする金属管内面の研磨方法。
JP8042298A 1998-03-12 1998-03-12 金属管内面の仕上げ研磨装置および研磨方法 Pending JPH11254279A (ja)

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