JP4733794B2

JP4733794B2 - 部材内面の表面処理方法および装置

Info

Publication number: JP4733794B2
Application number: JP2001288793A
Authority: JP
Inventors: 新保義憲; 齋藤宏一; 早川寿一
Original assignee: Kyoei Denko Co Ltd
Current assignee: Kyoei Denko Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2002254292A; US20020119738A1; US6688949B2

Description

【０００１】
【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

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。