(57)【要約】【課題】  高純度ガス充填容器に充填されたガスの純度が低下することを防止することのできる高純度ガス充填容器の製造方法および高純度ガス充填容器を提供することである。【解決手段】  高純度ガス充填容器の製造方法において、耐圧試験工程では、高純度ガス充填容器に対して水圧による耐圧試験を行う。研削工程では、耐圧試験工程の後、高純度ガス充填容器の内表面部を研削することによって、高純度ガス充填容器の内表面から深さ１μｍ以上３０μｍ以下の範囲における１平方センチメートル当たりの微小クラックの延べ長さを３０ｃｍ以下とする。洗浄工程では、研削工程の後、高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく高純度ガス充填容器の内表面を洗浄する。乾燥工程では、洗浄工程の後、高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく、高純度ガス充填容器の内表面を乾燥させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスが高圧状態で充填される高純度ガス充填容器を製造する高純度ガス充填容器の製造方法であって、
前記高純度ガス充填容器に対して水圧による耐圧試験を行う耐圧試験工程と、
前記耐圧試験工程の後、前記高純度ガス充填容器の内表面部を研削することによって、高純度ガス充填容器の内表面から深さ１μｍ以上３０μｍ以下の範囲における１平方センチメートル当たりの微小クラックの延べ長さを３０ｃｍ以下とする研削工程と、
前記研削工程の後、前記高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく、高純度ガス充填容器の内表面を洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程の後、前記高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく、前記前記高純度ガス充填容器の内表面を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする高純度ガス充填容器の製造方法。
【請求項２】
前記高純度ガス充填容器は、材質がマンガン鋼、クロムマンガン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼およびアルミニウム合金鋼のうち、いずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の高純度ガス充填容器の製造方法。
【請求項３】
前記研削工程は、直径が複数種類に定められる球状のアルミナボールと、アルミナ粉と、水とを含む内容物を、前記高純度ガス充填容器に投入する内容物投入段階と、
前記内容物投入段階の後、前記高純度ガス充填容器を密栓する密栓段階と、
前記密栓段階の後、前記高純度ガス充填容器を遊星運動させる遊星運動段階と、
前記遊星運動段階の後、前記高純度ガス充填容器の密栓を解除し、前記内容物を取出す内容物取出段階とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の高純度ガス充填容器の製造方法。
【請求項４】
前記研削工程では、砥材を用いて乾式研磨することを特徴とする請求項１または２に記載の高純度ガス充填容器の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の高純度ガス充填容器の製造方法で製造された後、耐圧試験が行われることなく高純度のガスが高圧状態で充填された高圧ガス充填容器であることを特徴とする高純度ガス充填容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスが高圧状態で充填される高純度ガス充填容器を製造する高純度ガス充填容器の製造方法および高純度の高圧ガスが高圧状態で充填された高純度ガス充填容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係る高純度ガス充填容器の製造方法として、高圧ガス容器の内部を湿式研磨した後に洗浄する高圧ガス容器の内面処理方法が知られている。従来技術に係る高圧ガス容器の内面処理方法では、高圧ガス容器の内表面粗さを、Ｒｍａｘが３μｍ以下になるようにする（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水圧による耐圧試験を行うと、高純度ガス充填容器の内表面部に微小クラックが形成され、この耐圧試験の工程およびその後の洗浄工程において、微小クラック内に水分などの不純物が侵入してしまう。したがって高圧ガスまたは液化ガスを高圧条件で充填すると、数日から数十日という時間経過に伴って、微小クラック内に侵入した不純物が高圧ガスまたは液化ガス内に放出され、高圧ガスまたは液化ガスの純度が下がってしまうという問題点がある。特に高純度ガス充填容器に充填されるガスが、たとえば９９．９９９９％以上の純度の求められるガスである場合には、微小クラック内に侵入した不純物によるガスの純度の低下は、無視することのできない問題となる。
【０００５】
本発明の目的は、高純度ガス充填容器に充填されたガスの純度が低下することを防止することのできる高純度ガス充填容器の製造方法および高純度ガス充填容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、高圧ガスが高圧状態で充填される高純度ガス充填容器を製造する高純度ガス充填容器の製造方法であって、
前記高純度ガス充填容器に対して水圧による耐圧試験を行う耐圧試験工程と、
前記耐圧試験工程の後、前記高純度ガス充填容器の内表面部を研削することによって、高純度ガス充填容器の内表面から深さ１μｍ以上３０μｍ以下の範囲における１平方センチメートル当たりの微小クラックの延べ長さを３０ｃｍ以下とする研削工程と、
前記研削工程の後、前記高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく、高純度ガス充填容器の内表面を洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程の後、前記高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく、前記前記高純度ガス充填容器の内表面を乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする高純度ガス充填容器の製造方法である。
【０００７】
また本発明は、前記高純度ガス充填容器は、材質がマンガン鋼、クロムマンガン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼およびアルミニウム合金鋼のうち、いずれか１つであることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、前記研削工程は、直径が複数種類に定められる球状のアルミナボールと、アルミナ粉と、水とを含む内容物を、前記高純度ガス充填容器に投入する内容物投入段階と、
前記内容物投入段階の後、前記高純度ガス充填容器を密栓する密栓段階と、
前記密栓段階の後、前記高純度ガス充填容器を遊星運動させる遊星運動段階と、
前記遊星運動段階の後、前記高純度ガス充填容器の密栓を解除し、前記内容物を取出す内容物取出段階とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記研削工程では、砥材を用いて乾式研磨することを特徴とする。
また本発明は、前記高純度ガス充填容器の製造方法で製造された後、耐圧試験が行われることなく高純度のガスが高圧状態で充填された高圧ガス充填容器であることを特徴とする高純度ガス充填容器である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高純度ガス充填容器の製造方法は、高圧ガスが高圧状態で充填される高純度ガス充填容器を製造する方法である。高純度ガス充填容器の製造方法は、耐圧試験工程と、研削工程と、洗浄工程と、乾燥工程とを含む。耐圧試験工程では、高純度ガス充填容器に対して水圧による耐圧試験を行う。研削工程では、耐圧試験工程の後、高純度ガス充填容器の内表面部を研削することによって、高純度ガス充填容器の内表面から深さ１μｍ以上３０μｍ以下の範囲における１平方センチメートル当たりの微小クラックの延べ長さを３０ｃｍ以下とする。洗浄工程では、研削工程の後、高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく高純度ガス充填容器の内表面を洗浄する。乾燥工程では、洗浄工程の後、高純度ガス充填容器に対する耐圧試験を行うことなく、高純度ガス充填容器の内表面を乾燥させる。
【００１１】
これによって、高純度ガス充填容器の内表面の、単位面積当たりの微小クラック延べ長さが、研削工程の後、耐圧試験によって増加することを防止することができる。したがって、微小クラックが減少した状態で、高純度ガスを充填することが可能となる。これによって、高純度ガスの純度が低下することを防止することができる。
【００１２】
また本発明によれば、高純度ガス充填容器は、材質がマンガン鋼、クロムマンガン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼およびアルミニウム合金鋼のうち、いずれか１つである。高純度ガス充填容器の材質が、前記いずれか１つである場合には、水圧による耐圧試験を行うと、高純度ガス充填容器の内表面部の微小クラックが増大することを避けることができない。しかし研削工程に先立って耐圧試験を行い、研削工程の後には耐圧試験を行うことなく洗浄工程および乾燥工程を行うので、高純度ガス充填容器の材質が前記いずれか１つである場合であっても、高純度ガス充填容器の内表面部の微小クラックを少ない状態に保つことができる。
【００１３】
また本発明によれば、研削工程は、内容物投入段階と、密栓段階と、遊星運動段階と、内容物取出段階とを含む。内容物投入段階では、内容物を高純度ガス充填容器に投入する。内容物は、直径が複数種類に定められる球状のアルミナボールと、アルミナ粉と、水とを含む。密栓段階では、内容物投入段階の後、高純度ガス充填容器を密栓する。遊星運動段階では、密栓段階の後、高純度ガス充填容器を遊星運動させる。内容物取出段階では、遊星運動段階の後、高純度ガス充填容器の密栓を解除し、内容物を取出す。
【００１４】
これによって、高純度ガス充填容器の内表面から深さ１μｍ以上３０μｍ以下の範囲における１平方センチメートル当たりの微小クラックの延べ長さを３０ｃｍ以下にすることができる。高純度ガス充填容器の内表面の表面粗度に関わりなく、微小クラックが多ければ多いほど、充填されたガスの、時間経過に伴う純度が低下しやすくなる。単位面積当たりの微小クラックを減少させることによって、高純度ガス充填容器に充填されるガスの純度が、低下することを防止することができる。これによって、高純度ガス充填容器に充填されるガスの純度を長期にわたって高く維持することができる。
【００１５】
また本発明によれば、研削工程では、砥材を用いて乾式研磨する。これによって、研削工程の後にも残存する微小クラックに水分が浸入する可能性を低減することができる。
【００１６】
また本発明によれば、高純度ガス充填容器は、前記高純度ガス充填容器の製造方法で製造された後、耐圧試験が行われることなく高純度のガスが高圧状態で充填された高圧ガス充填容器である。これによって、充填されたガスの純度が低下することを防止することのできる高純度ガス充填容器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】高純度ガス充填容器の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における研削装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、高純度ガス充填容器の概略図である。図２は、本発明の一実施形態における研削装置の概略図である。本実施形態における高純度ガス充填容器は、高純度ガス充填容器を再利用するために製造する高純度ガス充填容器の製造方法およびこの高純度ガス充填容器の製造方法によって製造された高純度ガス充填容器に関する。さらに詳しくは、水圧による耐圧試験が施された後、その内表面部を一定の深さまで研削された高純度ガス充填容器および高純度ガスが充填された高純度ガス充填容器に関する。
【００１９】
近年、半導体分野で使用されるガスの需要は大きく伸びており、またこれらのガスの高純度化が望まれている。これらの用途に使用される高純度ガスにおいて、水分はユーザーから嫌われる不純物成分の一つである。この水分は、高純度ガスの製造時には検出されなくても、ガスを高純度ガス充填容器に充填すると経時的に増加する場合がある。本発明者らは、ガス中の水分量が経時増加する原因について調査した結果、日本国内において高圧ガス保安法によって義務付けられている高純度ガス充填容器の検査を行った直後の高純度ガス充填容器を使用した場合には、水分経時増加のトラブルが発生しやすいことを知見した。
【００２０】
さらに詳しく解析した結果、水圧による耐圧試験後の高純度ガス充填容器内には乾燥操作により除去できない水分が残留しており、この水分が目的ガス充填後、徐々にガス中に混入し、目的ガス中の水分量が経時的に増加することが明らかとなった。前記の除去しにくい水を除去するため、高純度ガス充填容器を加熱しながら内部の真空引きを行うなどの方法があるが水分を完全に除去することはできず有効な手段が望まれていた。
【００２１】
本実施形態によれば、水圧による耐圧試験を実施したのちに残存する水分による純度低下を防止する高純度ガス充填容器およびその製造方法を提供することができる。
【００２２】
本発明者等は、高純度ガス充填容器充填後の水分混入によるガス純度低下を防止する方法について鋭意検討を重ねた結果、水圧による耐圧試験を実施した後の高純度ガス充填容器の内表面部を特定の厚さ研削することによって、ガス充填後の水分量の経時増加を防止できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００２３】
本実施形態において、高純度ガスとは常温において圧縮ガス又は液化ガスの状態のもので、純度が９９．９９モル％以上のものをいう。また、高純度ガス充填容器は金属製の耐圧容器であれば材質には特に限定はないが、通常、マンガン鋼、クロムマンガン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、ないしアルミニウム合金鋼が使用される。高純度ガス充填容器は、高圧ガス充填容器であり、以下これを「金属製容器」と称することがある。本実施形態の金属製容器は、金属製容器内面の研削により製造することができる。
【００２４】
本実施形態の研削工程における研削では、種々の研磨法をとるが可能である。研磨法は、湿式法による湿式研磨、及び乾式法による乾式研磨の２つに大別されるが、本実施形態ではいずれを用いても良い。湿式研磨法の代表例としては、砥材と水および／又は溶剤とを封入した状態の金属製容器に遊星運動を加えて研磨する、いわゆるバレル研磨法、薬剤によって金属製容器の内面を部分的に溶解する方法、電解液を金属製容器に封入した状態で陰極棒を差込み、金属製容器を陽極として電流を流す、いわゆる電解研磨法などがある。また、乾式研磨法としては、砂・金属球を高圧で噴出させて研磨する、いわゆるショットブラスト研磨法、紙または布の表面に研磨材が接着剤で固着された構造を持つ塗布研磨材を用いて研磨する方法、研磨材同士を接着剤で固着させた砥石を用いて研磨する方法、中ぐり盤、円筒成型機などの研削装置により研磨する方法が挙げられる。
【００２５】
本実施形態の耐圧試験工程における水圧による耐圧試験とは、再生の対象となる高純度ガス充填容器内に水を張り、所定の試験圧力をかけることにより実施されるもので、日本国内では高圧ガス保安法で規定された５年ごとの容器再検査の一部として実施が義務づけられており、諸外国でも同様の試験が行われることが多い。日本国内の耐圧試験では通常、高圧ガス充填容器に２５ＭＰａの水圧を印加するが、この際に金属製容器の内表面部に微少なクラックが発生する。本実施形態において微小なクラックとは、深さが１μｍ〜３０μｍの範囲にある亀裂を意味する。ここで発生する微小クラックの数や長さ、および深さは材質や高純度ガス充填容器の製法により異なるが、一般的なマンガン鋼製の高圧ガス充填容器の場合、微小クラックの長さは１００μｍ〜１ｃｍ程度、１平方センチメートル当たりの延べ長さは５０ｃｍ〜１００ｃｍ程度、深さは３〜３０μｍ程度である。
【００２６】
水圧による耐圧試験においては、この微小クラック内に水が浸透し、通常の乾燥方法、たとえば０．０１〜１０ｍｍＨｇの範囲で真空引きをしながら金属製容器を１１０〜２５０℃に加熱する程度では完全に除去することができない。除去されずに金属製容器内に残留した水分は、目的の高純度ガスを充填した後、ガス中に徐々に混入してきて高純度ガス中の水分量を経時的に増加させる原因となる。
【００２７】
水圧による耐圧試験を施した金属製容器内表面の水分残留量を低減し、充填ガスの純度低下を防止するため、原因となる微小クラックを金属製容器の内表面部の研削によって除去するのが好ましい。この際の研削量は平均厚み換算で５〜１００μｍであることが好ましく、１０〜２０μｍであればさらに好ましい。研削量が５μｍ未満の場合、相当量の微小クラックが除去されずに残る場合がある。一方、研削量が１００μｍ超であることには金属製容器の性能の面で大きな問題はないが、このように過剰な研削は砥材の消費量、処理に必要な時間・労力といった点で無駄が多くなり好ましくない。１０００μｍを超えるような極端に多い量の研磨は金属製容器の耐圧性能を低下させる可能性があり、避けるべきである。
【００２８】
本実施形態においては、上述の研削厚みで十分な効果があるが、最適な研削厚みは高純度ガス充填容器材質により若干変化するので、研削後、高純度ガス充填容器の内表面部に残存する微小クラックの量を指標として研削することにより、最適な管理が可能になる。高純度ガス充填容器の内表面部に存在する深さ１μｍ〜３０μｍの微小クラックが、１平方センチメートル当たり延べ長さで３０ｃｍ未満、更に好ましくは、深さ１μｍ〜３０μｍの微小クラックが延べ長さで１０ｃｍ未満となるまで研削するのが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
［実施例１］
水圧による耐圧試験を施した後の研削工程においては、マンガン鋼製４７Ｌ高圧用継ぎ目なしガス容器２本（耐圧試験前の内面粗度は６Ｓであった。図中に１と示した。）に、内容物投入段階で各々Ｓｉ含有量５０重量ｐｐｍで直径５ｍｍの球形アルミナボール５ｋｇ、同様の材質で直径３ｍｍの球状アルミナボール５ｋｇ、および平均粒子径５０μｍのアルミナ粉３００ｇを分散させた水３Ｌを入れて、密栓段階で上部のバルブ接続用ねじ部に密栓をした（図中の２）。遊星運動段階でこの金属製容器を横倒しにして研削装置（図中の４）にセットし、研削装置を起動して研削を開始した。６０分間研削したのち、内容物取出段階で密栓を解除して内容物を取り出し、洗浄工程において高圧純水により洗浄して残留固形物を排出した。更に純水を置換するためにイソプロピルアルコールで金属製容器内を洗浄した。この段階で内面粗度を確認したところ、２Ｓであった。
【００３０】
この金属製容器を乾燥工程において１８０℃の乾燥器に入れ、金属製容器内部を乾燥窒素ガスで置換しながら２時間乾燥した。研削前後の金属製容器の重量を測定し、上記工程による重量減から金属製容器の内表面部の平均研削厚みを求めたところ、１０．４μｍであった。この内１本の金属製容器を切断して試験片を作成し、内側表面をキーエンス社製ＶＨ−７０００型表面顕微鏡を用いて撮影した。この画像をコンピュータに取り込んで、任意の１ｃｍ四方内の深さ１〜３０μｍの範囲にある微小クラックの延べ長さを測定した結果、１７ｃｍであった。もう１本にバルブを取り付け、６０℃の乾燥器に入れて内部を真空引きしながら２時間乾燥を行い、室温まで冷却した後、純度９９．９９９％の高純度Ｈｅガスを５ＭＰａの圧力まで充填した。充填日から、１日後、７日後、および３０日後に当該金属製容器内のＨｅガスを採取し、水晶発振式水分計を用いて水分分析を行った。表に示すとおり、水分量の増加は見られなかった。
【００３１】
［実施例２］
アルミナを主成分として５ｗｔ％のＳｉ分を含む材質からなる、直径３ｍｍの球形の砥材１０ｋｇと、平均粒子径５０μｍのアルミナ粉３００ｇを分散させた水３Ｌとを金属製容器内に入れた以外、実施例１と同様の処理および評価を行った。イソプロピルアルコールによる洗浄後の表面粗度は３Ｓであった。この方法による平均研削厚みは１３．４μｍ、１ｃｍ２の領域内の微小クラック延べ長さは９．８ｃｍであった。金属製容器に充填されたＨｅガス中の水分分析の結果、表に示すように経時的な水分量の増加は見られなかった。
【００３２】
［実施例３］
研削方法をショットブラス法による乾式研磨とし、高圧純水による洗浄処理を行った以外は実施例１と同様の処理・評価を行った。平均研削厚みは１３．２μｍであった。この処理では研削した表面の表面粗度が６Ｓ以上と荒く、光学顕微鏡で撮影したが画像が不鮮明であったため微小クラックの長さを測定することはできなかった。金属製容器に充填されたＨｅガスの水分分析を行った結果、表に示す通り経時的な水分量の増加は見られなかった。
【００３３】
［比較例１］
実施例１〜３と同様のマンガン鋼製ガス容器に対し、研削操作を行わないまま内部をイソプロピルアルコールで洗浄し、実施例１と同様の乾燥操作および評価を実施した。内表面の顕微鏡観察を行ったが、実施例３と同様の理由で微小クラックの長さを測定することはできなかった。この容器に充填されたＨｅガス中の水分量は、表に示す通り経時的に増加した。
【００３４】
［比較例２］
研削時間を２０分間とした以外は実施例１と同様の方法で研削処理、内部洗浄、乾燥および評価を行った。内面粗度は３〜４Ｓ、平均研削厚みは３．７μｍ、１ｃｍ四方内の微小クラックの延べ長さは３９．６ｃｍであった。表に示した通り、この容器に充填されたＨｅガス中の水分量は経時的に増加した。
【００３５】
［比較例３］
イソプロピルアルコールによる洗浄の後の容器乾燥を２４０℃とした以外は比較例２と同様に処理、評価を行った。表に示した通り、この容器に充填されたＨｅガス中の水分量は経時的に増加した。
【００３６】
【表１】
2009243691.tif 000003
【００３７】
本発明は、以下の実施の形態が可能である。
（１）高純度ガス充填用の金属製容器であって、水圧による耐圧試験を行ったのちにその容器の内表面を研削したことを特徴とする高純度ガス充填用容器。
【００３８】
（２）容器の内表面から５〜１００μｍの厚さを研削することを特徴とする高純度ガス充填用容器。
【００３９】
（３）容器の内表面に存在する深さ１μｍ〜３０μｍの微小クラックが１平方センチメートル当たり延べ長さで３０ｃｍ未満であることを特徴とする高純度ガス充填用容器。
【００４０】
（４）材質が鉄−マンガン鋼、鉄−クロム−マンガン鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼またはアルミニウム合金鋼のいずれかであることを特徴とする高純度ガス充填用容器。
【００４１】
（５）砥材を用いて湿式研磨することを特徴とする高純度ガス充填用容器。
（６）前記容器に充填された高純度ガス。
【００４２】
上述の形態の容器を使用することにより、半導体分野等で使用される高純度高圧ガスを、それが水圧による耐圧試験後の容器に充填した場合であっても、水分量の経時的増加がない、安定した品質で提供することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  高純度ガス充填容器
２  密栓
３  バルブ
４  研削装置
【図１】
2009243691.tif 000004
【図２】
2009243691.tif 000005