JP2010214515A

JP2010214515A - ガラス研磨材の製造方法

Info

Publication number: JP2010214515A
Application number: JP2009063497A
Authority: JP
Inventors: Michio Sato; 理夫佐藤; Mitsuteru Ito; 光輝伊藤
Original assignee: Fukushima University NUC
Current assignee: Fukushima University NUC
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】被研磨物の研磨に使用されたガラス研磨材から、再使用可能なガラス研磨材を高純度で製造することができる方法を提供する。
【解決手段】
ガラス研磨材の製造方法は、被研磨物の研磨に使用されたガラス研磨材を含む第１の水分散液を回収する工程と、第１の水分散液を凍結させて、氷の結晶の間に該ガラス研磨材の二次粒子を形成させる工程と、該氷を融解させて、該二次粒子を含む第２の水分散液を得る工程と、第２の水分散液から水を除去することにより、該二次粒子を再使用可能なガラス研磨材として回収する工程とを備える。前記再使用可能なガラス研磨材を水洗することが好ましい。前記ガラス研磨材は、希土類元素の酸化物である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス研磨材の製造方法に関するものである。

従来、レンズ等のガラス製品を研磨する際、研磨剤として酸化セリウム等の希土類元素の酸化物からなるガラス研磨材が用いられている（特許文献１参照）。前記ガラス製品の研磨は、例えば、前記ガラス研磨材の水分散液を含浸させた研磨パッドを、該ガラス製品に当接することにより行われる。前記ガラス研磨材は、未使用の状態では一次粒子の凝集体としての二次粒子を形成しているが、研磨の初期段階で二次粒子が消滅するため、実質的には一次粒子の形態で研磨に用いられる。

例えば酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を含むガラス研磨材による研磨では、まず、該ガラス研磨材のＣｅが、被研磨物であるガラス製品の表面に吸着する。このとき、前記ガラス研磨材のＣｅが、ガラスの主成分である酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）においてＳｉ−Ｏ結合を形成しているＳｉの一部と置換して、Ｃｅ−Ｏ結合を形成する。

前記Ｃｅ−Ｏ結合は、前記Ｓｉ−Ｏ結合と比較して結合力が弱いために、乖離し前記水分散液に溶解する。この結果、前記Ｃｅ−Ｏ結合周辺のガラス組織は、前記ガラス製品の表面から剥離し易い状態となる。そして、前記Ｃｅ−Ｏ結合周辺のガラス組織は、前記ガラス研磨材の衝突や、研磨に用いられる研磨パッドの繊維との摩擦等により、前記ガラス製品から剥離される。以上のようにして、前記酸化セリウムを含むガラス研磨材を用いて研磨することにより、前記ガラス製品の表面を平滑化することができる。

ところで、前記ガラス研磨材を含む水分散液は、一般に連続循環して使用される。このようにすると、前記水分散液に、前記ガラス製品から剥離されたガラス組織由来のＳｉＯ_２等のＳｉ含有成分が分散する結果、該水分散液は徐々に研磨効率が低下する。そのため、被研磨物の研磨に使用されて研磨効率が所定値以下となった前記ガラス研磨材を含む水分散液は、使用済みとして廃棄されている。被研磨物の研磨に使用されたガラス研磨材（以下、「使用済みのガラス研磨材」と略記することがある）を含む水分散液は、凝集剤を添加して該ガラス研磨材や前記ガラス組織由来のＳｉ含有成分等を凝集させ、得られた凝集体を沈殿し脱水することにより、含水無機廃棄物として廃棄される。

しかし、前記のように含水廃棄物して廃棄する方法は、凝集、沈殿、脱水の工程に加えて廃棄に費用が掛かるという問題がある。また、近年、ガラス研磨材自体の価格が上昇しているという問題がある。したがって、使用済みのガラス研磨材を含む水分散液を回収して該ガラス研磨材を再生し、再使用可能なガラス研磨材を製造する方法を開発することが望まれる。

前記再使用可能なガラス研磨材の製造方法として、前記使用済みのガラス研磨材を含む水分散液を回収して、凝集剤としてのポリ塩化アルミニウムを添加して該ガラス研磨材を凝集し、得られた凝集体を分離することによりガラス研磨材を得る方法が知られている（例えば特許文献２参照）。しかしながら、前記製造方法は、得られたガラス研磨材がポリ塩化アルミニウムを含むため、所要の純度を確保することが難しいという不都合がある。

また、前記再使用可能なガラス研磨材の製造方法として、前記使用済みのガラス研磨材を含む水分散液を回収して静置し、該ガラス研磨材を自然沈降させて分離することにより、ガラス研磨材を得る方法が考えられる。しかしながら、前記製造方法は、前記自然沈降に時間が掛かるとともに、得られたガラス研磨材が前記ガラス組織由来のＳｉ含有成分を含むため、所要の純度を確保することが難しいという不都合がある。

特開２０００−２６８４０号公報特開２００４−２３７１６３号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、被研磨物の研磨に使用されたガラス研磨材から、再使用可能なガラス研磨材を高純度で製造することができる方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の製造方法は、被研磨物の研磨に使用されたガラス研磨材を含む第１の水分散液を回収する工程と、第１の水分散液を凍結させて、氷の結晶の間に該ガラス研磨材の二次粒子を形成させる工程と、該氷を融解させて、該二次粒子を含む第２の水分散液を得る工程と、第２の水分散液から水を除去することにより、該二次粒子を再使用可能なガラス研磨材として回収する工程とを備えることを特徴とする。

本発明では、まず、被研磨物の研磨に使用された使用済みのガラス研磨材を含む第１の水分散液を回収する。第１の水分散液には、前記使用済みのガラス研磨材と共に、前記被研磨物であるガラス製品から剥離されたガラス組織由来のＳｉ含有成分が分散している。

次に、回収した第１の水分散液を凍結させる。このとき、第１の水分散液に含まれる水のみが凍結し、前記使用済みのガラス研磨材は、水の凍結により生じた氷の結晶の間に凝集し、該ガラス研磨材の二次粒子が形成される。ここで、前記使用済みのガラス研磨材が氷の結晶の間に凝集するのは、第１の水分散液に含まれる水が凍結する際に、該水に分散している不純物としての該使用済みのガラス研磨材が水中（氷の結晶）から排除されるためであると考えられる。

次に、前記凍結により生じた氷を融解する。この結果、前記ガラス研磨材の二次粒子を含む第２の水分散液が得られる。

次に、第２の水分散液から水を除去することにより、前記ガラス研磨材の二次粒子を再使用可能なガラス研磨材として回収する。このとき、前記ガラス研磨材は、二次粒子を形成しており一次粒子より粒径が大であるので、容易に水から分離することができる。また、前記Ｓｉ含有成分は、第２の水分散液の水中に分散しているので、前記水と共に除去され、前記ガラス研磨材の二次粒子と容易に分離することができる。また、本発明の方法では、凝集剤を用いていないので、該凝集剤が不純物として混入することを防ぐことができ、高純度のガラス研磨材を得ることができる。

また、本発明の製造方法では、前記のようにして得られたガラス研磨材を水洗することが好ましい。前記水洗によれば、前記ガラス研磨材の二次粒子に残存する前記ガラス組織由来のＳｉ含有成分を除去することができ、さらに高純度のガラス研磨材を得ることができる。

また、本発明の製造方法は、前記ガラス研磨材が、例えば、希土類元素の酸化物である場合に適用することができる。

ガラス研磨装置を示す説明図。本実施形態のガラス研磨材の製造方法を示すフローチャート。未使用のガラス研磨材の走査型電子顕微鏡画像。第１の水分散液に含まれる使用済みの研磨材の走査型電子顕微鏡画像。第２の水分散液に含まれる使用済みの研磨材の走査型電子顕微鏡画像。

図１に示すガラス研磨装置１は、希土類元素の酸化物、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を含むガラス研磨材によりガラス製品Ｗを研磨する際に用いられる。ガラス研磨装置１は、ガラス研磨材の水分散液（研磨液）を研磨パッド２に供給して含浸させ、該研磨パッド２を研磨台３に載置されたレンズ等のガラス製品Ｗに当接しつつ回転させることにより、ガラス製品Ｗの研磨を行う。前記ガラス研磨材は、未使用の状態では一次粒子の凝集体としての二次粒子を形成しているが、研磨の初期段階で二次粒子が消滅するため、実質的には一次粒子の形態で研磨に用いられる。

前記ガラス研磨材を含む研磨液は、一旦ガラス製品Ｗの研磨に使用された後、研磨液槽４に還流されて貯留され、ポンプ５により研磨パッド２に供給され研磨効率が所定値以下に低下するまで、連続的に循環使用される。

次に、図２を参照して、使用済みのガラス研磨材を含む研磨液から再使用可能なガラス研磨材を製造する方法について説明する。

前記使用済みのガラス研磨材を含む研磨液には、前記ガラス製品Ｗの研磨の前に行った荒ずり、砂掛け等の処理によりガラス製品Ｗや作業員の手等に付着して持ち込まれた粗大なガラス組織と、該研磨により剥離された粗大なガラス組織と、これらのガラス組織由来のＳｉ含有成分とが含まれている。そこで、まず、前記研磨液に含まれる前記粗大なガラス組織を沈殿又は濾過（ＳＴＥＰ１）して除去することにより、使用済みのガラス研磨材を含む第１の水分散液を回収する。第１の水分散液には、前記使用済みのガラス研磨材が一次粒子となって分散していると共に、前記ガラス組織由来のＳｉ含有成分がイオンとして溶解し、又はコロイド、微粒子となって分散している。

次に、回収した第１の水分散液を冷却することにより凍結させる（ＳＴＥＰ２）。このとき、第１の水分散液では水のみが凍結し、第１の水分散液に含まれる前記使用済みのガラス研磨材は、水の凍結により生じた氷の結晶の間に凝集し、該ガラス研磨材の二次粒子が形成される。ここで、前記使用済みのガラス研磨材が氷の結晶の間に凝集するのは、第１の水分散液に含まれる水が凍結する際に、該水に分散している不純物としての使用済みのガラス研磨材が水中（氷の結晶）から排除されるためであると考えられる。

このとき、第１の水分散液の凍結条件としては、例えば、第１の水分散液を−１８℃の温度下で２時間以上静置して冷却することが好ましい。なお、第１の水分散液の凍結条件によっては、前記使用済みのガラス研磨材を前記氷の結晶の間に凝集させることができない、又は、凝集するものの該ガラス研磨材の二次粒子を形成させることができないことがある。

次に、二次粒子が形成された第１の水分散液を加熱することにより、前記凍結により生じた氷を解凍する（ＳＴＥＰ３）。前記解凍は、凍結により生じた氷を融解することができればよく、前記加熱に代えて、二次粒子が形成された第１の水分散液を氷が融解される温度下に静置するようにしてもよい。この結果、ガラス研磨材の二次粒子を含む第２の水分散液が得られる。

次に、第２の水分散液に含まれる前記ガラス研磨材の二次粒子を沈殿させ、上澄み液を傾瀉して（ＳＴＥＰ４）第２の水分散液から該上澄み液を除去することにより、該二次粒子を再使用可能なガラス研磨材として回収する。このとき、前記ガラス研磨材は、二次粒子を形成しており一次粒子より粒径が大であるので、容易に水から分離することができる。また、前記Ｓｉ含有成分は、第２の水分散液の水中に再び溶解、或いは微粒子となって再び分散するので、前記水と共に除去され、前記ガラス研磨材の二次粒子と容易に分離することができる。

得られた再使用可能なガラス研磨材は、このまま研磨液槽４に供給して使用することも可能であるが、前記ガラス組織由来のＳｉ含有成分が残存していることがある。そこで、再使用可能なガラス研磨材を水で洗浄する（ＳＴＥＰ５）ことにより、前記Ｓｉ含有成分を除去して、再使用可能なガラス研磨材の純度をさらに高くする。

したがって、本実施形態の製造方法によれば、使用済みのガラス研磨材から、再使用可能なガラス研磨材を高純度で得ることができる。本実施形態の製造方法で得られたガラス研磨材は、研磨液槽４に供給することにより、未使用のガラス研磨材と同等に使用することができる。

本実施形態では、酸化セリウムを含むガラス研磨材の製造方法について説明しているが、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）等の他の希土類元素の酸化物を含むガラス研磨材や、酸化セリウム及び酸化ランタンの混合物等の希土類元素の酸化物の混合物を含むガラス研磨材についても、同一の製造方法を適用することができる。

次に、本発明の実施例を示す。

本実施例では、まず、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）と酸化ランタンとの混合物を含む未使用のガラス研磨材を用意した。前記未使用のガラス研磨材を、蛍光エックス線分析装置（株式会社リガク製、商品名：ＲＩＸ１０００）を用いて組成を分析したところ、６３質量％の酸化セリウムと、３０質量％の酸化ランタンと、４．２質量％の酸化プラセオジムと、０．８質量％の酸化ネオジムとを含んでいた。

次に、前記未使用のガラス研磨材を、走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、商品名：ＪＳＭ−６３８０ＬＡＮＶ）を用いて撮影した。前記未使用のガラス研磨材は、図３に示すように、一次粒子が凝集して、粒径が５μｍ程度の二次粒子となっていた。

次に、前記未使用のガラス研磨材１ｋｇを水２０ｋｇに分散して研磨液を調製し、該研磨液をガラス製品Ｗの研磨に循環使用した後、使用済みのガラス研磨材を含む研磨液を得た。この研磨液を少量採取し、水分を蒸発させて前記蛍光エックス線分析装置を用いて組成を分析したところ、固形分中に３０質量％の酸化ケイ素が含まれていた。
次に、前記使用済みのガラス研磨材を含む研磨液に含まれる粗大なガラス組織を、０．０４５ｍｍの目開きを有する篩で濾過して除去することにより、使用済みのガラス研磨材を含む第１の水分散液２０ｋｇを回収した。このとき、除去された粗大なガラス組織は、３０ｇであった。第１の水分散液に含まれる使用済みのガラス研磨材を前記走査型電子顕微鏡で撮影したところ、図４に示すように、粒径が０．１〜０．２μｍ程度の一次粒子となっていた。

次に、回収した第１の水分散液のうち５００ｇを−１８℃の温度下で２時間静置して冷却することにより凍結させた。

次に、凍結した第１の水分散液を、室温で５時間静置することにより、凍結により生じた氷を自然解凍した。この結果、使用済みのガラス研磨材を含む第２の水分散液を得た。

次に、第２の水分散液を静置することにより、第２の水分散液に含まれる使用済みのガラス研磨材を沈殿させた。沈殿した使用済みのガラス研磨材を前記走査型電子顕微鏡で撮影したところ、図５に示すように、一次粒子が凝集して二次粒子を形成し、さらに二次粒子が凝集して薄片を形成していた。

次に、前記沈殿の際に生じた上澄み液を傾瀉して、第２の水分散液から該上澄み液を除去することにより、ガラス研磨材の二次粒子を再使用可能なガラス研磨材として回収した。得られた再使用可能なガラス研磨材は２４ｇであった。

また、得られたガラス研磨材について、前記蛍光エックス線分析装置を用いて組成を分析したところ、６０質量％の酸化セリウムと、２７質量％の酸化ランタンと、３．５質量％の酸化プラセオジムと、０．７質量％の酸化ネオジムと、８質量％の酸化ケイ素とを含んでいた。前記酸化ケイ素は、前記ガラス組織由来のＳｉ含有成分であり、ガラス研磨材における不純物に相当する。したがって、得られたガラス研磨材の純度は、未使用のガラス研磨材に対して９２％であった。また、回収率は８８％であった。

１・・・ガラス研磨装置、２・・・研磨パッド、３・・・研磨台、４・・・研磨液槽、５・・・ポンプ、Ｗ・・・ガラス製品。

Claims

被研磨物の研磨に使用されたガラス研磨材を含む第１の水分散液を回収する工程と、
第１の水分散液を凍結させて、氷の結晶の間に該ガラス研磨材の二次粒子を形成させる工程と、
該氷を融解させて、該二次粒子を含む第２の水分散液を得る工程と、
第２の水分散液から水を除去することにより、該二次粒子を再使用可能なガラス研磨材として回収する工程とを備えることを特徴とするガラス研磨材の製造方法。
前記再使用可能なガラス研磨材を水洗することを特徴とする請求項１記載のガラス研磨材の製造方法。
前記ガラス研磨材は、希土類元素の酸化物であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガラス研磨材の製造方法。