JP2023063801A - 加工水再生装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023063801000001
【課題】加工水再生装置を使用する場合に、電力消費量、及び工場設備が供給する水の消費量を低く抑える。
【解決手段】加工水を用いて被加工物９０を加工する加工装置４から排出される廃液Ｌを処理する廃液処理装置１と、水素と酸素とを化学反応させ電気と水とを作る燃料電池装置３と、を備え、廃液処理装置１は、廃液Ｌを貯めるタンク５０にプラス電極５１とマイナス電極５２とを備え、プラス電極５１とマイナス電極５２とに電力を供給することによって水素を生成する水素生成ユニット５を備え、燃料電池装置３は、水素生成ユニット５が生成した水素と、空気中の酸素とを化学反応させて電気と水とを作り加工装置４で利用する加工水再生装置８。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工水を再生する加工水再生装置に関する。
例えば、特許文献１に開示されているように、半導体ウェーハ等を加工する工場では、使用する水や電力などのエネルギーのコストを低く抑えたい。また、特許文献２に開示されているように、加工水を用いて被加工物を加工する加工装置は、加工屑を含む廃液から加工水を再生している。つまり、加工装置に供給した加工水を、加工水再生装置を循環させて再利用している。
そのため、加工装置が排出しタンクに貯めた廃液を第１ポンプで汲み上げてフィルタに送り、フィルタで加工屑を除去し、加工屑が除去された清水を第２ポンプでイオン交換樹脂に圧送させ、超純水を再生している。このようにポンプを可動させているため、電力を消費している。また、循環を開始する最初は、工場設備等から超純水を加工装置等に供給していて、ここでも水を消費している。
また、加工装置において発生する加工屑がシリコン屑の場合は、例えば特許文献３に開示されているように、廃液のタンクに陽極板と陰極板とを交互に配置し、陽極板と陰極板とに直流電流を供給して、陽極板に加工屑（シリコン屑）を付着させ、廃液からシリコン屑を除去して純水を再生している。そして、湿気があるシリコン屑が乾燥する際に水素が発生するので、シリコン屑を乾燥させる乾燥室は密室にならないようにして水素を大気に放出している（例えば、特許文献４参照）。
特開平０７－００００５６号公報 特開２００９－２１４１９３号公報 特開２０１３－１１９０５０号公報 特開２０２０－０７８７８３号公報
上記のように、加工装置は、加工水を用いて被加工物を加工している。また、加工装置から排出された廃液を加工水として再生する加工水再生装置は、工場から純水を供給してもらう必要があり、かつ、廃液を送るために各種ポンプを可動させる等のために電力を消費している。
したがって、加工水再生装置を使用する場合、電力の消費量、及び工場設備等が供給する水の消費量を低く抑えたいという課題がある。また、加工装置においてシリコン屑が発生する場合には、シリコン屑が乾燥する際に発生する水素を有効活用したいという課題がある。
上記課題を解決するための本発明は、加工水再生装置であって、加工水を用いて被加工物を加工する加工装置から排出される廃液を処理する廃液処理装置と、水素と酸素とを化学反応させ電気と水とを作る燃料電池装置と、を備え、該廃液処理装置は、該廃液を貯めるタンクにプラス電極とマイナス電極とを備え、該プラス電極と該マイナス電極とに電力を供給することによって水素を生成する水素生成ユニットを備え、該燃料電池装置は、該水素生成ユニットが生成した水素と、空気中の酸素とを化学反応させて電気と水とを作り該加工装置で利用する加工水再生装置である。
本発明に係る加工水再生装置において、被加工物がシリコンであって、前記加工装置は、シリコンを削ったシリコン屑を含んだ前記廃液を排出させ、前記廃液処理装置は、該廃液から該シリコン屑を取り出して湿気を帯びた該シリコン屑を取得する屑取得ユニットと、湿気を帯びた該シリコン屑を乾燥させる乾燥ユニットとを備え、該乾燥ユニットで、該シリコン屑を乾燥させる際に発生する水素を前記燃料電池装置に供給すると好ましい。
本発明に係る加工水再生装置は、廃液処理装置を構成しタンク内のプラス電極とマイナス電極とに電力を供給することによって水素を生成する水素生成ユニットを備え、水素生成ユニットが生成した水素と空気中の酸素とを化学反応させて燃料電池装置によって電気と水とを作り加工装置で利用することが可能であるため、電力と水との消費量を抑えることができる。
また、発明に係る加工水再生装置において、加工装置がシリコンを削ったシリコン屑を含んだ廃液を排出させ、廃液処理装置は、廃液からシリコン屑を取り出して湿気を帯びたシリコン屑を取得する屑取得ユニットと、湿気を帯びたシリコン屑を乾燥させる乾燥ユニットとを備えることで、シリコン屑を乾燥させる際に発生する水素を燃料電池装置に供給することができ、発生する水素を有効利用できるとともに、電力と水との消費をさらに抑えることができる。
研削装置、加工水再生装置の廃液処理装置、及び加工水再生装置の燃料電池装置を示す説明図である。 水槽内の陽極板と陰極板との配置を拡大して示す断面図である。 水素生成ユニットを説明する説明図である。 燃料電池装置の一例を示す斜視図である。 燃料電池装置内における化学反応を説明する模式図である。 加工水再生装置における廃液と水素ガスと水と電力との流れを説明する説明図である。
図１に示す加工装置４（以下、研削装置４とする）は、被加工物９０を保持する保持テーブル４１と、被加工物９０を回転する砥石４０５で研削する研削ユニット４０とを備えている。被加工物９０は例えばシリコンウェーハであるが、円柱状のシリコンインゴットであってもよい。なお、加工装置は、回転する切削ブレードで被加工物９０を切削加工する切削装置、又は研磨パッドで被加工物９０を研磨する研磨装置等であってもよい。
研削装置４の基台４９上に配設された保持テーブル４１は、例えば、ポーラス部材等からなり図示しない吸引源に連通する保持面４１０を備えている。保持テーブル４１は、Ｚ軸を軸として回転可能であり、テーブル支持台４２により支持されている。基台４９の上面に形成された開口４９０内に配設されているテーブル支持台４２は、ボールネジ機構等の図示しないＸ軸移動機構によってＸ軸方向（紙面手前奥方向）に移動可能である。
保持テーブル４１の移動経路両脇には、箱状のウォータケース４８が配設されている。ウォータケース４８は、テーブル支持台４２の左右２箇所の位置に図示しているが、図１中紙面手前奥方向にも形成されており、平面視では矩形の箱状に形成され、一体となる桶部４８４を有している。即ち、ウォータケース４８は、保持テーブル４１をＸ軸方向に往復移動可能とするために、箱状の部材の底板４８０の中央部に矩形状の開口部４８１を設けており、底板４８０、内側壁４８２及び外側壁４８３により構成されて加工水を受け止める桶部４８４と、底板４８０に形成された排液口４８５ とを備えている。排液口４８５には、ウォータケース４８の外部に延びる送出管４８６の一端が接続されている。ウォータケース４８は、砥石４０５で被加工物９０が削られて排出される粉状の屑９０９（シリコン屑９０９）を含み保持テーブル４１から流下する加工水（廃液Ｌ）を受け止めて、図１に示すタンク１２へと送る。
研削ユニット４０は、モータ４０２によって回転可能な回転軸４００の下端に、マウント４０３を介して研削ホイール４０４が装着されている。研削ホイール４０４は、円環状のホイール基台と、略直方体形状の外形を備えホイール基台の下面に複数環状に配設された砥石４０５とを備えている。砥石４０５は、適宜のボンド剤でダイヤモンド砥粒等が固着成形されている。そして、研削ユニット４０は、Ｚ軸方向に上下動可能となっている。
回転軸４００の内部には、加工水供給源に連通し加工水の通り道となる図示しない流路が、回転軸４００の軸方向に貫通形成されており、該流路は、ホイール基台の底面において砥石４０５に向かって加工水を噴出可能に開口している。なお、被加工物９０を研削する位置まで降下した研削ホイール４０４に隣接する位置に加工水ノズルが配設され、該加工水ノズルから砥石４０５と被加工物９０との接触部位に加工水が供給されてもよい。
図１に示す本発明に係る加工水再生装置８は、加工水を用いて被加工物９０を加工する加工装置４（研削装置４）から排出される廃液Ｌを処理する廃液処理装置１と、水素と酸素とを化学反応させ電気と水とを作る燃料電池装置３とを備えている。
図１に示す廃液処理装置１は、例えば、廃液Ｌからシリコン屑９０９を取り出して湿気を帯びたシリコン屑９０９を取得する屑取得ユニット１１を備えている。屑取得ユニット１１は、廃液Ｌを貯める水槽１３と、水槽１３から水分を多く含んだシリコン屑９０９を取り出す取り出し機構１４と、取り出し機構１４の保持部１４６に保持された陽極板１４３から水分を含んだシリコン屑９０９を剥ぎ取る剥ぎ取り機構１６と、を備えている。
ウォータケース４８より低い位置には、例えば、廃液Ｌを一時的に収容するタンク１２が配設されており、タンク１２は、送出管４８６の他端が接続されている。タンク１２は、タンク１２内から被加工物９０のシリコン屑９０９を含む廃液Ｌを汲み上げて水槽１３へと送出する送出ポンプ１２１を備えており、送出ポンプ１２１は送出管を介して水槽１３の流入口に向けて廃液Ｌを送出する。
略直方体の箱状の水槽１３は、例えば、合成樹脂等の絶縁部材によって形成されており、平面視矩形の底板１３１と、底板１３１の外周から一体的に＋Ｚ方向に立ち上がる４枚の側壁とからなり、底板１３１と各側壁とで囲まれた空間に被加工物９０のシリコン屑９０９を含む廃液Ｌを溜めることができる。図１でＸ軸方向において対向する２枚の側壁を側壁１３２（一枚のみ図示）として、Ｙ軸方向において対向する２枚の側壁を側壁１３３とする。また、水槽１３の上部には、廃液Ｌが溢れることを防止する図示しないオーバーフロー管が設けられている。オーバーフロー管は、タンク１２に連通しており、水槽１３から溢れようとした廃液Ｌを再びタンク１２に導く。
水槽１３内の廃液Ｌから水分を含むシリコン屑９０９を取り出す図１に示す取り出し機構１４は、例えば、水槽１３に配設しマイナスに帯電させる陰極板１４０と、陰極板１４０に対面させ水槽１３から抜き差し可能としプラスに帯電させ水分を含むシリコン屑９０９を吸着させる陽極板１４３と、陽極板１４３を保持する保持部１４６と、保持部１４６を上下移動させる上下動部１４７とを備えている。
陽極板１４３は、電気化学的に貴となる材料で構成され、平面形状が矩形に形成されている。例えば、陽極板１４３は、銅、銀、白金、又は金などの材料で構成することができ、本実施形態ではＳＵＳを適用している。シリコン屑９０９は、陽極板１４３のＹ軸方向の側面である一方の面と、一方の面の反対の他方の面とに主に付着する。
例えば、図１に示す水槽１３のＸ軸方向において対向する二枚の側壁１３２（片方のみ図示）の内側面には、図示しない複数の支持 溝が形成されており、陽極板１４３は、Ｘ軸方向に所定間隔を空けて該支持溝に挿入された状態で、水槽１３内に配設されている。即ち、複数の陽極板１４３は、その両側面が水槽１３の長手方向（Ｙ軸方向）と直交し水槽１３の幅方向（Ｘ軸方向）と平行な状態で、互いに間隔を空けて配置されている。
陽極板１４３の上端面には、例えば、幅方向（Ｘ軸方向）の中央部から互いに間隔を空けて上方に突出した二つの被係合部１４４（片方のみ図示）が設けられている。被係合部１４４は、矩形板状に形成され、中央にＸ軸方向に貫通した被係合孔１４５が設けられている。被係合孔１４５には、図１に示す保持部１４６の係合ピン１４８が入り係合する。
図１に示す陰極板１４０は、互いに隣り合う陽極板１４３の間に設けられている。即ち、陰極板１４０は、陽極板１４３にＹ軸方向において対向して、陽極板１４３と離間して交互に複数配設されており、陽極板１４３と平行な状態になっている。
陰極板１４０は、例えば、図１に示すように、Ｙ軸方向側から見て側面視矩形環状の筐体１４１により支持されており、筐体１４１の上部には排出部１４２が形成されている。排出部１４２は、例えば、シリコン屑９０９が除去され筐体１４１内に流入した屑除去後廃液Ｌ１を排出して水素生成ユニット５に送水する配管５０２に接続されている。図３に具体的な構造を示す水素生成ユニット５は、タンク５０と、タンク５０に配設されるプラス電極５１とマイナス電極５２とから構成される。そして、図１に示すように、陰極板１４０は筐体１４１の両側開口面を塞ぐように互いに間隔をあけて平行をなすように配設されている。
なお、陰極板１４０は、平板で、陰極板１４０に排出部１４２を配置する構成でもよい。
また、タンク５０には、屑除去後廃液Ｌ１が溜められればよいので、屑除去は、フィルタによって行ってもよいし、沈澱させて行ってもよい。
陰極板１４０は、陽極板１４３と同様に、電気化学的に貴となる材料で構成され、平面形状が矩形の平板状に形成されている。例えば、陰極板１４０は、銅、銀、白金、又は金等の材料で構成することができる。本実施形態では、ＳＵＳを適用している。陰極板１４０は、例えば網目を備える板状に形成されており、網目でシリコン屑９０９を引っ掛けること無く、マイナスに帯電されることでシリコン屑９０９に対して斥力を発生させる。即ち、陰極板１４０は、マイナスに帯電されることで、廃液Ｌの液体としての屑除去後廃液Ｌ１のみの通過を許容し、マイナスに帯電したシリコン屑９０９との間に斥力を生じて、シリコン屑９０９の通過を規制する。これによって、筐体１４１と陰極板１４０とは、陰極板１４０を通過した屑除去後廃液Ｌ１が存在する領域をその内側に形成し、陰極板１４０がシリコン屑９０９との間に斥力を生じることで、屑除去後廃液Ｌ１が存在する領域を水槽１３内の廃液Ｌから区画する。
各陰極板１４０及び各陽極板１４３の下端と水槽１３の底板１３１との間には所定幅の隙間が設けられており、水槽１３に流入した廃液Ｌは、該隙間を通り陰極板１４０と陽極板１４３との間を上昇していく。
本実施形態において、陽極板１４３と陰極板１４０との間には直流電圧が印加される。図２に示すように、陽極板１４３に直流電源１４９のプラス（＋）側が接続されて廃液Ｌ中でプラスに帯電され、廃液Ｌ中でマイナスに帯電したシリコン屑９０９を吸着する。一方、陰極板１４０に直流電源１４９のマイナス（－）側が接続されて廃液Ｌ中でマイナスに帯電され、陽極板１４３と陰極板１４０との間には電界が形成される。そして、廃液Ｌに混入されてマイナスに帯電しているシリコン屑９０９は、電気泳動により、マイナスに帯電された陰極板１４０から反発し、プラスに帯電された陽極板１４３に吸着される。
図１に示す陽極板１４３の上部を保持した保持部１４６を上下動させて水槽１３から陽極板１４３を抜き出す、又は陽極板１４３を水槽１３に差し込みする上下動部１４７は、電動スライダー等のＹ軸移動ユニット１５によって、水槽１３の上方を水平にＹ軸方向に往復移動可能となっている。
本実施形態における廃液処理装置１は、湿気を帯びたシリコン屑９０９を乾燥させる図１に示す乾燥ユニット２を備えている。そして、Ｙ軸移動ユニット１５は、水槽１３の上方から乾燥ユニット２の上方にわたる長さを有しており、上下動部１４７及び保持部１４６をＹ軸方向に移動させることにより、保持部１４６が保持した陽極板１４３を水槽１３から乾燥ユニット２の上方に移動させることができる。
上下動部１４７は、スライダーがガイドレールによってガイドされてＺ軸方向に移動する構成となっており、スライダーの側面に保持部１４６が取り付けられている。陽極板１４３を保持する保持部１４６は、例えば、上下動部１４７の側面に配設された一対のチャックシリンダである。保持部１４６を構成する一対のチャックシリンダは、水槽１３の幅方向（Ｘ軸方向）に所定間隔を空けて対向している。即ち、保持部１４６は、上下動部１４７のスライダーに取り付けられた一対のシリンダ本体と、シリンダ本体から水槽１３の幅方向（Ｘ軸方向）に突没自在に設けられた係合ピン１４８とを備えている。一対の保持部１４６では、例えば、シリンダ本体から突出する係合ピン１４８がＸ軸方向において互いに近づく動作を行う。一対の係合ピン１４８は、上下動部１４７により降下した保持部１４６が陽極板１４３の上方に位置付けられた状態でシリンダ本体から突出すると、陽極板１４３の各被係合部１４４の被係合孔１４５にそれぞれ挿嵌される。これによって、保持部１４６が陽極板１４３を保持した状態になる。なお、図１においては、保持部１４６を構成する一対のチャックシリンダの片側のみを図示している。
保持部１４６で水槽１３から抜き取った陽極板１４３をＹ軸方向両側から挟んで付着しているシリコン屑９０９を剥ぎ取る剥ぎ取り機構１６は、乾燥ユニット２の乾燥ボックス２０の一方の端側（－Ｙ方向側）に設けられた吸気口２００の上方近傍に配設されている。剥ぎ取り機構１６は、開閉シリンダ等によってＹ軸方向に移動する一対の剥ぎ取りプレート１６２を備えており、剥ぎ取りプレート１６２は、陽極板１４３の幅（Ｘ軸方向長さ）よりも長くＸ軸方向に延在している。
陽極板１４３の表面を剥ぎ取りプレート１６２が挟み込んだ状態で、陽極板１４３を保持した保持部１４６が例えば上昇することで、剥ぎ取りプレート１６２は陽極板１４３に吸着された水分を多く含んだシリコン屑９０９を陽極板１４３から剥ぎ取ることができる。
例えば、水槽１３に隣接する位置に、図１に示すシリコン屑９０９から水分を除去する乾燥ユニット２が配設されており、陽極板１４３から剥ぎ取られた水分を含むシリコン屑９０９を載せて回収ボックス２８へと搬送する搬送ベルト２１が、乾燥ユニット２を構成する乾燥ボックス２０内にＹ軸方向に延在するように配設されている。
乾燥ボックス２０は、例えば、平面視略直方体状の外形を備えており、例えば矩形の底板２０３と、底板２０３の外周から一体的に＋Ｚ方向に立ち上がる４枚の側壁と、側壁の上端に連結され搬送ベルト２１の上面に対面する天板２０４とで構成されている。図１でＸ軸方向において対向する２枚の側壁（紙面奥側のみ図示）を側壁２０５として、Ｙ軸方向において対向する２枚の側壁を側壁２０６とする。乾燥ボックス２０の内部は、シリコン屑９０９の搬送方向（＋Ｙ方向）に気体を流す通気路２０７となっている。
天板２０４の一方の端側（－Ｙ方向側）には、吸気口２００が厚み方向に貫通形成されており、陽極板１４３から剥ぎ取られ落下した水分を含むシリコン屑９０９が、乾燥ボックス２０内に吸気口２００を通り進入する。吸気口２００の上方には、開閉可能で蓋吸気口が形成された蓋２０８が配設されている。
例えば、吸気口２００の下方には、剥ぎ取られ落下した水分を含むシリコン屑９０９を搬送ベルト２１上にガイドするように傾斜するガイド板２１０が配設されている。無端の搬送ベルト２１はモータ２１２により回動可能となっている。モータ２１２は、側壁２０５に固定され、モータ２１２のシャフトには、駆動ローラ２１３が取り付けられており、駆動ローラ２１３に搬送ベルト２１が巻回されている。駆動ローラ２１３から所定距離だけ＋Ｙ方向に離した位置には従動ローラ２１４が配設されており、搬送ベルト２１は、この従動ローラ２１４にも巻回されている。モータ２１２が駆動ローラ２１３を回転駆動させ、駆動ローラ２１３及び従動ローラ２１４の回転に伴って搬送ベルト２１が回動する。
乾燥ボックス２０は、例えば、搬送ベルト２１の上に載置された水分を含むシリコン屑９０９を搬送ベルト２１の上で所定の厚みに引き延ばすスキージ２１６を備えている。スキージ２１６のＸ軸方向の両端は、例えば、各側壁２０５に固定されている。なお、スキージ２１６の代わりに押し付けローラが配設されていてもよい。
また、天板２０４の他方の端側（＋Ｙ方向側）には、乾燥ボックス２０外に気体を排気する排気口２０２が貫通形成されている。排気口２０２には、排気管を介してブロアファン２９の吸い込み口が連通している。ブロアファン２９の吐出口には、配管２９１の一端が接続されており、配管２９１の他端側には、燃料電池装置３が連通している。即ち、本実施形態における加工水再生装置８では、乾燥ユニット２でシリコン屑９０９を乾燥させる際に発生する水素を、燃料電池装置３に供給する。
底板２０３の他方の端側（＋Ｙ方向側）には、排出口２０９が厚み方向に貫通形成されており、搬送ベルト２１は乾燥後のシリコン屑９０９を排出口２０９に落下させる。排出口２０９の下方には、開閉可能な開閉蓋２８１が配設されている。
乾燥ボックス２０の他方の端（＋Ｙ方向側の端）の下方には、回収ボックス２８が配設されており、排出口２０９の直下において開口している。回収ボックス２８の上部には、例えば、図示しないセンサ（例えば、透過型光センサ）が配設されており、回収ボックス２８がシリコン屑９０９で満杯になった事を検知する。
図１に示すように、天板２０４の下面には複数の凸部２０１が形成されていてもよい。凸部２０１は、例えば半球体状の外形を備えているが、これに限定されず、円柱状や角柱状の外形を備えていてもよい。凸部２０１は、例えば、天板２０４の下面にＸ軸方向及びＹ軸方向に所定の等間隔を空けて複数配設されているが、天板２０４の下面にランダムに複数配設されていてもよい。また、凸部２０１が円柱状や角柱状の外形の場合には、Ｘ軸方向に延在させＹ軸方向に所定の等間隔を空けて複数配設させてもよい。
乾燥ボックス２０内の通気路２０７を搬送方向に流れる気体は、天板２０４の下面の凸部２０１に衝突することで乱気流となる。即ち、不規則な気体の渦が搬送ベルト２１上で発生すると共に、搬送方向に気体が流れていく。その結果、搬送ベルト２１上の湿気を有するシリコン屑９０９に乱気流が噴き付けられることで、シリコン屑９０９の水分がより蒸発しやすくなる。なお、凸部２０１は天板２０４の下面に形成されていなくてもよい。なお、例えば、シリコン屑９０９の乾燥は、搬送ベルト２１上のシリコン屑９０９に対してヒータから熱風を吹きかけることで行ってもよいし、搬送ベルト２１内部にヒータを配置して搬送ベルト２１から熱をシリコン屑９０９に伝導させて行ってもよい。
廃液処理装置１は、廃液（本実施形態においては、屑除去後廃液Ｌ１）を貯めるタンク５０にプラス電極５１とマイナス電極５２とを備え、プラス電極５１とマイナス電極５２とに電力を供給することによって水素を生成する水素生成ユニット５を備えている。図１、図３に示すように、本実施形態においては、例えば、陰極板１４０を支持する筐体１４１の排出部１４２に、配管５０２等を介してタンク５０が連通している。
なお、タンク５０には、オーバーフロー配管５０４を配置し、タンク５０からオーバーフローした屑除去後廃液Ｌ１は、水槽１３に戻される。タンク５０内の屑除去後廃液Ｌ１中に発生した水素（Ｈ２）をタンク５０内の上部に水素ガスとして捕集するために、タンク５０内の上部に所定の空間を形成するべく、オーバーフロー配管５０４によってタンク５０内の所定の高さ以上には屑除去後廃液Ｌ１の水位が上がらないようになっている。また、タンク５０内には、プラス電極５１で発生する酸素（Ｏ２）とマイナス電極５２で発生する水素とが混ざってしまうことが無いようにするための隔て板５０６が、プラス電極５１とマイナス電極５２との間に配設されている。さらに、タンク５０の上部側には、プラス電極５１に発生した酸素を大気解放する酸素排気管５０７が連通している。
なお、酸素排気管５０７は、燃料電池装置３に接続していてもよい。
タンク５０内に配設された電気的に貴となる金属又は炭素棒からなるプラス電極５１（陽極５１）とマイナス電極５２（陰極５２）とには、直流電源５４が接続されている。
タンク５０の上部側には、排気管５０３の一端が連通しており、例えば、タンク５０内のマイナス電極５２側で発生した水素（Ｈ２）は、排気管５０３を介して、排気管５０３の他端側に連通する燃料電池装置３に向かって送られる。例えば、図３に示す水素生成ユニット５は、図１に示す水槽１３や乾燥ユニット２が配設されている工場の地下に配設されている。また、図４、図５に示す後述する燃料電池装置３は、例えば、該工場の屋上に配設されている。そして、水素生成ユニット５により生成された水素は、空気よりも軽いため、気体として屋上の燃料電池装置３へと輸送される。なお、燃料電池装置３は、水素生成ユニット５よりも高い位置に配設されていると好ましいが、これに限定されるものではない。
図４、及び図５に示す燃料電池装置３は、中心に個体高分子膜等で構成される電解質膜３０を備えている。そして、電解質膜３０をプラス電極板である酸素極３１とマイナス電極板である水素極３２とで挟み、さらに外側からカーボンセパレータや金属セパレータ等であり複数の通気溝３４０を備えるセパレータ３４で挟み込んで１枚のセル３５としている。そして、燃料電池装置３は、このセル３５を複数枚重ねて一つのパッケージにした燃料電池スタックとして加工水再生装置８に配設されている。
図４に示す水素極３２側のセパレータ３４の通気溝３４０には、図３に示す水素生成ユニット５の排気管５０３、及び図１に示すブロアファン２９に接続された配管２９１が連通しており、タンク５０内で屑除去後廃液Ｌ１の電気分解で生成された水素、及び乾燥ボックス２０内でシリコン屑９０９が乾燥された際に発生した水素が流れてくるようになっている。また、酸素極３１側のセパレータ３４の通気溝３４０は、例えば大気開放されており空気中の酸素（Ｏ２）が流れるようになっている。
以下に、図１に示す加工装置４（研削装置４）を用いて加工水を供給しつつ、シリコンウェーハである被加工物９０を砥石４０５で削り、排出される被加工物９０のシリコン屑９０９を含んだ廃液Ｌから水分を多く含んだシリコン屑９０９を回収する場合の、廃液処理装置１の動作について説明する。また、加工水再生装置８において、燃料電池装置３が、水素生成ユニット５が生成した水素と、空気中の酸素とを化学反応させて電気と水とを作り研削装置４で利用する工程について説明する。
まず、被加工物９０が保持テーブル４１の保持面４１０で吸引保持された後、被加工物９０が砥石４０５と対向する研削位置で位置決めされた状態になる。研削ユニット４０が降下していき、回転する砥石４０５が被加工物９０の上面に当接することで研削が行われる。また、保持テーブル４１が所定の回転速度で回転し被加工物９０も回転するので、砥石４０５が被加工物９０の上面全面の研削加工を行う。研削中は、砥石４０５と被加工物９０の上面との接触部位に加工水が供給され、接触部位が冷却・洗浄される。
この研削加工によって被加工物９０が研削されて微細な粉状のシリコン屑９０９が形成されると共に、シリコン屑９０９が加工水に混入して廃液Ｌが生成される。生成された廃液Ｌは、開口４９０を介してウォータケース４８に流れ込んだ後、送出管４８６、及びタンク１２を経て水槽１３に流入して貯められる。被加工物９０のシリコン屑９０９は、加工水を吸収して湿気を帯びたシリコン屑９０９になる。
このように廃液Ｌが水槽１３に貯液された状態において、廃液Ｌに陽極板１４３及び陰極板１４０を着液させ、陽極板１４３に直流電源１４９のプラス（＋）を通電する一方、陰極板１４０に直流電源１４９のマイナス（－）を通電する。この結果、陽極板１４３と陰極板１４０との間には電界が形成される。そして、廃液Ｌに混入されてマイナス（－）に帯電されているシリコン屑９０９は、電気泳動によって、マイナス（－）に帯電された陰極板１４０から反発し、プラス（＋）に帯電された陽極板１４３に吸着される。
一定量のシリコン屑９０９を陽極板１４３が吸着した後、Ｙ軸移動ユニット１５が保持部１４６を１枚の陽極板１４３の上方に位置づける。次いで、保持部１４６が降下して陽極板１４３を保持し、陽極板１４３を水槽１３内の廃液Ｌから引き上げる。次いで、陽極板１４３を保持した保持部１４６を乾燥ボックス２０の吸気口２００上方まで移動させる。
その後、剥ぎ取り機構１６の一対の剥ぎ取りプレート１６２を水平移動させて、剥ぎ取りプレート１６２で陽極板１４３を挟み込む。この状態から保持部１４６を上昇させて陽極板１４３を引き上げることで、陽極板１４３から湿気を含むシリコン屑９０９が剥ぎ取られ、乾燥ボックス２０の吸気口２００からボックス内部のガイド板２１０に落下して、さらに、搬送ベルト２１上へと移動する。
次いで、例えば吸気口２００が蓋２０８により閉じられた状態になる。また、モータ２１２が駆動して搬送ベルト２１を回動させてシリコン屑９０９を－Ｙ方向側から＋Ｙ方向側に搬送する。搬送ベルト２１の上方にはスキージ２１６が配設されているため、搬送ベルト２１上の水分を含んだシリコン屑９０９は、スキージ２１６の下方を通過することで、搬送ベルト２１上で所定の厚み（例えば、１ｍｍ～２ｍｍ）に引き延ばされる。
上記搬送ベルト２１による湿気を有するシリコン屑９０９の搬送が行われると共に、乾燥ボックス２０外に配設されたブロアファン２９が駆動し、排気口２０２から乾燥ボックス２０内の空気が吸引される。これによって、蓋２０８の蓋吸気口及び吸気口２００から乾燥ボックス２０内に外気（空気）が吸気され、通気路２０７を搬送方向（－Ｙ方向から＋Ｙ方向）に空気が流れる。その結果、搬送ベルト２１上のシリコン屑９０９の水分が蒸発し、シリコン屑９０９が乾燥する。また、シリコン屑９０９が乾燥するとともに、水素が発生する。乾燥ボックス２０内に発生した水素は、ブロアファン２９によって配管２９１を通して、燃料電池装置３に送られる。
なお、図３に示すタンク５０の上部の隔て板５０６よりもマイナス電極５２側及び排気管５０３の空気は、水素によって置換される。
上記のようにシリコン屑９０９から水分が除去されることで、搬送ベルト２１上には乾燥したシリコン屑９０９のみが残存する。搬送ベルト２１上の乾燥したシリコン屑９０９は、従動ローラ２１４を超えて搬送されると、回収ボックス２８に落下する。乾燥したシリコン屑９０９の重みにより、開閉蓋２８１が開き、回収ボックス２８に乾燥したシリコン屑９０９が回収される。
上記のような湿気を帯びたシリコン屑９０９の回収、及び乾燥に並行して、図１の水槽１３内の陰極板１４０を支持する筐体１４１内には、屑除去後廃液Ｌ１が生成される。そして、該屑除去後廃液Ｌ１は、排出部１４２によって図３に示す水素生成ユニット５のタンク５０へと送給される。
タンク５０内に屑除去後廃液Ｌ１が貯留されると、直流電源５４からプラス電極５１に電流が流されて、マイナス電極５２では、マイナス電極５２の近くにある水分子のうち、水素イオンと水酸化物イオンに分かれてプラスの電気をおびた水素イオンが、電子をうけとって水素原子になる。そして２つの水素原子が結びついて１つの水素分子になり、気体となってタンク５０内上方に発生する。一方のプラス電極５１では、マイナスの電気をおびた水酸化物イオンがプラス電極５１に電子を渡して、水分子と酸素分子が生成される。そして、タンク５０内上部の隔て板５０６よりもマイナス電極５２側に生成された水素（Ｈ２）ガスは、排気管５０３を通り燃料電池装置３へと送られる。
例えば、タンク５０内の屑除去後廃液Ｌ１は、上記電気分解による水素生成に用いられるのみならず、一部がタンク５０から例えば株式会社ディスコ製の製品名ＣＣフィルタで構成されフィルタユニットに送られ、ＣＣフィルタの筒状の濾紙で微細なシリコン屑９０９がさらに濾過された後、フィルタユニットから清水として排出されてもよい。
該フィルタユニットから排出された清水は、例えば、紫外線照射ユニットに送られる。紫外線照射ユニットは、その内部を通る清水に対して、図示しない紫外線ランプ等から、所定波長の紫外線を照射して、清水中の有機物及び無機物を分解（イオン化）する。紫外線照射ユニットを通過した清水は、例えば、図６に示すイオン交換ユニット８９に送られる。イオン交換ユニット８９は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との両方が所定の割合でケーシング内に充填されている。清水は、イオン交換ユニット８９において、有機物イオン及び無機物イオンが除去されるとともに、含まれている二酸化炭素ガス等がアニオン交換樹脂に吸着されることで、中性の超純水（加工水）になる。
このようにして清水がイオン除去され精製された中性の加工水には、イオン交換ユニット８９を構成するイオン交換樹脂の樹脂屑等の微細な物質が混入されている場合がある。このため、イオン交換ユニット８９から送られてくる加工水を、精密フィルタに導入し、この精密フィルタによって加工水に混入されているイオン交換樹脂の樹脂屑等の微細な物質をさらに捕捉してもよい。
精密フィルタを通過した加工水は、例えば比抵抗が測定された後、所定温度に調整されてから図１に示す研削装置４の図示しない加工水供給部に供給される。
図４、図５に示す燃料電池装置３の水素極３２側のセパレータ３４の通気溝３４０を、図３に示すタンク５０内で生成された水素、及び図１に示す乾燥ボックス２０内で発生した水素が通過する。水素極３２では水素が白金等の触媒によって水素イオンと電子とに分離される酸化反応が起こる。即ち、２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ－となる。水素イオンは電解質膜３０を通して反対極の酸素極３１へ移動し、電子は、図５に示す外部回路３６を通って反対側の酸素極３１に流れるため電力が発生する。
また、酸素極３１では、空気中から取り入れられた酸素分子が、外部回路３６から流れてきた電子を受け取る還元反応が起きて、酸素イオンとなる。そして、酸素イオンは、電解質膜３０を伝って移動してきた水素イオンと結合して、水（Ｈ２Ｏ）になって図５に示すように燃料電池装置３から排出される。即ち、Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－→２Ｈ２Ｏとなる。
上記燃料電池装置３で生み出された電気は、燃料電池装置３に外部回路３６を介して電気的に接続された図１に示す研削装置４で利用される。また、燃料電池装置３から排出された水は、例えば、先に説明した図６に示すイオン交換ユニット８９に送られて、超純水に精製された後に研削装置４に送られて、研削装置４で加工水として利用される。
上記のように、本発明に係る加工水再生装置８は、廃液処理装置１を構成しタンク５０内のプラス電極５１とマイナス電極５２とに電力を供給することによって水素を生成する水素生成ユニット５を備え、水素生成ユニット５が生成した水素と空気中の酸素とを化学反応させて燃料電池装置３によって電気と水とを作り加工装置４（研削装置４）で利用することが可能であるため、電力と水との消費量を抑えることができる。
また、発明に係る加工水再生装置８において、加工装置４がシリコンからなる被加工物９０を削ったシリコン屑９０９を含んだ廃液Ｌを排出させ、廃液処理装置１は、廃液Ｌからシリコン屑９０９を取り出して湿気を帯びたシリコン屑９０９を取得する屑取得ユニット１１と、湿気を帯びたシリコン屑９０９を乾燥させる乾燥ユニット２とを備えることで、シリコン屑９０９を乾燥させる際に発生する水素を燃料電池装置３に供給することができ、発生する水素を有効利用できるとともに、電力と水との消費をさらに抑えることができる。
本発明に係る加工水再生装置８は本実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。また、廃液Ｌの処理の工程、及びシリコン屑９０９の乾燥の工程等についても本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。
例えば、図３に示す水素生成ユニット５は、上記廃液処理装置１が配設されている工場の地下に配設されている。また、図４、図５に示す燃料電池装置３は、例えば、該工場の屋上に配設されている。そして、水素生成ユニット５は、生成した水素を気体として屋上の燃料電池装置３へ輸送するため、水素ガスの輸送コストを抑えることが可能となる。また、屋上の燃料電池装置３が生成した水をより低い位置にある工場設備内の研削装置４へと輸送（流下）するため、水の輸送コストを抑えることが可能となる。
４：加工装置（研削装置） ４０：研削ユニット ４０４：研削ホイール
４１：保持テーブル ４２：テーブル支持台
４８：ウォータケース ４８６：送出管 ４９：基台
８：加工水再生装置
１：廃液処理装置
１１：屑取得ユニット
１２：タンク １２１：送出ポンプ １３：水槽
１４：取り出し機構
１４０：陰極板 １４１：筐体 １４２：排出部
１４３：陽極板 １４４：被係合部 １４５：被係合孔
１４６：保持部 １４７：上下動部 １４８：係合ピン １４９：直流電源
１５：Ｙ軸移動ユニット １６：剥ぎ取り機構 １６２：剥ぎ取りプレート
２：乾燥ユニット
２０：乾燥ボックス ２００：吸気口 ２０１：凸部 ２０２：排気口
２０３：底板 ２０４：天板 ２０７：通気路 ２０８：蓋 ２０９：排出口
２１：搬送ベルト ２１０：ガイド板 ２１２：モータ ２１６：スキージ
２８：回収ボックス ２８１：開閉蓋
２９：ブロアファン ２９０：排気管
３：燃料電池装置 ３０：電解質膜 ３１：酸素極 ３２：水素極
３４：セパレータ ３４０：通気溝 ３５：セル ３６：外部回路
５：水素生成ユニット ５０：タンク ５０２：配管 ５０３：排気管 ５０４：オーバーフロー配管 ５０６：隔て板 ５０７：酸素排気管 ５１：プラス電極 ５２：マイナス電極
８９：イオン交換ユニット
９０：被加工物 ９０９：シリコン屑
Ｌ：廃液 Ｌ１：屑除去後廃液

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  1. 加工水再生装置であって、
    加工水を用いて被加工物を加工する加工装置から排出される廃液を処理する廃液処理装置と、水素と酸素とを化学反応させ電気と水とを作る燃料電池装置と、を備え、
    該廃液処理装置は、該廃液を貯めるタンクにプラス電極とマイナス電極とを備え、該プラス電極と該マイナス電極とに電力を供給することによって水素を生成する水素生成ユニットを備え、
    該燃料電池装置は、該水素生成ユニットが生成した水素と、空気中の酸素とを化学反応させて電気と水とを作り該加工装置で利用する加工水再生装置。
  2. 被加工物がシリコンであって、前記加工装置は、シリコンを削ったシリコン屑を含んだ前記廃液を排出させ、
    前記廃液処理装置は、該廃液から該シリコン屑を取り出して湿気を帯びた該シリコン屑を取得する屑取得ユニットと、湿気を帯びた該シリコン屑を乾燥させる乾燥ユニットとを備え、
    該乾燥ユニットで、該シリコン屑を乾燥させる際に発生する水素を前記燃料電池装置に供給する請求項１記載の加工水再生装置。
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