JP4497767B2

JP4497767B2 - 固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物

Info

Publication number: JP4497767B2
Application number: JP2001270656A
Authority: JP
Inventors: 健三横山; 茂樹上森; 培雄五藤; 秀樹小川; 正徳仲井
Original assignee: Yushiro Chemical Industry Co Ltd; ALMT Corp
Current assignee: Yushiro Chemical Industry Co Ltd; ALMT Corp
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP2003082334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンの切断加工に適し且つシリコンとの反応を抑制できる固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコン、水晶、ガラス、セラミックス等の脆性材料、鋳鉄、銅、アルミニウム等の金属材料、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等のプラスチック材料等の加工材料の切断には、外周刃砥石、内周刃砥石及び遊離砥粒を用いたバンドソー、ワイヤソーあるいは固定砥粒バンドソーが、また、シリコンの切断にはＩＤブレード及び遊離砥粒を用いたバンドソーあるいはワイヤソーが使用されてきた。外周刃砥石、内周刃砥石及びＩＤブレードによる切断では加工材料の大型化への対応が難しく、また作業効率の面からも満足のいくものではなかった。また、バンドソーやワイヤソーによる切断では、スラッジが加工材料や工作機械に付着し作業環境を低下させる問題や、付着したスラッジを洗浄する工程が必要になる等の問題点があった。また、近年ではシリコンの切り屑をリサイクルすることが望まれているが、遊離砥粒方式では砥粒と切り屑の分離が困難である。
これらの問題に対し、金属線や非金属線に電着やレジンボンドを用いて砥粒を固定させた固定砥粒ワイヤソーが開発され（特開２００１−５４８５０号公報参照）、作業環境の改善や洗浄工程の簡略化等の効果が見られている。しかしながら、固定砥粒ワイヤソーに使用される加工液としてはこれまで軽油（砥粒加工学会誌，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１０，１９９９年、砥粒加工学会学術講演会講演論文集，１９９６年，ｐ３８９、砥粒加工学会学術講演会講演論文集，２０００年，ｐ２８５）、水道水（砥粒加工学会誌、Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．８，１９９９年、砥粒加工学会学術講演会講演論文集，１９９７年，ｐ３６９）、遊離砥粒の分散ベース（砥粒加工学会学術講演会講演論文集，１９９７年，ｐ３６９）等が試みられているがいずれも十分な成果を収めるに至っていない。また、近年では引火性の問題や作業環境の改善、加工後の洗浄工程の簡略化及び廃液処理等の点から加工液の水溶性化が進められており、固定砥粒ワイヤソーに使用される加工液についても水溶性の加工液の開発が求められていた。シリコンの場合は、一般材に比べて反応性が高く、酸あるいはアルカリと反応して水素ガスを発生するため、特に水溶性の加工液の場合は、加工液の性状によっては作業時に着火等の発生が予想され、シリコンとの反応を抑制する加工液が必要とされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記観点に鑑みてなされたものであり、シリコンの切断加工に適し且つシリコンとの反応を抑制できる水溶性加工液組成物を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコンの切断に用いられる固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物であって、該組成物が、（Ａ）グリコール類、（Ｂ）カルボン酸、（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物、及び（Ｄ）水を含有し、各成分の配合量は、該（Ａ）が１０〜９２重量部、該（Ｂ）が０．１〜２重量部、該（Ｃ）が０．１〜２重量部、該（Ｄ）が８〜９０重量部［但し、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の合計は１００重量部である。］であり、上記（Ａ）グリコール類の分子量が７０〜６，０００であり、上記（Ｂ）カルボン酸の炭素数が１０〜２０であり、且つ、本組成物を水で１０倍に希釈した際のｐＨが５．５〜９．５であることを特徴とする。ここで、「（Ｂ）、（Ｃ）を含有し」の意味は、（Ｂ）カルボン酸、及び（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物（以下、「塩基性剤」ともいう。）を含有する場合は、（ａ）カルボン酸と塩基性剤とを配合する場合、及び（ｂ）カルボン酸と塩基性剤とから形成される塩を配合する場合、更には（ｃ）この塩と、カルボン酸又は塩基性剤とを配合する場合の全てを含む意味に用いる。尚、この（ａ）の場合は、少なくとも反応して生成する塩を含み、各成分が等当量でない場合は過剰の一方の成分(カルボン酸又は塩基性剤)を含むこととなる。更には、上記「（Ｂ）及び（Ｃ）を含有する」の意味としては、この組成物中に水を含む場合は、上記の各成分（化合物）、即ち塩基性塩、カルボン酸及び／又は塩基性剤が、所定のイオン及び対イオンとなって組成物中に存在する場合も含む意味に広く用いる。以下についても同意味に用いる。
上記（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物がアルカノールアミン、アルキルアミン、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム及び炭酸水素カリウムから選ばれる少なくとも１種であるものとすることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明を更に詳しく説明する。
上記「（Ａ）グリコール類」は、分子量が７０〜６，０００であれば、特に限定されないが、例えば、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合物、及びポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンの共重合物等のグリコール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル及びトリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノアルキルエーテル、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレン共重合物のモノアルキルエーテル等の水溶性グリコール類が挙げられる。また、これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。上記例示したグリコール類のうち、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール若しくはポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合物等が好ましい。
上記グリコール類の分子量は、好ましくは７６〜６，０００である。分子量が７０未満では加工性能が十分でない場合があり、より高分子量では本組成物の粘度が高くなり好ましくない。
【０００６】
本組成物は、（Ｂ）カルボン酸と、（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物と、から形成された塩（以下、「（Ｅ）塩」ともいう。）を含有するものとすることができる。尚、この場合は、前記に示すように、この塩を構成する酸及び塩基性剤を配合する場合、即ち配合して得られる塩も含む広い意味である。この（Ｅ）塩の例としては、カルボン酸のアミン塩、及びカルボン酸のアルカリ金属塩等が挙げられる。
【０００７】
上記「（Ｂ）カルボン酸」としては、炭素数が１０〜２０であるものを用いる。例えば、カプリン酸、ラウリン酸及びステアリン酸等の直鎖飽和脂肪酸、オレイン酸、リノール酸及びリノレン酸等の直鎖不飽和脂肪酸、イソステアリン酸等の分岐脂肪酸、１，２−ヒドロキシステアリン酸及びリシノール酸等のヒドロキシ脂肪酸、環状カルボン酸、ｔ−ブチル安息香酸及びｐ−ニトロ安息香酸等の芳香族カルボン酸等が挙げられる。これらのうち、オレイン酸及びドデカン酸が好ましい。また、これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。尚、炭素数が小さいカルボン酸は、加工性能に寄与しない場合があり、炭素数が多すぎるものは加工時に気泡が多く発生する場合がある。
【０００８】
上記「（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物」（以下、「塩基性剤」ともいう。）としては特に限定されず、例えば、アルカノールアミン、アルキルアミン、アルカリ金属元素を含有する化合物及びアンモニア等が挙げられる。これらのうちアルカノールアミンが好ましい。これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記アルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリノルマルプロパノールアミン、トリノルマルブタノールアミン、トリイソブタノールアミン、トリターシャリーブタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン、Ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン及びＮ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン等が挙げられる。これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、上記アルキルアミンとしては、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン等が挙げられ、これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのアミンのうち、アルカノールアミンが好ましく、具体的には、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等が好ましい。
【０００９】
上記アルカリ金属元素を含有する化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム及び炭酸水素カリウム等が挙げられる。これらのうち、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムが好ましい。また、これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１０】
上記（Ｅ）塩の含有量、又は（Ｂ）カルボン酸及び（Ｃ）塩基性剤の合計量は、加工材料がシリコンの場合、上記（Ａ）グリコール類を１００重量部とした場合、好ましくは０．１〜１０重量部、より好ましくは０．１〜５重量部、更に好ましくは０．１〜２重量部である。０．１重量部未満では加工性能が不十分であり、一方、１０重量部を超えると加工液と加工材料とが化学反応して水素ガスが発生する恐れがあり好ましくない。
【００１１】
本発明において、所定量の（Ａ）グリコール類、（Ｂ）カルボン酸、（Ｃ）塩基性剤、及び（Ｄ）水を含むもの（配合するものも含む。）とする。組成物を構成する上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の配合量は、上記（Ａ）が１０〜９２重量部、上記（Ｂ）が０．１〜２重量部）、上記（Ｃ）が０．１〜２重量部、上記（Ｄ）が８〜９０重量部である。但し、上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の合計は１００重量部である。
上記（Ａ）の配合量が少なすぎる場合は加工性能が十分でないときがある。また、上記（Ｂ）の配合量が多すぎると加工液と加工材料とが化学反応して水素ガスを発生する恐れがある。また、上記（Ｃ）の配合量が多すぎると加工液と加工材料とが化学反応して水素ガスを発生する恐れがある。更に、上記（Ｄ）の配合量が多すぎると有効成分濃度が低くなり、十分な加工性能が得られない。
【００１２】
本組成物は、任意の比率で水に可溶なものが好ましいが、これに限定されるものではない。また、本組成物を構成する各成分は、このグリコール類及び必要に応じて添加される水に溶解しているのが好ましい、即ち組成物全体として溶解しているのが好ましいが、これに限定されるものではない。溶解していない成分がある場合は、これを適宜の水を用いて溶解させて、使用することもできる。即ち、使用時に水で希釈して均一の溶液として使用することができる。
【００１３】
本組成物のｐＨは、本組成物を水で１０倍に希釈した際のｐＨが５．５〜９．５、より好ましくは５．８〜９．２、更に好ましくは６．０〜９．０、特に好ましくは７．０〜８．０である。シリコンは両性金属であるため、ｐＨ５．５未満の酸性又はｐＨ９．５を超えたアルカリ性では切り屑が加工液と反応して水素が発生する場合があり、好ましくない。
【００１４】
本組成物には、上記の成分以外に、加工材料に対して腐食、変色等の悪影響を及ぼさない物質であり、また、混合後の系の安定性に影響を及ぼさない物質であれば、加工性能に影響を及ぼさない範囲で、種々の添加剤を添加することができる。例えば、ｐＨ調整剤、消泡剤、酸化防止剤等を添加することができる。
このｐＨ調整剤はとくに限定されず、無機塩基（前記の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等）、有機塩基（前記のアルカノールアミン、アルキルアミン等）、無機酸（塩酸、硫酸等）、有機酸（前記のカルボン酸等）を用いることができる。これらのうち、グリコール類への溶解が優れる有機塩基（特にアルカノールアミン等）、有機酸が好ましい。更には、前記に示すカルボン酸アミン塩で調整することもできる。尚、使用時にｐＨ調整して使用することもできる。
【００１５】
本発明の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物は、加工材料を切断加工する際に、そのまま用いてもよいし、水で適当な濃度に希釈して用いてもよい。水で希釈する場合の純分は好ましくは０．１〜５０重量％、より好ましくは０．５〜３０重量％、更に好ましくは１〜１５重量％である。
【００１６】
本発明の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物を用いてシリコンを以下の実施例において示す条件で切断加工すると、その切断速度は好ましくは０．６９ｍｍ／ｍｉｎ以上、通常、この上限は１ｍｍ／ｍｉｎである。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物について、試験例を挙げて、詳細に説明する。尚、試験例４３〜４６は、実施例であり、試験例４７〜５２は、比較例であり、試験例１〜４２（表１〜表６）は、参考例である。
１．固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物の調製
表１〜８に示す配合割合の加工液組成物を調製した（試験例１〜５２）。単位は重量部である。尚、表１〜８において用いた成分は以下のとおりである。
（１）ポリエチレングリコール／ポリプロピレングリコール共重合物Ａ；日本油脂社製、商品名「プロノン＃２０１」、平均分子量２，０００。
（２）ポリエチレングリコール；三洋化成社製、商品名「ＰＥＧ６０００Ｓ」、平均分子量６，０００。
（３）ポリオキシエチレン；住友精化社製、商品名「ＰＥＯ８」、平均分子量１，７００，０００〜２，２００，０００。
（４）ポリエチレングリコール／ポリプロピレングリコール共重合物Ｂ；ユシロ化学社製、商品名「Ｒ−Ｂ３０５０」、平均分子量３，０００。
尚、エチレングリコールの分子量は６２、プロピレングリコールの分子量は７６である。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【表３】

【００２１】
【表４】

【００２２】
【表５】

【００２３】
【表６】

【００２４】
【表７】

【００２５】
【表８】

【００２６】
２．性能評価
２−１．ソーダガラスの切断加工
表１及び表２に示す各組成の加工液組成物（試験例１〜１４）を更に水で２０倍に希釈した加工液を用いて、幅２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ２５ｍｍのソーダガラスを加工材料とし、マルチ切断機（東綱機械製作所製）を用いて、ワイヤ線速６００ｍ／ｍｉｎ、ワークフィード速度０．５ｍｍ／ｍｉｎでソーダガラスを高さ方向に切断した。このときの切断時間及び切断速度を表１及び表２に併記した。
【００２７】
２−２．炭素鋼の切断加工
表３及び表４に示す各組成の加工液組成物（試験例１５〜２８）を更に水で２０倍に希釈した加工液を用いて、幅２０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳ４５Ｃ炭素鋼を加工材料とし、マルチ切断機（東綱機械製作所製）を用いて、ワイヤ線速３００ｍ／ｍｉｎ、ワークフィード速度２．０ｍｍ／ｍｉｎでＳ４５Ｃ炭素鋼を高さ方向に切断した。このときの切断時間及び切断速度を表３及び表４に併記した。
【００２８】
２−３．ベークライトの切断加工
表５及び表６に示す各組成の加工液組成物（試験例２９〜４２）を更に水で２０倍に希釈した加工液を用いて、幅５０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ５０ｍｍのベークライトを加工材料とし、マルチ切断機（東綱機械製作所製）を用いて、ワイヤ線速３００ｍ／ｍｉｎ、ワークフィード速度２．０ｍｍ／ｍｉｎでベークライトを高さ方向に切断した。このときの切断時間及び切断速度を表５及び表６に併記した。
【００２９】
２−４．単結晶シリコンの切断加工
表７及び表８に示す各組成の加工液組成物（試験例４３〜５２）を更に水で１０倍に希釈し、ｐＨを測定し、表７及び表８に併記した。また、この希釈した加工液（油剤濃度；５重量％）を用いて、幅２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶シリコンを加工材料とし、マルチ切断機（東綱機械製作所製）を用いて、ワイヤ線速６００ｍ／ｍｉｎ、ワークフィード速度１ｍｍ／ｍｉｎで高さ方向に切断した。このときの切断時間及び切断速度を表７及び表８に併記した。
【００３０】
３．実施例の効果
単結晶シリコンの切断加工結果を示す表７及び表８より、試験例４３〜４６はいずれも、切断速度に優れ（０．６９〜０．８３ｍｍ／ｍｉｎ）、加工性も優れていた。特に、分子量が７６（試験例４４）、３，０００（試験例４３、４６）、６，０００（試験例４５）の場合は、いずれも切断速度が極めて大きく（０．６９〜０．８３ｍｍ／ｍｉｎ）、加工性に極めて優れていた。尚、試験例４７は、試験例５０の組成のもの（ｐＨ；５．２）を、トリエタノールアミンをｐＨ調整剤としてｐＨを中性側の８．０に調整したものであり、カルボン酸アミン塩を含まない組成物である。また、分子量が６２（エチレングリコール、試験例４８）、及び、１，０００，０００を超える試験例４９の場合は、切断速度が各々、０．５１ｍｍ／ｍｉｎ、及び、０．４４ｍｍ／ｍｉｎであり、上記試験例４３〜４６と比べるとやや悪かった。試験例５２は、グリコール類を含有しない例であり、切断速度に劣る。
また、組成物のｐＨが５．２の場合（試験例５０）、１０．１の場合（試験例５１）は、切り屑と加工液とが反応して水素ガスが発生したため、試験を中断した。
【００３１】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、目的及び用途に応じて種々の態様とすることができる。即ち、前記実施例（試験例４３〜４６）においては、上記に示す所定分子量の所定種類のグリコール類を用いているが、これ以外のグリコール類、又は７０〜６，０００の範囲内であれば他の分子量を示すものであっても同様に優れる性能を示す。また、ドデカン酸とジエタノールアミンの所定量を配合しているが、所定量のこのアミン塩の形で配合することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物は、固定砥粒ワイヤソーによる切断加工において切断速度が良好であり、加工液組成物として優れた性能を示す。

Claims

シリコンの切断に用いられる固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物であって、該組成物が、（Ａ）グリコール類、（Ｂ）カルボン酸、（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物、及び（Ｄ）水を含有し、各成分の配合量は、該（Ａ）が１０〜９２重量部、該（Ｂ）が０．１〜２重量部、該（Ｃ）が０．１〜２重量部、該（Ｄ）が８〜９０重量部［但し、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の合計は１００重量部である。］であり、上記（Ａ）グリコール類の分子量が７０〜６，０００であり、上記（Ｂ）カルボン酸の炭素数が１０〜２０であり、且つ、本組成物を水で１０倍に希釈した際のｐＨが５．５〜９．５であることを特徴とする固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物。
（Ａ）グリコール類の含有量が９０重量部、（Ｂ）カルボン酸の含有量が０．１重量部、（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物の含有量が０．１重量部、及び（Ｄ）水の含有量が９．８重量部である請求項１に記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物。
シリコンの切断に用いられる固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物であって、（Ａ）グリコール類９０重量部、（Ｂ）カルボン酸０．１重量部、（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物０．１重量部、及び（Ｄ）水９．８重量部からなり、上記（Ａ）グリコール類の分子量が７０〜６，０００であり、上記（Ｂ）カルボン酸の炭素数が１０〜２０であり、且つ、本組成物を水で１０倍に希釈した際のｐＨが５．５〜９．５であることを特徴とする固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物。
上記（Ｃ）水に溶解して塩基性を示す化合物がアルカノールアミン、アルキルアミン、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム及び炭酸水素カリウムから選ばれる少なくとも１種である請求項１乃至３のいずれかに記載の固定砥粒ワイヤソー用水溶性加工液組成物。