JP5891800B2 - ガラスの研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスの研磨方法に関する。

デジタルスチルカメラなどに用いられる各種光学フィルタガラスやレンズ、液晶パネル用ガラスなどのガラス材料の表面は、鏡面に研磨して用いられる。これらガラスの研磨には、代表的なものとして酸化セリウムを主成分とする酸化セリウム系研磨剤が使用される。これら酸化セリウム系研磨剤は、使用後に産業廃棄物として処理されているのが現状である。しかし、資源の枯渇や価格の高騰などの観点から、これらの研磨剤を回収し、再利用することが望まれる。

ガラスの研磨装置における研磨排水から研磨剤を回収し、再生する方法が、たとえば特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１には、劣化した酸化セリウム系研磨剤懸濁液に分散剤を添加した後、この懸濁液の水素イオン濃度がｐＨ１０．５以上となるようにアルカリ成分を添加し、これを５０℃以上の温度に加熱することによって酸化セリウム系研磨剤を再生する方法が開示されている。特許文献２には、研磨剤に電解質を添加し、研磨除去された基本成分を可溶化させるとともに、研磨液中の研磨砥粒を沈降させる方法が開示されている。

特開２００３−２０５４６０号公報 特開平０６−２５４７６４号公報

特許文献１に開示された方法では、研磨剤の表面に付着したガラス（珪素）成分を除去するため、研磨懸濁液に高濃度のアルカリ成分を添加する。このため、再生した研磨剤は、ウェット状態では液が強いアルカリ性を示す。したがって、そのままガラスの研磨装置にて再利用することができず、別途ｐＨを調整する必要がある。また、再生した研磨剤をドライ状にした場合、研磨剤表面に強アルカリ成分が付着しているため、同様の理由によりそのままガラスの研磨装置にて再利用することはできない。

特許文献２に開示された方法では、研磨液に大量の電解質を加えるため、研磨剤が凝集を起こし、再生後の研磨剤に粗大な砥粒が残留する。そのため、凝集した研磨剤を所望の粒径に調整する処理をする必要がある。粗大粒子として残った研磨剤は、再生した研磨剤から除去する必要がある。また、アルカリ性電解質を用いるため、特許文献１に記載された方法と同様に、研磨剤を再利用する際、ｐＨを調整する必要がある。

このように、これらの特許文献に記載された方法では、研磨剤を回収することは可能であるものの、回収後に研磨剤として再利用する前に、アルカリ成分を除去し研磨液のｐＨを調整する、凝集した研磨剤を所望の粒径に処理するなど、手間と費用がかかる。

そこで、本発明は、ガラスの研磨剤を低コストで回収、再利用できるようにすることを目的とする。

また、本発明は、ガラスの研磨方法において、粒子状の研磨剤を用いてリン酸ガラスおよびフツリン酸ガラスのいずれかのガラスを研磨した際に発生する排水もしくは前記ガラスの研磨に用いるガラス研磨装置の洗浄および前記ガラスの研磨に用いる研磨パッドのドレッシングのいずれかの作業の際に発生する排水のいずれかの研磨排水を前記研磨剤が濃縮された濃縮水と前記ガラスの成分を含有する濾過水とに限外濾過膜を用いて分離する濃縮工程と、前記濃縮水のガラス屑を取り除くことなく前記ガラスの研磨に用いる再利用工程とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、粒子状の研磨剤を用いてリン酸ガラスおよびフツリン酸ガラスのいずれかのガラスを研磨した際、もしくはガラス研磨装置をメンテナンスした際に発生する研磨排水から前記研磨剤を回収する研磨剤回収装置において、前記研磨排水が供給される入口と濃縮水出口と濾水口とが形成された容器と、前記容器内に前記入口と前記濃縮水出口との間に流路を形成しその流路と前記濾水口との間を仕切る限外濾過膜と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、ガラス研磨システムにおいて、粒子状の研磨剤を水に混合した研磨剤懸濁液を用いてリン酸ガラスおよびフツリン酸ガラスのいずれかのガラスを研磨、もしくはメンテナンスして研磨排水を排出するガラス研磨装置と、前記研磨排水が供給される入口と濃縮水出口と濾水口とが形成された容器と、前記容器内に前記入口と前記濃縮水出口との間に流路を形成しその流路と前記濾水口との間を仕切る限外濾過膜と、を備えた研磨剤回収装置と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、ガラスの研磨剤を低コストで回収、再利用できる。

本発明に係るガラス研磨システムの一実施の形態におけるブロック図である。

本発明に係る研磨剤回収方法の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。

図１は、本発明に係るガラス研磨システムの一実施の形態におけるブロック図である。

本実施の形態におけるガラス研磨システムは、研磨装置１０と研磨剤回収装置２０とを有している。研磨装置１０は、台１１上に載置されたガラス１３の表面を研磨パッド１２で研磨する装置である。

研磨装置１０による研磨の際には、粒子状の研磨剤を水に分散させた懸濁液１８がガラス１３と研磨パッド１２との間に供給される。懸濁液１８は、たとえば研磨剤槽１４に貯えられ、ポンプ１６によって研磨剤供給配管１７を介して研磨パッド１２近傍に供給される。懸濁液１８は、研磨パッド１２近傍に供給されて研磨に用いられた後、研磨剤槽１４に回収される。回収された懸濁液１８も再び研磨に用いられる。

研磨されるガラス１３は、リン酸ガラスあるいはフツリン酸ガラスである。用いられる研磨剤は、酸化セリウムを主成分とする粒子状の酸化セリウム系研磨剤である。

このようにして研磨剤を分散させた懸濁液１８を繰り返し研磨に用いると、その懸濁液１８中のガラス成分の濃度が上昇し、研磨性能が低下する。そこで、研磨剤回収装置２０によって研磨剤をガラス成分から分離して回収する。

また、研磨装置１０は、洗浄や研磨パッド１２のドレッシング（目立て）等のメンテナンスを定期的に行うことで所望の研磨能力を維持している。これらのメンテナンスでは、研磨剤を含む大量の排水が出る。この排水における研磨剤の濃度は懸濁液１８における研磨剤の濃度と比較して非常に低いものの、研磨剤の価格高騰や地球環境の保護の観点からこれら排水から研磨剤を回収し再利用することが好ましい。

そこで、研磨剤回収装置２０によって、研磨の際に発生した排水あるいは研磨装置１０のメンテナンスの際に発生した排水のいずれかの研磨排水中の研磨剤とガラス成分を含む水成分とを分離することで、研磨装置１０にて再利用可能な研磨剤を回収する。

研磨剤回収装置２０は、排水槽２１と供給配管２３とフィルタ２４とポンプ２６と濾過器３０と循環配管２９と濾水槽２８とを有している。排水槽２１には、研磨剤槽１４から排水配管４２が延びている。排水槽２１は、研磨剤槽１４の下方に設けられている。排水配管４２の途中には、バルブ４０が取り付けられている。バルブ４０を開くことにより、研磨剤槽１４に貯えられた懸濁液１８が研磨排水２２として排水槽２１に流れ込む。

濾過器３０は、容器３１を有している。容器３１には、入口３４と濃縮水出口３６と濾水口３８とが形成されている。容器３１は、たとえば円筒形であって、その両端部に入口３４と濃縮水出口３６とが形成されている。濾水口３８は、たとえば容器３１の側面に設けられている。容器３１の内部には、多数の中空糸膜フィルタ３２が収容されている。中空糸膜フィルタ３２の両端部は、それぞれ入口３４および濃縮水出口３６に接続されている。つまり、中空糸膜フィルタ３２によって、容器３１の内部に入口３４から濃縮水出口３６につながる流路が形成され、その流路と濾水口３８との間が仕切られている。

供給配管２３は、排水槽２１と濾過器３０の入口３４との間に延びている。フィルタ２４およびポンプ２６は、供給配管２３の途中に設けられている。循環配管２９は、濾過器３０の濃縮水出口３６と排水槽２１との間に延びている。濾水口３８と濾水槽２８との間にも配管３７が延びている。

ある程度の期間、研磨装置１０を用いてガラス１３を研磨した後、懸濁液１８は、排水槽２１に排出される。また、放水管１９などから水を供給して、研磨装置１０が洗浄される。さらに研磨パッド１２のドレッシング作業が行われる。これらの洗浄・ドレッシング作業によって排出される水も排水配管４２を通って排水槽２１に送られる。

排水槽２１に貯えられた研磨排水２２は、ポンプ２６によって濾過器３０に送出される。研磨排水２２は、供給配管２３を流れる途中で、フィルタ２４を通過する。

フィルタ２４は、たとえば円管の内部流路にステンレス鋼製で多数の貫通孔が形成された板を取り付けたものである。この板に形成された貫通孔の大きさはたとえば８０μｍ程度とする。

このフィルタ２４によって、排水槽２１の側面に付着固化した研磨剤などの比較的大きな粒子を除去することができる。このように比較的大きな粒子をフィルタ２４で除去しておくことにより、中空糸膜フィルタ３２の目詰まりの可能性が抑制される。

濾過器３０に供給された研磨排水２２は、中空糸膜フィルタ３２内部の流路を通過する。リン酸ガラスあるいはフツリン酸ガラスは水溶性が高いため、研磨排水２２中のガラス成分の一部はイオン化していると考えられる。このため、研磨排水２２中のイオン化したガラス成分は、中空糸膜フィルタ３２を透過して濾水側に流出し、濾水口３８から水とともに排出される。一方、研磨剤は微粒子であっても溶解しているのではないため、中空糸膜フィルタ３２を透過せず、濾水口３８から水が排出されるのに伴って濃縮されて濃縮水出口３６から排出される。

濃縮水出口３６から排出された濃縮水は、循環配管２９を通って排水槽２１に戻される。このようにして、濾過器３０による濃縮を繰り返すことによって、研磨排水２２中からガラス成分を含む水を取り除くことで、ガラス成分および水成分の濃度を所定の値以下に低下させ、研磨剤の濃度を所定の値以上に高めて、研磨剤を回収することができる。

回収された研磨剤を含有する懸濁液は、排水槽２１に貯えられる。この回収された研磨剤は、たとえばポンプ５２および配管５０などからなる再利用手段で、たとえば研磨剤槽１４に送られ、再び研磨装置１０でのガラス１３の研磨に用いられる。

また、必要に応じて中空糸膜フィルタ３２を逆洗してもよい。たとえば循環配管２９の途中に圧力発生装置を設け、圧力発生装置により濃縮水出口３６を通じて中空糸膜フィルタに圧力を付与することで、中空糸膜フィルタ３２の内面に付着した研磨剤を剥離する。これを定期的に行うことで、中空糸膜フィルタ３２の濾過能力の低下を抑制することができる。

研磨排水２２に含まれるガラス成分がイオン化している場合、ガラス成分は中空糸膜フィルタ３２を透過し、濃縮水中のガラス成分が低減され、研磨剤成分が濃縮される。したがって、研磨排水に含まれるガラス成分がイオン化していれば、研磨工程によって発生したガラス屑が研磨排水に混入していたとしても中空糸膜フィルタ３２が詰まりにくく、比較的単純な構成の装置でガラスの研磨剤を回収することができる。

研磨排水２２を中空糸膜フィルタ３２で濃縮する前に、一旦、水で希釈してもよい。このようにすることで、研磨排水２２中のガラス成分の濃度が低くなる。その結果、リン酸ガラスあるいはフツリン酸ガラスのガラス成分が研磨排水２２中でイオン化しやすくなる。その結果、研磨排水２２中のガラス成分を研磨剤成分と分離して、研磨剤を濃縮、回収しやすくなる。

また、比較的粒径が大きいガラス屑（ガラス片）は、フィルタ２４で取り除くことができるため、限外濾過膜を詰まりにくくすることができる。

回収された研磨剤濃縮水には、粒径が比較的大きいガラス屑が混入しない。さらに粒径が比較的小さいガラス粒は、水に溶け、限外濾過膜で除去することができる。これらのため、回収された研磨剤には粒状のガラスあるいはイオン化したガラス成分が混入しにくく、回収された研磨剤の品質が向上する。しかも、回収後にガラス成分を可溶化、除去するためのアルカリ成分や電解質などの添加剤を用いる必要がない。したがって、再利用の前にｐＨを調整するなどの処理が不要であり、再利用に要するコストが低減される。

特に、研磨剤の水中での分散性が高い場合には、遠心分離や煮沸回収によって研磨剤を回収することは多くの時間やコストを要するため実用上は困難である。しかし、本実施の形態によれば、研磨剤が分散した状態で限外濾過膜によってガラス成分および水成分と研磨剤成分とを分離するため、研磨剤の分散性が高い場合であっても、再利用に要するコストは増大しない。

本実施の形態では、中空糸膜フィルタ３２を用いているが、イオン化したガラス成分を透過させ、研磨剤成分を濃縮可能な限外濾過膜であれば、どのようなものを用いてもよい。研磨剤としては、酸化セリウムを主成分として含有する酸化セリウム系研磨剤を例として説明したが、ジルコニア系、アルミナ系、ガーネット系、その他の研磨剤であってもよい。

本実施の形態によってガラスの研磨剤を回収できることを試験によって確かめた。この試験では、研磨剤を用いてガラスを研磨したガラス研磨装置１０を水で洗浄し、洗浄の際に発生した排水から本実施の形態の方法によって研磨剤を回収した。

この試験において、ガラス研磨装置１０で研磨したガラス１３は、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、フッ素（Ｆ）および酸素（Ｏ）などを成分とするフツリン酸ガラスである。また、研磨剤回収装置２０では、中空糸膜フィルタ（旭化成ケミカルズ社製、マイクローザＵＦ）からなる限外濾過膜を備える濾過器３０を用いた。また、ガラス研磨装置１０で用いた研磨剤は、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を５０％以上含有する酸化セリウム系研磨剤である。

この研磨剤は、分散性が良好な良分散性であった。本発明における研磨剤が良分散性であるとは、その研磨剤を含有する水を撹拌後、６０分間静置した後、研磨剤と水との分離が確認されないことを言うこととする。

排水には、研磨剤成分が２．５０質量％含有されていた。また、排水には、ガラス成分が０．６５質量％含有されていた。つまり、排水中の研磨剤成分のガラス成分に対する比は、２．５／０．６５＝３．８５である。

この排水を濾過器３０に６０回程度、循環させた。１００リットルの研磨排水２２を濾過器３０に６０回程度循環させるのに要する時間は２０分程度であった。

その結果、濃縮水中の研磨剤成分の組成比は、排水中での組成比と同等であり、濃縮によって研磨剤成分の組成の変化はほとんどないことが確認された。なお、濾水中の研磨剤成分の濃度は０．０１質量％未満であり、研磨剤は濾水側にほとんど排出されていないことが分かった。

また、濃縮水中の研磨剤濃度が１２．７９質量％になり、ガラス成分濃度が２．３８質量％となった。つまり、濃縮水中の研磨剤成分のガラス成分に対する比は、５．３７である。したがって、２０分程度の処理によって、１００リットルの研磨排水２２の研磨剤成分のガラス成分に対する比を４割程度高めることができた。

また、粒子径の累積分布が１０％、５０％、９０％となるＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０の値は、処理前の研磨排水中の粒子で、それぞれ０．２３μｍ、０．３３μｍ、０．４５μｍであった。処理後の濃縮水中の粒子のＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０の値は、０．１７μｍ、０．３１μｍ、０．４３μｍであり、処理前の粒度分布とほとんど変わらないことが確認された。さらに、濃縮水中に粗大粒子は確認することができなかった。このように、研磨剤の回収処理において、凝集などの副作用は確認されなかった。

比較として、ケイ素（Ｓｉ）成分を主な成分とするケイ酸塩ガラスをガラス研磨装置１０にて研磨した。そして、ガラス研磨装置１０を水で洗浄した際に発生した排水について、濾過器３０を循環し、研磨剤が回収できるかを確認した。結果として、濾過器３０の中空糸膜フィルタ３２にガラス屑の詰まりが発生し、濾過能力の低下を引き起こした。これは、排水に含まれるガラス成分がイオン化しておらず固形物として存在するため、中空糸膜フィルタ３２にて濾過されず目詰まりを引き起したと考えられる。

このことから、研磨剤回収装置２０にて処理する研磨排水は、イオン化したガラス成分を含むことにより、濾過器３０において目詰まりを発生せず、長期間安定した濾過能力を維持できることがわかる。また、研磨剤回収装置２０にて形成される濾過水にイオン化したガラス成分を含有することにより、濃縮水におけるガラス成分を少なくすることができるため、これら濃縮水を研磨剤として研磨装置にて再利用した場合でも一定以上の研磨能力が得られる。

１０…研磨装置、１１…台、１２…研磨パッド、１３…ガラス、１４…研磨剤槽、１６…ポンプ、１７…研磨剤供給配管、１８…懸濁液、２０…研磨剤回収装置、２１…排水槽、２２…研磨排水、２３…供給配管、２４…フィルタ、２６…ポンプ、２８…濾水槽、２９…循環配管、３０…濾過器、３１…容器、３２…中空糸膜フィルタ、３４…入口、３６…濃縮水出口、３７…配管、３８…濾水口、４０…バルブ、４２…排水配管、５０…配管、５２…ポンプ

Claims (5)

1. 粒子状の研磨剤を用いてリン酸ガラスおよびフツリン酸ガラスのいずれかのガラスを研磨した際に発生する排水もしくは前記ガラスの研磨に用いるガラス研磨装置の洗浄および前記ガラスの研磨に用いる研磨パッドのドレッシングのいずれかの作業の際に発生する排水のいずれかの研磨排水を前記研磨剤が濃縮された濃縮水と前記ガラスの成分を含有する濾過水とに限外濾過膜を用いて分離する濃縮工程と、
   前記濃縮水のガラス屑を取り除くことなく前記ガラスの研磨に用いる再利用工程と、
   を具備することを特徴とするガラスの研磨方法。
2. 前記濾過水は、イオン化したガラス成分を含有することを特徴とする請求項１に記載のガラスの研磨方法。
3. 前記研磨剤は水中での分散性が高い良分散性であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラスの研磨方法。
4. 前記研磨剤は酸化セリウム系、ジルコニア系、アルミナ系およびガーネット系のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガラスの研磨方法。
5. 前記濃縮工程の前に、前記排水を水で希釈するガラス成分の濃度調整工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のガラスの研磨方法。

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