JP7086694B2 - 凝集剤、フィルター及び廃液処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、廃液中の不純物を凝集させる凝集剤、フィルター及び廃液処理方法に関する。
被加工物の切削や研削には切削装置や研削装置等の加工装置が用いられている。これら加工装置では、デバイスに不純物が付着することを防止するために、加工水として純水を供給しながら被加工物を加工している。加工装置で使用される純水は毎分４～３０リットルにも及ぶため、純水のリサイクルの要望がある。このような要望に応えて、加工廃液から純水を精製する純水精製装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の純水精製装置は、加工廃液から濾過フィルターで加工屑を取り除き、イオン交換樹脂フィルターに通水させることで純水が精製される。
しかしながら、加工屑が高い濃度で混入した加工廃液の場合、そのまま加工廃液が純水精製装置に戻されると、純水精製装置内の濾過フィルターが加工屑によって短時間で詰まってしまっていた。一方で、加工廃液の凝集分離と純水のリサイクルを組み合せて、純水精製装置に戻す前に加工廃液を加工屑と清水に凝集分離させることも考えられるが、市販の凝集剤では凝集分離後の清水に凝集剤の成分が溶け出して導電率が上昇してしまっていた。このため、凝集分離後の清水が純水精製装置に戻されても、純水精製装置のイオン交換樹脂フィルターが短時間で消耗されてしまうという問題があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、加工屑の濃度が高い加工廃液であっても、フィルターの消耗を抑えつつ純水を精製することができる凝集剤、フィルター及び廃液処理方法を提供することを目的の１つとする。
本発明の一態様の凝集剤は、加工装置の加工時に供給する純水に加工によって発生した加工屑が混入された加工廃液から該加工屑を分離した清水を純水に精製し該純水を該加工装置に供給するリサイクルにて、加工廃液から加工屑を分離して清水に処理するための凝集剤であって、清水を純水に精製するために使用されるイオン交換樹脂と同じイオン交換樹脂を１００μｍ以下のサイズに粉砕して形成される。
この構成によれば、清水を純水に精製するイオン交換樹脂を粉砕して凝集剤として用いることで、清水中に凝集剤の成分が溶け出すことがない。よって、純水精製装置に戻す前に加工廃液を凝集分離させても、加工屑から分離された清水の導電率が上昇することがなく、純水精製装置でイオン交換樹脂フィルターの消耗を抑えることができる。また、凝集剤が１００μｍ以下のサイズに粉砕されているため、加工屑の凝集を促進することができる。
本発明の一態様のフィルターは、加工廃液を濾過及びイオン交換して純水に精製するフィルターであって、上記の凝集剤及びイオン交換樹脂を混合させた加工廃液を濾過する混合層と、混合層により濾過された清水を純水に精製する該イオン交換樹脂層と、を交互に積層して形成される。
本発明の一態様のフィルターにおいて、該混合層は該加工廃液の流入側から流出側に向かって徐々に該凝集剤の含量が増加するように充填されて形成される。
本発明の一態様の廃液処理方法は、加工装置の加工時に供給する純水に加工によって発生した加工屑が混入された加工廃液を純水に精製する廃液処理方法であって、該加工装置から排出された加工廃液が収容された撹拌槽に上記の凝集剤を添加する凝集剤添加ステップと、該凝集剤添加ステップを実施した後に、該凝集剤により該加工屑が凝集した凝集フロック含有の加工廃液を沈殿槽で、該凝集フロックと清水とに分離する固液分離ステップと、該固液分離ステップにおいて分離された清水を純水精製装置へ移送する清水移送ステップと、該清水移送ステップで移送された清水を該純水精製装置のイオン交換樹脂を通過することで純水に精製する純水精製ステップと、該純水精製ステップで精製された純水を該加工装置へ移送する純水移送ステップとからなっている。
本発明によれば、清水を純水に精製するイオン交換樹脂を粉砕して凝集剤として用いることで、加工屑の濃度が高い加工廃液であっても、フィルターの消耗を抑えつつ純水を精製することができる。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の廃液処理方法が適用される純水のリサイクルシステムについて説明する。図１は、本実施の形態の純水のリサイクルシステムの模式図である。
図１に示すように、リサイクルシステム１は、加工装置１０から加工廃液を回収して純水を精製し、加工装置１０に純水を供給するように構成されている。リサイクルシステム１では、加工装置１０から撹拌槽２０に加工廃液が排出され、撹拌槽２０にて加工廃液が一時的に貯留される。撹拌槽２０にはプロペラ式の撹拌機２１が取り付けられており、加工装置１０から排出された加工廃液と凝集剤供給装置２２から添加された凝集剤が撹拌機２１によって撹拌槽２０内で混合される。凝集剤は凝集剤供給装置２２で加工廃液に自動で添加する代わりに、オペレータが加工廃液に手動で添加してもよい。
撹拌槽２０にて加工廃液と凝集剤が撹拌されると、圧送ポンプ等によって撹拌槽２０から沈殿槽３０に加工廃液が移送される。沈殿槽３０では加工廃液が加工屑の凝集フロック５１と清水に凝集分離されて、凝集フロック５１が沈殿槽３０の底部に堆積される。沈殿槽３０は、いわゆる傾斜板式沈殿槽であり、多数の傾斜板３１によって凝集フロック５１の沈降距離を短くして沈殿速度が高められている。沈殿槽３０の底部中央には排出口３２が形成され、排出口３２に向かって沈殿槽３０の底部が低く傾斜している。このため、沈殿槽３０内の凝集フロック５１が排出口３２に集められている。
沈殿槽３０にて加工屑から清水が分離されると、圧送ポンプ等によって沈殿槽３０から純水精製装置４０に清水が移送される。純水精製装置４０では清水が濾過フィルター４１及びイオン交換樹脂フィルター４２を通過することで、細かな加工屑が取り除かれると共に脱イオン化されて純水が精製される。そして、純水精製装置４０から加工装置１０に純水が戻されて、加工装置１０で加工水として利用されている。このように、撹拌槽２０、沈殿槽３０、純水精製装置４０を経て加工廃液から純水が精製されて、加工装置１０から排出された加工廃液が加工水として加工装置１０で再利用されている。
ところで、一般的な凝集剤を使用して加工廃液を凝集分離させると、加工屑から分離した清水の導電率が上昇する。すなわち、加工廃液中でマイナス電位に帯電した加工屑は凝集剤の陽イオン成分によって中和されて凝集されるが、加工屑から分離した清水に凝集剤の成分が溶け出している。このように、一般的な凝集剤では凝集フロック５１の回収は可能だが、凝集剤の成分によって導電率が２００μｓ／ｃｍ以上となって水質が悪化する。凝集剤による水質悪化は、純水精製装置４０内のイオン交換樹脂フィルター４２によって改善されるが、イオン交換樹脂フィルター４２が直ぐ消耗されてフィルター交換の頻度が高くなる。
このように、一般的な凝集剤を使用した場合には、凝集と純水リサイクルを併用することが困難となっていた。そこで、本実施の形態では、純水のリサイクルで使用されるイオン交換樹脂を１００μｍ以下のサイズに粉砕したものを凝集剤として使用している。一般的な凝集剤とは異なり、清水中に凝集剤の成分が溶け出すことがないため、加工屑から分離された清水の導電率の上昇を抑えつつ、加工廃液を加工屑と清水に凝集分離することが可能になっている。また、導電率の上昇が抑えられているため、後段の純水精製装置４０のイオン交換樹脂フィルター４２の消耗を抑えることができる。
以下、図２及び図３を参照して、イオン交換樹脂及びイオン交換樹脂から形成される凝集剤について説明する。図２は、本実施の形態のイオン交換樹脂フィルターの模式図である。図３は、本実施の形態の凝集処理の説明図である。なお、図３Ａは比較例の凝集処理、図３Ｂは本実施の形態の凝集処理のそれぞれ一例を示す図である。
図２に示すように、イオン交換樹脂フィルター４２には、ハウジング４３内にイオン交換樹脂４４が詰め込まれている。イオン交換樹脂４４としては、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が単独又は混合して使用される。例えば、ハウジング４３内は、アニオン交換樹脂のみからなる単独層、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の混合層を積層した２層構造になっている。ハウジング４３の上部の流入口４５からイオン交換樹脂４４に清水が流入し、イオン交換樹脂４４を清水が通過することで純水となり、ハウジング４３の集水管４６の下端の流出口４７に取り込まれる。
清水がイオン交換樹脂４４を通過することで、清水内の不純物の陰イオン成分がアニオン交換樹脂の水酸化物イオンと交換され、清水内の不純物の陽イオン成分がカチオン交換樹脂の水素イオンと交換される。アニオン交換樹脂から放出された水酸化物イオン、カチオン交換樹脂から放出された水素イオンが結合して純水が精製される。このようにして、清水内の不純物がイオン交換されることで、清水から不純物を除いた純水が精製される。本実施の形態では、このイオン交換によって清水を純水に精製するためのイオン交換樹脂４４を１００μｍ以下のサイズに粉砕して凝集剤５５（図３Ｂ参照）を形成している。
この場合、加工廃液中の加工屑５０はマイナスに帯電しているため、凝集剤５５にはイオン交換樹脂４４として樹脂自体がプラスに帯電したアニオン交換樹脂が使用されている。加工廃液の凝集分離時にイオン交換樹脂４４の成分が溶け出さないため、沈殿槽３０（図１参照）で凝集分離後も清水の導電率の上昇が抑えられている。よって、凝集分離後の清水がイオン交換樹脂フィルター４２を通過しても、イオン交換樹脂フィルター４２を激しく消耗することがなく、イオン交換樹脂フィルター４２の交換頻度を減らしてオペレータの作業負担を軽減することができる。
なお、ここでは、凝集剤５５として粉状のアニオン交換樹脂を例示したが、廃液に応じて粉状のカチオン交換樹脂や、粉状のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合樹脂を凝集剤５５として使用してもよい。凝集剤５５は、加工装置の加工時に純水に加工屑５０が混入された加工廃液を清水に処理するためのものであって、イオン交換樹脂を粉砕して形成されたものであれば、どのように形成されてもよい。
ここで、図３を参照してイオン交換樹脂を用いた凝集処理について説明する。図３Ａの比較例では、粉砕前のイオン交換樹脂を凝集剤５７として凝集処理を実施している。加工廃液中には微細な加工屑５０が浮遊しており、各加工屑５０がマイナスに帯電して互いに反発している。ここに、直径３００μｍのイオン交換樹脂から成る凝集剤５７が投入されると、凝集剤５７の外面に微細な加工屑５０が付着する。凝集剤５７に加工屑５０が付着して電位が中和されるが、凝集剤５７の表面積が限られており電位の中和量が少なくなっている。このため、加工廃液中の加工屑５０が十分に凝集されず、加工廃液から加工屑５０を回収することが困難である。
これに対し、図３Ｂに示す本実施の形態では、イオン交換樹脂を粉砕したものを凝集剤５５として凝集処理を実施している。加工廃液中に、直径１００μｍ以下のイオン交換樹脂から成る微細な凝集剤５５が投入されると、凝集剤５５の外面に微細な加工屑５０が付着する。凝集剤５５の直径が小さく粉状に形成されているため、比較例の凝集剤５７と比べて表面積が増加している。このため、加工廃液中の電位の中和量が多くなって凝集率が増加し、加工廃液から加工屑５０を容易に回収することができる。また、イオン交換樹脂を凝集剤５５にしたことで、導電率の変化がなく水質が安定している。
図４を参照して、凝集剤としてイオン交換樹脂を用いた廃液処理方法について説明する。図４は、本実施の形態の廃液処理方法の一例を示す図である。
図４Ａに示すように、先ず凝集剤添加ステップが実施される。凝集剤添加ステップでは、加工装置１０（図１参照）から排出された加工廃液が撹拌槽２０に収容され、撹拌槽２０内の加工廃液にイオン交換樹脂を粉砕した直径１００μｍの粉状の凝集剤５５（図３Ｂ参照）が添加される。加工廃液は微細な加工屑５０（図３Ｂ参照）がコロイド状に分散されて懸濁している。撹拌槽２０内では、プロペラ式の撹拌機２１で加工廃液と凝集剤５５が撹拌されて、加工廃液全体に凝集剤５５が均一に混ぜ合わされる。撹拌機２１によって凝集剤５５と加工廃液が十分に撹拌されると、撹拌槽２０から沈殿槽３０（図４Ｂ参照）に加工廃液が移される。
図４Ｂに示すように、凝集剤添加ステップが実施された後に固液分離ステップが実施される。固液分離ステップでは、凝集剤５５（図３Ｂ参照）が添加された加工廃液が沈殿槽３０に収容され、沈殿槽３０で加工廃液が凝集フロック５１と清水に分離される。このとき、加工廃液内でマイナスに帯電した加工屑５０（図３Ｂ参照）が、プラスに帯電した凝集剤５５（図３Ｂ参照）によって中和されることで凝集が起こされる。加工屑の凝集によって凝集フロック５１が析出され、凝集フロック５１含有の加工廃液から凝集フロック５１が沈殿槽３０の底部に堆積される。凝集剤５５がイオン交換樹脂を粉状にしたものであるため、凝集分離後の清水の水質悪化（導電率の上昇）が抑えられている。
図４Ｃに示すように、固液分離ステップが実施された後に清水移送ステップが実施される。清水移送ステップでは、加工屑から分離された清水が純水精製装置４０に移送される。また、清水移送ステップが実施された後に純水精製ステップが実施される。純水精製ステップでは、純水精製装置４０にて清水が濾過フィルター４１及びイオン交換樹脂フィルター４２を通過することで清水から純水が精製される。前段の固液分離ステップで凝集分離後の清水の水質悪化が抑えられているため、イオン交換樹脂フィルター４２の消耗が抑えられている。
図４Ｄに示すように、純水精製ステップが実施された後に純水移送ステップが実施される。純水移送ステップでは、純水精製装置４０で精製された純水が加工装置１０に移送される。このようにして、加工装置１０の加工時に純水に加工屑が混入された加工廃液から純水が精製されて、加工装置１０の加工水として再び純水が使用される。上記したように、イオン交換樹脂を１００μｍ以下に破砕したものを凝集剤５５（図３Ｂ参照）として使用することで、一般的な凝集剤では水質を悪化させて困難となっていた加工屑の凝集と純水のリサイクルの併用を実現している。
以上のように、本実施の形態によれば、清水を純水に精製するイオン交換樹脂を粉砕して凝集剤５５として用いることで、清水中に凝集剤５５の成分が溶け出すことがない。よって、純水精製装置４０に戻す前に加工廃液を凝集分離させても、加工屑から分離された清水の導電率が上昇することがなく、純水精製装置４０でイオン交換樹脂フィルター４２の消耗を抑えることができる。また、凝集剤５５が１００μｍ以下のサイズに粉砕されているため、加工屑の凝集を促進することができる。
上記した実施の形態では、濾過フィルターで加工屑が除去され、イオン交換樹脂フィルターで脱イオン化されている。このため、濾過フィルターとイオン交換樹脂フィルターのそれぞれで交換作業が発生するが、オペレータにとって煩わしい作業になっており、フィルターを一つに統一したいという要望がある。ここで、本件出願人がイオン交換樹脂を粉砕した凝集剤をイオン交換樹脂フィルターのイオン交換樹脂に混入させたところ、イオン交換樹脂フィルターを濾過フィルターとしても良好に機能させることができることを発見した。
以下、図５から図７を参照して、変形例のイオン交換樹脂フィルターについて説明する。図５は、変形例のイオン交換樹脂フィルターを示す模式図である。図６は、比較例のイオン交換樹脂フィルターを示す模式図である。図７は、他の変形例のイオン交換樹脂フィルターを示す模式図である。
図５に示すように、イオン交換樹脂フィルター６０は、加工廃液を濾過及びイオン交換して純水に精製するフィルターであり、イオン交換樹脂を粉砕した凝集剤をイオン交換樹脂に混合した混合層６１と、イオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂層６２とを交互に積層して形成されている。各混合層６１は、イオン交換樹脂に凝集剤を均一に分散させており、加工廃液を濾過すると共に加工屑と清水に凝集分離させている。各イオン交換樹脂層６２は、細かな加工屑が取り除かれると共に脱イオン化によって混合層６１で濾過された清水を純水に精製している。凝集分離時にイオン交換樹脂の成分が溶け出さないため、混合層６１を通過してもイオン交換樹脂層６２が激しく消耗されることがない。
なお、凝集剤は直径３０μｍから１００μｍに形成され、イオン交換樹脂は直径３００μｍに形成されている。凝集剤は細かく形成すればするほど凝集効果が向上する。混合層６１は、イオン交換樹脂に対して凝集剤が５％から５０％含有されることが好ましく、イオン交換樹脂に対して凝集剤が２０％含有されることが更に好ましい。イオン交換樹脂に凝集剤が２０％含有されることで、十分な凝集効果が得られると共に水質悪化を抑えることができる。また、混合層６１が厚すぎると、加工廃液が良好に濾過されなくなるため、混合層６１は加工廃液を濾過できる程度に薄く形成されることが好ましい。
具体的には、図６の比較例に示すように、イオン交換樹脂フィルター７０の混合層７１が厚く形成されていると、加工廃液の通過によって混合層７１の上側の凝集剤から先に凝集し始める。加工廃液が混合層７１に全体的に行き渡って全体的な凝集が完了する前に、混合層７１の一部で凝集が過度に進むことで穴７３が作られる。穴７３が下方に成長して混合層７１を貫通することで、混合層７１の穴７３を通ってイオン交換樹脂層７２に加工廃液が流れ込む。このため、混合層７１で加工廃液が濾過されないため、加工廃液の水質が悪化すると共にイオン交換樹脂層７２が加工屑で詰まり易くなる。
このため、図５に示すように、イオン交換樹脂フィルター６０は、混合層６１を厚く形成する代わりに、混合層６１の積層数を増やすことで薄く形成している。これにより、混合層６１に均一に加工廃液を行き渡らせて良好に濾過することが可能になっている。したがって、混合層６１は、穴が作られる前に加工廃液が混合層６１の全体に行き渡る厚みに形成されることが好ましい。イオン交換樹脂フィルター６０に加工廃液の濾過と純水精製の機能を持たせることで、フィルターの交換作業を１度に済ませることができ、オペレータの作業負担を軽減することが可能になっている。
また、図７に示すように、イオン交換樹脂フィルター６５の混合層６６は加工廃液の流入側から流出側に向かって徐々に凝集剤の含量が増加されるように充填されていてもよい。例えば、加工廃液の流入側から流出側に向かって、イオン交換樹脂に対する凝集剤の含有率が５％、１０％、２０％の複数の混合層６６ａ－６６ｃの三層構造で形成されていてもよい。このように、凝集剤の含有率が異なる複数の混合層６６ａ－６６ｃを積層することで、加工廃液を良好に濾過してイオン交換樹脂層６７に供給することができる。なお、各混合層６６ａ－６６ｃは、穴が作られる前に加工廃液が混合層６６ａ－６６ｃの全体に行き渡る厚みに形成されることが好ましい。
なお、本実施の形態では、加工装置として切削装置及び研削装置に限定されない。本発明は、純水を用いて加工を実施する他の加工装置に適用可能である。切削装置、研削装置、研磨装置、エッジトリミング装置及びこれらを含むクラスター装置等の他の加工装置に適用されてもよい。
また、本実施の形態では、撹拌槽と沈殿槽とを別体にしたが、この構成に限定されない。撹拌槽と沈殿槽とが一体に形成されていてもよい。
また、加工装置で加工されるワークとして、半導体基板、無機材料基板、パッケージ基板等の各種ワークが用いられてもよい。半導体基板としては、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、シリコンカーバイド等の各種基板が用いられてもよい。無機材料基板としては、サファイア、セラミックス、ガラス等の各種基板が用いられてもよい。半導体基板及び無機材料基板はデバイスが形成されていてもよいし、デバイスが形成されていなくてもよい。パッケージ基板としては、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）、ＳＩＰ（System In Package）、ＦＯＷＬＰ（Fan Out Wafer Level Package）用の各種基板が用いられてもよい。また、ワークとして、デバイス形成後又はデバイス形成前のリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、さらに生セラミックス、圧電素子が用いられてもよい。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態及び変形例は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
また、本実施の形態では、本発明を純水のリサイクルに適応した構成について説明したが、水道水や工業用水から純水を精製する構成にも適用可能である。
以上説明したように、本発明は、加工屑の濃度が高い加工廃液であっても、フィルターの消耗を抑えつつ純水を精製することができるという効果を有し、特に、加工廃液を凝集分離する凝集剤、フィルター及び廃液処理方法に有効である。
１０：加工装置
２０：撹拌槽
３０：沈殿槽
４０：純水精製装置
４２：イオン交換樹脂フィルター
４４：イオン交換樹脂
５０：加工屑
５１：凝集フロック
５５：凝集剤
６０：イオン交換樹脂フィルター
６１：混合層
６２：イオン交換樹脂層
６５：イオン交換樹脂フィルター
６６：混合層
６７：イオン交換樹脂層
２０：撹拌槽
３０：沈殿槽
４０：純水精製装置
４２：イオン交換樹脂フィルター
４４：イオン交換樹脂
５０：加工屑
５１：凝集フロック
５５：凝集剤
６０：イオン交換樹脂フィルター
６１：混合層
６２：イオン交換樹脂層
６５：イオン交換樹脂フィルター
６６：混合層
６７：イオン交換樹脂層
Claims (4)
- 加工装置の加工時に供給する純水に加工によって発生した加工屑が混入された加工廃液から該加工屑を分離した清水を純水に精製し該純水を該加工装置に供給するリサイクルにて、加工廃液から加工屑を分離して清水に処理するための凝集剤であって、
清水を純水に精製するために使用されるイオン交換樹脂と同じイオン交換樹脂を１００μｍ以下のサイズに粉砕して形成される凝集剤。 - 加工廃液を濾過及びイオン交換して純水に精製するフィルターであって、請求項１記載の凝集剤及びイオン交換樹脂を混合させた加工廃液を濾過する混合層と、混合層により濾過された清水を純水に精製するイオン交換樹脂層と、を交互に積層して形成されるフィルター。
- 該混合層は該加工廃液の流入側から流出側に向かって徐々に該凝集剤の含量が増加するように充填されて形成される、請求項２に記載のフィルター。
- 加工装置の加工時に供給する純水に加工によって発生した加工屑が混入された加工廃液を純水に精製する廃液処理方法であって、
該加工装置から排出された加工廃液が収容された撹拌槽に請求項１記載の凝集剤を添加する凝集剤添加ステップと、
該凝集剤添加ステップを実施した後に、該凝集剤により該加工屑が凝集した凝集フロック含有の加工廃液を沈殿槽で、該凝集フロックと清水とに分離する固液分離ステップと、
該固液分離ステップにおいて分離された清水を純水精製装置へ移送する清水移送ステップと、
該清水移送ステップで移送された清水を該純水精製装置のイオン交換樹脂を通過することで純水に精製する純水精製ステップと、
該純水精製ステップで精製された純水を該加工装置へ移送する純水移送ステップとからなる廃液処理方法。
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