JPH07331229A - 切削用懸濁液 - Google Patents

切削用懸濁液

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JPH07331229A
JPH07331229A JP7156644A JP15664495A JPH07331229A JP H07331229 A JPH07331229 A JP H07331229A JP 7156644 A JP7156644 A JP 7156644A JP 15664495 A JP15664495 A JP 15664495A JP H07331229 A JPH07331229 A JP H07331229A
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metal
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cutting
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Wolfgang Koch
ボルフガング・コツホ
Wolfgang Dr Krumbe
ボルフガング・クルムベ
Lent Boudewijn Dr Van
ボウデビーン・バン・レント
Michael Schiffer
ミヒヤエル・シフアー
Robert Dr Tischtau
ロベルト・テイシユタウ
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Bayer AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削用懸濁液。 【構成】 本発明は、水系液相内に研磨物質が入ってい
る切削用懸濁液に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、水系液相内の研磨物質から本質
的に成る切削（ｓａｗｉｎｇ）用懸濁液に関するもので
ある。
【０００２】オイルスラリーを用いて無機固体を多線の
こぎりで切ることができることは既に知られている。こ
の場合、研磨物質が入っているオイルスラリーを切削用
ワイヤーに沿って吸い込ませ、このようにしてその固体
を切って断片に分ける。用途例は、とりわけ、ケイ素ブ
ロックを光起電分野で使用される個々のケイ素盤に分割
する用途である。従来技術に従う代替方法はスラリー浴
を用いることを伴っており、ここでは、その切削工程を
行っている間その切削すべき固体を上記懸濁液で取り巻
く。
【０００３】通常用いられている切削用スラリーには粉
末にした硬質物質とオイルの混合物が入っている。用い
られるオイル対硬質物質の混合比（Ｌ／ｋｇ）は例えば
０．７から１．１である。このオイルの動粘度は約３２
ｍｍ2／秒（４０℃）であり、そしてその硬質物質の粒
子サイズは約５−２０μｍである。この切削操作を行っ
ている間、そのスラリーをサイクルで循環させる、即ち
貯蔵容器からクーラーを通し、そしてノズルを通した
後、貯蔵容器に戻す。このスラリーは約２−５回の切削
切断に渡って使用可能である。
【０００４】オイルが入っているスラリーを用いると数
多くの欠点が生じる。その切削した盤がオイルで著しく
湿って汚れることにより、その盤を互いに分離させるの
が困難になり、いわゆるコールドクレンザー（ｃｏｌｄ
ｃｌｅａｎｓｅｒｓ）と多量の界面活性剤を用いるこ
とによってのみこれの洗浄を行うことができる。
【０００５】オイルおよびコールドクレンザーの中に入
っている有機化合物の処分は、これを行うことができる
としても多大な費用がかかると共に、生態学的に許容さ
れない様式である。更に、このオイルスラリーの処理を
行ってそのオイルと硬質物質を再使用するのは困難であ
ると共に、これを行うのは技術的に複雑である。オイル
および洗浄剤を用いることに関する高コストおよびこれ
らの物質を処分および再利用することに関する高コスト
を低くする必要がある。
【０００６】また、有機溶媒および／またはオイルが入
っている水系分散液内で「過塩基材料（ｏｖｅｒｂａｓ
ｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」または金属コロイドを用
いて無機固体の切削を行うことができることも、ヨーロ
ッパ特許出願公開第８４ ９６６号から公知である。こ
れらのスラリーの製造を行うには、最初、その用いるコ
ロイド状粒子を複雑な反応で製造する必要がある。この
ような組み合わせを用いたとしても、オイルスラリーに
関して記述した欠点が充分にはなくならない。
【０００７】従って、本発明の目的は、従来技術に関し
て記述した欠点を示さない切削用スラリーを提供するこ
とにある。
【０００８】驚くべきことに、有機溶媒およびオイルを
全く含んでいないか或は含んでいたとしてもその比率が
無視出来る程である、無機固体の切削で使用できる水懸
濁液を見い出し、ここでは、増粘剤、例えば水溶性ポリ
マー類などが入っている水相の中に研磨物質を懸濁させ
る。
【０００９】従って、本発明は、１種以上の水溶性ポリ
マーを含む水系液相内の研磨物質から本質的に成る切削
用懸濁液を提供するものである。本発明に従う切削用懸
濁液のオイル含有量は好適には０．０１重量％未満であ
る。
【００１０】この水溶性ポリマーは、好適には、ポリオ
キサイド類、ポリエーテル類、ポリエチレンイミン類、
ポリカルボキシレート類、改質セルロース類、ポリビニ
ルアルコール類、ポリ酢酸ビニル類、ポリビニルピロリ
ドン類、ポリビニルオキサゾリドン類、ポリエチレンス
ルホン酸類、ポリスチレンスルホン酸類、ポリ燐酸類、
ポリサリチル酸類、ポリビニルアミン類、ポリビニルピ
リジン類、ポリビニル硫酸類、ポリジアリルジメチルア
ンモニウムクロライド類、ポリブレン類［＝ポリ−（ジ
メチルイミノ）−トリメチレン−（ジメチルイミノ）−
ヘキサメチレンジブロマイド類］、ポリビニルホスホン
酸類、ポリエチレンホスホン酸類、ポリマレイン酸類、
ポリ（２−メタアクリロイルオキシエタン−１−スルホ
ン酸）類の群からの１種、数種および／または１種以上
のコポリマー類である。
【００１１】これを、その水相の粘度が１０から１００
０ｍＰａｓ（１０秒-1のせん断速度で測定）になるよう
な量でその水相内に存在させるべきである。酸または塩
基、例えば塩酸または苛性ソーダ溶液などを添加すると
共に特定のポリマー類、例えば弱酸性基を有するポリマ
ー類を用いることでｐＨを変化させることにより、この
研磨物質がそのスラリー内で示す沈降挙動を調整するこ
とができる。本発明に従うポリマー類は好適に弱酸性基
を含んでいる。平均分子量が１０００００から２０００
０００のポリアクリル酸および／またはポリアクリレー
ト類が特に好適な水溶性ポリマー類である。
【００１２】本発明に関連して、この水溶性ポリマー類
は増粘剤として働く。多価アルコール類および／または
無機固体、例えばシリカゾルなどを存在させることでも
このような効果を達成することができる。
【００１３】この切削用懸濁液のｐＨを６以上にすると
良好な切削力が達成される。更に、界面活性剤を存在さ
せることによって、本発明に従う切削用懸濁液が示す切
削力を改良することができる。この場合、この懸濁液の
表面張力を有利に４０ｍＮ／ｍ未満にすべきである。
【００１４】最後に、抗腐食剤を存在させることによっ
て、その切削用ワイヤーの腐食およびそののこぎりの中
の金属含有成分の腐食を低くすることができることに加
えて、この抗腐食剤はまた切削力に正の効果を示す。
【００１５】本発明に関連して、無機の硬質物質は、好
適には、金属または半金属の炭化物、窒化物、炭窒化
物、オキシ窒化物、酸化物またはホウ化物、硬質金属、
ダイアモンドまたはそれらの混合物の群からの粉末であ
り、ここで、この金属または半金属元素は周期律システ
ムの３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ
または８Ｂ族由来のものである。酸化アルミニウム、炭
化ホウ素、酸化鉄、炭化チタン、酸化ジルコニウム、窒
化チタン、窒化ケイ素および／または二酸化ケイ素が特
に好適である。
【００１６】ダイアモンドおよび／または炭化ケイ素が
ケイ素切削用硬質物質として特に適切である。この場
合、この硬質物質の平均粒子サイズは好適に０．２から
１００μｍである。
【００１７】この研磨用の固体を所望の組成を有する水
相の中に単に分散させることによって、この切削用スラ
リーの製造を行うことができる。
【００１８】例えば、弱酸性基を有するポリマー類を用
いてその切削用水懸濁液のｐＨを変化させると、その粘
度が低下し、沈降時間が短くなると共に、その研磨用固
体の分離を迅速に行うことができるようになることか
ら、複雑な操作を用いることなくその切削用水懸濁液を
再利用することができるようになる。その後、その粘度
と恐らくはその表面張力を再びそれの初期値に再調整す
るか、或は抗腐食剤の濃度をそれの初期値に再調整す
る。
【００１９】単に水で濯ぐことによってその固体の洗浄
を行うことができる。廃棄物の量が少なくなり、これに
含まれているのは、添加した成分を含む研磨用材料、研
磨されたものおよび少量の水相である。従って、公知方
法に比較して環境汚染度が低くなる。上に記述した２つ
の方法でこうむる洗浄コストおよび廃棄物処分コストは
両方とも高いことから、この種類の水系懸濁液を用いる
と切削工程のコスト低下がもたらされる。加うるに、現
行価格において、通常用いられているオイルと組み合わ
せた研磨剤は、この水系の切削用スラリーよりも高価で
ある。
【００２０】例えば下記のようにしてこの切削用懸濁液
の製造を行う。最初、水を導入した後、所望量でポリマ
ーを加える。酸または塩基でｐＨを調整する。この溶液
の粘度を１０秒-1のせん断速度で１０から１０００ｍＰ
ａｓにする。抗腐食剤を特定量で加えた後、酸または塩
基でｐＨを再び調整する。加うるに、表面張力が高くと
も４０ｍＮ／ｍ、好適には高くとも２５ｍＮ／ｍになる
まで界面活性剤を加えた後、ｐＨをもう一度チェックし
て再調整する。
【００２１】カチオン系、アニオン系またはノニオン系
の界面活性剤を用いることができる。この界面活性剤に
好適にどの電荷符号を持たせるかは、その用いる硬質材
料、ポリマーおよび無機増粘剤に依存している。
【００２２】好適には、水スラリー内の研磨材と同じ電
荷符号を有するポリマー類および界面活性剤を用いる。
ゼータ電位を測定することによって、その研磨材料上の
電荷符号を得ることができる。公知技術、例えばミクロ
電気泳動、蒸気電位測定または音響泳動などを用いてゼ
ータ電位を測定することができる。
【００２３】これを行うには、研磨物質を水の中に分散
させた後、上述した方法の１つを用いて、このスラリー
を調整したｐＨでゼータ電位を測定する。負のゼータ電
位を示す研磨材の場合、好適にはアニオン系のポリマー
類および界面活性剤を用い、そして正のゼータ電位を示
す研磨材の場合、好適にはカチオン系のポリマー類およ
び界面活性剤を用いる。
【００２４】無機増粘剤を用いる場合、また、研磨物質
が示すゼータ電位と同じ電荷符号をそれらに持たせるの
が有利である。
【００２５】本発明に従う切削用懸濁液を用いて切断し
た固体を水で濯ぐことによって、それの洗浄を行う。廃
棄物の量が少なくなり、これに含まれているのは、添加
した成分を含む研磨材料、研磨されたものおよび少量の
水相である。従って、公知方法に比較して環境汚染度が
低くなる。
【００２６】上述したオイルスラリーを、本発明に従う
切削用懸濁液で完全に置き換えることができる。ミネラ
ルオイルベースを用いて製造された懸濁液と同じ切削力
を水系懸濁液が達成し得ることは、驚くべきことである
と見なされるべきである。
【００２７】Ｌｉｐｏｌｄｔ ＫＧ、Ｆｒｅｉｂｕｒｇ
製のフィラメントのこぎり型Ｈ７を用いて、切削力の検
査を行った。切削すべき固体にスラリーを２本のノズル
で噴霧した。装置の設定を一定にして特定の大きさを有
する固体を２つの片に切る時間として切削力の尺度を定
義する。加うるに、粗さを測定することによって表面プ
ロファイルの測定を行った。水系スラリーおよびオイル
スラリーを用いて切った固体表面の粗さは匹敵してい
た。
【００２８】本発明に従う水系懸濁液の中で抗腐食剤を
用いると、８以上のｐＨでも、切削用ワイヤーおよび鋳
鉄の腐食度が極めて小さいことは驚くべきことであっ
た。
【００２９】本発明に従うスラリーは一般に下記の効果
を示す。これは、その切削界面と切削用ワイヤーまたは
切削用ブレードを湿らす。このスラリーは、ワイヤーま
たはブレードと無機固体との間の研磨材および冷却剤と
して働く。また、明らかに、この切削工程全体を完全に
この懸濁液内で実施することができる。
【００３０】本発明に従う懸濁液を用いると、無機材料
の切削を行うことができると共に、これは、現在一般的
に利用されているオイルスラリー方法に比較して下記の
特別な利点を有している。
【００３１】あまり複雑でない様式で（溶媒および／ま
たは洗浄用溶液を用いることなく）固体から懸濁液残渣
が取り除かれる。水洗浄を行うことで充分である。
【００３２】この水相は再使用可能であることから、処
分すべき廃棄物の量が少なくなる。以下に示す実施例を
用いて本発明に従う懸濁液の説明を行うが、これは制限
するものとして見なされるべきでない。
【００３３】
【実施例】実施例１ 最初、一定撹拌しながら、９９０ｇの脱イオン水の中に
１０ｇのポリアクリル酸（分子量＝４５０，０００）を
導入して溶解させた。４５重量％濃度のＬｉＯＨを用い
てこの溶液のｐＨを１０に調整した。次に、Ｒｅｃｏｒ
１９０（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ、Ｂａｓｌｅ、スイス
の市販品である、トリエタノールアミンで中和された有
機ポリカルボン酸）を２０ｇ加えた後、再びｐＨを１０
に調整した。この溶液にドデシルベンゼンスルホネート
を１０ｇ加えた。再びｐＨを１０で一定に保持した。各
１０００ｇの溶液に１６００ｇの炭化ケイ素を加えた
後、実験室用の撹拌機を用い２０００ｒｐｍで３０分間
撹拌した。これの切削力はオイルスラリーに対して６２
％であった。
【００３４】本発明に従うさらなる切削用スラリーの組
成を以下の表に示すと共に、得られた切削力を示す。
【００３５】全てのスラリーに、全スラリーに対して６
１．３重量％の量で炭化ケイ素を含有させた。水酸化リ
チウムを用いてｐＨ調整を行った。比較スラリーとして
オイルスラリーを挙げる。
【００３６】水に加えて下記の成分を水相に含有させた
（濃度は水相に対する濃度である）。
【００３７】
【表１】
【００３８】Ｒｅｏｃｏｒ １９０：Ｃｉｂａ−Ｇｅｉ
ｇｙ、Ｂａｓｌｅ、スイスから入手した、トリエタノー
ルアミンで中和された有機ポリカルボン酸。
【００３９】Ｖｉｓｃａｌｅｘ ＨＶ ３０：Ａｌｌｉ
ｅｄ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ＧｍｂＨ、Ｈａｍｂｕｒｇの
市販品である、カルボキシル基含有アクリル系コポリマ
ー。
【００４０】Ｒｈｅｏｖｉｓ ＣＲ：Ａｌｌｉｅｄ Ｃ
ｏｌｌｏｉｄｓ ＧｍｂＨ、Ｈａｍｂｕｒｇの市販品で
ある、アクリレート入り増粘剤。
【００４１】本発明の特徴および態様は以下のとおりで
ある。
【００４２】１． １種以上の水溶性ポリマーを含む水
系液相内の研磨物質から本質的に成る切削用懸濁液。
【００４３】２． 上記懸濁液のオイル含有量が０．０
１重量％未満である第１項記載の切削用懸濁液。
【００４４】３． 該水溶性ポリマーがポリオキサイド
類、ポリエーテル類、ポリエチレンイミン類、ポリカル
ボキシレート類、改質セルロース類、ポリビニルアルコ
ール類、ポリ酢酸ビニル類、ポリビニルピロリドン類、
ポリビニルオキサゾリドン類、ポリエチレンスルホン酸
類、ポリスチレンスルホン酸類、ポリ燐酸類、ポリサリ
チル酸類、ポリビニルアミン類、ポリビニルピリジン
類、ポリビニル硫酸類、ポリジアリルジメチルアンモニ
ウムクロライド類、ポリブレン類、ポリビニルホスホン
酸類、ポリエチレンホスホン酸類、ポリマレイン酸類お
よびポリ（２−メタアクリロイルオキシエタン−１−ス
ルホン酸）類から成る群から選択される少なくとも１種
のポリマーから成る第１項記載の切削用懸濁液。
【００４５】４． 該水相の粘度が１０から１０００ｍ
Ｐａｓである第１項記載の切削用懸濁液。
【００４６】５． 該水溶性ポリマー類が弱酸性基を含
んでいる第１項記載の切削用懸濁液。
【００４７】６． １種以上の水溶性ポリマーがポリカ
ルボキシレートである第１項記載の切削用懸濁液。
【００４８】７． 該１種以上の水溶性ポリマー類が、
５００から１，０００，０００の平均分子量を示すポリ
アクリル酸および５００から１，０００，０００の平均
分子量を示すポリアクリレートから成る群から選択され
る少なくとも１種のポリマーから成る第１項記載の切削
用懸濁液。
【００４９】８． 該懸濁液のｐＨが＞６である第１項
記載の切削用懸濁液。
【００５０】９． 該水相が界面活性剤を含んでおりそ
して該懸濁液の表面張力が４０ｍＮ／ｍ未満である第１
項記載の切削用懸濁液。
【００５１】１０． 該懸濁液が抗腐食剤を含んでいる
第１項記載の切削用懸濁液。
【００５２】１１． 該研磨物質が、金属類、金属また
は半金属の炭化物、金属または半金属の窒化物、金属ま
たは半金属の炭窒化物、金属または半金属のオキシ窒化
物、金属または半金属の酸化物、金属または半金属のホ
ウ化物およびダイアモンドから成る群から選択される少
なくとも１種の材料を含んでいる粉末であり、ここで、
この金属または半金属元素が周期律システムの３Ａ、４
Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂまたは８Ｂ族
由来のものである第１項記載の切削用懸濁液。
【００５３】１２． 該研磨物質が、酸化アルミニウ
ム、炭化ホウ素、酸化鉄、炭化チタン、酸化ジルコニウ
ム、窒化チタン、窒化ケイ素および二酸化ケイ素から成
る群から選択される少なくとも１種の材料から本質的に
成る粉末である第１１項記載の切削用懸濁液。
【００５４】１３． 該研磨物質がダイアモンド、炭化
ケイ素またはそれらの混合物である第１１項記載の切削
用懸濁液。
【００５５】１４． 該研磨物質の平均粒子サイズが
０．２から１００μｍである第１項記載の切削用懸濁
液。
【００５６】１５． 該水溶性ポリマーがポリオキサイ
ド類、ポリエーテル類、ポリエチレンイミン類、ポリカ
ルボキシレート類、改質セルロース類、ポリビニルアル
コール類、ポリ酢酸ビニル類、ポリビニルピロリドン
類、ポリビニルオキサゾリドン類、ポリエチレンスルホ
ン酸類、ポリスチレンスルホン酸類、ポリ燐酸類、ポリ
サリチル酸類、ポリビニルアミン類、ポリビニルピリジ
ン類、ポリビニル硫酸類、ポリジアリルジメチルアンモ
ニウムクロライド類、ポリブレン類、ポリビニルホスホ
ン酸類、ポリエチレンホスホン酸類、ポリマレイン酸類
およびポリ（２−メタアクリロイルオキシエタン−１−
スルホン酸）類から成る群から選択される少なくとも１
種のポリマーの少なくとも１種のコポリマーから成る第
１項記載の切削用懸濁液。
【００５７】１６． 上記懸濁液が、少なくとも１種の
水溶性ポリマーを含む水系液相内の研磨物質から成る第
１項記載の切削用懸濁液。
【００５８】１７． 水系液相内の研磨物質から本質的
に成っており、上記水系液相のｐＨが＞６であり、そし
て（１）少なくとも１種の水溶性ポリマー、（２）少な
くとも１種の抗腐食剤、および（３）少なくとも１種の
界面活性剤を含んでいる切削用懸濁液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 //(Ｃ１０Ｍ 173/02 107:14 107:20 107:40 107:46 107:48 125:02 125:04 125:08 125:10 125:20 125:26） Ｃ１０Ｎ 40:22 (72)発明者 ボウデビーン・バン・レント ドイツ51427ベルギツシユグラートバツ ハ・インデアアウエン19 (72)発明者 ミヒヤエル・シフアー ドイツ47574ゴツホ・ガルテンシユトラー セ90 (72)発明者 ロベルト・テイシユタウ ドイツ40489デユツセルドルフ・ゼンゲル スベーク61

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １種以上の水溶性ポリマーを含む水系液
    相内の研磨物質から本質的に成る切削用懸濁液。
  2. 【請求項２】 該水溶性ポリマーがポリオキサイド類、
    ポリエーテル類、ポリエチレンイミン類、ポリカルボキ
    シレート類、改質セルロース類、ポリビニルアルコール
    類、ポリ酢酸ビニル類、ポリビニルピロリドン類、ポリ
    ビニルオキサゾリドン類、ポリエチレンスルホン酸類、
    ポリスチレンスルホン酸類、ポリ燐酸類、ポリサリチル
    酸類、ポリビニルアミン類、ポリビニルピリジン類、ポ
    リビニル硫酸類、ポリジアリルジメチルアンモニウムク
    ロライド類、ポリブレン類、ポリビニルホスホン酸類、
    ポリエチレンホスホン酸類、ポリマレイン酸類およびポ
    リ（２−メタアクリロイルオキシエタン−１−スルホン
    酸）類から成る群から選択される少なくとも１種のポリ
    マーから成る請求項１記載の切削用懸濁液。
  3. 【請求項３】 該研磨物質が、金属類、金属または半金
    属の炭化物、金属または半金属の窒化物、金属または半
    金属の炭窒化物、金属または半金属のオキシ窒化物、金
    属または半金属の酸化物、金属または半金属のホウ化物
    およびダイアモンドから成る群から選択される少なくと
    も１種の材料を含んでいる粉末であり、ここで、この金
    属または半金属元素が周期律システムの３Ａ、４Ａ、５
    Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂまたは８Ｂ族由来の
    ものである請求項１記載の切削用懸濁液。
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