JPWO2014083590A1 - クーラント再生方法、及びクーラント再生装置 - Google Patents
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Abstract
ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生方法であって、中空状の1又は複数の中空糸膜の各中空部内を前記クーラントが層流状態で流れるように、各中空糸膜の一端から中空部内に前記クーラントをそれぞれ供給し、中空糸膜における膜の孔径は、0.05μm以下であることを特徴とする。
Description
本発明は、ワイヤソーによってシリコン等のインゴットを切断するときに使用したクーラントから切削屑等の混入物を除去し、当該クーラントを再利用可能にするクーラント再生方法、及びクーラント再生装置に関するものである。
太陽電池等に用いられるシリコンウエハは、ワイヤソーによってシリコンインゴットを切断(スライス)することによって得られる。シリコンインゴットを切断する方法には、固定砥粒方式と遊離砥粒方式との2種類がある。固定砥粒方式は、炭化ケイ素等の砥粒を固着させたワイヤソーと、クーラント(冷却液)とを用いてシリコンインゴットを切断する。また、遊離砥粒方式は、ワイヤソーと、砥粒を含んだクーラント(スラリー)とを用いてシリコンインゴットを切断する。
一般に、シリコンインゴットの切断工程において使用されたクーラント(使用済クーラント)は、製造コストの観点から再利用される。この使用済クーラントには、シリコンの切削屑(以下、単に「切削屑」とも称する。)、ワイヤソー自体の金属粒、砥粒(遊離砥粒方式での切断の場合)等の混入物が含まれている。このため、使用済クーラントがそのまま再利用されると、シリコンウエハ表面の傷、シリコンウエハの破損、切断機械の劣化等の原因となる。そこで、使用済クーラントは、ろ過、遠心分離等によって切削屑等の混入物を除去した後に再利用される。
例えば、特許文献1は、シリコンインゴットの切断工程において使用したクーラントを膜ろ過によって再利用可能にする方法(クーラント再生方法)を開示する。このクーラント再生方法では、ろ過膜を用いて使用済クーラントをろ過することにより、前記クーラントから混入物を除去する。詳しくは、以下の通りである。
前記クーラント再生方法は、ろ過膜の孔の孔径(膜孔径)が1〜10μmのセラミック膜をろ過膜として用いている。このろ過膜は、中空筒状(円筒形状)である。そして、この中空筒状のろ過膜の中空部内又は外側において使用済クーラントをろ過膜の表面(ろ過膜表面)に対して平行に流す所謂クロスフロー方式のろ過によって、使用済クーラントから切削屑等の混入物を除去している。
このクロスフロー方式のろ過では、通常、ろ過膜表面に対する使用済クーラントの流速を大きくする。これにより、ろ過膜表面に堆積しようとする切削屑等の混入物が使用済のクーラントの流れによって掻き取られるため、ろ過膜表面への混入物の堆積が抑えられ、その結果、ろ過膜の膜詰まりが抑えられる。
ここで、クーラント再生方法において、セラミック膜が用いられるとコストが高くなるため、近年では、有機性のろ過膜(有機膜)が用いられている。例えば、特許文献2が開示するクーラント再生方法では、ろ過膜の孔径が0.1μmの有機膜が用いられている。
しかしながら、有機膜はセラミック膜に比べて柔らかいため、切削屑等の混入物を含む使用済クーラントをろ過すると、ろ過膜表面の摩耗等の損傷が生じ易かった。
本発明の目的は、クーラントを中空糸膜によってろ過するときに、当該クーラントの混入物によって前記中空糸膜が損傷し難いクーラント再生方法、及びクーラント再生装置を提供することである。
本発明の一つの面であるクーラント再生方法によれば、ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生方法であって、中空状の1又は複数の中空糸膜の各中空部内を前記クーラントが層流状態で流れるように、前記クーラントを前記各中空部内にそれぞれ供給するろ過工程を備え、前記中空糸膜における膜の孔径は、0.05μm以下である。
また、本発明の一つの面であるクーラント再生装置によれば、ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生装置であって、中空状の1又は複数の中空糸膜と、前記クーラントを各中空糸膜の中空部内に供給する供給部と、を備える。そして、前記中空糸膜における膜の孔径は0.05μm以下であり、前記供給部は、前記クーラントが前記各中空部内を層流状態で流れるように前記クーラントを供給する。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図2を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係るクーラント再生装置の概略構成図であり、図2は、前記クーラント再生装置のろ過膜モジュールの一部破断斜視図である。
本実施形態のクーラント再生装置は、例えば、半導体、太陽電池等に利用されるシリコンウエハの製造工程において、シリコンインゴットをワイヤソーによって切断するときに使用されたクーラント(冷却液)から混入物を除去し、当該クーラントを再利用可能にする。尚、シリコンインゴットの切断方法は、固定砥粒方式と遊離砥粒方式とのいずれであってもよい。
クーラントは、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、低分子量のポリエチレングリコール等の水溶性溶剤を含む。このクーラントの粘度は、20〜60cp程度である。尚、クーラントは水で希釈される場合、各種添加物が添加される場合等がある。このため、クーラントの成分及び粘度は、前記の成分及び粘度に限定されない。
以下、図1及び図2を参照しつつ、クーラント再生装置10について具体的に説明する。
クーラント再生装置10は、貯留部12と、膜ろ過部14と、遠心分離部(遠心分離装置)16と、を備える。
貯留部12は、処理槽121と、攪拌部122とを有する。
処理槽121は、シリコンインゴットをワイヤソーによって切断するときに使用したクーラント(使用済クーラント)を貯留する。この使用済クーラントは、シリコンインゴットをワイヤソーによって切断する際に発生する摩擦熱を冷却する目的、及び、切断により発生するシリコンインゴットの削り屑(シリコン切削屑)を分散して切断部から排出する目的等で使用されたものである。従って、使用済クーラントには、シリコンの切削屑、ワイヤソー自体の金属粒、砥粒(遊離砥粒方式での切断の場合)等の混入物が含まれている。
攪拌部122は、処理槽121内に配置される攪拌翼123と、この攪拌翼123が回転軸124aを介して接続されるモータ124と、を有する。回転軸124aは、上下方向に延びている。モータ124は、回転軸124aを中心に攪拌翼123を回転させる。このような攪拌部122は、モータ124が攪拌翼123を回転させることによって、処理槽121内に貯留されている使用済クーラントを攪拌する。本実施形態の攪拌部122は、膜ろ過部14と遠心分離部16とが作動しているときに、処理槽121内に貯留されている使用済クーラントを攪拌する。
膜ろ過部14は、ろ過膜モジュール20と、ろ過側供給路(供給部)141と、ろ過側返還路(返還部)143と、ろ過液貯留槽144と、を有する。この膜ろ過部14は、処理槽121に貯留された使用済クーラントをろ過して当該クーラントに含まれる混入物を除去し、ろ過によって混入物が除去された後のクーラントをろ過液貯留槽144に送る。
ろ過膜モジュール20は、多数(複数)の中空糸膜22、22、…が束ねられたろ過部21と、ろ過部21を収容するハウジング25と、を有する。ろ過部21の長手方向両端部(接着層)24では、隣接する中空糸膜22、22同士が樹脂系の接着剤27等によって接着されている。これにより、多数の中空糸膜22、22、…が円柱状に束ねられた状態が維持される。また、接着層24では、隣接する中空糸膜22、22間が前記接着剤27等によって隙間なく塞がれている。これにより、使用済クーラントが、束ねられた多数の中空糸膜22、22、…の各中空部23内に供給されるときに、中空糸膜22、22間に浸入しない。即ち、中空糸膜22、22間への使用済クーラントの浸入が防がれる。
各中空糸膜22は、両端が開放された中空状である。即ち、中空糸膜22では、中空部23を囲う周壁がろ過を行う膜であり、中空部23内に供給された被処理液(本実施形態では混入物を含むクーラント)が周壁を径外方向に通過することによって被処理液がろ過される。本実施形態の中空糸膜22は、有機膜によって構成された有機性中空糸膜である。尚、中空糸膜22の素材は、柔軟で成形加工が容易である点で有機膜が好ましい。例えば、本実施形態のような内径の小さな中空糸膜22(本実施形態では外径が1〜4mm)であっても製造し易い。
本実施形態の中空糸膜22では、例えば、外径が1〜4mm、内径(中空部23の直径)が0.5〜3mmである。製造の容易性、及びモジュールに加工したときの有効膜ろ過面積の観点から、外径が1.5〜2.5mm、内径が0.8〜1.5mmが好ましい。また、この中空糸膜22の分画分子量は、例えば、13000であり、中空糸膜22の周壁(膜)に形成される孔の径(膜孔径)は、例えば、0.003μmである。この膜孔径は、使用済クーラントに含まれる混入物の平均粒径に基づいて設定され、0.001〜0.05μmが好ましい。尚、本実施形態の使用済クーラントに含まれる混入物の粒径分布は、約0.15〜5μmである。
尚、本実施形態では、粒子径標準粒子サンプルを数種類用いてろ過試験を行って粒子径と粒子のカット率の関係をグラフ化し、得られる近似曲線から90%のカット率の粒子径を求め、これを膜孔径とした。
ハウジング25は、ハウジング本体250と、被処理液導入部251と、濃縮液排出部252と、ろ過液排出部253と、を備える。
ハウジング本体250は、円筒形状を有し、内部にろ過部21(中空糸膜22の束)を収容する。被処理液導入部251は、ハウジング本体250の一端側(図2における左側)に設けられ、外部から供給される被処理液(本実施形態では、ろ過される前の使用済クーラント)を各中空糸膜22の一端側開口に案内する。濃縮液排出部252は、ハウジング本体250の他端側(図2における右側)に設けられ、各中空糸膜22の他端側開口から排出される濃縮液(本実施形態では混入物が濃縮された状態のクーラント)を外部に排出する。ろ過液排出部253は、ハウジング本体250の外周面から径外方向に延び、ハウジング本体250の中空部と外部とを連通する。このろ過液排出部253は、各中空糸膜22の周壁を通過してろ過部21(中空糸膜22の束)とハウジング本体250の内周面との間に到達したろ過液(本実施形態ではろ過後のクーラント)を外部に排出する。
このように構成されるハウジング25では、両端部において、Oリング26がハウジング本体250とろ過部21との間に設けられている。このOリング26は、ハウジング本体250の内周面とろ過部21(中空糸膜22の束)の外周面との間を液密に塞ぐ。これにより、被処理液導入部251内の被処理液、及び濃縮液排出部252内の濃縮液がハウジング本体250の内周面とろ過部21(中空糸膜22の束)との間に浸入するのを防ぐことができる。
ろ過側供給路141は、処理槽121とろ過膜モジュール20の被処理液導入部251とを接続しており、処理槽121内の使用済クーラントをろ過膜モジュール20の被処理液導入部251まで案内する。このろ過側供給路141にはポンプ142が設けられている。このポンプ142が駆動することによって、処理槽121内の使用済クーラントがろ過側供給路141を通じてろ過膜モジュール20に供給される。
このろ過側供給路141は、使用済クーラントが各中空糸膜22の中空部23内を一端側(図2における左側端部)から他端側(図2における右側端部)に向かって層流状態で流れるように、被処理液導入部251に供給する使用済クーラントの流量等を調整する。具体的に、ろ過側供給路141は、各中空糸膜22の中空部23内を流れるクーラントのレイノルズ数が好ましくは10〜2000、より好ましくは10〜500、さらに好ましくは10〜200となるように、クーラントを被処理液導入部251に供給する。
ろ過側返還路143は、ろ過膜モジュール20の濃縮液排出部252と処理槽121とを接続しており、ろ過膜モジュール20において濃縮されたクーラント(廃クーラント)を処理槽121まで案内する。この廃クーラントは、ろ過膜モジュール20における膜ろ過によって混入物の濃度が高くなった(即ち、混入物が濃縮された)状態のクーラントである。
ろ過液貯留槽144は、ろ過膜モジュール20のろ過液排出部253から排出された処理済クーラントを貯留する。
遠心分離部16は、遠心分離機161と、分離物貯留槽166と、分離側供給路167と、分離側返還路169と、を有する。この遠心分離部16は、処理槽121に貯留されたクーラントから、当該クーラントに含まれる比較的粒径の大きな混入物を遠心分離によって分離(除去)し、この混入物が分離された後のクーラントを処理槽121に戻す。
遠心分離機161は、筐体162と、ボウル163と、モータ164と、掻き取り板165と、を備える。ボウル163は、上側が円筒状で且つ下側が円錐状の形状を有し、筐体162内に配置される。このボウル163の下端は開口している。また、ボウル163は、上下方向に延びる回転軸164aを介してモータ164に接続されている。モータ164は、回転軸164aを回転駆動することにより、回転軸164aを中心にしてボウル163を回転させる。掻き取り板165は、その側端部によってボウル163の内壁面に付着した混入物を掻き落とす。
この遠心分離機161は、ボウル163の回転による遠心力を利用してボウル163内に供給されたクーラントと混入物(シリコン切削屑、ワイヤソー自体の金属粒、砥粒(遊離砥粒方式での切断の場合))とを分離する。本実施形態の遠心分離機161は、いわゆる縦型の遠心分離機であるが、ボウルの回転軸が水平若しくは略水平に配置されたいわゆる横型の遠心分離機であってもよい。
この遠心分離機161では、掻き取り時に、ボウル163の回転速度を低下させた状態で、掻き取り板165の側端部がボウル163の内壁面に近づくように掻き取り板165が移動する。掻き取り板165によって掻き落とされた混入物は、ボウル163の下端の開口を通じて分離物貯留槽166に排出される。
分離側供給路167は、処理槽121と遠心分離機161の導入部(図示省略)とを接続しており、処理槽121内のクーラントを遠心分離機161まで案内する。この分離側供給路167にはポンプ168が設けられている。このポンプ168の駆動によって、処理槽121内のクーラントが分離側供給路167を通じて遠心分離機161の前記導入部に供給される。
分離側返還路169は、遠心分離機161の排出部(図示省略)と処理槽121とを接続しており、遠心分離機161において比較的大きな混入物が分離されたクーラント(分離済クーラント)を処理槽121まで案内する。
以上のように構成されるクーラント再生装置10は、例えば、混入物の濃度が10重量%以上のクーラントを再利用可能に再生する。
例えば、このクーラント再生装置10は、2〜3本のシリコンインゴットを切断したときに用いられた使用済クーラントをバッチ処理する。シリコンインゴットの大きさが15cm×15cm×45cm、シリコンの比重が2.3、シリコンインゴットの損失(切断の際に切削屑となる割合)が約50%の場合、2本のシリコンインゴットが切断されると、発生する切削屑等は約23kgとなる。このとき、使用されるクーラントの量は、200kgである。この場合、使用済クーラントの混入物の濃度(重量%)は、(23/223)×100=10.3%となる。
クーラント再生装置10は、このような使用済クーラントを処理して(混入物を取り除いて)再利用可能にする。
この処理において、本実施形態のクーラント再生装置10では、膜ろ過部14の各中空糸膜22の中空部23内を使用済クーラントが層流状態で流れるため、乱流状態で流れる場合に比べ、使用済クーラントに含まれる混入物が中空糸膜22の内周面(中空部23を囲むろ過膜表面)に衝突し難い。このため、中空糸膜22によるろ過によって使用済クーラントの混入物を除去する際に、混入物の衝突に起因するろ過膜表面(内周面)の摩耗等による中空糸膜22の損傷を効果的に防ぐことができる。詳しくは、以下の通りである。
従来のクーラント再生方法では、有機性中空糸膜を用いると、摩耗等の損傷が当該有機性中空糸膜のろ過膜表面に生じ易かった。この損傷の原因を鋭意検討した結果、ろ過膜表面に対する使用済クーラントの流速が大きいため、ろ過膜表面の近傍におけるクーラントの流れが乱流状態となっており、使用済クーラントに含まれる混入物がこの乱流によってろ過膜表面に衝突することでろ過膜表面の損傷が生じることを発見した。そこで、クーラント再生装置10では、中空糸膜22の中空部23内に使用済クーラントを層流状態で流すことによって、前記混入物の中空糸膜22の内周面(ろ過膜表面)への衝突を抑え、これにより、中空糸膜22の損傷を防いでいる。
また、本実施形態のクーラント再生装置10は、中空糸膜22による膜ろ過と、遠心分離器による遠心分離とを並行して(同時に)行う。これにより、使用済クーラントに含まれる比較的大きな切削屑等を遠心分離によって効果的に除去しつつ、遠心分離によって除去し難い大きさの(即ち、比較的小さな)混入物が含まれる使用済クーラントから処理済クーラントを中空糸膜によって同時に分離することができる。その結果、本実施形態のクーラント再生装置10では、混入物の濃度の高いクーラントから高品質の(即ち、混入物がより少ない)再生クーラントを短時間で得ることができる。詳しくは、以下の通りである。
クーラント再生装置10では、各中空糸膜22の膜孔径を0.05μm以下(本実施形態では、0.003μm)にして使用済クーラントの混入物の粒径分布(約0.15〜5μm)よりも膜孔径を小さくしている。また、使用済クーラントが中空部23内を層流状態で流れるようにして使用済クーラントの混入物(切削屑等)が中空糸膜22の内周面に衝突し難いようにしている。従って、本実施形態のクーラント再生装置10では、混入物の濃度の高い使用済クーラント(例えば、混入物の濃度が10重量%以上のクーラント)を処理する場合であっても、ろ過膜モジュール20の各中空糸膜22において膜詰まりが生じ難く、膜ろ過を長時間安定して行うことができる。即ち、混入物の濃度の高い使用済クーラントをろ過しても中空糸膜22が膜詰まりし難いため、遠心分離を高効率で行える混入物濃度の高い使用済クーラントを処理しても、膜ろ過を安定して長時間行うことができる。これにより、使用済クーラントに含まれる比較的大きな切削屑等を遠心分離によって効果的に除去しつつ、遠心分離によって除去し難い大きさの(即ち、比較的小さな)混入物が含まれる使用済クーラントから処理済クーラントを中空糸膜によって同時に分離することが可能となる。その結果、本実施形態のクーラント再生装置10では、混入物の濃度の高い使用済クーラントから高品質の(即ち、混入物がより少ない)再生クーラントを短時間で得ることができる。
尚、従来の中空糸膜を用いた内圧式(中空部に被処理液を流すろ過方式)のろ過では、クーラントのような粘度の高い流体をろ過する場合、膜孔径の大きな中空糸膜が用いられていた。また、内周面(ろ過膜表面)に対する被処理液の流速が大きくなるように、被処理液が中空部内に供給されていた。これは、中空糸膜の内周面に堆積しようとする混入物を乱流状態の被処理液によって掻き取るようにするためである。膜孔径の大きな中空糸膜が用いられているため、混入物が中空糸膜内(中空部を囲む周壁内)に入り込んで中空糸膜の膜詰まりが生じやすく、混入物の濃度が遠心分離を高効率で行える濃度よりも低い使用済クーラントをろ過しなければ、短時間で膜詰まりが生じて膜ろ過を安定して行うことができなかった。しかも、中空糸膜の中空部内を流れる使用済クーラントが乱流状態になるため、混入物の衝突によって内周面が摩耗等して中空糸膜が損傷し易かった。
本実施形態のクーラント再生装置10は、膜ろ過部14において定期的に逆流洗浄(逆洗)を行う。これにより、各中空糸膜22における膜詰まりがより生じ難くなる。
また、クーラント再生装置10では、逆洗を行うことによって、中空糸膜22の内周面に堆積した比較的粒径の小さな混入物が、ある程度の大きさを有する塊となって内周面から剥離する。この剥離した塊は、逆洗の際に、ろ過側供給路141を通じて処理槽121まで流される。この処理槽121に戻された前記塊は、粒径の大きな混入物と同様の挙動を示すため、遠心分離部16において使用済クーラントから好適に分離される。
本発明のクーラント再生装置、及びクーラント再生方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態のクーラント再生装置10は、シリコンインゴットを切断したときに使用されたクーラントを再利用可能にしている(再生している)が、シリコン以外のインゴット(例えば、サファイア等のインゴット)を切断したときに使用したクーラントを再生してもよい。
また、上記実施形態のクーラント再生装置10では、中空糸膜22による膜ろ過と、遠心分離機161による遠心分離とが並行して行われるが、この構成に限定されない。例えば、クーラント再生装置は、中空糸膜22による膜ろ過のみを行う構成でもよい。かかる構成によっても、中空部23内を流れる使用済クーラントが層流状態となるように各中空糸膜22の中空部23内に使用済クーラントを供給することによって、使用済クーラントの混入物の衝突による中空糸膜22の損傷が抑制される。さらに、中空糸膜22の膜孔径を0.05μm以下とすることにより、混入物による膜詰まりも抑えられ、長時間安定して膜ろ過を行うことができる。
また、上記実施形態のクーラント再生装置10が処理する使用済クーラントの混入物の濃度は10重量%以上であるが、この濃度に限定されない。即ち、クーラント再生装置10は、混入物の濃度が10重量%未満の使用済クーラントを処理してもよい。この混入物の濃度が10重量%未満の使用済クーラントは、例えば、切断するシリコンインゴットの量が少ない場合(切断するシリコンインゴットが1本の場合、又は上記実施形態のシリコンインゴットよりも小さなものを切断する場合等)に生じる。この場合、クーラント再生装置10は、遠心分離部16を停止させて膜ろ過部14のみを作動させてもよい。
また、上記実施形態のクーラント再生装置10では、使用済クーラントがハウジング25内に配置された多数(複数)の中空糸膜22、22、…によってろ過されているが、この構成に限定されない。中空糸膜22が、例えば、ハウジング25内に1つだけ配置される構成であってもよい。
ここで、上記実施形態のクーラント再生装置及びクーラント再生方法の効果を確認するために、上記実施形態のクーラント再生装置を用い、中空糸膜の膜孔径を変えて使用済クーラントの処理をそれぞれ行なった。その結果を図3と以下の表1とに示す。
尚、このとき用いた中空糸膜は、膜孔径が0.003μm(上記実施形態と同じ孔径)のもの(表1の実施例1〜3、比較例3)と、0.02μmのもの(表1の実施例4)と、0.04μmのもの(表1の実施例5)と、0.1μmのもの(表1の比較例1)と、2μmのもの(表1の比較例2)である。これら各中空糸膜の分画粒子径は13000であり、有効膜ろ過面積は10m2である。また、流束(flux)の初期値は20L/m2・hrに調整し、逆流洗浄はろ過液を30分に1度、15秒間逆流させる。また、処理前のクーラントの混入物の濃度は約10重量%である。
これらの結果から、中空糸膜の膜孔径が小さい程、膜詰まりが生じ難いことがわかる。即ち、膜孔径が小さい程、ろ過継続時間が大きくなっている。また、中空糸膜の膜孔径をクーラントに含まれる混入物の粒径分布(約0.15〜5μm)よりも十分に小さくすることによって(本実施例では、例えば、0.003μmの場合)、通算ろ過量が10000L/m2となっても中空糸膜における透過流束が殆ど低下しないことがわかる。尚、実施例1〜5の中空糸膜の分画粒子径は13000であるが、分画粒子径が5000の中空糸膜を用いて上記同様のクーラントの再生処理を行なった場合も、通算ろ過量が10000L/m2となっても中空糸膜における透過流束が殆ど低下しなかった。
以上より、中空糸膜の中空部内を流れる使用済クーラントを層流状態にし、且つ膜孔径を混入物より小さくすることによって、中空糸膜の膜詰まりを効果的に抑制することができることが確認できた。
[実施の形態の概要]
以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。
以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。
即ち、上記の実施形態に係るクーラント再生方法では、ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生方法であって、中空状の1又は複数の中空糸膜の各中空部内を前記クーラントが層流状態で流れるように、前記クーラントを前記各中空部内にそれぞれ供給するろ過工程を備え、前記中空糸膜における膜の孔径は、0.05μm以下である。
かかる構成によれば、各中空糸膜の中空部内をクーラントが層流状態で流れるため、乱流状態で流れる場合に比べ、クーラントに含まれるインゴットの切削屑、ワイヤソー自体の金属粒、砥粒(遊離砥粒方式でインゴットを切断した場合)等の混入物が中空糸膜の内周面(中空部を囲むろ過膜表面)に衝突し難くなる。これにより、中空糸膜によってクーラントの混入物を除去する際に、混入物の衝突に起因する中空糸膜(ろ過膜)の損傷を効果的に防ぐことができる。
また、中空糸膜における膜の孔径が0.05μm以下であるため、使用済クーラントに含まれる混入物の粒径よりも膜の孔径(膜孔径)が小さいため、中空糸膜内(中空部を囲う周壁内)に混入物が入り込み難く、これにより、中空糸膜が混入物によって膜詰まりし難くなる。従って、クーラントが層流で流れることによって混入物が内周面(ろ過膜表面)に堆積することがあるとしても、中空糸膜の寿命が短くなるのを防止することができる。
上記実施形態のクーラント再生方法では、例えば、前記各中空部内を流れるクーラントのレイノルズ数は10〜2000であってもよい。
また、上記実施形態のクーラント再生方法では、クーラントの混入物が中空糸膜の内周面に衝突し難く、且つ中空糸膜における膜詰まりが生じ難いため、前記中空部内に供給されるクーラントの混入物の濃度が10重量%以上であっても、好適な膜ろ過を長時間行うことができる。
また、上記実施形態のクーラント再生方法では、前記中空糸膜は有機性中空糸膜であってもよい。
有機性のろ過膜(有機膜)は、無機膜に比べて柔軟で成形加工し易い。そのため、内径(中空部の直径)の小さな中空糸膜を容易に形成することができる。
また、上記実施形態のクーラント再生方法は、前記ろ過工程において各中空糸膜の中空部を通過して濃縮された前記クーラントを、前記インゴットの切断に用いられたクーラントが貯留された処理槽に戻す返還工程を、備える。そして、前記ろ過工程では、前記処理槽に貯留されているクーラントが前記各中空糸膜の中空部内に供給されることが好ましい。
かかる構成によれば、処理槽と中空糸膜との間でクーラントを循環させてろ過し続けることができる。これにより、クーラントに含まれる混入物の除去をより確実に行うことができる。
また、上記実施形態のクーラント再生方法は、前記処理槽に貯留された前記クーラントを遠心分離し、遠心分離後のクーラントを前記処理槽に戻す遠心分離工程を備える。そして、前記ろ過工程及び前記返還工程と、前記遠心分離工程とが並行して行われることが好ましい。
通常、中空糸膜を用いた内圧式(中空部にろ過前の流体を流す方式)のろ過では、混入物の濃度の高いクーラントをろ過する場合、中空糸膜において膜詰まりが短時間で起こり、膜ろ過を安定して長時間行うことができない。しかし、上記実施形態のクーラント再生方法によれば、混入物の濃度の高いクーラントを処理する場合であっても、各中空糸膜において膜詰まりが生じ難く、これにより、膜ろ過を長時間安定して行うことができる。しかも、混入物の濃度の高いクーラントを処理することによって、遠心分離が高効率で行われるため、高品質の(即ち、混入物がより少ない)再生クーラントを短時間で得ることができる。
さらに、クーラントに含まれる比較的大きな切削屑等を遠心分離によって効果的に除去しつつ、遠心分離によって除去し難い大きさの(即ち、比較的小さな)切削屑等が含まれる使用済クーラントから処理済クーラント(膜ろ過後のクーラント)を中空糸膜によって同時に分離することができるため、混入物の濃度の高いクーラントから高品質の再生クーラントを短時間で得ることができる。
また、上記実施形態のクーラント再生装置は、ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生装置であって、中空状の1又は複数の中空糸膜と、前記クーラントを各中空糸膜の中空部内に供給する供給部と、を備える。そして、前記中空糸膜における膜の孔径は0.05μm以下であり、前記供給部は、前記クーラントが前記各中空部内を層流状態で流れるように前記クーラントを供給する。
かかる構成によれば、各中空糸膜の中空部内をクーラントが層流状態で流れるため、乱流状態で流れる場合に比べ、クーラントに含まれる混入物が中空糸膜の内周面に衝突し難くなる。これにより、中空糸膜によってクーラントの混入物を除去する際に、混入物の衝突に起因する中空糸膜の損傷を効果的に防ぐことができる。
また、前記中空糸膜における膜の孔径が0.05μm以下であるため、クーラントに含まれる混入物の粒径よりも膜の孔径(膜孔径)が小さいため中空糸膜内(中空部を囲う周壁内)に混入物が入り込み難く、これにより、中空糸膜が混入物によって膜詰まりし難くなる。従って、クーラントが層流で流れることによって混入物が内周面(ろ過膜表面)に堆積することがあるとしても、中空糸膜の寿命が短くなるのを防止することができる。
また、上記実施形態のクーラント再生装置は、前記インゴットの切断に用いられたクーラントが貯留される処理槽と、前記各中空糸膜の中空部を通過して濃縮された前記クーラントを前記処理槽に戻す返還部と、前記処理槽内のクーラントを遠心分離し、遠心分離後のクーラントを前記処理槽に戻す遠心分離装置と、を備える。そして、前記供給部は、前記処理槽に貯留されたクーラントを前記各中空糸膜の中空部内に供給することが好ましい。
かかる構成によれば、混入物の濃度の高いクーラントを処理する場合であっても、各中空糸膜において膜詰まりが生じ難く、これにより、膜ろ過を長時間安定して行うことができる。しかも、混入物の濃度の高いクーラントを処理することによって、遠心分離が高効率で行われるため、高品質の(即ち、混入物がより少ない)再生クーラントを短時間で得ることができる。
さらに、クーラントに含まれる比較的大きな切削屑等を遠心分離によって効果的に除去しつつ、遠心分離によって除去し難い大きさの(即ち、比較的小さな)切削屑等を中空糸膜によって同時に除去することができるため、混入物の濃度の高いクーラントから高品質の再生クーラントを短時間で得ることができる。
本発明は、クーラント再生方法、及びクーラント再生装置を提供する。
本発明の一つの面であるクーラント再生方法によれば、ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられ、前記インゴットの削り屑を含むクーラントを再利用可能にするクーラント再生方法であって、中空状の1又は複数の有機性中空糸膜の各中空部内を前記クーラントが層流状態で流れるように、前記クーラントを前記各中空部内にそれぞれ供給し、前記中空部内に供給された前記クーラントが前記中空糸膜の周壁を径外方向に通過することによってろ過されるろ過工程を備え、前記中空糸膜における膜の孔径は、0.05μm以下である。
また、本発明の一つの面であるクーラント再生装置によれば、ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられ、前記インゴットの削り屑を含むクーラントを再利用可能にするクーラント再生装置であって、中空状の1又は複数の有機性中空糸膜と、前記クーラントが各中空糸膜の中空部内を層流状態で流れるように前記クーラントを各中空糸膜の中空部内に供給する供給部と、を備える。そして、前記中空糸膜における膜の孔径は0.05μm以下であり、前記中空部内に供給された前記クーラントが前記中空糸膜の周壁を径外方向に通過することによってろ過される。
Claims (8)
- ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生方法であって、
中空状の1又は複数の中空糸膜の各中空部内を前記クーラントが層流状態で流れるように、前記クーラントを前記各中空部内にそれぞれ供給するろ過工程を備え、
前記中空糸膜における膜の孔径は、0.05μm以下である、クーラント再生方法。 - 前記各中空部内を流れるクーラントのレイノルズ数は10〜2000である、請求項1に記載のクーラント再生方法。
- 前記中空部内に供給されるクーラントの混入物の濃度が10重量%以上である、請求項1又は2に記載のクーラント再生方法。
- 前記中空糸膜は有機性中空糸膜である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のクーラント再生方法。
- 前記ろ過工程において各中空糸膜の中空部を通過して濃縮された前記クーラントを、前記インゴットの切断に用いられたクーラントが貯留された処理槽に戻す返還工程を、備え、
前記ろ過工程では、前記処理槽に貯留されているクーラントが前記各中空糸膜の中空部内に供給される、請求項1〜4のいずれか1項に記載のクーラント再生方法。 - 前記処理槽に貯留された前記クーラントを遠心分離し、遠心分離後のクーラントを前記処理槽に戻す遠心分離工程を備え、
前記ろ過工程及び前記返還工程と、前記遠心分離工程とが並行して行われる、請求項5に記載のクーラント再生方法。 - ワイヤソーによってインゴットを切断するときに用いられたクーラントを再利用可能にするクーラント再生装置であって、
中空状の1又は複数の中空糸膜と、
前記クーラントを各中空糸膜の中空部内に供給する供給部と、を備え、
前記中空糸膜における膜の孔径は0.05μm以下であり、
前記供給部は、前記クーラントが前記各中空部内を層流状態で流れるように前記クーラントを供給する、クーラント再生装置。 - 前記インゴットの切断に用いられたクーラントが貯留される処理槽と、
前記各中空糸膜の中空部を通過して濃縮された前記クーラントを前記処理槽に戻す返還部と、
前記処理槽内のクーラントを遠心分離し、遠心分離後のクーラントを前記処理槽に戻す遠心分離装置と、を備え、
前記供給部は、前記処理槽に貯留されたクーラントを前記各中空糸膜の中空部内に供給する、請求項7に記載のクーラント再生装置。
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