再生クーラント、及びクーラント再生方法
【課題】０．１μｍ以下の粒径のシリコン微粒子の比率を抑えた再生クーラント、及びクーラント再生方法の提供することを課題とする。
【解決手段】クーラント再生方法１ａは、遠心分離ユニット２に使用済クーラント３を供給するクーラント供給工程Ｓ１と、使用済クーラント３を遠心分離する遠心分離工程Ｓ２と、分離した遠心分離液１９を回収する遠心分離液回収工程Ｓ３と、遠心分離液５を膜分離ユニット７に供給する遠心分離液供給工程Ｓ５と、遠心分離液１９を膜分離する膜分離工程Ｓ６と、分離された膜濾過液２１を回収する膜濾過液回収工程Ｓ７とを具備し、再生クーラント４は、残存シリコン成分が再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下であり、残存シリコン成分に含まれる０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下になる。
【解決手段】クーラント再生方法１ａは、遠心分離ユニット２に使用済クーラント３を供給するクーラント供給工程Ｓ１と、使用済クーラント３を遠心分離する遠心分離工程Ｓ２と、分離した遠心分離液１９を回収する遠心分離液回収工程Ｓ３と、遠心分離液５を膜分離ユニット７に供給する遠心分離液供給工程Ｓ５と、遠心分離液１９を膜分離する膜分離工程Ｓ６と、分離された膜濾過液２１を回収する膜濾過液回収工程Ｓ７とを具備し、再生クーラント４は、残存シリコン成分が再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下であり、残存シリコン成分に含まれる０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生クーラント、及びクーラント再生方法に関するものであり、特にシリコン材料を切断するスライシング工程で使用された使用済クーラントを再利用可能に再生した再生クーラント、及び当該再生クーラントのクーラント再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子や太陽電池パネルに使用される太陽電池素子等の各種製品を製造するために、多結晶或いはアモルファス性のシリコン材料が生産されている。生産されたシリコン材料は、一般的に塊状を呈しており、上記各素子として使用するためには予め規定されたサイズにカットする必要がある。このとき、シリコン材料をカットする工程（スライシング工程、または切断工程等）では、極細のワイヤーを利用したワイヤーソー切断装置が主に用いられている。係るワイヤーソー切断装置は、所定の張力で張設されたワイヤーを高速で稼動させ、シリコン材料と接触させることにより、互いが接触した部位で切断を行うものである。このとき、高速で稼動するワイヤーによって上記接触部位では摩擦熱が発生する。そのため、当該摩擦熱によってワイヤー自体が焼付けを起こし、破断や破損したり、熱変形することがあり、シリコン材料の切断精度を低下させる等のトラブルの要因となっていた。そこで、クーラントと呼ばれる有機液体をワイヤー及びシリコン材料の接触部位に連続的に供給し、発生した摩擦熱を除去することが行われている。なお、シリコン材料を切断するための硬質の砥粒をワイヤーに貼着した「固定砥粒方式」の他に、上記クーラントに砥粒を混入しクーラントと同時に接触部位に供給する「遊離砥粒方式」が行われることがある。
【０００３】
接触部位に供給された使用後のクーラントは、使用済クーラントとして回収される。この使用済クーラントは、スライシング加工の際にシリコン材料から発生した微細な屑（シリコン切削屑）が多量に混入している。なお、先に説明した「遊離砥粒方式」の場合、クーラントと共に供給される硬質ダイヤモンド等の砥粒も混在している。その結果、シリコン切削屑及びその他物質が混在した使用済クーラントを回収したままの状態で再利用することはできず、上記シリコン切削屑等を除去する処理を行う必要があった。例えば、周知の遠心分離装置を利用した遠心分離処理や膜分離フィルタを利用した膜分離処理等を用い、液体及び固体の混在した使用済クーラントから固体のシリコン切削屑等を除去し、再利用可能なクーラントを生成する再生技術についての開発が行われている（例えば、引用文献１及び引用文献２参照）。さらに、使用済クーラントを加熱し蒸留することによって、蒸留後のクーラントを再利用する試みもなされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した使用済クーラントから再生クーラントを生成する再生処理を行う場合、以下に掲げる問題点を生じることがあった。すなわち、シリコン材料を切断するスライシング工程によって発生するシリコン切削屑は、０．１μｍ以下の非常に微細なシリコン微粒子と１μｍ以上の比較的大きなシリコン粒子とが混在し、その粒度分布が０．１μｍ付近と１μｍ付近とにそれぞれピークを有する所謂「二峰性」の性状を呈することが一般に知られていた。
【０００５】
したがって、引用文献１及び引用文献２に記載の横置型の遠心分離装置を利用して上記使用済クーラントからシリコン切削屑を除去しようとした場合、有機液体のクーラントに対して比重の大きな１μｍ以上のシリコン粒子は比重差によって比較的容易に除去することが可能であり、例えば、シリコン切削屑の固形分濃度を６〜８重量％程度に調整することが可能であった。しかしながら、０．１μｍ以下のシリコン微粒子は、クーラントを構成する液体成分との比重差が小さいため遠心分離装置では完全に除去することが困難なことが多かった。回収されたクーラントにおけるシリコン切削屑の全体としての固形分濃度は低く抑えることができるものの、上述した０．１μｍ以下の微細なシリコン微粒子の残存率が著しく高くなることがあった。その結果、再生処理後の再生クーラントは、０．１μｍ以下のシリコン微粒子が高い割合で残存していることがあった。係るシリコン微粒子の存在は、シリコン材料の切断精度等に大きな影響を及ぼすことが知られ、例えば、ワイヤーが焼付けを起こし破断する等のトラブルを発生する要因となることがあった。一方、膜分離処理の場合、微細なシリコン切削屑でも除去可能であるものの、固形分濃度の高い使用済クーラントを直接処理すると、膜分離フィルタが目詰まりを起こすことがあった。また、遠心分離処理に比べて膜分離処理は、多くの処理時間が必要になることがあった。そのため、上述したように、前段階として遠心分離装置を利用してある程度の固形分濃度まで遠心分離処理によって使用済クーラントを処理し、その後、膜分離フィルタを利用して膜分離処理を行うことが行われていた。そのため、それぞれの処理に多くの時間を要することとなり、回収された使用済クーラントを効率的に再生処理することができなかった。さらに、使用済クーラントを加熱し蒸留する技術は、不純物の混入していない高純度のクーラントを再生することができた。しかしながら、使用済クーラントを蒸発させるために高温で加熱させる必要があり、エネルギー効率の点から不利であった。また、最終的に回収されるクーラントの回収率も低くなり、加熱による熱変性によってクーラント自体の性能が劣化する虞もあった。そのため、蒸留分離技術を利用したクーラントの再生は実用上の課題が残っていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記実情に鑑み、使用済クーラントからシリコン切削屑を除去し、再利用可能に再生したものであって、ワイヤーが焼付けを起こし破断する等のトラブルを発生したり、膜分離フィルタが目詰まりを起こしたりしないような再生クーラント及び当該再生クーラントのクーラント再生方法の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の再生クーラントは、「ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生するシリコン切削屑を含む使用済クーラントから前記シリコン切削屑を除去した再利用可能な再生クーラントであって、残存シリコン成分が前記再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下であり、前記残存シリコン成分に含まれる０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が前記残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下である」ものから主に構成されている。
【０００８】
ここで、使用済クーラントは、ワイヤーソー切断装置を利用してシリコン材料を切断するスライシング工程の際に利用される有機液体を回収したものであり、切断の際に発生するシリコン切削屑を含んで構成されるものである。使用済クーラントは、一般に６％〜１０％程度のシリコン切削屑が含まれ、流動性を有する泥状（スラリー状）の液体の態様を呈している。なお、本明細書中において、使用済クーラントは、所謂「固定砥粒方式」のワイヤーソー切断装置で使用されたクーラントを回収したものに加え、クーラント中に予め砥粒を分散させた「遊離砥粒方式」のワイヤーソー切断装置で使用されたクーラントを回収したものを含むものとする。「遊離砥粒方式」の場合、クーラントに分散された砥粒を予め周知の遠心分離装置によって除去したものが使用されている。ここで、砥粒は、クーラント及びシリコン切削屑に比べ比重差が著しいため、上記遠心分離装置によって容易に分離することができる。
【０００９】
したがって、本発明の再生クーラントによれば、再利用可能に再生された再生クーラント中の残存シリコン成分が３．０重量％以下であり、特に０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下である。すなわち、０．１μｍ以下の粒径のシリコン微粒子の再生クーラント中の存在比率が極めて低いものとなり、再生クーラント中では０．９重量％以下となる。これにより、シリコン微粒子によって引起こされるスライシング工程時のワイヤーが焼付けを起こし破断したり、膜分離フィルタの目詰まり等のトラブルが解消される。
【００１０】
一方、本発明のクーラント再生方法は、「上記に記載の再生クーラントのクーラント再生方法であって、ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生する使用済クーラントを縦型遠心分離装置を有する遠心分離ユニットに供給するクーラント供給工程と、前記遠心分離ユニットに供給された前記使用済クーラントをシリコン切削屑を含む固形分と遠心分離液とに遠心分離する遠心分離工程と、前記遠心分離液を回収する遠心分離液回収工程と」を具備するものから主に構成されている。
【００１１】
遠心分離ユニットは、開口部を下方に向けたボウル状の回転体を備えて構成される縦型遠心分離装置を有している。これにより、回転体の上面に連結された回転軸に従って高速で回転体を軸回転させることにより、回転体の内空間に遠心力を発生させ、当該内空間に吐出された使用済クーラントを遠心分離作用によって分離する機能を有している。ここで、吐出されたクーラントは液体であり、回転体内壁に向けて噴出されることにより、上記内空間に発生した遠心力の作用を受けることになる。このとき、比重の大きな固形分（シリコン切削屑）等は、回転体の内壁面に移動して堆積し、スラッジとして回収される。一方、比重の比較的小さな成分（液体成分、クーラント）は、遠心力の影響をそれほど強く受けることがないため、回転体の内空間の回転軸心付近に滞留している。そして、同じく開口部から挿入され、先端が開口した液相取込口を有する液相回収部によって回収される。ここで、固液成分を含む液体状のクーラントが吐出された回転体の内空間での当該クーラントの滞留時間を長くすることにより、固形分及び液体成分の分離効率を向上させることができる。そのため、液体状のクーラントの吐出量（供給量）或いは吐出間隔を調整することにより、上記滞留時間が長くなるように設定が行われる。これにより、比重差を利用して固液分離（或いは液液分離）が可能となり、かつ開口部を下方に向けた回転体を有する縦型遠心分離装置であるため、使用済クーラントを回転体に連続的に供給し、分離後の液相の使用済クーラントを連続的に回収することができるため、従来に比して遠心分離処理を長時間に亘って継続することができる。その結果、従来型（バッチ式）の遠心分離装置に比べて処理効率が向上する。なお、回転体の回転体内壁に堆積した比重の大きな固形分（スラッジ）は、そのままの状態では遠心分離性能に影響を与えるため、例えば、所定時間毎にスクレーパー等を利用して回転体内壁から掻落とされ、回収される。回収されるスラッジは、クーラントを主成分とする液分率が３０〜６０％程度の粘土状物質である。さらに、固定砥粒方式の使用済クーラントから得られるスラッジのシリコン純度は、液分を除いた状態で２〜３Ｎの値を示すことが確認されている。したがって、スラッジ自体も取扱性に優れ、かつ再生利用にも適している。
【００１２】
したがって、本発明のクーラント再生方法によれば、クーラント供給工程によって縦型遠心分離装置を有する遠心分離ユニットの回転体に使用済クーラントを吐出し、比重差を利用した固液分離が行われる。このとき、開口部を下方に向けたボウル状の回転体が使用されるため、使用済クーラントを回転体に対して連続的に供給することが可能となり、遠心分離処理を長時間に亘って継続して行うことが可能となる。その結果、従来型（バッチ式）の遠心分離装置に比べて処理効率を大幅にアップさせられる。なお、回転体の内壁面に蓄積した比重の大きな固形分（スラッジ）は、所定時間毎にスクレーパー等によって内壁面から掻取られ、回収される。
【００１３】
さらに、本発明のクーラント再生方法は、上記構成に加え、「濾過膜を有する膜分離ユニットに、回収された前記遠心分離液を供給する遠心分離液供給工程と、前記膜分離ユニットに供給された前記遠心分離液の中に残存する前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、前記膜濾過液を回収する膜濾過液回収工程と」を具備するものであっても構わない。
【００１４】
ここで、膜分離ユニットは、複数本のストロー状の中空糸膜をまとめて形成された濾過膜が利用され、中空部分に浸出した膜濾過液と、当該濾過膜を通過することのできなかった濃縮液とに分離するものである。ここで、濾過膜を通過できなかった濃縮液には、シリコン切削屑を含む固形分が多く含まれ、一方、膜濾過液は、ほとんどシリコン切削屑の含有がない。そのため、膜濾過液はそのままクーラントとして再利用可能な性能を有している。
【００１５】
したがって、本発明のクーラント再生方法によれば、上述した遠心分離ユニットを利用した遠心分離処理の後、膜分離ユニットを利用した膜分離処理が実施される。これにより、遠心分離処理によってシリコン切削屑等の固形分が除去され、残存シリコン成分の割合が低くなった遠心分離液をさらに膜分離することで、得られる膜濾過液の残存シリコン成分をさらに低いものにすることが可能となる。さらに、遠心分離ユニットでは完全に除去しきれない０．１μｍ以下のシリコン微粒子を除去可能であり、再利用可能な十分な性能を有する再生クーラントを生成することが可能となる。そのため、０．１μｍ以下のシリコン微粒子の残存比率を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明のクーラント再生方法は、上記構成に加え、「前記遠心分離ユニットに供給される前の前記使用済クーラントの一部を抽出するクーラント抽出工程と、前記クーラント抽出工程によって抽出された抽出クーラントを濾過膜を有する膜分離ユニットに連続的に供給する抽出クーラント供給工程と、前記膜分離ユニットに供給された前記抽出クーラントの中の前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、前記膜濾過液及び前記遠心分離液を混合し前記再生クーラントを生成するクーラント混合生成工程と」を具備するものであっても構わない。
【００１７】
したがって、本発明のクーラント生成方法によれば、遠心分離ユニットによる遠心分離処理と並行して膜分離ユニットを利用した膜分離処理が行われる。これにより、遠心分離ユニットを利用した使用済クーラントの高い処理効率と、膜分離ユニットを利用した微細なシリコン微粒子を除去する精度の高い分離処理とを併せて行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、遠心分離処理及び／または膜分離処理等を利用して再利用可能な条件に適合する再生クーラントを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】クーラント再生方法の流れを模式的に示す説明図である。
【図２】クーラント再生方法の別例の流れを模式的に示す説明図である。
【図３】遠心分離ユニットの概略構成を示す説明図である。
【図４】クーラント再生方法による再生クーラントの再生結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態である再生クーラント４及びクーラント再生方法１ａ，１ｂについて、図１乃至図４に基づいて主に説明する。ここで、図１はクーラント再生方法１ａの流れを模式的に示す説明図であり、図２はクーラント再生方法１ｂの別例の流れを模式的に示す説明図であり、図３は遠心分離ユニット２の概略構成を示す説明図であり、図４はクーラント再生方法１ａ，１ｂによるクーラント再生結果を示す説明図である。ここで、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等は、ワイヤーソー切断装置を利用してブロック状のシリコンインゴット（シリコン材料）を予め規定されたサイズに切断するスライシング工程で発生する使用済クーラント３を回収し、再利用可能な再生クーラント４に再生するものについて例示する。なお、本実施形態で回収される使用済クーラント３は、ワイヤーソー自体に硬質ダイヤモンド等の砥粒が貼着された「固定砥粒方式」のワイヤーソー切断装置から回収されたものを想定している。そのため、使用済クーラント３から砥粒を回収する前工程が不要となっている。
【００２１】
さらに、具体的に説明すると、本実施形態の再生クーラント４は、再生クーラント４中に残存する残存シリコン成分が再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下、かつ残存シリコン成分中に含まれる０．１μｍ以下のシリコン粒子の残存シリコン成分中に占める比率が全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下に調整されている。すなわち、再生クーラント全体に対するシリコン濃度及び含有シリコン中の０．１μｍ以下のシリコン粒子の存在比率の二つの条件を具備するものを再生クーラント４として再使用可能としている。上記再生クーラント４に再生するクーラント再生方法１ａ，１ｂは、図１乃至図４にそれぞれ示すように、縦型遠心分離装置５を有する遠心分離ユニット２を使用する遠心分離再生工程Ａと、複数の中空糸膜を束ねて形成された濾過膜６を有する膜分離ユニット７を必要に応じて組合わせて利用する膜分離再生工程Ｂとを具備するものである。
【００２２】
さらに具体的に説明すると、遠心分離ユニット２は、図３に示すように、略筐体状に形成された装置本体５ａと、装置本体５ａの内部に収容され開口部８を下方に向けた状態で配設されたボウル状の回転体９と、回転体９の上面と連結し一部を装置本体５ａから突設させた回転軸１０、当該回転軸１０に従って回転体９を高速で軸回転させる回転力を発生する回転モータ１１ａ、及び回転モータａの回転を回転軸１０に伝達する回転伝達部１１ｂを有する回転体駆動部１１と、回転体駆動部１１を制御し回転体９の回転数等を電気的に制御する回転体制御部（図示しない）と、開口部８から回転体９の内空間１２に送出された吐出ノズル１３の先端から遠心分離対象の使用済クーラント３を吐出するクーラント吐出部１４と、回転体９の回転によって内空間１２に発生する遠心力を利用して遠心分離され、回転体内壁１５に堆積したシリコン切削屑１６を含む固形分１７（スラッジに相当）を掻落とすスクレーパ１８を有し、内空間１２でスクレーパ１８の位置を変位させるスクレーパ変位機構部（図示しない）と、開口部８から回転体９の内空間１２に挿入され、回転体９の上面近傍に開口した液相取込口２０ａを有し、遠心分離によって固形分１７と分離した液相の遠心分離液１９を回収する液体回収部２０とを主に具備する縦型遠心分離装置５を備えている。
【００２３】
ここで、回転体駆動部１１によって軸回転するボウル状の回転体９は、高速で回転することにより内空間１２内に１００Ｇから３０００Ｇ程度の遠心力を発生させることができる。これにより、内空間１２に吐出された液体は、比重差を利用して遠心分離され、比重の大きな成分（例えば、固形分１７等）が回転体内壁１５に向かって押付けられ、一方、比重の小さな成分（液体の遠心分離液１９等）が開口部８から落下し液体回収部２０に回収される。これにより、固体成分及び液体成分を含む使用済クーラント３をそれぞれの成分に分離することができる。なお、使用済クーラント３の固形分濃度（＝シリコン含有率に相当）やシリコン切削屑１６のサイズ、種類等に応じ、高速で回転させて発生する遠心力の強さを適宜変更することができる。さらに、回転体９の開口部８の下方にはスクレーパ１８によって回転体内壁１５から掻落とされた固形分１７を回収するスラッジ回収部（図示しない）等の周知の構成を備えるものであっても構わない。
【００２４】
一方、膜分離ユニット７は、分解精度が２μｍの親水化ポリフッ化ビニリデン中空糸膜（膜面積が１．８平方メートルのモジュール）を１２本並列させて構成した濾過膜６を有している。そして、膜分離の際には、１０リットル／ｈ・本の供給速度で処理対象の液体（使用済クーラント３等）を供給する。このとき、濾過方式は、外圧循環濾過方式（循環線速度＝０．１ｍ／ｓ）で濾過圧力を３０ｋＰａに設定した条件で行っている。さらに、処理対象の液体の供給を１２０秒間継続した後、エアーによる逆洗を５秒間実施する工程を１サイクルとして行っている。ここで、エアーによる逆洗は、膜分離工程で中空糸膜表面に付着したシリコン切削屑１６等によって目詰まりし、濾過性能が低下することを防ぐためである。係る膜分離ユニット７を使用することによって、濾過膜６を通過した膜濾過液２１と、濾過膜６を通過することのできなかったシリコン切削屑１６を含む濃縮液２２とに分離することができる。
【００２５】
次に、本実施形態のクーラント再生方法１ａの流れについて主に図１に基づいて説明する。始めにスライシング工程で使用されるクーラントは、未使用の状態ではジエチレングリコール７０重量％、水２７重量％、及びその他添加剤３重量％の比率で混合された有機液体が用いられる。そして、スライシング工程で使用された後の使用済クーラント３は、シリコン切削屑１６を含む固形分の固形分濃度が６．２重量％のものを本実施形態では使用するものとする。また、回収された１８０リットルの使用済クーラント３が予め貯留タンク（図示しない）に貯留されている。ここで、上記使用済クーラント３中の固形分濃度は、測定対象液を蒸留水で約２０倍に希釈した後、０．４５μｍのセルロースアセテート製のメンブレンフィルタを用いて吸引濾過し、その後乾燥させることによりフィルタに残る固形分１７の重量を測定することによって定量している。
【００２６】
そして、貯留タンクから送出された使用済クーラント３は、縦型遠心分離装置５を有する遠心分離ユニット２に供給される。ここで、遠心分離ユニット２では高速で回転する回転体９を有し、供給された使用済クーラント３は吐出ノズル１３を通じて回転体９の内空間１２に１８リットル／分の吐出速度で吐出される（クーラント供給工程Ｓ１）。その結果、内空間１２で生じる遠心作用によって比重差に基づく分離が行われ、比較的比重の大きいシリコン切削屑を含む固形分１７が回転体内壁１５に向かって押付けられるように体積し、一方、固形分１７が除去された液体成分を主体とする遠心分離液１９は内空間１２に対流し、液体回収部２０の液相取込口２０ａから取込まれる（遠心分離工程Ｓ２）。ここで、液相取込口２０ａから取込まれた遠心分離液１９は、取込管２０ｂを通り、回転体９及び装置本体５ａの外部に導出されることにより回収される（遠心分離液回収工程Ｓ３）。なお、本実施形態のクーラント再生方法１ａの場合、回収された遠心分離液１９は使用済クーラント３の貯留された貯留タンクに導出され、当該使用済クーラント３と混合される（遠心分離液混合工程Ｓ４）。その結果、遠心分離処理によってシリコン切削屑１６等の固形分１７が除去され、使用済クーラント３中の固形分濃度が低下する。なお、分離対象の固形分１７と遠心分離液１９との比重差が著しい場合には、上記遠心分離液１９の循環を行わない、或いは循環回数を少なくすることも可能である。ここで、クーラント供給工程Ｓ１乃至遠心分離液回収工程Ｓ３が本発明の遠心分離再生工程Ａに相当する。係る遠心分離再生工程Ａで所定の循環回数を経て再生クーラント４として遠心分離液１９を回収する方法を、本実施形態のクーラント再生方法１ａにおける実施例１とする。
【００２７】
その後、上記遠心分離再生工程Ａによって得られた遠心分離液１９をさらに膜分離ユニット７に供給する（遠心分離液供給工程Ｓ５）。これにより、供給された遠心分離液１９は濾過膜６による膜分離処理が行われる（膜分離工程Ｓ６）。これにより、中空糸膜から構成された濾過膜６を通過した、シリコン切削屑１６をほとんど含まない膜濾過液２１と、濾過膜６を通過することのできない濃縮液２２とに分離することができる。なお、本実施形態において、上記膜分離工程Ｓ６は遠心分離液１９の液温を５０℃に調製した状態で行っている。その後、分離された膜濾過液２１を再生クーラント４として回収する（膜濾過液回収工程Ｓ７）。ここで、遠心分離液供給工程Ｓ５乃至膜濾過液回収工程Ｓ７が本発明の膜分離再生工程Ｂに相当する。係る膜分離再生工程Ｂを経て回収する方法を、本実施形態のクーラント再生方法１ａにおける実施例２とする。これにより、予め設定した再生条件範囲の再生クーラント４が生成される。
【００２８】
さらに、本実施形態の別例のクーラント再生方法１ｂについて、図２等に基づいて説明する。なお、説明を簡略化するため、上述のクーラント再生方法１ａにおいて説明した構成及び作用効果と同一のものについては説明を省略するものとする。本実施形態のクーラント再生方法１ｂは、上述したクーラント再生方法１の遠心分離再生工程Ａの一部（クーラント供給工程Ｓ１乃至遠心分離液混合工程Ｓ４まで）と並行して膜分離再生工程Ｂを実施するものである。そのため、貯留タンクに貯留された使用済クーラント３の一部を抽出するクーラント抽出工程Ｔ１と、抽出された抽出クーラント２３（使用済クーラント３の一部）を膜分離ユニット７に供給する抽出クーラント供給工程Ｔ２と、膜分離ユニット７に供給された抽出クーラント２３を濃縮液２２と膜濾過液２１とに膜分離する膜分離工程Ｔ３と、膜分離された膜濾過液２１を回収する膜濾過液回収工程Ｔ４と、回収された膜濾過液２１及び同時並行で実施された遠心分離再生工程Ａによって回収された遠心分離液１９及び膜分離再生工程Ｂによって回収された膜濾過液２１と混合し再生クーラント４を再生するクーラント混合生成工程Ｔ５とを具備している。これにより、高い処理効率を維持し、かつ予め設定した再生条件範囲の再生クーラント４を生成することができる。遠心分離再生工程Ａ及び膜分離再生工程Ｂを併用して再生クーラント４を生成する本実施形態のクーラント再生方法１ｂを実施例３とする。
【００２９】
図４は、既に説明したクーラント再生方法１ａ，１ｂによる各実施例１乃至実施例３の再生結果を示すものである。また、比較例１として遠心分離再生工程Ａの循環回数を１回に設定したもの、比較例２として実施例３の条件で膜分離再生工程Ｂを行わなかったものについても併せて図示している。
【００３０】
これによると、実施例１乃至実施例３のいずれにおいても最終的な固形分濃度（残存シリコン成分）が２．８重量％、０．０８重量％、１．８８重量％といずれも３．０重量以下であり、本発明の条件を満たす再生クーラント４であることが確認される。これにより、既存の再生されたクーラント（６〜８重量％程度）に比べてさらに固形分濃度を抑えた再生クーラント４を縦型遠心分離装置によって得ることができる。さらに、０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率は、残存シリコン成分全体の２１重量％、２０重量％、２７重量％といずれも３０重量％以下であることが確認される。なお、シリコン微粒子の粒径は、レーザ散乱式粒度分布測定装置を利用して質量分布に基づいて評価した後、０．１μｍ以下のシリコン微粒子の含有率を面積比に基づいて算出している。特に、遠心分離の循環回数１２回で膜分離処理を併用した実施例２の場合、残存シリコン成分の濃度を０．０８重量％以下に抑え、かつ０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率も２０重量％以下となっている。一方、循環回数が１回の比較例１及び循環回数が６回で遠心分離処理のみしか実施しなかった比較例２の場合、いずれも最終的な固形分濃度は５．２重量％及び３．７重量％と３．０重量％を超え、かつ０．１μｍ以下の存在比率も３２重量％及び３５重量％と３０重量％を超えている。
【００３１】
上述した実施例１乃至実施例３及び比較例１，２でそれぞれ生成された再生クーラント４を利用して実際にシリコンインゴットをワイヤーソー切断装置でスライシングした場合の切断性の評価を図４の最終結果欄に示す。なお、切断性の評価は、シリコンインゴットのスライス面（切断面）のソーマーク（切断痕）を目視で確認し、スライス面の平滑性や切断ムラ、スライス面に欠けや割れ等の有無について評価している。これにより、実施例１乃至実施例３は、いずれも切断性が良好であることが確認された。すなわち、クーラント中の残存シリコン成分の含有率をクーラント全体の３．０重量％以下に抑え、かつ含有する残存シリコン成分に対する０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率をシリコン全体の３０重量％以下にすることにより、実用可能な十分な切削性を得るとともに、スライス面も良好なものとすることができた。
【００３２】
一方、本発明の再生クーラント４の残存シリコン成分の含有率及び０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率の二つの条件を満たさない比較例１及び比較例２の再生クーラントは、一部に平滑性に問題があったり、切断ムラが確認され、ソーマークの目視評価でも不良が確認された。これにより、固形分濃度が３．０重量％以上、及び０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率がシリコン全体の３０重量％以上の条件を満たさない再生クーラントは切削性の点において実用的でなかった。
【００３３】
以上示したように、本実施形態の再生クーラント４は、上述した二つの条件を満たすことにより、優れた切削性能を発揮することができ、さらに、クーラント再生方法１ａ，１ｂによれば、遠心分離再生工程Ａ及び／または膜分離再生工程Ｂを組合わせることにより、固形分濃度を３．０重量％以下に抑え、かつ０．１μｍ以下のシリコン微粒子の含有率が残存シリコン成分中の３０重量％以下の条件を満たす本発明の再生クーラント４を生成することができる。特に、従来の再生クーラントの再生処理の場合、使用済クーラントの固形分濃度をいかに抑えるかを目的とするものであり、再生クーラント中の０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率に基づいてシリコンインゴットの切断性の評価を行ったものはなく、係る点において優れた作用効果を本発明はそうしている。
【００３４】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００３５】
すなわち、本実施形態の再生クーラント４において、遠心分離処理単独及び膜分離処理との組合わせによって残存シリコン成分等を規定の条件範囲にするものを示したがこれに限定されるものではなく、その他周知の固液分離手法を利用して上記条件範囲に調製したものであっても構わない。残存シリコン成分の含有率及び０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率の二つの条件が本発明に規定された範囲に含まれているものであれば、上記作用効果を奏することが可能となる。さらに、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等において、固定砥粒方式のワイヤーソー切断装置から回収される砥粒の未混入の使用済クーラント３を使用するものを示したが、これに限定されるものではなく、遊離砥粒方式のワイヤーソー切断装置から回収されたものを用いるものであっても構わない。係る場合、遠心分離ユニット２等を利用して使用済クーラント３から予め砥粒を遠心分離する前工程が必要となる。砥粒は、使用済クーラント３に含まれるシリコン切削屑１６等と比べて比重が著しく大きいため、上記遠心分離処理によってほとんどを回収することができる。そのため、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等によるクーラント４の再生処理に影響を及ぼすことがない。さらに、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等において、遠心分離再生工程Ａ及び膜分離再生工程Ｂ等における循環回数や循環条件等は分離対象となる使用済クーラント３等に応じて任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ，１ｂ クーラント再生方法
２ 遠心分離ユニット
３ 使用済クーラント
４ 再生クーラント
５ 縦型遠心分離装置
６ 濾過膜
７ 膜分離ユニット
８ 開口部
９ 回転体
１６ シリコン切削屑
１７ 固形分
１９ 遠心分離液
２１ 膜濾過液
２２ 濃縮液
２３ 抽出クーラント
Ａ 遠心分離再生工程
Ｂ 膜分離再生工程
Ｓ１ クーラント供給工程
Ｓ２ 遠心分離工程
Ｓ３ 遠心分離液回収工程
Ｓ４ 遠心分離液混合工程
Ｓ５ 遠心分離液供給工程
Ｓ６ 膜分離工程
Ｓ７ 膜濾過液回収工程
Ｔ１ クーラント抽出工程
Ｔ２ 抽出クーラント供給工程
Ｔ３ 膜分離工程
Ｔ４ 膜濾過液回収工程
Ｔ５ クーラント混合生成工程
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２０１０−２５３６２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５３６２２号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生クーラント、及びクーラント再生方法に関するものであり、特にシリコン材料を切断するスライシング工程で使用された使用済クーラントを再利用可能に再生した再生クーラント、及び当該再生クーラントのクーラント再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子や太陽電池パネルに使用される太陽電池素子等の各種製品を製造するために、多結晶或いはアモルファス性のシリコン材料が生産されている。生産されたシリコン材料は、一般的に塊状を呈しており、上記各素子として使用するためには予め規定されたサイズにカットする必要がある。このとき、シリコン材料をカットする工程（スライシング工程、または切断工程等）では、極細のワイヤーを利用したワイヤーソー切断装置が主に用いられている。係るワイヤーソー切断装置は、所定の張力で張設されたワイヤーを高速で稼動させ、シリコン材料と接触させることにより、互いが接触した部位で切断を行うものである。このとき、高速で稼動するワイヤーによって上記接触部位では摩擦熱が発生する。そのため、当該摩擦熱によってワイヤー自体が焼付けを起こし、破断や破損したり、熱変形することがあり、シリコン材料の切断精度を低下させる等のトラブルの要因となっていた。そこで、クーラントと呼ばれる有機液体をワイヤー及びシリコン材料の接触部位に連続的に供給し、発生した摩擦熱を除去することが行われている。なお、シリコン材料を切断するための硬質の砥粒をワイヤーに貼着した「固定砥粒方式」の他に、上記クーラントに砥粒を混入しクーラントと同時に接触部位に供給する「遊離砥粒方式」が行われることがある。
【０００３】
接触部位に供給された使用後のクーラントは、使用済クーラントとして回収される。この使用済クーラントは、スライシング加工の際にシリコン材料から発生した微細な屑（シリコン切削屑）が多量に混入している。なお、先に説明した「遊離砥粒方式」の場合、クーラントと共に供給される硬質ダイヤモンド等の砥粒も混在している。その結果、シリコン切削屑及びその他物質が混在した使用済クーラントを回収したままの状態で再利用することはできず、上記シリコン切削屑等を除去する処理を行う必要があった。例えば、周知の遠心分離装置を利用した遠心分離処理や膜分離フィルタを利用した膜分離処理等を用い、液体及び固体の混在した使用済クーラントから固体のシリコン切削屑等を除去し、再利用可能なクーラントを生成する再生技術についての開発が行われている（例えば、引用文献１及び引用文献２参照）。さらに、使用済クーラントを加熱し蒸留することによって、蒸留後のクーラントを再利用する試みもなされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した使用済クーラントから再生クーラントを生成する再生処理を行う場合、以下に掲げる問題点を生じることがあった。すなわち、シリコン材料を切断するスライシング工程によって発生するシリコン切削屑は、０．１μｍ以下の非常に微細なシリコン微粒子と１μｍ以上の比較的大きなシリコン粒子とが混在し、その粒度分布が０．１μｍ付近と１μｍ付近とにそれぞれピークを有する所謂「二峰性」の性状を呈することが一般に知られていた。
【０００５】
したがって、引用文献１及び引用文献２に記載の横置型の遠心分離装置を利用して上記使用済クーラントからシリコン切削屑を除去しようとした場合、有機液体のクーラントに対して比重の大きな１μｍ以上のシリコン粒子は比重差によって比較的容易に除去することが可能であり、例えば、シリコン切削屑の固形分濃度を６〜８重量％程度に調整することが可能であった。しかしながら、０．１μｍ以下のシリコン微粒子は、クーラントを構成する液体成分との比重差が小さいため遠心分離装置では完全に除去することが困難なことが多かった。回収されたクーラントにおけるシリコン切削屑の全体としての固形分濃度は低く抑えることができるものの、上述した０．１μｍ以下の微細なシリコン微粒子の残存率が著しく高くなることがあった。その結果、再生処理後の再生クーラントは、０．１μｍ以下のシリコン微粒子が高い割合で残存していることがあった。係るシリコン微粒子の存在は、シリコン材料の切断精度等に大きな影響を及ぼすことが知られ、例えば、ワイヤーが焼付けを起こし破断する等のトラブルを発生する要因となることがあった。一方、膜分離処理の場合、微細なシリコン切削屑でも除去可能であるものの、固形分濃度の高い使用済クーラントを直接処理すると、膜分離フィルタが目詰まりを起こすことがあった。また、遠心分離処理に比べて膜分離処理は、多くの処理時間が必要になることがあった。そのため、上述したように、前段階として遠心分離装置を利用してある程度の固形分濃度まで遠心分離処理によって使用済クーラントを処理し、その後、膜分離フィルタを利用して膜分離処理を行うことが行われていた。そのため、それぞれの処理に多くの時間を要することとなり、回収された使用済クーラントを効率的に再生処理することができなかった。さらに、使用済クーラントを加熱し蒸留する技術は、不純物の混入していない高純度のクーラントを再生することができた。しかしながら、使用済クーラントを蒸発させるために高温で加熱させる必要があり、エネルギー効率の点から不利であった。また、最終的に回収されるクーラントの回収率も低くなり、加熱による熱変性によってクーラント自体の性能が劣化する虞もあった。そのため、蒸留分離技術を利用したクーラントの再生は実用上の課題が残っていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記実情に鑑み、使用済クーラントからシリコン切削屑を除去し、再利用可能に再生したものであって、ワイヤーが焼付けを起こし破断する等のトラブルを発生したり、膜分離フィルタが目詰まりを起こしたりしないような再生クーラント及び当該再生クーラントのクーラント再生方法の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の再生クーラントは、「ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生するシリコン切削屑を含む使用済クーラントから前記シリコン切削屑を除去した再利用可能な再生クーラントであって、残存シリコン成分が前記再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下であり、前記残存シリコン成分に含まれる０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が前記残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下である」ものから主に構成されている。
【０００８】
ここで、使用済クーラントは、ワイヤーソー切断装置を利用してシリコン材料を切断するスライシング工程の際に利用される有機液体を回収したものであり、切断の際に発生するシリコン切削屑を含んで構成されるものである。使用済クーラントは、一般に６％〜１０％程度のシリコン切削屑が含まれ、流動性を有する泥状（スラリー状）の液体の態様を呈している。なお、本明細書中において、使用済クーラントは、所謂「固定砥粒方式」のワイヤーソー切断装置で使用されたクーラントを回収したものに加え、クーラント中に予め砥粒を分散させた「遊離砥粒方式」のワイヤーソー切断装置で使用されたクーラントを回収したものを含むものとする。「遊離砥粒方式」の場合、クーラントに分散された砥粒を予め周知の遠心分離装置によって除去したものが使用されている。ここで、砥粒は、クーラント及びシリコン切削屑に比べ比重差が著しいため、上記遠心分離装置によって容易に分離することができる。
【０００９】
したがって、本発明の再生クーラントによれば、再利用可能に再生された再生クーラント中の残存シリコン成分が３．０重量％以下であり、特に０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下である。すなわち、０．１μｍ以下の粒径のシリコン微粒子の再生クーラント中の存在比率が極めて低いものとなり、再生クーラント中では０．９重量％以下となる。これにより、シリコン微粒子によって引起こされるスライシング工程時のワイヤーが焼付けを起こし破断したり、膜分離フィルタの目詰まり等のトラブルが解消される。
【００１０】
一方、本発明のクーラント再生方法は、「上記に記載の再生クーラントのクーラント再生方法であって、ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生する使用済クーラントを縦型遠心分離装置を有する遠心分離ユニットに供給するクーラント供給工程と、前記遠心分離ユニットに供給された前記使用済クーラントをシリコン切削屑を含む固形分と遠心分離液とに遠心分離する遠心分離工程と、前記遠心分離液を回収する遠心分離液回収工程と」を具備するものから主に構成されている。
【００１１】
遠心分離ユニットは、開口部を下方に向けたボウル状の回転体を備えて構成される縦型遠心分離装置を有している。これにより、回転体の上面に連結された回転軸に従って高速で回転体を軸回転させることにより、回転体の内空間に遠心力を発生させ、当該内空間に吐出された使用済クーラントを遠心分離作用によって分離する機能を有している。ここで、吐出されたクーラントは液体であり、回転体内壁に向けて噴出されることにより、上記内空間に発生した遠心力の作用を受けることになる。このとき、比重の大きな固形分（シリコン切削屑）等は、回転体の内壁面に移動して堆積し、スラッジとして回収される。一方、比重の比較的小さな成分（液体成分、クーラント）は、遠心力の影響をそれほど強く受けることがないため、回転体の内空間の回転軸心付近に滞留している。そして、同じく開口部から挿入され、先端が開口した液相取込口を有する液相回収部によって回収される。ここで、固液成分を含む液体状のクーラントが吐出された回転体の内空間での当該クーラントの滞留時間を長くすることにより、固形分及び液体成分の分離効率を向上させることができる。そのため、液体状のクーラントの吐出量（供給量）或いは吐出間隔を調整することにより、上記滞留時間が長くなるように設定が行われる。これにより、比重差を利用して固液分離（或いは液液分離）が可能となり、かつ開口部を下方に向けた回転体を有する縦型遠心分離装置であるため、使用済クーラントを回転体に連続的に供給し、分離後の液相の使用済クーラントを連続的に回収することができるため、従来に比して遠心分離処理を長時間に亘って継続することができる。その結果、従来型（バッチ式）の遠心分離装置に比べて処理効率が向上する。なお、回転体の回転体内壁に堆積した比重の大きな固形分（スラッジ）は、そのままの状態では遠心分離性能に影響を与えるため、例えば、所定時間毎にスクレーパー等を利用して回転体内壁から掻落とされ、回収される。回収されるスラッジは、クーラントを主成分とする液分率が３０〜６０％程度の粘土状物質である。さらに、固定砥粒方式の使用済クーラントから得られるスラッジのシリコン純度は、液分を除いた状態で２〜３Ｎの値を示すことが確認されている。したがって、スラッジ自体も取扱性に優れ、かつ再生利用にも適している。
【００１２】
したがって、本発明のクーラント再生方法によれば、クーラント供給工程によって縦型遠心分離装置を有する遠心分離ユニットの回転体に使用済クーラントを吐出し、比重差を利用した固液分離が行われる。このとき、開口部を下方に向けたボウル状の回転体が使用されるため、使用済クーラントを回転体に対して連続的に供給することが可能となり、遠心分離処理を長時間に亘って継続して行うことが可能となる。その結果、従来型（バッチ式）の遠心分離装置に比べて処理効率を大幅にアップさせられる。なお、回転体の内壁面に蓄積した比重の大きな固形分（スラッジ）は、所定時間毎にスクレーパー等によって内壁面から掻取られ、回収される。
【００１３】
さらに、本発明のクーラント再生方法は、上記構成に加え、「濾過膜を有する膜分離ユニットに、回収された前記遠心分離液を供給する遠心分離液供給工程と、前記膜分離ユニットに供給された前記遠心分離液の中に残存する前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、前記膜濾過液を回収する膜濾過液回収工程と」を具備するものであっても構わない。
【００１４】
ここで、膜分離ユニットは、複数本のストロー状の中空糸膜をまとめて形成された濾過膜が利用され、中空部分に浸出した膜濾過液と、当該濾過膜を通過することのできなかった濃縮液とに分離するものである。ここで、濾過膜を通過できなかった濃縮液には、シリコン切削屑を含む固形分が多く含まれ、一方、膜濾過液は、ほとんどシリコン切削屑の含有がない。そのため、膜濾過液はそのままクーラントとして再利用可能な性能を有している。
【００１５】
したがって、本発明のクーラント再生方法によれば、上述した遠心分離ユニットを利用した遠心分離処理の後、膜分離ユニットを利用した膜分離処理が実施される。これにより、遠心分離処理によってシリコン切削屑等の固形分が除去され、残存シリコン成分の割合が低くなった遠心分離液をさらに膜分離することで、得られる膜濾過液の残存シリコン成分をさらに低いものにすることが可能となる。さらに、遠心分離ユニットでは完全に除去しきれない０．１μｍ以下のシリコン微粒子を除去可能であり、再利用可能な十分な性能を有する再生クーラントを生成することが可能となる。そのため、０．１μｍ以下のシリコン微粒子の残存比率を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明のクーラント再生方法は、上記構成に加え、「前記遠心分離ユニットに供給される前の前記使用済クーラントの一部を抽出するクーラント抽出工程と、前記クーラント抽出工程によって抽出された抽出クーラントを濾過膜を有する膜分離ユニットに連続的に供給する抽出クーラント供給工程と、前記膜分離ユニットに供給された前記抽出クーラントの中の前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、前記膜濾過液及び前記遠心分離液を混合し前記再生クーラントを生成するクーラント混合生成工程と」を具備するものであっても構わない。
【００１７】
したがって、本発明のクーラント生成方法によれば、遠心分離ユニットによる遠心分離処理と並行して膜分離ユニットを利用した膜分離処理が行われる。これにより、遠心分離ユニットを利用した使用済クーラントの高い処理効率と、膜分離ユニットを利用した微細なシリコン微粒子を除去する精度の高い分離処理とを併せて行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、遠心分離処理及び／または膜分離処理等を利用して再利用可能な条件に適合する再生クーラントを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】クーラント再生方法の流れを模式的に示す説明図である。
【図２】クーラント再生方法の別例の流れを模式的に示す説明図である。
【図３】遠心分離ユニットの概略構成を示す説明図である。
【図４】クーラント再生方法による再生クーラントの再生結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態である再生クーラント４及びクーラント再生方法１ａ，１ｂについて、図１乃至図４に基づいて主に説明する。ここで、図１はクーラント再生方法１ａの流れを模式的に示す説明図であり、図２はクーラント再生方法１ｂの別例の流れを模式的に示す説明図であり、図３は遠心分離ユニット２の概略構成を示す説明図であり、図４はクーラント再生方法１ａ，１ｂによるクーラント再生結果を示す説明図である。ここで、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等は、ワイヤーソー切断装置を利用してブロック状のシリコンインゴット（シリコン材料）を予め規定されたサイズに切断するスライシング工程で発生する使用済クーラント３を回収し、再利用可能な再生クーラント４に再生するものについて例示する。なお、本実施形態で回収される使用済クーラント３は、ワイヤーソー自体に硬質ダイヤモンド等の砥粒が貼着された「固定砥粒方式」のワイヤーソー切断装置から回収されたものを想定している。そのため、使用済クーラント３から砥粒を回収する前工程が不要となっている。
【００２１】
さらに、具体的に説明すると、本実施形態の再生クーラント４は、再生クーラント４中に残存する残存シリコン成分が再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下、かつ残存シリコン成分中に含まれる０．１μｍ以下のシリコン粒子の残存シリコン成分中に占める比率が全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下に調整されている。すなわち、再生クーラント全体に対するシリコン濃度及び含有シリコン中の０．１μｍ以下のシリコン粒子の存在比率の二つの条件を具備するものを再生クーラント４として再使用可能としている。上記再生クーラント４に再生するクーラント再生方法１ａ，１ｂは、図１乃至図４にそれぞれ示すように、縦型遠心分離装置５を有する遠心分離ユニット２を使用する遠心分離再生工程Ａと、複数の中空糸膜を束ねて形成された濾過膜６を有する膜分離ユニット７を必要に応じて組合わせて利用する膜分離再生工程Ｂとを具備するものである。
【００２２】
さらに具体的に説明すると、遠心分離ユニット２は、図３に示すように、略筐体状に形成された装置本体５ａと、装置本体５ａの内部に収容され開口部８を下方に向けた状態で配設されたボウル状の回転体９と、回転体９の上面と連結し一部を装置本体５ａから突設させた回転軸１０、当該回転軸１０に従って回転体９を高速で軸回転させる回転力を発生する回転モータ１１ａ、及び回転モータａの回転を回転軸１０に伝達する回転伝達部１１ｂを有する回転体駆動部１１と、回転体駆動部１１を制御し回転体９の回転数等を電気的に制御する回転体制御部（図示しない）と、開口部８から回転体９の内空間１２に送出された吐出ノズル１３の先端から遠心分離対象の使用済クーラント３を吐出するクーラント吐出部１４と、回転体９の回転によって内空間１２に発生する遠心力を利用して遠心分離され、回転体内壁１５に堆積したシリコン切削屑１６を含む固形分１７（スラッジに相当）を掻落とすスクレーパ１８を有し、内空間１２でスクレーパ１８の位置を変位させるスクレーパ変位機構部（図示しない）と、開口部８から回転体９の内空間１２に挿入され、回転体９の上面近傍に開口した液相取込口２０ａを有し、遠心分離によって固形分１７と分離した液相の遠心分離液１９を回収する液体回収部２０とを主に具備する縦型遠心分離装置５を備えている。
【００２３】
ここで、回転体駆動部１１によって軸回転するボウル状の回転体９は、高速で回転することにより内空間１２内に１００Ｇから３０００Ｇ程度の遠心力を発生させることができる。これにより、内空間１２に吐出された液体は、比重差を利用して遠心分離され、比重の大きな成分（例えば、固形分１７等）が回転体内壁１５に向かって押付けられ、一方、比重の小さな成分（液体の遠心分離液１９等）が開口部８から落下し液体回収部２０に回収される。これにより、固体成分及び液体成分を含む使用済クーラント３をそれぞれの成分に分離することができる。なお、使用済クーラント３の固形分濃度（＝シリコン含有率に相当）やシリコン切削屑１６のサイズ、種類等に応じ、高速で回転させて発生する遠心力の強さを適宜変更することができる。さらに、回転体９の開口部８の下方にはスクレーパ１８によって回転体内壁１５から掻落とされた固形分１７を回収するスラッジ回収部（図示しない）等の周知の構成を備えるものであっても構わない。
【００２４】
一方、膜分離ユニット７は、分解精度が２μｍの親水化ポリフッ化ビニリデン中空糸膜（膜面積が１．８平方メートルのモジュール）を１２本並列させて構成した濾過膜６を有している。そして、膜分離の際には、１０リットル／ｈ・本の供給速度で処理対象の液体（使用済クーラント３等）を供給する。このとき、濾過方式は、外圧循環濾過方式（循環線速度＝０．１ｍ／ｓ）で濾過圧力を３０ｋＰａに設定した条件で行っている。さらに、処理対象の液体の供給を１２０秒間継続した後、エアーによる逆洗を５秒間実施する工程を１サイクルとして行っている。ここで、エアーによる逆洗は、膜分離工程で中空糸膜表面に付着したシリコン切削屑１６等によって目詰まりし、濾過性能が低下することを防ぐためである。係る膜分離ユニット７を使用することによって、濾過膜６を通過した膜濾過液２１と、濾過膜６を通過することのできなかったシリコン切削屑１６を含む濃縮液２２とに分離することができる。
【００２５】
次に、本実施形態のクーラント再生方法１ａの流れについて主に図１に基づいて説明する。始めにスライシング工程で使用されるクーラントは、未使用の状態ではジエチレングリコール７０重量％、水２７重量％、及びその他添加剤３重量％の比率で混合された有機液体が用いられる。そして、スライシング工程で使用された後の使用済クーラント３は、シリコン切削屑１６を含む固形分の固形分濃度が６．２重量％のものを本実施形態では使用するものとする。また、回収された１８０リットルの使用済クーラント３が予め貯留タンク（図示しない）に貯留されている。ここで、上記使用済クーラント３中の固形分濃度は、測定対象液を蒸留水で約２０倍に希釈した後、０．４５μｍのセルロースアセテート製のメンブレンフィルタを用いて吸引濾過し、その後乾燥させることによりフィルタに残る固形分１７の重量を測定することによって定量している。
【００２６】
そして、貯留タンクから送出された使用済クーラント３は、縦型遠心分離装置５を有する遠心分離ユニット２に供給される。ここで、遠心分離ユニット２では高速で回転する回転体９を有し、供給された使用済クーラント３は吐出ノズル１３を通じて回転体９の内空間１２に１８リットル／分の吐出速度で吐出される（クーラント供給工程Ｓ１）。その結果、内空間１２で生じる遠心作用によって比重差に基づく分離が行われ、比較的比重の大きいシリコン切削屑を含む固形分１７が回転体内壁１５に向かって押付けられるように体積し、一方、固形分１７が除去された液体成分を主体とする遠心分離液１９は内空間１２に対流し、液体回収部２０の液相取込口２０ａから取込まれる（遠心分離工程Ｓ２）。ここで、液相取込口２０ａから取込まれた遠心分離液１９は、取込管２０ｂを通り、回転体９及び装置本体５ａの外部に導出されることにより回収される（遠心分離液回収工程Ｓ３）。なお、本実施形態のクーラント再生方法１ａの場合、回収された遠心分離液１９は使用済クーラント３の貯留された貯留タンクに導出され、当該使用済クーラント３と混合される（遠心分離液混合工程Ｓ４）。その結果、遠心分離処理によってシリコン切削屑１６等の固形分１７が除去され、使用済クーラント３中の固形分濃度が低下する。なお、分離対象の固形分１７と遠心分離液１９との比重差が著しい場合には、上記遠心分離液１９の循環を行わない、或いは循環回数を少なくすることも可能である。ここで、クーラント供給工程Ｓ１乃至遠心分離液回収工程Ｓ３が本発明の遠心分離再生工程Ａに相当する。係る遠心分離再生工程Ａで所定の循環回数を経て再生クーラント４として遠心分離液１９を回収する方法を、本実施形態のクーラント再生方法１ａにおける実施例１とする。
【００２７】
その後、上記遠心分離再生工程Ａによって得られた遠心分離液１９をさらに膜分離ユニット７に供給する（遠心分離液供給工程Ｓ５）。これにより、供給された遠心分離液１９は濾過膜６による膜分離処理が行われる（膜分離工程Ｓ６）。これにより、中空糸膜から構成された濾過膜６を通過した、シリコン切削屑１６をほとんど含まない膜濾過液２１と、濾過膜６を通過することのできない濃縮液２２とに分離することができる。なお、本実施形態において、上記膜分離工程Ｓ６は遠心分離液１９の液温を５０℃に調製した状態で行っている。その後、分離された膜濾過液２１を再生クーラント４として回収する（膜濾過液回収工程Ｓ７）。ここで、遠心分離液供給工程Ｓ５乃至膜濾過液回収工程Ｓ７が本発明の膜分離再生工程Ｂに相当する。係る膜分離再生工程Ｂを経て回収する方法を、本実施形態のクーラント再生方法１ａにおける実施例２とする。これにより、予め設定した再生条件範囲の再生クーラント４が生成される。
【００２８】
さらに、本実施形態の別例のクーラント再生方法１ｂについて、図２等に基づいて説明する。なお、説明を簡略化するため、上述のクーラント再生方法１ａにおいて説明した構成及び作用効果と同一のものについては説明を省略するものとする。本実施形態のクーラント再生方法１ｂは、上述したクーラント再生方法１の遠心分離再生工程Ａの一部（クーラント供給工程Ｓ１乃至遠心分離液混合工程Ｓ４まで）と並行して膜分離再生工程Ｂを実施するものである。そのため、貯留タンクに貯留された使用済クーラント３の一部を抽出するクーラント抽出工程Ｔ１と、抽出された抽出クーラント２３（使用済クーラント３の一部）を膜分離ユニット７に供給する抽出クーラント供給工程Ｔ２と、膜分離ユニット７に供給された抽出クーラント２３を濃縮液２２と膜濾過液２１とに膜分離する膜分離工程Ｔ３と、膜分離された膜濾過液２１を回収する膜濾過液回収工程Ｔ４と、回収された膜濾過液２１及び同時並行で実施された遠心分離再生工程Ａによって回収された遠心分離液１９及び膜分離再生工程Ｂによって回収された膜濾過液２１と混合し再生クーラント４を再生するクーラント混合生成工程Ｔ５とを具備している。これにより、高い処理効率を維持し、かつ予め設定した再生条件範囲の再生クーラント４を生成することができる。遠心分離再生工程Ａ及び膜分離再生工程Ｂを併用して再生クーラント４を生成する本実施形態のクーラント再生方法１ｂを実施例３とする。
【００２９】
図４は、既に説明したクーラント再生方法１ａ，１ｂによる各実施例１乃至実施例３の再生結果を示すものである。また、比較例１として遠心分離再生工程Ａの循環回数を１回に設定したもの、比較例２として実施例３の条件で膜分離再生工程Ｂを行わなかったものについても併せて図示している。
【００３０】
これによると、実施例１乃至実施例３のいずれにおいても最終的な固形分濃度（残存シリコン成分）が２．８重量％、０．０８重量％、１．８８重量％といずれも３．０重量以下であり、本発明の条件を満たす再生クーラント４であることが確認される。これにより、既存の再生されたクーラント（６〜８重量％程度）に比べてさらに固形分濃度を抑えた再生クーラント４を縦型遠心分離装置によって得ることができる。さらに、０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率は、残存シリコン成分全体の２１重量％、２０重量％、２７重量％といずれも３０重量％以下であることが確認される。なお、シリコン微粒子の粒径は、レーザ散乱式粒度分布測定装置を利用して質量分布に基づいて評価した後、０．１μｍ以下のシリコン微粒子の含有率を面積比に基づいて算出している。特に、遠心分離の循環回数１２回で膜分離処理を併用した実施例２の場合、残存シリコン成分の濃度を０．０８重量％以下に抑え、かつ０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率も２０重量％以下となっている。一方、循環回数が１回の比較例１及び循環回数が６回で遠心分離処理のみしか実施しなかった比較例２の場合、いずれも最終的な固形分濃度は５．２重量％及び３．７重量％と３．０重量％を超え、かつ０．１μｍ以下の存在比率も３２重量％及び３５重量％と３０重量％を超えている。
【００３１】
上述した実施例１乃至実施例３及び比較例１，２でそれぞれ生成された再生クーラント４を利用して実際にシリコンインゴットをワイヤーソー切断装置でスライシングした場合の切断性の評価を図４の最終結果欄に示す。なお、切断性の評価は、シリコンインゴットのスライス面（切断面）のソーマーク（切断痕）を目視で確認し、スライス面の平滑性や切断ムラ、スライス面に欠けや割れ等の有無について評価している。これにより、実施例１乃至実施例３は、いずれも切断性が良好であることが確認された。すなわち、クーラント中の残存シリコン成分の含有率をクーラント全体の３．０重量％以下に抑え、かつ含有する残存シリコン成分に対する０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率をシリコン全体の３０重量％以下にすることにより、実用可能な十分な切削性を得るとともに、スライス面も良好なものとすることができた。
【００３２】
一方、本発明の再生クーラント４の残存シリコン成分の含有率及び０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率の二つの条件を満たさない比較例１及び比較例２の再生クーラントは、一部に平滑性に問題があったり、切断ムラが確認され、ソーマークの目視評価でも不良が確認された。これにより、固形分濃度が３．０重量％以上、及び０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率がシリコン全体の３０重量％以上の条件を満たさない再生クーラントは切削性の点において実用的でなかった。
【００３３】
以上示したように、本実施形態の再生クーラント４は、上述した二つの条件を満たすことにより、優れた切削性能を発揮することができ、さらに、クーラント再生方法１ａ，１ｂによれば、遠心分離再生工程Ａ及び／または膜分離再生工程Ｂを組合わせることにより、固形分濃度を３．０重量％以下に抑え、かつ０．１μｍ以下のシリコン微粒子の含有率が残存シリコン成分中の３０重量％以下の条件を満たす本発明の再生クーラント４を生成することができる。特に、従来の再生クーラントの再生処理の場合、使用済クーラントの固形分濃度をいかに抑えるかを目的とするものであり、再生クーラント中の０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率に基づいてシリコンインゴットの切断性の評価を行ったものはなく、係る点において優れた作用効果を本発明はそうしている。
【００３４】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００３５】
すなわち、本実施形態の再生クーラント４において、遠心分離処理単独及び膜分離処理との組合わせによって残存シリコン成分等を規定の条件範囲にするものを示したがこれに限定されるものではなく、その他周知の固液分離手法を利用して上記条件範囲に調製したものであっても構わない。残存シリコン成分の含有率及び０．１μｍ以下のシリコン微粒子の存在比率の二つの条件が本発明に規定された範囲に含まれているものであれば、上記作用効果を奏することが可能となる。さらに、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等において、固定砥粒方式のワイヤーソー切断装置から回収される砥粒の未混入の使用済クーラント３を使用するものを示したが、これに限定されるものではなく、遊離砥粒方式のワイヤーソー切断装置から回収されたものを用いるものであっても構わない。係る場合、遠心分離ユニット２等を利用して使用済クーラント３から予め砥粒を遠心分離する前工程が必要となる。砥粒は、使用済クーラント３に含まれるシリコン切削屑１６等と比べて比重が著しく大きいため、上記遠心分離処理によってほとんどを回収することができる。そのため、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等によるクーラント４の再生処理に影響を及ぼすことがない。さらに、本実施形態のクーラント再生方法１ａ等において、遠心分離再生工程Ａ及び膜分離再生工程Ｂ等における循環回数や循環条件等は分離対象となる使用済クーラント３等に応じて任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ，１ｂ クーラント再生方法
２ 遠心分離ユニット
３ 使用済クーラント
４ 再生クーラント
５ 縦型遠心分離装置
６ 濾過膜
７ 膜分離ユニット
８ 開口部
９ 回転体
１６ シリコン切削屑
１７ 固形分
１９ 遠心分離液
２１ 膜濾過液
２２ 濃縮液
２３ 抽出クーラント
Ａ 遠心分離再生工程
Ｂ 膜分離再生工程
Ｓ１ クーラント供給工程
Ｓ２ 遠心分離工程
Ｓ３ 遠心分離液回収工程
Ｓ４ 遠心分離液混合工程
Ｓ５ 遠心分離液供給工程
Ｓ６ 膜分離工程
Ｓ７ 膜濾過液回収工程
Ｔ１ クーラント抽出工程
Ｔ２ 抽出クーラント供給工程
Ｔ３ 膜分離工程
Ｔ４ 膜濾過液回収工程
Ｔ５ クーラント混合生成工程
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２０１０−２５３６２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５３６２２号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生するシリコン切削屑を含む使用済クーラントから前記シリコン切削屑を除去した再利用可能な再生クーラントであって、
残存シリコン成分が前記再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下であり、
前記残存シリコン成分に含まれる０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が前記残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下であることを特徴とする再生クーラント。
【請求項２】
請求項１に記載の再生クーラントのクーラント再生方法であって、
ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生する使用済クーラントを縦型遠心分離装置を有する遠心分離ユニットに供給するクーラント供給工程と、
前記遠心分離ユニットに供給された前記使用済クーラントをシリコン切削屑を含む固形分と遠心分離液とに遠心分離する遠心分離工程と、
前記遠心分離液を回収する遠心分離液回収工程と
を具備することを特徴とするクーラント再生方法。
【請求項３】
濾過膜を有する膜分離ユニットに、回収された前記遠心分離液を供給する遠心分離液供給工程と、
前記膜分離ユニットに供給された前記遠心分離液の中に残存する前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、
前記膜濾過液を回収する膜濾過液回収工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のクーラント再生方法。
【請求項４】
前記遠心分離ユニットに供給される前の前記使用済クーラントの一部を抽出するクーラント抽出工程と、
前記クーラント抽出工程によって抽出された抽出クーラントを濾過膜を有する膜分離ユニットに供給する抽出クーラント供給工程と、
前記膜分離ユニットに供給された前記抽出クーラントの中の前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、
前記膜濾過液及び前記遠心分離液を混合し前記再生クーラントを生成するクーラント混合生成工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のクーラント再生方法。
【請求項１】
ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生するシリコン切削屑を含む使用済クーラントから前記シリコン切削屑を除去した再利用可能な再生クーラントであって、
残存シリコン成分が前記再生クーラント全体の０．０１重量％以上、３．０重量％以下であり、
前記残存シリコン成分に含まれる０．１μｍ以下の粒径のシリコン粒子が前記残存シリコン成分全体の０．０１重量％以上、３０重量％以下であることを特徴とする再生クーラント。
【請求項２】
請求項１に記載の再生クーラントのクーラント再生方法であって、
ワイヤーソーでシリコン材料を切断する際に発生する使用済クーラントを縦型遠心分離装置を有する遠心分離ユニットに供給するクーラント供給工程と、
前記遠心分離ユニットに供給された前記使用済クーラントをシリコン切削屑を含む固形分と遠心分離液とに遠心分離する遠心分離工程と、
前記遠心分離液を回収する遠心分離液回収工程と
を具備することを特徴とするクーラント再生方法。
【請求項３】
濾過膜を有する膜分離ユニットに、回収された前記遠心分離液を供給する遠心分離液供給工程と、
前記膜分離ユニットに供給された前記遠心分離液の中に残存する前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、
前記膜濾過液を回収する膜濾過液回収工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のクーラント再生方法。
【請求項４】
前記遠心分離ユニットに供給される前の前記使用済クーラントの一部を抽出するクーラント抽出工程と、
前記クーラント抽出工程によって抽出された抽出クーラントを濾過膜を有する膜分離ユニットに供給する抽出クーラント供給工程と、
前記膜分離ユニットに供給された前記抽出クーラントの中の前記シリコン切削屑を含む濃縮液と膜濾過液とに膜分離する膜分離工程と、
前記膜濾過液及び前記遠心分離液を混合し前記再生クーラントを生成するクーラント混合生成工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のクーラント再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５６３８０（Ｐ２０１３−５６３８０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４８２１（Ｐ２０１１−１９４８２１）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（３０１０３５１７２）ジー・フォースジャパン株式会社 (6)
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（３０１０３５１７２）ジー・フォースジャパン株式会社 (6)
【出願人】（０００００１０８５）株式会社クラレ (1,607)
【Ｆターム（参考）】
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