JP4194783B2

JP4194783B2 - 水溶性切断加工用油剤

Info

Publication number: JP4194783B2
Application number: JP2002036975A
Authority: JP
Inventors: 康夫山中; 力大井; 久三齊藤; 勝也大久保; 大向井
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003238983A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水溶性切断加工用油剤に関し、更に詳細には、脆性材料の切断に使用するのに好適な水溶性切断加工用油剤及びこれを用いた脆性材料の切断加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硬度の高い脆性材料の切断加工には、遊離砥粒を用いてのワイヤソー、ブレードソー（バンドソー）加工が加工能率、加工精度の観点から近年広く使用されている。その際、砥粒と油剤を混合し、調整した液（スラリー）が一般的に使用される。
このスラリーに使用される油剤は従来、混合する砥粒の分散性、分散安定性の観点から不水溶性油剤［鉱物油、砥粒分散剤（油溶性界面活性剤）、砥粒分散安定剤（有機ベントナイト又は無機ベントナイト等）を含む］が広く使用されてきた。
【０００３】
しかし、近年の電子・半導体産業の著しい進歩により、その材料である脆性材料の砥粒による切断加工においても生産性の向上、切断した加工部品の加工精度の向上が求められ、それとともに切断加工条件が著しく苛酷（高速切断加工、高能率加工）になってきた。その結果、従来の様々な不水溶性油剤と砥粒の混合スラリーでは、加工速度の高速化にともなう加工材料の熱膨張による寸法不良等によって加工精度が低下することになった。更に、油剤が引火点を持つ危険物であること、加工後の洗浄工程においてスラリー除去を溶剤で行わなければならない、という消防法上の問題、切断加工中の発煙、ミスト発生、スラリーの飛散による床、加工機周辺の作業環境の悪化等が大きくクローズアップされ、問題となってきた。
【０００４】
この対策として、スラリー用の油剤として水溶性油剤（通常原液タイプ）が注目され、ここ１０年間に渡り、種々の水溶性油剤の特許が出願公開されている。
しかしこれらの技術は基本的にスラリーの砥粒分散性、安定性を考慮するあまり、水溶性油剤の粘度、スラリー粘度や密度に重点が置かれている。
それ故、もっとも重要な油剤の特性と被削材への切断性に注目し、開発したものは見当たらない。
【０００５】
水溶性油剤の成分的な観点より見た場合、従来の不水溶性油剤のスラリーに用いていた考え方を固定し、従来通り砥粒の安定剤として有機ベントナイト又は無機ベントナイト、又はカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、キサンタンガム、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸アミド等の水溶性増粘剤が使用されてきた例が多々ある。
しかし、有機ベントナイト又は無機ベントナイトを使用した場合、これらの化合物が水に不溶の為、水溶性油剤（原液）の長期安定性の問題や、スラリー粘度の増加、切断点へのスラリー浸透不良による加工精度への影響などの問題が多発した。さらに水溶性増粘剤は微生物の栄養源となる物質が多く、長期間使用した場合、スラリーが腐敗し、悪臭を発生し、作業環境上問題が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、遊離砥粒を用いて硬度の高い脆性材料を高能率、高精度に切断加工するブレードソー、ワイヤソー等に使用する水溶性切断加工用油剤を提供することである。
本発明の他の目的は、油剤と遊離砥粒を混合し調製した液（スラリー）において、スラリー中の砥粒の分散性、及び再分散性に優れ、切断能率が高く、切断加工面の精度が優れ、かつ切断加工後のスラリー除去の洗浄工程においても溶剤等を使用せず容易に水で洗浄でき、併せて不水溶性油剤のような引火性の心配もなく、切断加工機の表面や床等にスラリーが飛散、付着堆積しても簡単に清掃ができ、作業環境を悪化させることなく、生産性の向上に寄与する水溶性切断加工用油剤を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、有機ベントナイト又は無機ベントナイトのようなスラリーの砥粒分散安定剤や、さらにカルボキシメチルセルロースのような水溶性増粘剤を使用せずに、水溶性油剤に砥粒を混合した液（スラリー）において砥粒分散性をある程度有し、特に機械的攪拌を行った場合の砥粒再分散性に優れ、かつスラリーに流動性が有り、切断点に容易に浸透し、併せて消泡性に優れる、水溶性切断加工用油剤を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記油剤を用いた脆性材料の切断加工方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成するため鋭意研究を重ねた結果、水溶性切断加工用油剤に、多価アルコール、多価アルコール縮合物、多価アルコール誘導体のいずれか１種類以上の物質と芳香族カルボン酸と塩基性物質との塩および水を含有させることにより優れた油剤が得られることを見出し本発明を完成させるに至った。
【０００９】
本発明は、多価アルコール、多価アルコール縮合物、及び多価アルコール誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物、芳香族カルボン酸、該芳香族カルボン酸を中和し水溶性化する塩基性物質、及び水を含有することを特徴とする水溶性切断加工用油剤を提供するものである。
本発明はさらに、上記油剤を用いた脆性材料の切断加工方法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する、多価アルコール、多価アルコール縮合物、多価アルコール誘導体は、水に対する溶解度が２０℃で、好ましくは５ｇ／１００ｇ水以上であり、さらに好ましくは２０ｇ／１００ｇ水以上、最も好ましくは３０ｇ／１００ｇ水以上である。
水に対する溶解度が５ｇ／１００ｇ水より低くなると、水溶性油剤の特徴が失なわれてしまうことがあり好ましくない。
又、上記物資の分子量は６０〜４０００が適当であり、好ましくは６０〜３０００、より好ましくは６０〜２０００である。分子量が４０００を越えると、油剤の粘性が増加し、砥粒の再分散性が低下し、さらに油剤の破泡性も低下し、結果としてスラリーの消泡性が低下し、切断加工性能の低下につながる。さらに、スラリーの残渣物が非常に粘ちょう性を帯び、切断加工機械、床等の汚れが増大し、作業環境の悪化につながる。
【００１１】
本発明の油剤中、多価アルコール、多価アルコール縮合物、多価アルコール誘導体の含有量は合計で、１０〜９５質量％が適当であり、好ましくは２０〜８０質量％、より好ましくは４０〜８０質量％である。
次に本発明に使用される多価アルコール、多価アルコール縮合物、多価アルコール誘導体の具体例を列挙する。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１２】
多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、デカンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、デカントリオール、ペンタエリスリトール等がある。
多価アルコール縮合物としては、ジエチングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール２００、同４００、同１２００、ジプロピレングリコール、トリプロプレングリコール、ジグリセリン、トリグリセン、オクタグリセリン、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等がある。
【００１３】
多価アルコール誘導体としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、グリセリンモノメチルエーテル、グリセリンジメチルエーテル、グリセンジエチルエーテル、グリセリントリエチルエーテル等が挙げられる。
【００１４】
芳香族カルボン酸は、塩基性物質と塩を形成し、この塩はスラリーにした場合の、砥粒の分散性、再分散性、ワイヤーへの砥粒の付着性等に寄与している。
本発明に使用される芳香族カルボン酸は、炭素原子数７〜２０のモノ、ジ、トリ、テトラカルボン酸が挙げられる。油剤中の芳香族カルボン酸の合計含有量は好ましくは１〜３０質量％であり、さらに好ましくは１〜２０質量％、最も好ましくは１〜１０質量％である。
これらの芳香族カルボン酸は酸の形態では水に難溶であるので、上述の様にこれらの芳香族カルボン酸と有機アミン及び／又は無機塩基性物質と反応させ水溶性化し、芳香族カルボン酸塩として使用する。その場合、芳香族カルボン酸塩の水に対する溶解度は５ｇ／１００ｇ水以上であることが望ましい。５ｇ／１００ｇ水以下では、芳香族カルボン酸塩が折出しやすく、好ましくない。
【００１５】
本発明の油剤中、芳香族カルボン酸塩の含有量は好ましくは２〜５０質量％、さらに好ましくは５〜３０質量％、最も好ましくは５〜２０質量％である。２質量％未満では、スラリー中の砥粒の分散性向上効果が充分でなく、又５０質量％を超えても、分散性向上効果が飽和し、経済的に不利である。
本発明に使用される芳香族カルボン酸の具体例としては、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ｐ−ニトロ安息香酸、メチル安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
【００１６】
本発明に使用する塩基性物質は、芳香族カルボン酸を水に可溶化するために添加するものであり、さらに油剤のサビ止め性を良好に維持するという作用も有している。このような塩基性物質の例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン；シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等の脂環式アミン；これらのアミンにエチレンオキサイドを１〜６モル付加した合成アミン、１，３−ビスアミノメチルシクロヘキサン等が挙げられる。
【００１７】
また脂肪族アミンとしては、炭素原子数８〜１８の第一級又は第二級のアルキルアミン（例えば２−エチルヘキシルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン等）、これらのアミンにエチレンオキサイドを１〜６モル付加した合成アミン、さらにイソデシルアミン、イソステアリルアミン等の合成アミンが挙げられる。さらに、２−メチル−２−アミノ−プロパノール（ＡＭＰ）も挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジルアミン、メタキシレンジアミン及びこれらのアミンにエチレンオキサイドを１〜６モル付加した合成アミンや、さらにその他の例としてジグリコールアミン等が挙げられる。
無機塩基性物質としては、周期表１Ａ族のアルカリ金属の水酸化物（水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）が挙げられる。
【００１８】
本発明の油剤を使用して切断加工するのに適した被加工材料の例としては、電子産業分野で広く使用されている脆性材料が挙げられ、具体例としては、シリコン(単結晶、多結晶)、ガリウム砒素等の半導体、アルミナ、酸化ジルコニウム等のセラミックス、石英ガラス、ケイ酸ガラス等のガラスが挙げられる。脆性材料が、シリコン系である場合は、油剤のｐＨは５〜９とすることが望ましい。この場合、塩基性物質としては、無機塩基性物質より有機塩基性物質を使用することが望ましい。特に、塩基性のマイルドなトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等の第３級アルカノールアミンが望ましい。
【００１９】
本発明の油剤に使用する水としては、超純水、蒸留水、イオン交換水、水道水、市水、工業用水等のいずれを用いても良く、水の含有量は通常３〜７０質量％であり、好ましくは３〜５０質量％、より好ましくは３〜３０質量％である。
水の含有量が７０質量％を超えると、スラリーの粘度が低くなり過ぎて、切断加工性能が低下することがある。又、３質量％未満では、切断加工時の熱の発生によりスラリー中の水分（油剤中の水分）が蒸発し、油剤自身に引火性を生じ水溶性油剤としての特性が失なわれるおそれがある。
【００２０】
本発明の水溶性切断加工用油剤は、多価アルコール、多価アルコール縮合物、及び多価アルコール誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物、芳香族カルボン酸、該芳香族カルボン酸を中和し水溶性化する塩基性物質、及び水を適当な温度条件下、例えば、４０〜７０℃程度で混合溶解させることにより容易に製造できる。
その際、必要に応じて、ポリアルキレングリコール類（エチレンオキシド−プロピレンオキシド重合体）、界面活性剤（アニオン系、ノニオン系）、水溶性増粘剤、防腐剤、防カビ剤、非鉄金属防食剤、ｐＨ緩衝剤等を適宜添加含有させても良い。
本発明の油剤は、通常はそのまま砥粒（例えば、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド、ＣＢＮ）と適当な割合で、好ましくは、質量比１：０．８〜１．１．５の範囲で混合して脆性材料の切断加工用スラリーとして使用される。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例および比較例により、本発明の水溶性脆性材料切断加工用油剤を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１〜５及び比較例１〜６
表１及び表２に示す各成分を混合し、実施例１〜５及び比較例１〜４の水溶性切断加工用油剤を調製した。比較例５及び６は市販の水溶性切断加工用油剤及び不水溶性切断加工用油剤である。
【００２２】
スラリーの性状測定試験法
各例の油剤を用いて、以下のように試験した。試験結果を表１〜２に併せて示す。
（ａ）ｐＨ測定試験
JIS−Z−８８０２ガラス電極法により測定した。
（ｂ）泡立ち消泡性試験（ＪＩＳＫ２５１８石油製品潤滑油−泡立ち試験方法に準拠）
泡立ち試験は次の条件で行った。

（ｃ）砥粒分散安定性試験
実施例、比較例の各油剤１００mlを２００mlビーカー内に採取し、次いで砥粒（GC#600）を１００ｇ（油剤：砥粒＝１：１）、シリコン微紛を１０ｇ加え、スパチュラを用い十分攪拌、分散を行いスラリーを作成した。次いでこのスラリー１００mlを１００mlメスシリンダーに移し室温で６時間放置し、砥粒分散安定性を肉眼で観察した。
評価は以下の規準に従って行った。
○：ほとんど分散している。均一のスラリーのままである。
△：○〜×の間
×：スラリーの上層約１／４が油剤となり砥粒分散安定性が悪い。
（ｄ）砥粒再分散性試験
上記（ｃ）で試験を行ったスラリー入りの１００mlメスシリンダーを室温で２４時間放置し、スラリー中の砥粒をほぼ沈降させる。次に砥粒が沈降しているスラリー入りのメスシリンダーを手で上下に２０回静かに振とうし、砥粒の再分散性を評価した。
評価は以下の規準に従って行った。
○：砥粒が完全に再分散し、元のスラリーとほぼ同一となる。
△：○〜×の間。
×：砥粒がメスシリンダー底部に固着し元のスラリーに戻らない。
【００２３】
（ｅ）切断性評価試験
評価は実際のシリコンインゴットを用いて、下記の条件で行った。
切断装置；ワイヤソー
材料；シリコンインゴット
寸法；８インチφ×２００mmＬ
ワイヤー径；０．１８mm
ワイヤー線速度；平均６００ｍ／分
スラリー；油剤：砥粒GC#600の混合比率（質量比）（１：１）
スラリー温度；２４℃
評価は加工切断面のTTV（Total Thickness Variation）とWarp（うねり）を測定することで行った。TTV、Warpは共に小さい値の方が加工精度が良好であることを示している。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の水溶性切断加工用油剤を脆性材料の切断に使用した場合、市販の水溶性切断加工用油剤および不水溶性切断加工用油剤を使用した場合と比較して、明らかに良好な切断加工精度が得られた。また本発明の水溶性切断加工用油剤は水溶性油剤であるため、非危険物となり、更に、後工程の洗浄に溶剤を使用しない水洗浄が可能となった。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

※ 市販品：プロノン PE−61(三洋化成(株)製)

Claims

多価アルコール、多価アルコール縮合物、及び多価アルコール誘導体からなる群から選ばれ、水に対する溶解度が、２０℃で５ｇ／１００ｇ水以上である少なくとも１種の化合物、イソフタル酸、該イソフタル酸を中和し水溶性化する塩基性物質、及び水を含有することを特徴とする水溶性切断加工用油剤。
多価アルコール、多価アルコール縮合物、及び多価アルコール誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物が、プロピレングリコール、グリセリン、及びジエチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも 1 種である請求項１記載の水溶性切断加工用油剤。
塩基性物質が、アルカノールアミン、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、及びこれらのアミンのエチレンオキサイド付加物からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の水溶性切断加工用油剤。
塩基性物質が、トリエタノールアミンである請求項１又は２記載の水溶性切断加工用油剤。
水が超純水、蒸留水、イオン交換水、又はこれらの混合物である請求項１〜４のいずれか１項記載の水溶性切断加工用油剤。
多価アルコール、多価アルコール縮合物、及び多価アルコール誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物がプロピレングリコールである請求項１〜５のいずれか１項記載の水溶性切断加工用油剤。
脆性材料切断加工用の請求項１〜６のいずれか１項記載の水溶性切断加工用油剤。
脆性材料がシリコン系であり、ｐＨが５．０〜９．０の範囲である請求項７記載の水溶性切断加工用油剤。
さらに遊離砥粒を含有する請求項１〜８のいずれか１項記載の水溶性切断加工用油剤。
ワイヤソー又はブレードソー用の請求項１〜９のいずれか１項記載の水溶性切断加工用油剤。
請求項１〜１０のいずれか１項記載の水溶性切断加工用油剤を使用することを特徴とする脆性材料の切断加工方法。