(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともベントナイト、水、アミン化合物及び非イオン性有機化合物を配合してなる切削油であって、前記アミン化合物が、炭素数１〜１６のアルキル基又は炭素数２〜１６のアルケニル基を有する一級アミン化合物であり、前記非イオン性有機化合物が、式（Ｉ）：
Ｒ1 Ｏ（ＥＯ）m （Ａ1 Ｏ）n Ｒ2  （Ｉ）
〔式中、Ｒ1 及びＲ2 はそれぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭素数１〜24の炭化水素基であり、かつ少なくとも一方が炭化水素基であり、ＥＯはオキシエチレン基、Ａ1 Ｏは炭素数３若しくは４のオキシアルキレン基を示し、（ＥＯ）m （Ａ1 Ｏ）n は平均付加モル数ｍのＥＯと平均付加モル数ｎのＡ1 Ｏとからなるランダム体又はブロック体を示し、ｍ及びｎはそれぞれ０．５〜５０の数、ｍとｎとの和は１〜１００の数であり、ｎが２以上のときＡ1 Ｏは同一でも異なっていてもよいランダム体又はブロック体を示す〕で表される化合物である、切削油。
【請求項２】
請求項１記載の切削油に、さらに炭素数１〜１０のカルボン酸及び無機酸からなる群より選ばれた少なくとも１種を配合してなる切削油。
【請求項３】
非イオン性有機化合物として、さらに式（II）：
Ｒ3 Ｏ（Ａ2 Ｏ）P Ｒ4  （II）
〔式中、Ｒ3 及びＲ4 はそれぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭素数１〜８の炭化水素基を示し、Ａ2 Ｏはオキシエチレン基又はオキシプロピレン基いずれかを示し、平均付加モル数ｐは０．５〜１０の数である〕で表される化合物を配合してなる、請求項１又は２記載の切削油。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削油に関する。更に詳しくはシリコン単結晶や多結晶、その他化合物半導体やセラミックス等のインゴットの切削性を向上させうる切削油に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在シリコンインゴット等は、遊離砥粒等の研磨材を用いてワイヤソー等を用いる方法により切削されている。砥粒は切削油に比較して著しく比重が高いため、切削油と砥粒からなるスラリー状の切削油組成物から比重の高い砥粒が沈降する。そのため、タンク内や配管内等において砥粒が堆積することによって、砥粒含有率が低下し、切削性能及び切削精度が低下するという問題や、長時間作業を停止した場合に沈降堆積した砥粒がハードケークを形成し、再び均一に再分散させることが困難になるという問題が生じる。
【０００３】
これらの問題を解決するために、遊離砥粒を含有する切削油組成物において、種々の沈降防止剤の使用が提案されている。例えば沈降防止剤として、無機ベントナイト等に代表される粘土鉱物、脂肪酸石鹸、脂肪酸アミド等が知られており、砥粒などの固体粒子の沈降防止に対して一応の効果が認められている。
【０００４】
しかしながら、前記沈降防止剤の使用のみでは、十分な砥粒分散性を得ることができないという欠点を有する。また安定した切削性能の観点から、切削時にスラリーが粘度変化を起こしにくい切削油組成物が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、砥粒の沈降を抑制し、かつ使用時の砥粒スラリーの粘度変化が小さいことにより切削性能を低下することなく、さらに砥粒が沈降した場合においても砥粒を容易に再分散させることができることにより、優れた切削性能と作業性の優れた水溶性切削油を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
〔１〕  少なくともベントナイト、水、アミン化合物及び非イオン性有機化合物を配合してなる切削油、並びに
〔２〕  前記〔１〕記載の切削油に、さらに炭素数１〜１０のカルボン酸及び無機酸からなる群より選ばれた少なくとも１種を配合してなる切削油、
に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ベントナイトには、粘土鉱物である無機ベントナイトと、無機ベントナイトを有機アミン類で処理した有機複合体である有機ベントナイトとがある〔「無機素材技術読本」第５０〜６３頁、日刊工業新聞社〕。本発明の切削油においては、分散媒中での分散性の観点から、無機ベントナイトがより好ましく用いられる。無機ベントナイトとしては、精製無機ベントナイトが好ましい。なお、精製無機ベントナイトとは、「無機素材技術読本」第５９〜６３頁、日刊工業新聞社に記載のベントナイトであり、水簸（すいひ）精製されたベントナイトをいう。
【０００８】
水溶性切削油の基油として非イオン性有機化合物を含有した分散媒に、分散が困難なベントナイトを、後述のように配合することによって、効果的に分散させることができる。さらに、得られた切削油は、ベントナイトの存在により、砥粒の沈降を抑制し、かつ使用時の砥粒スラリーの粘度変化が小さいため、切削性能を低下することなく、さらに砥粒が沈降した場合においても砥粒を容易に再分散させることができるという優れた効果を発揮する。したがって、本発明の切削油は、優れた切削性能と作業性を有する。
【０００９】
具体的には、本発明の切削油は、少なくともベントナイト、水、アミン化合物及び非イオン性有機化合物を配合してなる切削油であり、ベントナイトが効率よく分散されるという優れた性質を有する。前記切削油は、少なくともベントナイト、水、アミン化合物及び非イオン性有機化合物を、特に限定されることなく公知の方法で配合することにより得られる。前記切削油を構成する成分（ベントナイト、水、アミン化合物及び非イオン性有機化合物）に加え、さらに酸を配合した切削油は、ベントナイトが一層効率よく分散されるという優れた性質を有する。
【００１０】
本発明において、ベントナイトの配合量は、砥粒の沈降を防止し、かつ優れた切削性を十分に発揮しうる切削油の粘度を確保する観点から、切削油中、０．０５〜５重量％が好ましく、０．１〜３重量％が更に好ましい。
【００１１】
前記水としては、イオン交換水等が挙げられる。前記水の配合量は、ベントナイトの分散性及び水の揮発による切削油の粘度変化の防止の観点から、切削油中、３〜６０重量％が好ましく、５〜６０重量％が更に好ましく、７〜５０重量％が特に好ましい。
【００１２】
アミン化合物は、ベントナイトの分散性の観点から、一級及び二級アミン化合物が好ましい。更に好ましくは炭素数１〜１６のアルキル基又は炭素数２〜１６のアルケニル基を有する一級アミン化合物が好ましく、炭素数１〜１０のアルキル基又は炭素数２〜１０のアルケニル基を有する一級アミン化合物が特に好ましい。アミン化合物は、アルキル基を有する化合物がより好ましい。具体例としては、メチルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、２−オクチルアミン等が挙げられる。アミン化合物の配合量は、ベントナイトの分散性の観点から、切削油中、０．０５〜５重量％が好ましく、０．２〜３重量％が更に好ましい。
【００１３】
非イオン性有機化合物としては、ポリオキシアルキレン化合物、脂肪族アルカノールアミド、多価アルコール脂肪酸エステルが挙げられる。非イオン性有機化合物は、単独又は２種以上混合して用いてもよい。
【００１４】
非イオン性有機化合物の配合量は、切削油の潤滑性の観点から、切削油中、２０〜９５重量％が好ましい。
【００１５】
非イオン性有機化合物は、切削油の潤滑性の観点から、式（Ｉ）：
Ｒ1 Ｏ（ＥＯ）m （Ａ1 Ｏ）n Ｒ2                   （Ｉ）
及び式（II）：
Ｒ3 Ｏ（Ａ2 Ｏ）P Ｒ4                             （II）
で表された化合物が好ましい。
【００１６】
式（Ｉ）において、Ｒ1 及びＲ2 は水素原子又は炭素数１〜２４の炭化水素基を示し、それぞれ同一でも異なってもよい。砥粒を含有した切削油組成物の粘度変化を低減させる観点から、少なくとも一方は炭化水素基である。
【００１７】
前記炭化水素基は、切削性能を十分発揮させる観点から、炭素数は、１以上であり、切削後に得られた切削物の洗浄の容易性の観点から、２４以下であり、２２以下であることが好ましく、１８以下であることがさらに好ましい。前記炭化水素基は、脂肪族又は芳香族炭化水素基のいずれでもよく、脂肪族炭化水素基である場合、飽和又は不飽和のいずれでもよく、かつ直鎖又は分岐鎖のいずれでもよい。
【００１８】
式（Ｉ）において、ＥＯはオキシエチレン基を示し、Ａ1 Ｏは、炭素数３若しくは４のオキシアルキレン基を示す。前記Ａ1 Ｏとしては、オキシプロピレン基（以下、ＰＯという）又はオキシブチレン基が挙げられる。また、式（Ｉ）において、（ＥＯ）m （Ａ1 Ｏ）n は、平均付加モル数ｍのＥＯと平均付加モル数ｎのＡ1 Ｏとからなるランダム体又はブロック体を示す。
【００１９】
前記ｍ及びｎは、それぞれ０．５〜５０の数である。切削後に得られた切削物の洗浄の容易性の観点から、ｍは０．５以上であり、低温流動性の観点から、ｎは０．５以上であることが好ましい。ｎが２以上のとき、式（Ｉ）の化合物中のＡ1 Ｏは、同一でも異なっていてもよく、異なる場合は、ランダム体でもブロック体でもよい。式（Ｉ）の化合物は単独又は２種以上混合して用いてもよい。
【００２０】
式（Ｉ）で示された化合物の配合量の総量は、切削油の潤滑性の観点から、切削油中、２０〜９５重量％が好ましく、３０〜８０重量％が更に好ましい。
【００２１】
式（II）で表される化合物は、式（Ｉ）の化合物と併用され、切削油の粘度調整、切削後の被切削物を水洗浄した際の廃水の油水分離性能の向上を目的として用いられる。
【００２２】
式（II）の化合物は、Ｒ3 及びＲ4 はそれぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭素数１〜８の炭化水素基を示し、Ａ2 ＯはＥＯ又はＰＯのいずれかを示し、平均付加モル数ｐは０．５〜１０の数である。式（II）の化合物は、単独又は２種以上混合して用いてもよい。
【００２３】
式（II）で示された化合物の配合量の総量は、十分な粘度を得、廃水の油水分離性能を発揮させる観点から、切削油中、１０〜６０重量％が好ましく、２０〜５０重量％が更に好ましい。
【００２４】
式（Ｉ）の化合物と式（II）の化合物の配合量の総量は、切削油の潤滑性の観点から、切削油中、３０〜９５重量％が好ましく、４０〜８０重量％がより好ましい。
【００２５】
酸は、炭素数１〜１０のカルボン酸及び無機酸からなる群より選ばれた少なくとも１種が使われる。無機酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等が挙げられる。前記カルボン酸は、ベントナイトの分散性の観点から、炭素数１〜８のカルボン酸が好ましく、炭素数１〜５のカルボン酸がより好ましい。具体例としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等が挙げられる。
【００２６】
酸の配合量は、ベントナイトの分散性の観点から、切削油中、０．０５〜５重量％が好ましく、０．２〜３重量％が更に好ましい。
【００２７】
また、本発明の切削油において、前記酸を配合する場合、酸とアミン化合物は両者の塩として配合してもよい。
【００２８】
本発明においては、前記切削油に、さらに各種添加剤を含有させることができる。例えば、界面活性剤、増粘剤、消泡剤、防錆剤、防腐剤等を用いてもよい。
【００２９】
本発明の切削油は、ベントナイト、水、アミン化合物、非イオン性有機化合物、酸、各種添加剤等を、ホモミキサー、ホモジナイザー等の攪拌機で攪拌することにより調製することができるが、ベントナイトをより効果的に切削油に分散させる観点から、水に膨潤させたベントナイト、アミン化合物、非イオン性有機化合物、酸、各種添加剤等を、ホモミキサー、ホモジナイザー等の攪拌機で攪拌することにより調製することが好ましい。この際、水は、ベントナイトを膨潤させる時に全て用いてもよく、水に膨潤させたベントナイトと他の成分とを配合する際に膨潤時に使用した水の残部を加えてもよい。
【００３０】
前記切削油と砥粒を均一に混合することにより、切削油組成物が得られる。前記切削油と砥粒とを含有した切削油組成物は、前記切削油を用いるため、砥粒の沈降による切削性能の低下を抑制できるという優れた効果を発揮する。
【００３１】
砥粒は、切削用に一般に使用される砥粒を使用することができる。金属、金属又は半金属の炭化物、金属又は半金属の窒化物、金属又は半金属の酸化物、金属又は半金属のホウ化物、及びダイヤモンド等である。金属又は半金属元素は、周期律表の３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ又は８Ｂ族由来のものである。具体的には、アルミナ粒子、ＳｉＣ粒子、ダイヤモンド粒子、ＭｇＯ粒子、酸化セリウム粒子、酸化ジルコニウム粒子、コロイダルシリカ粒子又はヒュームドシリカ粒子等が挙げられ、切削速度の観点からＳｉＣ粒子が好ましい。
【００３２】
砥粒の平均粒径は、被切削物の材質や要求品質等により適宜選択でき、０．５〜５０μｍが好ましい。
【００３３】
切削油組成物における砥粒の含有量は、切削油組成物の流動性及び切削効率の観点から、好ましくは２０〜７０重量％、更に好ましくは３０〜６０重量％である。
【００３４】
切削油組成物における切削油の濃度は、切削速度や要求品質等に応じて種々選択でき、切削油組成物の流動性及び切削効率等の観点から、好ましくは３０〜８０重量％、さらに好ましくは４０〜７０重量％である。
【００３５】
本発明の切削油組成物は、切削油と砥粒とを公知の攪拌機等で均一に攪拌することにより得ることができる。
【００３６】
前記切削油組成物を用いる場合、切削の対象となる被切削物の材質は、シリコン単結晶や多結晶、ＧａＡｓ、その他の半導体やセラミックス等のインゴット等が挙げられる。
【００３７】
切削油組成物の用途としては、インゴット等のワイヤソーによる切削、ブレードソーによる切削等が挙げられ、特にインゴット等のワイヤソーによる切削が好適である。
【００３８】
切削油組成物を用いる切削方法としては、本発明の切削油組成物を５０〜２５０μｍ程度の細いワイヤーに絡ませて使用することにより、シリコン単結晶等のインゴットを効率よく切削する方法等が挙げられる。
【００３９】
【実施例】
調製例
表１に実施例１〜５、比較例１及び２の切削油の調製時の組成を示す。なお、表１中、ＥＯ及びＰＯの付加モル数は、平均付加モル数を示す。また、ｎ−Ｂｕは、ｎ−ブチル基を示す。
【００４０】
【表１】
0004206162.tif 000002
【００４１】
実施例１〜５の切削油は、精製無機ベントナイトをイオン交換水により膨潤させたものを用い調製した。
【００４２】
試験例１
本発明品の砥粒分散性及び再分散性を以下の方法で試験した。砥粒〔組成：ＳｉＣ；ＧＣ＃６００、（株）フジミインコーポレーテッド社製〕５０重量部と、実施例１〜５、比較例１又は２の切削油５０重量部とを２００ｍｌのビーカに採取し、ホモミキサー（特殊化工（株）社製、型式T.K オートホモミキサー、撹拌羽根：ディスパー羽根）を用い２５℃で、3000 rpmで３分攪拌し、切削油と砥粒とが均一になったスラリー状の切削油組成物８０ｍｌを調製した。得られた切削油組成物８０ｍｌを１００ｍｌのサンプル管（直径３７ｍｍ、高さ１００ｍｍ）に入れた。ついで、調製後１時間、２４時間及び４８時間のそれぞれの時点で、砥粒の沈降状態（測定時の砥粒層容量）を調べた。また調製後４８時間の砥粒層の再分散性を調べた。
【００４３】
砥粒分散性は、分散性＝（測定時の砥粒層容量／調製時切削油組成物容量）×１００（％）で表し、数値が１００％に近いほど分散性が良好であることを示す。
【００４４】
砥粒再分散性は、切削油組成物を調製後４８時間経過した試料を水平に傾け、砥粒層の流動性を以下の基準で判定した。結果を表２に示す。
【００４５】
〔砥粒の再分散性判断基準〕
○：サンプル管を傾けた際、砥粒層が流動する
×：サンプル管を傾けた際、砥粒層が殆ど流動しない
【００４６】
【表２】
0004206162.tif 000003
【００４７】
表２の結果より、実施例１〜５の切削油を用いた場合、砥粒の分散性が優れており、切削油組成物調製後４８時間経過後も砥粒層は流動性を保持し、再分散が容易であることが示される。
【００４８】
試験例２
本発明の切削油を用いて得られた切削油組成物の使用時の粘度変化を調べるため、以下の試験を行なった。実施例１〜５の切削油（本発明）各々２５０ｇと、砥粒〔組成：ＳｉＣ、ＧＣ＃８００（株）フジミインコーポレーティッド社製〕２５０ｇとを５００ｍｌのステンレス製のビーカーに採取し、ホモミキサー（特殊化工（株）社製型式Ｔ．Ｋオートホモミキサー、撹拌羽根：ディスパー羽根）を用いて２５℃、3000rpm で３分間攪拌し均一にした。ついで、２５℃における粘度（攪拌前粘度）をＢ型粘度計で測定した。さらに、２５℃、3000rpm で10時間撹拌した。撹拌後の２５℃における粘度（攪拌後粘度）をＢ型粘度計で測定し、粘度変化率＝（撹拌後粘度／撹拌前粘度）×１００（％）を求めた。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
0004206162.tif 000004
【００５０】
表３の結果より、実施例１〜５を用いて得られた切削油組成物は、使用時の粘度変化がほとんどないことが示される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の切削油は、優れた砥粒の分散性を有し、該切削油を用いて得られた切削油組成物の粘度変化が小さいため、良好な切削性能が得られるという優れた効果を奏する。また、本発明の切削油を用いて得られた切削油組成物は、長時間放置した場合、たとえ砥粒が沈降したとしても、砥粒の流動性があり砥粒の再分散性が容易で作業性に優れるという優れた性質を有する。