CN1100894C - 电解用复合电极 - Google Patents
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Abstract
一种具有由被旋转驱动的滚筒形成的阴极和以一定间隔与该阴极面对的具有圆弧形状的阳极、且在该阳极和该阴极之间能够维持电解液的电解用复合电极。该阳极包括第1电极基体、第2电极基体、螺栓、第1中介体和第2中介体，第1电极基体至少在和电解液接触的地方是耐腐蚀的金属，具有多个沿平行于该滚筒的旋转轴的直线设置的螺孔，第2电极基体的一个面被电极催化物覆盖，由被多个平行于该滚筒的旋转轴的分割面分割开的带状钛板形成，在与该分割面平行的中心轴上设有多个孔，螺栓通过该第2电极基体的孔延伸出来，拧入该第1电极基体的该螺孔，将该第2电极基体固定在该第1电极基体上，第1中介体设在该第1电极基体和该第2电极基体之间的该螺栓的周围，第2中介体设在该第1电极基体和该第2电极基体之间的该第2电极基体的周围。
Description
技术领域
本发明涉及具有电解用不溶性阳极的电解用复合电极，电解用不溶性阳极是当利用在通过大电流的钢板上镀锡、镀锌、电镀的方法进行铜箔制造等时使用的。
背景技术
近年来，在电镀领域，伴随电镀的高速化，电镀的电流也越来越大。在利用钢板上镀锡、镀锌、电镀法进行的金属箔制造等中，采用了30～250A/dm2的高电镀电流密度。并且，要求电镀的材料是带材的宽度为500～2000mm的大尺寸的材料，或者要求利用电镀来得到金属箔。因此，为了得到这样的大尺寸材料的镀层，使用的不溶性电极也必须是大型的。此外，在电镀品制造和金属箔制造中，对这些制品的质量要求越来越高。为了在制造制品时使电镀的电流密度进一步保持均匀，要求阳极和阴极之间的电极距离的偏差在5％以内。
对于在这样高的电流密度下工作的大型不溶性电极，从导电性能和经济性的观点出发，曾经试验过使用以铜、铁、铝、铅、锡等导电金属材料作为芯材并用钛板将该芯材包覆的复合电极基体。
但是，这样的大型复合电极基体相当重，而且，不光加工处理困难，在进行电极催化物质的被覆处理时也会产生以下问题。
1、大型的重电极基体的热容量大，特别是，对于通过反复进行350～700℃的高温处理对铂系金属或其氧化物等电极催化物质进行涂层加工后制造出来的不溶性阳极来说，热处理时的能量损失大，而且升温和冷却也很费时间。
2、复合电极基体在对电极催化物质进行涂层处理时，在不同金属的接合部分容易发生形变和损伤。
3、在电极催化物质的涂层加工中，由于要求微米量级 的精密加工，所以加工大型电极基体需要很高的设备成本。
在实开平3-42043号公报中公开了解决上述问题的方案。若按照该方案，将复合电极基体作为第1电极基体，由钛板形成第2电极基体，该钛板是经过利用与第1电极基体不同的电极催化物质进行涂层处理过的，用螺栓将第2电极基体支撑在第1电极基体上，能够对第2电极基体进行安装拆卸。
此外，在特开平6-47758号公报中公开了一项技术，在圆弧形状型的不溶性阳极中，用圆弧形的电解槽(第1电极基体)将阳极带状板支撑起来并使阳极带状板弯曲，该电解槽具有支持可拆装的阳极带状板的支持装置。
但是，若将电极做成圆弧形状，在实开平3-42043和特开平6-47758号公报公开的技术中，因为第1电极基体加工成高精度的圆弧形状要比加工成平板困难得多，所以，若将第2电极基体支撑在第1电极基体上，很难减小阳极和阴极的电极间距离的偏差。此外还有这样的问题，即在圆弧形的电极中，哪怕是偏离旋转驱动阴极滚筒的旋转轴一点点都会产生电极间距离的偏差。
为了解决这些问题，在特开平6-47758号公报中进一步公开了一种调整机构，使阴极和不溶性电极的间隙保持一定，但因为是从电解槽(第1电极基体)的外侧进行调整，所以存在下面的问题。
第1、对于用电解槽(第1电极基体)支持阳极带状板(第2电极基体)的支持装置必须有解决浸湿的方法，此外，当设置调整阳极带状板(第2电极基体)的机构时，结构更复杂。
第2、但电解槽(第1电极基体)使不溶性电极弯曲并将其支撑时，电极催化物的涂层因弯曲而受到应力，若在高电流密度领域使用，会产生电极催化层的劣化。
第3、当利用到旋转驱动阴极滚筒的旋转轴的距离进行与阴极相对的不溶性电极面的位置调整时，需要从复合电极基体和不溶性电极两方面去进行不溶性电极面的位置调整作业，调整作业需要时间，同时微调整困难。
第4、为了从电解槽(第1电极基体)的外侧进行调整作业，必需要宽的空间。
发明的公开
为了解决上述课题，本发明提供一种电解用复合电极，其特征在于，在具有由被旋转驱动的滚筒形成的阴极和以一定间隔与该阴极面对的具有圆弧形状的阳极、且在该阳极和该阴极之间能够维持电解液的电解用复合电极中，
该阳极包括第1电极基体、第2电极基体、螺栓、第1中介体和第2中介体，
第1电极基体至少在和电解液接触的地方是耐腐蚀的金属，具有多个沿平行于滚筒的旋转轴的直线设置的螺孔，第2电极基体的一个面被电极催化物覆盖，由被多个平行于该滚筒的旋转轴的分割面分割开的带状钛板形成，在与该分割平行的中心轴上设有多个孔，
螺栓通过该第2电极基体的孔延伸出来，拧入该第1电极基体的该螺孔，将该第2电极基体固定在该第1电极基体上，
第1中介体设在该第1电极基体和该第2电极基体之间的该螺栓的周围，
第2中介体设在该第1电极基体和该第2电极基体之间的该第2电极基体的周围。
第1电极基体的厚度由使用的材料的电阻和电流决定。第1电极基体的弯曲精度只要是到阴极滚筒旋转轴的距离在规定长度的±2mm之内就足够了。第1电极基体的至少设在和电解液接触的地方的耐腐蚀的金属的最小厚度只要能防止因与电解液的接触而引起的芯材的腐蚀即可，合适的值是大于0.5mm。但是，因为用于利用螺栓来固定第2电极基体的螺孔的深度在耐腐蚀金属板的厚度较薄时要求必须达到不能耐腐蚀的芯材，所以，有必要利用在有该螺孔的地方埋入耐腐蚀的金属或在螺栓固定时向螺孔填充密封树脂等方法来防止电解液的侵入。此外，也可以将耐腐蚀金属板做得较厚，只在该耐腐蚀金属材料内设置螺孔。
这样的第1电极基体可以是耐腐蚀金属镀层的结构，也可以是实心耐腐蚀金属的结构。耐腐蚀金属可以使用钛、钽、铌、锆和以它们为主要成分的合金。
第2电极基体的厚度为2～20mm，理想的情况可以将厚度设计为5～15mm左右。装在第1电极基体前的上述第2电极基体的弯曲形状的曲率半径的加工精度最好是达到安装第2电极基体时的规定半径(500～2000mm)，但这样的的加工实际上是不可能的。因此，第2电极基体的曲率半径的精度最好在正的300％以内，若能达到正的200％以内则更好。当曲率值大于该值时会出现下面的问题，把第2电极基体安装在第1第1电极基体时产生的应力将加给第1电极基体，第1电极基体将产生变形而使其精度降低，涂敷在第2电极基体上的电极催化层可能会因弯曲而产生劣化。此外，当加工精度相对规定的半径而为负值时，会出现不能充分调整第2电极基体的高度的问题。在平行于第2电极基体的阴极滚筒的旋转轴的方向上进行分割，其分割后的长度取200～500mm，最好是取250～400mm，这从精度方面和安装调整作业方面来说是合适的。此外，第2电极基体最好是在阴极旋转方向进行任意分割。分割的方式是使分割后的一个第2电极基体所设置的螺孔的个数在2个以上，最好设计成2个或3个。其理由是，通过在阴极旋转方向对第2电极基体进行任意分割，可以消除微小的变形从而使装配作业变得容易，该变形对于因设置使用了中介体的第2电极基体的高度调整机构而由高度调整发生的阴极和阳极间的间隔精度几乎不产生影响。进而，当在阴极滚筒旋转方向对第2电极基体进行分割时，有必要分割配置成与另一个并排的第2电极基体的分割线不成一条直线，例如呈阶梯形状进行分割。例如配置成使第2电极基体的向阴极滚筒旋转方向延伸的分割线和另一个第2电极基体的向阴极滚筒旋转方向延伸的分割线不在一条直线上。
此外，用于将第2电极基体固定在第1电极基体上的第2电极基体的螺栓孔，通过使用一个面由电极催化物被覆的第3电极基体、并使第2电极基体的电极催化面与第3电极基体的电极催化面在同一面上、而且可以向第3电极基体通电，可以解除第2电极基体的螺栓孔的电流分布的不均匀。第3电极基体的固定和向第3电极基体通电可以采用这样的方法，即使用φ1～5mm左右的钛制皿头螺钉将其固定在第2电极基体或用于固定第2电极基体的螺栓头上。此外，将第3电极基体嵌入螺栓头的方法也有效。
孔周围使用的第1中介体可以使用钛、钽、铌、锆和以它们为主要成分的合金。第1中介体与第1电极基体、第2电极基体和中介体之间的相接触的面，为了降低其接触电阻，最好镀上从亚微米到几微米厚的铂等。第1中介体的厚度可以使用任意的厚度，但实质上是使用0.05～30mm的厚度，当第1中介体是因用螺栓拧紧而不弯曲的厚的平板时，从导电性能方面来看，有必要将其做得很平坦，以便使与第1中介体接触处的第1电极基体和第2电极基体的相对的面互相平行。第1中介体的形状可以考虑与电极基体的接触电阻去自由选定，可以是平板、弯曲板或凹凸板等。此外，设在第2电极基体周围附近的第2中介体只要是能耐腐蚀、能调整高度、而且具有能支持第2电极基体的形状和强度，对材料并没有特别的限制。第1及第2中介体可以通过焊接、螺丝固定和铆接加工等与第1电极基体和第2电极基体双方或它们中的任何一方进行装配。进而，第1和第2中介体的配置个数因精度要求不同而异，但每平方米一般是30～300个，最好是60～210个。当每平方米低于60个、特别是低于30个时，就会发生偏差，不能得到足够的精度。此外，当每平方米大于210个、特别是大于300个时，配置很费时间，得不到高的性能价格比。第1中介体和第2中介体个数之比最好是1∶2到1∶10。第2中介体的较理想的配置方法是，至少使第2中介体配置在第2电极基体的周围附近，使1个第1中介体与2个第2中介体形成以第1个中介体为顶点的等腰三角形或正三角形。因此，第1中介体和第2中介体的个数比至少为1∶2。此外，当第2中介体的个数相对第1中介体太多时，得不到高的性能价格比。此外，通过在这些三角形的边的中间位置追加配置第3中介体(未图示)，可以进行高精度的调整。该第3中介体如上所述也可以与第1电极基体和第2电极基体双方或它们中间的任何一方进行装配。再有，在达到规定精度的地方没有必要插入第1、第2和第3中介体。
第2电极基体的高度测定有测定装在阴极滚筒旋转轴上以该旋转轴为中心转动的标尺测定棒和第2电极基体之间的间隙的方法以及在该测定棒的前端安装度盘式指示器进行测定的方法等。第2电极基体的高度调整通过一边使用这些第2电极基体的高度测定方法实测高度一边改变第1和第2中介体的厚度或高度来进行。
本发明的电解复合电极因具有上述结构故不失去现有的复合电极所具有的作用又能得到下面的新作用。
(1)构成为即使从旋转驱动的阴极滚筒一侧进行阳极面的位置调整作业也能进行调整，从而得到了能以简单的结构和高的精度去调整阴极和阳极间的间隔的作用。
(2)由于能够从旋转驱动的阴极滚筒一侧进行不溶性电极面的位置调整作业，从而得到了通过一边测定到旋转驱动的阴极滚筒的旋转轴的距离就能够容易进行与阴极相对的不溶性电极面的位置调整的作用。
(3)能够得到不发生因第2电极基体弯曲而产生的第2电极基体安装调整上的问题(第1电极基体因变形和第2电极基体的电极催化层的弯曲而劣化)的作用。
(4)利用第3电极基体去阻止在用于固定第2电极基体的螺栓孔处的电流不均匀的发生，由此能够谋求电流的均匀分布。
附图的简单说明
图1是表示本发明最佳实施例的一例复合电极的透视图。
图2是表示本发明最佳实施例的一例复合电极的阴极滚筒旋转方向的截面图。
图3是表示本发明一例复合电极的阴极滚筒旋转方向的截面图。
图4是表示本发明一例复合电极的部分平面图。
图5是表示固定第3电极基体的例子的截面图。
图6是表示固定第3电极基体的例子的截面图。
图7是表示固定第3电极基体的例子的截面图。
图8是表示本发明第2电极基体的高度测定的从阴极滚筒旋转方向看去的截面图。
实施本发明的最佳形态
下面，示出本发明的具体实施例并详细说明本发明。
图1是表示本发明最佳实施例的一例复合电极的透视图。
图2和图3是图1的复合电极20的阴极滚筒旋转方向的截面图。图4是将第2电极基体2装在第1电极基体上的平面图。图5、图6和图7是第3电极基体的安装截面图。图8是复合电极20、阴极滚筒旋转轴11和第2电极基体2的高度测度装置12的阴极滚筒旋转方向的截面图。
如图1、图2、图3和图4所示，复合电极20是利用螺栓6经第1中介体4和第2中介体5将多个分割的第2电极基体固定在第1电极基体1上而构成的。第1和第2电极基体1和2由略呈长方形的弯曲板形成，其内表面呈圆弧形状、即以一定的曲率使其弯曲形成圆柱形状的侧壁的一部分的形状。
第1电极基体1的芯材7由铜和铁的复合材料做成，用薄钛板8将其包覆。铜和铁的复合材料用爆炸复合法制作，具有一定的导电性和机械强度。用于用螺栓6将第2电极基体固定在第1电极基体上的螺孔9由埋在第1电极基体中的钛形成，薄板8和螺孔9的间隙用焊接将其完全密封，以防止电解液等向芯材7浸入，而且，螺孔9的的表面(与第1中介体4接触的面)由铂被覆，从而降低它与第1中介体4的接触电阻。向第1电极基体供给电镀电流是通过母线13进行的。另一方面，第1电极基体1的曲率半径的精度只要使其偏差在规定半径的2mm之内就足够了。若假定阴极和阳极的电极间距离的平均值是10mm，那么该偏差值表示最大偏差是电极间距离的20％，离所要求的偏差在5％以内还差得远。
第2电极基体2，从钛金属层到与阴极旋转滚筒相对的表面由以氧化铟为主要成分的电极催化物被覆。而且，利用螺栓6经第1中介体4通过埋在第1电极基体1中的钛螺孔9从阴极滚筒一侧将第2电极基体2固定，同时，第2电极基体2的两端的一部分由第2中介体5支持。第2电极基体2可自由装拆，能够容易改变第1中介体4和第2中介体5的厚度或高度，由此，能够以0.01～0.1mm左右的精度对第2电极基体进行高度调整，而不损害其圆弧形状。结果，与第2电极基体成对配置的阴极旋转滚筒间的距离也可以以0.01～0.1mm的精度进行调整，虽然在第1电极基基体1的精度下电极间距离的偏差最大是20％，但在插入第1中介体4和第2中介体5的地方，电极间距离的偏差最大在1％以内，即使在没有插入第1中介体4和第2中介体5地方使偏差在5％以内也容易做到。
第2中介体5的固定是用螺栓6与第2电极基体压在一起或利用螺栓10进行。螺栓6经第2电极基体2的孔伸出并拧入设在第1电极基体1上的螺孔9内。如图2所示，第2电极基体2的孔具有与螺栓6的头21的底部接触的台阶22。
向第2电极基体2的通电是这样进行的，从母线13供给的电流通过第1电极基体1、螺孔9、第1中介体4，而其中一部分电流从螺孔9向第2电极基体通电。
图5至图7示出第3电极基体3的安装例的截面，与该第3电极基体3的阴极相对的表面与第2电极基体2一样由以氧化铟为主要成分的电极催化物被覆。图5的例子是，在该第3电极基体3的背面的中心设有突起15，嵌入带六角孔的螺栓6的六角孔中，通过将该突起15嵌入六角孔，第3电极基体3便装在螺栓6上。此外，图6的例子是，在第3电极基体3的中心设置孔，在带六角孔的螺栓6的六角孔的中心设有阴螺纹，使用钛金属的皿头螺丝16将第3电极基体3安装在螺栓6上。这时，使用的皿头螺丝16的直径为3～5mm左右就足够了，由此，因皿头螺丝16产生的不均匀的电流分布被限制在很小的范围内，不会对电镀制品的质量产生影响。图7是使用多个皿头螺丝16将第3电极基体3安装在第2电极基体2上的例子。对于要求与阴极相对的第2电极基体2的面和第3电极基体3的面的垂直错位小、电镀电流均匀性高的情况，图7的安装方法是有效的。
这些第3电极基体3的安装是在第2电极基体2的高度调整之后进行的，可以进一步减轻螺检6附近的微小的电流不均匀分布。
此外，如图2所示，第1电极基体和第2电极基体由第1中介体4和第2中介体5隔开，它们之间存在空隙23。在该空隙23内存在电解液。因此，在第1电极基体1和第2电极基体2中可以利用电解液的对流将产生的热散发出去。例如，在第1电极基体1和第2电极基体2中，通过用泵主动地使电解液在空隙内流动，可以有效地散发所产生的热。另一方面，在低电流密度工作时，没有必要散发所发生的热，这时，可以在空隙23中插入氯乙烯和环氧等树脂、硅橡胶和空气袋等来防止热的散发。
本发明的电解复合电极因具有上述构成故既不失去先有复合电极具有的效果又可以得到下面的新效果。
(1)即使从旋转驱动的阴极滚筒一侧也能够进行阳极面的位置调整作业，可以以简单的构造和高的精度去调整阴极和阳极间的间隔，在以往的机械加工技术范围内，可以以高的精度将旋转滚筒的阴极和与此相对的阳极的电极间距离做得十分均匀。结果，能够得到经济性也很好的大型的电解用复合电极，不必担心从第2电极基体的高度调整机构漏出电镀液，通过容易进行的阳极的日常维护，具有能够得到均匀的电镀电流、能得到品质均一的电镀产品的效果。进而，通过获得均匀的电镀电流，阳极表面的电流分布也变得均匀，结果，还能够得到提高阳极耐久性的效果。
(2)因为能够从旋转驱动的阴极滚筒一侧进行不溶性电极面的位置调整作业，所以，能够在测定到旋转驱动的阴极滚筒的旋转轴的距离的同时容易地进行与阴极相对的不溶性电极面的位置调整。结果，电解用复合电极的组装和调整都变得容易了，同时还能得到提高组装精度的效果。
(3)不会发生因使第2电极基体弯曲而引起的第2电极基体安装调整上的问题(第1电极基体变形，第2电极基体的电极催化层的因弯曲而引起的劣化)，结果，即便第1电极基体的结构简化了，也能够得到下面的效果，使因第2电极基体发生的电解用复合电极整体的变形明显减小，可以使阴极和阳极间的间隔保持一定，能容易地得到均匀的电镀电流，能得到品质均一的电镀产品。此外，还能得到解除第2电极基体的电极催化层的因弯曲而引起的劣化的效果。
Claims (5)
1、一种电解用复合电极，具有由被旋转驱动的滚筒形成的阴极和以一定间隔与该阴极面对的具有圆弧形状的阳极、且在该阳极和该阴极之间能够维持电解液，其特征在于，
该阳极包括第1电极基体、第2电极基体、螺栓、第1中介体和第2中介体，
第1电极基体至少在和电解液接触的地方是耐腐蚀的金属，具有多个沿平行于该滚筒的旋转轴的直线设置的螺孔；第2电极基体的一个面被电极催化物覆盖，由被多个平行于该滚筒的旋转轴的分割面分割开的带状钛板形成，在与该分割面平行的中心轴上设有多个孔；
螺栓只通过设在该第2电极基体上与该分割面平行的中心轴上的多个孔延伸出来，拧入该第1电极基体的该螺孔，将该第2电极基体固定在该第1电极基体上；
第1中介体设在该第1电极基体和该第2电极基体之间的该螺栓的周围，是和该第1电极基体和该第2电极基体不同的元件；第2中介体设在该第1电极基体和该第2电极基体之间的该第2电极基体的周围，是和该第1电极基体和该第2电极基体不同的元件。
2、权利要求1所述的电解用复合电极，其特征在于，在该第1电极基体和该第2电极基体之间具有第3中介体，设在该第2电极基体的中央部和周边部分之间。
3、权利要求1或2所述的电解用复合电极，其特征在于，该第1中介体和第2中介体的至少一部分装在该第1电极基体和该第2电极基体两方或其中任何一方上。
4、权利要求1或2所述的电解用复合电极，其特征在于，为了将由螺栓固定在该第1电极基体上的第2电极基体的孔塞住，一个面被电极催化物覆盖的第3电极基体与该第2电极基体的电极催化面和该第3电极基体的电极催化面在同一面上，而且安装成能够向第3电极基体通电。
5、权利要求1或2所述的电解用复合电极，其特征在于，配置成使该第2电极基体的向阴极滚筒的旋转方向延伸的分割线与另一个第2电极基体的另外的向阴极滚筒的旋转方向延伸的分割线不在一条直线上。
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