JP2001295089A - 金属電解用種板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種板の平滑性を高め、金属電解の操業におい
てアノードとカソードとの間隔を小さくして電解槽内に
装入することを可能とし、生産性を向上することができ
る金属電解用種板を提供する。 【解決手段】 金属の電解精製あるいは電解採取に用い
る種板であって、低い角錐形、低い截頭角錐形あるいは
低いドーム形状で互い違いに相対する方向に突出する連
続的な凹凸部分を種板の全体に亘って形成したことを特
徴とするものであり、かつ前記凹凸部分の深さが３ｍｍ
から１２ｍｍの範囲である金属電解用種板を特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば銅などのよ
うな金属の電解精製あるいは電解採取に用いられる金属
電解用種板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属の電解精製あるいは電解採取に代表
される金属電解においては、アノードとなる母板（粗金
属板）とカソードとなる種板を交互に並べて電解槽に装
入して電解操業を行っている。銅の電解精製を例にとり
説明すると、種板（カソード）が精製粗銅鋳造アノード
と交互に電解槽に装入され、電解の進行につれアノード
から溶け出した銅がカソードとしての種板上に電着し製
品となる電気銅が得られる。

【０００３】このような従来の金属の電解操業において
は、生産性向上のためアノード（母板）とカソード（種
板）とは、可及的に小さい間隔をもって電解槽内に装入
され、また不利益を生じない限り高い電流密度において
電解される。この場合に、アノードとカソードの間隔を
狭くし過ぎると両極の接触、すなわちショートを起こし
て電流が無駄に流れることとなり、電解効率を悪化させ
ることになる。またカソードとしての種板の形状が不整
な場合にはショートを起こさずとも、電解槽内のアノー
ドとカソードに流れる電流にばらつきが生じて接触の頻
度が大きいことはもとより、接触しないまでも突起ある
いは曲がりの存在箇所に電流が集中するため電解槽にシ
ョートの発生頻度が急増する。したがって電解槽にカソ
ードとして装入される種板は、その形状（平坦度など）
が整ったものでなければならない。

【０００４】ところで金属電解に用いる種板には、母板
に電着させて剥ぎ取った薄板を使用するのが一般的であ
るが、電着によって作られる薄板からなる種板の場合
は、電着歪みや金属の母板から剥ぎ取る時に歪が生じ易
く、また運搬時やハンドリング時において非常に曲がり
易いことから、平坦度の確保が困難であったので、従来
は母板から剥ぎ取った種板にプレスをかけて曲がりを防
ぐための種々の打出し筋を設けることが一般的であっ
た。また電着によって作られた種板は、通常中央部の厚
さが厚く、また周辺部が薄くなっているので、プレスに
よって打出し筋を形成してもスプリングバック現象が生
じて種板全体が捩れを生じる原因となっている。さらに
種板を連続的に処理する場合、プレスによる方法では金
型の摩耗による矯正精度の悪化や作業効率の低下などを
きたすという問題もあった。

【０００５】このような問題を解消するため、ローラに
よる連続処理により歪みの少ない平坦度が比較的良好な
種板を製造する装置も用いられている。このような装置
は基本的には複数のワークロールを上下千鳥状に配設し
て板材に繰り返し曲げを付与するローラレベラと、外周
に複数個のリング状の鍔部を有するロールからなる溝付
けローラとで構成されたもので、この装置に電解用種板
を順次通すことによりローラレベラにて一次矯正し、ま
た溝付けローラにて打出し筋を形成する方式である。

【０００６】すなわちこの装置はローラレベラにより種
板の進行方向の内部応力を消滅させた後、複数段の溝付
けローラによって種板に縦方向（種板を電解槽に懸垂し
た場合の上下方向）の複数本の溝を与えることによって
種板を曲がり難くするものであって、その結果連続処理
によって比較的歪みの少ない平坦度が良好な種板を得る
ことができる点で優れている。この装置で作製された種
板の形状は、例えば図１に示すように直線溝を折り目と
した屏風型のジグザグ断面形状となり、その凹凸部分に
より形成される深さは通常１０〜１３ｍｍ程度として使
用されているが、このジグザグ形状そのものが種板全体
の曲がり難さに寄与していることが分かっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の装
置をもってしても、種板の歪みを完全に除去することは
困難であり、連続歪み測定による最大歪みは数１０ｍｍ
に至る事態がしばしば発生し、特に種板全体の反り変形
や捩り変形は後の電解精錬工程に重大な悪影響を及ぼす
ため解決すべき重要な技術的課題となっている。さらに
歪みの主な原因は、一枚の種板の厚みが最大０．５〜
１．０ｍｍに亘って不均一であるため、ローラ間に種板
が挟まれた時の溝部分にかかる応力が種板の部分部分で
異なり、そのため塑性変形量に差が生じてローラ通過後
のスプリングバックの度合いが溝ごとにも、また一本の
溝でも部分的に異なるためである。そして種板が開放さ
れた時のスプリングバック歪みが蓄積された結果、大き
な歪み量となってしまったと考えられるのである。

【０００８】したがって本発明の目的は、種板の平滑性
を高め、金属電解の操業においてアノードとカソードと
の間隔を小さくして電解槽内に装入することを可能と
し、かつ生産性を向上することができる金属電解用種板
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る金属電解用種板は、金属の電解精製あるい
は電解採取に用いる種板であって、低い角錐形、低い截
頭角錐形あるいは低いドーム形状で互い違いに相対する
方向に突出する連続的な凹凸部分を種板の全体に亘って
形成したことを特徴とするものであり、かつ前記凹凸部
分の深さが３ｍｍから１２ｍｍの範囲であることを特徴
とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】種板全体に亘って発生する反りや
歪みを小さくする方法の１つは、種板の形状を改良して
種板自体の強度を増すことである。すなわち仮にローラ
通過時に種板の一部に大きな内部応力が発生したとして
も、種板自体が曲がり難くければその応力による歪が小
さくなると考えられる。換言すると、曲げに強い形状の
種板を使用することにより上記課題を解決することが可
能である。本発明者らはここで曲げに強い形状について
鋭意研究した結果、前記した図１に従来の技術として示
した屏風型構造の横断面がジグザグ形状であるにも拘ら
ず縦断面が直線形状とした溝を折り目とした構造では不
十分であって、図２および図３のように構成することに
より十分に曲げに強い構造となることを見出し本発明を
完成するに至った。

【００１１】すなわち図２に示すように頂角を大きな鈍
角にして高さを低くくした角錐形、具体的には高さの低
い四角錐形を、頂点と底点が互い違いになるよう相対す
る方向に突出させ、種板全体に亘って連続的な凹凸部分
を形成した形状としたり、あるいは図３に示すように偏
平状に高さを低くくした截頭角錐形、具体的には高さの
低い截頭四角錐形を、頂面と底面が互い違いになるよう
相対する方向に突出させ、種板全体に亘って連続的な凹
凸部分を形成した形状とするものである。また図２と図
３では全ての角部が尖った形状となった角錐形や截頭角
錐形として示したが、角錐形や截頭角錐形の角部にある
程度の丸みが付いたドーム形状とすることもでき、また
種板全体に亘って角錐形と截頭角錐形が混在した形状の
凹凸部分を形成してもよく、さらには角錐形または截頭
角錐形が図２および図３とは違った方向、例えば種板の
側縁部に対してはやや傾斜した角度をもって配置するよ
うな構造としてもよい。このような形状の種板を使用す
ることにより曲げに強い構造とすることができ、また凹
凸部分により形成される深さｄを３ｍｍ〜１２ｍｍの範
囲にすることが好ましい。その理由は３ｍｍ未満では曲
げ強度向上の効果が殆ど無く、一方１２ｍｍを超えると
電解操業時に部分的にアノードとカソードの間隔が狭く
なり、前述したようにショートの問題が発生する可能性
があるからである。

【００１２】つぎに計算機実験で、種々の形状をもった
種板に一定の力を加えた時の変形量を求める方法によ
り、所定の方向の曲げに対する相対的な強度を評価し
た。従来の技術を示す図１のように直線溝による屏風型
形状では、溝の無い平板からなる種板と比較し、図１の
Ａ方向のように直線溝を曲げるような方向の力には強
く、この強さは溝の深さや本数および凹凸部分の幅に依
存する。これは建造物の梁の曲げに関する理論で周知の
ようにこの方向の力に対する強度が下記の数式１の断面
係数Ｚに依存するからである。

【００１３】

【式１】Ｚ＝Ｉ／ｅ ［式中、Ｉは中立軸に関する断面二次モーメントでＩ＝
∫η^２ｄＡで与えられ（ただし、ηは断面の面積要素ｄ
Ａの中立軸からの変位であり、積分範囲は断面全体であ
る。）、またｅは断面の中立軸からの最大変位であ
る。］

【００１４】しかしながら図１に示す構造はＢ方向のよ
うに溝の直線性を損なわない曲げに対しては溝の深さや
本数、さらには凹凸部分の幅には関係なく弱い。その理
由としては縦断面が直線であるため、Ｂ方向の力に関係
する断面係数が小さくなり、板厚のみに依存するからで
ある。また図１のＣ方向の捩じれについては、変形量が
小さい場合には溝の直線性を損なわないため、耐捩じれ
強度に対する溝の効果は殆ど無い。したがって種板の形
状の改善方法として一定の方向の断面だけがジグザグに
なっていて、別の方向の断面は直線であるような屏風型
形状では不十分であって、図２に示すように低い角錐形
を頂点と底点が互い違いになるよう並べた凹凸部分を形
成した形状や、図３に示すように低い截頭角錐形を頂面
と底面がやはり裏表互い違いになるように並べた凹凸部
分を形成した形状とする必要があるのである。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を比較例とともに説明す
るが、本発明の内容を理解し易くするため、まず比較例
から説明する。 ［比較例１：通常の平板の場合］縦１０５０ｍｍ、横１
０７０ｍｍの銅平板を４０×４０個の厚み０．７５ｍｍ
の四角形シェル要素に分割し、図４（ａ）のように横方
向の中心線を固定して対辺上の各２点に板に垂直な方向
にそれぞれ１Ｎの力を加えた時の最大変形量を線形有限
要素法により計算した。また図４（ｂ）のように縦方向
の中心線を固定し、図４（ａ）とは別の対辺上の各２点
に垂直な方向にそれぞれ１Ｎの力を加えた時の最大変形
量を線形有限要素法により計算し、さらに図４（ｃ）の
ように中心点を固定し、４隅部にそれぞれ１Ｎの捩じり
力を加えた時の最大変形量を線形有限要素法により計算
した。そして構造解析ソフトとして「Ｉｄｅａｓ Ｍａ
ｓｔｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ」を使用し、得られた結果を下
記する表１に示す。

【００１６】［比較例２：図１に相当する形状である
が，溝無しで折り目のみ付した］縦１０５０ｍｍ、横１
０７０ｍｍの大きさで、縦方向に１１本の直線を折り目
とした屏風形状をもち、凹凸部分の深さが１２ｍｍであ
る曲面を４８×４０個の厚み０．７５ｍｍの四角形二次
シェル要素に分割し、比較例１と同様の３種類の力を加
えた時の最大変形量を比較例１と同様に線形有限要素法
により計算し、その結果を下記する表１に併せて示す。

【００１７】［比較例３：溝付き屏風型（図１の形
状）］縦１０５０ｍｍ、横１０７０ｍｍの大きさで図１
（ｂ）のように溝幅ｗが１４ｍｍ、溝の高さｈが１ｍｍ
である縦方向に１１本の溝を折り目とした屏風形状をも
ち、凹凸部分の深さｄが１２ｍｍである曲面を平坦部計
４８×４０個、各溝部２×４０個の厚み０．７５ｍｍの
四角形二次シェル要素に分割し、比較例１と同様の３種
類の力を加えた時の最大変形量を比較例１と同様に線形
有限要素法により計算した。その結果を下記する表１に
併せて示す。

【００１８】［実施例１］縦１０５０ｍｍ、横１０７０
ｍｍの大きさで、図２（ｂ）に示すように高さの低い角
錐形を、頂点と底点が互い違いになるよう突出させ、連
続的な凹凸部分を形成した形状を持ち、該凹凸部分の深
さｄが１０ｍｍである面を２３０４個の厚み０．７５ｍ
ｍの三角形二次シェル要素に分割し、比較例１と同様の
３種類の力を加えた時の最大変形量を比較例１と同様に
線形有限要素法により計算した。その結果を下記する表
１に併せて示す。

【００１９】［実施例２］縦１０５０ｍｍ、横１０７０
ｍｍの大きさで、図３（ｂ）に示すように高さの低い截
頭角錐形を、頂面と底面が互い違いになるよう突出さ
せ、連続的な凹凸部分を形成した形状を持ち凹凸部分の
深さｄが１０ｍｍである面を４６０８個の厚み０．７５
ｍｍの四角形二次シェル要素に分割し、比較例１と同様
の３種類の力を加えた時の最大変形量を比較例１と同様
に線形有限要素法により計算した。その結果を下記する
表１に併せて示す。

【００２０】［実施例３］凹凸部分の深さｄを４ｍｍと
したこと以外は実施例１と同様のモデルで、比較例１と
同様の３種類の力を加えた時の最大変形量を比較例１と
同様に線形有限要素法により計算した。その結果を下記
する表１に併せて示す。

【００２１】［実施例４］凹凸部分の深さｄを４ｍｍと
したこと以外は実施例２と同様のモデルで、比較例１と
同様の３種類の力を加えた時の最大変形量を比較例１と
同様に線形有限要素法により計算した。その結果を下記
する表１に併せて示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記表１の結果より以下のことが分った。
すなわち、比較例１と比較例２を比べると、屏風型構造
にすることの効果は、図４（ａ）のような折り目を曲げ
る方向の力には強くなるが、図４（ｂ）と図４（ｃ）の
ように折り目の直線性を損なわない方向の力に対しては
全く効果が無かった。

【００２４】また比較例１と比較例３を比べると、比較
例２と同様に屏風型構造にすることの効果は、図４
（ｂ）と図４（ｃ）のように折り目の直線性を損なわな
い方向の力に対しては全く効果が無く、また比較例２と
比較例３を比べると図４（ａ）の方向の力に対する効果
は殆ど変わらず、僅かに比較例３の方が小さいだけであ
った。このことは屏風型の折り目が、線であるか溝にな
っているかが重要なのではなく、屏風構造の凹凸部分の
深さが最も重要であることを示していた。

【００２５】さらに比較例１の平板の場合に比べ、実施
例１では図４（ａ）と図４（ｂ）のいずれの方向の力に
対しても約１４％の最大変形量となり大きく強度が増し
た。また図４（ｃ）の捩り力に対しては変形量が約２％
となり、強度は著しく増加した。ここで注目すべきこと
は、現状の種板形状のように直線溝である比較例３に比
べて図４（ｂ）や図４（ｃ）の方向の力に対する変形が
著しく減少していたことである。また実施例１の場合と
同様に実施例２は比較例１の平板に比べて図４（ａ）と
図４（ｂ）のいずれの方向の力に対しても、約１５％の
最大変形量であり強度が高かった。また図４（ｃ）の捩
り力に対しては変形量は１％程度であり強度は最も高か
った。

【００２６】さらにまた比較例１に比べ実施例３では図
４（ａ）と図４（ｂ）のいずれの方向の曲げ力に対して
も最大変形量が約３分の１、図４（ｃ）の捩り力に対す
る変形が約１１％であり、実施例１と比べると変形が大
きいものの、比較例３と比べると図４（ｃ）の捩り力に
対する強度がはるかに高かった。すなわち凹凸部分の深
さが小さいにも拘らず強度が大きく増加したことが分か
った。

【００２７】さらに実施例４は比較例１に比べ図４
（ａ）と図４（ｂ）のいずれの方向の曲げ力に対しても
最大変形量が約２５％、図４（ｃ）の捩り力に対する変
形が約５％であり、実施例２と比べると変形が大きいも
のの、強度は高かった。特に凹凸部分の深さが小さいに
も拘らず、現状の種板の構造に対応する比較例３と比べ
て図４（ｃ）の捩り力に対する強度がはるかに高い結果
が得られた。

【００２８】

【発明の効果】以上述べた通り本発明に係る金属電解用
種板によれば、種板の平滑性を高め、金属電解操業にお
いて、アノードとカソードとの間隔を小さくして電解槽
内に装入することを可能とし、生産性の向上に貢献でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】比較例３相当の溝付き屏風型種板の模式図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のイ−イ線上の拡大断
面図である。

【図２】実施例１および３の種板の模式図で、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は（ａ）のロ−ロ線上の拡大断面図であ
る。

【図３】実施例２および４の種板の模式図で、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は（ａ）のハ−ハ線上の拡大断面図であ
る。

【図４】歪み測定方法の模式図で、（ａ）は横方向の中
心線を固定して対辺上の各２点に力を加えた時の曲げ強
度試験を示す図、（ｂ）は縦方向の中心線を固定して
（ａ）とは別の対辺上の各２点に垂直な方向の力を加え
た時の曲げ強度試験を示す図、（ｃ）は中心点を固定
し、４隅部にそれぞれ捩じり力を加えた時の曲げ強度試
験を示す図である。

【符号の説明】

ｄ 深さ ｈ 凹凸部分の高さ ｗ 凹凸部分の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 綾子 千葉県市川市中国分３−18−５ 住友金属 鉱山株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K058 AA13 AA30 BA22 BB03 BB04 FA08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属の電解精製あるいは電解採取に用い
   る種板であって、低い角錐形、低い截頭角錐形あるいは
   低いドーム形状で互い違いに相対する方向に突出する連
   続的な凹凸部分を種板の全体に亘って形成したことを特
   徴とする金属電解用種板。
2. 【請求項２】 前記凹凸部分の深さが３ｍｍから１２ｍ
   ｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の金属電
   解用種板。