JP2011021233A - 銅箔の連続電解エッチング装置 - Google Patents

銅箔の連続電解エッチング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】銅箔の搬送中に蛇行が生じても、銅箔の幅方向および長手方向で銅箔膜厚の均一性が良好な銅箔の連続電解エッチング装置を提供する。
【解決手段】電解液Lを収容した電解槽2内に、電解槽2内に設置されたカソード板3と平行となるようにアノードとなる銅箔4を連続的に通過させ、カソード板3と銅箔4間に電流を流して銅箔4の電解エッチングを行う銅箔の連続電解エッチング装置において、カソード板3の幅を銅箔4の幅より広く形成すると共に、カソード板3と対向する銅箔4の両側に電流遮蔽板5を設けてなり、電流遮蔽板5は、カソード板3および銅箔4と垂直になるように形成され、銅箔4の側端部に対向する垂直部5aと、垂直部5aのカソード板3側の端部から銅箔4と反対側に延び、カソード板3の表面と平行に形成された拡幅部5bとからなるものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、圧延銅箔または電解銅箔の連続電解エッチング装置に係り、特に、銅箔をアノードとした電解エッチングにおけるエッチング後の銅箔厚さの均一性を向上した銅箔の連続電解エッチング装置に関するものである。
一般に、銅箔の表面は、不純物汚染や結晶の乱れ、微細な瑕疵が存在するため、必ずしも表面処理に対して良好な状態ではない。
したがって、これら表面層を電解エッチングにより除去することで、その後の表面処理、ひいてはこれを用いた製品の特性を大きく改善することができる。
例えば、本発明者は、リチウムイオン二次電池の負極集電体に使用される各種銅箔の表面層を電解エッチングすることで、銅箔の表面処理状態が改善され、電池特性として重要な充放電サイクル特性が向上することを見出し、特願2008−060060、特願2008−120152、特願2008−276034にて提案している。
しかし、電解エッチングを行うと、銅箔表面の電流分布の不均一から、特に銅箔の端部(側端部、エッジ部)のエッチング量が多くなり、銅箔の厚さが不均一となる。
このような電流分布の不均一の改善に関して、銅箔をカソードにして電気めっきを行う場合では、電流遮蔽により電流分布の不均一を改善する方法について多くの提案がなされている。
例えば、特許文献1では、アノードとカソード間にこれらと垂直に、それぞれの端部にわたる電流遮蔽板を配置することが提案されている。
また、特許文献2では、ワーク両端部にそれぞれ設けたコの字型の電流遮蔽板を、ワーク幅に合わせて拡げたり、縮めたりする技術が提案されている。
特許第3822136号公報 特開平10−110291号公報
しかしながら、銅箔を実操業速度で搬送した場合、銅箔の搬送位置が幅方向に変動する蛇行がどうしても避けられないという問題がある。
そのため、特許文献1では、銅箔と電流遮蔽板との位置関係が変動し、電流遮蔽板の効果が不十分となって、銅箔処理量の幅方向分布が安定しないという問題がある。また、蛇行の程度によっては銅箔と遮蔽板が接触して銅箔が変形する、破断するなどして製造歩留りを著しく低下させるおそれがある。
特許文献2においても、銅箔幅を変更する場合には予め遮蔽板の位置を最適化することが可能であるが、連続搬送中の蛇行には対処できないという問題がある。
長尺ワークの蛇行防止には、EPC(エッジポジションコントローラ)やCPC(センターポジションコントローラ)装置が一般的に用いられ、光学センサ等でワーク位置を検知して、それに応じてロールの相対位置を変化させることで、搬送位置を一定に保つシステムが知られている。しかし、これらの装置を銅箔に適用すると、特に厚さ10μm以下の薄い銅箔では、動作時に銅箔にシワが入ることが避けられず、適用は困難である。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、実操業において銅箔が蛇行しても銅箔と電流遮蔽板の位置関係を一定に維持し、エッチング後の銅箔厚さの幅方向および長手方向の均一性が良好な銅箔の連続電解エッチング装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、電解液を収容した電解槽内に、該電解槽内に設置されたカソード板と平行となるようにアノードとなる銅箔を連続的に通過させ、前記カソード板と前記銅箔間に電流を流して前記銅箔の電解エッチングを行う銅箔の連続電解エッチング装置において、前記カソード板の幅を前記銅箔の幅より広く形成すると共に、前記カソード板と対向する前記銅箔の両側に電流遮蔽板を設けてなり、前記電流遮蔽板は、前記カソード板および前記銅箔と垂直になるように形成され、前記銅箔の側端部に対向する垂直部と、該垂直部の前記カソード板側の端部から前記銅箔と反対側に延び、前記カソード板の表面と平行に形成された拡幅部とからなる銅箔の連続電解エッチング装置である。
前記電流遮蔽板は、その拡幅部が前記カソード板よりも外側に延びるように形成されてもよい。
前記電解槽に導入する前記銅箔の側端部の位置情報を検出して前記銅箔の蛇行を検出する銅箔端部検出装置と、該銅箔端部検出装置からの信号に基づき、前記電流遮蔽板と前記銅箔の側端部とが接触しないよう、前記電流遮蔽板を前記銅箔の蛇行に応じて移動させる制御部とをさらに備えてもよい。
前記電流遮蔽板は、伸縮可能で、かつ、前記電流遮蔽板の位置変動に対する緩衝作用を有する固定機構により、前記電解槽に固定されてもよい。
前記固定機構が、前記電解槽内の前記電解液を内部に出入りさせることで、前記電流遮蔽板の位置変動を緩衝してもよい。
本発明によれば、銅箔の搬送中に蛇行が生じても、銅箔の幅方向および長手方向で銅箔膜厚の均一性が良好な銅箔の連続電解エッチング装置を提供できる。
本発明の一実施の形態に係る銅箔の連続電解エッチング装置を示す図であり、(a)は概略側面図、(b)はその上側から見た要部断面図である。 (a)は本発明の一実施の形態に係る銅箔の連続電解エッチング装置の上側から見た要部断面図であり、(b)はその固定機構の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る銅箔の連続電解エッチング装置の上側から見た要部断面図である。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図1(a)は、本実施の形態に係る銅箔の連続電解エッチング装置の概略側面図、図1(b)はその上側から見た要部断面図である。
図1(a),(b)に示すように、銅箔の連続電解エッチング装置1は、電解液Lを収容した電解槽2内に、電解槽2内に設置されたカソード板3と平行となるようにアノードとなる銅箔4を連続的に通過させ、カソード板3と銅箔4間に電流を流して銅箔4の電解エッチングを行うものであり、カソード板3の幅を銅箔4の幅より広く形成すると共に、カソード板3と対向する銅箔4の両側に電流遮蔽板5をそれぞれ設けてなる。
電解槽2内に収容される電解液Lとしては、例えば、硫酸水溶液を用いるとよい。また、銅箔4としては、圧延銅箔や電解銅箔を用いるとよい。
銅箔4は、図示しない送出装置により略水平に送出され、電解槽2の上方に設けられたロール6により方向転換されて鉛直下方に搬送され、ロール6の下方の電解槽2内に導入される。また、銅箔4は、電解槽2内に設けられたロール7により方向転換されて鉛直上方に搬送され、さらに、電解槽2の上方に設けられたロール8により略水平に方向転換され、図示しない巻取装置により巻き取られる。
銅箔4が鉛直下方あるいは鉛直上方に搬送されるロール6,7間、ロール7,8間には、搬送される銅箔4と平行になるように、カソード板3がそれぞれ設けられる。
カソード板3の幅d1は、銅箔4の幅d2よりも広く形成される。本実施の形態では、カソード板3の幅d1を700mm、銅箔4の幅d2を600mmとした。また、カソード板3と銅箔4間の距離d3は50mmとした。エッチング前の銅箔4の厚さは、例えば、18μmである。
カソード板3と対向する銅箔4の両側には電流遮蔽板5がそれぞれ設けられる。電流遮蔽板5は、カソード板3および銅箔4と垂直になるように形成され、銅箔4の側端部に対向する垂直部5aと、垂直部5aのカソード板3側の端部から銅箔4と反対側に延び、カソード板3の表面と平行に形成された拡幅部5bとからなる。換言すれば、電流遮蔽板5は、銅箔4の側端部に近接した外側からカソード板3の表面に近接する位置まで連続し、カソード板3の表面近傍で外側(銅箔4と反対側)に屈曲するようにされ、断面視で略L字状に形成される。
銅箔4の側端部と電流遮蔽板5の垂直部5aとの距離(最短距離)d4は、5mm程度が望ましい。これは、銅箔4と電流遮蔽板5とがあまりに近いと接触の危険が出てきてしまい、離れていると遮蔽の効果が低くなるためである。本実施の形態では、カソード板3の表面と電流遮蔽板5の拡幅部5bとの距離(最短距離)d6も5mmとした。
電流遮蔽板5の拡幅部5bは、カソード板3よりも外側に延びるように形成される。具体的には、拡幅部5bの幅d5は、
(カソード板3の幅d1−銅箔4の幅d2)/2+蛇行振幅/2
以上であることが望ましい。これは、搬送中に銅箔4が蛇行しても、対極(カソード板3)の片端に遮蔽されない部分が生じないようにするためである。しかし、電流遮蔽板5の拡幅部5bの幅d5を不必要に大きくすると、電解液Lの攪拌を妨害するおそれがある。本実施の形態では、拡幅部5bの幅d5を60mmとした。また、電流遮蔽板5の垂直部5aの長さd7は、50mmとした。
また、ロール6の上流側には、電解槽2に導入する銅箔4の側端部の位置情報を検出して銅箔4の蛇行を検出する銅箔端部検出装置9が設けられる。さらに、銅箔端部検出装置9からの信号に基づき、電流遮蔽板5と銅箔4の側端部とが接触しないよう、電流遮蔽板5を銅箔4の蛇行に応じて移動させる図示しない制御部が設けられる。
電流遮蔽板5には、図示しない位置調整機構が設けられ、制御部は、銅箔端部検出装置9からの信号に基づき位置調整機構を制御して、電流遮蔽板5を銅箔4の蛇行に応じて移動させる。換言すれば、制御部は、銅箔4の蛇行にかかわらず銅箔4の側端部と電流遮蔽板5との距離が一定となるように、位置調整機構を制御して、電流遮蔽板5を銅箔4の幅方向に移動させる。位置調整機構は、電流遮蔽板5の上方に設けられ、電流遮蔽板5の上部を支持するようにされる。
本実施の形態では、電流遮蔽板5の上流側に銅箔端部検出装置9を配置したが、銅箔端部検出装置9を配置する位置はこれに限らず、銅箔4の側端部の位置情報を検出できればどこでもかまわない。また、銅箔端部検出装置9は、銅箔4の両側端部それぞれに設けてもよいし、1つの銅箔端部検出装置9にて銅箔4の両側端部をカバーするようにしてもよい。
図2(a)に示すように、電流遮蔽板5は、伸縮可能で、かつ、電流遮蔽板5の位置変動に対する緩衝作用を有する固定機構21により、電解槽2に固定される。
銅箔4のずれや電解液Lの攪拌の影響などにより、電解液Lが乱流を起こして電流遮蔽板5を不規則に振動させるおそれがあるが、電流遮蔽板5を緩衝作用を有する固定機構21を介して電解槽2に固定することにより、電流遮蔽板5の振動を緩衝し、振動を早く収束させることが可能になる。なお、上述の位置調整機構は、電流遮蔽板5の上部のみを支持しているため、銅箔4のずれや電解液Lの攪拌の影響などにより電流遮蔽板5の下方が不規則に振動してしまうおそれがあるが、固定機構21を設けることにより、電流遮蔽板5の振動を緩衝し、振動を早く収束させることが可能になる。
図2(b)に示すように、固定機構21は、電解槽2内の電解液Lを内部に出入りさせることで、電流遮蔽板5の位置変動を緩衝する作用を有する。固定機構21は、シリンダ22内に収容されたピストン23にピストンロッド24の一端を連結し、ピストン23の摺動に応じて、シリンダ室25内にバルブ26を介して電解槽2内の電解液Lを出入りさせるものであり、いわゆるショックアブソーバである。ピストンロッド24の他端を電流遮蔽板5の垂直部5aに固定し、バルブ26の開度を調整することにより、電流遮蔽板5の位置変動に対する緩衝作用の強弱を調整することができる。
また、電解エッチングにより銅箔4の銅が溶け出して電解液L中の銅イオン濃度が高くなると、カソード板3に銅が電着して良好なエッチングが行えなくなるので、これを防ぐために、図3に示すように、カソード板3の周囲にイオン交換膜31を形成するようにしてもよい。カソード板3の周囲をイオン交換膜31で覆うことにより、電解液L中の銅イオン濃度が高くなった場合でも、カソード板3に銅が電着することを防ぐことができる。
本実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態に係る銅箔の連続電解エッチング装置1では、カソード板3の幅d1を銅箔4の幅d2より広く形成すると共に、カソード板3と対向する銅箔4の両側に、カソード板3および銅箔4と垂直になるように形成された垂直部5aと、垂直部5aのカソード板3側の端部から銅箔4と反対側に延び、カソード板3の表面と平行に形成された拡幅部5bとからなる電流遮蔽板5を設けている。
電流遮蔽板5を設置することにより、銅箔4の端部に電流が回り込みにくくなり、エッチングの均一性が向上する。よって、エッチング後の銅箔厚さの幅方向および長手方向の均一性を良好とすることができる。また、電流遮蔽板5のカソード板3側をL字に屈曲させることで、銅箔4より幅広いカソード板3の銅箔4と対峙しない部分を遮蔽できる。
また、銅箔の連続電解エッチング装置1では、銅箔端部検出装置9にて電解槽2に導入する銅箔4の側端部の位置情報を検出して銅箔4の蛇行を検出し、制御部にて、銅箔端部検出装置9からの信号に基づき、電流遮蔽板5を銅箔4の蛇行に応じて移動させているため、実操業において銅箔4が蛇行しても銅箔4と電流遮蔽板5の位置関係を一定に維持し、エッチング後の銅箔厚さの幅方向および長手方向の均一性をより向上させることができる。
さらに、銅箔の連続電解エッチング装置1では、電流遮蔽板5を、伸縮可能で、かつ、電流遮蔽板5の位置変動に対する緩衝作用を有する固定機構21により、電解槽2に固定しているため、電解液Lの攪拌の影響で電流遮蔽板5が不規則に振動することを防ぐことができ、エッチング後の銅箔厚さの幅方向および長手方向の均一性をより向上させることができる。
(実施例1)
図3の銅箔の連続電解エッチング装置1を用いて、銅箔4の蛇行に応じて電流遮蔽板5を移動させる蛇行追尾を行わない場合(実施例1−1)と、行う場合(実施例1−2)について、厚さ18μm、幅600mmのタフピッチ銅からなる銅箔4を1000m、ライン速度10m/分で電解エッチング処理した。ここでは、周囲をイオン交換膜31で覆ったカソード板3を使用した。これにより、電解液L中の銅イオン濃度が高くなった際に、カソード板3に銅が電着することを防いだ。電解液Lの組成は、5%硫酸水溶液で液温40℃、アノード(銅箔4)の電流密度は10A/dm2とした。
得られたエッチング後の銅箔4の左端、中央、右端の厚さを、銅箔4の前端、後端の長手方向の2箇所について測定した。銅箔4の厚さについては、銅箔4の所定位置をパンチで2cm2に20枚打ち抜き、重量を測定して換算した。
また、電流遮蔽板5がない場合(比較例)について、実施例1−1,1−2と同様に電解エッチング処理を行い、銅箔の各箇所での厚さを測定した。実施例1−1,1−2、および比較例の測定結果を表1に示す。
Figure 2011021233
表1に示すように、電流遮蔽板5を用いない比較例では、両端部のエッチング量が多く、右端部分および左端部分の銅箔の厚さが薄くなったのに対し、電流遮蔽板5を用いた実施例1−1,1−2では、エッチング後の銅箔厚さの幅方向の均一性が向上している。
また、実施例1−1では、電流遮蔽板5を用いているものの電流遮蔽板5の位置が銅箔4の蛇行に追従していないため、前端ではほぼ均一な銅箔厚さが得られているが、銅箔4の位置がずれた後端では左端部分で遮蔽の効果がなくなっていることが分かる。これに対して、銅箔4の蛇行に応じて電流遮蔽板5を移動させた実施例1−2では、幅方向、長手方向ともほぼ一定の銅箔厚さが得られた。
したがって、電流遮蔽板5を用い、銅箔4の蛇行に応じて電流遮蔽板5を移動させる本発明によれば、幅方向、長手方向ともほぼ一定の銅箔厚さが得られ、エッチングの均一性が向上することが分かる。
(実施例2)
実施例1と同様に図3の銅箔の連続電解エッチング装置1を用いて、緩衝効果を有する固定機構21の効果を確認した。固定機構21の緩衝作用を働かせた場合と、内部液(電解液L)の出入りを制御するバルブ26を開放して、動作抵抗を大きく低減した場合とで比較した。
連続電解エッチングを行いながら電流遮蔽板5の挙動を目視観察したところ、緩衝効果を働かせた場合は電流遮蔽板5に不規則な振動は生じなかったが、緩衝効果を機能させなかった場合(バルブ26を開放した場合)は、電解液Lの攪拌に伴うゆらぎが確認された。これより、緩衝作用を有する固定機構21の有効性は明らかである。
1 銅箔の連続電解エッチング装置
2 電解槽
3 カソード板
4 銅箔
5 電流遮蔽板
5a 垂直部
5b 拡幅部
6,7,8 ローラ
9 銅箔端部検出装置

Claims (5)

  1. 電解液を収容した電解槽内に、該電解槽内に設置されたカソード板と平行となるようにアノードとなる銅箔を連続的に通過させ、前記カソード板と前記銅箔間に電流を流して前記銅箔の電解エッチングを行う銅箔の連続電解エッチング装置において、
    前記カソード板の幅を前記銅箔の幅より広く形成すると共に、前記カソード板と対向する前記銅箔の両側に電流遮蔽板を設けてなり、
    前記電流遮蔽板は、前記カソード板および前記銅箔と垂直になるように形成され、前記銅箔の側端部に対向する垂直部と、該垂直部の前記カソード板側の端部から前記銅箔と反対側に延び、前記カソード板の表面と平行に形成された拡幅部とからなることを特徴とする銅箔の連続電解エッチング装置。
  2. 前記電流遮蔽板は、その拡幅部が前記カソード板よりも外側に延びるように形成される請求項1記載の銅箔の連続電解エッチング装置。
  3. 前記電解槽に導入する前記銅箔の側端部の位置情報を検出して前記銅箔の蛇行を検出する銅箔端部検出装置と、該銅箔端部検出装置からの信号に基づき、前記電流遮蔽板と前記銅箔の側端部とが接触しないよう、前記電流遮蔽板を前記銅箔の蛇行に応じて移動させる制御部とをさらに備えた請求項1または2記載の銅箔の連続電解エッチング装置。
  4. 前記電流遮蔽板は、伸縮可能で、かつ、前記電流遮蔽板の位置変動に対する緩衝作用を有する固定機構により、前記電解槽に固定される請求項1〜3いずれかに記載の銅箔の連続電解エッチング装置。
  5. 前記固定機構が、前記電解槽内の前記電解液を内部に出入りさせることで、前記電流遮蔽板の位置変動を緩衝する請求項4記載の銅箔の連続電解エッチング装置。
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