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

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。

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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