JP2017115168A - アルミニウム箔の製造方法およびアルミニウム箔製造用陰極ドラム - Google Patents

Abstract

【課題】 粗面化処理された陰極ドラムの電析面からのアルミニウム箔の剥離性を改善し、アルミニウム箔の製造方法およびアルミニウム箔の製造に用いる陰極ドラムを提供する。【解決手段】 電解によってアルミニウム被膜を陰極ドラムの表面に析出させた後、それを剥離してアルミニウム箔を製造する方法において、陰極ドラムの電析面は、中央部の粗面部と両端部の平滑部とを有する陰極ドラムを用いてアルミニウム箔を得るアルミニウム箔の製造方法であり、陰極ドラムの粗面部の表面粗さＲａＣは０．１μｍ〜０．６μｍ、平滑部の表面粗さＲａＥは０．０１μｍ〜０．１０μｍ、平滑部のそれぞれの幅が前記粗面部の幅の０．１％〜１０．０％であることが好ましい。【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム箔を電解析出法によって製造するアルミニウム箔の製造方法およびこれを製造するための陰極ドラムに関するものである。

アルミニウム箔の製造方法として、アルミニウムイオンを含有した電解液からアルミニウムを電解還元により析出させる方法によってアルミニウム箔を作製する方法が知られている。例えば、陰極ドラムと陽極板がアルミニウム電解液を介して対向して配置されたアルミニウム箔の製造装置があり、陰極ドラムと陽極板の両極間に通電し、陰極ドラムを回転させながら陰極ドラムの電析面にアルミニウム被膜を析出させ、剥離させてアルミニウム箔を得る方法が知られている。（特許文献１）

具体的には、電解液槽にアルミニウム電解液を貯留して、このアルミニウム電解液に少なくとも一部が浸漬された電析面の面粗さＲａが０．１μｍ以上０．６μｍ以下の陰極ドラムと、この陰極ドラムに対向してアルミニウム電解液に浸漬された陽極板との間を通電することで、陰極ドラムにアルミニウム箔となるアルミニウム被膜を形成するものである。ここで、特許文献１では、面粗さＲａが０．１μｍ以上０．６μｍ以下の陰極ドラムを用いることで、表裏面が粗化形状のアルミニウム箔を得ることができるとされている。

特開２０１５−１２４４２３号公報

本発明者は、特許文献１に開示される製造装置によりアルミニウム箔の製造を試みたところ、電析面の面粗さＲａが０．１μｍ以上０．６μｍ以下の粗面化処理された陰極ドラムからアルミニウム被膜の剥離を開始する際に、アルミニウム被膜のエッジ部が陰極ドラムの電析面に固着してしまい、アルミニウム箔の破断やエッジ部に亀裂が発生する場合があることを確認した。このアルミニウム箔のエッジ部の破断の問題は、一度電解析出を停止して巻取りリールへの巻き直しという修復作業を伴い、製造効率の低下という問題に繋がる。
また、アルミニウム箔のエッジ部の亀裂の問題は、アルミニウム箔を切断（スリット）によりエッジ部をトリミングする際に亀裂等の不良部の切捨てが必要なり、切り捨て量が増大し歩留低下という問題に繋がる。

本発明の目的は、粗面化処理された陰極ドラムの電析面からアルミニウム箔を剥離する際の剥離性を改善したアルミニウム箔の製造方法およびアルミニウム箔の製造に用いる陰極ドラムを提供することである。

本発明者は、粗面化処理された陰極ドラムの電析面からアルミニウム箔を剥離する際の剥離性の問題を検討し、粗面化された電析面の両端部に特定寸法の平滑部が形成された陰極ドラムの構成を採用することで、アルミニウム箔の製造効率、歩留、品質等を大きく改善できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、電解によってアルミニウム被膜を陰極ドラムの表面に析出させた後、そのアルミニウム被膜を陰極ドラムから剥離してアルミニウム箔を製造する方法において、陰極ドラムのアルミニウム被膜が析出する電析面は、中央部の粗面部と両端部の平滑部とを有する陰極ドラムを用いてアルミニウム箔を得るアルミニウム箔の製造方法である。
前記中央部の粗面部は表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ〜０．６μｍ、両端部の平滑部は表面粗さＲａ_Ｅが０．０１μｍ〜０．１０μｍ、その両端部の平滑部のそれぞれの幅が前記粗面部の幅の０．１％〜１０．０％であることが好ましい。
前記電析面は、チタンからなることが好ましい。

また、本発明は、陰極ドラムの電析面に形成されたアルミニウム被膜を剥離してアルミニウム箔を製造するために用いられる陰極ドラムにおいて、その陰極ドラムの電析面は、中央部の粗面部と両端部の平滑部とを有するアルミニウム箔製造用陰極ドラムである。
前記中央部の粗面部は表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ〜０．６μｍ、両端部の平滑部は表面粗さＲａ_Ｅが０．０１μｍ〜０．１０μｍ、その両端部の平滑部のそれぞれの幅が前記粗面部の幅の０．１％〜１０．０％であることが好ましい。
前記電析面は、チタンからなることが好ましい。

本発明によれば、アルミニウム箔の製造効率、歩留、品質等を改善することができ、アルミニウム箔の製造にとって有用な技術となる。

本発明の陰極ドラムの一例を示す模式図である。 本発明の製造方法の一例を示す模式図である。

上述したように、従来のアルミニウム箔を製造する装置においては、粗面化処理された陰極ドラムを用い、アルミニウム電解液を介して、その陰極ドラムと陽極板を対向して配置し、陰極ドラムを回転させながら陰極ドラム表面に箔となるアルミニウムを析出させ、これを剥離させてアルミニウム箔を得ることが開示されている。
この従来の粗面化処理された陰極ドラムを用いてアルミニウム箔を製造する場合は、陰極ドラムの電析面の両側は絶縁材で被覆されている。そして、両端の絶縁材の間の電析面にアルミニウム被膜が形成される。
しかしながら、粗面化処理された陰極ドラムの場合は、陰極ドラムの電析面に析出するアルミニウム被膜は、陰極ドラムの表面と絶縁材との境界部に電解電流が集中することにより、陰極ドラムの表面と絶縁材との隙間にも電解析出が生じる場合がある。このような場合、アルミニウム被膜を剥離する際に引っ掛かりを生じるため、アルミニウム被膜の剥離性は低下する。したがって、従来の粗面化処理された陰極ドラムを用いると、陰極ドラムに電析されたアルミニウム被膜を剥離しようとする際、アルミニウム被膜のエッジ部から亀裂を生じ、この亀裂が過度の場合はアルミニウム被膜が破断してしまうことがある。

図１に、本発明の一実施形態の陰極ドラムの模式図を示す。この陰極ドラム１の電析面は、中央部の粗面部１Ｃと両端部の平滑部１Ｅとを有する。尚、平滑部１Ｅのさらに外側にはそれぞれ絶縁材１ｉが形成されている。この陰極ドラムを用いてアルミニウム箔を製造することにより、陰極ドラム１の粗面部１Ｃと平滑部１Ｅとから構成される電析面に形成されたアルミニウム被膜を、そのエッジ部において、破断や亀裂が発生することなく容易に電析面から剥離することができる。これは、アルミニウム被膜のエッジ部が形成される陰極ドラム１の電析面の両端部（平滑部１Ｅ）を、中央部（粗面部１Ｃ）に対して平滑化させたことによる。つまり、陰極ドラムの表面と絶縁材との隙間における電解析出を抑制したことと、アルミニウム被膜のエッジ部における電析面との密着性を低くしたことによる。
そして、本発明では、アルミニウム箔のエッジ部の破断が抑制されるため、電解析出を停止する必要がなく、連続してアルミニウム箔が得られ、製造効率の向上に寄与できる。
また、本発明では、得られるアルミニウム箔のエッジ部をトリミングするスリット幅が必要最小限になり、歩留低下を抑制することができる。

そして、本発明の陰極ドラムは、中央部の粗面部１Ｃは表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ〜０．６μｍ、両端部の平滑部１Ｅは表面粗さＲａ_Ｅが０．０１μｍ〜０．１０μｍ、その両端部の平滑部１Ｅのそれぞれの幅が粗面部の幅の０．１％〜１０．０％とすることが好ましい。
ここで、本発明でいう表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）で表わす。
陰極ドラムの電析面に形成される平滑部１Ｅの表面粗さＲａ_Ｅを０．０１μｍ未満にするためには、平滑化のための研磨作業に相当な時間を要するため、製造効率が低下するといった問題が生じる。本発明では、電析面に形成される平滑部１Ｅの表面粗さＲａ_Ｅを０．０１μｍ以上にすることで、容易に実現が可能なため、研磨作業に要する時間を短縮でき、製造効率が向上するという効果を得ることができる。
一方、陰極ドラムの電析面の両端部に形成される平滑部１Ｅの表面粗さＲａ_Ｅが０．１０μｍを超える場合には、陰極ドラムの表面と絶縁材１ｉとの隙間への電解析出が生じて、アルミニウム被膜のエッジ部から亀裂が生じ、この亀裂が過度の場合はアルミニウム被膜が破断するといった問題が生じる。本発明では、陰極ドラムの電析面に形成される平滑部１Ｅの表面粗さＲａ_Ｅが０．１０μｍ以下にすることで、陰極ドラムの表面と絶縁材１ｉとの隙間への電解析出を抑制できるという効果を得ることができる。

また、陰極ドラムの電析面に形成される平滑部１Ｅの幅が粗面部の幅の０．１％未満の場合には、陰極ドラムの表面と絶縁材１ｉとの隙間への電解析出が生じて、アルミニウム被膜のエッジ部から亀裂が生じ、この亀裂が過度の場合は、アルミニウム被膜が破断するといった問題が生じる。本発明では、陰極ドラムの電析面に形成される平滑部１Ｅの幅を粗面部の幅の０．１％以上にすることで、陰極ドラムの電析面に形成されたアルミニウム被膜のエッジ部に破断や亀裂を発生させることなく、容易に電析面から剥離することができるという効果を得ることができる。
一方、陰極ドラムの電析面に形成される平滑部１Ｅの幅が粗面部の幅の１０．０％を超える場合には、得られるアルミニウム箔のエッジ部をトリミングする幅が大きくなり、歩留低下という問題が生じる。本発明では、陰極ドラムの電析面に形成される平滑部１Ｅの幅を粗面部の幅の１０．０％以下にすることで、得られるアルミニウム箔のエッジ部をトリミングする幅が小さくなり、歩留低下を小さくするという効果を得ることができる。尚、このトリミングでは、中央部の粗面部で形成されたアルミニウム被膜部分のみとなるようにエッジ部を切断することにより、両面が同程度に粗面化処理されたアルミニウム箔を得ることができる。

本発明の陰極ドラムは、アルミニウム被膜が電解析出される電析面の中央部に粗面部１Ｃを設け、その粗面部１Ｃの表面粗さＲａ_Ｃを０．１μｍ〜０．６μｍにすることが好ましい。中央部の粗面部１Ｃの表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ未満であると、アルミニウム箔の陰極ドラムから剥離した電析面（粗面部１Ｃから剥離された面）が粗化形状でなくなり、アルミニウム箔の両面間で特性差が発生するといった問題が生じる。本発明では、電析面の中央部の粗面部１Ｃの表面粗さＲａ_Ｃを０．１μｍ以上にすることで、アルミニウム箔の両面がどちらも粗化形状となり、両面間での特性差が小さくなるという効果を得ることができる。
一方、電析面の中央部の粗面部１Ｃの表面粗さＲａ_Ｃが０．６μｍを超えると、アルミニウム被膜と電析面の密着性が増加することによって、アルミニウム被膜の剥離が困難となり、アルミニウム箔を巻き取る際に、破断しやすくなるといった問題が生じる。本発明では、電析面の中央部の粗面部１Ｃの表面粗さＲａ_Ｃを０．６μｍ以下とすることで、安定して両面が粗化形状をなすアルミニウム箔を製造可能となる。尚、アルミニウム箔の電析面（粗面部１Ｃから剥離された面）に対向する表面の表面粗さは、例えば、先行技術文献に開示された方法等により、粗化形状とすることができる。

本発明の陰極ドラムは、例えば、ステンレス、アルミニウム、チタン等の円筒体を用いることができ、その中でも、チタン製の円筒体が好ましい。その理由は、チタンの表面に緻密で安定な酸化膜が形成されていることで、アルミニウム被膜の剥離性が良好になるためである。陰極ドラムの表面に緻密で安定な酸化膜がない場合は、アルミニウム被膜の剥離が不均一になる要因となる。
また、本発明の陰極ドラムの胴体は、製造するアルミニウム箔の寸法を考慮して、適宜設定することができ、例えば、直径が１００ｍｍ〜３０００ｍｍ、長さが１００ｍｍ〜２０００ｍｍのものが適用できる。

本発明の実施形態の一例を図２に示す。陰極ドラム１は、図１のように、電析面の中央部に粗面部１Ｃと両端部に平滑部１Ｅとを有する。そして、胴体の両端部に、絶縁材１ｉが被覆される。これは、得ようとするアルミニウム箔の幅を決定するためである。
そして、アルミニウム被膜が電解析出される電析面の中央部の粗面部１Ｃは、例えばブラストを用いて、表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ〜０．６μｍとなるように調整されることが好ましい。また、電析面の両端から幅が粗面部の幅の０．１％〜１０．０％の部分は、例えば研磨紙を用いて、表面粗さＲａ_Ｅが０．０１μｍ〜０．１０μｍの平滑部１Ｅが形成されることが好ましい。
図２において、陰極ドラム１には、予め、電析面の少なくとも一部にリード材８を形成させておくことが好ましい。そして、リード材８の先端を剥離させた陰極ドラム１を、電解浴槽４に入れて陽極板２と対向して配置させ、リード材８が密着している陰極ドラム１の電析面の少なくとも一部をアルミニウム電解液５に浸漬させて、陰極ドラム１から剥離されたリード材８の先端を巻取りリール７に固定しておく。
次に、通電の開始によってアルミニウム電解液５に接しているリード材８の表面にアルミニウム被膜３を形成させながら、陰極ドラム１と巻取りリール７の回転を開始させ、巻取りリール７の引張力によって、リード材８を巻取り、アルミニウム電解液５の液面から露出したアルミニウム被膜３を連続して陰極ドラム１から剥離して巻取りリール７に巻取ることでアルミニウム箔を得ることができる。ここで、リード材８が全て陰極ドラムから剥離された後は、電析面に形成されたアルミニウム被膜そのものが剥離して巻取られる。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。
本実施例では、直径が１４０ｍｍ、胴長が３００ｍｍのチタン製の陰極ドラムを用いた。その陰極ドラムの胴体全面を、ブラスト法によってＲａ＝０．３μｍに粗化処理を行なった。次に、その粗化処理をした陰極ドラムの電析面の両端部に、研磨紙を用いて、Ｒａ_Ｅ＝０．０８μｍとなるように研磨を行なった。そして、絶縁テープを用いて製造するアルミニウム箔の幅が２００ｍｍとなるように陰極ドラムの両側に絶縁材を固定した。これにより、電析面は、中央部の幅が１８０ｍｍの粗面部（Ｒａ_Ｃ＝０．３μｍ）と、その両端に粗面部の幅の５．６％となるように、それぞれ幅が１０ｍｍの平滑部（Ｒａ_Ｅ＝０．０８μｍ）が形成される構成とした。

次に、図２のように、アルミニウム箔の初期の剥離や巻取りリールに巻取るために用いる銅めっき層から成るリード材を陰極ドラムの電析面に形成した。そして、このリード材の後端が密着した状態の陰極ドラムを、アルミニウム電解液が入ったアルミニウム箔製造装置に入れ、陰極ドラムに形成させたリード材の少なくとも一部をアルミニウム電解液に浸し、アルミニウム製の陽極板と対向させるように配置した。陰極ドラムから剥離させたリード材の先端は、箔引出口６を通って、巻取りリールにテープを用いて固定した。

アルミニウムの電解析出は、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ^２、液温１１０℃の条件で、アルミニウム電解液を撹拌させながら通電を行なった。陰極ドラムの表面に形成したリード材の表面の少なくとも一部にアルミニウムを電解析出させながら、陰極ドラムの回転および巻取りリールの回転を開始し、巻取りリールの引張力でリード材およびアルミニウム被膜を剥離させ、リード材が全て陰極ドラムから剥離された後は、電析面に形成されたアルミニウム被膜そのものが剥離して巻取られ、厚さが１２μｍ、幅が２００ｍｍのアルミニウム箔を巻取りリールに巻取った。形成されたアルミニウム箔の電析面（粗面部１Ｃから剥離された面）の表面粗さはＲａで０．３μｍであり、電析面に対向する表面の表面粗さはＲａで０．０８μｍであった。
本発明の製造方法では、陰極ドラムの電析面からのアルミニウム箔の剥離性が改善され、アルミニウム被膜のエッジ部が陰極ドラムの電析面の両端部に固着せず、アルミニウム箔の破断やエッジ部に亀裂が発生することがなかった。そして、表裏面が粗化形状のアルミニウム箔を製造することができた。

１．陰極ドラム
２．陽極板
３．アルミニウム被膜
４．電解浴槽
５．アルミニウム電解液
６．箔引出し口
７．巻取りリール
８．リード材

Claims (6)

1. 電解によってアルミニウム被膜を陰極ドラムの表面に析出させた後、前記アルミニウム被膜を前記陰極ドラムから剥離してアルミニウム箔を製造する方法において、前記陰極ドラムの前記アルミニウム被膜が析出する電析面は、中央部の粗面部と両端部の平滑部とを有する前記陰極ドラムを用いてアルミニウム箔を得ることを特徴とするアルミニウム箔の製造方法。
2. 前記中央部の粗面部は表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ〜０．６μｍ、前記両端部の平滑部は表面粗さＲａ_Ｅが０．０１μｍ〜０．１０μｍ、前記両端部の平滑部のそれぞれの幅が前記粗面部の幅の０．１％〜１０．０％であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム箔の製造方法。
3. 前記電析面は、チタンからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルミニウム箔の製造方法。
4. 陰極ドラムの電析面に形成されたアルミニウム被膜を剥離してアルミニウム箔を製造するために用いられる陰極ドラムにおいて、前記陰極ドラムの電析面は、中央部の粗面部と両端部の平滑部とを有することを特徴とするアルミニウム箔製造用陰極ドラム。
5. 前記中央部の粗面部は表面粗さＲａ_Ｃが０．１μｍ〜０．６μｍ、前記両端部の平滑部は表面粗さＲａ_Ｅが０．０１μｍ〜０．１０μｍ、前記両端部の平滑部のそれぞれの幅が前記粗面部の幅の０．１％〜１０．０％であることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム箔製造用陰極ドラム。
6. 前記電析面は、チタンからなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のアルミニウム箔製造用陰極ドラム。