JP2017171973A - Electrode device and metal foil manufacturing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極装置およびそれを用いた金属箔の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode device and a method for producing a metal foil using the same.
例えば、リチウムイオン二次電池やスーパーキャパシター(電気二重層キャパシター、レドックスキャパシター、リチウムイオンキャパシターなど)などの蓄電デバイスの集電体には、銅箔(Cu箔)やアルミニウム箔(Al箔)が使用される。Cu箔は、圧延法や電気めっき法(電鋳法、電解法)で作製される。また、かかるAl箔は、専ら圧延法で作製されていたが、最近、電気めっき法を適用する検討が行われつつある。こうした電気めっき法は、液体(めっき液)に浸漬した通電中に可溶性または不溶性の金属(アノード)と、ドラムの周面(カソード)との間で通電することにより、アノードとなる金属の成分を含む金属膜(めっき膜)をカソードとなるドラムの周面上に形成するものである。 For example, copper foil (Cu foil) or aluminum foil (Al foil) is used for current collectors of power storage devices such as lithium ion secondary batteries and supercapacitors (electric double layer capacitors, redox capacitors, lithium ion capacitors, etc.) Is done. Cu foil is produced by a rolling method or an electroplating method (electroforming method, electrolytic method). Moreover, although such Al foil was produced exclusively by the rolling method, examination which applies the electroplating method is being performed recently. In such an electroplating method, a current component immersed in a liquid (plating solution) is energized between a soluble or insoluble metal (anode) and a peripheral surface of the drum (cathode), thereby forming a metal component as an anode. A metal film (plating film) is formed on the peripheral surface of the drum serving as the cathode.
上記の電気めっき法において、通電中、可溶性の金属(アノード)は、金属イオンとなって液体中に溶出し、溶出の進行とともに表面が酸化物と考えられる被膜(スラッジ被膜)に覆われるようになる。また、通電中に不溶性の場合も、液体中で金属(アノード)の表面で酸化反応が起こり、その反応生成物による同様のスラッジ被膜に覆われるようになる。こうした電気的に絶縁性を有するスラッジ被膜に覆われた金属(アノード)は、液体中への金属イオンの溶出が阻害されるため、金属の電析に際しては好ましくない。そこで、スラッジ被膜の生成を抑止する目的で、例えば特許文献1には、角柱状の亜鉛(アノード)と通電体との間に通電中に可溶性の金属板を挿入した構成の電極装置(電気めっき用アノード)が提案されている。その他、例えば、アノードとなる金属に適するように液体の組成を調整する手段(特許文献2参照)や、アノードとなるSn−Bi系の金属の組織構造を調整してSnのBi置換によるスラッジ被膜の生成を抑制する手段(特許文献3参照)が提案されている。 In the above electroplating method, during energization, the soluble metal (anode) is eluted into the liquid as metal ions, and the surface is covered with a coating (sludge coating) that is considered to be an oxide as the elution progresses. Become. In addition, even when insoluble during energization, an oxidation reaction occurs on the surface of the metal (anode) in the liquid, and the same sludge film is formed by the reaction product. A metal (anode) covered with such an electrically insulating sludge film is not preferable for electrodeposition of metal because elution of metal ions into the liquid is hindered. For this reason, for example, Patent Document 1 discloses an electrode device (electroplating) having a structure in which a soluble metal plate is inserted between a prismatic zinc (anode) and a current-carrying body for the purpose of suppressing the formation of a sludge film. Anodes) have been proposed. In addition, for example, a means for adjusting the composition of the liquid so as to be suitable for the metal serving as the anode (see Patent Document 2), or the sludge coating by adjusting the structure of the Sn—Bi based metal serving as the anode to replace the Bi with Sn Means (see Patent Document 3) for suppressing the generation of are proposed.
また、通電中、アノードとなる金属は、異極性であるカソード(ドラムの周面)に近い側から溶出する傾向が強いため、アノード(金属)とカソード(ドラムの周面)との間隔(電極間距離)が次第に大きくなる。電極間距離の増大は、電解電圧が高くなって消費電力が増大してしまうだけでなく、ドラムの周面上に形成される金属膜の厚さや品質に影響を及ぼすため好ましくない。そこで、電極間距離を一定に保つ目的で、例えば特許文献4には、回動ベルトに取り付けて移動可能にするとともに、ペレット状の金属粒子(アノード)を充満した複数のアノードバスケットと、中央付近に開口部を限定して設けるとともに、カソードとの間隔(電極間距離)を一定としたアノードバッフル板とを有し、前記アノードバッフル板に対して特定のアノードバスケットのみを接触させて通電可能とする構成の電極装置(電気めっき装置)が提案されている。また、例えば特許文献5には、鋼板(カソード)との間隔が一定になるようにフックで吊り下げた複数の金属板(アノード)を配置し、前記金属板の消耗状態および鋼板との間隔(電極間距離)を検知し、消耗した金属板を抜き取るとともに新しい金属板(アノード)を挿入するように制御する構成の電極装置が提案されている。 In addition, during energization, the anode metal has a strong tendency to elute from the side close to the cathode (drum peripheral surface) having a different polarity, so the distance between the anode (metal) and the cathode (drum peripheral surface) (electrode) (Distance between) gradually increases. An increase in the distance between the electrodes is not preferable because not only the electrolytic voltage increases and power consumption increases, but also the thickness and quality of the metal film formed on the peripheral surface of the drum are affected. Therefore, for the purpose of keeping the distance between the electrodes constant, for example, Patent Document 4 discloses a plurality of anode baskets that are attached to a rotating belt and are movable, and are filled with pellet-shaped metal particles (anode), and near the center. And an anode baffle plate with a constant distance from the cathode (distance between the electrodes), and the anode baffle plate can be energized by contacting only the specific anode basket. An electrode device (electroplating device) configured as described above has been proposed. Further, for example, in Patent Document 5, a plurality of metal plates (anodes) suspended by hooks are arranged so that the distance from the steel plate (cathode) is constant, and the consumption state of the metal plate and the distance from the steel plate ( There has been proposed an electrode device configured to detect an inter-electrode distance), extract a worn metal plate, and control to insert a new metal plate (anode).
上述したリチウムイオン二次電池などの実用化や拡販が進むとともに、金属箔の品質安定化や生産性改善によるコスト低減などが強く希求されている。そのため、上述したアノードのスラッジ被膜の生成抑制や適切な除去に係る技術改善、同時に、アノードとカソードの電極間距離の増大に係る技術改善が、さらに重要になっている。しかし、特許文献1に記載の電極装置では、電極間距離の増大を抑制することができない。また、液体の組成を調整する手段(特許文献2参照)やSn−Bi系の金属の組織構造を調整する手段(特許文献3参照)では、アノードとなる金属の材質や液体の配合成分が異なる場合には適用が困難であり、例えば非水電解液(非水めっき液)を用いるAl箔(電解Al箔)の作製には適用できないと考えられる。 As the above-described lithium ion secondary battery is put into practical use and expanded, there is a strong demand for cost reduction by stabilizing the quality of metal foil and improving productivity. For this reason, the technical improvement related to the suppression of the generation and proper removal of the above-described anode sludge coating and the technical improvement related to the increase in the distance between the anode and the cathode are becoming more important. However, the electrode device described in Patent Document 1 cannot suppress an increase in the interelectrode distance. In addition, the means for adjusting the composition of the liquid (see Patent Document 2) and the means for adjusting the structure of the Sn-Bi metal structure (see Patent Document 3) differ in the material of the metal serving as the anode and the composition of the liquid. In some cases, it is difficult to apply, and for example, it is considered that it cannot be applied to the production of an Al foil (electrolytic Al foil) using a nonaqueous electrolytic solution (nonaqueous plating solution).
また、特許文献4に記載の電極装置では、アノードバッフル板に接触しているアノードバスケット内において金属粒子(アノード)が充満して静止しているため、アノードの表面におけるスラッジ被膜の生成抑制や、生成したスラッジ被膜の除去を適切に行うことが困難と考えられる。この特許文献4に記載の電極装置では、アノードの表面にスラッジ被膜が形成されたタイミングで回動ベルトの移動によって新たなアノードバスケットを挿入することも可能であるが、スラッジ被膜が生成したアノードは十分に消耗していなくても交換しなければならず、アノードの使用効率の観点では実用的ではない。また、特許文献5に記載の電極装置では、アノード(金属板)がフックに吊り下げられて静止しているため、上述したアノードのスラッジ被膜の生成抑制や除去を適切に行うことが困難と考えられる。また、この特許文献5に記載の電極装置では、アノード(金属板)の消耗状態およびカソード(鋼板)との電極間距離を検知して制御する特別な制御装置の設置が必要であったり、アノードやカソードの形状および配置の自由度が極端に制限される。 In addition, in the electrode device described in Patent Document 4, because the metal particles (anode) are filled and stationary in the anode basket in contact with the anode baffle plate, the generation of sludge coating on the anode surface is suppressed, It is considered difficult to properly remove the generated sludge film. In the electrode device described in Patent Document 4, it is possible to insert a new anode basket by moving the rotating belt at the timing when the sludge film is formed on the surface of the anode. Even if it is not sufficiently consumed, it must be replaced, which is not practical from the viewpoint of the efficiency of use of the anode. Further, in the electrode device described in Patent Document 5, since the anode (metal plate) is suspended by the hook and is stationary, it is difficult to appropriately suppress and remove the above-described anode sludge coating. It is done. In addition, in the electrode device described in Patent Document 5, it is necessary to install a special control device that detects and controls the consumption state of the anode (metal plate) and the distance between the electrodes with the cathode (steel plate). The degree of freedom of the shape and arrangement of the cathode is extremely limited.
本発明の目的は、上述したアノードの表面を覆うスラッジ被膜の問題が解決できる構成を有し、より望ましくはアノードとカソードとの電極間距離の増大の問題が同時に解決できる新規な電極装置を提供し、それを用いた新規な金属箔の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a novel electrode device having a structure capable of solving the above-described problem of the sludge coating covering the surface of the anode, and more preferably solving the problem of an increase in the distance between the anode and the cathode at the same time. And it is providing the manufacturing method of the novel metal foil using the same.
本発明者は、アノードとなる金属を一定の位置へ次々と配置もしくは供給できる電極構造を検討し、電極をバレルの内部にアノードとなる適量の金属(金属チップなど)が充填された構造とし、バレルの内部の撹拌により金属(アノード)の相互衝突を発生させることにより、上記の課題が解決できることことを見出し、本発明に想到した。 The present inventor has studied an electrode structure that can sequentially arrange or supply a metal to be an anode to a certain position, and has an electrode filled with an appropriate amount of metal (metal tip or the like) to be an anode inside the barrel, The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by causing mutual collision of metal (anode) by stirring inside the barrel, and have arrived at the present invention.
すなわち、本発明の電極装置は、導電性の液体に浸漬して用いる電極装置であって、複数の貫通孔を備える外壁を有し、通電中に前記液体に対して可溶性の金属を貯留可能なバレルと、前記バレルの内部を通り、通電可能な周面を備えるシャフトと、前記バレルの内部に前記金属を送入する金属送入部と、を有し、前記シャフトは前記バレルに対して回転する。
前記シャフトは、前記周面から前記バレルの前記外壁に向かって起立し、かつ前記外壁に対して間隙を有する複数の羽根を備え、前記バレルの内部は前記シャフトの前記複数の羽根によって前記シャフトの周方向に対して複数の個室(セル)に区切られていることが好ましい。
That is, the electrode device of the present invention is an electrode device used by being immersed in a conductive liquid, and has an outer wall having a plurality of through holes, and can store a metal that is soluble in the liquid during energization. A barrel, a shaft having a circumferential surface that can be energized through the inside of the barrel, and a metal feeding portion that feeds the metal into the barrel; and the shaft rotates with respect to the barrel. To do.
The shaft includes a plurality of blades standing from the peripheral surface toward the outer wall of the barrel and having a gap with respect to the outer wall, and the inside of the barrel is formed by the plurality of blades of the shaft. It is preferable that it is divided into a plurality of individual chambers (cells) in the circumferential direction.
本発明の電極装置において、前記金属は球形であることが好ましい。
また、前記シャフトは、前記周面を備える外筒と、前記外筒を装着する軸体と、を有することが好ましい。
また、前記外筒の前記軸体に対する装着はテーパ構造によることが好ましい。
In the electrode device of the present invention, the metal is preferably spherical.
Moreover, it is preferable that the said shaft has an outer cylinder provided with the said surrounding surface, and a shaft body which mounts the said outer cylinder.
Further, it is preferable that the outer cylinder is attached to the shaft body by a taper structure.
上述した本発明の電極装置は、電解法によるAl箔などの金属箔の製造に使用することができる。すなわち、本発明の金属箔の製造方法は、導電性の液体に、通電中に前記液体に対して可溶性の金属を貯留した請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電極装置と、前記電極装置に対して異極となるドラムの周面の一部とを浸漬し、前記電極装置のシャフトを回転させるとともに、前記ドラムを一方向に回転させながら、前記ドラムの周面と、前記電極装置の前記シャフトの周面との間で通電し、前記ドラムの周面上に前記金属の成分を含む金属膜を電析させ、前記金属膜を前記ドラムの周面上から剥離することにより金属箔を形成する方法である。 The electrode device of the present invention described above can be used for producing a metal foil such as an Al foil by an electrolytic method. That is, the manufacturing method of the metal foil of the present invention includes the electrode device according to any one of claims 1 to 5, wherein a metal soluble in the liquid is stored in a conductive liquid during energization, A part of the peripheral surface of the drum having a different polarity with respect to the electrode device is immersed, the shaft of the electrode device is rotated, and while rotating the drum in one direction, the peripheral surface of the drum and the electrode Metal is energized between the peripheral surface of the shaft of the apparatus, a metal film containing the metal component is electrodeposited on the peripheral surface of the drum, and the metal film is peeled off from the peripheral surface of the drum. A method of forming a foil.
本発明の金属箔の製造方法において、前記通電中に、前記金属を前記電極装置のバレルの内部に送入するプロセスを含むことが好ましい。
また、前記金属は97質量%以上のアルミニウムを含むものであってよい。
The metal foil manufacturing method of the present invention preferably includes a process of feeding the metal into the barrel of the electrode device during the energization.
The metal may contain 97% by mass or more of aluminum.
本発明によれば、通電中に、アノードの表面に生成したスラッジ被膜が適度に除去されるとともに、アノードとカソードの電極間距離の実質的な変動が抑制される。したがって、本発明の電極装置を用いることにより、電解法によって健全かつ連続的な金属箔の製造が可能になる。 According to the present invention, the sludge film formed on the surface of the anode is appropriately removed during energization, and the substantial variation in the distance between the anode and the cathode is suppressed. Therefore, by using the electrode device of the present invention, it is possible to produce a healthy and continuous metal foil by an electrolytic method.
本発明の電極装置について、適宜図面を参照して詳細に説明する。
本発明の電極装置の構成例を一部に軸方向断面を用いて図1に示し、図1中に線分PPで示す位置の軸断面をバレル2の内部に金属Mを貯留した状態で図2(a)に示し、図2(a)に示すバレル2の内部に羽根3eを設けた変形構成例を図2(b)に示す。また、図1に示す構成とは異なる本発明の電極装置の構成例を一部に軸方向断面を用いて図3に示し、図3中に線分PPで示す位置の軸断面を図4に示す。また、図4に示す構成例において、アノードとなる金属Mをバレル2の内部へ充填した状態を図5に示し、シャフト3が図5に示す位置から1つの個室に相当する角度分だけ回転した状態を図6に示す。なお、本明細書で参照する各図に示す金属Mは、簡便のため、全体としてはハッチングを用いて略し、一部にのみ個々の金属を示す。
The electrode device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
An example of the configuration of the electrode device of the present invention is shown in FIG. 1 using a cross section in the axial direction, and the axial cross section at the position indicated by the line segment PP in FIG. 1 is shown with the metal M stored inside the barrel 2. 2 (a) shows a modified configuration example in which the blade 3e is provided inside the barrel 2 shown in FIG. 2 (a). Further, a configuration example of the electrode device of the present invention different from the configuration shown in FIG. 1 is partially shown in FIG. Show. Further, in the configuration example shown in FIG. 4, the state in which the metal M serving as the anode is filled in the barrel 2 is shown in FIG. 5, and the shaft 3 is rotated by an angle corresponding to one individual chamber from the position shown in FIG. The state is shown in FIG. In addition, the metal M shown in each figure referred in this specification is abbreviate | omitted using hatching as a whole for convenience, and shows each metal only in part.
図1に示す電極装置1および図3に示す電極装置1(以下、まとめて「電極装置1」ということがある。)は、電解液に浸漬して使用できるように、電解液への耐性を有する。電極装置1は、複数の貫通孔2aを備える外壁2bを有し、通電中に電解液に対して可溶性の金属Mを貯留可能なバレル2と、バレル2の内部を通り、通電可能な周面3aを備えるシャフト3と、バレル2の内部に金属Mを送入する金属送入部4とを有する。かかる金属送入部4は、シャフト3の回転を妨げることなく通電中のバレル2の内部に金属M(個々の金属)を送入することができる構成を有する。また、電極装置1は、バレル2の内部に電解液を吐出する液送入部5を有する。 The electrode device 1 shown in FIG. 1 and the electrode device 1 shown in FIG. 3 (hereinafter sometimes collectively referred to as “electrode device 1”) have resistance to the electrolyte so that they can be used by being immersed in the electrolyte. Have. The electrode device 1 has an outer wall 2b having a plurality of through holes 2a, and a barrel 2 capable of storing a metal M that is soluble in an electrolyte during energization, and a peripheral surface that can be energized through the interior of the barrel 2. A shaft 3 having 3a and a metal feeding portion 4 for feeding metal M into the barrel 2 are provided. The metal feeding section 4 has a configuration capable of feeding the metal M (individual metal) into the barrel 2 that is energized without hindering the rotation of the shaft 3. In addition, the electrode device 1 has a liquid feeding part 5 that discharges an electrolytic solution into the barrel 2.
シャフト3は、一端側で歯車6a、6bを介してシャフト3を回転させる駆動軸6と連結するとともに、摺動部7でシャフト3に対して位置決めされるバレル2に対して回転する。なお、シャフト回転用の駆動軸は両端側に設けてもよい。また、シャフト3の回転の中心はバレル2の軸方向の中心と一致させる必要はない。また、金属Mが、通電中にシャフト3の回転によってカソード8側に接近していく周面3a上に効率よく集合するように構成されていることが好ましい。また、例えば、シャフト3の回転の中心をバレル2の軸方向の中心よりも適量ずらすことにより、シャフト3の周面3aがバレル2の内部で偏心回転するように構成するもできる。また、バレル2は、摺動部7を介してシャフト3によって回転自在に支持されるとともに、図示は略すが、両端側で固定されていてもよいし、両端側で回転自在に軸支されていてもよい。 The shaft 3 is connected to the drive shaft 6 that rotates the shaft 3 via gears 6 a and 6 b on one end side, and rotates relative to the barrel 2 that is positioned with respect to the shaft 3 by the sliding portion 7. In addition, you may provide the drive shaft for shaft rotation in the both end side. Further, the center of rotation of the shaft 3 does not have to coincide with the axial center of the barrel 2. Moreover, it is preferable that the metal M is configured to efficiently gather on the peripheral surface 3a approaching the cathode 8 side by rotation of the shaft 3 during energization. Further, for example, the peripheral surface 3 a of the shaft 3 can be configured to rotate eccentrically inside the barrel 2 by shifting the rotation center of the shaft 3 by an appropriate amount from the axial center of the barrel 2. In addition, the barrel 2 is rotatably supported by the shaft 3 via the sliding portion 7, and although not shown in the figure, it may be fixed at both ends, or may be rotatably supported at both ends. May be.
また、本発明におけるシャフトは、図2(b)に示すシャフト3のように、周面3aからバレル2の外壁2bに向かって起立し、かつバレル2の外壁2bに対して間隙を有する1以上の羽根3eを備えることにより、バレル2の内部空間を区切ることができる。その場合、好ましくは、図4に示すように、周面3aからバレル2の外壁2bに向かって起立し、かつバレル2の外壁2bに対して間隙を有する複数の羽根3eを備えるシャフト3とし、かかる複数の羽根3eによってバレル2の内部をシャフト3の周方向に対して複数の個室2dに区切るように構成することである。図2(b)あるいは図4に示すシャフト3のように、バレル2の外壁2bに対して間隙を有する羽根3eを備えることにより、バレル2の内部に貯留した複数の金属M(個々の金属)を羽根3eが撹拌するように動かすため、複数の金属M(個々の金属)を効率よく流動させることができる。また、シャフトが回転するとき、図2(b)や図5に示すように、羽根3eが適量の金属M(個々の金属)を保持しながら上方へ移動するため、カソードのより近くにアノードとなる適量の金属Mを配置して電解効率を高めることができる。 Further, the shaft in the present invention is one or more having a gap from the peripheral surface 3a toward the outer wall 2b of the barrel 2 and having a gap with respect to the outer wall 2b of the barrel 2, as in the shaft 3 shown in FIG. By providing the blade 3e, the internal space of the barrel 2 can be partitioned. In that case, preferably, as shown in FIG. 4, the shaft 3 is provided with a plurality of blades 3 e erected from the peripheral surface 3 a toward the outer wall 2 b of the barrel 2 and having gaps with respect to the outer wall 2 b of the barrel 2, The configuration is such that the inside of the barrel 2 is divided into a plurality of individual chambers 2d in the circumferential direction of the shaft 3 by the plurality of blades 3e. A plurality of metals M (individual metals) stored in the barrel 2 by providing blades 3e having a gap with respect to the outer wall 2b of the barrel 2 as in the shaft 3 shown in FIG. 2B or FIG. Since the blades 3e are moved so as to stir, the plurality of metals M (individual metals) can be efficiently flowed. Further, when the shaft rotates, as shown in FIGS. 2B and 5, the blade 3e moves upward while holding an appropriate amount of metal M (individual metal), so that the anode and the cathode are closer to the cathode. An appropriate amount of the metal M can be arranged to increase the electrolysis efficiency.
また、図2(b)に示すバレル2の内部や、図4に示すバレル2の内部の複数の個室2dには、図5に示すように複数の金属M(個々の金属)が貯留可能である。なお、金属M(個々の金属)は、通電前に、その全金属量がバレル2の全容積に対して適量となるように充填することができる。また、この図4に示す電極装置1の場合は、バレル2に備える個室2dは8個である。そして、シャフト3の上方に位置するバレル2の個室2d内においては、個々の金属(金属M)のうちの幾らかがシャフト3の周面3aに堆積して接することができる(図5参照)。したがって、その状態でシャフト3の周面3aに通電すれば、個室2d内の金属Mにも通電することができるため、バレル2の個室2d内に充填された個々の金属(金属M)をアノードとして作用させることができる。この点は、詳しく後述する。 Further, as shown in FIG. 5, a plurality of metals M (individual metals) can be stored in the inside of the barrel 2 shown in FIG. 2B or in the plurality of individual chambers 2d inside the barrel 2 shown in FIG. is there. The metal M (individual metal) can be filled so that the total amount of metal becomes an appropriate amount with respect to the total volume of the barrel 2 before energization. In the case of the electrode device 1 shown in FIG. 4, the number of private chambers 2 d provided in the barrel 2 is eight. In the individual chamber 2d of the barrel 2 located above the shaft 3, some of the individual metals (metal M) can be deposited on and contact the peripheral surface 3a of the shaft 3 (see FIG. 5). . Therefore, if the current is applied to the peripheral surface 3a of the shaft 3 in this state, the metal M in the individual chamber 2d can also be energized. Therefore, individual metals (metal M) filled in the individual chamber 2d of the barrel 2 are anodes. Can act as This point will be described in detail later.
本発明の電極装置では、バレルに対してシャフトが回転すると、バレルの内部に貯留された金属M(個々の金属)が動かされて流動し、隣接する個々の金属の間で相互衝突が発生する。こうした個々の金属の相互衝突が通電中に発生することにより、アノードとなった個々の金属Mの表面は、生成したスラッジ被膜が適度に除去されるとともに、新鮮な状態で均一に反応することができる表面となる。よって、本発明の電極装置によれば、上述したアノードの表面を覆うスラッジ被膜の問題を解決することができる。 In the electrode device of the present invention, when the shaft rotates with respect to the barrel, the metal M (individual metal) stored in the barrel is moved and flows, and mutual collision occurs between adjacent individual metals. . The mutual collision of these individual metals occurs during energization, so that the surface of the individual metal M that has become the anode is able to react uniformly in a fresh state while the generated sludge coating is appropriately removed. It becomes a surface that can. Therefore, according to the electrode device of the present invention, the above-mentioned problem of the sludge film covering the surface of the anode can be solved.
また、上述した個々の金属(金属M)の流動をより効率よく行うことができる好ましい構成は、図4、図7、図8に示すような断面構造を有する電極装置である。例えば、図4に示す電極装置1では、バレル2に対してシャフト3が回転すると、シャフト3に備わる複数の羽根3eが回転することになる。そのため、個室2dの内部に充填された個々の金属は、羽根3eによって撹拌されるように動かされ、隣接する個々の金属の間で相互衝突が発生する。したがって、通電中に発生した相互衝突により、アノードとなった個々の金属Mの表面は、生成したスラッジ被膜が適度に除去されるとともに、新鮮な状態で均一に反応することができる表面となる。 Moreover, the preferable structure which can perform the flow of each metal (metal M) mentioned above more efficiently is an electrode apparatus which has a cross-sectional structure as shown in FIG.4, FIG.7, FIG.8. For example, in the electrode device 1 shown in FIG. 4, when the shaft 3 rotates with respect to the barrel 2, the plurality of blades 3 e provided on the shaft 3 rotate. Therefore, the individual metals filled in the individual chamber 2d are moved so as to be agitated by the blades 3e, and mutual collision occurs between adjacent individual metals. Therefore, the surface of each metal M that has become an anode due to the mutual collision that occurs during energization becomes a surface that can be uniformly reacted in a fresh state while the generated sludge coating is appropriately removed.
ところで、バレルの内部でアノードとなった個々の金属は、通電によって溶解(以下、「電解」という。)し、その体積が徐々に減少する。そのため、個々の金属の体積減少の相当分だけ、アノードとなる金属Mとカソードとの電極間距離が広がるようになる。本発明の電極装置では、バレルの内部に金属M(個々の金属)を送入する金属送入部を有することにより、通電中に金属M(個々の金属)をバレルの内部に送入して補充できるため、上記の電極間距離の広がりを抑制することができる。よって、本発明の電極装置によれば、上述したようにアノードの表面を覆うスラッジ被膜の問題を解決できるとともに、上述したアノードとカソードとの電極間距離の増大の問題を同時に解決することができる。 By the way, each metal that has become an anode inside the barrel is melted (hereinafter referred to as “electrolysis”) by energization, and its volume gradually decreases. For this reason, the distance between the electrodes of the metal M serving as the anode and the cathode increases by an amount corresponding to the volume reduction of each metal. In the electrode device according to the present invention, the metal M (individual metal) is fed into the barrel during energization by having the metal feeding portion for feeding the metal M (individual metal) into the barrel. Since replenishment can be performed, the spread of the distance between the electrodes can be suppressed. Therefore, according to the electrode device of the present invention, the problem of the sludge film covering the surface of the anode as described above can be solved, and the problem of the increase in the distance between the anode and the cathode can be solved at the same time. .
また、図4に示すようなバレル2の内部を複数の個室2dで区切った断面構造を有する電極装置1では、カソードに最も近い側に位置している個室2d内の金属M(個々の金属)の体積減少が最も多く、個々の金属の体積減少が多い分だけ、他の個室2d内よりもカソードとの電極間距離が広がるようになる。例えば、カソードに最も近い側に位置している個室2d内では、通電中に電解液に対して可溶性の金属Mがシャフト3に備わる通電可能な周面3a上に堆積し、個々の金属が接触状態となる。この接触状態で通電すると、シャフトの3の周面3aから個々の金属に電流が印加され、カソードに最も近い側の個々の金属の表面の電解が進行しやすいため体積減少を起こしやすい。 Further, in the electrode device 1 having a cross-sectional structure in which the inside of the barrel 2 is divided into a plurality of individual chambers 2d as shown in FIG. 4, a metal M (individual metal) in the individual chamber 2d located on the side closest to the cathode. Therefore, the distance between the cathode and the cathode becomes wider than that in the other individual chambers 2d. For example, in the private chamber 2d located on the side closest to the cathode, during the energization, a metal M that is soluble in the electrolyte deposits on the energized peripheral surface 3a of the shaft 3, and the individual metals come into contact with each other. It becomes a state. When energized in this contact state, current is applied to the individual metal from the peripheral surface 3a of the shaft 3, and the electrolysis of the surface of the individual metal closest to the cathode easily proceeds, so that volume reduction is likely to occur.
図4に示すような断面構造を有する電極装置1における上記の個々の金属の体積減少の問題は、電極装置1のそれぞれの個室2dが、バレル2に対するシャフト3の回転によって回転方向の前方に移動することにより解決できる。詳しくは、図5に示す個室2d1が、カソード8の表面に最も近い側の位置からシャフト3の矢印3fで示す回転によって前方へ移動し、次の個室2d2が図6に示すようにカソード8の表面に最も近い側に位置することにより、体積減少した個室2d1内の金属M1に替えて、金属M1との対比で実質の体積減少がない次の個室2d2内の金属M2をカソード8の表面の最も近い側に位置させることができるため解決できる。したがって、電極装置1の適用により、通電中に、アノードとなる金属Mのカソードに最も近い側の表面と、カソード8の表面との実質的な電極間距離の変動を抑制することができる。 In the electrode device 1 having the cross-sectional structure as shown in FIG. 4, the problem of the volume reduction of each individual metal is that each individual chamber 2 d of the electrode device 1 moves forward in the rotation direction by the rotation of the shaft 3 with respect to the barrel 2. This can be solved. Specifically, the private room 2d 1 shown in FIG. 5 moves forward from the position closest to the surface of the cathode 8 by the rotation indicated by the arrow 3f of the shaft 3, and the next private room 2d 2 is the cathode as shown in FIG. 8, the metal M in the next chamber 2d 2 having no substantial volume reduction compared to the metal M 1 instead of the metal M 1 in the volume-reduced chamber 2d 1 by being located on the side closest to the surface of FIG. This can be solved because 2 can be positioned closest to the surface of the cathode 8. Therefore, by applying the electrode device 1, it is possible to suppress a substantial change in the interelectrode distance between the surface of the metal M that is the anode closest to the cathode and the surface of the cathode 8 during energization.
上述した本発明におけるバレルの内部の個々の金属(金属M)の電解による体積減少に際しては、バレルの外壁に複数の貫通孔を備えることにより、電解によって貫通孔のサイズよりも小さく消耗して表面積が小さくなった個々の金属を、貫通孔から重力などによって自然排出することができる。例えば電極装置1では、バレル2の外壁2bに複数の貫通孔2aを備えるため、その貫通孔2aから小さくなった個々の金属を自然排出することができる。また、上記の消耗や排出による個々の金属(金属M)の減量に際しては、その減量分に対応するように制御しながら新しい金属M(個々の金属)を金属送入部からバレルの内部へ供給することができる。 When the volume of each metal (metal M) inside the barrel according to the present invention is reduced by electrolysis, a plurality of through holes are provided on the outer wall of the barrel, so that the surface area is consumed by electrolysis to be smaller than the size of the through holes. Each metal with a reduced can be naturally discharged from the through hole by gravity or the like. For example, in the electrode device 1, since the outer wall 2b of the barrel 2 is provided with a plurality of through holes 2a, individual metals that have become smaller from the through holes 2a can be discharged naturally. In addition, when the amount of individual metal (metal M) is reduced due to the above consumption or discharge, new metal M (individual metal) is supplied from the metal inlet to the inside of the barrel while controlling the amount corresponding to the amount of the reduction. can do.
また、金属Mに関する上記の制御は、例えば電極装置1では、新しい金属M(個々の金属)が金属送入部4を通ってバレル2内へ例えば押し込まれるように送入されることが好ましい。また、新しい金属M(個々の金属)の供給は、通電の影響が及び難いカソードに近接していない位置で行うことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the above-mentioned control regarding the metal M is sent so that, for example, in the electrode device 1, a new metal M (individual metal) is pushed into the barrel 2 through the metal feed portion 4, for example. Moreover, it is preferable to supply the new metal M (individual metal) at a position that is not close to the cathode, which is not easily affected by energization.
本発明において、バレルは、例えば、内部に貯留する金属の形状、サイズ、および質量や、電解液の性質および温度などの諸条件を考慮し、シャフトの回転が最も効率的に行われるような形状やサイズであることが好ましい。例えば図4に示す断面構造を有する電極装置1では、バレルの軸断面の形状は、図4に示す外壁が円筒形状で8個の個室を備える構成の他、図7に示す外壁が八角形で8個の個室を備える構成や、図8に示す外壁が六角形で6個の個室を備える構成など、外壁が多角形状であってもよい。なお、図7および図8に記載の番号は、簡便のため図4に記載の番号を援用している。 In the present invention, the barrel is shaped so that the shaft can be rotated most efficiently in consideration of various conditions such as the shape, size, and mass of the metal stored in the interior and the properties and temperature of the electrolyte. Or a size. For example, in the electrode device 1 having the cross-sectional structure shown in FIG. 4, the shape of the axial cross section of the barrel is such that the outer wall shown in FIG. 4 is cylindrical and has eight individual chambers, and the outer wall shown in FIG. The outer wall may have a polygonal shape, such as a configuration including eight individual chambers, or a configuration in which the outer wall illustrated in FIG. 8 is hexagonal and includes six individual chambers. The numbers shown in FIG. 7 and FIG. 8 use the numbers shown in FIG. 4 for convenience.
また、バレルの内部を複数の個室で区切った電極装置の場合、シャフトに備える複数の羽根は、上記の諸条件を考慮し、適切な形状および個数に設定することが好ましい。具体的には、羽根の形状は、図4に示す平板状の他、湾曲板状、波板状、その他の異形状、あるいはこれら形状を部分的に組合せた形状であってもよい。また、羽根の個数や配置は、上記の諸条件を考慮し、図4に示すようにシャフト3の周方向を8箇所に区切って均等に配置することや、8箇所未満あるいは8箇所を超えて区切ることや、羽根間距離を均等に区切るのではなく例えば1つおきに同等となるように区切ることや、すべての羽根間距離が異なるように区切ることも可能である。例えば、図3に示すバレル2を参照すれば、シャフト3の軸方向の右側と左側とで、羽根の個数を調整するなどして軸回りの羽根間距離を変えることや、前記右側と前記左側とでシャフト3の周方向における羽根の取付位置(羽根の位相)を変えて配置することもできる。また、羽根の外壁に対する軸断面で見た配置は、上記の諸条件を考慮し、外壁に対して垂直な配置や、軸回りに傾斜する配置や、例えば螺旋の軸断面のように軸方向に徐々に位相が変化するように配置することもできる。 In the case of an electrode device in which the interior of the barrel is divided into a plurality of individual chambers, it is preferable that the plurality of blades provided on the shaft be set to an appropriate shape and number in consideration of the above-described conditions. Specifically, the shape of the blade may be a flat plate shape shown in FIG. 4, a curved plate shape, a corrugated plate shape, other different shapes, or a shape obtained by partially combining these shapes. Further, the number and arrangement of the blades are determined in consideration of the above-mentioned conditions, as shown in FIG. 4, by dividing the circumferential direction of the shaft 3 into eight places and arranging them evenly, or less than eight places or more than eight places. For example, it is possible to divide the distance between the blades so as to be equal, or to separate all the distances between the blades. For example, referring to the barrel 2 shown in FIG. 3, the distance between the blades around the axis can be changed by adjusting the number of blades on the right and left sides in the axial direction of the shaft 3, or the right side and the left side. The blade mounting position (blade phase) in the circumferential direction of the shaft 3 can be changed. In addition, the arrangement of the blades viewed from the axial cross section with respect to the outer wall is in consideration of the above-mentioned conditions, and is arranged in a direction perpendicular to the outer wall, an arrangement inclined around the axis, or an axial direction such as a helical axial cross section. It can also arrange so that a phase may change gradually.
次に、図4に示す断面構造を有する電極装置1について、シャフト3がバレル2に対して回転したときの個室2d内に貯留された金属Mの挙動について、図面を参照して説明する。図5および図6に示すバレル2の内部の個室2d1のおよび個室2d2の近傍を拡大し、図9および図10に示す。なお、図9および図10に記載の番号は、簡便のため図5および図6に記載の番号を援用している。 Next, the behavior of the metal M stored in the private chamber 2d when the shaft 3 rotates with respect to the barrel 2 in the electrode device 1 having the cross-sectional structure shown in FIG. 4 will be described with reference to the drawings. Expanding the vicinity of Figure 5 and and private 2d 2 inside the private 2d 1 barrel 2 as shown in FIG. 6, 9 and 10. The numbers shown in FIGS. 9 and 10 are the same as those shown in FIGS. 5 and 6 for the sake of simplicity.
バレル2の内部の例えばシャフト3の上方に位置する図9に示す個室2d1内では、金属Mを構成する個々の金属は、その自重で互いに接触して接点S(以下、図中に示す接点S1で代表する。)を構成し、その個々の金属の幾つかはシャフト3の周面3aと接触して接点S(以下、図中に示す接点S0で代表する。)を構成している。上記の個々の金属間の接点S1や周面3aに接触する個々の金属の間の接点S0によれば、周面3aから最も遠い側すなわちカソード8に最も近い側に位置する個々の金属まで接点Sを介して電気的に連続した構成とすることができる。この状態で、シャフト3の周面3aを経由して電気エネルギーを供給することにより、接点Sを介してバレル2の内部の個室2d1内の個々の金属のすべてに電気エネルギーを供給することができる。 For example, in the individual chamber 2d 1 shown in FIG. 9 located above the shaft 3 inside the barrel 2, the individual metals constituting the metal M come into contact with each other by their own weight, and contact S (hereinafter referred to as the contact shown in the figure). representing at S 1.) constitute, some of the individual metal contacts S (hereinafter in contact with the circumferential surface 3a of the shaft 3, is represented by the contact S 0 shown in FIG.) configuration to the Yes. Individual metal positioned on the side closest to the contact point S 1 and, according to the contact S 0 between the individual metal in contact with the peripheral surface 3a, the farthest side or cathode 8 from the peripheral surface 3a between the above individual metal It can be set as the electrically continuous structure through the contact S. In this state, by supplying electric energy via a peripheral surface 3a of the shaft 3, to supply the electrical energy to all the individual metal through the contact S in the interior of the private 2d 1 barrel 2 it can.
また、通電中、シャフト3の回転によって個室2d1が図10に示す位置に移動されると、上述した状態にあった個々の金属(金属M)は、回転による傾きによって個室2d1内で流動して連続的に位置が変わり、撹拌される。幾つかの金属Mは、個室2d1から間隙2eを通って別の個室へ矢印3gで示すように移動することもあり得る。しかし、個々の金属は、その自重によって互いの表面が接触しているため、互いの表面を擦り合いながら連続的に位置を変えることができる。そのため、個々の金属間の接点S1は、撹拌によって離れたとしても直後瞬時に再構成することができる。この接点の再構成については、周面3aとの接点S0についても同様である。なお、個々の金属が球形であると、つまり、球形金属を金属Mとして使用すると、個々の金属が互いに均等的に接触しやすく、上記の接点S(接点S1、接点S0)の構成が、より確実に、かつ安定的に行われるため好ましい。 Moreover, while power and private 2d 1 is moved to the position shown in FIG. 10 by the rotation of the shaft 3, the individual metals were in state described above (metal M) is flowing in the private room 2d 1 by the tilt by rotating The position is continuously changed and agitated. Some of the metal M may also be moved from private 2d 1 as indicated by arrows 3g through a gap 2e to another private. However, since the surfaces of the individual metals are in contact with each other due to their own weight, the positions can be continuously changed while rubbing each other's surfaces. Therefore, the contact S 1 between the individual metal can be reconstructed instantaneously immediately even apart by agitation. The reconstruction of this contact is the same for the contacts S 0 of the peripheral surface 3a. In addition, when each metal is spherical, that is, when a spherical metal is used as the metal M, the individual metals are likely to contact each other evenly, and the configuration of the above-described contact S (contact S 1 , contact S 0 ) is the same. It is preferable because it is performed more reliably and stably.
また、撹拌中、カソード8に最も近い側に位置する個々の金属の表面には、上述したように電解によるスラッジ被膜が形成されやすい。しかし、個々の金属は、その自重によって互いの表面が擦れ合っているため、その表面にスラッジ被膜が形成されたとしても直後瞬時に除去される。このとき、個々の金属が球形であると、つまり、球形金属を金属Mとして使用すると、個々の金属が互いに均等的に接触しやすく、スラッジ被膜の除去が、より確実に、かつ安定的に行われるため好ましい。したがって、通電中、アノードとなる個々の金属の表面は実質的に新鮮な状態に保持され、個々の金属の間の電気エネルギーは接点S1によって安定に伝達される。なお、個々の金属の表面から除去されたスラッジ被膜(スラッジ残渣)は、上述したバレル2の外壁2bに備える複数の貫通孔2aから自然排出される。このとき、液送入部5からバレル2の内部に電解液が吐出されていると、電解液によって個室2d内が撹拌されてスラッジ残渣の排出が促進される。 Further, during stirring, as described above, a sludge film by electrolysis is easily formed on the surface of each metal located on the side closest to the cathode 8. However, since the surfaces of the individual metals rub against each other due to their own weight, even if a sludge film is formed on the surface, the individual metals are immediately removed immediately. At this time, if the individual metal is spherical, that is, if the spherical metal is used as the metal M, the individual metals are likely to contact each other evenly, and the sludge coating can be removed more reliably and stably. Therefore, it is preferable. Therefore, during energization, the surface of the individual metal as the anode is held substantially fresh, electrical energy between the individual metal is stably transmitted by the contact S 1. In addition, the sludge film (sludge residue) removed from the surface of each metal is naturally discharged from the plurality of through holes 2a provided on the outer wall 2b of the barrel 2 described above. At this time, if the electrolytic solution is discharged from the liquid inlet 5 into the barrel 2, the inside of the individual chamber 2d is stirred by the electrolytic solution, and the discharge of sludge residue is promoted.
また、通電中、上述したように新しい金属M(個々の金属)をバレル2の内部へ供給可能な構成であると、新鮮で消耗していない個々の金属と、電解によって消耗しつつある個々の金属とが共存し、大きさが様々な個々の金属の集合体となった金属M(以下、「定常状態の金属M」という。)がバレル2内に貯留されることになる。上述した撹拌による定常状態の金属M(個々の金属)の流動は、個々の個室2d内の金属イオン濃度を均質な状態に保持することに寄与する。また、個々の個室2dはバレル2の外壁2bに対して間隙2eを有する羽根3eを備えているため、間隙2eから隣接する別の個室2dへ、シャフト3の回転によって定常状態の金属M(個々の金属)が流動することもできる。なお、間隙2eの大きさは、例えば図9に示す上方に位置した個室2d1の内部を考えたとき、個室2d1の内部に適量の金属Mが貯留されるように、個々の金属の隣接する別の個室2dへの過剰な流動が抑制される程度(例えば未電解の個々の金属の平均粒径の1.1倍から2.5倍程度)の設定が好ましい。したがって、定常状態の金属Mを個々の個室2dに貯留しているバレル2内もまた、全体としての金属イオン濃度が均質な状態に保持される。なお、個々の金属が球形であると、つまり、球形金属を金属Mとして使用すると、個々の金属が間隙2eを通過しやすく、上記の流動が、より確実に、かつ安定的に行われるため好ましい。 Further, as described above, when the metal M (individual metal) can be supplied to the inside of the barrel 2 during energization, the individual metal that is fresh and not consumed and the individual metal that is being consumed by electrolysis The metal M coexisting with the metal and becomes an aggregate of individual metals having various sizes (hereinafter referred to as “steady-state metal M”) is stored in the barrel 2. The flow of the metal M (individual metal) in the steady state by the stirring described above contributes to maintaining the metal ion concentration in each individual chamber 2d in a homogeneous state. Further, since each individual chamber 2d is provided with a blade 3e having a gap 2e with respect to the outer wall 2b of the barrel 2, a steady state metal M (individual) is rotated by rotation of the shaft 3 from the gap 2e to another adjacent chamber 2d. Metal) can also flow. The size of the gap 2e, for example when considering internal private 2d 1 positioned upward as shown in FIG. 9, as an appropriate amount of metal M inside the private room 2d 1 is stored, adjacent individual metal It is preferable to set the degree to which an excessive flow to the separate chamber 2d is suppressed (for example, about 1.1 to 2.5 times the average particle diameter of the unelectrolyzed individual metal). Therefore, the metal ion concentration as a whole is also maintained in a uniform state in the barrel 2 in which the steady state metal M is stored in the individual chambers 2d. In addition, it is preferable that each metal is spherical, that is, if a spherical metal is used as the metal M, the individual metal easily passes through the gap 2e, and the above-described flow is performed more reliably and stably. .
また、通電中、電解液がバレル2の内部に吐出されていることが好ましい。これにより、電解によって高濃度化したバレル2内の電解液が外壁2bに備わる複数の貫通孔2aから積極的に外部へ押し出されるようになるため、バレル2(電極装置1)とカソード8の間の電解液の金属イオンを高濃度に保つことができる。また、通電中、電解液が、シャフト3の回転によってカソード8に最も近接しているシャフト3の周面3aに対向するバレル2内の領域や、まさにカソード8に接近しようとしているシャフト3の周面3aに対向するバレル2内の領域に、供給されていることが好ましい。これにより、電解液が上記の領域にある金属M(個々の金属)の隙間を通過するようになり、電解によって高濃度化した金属M(個々の金属)の周囲の電解液が外壁2bに備わる複数の貫通孔2aから積極的に外部へ積極的に押し出されるようになるため、バレル2(電極装置1)とカソード8の間の電解液の金属イオンをより高濃度に保つことができる。こうした構成を有する本発明の電極装置1をアノードとして使用すれば、金属イオン濃度が高い電解液の液流がカソード8に供給されるため、安定した電解処理を行うことができる。 Further, it is preferable that the electrolyte is discharged into the barrel 2 during energization. As a result, the electrolytic solution in the barrel 2 whose concentration has been increased by electrolysis is positively pushed out from the plurality of through holes 2a provided in the outer wall 2b, so that the space between the barrel 2 (electrode device 1) and the cathode 8 is increased. The metal ions in the electrolyte can be kept at a high concentration. In addition, during energization, the electrolyte solution is in the region in the barrel 2 facing the peripheral surface 3 a of the shaft 3 that is closest to the cathode 8 due to the rotation of the shaft 3, or the circumference of the shaft 3 that is about to approach the cathode 8. It is preferably supplied to a region in the barrel 2 that faces the surface 3a. As a result, the electrolyte solution passes through the gaps of the metal M (individual metal) in the above region, and the outer wall 2b is provided with the electrolyte solution around the metal M (individual metal) having a high concentration by electrolysis. Since the plurality of through-holes 2a are positively pushed out to the outside, the metal ions of the electrolytic solution between the barrel 2 (electrode device 1) and the cathode 8 can be kept at a higher concentration. When the electrode device 1 of the present invention having such a configuration is used as an anode, a liquid flow of an electrolytic solution having a high metal ion concentration is supplied to the cathode 8, so that stable electrolytic treatment can be performed.
電解液をバレル2の内部へ吐出するための液送入部5は、例えば、電解液を送入するパイプなどをバレル2の軸方向から取り付け、その開口部をバレル2の側壁の1箇所または複数個所に設けることにより、電解液を図3中に矢印5aで示すようにバレル2の内部に吐出させる構成であってよい。また、液送入部5は、例えば、電解液を送入するパイプなどをバレル2の軸方向からバレル2の内部へ引き込み、さらにバレル2内の底部などのカソード8から離れた位置で軸方向に延在させ、その開口部をシャフト3の周面3aに対向して1箇所または複数個所に設けることにより、電解液を図1中に矢印5aで示すようにバレル2の内部に吐出させるとともに、吐出した電解液がバレル2の底部に貯留された金属M(個々の金属)の間を通過する構成であってよい。 The liquid feeding part 5 for discharging the electrolytic solution into the barrel 2 is, for example, a pipe for feeding the electrolytic solution or the like attached from the axial direction of the barrel 2, and the opening thereof at one place on the side wall of the barrel 2 or By providing at a plurality of locations, the electrolytic solution may be discharged into the barrel 2 as shown by an arrow 5a in FIG. In addition, the liquid feeding section 5 draws, for example, a pipe for feeding an electrolytic solution from the axial direction of the barrel 2 into the barrel 2, and further in the axial direction at a position away from the cathode 8 such as the bottom in the barrel 2. And the opening is provided at one or a plurality of locations opposite to the peripheral surface 3a of the shaft 3 to discharge the electrolyte into the barrel 2 as shown by the arrow 5a in FIG. The discharged electrolyte may pass between the metals M (individual metals) stored at the bottom of the barrel 2.
また、例えばバレル2がカソード8の下方に配置された構成例の場合、バレル2の内部の個室2d内に貯留された金属Mが最も電解されやすいのは、図9に示すシャフト3の上方に位置した個室2d1の内部においてである。したがって、その個室2d1に対応するシャフト3の周面3aもまた電解のターゲットとなりやすい。しかし、この構成例では、シャフト3の周面3aは、カソード8から最も遠い側に位置して金属M(個々の金属)との接点S0を構成している。そのため、カソード8により近い側に位置する金属Mが優先的に電解され、電解によるシャフト3の周面3aの実質的な消耗を抑制することができる。なお、シャフト3の周面3aの形状は、断面視において、図4に示すような円形の他、例えば、楕円形や多角形にもできるが、バレル2の外壁2bとの隙間2eの関係を考慮して選択することが好ましい。 For example, in the configuration example in which the barrel 2 is disposed below the cathode 8, the metal M stored in the individual chamber 2d inside the barrel 2 is most easily electrolyzed above the shaft 3 shown in FIG. it is in an internal position the private 2d 1. Therefore, the circumferential surface 3a of the shaft 3 corresponding to the private 2d 1 also tends to electrolysis target. However, in this configuration example, the peripheral surface 3 a of the shaft 3 is located on the side farthest from the cathode 8 and constitutes a contact S 0 with the metal M (individual metal). Therefore, the metal M located closer to the cathode 8 is preferentially electrolyzed, and substantial wear of the peripheral surface 3a of the shaft 3 due to electrolysis can be suppressed. In addition, the shape of the peripheral surface 3a of the shaft 3 can be, for example, an ellipse or a polygon in addition to the circular shape shown in FIG. It is preferable to select in consideration.
シャフト3の周面3aは、例えば上記の構成によって電解による実質的な消耗を抑制することができる。しかし、長時間の通電を経ると、上記の撹拌による金属M(個々の金属)の衝突に起因して、あるいは徐々に進行する電解に起因して、シャフト3の周面3aの消耗は避けられない。したがって、本発明においてシャフト3は、図11に示すように、周面3aを備える外筒3bと、外筒3bを装着する軸体3cとを有することが好ましい。この構成により、周面3aが消耗あるいは損傷したときには外筒3bを交換するだけでよく、軸体3cは再使用することができる。また、図11に示す外筒3bは軸体3cに対する装着を円筒面で行う構成を有するが、より好ましくは図12に示す構成を有する外筒3bである。この外筒3bは、軸体3cに対する装着をテーパ面3dで行うテーパ構造を有するため、軸体3cとの着脱が容易になる。かかるテーパ構造は、軸体3cの外周形状が軸方向の一方から他方にかけて径が大きくなる形状を有し、これに対する該当3bの内周形状が軸体3cの外周形状に相似して軸方向の一方から他方にかけて径が大きくなる形状を有しており、互いに組み合う構造となっている。 The peripheral surface 3a of the shaft 3 can suppress substantial wear due to electrolysis by the above-described configuration, for example. However, when energized for a long time, the wear of the peripheral surface 3a of the shaft 3 can be avoided due to the collision of the metal M (individual metal) due to the above stirring or due to the gradually proceeding electrolysis. Absent. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 11, the shaft 3 preferably includes an outer cylinder 3b having a peripheral surface 3a and a shaft body 3c on which the outer cylinder 3b is mounted. With this configuration, when the peripheral surface 3a is consumed or damaged, it is only necessary to replace the outer cylinder 3b, and the shaft body 3c can be reused. Further, the outer cylinder 3b shown in FIG. 11 has a configuration in which the shaft body 3c is mounted on the cylindrical surface, and more preferably the outer cylinder 3b having the configuration shown in FIG. Since the outer cylinder 3b has a tapered structure in which the shaft body 3c is mounted on the tapered surface 3d, the outer cylinder 3b can be easily attached to and detached from the shaft body 3c. Such a tapered structure has a shape in which the outer peripheral shape of the shaft body 3c increases in diameter from one to the other in the axial direction, and the inner peripheral shape of the corresponding 3b is similar to the outer peripheral shape of the shaft body 3c in the axial direction. It has a shape in which the diameter increases from one to the other, and has a structure that combines with each other.
次に、上述した本発明の電極装置を用いる本発明の金属箔の製造方法について、その製造方法を適用した金属箔を連続して製造可能な装置(以下、「製造装置」という。)の構成例を挙げて、適宜図面を参照して説明する。 Next, regarding the manufacturing method of the metal foil of the present invention using the electrode device of the present invention described above, a configuration of an apparatus (hereinafter referred to as “manufacturing apparatus”) capable of continuously manufacturing the metal foil to which the manufacturing method is applied. An example will be described with reference to the drawings as appropriate.
図13に示す製造装置は、導電性の液体である電解液11と、回転するドラム12と、そのドラム12の周面12aに対向するように配置され、通電中に電解液11に対して可溶性の金属Mが内部に貯留されたバレル2を有する複数の電極装置1とが、密閉容器13内に配置されている。そして、電極装置1とドラム12の周面12aとの距離は、より効率のよい電解状態が得られる範囲に設定されている。また、電解液11の循環装置14と、電解液11の貯留槽15と、貯留槽15内で電解液11を撹拌するための攪拌機16とを有する。また、電解液11がドラム12の周面12aと電極装置1の間において液面11aまで満たされているため、アノードとなる金属Mを有する複数の電極装置1と、電極装置1に対して異極となるドラム12の周面12a(図5に示すカソード8に対応する)の一部とが、電解液11に浸漬された状態になっている。また、電解液11は、密閉容器13内において液面11bまで満たされ、貯留槽15内において液面11cまで満たされている。 The manufacturing apparatus shown in FIG. 13 is disposed so as to face the electrolytic solution 11 that is a conductive liquid, the rotating drum 12, and the peripheral surface 12a of the drum 12, and is soluble in the electrolytic solution 11 during energization. A plurality of electrode devices 1 each having a barrel 2 in which a metal M is stored are disposed in a sealed container 13. The distance between the electrode device 1 and the peripheral surface 12a of the drum 12 is set to a range in which a more efficient electrolytic state can be obtained. Moreover, it has the circulation apparatus 14 of the electrolyte solution 11, the storage tank 15 of the electrolyte solution 11, and the stirrer 16 for stirring the electrolyte solution 11 in the storage tank 15. FIG. In addition, since the electrolyte solution 11 is filled up to the liquid surface 11 a between the peripheral surface 12 a of the drum 12 and the electrode device 1, the electrode device 1 is different from the electrode devices 1 having the metal M serving as an anode. A part of the peripheral surface 12 a (corresponding to the cathode 8 shown in FIG. 5) of the drum 12 serving as a pole is immersed in the electrolytic solution 11. Further, the electrolytic solution 11 is filled up to the liquid level 11 b in the sealed container 13 and filled up to the liquid level 11 c in the storage tank 15.
上記の製造装置によって金属箔10を形成する場合は、適切に通電した状態で、ドラム12を回転軸12bによって矢印18で示す方向に連続的に回転させる。このとき、本発明においては、複数の電極装置1に有するシャフト3を回転しながら、ドラム12の周面12aと、電極装置1のシャフト3の周面3aとの間で適切に通電し、ドラム12の周面12a上に金属Mの成分を含む金属膜10aを電析させる。また、通電中に、バレル2の内部に貯留された金属Mの電解によって消耗した体積減少分に対応するだけの金属Mを、電極装置1のバレル2の内部に送入するプロセスを含むことにより、アノードとなる金属Mの体積を常に安定した状態に保持することが好ましい。 When the metal foil 10 is formed by the manufacturing apparatus described above, the drum 12 is continuously rotated in the direction indicated by the arrow 18 by the rotating shaft 12b in a state where power is appropriately supplied. At this time, in the present invention, while rotating the shaft 3 included in the plurality of electrode devices 1, current is appropriately supplied between the peripheral surface 12 a of the drum 12 and the peripheral surface 3 a of the shaft 3 of the electrode device 1, and the drum The metal film 10a containing the component of the metal M is electrodeposited on the 12 peripheral surfaces 12a. In addition, by including a process of feeding only the metal M corresponding to the volume reduction consumed by the electrolysis of the metal M stored in the barrel 2 into the interior of the barrel 2 of the electrode device 1 during energization. It is preferable to always keep the volume of the metal M serving as the anode in a stable state.
上記の操作によってドラム12の周面12a上に金属膜10aを電析させ、その金属膜10aをドラム12の周面12a上から剥離することによって金属箔10に形成することができる。この製造装置では、金属膜10aを剥離して金属箔10に形成した直後に、金属箔10の表裏の液切りを密閉容器13の出口側に設けたワイパー17によって行いながら矢印19で示す方向へ連続的に引き出すことができる。なお、密閉容器13の内部は、露点が−40度以下の嫌気性乾燥雰囲気とすることにより、吸湿による電解液11の劣化を抑制することが好ましい。 The metal film 10 a is electrodeposited on the peripheral surface 12 a of the drum 12 by the above operation, and the metal film 10 a can be formed on the metal foil 10 by peeling from the peripheral surface 12 a of the drum 12. In this manufacturing apparatus, immediately after the metal film 10a is peeled off and formed on the metal foil 10, the front and back of the metal foil 10 is drained by the wiper 17 provided on the outlet side of the sealed container 13 in the direction indicated by the arrow 19. Can be pulled out continuously. The inside of the sealed container 13 is preferably an anaerobic dry atmosphere having a dew point of −40 degrees or less, thereby suppressing deterioration of the electrolyte solution 11 due to moisture absorption.
本発明においてアノードとなる金属Mは、例えば、97質量%以上のアルミニウムを含むアルミニウム合金や、99.9質量%以上のアルミニウムを含む実質的な純アルミニウムなどであってよい。なお、アルミニウムが97質量%未満であるアルミニウム合金を金属Mとして使用する場合は、通電時のスラッジ被膜の生成量が増加して電解効率が低下する可能性があることに留意すべきである。 In the present invention, the metal M serving as the anode may be, for example, an aluminum alloy containing 97% by mass or more of aluminum or substantially pure aluminum containing 99.9% by mass or more of aluminum. In addition, when using the aluminum alloy whose aluminum is less than 97 mass% as the metal M, it should be noted that the generation amount of the sludge film at the time of energization may increase and the electrolysis efficiency may decrease.
また、上記の製造装置では、金属箔10を連続的に形成する間、循環装置14が電解液11を強制的に循環するように構成されている。具体的には、循環装置14は、貯留槽15から矢印20aで示す方向に電解液11を吸い出し、矢印20bで示す方向に強制的に送り出し、これにより複数の電極装置1の間を通過しながらドラム12の周面12aへと向かう電解液11の液流を形成することができる。そして、ドラム12の周面12aに達した液流は、周面12aに沿う方向に流れを転じるとともに周面12aに沿って液面11aに向かい、液面11aから矢印20dで示すように溢れ出す。その後、溢れ出た電解液11は、液面11bに落下して矢印20eで示す方向に流れ、貯留槽15に戻る。こうした循環装置14による電解液11の循環と、貯留槽15内での攪拌機16による電解液11の十分な撹拌により、金属イオン濃度や温度が均質な状態の電解液11を連続的に循環させることができる。なお、電解液11の循環プロセスにおいては、循環装置14を含む循環経路の適切な箇所に流量計を設けて流量制御を行うことが好ましい。 Moreover, in said manufacturing apparatus, while forming the metal foil 10 continuously, the circulation apparatus 14 is comprised so that the electrolyte solution 11 may be forcedly circulated. Specifically, the circulation device 14 sucks out the electrolyte solution 11 from the storage tank 15 in the direction indicated by the arrow 20a and forcibly sends it out in the direction indicated by the arrow 20b, thereby passing between the plurality of electrode devices 1. A liquid flow of the electrolyte solution 11 toward the peripheral surface 12a of the drum 12 can be formed. Then, the liquid flow that has reached the peripheral surface 12a of the drum 12 turns in the direction along the peripheral surface 12a, moves toward the liquid surface 11a along the peripheral surface 12a, and overflows from the liquid surface 11a as indicated by an arrow 20d. . Thereafter, the overflowing electrolyte solution 11 falls to the liquid surface 11b, flows in the direction indicated by the arrow 20e, and returns to the storage tank 15. By circulating the electrolytic solution 11 by the circulation device 14 and sufficiently stirring the electrolytic solution 11 by the stirrer 16 in the storage tank 15, the electrolytic solution 11 having a uniform metal ion concentration and temperature is continuously circulated. Can do. In the circulation process of the electrolyte solution 11, it is preferable to perform flow rate control by providing a flow meter at an appropriate location in the circulation path including the circulation device 14.
また、上述したようにバレル2の内部に電解液11を吐出する液送入部5を有する電極装置1であれば、上記の電解液11の循環に加えて、液送入部5からバレル2の内部に吐出した電解液11により、バレル2の内部の金属イオン濃度が高い液を積極的にバレル2の周囲へ供給し、ドラム12の周面12aへと向かう矢印20fで示す金属イオン濃度が均質的に高い電解液11の液流を形成することができる。この場合の液送入部5への電解液11の供給は、例えば、循環装置14からの分岐であってもよいし、専用の液供給装置(図示を略す)を設けてもよい。 In addition, as described above, in the case of the electrode device 1 having the liquid feeding part 5 that discharges the electrolytic solution 11 into the barrel 2, in addition to the circulation of the electrolytic solution 11, the barrel 2 is fed from the liquid feeding part 5. The liquid 11 having a high metal ion concentration inside the barrel 2 is positively supplied to the periphery of the barrel 2 by the electrolytic solution 11 discharged into the interior of the drum 12, and the metal ion concentration indicated by the arrow 20 f toward the peripheral surface 12 a of the drum 12 is A liquid flow of the electrolyte solution 11 that is homogeneously high can be formed. In this case, the supply of the electrolytic solution 11 to the liquid feeding unit 5 may be, for example, a branch from the circulation device 14 or a dedicated liquid supply device (not shown).
本発明の電極装置およびそれを用いた金属箔の製造方法は、電解法による連続的な金属箔の製造に利用することができる。 The electrode device of the present invention and the method for producing a metal foil using the electrode device can be used for producing a continuous metal foil by an electrolytic method.
1.電極装置、2.バレル、2a.貫通孔、2b.外壁、2d.個室、2e.間隙、3.シャフト、3a.周面、3b.外筒、3c.軸体、3d.テーパ面、3e.羽根、3f.矢印、3g.矢印、4.金属送入部、5.液送入部、5a.矢印、6.駆動軸、6a.歯車、6b.歯車、7.摺動部、8.カソード、10.金属箔、10a.金属膜、11.電解液、11a.液面、11b.液面、11c.液面、12.ドラム、12a.周面、12b.回転軸、13.密閉容器、14.循環装置、15.貯留槽、16.攪拌機、17.ワイパー、18.矢印、19.矢印、20a〜20f.矢印、M.金属、S.接点 1. 1. electrode device; Barrel, 2a. Through hole, 2b. Outer wall, 2d. Private room, 2e. 2. gap, Shaft, 3a. Peripheral surface, 3b. Outer cylinder, 3c. Shaft, 3d. Tapered surface, 3e. Feather, 3f. Arrow, 3g. Arrow, 4. 4. Metal infeed section, Liquid feeding section, 5a. Arrow, 6; Drive shaft, 6a. Gears, 6b. Gears, 7. Sliding part, 8. Cathode, 10. Metal foil, 10a. Metal film, 11. Electrolyte solution, 11a. Liquid surface, 11b. Liquid level, 11c. Liquid level, 12. Drum, 12a. Peripheral surface, 12b. Rotation axis, 13. Sealed container, 14. Circulating device, 15. Storage tank, 16. Agitator, 17. Wiper, 18. Arrow, 19. Arrows, 20a-20f. Arrow, M.M. Metal, S.M. contact
Claims (8)
複数の貫通孔を備える外壁を有し、通電中に前記液体に対して可溶性の金属を貯留可能なバレルと、前記バレルの内部を通り、通電可能な周面を備えるシャフトと、前記バレルの内部に前記金属を送入する金属送入部と、を有し、
前記シャフトは前記バレルに対して回転する、電極装置。 An electrode device used by being immersed in a conductive liquid,
A barrel having an outer wall having a plurality of through holes, capable of storing a metal soluble in the liquid during energization, a shaft having a peripheral surface passing through the barrel and energized, and the interior of the barrel A metal feeding section for feeding the metal into
The electrode device, wherein the shaft rotates relative to the barrel.
前記バレルの内部は前記シャフトの前記複数の羽根によって前記シャフトの周方向に対して複数の個室に区切られている、請求項1に記載の電極装置。 The shaft includes a plurality of blades that stand from the peripheral surface toward the outer wall of the barrel and have a gap with respect to the outer wall;
The electrode device according to claim 1, wherein the inside of the barrel is divided into a plurality of individual chambers with respect to a circumferential direction of the shaft by the plurality of blades of the shaft.
前記電極装置のシャフトを回転させるとともに、前記ドラムを一方向に回転させながら、前記ドラムの周面と、前記電極装置の前記シャフトの周面との間で通電し、
前記ドラムの周面上に前記金属の成分を含む金属膜を電析させ、前記金属膜を前記ドラムの周面上から剥離することにより金属箔を形成する、金属箔の製造方法。 The electrode device according to any one of claims 1 to 5, wherein a metal that is soluble in the liquid is stored in a conductive liquid during energization, and a drum circumference that is different from the electrode device. Immerse part of the surface,
While rotating the shaft of the electrode device and energizing between the peripheral surface of the drum and the peripheral surface of the shaft of the electrode device while rotating the drum in one direction,
A method for producing a metal foil, wherein a metal film containing the metal component is electrodeposited on a peripheral surface of the drum, and the metal film is formed by peeling the metal film from the peripheral surface of the drum.
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