JP2018059191A - 金属箔製造用陰極ドラムおよび金属箔の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属膜とリード材の継ぎ目部分の破損、金属箔の局所的な厚さの変動や析出不良、変色、色むらが抑制できる陰極ドラムおよび金属箔の製造方法を提供する。【解決手段】胴体表面から結晶組織が繋がって胴体表面の有効電解域の一部を被うリード金属膜と、リード金属膜の前方端部から結晶組織が繋がるとともに陰極ドラムから離れるリード金属箔を有し、リード金属膜の後方領域には後方端に向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部を備える陰極ドラムを用い、リード金属膜を有する胴体表面の一部を電解液に浸漬し、リード金属箔の前方端部を巻取りリールに固定し、通電してリード金属膜の後方領域を含む部分に第１金属膜を形成し、陰極ドラムと巻取りリールの同期回転でリード金属箔を引いてリード金属膜、継ぎ目部分、第１金属膜から繋がり胴体表面に形成された第２金属膜を順次剥離して成る金属箔を巻取りリールに連続的に巻取る。【選択図】図３

Description

本発明は、例えばアルミニウム箔などの電解析出法による製造に好適な金属箔製造用陰極ドラムおよび金属箔の製造方法に関する。

従来、金属イオンを含有する電解液から金属を電解還元により析出させる方法によって金属箔を作製する電解析出法が知られている。例えば、特許文献１にはアルミニウムイオンを含有する電解液を用いたアルミニウム箔の製造方法が開示され、特許文献２には銅イオンを含有する電解液を用いた銅箔の製造方法が開示されている。特許文献１、２には、陰極ドラムの胴体表面（外周面）の有効電解域を含む部分と陽極部材とを電解液中に浸漬し、その両者が対向配置された状態とし、陰極ドラムを回転しながら陰極ドラムの胴体表面と陽極部材との間で通電し、陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜を連続的に剥離して金属箔を形成し、前記金属箔を箔引出し口から連続的に引出して巻取りリールに巻取る製造方法および製造装置が開示されている。なお、特許文献１、２には、陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜の剥離を開始するための具体的な方法は開示されていない。

陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜の剥離を開始するための具体的な方法は、例えば特許文献３に開示されている。特許文献３には、金属箔（鉄箔）をリード材に用いる電解鉄箔の製造方法が開示されている。鉄箔からなるリード材（リード金属箔）の前方部分を巻取りリールに取り付け、そのリード金属箔の後方部分を陰極ドラムの胴体表面の有効電解域のほぼ全域に巻取りリールの引張り力により離脱可能な程度の接着力をもつ両面接着テープで取り付ける方法が開示されている。また、かかるリード金属箔は、電解液中の金属（鉄）が析出可能な材質であればよいとされ、金属（鉄）の析出が可能な同質の鉄箔（厚さ２０μｍ）をリード金属箔かつ析出用基材として用いて、回転（自転）する陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜（鉄膜）の剥離を開始することができた旨の具体的な記載がある。

特開２０１２−２４６５６１号公報 特開２０１５−２１１５４号公報 特開昭６３−６５０９５号公報

本発明者は、特許文献３に記載のリード金属箔（鉄箔）を用いて陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜の剥離を開始する方法を適用し、陰極ドラムの胴体表面に析出したアルミニウム膜を剥離して巻き取る電解析出法によるアルミニウム箔の製造を試行した。その試行では、特許文献３に記載の鉄箔に替えて、平均厚さが２０μｍの銅箔（リード金属箔）を陰極ドラムの純チタン製の胴体表面に取り付けた。そして、リード金属箔（銅箔）の前方部分を巻取りリールに取り付け、その後方部分を陰極ドラムの胴体表面の有効電解域の幅方向のほぼ全域に両面接着テープで取り付けた。その後、リード金属箔（銅箔）を取り付けた状態の陰極ドラムの胴体表面の一部およびリード金属箔の後方領域を含む部分を陽極部材が浸漬された電解液に浸漬した。続いて、胴体表面と陽極部材との間で通電するとともに陰極ドラムを回転することにより、リード金属箔の後方領域を含む部分の表面上およびそれに続く陰極ドラムの胴体表面にアルミニウムを析出させてアルミニウム膜を形成した。したがって、リード金属箔の後方領域を含む部分は、図１に示すように、リード金属箔２００の後方端２００ｅを含む後方領域２００ａの表面上に析出したアルミニウム膜１００ａを有する２層構造となる。また、リード金属箔２００の後方端２００ｅに隣接する陰極ドラムの胴体表面１ａには、アルミニウム膜１００ａに繋がってアルミニウム膜１００ｂが析出し、そのアルミニウム膜１００ａによる１層構造となる。このとき、リード金属箔２００の後方端２００ｅを含む後方領域２００ａは、リード金属箔２００と、剥離されてアルミニウム箔となるアルミニウム膜１００ｂとの継ぎ目部分になる。

上述した試行では、回転（自転）している陰極ドラムの胴体表面１ａからアルミニウム膜１００ｂを剥離する際に、リード金属箔２００とアルミニウム膜１００ｂとの継ぎ目部分（リード金属箔２００の後方端２００ｅを含む部分）で破損が発生した。また、アルミニウム膜１００ｂやそれに繋がるアルミニウム膜の剥離により形成されたアルミニウム箔には、局所的な厚さの変動や析出不良、変色、色むらなどが発生した。こうした不具合は、陰極ドラムの胴体表面１ａからリード金属箔２００の厚さ（平均厚さ２０μｍ）分の高さを有する絶壁面形状の後方端２００ｅ近傍への電解集中、胴体表面１ａに残存する粘着テープの粘着物（残渣）、あるいはリード金属箔２００と胴体表面１ａとの間に形成された粘着テープの厚さ分の隙間への電解液の滲入などに起因するものと考えられた。

本発明の目的は、回転（自転）する陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜とリード材の後方端を含む継ぎ目部分での破損や、金属箔の局所的な厚さの変動や析出不良、変色、色むらが抑制され、析出した金属膜を剥離して健全な金属箔を形成し、その金属箔を連続的に巻取ることができる、金属箔製造用陰極ドラムおよび金属箔の製造方法を提供することである。

本発明者は、上述した不具合の発生状況を詳細に分析するとともに、平均厚さが２０μｍの銅箔をリード材に用いて陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜の剥離を開始する方法を詳細に検討し、リード材（銅箔）の陰極ドラムの胴体表面に対する十分な密着性と、そのリード材の後方端を含む後方領域の形態が重要であることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の金属箔製造用陰極ドラムは、胴体表面の有効電解域に形成された金属膜を剥離して金属箔を形成するために用いられる陰極ドラムであって、前記胴体表面から結晶組織が繋がって前記胴体表面の有効電解域の一部を被うリード金属膜と、前記リード金属膜の前記陰極ドラムの回転方向の前方端部から結晶組織が繋がるとともに前記陰極ドラムから離れるリード金属箔と、を有し、前記リード金属膜の前記陰極ドラムの回転方向の後方領域には、前記リード金属膜の後方端に向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部を備えている。

前記リード金属膜の前記後方端の平均厚さが、３μｍ以上であるとともに、前記金属箔の平均厚さの７０％以下であることが好ましい。
前記リード金属膜の前記後方端の平均厚さが、５μｍ以上であることが好ましい。
また、前記リード金属膜の平均厚さが、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

上述した本発明の金属箔製造用陰極ドラムを用いた電解析出法により、例えばアルミニウム箔など各種の金属箔（電解金属箔）を連続的に製造することができる。
すなわち、本発明の金属箔の製造方法は、上述した本発明の金属箔製造用陰極ドラムを用いて、前記リード金属膜を有する前記胴体表面の一部を陽極部材が浸漬された電解液中に浸漬し、かつ、前記リード金属箔の巻取り方向の前方端部を巻取りリールに固定し、前記胴体表面と前記陽極部材の間の通電により、前記電解液に浸漬された前記リード金属膜の前記後方領域を含む部分の表面上に第１金属膜を形成し、前記通電を継続するとともに、前記陰極ドラムおよび前記巻取りリールを回転して前記リード金属箔を引くことにより、前記リード金属膜を剥離して前記リード金属箔から繋がる第２リード金属箔を形成し、さらに、前記陰極ドラムおよび前記巻取りリールを回転して前記第２リード金属箔を引くことにより、前記第１金属膜を表面上に有する前記リード金属膜の前記後方領域を含む部分を前記胴体表面から剥離し、続いて、前記第１金属膜から繋がって前記胴体表面に形成された第２金属膜を前記胴体表面から連続的に剥離して形成した金属箔を前記巻取りリールに連続的に巻取る方法である。

本発明の金属箔製造用陰極ドラムおよび金属箔の製造方法を適用すれば、回転（自転）している陰極ドラムの胴体表面に析出した金属膜とリード材（リード金属膜）の後方領域を含む継ぎ目部分での破損や、金属箔の局所的な厚さの変動や析出不良、変色、色むらが抑制され、析出した金属膜を剥離して健全な金属箔を形成し、その金属箔を連続的に巻取ることができる。

従来技術を適用してリード材（リード金属箔）の後方領域を含む部分の表面上に金属膜を析出させた構成例を示す図である。 リード金属膜の後方端の観察例を模式的に示す図であって、本発明におけるリード金属膜の後方端の定義を説明するための図である。 本発明の金属箔製造用陰極ドラムの構成例を示す図である。 本発明の金属箔製造用陰極ドラムを用いた金属箔の製造装置の要部構成例を示す図である。 本発明を適用してリード材（リード金属膜）の後方領域を含む部分の表面上に金属膜を析出させた構成例を示す図である。 図４に示す状態に続く金属箔の製造プロセスを示す図である。 図６に示す状態に続く金属箔の製造プロセスを示す図である。 図７に示す状態に続く金属箔の製造プロセスを示す図である。 リード金属膜の平均厚さ５μｍの後方端の近傍を示す図（観察写真）である。 図９に示すリード金属膜と陰極ドラムの胴体表面との境界部分を拡大して示す図（観察写真）である。 リード金属膜の平均厚さ２μｍの後方端の近傍を示す図（観察写真）である。 図１１に示すリード金属膜と陰極ドラムの胴体表面との境界部分を拡大して示す図（観察写真）である。 リード金属膜（銅膜）と第２金属膜（アルミニウム膜）との継ぎ目部分を示す図（観察写真）である。

本発明の金属箔製造用陰極ドラム（以下、単に「陰極ドラム」という。）は、下記（Ａ）から下記（Ｄ）の特徴を有する。
（Ａ）胴体表面の有効電解域に形成された金属膜を剥離して金属箔を形成するために用いられる陰極ドラムである。
（Ｂ）前記胴体表面から結晶組織が繋がって前記胴体表面の有効電解域の一部を被うリード金属膜を有する。
（Ｃ）前記リード金属膜の前記陰極ドラムの回転方向の前方端部から結晶組織が繋がるとともに前記陰極ドラムから離れるリード金属箔を有する。
（Ｄ）前記リード金属膜の前記陰極ドラムの回転方向の後方領域には、前記後方領域に含まれる前記リード金属膜の後方端に向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部を備えている。

本発明の陰極ドラムの構成例を図３に示す。本発明の陰極ドラム１は、その胴体表面１ａから結晶組織が繋がって胴体表面１ａの有効電解域の一部を被うリード金属膜２を有する。かかる胴体表面１ａには、例えばチタンやチタン合金を用いることができる。かかるリード金属膜２は、例えば、電解析出（めっき）により胴体表面１ａから結晶組織が成長して形成されたものであり、その結晶組織は胴体表面１ａに対して十分に密着して繋がった状態になっている。なお、リード金属膜２は、リード材として機能する所定の厚さ（膜厚）が得られるとともに胴体表面１ａから剥離可能である場合は、スパッタリングや蒸着などの成膜方法を適用することができる。したがって、リード金属膜２の胴体表面１ａから結晶組織が繋がる部分には、胴体表面１ａとの間に電解液が浸入するような隙間が形成され難い。また、従来のように粘着テープで取り付けたものではないので、胴体表面１ａに粘着テープの粘着物が付着することがない。

こうした構成により、胴体表面１ａの粘着物（残渣）や胴体表面１ａとの隙間への電解液の滲入に起因すると考えられる金属箔の局所的な厚さ変動、変色、色むらを抑制することができる。なお、「胴体表面から結晶組織が繋がって前記胴体表面の有効電解域の一部を被うリード金属膜」における「胴体表面の有効電解域の一部」とは、作製する金属箔の全幅に対応する胴体表面１ａの有効電解域の幅方向の全領域と、リード金属膜２の後方領域における後方端２ｅから陰極ドラムの回転方向に向かい、リード金属箔が陰極ドラムから離れる剥離部４の間の有効電解域の周方向の領域をいう。また、一般的な電解析出法では、胴体表面１ａの有効電解域の幅方向の長さは、作製する金属箔の全幅と同等に設定される。

また、陰極ドラム１に備わるリード金属膜２は、その表面上に電解析出法により作製する金属膜（金属箔）の金属成分が析出可能な材質であればよい。例えば、本発明を適用してアルミニウム箔を作製する場合は、リード金属膜には、非水性かつ嫌気性の電解液を用いた電解析出法による同質のアルミニウム膜を用いることもできるが、膜の形成が比較的容易な銅膜やニッケル膜を用いることが好ましい。銅膜やニッケル膜は、非水性かつ嫌気性ではない電解液を用いた電解析出法により、陰極ドラムの胴体表面に容易に形成することができる。また、銅膜やニッケル膜を胴体表面から隔離して形成された銅箔やニッケル箔は、適度な機械的強さと柔軟性を有するため取り扱いが容易である。また、銅膜は、電気伝導性に優れるため厚さ（膜厚）が均一に形成されやすいし、例えばアルミニウム箔とは色合いが異なるため明確に分別できる。こうした理由から、本発明を適用して例えば銅箔、ニッケル箔、鉄箔などの金属膜を作製する場合は、リード金属膜２として銅膜やニッケル膜を用いることが好ましい。なお、リード金属膜とその表面上に析出する金属膜との良好な密着性を得る観点では、銅膜を推奨する。

また、陰極ドラム１に備わるリード金属膜２は、陰極ドラム１の回転方向の前方端部に、その前方端部から結晶組織が繋がるリード金属箔３を有する。かかるリード金属箔３は、リード金属膜２から繋がるとともに陰極ドラム１から離れている。したがって、図４に示すように、リード金属膜２から繋がるリード金属箔３の前方端部であって、リード金属箔３の先端部分である前方端３ｅ（図３参照）を含む領域を巻取りリール９に巻き付けることができる。また、リード金属膜２に繋がっているリード金属箔３を陰極ドラム１および巻取りリール９の回転により巻取りながら引くことにより、胴体表面１ａに結晶組織が繋がるリード金属膜２を胴体表面１ａから剥離することができる。そして、そのリード金属箔３を引き続けることにより、リード金属膜２を胴体表面１ａから連続的に剥離して連続的にリード金属箔３を形成することができる。つまり、胴体表面１ａから剥離したリード金属膜２を、そのままリード金属箔３とすることができる。

リード金属膜の後方端は、リード金属膜の陰極ドラムの回転方向の後方側の末尾部分であって、リード金属膜を形成する金属（析出元素）の析出状態が比較的安定な部分（リード金属膜の実質的な末尾部分）およびそれから続く析出状態が比較的不安定な部分（リード金属膜の真の末尾部分）を含む、陰極ドラムの胴体表面との境界部分である。実際に形成されるリード金属膜の後方端を微視的に観察すると、例えば図２に示す模式図のように、陰極ドラムの回転方向の前方に向かう凹部と後方に向かう凸部とがリード金属膜の幅方向に沿って繰り返し現れるような波状の形態が確認され、単純な直線状の形態ではない場合が専らである。そこで、本発明では、図２に示すように、陰極ドラムの胴体表面にリード金属膜の幅方向（陰極ドラムの回転軸方向）中央を通る仮想直線Ｌａを設定し、その仮想直線Ｌａ上を矢印で示す陰極ドラムの回転方向の前方に向かって観察を進めた際に、リード金属膜を形成する金属の析出（リード金属膜が例えば銅膜の場合は銅の析出）が継続的に確認されるようになったとき、その金属の析出を最初に確認した位置（丸印Ｐａ）からさらに矢印で示す向きに３００μｍ進めた位置（丸印Ｐｂ）を通る仮想直線Ｌｂに対応するリード金属膜の幅方向の部位を「リード金属膜の後方端」と定義する。

本発明における重要な特徴は、図３に示すように、後方領域２ａに含まれる厚さ傾斜部２ｓを備えていることである。ここで、本発明を適用してリード金属膜２の後方領域２ａを含む部分の表面上に金属膜を析出させた構成例を図５に示す。図５に示す構成例では、リード金属膜２の陰極ドラム１の回転方向の後方領域２ａにおいて、その後方領域２ａに含まれる後方端２ｅに向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部２ｓを備えている。なお、後方端２ｅは、上述したようにリード金属膜の実質的な末尾部分である。かかるリード金属膜２の後方領域２ａは、図６〜図８に示すように、剥離されてリード金属箔（第２リード金属箔３ａ）となるリード金属膜２の本体部分と、剥離されて金属箔１０となる金属膜（第２金属膜１０ｂ）とを繋ぐ重要な継ぎ目部分であるため、剥離および巻取りに耐える適切な機械的強さを有することが求められる。

また、リード金属膜２の後方領域２ａは、その表面上に第１金属膜１０ａが形成されて２層構造になった形態で剥離されるため、その２層構造になった形態で剥離に耐えることができる適切な機械的強さを有していればよい。したがって、第１金属膜１０ａとの２層構造になることによる機械的強さの増分を考慮すれば、リード金属膜２の後方領域２ａが後方端２ｅに向かって厚さが小さくなる形態であっても、剥離に耐えることができる適切な機械的強さを有することができる。よって、第１金属膜１０ａとの２層構造になるリード金属膜２の後方領域２ａには、その後方領域２ａに含まれる後方端２ｅに向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部２ｓを備えることができる。

かかる厚さ傾斜部２ｓにより、電解析出法によりリード金属膜２の表面上に第１金属膜１０ａを形成する際に電解集中が発生しやすいリード金属膜２の後方端２ｅを含む後方領域２ａの胴体表面１ａからの高さを、リード金属膜２の高さ（厚さ分）よりも低くすることができる。リード金属膜と胴体表面との境界部分は、高さ（厚さ分）が急激に低減するため絶壁面のような形態になりやすい。この場合、厚さ傾斜部２ｓを備えることにより、リード金属膜の実質的な末尾部分となる後方端２ｅの高さ（厚さ分）を最も低くすることができるので、リード金属膜と胴体表面との境界部分を絶壁面のような形態になり難くすることができる。また、リード金属膜２の後方領域２ａを含む部分の表面上に第１金属膜１０ａが形成された際に、２層構造になる第１金属膜１０ａおよび後方領域２ａを含む部分の厚さ（特に後方端２ｅにおける厚さ）と、１層構造となる第２金属膜１０ｂの部分の厚さとの差を、リード金属膜２の厚さが厚さ傾斜部２ｓにより薄肉化された分だけ小さくすることができる。

こうした構成により、リード金属膜２と第１金属膜１０ａの継ぎ目部分における形態変化が小さく抑制される。特に電解集中が起こりやすいことに起因して成膜が不安定になることで機械的強さの低下が起こりやすいリード金属膜２の後方端２ｅにおける形態変化が小さく抑制されることにより、リード金属箔３を引いてリード金属膜２および第１金属膜１０ａを剥離する際に作用する応力に抗するだけの機械的強さを有することができる。
したがって、回転している陰極ドラム１の胴体表面１ａから剥離されたリード金属箔３と金属箔１０の継ぎ目部分での破損を抑制することができるため、リード金属箔３および金属箔１０を破損なく巻取りリール９に巻取ることができる。

リード金属膜２の後方領域２ａを含む部分は、その厚さが小さくなるほど電解集中や引き剥がしによる応力集中が抑制されると考えられる。こうした観点から、リード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さは、作製しようとする金属箔１０（第２金属膜１０ｂの剥離によって得られる金属箔）の平均厚さの７０％以下であることが好ましい。加えて、リード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さは、３μｍ以上であるとともに２０μｍ以下であることが好ましい。なお、「リード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さ」は、上述したようにリード金属膜２の後方端２ｅと定義した図２に示す仮想直線Ｌｂに対応するリード金属膜２の幅方向の部位において測定された複数箇所の厚さ値から求めた平均値とする。

リード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さが金属箔１０（第２金属膜１０ｂの剥離によって得られる金属箔）の平均厚さの７０％を超えるようになると、第２金属膜１０ｂの厚さに対する胴体表面１ａからの高さ（厚さ分）が大きくなるため、リード金属膜２の後方端２ｅ付近で電解集中や応力集中が発生しやすくなる。例えば、金属箔１０の平均厚さが２８．６μｍであるとともにリード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さが金属箔１０の平均厚さの７０％値である場合は後方端２ｅの平均厚さが２０．０μｍとなり、金属箔１０の平均厚さの７０％値を超えると後方端２ｅの平均厚さが２０μｍを超える。この場合、リード金属膜２の後方端２ｅの胴体表面１ａからの高さ（厚さ分）が３μｍ以上２０μｍ以下の範囲を超えて大きくなるため、電解集中や応力集中が発生しやすくなると考えられる。

リード金属膜２の後方端２ｅが例えば３μｍ未満の平均厚さであると、電解条件やその制御変動が析出組織の形成に影響し、胴体表面１ａから繋がる結晶組織に粒状の析出組織が含まれやすくなるため、剥離に耐える適切な機械的強さが得られないことがある。また、リード金属膜２の後方端２ｅを含む厚さ傾斜部２ｓに膜状の組織化が不完全な粒状の析出組織が形成されていると、リード金属箔２が剥離される際に胴体表面１ａに多くの粒状の析出金属が残存する虞があるため、リード金属膜２の厚さ傾斜部２ｓの特に後方端２ｅは粒状の析出組織が形成され難い程度の厚さであることが好ましい。こうした観点からも、リード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さは、３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。リード金属膜２を剥離した後の胴体表面１ａに粒状の析出組織が残存していたからといって、それが過剰でない限り、リード金属膜２が剥離された後の胴体表面１ａに析出する金属膜およびその金属膜を剥離して形成する金属箔に必ず不具合が発生するものでもない。

一般的な電解析出法により作製可能な金属箔（リード材に用いる金属箔を含む）の厚さは、その金属成分や電解液組成や電解条件などの影響を受けるが、少なくとも膜状の析出組織を有する金属膜が形成される厚さ以上（銅箔の場合の厚さの下限は３μｍ乃至５μｍと考えられる）、好ましくは膜状の析出組織を有する金属膜が安定的に形成される厚さ以上であれば、その金属膜は引き剥がしに耐えるだけの機械的強さを有し、その金属箔は巻取りに耐えるだけの機械的強さを有すると考えられる。こうした観点から、リード金属膜２の平均厚さは１０μｍ以上が好ましいと考えられる。なお、「リード金属膜の平均厚さ」とは、リード金属膜２の厚さ傾斜部２ｓよりも陰極ドラムの回転方向の前方領域であって、陰極ドラムの回転軸方向に沿った方向（幅方向）において測定されたリード金属膜２の本体部分の複数箇所の厚さ値から求めた平均値とする。

リード金属膜２は、１層構造となるリード金属膜２の単独部分およびその表面上に第１金属膜１０ａが形成されて２層構造となる積層部分の引き剥がしに耐えることができる適切な機械的強さを有することが求められる。加えて、リード金属膜２の積層部分の後方領域２ａ（図５参照）すなわち厚さ傾斜部２ｓおよび後方端２ｅを含む継ぎ目部分の引き剥がし、および２層構造の継ぎ目部分の第１金属膜１０ａから繋がる第２金属膜１０ｂの引き剥がしを、安定に行うことができることが求められる。さらに、リード金属膜２の剥離によって形成されるリード金属箔３（図３参照）は、巻取りリール９への巻取りに耐えることができる適切な機械的強さを有することが求められる。そのため、リード金属膜２は、より厚くして破損を十分に抑制することが好ましいが、破損が発生しない程度により薄くして生産コストを低減することもできる。こうした観点から、リード金属膜２の平均厚さは、作製する金属箔の厚さとの関係を考慮した上で、剥離や巻取りの際の破損が抑制できると考えられる、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。なお、リード金属膜２の厚さは、作製可能である限り上限はないが、生産コストやハンドリングなどの生産性の観点から５０μｍを超えて平均厚さを大きくすることは無駄である。

例えば、作製する金属箔１０の平均厚さをＴｆとし、胴体表面１ａから結晶組織が繋がるリード金属膜２の本体部分（厚さ傾斜部２ｓよりも陰極ドラムの回転方向の前方側の部分）の平均厚さをＴＬｃとするとき、上述したようにリード金属膜２の平均厚さの好ましい範囲は１０μｍ以上５０μｍ以下であるが、Ｔｆ＋ＴＬｃを例えば４０μｍ〜５０μｍの範囲に設定することもできる。具体的には、Ｔｆを例えば８μｍとする場合はＴＬｃを３２μｍ〜４２μｍの範囲で設定することができるし、Ｔｆを例えば１２μｍとする場合はＴＬｃを２８μｍ〜３８μｍの範囲で設定することができるし、Ｔｆを例えば２０μｍとする場合はＴＬｃを２０μｍ〜３０μｍの範囲で設定することができる。なお、Ｔｆ＋ＴＬｃが４０μｍ〜５０μｍを満足する場合であっても、平均厚さＴＬｃの本体部分から繋がるリード金属膜２の後方領域２ａの厚さ傾斜部２ｓは、その平均厚さが３μｍ以上（好ましくは５μｍ以上）２０μｍ以下であるとともに、金属箔１０の平均厚さＴｆの７０％以下であることが好ましい。

平均厚さがＴＬｃのリード金属膜２から繋がるリード金属箔３は、リード金属膜２と同等以上の厚さにしておくと、陰極ドラム１の胴体表面１ａに析出させたリード金属膜２を剥離するだけでリード金属箔３を容易に作製することができる（図４参照）とともに、巻取りリール９への巻取りに耐えることができる適切な機械的強さを有することができる。また、リード金属箔３の前方端部３ｅを含む部分は、巻取りリール９に最初に巻掛けられて比較的大きな曲げ力が作用するため、リード金属箔３の本体部分（前方端部３ｅよりも陰極ドラムの回転方向の後方側の部分）よりも厚くすることにより、かかる大きな曲げ力に耐える機械的強さを有することができる。

本発明の金属箔の製造方法は、上述した方法で準備した陰極ドラム１を用いて、例えばアルミニウム箔などの金属箔（電解金属箔）を連続的に製造できる方法であり、下記（１）から下記（５）のセットアップおよびプロセスを含む。なお、符号は、図２〜図８を参照する。

（１）セットアップ
陰極ドラム１を用いて、リード金属膜２を有する胴体表面１ａの一部を陽極部材５が浸漬された電解液８中に浸漬し、かつ、リード金属箔３の巻取り方向の前方端部３ｅを巻取りリール９に固定する。なお、リード金属箔３の前方端部３ｅに別のリード材を接合し、そのリード材を巻取リール９に固定するようにしてもよい。
（２）第１金属膜１０ａの形成プロセス
胴体表面１ａと陽極部材５の間の通電により、電解液８に浸漬されたリード金属膜２の後方領域２ａを含む部分の表面上に第１金属膜１０ａを形成する。
（３）第２リード金属箔３ａの形成プロセス
通電を継続するとともに、陰極ドラム１および巻取りリール９を回転してリード金属箔３を引くことにより、リード金属膜２を剥離してリード金属箔３から繋がる第２リード金属箔３ａを形成する。
（４）継ぎ目部分の剥離プロセス
さらに、陰極ドラム１および巻取りリール９を回転して第２リード金属箔３ａを引くことにより、第１金属膜１０ａを表面上に有するリード金属膜２の後方領域２ａを含む部分を胴体表面１ａから剥離する。
（５）金属膜１０の形成プロセス
続いて、第１金属膜１０ａから繋がって胴体表面１ａに形成された第２金属膜１０ｂを胴体表面１ａから連続的に剥離して形成した金属箔１０を巻取りリール９に連続的に巻取る。

なお、上述したセットアップにおいて、リード金属膜２の後方領域２ａの厚さ傾斜部２ｓを含む部分は、リード金属膜２を有する胴体表面１ａの一部を電解液８中に浸漬した際に、電解液８に浸漬させないことが好ましい。リード金属膜２の後方領域２ａの厚さ傾斜部２ｓを含む部分が、セットアップにおいて電解液８に浸漬していない場合は、その後の通電開始の状態で陰極ドラム１を回転して初めて電解液８中に浸漬されるため、かかる後方領域２ａの厚さ傾斜部２ｓを含む部分の電解液８中での滞在時間（浸漬時間）を長くすることができる。そのため、かかる後方領域２ａの厚さ傾斜部２ｓを含む部分の表面上に析出する第１金属膜１ａを、十分に成長させることができるし、かかる浸漬時間の制御により継ぎ目部分の機械的強さを適切に制御することができる。

本発明の金属箔製造用陰極ドラムを用いた本発明の金属箔の製造方法を適用し、アルミニウム箔を作製する実施例について詳細に説明する。また、説明の便宜上、図２〜図８に示す符号を準用する。なお、本発明は、作製する金属箔およびその作製に用いるリード金属膜などを含め、以下の記載に限定して解釈されるものではない。

陰極ドラム１は、直径が１４０ｍｍ、胴長が３００ｍｍ、有効電解域の幅（胴長方向の長さ）が２００ｍｍのチタン製の胴体表面１ａを備えるものを準備した。その陰極ドラム１に備えるリード金属膜２およびリード金属箔３は、非水性かつ嫌気性ではない電解液（めっき液）を用いた電解析出法により容易に形成することができる銅膜および銅箔とした。そして、胴体表面１ａから結晶組織が繋がって胴体表面１ａの有効電解域の一部を被う銅膜（リード金属膜２）と、その銅膜の陰極ドラム１の回転方向の前方端部から結晶組織が繋がって陰極ドラム１から離れる銅箔（リード金属箔３）と、を有し、銅膜の陰極ドラム１の回転方向の後方領域２ａには、銅膜の後方端２ｅに向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部２ｓを備える、陰極ドラム１を準備した。そして、その陰極ドラム１を用いて、銅膜を有する胴体表面１ａの一部をアルミニウム製の陽極部材５が浸漬された電解液８中に浸漬し、銅箔の巻取り方向の前方端部３ｅを巻取りリール９に固定した。以下、詳述する。

銅膜は、ピロリン酸銅めっき液を入れた電解浴槽内に胴体表面１ａを浸漬し、その浸漬した胴体表面１ａに対向させて銅製の陽極部材を配置し、電解析出処理（銅めっき処理）を行った。かかる銅めっき処理では、約５０℃に液温制御したピロリン酸銅めっき液が循環する中で胴体表面１ａと陽極部材の間で通電し、電流密度を約５０ｍＡ／ｃｍ^２に制御して胴体表面１ａに銅を析出させた。かかる銅めっき処理を行いながら陰極ドラム１を約１８０度回転し、胴体表面１ａ（外周面）の約半周分の有効電解域を被うように銅を析出させることにより、平均厚さが２０μｍ、幅（胴長方向の長さ）が２００ｍｍの銅膜（リード金属膜２）を形成した。

ここで、通電および陰極ドラム１の回転を一時停止し、液面から露出している胴体表面１ａに析出している銅膜（リード金属膜２）の前方端をピンセットと粘着テープを用いて剥離することにより、銅箔の前方端部３ｅを形成した。その銅箔の前方端部３ｅを保持した状態で、通電および陰極ドラム１の回転を再開し、胴体表面１ａに析出している銅膜の後方領域２ａに隣接する胴体表面１ａに銅を析出させるとともに、前方端部で銅箔に繋がる銅膜を胴体表面１ａから連続的に剥離して巻取りリール９に巻掛け可能な長さの銅箔（リード金属箔３）が形成できたところで通電および陰極ドラム１の回転を停止した。その後、銅箔を引いて巻取りリール９に巻掛け、銅箔の前方端部３ｅを含む部分を粘着テープで固定した。

続いて、通電の再開とともに陰極ドラム１および巻取りリール９の同期回転を開始し、胴体表面１ａに析出している銅膜の後方領域２ａに隣接する胴体表面１ａに銅を析出させるとともに、前方端部で銅箔３に繋がる銅膜を胴体表面１ａから連続的に剥離することにより形成された銅箔を巻取りリール９に連続的に巻取り、ハンドリングしやすい十分な長さの銅箔を形成した。ここで、通電と陰極ドラム１および巻取りリール９の同期回転を停止し、胴体表面１ａに結晶組織が繋がった銅膜を有し、その銅膜から結晶組織が繋がるとともに陰極ドラム１から離れた銅箔を有する陰極ドラム１を、電解浴槽から取り出し、また、巻取りリール９に巻取った銅箔を取り外した。そして、銅箔が繋がり胴体表面１ａに銅膜を有する陰極ドラム１に残るめっき液や付着物を洗浄処理により除去し、さらに十分な乾燥処理を行なった。

上述した陰極ドラム１の回転を伴う銅めっき処理と、その後の洗浄処理および乾燥処理を経て、胴体表面１ａから結晶組織が繋がって胴体表面１ａの有効電解域の一部を被う銅膜（リード金属膜２）と、その銅膜の陰極ドラム１の回転方向の前方端部から結晶組織が繋がる銅箔（リード金属箔３）と、を有し、その銅膜の陰極ドラム１回転方向の後方領域２ａには、銅膜（リード金属膜２）の後方端２ｅに向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部２ｓを備える陰極ドラム１を形成することができた。

厚さ傾斜部２ｓを銅膜の後方領域２ａの部分に形成するに際しては、電解液８への浸漬時間の長短の変化により析出膜の厚さが変化することを利用し、胴体表面１ａの厚さ傾斜部２ｓを形成する部分の電解液８中の浸漬時間を制御する方法で行った。具体的には、通電した状態で陰極ドラム１の回転を一時停止し、電解液８中に浸漬している部分（表面）の析出膜（銅膜）の成長を促進させた後に陰極ドラム１の回転を再開し、銅膜の後方領域２ａを含む部分の厚さ傾斜部２ｓを形成する部分（胴体表面１ａ）の電解液８中の滞在時間（浸漬時間）が徐々に短くなるようにした。この方法により、銅膜の後方領域２ａにおいて、厚さ傾斜部２ｓを形成する部分の析出膜（銅膜）の厚さを後方端２ｅに向かって徐々に小さく形成した。これにより、本体となる銅膜および銅箔の平均厚さが２０μｍで、後方端２ｅの平均厚さが５μｍのリード金属膜２（本発明例１）を形成した。また、同様な方法により、同じ陰極ドラム１を繰り返し使用し、本体となる銅膜および銅箔の平均厚さが２０μｍで、後方端２ｅの平均厚さが２μｍのリード金属膜２（本発明例２）を形成した。加えて、銅膜の後方端２ｅの平均厚さを２μｍ〜１０μｍの範囲から選択して違えた幾つかのパターンの陰極ドラム１（いずれも本発明例）を準備した。

ここで、本発明例１として、リード金属膜２の平均厚さ５μｍの後方端２ｅの近傍を示す観察写真（倍率１００）を図９に示し、図９に示すリード金属膜２と陰極ドラム１の胴体表面１ａとの境界部分の拡大観察写真（倍率１５０００）を図１０に示す。また、本発明例２として、リード金属膜２の平均厚さ２μｍの後方端２ｅの近傍を示す観察写真（倍率１００）を図１１に示し、図１１に示すリード金属膜２と陰極ドラム１の胴体表面１ａとの境界部分の拡大観察写真（倍率１５０００）を図１２に示す。図９〜図１２に示す観察写真は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による表面像である。本発明例１のリード金属膜２は、境界部分において膜状の析出組織が確認され、後方端２ｅの平均厚さが５μｍであると、銅が比較的密に析出することが分かった。本発明例２のリード金属膜２は、境界部分において部分的に粒状の析出組織が確認され、後方端２ｅの平均厚さが２μｍであると、銅が比較的粗に析出することが分かった。本発明例１と本発明例２の比較では、粒状の析出組織よりも好ましい膜状の析出組織が形成された平均厚さ５μｍの後方端２ｅを有する本発明例１が好ましいと考えられる。

上述した方法により準備した本発明例の陰極ドラム１を、電解析出法によりアルミニウムの析出が可能な電解液８を入れた電解浴槽６内に設置した。そして、アルミニウム製の陽極部材５を浸漬した電解液８中に、リード金属膜２を有する胴体表面１ａの一部を浸漬するとともに、その陰極ドラム１がアルミニウム製の陽極部材５と対向するように配置した。この際、リード金属膜２の胴体表面１ａから結晶組織が繋がる後方領域２ａを含む部分は、図４に示すように電解液８に触れない液面よりも上側に配置した。続いて、陰極ドラム１の胴体表面１ａから繋がったリード金属箔３の巻取り方向の前方端部３ｅを、箔引出し口７から取り出して巻取りリール９に巻掛け、銅箔の前方端部３ｅを含む部分を粘着テープで固定した。

次に、胴体表面１ａと陽極部材５の間の通電による電解析出処理を行うことにより、アルミニウム箔の連続製造を行った。かかる電解析出処理では、約１１０℃に液温制御した電解液８が循環および撹拌する中で、電流密度を約１００ｍＡ／ｃｍ^２に制御して通電を行い、電解液８に最初に浸漬され、後にリード金属膜２となる銅膜の表面上にアルミニウムを析出させてアルミニウム膜（第１金属膜１０ａ）を形成した。これに続いて、電解液８に浸漬された銅膜の後方領域２ａを含む部分の表面上および隣接する胴体表面１ａにアルミニウムを析出させてアルミニウム膜（第１金属膜１０ａおよび第２金属膜１０ｂ）を形成した。これにより、第１金属膜１０ａから繋がる第２金属膜１０ｂを連続的に形成することができた。また、第１金属膜１０ａおよび第２金属膜１０ｂの形成と同時に、陰極ドラム１および巻取りリール９の同期回転によりリード材（リード金属箔３）を巻取りながら引いて胴体表面１ａから銅膜を剥離し、巻取られるリード金属箔３から繋がる新たな第２リード金属箔３ａを形成した。そして、リード金属箔３の巻取りを継続して第２リード金属箔３ａを引くことにより、第１金属膜１０ａを表面上に有し、後にリード材となる銅膜の後方領域２ａを含む部分（継ぎ目部分）を胴体表面１ａから剥離した。これに続いて、第１金属膜１０ａから繋がって後続する第２金属膜１０ｂを胴体表面１ａから剥離した。

図１３は、リード金属膜２（銅膜）と第２金属膜１０ｂ（アルミニウム膜）との継ぎ目部分を示す観察写真（倍率１００）である。観察表面は陰極ドラム１の胴体表面１ａから剥離された剥離面である。リード金属膜２と第２金属膜１０ｂおよび継ぎ目部分には明確な欠陥がなく、胴体表面１ａからの剥離が健全に行われたことを確認することができた。

こうして、アルミニウムからなる第１金属膜１０ａを表面上に有するリード金属膜２およびその後方領域２ａを含む部分が胴体表面１ａから剥離された後は、第１金属膜１０ａに繋がって後続するアルミニウムからなる第２金属膜１０ｂが連続的に剥離され、アルミニウム箔（金属箔１０）が連続的に形成された。そして、そのアルミニウム箔（金属箔１０）を巻取りリール９に連続的に巻取ることにより、本体部分の平均厚さが１２μｍで全幅が２００ｍｍの長尺のアルミニウム箔（電解アルミニウム箔）を作製することができた。

同様な製造方法により、リード金属膜およびリード金属箔の本体部分の平均厚さが２０μｍで、リード金属膜２の後方端２ｅの平均厚さを５μｍ〜１０μｍの範囲から選択して違えた幾つかのパターンの陰極ドラム１を用いて、アルミニウム箔（金属箔１０）の連続製造を行った。その結果、本発明例１、２のいずれのリード金属膜２も、その表面上に第１金属膜１０ａを形成するとともに胴体表面１ａに第２金属膜１０ｂを形成した後に、陰極ドラム１の胴体表面１ａから剥離することができた。同様に、その他の本発明例のいずれのパターンの陰極ドラム１を用いても、リード金属膜２は陰極ドラム１の胴体表面１ａから剥離することができた。これにより、長尺のアルミニウム箔１０を連続的に作製することができた。また、連続的に剥離して巻取ったリード金属箔３、３ａおよびアルミニウム箔（金属箔１０）には、リード金属箔とアルミニウム箔の継ぎ目部分での破損や、アルミニウム箔の局所的な厚さの変動や析出不良、変色、色むらは発生しなかった。

１．陰極ドラム
１ａ．胴体表面
２．リード金属膜
２ａ．後方領域
２ｅ．後方端
２ｓ．厚さ傾斜部
３．リード金属箔
３ａ．第２リード金属箔
３ｅ．前方端部
４．剥離位置
５．陽極部材
６．電解浴槽
７．箔引出し口
８．電解液
９．巻取りリール
１０ａ．第１金属膜
１０ｂ．第２金属膜
１００ａ．アルミニウム膜
１００ｂ．アルミニウム膜
２００．リード銅箔
２００ａ．後方領域
２００ｅ．後方端

Claims (5)

1. 胴体表面の有効電解域に形成された金属膜を剥離して金属箔を形成するために用いられる陰極ドラムであって、前記陰極ドラムは前記金属膜の剥離を開始するためのリード材を備え、前記リード材は、前記胴体表面から結晶組織が繋がって前記胴体表面の有効電解域の一部を被うリード金属膜と、前記リード金属膜の前記陰極ドラムの回転方向の前方端部から結晶組織が繋がるとともに前記陰極ドラムから離れるリード金属箔と、を有し、前記リード金属膜の前記陰極ドラムの回転方向の後方領域には、前記リード金属膜の後方端に向かって厚さが小さくなる厚さ傾斜部を備える、金属箔製造用陰極ドラム。
2. 前記リード金属膜の前記後方端の平均厚さが、３μｍ以上であるとともに、前記金属箔の平均厚さの７０％以下である、請求項１に記載の金属箔製造用陰極ドラム。
3. 前記リード金属膜の前記後方端の平均厚さが、５μｍ以上である、請求項２に記載の金属箔製造用陰極ドラム。
4. 前記リード金属膜の平均厚さが、１０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属箔製造用陰極ドラム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属箔製造用陰極ドラムを用いて、前記リード金属膜を有する前記胴体表面の一部を陽極部材が浸漬された電解液中に浸漬し、かつ、前記リード金属箔の巻取り方向の前方端部を巻取りリールに固定し、前記胴体表面と前記陽極部材の間の通電により、前記電解液に浸漬された前記リード金属膜の前記後方領域を含む部分の表面上に第１金属膜を形成し、前記通電を継続するとともに、前記陰極ドラムおよび前記巻取りリールを回転して前記リード金属箔を引くことにより、前記リード金属膜を剥離して前記リード金属箔から繋がる第２リード金属箔を形成し、さらに、前記陰極ドラムおよび前記巻取りリールを回転して前記第２リード金属箔を引くことにより、前記第１金属膜を表面上に有する前記リード金属膜の前記後方領域を含む部分を前記胴体表面から剥離し、続いて、前記第１金属膜から繋がって前記胴体表面に形成された第２金属膜を前記胴体表面から連続的に剥離して形成した金属箔を前記巻取りリールに連続的に巻取る、金属箔の製造方法。