JP2774209B2 - 金属箔連続製造装置用の陽極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属箔連続電解製造装
置に使用する陽極に関するもので、とくに回転する円筒
型陰極に対向する構造に特徴を有する不溶性金属陽極に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】銅箔の製造には種々の方法があるが、主
なものは圧延ローラーによって加圧すして延伸する方法
と電解によって製造する方法である。圧延による方法
は、箔の厚みを薄くするにしたがってローラー間の距
離、箔の引張り力等の調整のために圧延装置等の制御が
複雑となるという問題点を有している。

【０００３】これに対して、電解法による銅箔の製造方
法は、薄い銅箔を製造する目的に適した方法である。こ
の方法は１９２０年代末から１９３０年代に、アメリカ
人イエーツとシェークスピアによって開発され、実用化
されたものである。とくに、電解銅箔は、トランジスタ
等の素子とともに開発された新しい配線方法であるプリ
ント基板用の材料としてひろく用いられている。

【０００４】図３は電解法による銅箔製造装置である
が、銅箔製造装置３１は電解槽３２内にの電解液３３中
に曲面の半分が没するように回転可能な円筒型陰極３４
が設けられており、円筒型陰極に対向して曲面状の陽極
３５が設けられている。円筒型陰極３４と陽極３５との
間の空間には陽極に設けた電解液供給スリット３６から
電解液が供給され、電解液中から陰極表面に析出した金
属銅３７をは、陰極面から接線方向にひきはがしながら
連続的に生産する装置である。この装置の基本的な構成
は開発の当初のものと変化していないが、より高度な製
品を能率よく製造するための工夫が広く行われており、
製品精度、製造速度は、格段の進歩をとげている。

【０００５】このために、 （１）電解液中から金属銅を析出させる円筒型の陰極材
料を、初期の硬鉛からチタン、ステンレススチール製と
し、陰極表面の精度の向上と、高電流密度の通電を可能
とした。 （２）電解槽内での電解液の流れをより速く、均一にす
ることによって、１０〜２０Ａ／ｄｍ² の電流密度であ
ったものを、５０〜１００Ａ／ｄｍ² の高電流密度での
運転が可能となった。 （３）電解液中に添加物を加えるとともに、添加物の改
良を行った。 （４）陽極を不溶性の鉛合金として、その耐久性を向上
させるとともに高電流密度の電流の通電による高速化が
行われた。

【０００６】このようにして、基本的なプロセスは変化
してはいないが、以前のものに比べて電流密度のみで３
〜６倍又はそれ以上になっており、箔厚み分布精度も大
幅に向上している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】鉛合金製の陽極は変形
しやすく、また鉛あるいは陽極の鉛合金のその他の成分
がわずかながら電解液中へ溶出し、これらの溶出した物
質が銅箔中の不純物の原因となる。そこで、こうした問
題を解決するために鉛合金製の不溶性陽極に代えて、Ｄ
ＳＥまたはＤＳＡの商品名で本出願人等が提供している
チタン、タンタル等の弁金属製の基体上に白金族の金属
あるいは金属酸化物を主成分とする不溶性金属陽極が電
解銅箔の製造に採用されはじめている。

【０００８】この不溶性金属電極の構造は、従来の鉛合
金電極と同様であり、また高速電解に十分な金属イオン
を供給し、いわゆるめっき焼けを防ぐために、円筒状陰
極と対向する半円筒状陽極面との間で間隔が均一な流路
を形成し、電解液を層流で流すことが行われている。そ
こで、一体で形成した滑らかな面を有する半円筒状の曲
面の内側を陽極面としており、半円筒状の陽極の外側か
ら給電している。

【０００９】陽極の大きさは、電解槽の大きさ、構造に
よって異なるが、板厚４０ｍｍ、幅１５００ｍｍ、直径
３０００ｍｍの半円筒状の大型の電極もあり、４分の１
の円弧に分割しているものもある。大型の電極では陽極
の材料としてチタンなどの比重の比較的小さな部材を使
用しても、３００〜５００ｋｇに達している。

【００１０】不溶性金属電極は鉛電極に比べて電極の寿
命が長いが、数千〜２万時間程度で電極が失活するため
に、再活性化のために陽極を金属箔電解装置から取り外
して、再生処理を行う必要があるが、重量の大きな陽極
の再活性化には電極の取扱および電極の処理に長時間を
要し、再生時の製造停止時間が長くなり経済性でも問題
があった。

【００１１】また、陽極は半円筒状のものを複数の部材
に分割して取扱を容易とすることが行われるが、このよ
うな場合は、分割したそれぞれの部分に均等に電流を流
すために、板状の電極の板厚を薄くすることはできず、
また複雑な導電接続手段が必要となる。さらに、板状電
極相互の接続部が完全に同一平面上にないと、角の部分
に電流が集中し電極の寿命が短くなるという問題点があ
った。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属箔連続電
解製造装置用の陽極であって、円筒状陰極に対向して曲
面状に不溶性金属電極を形成し、不溶性金属電極の円筒
状陰極と対向する面との反対面には、リブを取り付けた
ものである。とくにリブは陽極の半円筒状の曲面にスパ
イラル状等に取り付けられた２つの群からなり、同一の
群に属するリブは交わらず、異なる群のリブが相互に交
わるように配置して、不溶性金属電極面へ均一に給電す
ることを可能としたものであり、リブには導電部材を取
り付けて陽極への給電を行っている。

【００１３】本発明で使用する不溶性金属電極は、棒あ
るいは線をすだれ状にならべたもの、エキスパンデッド
メタル、網状のメッシュ等を基体として表面に電極触媒
物質を被覆したものである。

【００１４】従来の金属箔連続電解製造装置は、高速で
金属箔を得るために、陰極表面に金属イオンが速やかに
供給されるように高速で電解液を陰極円筒面を流すこと
が必要とされ、このために陰極に対向する陽極の表面も
凹凸のない平滑な曲面を有する半円筒状の陽極を用いな
ければめっき焼けと称するむらが形成されたり、厚み分
布の均一なものが得られないと考えられていた。しかし
ながら、本発明者らが検討をしたところ、円筒状陰極と
陽極との電極間隔が５ｍｍ以上、好ましくは７ｍｍ以上
あれば、陽極表面に１〜２ｍｍ程度の凹凸が形成されて
も、電解液の流速が５０ｃｍ／秒以上であれば、陽極面
に部分的に電解液の滞留が生じるものの陰極面での電解
液の流れには影響がなく、またそのような凹凸が陽極面
全体に均一に分散して存在していれば、得られる金属箔
の品質にも影響をおよぼさないことを見いだした。

【００１５】そこで、本発明では直径２〜４ｍｍの金属
棒をすだれ状にならべたものや、エキスパンデッドメタ
ルまたは金属の細線を編んだウーブンメッシュ（ｗｏｏ
ｖｅｎ ｍｅｓｈ）等の電極面に若干の凹凸がある電極
を使用した。これらは凹凸があるため、いくつかのブロ
ックに分けてそれらを組み合わせても、組み合わせた部
分に生じた段差による電流集中が起こらず、電極面全体
がほぼ一様な高さとなるために、端部等での電流集中が
生じないという特徴を合わせ持つことができた。また、
リブあるいは不溶性金属電極の成形加工において、下地
の台の精度を良くしておけば、高い極面の精度が容易に
得られるという特徴を有している。

【００１６】またこのような電極を使用することによっ
て、エキスパンデッドメタルであれば、裏面の面積を含
めて板状の電極の２倍、また３ｍｍの直径の金属棒のす
だれ状の陽極の場合には、隙間なく配置した場合には
１．５倍の面積のものが得られ、金属棒の間に１．５ｍ
ｍ程度の間隔を設けながら並べると、裏面まで使用する
ことができるので２倍の面積となり、電極面積の増加に
より実質的な電流密度を低下させることができ、陽極の
寿命が長くなる。これらのエキスパンデッドメタル又は
金属棒のすだれ状の電極に均一に通電をするためには、
背面に導電リブを取り付ける必要がある。そのリブの最
も簡単な構造としては、陽極の外面に回転軸に平行な直
線と交わるように円周方向に形成する方法が考えられる
が、そのような構造の場合には、リブを取り付けた部分
に電流集中が生じ、得られる箔の厚みが箔の幅方向に分
布を生じるという問題が起こるので、スパイラル状等の
円周方向にも、回転軸方向にも変位して取り付けること
が好ましい。その結果、極面との溶接箇所も円筒状電極
の軸に対して、平均化して配置されるので、より幅方向
の厚みの均一性が良好となる。また、これらのリブには
導電部材を取りつけて給電することができる。

【００１７】しかも、本発明の金属を互いに接して並べ
たすだれ状の電極等では、一方の面から他方の面へ液が
漏れるが、陽極と陰極の間を大きな流速で電解液を流し
ているので、電極間隔の電解液の状態には何等影響を及
ぼさない。

【００１８】

【作用】本発明の金属箔連続電解製造装置用の陽極は、
円筒状陰極に対向して曲面状に不溶性金属電極を形成し
たものであるが、不溶性金属電極の円筒状陰極と対向す
る面との反対面には、陽極の半円筒状の曲面にスパイラ
ル状等の軸および軸に直角の方向からは変位したリブを
設けたものであり、平板を曲面状に加工した陽極に比較
して、構造的には複雑となるが、板状体を曲面状に加工
した電極に比して交換や再生が容易な陽極を得ることが
でき、表面に凹凸を有している不溶性金属電極を用いる
ので、複数に分割しても分割部分の電流集中がなく、分
割構造とすることも容易となる。

【００１９】

【実施例】本発明の金属箔電解製造装置の陽極を図面に
よって説明する。図１は陽極をリブを形成した側からの
平面に展開した図である。図２は陽極の側面図である。

【００２０】図１に示す金属箔電解製造装置用の陽極１
は、棒状の陽極２をすだれ状に曲面状に配置して、リブ
３によって相互の結合をしている。そしてリブには導電
部材４を取り付けており、導電部材を通じて陽極に給電
することができる。

【００２１】実施例１ 直径２ｍｍ、長さ３００ｍｍのチタン線を、間隔を設け
ずに並べたすだれ状の部材を使用して、幅３００ｍｍ、
直径３００ｍｍの円筒状の陰極を有する金属箔の連続電
解製造装置用の半円筒状の陽極を製造した。厚さ１．５
ｍｍ、幅１０ｍｍのチタン板からなるリブをチタン線と
４５度の角度をなすように１０ｃｍの間隔で配置してい
げた状に編んだ。このリブを直径３０４ｍｍの曲面状に
成形加工し、スポット溶接によりすだれ状のチタン線を
取りつけた。チタン線は円筒の軸方向に接して並べた。
リブ上に厚さ１０ｍｍのチタン板からなる導電部材をチ
タン棒と平行に取りつけた。

【００２２】電極面には、厚さ２μｍの酸化イリジウム
を熱分解法によって形成し陽極とした。

【００２３】得られた陽極を用いて、１５０ｇ／ｌの硫
酸と１００ｇ／ｌの無水硫酸銅からなる水溶液に５０ｐ
ｐｍとなるようにゼラチンを加えて電解液とした。これ
を陰極面での流速が５０ｃｍ／秒となるように供給しな
がら陰極面での電流密度１００Ａ／ｄｍ² で電解し、陰
極を回転し厚さ２０μｍの銅箔を得た。

【００２４】１時間電解したところで、箔の幅方向の厚
み分布を２ｃｍ間隔で測定した。測定は、箔を１０ｃｍ
切りとり、それを２ｃｍ間隔に切ってその重量で計測す
る方法によって行ったが、箔の幅方向の厚みの分布は均
一であった。

【００２５】比較例１ 実施例１で用いたものと同じ厚み１．５ｍｍ、幅１０ｍ
ｍのチタン板をチタン棒に対して直角に交わるように５
ｃｍ間隔で設けて、スポット溶接によってすだれ状のチ
タン棒に取り付けた点を除いて実施例１と同様の方法に
よって電極を作成し、実施例１と同様に電解を行ったと
ころ、得られた銅箔にはリブを取り付けた箇所とリブ間
では１０％の厚みの相違が生じた。

【００２６】

【発明の効果】本発明の金属箔連続電解製造装置用の陽
極は、不溶性金属電極の円筒状陰極と対向する面との反
対面には、リブを取り付けたものであり、とくにリブは
陽極の半円筒状の曲面にスパイラル状であって、いげた
状に編むように取り付けられており、不溶性金属電極面
へ均一に給電することを可能とすると共に、リブへの取
付に対する影響を電極面上に均等に分散することができ
るので、電極表面に溶接点ができるような構造であって
も、均一な厚みの箔を製造することができ、またリブ上
で分割した陽極を接続することによって、陽極を複数に
分割しても分割部分の電流集中がなく、均一な厚みの箔
の製造可能な陽極が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属箔電解製造装置用の陽極を平面に
展開した図である。

【図２】本発明の金属箔電解製造装置用の陽極の側面図
である。

【図３】電解法による銅箔製造装置の１例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…陽極、２…棒状の陽極、３…リブ、４…導電部材、
３１…銅箔製造装置、３２…電解槽、３３…電解液、３
４…円筒型陰極、３５…陽極、３６…電解液供給スリッ
ト、３７…金属銅

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状陰極の表面に金属箔を電解によっ
   て析出させる金属箔連続製造装置用の陽極において、円
   筒状陰極に対向して曲面状に不溶性金属電極を形成し、
   不溶性金属電極の円筒状陰極と対向する面との反対面に
   は、陰極の回転軸と平行な直線と直角以外の角度で交わ
   るリブを設けたことを特徴とする金属箔連続製造装置用
   の陽極。
2. 【請求項２】 リブは２つの群から構成されており、同
   一の群のリブは交わらず、異なる群のリブと交わるとと
   もに、電極面全体に均一な電流分布が得られるように配
   置したことを特徴とする請求項２記載の金属箔連続製造
   装置用の陽極。
3. 【請求項３】 不溶性金属電極が棒または線状の金属を
   並べたすだれ状の基体、エキスパンデッドメタル、網状
   の基体に電極触媒被覆を形成したものであることを特徴
   とする請求項１記載の金属箔連続製造装置用の陽極。
4. 【請求項４】 陽極の電極面を複数の部分に分割可能と
   したことを特徴とする請求項１記載の金属箔連続製造装
   置用の陽極。