JP3187027B2

JP3187027B2 - 金属箔製造用陽極構造体

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Publication number: JP3187027B2
Application number: JP2000003079A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．クラウザーシドニー; ヴァングジャングタオ; シー．ブリッグスジョーン; エル．スティーブンスマイケル
Original assignee: ジーエー−テックインコーポレテッド（ディービーエーグールドエレクトロニックスインコーポレーテッド）
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: CA2287536C; KR20010005478A; DE69923956D1; TW467972B; US6183607B1; EP1063322A3; DE69923956T2; CN1278023A; EP1063322B1; EP1063322A2; JP2001011686A; KR100356308B1; CN1161499C; CA2287536A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には金属を
電着方法に関し、特に、この方法に使う陽極に関する。
本発明は、高品質、無孔性の薄銅箔の生成に特に応用で
き、この点について特に説明する。また、本発明は、他
の金属箔の電気形成や厚みのある銅箔生成にも好適に応
用できる。

【０００２】

【従来の技術】電着による箔生成における基本的技術に
ここ数年間大きな変化はない。この点で、電着による銅
箔生成は一般的に銅イオンを含む電解液に回転ドラム陰
極を浸漬させることで行われている。電気伝導材ででき
た円弧形陽極を一つ以上電解液に浸漬させ、ドラム陰極
に隣接配置させる。陽極には、ドラム陰極の湾曲にほぼ
一致する面を形成して、陽極と陰極間に均一な内部電極
間隙を形成する。電解液の限界電流密度よりも低い密度
の電流を陽極と陰極とに流すことによって、銅箔を回転
ドラム面上に生成する。ドラム陰極が電解液から出てく
るごとにドラム陰極から電着箔を連続的に取りはがすこ
とによって、連続箔製造が可能となる。

【０００３】銅箔の実際の製造は、陰極が最初に電解液
に入った際の、ドラム陰極表面への銅原子の核生成を介
して始まる。ドラムが電圧のかかった陽極を通過して電
解液中を回転し続けると、これら銅原子上に銅が連続的
に形成される。ドラム陰極表面の進入点での電流分布
は、銅の核生成の品質に重要な影響をもたらす。このた
め、銅の核生成は迅速に行われ、ドラム陰極の表面が電
解液に入る点における電流密度の均一で急激な上昇がド
ラム上に形成される銅の密度を著しく増加させ、これが
最終的に得られる箔の孔隙率を低減させる。言い換えれ
ば、ドラムが電解液に入る際の急速な電流上昇が、良好
な銅の核生成にとって非常に重要である。薄箔への需要
が増加するに従い、無孔銅箔を得るために、ドラム表面
での最初の銅の核生成がますます重要となる。

【０００４】これまでに知られている従来の電解液槽
は、一般的に、電解液に完全に浸漬した陽極を備えてい
る。こうした構成では、ドラム陰極が電解液に入る際
に、緩慢な電流の「斜面状立ち上がり」が生じ、これに
よって、ドラム陰極表面の銅の核生成が不十分となる。
浸漬した陽極に対しドラム表面が放射方向に対向するま
では、ドラム陰極表面上の望ましい電流密度が発生しな
いため、この緩慢な電流上昇が発生する。電流上昇時間
を改善するために、浸漬した陽極の頂部（すなわち、上
端縁沿い）に絶縁遮蔽部材を取り付けることがよく知ら
れている。この構成により、陽極単独の場合よりも電流
上昇が改善されるが、問題が完全に取り除かれる訳では
ない。銅の核生成をさらに改善するために、ドラム陰極
表面の進入点における電解液の液面近くに配備されたス
トライク陽極（第二の陽極）を使うこともよく知られて
いる。主陽極よりも高い電流密度になるようにストライ
ク陽極に電圧をかける。この構成の問題点は、第二の陽
極、すなわちストライク陽極、を制御する第二の整流器
を必要とすることである。さらに、ストライク陽極の使
用によって銅の核生成は改善されるが、この方法では緩
慢な電流の「斜面状立ち上がり」問題は完全には解消し
ない。

【０００５】O' Haraのアメリカ特許No. 5,833,819は、
中実のストライク陽極の代わりに部分浸漬させた「ネッ
ト型ストライク陽極」を使って上昇時間を短縮させるこ
とを提案している。このネット型ストライク陽極は大幅
に電流上昇時間を低減しかつ銅の核生成を改善させる
が、やはり第二の整流器の操作を必要とする。さらに、
上記「ストライク陽極」とアメリカ特許No. 5,833,819
に開示されたネット型ストライク陽極との両方とも、電
解液に入れる際のドラム陰極の表面に、より高い電流密
度を付与することを開示しており、また、両方ともがス
トライク陽極と主陽極との間に何らかの種類の絶縁板を
取り付けることを必要としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題およびその他の問題を解決し、緩慢な電流上昇の問
題を取り除き、さらに絶縁板やドラム陰極表面により高
密度の電流を供給するための第二の整流器を必要としな
い陽極を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施例に
基づき、外部メッキ面を有したドラム陰極と陽極部とか
ら成る金属箔製造装置が提供される。ドラム陰極は所定
液面まで電解液に部分浸漬され、ほぼ水平な軸周りを回
転する。陽極部は電解液に浸漬された主陽極部から成
る。主陽極部はドラム陰極に対向する半円筒状の湾曲陽
極面を有する。主陽極部の寸法は、ドラム陰極のメッキ
面から距離を取れるものとし、ほぼ均一な間隙を陽極と
陰極との間に形成する。主陽極の上端に陽極の延長部を
配置する。陽極延長部は、少なくとも一つの開口部が形
成された第一の領域を有する。第一の領域は、陰極のメ
ッキ面から一定距離離されて電解液に浸漬される構成と
され、第一の領域の一部分が電解液の所定液面の上方に
突き出ることを特徴とする。一つの電源が陽極集合体に
接続されるので、主陽極部と陽極延長部とが同じ電位と
なる。

【０００８】本発明では、電解液に部分浸漬された回
転ドラムの表面に金属を電着させるための電着槽が備え
られる。電着槽は、主陽極本体部と陽極延長部から成る
陽極を備える。主陽極本体部は、ドラムの湾曲径よりわ
ずかに大きい径を有した円弧状の主陽極本体表面を有す
る。主陽極本体部は、ドラムに隣接して完全に電解液に
浸漬し、これによってほぼ均一な間隙が陽極とドラム間
に形成される。陽極延長部は開放した格子状構造を有
し、陽極延長表面はドラムに対向する。陽極延長部が電
解液内に配置され、その一部が電解液上に延びる構成と
され、電解液が開放した格子状構造を流通自在となるこ
とを特徴とする。電源が主陽極本体部と陽極延長部に接
続され、陽極本体部表面と陽極延長部表面に同一の電位
を発生させる構成において、ドラムと主陽極本体部とが
隣接する領域のドラムに主陽極本体部が第一の電流密度
を発生させ、かつドラムと陽極延長部とが隣接する領域
のドラムに陽極延長部が第二の電流密度を発生させるこ
とを特徴とする。第二の電流密度は第一の電流密度より
低い。

【０００９】本発明の目的は、陰極表面への金属電着に
使う陽極集合体を提供することである。本発明の別の目
的は、高品質で無孔性の金属箔製造に回転ドラムと共に
使用する陽極集合体を提供することである。本発明の別
の目的は、ドラム陰極表面の良好な銅の核生成を簡易化
するための部分を有した上記陽極集合体を提供すること
である。

【００１０】本発明の別の目的は、ストライク陽極や絶
縁板や第二の整流器を必要としない上記陽極を提供する
ことである。これら及びこれら以外の目的は、以下に説
明する本発明の好適な実施例と添付図面とによって明ら
かになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】添付図面を参照するが、これは本
発明の好適な実施例を説明することだけが目的であっ
て、それに限定する意図ではない。図１は、本発明の好
適な実施例を表わす金属箔を電気的に形成する電気形成
槽１０を示す。本発明は特に銅箔生成に応用可能であ
り、この点に関して説明を行うが、本明細書を読み進む
うちに、本発明が他の金属箔生成にも有利に応用できる
ことが分かってくるであろう。

【００１２】おおまかに言えば、電気形成槽１０は通
常、ドラム陰極１２と陽極集合体４０とで構成される。
図１に示す実施例では、陽極集合体４０は左側陽極部４
２と右側陽極部４４とから成る。陽極部４２、４４はほ
ぼ円弧形であって、各々がドラム陰極１２に対向する陽
極面４６を有する。陽極部４２、４４の寸法は、ほぼ均
一な内部電極間隙２０が陽極部４２、４４の面４６とド
ラム陰極１２との間に形成されるようなものとする。ド
ラム陰極１２と陽極部４２、４４は、内部電極間隙２０
を流れる電解液１６を溜めるタンク１８内に配設され
る。

【００１３】ドラム陰極１２はほぼ円筒状で、ほぼ水平
な軸の周りを回転するように従来の手段によって取り付
けられる。ドラム陰極１２は、いずれかの適切な電気伝
導金属または合金、例えば鉛、ステンレススチール、ニ
オブ、タンタル、チタン、またはこれらの合金で作成で
き、滑らかなメッキ面２２を有する。メッキ面２２は、
チタン、ニオブ、タンタル、クロム、またはこれらの合
金で作成できる。本発明では、ドラム陰極１２は、ステ
ンレススチール製としクロムメッキ面２２を有すること
が好ましい。ドラム陰極１２は、従来技術であるところ
のいずれかの適切なモータ駆動装置（図示せず）で回転
させることができる。ドラム陰極１２は、矢印Rで示さ
れる一定の方向に、所望の箔厚を作り出すのに十分な期
間メッキ面２２が電解液１６と接触し続けていられる円
周速度にて回転することが好ましい。当業技術によれ
ば、金属イオンが電着過程で激減してしまうことが分か
っている。これら金属イオンは貯蔵槽（図示せず）から
供給される電解液によって補充される。

【００１４】電解液１６は、従来技術で知られているよ
うに、また図１に図式化したように、導管３８によって
間隙２０へ連続して送り込まれる。内部電極間隙２０を
通して電解液１６を連続循環させることによって、電解
液１６をドラム陰極１２の底部から内部電極間隙２０を
通して陽極部４２、４４の上端へと流動させる。以下に
詳述するが、図２から図８に示すように、間隙２０内の
電解液１６の液面Lは、陽極部４２、４４の形状と配置
関係および間隙２０内の電解液１６の流速によって決定
される。

【００１５】上記陽極集合体４０を見ると、陽極部４
２、４４はほぼ円弧状で、内部電極間隙２０を形成する
ようにドラム陰極１２に隣接配置されている。本発明
は、まず第一に陽極部４４に関するものであり、その実
施例を図２および３に示す。陽極部４４は、基本的に、
ドラム陰極に対面する円弧状陽極面４６を有した円弧板
である。陽極部４４は、電解液に対して不活性であれ
ば、いかなる電気伝導材でも作成できる。詳細には、陽
極部４４は、鉛、チタン、タンタル、プラチナ、あるい
はこれら材料のうちの一つで被覆した銅芯から成る複合
構造物で作製されることが望ましい。本発明では、図２
および３に最も良く図示されている、少なくとも一つの
開口部４８が陽極部４４の上端部に形成されている。
図示した実施例では、開口部４８は細長いスロットで
あり、陽極部４４は主陽極部４４Aと、陽極延長部４４B
と、主陽極４４Aと陽極延長部４４Bとを接続する壁部４
４Cとに分離される。本明細書を読み進むとさらに良く
理解できるが、開口部４８には二通りの目的が有る。第
一の目的は、電解液１６が通過することの出来る通路を
陽極４４沿いに形成し、ここを通過した電解液が陽極４
４の上端からオーバーフローすることなく電解液を間隙
２０から流出させることである。第二の目的は、陽極部
４４の主陽極部４４Aから上方に離れた陽極延長部４４B
の範囲を規定することである。

【００１６】本発明のある態様では、開口部４８は、間
隙２０内の電解液１６の流動との関連からその配置と寸
法とが決まる。特に、開口部４８の寸法は、陽極部４４
Ｂの上面からわずかに上方の間隙２０内液面Lに電解液
１６が達することができるようなものとする。ここで言
う「わずかに上方」とは、およそ２分の１インチ以内と
いう意味である。電解液１６の液面Lが開口部４８より
上方であって、かつ陽極部４４Ｂの上端面より下方であ
ることが好ましい。また、図３に最も良く示されている
ように、電解液１６の流動を制御して、陽極延長部４４
Bのごくわずかな部分だけを液面Lの上方に延長させるこ
とが更に好ましい。

【００１７】以下に詳述するが、開口部４８によって、
内部電極間隙２０へ送り込まれた電解液１６は陽極部４
４を通って陽極部４４の背後のタンク領域へと流動する
ことができる。図２に最も良く示されているように、陽
極４４は基本的に３つの陽極「領域」に分けることがで
きる。陽極延長部４４Bは「領域１」とされる第一の領
域を成し、開口部４８は「領域２」とされる第二の領域
を成し、主陽極部４４Aは「領域３」とされる第三の領
域を成す。

【００１８】陽極部４４は、電源７０に接続されて正に
帯電される。電源７０は、一般的には整流器であって、
ドラム陰極１２を負に帯電するよう操作できる。図１に
最も良く示されている電気形成槽１０では、ドラム陰極
１２の底部に近い場所の陽極部４４とドラム陰極１２間
の内部電極間隙２０へ電解液１６が送り込まれる。これ
によって、矢印で示されるような、電解液１６の内部電
極間隙２０に沿った上昇流が発生する。図３に図解する
ように、電解液１６は電極間隙２０からスロット４８を
通って流出する。間隙２０を通る電解液１６の流速と、
スロット４８の寸法と配置関係とに基づいて、電解液１
６の液面Lが陽極延長部４４Bの面に対して決定される。
スロット４８に対する電解液１６の液面Lの位置によ
り、スロット４８上端すぐ上方に電解液の部分「A」が
発生する。部分Aでの電解液１６の流動は、開口部４８
を通過する時よりも一般的に小さくなる。周知技術とし
て、電着工程においては、ドラム陰極１２の表面２２に
銅箔を生成する時に電解液１６中の銅がメッキに使われ
る。部分Aにおける電解液１６の流速が比較的低いた
め、部分Aの電解液１６中のメッキに使われる金属イオ
ンは、主陽極部４４A前面の金属イオンのようにはすば
やく補充されない。部分Aの電解液１６の比較的低い流
速の結果、イオン濃度および電解液の液面L近くの限界
電流i_Lを主陽極部４４Aの前面よりも低くすることがで
きる。

【００１９】金属を電着するに際し、高品質の箔を得る
ためには、３段階に分けてメッキ面２２上に銅を形成す
る必要があると出願人は考えている。第一の段階では、
銅の核生成と成長がメッキ面２２で始まるが、これを短
時間維持することが好ましい。第二の段階では、第一の
段階で新たに生成された銅結晶上における銅の成長が減
速し、低速での成長が短時間行われる。第三の段階で
は、最大レベルの電流密度を付与することで、新たに生
成された銅層上に銅が付着する。重要なことは、銅付着
のいずれの段階においても電流密度が電解液の限界電流
密度i_Lを越えないことが好ましい。特に、部分Aでの電
流密度が電解液１６の限界電流密度i_Lを長期間にわたっ
て越えないことが好ましい。限界電流密度i_Lを長期間に
わたって越えるような条件下では、生成される箔は多孔
性でその機械的特性は不良なものとなる。

【００２０】本発明では、３段階で銅付着を実現させる
たため、陽極部４４を３つの領域に分離している。上記
のように、電源によって、陽極部４４は正に帯電され、
ドラム１２は負に帯電される。同じ電源により主陽極部
４４Aと陽極延長部４４Bの両方に帯電させるので、主陽
極部４４A表面の電位は陽極延長部４４B表面の電位と同
一になる。メッキ面２２を有したドラム陰極１２は、矢
印Rで示された時計方向に回転する。ドラム陰極１２の
メッキ面２２が最初に電解液１６に入る時点でメッキ面
２２への銅の核生成が始まる。陽極延長部４４Bの表面
上の電位は、ドラム陰極１２のメッキ面２２に特定の電
流密度を発生させる。陽極延長部４４Bの表面の電位は
陽極部４４Aの表面の電位と同じであるが（両者とも同
じ電源７０に接続されている）、陽極延長部４４Bによ
ってドラム陰極１２のメッキ面２２に発生する「電流密
度」は、開口部４８が存在するために、主陽極部４４A
によってメッキ面２２に発生する「電流密度」より僅か
に低い値となる。部分Aにおいては低流速にもかかわら
ず、陽極延長部４４Bによってドラム陰極のメッキ面２
２に発生した「電流密度」はメッキ面２２上に銅の核生
成をさせるのに十分な電流密度であり、しかも部分Aに
おいて電解液の限界電流i_Lを越えていない。こうして、
メッキ面２２が陽極延長部４４Bで規定される「領域
１」を横断する時に、銅がメッキ面２２上に核生成す
る。

【００２１】メッキ面２２は次に、スロット４８で規定
される「領域２」を横断する。スロット４８で規定され
るこの広い開口領域のために、領域２におけるメッキ面
２２上の平均電流密度は領域１におけるものより低く、
そのためメッキ面２２上の銅の成長が停止するか減速さ
れる。ドラム面２２は次に、「領域３」を規定する主陽
極部４４Aを横断し、主陽極部４４Aがメッキ面２２に対
向する高速電解液流動および高電流密度の領域にドラム
面が入ると、銅箔成長が始まる。メッキ面２２が回転し
て、陽極部４４に続いて陽極部４２を通過する間に、銅
箔成長が続行されてCで示される銅箔が形成され、この
銅箔はドラム１２から外されて巻き取りローラ９９へ巻
き取られる。

【００２２】このように陽極部４４は、３つの異なる電
着領域を有した陽極構造体として一体的に構成される。
領域１では、陽極延長部４４Ｂによって、部分「A」の
電解液１６の下方限界電流と同じ電流密度が形成され
る。しかし、電流密度はメッキ面２２に金属が核生成す
るに十分な値である。領域２では、電流密度を領域１よ
りも低くして、付着を停止させるか、少なくとも領域１
の付着率より低下させる。領域３では、主陽極部４４A
で形成された高電流密度で完全な金属形成が生じる。

【００２３】このように本発明は、出願人が電着工程に
おける金属電着に対する理想的なエネルギー付与手順と
考えているものである。当然ながら当業者は、形状すな
わち陽極延長部４４Bのスロット４８の長さや幅が、ド
ラム陰極上に誘導された電流密度に影響することを理解
するであろう。陽極延長部４４Bは、領域１によってド
ラム陰極１２上に誘導された電流密度が主陽極部４４A
によってドラム陰極１２上に発生する電流密度の少なく
とも７０％となるように設計されていることが好まし
い。また、主陽極部４４Aによってドラム陰極１２の表
面２２に発生する電流密度の約７０％から約８５％まで
の範囲とすることがより一層好ましい。この低減された
エネルギー付与レベルは、ドラム陰極１２が最初に電解
液１６に浸入する部分Aの電解液１６の限界電流i_Lを越
えずに、しかしドラム陰極１２の表面２２に核生成させ
るには十分なものである。

【００２４】図４と５を参照しながら、発明の別の実施
例を表わす陽極部１４４を示す。陽極１４４は、符号１
４４Aで示される主陽極部と、符号１４４Bで示される陽
極延長部とを有する。主陽極部１４４Aと陽極延長部１
４４Bとは一体的に形成され、一体として湾曲した棒あ
るいは板の形状を有する。陽極部１４４は陽極面１４６
を有する。主陽極部１４４Aは陽極１４４の大部分を構
成し、主陽極部１４４Aの陽極面１４６が完全に電解液
１６に浸漬できる寸法を有する。陽極延長部１４４B
は、陽極部１４４の上端に形成されて、陽極部１４４を
形成する板あるいは棒の上端あるい上部に形成された孔
１５４の第一群を有する。図示した実施例では、孔１５
４は互いに等間隔に離れて形成された同じ寸法の円筒状
の穴である。陽極延長部１４４Bの孔１５４各々の寸法
と間隔とを選択することによって、開口した格子状構造
を形成し、且つドラム陰極１２に対向する所定面を形成
する。好適な実施例では、孔１５４の直径はドラム陰極
１２の表面２２と陽極部４４の陽極面４６との間の空間
距離より小さく、孔１５４どうしの間隔は孔１５４の直
径にほぼ等しい。本明細書を読み進めると理解できるこ
とであるが、陽極延長部１４４Bの孔１５４を円筒状以
外の形状とすることもできる。例えば、スロット状、正
方形、三角形、矩形、その他の幾何学形状として、陽極
延長部１４４Bを貫通して形成して良い。孔１５４の目
的は、開口した格子状構造を陽極部１４４の上端に作成
し、ドラム陰極１２に対向する陽極面１４６の表面積を
縮小させて、電解液１６を陽極延長部１４４Bを流通さ
せることである。孔１５４を含む陽極延長部１４４B領
域は、ドラム陰極１２のメッキ面２２に銅を核生成させ
るための「領域１」を規定する。

【００２５】図示した実施例では、陽極延長部１４４B
には、板を形成する陽極部１４４を形成する板を貫通す
る複数の第二の孔１６４も含まれる。第二の孔１６４の
寸法は第一の孔１５４の寸法よりも大きい。孔１６４は
開口した格子状構造を陽極延長部１４４Bに「領域２」
を形成する。「領域２」の孔１６４によって規定された
陽極表面の面積は、「領域１」の孔１５４によって規定
された陽極表面よりかなり小さい。孔１５４と同様、孔
１６４をスロット状、正方形、三角形、矩形、その他の
幾何学形状としても、本発明から逸脱することはない。
図示した実施例では、孔１６４は円筒状であり、孔１５
４に比べてかなり大きな寸法を有する。好適な実施例で
は、孔１６４は孔１５４のおよそ一倍半の大きさであ
る。孔１５４と同様、孔１６４は開口した格子状構造で
あって、電解液１６を内部電極間隙２０から陽極部１４
４背後の空間へ流通させる。領域２の孔１６４の寸法を
特定して、領域２の陽極面の面積を領域１の陽極面の面
積より小さくする。図示のごとく、主陽極部１４４Aが
領域３を規定する。

【００２６】陽極部１４４は符号１７０の電源に接続さ
れて、正に帯電される。電源１７０は一般的には整流器
であって、ドラム陰極１２を負に帯電することができ
る。同じ電源で主陽極部１４４Aと陽極延長部１４４Bの
両方を帯電させるため、主陽極部１４４A（すなわち領
域３）の面沿いに発生した電位は陽極延長部１４４Bの
領域１および２の面上の電位と同じである。

【００２７】領域１の面上の電位はドラム陰極１２のメ
ッキ面２２に特定の電流密度を発生させる。当然ながら
当業者は、領域１の陽極延長部１４４Bの面上の電位が
主陽極部１４４Aの面上の電位と同じではあるが、孔１
５４によって規定される領域１の表面面積が縮小されて
いるため、領域１によってドラム陰極１２のメッキ面２
２に形成される電流密度が主陽極部１４４Aによってメ
ッキ面２２に形成される電流密度より低くなることを理
解するであろう。しかし、陽極延長部１４４Bの領域１
によって規定されるドラム陰極１２のメッキ面２２上の
電流密度は、部分Aにおける電解液の限界電流i_Lを越え
ることなくメッキ面２２上に銅を核生成させるに十分な
レベルにある。陽極延長部１４４Bの領域１はこのよう
に、液面「L」近くの電解液１６の低流域「A」内の結晶
生成率を制御する。結晶生成の制御は、ドラム陰極１２
が最初に電解液１６に浸入する際に、適正な電流密度
（ドラム陰極１２の表面で測定）を形成させることによ
って行う。

【００２８】次に領域２を参照すると、領域２における
開口面積（孔１６４によって決定される）の陽極の無孔
表面面積に対する比率が大きいため、領域２の平均電流
密度の方が低くなり、そのためメッキ面２２上の銅の成
長が停止あるいは減速する。銅の十分な成長が再開され
るのは、領域３においてのみで、主陽極部１４４Aがメ
ッキ面２２に対向する電解液の高速流域で高電流密度の
流域にドラム面２２が浸入する時である。

【００２９】陽極部１４４はこのように、異なった３つ
の電着領域を一体的に構成した陽極構造を呈する。領域
１では、部分「A」の電解液１６の下方限界電流と同じ
で、メッキ面２２に金属を核生成させるに十分な電位の
電流密度が陽極延長部１４４Bによって形成される。領
域２では、電流密度が領域１より低く、領域１で形成さ
れた付着速度を停止させるか少なくとも低下させる。領
域３では、主陽極部１４４Aが形成した高電流密度のレ
ベルで十分な金属形成が生じる。

【００３０】陽極部１４４はこのように本発明の別の実
施例によって、電着工程における金属電着の理想的なエ
ネルギー付与手順と考えられることをも提示する。当業
者には理解されることであるが、孔１５４、１６４の直
径および間隔は当然ながらメッキ面上の電流密度の大き
さと分布に影響を与える。本発明によると、孔１５４、
１６４の寸法と各々の間隔は、領域１によってドラム陰
極１２の表面２２に誘導される電流密度が主陽極部１４
４Aによって表面２２に生じる電流密度の少なくとも７
０％となるように設計することが好ましく、主陽極部１
４４Aによって表面２２に生じる電流密度の約７０％か
ら約８５％の範囲となるようにすることがより一層好ま
しい。領域２によってドラム陰極１２の表面２２に誘電
される電流密度は領域１のものより低い。

【００３１】次に図６を参照する。符号２４４の陽極部
は本発明の他の実施例を図示する。陽極部２４４は、主
陽極部２４４Aと別個の陽極延長部２４４Bとで構成され
る。陽極延長部２４４Bは主陽極部２４４Bから離れてい
る。図４および５に示された実施例の陽極延長部１４４
Bと同様、陽極延長部２４４Bは格子状構造を構成する複
数の孔２５４を含む。孔２５４は、スロット状、正方
形、三角形、矩形、その他の幾何学形状のいずれであっ
ても良い。図４および５に示された実施例では、陽極延
長部１４４Bの一部により大きな寸法の孔１６４を形成
して領域２を構成するが、これとは違って、図６の実施
例では、陽極延長部２４４Bと主陽極部２４４Aの間に形
成された空所２４６（すなわち空間）によって領域２は
構成される。当業者には理解されることであるが、陽極
延長部２４４Bの電解液中への配置は、例えば、陽極延
長部２４４Bを上方から懸垂させたり、あるいは陽極延
長部２４４Bを支持板によって主陽極部２４４Aに取り付
けてたり、と様々な方法によって可能である。本発明で
は、陽極延長部２４４Bと主陽極部２４４Aの両方が電源
２７０に接続されて、陽極延長部２４４Bの表面と主陽
極部２４４Aの表面に均一な電位を発生させる。

【００３２】図１から図５に開示された先行実施例で
は、図６の概略図に示されるように、陽極延長部２４４
Bは部分的に電解液１６に浸漬されて、陽極延長部２４
４Bのわずかの部分だけが電解液１６の液面「L」の上方
に延びる。周知のように、主陽極部２４４Aは完全に電
解液１６中に浸漬できる寸法設計となっている。陽極部
２４４は、基本的には、陽極部４４および１４４につい
述べた前記方法と同様の方法で機能する。このため、ド
ラム陰極１２のメッキ面２２が最初に電解液１６に浸入
すると、メッキ面２２上で銅の核生成が始まる。前術の
実施例のように、間隙２０の領域にある電解液１６はよ
り低い限界電流を有することになるため、陽極延長部２
４４Bの孔２５４によって形成されるより低い電流密度
は電解液１６の限界電流を越えない電流となり、さらに
はドラム陰極１２のメッキ面２２上の銅の核生成を均一
なものとさせる。この初期の核生成は、陽極延長部２４
４Ｂと主陽極部２４４Ａの間の間隙２４６をドラム陰極
１２が通過する間は、低速成長か無成長となる。完全な
金属成長は、ドラム陰極１２のメッキ面２２が主陽極２
４４Ａの高速流域で高電流密度の流域に浸入する時に開
始される。このように図６に開示された実施例は、前の
実施例と同じ実質的効果をもたらすが、多孔性あるいは
格子状の陽極延長部２４４Ｂを追加することによってど
のように現存の陽極２４４Ａを改造するかを図示する。
上記のごとく、陽極延長部２４４Ｂは主陽極２４４Ａと
同じ電位レベルになるようにし、またより望ましくは、
同じ電源２７０で行い、陽極延長部２４４Ｂの表面沿い
の電位を主陽極部２４４Ａの表面沿いの電位と同じとす
る。陽極延長部２４４Ｂの縮小された表面面積は、領域
１に発生させる電流密度を低減させるが、その電流密度
は、ドラム陰極１２のメッキ面２２が電解液１６に浸入
する時のメッキ面２２の核生成には十分なものである。

【００３３】次に本発明のさらに別の実施例を示す図７
を参照する。図７では、符号３４４で示される陽極部
は、主陽極３４４Ａと陽極延長部３４４Ｂとで構成され
る。陽極延長部３４４Ｂは、金属網あるいはエキスパン
ドメタルのシート３４６で形成するのが好ましい。金属
シート３４６は主陽極部３４４Ａに固定されたフレーム
３４８に固定される。金属網あるいはエキスパンドメタ
ルのシート３４６には開口３４４Ｂがあって、前述の実
施例のように開口のある格子状構造を有する。陽極延長
部３４４Ｂは、主陽極部２３３Ａの上端に、例えば溶接
などの方法で固定するのが好ましく、主陽極部３４４Ａ
と陽極延長部３４４Ｂの間に良好な電気伝導経路を形成
する。このため、フレーム３４８を、主陽極部３４４Ａ
と同じか互換性のある材料で形成するのが好ましい。陽
極延長部３４４Ｂは、主陽極部３４４Ａが電解液１６中
に浸漬したとき、陽極延長部３４４Ｂの一部が電解液１
６の液面「Ｌ］の上方に延長するような寸法設計とす
る。前述の実施例のように、主陽極部３４４Ａは電源３
７０に接続される。陽極延長部３４４Ｂを形成する金属
シート３４６が主陽極部３４４Ａに取り付けられている
ため、金属シート３４６のすべての箇所の電位は、主陽
極部３３４Ａ沿いの電位と同一となる。シート３４６の
形と構造によって、特定の電流密度がドラム陰極１２の
表面２２に発生する。表面２２の電流密度は、ドラム陰
極１２が電解液１６に浸入すると、前記した方法でドラ
ム陰極１２のメッキ表面２２に金属の核を生成させる。
分かってくることであるが、金属の核生成と形成は、メ
ッシュシート３４６で規定される全面積に亘って発生
し、十分な金属成長はメッキ面２２が主陽極部３４４Ａ
に達した時に開始される。この実施例には成長が抑制さ
れた「領域」や「空間部」は含まれないが、それでもエ
キスパンドメタルシート３４６が主陽極部３４４Ａと同
じ電位に印加される限り、図示された構成のエキスパン
ドメタルシートあるいは開口式メタルシート３４６を使
うことによって、満足すべき結果が得られるものと考え
られる。また、前述の実施例に比べると、金属網（メッ
シュ）あるいはエキスパンドメタルシート３４６が表面
２２に発生した電流密度に影響を与え得ることが分か
る。上記のごとく前術の実施例では、陽極延長部の電流
密度は主陽極部３４４Ａによって発生する電流密度の少
なくとも７０％、より好ましくは約７０％から約８５％
の範囲であることが望ましい。しかし本実施例では、電
流密度の低い領域２が存在しないため、陽極延長部３４
４Ｂによってドラム表面２２に発生する電流密度を主陽
極部３４４Ａの電流密度の７０％未満に低減させること
が好ましい。このために、メッキ面２２に対するシート
３４６の位置を図８の一点鎖線で示されるように調整す
ることができる。

【００３４】上記記載は、本発明の特定の実施例であ
る。この実施例は、図示の目的のみに記載されたもので
あり、当業者であれば、発明の精神および範囲から逸脱
することなく多くの変更や改造を行い得るものである。
クレームの発明あるいはその等価発明の範囲を越えるこ
とがない限り、全てのこうした改造や変更も含まれる。

【００３５】

【発明の効果】このように、本発明の陽極集合体では、
陽極延長部または別個の陽極部の構成によって、ドラム
陰極１２が電解液１６に浸入するとドラム陰極１２のメ
ッキ面２２で金属の核生成が起きる。重要な点は、各実
施例において、陽極構造のいずれの所の電位も陽極の主
要部の電位と同じである、ということである。したがっ
て、別個の整流器すなわち動力源を各陽極部のそれぞれ
のために設ける必要はない。さらに、ドラム陰極１２が
電解液１６に浸入する所に近い陽極構造の開口部によっ
て、陽極延長部の電流密度は主陽極部の電流密度よりも
低くできると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例による陽極集合体を示す
電解液槽の、一部断面の端面図

【図２】図１の陽極集合体の斜視図

【図３】図２の陽極集合体の上方部の拡大断面図

【図４】本発明の第一の代替実施例を表わす陽極集合体
の斜視図

【図５】図４の陽極集合体の上方部の拡大断面図

【図６】本発明の第二の代替実施例を表わす陽極集合体
の斜視図

【図７】本発明の第三の代替実施例を表わす陽極集合体
の斜視図

【図８】図７の陽極集合体の上方部の拡大断面図

【符号の説明】

１０電気形成槽１２ドラム陰極１６電解液１８タンク２０内部電極間隙２２メッキ面４０陽極集合体４２、４４陽極部４４Ａ主陽極部４４Ｂ陽極延長部４６陽極面４８スロット７０電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジャングタオヴァングアメリカ合衆国オハイオ 44106 クリーブランド 2496 ダービーシャイアーロード (72)発明者ジョーンシー．ブリッグスアメリカ合衆国アリゾナ 85225 チャンドラー 1369 イー．フリントストリート (72)発明者マイケルエル．スティーブンスアメリカ合衆国アリゾナ 85215 メッサ 6638 イーストスノーデンサークル (56)参考文献特開平９−157883（ＪＰ，Ａ) 特開平10−18076（ＪＰ，Ａ) 特開平６−81186（ＪＰ，Ａ) 特開平８−209396（ＪＰ，Ａ) 特開平６−93490（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−282288（ＪＰ，Ａ) 特公平３−1390（ＪＰ，Ｂ２) 特公平３−1391（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許5833819（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25D 1/04 C25D 7/06 C25D 17/10 - 17/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ドラム陰極と陽極集合体とから成る金属箔
製造装置であって、前記ドラム陰極は、外側メッキ面を有し、前記陽極集合
体のほぼ中央付近の開口部からのみ送り込まれた電解液
の設定液面まで部分的に浸漬され、かつ略水平軸を回転
可能に構成され、前記陽極集合体は、前記ドラム陰極に対向する半円筒状に湾曲した陽極面を
有し、前記ドラム陰極の前記メッキ面との間に略一定の
間隔を空けるような外形寸法を有し、かつ前記電解液に
浸漬された主陽極部と、少なくとも一つの開口部が形成されて前記陰極の前記メ
ッキ面から所定距離分はなれた第一の領域を有し、かつ
少なくともその一部が前記電解液に浸漬され、前記ドラ
ム陰極が前記電解液に侵入する側の前記主陽極部の上端
に配置され、前記主陽極部と電気的に接続された陽極延
長部と、前記主陽極部または前記陽極延長部に接続された一つの
エネルギー源、とで構成され、前記電解液に浸漬される前記ドラム陰極の電流密度がい
ずれの箇所においても前記電解液の限界電流密度を越え
ないことを特徴とする金属箔製造装置。
【請求項２】前記陽極延長部が前記主陽極部と一体的に
構成されていることを特徴とする、請求項１記載の装
置。
【請求項３】前記エネルギー源が前記主陽極部に取り付
けられていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】前記第一の領域が前記陽極延長部に貫通形
成された複数の開口から成ることを特徴とする、請求項
３記載の装置。
【請求項５】前記陽極集合体が、前記第一の領域と前記
主陽極部との間に設けられ、第一の領域の電流密度より
低い電流密度をドラム陰極のメッキ面に発生させる第二
の領域を有することを特徴とする、請求項４記載の装
置。
【請求項６】前記陽極延長部は前記主陽極部から分離し
ており、かつ前記陽極集合体の前記第二の領域が前記主
陽極部と前記陽極延長部の間に設けられた空所で構成さ
れることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【請求項７】前記陽極延長部が前記主陽極部と一体的に
構成されており、且つ前記陽極集合体の前記第二の領域
が前記陽極延長部に形成され、前記第一の領域の開口よ
り大きな複数の第二の開口で構成されることを特徴とす
る、請求項５記載の装置。
【請求項８】前記第一および第二の領域の開口が円筒状
の穴であることを特徴とする、請求項７記載の装置。
【請求項９】領域１における開口間の距離が開口の直径
にほぼ等しく、且つこの開口の直径が前記ドラム陰極と
前記主陽極部間の距離より小さいことを特徴とする、請
求項７記載の装置。
【請求項１０】陽極のほぼ中央付近の開口部からのみ送
り込まれた電解液に部分的に浸漬された回転ドラムの表
面に金属を電着させるための電着槽において、陽極が、前記ドラムの曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有
した円弧状の主陽極本体表面を有し、前記ドラムに隣接
して前記電解液に完全に浸漬し、ドラムとの間に略一定
の間隔を空けるように配された主陽極本体部と、開放型格子状構造と前記ドラムに対向する陽極延長面を
有し、この開放型格子状構造を前記電解液が流通できる
ように前記電解液中でかつ前記ドラムが侵入する側に配
置され、前記主陽極部と電気的に接続された陽極延長部
と、前記主陽極本体部が前記ドラムと前記主陽極本体部とが
隣接する領域の前記ドラムに第一の電流密度を発生さ
せ、且つ前記陽極延長部が前記ドラムと前記主陽極延長
部とが隣接する領域の前記ドラムに第一の電流密度より
低い第二の電流密度を発生させ、前記主陽極本体部ま
たは前記陽極延長部に接続されて前記陽極本体面と前記
陽極延長面とに同一の電位を発生させる動力源、とで構成され前記第一の電流密度および前記第二の電流
密度がともに前記電解液の限界電流密度を越えないこと
を特徴とする陽極。
【請求項１１】前記陽極延長部がエキスパンドメタル板
で構成されることを特徴とする、請求項１０記載の陽
極。
【請求項１２】前記陽極延長部が前記主陽極部と一体的
に構成されており、前記開放型格子構造が前記陽極延長
部に各々間隔を空けて形成された第一の開口の第一の群
によって構成されることを特徴とする、請求項１０記載
の陽極。
【請求項１３】前記第一の開口が前記陽極延長部を貫通
する円筒状の穴であることを特徴とする、請求項１２記
載の陽極。
【請求項１４】前記陽極延長部が、前記第一の開口群と
前記主陽極本体部との間に設けられた前記第一の開口よ
り大きな第二の開口の第二の群を有し、この第二の開口
群が前記第二の電流密度より低い第三の電流密度を前記
ドラムに発生させることを特徴とする、請求項１０記載
の陽極。
【請求項１５】前記第二の開口が前記陽極延長部を貫通
する円筒状の穴であることを特徴とする、請求項１４記
載の陽極。
【請求項１６】前記陽極延長部が前記主陽極部から離れ
た別個の部材であることを特徴とする、請求項１０記載
の陽極。
【請求項１７】前記陽極延長部が、複数の貫通開口を有
するブロック体で構成されることを特徴とする、請求項
１６記載の陽極。
【請求項１８】前記開口が円筒状の穴であることを特徴
とする、請求項１７記載の陽極。
【請求項１９】前記陽極延長部で発生する電流密度が、
少なくとも前記主陽極本体部の電流密度の７０％である
ことを特徴とする、請求項１０記載の陽極。
【請求項２０】前記陽極延長部の一部が前記電解液上方
に延設されることを特徴とする、請求項１０記載の陽
極。