JP3239183U - 電極構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】薄板状電極へ供給される電流量を減ずることなく、薄板状電極を取り付けるねじの本数を減らし、薄板状電極の着脱時のメンテナンス性を向上させた電極構造体を提供する。
【解決手段】表面にねじ穴が形成された電極基体３と、前記電極基体３に皿ねじ５によって着脱自在に取り付けられる薄板状電極７と、を備え、前記電極基体３の前記ねじ穴のまわりには、前記皿ねじ５の頭部のテーパー部分に沿うように円錐状の窪みが形成され、前記薄板状電極７の前記皿ねじ５が挿入される孔部は、前記皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように漏斗状とされ、前記皿ねじの頭部の上面と前記薄板状電極表面は、面一状態とされている。
【選択図】図２

Description

本考案は、電極構造体に関する。

電解による金属箔の製造あるいは鋼板の高速電気めっき用には、陽極として、鉛や鉛合金製の不溶性金属陽極が使用されてきた。ところが高電流密度では、電極からの鉛、鉛合金等の溶出量が数ｍｇ／Ａｈと大きく、これが製品に混入して製品品質の低下という問題をおこし、廃水中に混入して環境汚染の原因になる。また、多量の溶出による保守回数の増加等の多くの問題点を有していた。これらを改良するために、チタンやチタン合金板上に、ルテニウム、イリジウム等の酸化物を被覆した電極が使用されるようになった。これにより電極被覆物質の溶出量が極めて少なく、長期間安定して使用することができ、有害物質の排出等の問題もない電気分解が可能となった。しかし、チタンやチタン合金は耐食性に優れ、比重も小さく軽量であるものの、電気伝導度が２×１０^４Ｓ／ｃｍと比較的小さいため大電流を均一に流すためには、電極構造体はある程度大きな部材を使用し、曲面は厚いものにならざるを得なかった。

このような電極においても電極被覆物質は徐々に消耗し、あるいは電極触媒能を減じていく。そこで、電極が寿命に達すると、電極基体から残留電極物質を除去した後に、電極基体表面に電極物質の金属塩溶液等を含む液を塗布し４００℃～６００℃の高温度で焼成することによって、電極物質の被覆を形成している。塗布および電極物質の焼成は、必要とする電極物質の厚みに応じて十～数十回くりかえされるので、大型の電極構造体の電極物質の再活性化は、電極構造体の電解槽からの取外し、再活性化における大型構造体の焼成作業等に多大な工程と時間を必要とした。

そこで、これらを改良するため、特許文献１では比較的薄い板状電極を電極基体に取付けることにより、再活性は板状電極のみとするようにした方法が示され、特許文献２では、薄板状電極をボルトで基板に取付けることによって、再活性は薄板電極の交換により容易に行えるようにすることが示されている。

これらの電極構造体で用いられる脱着可能な当て板タイプの不溶性金属電極は、電解面全面への均等な給電と、給電部でのジュール熱発生を小さくする為に、多くのねじ固定した給電点を備えている。このように多数のねじを備える場合、メンテナンス等で不溶性金属電極を脱着する際には、ねじの取り外しと再締付けに時間が掛かり過ぎることが問題となっている。そこで、よりメンテナンス性に優れた構造としてねじ固定数を削減することが要望されている。

特開平５－２０２４９８号公報 実開平２－１３６０５９号公報

本考案は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、薄板状電極へ供給される電流量を減ずることなく、薄板状電極を取り付けるねじの本数を減らし、薄板状電極の着脱時のメンテナンス性を向上させた電極構造体を提供することを課題とする。

本考案は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本考案の電極構造体は、金属箔の製造装置用の円筒型陰極に対向する曲面状の電極構造体において、表面にねじ穴が形成された電極基体と、前記電極基体に皿ねじによって着脱自在に取り付けられる薄板状電極と、を備え、前記電極基体の前記ねじ穴のまわりには、前記皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように円錐状の窪みが形成され、前記薄板状電極の前記皿ねじが挿入される孔部は、前記皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように漏斗状とされ、前記皿ねじの頭部の上面と前記薄板状電極表面は、面一状態とされている。

このような考案によれば、電極基体のねじ穴のまわりには、皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように円錐状の窪みが形成され、薄板状電極の皿ねじが挿入される孔部は、皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように漏斗状とされ、電極基体と薄板状電極との電気抵抗を低くすることができる。また、皿ねじの頭部の上面と薄板状電極表面は、面一状態とされているので、陰極ドラムと、皿ネジ、薄板状電極との間の抵抗は均一化できる。

本考案の一態様では、前記薄板状電極は、複数に分割されて取り付けられている。
この一態様では、薄板状電極は、複数に分割されて取り付けられているので、薄板状電極の着脱を容易にすることができる。

本考案の一態様では、前記薄板状電極の前記孔部には、前記孔部の中心から放射状に延びる複数の切れ込みが形成されている。
この一態様では、薄板状電極の孔部には、孔部の中心から放射状に延びる複数の切れ込みが形成されているので、皿ねじの取付部分における薄板状電極と電極基体の密着性を高め、接触抵抗を減ずることができる。

本考案の一態様では、前記薄板状電極の厚さが０．５ｍｍないし２ｍｍである。
この一態様では、薄板状電極を、適切な厚さに設定することができる。

本考案の一態様では、前記皿ねじのネジ部の直径が８ｍｍないし１６ｍｍである。
この一態様では、皿ねじのネジ部を、適切なサイズに設定することができる。

本考案の一態様では、前記電極基体の前記ねじ穴間の距離が、前記円筒型陰極の円周方向に１ｍｍないし１８０ｍｍで、長手方向に１ｍｍないし２６０ｍｍである。
この一態様では、電極基体のねじ穴間を、適切な距離に設定することができる。

本考案の一態様では、前記薄板状電極、及び前記皿ねじには、チタンからなる基材にイリジウムとタンタルを含む電極被覆が形成される。
この一態様では、適切な材料で電極基体、薄板状電極、及び皿ねじを構成することができる。

本考案によれば、薄板状電極へ供給される電流量を減ずることなく、薄板状電極を取り付けるねじの本数を減らし、薄板状電極の着脱時のメンテナンス性を向上させた電極構造体を提供することができる。

本考案の実施形態における電極構造体を有するドラム型銅箔製造用電解槽の構成を説明する模式図である。 本考案の実施形態における電極構造体の模式的斜視図である。 本考案の実施形態における薄板状電極の平面図である。 本考案の実施形態における電極構造体のねじ部文の拡大断面図である。 本考案の実施形態における薄板状電極のねじが挿入される孔部の拡大平面図である。 本考案の実施形態における薄板状電極のねじが挿入される孔部の拡大斜視図である。 従来例における薄型状電極の平面図である。

以下、図面を参照して、本考案の実施の形態について説明する。
図１は、本考案の実施形態における電極構造体を有するドラム型銅箔製造用電解槽の構成を説明する模式図である。図１に示すように、本実施形態におけるドラム型銅箔製造用電解槽１００は、電解液１０１を循環させる槽本体１０２と、ドラム型の陰極１０３と、その陰極１０３から数ｍｍ～数十ｍｍ離して設置され、本考案の電極構造体１により構成される陽極１０４と、電源１０５と、を備える。この陰極１０３と陽極１０４の間には、電解液１０１が循環し、ドラム型の陰極１０３を図の矢印のごとく回転させながら、陰極１０３と陽極１０４との間に電気を流して、連続的に銅箔１０６を陰極１０３の表面に作成する。作成された銅箔１０６は、ローラー１０７を介して、槽本体１０２の外部に搬送される。図１にしめすように、本実施形態における陽極１０４を構成する電極構造体１は、ドラム型の陰極１０３に対向する陽極として使用する円周の４分の１の大きさのものが２基設置されている。

図２は、本実施形態における電極構造体の模式的斜視図である。上述したように、本実施形態における電極構造体は、ドラム型銅箔製造用電解槽１００の陽極１０４を構成している。図２は、図１に示す陽極１０４を構成する電極構造体１のうちの１基が示されている。図２に示すように、電極構造体１は、表面にねじ穴が形成された電極基体３と、電極基体３に皿ねじ５によって着脱自在に取り付けられる薄板状電極７と、を備えている。また、図２に示すように、薄板状電極７は、複数に分割されて取り付けられている。

図３は、本実施形態における薄板状電極７の平面図である。図３では、薄板状電極７の並べた状態を示すためもう一つの薄板状電極７が破線で示されている。図３に示すとおり、薄板状電極７には、皿ねじ５を挿入して、薄板状電極７を電極基体３に固定するための孔部７ａが複数形成されている。

図４は、本実施形態において、薄板状電極７が、皿ネジ５によって電極構造体３に固定されている部分の拡大断面図である。図４に示すように、電極基体３のねじ穴３ａのまわりには、皿ねじ５の頭部５ａのテーパー部分５ｂに沿うように円錐状の窪み３ｂが形成され、薄板状電極７の皿ねじ５が挿入される孔部７ａは、皿ねじ５の頭部５ａのテーパー部分５ｂに沿うように截頭円錐形、すなわち漏斗状とされ、皿ねじ５の頭部５ａの上面５ｃと薄板状電極７の電極表面７ｂは、面一状態とされている。

図５は、本実施形態における薄板状電極７に皿ねじ５が挿入される孔部７ａの拡大平面図である。図６は、図５の斜視図である。図５、図６に示すように、薄板状電極７の孔部７ａには、孔部７ａの中心７ｃから放射状に延びる複数の切れ込み７ｄが形成されている。

本実施形態における薄板状電極７の厚さｔは、０．５ｍｍないし２ｍｍとされている。この薄板状電極７を電極基体３に取り付ける皿ネジ５のネジ部５ｄの直径ｄは、８ｍｍないし１６ｍｍのものを使用している（図４）。また、図３に示すように、薄型電極７を取り付ける皿ねじ５のねじ穴間の距離は、円筒型陰極の円周方向ｒに１ｍｍないし１８０ｍｍで、長手方向ｋに１ｍｍないし２６０ｍｍで設定されている。また、本実施形態における薄板状電極、及び皿ねじは、チタンからなる基材にイリジウムとタンタルを含む電極被覆が施されて形成される。

上述したように本実施形態における電極構造体１は、厚み０．５ｍｍ～２．０ｍｍの当て板タイプの薄板状電極７が、陽極として使われている。ここで薄板状電極７は、不溶性金属で形成されており、その電極面には多数の均等に分布させた孔部７ａがあり、孔部７ａを貫通するねじにより電極基体３に強く固定されている。この電極基体３には外部から大電流が流れ込み、電極基体３と薄板状電極７とが皿ねじ５で固定された接触部を通り、薄板状電極７の全面に分配され、図１に示す、ドラム型銅箔製造用電解槽１００の電解液１０１へ電流が流れ、ドラム型の陰極１０３の表面に均等な厚みの銅箔１０６が生成される。

ここで、薄板状電極７には固有の構造体抵抗があるので、皿ねじ５で固定された接触部から離れるほど分配される電流値は小さくなり、電解液１０１へ流れる電流値も小さくなり、それにより生成される銅箔が薄くなる。従って、皿ねじ５の固定部が均等に分配される方が、薄板状電極７の全面の電流値が均等に保てて、銅箔１０６の厚みも均等になる。

また、薄板状電極７は高温で劣化するため、熱発生を小さくする必要があるが、電流が流れると電流量や抵抗に応じたジュール熱が生じるので、これらの大きいねじ固定部は温度が上がる。外部から銅箔製造用電解槽に流れ込む電流量は一定なので、ねじ固定部が多い方が、1ヵ所当たりの電流量を小さくでき、熱発生を小さくできる。また、1ヵ所当たりの抵抗を小さくすることも熱発生を小さくする為に重要である。

更に、薄板状電極７はドラム型の陰極１０３の表面から等距離に設置される必要から、厚板を高精度に曲面加工した電極基体３に固定するので、ねじ固定が多い方が、薄板状電極７を電極基体３に確実に沿わせることが出来て、陰極面と等距離に設置できる。以上を考慮して薄板状電極７のねじ固定の数量は定められるが、結果として従来の薄板状電極７では多数のねじ固定が必要で、メンテナンス等で薄板状電極７を脱着する際、ねじの取り外しと再締付けに時間が掛かるという課題がある。

この課題を解決して顧客満足を向上させる為には、ねじ固定の数を半減させることが有効であるが、その改良の前提として、薄板状電極７全面の電流値が従来同様に均等で、ねじ固定部が高温にならず、電極基体３に薄板状電極７を従来同様に確実に沿わせる必要がある。

図７は、従来例における薄型状電極８の平面図である。図７に示すように、従来の薄板状電極８のねじ固定部である孔部８ａは、顧客が設計するドラム型電解槽の半径方向と長手方向の寸法に応じて、円周方向ｒに出来るだけ円周方向での重なりが少なくなる様に配置し、長手方向ｋに出来るだけ均等に配置し、通電によって高温となることがないように電流を分配している。

電解槽に流れ込む電流量は一定なので、課題解決の為にねじ固定部が半減すると、ねじ固定部１ヵ所当たりの電流量は２倍になる。この為に、本実施形態では、円周方向と長手方向のねじ固定ピッチを１～２倍に変更し、その場合でも電流の分配が従来同様となる様に薄板状電極７の板厚を厚くした。本実施形態では、この時に薄板状電極７が電極基体３に確実に沿う様に、円周方向のピッチの変更は少なく、一方で長手方向のピッチを大きく変更した配置を適用している。

また、本実施形態では、ねじ固定部の孔部７ａでは、皿ねじ５の頭部５ａの上面５ｃが平らで薄板状電極７の電極表面７ｂを同じレベルにできる皿ねじ５を適用し、さらに、薄板状電極７とねじ固定される電極基体３には高精度なザグリ加工を行って、皿ねじ５の頭部５ａのテーパー部分５ｂに沿うように円錐状の窪み３ｂが形成されている。このことにより、本実施形態では、ねじを締め付けた時に通電する接触部で温度上昇が無い様に、電極基体３と薄板状電極７との接触部面積も従来設計より大きくなり、且つ後述する接触部の電気抵抗の小さい構造を適用している。

皿ねじ５の座面であるテーパー部５ｂと、薄板状電極７と、電極基体３のねじ穴３ａのまわりのザグリ部の接触では、３次元的な寸法が一致していなければ接触部の面積が減って通電時の電気抵抗が増える。また、薄板状電極７の接触部については、円錐状に絞り出すエンボス成形が必要で、材料の内部応力や加工誤差等の影響を受けてエンボス成形後の形状や板厚が不均一になる場合があり、この場合に形状や板厚が不均一になったねじ固定部では接触部の面積が減って電気抵抗が大きくなる。これにより多数のねじ固定された接触部の中で電気抵抗のバラツキが生じ、電流が電気抵抗の高い部分を避けて流れるため、薄板状電極７の全面への電流の分配が不均一となって、銅箔１０６の厚みが不均一になる可能性がある。

この課題を解決するため、本実施形態では、薄板状電極７の孔部７ａには、孔部７ａの中心７ｃから放射状に延びる複数の切れ込み７ｄが形成されている。この切れ込み７ｄにより、円錐の均一な成形が可能になる。また、円周方向が分離したことにより、円錐の割れ目で分割された個々の板は、円錐の根元のみが繋がった片持ち梁となり、柔軟な構造となる。このことにより、皿ねじ５の締付時に割れ目が無い円錐より容易に、薄板状電極７のエンボス成形部を電極基体３のザグリ面に押付けることが可能になった。これらにより、安定して接触部の電気抵抗の小さい薄板状電極７と電極基体３との接触部の円錐形状の成形が可能になった。

この割れ目は多い方が、柔軟性が増すので好適である。割れ目はレーザーや放電加工でも作成可能であるが、その場合は切り代が必要になるので接触部の面積が減り、電気抵抗が大きくなることに留意する必要がある。

電極基体３は大電流が流れ込むので電気抵抗を低くする必要があり、薄板状電極７を支える強度部材でもあるので、厚板の方がよいが、その反面、材料コストが高くなるので、板厚は１５ｍｍ～４０ｍｍに設定されている。これにより、皿ねじ５のサイズも比較的小さくしなければ、電極基体３に作成しためねじ部に掛かるねじ山の数が少なくなり、これにより薄板状電極７を固定する為の強度が不足する。したがって、皿ねじのサイズはＭ８～Ｍ１６を適用している。

本実施形態では、ドラム型銅箔製造用電解槽１００の陽極１０４として用いられる、厚み０．５ｍｍ～２．０ｍｍの当て板タイプの薄板状電極７が、電極基体３に皿ねじ５で締めつけられて、その接触部を通じて給電される。その皿ねじ５によって締め付けられる孔部７ａを含む給電部が４～１２カ所の割れ目がある円錐形状を成している。また、孔部７ａを含む給電点は、円周方向に１ｍｍ～１８０ｍｍピッチで出来るだけ円周方向での重なりが少なくなる様に配置し、長手方向には１ｍｍ～２６０ｍｍピッチで出来るだけ均等に配置し、ねじ固定数を従来モデルから半減させた。したがって、本実施形態においては、薄板状電極７へ供給される電流量を減ずることなく、薄板状電極７を取り付けるねじの本数を減らし、薄板状電極７の着脱時のメンテナンス性を向上させた電極構造体１を提供することができる。

１ 電極構造体
３ 電極基体
３ａ ねじ穴
３ｂ 円錐状の窪み
５ 皿ねじ
５ａ 頭部
５ｂ 頭部のテーパー部
５ｃ 頭部の上面
５ｄ ねじ部
７、８ 薄板状電極
７ａ、８ａ 孔部
７ｂ 電極表面
７ｃ 孔部の中心
７ｄ 孔部の切れ込み
７ｅ 孔部の下穴
ｔ 電極の厚さ
ｄ ねじ部の直径
ｒ ねじ穴間の円周方向の距離
ｋ ねじ穴間の長手方向の距離

Claims (7)

1. 金属箔の製造装置用の円筒型陰極に対向する曲面状の電極構造体において、
   表面にねじ穴が形成された電極基体と、
   前記電極基体に皿ねじによって着脱自在に取り付けられる薄板状電極と、を備え、
   前記電極基体の前記ねじ穴のまわりには、前記皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように円錐状の窪みが形成され、前記薄板状電極の前記皿ねじが挿入される孔部は、前記皿ねじの頭部のテーパー部分に沿うように漏斗状とされ、前記皿ねじの頭部の上面と前記薄板状電極表面は、面一状態とされている、電極構造体。
2. 前記薄板状電極は、複数に分割されて取り付けられている、請求項１に記載の電極構造体。
3. 前記薄板状電極の前記孔部には、前記孔部の中心から放射状に延びる複数の切れ込みが形成されている、請求項１に記載の電極構造体。
4. 前記薄板状電極の厚さが０．５ｍｍないし２ｍｍである、請求項１から３のいずれか１項に記載の電極構造体。
5. 前記皿ねじのネジ部の直径が８ｍｍないし１６ｍｍである、請求項１から３のいずれか１項に記載の電極構造体。
6. 前記電極基体の前記ねじ穴間の距離が、前記円筒型陰極の円周方向に１ｍｍないし１８０ｍｍで、長手方向に１ｍｍないし２６０ｍｍである、請求項１から３のいずれか１項に記載の電極構造体。
7. 前記薄板状電極、及び前記皿ねじには、チタンからなる基材にイリジウムとタンタルを含む電極被覆が形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電極構造体。

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