JP4858666B2

JP4858666B2 - 電極装置

Info

Publication number: JP4858666B2
Application number: JP2001298417A
Authority: JP
Inventors: 勝敏山本; 均大瀧
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003105598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極装置に関する。本発明は、化学溶液、特に、廃水処理や鍍金などの用途に使用される電気分解反応用の電極装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
廃水処理や鍍金などの用途に使用される電気分解反応用電極としては、フェライト電極板と、金属電極とが知られている。
【０００３】
このうち、フェライト電極板は、電解反応時に電極に印加される電圧が、例えば２００Ｖ程度の高電圧であっても、十分に耐えられるという点で、金属電極よりも優れている。また、フェライト電極板は化学的安定性に優れているという長所も有している。
【０００４】
しかし、フェライト電極板はセラミック製であることから、弾性に乏しく、特に薄い平板状の形態を取る場合は、曲げ方向の力が加わると割れ易いという性質があり、電解面積の大きな平板状の電極を形成することが難しい。
【０００５】
また、フェライト電極板は、成型した後に焼成を行う工程を経て製造されるので、面積の大きな平板状の形態を確保することは、コストの増加を招く。このため、フェライト電極板単体で大面積の平板状電極を形成することは、その取り扱いにおいても、コストの面においても、様々な障害があった。
【０００６】
そこで、フェライト電極板をパイプ状に形成し、内部に導体を挿入した丸棒形状の形態の電極を並べることで、見かけ上、平板状の電極面としての電解面積を増大するなどの手法を採用していた。
【０００７】
しかし、丸棒形状のフェライト電極板を並べて使用する方法は、一定の面積を確保するために必要となる電極数量が増加することから、コストの増加を招く。また、丸棒を並べるだけの構造であるため、電極表面の凹凸が大きくなり、極間距離が狭い場合には、平板状とは言い難いなどの不具合があった。
【０００８】
次に、金属電極においては、大きな電解面積を必要とする用途に対しては、チタニウムなどの金属板表面に貴金族のコーティングを行う等の手段を採用することができる。
【０００９】
しかし、コーティング層自体が薄く剥離しやすいことに加え、廃水処理などの用途に使用した場合、電極表面への付着現象が起きやすく、これによる電解効率の低下や、不特定多数の化学物質が混在する溶液中で使用することによる電極寿命の短縮など、多くの問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電解面積の大きな電極装置を提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの課題は、化学的安定性及び耐久性に優れた電極装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更にもう一つの課題は、製造の容易な電極装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る電極装置は、金属電極板と、複数の平板状フェライト電極板とを含む。前記複数の平板状フェライト電極板は、前記金属電極板の主面上に配列されている。
【００１４】
本発明に係る電極装置において、金属電極板の主面上に、複数のフェライト電極板を配列しているから、フェライト電極板の化学的安定性を利用し、化学的安定性に優れた電極装置を実現できる。このため、電着処理、塗装処理、電気メッキ処理、電漬処理、陽極酸化処理、浄水処理等の広範な用途に対応し得る電極装置が提供できることになる。
【００１５】
また、本発明に係る電極装置は、金属電極板と、複数の平板状フェライト電極板とを有し、複数のフェライト電極板は金属電極板上に配列されるから、金属電極板を大型化し、金属電極板の主面上に配列される平板状フェライトの数を増加することにより、電解面積の大きな電極装置を得ることができる。
【００１６】
電解面積の大型化のために、金属電極板の平面積を増大させた場合でも、平板状フェライト電極板は、小面積でよく、その複数枚を、大型化された金属電極板の主面に配列することにより、大面積の電極装置を得ることができる。このため、個々の平板状フェライト電極板の寸法を、フェライト焼成工程を経ても歪みが発生しない限度で任意に設定できる。また、フェライト電極板の割れ等も生じにくくなるので、電解面積の大きな電極装置を、容易に製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る電極装置の斜視図、図２は図１に示した電極装置の平面図、図３は図１に示した電極装置の底面図、図４は図２の４ー４線に沿った断面図、図５は図１乃至図４に示した電極装置の組立構造を示す一部拡大側面図である。
【００１８】
図示実施例の電極装置は、金属電極板１と、複数のフェライト電極板２とを含む。金属電極板１は、板あつ方向において対向する２つの主面１１、１２を有する。フェライト電極板２は、金属電極板１の対向する２つの主面１１、１２の少なくとも１主面に配列されている。実施例では、フェライト電極板２は、主面１１、１２の両面に配列されている。
【００１９】
実施例に示された、金属電極板１は複数の取付孔１００を有し、フェライト電極板２は複数の取付孔２００を有する。取付孔１００、２００の数量及び設置位置は、相互に一致している。図１乃至図５に図示するように、フェライト電極板２は、ビス４及びナット５を使用して金属電極板１に搭載されている。
【００２０】
金属電極板１は延長部３を含み、延長部３は鉤状部３０を有する。鉤状部３０は金属電極板１を電解液等の溶液を満たしたタンクや電解処理槽に吊り下げ、または、装着する際に用いられる。
【００２１】
本発明では、フェライト電極板２のそれぞれは平板形状であり、その複数枚を、金属電極板１の面１１、１２上に配列する構成を採用するので、焼成工程を経ても歪みが発生しない限度で、個々のフェライト電極板２の寸法を任意に、且、容易に設定することができる。
【００２２】
本発明に係る電極装置において、金属電極板１の主面１１、１２上に、複数のフェライト電極板２を配列しているから、フェライト電極板２の化学的安定性を利用し、化学的安定性に優れた電極装置を実現できる。このため、電着処理、塗装処理、電気メッキ処理、電漬処理、陽極酸化処理、浄水処理等の広範な用途に対応し得る電極装置が提供できることになる。
【００２３】
また、本発明に係る電極装置は、金属電極板１と、複数のフェライト電極板２とを有し、複数のフェライト電極板２は金属電極板１上に配列されるから、金属電極板１を大型化し、それに合わせて、フェライト電極板２の数を増加することにより、電解面積の大きな電極装置を得ることができる。
【００２４】
電解面積の大型化のために、金属電極板１の平面積を増大させた場合でも、フェライト電極板２は、小面積でよい。このため、個々のフェライト電極板２の寸法を、フェライト焼成工程を経ても歪みが発生しない限度で任意に設定できる。また、フェライト電極板２の割れ等も生じにくくなる。このため、電解面積の大きな電極装置を、容易に製造することができる。
【００２５】
実施例に示す電極装置を組立てるには、図５に示すように、金属電極板１に設けた取付孔１００及びフェライト電極板２に設けた取付孔２００に対し、例えばビス４を通し、ビス４にナット５を結合させて、金属電極板１上にフェライト電極板２を締め付ければよい。
【００２６】
フェライト電極板２は、一般にフェライトと呼ばれる材料の中から、用途に応じて、任意に選択して用いることができる。
【００２７】
一般に、フェライト電極板２は、例えばＦｅ₂Ｏ₃換算で５３〜９５モル％の酸化鉄と、ＭＯ換算（但し、ＭはＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎ）で４７〜５モル％の酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化亜鉛からなる、スピネル結晶構造を持つフェライト焼結体である。これらは、優れた耐食性、電気伝導率、スポーリング強度等を有する。このような構造を持つフェライト電極板２は、例えば次のように製造することができる。
【００２８】
まず、Ｆｅ₂Ｏ₃ ５５〜７５モル％と前記のＭＯに換算して４５〜２５モル％の金属酸化物、例えば酸化ニッケル又は酸化マグネシウムとを、ボールミル中で十分に混合したのち、空気中で８００〜１４００℃において１〜３時間加熱し、冷却し、粉砕して微粉末とする。
【００２９】
その際、原料のＦｅ₂Ｏ₃の代わりにＦｅ₂Ｏ₃に換算して５５〜７５モル％に相当するＦｅとＦｅ₂Ｏ₃との混合物や、これらとＦｅ₂Ｏ₃との混合物を用いることもできる。また、金属酸化物の代わりに、加熱によってこれらの酸化物に変化しうる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物又は、シュウ酸塩を用いることもできる。
【００３０】
次に、このようにして得た微粉末を加圧成形、押し出し成形、射出成形、流し込み成形などにより所定の形状に成形し、焼成温度１１００〜１４００℃で２〜１２時間焼成した後、徐冷して所望のフェライト電極板２を得るものである。
【００３１】
金属電極板１は、好ましくは、バルブ金属、例えばチタニウムなどを用いる。更に好ましくは、バルブ金属でなる金属電極板１の表面に貴金族、例えば白金のコーティング層を施した構造とする。この場合、通常の金属電極で用いられているコーティング層よりも薄い極薄コーティング層でも十分に効果がある。コーティング層の存在は、フェライト電極板２を直に金属電極板１の表面に貼り付た場合の接触抵抗を下げる効果となり、電流値が大きい場合の発熱や、これに伴うフェライト電極板２の破損を防止することに結びつく。また、コーティング層は、連続運転時に生じやすいチタニウム表面に形成される酸化物被膜による導通不良を解消するのにも有効である。
【００３２】
金属電極板１として使用できる金属としては、導電性を持つことが重要であるため、特に限定しなくてもよいが、電解反応により消耗や変質する金属を用いる場合、特にバルブ金属以外の金属を使用する場合、さらにバルブ金属の場合でも、高い電圧を印加する場合などには、被覆等の処理を施し電解液に触れぬよう金属電極板１を被覆する必要がある。
【００３３】
フェライト電極板２と金属電極板１の接合方法としては、ビス４、ナット５等を用いた機械的結合の他、接着剤による接着、またはそれらを組み合わせなど、自由な方法を取ることができる。これらの方法の内、接着による方法では、さらに接着剤に導電性を持たせた導電性の接着剤を用いることは有効である。但し、導電性の接着剤は接着剤に含まれる導電性物質が電解により溶出するため、電解液と接触しないような対策を必要する。
【００３４】
図６は導電性接着剤による接着と、ビス及びナットによる機械的結合との組み合わせに係る結合構造を取る場合の具体例を示している。図６において、図５に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。フェライト電極板２は、金属電極板１の主面１１、１２に導電性接着剤１１０、１２０によって接着され、且、ビス４及びナット５によって機械的に結合されている。
【００３５】
導電性接着剤１１０、１２０については、発泡性の導電性接着剤が、特に有効である。発泡性の導電性接着剤によれば、弾性を持つ金属電極板１と、弾性に乏しく、比較的脆いフェライト電極板２との間で、衝撃を吸収する効果を期待することができ、フェライト電極板２の強度を改善する上で有効である。
【００３６】
図７は本発明に係る電極装置をメッキ用電極として用いた使用態様を示す図である。図示では、メッキ槽７は、メッキ液８で満たされている。電極装置６１、６２と、被メッキ物９には、電源装置１０が接続されている。本発明に係る電極装置は、メッキの他、電着処理、塗装処理、電漬処理、陽極酸化処理、浄水処理等広範な用途で活用することができる。
【００３７】
次に、本発明に係る電極装置について、実施例を挙げて具体例について説明する。
【００３８】
＜実施例１＞
まず、個々のフェライト電極板２を１００ｍｍ×１００ｍｍ×４ｍｍの大きさとした。フェライト電極板２としてはニッケルフェライトを使用した。
【００３９】
金属電極板１としてチタニウムを用い、その表面に白金のコーティング層を設けた。チタニウムの板の表面に、白金のコーティングを施す場合、その方法に多種の方法があるが、本実施例では、白金を含む溶液をチタニウム表面に塗布し、その後３５０℃から６００℃の温度で焼成し、コーティング膜を形成した。
【００４０】
このようにして得られた金属電極板１にフェライト電極板２を貼り付けるにあたり、図６に示したように、発泡性導電接着剤１１０、１２０と、ビス４及びナット５とを用いた。導電性接着剤１１０、１２０が電解液に触れないよう、全体をパッキンを用いてシールする構造とした。
【００４１】
導電性接着剤を硬化させるため加熱処理を行うが、この温度は１５０℃前後であるため、パッキンやビスはこの温度に充分耐えるものを選定する必要がある。
【００４２】
ビス４については、耐薬品性、耐熱性を持つ樹脂、もしくは金属電極板１と同じものを使用するか、十分に被覆する必要がある。
【００４３】
また、パッキンにも同様に耐薬品性と耐熱性が要求されるため、最適な素材、例えばフッ素系ゴムなどを選定する必要がある。フェライト電極板２は、金属電極板１の一面に８枚貼り付け、８ｄｍ²の電解面積とした。金属電極板１の大きさは２００ｍｍ×４００ｍｍ×２ｍｍとした。
【００４４】
＜実施例２＞
導電性接着剤を省略した。他は、実施例１と同じ条件とした。
【００４５】
＜実施例３＞
発泡性導電性樹脂に代えて、発泡性ではない導電性接着剤を用いた。他は、実施例１と同じ条件とした。
【００４６】
＜電解試験＞
上述した実施例１〜３について、電解試験を行った。実施例１〜３の電極装置を電解液中に置いて陽極として用い、陰極に金属電極を配置して電解試験を行った。電解試験条件、確認項目及び結果は次の通りである。
【００４７】
１．電解条件
電解液；２０％Ｈ₂ＳＯ₄溶液
電流密度；５Ａ／ｄｍ²、２０Ａ／ｄｍ²
電解時間；５００Ｈｒ
２．確認項目
（ａ）電極の消耗状況
（ｂ）試験前後の導通抵抗
（ｃ）強度試験
（ｄ）曲げ試験
曲げ試験に当っては、４００ｍｍ方向の両端を固定して、中央部に加重した。加重は１ｋｇ、２ｋｇ、３ｋｇの３種とした。
曲げ試験の確認項目
フェライト電極板２の破損状況
試験前後の導通特性
【００４８】
３．試験結果

試験結果を総括するに、フェライト電極板２は平均的に消耗しており、電流の局部的集中が見られなかったことから、十分な電気的接合を得られていることが解った。
【００４９】
また、接着剤の劣化など導通不良に起因する悪影響も見られず、シール方法に問題がないことも確認できた。
【００５０】
電解試験前後の導通抵抗にも、２０Ａ／ｄｍ²、及び、３ｋｇ加重の場合を除けば、変化はなく、安定した電解反応を確保できることが判明した。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）電解面積の大きな電極装置を提供することができる。
（ｂ）化学的安定性及び耐久性に優れた電極装置を提供することができる。
（ｃ）製造の容易な電極装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電極装置の斜視図である。
【図２】図１に示した電極装置の平面図である。
【図３】図１に示した電極装置の底面図である。
【図４】図２の４ー４線に沿った断面図である。
【図５】図１乃至図４に示した電極装置の組立構造を示す一部拡大側面図である。
【図６】本発明に係る電極装置の別の組立構造を示す一部拡大側面図である。
【図７】本発明に係る電極装置の使用態様を示す図である。
【符号の説明】
１金属電極板
１１、１２金属電極板の主面
１００、２００取付孔
２フェライト電極板

Claims

金属電極板と、複数の平板状フェライト電極板と、導電性接着層と、ビスと、ナットと、パッキンとを含む電極装置であって、
前記金属電極板は、第１の貫通孔と、板あつ方向にあらわれる２つの平板状主面とを有しており、
前記第１の貫通孔は、前記２つの平板状主面のそれぞれに開口しており、
前記複数の平板状フェライト電極板は、前記第１の貫通孔と一致する位置に第２の貫通孔を有し、前記２つの平板状主面上に配列され、前記導電性接着層によって前記平板状主面に接着されており、
前記ビスは、前記平板状主面の一方側に取り付けられた前記フェライト電極板の前記第２の貫通孔と、前記平板状主面の他方側に取り付けられた前記フェライト電極板の前記第２の貫通孔と、前記第１の貫通孔とに挿通され、前記ナットと結合され、２つの前記フェライト電極板を前記金属電極板に機械的に結合しており、
前記パッキンは、前記導電性接着層が電解液に触れないようシールしている、
電極装置。
請求項１に記載された電極装置であって、前記金属電極板は、バブル金属からなる電極装置。
請求項２に記載された電極装置であって、前記金属電極板は、表面に白金族の層を有する電極装置。