JP5050670B2

JP5050670B2 - 銅の種板の製造方法

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Publication number: JP5050670B2
Application number: JP2007151754A
Authority: JP
Inventors: 達夫石田; 俊一植田; 善昭森川
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: JP2008303426A

Description

本発明は、電気銅の製造に用いるための銅の種板の製造方法に関する。

一般に、銅の電解精製においては、銅製の陰極の電着面に銅を電着させることにより、製品となる電気銅を精製するようになっている。通常この陰極としては、板厚０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの純銅の薄板（通常「種板」と呼ばれる）が用いられている。この種板の製造方法としては、例えば特許文献１に示されるような、電解法によるものが知られている。

電解法による種板の製造は、種板電解槽において、ステンレス等から成る陰極（母板）と陽極の粗銅とを用いて電解し、母板に電着して得られた薄板を剥ぎ取ることによってなされている。一般に、この電解は、電流密度２４０Ａ／ｍ²程度、電着時間２４時間程度の条件下で行われている。また前記種板は、この電解により製造される種板本体と、該種板本体を電解槽に吊るすための吊り手とが接合されて形成されている。前記吊り手を種板本体に接合するには吊り手カシメ機が用いられ、一般に、そのカシメ圧は７ＭＰａ程度とされている。

このようにして得られた種板は、普通電解槽に粗銅と交互に吊るされて装入される。そして電解の進行につれ、粗銅から溶け出した銅がこの種板の電着面上に電着することによって、製品となる電気銅が得られるようになっている。

このような従来の銅の電解精製においては、生産性向上のため、粗銅と種板とは可及的小さい間隔をもって電解槽内に装入され、また不利益を生じない限り高い電流密度において電解されるのが好ましいとされている。ここで、種板の形状が不整であった場合には、両極が接触して短絡を起こし、電解不能となったり或いは電解効率を悪化させたりする虞がある。したがって、電解槽に装入される種板としては、その形状（特に電着面の垂直性）が良好に整ったものが求められている。

そこで、前記電着面の垂直性を向上させるために、電解槽に装入される前工程において、これらの種板をローラーレベラーやビードプレスにかけ、平坦に仕上げたり歪みを矯正したりすることがなされている。ローラーレベラーは、上下に夫々連設される複数のローラー間に種板を通過させることによって、これらの種板の歪みを矯正させ、電着面の垂直性を向上させるためのものであり、またビードプレスは、種板の電着面に複数のビード（ひも出し加工）をプレス成形することにより、この種板の強度を向上し、垂直性を向上させるためのものである。一般に、ビードプレスのプレス圧については、７ＭＰａ程度とされている。

また、或いは、特許文献２に示すように、前記電着面に特殊なパターンを形成して、垂直性を向上させるものも知られている。また、特許文献３に示すように、圧延法で製造された銅の種板を用いて、その電着面の垂直性を向上させようとする方式も提案されている。一方、ＩＳＡ方式等のように、銅の種板を用いず、垂直性のよいステンレス製のカソード板を用いて電気銅の精製を行う方式も提案されている。
特開平５−２２２５６６号公報特開２００１−４９４８１号公報特表２０００−５１０１９６号公報

しかしながら、ローラーレベラーやビードプレスを用いて電着面の垂直性を向上させるには、従来の種板の板厚（０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）では強度が不足しており、その矯正には限界がある。また、種板の電着面に特殊なパターンを設ける方式では、その表面が凹凸形状に形成されることに起因してスライム等が付着するため、精製される電気銅の垂直性が損なわれてしまうという課題があった。

また、圧延法によって種板を製造する方式では、種板の電着面の垂直性の向上が期待されるものの、設備自体の設計が難しく、圧延設備一式の大規模な設備投資に要する費用対効果を鑑みると、現実的な解決策とは言い難かった。

銅の種板の代わりにステンレス製のカソード板を用いる方式においては、このカソード板に電着した電気銅が１００ｋｇ程度の重みになるとその自重で自然剥離してしまい電解槽内に落下してしまうため、精製される電気銅の単重をある程度までしか大きくできない、という問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、電解法により製造される銅の種板において、その電着面が垂直性良好に形成され、製品となる電気銅の品質及び生産性を向上させることができる銅の種板の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。すなわち本発明は、電解槽内に装入され、その電着面に銅が電着させられる銅の種板の製造方法であって、前記種板は、前記電着面を有する四角形平板状の種板本体を備えており、前記種板本体は、電流密度２４０Ａ／ｍ ^２以上２５０Ａ／ｍ ^２以下、電着時間４２時間以上４８時間以下の条件下で電解法によって製造され、前記種板本体の前記電着面を１ｍ×１ｍあたり均等に縦横３等分した各エリアの中央部の板厚が、１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下とされており、この種板本体にカシメ圧１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下で、該種板本体を電解槽に吊るすための吊り手を接合し、前記電着面にプレス圧４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下でプレス加工を行ってビードを形成し、前記電着面の表面上に、１ｍ×１ｍあたり均等にレーザー変位計による測定点を２０点設定し、これらの測定点のうち、この種板本体の一辺の縁部に設けられる前記吊り手側に配置され、かつ該電着面の左右両端に夫々配置される２つの測定点を夫々左右の基準点とし、前記電着面の左半分に配置される１０点の測定点については左の前記基準点との変位の差分の値を算出し、前記電着面の右半分に配置される１０点の測定点については右の前記基準点との変位の差分の値を算出して、これら変位の差分の値の中から選定されたＭＡＸ値とＭＩＮ値との差分を算出した垂直性が、０ｍｍ／ｍ^２以上７ｍｍ／ｍ^２以下とされていることを特徴とする。

この発明に係る銅の種板の製造方法によれば、従来の種板本体の板厚（０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）と比較し、その板厚が厚く形成されているため、種板本体の強度が十分に得られ、ローラーレベラーやビードプレスによる歪みの矯正や強度アップが効果的に行われる。また電着面の垂直性が、７ｍｍ／ｍ^２以下となされているので、これらの種板が電解槽に装入され電解精製される際に、種板（陰極）とこれら種板間に交互に介在されて陽極となる粗銅との各電極が接触し、短絡を起こすことが極力防止され、また電流効率を向上させることができる。よって製品となる電気銅の品質を向上することができる。尚、前記垂直性とは、前記電着面上に設定した基準点に対し、最も変位差の大きいＭＡＸ値と最も変位差の小さいＭＩＮ値との差分を算出し、その差分値を単位面積あたりに換算した値を以って垂直性とするものである。

また前記種板本体の板厚の上限が１．８ｍｍ以下となされているため、この種板本体の厚みの偏差を抑えられ、またローラーレベラーやビードプレスにかけた際、その電着面の矯正を良好に行うことができる。

また、電解槽内に前記種板を吊るすための吊り手をこの種板本体に取り付ける際に穴あけ・カシメが行われるが、この種板本体の板厚によれば、加工部周辺に応力がかかることによってこの種板本体が歪んでしまうことがなく、これらの加工を良好に行うことができる。

また、前記種板本体を、電流密度２４０Ａ／ｍ^２以上２５０Ａ／ｍ^２以下、電着時間４２時間以上４８時間以下の条件下で電解法により製造し、この種板本体にカシメ圧１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下で、該種板本体を電解槽に吊るすための吊り手を接合し、前記電着面にプレス圧４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下でプレス加工を行ってビードを形成する。

これによれば、種板本体の精製のための電流密度については従来の値と特に変わらないが、電着時間については２倍近い時間がかけられて電着されているので、製造される種板本体の板厚を１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下に良好に精製させることができる。また、電着後の種板仕上げ工程における吊り手カシメ圧についても、従来の値に対し２倍近い圧がかけられてその歪みが矯正されるので、この種板の電着面の垂直性がより一層向上される。

本発明に係る銅の種板の製造方法によれば、電解法により製造される銅の種板において、その電着面が垂直性良好に形成され、製品となる電気銅の品質及び生産性を向上させることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の銅の種板を示す正面図、図２は銅の種板を示す側面図、図３は種板の板厚測定を説明する図、図４は種板の電着面の垂直性測定を説明する図、図５は種板仕上げ工程の概略構成を示す平面図である。

図１及び図２に示すように、銅の種板１０は、この種板１０の本体部分となる平板状の種板本体１と、この種板本体１の一辺の縁部に離間して設けられる２つの吊り手２とを備えている。また、角棒状のハンガーバー３が、これら２つの吊り手２を貫通するようにして、前記一辺と略平行に配置されている。

種板本体１の表面及び裏面には、夫々、電着面４が形成されている。これらの電着面４には、種板１０を電解槽（不図示）内に装入して電解精製を行う際に、銅が電着されるようになっている。これらの電着面４は、その面に均一に銅が電着されるよう、平坦に形成されており、この電着が行われることによって製品となる電気銅が製造されるようになっている。また電着面４には、図１に示すように、プレスによりひも出し加工された複数のビード５が形成されている。これらビード５は、電着面４の歪みを矯正したり防止したりして、この電着面４の垂直性を向上させるために施されているものである。また、図２において、ｔはこの種板本体１の板厚を示しており、本発明における板厚ｔは、１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下の間に設定されている。また、電着面４の垂直性は、０ｍｍ／ｍ²以上７ｍｍ／ｍ²以下の範囲となるようになされている。

ここで、前述の板厚ｔ及び電着面４の垂直性については、下記のようにして定義する。
まず、板厚ｔについては、図３に示すように、例えば、種板１０の寸法Ｌ１×寸法Ｌ２が１ｍ×１ｍとされる電着面４を均等に縦横３等分し計９箇所のエリアＴ１〜Ｔ９に分け、各エリアの中央部の板厚ｔを測定し、その結果より夫々上限値、下限値を選定し、これを以って板厚ｔの範囲とする。

また、電着面４の垂直性については、図４に示すように、例えば、種板１０の寸法Ｌ１×寸法Ｌ２が１ｍ×１ｍとされる電着面４の表面上に、図のように均等に満遍なく測定点Ｃを２０点設定する。そしてこれらの測定点Ｃの内、２つの吊り手２側に配置され、且つ図４の電着面４の左右両端近傍に夫々配置される２つの測定点を、測定点Ｃ１（左）、測定点Ｃ２（右）とし、これらを夫々左右のゼロ点（基準点）とする。そして測定点Ｃの内、図４における電着面４の左半分に配置される１０点の測定点Ｃを測定点Ｃａとし、右半分に配置される１０点の測定点Ｃを測定点Ｃｂとする。

また、電着面４の垂直性の測定は、例えば、レーザー変位計を用いて行うことができる。この測定には、まず、測定される種板１０の電着面４とレーザー変位計の計測部の配置される面とを、互いに平行となるよう向かい合わせて配置させる。ここで、前記計測部は複数個所設けられており、各計測部が各測定点Ｃに対向配置されるようになされている。そして、各計測部から各測定点Ｃまでの距離を、夫々測定する。

次に、これら測定結果を用い、前記２つのゼロ点を基準として最も変位差の大きいＭＡＸ値と最も変位差の小さいＭＩＮ値とを選定する。この選定にあたっては、まず、電着面４の左半分に配置される１０点の測定点Ｃａについては、測定点Ｃ１をゼロ点として、このゼロ点と夫々の測定点Ｃａとの変位の差分の値を算出する。また、右半分に配置される１０点の測定点Ｃｂについては、測定点Ｃ２をゼロ点として、このゼロ点と夫々の測定点Ｃｂとの変位の差分の値を算出する。このようにして２０点すべての変位の差分の値が算出されたら、次に、これらの値の中からＭＡＸ値とＭＩＮ値とを夫々１つずつ選定する。そして、選定されたＭＡＸ値とＭＩＮ値との差分を算出し、その値を以って垂直性を表すものとする。

すなわち、本発明における種板１０の垂直性は、上記のようにして求められる電着面４の１ｍ×１ｍあたりの前記ＭＡＸ値とＭＩＮ値との変位の差分が、０ｍｍ以上７ｍｍ以内に収まるようになされている。そして、その垂直性の割合を表すのに、０ｍｍ／ｍ²以上７ｍｍ／ｍ²以下と表記するものとする。

また、図１において、２つの吊り手２は銅の平板で形成されており、これらの吊り手２は種板本体１を電解槽（不図示）内に吊るすために設けられている。種板本体１と吊り手２とは、夫々独立した工程にて製作されるが、後述する種板仕上げ工程の吊り手カシメ機によって互いにかしめられ、一体に接合されている。これらの吊り手２は、矩形状を有する銅平板の両端を、夫々向かい合わせるようにして１８０度湾曲させ、その両端面で前記電着面４の縁部を挟み込むようにして接合され、固定されている。これら吊り手２が湾曲されて形成される輪の部分には、ハンガーバー３が貫通して配置されている。種板１０は、このハンガーバー３によって電解槽内に装入・装出されるとともに、装入の際にはこのハンガーバー３を介して通電がなされるようになっている。

次に、この種板１０の製造方法について説明する。
まず、種板１０の本体部分となる種板本体１が、予め種板電解槽（不図示）において製造される。この種板本体１は、前記種板電解槽内における電着のための電流密度が、２４０Ａ／ｍ²以上２５０Ａ／ｍ²以下とされ、電着時間が、４２時間以上４８時間以下とされて、製造される。より好ましくは、これらの設定は、電流密度が２４０Ａ／ｍ²とされ、電着時間が４８時間とされるのがよい。このようにして製造された種板本体１の板厚ｔは、１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下の間になるようになされている。また、吊り手２及びハンガーバー３は、この種板本体１とは別工程において製造される。

このようにして製造された種板本体１は、図５に示すように、搬入装置１１により種板仕上げ工程へと搬入される。搬入された種板本体１は、搬入装置１１に隣接して配設されるローラーレベラー１２へと送られる。このローラーレベラー１２は、その内部の搬送部上下に夫々連設される複数のローラー間にこの種板本体１を通過させることによって、種板本体１の歪みを矯正させ、電着面４の垂直性を向上させるためのものである。

ローラーレベラー１２を通過した後、この種板本体１は、図５の１ａの位置まで搬送装置によって搬送される。この１ａの位置において、種板本体１の一辺の縁部近傍には、別工程において製作された２つの吊り手２及びハンガーバー３が、夫々吊り手供給装置１３及びハンガーバー供給装置１４によって供給されて配置される。そして、１ａの位置の工程の下流側に設けられる吊り手カシメ機１５によって、これら種板本体１と吊り手２とが互いにかしめられて接合され、かしめられた２つの吊り手２の輪の中にハンガーバー３を貫通させて、種板１０となされる。尚、図示しないが、このカシメの前工程において、種板本体１上のかしめられる位置には予め穴あけが施されており、この穴を利用して前記カシメがなされている。また吊り手カシメ機１５におけるカシメ圧は、１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下の間に設定されている。より好ましくは、このカシメ圧が、１４ＭＰａとされるのがよい。

次に、この種板本体１は、吊り手カシメ機１５の下流側に隣接されるビードプレス１６へと搬送される。このビードプレス１６は、種板１０の電着面４に複数のビード５をプレス加工・成形することにより、この種板１０の強度及び垂直性を向上させるものである。そして、ビードプレス１６によって、この種板１０にビード５が形成される。このビードプレス１６におけるプレス圧は、４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の間に設定されている。より好ましくは、このプレス圧が、７ＭＰａとされるのがよい。

次に、種板１０は、ビードプレス１６の下流側に配置されるＳ字反転機１７へと搬送される。このＳ字反転機１７により、種板１０はその吊り手２側を鉛直方向上方に向けられて、搬送コンベア上に立てられた状態で配置される。

Ｓ字反転機１７の下流側には、垂直度測定器１８が設けられている。この垂直度測定器１８にはレーザー変位計が備えられており、またこのレーザー変位計には複数の計測部１８ａが備えられている。またこの垂直度測定器１８には、前記レーザー変位計による測定結果を演算するための演算装置（不図示）が備えられている。そして、搬送される種板１０の一方の電着面４と、計測部１８ａの配置される面とが、互いに平行となるように、向かい合わされて配置されるようになっている。そして、この垂直度測定器１８によって、前述したように電着面４の測定がなされ、その垂直性が算出される。本発明では、この電着面４の垂直性が、０ｍｍ／ｍ²以上７ｍｍ／ｍ²以下となるようになされている。そして、万が一、製造不良等に起因し電着面４の垂直性が７ｍｍ／ｍ²を超える種板がこの垂直度測定器１８に検出された場合には、この不良種板を自動的に搬送工程から排出させるための排出装置（不図示）が設けられており、不良種板が次工程へと搬送されないようになされている。

そして、垂直度測定器１８による測定が行われた後には、種板１０はその下流側に設けられる搬出装置１９へと送られていき、この種板仕上げ工程から次工程へと搬出される。

以上説明したように、本実施形態に係る銅の種板並びにその製造方法によれば、従来一般的とされる種板本体１の板厚（０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ）と比較し、その板厚ｔが厚く形成されているため、種板本体１の強度が十分に得られ、ローラーレベラー１２やビードプレス１６による歪みの矯正や強度アップが効果的に行われる。また電着面４の垂直性が、７ｍｍ／ｍ²以下となされているので、これらの種板１０が電解槽に装入され電解精製される際に、種板１０（陰極）と、これら種板１０間に交互に介在されて陽極となる粗銅との各電極が接触し、短絡を起こすことが極力防止され、また電流効率を向上させることができる。よって製品となる電気銅の品質を向上することができる。

また種板本体１の板厚ｔの上限が１．８ｍｍ以下となされているため、この種板本体１の厚みの偏差を抑えられ、またローラーレベラー１２やビードプレス１６にかけた際、その電着面４の矯正を良好に行うことができる。

また、電解槽内に種板１０を吊るすための吊り手２をこの種板本体１に取り付ける際に穴あけ・カシメが行われるが、この種板本体１の板厚ｔによれば、加工部周辺に応力がかかることによってこの種板本体１が歪んでしまうことがなく、これらの加工を良好に行うことができる。

また、種板本体１を製造するための種板電解槽内における電着のための電流密度が２４０Ａ／ｍ²以上２５０Ａ／ｍ²以下とされ、電着時間が４２時間以上４８時間以下とされている。そして、前記電着後、種板本体１に吊り手２を接合させるための吊り手カシメ機１５のカシメ圧が、１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下とされ、電着面４にビード５を形成するためのビードプレス１６のプレス圧が、４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下とされている。よって、種板本体１の精製のための電流密度については従来の値と特に変わらないが、電着時間については２倍近い時間がかけられて電着されているので、製造される種板本体１の板厚ｔを１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下の範囲に良好に精製させることができる。また、電着後の種板仕上げ工程における吊り手カシメ機１５のカシメ圧についても、従来の値に対し２倍近い圧がかけられてその歪みが矯正されているので、この種板１０の電着面４の垂直性がより一層向上される。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態においては、種板本体１の電着面４の寸法は１ｍ×１ｍとしたが、これに限られるものではなく、その寸法を増減させても構わない。そして、その垂直性については、前述した算出方法によって、単位面積あたりの値を算出することができる。

また、種板本体１は銅の平板から成る２つの吊り手２によって吊り下げられて、電解槽内に装入されるとしたが、種板本体１を電解槽内に安定して装入・装出可能であればこれに限られることはなく、例えば、吊り手２の数量を増減させたり、或いはこれら吊り手２を板以外の銅材料の加工によって形成したりしてもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
まず種板電解槽において、電流密度２４０Ａ／ｍ²、電解時間４８時間の設定において、電着面寸法が１ｍ×１ｍ、板厚ｔが１．４ｍｍ〜１．８ｍｍの種板本体１を得た。この板厚ｔについては、前述した方法で、９等分したエリアＴ１〜Ｔ９の各中央部の板厚を測定し、上記範囲を得た。そしてこの種板本体１を、種板仕上げ工程においてローラーレベラー１２により電着面４が平坦となるよう矯正した。次に、吊り手カシメ機１５において、この種板本体１と２つの吊り手２とを、カシメ圧１４ＭＰａでかしめて接合した。次に、ビードプレス１６において、この種板１０をプレス圧７ＭＰａでプレス加工して、ビード５を成形した。最後に、レーザー変位計を備える垂直度測定器１８を用いて、この種板１０の電着面４の垂直性を前述の方法により測定し、算出した。また、製造された種板１０を用いて電気銅の電解精製を行い、その電流効率を測定し、精製された電気銅を観察し評価した。その結果を、表１として示す。

また比較例として、種板電解槽において電流密度２４０Ａ／ｍ²、電解時間２４時間の設定により、電着面寸法１ｍ×１ｍ、板厚が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの種板本体を得た。この種板本体を用い、前記吊り手カシメ機によるカシメ圧を７ＭＰａ、またビードプレスのプレス圧を７ＭＰａとした以外は、実施例と同様にして各測定を行った。

表１に示す通り、実施例においては、垂直性が６．４ｍｍ／ｍ²となり、またその結果、電気銅の電解精製において電流効率が９６．０％に向上されて、良好な電気銅が得られた。一方、比較例においては、垂直性が８．５ｍｍ／ｍ²となり、また電流効率も９４．７％となって、実施例における電気銅と比較すると劣る結果となった。

本発明の一実施形態の銅の種板を示す正面図である。本発明の一実施形態の銅の種板を示す側面図である。銅の種板の板厚測定を説明する図である。銅の種板の電着面の垂直性測定を説明する図である。銅の種板の種板仕上げ工程の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１種板本体
２吊り手
４電着面
５ビード
１０種板
１５吊り手カシメ機
１６ビードプレス
ｔ板厚

Claims

電解槽内に装入され、その電着面に銅が電着させられる銅の種板の製造方法であって、
前記種板は、前記電着面を有する四角形平板状の種板本体を備えており、
前記種板本体は、電流密度２４０Ａ／ｍ ^２以上２５０Ａ／ｍ ^２以下、電着時間４２時間以上４８時間以下の条件下で電解法によって製造され、
前記種板本体の前記電着面を１ｍ×１ｍあたり均等に縦横３等分した各エリアの中央部の板厚が、１．４ｍｍ以上１．８ｍｍ以下とされており、
この種板本体にカシメ圧１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下で、該種板本体を電解槽に吊るすための吊り手を接合し、
前記電着面にプレス圧４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下でプレス加工を行ってビードを形成し、
前記電着面の表面上に、１ｍ×１ｍあたり均等にレーザー変位計による測定点を２０点設定し、これらの測定点のうち、この種板本体の一辺の縁部に設けられる前記吊り手側に配置され、かつ該電着面の左右両端に夫々配置される２つの測定点を夫々左右の基準点とし、前記電着面の左半分に配置される１０点の測定点については左の前記基準点との変位の差分の値を算出し、前記電着面の右半分に配置される１０点の測定点については右の前記基準点との変位の差分の値を算出して、これら変位の差分の値の中から選定されたＭＡＸ値とＭＩＮ値との差分を算出した垂直性が、０ｍｍ／ｍ^２以上７ｍｍ／ｍ^２以下とされていることを特徴とする銅の種板の製造方法。