JP6021255B2 - 電解用電極板および電解用電極 - Google Patents

Description

本発明は、殺菌能力の高い電解水を生成するのに有用な電解用電極に関し、具体的には、チタン又はチタン合金よりなる電極基体の片面上に触媒層が設けられ、水道水や希薄塩水を電解して殺菌水を生成するために用いる電極に関する。

水道水を直接または水道水に食塩を加えた希薄食塩水を電解して陽極に塩素を発生させ、この塩素と水の反応により生成する次亜塩素酸の殺菌性を利用して、調理器具、厨房設備、医療器具、医療現場等を殺菌することが知られている。特許文献１には、かかる殺菌作用を有する殺菌水の生成に用いる電解用電極が開示されている。従来の電解用電極の製造手順の概要を図８に示す。

電解用電極の製造にあたっては、はじめに、図８(a)に示すような所定寸法の大板８１を用意する。この大板８１はチタン又はチタン合金製の板材であり、電解用電極の基材の原材料となる。続いて、用意した大板８１の片側面の全面に、酸化イリジウムからなる触媒層を形成する。

次に図８(c)に示すように、大板の触媒層形成面とは反対側の面を全面研摩して、大板の片面側の酸化物被膜を除去する。次に図８(d)に示すように、片面側が全面研摩された大板８１を、複数枚の帯板８３，８３…に切り分ける。更に、各帯板８３にプレス打ち抜き加工を施して、図８(e)に示すように、各帯板から所定形状・寸法の電極板８５を連続して打ち抜く。打ち抜かれた各電極板８５は、片面側に酸化イリジウムからなる触媒層が形成され、その逆側の面が全面研摩されている。

上記工程を経て製造された電極板８５の研摩面（触媒層形成面とは反対側の面）には、給電部材が取り付けられて、二枚一組で電解用セルに組み付けられる。

特開２００９−５２０６９号公報

図８(c)に示す研摩工程において大板の片面側に全面研摩を施している間、その研摩面には全体的に圧延作用が働くため、該大板の全体に反りが生じる。すなわち、図９に示すように、大板全体が触媒層形成面側へ反り、全体的に湾曲した状態に変形する。そして、図８(c)の研摩工程で大板全体に生じた反り変形は、図８(d)の切り分け工程、図８(e)のプレス打ち抜き工程を経ても解消されることがないため、打ち抜かれるすべての電極板には反り変形が反映することになる。

このように反り変形した板材からなる電解用電極は、その反りが原因で電解セルに組み付ける際に設計通りに組み付けることができず、組み付け不良を起こすことから、製造される電極板の反り変形は、所定の基準以下に抑制することが求められている。

そこで、上記のような反り変形の問題に対応すべく、図８(c)の研摩工程の後、大板全体に対して反り矯正を施して、該大板が可及的に平坦になるように加工することが提案された。
しかしながら、このような矯正を施しても、反り変形した大板全体を万遍なく平坦に戻すことは著しく困難であり、矯正後に打ち抜かれた電極板のなかには、基準以上に反り変形した不良品が多数混入している可能性が高い。したがって、研摩工程の後に反り矯正を実施した場合であっても、製造した電極をそのまま電解セルの生産ラインに流すことができないといった問題がある。

また、製造した電極板のなかから、上記のような反り変形した不良品を取り除くため、打ち抜き後の電極板の全数について反り検査を実施することも検討された。
しかしながら、手作業で全数検査を行えば、煩雑で時間がかかってコストアップを招くのみならず、検査漏れで不良品が電解セルの生産ラインに流れる虞もある。また、専用の検査装置を導入して自動で検査すれば、その分、製造コストの大幅な高騰を招くといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、製造過程での反り変形の発生が基準以下に抑制された電解用電極およびその製造方法を提供することにある。

上記目的は、チタン又はチタン合金よりなる電極基体の片面に触媒層が形成され、触媒層形成面とは反対側の給電側面に給電部材が取り付けられ、殺菌作用を有する電解水を生成するための電極において、研摩領域に少なくとも給電部材取付部位を含むように、前記給電側面が部分的に研摩されている電解用電極によって達成される。
前記給電側面に対する部分研摩は、物理的な研摩手段を用いて、好ましくは回転ブラシを用いて行う。
また、前記給電側面における研摩部位の粗さRz(輪郭曲線の最大高さ)は15μm以下であることが好ましい。
また、給電部材であるハーネス線に端子がカシメて取り付けられ、研摩された前記給電部材取付部位に前記端子が溶着されていることが好ましい。

上記電解用電極は、チタン又はチタン合金よりなる板材の片面に触媒層を形成する工程と、触媒層形成面とは反対側の面に部分研摩を施す工程と、その研摩領域の所定位置（給電部材取付部位）に給電部材を取り付ける工程を経て製造される。

本発明の電解用電極では、給電部材が取り付けられる側の給電側面が全面研摩されているのではなく、給電部材取付部位を含む一部の領域に限定して研摩が施されている。このように全面研摩を避けて部分研摩することで、給電側面に占める研摩面積の割合が減るので、研摩工程で生じ得る板材の反りを基準以下に抑制できる。

したがって、従来のように製造途中で反りを矯正する手間を省くことができ、また、製造した電極板の反りについて全数検査する手間やそのコストが省けるので、簡単に且つ低コストで電解用電極を大量生産することが可能になる。

また、製造過程で生じ得る反りが基準以下に抑制された電解用電極であるため、反りの全数検査なしでそのまま電解セルの生産ラインに流すことが可能になるので、電解セルの生産効率が大幅に向上する。また、製造過程での反り発生が確実に抑制される電極構造であるため、設計通りの性能を発揮する電解セルを確実に且つ効率的に大量生産できる。

本発明の電解用電極の製造工程の概要を示す図である。 図１の工程(c)で部分研摩された大板を示す平面図とその部分拡大図である。 図１の工程(e)でプレス打ち抜きされた電極板を示す平面図である。 図３の電極板の研摩部位に給電用ハーネスを取り付けてなる電解用電極を示す断面図である。 実施例及び参考例でサンプリングした電極板の打ち抜き部位を示す図である。 反り測定の概要を示す図である。 研摩面積と反りの関係を示すグラフである。 従来の電解用電極の製造工程の概要を示す図である。 従来の電解用電極の製造において、大板の片面を全面研摩する際に該大板が反り変形する様子を示す図である。

図１〜図４に基づいて、本発明の電解用電極の製造手順について説明する。
本発明の電解用電極の製造にあたっては、はじめに、図１(a)に示すような所定寸法の矩形の大板１０を用意する。この大板１０はチタン又はチタン合金製の板材であり、この板材に所定の加工を施した後で所定形状に打ち抜くことで、電解用電極に用いる電極板を得ることができる。

続いて、電解時に触媒として作用する酸化イリジウムからなる触媒層を、用意した大板１０の片側面の全面に形成する。触媒層の形成は、例えば、刷毛などを用いて片面側に塗布液を塗布・乾燥・熱分解することによって行われる。

次に図１(c)に示すように、大板１０の触媒層形成面とは反対側の面を部分的に研摩して、酸化物被膜を除去する。このように酸化物を除去しておくことで、後工程で打ち抜いた電極板に対する給電用ハーネスの取付強度が向上する（打ち抜いた電極板の研摩部位の所定位置に給電用ハーネスを取り付ける）。

本実施形態において大板１０に対する部分研摩は、図２(A)に示すように、複数の略帯状の研摩部位１２が平行に形成されるように、触媒層形成面とは反対側の面を部分研摩する。なお、大板１０に対して部分研摩を行う際には、図２(B)に示すように、後工程で打ち抜くすべての電極板２の給電部材取付予定部位３の全体が研摩部位１２に含まれるように、部分研摩する範囲、寸法、位置を決定する。

なお、帯状またはその他の形状に部分研摩する場合、給電部材取付予定部位が研摩領域に包含されるものであり、且つ、給電側面の全面を研摩するものでなければ、その研摩面積は特に限定されない。ただし研摩面積は、基準を上回る程に電極板が反るような大きさであってはならず、また、給電部材取付部位の全体を収める大きさである必要がある。このような研摩面積を、製造する電解用電極の寸法や、要求される反り基準などに応じて決定する。好ましくは、後工程で打ち抜く電極板の給電側面（触媒層形成面とは反対側の全面）の1〜50％を研摩部位が占めるように、より好ましくは給電側面の10〜40％を研摩部位が占めるように、大板の片面を部分研摩する。

また、部分研摩にあたっては、研摩部位の表面粗さRz(輪郭曲線の最大高さ)が15μm以下になるように部分研摩することが好ましい。部分研摩の方法は特に限定されず、例えば公知の物理的な研摩方法を採用することができ、好ましくは、回転ブラシを用いて部分研摩を行う。回転ブラシを用いることで、大板に対する部分研摩を効率的に行うことができる。

また、本実施形態では、部分研摩の一例として、大板１０の片面を図２に示すように帯状に部分研摩しているが、後工程で打ち抜くすべての電極板２，２…の給電部材取付予定部位３，３…が研摩領域に含まれている限り、その部分研摩の態様は特に限定されない。例えば、略矩形又は略円形の研摩部位が点在するように、大板１０の複数個所を部分研摩してもよい。

次に図１(d)に示すように、片面側が部分研摩された大板１０を、帯状の板材である帯板１３，１３…に切り分けて、更に、各帯板にプレス打ち抜き加工を施して、図１(e)に示すように、該帯板から所定形状・所定寸法の電極板２を連続して打ち抜く。このように切り分けた帯板１３に対するプレス打ち抜きを繰り返すことで、一枚の大板から所定形状・所定寸法の電極板２を多数得ることができる。

打ち抜かれた各電極板２は、チタン又はチタン合金よりなる電極基体を有し、その片面側の全面に触媒層が設けられており、その反対面（給電側面）の所定位置には、図３の平面図に示すように帯状の研摩部位２１が形成されている。帯状の研摩部位２１は、酸化物被膜が除去されており、次工程で取り付けられる給電用ハーネスの取付予定部位３の全体とその近傍領域を含んでいる。

次に、得られた各電極板２の給電側面に対して、図４に示すように給電用ハーネス３１を取り付ける。このハーネス取付工程では、はじめに、ハーネス線３２の先端部に、チタン又はチタン合金製の端子３４をカシメて取り付ける。続いて、ハーネス線３２と一体となった端子３４を、電極板２の給電側面の研摩部位（給電部材取付予定部位３）に対してスポット溶接する。溶接部位の酸化物は前工程で除去されており、また、端子３４は電極板２の基材２３と同様にチタン又はチタン合金製であるので、該端子は電極板に対して確実に溶着する。このように、ハーネス線３２にカシメられた端子３４が電極板２に溶着する結果、給電用ハーネス３１が電極板２に対して電気的に接続された状態が確保され、またその安定した接続状態が確実に維持される。

上記工程を経て製造された電解用電極１は、チタン又はチタン合金よりなる電極基体２３の片面に触媒層２５を有し、また、その反対側の給電側面は、一部の領域だけ、すなわち図３に示すように給電部材取付予定部位３とその近傍領域だけが研摩されている。また、研摩されて酸化物が除去された給電部材取付予定部位３には、図４に示すように端子３４が溶着されており、該端子は給電部材であるハーネス線３２にカシメて取り付けられて一体化している。かかる構成の電解用電極１は、二枚一組で電解用セルに組み付けられる。

なお、電解用電極を製造するにあたって部分研摩を実施するタイミングは、上述した態様に限定されず、例えば、電極板を打ち抜いた後に各電極板に対して個別に部分研摩を施してもよい。電極板に対して個別に部分研摩を施す場合には、好ましくは、給電側面（触媒層形成面とは反対側の全面）の1〜50％を研摩部位が占めるように、より好ましくは給電側面の10〜40％を研摩部位が占めるように、該電極板を部分研摩する。

また、本発明の電解用電極の厚みは特に限定されないが、例えば薄板の電極に本発明を適用することができ、具体的には0.3mm〜3mmの板厚の電極、好ましくは0.4mm〜1mmの板厚の電極に本発明を適用するのが望ましい。

以下、本発明の具体的実施例について説明する。

チタン製の大板を用意し、図１に示す手順で実施例の電極板を作製した。また、図８に示す手順で比較例の電極板を作製した。実施例及び比較例で用いた大板の寸法はいずれも、縦500mm，横666mm，板厚0.5mmであり、従来と同様に片面側に酸化イリジウムからなる触媒層を形成した。

実施例１では、図２(B)に示す研摩幅wが6mmになるように、回転ブラシで大板の触媒層形成面とは反対側の面（研摩面）を部分的に研摩した。実施例２では研摩幅wが12mmになるように、実施例３では研摩幅wが18mmになるように、部分的に研摩した。
比較例では、従来と同様に大板の研摩面の全面を回転ブラシで研摩した。

研摩した各大板を前述した手順で複数枚の帯板に切り分け、各帯板にプレス打ち抜き加工を施して、所定形状・所定寸法の電極板を作製した。打ち抜いた各電極板の寸法は、縦15mm，横50mm，板厚0.5mmであった。

実施例１〜３および比較例のすべての電極板の片面全面には、酸化イリジウムの触媒層が形成されていた。
また、その反対面（給電側面）には、実施例１の電極板については、研摩幅w=6mmの研摩部位が形成されていた。実施例２の電極板については、研摩幅w=12mmの研摩部位が形成されていた。実施例３の電極板については、研摩幅w=18mmの研摩部位が形成されていた。比較例の電極板については、給電側面の全面が研摩されていた。

続いて、実施例１〜３と比較例それぞれについて、15枚の電極板をサンプリングして反りを測定した。電極板のサンプリングは、次の部位から得られた電極板を含むように実施した。
(1) 図５に示す大板左側から得られた電極板５枚
（[1]-[5]の各部位から得られた電極板）
(2) 図５に示す大板中央から得られた電極板５枚
（[6]-[10]の各部位から得られた電極板）
(3) 図５に示す大板右側から得られた電極板５枚
（[11]-[15]の各部位から得られた電極板）

電極板の反りの測定では、図６に示す距離ｄを測定した。測定結果を表１及び図７に示す。表１及び図７に示す結果より、電極板の研摩面積と反り量には相関関係があることが確認された。また、板材を全面研摩するのではなく、部分研摩することで、製造される電極板の反りを抑制できることが分かった。さらに、板材を部分研摩する場合でも、その研摩面積を減らすことで、電極板の反りを更に抑制できることが分かった。

したがって本発明の電解用電極によれば、給電側面の研摩が一部領域に限定されているので、製造過程で生じ得る反りが基準以下に抑制されることが明らかである。よって、反りの全数検査なしでそのまま電解セルの生産ラインに流すことが可能になり、電解セルの生産効率が大幅に向上する。

１ 電解用電極
２ 電極板（板材）
３ 給電部材取付予定部位
１０ 大板（板材）
１２ 研摩部位
１３ 帯板（板材）
２１ 研摩部位
２３ 電極基体
２５ 触媒層
３１ 給電用ハーネス（給電部材）
３２ ハーネス線
３４ 端子
８１ 大板
８３ 帯板
８５ 電極板

Claims (5)

1. チタン又はチタン合金よりなる電極基体の片面に触媒層が形成され、殺菌作用を有する電解水を生成するための電極において、前記触媒層形成面とは反対側の面が給電側面とされ、研摩領域に給電部材取付部位を含むように、前記給電側面が物理的な研摩手段によって部分的に研摩されていることを特徴とする電解用電極板。
2. 回転ブラシで前記給電側面が部分的に研摩されていることを特徴とする請求項１記載の電解用電極板。
3. 前記給電側面における研摩部位の粗さRz(輪郭曲線の最大高さ)が15μm以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の電解用電極板。
4. 請求項１、２又は３記載の電解用電極板の前記給電部材取付部位に給電部材が取付けられていることを特徴とする電解用電極。
5. 給電部材であるハーネス線に端子がカシメて取り付けられ、研摩された前記給電部材取付部位に前記端子が溶着されていることを特徴とする請求項４記載の電解用電極。