JP6481580B2 - カソードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カソードの製造方法に関する。さらに詳しくは、非鉄金属などの電解製錬工程に使用されるカソードの種板に溝を形成するカソードの製造方法に関する。

高純度の金属を製造する方法として、電解製錬がある。この電解製錬では、電解液を満たした電解槽中にアノード（純度の低い目的金属からなる電極、または、電解液に溶出しない電極）とカソードを交互に浸漬して通電することにより、カソードの種板表面上に高純度の金属を電着させて製品を製造している。

かかる通電工程では大量の電力を消費することから、電解製錬の生産効率を向上するために、消費電力を低減することが求められている。アノードとカソードは、両者間の間隔が電着に適した距離となるように配設されている。しかし、アノードとカソードの距離が適切な距離から変化すれば、消費電力はその距離の変化の影響を受ける。例えば、アノードとカソードの距離が大きくなりすぎた場合には、電解液の電気抵抗が大きくなり、電着に大きな電力が必要になる。一方、アノードとカソードの距離が小さくなりすぎた場合には、電力の消費は小さくできるものの、カソードの種板に電着が進むと、電着した金属の一部がアノードと接触してしまう場合がある。かかる接触が生じれば、電流がアノードからカソードに直接流れてしまうので、電力が空費される。したがって、アノードとカソードの距離を適切に調整する必要がある。

ところで、カソードの種板（以下単に種板という）は平板状に形成されているが、上下方向（つまり、電解槽に配置したときの上下方向）においてそりや曲げが生じている場合がある。かかるそりや曲げなどの変形が生じた場合には、アノードとカソードの間の距離は、上下方向において一定ではなくなり、位置によって両者間の距離が変化することになる。したがって、カソードは、通常、上下方向の変形を小さくするための加工が施されたのち、通電工程で使用される。

種板における上下方向の変形を小さくするためには、種板に溝状の変形を与える加工が行われる（特許文献１、２）。

種板に溝状の変形を与える工程では、成形装置によって種板に溝を形成する。この成形装置は、上下一対の溝付けローラを複数有しており、上下一対の溝付けローラは鍔部が形成された軸を有している。具体的には、上側のローラー（または下側のローラー）には、その外周に突起を有する山鍔部が設けられており、下側のローラー（または上側のローラー）には、その外周に溝が形成された谷鍔部を有している。このため、上下のローラの軸方向と種板の上下方向が直交するように上下のローラ間に種板を供給すれば、山鍔部と谷鍔部の間に種板が挟まれて、種板にはその上下方向に沿って溝が形成される。そして、溝が形成されればその部分は溝の軸方向には変形しづらくなるので、種板における上下方向の変形を抑えることができる。

特開２００１−１９２８７９号公報 特開２００４−３６００５０号公報

ところで、成形装置において、上下一対の溝付けローラ間の隙間を一定にしていると、種板の板厚が変化しても、溝を形成する際に種板に加えられる力が一定に保たれる。しかし、種板の板厚が変化すると種板の強度が変わるため、溝を形成しても、種板における上下方向の変形を抑える効果を十分に得られない可能性がある。とくに、所定の板厚よりも厚い場合には、種板が頑丈すぎて、種板に加える力が不足し、変形を十分に抑えられないという問題が生じる。

以上のように、従来の方法では、上下一対の溝付けローラによって種板に溝を形成して種板の変形を防ぐ場合において、種板の厚さが変化すると種板に適切な力が加えられず、種板における上下方向の変形を適切に抑制することができないという状態が生じている。したがって、種板の厚さが変化しても、種板の変形を適切に抑えることができる力で溝を形成できるカソードの製造方法が求められている。

本発明は上記事情に鑑み、種板の厚さが変化しても、種板の変形を適切に抑えることができる力で溝を形成できるカソードの製造方法を提供することを目的とする。

（カソードの製造方法）
第１発明のカソードの製造方法は、カソード仕上機を用いて複数本の溝が形成された種板を有するカソードの製造方法であって、前記カソード仕上機は、種板を挟んで溝を形成する鍔部を備えた一対の溝付けローラを有する溝付けローラ対を備えた溝付け部と、該溝付け部の一対の溝付けローラ間の隙間を調整する隙間調整部と、前記一対の溝付けローラ間に供給される種板の厚さを測定する厚さ測定部と、を備えており、前記一対の溝付けローラ間の隙間が、基準板厚の種板に合わせた基準隙間に調整されており、前記厚さ測定部によって測定された種板の測定厚さが基準板厚よりも厚くなると、前記一対の溝付けローラの間の隙間を前記基準隙間よりも大きくし、種板の測定厚さが基準板厚よりも薄くなると、前記一対の溝付けローラの間の隙間を前記基準隙間よりも小さくし、種板の測定厚さに対する前記一対の溝付けローラ間の隙間の変化率を、種板の測定厚さが基準板厚よりも厚い場合には、種板の測定厚さが基準板厚よりも薄い場合よりも小さくなるように、補正係数を用いて調整することを特徴とする。
第２発明のカソードの製造方法は、第１発明において、種板の基準板厚が０．７５ｍｍであり、前記一対の溝付けローラの間の隙間を、種板の測定厚さが基準板厚よりも厚い場合には、基準板厚の種板に合わせて調整された隙間に、基準板厚と測定厚さの差に対して０．８〜１．２の補正係数を乗じて得られる補正値を加えた量に調整し、種板の測定厚さが基準板厚よりも薄い場合には、基準板厚の種板に合わせて調整された隙間から、基準板厚と測定厚さの差に対して１．５〜２．０の補正係数を乗じて得られる補正値を除した量に調整することを特徴とする。
第３発明のカソードの製造方法は、第１または第２発明において、前記溝付け部の溝付けローラ対における一対の溝付けローラは、前記種板に複数本の溝を同時に形成する複数の鍔部を備えており、前記種板に形成される隣接する一対の溝間の部分が該種板において吊り手が取り付けられる部分となり、かつ、吊り手を挟む一対の溝が同時に形成されるように、前記一対の溝付けローラに設けられていることを特徴とする。
第３発明のカソードの製造方法は、第１、第２または第３発明において、前記一対の溝付けローラに設けられた鍔部は、隣接する溝を同時かつ両者が互いに逆方向に凹むように形成し、各溝付けローラ対における一対の溝付けローラは、前記種板において、他の溝付けローラ対によって形成された溝と異なる位置に溝を形成することを特徴とする。
第５発明のカソードの製造方法は、第１から第４発明のいずれかにおいて、前記種板に形成される溝が、該種板の幅方向の中央から側端縁に向かって順次形成されることを特徴とする。
なお、本明細書において「隣接する溝」とは、種板の幅方向の長さに比べて両溝間の距離が十分に小さい溝を意味している。具体的には、両溝間の距離が種板の幅の半分の長さよりも短い場合が、本明細書における「隣接する溝」に該当する。

（カソードの製造方法）
第１発明によれば、厚さ測定部によって測定された種板の厚さに応じて、隙間調整部によって溝付け部の一対の溝付けローラ間の隙間を調整する。しかも、種板が基準板厚よりも厚くなるほど一対の溝付けローラ間の隙間を大きくし、種板が基準板厚よりも薄くなるほど一対の溝付けローラ間の隙間を小さくする。したがって、種板の厚さに適した力を加えて種板に溝を形成することができるので、製造されたカソードのカソード歪を小さくすることができる。しかも、ローラ間の隙間の変化率を調整する補正係数を、基準板厚に対して種板の測定厚さが厚いか薄いかによって異なるものとしているので、種板が厚くなっても、一対の溝付けローラ間の隙間が過大にならないので、カソード歪を小さくすることができる。
第２発明によれば、種板が厚くなっても、一対の溝付けローラ間の隙間が過大にならないので、カソード歪を小さくすることができる。
第３発明によれば、吊り手の両側に位置する一対の溝を同一の溝付けローラ対で形成するので、カソード歪を小さくすることができる。
第４発明によれば、隣接する一対の溝を同時かつ逆方向に凹むように形成できるので、溝を形成する際の変形を相殺することができる。カソードの種板のそりや曲がりを抑制しかつ幅方向の凹凸を小さくすることができるので、カソード歪を抑制することができる。しかも、各溝には一回しか力が加わらないので、同時に形成された溝の曲げ量等を同じ状態にできる。
第５発明によれば、種板への溝の形成を種板の中央部から順次両端縁に向かって形成できるので、種板に溝を付けた際に発生する応力が中央部に残留することを防ぐことができる。すると、残留応力に起因する成形後の種板の変形を抑制できる。

（Ａ）はカソード仕上機１の溝つけ部１０に採用される溝つけローラ対１１〜１３の一例を示した図であり、（Ｂ）は本実施形態のカソード仕上機１によって溝ｇが形成された種板Ｓの概略平面図であり、（Ｃ）が本実施形態のカソード仕上機１によって溝ｇが形成された種板Ｓの概略端面図である。 カソード仕上機１の溝つけ部１０に採用される溝つけローラ対１１〜１３による溝ｇ加工の説明図である。 カソード仕上機１によって溝ｇが形成された種板Ｓを使用したカソードＣの概略説明図である。 （Ａ）はカソード仕上機１の要部を示した図であり、（Ｂ）は溝つけローラ対１１〜１３の鍔部１５〜１７の概略説明図である。 カソード歪Ｘの概略説明図である。 （Ａ）は比較例の溝つけローラ対の概略平面図であり、（Ｂ）は比較例の溝つけローラ対によって溝ｇが形成された種板Ｓの概略端面図である。 種板Ｓの板厚とクリアランスの関係を示した図であり、（Ａ）は種板Ｓの板厚に対してクリアランスの変化量が一定の場合であり、（Ｂ）は基準板厚を境界として、種板Ｓの板厚に対してクリアランスの変化量が変化する場合である。

本発明のカソードの製造方法は、溝付けローラによってカソードの種板に変形を防止するための溝を形成する方法であって、種板に応じて、溝を形成する溝付けローラから種板に加わる力を適切に調整できるようにしたことに特徴を有している。

本発明のカソードの製造方法は、電解製錬による電気銅の製造に使用されるカソードの種板の変形防止に適しているが、かかる種板の製造に限られない。例えば、電気ニッケル電解製錬による電気ニッケルの製造に使用される種板等のように、変形を防止することが求められる種板の製造に使用することができる。

（カソードＣ）
まず、本発明のカソードの製造方法によって製造されるカソードＣの概略を説明する。
図３に示すように、カソードＣは、種板Ｓを吊り手ｓｈでカソードビームＢから吊り下げたものである。種板Ｓは、例えば、縦幅が約１０００〜１１５０ｍｍ、横幅が約１０００〜１１５０ｍｍ、厚さが約０．６〜１．０ｍｍの金属板である。電気銅の製造に使用される場合には、種板Ｓには、純度が９９．９９％の電気銅が使用される。

なお、後述するカソード仕上機１では、図示しない種板電解工程から得られた種板Ｓが収容された種板パレットをカソード仕上機１の装入口に移送すれば、カソードビームＢが取り付けられた状態のカソードＣが製造される。

そして、このカソードＣの種板Ｓには、その上下方向（カソードＣを吊り下げたときに鉛直方向となる方向、図３では上下方向）に沿って延びる溝ｇが複数本形成されている。この複数本の溝ｇは、以下に説明するカソード仕上機１によって形成されるので、幅方向（上下方向と交差する方向、図３では左右方向）の凹凸が小さくなり、カソード歪を抑制することができる。したがって、かかるカソードＣを使用すれば、通電工程における電力量の消費を抑えることができるので、電解製錬の生産効率を向上することができる。

なお、カソード歪とは、種板Ｓを上下方向の端縁からみたときにおける、種板Ｓの厚さを意味している（図５のＸ参照）。

（カソード仕上機１）
つぎに、上述したカソードＣを製造するカソード仕上機１の一例を説明する。

カソード仕上機１は、厚さ測定部、内部応力除去部２、溝付け部１０、吊り手形成部、カソードビーム取り付け部、を備えている（図４（Ａ）参照）。
なお、カソード仕上機１は、上記以外にも、種板の裁断、表面付着物の除去、カソード歪の測定などを行う機能を有していてもよい。

カソード仕上機１には、高純度の金属板を所定の寸法（例えば、縦約１ｍ×横約１ｍ）に加工した種板Ｓと、金属板を所定の寸法（例えば、縦約０．１ｍ×横約０．３ｍ）に加工した吊り手ｓｈと、が供給される。
なお、高純度の金属板を裁断して所定の寸法の種板を形成する方法は、バリが少なく平滑な板が得られる方法であればよく、とくに限定されない。

（厚さ測定部）
厚さ測定部は、内部応力除去部２へ供給する種板Ｓの厚さを測定するものである。厚さ測定部が種板Ｓの厚さを測定する方法はとくに限定されない。例えば、ノギスによって種板Ｓの厚さを直接測定してもよいし、超音波等を使用した機器によって測定してもよい。また、レーザー光や放射線等を使用した非接触の厚さ測定機器によって種板Ｓの厚さを測定してもよい。レーザー光や放射線等を使用した非接触の厚さ測定機器によって種板Ｓの厚さを測定する場合には、種板Ｓの厚さを直接測定することはできないが、機器から種板Ｓの表面までの距離から種板Ｓの厚さを求めることができる。
なお、後述する隙間調整部においてクリアランスＣＬを調整に利用される種板Ｓの厚さは、厚さ測定部によって測定された各種板Ｓにおける所定の位置の測定値をそのまま使用してもよいし、各種板Ｓにおける所定の数点を測定したものの平均値を使用してもよい。また、各種板Ｓにおける所定の区間の厚さを測定し、その測定値の平均値を使用してもよい。

（内部応力除去部２）
内部応力除去部２は、ローラによって種板Ｓを挟んで、種板Ｓの内部応力を除去するものである。具体的には、内部応力除去部は、ローラーレベラーを備えている。ローラーレベラーは、種板Ｓに直接接触するワークローラーを備えたものである。ワークローラーは、上下に千鳥状に配置されており、上下ワークローラー間に種板Ｓが送り込まれる。すると、種板Ｓは多数のワークローラーで繰り返し板厚方向に曲げられるので、搬送方向における種板Ｓの反りや凹凸幅を小さくすることができる。なお、搬送方向は、種板Ｓの上下方向と一致している。
なお、ローラーレベラーは、ワークローラーを支えるバックアップローラーを備えていることが望ましい。

（溝付け部１０）
溝付け部１０は、内部応力除去部によって内部応力を除去された種板Ｓに溝を形成するものである。具体的には、内部応力除去部における種板Ｓの搬送方向と平行な複数本の溝ｇを種板Ｓに形成する。この溝付け部１０は、図４（Ａ）に示すように、３対の溝付けローラ対１１〜１３を備えている。この３対の溝付けローラ対１１〜１３は、いずれも上下一対の溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂを備えている。

図１（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、各溝付けローラ対１１〜１３の溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂは、その軸方向の所定の位置に鍔部１５〜１７が設けられたものである。鍔部１５〜１７は、溝付けローラ対１１〜１３ごとに設けられる位置が異なるが、対となる溝付けローラ（例えば溝付けローラ１１Ａ，１１Ｂ）では同じ位置に設けられる。また、対となる溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂでは、一方には谷鍔部が設けられ、他方には山鍔部が設けられる（図４（Ｂ）参照）。このため、対となる溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂ間に種板Ｓが通されると、種板Ｓには、鍔部１５〜１７に挟まれた部分に谷鍔部側に凹んだ溝が形成される。なお、各溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂにおける鍔部１５〜１７を設ける位置については、後述する。

そして、カソード仕上機１は、各溝付けローラ対１１〜１３の鍔部１５〜１７同士の隙間（クリアランスＣＬ、図４（Ｂ）参照）を調整する隙間調整部を備えている。この隙間調整部は、各溝付けローラ対１１〜１３において、対になる溝付けローラ間の距離を調整する調整機構を有している。調整機構の構成は、対になる溝付けローラ間の距離を調整できる構成であればよく、種々の構成を採用することができる。例えば、調整機構は、シリンダ機構やネジ機構等によって構成することができる。この場合、各溝付けローラ対１１〜１３の溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂを回転可能に保持する軸受を調整機構に連結する。すると、調整機構によって軸受を移動させれば、軸受に保持されている溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂを移動させて、対になる溝付けローラ間の距離、つまり、クリアランスＣＬを調整することができる。
そして、隙間調整部は、上述した厚さ測定部によって測定された種板Ｓの厚さに基づいてクリアランスＣＬを調整する機能も有している。この隙間調整部が種板Ｓの厚さに基づいてクリアランスＣＬを調整する方法については後述する。

なお、調整機構は、各溝付けローラ対１１〜１３の両方の溝付けローラを移動させるようにしてもよいし、一方の溝付けローラだけを移動させるようにしてもよい。例えば、溝付けローラ対１１であれば、対になる溝付けローラ１１Ａ，１１Ｂの両方を移動させるようにしてもよい。また、移動が固定された溝付けローラ１１Ｂに溝付けローラ１１Ａを接近離間させるようにしたり、移動が固定された溝付けローラ１１Ａに溝付けローラ１１Ｂを接近離間させるようにしたりするようにしてもよい。

また、隙間調整部は、各溝付けローラ対１１〜１３ごとにクリアランスＣＬを変えることが望ましく、これによって各溝ｇの深さを個別に制御することができる。

また、各溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂの製造方法はとくに限定されない。たとえば、軸部ａに略リング状に形成した鍔部１５〜１７を嵌め込み固定して各溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂを製造してもよい。また、各溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂは、一本の軸状の部材から削り出して製造してもよい。

（吊り手形成部）
吊り手形成部は、溝付け部１０によって溝がつけられた種板Ｓに吊り手ｓｈを取り付けるものである。具体的には、帯状の板を、輪状になるようにその両端を種板Ｓの両面に固定して吊り手ｓｈが形成される。例えば、一対の吊り手ｓｈ，ｓｈを取り付ける場合には、図３に示すような位置に取り付けられる。

（カソードビーム取り付け部）
カソードビーム取り付け部は、吊り手ｓｈにカソードビームＢを取り付けるものである。具体的には、輪状になっている吊り手ｓｈ（例えば、一対の吊り手ｓｈ，ｓｈ）にカソードビームＢを挿通する。このように、カソードビームＢを吊り手ｓｈに取り付ければ、カソードＣが完成する（図３参照）。

（溝付け部１０のクリアランスＣＬ調整）
以下では、溝付け部１０の隙間調整部よるクリアランスＣＬ調整について詳細に説明する。

溝付け部１０の隙間調整部では、上述したように、厚さ測定部が測定した種板Ｓの厚さに基づいて、各溝付けローラ対１１〜１３の鍔部１５〜１７同士の隙間（クリアランスＣＬ）を調整している。このように、種板Ｓの厚さに応じてクリアランスＣＬを調整すれば、種板Ｓの厚さに適した力を加えて種板Ｓに溝ｇを形成することができるので、製造されたカソードのカソード歪をより小さくすることができる。

具体的には、溝付け部１０の隙間調整部には、溝付けを行う種板Ｓの基準板厚が入力されている。そして、基準板厚の種板Ｓを用いてカソードＣを製造する際には、クリアランスＣＬが基準クリアランスに調整される。なお、基準クリアランスとは、基準板厚の種板Ｓに対して、適切な力で溝を形成できるクリアランスＣＬのことである。
このように、基準クリアランスを基準板厚の種板Ｓに対応した値に設定することは、さまざまな種板Ｓに対応した値に設定するよりも、設定時の板厚のばらつきの影響を受けにくく、信頼性の高い基準クリアランスが得られる利点がある。
なお、種板Ｓの基準板厚には、種板Ｓの製造条件から決まる標準的な種板Ｓの厚みを用いるのが好ましい。例えば、電解製錬による電気銅の製造に使用されるカソードの種板Ｓを製造する場合には、０．５〜１．０ｍｍの範囲における任意の値を種板Ｓの基準板厚とすることができる。
また、基準板厚の種板Ｓに対して適切な力で溝が形成されているか否かは、基準板厚の種板Ｓを使用して形成されるカソードのカソード歪から判断することができる。具体的には、カソード歪が所定の値よりも小さければ、適切な力で種板Ｓに溝を形成できていると判断できる。つまり、基準板厚の種板Ｓに対する基準クリアランスが適切な値に設定されていると判断できる。例えば、電解製錬による電気銅の製造に使用されるカソードの種板Ｓ（基準板厚が０．５〜１．０ｍｍ）の場合であれば、カソード歪が１５ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下となっていれば、適切な力で種板Ｓに溝を形成できていると判断できる。

そして、溝付け部１０の隙間調整部は、この基準クリアランスを基準として、順次搬送される種板Ｓの厚さ、つまり、厚さ測定部が測定した種板Ｓの厚さに基づいて、クリアランスＣＬを調整する。具体的には、以下のクリアランスＣＬ補正式を使用して求められたクリアランスＣＬとなるように、各溝付けローラ対１１〜１３の溝付けローラ１１Ａ〜１３Ｂを移動させる（図７（Ａ）参照）。

（クリアランス補正式）
クリアランス＝基準クリアランス＋（測定した板厚 − 基準板厚）×補正係数

補正係数は、実験等によって得られたものであり、事前に、隙間調整部に記憶されている数値である。この補正係数は、基準板厚に応じた数値が記憶されており、入力される種板Ｓの基準板厚に応じて、変更するようになっている。

また、補正係数は、例えば、基準板厚よりも厚い種板Ｓに溝付けを実施する場合の補正係数と、基準板厚よりも薄い種板Ｓに溝付けを実施する場合の補正係数と、を異なるようにしてもよい。具体的には、基準板厚よりも薄い種板Ｓに溝付けを実施する場合の補正係数を、基準板厚よりも厚い種板Ｓに溝付けを実施する場合の補正係数よりも大きくする（図７（Ｂ）参照）。このようにすれば、種板Ｓの板厚が厚くなるにしたがってクリアランスＣＬを単純に大きくするよりも、各溝付けローラ対１１〜１３から種板Ｓに加わる力を適切な力とすることができる。

例えば、種板Ｓの基準板厚が０．７５ｍｍの場合、種板Ｓの厚さが０．７５ｍｍより大きい部分については、補正係数を０．８〜１．２、より好ましくは０．８〜１．０とし、種板Ｓの厚さが０．７５ｍｍより小さい部分については、補正係数を１．５〜２．０とする。すると、測定された種板Ｓの厚さが基準板厚からある程度ズレても、種板Ｓには、板厚に応じた適切な力を加えることができるので、種板Ｓから製造されるカソードＣのカソード歪を小さくすることができる。

（溝付け部１０の溝付けローラ対１１〜１３の説明）
以下では、溝付け部１０の溝付けローラ対１１〜１３を詳細に説明する。
まず、溝付け部１０の３対の溝付けローラ対１１〜１３は、種板Ｓが搬送される方向における上流側から、溝付けローラ対１１、溝付けローラ対１２、溝付けローラ対１３、の順で配設されている（図２（Ａ）参照）。

まず、図２（Ａ）に示すように、溝付けローラ対１１は、種板Ｓにおける中央部に溝ｇを形成するものである。この溝付けローラ対１１には、溝付けローラ対１１の軸方向の中央部に鍔部１５が複数設けられている。例えば、種板Ｓの幅方向の中央（種板Ｓを二等分する線）の鍔部１５ａと、この鍔部１５ａに両側に設けられる一対の鍔部１５ｂ，１５ｂとを備えている。この鍔部１５ａと一対の鍔部１５ｂ，１５ｂは、種板Ｓに形成する溝ｇの凹む方向が逆方向になっている。つまり、鍔部１５ａと各鍔部１５ｂが、隣接する溝ｇを形成する鍔部となっているのである（図１（Ｃ）参照）。

図２（Ｂ）に示すように、溝付けローラ対１２は、溝付けローラ対１１によって溝ｇが形成された種板Ｓに、さらに溝ｇを形成するものである。この溝付けローラ対１２は、溝付けローラ対１１によってすでに種板Ｓに形成されている溝ｇの外方に溝ｇを形成するように配置されている。具体的には、溝付けローラ対１２は、その軸方向における中央部よりも両端部側に、それぞれ一対の鍔部１６ａ，１６ｂを備えている。そして、この鍔部１６ａと鍔部１６ｂは、種板Ｓに形成する溝ｇの凹む方向が逆方向になっている。つまり、鍔部１６ａと鍔部１６ｂが、隣接する溝ｇを形成する鍔部となっているのである（図１（Ｃ）参照）。なお、中央部よりの鍔部１６ａは、溝付けローラ対１１の鍔部１５ｂが形成する溝ｇと逆向きに凹んだ溝ｇを形成するように設けられている。

しかも、一対の鍔部１６ａ，１６ｂは、種板Ｓに吊り手ｓｈを取り付ける際に、一対の鍔部１６ａ，１６ｂによって形成された溝ｇ（隣接する溝ｇ）の間に吊り手ｓｈが取り付けられるように設けられている。言い換えれば、種板Ｓに吊り手ｓｈを取り付けると、一対の鍔部１６ａ，１６ｂによって形成された溝ｇによって吊り手ｓｈが挟まれた状態となるように形成されている（図３参照）。

さらに、図２（Ｃ）に示すように、溝付けローラ対１３は、溝付けローラ対１１，１２によって溝ｇが形成された種板Ｓに、さらに溝ｇを形成するものである。この溝付けローラ対１３は、すでに溝付けローラ対１１，１２によって種板Ｓに形成されている溝ｇの外方に溝ｇを形成するように配置されている。具体的には、溝付けローラ対１３は、その軸方向の両端部に、それぞれ一対の鍔部１７ａ，１７ｂを備えている。この鍔部１７ａと鍔部１７ｂは、種板Ｓに形成する溝ｇの凹む方向が逆方向になっている。つまり、鍔部１７ａと鍔部１７ｂが、隣接する溝ｇを形成する鍔部となっているのである（図１（Ｃ）参照）。なお、中央部よりの鍔部１７ａは、溝付けローラ対１２の鍔部１６ｂが形成する溝ｇと逆向きに凹んだ溝ｇを形成するように設けられている。

以上のように溝付け部１０の溝付けローラ対１１〜１３が形成されているので、隣接する一対の溝ｇ，ｇが同時かつ逆方向に凹むように、複数の溝ｇを種板Ｓに形成することができる。このため、隣接する溝ｇを形成した際に加わる力に起因する反りや曲げを相殺することができる。しかも、中央の溝ｇから順番に凹む方向が逆になるように溝ｇが形成されているので、カソードＣの種板Ｓのそりや曲がりをより効果的に抑制できる。すると、種板Ｓの幅方向の凹凸を小さくすることができるので、カソード歪を抑制することができる。

以上のような溝付けローラ対１１〜１３を有する溝付け部１０によって、カソード歪を抑制できる理由をより具体的に説明する。

まず、溝付けローラ対１１〜１３の鍔部１５〜１７によって溝ｇを形成する場合、鍔部１５〜１７から種板Ｓに対して、種板を挟んで変形させる力が加わる。この場合、種板Ｓは溝ｇが形成されるだけでなく、溝ｇの周囲の部分が傾いた状態となるように変形する（図１（Ｃ）のθ参照）。この傾きは、一方に凹んだ溝ｇの周囲と、他方に凹んだ溝の周囲で、逆方向に傾くことになる。すると、種板Ｓにおいて、隣接する溝ｇの凹む方向を逆方向にすれば、上述した溝ｇの周囲の傾きを相殺することができるので、カソード歪を小さくすることができる。

また、溝付け部１０では、隣接する一対の溝ｇ，ｇを、同一の溝付けローラ対１１〜１３によって形成するようになっている。種板Ｓは、その厚さや硬さが必ずしも均一ではないので、所望の深さや形状の溝ｇを形成するには、溝付けローラ対１１〜１３の鍔部１５〜１７によって種板Ｓを挟む力を調節する必要がある。この調節は溝付けローラ対１１〜１３毎に行うので、一の溝付けローラ対が種板Ｓを挟む力と他の溝付けローラ対が種板Ｓを挟む力を同じに調整することは難しい。すると、隣接する一対の溝ｇ，ｇを異なる溝付けローラ対で形成した場合、隣接する一対の溝ｇ，ｇにおいて、溝ｇを形成する際の力を適切に調整できない可能性が生じる。すると、隣接する一対の溝ｇ，ｇを形成した際の変形を相殺することが難しくなってしまう。したがって、種板Ｓの変形を抑制しカソード歪をより小さくする上では、隣接する一対の溝ｇ，ｇを、同一の溝付けローラ対１１〜１３によって形成することが望ましい。この場合、溝付けローラ対１１〜１３によって種板Ｓを挟む力を、隣接する一対の溝ｇ，ｇ同士で等しくすることもできるし、隣接する一対の溝ｇ，ｇ同士で一定量の差をつけることも可能となる。つまり、隣接する一対の溝ｇ，ｇの形状等に合わせて、溝付けローラ対１１〜１３によって種板Ｓを挟む力を適切に調整できる。しかも、隣接する一対の溝ｇ，ｇを同時に形成するので、溝ｇを形成する際の外乱（温度、気体雰囲気など）の影響を受けにくくなるので、カソード歪をより小さくすることが可能となる。

また、一対の鍔部１６ａ，１６ｂは、種板Ｓに吊り手ｓｈを取り付ける際に、一対の鍔部１６ａ，１６ｂによって形成された溝ｇ（隣接する溝ｇ）の間に取り付けられるように設けられている（図２および図３参照）。そして、一対の鍔部１６ａ，１６ｂによって、カソードビームＢと種板Ｓを連結する吊り手ｓｈの両側に位置する一対の溝ｇ，ｇを同時かつ逆方向に凹ませている。このため、一対の鍔部１６ａ，１６ｂによって形成された隣接する一対の溝ｇによって、吊り手ｓｈの両側に位置する領域における種板Ｓの曲がりを抑制することができる。つまり、吊り手ｓｈの右側の溝ｇによって吊り手ｓｈの右側領域の曲がりを抑制でき、吊り手ｓｈの左側の溝ｇは吊り手ｓｈの左側領域の曲がりを抑制できる。このため、吊り手ｓｈの近傍の曲がりを適切に抑制することができる。

種板Ｓは吊り手ｓｈで支えられているので、吊り手ｓｈの近傍は位置が決まるものの、吊り手ｓｈから遠くの部位は、種板Ｓを上から見ると位置のばらつきが大きく、このばらつきはカソード歪の増大に寄与する。吊り手ｓｈから遠くの部位は、種板Ｓの屈曲（溝ｇの周囲の傾き）に影響されて位置がばらつくが、屈曲の起点が支点となる吊り手ｓｈに近いほど、また、屈曲が大きいほど、吊り手ｓｈから遠くの位置は大きく左右される。つまり、カソード歪を小さくするためには、吊り手ｓｈの近傍では屈曲が小さいことが望ましい。このため、吊り手ｓｈに隣接する溝ｇについては、溝付けローラ対によって種板Ｓを挟む力が制約される。したがって、複数対の溝付けローラ対を使用する場合には、吊り手ｓｈを挟む溝ｇを同一の溝付けローラ対によって形成し、他の溝ｇは、他の溝付けローラ対によって形成することが望ましい。この場合、吊り手ｓｈを挟む溝ｇを形成する溝付けローラ対によって種板Ｓを挟む力を制限しても、他の溝ｇを形成する溝付けローラ対が種板Ｓを挟む力は自由に調整できるので、溝付けローラ対の本数が少なくてもカソード歪を小さくすることができるという利点が得られる。

なお、吊り手ｓｈを挟む溝ｇは互いに逆方向に凹んでいるが、同じ方向に凹ませるようにしてもよい。その場合でも、吊り手ｓｈを挟む各溝ｇと隣接する他の溝ｇが逆方向に凹んでいれば、カソード歪はある程度小さくすることができる。

（溝ｇの間隔）
種板Ｓに形成する隣接する溝ｇの間隔は、種板Ｓの幅方向の中央部分は広くして、幅方向の端部は狭くすることが望ましい。種板Ｓの幅方向の端部は、通電中に変形しやすい。しかし、溝ｇ間隔を狭くしておけば、変形を抑制することができる。例えば、種板Ｓの幅方向の端部における溝ｇの間隔を、種板Ｓの幅方向の中央部分の半分程度にしておけば、通電中にカソードＣの種板Ｓの曲がりやねじれを適確に抑制できる。

（溝形成の回数）
上記例では、種板Ｓに形成される溝ｇは、一つの溝ｇが一つの溝付けローラ対によって形成される場合を説明したが、複数の溝付けローラ対によって種板Ｓの同じ位置を複数回挟んで一つの溝ｇを成形してもよい。つまり、一つの溝ｇを複数の溝付けローラ対によって形成してもよい。しかし、一つの溝ｇを一つの溝付けローラ対だけで形成するようにした場合、各溝ｇには一回しか力が加わらないので、溝ｇに加わる力を一定に保つことが可能になる。すると、形成される溝ｇの溝深さや溝幅、溝の周囲の傾きなどのばらつきを抑えることができる。

（溝付けローラ対１１〜１３の配置について）
上記例では、溝付けローラ対１１〜１３によって、種板Ｓの幅方向の中央から側端縁に向かって順次溝ｇが形成される場合を説明した。このように複数の溝ｇを種板Ｓの中央部から順次両端縁に向かって形成すれば、種板Ｓに溝ｇを付けた際に発生する応力が中央部に残留することを防ぐことができる。すると、残留応力に起因する成形後の種板Ｓの変形を抑制できる。しかし、溝付けローラ対１１〜１３により種板Ｓに発生する応力が小さい場合などのように、残留応力に起因する成形後の種板Ｓの変形が小さいと考えられる場合には、溝付けローラ対１１〜１３によって溝ｇを形成する順番はとくに限定されない。

（溝付けローラ対の数について）
上記例では、３対の溝付けローラ対１１〜１３によって溝ｇを形成する場合を説明した。溝付けローラ対は、一対でもよいし、４対以上あってもよい。形成する溝ｇの数や種板Ｓの性質に合わせて、カソード歪が小さくなるように適宜設定すればよい。なお、溝付けローラ対を複数対設ければ、各溝付けローラ対が種板Ｓを挟む力を、溝毎に微調整することも可能となるので好ましい。

本発明のカソードの製造方法を使用することによって、種板の変形を抑制できることを確認した。
実験は、図４（Ａ）に示す構造のカソード仕上機を使用し、上述したクリアランス補正式を使用してクリアランスを調整しながら、カソードを形成し、そのカソードのカソード歪を確認した。

溝付けローラ対は３対であり（図１参照）、各溝付けローラ対における隣接する鍔部は、１１本の溝を、以下の位置に形成することができるように配置した。つまり、溝を、種板を８等分する位置に７本、１６等分する位置に両端辺から１本ずつ計２本、４０等分する位置に両端辺から１本ずつ計２本、の計１１本形成できるように鍔部を設けた。また、溝付けローラ対は、鍔部によって形成される各溝ｇの幅が５〜２０ｍｍ、深さが５ｍｍ以下となるように調節した。

種板には、純度９９．９９％の電気銅によって形成された種板を使用した。種板の寸法は、縦１０５０ｍｍ×横１０７０ｍｍ×厚さ０．６〜１．０ｍｍの平板状であった。
吊り手も、純度９９．９９％の電気銅によって形成された板を使用した。板の寸法は、縦３００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．６〜１．０ｍｍの帯状のものを使用した。
なお、カソードビームは、３０×３０×１４００ｍｍのものを使用した。

カソード歪は、吊り手が取り付けられた種板にカソードビームを通し、カソードビームを保持してカソードを吊り下げた状態で測定した。カソード歪は、図５に示すＸの値である。つまり、種板を板の端縁から見たときにおける種板の幅をレーザー式距離測定器（オムロン製 型番３Ｚ４Ｍ−Ｊ）によって測定し、カソード歪とした。

（実施例１）
実施例１では、図１に示す溝付けローラ対（３本の溝付けローラ対）を使用した。この溝付けローラ対では、鍔部は、３対の溝付けローラ対によって形成される溝が、種板の中央から外側へ向かって順次溝を形成するように溝付けローラ対に配置されている。しかも、各溝付けローラ対において、種板の中央に対して略線対称な位置に配置され、隣接する溝を形成するように複数の鍔部が並んで配置されている。

また、３対の溝付けローラ対は、いずれも同じクリアランスとした。クリアランスは、上述したクリアランス補正式によって算出した。
なお、クリアランス補正式における各値は以下の通りである。
また、種板Ｓの板厚は、内部応力除去部に供給される前に、レーザー距離計によって測定した。

１）基準板厚：０．７５ｍｍ
２）基準クリアランス：１．５０ｍｍ
３）補正係数：
測定した板厚が基準種板厚さ未満の場合は１．５０
測定した板厚が基準種板厚さ以上の場合は１．００

上記の数値を使用した場合、クリアランスは以下のようになる。
例えば、測定した板厚が０．８０ｍｍの種板を処理する場合には、クリアランスは１．５５ｍｍ（１．５０ｍｍ＋（０．８０ｍｍ−０．７５ｍｍ）×１．００＝１．５５ｍｍ）となる。
また、測定した板厚が０．６０ｍｍの種板を処理する場合には、クリアランス１．２７５ｍｍ（１．５０ｍｍ＋（０．６０ｍｍ−０．７５ｍｍ）×１．５０＝１．２７５ｍｍ）となる。

上述した方法で種板１００枚に溝を形成し、この１００枚の種板を用いて製造された１００枚のカソードについて、カソード歪Ｘを測定した。１００枚のカソード歪Ｘの平均値は１０．１ｍｍであった。

なお、種板における溝の周囲の曲がり角度θの大きさを観察したところ、各溝において、その曲がり角度θの大きさにはばらつきが見られた。しかし、吊り手の両側に形成されている２本の溝を比較したところ、一方の溝の曲がり角度θが大きいカソードは、例外なく、他方の溝も曲がり角度θが大きいことが確認された。したがって、吊り手の両側で、曲がりが相殺されて、変形を抑制できることが確認できた。

（実施例２）
実施例１に対して、補正係数を種板の厚さにかかわらず１．００とした点以外は、実施例１と同様の方法でカソードを１００枚製造した。
得られたカソードについて、カソード歪Ｘを測定したところ、１００枚のカソード歪Ｘの平均値は１３．５ｍｍであった。

（比較例１）
実施例１に対して、種板の厚さにかかわらずクリアランスを１．５０ｍｍとした（つまり、補正係数を０．００とした）点と溝付けローラＲが図６の形状である点（つまり、鍔部の配置）を変更して、他は実施例１と同様の方法でカソードを１００枚製造した。
得られたカソードについて、カソード歪Ｘを測定したところ、１００枚のカソード歪Ｘの平均値は２０．５ｍｍであった。

また、得られたカソードの溝の周囲の曲がり角度θの大きさを観察したところ、ばらつきが見られた点は実施例１と同様であるが、吊り手の両側の溝の曲がり角度θに関して、関連性は見られなかった。つまり、一方の溝について曲がり角度θが大きい場合でも、他方の溝については、曲がり角度θにはばらつきがあった、

以上の結果より、本発明のカソードの製造方法を採用すれば、カソード歪Ｘを効果的に抑制できることが確認された。
つまり、実施例１、２のように、種板の厚さが大きいほど、種板の厚さに対するクリアランスの変化幅を小さくすることによって、カソード歪Ｘを効果的に抑制できることが確認された。

また、実施例２の結果から、種板の厚さに対するクリアランスの変化幅を一定にしても、種板の厚さが大きいほどクリアランスが大きくなるようにすれば、カソード歪Ｘを効果的に抑制できることが確認された。

さらに、実施例１、２の結果より、本発明のカソード仕上機のように、吊り手の両側の溝を一本の溝付けローラで同時に形成することによって、カソード歪Ｘを効果的に抑制できることが確認された。

とくに、実施例２のように、３つの溝を同じ面へ打ち出す条件、つまり、カソード歪Ｘが大きくなる条件で測定をおこなってもカソード歪Ｘを抑制できている。このことから、２本目の溝付けローラによる溝の形成が、カソード歪Ｘの抑制に適していることが推測された。

本発明のカソードの製造方法は、銅やニッケル等の薄い平板状の種板の変形抑制に適している。

１ カソード仕上機
２ 内部応力除去部
１０ 溝付け部
１１ 溝付けローラ
１２ 溝付けローラ
１３ 溝付けローラ
１５ 鍔部
１６ 鍔部
１７ 鍔部
ＣＬ クリアランス
Ｃ カソード
Ｓ 種板
Ｂ カソードビーム
ｓｈ 吊り手
Ｘ カソード歪
ｇ 溝
θ 溝の周囲の曲がり角度

Claims (5)

1. カソード仕上機を用いて複数本の溝が形成された種板を有するカソードの製造方法であって、
   前記カソード仕上機は、
   種板を挟んで溝を形成する鍔部を備えた一対の溝付けローラを有する溝付けローラ対を備えた溝付け部と、
   該溝付け部の一対の溝付けローラ間の隙間を調整する隙間調整部と、
   前記一対の溝付けローラ間に供給される種板の厚さを測定する厚さ測定部と、を備えており、
   前記一対の溝付けローラ間の隙間が、基準板厚の種板に合わせた基準隙間に調整されており、
   前記厚さ測定部によって測定された種板の測定厚さが基準板厚よりも厚くなると、前記一対の溝付けローラの間の隙間を前記基準隙間よりも大きくし、
   種板の測定厚さが基準板厚よりも薄くなると、前記一対の溝付けローラの間の隙間を前記基準隙間よりも小さくし、
   種板の測定厚さに対する前記一対の溝付けローラ間の隙間の変化率を、種板の測定厚さが基準板厚よりも厚い場合には、種板の測定厚さが基準板厚よりも薄い場合よりも小さくなるように、補正係数を用いて調整する
   ことを特徴とするカソードの製造方法。
2. 種板の基準板厚が０．７５ｍｍであり、
   前記一対の溝付けローラの間の隙間を、
   種板の測定厚さが基準板厚よりも厚い場合には、基準板厚の種板に合わせて調整された隙間に、基準板厚と測定厚さの差に対して０．８〜１．２の補正係数を乗じて得られる補正値を加えた量に調整し、
   種板の測定厚さが基準板厚よりも薄い場合には、基準板厚の種板に合わせて調整された隙間から、基準板厚と測定厚さの差に対して１．５〜２．０の補正係数を乗じて得られる補正値を除した量に調整する
   ことを特徴とする請求項１記載のカソードの製造方法。
3. 前記溝付け部の溝付けローラ対における一対の溝付けローラは、前記種板に複数本の溝を同時に形成する複数の鍔部を備えており、
   前記種板に形成される隣接する一対の溝間の部分が該種板において吊り手が取り付けられる部分となり、かつ、吊り手を挟む一対の溝が同時に形成されるように、前記一対の溝付けローラに設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のカソードの製造方法。
4. 前記一対の溝付けローラに設けられた鍔部は、
   隣接する溝を同時かつ両者が互いに逆方向に凹むように形成し、
   各溝付けローラ対における一対の溝付けローラは、
   前記種板において、他の溝付けローラ対によって形成された溝と異なる位置に溝を形成する
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載のカソードの製造方法。
5. 前記種板に形成される溝が、該種板の幅方向の中央から側端縁に向かって順次形成される
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のカソードの製造方法。

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