JP7138586B2 - 電解蒸着用陰極ドラム - Google Patents

Description

本発明は、電解槽から電解薄板を得ることができる電解蒸着用陰極ドラムに関し、より詳細には、電解槽において陰電位に帯電した陰極ドラムと陽電位に帯電した陽極電極との間に、得ようとする金属薄板の溶液の電解液を媒質として高い密度の電流を加えて、電解液に含まれている陽イオン状態の銅が陰極ドラムに融着して固体として凝固および析出できるようにするにあたり、陰極ドラムの円筒胴体と側面板を、電解槽の電解液に耐えられる硬度、強度および耐食性を有するジルコニウム材質で形成することにより、電解液によって円筒胴体に複合酸化皮膜が形成されて回転陰極ドラムからの析出物である電解薄板の品質に及ぼされる悪影響を防止することができ、また、陰極ドラムの円筒胴体の外側円筒が陰極ドラムの側面板の両側に突き出て両端支持梁の形状をして、電解液との接触面積を広げて金属薄板の幅を広げることができるとともに外気との接触による外側から内側への凝固速度を高めて短時間内に析出させることができ、また、陰極ドラム内の両側に複数の保持片を持つ保持リングの形成によって陰極ドラムの堅固性を維持することができる電解蒸着用陰極ドラムに関する。

一般に、電気・電子機器類の軽薄短小化が加速化しており、これにより、その機器に内蔵される回路も微細化されている。よって、ＰＣＢに形成される回路もますます超薄板化されている。これにより、電解銅箔板も超薄板化されており、高品質の電解銅箔板に対する重要度がさらに高まっている。

鉄、銅、クロム、ニッケルなどの電解薄板を得るためには、電解薄板は、陰極ドラム、および陰極ドラムと共に一定の間隔をもって電解槽内に収蔵される陽極電極を含む諸装置によって製造されるが、不溶性のドラム型陰極材と不溶性の陽極材との間に金属イオン含有電解液を供給しながら電解反応を行うことにより、金属を陰極材の表面に目標の厚みだけ電解析出させて金属薄板を形成する。続いて、形成された金属薄板を陰極材の表面から剥離して製造する。

つまり、電解薄板は、ドラム状をする回転陰極と、その回転陰極ドラムの形状に沿って対向配置される鉛系陽極などとの間に、鉄、銅、クロム、ニッケルなどの電解液を流しながら、電解反応を利用して銅を回転陰極ドラムの表面に析出させ、この析出した銅が箔状態になると、回転陰極ドラムから連続的に剥離して巻き取ることにより製造される。

図１および図２に示すように、電解薄板の製造装置は、電解液２が持続的に供給される電解槽１と、前記電解槽１の電解液２にその一部が浸かったまま回転する陰極ドラム４と、前記陰極ドラム４の形状に沿って配置された陽極電極３とを含んでなる。

例えば、前記電解液２は、硫酸、銅イオンおよび塩素イオンを含む硫酸銅溶液であって、強酸性の特性を有する。前記電解液２は、陰極ドラム４の付近での銅イオンの欠乏を防止するために電解槽１内で比較的速い速度で供給されて循環する。

また、前記陰極ドラム４の表面材質は、電解液２に対して耐酸性を維持し且つ金属薄板５の剥離を容易にするチタンで構成される。このような構成で、陰電位に帯電した陰極ドラム４と陽電位に帯電した陽極電極３との間に、電解液２を媒質として高い密度の電流を加えると、電解液２に含まれている陽イオン状態の銅が陰極ドラムに融着し、その結果、固体として凝固および析出する。

前記析出した銅は、回転する陰極ドラム４の表面に沿って金属薄板状の電解銅箔板５に製箔され、前記製箔された電解銅箔板５は、ガイドロール６の案内を受けてボビン７に巻かれる。また、回転軸８の両端を軸受９で支持して電気を供給する直流電源１１と、直流電流が導電されるリング１０とを含んでいる。

陰極ドラム４は、回転軸８を中心に円筒胴体が内側円筒と外側円筒から構成され、内側円筒は、鉄と銅合金を用いて円筒状に製作し、機械加工した後に装着し、外側円筒は、厚さ約５～８ｍｍのチタン圧延板を円筒状に成形して内側円筒に締まり嵌めされる。また、外側円筒の表面は機械加工および研磨する。

チタンは、使える材料に作ることも難しいが、加工することも容易ではない。切削加工の場合、代表的な難削材として分類され、熱伝導が低い特性のため削る途中で熱を込めて壊れてしまうことがあり、鋼鉄に比べて生産性が低下する。

また、高い弾性も問題になるが、切削刃が当たると、ゴムボールのように凹んでから戻ってくる現象（弾性復帰）が生じることもある。

また、放電加工をすると精度が低下する傾向がある。冷間鍛造または熱間鍛造も容易ではない。冷間鍛造は容易に割れるおそれがあり、熱間鍛造と鋳造はマグネシウムやアルミニウムなどの不活性ガスを真空チャンバーに満たして作業しなければならない。また、溶接することも容易ではない。高価で難しい溶接、例えばＴＩＧ溶接などを行わなければならないなどの問題がある。

特に、陰極ドラムの円筒胴体に形成されたチタンは、電解槽の電解液によってある程度の硬度、強度および耐食性を維持することができるが、長期間使用すると、チタンの表面に形成される酸化皮膜に起因する、通常、ルチル型（ｒｕｔｉｌｅ ｔｙｐｅ）、アナターゼ型（ａｎａｔａｓｅ ｔｙｐｅ）の複合酸化皮膜として存在して回転陰極ドラムから析出する金属薄板の品質に影響を与える問題点がある。

韓国登録特許第１０－１６３０９７９号

本発明は、かかる問題点を解消するためのもので、その目的は、電解槽の電解液に対して陰極ドラムの円筒胴体と側面板を、硬度、強度および耐食性に優れるジルコニウム材質で形成することにより、陰極ドラムに電解液によって複合酸化皮膜などの酸化形成が生じすることを防止することができる電解蒸着用陰極ドラムを提供することにある。

本発明の他の目的は、陰極ドラムの円筒胴体と側面板の硬度がジルコニウムによって高いため、陰極ドラムの表面研磨の粗さをチタンに比べて大幅に高めることができるので、陰極ドラムによって析出する製品の品質を向上させることができる電解蒸着用陰極ドラムを提供することにある。

本発明の別の目的は、陰極ドラムの円筒胴体の外側円筒が陰極ドラムの側面板の両側に突き出て電解槽内で電解によって生成される金属薄板が陰極ドラムの外周面で電解液と接触する面積を広げて金属薄板の幅を広げることができる電解蒸着用陰極ドラムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、前記陰極ドラムの円筒胴体を構成する外側円筒の両端の突出部分が外気との接触により外側から内側へ凝固するにつれて、凝固速度を高めて短時間内に金属薄板を析出させて電解槽における金属薄板の生産性を向上させることができる電解蒸着用陰極ドラムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、陰極ドラムの回転軸に複数の保持片によって保持され、また、両側の側面板は保持リングによって陰極ドラムの堅固性を維持することができる電解蒸着用陰極ドラムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、チタン製の回転陰極ドラムの表面状態を、通常の酸化皮膜が存在する状態ではなく、他の材質に変えることにより、回転陰極ドラムの寿命延長を図るとともに、従来にないほど物性が安定し且つ粗面の凹凸形状が良好である金属薄板を製造することができる電解蒸着用陰極ドラムを提供することにある。

本発明は、電解槽において陰電位に帯電した陰極ドラムと陽電位に帯電した陽極電極との間に、得ようとする金属薄板の溶液の電解液を媒質として高い密度の電流を加え、電解液に含まれている陽イオン状態の銅が陰極ドラムに融着して固体として凝固および析出できるようにするにあたり、陰極ドラムの円筒胴体と側面板を、電解槽の電解液に耐えられる硬度、強度および耐食性を有するジルコニウム材質で形成することにより、電解液によって円筒胴体に複合酸化皮膜が形成されて陰極ドラムからの析出物である電解薄板の品質に及ぼされる悪影響を防止することができるようになっている。

また、本発明の陰極ドラムの円筒胴体の外側円筒が陰極ドラムの側面板の両側に突き出た部分が形成され、電解槽内で電解によって生成される金属薄板が陰極ドラムの外周面で電解液と接触する面積を広げて金属薄板の幅を広げることができるようになっている。

また、本発明の陰極ドラムの両側側面は、陰極ドラム内の内側ドラムに内・外側側面板が固定されるとともに、外側側面板の円周境界面に固定リングが溶接とねじによって固定されることで、陰極ドラムの側面に気密を保つことができるようになっている。

また、本発明は、陰極ドラムの回転軸に複数の保持片によって保持され、かつ、両側の側面板は保持リングによって固定されることで、陰極ドラムが回転軸に一体に固定されて回転することができるようになっている。

上述したように、本発明は、電解槽において陰電位に帯電した陰極ドラムと陽電位に帯電した陽極電極との間に、得ようとする金属薄板の溶液の電解液を媒質として高い密度の電流を加え、電解液に含まれている陽イオン状態の銅が陰極ドラムに融着して固体として凝固および析出できるようにするにあたり、陰極ドラムの円筒胴体と側面板を、電解槽の電解液に耐えられる硬度、強度および耐食性を有するジルコニウム材質で形成することにより、電解液によって円筒胴体に複合酸化皮膜が形成されて回転陰極ドラムからの析出物である電解薄板の品質に及ぼされる悪影響を防止することができ、また、陰極ドラムの円筒胴体の外側円筒が陰極ドラムの側面板の両側に突き出て両端支持梁の形状をして、電解液との接触面積を広げて金属薄板の幅を広げることができるとともに外気との接触による外側から内側への凝固速度を高めて短時間内に析出させることができ、また、陰極ドラム内の両側に複数の保持片を持つ保持リングの形成によって陰極ドラムの堅固性を維持することができる。

電解金属薄板を得るための装置の概略縦断面図である。 電解金属薄板を得るための装置の概略横断面図である。 本発明の陰極ドラムの一部分離斜視図である。 本発明の陰極ドラムの断面図である。 本発明の陰極ドラムの内側ドラムの断面図である。 本発明の陰極ドラムの外側筒の断面図である。

以下、本発明の具体的な例を添付図面によって詳細に説明する。

図３及び図４に示すように、本発明の陰極ドラム４は、回転軸８、回転軸に固定される保持リング８０、前記保持リング８０に固定される内側ドラム２０、前記内側ドラム２０の円周と側面に固定される外側円筒４０、内側側面板５０、外側側面板６０、および固定リング７０などで形成されている。

前記回転軸８は、前述したように両側に軸受によって回転可能なスリーブ１２が形成され、中央に間隔を置いて保持リング８０が固定される。前記保持リング８０は、回転軸８との保持片８１が等間隔で固定され、この保持片８１は、回転軸に対して垂直に固定され、かつ等間隔で複数個固定される。

これらの保持リング８０の間隔は、陰極ドラム４の設計寸法の幅に設計され、前記保持リング８０の周面に図５のような内側ドラム２０が固定される。

前記内側ドラム２０は、円筒状をし、陰極ドラム４の直径の設計寸法に基づいて製作され外側円筒４０、内側側面板５０、外側側面板６０および固定リング７０が維持固定される基礎枠を構成する。

前記内側ドラム２０の両側側面にはねじ穴２１が形成され、後述する外側円筒４０と内側側面板５０が固定リング７０によって溶接およびねじ固定され、陰極ドラム４内の気密を保つ。

また、前記保持リング８０と内側ドラム２０とは、締まり嵌めによって結合され、溶接などの固定手段によって固定される。

前記内側ドラム２０の外周面に図６に示すように円筒状として、こじつけで結合できる寸法であり、ジルコニウム材質の外側円筒４０が熱薄作業などの手段によって結合固定される。

また、外側円筒４０の直径は、前記内側ドラム２０の外周面に締まり嵌めできる寸法であり、その幅は、内側ドラム２０の幅よりも大きい寸法である。

陰極ドラム４の形成の際に、電解槽において陰電位に帯電した陰極ドラム４と陽電位に帯電した陽極電極との間に、得ようとする金属薄板の溶液の電解液２を媒質として高い密度の電流を加え、電解液に含まれている陽イオン状態の銅が陰極ドラム４に融着して固体として凝固および析出できるようにする。

本発明は、陰極ドラム４の円筒胴体と側面板を、電解槽の電解液に耐えられる硬度、強度および耐食性を有するジルコニウム材質で形成することにより、電解液によって円筒胴体に複合酸化皮膜が形成されて陰極ドラム４からの析出物である電解薄板の品質に及ばされる悪影響を防止することができるようにする。

ジルコニウムは、光沢のある灰白色の固い遷移金属であって、チタンに似ている。ジルコニウムは、主にジルコンとして産出され、腐食に対する抵抗がチタンよりも強い。腐食に強く、中性子の断面積が小さいという特徴がある。

特に、ジルコニウムは、融点が１８５５℃、沸点が４３７１℃と非常に高く、電気陰性度は１．３３である。ｄ区域に属する元素の中でイットリウム、ルテチウム、ハフニウムに続き四番目に電気陰性度が低い元素である。室温では、六方晶系構造を持つα－ジルコニウムの形態で存在するが、８６３℃以上に加熱すると、体心立方晶系構造を持つβ－ジルコニウムの形態に転換される。ジルコニウムは、金属だけでなく、酸化物の利用も多い。

ジルコニウムは、チタンよりも高価である。ところが、ジルコニウムは、チタンに比べて、腐食に耐える性質が遥かに強い。現在、陰極ドラムによって製作されている銅箔板は硫酸銅溶液の腐食環境で使用されているが、高強度のニッケル、鉄など、強度がさらに強い薄板の材質は必要に応じて電解液での腐食度が高まるので、従来のチタン材質の陰極ドラムの使用には限界がある。

特に、本発明の陰極ドラム４の円筒胴体の外側円筒４０は、電解槽の電解液によってある程度の硬度、強度および耐食性を維持することができ、長期間の使用にもかかわらず、ジルコニウムの表面に酸化皮膜等が生じることを防止することができるので、安定で高品質の金属薄板を陰極ドラム４から析出させることができる。

さらに、本発明は、外側円筒４０にジルコニウムの材質を使用して陰極ドラム４の側面板の両側に突き出た部分４１が形成され、電解槽１内で電解によって生成される金属薄板が陰極ドラム４の外周面で電解液と接触する面積を広げて金属薄板の幅を広げることができるようしている。

結局、陰極ドラム４の円筒胴体の外側円筒４０が陰極ドラム４の外側側面板６０の両側に突き出た部分４１によって、電解槽１内で電解により生成される金属薄板が陰極ドラム４の外周面で電解液と接触する面積を広げて金属薄板の幅を広げることができる。

また、本発明は、前記陰極ドラム４の円筒胴体を構成する外側円筒４０の両側の突き出た部分４１が外気と接触して外側から内側へ凝固することにより凝固速度を高め、速い時間内に金属薄板を析出させて電解槽における金属薄板の生産性を高めることができる。

また、図３及び図４に示すように、陰極ドラム４の両側側面は、陰極ドラム４内の内側ドラム２０に内・外側側面板５０、６０が固定されるとともに、外側側面板の円周境界面に固定リング７０が溶接とねじ７１によって固定されることで、陰極ドラム４の側面に気密を保つことができる。

前記陰極ドラム４の両側保持リング８０の側面には、鉄材質の内側側面板５０とジルコニウム材質の外側側面板６０が固定され、図４に示すように、前記外側側面板６０の円周境界面にねじ穴７２が等間隔で形成された固定リング７０がねじ７１によって締結され、また、さらに気密を保つために前記外側側面板６０に対して前記固定リング７０が溶接などの固定手段によって固定される。

外側側面板６０がジルコニウム材質であるため、陰極ドラム４内への電解液などの流入を防止するとともに電解液による腐食を防止することができる。

また、本発明は、陰極ドラム４の回転軸に複数の保持片８１によって保持リング８０が保持され、かつ、両側の側面板５０、６０が保持リング８０によって固定され、陰極ドラム４が回転軸８に一体に固定されて回転することができる。

すなわち、陰極ドラム４の基礎枠となる保持リング８０が陰極ドラム４の回転軸８とは複数の保持片８１によって保持され、かつ、両側の側面板が、前記保持片８１が一体に固定される保持リング８０によって保持されるので、陰極ドラム４の主要構成品である内側ドラム２０と内・外側側面板５０、６０が強固に円筒体を維持する。また、保持片８１に対して直交して一体に形成された保持リング８０の円周面には多数の孔８２が等間隔で設けられ、保持リング８０の重量を最小化して陰極ドラム４の回転を容易にするという利点がある。

１ 電解槽
２ 電解液
３ 陽極電極
４ 陰極ドラム
５ 金属薄板
６ ガイドロール
７ ボビン
８ 回転軸
９ 軸受
１０ リング
１１ 直流電源
１２ スリーブ
２０ 内側ドラム
２１ ねじ穴
４０ 外側円筒
４１ 突き出た部分
５０ 内側側面板
６０ 外側側面板
７０ 固定リング
７１ ねじ
７２ ねじ穴
８０ 保持リング
８１ 保持片
８２ 孔

Claims (3)

1. 側面を開口している円筒状の内側ドラムと内側ドラムに締まり嵌めされた外側円筒とを有する円筒胴体と、内側ドラムの側面の開口を塞ぐ内側側面板と内側側面板の外側に配置される外側側面板とを有する側面板と、を備え、
   電解槽において陰電位に帯電した陰極ドラムと陽電位に帯電した陽極電極との間に、得ようとする金属薄板の溶液の電解液を媒質として電流を加え、電解液に含まれている陽イオン状態の銅が陰極ドラムに融着して固体として凝固および析出できるようにした電解薄板の製造装置に用いられる陰極ドラムであって、
   円筒胴体の外側円筒と側面板の外側側面板とを、電解槽の電解液に耐えられる硬度、強度および耐食性を有するジルコニウム材質で形成し、
   陰極ドラム内の内側ドラムの両側側面に内側側面板、外側側面板および固定リングが重なった状態で、内側側面板、外側側面板および固定リングを貫通して内側ドラムのねじ穴に螺入するねじを用いて内側側面板、外側側面板および固定リングが内側ドラムに接合されるとともに外側側面板の円周境界面に固定リングが溶接接合されることによって、内側側面板、外側側面板および固定リングが内側ドラムに固定されることで、陰極ドラムの側面に気密を保つことができることを特徴とする、電解蒸着用陰極ドラム。
2. 陰極ドラムの円筒胴体の外側円筒が陰極ドラムの側面板の両側に突き出た部分が形成され、電解槽内で電解によって生成される金属薄板が陰極ドラムの外周面で電解液と接触する面積を広げて金属薄板の幅を広げることができることを特徴とする、請求項１に記載の電解蒸着用陰極ドラム。
3. 回転軸に複数の保持片によって保持リングが保持され、かつ、両側の内側側面板及び外側側面板が保持リングに固定されることで、陰極ドラムが回転軸に一体に固定されて回転することができることを特徴とする、請求項１に記載の電解蒸着用陰極ドラム。

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