JPH02243790A - チタン製電着面板ドラムとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電解金属箔製造用のチタン製電着面板ドラムと
その製造方法に関する。

電解銅箔の製造に際しては、銅イオンを含有する溶液中
の電着面板ドラムの電着面板に銅を析出せしめて、銅箔
として連続的にとり出す。

本発明はこの際に用いられる、チタン製の電着面板ドラ
ムに関する。

［従来の技術］ チタンは耐食性に優れているため、電解金属箔製造用の
電着面板ドラム材として好ましく、−船釣に使用されて
いる。

例えば、特開昭５２−１０８２３号、特開昭５２−１８
４２２号の各公報には銅電解用チタン製陰極板について
記載されている。このチタン製電着面板ドラムは、例え
ば４〜１２ｍｍの純チタン板を直径が１．５〜２．５ｍ
の円筒状に曲げ加工し、対向する端部を溶接で接合し、
外表面を鏡面研磨して製造される。

しかし従来のチタン製電着面板ドラムは、溶接部が粗大
な凝固組織であったため、この凝固組織の模様が銅箔に
転写されるという問題点がある。またチタン製電着面板
ドラムは、面板上に酸化物が生成すると通電性が損われ
るため、日常メンテナンスとして表面を研磨するが、溶
接部と母材部で硬度が相違していたため、研磨を重ねる
と溶接部近傍に段差が発生し、この段差が銅箔に転写さ
れるという問題点がある。

このため従来の銅箔は、ドラムの溶接部が転写された部
分等をあとで切断除去して、ドラムの円周長に大兄相応
する長さの短尺箔として供給されていた。

転写模様等の発生が防止できると、連続コイル状の金属
箔の製造が可能となる。連続コイル状の金属箔は製造歩
留りや金属箔からの製品の採取歩留りが高く又製造工程
も簡易化できるために望ましい。

転写模様を軽減するために、ドラムの外面に現れる溶接
ビード巾を狭くする溶接が行われている。

この方法によると箔に転写される模様の巾は狭くなり若
干の歩留改善が図られるが、粗大な結晶模様や研磨によ
る段差はやはり箔に転写されるため、均質な連続コイル
状とはならない。

ドラムの外面に現れる溶接ビード巾を狭くし、かつ溶接
部に加工歪を与え、その後で熱処理して、母材と溶接部
を均質化する方法も考えられる。しかしこの方法では、
後で述べる如く、溶接部の結晶粒や硬度の改善は溶接部
の極めて表層のみに限られる。チタン製電着面板ドラム
はドラム接合後表面を０．５ｍｍ程度切削後、研磨し製
造に供され、更には既に述べた如く、表面を日常研磨し
ながら使用するため、この方法で溶接部の表層のみを改
善しても、改善した部分はドラム製造時および日常の研
磨で除去されて、改善の効果がないか、あっても短期間
の操業で金属箔には転写模様等が発生する。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の事情を鑑みなされたもので、金属箔にド
ラムの接合部の転写模様等を発生させないで、連続コイ
ル状の金属箔が製造できる、チタン製電着面板ドラムと
その製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項（１）はドラムの外表面から３ｍｍの厚
さの範囲で、接合部の結晶粒度がＡＳＴＭ　Ｅ１１２の
粒度番号で５以上で結晶粒度のバラツキが２以内あり、
かつ接合部と母材部との硬度の差がＨｖで２５以内であ
る、チタン製電着面板ドラムである。

本発明では、ドラムの外表面から３ｍｍの厚さの範囲で
の、接合部と母材部との結晶粒度と硬度の均一化を図る
。既に述べた如く、このドラムはドラム製造に際し接合
後表層を０　、５ｍｍ程度切削後、鏡面研磨しドラムと
して供されると共に表面を日常研磨しながら使用するた
め、ドラムの表面のみを均一化しても、短期間の使用の
間に、均一化せしめた表面は研磨で除去されて、均一化
した効果が消滅する。一方このチタン製電着面板ドラム
は、日常研磨で、外層が厚さで３ｍｍ程度損耗されると
通常廃棄される。従って本発明では、ドラムの外表面か
ら３ｍｍの厚さの範囲内で溶接部と母材の材質の均一化
を図る。

第１図は接合部と母材部の金属組織の写真である。

第１図Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３は溶接したま＼の比較例
で、Ａ−１は溶接金属部組織で巨大な鋸歯状組織で、Ａ
−２は溶接金属部近傍に位置する熱影響相当部で溶接熱
による粒生長が著しく、凝固組織と同様な鋸歯状組織を
呈し、いずれも結晶粒度測定が困難な程大きな結晶粒径
の組織である。Ａ−３は母材部（結晶粒度：ＡＳＴＭ　
Ｅ１１２　Ｎｏ、７）である。しかしこの比較例では溶
接金属や熱影響部の結晶粒径が非常に粗いため、金属箔
にはこれ等の組織模様が転写される。

Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３は、後で述べる本発明の請求項
（２）の方法で作成した、本発明の、溶接金属、熱影響
相当部及び母材部のそれぞれの金属組織の写真である。

写真で明らかなように、溶接金属、熱影響相当部は微細
等軸粒組織となり母材とほとんど同様な結晶粒度となり
、金属箔に組織模様が転写される事がない。

本発明では更に接合部と母材部との硬度の差がｔｌｖで
２５以内とする。本発明者等の知見では、接合部と母材
部との硬度がＨｖで２５以上相違すると、日常の研磨に
際して、接合部の摩耗量と母材部の摩耗量が相違するた
めに、ドラムの表面に段差が発生して、これが金属箔に
転写される。この硬度の均一化は、溶接に際して十分に
アークをガスシールドして溶接金属の酸化や窒化を防ぎ
かっ、先に述べた如く、接合部と母材部の結晶粒度を均
一化する事によって達成できる。

次にチタン製電着面板ドラムの製造方法を説明する。第
１図のＡ−１やＡ−２に示した如く、従来の溶接ま＼の
継手では溶接金属や溶接金属部近傍に位置する熱影響部
の結晶粒は粗大である。本発明ではＡ−１やＡ−２の粗
大な結晶粒を微細化して、例えば第１図のＡ−３で示し
た母材の結晶粒度に揃えるように製造する。

第２図は円筒状に曲げ加工した純チタン板の対向する端
部を溶接する際の継手部の例を示す図である。（Ａ）は
本発明の例で、継手開先は開先角度αが３０〜１２０°
でドラムの外面に向かって広がる形状とする。本発明の
請求項（２）においては、不活性ガスを用いたガスシー
ルドアーク溶接によって、小電流密度で、少なくとも２
層以上の多層肉盛りで溶接し、チタン板厚ｔの１０〜５
０％に相当する厚さｈの余肉をドラムの外面に有する溶
接部を形成する。この溶接部には、後でチタン板厚ｔと
略等しくなるように１０〜５０％の温間あるいは冷間加
工が施され、以後焼鈍される。

溶接を、小電流密度で多層肉盛りで行うと、溶接金属や
熱影響部は過度に高温にならないで、溶接金属や熱影響
部の結晶粒の粗大化防止に効果がある。本発明では更に
溶接部に１０〜５０％の温間あるいは冷間加工を施し、
以後焼鈍する。この加工と焼鈍によって、溶接金属や熱
影響部の結晶粒は更に微細化し、母材の結晶粒度に揃う
に至る。

しかし溶接部の加工量が１０％未満では加工歪量が不十
分で、後の焼鈍における再結晶、微細化が不十分となる
。特に深さ方向に対する微細効果がない。しかし加工量
は５０％で十分である。

第２図の（Ｂ）およびＣＣ）は、従来の継手開先を示す
比較例である。（Ｂ）はドラム外面に現れる溶接ビード
巾Ｗを狭くした、Ｉ型開光の例であるが、開先中Ｗを狭
くする事による凝固組織部の減少を図る事はできるが、
余盛溶接し加工しても、均一な加工歪が深部に達しない
ために、加工後に焼鈍しても肉厚方向に均質な結晶粒度
が確保されない。

第２図の（Ｃ）は、ドラムの外面に現れる溶接ビード巾
Ｗを狭くした、逆Ｖ型の開先の例である。この開先を用
いて溶接金属を余盛形成し、溶接部を温間あるいは冷間
加工し、焼鈍してもＩ開先と同様に、第２図（Ｃ）の１
で示したドラムの外面側は、開先中が狭く加工歪が深部
に達しないために、加工後に焼鈍しても肉厚方向に均質
な結晶粒の微細化は実現できない。

本発明では、第２図（Ａ）の如く開先角度αを３０〜１
２０°とする。３０°未満では溶接しづらく又均−な加
工歪が深部に達しない。しかし開先角度αを１２０°超
とすると、溶接金属が不必要に増加して溶接の能率が低
下すると共に、溶接熱影響部の組織の粗大化域を増大さ
せ望ましくない。

本発明で加工は、第２図（Ａ）の例えば矢印Ｐ方向に、
裏金等を用いてロールやプレスやエアーハンマー等で、
１０〜５０％の温間あるいは冷間加工を行う。焼鈍条件
は、純チタン板の通常の焼鈍温度、例えば７００〜７４
０℃で十分で、又焼鈍時間も純チタン板に準じて行えば
よい。

本発明の請求項（２）を実施すると、加工歪は溶接金属
にも熱影響部にも導入されて、焼鈍後のドラムの外表面
から３ｍｍの厚さの範囲内では溶接金属と熱影響相当部
の組織は等軸微細組織となり、結晶粒度はＡＳＴＭ　Ｅ
１１２の粒度番号５以上で結晶粒度のバラツキも２以内
であり、母材部とほぼ揃った結晶粒度となる。

第２図（Ｄ）は、余盛りの厚さｈが正確で均一な溶接金
属の形成方法の例を示す図である。

通常の方法で余盛りを形成すると、溶接金属の断面の形
状は例えば第２図（Ａ）の如く、母材の近傍では薄く、
溶接金属の中心では厚く、厚さｈが不均一な余盛りとな
り易い。溶接金属や熱影響部に所望の加工歪を与えるた
めには、余盛りの厚さや形状を正確に制御する事が好ま
しい。第２図（Ｄ）では、母材の表面に、開先に近い位
置に、冷却板３を配するが、この冷却板３が堰となって
、母材の表面には正確で所望の厚さの余盛りが形成され
るが、この方法で余盛りの厚さや形状を正確に制御する
と、溶接金属や熱影響部に均一な加工歪を与える事がで
きる。またこの方法によると冷却効果により溶接金属や
熱影響部の組織を微細にする効果もある。

［実施例］ ＪＩＳ　Ｈ４６００，ＴＰ　２ｇＨの厚さ６．８ｍｍの
板を用い、切削加工により６０°のＶ開先を設け、共金
材を用いてＴＩＧ溶接により、余盛り高さの異なる溶接
部を形成した。

溶接した板は溶接部を冷間圧延して、厚さが６．８ｍｍ
の試験片とし、Ａｒガスの雰囲気加熱炉で７００°Ｃに
１時間保定し、冷却後、継手部の組織と硬度を調整した
。

第１表にその結果を示す。

（ＩＩ） 第１表でＮｏ、１〜９は本発明の溶接開先の例であるが
、Ｎｏ、１〜３は加工率が小さいため継手部の細粒化が
達成できない。Ｎｏ、４〜９は１０〜５０％加工の例で
継手部の結晶粒度も母材とほぼ同じとなる。しかしなが
ら、過度の加工を施した場合には加工割れが発生する。

第４図には、本発明の溶接開先を適用した時の溶接部の
結晶粒度（表面から深さ２ｍｍの部分）と加工率の関係
を示す。加工率が１０％以下では、結晶粒度が５を下ま
わり、加工率が５０％を超すと加工時に割れが生じる。

また、硬さも溶接金属相当部が若干高値を示すが継手部
会体の硬度差はＨｖ２５以下で、＃１０００のエメリー
ペーパー研磨を行っても段差の発生は見られなかった。

一方、Ｎｏ、１０〜１５は■型開光を用い、加工率を変
えた例であるが、溶接金属相当部、熱影響部とも細粒化
効果は見られず、硬さも溶接金属相当部が高値を示した
。これは開先が狭いため、余盛りをしても、均一な加工
歪が深部に達しないために、加工後の焼鈍でも肉厚方向
に均質な結晶粒度が得られない。また溶接時のＡｒガス
シールが不十分となり、酸素、窒素がコンタミネートし
たためである。第５図は溶接部近傍の硬度分布を示す図
である。比較例は第２図のＣ開先を用いた場合を示す。

比較例ではドラム側の開先中が狭く加工歪が深部まで達
しないため、結晶粒の細粒化も実現できず、硬度の回復
もない。それに比べ本発明法は、結晶粒も細粒化し、硬
度も十分回復している。

尚第１表でＮｏ、５．７，１２．１３は表面を鏡面研磨
して電、着面板とし、銅イオンを含有する電解液を用い
て銅箔を電着せしめた。

Ｎ００５および７では銅箔の表面に転写模様は発生しな
かったが、Ｎｏ、１２及び１３では溶接部の模様が転写
されていた。

尚、Ｎ０１５及び７は更に表面を３ｍｍ研磨除去して電
着面板としたが、継手近傍の電着面板の表面には段差は
なく、銅箔の表面にも転写模様は発生しなかった。

［発明の効果］ 本発明のチタン製電着面板ドラムを使用すると、金属箔
の表面に、ドラムの溶接部の凝固組織の模様や段差の模
様が転写される事がなく、従って従来行っていた模様が
転写された部分の切断除去が不必要となり、また連続コ
イル状の金属箔の製造が可能となる。

この効果は、日常メンテナンスの表面研磨で、ドラムの
表面が摩耗しても変ることがなく、ドラムの通常の耐用
期間に亘って維持された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のチタン製電着面板ドラムの接合部の金
属組織の写真。 第２図はチタン製電着面板ドラムの継手部の例を示す図
。 第３図は実施例に適用した継手部の形状を示す図、第４
図は溶接部の結晶粒度と加工率の関係を示す図、 第５図は溶接部近傍の硬度分布を示す図、である。 １ニドラム外面、　２ニドラム内面（継手部）、３：冷
却板、　　α：開先角度、 ｈ：余盛り厚さ、　ｔ：板厚。 Ｗ：開先ｌ］、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）純チタン板を円筒状に曲げ加工し、対向する端部
   を溶接で接合した電解金属箔製造用電着面板ドラムにお
   いて、ドラムの外表面からの厚さ３ｍｍの範囲で、接合
   部の結晶粒度がＡＳＴＭ　Ｅ１１２の粒度番号で５以上
   で結晶粒度のバラツキは２以内であるとともに、かつ、
   接合部と母材部との硬度の差がＨｖで２５以内であるこ
   とを特徴とする、チタン製電着面板ドラム。
2. （２）純チタン板を円筒状に曲げ加工し、対向する端部
   を溶接で接合した電解金属箔製造用電着面板ドラムの製
   造に際して、溶接部の継手開先を３０°〜１２０°の角
   度でドラムの外面に向かって広がる形状とし、小電流密
   度で少なくとも２層以上の多層肉盛りで溶接し、板厚の
   １０％〜５０％の余盛をドラムの外面に有する溶接部を
   形成し、溶接後に該溶接部に温間あるいは冷間加工を施
   し、以後焼鈍する事を特徴とする、チタン製電着面板ド
   ラムの製造方法。