JPS62233B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般に電着法による銅箔製造に使用
するための改良されたドラム装置に関し、殊に内
側支持シリンダとその上に支持されているチタ
ン、ジルコニウムまたはタンタル製の外側シリン
ダとの間に銀めつき層を介在させることによつ
て、前記２個のシリンダ間の電気抵抗の問題をで
きるだけ少なくしたドラム装置に関する。

〔従来の技術〕

銅箔の電着は、電鋳の一般分野の例の１つであ
り、これは通常マンドレルまたは型（後にこれか
ら電着物を除去する）上の電着による物品の製造
として定義される。電鋳物は、装飾的効果または
耐食性などを与える被覆としてよりも、個々の構
造物として使用されるので、電鋳は通常の電着ま
たは電気めつきとは異なる。

通常の電気めつきにおいて、例えば、卓上食器
類のめつきまたは自動車のバンパーのクロムめつ
きなどにおいては、基質金属への電着による被覆
の良好な密着がたいへん重要である。銅箔の製造
を含めた電鋳の目的のためには、電着した金属は
一時的（析出の間のみ）に基質に付着し、そして
その付着は析出工程の終了時に電着した箔がやぶ
れずに簡単にはがせることができるのに充分軟性
をもつことが必要である。

よく知られていることではあるが、ストリツピ
ング表面は、電着法による銅箔の形成において重
要な要素である。基質型またはマンドレルからの
電着された金属の簡単な分離またはストリツピン
グを促進するために、多数の金属ストリツピング
表面およびそれらの処理方法が数年にわたつて提
案されたきた。使用されてきた金属は、鉛、銀、
アルミニウム、クロム、銅、ステンレス鋼、チタ
ン等を含有する。例えば、クロム溶液によるいわ
ゆる不動態化、陽極酸化、油化、ヨウ化、グラフ
アイト塗布等がストリツピングの容易さを促進す
るために用いられてきた。

銅の薄板または銅箔は、適当な基質上の電着に
よつて、商業的規模で約50年間製造されてきた。
この製造および使用は、電着された銅箔を多量に
使用する印刷回路の利用の急速な増加に伴つてま
すます重要になつてきた。

銅箔の電解的製造においては、水平のドラムま
たはシリンダを銅めつき液中に部分的に浸し回転
する。この時、ドラメは陰極にされている。回転
の速度および陰極電流密度を調節し、ドラムが回
転する間の溶液に浸されている時間に所望の厚さ
の痛箔が析出するようにする。電着した銅箔で覆
われて出てきたドラム表面を洗浄し、乾燥し、そ
して銅箔をその表面からはがし、長さを連続させ
ながら補助ロールに巻き上げる。

銅箔の製造は、電着銅箔の連続的製造およびそ
れに必要なドラムの連続回転によつて、特にその
連続的にはがす電着された金属のための基質とし
ての機能における表面ストリツピング層の維持お
よびそのストリツパ層の連続的確実性の面で、電
鋳の中のより難しい例の１つとされている。これ
らの困難のために、ほんのいくつかの金属だけが
ドラム作業またはストリツピング表面層として電
着銅箔の工業的製造にうまく使用される。そし
て、鉛表面板が何年も使用されてきた。すなわ
ち、厚さ１−1/4インチ（0.635〜2.54cm）、幅64
インチ（162.6cm）および長さ22フイート（6.71
ｍ）の鉛板を、例えば、銅スリーブのシヤフトに
鋳造された鉛輪の回りに巻く。これは、強い構造
的結合および良好な電気接触を生み出すが、充分
なストリツピングのためには鉛表面の連続的な研
磨、要するに溶液中への回転および箔の電着の度
に新たに研磨した鉛表面をさらすことが必要であ
ることがわかつた。そして、これにより有毒な鉛
粉が多量に生じた。さらに、時々鉛片が表面から
欠落して、ドラムからの銅箔の表面中に混合され
る。より良い表面が開発されるとすぐに、鉛ドラ
ムは一般的に放棄された。

1930年代には、銅箔の製造のための表面層とし
てステンレス鋼が提案された。しかし、実際に工
業的電着箔の製造に大規模なステンレス鋼ドラム
を使うことに成功したのは1958年頃になつてから
である。

ステンレス鋼は、ストリツピング表面として次
の利点をもつている。

１ これは通常、連続的な研磨を必要とせず、ま
た欠落して銅箔中に混合することもない。

(2) これは、これ自体と卓越したつぎ目をつくつ
て接合可能であり、鋼または銅輪との良好な電
気的および機械的結合を形成するために半田づ
けまたは溶接によつてそれらに接合可能であ
る。

しかしながら、ステンレス鋼は、電力の急降下
およびその他供給直流電流の中断が起きた時に生
ずる逆起電力の結果として起る、電気化学的陰極
作用によつてひどく腐食されるという欠点をもつ
ている。ステンレス鋼は、従来のドラム表面より
優れたいくつかの利点のために、それ自身または
クロムめつきされたものがドラム表面層として現
在工業的に使われている。

チタンもまた電鋳のストリツピング表面として
提案され、Reginald S.Deanの米国特許第
2646396号の主題である。また、亜鉛、マンガン
および銅の電気精製での出発陰極板としてチタン
がストリツピング表面のために工業的に使用され
ているが、高価であることおよび電気伝導率の低
さ、そして特にチタンと他の金属との間の溶接の
困難さは、銅箔の製造に使用するための電着ドラ
ムの形成にチタンを使用する場合における欠点で
ある。

他の金属と溶接されるその能力に関するチタン
の欠点を避けるための初期の工業的試み（1956
年）は、鉛支持ドラムの回りにチタンを巻いてシ
リンダにすることを含んでいた。得られたドラム
は、つぎ目の溶接は不完全なので、そのつぎ目の
部分を除けば初めは良質の銅箔を製造できる。し
かしながら、数週間の操作の後には難点に遭遇す
る。いくつかの熱点が現われ、チタン表面板は支
持ドラムからの分離の形跡を示した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

最近日本の会社によつて他の方法が採用され
た。そこでは、チタンシリンダは軟炭素鋼支持構
造上に焼嵌めする。日本では多くのこれらのドラ
ムが製造された。軟炭素鋼は受け入れられる電気
伝導性に合わせその強度によつて選ばれた。ドラ
ムの製造に使用される技術は、根本的には、加熱
しそして内側の鋼ドラム上に重ねた時にそれが収
縮して鋼ドラム上にチタンシリンダを固定するの
に充分なグリツプ力を発揮するような寸法のチタ
ンシリンダを作ることである。場合によつては、
約540トンの力がドラムシリンダ境界領域にわた
つて発揮され、この強さの力に耐えられると保証
するために鋼が支持ドラムとして使用された。銅
箔製造に通常使用される硫酸―硫酸銅電解液によ
る侵食に軟鋼は耐えられないので、外部表面と同
様に鋼製ドラムの端部も覆うことが必要である。

こうしてすべりは最小となつたが、焼嵌め構造
によつて大きな力がかかつているにもかかわら
ず、ある期間の使用後にはチタン層はドラムに対
して移動していることがわかつた。こうなるとし
ばしば側面の保護板が損傷し、外側の包囲を通過
して電解質が侵入し、鋼製ドラムを侵食する結果
となる。さらに、両表面の相対的移動のために熱
点がしばしばチタン表面に現われる。これはチタ
ンとスチール支持ドラムとの接触部分が離れて、
その結果その付近の未だ接触している部分に大電
流が流れて加熱されるためであるとされている。
従つて、このようなドラムは、使用できる電流の
点および銅箔の製造速度の点で限界がある。

容易に理解できるように、ドラムを通じて流れ
る電流量が増すにつれて、支持ドラムから外部シ
リンダが分離することの与える効果は大きくな
る。従つて、これらのドラムは必然的な物理的破
壊およびこれに伴う電解質による侵食を避けられ
ぬという欠点があるだけでなく、それを流れる電
流量従つて銅箔の製造速度に限界がある。

そこで、例えば、特公昭46−90号公報に記載さ
れるように、チタン製円筒の内面を熱膨張特性が
チタンよりも大きい金属構造物、具体的には銅構
造物で支持することにより、チタン製円筒と金属
構造物との嵌合密着性を高める技術思想が提案さ
れた。しかしながら、同公報に記載されているよ
うに、チタンは導電性が低くそのために不必要に
高い電気量を必要とし、またドラムの表面の幅を
横切つて電流が一様に分布することを不可能と
し、その結果銅箔のケージが不均一になる。

また、前記金属構造物が銅または鋼材のような
卑金属であることから、その表面は容易に酸化さ
れあるいは光沢を失い、このような酸化層または
雲層は電気的ないしは熱的高抵抗を有し、しかも
チタン円筒と金属構造物との接触部または界面の
電気接触を劣化させる。また、前記接触面または
界面の一部が酸化されてこの領域の抵抗が高くな
ると、電流はキルヒホツフの定理により他の低抵
抗の領域に流れ、これにより屡々チタン表面の局
部的な過熱は温度を実際に30℃以上も上昇させ、
電着される銅箔に悪影響をもたらす、また、銅構
造物は支持体として軟らか過ぎる難点がある。

本発明の全般的な目的は、銅の電着用の改良さ
れたドラム装置を提供することにあり、とりわ
け、従来の技術によるドラムの欠点を避け、減少
された電気量で良質の銅箔を安定して円滑にかつ
均一に製造可能なドラムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

簡単に言えば本発明は、良い導電率、チタン、
ジルコニウムまたはタンタルあるいはこれらの合
金よりも高い熱膨張率および比較的良い可塑性を
持つ銅合金から成る内側支持シリンダ上に銀めつ
き層を介してチタン、ジルコニウムまたはタンタ
ルあるいはこれらの合金よりなる外側シリンダを
焼嵌めすることを特徴とする。

〔作用〕

得られるドラム装置は、従来の装置の場合の２
倍またはそれ以上の電流を扱うことができ、従来
の装置の欠点を持たないで高い製造速度が実現さ
れた。

〔発明の実施例〕

添付図面において、第１図は本発明によるドラ
ム装置の断面図であり、第２図は内側支持シリン
ダと外側シリンダとの間の境界面を示すドラム装
置の部分拡大断面図である。

第１図において、ドラム１０は通常の装置（図
示してない）により支持され、そして回転する鋼
鉄シヤント１２と共に構成する。銅生成に使用す
る高電流の伝達に必要な良好な電流伝達特性を与
えるため鋼鉄シヤフト１２上に銅スリーブ１４を
備える。

電流は、銅スリーブ１４の周囲に電気的接触を
もつように取付けた銅製接触スリツプリング１６
を通してドラムに供給される。ドラムが回転する
と同時に接触リングは、水銀溜め（図示してな
い）を内在させる井戸型の銅製接触ブロツク中で
回転する。直流電流は重母線により接触ブロツク
に供給される。ドラムに電流を供給するこの方法
は一般に当業界では周知の方法である。任意の他
の適当な方法をまた使用してもよい。必要なら
ば、多数の接触ブロツクおよび水銀溜めを備える
ことができる。

直流電流は任意の一般の（図示していない）電
源、例えば、整流器または発電機により供給する
ことができる。

輪板２４，２６は、シヤフト１２上に離間し
て、そして銅スリーブ１４と電気的に接触する位
置に設けられて内側支持シリンダ２８を支持しか
つこれに電流を供給する。

内側支持シリンダ２８は、外側シリンダ３０に
より囲繞されている。

さらに、第１図は標準操作中のドラムとそれら
の近接した関係について説明するために、電解質
物溜め３２および陽極３４を示す、ドラムは、、
通常電解物中に約45％のみ浸漬させる。

外側シリンダ３０は、チタン、ジルコニウムま
たはタンタルあるいはこれらの合金から構成する
ことができる。使用する種々のジルコニウムとチ
タンの合金は、例えば、ここで使用することがで
きるストリツピング表面として有効なものとし
て、Deanの米国特許第2646396号明細書に記載さ
れた合金が挙げられる。化学的に純粋なチタン
（CPチタニウム）は良好な腐食抵抗および電気伝
導度を持つが故にその合金よりも使用に適してい
る。さらに、CPチタニウムは打ち延ばしやすく
そしてなめらかな溶接を形成するため作業がより
容易である。外側シリンダ３０の厚さは、好まし
くは、２mm〜10mmであり、最も好ましくは６mm〜
８mmである。厚さが10mmよりずつと厚い外側シリ
ンダ３０は、これを形成するために余分のチタン
を必要とするため不要に高価になる。さらに、チ
タンは理想的な電気伝導度より低い伝導特性を持
つため、過度の厚さはジユール熱を失うため電流
の無用の非能率使用を引き起こす余分な電気抵抗
をつけ加えることになる。

内側支持シリンダ２８は、純粋な軟銅に比べ
て、lnternational Annealed Copper Standerd
（IACS）による電気伝導度が70％以上である銅合
金から成る。この電気伝導度の必要性は、以下の
説明で明らかにするように銅合金におけるより大
きな弾性または強度を持つことの有利性に対して
バランスがとれている。従つて、小量のスズつま
りスズ―青銅合金を小量含有し好ましくは「還
元」剤として小量のリンを含有する銅合金は、内
側支持シリンダ２８を形成する好ましい材料であ
る。このようなリンを0.03％以下、スズを0.5％
以下そして残りが銅であり、リンで還元された銅
としての青銅合金は特に適当であることがわつ
た。内側支持シリンダ２８に使うのに有効である
ことがわかつた前記合金は、例えば、スズ約0.41
％およびリン0.027％を含有し、残部が銅であ
る。この合金は、約85％（IACS）の電気伝導度
を持つ。

外側シリンダ３０および内側支持シリンダ２８
の間に強い機械的なそして良好な電気的境界面を
与えるため、外側シリンダ３０は好ましくは内側
支持シリンダ８に通常の焼嵌め技術を使用して焼
嵌めされる。すなわち、外側シリンダ３０を約
450〓（232℃）に加熱して内側支持シリンダ２８
上に滑嵌めし、次いで放冷する。

外側シリンダ３０の内側表面４４上に銀コーテ
イング４８を施す。銀変色箔は、銅変色箔よりも
良好な電気伝導度を持つので、外側シリンダ３０
および内側支持シリンダ２８の境界面での銀コー
テイング４８は最少の電気抵抗を持つことによ
り、ドラムの過熱化を阻止する。もとより、銀コ
ーテイング層４８は内側支持シリンダ２８の外表
面に施してもよいし、また外側シリンダの内側表
面と内側支持シリンダ２８の外表面の双方に施し
てもよい。

内側支持シリンダ２８および輪板２４，２６に
銅合金を使用する別の利点は、チタン、ジルコニ
ウムまたはタンタルあるいはそれらの合金と比較
した時の銅合金のかなり高い熱膨張率（cm／cm／
℃）である。例えば、チタンの熱膨張率は8.5×
10^-6／℃であり、ジルコニウムの熱膨張率は５×
10^-6／℃であり、タンタルの熱膨張率は6.7×
10^-6／℃であるのに対し、少なくとも70％の電気
伝導度（IACS）を持つ銅合金の熱膨張率は、典
型的には約18×10^-6／℃である。

外側シリンダ３０に関して内側支持シリンダ２
８および輪板２４，２６のこの熱膨張率の違いの
ため、そして特に内側支南シリンダ２８が外側シ
リンダより非常に広い範囲に膨張するため、ドラ
ム１０は熱電解質を通して回転してジユール熱の
ためにさらに加熱されるので、外側シリンダ３０
は内側支持シリンダ２８により一様なきつちりし
た接合となるように加圧される。このことは、さ
らに両シリンダ相互のすべりの可能性を縮小す
る。

内側支持シリンダ２８および輪板２４，２６に
銅合金を使用するさらに他の利点は、銅合金の比
較的良好な弾性（例えば、弾性のモジユラス）で
ある。少なくともストリツピング表面外側シリン
ダの弾性と同様の弾性は、熱電解質の内部へそし
て外部への回転のため膨張と収縮を繰返す過程に
おいて内側支持シリンダ２８がその弾性限界を越
えて圧力を受けず、そしてそれゆえ外側シリンダ
と良好な接触を維持するということを確実にする
ため適切であることがわかつた。

〔発明の効果〕

この発明に係る電着銅箔製造用のドラム装置に
おいて、外側シリンダと内側支持シリンダとの境
界面に銀層を施して低抵抗の接合部を形成するこ
とにより、1500〜30000アンペアもしくはそれ以
上の極めて高い電流を加えても外側シリンダが、
過熱状態になることはなく、その全外表領域に亘
り厚さにおいても微細構造においても均一な銅箔
が電着され、これは銅箔を使用してプリント回路
等を製作する場合に極めて有利である。

本発明に係るドラム構造の実際的な効果は、外
側シリンダが内側支持シリンダにしつかりと嵌合
され、従つてこれらのシリンダの間相関的な移動
がなく、これまでのドラムを悩ませた「熱点」の
形成は実質的に除去される。事実、本発明のドラ
ムは「熱点」の形成なしに、これまでのドラムの
２倍量の電流で使用できることが確認された。

本発明の好ましい具体例をここで示しそして記
載してきたが、本発明の範囲からはずれることな
く多数の省略、変化および追加をすることができ
ることは明らかである。この意味で、銀と同一の
物性を持つ金またはパラジウムのような貴金属を
使用することも本発明の意図するところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるドラムの断面図であり、
第２図は第１図に示す内側支持シリンダと外側シ
リンダとの間の境界面を示すドラム構造の部分拡
大断面図である。 １０…ドラム、１２…鋼鉄シヤフト、１４…銅
スリーブ、１６…銅製接触スリツプリング、２
４，２６…輪板、２８…内側支持シリンダ、３０
…外側シリンダ、３２…電解質物溜め、３４…陽
極、４４…外側シリンダの内側表面、４６…作用
表面、４８…銀コーテイング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チタン、ジルコニウムまたはタンタルあるい
   はこれらの合金製の外側シリンダ３０と、この外
   側シリンダを密接に支持する銅合金製で表面の平
   滑な内側支持シリンダ２８とからなり、外側シリ
   ンダ３０の内表面と内側支持シリンダ２８の外表
   面との少なくとも一つの表面に銀めつきが施され
   かつ外側シリンダは内側支持シリンダに焼嵌めさ
   れていることを特徴とする電着およびストリツピ
   ング法によつて銅箔を製造するストリツピング表
   面付ドラム装置。