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JP2963266B2 - 不溶性電極構造体 - Google Patents

不溶性電極構造体

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JP2963266B2
JP2963266B2 JP4013427A JP1342792A JP2963266B2 JP 2963266 B2 JP2963266 B2 JP 2963266B2 JP 4013427 A JP4013427 A JP 4013427A JP 1342792 A JP1342792 A JP 1342792A JP 2963266 B2 JP2963266 B2 JP 2963266B2
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JP
Japan
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electrode
insoluble
metal
coating
electrode structure
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明宏 水津
隆児 林
賢一 尾崎
孝之 島宗
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PERUMERETSUKU DENKYOKU KK
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PERUMERETSUKU DENKYOKU KK
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12—Shape or form

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  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速連続めっき装置
や、金属箔連続電解製造装置に使用する不溶性電極構造
体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鋼板の亜鉛めっきや錫めっきに代表され
る連続高速電気めっき装置では、従来不溶性の鉛や鉛合
金電極が使用されてきた。これらの装置では、電極の有
効電極面積は、１つの電極が１〜３ｍ2 という極めて大
きなものであった。
【０００３】また、銅箔の電解製造に代表される金属箔
連続電解製造装置においては、円筒型の陰極に対向する
陽極には古くから鉛合金電極が使用されてきた。その大
きさは、直径３ｍ、幅１．５〜２ｍの円筒型陰極の４分
の１周を取り囲むもので、３．５〜４ｍ2 の大きさがあ
る。鉛合金電極は、融点が低く加工が容易であり、大型
となっても金属箔の製造装置の設置場所において溶接し
たり、形状を合わせたりすることが容易であり、加工上
の問題は比較的少なくなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶融し
た大型の電極用の電極材料を均一に固化することは困難
であり、特に電解装置の設置場所において均一に固化す
ることは不可能であるために、電極の活性部分の合金組
成を均一とすることは困難であった。その結果、電極面
を均一の電極電位とすることは事実上不可能であった。
【０００５】すなわち、鉛合金電極の硫酸中の酸素発生
電位は、６０℃、２０Ａ／ｄｍ2 で、１．８〜２．２Ｖ
対ＮＨＥまで変動し、また、耐食性の優れた鉛−銀合金
電極では、銀含有量のわずかな差で１００〜２００ｍＶ
変動することは通常よくあることである。
【０００６】したがって、作用電極である陰極の対極と
して通電目的に使用する電極といえども通電に均一性が
要求される電気めっき装置や金属箔製造装置用の電極と
しては、使いやすい反面、高精度とするには大きな欠点
を有していた。
【０００７】また、これらの不溶性電極は電解時の消耗
が数ｍｇ／Ａｈと極めて大きく、電極面の形状の変化が
大きいので、その修正のためにしばしばメンテナンスを
行う必要があるという問題があるとともに、消耗した電
極成分のうち、鉛は、金属鉛、鉛イオン、あるいは硫酸
鉛や酸化鉛として、電解液を汚染し、製品に混入して製
品品質を低下することや、廃水処理の問題、環境汚染を
引き起こす等の問題があった。
【０００８】そこで、これらの問題点の解決のために、
近年チタン等の弁金属表面に白金族金属を含む導電性電
極物質を被覆した不溶性金属電極が使用されるようにな
った。すなわち、白金めっきチタン電極が不溶性金属電
極として古くから使用されているが、白金の消耗が数〜
数十ｍｇ／ｋＡｈであり、鉛合金よりはるかに小さいも
のの、一般の水溶液の電気分解に使用されている白金め
っきチタン電極に比べて消耗量は大きく、通常の３〜５
μｍの厚さの白金被覆である６０〜１００ｇ／ｍ2 の被
覆量の電極では電極寿命が極めて短いという問題点があ
った。
【０００９】一方、酸化物系不溶性金属電極は、長寿命
であり電位も白金に比較しても３００〜５００ｍＶ低
く、理想の電極と考えられている。酸化物系の不溶性の
電極被覆を１平方メートル以上の大型の電極面全体にわ
たり、均一な電極電位が得られるように電極被覆の均一
性とともに、導電抵抗による電圧損失を小さくする必要
があり、電極基体の厚みを大きくし、導電抵抗を低下さ
せることが行われている。例えば、チタンを電極基体と
した場合には２５〜４０ｍｍの厚さのものが用いられて
いた。
【００１０】酸化物の電極被覆は、熱分解によって酸化
物の被覆が得られる金属の溶液を塗布して、酸化性雰囲
気で熱分解し酸化物の被覆を形成するものであるが、金
属の溶液を塗布して熱分解するという操作を繰り返し行
って所定の膜厚の酸化物の電極被覆を形成する熱分解法
で作られている。ところが、厚みが厚く大きな電極板の
加熱、冷却を繰り返し行わなければならず、電極の製造
に極めて長い時間と多くの労力を要していた。
【００１１】また、不溶性金属電極は、使用中にごく一
部分の電極被覆が劣化した場合であっても、得られる金
属箔やめっき製品が不均一となるので電極被覆の部分処
理ではなく、全面の再生処理が必要であるという問題点
を有していた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の不溶性電極構造
体は、電極基体の表面の少なくとも一部に薄板状の不溶
性金属電極を着脱自在に固着した不溶性電極構造体であ
り、不溶性電極構造体の表面に取り付ける薄板状の不溶
性金属電極は同一もしくは形状の異なる複数からなるも
のである。
【００１３】すなわち、本発明の不溶性電極構造体には
薄板状の不溶性金属電極を取り付けたので、金属溶液を
塗布して熱分解して電極被覆を形成する際の操作が容易
となり、従来の構造体では大型で厚いばかりでなく、背
面には給電用のボス等が設けられており、加熱時の温度
分布が不均一になる等の問題があったが、それが解消さ
れると共に、処理操作も短時間で完了できるようにな
り、高品質のものを短時間で製造することができ、また
不溶性金属電極構造体が大型で複雑な形状をしていて
も、構造体上に取り付ける不溶性金属電極を複数の規格
化した金属電極とすることにより、生産が容易となる。
【００１４】さらに、本発明の不溶性電極構造体の表面
に取り付ける不溶性金属電極は、不溶性電極構造体の表
面に不溶性金属電極をねじ等によって着脱自在に取り付
けているので、電解装置の設置場所において取り付ける
ことが可能であり、性能が劣化した不溶性金属電極の再
活性化のための作業が、性能が劣化した一部の不溶性金
属電極を取り外し、再活性化することによって短時間に
容易に電極の再活性化が可能である。
【００１５】図１には、本発明の不溶性電極構造体の１
実施例を示した斜視図である。金属箔製造用の電解装置
の円筒状陰極に対向する陽極として使用する円周の４分
の１の大きさの不溶性電極構造体１を示したものである
が、チタンの厚板を曲面状に加工した電極基体２の陰極
に対向する面には、電極被覆を形成した薄板状の不溶性
金属電極３を金属基体に設けたねじ穴にねじ４を使用し
て着脱自在に取り付けたものである。不溶性電極構造体
は、このような形状のものに限らず、円周の半分の大き
さのもの、あるいは平板状の金属基体に薄板状の不溶性
金属電極を取り付けたもの等であってもよい。
【００１６】また、本発明の不溶性電極構造体の電極基
体の表面には、電極被覆を形成することが好ましい。す
なわち、不溶性電極構造体を陽極として使用する場合に
は、チタンのような弁金属によって電極基体を形成し、
電極を陽分極した場合にも、溶出しないことが必要とな
るが、電極基体と不溶性金属電極との接触部分に電解液
が浸入すると接触部分も陽分極し、その結果接触部分の
電極基体にも不働態が形成されるので、接触部分での通
電が困難になる等の問題が生じる。そこで、接触部分で
のこうした問題を防止するために、薄板状の不溶性金属
電極の取り付け部分を防液構造とするなどの特別な構造
とすることが必要となり、また接触部のみに白金めっき
等を行って不導態化を防止する方法もとられるが、取り
付け部のみからの通電となり電流分布が不均一となる。
【００１７】これに対して、不溶性電極構造体の電極基
体の表面に、あらかじめ電極被覆を形成するならば、電
極基体は不働態化せず、導電性が失われることはない。
また、電極基体上に薄板状の不溶性金属電極が取り付け
られているので、接触部分に電解液が浸入して流れる電
流も小さな電流であるので、接触部分での電極被覆の消
耗は極めて小さく、半永久的に電極基体上の被覆は有効
であり、ガスケットとの接触面等に生じる隙間腐食も防
ぐことも可能となる。
【００１８】さらに、電極基体の表面の全面が導電性の
電極被覆によって被覆されているので、薄板上の不溶性
金属電極への通電は、電極の固着部分のみではなく、電
極基体と薄板状の不溶性金属電極とが接触する部分全体
から行われるので、電流分布を均一化するうえでも好ま
しい。
【００１９】本発明の不溶電極構造体に設ける薄板状の
不溶性金属電極の厚みは、０．５〜２ｍｍとすることが
好ましく、０．５〜１．５ｍｍとすることが特に好まし
い。０．５ｍｍより薄いと金属基体の全面から通電され
るとしても電流分布に不均一が生じやすく、また薄いた
めに柔軟性が大きく加工性が悪くなり、また２ｍｍより
厚いと電極被覆物質含有溶液を塗布の後に熱分解し電極
被覆を形成する作業が長時間を要し、電極基体に取りつ
ける際の薄板状の不溶性金属電極との密着作業に長時間
を要するので、曲面状の電極基体に薄板状の不溶性金属
電極を取り付ける場合には、薄板状の不溶性金属電極を
あらかじめ曲面状に加工することが必要となる。
【００２０】本発明の薄板状の不溶性金属電極上に形成
する電極被覆は、電極の使用目的に応じて任意の電極被
覆を形成することができる。また、酸素発生用の陽極と
して使用する場合には、酸化イリジウムを含む被覆であ
ることが好ましい。また、金属電極基体の表面を導電性
とするために形成する電極被覆は、薄板状の不溶性金属
電極に形成する電極被覆と異なっていてもよいが、同一
の電極電位を示す同一の被覆である方が好ましい。
【００２１】また、本発明の不溶性電極構造体は各種の
用途の電気分解装置に使用することができるが、回転す
る円筒型の陰極に電気化学的に金属を析出させて金属箔
を連続的に製造する金属箔連続電解製造装置において、
円筒型陰極に対向する陽極として使用する場合には、円
周の４分の１または２分の１の大きさの円筒の一部とし
た基体上に薄板状の不溶性金属電極を取り付けるとよ
い。
【００２２】
【作用】大型の板状、もしくは板を曲面状に加工した基
体上の少なくとも一部に薄板状の不溶性金属電極をねじ
等の着脱自在の取り付け手段によって取り付けたので、
電極の特性が安定した薄板状の不溶性金属電極を、任意
の大きさの電極基体上に取り付けることができ、そのた
め大型の電極構造体の製造も容易であり、電極被覆の再
活性化も電極基体から活性の低下した不溶性金属電極の
みを取り外して容易に処理することができる。
【００２３】
【実施例】
実施例１ 直径３ｍ、幅１．５ｍの円筒型の陰極を有する連続電解
銅箔製造装置用の円筒型の陰極を取り囲むようにした半
円筒状の板厚２５ｍｍのチタンからなる陽極基体の円筒
型陰極の下部に相当する部分に３５ｃｍの幅で電極取り
付け用のビスをねじ込むタップを設けた。
【００２４】次いで、陽極基体を通常の前処理を行い活
性化した後、５５０℃で２時間空気中で焼成した後に、
イリジウムとタンタルが７０：３０（重量比）となるよ
うに塩化イリジム、塩化タンタルとを希塩酸に溶解した
塗布液を塗布し、４９０℃で１５分間焼成した。この操
作を１５回繰り返して陽極基体の表面に電極被覆を形成
した。
【００２５】一方、円筒型陰極の最下部に対応する陽極
の３０ｃｍの部分を覆うようにした厚さ１ｍｍのチタン
板に取り付け用のネジ加工等を行った後、同様にして薄
板状の不溶性金属電極を作った。これらに要した時間
は、半円筒状の陽極基体については３０時間であり、薄
板状の不溶性金属電極については１０時間であった。こ
の差は主に取り扱いの容易さ、加熱および冷却の速度の
差によるものである。
【００２６】薄板状の不溶性金属電極を陽極基体にねじ
で取り付けた。使用したねじもチタンの表面を電極被覆
を形成したものを用いた。
【００２７】なお、薄板状の不溶性金属電極を取り付け
た部分は、通常の銅箔製造装置において、電解時に発生
する気泡による影響が小さく、電流密度が最も大きくな
る部分であり、最小の部分に比較して３０％程度高くな
る部分である。
【００２８】電解液として銅１００ｇ／ｌを含むＣｕＳ
Ｏ4 ・５Ｈ2 Ｏと１５０ｇ／ｌの硫酸からからなり、ゼ
ラチンを５０ｐｐｍ含む水溶液を使用し、電極間へ電極
に形成したスリットから電解液の流速６０ｃｍ／秒で流
し、陰極と陽極との電極間距離１０ｍｍ、電流密度８０
Ａ／ｄｍ2 で連続して銅箔を製造した。電解温度は６０
℃であり、槽電圧は４．５Ｖであった。
【００２９】約４０００時間の連続電解で銅箔分布の調
整ができなくなったので、電解装置を停止したところ、
下部の電流密度の高い部分の電極被覆の活性が失われて
いることがわかった。この部分は、薄板状の不溶性電極
を取り付けた部分であるので、薄板状の不溶性電極を取
り外し、新しい薄板状の不溶性電極とその場で交換して
電気分解を継続することができた。
【００３０】なお、薄板状の不溶性金属電極を取り付け
なかった場合には、電極基体の電極被覆が部分的に損傷
を受けたので、電極構造体を電解装置から取り外して電
極を再活性化を行わざるを得ない。
【００３１】
【発明の効果】本発明の不溶性電極構造体は、大型の電
極基体上に薄板状の不溶性金属電極を着脱自在に取り付
けたので、電極の特性が安定した電極構造体の製造が容
易で、電極被覆の再活性化も電極基体から不溶性金属電
極を取り外して容易に再活性化することができる。ま
た、薄板状の不溶性金属電極を複数の規格化されて大き
さに分割することにより、任意の大きさの電極構造体の
製造および再活性化を容易に行うことができ、鋼板の高
速めっきや連続電解金属箔製造装置用の陽極として好適
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】不溶性電極構造体の１実施例を示した斜視図で
ある。
【符号の説明】
１…不溶性電極構造体、２…電極基体、３…薄板状の不
溶性金属電極、４…ねじ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−136059（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−136058（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−131764（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25D 17/10 101 C25D 17/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属箔の製造装置用の円筒型陰極に対向
    する曲面状の電極構造体において、電極基体の表面の少
    なくとも一部に、厚さが０．５ｍｍないし２ｍｍの薄板
    状の不溶性金属電極を着脱自在に固着したことを特徴と
    する不溶性電極構造体。
  2. 【請求項２】 電極基体の表面の不溶性金属電極を取り
    付ける部分に、不溶性金属電極に形成したものと同じ成
    分の電極被覆を形成したことを特徴とする請求項１記載
    の不溶性電極構造体。
  3. 【請求項３】 ねじによって着脱自在に取り付けたこと
    を特徴とする請求項１記載の不溶性電極構造体。
  4. 【請求項４】 不溶性金属電極は、電極基体と同一の形
    状の部材もしくは形状の異なる複数の部材からなること
    を特徴とする請求項１記載の不溶性電極構造体。
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