(57)【要約】【課題】電解の際に抵抗による温度上昇を抑え、陽極の脱落を防止する。【解決手段】１００℃以上２５０℃以下の融点を有する低融点金属又は低融点合金からなる電極板の一辺に、該一辺の長さ以上の長さを有し、電極板の融点よりも高い融点を有する金属又は合金からなる保持部材を面接触により取り付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００℃以上２５０℃以下の融点を有する低融点金属又は低融点合金からなる電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍に、該一辺の長さ以上の長さを有し、上記電極板の融点よりも高い融点を有する金属又は合金からなる保持部材が面接触により取り付けられていることを特徴とする陽極。
【請求項２】
上記保持部材は、上記電極板を保持する電極板保持部材と、上記電極板と上記電極板保持部材とを電気的に接続し、板状に形成された導電接続部材とを有し、
上記電極板と上記電極板保持部材とが接続された接続部分の側面を２枚の導電接続部材で挟み込み、上記電極板と上記電極板保持部材と２枚の上記導電接続部材とが一体となるように貫通させたボルトをかしめることで上記電極板と上記電極板保持部材とが上記導電接続部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の陽極。
【請求項３】
上記電極板は、上記ボルトが貫通する部分が貫通孔又は溝部からなることを特徴とする請求項２に記載の陽極。
【請求項４】
上記電極板は、厚みが２ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項５】
上記低融点金属は、インジウム又はスズであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項６】
上記保持部材は、銅で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項７】
上記保持部材の表面を電解の電解液で腐食されない金属で被覆することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の陽極。
【請求項８】
１００℃以上２５０℃以下の融点を有する低融点金属又は低融点合金を鋳型の中で冷却固化し、固化した低融点金属又は低融点合金を上記鋳型から取出して上記電極板を得て、得られた上記電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍に、該一辺の長さ以上の長さを有し、上記電極板の融点よりも高い融点を有する金属又は合金からなる保持部材を面接触するように取り付けて陽極を製造することを特徴とする陽極の製造方法。
【請求項９】
上記鋳型中の低融点金属又は低融点合金が溶融した状態で、上記一辺近傍に棒を差し込み、差し込んだ該棒部分が貫通孔となるように上記電極板を形成し、
上記保持部材を構成し、上記電極板を保持する電極板保持部材の端部に貫通孔を形成し、
上記電極板及び上記電極板保持部材の貫通孔に対向する位置に貫通孔が形成された板状であって、上記保持部材を構成し、上記電極板と上記電極板保持部材とを電気的に接続する２枚の導電接続部材で上記電極板と上記電極板保持部材とが接続される接続部分の側面を挟み、
上記電極板の貫通孔と上記電極板保持部材の貫通孔と上記２枚の導電接続部材の貫通孔とにボルトを貫通させてかしめ、上記電極板と上記電極板保持部材と上記２枚の導電接続部材とを一体にし、上記導電接続部材で上記電極板保持部材と上記電極板を電気的に接続することを特徴とする請求項８に記載の陽極の製造方法。
【請求項１０】
上記鋳型は、グラファイトカーボンで形成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の陽極の製造方法。
【請求項１１】
上記棒は、ポリテトラフルオロエチレンで形成されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の陽極の製造方法。
【請求項１２】
内壁から突出した凸部を有する上記鋳型を用い、該凸部部分によって形成された溝部を外周部に有する上記電極板を形成し、
上記保持部材を構成し、上記電極板を保持する電極板保持部材の端部に貫通孔を形成し、
上記電極板の溝部及び上記電極板保持部材の貫通孔に対向する位置に貫通孔が形成された板状であって、上記保持部材を構成し、上記電極板と上記電極板保持部材とを電気的に接続する２枚の導電接続部材で上記電極板と上記電極板保持部材とが接続される接続部分の側面を挟み、
上記電極板の溝部と上記電極板保持部材の貫通孔と上記２枚の導電接続部材の貫通孔とにボルトを貫通させてかしめ、上記電極板と上記電極板保持部材と上記２枚の導電接続部材とを一体にし、上記導電接続部材で上記電極板保持部材と上記電極板を電気的に接続することを特徴とする請求項８に記載の陽極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解に用いられる陽極及びその製造方法であって、特に低融点金属又は低融点合金を電気分解する際に用いられる陽極及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電解とは、電気分解の略語であり、陽極と陰極を対にして電解液又は融解塩に浸漬させた状態で両者に直流電流を流し、電極面に化学変化を起こさせて、物質を分解・精製することである。
【０００３】
例えば、金属の湿式精錬や金属メッキは、金属を陽極として電圧をかけることで陰極表面に陽極で分解した金属を純度の高い状態で析出させたり、被膜を形成させたりする電解手法の一例である。
【０００４】
一方、電解液を適当なｐＨ条件に調整することにより、陽極で分解した金属を電解液中に溶解させて陰極に移動させる際に、陰極に析出させる前に水酸化物として沈殿させることで単離させることもできる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
電解で使用される陽極は、特許文献２に示されているように多くの場合、図１０に示すような陽極１００である。陽極１００は、上部に突起１０１を有する一枚の板状に成型され、その突起１０１を給電部１０２に引っかける又は吊り下げる等により給電部１０２と電気的に接続されている。
【０００６】
このような陽極１００を用いた電解では、陽極１００の突起１０１と給電部１０２の間で電気抵抗による発熱現象が発生する。陽極１００では、この発熱がエネルギーロスに繋がるため極力抑えられている。しかしながら、全く発熱がしないようにすることはできない。
【０００７】
また、この発熱現象は、銅等の一般的な金属で形成されている陽極を軟化や溶融するほど温度上昇するものではない。しかしながら、スズ又はインジウム等のように融点の低い金属又は合金を陽極１００とした場合には、大きな電圧や電流を流すとその発熱により軟化し変形したり、最も高温となる突起１０１と給電部１０２との接点で突起１０１が溶融して、陽極１００自身を支えることができず、電解槽内に脱落してしまう問題が生じる。
【０００８】
このような問題に対して、図１０に示すような通常の一体型の形状の陽極１００では、突起１０１と給電部１０２の接触面積が非常に小さいため、大きな電圧や電流を流した場合の発熱を低く抑えることができない。このため、陽極１００の脱落を防ぐことは困難となる。したがって、陽極１００では、脱落までの短時間で電解処理を終了させなければならず作業性が悪くなったり、また電圧や電流を低く抑えて電解を行うしか方法がなく、金属の析出効率が悪くなる。
【０００９】
その他、特許文献３には、図１１に示すように陽極用に電極板１０３の上部２カ所に穴１０４を形成し、導電接続治具１０５を通して給電用の金属棒１０６に吊り下げ、金属棒１０６と給電部１０７とを電気的に接続する方法が開示されている。また、特許文献４には、図１２に示すように電極板１０８にリボン状の金属吊り手１０９を２カ所に取り付けて給電用の金属棒１１０に吊り下げ、金属棒１１０と給電部１１１とを電気的に接続する方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献３に記載されている方法では、導電接続治具１０５と電極板１０３がそれぞれの穴で点接触しかしていないため、大きな電圧や電流を流した場合の接触部の温度上昇を抑えることができず、スズやインジウム等の低融点金属を陽極用の電極板１０３に用いた場合は軟化、溶融し脱落してしまう。
【００１１】
また、特許文献４に記載された方法は、陰極側の電極として多く用いられている方法であるが、このような構造は陽極でも使用されている。特許文献４に記載されている方法では、図１２に示すように金属吊り手１０９と電極板１０８をリベットにより２か所で接合している。この金属吊り手１０９は金属棒１１０としっかり接触させるため、加工性の良い薄い金属が使用されており、容易に変形しやすいためリベットの接合においても変形を生じたりして十分面接合がされているとは言い難い。また吊り手１０９の使用目的から、電極板１０８を十分保持できれば必要以上に幅の広い金属を使用しないのが一般的である。この特許文献４に記載された方法では、温度上昇に対して特許文献３に記載の方法の様な点接触よりは多少緩和されるものの、スズやインジウム等の低融点金属又は低融点合金の電極板に対しては効果が十分ではなく、大きな電圧や電流を流した場合には軟化を生じ、金属吊り手１０９と電極板１０８の接合部近傍に上辺に保持部がない場所などの自重が加わり、自重による変形を生じ始めて脱落してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２８２９５５６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９１７１号公報
【特許文献３】特許第４９１１６６８号公報
【特許文献４】特開２００４−０４３８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、低融点金属又は低融点合金の電極板と、この電極板を保持して給電部と電気的に接続する保持部材との間の接続部分における温度上昇を抑え、電極板が溶融せず脱落させることなく長時間の電解を可能とする陽極及びその製造方法を提供することを目的とする。特に、電極板に対して大きな電圧や電流を流した場合であっても電極板を脱落させることなく長時間の電解を可能とする陽極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成する本発明に係る陽極は、１００℃以上２５０℃以下の融点を有する低融点金属又は低融点合金からなる電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍に、該一辺の長さ以上の長さを有し、電極板の融点よりも高い融点を有する金属又は合金からなる保持部材が面接触により取り付けられていることを特徴とする。
【００１５】
上述した目的を達成する本発明に係る陽極の製造方法は、１００℃以上２５０℃以下の融点を有する低融点金属又は低融点合金を鋳型の中で冷却固化し、固化した低融点金属又は低融点合金を鋳型から取出して電極板を得て、得られた電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍に、該一辺の長さ以上の長さを有し、電極板の融点よりも高い融点を有する金属又は合金からなる保持部材を面接触するように取り付けて陽極を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍にその一辺の長さ以上の長さを有する保持部材を電極板に面接触させて取り付けることにより、電極板と保持部材との間において電気抵抗による温度上昇を抑制し電極板の溶融を防止し、また抵抗加熱により多少軟化が生じた場合であっても電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍全体を保持することにより、電極板の脱落を防止し、長時間の電解を行うことができる。更に、本発明では、大きな電圧や電流を流した場合であっても保持部材を面接触させて取り付けることにより電気抵抗による温度上昇を抑制し電極板の溶融を防止できるため、長時間の電解を行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、電極板に１００℃以上２５０℃以下の低融点を有する低融点金属又は低融点合金を用いることで容易に溶融でき、冷却固化して鋳造により電極板が得られ、得られた電極板の少なくとも一方の主面の一辺近傍に面接触させて保持部材を付けるだけで、電極板と保持部材との間の接続部分における電気抵抗による温度上昇が抑制され電極板の溶融が防止され、また抵抗加熱により軟化が生じても脱落が防止された陽極を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した陽極の斜視図である。
【図２】同陽極の分解斜視図である。
【図３】溝部が形成された電極板を有する陽極の分解斜視図である。
【図４】鋳型と固定板との関係を示す図であり、（Ａ）は、平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図５】鋳型、固定板、棒との関係を示す斜視図である。
【図６】溝部を有する電極板を製造する鋳型の斜視図である。
【図７】電解装置の概略図である。
【図８】電解槽における電極の配置を示す概略図である。
【図９】比較例で用いた陽極の平面図である。
【図１０】従来の陽極の平面図である。
【図１１】従来の陽極の平面図である。
【図１２】従来の陽極の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を適用した陽極及びその製造について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、特に限定がない限り、以下の詳細な説明に限定されるものではない。
【００２０】
＜１．陽極＞
本発明を適用した図１及び図２に示す陽極１は、電解に用いられる陽極であり、電解装置の給電部に引っかけ又は吊り下げる方式のものである。陽極１は、電極板２の両主面の一辺近傍に位置する保持部材取付面２ａに電解の際に電極板２を保持する保持部材３が取り付けられている。
【００２１】
電極板２は、１００℃以上２５０℃以下の融点を有する低融点金属又は低融点合金からなり、例えば正方形又は長方形の板状に形成されている。低融点金属又は低融点合金としては、スズ、インジウム、又はインジウムとスズの合金（例えばＩｎ−９．６ｗｔ％Ｓｎ）、インジウムとガリウムの合金（例えばＩｎ−６．３ｗｔ％Ｇａ）等を挙げることができる。
【００２２】
電極板２の厚みは、電極板２自体の重さによって保持部材３から脱落することを防止することや電解が進むにつれて陽極１の厚みが薄くなること等から適宜決定される。例えば、電極板２の厚みとしては、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることが好ましい。２ｍｍ以下の厚さでは、薄くて取扱い時に破断させてしまう場合があり、また電解の陽極１としては容易に孔食されてしまうため好ましくない。一方、厚さが１５ｍｍ以上になると、電極板２の重量が重くなるため脱落しやすく、取扱いが困難になる上、電解が進行して陽極１が薄くなると電極間距離が広くなり電圧上昇が顕著になるため好ましくない。
【００２３】
電極板２を形成する低融点金属又は低融点合金は、純度が高いほど、また温度が高くなるほど柔らかくなる特徴がある。このため、低融点金属又は低融点合金を板状に成型した電極板２は、電解装置に取り付けた際に上方に位置する保持部材取付面２ａに接触面積の大きな保持部材３が取り付けられ、その保持部材３により電解液中で吊された状態が維持される。
【００２４】
保持部材３は、電極板２の保持部材取付面２ａに取り付けられ、電解の際に電解液中で電極板２を保持し、かつ電極板２と電解装置に設けられた給電部とを電気的に接続する。
【００２５】
保持部材３は、電極板２の融点よりも高い融点を有し、電気伝導度が高い金属又は合金からなる。電極板２の融点よりも高い融点を有する金属又は合金を用いることで仮に電極板２との接触部分で抵抗が高くなり温度が上昇しても保持部材３が電極板２よりも先に溶融して電極板２が脱落することを防止できる。保持部材３を形成する金属又は合金としては、銀、銅、金、又はこれらの合金等を挙げることができ、その中でもコスト的に安価な銅を用いることが好ましい。
【００２６】
また、保持部材３は、融点が高く電気伝導度の高い金属又は合金を心材とし、電解液による腐食が生じないイオン化傾向の低い金属により被覆したものを使用することが好ましい。被覆用の金属としては、心材を腐食等による不導体被膜形成から防ぐために白金等の貴金属やチタン等が挙げられ、その中でもコスト的に安価なチタンを用いることが好ましい。電解液による耐食性の要求が高くない場合には、電気導電性が高く、耐摩耗性のある金属を選定するのがより好ましい。
【００２７】
心材の被覆は、溶接加工やメッキ、クラッド等の一般的な方法で行うことができる。腐食のおそれがある箇所のみに部分的に被覆することでも問題ない。もし電解液による腐食等の心配が全くない場合には、被覆していない心材のみを保持部材３としてもよい。
【００２８】
保持部材３の形状としては、電極板２の少なくとも一方の主面の一辺近傍、即ち保持部材取付面２ａと面接触するように取り付けられ、電極板２を保持し、電極板２と給電部とを電気的に接続できるものであれば形状は特に限定されない。
【００２９】
保持部材３としては、例えば、図１及び図２に示すようなものを挙げることができる。図１に示す保持部材３は、電極板２と導電接続部材６を介して電気的に接続され、電極板２と給電部とを電気的に接続し、電極板２を電解液中で保持し、電極板保持部材４と、電極板２と電極板保持部材４とを電気的に接続する導電接続部材６と、導電接続部材６を電極板２及び電極板保持部材４に取り付けるボルト５とを有する。
【００３０】
電極板保持部材４は、下方側の端部が電極板２と導電接続部材６を介して接続され、電極板２を給電部に引っかけるか又は吊すために、上方側の端部は水平方向に腕を張出した構造となっている。この張り出した部分は、給電部と電気的に接続される給電接続部４ａとなる。給電接続部４ａは、横方向の棒状でもよく板状に形成されていてもよい。給電接続部４ａの形状としては、好ましくは給電部との接触面積を十分に確保できる構造であって、陽極と陰極を交互に設置した際に（図８参照）、陽極と陰極の電極間距離が広くなりすぎないものがよい。
【００３１】
導電接続部材６は、板状に形成された電極板２の保持部材取付面２ａ全面に少なくとも接するように電極板２の保持部材取付面２ａの長さ以上の長さ及びボルト５で電極板２と電極板保持部材４との接続部分を一体に接続することができる十分な幅を有する板状に形成されている。導電接続部材６には、導電性の良い金属を用いることが好ましい。この導電接続部材６が電極板２に面接触により接続されていることによって、電極板２と導電接続部材６との接続部分において電気抵抗により温度上昇しても熱が拡散され電極板２の溶融を防止でき、大きな電圧や電流を流した場合であっても電極板２の溶融を防止できる。また、仮に電気抵抗により温度が上昇して多少軟化が生じても電極板２の保持部材取付面２ａ全体と導電接続部材６が接続されているため、電極板２の脱落を防止できる。
【００３２】
電極板２と保持部材３の接続方法は、図１及び図２に示すように、電極板２に電極板保持部材４を突き合せた状態で、電極板２と電極板保持部材４の接続部分を側面、即ち電極板２の両主面側から２枚の導電接続部材６で挟み込み、電極板２と２枚の導電接続部材６、及び電極板保持部材４と２枚の導電接続部材６のそれぞれにボルト５を貫通させ、ボルト５と図示しないナットとを締結する。この際、２枚の導電接続部材６の内の１枚の貫通孔９をボルト５に対応したネジ穴とし、ナットを用いずに電極板２と電極板保持部材４とを導電接続部材６とボルト５を用いて締結してもよい。これにより、電極板２と、電極板保持部材４及び２枚の導電接続部材６を有する保持部材３とが一体となり、ボルト５と導電接続部材６とによって電極板２と電極板保持部材４とを電気的に接続する。電極板２、電極板保持部材４及び導電接続部材６には、図２に示すように、予めボルト５を通す貫通孔７、８、９を形成しておく。このような接続方法で接続する場合には、図１に示すように、電極板２及び電極板保持部材４のそれぞれに４つずつボルト５を取り付けた例を示したが、このことに限定されず、複数のボルト５、好ましくは３つ以上のボルト５で接続することが好ましく、特に好ましくは保持部材３に電極板２をしっかりと固定しかつ作業の煩雑さを避けるため３つ又は４つとすることが特に好ましい。ボルト５の間隔は、左右対称に十分広がり等間隔で有ればよい。
【００３３】
また、電極板２は、図３に示すように、ボルト５を通す貫通孔７を溝部７ａとしたものであってもよい。溝部７ａは、電極板２の電極板保持部材４と相対する外周部に設けられ、電極板保持部材４に相対する上端部側が開口し、ボルト５の直径以上の幅で切り込んで溝状に形成されている。溝部７ａの形状は、図３に示したＵ字形状の溝部に限定されるわけでは無く、例えば三角形状や四角形状の溝にしても良く、電極板２の溝部７ａにボルト５を貫通させて電極板保持部材４に取り付けることができればいずれの形状であってもよい。
【００３４】
図３に示す電極板２を用いた場合であっても、図１に示す場合と同様に電極板２と接続部材３とを接続することができる。突き合わせた電極板２と電極板保持部材４の両主面を２枚の導電接続部材６で挟み込み、電極板２の溝部７ａと２枚の導電接続部材６、及び電極板保持部材４と２枚の導電接続部材６のそれぞれにボルト５を貫通させ、ボルト５と図示しないナットとを締結する。２枚の導電接続部材６で電極板２を挟み込むことによって、溝状に形成した溝部７ａであっても電極板保持部材４から電極板２が落下せずに取り付けることができる。
【００３５】
図３に示す電極板２では、ボルト５が貫通する部分を貫通孔とせず、溝状の溝部７ａとすることにより、電極板２を電極板保持部材４から容易に取り付け、取り外しができる。例えば、連続操業時に電極板２を交換する際、ボルト５を外して電極板２及び電極板保持部材４から２枚の導電接続部材６を完全に分離させることなく、ボルト５を緩めるだけで使用済みの電極板２を保持部材３から容易に外すことができる。そして、電極板２を取り外した保持部材３の状態のまま、新規の電極板２を導電接続部材６との間にボルト５が溝部７ａに嵌るように差し込み、ボルト５を締めることで容易に電極板２を固定することができる。このように、溝部７ａが形成された電極板２は、取り付け、取り外しが容易であるため、作業効率を向上させることができる。
【００３６】
図１に示す保持部材３では、電極板２と電極板保持部材４とを２枚の導電接続部材６で挟み込み、ボルト５及び導電接続部材６で接続状態を維持することで電極板２を電解液中で保持する。また、保持部材３は、電極板２と電極板保持部材４とを導電接続部材６を介して電気的に接続し、電極板２と給電接続部４ａが引っかかっている給電部とを電気的に接続する。
【００３７】
保持部材３としては、図１に示すものに限定されず、より簡便な方法として、例えばバネ等を用いた挟み込み力を利用してワンタッチで着脱する方法を採用してもよい。ただし、この場合は、図１に示す保持部材３より電極板２を挟み込む際に電極板２としっかり面接触できるような設計の工夫が必要であったり、可動部が多くなるため、電解液からの腐食対策がより重要となりメンテナンス等が煩雑になる。このため、長期間使用する場合は、より構造が簡単な図１に示すボルト５を使った保持部材３が好ましい。なお、保持部材３としては、電極板２を保持でき、電極板２と給電部とを電気的に接続できるものであれば、電極板２の一方の主面の保持部材取付面２ａにのみ取付けるものであってもよい。
【００３８】
以上のような構成からなる陽極１は、電極板２が低融点金属又は低融点合金で形成されていても電極板２と保持部材３、例えば、図１中の導電接続部材６とが面接触しているため、接続部分で抵抗加熱が生じても熱が拡散し温度上昇が抑制されて電極板２の溶融を防止でき、また仮に抵抗加熱により多少軟化が生じても電極板２の保持部材取付面２ａ全体を保持部材３で保持することにより電極板２の脱落を防止でき、長時間の電解をすることができる。陽極１では、電極板２と保持部材３とが面接触しているため、電極板２に対して大きな電圧や電流を流した場合であっても電極板２が脱落することなく、長時間の電解をすることができる。また、陽極１は、電極板２の厚みを厚くしても、例えば８ｍｍ以上の厚みであっても保持部材３から落下せずに保持されるため、長時間の電解をすることができる。
【００３９】
＜２．陽極の製造方法＞
陽極１の製造方法については、先ず電極板２の製造方法について説明する。電極板２は、電極板２の形状に合わせた鋳型を用いて鋳造により製造する。
【００４０】
具体的に、図１及び図２に示す陽極１に用いられる電極板２は、図４及び図５に示すような、例えば十分な厚みのグラファイトカーボン製の板に電極板２の大きさに相当する凹部１０ａを形成した鋳型１０を用いて形成する。グラファイトカーボン製の鋳型１０を用いることで、加熱する際に熱が凹部１０ａに入れた金属に伝わりやすいため金属を溶かしやすく、また冷却後に鋳型１０から固まった金属を取り出しやすくなる。
【００４１】
鋳型１０には、グラファイトカーボンの他に、耐熱性の点からポリテトラフルオロエチレンや高融点金属のものを使用することができる。しかしながら、ポリテトラフルオロエチレンの場合は、熱伝導率が悪いため金属を溶融させるまでに時間がかかってしまい好ましくない。高融点金属の場合は、溶融した低融点金属又は低融点合金との濡れ性が高くなり、冷却固化して取り出す際に型から剥がしづらくなってしまうため好ましくない。したがって、熱伝導率が良くかつ熱膨張による変形が少なく剥離性のよい材質としてグラファイトカーボンが好ましい。鋳型１０の寸法は、電極板２の厚みや広さの寸法により決定される。鋳型１０の凹部１０ａには、冷却固化した電極板２をより取り出しやすくするために、内壁が底面から開口に向って広がるように角度を設けても良い。
【００４２】
上述の鋳型１０を用いて鋳造の際には、形成される電極板２の保持部材３を取り付ける保持部材取付面２ａに保持部材３を取り付けるためのボルト５を通す貫通孔７を形成する。例えば、貫通孔７の形成方法としては、図４及び図５に示すように、低融点金属又は低融点合金が鋳型１０内で溶融している間に、鋳型１０の開口側からボルト５と同じ直径を有する棒１１を差し込むことで、差し込んだ棒１１部分が貫通孔７となるようにする。溶融した低融点金属又は低融点合金中で棒１１を固定するため、鋳型１０の幅とほぼ同じ大きさで板状に形成され、棒１１を通すための通し孔１２を形成した固定板１３を用いる。
【００４３】
固定板１３は、鋳型１０に対して平行でかつ鋳型１０上で浮いたりすることなく鋳型１０の開口部に被さるようにする。また、固定板１３は、鋳造を繰り返す度に鋳型１０上に適切に被さるように位置精度がしっかり保たれる構造とする。このため、固定板１３には、図５に示すように、Ｌ字状となるように一方の短辺の底面に、鋳型１０の厚さと同じ高さを有し、固定板１３の短辺と同じ長さを有する精度維持部材１４が取り付けられている。
【００４４】
この精度維持部材１４は、固定板１３を鋳型１０に被せた際に鋳型１０の外側の面に沿ってスライドするように嵌め合わされる。精度維持部材１４は、鋳型１０の高さと同じ高さに形成されているため固定板１３の高さの精度を維持でき、また長さが固定板１３の長さと同じに形成されているため、端部１４ａを鋳型１０の角部１０ｂに合わせることで棒１１を通す通し孔１２の位置の精度を維持することができる。精度維持部材１４は、高い位置精度が維持できれば上述の構造に限定されるものではない。
【００４５】
貫通孔７を形成する棒１１は、耐熱性がありかつ低融点金属又は低融点合金を凝固させた後であっても取り外しやすいように、金属との濡れ性が悪いものを用いることが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレンからなる棒１１を用いることが好ましい。
【００４６】
棒１１の大きさは、鋳造する電極板２を貫通させるのに十分な長さとボルト５の直径に相当する直径を有する必要がある。棒１１の数や棒１１を差し込む間隔は、ボルト５の数及び位置に合わせる。
【００４７】
このような鋳型１０等を用いて電極板２を製造する場合には、低融点金属又は低融点合金を鋳型１０内で融点以上まで加熱し、低融点金属又は低融点合金が十分に溶融して鋳型１０内に広がった状態で棒１１を通し孔１２に通した状態の固定板１３を棒１１が貫通孔７を形成する部分と対向するように鋳型１０に被せて、溶融した金属中に棒１１を差し込む。そして、棒１１を差し込んだ状態で静置して金属を冷却固化させる。そして、棒１１を通し孔１２から抜き取り、固化した金属を鋳型１０から外して貫通孔７が形成された電極板２を得る。この電極板２の製造方法では、棒１１を差し込むまでの間、低融点金属又は低融点合金の溶融状態を維持するため、鋳型１０を加熱することが好ましい。
【００４８】
そして、電極板保持部材４の導電接続部材６と接続される端部に貫通孔８を形成し、導電接続部材６の電極板２の貫通孔７及び電極板保持部材４の貫通孔８と対向する位置にボルト５を通す貫通孔９を形成する。貫通孔８、９の形成方法は、例えば一般的なドリルによる切削加工が挙げられる。
【００４９】
次に、以上のようにして得られた電極板２の保持部材取付面２ａに保持部材３を取り付けて陽極１を製造する。電極板２と、電極板保持部材４とを突き合わせ、突き合わせた部分を両側から２枚の導電接続部材６で挟み込み、電極板２、電極板保持部材４及び導電接続部材６の貫通孔７、８、９にボルト５を貫通させて、ボルト５とナットを締結することで、電極板２と保持部材３とが一体となり、陽極１が得られる。
【００５０】
上述の陽極１の製造方法は、保持部材３が図１に示すようなものである場合を説明したが、保持部材３の構造によってそれぞれに適した取り付け方法で行うようにする。
【００５１】
上述では、貫通孔７を有する電極板２を使用した陽極１の製造方法を説明したが、次に、溝部７ａを有する電極板２を使用した陽極１の製造方法について説明する。
【００５２】
溝部７ａを有する電極板２は、図６に示す鋳型１５を用いて製造することができる。鋳型１５は、十分な厚みのグラファイトカーボン製の板に電極板２の大きさに相当する凹部１５ａが形成され、溝部７ａに相当する位置に内壁から突出した凸部１５ｂが形成されている。鋳型１５の凹部１５ａには、冷却固化した電極板２をより取り出しやすくするために、内壁が底面から開口に向って広がるように角度を設けても良い。
【００５３】
電極板２を製造する際には、低融点金属又は低融点合金を鋳型１５内で融点以上まで加熱し、低融点金属又は低融点合金を十分に溶融して鋳型１５内に広げた後、金属を冷却固化させる。そして、固化した金属を鋳型１５から外して溝部７ａが形成された電極板２を得る。
【００５４】
この電極板２の製造方法では、上述のように貫通孔７を形成する必要がないため、鋳型１５内で電極材料の低融点金属又は低融点合金を溶融保持する必要がないことから、別の容器で低融点金属又は低融点合金を溶融した後、鋳型１５の凹部１５ａに流し込んで電極板２を得ても良い。
【００５５】
溝部７ａが形成された電極板２は、鋳型１５に溝部７ａを形成する凹部１５ｂが形成されているため、鋳型１５内で低融点金属又は低融点合金を溶融させ、冷却固化させる、又は溶融した低融点金属又は低融点合金を流し込み、金属を冷却固化させるだけで製造することができる。これにより、溝部７ａが形成された電極板２は、貫通孔７が形成された電極板２よりも容易に且つ効率的に製造することができる。
【００５６】
溝部７ａを形成した電極板２を用いる場合は、先に電極保持部材４及び導電接続部材６の貫通孔８、９にボルト５を貫通させて、ボルト５とナットを緩めに締結しておき、その後、電極板２の溝部７ａにボルト５が嵌るように差し込んだ後にボルト５とナットをしっかりと締め付けて、電極板２と保持部材３とを一体化した陽極１を得ても良い。
【００５７】
以上の陽極１の製造方法では、電極板２に１００℃以上２５０℃以下の低融点を有する低融点金属又は低融点合金を用いることで容易に溶融でき、溶融した低融点金属又は低融点合金を鋳型で成型することで電極板２が得られ、得られた電極板２の保持部材取付面２ａに保持部材３、例えば図１中の導電接続部材６を面接触させて取り付けるだけで、電極板２と保持部材３との間の接続部分で抵抗による温度上昇が抑制され、電極板２が溶融することなく、また抵抗加熱により多少軟化が生じても脱落が防止された陽極１を効率良く製造することができる。また、この陽極１の製造方法では、大きな電圧や電流を流した場合であっても保持部材３を面接触させて取り付けることにより電気抵抗による温度上昇が抑制され、電極板２が溶融せず、脱落が防止された陽極１を効率良く製造することができる。
【００５８】
また、陽極１の製造方法では、図１に示す陽極１を図２に示す構成で製造する場合、図４及び図５に示すように、電極板２のボルト５を通す貫通孔７を形成する際に、固定板１３で位置決めされた棒１１を溶融した低融点金属又は低融点合金に差し込むだけで貫通孔７が形成された電極板２を容易に製造することができる。これにより、図１に示す陽極１を図２に示す構成で製造する場合には、貫通孔７を有する電極板２を用いることで、この電極板２に導電接続部材６をボルト５で接続するだけで陽極を作製できるため、陽極１を効率よく製造することができる。
【００５９】
図３に示す構成の陽極１を製造する場合には、図６に示すような鋳型１５に溶融した低融点金属又は低融点合金を流し込むだけで、溝部７ａが形成された電極板２を得ることができるため、より容易に電極板２を製造することができる。また、図３に示す構成で陽極１を製造する場合には、導電接続部材６を電極板保持部材４から完全に分離させることなく、ボルト５を緩めた状態で電極板２を２枚の導電接続部材６の間にボルト５が溝部７ａに入り込むように差し込み、その後ボルト５でしっかり締結することにより電極板２と電極板保持部材４とを接続することができる。溝部７ａが形成された電極板２を用いた場合には、特に使用済みの電極板２を新規の電極板２に交換する際に容易に交換できるため、陽極１の製造をより効率よく行うことができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００６１】
＜実施例１＞
実施例１では、図２に示す貫通孔が形成された電極板を用いた陽極と同じ構成で図１に示す陽極を作製した。
【００６２】
厚み４ｍｍ、縦横２７ｃｍ四方のサイズのインジウム電極板を、鋳型（図５参照）を用いて溶解鋳造にて作製した。
【００６３】
鋳型は、厚み３０ｍｍ、縦横３０ｃｍ四方のカーボングラファイトに、深さ１５ｍｍで縦横２７ｃｍの凹部を付けて製作した。固定板は、縦６５ｍｍ、横３５ｃｍ、高さ３５ｍｍのカーボングラファイトの塊から縦６０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ３０ｍｍの板状となるように削り取って作製した。固定板に取り付ける精度維持部材の寸法ｄ（図４参照）は、カーボングラファイトの厚みと同じ３０ｍｍとし、長さは固定板の横３０ｍｍと同じにした。固定板には、直径５ｍｍの通し孔を４つ等間隔に空けた。ここで、通し孔の位置は、電極板の上辺から１５ｍｍの距離の線上に６．８ｃｍ間隔となるように配置した。また、ボルトの通し孔を形成するための棒は、直径５ｍｍ長さ３ｃｍのテフロン製のものを４本準備した。
【００６４】
以上のようにして作製した鋳型等を使用して次のようにしてインジウム電極板を鋳造した。アズワン社製の大型ホットプレート（ＨＰ−Ａ２２３４Ｍ、３０ｃｍ×３０ｃｍ）に作製した鋳型を載せ、その上に２０００ｇのインジウム金属を載せた。この状態でホットプレートを約３００℃まで加熱し保持した。インジウム金属が完全に溶解したところで、固定板に取り付けた精度維持部材の端部を鋳型の一方の隅に合わせて載せて４つの通し孔にテフロン製の棒を奥まで差し込んでから冷却を行った。インジウム金属が室温まで冷めたのちにテフロン製の棒を抜き、固定板を外してから鋳型をひっくり返した。固化したインジウム金属は鋳型から速やかに剥離し取り出すことができた。得られたインジウム電極板の厚みは、約４ｍｍであった。
【００６５】
次に、インジウム電極板を次のようにして製作された保持部材に取り付けた。保持部材としては、図１に示す保持部材と同じ形状の銅材であり、上辺の長さが４０ｃｍで下辺を２７ｃｍにしぼった形状に成型した電極板保持部材と導電接続部材を準備し、表面をチタンで被膜した。電極板保持部材の下辺から上方に１５ｍｍの距離の線上に中心同士が６．８ｃｍ間隔となるように５ｍｍのボルトを通す通し孔を４つあけた。このような保持部材とインジウム電極板の通し孔にボルトを通し、ボルトとナットを用いて４か所でつなぎ合わせた。インジウム電極板と保持部材が一体となった陽極の上から下までの長さは４０ｃｍであった。
【００６６】
以上のようにして作製した陽極を用いて電解を行った。電解装置２０には、図７に示す装置を用いた。電解液２１は、１ｍｏｌ／Ｌの硝酸アンモニウム水溶液１００Ｌを準備し、これに硝酸を加えてｐＨを４．０として作製した。これを液分散板２２を設けた電解槽２３に入れて電解液２１を２５℃に保持した。さらに極中心間距離が２．０ｃｍとなるように陽極２４を４枚、陰極２５を５枚、図８に示すように配置し、陽極２４と陰極２５を導線２６の２芯ＶＶケーブル（ＪＩＳ  Ｃ  ３３４２許容電流２００Ａ、公称断面積１００ｍｍ２）を用いて繋ぎ、整流器と結線した。
【００６７】
電解装置２０には、電解槽２３に隣接して設けた調整槽２７にｐＨ４．０の１ｍｏｌ／Ｌの硝酸アンモニウム水溶液が入っている。調整槽２７は、循環ポンプ２８によって電解槽２３と接続され、電解液２１を循環させる。調整槽２７は、電解液２１を攪拌する攪拌棒２９、ｐＨを測定するｐＨ電極３０、電解液２１の温度を制御及び維持するための温調ヒーター３１及び冷却器３２を備える。
【００６８】
このような構成の電解装置２０において電流密度が１５Ａ／ｄｍ２となるよう電流を維持し電解を行った。
【００６９】
電解中、インジウム電極板と導電接続部材との接点温度は５０℃から８０℃の間を推移し、温度上昇によるインジウム電極板の変形は見られなかった。実施例１では、電解により電解液には水酸化インジウムを連続して６時間発生させることができ、得られたスラリーを固液分離することができた。
【００７０】
＜実施例２＞
実施例２では、図３に示す溝部が形成された電極板を用いた陽極と同じ構成で図１に示す陽極を作製した。
【００７１】
厚み８ｍｍ、縦３４９ｍｍ、横２６０ｍｍのサイズのインジウム電極板を、鋳型（図６参照）を用いて溶解鋳造にて作製した。
【００７２】
鋳型は、厚み３０ｍｍ、縦４００ｍｍ、横３００ｍｍのカーボングラファイトの内側に、深さ１５ｍｍで底部が縦３４９ｍｍ、横２６０ｍｍの凹部を付けて製作した。より詳細には、深さ８ｍｍの位置で縦３５５ｍｍ、横２６６ｍｍとなるように鋳型内壁に傾斜を付けた。また、鋳型には、一方の短辺から突出する凸部が形成されている。その凸部は、鋳型の凹部の底位置で幅１４ｍｍ、長さ１７ｍｍ、深さ８ｍｍの位置では幅８ｍｍ、長さ１４ｍｍとなる様な角度を持った形状である。凸部は、３つ等間隔で設けた。その凸部は、鋳型短辺に接続していないもう片方の端部を円弧状にしてＵ字形状に形成した。
【００７３】
そして、アズワン社製大型ホットプレート（ＨＰ−Ａ２２３４Ｍ、３０ｃｍ×３０ｃｍ）に２Ｌステンレス鍋を乗せその上に５０００ｇのインジウム金属を入れた。この状態でホットプレートを約３００℃まで加熱し保持し、インジウム金属を完全に溶解した。この溶融インジウムを前述の鋳型に流し入れた。その後１５分間の室温静置による冷却で固化させた後、鋳型をひっくり返した。固化したインジウム金属は鋳型から速やかに剥離し取り出すことができた。電極板の一辺には３つの溝部が問題なく形成されており、厚み８ｍｍ、縦３４９ｍｍ、横２６０ｍｍのサイズのインジウム電極板が得られた。
【００７４】
保持部材への取り付けは、取り付けボルトが４つから３つに減った以外は実施例１と同じ方法で行った。電解も実施例１と同様の方法にて行った。
【００７５】
実施例２においては、電解により水酸化インジウムを１２時間発生させることができ、得られたスラリーを固液分離することができた。
【００７６】
＜実施例３＞
実施例３では、実施例２においてＵ字状に形成した溝部を三角形のＶ字状にした電極板を用いた陽極を作製した。それ以外の条件は実施例２と同様に行った。
【００７７】
実施例３においても、電解により水酸化インジウムを１２時間発生させることができ、得られたスラリーを固液分離することができた。
【００７８】
＜比較例＞
比較例は、図９に示すような、幅２７ｃｍ、長さ４０ｃｍ、厚み４ｍｍの陽極４０の上方に横方向にそれぞれ６．５ｃｍ左右に張り出した部分４０ａを有し、その張り出した部分４０ａを含む全長幅が４０ｃｍとなる形状のインジウム金属からなる陽極４０を成型した。この陽極４０の張り出し部分４０ａを給電部４１に引っかけて実施例１と同じ条件で電解を行った。
【００７９】
電解の開始直後から、陽極４０の突起４０ａと給電部４１との接点付近の温度が徐々に上昇し始め、３０分後に１５０℃に達する直前でインジウムが軟化溶融し陽極４０が落下してしまい、この時点で電解を終了せざるを得なかった。
【００８０】
以上の実施例及び比較例から、インジウムのような溶融温度が低いものであって、実施例１〜３のように電極板と保持部材が面接触している場合には電極板の溶融防止でき、長時間電解が可能であることがわかる。
【００８１】
一方、比較例のように、電極板と給電部とが狭い面積で接している場合にはインジウムのような融点が低いものは溶融し、電解時間が短くなり、十分に金属を析出させることができないことがわかる。
【符号の説明】
【００８２】
１  陽極、２  電極板、２ａ  保持部材取付面、３  保持部材、４  電極板保持部材、５  ボルト、６  導電接続部材、７  貫通孔、７ａ  溝部、８  貫通孔、９  貫通孔、１０  鋳型、１０ａ  凹部、１０ｂ  角部、１１  棒、１２  通し孔、１３  固定板、１４  精度維持部材、１４ａ  端部、１５  鋳型、１５ａ  凹部、１５ｂ  凸部、２０  電解装置、２１  電解液、２２  液分散板、２３  電解槽、２４  陽極、２５  陰極、２６  導線、２７  調整槽、２８  循環ポンプ、２９  攪拌棒、３０  ｐＨ電極、３１  ヒーター、３２  冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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