(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン製アウタードラムとその支持体となるインナードラムからなり、該支持体は、内部支持体がステンレス鋼又は炭素鋼で構成され、外部支持体が銅又は銅合金の導電支持層で構成された複合支持体からなる電着ドラムにおいて、
前記導電支持層は、ステンレス鋼又は炭素鋼製内部支持体表面に銅又は銅合金を溶射又は溶接により肉盛りして形成した外部支持体からなることを特徴とする高速電着ドラム。
【請求項２】
チタン製アウタードラムとその支持体となるインナードラムからなる電着ドラムの製造に際して、
１)インナードラムである内部支持体をステンレス鋼又は炭素鋼で形成し、
２)電着面に流入する電流を受け入れるに十分な厚みの圧延銅板又は銅合金板により、銅板製導電リングを形成し、銅材の物性を損なわない加熱温度でインナードラムに焼き嵌め密着して外部支持体を形成し、
３)焼き嵌め後、銅を表面とするインナードラム表面を機械加工して表面精度、真円度及び円筒度を高め、
４)次いで銅表面を防食と良好な電気的接触を目的として錫メッキをし、
５)同じく防食と優れた電気的接触を得るために内周面を白金被覆したチタン製アウタードラムを銅表面に錫被覆したインナードラムに焼き嵌めして良好な導電支持層を有する電着ドラムを形成することを特徴とする高速電着ドラムの製造方法。
【請求項３】
チタン製アウタードラムとその支持体となるインナードラムからなる電着ドラムの製造に際して、
１)インナードラムである内部支持体をステンレス鋼又は炭素鋼で形成し、
２)電着面に流入する電流を受け入れるに十分な厚みに銅又は銅合金の溶射又は溶接による肉盛り層を形成して外部支持体を形成し、
３)該溶射又は溶接による肉盛り層を表面とするインナードラム表面を機械加工して表面精度、真円度及び円筒度を高め、
４)次いで銅表面を防食と良好な電気的接触を目的として錫メッキをし、
５)同じく防食と優れた電気的接触を得るために内周面を白金被覆したチタン製アウタードラムを銅表面に錫被覆したインナードラムに焼き嵌めして良好な導電支持層を有する電着ドラムを形成することを特徴とする高速電着ドラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解メッキ法により銅箔、ニッケル箔などの金属箔を製造する高速電着ドラムとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板用電解銅箔を中心とする金属箔の製造に使用されるチタンを電着面とする電解銅箔製造装置は、銅メッキ液の器となる浴槽の中心に回転ドラム陰極が回転軸の両端を軸受によりセットされ、その容積の約1/2が銅メッキ浴に浸漬され、陰極に対面して配置される陽極との間に集電リング、整流器を介して直流が通電されメッキ浴の一方の側から浴に浸入したチタン面に銅がメッキされ始め他方の側の浴面から出るまでに所定の厚みの銅箔となった後、チタン面から剥がされてボビンに巻き取られるごとくして連続的に製造される。
【０００３】
従来の回転ドラム陰極は、回転軸を中心に構成されるステンレス鋼又は炭素鋼製インナードラムの外周面に電着面となるチタン製アウタードラムが焼き嵌めによって嵌合された上表面を機械仕上げ後研磨して使用される。
【０００４】
しかして、チタン製アウタードラムの支持体としてのインナードラムは、近年ステンレス鋼又は炭素鋼が一般に用いられているが、往時は特公昭46-90号、特公昭58-24507号に見られるように、チタンよりも大きい熱膨張率を有する鉛あるいは銅合金製とすることが、これに焼き嵌めされるチタン製アウタードラムとの電気的接触を良くして電着面の電流分布を均一にし銅箔の厚みのバラツキを小さくする上で有効であるとして提案されている。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
近年プリント配線基板用銅箔の需要がますます増大したことから、銅箔の生産性を上げるために既設電着ドラムは通電電流を構造体の能力限度一杯に高めると共に、新設電着ドラムは、従前より遙かに大きい大電流高電流密度仕様とすることが求められるようになった。例えば、従来2.0〜2.3ｍφ×50A/dm2であったものが近年2.7〜3.0ｍφ×70〜80A/dm2あるいは100A/dm2を越える性能が求められるようになった。
【０００６】
また、銅箔の厚みに関しても、精密度が高度に発達した電子機器印刷回路用銅箔に要求される厚みが従来の35ミクロンから18ミクロン以下あるいは10ミクロン以下が求められるようになり、かつ厚みのバラツキが厳しく問われるようになった。
【０００７】
かかる高電流化は従来のステンレス鋼又は炭素鋼製インナードラムにチタン製アウタードラムを焼き嵌めして製作される一般的な電着ドラムでは、インナーからアウター間の接触に関する諸種の改善提案によって進歩してきたにもかかわらず、インナードラム材質の電流容量の不足と焼き嵌め接触の均一性の欠如が主因となって、電着面の局所加熱や箔厚のバラツキが大きくなることが避けられず、電流増加に伴う新たな問題として浮かび上がってきた。
【０００８】
このような情勢から本発明者らは銅箔メーカーらの求める生産性の高い大電流高電流密度のもとで厚みのバラツキのない薄箔を円滑に生産できる高速電着ドラムを開発することを課題として検討、試験を重ねてきた。
【０００９】
一般に、厚みのバラツキのない銅箔は電流分布が均一な陰極表面から得られる。そして電流分布が均一であるためには電着面に流入する電流を円滑に支持体であるインナードラムに導電させることが必要で、それにはインナードラム外周面に焼き嵌めされるアウタードラムの内周面とインナードラムの外周面が完全に嵌り合っていて焼き嵌め接触面全体の電気抵抗が均一であることが求められる。
【００１０】
更に大電流に対応させるには、電流容量、電気伝導度の小さいチタン製アウタードラムの電着面に垂直に流入する電流を可能な限り、ストレートに電流容量と電気伝導度を充分大きくしたインナードラムに導電させることが必要である。
【００１１】
従って、インナードラムを構成する金属材料はアウタードラムの支持体としての機械的強度と同時に、アウタードラムと嵌合する接触面の密着度を充分ならしめ、接触抵抗を均一にしてインナードラムに導電させるための接触性と導電性に優れた特性を具備することが必要である。そしてこの必要性は既に早くから提案されており特公昭46-90号では鉛が、特公昭58-24507号では、銅又は青銅合金が焼き嵌めされるアウタードラムの材質であるチタンより大きい熱膨張率と導電率及び良好な可塑性を有することから、高い運転温度のもとでアウタードラム内周面に膨張密着して接触効果を高めるとの理由により提案されている。
【００１２】
本発明者らは、大電流高電流密度及び薄箔の要求が著しく高まった現在、チタン製アウタードラムの支持体構成材料を見直す必要があると考えた。その理由は電流が大きくなるにつれて、電着ドラムを構成する構造体の電気抵抗が大きくなり、槽電圧を高めて電力ロスを増大し、ジュール熱によるドラム温度、メッキ浴温度を高めて、ドラム及び循環銅メッキ液を冷却する必要が発生するおそれがあることに対して、支持体全体を電気抵抗の小さい銅又は銅合金で構成すれば構造体抵抗を最小にできるので、発熱に繋がる消費電力を節約でき、かつ大電流を受け入れるに十分な電流容量を保有させることが容易に実現できるからである。
【００１３】
すなわち、電気的には支持体全体を電気抵抗が最も小さく導電性に優れた銅又は銅合金とするのが理想である。しかし、今日一般的に使用されているチタン電着ドラムのインナードラムの多くは電気抵抗の比較的大きいステンレス鋼又は炭素鋼で形成されている。何故、近年アウタードラム支持体に銅又は銅合金が一般に使用されなかったかについては、銅又は銅合金は材料費が比較的に高く、かつ溶接及び機械切削の加工性並びに構造体の機械的強度がステンレス鋼又は炭素鋼に比べて劣る上、製作コストが高くつくことが主因で、従前の通電電流が比較的に低く、かつ求められる電流容量が小さかったことによると推測される。
【００１４】
本発明者らは、銅又は銅合金が高電流の目的には適材であるが、加工性、経済性にやや問題があることに留意し、近年一般的に使用されているステンレス鋼又は炭素鋼の長所をも活かして大電流高電流密度に適応するアウタードラム支持体を簡易な手段により構成する方法について検討し経験を重ねてきた結果、次の構成手段により銅箔厚みのバラツキのない薄箔が高電流密度のもとでホットスポットなどの不具合を生じることなく安定して生産できることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明における銅又は銅合金は、例えば特許第3121775号に見られるごときアウタードラム内周面とインナードラム外周面との間に介存させる中間素材としてではなく、チタン製アウタードラムの支持体及び導電体としてのインナードラム構成体の主要材料として、前記した往時の提案を見直し、加工性、経済性、実効性の問題を解決したものである。
【００１６】
【問題を解決するための手段】
したがって、本発明の要旨は以下のとおりである。すなわち、チタン製アウタードラムとその支持体となるインナードラムからなり、該支持体は、内部支持体がステンレス鋼又は炭素鋼で構成され、外部支持体が銅又は銅合金の導電支持層で構成された複合支持体からなる電着ドラムにおいて、前記導電支持層は、ステンレス鋼又は炭素鋼製内部支持体表面に銅又は銅合金を溶射又は溶接により肉盛りして形成した外部支持体からなることを特徴とする高速電着ドラムである。ここで、導電支持層は、ステンレス鋼又は炭素鋼製内部支持体の外周に銅又は銅合金製リングを焼き嵌めして形成した外部支持体とすることもできるが、ステンレス鋼又は炭素鋼製支持ドラムの内部支持体表面に銅又は銅合金を溶射又は溶接により肉盛りして形成した外部支持体とするのが好ましい。
【００１７】
更に、これら導電支持層は、その製造に際して、外周部を機械仕上げした銅又は銅合金製外部支持体とその表面の錫被覆層とし、該錫被覆層の表面に内周面が白金被覆層を有するチタン製アウタードラムを焼き嵌めすることにより得られる白金被覆層とで構成すると、より好ましい高速電着ドラムとなる。
【００１８】
したがって、これらの高速電着ドラムは、次のような２種類の製造方法で能率よく得ることができる。すなわち、まず第１には、
１)インナードラムである内部支持体をステンレス鋼又は炭素鋼で形成し、
２)電着面に流入する電流を受け入れるに十分な厚みの圧延銅板又は銅合金板により、銅板製導電リングを形成し、銅材の物性を損なわない加熱温度でインナードラムに焼き嵌め密着して外部支持体を形成し、
３)焼き嵌め後、銅を表面とするインナードラム表面を機械加工して表面精度、真円度及び円筒度を高め、
４)次いで銅表面を防食と良好な電気的接触を目的として錫メッキをし、
５)同じく防食と優れた電気的接触を得るために内周面を白金被覆したチタン製アウタードラムを銅表面に錫被覆したインナードラムに焼き嵌めして良好な導電支持層を有する電着ドラムを形成することを特徴とする高速電着ドラムの製造方法である。
【００１９】
また、チタン製アウタードラムとその支持体となるインナードラムからなる電着ドラムの製造に際して次のように変更してもよい。この第２の方法によれば、
１)インナードラムである内部支持体をステンレス鋼又は炭素鋼で形成し、
２)電着面に流入する電流を受け入れるに十分な厚みに銅又は銅合金の溶射又は溶接による肉盛り層を形成して外部支持体を形成し、
３)該溶射又は溶接による肉盛り層を表面とするインナードラム表面を機械加工して表面精度、真円度及び円筒度を高め、
４)次いで銅表面を防食と良好な電気的接触を目的として錫メッキをし、
５)同じく防食と優れた電気的接触を得るために内周面を白金被覆したチタン製アウタードラムを銅表面に錫被覆したインナードラムに焼き嵌めして良好な導電支持層を有する電着ドラムを形成することを特徴とする高速電着ドラムの製造方法とするのである。
【００２０】
前項３)〜５)におけるインナードラム銅表面の機械加工及び錫被覆とチタン製アウタードラム内周面の白金被覆は、本発明の効果をより高めるために必要な手段である。すなわち、特公昭46-90号における鉛、特公昭58-24507号における銅又は銅合金、あるいは近年の提案、すなわち、特許第3121775号におけるアウタードラム内周面とインナードラム外周面との間に介存させる銅板若しくは銅合金板、特開2001-49482号におけるインナードラム形成素材に爆着する導電性軟質中間素材などは、いずれもそれら素材のチタンより高い熱膨張率をこれに対面するチタン面に密着せしめる要因としている。
【００２１】
しかし、発明者らの実験によれば銅若しくは銅合金の硬度(ＨＢ＝35〜75)がチタンのそれ(ＨＢ＝約120)に比較して小さいとはいえ、狭い面積の局所接触ではなく広い面積の面接触であるアウタードラムとインナードラムの焼き嵌め接触面においては、爆発圧接のごとき大きな応力を加えない限り、100℃以下の温度における熱膨張力のみでは材質が炭素鋼の場合と略同様にアウタードラムのチタン面に完全密着する現象は起こらず、チタン製アウタードラムの内面粗さとドラムの円筒精度に相応する隙間を生じることは程度の差はあっても基本的に避けられないことが判った。
【００２２】
このことはチタン製アウタードラムとインナードラムとの焼き嵌め接触の不完全さの改善を目的とする特公昭58-24507号の提案はそれを裏付けるものであり、インナードラムの材質を熱膨張率の高い銅又は銅合金とするだけでなく、接触の不足を補うために銅又は銅合金の表面に凹凸溝を切り表面積を1/3に減らして焼き嵌めの緊縛力を３倍に増やす手段を主体にしていることからも明らかである。
【００２３】
本発明において、インナードラム内部支持体のステンレス鋼又は炭素鋼製内部支持体(図３、9-1)の外周部に一体化した銅又は銅合金製外部支持体(図３、9-2)を機械加工して、インナードラムの表面精度及び円筒精度を完全にした上で銅表面を錫被覆し、白金被覆したチタン製アウタードラムを焼き嵌めする補助手段は、銅系導電材の温度変化によって変化する体積の膨張収縮を接触の必須要因とする手段の不確定さを補って安定化させるもので、これによって長期間安定して高電流製箔運転が可能になることが確認された。
【００２４】
以上から明らかなように、本発明は前記に引用した特公昭58-24507号の提案すなわち、焼き嵌めされるチタン製アウタードラムとの電気的接触を良好にするために「インナードラム全体を銅合金製とする」とする提案に内在する加工性、経済性の問題を改善するために、主として支持体の強度を受け持つインナードラム内部支持体はステンレス鋼又は炭素鋼で構成し、電気的に必要なその外周部のみを銅又は銅合金の外部支持体で構成することによって大電流高電流密度の高速電着ドラムの製造を有利な加工性、経済性のもとで実現させるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を直径2.7ｍ、幅1.3ｍ、通電電流60,000Ａのチタン電着ドラムを例にして説明する。図１は電解銅箔製造装置の正面略図である。図２は本発明チタン電着ドラムの一部破断正面図を、図３は図２のＡで囲った部位の詳細を示す断面図である。
プリント配線板用電解銅箔を中心とする金属箔の製造に使用されるチタンを電着面とする電解銅箔製造装置は、図１に示すように銅メッキ液の器となる浴槽１の中心に回転陰極式電着ドラム２が回転軸３の両端を軸受４によりセットされ、その容積の約1/2が銅メッキ浴５に浸漬され、陰極に対面して配置される陽極６との間に集電リング７、整流器８を介して直流が通電され銅メッキ浴の一方の側から浴に浸入したチタン面に銅がメッキされ始め、他方の側の浴面から出るまでに所定の厚みの銅箔となった後、チタン面から剥がされてボビンに巻き取られるごとくして連続的に製造される。
【００２６】
実施例１
図２に示すチタン製アウタードラム10はインナードラム９の表面に焼き嵌めして相互の電気的接触が完成するが、本発明の実施例１においては、インナードラム内部支持体9-1は厚み約20mmのステンレス鋼板により外径約2680mm、幅1300mmに成形した。次いで、所要厚みの圧延銅板をロール曲げして両端部を突き合わせ、プラズマ溶接してその内径がステンレス製円筒の内部支持体(図３、9-1)の外径より数mm小さい銅製導電リングの外部支持体(図３、9-2)を成形した。次いで、銅リングを焼き嵌め炉に垂直にセットし、その表面全体を均一に加熱し適温(この場合、約200℃)に昇温した。この加熱により膨張して内径が拡張された銅リングにステンレス鋼製インナードラムを垂直に挿入して放熱し焼き嵌めをした。次いで、ステンレス鋼製インナードラムに一体化した銅リングの表面を機械加工にかけて表層数mmを切削して所要厚みの導電層を形成すると同時に、円筒度、表面精度が充分な銅材導電層を表層とするインナードラムが完成した。次いで、特許第2927726号に準じたメッキ装置により、銅表面に錫被覆11を施した。
一方、厚み８mmのチタン圧延板により銅を表面とするインナードラムの外形より数mm小さい内径約2680mmのアウタードラム10を製作した後、その内周面を特許第2927726号に準じて白金被覆12を形成した後、前記の錫被覆された銅リングを表層とするインナードラムに焼き嵌めして高速電着ドラムを完成した。
【００２７】
実施例２
実施例１と同様に厚み約20mmの炭素鋼板製円筒に側板、回転軸を取り付けてインナードラム基体の内部支持体9-1を形成した後、次の順序によってその表面に銅系導電層の外部支持体9-2を形成した。
(ア)銅箔メッキ装置に準じた表面処理装置にセットしてドラムの約1/4を処理液浴槽中に浸漬するように配置された。
(イ)浴槽にアルカリ脱脂液を張ってドラムを数時間回転させて炭素鋼表面を脱脂処理した。
(ウ)脱脂液を抜き出した後、回転する表面を純水で充分水洗いした上、熱風乾燥した。
(エ)浴槽に硫酸を主成分とするエッチング液を張って、回転するドラム表面を数時間エッチングして粗面化した。
(オ)エッチング液を抜き出して、表面を水洗、乾燥した。
(カ)アルゴンガスをシールドガスとするティグ溶接機をセットして、線状銅系肉盛り材により、ドラム表面の一辺から逐次ドラムを回転しながら肉盛り溶接を繰り返して、所要厚みの銅層からなる外部支持体9-2を形成した。
(キ)次いで、ドラムを機械加工装置に移して銅層の粗い表層を切削し、所要厚みの銅層に仕上げると同時に真円度、円筒度が充分な銅材を導電層とするインナードラムを完成した。
(ク)実施例１と同じく、銅表面に錫被覆を施した。
(ケ)一方、実施例１と同様に厚み８mmのチタン圧延板によりアウタードラムを製作し、その内周面を白金被覆した後、錫被覆された銅を表面とするインナードラムに焼き嵌めして高速電着ドラムを完成した。
【００２８】
【発明の効果】
上述のごとく、本発明におけるアウタードラムの支持体としてのインナードラムは、内部支持体をステンレス鋼又は炭素鋼で構成し、大電流を受け入れる表層部の外部支持体を銅又は銅合金で構成し、かつその表面が機械加工されることによってインナードラムの円筒精度が確保される上に、防食と電気的接触効果を高める錫被覆が施されるので、その内周面が電気的接触に優れた白金被覆されたアウタードラムの焼き嵌めによって完成した電着ドラムの電気的性能は、チタン電着面の電流分布を均整化して銅箔厚みを均一化すると共に、ホットスポットなどの障害を起こすことなく生産性、安定性の高い高電流密度操業を実現できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電解銅箔製造装置の正面略図である。
【図２】インナードラムにアウタードラムを焼き嵌め接合した一般的電着ドラム構造と接合境界面を示す一部破断正面図である。
【図３】図２Ａ部に相当する本発明における拡大図で内周面を白金被覆したチタン製アウタードラムと外周面を錫被覆した銅系導電層を有するインナードラムとの焼き嵌め接合部の詳細断面図である。
【符号の説明】
１  浴槽
２  回転陰極式電着ドラム
３  回転軸
６  陽極
９  一般的インナードラムの外周板
9-1  本発明インナードラム内部支持体
9-2  本発明インナードラム外部支持体
10  アウタードラム
11  錫被覆
12  白金被覆
【図１】
0004719375.tif 000002
【図２】
0004719375.tif 000003
【図３】
0004719375.tif 000004