JPH10330982A - 金属箔電着ドラム - Google Patents
金属箔電着ドラムInfo
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- JPH10330982A JPH10330982A JP13952697A JP13952697A JPH10330982A JP H10330982 A JPH10330982 A JP H10330982A JP 13952697 A JP13952697 A JP 13952697A JP 13952697 A JP13952697 A JP 13952697A JP H10330982 A JPH10330982 A JP H10330982A
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Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素鋼、ステンレス鋼あるいは銅合金製イン
ナドラムとチタン製アウタシリンダの焼嵌め接合界面の
電気的接触を良好にし、厚みむらの極めて小さい薄厚、
良質銅箔の生産が可能な、施工が容易でかつ経済的な、
主としてプリント配線板用電解銅箔の製造に供される電
着ドラムの提供を目的とする。 【解決手段】 電着面となるアウタシリンダ10とドラム
補強体となるインナドラム9とからなり、インナドラム
9の外周面に凝固膨腸性ビスマス合金被覆層13を形成
し、その表面にアウタシリンダ10を焼嵌めした後、熱処
理を施して該合金被覆層13を融解、凝固せしめてインナ
ドラム9とアウタシリンダ10の隙間に封入されたビスマ
ス合金融解凝固層15を形成してなる金属箔電着ドラムで
ある。
ナドラムとチタン製アウタシリンダの焼嵌め接合界面の
電気的接触を良好にし、厚みむらの極めて小さい薄厚、
良質銅箔の生産が可能な、施工が容易でかつ経済的な、
主としてプリント配線板用電解銅箔の製造に供される電
着ドラムの提供を目的とする。 【解決手段】 電着面となるアウタシリンダ10とドラム
補強体となるインナドラム9とからなり、インナドラム
9の外周面に凝固膨腸性ビスマス合金被覆層13を形成
し、その表面にアウタシリンダ10を焼嵌めした後、熱処
理を施して該合金被覆層13を融解、凝固せしめてインナ
ドラム9とアウタシリンダ10の隙間に封入されたビスマ
ス合金融解凝固層15を形成してなる金属箔電着ドラムで
ある。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解金属箔の生産
に供される回転陰極式の金属箔電着ドラムに関する。
に供される回転陰極式の金属箔電着ドラムに関する。
【0002】
【従来の技術】電解金属箔には銅箔、ニッケル箔などが
あるが、今日最も大量に利用されているのが電子機器に
使用されるプリント配線基板用銅箔であり、この銅箔は
チタンあるいはステンレススチールを電着面とする回転
陰極式電着ドラムを装備した電解銅箔製造装置によって
製造される。
あるが、今日最も大量に利用されているのが電子機器に
使用されるプリント配線基板用銅箔であり、この銅箔は
チタンあるいはステンレススチールを電着面とする回転
陰極式電着ドラムを装備した電解銅箔製造装置によって
製造される。
【0003】この種のチタン製アウタシリンダを鋼材あ
るいは銅材製のインナドラムに焼嵌めして一体化される
電着ドラムの接合面は、基本的にアウタシリンダが圧延
工程を経て作られた表面が粗く平坦度が十分でないチタ
ン板を材料としており且つ、これをシリンダ状にロール
曲げして両端部を突き合わせ溶接して作られるので溶接
歪が加わって真円度が完全でないため、焼嵌めされたア
ウタシリンダ内周面とインナドラム外周面との接触界面
に密着部、緩着部、隙間部を生じることは避けられず、
これに起因する電気的接触ムラによって電着する金属箔
の厚みにバラツキを生じる欠点を有する。特に、隙間部
に位置した酸化され易いインナドラム外周面は継時的に
酸化されて接触不良域を増加させる結果、局所発熱によ
るホットスポットなどの変色、変質を生じて製品価値を
失う不利益を被ることになる。
るいは銅材製のインナドラムに焼嵌めして一体化される
電着ドラムの接合面は、基本的にアウタシリンダが圧延
工程を経て作られた表面が粗く平坦度が十分でないチタ
ン板を材料としており且つ、これをシリンダ状にロール
曲げして両端部を突き合わせ溶接して作られるので溶接
歪が加わって真円度が完全でないため、焼嵌めされたア
ウタシリンダ内周面とインナドラム外周面との接触界面
に密着部、緩着部、隙間部を生じることは避けられず、
これに起因する電気的接触ムラによって電着する金属箔
の厚みにバラツキを生じる欠点を有する。特に、隙間部
に位置した酸化され易いインナドラム外周面は継時的に
酸化されて接触不良域を増加させる結果、局所発熱によ
るホットスポットなどの変色、変質を生じて製品価値を
失う不利益を被ることになる。
【0004】よってこのような焼嵌め接合面に生じる接
触ムラを改善するために、例えば、インナドラム表面に
溝を切り表面積を減らしてアウタシリンダの締付圧力を
強める方法(特公昭58−24507号)、インナドラムとアウ
タシリンダの接触面に銀メッキ、白金メッキあるいは金
メッキ層を施して接触部の電気抵抗を減小する方法(特
公昭61−60149号)、インナドラムとアウタシリンダをハ
ンダ層を介して接着一体化する方法(特公平2−55510
号)、網状又は多孔状の金属シートを介してアウタスキ
ンをインナドラムに焼嵌める方法(特開平2−213498号)
インナドラムの外周面に、導電性軟質線材を巻回して隙
間部にも導電材を入り込ませる方法(特開平4−116190
号)など、現在まで多くの提案がなされてきた。
触ムラを改善するために、例えば、インナドラム表面に
溝を切り表面積を減らしてアウタシリンダの締付圧力を
強める方法(特公昭58−24507号)、インナドラムとアウ
タシリンダの接触面に銀メッキ、白金メッキあるいは金
メッキ層を施して接触部の電気抵抗を減小する方法(特
公昭61−60149号)、インナドラムとアウタシリンダをハ
ンダ層を介して接着一体化する方法(特公平2−55510
号)、網状又は多孔状の金属シートを介してアウタスキ
ンをインナドラムに焼嵌める方法(特開平2−213498号)
インナドラムの外周面に、導電性軟質線材を巻回して隙
間部にも導電材を入り込ませる方法(特開平4−116190
号)など、現在まで多くの提案がなされてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の中、特
公平2−55510号の手段は焼嵌めでは基本的に避けられ
ないインナドラムとアウタシリンダとの接合界面に生じ
る隙間の問題をなくすために、アウタシリンダを焼嵌め
によらずインナドラムに外挿し、予め銀メッキしその上
にハンダコーティングをした両面の隙間に溶融ハンダを
注入凝固して導電体としてのハンダ層を形成すると共に
両面をロウ付けして接着一体化するもので、これが実現
されれば上記の焼嵌め接合における隙間の問題は完全に
解消される注目すべき提案である。しかしながら、この
従来技術には次のような実施を困難にする問題があるた
め、理想的には効果が期待されるにも拘らず、未だ商業
的に実現に至っていない。
公平2−55510号の手段は焼嵌めでは基本的に避けられ
ないインナドラムとアウタシリンダとの接合界面に生じ
る隙間の問題をなくすために、アウタシリンダを焼嵌め
によらずインナドラムに外挿し、予め銀メッキしその上
にハンダコーティングをした両面の隙間に溶融ハンダを
注入凝固して導電体としてのハンダ層を形成すると共に
両面をロウ付けして接着一体化するもので、これが実現
されれば上記の焼嵌め接合における隙間の問題は完全に
解消される注目すべき提案である。しかしながら、この
従来技術には次のような実施を困難にする問題があるた
め、理想的には効果が期待されるにも拘らず、未だ商業
的に実現に至っていない。
【0006】問題の第1は、上記特許公報に記載されて
いるように、ハンダのロウ付一体化を可能にするには、
ハンダに濡れないチタンシリンダの内面を予めニッケ
ル、銀等のハンダに濡れる金属をメッキし、その上にハ
ンダコーティング処理を行っておくことと、インナドラ
ムの鋼材又は銅材の表面に対しても同様に、予めハンダ
コーティング処理を行ってフラックス残渣を除去して置
く必要があることである。さもないと、アウタシリンダ
にインナドラムを外挿した狭い間隙への溶融ハンダの注
入は濡れ性が欠けるために困難であり、ロウ付による接
着一体化は完成しない。
いるように、ハンダのロウ付一体化を可能にするには、
ハンダに濡れないチタンシリンダの内面を予めニッケ
ル、銀等のハンダに濡れる金属をメッキし、その上にハ
ンダコーティング処理を行っておくことと、インナドラ
ムの鋼材又は銅材の表面に対しても同様に、予めハンダ
コーティング処理を行ってフラックス残渣を除去して置
く必要があることである。さもないと、アウタシリンダ
にインナドラムを外挿した狭い間隙への溶融ハンダの注
入は濡れ性が欠けるために困難であり、ロウ付による接
着一体化は完成しない。
【0007】第2は、インナドラム表面へのハンダコー
ティングを電気メッキ法で代替する場合、メッキ液中の
鉛が環境公害を引き起こす問題があることである。
ティングを電気メッキ法で代替する場合、メッキ液中の
鉛が環境公害を引き起こす問題があることである。
【0008】本発明者らは、上記従来技術の実行を妨げ
ているこれらの問題を重視し、今日一般的手段となって
いる焼嵌め接合を踏襲し、問題となる隙間を導電材で満
たして焼嵌め接合面全体の接触を実現し得る手段を開発
することを課題として研究に取り組んだ結果、本発明を
生み出したものである。
ているこれらの問題を重視し、今日一般的手段となって
いる焼嵌め接合を踏襲し、問題となる隙間を導電材で満
たして焼嵌め接合面全体の接触を実現し得る手段を開発
することを課題として研究に取り組んだ結果、本発明を
生み出したものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、電着面となる
アウタシリンダとドラム補強体となるインナドラムとか
らなり、インナドラムの外周面に凝固膨脹性ビスマス合
金被覆層を形成し、その表面にアウタシリンダを焼嵌め
した後、熱処理を施して該合金被覆層を融解、凝固せし
めてインナドラムとアウタシリンダの隙間に封入された
ビスマス合金融解凝固層を形成してなる金属箔電着ドラ
ムである。
アウタシリンダとドラム補強体となるインナドラムとか
らなり、インナドラムの外周面に凝固膨脹性ビスマス合
金被覆層を形成し、その表面にアウタシリンダを焼嵌め
した後、熱処理を施して該合金被覆層を融解、凝固せし
めてインナドラムとアウタシリンダの隙間に封入された
ビスマス合金融解凝固層を形成してなる金属箔電着ドラ
ムである。
【0010】本発明の解決手段は、上述のようにインナ
ドラムの外周面に凝固時に3.3%の体積膨脹をするビス
マスを主成分とした凝固膨脹性可融合金の成分金属の被
覆層を形成する手段と、アウタシリンダを焼嵌めした後
その外周面を加熱して、インナドラムとの間に介在する
ビスマス合金成分を融解して完全に合金化させると同時
に、アウタシリンダの締付圧力により隙間部に移動させ
てこれを埋める加熱填隙手段と、合金の融点以下に冷却
して凝固させ、その体積膨脹力により隙間部を占めた合
金をインナドラムおよびアウタシリンダの接触面に圧接
せしめる冷却圧接手段によって形成する。
ドラムの外周面に凝固時に3.3%の体積膨脹をするビス
マスを主成分とした凝固膨脹性可融合金の成分金属の被
覆層を形成する手段と、アウタシリンダを焼嵌めした後
その外周面を加熱して、インナドラムとの間に介在する
ビスマス合金成分を融解して完全に合金化させると同時
に、アウタシリンダの締付圧力により隙間部に移動させ
てこれを埋める加熱填隙手段と、合金の融点以下に冷却
して凝固させ、その体積膨脹力により隙間部を占めた合
金をインナドラムおよびアウタシリンダの接触面に圧接
せしめる冷却圧接手段によって形成する。
【0011】ビスマスを主成分とする凝固膨脹性可融合
金には、副成分として錫、鉛、カドミウム、ガリウム、
インジウムなどを含むものが多種類あるが、本発明に適
用されるものは次の条件を満たすものが選ばれる。 1)溶融合金が凝固する時に体積膨脹すること。 2)電気抵抗が小さいこと。 3)インナドラム表面に合金成分金属のメッキが可能であ
ること。 4)メッキ液成分に環境公害の恐れのある有害金属を含ま
ないこと。 5)コストを高める貴金属,希有金属を含まないこと。 6)融解合金の表面張力が小さく狭い隙間に拡がること。 7)融点が電着ドラムの運転温度以上でドラムの加熱許容
温度以内であること。
金には、副成分として錫、鉛、カドミウム、ガリウム、
インジウムなどを含むものが多種類あるが、本発明に適
用されるものは次の条件を満たすものが選ばれる。 1)溶融合金が凝固する時に体積膨脹すること。 2)電気抵抗が小さいこと。 3)インナドラム表面に合金成分金属のメッキが可能であ
ること。 4)メッキ液成分に環境公害の恐れのある有害金属を含ま
ないこと。 5)コストを高める貴金属,希有金属を含まないこと。 6)融解合金の表面張力が小さく狭い隙間に拡がること。 7)融点が電着ドラムの運転温度以上でドラムの加熱許容
温度以内であること。
【0012】その代表例として、ビスマス−錫、ビスマ
ス−鉛、ビスマス−錫−鉛などが挙げられるが、特に、
重量比がビスマス58:錫42のBi−Sn系合金が好まし
い。この合金の代表的物性は比重8.7、融点138℃(共
晶)、電気抵抗率0.3445Ωm/mm2、体積変化(液体→固
体)0.77%である。以下本発明において填隙材として使
用する凝固膨脹性可融合金をBi−Snの2成分合金を
代表して記述するが、本発明はこれに限定されるもので
なく、上記条件を満たすものであれば他の成分を含む合
金も包含されるものである。
ス−鉛、ビスマス−錫−鉛などが挙げられるが、特に、
重量比がビスマス58:錫42のBi−Sn系合金が好まし
い。この合金の代表的物性は比重8.7、融点138℃(共
晶)、電気抵抗率0.3445Ωm/mm2、体積変化(液体→固
体)0.77%である。以下本発明において填隙材として使
用する凝固膨脹性可融合金をBi−Snの2成分合金を
代表して記述するが、本発明はこれに限定されるもので
なく、上記条件を満たすものであれば他の成分を含む合
金も包含されるものである。
【0013】インナドラムの表面にビスマス合金又はそ
の成分金属の被覆層を形成させる手段には、湿式電気メ
ッキ法が適用され次の二通りの方法がある。Bi−Sn
系合金の場合、その一つはインナドラムの表面に先ずビ
スマスメッキ被膜を形成し、次いでその上に錫メッキ被
膜を形成してビスマスと錫の重量比が概ね58:42の二層
被膜を形成するものであり、他の一つは、ビスマスと錫
を同時に電着させてその成分比が概ね58:42の合金被膜
を形成するものであり、何れの場合も公知の電着法によ
って形成される。すなわち、ビスマスメッキは硫酸酸性
硫酸ビスマス浴、メタンスルホン酸ビスマス浴が、又錫
メッキは、硫酸酸性硫酸錫浴、メタンスルホン酸錫浴な
どが用いられ、図1に示す電解銅箔製造装置と同様の回
転陰極式メッキ装置により、電着面となる表面の一部を
メッキ浴に陽極に対面させて浸漬し、回転させながらそ
れぞれの適性メッキ条件のもとで所要厚みのメッキ量に
相当する電流量を通電して行われる。これらのメッキ被
膜の厚みは、約25μmあれば鋼材,銅材などの発錆し易
い表面の防錆に役立つが、本発明の目的とする焼嵌め接
合面の隙間を埋め全体の接触を均一化するには、後述の
理由によりその厚みは約100μmにするのが好ましい。
の成分金属の被覆層を形成させる手段には、湿式電気メ
ッキ法が適用され次の二通りの方法がある。Bi−Sn
系合金の場合、その一つはインナドラムの表面に先ずビ
スマスメッキ被膜を形成し、次いでその上に錫メッキ被
膜を形成してビスマスと錫の重量比が概ね58:42の二層
被膜を形成するものであり、他の一つは、ビスマスと錫
を同時に電着させてその成分比が概ね58:42の合金被膜
を形成するものであり、何れの場合も公知の電着法によ
って形成される。すなわち、ビスマスメッキは硫酸酸性
硫酸ビスマス浴、メタンスルホン酸ビスマス浴が、又錫
メッキは、硫酸酸性硫酸錫浴、メタンスルホン酸錫浴な
どが用いられ、図1に示す電解銅箔製造装置と同様の回
転陰極式メッキ装置により、電着面となる表面の一部を
メッキ浴に陽極に対面させて浸漬し、回転させながらそ
れぞれの適性メッキ条件のもとで所要厚みのメッキ量に
相当する電流量を通電して行われる。これらのメッキ被
膜の厚みは、約25μmあれば鋼材,銅材などの発錆し易
い表面の防錆に役立つが、本発明の目的とする焼嵌め接
合面の隙間を埋め全体の接触を均一化するには、後述の
理由によりその厚みは約100μmにするのが好ましい。
【0014】次の加熱填隙手段は、上記の手段によって
形成されたビスマス/錫の二層又は合金被覆層を加熱溶
融して完全に合金化すると同時に、液相合金を隙間部に
拡散移動させるために行われる。即ち、メッキされたま
まの被膜層は合金メッキと云えども融点が272℃のビス
マスと融点が231.9℃の錫の混合物であって、融点が138
℃の凝固膨脹性合金組織にはなっていない。従って、合
金にするには溶融混合が必要である。加熱溶融は電気炉
などの温度調節が可能な炉内で行うのが望ましいが、そ
れが出来ない場合にはドラム回転軸を水平にして回転さ
せながらドラムの巾に等間隔に据えられたガスバーナー
により、チタンシリンダ外周面に対して昇温速度を調整
しながら緩速加熱によって行われる。チタンシリンダか
らの伝熱により融点に達した被覆合金成分のビスマス及
び錫は融解混合して完全に合金化すると同時に、チタン
シリンダの締付圧力によって密着部に存在したものは隣
接する隙間部に押し出されてこれを充たし、過剰分はド
ラムの巾の両端から漏出する。従って、その時点で加熱
を停止することによってドラム構造体の内部に歪を与え
るオーバーヒートを防止できる。
形成されたビスマス/錫の二層又は合金被覆層を加熱溶
融して完全に合金化すると同時に、液相合金を隙間部に
拡散移動させるために行われる。即ち、メッキされたま
まの被膜層は合金メッキと云えども融点が272℃のビス
マスと融点が231.9℃の錫の混合物であって、融点が138
℃の凝固膨脹性合金組織にはなっていない。従って、合
金にするには溶融混合が必要である。加熱溶融は電気炉
などの温度調節が可能な炉内で行うのが望ましいが、そ
れが出来ない場合にはドラム回転軸を水平にして回転さ
せながらドラムの巾に等間隔に据えられたガスバーナー
により、チタンシリンダ外周面に対して昇温速度を調整
しながら緩速加熱によって行われる。チタンシリンダか
らの伝熱により融点に達した被覆合金成分のビスマス及
び錫は融解混合して完全に合金化すると同時に、チタン
シリンダの締付圧力によって密着部に存在したものは隣
接する隙間部に押し出されてこれを充たし、過剰分はド
ラムの巾の両端から漏出する。従って、その時点で加熱
を停止することによってドラム構造体の内部に歪を与え
るオーバーヒートを防止できる。
【0015】ドラム接合面全体の隙間を充たすに必要な
合金被覆層の厚みは、チタンシリンダの製缶精度,チタ
ン圧延板の表面粗さ,焼嵌め代即ち締付圧力によって変
わり一概に決められないが、経験的に隙間の間隔は最大
500μm、平均50μm以下であるので、約100μmにすれ
ばランダムに分布する隙間の95%以上が合金で満たされ
て目的を十分達成できる。
合金被覆層の厚みは、チタンシリンダの製缶精度,チタ
ン圧延板の表面粗さ,焼嵌め代即ち締付圧力によって変
わり一概に決められないが、経験的に隙間の間隔は最大
500μm、平均50μm以下であるので、約100μmにすれ
ばランダムに分布する隙間の95%以上が合金で満たされ
て目的を十分達成できる。
【0016】最後の冷却凝固手段は、加熱停止によって
自然に行われる。加熱停止後ドラムの回転は継続して行
われ、冷却は自然放冷が凝固時の合金組織を完成させる
ために好ましい。温度が合金の融点(138℃)以下になれ
ば、隙間に封入された合金は凝固を完結し凝固と同時に
その体積を約0.8%膨脹するので周囲の面に恰も接着し
た如く密着し、良好な電気的接触を完成する。焼嵌めに
よるアウタシリンダ内周面のインナドラム外周面への圧
着力は、例えば直径2,000mmの電着ドラムの場合、焼嵌
め代=3mmとすると計算上の面圧は5.6kg/cm2になるの
で、テストピースを用いてこの面圧におけるチタン板と
鋼板又は銅板の接合面の接触抵抗と、隙間に合金を充填
させた接合面の接触抵抗を測定して比較することにより
実機における本発明の接触効果を推定できる。後述する
実施例2における実験から、本発明手段によれば極めて
良好な接触が得られることが確認されている。
自然に行われる。加熱停止後ドラムの回転は継続して行
われ、冷却は自然放冷が凝固時の合金組織を完成させる
ために好ましい。温度が合金の融点(138℃)以下になれ
ば、隙間に封入された合金は凝固を完結し凝固と同時に
その体積を約0.8%膨脹するので周囲の面に恰も接着し
た如く密着し、良好な電気的接触を完成する。焼嵌めに
よるアウタシリンダ内周面のインナドラム外周面への圧
着力は、例えば直径2,000mmの電着ドラムの場合、焼嵌
め代=3mmとすると計算上の面圧は5.6kg/cm2になるの
で、テストピースを用いてこの面圧におけるチタン板と
鋼板又は銅板の接合面の接触抵抗と、隙間に合金を充填
させた接合面の接触抵抗を測定して比較することにより
実機における本発明の接触効果を推定できる。後述する
実施例2における実験から、本発明手段によれば極めて
良好な接触が得られることが確認されている。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態につき具体的に説明する。図1は電解銅箔製
造装置の正面略図である。図2はインナドラムにアウタ
シリンダを焼嵌め接合した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。
実施の形態につき具体的に説明する。図1は電解銅箔製
造装置の正面略図である。図2はインナドラムにアウタ
シリンダを焼嵌め接合した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。
【0018】金属箔製造の代表例であるこの装置は図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に支持し
てセットされ、その容積の約1/2をメッキ液5に浸漬
し、陰極となる電着面に対面して配置される陽極6との
間にメッキ液を供給しながら集電リング7、直流電源8
を介して直流が通電され、メッキ浴液面の一方の側から
液中に侵入した電着面に銅がメッキされ始め、他方の側
のメッキ浴液面から気中に出るまでに所定の厚みの銅箔
となった後、電着面から剥がされてボビンに巻き取られ
るようにして銅箔が連続的に製造される。
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に支持し
てセットされ、その容積の約1/2をメッキ液5に浸漬
し、陰極となる電着面に対面して配置される陽極6との
間にメッキ液を供給しながら集電リング7、直流電源8
を介して直流が通電され、メッキ浴液面の一方の側から
液中に侵入した電着面に銅がメッキされ始め、他方の側
のメッキ浴液面から気中に出るまでに所定の厚みの銅箔
となった後、電着面から剥がされてボビンに巻き取られ
るようにして銅箔が連続的に製造される。
【0019】図2は電着ドラムの一部破断正面図で、回
転軸3を中心に構成される鋼材又は銅材製インナドラム
9の機械加工された外周面に、チタン圧延板をリング状
にロール成形し、その両端部を突き合わせ溶接して作ら
れた内径がインナドラム外径より僅かに小さいアウタシ
リンダ10が焼嵌めにより嵌め合わされた上、電着面とな
るチタンの表面を機械仕上げ後研磨して使用される。こ
のような銅箔用電着ドラムの代表的寸法は直径約2〜3
m、幅約1〜2mであり電着面になるチタン材の厚みは
5〜8mmである。本発明は図2に示す記号Aの部位にお
けるインナドラム9の外周面とアウタシリンダ10の内周
面との電気的接触が高度に改善された金属箔電着ドラム
に関する。
転軸3を中心に構成される鋼材又は銅材製インナドラム
9の機械加工された外周面に、チタン圧延板をリング状
にロール成形し、その両端部を突き合わせ溶接して作ら
れた内径がインナドラム外径より僅かに小さいアウタシ
リンダ10が焼嵌めにより嵌め合わされた上、電着面とな
るチタンの表面を機械仕上げ後研磨して使用される。こ
のような銅箔用電着ドラムの代表的寸法は直径約2〜3
m、幅約1〜2mであり電着面になるチタン材の厚みは
5〜8mmである。本発明は図2に示す記号Aの部位にお
けるインナドラム9の外周面とアウタシリンダ10の内周
面との電気的接触が高度に改善された金属箔電着ドラム
に関する。
【0020】本発明は、図3に示すように先ずインナド
ラム9の外周面に凝固時に体積膨脹する特異性のあるビ
スマスを主成分とした凝固膨脹性可融合金の成分金属の
メッキ層13を形成した上にアウタシリンダ10を焼嵌め
て、一時的に合金成分層の中間素材が介在する間接接合
の状態にし、次いで隙間14を埋めるために合金成分層を
融解流動化して合金化させると同時に、図4に示すよう
にアウタシリンダ10を潜在する締付圧力により本来の焼
嵌めと同様に、その内面をインナドラム9の外面に直接
接合し、接触部16の位置に在った融解合金を非接触部の
隙間に押し出してこれを充たし、過剰分をドラムの外に
排出後、隙間に封入された融解合金15を冷却凝固させ、
その体積膨脹によって接触する隙間の両面に圧着するこ
とによって焼嵌め接合面全体の電気的接触を完成する。
ラム9の外周面に凝固時に体積膨脹する特異性のあるビ
スマスを主成分とした凝固膨脹性可融合金の成分金属の
メッキ層13を形成した上にアウタシリンダ10を焼嵌め
て、一時的に合金成分層の中間素材が介在する間接接合
の状態にし、次いで隙間14を埋めるために合金成分層を
融解流動化して合金化させると同時に、図4に示すよう
にアウタシリンダ10を潜在する締付圧力により本来の焼
嵌めと同様に、その内面をインナドラム9の外面に直接
接合し、接触部16の位置に在った融解合金を非接触部の
隙間に押し出してこれを充たし、過剰分をドラムの外に
排出後、隙間に封入された融解合金15を冷却凝固させ、
その体積膨脹によって接触する隙間の両面に圧着するこ
とによって焼嵌め接合面全体の電気的接触を完成する。
【0021】以上の手段は、前記特公平2−55510号の
手段とは次の点で基本的に異なる。すなわち、該手段は
図5に示すように銀メッキ等の表面処理された面の上に
ハンダ層21がコーティングされたインナドラム9とアウ
タシリンダ10の両面の隙間を、ロウ付が可能なハンダを
溶融状態で注入してハンダの中間層22を形成すると共
に、ハンダのロウ付作用により両面を接着一体化するも
のであるのに対して、本発明の手段は局部的隙間を凝固
膨脹性合金で充たし、その体積膨脹力によってチタンシ
リンダの隙間表面を圧接し、焼嵌めによる直接的密着部
と共にドラム全体の電気的接触を接触面圧の増加作用に
よって行うものである。従って、焼嵌め接合面の約50%
はインナドラムの鋼材又は銅材表面とアウタシリンダの
チタン表面との直接圧接からなり、残る約50%は圧接か
ら取り残された隙間が合金の仲介する間接圧接によって
成り立っている。図3、4は本発明を説明する接合境界
部の拡大された断面を示すもので、図3はビスマス合金
成分メッキ層13を形成したインナドラム9にアウタシリ
ンダ10が焼嵌めされた直後の状態即ち、一時的に形成さ
れるメッキ層13が介在する接合状態を示し、図4は次の
加熱溶融処理によって図3の隙間14にビスマス合金15が
充填されて、直接圧接部16と間接圧接部15が形成された
状態を示すもので、従来の技術を図示した図5と比較す
ればその違いは明らかである。
手段とは次の点で基本的に異なる。すなわち、該手段は
図5に示すように銀メッキ等の表面処理された面の上に
ハンダ層21がコーティングされたインナドラム9とアウ
タシリンダ10の両面の隙間を、ロウ付が可能なハンダを
溶融状態で注入してハンダの中間層22を形成すると共
に、ハンダのロウ付作用により両面を接着一体化するも
のであるのに対して、本発明の手段は局部的隙間を凝固
膨脹性合金で充たし、その体積膨脹力によってチタンシ
リンダの隙間表面を圧接し、焼嵌めによる直接的密着部
と共にドラム全体の電気的接触を接触面圧の増加作用に
よって行うものである。従って、焼嵌め接合面の約50%
はインナドラムの鋼材又は銅材表面とアウタシリンダの
チタン表面との直接圧接からなり、残る約50%は圧接か
ら取り残された隙間が合金の仲介する間接圧接によって
成り立っている。図3、4は本発明を説明する接合境界
部の拡大された断面を示すもので、図3はビスマス合金
成分メッキ層13を形成したインナドラム9にアウタシリ
ンダ10が焼嵌めされた直後の状態即ち、一時的に形成さ
れるメッキ層13が介在する接合状態を示し、図4は次の
加熱溶融処理によって図3の隙間14にビスマス合金15が
充填されて、直接圧接部16と間接圧接部15が形成された
状態を示すもので、従来の技術を図示した図5と比較す
ればその違いは明らかである。
【0022】以下、本発明の詳細を実施例に基づき更に
詳細に説明する。 実施例1 図2の構造の回転軸を備えた直径500mm、巾300mmの電着
ドラムが次によって製作された。インナドラムの外周9
が厚み12mmの炭素鋼(SS400)で形成され、その表面が
旋削仕上げされた。表面粗さ計で測定した表面粗さはR
a=8.6μmであった。次いで、その表面がアルカリ脱
脂、酸エッチング、水洗されたのち、図1の電解銅箔製
造装置と基本的に同様のビスマスメッキ槽に電着面以外
をマスキングして表面の約1/4がメッキ液に浸漬するご
とくセットされ、純ビスマスを陽極として0.5〜1r.p.
m.回転させながら次の条件により平均厚み65μmの灰白
色のビスマスメッキ被膜が形成された。 メッキ条件: 硫酸ビスマス 40 g/l 硫 酸 120 g/l 界面活性剤 0.5 g/l 陰極電流密度 3 A/dm2 浴 温 度 25 ℃
詳細に説明する。 実施例1 図2の構造の回転軸を備えた直径500mm、巾300mmの電着
ドラムが次によって製作された。インナドラムの外周9
が厚み12mmの炭素鋼(SS400)で形成され、その表面が
旋削仕上げされた。表面粗さ計で測定した表面粗さはR
a=8.6μmであった。次いで、その表面がアルカリ脱
脂、酸エッチング、水洗されたのち、図1の電解銅箔製
造装置と基本的に同様のビスマスメッキ槽に電着面以外
をマスキングして表面の約1/4がメッキ液に浸漬するご
とくセットされ、純ビスマスを陽極として0.5〜1r.p.
m.回転させながら次の条件により平均厚み65μmの灰白
色のビスマスメッキ被膜が形成された。 メッキ条件: 硫酸ビスマス 40 g/l 硫 酸 120 g/l 界面活性剤 0.5 g/l 陰極電流密度 3 A/dm2 浴 温 度 25 ℃
【0023】次いで、ビスマスメッキされたドラムが錫
メッキ槽に上記同様にセットされ、純錫板を陽極として
0.5〜1r.p.m.回転させながら次の条件により平均厚み6
3μmの半光沢錫メッキ被膜がビスマスメッキ被膜の上
に形成された。この二層被膜のビスマスと錫の重量比は
略ビスマス:錫=58:42であり融解温度=138℃のビス
マス−錫可融合金の成分比に相当する。 硫酸第一錫 40 g/l 硫 酸 100 g/l 界面活性剤 20 g/l 陰極電流密度 3 A/dm2 浴 温 度 15〜25 ℃
メッキ槽に上記同様にセットされ、純錫板を陽極として
0.5〜1r.p.m.回転させながら次の条件により平均厚み6
3μmの半光沢錫メッキ被膜がビスマスメッキ被膜の上
に形成された。この二層被膜のビスマスと錫の重量比は
略ビスマス:錫=58:42であり融解温度=138℃のビス
マス−錫可融合金の成分比に相当する。 硫酸第一錫 40 g/l 硫 酸 100 g/l 界面活性剤 20 g/l 陰極電流密度 3 A/dm2 浴 温 度 15〜25 ℃
【0024】厚み5.5mm、表面粗さ(Ra)=1.6μmの純
チタン圧延板がリング成形後突き合わせ溶接されて、イ
ンナドラムのメッキ被膜を含む外径より0.5mm小さい内
径499.5mm、巾320mmのアウタシリンダが製作された。次
いで、その内周面が脱脂,清浄された後350℃に加熱さ
れて内径が拡張され、その中にインナドラムが吊り降ろ
されて焼嵌めされた。次いで、回転軸を水平にして回転
駆動装置付軸受にセットされ2r.p.m.で回転しながらプ
ロパンガスバーナーでアウタシリンダ表面が加熱され
た。表面温度が約270℃になった時点でドラムの両端の
チタンシリンダとインナドラムの接触境界部より溶融金
属の滴が漏れ出す現象が認められ、その時点で加熱が停
止された。以後回転を継続しながら100℃まで自然放冷
されて回転が停止された。
チタン圧延板がリング成形後突き合わせ溶接されて、イ
ンナドラムのメッキ被膜を含む外径より0.5mm小さい内
径499.5mm、巾320mmのアウタシリンダが製作された。次
いで、その内周面が脱脂,清浄された後350℃に加熱さ
れて内径が拡張され、その中にインナドラムが吊り降ろ
されて焼嵌めされた。次いで、回転軸を水平にして回転
駆動装置付軸受にセットされ2r.p.m.で回転しながらプ
ロパンガスバーナーでアウタシリンダ表面が加熱され
た。表面温度が約270℃になった時点でドラムの両端の
チタンシリンダとインナドラムの接触境界部より溶融金
属の滴が漏れ出す現象が認められ、その時点で加熱が停
止された。以後回転を継続しながら100℃まで自然放冷
されて回転が停止された。
【0025】この後、側板取付け,電着面切削,研磨仕
上げが施されて本発明の電着ドラムが完成された。本発
明の効果を確かめるためにビスマス−錫のメッキ以外は
全く同じ仕様で焼嵌めのみのもの、すなわち、チタンシ
リンダを炭素鋼製インナドラムに焼嵌めした比較用電着
ドラムが製作され、基本的に図1と同じ構造の銅箔製造
試験装置にセットされて銅メッキ液濃度270g/l(CuS
O4・5H2O)、極間距離6mm、メッキ液極間流速50cm
/秒、DSE陽極、温度60℃、箔厚み35μm、電流密度
60A/dm2の運転条件のもとで製箔試験が実施された。
両方の電着ドラムよりドラム1回転分の銅箔がサンプリ
ングされ、ドラム巾方向の両端それぞれ約20mmを切除し
た巾200mm,長さ1,500mmの銅箔を50mm角の小片に裁断し
て全数を計量し、平均値a,最大値b,最小値cからバ
ラツキ率y(%)=(b−c)/a×100を求めた。その結
果は比較ドラムが6.7%であったのに対し、本発明ドラ
ムのそれは1.2%の低い値であった。これより本発明の
手段を施した電着ドラムはインナドラムとアウタシリン
ダとの接触を改善して電着金属箔の厚みのバラツキを小
さくする上で極めて効果があることが確かめられた。
上げが施されて本発明の電着ドラムが完成された。本発
明の効果を確かめるためにビスマス−錫のメッキ以外は
全く同じ仕様で焼嵌めのみのもの、すなわち、チタンシ
リンダを炭素鋼製インナドラムに焼嵌めした比較用電着
ドラムが製作され、基本的に図1と同じ構造の銅箔製造
試験装置にセットされて銅メッキ液濃度270g/l(CuS
O4・5H2O)、極間距離6mm、メッキ液極間流速50cm
/秒、DSE陽極、温度60℃、箔厚み35μm、電流密度
60A/dm2の運転条件のもとで製箔試験が実施された。
両方の電着ドラムよりドラム1回転分の銅箔がサンプリ
ングされ、ドラム巾方向の両端それぞれ約20mmを切除し
た巾200mm,長さ1,500mmの銅箔を50mm角の小片に裁断し
て全数を計量し、平均値a,最大値b,最小値cからバ
ラツキ率y(%)=(b−c)/a×100を求めた。その結
果は比較ドラムが6.7%であったのに対し、本発明ドラ
ムのそれは1.2%の低い値であった。これより本発明の
手段を施した電着ドラムはインナドラムとアウタシリン
ダとの接触を改善して電着金属箔の厚みのバラツキを小
さくする上で極めて効果があることが確かめられた。
【0026】実施例2 隙間を埋めて凝固したビスマス合金の接触効果を確認す
る目的で次の試験が実施された。実施例1の電着ドラム
製作に使用した厚み12mmの炭素鋼板(SS400)と厚み5.5
mmのチタン圧延板から50mm×50mmのテストピースがそれ
ぞれ2ケ切り出され、鋼板のチタン板との接触面が実施
例1同様の機械切削仕上げされた後、その中の1ケが脱
脂,酸洗,エッチング後次の条件の下でメッキ厚み約80
μmのBi−Sn系合金メッキが施された。
る目的で次の試験が実施された。実施例1の電着ドラム
製作に使用した厚み12mmの炭素鋼板(SS400)と厚み5.5
mmのチタン圧延板から50mm×50mmのテストピースがそれ
ぞれ2ケ切り出され、鋼板のチタン板との接触面が実施
例1同様の機械切削仕上げされた後、その中の1ケが脱
脂,酸洗,エッチング後次の条件の下でメッキ厚み約80
μmのBi−Sn系合金メッキが施された。
【0027】 メッキ浴組成 ビスマス(メタンスルホン酸ビスマス) 4 g/l スズ(メタンスルホン酸第一スズ) 18 g/l 遊離メタンスルホン酸 150 g/l 界面活性剤 2 g/l 陽極 Bi−Sn58:42合金 メッキ条件 陰極電流密度 2 A/dm2 温度 20 ℃
【0028】先ず、メッキなしの鋼板とチタン板の接触
抵抗が次によって測定された。テストピースとほぼ同じ
サイズで厚み5mmのターミナル銅板とアスベスト絶縁板
が2対用意され、油圧プレス機の台座に絶縁板/ターミ
ナル銅板/鋼板/チタン板/ターミナル銅板/絶縁板の
順で重ね合わせた後、面圧5.6kg/cm2に相当するゲージ
圧力=22.6kg/cm2で締め付けられて、インナドラムの
鋼板面とアウタシリンダのチタン面の焼嵌め接合に相当
する面圧が掛けられた後、ターミナル銅板を直流電源の
プラス、マイナスに結線して250Aの電流が通電され
た。電流密度=100A/dm2における鋼板〜チタン板間の
電圧ドロップが測定された結果は3.6mVであった。
抵抗が次によって測定された。テストピースとほぼ同じ
サイズで厚み5mmのターミナル銅板とアスベスト絶縁板
が2対用意され、油圧プレス機の台座に絶縁板/ターミ
ナル銅板/鋼板/チタン板/ターミナル銅板/絶縁板の
順で重ね合わせた後、面圧5.6kg/cm2に相当するゲージ
圧力=22.6kg/cm2で締め付けられて、インナドラムの
鋼板面とアウタシリンダのチタン面の焼嵌め接合に相当
する面圧が掛けられた後、ターミナル銅板を直流電源の
プラス、マイナスに結線して250Aの電流が通電され
た。電流密度=100A/dm2における鋼板〜チタン板間の
電圧ドロップが測定された結果は3.6mVであった。
【0029】次いで、鋼板をBi−Sn合金メッキを施
した鋼板に取り替えて前記と同様に重ね合わせ、22.6kg
/cm2で締め付けて図3の状態とした後、250Aで通電さ
れてメッキ層が中間素材として介在した場合の電圧ドロ
ップが測定された。その値は1.6mVであった。
した鋼板に取り替えて前記と同様に重ね合わせ、22.6kg
/cm2で締め付けて図3の状態とした後、250Aで通電さ
れてメッキ層が中間素材として介在した場合の電圧ドロ
ップが測定された。その値は1.6mVであった。
【0030】続いて、締め付け状態のテストピースを加
熱昇温させるために、予め用意された差し込み式電熱ヒ
ーターと断熱クロスをテストピースの周囲に装着して両
板の接触部側面温度検出用熱電対をセットして通電加熱
された。約230℃に昇温した時点で油圧ゲージの指示値
がわずかに下がり始め約260℃で20.3kg/cm2に降下し
た。その時点で加熱を停止し、加熱セットを取り外して
常温まで自然放冷された。テストピースの周囲下部には
接触面から漏れ出した過剰分の合金の微粒が認められ
た。圧力の変化はメッキ成分金属が融解したことによる
もので、その時点で中間素材的に介在していた合金は隙
間を埋め、余分を系外に排除して図4のように直接焼嵌
め接触の状態になると同時に、隙間が合金で満たされた
状態に変化したことによる。次いで250A通電における
電圧ドロップが測定された。その結果は0.8mVで前記
の値に比べて極めて低い値が得られた。この後、テスト
ピースをプレス機より外して両接触面の状態を観察した
結果、チタン面の細かい凹み及び鋼板面の機械加工され
た切削溝が合金で埋まっているのが確認され実施例1の
結果が立証された。
熱昇温させるために、予め用意された差し込み式電熱ヒ
ーターと断熱クロスをテストピースの周囲に装着して両
板の接触部側面温度検出用熱電対をセットして通電加熱
された。約230℃に昇温した時点で油圧ゲージの指示値
がわずかに下がり始め約260℃で20.3kg/cm2に降下し
た。その時点で加熱を停止し、加熱セットを取り外して
常温まで自然放冷された。テストピースの周囲下部には
接触面から漏れ出した過剰分の合金の微粒が認められ
た。圧力の変化はメッキ成分金属が融解したことによる
もので、その時点で中間素材的に介在していた合金は隙
間を埋め、余分を系外に排除して図4のように直接焼嵌
め接触の状態になると同時に、隙間が合金で満たされた
状態に変化したことによる。次いで250A通電における
電圧ドロップが測定された。その結果は0.8mVで前記
の値に比べて極めて低い値が得られた。この後、テスト
ピースをプレス機より外して両接触面の状態を観察した
結果、チタン面の細かい凹み及び鋼板面の機械加工され
た切削溝が合金で埋まっているのが確認され実施例1の
結果が立証された。
【0031】
【発明の効果】本発明の手段によれば、単に焼嵌めした
場合の接触面に生じる隙間に凝固膨脹性を有する導電性
合金が封入されて、その凝固時の体積膨脹によってイン
ナドラム、アウタシリンダ両接触面に圧接し、焼嵌めに
よる密着面と同様に圧接状態で密着するので、ホットス
ポットの発生は全く無くなると共に通電ムラが著しく改
善される結果、精密プリント配線基板に求められている
銅箔厚みの薄物化と電流密度の上昇による生産性向上が
可能になる。
場合の接触面に生じる隙間に凝固膨脹性を有する導電性
合金が封入されて、その凝固時の体積膨脹によってイン
ナドラム、アウタシリンダ両接触面に圧接し、焼嵌めに
よる密着面と同様に圧接状態で密着するので、ホットス
ポットの発生は全く無くなると共に通電ムラが著しく改
善される結果、精密プリント配線基板に求められている
銅箔厚みの薄物化と電流密度の上昇による生産性向上が
可能になる。
【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】インナドラムにアウタシリンダを焼嵌め接合し
た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。
た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】本発明の凝固膨脹性ビスマス合金をインナドラ
ム表面にメッキして合金被覆層を形成した後、アウタシ
リンダを焼嵌めした合金被覆層の介在する接合界面を示
す図2のA部相当拡大断面図である。
ム表面にメッキして合金被覆層を形成した後、アウタシ
リンダを焼嵌めした合金被覆層の介在する接合界面を示
す図2のA部相当拡大断面図である。
【図4】本発明の凝固膨脹性ビスマス合金を被覆層を形
成したインナドラム表面にアウタシリンダを焼嵌めした
後、融解、填隙、凝固させた接合界面を示す図2のA部
相当拡大断面図である。
成したインナドラム表面にアウタシリンダを焼嵌めした
後、融解、填隙、凝固させた接合界面を示す図2のA部
相当拡大断面図である。
【図5】アウタシリンダの中にインナドラムを挿入して
嵌め合わせた両接合境界部の間隙に溶融ハンダを注入凝
固させて一体化させる従来方式の接合境界部を示す図2
のA部相当拡大図である。
嵌め合わせた両接合境界部の間隙に溶融ハンダを注入凝
固させて一体化させる従来方式の接合境界部を示す図2
のA部相当拡大図である。
1 浴槽 2 回転陰極式電着ドラム 3 回転軸 6 陽極 9 インナドラム(炭素鋼) 10 アウタシリンダ(チタン) 13 ビスマス−錫合金メッキ層 15 ビスマス−錫合金融解凝固層
Claims (1)
- 【請求項1】 電着面となるアウタシリンダとドラム補
強体となるインナドラムとからなり、インナドラムの外
周面に凝固膨脹性ビスマス合金被覆層を形成し、その表
面にアウタシリンダを焼嵌めした後、熱処理を施して該
合金被覆層を融解、凝固せしめてインナドラムとアウタ
シリンダの隙間に封入されたビスマス合金融解凝固層を
形成してなる金属箔電着ドラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13952697A JPH10330982A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 金属箔電着ドラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13952697A JPH10330982A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 金属箔電着ドラム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10330982A true JPH10330982A (ja) | 1998-12-15 |
Family
ID=15247346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13952697A Pending JPH10330982A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 金属箔電着ドラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10330982A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011176931A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Toyota Motor Corp | モータのコア締結構造 |
| JP2016074960A (ja) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | 日鉄住金工材株式会社 | 研磨サポート部材 |
| JP2020090719A (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日進化成株式会社 | 製箔用電着ドラム及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-05-29 JP JP13952697A patent/JPH10330982A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011176931A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Toyota Motor Corp | モータのコア締結構造 |
| JP2016074960A (ja) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | 日鉄住金工材株式会社 | 研磨サポート部材 |
| JP2020090719A (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日進化成株式会社 | 製箔用電着ドラム及びその製造方法 |
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