JPS5844760B2 - 穿孔された金属ホイルの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は穿孔された長尺の金属ホイルの製造法とその装
置に関する。

繰返しパターンの貫通孔を有する長尺の薄い金属ホイル
は、光学工業、電子工業蓄電池製造工業を含む多くの分
野で、商業的に大きな需要がある。

こうした需要は従来、穴をあけたマンドレル上にホイル
を電着させる方法で穿孔されたホイルを連続的に製造す
ることにより満たされていた。

上記の方法は、１９６３年１０月に開催された工学工業
に於けるニッケル析出についてのシンポジウムで、ジエ
ー・ファン・デルワールス（Ｊ Ｖａｎｄｅｒ Ｗａ
ａ Ｉ ｓ ）により著わされた「ニッケルスクリーン
の電気的形成」と題する文献に開示されており、またそ
のアブストラクトは１９６３年ＩＯ月のニッケル・フ゛
レツテイン（Ｎｉｃｋｅｌ Ｂｕｌ １−ｅｔｉｎ）
、第２３５〜２３６頁に紹介されている。

この方法は具合が良いが、マンドレルの寿命が比較的短
かく、マンドレルもコスト高テアッテ、しかも使用中に
機械的及び／又は化学的に退化したマンドレルを再生す
るにもコストがかかるため、経済的ではない。

陽極的エツチング技術は、例えば英国特許第５９１７８
８号に見られる如く、金属成型体について利用されてお
り、また英国特許第１００９５１８号では、金属ホイル
を所望形状の２つのマスク間に挾んで陽極的にエツチン
グ処理する方法によって、金属ホイルを回分式に穿孔し
ている。

しかしながら、この方法は、２つのマスクを整列させ、
互を順応させるうえで問題があるため、穿孔されたホイ
ルを連続的に製造せんとする場合には不向さである。

本発明は、陽極的溶解法によれば、穿孔された金属ホイ
ルを極めて経済的に製造できるとの知見に基づくもので
あって、この方法によれば、規則正しいパターンを持つ
穿孔を任意の寸法で容易に得ることができる。

而して本発明に係る穿孔された長尺の金属ホイルの製造
法は、長尺の金属ホイルの一方の面を電解液に不活性な
エンドレスな表面と接触させ、金属ホイルの他方の面を
穿孔されたエンドレスなチタニウムマスクと接触させて
電解エツチング浴中に通過させ、浴液中に浸漬された陰
極と金属ホイルとの間にＩＯＶ未満の電位差を付与する
ことにより、穿孔されたマスクを介して浴液に露出され
た金属ホイルを陽極的にエツチングすることからなる。

マスクには他の材料も利用可能ではあるが、チタニウム
だけが陽極条件下でも耐蝕性を有し、且つ必要な寸法安
定性を備えていることが見い出された。

そしてこのチタニウムマスクは、通常の手段によって所
望の大模様に穿孔することが容易である。

エンドレスな表面はエンドレスベルト又はロールの表面
とすることができる。

本発明の方法は、厚さ約１２５μｍまでのニッケルホイ
ル、銅ホイル、鉄ホイル及び前記金属を主成分とする合
金ホイルに適用するのが最も好適である。

本発明に係る金属ホイルの穿孔装置は、電解エツチング
溶液を収容したタンクと、その電解液に不活性な表面を
持つエンドレスなベルト又はロールと、タンク内を通過
して穿孔される金属ホイルの一方の面が、前記のエンド
レスなベルト又はロールの表面と接触し、他方の面がチ
タニウムマスクと接触するよう支持されている穿孔され
たチタニウムマスクと、そのチタニウムマスクから離れ
ているがその近くに位置する陰極と穿孔されるべき金属
ホイルとに電流を供給する装置とからなる。

前記のエンドレスなベルト又はロールは、ゴムのような
非導電性のフレキシブルな材料で製造するか、あるいは
当該材料でカバーされていることが好ましい。

穿孔に際しては、ホイルは大半径のロールの周囲の少な
くとも５０係以上と接触しながら、ロール表面を通過す
る。

厚さ４μｍのホイルを用いた場合の典型的なロールの半
径は、１５ｃＩ′ｒＬである。

ホイルが電解浴を通過する大部分の期間、ホイルと陰極
との距離かはマ一定に保たれるよう、陰極の形状はベル
ト又はロールと対応することが好ましい。

陰極と陽極との間隔は２０ｍｍ未満が好ましく、通常は
約２ｍｍである。

陰極は、その長さ方向に沿って規則的に位置した複数個
のホール（穴）を持ち、且つ電解液を供給するマニホル
ドに接続されていることが好ましく、そうした陰極を使
用すれば、電解液を前記のホールにポンプで送り、マス
クを介して露出したホイルの表面に電解液を噴射するこ
とができる。

エンドレスなベルト状のチタニウムマスクは、光機械的
な（ｐｈｏｔｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）エッチング技
術により、所望の配列に穿孔される。

上記エツチング技術の好ましい一例は、まずチタニウム
ストリップを充分に洗浄し、これを耐光体でディップコ
ートした後、空気乾燥して焼く。

次いでコーティングされたチタニウムを、レジスタに接
続された２つの同じ光マスクの間に接触させて挿入し、
両面を露光する。

しかる後露光されたマスクを現像して未露光耐光体を除
去し、次いでマスクを焼いた後、その両面を穿孔が完全
に行なわれるまでエツチングする。

エツチング工程での切り取り部分を補うため、光マスク
上の小点は、切り取り量に等しい量だけ、その寸法が小
さい。

続いて溶剤で耐光体を除去し、マスク表面を洗浄した後
、その長さをトリムし、点溶接を行なってエンドレスベ
ルトに仕上げるのである。

本発明の方法を実施する好ましい装置では、チタニウム
マスクは３個又はそれ以上の回転可能なロールに懸張さ
れていることが好ましく、少なくともそのロールの１つ
は、ホイルが電解浴を通過する間ホイルに対してマスク
がしつかり保持されるよう、調節可能又はスプリング仕
掛けであることが好ましい。

駆動はマスクが懸張されたロールの１つで行ない、ホイ
ルとマスクとの間の摩擦により、ホイルを移行させるこ
とを可とする。

軸受摩擦は不活性なベルト又はロールに接触したホイル
とマスクとの間の締付は圧力を強化する。

電流は、不活性なベルト又はロールの前に位置する電流
供給ロール上をホイルが通過する際に、ホイルに供給さ
れるが、ベルト又はロール自体がチタニウムのような導
電性材料で作られている場合には、そのベルト又はロー
ルからホイルに電流を供給することができる。

本発明の方法は適当なエツチング浴であれば倒れも使用
可能であって、特に典型的な電気化学的機械電解液が適
している。

ニッケルをホイルの穿孔には、不動態化を起さずに良好
な穿孔を達成するうえで、高濃度の塩化物電解液が必要
である。

電解浴が攪拌されない場合、不動態化を防ぐためには、
極めて低いｐＨ値が、すなわち、ｐＨ＝約１であること
も必要である。

電解液を強制循環させると、一般に穿孔速度が増大する
。

穿孔されたニッケルホイルを製造する際に好ましい電解
液は、ｐＨが１〜７の好ましくは約４〜６である約２０
％の塩化ナトリウム溶液からなる。

ｐＨ値が高過ぎると、ニッケルは水酸化物として沈澱し
、塩化すｌ−ＩＪウム電解液中での蓄積を許容すると、
この水酸化物はチタニウムマスクに析出する。

この現象は長期間操業にとって望ましくないので、上記
のｐＨ値を採用する場合は、塩化すトリウム電解液から
沈澱した水酸化ニッケルを連続的に分解することが望ま
しい。

ｐＨ値が低いと、ニッケルは溶液中に保持され、例えば
イオン交換技術によってその濃度が制限されれば、ニッ
ケルが陰極に析出することはない。

チタニウムマスクの表面の電位は、即侵蝕が起る約−１
０Ｖを越えないようにすることが重要である。

ホイルの完全な不動態化が、例えば電解液のポンプ循環
の失敗乃至はホイル駆動装置の故障などによって生起し
た場合にだけ、上記のような侵蝕が起る。

本発明の方法を実施する場合、好ましくは、ポンプ故障
時にホイルへの電力供給を自動的に停止させる装置を付
設すべきである。

驚くべきことには、本発明の方法では穿孔に要する電流
が理論値よりも少ないことが見い出された。

エツチングはホイールの外側から内側に向けて起る傾向
があり、ホイルに穴があけられる結果、金属ホイルの小
さいデスク（円盤）が脱落するのが通常である。

このため、ホールの中央部を溶解するのに理論的に必要
な電流は、実際には活用されない。

本発明の方法は約１００Ａ７／ｄｍ２の電流密度でも実
施可能であるが、できるだけ高い電流密度を採用するこ
とが好ましく、厚さ４μｍのホイルを穿孔する場合には
約６００ Ａ／ｄｍ２程度が適している。

より高い電流密度の採用も可能であるが、穿孔速度はホ
イルの電流運搬容量に依存する。

穿孔されたホイルは電解浴から引き出されて適当な洗浄
浴中に通過せしめられ、次いでオーブン内に達すること
により乾燥される。

薄い金属ホイルには、装置が設置された雰囲気の通常の
空気対流によって、シワが発生する。

しかし、このシワの発生は、オーブンから出るホイルを
空気噴射によって冷却し、冷却されたホイルにティシュ
−を差し込んでこれを巻き取りリールに巻き取ることに
よって防止することができる。

本発明の方法は、半径６Ｔｔ７ＩＬ程度までのホールを
穿孔率５０％までの範囲で有する金属ホイルを製造する
際に有効であって、特に英国特許第１２４６０４８号明
細書に例示されているような蓄電池の電極を製造する場
合の穿孔されたホイルの製造法として有用である。

本発明の方法は、その実施装置を線図的に示す添付図面
にそって説明されるが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。

厚さ４μｍのニッケルホイル１は、供給リール２から供
給され、電流供給ロール３、案内ロール４、ゴムでカバ
ーされた大半径ロール６及び案内ロール５に順次供給さ
れる。

前記の大半径ロールは、ホイルが当該ロールの周囲の約
５０％以上と接触できるように設置されている。

チタニウムマスク７はエンドレスベルトであって、これ
は厚さ１００μｍのアニリングされたチタニウムストリ
ップを、前述の光機械的エツチング技術により、所望の
ホールパターンに穿孔して作成したものである。

チタニウムマスク７はロール８，９及び１０に懸張され
ているが、ロール１０は調節可能であって、マスク７と
ロール６との間を通過するニッケルホイルに対して、チ
タニウムマスクがしつかり保持されるようロール１０は
セットされている。

ロール６．８．９及び１０はポリメチルメタクリレート
タンク（図示なし）内に収められる３ホイル１はチタニ
ウムマスク７との間の摩擦によって移行するが、そのチ
タニウムマスクは、モータでコントロールされるロール
９によって駆動される。

ニッケル陰極１１はロール６の湾曲に対応する形状を有
し、チタニウムマスク７に面して位置している。

陰極１１にはその対称軸に沿って一連のホールが設けら
れ、その陰極は電解液マニホルド１２に接続されている
。

そしてこのマニホルドを通してｐＨ１〜５の２０％塩化
物溶液の如き適当な電解液が噴出される。

陰極とホイルとの間隔は２ｍｍ程度である。

陰極の端部からオーバーフローする電解液はタンクに回
収され、必要に応じてニッケルイオンを除去すべく適当
なイオン交換樹脂に通してから、適当なポンプで再循環
される。

電流とホイルの通過速度とは、穿孔が適正に行なわれる
よう調整される。

典型的には、約５■の電位差はホイルの通過速度的１０
０ Ｍ／ ｈｒに於て、約６００Ａ／ｄｍ２の電流密度
を与える。

穿孔されたニッケルホイルは、スリッピングクラッチ（
図示なし）を経て駆動される巻き取りリール１３によっ
て残りの仕上げ工程に送られる。

すなわち、穿孔されたホイルは、１０％ＨＣ７のような
適当な洗浄液を含むタンク１４に送られ、次いで水洗工
程１５を通り、しかる後、２５０ワツトのシリカ赤外線
ヒータ８個で加熱された乾燥オーブン１６に送られる。

オーブンから出たホイルは圧縮空気の噴流１７によって
室温まで冷却された後、ロール１８から供給されるティ
シュ−が差し込まれて巻き取りリール１３に巻き取られ
る。

装置で使用される案内ロールには、ホイルを整頓するた
めの常套手段が採用されている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置を線図的に示すものである。 １；ニッケルホイル、２；ホイル供給リール、３；電流
供給ロール、３；案内ロール、５；案内ロール、６；大
半径ロール、７；チタニウムマスク、８，９，１０；チ
タニウムマスク懸張ロール、１１；ニッケル陰極、１２
；電解液マニホルド、１３；巻き取りリール、１４；洗
浄タンク、１５；水洗装置、１６；乾燥オーブン、１７
；圧縮空気噴出装置、１８：ティシュ−ロール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長尺の金属ホイルの一方の面を、電解液に対して不
   活性であるエンドレスな表面と接触させ、金属ホイルの
   他方の面を、穿孔されたエンドレスなチタニウムマスク
   と接触させながらその長尺の金属ホイルを電解エツチン
   グ浴中に通過させ、金属ホイルと浴中に浸漬された陰極
   との間に１０Ｖ未満の電位差を付与することにより、穿
   孔されたマスクを介して浴液に露出した金属ホイルを、
   陽極的にエツチングすることからなる穿孔された長尺の
   金属ホイルの製造法。 ２ 金属ホイルがニッケル、銅、鉄又はこれらを主成分
   とする合金から製造された厚さ約１２５μｍまでのホイ
   ルである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ エンドレスな表面が大半径のロールであって、金属
   ホイルがロール周囲の少なくとも５０％以上と接触せし
   められる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４ 浴液を攪拌しながらニッケルホイルをｐＨ１〜７の
   塩化物浴中で穿孔する特許請求の範囲第１項〜第３項記
   載の方法。 ５ 電解液を強制循環によって攪拌し、電解液のｐＨを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 電流密度を約６００人／ｄｍ２に保持する特許請求
   の範囲第１項〜第５項記載の方法。 ７ 穿孔された金属ホイルを洗浄し、乾燥し、次いで空
   気噴流で冷却してシワの発生を防止する特許請求の範囲
   第１項〜第６項記載の方法。 ８ 電解エツチング液を収容したタンクと、電解液に対
   して不活性な表面を持つエンドレスなベルト又はロール
   と、タンク内を通過して穿孔される金属ホイルの一方の
   面が、前記のエンドレスなベルト又はロールの表面と接
   触し、他方の面がチタニウムマスクと接触するよう支持
   されている穿孔されたエンドレスなチタニウムマスクと
   、そのチタニウムマスクから離れているがその近くに位
   置する陰極と穿孔されるべき金属ホイルとに電流を供給
   する装置とからなる金属ホイルの穿孔装置。 ９ エンドレスなベルト又はロールが非導電性のフレキ
   シブルな材料で製造されているか、あるいは当該材料で
   カバーされている特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０陰極の形がベルト又はロールの形に対応し、且つ陰
   極がベルト又はロールから２０間未満の距離に位置する
   特許請求の範囲第８項又は第９項記載の装置。 １１陰極がその長さに沿って複数個のホールを有し、そ
   のホールを通してポンプ供給される電解液がマスクを介
   して露出された金属ホイルの表面に噴射されるように電
   解液を供給するマニホルドに前記の陰極を接続した特許
   請求の範囲第１０項記載の装置。