JP2003328198A - 銅イオン発生方法およびその装置，硫酸銅製造方法およびその装置，金属イオン発生方法およびその装置，酸性水製造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 純度が高く効率的な銅イオンの発生を可能と
する 【解決手段】 イオン発生槽２を水素イオン交換膜２３
で陽極室２１と陰極室２２とに区画し、前記陰極室２２
において、陰極２４付近から水素ガスを放出するととも
に、前記陽極室２１において、陽極２５から銅イオンを
前記陽極室２１内に溶出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅イオン発生方法
およびその装置，硫酸銅製造方法およびその装置，金属
イオン発生方法およびその装置，イオン水製造方法およ
びその装置に係り、特に、純度の高い銅イオン発生に用
いて好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】銅メッ
キをおこなう際に必要な銅イオンを得るために、硫酸銅
水和物を溶解したものがメッキ液として適用されていた
が、銅イオン以外の不純物があると、メッキ層の膜特性
が低下してしまうという問題があった。このため、原料
としての硫酸銅に対して高純度が要求されているととも
に、より良好な電力効率を得たいという要求があった。
この際、特に長時間安定した濃度および純度を維持して
銅イオンを供給することが必要であるとともに、銅イオ
ンを供給されたメッキ液中において均一な銅イオン濃度
を維持することが必要である。

【０００３】さらに、メッキ液中に銅イオンを供給する
ために陽極に金属銅塊（銅板、銅片）を適用して銅イオ
ンを溶出していたが、メッキ性を向上するために銅中に
リンを混入する必要があり、メッキ液中の不純物として
リンが存在する。しかし、銅中のリンの存在により、メ
ッキ層の膜特性が低下するためこれを改善したいという
要求があった。

【０００４】また、最近、半導体素子において、配線層
に電気抵抗率が低い銅を使用することにより、配線の電
気抵抗に起因する配線遅延を防止することができ素子内
における信号伝達速度が向上し、結果的に処理速度を向
上することができるため、半導体素子において処理速度
を向上するために、配線層に銅（Ｃｕ）を採用すること
が検討されているが、このような場合適用する銅として
は、高純度であるものが要求されていた。

【０００５】また、銅以外にも、銀、金、白金等、水素
よりもイオン化傾向の小さい金属に関しては、その金属
イオンを製造することが困難であり、安価で簡便な方法
が求められていた。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 効率的な金属イオンの発生を可能とすること。 特に効率的な銅イオンの発生を可能とすること。 上記の際、不純物の低減を図ること。 安定した銅イオンの供給を可能とすること。 高純度の硫酸銅の製造を可能とすること。 効率的な酸性水の供給を可能とすること。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の銅イオン発生方
法は、イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽極室と陰極
室とに区画し、前記陰極室において、陰極表面から水素
ガスを放出するとともに、前記陽極室において、陽極か
ら銅イオンを前記陽極室内に溶出することにより上記課
題を解決した。本発明において、前記陽極室には、酸溶
液を貯溜することが望ましい。また、本発明において、
前記陽極として、籠状の導電体内部に原料銅を載置する
手段を採用することもできる。本発明の銅イオン発生装
置は、イオン発生槽と、該イオン発生槽内部を陽極室と
陰極室とに区画する水素イオン交換膜と、前記陰極室内
に設けられ通電されて水素ガスを表面から放出する陰極
と、前記陽極室に設けられ通電されて前記陽極室内に銅
イオンを溶出する陽極と、を具備してなることにより上
記課題を解決した。本発明における前記陽極室には、酸
溶液が貯溜されてなることができる。また、前記陽極
が、籠状の導電体と、該導電体籠の内部に載置される原
料銅とを有してなることがある。本発明の硫酸銅製造方
法は、イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽極室と陰極
室とに区画し、前記陰極室において、陰極表面から水素
ガスを放出するとともに、硫酸を供給した前記陽極室に
おいて、陽極から銅イオンを前記陽極室内に溶出し、前
記陽極室内において硫酸銅溶液を製造することにより上
記課題を解決した。本発明において、前記陽極として、
籠状の導電体内部に原料無リン銅を載置することが望ま
しい。本発明の硫酸銅製造装置は、イオン発生槽と、該
イオン発生槽内部を陽極室と陰極室とに区画する水素イ
オン交換膜と、前記陰極室内に設けられ通電されて水素
ガスを表面から放出する陰極と、硫酸を供給した前記陽
極室に設けられ通電されて前記陽極室内に銅イオンを溶
出する陽極と、を具備してなることにより上記課題を解
決した。また、本発明において、前記陽極が、籠状の導
電体と、該導体籠内部に載置された原料無リン銅とを有
してなる手段を採用することもできる。本発明の金属イ
オン発生方法は、イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽
極室と陰極室とに区画し、前記陰極室において、陰極表
面から水素ガスを放出するとともに、前記陽極室におい
て、陽極から金属イオンを前記陽極室内に溶出すること
により上記課題を解決した。本発明において、前記陽極
室には、酸溶液を貯溜する手段や、前記陽極として、籠
状の導電体内部に原料金属を載置する手段を採用するこ
ともできる。本発明の金属イオン発生装置は、イオン発
生槽と、該イオン発生槽内部を陽極室と陰極室とに区画
する水素イオン交換膜と、前記陰極室内に設けられ通電
されて水素ガスを表面から放出する陰極と、前記陽極室
に設けられ通電されて前記陽極室内に金属イオンを溶出
する陽極と、を具備してなることにより上記課題を解決
した。本発明における前記陽極室には、酸溶液が貯溜さ
れてなることが可能であり、また、前記陽極が、籠状の
導電体と、該導電体籠の内部に載置される原料金属とを
有してなることができる。また、本発明の酸性水製造方
法として、イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽極室と
陰極室とに区画し、前記陽極室において、陽極から金属
イオンを前記陽極室内に溶出するとともに、前記陰極室
において、陰極表面から水素ガスを放出し、酸性水を製
造する手段を採用することもできる。本発明の酸性水製
造装置は、イオン発生槽と、該イオン発生槽内部を陽極
室と陰極室とに区画する水素イオン交換膜と、前記陽極
室に設けられ通電されて前記陽極室内に金属イオンを溶
出する陽極と、 前記陰極室内に設けられ通電されて水
素ガスをその表面から放出する陰極と、を具備するとと
もに、前記陰極室内において酸性水を生成することによ
り上記課題を解決した。

【０００８】本発明のイオン発生槽においては、その内
部を水素イオン交換膜で陽極室と陰極室とに区画し、前
記陰極室において陰極に通電して、陰極室中の水素イオ
ンを陰極付近から水素ガスとして放出して、この陰極室
中の水素イオン濃度を低減する。これにより、水素イオ
ン交換膜を介して、陽極室内部の水素イオンだけが陰極
室に移動する。従って、陽極室内の陽イオンが低減し、
この状態で前記陽極室の陽極に通電していることによ
り、陽極から銅イオン等の金属イオンを前記陽極室内に
溶出し、陽極室内の金属イオン濃度を高めることができ
る。ここで、陽極としては、金属銅からなる板状、棒状
等の形状のものを適応することも可能である。これによ
り、銅、銀、金、白金等、水素よりもイオン化傾向の小
さい金属であっても、容易にその金属イオンを製造する
ことが可能となる。同時に、陰極室において、水素イオ
ンにより酸性水を製造することが可能となる。

【０００９】本発明においては上記の方法を実現するた
めに具体的な構成として、イオン発生槽内部を陽極室と
陰極室とに区画する水素イオン交換膜と、陰極室内に設
けられた陰極と、陽極室内に設けられた陽極と、を具備
する構成を採用する。この陰極は、通電されることで、
陰極室内部の水素イオンを水素ガスとして放出する。陽
極は、通電されることで、前記陽極室内に銅イオン等の
金属イオンを溶出する。また、水素イオン交換膜は、両
極室間で水素イオンを選択的に透過するものとされる。
これにより、陰極と陽極に通電して前記陽極室内部の水
素イオンを陰極室に移動させることで、陽極室内の水素
イオンを低減して陽極から銅イオン等の金属イオンを前
記陽極室内に溶出する。これにより、銀、金、白金等、
水素よりもイオン化傾向の小さい金属であっても、容易
にその金属イオンを製造することが可能となる。同時
に、陰極室において、水素イオンにより酸性水を製造す
ることが可能となる。

【００１０】ここで、水素イオン交換膜は、水素イオン
を選択的に透過するもの、つまり、陽極室に溶出した金
属イオンを陰極室に通過することなく水素イオンのみを
通過するものであればよく、例えば、カチオン樹脂、水
素イオン選択透過膜等を適用することができる。また、
陰極としては、陰極室内の液に対して反応性の低いもの
であり、かつ水素に対しても反応性の低いものであれば
よく、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃ、Ｐｂ、Ｔｉ表面にＲｕ
などの白金族酸化物を被覆した構造等が適応可能であ
る。

【００１１】本発明において、前記陽極室に酸溶液を貯
溜することにより、溶出した金属イオンを安定化すると
ともに水素イオンを陰極室に移動して、銅等の金属イオ
ンを製造することが可能となる。ここで、適応する酸と
しては、製造する金属イオンによってその種類が異なる
が、銅イオンを製造する場合は硫酸，硝酸，塩酸等を適
応することができる。また、銀イオンの場合には硝酸が
適応可能であり、それ以外にも、塩酸、青酸（ＨＣＮ）
やリンゴ酸などの弱酸等が適応可能である。なお、酸性
水を製造する以外の場合には、陽極室と同程度の濃度と
される酸溶液を陰極室にも貯留することが好ましい。

【００１２】また、本発明において、前記陽極として、
籠状の導電体内部に原料銅を載置する構成を採用するこ
とにより、導体籠を配線として銅イオンとして溶出する
原料銅に通電することが可能になるとともに、原料銅が
溶出により切断されて、通電されない部分が陽極室底部
に落下することや、銅イオンが溶出することにより原料
銅が小さくなって通電できなくなること、等を防止し
て、効率よく原料銅を銅イオンとすることができる。こ
こで、導体籠を適用しないで、銅板に直接配線を接続し
てこれを陽極とした場合には、液面付近においてより多
くの銅イオンが溶出し、液面付近の銅板が切断されてし
まい、液中に未反応の銅板が残ってしまう。本発明によ
れば、このようなことを防止することができる。また、
導体籠としては、陽極室内の酸に対して耐性があるもの
が好ましく、例えば、ステンレス鋼、白金、チタン、ま
たは、Ｔｉ表面にＲｕなどの白金族酸化物を被覆した構
造等からなることが好ましい。

【００１３】なお、硫酸銅製造装置としては、陽極室底
部付近に硫酸銅溶液を外部に送出するための硫酸銅供給
管等を設けることができる。これにより水、又は酸溶液
よりも比重が重く陽極室底部付近により高い濃度で溜ま
っている硫酸銅溶液を速やかに外部に供給することが可
能となる。さらに、陽極付近の銅イオンを速やかに移動
して陽イオン濃度を低減し、電極反応における限界電流
が低減することを防止して、銅イオンの生成速度の低減
を防止することができる。また、銅イオン等の金属イオ
ンおよび硫酸銅の供給先が例えばメッキ槽等とされる場
合には、当該メッキ槽にメッキ用のメッキ陽極及びメッ
キ陰極を設けて、メッキ陽極付近で発生する水素イオン
をイオン発生槽の陽極室に戻すことにより、陽極の原料
銅等の原料金属が無くならない限り新たな酸の補給をす
ることなく銅イオン等の金属イオンを製造し続けること
ができる。また、この場合、原料銅等の原料金属を追加
して導体籠内に補給することにより、連続状態で銅イオ
ン等の金属イオンの製造をおこなうことができ、さら
に、同時に硫酸等の酸溶液を供給することにより、連続
して硫酸銅の製造をおこなうことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る銅イオン発生
方法およびその装置の第１実施形態を、図面に基づいて
説明する。図１は、本実施形態の銅イオン発生装置を示
す模式図であり、図において、符号１は銅イオン発生装
置、２はイオン発生槽である。

【００１５】本実施形態における銅イオン発生装置１
は、図１に示すように、イオン発生槽２と、該イオン発
生槽２内部を陽極室２１と陰極室２２とに区画する水素
イオン交換膜２３と、陰極室２２内に設けられ通電され
て水素ガスＨ₂ を表面から放出する陰極２４と、陽極室
２１に設けられ通電されて前記陽極室２１内に銅イオン
Ｃｕ²⁺を溶出する陽極２５と、を具備してなる。

【００１６】イオン発生槽２は、上面の開口した箱状と
され、その底部付近の側壁には、後述する陽極室２２位
置に配管２６が接続されており、内部に所定の酸溶液が
貯留される。本実施形態において、この酸溶液は、９０
〜２２０ｇ／ｌ（電離度を１として０．９〜２．２Ｎ）
程度の硫酸Ｈ₂ＳＯ₄とされている。

【００１７】水素イオン交換膜２３は、イオン発生槽２
の中央付近に垂設され、その端部がそれぞれイオン発生
槽２の向かい合った側壁および底部に密着接続されて、
イオン発生槽２内部を陽極室２１および陰極室２２に分
離している。この水素イオン交換膜２３は、水素イオン
Ｈ⁺ を選択的に透過するいわば、半透膜のような働きを
するものとされ、水分子および水素イオンＨ⁺ を透過す
るが、後述する銅イオンＣｕ²⁺等の金属イオン、およ
び、硫酸イオンＳＯ₄ ^2- 等のマイナスイオンは透過しな
いようになっている。

【００１８】水素イオン交換膜２３は、水素イオンＨ⁺
を選択的に透過するものであればよく、例えば、カチオ
ン樹脂、水素イオン選択透過膜等を適用することができ
る。この水素イオン交換膜２３としては、市販品でもよ
く、本実施形態においては、旭硝子株式会社製のセレミ
オン（登録商標）の特殊カチオン膜ＨＳＶ，ＨＳＦ等を
適応することができる。

【００１９】陽極室２１には、その中央付近に、図示し
ない直流電流供給装置の陽極側に接続される陽極２５が
設けられている。陽極２５は、電源に接続される籠状の
導電体２５Ａと、導体籠２５Ａを介して通電可能なよう
に導体籠２５Ａ内部に載置される原料銅２５Ｂとを具備
する構成とされる。

【００２０】導体籠２５Ａは、立設される有底円筒状の
籠体とされている。導体籠２５Ａの上端が後述するよう
に陽極室２１に貯留される液面よりも上側に位置してお
り、導体籠２５Ａの底部は銅イオンＣｕ²⁺を効率的に溶
出するために陽極室２１の底部から離間した状態とされ
ている。この導体籠２５Ａの内径は後述する原料銅２５
Ｂの径寸法よりも大きく設定されることが好ましく、具
体的には、使用する原料銅２５Ｂに対応して３０〜６０
ｍｍ程度に設定されている。また、導体籠２５Ａにおけ
る籠状のメッシュ間隔寸法は、後述するように銅イオン
Ｃｕ²⁺を溶出して小さくなった原料銅２５Ｂが導体籠２
５Ａ内に停留可能なように設定されており、具体的に
は、６〜１０ｍｍ程度に設定されている。また、導体籠
２５Ａとしては、陽極室２１内の酸に対して耐性がある
ものが好ましく、例えば、ステンレス鋼、白金、チタ
ン、チタン（Ｔｉ）材表面にＲｕなどの白金族酸化物を
被覆した構造等からなることが好ましい。

【００２１】原料銅２５Ｂとしては、不純物を含まない
略球形の銅アノードボールとされることが好ましく、特
に、リンを含まないものが好ましい。また、原料銅２５
Ｂの径寸法は、φ１１ｍｍ〜φ５５ｍｍ程度とされるこ
とが好ましく、具体的には、φ５５ｍｍのものを使用し
た。

【００２２】陰極室２２には、図示しない直流電流供給
装置の陰極側に接続される陰極２４が設けられている。
板状の陰極２４は、陰極室２２の中央付近に垂設されて
おり、反応性を高めるために、表面積を増大する形状と
されることが好ましい。また、陰極２４としては、酸溶
液との反応性の低いものであり、かつ水素に対して反応
性の低いものであればよく、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃ、
Ｐｂ、チタン（Ｔｉ）材表面にＲｕなどの白金族酸化物
を被覆した構造等が適応可能である。

【００２３】次に、上記の銅イオン発生装置における銅
イオン製造について説明する。

【００２４】銅イオンを製造する際には、先ず、イオン
発生槽２内部に硫酸水溶液を満たすとともに、導体籠２
５Ａ中に原料銅２５Ｂを供給する。この状態では、陰極
室２２内には、水分子、硫酸イオンＳＯ₄ ^2- 、水酸イオ
ンＯＨ^- 、未解離硫酸分子、および、水素イオンＨ⁺ が
存在し、陽極室２１内には、水分子、硫酸イオンＳＯ ₄
^2- 、水素イオンＨ⁺ 、水酸イオンＯＨ^- 、未解離硫酸
分子、および、微量の銅イオンＣｕ²⁺が存在している。

【００２５】次いで、陽極２５および陰極２４に図示し
ない電流供給装置から、２×１０⁺²〜６×１０⁺²Ａ／ｍ
² の電解電流を印加する。すると、陰極２４表面付近に
おいて、陰極室２２中の水素イオンＨ⁺ が水素ガスＨ₂
として放出される。このため、陰極室２２の電気的中性
を保つために陽極室２１からプラスイオンが陰極室２２
に移動しなければならないが、両室２１，２２間は水素
イオン交換膜２３で仕切られているので、陽極室２１内
部の水素イオンＨ⁺ だけが陰極室２２に移動する。この
とき、銅イオンＣｕ²⁺は透過できず、陽極室２１内に留
まっている。ここで、印加する電解電圧の上限は陽極液
の攪拌条件や、温度、濃度等により変化するが、陽極２
５表面において酸素が発生しない程度の範囲に設定す
る。

【００２６】この結果、陽極室２１内の水素イオン濃度
が低減する、つまり、陽極室２１内の陽イオンが低減す
る。陽極２５においては、導体籠２５Ａを介してこの導
体籠２５Ａに接触している原料銅２５Ｂに電解電流が印
加されている。陽極室２１内の陽イオン（水素イオンＨ
⁺ ）が低減した状態において、陽極室２１の陽極２５に
通電していることにより、通電する前の初期状態の陽イ
オン濃度まで、銅イオンＣｕ²⁺が陽極２５から陽極室２
１内に溶出することで、陽極室２１内の電気的中性が保
たれることになる。このとき、陽極２５に印加される電
解電流の大きさと溶出する銅イオンＣｕ²⁺の量とが比例
している。

【００２７】この状態で陽極２５および陰極２４に対す
る通電を持続することにより、連続的に陰極から水素ガ
スＨ₂ が発生し、陰極室２２中の水素イオン濃度が連続
的に低減する。これにより、水素イオン交換膜２３を介
して、陽極室２１内部の水素イオンＨ⁺ だけが陰極室２
２に連続的に移動して、陽極室２１内の水素イオン濃度
つまり陽イオン濃度が低減し、その結果、原料銅２５Ｂ
から連続的に銅イオンＣｕ²⁺が溶出することになる。こ
れにより、水素よりもイオン化傾向の小さい銅イオンＣ
ｕ²⁺を製造することができる。

【００２８】同時に、原料銅２５Ｂを追加して導体籠２
５Ａ内に供給することにより、さらに連続的に銅イオン
Ｃｕ²⁺の製造をおこなうことができる。

【００２９】本実施形態の銅イオン発生方法およびその
装置によれば、イオン発生槽２内部を陽極室２１と陰極
室２２とに区画する水素イオン交換膜２３と、陰極室２
２内に設けられた陰極２４と、陽極室２１内に設けられ
た陽極２５と、を具備する構成とされ、陽極２５および
陰極２４に図示しない電流供給装置から、直流電流を印
加することにより、通電された陰極２４で、陰極室２２
内部の水素イオンＨ⁺を水素ガスＨ₂ として放出して、
陰極室２２内部の水素イオン濃度を低下し、水素イオン
交換膜２３を介して陽極室２１内の水素イオンＨ⁺ のみ
を陰極室に移動して、陽極室２１内の陽イオン濃度を低
減し、その結果、原料銅２５Ｂから連続的に銅イオンＣ
ｕ²⁺が溶出することが可能となる。

【００３０】これにより、水素よりイオン化傾向の小さ
い銅であっても、容易に銅イオンＣｕ²⁺を製造すること
が可能となる。従って、原料銅２５Ｂを溶解するために
この原料銅２５Ｂにリン等の不純物を混ぜる必要がない
ため、得られた銅イオンＣｕ ²⁺にはリン等の不純物が含
まれず、高純度の銅イオンＣｕ²⁺を得ることが可能とな
る。従って、半導体等の銅配線に適用することが可能な
高純度の銅イオンＣｕ ²⁺を容易に得ることができる。

【００３１】同時に、この銅イオンＣｕ²⁺の製造方法に
よれば、陽極２５に印加する電解電流に比例して陽極２
５から銅イオンＣｕ²⁺が溶出するため、印加する電解電
流の大きさによって、製造する銅イオンＣｕ²⁺の量を容
易に設定することが可能となる。

【００３２】また、本実施形態において、陽極２５とし
て、籠状の導電体２５Ａ内部に原料銅２５Ｂを載置する
構成を採用することにより、導体籠２５Ａを介して原料
銅２５Ｂに通電することが可能になるとともに、原料銅
２５Ｂが溶出により縮小したとしても通電を維持し、か
つ、最後まで、原料銅２５Ｂを溶出してしまうことが可
能となる。このため、陽極を銅板等とした場合に発生す
る、銅板が切断されて通電されない部分が陽極室底部に
落下することや、溶出により銅板が小さくなって通電で
きなくなること、などを防止して、効率よく原料銅を銅
イオンとすることができる。

【００３３】なお、陽極室２１で生成した銅イオンＣｕ
²⁺を配管２６によって外部に送出することにより、陽極
室２１内の陽イオン濃度の上昇を低減して、さらなる銅
イオンＣｕ²⁺の製造をおこなうことができる。また、こ
のとき、陽極室２１底部付近の配管２６をメッキ槽等に
接続することにより、メッキ槽等の所定の箇所に製造し
た銅イオンＣｕ²⁺を速やかに供給することが可能とな
る。このとき、陽極室２１内において、陽極２５付近か
ら配管２６の接続部分への流れを形成することにより、
より効率的に銅イオンＣｕ²⁺を供給することができると
ともに、陽極２５付近の銅イオンＣｕ²⁺を速やかに移動
して陽イオン濃度を低減し、電極反応における限界電流
が低減することを防止して、銅イオンＣｕ²⁺の生成速度
の低減を防止することができる。

【００３４】以下、本発明に係る硫酸銅製造方法および
その装置の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。

【００３５】本実施形態の硫酸銅製造装置は、前述した
図１に示す第１実施形態における銅イオン発生装置と略
同等の構成を有するものとされる。

【００３６】本実施形態においては、前述の第１実施形
態と同様にして銅イオンＣｕ²⁺を製造することにより、
効率的に硫酸銅を製造することが可能となる。同時に、
原料銅２５Ｂを追加して導体籠２５Ａ内に供給するとと
もに、陽極室２１内に硫酸を追加供給することにより、
連続して硫酸銅の製造をおこなうことが可能となる。ま
た、原料銅２５Ｂを溶解するためにこの原料銅２５Ｂに
リン等の不純物を混ぜる必要がないため、得られた硫酸
銅にはリン等の不純物が含まれず、高純度の硫酸銅を得
ることが可能となる。従って、半導体等の銅配線等に適
用することが可能な高純度の硫酸銅を容易に得ることが
できる。

【００３７】なお、本実施形態においては、陽極室２１
底部付近に設けられた配管２６を製造された硫酸銅溶液
を外部に送出するための硫酸銅供給管とすることができ
る。これにより水、又は酸溶液よりも比重が重く陽極室
底部付近により高い濃度で溜まっている硫酸銅溶液を速
やかに外部に供給することが可能となる。さらに、陽極
２５付近の銅イオンを速やかに移動して陽極室２１内の
陽イオン濃度を低減し、電極反応における限界電流が低
減することを防止して、硫酸銅の生成速度の低減を防止
することができる。また、硫酸銅の供給先が例えばメッ
キ槽等とされる場合には、当該メッキ槽にメッキ用のメ
ッキ陽極及びメッキ陰極を設けて、メッキ陽極付近で発
生する水素イオンをイオン発生槽の陽極室に戻すことに
より、陽極２５における原料銅２５Ｂが無くならない限
り銅イオンＣｕ²⁺を製造し、硫酸銅を連続して供給する
ことができる。

【００３８】以下、本発明に係る酸性水製造方法および
その装置の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。

【００３９】本実施形態の酸性水製造装置は、前述した
図１に示す第１実施形態における銅イオン発生装置と略
同等の構成を有するものとされる。

【００４０】本実施形態においては、陰極室２２内に硫
酸溶液ではなく純水を貯留する。次いで、第１実施形態
と同様にして、陽極２５および陰極２４に図示しない電
流供給装置から、電解電流を印加する。すると、陰極２
４表面付近において、陰極室２２中の水素イオンＨ⁺ が
水素ガスＨ₂ として放出されるとともに、水素イオン交
換膜２３を介して、陽極室２１内部の水素イオンＨ⁺ だ
けが陰極室２２に移動する。このとき、水素イオン交換
膜２３は、水素イオンＨ⁺ を選択的に透過するため、水
分子および水素イオンＨ ⁺ のみを透過するが、銅イオン
Ｃｕ²⁺、および、硫酸イオンＳＯ₄ ^2- 等の塩基イオンは
透過できず、陽極室２１内に留まっている。これによ
り、陰極室２２内の水素イオン濃度が上昇し、陰極室２
２内において酸性水を製造することができる。

【００４１】なお、上記の各実施形態においては、陽極
２５の導体籠２５Ａ中に原料銅２５Ｂを載置して、銅イ
オンＣｕ²⁺を溶出したが、銅以外の金属、例えば、銀、
金、白金等、水素よりもイオン化傾向の小さい金属をも
含むあらゆる金属を載置して、その金属イオンを製造す
ることができる。

【００４２】この場合、陽極２５および陰極２４に図示
しない電流供給装置から、直流電流を印加することによ
り、通電された陰極２４で、陰極室２２内部の水素イオ
ンＨ ⁺ を水素ガスＨ₂ として放出して、陰極室２２内部
の水素イオン濃度を低下し、水素イオン交換膜２３を介
して陽極室２１内の水素イオンＨ⁺ のみを陰極室に移動
して、陽極室２１内の陽イオン濃度を低減し、その結
果、原料金属から連続的に金属イオンが溶出することが
可能となる。

【００４３】ここで、適応する酸としては、製造する金
属イオンによってその種類が異なるが、銅イオン製造に
おける硫酸に適応して、銀イオンの場合には硝酸が適応
可能であり、それ以外にも、塩酸、青酸（ＨＣＮ）やリ
ンゴ酸などの弱酸等が適応可能である。

【００４４】なお、本発明は電気分解により金属を水溶
液中に溶解するものであり、従来法に比べて溶解速度の
制御性が高く、無人化が容易であり、設備がコンパクト
であり、原料および副原料コストが安く、溶解時に精製
機能が期待できる、等多くの利点がある。また、高純度
の金属塩類を製造する場合、蒸発等による濃縮工程がよ
く用いられるが、この濃縮工程または原料溶液から本法
に置き換えれば、電気、熱エネルギー、冷却水等、ユー
ティリティーコストが飛躍的に安くなり、設備費はコン
パクトで安く、運転は容易でコントロールしやすく、通
常の濃縮と異なり元の液に含まれる微量の不純物まで濃
縮することがさけられるため、相対的により高純度の薬
品の安価な製造が期待できる。また、発生した水素を捕
集することで、水素発生器として適用することも可能で
ある。

【００４５】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。本実
施例では、上述した第１実施形態と同様の構成とされる
銅イオン発生装置において、水素イオン交換膜２３とし
て前述のセレミオン膜；ＨＳＶを選択し、原料銅２５Ｂ
として、φ５５ｍｍのＤＣ銅ボールおよびＯＦ銅ボール
をそれぞれ使用した。また、電解電流として、１．９
Ａ，４．３Ａ，６．４Ａを選択した。ここで、ＤＣ銅と
は、銅の純度９９．９３％程度にリンが０．０３５〜
０．０６％はいったものであり、ＯＦ銅とは、無酸素銅
で純度９９．９９％以上で酸素が１０ｐｐｍ以下のもの
をいう。その結果を表１，図２および図３に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】図２は時間と銅溶解量との関係を示すグラ
フであり、図３は電流値と銅溶解量との関係を示すグラ
フである。

【００４８】これらの結果から、電流を流した時間に銅
溶解量が比例しており、電流値と銅溶解量とが比例して
おり、また、ＤＣ銅とＯＦ銅とで溶解量に殆ど差が無い
ことがわかる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の銅イオン発生方法およびその装
置，硫酸銅製造方法およびその装置，金属イオン発生方
法およびその装置，イオン水製造方法およびその装置に
よれば、イオン発生槽において、その内部を水素イオン
交換膜で陽極室と陰極室とに区画し、陰極および陽極に
電解電流を印加して、陰極室中の水素イオンを陰極付近
から水素ガスとして放出し、この陰極室中の水素イオン
濃度を低減して、水素イオン交換膜を介して陽極室内部
の水素イオンだけを陰極室に移動させて陽極室内の陽イ
オンを低減させ、陽極から銅イオン等の金属イオンを前
記陽極室内に溶出可能とする。これにより、銅、銀、
金、白金等、水素よりもイオン化傾向の小さい金属であ
っても、容易にその金属イオンを製造することが可能と
なる。同時に、陰極室において、水素イオンにより酸性
水を製造することが可能となるという効果を奏すること
ができる。なお、本発明は水素よりもイオン化傾向の大
きな金属、例えばＮｉ等においても適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る銅イオン発生装置の第１実施
形態を示す模式図である。

【図２】 本発明の実施例における時間と銅溶解量と
の関係を示すグラフである。

【図３】 本発明の実施例における電流値と銅溶解量
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 銅イオン発生装置 ２ イオン発生槽 ２１ 陽極室 ２２ 陰極室 ２３ 水素イオン交換膜 ２４ 陰極 ２５Ｂ 原料銅 ２５Ａ 導体籠 ２５ 陽極 ２６ 配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 和雄 東京都千代田区九段北１丁目14番16号 株 式会社テクノ大手内 (72)発明者 松原 幸男 東京都千代田区九段北１丁目14番16号 株 式会社テクノ大手内 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 AB25 BA04 BB03 DB18 DB19 DB21 DB31 DC15

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽
   極室と陰極室とに区画し、 前記陰極室において、陰極表面から水素ガスを放出する
   とともに、 前記陽極室において、陽極から銅イオンを前記陽極室内
   に溶出することを特徴とする銅イオン発生方法。
2. 【請求項２】 イオン発生槽と、 該イオン発生槽内部を陽極室と陰極室とに区画する水素
   イオン交換膜と、 前記陰極室内に設けられ通電されて水素ガスを表面から
   放出する陰極と、 前記陽極室に設けられ通電されて前記陽極室内に銅イオ
   ンを溶出する陽極と、を具備してなることを特徴とする
   銅イオン発生装置。
3. 【請求項３】 イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽
   極室と陰極室とに区画し、 前記陰極室において、陰極表面から水素ガスを放出する
   とともに、 硫酸を供給した前記陽極室において、陽極から銅イオン
   を前記陽極室内に溶出し、前記陽極室内において硫酸銅
   溶液を製造することを特徴とする硫酸銅製造方法。
4. 【請求項４】 イオン発生槽と、 該イオン発生槽内部を陽極室と陰極室とに区画する水素
   イオン交換膜と、 前記陰極室内に設けられ通電されて水素ガスを表面から
   放出する陰極と、 硫酸を供給した前記陽極室に設けられ通電されて前記陽
   極室内に銅イオンを溶出する陽極と、を具備してなるこ
   とを特徴とする硫酸銅製造装置。
5. 【請求項５】 前記陽極が、原料無リン銅を有してな
   ることを特徴とする請求項４記載の硫酸銅製造装置。
6. 【請求項６】 イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽
   極室と陰極室とに区画し、 前記陰極室において、陰極表面から水素ガスを放出する
   とともに、 前記陽極室において、陽極から金属イオンを前記陽極室
   内に溶出することを特徴とする金属イオン発生方法。
7. 【請求項７】 イオン発生槽と、 該イオン発生槽内部を陽極室と陰極室とに区画する水素
   イオン交換膜と、 前記陰極室内に設けられ通電されて水素ガスを表面から
   放出する陰極と、 前記陽極室に設けられ通電されて前記陽極室内に金属イ
   オンを溶出する陽極と、を具備してなることを特徴とす
   る金属イオン発生装置。
8. 【請求項８】 イオン発生槽を水素イオン交換膜で陽
   極室と陰極室とに区画し、 前記陽極室において、陽極から金属イオンを前記陽極室
   内に溶出するとともに、 前記陰極室において、陰極表面から水素ガスを放出し、
   酸性水を製造することを特徴とする酸性水製造方法。
9. 【請求項９】 イオン発生槽と、 該イオン発生槽内部を陽極室と陰極室とに区画する水素
   イオン交換膜と、 前記陽極室に設けられ通電されて前記陽極室内に金属イ
   オンを溶出する陽極と、 前記陰極室内に設けられ通電
   されて水素ガスをその表面から放出する陰極と、を具備
   するとともに、前記陰極室内において酸性水を生成する
   ことを特徴とする酸性水製造装置。