JP2003276353A

JP2003276353A - メタルマスクおよび電池の製造方法

Info

Publication number: JP2003276353A
Application number: JP2002081525A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sekiya; 克博関谷; Tomio Sato; 富雄佐藤; Koji Ito; 孝二伊東; Ryuichi Okazaki; 隆一岡崎; Akihiro Fukada; 明宏深田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】厚膜スクリーン印刷に適したメタルマスク、
そのメタルマスクを用いて薄型電池を製造する方法を提
供する。【解決手段】メタルマスク１５は、ペースト充填窓１
４が形成された印刷パターン部６０と、該印刷パターン
部６０を包囲する薄肉のマスク保持部６１とからなる。
マスク保持部６１に形成された固定ピン挿通孔１５ａに
位置決めピン２３を押し込み、電池製造用枠部材２０に
メタルマスク１５を固定する。この際、印刷パターン部
６０には、その展張状態を維持する引張力がマスク保持
部６１により付与される。枠部材２０には、電極板７と
セパレータ９とに挟まれる形で第一活物質５が活物質充
填室２に充填されたシート部材１が固定されている。メ
タルマスク１５および枠部材２０は、ペースト充填窓１
４がセパレータ９の表面上に位置するように互いに締結
される。そして、ペースト充填窓１４にスキージ４８で
もって第二電極活物質６を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚膜スクリーン印
刷用のメタルマスクおよびそれを用いた電池の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣカードやカード型電卓などの
電源用として薄型電池の需要が高まっている。代表的な
ものとしては、リチウム一次電池が知られている。この
ような薄型電池としては、２枚の金属電極板の間に、セ
パレータにより分離された負極活物質層と、正極活物質
層とを挟み込む形で積層した構造が知られている。

【０００３】たとえば、図１２に示すような構造の薄型
電池１００がある。電池１００においては、樹脂製のシ
ート部材からなる第一電極活物質ケース１ｃおよび第二
電極活物質ケース３ｃに形成された活物質充填室２，４
に、第一電極活物質５および第二電極活物質６が充填さ
れている。各電極活物質５，６は、セパレータ９および
電極板７，８により、それぞれ電極活物質ケース１ｃ，
３ｃに封入されている。電池１００がリチウム一次電池
である場合、負極活物質５としてたとえばリチウム金属
板が、正極活物質６としてたとえば二酸化マンガンを主
成分とするスラリーが使用される。二酸化マンガンスラ
リーを電極活物質ケース３ｃに直接流し込むことは難し
いので、ドクターブレード法等によりシート状に成形し
て電極活物質ケース３ｃに収容させる。しかしこの方法
は、シート状成形体のハンドリングが面倒である。

【０００４】他の方法としては、セパレータ９または電
極板８の表面上に、スクリーン印刷法により電極活物質
６を厚膜印刷し、電極活物質ケース３ｃに収容させる方
法がある。スクリーン印刷法においては、印刷パターン
が形成されたマスク上に印刷ペーストを載置して、スキ
ージで印刷パターンをなす通孔にインクを押し込むこと
により、被印刷物の表面に印刷パターンを転写する。高
粘度の電極活物質６を厚膜印刷する場合、メッシュ素地
のステンシルスクリーンは使用できないので、貫通孔
（ペースト充填窓）のみで印刷パターンを形成した金属
製の印刷マスク部材を使用する。スクリーン印刷法によ
ると、ハンドリングの問題が解消されるので、比較的容
易に生産性を高めることができるように思える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スクリ
ーン印刷法で所定形状の電極活物質６を成形する際に
は、いくつかの別の困難性を伴う。その理由を以下に説
明する。図１８は、スクリーン印刷法により厚膜を形成
する工程を示す説明図である。厚膜スクリーン印刷に
は、ステンレス薄板などで作製された印刷マスク部材１
５１（メタルマスク）を使用するのが一般的である。メ
タルマスク１５１で被印刷物９を覆い、電極活物質６を
メタルマスク１５１上に準備したのち、印刷パターンを
なすペースト充填窓１４０にその電極活物質６が充填さ
れるよう、スキージ４８をメタルマスク１５１に向けて
印圧しつつ、該メタルマスク１５１の表面上を矢印方向
に摺動させる。このとき守らなければいけない大切なこ
との１つは、メタルマスク１５１と被印刷物９との間に
隙間が生じないよう、それらの密接状態を保つことであ
る。ところが図１８に示すように、双方の間に隙間１５
９が生じている場合、電極活物質６がその隙間１５９に
入り込み、鍔状の不要部６０ｋが形成されてしまう。こ
のような場合、高精度の印刷を実現できないのは明らか
である。とはいえども、厚膜印刷を実施するに十分な厚
さ（たとえば０．２ｍｍ以上）と剛性とをメタルマスク
１５１が有しているため、その展張状態を維持しつつ被
印刷物９に密接させることは難しい。このことは、多数
の被印刷物を一括印刷するためにメタルマスク１５１を
大面積化すればするほど、あるいはマスク厚を増加させ
ればさせるほど顕著となる。

【０００６】また、想定しうる別の問題として、メタル
マスク１５１を被印刷物９から離脱させる際に発生する
問題がある。図１９は、電極活物質６をペースト充填窓
１４０に充填後、メタルマスク１５１と被印刷物９とを
離間させる工程を示す説明図である。図１９に示すよう
に、メタルマスク１５１と被印刷物９とを離間させる
際、印刷済みの電極活物質６の一部６０ｊがメタルマス
ク１５１から剥離せずに、ペースト充填窓１４０内に残
余してしまうことがある。この不具合は、電極活物質６
などの印刷ペースト（スラリー）の種類・状態にもよる
が、メタルマスク１５１が厚くなればなるほど顕著に生
じる。

【０００７】上記のような理由から、厚膜形成に関して
いえばスクリーン印刷法は歩留まりを向上させることが
難しい。そこで本発明は、厚膜スクリーン印刷に適した
メタルマスクを提供するとともに、そのメタルマスクを
用いて薄型電池を製造する方法を提供することを課題と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明のメタルマスクの第一は、板厚
方向へ貫くペースト充填窓が形成された印刷パターン部
を有するスクリーン印刷用のメタルマスクであって、印
刷パターン部の面内方向における両端に、その印刷パタ
ーン部に引張力を付与するマスク保持部が設けられ、そ
のマスク保持部が印刷パターン部よりも薄肉であること
を特徴とする。

【０００９】上記本発明に拠れば、メタルマスクは全体
が均一な厚さを有さないこととなる。マスク保持部は印
刷パターン部よりも薄肉であるから、剛性も低減されて
いる。そのため、マスク保持部にテンションを懸けつつ
所定位置に固定した場合、マスク全体が一様な厚さを有
している場合に比べ、印刷パターン部に対して引張方向
の応力をより効果的に作用させることができる。これに
より、印刷パターン部が反るようなこともなく、該印刷
パターン部と被印刷物とを容易に密接させることができ
る。したがって、所定のパターンから外れた部分にまで
印刷されるといった不具合を防ぐことができ、ひいては
高精度の厚膜スクリーン印刷を実現できる。

【００１０】課題を解決するために本発明のメタルマス
クの第二は、板厚方向へ貫くペースト充填窓が形成され
た印刷パターン部を有するスクリーン印刷用のメタルマ
スクであって、ペースト充填窓は、一方の主面における
開口面積と、他方の主面における開口面積とが異なるよ
うに、その内周面にテーパが付けられていることを特徴
とする。

【００１１】印刷終了後、マスクを被印刷物から離間さ
せることにともない、印刷済みペーストもペースト充填
窓の内周面から離間する。ペースト充填窓の内周面にテ
ーパがつけられている場合、マスクと印刷済みペースト
とが若干相対移動するだけで逃げ（隙間）が生じる。そ
のような逃げが確保された部位においては、印刷済みペ
ーストとペースト充填窓の内周面とが摺動することもな
くなるため、スムーズに印刷済みペーストをペースト充
填窓から抜くことができる。

【００１２】より好ましい態様において、本発明のメタ
ルマスクにおいては研磨加工によりペースト充填窓の内
周面が平滑化されている。これにより、逃げが確保され
ない場合においても、印刷済みペーストに過剰な応力を
作用させることなく、スムーズに被印刷物とマスクとを
離間させることができる。あるいは、相対離間の初期に
おいて印刷済みペーストに作用する応力を減ずることが
できる。

【００１３】上記したメタルマスクを用いたスクリーン
印刷法を、薄型電池の製造に適用することができる。そ
の方法は、第一シート部材および第二シート部材にそれ
ぞれ形成された活物質充填室に、第一電極活物質および
第二電極活物質がそれぞれ充填され、それら電極活物質
を互いに分離するセパレータと、該セパレータとの間に
第一および第二電極活物質を挟む１対の電極板とが積層
配置された構造を有する電池の製造方法であって、上記
メタルマスクを用いたスクリーン印刷法により、セパレ
ータの表面上または電極板の表面上に電極活物質を印刷
する工程を含むことを特徴とする。

【００１４】この方法によれば、高精度に成形された電
極活物質を備える薄型電池を製造することができる。電
極活物質を安定して一定の形状に成形できるため、製品
性能の安定化を期待でき、ひいては生産歩留まりの向上
も望める。

【００１５】なお、本明細書中に示す”主面”とは板状
構造物の最も面積の大きい面を意味するものであり、表
面と裏面とを意味するものと考えてよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しつつ本
発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明に基づく
薄型電池の製造工程の一例を、断面レイアウトにて示す
ものである。また、図２〜図８は、その主要な工程を平
面レイアウトにて示すものである。工程の概略は以下の
通りである。すなわち、高分子材料シートに対し、少な
くとも第一シート面１ａ，３ａに開口する活物質充填室
２，４をシート面内方向にそれぞれ複数配列形成した２
枚のシート部材１，３を用意する（図１：１−２および
１−７、図３、図７）。それらシート部材１，３は、一
方を、第一電極活物質５を充填するための第一シート部
材１とし、他方を第一電極活物質と異なる第二電極活物
質６を充填するための第二シート部材３として用いる。

【００１７】図１（１−７）に示すように、第一および
第二のシート部材１，３は、各活物質充填室２，４が互
いに重なり合い、かつ第一シート面１ａ，３ａ同士が対
向するように積層される。そして、各活物質充填室２，
４に第一電極活物質５および第二電極活物質６がそれぞ
れ充填される。また、第一シート面１ａ，３ａと反対側
においては、第一電極活物質５および第二電極活物質６
にそれぞれ接する第一および第二の金属電極板７，８が
配置される。そして、両シート部材１，３の第一シート
面１ａ，３ａの間に、第一電極活物質５および第二電極
活物質６とを互いに分離するシート状のセパレータ９が
配置される。図１においては、便宜のため電池単位１０
を１つのみ示しているが、図７に示すように、電池単位
１０は、シート部材１，３の面内方向に複数個形成され
る。

【００１８】図１（１−７）に示すように、各電池単位
１０は、第一シート部材１と第二シート部材３とを第一
電極活物質ケース１ｃおよび第二電極活物質ケース３ｃ
（ただし、分離後：図１１および図１２参照）とする形
で、第一の金属電極板７、第一電極活物質５、セパレー
タ９、第二電極活物質６および第二の金属電極板８がこ
の順序で積層されたものである。そして、第一および第
二のシート部材１，３に対し、各活物質充填室２，４に
上記積層構造をそれぞれ形成することにより、シート面
内方向に上記電池単位１０が複数配列形成された積層シ
ートアセンブリ１１が得られる。

【００１９】そして、図８に示すように、各電池単位１
０を、第一シート部材１および第二シート部材３の切断
により積層シートアセンブリ１１から分離することによ
り、複数の電池単位１０を、該積層シートアセンブリ１
１にもとづいて一括製造することができる。そして、図
１３（１３−１，１３−２）に示すように、個々の電池
単位１０の互いに重なり合う活物質充填室２，４の周囲
に沿って、第一シート部材１と第二シート部材３とを直
接結合した封着部１２を形成し、個々の電池単位１０を
密封する。

【００２０】本発明が適用可能な電池の種類は特に限定
されるものではないが、本実施形態では一例として、負
極活物質５としてリチウム金属（ここではリチウム金属
シート）を使用し、正極活物質６としてＭｎＯ_２を使用
したリチウム一次電池を対象としている。カソードペー
ストは、たとえば６０〜７０質量％の二酸化マンガン粉
末と、５〜１０質量％のカーボンと、エチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネートおよびリチウムトリフレ
ート塩（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）とを主成分とする電解液２
５〜３５質量％からなるものが、電池性能の確保の上で
好適に使用できる。電解液のより好適な組成として、以
下のものを例示できる：１０〜４０質量％（望ましくは
１５〜２５質量％）のエチレンカーボネート；６０〜９
０質量％（望ましくは７５〜８５質量％）のプロピレン
カーボネート；０．５〜１．５ｍｏｌの（望ましくは
０．８〜１．２質量％）リチウムトリフレート塩。

【００２１】また、二酸化マンガン粉末は、電解二酸化
マンガンのようになるべく表面積の大きい、不定形状の
ものを用いることが望ましい。好適には平均粒径が１０
〜３０μｍ（望ましくは２０〜２５μｍ）であり、ＢＥ
Ｔ値（比表面積値）が３０〜５０ｍ^２／ｇ（望ましくは
４０〜４５ｍ^２／ｇ）、および総気孔率が０．０２〜
０．０８ｃｍ^３／ｇ（望ましくは０．０４〜０．０６ｃ
ｍ^３／ｇ）であるものを用いることが、電池性能の確保
の上で好適である。

【００２２】以下、図１の説明図の流れに従って、さら
に詳細に説明する。図１（１−１）に示すように、第一
シート部材１を、金属製の枠部材２０に接着剤や粘着テ
ープなどの手段により固定する。そして、位置決めピン
２３を枠部材２０の貫通孔２１に挿通しつつ、枠部材２
０および第一シート部材１を台５０の上にセットする。
図２に示すように、枠部材２０には、その４つの角部に
それぞれ貫通孔２１が形成されている。また、４つの辺
の各中央位置にも貫通孔２１が形成されているが、配置
形態はこれに限られるものではない。枠部材２０は、第
一シート部材１と第二シート部材３とを外周縁部に沿っ
て支持している。

【００２３】第一シート部材１（第二シート部材３も同
様：１−７参照）は、活物質充填室２（４）がそれぞれ
シート厚さ方向に貫通する形で形成される。このような
貫通形態の活物質充填室２（４）は、たとえば図１（１
−２）のように、打抜刃４９（あるいは打抜パンチでも
よい）を用いて、通常の打抜法により簡単に形成できる
利点がある。

【００２４】シート部材１は、図１（１−３，第二シー
ト部材３については１−７、以下、カッコ内は第二シー
ト部材３の対応符号である）に示すように、第一シート
面１ａ（３ａ）と反対側のシート面である第二シート面
１ｂ（３ｂ）において、活物質充填室２（４）の開口
が、第一金属電極板７（第二金属電極板８）により塞が
れる。図４は、これを平面視状態にて表したものであ
る。貫通形態の活物質充填室２（４）は、そのままでは
底を有さないので、電極活物質５（６）を収容できな
い。そこで、第二シート面１ｂ（３ｂ）側の開口を金属
電極板７（８）で塞ぐことにより底を形成でき、電極活
物質５（６）の収容を問題なく行うことができる。本実
施形態において金属電極板７，８は、いずれも厚さ３０
〜５０μｍ程度のＣｕ箔を採用している。

【００２５】金属電極板７（８）は、第二シート面１ｂ
（３ｂ）において活物質充填室２（４）の開口周縁部に
貼り付けることができる。打抜後のシート部材１（３）
の第二シート面１ｂ（３ｂ）に金属電極板７（８）を貼
り付けるのみで、活物質充填室２（４）の開口を簡単に
塞ぐことができる。具体的には、図１０に示すように、
金属電極板７（８）は、シート部材１（３）の第二シー
ト面１ｂ（３ｂ）側に形成されたホットメルト型接着剤
層１３を介して、熱接着する方法が簡便であり、かつ貼
り付けを確実に行うことができる。本実施形態では、図
示しないヒータを有したパンチ３０により、金属電極板
７（８）をシート部材１（３）に押し付けながら加熱す
ることにより、圧着形態にて貼り付けを行っている。

【００２６】なお、第一シート部材１および／または第
二シート部材３において、第二シート面１ｂ，３ｂ上
に、活物質充填室２，４の開口を塞ぐ金属電極板７，８
を配置する際は、以下のような工程を採用することがで
きる。すなわち、図１（１−３）に示すように、複数の
位置決め窓１６が形成された位置決めマスク部材１７
を、シート部材１（３）の第二シート面１ｂ（３ｂ）上
に、各位置決め窓１６が各活物質充填室２（４）に対応
して位置するように重ね合わせ、その状態で各位置決め
窓１６内に金属電極板７（８）を配置する。このように
すると、金属電極板７（８）を、シート部材１（３）に
対する貼り付け位置に、正確かつ迅速に配置することが
できる。この場合、シート部材１（３）は、シート位置
決め貫通部２１に位置決めピン２３を挿通して位置決め
されていることから、位置決めマスク部材１７にマスク
位置決め貫通部１７ａを形成しておき、該マスク位置決
め貫通部１７ａとシート位置決め貫通部２１とに位置決
めピン２３を挿入することにより、位置決めマスク部材
１７をシート部材１（３）に正確かつ簡単に位置決め積
層することができる。

【００２７】圧着による金属電極板７の貼り付けは、図
１（１−３）に示すように、第一シート部材１を、第二
シート面１ｂが上となるように配置して行うと容易であ
る。この場合、活物質充填室２に第一電極活物質５を充
填する工程は、図１（１−４）に示すように、金属電極
板７を貼り付けた後、第一シート部材１の上下を反転さ
せ、第一の金属電極板７を活物質充填室２の底として用
いつつ、第一シート面１ａ側の開口から活物質充填室２
に第一電極活物質５（本実施形態では厚さ４〜６μｍ程
度のリチウム金属板）を充填するようにして行うことが
できる。シート反転を行うことで、金属電極板７の貼り
付けと第一電極活物質５の充填とを、いずれも簡単活確
実に行うことができる。図５は、第一電極活物質５を充
填した状態の第一シート部材１の第一シート面１ａ側を
平面視した状態を示している。

【００２８】上記のように第一電極活物質５を第一シー
ト部材１の活物質充填室２に充填した後、図１（１−
５）に示すように、該活物質充填室２の第一シート面１
ａ側の開口周縁部にセパレータ９を貼り付ける。セパレ
ータ９は、電池反応のイオン通過を許容する厚さに形成
された、たとえばポリエチレンあるいはポリプロピレン
等の樹脂にて構成され、厚さは２０〜３０μｍ程度であ
る。このセパレータ９も、第一シート面１ａ（３ａ）に
おいて活物質充填室２（４）の開口周縁部に貼り付ける
ことができる。その具体的な貼り付け方法は、図１０と
同様に、第一および第二のシート部材１，３の少なくと
もいずれかに対し、第一シート面１ａ（３ａ）側に形成
されたホットメルト型接着剤層１３を介してセパレータ
９を熱接着する工程を例示できる。セパレータ９を熱接
着するのは、シート部材１，３の一方のみとしても、双
方としてもいずれでもよいが、本実施形態では、第一シ
ート部材１に熱接着している。このセパレータ９の接着
も、図１（１−５）に示すように、セパレータ位置決め
マスク１９を用いて行うと便利である。セパレータ位置
決めマスク１９には、マスク位置決め貫通部１９ａが形
成され、ここに位置決めピン２３を挿入することによ
り、シート部材１にセパレータ位置決めマスク１９を正
確かつ簡単に位置決め積層することができる。そして、
セパレータ９は位置決め窓１８内に配置される。

【００２９】次に、図１（１−６）に示すように、第一
シート部材１の活物質充填室２に対応する位置におい
て、セパレータ９上に第二電極活物質６を配置する。そ
の後、図１（１−７）に示すように、該配置された第二
電極活物質６が第二シート部材３の活物質充填室４内に
収容されるように、該第二シート部材３をセパレータ９
上に重ね合わせる。第二電極活物質６がハンドリング可
能な剛性を有しているものであれば、第二シート部材３
を第一シート部材１上に重ね合わせてから、第二電極活
物質６を活物質充填室４内に収容することも可能であ
る。しかし、第二電極活物質６がそのような剛性を有し
ていない場合、たとえばペースト状のものである場合
は、先に積層した第二シート部材３の活物質充填室４内
に第二電極活物質６を擦り切り充填しようとすると、第
二電極活物質６が第二シート部材３の第二シート面３ｂ
に残留し、たとえば活物質充填室４の開口周縁に貼り付
けられる金属電極板８の密封状態が損なわれて活物質の
漏れ出し等の問題を生ずる可能性がある。そこで、上記
のように、セパレータ９上に第二電極活物質６を先に配
置しておき、その後、第二電極活物質６が活物質充填室
４内に収容されるように、第二シート部材３をセパレー
タ９上に重ね合わせるようにすれば、こうした不具合を
生じにくくなる。

【００３０】本実施形態においては、以下のような方法
を採用してセパレータ９上への電極活物質６の配置を行
っている。すなわち、複数のペースト充填窓１４が形成
された金属製の印刷マスク部材１５（メタルマスク）
を、各ペースト充填窓１４が第一シート部材１の活物質
充填室２に対応して位置するように、セパレータ９上に
重ね合わせる。そして、その状態でペースト状の第二電
極活物質６をペースト充填窓１４内にスキージ４８を用
いて擦り切り充填した後、メタルマスク１５を取り外す
ことにより、該第二電極活物質６の塗布パターンを各セ
パレータ９上に形成する。図６は、第二電極活物質６の
塗布パターンを形成後の第一シート部材１を平面視状態
にて示すものである。上記工程は、いわゆるスクリーン
印刷法によるものであり、複数の電池単位１０における
第二電極活物質６の充填を一括して行うことができるの
で、非常に能率的である。元来、スクリーン印刷法は厚
膜形成には不向きな方法であるが、以下に示すメタルマ
スクを使用することにより適性を改善することができ
る。

【００３１】まず図１４は、厚膜印刷に使用できるよう
に改善されたメタルマスク１５の上面図である。方形状
のメタルマスク１５は、全体が単一の金属薄板（たとえ
ばステンレス鋼）で構成されており、たとえば０．２〜
０．３ｍｍの厚さを有するものである。メタルマスク１
５は、板厚方向に貫くペースト充填窓１４が形成された
印刷パターン部６０と、該印刷パターン部６０の面内方
向における両端に位置するとともに、印刷パターン部６
０と一体であるマスク保持部６１（図中斜線部）とから
なる。マスク保持部６１は、印刷パターン部６０よりも
薄肉に調整されている。これにより、マスク保持部６１
を介して印刷パターン部６０にテンションを懸けやすく
なり、印刷パターン部６０と被印刷物（本実施形態では
セパレータ９）との密接状態をしっかり保つことができ
る。

【００３２】図１４に示すように、マスク保持部６１
は、印刷パターン部６０を包囲する枠形態をなしている
ため、該印刷パターン部６０に対し、その面内の全方向
から引張力を均等に付与できる。そして、印刷パターン
部６０の両端に隣接するマスク保持部６１のそれぞれに
は、固定ピン挿通孔１５ａが多数形成されている。本実
施形態では、メタスマスク１５を正方形状としており、
その平行な２組の辺部をマスク保持部６１が構成してい
る。そのマスク保持部６１において、各固定ピン挿通孔
１５ａは、印刷パターン部６０を２分割する仮想面に関
し対称に設けられている。これにより、印刷パターン部
６０の周縁に懸かる引張力をより均一にできる。

【００３３】図１６は、図１（１−５）の次に行うべき
印刷準備、すなわち、枠部材２０へのメタルマスク１５
の固定工程を示す説明図である。シート部材１は、その
周縁部が接着剤等の固定手段により枠部材２０に固定さ
れている。シート部材１の活物質充填室２には、電極板
７とセパレータ９とに挟まれる形態で第一電極活物質５
が充填されている。このようなシート部材１に対し、ペ
ースト充填窓１４がセパレータ９上の所定位置に配置さ
れるように、メタルマスク１５をシート部材１に覆いか
ぶせる（１６−１）。シート部材１は、第二シート面１
ｂが枠部材２０に接触する配置関係で、該枠部材２０に
固定されている。したがって、第二シート面１ｂとは反
対側である第一シート面１ａ側にセパレータ９を配置す
ることにより、該セパレータ９とメタルマスク１５とを
密接させることができる。

【００３４】枠部材２０およびメタルマスク１５は、互
いにほぼ等しい方形状の形態を有しており、それら互い
の四辺において、メタルマスク１５の固定ピン挿通孔１
５ａと枠部材２０の貫通孔２１とが対応関係を築いてい
る。そして、枠部材２０に形成された貫通孔２１と、メ
タルマスク１５に形成された固定ピン挿通孔１５ａとに
共通の位置決めピン２３を挿通することにより、メタル
マスク１５と枠部材２０とを締結する（１６−２）。図
１６に示すように本実施形態では、位置決めピン２３を
先細りの錘状に形成するとともに、枠部材２０の貫通孔
２１も錐状に形成している。この構成により、上記締結
時において、薄肉のマスク保持部６１が貫通孔２１内に
若干食い込み、印刷パターン部６０に十分な引張力を付
与できるようになる。なお、マスク保持部６１は、該マ
スク保持部６１と印刷パターン部６０とが、メタルマス
ク１５の有する２主面のうち少なくとも一方の主面側に
おいて面一となるように形成されていることが好まし
い。本実施形態においてマスク保持部６１は、スキージ
４８を摺動させる側の主面１５ｐにおいて面一となるよ
うに、セパレータと対峙する主面１５ｑ側からの減厚加
工により形成されている。これにより、マスク保持部６
１を位置決めピン２３で固定した際、印刷パターン部６
０をセパレータ９に密接させる付勢力を高めることがで
きる。

【００３５】次に、ペースト充填窓１４に関して説明す
る。ペースト充填窓１４は、メタルマスク１５の印刷パ
ターンをなすものである。既述したように、本実施形態
においては、一組のシート部材１，３から多数個の電池
単位１０を一括して作製する。したがって、ペースト充
填窓１４は、メタルマスク１５をシート部材１（３）に
密接させたときに、シート部材１（３）に複数形成され
た活物質充填室２（４）のそれぞれに対応する配置で以
って、メタルマスク１５に形成されるものである（つま
り、図１４に示す配置は模式的なものである）。

【００３６】図１５の拡大断面図に示すように、ペース
ト充填窓１４は、一方の主面１５ｑにおける開口面積
が、他方の主面１５ｐにおける開口面積よりも大きくな
るように、その内周面１４ａにテーパがつけられてい
る。具体的に、ペースト充填窓１４は、印刷時にセパレ
ータ９に接触させる主面１５ｑにおける開口面積が、ス
キージ４８を摺動させる主面１５ｐ（スキージ摺動面）
における開口面積よりも大となるように形成されてい
る。さらに、ペースト充填窓の内周面１４ａは研磨加工
されている。上記構成により、第二電極活物質６のペー
スト充填窓１４からの抜けが良好になる。また、内周面
１４ａの全部が、メタルマスク１５の主面１５ｐ，１５
ｑに垂直な方向（つまり板厚方向）に対して傾斜したテ
ーパ面である必要もなく、一部のみにテーパをつけるこ
ともできる。板厚方向に対する内周面１４ａの傾き、す
なわちテーパ角度θは、たとえばθ＝５〜７°にすると
よい。テーパ角度θが小さすぎると抜け向上の効果が望
めなくなり、大きすぎると第二電極活物質６の形状に影
響がでる。なお、”テーパ”の概念としては、図１５に
示すように板厚方向に対して一定の傾きを有する場合は
もとより、曲率を有する場合や段差状を有する場合など
も含む。ただし、メタスマスク１５の主面１５ｐ，１５
ｑに平行な断面群から任意の２面を選択し、スキージ摺
動面１５ｐに近い断面においてペースト充填窓１４が占
有する領域を、スキージ摺動面１５ｐから遠い断面に正
射投影したとき、その投影により形成される領域が、ス
キージ摺動面１５ｐから遠い断面においてペースト充填
窓１４が占有する領域に属さなければならない。

【００３７】また、スキージ摺動面１５ｐは、エッチン
グ処理および／またはブラスト処理によって梨地仕上げ
されている。これにより、スキージ摺動面１５ｐと第二
電極活物質６との濡れ性が向上し、ペースト充填窓１４
に第二電極活物質６が効率良く充填されるようになる。
好ましい形態は、まずブラスト加工で粗い梨地仕上げを
行い、続いてウェットエッチングで表面粗さを低減させ
て粗さを調整する形態である。また、スキージ摺動面１
５ｐの全部を梨地仕上げする必要はなく、図１４に示す
ように一点斜線に囲まれる領域Ｓ、つまり、ペースト充
填窓１４の開口周辺部についてのみ行うようにすればよ
い。また、具体的な表面粗さについては、印刷するペー
ストによって種々調整するとよい。スキージ摺動面１５
ｐが梨地仕上げされた粗面とされる一方、ペースト充填
窓１４の研磨加工された内周面１４ａは、スキージ摺動
面１５ｐよりも平滑とされる。そのようにした場合、
ペースト充填窓１４への第二電極活物質６の充填、印
刷済み第二電極活物質６とメタルマスク１５との相対離
間、の各工程が滞りなくスムーズに行えるようになり、
印刷不良の発生率を一段と低減できる。研磨加工は、電
解研磨、薬液を用いた化学研磨などの公知の方法により
行うことができる。

【００３８】ペースト充填窓１４は、打ち抜きにより形
成することもできるが、より高精度の加工を望む場合、
化学エッチングまたはレーザーにより形成するとよい。
ペースト充填窓１４をレーザーで形成する場合、内周面
１４ａにテーパをつけるために、レーザーの入射方向を
メタルマスク１５の板厚方向に対して所望の角度だけ傾
ければよい。より好適なのは化学エッチング（具体的に
はウエットエッチング）により形成する方法であり、以
下にその方法を説明する。

【００３９】図１７は、一枚の金属薄板１５０よりメタ
ルマスク１５を作製する工程を示す説明図である。ま
ず、薄肉のマスク保持部６１を形成する箇所がエッチン
グされるよう、金属薄板１５０にレジスト６６をパター
ニングする。図１７の例では、スキージ摺動面１５ｐも
レジストを塗布しているが、反対側の主面１５ｑにのみ
塗布してもマスク保持部６１は形成できる。次に、レジ
スト６６を塗布した金属薄板１５０をエッチング液６７
に浸漬する（１７−１）。エッチングにより板厚の約半
分が薄肉化されたら、金属薄板１５０をエッチング液よ
り引き上げる（１７−２）。次に、レジスト６６をパタ
ーニングし直して、ペースト充填窓１４を形成する箇所
のみを露出させた金属薄板１５０をエッチング液６８に
浸漬する（１７−３）。エッチングにより金属薄板１５
０が貫通されることによりペースト充填窓１４が形成さ
れ、メタルマスク１５が得られる（１７−４）。そし
て、メタルマスク１５をエッチング液６８から引き上げ
てレジスト６６を除去する（１７−５）。

【００４０】上記のとおり、マスク保持部６１は、金属
薄板１５０の有する２主面のうち一方の主面１５ｑ側か
らの減厚加工により形成され、他方の主面１５ｐ側にお
いては、そのマスク保持部６１と印刷パターン部６０と
が面一とされている。具体的に本実施形態では、印刷時
にスキージ４８を摺動させる主面１５ｐとは反対側、す
なわちセパレータ９に対峙させる主面１５ｑ側から減厚
加工を行っている。これにより、マスク保持部６１と印
刷パターン部６０とを隔てる段差が、片面側にのみ形成
される。両主面側からエッチングされるようにして、マ
スク保持部６１を形成してもよいことは前述したとおり
であるが、最終的な仕上がりは、セパレータ９に対峙さ
せる主面１５ｑ側から減厚した形状となる。

【００４１】また、ウエットエッチングによりペースト
充填窓１４を形成する場合、エッチングは等方性となる
ので、形成後のペースト充填窓１４の内周面１４ａに
は、その全周にわたって自ずとテーパがつく。現実には
図１５に示すようにはならず、曲率をもったテーパが形
成される。ただし、ペースト充填窓１４を形成する際の
エッチングを、片面側からのみ行うことが必要条件であ
る。本実施形態では、減厚加工によりマスク保持部６１
を形成する側と同じ側、すなわちセパレータ９接触させ
る主面１５ｑ側からのみ、ペースト充填窓１４形成のた
めのエッチングが進行するようにレジスト６６を塗布し
ている。ペースト充填窓１４とマスク保持部６１とを形
成したのち、ペースト充填窓１４の内周面１４ａの研
磨、スキージ摺動面１５ｐの梨地加工を行う。ペースト
充填窓１４の内周面１４ａの研磨は、化学研磨により行
い、鏡面仕上げとするのがよい。なお、梨地加工につい
ては、たとえばマスク保持部６１を形成する以前など、
いつおこなってもよい。

【００４２】また、単一の材料からなる金属薄板１５０
の替わりに、異なる材質の薄板を貼り合わせたクラッド
板でメタルマスク１５を作製することも可能である。そ
の場合、異なる材質に基づくエッチング速度の違いを利
用して、ペースト充填窓１４やマスク保持部６１を所望
の形状に形成することも考え得る。

【００４３】このようにして作製したメタルマスク１５
は、使用分野を限定されるものではなく、さまざまな厚
膜スクリーン印刷に適応可能である。たとえば、積層配
線基板への半田ペーストの印刷などが代表的である。あ
るいは、タイル等への立体装飾に使用することも考え得
る。本実施形態である薄型電池の製造においては、上記
メタルマスク１５を用いて、図１（１−６）に示すよう
に第二電極活物質６をセパレータ９の表面上に印刷す
る。そして、図１（１−７）に示すように、第一シート
部材１と第二シート部材３とを積層させる。第二シート
部材３は、第二シート面３ｂに対し活物質充填室４の開
口を塞ぐ形で第二の金属電極板８を予め貼り付けたもの
を、セパレータ９上に重ね合わせるようにすれば、より
能率的である。また、第二の金属電極板８をホットメル
ト型接着剤層により熱圧着する工程が、第二電極活物質
６の塗布された第二シート部材３上で実施されないた
め、その熱影響が第二電極活物質６におよばない利点も
ある。

【００４４】図７は、第二シート部材３の積層により得
られる積層シートアセンブリ１１を平面視した様子を示
すものである。前述の通り、本実施形態では、図８に示
すように、各活物質充填室２，４の周囲に沿って、図１
３に示す工程により線状の封着部１２を形成する。図１
３に示すように、封着部１２の形成は、第一シート部材
１と第二シート部材３とをなす高分子材料の溶着により
行うことができる。図９に示すように、第一シート部材
１および第二シート部材３は、いずれも厚さが８０〜１
００μｍ程度であり、ポリエチレンあるいはポリエステ
ル等の熱可塑性樹脂で構成された基材の両面にホットメ
ルト型接着剤層１３，１３が形成されている。本実施形
態では、ホットメルト型接着剤層１３，１３を、厚さ３
０〜４０μｍ程度のエチレンと酢酸ビニルとの共重合体
（エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）層として形成し
ているが、これに限定されるものではない。

【００４５】図１３（１３−２）に示すように、封着部
１２は、第一シート部材１と第二シート部材３との第一
シート面１ａ，３ａ側の接着剤層同士の溶着により形成
される。図１３（１３−１）に示すように、第一シート
部材１と第二シート部材３との隙間２６（出入り口）か
ら、活物質充填室２，４内を減圧排気しつつ、図１３
（１３−２）に示すように、金属電極板７，８を介して
超音波ホーン４０により第一シート部材１と第二シート
部材３とに超音波印加して、ホットメルト型接着剤層１
３を溶融させて局所的に溶着を生じさせることにより、
封着部１２を形成している。これらの工程は、電池単位
１０全部を真空中に配置して行うか、隙間２６から吸引
により活物質充填室２，４内を減圧排気しながら行う。

【００４６】活物質充填室２，４を取り囲む封着部１２
が形成された各電池単位１０は、カッター等により個別
の電池単位１０に切断・分離される。図１３（１３−
３）に示すように積層シートアセンブリ１１を切断・分
離して、図１１に示す電池単位１０とし、図１２に示す
ように、その電池単位１０の外側を、モールドシート３
３，３４で覆い、それらの外縁部を封着部３５により封
着して、電池１００が得られる。なお、モールドシート
３３，３４を有さない、図１１の状態の電池単位１０を
電池製品とすることもある。

【００４７】なお、本明細書の特許請求の範囲において
各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付さ
れた符号を援用して用いたものであるが、あくまでも発
明の理解を容易にするために付与したものであり、特許
請求の範囲における各構成要件の概念をなんら限定する
ものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池の製造方法の一実施形態を、断面表示にて
示す工程説明図。

【図２】図１の主要工程を、平面視にて示す第一の工程
説明図。

【図３】同じく第二の工程説明図。

【図４】同じく第三の工程説明図。

【図５】同じく第四の工程説明図。

【図６】同じく第五の工程説明図。

【図７】同じく第六の工程説明図。

【図８】同じく第七の工程説明図。

【図９】シート部材の断面構造の一例を示す図。

【図１０】ホットメルト型接着剤により金属電極板の接
着工程を示す断面図。

【図１１】図１に続く工程説明図。

【図１２】図１１に続く工程説明図。

【図１３】封着工程の一例を示す説明図。

【図１４】メタルマスクの上面図。

【図１５】メタルマスクの部分拡大断面図。

【図１６】枠部材へのメタルマスクの固定工程を示す説
明図。

【図１７】一枚の金属薄板よりメタルマスクを作製する
工程を示す説明図。

【図１８】スクリーン印刷法により厚膜を形成する工程
を示す説明図。

【図１９】電極活物質をペースト充填窓に充填後、メタ
ルマスクと被印刷物とを離間させる工程を示す説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｚ (72)発明者伊東孝二愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者岡崎隆一愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者深田明宏愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 2C035 AA06 FD01 FE01 FF01 FF06 FF16 FF26 2H114 AB02 AB03 AB11 EA04 GA11 5H024 AA03 AA12 BB08 BB19 CC04 EE01 FF14 FF18 HH13 HH15 5H025 BB10 BB19 5H028 BB19 CC02 EE01 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板厚方向へ貫くペースト充填窓（１４）
が形成された印刷パターン部（６０）を有するスクリー
ン印刷用のメタルマスク（１５）であって、前記印刷パターン部（６０）の面内方向における両端
に、その印刷パターン部（６０）に引張力を付与するマ
スク保持部（６１）が設けられ、そのマスク保持部（６
１）が前記印刷パターン部（６０）よりも薄肉であるこ
とを特徴とするメタルマスク（１５）。
【請求項２】前記マスク保持部（６１）は、前記印刷
パターン部（６０）を包囲する枠形態をなす請求項１記
載のメタルマスク（１５）。
【請求項３】少なくとも一方の主面（１５ｐ）側にお
いて、前記マスク保持部（６１）と前記印刷パターン部
（６０）とが面一である請求項１または２記載のメタル
マスク（１５）。
【請求項４】前記印刷パターン部（６０）の両端に隣
接する前記マスク保持部（６１）のそれぞれに、固定ピ
ン挿通孔（１５ａ）が形成されている請求項１ないし３
のいずれか１項に記載のメタルマスク（１５）。
【請求項５】前記印刷パターン部（６０）および前記
マスク保持部（６１）を含む全体が単一の金属薄板（１
５０）からなるとともに、前記マスク保持部（６１）
は、前記金属薄板（１５０）の有する２主面のうち一方
の主面（１５ｑ）側からの減厚加工により形成されてい
る請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメタルマス
ク（１５）。
【請求項６】前記減厚加工は、印刷時にスキージ（４
８）を摺動させる主面（１５ｐ）とは反対側から行われ
ている請求項５記載のメタルマスク（１５）。
【請求項７】板厚方向へ貫くペースト充填窓（１４）
が形成された印刷パターン部（６０）を有するスクリー
ン印刷用のメタルマスク（１５）であって、前記ペースト充填窓（１４）は、一方の主面（１５ｑ）
における開口面積と、他方の主面（１５ｐ）における開
口面積とが異なるように、その内周面（１４ａ）にテー
パが付けられていることを特徴とするメタルマスク（１
５）。
【請求項８】前記内周面（１４ａ）は研磨加工されて
いる請求項７記載のメタルマスク（１５）。
【請求項９】前記ペースト充填窓（１４）の研磨加工
された内周面（１４ａ）は、印刷時にスキージ（４８）
を摺動させる主面（１５ｐ）よりも平滑である請求項８
記載のメタルマスク（１５）。
【請求項１０】前記ペースト充填窓（１４）は、印刷
時に被印刷物（９）に接触させる主面（１５ｑ）におけ
る開口面積が、スキージ（４８）を摺動させる主面（１
５ｐ）における開口面積よりも大となるように形成され
ている請求項７ないし９のいずれか１項に記載のメタル
マスク（１５）。
【請求項１１】第一シート部材（１）および第二シー
ト部材（３）にそれぞれ形成された活物質充填室（２，
４）に、第一電極活物質（５）および第二電極活物質
（６）がそれぞれ充填され、それら電極活物質（５，
６）を互いに分離するセパレータ（９）と、該セパレー
タ（９）との間に前記第一および第二電極活物質（５，
６）を挟む１対の電極板（７，８）とが積層配置された
構造を有する電池（１００）の製造方法であって、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のメタルマス
ク（１５）を用いたスクリーン印刷法により、前記セパ
レータ（９）の表面上または前記電極板（７，８）の表
面上に前記電極活物質（６）を印刷する工程を含むこと
を特徴とする電池（１００）の製造方法。