(57)【要約】【課題】塑性加工時に、金型の凸部へかかる荷重を低減することにより、金型の寿命を向上し得る金型構造を提供する。【解決手段】台部と、台部から突出した少なくとも一つの加工部を有し、加工部により加工対象に穴を穿設する金型であって、加工部の長手方向に垂直な２断面のうち、台部に近い側の断面の断面積が、台部から遠い側の断面の断面積よりも小さい部位を持つ加工部を有する。【選択図】図１
2016064443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台部と、前記台部から突出した少なくとも一つの加工部を有し、前記加工部により加工対象に穴を穿設する金型において、
前記加工部は、長手方向に垂直な２断面のうち、前記台部に近い側の断面の断面積が前記台部から遠い側の断面の断面積よりも小さい部位を持つ、
ことを特徴とする金型構造。
【請求項２】
前記加工部の先端部は、球形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金型構造。
【請求項３】
前記加工部の先端部は、テーパー形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金型構造。
【請求項４】
前記加工部の先端は、前記加工部の長手方向と略垂直な平面形状である、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の金型構造。
【請求項５】
前記加工部は、前記加工部の側面に、前記側面の長手方向に沿って形成された少なくとも一つ以上の溝部を有する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の金型構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の金型を製造する方法において、
前記加工部は、除去加工によって成形される、
ことを特徴とする金型製造方法。
【請求項７】
前記加工部は、
前記除去加工により第１の形状を成形した後、
前記第１の形状に所定の加工を施すことで所望の形状に成形される、
ことを特徴とする請求項６に記載の金型製造方法。
【請求項８】
前記所定の加工は、エネルギー照射による加工である、
ことを特徴とする請求項７に記載の金型製造方法。
【請求項９】
前記エネルギー照射は、
予め定められた一度のエネルギー照射時間において、前記加工部の融解熱に対するエネルギーの比率が０．６〜２．２×１０-4[mol/cm2]となるように制御される、
ことを特徴とする請求項８に記載の金型製造方法。
【請求項１０】
前記エネルギー照射を、前記加工部に対して複数回照射する、
ことを特徴とする請求項９に記載の金型製造方法。
【請求項１１】
前記金型は、前記台部と前記加工部とを複合化して形成される、
ことを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の金型製造方法。
【請求項１２】
請求項１から５のいずれか一項に記載の金型を用いて穿設された穴部を有する電極の製造方法であって、
前記穴部は、平面プレス方式によって前記電極の厚さ方向に穿設される、
ことを特徴とする電極製造方法。
【請求項１３】
請求項１から５のいずれか一項に記載の金型を用いて穿設された穴部を有する電極の製造方法であって、
前記穴部は、ロールプレス方式によって前記電極の厚さ方向に穿設される、
ことを特徴とする電極製造方法。
【請求項１４】
請求項１から５のいずれか一項に記載の金型を用いて穿設された穴部を有する電極を備える、
ことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型構造、金型製造方法、電極製造方法、および電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン２次電池等の製造プロセスにおいて、レート特性等の電池性能の向上を目的として、円柱状の凸部を有する金型で電極層をプレスする塑性加工により、電極層に円筒状の微細な穴を穿設する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３２７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、微細な穴を穿設するための金型の凸部は微細な円柱形状であり、塑性加工時の凸部にかかる荷重の増大によって凸部根元部の応力が増大すると、金型の寿命が低下する。
【０００５】
そこで本発明は、塑性加工時に金型の凸部へかかる荷重を低減することにより、金型の寿命を向上し得る金型構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による金型構造は、台部と、台部から突出した少なくとも一つの加工部を有し、加工部により加工対象に穴を穿設する金型の構造であって、当該加工部は、加工部の長手方向に垂直な２断面のうち、台部に近い側の断面の断面積が、台部から遠い側の断面の断面積よりも小さい部位を持つ。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金型から突出した加工部の長手方向に垂直な２断面のうち、台部に近い側の断面の断面積が、台部から遠い側の断面の断面積よりも小さい部位を持つことにより、塑性加工時の加工部側面と加工対象との摩擦力が低減され、金型へかかる荷重が減少するので、金型の寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の金型構造の効果を測定するための試験装置を表した図である。
【図５】図５は、試験１で用いた第１の実施形態の金型構造と従来の金型構造を、走査型電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【図６】図６は、第１の実施形態の金型構造の試験１の結果である。
【図７】図７は、試験２で用いた第１の実施形態の金型構造と従来の金型構造を、走査型電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【図８】図８は、第１の実施形態の金型構造の試験２の結果である。
【図９】図９は、第２の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図１２】図１２は、第５の実施形態の金型構造を説明するための図である。
【図１３】図１３は、第１の実施形態の金型製造方法を説明するための図である。
【図１４】図１４は、第１の実施形態の金型製造方法により作製した金型の加工部を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態の金型製造方法を説明するための図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態の金型製造方法を説明するための図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態の金型製造方法により作製した金型の加工部を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【図１８】図１８は、被照射体の融解熱に対して被照射体が受ける最適なエネルギー比を見出すための実験を説明するための図である。
【図１９】図１９は、被照射体の融解熱に対して被照射体が受ける最適なエネルギー比を見出すための実験を説明するための図である。
【図２０】図２０は、被照射体の融解熱に対して被照射体が受ける最適なエネルギー比を見出すための実験の実験結果を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【図２１】図２１は、第３の実施形態の金型製造方法を説明するための図である。
【図２２】図２２は、第１の実施形態の電極製造方法を説明するための図である。
【図２３】図２３は、第２の実施形態の電極製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に説明する金型構造に係る第１から第５の実施形態は、リチウムイオン２次電池等の製造プロセスにおいて、塑性加工により電極層に微細な穴を穿設するために用いられる、微細なピン形状の突出部を有する構造物（以下、金型という）に係るものである。次に説明する金型製造方法に係る第１から第３の実施形態は、上記金型構造の成形に係る製造方法である。電極製造方法に係る第１および第２の実施形態は、上記金型を用いて電極に穴（マイクロホール）を穿設してなる電極の製造方法である。以下、図面等を参照しながら、それぞれの実施形態の詳細を説明する。
【００１０】
＜金型構造＞
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の金型構造を説明するための図である。本実施形態の金型構造は、台部１と、台部１から突出した少なくとも一つの加工部２とから構成される。図から分かるとおり、加工部２は、長手方向の中央部に凹みを有する。すなわち、この加工部２の形状は、加工部２の長手方向に垂直な２つの断面（３、４）を比較した場合に、該２つの断面のうち、台部１に近い側の断面３の断面積が、台部１から遠い側の断面４の断面積よりも小さくなる部位（バックテーパ形状）を有している。
【００１１】
図２は、上述した本実施形態の金型による塑性加工の態様を説明するための図である（なお、当図面は平面プレス方式を表している。詳細は後述する）。金型により電極層５をプレスすると、金型の台部１から突出する加工部２の先端が電極層５を掘進する（図２（ａ）参照）。本実施形態の金型構造は、上述のとおり、加工部２の中央部に凹みを有し、台部１に近い側の断面３の断面積が、台部１から遠い側の断面４の断面積よりも小さい。したがって、塑性加工時に、中央部よりも断面積がより大きい先端側によって電極層５が掘進されると、加工部２の中央部と電極層５との間には断面３と断面４との略断面積差分の間隙６が生じる（図２（ｂ）参照）。
【００１２】
すなわち、先端側よりも断面積の小さい加工部２の中央部の凹み部分に係る側面は、プレス工程において電極層５と接触しない。このため、プレス加工時において、加工部２の側面と、電極層５との摩擦が減り、加工部２への負荷が小さくなるので、金型へかかる荷重が減少し、金型の破損を低減することができる。
【００１３】
なお、図２を用いて説明した加工部２の形状は、加工部２の根元部分、すなわち断面３よりも更に台部１に近い部分が中央部分よりも太く（断面積が大きく）表されているが、図３のように台部１に近づくにつれて細くなってもよい。このように、加工部２は、加工部２における２つの断面のうち、台部１に近い側の断面３の断面積が、台部１から遠い側の断面４の断面積よりも小さくなる部位を有している限り、多様な形状を想定することが可能である。
【００１４】
ここで、本実施形態の金型構造を実際に製作し、塑性加工時にかかる金型への荷重を測定した試験結果について、図４から図８を参照して説明する。
【００１５】
図４は、当該試験を行うために用いた試験装置である。図中の工具７の垂直下方先端には、本実施形態の金型、または、比較例として用いる円筒状の従来形状の金型を、加工部先端を垂直下方に向けて取り付けられる。また、試験片８は、実際のリチウムイオン２次電池の作製に使用されるものに相当する電極層５である。
【００１６】
[試験１]
図５は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した、本試験により比較例として用いる従来形状の金型の側面画像と、加工部２先端部の斜視画像（図５（ａ）参照）、および、バックテーパ形状を有する本実施形態の金型の側面画像と、加工部２先端部の斜視画像（図５（ｂ）参照）を示した図である。図中の記載のとおり、双方の金型とも、先端部の径が５０μｍとなるように製作した。
【００１７】
図６は、上述の金型を工具７先端に取り付け、工具７が取り付けられているＺステージを上下方向にリフトすることにより金型を試験片８に押し込ませたときの、金型へかかる荷重[Ｎ]を測定した結果である。横軸が試験片への金型の押し込み量[μｍ]を、縦軸が金型にかかる荷重[Ｎ]を表している。また、図の点線が比較例、実線が本実施形態の試験結果を表している。押し込み量が２５μｍを越えたあたりから各金型へかかる荷重量の差が顕著に表れており、４０μｍ押し込んだ時点で、本実施形態の金型へかかる荷重は、従来形状の金型にかかる荷重と比べて、約３０％低減されていることが分かる。
【００１８】
[試験２]
続いて、図７は、試験１と同様に、試験２に用いた金型を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した画像である。試験２では、各金型の先端部の径が３０μｍとなるように製作した。
【００１９】
図８は、試験２の試験結果である。試験２の結果においても、金型を試験片８へ４０μｍ押し込んだ時点で、本実施形態の金型へかかる荷重は、従来形状の金型にかかる荷重と比べて約３０％低減されていることが分かる。なお、本試験に用いた各金型は試験１に用いた金型と比べて先端部の径が細いので、各金型の荷重の総量は試験結果１よりも小さい。
【００２０】
このように、金型の加工部２の先端の径が同じであっても、加工部２にバックテーパ形状を形成する事で、金型へかかる荷重が低減されることが分かる。
【００２１】
以上、第１の実施形態の金型構造によれば、台部１と、台部１から突出した少なくとも一つの加工部２とを有し、加工部２により加工対象に穴を穿設する金型において、加工部２は、長手方向に垂直な２断面のうち、台部１に近い側の断面３の断面積が、台部１から遠い側の断面４の断面積よりも小さくなるような部位を持つ。これにより、金型を用いた電極の塑性加工時に、加工部側面と電極層５との間に間隙６が生じ、金型の加工部２の側面と電極層５との摩擦抵抗がなくなる、もしくは低減するので、金型にかかる荷重を低減することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図９（ａ）は、第２の実施形態の金型構造を説明するための図である。本実施形態の金型構造は、加工部２の先端部が球形である。本実施形態の金型により電極層５をプレスすると、金型と電極層５との接触点の金型形状が丸みを帯びていることで、プレス加工時の応力が分散する。結果として、プレス加工時における金型への負荷が低減されるので、金型寿命が向上する。
【００２３】
なお、図９（ａ）で示したように先端部全体が球形でなくても、図９（ｂ）のように、加工部２の先端が球形であれば良い。
【００２４】
以上、第２の実施形態の金型構造によれば、加工部２の先端部は、球形である。これにより、金型先端と電極層５との接触点の形状が丸みをおびることで、塑性加工時の応力が分散し、金型へかかる荷重が低減されるので、金型の寿命を向上させることができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態の金型構造を説明するための図である。本実施形態の金型構造は、加工部２の先端部に、より具体的には、加工部の、台部１から遠い側の断面４より更に遠い側に、加工部２先端に向かっての先細り形状（テーパー形状）を有する。本実施形態の金型により電極層５をプレスすると、金型と電極層５との接触点の形状がテーパー形状になるので、加工部２先端が電極層５へより刺さりやすくなり、加工時の荷重が低減する。このため、塑性加工時における金型へかかる荷重が低減されるので、金型寿命が向上する。
【００２６】
なお、本実施形態の金型構造に係る先端部形状は、図１０（ａ）に限らず、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示すように、加工部２先端の少なくとも一点においてテーパー形状を有していればよい。
【００２７】
以上、第３の実施形態によれば、加工部２の先端部は、テーパー形状である。これにより、電極層５との接触点の形状がテーパー形状になることで、金型の加工部２が電極層５へ刺さりやすくなり、塑性加工時の金型へかかる荷重が低減されるので、金型の寿命を向上させることができる。
【００２８】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態の金型構造を説明するための図である。本実施形態の金型構造は、上述した第２および第３の実施形態の金型構造の加工部先端に、加工部２の長手方向に略垂直な平面形状を有する。また、当該平面形状の径９は、加工部２の先端部において最も大きい径よりも小さい。このような形状により電極層５をプレスすると、金型と電極層５との接触点における平面形状の面積は、第１の実施形態の金型先端面の面積よりも小さいので電極層５へ刺さりやすくなるとともに、第２および第３の実施形態のテーパー形状および球形の金型先端よりは大きな平面積を有するので、塑性加工時に金型へかかる荷重が、金型先端の少なくとも一点に集中することがない。
【００２９】
したがって、塑性加工時において、より少ない荷重で効率よく電極層５へ穴を穿設できるとともに、金型先端の少なくとも一点へ負荷が集中することがなくなるので、金型先端の破損を抑制でき、金型寿命が向上する。
【００３０】
以上、第４の実施形態によれば、第２および第３の実施形態に係る金型の加工部２の先端が、加工部２の長手方向と略垂直な平面形状である。これにより、加工部２先端の少なくとも一点に負荷が集中することが低減されるので、加工部２先端の破損が抑制でき、金型の寿命を向上させることができる。
【００３１】
（第５の実施形態）
図１２は、第５の実施形態の金型構造を説明するための図である。本実施形態の金型構造は、これまで説明した金型構造と同様に、バックテーパ形状を有しているとともに、加工部２側面の長手方向に沿って形成された複数の溝部１０を有している。このような溝部１０を有する金型により電極層５をプレス加工すると、電極層５に穿設される穴の比表面積が向上するので、例えばリチウムイオン二次電池に適用した場合は、電極層５においてのリチウムイオンに対する反応抵抗が低下する。
【００３２】
なお、本実施形態の金型構造が有する溝部１０は、図１２（ａ）に示した形状に限らず、図１２（ｂ）〜図１２（ｅ）のような多様な形状であってもよい。具体的には、図１２（ａ）のような加工部２の中心に向かった頂角を形成するような形状に限らず、図１２（ｂ）のように、溝部１０の側面が加工部外径方向への反りを有するような形状であってもよい。また、隣接する溝部１０間における加工部外面の形状も、図１２（ａ）のような、加工部外径方向に向かった頂角を形成するような形状に限らず、例えば、図１２（ｂ）のような円弧形状であってもよいし、図１２（ｃ）のような角形状を有する形状であってもよい。また、溝部の底（加工部２の短手方向の最も中心側）の形状も、図１２（ａ）のような頂角を形成するような線状に限らず、適当な幅を有する底面を形成するような形状(不図示)や、湾曲した形状であってもよい（不図示）。
【００３３】
また、溝部１０は、加工部側面の長手方向に沿って形成されるが、必ずしも長手方向と平行である必要はなく、図１２（ｄ）のような曲りを形成してもよい。また、溝部１０は、加工部２側面の先端から根元まで形成する必要は必ずしもなく、図１２（ｅ）のように、加工部２側面の一部分に形成してもよい。
【００３４】
以上、第５の実施形態の金型構造によれば、加工部２は、加工部２の側面に、加工部２側面の長手方向に沿って形成された少なくとも一つ以上の溝部１０を有する。これにより、電極層５に穿設される穴の比表面積が向上するので、例えばリチウムイオン二次電池に適用した場合は、電極層５においてのリチウムイオンに対する反応抵抗を低下することができる。
【００３５】
次に、これまで説明した、第１から第５の実施形態に係る金型構造を成形する金型製造方法について説明する。
【００３６】
＜金型製造方法＞
（第１の実施形態）
第１の実施形態の金型製造方法は、これまで説明したような金型の加工部２を、研削加工やレーザー加工、放電加工等の除去加工により成形する。以下、実際に行った除去加工による金型作製の実施例を、図１３、図１４を参照して説明する。
【００３７】
［実施例１］
図１３は、放電加工法の一つであるワイヤーカット放電加工による金型成形を説明するための図である。ワイヤーカット放電加工は、極細のワイヤ１１を電極として、工作物（本例においては金型）を加工液中に浸漬し、工作物とワイヤ１１間に放電現象を発生させることにより工作物を溶融除去することで、高精度かつ微細加工を可能とする除去加工の一種である。
【００３８】
図１３のように、ワイヤ１１により加工部２を所望の形状となるようにカットしていくことで、図１４に示すとおりのピン形状に成形することができる。なお、図１４は、ワイヤーカット放電加工により作成した第１の実施形態に係る加工部２の形状を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した画像である。
【００３９】
以上、第１の実施形態の金型製造方法によれば、加工部２は、除去加工によって成形される。これにより、金型構造に関する第１〜第５の実施形態において説明したような、バックテーパ形状を有する金型構造を効率よく成形することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図１５、図１６は、第２の実施形態の金型製造方法を説明するための図である。本実施形態は、研削加工等の除去加工により凸部１２を形成した後（図１５（ａ）、（ｂ）、図１６（ａ）参照）、さらに、凸部１２に対して、ブラスト加工や、電子ビーム等によるエネルギー照射による再加工を施すことで凸部１２の形状を変更し、所望の金型形状を得る(図１５（ｃ）、図１６（ｂ）参照)。以下、実際に行った本実施形態による金型作製の実施例を、図１７を参照して説明する。
【００４１】
[実施例２]
図１７（ａ）は、実際に研削加工により成形した凸部を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した画像である。本実施形態では、当該凸部１２を、さらに電子ビームによって所望の形状に再加工する。図１７（ｂ）は、凸部１２を電子ビームにより再加工した後の金型形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した画像である。再加工により形状を変えることで、一度の研削加工では製作が困難であった加工部先端部に、球形状を有するような金型形状（金型構造の第２の実施形態参照）を成形できていることが分かる。
【００４２】
続いて、当該電子ビームによる加工の詳細について説明する。電子ビーム等のエネルギー照射により被照射体（加工対象）の形状を加工する際、加工対象の融解熱[ｋＪ／ｍｏｌ]に対する照射エネルギー[Ｊ／ｃｍ2]の比率は、加工後に得られる形状や、加工後の表面の仕上がりの良し悪しに大きく影響する。したがって、電子ビーム等のエネルギー照射により加工対象を加工する際、加工対象の融解熱[ｋＪ／ｍｏｌ]に対する照射エネルギー[Ｊ／ｃｍ2]の比率を最適に調整する必要がある。なお、当該比率（以下、エネルギー比という）は、照射エネルギーを被照射体の融解熱で除すことで算出される値[ｍｏｌ／ｃｍ2]である。
【００４３】
本実施形態における加工対象である加工部２は、タングステン・カーバイド（ＷＣ）から成る。したがって、本実施形態における加工対象の融解熱は、３５．３ｋＪ／ｍｏｌである。これを前提として、以下、最適なエネルギー比を見出すために行った実験及びその実験結果について、図１８〜図２０を参照して説明する。
【００４４】
図１８は、電子ビームによる一度のエネルギー照射（図１６（ａ）参照）によって被照射体である加工部２が受けるエネルギー比を実験条件１〜１０毎に表した図である。縦軸は、加工部２の融解熱（３５．３ｋＪ／ｍｏｌ）に基づいて算出したエネルギー比×１０-4[ｍｏｌ／ｃｍ2]を示す。なお、一度のエネルギー照射とは、予め設定された一定時間に係る一回分のエネルギー照射のことを指し、当該一定時間は、本実施形態においては０．２秒である。
【００４５】
図１８の横軸は、実験条件１〜１０を表す。実験条件１〜１０は、一度のエネルギー照射において被照射体が受けるエネルギー比および被照射体が受けるエネルギー照射の照射回数の少なくともいずれか一方が異なる。本実験においては、実験条件１〜１０に対して行う一度のエネルギー照射に係るエネルギー比を、図１８で示すとおりに設定した。そして、当該エネルギー比に基づいて、実験条件毎に定められた回数のエネルギー照射を行う。なお、実験条件４〜７については、２通りのエネルギー比を設定し、各エネルギー比の照射回数の組み合わせが異なる。
【００４６】
続いて、図１９は、図１８で示した、各実験条件に係る被照射体が一度に受けるエネルギー比[ｍｏｌ／ｃｍ2]に基づいて、被照射体に対して一回以上エネルギー照射した場合の、被照射体が受けるエネルギーの総量[Ｊ／ｃｍ2]（一度の照射エネルギー×照射回数）を示した図である。
【００４７】
そして、図２０は、本実験において、エネルギー照射前の凸部１２（図中のＲｅｆ.）に対して電子ビームによる再加工を施した後の金型形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した画像である。図２０のＳＥＭ写真ｐ１〜ｐ１０は、図１８及び図１９で示した実験条件１〜１０に対応している。
【００４８】
図２０で示した実験結果より、所望の形状（球形状を有するような金型形状）を得られたのは、ｐ８及びｐ１０に係る金型形状、すなわち、実験条件８及び１０に基づくエネルギー照射により得られた金型形状である。
【００４９】
これらに対して、実験条件１〜７に基づくエネルギー照射では、金型先端部に十分な球形状を成形できていないことが分かる。これは、一度のエネルギー照射により被照射体が受けるエネルギー比が小さすぎたためと考えられる（図１８の点線枠内参照）。また、実験条件９に基づくエネルギー照射では、金型先端部に球状の形状が作成できてはいるものの、金型の表面は均質ではなく滑らかに成形できていない。これは、一度のエネルギー照射により被照射体が受けるエネルギー比が大きすぎたためと考えられる（図１８の実線枠外上方参照）。また、実験条件９は、実験条件８および１０と比べて、被照射体が受けたエネルギー[Ｊ／ｃｍ2]の総量は大きくない（図１９参照）。このことから、エネルギー照射により所望の形状を得るためには、被照射体が受けるエネルギーの総量だけでなく、一度のエネルギー照射により被照射体が受ける、被照射体の融解熱に対する最適なエネルギー比を見出すことが重要であることが分かる。
【００５０】
以上の実験結果より、第２の実施形態の金型製造方法においては、所望の形状（球形状を有するような金型形状）を得るために、一度のエネルギー照射により被照射体が受けるエネルギー比を、０．６〜２．２×１０-4[ｍｏｌ／ｃｍ2]の範囲内（図１８の実線枠内参照）に収まるように制御する。そして、当該エネルギー比によるエネルギー照射を複数回照射することで、被照射体に対して一様にエネルギーを照射することができるため、図２０のＳＥＭ写真ｐ８及びｐ１０のように、金型表面形態を均質に成形することができる。
【００５１】
以上、第２の実施形態の金型製造方法によれば、加工部２は、除去加工により凸部１２を成形した後、凸部１２に対し電子ビームによるエネルギー照射やブラスト加工等の所定の加工方法で再加工を施すことで、所望の形状に成形される。これにより、異なる手法を用いて複数回の加工を行って加工部２を成形するので、一度の加工では製作できなかった加工部２の形状を作成することが可能となる。
【００５２】
また、第２の実施形態の金型製造方法によれば、電子ビームによるエネルギー照射により加工部２の形状を再加工するものであって、当該エネルギー照射は、０．２秒の照射時間に係る一度のエネルギー照射において、加工部２の融解熱に対する加工部２が受けるエネルギーの比率が、０．６〜２．２×１０-4[mol/cm2]となるように制御される。これにより、電子ビーム等のエネルギー照射によって、加工部２を所望の形状に加工することができる。
【００５３】
さらに、第２の実施形態の金型製造方法によれば、電子ビームによるエネルギー照射を加工部２に対して複数回照射する。これにより、加工部２に対しエネルギーを一様に照射できるため、金型表面の形態を均質に成形することができ、金型表面を滑らかに成形することができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図２１は、第３の実施形態の金型製造方法を説明するための図である。本実施形態は、台部１と加工部２とを別個に製作したのち、それぞれを溶接や接着等により接合し、複合化することで、これまで説明したような金型構造を成形する。なお、前述の接合方法は、一定の強度を達成することを前提に適宜選択される。
【００５５】
以上、第３の実施形態の金型製造方法によれば、第１から第５の実施形態に係る金型構造は、台部１と加工部２とを複合化して成形される。これにより、加工部２と台部１とを別個で製作するので、一体成型では作成できなかった加工部形状を作成することが可能となる。
【００５６】
次に、これまで説明した、第１から第５の実施形態に係る金型構造を用いた電極の製造方法について説明する。
【００５７】
＜電極製造方法＞
（第１の実施形態）
図２２は、第１の実施形態の電極製造方法を説明するための図である。本実施形態は、平面プレス方式により電極に穴部１３を穿設する。具体的には、図２２に示すとおり、平板上の台部１と、台部１から略垂直方向に突出した複数の加工部２とを備えた金型を、電極層５の電極面に対して略垂直にプレスすることにより行う。なお、金型は電極面に対して垂直方向に上下するとともに、電極層５は水平方向に移動する。これにより、電極層５の所望の範囲に、加工部２の形状、個数および配列に対応する穴部１３を穿設することができる。
【００５８】
以上、第１の実施形態の電極製造方法によれば、第１から第５の実施形態に係る金型構造により穿設された穴部１３を有する電極の製造方法であって、穴部１３は、平面プレス方式によって、電極層５の厚さ方向に穿設される。これにより、金型構造に応じた所望の形状の穴部１３を有する電極を製作することができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
図２３は、第２の実施形態の電極製造方法を説明するための図である。本実施形態は、ロールプレス方式により電極に穴部１３を穿設する。具体的には、図２３に示すとおり、ローラ状の台部１と、ローラ状の台部１の外周面からラジアル方向に突出した複数の加工部２とを備えたローラ状の金型を、電極層５の電極面に対して転動させることで行う。なお、ローラ状の金型は、電極層の移動方向と同じ方向に転動する。これにより、電極層５の所望の範囲に、加工部２の形状、個数および配列に対応する穴部１３を穿設することができる。
【００６０】
以上、第２の実施形態の電極製造方法によれば、第１から第５の実施形態に係る金型構造により穿設された穴部１３を有する電極の製造方法であって、穴部１３は、ロールプレス方式によって、電極層５の厚さ方向に穿設される。これにより、金型構造に応じた所望の形状の穴部１３を有する電極を製作することができる。
【００６１】
本発明は、上述した各実施形態に限定されることはない。例えば、これまで説明した穴部１３を有する電極は、リチウムイオン２次電池への適用に限定されず、燃料電池等の種々の電気化学デバイスに適用可能である。このような電極を備えることにより、容量、出力、コストの面で優れた、高性能な電池、その他の電気化学デバイスを実現することができる。
【００６２】
また、本発明に係る金型構造の用途範囲は、これまで説明した電極の塑性加工における使用に限定されず、例えば、アクリルやプラスチックその他の合成樹脂等を対象とする精密微細プレス加工等において使用することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…台部
２…加工部
３…台部に近い側の断面
４…台部に遠い側の断面
５…電極層（電極）
【図６】
2016064443.tif 000003
【図８】
2016064443.tif 000004
【図１２】
2016064443.tif 000005
【図１９】
2016064443.tif 000006
【図２２】
2016064443.tif 000007
【図２３】
2016064443.tif 000008
【図１】
2016064443.tif 000009
【図２】
2016064443.tif 000010
【図３】
2016064443.tif 000011
【図４】
2016064443.tif 000012
【図５】
2016064443.tif 000013
【図７】
2016064443.tif 000014
【図９】
2016064443.tif 000015
【図１０】
2016064443.tif 000016
【図１１】
2016064443.tif 000017
【図１３】
2016064443.tif 000018
【図１４】
2016064443.tif 000019
【図１５】
2016064443.tif 000020
【図１６】
2016064443.tif 000021
【図１７】
2016064443.tif 000022
【図１８】
2016064443.tif 000023
【図２０】
2016064443.tif 000024
【図２１】
2016064443.tif 000025