TWI922012B - 塗佈頭模具 - Google Patents

塗佈頭模具

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TWI922012B
TWI922012B TW113143567A TW113143567A TWI922012B TW I922012 B TWI922012 B TW I922012B TW 113143567 A TW113143567 A TW 113143567A TW 113143567 A TW113143567 A TW 113143567A TW I922012 B TWI922012 B TW I922012B
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吳平耀
劉達人
朱文彬
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財團法人工業技術研究院
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Abstract

本發明提供了一種塗佈頭模具。塗佈頭模具包括一上模板、一下模板以及一間隔片。上模板沿著一第一方向與一第二方向延伸，上模板在第一方向上的延伸距離大於上模板在第二方向的延伸距離，且第一方向垂直於第二方向。下模板設置於上模板下。間隔片設置於上模板與下模板之間。上模板、下模板與間隔片之間的空間形成一分流管，分流管在一第三方向上具有一深度，第三方向垂直於第一方向與第二方向。分流管在第二方向上的寬度為W，在第三方向上的深度為DE，且W/DE

Description

塗佈頭模具
本發明是關於塗佈模具，特別是關於塗部頭模具。
一般而言，塗佈頭模具包括上模板、間隔片與下模板，上模板、間隔片與下模板之間的空間可形成分流管。當使用包含粒子之漿料進行塗佈時，目前的塗佈頭模具可能會具有漿料粒子沉積的問題，故仍需進一步改善塗佈頭模具的結構。
本發明是針對分流管的形狀進行改善，以改善漿料粒子沉積的問題。
根據一些實施例，本發明提供了一種塗佈頭模具。所述塗佈頭模具包括一上模板、一下模板以及一間隔片。上模板沿著一第一方向與一第二方向延伸，上模板在第一方向上的延伸距離大於上模板在第二方向的延伸距離，且第一方向垂直於第二方向。下模板設置於上模板下。間隔片設置於上模板與下模板之間。上模板、下模板與間隔片之間的空間形成一分流管，分流管在一第三方向上具有一深度，第三方向垂直於第一方向與第二方向。分流管在第二方向上的寬度為W，在第三方向上的深度為DE，且W/DE≥5。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
以下將配合所附圖式針對各種實施例進行更詳細的敘述。敘述內容和圖式的提供只是用於說明，並不意欲造成限制。為了清楚起見，在一些圖式中可能省略一些元件和/或符號。此外，圖式中的元件可能並未依照實際比例繪示。可以預期的是，一實施例中的元件和特徵，能夠被有利地納入於另一實施例中，而沒有再作贅述。
第1圖繪示依照本發明一實施例的塗佈頭模具10的分解圖。第2A圖繪示依照本發明另一實施例的塗佈頭模具20的立體圖。第2B圖繪示第2A圖之塗佈頭模具20的分解圖。第3A圖繪示第1圖之塗佈頭模具10的截面圖(例如對應於塗佈頭模具10的幾何中心)。第3B圖繪示第1圖之塗佈頭模具10的分流管122的截面圖。第3C圖繪示第1圖之塗佈頭模具10的分流管122內的應變率(strain rate)模擬圖。第3D圖繪示依照本發明一比較例的分流管622的截面圖。
請參照第1圖，本發明提供了一種塗佈頭模具10。塗佈頭模具10包括一上模板110、一下模板150以及一間隔片130。上模板110沿著一第一方向D1與一第二方向D2延伸，上模板110在第一方向D1上的延伸距離大於上模板110在第二方向D2的延伸距離，且第一方向D1垂直於第二方向D2。下模板150設置於上模板110下。間隔片130設置於上模板110與下模板150之間。在本實施例中，下模板150包括凹槽150h，凹槽150h形成於下模板150之鄰近於上模板110的一表面上，以供漿料流動(詳述如後)，上模板110並不包括提供漿料流動之凹槽，然本發明並不限於此。在其他實施例中，如圖2A~2B所示，塗佈頭模具10的下模板250不包括提供漿料流動之凹槽，上模板210則包括凹槽210h，凹槽210h形成於上模板210之鄰近於下模板250的一表面上，以供漿料流動。類似地，間隔片230設置於上模板210與下模板250之間。
如第1及3A圖所示，上模板110、下模板150與間隔片130之間的空間(空腔)形成一分流管122。即，下模板150中的凹槽150h對應於分流管122。在其他實施例中，如圖2A~2B所示，上模板210中的凹槽210h對應於分流管122(未繪示)。
請同時參照第1及3A圖，下模板150包括進料口(未繪示)及凹槽150h，進料口(未繪示)與凹槽150h互相連通。進料口(未繪示)用於提供塗布漿料進入凹槽150h。間隔片130可將上模板110與下模板150間隔出狹縫124，狹縫124為漿料流動的出口，間隔片130具有一開口130h，使得間隔片130整體具有類似U型的結構。開口130h對應於凹槽150h。間隔片130的開口130h位於上模板110與下模板150之間，並使得上模板110、下模板150與間隔片130之間的空間更形成狹縫124。分流管122的截面積大於與狹縫124的截面積。間隔片130之開口130h在第一方向D1上的寬度影響分流管122在第一方向D1上的寬度，間隔片130在第三方向D3上的深度影響狹縫124在第三方向D3的深度。分流管122與狹縫124互相連通，用於讓塗布漿料流通。漿料從進料口(未繪示)進入分流管122後，經過狹縫124進行出料，例如是將漿料塗佈於基板上。
如第3A圖所示，分流管122在一第三方向D3上具有一深度DE1，第三方向D3垂直於第一方向D1與第二方向D2。根據一些實施例，分流管122在第二方向D2上的寬度為W(本實施例之W=W1)，在第三方向D3上的深度為DE(本實施例之DE=DE1)，且W/DE≥5。並且，分流管122在第三方向D3上的深度DE是等於或小於6 mm(DE 6 mm)。在本實施例中，分流管122的頂面122t與狹縫124的頂面124t齊平，深度DE表示分流管122之等於及小於頂面124t在第三方向D3的高度的部分的深度，然本發明並不限於此。
在如第3B圖所示的截面圖中，分流管122的管壁122s與距離管壁122s之1 mm的位置122p之間對應的截面積為A1(本實施例之A1=A11)。即，管壁122s與位置122p之間的距離S1為1 mm。分流管122之管壁122s對應的截面積為A2(本實施例之A2=A12)，且A1/A2 36%。
通常，為了達到塗膜均勻分配與穩定塗佈的目的，塗佈頭模具內具有截面積很大的分流管及厚度很小的間隔片。然而，如第3D圖所示，當漿料流經此截面積很大的分流管622時，若漿料流速太慢，漿料中的粒子PP容易受重力GR影響而發生沉積現象(例如粒子PP偏離原來的行進方向MD沉積於分流管622的底部，如粒子PP的移動路徑PA所示)，特別是當漿料中的粒子密度越高，沉積的情況便愈嚴重。粒子沉積的現象導致流經分流管之漿料的粒子濃度改變，而造成塗佈頭模具出口的塗膜均勻性發生改變，經常必需停機排除沉積粒子，方能使受到粒子阻塞的分流管回復初始狀況。
因此，為了進一步改善粒子沉降於分流管底部的情況，本發明中的一些實施例針對分流管122之形狀(例如截面圖中的形狀)進行改善。例如，由於本實施例之分流管122的形狀近似長方形以符合下列條件，故可提供漿料一高剪切流道，顯著改善漿料粒子沉積的情況：A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm。
請參照第3C圖，其模擬分流管122中應變率強度的輪廓圖，其中X軸與Y軸的單位皆為公分(cm)。由於分流管122之底部仍具有高的應變率(例如22.8~27.3)，漿料粒子較不易於分流管122之底部產生沉積。
根據本實施例，分流管122在截面圖中具有近似長方形的外型，然本發明並不限於此。「近似長方形」表示長方形的4個角不一定是直角(可以是倒角或其他)，長方形的相對2個邊不一定是完全平行的直線(可以是弧形線段、斜線或其他)。
根據一實施例(例如下列表一中的實施例2)，分流管122在截面圖(第3圖)中的寬度W(即W1)為30 mm，深度DE(即DE1)為6 mm，漿料塗佈的速度為15 m/min，濕膜厚度(即基板塗膜的厚度)為80 m，漿料中粒子的粒徑為10 m，漿料中粒子的密度為4.2 g/cm 3，漿料的黏度為2,950 cps，應理解的是，本發明並不限於此。在實施例2中，分流管122在截面圖中的寬深比W/DE為5.00，截面積比例A1/A2(即A11/A12)為37.78%，故可符合A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm的條件，分流管122屬於高剪切流道。經過實驗證實，根據實施例2的塗佈頭模具10可連續生產24小時，不需要停機，分流管122中沒有漿料粒子沉積的情形，由於塗佈漿料非常均勻，所產生的基板塗膜亦相當均勻。
第4A圖繪示依照本發明又一實施例的塗佈頭模具10’的截面圖(例如對應於塗佈頭模具10’的幾何中心)。第4B圖繪示第4A圖之塗佈頭模具10’的分流管122’的截面圖。第4A圖省略繪示間隔片130。
塗佈頭模具10’與塗佈頭模具10之間之差異在於，上模板110、下模板150’與間隔片130之間的空間所形成的分流管122’的形狀不同於分流管122的形狀，其他相同或類似的部分將不再詳細描述。
根據本實施例，分流管122’在截面圖(第4A圖)中具有近似弦形的外型，然本發明並不限於此。分流管122’在截面圖中，第二方向D2上的寬度W等於W2，第三方向D3上的深度DE等於DE2，其寬深比W2/DE2≥5且DE2≤6 mm。
請參照第4B圖所示的截面圖，分流管122’的管壁122s’與距離管壁122s’之1 mm的位置122p’之間對應的截面積為A1(本實施例之A1=A11’)。即，管壁122s’與位置122p’之間的距離S1為1 mm。分流管122’之管壁122s’對應的截面積為A2(本實施例之A2=A12’)。
根據一實施例(例如下列表一中的實施例5)，分流管122’在截面圖(第4A圖)中的寬度W(即W2)為30 mm，深度DE(即DE2)為6 mm，漿料塗佈的速度為9 m/min，濕膜厚度(即基板塗膜的厚度)為40 m，漿料中粒子的粒徑為1 m，漿料中粒子的密度為1.2 g/cm 3，漿料的黏度為1,000 cps，應理解的是，本發明並不限於此。在實施例5中，分流管122’在截面圖中的寬深比W/DE(即W2/DE2)為5.00，截面積比例A1/A2(即A11’/A12’)為46.11%，故可符合A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm的條件，分流管122’屬於高剪切流道。經過實驗證實，根據實施例E的塗佈頭模具10’亦可連續生產，不需要停機，分流管122’中沒有漿料粒子沉積的情形，由於塗佈漿料非常均勻，所產生的基板塗膜亦相當均勻。
第5A圖繪示依照本發明一比較例的塗佈頭模具30的截面圖(例如對應於塗佈頭模具30的幾何中心)。第5B圖繪示第5A圖之塗佈頭模具30的分流管322的應變率模擬圖，其中X軸與Y軸的單位皆為公分(cm)。第5A圖省略繪示間隔片130。
塗佈頭模具30與塗佈頭模具10之間之差異在於，上模板110、下模板350與間隔片130之間的空間所形成的分流管322的形狀不同於分流管122的形狀，其他相同或類似的部分將不再詳細描述。
根據本比較例，分流管322在截面圖(第5A圖)中具有近似淚滴形的外型，此淚滴形之尖端的夾角 約60 。分流管322的寬度W等於W3，深度DE等於DE3。
根據一比較例(例如下列表一中的比較例2)，分流管322在截面圖(第5A圖)中的寬度W(即W3)為52.5 mm，深度DE(即DE3)為17.5 mm。深度DE表示分流管322之等於及小於狹縫124之頂面124t在第三方向D3的高度的部分的深度，可對應於淚滴形之半徑。漿料塗佈的速度為15 m/min，濕膜厚度(即基板塗膜的厚度)為80 m，漿料中粒子的粒徑為10 m，漿料中粒子的密度為4.2 g/cm 3，漿料的黏度為2,950 cps，應理解的是，本發明並不限於此。在比較例2中，分流管322在截面圖中的寬深比W/DE(即W3/DE3)為1.50，截面積比例A1/A2為21.55%，故沒有符合A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm的條件，分流管322不屬於高剪切流道。經過實驗證實，即使比較例2之製程條件(例如漿料塗佈的速度、膜濕厚度、粒徑、粒子密度及黏度)皆相同於實施例2，由於分流管322不屬於高剪切率流道，漿料容易發生粒子沉積問題，使用1小時之後便需要停機處理，才能進行後續生產。
由第5B圖的分流管322的應變率模擬圖亦得知，分流管322之底部的應變率較低(例如0.72~0.89)，漿料粒子易於在分流管322之底部產生沉積。
第6圖繪示依照本發明又一比較例的塗佈頭模具40的截面圖(例如對應於塗佈頭模具30的幾何中心)，並省略繪示間隔片130。
塗佈頭模具40與塗佈頭模具10之間之差異在於，上模板110、下模板450與間隔片130之間的空間所形成的分流管422的形狀不同於分流管122的形狀，其他相同或類似的部分將不再詳細描述。
根據本比較例，分流管422在截面圖(第6圖)中具有近似半圓形的外型。分流管422在截面圖中的寬度W等於W4，深度DE等於DE4。
根據一比較例(例如下列表一中的比較例5)，分流管322在截面圖(第6圖)中的寬度W(即W4)為40 mm，深度DE(即DE4)為20 mm。深度DE可對應於半圓形之半徑。漿料塗佈的速度為9 m/min，濕膜厚度(即基板塗膜的厚度)為40 m，漿料中粒子的粒徑為1 m，漿料中粒子的密度為1.2 g/cm 3，漿料的黏度為1,000 cps，應理解的是，本發明並不限於此。在比較例5中，分流管422在截面圖中的寬深比W/DE(即W4/DE4)為2，截面積比例A1/A2為19%，故沒有符合A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm的條件，分流管422不屬於高剪切流道。經過實驗證實，即使比較例5之製程條件(例如漿料塗佈的速度、膜濕厚度、粒徑、粒子密度及黏度)皆相同於實施例5，由於分流管422不屬於高剪切率流道，漿料容易發生粒子沉積問題，使用一陣子之後便需要停機處理，才能進行後續生產。
下列表一列舉根據本發明一些比較例與實施例之分流管的截面條件(深度DE、寬度W、寬深比W/DE及截面積比例A1/A2)，以及是否為高剪切流道的實驗結果。比較例與實施例之間之不同之處在於分流管之形狀及尺寸，其他相同或類似的部分將不再詳細描述。
表一
組別 深度DE (mm) 寬度W (mm) 寬深比W/DE 截面積比例A1/A2 (%) 高剪切流道
比較例1 (近似淚滴形) 15 45 1.50 24.89 否
比較例2 (近似淚滴形) 17.5 52.5 1.50 21.55 否
比較例3 (近似半淚滴形) 15 36.21 2.41 24.89 否
比較例4 (近似半淚滴形) 20 48.28 2.41 19.00 否
比較例5 (近似半圓形) 20 40 2.00 19.00 否
比較例6 (近似半圓形) 25 50 2.00 15.36 否
實施例1 (近似長方形) 3 30 10.00 68.89 是
實施例2 (近似長方形) 6 30 5.00 37.78 是
實施例3 (近似長方形) 3 50 16.67 68.00 是
實施例4 (近似長方形) 6 50 8.33 36.00 是
比較例7 (近似長方形) 7 30 4.29 33.33 否
比較例8 (近似長方形) 7 50 7.14 31.43 否
實施例5 (近似弦形) 6 30 5.00 46.11 是
比較例9 (近似弦形) 7 30 4.29 40.32 否
如表一所示，比較例1~2的分流管在截面圖中皆具有近似淚滴形的外型，例如相同或類似於第5A圖所示之分流管322的外型。
比較例3~4的分流管在截面圖中皆具有近似半淚滴形的外型，例如相同或類似於第7圖所示之分流管522的外型。請參照第7圖，塗佈頭模具50包括上模板110、下模板550與間隔片130(未繪示)，且上模板110、下模板550與間隔片130(未繪示)之間的空間形成的分流管522。分流管522之半淚滴形之尖端的夾角 約45 。
比較例5~6的分流管在截面圖中皆具有近似半圓形的外型，例如相同或類似於第6圖所示之分流管422的外型。
實施例1~4及比較例7~8的分流管在截面圖中皆具有近似長方形的外型，例如相同或類似於第3A圖所示之分流管122的外型。
實施例5及比較例9的分流管在截面圖中皆具有近似弦形的外型，例如相同或類似於第4A圖所示之分流管122’的外型。
由於比較例1~9皆不符合A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm的條件，故分流管皆不屬於高剪切率流道，故分流管的底部較容易產生粒子沉積，相較於實施例1~5而言較不利於均勻塗膜的產生。
請參照實施例2與比較例7，兩者具有相同的寬度W(30 mm)，深度DE僅差距1 mm。然而，即使比較例7之分流管的截面具有近似長方形的外型，但是並沒有符合A1/A2 36%、W/DE≥5及DE 6 mm的條件，故分流管仍不屬於高剪切率流道。
請參照實施例4與比較例8，兩者具有相同的寬度W(50 mm)，深度DE僅差距1 mm。然而，即使比較例8之分流管的截面具有近似長方形的外型，且符合W/DE≥5的條件，但是仍沒有符合A1/A2 36%及DE 6 mm的條件，故分流管仍不屬於高剪切率流道。因此，A1/A2 36%及DE 6 mm的數值的意義在分流管內的剪切率扮演關鍵的角色。
不過，根據實驗結果，比較例8相較於比較例7而言，仍具有較少的粒子沉降現象，可見符合W/DE≥5的條件確實可提高分流管之底部的剪切率，有助於改善粒子沉降的情況。
請參照實施例5與比較例9，兩者具有相同的寬度W(30 mm)，深度DE僅差距1 mm。然而，即使比較例9之分流管的截面具有近似弦形的外型，寬度W相同於實施例5，且符合A1/A2 36%的條件，但是仍沒有符合W/DE≥5及DE 6 mm的條件，故分流管仍不屬於高剪切率流道。因此，W/DE≥5及DE 6 mm的數值的意義在分流管內的剪切率扮演關鍵的角色。
綜上所述，本發明提供了一種具有改善的塗佈頭模具。例如，藉由設計塗佈頭模具之分流管的截面形狀(不限於上述形狀)，使其至少符合W/DE≥5，以改善漿料之粒子沉降情況。並且，當W/DE≥5的條件同時搭配A1/A2 36%及DE 6 mm的條件時，可使塗佈頭模具之分流管成為高剪切率流道。當分流管成為高剪切率流道時，使得具有分散粒子的塗佈液(漿料)可快速分配達到均勻性和穩定流出塗佈頭模具以塗佈成膜，如此可降低塗佈液(漿料)的滯留時間，能夠避免粒子因為重力造成沉降的現象發生在分流管中。因此，本發明之塗佈頭模具可顯著改善漿料之粒子沉降於分流管的底部的情況，讓塗佈頭模具可連續生產，不需要停機，大幅提升工作效率，且所得塗佈漿料非常均勻，基板塗膜可具有優異的品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10,10’,20~50:塗佈頭模具 110,210:上模板 122,122’,322~622:分流管 122p,122p’:位置 122s,122s’:管壁 122t,124t:頂面 124:狹縫 130,230:間隔片 130h:開口 150,150’,250~550:下模板 150h,210h:凹槽 A1,A2,A11,A11’,A12,A12’:截面積 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:第三方向 DE,DE1~DE4:深度 GR:重力 MD:行進方向 PA:移動路徑 PP:粒子 S1:距離 W,W1~W4:寬度 :角度
第1圖繪示依照本發明一實施例的塗佈頭模具的分解圖； 第2A圖繪示依照本發明另一實施例的塗佈頭模具的立體圖； 第2B圖繪示第2A圖之塗佈頭模具的分解圖； 第3A圖繪示第1圖之塗佈頭模具的截面圖； 第3B圖繪示第1圖之塗佈頭模具的分流管的截面圖； 第3C圖繪示第1圖之塗佈頭模具的分流管內的應變率模擬圖； 第3D圖繪示依照本發明一比較例的分流管的截面圖； 第4A圖繪示依照本發明又一實施例的塗佈頭模具的截面圖； 第4B圖繪示第4A圖之塗佈頭模具的分流管的截面圖； 第5A圖繪示依照本發明一比較例的塗佈頭模具的截面圖； 第5B圖繪示第5A圖之塗佈頭模具的分流管內的應變率模擬圖； 第6圖繪示依照本發明又一比較例的塗佈頭模具的截面圖；以及 第7圖繪示依照本發明又一比較例的塗佈頭模具的截面圖。
10:塗佈頭模具
110:上模板
122:分流管
122t,124t:頂面
124:狹縫
130:間隔片
150:下模板
150h:凹槽
D1:第一方向
D2:第二方向
D3:第三方向
DE,DE1:深度
W,W1:寬度

Claims (7)

  1. 一種塗佈頭模具，包括： 一上模板，沿著一第一方向與一第二方向延伸，該上模板在該第一方向上的延伸距離大於該上模板在該第二方向的延伸距離，且該第一方向垂直於該第二方向； 一下模板，設置於該上模板下；以及 一間隔片，設置於該上模板與該下模板之間； 其中，該上模板、該下模板與該間隔片之間的空間形成一分流管，該分流管在一第三方向上具有一深度，該第三方向垂直於該第一方向與該第二方向； 該分流管在該第二方向上的寬度為W，在該第三方向上的該深度為DE，且W/DE≥5。
  2. 如請求項1所述之塗佈頭模具，其中該分流管在該第三方向上的該深度是等於或小於6 mm。
  3. 如請求項1所述之塗佈頭模具，其中，在一截面圖中，該分流管的管壁與距離該管壁之1 mm的位置之間對應的截面積為A1，該分流管之該管壁對應的截面積為A2，且A1/A2 36%。
  4. 如請求項1所述之塗佈頭模具，其中該下模板中的凹槽對應該分流管。
  5. 如請求項1所述之塗佈頭模具，其中該上模板中的凹槽對應該分流管。
  6. 如請求項1所述之塗佈頭模具，其中該上模板、該下模板與該間隔片之間的該空間更形成一狹縫，該分流管與該狹縫互相連通，漿料進入該分流管後，經過該狹縫進行出料。
  7. 如請求項6所述之塗佈頭模具，其中該分流管的截面積大於與該狹縫的截面積。
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