TWI496621B - 塗佈頭及其應用之佈漿機 - Google Patents

Description

塗佈頭及其應用之佈漿機

本發明係有關於一種塗佈頭及使用塗佈頭的佈漿機。

於塗佈漿料為均勻薄膜的技術中，已提出多種塗佈方法，例如沖模塗佈(die coating)、旋轉塗佈(spin coating)、滾筒塗佈(roller coating)等。但是對於漿料的比重超出一定範圍之情形，以旋轉塗佈的方式會有薄膜厚度不均勻(中心厚度較厚)的情形。而滾筒塗佈則較適用於連續塗佈。一般而言沖模塗佈可同時適用於連續或間斷塗佈。

用以實施沖模塗佈的機器稱為沖模佈漿機，請參照第5圖以及第6圖所示，其通常具有一個儲料槽101，用以儲存塗佈漿料；一幫浦102，藉由第一管路103連接於儲料槽101；一塗佈頭105，藉由第二管路104連接於幫浦102，且一第一閥門106設於幫浦102及塗佈頭105之間的第二管路104中，塗佈頭105藉由第三管路107及設於第三管路107中的第三閥門110連接於儲料槽101，塗佈頭105用以塗佈漿料於基板120之上；一升降機構112，連接於塗佈頭105以用於控制塗佈頭105與基板120之間的距離；及一第二閥門109，藉由一第四管路108連接於儲料槽101及第二管路104。塗佈頭105幾乎為水平放置，此種塗佈通常稱為水平塗佈。

觀察先前技術的佈漿機的塗佈頭105及塗佈系統的詳細結構(如第5圖及第6圖中所示)，塗佈頭105內具有出料凹部1051、回料凹部1052，其中出料凹部1051具有與第二管路104相通的出料凹孔1055，回料凹部1052具有與第三管路107相通的回料凹孔1056，且其中塗佈頭105的出料凹部1051及回料凹部1052的大小相同。另塗佈頭105之回料凹孔1056與出料凹孔1055係平行設置。

欲進行塗佈時，首先，將一用以避免漿料流出的保護套(圖中未顯示)套置於塗佈頭105的前端(P位置處)，啟動幫浦102，並開啟第一閥門106及第三閥門110，同時關閉第二閥門109，以使塗佈漿料佈滿於第一管路103、第二管路104及第三管路107中以去除可能存在管路中的氣泡。接著，欲進行塗佈時，移除保護套，並利用升降機構112將塗佈頭105移動至與基板120相距一預定距離處，並關閉第三閥門110並保持第二閥門109為關閉，而使塗佈漿料僅能經由第一管路103、第二管路104、第一閥門106、塗佈頭105而塗佈於基板120。

於此係以沖模佈漿機塗佈長度較長的可撓性基板120為例說明，可撓性基板120係捲繞設置於入料轉軸R及回料轉軸Rw上，可撓性基板120並為自下而上後再自上而下之立體作動，並藉由入料轉軸R及回料轉軸Rw以及設於之間的滾輪R1、R2的轉動，以對可撓性基板120施予適當的張力，如此可使基板120的塗佈位置(亦即位於塗佈頭105旁的位置)較為平坦而能均勻塗佈漿料，並使基板120逐漸前進，如此則能進行連續塗佈。

若欲停止塗佈頭105的出料，則保持第三閥門110為關閉，並關閉第一閥門106並同時開啟第二閥門109，使漿料經由第一管路103、第二管路104、第四管路108直接回收至儲料槽101。而當關閉第一閥門106的瞬間，如同對於第一閥門106至塗佈頭105之間產生微小的真空，而對於塗佈頭105中的漿料產生回拉力，且以微觀情況而言，漿料之間亦具有黏滯力，如此使漿料不會從塗佈孔1057滴落。

但是，此真空回拉力及漿料本身黏滯力的大小很難控制，且塗佈孔1057之孔徑遠小於回料凹部1052之孔徑與第三管路107之孔徑，殘留在塗佈孔1057之漿料仍無法離開塗佈孔1057，造成漿料仍殘存於塗佈孔1057中，會造成關閉第一閥門106後漿料仍然繼續流出。

另一方面，由前述的方式可知，第一閥門106關閉之後，塗佈頭105及第三管路107接近塗佈頭105的管路部分中的漿料皆為靜止狀態，在下次要開啟第一閥門106重新進行塗佈時，需要克服原來留存於塗佈頭105及第三管路107之漿料的靜摩擦力，眾所皆知靜摩擦力遠大於動摩擦力，因此幫浦102必須施加較大的推送力以克服靜摩擦力，但克服靜摩擦力所需的施力對於後續動摩擦力而言將為過大，因此造成一開始移動之漿料受力過大而擠出過多，造成重新進行塗佈之初始時漿料成坨擠出，而成為一大問題。也就是說，基板120上的塗佈圖案的起始端及結束端為凸出狀(如圖中所示)，而並非期望的均勻平坦。

另一方面，當基板不具有撓性而無法如第5圖及第6圖中所示之水平塗佈狀態般捲繞時，則必須將基板120放置於塗佈頭105的下方，且基板120沿著一定方向移動，塗佈頭105以幾乎垂直於基板120的方式塗佈基板120。此種塗佈稱為垂直塗佈。於上述塗佈頭105出料及停止出料，或是停止出料後再重新出料的動作之間，由於漿料中含有大量的固體(固含量大約為40%到70%)，漿料本身的黏滯力產生的作用相對較小，且由於漿料本身的重量的影響增加，上述的漿料滯留於塗佈孔1057的情況更加嚴重，前述「造成一開始移動之漿料受力過大而擠出過多，造成重新進行塗佈之初始時漿料成坨擠出」的問題將更加嚴重，且剩餘的漿料更無法被完全回收，仍滯留在塗佈頭105中(例如第6圖所示的情況)而將很容易滴落到基板上，造成基板上的圖案不是預期圖案，或是基板上的某一部分的塗佈厚度較厚的情況的機率更大。上述情況皆會造成塗佈不良的基板。或者，為了避免上述的不良塗佈結果的基板產生，必須抹除殘留在塗佈頭105前端的漿料，如此則造成漿料的浪費。為了減少漿料不慎滴落的可能，通常具有此種構造之佈漿機係用於水平塗佈。更進一步，最後必須切除基板120的塗佈不均勻及圖案化不良的部份才能真正利用塗佈完成的基板。

此外，不論是連續、間斷或是對長度較長的捲繞基板作塗佈時，雖可藉由升降機構來調整塗佈頭與基板之間的距離，或同時藉由滾動設備(轉軸R)調整基板前進的速度，來達到控制漿料厚度的目的，但如此僅能作出簡單的矩形塗佈，卻無法達到圖案化漿料的目的。

因此，如何在停止塗佈時將漿料自塗佈頭105中的塗佈孔1057移除，甚至將漿料自出料凹部1051中移除，成為一重要的課題，且如何確實回收塗佈頭105中的剩餘漿料，以提供具有良好預期圖案及均勻塗佈厚度的基板，並減少漿料及基板的材料成本浪費亦成為一課題。

為了解決在一開始塗佈漿料會受力過大而擠出過多所造成重新進行塗佈之初始時漿料成坨擠出的問題以及塗佈不均勻及塗佈圖案並非預期圖案的問題，本發明提供一種佈漿機，其可藉由將位在塗佈孔中之漿料回向導引至出料接孔方向，以自停止塗佈而至在重新進行塗佈之初始時避免漿料成坨擠出，並使塗佈漿料確實回收，不會使剩餘漿料從塗佈頭非預期地滴落至基板上。佈漿機包含一儲料槽，供儲存用於塗佈之漿料；一漿料推送機構，與一出料管路連結並與儲料槽相連接；一塗佈頭，經由出料管路與漿料推送機構相連接，並經由一回料管路與儲料槽相連接，塗佈頭包含一塗佈孔、一出料凹部、一回料凹部、一設置於出料凹部與回料凹部之間的隔體、以及一設置為對應於出料凹部與回料凹部的一延伸凹部，且出料凹部與回料凹部分別具有一出料接孔與一回料接孔以分別與出料管路以及回料管路相連接；及一控制閥，設置於回料管路中。

在本發明的一實施例中，塗佈頭為二片接合體構成之組合式塗佈頭，更在二片接合體之間設置一墊片，以調整漿料於基板上的塗佈寬度。一實施例中，漿料推送機構為螺旋式幫浦、氣壓式幫浦或是齒輪式幫浦。可調整漿料推送機構的推送力，以對應調整漿料於基板上的塗佈厚度。

在本發明的一實施例中，塗佈頭之回料接孔相對於出料接孔的軸向角度為1-90度。

在本發明的一實施例中，二片接合體係藉由固定螺絲相互鎖合固定。

在本發明的一實施例中，出料接孔設置於出料凹部的下方。

在本發明的一實施例中，塗佈孔的孔徑小於隔體至延伸凹部的距離長度。

請參照第1圖及第2圖，其為根據本發明之佈漿機之配置側視圖。根據本發明之佈漿機包含一儲料槽201，用以儲存漿料；一漿料推送機構202，經由一出料管路204與儲料槽201相連接；一塗佈頭205，經由出料管路204與漿料推送機構202相連接，並經由一回料管路207與儲料槽201相連接；及一控制閥206，設置於回料管路207中。漿料推送機構202可為螺旋式幫浦、氣壓式幫浦或是齒輪式幫浦。其中，回料管路207的管徑大於出料管路204的管徑。塗佈頭205可另連接於定位機構，例如第一方向定位機構212及第二方向定位機構214，以分別控制塗佈頭205於第一方向及第二方向的位置，從而對基板220作座標定位的動作，基板220亦有相應的對位點(圖中未顯示)，且定位機構更控制塗佈頭205自基板220上的塗佈起始點至塗佈結束點的路徑位置與移動速度。第一方向與第二方向為相互垂直的方向。於本實施例中，第一方向及第二方向可分別為X軸方向及Y軸方向(如圖所示)。由於本發明具有將位在塗佈孔中之漿料回向導引至出料接孔方向之功能，因此在以使塗佈頭自塗佈結束點移動至下一個塗佈起始點或是回到待機原點的過程中不會有漿料自塗佈孔滴出的疑慮。且於本實施例中之定位機構為雙向(例如X、Y方向)定位機構，但熟知本技藝者當可知，可僅連接於單向定位機構(例如X、Y、Z方向其中一者)或是三向定位機構(例如X、Y、Z方向的全部)或是其他方向的定位機構。X、Y方向的定位機構可用以控制基板220的圖案化，Z方向的定位機構可控制塗佈頭205與基板220的間距，即定位機構可用於控制塗佈頭的移動路徑與速度控制且可控制漿料厚度。

參照第3圖及第4圖，其分別為根據本發明之佈漿機之一實施例的塗佈頭的分解側視圖及組合側視圖。塗佈頭205包含一塗佈孔2058、一出料凹部2051、一回料凹部2052、一設置於出料凹部2051與回料凹部2052之間的隔體2054、以及一設置為對應於出料凹部2051與回料凹部2052的一延伸凹部2053。較佳者為塗佈孔2058的孔徑B小於隔體2054至延伸凹部2053的距離長度A(見第4圖)，回料凹部2052的內徑大於出料凹部2051的內徑，因此回料凹部2052的內壓小於出料凹部2051的內壓，如此則能更進一步確保漿料必定會流向回料端。隔體2054為用於避免不同流向的漿料互相干擾。且出料凹部2051與回料凹部2052分別具有一出料接孔2055與一回料接孔2056以分別與出料管路204以及回料管路207相連接。於本實施例中，較佳者為回料接孔2056的孔徑大於出料接孔2055的孔徑，另本發明亦可依實際需要以設有多個出料、回料接孔以達塗佈漿料的均勻分佈。

於本實施例中，塗佈頭205為二片接合體構成之組合式塗佈頭。其中，隔體2054與其中一片接合體為一體成型，且隔體2054與延伸凹部2053分別設置於不同的接合體。塗佈頭205可更包含設置於二片接合體之間的一ㄇ形墊片2057，其具有一隔部2059與隔體2054相鄰設置，更換具有不同間距H的墊片2057可以調整塗佈於基板220上的薄膜的寬度(塗佈薄膜的寬度與ㄇ形墊片2057的間距H相同，且間距H小於塗佈孔2058的寬度)。二片接合體係以固定件2060(例如螺絲)接合而相互鎖固，當然本發明亦可以實際需要以卡榫、滑軌或其他互補的結構作二片接合體之接合。第4圖顯示根據第3圖的塗佈頭的組合側視圖。於本實施例中，較佳者為出料接孔2055設置於出料凹部2051的下方，以減少漿料推送機構202推送漿料至塗佈頭205的推送力。塗佈頭205之回料接孔2056相對於出料接孔2055的軸向夾角θ為1-90度，即回料接孔2056不與出料接孔2055平行設置。

再次參照第1圖及第2圖，以下說明根據本發明之佈漿機的操作流程。首先打開漿料推送機構202之後，控制閥206保持開啟狀態，以使儲料槽201中的塗佈漿料能均勻分佈於出料管路204、塗佈頭205及回料管路207中，以清除管路中可能存在的氣泡。在塗佈頭205中，如參照第4圖的說明，隔體2054至延伸凹部2053的周緣的距離長度A較塗佈孔2058的孔徑B為大，也就是延伸凹部2053的內徑較出料凹部2051的內徑為大，因此漿料的流動阻力較小，塗佈漿料不會經由塗佈孔2058而出料至基板220，而會經由延伸凹部2053通向回料凹部2052，並通過回料接孔2056經由回料管路207回到儲料槽201。此外，漿料本身的特性亦有助於將位於塗佈孔2058的漿料回拉至延伸凹部2053。欲開始塗佈時，則關閉控制閥206，使塗佈漿料無法通過控制閥206，並利用第一方向定位機構212及第二方向定位機構214使得塗佈頭205移動至定位，並可使塗佈頭205於固定的基板220之上移動，因此塗佈漿料經由出料管路204、塗佈頭205的出料接孔2055、出料凹部2051、及塗佈孔2058而塗佈於基板220上。如此則可均勻塗佈薄膜於基板220的表面上。當欲停止出料時，則開啟控制閥206，如上所述，由於阻力差異，因此塗佈漿料必然會經由延伸凹部2053通向回料凹部2052，而經由回料接孔2056、回料管路207回到儲料槽201。在此情況中，僅有位於塗佈孔2058的漿料是靜止的。且與先前技術中被動的藉由無法控制的真空吸引力及黏滯力而回拉漿料。相反，在本發明中係藉由可控制的漿料推送機構202(例如雙向幫浦)主動回抽漿料，因此，可確保當塗佈頭205於停止出料至重新出料的期間中，不會有塗佈漿料非預期地塗佈於基板220的情況產生，自然，基板220的塗佈圖案及厚度皆十分精確，品質良好。而當再度關閉控制閥206時，僅需克服塗佈孔2058中的漿料的靜摩擦力(明顯小於根據先前技術的佈漿機所需克服的靜摩擦力)，因此漿料推送機構202不需施加太大推力即能使塗佈漿料立即自出料凹部2051、塗佈孔2058而塗佈於基板220之上。

配合第一方向定位機構212及第二方向定位機構214移動塗佈頭205、塗佈頭205的出料時序等，則可於基板220的表面上塗佈漿料為片狀、條狀、格柵狀、幾何形狀、使用者設計形狀的形式或是其組合。而在本發明中，與先前技術的移動基板120的塗佈情況相比，基板220可為固定而僅藉由移動塗佈頭205作預定圖案的塗佈，如此可避免於基板220上的漿料因為移動而向四周流動，造成圖案破壞的情況發生。又，可組合習知的格柵使用，以塗佈為其他形式的圖案。此外，可調整漿料推送機構202的推送力，以調整塗佈漿料的厚度，亦即，推送力較大時送出較多漿料，因此塗佈厚度較厚，推送力較小時送出較少漿料，因此塗佈厚度較薄。

本發明所提供之佈漿機僅需控制一個閥門的開啟或是關閉，即能進行塗佈或是停止塗佈，而先前技術中的佈漿機需要控制兩個閥門的開啟或是關閉，才能進行塗佈或是停止塗佈，本發明的結構及操作便利性顯然較為良好。此外，本發明可以確實避免先前技術中無法避免的不良塗佈基板的問題，減少基板的切除部分，提高基板的利用率。更進一步，由於根據本發明之佈漿機能夠確實回收塗佈頭中的剩餘漿料，因此塗佈頭相對於基板的角度為0-90度(亦即塗佈頭與基板的相對關係為介於水平及垂直之間)，即本發明之塗佈頭組裝設置於水平或垂直塗佈式佈漿機的情況下均能適用。熟知本技藝者當可知，儘管上述實施例中為固定基板並以移動塗佈頭的方式而進行塗佈，但本發明亦可適用於固定塗佈頭並移動基板的方式進行塗佈的情況，且基板與塗佈頭相對移動而均勻塗佈漿料於基板的表面並形成預定圖案。又，根據本發明之佈漿機特別適用於高比重、高黏性或是高固含量的漿料。

101．．．儲料槽

102．．．幫浦

103．．．第一管路

104．．．第二管路

105．．．塗佈頭

1051．．．出料凹部

1052．．．回料凹部

1055．．．出料凹孔

1056．．．回料凹孔

1057．．．塗佈孔

106．．．第一閥門

107．．．第三管路

108．．．第四管路

109．．．第二閥門

110．．．第三閥門

112．．．升降機構

120．．．基板

201．．．儲料槽

202．．．漿料推送機構

204．．．出料管路

205．．．塗佈頭

2051．．．出料凹部

2052．．．回料凹部

2053．．．延伸凹部

2054．．．隔體

2055．．．出料接孔

2056．．．回料接孔

2057．．．墊片

2058．．．塗佈孔

2059．．．隔部

2060．．．固定件

206．．．控制閥

207．．．回料管路

212．．．第一方向定位機構

214．．．第二方向定位機構

220．．．基板

A．．．長度

B．．．孔徑

H．．．間距

R．．．入料轉軸

Rw．．．回料轉軸

R1、R2．．．滾輪

θ．．．夾角

第1圖為根據本發明之佈漿機之塗佈狀態的側視示意圖。

第2圖為根據本發明之術佈漿機之回料狀態的側視示意圖。

第3圖為根據本發明之佈漿機之一實施例的塗佈頭的側視圖。

第4圖為根據第3圖的塗佈頭的組合側視圖。

第5圖為根據先前技術之佈漿機之塗佈狀態的側視示意圖。

第6圖為根據先前技術之佈漿機之回料狀態的側視示意圖。

201．．．儲料槽

202．．．漿料推送機構

204．．．出料管路

205．．．塗佈頭

2051．．．出料凹部

2052．．．回料凹部

2053．．．延伸凹部

2055．．．出料接孔

2056．．．回料接孔

2058．．．塗佈孔

206．．．控制閥

207．．．回料管路

212．．．第一方向定位機構

214．．．第二方向定位機構

220．．．基板

Claims (20)

1. 一種佈漿機，包含：一儲料槽，具有一出料管路與一回料管路；一漿料推送機構，與該出料管路連結；一控制閥，設置於該回料管路中；以及一塗佈頭，連接該出料管路及該回料管路，該塗佈頭含：一塗佈孔；一出料凹部，具有一出料接孔與該出料管路相連接；一回料凹部，具有一回料接孔與該回料管路相連接，該塗佈頭之該回料凹部的內徑大於該出料凹部的內徑；一隔體，設置於該出料凹部與該回料凹部之間；及一延伸凹部，與該出料凹部及該回料凹部設置對應，該塗佈頭之該回料接孔相對於該出料接孔的軸向角度為1-90度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，其中該塗佈頭之該塗佈孔的孔徑小於該隔體至該延伸凹部的距離長度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，更包含一第一方向定位機構，連接於該塗佈頭，用以控制該塗佈頭於第一方向的位置；及一第二方向定位機構，連接於該塗佈頭，用以控制該塗佈頭於第二方向的位置，其中，該第一方向及該第二方向為相互垂直的方向。
4. 如申請專利範圍第3項所述之佈漿機，更包含一第三方向定位機構，連接於該塗佈頭，用以控制該塗佈頭於第三方向的位置，其中，該第一方向、該第二方向及該第三方向為相互垂直 的方向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，其中該塗佈頭之該回料接孔的孔徑大於該出料接孔的孔徑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，其中該回料管路的管徑大於該出料管路的管徑。
7. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，其中該漿料推送機構為螺旋式幫浦、氣壓式幫浦或是齒輪式幫浦。
8. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，其中該塗佈頭更為一組合式塗佈頭，該組合式塗佈頭由二片接合體所構成。
9. 如申請專利範圍第1項所述之佈漿機，其中該出料接孔設置於該出料凹部的下方。
10. 如申請專利範圍第8項所述之佈漿機，其中該組合式塗佈頭更包含：一墊片，設置於該二片接合體之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之佈漿機，其中該組合式塗佈頭之該墊片具有一隔部與該隔體相鄰設置。
12. 如申請專利範圍第8項所述之佈漿機，其中該二片接合體由固定螺絲相互鎖合固定。
13. 一種塗佈頭，包含：一塗佈孔；一出料凹部，具有一出料接孔；一回料凹部，具有一回料接孔，該回料凹部的內徑大於該出料凹部的內徑； 一隔體，設置於該出料凹部與該回料凹部之間；以及一延伸凹部，與該出料凹部及該回料凹部對應設置，該回料接孔相對於該出料接孔的角度為1-90度。
14. 如申請專利範圍第13項所述之塗佈頭，其中該塗佈孔的孔徑小於該隔體至該延伸凹部的距離長度。
15. 如申請專利範圍第13項所述之塗佈頭，其中該回料接孔的孔徑大於該出料接孔的孔徑。
16. 如申請專利範圍第13項所述之塗佈頭，其中該出料接孔設置於該出料凹部的下方。
17. 如申請專利範圍第13項所述之塗佈頭，其更為一組合式塗佈頭，該組合式塗佈頭由二片接合體所構成。
18. 如申請專利範圍第17項所述之塗佈頭，其中該組合式塗佈頭更包含：一墊片，設置於該二片接合體之間。
19. 如申請專利範圍第18項所述之塗佈頭，其中該組合式塗佈頭之該墊片具有一隔部與該隔體相鄰設置。
20. 如申請專利範圍第17項所述之塗佈頭，其中該二片接合體由固定螺絲相互鎖合固定。