JP6420133B2 - エッジビードを低減した共押出印刷ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、エッジビートを低減した共押出印刷ヘッドに関する。

共押出印刷ヘッドは、２つ以上の材料を基板上に同時に押出するのを可能とする。これらの材料は、多くの場合、スラリー、粒子を充填した液体から構成されている。バッテリ電極製造用などの一部のアプリケーションでは、高充填のスラリーを使用している。これらのスラリー、特に高充填スラリーの押出プロセスは、図１及び図２に示されるエッジビードの形成を引き起こすことがある。

図１は、エッジビード１２を有する１つの材料１０から形成されたモノリシック薄膜を示している。図２は、エッジビード１８を有する少なくとも２つの材料１４及び１６から形成された薄膜を示している。しかしながら、ほとんどの膜にとって厚さの２％未満の変動が望ましい。一般的に、エッジビードを除去する何らかの機械的又は化学的後処理が行われる。これは、全体の処理時間又はハードウェアの複雑性をもたらすことができる。

エッジビードを除去するために使用されるアプローチのいくつかは、ダイから膜を引き出した後に切り取られることができる制御可能なエッジを提供するために、押出プロセス中に余分なポリマーを供給することを含む。他のアプローチは、エッジビードを強制的に両側に押し下げるために圧縮ガスを使用している。他のアプローチは、エッジビードを制御するために型枠又はフェンスを使用している。同様のアプローチは、エッジ彫刻機構によるものである。

図１は、押出材料におけるエッジビードの例を示している。 図２は、押出材料におけるエッジビードの例を示している。 図３は、共押出ヘッドの実施形態を示している。 図４は、共押出ヘッドの実施形態の側面図を示している。 図５は、共押出ヘッドの実施形態の側面図を示している。 図６は、共押出ヘッドの実施形態の側面図を示している。 図７は、共押出ヘッドに使用される２つのオリフィスプレートの実施形態の平面図を示している。 図８は、共押出ヘッドに使用される２つのオリフィスプレートの実施形態の平面図を示している。 図９は、対象基板に対する階段状の出口ノズル形状の可能な方向を示している。 図１０は、対象基板に対する階段状の出口ノズル形状の可能な方向を示している。 図１１は、共押出印刷の表面形状の比較を示している。 図１２は、階段状の共押出印刷ヘッドを使用した印刷物の実施形態を示している。 図１３は、階段状の共押出印刷ヘッドを使用した印刷物の実施形態を示している。

上述したように、図１及び図２は、共押出印刷ヘッドによって印刷又は蒸着される材料を示している。材料は、一般的には、それらの中に懸濁された粒子を有する液体のスラリーの形態をとる。これらの材料は、多くの異なるアプリケーション及び用途を有する。これらの印刷物が適している思われる１つの特定のアプリケーションは、バッテリの構成要素である。共押出印刷ヘッドは、１つ以上の材料を押出することができる。一般的に、印刷ヘッドが複数の材料を押出する場合、それは、一般的には、交互にストライプを押出する。図３は、そのような共押出印刷ヘッドの実施形態を示している。

図３の印刷ヘッド２０は、少なくとも２つのプレートから構成されている。本願明細書において使用される用語「プレート」は、プレート、シート又は印刷ヘッドを形成するために積層されることができる他の任意の形態の材料とすることができる。印刷ヘッドは、底プレート３０上に出口チャネル２４を有する。出口チャネルは、少なくとも１つ以上のチャネル２６によって供給される。各ポート３２は、２８などの個々のチャネルを供給する。印刷ヘッド２０の上部プレートは、複数のポート２２を有することができる。材料は、印刷ヘッド３０からポート内に且つチャネル２６を介して最終チャネル２４へと供給し、印刷として基板上で終わる。なお、これは、単に共押出印刷ヘッドの一例にすぎず、本願明細書における実施形態は、印刷ヘッドの多くの異なる種類に適用されることができることに留意すべきである。

図４から図６は、側面からみた共押出ヘッド２０の図を示している。図４において、印刷ヘッドの実施形態は、底部又は固定プレート４０を有する。少なくとも１つのプレート４４は、材料が印刷ヘッド２０から排出するのを可能とするオリフィスのセットを有する。図４の印刷ヘッドはまた、上プレート４２も有することができる。

図５は、中間プレート４４からのオリフィスのセットのより詳細な図を示している。４６などのオリフィスのセットにおけるオリフィスのほとんどは、特定の縦範囲を有する。しかしながら、オリフィスのセットの各エッジにおける４８などのオリフィスの少なくとも１つは、他のものよりも小さな縦範囲を有する。図６は、サブセット５０として示されるセットのエッジオリフィスの拡大図を示している。

図６において、オリフィスのサブセットは、「完全な」縦範囲を有する４６などのオリフィスを示しており、この実施形態においては、より小さいか又はより短い縦範囲を有する４８などの２つの他のオリフィスがある。本願明細書において使用される用語「縦」は、図４から図６における印刷ヘッドの図の向きを基準としている。なお、用語「縦」の使用は、実施形態の適用を限定することを意図するものではなく、そのような限定が想定されるべきではないことに留意すべきである。

図６において、オリフィスは、２つのプレートから形成されている。第１のプレート５２は、４８などのオリフィスの完全なセットを有する。プレート５２上のオリフィスは、４６などの結果として生じるオリフィスの縦範囲の約半分である。プレート５４は、第１のセットよりも少ないオリフィスを有する第２のセットのオリフィスを有する。第２のプレートが、４８などのオリフィスの位置においてオリフィスを有していないことから、位置合わせがブロックされた第１のセットからの少なくとも１つのオリフィスをもたらす場合には、これら２つのプレートにおけるオリフィスは位置合わせする。前のプレートよりも少ないオリフィスを有する各連続プレートを有する３つ以上のプレートが使用されてもよい。あるいは、より短いオリフィスは、全て同じサイズであるオリフィスのセットを有する１つのプレートから得られてもよいが、出口に小さな範囲を有するオリフィスの一部を何かが覆うか、又は、材料がチャネルに入る場所に戻るチャネルが充填されるか若しくはブロックされる。これは、プレートの出口面に取り付けられた小片又は膜とすることができる。

図７は、チャネルのセットを示す図４の２０などの印刷ヘッドにおけるオリフィスプレートの平面図を示しているとともに、図８は、５２及び５４の平面図を示している。図８において、各エッジにおける４つのチャネルは、４６などの他のオリフィスよりも小さな範囲を有するオリフィス４８に一致している。各エッジにおけるより小さなオリフィスのいかなる特定の数にも限定されるものではない。さらに、より小さなオリフィスが他のオリフィスの底部又は他のオリフィスの頂部と位置合わせされるかどうかに関しての限定はない。図４から図６に示されるように、より短いオリフィスは、他のオリフィスの頂部と位置合わせされる。図７及び図８のみがオリフィスプレート５２及び５４を示していることから、チャネルは、この図においてそれらの「下方」となる流体経路をみせない。プレート５４は、プレート５４の下方に隠されたノズルを示す破線によってプレート５２の上部に位置している。

この位置合わせは、他のオリフィスのセットの上部にあるよりも少ないオリフィスを有するオリフィスのセットを有する図９に示されるようなオリフィスの階段状の構成をもたらす。積層の「上部」は、印刷基板６４から最も遠い。図１０は、オリフィスの小さなセットが底部にあって積層の底部が印刷基板に最も近い代替的構成６２を示している。

階段状の構成を有する印刷ヘッドから得られた印刷又は押出は、エッジビードを有さず、又は、それらがエッジビードを有する場合には、図１及び図２に示されたように前の実装よりもはるかに小さい。図１１は、サンプル印刷の左エッジからの距離を変化させて測定された材料の厚さのグラフ表現を示している。ライン６６は、非階段状の印刷ヘッドから印刷されたサンプルを表している。ライン６８は、階段状の印刷ヘッドからの印刷用データを示している。これによってわかるように、階段状の印刷ヘッドは、エッジビードを有しない印刷物をもたらす。

比較のために、図１２及び図１３は、図１及び図２のものと同様の印刷形状を示している。図１２において、材料７０は、エッジビードが著しくなく基板７２上に押出される。図１３において、印刷は、同様にエッジビードがない基板７２上の材料７６及び７４を交互に示す。

このように、共押出、階段状の印刷ヘッドは、エッジビードがない所望の平坦度を有する印刷物を生成することができる。階段は、１つ以上の層においてより少ないオリフィスプレートを製造することによって達成されることができるか、又は、現存する印刷ヘッドにおけるエッジオリフィスを部分的にブロックするために何らかの材料を挿入することから得ることができる。なお、部分的なブロックは、構築される材料が原因であり得る他の問題として、より短いオリフィスまでチャネルの横範囲全体を実行する必要があり得ることに留意すべきである。

当然のことながら、上記開示された及び他の特徴及び機能又はその代替例のいくつかは、多くの他の異なるシステム又はアプリケーションに望ましくは組み合わせられることができる。また、様々な現在は予期又は予測しない代替例、変更例、変形例又は改良例が、以下の特許請求の範囲によって包含されることがまた意図される当業者によって後に行われることができる。

Claims (14)

1. 共押出印刷ヘッドにおいて、
   少なくとも１つのチャネルと、
   前記チャネルに対して流体的に連通されたオリフィスのセットと、
   を備え、
   前記オリフィスのセットが、前記オリフィスのセットの各エッジにおいて他のオリフィスよりも小さな縦範囲を有する少なくとも１つのオリフィスを有し、
   前記オリフィスのセットが、少なくとも２つのプレートにおいて開口のセットを備え、
   前記少なくとも２つのプレートが、
   所定数からなる第１のセットのサブオリフィスを有する第１のプレートと、
   前記所定数未満の数からなる第２のセットのサブオリフィスを有する第２のプレートと、
   を備え、
   前記第２のセットのサブオリフィスが、前記所定数よりも少ないサブオリフィスを有する、
   共押出印刷ヘッド。
2. 他のオリフィスよりも小さな縦範囲を有するオリフィスが、オリフィスのセットの各エッジにおいて１つ、２つ又は４つずつ設けられている、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
3. さらに、前記オリフィスのセットの下部に配置された固定プレートを備える、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
4. さらに、前記オリフィスのセットの上部にある上部プレートを備える、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
5. より小さな縦範囲を有する前記少なくとも１つのオリフィスが、前記オリフィスのセットにおける他のオリフィスの上部と位置合わせしている、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
6. より小さな縦範囲を有する前記少なくとも１つのオリフィスが、前記オリフィスのセットにおける他のオリフィスの底部と位置合わせしている、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
7. さらに、第３のセットのオリフィスを備え、前記第３のセットのオリフィスが、前記第２のセットのオリフィスよりも少ないサブオリフィスを有する、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
8. さらに、より小さな縦範囲を有する各エッジにおける少なくとも１つのオリフィスにおいてブロックを備える、請求項１に記載の共押出印刷ヘッド。
9. 共押出印刷ヘッドであって、
   第１のセットのオリフィスを有する第１のプレートと、
   第２のセットのオリフィスを有する第２のプレートと、
   備え、
   前記第２のセットのオリフィスは、前記第１のプレートよりも少ないオリフィスを有し、
   前記第１のプレートおよび前記第２のプレートは、前記オリフィスを整列させるように積み重ねられ、他のオリフィスよりも小さな縦範囲を有する少なくとも１つのオリフィスを前記共押出印刷ヘッドの各エッジにもたらす、
   共押出印刷ヘッド。
10. 前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが配置される固定プレートをさらに含む、請求項９に記載の共押出印刷ヘッド。
11. 前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの上部に上部プレートをさらに備える、請求項９に記載の共押出印刷ヘッド。
12. 前記第１のプレートは、前記第２のプレートの下に配置されることを特徴とする請求項９に記載の共押出印刷ヘッド。
13. 前記第１のプレートは、前記第２のプレートの上に配置される、請求項９に記載の共押出印刷ヘッド。
14. 第３のセットのオリフィスを有する第３のプレートをさらに備える、請求項９に記載の共押出印刷ヘッド。

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