コーターとは
図1. コーターの種類
コーターとは、製品や材料に薬品などを塗布するための装置です。
一般的なコーターは、塗布する対象物の形状や塗布する薬品、目的によって塗布する方法が異なります。そのため、さまざまな用途に応じてロールコータやスピンコータ、ディップコーター、スリットコーターなどが用いられます。
近年では、半導体製造分野やFPD（フラットパネルディスプレイ）製造分野、太陽電池や二次電池製造分野などにおいては、精密な塗布精度が求められるため、塗布技術の向上とともにコーターも飛躍的に進化しています。
コーターの使用用途
パソコン、液晶テレビ、スマートフォン、タブレットなど、特に薄型で高機能・高密度化が求められる半導体製造分野やFPD (フラットパネルディスプレイ) 製造分野では、フォトリソグラフィ工程のフォトレジスト塗布でスピンコーターやスリットコーター利用されています。
また、二次電池や太陽電池、自動車部品から住宅建材・繊維・医療などで使用される機能性フィルムやシート状製品に対しては、ロールコータやその他薄膜塗布用のコーターなどが利用されています。
コーターの原理
図2. コーターの種類による特徴
コーターの種類は多くありますが、塗液にせん断力をかけることで薄くする塗布することが基本原理です。そのせん断力のかけ方がコーターの種類によって異なります。
また、塗布する量 (液の量) を前もって計量した分を塗布する「前計量方式」と、塗液を塗った後で所定の量にする「後軽量方式」とに分類することができます。
1. ロールコーター
ロールコータは、一般的にフィルムやシートなど比較的薄く平面材料に対する塗布に用いられます。塗布する薬液の液溜まりに接するローラーの回転と、フィルムやシートなどの材料の巻取り回転を利用して塗布するグラビアコーターやリバースコーターなど塗布する薬液の性質や粘度、塗布する膜厚に応じてさまざまな塗布方法が用いられます。
ロールtoロールでの塗布が可能で、最も高速塗布に向いている方法です。これらの方法の特徴は、塗布液と被塗布対象物の間でビードを形成し被塗布対象物、または被塗布対象物とロールの両方が移動したり回転したりすることで、塗液にせん断力をかけ薄く塗布することです。このビードを安定化させることが高品質な塗布には不可欠です。
2. スピンコーター
スピンコーターは、一般的に回転するテーブルと薬品を塗布する機構で構成されています。主に回転するテーブルには塗布される製品などの材料が待機し、製品などの材料に薬液を吐出後、テーブルが回転する遠心力で製品などの材料全体に薬液が広がり薬液膜が形成されます。最も薄く塗布できる手法ですが、複数枚の塗布や連続生産ができないため大量生産には不向きです。
3. ディップコーター
ディップコーターディップ方式と呼ばれ、ディップコート液に浸けて引き上げる塗布に用いられます。対象物の形状は問わず、塗布液のロスが少なく均一な薄膜を形成することができるのが特徴です。
4. スリットコーター
スリットコーターは、スリットの入ったノズルから塗液を吐出することで塗布するコーターです。ダイコーター、スロットダイなどと呼ぶこともあります。被塗布対象物はテーブルの上に載せられ、薬液ノズルから薬液を吐出しながら製品などの材料をスキャンすることで薬液膜が形成されます。
ロールtoロールの塗布にも用いられることがあり、搬送されるフィルムやシートに対して一定の塗液を吐出することで、スリットコーターでの塗布が可能です。塗液が空気と触れることがないため、最も品質の高い塗布やストライプ状など複雑な塗布に最適です。
コーターのその他情報
コーティングの欠陥
図3. コーティング欠陥の代表例
どんなに高性能なコーターにて塗布を行ったとしても、塗液や塗布条件によっては綺麗な塗布面が得られないことがあります。ここではコーティングの欠陥の種類とその対処方針について簡単に説明します。
1. 塗布によって発生するもの
| 欠陥の種類 | 原因 | 対策 |
| 空気同伴 | 被塗布物に塗液を塗布する際に、空気が逃げ切れないため。 | 塗布速度を低下させる。 |
| リブスジ | 塗布部に塗布方向に対して逆圧力勾配ができるため。 | 塗液の粘度や塗布速度を低下させる。 |
| 気泡混入によるスジやホール | 塗液中に泡があるため。 | 泡抜き対策を施す。 |
| 横ダン状のムラ | 主にリバースグラビア方式であるため。 | 被塗布物の振動抑制やグラビアの回転速度を変える。 |
| ムラ | 塗液が塗膜内で流動を起こすため。 | 塗液を改善する。 |
| 異物 | 塗液が凝集したり、ゲル状になったりするため。 | フィルターを導入する。 |
| はじき | 塗液の表面張力が高いため。 | 界面活性剤などを添加する。 |
2. 乾燥によって発生するもの
| 欠陥の種類 | 原因 | 対処法 |
|
ゆず肌 |
乾燥速度が早すぎるため。 | 乾燥速度を弱くしたり界面活性剤を添加したりする。 |
| 風紋 | 熱風乾燥 |
吹き付ける熱風の速度を弱める。 |
| 割れ | 塗膜の収縮 | 厚塗りを避ける。 |
コーティングは、コーターと乾燥と塗液をそれぞれ適切に選択することで成立する技術です。使いたい塗液の条件や乾燥炉のスペックなども考慮して、適切なコーターを選択することが大切です。
参考文献
https://www.keyence.co.jp/ss/products/measure/sealing/coater-type/roll.jsp