技術解説コラム
お客様の精密塗布の基礎から応用までわかりやすくまとめ、現場改善に役立つヒントをご紹介します
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ディスペンサー技術ガイド
定量塗布を安定して実現するためには、液剤や用途に適した定量ディスペンサーを選定することが重要です。
これまでの記事では、「定量塗布とは？」をテーマに、定量塗布の基本的な考え方や重要性について解説しました。また、「定量塗布精度を左右する3つの要素」では、材料特性・設備／吐出方式・プロセス条件が塗布品質に与える影響について紹介しました。
その中でも、設備・吐出方式の選定は、実現できる吐出精度や再現性、生産性を左右する重要な要素です。
「最も精度の高い方式」を選べばよいわけではなく、液剤特性、必要な吐出量、要求精度、生産タクト、メンテナンス性などを踏まえて選定することが重要です。
本記事では、設備・吐出方式の違いに着目し、液剤特性や必要吐出量、生産条件に応じた定量ディスペンサーの選定ポイントを解説します。
定量ディスペンサーには、シリンジ方式、バルブ方式、容積計量方式のほか、ジェット方式やスクリュー方式など、さまざまな吐出方式があります。適した方式は、要求精度や液剤特性、生産形態によって異なります。ここでは代表的な3方式を取り上げ、制御原理・特徴・適用シーンを比較します。
| 項目 | シリンジ制御方式 | バルブ制御方式 | 容積計量方式 |
|---|---|---|---|
| 制御の考え方 | 圧力と時間で吐出量を調整 | 圧力と時間で吐出を制御 バルブ弁の開閉でON/OFFを制御 |
一定体積を直接計量・移送 |
| 精度·再現性の 考え方 |
条件設定や材料状態の影響を受けやすいが、 要求精度によっては十分に定量塗布へ対応可能 |
吐出開始・停止の制御性に優れ、繰り返し塗布の安定化に適する | 高い定量性・再現性が求められる工程に適する |
| 適した工程 | 試作・開発・少量塗布・多品種少量生産 | 多量液剤を使用する工程 繰り返し塗布を行う量産工程 |
微小量塗布、高精度要求工程、長時間の安定吐出 |
| 特徴 | シンプルな構成で条件調整がしやすい | 応答性・繰り返し性を高めやすい | 一定体積を直接移送できる |
| メリット | メンテナンス性、工程切替性、条件調整 | 液剤使用量対応、応答性、液切れ性、塗布方式対応 | 定量性、安定性、再現性、高粘度対応 |
※各方式で得られる吐出精度や再現性は、液剤特性、吐出量、供給条件、ノズル、装置構成などによって異なります。
「定量」に求められる精度も用途や工程によって異なるため、方式ごとに一律の精度で評価するのではなく、要求仕様を満たせるかという観点で選定することが重要です。
以下では、各方式の特長と適用シーンを踏まえながら、選定のポイントについて解説します。
最も基本的な方式が、時間と圧力によって吐出量を制御するシリンジ方式です。エアレギュレータによって設定された一定の空気圧を、一定時間シリンジ内の液剤に加えることで材料を押し出す仕組みであり、「圧力 × 時間」によって吐出量を間接的に制御します。
構成は、エア供給源、コントローラ（レギュレータ）、シリンジ、ノズルといったシンプルな要素で構成されており、設備としての導入ハードルが低い点が大きな特徴です。また、吐出条件は圧力と時間の組み合わせで比較的直感的に調整できるため、試作段階や材料評価の初期検討において広く利用されています。
シリンジ方式はそのシンプルな構造により、設備導入の容易さと高い運用柔軟性を両立している点が大きな強みです。圧力と時間という基本パラメータによって吐出条件を直感的に調整できるため、材料変更や塗布条件の最適化を短時間で行うことが可能です。
より安定した定量塗布を実現する方式として、ディスペンスバルブを用いた制御が広く採用されています。タンクやシリンジ側の供給圧力を一定に保ちながら、バルブの弁構造によって液剤の流路を開閉し、吐出のタイミングと吐出量を制御する方式です。
この方式の特徴は、吐出の立ち上がりと停止の応答性にあります。エア駆動などで弁を短時間で開閉できるため、吐出開始時の立ち上がりが速く、停止時には流路が確実に閉じて液切れが良くなります。結果として、時間圧力方式で課題になりやすい停止直後の液ダレや糸引き、それに伴う塗布形状のばらつきを抑えることができます。
弁の構造にはニードル式・ダイアフラム式などの種類があり、液剤の粘度やフィラーの有無、要求される吐出量に応じて選定します。1ショットあたりの吐出量は、供給圧力・バルブの開時間・ノズル径・液温といった条件の組み合わせで決まるため、これらを管理下に置くことが繰り返し精度を確保する前提になります。 こうした特性から、一定形状・一定量の塗布を高いサイクルで繰り返す工程——電子部品への接着剤の点塗布や、シール剤のビード塗布など——に適した方式といえます。
バルブ内部の構造（ニードル、ダイアフラム、スプール、ピストンなど）によって流体制御特性が異なるため、材料の粘度や塗布形状、必要な応答速度に応じて最適な方式を選定できます。バルブ構造や仕様を適切に選定することで、低粘度材料から高粘度材料、微量塗布など、さまざまな用途に対応できます。
用途に応じてバルブ構造を使い分けることが重要です。
さらに高い定量精度が求められる場合には、容積計量方式が採用されます。この方式では、±1%の吐出精度を実現できます。スクリュー、ピストン、ギアなどの機構により、液剤の体積そのものを機械的に計量しながら吐出を行います。圧力や時間に依存した間接制御ではなく、「一定体積を直接送り出す」点が最大の特長です。
代表的な方式の一つとして、ローターとステーター構造による容積移送（エンドレスピストン原理）があり、内部で形成される密閉空間（キャビティ）を一定量ずつ移動させることで、脈動のない連続吐出を実現します。これにより、液剤を高い気密性を保ったまま安定して移送することが可能となります。
この構造により、吐出量は回転量に対して比例的に決定されるため、圧力・時間による吐出制御と比べて、粘度や供給圧力などの変動による影響を抑えやすく、安定した吐出につなげることができます。
容積計量方式は、脈動のないスムーズな吐出や、サックバック機能による優れた液切れ性も特長としています。これにより、液ダレを抑え、安定した塗布品質の確保に寄与します。また、材料特性に左右されにくいことから、工程の安定化や材料ロスの低減にも貢献します。
低粘度から高粘度、フィラー入り材料まで幅広く対応できる点や、微小量の高精度吐出が可能である点から、電子部品、半導体、医療機器など、塗布品質が製品性能に直結する分野において広く活用されています。
容積計量方式は単なる「高精度技術」ではなく、「ばらつきを抑え続けられる安定性」に価値があり、高付加価値製品の量産工程において重要な役割を担っています。不良率の低減や工程能力の向上を通じて、結果的にトータルコストの最適化につながるケースも少なくありません。
定量ディスペンサーを選定する際は、単に定量精度だけを比較するのではなく、使用する液剤や塗布工程、生産条件を含めて検討することが重要です。
液剤の粘度、チクソ性、フィラーの有無、硬化性、温度依存性などによって、適した吐出方式は異なります。
数µL以下の微小量塗布なのか、ある程度の量を連続的に吐出するのかによって、適切なディスペンサー構造が変わります。
試作や材料評価と、量産工程で長時間安定した吐出が求められる場合では、必要な精度や再現性が異なります。
高速塗布が必要な場合には、吐出開始・停止の応答性や連続運転性能も重要です。
液剤交換や洗浄、消耗部品交換の頻度など、実際の運用性も設備選定では重要なポイントになります。
将来的にロボットや自動塗布装置へ組み込む場合には、外部制御や通信、周辺設備との連携も確認する必要があります。
「どの方式が最も優れているか」ではなく、「その液剤・工程に最も適している方式はどれか」という視点で選定することが重要です。
定量ディスペンサーには、シリンジ方式、バルブ制御方式、容積計量方式などさまざまな方式があり、それぞれ制御原理や得意とする液剤、吐出量、生産条件が異なります。
また、定量塗布に求められる精度や再現性は、用途や製品仕様、工程条件によって異なります。各方式を精度で比較するのではなく、工程で求められる要求を満たせるかという視点で選定することが重要です。
シリンジ方式は、試作・開発・少量塗布・多品種少量生産など、柔軟な条件調整が求められる工程に適しています。
バルブ制御方式は、吐出開始・停止の応答性や繰り返し再現性を重視する工程で有効です。
容積計量方式は、一定体積を直接移送する特長を活かし、高い定量性や再現性が求められる工程に適しています。
適切な方式を選定することで、吐出量のばらつき低減や塗布品質の安定化だけでなく、不良率の低減、材料ロスの削減、生産工程の安定化にもつながります。
「どの方式を選べばよいかわからない」「現在の塗布工程をより安定させたい」といった場合は、使用する液剤や塗布条件を整理したうえで、実際の吐出テストを行いながら最適な方式を検討することも有効です。
