吐出の羅針学

「吐出の羅針学」トップへ戻る。

塗布装置(塗布ガン)の種類

昨今では様々な分野で接合技術の一つとして「接着剤による接合」が一般的になってきました。一昔前ならば溶接・ネジ・リベットなどが接合技術の代表格だったのですが、接着剤の技術が著しく向上したことにより、この分野を大きく変えることとなったのです。そこで今回のテーマはこの接着剤による接合には欠かせない自動塗布装置、その中でも「自動塗布ガン」に注目してみます。

身近な塗布ガン

一般的に市販されているシーリングガンみなさんが最も目にする塗布ガンは右図のようなホームセンターなどで見かける「シーリング(コーキング)ガン」ではないでしょうか?ご存じの通り、カートリッジに各種のシーリング材が充填されていて、これを専用のハンドガンにセットし、手で握れば先端から液体が出てくるといった、極めて単純な構造です。

最近では硬化時間を短縮できる2液性接着剤にも対応したハンドガンも見かけるようになりました。


塗布ガンの基本構成と自動化への変遷

上図のようなカートリッジ式の場合『力を加えて液を出す』ことが基本であるように、自動化されても考え方は同じで、違いは「どういう方法で液体を押し出すか?」だけです。

代表的なものを紹介しましょう。下図は前述したハンドガンより、一歩進んだタイプのもので、現在もこの方式は使われています。作業者が握っている塗布ガンの形は違えど、これもやはり「ハンドガン」です。しかし、前述のハンドガンほど力は必要ありません。上流にあるポンプが液体を押してくれているので、作業者はハンドガンのレバーを軽く握るだけです。この操作により液体の流れる道(流路)が開き、ポンプの力で液体を押し出してくれるのです。吐出を止めたいときはレバーを離せばいいだけです。まさに「ガン(拳銃)」のような使い方です。

ポンプを用いたハンドガン

さて、ハンドガンのレバーで流路を『開/閉』させる代わりに、エアシリンダーで『開/閉』させるとしたらどうでしょう?これが「自動塗布ガン」の基本になります。下図がその代表的な構造図です。

各メーカーごとにそれぞれ固有の技術ノウハウがありますが、基本はエアシリンダーに代表されるアクチュエーターの動作をコントローラーが自動的に行い、プログラム通りに流路を『開/閉』することで毎回同じパターンの吐出を行います。そのパターンの種類を増やすことで、多品種への対応も可能でしょう。今日では塗布ガンだけの自動化ではなく、ロボットまで含む自動化が普通になっています。

自動塗布ガンの代表的な構造と基本的な自動塗布ガン方式の構成


自動塗布ガンの弱点

しかし、良いことばかりではありません。前述の基本構成だけではどうしても次のような悩みが出てきます。

  • 塗布量をコントロールしにくい
  • 塗布量がばらつく(精度が悪い)   

塗布線の様子それは何故でしょう?原因の一つに「ポンプと塗布ガンの距離」があります。塗布ガンとポンプを繋ぐホースの圧力損失や膨らみなどが、液体圧送の際にレスポンスを悪くさせてしまうのです。塗布ガンが開いた瞬間にドバッと液体が飛び出して、大きな液ダマリになることもよくあります。

そもそもポンプに脈動(圧力変動)があれば、そのまま塗布形状にも影響するでしょうし、別のテーマでもお話した「液粘度は温度に依存する」ことも大きく影響します。長い距離をゆっくり流れてくる間に、環境温度に左右されることで粘度が変化し、液体の出方が常に変化するのです。これでは高品質な製品は期待できません。

そこで、できるだけこの悪影響を抑えるために、いろいろな工夫がなされてきました。

  • ヒーターホースで温度を一定にする
  • 減圧弁を挿入して圧力変動を抑える
  • コントローラーで塗布ガンの開度を調整する

などです。しかし、これではシステムが複雑になってしまい、余計に使いにくくなることも考えられます。


進化する塗布ガン

前述のような問題を解決するための近道は、流量を正確に制御できる部分(ポンプに相当する部分)を塗布ガンに極めて近いところに配置することです。実は弊社の製品である「ヘイシンディスペンサー」はこの考えの理想形であり、流量を制御する心臓部「ローター」「ステーター」が吐出口の直近に配置されています。

また、流量がローターの回転速度に正比例するため流量コントロールが簡単で、しかも脈動がありません。回転を停止すれば液体の流れも止まるため、ポンプとバルブの両方の機能を兼ね備えていることになります。ただし、この「ヘイシンディスペンサー」は5MPaを超えるような高圧吐出には向かないので、後述するような霧状塗布や高速での螺旋状塗布へは別の塗布ガンを使用する必要があります。

ヘイシンディスペンサーの構造


ロボット・塗布ガン・ブースターの組み合わせ最近では他社でも流量を制御する装置を塗布ガンに近付けたところに配置するものがあり、代表例が右図のもので、一般的には「ブースター方式」と呼ばれています。

簡単に言うと上流側のポンプから送られてきた液体を一旦シリンダー(タンク)に貯留し、塗布する時にはピストンで液体を押し出すというものです。

このピストンを押す動作を高精度に制御すれば、流量コントロールが簡単にできてしまいます。ところが、この方式にも欠点があります。

  • 質量が大きいため、塗布ガンに近づけすぎるとロボットの能力(可搬質量)をオーバーしてしまう。
  • 連続吐出ができない(ブースター内の液が空になればチャージが必要)。

などがその一例です。


塗布形状によるノズルの種類

最後に塗布形状を決めるもう一つの大切な要素である「ノズルの種類」についてお話しします。一般的には接着剤などの塗布形状は「線」と「点」に二分されますが、最近では塗布形状も多種多様になってきました。代表的な塗布形状としては、1.線形状、2.点形状、3.薄膜形状、4.平形状、5.螺旋形状 で、それぞれ塗布ガンの先端に取り付けられるノズルの形状が異なります。

1.と2.はワークを接着することが主な用途に対し、3.は塗装液のスプレー塗布が代表的な用途です。液体を霧状にするノズルを装着したスプレーガンをロボットなどが持って、液を薄く広く塗布します。4.の平形状の用途は多岐に渡りますが、例えばIC基板上の電子部品の封止や板金の補強目的などによく使われます。最近では電子部品の放熱材塗布に多く採用されています。そして5.の螺旋形状ですが、例えば鉄板同士を接着する際に線で塗布した接着剤を押し広げるよりも、最初から幅広く塗布しておけば接着しやすいだろうという発想から生まれたもので、平ノズルに近い塗布形状を期待するものです。

平形状とらせん形状


キャプテンメッセージ

塗布ガンを選定する要素を大きく3つに分けると次のようになります。

  1. 吐出方法(どのような方式で液体を押し出すのか?)
    (例)ハンド・ポンプ・加圧タンク(ブースター)・ディスペンサー
  2. 塗布方法(誰が(何が)塗布する作業を行うのか?)
    (例)人・ロボット(アクチュエーター)・テーブル(ワークを動かす)
  3. 塗布形状(どのような形状に塗布したいのか?)
    (例)線・点・薄膜(噴霧状)・平・螺旋

しかし、どの組み合わせでも問題がないとは言い切れません。それぞれの組み合わせには「短所/長所」あるいは「向き/不向き」がありますので、選定の際にはメーカー側の説明を十分に求めることが必要になるでしょう。

「吐出の羅針学」トップへ戻る。

ページの先頭へ