ピエゾジェット技術 | 精密ディスペンサーのSSI Japan株式会社

ディスペンサーとは、液剤を定量吐出する装置の総称で、接触式と非接触式に大別されます。

ノズル先端から吐出される液剤をワーク（被塗物）に付着させながら塗布を行う接触式に対して、ワークから離れた位置にあるノズルより、液滴を飛ばしてワークに塗布する方式を、非接触式（ジェット）ディスペンサーと言います。

ワークとの距離による影響を受けにくいため、塗布量が安定化することに加えて、ノズルの上下動作が不要となるため、タクトタイムを大幅に短縮し、定量・高速塗布に最適なディスペンサーです。

日本ではエアー式や電磁弁式ジェットディスペンサーが広く使用されてきました。エアー圧力とばねの弾性によるロッドの往復運動によって液剤を飛ばすエアー式ジェットディスペンサーは、エアー圧、ばね張力、タイマーによるアナログで制御であるため、液剤の特性に応じたパラメータ設定が難しく、液の飛散や液だれ等の問題が発生しやすい傾向があります。

海外で広く使用されているピエゾジェットディスペンサーは、電圧を加えると変形するピエゾ素子を用いた方式で、ピエゾの変形量そのものを電圧制御するため、スピード、エネルギーの強さ、安定性、操作性、耐久性等において優位性があり、各パラメーターは数μs単位でデジタル制御することが可能です。

SSIは海外で培ったピエゾジェットディスペンサーの技術・経験を生かし、日本におけるピエゾジェットディスペンサーのパイオニアとして、2015年にSSI Japanを設立しました。時代とともに高度化する非接触塗布のニーズに対応するべく、用途や液剤に応じた5種類のピエゾジェットディスペンサーをラインナンップし、様々なニーズにお応え致します。

ピエゾジェットディスペンサーの心臓部は、電圧を加えると微細な変形をするピエゾ素子の特性を生かしたピエゾアクチュエータです。微細に変位するピエゾ素子に連結されたロッドが往復運動を繰り返し、液剤室内の液剤に圧力を伝播することによって、ノズル孔から液剤を飛ばすことができます。（右図参照）
ピエゾアクチュエータは数十ミクロンの微細な変位を高速かつ正確に繰り返すことができるため、高精度微量塗布を実現するジェットディスペンサーに最適なアクチュエータです。

SSIのピエゾジェットディスペンサーは、1200Hzで連続運転（最高2000Hz)という世界最速の性能を有しています。１秒間に1200ショット連続吐出を行い、１ショットあたりのサイクルタイムは1/1200秒、液剤を吐出している時間（バルブオープンタイム）は1/5000秒と非常に短いため、極微量塗布を実現することができます。
また、ピエゾ素子は性能が永続するため、エアー（電磁弁）式ジェットディスペンサーのように部品の経年劣化による性能低下が起こりにくく、長期間にわたり高精度を持続することができます。

動作原理
（上が閉、下が吐出）

ピエゾジェットアクチュエータは、電圧によりピエゾ素子の動作を正確に制御することができるため、バルブが開閉する際にロッドが上昇下降するストロークの長さ、速度、トルク等のパラメータをＣＰＵによりデジタル設定することができます。
吐出量を自在に設定できることはもちろんのこと、液剤の特性や粘度に応じたバルブ開閉の最適なポートフォリオを設定できるため、気泡発生や着弾時の液飛散といったエアー式ジェットディスペンサーで発生しがちな問題を解決することができます。

一般的には、低粘度の液剤は飛散しやすいため、ロッドの下降速度を遅くして飛散を抑え、高粘度の液剤はロッド下降時のトルクを上げて、勢いよく液剤を飛ばす必要があります。一方で、気泡の発生を抑えるためには、ロッド上昇時の速度を遅くすることで空気の吸い込みを防ぐため、ロッド上昇時と下降時は異なるポートフォリオを作成する必要があります。

ピエゾジェットディスペンサーは液剤ごとに最適なポートフォリオを作成することできるため、水状の低粘度液剤からペースト状の高粘度液剤までを1台で対応することができます。

低粘度液のポートフォリオ設定

高粘度液のポートフォリオ設定

ピエゾジェットディスペンサーは、ピエゾアクチュエータ（ヘッド本体）とバルブシート（ヘッド流路部）により構成されています。

ヘッド本体は接液しないため、洗浄を行う際には、バルブシートをヘッド本体から取り外して行います。

バルブシートはモジュール構造のため、ヘッド本体から工具無しで取り外しできる上に、部品点数が非常に少ないため、洗浄やメンテナンスが非常に簡単です。

バルブシートとＣＲ（右図参照）の摺動部分はセラミック製であり、長期間の高速吐出にも安定した性能を持続します。
ピエゾアクチュエータに関しては、エアー（電磁弁）式ジェットディスペンサーのような、経年劣化による定期的な部品交換が必要無いため、長期的な安定稼働を保証します。

バルブシートモジュール

ジェットディスペンサーが広く認知されるにしたがい、非接触塗布に求められる要求が高まっています。

★液剤の多様化

　高粘度材料の増加、粒子（フィラー）を含む材料、ポットライフが短い材料　等

★塗布量の微量化と着弾位置精度向上

　ワークの小型化に伴い、塗布量の微量化が進み、着弾位置精度の向上が求められる。

★ワーク形状の複雑化

　立体物や凹凸がある基板に塗布するため、ワークとノズルの距離が大きくなる。

多様化する液剤や用途に対応して、SSI Japanはピエゾジェットディスペンサーのラインナップを充実させています。また、ノズル口径やロッド形状、接液部品材質のバリエーションを増やし、高度化するニーズに対応いたします。 

ホットメルト用ジェット 

以下のようなディスペンサーに関する問題でお困りではありませんか？

＊エアー式ディスペンサーで接着剤を塗布しているが、線幅が均一にならない。

　→ピエゾジェットディスペンサーは、均一な液滴を飛ばすことにより、線始点と線終点でも線幅が均一です。

　　また、ワークのばらつきにより、ノズルとの距離が変動しても、塗布量・着弾位置は安定しています。

＊エアー式ジェットディスペンサーを使っているが、液の飛散や気泡発生により品質上問題がある。

　→ピエゾジェットディスペンサーは、液剤の特性に応じたポートフォリオを作成できるため、

　　飛散や気泡発生を最小化することができます。

＊スクリュー式やプランジャー式ディスペンサーを使っているが、タクトタイムが上がらない。

　→ピエゾジェットディスペンサーは、非接触で吐出を行うため、ニードルとワークのクリアランス調整が不要となり、

　　Z軸の高さを維持したまま連続吐出するため、タクトタイムを大幅に短縮できます。

＊微少な溝や穴の中に液剤を充填したいが、ニードルが挿入できない。

　→ピエゾジェットディスペンサーが吐出する液滴の最小直径は50μmです。

　　非接触で50μｍの液滴を飛ばすため、100μm程度の溝や穴の中に液剤を充填することが可能となります。

＊立体的なワークに液剤を均一に塗布したい。 

　→ピエゾジェットディスペンサーは、真横から水平方向に液剤を吐出できるだけではなく、

　　下から真上に液剤を飛ばすことができます。

　　多軸ロボットを使うことにより、あらゆる方向から吐出が可能となり、究極の３D塗布を実現します。

ピエゾジェットディスペンサーは、ディスペンサーに関する様々な課題を解決します。

ピエゾジェットディスペンサーの性能を体感して頂くため、SSI Japan株式会社はデモ用設備を常設しております。

テストのご依頼は、『お問い合わせフォーム』よりお願いします。