「昨日と設定は同じはずなのに、なぜか今日の吐出量は安定しない…」
「不良品が多発して、生産計画がめちゃくちゃだ…」
生産現場で工業用ディスペンサーを使っていると、こんな風に頭を抱えることはありませんか。
こんにちは。生産技術エンジニアとして15年間、液剤塗布プロセスの改善に携わり、年間100件以上の塗布不良を解決してきた田中健一です。その経験から断言できるのは、ディスペンサーの塗布不良の原因は、装置の設定値だけにあるわけではないということです。むしろ、見落とされがちな「環境」や「機械の細部」にこそ、品質を左右する本当の要因が隠れています。
この記事では、かつての私と同じように悩むあなたのために、同じ機種・同じ設定でも塗布結果がばらつく「落とし穴」の正体と、明日から現場で実践できる具体的な対策を徹底解説します。この記事を読めば、あなたはもう原因不明の不良に悩まされることはありません。吐出がばらつく三大原因である「温度」「残量」「気泡」を的確に見分け、安定した生産を実現するための確かな知識が身につきます。
目次
なぜディスペンサーの吐出量はばらつくのか？3つの主要因
ディスペンサーの吐出量がばらつくと、製品の品質に深刻な影響を及ぼします。例えば、接着剤の塗布量が少なければ接着不良を引き起こし、多すぎればはみ出して外観不良につながります。精密な電子部品であれば、わずかな塗布量の違いが性能を大きく左右することさえあるのです。
では、なぜ吐出量はばらついてしまうのでしょうか。その原因は、大きく「液剤の状態変化」と「供給プロセスの問題」の2つに大別できます。液剤の粘度や流動性が変わってしまったり、液剤を送り出す過程で何らかのトラブルが発生したりすることで、吐出量が不安定になるのです。
これまで多くの現場を見てきた中で、特に見落とされがちでありながら、品質に大きな影響を与えているのが、以下の3つの要因です。
- 温度：液剤の粘度を左右する最も基本的な要因
- 残量：特にエア加圧式ディスペンサーで問題となる「水頭差」
- 気泡：塗布を途切れさせ、致命的な欠陥を生むやっかいな存在
本記事では、これら3つの主要因に焦点を当て、それぞれの見分け方と具体的な対策を、私の経験を交えながら詳しく解説していきます。
【原因1】液剤の「温度」を見分ける方法と対策
まず最初に疑うべきは、最も基本的でありながら見落とされがちな「温度」です。もしあなたの現場で「朝一は吐出量が少ないのに、昼過ぎになると増えてくる」「夏と冬で同じ設定なのに、塗布量が全然違う」といった現象が起きているなら、その原因は温度にある可能性が非常に高いでしょう。
吐出量の変化で「温度」の影響を疑う
液剤の粘度は、温度によって大きく変化します。一般的な液体は、温度が1度上昇すると粘度が数%から10%も低下すると言われています。つまり、温度が上がれば液剤はサラサラになり、同じ圧力・同じ時間で吐出しても、より多くの量が流れ出てしまうのです。
| 温度変化 | 粘度 | 吐出量 | 現象の例 |
|---|---|---|---|
| 上昇（夏場、日中） | 低下（サラサラ） | 増加 | 「昼頃から液量が増える」「夏場は液ダレしやすい」 |
| 低下（冬場、朝一） | 上昇（ドロドロ） | 減少 | 「朝一の吐出量が少ない」「冬場は糸引きがひどい」 |
ディスペンサーの総合メーカーである武蔵エンジニアリング株式会社も、その技術コラムの中で、製造現場の室温変化が液剤の温度に影響し、粘度の変動を引き起こすことを指摘しています。特に、冬場や寒冷地など、現場の環境温度が低い場合には、液剤の粘度が上昇し、吐出トラブルにつながりやすいと警鐘を鳴らしています。
“「テスト環境では問題なく吐出できたのに、なぜか実際の製造現場ではうまくいかない…」こうしたお悩みの背景には、環境温度が大きく影響しているケースが多くあります。特に、冬場や寒冷地などで現場の環境温度が低い場合、液剤の粘度は高くなります。”
このように、時間帯や季節によって吐出量が周期的に変動している場合、まずは温度変化を疑ってみることが、問題解決の第一歩となります。
温度変化への対策
温度変化による吐出量のばらつきを抑えるためには、液剤の温度を一定に保つことが重要です。そのための具体的な対策を3つご紹介します。
対策1：温調機器の導入
最も確実な方法は、ヒーティングユニットやペルチェ式といった温調機器を導入することです。これにより、外部環境に左右されず、液剤を常に最適な温度に保つことができます。
| 方式 | メリット | デメリット |
|---|---|---|
| 加熱式（ヒーティング） | ・構造がシンプルで安価 ・メンテナンスが容易 | ・冷却機能がない ・熱に弱い液剤には不向き |
| ペルチェ式 | ・加熱と冷却の両方が可能 ・精密な温度維持が得意 | ・構造が複雑で比較的高価 ・消費電力が大きい |
対策2：作業環境の温度管理
設備投資が難しい場合でも、作業環境を見直すことで改善できるケースがあります。例えば、夏場のエアコンの冷風や、冬場の暖房の温風がディスペンサーや液剤の保管場所に直接当たっていませんか？こうしたわずかな配慮だけでも、吐出の安定性は大きく向上します。
対策3：液剤の予備加温
特に冬場に有効なのが、使用前に液剤を作業環境の温度に馴染ませておく「予備加温」です。冷蔵保管している液剤を、使用する数時間前から室温に戻しておくだけでも、粘度が安定し、吐出量のばらつきを抑えることができます。
【原因2】シリンジの「残量」を見分ける方法と対策
「シリンジを交換した直後は調子がいいのに、使い続けて残量が減ってくると、だんだん吐出量が少なくなってくる」。もし、あなたがエア加圧式のディスペンサーを使っているなら、このような経験はないでしょうか。これは、多くの現場で見られる典型的な現象であり、その原因は「水頭差（すいとうさ）」にあります。
吐出量の変化で「残量」の影響を疑う
水頭差現象とは、シリンジ内の液剤の残量によって吐出圧力が変化し、結果として吐出量が変わってしまう現象を指します。特に、シリンジの上部からエアーで加圧して液剤を押し出す「エア加圧式（タイムプレッシャー方式）」のディスペンサーで顕著に現れます。
なぜこのようなことが起こるのでしょうか。液剤塗布の専門メーカーである株式会社サンエイテックは、その原因を「空気の圧縮性」にあると解説しています。
“エアー式ディスペンサーを使用する時、吐出時間と吐出圧力を、常に一定に保つように設定しても、液剤残量が減少するに従って、吐出量が減少する状態が生じる場合があります。（中略）シリンジ内の液剤が少なくなって空気の容積が増えると、決められた吐出サイズを得るために、より多くのエアーを加圧することが必要になります。空気容積の増加に伴い、加圧速度が低下し、吐出により多くの時間がかかります。そのタイムラグが影響して、吐出サイズが小さくなることが起きます。これが「水頭差」と呼ばれる現象です。”
簡単に言うと、シリンジ内の空気部分がクッションの役割を果たしてしまい、残量が少なくなる（＝空気部分が大きくなる）ほど、圧力が液剤に伝わるまでに時間がかかり、結果として押し出す力が弱まってしまうのです。
【水頭差現象のメカニズム】
- 残量が多い状態：空気層が小さく、圧力がダイレクトに液剤に伝わり、設定通りの吐出がされる。
- 残量が少ない状態：空気層が大きく、加えられた圧力がまず空気の圧縮に使われるため、液剤を押し出す力が弱まる。
- 結果：同じ圧力設定でも、残量が少ない方が吐出量が減少する。
もし、シリンジの交換サイクルと吐出量の変動に相関が見られる場合は、この水頭差現象を疑うべきです。
残量変化（水頭差）への対策
やっかいな水頭差現象ですが、有効な対策は存在します。ここでは3つのアプローチをご紹介します。
対策1：容積移送式ディスペンサーへの変更
根本的な解決策として、水頭差の影響を受けない方式のディスペンサーに変更することが挙げられます。代表的なのが、モーノディスペンサーに代表される「容積移送式」です。
この方式は、スクリューの回転などによって、空気の圧縮性とは無関係に一定の「容積」を機械的に送り出すため、液剤の粘度や残量の変化に左右されず、常に安定した吐出量を実現できます。
対策2：吐出条件の補正プログラムの活用
現在の設備を活かすのであれば、ディスペンサーの補正機能を活用する方法があります。最近の高性能なディスペンサーには、シリンジ内の残量を検知し、それに応じて吐出時間や圧力を自動で補正してくれるプログラムが搭載されているものがあります。
対策3：シリンジ交換のルール化
最も手軽に始められる対策が、シリンジの交換ルールを徹底することです。例えば、「残量が30%を切ったら交換する」というように、吐出量が大きく変動し始める前に交換するルールを設けるのです。これにより、常に安定した吐出が可能な範囲だけで運用することができます。材料のロスは発生しますが、不良品を出すリスクを考えれば、有効な手段と言えるでしょう。
【原因3】やっかいな「気泡」を見分ける方法と対策
温度や残量と並んで、吐出不良の大きな原因となるのが「気泡」の混入です。「塗布が途中で途切れる」「塗った箇所にポツポツと穴が開く」「吐出量が極端に少なくなる箇所がある」といった症状が出ている場合、液剤に気泡が混入している可能性を疑いましょう。
気泡は、たとえ微小なものであっても、ノズルを通過する瞬間に液剤の流れを阻害し、致命的な塗布欠陥を引き起こします。まさに、精密塗布における最大の敵の一つと言えるでしょう。
吐出不良で「気泡」の混入を疑う
気泡のやっかいな点は、その発生源が多岐にわたることです。現場の作業者が気づかないうちに、様々なプロセスで気泡は混入します。
主な気泡の発生源リスト
- 原材料への混入：液剤メーカーでの製造時や、工場への輸送時の振動などによって、入荷した時点で既に気泡が含まれているケース。
- 液剤の詰め替え時：タンクやカートリッジからシリンジへ液剤を移し替える際に、空気を巻き込んでしまう。
- 液剤の解凍・攪拌時：冷凍保管された液剤を解凍したり、2液性の材料を攪拌したりする際に気泡が発生することがある。
- ディスペンサー内部での発生（キャビテーション）：これは専門的な現象ですが、バルブの高速な開閉動作によってバルブ内部の圧力が瞬間的に低下し、液剤に溶け込んでいた気体が泡となって現れる現象です。株式会社サンエイテックの解説によると、特にジェットディスペンサーやニードル式バルブで発生しやすいとされています。
気泡への対策
気泡対策の基本は、「入れない」「発生させない」「取り除く」の3つです。具体的な対策を見ていきましょう。
対策1：使用前の脱泡処理
最も効果的なのは、使用前に液剤から気泡を物理的に取り除いてしまうことです。定量吐出ディスペンサーメーカーのナカリキッドコントロール株式会社も、安定した吐出のためには液体の脱泡作業が不可欠であると述べています。
“安定した液体の吐出のためにも、液体の脱泡作業は必ず行うようにしましょう。一つの製品に、安定していない液体の塗布が見受けられた場合、生産ロット全数の再検品や出荷停止などが発生してしまう可能性があるため注意しましょう。”
特に2液性の接着剤やシーリング材を扱う場合、A液とB液を混合する際に気泡が発生しやすくなります。こうした用途では、2液型ディスペンサーによる精密な塗布制御が求められるため、脱泡処理は製造工程において欠かせないステップとなります。
脱泡には、以下のような専用装置が有効です。
- 攪拌脱泡機：遠心力で材料を攪拌しながら、同時に気泡を強制的に除去する装置。
- 真空脱泡機：真空状態にすることで気泡を膨張させ、液中から浮き上がらせて除去する装置。
対策2：気泡が発生しにくいディスペンサーの選定
前述のキャビテーションが疑われる場合は、ディスペンサーの構造を見直すことも有効です。メーカーによっては、バルブ内部の構造を工夫し、キャビテーションの発生を抑制した製品も開発されています。
対策3：液剤の充填方法の見直し
設備導入が難しい場合でも、日々の作業を見直すことで気泡の混入を減らすことができます。特にシリンジへの充填は、以下の点に注意してください。
- シリンジを傾け、内壁を伝わせるようにゆっくりと液剤を流し込む。
- 液剤の液面より上でノズルを止めず、液中にノズルを入れた状態で充填する。
- 充填後は、シリンジを立ててしばらく静置し、自然に気泡が抜けるのを待つ。
複合的な原因の切り分け方とトラブルシューティング
これまで3つの主要な原因を解説してきましたが、実際の現場ではこれらの原因が単独ではなく、複合的に絡み合っているケースも少なくありません。「温度管理を徹底したのに、まだばらつきが収まらない」という場合は、残量や気泡など、別の要因が隠れている可能性があります。
原因が特定できない場合は、以下の手順で一つずつ要因を切り分けていく「トラブルシューティング」が有効です。
【原因切り分けチェックリスト】
| ステップ | 確認項目 | やってみること | 判断基準 |
|---|---|---|---|
| 1 | 温度の影響 | 1日の決まった時間（朝、昼、夕方）に吐出量を測定し、記録する。 | 時間帯によって吐出量が周期的に変動していれば、温度の影響が大。 |
| 2 | 残量の影響 | シリンジ満タン時、中間時、交換直前の3点で吐出量を測定し、比較する。 | 残量が少なくなるにつれて吐出量が減少傾向にあれば、水頭差の影響が大。 |
| 3 | 気泡の影響 | 同じ液剤を使い、片方は脱泡処理を行い、もう片方は行わずに吐出結果を比較する。 | 脱泡処理した方で塗布の途切れや量の極端な減少が改善されれば、気泡の影響が大。 |
このチェックリストを使っても原因が特定できない場合は、「なぜなぜ分析」でさらに深掘りすることをお勧めします。「なぜ吐出量がばらつくのか？」→「圧力が安定しないから」→「なぜ圧力が安定しないのか？」→「工場の元圧が変動しているから」というように、5回「なぜ？」を繰り返すことで、表面的な現象の奥に隠れた根本原因にたどり着くことができます。
まとめ
今回は、工業用ディスペンサーの吐出がばらつく三大原因、「温度」「残量」「気泡」について、その見分け方と具体的な対策を解説しました。
- 温度：時間帯や季節で吐出量が周期的に変動する場合に疑う。温調機器の導入や環境温度の管理が有効。
- 残量（水頭差）：シリンジの残量が減るにつれて吐出量が減少する場合に疑う。容積移送式ディスペンサーへの変更や、交換ルールの徹底が対策となる。
- 気泡：塗布の途切れや量の極端な減少が見られる場合に疑う。使用前の脱泡処理や、充填方法の見直しが重要。
ディスペンサーの安定稼働に、魔法のような解決策はありません。しかし、今回ご紹介したように、現象を正しく観察し、原因を一つずつ切り分けていけば、必ず解決の糸口は見つかります。それは、装置をただ使うのではなく、その特性を理解し、「管理」するという意識を持つことから始まります。
この記事が、あなたの現場の品質向上と生産性改善の一助となれば幸いです。まずは明日から、お使いのディスペンサーの吐出量を記録することから始めてみてはいかがでしょうか。その小さな一歩が、安定生産への大きな前進となるはずです。