樹脂ディスペンシング システムは、特に変圧器、LCD、さまざまなサイズのその他のデバイス などの電気および電子分野で、技術部品を充填、密封、被覆、または浸漬する目的で鋳造樹脂を処理する技術設備です。
小型化の進展と新たな分野へのエレクトロニクス導入により、部品に対する品質要件は高まり、それに伴いディスペンシングの品質も向上させる必要があります。要求される品質を実現するためには、一方では樹脂システムの開発と最適化が不可欠です。他方では、最適なディスペンシングを実現するために、樹脂ディスペンシングシステムの精度向上が求められます。コスト削減圧力は継続的に高まっており、鋳造装置は品質向上に加え、より高速で信頼性の高いものへと進化していく必要があります。
適切な調剤のための要件
まず第一に、ディスペンシングによって電気・電子部品を確実に絶縁し、水分の浸入を完全に遮断する必要があります。多くの場合、部品から熱を適切に放出する必要がありますが、これはエポキシ、ポリウレタン、シリコーンなどの適切な樹脂を選択することで改善できます。
ディスペンシングシステムのプロセスステップ
ディスペンシング システムでは、次のプロセスを実行する必要があります。
- 樹脂混合物の調整
- 資材輸送
- 計量
- 混合
- 鋳造
優れた樹脂分配システムは、大量生産における長期シリーズでも、同じ高い基準の高品質鋳造を提供します。
コンディショニング
樹脂混合物のいくつかの特性（充填材の有無、1 つの成分か 2 つの成分（樹脂 + 硬化剤））は、製品の品質にとって重要です。
- 充填剤の均一な分散（沈殿なし）
- 空気と湿気の除去
- 低粘度を維持するために、一定の、多くの場合は高温にする
撹拌を続けることで、充填剤が固まることなく均一に分散されます。
材料タンクを真空にすることで空気と水分を除去します。
タンク、材料供給ライン、ポンプ、計量ヘッドを徹底的に制御した加熱により、高温に達し、維持されます。充填された複雑な樹脂混合物においては、コンディショニングが製品の品質にとって特に重要です。
資材輸送
どのような種類の供給ポンプを使用する必要があるかは、主に材料の粘度と充填剤の研磨性によって決まります。
低～中粘度材料の場合:
ギアポンプは研磨材には適していません
高粘度材料の場合、フォロープレートポンプは偏心スクリューポンプまたはスクーピングピストンポンプに接続されます。計量制御は質量、時間、体積に基づいて行われ、吐出される樹脂の量を決定します。
質量による計量
計量は非常に正確な量測定が可能ですが、サイクルタイムが長くなります。また、生産ライン内の計量器は故障に非常に敏感で、多数の部品が実装された基板上では使いにくい場合があります。これらの問題のため、この方法はほとんど使用されていません。
ボリュームを使った計測
一定容量を得ることは技術的には比較的簡単であり、したがって一定容量分配に依存する計量システムは特にシンプルで信頼性があります。
非常に効果的な方法は、ピストン式計量ヘッドの使用です。樹脂と硬化剤の比率は、樹脂用と硬化剤用の2つのピストンの幅の比によって正確に決定できます。両方のピストンを同時に押し込むことで、樹脂と硬化剤の比率が決まります。量は共通のストッパーによって決定され、両方のピストンのストロークが均等に制限されます。
最先端技術（2009 年）では、計量容量は 0.01 mL から約 250 mL までですが、さらに多い場合もあります。
時間を使った計測
この方法では、適切なポンプが材料を正確に一定流量で供給する必要があります。材料の流れは制御バルブによって開始され、一定時間後に停止します。
この方法は、流量のわずかな変化によって樹脂や硬化剤の吐出量にばらつきが生じるため、特に計量ミスが発生しやすい傾向があります。流量を完全に一定に保つには、比較的複雑な電子回路が必要になりますが、樹脂と硬化剤の比率を調整する際の柔軟性が大幅に向上します。
混合
二成分樹脂では、樹脂と硬化剤の反応を材料全体に均一にするために、徹底した混合が不可欠です。混合には3つの方法があります。[1] [2]
- 静的混合管
- ダイナミックブレンダー
- 動的静的混合管
静的混合管
これらの成分はプラスチック製の混合チューブ内で合流します。チューブには固定された壁があり、材料を複数回に分けて合流させることで樹脂と硬化剤を混合します。混合チューブは使用後に洗浄されず、廃棄されます。
- 利点:可動部品なし、後工程洗浄不要、洗浄液残留なし
- 欠点：混合チューブはゴミとして、混合の強度はほとんど変えられない
ダイナミックミキシング
これらの成分は通常ステンレス鋼製の混合室で混合され、回転するブレンダーによって均一に混合されます。混合を最適化するために、回転速度は電子制御されています。混合室とブレンダーは、再使用する前に専用の洗浄液で洗浄する必要があります。通常、これは自動的に行われます。
- 利点:混合の強度を正確に制御できます。
- 欠点:可動部品のため故障が多くなり、洗浄が必要になり、洗浄液が残留する可能性があり、使用済みの洗浄液は廃棄物または有害廃棄物になる可能性があり、混合チャンバー内の硬化した樹脂による固着の場合、チャンバーの交換または洗浄に費用がかかります。
静的・動的混合
プラスチック製の混合チューブには、外部モーターで駆動される螺旋状の部品が組み込まれています。この方法はあまり使用されません。
調剤
最良の鋳造を行うには、部品とディスペンシングユニットを相対的に移動させる必要があります。原則として、以下の2つの方法があります。
- ディスペンシングユニットの動き
- 部品の動き
多くの用途において、ディスペンシングは真空中でのみ成功します。特に、変圧コイルの浸漬など、大きなアンダーカットを持つ部品の場合に当てはまります。このような場合、気泡のないディスペンシングは真空中でのみ実現できます。この目的のため、ディスペンシングシステムには真空チャンバーが装備されています。サイクルタイムを短縮するために、入口と出口にエアロックを設置することができます。真空ディスペンシングでは、部品が移動し、ディスペンサーが所定の位置に留まるシステムのみが合理的に構築可能です。
量産生産には、複数の計量ヘッドを備えたディスペンシングシステムを使用できます。現在（2006年）、最大30のディスペンシング動作を同時に実行できるシステムが稼働しています。
調剤のばらつき
最もシンプルなディスペンシング方法は、一定量の樹脂を静止した部品の一点に注入することです。このようなシンプルなシステムは、計量システムと呼ばれることもあります。遠心鋳造テーブルも利用可能です。金型はこの回転テーブル上に固定され、樹脂混合物が金型内に注入される際に、遠心力によって気泡のない、しっかりとした充填が保証されます。また、部品は応力硬化により強度が向上します。場合によっては、圧力射出ディスペンシングと同等の強度が得られます。
適切な制御を用いることで、多様な鋳造バリエーションが可能になります。例えば、ダムは様々な形状に鋳造できます。高粘度でチキソトロピー性のある材料で鋳造し、ダムに低粘度の樹脂を充填することも可能です（ダム＆フィル）。鋳造中に樹脂の堆積速度を変化させたり、複数回に分けて鋳造することも可能です。同時に、部品は複雑な動きをすることも可能です。こうした追加オプションを用いることで、困難な鋳造課題の解決が可能になります。
生産ラインへのディスペンシングの導入
鋳造システムは、生産ライン内の様々な製造工程と組み合わせることができます。そのため、鋳造は部品製造全体において不可欠な要素となります。あらゆる製造工程における繊細な供給要件を最適に満たすため、大手メーカーは自動化にも積極的に取り組んでいます。この分野における最新の開発は、プレファブリケーションされた、最適に調整されたモジュールとロボット工学から構成される生産ラインの設計です。[3]これにより、個々のソリューションの開発が加速され、コストが削減されます。
ディスペンシングの応用例
鋳造による密封部品が増えています。これは、生産を加速し、部品の寿命と機能性を向上させるためです。一方で、密封された部品は修理できません。
電子部品の密封
基板に差し込まれた電子ユニットは、通常、環境の影響や機械的損傷から保護するために樹脂で密封されています。この場合、調剤は通常、フォームに記入するだけの比較的簡単なプロセスを指します。
LEDの製造
発光ダイオードは完全自動化されたラインで生産されています。その一部には透明プラスチックの塗布工程が含まれます。ここでは、小さな発光ダイオードの価格を下げるために、短い動作サイクルが非常に重要です。これは、複数の計量ヘッドを使用する例です。
電気巻線の浸漬
電気モーターや変圧器には、細銅線の多層巻線が不可欠です。今日では、環境の影響から保護し、互いの絶縁性を高めるために、これらの巻線は通常、樹脂に浸漬されます。巻線間の空間が微細構造であり、アンダーカットが多いため、このような巻線の浸漬は、使用されるディスペンシングデバイスに非常に高い要求を課します。
参照
参考文献
- ^ 「スタティックミキサーの選び方」ResinLab . 2024年1月20日閲覧。
- ^ 「スタティックミキサー」. EXACT Dispensing Systems . 2024年1月20日閲覧。
- ^ 「スタティックミキサー」. EXACT Dispensing Systems . 2024年1月20日閲覧。
