ディスペンシング業界で20年以上勤務し、初期の空気圧式バルブから今日の高精度設計に至るまでの進化を目の当たりにしてきました。それぞれのバルブには、独自の利点、限界、そして適用シナリオがあります。実務経験に基づき、スクリューバルブ、ニードルバルブ、ジェットバルブに関する知見と、それらを生産現場に適用する際の重要な考慮事項についてお話ししたいと思います。

スクリューバルブの中核は、モーターで駆動される精密スクリューです。このスクリューは、小型スクリューポンプのように接着剤を吐出します。1回転ごとに一定量の接着剤が吐出されるため、モーターの回転速度に応じて吐出量を直線的に制御できます。時間圧力式バルブとは異なり、スクリューバルブは空気源の変動の影響を受けず、非常に高い安定性を備えています。
スクリューバルブの限界の一つは、自然なサックバックがほとんどないことです。実際には、サックバックをシミュレートしてテーリングを減らすために、プログラムで小さな逆角を設定することがよくあります。
スクリューバルブは、モーター、スクリュー、バルブ本体、ノズルで構成されています。高精度アプリケーションでは、長期安定性を確保するために、スクリューとバレルのクリアランスを10ミクロン以内に抑える必要があります。特に、銀ペースト、はんだペースト、エポキシ樹脂、導電性接着剤などの高粘度接着剤に適しています。LED封止や半導体パッケージングにおいては、スクリューバルブは吐出量のばらつきを±5%以内に抑え、安定した生産品質を確保します。

ニードルバルブはニードルの上下運動を利用しています。シートに押し付けるとシールされ、シートから離すと圧力または重力によって接着剤が流れ出します。ニードルバルブは応答速度が速く、サックバック性能に優れているため、低粘度流体の液だれや糸引きを防ぐのに最適です。
あるノートパソコン用スピーカー組立プロジェクトでは、タイムプレッシャーバルブを使用していたため、ノズルからの接着剤の糸引きにより歩留まりが低下していました。ニードルバルブに切り替えたことで、この問題は解決しました。サックバックにより、ノズルの汚れがきれいに保たれたのです。しかし、ニードルバルブは高粘度の接着剤には適しておらず、スクリューバルブに比べて音量制御の安定性が低く、ニードルシートの摩耗がシーリングに影響を与えるため、頻繁なメンテナンスが必要になります。

ジェットバルブは、高周波ニードルまたはダイヤフラムの動きによって微小な液滴を噴射することで接着剤を塗布します。ミリ秒単位の応答速度を備え、高速での微量塗布に最適です。
ミニLED封止、カメラモジュール、マイクロエレクトロニクスといった用途において、ジェットバルブは極めて微細で精密な塗布を非接触で実現します。しかし、ジェットバルブは厳格な接着特性が求められます。粒子や高粘度物質は目詰まりの原因となるため、ろ過と脱ガス処理が不可欠です。また、ジェットバルブには機械的なサックバック機構がないため、テール制御は高速ニードル駆動とソフトウェア設定に依存します。コストが高くメンテナンスも煩雑ですが、高速・高精度なマイクロディスペンシングにおいては不可欠な存在です。

私のプロジェクトでは、スクリューバルブは高粘度接着剤の安定した塗布を可能にし、歩留まりを10～15%向上させました。ニードルバルブは低粘度接着剤の正確な塗布に優れていました。ジェットバルブは高価ではありましたが、微小かつ高速なアプリケーションには不可欠であることが証明されました。

ディスペンシングバルブの選定は、仕様の比較だけでなく、接着剤の特性、プロセス要件、そして生産目標との整合性も重要です。20年にわたる現場経験から、機器の性能は重要ですが、プロセスの最適化、チューニング、そして定期的なメンテナンスも同様に重要であることを学びました。スクリューバルブ、ニードルバルブ、ジェットバルブにはそれぞれ長所があり、それぞれの原理と最適なシナリオを理解することが、ディスペンシング生産における価値最大化の鍵となります。