フィラーの沈降・分離が塗布品質に与える影響と、設備側でできる工夫

車載電装部品メーカーで18年、生産技術を担当してきた杉浦恭平です。
放熱グリスやポッティング材の塗布工程を、いくつも立ち上げてきました。

その中で何度も悩まされたのが、「同じ材料なのに、朝一番と夕方で塗布の状態が違う」という現象です。
原因をたどると、タンクや配管の中でフィラーが沈んでいたことが少なくありませんでした。

この記事では、フィラーが沈む仕組み、それが塗布品質にどう出るか、設備側で何ができるかを順に整理します。

フィラーはなぜ沈むのか

液体の中で粒子が沈む速さは、ストークスの式で表されます。
分析機器メーカーのHORIBAが遠心沈降法の解説ページで紹介している式を読むと、押さえるべき点は3つです。

放熱材料に使われるフィラーは、ベースの樹脂よりかなり重い材料です。
3Mの窒化ホウ素フィラーのパンフレット（PDF）には、主なフィラーの密度が次のように載っています。

高粘度の材料なら沈むのは遅くなりますが、止まるわけではありません。
扱いやすくするために材料を温めると、粘度が下がるぶん沈みやすくなる点にも注意が必要です。

なお、フィラーを多く含む材料では粒子同士が邪魔し合うので、式どおりの速さにはなりません。
あくまで傾向をつかむための目安として見てください。

フィラーが偏ると、吐出される材料の中身が時間とともに変わります。
現場で表に出てくる症状は、おおむね次のとおりです。

撹拌機付きの吐出装置に関する特許公報（JP5792652B2）にも、撹拌しないと材料が不均一なまま吐出されたり、吐出口が詰まったりすると書かれています。
装置をつくる側にとっても、昔からの課題だということです。

厄介なのは、タンクに撹拌機を付けても、配管の中でフィラーが沈むことがある点です。
タンクばかり見ていると、長い停止のあとの最初の数ショットだけ不良が出る理由に、なかなか気づけません。

設備側の工夫は、「沈ませない」と「沈んだものを使わない」の2つに分けると考えやすくなります。

考え方	具体的な工夫
沈ませない	撹拌機付きタンクを使う、材料を温めすぎない
沈んだものを使わない	配管を短くして滞留を減らす、長い停止のあとは捨て打ちする

撹拌機付きのタンクは、周辺機器として市販されています。
たとえばナカリキッドコントロールの電動撹拌機付き圧力タンク（EMタイプ）は、フィラー入り液の沈降防止を用途の一つに挙げています。

もう一つ見落とせないのが、吐出部のポンプです。
フィラーは硬い粒子なので、ポンプやシール部を少しずつ削ります。
摩耗が進むと計量がずれ、沈降と見分けにくい吐出量のばらつきになります。

この対策としては、高粘度・高フィラー入り材料に対応したナカリキッドコントロールのプランジャポンプ式ディスペンサのように、計量ポンプの耐摩耗性を高めた機種を選ぶ方法があります。
このP-FLOWシリーズHタイプは原料をカートリッジタンクで供給する方式で、撹拌機能は備えていません。
使用前に再分散した材料を使い、停止時間を短くする運用と組み合わせるのが現実的だと思います。