超音波溶接とは

超音波溶接は、高周波の超音波音響振動が、圧力下で一緒に保持されているワークピースに局所的に適用されて、ソリッドステート溶接を作成する工業プロセスです。プラスチックや金属、特に異種材料の接合に一般的に使用されます。超音波溶接では、材料を結合するために必要な接続ボルト、釘、はんだ付け材料、または接着剤はありません。金属に適用した場合、この方法の注目すべき特徴は、温度が関与する材料の融点よりも十分に低く保たれるため、材料の高温暴露から生じる可能性のある望ましくない特性が防止されることです。

複雑な射出成形熱可塑性部品を接合するために、超音波溶接装置は、溶接される部品の正確な仕様に合うように簡単にカスタマイズできます。部品は、トランスデューサーに接続された固定形状のネスト（アンビル）とソノトロード（ホーン）の間に挟まれ、約20kHzの低振幅の音響振動が放出されます。（注：熱可塑性プラスチックの超音波溶接で使用される一般的な周波数は、15 kHz、20 kHz、30 kHz、35 kHz、40 kHz、および70 kHzです）。プラスチックを溶接する場合、2つの部品のインターフェースは、溶融プロセスを集中させるように特別に設計されています。材料の1つには通常、2番目のプラスチック部品に接触するスパイクまたは丸みを帯びたエネルギーダイレクタがあります。超音波エネルギーが部品間の点接触を溶かし、接合部を形成します。このプロセスは、接着剤、ネジ、またはスナップフィット設計の優れた自動化された代替手段です。これは通常、小さな部品（携帯電話、家庭用電化製品、使い捨て医療ツール、おもちゃなど）で使用されますが、小さな自動車の計器クラスターと同じくらい大きな部品で使用できます。超音波は金属の溶接にも使用できますが、通常、アルミニウム、銅、ニッケルなどの薄くて可鍛性のある金属の小さな溶接に限定されます。超音波は、必要な電力レベルのため、自動車のシャーシの溶接や自転車の部品の溶接には使用されません。

熱可塑性プラスチックの超音波溶接は、溶接される接合部に沿った振動エネルギーの吸収により、プラスチックの局所的な溶融を引き起こします。金属では、表面酸化物の高圧分散と材料の局所的な動きによって溶接が発生します。加熱はありますが、母材を溶かすだけでは不十分です。

超音波溶接は、半結晶性プラスチックなどの硬質プラスチックと軟質プラスチックの両方、および金属に使用できます。超音波溶接の理解は、研究とテストによって向上しました。より洗練された安価な機器の発明とプラスチックおよび電子部品の需要の増加により、基本的なプロセスに関する知識が増えています。ただし、超音波溶接の多くの側面では、溶接品質をプロセスパラメータに関連付けるなど、さらに調査が必要です。超音波溶接は、急速に発展している分野であり続けています。