超音波金属接合機とは？特徴・選び方・導入メリットも

超音波金属接合機とは？

超音波金属接合機は、超音波振動を利用して金属同士を接合する装置です。従来の溶接や接着剤による接合とは異なり、熱による変形や化学物質の使用を最小限に抑えることができます。

超音波金属接合機は、プレス装置、振動部ユニット、工具ホーン（超音波ホーン）、発振器により構成されています。プレス装置を使用せず、発振器、振動部ユニット、工具ホーンの3つを組合せた機器もあります。


接合プロセスは、まず接合対象の金属を加圧し、その状態で超音波振動を加えます。この振動で金属表面の酸化被膜が破壊、除去されて、摩擦熱と加圧により塑性変形を起こすことで原子レベルでの結合が促進されます。

超音波金属接合機は、高速かつ高品質な金属接合が可能となるため、さまざまな産業分野で活用されています。

超音波金属接合機の特徴

超音波金属接合機が持つ主な3つの特徴について解説します。

高速かつ高品質な接合が可能

超音波金属接合機は、従来の溶接方法と比較して圧倒的に高速な接合を実現します。超音波振動による摩擦を利用することで、数秒という短時間で金属同士を強固に接合できます。

さらに、異種金属間の接合においても高い接合強度を実現し、従来困難だった組み合わせにも対応可能です。

接合条件のデータ化が可能で、安定した接合品質を確保できるため、製品の信頼性向上にも貢献します。

このように、超音波金属接合機は高速性と高品質を両立させ、製造プロセスの効率化と製品品質の向上を同時に実現する革新的な技術と言えます。

環境にやさしい接合方法

超音波金属接合機は、従来の溶接や接着剤による接合と比較して、化学物質や有害ガスの排出が極めて少ないのが特徴です。

超音波振動を利用して金属を接合するため、接着剤や溶接材料が不要となり、廃棄物の発生も抑えられます。また、エネルギー消費量が少なく、接合プロセス全体での二酸化炭素排出量も削減できます。

接合部分の後処理が最小限で済むため、洗浄剤などの使用も抑えられ、水質汚染のリスクも低減されます。

超音波金属接合機は、環境保護と持続可能な製造プロセスの実現に貢献する技術として評価されています。

多様な金属材料に対応

超音波金属接合機は、アルミニウム、銅、真鍮、ニッケルなど、多様な金属材料の接合に対応可能です。

特に異種金属の接合において優れた性能を発揮し、従来の溶接法では困難だった組み合わせも実現します。

材料の厚さや形状に関しても、箔から薄板まで幅広く適用でき、平面だけでなくケーブル線やワイヤー線、端子などの接合にも対応します。

材料の特性を損なわず、高品質な接合を実現する超音波金属接合機は、産業界で重要な役割を果たしています。

超音波金属接合機導入のメリット

超音波金属接合機を導入を導入することで、どのようなメリットが得られるのでしょうか？​​

生産効率の向上

超音波金属接合機は、超音波振動を利用するため数秒で接合が完了し、作業工程も簡略化されます。

また、溶剤を使用しないため、材料への影響が少なく、多品種少量生産にも柔軟に対応できます。設定変更が容易で、異なる材料や形状にも迅速に適応可能な点も挙げられます。

そのため、生産ラインの効率が向上し製品の納期短縮に貢献します。

コスト削減効果

超音波金属接合機の導入は、長期的な視点で見た場合の製造コスト全体の削減に大きく寄与します。

従来の溶接方法と比較すると、接合時に使用する消耗品が少ないため、その費用を大幅に削減できます。また、エネルギー効率が高く、電力消費量が少ないため、電力コストの削減にもつながります。

超音波金属接合機の選び方ポイント

超音波金属接合機を選ぶ際には、導入に際しては、必要な出力と周波数、自動化レベルなどを慎重に検討する必要があります。

適切な機器を選ぶことで、生産効率の向上やコスト削減などのメリットを最大限に引き出すことができるでしょう。

必要な出力と周波数

超音波金属接合には、一般的に400W〜5kWの出力範囲が必要とされます。周波数は通常20kHz〜40kHzの帯域が効果的で、材料の特性に応じて選択されます。

出力と周波数の適切な組み合わせは、接合強度や品質に直接影響を与えます。例えば、薄い金属シートには低出力・高周波数が適していますが、厚い材料には高出力・低周波数が効果的です。

また、アルミニウムや銅など、材料の種類によっても最適な出力と周波数が異なるため、接合対象に応じた細かな調整が必要となります。

自動化機能と生産性

完全自動化可能な工程には材料供給や接合位置の調整が含まれ、オペレーターの介入は主に機器の監視や異常時の対応に限定されます。

自動化により、接合品質の一貫性が保たれ、人為的ミスが軽減されるため、不良品率の低下と生産スピードの向上が実現します。結果として、高効率かつ高品質な生産体制の構築が可能となります。

超音波金属接合機の導入をご検討中の方へ

精電舎電子工業株式会社は、超音波金属接合機の開発・設計・製造・販売や、工具ホーン・受治具の製作を行っています。
周波数追尾回路や定振幅回路を搭載した超音波金属接合機により、安定した接合品質を提供しています。

超音波金属接合機についてのまとめ

超音波金属接合機は、高速で高品質な接合を実現する画期的な技術です。環境にやさしく、多様な金属材料に対応できる点が特徴的です。

導入に際しては、接合する材料や形状、必要な出力と周波数、自動化レベルなどを考慮することが重要です。生産効率の向上やコスト削減といったメリットがある一方で、適切な選定と運用が求められます。

超音波金属接合機は、製造業において生産性と品質を両立させるものとして、今後さらなる普及が期待されています。