超音波溶着｜メリットや溶着機・装置について解説

超音波溶着とは？

超音波溶着とは、超音波によって発生する強力で微細な振動を樹脂に伝達させ、発熱させることにより、樹脂同士を溶着する加工方法です。
超音波溶着の技術は幅広い業界で活躍しており、自動車の部品や各種容器、医療機器、生活用品、玩具、家電など様々な製品の製造に用いられています。
※原理は異なりますが、超音波技術の応用として金属の接合も可能です。超音波金属接合の詳細はこちらをご覧ください。

樹脂の超音波溶着のプロセス

1. 超音波がプラスチック内を伝搬し、プラスチック同士の溶着面まで振動が届きます。
2. 溶着界面が衝突することで発熱し、プラスチックが溶融し、溶着されます。

超音波溶着が可能な樹脂

超音波溶着は、ほぼ全ての熱可塑性樹脂（熱で溶けるプラスチック）に適用できます。組み合わせによりますが、種類が異なる樹脂でも溶着可能です。

作業性・コスト面におけるメリット

短時間で加工可能

溶着時間は通常１秒以下と短時間での加工が可能です。複数箇所を同時に溶着したり、連続で溶着することも可能なため、他工法と比べて溶着時間を大幅に短縮可能です。

ランニングコストが少ない

ねじや接着剤などの消耗品が不要で、ランニングコストが少なく済みます。溶着時の電力も非常に少ないため、省エネルギーでの運用が可能です。

設備が安価で導入しやすい

超音波溶着機は価格も安価な傾向にあり、導入コストを抑えられます。自動化生産ラインへの組み込みに対しても柔軟に対応でき、直交ロボットや多軸ロボットなどでの加工も可能です。

超音波溶着は環境にやさしい溶着法

超音波溶着は、省エネルギーでクリーンな溶着法です。CO2削減や環境負荷低滅に貢献します。

超音波溶着の用途

医療・衛生用品

超音波溶着は、留め具や接着剤を用いないため、異物混入のリスクが低く衛生的です。しっかりと溶着されるため、人が身につける製品にも超音波溶着の技術が採用されています。

包装・容器

超音波溶着は異物混入のリスクが少なく、生産性も高いため、食品を含む様々な製品の包装・容器の分野で活躍しています。

自動車

自動車部品には、寸法、強度、気密性などにおいて、高いレベルの品質が求められます。加えて、大量生産にも対応する必要があります。超音波溶着を適切に導入することで、それらの品質のニーズをクリアし、効率的な生産を実現することが可能です。

家電・日用品

環境にやさしく、作業性・コスト面でも優れる超音波溶着は、生活に身近な家電・日用品に幅広く適用されています。

超音波溶着を適切に行うためのポイント

超音波溶着を適切に行うには、様々な注意点があります。ここでは、溶着品質と効率を上げるためのポイントを3つご紹介します。

周波数の選択

ワーク（溶着する対象の樹脂）の厚みなどに合わせて、適切な周波数を選択することが重要です。

周波数は振動の伝達距離に関わります。ワークの厚みに合わない周波数を選択すると、振動が溶着面まで届かない、あるいは振動が溶着面より遠くに届いてしまうため、溶着品質と効率が下がってしまいます。

周波数の目安

超音波溶着では、15～40kHzの周波数が採用されていることが多いです。

溶着面の形状

超音波溶着において、ワークの溶着面の形状も重要です。
超音波溶着機が発する振動エネルギーを集中させるために、ワークの溶着面に突起や凹凸をつけます。この突起 / 凹凸のことを「溶着リブ」または「エネルギーダイレクタ―（ED）」といいます。
適切に溶着リブを設けていないと、ワークに振動を与えても振動エネルギーが分散し、下記のような症状に繋がります。

適切な溶着リブを設けていない場合に起こる症状

• 溶着面の温度がなかなか上昇せず、溶着時間が長くなる
• 溶着強度を損なう
• 母材の劣化や破壊が発生する
• 意匠面の溶融、キズの発生などにより、製品のデザイン性を損なう

このような症状を無くすためにも、溶着リブの設計は非常に重要です。

工具ホーンの設計

工具ホーンは、超音波溶着機の部品のひとつで、ワークに直接触れる部品です。工具ホーンの役割は、超音波溶着機が発した振動に共振し、振動を増幅させてワークに伝達させることです。

工具ホーンの設計におけるポイント

超音波溶着のパイオニア 精電舎電子工業

精電舎電子工業では、超音波溶着に関するソリューションを提供。超音波溶着機（超音波ウェルダー）の開発・設計・製造・販売や、工具ホーン・受治具の製作を承ります。
専門技術員による溶着、カット加工のご相談やテストも随時承っております。製品の開発段階から承りますので、お気軽にご相談ください。

70年以上の経験に裏打ちされた溶着コンサルティング

製品の開発段階からサポートいたします。溶着方法のご提案やテストを実施し、溶着形状のご提案やアドバイスを実施。また、生産工程を考慮した最適な溶着工法を選定し、品質向上・生産効率向上へのご提案もいたします。
他社製品ではうまくいかなかったという方も、ぜひ一度ご相談ください。

自社一貫体制により、柔軟な対応が可能

装置の開発から設計・製造・購買・販売・アフターサービスまでを自社一貫体制で行っています。

精電舎電子工業について

「溶着溶断装置と応用加工技術」を総合的に提供

「溶着溶断装置と応用加工技術」を総合的に提供できるユニークなメーカーとして、また良きコンサルタントとして、今日に至っております。
装置に用いる技術として超音波の「音波」、高周波の「電波」、レーザの「光波」、この3つの波動エネルギーをコアテクノロジーとしており、それらの応用技術を駆使した装置を提供しております。
その基本は、精電舎電子工業独自の研究開発システムと、創業当初から継続している全国の国公私立大学との緊密な産学協同開発体制から生まれた多くの特許や蓄積されたノウハウにあります。
この長年培った膨大なノウハウをもとに、当社が保有する様々な工法の中からお客様に最適な工法をご提案いたします。工法提案の他にも溶着形状の提案や作業効率の改善、品質の向上、生産ラインの自動化などにつきましても是非お気軽にご相談くださいます様お願いいたします。

金属も”超音波”で接合可能

精電舎電子工業は、長年にわたり培ってきた超音波技術を、金属の接合にも応用しています。超音波金属接合とは、重ねた金属を超音波振動によって接合する技術です。
▶▶超音波金属接合について詳しく見る

企業情報

「溶着溶断装置と応用加工技術」を総合的に提供
「溶着溶断装置と応用加工技術」を総合的に提供できるユニークなメーカーとして、また良きコンサルタントとして、今日に至っております。

装置に用いる技術として超音波の「音波」、高周波の「電波」、レーザの「光波」、この3つの波動エネルギーをコアテクノロジーとしており、それらの応用技術を駆使した装置を提供しております。

その基本は、精電舎電子工業独自の研究開発システムと、創業当初から継続している全国の国公私立大学との緊密な産学協同開発体制から生まれた多くの特許や蓄積されたノウハウにあります。

この長年培った膨大なノウハウをもとに、当社が保有する様々な工法の中からお客様に最適な工法をご提案いたします。工法提案の他にも溶着形状の提案や作業効率の改善、品質の向上、生産ラインの自動化などにつきましても是非お気軽にご相談くださいます様お願いいたします。