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Ultrasonics activates the plastic molecules – friction heat is generated

超音波を使用する プラスチックの 溶着

 

プラスチック材料の超音波溶着では溶着部において分子間結合が生成されます。力が作用した状態で、5µm~50 µmの振動振幅が周波数20kHz、30kHz、35kHzの縦振動としてプラスチック材料へ伝播します。超音波振動は特別に設計された製品またはツールにより集中されます。この製品内の特殊形状はエネルギーダイレクタと呼ばれます。溶着部における樹脂と樹脂の接触点は、弾性変形を発生させるエネルギーを加えられる事により溶解、成形されます。接触面と分子鎖間で発生する摩擦により、樹脂をを融解させる熱が生成します。

超音波溶着は特に以下の内容に適しています:

  • 射出成型部品の結合
  • 薄膜の組込み
  • レザー、不織布材質、および繊維製品の組込み
  • 異なる材質のカシメ
  • スウェージングによるフォームフィット・ジョイント
  • ブッシュおよびマグネットのインサート

プラスチックのカシメは製造業において頻繁に使用されてきました。カシメでは、材質の組合わせの制限がほとんどなく、かつ恒久的な結合が可能になります。また、短い加工サイクル、高い効率性、設計と技術的な加工計画における高い自由度が得られます。
クリッピング、スナッピング、または接着などの代替的なプラスチック結合方法は、多くの場合、材料の特性、運用上の安全性、そして効率性が問題となります。

超音波スウェージングはカシメと密接に関係した方法です。スウェージングは加工に回転軸や長手軸などを使用せず、プラスチックの尾根部(直線または円いずれか)を融解・変形させるという点においてカシメと異なっています。

  • Ultrasonic energy director ERG
    Energy director
  • Plastic melt
    Melt encapsulation

以下の変化が可能です:

 

ジョイントデザインによる成形部品の溶着/エネルギーダイレクタによるエネルギーの集約
全ての射出成型部品に適用されるこの加工は分子結合と呼ばれています。超音波エネルギーの集約は、いわゆるエネルギーダイレクタ(ERG)で実行されます。エネルギーダイレクタは、部品の先端または端に配置され、設計段階検討される必要があります。樹脂の融解はエネルギーダイレクタの接触点部分で発生します。

  • Mash joint before welding
  • Mash joint after welding

エネルギーダイレクタによるエネルギーの集約については、マッシュ・ジョイントの例を参照してください。

超音波を使用した再成型/ホーンによるエネルギーの集約
これはカシメ、スポット溶着またはスウェージングと呼ばれています。ホーンの溶着面と熱可塑性樹脂製品の直接の接触により溶解が発生します。この方法により、異なるタイプの材質、例えばプラスチックと金属またはガラスとプラスチックなどの結合もフォームフィットボンドにより可能となります。

  • Energy focusing through sonotrode
  • Energy focusing through sonotrode

ホーンによるエネルギーの集約については、カシメの例を参照してください。

ジョイントデザインの変化
異なる要求向け:

  • ダブルVジョイント

     

    このジョイントデザインは肉厚が1.5mm未満の製品に対して推奨されます。製品を自動的にセンタリングできる事と、正しい位置における溶着が、溶着後の高い強度に生み出します。精度の高い射出成型とジョイント部の適切な調整がとても重要です。

  • Double V joint
    Double V joint
  • マッシュ・ジョイント

     

    マッシュ・ジョイントは、肉厚の薄い半結晶性樹脂の製品に適していることが実証されています。結合距離が長いため、このジョイントデザインは一般に高い気密性と強度を生み出します。

  • Mash joint
    Mash joint
  • タング&グルーブ・ジョイント

     

    タング&グルーブ・ジョイントは一般的に最も高い溶着強度を得る事ができます。溶着部の成型バラつきを小さく抑える事で、、生成された熱がジョイント部全体に浸透する毛管効果を生むことができます。このジョイントデザインでは相対的に厚い壁が必要であり、他の要件が全て満たされていればいる事が重要です。

  • Tongue and groove joint
    Tongue and groove joint
  • ステップ・ジョイント

     

    このジョイントデザインは比較的に容易にに射出成型にて製作する事ができます。非結晶性樹脂を使用すると、このジョイントデザインでは優れた外観と高い強度、及び気密性を確保する事ができます。さらなる利点として、ステップジョイントには製品を自動的にセンタリングする機能がある他、増加するせん断力と張力の吸収をサポートする事が挙げられます。

  • Step joint
    Step joint
  • カシメ

     

    カシメに超音波を使用する事で、熱可塑性樹脂の部品を金属または他の溶着不可能な材質に迅速かつクリーンに結合できます。

    その他の消耗品は必要ありません。カシメ加工によって発生する熱は空冷されたホーンで消散されます。実際のカシメ加工後、システムは事前に選択されているホールドタイムの間停止し、静圧下で融解した樹脂を十分に凝固させます。これにより元に戻ろうとする力がブロックされ、正確で隙間のない結合が確保されます。

     

     

     

  • Staking
    Staking
  • スポット溶着

     

    溶着される成形品は、事前に準備された溶着リブやエネルギーダイレクタなしに積層されます。ホーンの点は上部プレートから下部プレートへ貫通し、両部品のプラスチックを柔軟にします。融解は部分的に発生し、、結果として局所的なスポット溶着が生成されます。

     

     

     

  • Spot welding
    Spot welding
  • スウェージング

     

    カシメ用のピンを有した成型品の製作意は必ずしも可能ではありません。スウェージングは上記種類の用途において有効な手段です。ホーンの接触面は、スウェージング加工の再キャストのために適切に加工されている必要があります。この加工のシークエンスとサイクルタイムはカシメのシークエンスとサイクルタイムに対応しています。超音波スウェージングにより大型部品の再成型が可能となり、部品の全外周に対して有効な事もあります。

     

     

  • Schematic diagram of staking using ultrasonics
    Schematic diagram of staking using ultrasonics