超音波溶接 は、圧力下で一緒に保持されるワークピースに高周波超音波音響振動を局所的に適用して固体 溶接 を作成する産業技術であり、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。結合ボルト、釘、はんだ付け材料、または材料を一緒に結合するのに必要な接着剤はありません。金属に適用する場合、この方法の顕著な特徴は、温度が関連する材料の融点をはるかに下回って不必要なことを防ぐことです材料の高温暴露から生じる可能性のある特性。
硬質プラスチックの超音波溶接の実用化は1960年代に完了しました。 この時点では、硬質プラスチックのみを溶接できました。 硬質熱可塑性部品を溶接するための超音波法の特許は、1965年にRobert SoloffとSeymour Linsleyに授与されました。Sonics ＆Materials Inc.の創設者であるSoloffは、Branson Instrumentsのラボマネージャーで、薄いプラスチックフィルムをバッグとチューブに溶接しました。超音波プローブを使用します。 彼は意図せずにプローブをプラスチックテープディスペンサーの近くに移動し、ディスペンサーの半分を溶接しました。 彼は、プローブを部品の周りで手動で動かす必要はないが、超音波エネルギーは硬質プラスチックを通り抜けて回り、ジョイント全体を溶接できることを理解しました。 彼は最初の超音波プレスを開発しました。 この新しい技術の最初のアプリケーションは、玩具業界でした。
完全にプラスチックで作られた最初の車は、1969年に超音波溶接を使用して組み立てられました。 プラスチック車は 普及 しませんでしたが、超音波溶接は 成功しまし た。 自動車業界は1980年代から定期的に使用しています。 現在では、多数のアプリケーションに使用されています。
複雑な射出成形 熱可塑性プラスチック 部品を接合するために、溶接される部品の正確な仕様に合わせて超音波溶接装置を簡単にカスタマイズできます。 パーツは、固定形状のネスト（ アンビル ）と トランスデューサーに接続された ソノトロード （ホーン）の 間に挟まれて おり、約20 kHzの 低振幅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ために特別に設計されています。 通常、材料の1つには、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いエネルギーディレクタがあります。 超音波エネルギーは部品間の点接触を溶かし、ジョイントを作成します。 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。 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、玩具など）で使用されますが、小さな自動車計器クラスターと同じ大きさの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、ニッケルなどの薄い可鍛性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運動により溶接が発生します。 加熱はありますが、基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 などの硬質および軟質プラスチック と金属の 両方に使用できます 。 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、基本的なプロセスの知識が増えてきました。 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、さらに多くの研究が必要です。 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。
カイザースラウテルン大学の材料科学工学研究所（WKK）の科学者は、ドイツ研究財団（ Deutsche Forschungsgemeinschaft ） の支援を受けて、 超音波溶接プロセスを使用すると軽金属と 炭素 間の非常に耐久性のある結合につながることを証明することに成功しました -繊維強化ポリマー （CFRP）シート。
超音波溶接の利点は、従来の接着剤や溶剤よりもはるかに高速であることです。 乾燥時間は非常に短いため、接合部が乾燥または硬化するのを待つ間、ピースを固定具に長時間置く必要はありません。 溶接は簡単に自動化でき、きれいで正確な接合部を作ります。 溶接箇所は非常にきれいであり、めったに修正作業は必要ありません。 関係する材料への熱影響が低いため、より多くの材料を溶接できます。
