樹脂溶着を機構設計で使おうと検討している人の為に、基礎的な知識をまとめました。
自分用の網羅的なメモ&資料集も兼ねています。
樹脂溶着とは?
樹脂溶着は、樹脂(プラスチック)を接合する技術の一種です。
プラスチック溶着とも言います。
熱可塑性の樹脂部品を融点を超えるまで加熱し、圧力を加え分子レベルで結合させます。
超音波溶着、振動溶着、高周波溶着、熱板溶着、レーザー溶着など、様々な種類・方法があり、用途や特徴により使い分けられます。
英語では(Plastic Welding)と呼ばれます。
超音波溶着とは?
超音波溶着は、超音波振動と加圧で樹脂部材同士を瞬時に溶融して、接合する技術です。
比較的小型なものが対象。
英語では「Ultrasonic Welding」といいます。
超音波溶着の用途・アプリケーション
さまざまな業界、製品に幅広く使われています。
参考アプリケーション | 超音波溶着機・振動溶着機 - デュケインジャパン
超音波溶着の動画
タンブラーを超音波溶着しています。
ジョイントデザイン
フラット面同士で超音波溶着しようとすると、溶け出し位置が不均一になってしまいます。
これを避ける為に、ジョイント設計を行う必要があります。
詳細は、ジョイントデザイン|日本アレックス株式会社を確認。
超音波溶着について参考になるサイト
参考超音波スウェージング、インサート、ディゲーティング、スポット溶着、超音波カッターについて
振動溶着とは?
加圧と振動により、部品の境界面に摩擦熱を発生させ、一瞬に溶融・溶着させる技術。
原理・構成的に超音波溶着が比較的小物の部品を扱うのに対し、この振動溶着はより大物を扱うことができます。
英語では「vibration welding」といいます。
振動溶着の動画
振動溶着について参考になるサイト
高周波溶着とは?
電波の一種である高周波で溶着する技術。
高周波の強い電界により、分子レベルでの衝突・振動・摩擦が物質の内部で発生。
その自己発熱により、溶着します。
対象形状は、シート状、フィルム状のもの。
塩化ビニル(PVC)シートの溶着はこの高周波溶着が使われているようです。
英語では「High frequency welding」もしくは「Radio frequency welding」と言います。
高周波溶着の動画
溶着作業は、2:10からです。シート状のものを溶着しています。
高周波溶着について参考になるサイト
熱板溶着とは?
樹脂溶着の中でも古い加工法。
加熱した熱板で樹脂を溶融し、樹脂が冷えて固まるまでに加圧して接合します。
英語では「hot plate welding」や「heat plate welding」と言います。
熱板溶着の特徴
- 高い溶着強度
- 糸バリがでない
- 消耗材の必要なし
- 大きな部品の溶着可
- プロ－成形品も溶着可
熱板溶着の動画
熱板溶着について参考になるサイト
レーザー溶着とは?
レーザー光を照射することで部品の境界面に熱を発生させ、樹脂を溶融し溶着する技術。
原則、レーザー照射側はレーザー光を透過材、逆側は吸収材になります。
レーザー照射側の樹脂は、レーザー光を透過しないといけないので、透過率がポイントになります。
英語では「Laser welding」や「Laser beam welding」と言います。
レーザー溶着のポイント
- 透過材側は、約30%以上のレーザー透過率が必要
- 厚みもレーザー透過率に関係する(薄い方が透過率高)
- 透過材側、吸収材側があるので、一般的には、白(透明)と黒溶着
- 黒と黒の溶着をしたい場合は、片側をレーザー溶着対応の透過材にする必要あり
レーザー溶着の動画
↑イメージ動画。透過材側、吸収材側がよくわかる。
レーザー溶着について参考になるサイト
スピン溶着とは?
溶着する部材を回転させながら加圧することで境界面に摩擦熱を発生させ、溶融溶着する技術。
上部品を高速回転させながら下部品に押し付ける為、部材は円筒、円形が適しています。
英語では「Spin welding」と言います。
スピン溶着の動画
上側の黒い部品が回転しています。
はみでている部分があるので回転がわかりやすいですね。
上側の白い円筒形部品が回転しています。
スピン溶着について参考になるサイト
熱カシメとは?
はんだごてのようなコテやヒーターで樹脂を溶融し、結合する方法。ピンやボスを溶かして結合します。
英語では「thermal caulking」と言います。
厳密にいうと、溶着とは少し違うのかもしれませんが、ネジ不要の締結手段としてとりあげてみます。
ボタン操作部を筐体部品にとりつけるのに自分も使ったことがあります。
簡易的に、普通のはんだごてを使ってやれば、自宅で作った3Dプリント品にも使えます。
自分もたまにやっています。
熱カシメについて参考になるサイト
樹脂溶着全般について参考になる資料
プラスチック接合法より引用。
各溶着方法の特徴が一覧でき、わかりやすかったので引用させていただきました。
また、資料自体も溶着手法全般についてとてもわかりやすくまとまっていて勉強になります。
市販製品を分解し、樹脂溶着部を写真撮影
市販製品を分解し、溶着箇所と思われる部分を写真に撮ってみたので紹介したいと思います。
SonyのFMラジオ「ICF-C1」
丸くピンを潰したようになっているところで溶着してそうです。
Amazon Echo Dot(黒)
分解して天板を背面から見た写真です。
こちらもボタン部は溶着が使われているようにみえます。
↑こちらのリンクは第3世代です。分解したのは第2世代です。
ELECOMの防水スピーカー LBT-SPWP200PN
ボタン一箇所ぶっ壊してしまいました。
↑これは白バージョンです。自分が買ったのはピンク(型番の末尾がPN）です。
樹脂溶着まとめ
超音波溶着、熱板溶着、振動溶着、高周波溶着、レーザー溶着、熱かしめをざっと取り上げてみました。
実際の設計では用途・目的・コストに見合う手段を適切に選びたいですね。
