溶着とは？種類や特徴、溶接との違いを解説

溶着は、熱可塑性のプラスチックや非鉄金属を接合するのに使われている加工方法です。身近なものだと、たまごパックのシール部分や、ライター部品の接着、使い捨てコンタクトの封入などで溶着が採用されています。

溶着と同じく、材料同士を接合させる技術として「溶接」がありますが、これらは似た仕組みでも違いがあることをご存知でしょうか？そこで今回は、溶着の種類や特徴、溶接との違いについて解説します。

溶着とは

引用元：製造ポータル 5分でわかる溶着の基本！原理や溶接との違い、種類、機械活用のコツ

溶着とは、樹脂や非鉄金属を接合する技術のことを指します。上図のように互いの材料間に熱を持たせて溶融し、圧力を加えて溶け合った部分を合わせ、冷却することで接合します。

非鉄金属とは、鉄以外の金属の総称で、銅・亜鉛・鉛・錫・アルミニウム・マグネシウム・チタンのような金属を表します。溶着で主に接合される樹脂は、熱可塑性のプラスチックが該当します。

溶着はプラスチックの場合、熱可塑性樹脂である塩ビ・アクリル・ポリカーボネートなどのフィルムやシートを接合するのに採用されています。

参考：樹脂加工とは？素材の種類と加工方法

溶着の特徴

溶着の際は、加熱・加圧・冷却のバランスを考慮する必要があります。仮にこれらのバランスが崩れると、設計通りの製品とは違う仕上がりになってしまいます。

溶着の加熱方法は、ヒーターのような外部の熱源を用いる「外部加熱」と、材料そのものを加熱する「内部加熱」の2種類があります。外部加熱は、熱伝導により材料を溶融させるため、時間がかかります。一方で内部加熱は、材料そのものを加熱するので、短時間で加熱できる特徴があります。

加熱後に行う加圧工程では、材料に圧力を加えることで、分子レベルで接合します。このとき、圧力が高いと溶着の時間を短縮できますが、圧力を加え過ぎると、材料が変形してしまったり、充分な溶着強度が得られなかったりする場合があります。

また、溶着における冷却工程は、溶着の強度を上げるために行われます。冷却は時間が足りていないと強度が乏しくなるので、充分な時間をかける必要があります。

溶着の種類

ここでは、一般的な溶着技術である、高周波溶着・熱溶着・超音波溶着の3つについてご紹介します。

高周波溶着

引用元：株式会社ハイビックス 高周波ウェルダー加工について

高周波溶着は、別名「高周波ウェルダー」とも呼ばれる技術で、ワークに高周波を当てて材料内の分子を振動させ、その分子運動により発生した熱により溶着させる方法です。ヒーターなどによる外部加熱ではなく、材料の内部から発熱させる内部加熱による仕組みになります。

高周波溶着の主な特徴は、以下の通りです。

・分子レベルで素材を繋ぎ合わせるため、強度が高い。

・内部加熱による溶着のため、溶着しない箇所の影響が少なく、キレイな溶着面が得られる。

・直接素材に高周波を当てる仕組みのため、有毒ガスや騒音がなく、安全性にも優れている。

熱溶着

引用元：株式会社クリエイトダイス クリエイトダイスの熱板溶着装置

熱溶着は、接合面を外部にある熱源から加熱し、接合する仕組みです。熱溶着には、代表的なものとして、熱風式・熱板式・コテ式があります。

熱風式は、二つの材料の間に熱風を吹きつけて加熱し、ローラーで加圧して溶着する仕組みです。熱風式は、溶着面に直接熱風を当てる仕組みのため、材料の厚みに影響なく溶着を行えるほか、困難な曲線加工にも対応できます。

熱板式溶着は、加熱した熱板にて材料を溶融させ、冷え固まるまでに加圧して溶着します。熱板式溶着は、材料の大きさを問わず、立体的な形状にも対応が可能です。ただし、材料に精密機器や電子部品が入っていると溶着できないほか、バリが出やすい傾向にあります。

コテ式は、材料の間にコテと呼ばれる加熱板を入れて加熱し、ローラーで加圧して溶着します。コテ式は溶着面に直接加熱板を当てるため、材料の厚さによる影響を受けません。また、他の熱溶着方法に比べて風合いが美しい特徴があります。

超音波溶着

引用元：株式会社カイジョー 超音波溶着のそもそも

超音波溶着は、超音波を伝えるチップである「ホーン」から、溶着させるワークに15kHz～200kHzあたりの超音波振動を伝えて接合面を内部加熱させ、溶着する仕組みです。超音波溶着機は、あらかじめ予熱する必要がなく、電源を入れればすぐに使用できます。

超音波溶着は、接合のほかにもカシメやシール、プラスチック材に開けた穴に金属などの材料を入れるインサートの用途にも採用されています。

超音波溶着の主な特徴は、以下の通りです。

・消耗品がなく、ランニングコストを抑えられる。

・溶着時間が少なく済む。

・表面が多少汚れていても溶着できる。

・消費電力が少なく、環境にも優しい。

・仕上がりがキレイ。

・装置が小型かつ比較的安価。

・大型部品や複雑な形状の溶着には不向き。

溶接との違い

溶接とは、主に母材や溶加材を溶かして金属同士を接合する技術のことです。

溶接と溶着の違いは、溶接が接合後に溶融部を判別できるのに対して、溶着は溶融部を判別できないところにあります。溶接と溶着は英語での分類がなく、どちらも「Welding」と表されています。

参考：溶接の種類【基礎講座】使い分けとメリット！3分でわかる金属加工で代表的な溶接とは

参考：溶接とは？【専門家が解説】素人でも3分でわかります！