レーザー溶着

このページでは、レーザー溶着や溶着加工について詳しく解説しています。レーザー加工やレーザー溶着を依頼する際にどのようなポイントへ注意すべきか、まずは基本的な内容を把握した上でしっかりと検討しておきましょう。

溶着とは

溶着とは文字通り、対象の表面を加熱して溶かし、対象を接合・冷却して接着させる方法です。金属を接合させる溶接に対して、溶着はプラスチックや非鉄金属といった素材を対象として行われることが特徴です。

溶着と溶接の違いは他にもあり、溶着では接合された溶融部を後から判別することができません。一方、溶接は接合後に溶融部を視認することが可能です。

溶着をするための加熱方法としては、ヒーターなど外部の熱源を利用して外部から加熱する外部加熱と、非加熱物自体を温めて内部から加熱する内部加熱があります。

加熱後は圧力をかけて接合することになりますが、溶着時間は圧力を高めるほどに短くなる反面、圧力を高めすぎると溶着強度が低下したり対象物が変形したりしてしまいます。

溶着技術の用途

溶着加工を行うことで、プラスチックのような素材や非鉄金属をしっかりと接合することが可能です。熱可塑性フィルムやシートの接合に利用されたり、塩ビ素材やアクリル素材、ポリカーボネート素材などの接合に利用されたりすることが特徴です。

溶着された製品は食料品や医薬品の保護フィルムに使われたり、電子部品の保護材に活用されたりと色々な用途があります。また、マスクやおむつに用いられる不織布や、洗剤やシャンプーの詰め替え容器として利用されるパウチ容器などにも溶着技術が採用されています。

レーザー溶着とは

レーザー溶着とは、溶着を行うための熱源をレーザーによってまかなう加工法です。

基本的な概念としては、接合させたい素材の表面にレーザーを照射し、そこで生じた熱によって素材を溶かして接合することになります。

具体的な原理はレーザー光を吸収する樹脂（吸収側樹脂）を設置し、そこへレーザー光を通す樹脂（透過側樹脂）を重ねてレーザーを照射することで、吸収側樹脂がレーザーを吸収・発熱して樹脂の溶融に必要な熱を発生させます。

レーザー溶着における重要ポイントは透過側樹脂が有するレーザー透過性です。透過率が低ければレーザーが透過せず、透過側樹脂だけが加熱されて溶けてしまうといったことが起きます。

レーザー溶着以外の溶着の方法

接着剤による癒着

接着剤による接着は、厳密には熱を活用して素材同士を接合する溶着とは異なりますが、従来の加工法として広く利用されていることも事実です。

ただし接着剤による接合には接着剤のコストがかかったり、接着剤が硬化するまで待たなければならなかったりといったデメリットも少なくありません。

熱溶着

熱溶着とは、加熱した鉄板やコテを使って対象物を直接に加熱して溶融を促し、十分な加熱直後に圧力をかけて素材を接合させる方法です。大型ワークにも対応できることが熱溶着のメリットですが、サイクルタイムが長かったり、糸引きやバリといった不具合が生じやすかったりするといったデメリットもあります。

また、熱溶着は小さなサイズの素材やワークに適していないこともポイントです。

熱溶着にはコテ式溶着や熱板式溶着、熱風式溶着といった種類があります。

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高周波溶着

高周波溶着は、数十メガヘルツという高周波（電磁波）を照射し、そのエネルギーの電解作用で非加熱物を加熱して溶着する方法です。そのため、高周波誘電加熱法と呼ばれることもあり、ヒーターやコテなどを利用する外部加熱に対して、被加熱物の内部から発熱させる内部加熱となっています。

高周波溶着では任意の部位だけを内部加熱するため、外部加熱の方法よりも短時間で作業することが可能であり、溶着しない部位への糸引きやバリといった熱影響を予防できることもメリットです。

超音波溶着

超音波溶着はホーンと呼ばれる共鳴体を使って、周波数20kHz以上の超音波振動をワークへ与え、その振動によってワークの内部に発生する摩擦熱でプラスチックや非鉄金属といった素材を接合する方法です。

超音波溶着では、超音波を照射する時間や超音波振動の大きさ（振幅）、接合時の加圧力などが重要になります。

超音波を加える時間が長いほど溶融しやすいものの長すぎると樹脂が炭化したり、振幅が高いほど溶着性が高まるものの高すぎるとクラックや傷が発生したりします。