超音波金属溶接の原理(技術説明)

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超音波金属接合とは・・・
超音波金属接合(超音波溶接)では、接合するワーク同士の片側を治具により固定し、もう一方をホーンにより加圧しながら水平方向の超音波振動を与えていきます。
効率良く接合を行う為、ホーン及びアンビルのワーク接触面にはナール加工を施し、それぞれの金属パーツを確実にグリップできるようにします。

超音波溶接のワークセット状態

通常、金属の表面は油や酸化被膜で覆われており、その内部の金属の原子への接近は妨げられています。
超音波接合では、一方の金属に超音波振動を与えることにより、2つのパーツの境界面において強力な摩擦が発生し、まず金属表面の酸化被膜や吸着ガスなどの表面層の不純物を飛散させ、接合面に清浄な活性化した金属分子が現れます。
更に超音波振動を与えることにより、摩擦熱による加熱から原子運動を盛んにし、拡散による金属原子の移動を発生させ、金属原子相互間に引力が発生して結び付き、秩序ある配列となる固相溶接状態が作り出されます。
超音波溶着の加圧方向と振動方向

このようにして行われる超音波金属接合は、先に説明しましたように固相接合になりますので、互いの金属が溶融する温度までは上昇せず、比較的低温(母材溶融温度の35〜50%程度)での接合を行う事が出来ます。

超音波金属接合のメリット
● 同材質の金属接合だけでなく、異材質同士の金属接合も可能です。
● 接合温度は完全に金属を溶かさない固相溶接なので、熱の発生による鋳造組織は生じません。
● 超音波接合部は薄い金属層が生成されるので、電気抵抗を発生させず、弱電電気部品に最適です。
● アルミ箔や銅箔などの薄い金属箔の接合に適しています。
● 接合強度は合金状態でハンダと同等の強度があります。
● 接合は面接合になり、スポット接合より大きな面になります。
● ハンダなどの消耗品がないため、環境に優しくコストダウンが可能です。
● 自動生産ラインなどの自動化が容易に行えます。
● 接合の電気消費量が少なく、ランニングコストが下げられます。

超音波金属接合のサンプル

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