プラスチックは、軽量、耐衝撃性、透明性、絶縁性、成形性、着色性、加工コストの低さなど多くの利点を備え、医療機器、自動車、日用品などに広く使用されています。初期の人類が槍を枝に取り付けようとして以来、組み立ては人類の努力の重要な分野であり、プラスチック部品の最終的な性能は部品間の接続方法に大きく依存します。科学者や関連エンジニアは、長期にわたる研究と実践を通じて、さまざまなプラスチック接続方法を開発してきました。-
この記事では、これらのプラスチック接続技術について簡単に紹介し、関連分野の設計者がプラスチック接続方法を選択する際の参考になれば幸いです。
1. 接着剤による接合
接着接合とは、接着剤を使用して均質または異質の物体の表面を接合する技術を指します。接着剤は、界面接着と凝集によって 2 つ以上の部品または材料を結合できる、天然または合成、有機または無機の物質です。これらは総称して接着剤、結合剤と呼ばれ、一般に接着剤と略されます。一言で言えば、接着剤は接着によって材料を結合する物質です。
2. 溶剤結合
これは、溶媒がプラスチックの表面を溶解し、材料が混合するプロセスを指します。溶媒が蒸発すると、接合部が形成されます。
3. ファスナーの接着
ファスナー接合とは、プレスフィット ファスナー、セルフタッピング ネジ、ボルトなどのファスナーを使用してプラスチック部品を接続することを指します。{0}}圧入ファスナーは通常、シャンクの突起とプラスチックの穴の間に締り嵌めを作成することによってプラスチック部品を接続します。-セルフ-タッピングねじは、セルフ-タッピングねじを利用して、穴を開けずに接続します。
4. ヒンジボンディング
プラスチック ヒンジは、単一-ピース一体型ヒンジ、-ピース一体型ヒンジ、および複数ピース-}結合ヒンジの 3 つのタイプに分類できます。一体型の一体型ヒンジは、追加のコンポーネントを必要とせず、2 つの部品を単一のユニットとして成形することによって形成されます。 2 ピース一体型ヒンジは、2 つの別々のプラスチック部品を成形し、それらを組み立てることによって作成されます。複数ピースの組み合わせヒンジでは、2 つの個別のプラスチック部品を製造するほかに、ロッドや金属製のヒンジ部品などの追加コンポーネントが必要です。その利点には、繰り返し開閉できることが含まれ、統合されたヒンジは通常、ボックスの内部または内部近くに設計されるため、部品全体のサイズが小さくなります。欠点としては、成形に高精度が要求されること、一般に複雑な金型が必要なこと、可動ヒンジの合理的な設計に広範な開発経験が必要なことなどが挙げられます。
5. インサート成形
インサート成形とは、あらかじめ用意された異なる材料のインサートを射出成形金型に挿入し、その後樹脂を射出する成形プロセスを指します。{0}}溶けた材料がインサートと結合して固化し、一体型の製品が形成されます。-ねじインサートは、プラスチック部品にねじを作成するための主要な方法であり、セルフタッピングねじよりも優れた接続強度を提供します。-インサートは金属に限定されません。布、紙、ワイヤー、プラスチック、ガラス、木材、コイル、電気部品などで作ることもできます。インサート成形は、樹脂の絶縁性と金属の導電性を組み合わせて、電気製品の基本機能を満たす成形品を製造します。インモールド装飾 (IMD) は、国際的に人気のある表面装飾技術です。家電製品、自動車のダッシュボード、エアコンパネル、携帯電話の筐体/レンズ、洗濯機、冷蔵庫などの装飾および機能制御パネルに広く使用されています。 IMD では、事前に印刷された装飾シートを射出成形金型に配置し、シートの裏面に樹脂を注入して、樹脂をシートに接着させて硬化させます。-
インサート成形の主な利点は、樹脂の成形の容易さと柔軟性と、金属の剛性、強度、耐熱性を組み合わせることで、複雑で複雑な一体化された金属-プラスチック製品の堅牢な作成が可能になることです。
6. 複数部品の成形-
多部品成形は、2 色射出成形とも呼ばれ、- 2 つの異なる色のプラスチックを同じ金型に射出する成形方法を指します。これにより、成形部品に 2 つの異なる色を使用でき、規則的なパターンや不規則な雲のようなデザインを生成でき、部品の実用性と美観の両方が向上します。{3}}
下の図は、2 色射出成形の原理を示しています。- 2 つのバレルを使用し、それぞれの構造と動作は標準の射出成形バレルと同じです。各バレルにはノズルにつながる独自の流路があり、ノズル流路にはオン/オフバルブが取り付けられています。成形中、溶融材料がバレル内で可塑化された後、オン/オフ バルブは、溶融材料が金型キャビティに射出される前に、溶融材料がノズルに入る順序と排出される材料の割合を制御します。これにより、異なる色の混合効果を持つさまざまなプラスチック製品が生まれます。
7. 成形ねじ接続
成形ねじ接続とは、射出成形金型の設計を通じてプラスチック部品にねじを直接成形することを指し、これにより、同じ歯形、呼び径、その他のパラメータを持つ他のねじとの接続が実現されます。
プラスチック製品のねじは、おねじとめねじに分かれます。通常、おねじはスライダーを使用して脱型されますが、めねじはねじ接続方式を使用して脱型されます。おねじの方が構造は簡単ですが、成形後のプラスチック製品にはパーティングラインが残ります。パーティングラインが目立つと、製品の外観やねじ山のフィット感に影響を与えます。原理としては、傾斜したガイドポストがスライドして開き、エジェクターピンが製品を押し出します。雌ねじ金型はさらに次のように分類できます。 1. 強制ねじ抜き構造 (非回転). 2. 非-強制ねじ抜き構造 (回転)。現在、成形ねじは主にボトルキャップの製造に使用されています。
8. タッピングねじの接続
プラスチックタッピングねじ接続とは、プラスチック部品に穴を開け、タッピングしてねじを形成し、それを使用して他の部品と接続することを指します。この方法は金属部品で使用される方法と似ています。
その利点は、このプロセスにはプラスチック部品の形状に関する要件がなく、精密な機械ツールを使用して正確な位置決め穴を得ることができることです。
9. 圧入
圧力嵌めは、圧力嵌め、締り嵌め、焼き嵌めとも呼ばれ、一定の圧力下でシャフトと穴を締り嵌め関係で組み立てることを意味します。あるいは、加熱して穴を拡大したり、冷却してシャフトを縮小したりすることもできます。組み立て後、2 つの部品は同じ温度に戻り、しまりばめが生じます。接続されたプラスチック部品の穴とシャフトの弾性変形を利用して、組み立て後に一定のトルクまたは軸力を伝達します. 10.スナップフィット接続-
スナップ-接続は、ある部品を別の部品に連結またはロックするために使用される機構で、通常はプラスチック部品の接続に使用されます。材質は通常、柔軟なプラスチックです。スナップフィット接続の最大の利点は、取り付けと分解が簡単で、工具を使わずに取り外しできることです。-
一般に、スナップフィットは位置決め要素と留め具で構成されます。-位置決め要素は、スナップフィットをスムーズに、正確に、そして迅速に設置位置にガイドします。-ファスナーはスナップフィットをベースに固定し、使用中に脱落するのを防ぎます。用途と要件に応じて、ファスナーは取り外し可能なファスナーと取り外しできないファスナーに分けられます。-取り外し可能なファスナーは通常、一定の分離力がかかるとスナップフィットが外れ、2 つの接続部分が分離されるように設計されています。これらのスナップフィットは、頻繁に分解する必要がある 2 つの部品を接続するためによく使用されます。- -取り外し不可能な留め具は、2 つの部分を分離するために手動で傾ける必要があり、使用中に分解する必要のない部分の接続と固定に主に使用されます。
11. プラスチックリベット留め
リベット留めは、異なる材料 (プラスチックと金属など) で作られた部品を接合するために特に使用されるプロセスです。あるパーツにはリベットがあり、それが別のパーツの穴に伸びています。その後、リベットはプラスチックの低温流動または溶融によって変形し、2 つの部品を機械的に固定するリベットの頭部を形成します。溶接ヘッドのデザインを変更することで、さまざまなリベットヘッドのデザインが得られます。
冷間リベッティング: 冷間リベッティングでは、リベットは高圧下で変形します。コールドフローはリベット領域に高い応力を生成するため、延性が良好なプラスチックにのみ適しています。
ホットリベッティング: ホットリベッティングでは、溶接ヘッドが圧縮によって加熱されるため、リベット上にリベットヘッドを形成するために必要な圧力が少なくなり、リベットヘッドに発生する残留応力が少なくなります。この方法は、コールド リベッティングよりもはるかに広範囲の熱可塑性材料 (ガラス充填材料など) に適用できます。-接合部の品質は、温度、圧力、時間などのプロセス パラメータの制御に依存します。
ホットガスリベッティング: ホットガスリベッティングでは、過熱した空気の流れによってリベットが加熱され、その熱はリベットの周囲のエアパイプを通じて伝達されます。次に、独立した冷間圧接ヘッドが下降してリベットを圧縮します。
超音波リベット溶接: 超音波リベット溶接では、溶接ヘッドによって提供される超音波エネルギーがリベットを溶かします。溶接ヘッドの継続的な圧力中に、溶融したリベット材料が溶接ヘッド内のキャビティに流れ込み、望ましいリベット ヘッドの設計が形成されます。
プラスチック部品の溶接工程
溶接原理は同じです。まず、溶接する 2 つのプラスチック部品の合わせ面を加熱して溶かします。その後、溶接面の嵌合圧を高め、溶接面が固化するまで一定時間圧力を維持すると溶接が成功します。
12. 高周波溶接
これは主に、高電圧整流を備えた高周波機器を使用し、高周波電子管の瞬間発振によって電磁波電流電界を生成します。-加工された PVC、TPU、EVA、PET、およびその他のプラスチック材料の内部分子は、電磁波電界内で分極摩擦と熱を生成します。これに一定の圧力を加えると、熱溶着されるプラスチック製品の溶融効果が得られます。-
13. ロータリー溶接
回転摩擦溶接機は、通常、2 つの円形の熱可塑性プラスチックのワークピースを溶接するために使用されます。溶接中、一方のワークはベース型に固定され、もう一方のワークは固定されたワークの表面上で回転します。 2 つのワークピースに圧力がかかると、ワークピース間の摩擦によって発生する熱によって接触面が溶け、強固で密封された結合が形成されます。位置決め回転溶接では、設定時間回転した後、設定位置で一時的に停止し、永久融着が行われます。
14. ホットプレート溶接
ホット プレート溶接では、接合する 2 つのプラスチック部品の端をサーモスタット制御されたホット プレート上に置き、表面が溶けるまで加熱します。{0}次に、少量の圧力を使用して軟化した表面を押し合わせて接続を実現します (図を参照)。もう 1 つの一般的に使用されるホット プレート ヒート シール プロセスでは、接合する 2 つの部品を積み重ね、発熱体を使用してヒート シール プレートを加熱し、ヒート シール プレートを 2 つの部品の上部に下げ、ヒート シール プレートに圧力を加えます。ヒートシールプレートは2つの部品の接触部分を溶かし、その後固化してそれらを接合します。このプロセスは主にポリマー樹脂フィルムとプラスチック部品のシールと接合に使用されます。
15. ホットガス溶接
熱ガス溶接には、スポット溶接、熱ガス永久溶接、押し出し溶接の 3 つの方法があります。基本原理は同じです。モーターによって生成された空気が電熱線によって生成された熱を奪い、流れる熱風を生成して溶接棒で溶接する 2 つのプラスチック部品を溶融状態まで加熱し、それらを接合して溶接の目的を達成します。スポット溶接は、永久溶接の前に部品を固定するために使用されます。
スポット溶接は、溶接棒を必要とせず、スポット溶接ノズルを必要とする一時的な溶接プロセスです。
永久溶接では、溶接される部品と同じ材質の溶接棒を使用します。溶接ノズルは、V 溝と溶接棒が溶接できる程度に柔らかくなるまで、溶接領域上で扇形に素早く前後に移動します。-通常、それらを一緒に押し付けるためにホットローラーが使用されます。押出溶接とは、顆粒状の漏斗から供給されるフィラー樹脂、またはシリンダー上の溶接棒として供給されるフィラー樹脂が、電気モーターで駆動される単軸スクリュー押出機から押し出されるプロセスを指します。加熱は加熱コイルまたは高温ガスを使用して行われ、接着面は押出機に接続された高温ガスで予熱されます。最後に、フィラー樹脂とワークピースが溶けて単一結合を形成します。
16. 超音波溶着
超音波溶接では、超音波発生器を使用して 50/60 Hz の電流を 15、20、30、または 40 kHz の電気エネルギーに変換します。この高周波電気エネルギーは、変換器によって同じ周波数の機械的運動に変換されます。この機械的な動きは、振幅変換器を介して溶接ヘッドに伝達されます。溶接ヘッドは、受け取った振動エネルギーを溶接するワークの接合部に伝達します。この領域では、振動エネルギーが摩擦によって熱エネルギーに変換され、2 つのプラスチックの接触面が急速に溶けます。圧力がかかると、それらは融合します。超音波が停止した後、圧力が数秒間維持され、凝固して強力な分子鎖が形成され、溶接の目的が達成されます。溶接強度は元の材料の強度に近づけることができます。超音波は硬質熱可塑性プラスチックの溶着だけでなく、布地やフィルムの加工にも使用できます。
超音波溶接システムの主なコンポーネントには、超音波発生器、トランスデューサ/増幅器/溶接ヘッド アセンブリ、金型、およびフレームが含まれます。
超音波プラスチック溶接の品質は、トランスデューサ/溶接ヘッドの振幅、加えられる圧力、溶接時間の 3 つの要素によって決まります。溶接時間と溶接ヘッドの圧力は調整可能ですが、振幅はトランスデューサと振幅変圧器によって決まります。
17. 振動溶着
振動溶着には、溶着時間、保持時間、溶着圧力、振幅、周波数、電圧の 6 つのプロセス パラメータが必要です。
振動溶着は、直線振動溶着、トラック振動溶着、角振動溶着に分けられます。
直線振動摩擦圧接は、2 つのワークピースの接触面で発生する摩擦熱を利用してプラスチックを溶かします。熱エネルギーは、圧力下で特定の変位または振幅を伴う、あるワークピースが別の表面上で往復運動することによって生成されます。所望の溶接度に達すると振動は止まりますが、両方のワークピースに圧力が加えられたままになり、溶接部分が冷却されて固化し、強固な接合が形成されます。
軌道振動摩擦圧接は、摩擦熱エネルギーを利用した方法です。軌道振動摩擦圧接では、上部ワークピースが軌道に沿って一定の速度で円を描きながら全方向に移動します-。この動きにより熱エネルギーが発生し、2 つのプラスチック部品の溶接部分が融点に達します。プラスチックが溶け始めると動きは止まり、2つのワークの溶接部分は固化し、しっかりと接合されます。クランプ力が小さいため、ワークピースの変形が最小限に抑えられ、軌道振動摩擦溶接を使用して直径 10 インチまでのワークピースを溶接できます。
角振動溶接では、ワークピースが支点の周りを回転します。市販のアンギュラ振動溶接機は現在では希少です。
18. レーザー溶接
レーザー溶接は、レーザービームによって発生する熱を使用してプラスチックの接触面を溶かし、それによって熱可塑性プラスチックのシート、フィルム、または成形部品を一緒に接着する技術です。
1970 年代に初めて登場しましたが、コストが高いため、振動溶着や熱板溶着などの初期のプラスチック接合技術と競合することができませんでした。しかし、1990年代半ば以降、レーザー溶接に必要な設備のコストが低下したことにより、この技術は徐々に普及していきました。
レーザー溶接は、接着されるプラスチック部品が非常に精密な材料である場合 (電子部品など)、または無菌環境が必要な場合 (医療機器や食品包装など) に特に役立ちます。レーザー溶接は高速であるため、自動車プラスチック部品の組立ライン加工に特に適しています。さらに、他の溶接方法では接合が難しい複雑な形状の場合は、レーザー溶接を検討できます。
レーザー溶接の主な利点は次のとおりです。溶接装置は接着されるプラスチック部品に接触する必要がありません。それは速いです。この装置は高度に自動化されており、複雑なプラスチック部品の加工に便利です。バリが発生しません。溶接は強力です。高精度の溶接を行うことができます。-それは振動のないテクノロジーです。-気密または真空シールされた構造を作り出すことができます。-熱損傷と熱変形を最小限に抑えます。異なる組成や色の樹脂を接着することができます。
19. 熱線溶接
抵抗溶接としても知られる熱線溶接では、金属ワイヤを使用して 2 つのプラスチック部品を接合します。
プラスチック部品間に熱が伝わり、表面が溶け、圧力が加えられて接合されます。
接合する部品の片面に金属線を配置します。電流がワイヤを通過すると、その抵抗によって熱が発生し、その熱がプラスチック部品に伝わります。溶接後、ワイヤーはプラスチック製品の中に残り、接合部から先の部分は切断されます。通常、ワイヤが正しい位置にあることを保証するために、溝やその他の位置決め構造が部品に設計されています。
