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それぞれの接合法は他材料で使われているものとほぼ同じであるが，効率よく高性能な接合をするためにはプラはじめにスチックの特性に適応した手法，条件を選定する必要があ
プラスチック成形品の主要成形法である射出成形はる．たとえば金属で広く使われている機械的な組み立てで様々な大きさの複雑な形状の部品を成形工程のみで作るはネジやリベットによる接合では強く締め付けることに能力を具えている．この成形技術は日本が世界をリードしよって接合性能を確保している．この手法をプラスチックていることもあり，我が国では部品を統合し，組立工程のに適用するとクリープが起き，締め付け力の低下が問題に負荷をできるだけ軽減しようとする指向が強い 1) ．これがなる場合がある．

我が国製品の特徴である，高性能，高品質，低コストを大きく支えてきたと自負している．

加熱しても溶融しない熱硬化性樹脂には溶着は適用できない．また，電気絶縁抵抗が高いため，電気的な方法はしかし，最近は部品の要求性能・機能が一層高度化し成使えない．また，完全溶融させないと分子運動が十分起き形のみでは対応できない分野が増えている．このような場ず金属のような圧接，鍛接は難しい．溶着挙動も金属など

合は分割した部品を成形し，接合する必要がある．このたとはかなり違う．これは高分子であるため溶融粘度が高いめ，接合技術の重要性が以前より高くなっている．本講でためである．

は主としてプラスチック部品同士の接合に活用されている接合技術を概観する．

接着ではプラスチックは表面が不活性なものが多く，活性化処理が有効である．一方，薬剤で軟化させたり溶解させたりすることが出来，溶剤接着が有効に使える場合がある．

プラスチックの特徴と接合法いくつかの例を示したが，高性能な接合性能を得るためには材料の特性や要求性能を良く理解し，これに適合するプラスチック製品の組み立てには様々な手法が使われ接合法・条件を選ぶことが重要である．ている．これらは表 1 に示すように機械的接合，接着剤接合，溶着の３種類に分けることが出来る．それぞれの大ま接合法各論

かな特徴，具体例を表に示しておいた．
3.1
表１

プラスチック組み立て法の比較

機械的接合 2)

代表的な組み立て法であるネジ止めを考えてみよう．先にも触れたが，プラスチックは金属に比べ，クリープ特性が劣るため，使用中に締め付けトルクが少しずつ低下する．また，谷部への応力集中によるクラック発生も問題になる．このため，独特のネジ形状が使われることがある．
プラスチックの柔軟性を利用した結合要素も知られている．プラスチックファスナーと言われ，経済性，作業性が優れているため広く普及している．多様な形式のものがあるが，たとえば図１の例では足の部分（A）をたわませ

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溶接接合教室−基礎を学ぶ−

佐藤：プラスチックの接合法

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図１

表２

プラスチック溶着技術 3)表３波動を利用した溶着法

プラスチックファスナーの例

波溶着では超音波振動の伝播特性が重要である．高周波は極性基の分子運動を励起し，発熱させる．極性の大きい材料としては塩化ビニールが知れられており，高周波溶着は接合前
図２

接合後スナップフィットの例

実質的に塩化ビニール専用の溶着法になっている．
レーザー，赤外線など光系の溶着では光線によって接合部の分子運動を励起させることで発熱しているため，光の透過，吸収特性が問題になる．

ることにより，簡単に組み立て，取り外しをすることが出

波動は通常，電気的な発振デバイスによって発生させる．発振デバイスの出力には制約があり，適用出来る接合来る．
図２は特別の結合要素を使わないで，部品自体を変形さ部の大きさに限界がある．表３に波動エネルギーを利用しせることによって結合させている．このような接合はスナた溶着法を比較してまとめた．

ップフィットと言われ，容器，包装分野などで広く使われ（1）超音波振動溶着 4)ている．

超音波溶着では接合しようとする成形品同士の接合部

ここで例示した方式にとどまらず，プラスチックにはさを突き合わせて組み立てておく．この状態で一方の成形品まざまな機械的な接合法が使われている．また，機械的なに縦振動を与える．接合部では相手部品に振動が伝わりに接合は材料を選ばないため，金属など他材質の部品と接合くく，急激な減衰が起き，その分が熱エネルギーに変換し，する場合にも良く使われる．これらの多くは，くりかえし接合部が溶融し，溶着が実現する．

着脱可能を可能にすることが出来る．一方，溶着や接着剤

このような経過を経て溶着が成立するため，効率の良い溶接合に比べ，別部品が必要だったり，接合部をコンパクト着をするためには，次のような要件を満たす必要がある．にまとめにくいなどの制約もある．
3.2

溶着法

いわゆる熱可塑性プラスチックは加熱すると溶融する①成形品の中を振動が確実に伝わること②接合部に振動が集中すること③接合部全体が均一に溶融することので，接合部を溶融させて溶着することが出来る．溶着は

このうち①は成形品の材質にかかわる問題で，一般には接合部に異物が介在せず，結合要素など他の部材も要らな硬質の材料ほど伝搬損失が小さい．柔軟な材料では振動がいため，安価で高性能の接合が出来る．プラスチックの溶減衰し，接合部にエネルギーが到達しないのみならず，減着には様々な手法が知られていが，表２にこれらを整理し衰した分のエネルギーは熱に変化するため，成形品全体がた．この表では溶着を熱源によって分類している．溶着法

温度上昇してしまう．の特質の多くは熱源によって規定されるため，この分類法②は接合部分の形状に関するもので，図３に示すようは各溶着法の特性を把握しやすい．以下，主要なものを概に，融け始める前の接合部の接触面積を出来るだけ小さく説する．

し，接合部の変形を出来るだけ大きくする．こうすること

3.2.1

波動によるものにより出来るだけ速く溶融させる．いったん溶融が始まる

このグループの接合法は何らかの波動エネルギーを接と，接合部に溶融樹脂が介在し，部品間の振動の伝搬は急合部に加え，熱に変換させることによって溶着する．この減し，振動エネルギーの熱への転換効率は大幅に向上すため，材質の熱変換特性が重要な因子になる．例えば超音る．
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③は接合部の寸法精度に関する問題である．接合部で強はビームが収束しているため，スキャンし接合面全面を加く当たっている部分ほど発熱が大きい．また，いったん溶熱する．

融が始まるとその部分の発熱が一層促進する．これは接合（4）赤外線溶着性能確保上あまり好ましくない．このため，特に接合部の赤外線溶着は赤外線 LED の効率が向上したためその応寸法精度をあげ，各部を同時に溶融開始させる必要があ用として注目されている．光源には LED のほかにランプる．なお，接合部の接触ムラは治具が不適切である場合にも使用されている．レーザーと異なり拡散光であるため，も起きる．特に容器などシール性が必要な分野では治具の光学系を使って集光することが多い．利用形態は予備組立設計，管理も重要である．

をしないで，接合面に直接照射する形式が多い．熱板，摩（2）高周波溶着

擦溶着などと組みあわせ，予熱工程として使う提案もあ古くから軟質塩ビのシート分野で用いられている．塩化る．材料との適合性もまだよく知られていない．今後の検ビニールが極性高分子であることを利用したものである．

討が進み，利用技術が蓄積され，適正な用途が確立される分子構造に直接作用して発熱するため，内部発熱型であことを期待している．

り，接合面を集中的に加熱することは難しい．この特性は3.2.2

厚肉製品では都合が悪く，応用分野に制約がある．

摩擦溶着は，接合しようとする部品同士をこすり，発熱（3）レーザー溶着

摩擦溶着 3)させて接合する．この方式の優れた点は，発熱が接合面で5)レーザー溶着は透過性の材料と吸収性の材料を組み合集中して起きる点である．このため，熱効率は極めて高い．

わせ，予備組み立てをした後，溶着させることが多い．レ

なお，「摩擦」と言われているが，発熱の大部分は摩擦ではーザービームを透過性の材料側から接合部に照射する．接なく，接合部に発生した溶融樹脂のせん断による発熱であ

合界面で相手材料に吸収され発熱し，界面付近を集中的にる．このため，摩擦磨耗特性より，溶融粘弾性特性が発熱溶融させることが出来る．に関与する．実用的な特徴としては接合部が大きい場合にレーザー光を吸収する添加剤が知られており，透過性の好都合であることが挙げられる．例えばスピンウエルドで材料に添加して吸収性を付与することが出来る．レーザー

は摩擦線速度一定と考えると，機械の回転数は接合部直径に反比例することになり，大型化すれば回転数を下げることが出来，溶接機の設計がかえって容易になる場合がある．
接合条件としては摩擦速度，加圧力，摩擦時間が考えられる．摩擦速度と加圧力の積のことを便宜的に「PV 値」と称され，摺動部品の負荷の程度を現す指標になっている．
過酷な条件で部品が融けだしてしまう条件を「限界 PV値」という．摩擦溶着の場合は必ず融ける必要があるので，「限界 PV 値以上」の摩擦速度と加圧力を確保する必要がある．安定して，効率よく溶着を行うためには限界 PV 値の数倍から 10 倍程度に設定されている場合が多い．幸い，同材質同士は限界 PV 値がそんなに高くない．
（1）スピンウエルド

図３

摩擦溶着は様々な摩擦運動形式のものがある．もっとも

超音波溶着接合部形状例

図４42

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リニアウエルドの発熱模式図

佐藤：プラスチックの接合法

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図５

リニアウエルドの発熱分布表４

摩擦溶着法の比較単純なものは回転円運動によるもので，スピンウエルドと言われている．回転速度が一定であり，かつ摩擦面（＝接合面）が全面にわたって絶えず摩擦発熱しており，熱効率の高い接合ができる．しかし，接合面が円環状のものにしか適用できないと言う制約がある．接合面が中実円の場合は中心の運動速度が０であるため，中心部の溶融が出来ず，あまり好ましくない．最近はデジタルモーターを活用して角位相を正確に制御出来るようになった．
（2）リニアウエルド動タイプの摩擦溶接と解釈できる．振幅が小さく，振動周接合面が非円形のものは円運動以外の摩擦運動によっ期が高い．その結果，発熱むらなどの問題は軽減される．たて発熱させる．もっとも普及しているのは直線往復運動でだし，超音波発振子の出力限界があり，大容量のものは作ある．往復運動は位相により速度が異なり，図４に示すよれない．表４に摩擦溶着法を主として発熱の特性から整理

うに，発熱量が変化する．特に頂点付近では溶融限界（限した．

界 PV 値）を下回る．さらに，摩擦面端部では相手材との3.3

摩擦が途切れる範囲がある．この部分は発熱がないばかり

外部加熱方式には固体間伝熱を利用する，熱板溶着と高か，接合部が大気に暴露され，放熱が起きる．したがって，温気体によって熱を供給する熱風溶着がある．いずれも伝スピンウエルドと比較すると熱効率はおとる．また，図５

熱速度がネックになるため，生産性はそれほど高くない．のように接合面の部位によって温度上昇に差が生じるた

また，熱効率も低い．しかし，原理が単純で設備的にも安め，接合強度が一定にならないリスクがある．

価なため，広く利用されている．

（3）その他の摩擦溶着

外部加熱溶着 6)

特に接合条件が管理しやすい熱板方式は，高い信頼性を往復運動型ではアンギュラと言われる，円弧往復運動が得ることが可能なため，自動車部品やガス配管のような重可能なものもある．この方式は直線往復方式と似ている．

要部品の接合にも使われている．容器包装分野で広く使わ最近，サーキュラといわれる平行円運動のものが登場しれているヒートシールもこの接合法の一形態である．

た．往復運動方式と機能上の違いは少ないが，摩擦速度が熱風方式はエアガン方式の溶着機が手軽に入手できる一定である点が有利になる．加速度一定であるため，そのため，特に現場施工の多いプラント，配管の分野で広く使分装置設計が容易になる．

用されている．この方式は接合法の特性上，気中に高温の横振動タイプの超音波溶着も知られている．通常の縦振動型の超音波溶接とは発熱原理が全く異なり，往復直線運接合部が露出するため，材料によっては劣化による着色や性能低下が問題になる．
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接着剤接合 7)

る．選択を誤ると生産性が損なわれたり，性能上の問題に比較的コンパクトに仕上げることが出来，異種材料でも接合可能だという点では優れている．しかし，性質の異ななる場合もある．選定に当たっては各接合法の特徴をよく理解し，多面的に検討することが望ましい．

る物質が接合部に介在しているわけで，接着強度が高くてもっと重要な課題は接合法を採用するか，しないかと言も母材と均一な性能が確保できるわけではない．たとえう選択である 1) ．射出成形で部品を作ることを想定する

ば，接着剤が部品材料より柔軟な場合は変形が接着部分にと，相当複雑な形状でも最近の成形技術を駆使すれば作る集中し，変形限界を超え，破壊が起きやすくなる．反対のことが出来る．複雑な形状を成形するには複雑な金型が必場合は接着部が固い場合は部品の接着部近傍が変形しに要で，当然のことながら初期投資が大きくなる．我が国でくくなり，過大な応力を受けることになる．このため，接は複雑な形状のものを成形のみで作ることを指向してき合部の設計は接合部強度にかかわらず，慎重に行う必要がた．しかし，昨今，商品寿命が短くなり，開発期間も短くある．

なっている．そして，１モデルあたりの生産量が小さくな工程上は接合部の形状，清浄管理に大変な労力が必要でる傾向にある．このため，成形品形状を単純化して，金型ある．特別な前処理を行って，接合性能を向上させる場合負担や生産準備期間を短縮することが望ましい．このようもある．養生工程の管理も製造現場にとって大変な負担でな場合，複雑な形状の部品は積極的に分割して成形後接合ある．これらのノウハウレベルが低いと性能の信頼性が確する方が有利になることが十分考えられる．製品が多機能保できない．また，多くの接着剤では溶剤による作業環境化する中で，このような成形も含めた工程最適化の検討が汚染の問題がある．コスト的な負担が大きいことも大きな重要になってきた．このような中で接合技術は必須の技術問題として残っている．になる．

接着剤は種類が多いが，大きく分けると化学反応を伴う反応系接着剤と接着成分を溶剤に溶解させた溶剤系接着剤とがある．前者は反応が確実に進むよう管理する必要があり，後者は接合部から溶剤を確実に気散させる必要がある．
接着剤の一種で加熱すると溶融するものがあり，ホットメルトを言われている．加熱溶融して接合部に塗布し，冷却すれば接合できるため生産性が高い．

結言

これまで述べてきたようにプラスチックの接合には様々な手法があり，どれを選択するかが重要なテーマにな

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参考文献
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7) 中村：プラスチックの接合・解体・再生ノート，日刊工業
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佐藤：プラスチックの接合法