不織布、フィルムおよび織物の超音波接合（1）

過去数年間で、超音波接合技術は、最先端の変換ラインの品質の期待と速度要件を満たすために進化しました。最新の生成の超音波接合システムは完全なプロセス制御を提供し、1分あたり最大1,500フィートのライン速度（FT / MIN）、または毎分500メートル（m /分）で一貫して高い結合品質を生み出します。

超音波接合は衛生生産ラインで広く使用されています。おむつ、ズボン、失禁製品のためのその使用に加えて、それはまた女性のナプキンを使用されています。フィルター;外科用マスクガウンとパッド拭きます。化粧品パッド真空バッグそしてコーヒーとティーフィルタ。他の多くの織物、フィルム、不織布および紙製品の中で。

超音波プロセスは非常に用途が広く、積層/接合のための広範囲の製品で使用することができます。エンボス加工穴あき;スリット/カットそしてスプライシング。

これらの機能により、超音波プロセスは、既存の接着剤接合用途にとって費用節約された代替手段であり得、そしてしばしば、任意の接着剤塗布プロセスによって達成することができない特性を有する新しい独特の用途を可能にする。例としては、次のものがあります。

- 多層の材料を同時に積層して、トレーニングパンツの強い柔らかい側面の縫い目、成人または化粧品パッドの保護下着;

- 装飾的なパターンをエンボス加工しながらおむつの布のような背景を積み重ねる。

- ミット状の拭き取りなどの幅広い形状を接着します。

広範囲の用途には、多層関数ワイプ、医療製品（フェイスマスク、シューズカバー、暖房パック、氷袋）、収着剤の接着および積層が含まれます。

超音波溶接の基礎不織布

超音波溶接は、不織布、フィルム、射出成形プラスチック部品などの熱可塑性材料との間に分子結合を作り出すために高周波の機械的音波を使用する接合方法である。超音波溶接プロセス中、機械的振動は、人間の髪の毛の直径の大きさと一定の溶接力の大きさの比振幅で、毎秒20,000サイクルの高周波で材料に導入されます。

超音波は、20キロヘルツ（kHz）から1ギガヘルツ（GHz）までの高周波に使用される用語です（毎秒Hz =サイクル）。これらの周波数は、人間が聞くことができるものの範囲を超えています。超音波溶接システムは、20,30または35 kHzの周波数を一般的に使用します。

超音波発生器は電子的にライン電圧を高電圧/高周波信号に変換し、それをコンバータに供給する。コンバータでは、圧電結晶は2つのチタンディスクの間に挟まれ、印加された電気信号の周波数で振動（展開および縮小）する。振動は、約18ミクロン（ピーク間）の小さい振幅で毎秒20,000サイクルの非常に速い機械的な動きを生み出します。

ほとんどの用途では、18ミクロンの振幅は溶接材料には不十分です。振幅カプラ（ブースター）をコンバータに接続することによって、振動の振幅を増加させることができる。振幅カプラの典型的な利得は1：2です。振幅カプラの下端に接続されているソノトロード（超音波ホーン）は、典型的には2.3倍の振幅をさらに増加させる。得られた振幅80ミクロン（ピーク対ピーク）では、材料はソノトレードの表面とアンビルの上部との間で圧縮される。不織布、フィルムまたはプラスチック部品の圧縮は、熱可塑性分子間の圧縮と摩擦の両方を作り出す。これにより、熱可塑性材料を加熱して溶融させ、それらの間に溶接または結合を生じさせる。

超音波溶接不織布の強度

振幅と力は、接合強度を変える2つの主要なプロセスパラメータです。振動の振幅は、異なる利得と超音波発生器での電子調整を有する振幅カプラを使用することによって変更することができる。適用または材料の組み合わせに対して最適な振幅が決定されると、振幅は一定になり、変わらない。これにより、ソノトロードが結合強度に影響を与える唯一の残りの可変プロセスとして材料に適用される溶接力を残す。光溶接力は軽い結合をもたらします。溶接力が増大すると、接着強度が増加します。必要な力量は、接着されるべき所望の結合強度、材料または材料の組み合わせ、溶接時間またはウェブ速度および接合パターンの被覆面積に依存する。一貫した結合品質を達成するために、2つの溶接パラメータ振幅および力を一定に保つ必要がある。

連続超音波接合不織布

超音波溶接の基礎はすべての超音波プラスチック溶接用途に適用されていますが、不織布とフィルムを含む連続ウェブの超音波接合は、カスタマイズされたシステムソリューションを必要とします。

連続超音波接合システムは、彫刻されたアンビルドラムと超音波スタック（コンバータ、振幅カプラ、ソノトロード）を有する超音波システムからなる。スタックはアンビルドラムの上に取り付けられ、アンビルドラムの表面とソノトロードの間に小さな隙間を残します。ソノトロードは絶えず拡大し収縮していますが - 毎秒20,000回 - 材料はソノトロードとアンビルドラムの間のギャップを通過します。

膨張段階の間、ソノトロードはソノトレードの溶接面とアンビルドラムとの間の材料を圧縮する。熱可塑性材料では、この圧縮は分子圧縮と表面摩擦を作り出し、材料をアンビルドラムの隆起した接合点で選択的に溶融させる。収縮段階では、ソノトロードは大きなギャップを生み出し、材料が材料詰まりなしで高速でギャップを走行させることを可能にします。

製品にもたらされるエネルギーの量は、ソノトロードの振幅と材料に加えられる力に依存します。振幅は一定のままであるが、ギャップを変えることによって接合強度を調整することができる。比較的大きなギャップでは、軽い結合をもたらす材料には少ない力が加えられます。ギャップを減らすと力が増し、債券が強くなります。

ANVILドラム設計を変えることによって、ボンドパターンの視覚的外観および接合特性は個々の用途の要件に合わせてカスタマイズすることができる。