JP2007309470A - 重ね合わせ接着継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 別部材を必要とすることなく、接着剤層端部の応力、歪みを低減できる重ね合わせ接着継手の提供。
【解決手段】ＦＲＰ製板材１１と相手板材１２とを重ね合わせ、接着剤層１３を介して互いに接着する重ね合わせ接着継手１０であって、（１）ＦＲＰ製板材の端部１１ａおよび相手板材の端部１２ｂに接する接着剤層部分１３ａ、１３ｂの厚さを、厚くした、または、（２）ＦＲＰ製板材の端部１１ａおよび相手板材の端部１２ｂの曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材の一般部および相手板材の一般部の曲げ剛性よりも低下させた。これによって、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪み、応力を小さくすることができ、重ね合わせ接着継手１０の破壊強度、剥離強度を高めることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、重ね合わせ接着継手に関し、ＦＲＰ製板材と相手部材を重ね合わせ接着剤層を介して接合した重ね合わせ接着継手に関する。

２枚の板材を重ね合わせ接着剤で互いに接着した重ね合わせ接着継手では、重ね合わせ接着継手に曲げ力がかかった時に、２枚の板材間の接着剤層の端部の応力、歪みが接着剤層の端部以外の一般部の応力、歪みより大となり、接着剤層の端部から剥がれが生じやすい。

特開平１０−６８４７９号公報は、接着剤層端部の応力、歪みが増大することを抑制する目的で、重ね合わせ接着継手の端部近傍において、２枚の板材の接着剤層に接する側の表面と反対側の表面に当板を接着し、２枚の板材の、重ね合わせ接着継手の端部近傍の曲げ剛性を局部的に増大させた重ね合わせ接着継手を開示している。
特開平１０−６８４７９号公報

しかし、特開平１０−６８４７９号公報の重ね合わせ接着継手では、当板（別部材）を必要とするため、当板分、部品点数が増加する、当板を接着する工程が増える、当板分、重量が増加するという問題がある。

本発明の目的は、別部材を必要とすることなく、接着剤層端部の応力、歪みを低減できる重ね合わせ接着継手を提供することにある。

上記課題を解決する本発明はつぎの通りである。
（１） ＦＲＰ製板材と相手板材とを重ね合わせ、接着剤層を介して互いに接着する重ね合わせ接着継手であって、
接着中心から離れたＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分の厚さを、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分以外の接着剤層部分の厚さよりも厚くした、重ね合わせ接着継手。
（２） ＦＲＰ製板材と相手板材とを重ね合わせ、接着剤層を介して互いに接着する重ね合わせ接着継手であって、
接着中心から離れたＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部の曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部以外のＦＲＰ製板材の一般部および相手板材の一般部の曲げ剛性よりも低下させた、重ね合わせ接着継手。
１つの重ね合わせ接着継手が、（１）の重ね合わせ接着継手と（２）の重ね合わせ接着継手の両方を具備してもよい。

上記（１）の重ね合わせ接着継手によれば、接着中心から離れたＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分の厚さを、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分以外の接着剤層部分の厚さよりも厚くしたので、接着剤層端部の歪みと応力を小さくすることができ、重ね合わせ接着継手の破壊強度（剥離強度）を高めることができる。ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分の厚さを厚くすることにより接着剤層端部の歪みと応力を小さくするので、別部材を設けることを必要としない。

上記（２）の重ね合わせ接着継手によれば、接着中心から離れたＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部の曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部以外のＦＲＰ製板材の一般部および相手板材の一般部の曲げ剛性よりも低下させたので、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部が接着剤層端部に追従して変形できる程度が増し、接着剤層端部の歪みと応力を小さくすることができ、重ね合わせ接着継手の破壊強度（剥離強度）を高めることができる。ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部以外のＦＲＰ製板材の一般部および相手板材の一般部の曲げ剛性よりも低下させることにより接着剤層端部の歪みと応力を小さくするので、別部材を設けることを必要としない。

以下に、本発明の重ね合わせ接着継手を、図１〜図９を参照して説明する。
図１〜図６は本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手（後述する構造Ｓ₁ を含む継手）を示し、図７〜図９は本発明の実施形態２の重ね合わせ接着継手（後述する構造Ｓ₂ を含む継手）を示す。図１〜図９中、図１〜図４、図７の重ね合わせ接着継手は、後述する構造Ｓ₁ と後述する構造Ｓ₂ の両方を含む。図１０は本発明の実施形態１、２の適用可能対象例（ただし、適用対象例は図１０のものに限るものではない）を示す。
本発明の実施形態１、２にわたって共通する、または類似する構成部分には本発明の実施形態１、２にわたって同じ符号を付してある。

〔本発明の実施形態１〕
まず、本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手の構成とその作用、効果を、図１〜図６、図１０を参照して説明する。

本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手１０は、ＦＲＰ製板材１１と相手板材１２とを重ね合わせ、接着剤層１３を介して互いに接着する重ね合わせ接着継手である。相手板材１２はＦＲＰ製であってもよいし、あるいはＦＲＰ製でなくてもよく、ＦＲＰ製でない場合は、金属製、たとえばアルミ合金製、であってもよい。ＦＲＰは炭素繊維を含むＣＦＲＰであってもよいし、あるいはガラス繊維を含むＧＦＲＰであってもよい。ＦＲＰ製板材１１と相手板材１２も重ね合わせ接着継手１０部位で板材であればよく、重ね合わせ接着継手１０以外の部位では板状でなくてもよい。接着剤は、たとえばエポキシである。

図１０は、重ね合わせ接着継手１０が自動車ボデーに適用された場合を示している。ただし、重ね合わせ接着継手１０の適用対象例は、図１０の例に限るものではない。
図１０の例では、ＦＲＰ製板材１１がフロア板材であり、相手板材１２がサイドメンバー１５からフロア板材端部下部に延びてくる板材部分、またはセンタートンネル１６からフロア板材端部下部に延びてくる板材部分である。ＦＲＰ製板材１１が相手板材１２の上に置かれてＦＲＰ製板材１１端部で相手板材１２と重ね合わされ、ＦＲＰ製板材１１と相手板材１２の間にある接着剤の層（以下、接着剤層という）１３によって接着、固定される。接着剤層１３の両端は、ＦＲＰ製板材１１の端部および相手板材１２の端部と同じ位置かそれより外側の位置にある。ＦＲＰ製板材１１と相手板材１２との間は接着剤層１３で埋められている。

重ね合わせ接着継手１０の、板材１１、１２沿面方向の、一端を１０ａ、他端を１０ｂとする。重ね合わせ接着継手１０の端部１０ａ側のＦＲＰ製板材１１の端部を１１ａとし、重ね合わせ接着継手１０の端部１０ａ側の接着剤層１３の端部を１３ａとする。また、重ね合わせ接着継手１０の端部１０ｂ側の相手板材１２の端部を１２ｂとし、重ね合わせ接着継手１０の端部１０ｂ側の接着剤層１３の端部を１３ｂとする。板材１１、１２の端部１１ａ、１２ｂは、最端から板材１１、１２の厚さｔの０．５ｔ〜５ｔの範囲（たとえば、１ｔ〜１．５ｔ）とすることができる。

重ね合わせ接着継手１０は、重ね合わせ接着継手１０に曲げ力Ｍがかかった時に生じる接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造Ｓを具備している。接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造Ｓは、接着剤層１３、または板材１１、１２、または接着剤層１３と板材１１、１２に設けられており、すなわち重ね合わせ接着継手１０自体に設けられている。
以上の構成は、本発明の実施形態１以外の実施形態にも適用される。

本発明の実施形態１の、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造Ｓは、接着中心１４から離れたＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂに接する接着剤層部分（接着剤層端部）１３ａ、１３ｂの厚さを、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂに接する接着剤層部分１３ａ、１３ｂ以外の接着剤層部分（接着剤層一般部）１３ｃの厚さよりも厚くする構造Ｓ₁ を含む。ただし、後述する構造Ｓ₂ を併せ具備してもよい。

接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さを接着剤層一般部１３ｃの厚さよりも厚くすることにより、重ね合わせ接着継手１０に曲げ力Ｍがかかった時に生じる接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεが低減できる原理を、図２の１３ｂ部位を例にとって説明する。図２は、図１０で乗員の荷重がフロアにかかった時に、重ね合わせ接着継手１０にかかる曲げ力Ｍと引張力Ｔも併せ示してある。

図２において、ＦＲＰ製板材１１の変形により接着剤層１３の端部１３ｂが歪み、接着剤層１３の端部１３ｂの歪みにより相手部材１２が変形する。接着剤層１３の端部１３ｂの厚さが厚くされれば接着剤層１３の端部１３ｂのバネ定数を低くする効果を生じ、結果として、接着剤層１３の端部１３ｂの歪みεを低減させることができる。すなわち、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さを接着剤層一般部１３ｃの厚さよりも厚くすることにより、重ね合わせ接着継手１０に曲げ力Ｍがかかった時に生じる接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεは小さくなる。

接着剤層端部１３ａ、１３ｂの応力σは接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みと比例関係にある（比例係数は接着剤のヤング率Ｅ）ので、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくすることで接着剤層端部１３ａ、１３ｂの応力σは小さくなり、接着強度が向上される。

接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さを接着剤層一般部１３ｃの厚さよりも厚くする構造は、図３〜図６のどの構造によってもよい。
図３の構造（図１と同じ構造）では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって直線テーパ状に減少し（テーパはＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの、接着剤層１３に接する側の面に設けられている）、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層１３の最端に向かって直線テーパ状に増大している。図３の構造は、後述する、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって減少する構造Ｓ₂ も具備している。

図４の構造では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって湾曲状に減少し（湾曲面はＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの、接着剤層１３に接する側の面に設けられている）、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層１３の最端に向かって湾曲状に増大している。図４の構造は、後述する、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって減少する構造Ｓ₂ も具備している。

図５の構造では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって一定かまたはほぼ一定で、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層１３の最端に向かって湾曲状に増大している。

図６の構造では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって一定かまたはほぼ一定で、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層１３の最端に向かって直線テーパ状に増大している。

つぎに、本発明の実施形態１の作用、効果を説明する。
重ね合わせ接着継手１０に曲げ力Ｍがかかった時に生じる接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造Ｓが重ね合わせ接着継手１０自体に設けられているので、別部材を設けることを必要としない。そのため、別部材を設けた場合の問題である、部品点数の増加、作業工数の増加、重量増大等の問題は生じない。
以上の作用、効果は、本発明の実施形態１以外の実施形態にも適用される。

本発明の実施形態１では、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さを厚くすることで同じ変位（伸び）に対する接着剤層１３の歪みは小さくなる。
ε＝Δｔ／ｔ
ここで、
ε：接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の歪み
ｔ：接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ
Δｔ：接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の伸び

上式からわかるように、ｔを（接着剤層一般部１３ｃの厚さより）大とすることにより、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の歪みεが小さくなり、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの応力σも小さくなる。その結果、重ね合わせ接着継手１０の破壊強度（剥離強度）を、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層一般部１３ｃの厚さと同じで増大されていない場合（従来）に比べて、高めることができる。

〔本発明の実施形態２〕
つぎに、本発明の実施形態２の重ね合わせ接着継手１０を、図７〜図９、（図１〜図４は構造Ｓ₂ を含むので実施形態２の説明にも適用される）を参照して説明する。
本発明の実施形態２の重ね合わせ接着継手１０の、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造Ｓは、接着中心１４から離れたＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂ以外のＦＲＰ製板材の一般部１１ｃおよび相手板材１２の一般部１２ｃの曲げ剛性よりも低下させた構造Ｓ₂ を含む。ただし、前述の構造Ｓ₁ を併せ具備してもよい。

ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂ以外のＦＲＰ製板材の一般部１１ｃおよび相手板材１２の一般部１２ｃの曲げ剛性よりも低下させることにより、重ね合わせ接着継手１０に曲げ力Ｍがかかった時に生じる接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεが低減できる原理を、図２のｂ部位を例にとって説明する。

図２において、ＦＲＰ製板材１１の変形により接着剤層１３の端部１３ｂが歪み、接着剤層１３の端部１３ｂの歪みにより相手部材１２が変形する。相手板材１２の端部１２ｂは曲げ剛性を低下させてあるので、相手板材１２の端部１２ｂが接着剤層１３の端部１３ｂの変形に追従して接着剤層１３側に変形（塑性変形である場合を含む）し、接着剤層１３の端部１３ｂの歪みが小さくなる。もしも相手板材１２の端部１２ｂの曲げ剛性を低下させてなければ（相手板材１２が薄金属板である場合は曲げ剛性は低いが、相手板材１２がＣＦＲＰの場合は曲げ剛性が大きいので、端部の板厚を薄くする等の、曲げ剛性を低下させる構造が施されていなければ）、相手板材１２の端部１２ｂが変形しにくく、接着剤層１３の端部１３ｂの歪み、応力が大きくなって、接着剤層１３の端部１３ｂの剥離が生じるおそれがあるが、相手板材１２の端部１２ｂは曲げ剛性を低下させてあるので、重ね合わせ接着継手１０に曲げ力Ｍがかかった時に生じる接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みε、および応力σは小さくなり、剥離が生じることが防止または抑制される。

ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂ以外のＦＲＰ製板材の一般部１１ｃおよび相手板材１２の一般部１２ｃの曲げ剛性よりも低下させる構造は、図３、図７〜図９のどの構造によってもよい。

図３の構造（図１と同じ構造）では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって直線テーパ状に減少し（テーパはＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの、接着剤層１３に接する側の面に設けられている）、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層１３の最端に向かって直線テーパ状に増大している。図３の構造は、前述した本発明の実施形態１の、接着剤層１３の端部１３ａ、１３ｂの厚さが最端に向かって増大する構造Ｓ₁ も具備している。

図７の構造では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さが最端に向かって段付き状に減少し（段付き状の厚さの減少はＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの、接着剤層１３に接する側の面に設けられている）、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層１３の最端に向かって段付き状に増大している。図７の構造は、前述した本発明の実施形態１の、接着剤層１３の端部１３ａ、１３ｂの厚さが最端に向かって増大する構造Ｓ₁ も具備している。

図８の構造では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さは最端に向かって一定であり、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さも接着剤層１３の最端に向かって一定であるが、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの幅（板厚と直交する方向の幅）が最端に向かって徐々にまたは段階状に減少している。

図９の構造では、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの厚さは最端に向かって一定であり、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さも接着剤層１３の最端に向かって一定であるが、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２（相手部材１２がＦＲＰ製である場合）の端部１２ｂにおける強化繊維の配向が、端部１１ａと端部１２ｂを結ぶ方向と直交する方向に向けられており、ＦＲＰ製板材１１の一般部１１ｃおよび相手板材１２の一般部１２ｃにおける強化繊維の配向が、端部１１ａと端部１２ｂを結ぶ方向に向けられている。ただし、強化繊維の配向が端部１１ａと端部１２ｂを結ぶ方向と直交する方向に向けられる部分は、端部１１ａおよび端部１２ｂの厚さ方向の全体としてもよいし、あるいは、端部１１ａおよび端部１２ｂの厚さ方向の一部としてもよい。一部とする場合は、強化繊維の配向方向を、接着剤１３に接触する面と反対側の面に近い部位のみ端部１１ａと端部１２ｂを結ぶ方向と直交する方向にし、残りの部位は強化繊維の配向方向を端部１１ａと端部１２ｂを結ぶ方向と同じ方向とする。

つぎに、本発明の実施形態２の作用、効果を説明する。
ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂの曲げ剛性を、それぞれ、一般部１１ｃおよび１２ｃの曲げ剛性より小さくすることで、ＦＲＰ製板材１１の端部１１ａおよび相手板材１２の端部１２ｂが接着剤層１３の端部１３ａ、１３ｂの変位に追従して変位し、その結果、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の伸びΔｔが低減され、接着剤層１３の端部１３ａ、１３ｂの歪みが小さくなる。
ε＝Δｔ／ｔ
ここで、
ε：接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の歪み
ｔ：接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ
Δｔ：接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の伸び

上式からわかるように、Δｔを小とすることにより、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さ方向の歪みεが小さくなり、εに比例する接着剤層端部１３ａ、１３ｂの応力σも小さくなる。その結果、重ね合わせ接着継手１０の破壊強度（剥離強度）を、接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さが接着剤層一般部１３ｃの厚さと同じで増大されていない場合（従来）に比べて、高めることができる。

本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手（構造Ｓ₁ をもつ継手）の断面図である（ただし、図１は構造Ｓ₂ も具備している継手を示す）。 図１の重ね合わせ接着継手で接着剤層端部の歪みが小さくなる原理を示す重ね合わせ接着継手の断面図である。 図１の重ね合わせ接着継手で接着剤層端部にかかる荷重（曲げ力、引張力）を追加して示した重ね合わせ接着継手の断面図である。 本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手（構造Ｓ₁ をもつ継手）の変形例の断面図である（ただし、図４は構造Ｓ₂ も具備している継手を示す）。 本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手のもう一つの変形例の断面図である。 本発明の実施形態１の重ね合わせ接着継手のさらにもう一つの変形例の断面図である。 本発明の実施形態２の重ね合わせ接着継手（構造Ｓ₂ をもつ継手）の断面図である（ただし、図７は構造Ｓ₁ も具備している継手を示す）。 本発明の実施形態２の重ね合わせ接着継手のもう一つの変形例の断面図である。 本発明の実施形態２の重ね合わせ接着継手のさらにもう一つの変形例の断面図である。 本発明の重ね合わせ接着継手の適用対象例の断面図である。

符号の説明

１０ 重ね合わせ接着継手
１０ａ 重ね合わせ接着継手の一端
１０ｂ 重ね合わせ接着継手の他端
１１ ＦＲＰ製部材
１１ａ ＦＲＰ製部材端部
１１ｃ ＦＲＰ製部材一般部
１２ 相手部材
１２ｂ 相手部材端部
１２ｃ 相手部材一般部
１３ 接着剤層
１３ａ 接着剤層端部
１３ｂ 接着剤層端部
１３ｃ 接着剤層一般部
１４ 接着中心
１５ サイドメンバー
１６ センタートンネル
Ｓ 接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造
Ｓ₁ 接着剤層端部１３ａ、１３ｂの厚さを増大することにより接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造
Ｓ₂ ＦＲＰ製部材と相手部材の端部の曲げ剛性を低減することにより接着剤層端部１３ａ、１３ｂの歪みεを小さくする構造

Claims (2)

1. ＦＲＰ製板材と相手板材とを重ね合わせ、接着剤層を介して互いに接着する重ね合わせ接着継手であって、
   接着中心から離れたＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分の厚さを、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部に接する接着剤層部分以外の接着剤層部分の厚さよりも厚くした、重ね合わせ接着継手。
2. ＦＲＰ製板材と相手板材とを重ね合わせ、接着剤層を介して互いに接着する重ね合わせ接着継手であって、
   接着中心から離れたＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部の曲げ剛性を、ＦＲＰ製板材の端部および相手板材の端部以外のＦＲＰ製板材の一般部および相手板材の一般部の曲げ剛性よりも低下させた、重ね合わせ接着継手。

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