JP2011246554A

JP2011246554A - 異種材料の接着方法

Info

Publication number: JP2011246554A
Application number: JP2010119521A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Kanemitsu; 知巳兼光
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】接着強度を向上することができる異種材料の接着方法を提供する。
【解決手段】異種材料からなる第一部材１１と第二部材１２とを接着する異種材料の接着方法であって、第一部材の接着面１１ａに、第一部材に適した第一接着剤２１を塗布する工程と、第一接着剤における第二部材と接着される側の第一接着剤接着面２１ａに繊維２５を配する工程と、第二部材の接着面１２ａに、第二部材に適した第二接着剤２２を塗布する工程と、第二接着剤における第一部材と接着される側の第二接着剤接着面２２ａに繊維を配する工程と、第一接着剤および第二接着剤に適した第三接着剤２３を用いて、第一接着剤接着面と第二接着剤接着面との間を接着する工程と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種材料の接着方法に関するものである。

従来から、コンクリートと金属鋼板とを接合する方法としては、ボルト締めにより接合する方法や接着剤により接合する方法が知られている。
しかしながら、コンクリートと金属鋼板のように異種材料からなる２つの部材を接着する場合には、材料によって適正な接着剤の種類や表面処理の適正が異なり、単一の接着剤で接着した場合には接着強度（接合強度）が確保できない場合がある。また、図７に示すように、異種材料（図７ではコンクリートと金属鋼板）を接着剤で接着した場合は、接着端部において応力集中が発生しやすく、破壊の発点となる場合がある。

そこで、このような問題を解消すべく、特許文献１に異種材料を接合一体化する場合において、高接合性能の接合一体物を製造することが可能な一体化方法が開示されている。具体的には、異種の材料を相互に接合して一体物となす接合一体化方法において、任意性状の短毛状の繊維を、接合表面にランダムかつ高密度に配列して、繊維の両端部分を接合材料の表面に埋め込み・接着して植毛固着し、繊維群を結合媒体となして接合一体化するものである。

特開平６−４２０６３号公報

ところで、上述した特許文献１の接合一体化方法は、異種材料の間に繊維を配列することにより、接着強度（接合強度）の向上を図ることはできるものの、異種材料を接合する際に単一の接着剤しか用いていないため、その接着強度の向上には限度がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、接着強度を向上することができる異種材料の接着方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の異種材料の接着方法は、異種材料からなる第一部材と第二部材とを接着する異種材料の接着方法であって、前記第一部材の接着面に、前記第一部材に適した第一接着剤を塗布する工程と、前記第一接着剤における前記第二部材と接着される側の第一接着剤接着面に繊維を配する工程と、前記第二部材の接着面に、前記第二部材に適した第二接着剤を塗布する工程と、前記第二接着剤における前記第一部材と接着される側の第二接着剤接着面に前記繊維を配する工程と、前記第一接着剤および前記第二接着剤に適した第三接着剤を用いて、前記第一接着剤接着面と前記第二接着剤接着面との間を接着する工程と、を備えていることを特徴としている。

この発明によれば、第一部材には該第一部材に適した第一接着剤を塗布し、第二部材には該第二部材に適した第二接着剤を塗布し、第一接着剤と第二接着剤との間にそれぞれに適した第三接着剤を配している。つまり、各材料に適した接着剤を複数積層することによって、所望の接着界面強度を得ることができる。また、接着剤に繊維が混入するように構成したため、接着剤が配された層のじん性を確保することができる。したがって、異種材料からなる第一部材と第二部材との間の接着強度を確実に向上することができる。

また、本発明の異種材料の接着方法は、前記繊維は、前記第一接着剤接着面または前記第二接着剤接着面の周縁部分は繊維密度が疎になるように配されているとともに、前記第一接着材接着面または前記第二接着剤接着面の中心部分は繊維密度が前記周縁部分よりも密になるように配されていることを特徴としている。

このように構成することで、接着面内方向における弾性率を調整することができる。したがって、接着面の周縁部分の応力集中を緩和することができる。

また、本発明の異種材料の接着方法は、前記繊維は、前記第一接着剤接着面および前記第二接着剤接着面に静電植毛されていることを特徴としている。

このように構成することで、第一接着剤接着面および第二接着剤接着面に対して繊維を確実に配することができる。

さらに、本発明の異種材料の接着方法は、前記繊維は、それぞれが独立した短毛で構成されており、前記第一接着剤に一端側が配された前記短毛の他端側は、前記第二接着剤接着面に略当接する長さを有しているとともに、前記第二接着剤に一端側が配された前記短毛の他端側は、前記第一接着剤接着面に略当接する長さを有していることを特徴としている。

このように構成することで、接着剤が配された接着層における引張強度および剥離強度を向上することができる。

そして、本発明の異種材料の接着方法は、前記中心部分に配される前記繊維は、前記接着面内方向に沿って配された紐状の長毛で構成されており、前記第一接着剤および前記第二接着剤に対して、前記長毛が断面略鋸刃状になるように配されていることを特徴としている。

このように構成することで、接着剤が配された接着層における引張せん断強度を向上することができる。

本発明の異種材料の接着方法によれば、第一部材には該第一部材に適した第一接着剤を塗布し、第二部材には該第二部材に適した第二接着剤を塗布し、第一接着剤と第二接着剤との間にそれぞれに適した第三接着剤を配している。つまり、各材料に適した接着剤を複数積層することによって、所望の接着界面強度を得ることができる。また、接着剤に繊維が混入するように構成したため、接着剤が配された層のじん性を確保することができる。したがって、異種材料からなる第一部材と第二部材との間の接着強度を確実に向上することができる。

本発明の第一実施形態におけるコンクリートと鋼板との接着状態を示す断面図である。本発明の第一実施形態におけるコンクリートと鋼板とを接着する手順を説明する図（１）である。本発明の第一実施形態におけるコンクリートと鋼板とを接着する手順を説明する図（２）図である。本発明の第二実施形態におけるコンクリートと鋼板との接着状態を示す断面図である。本発明の第二実施形態におけるコンクリートと鋼板とを接着する手順を説明する図（１）である。本発明の第二実施形態におけるコンクリートと鋼板とを接着する手順を説明する図（２）図である。従来の方法でコンクリートと鋼板とを接着した際の接着部における面内方向の応力分布を示す図である。

（第一実施形態）
次に、本発明の第一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、本実施形態では、異種材料としてコンクリートおよび金属製の鋼板を用いた場合の接着方法について説明する。また、本実施形態に示す図は、接着層を強調するために縮尺を適宜変更して図示している。

図１はコンクリートと鋼板との接着状態を示す断面図である。図１に示すように、コンクリート１１と金属製の鋼板１２とは、接着層１３を介して接合されている。

接着層１３は、コンクリート１１の接着面１１ａに塗布された第一接着剤２１と、鋼板１２の接着面１２ａに塗布された第二接着剤２２と、第一接着剤２１と第二接着剤２２との間に介装された第三接着剤２３と、を有した三層構造になっている。なお、第一接着剤２１としては例えばコンクリート用エポキシ樹脂が用いられ、第二接着剤２２としては例えば鋼板用エポキシ樹脂が用いられている。つまり、コンクリート１１と第一接着剤２１との間、および、鋼板１２と第二接着材２２との間はそれぞれ所望の接着強度が確保されている。また、第三接着剤２３は、第一接着剤２１および第二接着剤２２の両方に対して所望の接着強度で接着することができるものを採用している。このように、接着層１３は、接着剤同士の間の接着強度が所定値以上になるように接着剤が複数積層されている。

さらに、第一接着剤２１および第二接着剤２２には、それぞれが独立した短毛の繊維２５が植毛されている。繊維２５は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子系材料で形成されている。

また、繊維２５は、接着面１１ａ上において繊維密度が場所によって異なっている。具体的には、接着面１１ａの平面視中央部分における繊維密度は高く、中央部分の周囲の周縁部分における繊維密度は低くなっている。なお、本実施形態では、接着面１１ａの中央部分から周縁部分に向かうにしたがって繊維密度が徐々に低くなるように繊維２５が植毛されている。また、接着面１２ａについても接着面１１ａと略同一の条件で繊維２５が植毛されている。

さらに、第一接着剤２１に植毛された短毛状の繊維２５は、その一端側が第一接着剤２１に埋め込まれており、他端側は第一接着剤２１から突出しており、コンクリート１１と鋼板１２とを接着接合したときに、他端側の先端が第二接着剤２２の表面に略当接するように構成されている。つまり、第一接着剤２１から突出した繊維２５の長さは、第三接着剤２３の厚さと略同一になるように構成されている。

また、第二接着剤２２に植毛された短毛状の繊維２５は、第一接着剤２１に植毛された繊維２５と略同一の構成で植毛されており、その一端側が第二接着剤２２に埋め込まれ、他端側は第二接着剤２２から突出しており、コンクリート１１と鋼板１２とを接着接合したときに、他端側の先端が第一接着剤２１の表面に略当接するように構成されている。つまり、第二接着剤２２から突出した繊維２５の長さは、第三接着剤２３の厚さと略同一になるように構成されている。

次に、上述したようにコンクリート１１と鋼板１２とを接着接合する具体的な方法について説明する。
まず、図２に示すように、コンクリート１１の接着面１１ａに第一接着剤２１を塗布し、該第一接着剤２１が硬化する前に、繊維２５を所望の繊維密度で接着面１１ａ全面に静電植毛する。このとき接着面１１ａの平面視中央部分は繊維密度が密になるように繊維２５を植毛し、周縁部分は繊維密度が中央部分よりも疎になるように繊維２５を植毛する。

略同時に、図３に示すように、鋼板１２の接着面１２ａに第二接着剤２２を塗布し、該第二接着剤２２が硬化する前に、繊維２５を所望の繊維密度で接着面１２ａ全面に静電植毛する。このとき接着面１２ａの平面視中央部分は繊維密度が密になるように繊維２５を植毛し、周縁部分は繊維密度が中央部分よりも疎になるように繊維２５を植毛する。

続いて、第一接着剤２１の接着面２１ａと第二接着剤２２の接着面２２ａとの間を、第三接着剤２３を用いて接着する。このとき、第一接着剤２１に植毛された繊維２５の先端が第二接着剤２２の接着面２２ａに略当接するとともに、第二接着剤２２に植毛された繊維２５の先端が第一接着剤２１の接着面２１ａに略当接するように配置した状態で、第一接着剤２１と第二接着剤２２との間に形成された空隙に第三接着剤２３を充填し、第一接着剤２１と第三接着剤２３との間、および、第二接着剤２２と第三接着剤２３との間をそれぞれ接着させる。そして、図１に示すように、第三接着剤２３が硬化した時点で、コンクリート１１と鋼板１２との接着接合が完了する。

本実施形態によれば、コンクリート１１には該コンクリート１１に適した第一接着剤２１を塗布し、鋼板１２には該鋼板１２に適した第二接着剤２２を塗布し、第一接着剤２１と第二接着剤２２との間にそれぞれに適した第三接着剤２３を配している。つまり、各材料に適した接着剤を複数積層することによって、所望の接着界面強度を得ることができる。また、接着剤２１，２２，２３に繊維２５が混入するように構成したため、接着剤が配された接着層１３のじん性を確保することができる。したがって、異種材料からなるコンクリート１１と鋼板１２との間の接着強度を確実に向上することができる。

また、接着面１１ａ，１２ａ上において繊維密度が場所によって異なるように繊維２５を植毛し、具体的には、接着面１１ａ，１２ａの平面視中央部分における繊維密度は高く、周縁部分における繊維密度は低くなるように構成したため、接着面内方向における弾性率を調整することができる。したがって、接着面１１ａ，１２ａの周縁部分の応力集中を緩和することができる。

さらに、繊維２５が、それぞれが独立した短毛で構成され、第一接着剤２１に一端側が植毛された繊維２５の他端側は第二接着剤２２の表面に略当接する長さを有するとともに、第二接着剤２２に一端側が植毛された繊維２５の他端側は第一接着剤２１の表面に略当接する長さを有するように構成したため、接着剤２１，２２，２３が配された接着層１３における引張強度および剥離強度を向上することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態を図４〜図６に基づいて説明する。なお、本実施形態は、第一実施形態と繊維の植毛方法が異なるのみであり、その他の構成は第一実施形態と略同一の構成であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態に示す図は、接着層を強調するために縮尺を適宜変更している。

図４はコンクリートと鋼板との接着状態を示す断面図である。図４に示すように、コンクリート１１と金属製の鋼板１２とは、接着層５３を介して接合されている。

接着層５３は、コンクリート１１の接着面１１ａに塗布された第一接着剤２１と、鋼板１２の接着面１２ａに塗布された第二接着剤２２と、第一接着剤２１と第二接着剤２２との間に介装された第三接着剤２３と、を有した三層構造になっている。なお、第一接着剤２１としては例えばコンクリート用エポキシ樹脂が用いられ、第二接着剤２２としては例えば鋼板用エポキシ樹脂が用いられている。また、第一接着剤２１および第二接着剤２２には、繊維５５が植毛されている。具体的には、接着面１１ａ，１２ａの中心部分に植毛される繊維５５ａは、接着面内方向に沿って配された紐状の長毛で構成されており、第一接着剤２１および第二接着剤２２に対して、長毛が断面略鋸刃状になるように植毛されている。また、接着面１１ａ，１２ａの周縁部分に植毛される繊維５５ｂは、それぞれが独立した短毛で構成されており、第一接着剤２１および第二接着剤２２に対して、短毛が断面略Ｖ字状になるように植毛されている。なお、繊維５５は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子系材料で形成されている。

また、繊維５５は、接着面１１ａ上において繊維密度が場所によって異なっている。具体的には、接着面１１ａの中央部分における繊維密度は高く、周縁部分における繊維密度は低くなっている。なお、本実施形態では、接着面１１ａの中央部分から周縁部分に向かうにしたがって繊維密度が徐々に低くなるように繊維５５が植毛されている。また、接着面１２ａについても接着面１１ａと略同一の条件で繊維５５が植毛されている。

上述したようにコンクリート１１と鋼板１２とを接着接合する具体的な方法について説明する。
まず、図５に示すように、コンクリート１１の接着面１１ａに第一接着剤２１を塗布し、該第一接着剤２１が硬化する前に、繊維５５を所望の繊維密度で接着面１１ａ全面に静電植毛する。このとき接着面１１ａの平面視中央部分は繊維密度が密になるように繊維５５を植毛し、周縁部分は繊維密度が中央部分よりも疎になるように繊維５５を植毛する。

略同時に、図６に示すように、鋼板１２の接着面１２ａに第二接着剤２２を塗布し、該第二接着剤２２が硬化する前に、繊維５５を所望の繊維密度で接着面１２ａ全面に静電植毛する。このとき接着面１２ａの平面視中央部分は繊維密度が密になるように繊維５５を植毛し、周縁部分は繊維密度が中央部分よりも疎になるように繊維５５を植毛する。

続いて、第一接着剤２１の接着面２１ａと第二接着剤２２の接着面２２ａとの間を、第三接着剤２３を用いて接着する。このとき、第一接着剤２１に植毛された繊維５５と第二接着剤２２に植毛された繊維５５とが略当接するように配置した状態で、第一接着剤２１と第二接着剤２２との間に形成された空隙に第三接着剤２３を充填し、第一接着剤２１と第三接着剤２３との間、および、第二接着剤２２と第三接着剤２３との間をそれぞれ接着させる。そして、図４に示すように、第三接着剤２３が硬化した時点で、コンクリート１１と鋼板１２との接着接合が完了する。

本実施形態によれば、コンクリート１１には該コンクリート１１に適した第一接着剤２１を塗布し、鋼板１２には該鋼板１２に適した第二接着剤２２を塗布し、第一接着剤２１と第二接着剤２２との間にそれぞれに適した第三接着剤２３を配している。つまり、各材料に適した接着剤を複数積層することによって、所望の接着界面強度を得ることができる。また、接着剤２１，２２，２３に繊維５５が混入するように構成したため、接着剤が配された接着層１３のじん性を確保することができる。したがって、異種材料からなるコンクリート１１と鋼板１２との間の接着強度を確実に向上することができる。

また、接着面１１ａ，１２ａ上において繊維密度が場所によって異なるように繊維５５を植毛し、具体的には、接着面１１ａ，１２ａの平面視中央部分における繊維密度は高く、周縁部分における繊維密度は低くなるように構成したため、接着面内方向における弾性率を調整することができる。したがって、接着面１１ａ，１２ａの周縁部分の応力集中を緩和することができる。

さらに、繊維５５が、接着面１１ａ，１２ａの中心部分に植毛される繊維５５ａは、接着面内方向に沿って配された紐状の長毛で構成されるとともに、第一接着剤２１および第二接着剤２２に対して断面略鋸刃状になるように植毛され、接着面１１ａ，１２ａの周縁部分に植毛される繊維５５ｂは、それぞれが独立した短毛で構成されるとともに、第一接着剤２１および第二接着剤２２に対して断面略Ｖ字状になるように植毛されるように構成したため、接着剤２１，２２，２３が配された接着層１３における引張せん断強度を向上することができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、異種材料としてコンクリートおよび鋼板を用いて、該コンクリートと鋼板とを接着する方法について説明したが、他の組合せの異種材料を接着する際にも、上記方法を採用することができる。
また、本実施形態（特に、第一実施形態）では、寸法および形状が統一された繊維を植毛方向が揃うように配した場合の説明をしたが、繊維の寸法および形状は異なるものを用いてもよく、また、繊維の植毛方向は異なるように配してもよい。
さらに、本実施形態では、第一接着剤接着面および第二接着剤接着面に静電植毛にて繊維を配する場合の説明をしたが、繊維を配する方法は静電植毛に限らない。
そして、本実施形態では、短毛繊維や紐状の長毛繊維を植毛した場合の説明をしたが、これに限らず、例えば、立体的なメッシュ状の繊維部材を第一接着剤と第三接着剤の２つの接着剤にまたがるように配するとともに、第二接着剤と第三接着剤の２つの接着剤にまたがるように配してもよい。なお、このとき、メッシュ状の繊維部材は、平面視中央部分の繊維密度が高くなるように目を細かくするとともに、周縁部分の繊維密度が低くなるように目を粗くすればよい。

１１…コンクリート（第一部材）１１ａ…接着面１２…鋼板（第二部材）１２ａ…接着面２１…第一接着剤２１ａ…接着面（第一接着剤接着面）２２…第二接着剤２２ａ…接着面（第二接着剤接着面）２３…第三接着剤２５…繊維５５…繊維

Claims

異種材料からなる第一部材と第二部材とを接着する異種材料の接着方法において、
前記第一部材の接着面に、前記第一部材に適した第一接着剤を塗布する工程と、
前記第一接着剤における前記第二部材と接着される側の第一接着剤接着面に繊維を配する工程と、
前記第二部材の接着面に、前記第二部材に適した第二接着剤を塗布する工程と、
前記第二接着剤における前記第一部材と接着される側の第二接着剤接着面に前記繊維を配する工程と、
前記第一接着剤および前記第二接着剤に適した第三接着剤を用いて、前記第一接着剤接着面と前記第二接着剤接着面との間を接着する工程と、を備えていることを特徴とする異種材料の接着方法。
前記繊維は、前記第一接着剤接着面または前記第二接着剤接着面の周縁部分は繊維密度が疎になるように配されているとともに、前記第一接着材接着面または前記第二接着剤接着面の中心部分は繊維密度が前記周縁部分よりも密になるように配されていることを特徴とする請求項１に記載の異種材料の接着方法。
前記繊維は、前記第一接着剤接着面および前記第二接着剤接着面に静電植毛されていることを特徴とする請求項１または２に記載の異種材料の接着方法。
前記繊維は、それぞれが独立した短毛で構成されており、
前記第一接着剤に一端側が配された前記短毛の他端側は、前記第二接着剤接着面に略当接する長さを有しているとともに、
前記第二接着剤に一端側が配された前記短毛の他端側は、前記第一接着剤接着面に略当接する長さを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異種材料の接着方法。
前記中心部分に配される前記繊維は、前記接着面内方向に沿って配された紐状の長毛で構成されており、
前記第一接着剤および前記第二接着剤に対して、前記長毛が断面略鋸刃状になるように配されていることを特徴とする請求項２または３に記載の異種材料の接着方法。