JP2021195386A - 接着構造及び接着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光硬化性の接着剤を使用して容易且つ強固に接着できる接着構造を提供する。【解決手段】本発明の接着構造は、基材１０と被接着部材３０とを、光硬化性の接着剤４０を用いて接着するものであって、補助部材２０が用いられており、基材に被接着部材と補助部材とが設置されているとともに、被接着部材の第１の面３５と補助部材の第１の面２５とが対向し、両方の第１の面の間に空隙が形成されており、空隙の少なくとも一部には接着剤が充填されているとともに、基材の空隙に対して露出している部分は充填された接着剤と接触している。【選択図】図２

Description

本発明は、接着構造及び接着方法に関するものである。

基材に対して被接着部材を接着剤を用いて接着することは、種々の製品を製造する製造現場で行われている。この場合、被接着部材を所定の位置に正確にかつ強固に接着する必要がある。基材および被接着部材の材質や、接着させた製品の使い方によって適切な接着剤を選択する必要があるが、生産性を上げるためには硬化の速い接着剤、例えば瞬間接着剤を用いることが好ましい。

ロボットを使用して接着を行う場合は、接着位置や被接着部材の向き等を正確に制御することが容易であるが、少量多品種の生産あるいは工芸品等の人間の手作業で接着を行う場合は、被接着部材を正確に所定の位置や向きを合わせて接着することが困難である。特に手作業で接着を行う際に瞬間接着剤を用いると、接着してしまったら剥がすのが困難なためやり直しが難しく、また速く作業をしなければならないために焦って失敗をしてしまうことが生じる。

そこで光硬化性の接着剤を使用することが考えられる。光硬化性の接着剤は、特定の波長の光を照射すると短時間で硬化・接着するが、光を照射しなければ硬化・接着はしない。そのため、被接着部材の位置合わせや向き合わせ等を時間をかけて行える。接着力も大きいものが多いため、光硬化性の接着剤は手作業での接着を効率的に行うことに適した接着剤である。

特開２００１−５５５４３号公報

しかしながら、光硬化性の接着剤は光を照射しないと硬化しないため、基材および被接着部材の面同士を密着させてその面と面との間に接着剤を介在させる場合は、基材か被接着部材かの一方が光透過性の物質からできていない限り光を接着剤全体に照射させることができなくて強固に接着させることが困難であるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光硬化性の接着剤を使用して容易且つ強固に接着できる接着構造を提供することにある。

本発明の接着構造は、基材と被接着部材とを、光硬化性の接着剤を用いて接着した接着構造であって、補助部材が用いられており、前記基材に前記被接着部材と前記補助部材とが設置されているとともに、前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面とが対向し、両方の前記第１の面の間に空隙が形成されており、前記空隙の少なくとも一部には前記接着剤が充填されているとともに、前記基材の前記空隙に対して露出している部分は充填された前記接着剤と接触している構成を備えている。前記空隙内の接着剤と、前記基材の前記空隙に対して露出している部分に接触している接着剤は硬化している。また、基材に被接着部材と補助部材とが設置されているとは、基材の上に被接着部材及び補助部材が置かれていることであり、基材と被接着部材との間に別の部材が介在していても構わず、同様に基材と補助部材との間に別の部材が介在していても構わない。

前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面との間の距離は平均で０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面との間の距離は平均で３ｍｍよりも大きく３０ｍｍ以下であってもよい。

前記補助部材は前記接着剤を硬化させる光に対して透過率が５０％以下であってもよい。

本発明の接着方法は、基材と被接着部材とを補助部材を用いて接着させる接着方法であって、被接着部材の第１の面と補助部材の第１の面とを対向させて空隙を設けて、基材の少なくとも一部が前記空隙に対して露出するように、基材の上に前記被接着部材と前記補助部材とを設置する工程と、前記空隙に光硬化性の接着剤を入れる工程と、前記光硬化性の接着剤に光を照射して硬化させる工程とを含んでいる構成を備えている。接着剤を入れる工程においては、接着剤が基材に接触するように接着剤を入れる。

本発明の接着構造は、補助部材を用いて被接着部材と補助部材とを面同士で接着を行っているとともに補助部材及び被接着部材の両方が基材と接着しているので強固な接着を実現することができ、光硬化性の接着剤は空隙に入れられているので、空隙の上から光を照射することで接着剤全体に光をあてて硬化させることができる。

実施形態に係る接着構造を示す模式的な斜視図である。 実施形態に係る接着構造を示す模式的な断面図である。 別の実施形態に係る接着構造を示す模式的な斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
実施形態１は、図１，２に示すようにプラスチック製の平板状の基材１０に被接着部材である磁石３０を、補助部材であるリング枠２０を用いて光硬化性の接着剤４０によって接着している接着構造である。磁石３０は円柱形状であり、その側壁をリング枠２０が取り囲んでいる。リング枠２０は円筒形状であって、磁石３０が中空部分に収まっている。本実施形態では、例えばバッグや収納ケースの開口部を塞ぐための止め部材として磁石を用いる際の磁石の接着に利用できる。

磁石３０とリング枠２０とは基材１０の上面に置かれている。磁石３０の側壁面（被接着部材の第１の面）３５は、リング枠２０の内周面（補助部材の第１の面）２５と向かい合っており、側壁面３５と内周面２５との間に空隙が形成されている。この空隙は基材１０の上面にまで達していて、基材１０は空隙に対して露出している状態になっている。

そして、この空隙の中に、空隙を３／４程度埋めるように光硬化性の接着剤４０が充填されており、この接着剤４０は側壁面３５と内周面２５とに接触・密着しているとともに、基材１０の上面にも接触・密着している。従って、接着剤４０によって磁石３０とリング枠２０と基材１０とが接着・固定されている。なお、本実施形態では紫外線硬化性の樹脂を接着剤４０として用いている。

一般に、光硬化型接着剤は光硬化性の樹脂からなっている。光硬化性の樹脂は、モノマーあるいはオリゴマーが光により重合されて生成されるポリマーであって、その重合反応は主としてラジカル重合とカチオン重合とが挙げられる。光硬化性樹脂の中でも紫外線硬化性の樹脂は可視光では反応しないので、塗布や位置合わせ等を通常の屋内光において行っても、紫外線の量が少ないために硬化反応がゆっくりであるため塗布や位置合わせ等が容易に行えるとともに、紫外線を照射することにより短時間で硬化させることができる。

なお、光硬化性の樹脂としてはさまざまな樹脂が開発されていて、硬化後の樹脂の物性もさまざまであるので、モールド樹脂や接着剤としていろいろな分野・用途において広く使われている。例えば、ラジカル重合による紫外線硬化樹脂としてはアクリレート系の樹脂が一般的に用いられ、カチオン重合による紫外線硬化樹脂としてはエポキシ系の樹脂が用いられ、接着剤としてこれらのさまざまな樹脂が開発されている。

次に、本実施形態の接着の工程を説明する。

最初に、基材１０の上に磁石３０とリング枠２０とを設置する。磁石３０を先に置いてからリング枠２０を置いてもよいしリング枠２０を先に置いてから磁石３０を置いても構わない。あるいは、あらかじめリング枠２０に磁石３０を入れて、両者を一緒に基材１０の上に置いてもよい。なお、磁石３０を基材１０の所定の位置に置く必要があるので、この設置の際に位置合わせを行う。また、磁石３０とリング枠２０との間の空隙を調整して磁石３０の周囲にほぼ均一に形成されるようにする。

本実施形態では磁石３０の側壁面３５とリング枠２０の内周面２５とは平行となるように形成されている。側壁面３５と内周面２５とが磁石３０の周囲の全周に渡って同じ距離を保つように空隙を形成することが好ましい。空隙の幅、即ち側壁面３５と内周面２５との距離は、基材１０と磁石３０との接着力が所望の接着力以上になるように設定されている。例えば、磁石３０の大きさ（径）が数ｍｍ〜２０ｍｍ程度であってバッグの留め金のような用途に用いられる場合は、平均で０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であるように設計されている。このように被接着部材が比較的小型の部材であるときは、この距離が０．１ｍｍよりも小さいと基材１０と磁石３０及びリング枠２０との接着力が不足するおそれがあり、３ｍｍよりも大きいと見栄えが悪くなってしまう場合がある。

次に、空隙に接着剤４０を注入する。接着剤４０の注入は、例えばシリンジ等で空隙の上側の開口部分から行えばよい。接着剤４０は基材１０の表面に確実に接触するように注入を行う。そのためには、シリンジの注入口を基材１０の表面に近づけたり、接着剤４０として粘度の小さいものを選定したりすることが好ましい。接着剤４０の注入量は、基材１０と磁石３０との間に十分な接着力が得られる量とすればよく、例えば本実施形態では空隙のおよそ３／４が充填される量の接着剤４０を注入している。なお、空隙の全てを接着剤４０で充填しなくても接着力が十分得られる場合でも、見栄えをよくするために空隙を全て充填するように接着剤４０を注入してもよい。

接着剤４０の注入時に磁石３０の位置が所定の位置からずれてしまった場合は、所定の位置に戻す。

次に、接着剤４０に紫外線を照射して接着剤４０を硬化させる。紫外線は、充填されている接着剤４０の全てに照射されるように、空隙の開口部から側壁面３５と内周面２５とほぼ平行に照射して、基材１０の接着剤４０と接している部分にも届くようにする。硬化に必要な時間は接着剤４０の種類や紫外線の光源のパワーによって異なるので、必要な硬化時間以上の照射を行って、十分に硬化させる。

以上の工程によって、基材１０と磁石３０とリング枠２０とが接着剤４０によって接着・固定される。

本実施形態では、磁石３０とリング枠２０との間の空隙に接着剤４０を注入して、その接着剤４０が空隙に露出した基材１０にも接着するので、基材１０と磁石３０とが強固に接着される。リング枠２０も磁石３０及び基材１０と接着されているので、単に磁石３０と基材１０とだけを接着した場合に比べて、これら３者が相まって接着力が大きくなる。また、これら３者を接着するのに３者に囲まれた空隙に充填される接着剤４０を用いるので、接着剤４０の量も少量ですむ。接着剤４０は光硬化性なので、瞬間接着剤とは異なり磁石３０の位置合わせが容易に行えるとともに、光を照射すれば短時間で硬化するため、生産性が高い。

工業的に同じものを多数生産する場合、被接着部材と補助部材とをそれぞれ常に同じ形状にしておけば、複数組の被接着部材・補助部材・基材の接着をそれぞれ行う際に、接着剤が基材に接着している面積が常に同じになるため、接着力のばらつきは非常に少なくなり、所望の接着力が常に得られるようにできるため、好ましい。

（実施形態２）
実施形態２は図３に示すように、金属製の基材１２の上に、直方体の形状のケースの中に電気部品を組み込んだ装置（被接着部材）３２を設置し、装置３２の３つの側面を取り囲む枠部材（補助部材）２２を基材１２の上に設置している接着構造である。枠部材２２は平面視においてコの字形である。装置３２の側面のうち枠部材２２に囲まれていない側面は、基材１２の上面から立ち上がった壁部１３に密着しており、枠部材２２の端部の面も壁部１３に密着している。

枠部材２２に囲まれた装置３２の３つの側面（被接着部材の第１の面）は枠部材２２の内周面（補助部材の第１の面）と向かい合っており、向かい合った面同士の間に空隙が形成されている。この空隙に対して基材１２の上面に一部が露出している。また、壁部１３もこの空隙に対して一部が露出している。そして、空隙内には接着剤４２が充填されている。本実施形態では空隙の全てが接着剤４２によって充填されており、基材１２と装置３２と枠部材２２と壁部１３とを接着剤４２が接着・固定している。

本実施形態は実施形態１と同様に、装置３２と枠部材２２とを壁部１３に密着させながら基材１２の上に設置して、装置３２と枠部材２２との間の空隙に接着剤４２を注入し、それから接着剤４２に光を照射して硬化させる、という方法で接着を行ってもよいが、別の方法で接着を行ってもよい。例えば、装置３２の３つの側面及び枠部材２２の内周面の両方あるいは一方に粘度の高い接着剤４２を塗布し、それから装置３２と枠部材２２とを壁部１３に密着させながら基材１２の上に設置すると、塗布した接着剤４２が粘度が高いために流れ落ちないで塗布面に密着したままとなり、それが空隙を満たす。それから接着剤４２に光を照射して硬化させる、という方法で接着を行ってもよい。

あるいは、まず枠部材２２を壁部１３に密着させながら基材１２の上に設置して、枠部材２２の内側の基材１２の上面に接着剤４２を載せて、その上から装置３２を載せることにより、接着剤４２を装置３２の側面と枠部材２２の内周面との間の空隙に移動させ、その後で接着剤４２に光を照射して硬化させる、という方法で接着を行ってもよい。

本実施形態では、比較的大型の装置３２を基材１２に接着させるので、比較的大きな接着力が必要とされる。そのため、接着剤４２が充填される空隙の幅、即ち装置３２の側面と枠部材２２の内周面との距離は、平均で３ｍｍよりも大きく３０ｍｍ以下であることが好ましい。この距離が３ｍｍ以下であると基材１２と装置３２及び枠部材２２との間の接着力が不足するおそれがあり、３０ｍｍよりも大きくしないと接着力が確保できない場合は、ボルトでの固定などの別の方法で固定を行った方が安全性が高まる場合がある。

本実施形態は、実施形態１と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。

空隙は対向している被接着部材の第１の面及び補助部材の第１の面の全面にわたって設ける必要はなく、少なくとも一部に形成されていればよい。また、被接着部材の第１の面と補助部材の第１の面との間の距離を一定に規定するため、例えば補助部材の第１の面から被接着部材の第１の面の方に突出した凸部を少なくとも１つ設けてもよい。凸部の高さを空隙の幅と同じに設定して凸部を複数（例えば３つ）離間させて設けておくと、凸部の頂点と被接着部材が接触して空隙の幅が全体にわたって一定となるようにすることができる。このような凸部は光透過性の材料からなっていることが好ましい。凸部は被接着部材に設けてもよい。

基材と被接着部材との間に別の部材、例えばショックアブソーバーとしてゴム等の弾性部材あるいは絶縁部材などを介在させても構わない。この場合、基材と別の部材とをあらかじめ接着させておいてもよいし、被接着部材と別の部材とをあらかじめ接着させておいても構わない。同様に基材と補助部材との間に別の部材が介在していても構わない。

空隙の幅（被接着部材の第１の面と補助部材の第１の面との間の距離）は、被接着部材の種類や形状、大きさなどによって限定されることはなく、必要な接着力によって決定すればよい。

実施形態１のリング枠や実施形態１の枠部材は、光が透過しない部材（接着剤を硬化させる光に対して透過率が５０％以下である）からなっているが、光が透過する部材からなっていても構わない。

補助部材が光透過性の物質からなっている場合、補助部材の底面部分に窪みを設けてその部分に接着剤が入り込むようにすると、基材と補助部材との接着が強化され、それにより基材と被接着部材との接着力も結果的に大きくなる。底面部分に窪みを設ける場合は、その窪みの上方の部分のみを光透過性の部材としてもよい。

補助部材、被接着部材及び基材の三者を光硬化性の接着剤によって接着する前に、位置合わせのために、補助部材と基材とを接着剤等によって接着または固定しておく、又は被接着部材と基材とを接着剤等によって接着または固定しておいてもよい。この場合の「接着又は固定」は、基材上における位置を決めること、あるいは光硬化性の接着剤により接着するまでにその位置がずれないようにしておくという位置づけであり、接着力は小さくても構わない。

実施形態１に説明した接着方法以外の接着方法として以下の２つの方法を用いてもよい。

基材と被接着部材とを補助部材を用いて接着させる接着方法であって、基材の上に補助部材を設置する工程と、前記補助部材が臨む前記基材の上面に光硬化性の接着剤を載せる工程と、前記基材の上であって前記補助部材の近傍に被接着部材を設置することにより、前記補助部材と前記被接着部材との間の空隙に前記接着剤を入れる工程と、前記光硬化性の接着剤に光を照射して硬化させる工程とを含んでいる、接着方法。

基材と被接着部材とを補助部材を用いて接着させる接着方法であって、被接着部材の第１の面及び補助部材の第１の面の少なくとも一方に光硬化性の接着剤を塗布する工程と、前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面とを対向させて前記接着剤を間に介在させて、基材の少なくとも一部が前記接着剤に接触するように、前記基材の上に前記被接着部材と前記補助部材とを設置する工程と、前記光硬化性の接着剤に光を照射して硬化させる工程とを含んでいる、接着方法。

１０，１２ 基材
２０ リング枠（補助部材）
２２ 枠部材（補助部材）
２５ リング枠の内周面（補助部材の第１の面）
３０ 磁石（被接着部材）
３２ 装置（被接着部材）
３５ 磁石の側壁面（被接着部材の第１の面）
４０，４２ 接着剤

Claims (5)

1. 基材と被接着部材とを、光硬化性の接着剤を用いて接着した接着構造であって、
   補助部材が用いられており、
   前記基材に前記被接着部材と前記補助部材とが設置されているとともに、前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面とが対向し、両方の前記第１の面の間に空隙が形成されており、
   前記空隙の少なくとも一部には前記接着剤が充填されているとともに、前記基材の前記空隙に対して露出している部分は充填された前記接着剤と接触している、接着構造。
2. 前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面との間の距離は平均で０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１に記載の接着構造。
3. 前記被接着部材の第１の面と前記補助部材の第１の面との間の距離は平均で３ｍｍよりも大きく３０ｍｍ以下である、請求項１に記載の接着構造。
4. 前記補助部材は前記接着剤を硬化させる光に対して透過率が５０％以下である、請求項１から３のいずれか一つに記載の接着構造。
5. 基材と被接着部材とを補助部材を用いて接着させる接着方法であって、
   被接着部材の第１の面と補助部材の第１の面とを対向させて空隙を設けて、基材の少なくとも一部が前記空隙に対して露出するように、前記基材の上に前記被接着部材と前記補助部材とを設置する工程と、
   前記空隙に光硬化性の接着剤を入れる工程と、
   前記光硬化性の接着剤に光を照射して硬化させる工程と
   を含んでいる、接着方法。

Images