JP4995630B2 - 接着方法および接着構造 - Google Patents

Description

本発明は、一対の部材を接着剤により接着する接着方法および接着構造に関するものである。

近年、例えば車両用の構造部材等において、軽量化のために樹脂が使用されてきており、特に、繊維材により強化されたＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が使用されている。ＦＲＰにより構造部材を製造する際には、部材同士を接着剤により接合する場合があるが、その際には大面積に接着剤を塗布する必要があり、全面に接着剤を塗布するために、ライン状に接着剤を盛った後に押し潰して広げている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では、接着剤が空気を噛み込んでボイドが発生しやすく、接着面の剥離の原因となる。
特開２００５−３５０５４７

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ボイドの発生を抑えて接着面の剥離を抑制できる接着方法および接着構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る接着方法は、一対の接着部材のそれぞれの接着面を接着剤により接着する接着方法であって、前記接着面の一方に主接着剤を線状に塗布し、前記接着面の他方に設けられて当該接着面から突出した稜状の突出部を、当該突出部の最も突出する先端部から前記主接着剤に接するように前記２つの接着面を近接させた後、前記主接着剤を硬化させて接着し、前記接着面の一方に塗布される主接着剤は、当該接着面の一方に形成されて前記突出部が収まる凹部に塗布し、前記突出部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする接着方法。

上記目的を達成する本発明に係る接着構造は、一対の接着部材のそれぞれの接着面が接合部を介して接合された接着構造であって、前記接着面の他方には、当該接着面から最も突出する先端部を有する稜状の突出部が形成され、前記接着面の一方に線状に塗布された主接着剤に、前記突出部が先端部から接するように前記２つの接着面を近接させた後、前記主接着剤を硬化させて接合部が形成され、前記接着面の一方には、前記接合部および突出部が収まる凹部が形成され、前記突出部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする接着構造。

上記のように構成した本発明に係る接着方法は、稜状の突出部を、先端部から主接着剤に近接させるため、主接着剤が突出部の先端部から裾野へ向って押し広げられる。したがって、主接着剤の流れを突出部の裾野方向へ制御できるため、ボイドの発生を抑えて接着面の剥離を抑制できる。

上記のように構成した本発明に係る接着構造は、稜状の突出部が先端部から主接着剤に接するようにして、一対の接着部材が接着されているため、主接着剤が突出部の先端部から裾野へ向って押し広げられている。したがって、主接着剤の流れが突出部の裾野方向へ制御されており、ボイドの発生が抑えられて接着面が剥離し難い。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の実施形態に係る接着構造を示す斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は同接着構造の接着前の状態を説明するための斜視図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は同接着構造の接着の際の主接着剤の流れを説明するための断面図、図６は主接着剤の他の塗布例を説明するための第２接着部材の平面図、図７は本実施形態における接合部のせん断応力分布を示すグラフである。

第１実施形態に係る接着構造１は、図１，２に示すように、一対の第１接着部材２および第２接着部材３と、第１，第２接着部材２，３同士を接着している接合部４と、接合部４の外周に設けられる接着剤保持部５とを有している。なお、接合部４および接着剤保持部５は、後述する主接着剤６および補助接着剤７がそれぞれ硬化して形成される。

第１接着部材２および第２接着部材３は、例えばＦＲＰ（強化プラスチック）製であり、互いに接着される第１接着面１１および第２接着面１２を有している。なお、第１接着部材２および第２接着部材３の材質は限定されず、他の材質であってもよい。

第１接着面１１には、平面状の第１平面部１３から突出した稜状の突出部１４が形成され、突出部１４は、最も突出した先端部１５から裾野方向へ高さが徐々に低くなって形成されている。

第２接着面１２には、平面状の第２平面部１６から窪んで形成され、突出部１４の稜線に沿って延在する溝形状の凹部１７が設けられる。凹部１７の深さは、突出部１４の高さよりも浅く、また、突出部１４の曲率半径は、凹部１７の曲率半径よりも小さい。したがって、突出部１４の先端部１５が凹部１７の最深部１８に接し、第１平面部１３と第２平面部１６の間に接着隙間Ｘを有する接着層が形成される。接着隙間Ｘは、接着のために最適な長さで設定され、例えば０．７ｍｍである。

接着剤保持部５は、第１接着面１１と第２接着面１２の間において、接合部４の外周に設けられる。

次に、本実施形態に係る接着方法について説明する。

初めに、図３，４に示すように、第２接着面１２において、第２平面部１６及び凹部１７の端部に、凹部１７を囲むように補助接着剤７を塗布する。このとき、補助接着剤７は、非連続的となる切れ目１９が１つ以上設けられることが好ましい。また、主接着剤６及び補助接着剤７が塗布される第２接着面１２は、接着工程においては、接着剤６，７が垂れないように、上方を向いて配置されることが好ましい。

補助接着剤７は、後述する主接着剤６よりも速硬化型であり、また主接着剤６よりも高引張伸度、高粘度を有している。補助接着剤７の引張伸度は、４〜２００％であることが好ましく、更には、１０〜１００％であることがより好ましい。補助接着剤７の粘度は、１０〜３００Ｐａ・ｓであることが好ましく、更には、５０〜２００Ｐａ・ｓであることがより好ましい。

また、補助接着剤７には、解体性接着剤が適用される。解体性接着剤とは、接着時には十分に接着力を発揮するが、加熱や給水などの外的刺激を加えることによって接着力を失い、分離される接着剤である。解体性接着剤には、例えば熱可塑性樹脂のように熱により溶融して解体するもの（ホットメルトタイプ）、熱によりガス化する液体を内包したマイクロバルーンや熱膨張性黒鉛などのフィラーが内在されて加熱により膨張して分離するもの等がある。

第２接着面１２に補助接着剤７を塗布した後、第２接着面１２上で補助接着剤７を硬化させ、接着剤保持部５が形成される。このとき、補助接着剤７は速硬化型であるため、短時間で硬化し、製造ラインにおけるプロセス性に優れている。また、補助接着剤７が高引張伸度、高粘度を有しているため、垂れ難く、塗布した際の形状を保持した状態で硬化させることができる。なお、第２接着面１２に補助接着剤７を塗布し、後述の工程において補助接着剤７が第１接着面１１に接触するまで第１接着面１１を第２接着面１２に接近させた後に、補助接着剤７を硬化させてもよい。この際には、補助接着剤７が速硬化型であるために、短時間で硬化し部材を仮止めすることができるため、製造ラインにおけるプロセス性に優れている。

次に、第２接着面１２の凹部１７の接着剤保持部５に囲まれる部位に、先端部１５に対応する最深部１８の少なくとも一部を覆うように、主接着剤６を線状に塗布する。本実施形態では、凹部１７（最深部１８）の形状に対応して主接着剤６を直線状に塗布しているが、先端部１５に対応する位置の少なくとも一部を含むように主接着剤６を塗布するのであれば、その形状に限定はなく、例えば、図６のように波形状に塗布することもできる。

主接着剤６は、補助接着剤７よりも低粘度であり、硬化した際には、補助接着剤７よりも高剛性を有する。主接着剤６が硬化した際の引張剛性は、２〜５ＧＰａであることが好ましく、更には、３〜４ＧＰａであることがより好ましい。主接着剤６の粘度は、０．０１〜１０Ｐａ・ｓであることが好ましく、更には、０．１〜５Ｐａ・ｓであることがより好ましい。

主接着剤６には、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の種々の接着剤を適用できる。

主接着剤６は、低粘度であるために塗布した際には垂れやすいが、第２接着面１２が上方を向いて配置され、凹部１７の外周が接着剤保持部５に囲まれるとともに、主接着剤６が凹部１７内に塗布されるため、主接着剤６の第２接着面１２からの垂れを抑制できる。

次に、図５に示すように、第１接着面１１を第２接着面１２に接近させ、先端部１５から主接着剤６に接するようにして突出部１４を凹部１７に嵌合させる。このとき、突出部１４の曲率半径が凹部１７の曲率半径よりも小さく、突出部１４の先端部１５から主接着剤６に接するため、主接着剤６が、突出部１４の先端部１５から裾野方向（先端部１５から第１平面部１３へ向う方向、図５中の矢印参照）へ流れつつ押し広げられる。したがって、主接着剤６に空気が噛み込まれ難く、ボイドの発生を抑制できる。また、突出部１４の先端部１５が凹部１７と接触するため、主接着剤６に厚み規制用のフィラーを入れることなく、接合部４の厚みを制御してばらつきを低減できる。

押し広げられた主接着剤６は、接着剤保持部５に接するが、接着剤保持部５と主接着剤６の間に存在した空気は、接着剤保持部５と第１接着面１１の間の隙間および、切れ目１９から排出される。したがって、接着剤保持部５と主接着剤６の間においても、空気が噛み込まれ難く、ボイドの発生を抑制できる。なお、接着剤保持部５が接着間隔Ｘよりも高い場合には、接着剤保持部５が高引張伸度を有するため、容易に押し潰される。また、接着剤保持部５の高さが接着間隔Ｘより低くてもよい。

この後、主接着剤６を硬化させて接合部４を形成し、接着が完了する。

このように、上述した接着方法によれば、高剛性ではあるが低粘度で垂れやすい主接着剤６を、垂れの発生を抑制しつつ適用でき、ボイドの発生を抑制して剥離の発生を低減できる。また、接着された接着構造１は、接着剤保持部５が高引張伸度を有しており、第１接着面１１と第２接着面１２の剥離が生じ難い。

また、突出部１４により主接着剤６を裾野方向へ押し広げるため、接着剤を複数のライン状に塗布しなくても、接着剤を広範囲に広げることができる。したがって、例えば接着剤を複数のライン状に塗布すると、そのライン間に空気が噛み込まれてボイドが発生しやすいが、この場合と比較して、ボイドが発生し難く、第１接着面１１と第２接着面１２の剥離が生じ難い。

また、例えば高引張伸度で高粘度の接着剤（例えば、補助接着剤７）を接着面の全面に用いると、接着剤が垂れ難く剥離に強いが、空気を噛み込みやすく、接合効率が低くなる。また、高剛性，低粘度の接着剤（例えば、主接着剤６）を全面に用いると、高せん断効率であるが、剥離が生じ易く、接着剤が垂れやすくなる。しかし、本実施形態に係る接着方法によれば、２つの接着剤を用いることにより、垂れおよび剥離を抑制しつつ、高剛性の接着構造１を実現できる（図７参照）。

また、補助接着剤７に解体性接着剤が適用されているため、構造物の解体の際に、補助接着剤７において剥離を生じさせて、第１接着面１１と第２接着面１２を容易に解体することができる。なお、解体性接着剤が、膨張性のフィラーを含む際には、接着剤が高粘度となり取扱性に劣ることが多いため、第１接着面１１と第２接着面１２の全面に適用することは困難であるが、主接着剤６が同時に使用されるため、剛性も保たれる。

図８は本実施形態に係る接着構造の変形例を示す断面図、図９は本実施形態に係る接着構造の他の変形例を示す断面図、図１０は本実施形態に係る接着構造の更に他の変形例を示す断面図、図１１は本実施形態に係る接着構造の更に他の変形例を示す断面図である。なお、前述の実施形態と同様の機能を有する部位については同一の符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

本実施形態に係る接着構造の変形例として、図８に示すように、突出部１４および凹部１７を２つ以上（本変形例では２つ）設けることができる。

また、本実施形態に係る接着構造の他の変形例として、図９に示すように、第２接着面１２に凹部１７を設けなくてもよい。なお、図９の変形例では突出部１４が２つ設けられているが、１つでもよく、また３つ以上であってもよい。

また、本実施形態に係る接着構造の更に他の変形例として、図１０に示すように、第１接着面１１および第２接着面１２のそれぞれに、突出部１４を設けてもよい。なお、突出部１４は３つ以上であってもよい。

また、本実施形態に係る接着構造の更に他の変形例として、図１１に示すように、第１接着面１１および第２接着面１２のそれぞれに、突出部１４および凹部１７を設けてもよい。なお、突出部１４および凹部１７は、３つ以上であってもよい。

図８〜１１に示すこれらの変形例のような形態であっても、突出部１４の先端部１５から主接着剤６に接触するため、空気の噛み込みを低減してボイドが発生を抑制し、第１接着面１１と第２接着面１２の剥離を抑制できる。

図１２は本実施形態に係る接着構造が適用される車体構造を示す分解斜視図、図１３は同接着構造が適用された車体構造を示す斜視図、図１４は図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う破断面を示す部分斜視図である。

本実施形態に係る接着構造１を車体構造２０に適用した例を、図１２〜１４に示す。車体構造２０は、図１２に示すように、第１接着部材であるリアフロア２１と、第２接着部材であるフロントフロア２２を有している。リアフロア２１およびフロントフロア２２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製である。

リアフロア２１には第１接着面２３が設けられ、この第１接着面２３に突出部が形成される。フロントフロア２２には第２接着面２４が設けられ、この第２接着面１２に凹部が形成される。このリアフロア２１およびフロントフロア２２において前述した接着方法を適用することにより、図１２，１３に示すように、リアフロア２１とフロントフロア２２を接着することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、補助接着剤７が解体性接着剤でなくてもよく、または、補助接着剤７が設けられなくてもよい。また、主接着剤６を、例えば、複数の切れ目を有して不連続に塗布してもよい。

本発明の実施形態に係る接着構造を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 同接着構造の接着前を説明するための斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 同接着構造の接着の際の主接着剤の流れを説明するための断面図である。 主接着剤の他の塗布例を説明するための第２接着部材の平面図である。 本実施形態における接合部のせん断応力分布を示すグラフである。 本実施形態に係る接着構造の変形例を示す断面図である。 本実施形態に係る接着構造の他の変形例を示す断面図である。 本実施形態に係る接着構造の更に他の変形例を示す断面図である。 本実施形態に係る接着構造の更に他の変形例を示す断面図である。 本実施形態に係る接着構造が適用される車体構造を示す分解斜視図である。 同接着構造が適用された車体構造を示す斜視図である。 図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う破断面を示す部分斜視図である。

符号の説明

１ 接着構造、
２ 第１接着部材、
３ 第２接着部材、
４ 接合部、
５ 接着剤保持部、
６ 主接着剤、
７ 補助接着剤、
１１ 第１接着面、
１２ 第２接着面、
１３ 第１平面部、
１４ 突出部、
１５ 先端部、
１６ 第２平面部、
１７ 凹部、
１８ 最深部、
１９ 切れ目、
Ｘ 接着間隔。

Claims (23)

1. 一対の接着部材のそれぞれの接着面を接着剤により接着する接着方法であって、
   前記接着面の一方に主接着剤を線状に塗布し、前記接着面の他方に設けられて当該接着面から突出した稜状の突出部を、当該突出部の最も突出する先端部から前記主接着剤に接するように前記２つの接着面を近接させた後、前記主接着剤を硬化させて接着し、
   前記接着面の一方に塗布される前記主接着剤は、当該接着面の一方に形成されて前記突出部が収まる凹部に塗布し、
   前記突出部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする接着方法。
2. 前記突出部の高さは、前記凹部の深さよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の接着方法。
3. 前記接着面の一方に主接着剤を塗布する前に、当該接着面の主接着剤が塗布される部位の外周に、前記主接着剤よりも高引張伸度であって高粘度の補助接着剤を塗布することを特徴とする請求項１または２に記載の接着方法。
4. 一対の接着部材のそれぞれの接着面を接着剤により接着する接着方法であって、
   前記接着面の一方に主接着剤を塗布する前に、当該接着面の前記主接着剤が塗布される部位の外周に、前記主接着剤よりも高引張伸度であって高粘度の補助接着剤を塗布してから、
   前記接着面の一方に主接着剤を線状に塗布し、前記接着面の他方に設けられて当該接着面から突出した稜状の突出部を、当該突出部の最も突出する先端部から前記主接着剤に接
   するように前記２つの接着面を近接させた後、前記主接着剤を硬化させて接着することを特徴とする接着方法。
5. 前記接着面の一方に塗布される前記主接着剤を、当該接着面の一方に形成されて前記突出部が収まる凹部に塗布することを特徴とする請求項４に記載の接着方法。
6. 前記突出部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の接着方法。
7. 前記突出部の高さは、前記凹部の深さよりも高いことを特徴とする請求項５または６に記載の接着方法。
8. 前記主接着剤は、硬化した際において、前記補助接着剤よりも高剛性であることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の接着方法。
9. 前記補助接着剤を、非連続的となるように切れ目を有して塗布することを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の接着方法。
10. 前記補助接着剤は、前記主接着剤よりも速硬化型であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の接着方法。
11. 前記補助接着剤は、解体性接着剤であることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載の接着方法。
12. 前記主接着剤が塗布される前記接着面の一方を、上方を向いて配置することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の接着方法。
13. 一対の接着部材のそれぞれの接着面が接合部を介して接合された接着構造であって、
    前記接着面の他方には、当該接着面から最も突出する先端部を有する稜状の突出部が形成され、前記接着面の一方に線状に塗布された主接着剤に、前記突出部が先端部から接するように前記２つの接着面を近接させた後、前記主接着剤を硬化させて接合部が形成され、
    前記接着面の一方には、前記接合部および前記突出部が収まる凹部が形成され、
    前記突出部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする接着構造。
14. 前記突出部の高さは、前記凹部の深さよりも高いことを特徴とする請求項１３に記載の接着構造。
15. 前記接着面における前記接合部の外周に、前記主接着剤よりも高引張伸度であって高粘度の補助接着剤が硬化した接着剤保持部を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の接着構造。
16. 一対の接着部材のそれぞれの接着面が接合部を介して接合された接着構造であって、
    前記接着面における前記接合部の外周に、主接着剤よりも高引張伸度であって高粘度の補助接着剤が硬化した接着剤保持部を有し、
    前記接着面の他方には、当該接着面から最も突出する先端部を有する稜状の突出部が形成され、前記接着面の一方に線状に塗布された前記主接着剤に、前記突出部が先端部から接するように前記２つの接着面を近接させた後、前記主接着剤を硬化させて接合部が形成されたことを特徴とする接着構造。
17. 前記接着面の一方には、前記接合部および前記突出部が収まる凹部が形成されることを特徴とする請求項１６に記載の接着構造。
18. 前記突出部の曲率半径は、前記凹部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１７に記載の接着構造。
19. 前記突出部の高さは、前記凹部の深さよりも高いことを特徴とする請求項１７または１８に記載の接着構造。
20. 前記接合部は、前記接着剤保持部よりも高剛性であることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の接着方法。
21. 前記接着剤保持部は、非連続的となる切れ目を有することを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の接着構造。
22. 前記補助接着剤は、前記主接着剤よりも速硬化型であることを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の接着構造。
23. 前記補助接着剤は、解体性接着剤であることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の接着構造。

Images