WO2022065488A1

WO2022065488A1 - 接合構造

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Publication number: WO2022065488A1
Application number: PCT/JP2021/035398
Authority: WO
Inventors: 亮介大和; 晃一斉藤; 聡一郎小宮; 和樹久野; 梨佳末
Original assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: CN116209368A; JPWO2022065488A1; TW202222190A

Abstract

接合構造１は、伸縮性材料２，２同士を所定パターンの接着部３によって接合してなる接合構造であって、接着部３は、全体として伸縮性材料２の伸縮方向Ｔ１に沿う延在軸Ｐをもって破線状に延在し、接着部３の各破線部分５は、延在軸Ｐに対して交差している。

Description

接合構造

　本開示は、接合構造に関する。

　従来の接合構造として、例えば特許文献１に記載の伸縮性材料の貼り合わせ方法がある。この従来の貼り合わせ構造は、伸縮性材料同士を接着剤による所定の接着パターンで貼り合わせた構造である。接着パターンは、伸縮性材料同士を連続的に接着する接着部を有している。接着部は、ジグザグ形状などのパターンにより、伸縮性材料の縁方向に連続的に設けられている。

特開２００４－１１０５６号公報

　上述のような接合構造では、貼り合わせ対象である伸縮性材料が持つ伸縮性を損なうことなく、十分な接合強度を確保する必要がある。また、接合構造のコスト削減の観点からは、接合に要する接着剤の使用量を低減することが望ましい。

　本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、接着剤の使用量を低減しつつ、伸縮性材料の伸縮性及び接合強度の双方を十分に確保できる接合構造を提供することを目的とする。

　本開示の一側面に係る接合構造は、伸縮性材料同士を所定パターンの接着部によって接合してなる接合構造であって、接着部は、全体として伸縮性材料の伸縮方向に沿う延在軸をもって破線状に延在し、接着部の各破線部分は、延在軸に対して交差している。

　この接合構造では、全体として伸縮性材料の伸縮方向に沿う延在軸をもって破線状に延在している。このため、伸縮性材料の伸縮方向について接着部と非接着部とが交互に配置される。接着部が位置しない非接着部は、伸縮性材料の伸び代となるため、伸縮性材料の伸縮性を十分に確保できる。また、この接合構造では、接着部の各破線部分が延在軸に対して交差している。このため、接着部と非接着部とが交互に配置される領域が伸縮性材料の伸縮方向に交差する方向に一定の幅をもって形成され、伸縮性材料の接合硬度を十分に確保できる。接着部が破線状であることから、接着部を連続的に設ける場合に比べて、接着剤の使用量も低減される。

　接着部において、延在軸方向に隣り合う破線部分の群同士の位置が延在軸について反転していてもよい。この場合、接着部の配置が延在軸について対称となるため、接着部と非接着部とが交互に配置される領域での伸縮性及び接合強度の偏りを抑制できる。

　接着部において、延在軸方向に隣り合う破線部分同士の位置が延在軸について反転していてもよい。この場合、接着部の配置が延在軸について対称となるため、接着部と非接着部とが交互に配置される領域での伸縮性及び接合強度の偏りを抑制できる。

　接着部の各破線部分は、延在軸に直交する方向に延在していてもよい。この場合、伸縮性材料の接合硬度を一層十分に確保できる。

　接着部は、全体としてジグザグ形状をなしていてもよい。これにより、上記構造を満たす接着部を簡便に形成できる。

　接着部は、ホットメルト接着剤によって構成されていてもよい。ホットメルト接着剤は、無溶剤型の接着剤であり、環境及び人体への負荷が少ないという利点がある。また、短時間での接着が可能であるため、接合構造の生産性向上に寄与する。

　本開示によれば、接着剤の使用量を低減しつつ、伸縮性材料の伸縮性及び接合強度の双方を十分に確保できる。

本開示の一側面に係る接合構造を示す断面図である。接着部のパターンの一例を示す平面図である。接着部のパターンの別例を示す平面図である。接着部のパターンの別例を示す平面図である。伸縮性評価におけるサンプルの構成を示す平面図である。接着部の各パターンにおける伸縮性及び接着強度の評価試験結果を示す図である。

　以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る接合構造の好適な実施形態について詳細に説明する。本明細書において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む。
［接合構造］

　図１は、本開示の一側面に係る接合構造を示す断面図である。同図に示すように、接合構造１は、一対の伸縮性材料２，２を接着部３によって接合した構造体である。ここでは、伸縮性材料２は、例えばスポーツウェア、インナーなどに用いられる伸縮性生地である。伸縮性生地としては、伸縮性を有する編物、織物を用いることができる。伸縮性生地の素材としては、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、綿、ナイロン、及びこれらを複合した複合生地などが挙げられる。伸縮性材料２，２は、同一の素材であってもよく、互いに異なる素材であってもよい。

　伸縮性材料２の面内方向の一方向は、当該伸縮性材料２の伸縮方向Ｔ１となっている。伸縮方向Ｔ１における伸縮性材料２の伸縮性の程度に特に限定はなく、任意の伸縮性を有していればよい。伸縮性材料２は、当該伸縮性材料２の面内方向の複数の方向に伸縮性を有していてもよい。この場合、複数の方向のうちの一の方向を伸縮方向Ｔ１として規定してよい。

　接着部３は、例えばホットメルト接着剤によって構成され、所定パターンをもって伸縮性材料２，２間に配置されている。接着部３により、伸縮性材料２，２の無縫製接合が実現されている。無縫製接合では、縫製糸を用いないことから、接合部分での伸縮性を担保し易い。また、縫製糸による生地のほつれなどが生じないため、縫製による接合に比べて接合部分の美観を保つことが容易となる。ホットメルト接着剤を用いた接合では、従来の接着テープを用いた接合と比べて、接合部分が湾曲している場合の適用が容易であるほか、接合の際に高圧を付与する必要がないため、接合後の接合構造１の信頼性を高めることができる。
［ホットメルト接着剤］

　ホットメルト接着剤は、例えばウレタンプレポリマーを含有する湿気硬化型ホットメルト接着剤である。一般に、湿気硬化型ホットメルト接着剤は、化学反応によって高分子量化し、接着力等を発現し得る。イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーは、湿気と反応して硬化する。このため、湿気硬化型ホットメルト接着剤は、ウレタンプレポリマー単独でなるものであってもよく、ウレタンプレポリマーに加えて湿気硬化型ホットメルト接着剤の分野で使用される添加剤等を含有するものであってもよい。

　ウレタンプレポリマーは、例えばポリオールとポリイソシアネートとの反応物である。ウレタンプレポリマーは、例えばイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーであってもよい。イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーは、通常、ポリオール（分子内に２個以上のヒドロキシ基を有する化合物）に由来する構造単位、及びポリイソシアネート（分子内に２個以上のイソシアネート基を有する化合物）に由来する構造単位を含む重合鎖と、イソシアネート基とを有している。イソシアネート基は、重合鎖の末端に結合していてもよい。

　ウレタンプレポリマーの組成等は、ポリオールに由来する構成単位を与えるポリオールの種類・含有量等と、ポリイソシアネートに由来する構成単位を与えるポリイソシアネートの種類・含有量等とを変化させることによって変更できる。ポリオールとポリイソシアネートとが反応することによってウレタン結合が形成されることから、ウレタンプレポリマーの重合鎖は、ウレタン結合を有している。ポリオールの当量に対するポリイソシアネートの当量の比を大きくすることによって、重合鎖の末端にイソシアネート基を導入できる。
［接着部のパターン］

　図２は、接着部のパターンの一例を示す平面図である。同図では、紙面の上下方向に伸縮性材料２の伸縮方向Ｔ１を設定している。また、説明の便宜上、一方の伸縮性材料２を図示し、他方の伸縮性材料２の図示を省略している。

　図２に示す接着部３Ａは、伸縮性材料２の伸縮方向Ｔ１に沿う延在軸Ｐをもって破線状に延在している。より具体的には、接着部３Ａは、複数の破線部分５を有している。破線部分５のそれぞれは、例えば幅０．１ｍｍ～５０ｍｍ程度の帯状をなしている。破線部分５の幅は、０．５ｍｍ～２．５ｍｍであってもよく、１．０ｍｍ～５．０ｍｍであってもよい。破線部分５の幅は、例えばディスペンサで塗布可能な範囲を考慮して設定される。接着部３Ａは、これらの破線部分５を延在軸Ｐを中心とするジグザグのラインＬ上に配列することにより、全体としてジグザグ形状をなしている。

　ラインＬにおいて、延在軸Ｐ方向に隣り合う破線部分５の群同士の位置は、延在軸Ｐについて反転している。図２の例では、２つの破線部分５によって破線部分５の群が形成されている。延在軸Ｐ方向に隣り合う破線部分５の一方の群６Ａは、図２の紙面右下と紙面左上とを結ぶ方向に延びている。延在軸Ｐ方向に隣り合う破線部分５の他方の群６Ｂは、図２の紙面右上と紙面左下とを結ぶ方向に延びている。

　ラインＬ上の破線部分５のそれぞれは、延在軸Ｐに対して交差している。破線部分５と延在軸Ｐとの交差角度θは、例えば５°～８５°程度となっている。破線部分５と延在軸Ｐとの交差角度θは、２０°～８０°であってもよく、４０°～７０°であってもよい。
［作用効果］

　上述したように、接合構造１では、接着部３Ａが全体として伸縮性材料２，２の伸縮方向に沿う延在軸Ｐをもって破線状且つジグザグ状に延在している。このため、接合構造１では、図２に示すように、伸縮性材料２の伸縮方向Ｔ１について接着部３と非接着部７とが交互に配置される領域１０が延在軸Ｐに沿って形成される。領域１０において、接着部３が位置しない非接着部７は、伸縮方向Ｔ１に対する伸縮性材料２の伸び代となるため、伸縮性材料２の伸縮性を十分に確保できる。

　また、接合構造１では、接着部３Ａの各破線部分５が延在軸Ｐに対して交差角度θをもって交差している。このため、接着部３Ａと非接着部７とが交互に配置される領域１０が伸縮性材料２の伸縮方向Ｔ１に直交する方向Ｔ２に一定の幅Ｒをもって形成され、伸縮性材料２の接合硬度を十分に確保できる。図２の例では、この領域１０の幅Ｒは、接着部３Ａにおいて、ジグザグの振幅のピークとなる点５ａ，５ａ同士の伸縮方向Ｔ１に直交する方向Ｔ２における距離に相当する。

　また、接合構造１では、接着部３Ａが複数の破線部分５によって破線状をなすことから、接着部を連続的に設ける場合に比べて、接着剤の使用量も低減される。接着剤の使用量の低減と伸縮性材料２，２の接着強度とは、トレードオフの関係となる。接着剤の使用量の低減を優先させる場合には、例えばラインＬのジグザグのピッチを大きくしたり、各破線部分５の長さ或いは幅を小さくしたりすればよい。伸縮性材料２，２の接着強度を優先させる場合には、例えばラインＬのジグザグのピッチを小さくしたり、ジ各破線部分５の長さ或いは幅を大きくしたりすればよい。
［接着パターンの別例］

　図３は、接着部のパターンの別例を示す平面図である。同図に示す接着部３Ｂは、全体として破線状且つジグザグ状をなしている点で接着部３Ａと共通しているが、各破線部分５の構成が接着部３Ａと相違している。具体的には、接着部３Ｂでは、ジグザグのラインＬ上に配列された各破線部分５が延在軸Ｐに交差（ここでは直交）する方向に延在している。

　延在軸Ｐ方向に隣り合う破線部分５Ａ，５Ｂ同士の位置は、延在軸Ｐについて互いに反転している。延在軸Ｐ方向に隣り合う一方の破線部分５Ａは、延在軸Ｐに重なる位置から延在軸Ｐの一方（図３における紙面右側）に延びている。延在軸Ｐ方向に隣り合う他方の破線部分５Ｂは、延在軸Ｐに重なる位置から延在軸Ｐの他方（図３における紙面左側）に延びている。

　破線部分５Ａ，５Ｂと延在軸Ｐとの交差角度（ここでは、破線部分５Ａ，５Ｂが配置されるラインＬと延在軸Ｐとの交差角度）θは、例えば５°～８５°程度となっている。破線部分５と延在軸Ｐとの交差角度θは、２０°～８０°であってもよく、４０°～７０°であってもよい。

　破線部分５Ａ，５Ｂの延在軸Ｐ方向の配置間隔に特に制限はないが、図３の例では、破線部分５Ａ，５Ｂは、当該破線部分５Ａ，５Ｂにおける延在軸Ｐ方向の幅と同程度の間隔をもって配置されている。すなわち、破線部分５Ａ，５Ｂの間には、当該破線部分５Ａ，５Ｂにおける延在軸Ｐ方向の幅と同程度の幅で非接着部７が存在している。

　このような接着部３Ｂにおいても、上述した接着部３Ａと同様の作用を奏し、接着剤の使用量を低減しつつ、伸縮性材料２の伸縮性及び接合強度の双方を十分に確保できる。なお、この接着部３Ｂでは、接着部３と非接着部７とが交互に配置される領域１０の幅Ｒは、破線部分５Ａにおける延在軸Ｐの一方側の縁５ｂと、破線部分５Ｂにおける延在軸Ｐの他方側の縁５ｂとの間の伸縮方向Ｔ１に直交する方向Ｔ２における距離に相当する。

　図４は、接着部のパターンの別例を示す平面図である。同図に示す接着部３Ｃは、破線状且つジグザグ状のラインＬを複数有している点で接着部３Ａと相違している。具体的には、接着部３Ｃでは、破線状且つジグザグ状の２本のラインＬ１，Ｌ２を有している。これらの２本のラインＬ１，Ｌ２は、延在軸Ｐについて互いに反転している。

　それぞれのラインＬ１，Ｌ２において、ジグザグの繰り返しのピッチは、１つの破線部分５によって構成されている。破線部分５のそれぞれは、接着部３Ａと同様に、延在軸Ｐに対して交差している。破線部分５と延在軸Ｐとの交差角度θは、例えば５°～８５°程度となっている。破線部分５と延在軸Ｐとの交差角度θは、２０°～８０°であってもよく、４０°～７０°であってもよい。

　それぞれのラインＬ１，Ｌ２において、延在軸Ｐ方向に隣り合う破線部分５Ａ，５Ｂの位置は、延在軸Ｐについて互いに反転している。図４の例では、延在軸Ｐ方向に隣り合う一方の破線部分５Ａは、図４の紙面右下と紙面左上とを結ぶ方向に延びている。延在軸Ｐ方向に隣り合う他方の破線部分５Ｂは、図４の紙面右上と紙面左下とを結ぶ方向に延びている。

　延在軸Ｐ方向に隣り合う破線部分５Ａ，５Ｂは、ジグザグの振幅のピークに相当する位置で互いに離間している。一方で、延在軸Ｐの位置では、一方のラインＬ１の破線部分５Ａの縁と、他方のラインＬ２の破線部分５Ｂの縁とがつながった状態となっている。また、延在軸Ｐの位置では、一方のラインＬ１の破線部分５Ｂの縁と、他方のラインＬ２の破線部分５Ａの縁とがつながった状態となっている。

　このことから、２本のラインＬ１，Ｌ２上にそれぞれジグザグに配列された破線部分５Ａ，５Ｂは、Ｖ字状をなす破線部分５を延在軸Ｐ方向に交互に反転させて配列したパターンと見做すこともできる。この接着部３Ｃでは、接着部３と非接着部７とが交互に配置される領域１０の幅Ｒは、Ｖ字状をなす破線部分５における伸縮方向Ｔ１に直交する方向Ｔ２における端点５ｃ，５ｃ同士の距離に相当する。このような接着部３Ｃにおいても、上述した接着部３Ａと同様の作用を奏し、接着剤の使用量を低減しつつ、伸縮性材料２の伸縮性及び接合強度の双方を十分に確保できる。

　図２～図４では、いずれもジグザグのラインＬ上に破線部分５を配列した構成を例示したが、接着部のパターンは、これに限られるものではない。破線部分が配列されるラインは、波線状、正弦波状、矩形波状などの他の形状であってもよい。破線部分の形状も帯状に限られず、ラインの形状に応じて円弧状、Ｌ字状、楕円状、長円状といった他の形状を採用してもよい。
［接着部の効果確認試験］

　続いて、接着部の効果確認試験について説明する。この試験は、実施例及び比較例に係る各パターンの接着部を用いて伸縮性材料同士の接合を行い、得られた接合構造の伸縮性及び接合強度を計測したものである。
（湿気硬化型ホットメルト接着剤の調製）

　ジカルボン酸（アジピン酸及びイソフタル酸）とジオール（エチレングリコール及びネオペンチルグリコール）とを主成分とする、芳香環を有する非晶性ポリエステルポリオール（水酸基数：２、数平均分子量：２０００）を８０質量部、芳香環を有する非晶性ポリエーテルポリオール（ビスフェノールＡ・ＰＯ系、水酸基数：２、数平均分子量：３６０）を４質量部、ジカルボン酸（アジピン酸）とジオール（ネオペンチルグリコール及び１，４―ブタンジオール）とを主成分とする、芳香環を有しない非晶性ポリエステルポリオール（水酸基数：２、数平均分子量：５０００）を１６質量部、予め真空乾燥機によって脱水処理した。ジフェニルメタンジイソシアネート（東ソー株式会社製、商品名：ミリオネートＭＴ、イソシアネート基数：２）を、ポリオールのヒドロキシ基に対するポリイソシアネートのイソシアネート基の当量比（（ＮＣＯ）当量／（ＯＨ）当量）が１．８になるように反応容器に加えて、１１０℃で１時間均一になるまで混合した。これを１１０℃で１時間減圧脱泡撹拌することによって、ウレタンプレポリマーを得た。得られたウレタンプレポリマーを湿気硬化型ホットメルト接着剤として使用した。

　実施例及び比較例の各サンプルの作製にあたっては、非接触ＪＥＴディスペンサ（武蔵エンジニアリング株式会社製：ＩＭＡＧＥ　ＭＡＳＴＥＲ　３５０ＰＣ　Ｓｍａｒｔ）を用い、１００℃で溶融した湿気硬化型ホットメルト接着剤を所定のパターンで伸縮性生地上に塗布し、接着部を形成した。接着剤の塗布に用いたノズルの外径は１８Ｇとし、塗布圧力は１５０ｋＰａとした。次に、形成した接着部上に同一の伸縮性布地を配置し、温度１００℃で圧着することにより圧着体を得た。上記圧着体を２３℃、５０％ＲＨの恒温槽に３日間以上にわたって静置し、接着剤を硬化させることによって接合構造を得た。

　伸縮性は、ＪＩＳ－Ｌ１０９６（Ａ法）に従い、接合構造の伸び率を指標として評価を行った。評価には、引張試験機（株式会社島津製作所製：ＥＺ－ｔｅｓｔ）を用いた。実施例及び比較例の各サンプルを引張試験機にそれぞれセットし、測定温度２５℃、引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎで各サンプルを伸長させ、１４．７Ｎの荷重を付与した後に荷重を開放した。

　図５は、伸縮性評価におけるサンプルの構成を示す平面図である。同図に示すように、実施例及び比較例の各サンプルＳでは、長方形状の伸縮性生地１１を用い、短辺同士を結ぶ方向に伸縮方向Ｔ１を設定した。伸縮性生地１１の短辺Ａの長さは２０ｍｍ、長辺Ｂの長さは１５０ｍｍとした。接着部のパターンを形成する領域１２の伸縮方向Ｔ１の長さＣは１００ｍｍとし、幅（伸縮方向Ｔ１に直交する方向の長さ）Ｄは、９ｍｍとした。幅Ｄは、図２～図４に示した接着部３と非接着部７とが交互に配置される領域１０の幅Ｒに対応する幅である。

　各サンプルＳには、引張試験機によるチャック部１３を伸縮方向Ｔ１の両端部分にそれぞれ設定した。伸縮方向Ｔ１におけるチャック部１３の長さＥは、２５ｍｍとした。チャック間距離は、接着部を形成する領域１０の伸縮方向Ｔ１の長さＣと等しく、１００ｍｍとした。各サンプルの伸び率（％）は、下記の式にて算出した。
　　伸び率（％）＝（１４．７Ｎの荷重を付与した状態での伸び量（ｍｍ）／チャック間距離（ｍｍ））×１００

　接着強度は、引張試験機（株式会社島津製作所製：ＥＺ－Ｔｅｓｔ　ＥＺ－ＳＸ）を用いて評価を行った。実施例及び比較例の各サンプルを引張試験機にそれぞれセットし、測定温度が２５℃、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎでＴ型剥離強度試験に基づき測定し、その測定結果を接着強度とした。

　図６は、接着部の各パターンにおける伸縮性及び接着強度の評価試験結果を示す図である。同図に示すように、実施例１は、図２に示した接着部３と同様のパターンであり、実施例２は、図３に示した接着部３と同様のパターンである。実施例３は、図４に示した接着部３と同様のパターンである。比較例１は、接着部を設けないパターンであり、比較例２は、連続的な直線状の４本の接着部を幅Ｄ方向に互いに離間して設けたパターンである。

　同図に示すように、比較例１では、伸び率が２４７％であった。つまり、接着部を設けない状態での伸縮性生地１１の元々の伸び率は、２４７％であった。比較例２では、接着強度が１０Ｎ／９ｍｍであり、伸び率が１４６％であった。これに対し、実施例１では、接着強度が５Ｎ／９ｍｍであり、伸び率が２３３％であり、実施例２では、接着強度が９Ｎ／９ｍｍであり、伸び率が２００％であった。実施例３では、接着強度が５Ｎ／９ｍｍであり、伸び率が２０９％であった。

　これらの結果から、実施例１～３では、いずれも５Ｎ／９ｍｍ以上の接着強度が得られており、連続的な直線状の４本の接着部を設けた比較例２に対して遜色の無いレベルで接着強度が確保できていることが分かる。特に実施例２では、接着強度が９Ｎ／９ｍｍとなっており、比較例２に対してほぼ同等の接着強度が得られていることが分かる。

　また、実施例１～３では、いずれも２００％以上の伸び率が得られており、接着部を設けない比較例１に対して遜色の無いレベルで伸縮性が確保できていることが分かる。特に実施例１では、伸び率が２３３％となっており、比較例１に対してほぼ同等の伸び率が得られていることが分かる。以上の結果から、本開示の接合構造を採用することにより、伸縮性材料の伸縮性及び接合強度の双方を十分に確保できることが確認できる。

　図６には、実施例１～３及び比較例２における湿気硬化型ホットメルト接着剤の使用量を併記した。連続的な直線状の４本の接着部を設けた比較例２では、接着剤の使用量は、０．１７ｇであった。これに対し、破線状且つジグザグ状の接着部を設けた実施例１～３では、接着剤の使用量がそれぞれ０．０１９ｇ、０．０６５ｇ、０．０６０ｇであった。したがって、実施例１～３では、比較例２に対し、接着剤の使用量を１／１０～１／３程度低減されることが確認できる。

　１…接合構造、２…伸縮性材料、３（３Ａ～３Ｃ）…接着部、５（５Ａ，５Ｂ）…破線部分、６…破線部分の群、Ｐ…延在軸、Ｔ１…伸縮方向。

Claims

　伸縮性材料同士を所定パターンの接着部によって接合してなる接合構造であって、
　前記接着部は、全体として前記伸縮性材料の伸縮方向に沿う延在軸をもって破線状に延在し、
　前記接着部の各破線部分は、前記延在軸に対して交差している接合構造。
　前記接着部において、前記延在軸方向に隣り合う前記破線部分の群同士の位置が前記延在軸について反転している請求項１記載の接合構造。
　前記接着部において、前記延在軸方向に隣り合う前記破線部分同士の位置が前記延在軸について反転している請求項１記載の接合構造。
　前記接着部の前記各破線部分は、前記延在軸に直交する方向に延在している請求項１～３のいずれか一項記載の接合構造。
　前記接着部は、全体としてジグザグ形状をなしている請求項１～４のいずれか一項記載の接合構造。
　前記接着部は、ホットメルト接着剤によって構成されている請求項１～５のいずれか一項記載の接合構造。